説明

エレクトロルミネッセンス素子

【課題】 発光時の発熱による蛍光顔料の劣化等を抑制し、および水分に対する耐久性(蛍光体粒子)さらには紫外線に対する耐久性(蛍光体粒子、蛍光顔料)を向上させること、更には耐久性を向上させると共に、カラーバランスの経時変化を小さくすること。
【解決手段】蛍光体層と誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が、誘電体層または蛍光体層と誘電体層との間に更に設けられた顔料層に含まれるか、蛍光体層に含まれ、蛍光顔料の含有量分布が蛍光体層の厚さ方向において誘電体層側ほど高くされているエレクトロルミネッセンス素子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、本発明は、蛍光体粒子を分散した蛍光体層を有するエレクトロルミネッセンス(以下「EL」と称する)素子に関する。
に関する。
【背景技術】
【0002】
EL素子は、バックライト等、各種表示装置へ応用されている。
このようなEL素子としては、分散剤中に蛍光体粒子を分散してなる分散型EL素子と、誘電体層間に蛍光体薄膜を挟んでなる薄膜型EL素子とに大別できる。分散型EL素子は、高温プロセスを経る必要がないため、プラスティックを基板としたフレキシブルな材料構成が可能であること、真空装置を使用することなく比較的簡便な工程で低コストのEL素子が製造できること、発光色の異なる複数の蛍光体粒子を混合することにより素子の発光色の調整が容易であること、及び比較的大面積化が容易であること等の特徴を有する。このため、分散型EL素子は、平面型の発光光源としての開発が進められ、近年の各種電子機器の多様化に伴って、画像表示素子のほか装飾用ディスプレイ材料としての応用も盛んに行われている。
【0003】
分散型EL素子の光源としての用途から発光色は白色が望ましいが、単独で白色に発光する蛍光体がないため、分散型EL素子において白色光を得るために種々の技術が提案されてきた。発光色を白色とする方法として、蛍光顔料を用いて青色又は青緑色発光する蛍光体粒子からの発光の一部を、緑色や赤色に波長変換(発光)させて白色化する技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、色変換蛍光顔料(ローダミンS)が蛍光体層に混合され、色純度が良く、高輝度の白色光を安定して得る技術が提案されている。また、特許文献2には、着色染料層を蛍光体層の背部、又は誘電体層に着色染料層を形成し、発光時に優れた色調およびコントラストとする技術が提案されている。しかしながら、これらの技術においては、外部からの水分による蛍光体粒子の劣化、さらには紫外線による蛍光体粒子および蛍光顔料や染料の劣化など、外因によるEL素子の発光輝度の低下や寿命が短くなるなどの耐久性に問題があった。また、蛍光体粒子自体が発する熱による蛍光顔料や染料の劣化などの内因によるEL素子の耐久性にも問題があった。
【0004】
紫外線に対して、特許文献3に、蛍光体層から表面側の防湿フィルムまでの間に超微粒子のTiO2を含む層を形成し、蛍光体層に入射する紫外線を遮蔽することにより、蛍光体層の蛍光体粒子の黒化や蛍光顔料の劣化を防止する技術が提案されている。しかしながら、この技術でも、蛍光体粒子自体が発する熱などの内因による蛍光顔料の劣化や、水分による蛍光体粒子の劣化を防ぐことができず、さらにまた、TiO2微粒子による光散乱のため、発光効率が低下するという問題も起こった。
また、特許文献4には、蛍光顔料層を蛍光体層より後面側に配し、省電力による高輝度発光、発光効率向上、素子を長寿命化する技術が提案されている。しかしながら、この技術でも、外部からの水分、紫外線などの外因による劣化を防ぐことができなかった。
一方、特許文献5には、蛍光体粒子をフッ素含有ビニル系ポリマーにより被覆し、更に紫外線吸収剤により被覆してなるEL素子が提案されており、蛍光体粒子自身の黒化を防ぐことにより、輝度を持続させる技術が提案されている。
【特許文献1】特公平5-33514
【特許文献2】特開昭61-158692
【特許文献3】特公平7-79035
【特許文献4】特開平11-67458
【特許文献5】特開平8-134441
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述の通り、色変換材料(蛍光顔料、染料など)を使用した従来のEL素子には問題点が残り、未だ十分に要求されている程度に耐久性を満足させることができなかった。
すなわち、外部からの水分による蛍光体粒子の劣化などの外因、また、蛍光体粒子自体が発する熱による蛍光顔料の劣化などの内因により、EL素子の発光輝度の低下や寿命が短くなるなどの耐久性に問題があった。さらに外因としては、紫外線による蛍光体粒子および蛍光顔料の劣化の問題もあった。さらにまた、劣化により、カラーバランスのずれが生じるという問題もあった。
要するに、従来のEL素子では、耐久性が不十分であり、蛍光体粒子の劣化などによる発光輝度の低下が少なく、耐久性に優れたEL素子の開発が要望されているのが現状である。そして、更に耐久性を満足すると共に、よりカラーバランスにも優れ且つカラーバランスの経時的な劣化が少ないEL素子の開発が要望されている。
【0006】
従って、本発明は、発光時の発熱による蛍光顔料の劣化等を抑制し、水分に対する耐久性(蛍光体粒子)を向上させることを目的とする。
また、本発明は、紫外線に対する耐久性(蛍光体粒子、蛍光顔料)を向上させることを目的とし、これとともに、カラーバランスの経時変化を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、以下の構成のEL素子が上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、以下の構成を有するものである。
(1) 蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、
前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、
蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が、前記誘電体層または前記蛍光体層と前記誘電体層との間に更に設けられた顔料層に含まれることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子(以下、「第1発明」という場合にはこの発明を指す)。
(2) 蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、
前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、
蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が前記蛍光体層に含まれ、該蛍光顔料の含有量分布が蛍光体層の厚さ方向において誘電体層側ほど高くされていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子(以下、「第2発明」という場合にはこの発明を指す)。
(3) 該被覆層が波長280nm〜420nmに吸収端を有する材料を含むことを特徴とする上記(1)又は(2)記載のエレクトロルミネッセンス素子。
(4) 該蛍光体粒子が、中心粒子サイズが0.1〜15μmで、粒子サイズ分布の変動係数が35%未満であり、5nm以下の面間隔の積層欠陥を10層以上含有する粒子を蛍光体粒子全体の30体積%以上有するZnS系エレクトロルミネッセンス蛍光体であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス素子。
(5) 可視域に2つの発光極大を有し、該2つの発光極大のうち、短波側発光極大を483nm〜493nmの範囲に有し、長波側発光極大を605nm〜615nmの範囲に有し、発光極小を571nm〜583nmの範囲に有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【0009】
上記(1)または(2)の構成により、蛍光体粒子の発熱による蛍光顔料の劣化防止、水分、湿度による蛍光体粒子の劣化防止、蛍光体粒子からのイオンの溶出によるEL素子の劣化防止等の効果が得られ、これらによりEL素子の発光輝度の低下を防止し、耐久性を向上させることができる。
また、上記(3)の構成により、(1)または(2)における耐久性にさらに、紫外線に対する耐久性(蛍光体粒子、蛍光顔料)を向上させ、加えて更に、カラーバランスのずれ防止効果が得られる。
上記(4)の構成により、より紫外線の遮蔽効果が高まり、更に耐久性が向上する。
【発明の効果】
【0010】
本発明のEL素子によれば、蛍光体粒子の発熱による蛍光顔料の劣化防止、水分、湿度による蛍光体粒子の劣化防止、蛍光体粒子からのイオンの溶出によるEL素子の劣化防止等の効果が得られ、これらによりEL素子の発光輝度の低下を防止し、耐久性を向上させることができる。更に、紫外線に対する耐久性、加えて更に、カラーバランスのずれ防止効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、まず第1発明について説明した後、第2発明について説明する。
本発明(第1発明)のEL素子は、蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有し、前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、特定の蛍光顔料が、前記誘電体層または前記蛍光体層と前記誘電体層との間に更に設けられた顔料層に含まれることを特徴とする。
【0012】
[EL素子]
本発明のEL素子は、300cd/m2での発光効率が10ルーメン/W以上が好ましく、15ルーメン/W以上がより好ましい。EL発光の半減期は、2000時間以上が好ましく、4000時間以上がより好ましい。さらに、50μm角の絞りを有する光度計で測定される平均発光強度に対する発光強度の変動係数が5%以下が好ましく、1%以下がより好ましい。
【0013】
また、本発明のEL素子は白色発光することが好ましく、可視領域に2つの発光ピークを有することが好ましい。この場合には、青緑色発光と赤色発光の組合せと、青色発光と緑赤発光の組合せとがあり、前者の方が演色性の点でより好ましい。青緑色発光と赤色発光の組合せは、短波側の発光ピークが450〜530nmの範囲が好ましく、485〜505nmの範囲がより好ましく、483〜493nmがさらに好ましく、長波側の発光ピークが605〜645nmの範囲であることが好ましく、より好ましくは605〜620nmの範囲であり、さらには605〜615nmの範囲であることが好ましい。これら2つの発光ピークにより形成される発光の極小ピークは、571〜583nmの範囲が好ましい。さらに、蛍光体粒子の発光と後述する蛍光顔料の発光強度比は、0.8:1.2〜1.2:0.8の範囲が好ましく、0.9:1.1〜1.1:0.9がより好ましい。
青色発光と緑赤発光の組合せは、短波側の発光ピークが445〜455nmの範囲が好ましく、より好ましくは440〜460nmの範囲であり、445〜455nmの範囲がさらに好ましく、長波側の発光ピークが555〜595nmの範囲が好ましく、より好ましくは565〜590nmの範囲であり、571〜583nmの範囲がさらに好ましい。これら2つの発光ピークにより形成される発光の極小ピークは、483〜493nmの範囲が好ましい。さらに、蛍光体粒子の発光と後述する蛍光顔料の発光強度比は、0.8:1.2〜1.2:0.8の範囲が好ましく、0.9:1.1〜1.1:0.9がより好ましい。いずれの組合せでも、CIE色度座標(x,y)としては、x値が0.30〜0.43の範囲で、かつy値が0.27〜0.41の範囲が好ましい。
上述のような吸収波長を有するようにするには、後述の蛍光体粒子と蛍光顔料とを適宜組み合わせて調節すればよい。
【0014】
青緑色(B+G)発光と赤色(R)発光の組み合わせについて以下に説明する。
青緑色発光材料としては450〜530nmの範囲に発光極大を有する材料が好ましく、より好ましくは485〜505nmの範囲に発光極大を有する材料であり、さらに好ましくは483〜493nmの範囲に発光極大を有する材料である。これらの発光材料を単独で用い、450〜530nmの範囲に発光極大を有する青緑色発光を得てもよいし、異なる発光極大を有する複数の発光材料を用い、個々の発光材料からの発光を重ねた結果450〜530nmの範囲に発光極大を有する青緑色発光を得てもよい。
【0015】
青緑色発光する蛍光材料として好ましくは、(ZnS:Cu,Cl)、(SrS:Ce,Cu)蛍光体等を用いることができるが、特に(ZnS:Cu,Cl)蛍光体を用いることが好ましい。ここで、Cu及びClの添加量は、ZnSが1モルに対して、1×10-4以上1×10-2以下モルの範囲が好ましく、5×10-4以上5×10-3以下モルの範囲が特に好ましい。これによって、460nm付近と500nm付近との2つの発光ピークが重なり、青緑色のEL発光が得られる。
また、(ZnS:Cu,Br)や(ZnS:Cu,I)等の青色発光するEL蛍光体や(ZnS:Cu,Al)の緑色発光する蛍光体を前記青緑発光する蛍光体に加えたり、青色発光する蛍光体と緑色発光する蛍光体同士を混合したりすることも、EL素子の発光色を調整するために好ましい。
【0016】
一方、赤色発光は、上記のような青色発光や緑色発光する蛍光体の青色から緑色発光の一部を吸収して赤色発光する蛍光顔料、蛍光染料、あるいは蛍光色素等の色変換材料を用いて得ることが好ましい。本発明においては、以下、このような色変換材料を単に蛍光顔料とも言う。このような色変換材料としては、ローダミン、キサンテン、キノリン、ベンゾチアゾール、トリエチルインドリン、ペリレン、トリフェンニン、ジシアノメチレンを骨格として持つ化合物が好ましく、他にもシアニン系色素、アゾ染料、ポリフェニレンビニレン系ポリマー、ジシランオリゴチエニレン系ポリマー、ルテニウム錯体、ユーロピウム錯体、エルビウム錯体を用いることも好ましい。また、蛍光顔料として、シンロイヒ社製の「FA−007」が挙げられる。
これらの化合物の中でも、605〜645nmの範囲に発光極大を有するものが好ましく、より好ましくは605〜620nmの範囲に発光極大を有するものであり、さらに好ましくは605〜615nmの範囲に発光極大を有するものであり、最も好ましくは610nmに発光極大を有するものである。
これらの化合物は単独で使用することも好ましいが、ポリマー中等に分散した後に使用することも好ましい。
発光極大波長は、青色発光や緑色発光する蛍光体粒子に対する色変換材料の添加量により調整することができ、色変換材料の添加量を増すことにより発光極大波長をより長波側にシフトさせることができる。
また、上記の色変換材料により605〜615nmの範囲に発光極大が得られない場合でも、バンドリフレクションフィルター等のフィルターを用いることで、発光極大波長を該範囲内に調整することができる。
【0017】
次に、青色(B)発光と緑赤色(R+G、以下オレンジ色とも言う。)発光の組み合わせについて以下に説明する。
青色発光材料としては445〜455nmの範囲に発光極大を有する材料が好ましく、より好ましくは440〜460nmの範囲に発光極大を有する材料であり、さらに好ましくは445〜455nmの範囲に発光極大を有する材料である。
この様な蛍光材料として好ましくは、(ZnS:Cu,Cl)、(SrS:Ce,Cu)、BaAl24:Eu蛍光体等を用いることができるが、特に(ZnS:Cu,Cl)蛍光体を用いることが好ましい。ここで、Cu及びClの添加量は、ZnSが1モルに対して、1×10-4以上1×10-2以下モルの範囲が好ましく、1×10-4以上1×10-3以下モルの範囲が特に好ましい。これによって、450〜460nm付近に発光極大を有する青色のEL発光が得られる。
また、445〜455nmの範囲に発光極大が得られない場合でも、バンドリフレクションフィルター等のフィルターを用いることで、発光極大波長を該範囲内に調整することができる。
【0018】
一方、オレンジ色発光材料としては、555〜595nmの範囲に発光極大を有する発光材料が好ましく、より好ましくは565〜590nmの範囲に発光極大を持つ発光材料であり、さらに好ましくは571〜583nmの範囲に発光極大を持つ発光材料である。この様なオレンジ色発光材料として、蛍光顔料、蛍光染料又は蛍光色素等の色変換材料を用いることが好ましい。本発明においては、以下、このような色変換材料を単に蛍光顔料とも言う。
蛍光顔料、蛍光染料又は蛍光色素として好ましくはベンズイミダゾール、キノリン、ベンゾチアゾール、トリエチルインドリン、ジピリジルジシアノベンゼンを骨格として持つ化合物が好ましく、これらの化合物には炭素、窒素、硫黄、あるいは酸素等が含まれた飽和または不飽和の鎖状置換基が結合していることがさらに好ましい。これらの骨格はポリマー分子中の一部分として使用されることも好ましい。また、ジメチルまたはジフェニルホスフィノ金複核錯体、チエニレン−フェニレン系ポリマー、ジシランオリゴチエニレン系ポリマーを用いることも好ましい。これらの化合物は単独で使用することも好ましいが、ポリマー中等に分散した後に使用することも好ましい。
【0019】
[蛍光体粒子]
まず、本発明のEL素子に用いられる蛍光体粒子について説明する。
上記蛍光体粒子は、蛍光体層の膜厚を小さくして電界強度を高めるために、中心粒子サイズが0.1〜15μmの範囲が好ましく、1〜10μmがより好ましい。発光の均一性や蛍光体層の蛍光体粒子の充填率を高めるために、粒子サイズの変動係数は35%未満が好ましく、30%未満がより好ましい。その粒子内部は、面状の積層欠陥が多い構造を有する方がEL発光の効率が高いため、積層欠陥の平均面間隔が5nm以下の面間隔で10層以上の積層欠陥を有する粒子数が全蛍光体粒子数の30%以上存在することが好ましく、50%以上存在することがより好ましく、70%以上存在することがさらに好ましい。
また、蛍光体粒子は、ZnS系エレクトロルミネッセンス蛍光体であることが好ましい。上記のような蛍光体粒子を用いることで、紫外線による劣化を更に低減させて耐久性を向上させることができ、好ましい。
【0020】
本発明で好ましく用いられる蛍光体粒子の母体材料としては、具体的には第II族元素と第VI族元素とからなる群から選ばれる元素の一つあるいは複数と、第III族元素と第V族元素とから成る群から選ばれる一つあるいは複数の元素とから成る半導体の微粒子であり、必要な発光波長領域により任意に選択される。
例えば、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CaS、MgS、SrS、GaP、GaAs、及びそれらの混晶、CaGa24、SrGa24、BaAl24などが挙げられるが、ZnS、CaS、SrSなどを好ましく用いることができる。
【0021】
蛍光体粒子が、付活剤としてCu、Mn、Ag及び希土類元素の群より選ばれる少なくとも1種を含有するか、共付活剤としてCl、Br、I、Alの群より選ばれる少なくとも1種を含有するか、または添加物としてAu、Sb、Biの群より選ばれる少なくとも1種を含有するのが好ましい。
【0022】
付活剤としてはCuをより好ましく用いることができる。付活剤の添加量は、付活剤の種類によって異なるが、例えばCuの場合には、ZnSが1molに対して1×10-4〜1×10-2molの範囲が好ましく、5×10-4〜5×10-3molがより好ましい。
共付活剤としては、Clをより好ましく用いることができる。共付活剤の添加量としては、付活剤と同様に1×10-4〜1×10-2molの範囲が好ましく、5×10-4〜5×10-3molがより好ましい。
付活剤及び共付活剤の添加量がこれよりも少ないと十分な輝度を得られず、逆にこれよりも多いと濃度消光により輝度低下を生じる場合があるので上記範囲内とするのが好ましい。これらの共付活剤は、後述の融剤から導入されるが、Alの場合には別途Al(NO33、等の化合物で添加する必要がある。
【0023】
また、添加物としては特にAuが好ましい。Auを添加することで、例えば蛍光体粒子の電子発生源であるCuxS結晶の劣化を抑制することができるため寿命が著しく向上する。この効果は、特に粒子サイズの小さな蛍光体粒子で顕著である。Au等の添加物の添加量は、ZnS等の母体材料1molに対して1×10-5〜1×10-3molの範囲が好ましく、5×10-5〜5×10-4molがより好ましい。
【0024】
また、蛍光体粒子の結晶系は、粉末X線回折でほとんどが閃亜鉛鉱型結晶であり、ウルツ鉱型結晶の混在率が30質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。蛍光体粒子の場合は、閃亜鉛鉱型結晶の方が輝度が高いためである。
【0025】
[蛍光体粒子の製造方法]
上記のような蛍光体粒子は、例えば以下の方法で得ることができる。
蛍光体粒子の原料は、市販の高純度のZnSを用いることができる。使用可能なZnSの純度は、99.9%以上が好ましく、99.99%以上がより好ましい。不純物として、特に蛍光体粒子に深い準位を形成するような、Fe、Ni、Co、Cr、等の金属元素を10ppm以上含有していないことが好ましい。原料となるZnSの粒子サイズに制限はないが、焼成により蛍光体粒子サイズを調整するために、0.01〜5μmの範囲が好ましく、0.05〜1μmがより好ましい。さらに、X線回折の回折ピークの半値幅から計算される結晶子サイズは、高輝度を得るために、1〜50nmの範囲が好ましく、10〜30nmがより好ましい。このようなZnS原料は、Zn水溶液中にH2Sガスを導入することで得られるが、Zn塩濃度、反応のpH、H2Sガス導入速度、温度、等の条件を適宜選択して所望のZnS原料を得ることが好ましい。
【0026】
上記ZnS原料に付活剤を添加する。例えば、付活剤としてCuを添加するには、ZnS粒子を水に分散させた懸濁液中に、CuSO4、Cu(NO32、等のCu化合物水溶液を添加してZnSの粒子表面にCuxSが析出した前駆体を作製する。さらに、Auを添加する場合には、塩化物、塩素酸塩、等のAu化合物を、懸濁液中に添加する。懸濁液は、マグネットスターラー、インペラー攪拌機、等で全てのZnS粒子が懸濁液中で運動するように撹拌することが好ましく、Cu及びAu化合物水溶液の添加は、スポイト、ビーカー、等で適当に添加することができるが、添加速度が制御可能なシリンジポンプ、チューブポンプ、オリフィス、等を用いることが付活剤の添加の均一性の点でより好ましい。反応後の懸濁液は、副生成物であるZnSO4やZn(NO32を除去するため、蒸留水やイオン交換水で数回洗浄することが好ましい。懸濁液からの粒子の回収は、デカンテーション、吸引濾過、限外濾過、遠心分離、等の方法により固液分離した後、温風乾燥機、真空乾燥機、等の乾燥機で80〜500℃の温度で、0.5〜24時間程度乾燥することが好ましい。この後の焼成工程での雰囲気を制御するため、乾燥後の前駆体の水分含有率は、1質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましい。原料中の水分量が多いと、焼成により水分と原料との反応、分解、等によりH2S、SOx、O2、等が発生し、焼成中の雰囲気を一定に保つことが難しくなる。
