有機エレクトロルミネッセンス素子および表示装置
【課題】既存の液晶ディスプレイ用カラーフィルタをそのまま用いることが可能な高光取り出し効率の有機エレクトロルミネッセンス素子および表示装置を提供すること。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備える。基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層がこの順で設けられ、有機発光層が放出する光のうち、カラーフィルタによって取り出される光の波長における第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ第２下地層および第３下地層には、カラーフィルタによって取り出される光の波長において各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。表示素子は、かかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備える。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備える。基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層がこの順で設けられ、有機発光層が放出する光のうち、カラーフィルタによって取り出される光の波長における第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ第２下地層および第３下地層には、カラーフィルタによって取り出される光の波長において各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。表示素子は、かかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は陰極と陽極に挟持された有機発光層に電子と正孔を注入することにより有機発光層から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子のうち、有機発光層から放たれた光の色目をカラーフィルタを用いて変化させる機能を有するドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子およびかかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子は陽極と陰極との間に有機発光層が挟持された構造をもつ発光素子で、電圧の印加により陽極から正孔、陰極から電子が注入され、この正孔と電子の対が有機発光層表面あるいは内部で再結合することによって発生したエネルギーを光として取り出す素子である。発光層に有機物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は古くから研究されていたが発光効率の問題で実用化が進展しなかった。これに対し、１９８７年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより有機層を発光層と正孔輸送層の２層に分けた積層構造の有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され、低電圧で高効率の発光が確認され（非特許文献１等参照）、それ以降、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。かかる積層構造をとることにより、発光層に注入された電子や正孔が対向電極に流れてしまうことを防ぐことができ、発光層内での再結合の効率が向上する。また、電子や正孔を発光層に注入する効率を高めることができる。そのため、現在では有機エレクトロルミネッセンス素子は積層構造をとるものが一般的で、その構造は発光層と正孔注入層の２層構造、電子注入層と発光層、正孔注入層の３層構造、電子注入層と発光層、正孔輸送層、正孔注入層の４層構造等といった構造の素子が提案されている。
【０００３】
しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層での再結合の際に、蛍光を放つために必要な一重項の生成確率は統計的に２５％であることが知られている。そのため、理論的には注入した電子と正孔のうちの１／４しか光として取り出すことができないことになる。これに対し、励起三重項からの燐光を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され（非特許文献２等参照）、近年では室温で燐光を示す材料の研究が盛んに行われている。
【０００４】
それでも、有機層に用いられる材料の屈折率は比較的高く、有機発光層内部で三次元的に等方に光が放たれるため基板面に対して臨界角以上の角度で発生した光は全反射を起こし、臨界角以下の光も界面で一部は反射をするために外部には取り出すことができない。このため発光層の屈折率を１．６とすると発生した光の約２０％程度しか外部に取り出すことができず、発光層の屈折率が高いとさらにこの数値は低下してしまう。
【０００５】
この光取り出し効率を向上させる手法として様々な提案がなされている。その中で比較的容易な手法で光取り出し効率を向上させる手法として基板部分で光の進行方向を変える手法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２には基板の外部に散乱性の層を設けたものが提案されている。また特許文献３では基板自体に散乱性を持たせてある。更に特許文献４では基板表面にレンズ構造を持たせてある。しかしながら、これらの構造は基板まで到達した光に対して有効な手段であり、発光層から基板に入射する光の取り出し効率には影響しない。さらに有機エレクトロルミネッセンス素子を面光源として用いる場合には有効であるが、カラーフィルタを必要とするよう等ットマトリクスの素子では視差を考慮すると有効な手段とはいえない。
【０００６】
また特許文献５は基板と光取り出し面との間に屈折率が発光層と同等以上でかつ、散乱性を有する層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提案しているが、この場合、基板までの光取り出し効率は向上するが、基板と外界での臨界角の問題が存在するために、基板まで到達しつつも、外界への臨界角以上の光については光取り出し効率を向上させることができない。この場合に基板内部あるいは外部表面で散乱や回折等の構造をとれば光取り出し効率は向上可能であるが、この場合も前述のようにドットマトリクスディスプレイのように基板上に発光色の異なる画素をもつ素子では有効な手段ではなくなる。
【０００７】
一方、ドットマトリクスの有機エレクトロルミネッセンス素子でフルカラーの表示装置を作る場合、１画素をさらに複数のサブピクセルに分割し、サブピクセルごとに異なる発光色を持たせ、サブピクセルごとに光の強度を変化させ、光の加法混色によって画素の色調を作り出している。この場合、サブピクセルごとに異なる色の発光を行わせるためにはサブピクセルごとに素子の構造を変える必要がある。一般的に広く行われている方法は、発光する有機発光層の材料の種類をサブピクセルごとに変え、サブピクセルの形状に応じて、異なる有機発光層を基板上にパターニングする方法である。有機発光層が低分子材料で、真空蒸着法によって有機発光層の薄膜を形成する場合、サブピクセルの形状に応じた孔を開けたメタルマスクを基板上において蒸着することによって発光層のパターニングを得ている。また、有機発光層が高分子材料で、材料を溶媒に溶解させ、塗布法で有機発光層の薄膜を形成している場合はサブピクセルの形に応じたバンクを予め形成した上でインクジェットによってパターンを形成したり、スクリーン印刷やグラビア印刷等でパターンを形成する方法が行われている。
【０００８】
しかしながら、メタルマスクを用いた真空蒸着法の場合、基板が大型化した場合、マスク自体の自重や有機発光層の蒸着源からの輻射熱でメタルマスクに歪みを生じてしまい、パターンがずれてしまう問題が発生する。また、高分子材料でインクジェット法を用いた場合でも、基板が大型化すると描画時間が長くなり、生産効率が悪化してしまうという問題が発生する。一方、スクリーン印刷やグラビア印刷法の場合でも、版の精度の点から、基板が大型化したり、画素の高精細化している場合はパターンのズレが問題になる。また、有機発光層の材料自体に反応性を持たせたり、有機発光層を形成した上にフォトレジストの層を形成してフォトリソグラフィの方法でパターニングする方法も提案されているが、露光や現像、エッチングの工程で有機発光層にダメージが発生し、素子の性能が大きく低下してしまう問題がある。
【０００９】
これに対して、基板の面内全てで有機発光層をベタ面で形成し、基板上のカラーフィルタによってサブピクセルの色を作りだす方法であれば、基板の大型化や高精細化等によるパターンずれの問題ははるかに少なくなる。この方法の場合、光源となる有機発光層の光をカラーフィルタでカットしてしまうために光の利用効率が低下してしまう問題が考えられる。しかしながら、有機発光層をサブピクセル毎にパターニングして作製したドットマトリクスの素子の場合、画素が非点灯時には背面の電極に外光が反射して金属光沢が見えてしまうため、黒色の表現のために、素子外部に円偏光板を配置している。このため、素子で発生し、外部に取り出された光の半分は円偏光板でカットされてしまう。一方、基板がカラーフィルタを有している場合、外光が素子の背面電極で反射し、外部に戻ってくる前にカラーフィルタ層を２回通過している。このため、外光はカラーフィルタでほとんど吸収されてしまい、非点灯時の画素の色は実質的に黒色に見えるために円偏光板を必要としない。このため、カラーフィルタでの吸収と円偏光板での吸収を考慮すると、両素子構造で光の利用効率はそれほど差がないものと考えることができる。
【００１０】
このような問題に鑑みて本発明者は特許文献６において、カラーフィルタの樹脂を高屈折率化し、散乱機能を付加することでカラーフィルタを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させることが可能であることを示した。しかしながら、この方法は素子からの光取り出し効率を向上には有効であるが、一方で、これまで液晶ディスプレイ用途等で開発されてきたカラーフィルタに用いている樹脂を使用することができなくなる。そのため、液晶ディスプレイ用途で開発したカラーフィルタ用レジストとは別に新たな樹脂をベースにカラーフィルタを開発する必要が生じる。
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１巻、９１３頁、１９８７年
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１項、１９９８年
【特許文献１】特開２００３−１０９７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−７５６５７号公報
【特許文献３】特開２００１−３５６２０７号公報
【特許文献４】特開平８−８３６８８号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６４２９号公報
【特許文献６】特願２００６−９０９８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は既存の液晶ディスプレイ用カラーフィルタをそのまま用いることが可能な高光取り出し効率の、ドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子およびかかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは前記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記（１）〜（１６）に示される有機エレクトロルミネッセンス素子および下記（１７）に示される表示装置を提供する。
【００１３】
（１）
基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層をこの順で備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層および第３下地層には、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されてい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。
【００１４】
（２）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が基板の屈折率よりも小さく、かつ１．４以下であることを特徴とする上記（１）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１５】
（３）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が、１．３以下であることを特徴とする上記（２）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１６】
（４）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１７】
（５）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（４）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１８】
（６）
前記第３下地層上に平滑化層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１９】
（７）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（６）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２０】
（８）
前記平滑化層上にガスバリア層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２１】
（９）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（８）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
（１０）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．１以下であることを特徴とする上記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２３】
（１１）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする上記（１０）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２４】
（１２）
前記微粒子が、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物からなることを特徴とする上記（１）ないし（１１）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２５】
（１３）
前記金属化合物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物であることを特徴とする上記（１２）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２６】
（１４）
前記第１下地層が、ポーラスシリカを含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２７】
（１５）
前記第１下地層が、フッ素を有する樹脂を含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２８】
（１６）
前記第１下地層が、フッ化物塩を含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２９】
（１７）
上記（１）ないし（１６）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層の順に形成し、第２下地層および第３下地層には散乱性を持たせ、各層の屈折率を上記の通り最適化することで光取り出し効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、およびそれを用いた表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の幾つかの形態を説明する。全図にわたって同一または同様の構成要素は、同一参照符号で示す。
【００３２】
図１は、本発明の第１の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子１００を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子１００は、基板１０１上に、基板側から第１下地層１０２、第２下地層１０３、カラーフィルタ層１０４、第３下地層１０５をこの順で備え、さらにその上に２つの電極１０６、１０８に挟持された有機発光層１０７が配置されている。有機発光層１０７が放出する光のうち、カラーフィルタ層１０４が透過させる光の波長における第１下地層１０２、第２下地層１０３、カラーフィルタ層１０４、第３下地層１０５の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎｃ、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層１０３および第３下地層１０５には、カラーフィルタ１０４によって取り出される光の波長において各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。なお、有機発光層１０６が放出する光のうち、カラーフィルタ層１０４が透過させる光の波長は、ピーク波長として、ピーク波長として、通常、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内にある。
