説明

発光体粒子及びその製造方法、発光デバイス

【課題】高耐湿性と高輝度化とを同時に実現する発光体粒子を提供する。
【解決手段】発光体粒子は、粒子表面を、有機炭素を主体とし、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む被覆膜で被覆している。別例の発光体粒子は、粒子表面を、非晶質無機炭素を主体とする被覆膜で被覆している。また、被覆膜は、H、N、Fの内、少なくとも1種類以上の元素をさらに含んでもよい。さらに、発光デバイスは、前記発光体粒子を含む発光体層と、前記発光体層の少なくとも一方の面に設けられた誘電体層と、前記発光体層及び前記誘電体層を挟んで設けられ、電場を印加する一対の電極とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧を印加して電場発光させる発光体粒子及びその製造方法と、該発光体粒子を用いた発光デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
蛍光体は、電場、電子線または紫外線によって励起されて発光するため、ディスプレイ、平面光源及びブラウン管蛍光体用として様々な製品に利用されている。硫化亜鉛などの無機蛍光体を用いた発光素子は、自発光性を有し、視認性に優れ、視野角が広く、応答速度が速いことから、テレビ用ディスプレイ・パソコン用ディスプレイなどの表示装置への応用が期待されている。このような背景から、発光輝度が高くしかも安価なEL素子の実用化を目指した色々な提案がなされている。また、蛍光体を有機の樹脂に混合分散させた電場発光(以下、ELランプという。)ランプがある。
【0003】
しかし、このELランプでは、蛍光体が湿度に弱く、輝度の劣化、効率の低下が顕著に発生する課題がある。このため蛍光体粒子の耐湿性を向上させることが重要な技術課題である。一方、低印加電圧で、高い輝度を得るためには、被覆膜の厚みを薄くする必要がある。また、蛍光体塗布層の薄層化のためには蛍光体粒子の粒子径を小さくする必要がある。高輝度と耐湿性の両方を満足するための薄くて優れた耐湿性を有する被覆膜によって被覆された蛍光体が強く望まれる。
【0004】
この課題を解決するために、蛍光体表面を保護膜で被覆する提案が数多くなされている。例えば、蛍光体の防湿性を向上させるために、蛍光体粒子の表面を金属酸化物で被覆する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この方法では、流動化させた蛍光体粒子の表面に、金属アルコキシドオリゴマーから金属酸化物被膜を形成している。また、蛍光体表面に加熱により融解して極性を示す有機材料の融液に金属化合物の塩を溶解し、蛍光体粒子表面に被覆層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
更に、気相中で蛍光体粒子表面に酸化物を形成する技術も提案されている。例えば、大気圧または大気圧近傍の圧力下において、反応性ガスを電極間に導入してプラズマを発生させ、このプラズマ状態の反応性ガスに蛍光体を晒して、表面に酸化物被膜を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0006】
【特許文献1】特開平9−263753号公報
【特許文献2】特開2004−137482号公報
【特許文献3】特開2003−336046号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、従来の方法は、いずれも蛍光体を被覆する被覆膜が金属酸化物や窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物などであり、結晶粒界や、組織上の欠陥、ピンホールなどの問題が存在する。また、これらの被覆材料は本質的に硬度が高く脆性が大きい。そのため上述のような欠陥が発生しやすく、結果的に耐湿性などの信頼性に問題が発生する。更に蛍光体粒子の粒子径を小さくし、被覆膜の厚みを薄くする必要性が高くなるほどピンホールの存在や膜質の劣化が顕著になり、被覆膜の薄層化と耐湿性の両立が十分にできない問題点があった。
【0008】
本発明の目的は、従来の問題点を解決して、高輝度化と低価格化とを同時に実現した発光体粒子及びそれを用いたELデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る発光体粒子は、粒子表面を、有機炭素を主体とし、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む被覆膜で被覆したことを特徴とする。なお、「有機炭素」とは、有機物を構成する炭素を意味する。
【0010】
また、前記被覆膜は、[−CH−]成分を含んでもよい。さらに、前記被覆膜は、[−CH−]成分のネットワークを含んでもよい。
【0011】