【0027】
付活剤や添加物がZnS結晶中に均一に添加された前駆体を用いることも好ましいため、水熱合成法、均一沈殿法、噴霧熱分解法を利用することもできる。いずれの方法でも、Zn塩と付活剤や添加物の塩とを溶媒に溶解した状態から、ZnSを反応生成させることで付活剤や添加物がZnS内部に取り込まれた前駆体を得ることができるため好ましい。
【0028】
蛍光体粒子の焼成は、従来法と同様の固相反応で行うことができる。まず、付活剤や添加物を含有したZnS粒子と、共付活剤の供給源ともなるアルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化亜鉛、等の融剤、共付活剤がAlの場合にはAl化合物とを混合して混合物を得る。特に、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物を好ましく用いることができ、それらの塩化物がより好ましい。具体的には、NaCl、MgCl2、SrCl2、BaCl2、等が特に好ましく、小サイズの蛍光体粒子を得るためには融剤の一部に少なくともSrCl2を含むことが最も好ましい。Csを添加する場合には、融剤としてCsのハロゲン化物を用いる。このとき、融剤は水分を吸収しやすい物質が多いため、混合前に乾燥することが好ましく、温風乾燥機や真空乾燥機を用いて、80〜200℃で0.5〜24時間乾燥することが好ましい。さらに、Auを添加する場合には、塩化物、塩素酸塩、等のAu化合物を、ここで混合しても良い。
これらの混合は、乳鉢、ターブラミキサー、Vコーンミキサー、ボールミル、ジェットミル、等による乾式混合でも良いし、一度蒸留水やイオン交換水を加えて懸濁液又はペースト状とした後、水分を乾燥させることで、さらに前駆体と融剤とを均一に混合することもできる。混合時間は混合方法により異なるが、短すぎると混合が不十分となり、長すぎると原料が再吸湿してしまうため、0.2〜3時間が好ましい。再吸湿を避けるために、乾燥した雰囲気中で混合することも好ましい。
【0029】
融剤の添加量は、混合物の1〜80質量%の範囲が好ましく、10〜70質量%がより好ましく、20〜60質量%が特に好ましい。融剤が少なすぎると結晶成長が十分に進まないことがあり、多すぎると蛍光体粒子の収量を低下させたり、腐食性の有毒ガスを発生する原因となる。次いで、この混合物を、ルツボに充填する。使用するルツボは、アルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、等のセラミックス製ルツボを使用することが好ましい。ルツボへの混合物の充填は、タップ法やバイブレーターを用いてできるだけ緻密に充填することが好ましく、ルツボ容積の50〜100体積%に充填することが好ましく、80〜95体積%がより好ましい。ルツボには蓋をかぶせることが好ましく、ルツボと蓋との接触部分は摺り合わせ処理をして機密性を高めることが好ましい。混合物を充填したルツボの外側に、より大きなルツボを組み合わせて多重構造にすることがルツボ内の雰囲気を安定させるためには好ましく、多重構造で形成された空間に、ZnS、炭素、硫黄、等の酸化防止剤やMgCl2、NH4Cl、等の雰囲気作成物質、及びそれらの混合物を配置することが好ましい。
【0030】
ルツボに充填した混合物の焼成は、電気やガスを熱源としたマッフル炉、チューブ炉、イメージ炉、連続炉、等を用いて焼成する。ルツボは、炉の均熱帯に配置するが、均熱帯は設定した焼成温度に対して±50℃の範囲が好ましく、±20℃の範囲がより好ましい。焼成温度は、結晶成長が十分に進み、付活剤や添加物がZnS中に均一に拡散するために、900〜1300℃の範囲で焼成することが好ましく、1100〜1200℃がより好ましい。焼成時間も同様に、30分〜12時間の範囲が好ましく、1〜6時間がより好ましい。このとき、炉の昇温速度は、100〜2000℃/hの範囲が好ましく、300〜800℃/hがより好ましい。冷却速度は、通常は自然冷却で行われるが、10〜10000℃/hの範囲で制御することが好ましい。降温速度が速い場合には、炉内に冷風を導入したり、水冷したりすることで降温速度を制御できる。焼成をより精密に制御するために、ステップ状の焼成パターンを選択することも好ましい。焼成の雰囲気は、空気、酸素、等の酸化性雰囲気、窒素,アルゴン、等の不活性雰囲気、水素−窒素混合雰囲気、炭素−酸素混合雰囲気、等の還元雰囲気、硫化水素,二硫化炭素、等の硫化雰囲気、等を利用できる。チューブ炉、等を用いる場合には、ルツボではなくボート形状の容器を用いることもできる。
【0031】
焼成した混合物をルツボから取り出し、余分な融剤、反応副生成物、ZnSが酸化されてできたZnO、等を除去するために、酸洗浄と水洗を十分に繰り返すことが好ましい。酸洗浄に使用する酸は、HCl、HNO3、H2SO4、等が使用でき、酸濃度は0.01〜10mol/Lの範囲が好ましく、0.05〜1mol/Lがより好ましい。酸洗浄及び水洗に使用する洗浄液は、処理する混合物の質量の1〜100倍の量を用いることが好ましい。洗浄液の温度は、室温で良いが、10〜90℃の範囲で保温することが好ましい。混合物を洗浄液に投入して、マグネットスターラー、インペラー攪拌機、等で、懸濁液中の全ての粒子が運動するように撹拌する。洗浄した粒子を吸引濾過、限外濾過、遠心分離、等で固液分離した後、温風乾燥機、真空乾燥機、等を用いて80〜500℃で0.5〜24時間乾燥して、粒子のほとんどがウルツ鉱型結晶を有する中間蛍光体が得られる。中間蛍光体の中心粒子サイズが、蛍光体粒子の中心粒子サイズにほぼ等しくなるため、中間蛍光体の中心粒子サイズは0.1〜15μmの範囲が好ましく、1〜10μmがより好ましい。同様に中間蛍光体の粒子サイズの変動係数も、35%未満が好ましく、30%未満がより好ましい。
【0032】
次いで、上記焼成した中間蛍光体は、応力を与えた後、再焼成することが積層欠陥の密度を増加させて輝度を高めるためより好ましい。中間蛍光体粒子への応力付与は、ボールミル、超音波、静水圧、ラバープレス、等が利用でき、いずれの場合も中間蛍光体粒子を破壊しない程度の負荷で、全ての粒子に均一に加えることが好ましい。特に、応力付与には乾式又は湿式ボールミルを用いることが好ましい。ボールミルに用いる容器及びボールは、ガラス、アルミナ、ジルコニア、等を好ましく用いることができ、ボールによる汚染の点でアルミナとジルコニアをより好ましく用いることができる。使用するボール径は、0.01〜10mmの範囲が好ましく、0.05〜1mmがより好ましい。ボール径が小さすぎると処理後の中間蛍光体粒子との分離が困難になり、大きすぎると応力が大きくなり中間蛍光体粒子を破砕したり、均一な応力付与が困難になる。ボール径の異なる2種以上のボールを混合することも、中間蛍光体粒子に均一に応力を与えられるため好ましい。中間蛍光体とボールの比率は、中間蛍光体1質量部に対してボールが1〜100質量部の範囲が好ましく、2〜20質量部がより好ましい。ボールと中間蛍光体の混合物の充填率は、容器の容積に対して10〜60体積%の範囲が好ましい。ボールミルの回転数は、容器の外径により適宜選択されるが、このときの線速度は1〜500cm/secの範囲が好ましく、10〜100cm/secがより好ましく、ボールと中間蛍光体の混合物が容器内で半月状の運動をし、回転中のボールの傾斜角度が5〜45°の範囲になるように回転数を設定することが好ましい。ボールミルの時間は、回転数などの前記条件により異なるが、1分〜24時間の範囲が好ましく、10分〜1時間がより好ましい。これら条件は、蛍光体粒子の輝度と寿命から適宜組み合わせることが好ましい。
【0033】
湿式ボールミルの場合には、溶媒として水の他に、アルコール類、ケトン類、等の有機溶媒を用いることができる。加える溶媒量は、ボールの隙間をちょうど充填する量が最適とされるが、混合物の流動性を向上させるために、ちょうど充填する体積の1〜10倍量の範囲を加えることが好ましい。添加する溶媒量が少ないと混合物が流動せず、多すぎると均一な応力付与が困難になる。混合物の流動性を向上させるために、分散剤として界面活性剤、水ガラス、等を添加しても良い。その他のボールミル条件は、乾式ボールミルと同様の範囲を用いることが好ましい。
ボールを用いた応力付与の場合、ボールをインペラー、ローター、等で強制的に撹拌する装置や、容器を振動する装置などを用いることもできる。
【0034】
最後に、ボールミルにより応力を加えた中間蛍光体を、乾式篩、湿式篩、等を用いてボールと分離し、温風乾燥機、真空乾燥機、等を用いて80〜500℃で0.5〜24時間乾燥する。
次いで、応力を加えた中間蛍光体を、焼成工程と同様にルツボに充填し、焼成工程と同様の炉で再焼成する。チューブ炉を用いる場合には、ボートを使用することもできる。このとき、SbやBiの化合物を添加することも蛍光体粒子の寿命を向上させるので好ましい。これらの添加物は、ハロゲン化物のような化合物で中間蛍光体に混合しても良いし、中間蛍光体と分離して再焼成による温度で昇華させて雰囲気として作用させても良い。添加量は、ZnSが1molに対して1×10-5〜1×10-3molの範囲が好ましい。混合する場合には、前述の焼成工程と同様の混合方法を用いることができる。さらに、必要に応じて前記付活剤や融剤を再度加えることもできる。再焼成の焼成温度は、400〜900℃の範囲が好ましく、500〜800℃がより好ましい。再焼成の焼成時間、昇温速度、冷却速度、雰囲気は、前述の焼成工程と同様の条件が利用できる。これによって、粒子の70質量%以上が閃亜鉛鉱型結晶に変換される。
【0035】
次いで、再焼成により生成した粒子表面のZnO層や、結晶の乱れや歪みの多い表面層を除去するために、酸エッチングを行うことが好ましい。酸エッチングは、前述の焼成工程後の酸洗浄と同様の方法で実施できるが、酸洗浄の酸濃度は1〜10mol/Lの範囲が好ましく、1〜7mol/Lがより好ましい。酸エッチング後は、前述と同様の方法で水洗を繰り返して、酸と溶解した塩を除去する。さらに、Cuを付活剤として用いた場合には、粒子表面に余分のCu化合物が析出しているため、酢酸、シアン化合物、アンモニア、硫化アンモニウム、Cuキレート剤、等のCu洗浄液での洗浄と水洗を繰り返すことが好ましい。Cu洗浄液の濃度は、添加したCuを溶解するのに必要な量(化学量論比)よりも多い量で洗浄することが好ましく、具体的には2〜100倍量がより好ましい。Cu洗浄液には、洗浄効果を高めるために、H22、等の酸化剤を添加することも好ましい。洗浄した粒子を前述の方法と同様に固液分離して、温風乾燥機、真空乾燥機、等を用いて80〜500℃で0.5〜24時間乾燥する。
最後に、乾式篩などを用いて、粗大粒子や凝集粒子を取り除き用いて中心粒子サイズが0.1〜15μmで、粒子サイズ分布の変動係数が35%未満で、5nm以下の面間隔の積層欠陥を10枚以上含有する粒子を粒子全体の30%以上有するZnS系蛍光体粒子が得られる。
【0036】
(被覆層)
本発明において用いられる蛍光体粒子は、該蛍光体粒子として、核粒子の表面に被覆層を形成してなる被覆層を有する蛍光体粒子を含む。該被覆層の平均膜厚は0.01〜1μmであることが好ましく、0.05〜0.5μmがより好ましい。ここで、被覆層の平均膜厚とは、被覆層を形成した蛍光体粒子の断面SEM写真から、10個以上の粒子に対して被覆層膜厚を1粒子当たりに任意の3点を実測し平均した値をいう。
被覆層の平均膜厚が上記の範囲内において、良好な防湿性やイオンバリア性が得られるとともに、蛍光体粒子への電界強度を減少させることなく、輝度低下や発光閾値電圧の上昇を引き起こし難いため、好ましい。
また、被覆層は、粒子の平均サイズに適した膜厚であることが好ましく、例えば1μmの粒子に1μmの被覆層を形成した場合には、粒子への電界強度の低下を引き起こし易い。従って、粒子の平均粒子サイズに対する被覆層の平均膜厚の比は、0.001〜0.1の範囲であることが好ましく、0.002〜0.05の範囲であることがより好ましい。
【0037】
被覆層の組成は特に限定されないが、酸化物、窒化物、水酸化物、フッ化物、リン酸塩、ダイヤモンド状カーボン及び有機化合物を用いることができ、それらの混合物、混晶、多層膜等の使用も好ましい。具体的には、SiO2、Al23、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta25、Y23、La23、CeO2、BaTiO3、SrTiO3、PZT、Si34、AlN、Al(OH)3、MgF2、CaF2、Mg3(PO42、Ca3(PO42、Sr3(PO42、Ba3(PO42、フッ素樹脂等が好ましい。
【0038】
被覆層により、蛍光体粒子の発光効率が向上され、且つ発熱が低下されるため、経時的な劣化が減少する。また防湿性やイオンバリア性も付与される。
また、被覆層を設けることにより、以下のような紫外線吸収についての作用を付加することができ、その結果経時的な劣化がさらに減少でき、さらにはカラーバランスのずれが減少でき、好ましい。
i) 被覆材料自体が紫外線を吸収する材料(TiO2、ZnO、CeO2、ZrO2、マイカ、カオリン、セリサイトなど)を含有する材料により被覆層を形成した場合には、被覆するだけで紫外線吸収効果が得られる。
ii) 被覆材料自体は紫外線を吸収する材料を含有しない材料のみを用いて被覆層を形成した場合(例えば、Al23、SiO2などのみを使用して被覆層を形成した場合)には、有機系、桂皮酸系、パラアミノ安息香酸系、カンフル系、ベンゾフェノン系、ベンゾイルメタン系の紫外線吸収物質等を更に積層させることにより紫外線吸収効果が得られる。
該被覆層は、波長280nm〜420nmに吸収端を有する材料を含むのが、カラーバランスの低下を防止する観点からは特に好ましい。このような材料としては、TiO2、ZnO、CeO2が挙げられる。特に上記i)において被覆材料自体をTiO2、ZnO、CeO2により被覆層を形成することが好ましい。
【0039】
また、被覆層は、十分な防湿性やイオンバリア性を得るために、ピンホールやクラックが無く、連続的であることが好ましい。このような被覆層は、ゾルゲル法、沈殿法、等の液相合成法を用いて形成することができるが、流動床、撹拌床、振動床、転動床、等を利用したCVD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、及びメカノフュージョン法、等で形成することがより好ましい。
【0040】
本発明の被覆層は、例えば、以下の方法で形成することができる。
被覆層形成の第1の方法として、蛍光体粒子核粒子を流動化させた状態で、被覆層の原料を供給して粒子表面に堆積又は反応させることで被覆層を形成する方法が挙げられる。
【0041】
蛍光体粒子核粒子の流動化は、公知の方法を適宜採用することによって行うことができ、例えば、流動床、撹拌床、振動床、転動床を使用する方法が挙げられる。流動床は、例えば図1に示すように、円筒形容器に蛍光体粒子核粒子を充填し、容器底部から多孔板を通して導入したキャリアガスによって充填した蛍光体粒子核粒子を浮遊させて流動化させ
る方法であり、撹拌床は、例えば図2に示すように、充填した蛍光体粒子核粒子をインペラー攪拌機、等で直接流動化させる方法であり、振動床は、例えば図3に示すように、容器に充填した蛍光体粒子核粒子を容器ごと機械的又は電気的に振動させる方法であり、転動床は、例えば図4に示すように、水平又は傾斜位置に設置した円筒容器に充填したEL
蛍光体核粒子を、円筒容器を回転させることで流動化させる方法である。
【0042】
特に、均一で連続な被覆層を得るためには、流動床を用いることが好ましい。ここで、蛍光体粒子サイズが小さくなると、凝集する傾向が強くなり流動化が困難となることから、蛍光体粒子核粒子に、蛍光体粒子核粒子よりも大きい粒子サイズの流動化促進剤を添加することが好ましい。該流動化促進剤の粒子サイズは、蛍光体粒子核粒子の平均粒径の2〜5倍程度であることが好ましい。流動化促進剤は、蛍光体粒子と反応温度で不活性な物質が好ましく、例えばSiO2、Al23、ZrO2、等を好ましく用いることができる。
また、流動化促進剤の形状は、流動性の最も良好な球形であることが好ましい。
【0043】
流動化した蛍光体粒子核粒子表面への被覆層材料の供給及び反応は、例えば、キャリアガスに気体状の被覆層原料を含有させて、同経路又は別経路で導入した反応ガスと粒子表面で反応させる方法が利用できる。このとき、反応ガスを用いずに気体状の被覆層原料を熱分解させて被覆層を形成することもできる。気体状の被覆層原料としては、アルコキシド、アルキル化合物、塩化物、水素化物、炭化水素、等が利用できる。各反応装置の温度は、通常100〜500℃程度の範囲で反応が行われるが、蛍光体粒子への熱的ダメージを低減するためには、300℃以下の温度であることが好ましい。また、液体状の被覆層原料を流動床にスプレー、等の方法で供給することも好ましい。
【0044】
酸化物、窒化物、水酸化物、ダイヤモンド状カーボン、等の被覆層が上記方法で形成できる。例えば、TiCl4溶液をN2ガスでバブリングして気化させて、水蒸気を含有したN2ガスと蛍光体粒子核粒子表面で反応させることでTiO2前駆体被覆を形成することができ、アルキルアルミニウムと無水アンモニアガスとの反応でAlN被覆が形成できる。
【0045】
被覆層形成の第2の方法として、蛍光体粒子核粒子を溶媒中に分散させた状態で、被覆層の原料を供給して粒子表面に堆積又は反応させることで被覆層を形成する方法が挙げられる。
この方法では、蛍光体粒子核粒子を、溶媒とともに反応容器に導入し、インペラー攪拌機等を用いて分散させることができる。反応容器は、円筒形が好ましく、容器底部は円錐形又は半球形が好ましい。攪拌羽根の形状は、スクリュー型、ねじり羽根型、パドル型、等を利用できるが、撹拌軸の円周方向と垂直方向の撹拌流が形成できるスクリュー−パドル複合型を用いることがより好ましい。図5に示すように、撹拌羽根の周囲にストレーナーを設けて、垂直方向の撹拌流をより強く形成することが好ましい。また、溶媒としては、水、有機溶媒又はそれらの混合物を好ましく用いることができる。特殊な溶媒として、融点以上に加熱して溶融させた尿素を用いることもできる。さらに、溶媒中に界面活性剤、等の分散剤を添加することも好ましい。
【0046】
溶媒中での被覆層の形成は、被覆層原料を蛍光体粒子核粒子が分散する溶媒中に溶解して、その中に反応溶液を添加することにより粒子表面に被覆層を形成する方法、または蛍光体粒子核粒子が分散する溶媒中に、被覆層原料溶液と反応溶液とを同時に添加する方法を好ましく用いることができる。このとき、被覆層原料溶液及び反応溶液は、撹拌が最も激しく行われている領域に添加することが好ましい。被覆層原料溶液及び反応溶液の添加方法としては、既知の定量ポンプやオリフィス添加を用いることができるが、送液の脈動が少ないシリンジポンプを用いることが好ましい。被覆層原料溶液及び反応溶液の添加において、反応容器中のイオン濃度を検知して、各溶液の添加速度を個別に制御することが好ましい。溶媒が尿素の場合など、反応剤は溶液に限らず、固体のまま添加することもできる。
【0047】
また、反応温度の制御は、反応容器をマントルヒーター、等で直接加熱することによって行うこともできるが、反応容器の周囲にジャケットを設けて、温水や冷水を供給することで制御することが好ましい。反応温度は、溶媒が水又は有機溶媒の場合には40〜80℃の範囲が好ましく、尿素の場合には130〜150℃の範囲が好ましい。また、これらはすべて常圧下での反応であるが、オートクレーブを用いることにより加圧下で反応させることも、被覆層の緻密化や分解・縮合反応の促進の観点から、好ましい。この場合、反応温度は、100℃を超えて臨界温度まで利用できる。オートクレーブ中への溶液の添加は、オートクレーブ内部圧力以上の耐圧性を有する送液ポンプを用いて行うことが好ましい。
【0048】
酸化物、水酸化物、リン酸塩、フッ化物、等の被覆層が上記方法で形成できる。例えば、チタンアルコキシドのアルコール溶液に蛍光体粒子を分散させ、反応溶液としてアルコールで希釈した水をチタンアルコキシドの10倍等量程度添加することでTiO2前駆体被覆が蛍光体粒子核粒子表面に形成できる。また、Na3(PO4)水溶液に蛍光体粒子を分散させ、反応溶液としてMgCl2水溶液を添加することでMg3(PO42被覆が蛍光体粒子核粒子表面に形成でき、Mg(CH3COO)2のアルコール溶液に蛍光体粒子を分散させ、反応溶液としてアルコールで希釈したCF3COOHを添加することでMgF2被覆が蛍光体粒子核粒子表面に形成できる。
【0049】
上記2つの被覆層形成方法において、形成処理後にアニールすることも好ましい。部分的に水酸化物が生成している場合など、アニールによってほぼ完全に酸化物に転換することができ、また被覆層の緻密性が向上して耐湿性やイオンバリア性が向上する。
【0050】
被覆層形成の第3の方法として、蛍光体粒子核粒子と被覆層材料とを混合した状態で、機械的熱的エネルギーを加えることで被覆を形成する方法が挙げられる。
被覆層材料は、衝撃や摩擦による機械的熱的エネルギーを受けて蛍光体粒子核粒子表面に固化できる。このような機械的熱的エネルギーを与える装置として、ハイブリダイザー、シーターコンポーザー、等を好ましく用いることができる。被覆材料は、高分子樹脂、等の有機化合物を用いることが好ましいが、無機化合物でも可能である。また、有機化合物の被覆層を形成した上に、無機化合物の被覆層を多層化したり、有機化合物と無機化合物の混合物を被覆することも好ましい。
【0051】
全蛍光体粒子における被覆層を有する蛍光体粒子(以下、「被覆層含有粒子」という場合にはこの蛍光体粒子を意味する)の割合は、100質量%としてもよい。好ましくは80〜100質量%であり、更に好ましくは90〜100質量%である。
【0052】
[蛍光顔料]
次に、本発明に用いられる蛍光顔料について説明する。
本発明に用いられる蛍光顔料は、蛍光体粒子からの発光の一部を補色関係となる発光に変換するものが好ましい。例えば、青緑色発光するZnS:Cu,Cl蛍光体粒子と、赤色発光に変換するローダミン系蛍光顔料、ピリジン系顔料、オキサジン系顔料等との組合せなどを好適に用いることができる。
【0053】
さらに、本発明に用いられる蛍光顔料としては、一般式(A)で表される色変換材料を含有する蛍光顔料を用いることがより好ましい。更に前記蛍光顔料が、一般式(A)で表される色変換材料と、該色変換材料を支持するマトリックス樹脂とを少なくとも有してなり、該色変換材料以外からの発光を吸収することにより発光する顔料であるのが好ましい。
【0054】
【化1】