【００３３】
有機発光層１０７で発生した光は基板側の電極１０６（通常は透明電極）を通過するが、この場合通常は透明である電極１０６の屈折率は有機発光層の屈折率よりも高いために臨界角は存在しない。さらに光が電極１０６を通過し、第３下地層１０５に入射する場合では、電極１０６と第３下地層１０５との界面に到達した光はスネルの法則に従って屈折を起こし、臨界角以上の角度で界面に到達した光は全反射を起こすため、第３下地層１０５に進入できない。また通常、電極１０６は光透過性が必要なため、電極にはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）膜、あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）膜等が用いられ、その屈折率は１．８〜２．０程度である。そのため、臨界角を大きくして全反射する光を小さくするためには第３下地層１０５の屈折率ｎ３は大きいほうがよく、好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上である。なお、第３下地層１０５の屈折率ｎ３は、通常、２．５以下である。
【００３４】
更に、第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に光が入射するが、第３下地層１０５は、カラーフィルタ層１０４によって取り出される光の波長において、第３下地層１０５の屈折率ｎ３と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、入射した光が第３下地層１０５に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方、カラーフィルタに用いる樹脂は液晶用の場合、アクリル系樹脂を用いることが多いため、カラーフィルタ層の屈折率ｎｃは１．４５〜１．６程度である。そのため第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第３下地層１０５で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に入射し、第３下地層１０５とカラーフィルタ層１０４との界面で全反射を起こして第３下地層１０５に戻った光は第３下地層１０５内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度カラーフィルタ層１０４に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図３に矢印で示すようにカラーフィルタ層１０４に進入することが可能になる。
【００３５】
更に、カラーフィルタ層１０４を通過した光が第２下地層１０３に入射する場合、界面で反射が発生するが、カラーフィルタ層１０４の屈折率ｎｃと第２下地層１０３の屈折率ｎ２の差を好ましくは０．１以下、さらに好ましくは０．０５以下に設定することによって、界面での反射を防止することが可能になる。
【００３６】
第２下地層１０３を通過した光は、更に、第１下地層１０２へ入射するが、第２下地層１０３はカラーフィルタ層１０４によって取り出される光の波長において、第２下地層１０３の屈折率ｎ２と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、光は第２下地層１０３に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方第１下地層１０２の屈折率ｎ１を好ましくは１．４以下、さらに好ましくは１．３以下に設定すると、第２下地層１０３から第１下地層１０２に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第２下地層１０３で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第２下地層１０３から第１下地層１０２に入射し、第２下地層１０３と第１下地層１０２との界面で全反射を起こして第２下地層１０３に戻った光は第２下地層１０３内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度第１下地層１０２に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図４に矢印で示すように第１下地層１０２に進入することが可能になる。
【００３７】
更に第１下地層１０２を通過した光が基板を経て、最後に屈折率１．０の空気層（外界）に出射する際の臨界角θｃはｓｉｎθｃ＝１／ｎ（ｎは基板の屈折率）と表されるが、第１下地層１０２から基板に入射する際に、その入射角をθ’とすると基板に進入した光の角度θはスネルの法則ｓｉｎθ＝ｓｉｎθ’・（ｎ１／ｎ）に従って屈折を起こすために、第１下地層１０２から見た空気層に対する臨界角θ’ｃはｓｉｎθ’ｃ＝１／ｎ１と表され、基板の屈折率ｎに関係なく、ｎ１で臨界角が決まり、第１下地層１０２の屈折率ｎ１を、好ましくは１．４以下とすることで外界への臨界角を約４６°以上と大きくすることが可能になり、また、さらに好ましくは１．３以下とすることで外界への臨界角を約５０°以上と大きくすることが可能になる。
【００３８】
図４は、本発明の第２の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子４００を示す概略断面図である。図４に示す有機エレクトロルミネッセンス素子４００は、第３下地層１０５と電極１０６との間に平滑化層４０１を設けた以外は、図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子１００と同様の構造を有する。
【００３９】
本発明において、カラーフィルタ層１０４は顔料微粒子を含有しており、また、第２下地層１０３および第３下地層１０５には下地層の屈折率と異なる屈折率を持つ微粒子を含有している。そのため、第３下地層１０５の表面には凹凸がある。この上に２つの電極１０６と１０８に挟持された有機発光層１０７を形成する場合、その下の層の凹凸によって有機発光層１０７にムラが生じ、局所的に２つの電極１０６と１０８がショートする箇所が発生してしまう可能性がある。また、カラーフィルタ層１０４はサブピクセルの形状に応じてパターニングされており、その膜厚も１〜数μｍ程度あるために、パターンの端部でかなりの段差が生じており、この段差の上に形成した電極が断線してしまう可能性もある。そこで平滑化層４０１を第３下地層１０５と電極１０６との間に形成することによって下地層の凹凸やカラーフィルタ層１０４パターン端部の段差をなくすことが可能となる。しかし、平滑化層４０１と有機発光層１０７の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題と反射の問題を生じさせる。そこで、平滑化層３０６の屈折率を好ましくは１．７以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に有機発光層の屈折率が高い場合は、平滑化層４０１の屈折率をさらに好ましくは１．８以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができる。
【００４０】
図５は、本発明の第３の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子５００を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子５００は、平滑化層４０１の上にガスバリア層５０１をさらに設けた以外は図４に示す有機エレクトロルミネッセンス素子４００と同様の構造を有する。
【００４１】
カラーフィルタ層１０４のバインダー樹脂としては通常アクリル系の樹脂が広く使われているが、これらの樹脂はアルカリ現像を行えるように親水性の官能基を有している場合が多い。そのため、カラーフィルタ層１０４形成の工程で樹脂内部に水の分子を吸着し、この吸着水が有機発光層や電極に作用してダークスポット等の素子劣化の要因になることがある。このため、カラーフィルタ層１０４あるいは平滑化層４０１と電極１０６との間にガスバリア層５０１を形成することが好ましい。しかし、ガスバリア層５０１と有機発光層１０７の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題と反射の問題を生じさせる。そこで、ガスバリア層４０７の屈折率を好ましくは１．７以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に、有機発光層１０７の屈折率が高い場合は、ガスバリア層５０１の屈折率をさらに好ましくは１．８以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができる。
【００４２】
本発明の表示装置は、本発明の光取り出し効率が向上した有機エレクトロルミネッセンス素子を用いており、表示装置の消費電力を低減することができ、また、有機エレクトロルミネッセンス素子に流す電流を低減することができるため、素子の長寿命化を可能にする。
【００４３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンスに用いられる基板は可視光において透光性があるものを用いる。透光性としては基板の透過率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上あることが更に好ましい。また、屈折率は下地層の屈折率よりも高い屈折率を持っていれば特に制限はないが、屈折率が１．８を超えるような高屈折率の基板の場合、基板表面での外光の反射率が高くなり、外光の映りこみが顕著になるため好ましくない。また、第１下地層の屈折率は基板の屈折率よりも小さいため第１下地層の空気層に対する臨界角θ’ｃは基板の空気層に対する臨界角θｃよりも大きくなる。このため、第１下地層が無いときに比べて、基板と外界の界面で全反射した光が下地層まで戻って下地層とカラーフィルタ層との界面で散乱し、臨界角以下に角度を変えて再度基板に進入して外界まで光が到達する光が減少する。このため、図６のような厚い基板１０１を介した多重反射と散乱による画素のボケの発生を抑制することが可能である。なお、図６は、本発明において第１下地層１０２が無い場合、基板１０１と空気界面で全反射を起こした光が再び第２下地層１０３に戻って散乱し、進行方向を変えて光源から離れた位置で外部に取り出されてしまう場合を示した図である。
【００４４】
このような用途に好適に用いられる基板としては、ＢＫ７、ＢａＫ１、Ｆ２等の光学ガラス、石英ガラス、液晶ディスプレイに用いられる無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等のガラス基板、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等といった樹脂基板を挙げることができる。また、基板の厚さは、通常０．１ｍｍ〜１０ｍｍであるが、機械的強度や、基板の重量を考慮すると、好ましくは０．３〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【００４５】
第１下地層には、屈折率が好ましくは１．４以下、更に好ましくは１．３以下の材料を用いる。第１下地層の屈折率は低いほうが好ましいが、低すぎると層の機械的強度が低下してしまうので好ましくない。第１下地層の屈折率は、通常、１．０以上である。
【００４６】
第１下地層は、ポーラスシリカ、フッ素を有する樹脂（フッ素樹脂）またはフッ化物塩で形成することができるが、特にポーラスシリカが好ましく用いられる。
【００４７】
第１下地層にポーラスシリカを用いる場合は、１９９２年に米国Ｍｏｂｉｌｅ社が発表したＭＣＭ−４１のようなメソポーラスシリカの調製方法等の方法を用いることができる。（Ｃ．Ｔ．Ｋｒｅｓｇｅ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ、３５９巻、７１０頁、１９９２年等）この方法では鋳型として自己組織能をもつ界面活性剤や液晶とシリカ源となるケイ酸塩の溶液を調製し、ｐＨを調整することでミセルやラメラといった組織構造を作り出し、この組織の隙間にケイ酸塩が網目状に分散している溶液を基板に塗布する。塗布の手段はスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の既知の手法を用いることができる。これらの塗布法により基板上に前記のシリカ前駆体溶液を塗布したのち、基板を乾燥させてから常圧あるいは減圧下で２００℃〜５５０℃の温度で焼成し、鋳型になっているミセルあるいはラメラを形成する有機物を除去することでポーラスシリカの薄膜が得られる。
【００４８】
また、第１下地層に用いるフッ素樹脂としては、パーフルオロアルキル基を有する重合性モノマー、例えば（メタ）アクリル酸含フッ素アルキルエステル、含フッ素アルキルスチレン、パーフルオロ基を側鎖にもつ（メタ）アクリル酸、パーフルオロ基を側鎖に持つフマル酸／マレイン酸、あるいはパーフルオロ基とグリシジル基をもつ含フッ素エポキシモノマー、あるいはこれらのモノマーを重合したポリマー等が挙げられるが、これに限定されるものではない、またこれらのモノマーやポリマーに必要に応じて塗布性を向上させるための添加物を加えたり、重合開始剤を加えてもよく、前述のモノマーは必要に応じて複数を混合して使用してもよい。これらのモノマー、ポリマーを適切な溶剤に溶解させて組成物を調製した後にこの組成物を基板上に塗布する。塗布の手段はスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の既知の手法を用いることができる。塗布膜は乾燥を行った後に必要に応じて熱や光、電子線等の手段で重合を行うこともできる。また、下地層の透光性は可視光全域にわたって透過率９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９７％以上であることが更に好ましい。なお、本発明における（メタ）アクリルとはメタクリル、アクリルのいずれをも意味する。
【００４９】
また、第１下地層にフッ化物塩を用いる場合は、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化アルミニウムナトリウム（クリオライト）等を用いることができる。これらの塩を基板上に薄膜化する手段としては抵抗加熱あるいは電子線加熱による蒸着やスパッタリングを用いることができる。
【００５０】
カラーフィルタ層は光源の光から所望の波長の光だけを透過し、不要な光をカットする層である。また、フルカラー有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、あるいはマルチカラー有機エレクトロルミネッセンスディスプレイにおいてはディスプレイの画素の形状に応じて層をパターニングする必要がある。現在、ディスプレイ用のカラーフィルタとして液晶ディスプレイ用カラーフィルタが広く用いられている。従来、これらの液晶用カラーフィルタの製造方法として挙げられる方法には顔料分散法、染色法、電着法、印刷法、インクジェット法等が挙げられる。本発明におけるカラーフィルタ層も、これらの手法を用いて作製することができるが、特に顔料分散法、印刷法、インクジェット法を用いることが好ましい。
【００５１】
顔料分散法は、着色顔料とバインダー樹脂と架橋剤と光重合開始剤とを含有してなる感光性着色組成物を基板上に塗布し、フォトリソグラフィによってパターニングする方法である。前記感光性着色組成物を基板上にスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の手段で塗布することができる。このうち、従来は主にスピンコート法によって基板上に感光性着色組成物を塗布する方法が主流であったが、最近では、基板の大型化や省液のためにスリットコートでおおまかに基板上に感光性着色組成物を塗布したのち、基板をスピンさせて所望の膜厚を得る方法（スリットスピン法）やスリットコートのみで基板に塗布を行う方法が主流になっている。感光性着色組成物を塗布した基板に、所望のパターンに応じたフォトマスクを基板にあて、露光を行う。感光性着色組成物は通常露光部が硬化するネガ型で、露光光は超高圧水銀灯を光源とする、主にｉ線（波長３６５ｎｍ）からなる紫外光を通常用いる。現像は有機溶媒による現像やアルカリ現像を行うことができるが、環境負荷の小さいアルカリ現像が主流である。現像を行ったパターンはベークにより未反応の重合開始剤や樹脂中の溶媒を分解、蒸発させて除去し、パターンの完全硬化を行う。この手法を必要な回数繰り返して行ってカラーフィルタとする。白色光源をＲＧＢの３色に分解するカラーフィルタは３種の感光性着色組成物を用いて３回この操作を行うことでカラーフィルタを調製する。
【００５２】
印刷法は着色顔料とバインダー樹脂と溶剤を混合してなるインクを基板上に印刷する方法である。印刷の方法としてはグラビア印刷、スクリーン印刷、凸版印刷、平版印刷、反転印刷等既知の手法を用いることができる。インクジェット法はインクジェットノズルの吐出部に印刷法は着色顔料とバインダー樹脂と溶剤を混合してなるインクを供給し、ピエゾ素子の振動や熱エネルギーによってインクの粒をノズルより吐出し、パターン形状に応じて基板上に着滴させることでカラーフィルタを形成する方法である。インクジェット法の場合、特開昭５９−７５２０５記載ようにノズルから吐出されたインクの着滴位置の精度に限界があるため、予め基板上の画素の縁になる部分に、フォトリソグラフィ等を用いて、バンクと呼ばれる、撥液性のある材料で形成されたパターンを準備しておき、ノズルから吐出されたインクが着滴する目標の画素から外れた場合に、画素から外れて着滴した部分のバンクでインクがはじいて画素部分にインクを移動させることでパターン形状を正確に形成させている。
【００５３】
また、液晶ディスプレイの場合、配線部分からバックライトの光が漏れて画像のコントラストが低下することを防止するために、画素間の隙間の部分にブラックマトリクスと呼ばれる遮光膜を形成させている場合が多いが、前記バンクに遮光性を持たせてブラックマトリクスの機能を兼ねていることもある。
