JP4826939B2 - 色変換フィルタおよびそれを用いた色変換発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、高精細、高視認性、耐環境性および生産性に優れた多色表示を可能にする色変換フィルタおよびそれを用いた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フィルタおよび該色変換フィルタを具備する有機ＥＬ素子を用いた色変換発光デバイスに関する。

色変換方式のカラーディスプレイは、主に青色を発光する光源を用い、光源が発する青色光を色変換することによって赤色および緑色を表示させるものである（特許文献１〜４参照）。この方式は、光源の前面、すなわち表示面側に色変換部を設け、該色変換部の中に光源の光を入射させる。色変換部は、光源の光を吸収し、波長を変換して異なる波長の光にして出射させる色素（一般的に、色変換色素と呼ばれる）を含む。したがって、色変換部は、光源光の波長域において充分な光吸収が可能であることが必要である。光吸収が充分でない場合、光源光は色変換を受けずに色変換部を透過してしまい、ロスとなる。言い換えると、光源光の波長において、色変換部の光透過率が充分に小さいことが必要となる。

しかしながら、カラーディスプレイに対して色変換方式を適用する場合、色変換部の厚さは、サブ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。サブピクセルの幅が５０μｍである場合、色変換部の厚さとして考慮し得るのは、最大で２０μｍまでであり、製造プロセスの問題および視野角特性向上の観点からは、１０μｍ以下にすることが望ましい。

このような膜厚要件の下で、色変換部による光源光の吸収を充分に高めようとすると、色変換部に含まれる色変換色素の濃度を極度に高くする必要がある。しかし、色変換色素の濃度を高くすると、濃度消光の発生による色変換の効率の低下、および励起状態における化学反応の確率の増大による色変換色素の劣化（分解）の加速などの問題が発生することもまた知られている。したがって、色変換方式のカラーディスプレイにおいては、効率、信頼性、製造プロセスの効率などの性能のトレードオフで、全体的な性能のバランスをとっているのが現状である。

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

本発明が解決しようとする課題は、効率、信頼性、および製造プロセスの効率のいずれをも犠牲にすることなく、色変換方式のトータルの性能を向上させた色変換フィルタならびにそれを用いた色変換発光デバイスを提供することである。具体的には、簡略化されたダイクロイックフィルタを用いた構造を有し、低コストで製造することができる色変換フィルタを提供することが、本発明の課題である。

本発明の第１の実施形態の色変換フィルタは、透明基板と、該透明基板上に互いに独立して配設される少なくとも３種の異なる出力波長分布を有する光出力部とを含み、前記光出力部は入射光の一部を透過させるカラーフィルタ層、および入射光を吸収して異なる波長分布の光を出力する色変換層の少なくとも一方を含む色変換フィルタであって、第１の光出力部は、色変換層と、透明基板と色変換層との間に色変換層の出力波長域の光を透過し、その他の波長域の光を反射させる第１のダイクロイックフィルタを有し、第２の光出力部は、色変換層を含み、第１の光出力部の色変換層と、第２の光出力部の色変換層とは、同一の材料で構成されていることを特徴とする。

本発明の第２の実施形態の色変換フィルタは、第１〜第３の光出力部を有する第１の実施形態の色変換フィルタにおいて、第２の光出力部が色変換層と第２のダイクロイックフィルタとを有し、該第２のダイクロイックフィルタは第２の光出力部が出力する波長より短波長域の光を反射し、第３の光出力部が色変換層とカラーフィルタとを有し、および第１から第３の光出力部の色変換層が同一の材料で形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、第１または第２の実施形態の色変換フィルタと、一対の電極に挟持された有機ＥＬ層を含む有機ＥＬ素子とを含むことを特徴とする色変換発光デバイスに関する。

