JPH07320868A - 電場発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明電極層５１の断線などの信頼性の低下を
招くことなく、電気的負荷の高い電極端子取出部５９で
の絶縁破壊の発生を未然に防止する。 【構成】 導体膜５５と導電性の芯材４５との間の絶縁
層４７の厚さを、他の部位の同厚さより厚く形成し、電
極端子取出部５９における絶縁耐圧を高める。絶縁層４
７の厚く形成した部位４７ａと他の部位４７ｂとの境界
部位４７ｃの表面は、緩やかなテーパ面４７ｄとするこ
とで、絶縁層４７上に形成される蛍光体層４９の表面も
テーパ面４７ｄに沿った緩やかな面となり、この蛍光体
層４９上に形成される透明電極層５１は、前記境界部位
４７ｃに対応する位置にて断線の発生が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、導電性の芯材の周囲
に発光層を設け、この発光層の周囲に設けた透明電極層
と前記芯材との間に電場を与えて発光層を発光させる電
場発光素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電場発光素子は、例えば自動車
用計器における速度計や回転計などの指針として用いら
れる。この指針はＥＬ（Electro Luminescence）指針と
呼ばれ、図４に示すように、主として細い導電性の金属
棒を芯材１とし、芯材１の周囲に絶縁層３、蛍光体層
５、透明電極層７、透明保護層９が順次積層して形成さ
れる。芯材１および透明電極層７の二つの電極から電極
端子１１ａ，１１ｂをそれぞれ取出し、この両電極間に
交流電源１３により交流電圧を印加し、電極間に発生す
る電場により、蛍光体層５内の蛍光体が発光する。

【０００３】透明電極層７の材料としては、ＩＴＯ（ス
ズドープ酸化インジウム）やＡＴＯ（アンチモンドープ
酸化スズ）などが使用される。これらの材料からなる電
極から電極端子１１ａ，１１ｂを直接取出すのは比較的
難しく、取出部にメッキを施したり、銀ペーストを塗布
した導体膜１５を設けてから電極端子１１ａ，１１ｂを
取出すことが通常行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな材料からなる透明電極層７は、金属材料と比べる
と、抵抗値がかなり高く、銀ペーストなどの金属材料
（銀ペーストの場合、金属粉（粒）含有材料であるが）
かならる導体膜１５を介して取出すにしても、両者相互
が接触している電極端子取出部１７には、その両者の抵
抗値の差から電気的負荷が生じる。このような電気的負
荷は、例えば高温多湿時など周囲の環境状況によって
は、電極端子取出部１７での電界強度が大きいことも考
え合わせると、その部分で絶縁破壊を発生させる可能性
がある。

【０００５】例えば、高温多湿時に、水分が最外層部で
ある透明保護層９を浸透して内部に浸入し、電気化学反
応により透明電極層７の抵抗値が大きくなった場合（あ
る程度大きくなっても発光はする）、電極端子取出部１
７での負荷がより大きくなり、その部分で絶縁破壊を起
こすのである。また、水分浸入によって起こる蛍光体層
５からの蛍光体成分（Ｚｎ，Ｓイオン）の溶出や、銀ペ
ーストなど金属材料からのイオンの蛍光体層５などへの
浸入による電極間抵抗の低下により、絶縁破壊へと発展
する可能性もあり、その場合も、電気的負荷の大きな電
極端子取出部１７での発生が予想される。

【０００６】この対策として考えられるのは、電極端子
取出部１７における絶縁層３の厚さを増し、絶縁耐圧を
高めることである。例えば、図５のように、蛍光体層５
上に環状の絶縁体１９を設け、電極端子取出部１７にお
ける絶縁層厚を、絶縁層３に絶縁体１９を加えた厚さと
して増大させることが考えられる。

