(57)【要約】【課題】経時安定性、色変換効率、製造プロセス上の問題のいずれをも犠牲にすることなく、トータルの性能を向上させた色変換発光デバイス、その製造方法、およびそれを用いたディスプレイの提供。【解決手段】光の波長分布変換を行う色変換層と；一対の透明電極と、該一対の透明電極に挟持される有機ＥＬ層とを有する発光部と；カラーフィルタ層とをこの順に具え、該カラーフィルタ層の側から光を放射することを特徴とする色変換発光デバイス。【選択図】        図２
2004207065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波長分布変換を行う色変換層と、
一対の透明電極と、該一対の透明電極に挟持される有機ＥＬ層とを有する発光部と、
カラーフィルタ層と
をこの順に具え、該カラーフィルタ層の側から光を放射することを特徴とする色変換発光デバイス。
【請求項２】
前記色変換層の、前記発光部とは反対の側に反射層をさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の色変換発光デバイス。
【請求項３】
前記発光部と前記カラーフィルタ層との間に、波長選択ミラーをさらに具えたことを特徴とする請求項１または２に記載の色変換発光デバイス。
【請求項４】
前記発光部と前記カラーフィルタ層との間に、第２色変換層をさらに具えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の色変換発光デバイス。
【請求項５】
前記色変換層または前記カラーフィルタ層のいずれかに接する基板をさらに具えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の色変換発光デバイス。
【請求項６】
前記色変換層と前記発光部との間にパッシベーション層をさらに具えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の色変換発光デバイス。
【請求項７】
前記カラーフィルタ層と前記発光部との間にパッシベーション層をさらに具えたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の色変換発光デバイス。
【請求項８】
基板上に光の波長分布変換を行う色変換層を形成する工程と、
前記色変換層上に、一対の透明電極と、該一対の透明電極に挟持される有機ＥＬ層とを有する発光部を形成し、発光／色変換部を得る工程と、
透明基板上にカラーフィルタ層を形成して、カラーフィルタを得る工程と、
前記発光／色変換部と前記カラーフィルタとを貼り合わせて、色変換発光デバイスを得る工程と
を具えたことを特徴とする色変換発光デバイスの製造方法。
【請求項９】
基板上に光の波長分布変換を行う色変換層を形成して、色変換部を得る工程と、
透明基板上にカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記カラーフィルタ層上に、一対の透明電極と、該一対の透明電極に挟持される有機ＥＬ層とを有する発光部を形成し、発光／カラーフィルタを得る工程と、
前記色変換部と前記発光／カラーフィルタとを貼り合わせて、色変換発光デバイスを得る工程と
を具えたことを特徴とする色変換発光デバイスの製造方法。
【請求項１０】
光の波長分布変換を行う１つまたは複数種の色変換層と、
第１の透明電極と、第２の透明電極と、第１および第２の透明電極に挟持される有機ＥＬ層とを有する発光部と、
カラーフィルタ層と
をこの順に具え、該カラーフィルタ層の側から光を放射することを特徴とするディスプレイ。
【請求項１１】
前記第１の透明電極はラインパターン状に分割された複数の部分電極から構成され、前記第２の透明電極はラインパターン状に分割された複数の部分電極から構成され、前記第１の透明電極のラインパターンと前記第２の透明電極のラインパターンとは直交して配列されることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
複数のスイッチング素子をさらに具え、前記第１の透明電極は複数の部分電極から構成され、前記複数の部分電極のそれぞれに対して前記複数のスイッチング素子の１つが接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
前記複数のスイッチング素子はＴＦＴであることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
前記１つまたは複数種の色変換層の、前記発光部とは反対の側に反射層をさらに具えたことを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のディスプレイ。
【請求項１５】
前記発光部と前記カラーフィルタ層との間に、１つまたは複数の第２色変換層をさらに具えたことを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長い使用寿命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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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ＥＬ素子の研究が活発に行われてきている。表示素子としての有機ＥＬ素子は、（１）高輝度および高コントラスト、（２）低電圧駆動と高い発光効率、（３）高解像度、（４）広視野角、（５）高応答速度、（６）微細化およびカラー化、（７）軽さおよび薄さ等の優れた特徴を有している。以上の点から、「美・軽・薄・優」な発光デバイスあるいはフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。
