JPH0815120B2 - Ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＬ（エレクトロルミ
ネッセンス）素子に関し、特に液晶表示装置（ＬＣＤ）
等に用いる発光効率の高いＥＬ素子およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子装置は、軽量、薄型、低電圧
低消費電力（電池駆動）の要求が強く、表示装置として
はＬＣＤ（液晶表示装置）の利用が増加している。とこ
ろで、ＬＣＤ自体は光を発生しないので、視認性を改良
するためＥＬ素子のバックライトを採用するようになっ
てきた。

【０００３】このような光源としては、薄く、軽量に、
低価格でという要求が強い。厚膜ＥＬ素子は、たとえば
蛍光燈や電球に比べて薄くすることができ、消費電力の
低い面発光光源である。

【０００４】図２に従来の技術によるＥＬ素子の例を概
略的に示す。アルミニウム箔で形成された背面電極１の
上に、樹脂絶縁層１０が形成されている。この樹脂絶縁
層１０は、高誘電率有機樹脂（以下バインダとよぶ）を
溶剤に溶き、チタン酸バリウム粉末を分散し、インク状
にして背面電極１の上に印刷等の方法で塗布し、乾燥す
ることによって形成できる。

【０００５】この樹脂絶縁層１０の上に、ＥＬ発光層３
および透明電極４が形成されている。ＥＬ発光層３は、
上述同様のバインダに蛍光体粉末を分散し、インク状と
して塗布した後、乾燥することによって形成できる。

【０００６】また、透明電極４は、同様のバインダにＩ
ＴＯ（インジウム錫酸化物）粉末を分散し、インク状に
して塗布、乾燥することによって得られる。背面電極１
および透明電極４からリード線５を導出し、本体部分は
防湿性の高いフィルムでパッケージし、ＥＬ素子が形成
される。

【０００７】チタン酸バリウムは、大きな誘電率を有す
る。したがって、電極間にチタン酸バリウムの層を形成
しても、チタン酸バリウムの層によって降下する電圧は
小さい。このため、ＥＬ発光層に十分な電圧を印加する
ことができ、高い輝度を得やすい。

【０００８】しかしながら、アルミニウム層表面にチタ
ン酸バリウム層を形成するためには、塗布工程等を行う
必要があり、絶縁層の厚さの減少には限界がある。ま
た、塗布工程で起こる塗布ムラにより、いわゆる「はじ
き」を生じ、発光ムラが発生する。

【０００９】アルミニウム箔表面をアルマイト皮膜で覆
い、このアルマイト皮膜で上述のチタン酸バリウム層を
置き換える技術が提案されている。

【００１０】特開昭６４−１０５９７号公報は、アルミ
ニウム箔を陽極酸化し、片面にアルマイト処理した絶縁
層を形成したアルミニウム箔を背面電極とした電界発光
灯を開示する。

【００１１】特開平１−２０９６９３号公報は、アルミ
ニウム箔表面にアルマイト層と白色コート層を形成した
分散型エレクトロルミネッセンスパネル用アルミニウム
積層体を開示する。

【００１２】特開平１−２２５０９７号公報は、アルミ
ニウム箔表面を陽極酸化し、多孔質酸化皮膜を形成した
分散型ＥＬ素子を開示する。

【００１３】これらの技術は、背面電極であるアルミニ
ウム箔をアルマイト加工して表面にアルマイト皮膜を形
成し、このアルマイト皮膜を絶縁層として用いるもので
ある。

【００１４】アルミニウム箔表面のアルマイト皮膜は、
チタン酸バリウムの絶縁層と比べて安価に製作でき、同
等の発光効率と輝度を有するＥＬ素子を得ることができ
る。また、アルマイト皮膜を備えたアルミニウム箔は密
着性に優れる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミサッシ
やアルミホイール等の表面処理にも古くから用いられる
アルマイト加工は、「アルミニウムハンドブック」軽金
属協会 昭和３８年発行、第８２０−８２１頁等にも記
載されているように、硫酸等の酸性水溶液中で陽極酸化
して６μｍ〜数百μｍの多孔質皮膜を形成する方法であ
る。

