JPH08190801A - Electrochemical light emitting device - Google Patents

Electrochemical light emitting device

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Publication number
JPH08190801A
JPH08190801A JP7003063A JP306395A JPH08190801A JP H08190801 A JPH08190801 A JP H08190801A JP 7003063 A JP7003063 A JP 7003063A JP 306395 A JP306395 A JP 306395A JP H08190801 A JPH08190801 A JP H08190801A
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JP
Japan
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electrode
electrochemiluminescent
electrodes
light emitting
substance
Prior art date
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Application number
JP7003063A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Chokai
実 鳥海
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08190801A publication Critical patent/JPH08190801A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a new light emitting device by arranging a light emitting medium containing an electrochemical light emitting substance between two confronting electrodes set with a predetermined electrode spacing so as to generate electrochemical light emission efficiently. CONSTITUTION: An inside electrode wiring film 6 whose both ends are composed of an electrode portion 6a and a terminal portion 6b and an outside electrode wiring film 7 composed of partially opened doughnut-like electrode 7a and a terminal portion 7b are formed concentrically on the insulation layer 2 of a board 1. The wiring films 6, 7 are covered by an insulation film 8 so as to expose the electrode portions and the terminal portions thereof, a lid member 18 is arranged on the insulation film 8 via an O ring 16 arranged outside the electrode portion 7a, and the liquid 17 of an electrochemical light emitting substance, such as pyrene or the like is filled in the inside space thereof. Since the shortest time for ions generated at one side electrode to reach the confronting electrode is expressed by t=d<2> /(D: diffusion constant), an electrochemical light emitting efficiency is improved by setting an electrode spacing (d) so that the (t) is less than the mean lifetime of the ions.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応を利用し
た新規な発光デバイスに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel light emitting device utilizing an electrochemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】ある種の有機物や金属錯体の溶液を電解
すると、酸化還元反応によって生じた陽イオンと陰イオ
ンが溶液中で反応する結果、陰イオンの電子が陽イオン
の励起準位に移動して励起状態となり、その輻射遷移に
よって発光(電気化学発光)が現われることがある。こ
の種の電気化学発光を起こす物質としては、例えばアン
トラセン、ルブレン、ペリレン、ピレン等の芳香族炭化
水素や、イソベンゾフラン、イソインドール、カルバゾ
ール、チアンスレン、ルミゲニン等の複素環式化合物の
ほか、ルテニウム(トリス−2、2’−ビピリジン)(II)
錯体等の金属錯体などが知られている(昭和59年技報
堂発行藤嶋昭ほか「電気化学測定法(上)」第369頁〜
第370頁参照)。同様の発光現象は、例えばナトリウ
ム−β−アルミナやヨウ化銀−モリブデン酸銀などの無
機材料又はポリマーのエチレンオキシドなどの有機材料
を利用して固体電解質を形成した場合にも現われること
がある。もっとも、電気化学発光は、その効率が極めて
低いため、それを発光デバイスとして積極的に利用しよ
うとする試みは、これまで全くなされていないのが実情
である。
2. Description of the Related Art When a solution of a certain organic substance or metal complex is electrolyzed, the cation and anion generated by the redox reaction react in the solution, and as a result, the electron of the anion moves to the excited level of the cation. Then, it becomes an excited state, and luminescence (electrochemiluminescence) may appear due to the radiative transition. Examples of substances that cause this type of electrochemiluminescence include aromatic hydrocarbons such as anthracene, rubrene, perylene, and pyrene, and heterocyclic compounds such as isobenzofuran, isoindole, carbazole, cyananthrene, and lumigenin, and ruthenium ( (Tris-2,2'-bipyridine) (II)
Metal complexes such as complexes are known (Showa 59, Gihodo Akira Fujishima et al., "Electrochemical measurement method (1)", page 369-
See page 370). Similar light emission phenomenon may appear when a solid electrolyte is formed using an inorganic material such as sodium-β-alumina or silver iodide-silver molybdate or an organic material such as polymer ethylene oxide. However, since the efficiency of electrochemiluminescence is extremely low, no attempt has been made so far to positively utilize it as a light-emitting device.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ディスプレイ用の光源
などに利用することができる公知の発光デバイスとして
は、発光ダイオード、半導体レーザ、エレクトロルミネ
ッセンス、プラズマディスプレイ、ブラウン管、螢光表
示管などがあるが、本発明は、これらの発光デバイスと
は動作原理が全く異なる新規な発光デバイスを提供する
ことを目的とするものである。
Known light emitting devices that can be used as light sources for displays include light emitting diodes, semiconductor lasers, electroluminescence, plasma displays, cathode ray tubes, and fluorescent display tubes. An object of the present invention is to provide a novel light emitting device whose operation principle is completely different from those of these light emitting devices.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者は、電気化学発
光物質を含む発光媒体を互いに対向する二つの電極間に
配置した素子を試作して実験を行なった結果、一方の電
極で発生したイオンが拡散して他方の電極に到達するま
での最短時間が発光媒体中におけるイオンの平均寿命以
下となるように電極間隔を設定した場合、電気化学発光
が効率良く発生することを見い出した。
Means for Solving the Problems The present inventor experimentally produced a device in which a luminescent medium containing an electrochemiluminescent substance was disposed between two electrodes facing each other, and as a result, an experiment was conducted. It was found that the electrochemiluminescence efficiently occurs when the electrode interval is set so that the shortest time for the ions to diffuse and reach the other electrode is equal to or less than the average life of the ions in the luminescent medium.

