JP4775692B2

JP4775692B2 - 色変換フィルター基板及び色変換フィルターを具備した有機発光素子

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Publication number: JP4775692B2
Application number: JP2005053011A
Authority: JP
Inventors: 敏夫濱
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006236898A

Description

本発明は、多色表示を可能とする色変換フィルター基板および色変換フィルター基板を用いた多色発光デバイスに関する。該色変換フィルター基板を用いた多色発光デバイスは、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、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電話機、携帯端末ならびに産業用計測器等の表示などに使用することが可能である。

電界発光素子を用いたフルカラーディスプレイの作製方式としては、電界をかけることにより赤・青・緑にそれぞれ発光する素子を配列する「３色発光方式」、および、白色の発光を、カラーフィルターでカットし、赤・青・緑を表現する「カラーフィルター方式」、更に、近紫外光、青色光、青緑色光または白色光を吸収し、波長分布変換を行って可視光域の光を発光する色変換色素をフィルターに用いる「色変換方式」が提案されている。
なかでも、色変換方式は、高い色再現性・効率を実現でき、また、３色発光方式と異なり、電界発光素子は単色でよいことから大画面化の難易度が低いことが言われており、次世代ディスプレイの侯補として有望視されている。

ディスプレイとして必要な要件としては、高い色再現性・効率に加え、高い安定性が挙げられる。しかし、特許文献１に記載されているように、有機蛍光色素を高分子樹脂へ分散させた色変換フィルターにおいては、色素を励起する波長の照射に伴い、蛍光強度が低下することが知られている。これは、励起状態にある色素が蛍光を発し、基底状態へと変化するのではなく、高分子樹脂成分と反応し、機能を失活することが原因と推定される。

特許文献２においては、ローダミン色素へ立体障害基を導入し、耐光性の向上を達成している。しかし、立体障害基を導入した色素においても、樹脂との反応を完全に防止するまでには至らず、大画面ＴＶのように、数万時間の耐久性を要求される用途に対し、十分な耐久性を有する色変換フィルターが実現できていないのが現状である。

特許文献３では、色素を有機あるいは無機の微粒子に含ませ有機バインダー樹脂（マトリクス）に分散させる構成により、蛍光色素間の会合が少なく、濃度消光が低減され、安定した蛍光変換能を有するとともに、耐熱性及び耐光性が改善されることが記載されている。しかし、有機微粒子では、マトリクスとの反応をよく防止することができず、数万時間の要求耐久性は実現できていない。また、無機微粒子について、酸化チタン、酸化ケイ秦（シリカ）、酸化アルミニウムなどの材料が上げられているが、有機バインダー樹脂に色素が溶け出すなど、色素を効率よく微粒子に担持させることが困難であった。

特許文献４では、シリカ系無機多孔質体の細孔内に酸化亜鉛微粒子を内包する構成が記載されている。酸化亜鉛は無機ＥＬデバイスで用いられている無機系緑色蛍光体である。酸化亜鉛は、そのままシリカ系無機多孔質体に導入できず、イオンの形でいったん導入し、それを大気中で焼結する方法がとられている。
しかし、無機系蛍光体ではこれまでＥＬ用の赤色蛍光体として有用なものがなく、ましてシリカ系無機多孔質体の細孔内に内包できるものは報告されていない。

