JP3564504B2 - 電場発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場発光材料、電場発光デバイスおよびそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電場発光蛍光体、特に分散型電場発光蛍光体は、誘電物に分散させて発光体層を形成し、発光体層の両側に電極を設けるとともに、少なくとも一方の電極として透明電極を用い、これらの電極の間に交流電圧を加えることにより発光させるものである。
従来、電場発光蛍光体としては、硫化亜鉛を母体とするものがほとんどで、この硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体は、湿気や水分の影響を受けやすいという弱点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、化学的・物理的に安定した電場発光材料を得るべく、各種の材料について研究、実験を繰り返してきたところ、アルミン酸類（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛）を母体材料とする電場発光材料が有効であることを見出した。
本発明はかかる新しい知見に基づくものであり、したがって、本発明の技術的課題は、上記アルミン酸類を利用し、化学的・物理的に安定な電場発光材料、発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の電場発光材料は、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムまたはアルミン酸亜鉛からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％添加したことを特徴とするものである。
上記電場発光材料においては、母体材料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物を用いると共に、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加し、或いは、母体材料としてＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物を用いると共に、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加するのが、長残光性をもたせるために有効である。
【０００５】
また、上記課題を解決するための本発明の電場発光材料の製造方法は、アルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムまたはアルミン酸亜鉛からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を、発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲内で添加し、混合した後、還元雰囲気中で焼成することを特徴とするものである。
【０００６】
更に、上記電場発光材料は、その粉末を圧電性樹脂に分散させて発光体を形成し、その両面側に電極を設けることにより、本発明の電場発光デバイスとすることができ、この場合に、圧電性樹脂としてはフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする樹脂を用いるのが有効である。
上記電場発光デバイスは、上述した電場発光材料の粉末を圧電性樹脂粉末と混合して加熱し、あるいは溶媒で溶解してペーストとし、そのペーストを板状あるいは膜状に成形し、その両面側に電極を取り付けた後、直流電圧により分極処理を施すことにより製造することができ、この方法は発光特性の向上に有効なものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は化学的・物理的安定なアルミン酸類（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛）を母体材料とした新しい電場発光体を提供すると共に、これを利用した発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供するものである。
【０００８】
まず、本発明に係る電場発光材料は、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムおよびアルミン酸亜鉛の群から選ばれた１種類またはそれ以上のアルミン酸塩からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲で添加してなるものである。上記電場発光材料においては、母体材料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物（アルミン酸ストロンチウム）を用いると共に、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加し、或いは、母体材料としてＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物（アルミン酸亜鉛）を用いると共に、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加するのが、長残光性をもたせるために有効である。
【０００９】
特に、希土類を発光中心として添加した上記アルミン酸ストロンチウムは蓄光性（長残光性）に優れており、例えば、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙは１０時間以上の残光を示している。また、遷移金属を添加したアルミン酸亜鉛ＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎも同様に長残光を示している。
【００１０】
電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する上記希土類元素としては、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｇｄを挙げることができ、また、同遷移金属元素としては、Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｎｂを挙げることができる。
