JP2006107761A - Color filter with color conversion function and organic el display using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多色表示を可能とする色変換フィルタの製造方法に関する。該色変換フィルタは、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などに使用することが可能である。 The present invention relates to a method for manufacturing a color conversion filter that enables multicolor display. The color conversion filter can be used for display of image sensors, personal computers, word processors, televisions, facsimiles, audio, video, car navigation, electronic desk calculators, telephones, portable terminals and industrial measuring instruments. is there.
近年、ディスプレイのマルチカラー化またはフルカラー化の方法の1例として、近紫外光、青色光、青緑色光または白色光を吸収し、波長分布変換を行って可視光域の光を発光する色変換色素をフィルタに用いる色変換方式が検討されてきている(特許文献1および2参照)。色変換方式を用いる場合、光源の発光色が白色に限定されないため、光源の選択の自由度を高めることが可能となる。たとえば、青色発光の有機EL発光素子を用い、波長分布変換により緑色および赤色光を得ることができる。したがって、より効率の高い光源を用いることができ、かつ近紫外光ないし可視光のような弱いエネルギー線を用いても、フルカラーの発光型ディスプレイを構築できる可能性が検討されてきている(特許文献3参照)。
In recent years, color conversion that absorbs near-ultraviolet light, blue light, blue-green light, or white light and performs wavelength distribution conversion to emit light in the visible light range is an example of a method for multicoloring or full color display. A color conversion method using a dye as a filter has been studied (see
カラーディスプレイとしての実用上の重要課題は、精細なカラー表示機能、色再現性を含めた長期的な安定性を有することに加えて、高い色変換効率を有する色変換フィルタを提供することである。しかしながら、色変換効率を高めるために、色変換色素の濃度を上昇させると、いわゆる濃度消光による効率の低下、ならびに経時による色変換色素の分解などが発生するため、色変換色素を含む色変換層の厚さを厚くすることによって所望の色変換効率を得ているのが現状である。色変換色素の濃度消光および分解の防止について、かさ高い置換基を色素母核に導入することが検討されてきている(特許文献4〜6参照)。また、色変換色素の分解防止について、クエンチャーを混合することも検討されている(特許文献7参照)。 An important practical issue as a color display is to provide a color conversion filter having high color conversion efficiency in addition to long-term stability including fine color display function and color reproducibility. . However, if the concentration of the color conversion dye is increased in order to increase the color conversion efficiency, a decrease in efficiency due to so-called density quenching and decomposition of the color conversion dye over time occur, so a color conversion layer containing the color conversion dye The present situation is that a desired color conversion efficiency is obtained by increasing the thickness. In order to prevent concentration quenching and decomposition of color conversion dyes, introduction of bulky substituents into the dye mother nucleus has been studied (see Patent Documents 4 to 6). In addition, mixing quenchers has also been studied for preventing decomposition of color conversion pigments (see Patent Document 7).
色変換方式によるマルチカラーまたはフルカラーのディスプレイを高精細化する場合、色変換層を高精細にパターニングする必要がある。しかしながら、たとえば、1つのパターンの幅が膜厚より小さくなるようなパターニングを行う場合、パターンの形状再現性または引き続く工程におけるパターンの変形などが問題となってくる。加えて、通常のフォトリソグラフィーによるパターニングを行う場合、塗布工程、マスクの位置合わせを伴う露光工程、現像工程が、各色の色変換層について必要となる。たとえば、フルカラーディスプレイを得る場合には、少なくとも赤色、緑色および青色の色変換層が必要となるので、その製造工程は多くの工程を必要とし、また煩雑なものとなってしまう。また、色変換方式によるマルチカラーまたはフルカラーのディスプレイを形成する場合、各原色(たとえばRGB)に関する色変換の効率を向上させることが以前から存在する重要な課題の1つである。 In order to increase the definition of a multi-color or full-color display using a color conversion method, it is necessary to pattern the color conversion layer with a high definition. However, for example, when patterning is performed such that the width of one pattern is smaller than the film thickness, pattern shape reproducibility or pattern deformation in a subsequent process becomes a problem. In addition, when patterning by ordinary photolithography is performed, a coating process, an exposure process with mask alignment, and a development process are required for the color conversion layers of the respective colors. For example, in order to obtain a full color display, at least red, green and blue color conversion layers are required, so that the manufacturing process requires many steps and becomes complicated. Further, when forming a multi-color or full-color display by a color conversion method, it is one of the important issues that have existed before to improve the efficiency of color conversion for each primary color (for example, RGB).
したがって、本発明においては、製造工程を簡略化すると同時に、高精細のパターニングを可能とし、各原色に関する色変換の効率を向上させることが可能な色変換フィルタの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a color conversion filter that simplifies the manufacturing process and at the same time enables high-definition patterning and can improve the efficiency of color conversion for each primary color. To do.
