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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Farbumwandlungs/Filter-Substrat,
das eine mehrfarbige Anzeige von hoher Auflösung ermöglicht und sich in Bezug auf
Beständigkeit
gegenüber
den Umwelteinflüssen
und in Bezug auf die Produktivität
hervorragend verhält.
Ferner betrifft die Erfindung eine organische Mehrfarben-Lumineszenzanzeigevorrichtung
mit dem Farbumwand-Iungs/Filter-Substrat.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Farbumwandlungs/Filter-Substrat
zur Verwendung als Anzeige in Bildsensoren, PCs, Textverarbeitungsvorrichtungen,
Fernsehgeräten,
Faksimilegeräten,
Audiogeräten,
Videogeräten,
Navigationssystemen für Kraftfahrzeuge,
elektronischen Tischrechnern, Telefonen, mobilen Terminaleinrichtungen,
industriellen Messeinrichtungen und dergl. sowie eine organische
Mehrfarben-Lumineszenzanzeigevorrichtung mit dem Farbumwandlungs/Filter-Substrat.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein organisches
Mehrfarben-Elektrolumineszenz-Anzeigefeld, das sich eines Farbumwandlungsverfahrens
bedient.
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In
den letzten Jahren gab es rasche Fortschritte bezüglich der
Ausbreitung von Informationen. Im Zuge dieser Entwicklung ist ein
Bedürfnis
nach Anzeigevorrichtungen auf dem Informationsgebiet entstanden,
die sich durch ein attraktives Erscheinungsbild, Leichtigkeit, dünne Beschaffenheit
und hervorragende Leistungsmerkmale auszeichnen. Es wurden intensive
Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel durchgeführt, den Stromverbrauch zu
verringern und die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Insbesondere
wurden neue Ideen bezüglich
Vollfarben-Anzeigevorrichtungen mit hoher Detailgenauigkeit entwickelt.
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Eine
organische Elektrolumineszenzvorrichtung (nachstehend als "organische EL-Vorrichtung" bezeichnet) vom
Laminattyp, die eine Dünnfilm-Schichtstruktur
in Form von organischen Molekülen
aufweist, Licht von hoher Helligkeit mit 1000 cd/m2 oder
mehr bei einer angelegten Spannung von 10 V emittiert und Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen
und dergl. in Bezug auf die Abhängigkeit
vom Betrachtungswinkel, die rasche Reaktion und dergl. überlegen
ist, wurde von Tang et al. im Jahre 1987 (Appl. Phys. Lett., Bd.
51, S. 913) beschrieben. Seitdem hat man sich intensiv bemüht, organische
EL-Vorrichtungen, die sich für
die praktische Anwendung eignen, bereitzustellen. Außerdem wurde
die Entwicklung von ähnlichen
Vorrichtungen unter Verwendung von organischen polymeren Materialien
intensiv vorangetrieben.
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Mit
organischen EL-Vorrichtungen lässt
sich eine hohe Stromdichte bei niedriger Spannung realisieren. Somit
lässt sich
erwarten, dass die Helligkeit des emittierten Lichts und der Lichtemissionswirkungsgrad höher sind
als bei anorganischen EL-Vorrichtungen oder LEDs. Außerdem weisen
organische EL-Vorrichtungen ausgezeichnete Eigenschaften als Anzeigevorrichtungen
auf, z. B. (1) eine große
Helligkeit und einen hohen Kontrast, (2) eine Ansteuerung mit niedriger
Spannung und ein hoher Lichtemissionswirkungsgrad, (3) eine hohe
Auflösung,
(4) ein weiter Betrachtungswinkel, (5) eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit,
(6) die Realisierung einer detailgenauen Mehrfarbenanzeige und (7)
eine leichte und dünne
Bauweise. Aufgrund dieser Merkmale läst sich eine Anwendung für flache
Anzeigefelder mit einem attraktiven Erscheinungsbild, einer leichten
und dünnen
Bauweise und hervorragenden Eigenschaften erwarten.
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Grüne organische
Monochrom-EL-Anzeigefelder zum Einbau in Kraftfahrzeugen und dergl.
wurden im November 1997 von der Firma Pioneer auf den Markt gebracht.
Es besteht nunmehr ein Bedürfnis,
organische Mehrfarben-EL-Anzeigefelder für die praktische Anwendung
bereitzustellen, die sich durch Langzeitstabilität und rasche Reaktion auszeichnen
und die eine detailgenaue Mehrfarben- oder Vollfarbenanzeige ermöglichen,
um damit dem zukünftigen
Diversifikationsbedürfnis
in der Gesellschaft Rechnung zu tragen.
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Ein
Beispiel, um organische EL-Anzeigefelder mit einer Mehrfarben- oder
Vollfarbenbeschaffenheit auszustatten, besteht in einem Verfahren,
bei dem Lichtemissionsquellen (Lichtemitter) der drei Primärfarben Rot
(R), Grün
(G) und Blau (B) getrennt voneinander in einer Matrix angeordnet
werden und jeder Emitter dazu veranlasst wird, Licht zu emittieren
(vergl, u.a.
JP 57-157487
A ,
JP 58-147989
A ,
JP 3-214593
A ). Bei diesem Verfahren müssen lichtemittierende Materialien
der drei Typen Rot, Grün
und Blau unter hoher Präzision
in einer Matrix angeordnet werden. Somit erweist sich dieses Verfahren
als technisch schwierig. Außerdem
lässt sich
die Herstellung nicht kostengünstig
durchführen.
Zudem bestehen Nachteile, wie eine Farbverschiebung nach längerer Verwendung
aufgrund der Unterschiede in der Lebensdauer (Veränderung
der Helligkeitseigenschaften) zwischen den drei Typen von lichtemittierenden
Materialien.
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Außerdem ist
ein Verfahren bekannt, bei dem farbige Filter zusammen mit einer
von hinten weißes Licht
emittierenden Beleuchtung, verwendet werden, so dass die drei Primärfarben
durchgelassen werden (vergl. u.a.
JP 1-315988 A ,
JP 2-273496 A ,
JP 3-194885 A ). Jedoch wurde bisher kein organischer
EL-Lichtemitter, der weißes
Licht von ausreichend großer
Helligkeit emittiert und eine ausreichend lange Lebensdauer aufweist,
um rotes, grünes
und blaues Licht von hoher Helligkeit zu erzielen, erhalten.
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Außerdem ist
ein Verfahren bekannt, bei dem fluoreszierende Körper, die getrennt voneinander
in einer Ebene angeordnet sind, dazu veranlasst werden, von einer
Lichtemissionsquelle emittiertes Licht zu absorbieren, so dass Fluoreszenz
mit einer Mehrzahl von Farben aus den fluoreszierenden Körpern emittiert
wird (vergl. u.a.
JP
3-152897 A ). Ein derartiges Verfahren wird bei Kathodenstrahlröhren, Plasmaanzeigen
und dergl. eingesetzt.
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Außerdem wurde
in den letzten Jahren ein Farbumwandlungsverfahren beschrieben,
bei dem fluoreszierende Materialien, die Licht im Emissionsbereich
einer organischen EL-Lichtemissionsquelle absorbieren und anschließend Fluoreszenz
im sichtbaren Bereich emittieren, in Filtern verwendet werden, (vergl.
u.a
JP 5-258860 A ).
Die Farbe des durch die organische EL-Lichtemissionsquelle emittierten
Lichts ist nicht auf Weiß beschränkt. Daher
kann eine organische EL- Lichtemissionsquelle
mit einer höheren
Helligkeit als Lichtquelle verwendet werden. Im Fall eines Farbumwandlungsverfahrens,
bei dem eine organische EL-Lichtemissionsquelle, die blaues Licht
emittiert, verwendet wird (siehe u.a.
JP 3-152897 A ,
JP 8-286033 A ,
JP 9-208944 A ), wird das blaue Licht einer
Wellenlängenumwandlung
in grünes
Licht und rotes Licht unterzogen. Wenn Farbumwandlungsfilter mit
einem Gehalt an derartigen fluoreszierenden farbgebenden Mitteln
mit hoher Detailgenauigkeit bemustert werden, lässt sich eine Vollfarbenanzeige
vom Lumineszenztyp konstruieren, und zwar trotz der Verwendung einer
Strahlung von niedriger Energie, wie nahes UV-Licht oder sichtbares Licht, aus einer
Lichtemissionsquelle.