特許２７９５９３２号公報特開２０００−４４８２４号公報特開２０００−２１２５５４号公報特開２００３−２０１４７３号公報

無機蛍光体は、一般に酸化物、窒化物系の材料であり、焼成の過程をへるため径数ミクロンの粒子であるため、有機ＥＬには容易に適用できない。特許文献４では、酸化亜鉛をそのままシリカ系無機多孔質体に導入できず、イオンの形でいったん導入し、それを大気中で焼結する方法がとられているが、これは酸化亜鉛に特有の方法であり、有機ＥＬには適用できない製法である。
本発明者らは、シリカ系無機多孔質体の細孔内に、有機系蛍光体で適用できるローダミン系色素等を効果的に内包するためには、細孔の径をローダミン色素の寸法、数ナノメートル、にあわせることが重要であることを見出した。例えば、ＭｅｒｃｋＬｔｄ．，Ｊａｐａｎのシリカゲルでは、細孔のサイズは平均１３ナノメートルあり、色素に対して大きく、場合によって色素の入り方がまちまちになったり、たくさん色素が入ると却って濃度消光がおきるなどの不都合が生じる。
本発明の課題は、径のそろったシリカ微粒子を用いて、有機系蛍光体、特に、ローダミン系のような赤色蛍光体を用いた色変換フィルターの耐光性を低下させる主要因である、励起状態の色素とマトリクスとの反応を高い確率で抑止し、耐久性に優れた色変換フィルター基板を提供することにある。

マトリクス中の蛍光色素の安定性向上について、鋭意検討を重ねた結果、色素を中空構造のナノポーラスシリカ内に担持すること、また、反応相手であるマトリクスとして、好ましくは、シロキサン結合を有するストレート型または樹脂変性型のシリコーンポリマーへ該色素担持ナノポーラスシリカを分散させたものを色変換フィルターとして用いた、色変換フィルター基板が、前記課題を解決できることを見出した。このナノポーラスシリカは径の大さを制御でき、ローダミン系色素にあったサイズを得ることができる特徴をそなえているのである。

具体的には、透明な支持基板と、それぞれ異なる波長域の光を透過でき、少なくとも２種類以上のフィルターを独立して配列したカラーフィルターと、第１の波長の光を吸収し、吸収波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる、少なくとも１種以上の色変換フィルターとを含む色変換フィルター基板であって、上記色変換フィルターが、第１の波長の光を吸収し、吸収した波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる色素をマトリクスに分散してなり、該色素が平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカ内に担持されている色変換フィルターを提供する。
色素を担持したナノポーラスシリカを含む色変換フィルターのマトリクスは、好ましくは、シロキサン結合を有するストレート型または樹脂変性型のシリコーンポリマーである。
また、透明な支持基板に、それぞれ異なる波長域の光を透過でき、少なくとも２種類以上のフィルターを独立して配列したカラーフィルターを形成するステップと、該カラーフィルター上に、第１の波長の光を吸収し、吸収波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる、少なくとも１種以上の色変換フィルターを形成するステップとを含む色変換フィルター基板の製造方法であって、上記色変換フィルターの形成ステップが、好ましくは、色素を平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカに担持する段階と、該ナノポーラスシリカに担持された色素とマトリクス材料を含有する塗布液を作製する段階と、該塗布液を上記カラーフィルター上に塗布する段階と、乾燥段階とを含んでなる色変換フィルター基板の製造方法を提供する。
この色変換フィルター基板と、電界をかけることにより発光する有機発光体とを組み合わせることにより、高精彩で長寿命な多色発光デバイスが実現する。
また、色変換フィルター基板の色変換フィルター上面へ、色変換フィルターの保護層、ガスバリア層、有機発光体を順次配設する多色発光デバイスの製造方法を提供する。

本発明の色変換フィルターを用いることにより、駆動耐久性に優れた、多色発光デバイスを提供することができる。

図１は本発明の色変換フィルターの一実施例の断面概略図であり、３色のうち、２色を色変換フィルターを通じて出力する際の例であり、保護層により色変換フィルターの表面を被覆した状態のものを図示してある。また、図２は１色のみ色変換フィルターを通じて出力する際の例であり、図１と同様に、保護層により色変換フィルターの表面を被覆した状態のものを図示してある。
図３は本発明の色変換フィルターを用いた多色発光デバイスの一実施例の断面概略図である。

以下、各構成要素について実施形態を説明する。
＜透明な支持基板１＞
図１および図２において、透明な支持基板１は可視光透過率に優れ、また、色変換フィルターおよび多色発光デバイスの形成プロセスにおいて、色変換フィルター、あるいは多色発光デバイスヘ性能低下を引き起こさないものであれば良く、例としては、ガラス基板、各種プラスチック基板、若しくは各種フィルム等が挙げられる。

