JP2005123088A - 色変換フィルタおよびそれを用いた有機ｅｌディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 色変換方式に用いられる色変換フィルタにおける光取り出し効率の向上。
【解決手段】 透明基板と、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換フィルタ層とを含み、前記低屈折率層と前記カラーフィルタ層とが隣接していることを特徴とする色変換フィルタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高い色変換効率を可能とする色変換発光デバイスに関する。詳細には、イメージセンサー、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、テレビ、ファクシミリ、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電気卓上計算機、電話機、携帯端末機ならびに産業用計測器等の表示用の色変換発光デバイスに関する。

近年、情報の多様化が急速に進んでいる。この中で、情報分野における表示デバイスは「美・軽・薄・優」が求められ、さらに低消費電力、高速応答化へ向けて活発な開発が進められている。

液晶表示素子等に対して、視野角依存性および高速応答性などに優れた下記の特徴を有する、有機分子の薄膜積層構造を有し、印加電圧１０Ｖで、１０００ｃｄ／ｍ²以上の高輝度で発光する積層型有機エレクトロルミネセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子が、Tangらによって報告（非特許文献１参照）されて以来、有機ＥＬ素子は実用化に向けての研究が活発に行われている。また、有機高分子材料を用いた同様の素子も活発に開発が進められている。

最近では、ＣＲＴ、プラズマディスプレイらの応用に実績を有する、発光体の発光を蛍光体により所望の色に変換する方法が注目を集めてきている。例えば、有機ＥＬ素子の発光域の光を吸収し、波長分布変換を行って可視光域の蛍光を発光する蛍光材料をフィルタに用いる色変換方式（特許文献１〜４参照）が検討されている。色変換方式においては、有機ＥＬ素子の発光色は白色に限定されないため、より輝度の高い有機ＥＬ素子を光源に適用することができる。たとえば青色発光の有機ＥＬ素子を用いた色変換方式においては、青色光を緑色光および赤色光に波長変換している。このような蛍光色素を含む蛍光色素変換膜を高精細にパターニングすれば、発光体の近紫外光ないし可視光のような弱いエネルギー線を用いても、フルカラーの発光型ディスプレイを構築できる。

古典光学によれば、固体薄膜内の発光中心から透明基板を通して光を取り出す発光素子の光取り出し効率の上限は、約２０〜３０％であると見積もられている。光取り出し効率の低下の原因は、基板−空気界面における反射により、光が素子内を導波し、基板端部で発光するためとされている。この問題に関して、有機発光層と透明基板との間にシリカエアロゲル層を設けて、有機ＥＬ発光素子の光取り出し効率を向上することが試みられてきている（非特許文献２参照）。

特開平３−１５２８９７号公報 特開平５−２５８８６０号公報 特開平８−２８６０３３号公報 特開平９−２０８９４４号公報 Appl. Phys. Lett., 51, 913 (1987) 日本学術振興会光電相互変換第１２５委員会ＥＬ分科会第２３回研究会資料（平成１３年７月６日）

色変換方式に用いられる色変換フィルタは、発光素子の光を色変換層において波長分布変換し、透明基板を通して出力するものである。色変換層における波長分布変換は、色変換色素が発光素子の光を吸収し、蛍光ないし燐光として異なる波長の光を発光することにより行われている。色変換色素の発光は無指向性であるので、基板に対して種々の角度を有する光が発せられる。これらの光のうち、透明基板−空気界面における全反射条件を満たす部分は、透明基板内を導波してしまい、透明基板表面からの光取り出し効率は未だ低いものである。

したがって、色変換方式に用いられる色変換フィルタの光取り出し効率の向上が強く求められている。

本発明の第１の実施形態である色変換フィルタは、透明基板と、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層とを含み、前記低屈折率層と前記カラーフィルタ層とが隣接していることを特徴とする。ここで、前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することが望ましい。望ましくは、前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されている。

本発明の第２の実施形態である有機ＥＬディスプレイは、透明基板と、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層とを含み、前記低屈折率層と前記カラーフィルタ層とが隣接している色変換フィルタと、基板上に第１電極と、有機ＥＬ層と、第２電極とを含む有機ＥＬ発光素子とを含み、前記色変換フィルタと前記有機ＥＬ発光素子とが貼り合わせられていることを特徴とする。ここで、前記有機ＥＬ発光素子が複数のスイッチング素子をさらに含んでいてもよい。あるいはまた、前記第１電極および前記第２電極のそれぞれがラインパターンを有する複数の部分から形成され、前記第１電極のラインパターンと前記第２電極のラインパターンとは直交して配置されていてもよい。また、前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することが望ましい。望ましくは、前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されている。