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Zu
Beispielen für
das Verfahren zum Bemustern der Farbumwandlungsfilter gehören (1)
ein Verfahren, bei dem wie im Fall eines anorganischen fluoreszierenden
Körpers
ein fluoreszierendes farbgebendes Mittel in einem flüssigen Resist
(photoreaktives Polymeres) dispergiert wird, daraus ein Film durch
ein Schleuderbeschichtungsverfahren oder dergl. gebildet wird und
anschließend
eine Musterbildung unter Anwendung eines photolithographischen Verfahrens
durchgeführt
wird (
JP 5-198921 A ,
JP 5-258860 A ),
und (2) ein Verfahren, bei dem ein fluoreszierendes farbgebendes
Mittel oder ein fluoreszierendes Pigment mit einem basischen Bindemittel
dispergiert wird und dieses dann unter Verwendung einer sauren wässrigen
Lösung
geätzt
wird (
JP 9-208944 A ).
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Wichtige
Aspekte bezüglich
der praktischen Anwendung einer organischen EL-Lichtemissionsquelle in
einem Mehrfarben-Anzeigefeld sind das Vermögen zu einer detailgenauen
Mehrfarbenanzeige und eine Langzeitstabilität in Bezug auf die Farbreproduzierbarkeit
und dergl. (vergl. Kino Zairyo ("Funktionelle
Materialien"), Bd.
18, Nr. 2, S. 96). Jedoch besteht bei organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefeldern ein
Nachteil darin, dass es nach Betrieb für eine bestimmte Zeitspanne
zu einer ausgeprägten
Beeinträchtigung
der Strom-Helligkeit-Charakteristik kommt.
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Eine
typische Ursache für
diese Beeinträchtigung
der Lichtemissionseigenschaften besteht im Wachstum von dunklen
Flecken. Dunkle Flecken sind Stellen, an denen ein Defekt der Lichtemission
vorliegt. Mit fortschreitender Oxidation während des Betriebs oder der
Lagerung nimmt das Wachstum von dunklen Flecken zu und die dunklen
Flecken verteilen sich über
die gesamte lichtemittierende Oberfläche. Es wird angenommen, dass
derartige dunkle Flecken durch Oxidation oder Agglomeration der
schichtförmigen
Materialien, die die Lichtemissionsquelle darstellen, aufgrund von
Sauerstoff oder Feuchtigkeit in der Lichtemissionsquelle hervorgerufen
werden. Das Wachstum von dunklen Flecken nimmt nicht nur während des
Durchgangs von Strom, sondern auch während der Lagerung zu. Es wird
angenommen, dass das Wachstum (1) durch Sauerstoff oder Feuchtigkeit,
die um die Lichtemissionsquelle herum vorhanden sind, beschleunigt
wird und (2) durch Sauerstoff oder Feuchtigkeit, die im Adsorbat
in organischen schichtförmigen
Filmen vorhanden sind, beeinflusst wird und (3) auch durch Feuchtigkeit,
die an Komponenten bei der Herstellung der Lichtemissionsquelle
adsorbiert ist oder durch Infiltration von Feuchtigkeit während der
Herstellung oder dergl. beeinflusst wird.
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Die
typische Querschnittstruktur eines organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelds
vom Farbumwandlungstyp ist in 1 dargestellt.
Farbumwandlungs/Filter-Schichten 22 bis 24 von
drei Typen werden auf einem Trägersubstrat 21 gebildet.
Eine polymere Filmschicht 25 bedeckt die Farbumwand lungs/Filter-Schichten 22 bis 24,
wobei eine obere Oberfläche
der polymeren Filmschicht 25 flach ausgestaltet ist. Ferner
sind durchsichtige Elektroden (Anoden) 26, eine Defektelektronen-Injektionsschicht 27,
eine Defektelektronen-Transportschicht 28, eine lichtemittierende
Schicht 29, eine Defektelektronen-Injektionsschicht 30 und
Kathoden 31 auf der polymeren Filmschicht 25 ausgebildet.
Dabei sind, wie in 1 dargestellt,
die Farbumwandlungs/Filter-Schichten 22, 23 und 24 unterhalb
der durchsichtigen Elektroden 26 vorgesehen. Wie vorstehend
erwähnt, umfassen
die Farbumwandlungs/Filter-Schichten jeweils ein Harz mit zugemischten
Farbumwandlungsfarbstoffen. Außerdem
kann aufgrund des Problems der Wärmestabilität der zugemischten
farbgebenden Mittel eine Trocknung nicht bei einer Temperatur über 200°C durchgeführt werden.
Somit besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit zur Bildung der Farbumwandlungs/Filter-Schichten
in einem Zustand, bei dem Feuchtigkeit, die in der Auftrageflüssigkeit
enthalten ist, oder Feuchtigkeit, die während der Musterbildungsstufe
hinzugetreten ist, noch festgehalten wird. Derartige Feuchtigkeit,
die in den Farbumwandlungs/Filter-Schichten festgehalten wird, tritt
durch die polymere Filmschicht hindurch und erreicht während der
Lagerung oder des Betriebs die Lichtemissionsquelle und stellt einen
Faktor dar, der das Wachstum von dunklen Flecken fördert.
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Als
Verfahren zur Verhinderung der Infiltration einer derartigen Feuchtigkeit
in die organische EL-Lichtemissionsquelle
ist aus dem Stand der Technik die Bereitstellung einer isolierenden
Filmschicht aus einem anorganischen Oxid in einer Dicke von 0,01
bis 200 μm
zwischen den Farbumwandlungs/Filter-Schichten und der organischen
EL-Lichtemissionsquelle bekannt (d. h. zwischen der polymeren Filmschicht
25 und
den durchsichtigen Elektroden
26 oder der Defektelektronen-Injektionsschicht
27 in
1) (
JP 8-279394 A ). Die Filmschicht
aus dem anorganischen Oxid muss eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
aufweisen, um die Lebensdauer der organischen Lichtemissionsschicht
aufrechtzuerhalten. Speziell wird es als bevorzugt angesehen, dass
die Gaspermeabilitätskoeffizienten
für Wasserdampf
und Sauerstoff der Filmschicht aus dem anorganischen Oxid nicht
mehr als 10
–13 cm
3·cm/cm
2·s·cmHg (gemäß dem Gaspermeabilitäts-Testverfahren
von JIS K7126) beträgt.
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Außerdem ist
aus
JP 7-146480 A oder
JP 10-10518 A ein
Verfahren zur Bildung einer anorganischen Filmschicht bekannt, bei
dem SiO
x oder SiN
x durch
Gleichstrom-Sputtering auf der polymeren Filmschicht, die auf den
Farbfilterschichten gebildet worden ist, erzeugt wird. Es ist bekannt,
dass dadurch die Haftung der durchsichtigen Elektroden verbessert
wird. Außerdem
gibt es ein Verfahren, bei dem ein Glas von niedrigem Schmelzpunkt
gesintert wird (
JP
2000-214318 A ).
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Bezüglich der
Beeinträchtigung
des Verhaltens der organischen EL-Lichtemissionsquelle wurden an verschiedenen
Orten eingehende Untersuchungen durchgeführt. Bisher wurden verschiedene
Ursachen dafür verantwortlich
gemacht. Eine dieser Ursachen liegt darin, dass die organischen
EL-Schichten, wie
eine lichtemittierende Schicht, aus einem Material von geringer
Wärmebeständigkeit
gefertigt werden und somit eine Beeinträchtigung des Verhaltens aufgrund
der während
des Betriebs der Lichtemissionsquelle erzeugten Wärme ein
ernsthaftes Problem darstellt.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
ist es bei einem organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefeld vom Farbumwandlungstyp
neben einer Funktion zur Verhinderung, dass Feuchtigkeit, die in
den Farbumwand lungsschichten festgehalten wird, durch die polymere
Filmschicht tritt und während
der Lagerung oder des Betriebs die Lichtemissionsquelle erreicht
(was ein Faktor zur Förderung
des Wachstums von dunklen Flecken darstellt), auch erforderlich,
die während
des Betriebs der Lichtemissionsquelle erzeugte Wärme auf die Umgebung zu verteilen,
so dass die Temperatur der Farbumwandlungsschichten und der Lichtemissionsquelle
auf einem niederen Wert gehalten wird und somit deren Beeinträchtigung
verhindert wird.
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Außerdem ist
es erforderlich, eine anorganische Filmschicht mit guter Haftung
an der polymeren Filmschicht zu bilden, so dass die Möglichkeit
besteht, mit großen
Veränderungen
der Betriebsumgebung, d. h. von Temperatur und Feuchtigkeit, fertig
zu werden.
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Im
Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld
bereitzustellen, bei dem stabile Lichtemissionseigenschaften über einen
langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden. Ferner soll ein
Verfahren zur effizienten Bildung eines derartigen organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelds
bereitgestellt werden.