【００５４】
カラーフィルタ層を形成するために用いる着色組成物としては、液晶ディスプレイ用カラーフィルタの材料をそのまま用いることができる。カラーフィルタ層のベース樹脂に広く用いられている樹脂としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等であるが、透明性や製造コストの面からアクリル樹脂を用いる手法が主流である。
【００５５】
カラーフィルタ層を形成する着色組成物に用いる色材はこの用途に適するものであれば特に制限はないが、色材としては、耐候性、耐熱性の点から顔料が好ましく用いられる。顔料の例として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１２、１３、１４、１７、２０、２４、５５、８３、８６、９３、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、４３、５１、５５、５９、６１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ１９、２３、２９、３０、３７、４０、５０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、１５：１、１５：４、１５：６、２２、６０、６４、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ２３、２５、２６、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌａｃｋ７等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、所望の色調に応じてこれらの顔料を複数混合して使用してもよい。
【００５６】
また、これらの顔料微粒子をカラーフィルタ形成用着色組成物に分散する手段としてロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、ニーダー、ペイントシェイカー、超音波分散機等の各種分散手段を用いることができる。また、顔料微粒子の分散を良好にし、再凝集を防止するために各種分散助剤を添加することもできる。
【００５７】
本発明において、カラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法の場合、カラーフィルタ形成用の着色組成物に光硬化性を持たせるために添加するモノマーは、この用途に適するものであれば特に制限は無いが、例を挙げると、（メタ）アクリル酸や、メチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリス（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラキス（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサキス（メタ）アクリレート等の多官能アクリルモノマー、（メタ）アクリル酸グリシジルのようなエポキシをもつモノマー等があるがこれらに限定されるものではない。また、これらのモノマーは必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。
【００５８】
また、本発明において、カラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法の場合、カラーフィルタ形成用の着色組成物に光硬化性を持たせるために添加する光重合開始剤は、この用途に適するものであれば特に制限は無く、カラーフィルタ形成用の着色組成物に添加される光重合開始剤として、各種文献に報告されているものを用いることができる。これらの光重合開始剤の例を挙げると、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタノール、２−クロロチオキサントン、２−エチルアントラキノン、ジエチルチオキサントン（カヤキュアＤＥＴＸ：日本化薬製）、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア１８４：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタノン（イルガキュア３６９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（イルガキュア６５１：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド（イルガキュア８１９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、ビイミダゾール化合物等あるが、これらに限定されるものではない。また、これらの光重合開始剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。
【００５９】
また、本発明においてカラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法以外の場合であっても、形成したカラーフィルタ層の膜に安定性、機械的強度を付与する目的で前記光硬化性モノマー、光重合開始剤を加えてパターン形成後に光照射によって膜を硬化させてもよい。また、熱硬化性モノマーを加えて熱硬化によって膜を硬化させてもよい。
【００６０】
さらに本発明のカラーフィルタ層を形成するための着色組成物には各種塗布工程に適した粘度や着色組成物の安定性、塗布時の塗膜の平滑性を得るために各種溶剤を用いることができる。溶剤の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、プロピレングリコールジアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの各種溶剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。また、塗布時の塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。
【００６１】
また、本発明においてカラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法以外の場合であっても、形成したカラーフィルタ層の膜に安定性、機械的強度を付与する目的で前記光硬化性モノマー、光重合開始剤を加えてパターン形成後に光照射によって膜を硬化させてもよい。また、熱硬化性モノマーを加えて熱硬化によって膜を硬化させてもよい。
【００６２】
本発明において、請求項１０および請求項１１記載のように第１下地層とカラーフィルタ層の間に形成される第２下地層の屈折率ｎ２はカラーフィルタ層によって取り出される光の波長におけるカラーフィルタ層の屈折率ｎｃとの差が０．１以下、更に好ましくは０．０５以下である。そのため第１下地層に用いる材料はカラーフィルタ層に用いる材料に応じて変わってくるが、第１下地層に用いる材料をカラーフィルタのベース樹脂にすることでｎ２とｎｃの差を小さくすることができる。また、第１下地層形成用の組成物に光硬化性や熱硬化性を加える目的で、光硬化性モノマーあるいは熱硬化性モノマーを添加してもよい。
【００６３】
さらに本発明の第２下地層を形成するための組成物には各種塗布工程に適した粘度や組成物の安定性、塗布時の塗膜の平滑性を得るために各種溶剤を用いることができる。溶剤の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、プロピレングリコールジアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの各種溶剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。また、塗布時の塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。また、第２下地層形成用の組成物を基板上にコートする手段としてはスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段を挙げることができる。
【００６４】
また、本発明では、第２下地層に散乱性を持たせるために、第２下地層形成用の組成物にはカラーフィルタ層によって取り出される光の波長において、前記波長における前記カラーフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。分散する微粒子は第２下地層の材料と屈折率が異なり、散乱性を有するものであれば特に制限はないが、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物を好適に用いることができる。ここで、金属化合物として、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物を用いることができる。また、添加する微粒子の大きさはあまり小さすぎると散乱性を失い好ましくないため、粒径は５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上のものを用いる。さらに添加する微粒子の粒径は大きすぎても第２下地層の膜表面の表面荒れを起こす原因になり好ましくないため、粒径は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下のものを用いる。また、１次粒子の粒径が５０ｎｍ未満であっても、粒子がある程度凝集して凝集２次粒子の粒径が５０ｎｍ以上であれば用いることができる。また、散乱微粒子を第２下地層形成のための組成物に分散させる手段としては前述の顔料微粒子を着色組成物に分散させる手段と同じものを用いることができる。また、分散を助けたり、分散後の微粒子の再凝集を防止するために分散助剤を用いてもよい。特に第２下地層が樹脂等の有機材料で分散微粒子が無機の微粒子の場合、有機材料と無機微粒子の表面との相性をよくするために、シランカップリング剤を添加してもよい。
【００６５】
カラーフィルタ層の上に形成される第３下地層は、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長における屈折率ｎ３が好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上である。屈折率が１．７以上で薄膜形成に適した高屈折率の材料としてはジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂や、ゾルゲル法によって形成した無機薄膜等を挙げることができる。ジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂を用いる場合は、これらの金属のアルコキシド、アシレート等の化合物を透光層形成用の組成物に混合させる方法がある。これらの化合物は樹脂がもつカルボキシル基やヒドロキシル基等と縮合反応を行い、樹脂骨格中にこれらの金属を組み込むことができる。もちいる化合物としてはチタンの場合、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトラエトキシチタン等のチタンアルコキシド、チタンステアレート等のチタンアシレート、チタンキレート類、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムトリブトキシステアレート等のジルコニウムアシレート、ジルコニウムキレート類等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００６６】
また、ゾルゲル法によって形成した無機ポリマーの薄膜は簡単な塗布法によって、有機材料よりも高い屈折率を得ることができ、好ましい。ゾルゲル法によって無機薄膜の第３下地層を形成する場合、第３下地層を形成する無機材料の原料となるチタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドとアルコール類、水等を溶媒として塗布液を調製し、これを基板上に任意の手段で塗布したのち、適切な温度で焼成することによって薄膜を得ることができる。焼成温度は１００℃〜４００℃であればよいが、下地のカラーフィルタ層へのダメージを考慮すると焼成温度は１００℃〜２５０℃が好ましい。
【００６７】
また、第３下地層には、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長において第３下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。分散する微粒子は第３下地層の材料と屈折率が異なり、散乱性を有するものであれば特に制限はないが、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物を好適に用いることができる。ここで、金属化合物として、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物を用いることができる。また、添加する微粒子の大きさはあまり小さすぎると散乱性を失い好ましくないため、粒径は５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上のものを用いる。さらに添加する微粒子の粒径は大きすぎても第３下地層の膜表面の表面荒れを起こす原因になり好ましくないため、粒径は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下のものを用いる。また、１次粒子の粒径が５０ｎｍ以下であっても、粒子がある程度凝集して凝集２次粒子の粒径が５０ｎｍを超えるものであれば用いることができる。また、散乱微粒子を第３下地層形成のための組成物に分散させる手段として、ロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、ニーダー、ペイントシェイカー、超音波分散機等の各種分散手段を用いることができる。また、微粒子の分散を良好にし、再凝集を防止するために各種分散助剤を添加することもできる。特に無機の第３下地層材料に樹脂の微粒子を分散する場合に有機／無機材料の親和性を向上させるためにシランカップリング剤を添加してもよい。
【００６８】
本発明において設ける平滑化層は、前述の第３下地層の屈折率が高い方が好ましいことと同じ理由により光取り出し効率を高めるために屈折率を高めてある。この用途に適した高屈折率の材料としては第３下地層と同じようにジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂や、ゾルゲル法によって形成した無機薄膜等を挙げることができる。特にゾルゲル法によって形成した無機の薄膜は有機材料よりも高い屈折率を得ることができ、好ましい。ゾルゲル法によって無機薄膜の平滑化層を形成する場合、平滑化層を形成する無機材料の原料となるチタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドとアルコール類、水等を溶媒として塗布液を調製し、これを基板上に任意の手段で塗布したのち、適切な温度で焼成することによって平滑化層を得ることができる。焼成温度は１００℃〜４００℃であればよいが、下地のカラーフィルタ層へのダメージを考慮すると焼成温度は１００℃〜２５０℃が好ましい。また、単に第３下地層形成用の組成物から散乱粒子だけを抜いたものを平滑化層形成用の組成物として用いてもよい。
【００６９】
さらに本発明の第３下地層および平滑化層を塗布する時に、塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。また、第３下地層形成用の組成物または平滑化層形成用の組成物を基板上にコートする手段としてはスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段を挙げることができる。
【００７０】
本発明において、ガスバリア層の材料は、前述の第３下地層の屈折率が高いものが好ましいことと同じ理由で屈折率が高いものが好ましく、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長における屈折率が好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上のものを用いる。
【００７１】
一般的に有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられるバリア層は窒化ケイ素、酸窒化ケイ素酸化アルミニウム等の薄膜であり、これらの薄膜の屈折率は有機物の屈折率に比べて十分高いために問題はない。ただし、ガスバリア層によく用いられるシリカは屈折率が１．５程度と低いために本発明においては好ましくない。また、膜厚は０．１〜１０μｍの範囲が好ましく、膜応力や透明性を考慮すると０．１〜１μｍがより好ましい。本発明におけるバリア層の形成方法は、この用途に利用可能なものであれば特に制限はないが、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンスパッタ、ＥＣＲスパッタ、対向ターゲットスパッタ、イオンビームスパッタ等の各種スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等を挙げることができる。
【００７２】
また、本発明においてカラーフィルタ層は光源の色を分割し、その色を組み合わせることでフルカラーもしくはマルチカラーのディスプレイの色を発色させるものであるため、サブピクセルの色数は３色以上であることが好ましい。一般に、フルカラーディスプレイのカラーフィルタのサブピクセルは光源の白色をＲＧＢ３色に分割している場合が多いが、近年は色再現域の拡大を狙って４色以上のサブピクセルをもつディスプレイも考案されており、本発明もそのようなサブピクセル形式をとることが可能である。
【００７３】