本発明に係る発光体粒子は、粒子表面を、非晶質無機炭素を主体とする被覆膜で被覆したことを特徴とする。なお、「無機炭素」とは、元素状炭素を意味する。また、「非晶質」とはX線回折法で明確な結晶構造を示さないものである。
【0012】
また、前記被覆膜は、H、N、Fの内、少なくとも1種類以上の元素をさらに含んでもよい。さらに、前記被覆膜は、ダイヤモンドライク・カーボン膜を含んでもよい。
【0013】
さらに、粒子表面を被覆する前記被覆膜の膜厚は、1nm〜1000nmであってもよい。
【0014】
本発明に係る発光デバイスは、前記発光体粒子を含む発光体層と、
前記発光体層の少なくとも一方の面に設けられた誘電体層と、
前記発光体層及び前記誘電体層を挟んで設けられ、電場を印加する一対の電極と
を備えたことを特徴とする。
【0015】
本発明に係る発光体粒子の製造方法は、所定の真空度の装置内に、炭素を主体として含み、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む原料ガスを導入するステップと、
前記装置内にプラズマ放電を発生させるステップと、
プラズマ放電を発生させた前記装置内に発光体粒子を供給し、前記発光体粒子の表面を、有機炭素を主体として含み、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む被覆膜で被覆するステップと
を含むことを特徴とする。
【0016】
本発明に係る発光体粒子の製造方法は、装置内に発光体粒子を供給するステップと、
前記装置内を所定の真空度に真空引きするステップと、
前記装置内に、炭素を主体として含む原料ガスを導入するステップと、
前記装置内にプラズマ放電を発生させて、前記発光体粒子の表面を、非晶質無機炭素を主体として含む被覆膜で被覆するステップと
を含むことを特徴とする。
【0017】
また、前記原料ガスは、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含んでもよい。これによって、前記被覆膜は、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る発光体粒子によれば、緻密で防湿効果が高く、且つ、薄い被覆膜が形成されているため、ELランプやテレビなどのディスプレイに適用可能な高耐湿性と、高輝度化とを同時に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施の形態に係る発光体粒子及びこの発光体粒子を用いた発光デバイスについて添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【0020】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る発光体粒子10の断面構造を模式的に示した断面図である。この発光体粒子10は、発光体芯粒子1の粒子表面を被覆膜2で被覆している。この被覆膜2は、有機炭素を主たる成分として含み、少なくともH,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む。粒子表面を有機炭素を主たる成分として含む被覆膜2で被覆しているので、湿度の影響を受けて劣化しやすい発光体を用いる場合にも、高耐湿性を付加することができる。
【0021】
この発光体芯粒子1としては、エレクトロルミネッセンス蛍光体であるZnS、SrS、BaAl、CaSなどの硫化物などを母材料として、発光中心や付活剤、共付活剤として、Cu,Al,Ag,Mn,Cl、I等の元素を添加したものを用いることができる。また、発光ダイオードの発光体であるZnSeなどのセレン化物、ZnTeなどのテルル化物やGaN,GaInN、GaInAlNなどの窒化物も用いることができる。
【0022】
また、この発光体粒子10の粒子表面に形成される被覆膜2は、上述の通り、有機炭素を主たる成分として含み、ほかにH,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む材料からなる。この被覆膜2では、有機的であるため、柔軟性を有する。また、この被覆膜2は、[−CH−]成分を含んでもよい。さらに、[−CH−]成分のネットワークを有していてもよい。この[−CH−]成分は、ラマン分光法、FT−IR等の赤外線吸収法、SIMSによる水素原子の量測定によって検出することができる。なお、H,N,O,Si,F等の元素成分は、有機炭素原子と結合しているか、あるいは、上記[−CH−]成分のネットワーク中に含まれていてもよい。これらの元素成分を含むことによって、さらに撥水性、耐湿性が向上する。また、被覆膜2の厚さとしては、1nm〜1000nmの範囲が望ましい。なお、被覆膜2の厚さが200nm程度であっても高い耐電圧、耐湿性が得られる。
【0023】
この被覆膜2の形成方法は、上記原料ガスを高周波プラズマやマイクロ波プラズマに導入し、プラズマ中に発光体を適量ずつ入れて表面に被膜を形成する方法を用いることができる。
