JP2005331796A

JP2005331796A - カラーフィルタ及びカラーディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2005331796A
Application number: JP2004151351A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yokoo; 正浩横尾
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】カラーフィルタのR（赤）G（緑）B（青）各色の画素の膜厚を変えて調整することを必要とせず、また、各色の画素と有機発光部等の面積を変えて調整することも必要とせずに、色調整を行い、ホワイトバランスの補正を行うことができるカラーフィルタ及びカラーディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】複数色の画素を有するカラーフィルタにおいて、カラーフィルタを形成する少なくとも１色の画素に無彩色の色材を含有させ、カラーフィルタの各画素の光学濃度（透過率）を調節することにより、複数色の画素の高さ及び／又は面積を均しくすることができ、更には白色表示時のバランスと明度が良好であり、明るく鮮明なカラー画像を有するカラーディスプレイ装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はカラーフィルタと有機発光層又はバックライトなどの白色光源を組み合わせてなるカラーディスプレイ装置に関するものである。

近年、情報機器の多様化等にともなって、従来から一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力や空間占有面積が少ない平面表示ディスプレイのニーズが高まり、このような平面表示ディスプレイの一つとしてＥＬ素子を用いたカラーディスプレイ装置が注目されている。

ＥＬ素子は、蛍光性化合物に電圧を加えることにより励起し、発光させる素子である。ルミネッセンス材料により、無機化合物を使用した無機ＥＬ素子と有機化合物を使用した有機ＥＬ素子に分けられる。無機ＥＬを使用したディスプレイ(無機ＥＬＤ)は一部実用化され、有機ＥＬ素子を用いたカラーディスプレイ装置は実用化が試されているところである。

有機ＥＬ素子は、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）などよりなるホール（正孔）注入電極と、ホール注入電極上に成膜されたトリフェニルジアミンなどを含むホール（正孔）輸送層と、ホール輸送層上に積層されたアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）などの蛍光物質を含む有機発光層と、マグネシウムなどの仕事関数の小さな金属電極（電子注入電極）とを基本構成として有するもので、１０ボルト前後の電圧によって、数百ないし数万ｃｄ／ｍ^２というきわめて高い輝度が得られるという特徴を有している。

有機ＥＬ素子を、カラーディスプレイ装置に用いる場合には、光の三原色である赤、緑、青の光を発する発光層を各画素ごとに形成する方法や、複数の発光層とカラーフィルター層を形成し、カラーフィルター層を用いて、複数の発光層から発せられる白色光から、各画素毎に、光の三原色である赤、緑、青の光を取り出す方法（特許文献１参照）や、特定の波長の光を吸収して、所定の色の光に変換する蛍光変換層、カラーフィルター層および特定の波長にピークを持つ発光層を組み合わせて、各画素ごとに、赤、緑、青の光を得るという方法（特許文献２参照）も用いられている。

しかしながら、これらのディスプレイ装置において、顔料の光学濃度（透過率）は色により異なるため、同じ高さ、同じ面積、同じ顔料含有量でカラーフィルタの画素を作成した場合、理想的な白色光と組み合わせると、カラーフィルタの各色の光学濃度が異なるため、透過した光が完全な白色光とはならない（以下、白色光のずれという）という問題が生じる。

これを解消するため、カラーフィルタの三原色の画素の厚さを大きく変える方法が考えられるが、カラーフィルタの表面が凹凸になる。その結果、表面に凹凸のあるカラーフィルタ層上に形成された透明電極および補助配線が切断されるおそれがあり、所望のように配線をして、カラーディスプレイ装置として機能させることが困難になる場合があるという新たな問題が生じる。

また、カラーフィルタの三原色の画素に対応する白色発光部にそれぞれ異なる電圧を加える方法で輝度を調節する方法も考えられるが、ＥＬ素子は、発光寿命が注入電流に大きく依存しているために、この方法であると、白色発光部の注入電流量が異なり、R(赤)、G(緑)、B(青)により輝度の劣化の速さが違うために、時間とともにホワイトバランスが崩
れてくるという新たな問題点が生じる。

なお、前記の透明電極および補助配線が切断されるという問題は、バックライトから発せられた白色光を液晶シャッターにて、透過、遮光を行い、カラーフィルタにてカラー化を行うディスプレイ装置においても同様な問題が生じる。
特開昭６３−１５２８９７号特開平１０−１７７８９５号

そこで、本発明は、カラーフィルタのR（赤）G（緑）B（青）各色の画素の膜厚を変えて調整することを必要とせず、また、各色の画素と有機発光部等の面積を変えて調整することも必要とせずに、色調整を行い、ホワイトバランスの補正を行うことができるカラーフィルタ及びカラーディスプレイ装置を提供する。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであって、請求項１記載の発明は、複数色の画素を有するカラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタを形成する少なくとも１色の画素に無彩色の色材を含有させたことを特徴とするカラーフィルタである。

