JPH0632306B2 - Ｅｌ発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明はパネル状ＥＬ発光素子の改良に関し、特に、蛍
光体粒子に顔料粒子が混合されているＥＬ発光素子に関
する。

【従来の技術】

最近、液晶ディスプレイ等のバック照明用として、薄く
て取り付けに便利な分散型ＥＬ発光素子が注目されてい
る。 この分散型ＥＬ発光素子は、シアノエチルセルローズ等
の有機バインダーに蛍光体粒子を分散させた発光層と、
シアノエチルセルローズ等の高誘電率誘電体に、チタン
酸バリウム粉末等の白色高誘電率誘電体粉末を混合させ
た反射絶縁層と、ＩＴＯ等の透明電極と、アルミニウム
等の背面電極と、ナイロン等の透明な樹脂フィルムから
なる吸湿層と、これ等吸湿層、透明電極、発光層、反射
絶縁層及び背面電極を気密に包囲する防湿性外皮樹脂フ
ィルムとからなっている。 このようなＥＬ発光素子の発光層に於ては、米国特許第
２９２４７３２号公報に示されるように、銅付活硫化亜
鉛からなる青緑色発光蛍光体にローダミンからなる赤色
有機染料を混入することによって、白色光が得られる技
術が開発されている。

【発明が解決しようとする課題】

また、特開昭６１−８８９６号公報に示されるように、
有機染料の代わりに顔料粒子を使用して蛍光体粒子の発
光色を変える技術も開発されている。ところが、蛍光体
粒子に顔料粒子を混合すると発光斑ができる欠点があ
る。それは、発光層に顔料粒子を混合しないＥＬ発光素
子では、発光層の全面で蛍光体粒子が発光するので、全
面で発光斑なく均一に発光できるが、顔料が混合された
発光層では、顔料部分の発光輝度が低くなり、発光輝度
が高い部分と、低い部分とができるからである。従っ
て、顔料粒子が混合された発光層は、顔料によって発光
色を変更できる特長はあるが、表面の発光状態は著しく
悪くなる。しかも、ＥＬ発光素子は、顔料粒子を混合す
る限り、原理的に発光斑の発生を皆無にはできない。 顔料粒子による発光斑は、点状に分布する発光部分と、
低発光部分の領域とを小さくすることによって目だたな
くできる。発光部分の最小単位は、蛍光体粒子の大きさ
で決まり、低発光部分の最小単位は顔料粒子の大きさで
決まる。蛍光体粒子は大きさが発光特性に影響を与える
ので必要以上に小さくすることができない。顔料粒子は
小さくしても顔料としての特性に悪い影響がない。この
ため、従来のＥＬ発光素子は、顔料粒子に、微細な粒子
のものが使用されている。 例えば、前記の特開昭６１−８８９６号公報に記載され
るＥＬ発光素子は、大粒径の蛍光体粒子に、３μｍ以下
の小粒径の顔料粒子を混入している。しかしながら、
１．８μｍの顔料粒子を蛍光体に混合して製造したＥＬ
発光素子は、肉眼で見てハッキリと判る極めて顕著な発
光判が生起しており、均一な面状発光の光源が得られな
い欠点がある。 ところで、発光層に添加される顔料粒子は、蛍光体粒子
の発光色を変化させるために添加される。顔料粒子は、
蛍光体粒子からの発光色を吸収して、異なる色に変換す
る。このため、発光層に顔料粒子を添加することによっ
て、蛍光体のみでは発光できない発光色のＥＬ発光素子
とすることができる。蛍光体粒子の発光を吸収し、吸収
光の波長を変換して発光する顔料粒子は、発光輝度が蛍
光体粒子に比較して弱くなる。それは、顔料粒子が、入
射する光の一部を吸収し、吸収した光エネルギーの一部
を異なる発光色とし放出するからである。このため、蛍
光体粒子に顔料粒子を添加したＥＬ発光素子は、原理的
には発光斑を皆無にすることは不可能である。発光層
は、蛍光体粒子の部分の発光が強く、顔料粒子の部分は
発光が弱くなる。顔料粒子を蛍光体粒子と同じ発光輝度
とすることができるなら、発光斑をなくすることができ
る。しかしながら、顔料粒子の発光原理からして、この
ことは不可能である。したがって、発光層に顔料粒子を
添加するかぎり、実際に目で判別できるかどうかを別に
して、かならず発光斑ができる。 発光斑は、局部的な発光強度の差に起因して発生するの
で、蛍光体粒子と顔料粒子の粒径を小さくし、また、小
粒子の蛍光体粒子および顔料粒子を均一に分散すること
によって原理的には少なくできる。ところが、ＥＬ発光
素子は、発光斑を少なくする以上に大切な特性として、
発光輝度を高くすることが要求される。 さらに困ったことに、発光輝度と発光斑とは相反する特
性であって、両者を同時に満足することは極めて困難で
ある。例えば、蛍光体粒子の粒径を大きくすれば、発光
輝度は高くなるが、発光斑は多くなる。反対に、粒径の
小さい蛍光体粒子を使用すると、発光斑は少なくなる
が、発光輝度は低下する性質がある。 したがって、ＥＬ発光素子は、発光輝度を高くして、発
光斑を少なくすることが極めて困難である。にもかかわ
らず、ＥＬ発光素子は、発光輝度を高くして、発光斑を
少なくすることが要求される。発光輝度の低いＥＬ発光
素子は、制約された条件でしか使用できない。とくに、
ＥＬ発光素子は、他の照明に比較して面積当りの発光輝
度が低く、明るい場所で充分な輝度とすることが困難で
ある。 特開昭６１−８８９６号公報に記載されるＥＬ発光素子
は、発光斑を少なくするために、顔料粒子を微小粒子と
している。微小粒子の顔料粒子は、発光斑を少なくする
と推測される。本発明者も最初は、顔料粒子を微小粒子
とすることによって、発光斑を少なくできると考え、膨
大な実験を繰り返し、極めて多くのＥＬ発光素子を試作
した。しかしながら、顔料粒子を小さくすることによっ
ては、満足できる程度に発光斑を少なくしたＥＬ発光素
子を実用化することは出来ない。顔料粒子を限りなく小
さくした状態、すなわち、溶解性の顔料であるローダミ
ンを使用したＥＬ発光素子も試作した。しかしながら、
このＥＬ発光素子も、充分には発光斑を少なくすること
ができなかった。 したがって、この公報に記載されるように、大粒子の蛍
光体粒子に、微小粒子の顔料粒子を混合したＥＬ発光素
子は、如何に微小粒子の顔料粒子を添加しても、顔料を
添加する限り、発光斑を解消することができない。 この発明は、これ等の欠点を解決することを目的に開発
されたもので、この発明の重要な目的は発光斑を解消す
ると共に、発光輝度を高くできるＥＬ発光素子を提供す
るにある。