【0005】従来の化学実験等において見られる電気化
学発光の効率が低い理由は、次の通りであると考える。
即ち、電気化学発光物質の溶液中に陽極及び陰極を配置
して直流電圧を掛けると、陽極で発生した陽イオンと陰
極で発生した陰イオンが対向電極に向かって拡散・移動
するが、溶液を静止状態においた場合、一方の電極で発
生したイオンが他方の電極(対向電極)に到達するまで
の最短時間tは、次の式(1)によって与えられる。
The reason why the efficiency of electrochemiluminescence observed in conventional chemical experiments is low is considered as follows.
That is, when an anode and a cathode are placed in a solution of an electrochemiluminescent substance and a DC voltage is applied, cations generated at the anode and anions generated at the cathode diffuse and move toward the counter electrode, but the solution is In the stationary state, the shortest time t for the ions generated at one electrode to reach the other electrode (counter electrode) is given by the following equation (1).

【0006】[0006]

【数1】 t=d2/D ・・・・(1) 但し、d:電極間隔 D:拡散定数 通常の電気化学発光物質の拡散定数Dは、多くとも1/
105cm2/s程度であるから、電極間隔dが例えば1
cmである場合のイオン到達最短時間tは、少なくとも
105s程度(約30時間)となる。もっとも、陽イオン
及び陰イオンは互いに逆方向に移動する性質があるた
め、両者が遭遇するまでの時間は、平均的に見て30時
間よりも少ないと言えるが、それでも約104s(約3時
間)を下回ることは、原理的に不可能である。
## EQU1 ## t = d 2 / D (1) where d: electrode spacing D: diffusion constant The diffusion constant D of a normal electrochemiluminescent substance is at most 1 /
Since it is about 10 5 cm 2 / s, the electrode spacing d is, for example, 1
The shortest ion arrival time t in the case of cm is at least about 10 5 s (about 30 hours). However, since the cations and anions have the property of moving in opposite directions to each other, it can be said that the time required for them to encounter on average is less than 30 hours, but it is still about 10 4 s (about 3 s). It is impossible in principle to fall below the (time).

【0007】一方、溶液中の陽イオン及び陰イオンは、
イオン化していない発光物質の分子と衝突したり、電極
面又は溶媒中に存在する不所望の酸化物質や還元物質と
反応するなどの原因によって早期に消滅する。その確率
を考慮してイオンの平均寿命を推定すると、その値は多
くとも数ms程度である。このため、溶液中のイオンが
その寿命中に反対極性のイオンと遭遇して反応する確率
は極めて低く、それが発光効率を低下させる主な原因に
なっているものと考えられる。なお、発光媒体として電
気化学発光物質の固体電解質を用いた場合は、イオンの
拡散定数が更に小さくなるため、発光効率は一層低くな
る。
On the other hand, the cations and anions in the solution are
It disappears early due to collision with molecules of the non-ionized luminescent substance or reaction with undesired oxidizing or reducing substances present on the electrode surface or in the solvent. When the average lifetime of ions is estimated in consideration of the probability, the value is at most about several ms. Therefore, the probability that the ions in the solution will encounter and react with ions of the opposite polarity during their lifetime is extremely low, which is considered to be the main cause of lowering the luminous efficiency. When a solid electrolyte of an electrochemiluminescent substance is used as the luminescent medium, the diffusion constant of ions becomes smaller, and the luminous efficiency becomes even lower.

【0008】しかし、現在の微細加工技術によれば、イ
オン到達最短時間tがイオンの平均寿命以下となるよう
に電極間隔を微細に設定することが容易に可能であり、
電極間隔dを例えば1μmに設定した場合は、イオン到
達最短時間tが約1msとなってイオンの平均寿命(数
ms)を充分に下回る結果、陽イオン及び陰イオンが反
対極性のイオンと遭遇する確率が増加して電気化学発光
効率を格段に改善させることができる。
However, according to the current fine processing technology, it is possible to easily set the electrode interval finely so that the shortest ion arrival time t is equal to or shorter than the average life of the ions.
When the electrode interval d is set to, for example, 1 μm, the shortest ion arrival time t is about 1 ms, which is sufficiently shorter than the average life of the ions (several ms), and as a result, cations and anions encounter ions of opposite polarities. The probability can be increased and the electrochemiluminescent efficiency can be significantly improved.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明に係る電気化学発光デバイスを
図面に示した幾つかの実施例を参照して更に詳細に説明
する。なお、図1〜図11において用いた同一の記号
は、同一物又は類似物を示すものとする。
The electrochemiluminescent device according to the present invention will be described in more detail below with reference to some embodiments shown in the drawings. The same symbols used in FIGS. 1 to 11 indicate the same or similar items.

