JP5236732B2 - 色変換膜及び該色変換膜を含む多色発光有機elデバイス - Google Patents
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Description
12 透明支持体
14 ブラックマトリクス
16 赤色カラーフィルター
18 緑色カラーフィルター
20 青色カラーフィルター
22 バンク
24 赤色変換膜
30 有機EL発光部
32 基板
34 TFT素子
36 絶縁膜
38 層間絶縁膜
40 第1電極
42 有機EL膜
44 第2電極
46 無機バリア層
50 シール材
本発明の色変換膜は、青緑色の発光を行う有機EL発光部からの光を吸収して、より長波長の可視光に変換し、2種の色素からなり、第1色素は、色変換膜への入射光を吸収して、そのエネルギーを第2色素へと移動させる色素であり、第2色素は、第1色素から該エネルギーを受容して光を放射する色素であり、第1色素は、平均分子量が1000から1000000の高分子色素である、色変換膜である。
第1色素は、色変換膜への入射光、即ち有機EL素子の発した青緑色の光を吸収し、吸収したエネルギーを第2色素に移動させる色素である。このため、第1色素の吸収スペクトルは有機EL素子の発光スペクトルと重複していることが好ましく、第1色素の吸収極大と有機EL素子の発光スペクトルの極大とが一致していることがより好ましい。例えば、第1色素の光吸収スペクトルの極大波長は、有機EL素子が青緑色の発光を行うことを考慮すれば、400〜500nmであることが好ましい。
前述のように、第1色素の発光スペクトルが第2色素の吸収スペクトルと重複していることが好ましく、第1色素の発光スペクトルの極大と第2色素の吸収スペクトルの極大とが一致していることがより好ましい。このため、第2色素が放射する光は、第1色素が吸収する光よりも長波長である。
本発明の色変換膜は、例えば、透明支持体又はカラーフィルター上に第1色素及び第2色素を混合した液体を塗布することによって作製することができる。透明支持体としては、ガラス、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンスルホンなどの高分子材料を用いることができる。色変換膜に高分子材料を用いる場合には、透明支持体は剛直であっても可撓性であってもよい。透明支持体は可視光に対して80%以上の透過率を有することが好ましい。
本発明の多色発光有機ELデバイスは、有機EL素子と、上述の色変換膜とを含み、該有機EL素子は、少なくとも一方が透明である一対の電極と、該一対の電極に挟持される有機EL層とを含むデバイスである。
図1に示すように、色変調部10は、同図の上方から順に、透明支持体12に、ブラックマトリクス14、赤色カラーフィルター16、緑色カラーフィルター18、青色カラーフィルター20、バンク22、及び赤色変換膜24が順次形成された積層体である。
まず、図2(a)に示すように、透明支持体12を準備する。透明支持体12としては、ガラス、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンスルホンなどの高分子材料を用いることができる。本発明では、上述したとおり、赤色変換膜24に高分子材料を用いる。このため、透明支持体12は剛直であっても可撓性であってもよい。透明支持体12は、可視光に対して80%以上の透過率を有することが好ましい。
次に、図2(b)に示すように、透明支持体12に、ブラックマトリクス14を形成する。ブラックマトリクス14は、後述する各カラーフィルター16〜20の配設位置におけるコントラストの向上を目的として配設された層である。ブラックマトリクス14としては、可視域を透過しない材料を使用する。
更に、図2(c)に示すように、透明支持体12上のブラックマトリクス14により画成された領域に、各カラーフィルター16〜20を形成する。カラーフィルターとしては、600nm以上の波長を透過する赤色カラーフィルター16、500nm〜550nmの波長を透過する緑色カラーフィルター18、及び400nm〜550nmの波長を透過する青色カラーフィルター20をそれぞれ配列する。
続いて、図2(d)に示すように、ブラックマトリクス14上に、バンク22を形成する。バンク22の材料としては、レジストなどの光硬化性樹脂又は光熱併用型硬化性樹脂を用いることができる。バンク22はフォトプロセスを用いて形成することが、画素の優れたパターン精度を得る観点で好ましい。
最後に、図2(e)に示すように、カラーフィルター16〜20とバンク22とによって画成された領域に、色変換膜24を形成する。色変換膜24の形成方法については、上述したとおりである。なお、図2(e)で示す例は、カラーフィルター上に赤色変換膜を形成した例である。