【従来の課題を解決する為の手段】 この発明のＥＬ発光素子は、蛍光体粒子と顔料粒子とを
バインダー中に分散してなる発光層と、この発光層を挟
んで重ね合わされ、少なくとも一方が透光性である２層
の電極層と、外表面を被覆する防湿フィルムとからなる
全体形状がパネル状に形成されている。 発光層のバインダー中に分散されている蛍光体粒子の平
均粒子径は１３±７μｍの範囲に特定され、顔料粒子の
平均粒子径は４±２μｍの範囲に特定され、さらに、蛍
光体粒子／顔料粒子の平均粒子径の比率を１．５〜６の
範囲に制限している。

【実施例】

以下、第１図と第２図とを参照しながら、この発明の一
実施例について説明する。 ［実施例１］ この図に示されるＥＬ発光素子は、発光層１と、その背
面に位置する絶縁層２と、これら発光層１及び絶縁層２
を挟持すると共に相対向して配置された一対の電極層
３、４と、これら電極層３、４を包囲して外気を遮断す
るための防湿フィルム５、６と、これら全体を気密に包
囲する防湿外皮フィルム７、８とで構成されている。 発光層１は、等表面球相当平均粒子径（本明細書におい
て単に平均粒子径と記述する）が６μｍである青緑色発
光蛍光体１００重量部と、平均粒子径が４μｍであるシ
ンロイヒ社製赤色顔料（シンヒロイFA-001）１０重量部と
が、シアノエチルセルローズの有機バインダーの均一に
分散され、光を反射する絶縁層に塗布乾燥されて、厚さ
が約７０μｍの発光層となっている。 発光層１の最適厚さは、好ましくは、蛍光体粒子が約３
層に重なって塗布される程度に調整される。従って、発
光層１の厚さは、蛍光体粒子径の約３倍程度が最適であ
る。蛍光体粒子に比べて発光層１が厚過ぎると、電極３
と４の間隔が広くなり、また、発光層１の誘電率も低下
して、電極間の静電容量が減少して発光輝度が低下す
る。反対に薄過ぎると、発光斑ができる。 青緑色発光蛍光体粒子は、ＣＩＥ色度図上、ｘ値が０．
１９１、ｙ値が０．３６５である、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ
蛍光体が使用されている。 絶縁層２は、発光層１の有機バインダー溶液と同様な有
機バインダー溶液に、ＢａＴｉＯ₃等の強誘電物質の粉
末を溶解させたものを電極層４に塗布乾燥して形成され
ている。 絶縁層２の下面、即ち非蛍光面に位置する電極層４は、
銅やアルミニウム板が使用でき、発光層１の上面である
蛍光面に位置する電極３は、導電性と透光性とを有する
電極、例えば、ポリエステルシートの下面にＩｎ₂Ｏ₃、
ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃等の透明導電膜が付着されたものが
使用できる。 電極層３、４には、リード線が接続され、リード線は互
いに絶縁される平面状で、防湿外皮フィルム７、８の間
に気密に挟着されて外部に導かれる。 防湿フィルム５、６は、上下の層が電極層３、４の周縁
で連結されて閉鎖空間を形成し、この閉鎖空間内に、電
極層３、４と発光層１と絶縁層２とが気密に収納されて
いる。この防湿フィルム５、６には、内面をポリエチレ
ンでコーティングするナイロンシートが使用される。上
下のナイロンシートは、電極の周縁で、ポリエチレンが
加熱されてヒートシールされている。この構造による
と、ナイロンシートが簡単かつ確実にヒートシールでき
る。 ただ、防湿フィルム５、６にはシリカゲル、活性アルミ
ナ、酸化マグネシウム、モレキュラシーブ、合成ゼオラ
イト等の吸湿材がバインダでシート状に形成されたもの
も使用できる。 防湿外皮フィルム７、８は、例えば、その内面をポリエ
チレンでコーティングした３フッ化塩化エチレンフィル
ム等の防湿特性及び透光特性のよい熱可塑性合成樹脂か
ら成っており、防湿フィルム５の周縁部は加熱によって
ヒートシールされている。 このように構成されたＥＬ発光素子では、外部交流電源
から引き出し線を介して電極層３、４に交流電界を印加
すると、発光層１の蛍光体が電界発光し、発光斑のない
均一な面状発光体となり、また、第３図の表に示すよう