＜カラーフィルター２，４，６＞
図１および図２において、カラーフィルター２，４，６は、お互いに異なる波長域に透過域を有するカラーフィルターであり、例えば、カラーフィルター２は赤色領域の光を透過するものとし、カラーフィルター４は緑色領域を透過するものとし、カラーフィルター６は青色領域を透過するものとすることができる。カラーフィルターは液晶ディスプレイをはじめとした、ディスプレイ用途のものが適用でき、一般的には顔料を高分子バインダー中へ分散したものである。

＜色変換フィルター３，５＞
ここでいう色変換フィルターは、蛍光色素のように、ある波長域の光を吸収し、吸収した波長と異なる発光を行う物質をマトリクス中に分散させたものを指す。本発明においては、マトリクスが、シリコーンポリマー、またはシリコーンポリマーと有機高分子樹脂のハイブリッド材料（樹脂変性型シリコーンポリマー）であることが好ましい。
色変換フィルター３と色変換フィルター５は、それぞれ、バックライト光を吸収し、異なる波長の光を発光する機能を有したものであり、例えば、色変換フィルター３は赤色発光をするものであり、色変換フィルター５は緑色発光をするものとすることができる。

＜色変換色素＞
発光体から発する青色から青縁色領域の光を吸収して、赤色領域の蛍光を発する蛍光色素としては、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）−１３−ブタジエニル〕−ビリジウム−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）も蛍光性があれば使用することができる。

また、発光体から発する青色ないし青緑色領域の光を吸収して、緑色領域の蛍光を発する蛍光色素としては、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−Ｎ，Ｎ−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−Ｎ，Ｎ−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，１−９ｈ）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）も蛍光性があれば使用することができる。

＜ナノポーラスシリカ＞
ナノポーラスシリカとは、例えば特開平０６−０２４８９７号公報に開示されている、シリカ多孔体である。当該耐熱性層状シリカ多孔体は、結晶性層状ケイ酸塩の板状のシート層が複数積層し、隣接する上記シート層の層間がシロキサン結合による結合点において縮幅し、該結合点の間においては拡幅して微孔を形成しているハニカム状多孔構造の層状シリカ多孔体である。孔径は数ｎｍ〜数１０ｎｍと微細であり、比表面積は１０００ｍ²／ｇ以上であるという特徴を有する。これらの物質はメソ多孔体と呼ばれ、タンパク質などの大きな生体分子を収めるのに適当な大きさの孔を有する。そのハニカムの壁の部分はシリカで出来ており、孔は空洞である。このハニカム構造は、製造過程の途中で混在させている界面活性剤の自己組織化の性質により形成できるもので、界面活性剤の分子長を調整することで孔の大きさを２ｎｍ〜１０ｎｍ程度まで制御できる。最終的には界面活性剤は取り除かれ、シリカの壁だけが残る。既にいくつかの酵素タンパク質、葉緑素などを孔の中に閉じ込めることにより、機能を保ったまま安定化出来ることが報告されているが、ローダミン系色素を含む有機ＥＬの色変換フィルターに応用した例はない。
なお、平均孔径は、窒素吸着測定によって得ることができる。

ローダミン系色素は、アルコールなど、色素を溶かせる溶媒を用いてナノポーラスシリカ中空孔内に導入し、その内壁に吸着させることができる。上記ナノポーラスシリカに担持させるための溶媒を鋭意検討した結果、エタノール、ｔ−ブタノール、アセトン、アセトニトリル、水と１−プロパノールの混合溶液などが担持量と蛍光強度が大きく好ましいことを見出した。ナノポーラスシリカは焼結体であるため、粒径は数μｍある。これでは塗膜形成が困難なため、色変換フィルターに用いるためには、余り細かく粉砕すると色素担持能力が減じ、粒子径が大きいと分散が容易でないため、これを粉砕して平均粒子径を好ましくは２００〜４００μｍとする。