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Ein
Farbumwandlungs/Filter-Substrat gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens folgende Bestandteile:
ein durchsichtiges Trägersubstrat;
Farbumwandlungs/Filter-Schichten eines einzelnen Typs oder einer
Mehrzahl von Typen, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind
und die jeweils eine photopolymerisierbare Harzschicht mit einer
Dicke von mindestens 5 μm
mit einem Gehalt an mindestens einem fluoreszierenden farbgebenden
Mittel in einem gewünschten
Muster umfassen; eine polymere Filmschicht, die die Farbumwandlungs/Filter-Schichten
bedeckt und durchsichtig und flach ausgebildet ist; und eine durchsichtige
anorganische Filmschicht, die auf der polymeren Filmschicht ausgebildet ist;
wobei es sich bei der anorganischen Filmschicht um ein Laminat von
einem oder mehreren Metallfilmen und einem oder mehreren Isolierfilmen,
die jeweils mindestens einen der Bestandteile Si und Al und mindestens
einen der Bestandteile O und N enthalten, handelt.
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Dabei
enthalten die Metallfilme vorzugsweise jeweils ein Metall, das aus
folgender Gruppe ausgewählt ist:
Ag, Al, Au, Cr, Cu, In, Mo, Ni, Pt, Rh, Ru, W, Zn und Legierungen
davon.
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Ein
Farbumwandlungs/Filter-Substrat gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens folgende Bestandteile:
ein durchsichtiges Trägersubstrat;
Farbumwandlungs/Filter-Schichten eines einzelnen Typs oder einer
Mehrzahl von Typen, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind
und die jeweils eine photopolymerisierbare Harzschicht mit einer
Dicke von mindestens 5 μm
mit einem Gehalt an mindestens einem fluoreszierenden farbgebenden
Mittel, das in einem gewünschten
Muster ausgebildet ist, enthalten; eine polymere Filmschicht, die
die Farbumwandlungs/Filter-Schichten bedeckt und so ausgebildet
ist, dass sie durchsichtig und flach ist; und eine durchsichtige
anorganische Filmschicht, die auf der polymeren Filmschicht ausgebildet
ist; wobei es sich bei der anorganischen Filmschicht um ein Laminat
aus einem oder mehreren elektrisch leitenden Metalloxidfilmen, die
jeweils mindestens einen der Bestandteile In, Sn und Zn enthalten,
und einem oder mehreren Isolierfilmen, die jeweils mindestens einen
der Bestandteile Si und Al und mindestens einen der Bestandteile
O und N enthalten, handelt.
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Ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Farbumwandlungs/Filter-Substrat
gemäß der ersten
oder zweiten Ausführungsform
auf.
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Gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Farbumwandlungs/Filter-Substrats
folgende Stufen: auf einem durchsichtigen Trägersubstrat das Bilden von
Farbumwandlungs/Filter-Schichten eines einzelnen Typs oder einer
Mehrzahl von Typen, die jeweils einen photopolymerisierbaren Harzfilm
mit einer Dicke von mindestens 5 μm
mit einem Gehalt an mindestens einem fluoreszierenden farbgebenden
Mittel umfassen und ein gewünschtes
Muster aufweisen; das Bilden einer flachen, durchsichtigen polymeren
Filmschicht, die die Farbumwandlungs/Filter-Schichten bedeckt; unter
Anwendung eines Sputtering-Verfahrens das Bilden eines Metallfilms
oder eines Metalloxidfilms, die mindestens einen der Bestandteile
In, Sn und Zn enthalten; und das Bilden eines Isolierfilms, der
mindestens einen der Bestandteile Si und Al und mindestens einen
der Bestandteile O und N enthält.
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Gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines organischen
Mehrfarben-EL-Anzeigefelds mindestens folgende Stufen: auf einem
durchsichtigen Trägersubstrat das
Bilden von Farbumwandlungs/Filter-Schichten eines einzelnen Typs
oder einer Mehrzahl von Typen, die jeweils einen photopolymerisierbaren
Harzfilm mit einer Dicke von mindestens 5 μm mit einem Gehalt an mindestens
einem fluoreszierenden farbgebenden Mittel umfassen und ein gewünschtes
Muster aufweisen; das Bilden einer flachen, durchsichtigen polymeren
Filmschicht, die die Farbumwandlungs/Filter-Schichten bedeckt; unter
Anwendung eines Sputtering-Verfahrens das Bilden eines Metallfilms
oder eines Metalloxidfilms, der mindestens einen der Bestandteile
In, Sn und Zn enthält;
das Bilden eines Isolierfilms, der mindestens einen der Bestandteile
Si und Al und mindestens einen der Bestandteile O und N enthält; das
Bilden einer ersten Elektrodenschicht; das Bilden einer organischen
lichtemittierenden Schicht; und das Bilden einer zweiten Elektrodenschicht.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnung
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1: Schematische Querschnittansicht
zur Darstellung eines herkömmlichen
organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelds.
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2: Schematische Querschnittansicht
eines erfindungsgemäßen Farbumwandlungs/Filter-Substrats.
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3: Schematische Querschnittansicht
eines erfindungsgemäßen organischen
Mehrfarben-EL-Anzeigefelds.
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A. Farbumwandlungs/Filter-Substrat
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Ein
Beispiel für
das erfindungsgemäße Farbumwandlungs/Filter-Substrat
ist in 2 dargestellt.
In 2 werden die roten
Farbumwandlungsschichten 2, die grünen Farbumwandlungsschichten 3 und
die blauen Farbumwandlungsschichten 4 in einem vorbestimmten
Muster auf einem Trägersubstrat 1 gebildet.
Eine polymere Filmschicht 5, die diese Farbumwandlungsschichten 2, 3 und 4 bedeckt,
wird sodann gebildet. Wie nachstehend ausgeführt, kann es sich bei den grünen Farbumwandlungsschichten 3 um
grüne Filterschichten handeln.
Außerdem
handelt es sich bei den blauen Farbumwandlungsschichten vorzugsweise
um blaue Filterschichten. Es ist darauf hinzuweisen, dass in der
vorliegenden Beschreibung Farbumwandlungsschichten und Filterschichten
gemeinsam als "Farbumwandlungs/Filter-Schichten
bezeichnet werden. Eine anorganische Filmschicht 6, die
die polymere Filmschicht 5 bedeckt, wird sodann gebildet,
wobei die obere Oberfläche der
anorganischen Filmschicht 6 flach ist. In 2 ist eine anorganische Filmschicht mit
einer Doppelschichtstruktur, die eine erste anorganische Filmschicht 6a und
eine zweite anorganische Filmschicht 6b umfasst, dargestellt.
Erfindungsgemäß werden
die erste anorganische Filmschicht 6a und die zweite anorganische
Filmschicht 6b gelegentlich gemeinsam als "Gassperrschicht 6" bezeichnet. Es ist
darauf hinzuweisen, dass in der vorliegenden Beschreibung und in
der Zeichnung Teile, die die gleiche Funktion besitzen mit dem gleichen
Bezugszeichen bezeichnet werden. Nachstehend findet sich eine ausführliche
Beschreibung der einzelnen Schichten.
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1. Farbumwandlungs/Filter-Schichten
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1) Organische fluoreszierende
farbgebende Mittel
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Erfindungsgemäß absorbieren
die organischen fluoreszierenden farbgebenden Mittel Licht im nahen UV-
oder sichtbaren Bereich, insbesondere Licht im blauen oder blaugrünen Bereich,
das von einer Lichtemissionsquelle emittiert wird, und sie emittieren
Licht einer davon abweichenden Wellenlänge in Form von Fluoreszenz.
Vorzugsweise werden mindestens ein oder mehrere fluoreszierende
farbgebende Mittel, die Fluoreszenz im roten Bereich emittieren,
verwendet. Diese können
mit einem oder mehreren fluoreszierenden farbgebenden Mitteln, die
Fluoreszenz im grünen
Bereich emittieren, kombiniert werden. Speziell im Fall der Verwendung
einer organischen EL-Lichtemissionsquelle, die Licht im blauen oder
blaugrünen
Bereich emittiert, versucht man Licht im roten Bereich zu erhalten,
indem man das Licht aus der Lichtemissionsquelle lediglich durch
ein rotes Filter leitet, wonach aufgrund der Tatsache, dass ursprünglich wenig
Licht mit Wellenlängen
im roten Bereich vorhanden war, das ausgesandte Licht äußerst matt
ist.
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Durch
Umwandeln des Lichts im blauen oder blaugrünen Bereich aus der Lichtemissionsquelle
in Licht im roten Bereich unter Verwendung von fluoreszierenden
farbgebenden Mitteln wird es somit möglich, Licht im roten Bereich
von ausreichender Intensität
auszusenden. Ferner kann in Bezug auf Licht im grünen Bereich
in gleicher Weise wie bei Licht im roten Bereich das Licht aus der
Lichtemissionsquelle in Licht im grünen Bereich umgewandelt werden,
indem man andere organische fluoreszierende farbgebende Mittel verwendet,
und sodann ausgesandt werden. In Bezug auf Licht im blauen Bereich
kann das Licht aus der organischen EL-Lichtemissionsquelle einfach
durch ein blaues Filter geleitet und sodann ausgesandt werden.