【0010】〈実施例1〉本実施例の電気化学発光デバ
イスは、同一基板上に形成した同心円状の二つの電極を
備えたもので、図1及び図2はその製作工程、図3は最
終製品の構造を示す。先ず、図1aに示すように、シリ
コン基板1の表面を酸化して厚さ0.5μmの絶縁層2
を形成した後、同絶縁層の上にポジ型電子線レジストを
塗布することにより、厚さ1.5μmのレジスト層3を
形成した(図1b)。次に、電子線描画装置により、レ
ジスト層3に所望の配線パターンを露光した後、適当な
現像処理を施することにより、感光されたレジスト材料
を絶縁層2から除去した(図1c)。続いて、レジスト
層3をマスクとして厚さ0.5μmの金蒸着膜5を形成
した後(図1d)、レジスト剥離液を用いて不要な蒸着
膜をレジストとともに除去することにより、内側電極用
配線膜6及び外側電極用配線膜7をそれぞれ形成した
(図1e)。なお、図3に示すように、内側配線膜6
は、その両端が電極部6a及び端子部6bとなる短冊状
のものであり、外側配線膜7は、内側配線膜6の電極部
6aを包囲する一部開口ドーナッツ状の電極部7aと当
該電極部に連接する短冊状の端子部7bからなるもので
ある。
Example 1 The electrochemiluminescent device of this example is provided with two concentric electrodes formed on the same substrate. FIGS. 1 and 2 show the manufacturing process thereof, and FIG. 3 shows the final process. The structure of the product is shown. First, as shown in FIG. 1a, the surface of the silicon substrate 1 is oxidized to form an insulating layer 2 having a thickness of 0.5 μm.
Then, a positive electron beam resist was applied on the insulating layer to form a resist layer 3 having a thickness of 1.5 μm (FIG. 1b). Then, the resist layer 3 was exposed to a desired wiring pattern by an electron beam drawing apparatus, and then an appropriate developing process was performed to remove the exposed resist material from the insulating layer 2 (FIG. 1c). Then, after forming the gold vapor deposition film 5 with a thickness of 0.5 μm using the resist layer 3 as a mask (FIG. 1d), the unnecessary vapor deposition film is removed together with the resist by using a resist stripping solution, so that the inner electrode wiring is formed. The film 6 and the outer electrode wiring film 7 were formed (FIG. 1e). As shown in FIG. 3, the inner wiring film 6
Is a strip shape having both ends thereof as an electrode portion 6a and a terminal portion 6b, and the outer wiring film 7 includes a partially-opened donut-shaped electrode portion 7a surrounding the electrode portion 6a of the inner wiring film 6 and the electrode. It is composed of a strip-shaped terminal portion 7b connected to the portion.

【0011】電極用配線膜6,7を形成した後の工程を
図2に示す。先ず、図2aに示すように、電極用配線膜
6,7及び絶縁層2の全面に厚さ0.5μmの二酸化シ
リコンの絶縁膜8を形成した後、同絶縁膜の表面にポジ
型電子線レジスト層9を形成した(図2b)。次に、電
子線描画装置により、レジスト層9に所望の電極パター
ンを露光した後、適当な現像処理を施すことにより、電
極用配線膜6,7のうち、電極部及び端子部となる部分
(図3参照)のレジスト材料を除去した(図2c)。そ
して、このレジスト層をマスクとして弗酸水溶液で絶縁
膜8を選択的にエッチングすることにより、図2dに示
す電極部6a,7a及び端子部6b,7b(図2dには
示さず)を露出させた後、レジスト9を剥離することに
より、図2eに示した中間構造物を得た。
FIG. 2 shows the steps after forming the electrode wiring films 6 and 7. First, as shown in FIG. 2A, an insulating film 8 of silicon dioxide having a thickness of 0.5 μm is formed on the entire surfaces of the electrode wiring films 6 and 7 and the insulating layer 2, and then a positive electron beam is applied to the surface of the insulating film. A resist layer 9 was formed (Fig. 2b). Next, a desired electrode pattern is exposed on the resist layer 9 by an electron beam drawing apparatus, and then an appropriate development process is performed, so that portions of the electrode wiring films 6 and 7 that will be electrode portions and terminal portions ( The resist material (see FIG. 3) was removed (FIG. 2c). Then, by selectively etching the insulating film 8 with an aqueous solution of hydrofluoric acid using this resist layer as a mask, the electrode portions 6a, 7a and the terminal portions 6b, 7b (not shown in FIG. 2d) shown in FIG. 2d are exposed. After that, the resist 9 was peeled off to obtain the intermediate structure shown in FIG. 2e.