【００１６】アルマイト層は、絶縁耐圧が低く、電界強
度の増加とともに漏れ電流が大きくなる。したがって、
発光効率が上げられないと同時にＥＬ素子としての耐圧
も低く、実用上問題があった。また、中性の電解液を用
い、無孔質の皮膜を得る方法も考えられるが、チタン酸
バリウムの絶縁層と比べ、発光効率は良いが、輝度が若
干低下するし、場合によってははじきが見られることが
ある。

【００１７】本発明の目的は、安定な絶縁層を有し、発
光ムラがなく、かつ発光効率の高いＥＬ素子であって、
ハジキの少ないＥＬ素子を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のＥＬ素子は、ア
ルミニウム箔と、該アルミニウム箔表面に陽極酸化によ
って形成した緻密な無孔質酸化アルミニウムを含むバリ
ヤ型皮膜と、該皮膜上に直接形成したＥＬ発光層と、該
ＥＬ発光層上に形成した透明電極とを含み、緻密な無孔
質酸化アルミニウムを含むバリヤ型皮膜は、表層に水和
酸化物を有するものである。

【００１９】本発明のＥＬ素子の製造方法は、アルミニ
ウム箔を５０℃以上の温度に加熱した純水に浸漬して水
和酸化物を形成する工程と、該アルミニウム箔を中性電
解液中で陽極酸化し、表面に緻密な無孔質酸化アルミニ
ウムのバリヤ型皮膜を形成する工程と、該バリヤ型皮膜
上に直接ＥＬ発光層、透明電極層を形成する工程とを有
する。

【００２０】

【作用】アルミニウム箔表面に陽極酸化によって形成さ
れた緻密な無孔質酸化アルミニウムは、多孔質酸化アル
ミニウムと比べ、高い絶縁性を有する。また、密度が高
いこと等により、高い発光効率を可能とする。

【００２１】無孔質酸化アルミニウムの表層に、水和酸
化物を形成しておく理由は、ＥＬ発光層形成時の濡れ等
が改善され、このため、はじきを防止し、発光ムラを減
少させることができるからであり、さらに輝度および発
光効率を向上することができるからである。

【００２２】アルミニウム箔を５０℃以上の温度に加熱
した純水に浸積することにより、アルミニウム箔表面に
は起毛を有するアルミニウム水和酸化物が形成される。
この水和酸化物を形成したアルミニウム箔を中性水溶液
中で陽極酸化すると、水和酸化物が次第に脱水し、結晶
性酸化物に変わり、アルミニウム箔表面のアモルファス
Ａｌ₂ Ｏ₃ の大部分はγ型および／またはγ′型の孔の
ない緻密なＡｌ₂ Ｏ₃結晶からなるバリヤ型皮膜に転移
する。

【００２３】表面に水和酸化物を残存させることによ
り、ＥＬ層形成時のバインダとの濡れ性を改良し、はじ
きをなくし発光ムラを低減することができる。

【００２４】

【実施例】図１に本発明の実施例によるＥＬ素子を概略
的に示す。アルミニウム箔等のアルミニウム層を有する
背面電極１の表面に、陽極酸化により、緻密な孔のない
結晶性のＡｌ₂ Ｏ₃ 膜２が形成されている。

【００２５】無孔質緻密結晶性Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜２の上にＥ
Ｌ発光層３が形成され、さらにその上に透明電極４が形
成されている。背面電極１および透明電極４からリード
線５が導出される。ＥＬ素子本体部分は、たとえば防湿
性の高いフィルムでパッケージされる。

【００２６】たとえば、背面電極１は、厚さ約８０μｍ
のアルミニウム箔で形成され、その表面に形成される無
孔質緻密結晶性Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜２は、約０．１０〜０．４
５μｍの厚さを有する。この無孔質緻密Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜２
は、γ型、γ′型または両者の混合で形成される。

【００２７】無孔質緻密Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜表面には、水和酸
化物の薄い層が形成されている。

