JP2000512801A - 電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は所謂プレナ電極構造体（８ａ，８ｂ）に基づく電界発光素子の製造に関するものであり、本発明に基づいて変形することにより輝度パワーを大幅に増大することができる。電界を増強するため、つまり輝度を増大するため、特別な多層技術を用いる。電界は高誘電定数を有する膜により一層増強することができる。好ましくは、通常のプリント回路基板を支持基板として用いるので、電界発光素子の製造プロセスをプリント回路基板の製造プロセスに直接組み込むことができる。本発明の別の利点は、本発明により光学素子が設けられているプリント回路基板を通常のハンダ付け処理によりハンダ付けできることである。

Description

【発明の詳細な説明】 電界発光素子及びその製造方法 本発明は、適当な電源電圧を印加した際光を放出することができる層構造の及 び／又は平面状の電極構造体を有する電界発光素子、及びこの電界発光素子の製 造方法並びにその用途に関するものである。 所謂プレナ電極構造体を有する電界発光素子の製造は、ドイツ国特許第１９３ ４９４６号、ドイツ国特許第３８０２３１８号及びドイツ国特許第3802317号か ら既知である。一方、上記公報に記載されているプレナ電極構造体の製造は層状 に形成された電極構造（ドイツ国特許第４０２３６９３から既知である）に関し て種々の重大な欠点があるので、現在このようなプレナ素子は市場に存在してい ない。 これに関連して、例えば形成される電界及び電界発光層の発光顔料の発光パワ ーによる発光素子の利用できる輝度は電極間の距離によりほとんど支配されてい る。技術的及びとりわけ経済的な理由により、微小な間隔の多数の平行導体トラ ックの製造について限界がある。層構造に配置された電極間の距離は、典型的に はプレナ技術に基づいて配置された電極の半分以下である。このプレナ構造の欠 点を解消するためには、電界を増強することが必要であり、絶縁に関して一層努 力する必要がある。 本発明の目的は、電極間の距離が従来のものに比べて大幅に短く、その結果安 価で製造できると共に寿命が長く、利用できる電源により高い輝度パワー及び機 能性を有する電界発光素子の種々の実施例の構造を説明すると共にその電界発光 素子の製造方法を提供することにある。 本発明によれば、上記目的は、請求項１の発明特定事項に記載された電極、絶 縁膜及び電界発光膜を選択的に組み合わせた構造により達成され、並びに請求項 ５及び６の発明特定事項に記載された構造体を製造する方法により達成される。 本発明の必須な構成は、付加的に設けたプレナ電極と部分的に組み合わされた 発光素子用の多層電極構造を構成することであり、この発光素子は増強された輝 度を発生する。 支持材料として作用する銅がコートされたプリント回路基板に合成樹脂がコー トされた銅箔を圧着することにより及び／又は個別の導電性の膜又は非導電性の 膜をスクリーン印刷することにより、個別の導電性及び非導電性の膜の種々の構 造体が得られる。 意図した用途に応じて、以下において詳細に説明する１個又はそれ以上の導電 性膜又は非導電性膜を本体に被着する。 多層構造体の場合、好ましくは通常のプリント回路基板をベース材料すなわち 電界発光素子用の支持材料として用いる。適当な構造体はプリント回路基板のベ ース材料として作用する銅から作成され、この構造体は平行に配列した導体トラ ック及び異なるように配置した導体トラックで構成される。 合成樹脂でコートされた銅箔をこの構造体に特別な処理で圧着する。一方の極 の平行電極が支持基板として作用するＰＣＢ上に位置し、第２の極の電極がこの 銅箔で構成される場合、両方の極の電極が銅箔の合成樹脂コーティング層（例え ば、３０μｍの厚さを有する）により互いに電気的に分離される大きな利点が達 成される。 