【０００４】
車搭載用の緑色モノクロ有機ＥＬディスプレイが、パイオニア社により１９９７年１１月にすでに製品化されている。今後は、多様化する社会のニーズに応えるべく、長期安定性および高速応答性を有し、多色表示または高精細な多色表示が可能な有機多色ＥＬディスプレイの実用化が急がれている。
【０００５】
任意の発光色を有する有機ＥＬ発光デバイスを得る１つの方法として、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ある。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）が開示されている。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、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、多色の発光型ディスプレイを構築できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−１５２８９７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−２５８８６０号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−２８６０３３号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平９−２０８９４４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
色変換型の発光デバイスを図１に示す。図１の発光デバイスは、発光部（不透明電極１、有機ＥＬ層２および透明電極３）と、該発光部からの光の波長分布変換を行う色変換層４と、カラーフィルタ層５を備えたデバイスである。発光色としては主として青色が用いられ、色変換層における波長分布変換によって赤あるいは緑の光を出射する。色変換層４は、いわゆる色変換色素を含有し、該色素が発光部からの光５０を吸収し、波長を変換して異なる波長の蛍光６０を発する。長時間の使用において、色変換層４中の色変換色素は励起状態からの分解反応により徐々に分解することが知られており、結果として色変換層４の経時安定性の低下をもたらす。この経時安定性の低下を防止するための手段として種々の方法が検討されているが、そのような方法の１つとして本発明者は色変換層４を厚くすることが有効であることを見出してきた。
【００１１】
しかしながら、多数の色変換発光デバイスを配列して構成される多色ディスプレイの場合には、色変換層４の厚さを各色変換発光部の幅（ピクセルの幅）に対してあまり大きくすることができない。製造プロセス上の問題あるいは視野角依存性の問題などを考慮すると、ピクセルの幅が５０μｍの場合に、色変換層の厚さとして考慮し得るのは高々２０μｍであり、１０μｍ以下の厚さを有する色変換層を用いることが好ましい。
【００１２】
また、このような膜厚を有する色変換層に充分に大きな吸収率を与えようとすると、色変換層中の色変換色素濃度を極端に高くする必要がある。極度に高濃度の色変換色素を用いる場合、濃度消光による色変換効率の低下、あるいは色変換色素の分解反応の確率の上昇による色変換効率の経時劣化が起こる。したがって、経時安定性、色変換効率、製造プロセス上の問題のいずれかをトレードオフで犠牲にしてトータルの性能を得ているのが、色変換方式の現状である。
【００１３】
本発明は、経時安定性、色変換効率、製造プロセス上の問題のいずれをも犠牲にすることなく、色変換発光デバイスのトータルの性能を向上させることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様である色変換発光デバイスは、光の波長分布変換を行う色変換層と、一対の透明電極に挟持された有機ＥＬ発光層を有する発光部と、カラーフィルタ層とをこの順に積層したことを特徴とする。ここで、色変換層の発光部とは反対側に反射層をさらに設けてもよい。また、発光部とカラーフィルタ層との間に波長選択ミラーを設けてもよい。さらに、発光部とカラーフィルタ層との間に第２色変換層を設けてもよい。さらに、発光部と色変換層との間および／または発光部とカラーフィルタ層との間に、パシベーション層を設けてもよい。
【００１５】
本発明の第２の態様である色変換発光デバイスの製造方法は、基板上に色変換層を積層する工程と、前記色変換層上に発光部を積層して発光／色変換部を形成する工程と、透明基板上にカラーフィルタ層を積層してカラーフィルタを形成する工程と、前記発光／色変換部と前記カラーフィルタを貼り合わせる工程とを具えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の態様である色変換発光デバイスの製造方法は、基板上に色変換層を積層して色変換部を形成する工程と、透明基板上にカラーフィルタ層を積層し、前記カラーフィルタ層上に発光部を積層して発光／カラーフィルタを形成する工程と、前記色変換部と前記発光／カラーフィルタを貼り合わせる工程とを具えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第４の態様であるディスプレイは、光の波長分布変換を行う１つまたは複数種の色変換層と、一対の透明電極に挟持された有機ＥＬ発光層を有する発光部と、カラーフィルタ層とをこの順に積層したことを特徴とする。ここで、前記第１の透明電極はラインパターン状に分割された複数の部分電極から構成され、前記第２の透明電極はラインパターン状に分割された複数の部分電極から構成され、前記第１の透明電極のラインパターンと前記第２の透明電極のラインパターンとは直交して配列されていてもよい。