【００２８】アルミニウム箔１表面に無孔質緻密Ａｌ₂
Ｏ₃ 膜２を形成する工程を以下説明する。

【００２９】準備したアルミニウム箔を、５０℃以上、
好ましくは９０℃以上に加熱した蒸留水中に浸積する。
蒸留水中に浸積されたアルミニウム箔表面には、起毛を
有するアルミニウムの水和酸化物が形成される。なお、
蒸留水の代わりにイオン交換水等、他の純粋を用いても
よいことは自明であろう。

【００３０】なお、蒸留水中に濃度１ｐｐｍ〜１００ｐ
ｐｍの燐酸もしくは燐酸塩を添加することもできる。燐
酸もしくは燐酸塩を添加すると、水和ムラがなくなり、
さらに輝度の高いＥＬ素子を形成することができる。

【００３１】また、蒸留水中にＭｎ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｎ
ｄ、Ｄｙ等の希土類等の付活剤を添加することもでき
る。これらの付活剤は、生成される膜中に均一に分散
し、結果としてＥＬ素子の輝度を向上する。

【００３２】表面に水和酸化物を形成したアルミニウム
箔を、ｐＨ５〜８の硼酸アンモニウム系水溶液、燐酸ア
ンモニウム系水溶液、アジピン酸アンモニウム系水溶液
等の無機、または有機酸塩の中性水溶液中で陽極酸化す
る。

【００３３】陽極酸化により、水和酸化物は次第に脱水
し、またアルミニウム箔表面のアモルファスＡｌ₂ Ｏ₃
が転移し、その大部分がγ型および／またはγ′型の無
孔質で緻密な結晶性Ａｌ₂ Ｏ₃ からなるバリヤ型皮膜と
なる。

【００３４】重要なことは、水和処理しないで陽極酸化
を行った場合、または水和処理を行っても酸性水溶液中
で陽極酸化した場合には、上述の性質を有するバリヤ型
皮膜を得ることはできないことである。

【００３５】したがって、始めに水和処理を行い、続い
て中性水溶液中で陽極酸化することが必要である。

【００３６】バリヤ型皮膜の表面には、０．１μｍ〜
０．５μｍの極めて薄い水和酸化物を残存させることが
好ましい。

【００３７】このような陽極酸化膜面上の水和酸化物
は、ＥＬ層形成時のバインダとの濡れ性を改善し、はじ
きをなくし、発光ムラをなくすのに有効である。

【００３８】アルミニウム箔を５０℃以上の蒸留水中に
浸積する工程は、上述のように水和酸化物を形成するた
めであり、この水和酸化物は次工程の陽極酸化によって
表面に極めて薄い水和酸化物の残存したγ型および／ま
たはγ′型の緻密な無孔質Ａｌ₂ Ｏ₃ 結晶酸化物を作成
可能とする。

【００３９】微細な擬似ベーマイト結晶が脱水される
と、γ−（あるいはγ′−）アルミナ微結晶がアノード
酸化により成長するバリヤ−皮膜に封入され、無定形か
らγ′−アルミナへの相転移の核として作用する。

【００４０】酸化アルミニウムは、アルミニウム素地・
酸化皮膜界面および酸化皮膜・電解液界面の両方から形
成される。作成される結晶酸化物の層は、緻密なバリヤ
型であり、耐電圧性に優れ、静電容量が高く、過電圧が
かかっても容易には破壊されない。

【００４１】陽極酸化の工程中、中性水溶液で構成され
た電解液に印加する電圧は、７０〜３００Ｖが好まし
い。電解電圧は高い方が発光効率がよいが、３００Ｖを
越えると水和酸化物の層がほとんどなくなってしまう。
水和酸化物の層がなくなると、はじきが発生する。

【００４２】また、３００Ｖを越えると結晶酸化物の層
が厚くなりすぎると、結晶酸化物の層による電圧降下に
より、発光効率や輝度の低下を招く。

【００４３】７０Ｖより低いと、耐電圧性が極端に低下
し、１００Ｖ程度の実用電圧以上の電圧が印加される
と、短絡を生じやすく、ＥＬ素子としての機能を十分に
果たすことができなくなる。