【0012】この中間構造物は、図3に示すように、一
点鎖線(図3a参照)で表示した中間領域が絶縁膜8に
よって覆われ、かつ、両端の電極部6a,7a及び端子
部6b,7bが露出している電極用配線膜6,7を有す
るものである。なお、内側電極用配線膜6の電極部6a
は、直径2μmの円形に形成し、外側電極用配線膜7の
電極部7aは、外径10μm、内径6μmのドーナッツ
状に形成した。両電極部6a.7aの間隔は2μmとし
た。18は、透明ガラスからなる蓋部材であって、外側
電極部7aの更に外側に配設したOリング16を介して
絶縁膜8上に設置されている。蓋部材18が構成する内
部空間には、ピレンからなる電気化学発光物質の溶液1
7を充満させた。なお、本実施例では、複雑化を避ける
ため、1個の発光デバイスのみを示したが、実際には、
半導体加工技術を応用して複数の発光デバイスを同時に
製作し、Oリング及び蓋部材は、これらの複数の発光デ
バイスを包括して配設するものとした。電極材料は、金
の他、目的に応じて白金、透明導電性物質、半導体物質
等を用いることも可能である。
In this intermediate structure, as shown in FIG. 3, the intermediate region indicated by the alternate long and short dash line (see FIG. 3a) is covered with the insulating film 8, and the electrode portions 6a, 7a and the terminal portions 6b at both ends are 7b has the electrode wiring films 6 and 7 exposed. The electrode portion 6a of the inner electrode wiring film 6
Was formed in a circular shape having a diameter of 2 μm, and the electrode portion 7a of the outer electrode wiring film 7 was formed in a donut shape having an outer diameter of 10 μm and an inner diameter of 6 μm. Both electrode portions 6a. The interval of 7a was 2 μm. Reference numeral 18 is a lid member made of transparent glass, and is placed on the insulating film 8 via an O-ring 16 arranged further outside the outer electrode portion 7a. In the inner space formed by the lid member 18, the solution 1 of the electrochemiluminescent substance composed of pyrene is formed.
Filled 7. In this embodiment, only one light emitting device is shown to avoid complication, but in reality,
A plurality of light emitting devices were manufactured at the same time by applying the semiconductor processing technology, and the O-ring and the lid member were arranged so as to include these plurality of light emitting devices. As the electrode material, platinum, a transparent conductive material, a semiconductor material or the like can be used in addition to gold, depending on the purpose.

【0013】本発明者は、このように製作した発光デバ
イスの端子部6b,7bに4.3Vの直流電圧を印加す
ることにより、電気化学発光物質溶液17に電気化学反
応を起こさせた結果、青色の発光を観測することができ
た。発光効率は、電極間隔が小さければ小さいほど高
く、かつ、単位光束当たりの消費電力も少なくなること
を確認した。
The inventor of the present invention applies a direct current voltage of 4.3 V to the terminal portions 6b and 7b of the light emitting device thus manufactured to cause an electrochemical reaction in the electrochemiluminescent substance solution 17, and A blue emission could be observed. It was confirmed that the smaller the electrode spacing, the higher the luminous efficiency, and the smaller the power consumption per unit luminous flux.

【0014】〈実施例2〉図4に示した実施例は、溶液
状の電解質の代わりに固体電解質を用いた電気化学発光
デバイスである。本実施例の発光デバイスは、実施例1
の場合と同じ手順で内側電極部6a及び外側電極部7a
を形成した後、有機溶媒に溶かした有機固体電解質を両
電極部をまたいで塗布して乾燥させることにより、固体
電解質膜19を形成したものである。固体電解質は、隔
壁としての機能、高温安定性、漏液の心配がないなどの
利点がある。
Example 2 The example shown in FIG. 4 is an electrochemiluminescent device using a solid electrolyte instead of a solution electrolyte. The light emitting device of this example is the same as that of Example 1.
In the same procedure as in the above case, the inner electrode portion 6a and the outer electrode portion 7a
After forming, the solid electrolyte membrane 19 is formed by applying an organic solid electrolyte dissolved in an organic solvent across both electrode parts and drying. The solid electrolyte has advantages such as a function as a partition wall, stability at high temperature, and no fear of liquid leakage.

【0015】〈実施例3〉本実施例の電極構造は、図5
に示すように、同一基板上に互いに直交する短柵状のX
電極21及びY電極22を交叉させて配置し、両電極が
接触しないようにその交点に絶縁層23を形成したもの
である。交点及びその近傍で、前記電極間隔が形成さ
れ、電極上面に覆った電気化学発光物質の溶液を交点及
びその近傍で発光させることができる。
<Embodiment 3> The electrode structure of this embodiment is shown in FIG.
As shown in, short fence-shaped Xs that are orthogonal to each other on the same substrate
The electrode 21 and the Y electrode 22 are arranged so as to cross each other, and an insulating layer 23 is formed at the intersection so that the two electrodes do not come into contact with each other. The electrode interval is formed at the intersection and the vicinity thereof, and the solution of the electrochemiluminescent substance covering the upper surface of the electrode can emit light at the intersection and the vicinity thereof.

【0016】図6に、本実施例の全体構造を示す。本実
施例の発光デバイスも半導体加工技術を利用して製作し
た。製作工程を図6を参照しながら説明する。実施例
1,2の場合と同様に、絶縁層2を形成したシリコン基
板1を用い、はじめに、絶縁層2上に水平方向に長い厚
さ0.5μmのX電極21を形成した。続いて、全面に
シリコン窒化物を堆積し、厚さ1μmの絶縁層を形成し
た。リソグラフィ技術を用いて交点部分の絶縁層23を
残し、他の部分の絶縁層を除去してから、垂直方向に長
い厚さ0.5μmのY電極22を形成した。両電極の幅
は2μmとした。両電極の両端の端子部を残す面に、厚
さ0.5μmの二酸化シリコンの絶縁膜10を形成した
後、両電極上の絶縁膜10を除去し、両電極を露出させ
た。
FIG. 6 shows the overall structure of this embodiment. The light emitting device of this example was also manufactured using semiconductor processing technology. The manufacturing process will be described with reference to FIG. As in the case of Examples 1 and 2, using the silicon substrate 1 having the insulating layer 2 formed thereon, first, the X electrode 21 having a thickness of 0.5 μm and long in the horizontal direction was formed on the insulating layer 2. Subsequently, silicon nitride was deposited on the entire surface to form an insulating layer having a thickness of 1 μm. The insulating layer 23 at the intersection was left and the insulating layer at the other portion was removed by using the lithography technique, and then the Y electrode 22 having a thickness of 0.5 μm and long in the vertical direction was formed. The width of both electrodes was 2 μm. After forming an insulating film 10 of silicon dioxide having a thickness of 0.5 μm on the surfaces of both electrodes where the terminal portions are left, the insulating film 10 on both electrodes was removed to expose both electrodes.

