JP2006228705A - 有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、透明基材と、上記透明基材上にパターン状に形成された着色層と、上記着色層上に部分的に形成された色変換層とを有することを特徴とする有機EL素子用カラーフィルタ基板を提供することにより、上記目的を達成するものである。
【選択図】図1
Description
また、上述したように色相補正と輝度とは相容れない関係にあるが、本発明においては上記の構成とすることにより、高い色純度および高い光の取出し効率の両立を図ることができる。
本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板は、透明基材と、上記透明基材上にパターン状に形成された着色層と、上記着色層上に部分的に形成された色変換層とを有することを特徴とするものである。
図1は、本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板の一例を示す概略断面図である。図1に示すように本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板10においては、透明基材1上に、赤色着色部2R、緑色着色部2Gおよび青色着色部2Bから構成される着色層2と、赤色着色部2R上に形成された赤色色変換部3Rおよび緑色着色部2G上に形成された緑色色変換部3Gから構成される色変換層3とが順次形成され、この着色層2および色変換層3を覆うように平坦化層5が形成されている。着色層2の各着色部2R、2G、2Bの間にはブラックマトリクス4が形成されている。また、赤色色変換部3Rおよび緑色色変換部3Gは、赤色着色部2Rおよび緑色着色部2G上に部分的にそれぞれ形成されている。青色着色部2B上には入射光を透過する透過部3B´が形成されている。
なお、図1における透過部3B´は形成されていなくてもよい。また、透過部3B´が形成されていない場合は、膜厚調整の目的で、青色着色部2Bの厚みを赤色着色部2Rおよび赤色色変換部3Rの合計厚みや緑色着色部2Gおよび緑色色変換部3Gの合計厚みと同程度となるように厚くしてもよい。
以下、本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板の各構成について説明する。
本発明に用いられる色変換層は、着色層上に部分的に形成されるものである。色変換層の形成位置としては、着色層上の一部であれば特に限定されるものではなく、例えば図1に示すように着色層2(2R、2G)の中心に色変換層3(3R、3G)が形成されていてもよく、図2に示すように着色層2(2R、2G)上に色変換層3(3R、3G)が片寄って形成されていてもよい。また、例えば図1に示すように色変換層3(3R、3G)は着色層2(2R、2G)上の一箇所に形成されていてもよく、例えば図3に示すように色変換層3(3R、3G)は着色層2(2R、2G)上にパターン状に形成されていてもよい。
この透過部は、入射光を透過するものであり、青色着色部上に形成されている場合は青色光を透過するものであれば特に限定されるものではなく、例えば色変換蛍光体を含まず、後述する樹脂からなるものとすることができる。この場合、透過部は色変換蛍光体を含有しないことから、輝度向上のために青色着色部上に部分的に形成されている必要はなく、製造工程を考慮すれば青色着色部上の全面に形成されるのが一般的である。
この透過部は、入射光を透過するものであり、青色着色部上に形成されている場合は青色光を透過するものであり、緑色着色部上に形成されている場合は緑色光を透過するものであれば特に限定されるものではなく、例えば色変換蛍光体を含まず、後述する樹脂からなるものとすることができる。この場合、透過部は色変換蛍光体を含有しないことから、輝度向上のために各着色部上に部分的にそれぞれ形成されている必要はなく、製造工程を考慮すれば各着色部上の全面にそれぞれ形成されるのが一般的である。
さらに、ZnS:Mn、ZnS:Mn/ZnMgS等のZnS系蛍光体、(Y,Gd)3Al5O12:Ce等のイエロー蛍光体、またはオレンジ顔料(例えばシンヒロイ社製 FA001(商品名))を用いることもできる。これらの蛍光体は緑色蛍光体ではないが、各々緑色蛍光成分を含んでいるため、色相補性が可能であり使用することができる。
さらに、赤色変換蛍光体として用いられる無機蛍光体の具体例としては、ZnS:Mn、ZnS:Mn/ZnMgS等のZnS系蛍光体、またはオレンジ顔料(例えばシンヒロイ社製 FA001(商品名))も挙げられる。
本発明に用いられる着色層は、透明基材上にパターン状に形成されたものであり、通常は赤色着色部、緑色着色部および青色着色部を有するものである。各着色部は、各画素に対応して規則的に配列され、遮光部が形成されている場合は遮光部の開口部に対応して設けられる。
紫外線硬化性樹脂を使用する場合には、バインダ樹脂に光重合開始剤が単独または複数組み合わせて使用される。また、紫外線硬化型の感光性樹脂を用いる場合には、必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を用いてもよい。
本発明に用いられる透明基材は、有機EL素子用カラーフィルタ基板を支える支持体である。また、本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板を用いて有機EL表示装置を構成した際には、観察者側に配置されるものであり、有機EL表示装置全体を支える支持体でもある。