以上のように、ダイクロイックフィルタを設けて発光部からの光を選択的に反射することにより、濃度消光または経時分解を起こすことなく、色変換層の色変換効率およびコントラスト比を向上させた色変換発光デバイスを得ることができた。また、色変換効率を向上させることにより、所与の光強度を実現するための電流密度を減少させて有機ＥＬ素子の駆動ストレスの低減が可能となり、それによって色変換発光デバイスの長寿命化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る色変換フィルタは、透明基板と、該透明基板上に少なくとも３種の異なる出力波長分布を有する光出力部が互いに独立して配設され、該光出力部のそれぞれは、入射光の一部を透過させるカラーフィルタ層、および入射光を吸収して、入射光と異なる波長分布の光を出力する色変換層の少なくとも一方を含み、少なくとも１つの光出力部は、色変換層と、透明基板と色変換層との間に色変換層の出力波長域の光を透過し、その他の波長域の光を反射させるダイクロイックフィルタを有することを特徴とする。３種の光出力部から構成される本発明の色変換フィルタの一例を図１に示す。第１の実施形態の色変換フィルタ１００は、透明基板１と、透明基板１上に形成される色変換層４とダイクロイックフィルタ２とからなる第１の光出力部１１と、色変換層４と第１カラーフィルタ層３ａからなる第２の光出力部１２と、第２カラーフィルタ層３ｂからなる第３の光出力部１３とを有する。本発明の色変換フィルタは、各光出力部を覆ってその上面を平坦化する平坦化層５、および平坦化層５上に設けられるパッシベーション層６をさらに有していてもよい。さらに、本発明の色変換フィルタ１００上に、透明電極２１、有機ＥＬ層２２および反射電極２３を含む有機ＥＬ素子２００を設けることができる。

上記の構成において、第１の光出力部１１を構成するダイクロイックフィルタ２は、色変換層の出力波長域（すなわち、色変換層４で波長分布変換を受けた第１出力波長域）の光を透過させ、光源光の波長域を含むその他の波長域の光を反射させるように形成される。そのような特性を有するダイクロイックフィルタ２を設けることによって、第１出力波長域の光はダイクロイックフィルタ２および透明基板１を通して外部へと出力される。一方、色変換層４中の色変換色素の濃度が低いまたは色変換層４が薄いなどの要因によって光源光の一部が色変換層４を透過しても、透過した光源光はダイクロイックフィルタ２で反射される。反射された光源光は、色変換層４に再び入射して、色変換色素を励起させて第１出力波長域の光へと波長分布変換される。このような構成をとることによって、色変換層４の色変換色素の濃度を濃度消光および光化学反応による該色素の分解を防止することができるほどの低さに維持しつつ、色変換色素による光源光の波長分布変換を高い効率で行うことが可能となる。

加えて、図１に示すように、色変換フィルタ１００上に反射電極２３を含む有機ＥＬ素子２００が設けられる場合、ダイクロイックフィルタ２で反射された光源光の一部がさらに色変換層４を透過しても、その光は反射電極２３によって再び反射され、色変換層４へと入射する。反射電極による反射光もまた波長分布変換を受けて色変換層４の出力光として外部へと出力される。言い換えると、光源光に関しては、ダイクロイックフィルタ２と反射電極２３との反射による色変換層４への帰還経路が形成され、色変換層４における高効率の波長分布変換が可能となる。また、反射電極２３は、反射電極２３側に放射される色変換層４の出力光を反射させて透明基板１側から出力させる機能をも有し、波長分布変換の効率をさらに高めることに有効である。

第２光出力部１２においては、光源光が色変換層４および第１カラーフィルタ３ａを通過して、カラーフィルタ３ａを透過する波長域（すなわち、第２出力波長域）の光が出力される。ここで、第２光出力部においては、第２出力波長域の光が色変換層４に一部吸収される可能性がある。光源部から透明基板１に至る１回の通過で吸収される光量が色の再現性などの表示品質に深刻な悪影響を与えないように、第２出力波長域の光に対する色変換層４の透過率を５０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましい。色変換層４がこのような範囲内の透過率を有することによって、第２の光出力部１２から充分な強度の出力光を得ることができる。

第３光出力部１３においては、光源光が第２カラーフィルタ３ｂを通過して、カラーフィルタ３ｂを透過する波長域（すなわち、第３出力波長域）の光が出力される。

本実施形態の構成において、第１〜第３の出力波長域のうち、第１出力波長域が最も長波長の領域であり、好ましくは赤色領域である。図１に示す構成においては、好ましくは第１出力波長域は赤色領域であり、第２出力波長域は緑色領域であり、および第３出力波長域は青色領域である。４種以上の出力波長域を用いる本実施形態の構成においても、色変換層４とダイクロイックフィルタ２とを有する、第１出力波長域が最も長波長の領域であり、好ましくは赤色領域である。

