JP2011253702A - 無機ｅｌ素子および無機ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体層等の内部の層における光の吸収損失を少なくし、発光効率を高めることが可能な無機ＥＬ素子および無機ＥＬ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 無機ＥＬ素子１０は、第１の積層体２０、第２の積層体３０、第１の貼合層２８、および第２の貼合層３８を備える。第１の積層体２０は、透明な第１の電極２４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板２２、および第１の基板２２に重ねて設けられた発光層２６を少なくとも含む。第２の積層体３０は、透明な第２の電極３４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板３２、および第２の基板３２に重ねて設けられた発光層３６を少なくとも含む。第１の貼合層２８および第２の貼合層３８は、透明な熱可塑性樹脂のみから構成されており、第１の積層体２０および第２の積層体３０の間に介在するように配置される。
【選択図】図２

Description

この発明は、蛍光体を含む発光層を電界発光させるように構成された無機ＥＬ素子およびこの無機ＥＬ素子の製造方法に関する。

無機ＥＬ素子の中には、印刷や塗布技術による簡便な工程によって製造可能な分散型ＥＬ無機素子が存在する。このような分散型無機ＥＬ素子において、片面のみ発光する片面発光型無機ＥＬ素子だけでなく両面ともに発光する両面発光型無機ＥＬ素子についての開発が進められてきた（例えば、特許文献１〜３参照。）。

ここで、図１を用いて従来の両面発光型の無機ＥＬ素子１１０の概略を説明する。従来のＥＬ素子１１０は、透明電極１２３が形成されたガラスまたは透明樹脂フィルム等の基板１２２、発光層１２４、誘電体層１２５、発光層１２６、および透明電極１２７が形成されたガラスまたは透明樹脂フィルム等の基板１２８をこの順に積層して構成される。そして、無機ＥＬ素子１１０に接続された交流電源８０から交流電圧が印加されることにより、発光層１２４および１２６が電界発光し、無機ＥＬ素子１１０の両面から外部に向って光が放出される。

実開平０５−０２０２９４号公報 特開平０６−１５１０５９号公報 特開２００６−３１９８００号公報

上述した従来の両面発光型の無機ＥＬ素子１１０では、誘電体層１２５として不透明な材料を用いていたため、誘電体層１２５で光が吸収され発光のロスとなっていた。ここで、誘電体層１２５が不透明な理由は、誘電率を高めるためにチタン酸バリウムなどの高誘電体材料の粉末を樹脂に分散したものを用いていたためである。

また、従来の両面発光型の無機ＥＬ素子のうち、特許文献２に示すような中間電極に金属を用いたものでは、誘電体層だけでなく中間電極も光の一部を遮断する原因となってしまい、さらなる発光ロスが発生してしまう。

この発明の目的は、誘電体層等の内部の層における光の吸収損失を少なくし、発光効率を高めることが可能な無機ＥＬ素子および無機ＥＬ素子の製造方法を提供することである。

この発明に係る無機ＥＬ素子は、第１の積層体、第２の積層体、および貼合層を備える。

第１の積層体は、第１の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板、および第１の基板に重ねて設けられた発光層を少なくとも含む。一方で、第２の積層体は、第２の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板、および第２の基板に重ねて設けられた発光層を少なくとも含む。

貼合層は、第１の積層体および第２の積層体の間に介在するように配置される。貼合層は、第１の積層体または第２の積層体の少なくともいずれか一方に形成される。例えば、第１の積層体および第２の積層体を同一構造にする場合には、５〜１５μｍ程度の薄い貼付層を第１の積層体および第２の積層体の両方に形成すると良い。

また、貼合層は、透明な熱可塑性樹脂のみからなる。ここで、熱可塑性樹脂のみからなるとは、熱可塑性樹脂の内部に蛍光体粒子および高誘電体材料の粉末等を含まないことを意図するものであり、熱可塑性樹脂の内部に不純物等が一切含まれないことを意味するものではない。

さらに、第１の電極または第２の電極の少なくともいずれか一方は透明電極である。例えば、両面発光型の無機ＥＬ素子を構成する場合には第１の電極および第２の電極の両方を透明電極にすると良い。また、片面発光型の無機ＥＬ素子を構成する場合には第１の電極または第２の電極の一方を透明電極にし、他方を光反射率の高い金属電極にすると良い。

この構成においては、透明な貼合層が誘電体層として機能する結果、無機ＥＬ素子の内部に不透明な誘電体を設ける必要がなくなるため、不透明な誘電体において光の吸収損失が発生することが防止される。