また、有機発光層で発生した光を取り出す側の電極は透明導電膜が用いられる。透明導電膜としてはインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛等の金属酸化物が通常用いられるが、特に透明性や導電性の面からインジウム・スズ酸化物が好ましい。透明電極層の膜厚は透明性と導電性の確保の点から８０〜４００ｎｍ好ましくは１００〜２００ｎｍである。透明導電膜の形成方法はスパッタリング法やイオンプレーティング法等公知の手法を用いることができる。また、ドットマトリクスディスプレイの場合、透明導電膜は画素や、配線の形状に応じてパターニングする必要がある。本発明においては透明電極のパターニングの方法は公知の手法を用いることができる。代表的な方法としてはフォトリソグラフィによるパターニングが挙げられる。この場合、透明導電膜を形成した基板にフォトレジストをスピンコート等の方法で塗布し電極パターンに応じたフォトマスクを用いてパターン露光を行う。さらに現像を行ってレジストをパターニングした基板をサンドブラストやドライエッチング、王水等の酸を用いたウェットエッチング等の方法で透明電極をパターニングする。また、有機発光層を形成する前にパターニングした透明導電膜上に酸素プラズマ処理やＵＶオゾン処理を行うことも好ましい。この場合、透明導電膜表面の有機物汚染が除去され、また透明電極がインジウム・スズ酸化物の場合、酸素プラズマ処理やＵＶオゾン処理によってインジウム・スズ酸化物の仕事関数が高くなるため、有機発光層への正孔の注入が容易になり、素子の性能が向上することが知られている。
【００７４】
透明電極層の上に形成される有機発光層はカラーフィルタ層によって複数の色に分解されてフルカラーあるいはマルチカラーのディスプレイのサブピクセルの色を形成するものであるから、その発光色は実質的に白色であることが好ましい。ただし、外部に取り出される光を加法混色して得られる白色は、光源の光をカラーフィルタに通過させた後の白色であるために、発光層からの発光色が厳密に白色でなくても、カラーフィルタの色目を最適化することで、ある程度は補正可能である。白色の発光を得るためには、白色の発光を行う材料で発光層を形成する方法が最も単純であるが、一般にそのような物質は少ない。そこで異なる発光色をもつ複数の材料を用いることで白色の発光を行わせる方法が一般的である。この場合、白色を発光させる方法として、発光層のホストに青色発光を行うドーパントと黄色〜赤色の発光を行うドーパントを同時にドープし、ドーパント濃度を調整することで白色を得る方法、発光層を２分割して各々の発光層に青色発光のドーパントと黄色〜赤色の発光を行うドーパントをドープする方法、発光層に青色発光のドーパントをドープし、正孔輸送層に黄色〜赤色の発光を行うドーパントをドープする方法等があるが、２色発光によって作り出される白色であるために、カラーフィルタを組み合わせた場合では、一般的に演色性が悪い、あるいは色再現域が狭いという問題がある。また、ホストに異なる発光色を示す３種類以上のドーパントをドープして３色以上の光を混色することで白色発光の素子を作り出す方法もあるが、ドープ濃度のバランスのとり方が難しく、層構造が複雑になってしまうという問題がある。
【００７５】
一方、特開２００３−２７２８６０記載のように電荷発生層で仕切られた各発光ユニットが積層されており、それぞれの発光ユニットを個別に発光させる方法を用い、各発光ユニットがそれぞれ別の色、例えば、青色発光、緑色発光、赤色発光を行い、その混色によって白色を作り出す方法を用いれば、上記のような問題は発生せず、演色性、色再現性域に優れた白色を発光させることが可能になる。また、特開２００３−２７２８６０の方法でフルカラーマトリクスディスプレイを作製する場合、マスク蒸着を用いて発光層を塗り分ける方式でサブピクセルを作る手法では、マスク蒸着の工程が発光ユニットの段数倍に増えてしまう問題があるが、本発明のカラーフィルタと組み合わせてマトリクスディスプレイを作ることで工程数を増やさずに高効率のディスプレイを作製することが可能になる。
【実施例】
【００７６】
以下に本発明の実施の形態で示した有機エレクトロルミネッセンス素子の作製方法に基づいて素子の作製を行った。ただし、本発明はこの実施例の条件に限定されるものではない。なお、以下の実施例、比較例において、「部」および「％」は重量基準である。
【００７７】
実施例
〔第１下地層、第２下地層の形成〕
厚さ０．７ｍｍのガラス基板をよく洗浄した後、低屈折率の第１下地層形成用塗布液としてアルバック製のＩＳＭ−２（ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザン等を含有するポーラスシリカ形成用塗布液）をスピンコートで塗布し、基板を乾燥させた後、５Ｐａまで減圧したオーブンを用いて４００℃でベークし、第１下地層を形成した。ベークした基板上の第１下地層の膜厚は３５０ｎｍであった。次に、透明なアクリル樹脂と、硬化剤としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（多官能アクリルモノマー）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に溶解した溶液に平均粒径１５０ｎｍのチタニア微粒子を分散させ、超音波ホモジナイザーで分散させて第２下地層形成用塗布液を調製した。この塗布液を前記基板上にスピンコートで塗布し、乾燥後ベークした。第２下地層の膜中に含まれるチタニア粒子は３０％であった。また、第２下地層の平均膜厚は５００ｎｍであった。
【００７８】
〔カラーフィルタ層の形成〕
（樹脂溶液の調製）
１リットル容の４つ口フラスコに、シクロヘキサノン３５０部、スチレン２６部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２３部、メタクリル酸３５部、メタクリル酸メチル２１部、メタクリル酸ブチル７０部を仕込み、９０℃に加熱しあらかじめシクロヘキサノン２９０部、スチレン２６部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２３部、メタクリル酸３５部、メタクリル酸メチル２１部、メタクリル睡ブチル７０部とアゾビスイソブチロニトリル１．７５部を混合溶解したものを３時間で滴下し、９０℃にて３時間さらに反応させた。さらに、アゾビスイソブチロニトリル０．７５部をシクロヘキサノン１０部に溶解させたものを添加し、さらに１時間反応を続け、樹脂溶液を合成した。この樹脂溶液の一部をサンプリングして１８０℃、２０分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が３０％となるようにシクロヘキサノンを添加した。
【００７９】
（青色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてリオノールブルーＥ（東洋インキ製）を２．７部と分散剤０．３部を混合し、ペイントシェイカーにて２４時間分散して青色分散体を得た。次いで青色分散体５４部とジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、青色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８０】
（緑色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてＰｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ３６を４部、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１５４を１．７部、さらに分散剤を０．２９部、上記樹脂溶液５５部、シクロヘキサノン溶液７．８部を混合し、ペイントシェイカーで２４時間分散して緑色分散体を調製した。ついで、この緑色分散体５４部とジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように添加し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、緑色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８１】
（赤色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１６８を４部、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６を１．７部、さらに分散剤を０．２９部、上記樹脂溶液を５５部、シクロヘキサノン７．８部を混合し、ペイントシェイカーで２４時間分散して赤色分散体を調製した。ついで、この緑色分散体５４部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、赤色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８２】
（カラーフィルタのパターニング）
上記で調製した青色のカラーフィルタ用組成物を第２下地層まで形成した基板にスピンコートで塗布した。塗膜が乾燥した後に画素の形状に応じたネガパターンのフォトマスクをあててマスクアライナーで露光を行った。露光後に基板を１％炭酸ナトリウム液で現像し、２２０℃のホットプレートでベークを行い青色カラーフィルタのパターンを得た。同様にして緑色カラーフィルタ、赤色カラーフィルタもパターニングを行った。得られたカラーフィルタ層の膜厚は７００ｎｍであった。
【００８３】
〔オーバーコート層の形成〕
カラーフィルタ層形成の時に調製した樹脂溶液を５５部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し塗布液を調製した。さらにこの塗布液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、オーバーコート用塗布液を調製した。ついで、この塗布液をカラーフィルタ層の上にスピンコートし、塗膜が乾燥した後に各色のカラーフィルタのマトリクスをカバーする形状に応じたネガパターンのフォトマスクをあててマスクアライナーで露光を行った。露光後に基板を１％炭酸ナトリウム液で現像し、２２０℃のホットプレートでベークを行いオーバーコート層のパターンを得た。オーバーコート層の膜厚は３００ｎｍであった。
【００８４】
〔第３下地層の形成〕
チタンテトライソプロポキシドの１％イソプロパノール溶液に２Ｎ塩酸の３％エタノール溶液を滴下してゾル液を調製し、これに平均粒径１１０ｎｍのシリカ微粒子を混合させた後、スターラーでよく攪拌し、分散させた。この溶液をスピンコートで前記基板上に塗布し、２００℃のホットプレートで加熱してアモルファスチタニアにシリカ微粒子が分散された高屈折率散乱層である第３下地層を形成した、第３下地層の膜厚は１７０ｎｍであった。さらに上記ゾル液から粒子を抜いたものを調製し、同様にスピンコートとベークを行い、高屈折率の平滑化層を得た。平滑化層の膜厚は１００ｎｍであった。次いで、この基板にガスバリア層としてシリコンモノオキサイド（ＳｉＯ）の薄膜を１５０ｎｍ蒸着した。
【００８５】
〔電極および有機発光層の形成〕
上記基板にＲＦスパッタによって１５０ｎｍのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）膜を形成し、画素形状にエッチングすることで陽極を得た。さらに洗剤洗浄および超音波洗浄を行ったのち、オゾン雰囲気下で低圧紫外線ランプの紫外線を照射して電極面を清浄化した。ついで、この基板を真空蒸着機に入れ、次の順で各有機層を蒸着した。
【００８６】
正孔注入層：下記式１で示される銅フタロシアニンを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で１５ｎｍの厚さに形成した。
【化１】
【００８７】
発光層１：下記式２で示されるα−ＮＰＤを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で２０ｎｍの厚さに形成した。その際、下記式３で示されるルブレンを１重量％ドープした。
【化２】
【００８８】
【化３】
【００８９】
発光層２：下記式４で示されるジナフチルアントラセンを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で３０ｎｍの厚さに形成した。その際、下記式５で示されるペリレンを１重量％ドープした。
【化４】
【００９０】
【化５】
【００９１】
電子注入層：下記式６で示されるＡｌｑ３を蒸着速度０．２ｎｍ／秒で３０ｎｍの厚さに形成した。
【化６】
【００９２】
ついで、電子注入層上に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ（蒸着速度０．０１ｎｍ／秒）の厚さに形成し、最後にアルミニウムを陰極のパターンに応じて１５０ｎｍ（蒸着速度５ｎｍ／秒）蒸着し、グローブボックス内で封止して素子を得た。
【００９３】
比較例
実施例と比較を行うために比較例の素子を作製した。この素子では上記実施例の構成のうち、第１下地層、第２下地層、第３下地層を省略した。残りのカラーフィルタ層および、オーバーコート層、ガスバリア層、電極、有機発光層の構成は上記実施例と同じ材料、プロセスで作製した。
【００９４】
実施例および比較例の素子に通電し、得られたスペクトルからカラーフィルタの光取り出し効率を計算したものを表１に示す。
【表１】
【００９５】
表１は本発明の実施例に基づいて白色＋カラーフィルタタイプの素子を作製した場合と比較例の素子を作製した場合の各発光色の色度および明度を示している。本発明の実施例の素子の方は比較例と比べて白色発光時の明度と色再現域の両方が同時に向上している。本来、明度と色再現域をカラーフィルタの膜厚の制御だけで同時に向上させることは不可能であるが、光取り出し構造をカラーフィルタに組み込むことで両方の性能を同時に向上させることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図２】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に臨界角以上の角度で入射し、反射した光が第３下地層１０５に戻って、１０５内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、再度１０４に入射する様子を図示したものである。
【図３】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第２下地層１０３から第１下地層１０２に臨界角以上の角度で入射し、反射した光が第２下地層１０３に戻って、１０３内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、再度１０２に入射する様子を図示したものである。
【図４】第２の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図５】第３の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図６】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第１下地層１０２が無い場合、基板１０１と空気界面で全反射を起こした光が再び第２下地層１０３に戻って散乱し、進行方向を変えて光源から離れた位置で外部に取り出されてしまう場合を示した図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００、４００、５００…有機エレクトロルミネッセンス素子
１０１…基板
１０２…第１下地層
１０３…第２下地層
１０４…カラーフィルタ層
１０５…第３下地層
１０６、１０８…電極
１０７…有機発光層
４０１…平滑化層
５０１…ガスバリア層
【技術分野】
【０００１】
この発明は陰極と陽極に挟持された有機発光層に電子と正孔を注入することにより有機発光層から光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子のうち、有機発光層から放たれた光の色目をカラーフィルタを用いて変化させる機能を有するドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子およびかかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子は陽極と陰極との間に有機発光層が挟持された構造をもつ発光素子で、電圧の印加により陽極から正孔、陰極から電子が注入され、この正孔と電子の対が有機発光層表面あるいは内部で再結合することによって発生したエネルギーを光として取り出す素子である。発光層に有機物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は古くから研究されていたが発光効率の問題で実用化が進展しなかった。これに対し、１９８７年にＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより有機層を発光層と正孔輸送層の２層に分けた積層構造の有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され、低電圧で高効率の発光が確認され（非特許文献１等参照）、それ以降、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究が盛んに行われている。かかる積層構造をとることにより、発光層に注入された電子や正孔が対向電極に流れてしまうことを防ぐことができ、発光層内での再結合の効率が向上する。また、電子や正孔を発光層に注入する効率を高めることができる。そのため、現在では有機エレクトロルミネッセンス素子は積層構造をとるものが一般的で、その構造は発光層と正孔注入層の２層構造、電子注入層と発光層、正孔注入層の３層構造、電子注入層と発光層、正孔輸送層、正孔注入層の４層構造等といった構造の素子が提案されている。
【０００３】
しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層での再結合の際に、蛍光を放つために必要な一重項の生成確率は統計的に２５％であることが知られている。そのため、理論的には注入した電子と正孔のうちの１／４しか光として取り出すことができないことになる。これに対し、励起三重項からの燐光を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され（非特許文献２等参照）、近年では室温で燐光を示す材料の研究が盛んに行われている。
