JP2004259545A

JP2004259545A - 無機ｅｌ素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004259545A
Application number: JP2003047919A
Authority: JP
Inventors: Naoki Asaha; 直樹浅葉; Yuji Kitamura; 勇司北村; Kazumasa Yumoto; 和正湯本
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】高輝度無機ＥＬ素子を低コストで製造する。
【解決手段】透明電極１ｂ上にウエットスプレー法によって第１接着層２ａを形成し、その上にドライスプレー法によって発光体粉末２ｂをる。発光体粉末２上にウエットスプレー法によって第２接着層３ａを形成し、その上にドライスプレー法によってナノサイズの高誘電体超微粒子粉末３ｂを吹きつけ。高誘電体粉末層２上にウエットスプレー法によって背面電極４を形成する。このようにしてスクリーン印刷技術を用いることなくスプレー法によって無機ＥＬ素子を製造することによって、高輝度無機ＥＬ素子を低コストで提供できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明電極と背面電極との間に発光層と絶縁層とが介在する無機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分散型厚膜電界発光素子（以下「無機ＥＬ素子」という。）は、紙のように薄くて優美な光を発するという優れた特徴を備えているため、従来から、高い装飾効果が求められている領域で広く使用されている。この無機ＥＬ素子は、例えば特公平７−５８６３６号公報「電界発光灯」等に示されるように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明フィルム上に形成された透明電極上に発光層、絶縁層及び背面電極が形成されているもので、発光層、絶縁層及び背面電極は、それぞれ発光インク、絶縁インク及び導電インクをスクリーン印刷技術を用いて膜状に順次積層して製造していた。
無機ＥＬ素子の発光輝度に大きく影響するのは、発光層及び絶縁層に含有される発光体粉末及び高誘電体粉末の特性であるが、発光体粉末としては硫化亜鉛（ＺｎＳ）を、高誘電体粉末としてはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）を使用する組み合わせが最良の組み合わせの一つとして代表的に採用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−５８６３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無機ＥＬ素子には、依然として発光輝度が不足するという問題がある。
ＥＬ素子の高輝度化を図るためには、発光体粉末自体及び高誘電体粉末自体の特性改善は勿論であるが、発光体粉末及び高誘電体粉末をできるだけ高密度に充填することも重要である。しかし、従来の無機ＥＬ素子では発光体粉末及び高誘電体粉末の充填密度が十分に高いものではなかった。
これには、次のような無機ＥＬ素子の特有のスクリーン印刷製造プロセスに関係している。上述した発光インク、絶縁インク及び導電インクは、溶剤に溶かした樹脂バインダに、発光体粉末、高誘電体粉末または導電粉末を、それぞれ攪拌・混合して分散させたものであるが、各インクはスクリーン印刷に適する粘度に調整することが要求される。
【０００５】
すなわち、スクリーン印刷の関係から、発光インクと絶縁インクとをスクリーン印刷に適する粘度にすることが優先されるため、本来必要とされる充填率まで、これらの発光体粉末と高誘電体粉末とを混合させることが難しい。特に絶縁層については、高誘電体粉末それ自体の誘電率は十分高いものであっても、充填率が不足するため、この絶縁層全体としての誘電率はかなり低下する結果を招いている。また、スクリーン印刷によるため、発光層及び絶縁層が不必要に厚くならざるを得なかった。このため無機ＥＬ素子の発光輝度を十分上げることができなかった。
【０００６】
第２の問題としては、各インクの粘度は、充填率の他にも各粉末の粒径、印刷雰囲気の温度や湿度によっても変動するため、溶剤の割合を微妙に調整したり、印刷に供する前のインク温度を一定に保持する等、インクの粘度を調整するために多大な労力と管理等が必要になっていた。
【０００７】
第３の問題としては、スクリーン印刷には大型で高価なスクリーン印刷装置が必要であり、かつ熟練した印刷ノウハウが要求される。さらには、高価なインクを無駄に消費したり、一貫した製造ラインを組むことが困難であった。このためＥＬ素子の製造コストを低減することを困難にしていた。
【０００８】