本発明においては、透明基材上の着色層の間に遮光部(ブラックマトリクスともいう。)が形成されていてもよい。遮光部は、各画素毎に発光する区域を区画すると共に、発光する区域どうしの境界における外光の反射を防止し、画像、映像のコントラストを高めるために設けられるものである。したがって、遮光部は必ずしも設けなくてよいが、コントラストを向上させる以外に、着色層等を遮光部の開口部に対応させて形成する上で、遮光部が形成されていることが好ましい。また、本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板を用いて有機EL表示装置とした際に、発光層等を遮光部の開口部に対応させて形成することからも、遮光部が形成されていることが好ましい。
本発明においては、色変換層上に平坦化層が形成されていてもよい。この平坦化層は、着色層や色変換層を保護する役割を有すると共に、着色層や色変換層の厚みが一定でない場合には、それら層の表面をならして平坦な面とし、有機EL表示装置に用いる場合に透明電極層等を形成する際の影響を低減する目的で設けられるものである。また、平坦化層は、着色層や色変換層の構成により段差(凹凸)が存在する場合に、この段差を解消して平坦化を図り、有機EL表示装置の作製時に有機EL層を形成する際の厚みムラの発生を防止する平坦化作用をなすものである。
本発明においては、色変換層上にガスバリア層が形成されていてもよい。例えば図6に示すように平坦化層5が色変換層3上に形成されている場合は、ガスバリア層6は平坦化層5上に形成される。このガスバリア層は、有機EL表示装置に用いた場合、有機EL層へ有機EL素子用カラーフィルタ基板からの水蒸気や酸素または着色層や色変換層等からの脱離ガスが透過するのを遮断するために設けられるものである。
以下、本発明の有機EL素子用カラーフィルタ基板の製造方法の一例について説明する。
まず、透明基材上の全面に、クロム等の金属または酸化クロム等の金属酸化物を蒸着し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによりブラックマトリクスを形成する。次に、ブラックマトリクスが形成された透明基材上に、赤色着色剤をバインダ樹脂に分散または溶解させた赤色着色部形成用塗工液を塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより赤色着色部を形成する。同様の手順により緑色着色部および青色着色部を形成する。
次いで、緑色着色部上に、緑色変換蛍光体を樹脂に分散または溶解させた緑色色変換部形成用塗工液を塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより緑色色変換部を形成する。この際、緑色色変換部は、緑色着色部上にパターン状に形成する。
そして、必要に応じて、緑色色変換部および各着色部を覆うように平坦化層を形成する。
このようにして有機EL素子用カラーフィルタ基板を作製することができる。
次に、本発明の有機EL表示装置について説明する。本発明の有機EL表示装置は、上述した有機EL素子用カラーフィルタ基板と、上記有機EL素子用カラーフィルタ基板の色変換層側表面上に形成された透明電極層と、上記透明電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機EL層と、上記有機EL層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とするものである。
以下、本発明の有機EL表示装置の各構成について説明する。
本発明に用いられる有機EL層は、少なくとも発光層を含む1層もしくは複数層の有機層から構成されるものである。すなわち、有機EL層とは、少なくとも発光層を含む層であり、その層構成が有機層1層以上の層をいう。通常、塗布による湿式法で有機EL層を形成する場合は、溶媒との関係で多数の層を積層することが困難であることから、1層もしくは2層の有機層で形成される場合が多いが、溶媒への溶解性が異なるように有機材料を工夫したり、真空蒸着法を組み合わせたりすることにより、さらに多数層とすることも可能である。
以下、このような有機EL層の各構成について説明する。
本発明に用いられる発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有するものである。この発光層としては、白色発光する白色発光層であってもよく、青色発光する青色発光層であってもよい。
なお、ここでいう「2波長発光光源」には、完全な2波長発光だけではなく、主な発光が2波長である場合が含まれる。
本発明においては、発光層と陽極(透明電極層もしくは対向電極層)との間に正孔注入層が形成されていてもよい。正孔注入層を設けることにより、発光層への正孔の注入が安定化し、発光効率を高めることができるからである。
本発明においては、発光層と陰極(透明電極層もしくは対向電極層)との間に電子注入層が形成されていてもよい。電子注入層を設けることにより、発光層への電子の注入が安定化し、発光効率を高めることができるからである。
本発明に用いられる透明電極層は、対向電極層との間に挟んだ有機EL層に電圧をかけ、所定の位置で発光を起こさせるためのものである。この透明電極層は、上述した有機EL素子用カラーフィルタ基板の色変換層側表面上に形成されるものであり、例えば図6に示すように、透明電極層11は、遮光部4の開口部の幅に相当する幅のストライプ状に形成される。この場合、ストライプ状の透明電極層11のピッチは遮光部4の開口部のピッチと同じである。
本発明に用いられる対向電極層は、有機EL層を発光させるための他方の電極をなすものであり、上記透明電極層と反対の電荷をもつ電極である。この対向電極層は、有機EL層上に形成される。