【0055】
一般式(A)で表される化合物について以下に説明する。
一般式(A)中、R1、R2、R3、R4、及びR5は、同一又は互いに異なっていてもよく、それぞれ水素原子又は置換基を表す。
【0056】
1、R2で表される置換基としては、例えばアルキル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばn−ヘキシル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、tert−アミル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えば4−ヘキサニル等が挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、4−ヘキサニル等が挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、ピレニル等が挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばヘキサノイル、2、2−ジメチルブチロイル、ベンゾイル等が挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばペンチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル等が挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばヘキシルスルファモイル、ジプロピルスルファモイル、フェニルスルファモイル等が挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばペンチルカルバモイル、ジプロピルカルバモイル、フェニルカルバモイル等が挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばヘキシルスルホニル、トシル等が挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル等が挙げられる。)、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含むものであり具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾオキサゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、カルバゾリル、アゼピニル等が挙げられる。)等が挙げられる。これらの置換基は更に置換されても良い。また置換基が二つ以上ある場合は、同一でも異なっていても良い。また、可能な場合には互いに連結して環を形成していても良い。
【0057】
1、R2として好ましくは水素原子、脂肪族炭化水素基、アリール基、ヘテロ環基、Lとアルキレン基で連結して5又は6員環を形成したもの、R1とR2が連結して5ないし7員環を形成したものであり、より好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、Lとアルキレン基で連結して5又は6員環を形成したもの、R1とR2が連結して5ないし7員環を形成したものであり、特に好ましくは炭素数6〜12のアルキル基、Lとアルキレン基で連結して5又は6員環を形成したもの、R1とR2が連結して5ないし7員環を形成したものである。
【0058】
3〜R5で表される置換基としては、例えばアルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニル等が挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニル等が挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、ピレニル等が挙げられる。)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜12、特に好ましくは炭素数0〜6であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジフェニルアミノ、ジベンジルアミノ等が挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ等が挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、2−ナフチルオキシ等が挙げられる。)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数3〜16、特に好ましくは炭素数4〜12であり、例えばピリジノオキシ、ピリミジノオキシ、ピリダジノオキシ、ベンズイミダゾリルオキシ等が挙げられる。)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜20であり、例えばトリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルオキシ等が挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイル等が挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル等が挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシ等が挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等が挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノ等が挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノ等が挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノ等が挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイル等が挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイル等が挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオ等が挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオ等が挙げられる。)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数4〜20、より好ましくは炭素数4〜16、特に好ましくは炭素数4〜12であり、例えばピリジノチオ、ピリミジノチオ、ピリダジノチオ、ベンズイミダゾリルチオ、チアジアゾリルチオ等が挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシル等が挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル等が挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイド等が挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミド等が挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含むものであり具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾオキサゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、カルバゾリル、アゼピニル等が挙げられる。)、シリル基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリル等が挙げられる。)等が挙げられる。これらの置換基は更に置換されても良い。また置換基が二つ以上ある場合は、同一でも異なっていても良い。また、可能な場合には互いに連結して環を形成していても良い。
【0059】
3として好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、シアノ基であり、より好ましくは水素原子、アルキル基であり、さらに好ましくは水素原子である。
4として好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基、R5と連結して環を形成したものであり、より好ましくは水素原子、アルキル基であり、更に好ましくは水素原子である。
5として好ましくは水素原子、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基、R4と連結して環を形成したものであり、より好ましくはアルキル基(好ましくは炭素数2以上20以下のアルキル基、より好ましくは炭素数3以上20以下の分岐又は環状アルキル基、更に好ましくは炭素数4以上12以下の4級炭素を持つ分岐又は環状アルキル基、特に好ましくはtert−ブチル基である。)、アリール基(好ましくはo-位に置換基のあるアリール基、より好ましくは 炭素数7以上30以下のo-位に置換基のあるアルキル置換フェニル基、更に好ましくは2、6−ジメチル置換フェニル基、特に好ましくは2、4、6−トリメチルフェニル基である。)であり、特に好ましくはtert−ブチル基、2、4、6−トリメチルフェニル基であり、最も好ましくはtert−ブチル基である。
【0060】
Xは酸素原子、硫黄原子、又はN−RY1を表し、RY1は水素原子又は置換基を表す。RY1で表される置換基としては、例えばアルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチルなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、フリル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリルなどが挙げられる。)などが挙げられる。これらの置換基は更に置換されてもよい。また、置換基が二つ以上ある場合は、同じでも異なってもよい。また、可能な場合には連結して環を形成してもよい。
【0061】
Y1で表される置換基は好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基であり、より好ましくは、アルキル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基である。
【0062】
Xは好ましくは酸素原子、N−RY1であり、より好ましくは酸素原子である。
【0063】
Lは共役結合の連結基を表す。Lで表される連結基として好ましくは、C、N、O、S、Se、Te、Si、Geなどで形成される共役結合性連結基であり、より好ましくはアルケニレン、アルキニレン、アリーレン、二価の芳香族ヘテロ環(好ましくはアジン、アゾール、チオフェン、フラン環から形成される芳香族へテロ環である。)及びNとこれらの組み合わせから成る基であり、更に好ましくはアルケニレン、アリーレン、二価の芳香族へテロ環及びNとこれらの組み合わせから成る基であり、特に好ましくはアルケニレンと炭素数6〜30のアリーレン、炭素数2〜30の二価の芳香族ヘテロ環の組合せから成る基であり、最も好ましくはアルケニレンと炭素数6〜30のアリーレンとの組合せから成る基である。Lで表される連結基の具体例として以下のものが挙げられる。
【0064】
【化2】