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Beispiele
für fluoreszierende
farbgebende Mittel, die Licht aus dem blauen bis blaugrünen Bereich, das
von einer Lichtemissionsquelle emittiert worden ist, absorbieren
und Fluoreszenz im roten Bereich emittieren, sind farbgebende Mittel
vom Rhodamin-Typ, wie Rhodamin B, Rhodamin 6G, Rhodamin 3B, Rhodamin 101,
Rhodamin 110, Sulforhodamin, basisches Violett 11 und basisches
Rot 2, farbgebende Mittel vom Cyanin-Typ, farbgebende Mittel vom
Pyridin-Typ, wie 1-Ethyl-2-[4-(p-dimethylaminophenyl)-1,3-butadienyl]-pyridinium-perchlorat
(Pyridin 1), farbgebende Mittel vom Oxazin-Typ und dergl. Ferner
können
auch verschiedene farbgebende Mittel (Direktfarbstoffe, Säurefarbstoffe,
Basenfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe und dergl.) verwendet werden,
sofern sie fluoreszierend sind.
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Zu
Beispielen für
fluoreszierende farbgebende Mittel, die Licht vom blauen bis blaugrünen Bereich, das
von einer Lichtemissionsquelle emittiert wird, absorbieren und Licht
im grünen
Bereich emittieren, sind farbgebende Mittel vom Cumarin-Typ, wie
3-(2'-Benzothiazolyl)-7-diethylaminocumarin
(Cumarin 6), 3-(2'-Benzoimidazolyl)-7-diethylaminocumarin
(Cumarin 7), 3-(2'-N-Methylbenzoimidazolyl)-7-diethylaminocumarin
(Cumarin 30) und 2,3,5,6-1H,4H-Tetrahydro-8-trifluormethylchinolizino-(9,9a,1-gh)-cumarin
(Cumarin 153) und basisches Gelb 51, d. h. ein farbgebendes Mittel
vom Cumarin-Typ, sowie farbgebende Mittel vom Naphthalimid-Typ,
wie Lösungsmittelgelb
11 und Lösungsmittelgelb
116 und dergl. Ferner können
verschiedene farbgebende Mittel (Direktfarbstoffe, Säurefarbstoffe,
basische Farbstoffe, Dispersionsfarbstoffe und dergl.) verwendet
werden, sofern sie fluoreszierend sind.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäß verwendeten organischen fluoreszierenden farbgebenden
Mittel vorher mit einem Polymethacrylsäureester, Polyvinylchlorid,
einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymerharz,
einem Alkydharz, einem aromatischen Sulfonamidharz, einem Harnstoffharz,
einem Melaminharz, einem Benzoguanaminharz, einem Gemisch von derartigen
Harzen oder dergl. vermischt werden können, um ein organisches, fluoreszierendes
Pigment zu bilden. Außerdem
können
die vorstehenden organischen fluoreszierenden farbgebenden Mittel
und organischen fluoreszierenden Pigmente (in der vorliegenden Beschreibung
werden die beiden Gruppen zusammen allgemein als "organische fluoreszierende
farbgebende Mittel" bezeichnet)
einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Bestandteilen
verwendet werden, um den Farbton der Fluoreszenz einzustellen.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten
organischen fluoreszierenden farbgebenden Mittel sind in den Farbumwandlungsschichten
in einer Menge von 0,01 bis 5 Masse-%, vorzugsweise von 0,1 bis
2 Masse-%, bezogen auf das Gewicht der Farbumwandlungsschicht, enthalten.
Wenn der Anteil des organischen fluoreszierenden farbgebenden Mittels
weniger als 0,01 Masse-% beträgt,
so ist es nicht möglich,
eine ausreichende Wellenlängenumwandlung
durchzuführen,
während
es aufgrund von Einflüssen
bei einem Anteil von über
5 Masse-%, wie einer Konzentrationsauslöschung, zu einem Abfall des
Wirkungsgrads der Farbumwandlung kommen kann.
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2) Matrixharz
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Beim
in den erfindungsgemäßen Farbumwandlungsschichten
verwendeten Matrixharz handelt es sich um ein Harz, das erhalten
wird, indem man ein durch Einwirkung von Licht oder gemeinsame Einwirkung
von Licht und Wärme
härtbares
Harz (Resist) einer Licht- und/oder Wärmebehandlung aussetzt und
dadurch radikalische oder ionische Spezies erzeugt und eine Polymerisation
oder Vernetzung des Harzes herbeiführt, wodurch das Harz unlöslich und
unschmelzbar wird. Außerdem
ist es zur Bemusterung der Farbumwandlungsschichten für das durch
Einwirkung von Licht oder gemeinsame Einwirkung von Licht und Wärme härtbare Harz
bevorzugt, dass es in einem organischen Lösungsmittel oder einer alkalischen
Lösung
in dem Zustand, bei dem das Harz noch nicht belichtet worden ist,
löslich
ist.
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Speziell
umfassen derartige Matrixharze (1) Produkte, die dadurch erhalten
worden sind, dass man einen Film aus einer Zusammensetzung, die
ein polyfunktionelles Acryl-Monomeres oder -Oligomeres mit einer
Mehrzahl von Acryloylgruppen oder Methacryloylgruppen und einen
Photopolymerisations- oder Thermopolymerisationsinitiator einer
Licht- oder Wärmebehandlung
aussetzt, wodurch Photoradikale oder thermische Radikale erzeugt
werden und die Polymerisation durchgeführt wird; (2) Produkte, die
erhalten werden, indem man eine Zusammensetzung, die einen Polyvinylzimtsäureester
und einen Sensibilisator enthält,
einer Licht- oder Wärmebehandlung
unterwirft und dadurch eine Dimerisierung und Vernetzung durchführt; (3)
Produkte, die erhalten werden, indem man einen Film aus einer Zusammensetzung,
die ein kettenförmiges
oder cyclisches Olefin und ein Bisazid enthält, einer Licht- oder Wärmebehandlung
unterwirft und dadurch ein Nitren erzeugt und das Olefin vernetzt;
(4) Produkte, die erhalten werden, indem man einen Film aus einer
Zusammensetzung, die ein Monomeres mit Epoxygruppen und einen Säurebildner
enthält,
einer Licht- oder Wärmebehandlung
unterwirft, und dadurch eine Säure
(Kationen) erzeugt und eine Polymerisation durchführt, und
dergl. Insbesondere werden (1) Produkte bevorzugt, die erhalten
werden, indem man eine Zusammensetzung, die ein polyfunktionelles
Acryl-Monomeres oder -Oligomeres und einen Photopolymerisations-
oder Thermopolymerisationsinitiator enthalten, einer Polymerisation
unterwirft. Der Grund hierfür
ist, dass mit einer derartigen Zusammensetzung eine sehr detailgenaue
Musterbildung möglich
ist und sich eine hohe Zuverlässigkeit
in Bezug auf Lösungsmittelbeständigkeit,
Wärmebeständigkeit
und dergl. nach der Polymerisation ergibt.
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Was
Photopolymerisationsinitiatoren, Sensibilisatoren und Säurebildner,
die erfindungsgemäß verwendet
werden können,
betrifft, so sind Produkte bevorzugt, die eine Polymerisation durch
Licht bei einer Wellenlänge,
die von den fluoreszierenden farbgebenden Mitteln, die im Harz enthalten
sind, nicht absorbiert werden. In den erfindungsgemäßen Farbumwandlungsschichten
ist es für
den Fall, dass das durch Einwirkung von Licht oder gemeinsame Einwirkung
von Licht und Wärme
härtbare
Harz durch Licht oder Wärme
direkt polymerisiert werden kann, möglich, auf die Zugabe eines
Photopolymerisations- oder Thermopolymerisationsinitiators zu verzichten.
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Das
Matrixharz (bzw. die Farbumwandlungsschichten) wird (werden) gebildet,
indem man eine Lösung oder
Dispersion, die das durch Einwirkung von Licht oder gemeinsame Einwirkung
von Licht und Wärme
härtbare
Harz, die organischen fluoreszierenden farbgebenden Mittel und Additive enthält, auf
ein Trägersubstrat unter
Bildung einer Harzschicht aufbringt und anschließend das durch Einwirkung von
Licht oder gemeinsame Einwirkung von Licht und Wärme härtbare Harz an den gewünschten
Stellen belichtet. Nachdem das durch Einwirkung von Licht oder gemeinsame
Einwirkung von Licht und Wärme
härtbare
Harz durch Belichten an den gewünschten
Stellen unlöslich
gemacht worden ist, wird die Musterbildung vorgenommen. Die Musterbildung
kann durch ein herkömmlichenweise
eingesetztes Verfahren durchgeführt
werden, indem man beispielsweise das Harz an den Stellen, die nicht
belichtet worden sind, unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels
oder einer alkalischen Lösung,
die das Harz an den unbelichteten Stellen löst oder dispergiert, entfernt.