図1に示すように、有機EL発光部30は、同図の下方から、基板32に、TFT素子34、絶縁膜36、層間絶縁膜38、第1電極40、有機EL膜42、第2電極44、及び無機バリア層46が順次形成された積層体である。
本発明の多色発光有機ELデバイスは、上述の色変調部10側から光を取り出すため、有機EL発光部の基板32は必ずしも透明でなくてよい。例えば、Al等の金属材料、ガラス、石英などの非晶質基板、及び樹脂等の透明ないし半透明材料を用いることができる。或いはまた、Si、GaAsなどの結晶性基板のように不透明な材料を用いることもできる。更に、ガラス等のほか、アルミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施した材料、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、及びポリカーボネート等の熱可塑性樹脂などを用いることもできる。
TFT素子34は、ゲート電極をゲート絶縁膜の下に設けたボトムゲートタイプであって、能動層として多結晶シリコン膜を用いた構造体である。具体的には、従来の多結晶シリコンTFTを用いることができる。
絶縁層36及び層間絶縁膜38は、酸化ケイ素、窒化ケイ素などの無機系材料をスパッタ又は真空蒸着で成膜した層、スピン・オン・グラス(SOG)で形成した酸化ケイ素層、フォトレジスト、ポリイミド、アクリル樹脂などの樹脂系材料の塗膜など、絶縁性を有するものを用いる。絶縁層36及び層間絶縁膜38の接触領域には配線電極等が存在するので、これら36,38をパターニングする際に配線電極等にダメージを与えないようなパターニングが可能な材料を用いることが好ましい。
第1電極(陽極)40は、例えば、メタル電極を配線電極上に形成し、次いで、その上部表面に透明酸化物を形成することで得られる。
有機EL膜42は、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、及び電子注入層などの複数の層を積層してなり、基板全面に画素領域を開口した蒸着マスクを用いず、真空蒸着法により各層を順次形成することができる。以下に、例示的な有機EL膜42の構成を、その両側に配置する陽極(第1電極40)及び陰極(第2電極44)とともに示す。
(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/有機発光層/電子注入層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子注入層/陰極
有機EL膜42上に形成する第2電極44は、例えば、蒸着法、スパッタリング法などによりバッファ層を成膜し、その上に透明電極材料である金属酸化物を更に成膜することにより形成することができる。
無機バリア膜46には、SiNx、SiOxNyなどが用いられ、プラズマCVD法等により形成することができる。
上述のように形成された、色変調部10と有機EL発光部30とを、対向して重ねあわせる。具体的には、乾燥窒素雰囲気(酸素及び水分濃度ともに10ppm以下)のグローブボックス内に、色変調部10と有機EL発光部30とを導入する。次いで、図1に示すように、紫外硬化型樹脂からなるシール材50をこれら10,30の各端部間に配置し、多色発光有機ELデバイスを得る。
透明基板として500mm×500mm×0.50mmのコーニングガラスを用意した。このガラス基板上に、スピンコート法によって黒色色素を含むレジスト樹脂を塗布し、フォトリソグラフ法によってパターニングを実施した。これにより、カラーフィルター形成用の開口部を残して膜厚2μmのブラックマトリクスを得た。なお、副画素間は0.100mm幅とし、画素間は0.116mm幅としてパターン形成を行った。
基板として500mm×500mm×0.50mmのガラス基板を用意した。このガラス基板上に、TFT素子を公知の方法により形成した。
続いて、上述のようにして得られた赤色変換層を含む色変調部と、有機EL発光部とを、乾燥窒素雰囲気(酸素及び水分濃度ともに10ppm以下)下に導入し、UV硬化接着剤を用いて以下のように封止した。
本発明例1の赤色変換層の作製において、第1色素はジメチルフェニルで終端したポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレン−フルオレニル)−Alt−Co−{2−メトキシ−5−(2−エチル−へキロキシ)−1,4−フェニレン}](平均の分子量が50000)、第2色素として4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM−1)を用いた。第1色素及び第2色素の混合物における第2色素の濃度は0.2重量%とした。このような混合物10重量部をトルエン1000重量部に溶解させてインクを調整した。