本発明の第３の実施形態である有機ＥＬディスプレイは、透明基板上に、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層と、第１電極と、有機ＥＬ層と、第２電極とがこの順に積層されていることを特徴とする。ここで、前記第１電極および前記第２電極のそれぞれがラインパターンを有する複数の部分から形成され、前記第１電極のラインパターンと前記第２電極のラインパターンとは直交して配置されていてもよい。また、前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することが望ましい。望ましくは、前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されている。

以上のような実施形態において、色変換フィルタ層と透明基板との間に低屈折率層を設けることにより、透明基板内を横方向に導波する光を減少させ、色変換フィルタ層からの光取り出し効率が向上した色変換フィルタを得ることができた。該色変換フィルタを色変換方式有機ＥＬディスプレイに応用した場合、より少ない電流量で所望の強度の出力光を得ることが可能となる。加えて、電流量を少なくできることは、用いられる有機ＥＬ発光素子の長寿命化において重要である。

本発明の第１の実施形態である色変換フィルタの一例を図１に示す。図１において、透明基板１０上に低屈折率層２０、色変換フィルタ層３０が積層されており、この例では色変換フィルタ層３０は、色変換層３４とカラーフィルタ層３２との積層体である。

本発明の色変換発光デバイスに用いられる透明基板１０は、色変換フィルタ層３２によって変換された光に対して透明であることが必要である。また、透明基板１０は、積層される層の形成に用いられる条件（溶媒、温度等）に耐えるものであるべきであり、さらに寸法安定性に優れていることが好ましい。透明基板１０の材料として好ましいものは、ガラス、ならびにポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート等の樹脂を含む。ホウケイ酸ガラスまたは青板ガラス等が特に好ましいものである。あるいはまた、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはポリイミド樹脂などから形成される可撓性フィルムを、透明基板１０として用いてもよい。

本発明の色変換フィルタ層３０は、色変換層３４とカラーフィルタ層３２との積層体であることが望ましい。発光素子の光は、色変換層３４、カラーフィルタ層３２の順に通過して外部へと放射される。カラーフィルタ層３２は、特定の波長成分の光を透過させ、発光素子の光または色変換層３４で波長分布変換された光の色純度をより向上させる層である。カラーフィルタ層３２は、色素とマトリクス樹脂とを含み、例えば液晶表示装置などに用いられる、当該技術において知られている任意の材料を用いて形成することができる。カラーフィルタ層３２は、０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍ、より好ましくは１〜１．５μｍの膜厚を有する。このような膜厚を有することにより、所望の強度の出力光を得ることが可能となる。

本発明の色変換層３４は、マトリクス樹脂と色変換色素とを含む。本発明の色変換色素は、発光部から発せられる近紫外ないし可視領域（４００〜７００ｎｍ）の光を吸収して波長分布変換を行い、異なる波長の可視光を蛍光ないし燐光として発光するものである。特に青色ないし青緑色領域（４５０〜５５０ｎｍ）の光を吸収することが好ましい。本発明において用いることができる色変換色素は、たとえば、青色ないし青緑色領域の光を吸収して赤色領域の蛍光ないし燐光を発する色素、青色ないし青緑色領域の光を吸収して緑色領域の蛍光ないし燐光を発する色素、あるいは近紫外ないし可視領域の光を吸収して青色の蛍光ないし燐光を発する色素などを含む。

たとえば、青色ないし青緑色領域の光を発光する光源を用いて、該光源からの光を単なる赤色カラーフィルタ層に通して赤色領域の光を得ようとすると、元々赤色領域の波長の光が少ないために極めて暗い出力光になってしまう。しかしながら、青色ないし青緑色の光を吸収する色変換色素によって赤色領域の光に変換することにより、十分な強度を有する赤色領域の光の出力が可能となる。緑色についても同様である。また、青色に関しては、より短波長の青色光を吸収して、より長波長の好ましい色相を有する別の青色光に変換するために色変換色素を用いてもよい。

光源から発せられる青色から青緑色領域の光を吸収して、赤色光を発する色変換色素としては、例えばローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素、シアニン系色素、１−エチル−２−［４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル］−ピリジニウムパークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素、あるいはオキサジン系色素などが挙げられる。さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も蛍光性ないし燐光性があれば使用することができる。