【０００７】ところで、図５（ａ）の場合、透明電極層
７は、蛍光体層５上に設けられ、その端部が絶縁体１９
の端部に接触する構造であることから、銀ペーストなど
の導体膜１５を、透明電極層７との電気的導通を図るた
めに、透明電極層７と絶縁体１９との接触部分を越えて
透明電極層７上のＡ点付近まで伸ばす必要がある。この
ように、導体膜１５をＡ点付近まで伸ばすことは、この
Ａ点付近での絶縁層厚が絶縁層３の厚さのみとなり、絶
縁層厚を増すために絶縁体１９を設けた意味が減じる。

【０００８】一方、図５（ｂ）は、透明電極層７を絶縁
体１９上まで形成し、導体膜１５は充分厚さのある絶縁
体１９上にて透明電極層７に接続する構造である。しか
しながら、この場合には、透明電極層７を蛍光体層５か
ら絶縁体１９にわたり連続して形成するため、蛍光体層
５と絶縁体１９との境界部分における透明電極層７の付
着面の変化するＢ点にて、透明電極層７が断線する可能
性が大きく、信頼性の低下を招くことになる。例え、Ｂ
点における境界部分での変化を小さく抑えるために、絶
縁体１９に緩やかな傾斜を設けたとしても、約１μｍと
極めて薄い透明電極層７は、付着面が変化するＢ点での
断線を避けることはできない。

【０００９】なお、特公昭５０−１９９１３号公報に
は、前記図４に示したものと同様に、図６に示すよう
に、芯材である棒状導電体２１上に、下地ほうろう層２
３、電場発光体層２５、透光性導電体層２７、透光性保
護層２９を順次積層した電場発光素子が開示されている
が、これは、透光性導電体層２７の一部の外周に、導電
性金属粉末と硝子粉末との混合により成形された耐湿性
の良好な導電性リング３１を設け、ここから電極端子を
取出すようにしている。

【００１０】しかしながら、この例でも、前記図４に示
したものと同様に、電気的負荷の大きい電極端子取出部
での絶縁層の厚さは、他の部位と同じであって全体とし
て一定であり、電極端子取出部における電極間距離を広
く取っているわけではないので、この部位にて絶縁破壊
を招く恐れがある。

【００１１】また、実公昭４１−２５９５号公報では、
図７に示すように、芯材である基体導線３３上に設けた
発光層３５とほぼ同じ厚さの絶縁層３７を、基体導線３
３上にて発光層３５の端部に連続して形成し、この絶縁
層３７上に電極端子取出部を形成する金属環３９を設け
ている。透明電極層４１は、金属環３９の一方の端部付
近にまで製膜して両者相互を電気的に導通させ、この透
明電極層４１上に透明保護層４３を形成する。

【００１２】ところが、この場合には、透明電極層４１
の金属環３９への接続端部付近は、付着面が発光層３５
から金属環３９へと変化する不連続面であり、透明電極
層４１が途切れ断線する恐れがあって、信頼性の低下を
招く。また、絶縁層３７の厚さは発光層３５とほぼ同じ
で比較的厚く形成されているが、この絶縁層３７は、絶
縁耐圧がそれほど高くない硝子などで構成されており、
発光層３５と同じ厚さでは絶縁破壊に対して不安があ
る。

【００１３】そこで、この発明は、透明電極層の断線な
どの信頼性の低下を招くことなく、電気的負荷の大きい
電極端子取出部での絶縁破壊の発生を未然に防止するこ
とを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、導電性の芯材の周囲に、絶縁
層、発光体層、透明電極層および透明保護層を順次積層
して形成し、前記芯材と透明電極との間に電場を与えて
発光体層を発光させる電場発光素子において、前記透明
電極層の一部の周囲に、電極端子を取出すための導体膜
を設け、この導体膜と芯材との間における絶縁層と発光
体層との少くともいずれか一方の厚さを、他の部位の同
厚さより厚く形成した構成としてある。