ここで、誘電率を高めるためにチタン酸バリウムなどの高誘電体材料の粉末をＰＥＴ等の樹脂に分散したものを用いる場合の誘電率（例えば、比誘電率約５０）に比較して、貼合層の誘電率（例えば、比誘電率約１０）が多少低下することも想定されるが、そのような場合には貼合層の厚みを１０μｍ程度にまで薄くすることにより、十分な静電容量を得ることが可能となる。よって、不透明な誘電体層を排除できるというメリットに比較すると、従来の不透明な誘電体層よりも誘電率が多少低下するというデメリットは極めて小さいと言える。

なお、無機ＥＬ素子の内部に不透明な層における光の吸収損失を減らすためには、発光層の光線透過率が少なくとも４０％以上になるように設計することが好ましい。このためには、発光層を構成する蛍光体とバインダー樹脂の重量比率が２：１以上でかつ４：１以下にすることが好ましい。

この発明によれば、誘電体層等の内部の層における光の吸収損失を少なくし、発光効率を高めることが可能になる。

従来の両面発光型の無機ＥＬ素子の一例を示す図である。 本願発明の実施形態の一例に係る無機ＥＬ素子の概略を示す図である。 本願発明の実施形態の他の例に係る無機ＥＬ素子の概略を示す図である。 本願発明の実施形態の他の例に係る無機ＥＬ素子の概略を示す図である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）を用いて、本発明の実施形態の一例に係る両面発光型の無機ＥＬ素子１０を説明する。無機ＥＬ素子１０は、第１の積層体２０および第２の積層体３０を貼り合わせるようにして構成される。

第１の積層体２０は、透明な第１の電極２４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板２２、および第１の基板２２に重ねて設けられた発光層２６を備える。さらに、第１の積層体２０は、高誘電率性の透明な熱可塑性樹脂のみからなる第１の貼合層２８を備える。

一方で、第２の積層体３０は、透明な第２の電極３４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板３２、および第２の基板３２に重ねて設けられた発光層３６を備える。さらに、第２の積層体３０は、高誘電率性の透明な熱可塑性樹脂のみからなる第２の貼合層３８を備える。

この実施形態では、第１の電極２４および第２の電極３４は、共に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極である。また、第１の基板２２および第２の基板３２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。

上述の発光層２６および発光層３６を構成する発光体ペーストは、ＺｎＳ蛍光体（オスラムシルバニア社製）と熱可塑性フッ素樹脂、溶媒などを混合したものである。発光層２６および発光層３６は、必ずしも透明でなくても良いが、光透過率は可能な限り高い方が好ましく、少なくとも４０％以上であることが好ましい。このため、発光層２６および発光層３６における蛍光体粒子と樹脂の重量比は２：１〜４：１（蛍光体／樹脂比率２００〜４００％）が好ましい。

また、上述の第１の貼合層２８および第２の貼合層３８は、従来の誘電体層と同等の機能を果たすものであり、例えば、比誘電率１０程度のフッ素樹脂が用いられる。なお、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８の内部には、高誘電体材料の粉末等が分散されていないため、所望の誘電率が得られないことがあり、その結果、必要な静電容量が得られないことも考えられる。そのような場合には、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８の厚みを可能な限り薄く（例えば、５〜１５μｍ程度）すると良い。

ここで、無機ＥＬ素子１０の製造方法を簡単に説明する。まず、片面に第１の電極２４が形成された厚さ８０μｍ程度の第１の基板２２を用意し、この第１の基板２２の第１の電極２４上に、蛍光体ペーストを塗布し乾燥させることによって発光層２６を形成する。ここでは、発光層２６の乾燥後の厚さは４５〜５０μｍである。

さらに、このように形成した発光層２６上に、熱可塑性フッ素樹脂を塗布し乾燥させることによって第１の貼合層２８を形成する。ここでは、第１の貼合層２８の乾燥後の厚さは５〜１５μｍである。そして、これらの工程を経ることにより、第１の積層体２０が完成する。

第２の積層体３０についても、第１の積層体２０と同様の手法で形成される。具体的には、第２の基板３２上に塗布により発光層３６が形成され、さらに発光層３６上に塗布により第２の貼合層３８が形成される。

このようにして形成された第１の積層体２０および第２の積層体３０を、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８を介して互いに貼り合わせ、９０〜１００℃に加熱しながら圧着させる。