光源から発せられる青色ないし青緑色領域の光を吸収して、緑色光を発する色変換色素としては、例えば３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン７）、３−（２’−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−ジエチルアミノ−クマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素、あるいはクマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１、さらにはソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素などが挙げられる。さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も蛍光性ないし燐光性があれば使用することができる。

光源から発せられる近紫外ないし可視領域の光を吸収して、青色光を発する蛍光色素としては、例えばクマリン４６６、クマリン４７、クマリン２、およびクマリン１０２などのクマリン系色素が挙げられる。さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も蛍光性ないし燐光性があれば使用することができる。

本発明のマトリクス樹脂は、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およびこれらの樹脂混合物などを含む。

あるいはまた、色変換層３４をパターニングする必要がある場合には、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）を用いることができる。この場合、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）の硬化物がマトリクス樹脂として機能する。また、色変換層のパターニングを行うために、該光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂は、未露光の状態において有機溶媒またはアルカリ溶液に可溶性であることが望ましい。

用いることができる光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）は、具体的には、（１）アクロイル基やメタクロイル基を複数有するアクリル系多官能モノマーおよびオリゴマーと、光または熱重合開始剤とからなる組成物、（２）ボリビニル桂皮酸エステルと増感剤とからなる組成物、（３）鎖状または環状オレフィンとビスアジドとからなる組成物（ナイトレンが発生して、オレフィンを架橋させる）、および（４）エポキシ基を有するモノマーと酸発生剤とからなる組成物などを含む。特に、（１）のアクリル系多官能モノマーおよびオリゴマーと光または熱重合開始剤とからなる組成物を用いることが好ましい。なぜなら、該組成物は高精細なパターニングが可能であり、および重合して硬化した後は耐溶剤性、耐熱性等の信頼性が高いからである。

本発明で用いることができる光重合開始剤、増感剤および酸発生剤は、含まれる色変換色素が吸収しない波長の光によって重合を開始させるものであることが好ましい。本発明の色変換層３４において、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂中の樹脂自身が光または熱により重合することが可能である場合には、光重合開始剤および熱重合開始剤を添加しないことも可能である。

本発明の色変換層３４は、マトリクス樹脂、蛍光変換色素、およびデンドリマーを含む溶液を調製し、それをスピンコート、ディップコート、ロールコート、スクリーン印刷など当該技術に知られている方法を用いて透明基板上に該溶液を塗布し、乾燥することにより形成される。

あるいはまた、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂、蛍光変換色素およびデンドリマーを含む溶液を調製し、該溶液を透明基板上に塗布し、引き続いて露光、パターニングを行うことにより、パターンを有して配設された色変換層４を形成することができる。該パターニングは、未露光部分の樹脂を溶解または分散させる有機溶媒またはアルカリ溶液を用いて、未露光部分の樹脂を除去するなどの慣用の方法によって実施することができる。

本発明の色変換層３４において、該色変換層の重量を基準として０．０１〜５質量％、より好ましくは０．１〜２質量％の色変換色素を用いることが好ましい。このような濃度範囲の色変換色素を用いることにより、濃度消光および劣化を起こすことなく色変換を行うことが可能となる。

本発明の色変換層３４は、５μｍ以上、好ましくは８〜１５μｍの膜厚を有する。このような膜厚を有することにより、所望の強度の色変換された出力光を得ることが可能となる。

低屈折率層２０は、透明基板１０と色変換フィルタ層３０との間に設けられ、透明基板１０および色変換フィルタ層３０よりも低い屈折率を有する層である。低屈折率層２０は、単一材料から成る単一層であってもよいし、複数の材料を積層した積層構造を有してもよい。

透明基板１０としてガラスを用いた場合、その屈折率（ｎ）は、１．５２程度であり、色変換フィルタ層の屈折率は１．５３程度である。したがって、低屈折率層２０の材料は、１．０１〜１．４５、好ましくは１．３０〜１．４５の屈折率を有する材料であることが望ましい。本発明において用いることができる材料は、透明無機化合物およびポリマーを含み、好ましくはシリカまたは他の金属酸化物のエアロゲル（ｎ＝１．０１）、ＭｇＦ（ｎ＝１．３８）、フッ素系ポリマー（ｎ＝１．３６〜１．４２）を含む。複数の材料を積層した積層構造を有する低屈折率層を用いる場合には、積層構造全体としての屈折率を、前述の範囲内とするように設計することが望ましい。また、低屈折率層２０を通して光を出力するため、低屈折率層２０は、４００〜７００ｎｍの領域の光に対して５０％以上、好ましくは８０％以上の透過率を有することが望ましい。さらに、低屈折率層２０の材料は、無色であることが好ましい。