【００４４】また、陽極酸化時の電流密度は、０．１〜
５Ａ／ｄｍ² 、定電圧移行後の降下電流値は１．０〜５
Ａ／ｄｍ² が好ましい。電解浴温度は、常温〜９０℃が
好ましい。ただし、これらの条件は制限的なものではな
い。

【００４５】中性電解液中で電解する理由は、緻密なバ
リヤ型皮膜を形成するためである。アルマイト処理のよ
うに、酸性電解液で電解すると、形成される酸化物膜は
多孔質の皮膜になる。無孔質の緻密なバリヤ型皮膜を形
成することにより、耐電圧や発光効率の優れたＥＬ素子
が得られる。

【００４６】バリヤ型皮膜の厚さは、０．１０〜０．４
５μｍ程度が好ましい。０．４５μｍを越える厚さの場
合、バリヤ型皮膜中の電圧降下が大きくなり、輝度が低
下する。０．１０μｍより薄いバリヤ型皮膜の場合は、
耐電圧性が低下しやすい。

【００４７】上述のように、バリヤ型皮膜を形成したア
ルミニウム箔表面に、直接ＥＬ発光層および透明電極を
形成する。

【００４８】たとえば、シアノエチルプルランやシアノ
エチルホバル等のバインダに蛍光体を分散し、ＤＭＦ
（ジメチルホルムアシド）等の溶剤を加えてインク状と
したＥＬ発光剤を、バリヤ型皮膜上に塗布する。塗布し
た膜を乾燥することによって、ＥＬ発光層を形成する。

【００４９】ＩＴＯ粉末にシアノエチルプルランと共
に、ＤＭＦ等の溶剤を加えてインク状とした透明電極剤
を形成し、透明電極剤をＥＬ発光層上に塗布し、続いて
乾燥する。

【００５０】このように形成した構造に対し、電圧を印
加する機構を設ける。たとえば、背面電極であるアルミ
ニウム箔と、透明電極からリード線を導出し、図１に示
すような構造を形成する。さらに、ＥＬ素子本体を防湿
フィルムのパッケージに収容する。

【００５１】なお、透明電極層として、ポリエステル表
面にＩＴＯを蒸着したフィルムを用いることもできる。

【００５２】上述の実施例によれば、絶縁層の形成に塗
布工程を用いることなく、かつ同等以上の特性を得るこ
とが可能である。陽極酸化皮膜形成は、絶縁層塗布と比
べ、必要な材料費、手間が軽減できる。また、製造原価
を低減することもできる。

【００５３】また、多孔質酸化アルミニウムのアルマイ
ト層を形成する場合と比べ、無孔質、緻密酸化アルミニ
ウム層を形成することにより、耐電圧性を大幅に向上す
ることができる。また、漏れ電流の減少により、発光効
率を向上することができる。

【００５４】以下、上述の実施例にしたがい、ＥＬ素子
を形成した例について説明する。純度９９．９９％のア
ルミニウム箔を多数準備した。沸騰蒸留水、または１０
ｐｐｍの燐酸を加えた沸騰蒸留水の中に、アルミニウム
箔を約５分浸積して、表面にアルミニウム水和酸化物の
層を約０．３μｍ形成した。

【００５５】これらのアルミニウム箔を陽極および陰極
とし、硼酸アンモニウム水溶液中で陽極酸化を行った。
陽極酸化の条件は、硼酸アンモニウム濃度は約０．２ｍ
ｏｌ／ｌであり、印加電圧約２５０Ｖ、電流密度約０．
８Ａ／ｄｍ² であった。

【００５６】このようにして、表面に水和酸化物層が約
０．１μｍ残存した厚さ約０．３μｍの無孔質緻密Ａｌ
₂ Ｏ₃ 結晶酸化物層を形成した。

【００５７】このようにして、準備した絶縁層を備えた
アルミニウム箔上に発光層、および透明導電フィルムの
透明電極を形成した。このようにして作成したＥＬ素子
の性能を表１に示す。