【００１１】
上記の電場発光材料は、その粉末を圧電性樹脂に分散させて発光体を形成し、その両面側に電極を設けることにより電場発光デバイスとすることができるが、上記樹脂としてはＰＶＡなどの非圧電性のものを用いることもできる。また、上記樹脂としては、透明樹脂を利用するのが望ましく、特にフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはそれを主成分とする樹脂が適している。更に、上記両面側に設ける電極は、少なくとも片面側のものを透明電極とする。この透明電極にはＩＴＯ電極が適し、もう１つの電極には金、アルミ、銀等を利用することができる。
【００１２】
上述した電場発光材料を製造するには、所要の母体材料を形成する出発原料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として所要の範囲内で添加し、よく混合した後、還元雰囲気（例えば、５％Ｈ２を含んだＡｒ、１００ｍｌ毎分）中で焼成すればよい。
ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物を母体材料とする場合には、出発原料として、ＳｒＣＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＢａＣＯ３，Ｅｕ２Ｏ３などの各種酸化物を用いることができ、また、ＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物を母体材料とする場合には、出発原料として、ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３などの各種酸化物を用いることができる。なお、出発原料はこれらに限らず、最終的に酸化物になるものであれば他の化合物を使用することができる。
【００１３】
また、電場発光デバイスの製造は、上記電場発光材料を粉末とし、それを圧電性樹脂粉末と混合して加熱し、あるいは溶媒で溶解してペーストとし、それを板状あるいは膜状に成形し、その成形体の両面側に電極を取り付けた後、直流電圧を印加して分極処理を施すことによって行うことができる。
【００１４】
上述した電場発光材料は、蓄光性を兼ね備えていることから、エネルギー効率を大幅に高めることができる点でも有利なものであり、省エネルギー型の照明、表示板、指示板、掲示板などに有効に利用することができる。また、従来の蓄光のための紫外線の代りに電場を利用することができるので、励起光がなくても蓄光性を利用することができる点で有利である。
【００１５】
【実施例】
実施例１〔ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕについて〕
出発原料として、ＳｒＣＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＢａＣＯ３，Ｅｕ２Ｏ３の各種酸化物を用いた。この出発原料を、Ｓｒ０．９５Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ０．０５（ＳＡＯ−Ｅ）の組成になるように秤量し、よく混合した後、１２０℃で乾燥し、還元雰囲気中で、１４００℃で４時間焼成した。
【００１６】
得られた電場発光材料粉末を樹脂粉末と混合し、加熱して溶解し、直径２０ｍｍの板状に成形し、その片面にアルミ電極を真空蒸着で作製し、他の片面にＩＴＯ透明電極をスパッタリング法で取り付けた後、１〜１０ｋＶ／ｍｍの直流電圧により分極処理を施して、電場発光デバイスを作製した。
上記樹脂としては、非圧電性のＰＶＡと圧電性樹脂のＰＶＤＦとＰＴＦＥ、およびＰＶＤＦ＋ＰＴＦＥをそれぞれ用いた。
【００１７】
実施例２〔ＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎについて〕
出発原料として、ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｎＣＯ３の各種酸化物を用いた。この出発原料を、Ｚｎ０．９９Ａｌ２Ｏ４：Ｍｎ０．０１（ＺＡＯ−Ｍ）の組成になるように秤量し、よく混合した後、１２０℃で乾燥し、還元雰囲気中で、１１００℃で４時間焼成した。
以下、実施例１と同様の処理により電場発光デバイスを作製した。
【００１８】
表１および表２に、電場発光輝度とその安定性を示した。圧電樹脂、特にフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が発光輝度の向上と安定に適していることがわかった。また、分極処理が効果的であることがわかった。
図１および図２にそれぞれの電場発光スペクトルを示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸類を利用し、化学的・物理的に安定な電場発光材料を提供できると共に、これを利用した発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕの電場発光スペクトルを示す図である。
【図２】実施例２のＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎの電場発光スペクトルを示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電場発光材料、電場発光デバイスおよびそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電場発光蛍光体、特に分散型電場発光蛍光体は、誘電物に分散させて発光体層を形成し、発光体層の両側に電極を設けるとともに、少なくとも一方の電極として透明電極を用い、これらの電極の間に交流電圧を加えることにより発光させるものである。
従来、電場発光蛍光体としては、硫化亜鉛を母体とするものがほとんどで、この硫化亜鉛を母体材料とした蛍光体は、湿気や水分の影響を受けやすいという弱点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、化学的・物理的に安定した電場発光材料を得るべく、各種の材料について研究、実験を繰り返してきたところ、アルミン酸類（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛）を母体材料とする電場発光材料が有効であることを見出した。