低屈折率層２０は、当該技術において知られている方法により、前述の材料を堆積させることにより得ることができる。シリカまたは他の金属酸化物のエアロゲルから低屈折率層２０を形成する場合には、ゾルゲル法を用いることが好ましい。ＭｇＦなどの透明無機化合物から低屈折率層を形成する場合には、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ、レーザーアブレーションなどを用いることが好ましい。また、フッ素系ポリマーから低屈折率層を形成する場合には、蒸着ないしスパッタに加えて、スピンコート、ディップコート、ナイフコート、ロールコートなどの塗布方法を用いてもよい。低屈折率層２０は、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜２μｍの厚さを有することが望ましい。

図２を参照して、本発明における低屈折率層２０の効果を説明する。図２（ａ）は、低屈折率層２０を用いない場合を示す。発光素子からの光が色変換フィルタ層３０内で波長分布変換されて、異なる波長の光（以下、変換光と称する）が放射される。波長分布変換は無指向性であるので、変換光は全方向に放射される。基板１０と空気との界面１２に対して大きな入射角を有する変換光は、該界面で屈折されるが外部へと放射される。しかしながら、界面１２における全反射の臨界角よりも小さい入射角を有する光は、界面１２で全反射され、基板１０内を横方向に導波し、基板端面から放射される。すなわち、全反射の臨界角より小さい入射角を有する光は、取り出し効率に寄与しない損失光となる。

これに対して、図２（ｂ）は、本発明の低屈折率層２０を用いた場合を示す。変換光は、低屈折率層２０と透明基板１０との界面１４において、透明基板１０と空気との界面１２に対する入射角が大きくなるように屈折される。この屈折によって、界面１２における全反射の臨界角よりも大きな入射角を有する光を増加させることができ、したがって光の取り出し効率を向上させることが可能となる。さらに、界面１４または低屈折率層２０と色変換フィルタ層３０との界面１６における光散乱があれば、より高い取り出し効率を得ることが可能となる。

上記においては、色変換フィルタ層３０において波長分布変換が行われる場合（すなわち、色変換層３４を用いる場合）について述べたが、色変換フィルタ層３０がカラーフィルタ層３２のみであっても、発光素子からの光が種々の角度を有して入射する場合には、本発明は光の取り出し効率の向上に有効である。

本発明の色変換フィルタは、複数の色変換フィルタ層を有してもよい。たとえば、フルカラーディスプレイの用途においては、赤色、緑色、および青色の色変換フィルタ層をマトリクス状に配置することが望ましい。ここで、赤色および緑色の色変換フィルタ層は、色変換層３４とカラーフィルタ層３２の積層体を用いることが望ましい。一方、青色の色変換フィルタ層は、色変換層３４を含んでもよいが、好ましくはカラーフィルタ層３２のみで構成することが可能である。ただし、青緑色の光源を用いる場合には、緑色の色変換フィルタ層もカラーフィルタ層３２のみで構成してもよい。

白色光源を用いる際には、赤色、緑色、および青色の色変換フィルタ層をカラーフィルタ層３２のみで構成することも可能である。しかしながら、特に赤色および緑色については、色変換層３４を用いることによって所望する波長成分を増大させることが可能である。

本発明の色変換フィルタは、例えば近紫外から可視域、好ましくは青色から青緑色の光を発する任意の光源の光を、波長分布変換することができる。そのような光源の例は、ＥＬ発光素子（有機および無機を含む）、プラズマ発光素子、冷陰極管、放電灯（高圧ないし超高圧水銀灯）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含み、好ましくはＥＬ発光素子またはＬＥＤであり、より好ましくは有機ＥＬ発光素子である。

本発明の第２の実施形態である有機ＥＬディスプレイは、透明基板１０、低屈折率層２０、および１つまたは複数の色変換フィルタ層３０を含む色変換フィルタと、基板５０の上に第１電極７０、有機ＥＬ層８０および第２電極９０が積層されている有機ＥＬ発光素子とを含み、該色変換フィルタと該有機ＥＬ発光素子とが貼り合わせられている。

有機ＥＬディスプレイの構造の一例を図３（ａ）に示す。図３（ａ）の貼り合わせ型トップエミッション方式有機ＥＬディスプレイ３００においては、基板５０上に、スイッチング素子６０と、スイッチング素子６０に１対１で接続される複数の部分からなる第１電極７０と、有機ＥＬ層８０と、均一に形成される第２電極９０とが積層されたアクティブマトリクス駆動される有機ＥＬ発光素子を示した。