また、一般論として、発光体粉末または高誘電体粉末を小粒径化すれば発光輝度が向上することが認められているが、あまりに小粒径化すると今度は樹脂バインダに均一に混錬することが至難となる。
一方、高輝度化を目的として、高誘電体超微粒子粉末を使用する試みが、特開平９−２３２０７６号公報「ＥＬランプ」等で提案されているが、これは発光層の絶縁性樹脂中に高誘電体超微粒子粉末を分散させておくというもので、分散型インクである点は公知技術と変わりはなく、上記第１乃至第３の問題点を解決するものではなかった。
【０００９】
【特許文献２】
特開平９−２３２０７６号公報
【００１０】
そこで本発明の第１の目的は、スクリーン印刷技術を使用することなく安価に製造できる無機ＥＬ素子の製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ナノサイズの高誘電体超微粒子粉末の採用を容易にし、高輝度化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明による無機ＥＬ素子の製造方法の第１の特徴は、発光体粉末と高誘電体粉末とを、それぞれドライスプレー法によって吹き付け形成することにある。すなわち、基材に支持された透明電極上に、第１接着層をウエットスプレー法により吹き付ける第１工程と、この第１接着層が固化する前に、この第１接着層上に発光体粉末をドライスプレー法により吹き付ける第２工程と、この発光体粉末上に、第２接着層をウエットスプレー法により吹き付ける第３工程と、この第２接着層が固化する前に、この第２接着層上に高誘電体粉末をドライスプレー法により吹き付ける第４工程と、この記高誘電体粉末上に背面電極を形成する第５工程とを備えることにある。
【００１２】
この発明の製造方法によれば、次の作用効果を得ることができる。
第１に、発光層と絶縁層とを形成するのに、従来の分散型の発光インクと絶縁インクを使用することが不要であり、発光体粉末と高誘電体粉末との充填率を十分確保することができ、、粉末粒子間の隙間が殆ど無い高密度に発光体粉末と高誘電体粉末とを充填・形成することができる。加えて、発光層と絶縁層の厚みを可及的に薄くでき、発光層への印加電界が高くなる。したがってＥＬ素子の発光輝度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
第２に、従来のように分散型インクを使用しないので、各インクの適切な粘度調整のための多大な労力や管理が不要になり、品質の確保が容易になる。
【００１４】
第３に、大型で高価なかつ熟練した印刷ノウハウが要求されるスクリーン印刷装置が不要となるため、ＥＬ素子の製造コストを大幅に低減することが可能になる。
【００１５】
第４に、高価な発光粉末と高誘電体粉末はいずれもドライスプレーするので、接着層に付着しなかった余分のものを回収して再使用することが可能であり、このことも製造コストの削減に貢献する。
【００１６】
本発明による無機ＥＬ素子の製造方法の第２の特徴は、第１工程から第４工程までは１ラインに並べてあることにある。
このように構成することによって、一貫した製造ラインを組むことが容易になり、また均一な品質のＥＬ素子を効率的に量産することが可能になる。
【００１７】
本発明による無機ＥＬ素子の製造方法の第３の特徴は、上記第１工程から第４工程までに使用するスプレー手段とそのスプレー対象物との間には、このスプレー対象物の所定の領域にスプレーするためのマスクをそれぞれ配置することにある。
これにより、要求される記号や図形等のグラフィックパターンに対応して必要な領域に発光体粉末層や高誘電体粉末層等を形成するパターン形成を行うことができる。
【００１８】
本発明による無機ＥＬ素子の製造方法の第４の特徴は、ナノサイズの高誘電体超微粒子粉末を使用することにある。高誘電体超微粒子粉末は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）の粉末が好適であり、サイズは５０〜９０ｎｍのものが望ましい。このように構成することにより、絶縁層の誘電率が向上して発光輝度が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による無機ＥＬ素子の製造方法の好適な実施例について説明する。
図１に、本発明方法によって製造した無機ＥＬ素子の完成状態を示す。この無機ＥＬ素子は、いわゆるＩＴＯフィルム１の透明電極１ｂ上に、発光体層２、高誘電体層３及び背面電極層４が順次積層形成してあり、この構成は公知の厚膜無機ＥＬ素子と実質的に同じである。ＩＴＯフィルム１は、透明基材（透明フィルム）１ａに透明電極１ｂを蒸着等の方法で形成した公知構造のものであり、透明基材１ａとしてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が、また透明電極１ｂとしてはインジューム・ティンオキサイト（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ：ＩＴＯ）等がそれぞれ代表的に採用される。一例としては、透明基材１ａの厚みは７５μｍ程度、透明電極１ｂの厚みは３０〜５０ｎｍ程度である。