【0024】
図3は、本発明の実施の形態1に係る発光体粒子の製造方法のフローチャートである。
(a)まず、表面被覆を行う装置の内部を真空引きする(S01)。
(b)所定の真空度に達したところで、装置内に原材料ガスと添加ガスとを導入する(S02)。炭素Cの原材料としては、CH、C、Cなどの炭化水素系のガスや、C、パリレンなどを用いることができる。また、添加用ガスとしては、H、O、NH、N、NH、CO、NO、CF、フルオロカーボン、HO、CO、SiH、SFなどの原料を使用することができる。なお、原料ガス及び添加ガスにおける水素ガス濃度を増加させることによって、被覆膜2中に[−CH−]成分を含ませることができる。
(c)装置内にプラズマ放電を発生させる(S03)。ここで、プラズマ放電には、周波数13.56MHzの高周波電力やマイクロ波電力を供給する。なお、ここではプラズマ放電によって被覆膜2を形成しているが、上述のように、この方法に限られない。
(d)プラズマ放電が発生すると、装置内に発光体粒子を供給する(S04)。
(e)発光体粒子の表面を被覆膜で被覆する(S05)。
(f)粒子表面が被覆された発光体粒子を装置内から取り出す(S06)。
以上によって、粒子表面が有機炭素を主体とする被覆膜2で被覆された発光体粒子を得ることができる。
【0025】
得られた発光体粒子の被覆膜2を、XMA(X線マイクロアナライザ)法、蛍光X線法やオージェ分析などによって組成元素分析すると、有機炭素が主成分であり、その他に添加ガス、材料によってH,N,O,Si,F等の各元素が観測される。また、原料ガス及び添加ガス中における水素ガス濃度が高かった場合には、被覆膜2中に[−CH−]成分を含む。被覆膜中に含まれる[−CH−]成分は、ポリマー成分とも呼ばれ、このポリマー成分が増すにつれて被覆膜の抵抗率が上昇することが知られている。この被覆膜2は、ガスの種類、混合比、ガス流量、プラズマ電力などの作製条件で膜の組成や性質が異なる。また、この被覆膜2は、全炭素として20〜95原子%含んでおり、ほかにH,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素の含有量が1原子%以上である。この被覆膜は、無機材料の機械的強度、耐電圧と有機材料の柔軟性を有している。更に緻密でピンホールが極めて少ない。また、H,N,O,Si,F等の添加元素を加えることによって、被覆膜2の化学的安定性を向上させるとともに水分の透過を著しく防ぐことができ、優れた防湿性を得ることができる。
【0026】
また、被覆膜12の厚さは、被覆発光体粒子の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)観察または、TEM(透過型電子顕微鏡)で測定することができる。この被覆膜は、上述の通り、緻密で化学的安定性が高いため、非常に薄い場合、例えば、200nm以下の厚さでも防湿の効果は大きいが、被覆膜12の厚さとしては、1nm〜1000nmの範囲が望ましい。
【0027】
以上のように、この被覆膜は、無機材料の機械的強度と有機材料の柔軟性を有し、かつ添加元素によって耐湿性を大幅に向上させることができる。また、この被覆膜は、薄くても緻密で、ピンホールが無い。そこで、発光体粒子を上記の被覆膜で被覆することで耐湿性の優れた発光体粒子を得ることが可能となる。
【0028】
図2は、本発明の実施の形態1に係る発光体粒子を用いた発光デバイス20の基本構成を示す断面図である。この発光デバイス20は、基板21の上に背面電極22、誘電体層23を順次形成し、さらに誘電体層23の上に本発明の発光体粒子10を含む発光体層24を設け、発光体層24の上に前面電極25を設けている。背面電極22としては、Pt、Pd、Au、Ir、Rh、Niなどの導電体であればいずれでも適用できる。誘電体層23としては、誘電体粒子を樹脂製のバインダーの中に混入したものや、誘電体膜などの誘電体層であればいずれでも適用できる。また、誘電体層23に用いられる誘電体粒子又は誘電体膜の材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸バリウムストロンチウム(BaSrTiO)、チタン酸鉛(PbTiO),チタン酸ジルコニウム鉛(PbZrTiO)、チタン酸ビスマス(BiTiO、但しBi:Ti=4:3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸ビスマスランタン(BiLaTiO、但し、Bi:La:Ti=3.35:0.75:3)等が、誘電特性、絶縁耐圧特性、成膜特性などに優れる点で好ましい。誘電体層23は、スパッタ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法、CVD法(化学気相法)、MOCVD(有機金属化学気相法)などの薄膜形成法で形成したものを用いることができる。