【０００４】
それでも、有機層に用いられる材料の屈折率は比較的高く、有機発光層内部で三次元的に等方に光が放たれるため基板面に対して臨界角以上の角度で発生した光は全反射を起こし、臨界角以下の光も界面で一部は反射をするために外部には取り出すことができない。このため発光層の屈折率を１．６とすると発生した光の約２０％程度しか外部に取り出すことができず、発光層の屈折率が高いとさらにこの数値は低下してしまう。
【０００５】
この光取り出し効率を向上させる手法として様々な提案がなされている。その中で比較的容易な手法で光取り出し効率を向上させる手法として基板部分で光の進行方向を変える手法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２には基板の外部に散乱性の層を設けたものが提案されている。また特許文献３では基板自体に散乱性を持たせてある。更に特許文献４では基板表面にレンズ構造を持たせてある。しかしながら、これらの構造は基板まで到達した光に対して有効な手段であり、発光層から基板に入射する光の取り出し効率には影響しない。さらに有機エレクトロルミネッセンス素子を面光源として用いる場合には有効であるが、カラーフィルタを必要とするよう等ットマトリクスの素子では視差を考慮すると有効な手段とはいえない。
【０００６】
また特許文献５は基板と光取り出し面との間に屈折率が発光層と同等以上でかつ、散乱性を有する層を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提案しているが、この場合、基板までの光取り出し効率は向上するが、基板と外界での臨界角の問題が存在するために、基板まで到達しつつも、外界への臨界角以上の光については光取り出し効率を向上させることができない。この場合に基板内部あるいは外部表面で散乱や回折等の構造をとれば光取り出し効率は向上可能であるが、この場合も前述のようにドットマトリクスディスプレイのように基板上に発光色の異なる画素をもつ素子では有効な手段ではなくなる。
【０００７】
一方、ドットマトリクスの有機エレクトロルミネッセンス素子でフルカラーの表示装置を作る場合、１画素をさらに複数のサブピクセルに分割し、サブピクセルごとに異なる発光色を持たせ、サブピクセルごとに光の強度を変化させ、光の加法混色によって画素の色調を作り出している。この場合、サブピクセルごとに異なる色の発光を行わせるためにはサブピクセルごとに素子の構造を変える必要がある。一般的に広く行われている方法は、発光する有機発光層の材料の種類をサブピクセルごとに変え、サブピクセルの形状に応じて、異なる有機発光層を基板上にパターニングする方法である。有機発光層が低分子材料で、真空蒸着法によって有機発光層の薄膜を形成する場合、サブピクセルの形状に応じた孔を開けたメタルマスクを基板上において蒸着することによって発光層のパターニングを得ている。また、有機発光層が高分子材料で、材料を溶媒に溶解させ、塗布法で有機発光層の薄膜を形成している場合はサブピクセルの形に応じたバンクを予め形成した上でインクジェットによってパターンを形成したり、スクリーン印刷やグラビア印刷等でパターンを形成する方法が行われている。
【０００８】
しかしながら、メタルマスクを用いた真空蒸着法の場合、基板が大型化した場合、マスク自体の自重や有機発光層の蒸着源からの輻射熱でメタルマスクに歪みを生じてしまい、パターンがずれてしまう問題が発生する。また、高分子材料でインクジェット法を用いた場合でも、基板が大型化すると描画時間が長くなり、生産効率が悪化してしまうという問題が発生する。一方、スクリーン印刷やグラビア印刷法の場合でも、版の精度の点から、基板が大型化したり、画素の高精細化している場合はパターンのズレが問題になる。また、有機発光層の材料自体に反応性を持たせたり、有機発光層を形成した上にフォトレジストの層を形成してフォトリソグラフィの方法でパターニングする方法も提案されているが、露光や現像、エッチングの工程で有機発光層にダメージが発生し、素子の性能が大きく低下してしまう問題がある。
【０００９】
これに対して、基板の面内全てで有機発光層をベタ面で形成し、基板上のカラーフィルタによってサブピクセルの色を作りだす方法であれば、基板の大型化や高精細化等によるパターンずれの問題ははるかに少なくなる。この方法の場合、光源となる有機発光層の光をカラーフィルタでカットしてしまうために光の利用効率が低下してしまう問題が考えられる。しかしながら、有機発光層をサブピクセル毎にパターニングして作製したドットマトリクスの素子の場合、画素が非点灯時には背面の電極に外光が反射して金属光沢が見えてしまうため、黒色の表現のために、素子外部に円偏光板を配置している。このため、素子で発生し、外部に取り出された光の半分は円偏光板でカットされてしまう。一方、基板がカラーフィルタを有している場合、外光が素子の背面電極で反射し、外部に戻ってくる前にカラーフィルタ層を２回通過している。このため、外光はカラーフィルタでほとんど吸収されてしまい、非点灯時の画素の色は実質的に黒色に見えるために円偏光板を必要としない。このため、カラーフィルタでの吸収と円偏光板での吸収を考慮すると、両素子構造で光の利用効率はそれほど差がないものと考えることができる。
【００１０】
このような問題に鑑みて本発明者は特許文献６において、カラーフィルタの樹脂を高屈折率化し、散乱機能を付加することでカラーフィルタを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の光取り出し効率を向上させることが可能であることを示した。しかしながら、この方法は素子からの光取り出し効率を向上には有効であるが、一方で、これまで液晶ディスプレイ用途等で開発されてきたカラーフィルタに用いている樹脂を使用することができなくなる。そのため、液晶ディスプレイ用途で開発したカラーフィルタ用レジストとは別に新たな樹脂をベースにカラーフィルタを開発する必要が生じる。
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、５１巻、９１３頁、１９８７年
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１項、１９９８年
【特許文献１】特開２００３−１０９７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−７５６５７号公報
【特許文献３】特開２００１−３５６２０７号公報
【特許文献４】特開平８−８３６８８号公報
【特許文献５】特開２００４−２９６４２９号公報
【特許文献６】特願２００６−９０９８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は既存の液晶ディスプレイ用カラーフィルタをそのまま用いることが可能な高光取り出し効率の、ドットマトリクス方式の有機エレクトロルミネッセンス素子およびかかる有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは前記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記（１）〜（１６）に示される有機エレクトロルミネッセンス素子および下記（１７）に示される表示装置を提供する。
【００１３】
（１）
基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層をこの順で備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層および第３下地層には、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されてい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。
【００１４】
（２）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が基板の屈折率よりも小さく、かつ１．４以下であることを特徴とする上記（１）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１５】
（３）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が、１．３以下であることを特徴とする上記（２）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１６】
（４）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１７】
（５）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（４）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１８】
（６）
前記第３下地層上に平滑化層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１９】
（７）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（６）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２０】
（８）
前記平滑化層上にガスバリア層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２１】
（９）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする上記（８）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
（１０）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．１以下であることを特徴とする上記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２３】
（１１）
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする上記（１０）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２４】
（１２）
前記微粒子が、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物からなることを特徴とする上記（１）ないし（１１）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２５】
（１３）
前記金属化合物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物であることを特徴とする上記（１２）に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２６】
（１４）
前記第１下地層が、ポーラスシリカを含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２７】
（１５）
前記第１下地層が、フッ素を有する樹脂を含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２８】
（１６）
前記第１下地層が、フッ化物塩を含むことを特徴とする上記（１）ないし（１３）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２９】
（１７）
上記（１）ないし（１６）のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層の順に形成し、第２下地層および第３下地層には散乱性を持たせ、各層の屈折率を上記の通り最適化することで光取り出し効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、およびそれを用いた表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の幾つかの形態を説明する。全図にわたって同一または同様の構成要素は、同一参照符号で示す。
【００３２】
図１は、本発明の第１の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子１００を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子１００は、基板１０１上に、基板側から第１下地層１０２、第２下地層１０３、カラーフィルタ層１０４、第３下地層１０５をこの順で備え、さらにその上に２つの電極１０６、１０８に挟持された有機発光層１０７が配置されている。有機発光層１０７が放出する光のうち、カラーフィルタ層１０４が透過させる光の波長における第１下地層１０２、第２下地層１０３、カラーフィルタ層１０４、第３下地層１０５の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎｃ、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層１０３および第３下地層１０５には、カラーフィルタ１０４によって取り出される光の波長において各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。なお、有機発光層１０６が放出する光のうち、カラーフィルタ層１０４が透過させる光の波長は、ピーク波長として、ピーク波長として、通常、４２０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内にある。
【００３３】
有機発光層１０７で発生した光は基板側の電極１０６（通常は透明電極）を通過するが、この場合通常は透明である電極１０６の屈折率は有機発光層の屈折率よりも高いために臨界角は存在しない。さらに光が電極１０６を通過し、第３下地層１０５に入射する場合では、電極１０６と第３下地層１０５との界面に到達した光はスネルの法則に従って屈折を起こし、臨界角以上の角度で界面に到達した光は全反射を起こすため、第３下地層１０５に進入できない。また通常、電極１０６は光透過性が必要なため、電極にはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）膜、あるいはＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）膜等が用いられ、その屈折率は１．８〜２．０程度である。そのため、臨界角を大きくして全反射する光を小さくするためには第３下地層１０５の屈折率ｎ３は大きいほうがよく、好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上である。なお、第３下地層１０５の屈折率ｎ３は、通常、２．５以下である。
【００３４】
更に、第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に光が入射するが、第３下地層１０５は、カラーフィルタ層１０４によって取り出される光の波長において、第３下地層１０５の屈折率ｎ３と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、入射した光が第３下地層１０５に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方、カラーフィルタに用いる樹脂は液晶用の場合、アクリル系樹脂を用いることが多いため、カラーフィルタ層の屈折率ｎｃは１．４５〜１．６程度である。そのため第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第３下地層１０５で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に入射し、第３下地層１０５とカラーフィルタ層１０４との界面で全反射を起こして第３下地層１０５に戻った光は第３下地層１０５内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度カラーフィルタ層１０４に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図３に矢印で示すようにカラーフィルタ層１０４に進入することが可能になる。
【００３５】
更に、カラーフィルタ層１０４を通過した光が第２下地層１０３に入射する場合、界面で反射が発生するが、カラーフィルタ層１０４の屈折率ｎｃと第２下地層１０３の屈折率ｎ２の差を好ましくは０．１以下、さらに好ましくは０．０５以下に設定することによって、界面での反射を防止することが可能になる。
【００３６】
第２下地層１０３を通過した光は、更に、第１下地層１０２へ入射するが、第２下地層１０３はカラーフィルタ層１０４によって取り出される光の波長において、第２下地層１０３の屈折率ｎ２と異なる屈折率を有する微粒子が分散されているため、光は第２下地層１０３に進入すると層内に含有する微粒子によって散乱を起こす。一方第１下地層１０２の屈折率ｎ１を好ましくは１．４以下、さらに好ましくは１．３以下に設定すると、第２下地層１０３から第１下地層１０２に光が入射する際には臨界角が存在することになるが、第２下地層１０３で光が散乱を起こすために、臨界角以上の角度で第２下地層１０３から第１下地層１０２に入射し、第２下地層１０３と第１下地層１０２との界面で全反射を起こして第２下地層１０３に戻った光は第２下地層１０３内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、別の角度で再度第１下地層１０２に入射する。このため、臨界角以上の角度で入射した光も散乱を起こす度に角度が変わるため、図４に矢印で示すように第１下地層１０２に進入することが可能になる。
【００３７】