本発明例1の赤色変換層の作製において、第1色素のオリゴマーとして、ハロゲン化したクマリン6とペンタエリスリトールとをWilliamsonエーテル合成法で調製した、以下の化合物(化A)を用いた。
赤色変換層を、以下に示しように、従来の樹脂分散方式の厚膜で形成した。
本例は、第1色素の分子量が本発明の範囲外、即ち、該分子量が低い例である。第1色素のオリゴマーとして、本発明例3で用いた4量体のオリゴマーを2量体(分子量760)として用いた。第2色素として用いたDCM−1の濃度は、12重量%とした。以上の事項以外は、本発明例2と同様にして多色発光有機ELデバイスを得た。
クマリン6をオリゴマー化しなかったこと以外は、本発明例3と同様にして多色発光有機ELデバイスを得た。なお、オリゴマー化しなかったことから、固形分が凝固したため、色変換膜は形成できなかった。
本発明例1〜3及び比較例1〜3の各有機ELデバイスについて、色変換膜側に光源を配置して、波長450〜490nmの光を照射した。更に、色変換膜を通して出射した光を、分光輝度計(コニカミノルタCS−1000)を用いて測定し、波長610nmの赤色光の出射光強度(蛍光強度)を測定した。なお、蛍光強度については、赤色光について、蛍光量子効率を求め、その値が0.5以上の場合を合格(○)とし、0.5未満の場合は、不合格(×)とした。
Claims (14)
- 青緑色の発光を行う有機EL発光部からの光を吸収して、より長波長の可視光に変換する色変換膜において、
該色変換膜は2種の色素からなり、
第1色素は、色変換膜への入射光を吸収して、その吸収したエネルギーを光を発することなく第2色素へと移動させる色素であり、
第2色素は、第1色素から該エネルギーを受容して光を放射する色素であり、
第1色素は、平均分子量が1000から1000000の高分子色素であり、
第1色素が、コア同士が非共有性の連結基で結合されたオリゴマーであることを特徴とする、色変換膜。 - 第2色素は、平均分子量が1000から1000000の高分子色素であることを特徴とする、請求項1に記載の色変換膜。
- 第2色素は、平均分子量が1000未満の低分子色素であることを特徴とする、請求項1に記載の色変換膜。
- 第1色素の光吸収スペクトルの極大波長が400〜500nmであり、その蛍光スペクトルの極大波長が500〜550nmであることを特徴とする、請求項1記載の色変換膜。
- 第2色素の光吸収スペクトルの極大波長が500〜550nmであり、その蛍光スペクトルの極大波長が550〜650nmであることを特徴とする、請求項1に記載の色変換膜。
- 第2色素が、色変換膜の10重量%以下の量で存在することを特徴とする、請求項1に記載の色変換膜。
- 塗布法によって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の色変換膜。
- 少なくとも一方が透明電極である一対の電極と、該一対の電極に挟持された有機EL層と、色変換膜とを備える多色発光有機ELデバイスにおいて、
該色変換膜は2種の色素からなり、
第1色素は、色変換膜への入射光を吸収して、その吸収したエネルギーを光を発することなく第2色素へと移動させる色素であり、
第2色素は、第1色素から該エネルギーを受容して光を放射する色素であり、
第1色素は、平均分子量が1000から1000000の高分子色素であり、
第1色素が、コア同士が非共有性の連結基で結合されたオリゴマーであることを特徴とする、多色発光有機ELデバイス。 - 第2色素は、平均分子量が1000から1000000の高分子色素であることを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
- 第2色素は、平均分子量が1000未満の低分子色素であることを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
- 第1色素の光吸収スペクトルの極大波長が400〜500nmであり、その蛍光スペクトルの極大波長が500〜550nmであることを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
- 第2色素の光吸収スペクトルの極大波長が500〜550nmであり、その蛍光スペクトルの極大波長が550〜650nmであることを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
- 第2色素が、色変換膜の10重量%以下の量で存在することを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
- 前記色変換膜が塗布法によって形成されていることを特徴とする、請求項8に記載の多色発光有機ELデバイス。
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