一方、このように構成することにより、本例では両方の極を互いに異なる面上 に位置させることにより、櫛形構造の電極を得ることができる。 ２個の電極構造体を互いに絶縁された２個の面上に設けることにより、圧着さ れた銅箔の銅のトラックを支持基板として作用する材料上の導体トラックに対し てどのように位置決めするかに応じて、電極間の距離を変化させ又は短くするこ とができる。 各極の電極が異なる面に配置される場合、層毎の必要な導体トラックの間隔は 対応して増大する。これにより、櫛形電極を処理技術の観点より一層容易に且つ 安価に製造することができる。さらに、銅箔の合成樹脂のコーティング層は極め て均一であり２個の電極層間で一定の距離を確立することができる。 第２の実施例は第１の実施例に基づいている。一方、この第２の実施例におい て、プリント回路基板の銅箔は電界強度を増強する付加的な電極を構成し、この 電界の増強により電界発光膜中の発光顔料の励起が一層大きくなり一層強い光が 放出される。この銅箔は上側の膜に電気的に接続する。第２の極の電極は銅箔の 絶縁膜の上側に配置する。この結果、これらの極に電圧を印加すると２個の電界 が形成される。第１の電界の効果は、上述実施例の効果に対応する。第２の電界 は、第１の電界の上方のカバー電極とＰＣＢの銅のコーティング層で構成される 付加的な電極との間に形成され、これにより第１の電界が増強されることになる 。この電極の実施例は必要に応じて選択することができる。 別の実施例において、合成樹脂でコートされた銅箔に加えて、スクリーン印刷 により絶縁膜を形成し、次に、この絶縁膜に銅、銀又はカーボンを主成分とする 別の導電性ペーストを被着することにより導体トラックを形成することができ、 この結果上下方向に３個の導電性膜が形成される。 次に、電界発光素子を印刷により形成する。この電界発光素子の下側に、好ま しくは反射性となるように構成した誘電体を印刷することができる。この誘電体 は、或いは電界発光の染料の膜の支持樹脂により形成することができる。結果と して、個別の誘電体膜及び／又は絶縁膜を省くことができる。 電界発光励起を行うために必要な電界強度、すなわち数１０⁶ボルト／ｃｍが ２個の電極構造体間にだけ形成されるので、蛍光ペーストを用いるだけでこの領 域で光を放出することができる。これにより、十分に微細な電極構造体により、 十分に平坦な発光区域及び特別に設計した発光区域を形成することができる。 次に、透明なパターン化された膜又はカバー膜を被着して所望の設計とするこ とができる。 別の実施例において、発光顔料の支持樹脂又は透明なカバーラッカに添加剤を 混合してこれらの膜の誘電定数（典型的には、１０００Ｈｚにおいて３〜５）を 大きくすることができ、或いは大きな誘電定数の別の膜を発光顔料膜に被着する ことができる。結果として、電界強度が増強され、発光顔料を一層励起させるこ とができる。 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図面において、 図１はプレナ２極電極構造体を有する電界発光素子の平面図であり、 図２は図１に示すプレナ２極電極構造体の一部の平面図であり、 図３は図２に示すプレナ２極電極構造体のＡ−Ａ線断面図であり、 図４は、一方の極ａの電極き２ａがプリント回路基板の銅箔で構成され第２の 極の電極８ｂが圧着された銅箔により構成された電界発光素子の断面図であり、 図５は、プレナ電極構造体８ａ，８ｂ及びプリント回路基板の導体層で構成さ れ電界を増強するように作用する付加的な下側電極２ａを有する電界発光素子の 断面図であり、 図５ａは図５に示す構造体により形成される電界を示し、 図６は、層構造の電極構造体８ａ及び９ａと電界を増強するように作用する付 加的な電極２ａとを有し、一方の極の平置されたプレナ電極８ａ又は９ａが銅箔 及び／又はスクリーン印刷された導電性ペーストで構成される電界発光素子の断 面図であり、 図７は、プレナ電極構造体２ａ，２ｂを有し、高い相対的な誘電定数を有する 付加的な膜１５が電界発光素子に被着されている電界発光素子の断面図である。 