-
2. Polymere Filmschicht 5
-
Die
polymere Filmschicht
5 wird vorzugsweise aus einem Material
gefertigt, das im sichtbaren Bereich eine hohe Transparenz (eine
Durchlässigkeit
von mindestens 50% im Bereich von 400 bis 700 nm), einen Tg-Wert
von mindestens 100°C
und eine Oberflächenhärte entsprechend
einer Bleistifthärte
von mindestens 2H aufweist, wobei aus diesem Material ein glatter Überzugsfilm
auf den Farbumwandlungsschichten
2 bis
4 gebildet
werden kann und dieses Material keine Beeinträchtigung der Funktionen der
Farbumwandlungsschichten
2 bis
4 bewirkt. Zu Beispielen
für derartige
Materialien gehören
durch Einwirkung von Licht und/oder Wärme härtbare Harze, wie imidmodifizierte
Siliconharze (vergl.
JP
5-134112 A ,
JP
7-218717 A ,
JP
7-306311 A und dergl.), Materialien, die durch Dispergieren
einer anorganischen Metallverbindung (TiO
2,
Al
2O
3, SiO
2 und dergl.) in einem Acrylharz, Polyimidharz
oder Siliconharz oder dergl. erhalten worden sind (vergl.
JP 5-119306 A ,
JP 7-104114 A und
dergl.), Acrylat-Monomer/Oligomer/Polymer-Harze mit reaktiven Vinylgruppen,
Resistharze (vergl.
JP
6-300910 A ,
JP
7-128519 A ,
JP
8-279394 A ,
JP
9-330793 A und dergl.) und Fluorharze (vergl.
JP 5-36475 A ,
JP 9-330793 A ). Alternativ
kann eine anorganische Verbindung, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt
worden ist, verwendet werden (vergl. Gekkan Display, Bd. 3, Nr.
7 (1997),
JP 8-27934
A und dergl.). Ferner kann im Fall der Verwendung eines
Epoxyharzes mit einer mesogenen Struktur, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweist, Wärme
in Richtung zum Substrat abgeführt
werden.
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Hinsichtlich
des Verfahrens zur Bildung der polymeren Filmschicht 5 gibt
es keine speziellen Beschränkungen.
Beispielsweise kann die polymere Filmschicht 5 unter Anwendung
eines herkömmlichen
Verfahrens, z. B. durch ein Trockenverfahren (Sputtering, Abscheidung
aus der Dampfphase, CVD und dergl.) oder durch ein Nassverfahren
(Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Gießen und dergl.) gebildet werden.
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3. Anorganische
Filmschicht
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Bei
der erfindungsgemäßen anorganischen
Filmschicht handelt es sich um ein Laminat von einem oder mehreren
Metallfilmen und Isolierfilmen oder um ein Laminat von einem oder
mehreren Metalloxidfilmen und Isolierfilmen.
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Bei
der erfindungsgemäßen anorganischen
Filmschicht kann es sich um ein Laminat von einem oder mehreren
Metallfilmen und einem oder mehreren Isolierfilmen oder um ein Laminat
von einem oder mehreren leitfähigen
Metalloxidfilmen und einem oder mehreren Isolierfilmen handeln. 2 zeigt einen Aufbau, bei
dem ein Metallfilm oder ein leitfähiger Metalloxidfilm und ein
Isolierfilm verwendet werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass es
sich bei der ersten anorganischen Filmschicht 6a um den
Metallfilm oder Metalloxidfilm und bei der zweiten anorganischen
Filmschicht 6b um den Isolierfilm handelt.
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Als
Material für
einen Metallfilm kann ein Metall, das unter Ag, Al, Au, Cr, Cu,
In, Mo, Ni, Pt, Rh, Ru, W und Zn ausgewählt ist, oder eine Legierung
davon verwendet werden. Ein derartiger Metallfilm weist eine hohe
Wärmeleitfähigkeit
auf und eignet sich somit in wirksamer Weise zum Verteilen der durch
die organische EL-Lichtemissionsquelle erzeugte Wärme auf
die Umgebung. Außerdem
wird durch Bilden eines derartigen Metallfilms die Fähigkeit
zum Abfangen von Feuchtigkeit und Sauerstoff verbessert. Somit wird
es möglich, eine
Wanderung von Feuchtigkeit und Sauerstoff aus den Farbumwandlungsschichten
zur organischen EL-Lichtemissionsquelle zu verhindern. Es ist bevorzugt,
ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit
(die einen Faktor darstellt, der das Wärmeabführvermögen anzeigt) von mindestens
50 W/m·K
für den
Metallfilm zu verwenden. Zusätzlich
zu den vorerwähnten
Metallen können
auch Be, Ca, Co, K, Mg und dergl. verwendet werden. Es ist jedoch
darauf hinzuweisen, dass dann, wenn der Metallfilm zu dick ist,
die optische Durchsichtigkeit absinkt. Daher ist es bevorzugt, einen
dünnen
Film mit einer Dicke von nicht mehr als etwa 30 nm zu verwenden.
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Als
Material für
einen Metalloxidfilm kann ein Metalloxid, das mindestens einen der
Bestandteile In, Sn und Zn enthält,
verwendet werden. Das Metalloxid kann elektrisch leitend sein. Beispielsweise
können
ITO (In-Sn-Oxid), NESA, ein In-Oxid, IZO (ein In-Zn-Oxid), ein Zn-Oxid,
ein Zn-Al-Oxid, ein Zn-Ga-Oxid oder einer dieser Bestandteile, der
mit einem Dotierungsmittel, wie F oder Sb, versetzt ist, verwendet
werden. Ein derartiger Metalloxidfilm eignet sich auch in wirksamer
Weise zum Verteilen der durch die organische EL-Lichtemissionsquelle
erzeugten Wärme
auf die Umgebung. Außerdem
wird durch Bildung eines derarigen Metalloxidfilms die Fähigkeit
zum Abfangen von Feuchtigkeit und Sauerstoff verbessert. Daher wird
es möglich,
eine Wanderung von Feuchtigkeit und Sauerstoff aus den Farbumwandlungsschichten
zur organischen EL-Lichtemissionsquelle zu verhindern. Ein aus einem
derartigen Material gefertigter Metalloxidfilm weist eine hohe Transparenz
auf und kann daher dicker als ein Metallfilm gemacht werden. Der
Metalloxidfilm weist vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 300 nm auf.
Durch Bilden eines Metalloxidfilms mit einer Dicke in diesem Bereich lässt sich
die Anzahl an feinen Löchern
vermindern, so dass sich eine gute Absperreigenschaft gegen Gas (Feuchtigkeit
und Sauerstoff) ergibt.
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Als
Isolierfilm wird vorzugsweise ein Material verwendet, das elektrisch
isolierend ist, als Sperre gegen Gase und organische Lösungsmittel
wirkt, eine hohe Transparenz im sichtbaren Bereich (eine Durchlässigkeit von
mindestens 50% im Bereich von 400 bis 700 nm) und eine ausreichende
Härte aufweist,
um der Abscheidung der die organische EL-Lichtemissionsquelle darstellenden
Schichten auf den Isolierfilm standzuhalten (vorzugsweise eine Bleistifthärte von
mindestens 2H). Bei bevorzugten Materialien für den Isolierfilm handelt es
sich um Materialien, die mindestens einen der Bestandteile Si und
Al und mindestens einen der Bestandteile O und N enthalten. Beispielsweise können SiOx, SiNx, SiOxNy, AlOx,
AlNx oder Si-Al-O-N verwendet werden. Durch
Bereitstellung eines Isolierfilms, der ein derartiges Material enthält, lässt sich
die Haftung von darauf gebildeten durchsichtigen Elektroden 7 verbessern.
Ferner weist ein derartiges Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als polymere Materialien
auf und eignet sich somit dazu, die Verteilung von Wärme durch
den oder die Metallfilme oder Metalloxidfilme an die Umgebung zu
unterstützen.
Außerdem
wird durch Bildung von einem oder mehreren leitfähigen Metalloxidfilmen die
Fähigkeit
zum Abfangen von Feuchtigkeit und Sauerstoff verbessert. Daher wird
es möglich,
eine Wanderung von Feuchtigkeit und Sauerstoff von den Farbumwandlungsschichten
zur organischen EL-Lichtemissionsquelle zu verhindern. Der Isolierfilm
kann eine Dicke von 50 bis 2000 nm aufweisen. Der Isolierfilm lässt sich
leicht bilden, indem man sich eines reaktiven Sputtering-Verfahrens
oder eines CVD-Verfahrens bedient. Zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Materialien
kann ein anorganisches Material, wie TiOx,
TaOx, SiC oder diamantartiger Kohlenstoff,
verwendet werden.