本発明の第1の実施形態の色変換機能付カラーフィルタは、透明基板と、透明基板上に形成された複数種のカラーフィルタ層と、少なくとも1つの色変換色素を含み、前記複数種のカラーフィルタ層を覆って一体に形成され、平坦な表面を有する色変換層とを具え、前記少なくとも1つの色変換色素は、入射光の一部の波長域を吸収し、吸収した波長域と異なる波長域の光を放射し、前記複数種のカラーフィルタ層の一部が他のカラーフィルタ層より厚いことを特徴とする。ここで、前記色変換層への入射光が青色ないし青緑色光であり、前記少なくとも1つの色変換色素が赤色領域のスペクトルを含む光を放射するようにすることが好ましい。特に好ましくは、前記複数種のカラーフィルタ層が、赤色カラーフィルタ層、緑色カラーフィルタ層および青色カラーフィルタ層で構成され、前記緑色カラーフィルタ層および前記青色カラーフィルタ層を、前記赤色カラーフィルタ層よりも厚く形成することが望ましい。本実施形態において、色変換層は、前記少なくとも1つの色変換色素はマトリクス樹脂中に分散した層であることが望ましく、前記複数種のカラーフィルタの保護層として機能してもよい。さらに、前記色変換層を覆うガスバリア層をさらに具えてもよい。 The color filter with a color conversion function according to the first embodiment of the present invention includes a transparent substrate, a plurality of types of color filter layers formed on the transparent substrate, and at least one color conversion pigment, and the plurality of types of colors. A color conversion layer having a flat surface and integrally formed covering the filter layer, wherein the at least one color conversion dye absorbs a part of the wavelength range of incident light and has a wavelength different from the absorbed wavelength range In this case, a part of the plurality of kinds of color filter layers is thicker than the other color filter layers. Here, it is preferable that light incident on the color conversion layer is blue or blue-green light, and the at least one color conversion dye emits light including a spectrum in a red region. Particularly preferably, the plurality of types of color filter layers are composed of a red color filter layer, a green color filter layer, and a blue color filter layer, and the green color filter layer and the blue color filter layer are formed from the red color filter layer. It is desirable to form a thick film. In this embodiment, the color conversion layer is preferably a layer in which the at least one color conversion pigment is dispersed in a matrix resin, and may function as a protective layer for the plurality of types of color filters. Furthermore, you may further provide the gas barrier layer which covers the said color conversion layer.
本発明の第2の実施形態の有機ELディスプレイは、透明基板と、透明基板上に形成された複数種のカラーフィルタ層と、少なくとも1つの色変換色素を含み、前記複数種のカラーフィルタ層を覆って一体に形成され、平坦な表面を有する色変換層と、透明電極と、少なくとも有機発光層を含む有機EL層と、反射電極とを具え、前記少なくとも1つの色変換色素は、入射光の一部の波長域を吸収し、吸収した波長域と異なる波長域の光を放射し、前記複数種のカラーフィルタ層の一部が他のカラーフィルタ層より厚いことを特徴とする。ここで、前記有機発光層が青色ないし青緑色光を発光し、前記少なくとも1つの色変換色素が赤色領域のスペクトルを含む光を放射するようにすることが好ましい。特に好ましくは、前記複数種のカラーフィルタ層が、赤色カラーフィルタ層、緑色カラーフィルタ層および青色カラーフィルタ層で構成され、前記緑色カラーフィルタ層および前記青色カラーフィルタ層を、前記赤色カラーフィルタ層よりも厚く形成することが望ましい。本実施形態において、色変換層は、前記少なくとも1つの色変換色素はマトリクス樹脂中に分散した層であることが望ましく、前記複数種のカラーフィルタの保護層として機能してもよい。さらに、前記色変換層を覆うガスバリア層をさらに具えてもよい。 The organic EL display according to the second embodiment of the present invention includes a transparent substrate, a plurality of types of color filter layers formed on the transparent substrate, and at least one color conversion dye. A color conversion layer having a flat surface, a transparent electrode, an organic EL layer including at least an organic light-emitting layer, and a reflective electrode, wherein the at least one color conversion dye It absorbs a part of the wavelength range, emits light in a wavelength range different from the absorbed wavelength range, and a part of the plurality of kinds of color filter layers is thicker than the other color filter layers. Here, it is preferable that the organic light emitting layer emits blue to blue-green light, and the at least one color conversion dye emits light including a spectrum in a red region. Particularly preferably, the plurality of types of color filter layers are composed of a red color filter layer, a green color filter layer, and a blue color filter layer, and the green color filter layer and the blue color filter layer are formed from the red color filter layer. It is desirable to form a thick film. In this embodiment, the color conversion layer is preferably a layer in which the at least one color conversion pigment is dispersed in a matrix resin, and may function as a protective layer for the plurality of types of color filters. Furthermore, you may further provide the gas barrier layer which covers the said color conversion layer.