基板５０は、ガラスやプラスチックなどからなる絶縁性基板、または、半導電性や導電性基板に絶縁性の薄膜を形成した基板を用いることができる。あるいはまた、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはポリイミド樹脂などから形成される可撓性フィルムを、基板５０として用いてもよい。

スイッチング素子６０としては、ＴＦＴまたはＭＩＭなどの当該技術において知られている任意のものを用いることができる。本実施形態の有機ＥＬディスプレイにおいては、スイッチング素子を光が通過しないので、開口率を増加させるためにスイッチング素子を小さくする必要がなく、該素子の設計の自由度を高くすることができる。

第１電極７０は、反射性を有し、陽極または陰極のいずれであってもよい。第１電極７０を陽極として用いる場合、正孔の注入を効率よく行うために、仕事関数が大きい材料が用いられ、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性金属酸化物を用いて第１電極７０を形成することができる。さらに、ＩＴＯなどの導電性金属酸化物を用いる場合、裏面（有機ＥＬ層８０と接触しない面）に反射率の高いメタル電極（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなど）を用いることが好ましい。このメタル電極は、導電性金属酸化物より抵抗率が低いので補助電極として機能すると同時に、有機ＥＬ層８０にて発光される光を色変換フィルタ層３０へと反射して光の有効利用を図ることが可能となる。

第１電極７０を陰極として用いる場合、仕事関数が小さい材料であるリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物もしくは酸化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物が用いられる。前述と同様に、裏面（有機ＥＬ層８０と接触しない面）に反射率の高いメタル電極（Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなど）を用いて、電極の低抵抗化、ならびに反射による有機ＥＬ層８０の発光の有効利用を図ることができる。

有機ＥＬ層８０は、近紫外から可視領域の光、好ましくは青色から青緑色領域の光を発する。その発光が色変換フィルタ層３０に入射して、所望される色を有する可視光を出力する。有機ＥＬ層８０は、少なくとも有機発光層を含み、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を介在させた構造を有する。具体的には、下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機発光層
（２）正孔注入層／有機発光層
（３）有機発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
（上記において、陽極は有機発光層または正孔注入層に接続され、陰極は有機発光層または電子注入層に接続される）

上記各層の材料としては、公知のものが使用される。青色から青緑色の発光を得るためには、有機ＥＬ発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。

第２電極９０は、陽極または陰極のいずれであってもよい。加えて、第２電極９０は、有機ＥＬ層８０の発光波長域において透明であることが求められる。具体的には、第２電極９０は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して５０％以上、好ましくは８０％以上の透過率を有することが好ましい。

第２電極９０を陰極として用いる場合、その材料は、電子を効率よく注入するために仕事関数が小さいことが求められる。さらに、有機ＥＬ層の発光波長域において透明であることが必要とされる。これら２つの特性を両立するために、第２電極９０を複数層からなる積層構造とすることが好ましい。なぜなら、仕事関数の小さい材料は、一般的に透明性が低いからである。すなわち、有機ＥＬ層８０と接触する部位に、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物の極薄膜（１０ｎｍ以下）を用いる。これらの仕事関数の小さい材料を用いることにより効率のよい電子注入を可能とし、さらに極薄膜とすることによりこれら材料による透明性低下を最低限とすることが可能となる。該極薄膜の上には、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明導電膜を形成する。これらの透明導電膜は、第２電極９０全体の抵抗値を減少させ有機ＥＬ層８０に対して充分な電流を供給することを可能にする。

第２電極９０を陽極として用いる場合、正孔注入効率を高めるために仕事関数の大きな材料を用いる必要がある。また、有機ＥＬ層８０からの発光が第２電極９０を通過するために透明性の高い材料を用いる必要がある。したがって、この場合にはＩＴＯまたはＩＺＯのような透明導電膜を用いることが好ましい。

あるいはまた、貼り合わせ型有機ＥＬディスプレイにおいて、有機ＥＬ発光素子は、スイッチング素子６０をもたないパッシブマトリクス型の素子であってもよい。パッシブマトリクス型有機ＥＬ発光素子は、基板と、ラインパターンの複数の部分を有する第１電極と、有機ＥＬ層と、ラインパターンの複数の部分を有する第２電極とを含み、ここで第１電極のラインパターンと第２電極のラインパターンとが直交するように配置することによって形成される。第１電極、第２電極および有機ＥＬ層を構成する材料は、前述のものと同様であることが望ましい。