更に第１下地層１０２を通過した光が基板を経て、最後に屈折率１．０の空気層（外界）に出射する際の臨界角θｃはｓｉｎθｃ＝１／ｎ（ｎは基板の屈折率）と表されるが、第１下地層１０２から基板に入射する際に、その入射角をθ’とすると基板に進入した光の角度θはスネルの法則ｓｉｎθ＝ｓｉｎθ’・（ｎ１／ｎ）に従って屈折を起こすために、第１下地層１０２から見た空気層に対する臨界角θ’ｃはｓｉｎθ’ｃ＝１／ｎ１と表され、基板の屈折率ｎに関係なく、ｎ１で臨界角が決まり、第１下地層１０２の屈折率ｎ１を、好ましくは１．４以下とすることで外界への臨界角を約４６°以上と大きくすることが可能になり、また、さらに好ましくは１．３以下とすることで外界への臨界角を約５０°以上と大きくすることが可能になる。
【００３８】
図４は、本発明の第２の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子４００を示す概略断面図である。図４に示す有機エレクトロルミネッセンス素子４００は、第３下地層１０５と電極１０６との間に平滑化層４０１を設けた以外は、図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子１００と同様の構造を有する。
【００３９】
本発明において、カラーフィルタ層１０４は顔料微粒子を含有しており、また、第２下地層１０３および第３下地層１０５には下地層の屈折率と異なる屈折率を持つ微粒子を含有している。そのため、第３下地層１０５の表面には凹凸がある。この上に２つの電極１０６と１０８に挟持された有機発光層１０７を形成する場合、その下の層の凹凸によって有機発光層１０７にムラが生じ、局所的に２つの電極１０６と１０８がショートする箇所が発生してしまう可能性がある。また、カラーフィルタ層１０４はサブピクセルの形状に応じてパターニングされており、その膜厚も１〜数μｍ程度あるために、パターンの端部でかなりの段差が生じており、この段差の上に形成した電極が断線してしまう可能性もある。そこで平滑化層４０１を第３下地層１０５と電極１０６との間に形成することによって下地層の凹凸やカラーフィルタ層１０４パターン端部の段差をなくすことが可能となる。しかし、平滑化層４０１と有機発光層１０７の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題と反射の問題を生じさせる。そこで、平滑化層３０６の屈折率を好ましくは１．７以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に有機発光層の屈折率が高い場合は、平滑化層４０１の屈折率をさらに好ましくは１．８以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができる。
【００４０】
図５は、本発明の第３の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子５００を示す概略断面図である。有機エレクトロルミネッセンス素子５００は、平滑化層４０１の上にガスバリア層５０１をさらに設けた以外は図４に示す有機エレクトロルミネッセンス素子４００と同様の構造を有する。
【００４１】
カラーフィルタ層１０４のバインダー樹脂としては通常アクリル系の樹脂が広く使われているが、これらの樹脂はアルカリ現像を行えるように親水性の官能基を有している場合が多い。そのため、カラーフィルタ層１０４形成の工程で樹脂内部に水の分子を吸着し、この吸着水が有機発光層や電極に作用してダークスポット等の素子劣化の要因になることがある。このため、カラーフィルタ層１０４あるいは平滑化層４０１と電極１０６との間にガスバリア層５０１を形成することが好ましい。しかし、ガスバリア層５０１と有機発光層１０７の屈折率差は前記下地層と有機発光層との屈折率差同様に臨界角の問題と反射の問題を生じさせる。そこで、ガスバリア層４０７の屈折率を好ましくは１．７以上に設定すれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができ、更に、有機発光層１０７の屈折率が高い場合は、ガスバリア層５０１の屈折率をさらに好ましくは１．８以上にすれば前述の理由と同じ理由で光取り出し効率を高めることができる。
【００４２】
本発明の表示装置は、本発明の光取り出し効率が向上した有機エレクトロルミネッセンス素子を用いており、表示装置の消費電力を低減することができ、また、有機エレクトロルミネッセンス素子に流す電流を低減することができるため、素子の長寿命化を可能にする。
【００４３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンスに用いられる基板は可視光において透光性があるものを用いる。透光性としては基板の透過率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上あることが更に好ましい。また、屈折率は下地層の屈折率よりも高い屈折率を持っていれば特に制限はないが、屈折率が１．８を超えるような高屈折率の基板の場合、基板表面での外光の反射率が高くなり、外光の映りこみが顕著になるため好ましくない。また、第１下地層の屈折率は基板の屈折率よりも小さいため第１下地層の空気層に対する臨界角θ’ｃは基板の空気層に対する臨界角θｃよりも大きくなる。このため、第１下地層が無いときに比べて、基板と外界の界面で全反射した光が下地層まで戻って下地層とカラーフィルタ層との界面で散乱し、臨界角以下に角度を変えて再度基板に進入して外界まで光が到達する光が減少する。このため、図６のような厚い基板１０１を介した多重反射と散乱による画素のボケの発生を抑制することが可能である。なお、図６は、本発明において第１下地層１０２が無い場合、基板１０１と空気界面で全反射を起こした光が再び第２下地層１０３に戻って散乱し、進行方向を変えて光源から離れた位置で外部に取り出されてしまう場合を示した図である。
【００４４】
このような用途に好適に用いられる基板としては、ＢＫ７、ＢａＫ１、Ｆ２等の光学ガラス、石英ガラス、液晶ディスプレイに用いられる無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等のガラス基板、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等といった樹脂基板を挙げることができる。また、基板の厚さは、通常０．１ｍｍ〜１０ｍｍであるが、機械的強度や、基板の重量を考慮すると、好ましくは０．３〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【００４５】
第１下地層には、屈折率が好ましくは１．４以下、更に好ましくは１．３以下の材料を用いる。第１下地層の屈折率は低いほうが好ましいが、低すぎると層の機械的強度が低下してしまうので好ましくない。第１下地層の屈折率は、通常、１．０以上である。
【００４６】
第１下地層は、ポーラスシリカ、フッ素を有する樹脂（フッ素樹脂）またはフッ化物塩で形成することができるが、特にポーラスシリカが好ましく用いられる。
【００４７】
第１下地層にポーラスシリカを用いる場合は、１９９２年に米国Ｍｏｂｉｌｅ社が発表したＭＣＭ−４１のようなメソポーラスシリカの調製方法等の方法を用いることができる。（Ｃ．Ｔ．Ｋｒｅｓｇｅ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ、３５９巻、７１０頁、１９９２年等）この方法では鋳型として自己組織能をもつ界面活性剤や液晶とシリカ源となるケイ酸塩の溶液を調製し、ｐＨを調整することでミセルやラメラといった組織構造を作り出し、この組織の隙間にケイ酸塩が網目状に分散している溶液を基板に塗布する。塗布の手段はスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の既知の手法を用いることができる。これらの塗布法により基板上に前記のシリカ前駆体溶液を塗布したのち、基板を乾燥させてから常圧あるいは減圧下で２００℃〜５５０℃の温度で焼成し、鋳型になっているミセルあるいはラメラを形成する有機物を除去することでポーラスシリカの薄膜が得られる。
【００４８】
また、第１下地層に用いるフッ素樹脂としては、パーフルオロアルキル基を有する重合性モノマー、例えば（メタ）アクリル酸含フッ素アルキルエステル、含フッ素アルキルスチレン、パーフルオロ基を側鎖にもつ（メタ）アクリル酸、パーフルオロ基を側鎖に持つフマル酸／マレイン酸、あるいはパーフルオロ基とグリシジル基をもつ含フッ素エポキシモノマー、あるいはこれらのモノマーを重合したポリマー等が挙げられるが、これに限定されるものではない、またこれらのモノマーやポリマーに必要に応じて塗布性を向上させるための添加物を加えたり、重合開始剤を加えてもよく、前述のモノマーは必要に応じて複数を混合して使用してもよい。これらのモノマー、ポリマーを適切な溶剤に溶解させて組成物を調製した後にこの組成物を基板上に塗布する。塗布の手段はスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の既知の手法を用いることができる。塗布膜は乾燥を行った後に必要に応じて熱や光、電子線等の手段で重合を行うこともできる。また、下地層の透光性は可視光全域にわたって透過率９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９７％以上であることが更に好ましい。なお、本発明における（メタ）アクリルとはメタクリル、アクリルのいずれをも意味する。
【００４９】
また、第１下地層にフッ化物塩を用いる場合は、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化アルミニウムナトリウム（クリオライト）等を用いることができる。これらの塩を基板上に薄膜化する手段としては抵抗加熱あるいは電子線加熱による蒸着やスパッタリングを用いることができる。
【００５０】
カラーフィルタ層は光源の光から所望の波長の光だけを透過し、不要な光をカットする層である。また、フルカラー有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、あるいはマルチカラー有機エレクトロルミネッセンスディスプレイにおいてはディスプレイの画素の形状に応じて層をパターニングする必要がある。現在、ディスプレイ用のカラーフィルタとして液晶ディスプレイ用カラーフィルタが広く用いられている。従来、これらの液晶用カラーフィルタの製造方法として挙げられる方法には顔料分散法、染色法、電着法、印刷法、インクジェット法等が挙げられる。本発明におけるカラーフィルタ層も、これらの手法を用いて作製することができるが、特に顔料分散法、印刷法、インクジェット法を用いることが好ましい。
【００５１】
顔料分散法は、着色顔料とバインダー樹脂と架橋剤と光重合開始剤とを含有してなる感光性着色組成物を基板上に塗布し、フォトリソグラフィによってパターニングする方法である。前記感光性着色組成物を基板上にスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の手段で塗布することができる。このうち、従来は主にスピンコート法によって基板上に感光性着色組成物を塗布する方法が主流であったが、最近では、基板の大型化や省液のためにスリットコートでおおまかに基板上に感光性着色組成物を塗布したのち、基板をスピンさせて所望の膜厚を得る方法（スリットスピン法）やスリットコートのみで基板に塗布を行う方法が主流になっている。感光性着色組成物を塗布した基板に、所望のパターンに応じたフォトマスクを基板にあて、露光を行う。感光性着色組成物は通常露光部が硬化するネガ型で、露光光は超高圧水銀灯を光源とする、主にｉ線（波長３６５ｎｍ）からなる紫外光を通常用いる。現像は有機溶媒による現像やアルカリ現像を行うことができるが、環境負荷の小さいアルカリ現像が主流である。現像を行ったパターンはベークにより未反応の重合開始剤や樹脂中の溶媒を分解、蒸発させて除去し、パターンの完全硬化を行う。この手法を必要な回数繰り返して行ってカラーフィルタとする。白色光源をＲＧＢの３色に分解するカラーフィルタは３種の感光性着色組成物を用いて３回この操作を行うことでカラーフィルタを調製する。
【００５２】
印刷法は着色顔料とバインダー樹脂と溶剤を混合してなるインクを基板上に印刷する方法である。印刷の方法としてはグラビア印刷、スクリーン印刷、凸版印刷、平版印刷、反転印刷等既知の手法を用いることができる。インクジェット法はインクジェットノズルの吐出部に印刷法は着色顔料とバインダー樹脂と溶剤を混合してなるインクを供給し、ピエゾ素子の振動や熱エネルギーによってインクの粒をノズルより吐出し、パターン形状に応じて基板上に着滴させることでカラーフィルタを形成する方法である。インクジェット法の場合、特開昭５９−７５２０５記載ようにノズルから吐出されたインクの着滴位置の精度に限界があるため、予め基板上の画素の縁になる部分に、フォトリソグラフィ等を用いて、バンクと呼ばれる、撥液性のある材料で形成されたパターンを準備しておき、ノズルから吐出されたインクが着滴する目標の画素から外れた場合に、画素から外れて着滴した部分のバンクでインクがはじいて画素部分にインクを移動させることでパターン形状を正確に形成させている。
【００５３】
また、液晶ディスプレイの場合、配線部分からバックライトの光が漏れて画像のコントラストが低下することを防止するために、画素間の隙間の部分にブラックマトリクスと呼ばれる遮光膜を形成させている場合が多いが、前記バンクに遮光性を持たせてブラックマトリクスの機能を兼ねていることもある。
【００５４】
カラーフィルタ層を形成するために用いる着色組成物としては、液晶ディスプレイ用カラーフィルタの材料をそのまま用いることができる。カラーフィルタ層のベース樹脂に広く用いられている樹脂としてはアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等であるが、透明性や製造コストの面からアクリル樹脂を用いる手法が主流である。
【００５５】
カラーフィルタ層を形成する着色組成物に用いる色材はこの用途に適するものであれば特に制限はないが、色材としては、耐候性、耐熱性の点から顔料が好ましく用いられる。顔料の例として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１２、１３、１４、１７、２０、２４、５５、８３、８６、９３、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１６８、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、４３、５１、５５、５９、６１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ１９、２３、２９、３０、３７、４０、５０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、１５：１、１５：４、１５：６、２２、６０、６４、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ２３、２５、２６、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌａｃｋ７等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、所望の色調に応じてこれらの顔料を複数混合して使用してもよい。
【００５６】
また、これらの顔料微粒子をカラーフィルタ形成用着色組成物に分散する手段としてロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、ニーダー、ペイントシェイカー、超音波分散機等の各種分散手段を用いることができる。また、顔料微粒子の分散を良好にし、再凝集を防止するために各種分散助剤を添加することもできる。
【００５７】
本発明において、カラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法の場合、カラーフィルタ形成用の着色組成物に光硬化性を持たせるために添加するモノマーは、この用途に適するものであれば特に制限は無いが、例を挙げると、（メタ）アクリル酸や、メチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリス（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラキス（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサキス（メタ）アクリレート等の多官能アクリルモノマー、（メタ）アクリル酸グリシジルのようなエポキシをもつモノマー等があるがこれらに限定されるものではない。また、これらのモノマーは必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。
【００５８】
また、本発明において、カラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法の場合、カラーフィルタ形成用の着色組成物に光硬化性を持たせるために添加する光重合開始剤は、この用途に適するものであれば特に制限は無く、カラーフィルタ形成用の着色組成物に添加される光重合開始剤として、各種文献に報告されているものを用いることができる。これらの光重合開始剤の例を挙げると、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタノール、２−クロロチオキサントン、２−エチルアントラキノン、ジエチルチオキサントン（カヤキュアＤＥＴＸ：日本化薬製）、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア１８４：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタノン（イルガキュア３６９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（イルガキュア６５１：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド（イルガキュア８１９：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７：チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）、ビイミダゾール化合物等あるが、これらに限定されるものではない。また、これらの光重合開始剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。