＜マトリクス＞
マトリクスとしては、シロキサン結合を有するシリコーンポリマーが好ましい。シリコーンポリマーとしては、ストレート型シリコーンポリマーと樹脂変性型シリコーンポリマーが好ましい。これは、マトリクス内に色素を担持したナノポーラスシリカを分散させると、シリコーンポリマーが有機高分子樹脂に比べ、化学的に不活性なため、担持された色素との相互作用が起こりにくく、色素の劣化が抑制されるものと考えられる。
ストレート型シリコーンポリマーは、有効成分がシリコーンのみからなるもので、他のシリコーン製品と同様に−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−結合を主鎖とし、メチル基などのアルキル基、フェニル基などの芳香族基を側鎖に持つ。硬化後は非常に架橋密度の高い、三次元架橋構造を形成し、固い皮膜を形成する等の利点を有する。
ストレート型シリコーンポリマーは、構成単位として３官能単位、４官能単位を多く取り入れたシラン化合物やシラノール化合物を脱水縮重合させたもので、分岐状構造をとる。このシラン化合物の例として下記一般式（１）で表されるものが挙げられる。
Ｘ_mＳｉ（ＯＲ¹）_4-m （１）
上式中、Ｘは、独立してメチル基またはフェニル基を表し、Ｒ¹は、独立して水素原子、アルキル基、アリール基、または置換基を有してもよいアリール基を表す。ｍは、１〜３の整数、好ましくは２または３である。一般的にｎが大きくなれば、架橋部位が増え、硬度も増す。
メチルシリコーン系は、ＣＨ₃Ｓｉ（ＯＲ）₃シランを加水分解した、シラノール基を多量にもった水−アルコールに親水性のあるポリシロキサンとシリカゾル、アルミナゾルを組み合わせた溶液で、極めて硬い皮膜を形成し、ハードコート剤としてプラスチックの表面硬質化に使用されている。フェニル系シリコーン系の場合は、メチル系にくらべて皮膜強度に優れる。

上記のストレート型シリコーンポリマーの具体例としては、ＫＰ−８５、ＫＰ−６４、Ｘ−１２−２２０６、Ｘ−１２−２３９６、Ｘ−１２−２３９７（信越化学工業杜製）、ＳＨ８０４、ＳＨ８０５、ＳＨ８０６Ａ、ＳＨ８４０、ＳＲ２４００（東レ・ダウ・コーニング・シリコーン社製）などがあるが、これらに限定されるものではない。

樹脂変性型シリコーンポリマーは、一般にシリコーン架橋体と有機系樹脂とがブロック共重合したりエーテル結合を介して重縮合したもので、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂など樹脂中に−ＯＨ基、−ＣＯＯＨ基、−Ｏ−基をもつ樹脂と、様々な分子量を持ち、比較的多くのシラノール基、メトキシ基などのアルコキシ基を有するシリコーン樹脂とのブロック共重合体である。
また、一般的には下記一般式（２）で表されるシランカップリング剤と称される構造をとるシラン化合物を用いることで、有機と無機のハイブリッド化が簡便に行うこともできる。
Ｙ_nＳｉ（ＯＲ²）_4-n （２）
上式中、Ｙは、独立してアクリル基、メルカプト基、アジド基、アミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基など有機系樹脂と反応可能な基であり、Ｓｉ−ＯＲ基によってシリコーン樹脂と結合可能となる。Ｒ²は、独立して水素原子、アルキル基、アリール基、または置換基を有してもよいアリール基を表す。ｎは１〜３の整数を示し、好ましくは２または３である。

これらのシラン化合物の一例として、例えば、ＳＨ６０２０，ＳＺ６０３０，ＳＨ６０４０，ＳＺ６０７５（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）など、数社で製品化されているものを使用することもできるが、これらに限定されるものではない。