以上のようにして構成された無機ＥＬ素子１０は、交流電源８０から交流電圧が印加されることにより、発光層２６および発光層３６が電界発光し、第１の基板２２および第２の基板３２を介して両側に光が放出されるようになる。特に、無機ＥＬ素子１０の内部に不透明な誘電体層が存在しないため、発光層２６からの光が第２の基板３２に到達し易くなる一方で、発光層３６からの光が第１の基板２２に到達し易くなる。

以上のように、実質的に構成が同一の第１の積層体２０および第２の積層体３０を貼り合わせることによって無機ＥＬ素子１０を製造することが可能であるため、無機ＥＬ素子１０の製造工程が簡略化する。

特に、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８のそれぞれを、蛍光体粒子および高誘電体材料の粉末等を含まない熱可塑性透明樹脂のみによって構成したことから、第１の積層体２０および第２の積層体３０を短時間で確実に貼り合わせることが可能になり、無機ＥＬ素子１０の製造の作業効率や製品の信頼性が向上する。

さらに、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８が透明であるため、第１の貼合層２８および第２の貼合層３８における光の吸収損失を低く抑えることが可能になるため、無機ＥＬ素子１０の発光効率を向上させることが可能になる。実際には、無機ＥＬ素子１０では、駆動周波数２０００Ｈｚおよび電圧２００Ｖで、２００ｃｄ／ｍ² 程度の輝度が実現されており、類似する構成を採用する従来のものに比較して４０％程度輝度が高くなっている。

第１の貼合層２８および第２の貼合層３８の素材としては、上述の熱可塑性フッ素樹脂に換えて、粘着性のある樹脂やフィルムなどを用いることも可能である。また、各層を形成する際に、塗布に換えて、スクリーン印刷等の印刷技術を利用することも可能である。

さらに、上述の第１の電極２４および第２の電極３４としての透明電極は、ＩＴＯのほか、酸化スズ系の材料、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の高分子系の透明導電材料、またはこれらの透明導電膜と金属メッシュもしくは金属バスラインを組み合わせたものでもよい。特に、金属メッシュと透明導電膜を組み合わせた場合には、透明電極として塗布型の材料を用いると、低コストでかつ低抵抗（１０Ω／□以下）とすることができる。

ここで、図２（Ｂ）を用いて、図２（Ａ）に示す無機ＥＬ素子１０のバリエーションとしての無機ＥＬ素子１１を説明する。無機ＥＬ素子１１は、第１の電極２４および発光層２６の間にバリア層２５が設けられており、第２の電極３４および発光層３６の間にバリア層３５が設けられている。バリア層２５およびバリア層３５はそれぞれ、上述の第１の貼合層２８および第２の貼合層３８と同様に、蛍光体粒子および高誘電体材料の粉末等を含まない厚みが５〜１５μｍ程度の熱可塑性透明樹脂のみによって構成される。

このように、ＩＴＯからなる第１の電極２４と発光層２６と間、およびＩＴＯからなる第２の電極３４と発光層３６と間に透明なバリア層２５およびバリア層３５をそれぞれ配置したことで、ＩＴＯと発光層の蛍光体が直接接触することがなくなる。この結果、蛍光体の劣化が生じるにくくなり、発光層２６および発光層３６の寿命を延ばすことが可能になる。また、バリア層２５およびバリア層３５が透明であることから、バリア層２５およびバリア層３５において光の吸収損失がほとんど生じない。

続いて、図３を用いて、本発明の実施形態の他の例に係る両面発光型の無機ＥＬ素子１２を説明する。無機ＥＬ素子１２は、第１の積層体４０および第２の積層体５０を備える。

第１の積層体４０は、透明な第１の電極４４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板４２、バリア層４５、発光層４６、および貼合層４８がこの順に積層されて構成される。一方で、第２の積層体５０は、透明な第２の電極５４が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板５２によって構成されている。

無機ＥＬ素子１２を製造する際には、例えば、片面にＩＴＯ等の第１の電極４４が形成された厚さ８０μｍのＰＥＴフィルムからなる第１の基板４２を用意し、この第１の基板４２上に透明のバリア層４５を塗布し乾燥する。ここでは、バリア層４５の素材として、透明な熱可塑性フッ素樹脂を用いており、乾燥後のバリア層４５厚さを７〜１０μｍとしている。

続いて、バリア層４５上に、蛍光体ペーストを塗布し乾燥することによって発光層４６を形成した。ここでは、乾燥後の発光層４６の厚さは４５〜１００μｍとした。さらに、発光層４６上に、透明な熱可塑性フッ素樹脂を塗布し乾燥することによって貼合層４８を形成した。ここでは、乾燥後の貼合層４８の厚さを１０〜１５μｍとした。