【００１５】第２に、第１の構成において、導体膜と芯
材との間における絶縁層の厚さを、他の部位の同厚さよ
り厚く形成した構成としてある。

【００１６】第３に、第２の構成において、絶縁層の厚
く形成した部位と他の部位との境界部位に、絶縁層の厚
さが漸次変化するテーパ面を設けた構成としてある。

【００１７】第４に、第２または第３の構成において、
絶縁層の厚く形成した部位は他の部位と一体化している
構成としてある。

【００１８】第５に、第２または第３の構成において、
絶縁層の厚く形成した部位は、芯材全体を覆う一定厚さ
の主絶縁層と、環状の補助絶縁層とから構成されてい
る。

【００１９】第６に、導電性の芯材の周囲に、絶縁層、
発光体層、透明電極層および透明保護層を順次積層して
形成し、前記芯材と透明電極との間に電場を与えて発光
体層を発光させる電場発光素子の製造方法において、前
記絶縁層、発光体層、透明電極層および透明保護層の各
層は、前記芯材を各層を形成するためのそれぞれの溶液
内に浸漬した状態から所定の速度で引上げることで形成
するもので、前記絶縁層については、第１の速度による
一定速度で所定位置まで引上げた後、徐々に速度を低下
させ、第２の速度になった時点で一定速度として引上げ
を完了することで形成し、この絶縁層上に発光体層およ
び透明電極層を形成した後、前記第１の速度により形成
された部位の絶縁層に対応する位置での透明電極層上
に、電極端子を取出すための導体膜を設ける製造方法と
してある。

【００２０】

【作用】このような電場発光素子によれば、導体膜と芯
材との間における絶縁層と発光体層とを合わせた厚さ
が、他の部位の同厚さより厚く形成されていることによ
り、ここでの絶縁耐圧が高まり、電気的負荷の大きい電
極端子取出部における絶縁破壊が未然に防止される。ま
た、電極端子取出部における前記厚さを他の部位より厚
くすることで、透明電極層には厚い部位と他の薄い部位
との境界部分が形成されるが、透明電極層が付着する発
光体層は連続面を構成していることから、透明電極層は
境界部分で途切れることはなく断線は回避される。

【００２１】また、導電膜と芯材との間における絶縁層
の厚さを厚くすることで、絶縁耐圧がより高まる。

【００２２】さらに、絶縁層の厚く形成した部位と他の
部位との境界部位に、厚さが漸次変化するテーパ面を設
けることで、絶縁層上に発光体層を介して形成される透
明電極層も、境界部位において緩やかに屈曲し、ここで
の透明電極層の断線の発生が確実に防止される。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００２４】図１は、この発明の第１実施例を示す電場
発光素子における電極端子取出部付近の断面図である。
この電場発光素子も、前記図４に示したものと同様に、
例えば自動車用計器における速度計や回転計などのＥＬ
指針として用いられるもので、導電性のステンレス（Ｓ
ＵＳ４２０Ｊ２）からなる直径１ｍｍの洗浄された芯材
４５の周囲に、絶縁層４７、発光体層である蛍光体層４
９、透明電極層５１、透明保護層５３が順次積層して形
成されている。

【００２５】上記各層の積層部分の指針基端側（図中で
右側）の端部において、絶縁層４７は絶縁層４７の他の
部位に比べて厚く形成してある。絶縁層４７の厚く形成
した部位４７ａと他の部位４７ｂとの境界部位４７ｃの
表面は、厚さが漸次変化するよう緩やかなテーパ面４７
ｄとしてある。このような絶縁層４７上に形成する蛍光
体層４９および透明電極層５１は、いずれも厚さが均一
であり、絶縁層４７のテーパ面に沿って製膜される。そ
して、絶縁層４７の厚く形成した部位４７ａに対応する
位置の透明電極層５１上には、メッキや銀ペーストの塗
布などによる導体膜５５が形成され、この部位が電極端
子５７を取出すための電極端子取出部５９となる。

【００２６】芯材４５にも電極端子６１が取出され、こ
の電極端子６１と前記導体膜５５上の電極端子５７との
間に交流電源６３を用いて交流電圧を印加することで、
芯材４５と透明電極層５１との間に電場が発生し、これ
により蛍光体層４９内の蛍光体が発光する。