図１に示す構成において、第１の光出力部１１および第２の光出力部１２の色変換層４を同一の材料で一括で形成することによって、本発明の色変換フィルタ製造の工数を抑え、コストを低減することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態の色変換フィルタを構成する各層の詳細について述べる。透明基板１は、可視光（波長４００〜７００ｎｍ）に対して透明であり、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。好ましい透明基板は、ガラス基板、およびポリオレフィン、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレートを含む）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレートを含む）、ポリカーボネート樹脂、またはポリイミド樹脂などの樹脂で形成された剛直性の樹脂基板を含む。あるいはまた、ポリオレフィン、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレートを含む）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレートを含む）、ポリカーボネート樹脂、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、基板として用いてもよい。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。

ダイクロイックフィルタ２は、光源からの入射光（光源光）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。ダイクロイックフィルタ２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、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いることができる。ダイクロイックフィルタ２は、たとえば、透明基板１を高真空蒸着装置内に配置し、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。また、図１に示すようにダイクロイックフィルタ２を基板上の一部のみに形成する場合、ダイクロイックフィルタ２を形成しない領域にリフトオフレジストを設け、蒸着を行い、そしてリフトオフレジストを除去するリフトオフ法を用いることが望ましい。本発明におけるダイクロイックフィルタ２の光学特性は、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、好ましくは７５％以上の透過率を有し、かつ光源光の極大波長において５０％以上、好ましくは７５％以上の反射率を有することが好ましい。より好ましくは、該光学特性は、光源光の極大波長において７５％以上の反射率を有し、かつ当該光出力部（図１の構成の場合、第１の光出力部１１）の出力波長域全域にわたって８５％以上の透過率を有することが好ましい。

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。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放射する色素である。好ましくは、青色ないし青緑色の光を吸収して赤色領域の光を放射する色素の１種または複数種が用いられ、あるいは、それら色素と、青色ないし青緑色の光を吸収して緑色領域の光を放射する色素の１種または複数種と組み合わせて用いてもよい。

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フィルタに通して赤色領域の光を得ようとする場合、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。一方、緑色領域の光については、赤色領域の光と同様に、光源光を色変換色素による波長分布変換を行って得ることもできるし、あるいは光源光が充分な強度の緑色領域の光を含む場合には、光源光を単なる緑色フィルタに通すことによって得ることもできる。また、青色に関しては、光源光を青色フィルタに通すことによって得ることが便利である。

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、赤色領域の光を放射する赤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。

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、緑色領域の光を放射する緑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。

あるいはまた、前述の色変換色素を樹脂中に練り込んで顔料化してもよい。用いることができる樹脂は、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。

図１に示す構成のように色変換層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）を用いて色変換層４を形成してもよい。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ないし分散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。ここで、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４は、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）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、引き続いてフォトリソグラフ法などを用いたパターニングを行うことによって形成することができる。

あるいはまた、色変換色素およびマトリクス樹脂を含む溶液を調製し、該溶液をスクリーン印刷し、そして乾燥させることによって色変換層４を形成してもよい。この場合のようにフォトリソグラフ法などを用いたパターニングを必要としない場合、マトリクス樹脂としては、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、またはこれらの樹脂混合物を用いることができる。

第１および第２カラーフィルタ３（ａ，ｂ）は、光源光または色変換層４で波長分布変換された光の一部の波長域を透過させて所望の色の出力光を得るための層である。カラーフィルタ３は、たとえば、液晶表示装置などに用いられる市販の液晶用カラーフィルタ材料（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製カラーモザイクなど）を用いて形成することができる。

平坦化層５は、色変換フィルタ上に発光部の透明電極と反射電極間の短絡の原因となる色変換層４の凹凸を平滑化するために、任意選択的に設けることができる層である。光出力部を覆う平坦化層５は、光出力部の機能を損なうことなく形成することができ、かつ適度な弾力性を有する材料から形成することができる。平坦化層５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。好ましい材料は、表面硬度が鉛筆硬度２Ｈ以上であり、０．３ＭＰａ以上のヤング率を有し、光出力部上に平滑な塗膜を形成することができ、色変換層４の機能を低下させないポリマー材料である。より好ましくは、該材料は、可視域における透明性が高く（４００〜８００ｎｍの範囲で透過率５０％以上）、電気絶縁性を有するポリマー材料である。平坦化層５は、任意選択の層であるが、上記目的のために設けることが好ましい層である。