一方、色変換フィルタには、複数の部分からなる第１電極７０のそれぞれに対応する位置に、赤色変換フィルタ層３０Ｒ、緑色変換フィルタ層３０Ｇ、および青色変換フィルタ層３０Ｂが配置され、各色変換フィルタ層の間にブラックマスク４０が配置されている。ブラックマスク４０は、任意選択的に設けてもよい層であるが、隣接する画素からの光の漏れを防止してコントラストを向上させることに有効な層である。

そして、有機ＥＬ発光素子と色変換フィルタとを外周封止層１００を用いて接着して、有機ＥＬディスプレイが得られる。外周封止層１００は、隔壁層の外周部に設けられ、有機ＥＬ素子と色変換フィルタを接着するとともに、内部の各構成要素を外部環境の酸素、水分などから保護する機能を有する。外周封止層１００は紫外線硬化型接着剤から形成される。また、前記紫外線硬化型接着剤は、直径５〜５０μｍ、好ましくは直径５〜２０μｍのガラスビーズ、シリカビーズなどを含んでもよい。これらのビーズ類は、有機ＥＬ素子と色変換フィルタとの貼り合わせにおいて、基板間距離（基板５０と透明基板１０との間の距離）を規定するとともに、接着のために印加される圧力を負担する。さらに、ディスプレイ駆動時に発生する応力（特にディスプレイ外周部における応力）も負担して、該応力によるディスプレイの劣化を防止する。

任意選択的ではあるが、貼り合わせにより形成される内部空間１１０に充填剤を充填して、有機ＥＬ層８０の発光の内部空間界面における反射を抑制し、該発光を色変換フィルタへと効率よく透過させてもよい。充填剤は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して２０％〜９５％、好ましくは６０％〜９５％の可視光透過率と、１．２〜２．５の屈折率とを有することが好ましい。充填剤は、有機ＥＬ素子および色変換フィルタの特性に悪影響を及ぼさない不活性液体で形成される。あるいはまた、外周封止の後にゲル化する液体で形成されていてもよい。このような充填剤の例は、シリコーン樹脂、フッ素系不活性液体、またはフッ素系オイルなどを含む。

あるいはまた、外周封止層１００を設けるのではなく、透明な接着剤を有機ＥＬ発光素子または色変換フィルタの全面に塗布し、該接着剤によって有機ＥＬ発光素子と色変換フィルタとを貼り合わせてもよい。

本発明の第３の実施形態である有機ＥＬディスプレイを図３（ｂ）に示す。色変換フィルタの構成は、図３（ａ）のものと同様である。図３（ｂ）のパッシブマトリクス駆動のボトムエミッション方式有機ＥＬディスプレイ３１０は、色変換フィルタ層３０の上に、第２電極９２、有機ＥＬ層８０および第１電極７２が積層され、封止基板１２０と外周封止層１００によって封止されている。このディスプレイにおいては、第２電極９２は、紙面内左右方向に延びるラインパターンを有する複数の部分から構成され、第１電極７２は、紙面垂直方向に延びるラインパターンを有する複数の部分から構成されている。第２電極、有機ＥＬ層および第１電極を構成する材料としては、前述のものを用いることができる。

封止基板１２０は、酸素透過性および水分透過性の低い材料から形成することが望ましい。好ましくは、ガラス基板、金属基板、アクリル樹脂またはポリエステル樹脂等のプラスチック基板（特に、表面がＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ、ＡｌＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘまたはＺｎＯ_ｘのような無機材料で被覆されているプラスチック基板）が用いられる。外周封止層１００としては、前述と同様の材料を用いることができる。任意選択的ではあるが、封止により形成される内部空間に、水分吸収剤を配置してもよい。

（実施例１）
最初に、ガラス基板１０（ｎ＝１．５２）上に、抵抗加熱蒸着法により厚さ１．５μｍのＭｇＦを積層して、低屈折率層２０（ｎ＝１．３８）を形成した。

次に、市販のカラーフィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製ＣＲ−７００１）をスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥することにより赤色カラーフィルタ層３２Ｒを形成した。そして、クマリン６（０．１質量部）、ローダミン６Ｇ（０．０５質量部）、ベーシックバイオレット１１（０．０５質量部）を、プロピレングリコールモノエチルアセテート溶剤（１２０質量部）に溶解させた蛍光変換色素溶液を調製した。該溶液に対して、１００質量部の光重合性樹脂「Ｖ２５９ＰＡ／Ｐ５」（商品名、新日鐵化成工業株式会社）を添加して溶解させ、塗布液を得た。この塗布液を、カラーフィルタ層３２Ｒ（ｎ＝１．５３）を形成した基板上にスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥して赤色変換層３４Ｒ（ｎ＝１．５３）を形成し、色変換フィルタを得た。