あるいはまた、複数のスイッチング素子（たとえばＴＦＴ）をさらに具え、前記第１の透明電極は複数の部分電極から構成され、前記複数の部分電極のそれぞれに対して前記複数のスイッチング素子の１つが接続されていてもよい。さらに、前記１つまたは複数種の色変換層の、前記発光部とは反対の側に反射層をさらに具えてもよい。また、前記発光部と前記カラーフィルタ層との間に、１つまたは複数の第２色変換層をさらに具えていてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の色変換発光デバイスの一例を、図２に示す。図２において、色変換層４、第１透明電極７、有機ＥＬ層２、第２透明電極３、およびカラーフィルタ層５が順次積層されている。このデバイスにおいて、発光部は、第１透明電極７、有機ＥＬ発光層２および第２透明電極３から構成されている。
【００１９】
本発明においては、発光部の光の取り出し方向とは反対の側に色変換層４が設けられる。発光部から色変換層４へと入射する光５０は、波長分布変換が行われる。波長分布変換された出力光６０は非方向選択的に放射され、発光部およびカラーフィルタ層を透過して外部へと取り出される。この構成を採ることにより、視野角依存性の低下や製造工程上の問題の発生を伴うことなしに、色変換層４を厚くしてその経時安定性を向上させることが可能となる。
【００２０】
本発明の色変換層４は、マトリクス樹脂と、色変換色素とを含む。以下、色変換層４を構成する各々の材料について説明する。
【００２１】
本発明の色変換色素は、発光部から発せられる近紫外領域ないし可視領域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として発光するものである。特に青色ないし青緑色領域の光を吸収することが好ましい。例えば、青色ないし青緑色の光を吸収して赤色領域の蛍光を発する色素、青色ないし青緑色の光を吸収して緑色領域の蛍光を発する色素、または近紫外領域ないし可視領域の光を吸収して青色の蛍光を発する色素などを、用いることができる色変換色素として挙げることができる。
【００２２】
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フィルタ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。あるいはまた、紫外域の光を吸収して青色光に変換する色変換色素を用いることも可能である。
【００２３】
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）−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）も蛍光性があれば使用することができる。
【００２４】
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−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）も蛍光性があれば使用することができる。
【００２５】
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、青色領域の蛍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）も蛍光性があれば使用することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
あるいはまた、色変換層４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。
【００２８】
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。
【００２９】
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４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。
【００３０】
本発明の色変換層４は、マトリクス樹脂および色変換色素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。
【００３１】
あるいはまた、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂および色変換色素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。
【００３２】
本発明の色変換層４において、用いられるマトリクス樹脂１ｇ当たり２マイクロモル以上、好ましくは６〜２０マイクロモル、より好ましくは１０〜１４マイクロモル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蛍光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。
【００３３】
本発明の色変換層４は、５μｍ以上、好ましくは８〜４０μｍ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、および経時安定性を向上させることが可能となる。
【００３４】
発光部は、一対の透明電極（第１透明電極７および第２透明電極３）と、該一対の透明電極に挟持される有機ＥＬ層２とを備える。
【００３５】
第１透明電極７および第２透明電極３は、有機ＥＬ層２に対して効率よく電子または正孔のいずれかを注入することとともに、有機ＥＬ層２の発光波長域および色変換層４において波長分布変換された光の波長域において透明であることが求められる。第１透明電極７および第２透明電極３は、波長４００〜８００ｎｍの光に対して５０％以上の透過率を有することが好ましい。