以上のように、本発明の色変換機能付カラーフィルタは、ディスプレイ用カラーフィルタとして特有の利点を有する。この形態においては、マトリクス状に設けられる副画素に対応する位置の独立制御可能な光源を発した光は、色変換層で色相を変化させられて赤色領域のスペクトルを含む光となる。このような構成とすることにより、単一の色変換層を形成するだけで、バックライト光源の青色ないし青緑色の光を、赤色領域のスペクトルを包含する光へと変換できるため、プロセスの単純化によるコストダウンが可能となる。また、ディスプレイの高精細化にあたっては、色変換層をパターニングすることなく一体として形成することができることによって、パターンの形状再現性および変形のような問題を引き起こすことがない。 As described above, the color filter with a color conversion function of the present invention has unique advantages as a color filter for display. In this embodiment, light emitted from a light source that can be independently controlled at positions corresponding to sub-pixels provided in a matrix is changed in hue by the color conversion layer and becomes light including a spectrum in the red region. With such a configuration, the blue or blue-green light of the backlight source can be converted into light that includes the spectrum in the red region simply by forming a single color conversion layer, thus simplifying the process. Cost reduction by making it possible. In addition, when the display has a higher definition, the color conversion layer can be formed integrally without patterning, thereby preventing problems such as pattern shape reproducibility and deformation.
さらに、副画素のカラーフィルタそれぞれに対して、赤色領域のスペクトルを包含する光が入射する。青色ないし緑色の副画素においては、そのカラーフィルタの厚さを厚くして色変換層の厚さを相対的に薄くし、色変換層における色相変化の量を少なくしてバックライトに含まれる青色ないし緑色成分をより有効に利用することが可能となる。一方、赤色の副画素においては、そのカラーフィルタの厚さを薄くし色変換層の厚さを相対的に厚くすることによって、色変換層における色相変化の量を多くして赤色領域のスペクトルをより多く含む光が得られる。したがって、赤色副画素においてより高輝度の赤色光を放射することが可能となる。 Further, light including the spectrum of the red region is incident on each color filter of the sub-pixel. For blue to green sub-pixels, the color filter is thickened to make the color conversion layer relatively thin, and the amount of hue change in the color conversion layer is reduced to reduce the blue color contained in the backlight. In addition, the green component can be used more effectively. On the other hand, in the red sub-pixel, by reducing the thickness of the color filter and relatively increasing the thickness of the color conversion layer, the amount of hue change in the color conversion layer is increased, and the spectrum of the red region is increased. More light is obtained. Therefore, it is possible to emit red light with higher luminance in the red subpixel.
本発明の第1の実施形態の色変換機能付カラーフィルタは、透明基板1の上に、複数種のカラーフィルタ層2と、色変換色素(CCM)を含む色変換層3が設けられた積層体である。図1には、3種のカラーフィルタ層(赤色2R、緑色2Gおよび青色2B)を設けた場合を例示した。色変換層3は、光源からの入射光の色相を変化させる層として機能する。具体的には、色変換層3中の色変換色素が入射光の一部の波長域の光を吸収して、吸収波長域と異なる波長域の光を放射し、色変換色素が吸収しなかった波長域の光および色変換色素が放射した光を組み合わせて、異なる色相の光を放出する。より具体的には、色変換層3が入射光の一部の波長域の光を吸収して、入射光に実質的に含まれない波長域のスペクトルを多く含む光を放射するような構成を採れば、色変換層3を出射する光をより広範囲のスペクトルを含む光(たとえば、3原色のスペクトル全てを含む光、白色光)とすることが出来る。本発明において、「入射光に実質的に含まれない」とは、入射光の色相に影響を与えるほどの強度では存在しないことを意味する。たとえば、青色ないし青緑色の光を入射光として用い、その青色の波長域の光の一部を色変換色素によって赤色領域のスペクトルを含む光に変換することによって、出射光のスペクトルを入射光よりも広範囲のものとすることが可能となる。
The color filter with a color conversion function of the first embodiment of the present invention is a laminate in which a plurality of types of color filter layers 2 and a
透明基板1は、可視光(波長400〜700nm)、好ましくは色変換層3によって変換された光に対して透明であることが必要である。また、透明基板1は、色変換層3および他の必要に応じて設けられる層(後述)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、さらに寸法安定性に優れていることが好ましい。透明基板1の材料として好ましいものは、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。
The
カラーフィルタ層2は、所望される波長域の光のみを透過させる層である。カラーフィルタ層2は、色変換層3を透過した光を遮断し、また色変換層3にて波長分布変換された光から所望の波長域(色相)の光を得ることに有効である。カラーフィルタ層2は、色素と感光性樹脂とを含む。色素としては、高い耐光性を有する顔料を用いることが好ましい。感光性樹脂は、(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、および(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)、(4)エポキシ基を有するモノマーと光酸発生剤とからなる組成物などを含む。たとえば、市販の液晶用カラーフィルタ材料(富士フイルムアーチ製カラーモザイクなど)を用いてカラーフィルタ層2を形成してもよい。
