JP4631316B2

JP4631316B2 - エレクトロルミネセンス素子

Info

Publication number: JP4631316B2
Application number: JP2004168168A
Authority: JP
Inventors: 俊之青山; 雅行小野; 昌吾那須; 優小田桐
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: US7714498B2; WO2005122649A1; CN1965615A; US20080048555A1; JP2005347192A; CN1965615B

Description

本発明はエレクトロルミネセンス素子に関し、具体的には無機発光体を用いたエレクトロルミネセンス素子に関するものである。

近年、軽量・薄型の面発光型素子としてエレクトロルミネセンス素子（以下、ＥＬ素子という）が注目されている。ＥＬ素子は大別すると、発光体として有機発光体を用いた有機ＥＬ素子と、無機発光体を用いた無機ＥＬ素子とがあるが、中でも発光体ペーストを用いてスクリーン印刷法などで発光層を形成した分散型の無機ＥＬ素子（以下、分散型ＥＬ素子という）は、消費電力が少なく、しかも製造が簡単なため製造コストが安くなる利点があるとして特に注目されている。しかし分散型ＥＬ素子は、発光輝度が低いため、テレビ装置など高輝度が要求される表示装置への応用ができないといった問題があった。

そこで従来から、この問題を解決するために種々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、ＰｂＴｉＯ₃で被覆した発光体を用いて発光体層の比誘電率を高くすることによって、発光層に印加する電圧を高くして高輝度化を図った分散型ＥＬ素子が開示されている。
特開２００１−１８５３５８号公報

しかし、従来の分散型ＥＬ素子は、発光体自体の発光輝度が低いため液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどと比較すると発光輝度に問題があった。そこで、本発明は係る従来の問題点を解決して、高輝度化を実現したＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明のＥＬ素子は、蛍光体を含む発光層と、前記発光層に電圧を印加するための一対の電極とを有するエレクトロルミネセンス素子であって、前記発光層は、金属原子を付活した蛍光体に、トリアセチルアセトナトイットリウムまたはトリアセチルアセトナトアルミニウムを混合したものであることを特徴とする。

また、発光層に交流電圧を印加することにより、発光層に高電界を付与して高輝度化を図ったものである。

また、発光体として金属原子が付活された硫化亜鉛を用いることにより、発光体自体の輝度を高くして高輝度化を図ったものである。

本発明によれば、発光層の発光輝度を増幅させることができるため、高輝度のＥＬ素子が実現できる効果が得られる。

本発明による実施の形態について図１および図２を用いて説明する。

図１は、本発明によるＥＬ素子の断面を模式的に示した断面構成図である。１１は透明基板、１２は透明電極、１３は発光体とアセチルアセトナト錯塩とが含有されている発光層、１４は絶縁体層、１５は背面電極、１６は背面電極１５を保護するための背面板である。これらの構成要素が図のように順次積層された構成からなっている。１７は交流電源であり、透明電極１２と背面電極１５との間に交流電圧を印加すると、発光層１３が発光する構成になっている。

本発明に適用できる透明基板１１としては、通常のＥＬ素子に用いられている光透過性の基板であればいずれでも適用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチック基板、ガラス基板、石英基板などが用い得る。

本発明に適用できる透明電極１２としては、一般に良く知られている光透過性の透明導電体であればいずれでも適用できる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃にＳｎＯ₂をドープしたもの）やＺｎＯなどの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属、あるいはポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェンなどの導電性高分子などが用い得る。

本発明に適用できる発光体としては、例えば硫化亜鉛や硫化カルシウムなどのII−VI族
化合物や、カルシウムチオガレートなどのチオガレート化合物、バリウムチオアルミネートなどのチオアルミネート化合物、酸化イットリウムや酸化ガリウムなどの金属酸化物、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄などの多元酸化物などの蛍光体、あるいはこれらの蛍光体に例えばマンガンなどの金属原子を付活したものが用い得る。中でも、金属原子を付活した蛍光体は、発光自体の発光輝度が高い点で好ましい。