樹脂変性型シリコーンポリマーは、ストレート型シリコーンポリマーの持つすぐれた耐熱性、耐環境安定性と、有機系樹脂の持つ柔軟性、密着性、耐水性、製膜性、電気絶縁性などの特性を併せ持つ有機−無機ハイブリッド材料として知られている。具体的には、特開平４−１９０９６２号公報と特開平６−１９２１６号公報等に記載のイミド変性シリコーン、特開平８−２７９３９４号公報に記載のシリコーン変性ポリエステル樹脂等が提案されている。また、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタンなどと共重合することができる。
上記の変性シリコーン樹脂の具体例としては、ＳＲ２１０７、ＳＲ２１１５、ＳＲ２１４５（東レ・ダウ・コーニング・シリコーン社製）等があるが、これらに限定されるものではない。

本発明の色変換フィルターは、平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカ内に色素を担持し、これをマトリクス内に分散したものである。
これらの配合割合は、色素の濃度消光を起こさない範囲であれば特に限定しないが、好ましくは、マトリクス１００重量部に対して色素が０．１〜５重量部である。

本発明は、透明な支持基板に、それぞれ異なる波長域の光を透過でき、少なくとも２種類以上のフィルターを独立して配列したカラーフィルターを形成するステップと、該カラーフィルター上に、第１の波長の光を吸収し、吸収波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる、少なくとも１種以上の色変換フィルターを形成するステップとを含む色変換フィルター基板の製造方法であって、上記色変換フィルターの形成ステップが、好ましくは、色素を平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカに担持する段階と、該ナノポーラスシリカに担持された色素とマトリクス材料を含有する塗布液を作製する段階と、該塗布液を上記カラーフィルター上に塗布する段階と、乾燥段階とを含んでなる色変換フィルター基板の製造方法を提供する。

透明な支持基板にカラーフィルターを形成するステップは、特に限定されず、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する等の通常の方法を用いることができる。カラーフィルターの厚さは、色変換フィルター層で吸収されない有機発光体の発光色がディスプレイ表示側に漏れ出ないようにすることか可能な厚さであれば特に限定されないが、好ましくは０．５〜２．５μｍである。

色素を担持したナノポーラスシリカは、例えば、色素溶液とナノポーラストシリカを混合することで得られる。色素溶液に用いる溶媒の例は上述した。色素溶液の濃度は、濃度消光抑制の観点から、好ましくは１０^-5〜１０^-3モル／Ｌである。
色素を担持したナノポーラスシリカとマトリクス材料を含有する塗布液は、例えば、色素を担持したナノポーラスシリカを溶媒に溶解または分散し、マトリクス材料を溶解または分散した溶媒を加えることで得られる。溶媒としては、ジクロロエタン、エタノール、アセトン、プロピレングリコールモノエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）等が挙げられる。色素を担持したナノポーラスシリカとマトリクス材料の合計の濃度は、好ましくは塗布液中に０．１〜５重量％である。
得られた塗布液をカラーフィルター上に塗布する方法は、特に限定されず、スピンコーティング、スクリーン印刷等の公知の方法を用いることができる。
カラーフィルターに塗布後は、熱風乾燥炉、ホットプレート等の通常の方法により乾燥することができる。これにより、色変換フィルター基板を得ることができる。
色変換フィルターの厚さは、特に限定されないが、好ましくは５〜２０μｍである。

本発明の色変換フィルター基板は、色変換フィルターの上に保護層やガスバリア層を有してもよい。
＜保護層７＞
保護層７は、その名の通り、色変換フィルターを保護する目的、および、膜面の平滑化を目的に配設されるものであり、光透過性に富み、且つ、色変換フィルターを劣化させることなく配設できる材料およびプロセスを選択する必要がある。また、保護層の上面に、無機ガスバリア膜や透明導電膜等を形成する場合、更に、スパッタ耐性も要求されることとなる。
前述の通り、保護層は平滑化の目的も併せ持つため、一般的には塗布法で形成される。その際、適用可能な材料としては、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂を、光および／または熱処理して、ラジカル種やイオン種を発生させて重合または架橋させ、不溶不融化させたものが一般的である。また、該光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂は、蛍光色変換膜のパターニングを行うために硬化をする前は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。