【0029】
発光体層24は、発光体粒子を樹脂製の材料からなるバインダーの中に混入したものである。なお、この発光体粒子は、発光体芯粒子としてZnS:Cu,Clを用い、実施の形態1に記載の方法によって被覆膜を形成している。
【0030】
また、基板21としては、プラスチック基板、セラミック基板、ガラス基板など、通常のEL素子に用いられている基板であればいずれでも適用できる。
【0031】
さらに、前面電極25としては、ITO(InにSnOをドープしたもの)、InZnO、GaZnO、AlZnO,酸化錫など一般に良く知られている光透過性の透明導電体であればいずれでも適用できる。尚、発光体層24からは全方向に発光しているので、基板21側から光を取り出す場合は、背面電極22および前面電極25で説明した電極材料を入れ替えればよい。
【0032】
一方、本発明の発光デバイス20において、発光体芯粒子1に前記発光ダイオード用の発光体粒子を用いる場合、誘電体層23を設置しないで、直接電極から発光層に24に電子または正孔を注入して発光させる。
【0033】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る発光体粒子は、実施の形態1に係る発光体粒子と比較すると、被覆膜が、非晶質無機炭素膜を主体として含む点で相違する。この被覆膜は、ダイヤモンドライク・カーボン膜(DLC)を主たる成分として含んでもよい。なお、この被覆膜は、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜(ta−C)であってもよい。また、この被覆膜は、その構造中にH、N、Fの元素のうち、少なくとも1種類の元素を含んでいてもよい。
【0034】
この被覆膜は、上述の通り、非晶質無機炭素を主体として含むため、非常に薄い場合、例えば、200nm以下の厚さでも高い防湿性が得られるが、被覆膜の厚さとしては、1nm〜1000nmの範囲が望ましい。
【0035】
本発明の実施の形態2に係る発光体粒子の製造方法は、実施の形態1に係る発光体粒子の製造方法と比較すると、装置内に発光体粒子を供給し、原料ガスを導入した後、プラズマ放電を発生させて、粒子表面に被覆膜を形成している点で相違する。
【0036】
図4は、本発明の実施の形態2に係る発光体粒子の製造方法のフローチャートである。
(a)装置内に発光体粒子を供給する(S11)。
(b)装置内を真空引きする(S12)。
(c)装置内に原料ガスを導入する(S13)。原料ガスとして、CH、C、C等の炭化水素系のガスを用いることができる。なお、添加ガスとして、H,NH、N、NH、CO、NO、CF、SiHなどを使用してもよい。
(d)装置内にプラズマ放電を発生させる(S14)。装置を回転させ、実施の形態1と同様に、高周波プラズマやマイクロ波プラズマ等のプラズマ放電を発生させる。
(e)発光体粒子の表面を被覆膜で被覆する(S15)。この被覆膜は、炭素を60原子%以上含有する非晶質無機炭素を主体とする。
(f)発光体粒子を装置内から取り出す(S16)。
以上によって、粒子表面が被覆された発光体粒子を得ることができる。
【0037】
この被覆膜は、実施の形態1と同様な方法及びX線回折法で分析を行うと非常に緻密な被覆膜であることがわかった。また、この被覆膜は、炭素Cを60原子%以上含有している非晶質無機炭素膜であった。なお、非晶質無機炭素膜とは、X線回折法で明確な結晶構造を示す回折パターンが観測されない炭素膜であって、ダイヤモンドライク・カーボン膜も含まれる。さらに、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜を含んでもよい。この被覆膜は、非晶質無機炭素膜であるので、結晶粒界がなく、湿気の侵入がない。そのため耐湿性が高い。また、硬度が高く、機械的強度も高い。また、添加ガスとして、H,NH、N、NH、CO、NO、CF、SiH等を使用すると、被覆膜は、非晶質炭素膜にH,N,O,Si,F等の添加元素を含んだ膜となる。添加元素のH,N,O,Si,Fは、膜の化学的安定性を向上させるとともに水分の透過を著しく防ぎ、優れた防湿性を示す。
【0038】
この被覆膜は、ラマン分光法、FT−IR等の赤外線吸収法、SIMSによる水素原子の量測定等によって観測できる。特に、この被覆膜では、ラマンスペクトルにおいて、1350cm−1付近のピーク(D−band)と、1570cm−1付近のピーク(G−band)とが観測されることを特徴とする。一方、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜(ta−C)の場合、成膜条件によっては、D−bandのピークが相対的に小さくなる。なお、参考として、ダイヤモンドの場合には、ラマンスペクトルにおいて1350cm−1付近の鋭いピークを示すが、1570cm−1付近にはピークが見られない。また、グラファイトでは、1570cm−1付近にピークが見られるが、1350cm−1付近にはピークが見られない。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明に係る発光体粒子は、緻密で防湿効果が高く、且つ、薄い被覆膜が形成されているため、ELランプやテレビなどのディスプレイに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の実施の形態1に係る発光体粒子の断面を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る発光体粒子の製造方法のフローチャートである。