【００５８】

【表１】 表１中、第１例のチタン酸バリウムのサンプルは従来技
術に従うものであり、第２例以下の他のサンプルは本発
明の実施例に従ってバリヤ型皮膜を形成したものであ
る。「ボイル」の表記はボイル後、陽極酸化したものを
指す。

【００５９】本発明の実施例に従って作成したＥＬ素子
は、いずれも発光効率が優れ、はじきがなく、過電圧が
かかっても絶縁層が破壊されないことが確認できた。

【００６０】また、Ｘ線解析により測定した結果、アル
ミニウム表面に形成された皮膜は、水和酸化物層がベー
マイトであり、Ａｌ₂ Ｏ₃ 層はγ型またはγ′型の酸化
アルミニウムであることが確認できた。

【００６１】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえ
ば、ＬＣＤ装置のバックライト用光源の他、パネル用光
源等種々の用途のＥＬ素子を同様に作成することができ
る。たとえば、アルミニウム箔の代わりにアルミニウム
板を使用することもできる。透明電極として、印刷塗布
したＩＴＯ粉末の代りに、ポリエステルフィルムにＩＴ
Ｏを蒸着した透明導電フィルムを用いることもできる。
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なこと
は当業者に自明であろう。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルミニウム箔表面に、絶縁膜として無孔質緻密酸化ア
ルミニウム結晶の皮膜を形成することにより、簡単な工
程で製造でき、耐電圧性が高く、高い発光効率のＥＬ素
子を提供することができる。

【００６３】さらに、ＥＬ素子の発光ムラを低減するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるＥＬ素子の概略的断面図
である。

【図２】従来技術によるＥＬ素子の概略的断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 背面電極（Ａｌ箔） ２ 無孔質緻密結晶性Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜 ３ ＥＬ発光層 ４ 透明電極 ５ リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田谷 周一 神奈川県横浜市緑区荏田南２−17−８ 志 村マンション405 (72)発明者 飯田 豊志 茨城県つくば市緑ケ丘44−15 (72)発明者 佐藤 恵二 茨城県つくば市稲荷前８−５−203 (72)発明者 高橋 守 群馬県山田郡大間々町1727−３ (72)発明者 山川 禎康 山形県長井市寺泉5526番地４号 (72)発明者 大沢 俊一 山形県長井市十日町二丁目１番12号 (56)参考文献 特開 昭64−10597（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205989（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−8898（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム箔と、 該アルミニウム箔表面に陽極酸化によって形成し、表層
   に水和酸化物を有する緻密な無孔質酸化アルミニウムを
   含むバリヤ型皮膜と、 該皮膜上に直接形成したＥＬ発光層と、 該ＥＬ発光層上に形成した透明電極とを含むＥＬ素子。
2. 【請求項２】 上記無孔質酸化アルミニウムはγ型、
   γ′型または両者の混合である請求項１記載のＥＬ素
   子。
3. 【請求項３】 上記バリヤ型皮膜は、０．１０〜０．４
   ５μｍの厚さで、その表層には厚さ０．０５μｍ以下の
   水和酸化物を有する請求項１ないし２記載のＥＬ素子。
4. 【請求項４】 アルミニウム箔を５０℃以上の温度に加
   熱した純水に浸漬して水和酸化物を形成する工程と、 該アルミニウム箔を中性電解液中で陽極酸化し、表面に
   緻密な無孔質酸化アルミニウムのバリヤ型皮膜を形成す
   る工程と、 該バリヤ型皮膜上に直接ＥＬ発光層、透明電極層を形成
   する工程とを有するＥＬ素子の製造方法。
5. 【請求項５】 上記純水に燐酸、燐酸塩の少なくとも一
   種を添加することを特徴とする請求項４記載のＥＬ素子
   の製造方法。
6. 【請求項６】 上記純水に付活剤を添加することを特徴
   とする請求項４記載のＥＬ素子の製造方法。