そのようなポリマー材料の例は、イミド変性シリコーン樹脂、無機金属化合物（ＴｉＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等）をアクリル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の中に分散した材料、アクリレートモノマー／オリゴマー／ポリマーの反応性ビニル基を有した樹脂、レジスト樹脂、フッ素系樹脂、または高い熱伝導率を有するメソゲン構造を有するエポキシ樹脂などの光硬化性樹脂および／または熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらポリマー材料を用いて平坦化層５を形成する方法には、特に制限はない。たとえば、乾式法（スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法など）、あるいは湿式法（スピンコート法、ロールコート法、キャスト法など）のような慣用の手法により形成することができる。

また、光源が酸素、水分またはアルカリなどに弱い場合、平坦化層５の上にパッシベーション層６をさらに設けて、酸素、水分およびアルカリに対するバリア性を付加することによって光源の信頼性を向上させることができる。そのようなパッシベーション層６を形成する場合、例えば、ＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ、ＡｌＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘまたはＺｎＯ_ｘのような無機酸化物または無機窒化物を使用することができる。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。

図１においては、１種類のダイクロイックフィルタを用いた例を示したが、本発明の色変換フィルタにおいては複数種のダイクロイックフィルタを用いてもよい。２種類のダイクロイックフィルタを用いた色変換フィルタの例を図２に示す。色変換フィルタ１１０は、光出力部が第１光出力部１４、第２光出力部１５および第３光出力部１６から構成され；第１光出力部１４が色変換層４と第１ダイクロイックフィルタ２ａとを有し；第２光出力部１５が色変換層４と第２ダイクロイックフィルタ２ｂとを有し；第３光出力部１６が色変換層４とカラーフィルタ３とを有し；および、第１〜第３光出力部の色変換層が同一の材料で形成されている。

上記の構成において、第１の光出力部１４を構成する第１ダイクロイックフィルタ２ａは、色変換層４で波長分布変換を受けた第１出力波長域の光を透過させ、光源光の波長域を含むその他の波長域の光を反射させるように形成される。そのような特性を有する第１ダイクロイックフィルタ２ａを設けることによって、第１出力波長域の光は第１ダイクロイックフィルタ２ａおよび透明基板１を通して外部へと出力される。一方、色変換層４中の色変換色素の濃度が低いまたは色変換層４が薄いなどの要因によって、光源光の一部が色変換層４を透過しても、透過した光源光は第１ダイクロイックフィルタ２ａで反射される。反射された光源光は、色変換層４に再び入射して、色変換色素を励起させて第１出力波長域の光へと波長分布変換される。第１ダイクロイックフィルタ２ａは、第１出力波長域の中心波長において５０％以上、好ましくは７５％以上の透過率を有し、かつ光源光の極大波長において５０％以上、好ましくは７５％以上の反射率を有する。

さらに、図２に示すように、色変換フィルタ１１０上に反射電極２３を含む有機ＥＬ素子２００が設けられる場合、第１ダイクロイックフィルタ２ａで反射された光源光の一部がさらに色変換層４を透過しても、その光は反射電極２３によって再び反射され、色変換層４へと入射する。反射電極による反射光もまた波長分布変換を受けて色変換層４の出力光として外部へと出力される。言い換えると、光源光に関しては、第１ダイクロイックフィルタ２ａと反射電極２３との反射による色変換層４への帰還経路が形成され、色変換層４における高効率の波長分布変換が可能となる。また、反射電極２３は、反射電極２３側に放射される色変換層４の出力光を反射させて透明基板１側から出力させる機能をも有し、波長分布変換の効率をさらに高めることに有効である。