図１において、プリント回路基板１に構造形成された導体トラック２ａ及び２ ｂを設け、導体トラック２ａは電界発光素子の一方の電極（電源の極ａ）を構成 し導体トラック２ｂは他方の電極（電源の極ｂ）を構成する。これらのベース電 極２ａ，２ｂには、初めに良好な反射効果を有する絶縁膜又は誘電体膜を形成す る。一方、本例では、電極構造体に電界発光染料の膜６を形成する。この電界発 光染料６は適当な絶縁性のキャリァ物質と混合されており、従って個別の絶縁膜 を省略することができる。一般的に、次に、表面全体を覆うと共に銅の接続面ま で延在する保護膜を形成する。本例では、好ましくは透明な半田停止ラッカを用 い、半田浴に対して耐久性を与えると共に水蒸気に対する付加的なシールド性を 与える。個々の実施例に応じて、実効的な要求として種々の絶縁性又は誘電性の 膜を付加し又は省略するこどができる。 図２は、図１に示すプレナな電極構造体の拡大した断面を示す。図２は、電極 ２ａ，２ｂが意図した発光面１０全体を覆うようにインタディジタルの形態に配 置され、曲がりくねった形状の中間の空間が電極間に形成される形態を示す。電 極の幅は、好ましくは５０μｍ〜５００μｍの範囲とする。電極２ａ，２ｂは基 板上に微小な間隔７を以て形成し、この間隔は好ましくは５０μｍ〜５００μｍ とする。次に、この電極構造体上に１個又は２この電気的に絶縁性の誘電体膜４ ，５を印刷し、これらの膜４，５は発光染料の選択に応じて省略することができ る。 次に、誘電体膜４，５は電界発光膜６と共に好ましくは電極２ａ，２ｂ間の中 間の間隙７に印刷する。電極２ａ，２ｂに電圧を印加すると、電極２ａ，２ｂ間 に電界が形成され、この電界によりこの領域の上側の発光膜６が光を放出する。 図３は図２に示す構造体のＡ−Ａ線断面図である。この図３は基板１上に交互 に形成された電極並びにこの電極構造体上に層として印刷された絶縁膜及び発光 膜４〜６を示す。この発光素子の放射の主方向を矢印１１で示す。 この図３において、電極２ａ，２ｂで構成されるプレナな電極構造体は第１の 絶縁膜４により覆う。この絶縁膜４は良好な絶縁性能及び小さな誘電定数を有す る必要がある。 第１の絶縁膜上に位置する第２の誘電体膜５は良好な反射性能を有する必要が ある。これは、例えば白の顔料を添加することにより達成される。従って、絶縁 膜４は主として絶縁体としで用いられ、絶縁膜５は主として良好な反射体として 用いられる。 図４は層構造を有する電界発光素子の実施例を示す。電源の極ａ用の電極２ａ はＰＣＢの支持ボードの銅のコーティング層で構成する。電源の極ｂ用の第２の 電極８ｂは圧着された合成樹脂でコートされた銅箔８で構成する。 この電極構造体には良好な反射効果を有する絶縁膜又は誘電体膜４を設けるこ とができる。従って、発光膜６及びカバー膜１４は印刷により形成する。電極２ ａは電気的に相互接続し電極２ｂも電気的に相互接続して発光素子の極（ａ及び ｂのそれぞれ）を形成する。 この実施例の特徴的な事項は、初めに銅のコーティング層が基板上に存在し、 後に規定される極２ａの導体トラックが耐エッチング性ラッカによりスクリーン 印刷されることである。その後、極２ａが残存するように過剰な銅が除去される 。 スクリーン印刷技術では極間の最小間隔が特定の値以下にならないため、極８ ｂを極２ａと同一の面に印刷することは欠点となる。他方において、比較的短い 距離に設定すると電気的な短絡が生じ、電界発光素子の機能が悪化してしまう。 この課題は本発明により解決され、本発明では極８ａを底部側に合成樹脂のコ ーティング層が形成されている圧着された銅箔により形成する。