具体的に、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂としては、（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からなる組成物膜を光または熱処理して、光ラジカルや熱ラジカルを発生させて重合させたもの、（２）ポリビニル桂皮酸エステルと増感剤からなる組成物を光または熱処理により二量化させて架橋したもの、（３）鎖状または環状オレフィンとビスアジドからなる組成物膜を光または熱処理によりナイトレンを発生させ、オレフィンと架橋させたもの、（４）エポキシ基を有するモノマーと光酸発生剤からなる組成物膜を光または熱処理により、酸（カチオン）を発生させて重合させたものなどが挙げられる。特に（１）の光硬化性又は光熱併用型硬化性樹脂が高精細でパターニングが可能であり、耐溶剤性、耐熱性等の信頼性の面でも好ましい。
その他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルホン、ポリビニルブチラール、ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ノルボルネン系樹脂、メタクリル樹脂、イソブチレン無水マレイン酸共重合樹脂、環状オレフィン系等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、イミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは本願の色変換フィルターのマトリクスにも適用している、シリコーンポリマー、或いはポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート等と３官能性、あるいは４官能性のアルコキシシランを含む樹脂変性型シリコーンポリマー等も利用することができる。
保護層の厚さは、色変換フィルター間の段差を平滑化でき、さらに、色変換フィルターと有機発光体の間のギャップによる有機発光体の発光漏れを限りなく低減できる厚さであれば特に限定されないが、好ましくは２〜１０μｍである。

＜ガスバリア層＞
本発明の色変換フィルター基板を、有機発光素子と組み合わせる場合、色変換フィルターから発生する水分から有機発光素子を守る目的で、保護層上面にガスバリア層（図示せず）を積層しても良い。ガスバリア層は透明且つピンホールのない緻密な膜が求められ、例えばＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ，ＳｉＮｘＯｙ，Ａ１Ｏｘ，ＴｉＯｘ，ＴａＯｘ，ＺｎＯｘ等の無機酸化物、無機窒化物等が使用できる。
ガスバリア層の形成方法としては、特に制約はなく、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ディップ法等の慣用の手法により形成できる。
ガスバリア層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．０５〜５μｍである。

本発明の色変換フィルター基板は、電界をかけることにより発光する有機発光体を備えることにより、多色発光デバイスとなる。例えば、本発明の色変換フィルター基板の色変換フィルター上面へ、色変換フィルターの保護層、ガスバリア層、有機発光体を順次配設することにより、多色発光デバイスを製造できる。

＜有機発光体＞
有機発光体は、一対の電極の間に有機発光素子層９を扶持し、必要に応じ、正孔注入層や電子注入層を介在させた構造を有している。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）陽極／有機発光層／陰極
（２）陽極／正孔注入層／有機発光層／陰極
（３）陽極／有機発光層／電子注入層／陰極
（４）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／陰極
（５）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極
（６）陽極／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／陰極

上記の層構成において、陽極８および陰極１０の少なくとも一方は、該有機発光体の発する光の波長域において透明であることが望ましく、および透明である電極を通して光を発して、前記蛍光色変換膜に光を入射させる。当該技術において、陽極８を透明にすることが容易であることが知られており、本発明においても陽極８を透明とすることが望ましい。

上記各層の材料としては、公知のものが使用される。例えば、有機発光層として青色から青緑色の発光を得るためには、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベ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。

陽極８および陰極１０のパターンはそれぞれ平行なストライプ状をなし、互いに交差するように形成されてもよい。その場合には、本発明の有機発光素子はマトリクス駆動を行うことができ、すなわち、陽極の特定のストライプと、陰極の特定のストライプに電圧が印加された時に、有機発光素子層９において、それらのストライプが交差する部分が発光する。したがって、陽極および陰極の選択されたストライプに電圧を印加することによって、特定の蛍光色変換膜および／またはフィルター層が位置する部分のみを発光させることができる。
また、陽極８をストライプパターンを持たない一様な平面電極とし、および陰極９を各画素に対応するようパターニングしてもよい。その場合には、各画素に対応するスイッチング素子を設けて、いわゆるアクティブマトリクス駆動を行うことが可能になる。