【００２０】
次に図２（Ａ）〜（Ｄ）及び図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して無機ＥＬ素子の各製造工程を説明する。
図２（Ａ）は第１工程を示しており、先ずウエットスプレー法によって透明電極１ａ上に第１接着層２ａを形成する。第１接着層２ａとしては耐湿性確保のためにフッ素系樹脂が使用され、一例としては、フッ化ビリニデンと六フッ化プロピレンの共重合体を溶媒メチルエチルケトンに溶かしたものを使用する。混合割合は一例としては重量比で１０：２５の割合であり、膜厚は後述の発光体粉末２ｂの大きさを考慮して決定されるが、発光体粉末２ｂの大きさの約半分〜同程度にする。この第１接着層２ａのウエットスプレー法による形成には、図３（Ａ）に示すように、スプレー手段としてスプレーガン５１が使用される。
【００２１】
図２（Ｂ）は第２工程を示しており、第１接着層２ａが固化する前に、ドライスプレー法によって発光体粉末２ｂを第１接着層２ａに対し吹き付けて層状に形成する。発光体粉末２ｂは、銅（Ｃｕ）をドープした硫化亜鉛（ＺｎＳ）の１０〜２０μｍの粉末からなり、耐湿性を確保するために各粉末の表面はアルミナコーティングが施してある。発光体粉末２ｂのドライスプレー法による層状形成には、図３（Ｂ）に示すように、スプレー手段としてスプレーガン５２が使用される。
この実施例では、第１接着層２ａと発光体粉末２ｂとによって発光層２が構成される。なお、この実施例では、発光体粉末２ｂは単層に形成しているが、第１接着層２ａの形成と発光体粉末２ｂの吹き付けを複数回施して多層に形成することも可能である。
【００２２】
図２（Ｃ）は第３工程を示しており、ウエットスプレー法によって発光体粉末２上に第２接着層３ａを形成する。第２接着層３ａとしては、耐湿性確保のためにフッ素系樹脂が使用される。具体的には第１接着層２ａと同一材料が使用され、膜厚は後述の高誘電粉末３ｂの大きさを考慮して決定される。後述のように高誘電体粉末３ｂにナノサイズ超微粒子粉末を使用する場合は、第２接着層３ａの膜厚は高誘電体粉末の粒径の１００〜２００倍（１０〜２０μｍ）は必要である。この第２接着層３ａのウエットスプレー法による形成には、図３（Ｃ）に示すように、スプレー手段としてスプレーガン５３が使用される。
【００２３】
図２（Ｄ）は第４工程を示しており、第２接着層３ａが固化する前に、ドライスプレー法によって第２接着層３ａに対し高誘電体粉末３ｂを吹き付けて層状に形成する。この高誘電体粉末３ｂの層状形成には、図３（Ｄ）に示すように、スプレー手段としてスプレーガン５４が使用される。この実施例では、高誘電体粉末３ｂには一般には２〜３μｍのものが使用されるが、この実施例では粒径が５０〜９０ｎｍののＢａＴｉＯ_３からなる高誘電体超微粒子粉末を使用している。ナノサイズの高誘電体超微粒子粉末は、例えばＲＦプラズマ法によって高周波電磁波をガスに印加することによって得られる１万度以上の高温プラズマ雰囲気に高誘電物質を投入して瞬時に加熱、気化させ、この気化物質が高温場を離れて急速に冷却・固化し、均質粒径の球状のナノサイズ粉末が得られる。
この実施例では、第２接着層３ａと高誘電体粉末３ｂとによって絶縁層３が構成される。なお、高誘電体粉末３ｂは、上述した発光体粉末２ｂと同様に、単層に形成する場合に限らず、第２接着層３ａの形成と高誘電体粉末３ｂの層状形成とを複数回施して多層に形成してもよい。
【００２４】
そして最後の第５工程として、図２（Ｄ）の高誘電体粉末３ｂ上に導電性塗料であるカーボンインクを図３（Ｅ）に示すスプレー手段であるスプレーガン５５を介して吹き付け、図１に示す背面電極４を形成する。これにより本発明方法に係わるスプレー法による無機ＥＬ素子が出来上がる。なお、このカーボンインクは、導電性粉末であるカーボン粉末を、バインダであるポリエステル樹脂に混合して形成するが、カーボン粉末に代えて銀粉や銅粉を使用することも可能であり、カーボン粉末に銀粉や銅粉を混ぜたものであってもよい
【００２５】
図３に示すように、本発明方法のための製造ラインは、スプレー対象物を搬送するための搬送ライン（図示せず）と複数設置のスプレーガン５１〜５５によって一貫製造ラインを一列に組める。各スプレーガン５１〜５５は所定の間隔を置いて配置されており、これらのスプレーガンの前方をスプレー対象物が順次移動して、各スプレー手段に相対向する位置にきたときにスプレーガンを逐次作動させる。なお、スプレーガン５１〜５５は図示しないロボットアームに装着して、各工程（Ａ）〜（Ｅ）においてスプレーガン５１〜５５を縦横に移動させながらスプレー動作をするようにしてもよい。
【００２６】