コーティング層 ８ａは以前にエッチング形成された極２ａ上に圧着され、これらの極間の絶縁材 料として機能すると共に異なる極性の上側の極８ｂに対する絶縁としても作用す る。従って、この合成樹脂コーティング層８ｃは極２ａ間の中間のスペース内に 浸入しこれらを互いに絶縁する。 同様に、極８ｂは合成樹脂がコートされた銅箔からエッチング形成されるので 、分割線１６が形成され、その上側に極８ｂが位置する。２個の極２ａ，８ｂが 層構造をとるならば、これらの極間の距離は、これら２個の電極間で短絡やフラ ッシュオーバが生ずることなく最小にすることができる。 これにより、発光素子の輝度を大幅に改善することができると共に距離１７を 極めて短くすることができる。 距離１７は、一方の電極２ａの上側で他方の電極８ｂの下側に沿って延在する 合成樹脂のコーティング層８ｃの厚さにより制約される。 さらに、発光素子に対する付加的な反射膜を構成するように例えば白に色付け された絶縁膜４を設けることができる。一方、この絶縁膜は省略することもでき る。 この絶縁膜４が有用なバッファ、この絶縁膜４は大きな誘電定数が得られる物 質が選択的に混合されている合成樹脂材で構成することができ、これにより発光 素子の輝度が一層大幅に改善される。 この絶縁膜４はスクリーン印刷により形成する。この絶縁膜の上側に、蛍光顔 料を含む電解発光膜６を同様にスクリーン印刷により形成する。 本例では、電極２ａ，８ｂを平面状に並んで配置せず、層状に上下に配置させ ることが重要であり、この結果電極間の距離１７を大幅に短くすることができ、 このギャップ中に一層強い電界を形成することができる。 距離１７はほぼ零に又は負にすることができ、この場合電極２ａ，８ｂはオー バラップする。オーバラップする場合、電界発光膜６は十分な力線中に散在する ことができ、このオーバラップする場合において漏れ電界が２個の重り合うよう に上下に位置する電極２ａ，８ｂ間に形成され、電界発光膜６はこの漏れ電界に より少なくとも部分的に散在し、これにより電界膜が光を放出する。 特に、絶縁膜８ｃが極めて良好な絶縁体であるという事実の結果として、力線 は、上下に位置する電極２ａ，８ｂ間の向きが直線にならないように形成され、 その代りに相当な漏れ電界がオーバラップし、これは電界発光膜６が光を放出す るのに好適である。 一方、距離１７が正の値をとること、すなわち２個の電極２ａ，８ｂ間に直接 的な垂直方向のオーバラップが存在しないことは望ましい。 並置された平面的な電極の場合、１５０μｍの距離が選択されたが、この値は 製造の見地より制御するのが極めて困難である。電極８ａが次の高い層に転移す ると、等しい曲線の電極２ａ間の５００μｍの距離が達成され、この値の距離は 製造の見地より上述したより短い距離よりも一層制御が容易である。 電極８ｂを支持する合成樹脂がコートされた銅箔８は露光した電極２ａに対し て圧着されるので、図４において上側の極８ｂ下端から下側の極２ａの上端まで 延在する距離により規定される垂直方向の距離１８が形成される。 上述した圧着処理の結果として、電極はオーバラップするように、すなわち距 離１８が零まで減少し又はあたかも負の値をとるようになる。 距離１８が負の値をとること、すなわち電極２ａ，８ｂが垂直方向でオーバラ ップするように作用し、微小な距離だけ離間して本質的に平坦な面を構成するこ とも好ましい。これに関連して、電極２ａ，８ｂを個別の製造工程で製造するこ とが重要であり、この電界発光素子を層構造にすることができる本発明の技術的 な教示により、製造工程で問題が起きる危険性が生ずることなく電極間の距離を 大幅に短くすることができる。 図５はプレナ電極構造体８ａ及び８ｂの断面図である。プレナ電極構造体８ａ 及び８ｂに加えて、図５は別の付加的な電極２ａも図示し、この別の電極２ａは いかなる構造とすることができると共にＰＣＢ支持ボードの銅のコーティング層 で構成する。