【００３６】
第１透明電極７および第２透明電極３の一方は陰極、他方は陽極として機能する。第１透明電極７および第２透明電極３のいずれが陰極であってもよい。陰極として用いられる透明電極に関して、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２の発光波長域および色変換層４において波長分布変換された光の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、透明電極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２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、透明電極全体の抵抗値を減少させ有機ＥＬ層２に対して充分な電流を供給することを可能にする。
【００３７】
一方、陽極として用いられる透明電極に関しては、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２の発光波長域および色変換層４において波長分布変換された光の波長域において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。
【００３８】
第１透明電極７および第２透明電極３は、上記の材料を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の方法により積層することにより形成される。パターニングが必要な場合には、マスクの使用あるいはフォトリソグラフィー法など当該技術において知られている方法を用いることができる。
【００３９】
前述の有機ＥＬ層２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。その発光が色変換層４に入射して、所望される色を有する可視光へと波長分布変換される。有機ＥＬ層２は、少なくとも有機ＥＬ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、たとえば下記のような層構成からなるものが採用される。
（１）有機ＥＬ発光層
（２）正孔注入層／有機ＥＬ発光層
（３）有機ＥＬ発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／有機ＥＬ発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／有機ＥＬ発光層／電子注入層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／有機ＥＬ発光層／電子輸送層／電子注入層
（上記において、陽極は有機ＥＬ発光層または正孔注入層に接続され、陰極は有機ＥＬ発光層または電子注入層に接続される）
【００４０】
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。また、有機ＥＬ層２は、蒸着法など当該技術において知られている任意の方法により形成することが可能である。
【００４１】
カラーフィルタ層５は、色変換層４で波長分布変換された光６０および有機ＥＬ層２から発せられる光５０に含まれる所望の波長域の成分のみを透過させるのに用いられる層である。たとえば、有機ＥＬ層２で青緑色光を発光させ、それを色変換層４で波長分布変換した赤色光を取り出す場合には、カラーフィルタ層５は、光６０の所望される波長域の赤色成分のみを透過させ、光５０の青緑色成分を透過させないものである。一方、緑色光を取り出す場合には、光６０の所望される波長域の緑色成分を透過させると同時に、光５０に含まれる緑色成分を透過させる。青色光の場合も同様である。カラーフィルタ層５は、例えば液晶ディスプレイなどに用いられる、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。あるいはまた、低分子の染料を蒸着することによってカラーフィルタ層５を形成してもよい。
【００４２】
本発明の色変換発光デバイスの第１の変形例を図３に示す。図３のデバイスは、図２のデバイスにおいて色変換層４の発光部とは反対の側に反射層８をさらに設けたものである。発光部を発し、波長分布変換されずに色変換層４を透過した光は、反射層８にて反射されて、再び色変換層４へと入射し波長分布変換を受けることが可能となる。また、色変換層４における波長分布変換を受けて非方向選択的に放射される光の内、反射層８に向かった光は、反射層８にて反射され、色変換層４、発光部、カラーフィルタ層５を透過して、光の取り出し側から外部へと放射される。以上の効果により、反射層８は色変換発光デバイスの発光効率および色変換効率を向上させることができる。反射層８は、Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの反射率の高い金属から形成することができる。
【００４３】
本発明の色変換発光デバイスの第２の変形例を図４に示す。図４のデバイスは、図３のデバイスにおいて第２透明電極３とカラーフィルタ層５との間に波長選択ミラー９をさらに設けたものである。
【００４４】
波長選択ミラー９は、発光部からの発光を選択的に反射し、色変換層４で波長分布変換された光を透過せしめるものである。波長選択ミラー９は、２種類の屈折率を有する材料の薄膜を交互に積層することによって形成することができる。高屈折および低屈折の材料としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。波長選択ミラー９は、例えば、高真空蒸着装置内にて高屈折材料および低屈折材料を交互に所望の膜厚で蒸着させることにより形成することができる。波長選択ミラー９は、発光部の発光の極大波長において５０％以上の反射率および色変換層４で波長分布変換された光の極大波長において５０％以上の透過率を有することが好ましい。より好ましくは、発光部の発光の極大波長において７０％以上の反射率および色変換層で波長分布変換された光の極大波長において７５％以上の透過率を有することが好ましい。