本発明はかかる新しい知見に基づくものであり、したがって、本発明の技術的課題は、上記アルミン酸類を利用し、化学的・物理的に安定な電場発光材料、発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の電場発光材料は、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムまたはアルミン酸亜鉛からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％添加したことを特徴とするものである。
上記電場発光材料においては、母体材料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物を用いると共に、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加し、或いは、母体材料としてＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物を用いると共に、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加するのが、長残光性をもたせるために有効である。
【０００５】
また、上記課題を解決するための本発明の電場発光材料の製造方法は、アルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムまたはアルミン酸亜鉛からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を、発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲内で添加し、混合した後、還元雰囲気中で焼成することを特徴とするものである。
【０００６】
更に、上記電場発光材料は、その粉末を圧電性樹脂に分散させて発光体を形成し、その両面側に電極を設けることにより、本発明の電場発光デバイスとすることができ、この場合に、圧電性樹脂としてはフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする樹脂を用いるのが有効である。
上記電場発光デバイスは、上述した電場発光材料の粉末を圧電性樹脂粉末と混合して加熱し、あるいは溶媒で溶解してペーストとし、そのペーストを板状あるいは膜状に成形し、その両面側に電極を取り付けた後、直流電圧により分極処理を施すことにより製造することができ、この方法は発光特性の向上に有効なものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は化学的・物理的安定なアルミン酸類（マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛）を母体材料とした新しい電場発光体を提供すると共に、これを利用した発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供するものである。
【０００８】
まず、本発明に係る電場発光材料は、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸ストロンチウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウムおよびアルミン酸亜鉛の群から選ばれた１種類またはそれ以上のアルミン酸塩からなる母体材料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲で添加してなるものである。上記電場発光材料においては、母体材料として、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物（アルミン酸ストロンチウム）を用いると共に、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加し、或いは、母体材料としてＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物（アルミン酸亜鉛）を用いると共に、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加するのが、長残光性をもたせるために有効である。
【０００９】
特に、希土類を発光中心として添加した上記アルミン酸ストロンチウムは蓄光性（長残光性）に優れており、例えば、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙは１０時間以上の残光を示している。また、遷移金属を添加したアルミン酸亜鉛ＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎも同様に長残光を示している。
【００１０】
電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する上記希土類元素としては、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｇｄを挙げることができ、また、同遷移金属元素としては、Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｎｂを挙げることができる。
【００１１】
上記の電場発光材料は、その粉末を圧電性樹脂に分散させて発光体を形成し、その両面側に電極を設けることにより電場発光デバイスとすることができるが、上記樹脂としてはＰＶＡなどの非圧電性のものを用いることもできる。また、上記樹脂としては、透明樹脂を利用するのが望ましく、特にフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはそれを主成分とする樹脂が適している。更に、上記両面側に設ける電極は、少なくとも片面側のものを透明電極とする。この透明電極にはＩＴＯ電極が適し、もう１つの電極には金、アルミ、銀等を利用することができる。
【００１２】