【0017】以上のように電極を形成してから、実施例
1と同様に蓋部材18及びOリング16を配置して内部
空間を形成し、その中にピレンからなる電気化学発光物
質の溶液17を充満させた。
After forming the electrodes as described above, the lid member 18 and the O-ring 16 are arranged in the same manner as in Example 1 to form the internal space, and the solution 17 of the electrochemiluminescent substance composed of pyrene is formed therein. Filled.

【0018】〈実施例4〉図7に示した実施例は、実施
例3の溶液状の電解質の代わりに固体電解質を用いた電
気化学発光デバイスである。本実施例の発光デバイス
は、実施例3の場合と同じ手順で直交するX電極21及
びY電極22を形成した後、有機溶媒に溶かした有機固
体電解質を両電極上に塗布して乾燥させることにより、
固体電解質膜19を形成したものである。
Example 4 The example shown in FIG. 7 is an electrochemiluminescent device using a solid electrolyte instead of the solution electrolyte of Example 3. In the light emitting device of this example, the X electrode 21 and the Y electrode 22 which are orthogonal to each other are formed by the same procedure as in Example 3, and then an organic solid electrolyte dissolved in an organic solvent is applied on both electrodes and dried. Due to
The solid electrolyte membrane 19 is formed.

【0019】〈実施例5〉図8に示した実施例は、X軸
(水平)方向の多数の走査電極31と当該走査電極に直交
して配置されたY軸(垂直)方向の走査電極32との間に
電気化学発光物質の溶液を満たしてなる電気化学発光デ
バイスを示す。同図において、33は、X軸走査電極3
1を支持するためのガラス基板、34は、Y軸走査電極
32を支持するためのガラス基板、35は、電気化学発
光物質の溶液をそれぞれ示す。電気化学発光物質として
は、ルテニウム錯体を使用した。本実施例の場合、走査
電極31,32の相互間に形成する多数の交点が個々の
発光画素になる。なお、X軸走査電極31は480本、
Y軸電極32は640本をもって構成した。走査電極相
互間の間隔は、X軸、Y軸とも100μmとした。
<Embodiment 5> The embodiment shown in FIG.
An electrochemiluminescent device in which a solution of an electrochemiluminescent substance is filled between a number of (horizontal) scan electrodes 31 and a Y-axis (vertical) scan electrode 32 arranged orthogonal to the scan electrodes is provided. Show. In the figure, 33 is the X-axis scanning electrode 3
1 is a glass substrate for supporting 1, 34 is a glass substrate for supporting the Y-axis scanning electrode 32, and 35 is a solution of an electrochemiluminescent substance. A ruthenium complex was used as the electrochemiluminescent substance. In the case of the present embodiment, a large number of intersections formed between the scanning electrodes 31 and 32 become individual light emitting pixels. In addition, 480 X-axis scanning electrodes 31,
The Y-axis electrode 32 has 640 electrodes. The interval between the scanning electrodes was 100 μm for both the X axis and the Y axis.

【0020】走査電極31,32は、周知の半導体リソ
グラフィ技術を用いて作製した。先ず、ガラス基板3
3,34上に0.1μmの厚さの酸化錫薄膜(透明電極
膜)を形成し、その上にレジスト層を0.5μmの厚さ
で塗布した後、i線(波長365nm)の縮小投影露光
装置により、所定のフォトマスクを介してレジスト層を
露光することにより、所望の電極パターンを形成した。
このレジスト層をマスクとして下地の酸化錫薄膜を選択
的にエッチングすることにより、X軸方向及びY軸方向
の走査電極31,32を形成した。ガラス基板33,3
4は、電極間隔が2μmとなるように、その周囲を支持
物によって固定し、形成された内部空間にルテニウム錯
体の溶液35を満たして密封した。
The scanning electrodes 31 and 32 are manufactured by using a well-known semiconductor lithography technique. First, the glass substrate 3
A 0.1 μm thick tin oxide thin film (transparent electrode film) is formed on 3, 34, a resist layer is applied thereon with a thickness of 0.5 μm, and then a reduced projection of i-line (wavelength 365 nm) A desired electrode pattern was formed by exposing the resist layer through an exposure device through a predetermined photomask.
By selectively etching the underlying tin oxide thin film using this resist layer as a mask, scan electrodes 31 and 32 in the X-axis direction and the Y-axis direction were formed. Glass substrate 33,3
In No. 4, the periphery was fixed by a support so that the electrode interval was 2 μm, and the formed internal space was filled with the ruthenium complex solution 35 and sealed.