請求項２記載の発明は、無彩色の色材が黒色顔料であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタである。

請求項３記載の発明は、複数色の画素の高さ及び／又は面積が略均しいことを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルタである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のカラーフィルタと白色光源とを組み合わせて構成することを特徴とする白色表示時の色度が向上したカラーディスプレイ装置である。

本発明においては、カラーフィルタの画素に、無彩色の色材を加え、カラーフィルタの各画素の光学濃度（透過率）を調節することにより、複数色の画素の高さ及び／又は面積を均しくすることができ、更には白色表示時のバランスと明度が良好であり、明るく鮮明なカラー画像を有するカラーディスプレイ装置を得ることができる。

本発明に係わるカラーフィルタの基本構成は、通常の液晶素子用と同様に透明基材の一面に、複数色の画素からなる着色層と必要に応じてブラックマトリックスと、透明樹脂層（オーバーコート層又は平坦化層）を設けてなる。

透明基材とは、透明性があり、ある程度の剛性があればとくに限定されるものではないが、ガラスやポリエステルやアクリル樹脂のフィルム又は薄板を用いることができる。

着色層とは、通常、赤、緑、青等の顔料又は染料からなる色材を分散してなる樹脂を塗布・パターニングし、マトリックス状やストライプ状に配列したものである。

請求項１に記載の発明においては、少なくとも１色の画素に無彩色の色材を含有させるにとより、画素の透過率を調節する。

着色色材のうち、緑色画素の緑顔料としてはピグメントグリーン７、ピグメントグリーン３６などが挙げられる。赤色画素の赤顔料としてはピグメントレッド１、９、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１９２、２０６、２０７、２０９、２１５、２５４、２６４などが挙げられる。青色画素の青顔料としてはピグメントブルー１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６などが挙げられる。なお、所望の色相を得るために２種類以上を混合して用いても構わない。

また、無彩色の色材とは、可視光領域に吸収を持つ染料又は顔料があげられる。具体的には、チタンホワイトのような白色顔料、カーボンブラックのような黒色顔料があげられる。このような色材を透過率が高い色に数％〜１０数％混入させ、透過率を透過率が低い色にを調整する。なお、有機発光層又はバックライトが理想的な白色光源（３波長）でなく、特定の波長が高い場合（図１）は、それも考慮して着色層の透過率を調整する。

上記色材を透明樹脂に分散させ、感光性着色樹脂組成物を作成する。このような透明樹脂としては、光照射部或いは遮光部が有機溶剤、アルカリ水溶液、水に溶解可能なものであればよく、特に限定されるものではない。具体例を挙げれば、（メタ）アクリル酸や２−ヒドロキシエチル、アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドンやアンモニウム塩を有するモノマーなどに代表されるような親水性のモノマーと（メタ）アクリル酸エステル、酢酸ビニル、スチレン、Ｎ−ビニルカルバゾール、などに代表されるような親油性のモノマーとを適度な混合比で既知の手法で共重合したものを用いることができる。これらの透明樹脂は、エチレン性の不飽和基を有するラジカル重合性のモノマーやオキシラン環或いはオキセタン環を有するカチオン重合性のモノマー、ラジカル発生剤、酸発生剤、或いは塩基発生剤との組み合わせによってネガ型、すなわち遮光部分が現像によって除去されるタイプのレジストとして用いることができる。また、ポリヒドロキシスチレンのｔ−ブチル炭酸エステル、ｔ−ブチルエステル、テトラヒドロキシピラニルエステル或いはテトラヒドロキシピラニルエーテルなどに代表される樹脂を使用することもできる。この種の樹脂は、光酸発生剤または光塩基発生剤との組み合わせによってポジ型、すなわち光照射部分が現像によって除去されるタイプのレジストとして用いることができる。

また、本発明を構成するカラーフィルタの各色画素の膜厚は１．０μｍ〜２．５μｍの範囲内で好適に用いられることが望ましい。膜厚が１．０μｍより薄いと顔料コンテントを高くする必要があり、露光後の現像において不良が生じ、保存安定性も悪い。膜厚が２．５μｍを超えるとフォトリソ法などではパターンにてオーバーハング形状が生じ、ＩＴＯの断線により抵抗値不良が生じ、問題である。なお、各色画素の膜厚は、その上に電極を形成することや、色再現に影響を及ぼす発光むらを考慮すると、全ての色が略同一であることが好ましい。

ブラックマトリックスは、カラーフィルタ及びカラーディスプレイ装置の画像のコントラストを向上させるため、また、ＴＦＴ駆動方式のディスプレイに用いられるトランジスタの誤動作を防ぐためなどに、これらの着色層の画素間に設けられる遮光部材である。