に、前記特開昭61-8896号公報に記載される従来の比較
例２に比べると、４．２％も高い発光輝度を示した。 ［実施例２、３、４、５、６、７］ 発光層１の蛍光体粒子の平均粒子径を順番に７．５μｍ
（実施例２）、９．０μｍ（実施例３）、１０．５μｍ
（実施例４）、１２．０μｍ（実施例５）、１５．０μ
ｍ（実施例６）、１８．０μｍ（実施例７）に代えるこ
と以外、実施例１と同様にしてＥＬ発光素子を試作し
た。得られたＥＬ発光素子は、第３図に示すように、発
光斑のない均一発光の面状発光パネルとなり、しかも、
発光輝度は、比較例２に比べて５．３〜７．２％も向上
した。 ［実施例８、９］ 顔料粒子の平均粒子径を２μｍ（実施例８）、６μｍ
（実施例９）とする以外、実施例１と同様にしてＥＬ発
光素子を試作した。得られたＥＬ発光素子は、顔料粒子
の平均粒子径が２μｍより大きく、６μｍ以下のもの
は、目で見て発光斑が殆どないしは全くなく、均一な面
状発光体となり、また、発光輝度は、顔料粒子径が２〜
６μｍの範囲で、１０５．４〜１０７．６％と好ましい
発光輝度を示した。 ［比較例１］ 顔料粒子の平均粒子径を大きくしたもので、実施例１の
４μｍから８μｍとし、かつ蛍光体粒子の平均粒子径を
１２．０μｍとする以外実施例１と同一にして従来のＥ
Ｌ発光素子を試作した。このＥＬ発光素子は、表面に発
光斑があり均一な発光面が実現できない。 ［比較例２］ 顔料粒子の平均粒子径を、実施例１と４μｍから１．８
μｍとし、かつ、蛍光体粒子の平均粒子径を３２．８μ
ｍとする以外実施例１と同一にして前記特開昭61-8896
号公報に記載される従来のＥＬ発光素子を試作した。こ
のＥＬ発光素子は、表面に発光斑があり、しかも、発光
輝度が本発明のものに比べて低かった。 以上のＥＬ発光素子は、発光層１にＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ
蛍光体粒子を使用し、顔料粒子に、シンロイヒ社製赤色
顔料（シンヒロイFA-001）を使用しているが、蛍光体粒子に
は、例えば、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｌ）、（Ｚｎ
Ｓ：Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｌ）、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｂｒ）、
（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｍｎ，Ｂｒ）、（ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，
Ｂｒ）等の蛍光体粒子であって平均粒子径が、６〜２０
μｍのものが使用でき、また顔料粒子には、平均粒子径
が２〜６μｍのものが使用できる。 ところで、本発明のＥＬ発光素子は、顔料粒子と蛍光体
粒子の平均粒子径を、前記の範囲に特定することによっ
て、均一の面状発光と優れた発光輝度とを実現する。顔
料粒子径が２μｍより小さいと、ＥＬ発光素子の輝度が
低下し、２〜６μｍ以外の範囲では、発光斑のない均一
な面状発光が実現できない。従って、好ましくは、顔料
粒子の平均粒子径は、３〜５μｍの範囲に調整する。 また、蛍光体粒子径の平均粒子径は、６μｍより小さい
と、ＥＬ発光素子の寿命が短くなり、また、２０μｍよ
りも大きいと、均一な面状発光が実現できず、また、発
光輝度も低下する。従って、好ましくは、蛍光体粒子の
平均粒子径は、８〜１６μｍの範囲に調整される。 さらに、絶縁層２には、例えばＹ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃
等の強誘電体を、単一で、あるいは複数種混合して高誘
電率有機樹脂に分散させたものが使用できる。 電極４の背面を覆う防湿外皮フィルム８は、アルミ箔等
の金属箔をポリエステルで挟着し、内面がポリエチレン
でコーティングされたフィルムも使用できる。