有機発光体の形成方法は、特に限定されず、通常の方法が使用される。例えば、陽極８はスパッタ法で形成でき、有機薄膜９と陽極１０は蒸着法で形成できる。

以下、本発明のパターニング法を適用した場合の１つの例を、図面を参照しながら説明する。
実施例１
＜カラーフィルター＞
コーニング社製１７３７ガラス上に、富士フィルムＡＲＣＨ製ＣＲ７００１、ＣＧ７００１、ＣＢ７００１を用い、フォトリソグラフ法にて、それぞれが重ならないように、幅０．１０ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのＲ、Ｇ、Ｂストライプパターンを形成した。各カラーフィルターの膜厚は１．０μｍであつた。更に、青色カラーフィルターであるＣＢ７００１の上面にのみ、アクリレート系樹脂（新日鐵化学社製Ｖ２５９ＰＡＰ５）を用い、フォトリソグラフ法にて、厚み１０μｍ、幅０．１０ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍの透明なストライプパターンを形成した。これは、赤色・緑色の色変換フィルターが形成された際に、色ごとの膜厚差を生じないように形成するものである。

＜緑色変換フィルター＞
蛍光色素としてクマリン６（０．７重量部）を溶剤のプロピレングリコールモノエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）１２０重量部へ溶解させた。アクリレート系樹脂（新日鉄化学社製Ｖ２５９ＰＡＰ５）１００重量部を加えて溶解させ、塗布液を得た。この塗布溶液を用い、フォトリソグラフ法にて、緑色カラーフィルターの上面へ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍ、膜厚１０μｍのパターンを得た。

＜赤色変換フィルター＞
蛍光色素として、ローダミン６Ｇ（０．３重量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３重量部）を、ｔ−ブタノールを用いて平均孔径４ｎｍのポーラスシリコンに担持させ、これを粒子径３００ｎｍに粉砕したものを、信越化学工業製シリコーンポリマーＫＰ８５４，１００重量部加えて分散させ、塗布液を得た。この塗布溶液を用い、スクリーン印刷法により、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍ、膜厚１０μｍのパターンを得た。

＜保護層の形成＞
アクリレート系樹脂（新日鉄化学製Ｖ２５９ＰＡＰ５）を用い、前記色変換フィルターおよびカラーフィルター上面へ保護層を形成した。保護層の膜厚は５μｍとした。

＜ガスバリア層の形成＞
スパッタ法にて、０．５μｍのＳｉＯｘ膜（ｘは、0．８〜２．０を表す。）からなるガスバリア層を得た。スパッタ装置はＲＦ−プレーナマグネトロン、ターゲットはＳｉＯ₂を用いた。製膜時のスパッタガスはＡｒを使用した。形成時の基板温度は８０℃で行った。

＜有機発光体の形成＞
図３に示すように、上記のようにして製造したフィルター部の上に、陽極８／有機ＥＬ層９（正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層の４層）／電極１０を順次形成した。なお、番号１１は、層間絶縁膜を表す。
まず、フィルター部の最外層をなすガスバリア層の上面にスパッタ法にて透明電極（ＩＴＯ）を全面成膜した。ＩＴＯ上にレジスト剤「ＯＦＲＰ−８００」（商品名、東京応化社製）を塗布した後、フォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、それぞれの色の発光部（赤色、緑色、および青色）に位置する、幅０．０９４ｍｍ、ピッチ０．１０ｍｍ、膜厚１００ｎｍのストライプパターンからなる陽極８を得た。

次いで、前記陽極を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子注入層を、真空を破らずに順次成膜した。成膜に際して真空槽内圧は１×１０^-4Ｐａまで減圧した。正孔注入層は銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層した、正孔輸送層は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）を２０ｎｍ積層した。発光層は４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を３０ｎｍ積層した。電子注入層はアルミキレート（Ａ１ｑ）を２０ｎｍ積層した。

この後、陽極（ＩＴＯ）８のラインと垂直に幅０．３０ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍギャップのストライプパターンが得られるマスクを用いて、厚さ２００ｍｍのＭｇ／Ａｇ（１０：１の重量比率）層からなる電極１３を、真空を破らずに形成した。