The color filter layer 2 is a layer that transmits only light in a desired wavelength range. The color filter layer 2 is effective in blocking light transmitted through the
カラーフィルタ層2は、その厚さを変化させることによって、その上に形成される色変換層3の厚さを相対的に変化させる機能をも有する。本発明においては、入射光に含まれるスペクトルを透過させるカラーフィルタ層を厚くし、入射光に実質的に含まれず色変換層による波長分布変換によって得られるスペクトルを透過させるカラーフィルタ層を薄くする。このような構成によって、入射光に含まれるスペクトルを透過させるカラーフィルタ層においては、その上に形成される色変換層3を相対的に薄くして、色変換層3による波長分布変換量を小さくして、入射光に含まれるスペクトルをより有効に利用することができる。一方、入射光に実質的に含まれず色変換層による波長分布変換によって得られるスペクトルを透過させるカラーフィルタ層においては、その上に形成される色変換層3を相対的に厚くして、色変換層3における波長分布変換量を大きくして、当該カラーフィルタ層を透過するスペクトルを増大させ、より高い輝度を実現することが可能となる。
The color filter layer 2 also has a function of relatively changing the thickness of the
たとえば、青色ないし青緑色光を入射光として用い、図1に示すような青色(B)、緑色(G)および赤色(R)の光を得ようとする場合、青色カラーフィルタ層2Bおよび緑色カラーフィルタ層2Gの厚さを、赤色カラーフィルタ層2Rの厚さより大きくすることが望ましい。赤色カラーフィルタ層2Rは、色素含有量にも依存するが、1〜1.5μm程度の厚さとすることが好ましい。一方、青色カラーフィルタ層2Bおよび緑色カラーフィルタ層2Gは、赤色カラーフィルタ層2Rの厚さの2倍以上であることが好ましく、2〜3μm程度とすることが望ましい(もちろん、色素含有量にも依存する)。それぞれのカラーフィルタ層をこのような範囲の膜厚とすることによって、その上に形成される色変換層3上面の平坦化(すなわち、色変換層3のそれぞれのカラーフィルタ層上における膜厚の制御)を行うと同時に、それぞれのカラーフィルタ層から所望のスペクトルを有する光を効率よく放射することが可能となる。
For example, when blue or blue-green light is used as incident light to obtain blue (B), green (G) and red (R) light as shown in FIG. 1, the blue
任意選択的に、複数種のカラーフィルタ層2の間および/または周囲に、可視光を透過させないブラックマスク5(図2参照)を設けて、コントラスト比の向上を図ることができる。ブラックマスク5は、黒色の顔料または染料を樹脂中に分散させたものであり、たとえば市販の液晶用のブラックマスク材料を用いて形成することが可能である。
Optionally, a black mask 5 (see FIG. 2) that does not transmit visible light may be provided between and / or around the plurality of types of color filter layers 2 to improve the contrast ratio. The
色変換層3は、色変換色素とマトリクス樹脂からなり、平坦な表面を有する層である。色変換色素は、入射光の波長分布変換を行って、入射光に実質的に含まれない波長域のスペクトルを有する光を放射する色素であり、好ましくは青色〜青緑色の光の波長分布変換を行って、赤色カラーフィルタ層2Rが透過させる赤色領域のスペクトルを含む光を放射する色素である。色変換層3中に複数の色変換色素を含有して、得られる波長域のスペクトルを調整してもよい。あるいはまた、青色ないし青緑色光を緑色領域のスペクトルを含む光に変換する第1種の色変換色素と、青色ないし青緑色光に加えて前記緑色領域のスペクトルを含む光を赤色領域のスペクトルを含む光に変換する第2種の色変換色素とを併用して、入射光の波長分布変換の効率を向上させてもよい。
The
青色〜青緑色領域の光を吸収して、赤色領域のスペクトルを含む光を発する色変換色素は、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を含む。
Examples of color conversion dyes that absorb light in the blue to blue-green region and emit light including a spectrum in the red region include rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110, sulforhodamine,
青色〜青緑色領域の光を吸収して、緑色領域のスペクトルを含む光を発する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を含む。 Examples of the color conversion dye that absorbs light in the blue to blue-green region and emits light including a spectrum in the green region include 3- (2′-benzothiazolyl) -7-diethylamino-coumarin (coumarin 6), 3- ( 2'-Benzimidazolyl) -7-diethylamino-coumarin (coumarin 7), 3- (2'-N-methylbenzimidazolyl) -7-diethylamino-coumarin (coumarin 30), 2,3,5,6-1H, 4H- Coumarin-based dyes such as tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9,9a, 1-gh) coumarin (coumarin 153), or basic yellow 51 which is a coumarin dye-based dye, and further, solvent yellow 11 and solvent yellow 116 Including naphthalimide dyes.
前述の色素以外のものであっても、(1)所望の波長分布変換を行うことを条件として、各種染料(直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など)を使用することができる。 Even if it is a thing other than the above-mentioned pigment | dye, (1) Various dyes (a direct dye, an acid dye, a basic dye, a disperse dye, etc.) can be used on the condition of performing desired wavelength distribution conversion.