また、対向電極層の厚みとしては、10nm〜1μm程度が好ましく、より好ましくは50〜200nm程度である。
本発明においては、ストライプ状の透明電極層の間に、遮光部に対応して絶縁層が形成されていてもよい。
[実施例1]
(ブラックマトリクスの形成)
透明基材として、150mm×150mm、厚み0.7mmのソーダガラス(セントラル硝子(株)製)を準備した。この透明基材の片側全面にスパッタリング法により酸化窒化複合クロムの薄膜(厚み0.2μm)を形成した。この酸化窒化複合クロム薄膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、および酸化窒化複合クロム薄膜のエッチングを順次行って、80μm×280μmの長方形状の開口部が、短辺方向に100μmのピッチ、長辺方向に300μmのピッチでマトリクス状に配列したブラックマトリクスを形成した。
赤色、緑色および青色の各色着色部形成用塗工液を調製した。赤色着色剤としては縮合アゾ系顔料(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、クロモフタルレッドBRN)、緑色着色剤としてはフタロシアニン系緑色顔料(東洋インキ製造(株)製、リオノールグリーン2Y−301)、および青色着色剤としてはアンスラキノン系顔料(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、クロモフタルブルーA3R)をそれぞれ用いた。また、バインダ樹脂としてはポリビニルアルコール(10%水溶液)を用いた。ポリビニルアルコール水溶液10重量部に対し、各着色剤を1重量部の割合で配合して、十分に混合分散させた。さらに、得られた溶液100重量部に対し、1重量部の重クロム酸アンモニウムを架橋剤として添加し、各色着色部形成用塗工液を得た。
ブラックマトリクスおよび着色層が形成された上に、透過部形成用塗工液(富士ハントエレクトロニクステクノロジー(株)製、透明感光性樹脂組成物、商品名:カラーモザイクCB−701)をスピンコート法により塗布し、100℃で5分間のプリベイクを行った。次いで、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行った後、200℃で60分間のポストベイクを行った。これにより、青色着色部および赤色着色部上に、幅85μm、厚み2.5μmのストライプ状の透過部をそれぞれ形成した。
次いで、アクリレート系光硬化性樹脂(新日鐵化学(株)製、商品名:V−259PA/PH5)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートで希釈した平坦化層形成用塗工液を調製し、この平坦化層形成用塗工液を色変換層が形成された上にスピンコート法により塗布し、120℃で5分間のプリベイクを行った後、紫外線を照射線量が300mJになるように全面露光を行い、露光後、200℃で60分間のポストベイクを行って、着色層および色変換層の全体を覆うように厚み2μmで透明な平坦化層を形成した。
次いで、平坦化層上にイオンプレーティング法により膜厚150nmの酸化インジウムスズ(ITO)電極膜を形成し、このITO電極膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、ITO電極膜のエッチングを行って、透明電極層を形成した。この透明電極層は、透明基材上から平坦化層上に乗り上げるように形成された幅80μmのストライプ状のパターンであり、色変換層上では着色層の各着色部上に位置するものであった。
平均分子量が約100000であるノルボルネン系樹脂(JSR(株)製、ARTON)をトルエンで希釈した絶縁層形成用塗工液を使用し、スピンコート法により透明電極層を覆うように塗布した後、ベーク(100℃、30分)を行って絶縁膜(厚み1μm)を形成した。次に、この絶縁膜上に感光性レジストを塗布し、マスク露光、現像、絶縁膜のエッチングを行って絶縁層を形成した。この絶縁層は、ブラックマトリクスの開口部に、絶縁層の開口部が位置するように配置され、絶縁層の開口部は、ブラックマトリクスの開口部よりも大きい90μm×290μmの長方形状とした。
次いで、上記の隔壁部をマスクとして、真空蒸着法により正孔注入層および白色発光層からなる有機EL層を形成した。
すなわち、まずN,N´−ジフェニル−N,N´−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1´−ビフェニル〕−4,4´−ジアミンを、画像表示領域に相当する開口部を備えたフォトマスクを介して60nmまで蒸着して成膜することによって、隔壁部がマスクパターンとなり、各隔壁部間のみを正孔注入層の形成材料が通過して透明電極層上に正孔注入層が形成された。
同様にして、4,4´−ビス(2,2´−ジフェニルビニル)ビフェニル(蛍光ピーク波長:465nm(固体))を40nmまで蒸着して成膜した。このとき、同時にルブレン(アルドリッチ(株)製、蛍光ピーク波長:585nm(ジメチルホルムアミド0.1重量%溶液))を少量含有させた。これにより白色発光層を形成した。
その後、トリス(8−キノリノール)アルミニウムを20nm厚まで蒸着して成膜することにより電子注入層を形成した。このようにして形成された有機EL層は、幅280μmのストライプ状のパターンとして各隔壁部間に存在するものであった。
次に、画像表示領域よりも広い所定の開口部を備えたフォトマスクを介して、上記の隔壁部が形成されている領域に、真空蒸着法によりマグネシウムと銀とを同時に蒸着(マグネシウムの蒸着速度=1.3〜1.4nm/秒、銀の蒸着速度=0.1nm/秒)して成膜した。これにより、隔壁部がマスクとなって、マグネシウム/銀化合物からなる厚み200nmの対向電極層を有機EL層上に形成した。この対向電極層は、幅280μmのストライプ状のパターンとして白色有機EL層上に存在するものであった。