【００５９】
また、本発明においてカラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法以外の場合であっても、形成したカラーフィルタ層の膜に安定性、機械的強度を付与する目的で前記光硬化性モノマー、光重合開始剤を加えてパターン形成後に光照射によって膜を硬化させてもよい。また、熱硬化性モノマーを加えて熱硬化によって膜を硬化させてもよい。
【００６０】
さらに本発明のカラーフィルタ層を形成するための着色組成物には各種塗布工程に適した粘度や着色組成物の安定性、塗布時の塗膜の平滑性を得るために各種溶剤を用いることができる。溶剤の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、プロピレングリコールジアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの各種溶剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。また、塗布時の塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。
【００６１】
また、本発明においてカラーフィルタ層を形成する手段が顔料分散法以外の場合であっても、形成したカラーフィルタ層の膜に安定性、機械的強度を付与する目的で前記光硬化性モノマー、光重合開始剤を加えてパターン形成後に光照射によって膜を硬化させてもよい。また、熱硬化性モノマーを加えて熱硬化によって膜を硬化させてもよい。
【００６２】
本発明において、請求項１０および請求項１１記載のように第１下地層とカラーフィルタ層の間に形成される第２下地層の屈折率ｎ２はカラーフィルタ層によって取り出される光の波長におけるカラーフィルタ層の屈折率ｎｃとの差が０．１以下、更に好ましくは０．０５以下である。そのため第１下地層に用いる材料はカラーフィルタ層に用いる材料に応じて変わってくるが、第１下地層に用いる材料をカラーフィルタのベース樹脂にすることでｎ２とｎｃの差を小さくすることができる。また、第１下地層形成用の組成物に光硬化性や熱硬化性を加える目的で、光硬化性モノマーあるいは熱硬化性モノマーを添加してもよい。
【００６３】
さらに本発明の第２下地層を形成するための組成物には各種塗布工程に適した粘度や組成物の安定性、塗布時の塗膜の平滑性を得るために各種溶剤を用いることができる。溶剤の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチルメチルケトン、シクロヘキサノン、アセトン、プロピレングリコールジアセテート、エトキシプロピオン酸エチル、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの各種溶剤は必要に応じて適宜、複数を混合して使用してもよい。また、塗布時の塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。また、第２下地層形成用の組成物を基板上にコートする手段としてはスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段を挙げることができる。
【００６４】
また、本発明では、第２下地層に散乱性を持たせるために、第２下地層形成用の組成物にはカラーフィルタ層によって取り出される光の波長において、前記波長における前記カラーフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。分散する微粒子は第２下地層の材料と屈折率が異なり、散乱性を有するものであれば特に制限はないが、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物を好適に用いることができる。ここで、金属化合物として、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物を用いることができる。また、添加する微粒子の大きさはあまり小さすぎると散乱性を失い好ましくないため、粒径は５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上のものを用いる。さらに添加する微粒子の粒径は大きすぎても第２下地層の膜表面の表面荒れを起こす原因になり好ましくないため、粒径は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下のものを用いる。また、１次粒子の粒径が５０ｎｍ未満であっても、粒子がある程度凝集して凝集２次粒子の粒径が５０ｎｍ以上であれば用いることができる。また、散乱微粒子を第２下地層形成のための組成物に分散させる手段としては前述の顔料微粒子を着色組成物に分散させる手段と同じものを用いることができる。また、分散を助けたり、分散後の微粒子の再凝集を防止するために分散助剤を用いてもよい。特に第２下地層が樹脂等の有機材料で分散微粒子が無機の微粒子の場合、有機材料と無機微粒子の表面との相性をよくするために、シランカップリング剤を添加してもよい。
【００６５】
カラーフィルタ層の上に形成される第３下地層は、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長における屈折率ｎ３が好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上である。屈折率が１．７以上で薄膜形成に適した高屈折率の材料としてはジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂や、ゾルゲル法によって形成した無機薄膜等を挙げることができる。ジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂を用いる場合は、これらの金属のアルコキシド、アシレート等の化合物を透光層形成用の組成物に混合させる方法がある。これらの化合物は樹脂がもつカルボキシル基やヒドロキシル基等と縮合反応を行い、樹脂骨格中にこれらの金属を組み込むことができる。もちいる化合物としてはチタンの場合、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトラエトキシチタン等のチタンアルコキシド、チタンステアレート等のチタンアシレート、チタンキレート類、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムトリブトキシステアレート等のジルコニウムアシレート、ジルコニウムキレート類等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００６６】
また、ゾルゲル法によって形成した無機ポリマーの薄膜は簡単な塗布法によって、有機材料よりも高い屈折率を得ることができ、好ましい。ゾルゲル法によって無機薄膜の第３下地層を形成する場合、第３下地層を形成する無機材料の原料となるチタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドとアルコール類、水等を溶媒として塗布液を調製し、これを基板上に任意の手段で塗布したのち、適切な温度で焼成することによって薄膜を得ることができる。焼成温度は１００℃〜４００℃であればよいが、下地のカラーフィルタ層へのダメージを考慮すると焼成温度は１００℃〜２５０℃が好ましい。
【００６７】
また、第３下地層には、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長において第３下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されている。分散する微粒子は第３下地層の材料と屈折率が異なり、散乱性を有するものであれば特に制限はないが、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物を好適に用いることができる。ここで、金属化合物として、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物を用いることができる。また、添加する微粒子の大きさはあまり小さすぎると散乱性を失い好ましくないため、粒径は５０ｎｍ以上、好ましくは７０ｎｍ以上のものを用いる。さらに添加する微粒子の粒径は大きすぎても第３下地層の膜表面の表面荒れを起こす原因になり好ましくないため、粒径は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下のものを用いる。また、１次粒子の粒径が５０ｎｍ以下であっても、粒子がある程度凝集して凝集２次粒子の粒径が５０ｎｍを超えるものであれば用いることができる。また、散乱微粒子を第３下地層形成のための組成物に分散させる手段として、ロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、ニーダー、ペイントシェイカー、超音波分散機等の各種分散手段を用いることができる。また、微粒子の分散を良好にし、再凝集を防止するために各種分散助剤を添加することもできる。特に無機の第３下地層材料に樹脂の微粒子を分散する場合に有機／無機材料の親和性を向上させるためにシランカップリング剤を添加してもよい。
【００６８】
本発明において設ける平滑化層は、前述の第３下地層の屈折率が高い方が好ましいことと同じ理由により光取り出し効率を高めるために屈折率を高めてある。この用途に適した高屈折率の材料としては第３下地層と同じようにジルコニウム、チタン、セリウム原子を含有させた透明樹脂や、ゾルゲル法によって形成した無機薄膜等を挙げることができる。特にゾルゲル法によって形成した無機の薄膜は有機材料よりも高い屈折率を得ることができ、好ましい。ゾルゲル法によって無機薄膜の平滑化層を形成する場合、平滑化層を形成する無機材料の原料となるチタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドとアルコール類、水等を溶媒として塗布液を調製し、これを基板上に任意の手段で塗布したのち、適切な温度で焼成することによって平滑化層を得ることができる。焼成温度は１００℃〜４００℃であればよいが、下地のカラーフィルタ層へのダメージを考慮すると焼成温度は１００℃〜２５０℃が好ましい。また、単に第３下地層形成用の組成物から散乱粒子だけを抜いたものを平滑化層形成用の組成物として用いてもよい。
【００６９】
さらに本発明の第３下地層および平滑化層を塗布する時に、塗膜の平滑性を得る目的で各種添加剤を添加してもよい。また、第３下地層形成用の組成物または平滑化層形成用の組成物を基板上にコートする手段としてはスピンコート、ディップコート、スリットコート、ダイコート、ロールコート、スプレーコート等の各種塗布手段を挙げることができる。
【００７０】
本発明において、ガスバリア層の材料は、前述の第３下地層の屈折率が高いものが好ましいことと同じ理由で屈折率が高いものが好ましく、カラーフィルタ層によって取り出される光の波長における屈折率が好ましくは１．７以上、更に好ましくは１．８以上のものを用いる。
【００７１】
一般的に有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられるバリア層は窒化ケイ素、酸窒化ケイ素酸化アルミニウム等の薄膜であり、これらの薄膜の屈折率は有機物の屈折率に比べて十分高いために問題はない。ただし、ガスバリア層によく用いられるシリカは屈折率が１．５程度と低いために本発明においては好ましくない。また、膜厚は０．１〜１０μｍの範囲が好ましく、膜応力や透明性を考慮すると０．１〜１μｍがより好ましい。本発明におけるバリア層の形成方法は、この用途に利用可能なものであれば特に制限はないが、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンスパッタ、ＥＣＲスパッタ、対向ターゲットスパッタ、イオンビームスパッタ等の各種スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等を挙げることができる。
【００７２】
また、本発明においてカラーフィルタ層は光源の色を分割し、その色を組み合わせることでフルカラーもしくはマルチカラーのディスプレイの色を発色させるものであるため、サブピクセルの色数は３色以上であることが好ましい。一般に、フルカラーディスプレイのカラーフィルタのサブピクセルは光源の白色をＲＧＢ３色に分割している場合が多いが、近年は色再現域の拡大を狙って４色以上のサブピクセルをもつディスプレイも考案されており、本発明もそのようなサブピクセル形式をとることが可能である。
【００７３】
また、有機発光層で発生した光を取り出す側の電極は透明導電膜が用いられる。透明導電膜としてはインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛等の金属酸化物が通常用いられるが、特に透明性や導電性の面からインジウム・スズ酸化物が好ましい。透明電極層の膜厚は透明性と導電性の確保の点から８０〜４００ｎｍ好ましくは１００〜２００ｎｍである。透明導電膜の形成方法はスパッタリング法やイオンプレーティング法等公知の手法を用いることができる。また、ドットマトリクスディスプレイの場合、透明導電膜は画素や、配線の形状に応じてパターニングする必要がある。本発明においては透明電極のパターニングの方法は公知の手法を用いることができる。代表的な方法としてはフォトリソグラフィによるパターニングが挙げられる。この場合、透明導電膜を形成した基板にフォトレジストをスピンコート等の方法で塗布し電極パターンに応じたフォトマスクを用いてパターン露光を行う。さらに現像を行ってレジストをパターニングした基板をサンドブラストやドライエッチング、王水等の酸を用いたウェットエッチング等の方法で透明電極をパターニングする。また、有機発光層を形成する前にパターニングした透明導電膜上に酸素プラズマ処理やＵＶオゾン処理を行うことも好ましい。この場合、透明導電膜表面の有機物汚染が除去され、また透明電極がインジウム・スズ酸化物の場合、酸素プラズマ処理やＵＶオゾン処理によってインジウム・スズ酸化物の仕事関数が高くなるため、有機発光層への正孔の注入が容易になり、素子の性能が向上することが知られている。
【００７４】
透明電極層の上に形成される有機発光層はカラーフィルタ層によって複数の色に分解されてフルカラーあるいはマルチカラーのディスプレイのサブピクセルの色を形成するものであるから、その発光色は実質的に白色であることが好ましい。ただし、外部に取り出される光を加法混色して得られる白色は、光源の光をカラーフィルタに通過させた後の白色であるために、発光層からの発光色が厳密に白色でなくても、カラーフィルタの色目を最適化することで、ある程度は補正可能である。白色の発光を得るためには、白色の発光を行う材料で発光層を形成する方法が最も単純であるが、一般にそのような物質は少ない。そこで異なる発光色をもつ複数の材料を用いることで白色の発光を行わせる方法が一般的である。この場合、白色を発光させる方法として、発光層のホストに青色発光を行うドーパントと黄色〜赤色の発光を行うドーパントを同時にドープし、ドーパント濃度を調整することで白色を得る方法、発光層を２分割して各々の発光層に青色発光のドーパントと黄色〜赤色の発光を行うドーパントをドープする方法、発光層に青色発光のドーパントをドープし、正孔輸送層に黄色〜赤色の発光を行うドーパントをドープする方法等があるが、２色発光によって作り出される白色であるために、カラーフィルタを組み合わせた場合では、一般的に演色性が悪い、あるいは色再現域が狭いという問題がある。また、ホストに異なる発光色を示す３種類以上のドーパントをドープして３色以上の光を混色することで白色発光の素子を作り出す方法もあるが、ドープ濃度のバランスのとり方が難しく、層構造が複雑になってしまうという問題がある。
【００７５】
一方、特開２００３−２７２８６０記載のように電荷発生層で仕切られた各発光ユニットが積層されており、それぞれの発光ユニットを個別に発光させる方法を用い、各発光ユニットがそれぞれ別の色、例えば、青色発光、緑色発光、赤色発光を行い、その混色によって白色を作り出す方法を用いれば、上記のような問題は発生せず、演色性、色再現性域に優れた白色を発光させることが可能になる。また、特開２００３−２７２８６０の方法でフルカラーマトリクスディスプレイを作製する場合、マスク蒸着を用いて発光層を塗り分ける方式でサブピクセルを作る手法では、マスク蒸着の工程が発光ユニットの段数倍に増えてしまう問題があるが、本発明のカラーフィルタと組み合わせてマトリクスディスプレイを作ることで工程数を増やさずに高効率のディスプレイを作製することが可能になる。
【実施例】
【００７６】
以下に本発明の実施の形態で示した有機エレクトロルミネッセンス素子の作製方法に基づいて素子の作製を行った。ただし、本発明はこの実施例の条件に限定されるものではない。なお、以下の実施例、比較例において、「部」および「％」は重量基準である。
【００７７】
実施例
〔第１下地層、第２下地層の形成〕
厚さ０．７ｍｍのガラス基板をよく洗浄した後、低屈折率の第１下地層形成用塗布液としてアルバック製のＩＳＭ−２（ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシラザン等を含有するポーラスシリカ形成用塗布液）をスピンコートで塗布し、基板を乾燥させた後、５Ｐａまで減圧したオーブンを用いて４００℃でベークし、第１下地層を形成した。ベークした基板上の第１下地層の膜厚は３５０ｎｍであった。次に、透明なアクリル樹脂と、硬化剤としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（多官能アクリルモノマー）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に溶解した溶液に平均粒径１５０ｎｍのチタニア微粒子を分散させ、超音波ホモジナイザーで分散させて第２下地層形成用塗布液を調製した。この塗布液を前記基板上にスピンコートで塗布し、乾燥後ベークした。第２下地層の膜中に含まれるチタニア粒子は３０％であった。また、第２下地層の平均膜厚は５００ｎｍであった。