本発明に適用できるアセチルアセトナト錯塩としては、下記の構造式（化１）で表されるものが用い得る。

ここで、ｎは配位数、Ｍは金属原子もしくは金属酸化物などの金属原子を含む化合物である。尚、一般式はＭ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）_nである。

具体的には、ｎが１でかつＭがＫ、Ｌｉ、Ｎａのいずれか、ｎが２でかつＭがＢａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｓｒ、ＶＯ、Ｚｎ、ＭｏＯ₂、ＴｉＯのいずれか、ｎが３でかつＭがＡｌ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｄ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｖ、Ｙ、Ｙｂのいずれか、ｎが４でかつＭがＨｆ、Ｚｒのいずれかのアセチルアセトナト錯塩が用い得る。あるいは、これらの水和物も適用できる。

他のアセチルアセトナト錯塩としては、構造式（化１）の水素をフッ素に置換した下記の構造式（化２）および（化３）で表されるものが用い得る。

例えば、Ｃｕ（Ｃ₅Ｈ₄Ｆ₃Ｏ₂）₂やＣｕ（Ｃ₅ＨＦ₆Ｏ₂）₂が適用できる。

他のアセチルアセトナト錯塩としては、Ｓｎ（Ｃ₄Ｈ₉）₂（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂などＭがアルキル基との化合物のもの、あるいはＳｎ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂Ｃｌ₂などＭが塩化物のものが用い得る。

他のアセチルアセトナト錯塩としては、一般式がＭ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）_nＸ（但し、Ｘは１価陰イオン）で表されるものが用い得る。例えば、［Ｂ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂］ＡｕＣｌ₄、あるいはＣａ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ＯＨ）₂やＢａ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂（ＯＨ）₂などＯＨ基を有するものが適用できる。

発明者の実験によると、以上に説明した中でも、ｎが３でかつ３価の金属原子と配位しているアセチルアセトナト錯塩は、発光輝度を高める効果が大きい点で好ましい。より好ましくは、３族ならびに１３族の金属原子と配位しているアセチルアセトナト錯塩、中でも特にＡｌもしくはＹと配位しているアセチルアセトナト錯塩が、高輝度化に極めて有効である点でよい。

発光層１３の形成方法は、特に限定されないが、蛍光体とアセチルアセトナト錯塩とをシアノエチルセルロース、ポリフッ化ビニリデンなどの樹脂バインダに分散させて塗布する方法が簡便である。塗布方法としては、スピンコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、バーコート法、ディップコート法などが挙げられる。尚、目的に応じて発光層１３に色変換用の色素や化合物を含ませてもよい。

絶縁体層１４は、絶縁性の無機物、あるいはこの無機物をシアノエチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルピリジン系樹脂などの非導電性の高分子に分散させたものから構成されている。絶縁性の無機物としては、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃などが用い得る。中でも、ＢａＴｉＯ₃とＳｒＴｉＯ₃は誘電率が高い点で好ましい。尚、絶縁体層１４は、必要に応じて２種類以上の絶縁体を積層した構成にしてもよい。つぎに、発光層１３および絶縁体層１４の層厚について説明する。

ＥＬ素子に対する要求性能として、発光駆動電圧の低減と高輝度化とを同時に実現することが求められている。（数１）は、透明電極１２と背面電極１５との間に印加する発光駆動電圧Ｖaと、発光層１３および絶縁体層１４のそれぞれの層にかかる電圧ＶｐおよびＶｉとの関係を示した式である。（数１）から解かるように、発光駆動電圧Ｖaを低くして高輝度化を図るためには、発光層１３および絶縁体層１４の絶縁耐圧と比誘電率とを考慮して各々の層厚を設計する必要がある。発明者の実験によると、発光層１３の層厚は、２０〜８００００ｎｍの範囲がよく、好ましくは５０〜４００００ｎｍの範囲が良かった。また絶縁体層１４の層厚は、５０〜８００００ｎｍの範囲がよく、好ましくは１００〜５００００ｎｍの範囲が良かった。