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Als
Verfahren zur Bildung des oder der Isolierfilme und des oder der
Metallfilme oder des oder der Metalloxidfilme kann ein Vakuumabscheidungsverfahren,
ein Sputtering-Verfahren oder ein CVD-Verfahren herangezogen werden. Insbesondere
ist es bei der Bildung des oder der Metallfilme oder Metalloxidfilme
im Hinblick auf Haftung, Gleichmäßigkeit
der Filmdicke und Produktivität
bevorzugt, sich eines Sputtering-Verfahrens (einschließlich reaktives
Sputtering) zu bedienen.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei der obersten Schicht des anorganischen Filmschichtlaminats,
d. h. der Schicht, auf der die Elektroden gebildet werden, um einen
Isolierfilm. Der Grund hierfür
liegt darin, dass ein derartiger Isolierfilm eine ausreichende Härte aufweist,
dass er der Abscheidung der Schichten, die die organische EL-Lichtemissionsquelle
darstellen, standhält.
Im Fall der Verwendung einer organischen EL-Lichtemissionsquelle,
die sich gegenseitig schneidende, streifenförmige Anoden und Kathoden aufweist
und für
den Matrixbetrieb verwendet wird, ist es dann, wenn ein elektrisch
leitender Metallfilm oder Metalloxidfilm die Elektroden kontaktiert,
unmöglich,
die Lichtemissionsquelle anzusteuern. Daher ist es bevorzugt, dass
es sich bei der obersten Schicht um einen Isolierfilm handelt. Andererseits
kann es sich für
den Fall, dass die organische EL-Lichtemissionsquelle eine aktive
Matrixstruktur aufweist und eine einzige durchsichtige Elektrode
gleichmäßig auf
der gesamten anorganischen Filmschicht gebildet wird, wie nachstehend
beschrieben ist, bei der obersten Schicht um einen elektrisch leitenden
Metallfilm oder Metalloxidfilm handeln. Dies deshalb, weil in diesem
Fall der Metallfilm oder Metalloxidfilm als ergänzende Elektrodenschicht verwendet
werden kann.
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Für den Fall,
dass die anorganische Filmschicht aus einer Mehrzahl von Metallfilmen
oder Metalloxidfilmen und einer Mehrzahl von Isolierfilmen gebildet
ist, kann die Reihenfolge der Bildung dieser Filme frei gewählt werden.
Dies bedeutet, dass die Metallfilme oder Metalloxidfilme und die
Isolierfilme abwechselnd gebildet werden können oder die Mehrzahl von
Metallfilmen oder Metalloxidfilmen zuerst und anschließend die Mehrzahl
von Isolierfilmen gebildet werden können.
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4. Trägersubstrat 1
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Das
erfindungsgemäß im Farbumwandlungs/Filter-Substrat
verwendete Trägersubstrat
muss gegenüber
Licht, das durch die vorstehend beschriebenen Farbumwandlungsschichten 2 bis 4 umgewandelt
worden ist, durchsichtig sein. Außerdem soll das Trägersubstrat 1 den
Bedingungen (Lösungsmitteln,
Temperaturen und dergl.), die bei der Bildung der Farbumwandlungsschichten 2 bis 4 und
der Gassperrschicht 6 eingehalten werden, standhalten.
Ferner soll er vorzugsweise eine hervorragende Maßhaltigkeit
aufweisen.
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Zu
Materialien, die vorzugsweise als Material für das Trägersubstrat 1 verwendet
werden, gehören Gläser und
Harze, wie Polyethylenterephthalat und Polymethylmethacrylat. Ein
Borsilicatglas, ein blaues Spiegelglas oder dergl. werden besonders
bevorzugt.
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5. Farbumwandlungs/Filter-Substrat
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Das
erfindungsgemäße Farbumwandlungs/Filter-Substrat
wird durch Bilden eines Typs oder einer Mehrzahl von Typen von Farbumwandlungsschichten
in einem gewünschten
Muster auf dem Trägersubstrat 1 gemäß den vorstehenden
Angaben hergestellt. Die Farbumwandlungsschichten werden im gewünschten Muster
hergestellt, indem man Zusammensetzungen, die jeweils ein oder mehr
farbgebende Mittel und einen Resist gemäß den vorstehenden Ausführungen
enthalten, auf das Trägersubstrat 1 aufbringt,
eine Belichtung durch eine Maske zur Bildung des gewünschten
Musters durchführt
und die Musterbildung vornimmt. Die Farbumwandlungsschichten weisen
eine Dicke von mindestens 5 μm
und vorzugsweise von 8 bis 15 μm
auf.
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Bei
der Herstellung eines Mehrfarben-Anzeigefelds ist es bevorzugt,
Farbumwandlungsschichten 2 bis 4 der drei Typen
Rot, Grün
und Blau zu bilden. Sofern eine Lichtemissionsquelle verwendet wird,
die gemäß den vorstehenden
Ausführungen
blaues oder blaugrünes
Licht emittiert, ist es ferner möglich,
fluoreszierende rote und grüne
Farbumwandlungsschichten und nicht-fluoreszierende blaue Filterschichten
oder fluoreszierende rote Farbumwandlungsschichten und nicht-fluoreszierende
grüne und
blaue Filterschichten zu bilden.
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Das
gewünschte
Muster der fluoreszierenden Farbumwandlungsschichten und der nichtfluoreszierenden
Filterschichten hängt
vom Verwendungszweck ab. Ein Satz von rechteckigen oder kreisförmigen roten, grünen und
blauen Bereichen kann wiederholt auf der gesamten Oberfläche des
Trägersubstrats
gebildet werden. Alternativ kann ein Satz von parallelen roten,
grünen
und blauen Streifen (Flächen,
die jeweils die gewünschte
Breite und eine Länge
entsprechend der Länge
des Trägersubstrats 1 aufweisen)
gebildet werden. Dieser Satz kann wiederholt auf der gesamten Oberfläche des
Trägersubstrats
gebildet werden. Farbumwandlungsschichten einer speziellen Farbe
können
ebenfalls in einem im Vergleich zu den Farbumwandlungsschichten
der anderen Farben in einer größeren Menge
(bezogen auf die Anzahl oder Fläche)
angeordnet werden.
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B. Organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld
vom Farbumwandlungstyp
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Das
erfindungsgemäße organische
Mehrfarben-EL-Anzeigefeld vom Farbumwandlungstyp umfasst ein Farbumwandlungs/Filter-Substrat
gemäß den vorstehenden
Ausführungen
und eine auf der anorganischen Filmschicht 6 des Filtersubstrats
vorgesehene organische EL-Lichtemissionsquelle.
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Die
organische EL-Lichtemissionsquelle kann auf dem Farbumwandlungs/Filter-Substrat
gebildet werden oder sie kann getrennt gebildet werden und sodann
auf das Farbumwandlungs/Filter-Substrat
aufgebracht werden. Das organische Mehrfarben-EL-Anzeigefeld vom
Farbumwandlungstyp ist so beschaffen, dass Licht im nahen ultravioletten
bis sichtbaren Bereich, vorzugsweise im blauen bis blaugrünen Bereich,
das aus der organischen EL-Lichtemissionsquelle emittiert wird,
in die Farbentwicklungsschichten eintritt und sichtbares Licht mit
einer unterschiedlichen Wellenlänge
die Farbumwandlungsschichten verlässt.
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Die
organische EL-Lichtemissionsquelle weist eine Struktur auf, bei
der die organische lichtemittierende Schicht zwischen einem Satz
von Elektroden angeordnet ist und gegebenenfalls eine Defektelektronen-Injektionsschicht,
eine Elektronen-Injektionsschicht und dergl. dazwischen angeordnet
sein können.
Speziell wird eine organische EL-Lichtemissionsquelle mit einer
Schichtstruktur gemäß den folgenden
Angaben verwendet.
- (1) Anoden/organische Lichtemissionsquellenschicht/Kathoden
- (2) Anoden/Defektelektronen-Injektionsschicht/organische Lichtemissionsquelle/Kathoden
- (3) Anoden/organische Lichtemissionsquellenschicht/Elektronen-Injektionsschicht/Kathoden
- (4) Anoden/Defektelektronen-Injektionsschicht/organische Lichtemissionsschicht/Elektronen-Injektionsschich/Kathoden
- (5) Anoden/Defektelektronen-Injektionsschicht/Defektelektronen-Transportschicht/organische
Lichtemissionsquellenschicht/Elektronen-Injektionsschicht/Kathoden
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In
der vorstehenden Schichtstruktur ist es bevorzugt, dass mindestens
eine der Anoden und der Kathoden im Wellenlängenbereich des durch die organische
EL-Lichtemissionsquelle emittierten Lichts durchlässig ist.