この別の電極２ａはプレナ電極構造体本例の場合８ａの極に導電的 に接続する。 良好な反射効果を有する少なくとも１個の絶縁膜すなわち誘電体膜４，５をプ レナ電極構造体と別の電極との間に配置する。 プレナ電極構造体は、合成樹脂でコートされた銅箔８ａ，８ｂを圧着すること により又は導電性ペーストをスクリーン印刷することにより製造される。合成樹 脂の箔の場合、銅箔のコート層が誘電体の性能を果たすため絶縁性又は誘電性の 膜４，５を省略することができる。 別の付加的な電極２ａにより、オーバラップする電界の強度が増加し、プレナ 電極構造体８ａ，８ｂの領域における電界に歪みが生ずる。この結果（別の付加 的な電極を設けたことにより）、指状電極８ａ，８ｂ間のいかなる位置において も形成される漏れ電界が増大する。この理由は、変位効果が生ずるためである。 図５ａにおいて、これらの効果を詳細に示す。図５ａは、別の付加的な電極が 上側の導体トラック８ａに電気的に接続されている銅箔２ａとなるよう構成され 、この銅箔及び上側の導体トラックが一緒になって一方の極の電位を形成するよ うに図示する。この電位の第２の極は導体トラック８ｂの極により形成する。 連続するラインは、付加的な電極２ａが存在しない場合に発生する力線１９を 示す。 付加的な電極が含まれると共に導体トラック８ａに導電的に接続される場合、 力線１９は破線で示すように拡大する。図５ａに示すように、力線２０が異なる 極性の電極８ｂと２ａとの間に発生する。一方、この付加的な力線２０により力 線１９は上側に変位し別の力線２１を形成し、この別の力線は極めて好ましく上 側（図示せず）の発光膜に侵入し、この発光からの光の放出を増大させる。これ により、発光膜の輝度が大幅に改善される。 図５に基づく実施例において、重要なことは、電極８ａ及び８ｂを１個の面内 に並置されるように配置できるだけでなく、勿論図４に基く上述した実施例で説 明したように垂直方向に上下する面内に互いに部分的に互い違いに千鳥状に配置 できることである。 従って、付加的な電極２ａを設けることは、図５に示す実施例に基くプレナ電 極構造体において本発明に必須なものとして要求され、図４に示す実施例に基く 互い違いに配列した千鳥状の電極構造体においては好ましいものである。 図６は、３個の絶縁され上下に配置された導電膜２ａ，８ａ，９ｂを有する電 界発光素子の実施例の断面図である。下側の導電膜２ａはプリント回路基板から 得られ、中央の導電膜８ａは合成樹脂がコートされた銅箔から得られ、第３の導 電膜９ｂは銅、銀、カーボン又は他の導電性材料を主成分とする異なる導電性ペ ーストをスクリーン印刷することにより形成される。絶縁膜４は電極間に位置す る。 従って、図６は、図４に基づき部分的に互いに千鳥状に配置されると共に互い に異なる層に配置された電極８ａ，９ｂを示すので、この図６は図４及び５の実 施例を組み合わせた電極構造体を示すものである。上側電極９ｂは絶縁膜４上に スクリーン印刷された導電性ペーストとする。 図７は図３に基づく電極構造体を示す。高い誘電定数を有する付加的な透明膜 １５により、電極２ｂと２ｂとの間の漏れ電界が増強され、一層大きな光出力が 生ずる。 図３において発光膜６は２個の異なる絶縁膜４，５に形成され、一方図７にお いて発光膜６は下側の絶縁膜４に直接形成される。 電界発光膜６及びカバー膜１４はプレナ電極構造体上に設ける。選択的に、図 ７に示すように、高誘電定数を有する付加的な透明膜１５を電界発光膜上に設け ることができる。 図面で用いた符号の説明。 １ 基板（プリント回路基板） ２ 銅箔（プリント回路基板のコーティング） ２ａ 銅箔（プリント回路基板のコーティング） （極ａの電極となるように構成されている） ２ｂ 銅箔（プリント回路基板のコーティング） （極ｂの電極となるように構成されている） ４ 絶縁膜１ ５ 絶縁膜２ ６ 電界発光膜 ７ 電極間の中間の間隙 ８ 合成樹脂がコートされた銅箔（膜：合成樹脂コーティング、銅） ８ａ 極ａの銅箔から成る導体トラック ８ｂ 極ｂの銅箔から成る導体トラック ８ｃ 銅箔のコーティング ９ａ 極ａの導電性ペースト ９ｂ 極ｂの導電性ペースト １０ 発光面 １１ 放射の方向 １４ （パターン化された９カバー膜） １５ 高誘電定数を有する透明膜 １６ 分割線 １７ 間隔（水平方向） １８ 間隔（垂直方向） １９ 力線 ２０ 力線 ２１ 力線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持基板上側に設けた電極構造体と、この電極構造体に形成した少なくとも １個の電界発光膜とを具え、前記電極が前記支持基板上に中間の間隙により互 いに分離されるように配置され、前記電界発光膜が少なくとも前記間隙の領域 に配置されている電界発光素子において、同極性の電極を垂直方向に上下する と共に少なくとも部分的に互い違いになるように配置して電極間隔を短くし、 電界が増強される共に電界発光素子の輝度が高くなるように構成したことを特 徴とする電界発光素子。 ２．支持基板上側に設けた電極構造体と、この電極構造体に形成した少なくとも １個の電界発光膜とを具え、前記電極が前記支持基板上に中間の間隙により互 いに分離されるように配置され、前記電界発光膜が少なくとも前記間隙の領域 に配置されている電界発光素子において、前記電極が平面状に並置され、少な くとも１個の別の電極が平面状に並置された電極の下側に配置され、この別の 電極が前記平面状の電極の一方の極に電気的に接続されていることを特徴とす る電界発光素子。 ３．前記支持基板を通常のプリント回路基板とし、前記電極をプリント回路基板 の導電性膜により形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電界発光 素子。 ４．前記電極が、ＰＣＢの構造又はＰＣＢの配線に直接一体化されていることを 特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電界発光素子。 ５．電界発光素子を製造するに当たり、 ａ．導電性の膜がコートされている基板に、エッチング処理中にマスクとして 作用する耐エッチング構造体を形成し、このエッチング処理により一方の極の 電極及び電極接続部を形成する工程と、 ｂ．合成樹脂がコートされた銅箔を圧着し、エッチング処理中にマスクとして 作用する耐エッチング構造体を被着し、エッチング処理又は銅，銀又はカーボ ンを主成分とする異なる導電性ペーストをスクリーン印刷することにより他方 の極の電極及び電極接続部を形成する工程と、 ｃ．適当な絶縁性能を有するスクリーン印刷の染料を用いて少なくとも１回の スクリーン印刷処理により絶縁膜を被着する工程と、 ｄ．スクリーン印刷により電界発光膜を被着する工程と、 ｅ．半透明な耐半田性のカバー膜を被着する工程とを具えることを特徴とする 電界発光素子の製造方法。 ６．電界発光素子を製造するに当たり、 ａ．導電性の膜がコートされている基板に、エッチング処理中にマスクとして 作用する耐エッチング構造体を形成し、エッチング処理により電界を増強させ る付加的な電極を形成する工程と、 ｂ．スクリーン印刷により平面状の電極構造体を形成する期間中に、適当な絶 縁性能を有するスクリーン印刷用の染料を用いて少なくとも１回のスクリーン 印刷処理により少なくとも１個の絶縁膜を被着する工程と、 ｃ．合成樹脂がコートされた銅箔を圧着し続いてエッチング処理を行うことに より、又は銅、銀或いはカーボンを主成分とする別の導電性ペーストをスクリ ーン印刷することにより平面状の電極構造体を形成する工程と、 ｄ．スクリーン印刷により電界発光膜を被着する工程と、 ｅ．半透明な耐半田性のカバー膜を被着する工程とを具えることを特徴とする 電界発光素子の製造方法。