【００２７】上記したＥＬ指針は、金属材料である導体
膜５５とＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）などから
なる透明電極層５１との抵抗値の差により電気的負荷が
高くなっている電極端子取出部５９において、二つの電
極間の間隔、つまり芯材４５と透明電極層５１との間の
間隔（膜厚）が、絶縁層４７を厚くすることで広く（厚
く）なっている。このため、この部位の絶縁耐圧が高
く、周囲の環境状況が高温多湿などとなった場合でも、
この部分での絶縁破壊を防止することができる。

【００２８】透明電極層５１は、途中に切れ目のない一
つの蛍光体層４９上に製膜されており、しかも絶縁層４
７の厚い部位４７ａと他の部位４７ｂとの境界部位４７
ｃの表面は、厚さが漸次変化するよう緩やかなテーパ面
４７ｄとしてあるので、蛍光体層４９の透明電極層５１
を形成する表面も緩やかなテーパ面であり、このため透
明電極層５１の断線の発生は確実に防止され、信頼性が
確保される。

【００２９】次に、上記したようなＥＬ指針の製造方法
を説明する。

【００３０】ここでは、芯材４５を溶液中に浸漬した状
態から引上げることで各層を順次製膜して行く、いわゆ
るディップ法を用いている。引上げ速度は、膜厚を制御
する重要な要素であり、これをコントロールすることで
絶縁層４７の膜厚を変化させる。

【００３１】まず、芯材４５をディップ装置に取り付
け、絶縁層４７を形成するための白色フッ素樹脂溶液中
に芯材４５を、電極端子取出部５９を有する指針基端側
が上部、先端側が下部となる状態で浸漬する。この状態
から芯材４５の引上げを開始するが、電極端子取出部５
９に相当する引き始め部分では、第１の速度である比較
的速い速度（約２ｍｍ／ｓｅｃ）の一定速度で引上げ、
５ｍｍほど引き上げた時点で、徐々に減速させ、第２の
速度である約１ｍｍ／ｓｅｃの速度になった時点で、再
び一定速度とする。ディップ後には、８０℃で１０分、
１７０℃で１０分それぞれ乾燥させる。

【００３２】これにより、引き始めから５ｍｍの部分
（電極端子取出部５９）で膜厚約２０μｍの一定厚、そ
の後の３ｍｍでテーパ面４７ｄを形成して徐々に膜厚が
減少し、指針部分（発光部）では、７〜８μｍの一定厚
となる。

【００３３】次に、蛍光体粉と、蛍光体粉を分散させる
分散媒質となるシアノエチルセルロースなどの樹脂の溶
液（２０重量％）とを、重量比７（蛍光体）：３（樹脂
溶液）で混合し、蛍光体層４９を形成するためのディッ
プ溶液を製作する。この溶液中に、前記絶縁層４７を製
膜した芯材４５を浸漬し、上記絶縁層４７を製膜したと
きと同様の位置から引上げを開始する。引上げ速度は、
約０．２ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で行い、ディップ後に
は、１００℃で３０分乾燥させる。これにより、約４０
μｍの一定厚の蛍光体層４９が製膜されることになる。

【００３４】蛍光体層４９上に製膜する透明電極層５１
は、ＩＴＯの微粒子膜形成用インクをディップ溶液と
し、この溶液中に浸漬した芯材４５を、前記と同様の位
置から引上げを開始する。引上げ速度は、０．１ｍｍ／
ｓｅｃの一定速度とし、その後１００℃で３０分乾燥さ
せることで、厚さ約１μｍの透明電極層５１が製膜され
る。

【００３５】そして、電極端子取出部５９における透明
電極層５１上に、銀ペーストを指針全体を回転させなが
ら塗布して導体膜５５を形成し、９０℃で２時間乾燥さ
せる。この導体膜５５上に電線を巻き付けて固定し、端
子５７として取出す。