【発明の効果】

本願発明のＥＬ発光素子は、従来の技術思想では到底想
像もできない、全く逆の発想によって、発光斑の問題を
解決し、さらに、発光輝度を高くすることができる。す
なわち、本発明のＥＬ発光素子は、従来のＥＬ発光素子
のように、粒径の小さい顔料を混合するのではなく、こ
れとは反対に、顔料粒子の平均粒子径を４±２μｍと大
きく、しかも限られた範囲に制限すると共に、蛍光体粒
子の１３±７μｍとして、顔料粒子の平均粒径を蛍光体
粒子に接近させることを特徴とするものである。顔料粒
子の平均粒径を大きくすることは、発光斑が多くなると
考えられるのが普通である。 これに対して、この発明のＥＬ発光素子は、意外にも、
大粒子の顔料粒子を使用して、発光斑を著しく減少する
ものである。すなわち、顔料粒子と蛍光体粒子の平均粒
子径の比率を特定の範囲に設定して、顔料粒子の粒径
を、蛍光体粒子に接近させることによって、顔料粒子の
分散性に加えて、蛍光体粒子の分散状態も改善し、蛍光
体粒子と顔料粒子の両方を均一に分散させて、発光斑を
解消し、また、発光輝度を向上するものである。 このように、蛍光体粒子と顔料粒子の粒径を特定の範囲
に特定した発光層は、硬化したコンクリートの内部構造
に類似するものである。コンクリートは、大粒子の骨材
に砂を混合したものでは、充分な強度とすることができ
ない。大粒子の骨材と砂とに加えて、中粒子の骨材を添
加すると強度が増加することが証明されている。大粒子
の骨材の空隙に、中粒子の骨材が分散することによっ
て、大中粒子の骨材を均一に分散させて、硬いコンクリ
ートとなるからである。 本発明のＥＬ発光素子は、これに近似する構造によっ
て、発光斑と、発光強度の両特性を改善するものであ
る。すなわち、第２図に示すように、蛍光体粒子の空隙
に顔料粒子が均一に分散されることによって、顔料粒子
のみでなく、蛍光体粒子も均一に分散される。このた
め、蛍光体粒子と顔料粒子の両方が均一に分散されて、
発光斑を解消するものである。顔料粒子と蛍光体粒子の
両方が均一に分散されることは、発光輝度が高くなるこ
とによって実証される。 第２図に示すように、蛍光体粒子の隙間に均一に分散す
る顔料粒子は、近傍の蛍光体粒子から放射される光に励
起されて、異なる波長の光を発光する。すなわち、蛍光
体粒子の空隙に分散する顔料粒子は、隣接する蛍光体粒
子の光によって、極めて効率よく励起され、異なる色の
光を効率よく放出する。 これに対して、微小な顔料粒子を使用したＥＬ発光素子
は、蛍光体粒子の間で微小な顔料粒子の凝集ができる。
凝集した顔料粒子は、蛍光体粒子の光を効率よく励起す
ることはできない。それは、凝集した顔料粒子は、顔料
粒子の表面を多数の顔料粒子で被覆する状態、すなわ
ち、顔料粒子を別の顔料粒子でコーティングする状態と
なるので、外周部分の顔料粒子は蛍光体粒子の光に励起
されるが、中心部分の顔料粒子は光で励起されることが
ない。表面をコーティングする顔料粒子に、蛍光体粒子
の発光が吸収されるからである。この状態になると、発
光層に添加された顔料粒子は、全ての粒子を効率よく、
光で励起することができない。このため、発光層に添加
された全ての顔料粒子が、蛍光体粒子の発光色を変換す
る作用に有効利用されることはない。蛍光体粒子の発光
色を変換しない状態で発光層に添加された顔料粒子は、
それ自体が発光しないので、発光輝度を低下させる。す
なわち、蛍光体粒子の発光に励起されない顔料粒子は、
黒い斑点となってＥＬ発光素子の輝度を低下させる。こ
のため、発光しない斑点が多数分散して発光輝度を低下
させる欠点がある。 これに対して、本発明のＥＬ発光素子は、発光しない斑
点が見受けられず、全体を均一に発光させることができ
る。本発明のＥＬ発光素子が、このように、発光層全面
を均一に発光できるのは、ほとんど全ての顔料粒子が、
蛍光体粒子で効率よく励起して、顔料粒子を異なる発光
色で発光できることが理由である。 ところで、ＥＬ発光素子は、蛍光体粒子の平均粒径を小
さくすると、発光輝度が低下する特性がある。ところ
が、本発明のＥＬ発光素子は、蛍光体粒子の平均粒径を
１３±７μｍの範囲に特定して、従来品よりも小さくす
るにもかかわらず、発光輝度は従来品を卓越する優れた
特性を実現する。蛍光体粒子の発光輝度が低下しても、
ＥＬ発光素子としての発光輝度を高くできることが、顔
料粒子の発光効率を改善できることを実証する。 このように、本発明のＥＬ発光素子は、単に蛍光体粒子
と顔料粒子の分散性を改善して、発光斑を少なくするの
ではなく、顔料粒子をより効率よく光変換させることに
よって、低発光部分である顔料粒子の発光出力を高くし
て発光斑を少なくする。したがって、本願発光のＥＬ発
光素子は、互いに相反する特性であって、同時に満足す
ることが極めて困難とされていた。発光斑の解消に加え
て、発光輝度を向上できるという、正に理想的な特性を
実現することができる。 顔料粒子に４μｍの赤色顔料を使用し、青色発光の硫化
亜鉛蛍光体の粒子径を変えたときの発光輝度の変化を、
第３図の表に示す。この表から明らかなように、本発明
のＥＬ発光素子は、蛍光体の平均粒子径を、特定の範囲
に限定することによって、従来のＥＬ発光素子に比べて
約４％以上も発光輝度が向上している。特に蛍光体粒子
径が１０〜２０μｍの範囲では、６％以上も発光輝度が
向上している。 また、この発明のＥＬ発光素子は、初期の発光輝度が高
くなることによって、一定の輝度に低下するまで寿命も
延長される。