図４は、上述した各工程における他のスプレーの実施の形態を示す。すなわち各スプレーガン５１〜５５と対象物との間に、対象物に近接する位置に対象物の所定の領域にスプレーするためのマスク６１〜６５を配置している。マスク６１〜６５は、要求されるグラフィック表示に対応して、発光層２、絶縁層３、背面電極４をパターンニングするためのものである。
【００２７】スプレーガン５２及び５４より噴出される発光体粉末２ｂと高誘電体粉末３ｂはその総てが付着する訳ではなく、付着しなかった余分のものは主に下方に堆積し、これが回収・再利用に供される。したがって、高価な発光体粉末２ｂと高誘電体粉末３ｂの無駄を少なくすることができ、マスク６１〜６５の使用は高価な発光体粉末２ｂと高誘電体粉末３ｂの回収・再利用にも貢献する。
【００２８】
なお、発光体粉末２ｂについても、高誘電体粉末３ｂと同様にナノサイズの発光体超微粒子粉末を使用することもできる。また、背面電極４についても、ウエットスプレー法とドライスプレー法の組み合わせにより形成することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
第１に、ドライスプレー法により発光体粉末と高誘電体粉末とを直接吹き付ける方法であるから、インクの粘度調整のために充填率を制限する必要がなく、粉末粒子間の隙間が殆ど無い状態の高密度で発光体粉末と高誘電体粉末とを充填・形成することができる。また、発光層と絶縁層をスクリーン印刷で形成するよりも薄く形成できるから、発光層の印加電界が高くなることもあって、ＥＬ素子の発光輝度を大幅に向上させることができる。第２に、従来のように各インクの適切な粘度調整のための多大な労力や管理が不要になり、かつ品質確保が容易になる。第３に、大型で高価な、かつ熟練した印刷ノウハウが要求されるスクリーン印刷装置が不要となるため、ＥＬ素子の製造コストを大幅に低減することが可能になる。
【００３０】
第４に、高価な発光体粉末と高誘電体粉末とはいずれもドライスプレーするので、回収して再使用することが容易になる。したがって、これらの効果によって、製造コストを大幅に下げることが可能になる。
【００３１】
少なくとも高誘電体粉末をナノサイズとすることによって、高誘電体粉末をより高密度に充填でき、発光輝度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によって製造される無機ＥＬ素子の拡大断面図である。
【図２】本発明方法の各製造工程を示す拡大断面図である。
【図３】製造ラインの一例を示す説明図である。
【図４】製造ラインの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ＩＴＯフィルム
１ａ透明基材
１ｂ透明電極
２発光層
２ａ第１接着層
２ｂ発光体粉末
３絶縁層
３ａ第２接着層
３ｂ高誘電体粉末（高誘電体超微粒子粉末）
４背面電極
５１、５３、５５ウエットスプレー手段
５２、５４、ドライスプレー手段
６１〜６５マスク

Claims

基材に支持された透明電極上に第１接着層をウエットスプレー法により吹き付ける第１工程と、
上記第１接着層が固化する前にこの第１接着層上に発光体粉末をドライスプレー法により吹き付ける第２工程と、
上記発光体粉末上に第２接着層をウエットスプレー法により吹き付ける第３工程と、
上記第２接着層が固化する前にこの第２接着層上に高誘電体粉末をドライスプレー法により吹き付ける第４工程と、
上記高誘電体粉末上に背面電極を形成する第５工程と
を備えることを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１において、上記第１工程から第４工程までは１ラインに並べてあることを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１または２のいずれかにおいて、上記第１工程から第４工程までに使用するスプレー手段とスプレー対象物との間には、このスプレー対象物の所定の領域にスプレーするためのマスクをそれぞれ配置することを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。
請求項１乃至３のいずれかの１において、上記高誘電体粉末としてナノサイズの高誘電体超微粒子粉末を使用することを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。
請求項４において、上記高誘電体超微粒子粉末はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）の粉末であることを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。
請求項４または５のいずれかにおいて、上記高誘電体超微粒子粉末のサイズは５０〜９０ｎｍであることを特徴とする無機ＥＬ素子の製造方法。