【００４５】
このような構成を採ることにより、発光部から光の取り出し側（カラーフィルタ層５の方向）へと向かう光を波長選択ミラー９にて反射し、色変換層４へと導くことができる。そして色変換層４へと導かれた光５１は、そこで波長分布変換を受けることが可能となる。したがって、色変換発光デバイスの発光効率および色変換効率を向上させることができる。
【００４６】
本発明の色変換発光デバイスの第３の変形例を図５に示す。図５のデバイスは、図３のデバイスにおいて第２透明電極３とカラーフィルタ層５との間に第２色変換層４’をさらに設けたものである。第２色変換層４’は、色変換層４と同一の材料から形成することが好ましい。視野角依存性および製造上の問題を考慮すると、第２色変換層４’は、５μｍ以上、好ましくは８〜１５μｍの膜厚を有する。
【００４７】
本変形例においては、発光部にて発せられた光のうち、色変換層４へと向かう光５０は、色変換層４にて波長分布変換を受けて出力光６０として放射され、一方第２色変換層４’へと向かう光５２は、第２色変換層４’にて波長分布変換を受けて出力光６２として放射される。したがって、本変形例においては発光部からの発光をより有効に利用することができ、色変換発光デバイスの発光効率および色変換効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
本発明の色変換発光デバイスは、基板上に各構成層を順次積層することによって形成することができる。各層を形成するための基板は、色変換層４に接していてもよく、あるいはカラーフィルタ層５に接していてもよい。
【００４９】
基板は、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、および寸法安定性に優れていることが好ましい。光の取り出し側となるカラーフィルタ層５に接する基板を用いる場合、基板は色変換層４において波長分布変換され、カラーフィルタ層５を透過した光に対して透明であることが必要である。４００〜７００ｎｍの波長域の光に対して５０％以上、好ましくは７５％以上の透過率を有することが望ましい。そのような材料の例は、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。
【００５０】
一方、色変換層４に接する基板を用いる場合、基板は、透明であっても不透明であってもよい。好ましい材料は、金属、セラミック、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。さらにこの場合には、基板が発光部からの光および色変換層において波長分布変換された光を反射することが好ましい。反射性を有する基板としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの反射率の高い金属、あるいは前述の金属を表面にコーティングしたセラミック、ガラス、樹脂（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など）を用いることができる。
【００５１】
本発明の第４の変形例を図６に示す。図６のデバイスは、図２のデバイスに対して、色変換層４と接する基板１０を用い、色変換層４と第１透明電極７との間および第２透明電極３とカラーフィルタ層５との間にパッシベーション層１１および１１’をさらに設けたものである。
【００５２】
パッシベーション層１１および１１’は、水分やアルカリに対するバリア性を有する層であり、発光部が水分またはアルカリなどに弱い場合に発光部の信頼性を向上させるのに有用である。パッシベーション層１１および１１’は、発光部で発せられる光および色変換層において波長分布変換された光に対して透明であることが必要であり、波長４００〜８００ｎｍの光に対して２０％〜９５％、好ましくは６０％〜９５％の可視光透過率を有するべきである。パッシベーション層１１および１１’は、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘまたはＺｎＯｘのような無機酸化物または無機窒化物から形成することができる。パッシベーション層１１および１１’は、単層から構成されてもよいし、複数の材料を積層したものであってもよい。また、その形成法は特に制約が無く、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ディップ法などの慣用の手段を用いることができる。
【００５３】
本発明の色変換発光デバイスの形成は、前述の通りに１つの基板上に各構成層を順次積層して形成してもよいし、２つの基板に別個の積層体を形成し、それらを貼り合わせることによって形成してもよい。
【００５４】
本発明の色変換発光デバイスの別の形成方法の第１の例を図７に示す。図７においては、最初に、基板１０の上に反射層８、色変換層４、パッシベーション層１１、第１透明電極７、有機ＥＬ層２、第２透明電極３およびパッシベーション層１１’を積層した発光／色変換部７１を形成する。反射層８ならびにパッシベーション層１１および１１’は任意選択的に設けてもよい層である。基板１０は、前述のように不透明であっても透明であってもよく、また反射性を有してもよい。基板１０が反射性を有する場合には、反射層８を省略することが可能である。別途に、透明基板１２上にカラーフィルタ層５を積層したカラーフィルタ８１を形成する。上記で形成した発光／色変換部７１およびカラーフィルタ８１を貼り合わせることにより、本発明の色変換発光デバイスを形成することができる。貼り合わせは、当該技術において知られている任意の方法で行うことが可能である。たとえば、発光／色変換部７１またはカラーフィルタ８１の周縁部に接着剤（紫外線硬化型接着剤など）を塗布して貼り合わせてもよい。