色変換層3に用いることが出来るマトリクス樹脂は、前述のカラーフィルタ層用感光性樹脂を硬化させたものに加えて、ポリカーボネート、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレートなど)、ポリエーテルスルホン、ポリビニルブチラール、ポリフェニレンエーテル、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ノルボルネン系樹脂、メタクリル系樹脂、イソブチレン−無水マレイン酸共重合樹脂、環状オレフィン系樹脂、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などの熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、イミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア樹脂、メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂;あるいはポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネートなどと、3官能性または4官能性のアルコキシシランとを含むポリマーハイブリッド等を含む。これらの樹脂の混合物をマトリクス樹脂として用いてもよい。
The matrix resin that can be used for the
本発明において、用いられるマトリクス樹脂1g当たり0.2マイクロモル以上、好ましくは1〜20マイクロモル、より好ましくは3〜15マイクロモルの色変換色素を用いることが好ましい。また、色変換層3は、5μm以上、好ましくは5〜15μmの膜厚(カラーフィルタ層を設けていない部位の膜厚、あるいはブラックマスクを設ける場合にはブラックマスク上面における膜厚)を有する。このような色素含有量および膜厚を有することにより、所望の強度の色変換された出力光を得ることが可能となる。
In the present invention, it is preferable to use 0.2 μmol or more, preferably 1 to 20 μmol, more preferably 3 to 15 μmol of a color conversion dye per 1 g of the matrix resin used. Further, the
本発明の色変換層3は、前述の色変換色素およびマトリクス樹脂を有機溶媒に溶解させた塗布液を、透明基板1上に塗布することによって形成することができる。塗布方法は、色変換層3の表面(上面)を平坦にすることができる限り、任意のものであってもよく、たとえば、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディップコート法などの当該技術において知られている方法であってもよい。このような形成方法を採用することによって、色変換層3は、カラーフィルタ層が存在する部位において、当該カラーフィルタ層の厚さを変化させることによって、相対的に異なる厚さを有するように作製される。すなわち、カラーフィルタ層2が厚ければ色変換層3が相対的に薄くなり、カラーフィルタ層2が薄ければ色変換層3が相対的に厚くなる。
The
さらに、本実施形態の方法において、色変換層3を覆うガスバリア層4を設けてもよい。ガスバリア層4を形成するのに用いることが出来る材料は、可視域における高い透明性(400〜700nmの範囲において透過率50%以上)、100℃以上のTg、鉛筆硬度2H以上の表面硬度を示す材料であって、その下にある色変換層3ないし色変換層4の機能を低下させることのない材料から選択することができる。ガスバリア層4を形成するのに好ましい材料は、SiOx、SiNx、SiNxOy、AlOx、TiOx、TaOx、ZnOxなどの無機酸化物または無機窒化物を含む。
Furthermore, in the method of the present embodiment, a gas barrier layer 4 that covers the
さらに、本発明の方法においてガスバリア層4を設ける場合には、ガスバリア層4は、単層であってもよいし、複数の別個の材料を用いて複数層の積層構造を採ってもよい。ガスバリア層4が複数層の積層構造をとる場合には、前述の無機酸化物または無機窒化物を複数層積層してもよい。あるいはまた、ガスバリア層4表面の平坦性をより向上させることを目的として、前述の無機酸化物または無機窒化物の層と有機材料の層とを積層してもよい。用いることができる有機材料は、たとえば、イミド変性シリコーン樹脂(たとえば特許文献8〜10参照)、アクリル、ポリイミドまたはシリコーン樹脂中に分散された無機金属化合物(TiO2、Al2O3、SiO2など、特許文献11,12参照)、エポキシ変性アクリレート樹脂、反応性ビニル基を含むアクリレートモノマー/オリゴマー/ポリマーのような紫外線硬化型樹脂(特許文献13参照)、レジスト樹脂(特許文献1、14〜16参照)、無機化合物(ゾル−ゲル法により形成されてもよい、非特許文献1、特許文献17参照)、フッ素系樹脂などの光硬化型および/または熱硬化型樹脂(特許文献16、18参照)を含む。
Furthermore, when the gas barrier layer 4 is provided in the method of the present invention, the gas barrier layer 4 may be a single layer or may have a multilayer structure using a plurality of separate materials. When the gas barrier layer 4 has a multilayer structure, the above-described inorganic oxide or inorganic nitride may be stacked. Alternatively, for the purpose of further improving the flatness of the surface of the gas barrier layer 4, the above-described inorganic oxide or inorganic nitride layer and an organic material layer may be laminated. Examples of the organic material that can be used include imide-modified silicone resins (see, for example, Patent Documents 8 to 10), acrylic, polyimide, or inorganic metal compounds dispersed in a silicone resin (TiO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2, etc.). , Patent Documents 11 and 12), epoxy-modified acrylate resins, UV curable resins such as acrylate monomers / oligomers / polymers containing reactive vinyl groups (see Patent Document 13), resist resins (
上記のような材料からガスバリア層4を形成する際には、たとえば、乾式法(スパッタ法、蒸着法、CVD法など)、および湿式法(スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディップコート法など)などの、当該技術において知られている任意の方法を用いてもよい。また、ガスバリア層4を設ける場合には、視野角依存性(観察角度の変化による色相変化)を最小限にするために、ガス(酸素、水蒸気、有機溶剤蒸気など)に対する充分なバリア性を達成できる限りにおいて、ガスバリア層4の膜厚が小さいことが好ましい。 When forming the gas barrier layer 4 from the above materials, for example, a dry method (sputtering method, vapor deposition method, CVD method, etc.) and a wet method (spin coating method, roll coating method, casting method, dip coating method). Any method known in the art may be used. In addition, when the gas barrier layer 4 is provided, sufficient barrier properties against gas (oxygen, water vapor, organic solvent vapor, etc.) are achieved in order to minimize the viewing angle dependency (change in hue due to change in observation angle). As much as possible, it is preferable that the thickness of the gas barrier layer 4 is small.