Das Licht wird durch diese durchsichtigen Elektroden emittiert und
fällt somit
auf die Farbumwandlungsschichten. Auf dem in Frage stehenden technischen
Gebiet ist es bekannt, dass die Anoden in einfacher Weise durchsichtig
ausgestaltet werden können.
Somit ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
die Anoden durchsichtig zu machen.
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In
den vorerwähnten
Schichten werden bekannte Materialien verwendet. Um eine Lumineszenz
von blauer bis blaugrüner
Farbe zu erzielen, wird beispielsweise ein fluoreszierendes, weißmachendes
Mittel vom Benzothiazol-Typ, Benzimidazol-Typ, Benzoxazol-Typ oder
dergl., eine Metallchelat-Oxoniumverbindung,
eine Verbindung vom Styrylbenzol-Typ, eine aromatische Verbindung
vom Dimethyliden-Typ oder dergl. als organische Lichtemissionsschicht 10 verwendet.
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3 zeigt ein Beispiel für das erfindungsgemäße organische
Mehrfarben-EL-Anzeigefeld. In 3 ist
ein Teil dargestellt, der einem Pixel eines organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelds
entspricht, das eine Mehrzahl von Pixeln aufweist und als Mehrfarbenfeld
vom Farbumwandlungstyp oder als Vollfarben-Anzeigefeld dient. Transparente
Anoden (erste Elektrodenschichten) 7 werden in Positionen,
die den Farbumwandlungsschichten 2, 3 und 4 auf
der anorganischen Filmschicht 6 des in 3 dargestellten Farbumwandlungs/Filter-Substrat
entsprechen, gebildet. Darauf werden in der angegebenen Reihenfolge
eine Defektelektronen-Injektionsschicht 8, eine Defektelektronen-Transportschicht 9,
eine organische Lichtemissionsschicht 10, eine Elektronen-Injektionsschicht 11 und
Kathoden (zweite Elektrodenschichten) 12 gebildet.
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Bei
den Anoden 7 handelt es sich um durchsichtige Elektroden
aus ITO oder dergl. Bei den Kathoden 12 handelt es sich
um Metallelektroden. Die Anoden 7 und die Kathoden 12 können jeweils
in einem Muster aus parallelen Streifen gebildet werden, wobei sich
die Anoden 7 und die Kathoden 12 gegenseitig schneiden. In
diesem Fall kann eine Matrixsteuerung mit der erfindungsgemäßen organischen
EL-Lichtemissionsquelle vorgenommen werden, d. h. wenn Spannungen
auf einen bestimmten Streifen der Anoden 7 und einen bestimmten
Streifen der Kathoden 12 angelegt werden, emittiert der
Teil der organischen Lichtemissionsschicht 10, wo sich
diese Streifen schneiden, Licht. Durch Anlegen von Spannungen an
ausgewählte
Streifen der Anoden 7 und der Kathoden 12 ist
es somit möglich,
dass nur die Teile, wo bestimmte fluoreszierende Farbumwandlungsschichten
angeordnet sind, Licht emittieren.
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Außerdem ist
es möglich,
eine einzelne Anode 7 zu verwenden, bei der es sich um
eine gleichmäßige planare
Elektrode ohne Streifenmuster handelt und die Kathoden 12 entsprechend
den individuellen Pixeln zu bemustern. In diesem Fall werden in
den individuellen Pixeln entsprechende Schaltvorrichtungen vorgesehen, wodurch
es möglich
wird, eine sogenannte aktive Matrixansteuerung durchzuführen.
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Beispiele
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Nachstehend
findet sich eine Beschreibung der organischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelder,
die sich einer erfindungsgemäßen anorganischen
Filmschicht vom Laminattyp bedienen, wobei auf die Zeichnung Bezug
genommen wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Beispielen
und Vergleichsbeispielen organische Mehrfarben-EL-Anzeigefelder
mit 60 × 80
Pixel (wobei jedes Pixel ein R-, ein G- und ein B-Unterpixel umfasst) mit
einem Pixelabstand von 0,33 mm hergestellt wurden.
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Beispiel 1
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Bildung von blauen Filterschichten 4
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Ein
blaues Filtermaterial (Produkt der Fa. Fuji Hunt Electronics Technology;
Color Mosaic CB-7001) wurde durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren
auf eine Platte Corning-Glas (50 × 50 × 1,0 mm) aufgebracht. Sodann
wurde durch ein photolithographisches Verfahren eine Musterbildung
durchgeführt,
wodurch man blaue Filterschichten 4 mit einer Dicke von
10 μm mit
einem Streifenmuster bei einer Linienbreite von 0,1 mm und einem
Abstand von 0,33 mm erhielt.
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Bildung von grünen Farbumwandlungsschichten 3
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0,7
Masseteile Cumarin 6 wurden als fluoreszierendes farbgebendes Mittel
in 120 Masseteilen eines Propylenglykolmonoethylacetat (PGMEA)-Lösungsmittels
gelöst.
Sodann wurden 100 Masseteile des photopolymerisierbaren Harzes V259PA/P5
(Handelsbezeichnung, Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) zu der Lösung gegeben
und gelöst.
Man erhielt eine Beschichtungsflüssigkeit.
Die Beschichtungsflüssigkeit
wurde unter Anwendung eines Schleuderbeschichtungsverfahrens auf
das Corning-Glas, auf dem das Streifenmuster der blauen Filterschichten 4 gebildet
worden war, aufgebracht. Sodann wurde die Musterbildung unter Anwendung eines
photolithographischen Verfahrens durchgeführt. Man erhielt grüne Farbumwandlungsschichten 3 mit
einer Dicke von 10 μm
und einem Streifenmuster mit einer Linienbreite von 0,1 mm und einem
Abstand von 0,33 mm.
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Bildung der roten Farbumwandlungsschichten 2
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0,6
Masseteile Cumarin 6, 0,3 Masseteile Rhodamin 6G und 0,3 Masseteile
basisches Violett 11 als fluoreszierende farbgebende Mittel wurden
in 120 Masseteilen eines Propylenglykolmonoethylacetat (PGMEA)-Lösungsmittels
gelöst.
100 Masseteile des photopolymerisierbaren Harzes V259PA/P5 (Handelsbezeichnung,
Nippon Steel Chemical Co., Ltd., Brechungsindex 1,59) wurden zu
der Lösung
gegeben und darin gelöst.
Die erhaltene Beschichtungsflüssigkeit
wurde unter Anwendung eines Schleuderbeschichtungsverfahrens auf
das Corning-Glas, auf dem das Streifenmuster der blauen Filterschichten 4 und
das Streifenmuster der grünen
Farbumwandlungsschichten 3 gebildet worden war, aufgebracht.
Sodann wurde die Musterbildung unter Anwendung eines photolithographischen
Verfahrens durchgeführt.
Man erhielt rote Farbumwandlungsschichten 2 mit einer Dicke
von 6 μm
und einem Streifenmuster mit einer Linienbreite von 0,1 mm und einem Abstand
von 0,33 mm.
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Bildung einer polymeren
Filmschicht 5
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Ein
UV-härtbares
Harz (epoxymodifiziertes Acrylat) wurde durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren
auf ein Substrat, auf dem die blauen Filterschichten 4,
die grünen
Farbumwandlungsschichten 3 und die roten Farbumwandlungsschichten 2 gebildet
worden waren, aufgebracht. Sodann wurde eine Belichtung mit einer
Hochdruck-Quecksilberlampe durchgeführt. Man erhielt eine polymere
Filmschicht 5 mit einer Dicke von 8 μm. Bei der Bildung der polymeren
Filmschicht 5 kam es zu keiner Deformation der Muster der
Farbumwandlungsschichten 2 bis 4. Außerdem war
die obere Oberfläche
der polymeren Filmschicht 5 flach.
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Bildung einer anorganischen
Filmschicht 6
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Anschließend wurde
ein Ag-Film mit einer Dicke von 10 nm durch ein Gleichstrom-Sputteringverfahren bei
Raumtemperatur als Metallfilm aufgebracht. Dabei wurden Ag als Sputteringziel
und Ar als Sputteringgas verwendet.
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Sodann
wurde ein SiOx-Film mit einer Dicke von
300 nm durch ein Hochfrequenz-Sputteringverfahren bei Raumtemperatur
als Isolierfilm gebildet. Dabei wurden Si als Sputteringziel und
ein Mischgas aus Ar und Sauerstoff als Sputteringgas verwendet.
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Durch
die vorstehenden Stufen wurde ein Farbumwandlungs/Filter-Substrat
mit einer anorganischen Filmschicht 6, das ein Laminat
aus einem Metallfilm und einem Isolierfilm umfasste, erhalten.