第２光出力部１５においては、第２ダイクロイックフィルタ２ｂは、所定の第２出力波長域の光を透過させて、それ以外の波長域の光（特に第２出力波長域よりも短波長の光）を反射するように形成される。光源光が色変換層４および第２ダイクロイックフィルタ２ｂを通過して、第２出力波長域の光が出力される。ここで、第２光出力部においては、光源光に含まれる第２出力波長域の成分が色変換層４に一部吸収される可能性がある。光源部から透明基板１に至る１回の通過で吸収される光量が色の再現性などの表示品質に深刻な悪影響を与えないように、第２出力波長域の光に対する色変換層４の透過率を５０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましい。色変換層４がこのような範囲内の透過率を有することによって、第２の光出力部１５から充分な強度の出力光を得ることができる。第２ダイクロイックフィルタ２ｂは、当業者によって容易に理解できるように、積層する２種類の屈折率を有する材料の薄膜の屈折率、膜厚および／または積層数を変更することによって、第１ダイクロイックフィルタ２ａと異なる波長域の光を透過／反射させるように設定される。第２ダイクロイックフィルタ２ｂは、第２出力波長域の中心波長において５０％以上、好ましくは７５％以上の透過率を有し、かつその他の波長域の光に対して５０％以上、好ましくは７５％以上の反射率を有する。

第３光出力部１６においては、光源光がカラーフィルタ３を通過して、第３出力波長域の光（すなわちカラーフィルタ３を透過する波長域の光）が出力される。ここで、第３光出力部１６においては、光源光に含まれる第３出力波長域の成分が色変換層４に一部吸収される可能性がある。光源部から透明基板１に至る１回の通過で吸収される光量が色の再現性などの表示品質に深刻な悪影響を与えないように、第２出力波長域の光に対する色変換層４の透過率を５０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましい。色変換層４がこのような範囲内の透過率を有することによって、第３の光出力部１６から充分な強度の出力光を得ることができる。

ここで、第１出力波長域は第２出力波長域よりも長波長であり、かつ第２出力波長域は第３出力波長域よりも長波長であることが望ましい。より好ましくは、第１出力波長域は赤色領域であり、第２出力波長域は緑色領域であり、および第３出力波長域は青色領域である。

図２の色変換フィルタ１１０において、透明基板１，平坦化層５およびパッシベーション層６については、図１の色変換フィルタ１００と同様の構成、材料および形成方法を適用することができる。

図２の色変換フィルタ１１０における色変換層４ならびに第１および第２ダイクロイックフィルタ２（ａ、ｂ）についても、前述の要件を満たすことを条件として、第１の実施形態と同様の構成、材料および形成方法を適用することができる。

図２の色変換フィルタ１１０において、第１〜第３光出力部の色変換層４は同一の材料を用いて、単一の工程で形成することができ、デバイス構造の簡略化、その製造工数の削減および製造コストの低減に寄与する。なお、図２においては、第１〜第３光出力部のそれぞれに対応して独立した色変換層４が設けられる場合を例示しているが、パターニング工程を省略して色変換フィルタ全面にわたって色変換層４を設けてもよい。

以上、２種のダイクロイックフィルタを用いた場合に説明したように、複数種のダイクロイックフィルタを用いる場合には、複数種のダイクロイックフィルタのそれぞれの上に同一の材料から形成される色変換層が設けられる。ここで、１種類のダイクロイックフィルタは、色変換層が波長分布変換を行った光を透過させ、その他の波長域の光を反射させるように形成される。この１種類のダイクロイックフィルタは、複数種のダイクロイックフィルタの中で最も長波長の領域の光（好ましくは赤色領域の光）を出力することが望ましい。他のダイクロイックフィルタに対して、色変換層は、それらダイクロイックフィルタの透過波長域の光に対して５０％以上、好ましくは８０％以上の透過率を有するように設定される。このような設定を行うことによって、複数種のダイクロイックフィルタを有する光出力部のそれぞれから、それぞれの出力波長域の光を充分な強度で出力することが可能となる。

本発明の第２の実施形態の色変換発光デバイスは、第１の実施形態の色変換フィルタと、一対の電極に挟持された有機ＥＬ層２２を有する有機ＥＬ素子とを含むことを特徴とする。ここで、一対の電極の内、色変換フィルタ側の電極が透明電極２１であり、他方の電極が反射電極２３である。