以上のように、本実施形態によって、フルカラー表示に必要なRGB三色を与える色変換機能付きカラーフィルタが得られる。したがって、色変換層の位置に対応させて、独立的に制御可能な光源を複数配置することによって多色表示ディスプレイを形成することが可能となる。ここで、色変換層3のマトリクス樹脂は、パターン化されることがなく形成された際のまま一体であるので、パターンの形状再現性または変形などの問題が発生することはない。さらに、本実施形態の色変換層3は、その下に存在する複数種のカラーフィルタ層2を覆うように形成されるので、周囲環境(湿度、酸素など)の影響からカラーフィルタ層2を保護する保護層としての機能も併せ持つものである。
As described above, according to the present embodiment, a color filter with a color conversion function that provides three RGB colors necessary for full color display can be obtained. Therefore, a multicolor display can be formed by arranging a plurality of independently controllable light sources corresponding to the position of the color conversion layer. Here, since the matrix resin of the
本実施形態を、RGB三色のカラーフィルタ層2を形成する場合について説明したが、他の色を用いてもよいことは理解されるべきである。また、所望される場合には、2種または4種以上、好ましくは2〜6種のカラーフィルタ層を形成してもよい。 Although the present embodiment has been described with respect to the case where the RGB color filter layer 2 is formed, it should be understood that other colors may be used. If desired, two or more, preferably 2 to 6 color filter layers may be formed.
本実施形態の色変換機能付きカラーフィルタは、独立して制御可能で、かつ高い精細度でマトリクス状に配列することが可能な光源との組合せにおいて特に有用である。光源は、色変換層3の側に配置される。たとえば、液晶シャッター付ライトバルブ、EL発光素子、プラズマ発光素子、発光ダイオード(LED)などと組み合わせることができ、好ましくはEL発光素子、より好ましくは有機EL発光素子、最も好ましくは青色ないし青緑色光を発する有機EL発光素子と組み合わせることができる。たとえば、本実施形態の色変換機能付カラーフィルタと、別の基板上に形成した有機EL発光素子とを貼り合わせて、トップエミッション方式の有機ELディスプレイを作製してもよいし、本実施形態の色変換機能付カラーフィルタ上に有機EL発光素子を形成して、ボトムエミッション方式の有機ELディスプレイを形成してもよい。
The color filter with a color conversion function of this embodiment is particularly useful in combination with a light source that can be independently controlled and can be arranged in a matrix with high definition. The light source is disposed on the
本発明の第2の実施形態の有機ELディスプレイは、本発明の第1の実施形態の色変換機能付きカラーフィルタと、有機EL発光素子とを組み合わせたものである。色変換機能付カラーフィルタと有機EL発光素子との貼り合わせによって形成されるトップエミッション方式の有機ELディスプレイを図2に示す。スイッチング素子としてTFT11があらかじめ形成されている基板10の上に、平坦化膜12、下部電極13、有機EL層14、上部電極15およびパッシベーション層16からなる有機EL素子が形成される。下部電極13は複数の部分に分割され、それぞれの部分がTFT11と1対1で接続される反射電極であり、上部電極15は全面に均一に形成される透明電極である。有機EL素子を形成する各層は、当該技術において知られている材料および方法を用いて形成することができる。
The organic EL display of the second embodiment of the present invention is a combination of the color filter with a color conversion function of the first embodiment of the present invention and an organic EL light emitting element. FIG. 2 shows a top emission type organic EL display formed by bonding a color filter with a color conversion function and an organic EL light emitting element. An organic EL element including a
一方、透明基板1の上に、青色、緑色および赤色のカラーフィルタ層2B、2Gおよび2Rと、色変換層3とが形成されている。また、任意選択の構成要素として、各カラーフィルタ層の間および周囲のブラックマスク5、ならびに各カラーフィルタ層2、色変換層3およびブラックマスク5を覆うガスバリア層4が形成されている。
On the other hand, on the
次に有機EL素子と色変換フィルタとを、それらの間に充填剤層22(任意選択的に設けてもよい層である)を形成しながら位置合わせをして貼り合わせ、最後に周辺部分を外周封止層(接着剤)21を用いて封止して、有機ELディスプレイが得られる。図2にはアクティブマトリクス駆動型のディスプレイを示したが、パッシブマトリクス駆動型の有機EL素子を用いてもよいことはもちろんである。 Next, the organic EL element and the color conversion filter are aligned and bonded together while forming a filler layer 22 (which may be optionally provided) between them, and finally the peripheral portion is attached. An organic EL display is obtained by sealing using the outer peripheral sealing layer (adhesive) 21. Although FIG. 2 shows an active matrix drive type display, it goes without saying that a passive matrix drive type organic EL element may be used.