【００３６】最後に、透明保護層５３を形成するのであ
るが、この際には上記銀ペーストの塗布工程を終了した
芯材４５を、透明紫外線硬化型エポキシ樹脂溶液に浸漬
する。引上げ開始位置は、前記絶縁層４７などを製膜し
たときの位置より指針基端側、つまり芯材４５をエポキ
シ樹脂溶液中により深く浸漬した状態とする。引上げ速
度は、約０．１ｍｍ／ｓｅｃの一定速度とし、積算紫外
線光量３０００ｍＪの照射と、１００℃で１０分の加熱
によ製膜し、厚さ約１５０μｍの透明保護層５３が作ら
れる。この層は、電極端子取出部５９から指針先端まで
の有機分散型ＥＬ素子部分を一括してモールドし、外界
の影響を防ぐとともに、電気的に外部と絶縁する。

【００３７】上記例によるＥＬ指針は、蛍光体層４９に
おける蛍光体粉を分散させる分散媒質として有機物を使
用した有機分散型としてあるが、分散媒質としてガラス
質のような無機物を使用した無機分散型でも、また分散
媒質に有機物および無機物の双方を使用した、いわゆる
有機・無機ハイブリッド型でも構わない。

【００３８】図２は、この発明の第２実施例を示す電場
発光素子における電極端子取出部５９付近の断面図であ
る。この実施例は、電極端子取出部５９における芯材４
５の周囲に補助絶縁層としての環状の絶縁膜６５を形成
し、この絶縁膜６５上および芯材４５上に通常の厚さ一
定の主絶縁層６７を製膜する。

【００３９】絶縁膜６５は、指針の先端側（図中で左
側）の端部にテーパ面６５ａが形成され、この形状に沿
って主絶縁層６７が製膜され、さらにその上に、前記図
１のもものと同様に蛍光体層４９および透明電極層５１
がそれぞれ製膜される。

【００４０】図３は、上記図２の第２実施例の変形例を
示すもので、芯材４５の周囲に厚さ一定の主絶縁層６７
を製膜した後、電極端子取出部５９における主絶縁層６
７の周囲に、上記図２におけるものと同様な環状の絶縁
膜６５を形成したものである。

【００４１】上記図２および図３の例ともに、絶縁膜６
５を設けることで、電極端子取出部５９における芯材４
５と導体膜５５との間の絶縁層厚を他の部位より厚く
し、これにより絶縁耐圧が高まり、絶縁破壊の防止が達
成される。また、透明電極層５１は、前記図１の実施例
と同様に途中に切れ目のない一つの蛍光体層４９上に製
膜されており、しかも電極端子取出部５９と他の部位と
の境界部位においては、透明電極層５１が付着する蛍光
体層４９の表面が、絶縁膜６５のテーパ面６５ａに沿っ
て緩やかに傾斜しているので、透明電極層５１の断線の
発生は防止され、信頼性が確保される。

【００４２】なお、絶縁膜６５を設けることにより、図
２の例では、主絶縁層６７を製膜するための付着面が、
絶縁膜６５と芯材４５との境界部分で変化し、また図３
の例では、蛍光体層４９を製膜する付着面が、絶縁膜６
５と主絶縁層６７との境界部分で変化するが、主絶縁層
６７および蛍光体層４９は、層厚がそれぞれ約１０μｍ
および約４０μｍと透明電極層５１の１μｍ以下に比べ
て充分に厚いので、付着面が変化しても、主絶縁層６７
（図２の場合）および蛍光体層４９（図３の場合）が断
線するようなことは回避される。

【００４３】なお、前記図１〜図３の例では、電極端子
取出部５９において、絶縁性能の高い絶縁層厚を増すこ
とで、絶縁耐圧を高めているが、絶縁層厚を一定として
蛍光体層を厚くしてもよく、また絶縁層および蛍光体層
の双方を厚くし、これらにより電極端子取出部５９の絶
縁耐圧を高めるようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、電極端子を取出すための導電膜と芯材との間にお
ける絶縁層と発光体層との少くともいずれか一方の厚さ
を、他の部位の同厚さより厚く形成したので、ここでの
絶縁耐圧が高まり、電気的負荷の大きい電極端子取出部
における絶縁破壊を未然に防止することができる。ま
た、電極端子取出部における前記厚さを他の部位より厚
くすることで、発光体層上に形成される透明電極層に
は、前記厚い部位と他の薄い部位との境界部分が形成さ
れるが、透明電極層が付着する発光体層は連続面を構成
していることから、透明電極層の前記境界部分での断線
を防止することができ、信頼性の向上を図ることができ
る。