上述した電場発光材料を製造するには、所要の母体材料を形成する出発原料に、電場によって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上を発光中心として所要の範囲内で添加し、よく混合した後、還元雰囲気（例えば、５％Ｈ２を含んだＡｒ、１００ｍｌ毎分）中で焼成すればよい。
ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される化合物を母体材料とする場合には、出発原料として、ＳｒＣＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＢａＣＯ３，Ｅｕ２Ｏ３などの各種酸化物を用いることができ、また、ＺｎＡｌ２Ｏ４で表される化合物を母体材料とする場合には、出発原料として、ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３などの各種酸化物を用いることができる。なお、出発原料はこれらに限らず、最終的に酸化物になるものであれば他の化合物を使用することができる。
【００１３】
また、電場発光デバイスの製造は、上記電場発光材料を粉末とし、それを圧電性樹脂粉末と混合して加熱し、あるいは溶媒で溶解してペーストとし、それを板状あるいは膜状に成形し、その成形体の両面側に電極を取り付けた後、直流電圧を印加して分極処理を施すことによって行うことができる。
【００１４】
上述した電場発光材料は、蓄光性を兼ね備えていることから、エネルギー効率を大幅に高めることができる点でも有利なものであり、省エネルギー型の照明、表示板、指示板、掲示板などに有効に利用することができる。また、従来の蓄光のための紫外線の代りに電場を利用することができるので、励起光がなくても蓄光性を利用することができる点で有利である。
【００１５】
【実施例】
実施例１〔ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕについて〕
出発原料として、ＳｒＣＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＢａＣＯ３，Ｅｕ２Ｏ３の各種酸化物を用いた。この出発原料を、Ｓｒ０．９５Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ０．０５（ＳＡＯ−Ｅ）の組成になるように秤量し、よく混合した後、１２０℃で乾燥し、還元雰囲気中で、１４００℃で４時間焼成した。
【００１６】
得られた電場発光材料粉末を樹脂粉末と混合し、加熱して溶解し、直径２０ｍｍの板状に成形し、その片面にアルミ電極を真空蒸着で作製し、他の片面にＩＴＯ透明電極をスパッタリング法で取り付けた後、１〜１０ｋＶ／ｍｍの直流電圧により分極処理を施して、電場発光デバイスを作製した。
上記樹脂としては、非圧電性のＰＶＡと圧電性樹脂のＰＶＤＦとＰＴＦＥ、およびＰＶＤＦ＋ＰＴＦＥをそれぞれ用いた。
【００１７】
実施例２〔ＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎについて〕
出発原料として、ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｎＣＯ３の各種酸化物を用いた。この出発原料を、Ｚｎ０．９９Ａｌ２Ｏ４：Ｍｎ０．０１（ＺＡＯ−Ｍ）の組成になるように秤量し、よく混合した後、１２０℃で乾燥し、還元雰囲気中で、１１００℃で４時間焼成した。
以下、実施例１と同様の処理により電場発光デバイスを作製した。
【００１８】
表１および表２に、電場発光輝度とその安定性を示した。圧電樹脂、特にフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が発光輝度の向上と安定に適していることがわかった。また、分極処理が効果的であることがわかった。
図１および図２にそれぞれの電場発光スペクトルを示す。
【００１９】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、化学的・物理的に安定な化合物であるアルミン酸類を利用し、化学的・物理的に安定な電場発光材料を提供できると共に、これを利用した発光デバイスおよびこれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕの電場発光スペクトルを示す図である。
【図２】実施例２のＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍｎの電場発光スペクトルを示す図である。
Claims (3)
- ＳｒＡｌ ２ Ｏ ４ で表される化合物を母体材料とし、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加した粉末を還元雰囲気中で焼成して得られた長残光電場発光材料、又はＺｎＡｌ ２ Ｏ ４ で表される化合物を母体材料とし、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加した粉末を還元雰囲気中で焼成して得られた長残光電場発光材料の粉末を、圧電性樹脂に分散させて発光体を形成し、その両面側に電極を設けた後、直流電圧により分極処理を施されたものであることを特徴とする電場発光デバイス。
- 圧電性樹脂がフッ化ビニリデンを主成分とする樹脂である請求項１に記載の電場発光デバイス。
- ＳｒＡｌ ２ Ｏ ４ で表される化合物を母体材料とし、発光中心としてＥｕを０．００１〜２０ｗｔ％添加した粉末を還元雰囲気中で焼成して得られた長残光電場発光材料、又はＺｎＡｌ ２ Ｏ ４ で表される化合物を母体材料とし、発光中心としてＭｎを０．００１〜２０ｗｔ％添加した粉末を還元雰囲気中で焼成して得られた長残光電場発光材料の粉末を、圧電性樹脂粉末と混合して加熱し、あるいは溶媒で溶解して得たペーストを、板状あるいは膜状に成形し、その両面側に電極を取り付けた後、直流電圧により分極処理を施すことを特徴とする電場発光デバイスの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000398329A JP3564504B2 (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 電場発光デバイスおよびその製造方法 |
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