【0065】
【化3】

【0066】
【化4】

【0067】
【化5】

【0068】
Lで表される連結基は置換基を有していてもよく、置換基としては例えば前記R1〜R5で表される置換基として挙げたものが適用できる。Lの置換基として好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヘテロ環基、シリル基、であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、芳香族へテロ環基であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、芳香族へテロ環基である。
【0069】
x及びRyは、それぞれ同一又は互いに異なってもよく、水素原子又は置換基を表し、少なくとも一方は電子吸引性基を表す。また、RxとRyは連結して環を形成してもよい。
【0070】
x、Ryで表される置換基としては、例えばR1〜R5の置換基として挙げたものが適用できる。 Rx、Ryで表される置換基として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルボニル基、チオカルボニル基、オキシカルボニル基、アシルアミノ基、カルバモイル基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスホリル基、イミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくは Hammettのσop値(シグマパラ値)が0.2以上の電子吸引性基であり、更に好ましくはアリール基、芳香族ヘテロ環基、シアノ基、カルボニル基、チオカルボニル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、スルファモイル基、スルホニル基、イミノ基、ハロゲン原子及びRxとRyが連結して電子吸引性基の環を形成したものであり、特に好ましくは芳香族ヘテロ環基、カルボニル基、シアノ基、イミノ基、RxとRyが連結して電子吸引性基の環を形成したものであり、最も好ましくはシアノ基、RxとRyが連結して電子吸引性基の環を形成したものであり、中でもRxとRyが連結して電子吸引性基の環を形成したものでが好ましい。
【0071】
一般式(A)で表される化合物としては、一般式(I)で表される、一般式(A)のRx、Ryが連結して環を形成した化合物がより好ましく用いられる。
【0072】
【化6】

【0073】
一般式(I)について以下に説明する。Z1は5員環ないし6員環を形成するに必要な原子群を表し、形成される環としては通常メロシアニン色素で酸性核として用いられるものが好ましく、その具体例としては例えば以下のものが挙げられる。
【0074】
(a)1、3−ジカルボニル核:例えば1、3−インダンジオン核、1、3−シクロヘキサンジオン、5、5−ジメチル−1、3−シクロヘキサンジオン、1、3−ジオキサン−4、6−ジオンなど。
(b)ピラゾリノン核:例えば1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、3−メチル−1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、1−(2−ベンゾチアゾイル)−3−メチル−2−ピラゾリン−5−オンなど。
(c)イソオキサゾリノン核:例えば3−フェニル−2−イソオキサゾリン−5−オン、3−メチル−2−イソオキサゾリン−5−オンなど。
(d)オキシインドール核:例えば1−アルキル−2、3−ジヒドロ−2−オキシインドールなど。
(e)2、4、6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核:例えばバルビツル酸又は2−チオバルビツル酸及びその誘導体など。誘導体としては例えば1−メチル、1−エチル等の1−アルキル体、1、3−ジメチル、1、3−ジエチル、1、3−ジブチル等の1、3−ジアルキル体、1、3−ジフェニル、1、3−ジ(p−クロロフェニル)、1、3−ジ(p−エトキシカルボニルフェニル)等の1、3−ジアリール体、1−エチル−3−フェニル等の1−アルキル−1−アリール体、1、3−ジ(2 ̄ピリジル)等の1、3位ジヘテロ環置換体等が挙げられる。
【0075】
(f)2−チオ−2、4−チアゾリジンジオン核:例えばローダニン及びその誘導体など。誘導体としては例えば3−メチルローダニン、3−エチルローダニン、3−アリルローダニン等の3−アルキルローダニン、3−フェニルローダニン等の3−アリールローダニン、3−(2−ピリジル)ローダニン等の3位ヘテロ環置換ローダニン等が挙げられる。
(g)2−チオ−2、4−オキサゾリジンジオン(2−チオ−2、4−(3H、5H)−オキサゾールジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2、4−オキサゾリジンジオンなど。
(h)チアナフテノン核:例えば3(2H)−チアナフテノン−1、1−ジオキサイドなど。
(i)2−チオ−2、5−チオゾリジンジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2、5−チアゾリジンジオンなど。
(j)2、4−チオゾリジンジオン核:例えば2、4−チアゾリジンジオン、3−エチル−2、4−チアゾリジンジオン、3−フェニル−2、4−チアゾリジンジオンなど(k)チアゾリン−4−オン核:例えば4−チアゾリノン、2−エチル−4−チアゾリノンなど。
(l)4−チアゾリジノン核:例えば2−エチルメルカプト−5−チアゾリン−4−オン、2−アルキルフェニルアミノ−5−チアゾリン−4−オンなど。
(m)2、4−イミダゾリジンジオン(ヒダントイン)核:例えば2、4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2、4−イミダゾリジンジオンなど。
(n)2−チオ−2、4−イミダゾリジンジオン(2−チオヒダントイン)核:例えば2−チオ−2、4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2−チオ−2、4−イミダゾリジンジオンなど。
(o)イミダゾリン−5−オン核:例えば2−プロピルメルカプト−2−イミダゾリン−5−オンなど。
(p)3、5−ピラゾリジンジオン核:例えば1、2−ジフェニル−3、5−ピラゾリジンジオン、1、2−ジメチル−3、5−ピラゾリジンジオンなど。
(q)ベンゾチオフェン−3−オン核:例えばベンゾチオフェン−3−オン、オキソベンゾチオフェン−3−オン、ジオキソベンゾチオフェン−3−オンなど。
(r)インダノン核:例えば1−インダノン、3−フェニル−1−インダノン、3−メチル−1−インダノン、3、3−ジフェニル−1−インダノン、3、3−ジメチル−1−インダノンなど。
【0076】
1で形成される環として好ましくは1、3−ジカルボニル核、ピラゾリノン核、2、4、6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)、2−チオ−2、4−チアゾリジンジオン核、2−チオ−2、4−オキサゾリジンジオン核、2−チオ−2、5−チアゾリジンジオン核、2、4−チアゾリジンジオン核、2、4−イミダゾリジンジオン核、2−チオ−2、4−イミダゾリジンジオン核、2−イミダゾリン−5−オン核、3、5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェン−3−オン核、インダノン核であり、更に好ましくは1、3−ジカルボニル核、2、4、6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)、3、5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェン−3−オン核、インダノン核であり、特に好ましくは1、3−ジカルボニル核、2、4、6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)であり、最も好ましくは1、3−インダンジオン核である。
【0077】
一般式(I)で表される化合物の中でも一般式(II)で表される化合物が更に好ましい。
【0078】
【化7】