【００４５】また、導電膜と芯材との間の絶縁層の厚さ
を、他の部位の同厚さより厚くすることにより、電極端
子取出部における絶縁耐圧をより高めることができる。

【００４６】さらに、絶縁層の厚く形成した部位と他の
部位との境界部位を、厚さが漸次変化するようテーパ面
とすることで、透明電極層も境界部位においてテーパ面
に沿って緩やかに屈曲し、透明電極層の境界部位での断
線の発生を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す電場発光素子にお
ける電極端子取出部付近の断面図である。

【図２】この発明の第２実施例を示す電場発光素子にお
ける電極端子取出部付近の断面図である。

【図３】図２の第２実施例の変形例を示す電極端子取出
部付近の断面図である。

【図４】従来例を示す電場発光素子の断面図である。

【図５】図４の従来例の電場発光素子における不具合を
解消するための具体例を示す要部の断面図である。

【図６】他の従来例を示す電場発光素子の断面図であ
る。

【図７】さらに他の従来例を示す電場発光素子の断面図
である。

【符号の説明】

４５ 芯材 ４７ 絶縁層 ４７ａ 絶縁層の厚く形成した部位 ４７ｂ 他の部位 ４７ｃ 境界部位 ４７ｄ テーパ面 ４９ 蛍光体層（発光体層） ５１ 透明電極層 ５３ 透明保護層 ５５ 導体膜 ６５ 絶縁膜（補助絶縁層） ６７ 主絶縁層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性の芯材の周囲に、絶縁層、発光体
   層、透明電極層および透明保護層を順次積層して形成
   し、前記芯材と透明電極層との間に電場を与えて発光体
   層を発光させる電場発光素子において、前記透明電極層
   の一部の周囲に、電極端子を取出すための導体膜を設
   け、この導体膜と芯材との間における絶縁層と発光体層
   との少くともいずれか一方の厚さを、他の部位の同厚さ
   より厚く形成したことを特徴とする電場発光素子。
2. 【請求項２】 導体膜と芯材との間における絶縁層の厚
   さを、他の部位の同厚さより厚く形成したことを特徴と
   する請求項１記載の電場発光素子。
3. 【請求項３】 絶縁層の厚く形成した部位と他の部位と
   の境界部位に、絶縁層の厚さが漸次変化するテーパ面を
   設けたことを特徴とする請求項２記載の電場発光素子。
4. 【請求項４】 絶縁層の厚く形成した部位は、他の部位
   と一体化していることを特徴とする請求項２または３記
   載の電場発光素子。
5. 【請求項５】 絶縁層の厚く形成した部位は、芯材の全
   体を覆う一定厚さの主絶縁層と、環状の補助絶縁層とか
   ら構成されていることを特徴とする請求項２または３記
   載の電場発光素子。
6. 【請求項６】 導電性の芯材の周囲に、絶縁層、発光体
   層、透明電極層および透明保護層を順次積層して形成
   し、前記芯材と透明電極との間に電場を与えて発光体層
   を発光させる電場発光素子の製造方法において、前記絶
   縁層、発光体層、透明電極層および透明保護層の各層
   は、前記芯材を各層を形成するためのそれぞれの溶液内
   に浸漬した状態から所定の速度で引上げることで形成す
   るもので、前記絶縁層については、第１の速度による一
   定速度で所定位置まで引上げた後、徐々に速度を低下さ
   せ、第２の速度になった時点で一定速度として引上げを
   完了することで形成し、この絶縁層上に発光体層および
   透明電極層を形成した後、前記第１の速度により形成さ
   れた部位の絶縁層に対応する位置での透明電極層上に、
   電極端子を取出すための導体膜を設けることを特徴とす
   る電場発光素子の製造方法。