【図3】本発明の実施の形態1に係る発光デバイスの構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る発光体粒子の製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【0041】
10 発光体粒子、11 発光体芯粒子、12 被覆膜、20 発光デバイス、21 基板、22 背面電極、23 誘電体層、24 発光体層、25 前面電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子表面を、有機炭素を主体として含み、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む被覆膜で被覆したことを特徴とする発光体粒子。
【請求項2】
前記被覆膜は、[−CH−]成分を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光体粒子。
【請求項3】
前記被覆膜は、[−CH−]成分のネットワークを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光体粒子。
【請求項4】
粒子表面を、非晶質無機炭素を主体とする被覆膜で被覆したことを特徴とする発光体粒子。
【請求項5】
前記被覆膜は、H、N、Fの内、少なくとも1種類以上の元素をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の発光体粒子。
【請求項6】
前記被覆膜は、ダイヤモンドライク・カーボン膜を含むことを特徴とする請求項1及び4に記載の発光体粒子。
【請求項7】
粒子表面を被覆する前記被覆膜の膜厚は、1nm〜1000nmであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の発光体粒子。
【請求項8】
請求項1から7のいずれか一項に記載の前記発光体粒子を含む発光体層と、
前記発光体層の少なくとも一方の面に設けられた誘電体層と、
前記発光体層及び前記誘電体層を挟んで設けられ、電場を印加する一対の電極と
を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項9】
所定の真空度の装置内に、炭素を主体として含み、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む原料ガスを導入するステップと、
前記装置内にプラズマ放電を発生させるステップと、
プラズマ放電を発生させた前記装置内に発光体粒子を供給して、前記発光体粒子の表面を、有機炭素を主体として含み、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含む被覆膜で被覆するステップと
を含むことを特徴とする粒子表面が被覆された発光体粒子の製造方法。
【請求項10】
装置内に発光体粒子を供給するステップと、
前記装置内を所定の真空度に真空引きするステップと、
前記装置内に、炭素を主体として含む原料ガスを導入するステップと、
前記装置内にプラズマ放電を発生させて、前記発光体粒子の表面を、非晶質無機炭素を主体として含む被覆膜で被覆するステップと
を含むことを特徴とする粒子表面が被覆された発光体粒子の製造方法。
【請求項11】
前記原料ガスは、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含み、前記被覆膜は、H,N,O,Si,Fの中から1種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項10に記載の発光体粒子の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−112831(P2007−112831A)
【公開日】平成19年5月10日(2007.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−302948(P2005−302948)
【出願日】平成17年10月18日(2005.10.18)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】