【0079】
式(II)中、R1、R2、R3、R4、R5およびXはそれぞれ一般式(I)におけるそれらと同義であり、また、好ましい範囲も同様である。R31、R32、R33およびR34は、それぞれ水素原子または置換基を表す。R31からR34で表される置換基としては、例えばR1〜R5の置換基として挙げたものが適用できる。更に、R32とR1、R34とR2はそれぞれ互いに連結して環(5ないし6員環)を形成してもよい。Z2 は5ないし6員環を形成するに必要な原子群を表す。
【0080】
2で形成される環としては、Z1で形成される環のうち、1,3−ジカルボニル構造を環内に持つものであり、例えば1,3−シクロペンタンジオン、1,3−シクロヘキサンジオン、1,3−インダンジオン、3,5−ピラゾリジンジオン、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核などが挙げられ、好ましくは1,3−インダンジオン、3,5−ピラゾリジンジオン、バルビツル酸または2−チオバルビツル酸およびその誘導体であり、より好ましくは1,3−インダンジオン、1,2−ジアリール−3,5−ピラゾリジンジオンであり、更に好ましくは1,3−インダンジオン、1,2−ジフェニル−3,5−ピラゾリジンジオンであり、特に好ましくは1,3−インダンジオンである。Z2で形成される環は置換基を有してもよく、置換基としては例えばR1〜R5の置換基として挙げたものが適用できる。また、置換基同士が連結して環を形成してもよい。
【0081】
21およびL22は同一または互いに異なってもよく、それぞれメチン基、置換メチン基または窒素原子を表し、また置換メチン基の置換基を介してL21もしくはL22同士で、またはL21とL22は連結して4ないし6員環を形成してもよい。更に可能な場合にはL21、L22は、R3、R31もしくはR33と連結して環を形成してもよい。置換メチン基の置換基としては例えばR1〜R5で表される置換基として挙げたものが適用でき、好ましくはアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シアノ基、ハロゲン原子であり、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基であり、更に好ましくは低級アルキル基(好ましくは炭素数1〜4)である。L21およびL22として好ましくは無置換メチン基、アルキル置換メチン基、アルコキシ置換メチン基、またはL22がR31もしくはR33と連結して5または6員環を形成したものであり、より好ましくは無置換メチン基、またはL22がR31もしくはR33と連結して5または6員環を形成したものであり、更に好ましくは無置換メチン基である。nは0ないし3の整数を表し、好ましくは0、1または2であり、より好ましくは0または1であり、更に好ましくは1である。
【0082】
一般式(A)、一般式(I)および一般式(II)で表される色変換材料は低分子であっても良いし、残基がポリマー主鎖に接続された高分子量化合物(好ましくは質量平均分子量1000〜5000000、より好ましくは5000〜2000000、更に好ましくは10000〜1000000)、又は一般式(A)、一般式(I)および一般式(II)で表される化合物を主鎖に持つ高分子量化合物(好ましくは質量平均分子量1000〜5000000、より好ましくは5000〜2000000、更に好ましくは10000〜1000000)であっても良い。高分子量化合物の場合はホモポリマーであっても良いし、他のポリマーとの共重合体であっても良く、共重合体である場合はランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であっても良い。本発明の色変換材料は、好ましくは低分子量化合物である。また本発明の色変換材料は金属キレートを形成した状態で含有されてもよい。
【0083】
前記色変換材料の具体例としては下記のものが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお下記化合物はその互変異性体や金属錯体を形成したものであっても良い。
【0084】
【化8】