但し、εiは絶縁体層の比誘電率、εpは発光層の比誘電率、ｄiは絶縁体層の層厚、ｄpは発光層の層厚である。

本発明に適用できる背面電極１５としては、一般に良く知られている導電体であればいずれでも適用できる。例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属、ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの導電性高分子、あるいは導電性カーボンなどが用い得る。

本発明に適用できる背面板１６としては、機械的強度が強く電気絶縁性であればいずれでもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ナイロンなどの高分子や、ガラス、石英、セラミックスなどが用い得る。背面板１６の形成方法としては、スピンコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、バーコート法、ディップコート法などの塗布方法、あるいは張り合わせ方法など、用いる材料によって適宜選択して用いればよい。

尚、図１は片面から光を取り出す構成であるが、両面から光を取り出す場合は、絶縁体層１４と背面電極１５と背面板１６とを発光体の発光波長に対して透明な材料で構成することにより容易になし得る。

つぎに、具体的な実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

（実施例１）
以下に述べる製造方法によって図１に示した構成のＥＬ発光素子を作成した。

透明基板１１としてはＰＥＴフィルムを用い、その上にＩＴＯをスパッタリングして透明電極１２を形成した。つぎに、下記に示した組成物を分散混合してなる発光体ペーストを透明電極１２の上にスクリーン印刷した後、１２０℃で乾燥して層厚２５０００ｎｍの発光層１３を形成した。

蛍光体：オスラムシルバニア社製の緑色発光蛍光体・・１０重量部
アセチルアセトナト錯塩：トリアセチルアセトナトイットリウム・・１重量部
樹脂結着材：アクリル酸とフッ化ビニリデンの混合物・・・１０重量部
つぎに、ＢａＴｉＯ₃の微粒子をアクリル酸とフッ化ビニリデンの混合物からなる樹脂結着材に分散混合したものを、発光層１３の上にスクリーン印刷した後、１２０℃で乾燥をして層厚３００００ｎｍの絶縁体層１４を形成した。

つぎに、カーボンペーストを絶縁体層１４の上にスクリーン印刷して背面電極１５を形成した後、ポリイミド系の感光樹脂を背面電極１５の上に塗布し光硬化させて背面板１６を形成してＥＬ素子を得た。

このＥＬ素子に交流電圧を印加して発光輝度を測定したところ、図２に示すように後述する比較例より高い発光輝度が得られた。

(実施例２)
アセチルアセトナト錯塩としてトリアセチルアセトナトアルミニウムを用いた以外は、実施例１と同様の方法でＥＬ素子を作成した。このＥＬ素子の発光輝度を測定したところ、比較例より高い発光輝度が得られた。

(比較例）
アセチルアセトナト錯塩の効果を調べるために、実施例１と同様の方法でアセチルアセトナト錯塩を添加しないＥＬ素子を作成し、実施例１および実施例２のものと発光輝度の比較を行った。

その結果、図２から明らかなように、本発明によるＥＬ素子の方が比較例より発光輝度が高く、アセチルアセトナト錯塩が高輝度化に有効であることが分かった。

発光輝度が高くしかも安価であるため、デジタルカメラ、携帯電話、情報携帯端末、パソコン、テレビ、自動車などに搭載する表示装置および液晶ディスプレイのバックライトなどの面発光源に適用できる。

本発明によるＥＬ素子の断面を模式的に示した断面構成図本発明によるＥＬ素子と比較例のＥＬ素子との発光輝度を比較した図

符号の説明

１１透明基板
１２透明電極
１３発光層
１４絶縁体層
１５背面電極
１６背面板
１７交流電源

Claims

蛍光体を含む発光層と、前記発光層に電圧を印加するための一対の電極とを有するエレクトロルミネセンス素子であって、前記発光層は、金属原子を付活した蛍光体に、トリアセチルアセトナトイットリウムまたはトリアセチルアセトナトアルミニウムを混合したものであることを特徴とするエレクトロルミネセンス素子。