【0021】X軸方向及びY軸方向の走査電極31,3
2のそれぞれには、選択駆動回路37,38を接続し、
かつ、画像情報の信号源36の垂直成分によってX軸走
査電極31を走査し、同信号源の水平成分によってY軸
電走査極32を走査することにより、所望の画素(交
点)の電気化学発光物質を発光させた結果、10W程度
の低消費電力の発光デバイス(ディスプレイ装置)を実
現することができた。また、表示性能を検証したとこ
ろ、電気化学反応に起因する不所望な表示不良は見受け
られず、良好な表示を得ることができることを確認し
た。
Scan electrodes 31, 3 in the X-axis direction and the Y-axis direction
Select drive circuits 37 and 38 are connected to each of the two,
In addition, the X-axis scan electrode 31 is scanned by the vertical component of the signal source 36 of the image information, and the Y-axis scan electrode 32 is scanned by the horizontal component of the signal source, whereby electrochemiluminescence of a desired pixel (intersection point) is obtained. As a result of causing the substance to emit light, a light emitting device (display device) with low power consumption of about 10 W could be realized. Further, when the display performance was verified, it was confirmed that an undesired display defect due to an electrochemical reaction was not found and a good display could be obtained.

【0022】本発光デバイスは、電極間隔が極めて狭い
ので、薄型軽量とすることが可能である。また、各交点
の発光デバイスは、等方的に発光するので、視野角が広
く、どこからでも見やすいという利点がある。更に、電
極に電圧を印加してから発光する発光の応答時間は、イ
オンの寿命に見合う程度になるので高速であり、高速現
象の表示に適用することが可能である。また、前記した
発光の原理から、イオンが発光する場所は、電極及び電
極に近い近傍に限られ、電極から離れて発光するイオン
は殆どない。従って、解像度を高めるために電極を微細
化しても、ほぼ電極の形状通りに発光し、解像度の高い
ディスプレイ装置を実現することができる。
Since the present light emitting device has an extremely narrow electrode interval, it can be made thin and lightweight. Further, since the light emitting device at each intersection emits light isotropically, there is an advantage that the viewing angle is wide and it is easy to see from anywhere. Furthermore, the response time of light emission after light is applied after applying a voltage to the electrodes is fast because it is commensurate with the lifetime of the ions, and it can be applied to display of high-speed phenomenon. Further, from the above-described principle of light emission, the place where ions emit light is limited to the electrodes and the vicinity near the electrodes, and there are almost no ions that emit light away from the electrodes. Therefore, even if the electrodes are miniaturized to increase the resolution, light is emitted almost in the shape of the electrodes, and a display device with high resolution can be realized.

【0023】なお、電気化学発光物質の溶液について
は、溶液に含まれる僅かな不純物等によって、望ましく
ない反応物が生成される場合がある。そのような反応生
成物を取り除くために、必要に応じて、基板33,34
を固定する支持物に細い管を通し、管にルテニウム錯体
溶液を循環させるための外部循環ポンプと溶液交換部を
接続する構造を採用した。
Incidentally, in the case of the solution of the electrochemiluminescent substance, an undesired reaction product may be produced due to slight impurities contained in the solution. In order to remove such reaction products, the substrates 33, 34 are optionally used.
A structure was adopted in which a thin tube was passed through a support for fixing the, and an external circulation pump for circulating the ruthenium complex solution was connected to the solution exchange section through the tube.

【0024】〈実施例6〉実施例5の発光デバイスの機
能を更に高めるため、図9に示すように、X軸走査電極
31とY軸走査電極32との交点部分を多数の微細電極
31a,32aに分割したものを試作した。微細電極3
1a,32aの形成は、実施例5の場合と同様、周知の
半導体リソグラフィ技術を用いて作製した。両微細電極
31a,32aの幅は、2μmとし、それぞれ4μmの
間隔を置いて配置した。
<Embodiment 6> In order to further enhance the function of the light emitting device of Embodiment 5, as shown in FIG. 9, the intersection of the X-axis scanning electrode 31 and the Y-axis scanning electrode 32 is provided with a large number of fine electrodes 31a. A prototype divided into 32a was manufactured. Fine electrode 3
The formation of 1a and 32a was performed by using a well-known semiconductor lithography technique as in the case of Example 5. The width of each of the fine electrodes 31a and 32a was set to 2 μm, and they were arranged at intervals of 4 μm.

【0025】〈実施例7〉実施例5,6は、X軸走査電
極31、Y軸走査電極32をそれぞれ別の基板33,3
4の上に形成し、両電極を対向させたものであるが、こ
れに対し、両電極を一つの基板上に形成した発光デバイ
スを試作した。その交点における形状を微細電極に分割
した図9に示す形状にした上、両電極が接触しないよう
に微細電極の交点を図5に示したのと同様に絶縁層を介
在させた。本実施例の全体構造を図10に示す。
<Embodiment 7> In Embodiments 5 and 6, the X-axis scanning electrode 31 and the Y-axis scanning electrode 32 are provided on different substrates 33 and 3, respectively.
In contrast to this, a light emitting device in which both electrodes are formed on a single substrate was manufactured by way of trial. The shape at the intersection was divided into fine electrodes as shown in FIG. 9, and an insulating layer was interposed at the intersection of the fine electrodes in the same manner as shown in FIG. 5 so as not to contact both electrodes. The overall structure of this embodiment is shown in FIG.