【００５５】
本発明の色変換発光デバイスの別の形成方法の第２の例を図８に示す。図８においては、最初に、基板１０の上に反射層８および色変換層４を積層した色変換部７２を形成する。基板１０は、前述のように不透明であっても透明であってもよく、また反射性を有してもよい。基板１０が反射性を有する場合には、反射層８を省略することが可能である。別途に、透明基板１２上にカラーフィルタ層５、パッシベーション層１１’、第２透明電極３、有機ＥＬ層２、第１透明電極７およびパッシベーション層１１を積層した発光／カラーフィルタ８２を形成する。パッシベーション層１１および１１’は任意選択的に設けてもよい層である。上記で形成した色変換部７２および発光／カラーフィルタ８２を貼り合わせることにより、本発明の色変換発光デバイスを形成することができる。貼り合わせは、当該技術において知られている任意の方法で行うことが可能である。たとえば、色変換部７２または発光／カラーフィルタ８２の周縁部に接着剤（紫外線硬化型接着剤など）を塗布して貼り合わせてもよい。
【００５６】
以上の記載においては、デバイス全面が均一に発光する例を用いて本発明を説明してきたが、１つの基板上に本発明の発光部をマトリクス状に配置してディスプレイとして用いてもよい。例えば、第１透明電極７および第２透明電極３のそれぞれを、ラインパターンを有する複数の部分電極で構成し、第１透明電極７のラインパターンと第２透明電極３とのラインパターンが直交する方向に延びるようにすることで、パッシブマトリクス駆動ディスプレイを形成することができる。
【００５７】
また、図９に示すように、複数のＴＦＴ１４が形成されたＴＦＴ基板１３の上に各構成層を形成し、ＴＦＴ１４と第１透明電極７とを接続してアクティブマトリクス駆動ディスプレイを形成することもできる。ＴＦＴに代わるスイッチング素子として、ＭＩＭ等の当該技術において知られているスイッチング素子を用いてもよい。ＴＦＴ１４と第１透明電極７との接続部は、第１透明電極７を形成する材料から形成してもよいし、導電性の高い金属（Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなど）を用いて別個に形成してもよい。図９のデバイスにおいてはパッシベーション層１１を用いて色変換層４による段差の平坦化を行っているが、別個の層を設けて平坦化を行ってもよいことを当業者は容易に理解するであろう。
【００５８】
さらに、本発明のディスプレイとしてのデバイスにおいて、複数種の色変換層４を用いてもよい。複数種の色変換層４を形成する場合には、たとえば３原色（赤、緑、青）への波長分布変換を行う色変換層を１つの組として配列して、多色表示を行うことが可能となる。あるいはまた、ある区域のみにそれ以外の区域とは別の色変換層を設けて、いわゆるエリアカラー表示を行ってもよい。あるいはまた、模様、サイン、文字、マークなどに従って複数種の色変換層４を配設して、それらを表示するようにしてもよい。あるいはまた、微小の区域に分割された適当な面積比で配設される２種の色変換層を用いて、単独の色変換層では達成できない単一色を示すようにしてもよい。
【００５９】
図１０に多色表示を行うためのディスプレイの構造例を示す。図１０はパッシブマトリクス駆動のディスプレイの一例であり、３つの発光部（サブピクセル）がそれぞれ赤色光、緑色光および青色光を出力する１つのピクセルを示している。ここで、第１透明電極７は図示面の垂直方向に延びるラインパターンを有し、第２透明電極３は図示面内の横方向に延びるラインパターンを有し、それら２つのラインパターンは互いに直交して配列されている。カラーフィルタ層は、それぞれ発光部の位置に対応している赤色カラーフィルタ層５Ｒ、緑色カラーフィルタ層５Ｇ、青色カラーフィルタ層５Ｂから構成される。各色のカラーフィルタ層の間にブラックマスク１６を形成している。ブラックマスク１６は、ディスプレイのコントラスト比の向上に有効である。また、赤色発光部には赤色変換層４Ｒが、緑色発光部には緑色変換層４Ｇが配置される。青色発光部に関しては、発光部から発せられる光が充分な青色成分を含む場合には、図１０に示すように色変換層を設けなくてもよい。また、図１０の例においては、平坦化層１５を設けて各色発光部間で発生する段差を平坦化している。平坦化層１５は、たとえば色変換層用のマトリクス樹脂から形成されてもよく、所望の特性を有する他の材料から形成されてもよい。好ましくは、平坦化層１５はポリイミドまたはアクリル樹脂から形成される。
【００６０】
各色変換層４の発光部とは反対の側に反射層をさらに設けてもよい。反射層は、マトリクス状に配列される各発光部に対応して複数に分割されていてもよいし、あるいは一体として形成されていてもよい。反射層は、Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗなどの反射率の高い金属から形成することができる。
【００６１】
また、第２透明電極３とカラーフィルタ層５との間に１つまたは複数種の第２色変換層をさらに設けてもよい。第２色変換層は、各色変換層４の配列に対応して配列されることが好ましい。また、第２色変換層は、対応する位置の色変換層４と同一の材料から形成することが好ましい。視野角依存性および製造上の問題を考慮すると、第２色変換層は、５μｍ以上、好ましくは８〜１５μｍの膜厚を有する。
【００６２】
【実施例】
（実施例１）