【００７８】
〔カラーフィルタ層の形成〕
（樹脂溶液の調製）
１リットル容の４つ口フラスコに、シクロヘキサノン３５０部、スチレン２６部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２３部、メタクリル酸３５部、メタクリル酸メチル２１部、メタクリル酸ブチル７０部を仕込み、９０℃に加熱しあらかじめシクロヘキサノン２９０部、スチレン２６部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２３部、メタクリル酸３５部、メタクリル酸メチル２１部、メタクリル睡ブチル７０部とアゾビスイソブチロニトリル１．７５部を混合溶解したものを３時間で滴下し、９０℃にて３時間さらに反応させた。さらに、アゾビスイソブチロニトリル０．７５部をシクロヘキサノン１０部に溶解させたものを添加し、さらに１時間反応を続け、樹脂溶液を合成した。この樹脂溶液の一部をサンプリングして１８０℃、２０分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が３０％となるようにシクロヘキサノンを添加した。
【００７９】
（青色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてリオノールブルーＥ（東洋インキ製）を２．７部と分散剤０．３部を混合し、ペイントシェイカーにて２４時間分散して青色分散体を得た。次いで青色分散体５４部とジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、青色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８０】
（緑色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてＰｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ３６を４部、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１５４を１．７部、さらに分散剤を０．２９部、上記樹脂溶液５５部、シクロヘキサノン溶液７．８部を混合し、ペイントシェイカーで２４時間分散して緑色分散体を調製した。ついで、この緑色分散体５４部とジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように添加し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、緑色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８１】
（赤色カラーフィルタ用組成物の調製）
色材としてＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１６８を４部、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６を１．７部、さらに分散剤を０．２９部、上記樹脂溶液を５５部、シクロヘキサノン７．８部を混合し、ペイントシェイカーで２４時間分散して赤色分散体を調製した。ついで、この緑色分散体５４部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し分散液を調製した。さらにこの分散液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、赤色カラーフィルタ用組成物を調製した。
【００８２】
（カラーフィルタのパターニング）
上記で調製した青色のカラーフィルタ用組成物を第２下地層まで形成した基板にスピンコートで塗布した。塗膜が乾燥した後に画素の形状に応じたネガパターンのフォトマスクをあててマスクアライナーで露光を行った。露光後に基板を１％炭酸ナトリウム液で現像し、２２０℃のホットプレートでベークを行い青色カラーフィルタのパターンを得た。同様にして緑色カラーフィルタ、赤色カラーフィルタもパターニングを行った。得られたカラーフィルタ層の膜厚は７００ｎｍであった。
【００８３】
〔オーバーコート層の形成〕
カラーフィルタ層形成の時に調製した樹脂溶液を５５部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを４部、シクロヘキサノン１９部を容器中で充分に混合し塗布液を調製した。さらにこの塗布液６０部に光重合開始剤としてエチルミヒラーケトン０．５部、エチルアントラキノン０．５部を加え、更にシクロヘキサノンを加えて全体の不揮発分が２５％になるように調整し、最後に１ミクロンのフィルタで濾過し、オーバーコート用塗布液を調製した。ついで、この塗布液をカラーフィルタ層の上にスピンコートし、塗膜が乾燥した後に各色のカラーフィルタのマトリクスをカバーする形状に応じたネガパターンのフォトマスクをあててマスクアライナーで露光を行った。露光後に基板を１％炭酸ナトリウム液で現像し、２２０℃のホットプレートでベークを行いオーバーコート層のパターンを得た。オーバーコート層の膜厚は３００ｎｍであった。
【００８４】
〔第３下地層の形成〕
チタンテトライソプロポキシドの１％イソプロパノール溶液に２Ｎ塩酸の３％エタノール溶液を滴下してゾル液を調製し、これに平均粒径１１０ｎｍのシリカ微粒子を混合させた後、スターラーでよく攪拌し、分散させた。この溶液をスピンコートで前記基板上に塗布し、２００℃のホットプレートで加熱してアモルファスチタニアにシリカ微粒子が分散された高屈折率散乱層である第３下地層を形成した、第３下地層の膜厚は１７０ｎｍであった。さらに上記ゾル液から粒子を抜いたものを調製し、同様にスピンコートとベークを行い、高屈折率の平滑化層を得た。平滑化層の膜厚は１００ｎｍであった。次いで、この基板にガスバリア層としてシリコンモノオキサイド（ＳｉＯ）の薄膜を１５０ｎｍ蒸着した。
【００８５】
〔電極および有機発光層の形成〕
上記基板にＲＦスパッタによって１５０ｎｍのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）膜を形成し、画素形状にエッチングすることで陽極を得た。さらに洗剤洗浄および超音波洗浄を行ったのち、オゾン雰囲気下で低圧紫外線ランプの紫外線を照射して電極面を清浄化した。ついで、この基板を真空蒸着機に入れ、次の順で各有機層を蒸着した。
【００８６】
正孔注入層：下記式１で示される銅フタロシアニンを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で１５ｎｍの厚さに形成した。
【化１】
【００８７】
発光層１：下記式２で示されるα−ＮＰＤを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で２０ｎｍの厚さに形成した。その際、下記式３で示されるルブレンを１重量％ドープした。
【化２】
【００８８】
【化３】
【００８９】
発光層２：下記式４で示されるジナフチルアントラセンを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で３０ｎｍの厚さに形成した。その際、下記式５で示されるペリレンを１重量％ドープした。
【化４】
【００９０】
【化５】
【００９１】
電子注入層：下記式６で示されるＡｌｑ３を蒸着速度０．２ｎｍ／秒で３０ｎｍの厚さに形成した。
【化６】
【００９２】
ついで、電子注入層上に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ（蒸着速度０．０１ｎｍ／秒）の厚さに形成し、最後にアルミニウムを陰極のパターンに応じて１５０ｎｍ（蒸着速度５ｎｍ／秒）蒸着し、グローブボックス内で封止して素子を得た。
【００９３】
比較例
実施例と比較を行うために比較例の素子を作製した。この素子では上記実施例の構成のうち、第１下地層、第２下地層、第３下地層を省略した。残りのカラーフィルタ層および、オーバーコート層、ガスバリア層、電極、有機発光層の構成は上記実施例と同じ材料、プロセスで作製した。
【００９４】
実施例および比較例の素子に通電し、得られたスペクトルからカラーフィルタの光取り出し効率を計算したものを表１に示す。
【表１】
【００９５】
表１は本発明の実施例に基づいて白色＋カラーフィルタタイプの素子を作製した場合と比較例の素子を作製した場合の各発光色の色度および明度を示している。本発明の実施例の素子の方は比較例と比べて白色発光時の明度と色再現域の両方が同時に向上している。本来、明度と色再現域をカラーフィルタの膜厚の制御だけで同時に向上させることは不可能であるが、光取り出し構造をカラーフィルタに組み込むことで両方の性能を同時に向上させることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図２】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第３下地層１０５からカラーフィルタ層１０４に臨界角以上の角度で入射し、反射した光が第３下地層１０５に戻って、１０５内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、再度１０４に入射する様子を図示したものである。
【図３】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第２下地層１０３から第１下地層１０２に臨界角以上の角度で入射し、反射した光が第２下地層１０３に戻って、１０３内部で散乱を起こして光の進行方向を変え、再度１０２に入射する様子を図示したものである。
【図４】第２の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図５】第３の態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を示す概略断面図。
【図６】図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子において、第１下地層１０２が無い場合、基板１０１と空気界面で全反射を起こした光が再び第２下地層１０３に戻って散乱し、進行方向を変えて光源から離れた位置で外部に取り出されてしまう場合を示した図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００、４００、５００…有機エレクトロルミネッセンス素子
１０１…基板
１０２…第１下地層
１０３…第２下地層
１０４…カラーフィルタ層
１０５…第３下地層
１０６、１０８…電極
１０７…有機発光層
４０１…平滑化層
５０１…ガスバリア層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層をこの順で備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層および第３下地層には、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されてい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。
【請求項２】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が基板の屈折率よりも小さく、かつ１．４以下であ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。
【請求項３】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が、１．３以下であることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第３下地層上に平滑化層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記平滑化層上にガスバリア層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．１以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする請求項１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記微粒子が、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記金属化合物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物であることを特徴とする請求項１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
前記第１下地層が、ポーラスシリカを含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１５】
前記第１下地層が、フッ素を有する樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１６】
前記第１下地層が、フッ化物塩を含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置。
【請求項１】
基板上に少なくとも、発光領域を有する１層以上の有機発光層と、前記有機発光層に正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記基板には基板側から第１下地層、第２下地層、カラーフィルタ層、第３下地層をこの順で備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層、第２下地層、第３下地層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とすると、ｎ１＜ｎ２かつ、ｎ２＜ｎ３であり、かつ、第２下地層および第３下地層には、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長において、各々の下地層の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されてい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。
【請求項２】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が基板の屈折率よりも小さく、かつ１．４以下であ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。
【請求項３】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第１下地層の屈折率が、１．３以下であることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第３下地層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第３下地層上に平滑化層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記平滑化層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記平滑化層上にガスバリア層をさらに備え、前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．７以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記ガスバリア層の屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．１以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記有機発光層が放出する光のうち、前記カラーフィルタによって取り出される光の波長における前記第２下地層の屈折率とカラーフィルタ層の屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする請求項１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記微粒子が、金属、金属化合物、ケイ素化合物、樹脂またはそれらの混合物からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記金属化合物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、セリウムの酸化物あるいは窒化物であることを特徴とする請求項１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
前記第１下地層が、ポーラスシリカを含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１５】
前記第１下地層が、フッ素を有する樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１６】
前記第１下地層が、フッ化物塩を含むことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１６３４８（Ｐ２００８−１６３４８Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８６９９３（Ｐ２００６−１８６９９３）
【出願日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（５０４２６５７５４）財団法人山形県産業技術振興機構 (60)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（５０４２６５７５４）財団法人山形県産業技術振興機構 (60)
【Ｆターム（参考）】
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