【図面の簡単な説明】

第１図はＥＬ発光素子の断面図、第２図はこの発明に係
るＥＬ発光素子の発光層の拡大断面図、第３図は粒子径
に対する相対輝度と発光面の状態を示す図表である。 １……発光層、２……絶縁層、 ３……電極層、４……電極層、 ５……防湿フィルム、６……防湿フィルム、 ７……防湿外皮フィルム、 ８……防湿外皮フィルム、 ９……蛍光体粒子、 １０……顔料粒子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蛍光体粒子と顔料粒子とをバインダー中に
   分散してなる発光層と、この発光層を挟んで重ね合わさ
   れ、少なくとも一方が透光性である２層の電極層と、外
   表面を被覆する防湿フィルムとからなる全体形状がパネ
   ル状であるＥＬ発光素子に於て、発光層の蛍光体粒子の
   平均粒子径が１３±７μｍの範囲にあり、顔料粒子の平
   均粒子径が４±２μｍの範囲にあり、かつ、蛍光体粒子
   ／顔料粒子の平均粒径の比率を１．５〜６の範囲とする
   ことを特徴とするＥＬ発光素子。
2. 【請求項２】蛍光体粒子の平均粒子径が８〜１５μｍ
   で、顔料粒子の平均粒子径が３〜５μｍである特許請求
   の範囲第１項記載のＥＬ発光素子。
3. 【請求項３】発光層が、蛍光体粒子１００重量部に対し
   て、４〜２０重量部の顔料粒子を含む特許請求の範囲第
   １項記載のＥＬ発光素子。