透明電極２１は、有機ＥＬ層２２に対して効率よく電子または正孔を注入することとともに、有機ＥＬ層２２の発光波長域において透明であることが求められる。透明電極２１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。透明電極２１は、透明導電性材料である、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ_２などの導電性無機化合物を用いて形成することができる。透明電極２１は、スパッタ法などを用いて形成することができる。

透明電極２１を陰極として用いる場合、有機ＥＬ層２２と接触する部位にバッファ層を設けて電子注入効率を向上させることが好ましい。バッファ層としては、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）を用いることができる。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。

さらに、透明電極２１に用いられるＩＴＯまたはＩＺＯの抵抗率は１０^−４Ωｃｍ程度であり、金属と比較して一桁以上高い。透明電極２１の抵抗率の低減が必要である場合には、透明電極２１に接続される低抵抗の補助電極を配設して、素子の配線抵抗を低減してもよい。補助電極の材料としては、透明導電膜に比して低抵抗であり、所望の形状にパターン形成できる材料であればよく、金属全般を適用することができる。

反射電極２３は、好ましくは可視光に対して８０％以上の光反射率を有し、高反射率の金属（Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなど）、アモルファス合金（ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰ、ＣｒＢなど）または微結晶性合金（ＮｉＡｌなど）を用いて形成することができる。

反射電極２３を陽極として用いる場合、有機ＥＬ層２２と接触する側に、仕事関数が大きなＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性金属酸化物の層を有する積層構造として、正孔注入効率を向上させてもよい。

一方、反射電極２３を陰極として用いる場合、前述の高反射率金属、アモルファス合金または微結晶性合金に対して、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を添加して合金化し、電子注入効率を向上させることができる。あるいはまた、前述のようなバッファ層を有機ＥＬ層２２との界面に形成してもよい。

有機ＥＬ層２２は、青色から青緑色領域の光を発する。本発明においては、有機ＥＬ層２２は、少なくとも発光層を含み、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）発光層
（２）正孔注入層／発光層
（３）発光層／電子注入層
（４）正孔注入層／発光層／電子注入層
（５）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層
（６）正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層
（上記において、陽極は発光層または正孔注入層に接続され、陰極は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。

本発明において、透明電極２１および反射電極２３をそれぞれストライプ形状を有する複数の部分電極で構成し、透明電極２１のストライプが延びる方向と反射電極２３のストライプが延びる方向とを交差する方向（好ましくは、直交する方向）とすることによって、パッシブマトリクス駆動型有機ＥＬ素子を形成してもよい。あるいはまた、透明電極２１または反射電極２３の一方を、ＴＦＴ等のスイッチング素子と１対１に接続される複数の部分電極で構成し、他方を一体として形成される共通電極で構成することによってアクティブマトリクス型有機ＥＬ素子を形成してもよい。

本発明の色変換発光デバイスにおいて、図１および図２に示されるように色変換フィルタ上に有機ＥＬ素子を形成する場合、周囲環境に存在する水分および酸素などからデバイスを保護する目的で、ガラスなどの封止基板を用いてデバイスを封止してもよい。封止基板の貼り合わせは、ＵＶ硬化型、熱硬化型などの各種接着剤を用いて行うことが可能である。あるいはまた、デバイスの有機ＥＬ素子側を封止樹脂で被覆することによって封止を行うことも可能である。

あるいはまた、有機ＥＬ素子を色変換フィルタとは別基板上に形成し、そして有機ＥＬ素子と色変換フィルタとを貼り合わせることによって色変換発光デバイスを形成してもよい。貼り合わせには、ＵＶ硬化型、熱硬化型などの各種接着剤を用いることができ、該接着剤中に貼り合わせ間隔を規定するためのスペーサを混合してもよい。

（実施例１）
本実施例は、図１に示した構造を有する色変換発光デバイスの作製を例示する。

最初に、フォトレジストを用いたリフトオフ法によって、透明基板１としてのコーニングガラス（５０×５０×１．１ｍｍ）上に、膜厚８００ｎｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状のダイクロイックフィルタ２を形成した。ダイクロイックフィルタ２は、９層のＳｉＯ_２層および８層のＴｉＯ_２層を真空中で交互に積層することによって作製した。このダイクロイックフィルタ２は、その法線方向から光が入射する場合に、４９０ｎｍ以下の波長成分を７５％以上反射し、５５０ｎｍの波長成分を５０％反射し、５８０ｎｍ以上の波長成分を７５％以上透過するように調整された。