【0026】図10において、41,42は、それぞれ
ガラス基板44の上に形成したX軸走査電極及びY軸走
査電極を示し、43は、交点の絶縁層を示す。詳しくは
図示していないが、交点において両電極は微細電極に分
割され、絶縁層43は微細電極の交点ごとに形成した多
数の絶縁層からなっている。電極41,42及び絶縁層
43は、前記したリソグラフィ技術を利用して形成し
た。そのあと、支持物45及び透明ガラスからなる蓋部
材46を設置して、電極41,42上に内部空間を形成
し、その中にルテニウム錯体の溶液を満たして密封し
た。
In FIG. 10, reference numerals 41 and 42 respectively denote an X-axis scanning electrode and a Y-axis scanning electrode formed on the glass substrate 44, and 43 denotes an insulating layer at the intersection. Although not shown in detail, both electrodes are divided into fine electrodes at the intersections, and the insulating layer 43 is composed of a large number of insulating layers formed at the respective intersections of the fine electrodes. The electrodes 41 and 42 and the insulating layer 43 were formed using the above-mentioned lithography technique. After that, a support member 45 and a lid member 46 made of transparent glass were installed to form an internal space above the electrodes 41 and 42, and a solution of a ruthenium complex was filled therein and sealed.

【0027】実施した発光デバイスについて、実施例5
と同様に駆動してその表示性能を検証したところ、電気
化学反応に起因するような表示不良は見受けられず、良
好な表示が得られることを確認することができた。
Example 5 of the implemented light emitting device
When the display performance was verified by driving in the same manner as above, no display defect due to an electrochemical reaction was found, and it was confirmed that good display was obtained.

【0028】〈実施例8〉図11に示した実施例は、実
施例7の溶液状の電解質の代わりに固体電解質を用いた
電気化学発光デバイスである。本実施例の発光デバイス
は、実施例7の場合と同じ手順で直交する電極41及び
電極42を形成した後、有機溶媒に溶かした有機固体電
解質を両電極上に塗布して乾燥させることにより、固体
電解質膜19を形成したものである。
<Embodiment 8> The embodiment shown in FIG. 11 is an electrochemiluminescent device using a solid electrolyte instead of the solution electrolyte of Embodiment 7. In the light emitting device of this example, the electrodes 41 and the electrodes 42 orthogonal to each other were formed by the same procedure as in Example 7, and then an organic solid electrolyte dissolved in an organic solvent was applied on both electrodes and dried, The solid electrolyte membrane 19 is formed.

【0029】本発光デバイスのように、対向する電極を
一つの基板の上に形成する構造を採用したデバイスは、
外部から力が加わえられても電極間距離がほぼ一定であ
るという特徴を持つ。従って、基板に例えば柔軟性のあ
る高分子材料を用いると、折り曲げた状態でも使用する
ことが可能な発光デバイスを得ることができる。
A device adopting a structure in which opposing electrodes are formed on one substrate, such as the present light emitting device, is
It has the feature that the distance between the electrodes is almost constant even if a force is applied from the outside. Therefore, when a flexible polymer material is used for the substrate, a light emitting device that can be used even in a bent state can be obtained.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、イオンの拡散時間がイ
オンの寿命以下となるように電極間隔を設定することに
よって高い発光効率が得られ、電気化学発光による新規
な発光デバイスを実現することができる。また、本発明
の発光デバイスは、半導体製造技術であるリソグラフィ
技術を利用して製作することができるので、再現性良く
大量に、かつ、安価に製造することが可能である。
According to the present invention, high luminous efficiency can be obtained by setting the electrode interval so that the diffusion time of ions is equal to or shorter than the lifetime of ions, and a novel light emitting device by electrochemiluminescence can be realized. You can In addition, since the light emitting device of the present invention can be manufactured by utilizing the lithography technology which is a semiconductor manufacturing technology, it is possible to manufacture the light emitting device with high reproducibility in a large amount and at a low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる電気化学発光デバイスの一実施
例の電極を製作する工程の前半を説明するための工程
図。
FIG. 1 is a process drawing for explaining the first half of a process of manufacturing an electrode of an embodiment of an electrochemiluminescent device according to the present invention.

【図2】図1の工程に続く後半の工程を説明するための
工程図。
FIG. 2 is a process drawing for explaining a latter half of the process following the process of FIG.

【図3】本発明に係わる電気化学発光デバイスの一実施
例を説明するための構造図。
FIG. 3 is a structural diagram for explaining an example of an electrochemiluminescent device according to the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 4 is a structural diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図5】直交する電極の交点の構造を説明するための構
造図。
FIG. 5 is a structural diagram for explaining a structure of an intersection of orthogonal electrodes.