こうして得られた有機発光素子をグローブボックス内乾燥窒素雰囲気（酸素および水分濃度ともに１０ｐｐｍ以下）下において、封止ガラス（図示せず）とＵＶ硬化接着剤を用いて封止した。

実施例２
色素担持の溶媒を、水と１−プロパノールの体積比１：８の混合液とした以外は実施例１と同じとした。

実施例３
実施例１において、ローダミン６Ｇを担持した色変換層とベーシックバイオレット１１を担持した色変換層を積層した以外は、実施例１と同じとした。

比較例１
蛍光色素として、ローダミン６Ｇ（０．３重量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３重量部）を、アクリレート系樹脂（新日鉄化学製Ｖ２５９ＰＡＰ５）１００重量部へ加えて溶解させたものを塗布液とし、赤色変換フィルターをフォトリソグラフ法で形成した以外は、実施例１と同一の形成方法にて素子を形成した。

＜評価＞
実施例１〜３および比較例１にて形成した多色発光デバイスを電流量一定にして駆動し、各色輝度の駆動時間依存性を評価した。有機発光層の発光輝度１００ｃｄ／ｍ²相当の光を１０００時間（室温）照射した結果、本発明の色変換フィルター基板を用いた実施例１〜３の赤色輝度の保持率は８０〜９０％であったのに対し、比較例１の保持率は３０％であり、大幅に保持率が向上していることがわかる。これは、駆動による赤色色素の劣化が効果的に抑制された結果である。

本発明の色変換フィルター基板実施形態の一つを示したもの（１画素分）である。本発明の色変換フィルター基板実施形態の一つを示したもの（１画素分）である。本発明の色変換フィルター基板を用いた多色発光デバイスの実施形態の一つを示したもの（１画素分）である。

符号の説明

１透明な支持基板
２赤色カラーフィルター
３赤色変換フィルター
４緑色カラーフィルター
５緑色変換フィルター
６青色カラーフィルター
７保護層（補色層）
８陽極
９有機発光体
１０陰極
１１層間絶縁膜

Claims

透明な支持基板と、それぞれ異なる波長域の光を透過でき、少なくとも２種類以上のフィルターを独立して配列したカラーフィルターと、第１の波長の光を吸収し、吸収波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる、少なくとも１種以上の色変換フィルターとをこの順序で含む色変換フィルター基板であって、
上記色変換フィルターが、第１の波長の光を吸収し、吸収した波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる色素をマトリクスに分散してなり、該色素が平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカ内に担持されている色変換フィルター基板。
上記マトリクスが、シロキサン結合を有するストレート型または樹脂変性型のシリコーンポリマーである請求項１に記載の色変換フィルター基板。
上記色素が、少なくとも１種以上のローダミン染料を含む請求項１または請求項２に記載の色変換フィルター基板。
透明な支持基板に、それぞれ異なる波長域の光を透過でき、少なくとも２種類以上のフィルターを独立して配列したカラーフィルターを形成するステップと、該カラーフィルター上に、第１の波長の光を吸収し、吸収波長と異なる第２の波長を含む光を放出できる、少なくとも１種以上の色変換フィルターを形成するステップとを含む色変換フィルター基板の製造方法であって、上記色変換フィルターの形成ステップが、好ましくは、色素を平均孔径１〜１０ｎｍの中空構造を有するナノポーラスシリカに担持する段階と、該ナノポーラスシリカに担持された色素とマトリクス材料を含有する塗布液を作製する段階と、該塗布液を上記カラーフィルター上に塗布する段階と、乾燥段階とを含んでなる色変換フィルター基板の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の色変換フィルター基板と、電界をかけることにより発光する有機発光体とを備えてなる多色発光デバイス。
請求項１〜３のいずれかに記載の色変換フィルター基板の色変換フィルター上面へ、色変換フィルターの保護層、ガスバリア層、有機発光体を順次配設する多色発光デバイスの製造方法。