（比較例１）
低屈折率層２０を形成しなかったことを除いて、実施例１を繰り返して色変換フィルタを得た。

（評価）
実施例１および比較例１にてそれぞれ３つのサンプルを作製して、評価を行った。色変換フィルタの色変換層側に光源を配置して、波長４５０ｎｍ〜５１０ｎｍの光を、１００Ｃｄ／ｍ^２で照射した。ここで、色変換フィルタを通して出射した光の波長６１０ｎｍの赤色成分の強度を測定し、結果を表１にまとめた。

表１から、低屈折率層を持たない比較例１の色変換フィルタに比較して、低屈折率層を有する実施例１および実施例２の色変換フィルタの方が強い赤色光を発していることが分かる。色変換層およびカラーフィルタ層は同一であるので、この結果は、低屈折率層によって光の取り出し効率が向上したことによると考えられる。

（実施例２）
透明基板１０上に、抵抗加熱蒸着法により厚さ１．５μｍのＭｇＦを積層して、低屈折率層２０を形成した。

次に、ブラックマスク材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＫ−７０００）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、縦方向０．３３ｍｍ×横方向０．０９ｍｍの複数の開口部を有する、膜厚１．５μｍのブラックマスク４を得た。開口部間の間隔は、縦横ともに０．０３ｍｍとした。

次に、青色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＢ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、線間隔０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの、縦方向に延びるラインパターン状の青色カラーフィルタ層３２Ｂを形成した。

青色カラーフィルタ３２Ｂを形成した支持基板１上に、緑色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＧ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、線間隔０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの、縦方向に延びるラインパターン状の緑色カラーフィルタ層３２Ｇを形成した。

次に、赤色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、線間隔０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの、縦方向に延びるラインパターン状の赤色カラーフィルタ３２Ｒを形成した。

次に、クマリン６（０．１質量部）を、プロピレングリコールモノエチルアセテート溶剤（１２０質量部）に溶解させた蛍光変換色素溶液を調製した。該溶液に対して、１００質量部の光重合性樹脂「Ｖ２５９ＰＡ／Ｐ５」（商品名、新日鐵化成工業株式会社）を添加して溶解させ、塗布液を得た。この塗布液をスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥して線幅０．１ｍｍ、膜厚８μｍを有する緑色変換層３４Ｇを緑色カラーフィルタ層３２Ｇ上に形成した。

そして、ローダミン６Ｇ（０．３質量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３質量部）を、プロピレングリコールモノエチルアセテート溶剤（１２０質量部）に溶解させた蛍光変換色素溶液を調製した。該溶液に対して、１００質量部の光重合性樹脂「Ｖ２５９ＰＡ／Ｐ５」（商品名、新日鐵化成工業株式会社）を添加して溶解させ、塗布液を得た。この塗布液を、前述の基板上にスピンコート法を用いて塗布し、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、膜厚８μｍを有する赤色変換層３４Ｒを赤色カラーフィルタ３２Ｒ上に形成して、色変換フィルタを得た。得られた色変換フィルタにおいては、ブラックマスクを含めて０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍの寸法を有するピクセルがマトリクス状に配列されており、各ピクセルは、縦方向０．３３ｍｍ×横方向０．０９ｍｍのＲＧＢのサブピクセルから構成された。

ＴＦＴ、および該ＴＦＴのソース電極部分を開口した絶縁膜をあらかじめ設けたガラス基板上に、マスクを用いるスパッタ法にて厚さ１００ｎｍのＡｌおよび厚さ２０ｎｍのＩＺＯを積層して、ＴＦＴのそれぞれと１対１に対応する複数の部分に分割された第１電極７０を形成した。第１電極７０のそれぞれの部分は縦方向０．３３ｍｍ×横方向０．０９ｍｍの寸法を有し、縦横ともに０．０３ｍｍの間隔をおいてマトリクス状に配列された。

続いて、第１電極７０を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着して、有機ＥＬ層８０を形成した。有機ＥＬ層８０は、正孔注入層／正孔輸送層／有機ＥＬ発光層／電子注入層の４層構成とした。真空槽内圧を１×１０^−４Ｐａまで減圧し、厚さ１００ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ、正孔注入層）、厚さ２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ、正孔輸送層）、厚さ３０ｎｍの４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ、有機ＥＬ発光層）、および厚さ２０ｎｍのアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ、電子注入層）を、真空を破ることなく積層して、有機ＥＬ層８０を得た。さらに真空を破ることなしに、厚さ１０ｎｍのＭｇ／Ａｇ（質量比１０：１）および厚さ１００ｎｍのＩＺＯを積層して、第２電極９０を形成し、有機ＥＬ発光素子を得た。