そして、このように形成した第１の積層体４０と第２の積層体５０とを貼合層４８を介して貼り合わせ、９０〜１００℃に加熱しながら圧着すると無機ＥＬ素子１２が完成する。

この無機ＥＬ素子１２において、交流電源８０から交流電圧が印加されると、発光層４６が電界発光し、発光層４６からの光が、第１の基板４２および第２の基板５２を介して両側から外部に放出する。このとき、この無機ＥＬ素子１２の発光特性は、上述の無機ＥＬ素子１０と遜色なくほぼ同じであった。さらに、無機ＥＬ素子１２では、発光層４６中の蛍光体とＩＴＯからなる第１の電極４４および第２の電極５４とが直接接触しないため、発光層４６の寿命が向上させる効果も期待できる。

続いて、図４を用いて、本発明の実施形態の他の例に係る片面発光型の無機ＥＬ素子１４を説明する。無機ＥＬ素子１４は、第１の積層体６０および第２の積層体７０を備える。ここで、第２の積層体７０の基本的構成は、図２（Ａ）に示す上述の第２の積層体３０と同一であるため説明を省略する。

一方で、第１の積層体６０では、第１の電極６４として、上述したような透明電極ではなく金属電極が用いられている。第１の積層体６０を製造する際には、例えば、予めアルミ等の金属膜が蒸着されて第１の電極６４が形成された、厚さ１００μｍ程度ＰＥＴフィルムからなる第１の基板６２が用いられる。この第１の基板６２上に、蛍光体ペーストを塗布することによって発光層６６が形成され、熱可塑性フッ素樹脂を塗布することによって貼合層６８が形成される。そして、第１の積層体６０および第２の積層体７０は、貼合層６８および貼合層７８を介して互いに貼り合わされ、９０〜１００℃に加熱しながら圧着される。

このように、無機ＥＬ素子１４のように、不透明な誘電体層を排除しつつ第１の電極６４として光を反射する特性を有する金属電極を用いることにより、光取り出し効率のよい片面発光型の無機ＥＬ素子を実現することが可能である。なお、この実施形態においても、透明電極７４と発光層７６との間に、透明な熱可塑性フッ素樹脂から構成されるバリア層を設けても良い。

また、従来、背面側の電極を耐湿樹脂またはフィルムでカバーすることによって、湿気や水分から保護する必要があったが、この実施形態では、両側の基板ともにフィルムで構成されているため、改めて防湿手段および耐湿手段を講じる必要がない。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−無機ＥＬ素子
２０−第１の積層体
２２−第１の基板
２４−第１の電極
２６−発光層
２８−第１の貼合層
３０−第２の積層体
３２−第２の基板
３４−第２の電極
３６−発光層
３８−第２の貼合層
８０−交流電源

Claims (5)

1. 第１の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板、および前記第１の基板に重ねて設けられた発光層を少なくとも含む第１の積層体と、
   第２の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板、および前記第２の基板に重ねて設けられた発光層を少なくとも含む第２の積層体と、
   前記第１の積層体および前記第２の積層体の間に介在するように配置された、透明な熱可塑性樹脂のみからなる貼合層と、
   を備え、
   前記第１の電極または前記第２の電極の少なくともいずれか一方が透明電極である無機ＥＬ素子。
2. 第１のＥＬ素子と第２のＥＬ素子とが同一構造を有するように構成されるとともに、前記第１の電極および前記第２の電極が共に透明電極である請求項１に記載の無機ＥＬ素子。
3. 前記第１の電極および前記第２の電極と前記発光層との間にそれぞれ透明な熱可塑性樹脂のみからなるバリア層が形成された請求項１または２に記載の無機ＥＬ素子。
4. 前記第１の電極または前記第２の電極のいずれか一方が金属電極である請求項１に記載のＥＬ素子。
5. 第１の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第１の基板上に発光層を形成して第１の積層体を生産するステップと、
   第２の電極が設けられた透明樹脂または透明ガラスからなる第２の基板上に発光層を形成して第２の積層体を生産するステップと、
   前記第１の積層体または前記第２の積層体の少なくともいずれか一方に透明な熱可塑性樹脂のみからなる貼合層を形成するステップと、
   前記貼合層を介して前記第１の積層体および前記第２の積層体を貼り合わせるステップと、を含み、
   前記第１の電極または前記第２の電極の少なくともいずれか一方が透明電極である無機ＥＬ素子の製造方法。

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