【図6】本発明の第3の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 6 is a structural diagram for explaining a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 7 is a structural diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 8 is a structural diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 9 is a structural diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第7の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 10 is a structural diagram for explaining a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8の実施例を説明するための構造
図。
FIG. 11 is a structural diagram for explaining an eighth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 2,23,43…絶縁層 3,9…レジスト層 5…金蒸着膜 6…内側電極用配線膜 7…外側電極用配線膜 6a,7a…電極部 6b,7b…端子部 8,10…絶縁膜 16…Oリング 17,35…電気化学発光物質の溶液 18,46…蓋部材 19…固体電解質の膜 21…X電極 22…Y電極 31,41…X軸走査電極 32,42…Y軸走査電極 33,34,44…ガラス基板 36…信号源 37…X軸選択駆動回路 38…Y軸選択駆動回路 31a,32a…微細電極 45…支持物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2, 23, 43 ... Insulating layer 3, 9 ... Resist layer 5 ... Gold vapor deposition film 6 ... Inner electrode wiring film 7 ... Outer electrode wiring film 6a, 7a ... Electrode part 6b, 7b ... Terminal part 8 , 10 ... Insulating film 16 ... O-ring 17, 35 ... Electrochemiluminescent substance solution 18, 46 ... Lid member 19 ... Solid electrolyte film 21 ... X electrode 22 ... Y electrode 31, 41 ... X-axis scanning electrode 32, 42 ... Y-axis scanning electrodes 33, 34, 44 ... Glass substrate 36 ... Signal source 37 ... X-axis selection drive circuit 38 ... Y-axis selection drive circuit 31a, 32a ... Fine electrode 45 ... Support

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気化学発光物質を含む発光媒体を対向電
極間に配設するとともに、一方の電極で発生したイオン
が拡散して他方の電極に到達するまでの最短時間が発光
媒体中におけるイオンの平均寿命以下となるように電極
間隔を設定したことを特徴とする電気化学発光デバイ
ス。
1. A luminescent medium containing an electrochemiluminescent substance is disposed between opposing electrodes, and the shortest time for ions generated in one electrode to diffuse and reach the other electrode is an ion in the luminescent medium. An electrochemiluminescent device characterized in that the electrode interval is set so as to be less than or equal to the average life of the device.
【請求項2】前記対向電極は、同心円状に配置された二
つの電極であることを特徴とする請求項1に記載の電気
化学発光デバイス。
2. The electrochemiluminescent device according to claim 1, wherein the counter electrode is two electrodes arranged concentrically.
【請求項3】前記対向電極は、互いに接触しないように
交点において絶縁層を介在させて直交してなる二つの電
極であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学発
光デバイス。
3. The electrochemiluminescent device according to claim 1, wherein the counter electrodes are two electrodes which are orthogonal to each other with an insulating layer interposed at an intersection so as not to contact each other.
【請求項4】前記対向電極は、X軸方向及びY軸方向に
直交して配置された多数の走査電極であることを特徴と
する請求項1に記載の電気化学発光デバイス。
4. The electrochemiluminescent device according to claim 1, wherein the counter electrode is a multiplicity of scanning electrodes arranged orthogonally to the X-axis direction and the Y-axis direction.
【請求項5】前記走査電極は、互いに直交する交点部分
が複数の微細電極に分割されていることを特徴とする請
求項3又は請求項4に記載の電気化学発光デバイス。
5. The electrochemiluminescent device according to claim 3, wherein the scanning electrodes are divided into a plurality of fine electrodes at intersections that intersect each other at right angles.
【請求項6】基板の同一表面上に形成された前記走査電
極が互いに接触しないように前記微細電極によって形成
される交点が絶縁層を介在させて構成されていることを
特徴とする請求項5に記載の電気化学発光デバイス。
6. The intersection formed by the fine electrodes is formed with an insulating layer interposed so that the scanning electrodes formed on the same surface of the substrate do not contact each other. The electrochemiluminescent device according to.
【請求項7】前記発光媒体が電気化学発光物質の溶液で
あることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一
に記載の電気化学発光デバイス。
7. The electrochemiluminescent device according to claim 1, wherein the luminescent medium is a solution of an electrochemiluminescent substance.
【請求項8】前記電気化学発光物質が芳香族炭化水素で
あることを特徴とする請求項7に記載の電気化学発光デ
バイス。
8. The electrochemiluminescent device according to claim 7, wherein the electrochemiluminescent substance is an aromatic hydrocarbon.
【請求項9】前記電気化学発光物質が複素環式化合物で
あることを特徴とする請求項7に記載の電気化学発光デ
バイス。
9. The electrochemiluminescent device according to claim 7, wherein the electrochemiluminescent substance is a heterocyclic compound.
【請求項10】前記電気化学発光物質が金属錯体である
ことを特徴とする請求項7に記載の電気化学発光デバイ
ス。
10. The electrochemiluminescent device according to claim 7, wherein the electrochemiluminescent substance is a metal complex.
【請求項11】前記電気化学発光物質の溶液を流動させ
て交換するための手段を含むことを特徴とする請求項7
〜請求項10のいずれか一に記載の電気化学発光デバイ
ス。
11. A means for flowing and exchanging the solution of electrochemiluminescent material.
An electrochemiluminescent device according to claim 10.
【請求項12】前記発光媒体が電気化学発光物質の固体
電解質であることを特徴とする請求項1〜請求項6のい
ずれか一に記載の電気化学発光デバイス。
12. The electrochemiluminescent device according to claim 1, wherein the luminescent medium is a solid electrolyte of an electrochemiluminescent substance.
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