以上により、有機EL表示装置を作製した。
実施例1において色変換層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして有機EL表示装置を作製した。
実施例1および比較例1の有機EL表示装置の透明電極層と対向電極層とに直流8.5Vの電圧を10mA/cm2の一定電流密度で印加して連続駆動させることにより、透明電極層と対向電極層とが交差する所望の部位の白色発光層を発光させた。そして、色変換層で色変換、あるいは、そのまま透過し、着色層で色補正された後、透明基材の反対面側で観察される各色の発光について、CIE色度座標(JIS Z 8701)を測定した。その結果、比較例1の有機EL表示装置ではCIE色度座標でx=0.264、y=0.534の緑色発光が確認されたのに対し、実施例1の有機EL表示装置ではCIE色度座標でx=0.291、y=0.564の緑色発光が確認された。また、緑色発光の輝度を比較すると、実施例1の有機EL表示装置では比較例1の有機EL表示装置に比べて輝度が5%向上していた。このように実施例1の有機EL表示装置では、高輝度で色純度の高い三原色表示が可能であった。
実施例1において、下記に示すように着色層を形成した以外は、実施例1と同様にして有機EL表示装置を作製した。
(着色層の形成)
赤色、緑色および青色の各色着色部形成用塗工液を調製した。赤色着色剤としては縮合アゾ系顔料(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、クロモフタルレッドBRN)、緑色着色剤としてはフタロシアニン系緑色顔料(東洋インキ製造(株)製、リオノールグリーン2Y−301)、および青色着色剤としてはアンスラキノン系顔料(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、クロモフタルブルーA3R)をそれぞれ用いた。また、バインダ樹脂としてはアクリル系UV硬化性樹脂組成物(アクリル系UV硬化性樹脂20%・アクリル系UV硬化性樹脂モノマー20%・添加剤5%・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)55%)を用いた。アクリル系UV硬化性樹脂組成物10部に対し、各着色剤を1部(部数はいずれも質量基準。)の割合で配合して、十分に混合分散させ、各色着色部形成用塗工液を得た。
実施例1の有機EL表示装置と同様に、実施例2の有機EL表示装置では高輝度で色純度の高い三原色表示が可能であった。
2 … 着色層
2R … 赤色着色部
2G … 緑色着色部
2B … 青色着色部
3 … 色変換層
3R … 赤色色変換部
3G … 緑色色変換部
3R´、3B´ … 透過部
4 … 遮光部
5 … 平坦化層
6 … ガスバリア層
10 … 有機EL素子用カラーフィルタ基板
11 … 透明電極層
12 … 有機EL層
13 … 対向電極層
20 … 有機EL表示装置
Claims (10)
- 透明基材と、前記透明基材上にパターン状に形成された着色層と、前記着色層上に部分的に形成された色変換層とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記色変換層が、前記着色層上にパターン状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記着色層が、赤色着色部、緑色着色部および青色着色部を有し、前記色変換層が、前記赤色着色部上に部分的に形成された赤色色変換部および前記緑色着色部上に部分的に形成された緑色色変換部の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記赤色着色部上に赤色色変換部が形成されていないことを特徴とする請求項3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記色変換層上に平坦化層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記平坦化層が光散乱性を有することを特徴とする請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記色変換層上にガスバリア層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 前記透明基材上の前記着色層の間に遮光部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板。
- 請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板と、前記有機エレクトロルミネッセンス素子用カラーフィルタ基板の色変換層側表面上に形成された透明電極層と、前記透明電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、前記有機エレクトロルミネッセンス層上に形成された対向電極層とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
- 前記発光層が2波長発光光源により白色発光するものであることを特徴とする請求項9に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
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