次に、市販のカラーフィルタ材料（緑色：ＣＧ−７００１、青色：ＣＢ−７００１、ともに富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製）を用いて、フォトリソグラフ法によって緑色カラーフィルタ３ａおよび青色カラーフィルタ３ｂを形成した。緑色カラーフィルタ３ａおよび青色カラーフィルタ３ｂは、それぞれ膜厚８００ｎｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状を有した。ダイクロイックフィルタ２および２つのカラーフィルタ３のストライプは、間隙０．１ｍｍで等間隔になるように配列されている。

次に、クマリン６（０．６質量部）、ローダミン６Ｇ（０．１質量部）、ベーシックバイオレット１１（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。この塗布液をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフ法によるパターニングを施し、加熱乾燥して、ダイクロイックフィルタ２および緑色カラーフィルタ３ａ上に、膜厚５μｍの色変換層４を形成した。

色変換層４を形成した基板上に、ＵＶ硬化型樹脂（エポキシ変性アクリレート）をスピンコート法にて塗布し、高圧水銀灯を照射して、ダイクロイックフィルタ２上において４μｍの膜厚を有する平坦化層５を形成した。このとき、ダイクロイックフィルタ２、カラーフィルタ３（ａ，ｂ）および色変換層４のパターンに変形はなく、また平坦化層５の上面は平坦であった。

次に、平坦化層５上に、スパッタ法によって膜厚３００ｎｍのＳｉＮｘ膜を積層して、パッシベーション層６を形成した。ＪＩＳ５４００記載の碁盤目試験にて、平坦化層５とパッシベーション層６との密着性を評価したところ、良好な密着性（＞８点）を示した。

次に、表面平滑層５の上に、マスクを用いたスパッタ法にてＩＴＯを積層して、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．１１ｍｍ、膜厚２００ｎｍのストライプ形状を有する透明電極２１を形成した。

透明電極２１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２２を形成した。有機ＥＬ層２２は、正孔注入層／正孔輸送層／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、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２２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、ストライプ形状の反射電極２３を形成した。反射電極２３のストライプ形状は、透明電極２１のものと直交する方向に延び、幅０．３ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍを有する。

最後に、グローブボックス内の乾燥窒素雰囲気（酸素および水分ともに１０ｐｐｍ以下）中において、封止ガラス（不図示）およびＵＶ硬化型接着剤を用いて、有機ＥＬ素子を形成した側を封止して、色変換発光デバイスを得た。

（実施例２）
本実施例は、図２に示した構造を有する色変換発光デバイスの作製を例示する。

最初に、フォトレジストを用いたリフトオフ法によって、透明基板１としてのコーニングガラス（５０×５０×１．１ｍｍ）上に、膜厚８００ｎｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状の第１ダイクロイックフィルタ２ａを形成した。ダイクロイックフィルタ２は、９層のＳｉＯ_２層および８層のＴｉＯ_２層を真空中で交互に積層することによって作製した。第１ダイクロイックフィルタ２ａは、その法線方向から光が入射する場合に、４９０ｎｍ以下の波長成分を７５％以上反射し、５５０ｎｍの波長成分を５０％反射し、５８０ｎｍ以上の波長成分を７５％以上透過するように調整された。

次に、フォトレジストを用いたリフトオフ法によって、膜厚８００ｎｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状の第２ダイクロイックフィルタ２ｂを形成した。ダイクロイックフィルタ２は、９層のＳｉＯ_２層および８層のＴｉＯ_２層を真空中で交互に積層することによって作製した。第２ダイクロイックフィルタ２ｂは、その法線方向から光が入射する場合に、４７０ｎｍ以下の波長成分を７５％以上反射し、４９０ｎｍの波長成分を５０％反射し、５３０〜５８０ｎｍの波長成分を７５％以上透過するように調整された。

次に、市販のカラーフィルタ材料（ＣＢ−７００１、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製）を用いて、フォトリソグラフ法によって青色カラーフィルタ３を形成した。青色カラーフィルタ３ｂは、膜厚８００ｎｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状を有した。２つのダイクロイックフィルタ２（ａ，ｂ）およびカラーフィルタ３のストライプは、間隙０．１ｍｍで等間隔になるように配列されている。