次に、色変換フィルタを、水分濃度１ｐｐｍ、酸素濃度１ｐｐｍに管理されたグローブボックス内に搬入した。そして、色変換フィルタの透明基板１０の外周部に、ディスペンサーロボットを用いて、直径２０μｍのビーズを分散させた紫外線硬化型接着剤（スリーボンド社製、商品名３０Ｙ−４３７）を、外周封止層１００として塗布した。一次アライメントを行いながら、色変換フィルタおよび有機ＥＬ発光素子を接着して集成体を形成した。続いて、ＵＶランプを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を３０秒間にわたって照射して、外周封止層を硬化させて、有機ＥＬディスプレイ３００を得た。

（実施例３）
実施例２と同様の方法で、色変換フィルタを形成した。
色変換フィルタ上に、シリコン系のハードコート剤「ＫＰ８５４」（信越化学工業製）をスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥して表面平滑層を形成した。次に、表面平滑層の上に、マスクを用いるスパッタ法にてＩＴＯを積層して、幅０．０９ｍｍの、縦方向に延びるラインパターン状の第２電極９０を形成した。

第２電極９０を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着して、有機ＥＬ層８０を形成した。有機ＥＬ層８０は、正孔注入層／正孔輸送層／有機ＥＬ発光層／電子注入層の４層構成とした。真空槽内圧を１×１０^−４Ｐａまで減圧し、厚さ１００ｎｍの銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ、正孔注入層）、厚さ２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ、正孔輸送層）、厚さ３０ｎｍの４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ、有機ＥＬ発光層）、および厚さ２０ｎｍのアルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ、電子注入層）を、真空を破ることなく積層して、有機ＥＬ層８０を得た。さらに真空を破ることなしに、マスクを用いて、厚さ２００ｎｍのＭｇ／Ａｇ（質量比１０：１）を積層して、幅０．３３ｍｍの横方向に延びるラインパターン状の第１電極７０を形成し、有機ＥＬディスプレイ３１０を得た。

本発明の色変換フィルタの一例を示す概略断面図である。 本発明の低屈折率層の効果を説明する概略断面図である。 本発明の有機ＥＬディスプレイを示す概略断面図であり、（ａ）は貼り合わせ型トップエミッション方式を示す図であり、（ｂ）はボトムエミッション方式を示す図である。

符号の説明

１０ 透明基板
１２，１４，１６ 界面
２０ 低屈折率層
３０ 色変換フィルタ層
３２ カラーフィルタ層
３４ 色変換層
４０ ブラックマスク
５０ 基板
６０ スイッチング素子
７０ 第１電極
８０ 有機ＥＬ層
９０ 第２電極
１００ 外周封止層
１１０ 内部空間
１２０ 封止基板
３００，３１０ 有機ＥＬディスプレイ

Claims (12)

1. 透明基板と、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層とを含み、前記低屈折率層と前記カラーフィルタ層とが隣接していることを特徴とする色変換フィルタ。
2. 前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の色変換フィルタ。
3. 前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の色変換フィルタ。
4. 透明基板と、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層とを含み、前記低屈折率層と前記カラーフィルタ層とが隣接している色変換フィルタと、
   基板上に第１電極と、有機ＥＬ層と、第２電極とを含む有機ＥＬ発光素子と
   を含み、前記色変換フィルタと前記有機ＥＬ発光素子とが貼り合わせられていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
5. 前記有機ＥＬ発光素子が複数のスイッチング素子をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
6. 前記第１電極および前記第２電極のそれぞれがラインパターンを有する複数の部分から形成され、前記第１電極のラインパターンと前記第２電極のラインパターンとは直交して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
7. 前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
8. 前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
9. 透明基板上に、低屈折率層と、１つまたは複数のカラーフィルタ層と、１つまたは複数の色変換層と、第１電極と、有機ＥＬ層と、第２電極とがこの順に積層されていることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
10. 前記第１電極および前記第２電極のそれぞれがラインパターンを有する複数の部分から形成され、前記第１電極のラインパターンと前記第２電極のラインパターンとは直交して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬディスプレイ。
11. 前記低屈折率層は、１．０〜１．５の屈折率を有することを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬディスプレイ。
12. 前記低屈折率層は、透明無機化合物およびポリマーからなる群から選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬディスプレイ。
    

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