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Herstellung
einer organischen EL-Lichtemissionsquelle
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Eine
organische EL-Lichtemissionsquelle mit einer 6-schichtigen Struktur
von Anoden 7, einer Defektelektronen-Injektionsschicht 8,
einer Defektelektronen-Transportschicht 9, einer organischen
Lichtemissionsschicht 10, einer Elektronen-Injektionsschicht 11 und
Kathoden 12 gemäß der Darstellung
in 3 wurde auf dem gemäß den vorstehenden
Ausführungen
hergestellten Farbumwandlungs/Filter-Substrat gebildet.
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Dabei
wurde zunächst
eine durchsichtige Elektrodenschicht (IDIXO (Produkt der Fa. Idemitsu
Kosan Co., Ltd., ein Gemisch aus Indium/Zinkoxid und Indiumoxid))
durch ein Sputteringverfahren auf der gesamten Oberfläche der
anorganischen Filmschicht 6 (Isolierfilm 6b),
die die oberste Schicht des Farbumwandlungs/Filter-Substrats darstellte,
abgeschieden. Sodann wurde das Resistmittel OFRP-800 (Handelsbezeichnung, Produkt der
Fa. Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) auf das IDIXO aufgebracht. Die Musterbildung
wurde sodann durch ein photolithographisches Verfahren durchgeführt. Dabei
wurden Anoden 7 mit einer Dicke von 100 nm und einem Streifenmuster
mit einer Linienbreite von 0,094 mm und Lücken von 0,016 mm in den Positionen
der einzelnen lichtemittierenden Teile gebildet.
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Sodann
wurde das Farbumwandlungs/Filter-Substrat mit den darauf ausgebildeten
Anoden 7 im Innern einer Widerstandsheizung-Dampfabscheidungsvorrichtung
installiert. Eine Defektelektronen-Injektionsschicht 8, eine Defektelektronen-Transportschicht 9,
eine organische Lichtemissionsschicht 10 und eine Elektroneninjektionsschicht 11 wurden
in der angegebenen Reihenfolge auf der gesamten Oberfläche ohne
Absetzen des Vakuums abgeschieden. Während der Abscheidung wurde
der Druck im Innern der Vakuumkammer auf 1×10–4 Pa
verringert. Kupferphthalocyanin (CuPc) wurde in einer Dicke von
100 nm als Defektelektronen-Injektionsschicht 8 gebildet.
4,4'-Bis-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl
(α-NPD)
wurde in einer Dicke von 20 nm als Defektelektronen-Transportschicht 9 gebildet.
4,4'-Bis-(2,2'-diphenylvinyl)-biphenyl
(DPVBi) wurde in einer Dicke von 30 nm als organische Lichtemissionsschicht 10 gebildet.
Ein Aluminiumchelat (Tris-(8-hydroxychinolin)-Aluminiumkomplex,
Alq) wurde in einer Dicke von 20 nm als Elektroneninjektionsschicht 11 gebildet.
Die Strukturformeln der in den verschiedenen Materialien verwendeten
Schichten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Anschließend wurde
ohne Absetzen des Vakuums unter Verwendung einer Maske, die ein
Streifenmuster mit Linien mit einer Breite von 0,30 mm und einem
Abstand von 0,33 mm (Spaltenbreite 0,03 mm), die senkrecht zum Streifenmuster
der (ITO)-Anoden 7 angeordnet waren, Kathoden 12,
die jeweils eine Mg/Ag-Schicht (Masseverhältnis 10/1) mit einer Dicke
von 200 nm umfassten, gebildet.
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Die
auf diese Weise erhaltene organische EL-Lichtemissionsschicht wurde
unter Verwendung von Einschmelzglas (in der Zeichnung nicht abgebildet)
und eines UV-härtenden
Klebstoffes unter einer trockenen Stickstoffatmosphäre (Sauerstoff-
und Feuchtigkeitskonzentration nicht mehr als 10 ppm) in einem Handschuhkasten
abgedichtet. Man erhielt ein organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld.
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Beispiel 2
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Ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld wurde wie in Beispiel 1 erhalten,
mit der Ausnahme, dass ein Ag-Film mit einer Dicke von 10 nm, ein
SiOx-Film mit einer Dicke von 300 nm, ein
Ag-Film mit einer Dicke von 10 nm und ein SiOx-Film
mit einer Dicke von 300 nm in der angegebenen Reihenfolge als anorganische Filmschicht
gebildet wurden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Bildung des
zweiten Ag-Films unter den gleichen Bedingungen wie beim ersten
Ag-Film vorgenommen wurde. Die Bildung des zweiten SiOx-Films
wurde unter den gleichen Bedingungen wie beim ersten SiOx-Film durchgeführt.
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Beispiel 3
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Ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld wurde wie in Beispiel 1 erhalten,
mit der Ausnahme, dass ein IZO-Film mit einer Dicke von 200 nm,
und ein SiOx-Film mit einer Dicke von 300
nm in der angegebenen Reihenfolge als anorganische Filmschicht gebildet
wurden. Die Abscheidung des IZO-Films
wurde durch ein Sputteringverfahren unter Verwendung von IDIXO als
Sputteringziel und einem Mischgas aus Ar und Sauerstoff als Sputteringgas
durchgeführt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld wurde wie in Beispiel 1 erhalten,
mit der Ausnahme, dass nur ein SiOx-Film
mit einer Dicke von 300 nm als anorganische Filmschicht gebildet
wurde.
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Vergleichsbeispiel 2
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Ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld wurde wie in Beispiel 1 erhalten,
mit der Ausnahme, dass eine anorganische Filmschicht nicht gebildet
wurde.
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Bewertung
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Drei
organische Mehrfarben-EL-Anzeigefelder wurden für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt
und Ansteuerungstests wurden durchgeführt.
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Ansteuerungsbedingungen
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Zeilenfolgeabtastung:
Steuerfrequenz 60 Hz, relative Einschaltdauer ("duty")
1/60 Strom pro Pixel: 100 μA
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Vergleichsverfahren
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Eine
kontinuierliche Ansteuerung wurde 1000 Stunden durchgeführt. Anschließend wurden
der Anteil der nicht-lichtemittierenden Fläche im Anzeigefeld und die
Helligkeit gemessen. Ein Vergleich wurde mit der anfänglichen
nicht-lichtemittierenden Fläche
und der anfänglichen
Helligkeit vorgenommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
-
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In
Tabelle 2 stellt die prozentuale Zunahme der nicht-lichtemittierenden
Fläche
den prozentualen Anteil dar, um den die nicht-lichtemittierende
Fläche
nach der kontinuierlichen Ansteuerung im Vergleich zur anfänglichen
nicht-lichtemittierenden Fläche
zugenommen hatte. Außerdem
stellt die prozentuale Retention der Helligkeit das Prozentverhältnis der
Helligkeit nach der kontinuierlichen Ansteuerung zur ursprünglichen
Helligkeit dar. Das Verhältnis
der nicht-lichtemittierenden Fläche
stellt die prozentuale Zunahme der nicht-lichtemittierenden Fläche für das in
Frage stehende Beispiel oder Vergleichsbeispiel, dividiert durch
den Wert für
Vergleichsbeispiel 1 dar. Das Verhältnis der Helligkeit stellt
die prozentuale Retention der Helligkeit für das in Frage stehende Beispiel
oder Vergleichsbeispiel, dividiert durch den Wert für das Vergleichsbeispiel
1 dar.
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Wie
aus Tabelle 2 ersichtlich ist, hatte für den Fall, dass eine organische
Filmschicht nicht verwendet wurde, der Großteil des anorganischen Mehrfarben-EL-Anzeigefelds
nach 1000 Stunden kontinuierlicher Ansteuerung die Emission von
Licht eingestellt, während
bei Verwendung einer anorganischen Filmschicht der Großteil der
Anzeigefläche
in lichtemittierendem Zustand gehalten werden konnte. Ferner ließen sich
im Fall der Verwendung einer erfindungsgemäßen anorganischen Filmschicht,
bei der es sich um ein Laminat aus jeweils einem oder mehreren Metallfilmen
oder Metalloxidfilmen und Isolierfilmen handelte, die Zunahme der nicht-lichtemittierenden
Fläche
und der Abfall der Helligkeit besser unterdrücken.
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Wie
vorstehend beschrieben, lassen sich durch Verwendung der erfindungsgemäßen anorganischen Filmschicht
eine Wanderung von Feuchtigkeit aus den Farbumwandlungsschichten
zur organischen EL-Lichtemissionsquelle, die eine Beeinträchtigung
der Eigenschaften der organischen EL-Lichtemissionsquelle bewirken kann,
unterdrücken.
Außerdem
lässt sich
Wärme,
die während
der Ansteuerung der organischen EL-Lichtemissionsquelle erzeugt
wird, in wirksamer Weise auf die Umgebung verteilen. Somit wird
es möglich, ein
organisches Mehrfarben-EL-Anzeigefeld bereitzustellen, bei dem stabile
Lichtemissionseigenschaften über
einen längeren
Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden können.