最初に、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）に溶解させた色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、ガラス基板上にスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥して膜厚２５μｍの色変換層４を形成した。
【００６３】
色変換層４を形成した基板上に、スパッタ法にて膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２を積層し、パッシベーション層１１を形成した。
【００６４】
次に、スパッタ法にてＩＴＯを積層して、膜厚２００ｎｍの第１透明電極７を形成した。そして、第１透明電極７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２を形成した。有機ＥＬ層２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２を得た。さらに真空を破ることなしに、膜厚５ｎｍのＭｇ／Ａｇ（質量比１０：１）および膜厚０．２μｍのＩＺＯを積層して、第２透明電極７を形成した。
【００６５】
さらに、スパッタ法にて膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２を積層し、パッシベーション層１１’を形成した。
【００６６】
最後に、市販のカラーフィルタ材料（富士フイルムオーリン株式会社製カラーモザイク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膜厚１．８μｍのカラーフィルタ層５を形成して、色変換発光デバイスを得た。
【００６７】
（実施例２）
最初に、蒸着法によって、ガラス基板１上に最初に膜厚３００ｎｍのＡｌを積層して、反射層８を得た。以後、実施例１と同様に、色変換層４、パッシベーション層１１、第１透明電極７、有機ＥＬ層２、第２透明電極３、パッシベーション層１１、カラーフィルタ層５を積層して、色変換発光デバイスを得た。
【００６８】
（実施例３）
実施例１の方法に従って、パッシベーション層１１’までを形成した。次に、９層のＳｉＯ２および８層のＴｉＯ２を交互に真空中で蒸着することにより、波長選択ミラー９を形成した。この波長選択ミラー９は、光が垂直に入射したときに、５７０ｎｍ以下の波長域の光を７５％以上反射し、波長５９０ｎｍの光を５０％反射し、６１０ｎｍ以上の波長域の光を７５％透過した。最後に、実施例１と同様にカラーフィルタ層５を形成して、色変換発光デバイスを得た。
【００６９】
（実施例４）
実施例１の方法に従って、パッシベーション層１１’までを形成した。次に、色変換層４を形成するための塗布液を用いて、膜厚１０μｍの第２色変換層４’を積層した。最後に、実施例１と同様にカラーフィルタ層５を形成して、色変換発光デバイスを得た。
【００７０】
（比較例１）
最初に、ガラス基板上にスパッタ法にてＩＴＯを積層して、膜厚２００ｎｍの第１透明電極を形成した。次に、実施例１と同様の方法により、有機ＥＬ層、第２透明電極、およびパッシベーション層を形成した。
【００７１】
次に、実施例１で用いた色変換層用の塗布液をスピンコート法にて塗布し、加熱乾燥して膜厚１０μｍの色変換層を形成した。
【００７２】
最後に、市販のカラーフィルタ材料（富士フイルムオーリン株式会社製カラーモザイク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膜厚３００ｎｍのカラーフィルタ層を形成して、色変換発光デバイスを得た。
【００７３】
（評価）
各実施例および比較例において、一定電圧を電極間に印加した際の輝度を測定して、色変換効率の指標とした。測定電圧として、比較例１のデバイスが１００ｃｄ／ｍ２の輝度に発光する電圧を用いた。また、上記電圧において１０００時間連続駆動を行った後に、各素子の輝度を測定し、経時安定性の指標とした。結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2004207065.tif 000003
【００７５】
実施例１と比較例１との初期輝度の比較から、本発明の色変換発光デバイスは、従来構造の色変換発光デバイスと同等（またはそれ以上）の色変換効率を有することが分かった。さらに色変換効率を高めるための任意選択の層を設けた実施例２〜４のデバイスにおいては、比較例１のデバイスよりも高い初期輝度が得られ、より高い色変換効率を有することが明らかとなった。
【００７６】
また、１０００時間連続駆動後の輝度の比較において、実施例１〜４のデバイスの輝度変化は、いずれも比較例１のデバイスの輝度変化よりも小さく、優れた経時安定性を有することが明らかとなった。なお、実施例４のデバイスの輝度変化は、実施例１〜３のものに比較して若干大きくなっている。これは、実施例４のデバイス中の第２色変換層４’の色変換効率低下に相当するものと考えられる。このことは、実施例４のデバイス中の第２色変換層４’が従来構造のものと同等の位置に配置されているために、比較例１の色変換層と同様な劣化が起こったためと考えている。
【００７７】
（実施例５）
本実施例は、図１０に示す多色表示ディスプレイを形成する例である。最初に、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）に溶解させた色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、ガラス基板１０上にスピンコート法にて塗布し、パターニングを施した後に加熱乾燥して幅０．９μｍ、間隔２．４μｍのラインパターンを有する緑色変換層４Ｇを形成した。
【００７８】