本発明の色変換機能付カラーフィルタ上に有機EL発光素子を直接形成したボトムエミッション方式の有機ELディスプレイを図3に示す。図3における色変換機能付カラーフィルタは、透明基板1の上に形成された青色、緑色および赤色のカラーフィルタ層2B、2Gおよび2Rと、色変換層3と、それらを覆うガスバリア層4とを含む。なお、任意選択の構成要素として、各カラーフィルタ層の間および周囲にブラックマスク5を設けてもよいことはもちろんである。図3に示した有機EL発光素子はパッシブマトリクス駆動型であり、第1の方向に延びる複数のストライプ形状部分電極からなる第1電極31と、有機EL層32と、第2の方向に延びる複数のストライプ形状部分電極からなる第2電極33とを含む。ここで、第1の方向と第2の方向とは交差していることが好ましく、より好ましくは直交している。また、図3の構成においては、第1電極31が透明電極であり、第2電極33が反射電極である。
FIG. 3 shows a bottom emission type organic EL display in which an organic EL light emitting element is directly formed on the color filter with a color conversion function of the present invention. The color filter with color conversion function in FIG. 3 includes blue, green and red
前述の有機EL層(14、32)は、近紫外から可視領域の光、好ましくは青色から青緑色領域の光を発する。その発光が色変換フィルタ層に入射して、所望される色を有する可視光へと波長分布変換される。有機EL層(14、32)は、少なくとも有機発光層を含み、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)有機発光層
(2)正孔注入層/有機発光層
(3)有機発光層/電子注入層
(4)正孔注入層/有機発光層/電子注入層
(5)正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子注入層
(6)正孔注入層/正孔輸送層/有機発光層/電子輸送層/電子注入層
(上記において、陽極は有機発光層または正孔注入層に接続され、陰極は有機発光層または電子注入層に接続される)
The aforementioned organic EL layers (14, 32) emit light in the near ultraviolet to visible region, preferably in the blue to blue-green region. The emitted light enters the color conversion filter layer, and the wavelength distribution is converted into visible light having a desired color. The organic EL layer (14, 32) includes at least an organic light emitting layer, and has a structure in which a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer and / or an electron injection layer are interposed as required. Specifically, those having the following layer structure are employed.
(1) Organic light emitting layer (2) Hole injection layer / organic light emitting layer (3) Organic light emitting layer / electron injection layer (4) Hole injection layer / organic light emitting layer / electron injection layer (5) Hole injection layer / Hole transport layer / organic light emitting layer / electron injection layer (6) Hole injection layer / hole transport layer / organic light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer (in the above, the anode is an organic light emitting layer or a hole injection layer) And the cathode is connected to the organic light emitting layer or electron injection layer)
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。また、正孔注入層としては、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物またはm−MTDATAのようなトリフェニルアミン誘導体などを用いることができ、正孔輸送層としては、TPD、α−NPDのようなビフェニルアミン誘導体などを用いることができる。一方、電子輸送層としては、PBDのようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体などを用いることができ、電子注入層としてはアルミニウムのキノリノール錯体などを用いることができる。さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはそれらを含む合金、アルカリ金属フッ化物などを、電子注入層として用いてもよい。 Known materials are used as the material for each of the above layers. In order to obtain light emission from blue to blue-green, in the organic light emitting layer, for example, a fluorescent whitening agent such as benzothiazole, benzimidazole, and benzoxazole, a metal chelated oxonium compound, a styrylbenzene compound, Aromatic dimethylidin compounds are preferably used. In addition, a phthalocyanine compound such as copper phthalocyanine or a triphenylamine derivative such as m-MTDATA can be used as the hole injection layer, and a biphenylamine such as TPD or α-NPD can be used as the hole transport layer. Derivatives and the like can be used. On the other hand, an oxadiazole derivative such as PBD, a triazole derivative, a triazine derivative, or the like can be used for the electron transport layer, and an aluminum quinolinol complex or the like can be used for the electron injection layer. Furthermore, an alkali metal, an alkaline earth metal, an alloy containing them, an alkali metal fluoride, or the like may be used as the electron injection layer.
透明電極は、SnO2、In2O3、ITO、IZO、ZnO:Alなどの導電性金属酸化物をスパッタ法を用いて積層することにより形成することができる。透明電極は、波長400〜800nmの光に対して好ましくは50%以上、より好ましくは85%以上の透過率を有することが好ましい。一方、反射電極は、高反射率の金属、アモルファス合金、微結晶性合金を蒸着法またはスパッタ法を用いて積層することにより形成することができる。高反射率の金属は、Al、Ag、Mo、W、Ni、Crなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、NiP、NiB、CrPおよびCrBなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、NiAlなどを含む。あるいはまた、前述の高反射率の金属を含む他の合金(たとえばMg/Ag合金など)を用いることができる。 The transparent electrode can be formed by stacking conductive metal oxides such as SnO 2 , In 2 O 3 , ITO, IZO, and ZnO: Al using a sputtering method. The transparent electrode preferably has a transmittance of 50% or more, more preferably 85% or more with respect to light having a wavelength of 400 to 800 nm. On the other hand, the reflective electrode can be formed by laminating a highly reflective metal, amorphous alloy, or microcrystalline alloy by vapor deposition or sputtering. High reflectivity metals include Al, Ag, Mo, W, Ni, Cr, and the like. High reflectivity amorphous alloys include NiP, NiB, CrP, CrB, and the like. The highly reflective microcrystalline alloy includes NiAl and the like. Alternatively, other alloys (for example, Mg / Ag alloy) containing the above-described highly reflective metal can be used.