【0085】
【化9】

【0086】
【化10】

【0087】
【化11】

【0088】
【化12】

【0089】
【化13】

【0090】
【化14】

【0091】
【化15】

【0092】
【化16】

【0093】
【化17】

【0094】
【化18】

【0095】
【化19】

【0096】
【化20】

【0097】
【化21】

【0098】
なお、このような色変換材料を、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アルキッド樹脂、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂及びこれらの樹脂混合物などのマトリックス樹脂に予め練り込んで顔料化して、蛍光顔料として用いることが好ましい。また、これらの蛍光顔料は、単独で用いてもよく、蛍光の色相を調整するために2種以上を組み合わせて用いてもよい。
誘電体層に上記蛍光顔料を含有させる場合には、誘電体材料分散液に上記蛍光顔料を混合して、後述する製法に従って誘電体層を形成することができる。誘電体層は、誘電体材料、前記蛍光顔料、結合剤及び該結合剤を溶解する溶媒を含有する誘電体材料分散液を塗布して形成されるのが好ましい。
蛍光顔料が蛍光体層ではなく、誘電体層に含まれることで、蛍光体粒子の発熱による蛍光顔料の劣化抑制できる。
【0099】
また、顔料層は、上記蛍光顔料と溶剤とを混合してなる蛍光顔料分散液を用いて形成することができる。さらには、蛍光顔料と溶剤にさらに結合剤を添加して蛍光顔料分散液として、顔料層を形成することも可能である。
溶剤としては、アセトン、MEK、DMF、酢酸ブチル、アセトニトリル、等の有機溶媒が好ましい。
結合剤を添加する場合には、結合剤としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができるが、シアノエチルセルロース、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース、等のように、誘電率の高いポリマーをより好ましく用いることができる。
該蛍光顔料の配合割合は、顔料層における顔料濃度が50質量%〜100質量%とするのが好ましい。
また、顔料層の層厚は、3〜20μmとするのが好ましく、3〜15μmとするのが更に好ましい。
蛍光顔料の使用量は、誘電体層に含有させる場合及び顔料層を設ける場合のいずれの場合も、蛍光体層に用いる蛍光体粒子100質量部に対して0.001〜10質量部とするのが好ましく、より好ましくは0.01〜5質量部である。
蛍光顔料が蛍光体層ではなく、顔料層に含まれることで、蛍光体粒子の発熱による蛍光顔料の劣化抑制できる。
【0100】
〔誘電体層〕
本発明のEL素子において設けられる誘電体層は、蛍光体層に隣接させて配置するか、又は蛍光顔料を含有してなる顔料層を介して隣接して配置されることが好ましい。該誘電体層は、誘電率と絶縁性とが高く、且つ高い誘電破壊電圧を有する誘電体材料であれば任意のものを用いて形成することができる。このような材料は、金属酸化物、窒化物から選択され、例えばTiO2、BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、KNbO3、PbNbO3、Ta23、BaTa26、LiTaO3、Y23、Al23、ZrO2、AlON、ZnSなどが用いられる。これらは薄膜結晶層として設置されても良いし、また粒子構造を有する膜として用いても良い。
【0101】
[EL素子の作製]
本発明のEL素子は、透明電極、蛍光体粒子を含む蛍光体層、誘電体層、背面電極を積層した構成を有することが好ましい。
上記のようなEL素子は、例えば以下の方法で得ることができる。
EL素子を作製する環境としては、水分によるEL素子の初期輝度及び寿命の低下や、ゴミ、等の混入による品質の低下を防止するため、温度、湿度、露点、クリーン度、等が管理された場所で実施することが好ましい。温度としては20〜25℃が好ましい。湿度は20℃で58%RH以下、25℃で44%RH以下、絶対湿度で10g/m3以下、露点は10℃未満が好ましい。クリーン度は、クラス10000以下が好ましく、1000以下がより好ましい。
【0102】
(準備工程)
初めに、使用する材料を準備する。蛍光体層に用いる前記蛍光体粒子(被覆層を有するものも含む。以下、蛍光体粒子について述べるときは、同様に被覆層を有するものも含む。)と誘電体層に用いる誘電体材料を乾燥する。蛍光体粒子及び誘電体材料の乾燥は、温風乾燥機、真空乾燥機、等を用いて80〜500℃で0.5〜24時間、水分含有率が好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下になるように乾燥する。同様に、蛍光体層及び誘電体層に用いる結合剤を乾燥する。蛍光体層としては、蛍光体粒子を結合剤に分散させた層を用いることができる。結合剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができるが、シアノエチルセルロース、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース、等のように、誘電率の高いポリマーをより好ましく用いることができる。結合剤を乾燥する場合には、軟化温度が低いため低温での真空乾燥を長く実施することが好ましく、50〜150℃で2〜24時間乾燥することが好ましい。結合剤を溶解するアセトン、MEK、DMF、酢酸ブチル、アセトニトリル、等の有機溶媒も、モレキュラーシーブなどで脱水しておくことが好ましい。乾燥した結合剤を、脱水した有機溶媒に、ホモジナイザー、遊星型混練機、ボールミル、等を用いて5〜70質量%の濃度で溶解し、結合剤溶液を作製する。結合剤溶液は、静置脱泡、真空脱泡、遠心脱泡、等の方法で脱泡した後、ゴミ、等を除去するために、濾布や濾紙を用いて濾過しておくことが好ましい。また、結合剤溶液は、ポリエチレン容器のような密閉容器で長期保存することも可能である。
【0103】
次いで、蛍光体粒子分散液と誘電体材料分散液とを作製する。蛍光体粒子分散液は、前記蛍光体粒子を前記結合剤溶液に添加して、ホモジナイザー、遊星型混練機、ロール混練機、超音波分散機ボールミル、ローターミキサー、等で分散して作製する。蛍光体粒子は、機械的応力によって劣化してしまうため、機械的応力を最小限に留めて、蛍光体粒子と結合剤とが馴染む分散方法を選択することが好ましい。このとき、蛍光体粒子と結合剤の比率は、EL素子の輝度を向上させるため、結合剤が1質量部に対して、蛍光体粒子が1〜20質量部の範囲が好ましく、2〜10質量部がより好ましく、4〜7質量部が特に好ましい。蛍光体粒子の比率が大きくなりすぎると、蛍光体層中に空隙を形成しやすくなり、輝度低下や絶縁破壊を引き起こすため好ましくない。さらに、誘電体材料を蛍光体粒子に対して0〜10質量%の範囲で混合して誘電率を調整することもできる。分散時間は、分散する分散液の量や使用する分散機によっても異なるが、0.5〜72時間の範囲が好ましい。通常は、分散液の量が多いほど分散時間は長くなる。蛍光体粒子分散液は、結合剤溶液に使用したものと同じ有機溶媒を用いて粘度を調整する。蛍光体粒子分散液の16℃において測定される粘度は、後述の塗布方法によっても異なるが、0.01〜10Pa・sの範囲が好ましく0.1〜5Pa・sがより好ましい。蛍光体粒子分散液の粘度が、低すぎるときは、塗膜の膜厚ムラや平滑性などの膜質低下が生じやすくなり、また分散後の時間経過とともに蛍光体粒子が分離沈降してしまうことがある。一方、蛍光体粒子分散液の粘度が高すぎるときには、高速領域での塗布が困難となる場合があるので、上述の範囲内とするのが好ましい。粘度調整した蛍光体粒子分散液は、前記と同様に脱泡し、濾過することが好ましい。同様にして誘電体材料分散液を作製する。誘電体材料は、蛍光体粒子よりも粒子サイズが小さいため、分散時間も蛍光体粒子分散液よりも長くすることが好ましい。
【0104】
(蛍光体層の形成)
蛍光体層は、前記の蛍光体粒子分散液を塗工して形成することができる。後述の透明電極層や、後述の背面電極上に誘電体層を積層した積層体の上に、塗膜の乾燥膜厚が0.5〜100μmの範囲になるように連続的に塗布して形成することが好ましく、50μm以下がより好ましく、30μm以下が特に好ましい。このとき、蛍光体層の膜厚変動は、EL素子の輝度ムラを抑制するために、10%以下とするのが好ましく、5%以下とするのがより好ましい。蛍光体層の薄層化は、蛍光体層に印加させる電圧が同一駆動条件では従来のEL素子のように蛍光体層が厚い場合に比べて高くなるため、輝度が高くなる。従来のEL素子と同程度の輝度で駆動する場合には、駆動電圧や周波数を低くすることができるため、電力消費が少なくなり、さらに振動や騒音なども改善することができる。
蛍光体層の塗布は、一般的な塗布機で塗布可能だが、スライドコーター、エクストルージョンコーター、ドクターブレードコーター、ディップコーター、等を用いることが好ましい。スライドコーター、エクストルージョンコーター、ディップコーターは、0.01〜1Pa・sの比較的低粘度の分散液を高速で塗布するのに適しており、ドクターブレードコーターは0.5〜10Pa・s高粘度の分散液にも対応できる。塗布速度はいずれの塗布方法の場合も、0.1〜200m/minの範囲が好ましく、0.5〜50m/minがより好ましい。塗布長が長く、塗布時間がかかる場合には、コーター部での分散液の皮バリや溶剤の蒸発を防止するために、コーターや液溜部を水冷などにより25℃以下、より好ましくは20℃以下に冷却することや、コーター周囲にカバーを付設して、溶剤雰囲気を高濃度で充満させて溶剤の蒸発を防止することが好ましい。
【0105】
前述の各層は、少なくとも塗布から乾燥工程までを連続工程として形成することが好ましい。乾燥工程は、塗膜が乾燥固化するまでの恒率乾燥工程と、塗膜の残留溶媒を減少させる減率乾燥工程に分けられる。本発明では、各層の結合剤比率が高いため、急速乾燥させると表面だけが乾燥し塗膜内で対流が発生し、いわゆるベナードセルが生じやすくなり、また急激な溶媒の膨張によりブリスター故障を発生しやすくなり、塗膜の均一性を著しく損う。逆に、最終の乾燥温度が低いと、溶媒が各層内に残留してしまい、防湿フィルムのラミネート工程、等のEL素子化の後工程に影響を与えてしまう。したがって、乾燥工程は、恒率乾燥工程を緩やかに実施し、溶媒が乾燥するのに十分な温度で減率乾燥工程を実施することが好ましい。恒率乾燥工程を緩やかに実施する方法としては、ベースが走行する乾燥室をいくつかのゾーンに分けて、塗布工程終了後からの乾燥温度を段階的に上昇することが好ましい。さらに、結合剤の重合や硬化のため必要な温度まで上昇させることもできる。このような乾燥温度としては、具体的には50〜200℃の範囲が好ましく、80〜150℃がより好ましい。最後に、乾燥した積層体を冷却して巻き取る。
【0106】
(誘電体層の形成)
誘電体層を薄膜結晶層とする場合は、基板にスパッタリングや真空蒸着等の気相法で形成した薄膜であっても、BaやSrなどのアルコキシドを用いたゾルゲル膜であっても良く、この場合膜の厚みは通常0.1〜10μmの範囲である。
粒子形状の場合は、蛍光体粒子の大きさに対し十分に小さいことが好ましい。具体的には蛍光体粒子サイズの1/1000以上1/3以下の範囲の大きさが好ましい。
【0107】
上記誘電体層は、好ましくは誘電体材料分散液を塗布して形成される。該誘電体材料分散液は、少なくとも誘電体材料、結合剤、及び結合剤を溶解する溶剤を含有してなる塗布液である。ここで、結合剤としては、前記蛍光体層に用いられるものと同様のものが挙げられる。溶剤としては、アセトン、MEK、DMF、酢酸ブチル、アセトニトリルなどが用いられる。常温における誘電体材料分散液の粘度は、塗布方法によっても異なるが、0.1Pa・s以上5Pa・s以下の範囲が好ましく、0.3Pa・s以上1.0Pa・s以下の範囲が特に好ましい。誘電体材料分散液の粘度が、低すぎるときは、塗膜の膜厚ムラが生じやすくなり、また分散後の時間経過とともに誘電体材料が分離沈降してしまうことがある。一方、誘電体材料分散液の粘度が高すぎるときには、比較的高速での塗布が困難となる場合があるので、上述の範囲内とするのが好ましい。なお、前記粘度は、塗布温度と同じ16℃において測定される値である。
【0108】
塗布形成する誘電体層の場合は、後述の背面電極や、透明電極層に蛍光体層を積層した積層体の上に、誘電体層を、塗膜の乾燥膜厚が0.5〜50μmの範囲になるように連続的に塗布して形成することが好ましく、30μm以下がより好ましい。このとき、誘電体層の膜厚変動は、10%以下とするのが好ましく、特に5%以下とするのが好ましい。誘電体材料分散液の粘度が、低すぎるときは、塗膜の膜厚ムラが生じやすくなり、また分散後の時間経過とともに誘電体材料が分離沈降してしまうことがある。一方、誘電体材料分散液の粘度が高すぎるときには、高速領域での塗布が困難となる場合があるので、上述の範囲内とするのが好ましい。誘電体層を塗布で形成する場合は、前述の蛍光体層と同様の塗布方法及び塗布条件を用いることが好ましい。例えば、スライドコーター、エクストルージョンコーター、ドクターブレードコーター、等を用いることが好ましい。
【0109】
また、蛍光体層と誘電体層は、蛍光体層と誘電体層の界面の平滑度を向上するために、透明電極層又は背面電極層の上に、同時に連続塗布することも好ましい。同時塗布は、多段のスライドコーター、エクストルージョンコーター、ドクターブレードコーターを用いて実施することができる。この場合、下層となる分散液の液比重が、上層の分散液の液比重よりも大きいことが、2層の塗布界面の平滑度を向上させるためには好ましい。
【0110】
(透明電極層)
本発明のEL素子において用いられる透明電極層としては、透明高分子フィルムの一方の面に、任意の透明電極層材料を用いて形成された電極が用いられる。高分子フィルムとしては、PET、PAR、PES、等が用いられ、高分子フィルムの膜厚は20〜200μmの範囲が好ましく、50〜100μmがより好ましい。このときの膜厚変動は、平均膜厚に対して10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。透明電極層材料としては、例えばITO(酸化インジウム錫)、IZO(酸化インジウム亜鉛)、ATO(アンチモンドープ酸化錫)、ZTO(亜鉛ドープ酸化錫)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化錫)、等の酸化物膜又はこれら酸化物粒子を高分子に分散した導電性インクを塗布した塗布膜、銀の薄膜を高屈折率層で挟んだ多層構造膜、ポリアニリン、ポリピロールなどのπ共役系高分子膜などが挙げられる。前記透明電極層の表面抵抗率は、300Ω/□以下の範囲が、EL素子が高輝度を発揮する点で好ましく、100Ω/□以下の範囲がより好ましく、30Ω/□以下の範囲がさらに好ましい。表面抵抗率は、JIS K6911に記載の測定方法によって測定することができる。このとき、透明電極層の550nm透過率は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上が特に好ましい。透明電極層の膜厚を増加すれば表面抵抗率は減少するが、光透過率が減少するため、透明電極層の膜厚は、導電性と透過率のバランスで、5〜500nmの範囲が好ましく、10〜300nmがより好ましい。
【0111】
これら透明電極層には、前記透明電極層に網目型、櫛型、グリッド型、等の金属細線を配置して導電性と透明性を改善することも好ましい。金属細線を配置することで光の透過率が減少するが、前記透明電極層の膜厚を減少できるため、金属細線の配置で減少する分の透過率以上に改善することができる。配置される金属細線の材質は、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、及びそれら含む合金、等が好ましく用いられる。電気伝導性と熱伝導性が高い材料であることが好ましい。金属細線の幅は、0.1〜1000μmの間が好ましい。金属細線の間隔は、50μm〜5cmの間隔で配置されていることが好ましく、100μm〜1cmがより好ましい。金属細線の高さ(厚み)は、0.1〜10μmの範囲が好ましく、0.5〜5μmがより好ましい。金属細線の幅は、細線間隔の1/10000〜1/10が好ましい。細線の高さも同様であるが、細線の幅に対して1/100〜10倍の範囲が好ましく用いられる。金属細線と透明導電膜は、どちらが表面に出ていも良いが、導電性面の平滑度は、5μm以下であることが好ましく、0.05〜3μmがより好ましい。ここで、導電性面の平滑度は、3次元表面粗さ計(例えば、東京精密社製;SURFCOM575A−3DF)を用いて5mm四方を測定したときの凹凸部の平均振幅を示す。表面粗さ計の分解能の及ばないものについては、STMや電子顕微鏡による測定によって、平滑度を求める。
【0112】
EL素子の大面積化にともなう電圧降下を防止するため、透明電極層上の内周部に銅、金、銀、カーボン、等の導電性微粒子を含有する導電率ペースト、等でバス電極を形成することが好ましい。バス電極の面積は、蛍光体層の面積に対して1%以上の面積であり、さらに蛍光体層へ効率良く電力を供給するために、2%以上がより好ましい。バス電極は、蛍光体層の面積の増加に応じて増加させる必要があるため、蛍光体層総面積に対する面積比率で表すことが必要である。1%以上とするのは、高輝度化のために、蛍光体層膜厚を薄くしたり、駆動電圧や周波数を増加させるためである。しかしながら、10%以上のバス電極面積はEL素子の性能に影響しないため不必要に非発光部を増加させたり、素子面積を大きくしてしまうため好ましくない。バス電極の形成方法としては、スクリーン印刷法やキャスティング法などが利用できる。
【0113】
(背面電極層)
前記背面電極層は、光を取り出さない側であり、導電性の有る任意の材料を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、金、銀、等の金属材料を用いることができる。使用する金属材料はシート状のものであることが好ましい。また、金属シートの代わりにグラファイトシートを用いることも好ましい。シート状の背面電極の膜厚は、20〜200μmの範囲が好ましく、50〜100μmがより好ましい。このときの膜厚変動は、平均膜厚に対して10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。EL素子の駆動により発生する熱をEL素子面内で均一化して、効率よく放熱するためには、背面電極層の熱伝導率は、100W/m・K以上であることが好ましく、200W/m・K以上であることがより好ましい。放熱のために、背面電極に熱的接触でEL素子を固定する金属部材やヒートシンクに熱を移動させることが好ましい。また、銅、金、銀、カーボン、等の導電性微粒子を含有した導電性ペーストを塗布することで、背面電極層を形成しても良い。塗布形成した背面電極層の膜厚は、10〜100μmの範囲が好ましく、20〜50μmがより好ましい。この場合は、例えば透明電極層上に、蛍光体層、誘電体層を順に積層した積層体上に背面電極層を塗布形成する。この場合には、前述の蛍光体層や誘電体層と同様の塗布方法及び塗布条件を用いることが好ましい。
【0114】
(中間層)
本発明のEL素子は、透明電極層と蛍光体層との密着強度を改善して透明電極層と蛍光体層との層間剥離を防止したり、蛍光体粒子と透明電極層との接触による透明電極層の腐食や蛍光体粒子と透明電極層との接触界面での局所発熱による劣化を防止するために、透明電極層と発光体層との間に少なくとも1層の中間層を有することが好ましい。中間層は、有機高分子化合物、無機化合物、又はこれらが複合化されていても良いが、有機高分子化合物を含む層を少なくとも1層有することが好ましい。中間層の膜厚は、10nm〜100μmの範囲が好ましく、100nm〜30μmがより好ましく、0.5〜10μmが特に好ましい。このときの膜厚変動は、平均膜厚に対して10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。
【0115】
中間層を形成する材料が有機高分子化合物である場合、使用できる高分子化合物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリエーテルスルホン類、ポリビニルアルコール、プルランやサッカロース、セルロース等の多糖類、塩化ビニル、フッ素ゴム、ポリアクリル酸エステル類、ポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸アミド類、ポリメタクリル酸アミド類、シリコーン樹脂、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース、または多官能アクリル酸エステル化合物から得られる紫外光硬化型樹脂やエポキシ化合物やシアネート化合物から得られる熱硬化型樹脂、等が挙げられる。また、ここで使用する高分子化合物は絶縁体であっても導電体で有っても良い。また、これらのうち軟化点が70℃以上(より好ましくは100℃以上)のものが好ましい。これらから選ばれる複数の高分子化合物が組み合わされていることも好ましい。中間層の有機高分子化合物が軟化点の高い(例えば200℃以上)である場合、透明電極層や発光粒子含有層との密着性を改良するなどの目的で、軟化点の低い有機高分子化合物を含む別な中間層を併用することも好ましい。
【0116】
これら有機高分子化合物またはその前駆体は、適当な有機溶媒に溶解し透明電極上あるいは蛍光体層上に塗布して形成することができる。その場合には、前述の蛍光体層、誘電体層、電極層、等と同様の塗布方法及び塗布条件を用いることが好ましい。有機溶媒としては、例えばジクロロメタン、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、トルエン、キシレン、等が挙げられる。
中間層は、実質的な透明性を有していることが好ましい。このため、中間層の透過率が、好ましくは波長550nmの透過率が70%以上、より好ましくは80%以上であることが好ましい。中間層は、上記の透過率を満たす範囲内で、種々の機能を付与するための添加物を有していても良い。例えばチタン酸バリウム粒子などの誘電体材料、または酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−インジウム、金属粒子などの導電体、または染料、蛍光染料、蛍光顔料、または本発明の効果を失わない程度(EL素子全体の輝度のうち30%以下)の発光体粒子を存在させても良い。
中間層は、SiO2、その他金属酸化物、金属窒化物、等の無機化合物で有っても良い。無機化合物で中間層を形成する方法としては、スパッタ法、CVD法などが採用できる。中間層が無機化合物で形成されている場合、膜厚は10nm〜1μmが好ましく、より好ましくは10nm〜200nmである。また中間層が無機化合物の層と有機高分子化合物の層の組み合わせで構成されているものも好ましい。
【0117】
本発明のEL素子の組立方法は、下記のいずれの方法でも好適に行うことができる。アルミニウム箔のような背面電極層上に誘電体層、蛍光体層を順に塗布した積層体と透明電極層とを貼り合わせる方法、透明電極層上に蛍光体層、誘電体層を順に塗布した積層体と背面電極層と貼り合わせる方法、透明電極層上に蛍光体層を塗布した積層体と背面電極層上に誘電体層を塗布した積層体とを貼り合わせる方法、等が好ましい。貼り合わせは、金属又はシリコン樹脂、等を被覆した熱ローラーにより、熱圧着することが好ましい。このときの熱圧着温度は、100〜300℃の範囲が好ましく、150〜200℃がより好ましい。熱圧着速度は、0.01〜1m/minの範囲が好ましく、0.05〜0.5m/minがより好ましい。熱圧着圧力は、0.01〜1MPa/m2の範囲が好ましく、0.05〜0.5MPa/m2がより好ましい。熱圧着温度や圧力が低いと十分な密着強度を得ることができずに層間剥離を引き起こし、高すぎると蛍光体層や誘電体層が過度に圧延されて薄層化するために絶縁破壊を引き起こしたり、圧力による蛍光体粒子の破砕や温度による蛍光体層や誘電体層に含まれる結合剤の劣化を引き起こす。
【0118】
(封止)
本発明のEL素子は、最後に封止フィルムを用いて、外部環境からの湿度や酸素の影響を排除するよう加工するのが好ましい。
EL素子を封止する封止フィルムは、JIS K7129に記載の測定方法に準じて測定される、40℃−90%RHにおける水蒸気透過率が0.1g/m2/day以下が好ましく、0.05g/m2/day以下がより好ましく、0.01g/m2/day以下が特に好ましい。さらに40℃−90%RHでの酸素透過率が0.1cm3/m2/day/atm以下が好ましく、0.01cm3/m2/day/atm以下がより好ましい。このような封止フィルムとしては、ポリ塩化トリフロロエチレン樹脂や有機物膜と無機物膜との積層膜が好ましく用いられる。
封止フィルムが積層膜の場合、有機物膜の形成材料としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などが好ましく用いられ、特にポリビニルアルコール系樹脂がより好ましく用いられる。ポリビニルアルコール系樹脂などは吸水性があるため、あらかじめ真空加熱などの処理を施すことで絶乾状態にしたものを用いることがより好ましい。これらの樹脂を塗布などの方法によりシート状に加工したものの上に、無機物膜を蒸着、スパッタリング、CVD法などを用いて堆積させる。堆積させる無機物膜の形成材料としては、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化ケイ素/酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどが好ましく用いられ、特に酸化ケイ素がより好ましく用いられる。より低い水蒸気透過率や酸素透過率を得たり、無機物膜が曲げ等によりひび割れることを防止するために、有機物膜と無機物膜の形成を繰り返したり、無機物膜を堆積した有機物膜を接着剤層を介して複数枚貼り合わせて多層膜とすることが好ましい。有機物膜の膜厚は、5μm〜300μmの範囲が好ましく、10μm〜200μmの範囲がより好ましい。無機物膜の膜厚は、10nm〜300nmの範囲が好ましく、20nm〜200nmの範囲がより好ましい。積層した封止フィルムの膜厚は、30μm〜1000μmの範囲が好ましく、50μm〜300μmの範囲がより好ましい。
封止フィルムの一方の面にはホットメルト接着剤が塗布されており、封止フィルムでELセルを封止する場合、2枚の封止フィルムでELセルを挟んで熱圧着封止しても、1枚の封止フィルムを半分に折って熱圧着封止しても良い。熱圧着は前述の熱ローラー、プレス型熱圧着機、等を用いることが好ましく、そのときの熱圧着温度は100〜200℃の範囲が好ましい。封止フィルムで封止されるELセルは、ELセルのみを別途作成しても良いし、封止フィルム上に直接ELセルを作成することもできる。この場合には、支持体の替わりとすることができる。また、封止工程は、真空又は露点管理された乾燥雰囲気中で行うことが好ましい。真空雰囲気で封止する場合には、10-2Pa以下が好ましい。
【0119】
(その他)
上記以外にも、EL素子の振動抑制のために、衝撃吸収能の高い高分子材料や発泡剤を加えて発泡させた高分子材料、等からなる緩衝材層や、透明電極層又は背面電極層と絶縁層を挟んで設ける補償電極層、等を付設することも好ましい。さらに、駆動によってEL素子から発生する熱を効果的に除去するために、セラミックス材料を分散した放熱シートを付設することも好ましい。さらに、後述の画像シートやEL素子に含まれる蛍光顔料の紫外線による退色を防止するために、紫外線吸収層を付設したり、EL素子からの電磁波の放出を防止するために、電磁波吸収層を付設することも好ましい。
通常、EL素子は、100Vで50Hz〜400Hzの交流電源を用いて交流で駆動される。輝度は面積が小さい場合には、印加電圧ならびに周波数にほぼ比例して増加する。しかしながら、0.25m2以上の大面積EL素子の場合は、EL子の容量成分が増大し、EL素子と電源のインピーダンスマッチングがずれたり、EL素子への蓄電荷に必要な時定数が大きくなるため、高電圧化や特に高周波化しても電力供給が十分に行われない状態になりやすい。特に0.25m2以上のEL素子では、500Hz以上の交流駆動に対しては、しばしば駆動周波数の増大に対して印加電圧の低下がおこり、輝度低下が起こることがしばしば起こる。これに対し本発明のEL素子は、0.25m2以上の大サイズでも高い周波数の駆動が可能で、高輝度化することができる。その場合、500Hz〜5KHzでの駆動が好ましく、800Hz〜3KHzの駆動がより好ましい。
本発明のEL素子の応用例として、屋内外のサイン及びディスプレイがある。特に、EL素子とカラー写真プリント、インクジェットプリント、等の透過画像シートを組み合わせた画像表示システムが好ましい。画像の視認性を確保するためには、透過画像シートの濃度は1.5〜4.5の範囲が好ましく、2〜3がより好ましい。透過画像シートは、EL素子の発光面に密着配置される。透過画像シートは、圧力、静電気、等で密着されても良いし、接着剤等で着脱自在にEL素子に貼付されても良い。画像シートとEL素子との間に、非発光時の白色度を高めるために拡散板、等を配置することも好ましい。さらに、画像シートの表面に、樹脂製の保護板を配置しても良い。保護板は、耐光性、耐衝撃性、透明性を十分に確保するためには、アクリル、ポリカーボネート、等の樹脂及びそれら樹脂に紫外線吸収層を付与した物などを好ましく用いることができる。保護板は、剛性の確保や、カッターナイフ等の鋭利な金属によるEL素子の傷つきや感電を防止するために、1〜10mmの厚さが好ましく、2〜8mmがより好ましい。EL素子、画像シート、及び保護板からなる画像表示部は、アルミニウム、樹脂、木製、等の固定枠と背板からなる固定部材により固定されることが好ましい。EL素子は、固定枠や背板に接着剤等により着脱自在に固定されても良いし、圧力等により固定されても良い。円柱等の曲面への設置においては、設置面の曲率と同様の固定部材を用いて固定することが好ましい。また、固定部材に空間を設けて、EL素子の駆動用電源を収納することが、省スペース化のために好ましい。
【0120】
次に第2発明について説明する。
第2発明のEL素子は、蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が前記蛍光体層に含まれ、該蛍光顔料の含有量分布が蛍光体層の厚さ方向において誘電体層側ほど高くされていることを特徴とする。
なお、以下の説明においては、上述した第1発明と異なる点を特に説明する。特に説明しない点については、上述した第1発明における説明が適宜適用される。
【0121】
第2発明は、蛍光顔料が蛍光体層中に含まれ、蛍光顔料の含有量分布が蛍光体層の厚さ方向において誘電体層側ほど高くされている点で第1発明と異なる。すなわち、蛍光顔料が蛍光体層における蛍光体層と誘電体層との界面付近に偏在するようになされている。蛍光顔料の添加量が異なる蛍光体粒子含有塗布液を多層塗布することで、蛍光体層中の蛍光顔料に分布が付与することができる。
また、蛍光体層において、蛍光顔料と蛍光体粒子との沈降速度の差を利用することでも分布を付与することができる。粒子の沈降速度は、比重と粒子サイズで決まり、通常は蛍光顔料の比重は蛍光体粒子よりも小さいため、粒子サイズが同じなら蛍光顔料の沈降速度は蛍光体粒子よりも遅くなる。蛍光顔料の粒子サイズを、蛍光体粒子よりも小さくすることで、より沈降速度を遅らせ蛍光顔料の分布が付きやすくすることが好ましい。このような場合には、蛍光顔料は、蛍光体粒子を分散する溶媒に溶解しないものを選択することが好ましく、無機物質からなる蛍光顔料や蛍光染料を不溶性ポリマー中に分散したものがより好ましい。蛍光顔料の粒子サイズは、小さい方が好ましいため、必要に応じてジェットミル粉砕機等を用いて蛍光体粒子よりも小さくすることが好ましい。
【0122】
蛍光体層に含有させる蛍光顔料を蛍光体層の膜厚方向において誘電体層ほど蛍光顔料の含有量の分布が高くなるようすることで、蛍光顔料の紫外線による劣化を抑制したり、非発光時のEL素子の体色を抑制することができる。
詳細には、このような構成にすることで、透明電極から入射する紫外線は、蛍光体層上部の蛍光体粒子に吸収されて、蛍光顔料へ入射する紫外線量を減少させることができるとともに、蛍光体層上部の蛍光体粒子が蛍光顔料を遮蔽してEL素子の体色を抑制する効果がでる。これらの効果は、蛍光体粒子サイズが小さいほど高いため、蛍光体粒子サイズは小さい方が好ましく、具体的には上述した好ましい範囲とするのが望ましい。このことは誘電体層中に蛍光顔料を含有させる場合(第1発明)も同じである。
上述の含有量分布を形成することによる効果をより顕著なものとするためには、蛍光顔料の添加量の50質量%以上が、蛍光体層の膜厚に対して誘電体層側の端面から30%以内の膜厚の部分に含有されていることが好ましい。蛍光顔料の添加量の70質量%以上が、蛍光体層の膜厚に対して背面電極側の端面から30%の膜厚以内に含有されていることがより好ましい。
【実施例】
【0123】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0124】
《蛍光体粒子の作製》
[蛍光体粒子A]
ZnS原料として結晶子サイズが20nmで、中心粒子サイズが2μmのZnSを準備した。このZnSを25g秤量し、300ml容積のビーカーに200mlの蒸留水とともに入れて、マグネットスターラーですべてのZnS粒子が分散するように撹拌した。CuSO4・5H2Oを0.064g秤量し、2mlの蒸留水に溶解した水溶液を準備し、その溶液を前記ZnS粒子が分散した溶液中に、ビュレットを用いて約30秒間で添加した。添加終了から30分間撹拌を維持し、停止した後、静置してZnS粒子が沈降するまでの時間放置して、ZnS粒子が完全に沈降した上澄液をデカンテーションで除去し、洗浄の目的で200mlの蒸留水を加えて再度撹拌して分散させた。10分間の撹拌の後、ZnS粒子を沈降させて上澄液をデカンテーションで除去した。この洗浄操作を3回繰り返した後、温風乾燥機で120℃で4時間乾燥させてCu添加ZnSを得た。
【0125】
前記Cu添加ZnSに、下記の融剤及び添加物を加えて乳鉢混合し、混合物を得た。
【0126】
(混合物組成)
・Cu添加ZnS ・・・25g
・塩化ナトリウム ・・・0.5g
・塩化バリウム2水和物 ・・・1.0g
・塩化マグネシウム6水和物 ・・・2.1g
・塩化金酸4水和物 ・・・0.0053g
【0127】
上記混合物を、アルミナ坩堝に充填し、蓋をして室温のマッフル炉内に設置した。マッフル炉を800℃/hの速度で昇温し、1200℃に保持し、空気中で1時間、第1の焼成を実施した。第1焼成終了後、室温まで自然冷却し、アルミナ坩堝を取り出した。アルミナ坩堝から、第1焼成した混合物を取り出し、0.1mol/LのHCl水溶液500mlで洗浄した後、500mlの蒸留水で5回水洗し、温風乾燥機で120℃で4時間乾燥した。これによって、ZnS:Cu,Cl,Au中間蛍光体粒子を得た。
前記中間蛍光体粒子5gと1mmのアルミナボール20gとを、15mmφのガラス瓶に充填して20分間10rpmの回転速度でボールミルした後、100メッシュの篩いを用いてアルミナボールと中間蛍光体粒子を分離した。分離した中間蛍光体粒子を、アルミナ坩堝に充填し、蓋をして室温のマッフル炉内に設置した。マッフル炉を400℃/hの速度で昇温し、700℃に保持し、空気中で4時間の第2焼成を実施した。第2焼成終了後、室温まで冷却し、アルミナ坩堝を取り出した。アルミナ坩堝から、第2焼成物を取り出し、10%のKCN水溶液100mlで洗浄した後、500mlの蒸留水で5回水洗し、温風乾燥機で120℃で4時間乾燥した。これによって、ZnS:Cu,Cl,Auの蛍光体粒子Aを得た。
【0128】
[蛍光体粒子B]
前記蛍光体粒子Aと同様の方法でCu添加ZnSを準備した。
前記Cu添加ZnSに、下記の融剤を加えて乳鉢混合し、混合物を得た。
・Cu添加ZnS ・・・25g
・塩化ストロンチウム6水和物 ・・・27.3g
・塩化バリウム2水和物 ・・・4.2g
・塩化マグネシウム6水和物 ・・・11.1g
・塩化金酸4水和物 ・・・0.0053g
これ以降の工程は、蛍光体粒子Aと同様にして、ZnS:Cu,Cl,Auの蛍光体粒子Bを得た。
【0129】
[蛍光体粒子C]
前記蛍光体粒子Bの第1焼成の温度を1100℃としたこと以外は蛍光体粒子Bと同様にして、ZnS:Cu,Cl,Auの蛍光体粒子Cを得た。
【0130】
《粒子の評価》
蛍光体粒子A〜Cに対して、下記項目を評価し、その結果を表1に示した。
・中心粒子サイズ(堀場製作所;LA−920で計算されるメジアン径を用いる)
・粒子サイズの変動係数(堀場製作所;LA−920で計算される変動係数を用いる)
・積層欠陥面間隔(蛍光体粒子をメノー乳鉢で磨りつぶし、破片をTEM観察し、積層欠陥の最大面間隔と枚数を測定)
・積層欠陥頻度(上記破片100個をTEM観察し、積層欠陥の頻度を測定)
【0131】
【表1】