次に、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）に溶解させた蛍光色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。この塗布液をガラス基板１０上にスピンコート法にて塗布し、パターニングを施した後に加熱乾燥して幅０．９μｍ、間隔２．４μｍのラインパターンを有する赤色変換層４Ｇを形成した。赤色変換層のラインパターンと緑色変換層のラインパターンとを、間隔０．２μｍをおいて平行に配置した。
【００７９】
色変換層４を形成した基板上に、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、加熱乾燥して平坦化層１５を形成した。次に、平坦化層１５の上に、マスクを用いるスパッタ法にてＩＴＯを積層して、幅０．９μｍ、間隔０．２μｍ、膜厚３００ｎｍのラインパターン状の第１透明電極７を形成した。赤色変換層のラインパターンと緑色変換層のラインパターンとが、第１透明電極のラインパターンの直下にあるように配置した。
【００８０】
第１透明電極７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２を形成した。有機ＥＬ層２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７を得た。さらに真空を破ることなしに、マスクを用いて、さらに真空を破ることなしに、膜厚５ｎｍのＭｇ／Ａｇ（質量比１０：１）および膜厚３００ｎｍのＩＺＯを積層して、幅０．９μｍ、間隔０．２μｍのラインパターン状の第２透明電極３を形成した。第２透明電極３のラインパターンと第１透明電極７のラインパターンは直交する方向に延びている。
【００８１】
さらに、スパッタ法にて膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２を積層し、パッシベーション層１１’を形成した。
【００８２】
そして、市販のカラーフィルタ材料（富士フイルムオーリン株式会社製カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法にて塗布し、パターニングを施した後に加熱乾燥して、２．４μｍの間隔をおいて配置される０．９μｍ×０．９μｍの複数の部分から構成される膜厚２μｍの赤色カラーフィルタ層５Ｒを形成した。同様に、市販のカラーフィルタ材料（富士フイルムオーリン株式会社製カラーモザイクＣＧ−７００１（緑）、富士フイルムオーリン株式会社製カラーモザイクＣＢ−７００１（青）、富士フイルムＡＲＣＨ製ＣＫ８４００Ｌ（ブラックマスク））を用いて、それぞれ膜厚２μｍの緑色カラーフィルタ層５Ｇ、青色カラーフィルタ層５Ｂおよびブラックマスク１６を形成して多色表示ディスプレイを得た。得られたディスプレイは、小さい視野角依存性および優れた経時安定性を示した。
【００８３】
【発明の効果】
発光部の光の取り出し方向とは反対側に色変換層を配置する本発明の構成を採ることにより、経時安定性の向上した色変換発光デバイスを得ることができた。また、本発明の色変換発光デバイスは、従来構造の色変換発光デバイスと同等以上の色変換効率を有し、また容易に製造することが可能であった。さらに本発明の色変換発光デバイスをマトリクス状に配置して形成されるディスプレイは、優れた視野角依存性を示した。以上のように、本発明によれば、経時安定性、色変換効率、製造プロセス上の問題のいずれをも犠牲にすることなく、トータルの性能を向上させた色変換発光デバイスを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の色変換発光デバイスを示す概略断面図である。
【図２】本発明の色変換発光デバイスの概略断面図である。
【図３】本発明の色変換発光デバイスの第１の変形例の概略断面図である。
【図４】本発明の色変換発光デバイスの第２の変形例の概略断面図である。
【図５】本発明の色変換発光デバイスの第３の変形例の概略断面図である。
【図６】本発明の色変換発光デバイスの第４の変形例の概略断面図である。
【図７】本発明の色変換発光デバイスの形成方法を説明する概略断面図である。
【図８】本発明の色変換発光デバイスの形成方法を説明する概略断面図である。
【図９】本発明の色変換発光デバイスから構成されるアクティブマトリクス駆動ディスプレイを示す概略断面図である。
【図１０】本発明の色変換発光デバイスから構成されるパッシブマトリクス駆動多色表示ディスプレイを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１    不透明電極
２    有機ＥＬ層
３    第２透明電極
４（Ｒ，Ｇ）    色変換層
４’    第２色変換層
５（Ｒ，Ｇ，Ｂ）    カラーフィルタ層
７    第１透明電極
８    反射層
９    波長選択ミラー
１０    基板
１１，１１’    パッシベーション層
１２    透明基板
１３    ＴＦＴ基板
１４    ＴＦＴ
１５    平坦化層
１６    ブラックマスク
５０，５１，５２，６０，６２    光
７１    発光／色変換部
７２    色変換部
８１    カラーフィルタ
８２    発光／カラーフィルタ
【図１】
2004207065.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004207065.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004207065.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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