次に、クマリン６（０．２質量部）、ローダミン６Ｇ（０．１質量部）、ベーシックバイオレット１１（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。この塗布液をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフ法によるパターニングを施し、加熱乾燥して、２つのダイクロイックフィルタ２（ａ，ｂ）および青色カラーフィルタ３上に、膜厚５μｍの色変換層４を形成した。

以下、実施例１と同様に平坦化層５以後の層を形成し、封止を行って色変換発光デバイスを得た。

（比較例１）
ダイクロイックフィルタ２に代えて、市販のカラーフィルタ材料（ＣＲ−７００１、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製）を用いたフォトリソグラフ法により赤色カラーフィルタを形成したことを除いて、実施例１を繰り返して色変換発光デバイスを得た。なお赤色カラーフィルタは、膜厚１μｍ、幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍのストライプ形状を有した。

（評価）
各実施例および比較例において、同一の駆動条件を適用した際に得られる発光色および輝度を測定した結果を第１表に示す。なお、第１表において、発光色は比較例のデバイスを基準とした色度差で示され、輝度は比較例のデバイスの輝度を１とした相対値で示されている。

第１表から明らかなように、本発明の実施例１および実施例２の色変換発光デバイスにおいては、比較例１のデバイスと同等の青色および緑色の発光色および輝度を維持しつつ、赤色の輝度を大幅に向上させることができた。これは、ダイクロイックフィルタ２および反射電極２３によって光源光を多重反射させることによって、色変換層４における光源光から赤色光への変換効率を向上できたためと考えられる。

本発明の第１の実施形態の色変換フィルタと有機ＥＬ素子とを用いた色変換発光デバイスを示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態の色変換フィルタと有機ＥＬ素子とを用いた色変換発光デバイスを示す概略断面図である。

符号の説明

１ 透明基板
２（ａ，ｂ） ダイクロイックフィルタ
３（ａ，ｂ） カラーフィルタ
４ 色変換層
５ 平坦化層
６ パッシベーション層
１１〜１６ 光出力部
２１ 透明電極
２２ 有機ＥＬ層
２３ 反射電極
１００、１１０ 色変換フィルタ
２００ 有機ＥＬ素子

Claims (3)

1. 透明基板と、該透明基板上に互いに独立して配設される少なくとも３種の異なる出力波長分布を有する光出力部とを含み、前記光出力部は入射光の一部を透過させるカラーフィルタ層、および入射光を吸収して異なる波長分布の光を出力する色変換層の少なくとも一方を含む色変換フィルタであって、
   第１および第２の光出力部は、それぞれ第１の出力波長域および第２の出力波長域の光を出力し、
   第１の光出力部は、色変換層と、透明基板と色変換層との間に第１の出力波長域の光を透過し、その他の波長域の光を反射させる第１のダイクロイックフィルタを有し、
   第２の光出力部は、色変換層を含み、
   第１の光出力部の色変換層と、第２の光出力部の色変換層とは、同一の材料で構成されており、
   第１の光出力部の色変換層および第２の光出力部の色変換層は、入射光を吸収して第１の出力波長域の光を放射する色素および入射光を吸収して第２の出力波長域の光を放射する色素を含む
   ことを特徴とする色変換フィルタ。
2. 第１〜第３の３種の光出力部を含み、
   第２の光出力部は、色変換層と、透明基板と色変換層との間に第２のダイクロイックフィルタとを有し、該第２のダイクロイックフィルタは第２の出力波長域の光を透過し、その他の波長域の光を反射し、
   第３の光出力部は、色変換層とカラーフィルタとを有し、および、
   第１から第３の光出力部の色変換層が同一の材料で形成されており、
   第１から第３の光出力部の色変換層は、入射光を吸収して第１の出力波長域の光を放射する色素および入射光を吸収して第２の出力波長域の光を放射する色素を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の色変換フィルタ。
3. 請求項１または２に記載の色変換フィルタと、一対の電極に挟持された有機ＥＬ層を含む有機ＥＬ素子とを含むことを特徴とする色変換発光デバイス。

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