【0132】
《被覆層の形成》
[被覆層含有蛍光体粒子A〜C]
上記蛍光体粒子A〜Cを用いて、その粒子表面へ図1に示される流動床反応装置を用いてTiO2からなる被覆層を形成した。図1に示される流動床反応装置は、円筒形の反応槽7を配置して、反応槽の底部に多孔板8を有する。反応槽は周囲をヒーター9で囲まれ温度制御する。多孔板の下部に蛍光体粒子1を流動化させるためのキャリアガス及び気体状の被覆層材料を供給するライン10を接続し、反応槽内部の多孔板よりに反応ガスの供給ライン11に接続された反応ガス導入管12を配置する。各ガス供給ラインもヒーターで加熱され、それぞれの中間には、被覆層材料及び反応剤を気化するための貯槽13、14を備え、貯槽に収容した被覆層材料2及び反応剤3をキャリアガス4、5でバブリングすることで気化する。反応槽より排出される未反応ガス又は副生成ガス6は、排気管15より排出される。排気管15は、スクラバー(図示せず)に接続される。
蛍光体粒子Aを、流動床反応装置の反応槽に100g充填した。被覆層材料としてTiCl4溶液を35℃に保温された貯層に収容し、反応剤として30℃に保温された蒸留水を貯層に収容した。キャリアガスとしてArを多孔板を通じて500cc/分の流量で供給し、蛍光体粒子を流動化させた。反応槽を200℃に加熱した後、ArガスによりTiCl4のバブリングを開始し、同時にArガスにより蒸留水のバブリングを開始し、それぞれ300cc/分の流量で供給した。2時間後に各ガスの供給を停止し、反応槽を冷却し、蛍光体粒子を回収し、被覆層含有蛍光体粒子A〜Cを得た。回収した各被覆蛍光体粒子は、その表面に平均膜厚が150nmのTiO2被覆層を有していた。
【0133】
[被覆層含有蛍光体粒子D〜F]
蛍光体粒子A〜Cを用いて、前記被覆層のTiCl4をトリメチルアルミニウムに、反応ガスをO2に換えたこと以外は同様にして、蛍光体粒子表面に被覆層を形成し、被覆蛍光体粒子D〜Fを得た。回収した被覆蛍光体粒子は、その表面に平均膜厚が170nmのAl23被覆層を有していた。
【0134】
《EL素子の作成》
〔EL素子G〜L〕
上記で得た被覆層含有蛍光体粒子A〜Fを用いて蛍光顔料を誘電体層中に均一に含有させた図6に示す構成のEL素子G〜Lを以下のようにして作製した。なお、EL素子の作製は、温度20℃、湿度47%RHの環境で実施した。
100μmのPET支持体上に、表面抵抗率100Ω/□のITO電極を積層させた透明電極フィルムのITO電極の表面に、中間層を塗布・形成した透明電極フィルムを準備した。中間層は、透明電極フィルムに、ビスフェノールAとフタル酸(テレフタル酸とイソフタル酸1:1)のポリエステル(ユニチカ株式会社;U−100)をジクロロメタンに溶解した濃度14質量%の溶液を、ディップコート法によって塗布形成した厚み2μmの層と、その上にシアノレジン(信越化学社製;CR−V)をDMFに溶解した濃度30質量%の溶液を、ディップコート法によって塗布形成した厚み0.5μmの層とからなる。
次いで、誘電体材料としてチタン酸バリウム(キャボットスペシャリティケミカルズ製:BT−8、平均粒径120nm)、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をDMFに溶解した濃度35質量%の溶液、蛍光顔料(シンロイヒ社製;FA−007、中心粒子サイズ;4μm)とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで30分間分散させた後、平均粒子径が2mmのジルコニア粒子を280質量部添加して、さらに30分間分散した。
【0135】
この分散物を、ミックスローター(アルミナ製の平行多段円盤で構成)で2時間分散した。ローター回転数は、初期500rpmで、段階的に2000rpmまで上昇させながら分散した。溶媒の蒸発を防ぐため、分散機のポット周囲を水冷して20℃前後に保った。この分散後、分散物にシアノレジン35質量%溶液を120質量部と、DMFを54質量部とを添加して、さらに20分間分散した。この分散物を、開口50μmのナイロンメッシュで濾過した後、脱泡した。濾過した分散物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで24時間分散させた後、適量のDMFを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである誘電体材料分散液を調製した。さらに、誘電体材料分散液は、塗布直前に0.66μmのフィルター(ロキテクノ社製)を通した。
【0136】
(組成物)
・BT−8 ・・・・・280質量部
・シアノレジン ・・・・・80質量部
・FA−007 ・・・・・8質量部
・DMF ・・・・・25質量部
【0137】
次いで、背面電極として膜厚が80μm(膜厚ムラ±3μm)のアルミニウムベースに、前記誘電体材料分散液を、乾燥後の膜厚が30μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.9m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極上に誘電体層を積層した。
次いで、各被覆蛍光体粒子、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をアセトニトリルに溶解した濃度35質量%の溶液とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで16時間分散させた後、適量のアセトニトリルを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである蛍光体粒子分散液を調製した。各塗布液の粘度は、粘度計(VISCONIC ELD.R及びVISCOMETER CONTROLLER E−200 ローターNo.71、東京計器(株)製)を用い、撹拌(回転数:20rpm)下、16℃液温において測定した。
【0138】
(組成物)
・被覆層含有蛍光体粒子 ・・・・・98質量部
・シアノレジン35質量%溶液 ・・・・・70質量部
・アセトニトリル ・・・・・約15質量部
【0139】
前述の乾燥した誘電体層上に、蛍光体粒子分散液を、乾燥後の膜厚が40μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.5m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極、誘電体層、蛍光体層が積層した積層体を得た。
得られた各積層体の背面電極と、前記ITO透明電極とに、それぞれ引き出し電極を付設した後、ラミネーターを用いてローラー温度190℃、送り速度0.1m/min、圧力0.2MPa/m2で熱圧着した。最後に、A4サイズに切り出し、EL素子G〜Lを得た。
【0140】
[EL素子M]
EL素子G〜Lと同様にPET支持体上にITO電極、中間層を積層した透明電極フィルムを用意した。
上記で得た被覆蛍光体粒子Bを用いて蛍光顔料を誘電体層と蛍光体層との間に設けた顔料層中に均一に含有させた図7に示す構成のEL素子Mを以下のようにして作製した。
誘電体材料としてチタン酸バリウム(キャボットスペシャリティケミカルズ製:BT−8、平均粒径120nm)、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をDMFに溶解した濃度35質量%の溶液とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで30分間分散させた後、平均粒子径が2mmのジルコニア粒子を280質量部添加して、さらに30分間分散した。
この分散物を、ミックスローター(アルミナ製の平行多段円盤で構成)で2時間分散した。ローター回転数は、初期500rpmで、段階的に2000rpmまで上昇させながら分散した。溶媒の蒸発を防ぐため、分散機のポット周囲を水冷して20℃前後に保った。この分散後、分散物にシアノレジン35質量%溶液を120質量部と、DMFを54質量部とを添加して、さらに20分間分散した。この分散物を、開口50μmのナイロンメッシュで濾過した後、脱泡した。濾過した分散物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで24時間分散させた後、適量のDMFを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである誘電体材料分散液を調製した。さらに、誘電体材料分散液は、塗布直前に0.66μmのフィルター(ロキテクノ社製)を通した。
【0141】
(組成物)
・BT−8 ・・・・・280質量部
・シアノレジン ・・・・・80質量部
・DMF ・・・・・25質量部
【0142】
次いで、背面電極として膜厚が80μm(膜厚ムラ±3μm)のアルミニウムベースに、前記誘電体材料分散液を、乾燥後の膜厚が30μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.9m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極上に誘電体層を積層した。
次いで、蛍光顔料(シンロイヒ社製;FA−007、中心粒子サイズ;4μm)、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−S)をアセトニトリルに溶解した濃度30質量%の溶液とを準備する。
【0143】
(組成物)
・FA−007 ・・・・・6質量部
・シアノレジン30質量%溶液 ・・・・・10質量部
・アセトニトリル ・・・・・約2質量部
【0144】
前述の乾燥した誘電体層上に、上記蛍光顔料分散液を、乾燥後の膜厚が5μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、2m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極、誘電体層、顔料層が積層した積層体を得た。
次いで、被覆蛍光体粒子B、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をアセトニトリルに溶解した濃度35質量%の溶液とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで16時間分散させた後、適量のアセトニトリルを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである蛍光体粒子分散液を調製した。
【0145】
(組成物)
・被覆層含有蛍光体粒子B ・・・・・98質量部
・シアノレジン35質量%溶液 ・・・・・70質量部
・アセトニトリル ・・・・・約15質量部
【0146】
前述の乾燥した顔料層上に、上記蛍光体粒子分散液を、乾燥後の膜厚が40μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.5m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極、誘電体層、顔料層、蛍光体層が積層した積層体を得た。
得られた各積層体の背面電極と、前記ITO透明電極とに、それぞれ引き出し電極を付設した後、ラミネーターを用いてローラー温度190℃、送り速度0.1m/min、圧力0.2MPa/m2で熱圧着した。最後に、A4サイズに切り出し、EL素子Mを得た。
【0147】
[EL素子N]
EL素子G〜Lと同様にPET支持体上にITO電極、中間層を積層した透明電極フィルムを用意した。
上記で得た被覆蛍光体粒子Bを用いて、蛍光顔料を蛍光体層中に、誘電体層側の含有割合が高くなるように含有させた図8に示す構成のEL素子Nを以下のようにして作製した。
誘電体材料としてチタン酸バリウム(キャボットスペシャリティケミカルズ製:BT−8、平均粒径120nm)、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をDMFに溶解した濃度35質量%の溶液とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで30分間分散させた後、平均粒子径が2mmのジルコニア粒子を280質量部添加して、さらに30分間分散した。
この分散物を、ミックスローター(アルミナ製の平行多段円盤で構成)で2時間分散した。ローター回転数は、初期500rpmで、段階的に2000rpmまで上昇させながら分散した。溶媒の蒸発を防ぐため、分散機のポット周囲を水冷して20℃前後に保った。この分散後、分散物にシアノレジン35質量%溶液を120質量部と、DMFを54質量部とを添加して、さらに20分間分散した。この分散物を、開口50μmのナイロンメッシュで濾過した後、脱泡した。濾過した分散物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで24時間分散させた後、適量のDMFを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである誘電体材料分散液を調製した。さらに、誘電体材料分散液は、塗布直前に0.66μmのフィルター(ロキテクノ社製)を通した。
【0148】
(組成物)
・BT−8 ・・・・・280質量部
・シアノレジン ・・・・・80質量部
・DMF ・・・・・25質量部
【0149】
次いで、背面電極として膜厚が80μm(膜厚ムラ±3μm)のアルミニウムベースに、前記誘電体材料分散液を、乾燥後の膜厚が30μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.9m/minの塗布速度で塗布し、110〜130℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、背面電極上に誘電体層を積層した。
次いで、被覆蛍光体粒子B、蛍光顔料(シンロイヒ社製;FA−007、中心粒子サイズ;4μm)、結合剤としてシアノレジン(信越化学社製;CR−SとCR−Vを同質量混合した混合物)をDMFに溶解した濃度35質量%の溶液とを準備する。下記組成物をテフロン製の広口瓶に収容し、回転ローラー上で50rpmで16時間分散させた後、適量のDMFを添加して16℃における粘度が0.5Pa・sである蛍光体粒子分散液を調製した。
【0150】
(組成物)
・被覆層含有蛍光体粒子 ・・・・・98質量部
・シアノレジン35質量%溶液 ・・・・・70質量部
・FA−007 ・・・・・3質量部
・DMF ・・・・・約15質量部
【0151】
前述の透明電極フィルムの中間層上に、上記蛍光体粒子分散液を、乾燥後の膜厚が40μmとなるようにクリアランスを設定したブルノーズ形ナイフを有するドクターブレードコーターを用いて、0.5m/minの塗布速度で塗布し、70〜100℃と段階的に昇温するように配置された乾燥ユニットで乾燥し、ITO透明電極上に中間層、蛍光体層が積層した積層体を得た。
次いで、背面電極上に誘電体層を積層した積層体と、ITO透明電極上に中間層、蛍光体層が積層した積層体とを貼り合わせた。得られた各積層体の背面電極と、前記ITO透明電極とに、それぞれ引き出し電極を付設した後、ラミネーターを用いてローラー温度190℃、送り速度0.1m/min、圧力0.2MPa/m2で熱圧着した。最後に、A4サイズに切り出し、EL素子Nを得た。このとき、蛍光体層において蛍光顔料が分散されており、しかも蛍光顔料の分布が、誘電体層側すなわち背面電極側が高いものである。具体的には、蛍光体層と誘電体層との界面から5μmの深さの蛍光体層中に、添加した蛍光顔料の70%が含まれていることが確認できた。含有量分布は以下の方法で確認した。
滑走ミクロトームを使用して蛍光体層を5μm厚にスライスし、スライスした蛍光体層を白色ベースに貼り付けて、分光光度計で蛍光体層の反射率を測定して、反射率より蛍光体層の、波長525nmにおける吸収率を見積もり、吸収率より蛍光体層に含有される蛍光顔料の量を見積もった。
【0152】
〔比較例1:EL素子O〜Q〕
蛍光体として被覆層を有していない蛍光体粒子A〜Cを使用すること以外はEL素子G〜Lと同様にして図9に示す構成のEL素子O〜Qを得た。
【0153】
《EL素子の評価》
上記各EL素子を、25℃、相対湿度60%の下で1kHzの交流電圧を印加して、電圧を合わせて初期輝度が300cd/m2となるように駆動したときの輝度半減期、駆動開始後20分におけるEL素子中央部の表面温度、および駆動開始200時間後、400時間後、600時間後における上記駆動条件と同一の駆動条件におけるELスペクトルの430nmおよび620nmの発光強度比(EL素子Gにおける駆動開始200時間後の値を1としたときの、(620nmのEL発光強度)/(430nmのEL発光強度)の相対値)の測定結果を表2に示した。また、上記各EL素子を1kHzの交流電圧を印加して、25℃、相対湿度60%の下で電圧を合わせて初期輝度が300cd/m2となるように駆動したときのELスペクトルにおける波長430nmおよび620nmの発光強度を各々1として、電圧を印加しない状態において、25℃、相対湿度60%の下で紫外光(浜松ホトニクス製重水素ランプL1835)を発光面に対して垂直方向から発光面の全面に200時間照射した後に、光照射前と同一の駆動条件で駆動した時のELスペクトルにおける波長430nmおよび620nmの発光強度の測定結果を表3に示した。
【0154】
【表2】