ブラックマトリックスは、クロム、ニッケル等の金属あるいは金属化合物を蒸着法、スパッタ法などの真空成膜法等で薄膜に形成し、これをフォトリソグラフィ法で微細パターンとして形成する方法や、感光性樹脂組成物にカーボンブラックと必要に応じて有機顔料を分散し、この黒色の感光性樹脂組成物を用いてブラックマトリックスを形成する方法にて形成することができる。

透明樹脂層は、前記着色層及びブラックマトリックスにより生じた凹凸を埋めるために、透明基材の着色層及びブラックマトリックス側に設ける層（オーバーコート層又は平坦化層）、又は、その反対側に設ける層（保護層又は反射防止層）である。

更に、画素を形成する樹脂等に含まれる水分が有機発光層へ移行しないように、酸化珪素、窒化珪素等の透明バリア性のある材料により、バリア膜（パッシベーション膜）を設けることが好ましい。

上記カラーフィルタに透明電極を形成し、有機発光層の各層を蒸着し、対抗電極又はＴＦＴ基板を蒸着又は積層し、カラーディスプレイ装置を製造することができる。

このカラーディスプレイ装置は、カラーフィルタの濃度が調整されているので、理想に近い白色及びフルカラー表示が可能である。

また、上記カラーフィルタに透明電極を形成し、対抗電極又はＴＦＴ基板と貼り合わせ、間隙にネマチック液晶を注入してカラーディスプレイ装置を製造することができる。

このカラーディスプレイ装置は、カラーフィルタの濃度が調整されているので、理想に近い白色及びフルカラー表示が可能であった。

本発明の一実施例の断面図を図２に示す。白色光をカラーフィルタに通してフルカラー化を行う方式のカラー有機ＥＬ表示装置は、ガラスからなる透明基板11上に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（12、13、14）が成膜されている。さらに、透明樹脂層15、バリア膜16が積層されており、続いて透明電極17、正孔輸送層18、発光層19（有機発光層）、陰極20、封止ガラス21の順に構成されている。この時、透明樹脂層（平坦化膜）15は図3に示す透過率の樹脂膜である。

実施例１は、無彩色（黒）の顔料であるカーボンブラックを緑と赤の着色樹脂組成物に含め、赤、緑、青の画素の高さ及び面積を等しく形成した画素の場合であり、取り出される光における各色及び白表示時の色度図（図４）及び各色の規格化強度曲線（図５）は実施例１と同様なものが得られ、各色及び白表示時の色度座標及びＹ値は以下のようになった。

赤12は、ｘ＝0.5850、ｙ＝0.3166、Ｙ値13.55、緑13は、ｘ＝0.2804、ｙ＝0.4779、Ｙ値20.97、青14は、ｘ＝0.1260、ｙ＝0.1867、Ｙ値11.97、白表示時は、ｘ＝0.3012、ｙ＝0.3083、Ｙ値15.50となり、各画素の透過率が調整された結果、ホワイトバランスが改善された。
［比較例］
無彩色の顔料を着色樹脂組成物に含めずに複数色の画素の高さ及び面積を均しくした形成した画素の場合、取り出される光における各色及び白表示時の色度図（図６）及び各色の規格化強度曲線（図７）が得られ、各色及び白表示時の色度座標及びＹ値は以下のようになった。

赤12は、ｘ＝0.4857、ｙ＝0.2980、Ｙ値20.45、緑13は、ｘ＝0.2278、ｙ＝0.4884、Ｙ値59.86、青14は、ｘ＝0.1251、ｙ＝0.1733、Ｙ値37.81、白表示時は、ｘ＝0.2163、ｙ＝0.2885、Ｙ値39.37となり、ホワイトバランスが大きく悪い結果となってしまった。

液晶バックライト及び白色ＥＬのスペクトル図である。有機ＥＬ素子構成を示す説明図である。透明オーバーコート透過率を示すグラフ図である。実施例１の白表示時色度図を示すグラフ図である。実施例１の各色規格化強度曲線を示すグラフ図である。比較例の白表示時色度図を示すグラフ図である。比較例の各色規格化強度曲線を示すグラフ図である。

符号の説明

１１透明基板
１２、１３、１４画素
１５透明樹脂層
１６バリア膜
１７透明電極
１８正孔輸送層
１９有機発光層
２０陰極
２１封止ガラス

Claims

複数色の画素を有するカラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタを形成する少なくとも１色の画素に無彩色の色材を含有させたことを特徴とするカラーフィルタ。
無彩色の色材が黒色顔料であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
複数色の画素の高さ及び／又は面積が略均しいことを特徴とする請求項１又は２記載のカラーフィルタ。
請求項１乃至３の何れかに記載のカラーフィルタと白色光源とを組み合わせて構成することを特徴とする白色表示時の色度が向上したカラーディスプレイ装置。