【0155】
【表3】

【0156】
表2に示す結果から明らかなように、本発明のEL素子G〜Nは、被覆層を形成していない蛍光体粒子を用いた比較例のEL素子O〜Qに比べ輝度半減期を向上することができた。耐久性の点においても、本発明のEL素子G〜Nは、駆動開始600時間後の発光強度比が200時間後とあまり変化がないのに比べ、比較例のEL素子O〜Qでは発光強度比を算出出来ない程、低下した。また、被覆した粒子を用いた蛍光体層中に蛍光顔料を均一に分散させ、図10に示すEL素子を作製し比較したところ、本発明のEL素子G〜Nは、発熱による蛍光顔料の劣化を図10に示すEL素子よりも抑制することができた。また、紫外線を吸収する被覆材料(TiO2)を用いたEL素子G〜Iでは、紫外線照射による蛍光体粒子および蛍光顔料の劣化をEL素子O〜Qに比べ小さくすることができ、表3に示すようにカラーバランスの変化もEL素子O〜Qに比べ小さくすることができた。粒子サイズが好ましい範囲であるEL素子H,Kでは紫外線の遮蔽効果が高まり、蛍光体粒子および蛍光顔料の劣化を抑制することができ、さらに粒子サイズがより好ましい範囲であるEL素子I,Lではより紫外線の遮蔽効果が高まり、さらに蛍光体粒子および蛍光顔料の劣化を抑制することができた。
またEL素子Gの可視域における発光極大は、短波側発光極大を488nm、長波側発光極大を610nm、発光極小を577nmに有する。EL素子Nの可視域における発光極大は、短波側発光極大を488nm、長波側発光極大を610nm、発光極小を577nmに有する。いずれのEL素子も優れた白色発光、充分な演色性を示した。
【0157】
以上のことから、本発明の構成とすることにより、蛍光体粒子の発熱による蛍光顔料の劣化、および水分による蛍光体粒子の劣化、さらには、紫外線による蛍光体粒子および蛍光顔料の劣化を抑制することができ、耐久性が高くカラーバランスの変化の小さいEL素子が得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【0158】
【図1】図1は、蛍光体粒子に被覆層を形成するための流動床反応装置の概略説明図である。
【図2】図2は、蛍光体粒子に被覆層を形成するための撹拌床反応装置の概略説明図である。
【図3】図3は、蛍光体粒子に被覆層を形成するための振動床反応装置の概略説明図である。
【図4】図4は、蛍光体粒子に被覆層を形成するための転動床反応装置の概略説明図である。
【図5】図5は、蛍光体粒子に被覆層を形成するための液相反応装置の概略説明図である。
【図6】図6は、本発明のEL素子の1実施形態の構成を示す模式断面図である。
【図7】図7は、本発明のEL素子の1実施形態の構成を示す模式断面図である。
【図8】図8は、本発明のEL素子の1実施形態の構成を示す模式断面図である。
【図9】図9は、比較例のEL素子の構成を示す模式断面図である。
【図10】図10は、比較例のEL素子の構成を示す模式断面図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、
前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、
蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が、前記誘電体層または前記蛍光体層と前記誘電体層との間に更に設けられた顔料層に含まれることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項2】
蛍光体粒子を含む蛍光体層と、誘電体材料を含む誘電体層とを含有するエレクトロルミネッセンス素子において、
前記蛍光体粒子として被覆層を有する蛍光体粒子を含み、
蛍光体からの発光の一部を吸収して蛍光体の発光波長とは異なる発光波長に変換する蛍光顔料が前記蛍光体層に含まれ、該蛍光顔料の含有量分布が蛍光体層の厚さ方向において誘電体層側ほど高くされていることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項3】
該被覆層が波長280nm〜420nmに吸収端を有する材料を含むことを特徴とする請求項1又は2記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項4】
該蛍光体粒子が、中心粒子サイズが0.1〜15μmで、粒子サイズ分布の変動係数が35%未満であり、5nm以下の面間隔の積層欠陥を10層以上含有する粒子を蛍光体粒子全体の30体積%以上有するZnS系エレクトロルミネッセンス蛍光体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス素子。
【請求項5】
可視域に2つの発光極大を有し、該2つの発光極大のうち、短波側発光極大を483nm〜493nmの範囲に有し、長波側発光極大を605nm〜615nmの範囲に有し、発光極小を571nm〜583nmの範囲に有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエレクトロルミネッセンス素子。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2006−127978(P2006−127978A)
【公開日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−316426(P2004−316426)
【出願日】平成16年10月29日(2004.10.29)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(000005201)富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Fターム(参考)】