以上のような構成の有機ELディスプレイにおいては、単一の色変換層3を形成するだけで、光源である有機EL素子の発する青色ないし青緑色の光(赤色領域のスペクトルを実質的に含まない)を、赤色領域のスペクトルを多く包含する光へと変換できるため、プロセスの単純化によるコストダウンが可能となる。また、青色ないし緑色の副画素においては、そのカラーフィルタの厚さを厚くして色変換層の厚さを相対的に薄くし、色変換層における色相変化の量を少なくしてバックライトに含まれる青色ないし緑色成分をより有効に利用することが可能となる。一方、赤色の副画素においては、そのカラーフィルタの厚さを薄くし色変換層の厚さを相対的に厚くすることによって、色変換層における色相変化の量を多くして赤色領域のスペクトルをより多く含む光が得られる。したがって、赤色副画素においてより高輝度の赤色光を放射することが可能となる。
In the organic EL display having the above-described configuration, only the single
(実施例1)
透明基板(コーニング製1737ガラス基板)上に、ブラックマスク材料(富士フイルムアーチ製:カラーモザイクCK−7000)、青色フィルタ材料(富士フイルムアーチ製:カラーモザイクCB−7001)、緑色フィルタ材料、および赤色フィルタ材料(富士フイルムアーチ製:カラーモザイクCR−7001)を用い、フォトリソグラフ法にてカラーフィルタ層およびブラックマスクを作製した。
Example 1
On a transparent substrate (Corning 1737 glass substrate), a black mask material (Fuji Film Arch: Color Mosaic CK-7000), a blue filter material (Fuji Film Arch: Color Mosaic CB-7001), a green filter material, and a red color Using a filter material (manufactured by Fuji Film Arch: Color Mosaic CR-7001), a color filter layer and a black mask were prepared by a photolithographic method.
ここで、各副画素の寸法を300μm×100μmとし;隣接する副画素間のギャップ(すなわち、ブラックマスクが形成される領域)を縦方向30μm、横方向10μmとし;青色、緑色および赤色の副画素の組が1つの画素を形成するように配列した。また、縦方向に50画素、横方向に50画素を配列し、合計2500画素とした。各カラーフィルタ層の膜厚は、赤色について1.5μm、青色および緑色については3μmとした。また、ブラックマスクの膜厚は1μmであった。 Here, the size of each subpixel is 300 μm × 100 μm; the gap between adjacent subpixels (that is, the region where the black mask is formed) is 30 μm in the vertical direction and 10 μm in the horizontal direction; blue, green and red subpixels Are arranged so as to form one pixel. In addition, 50 pixels in the vertical direction and 50 pixels in the horizontal direction are arranged to obtain a total of 2500 pixels. The film thickness of each color filter layer was 1.5 μm for red and 3 μm for blue and green. The film thickness of the black mask was 1 μm.
次に、フォトレジストV259PAP5(新日鐵化成工業株式会社製)25gに対して、0.05gのクマリン6および0.04gのローダミンBを添加し、塗布液を得た。これを、カラーフィルタ層およびブラックマスクの上面に塗布して、膜厚5μm(ブラックマスク上面における膜厚)の色変換層を得た。 Next, 0.05 g of coumarin 6 and 0.04 g of rhodamine B were added to 25 g of photoresist V259PAP5 (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) to obtain a coating solution. This was applied to the upper surface of the color filter layer and the black mask to obtain a color conversion layer having a film thickness of 5 μm (film thickness on the upper surface of the black mask).
次に、スパッタ法を用いて、色変換層を覆うように膜厚0.5μmのSiO2膜からなるガスバリア層を形成して、色変換機能付カラーフィルタを得た。スパッタ装置としてRF−プレーナマグネトロン型装置、ターゲットとしてSiO2、スパッタガスとしてArを用いた。SiO2膜形成時の基板温度を80℃に設定した。 Next, a gas barrier layer made of a SiO 2 film having a thickness of 0.5 μm was formed so as to cover the color conversion layer by sputtering, and a color filter with a color conversion function was obtained. An RF-planar magnetron type device was used as the sputtering device, SiO 2 as the target, and Ar as the sputtering gas. The substrate temperature at the time of forming the SiO 2 film was set to 80 ° C.
別個のガラス基板上に、スパッタ法およびフォトリソグラフ法を用いて、膜厚500nmのAlおよび膜厚100nmのITOからなる第1電極(反射性の陽極)を形成した。第1電極は、縦方向に延びるストライプパターンを有し、各ストライプの幅を105μmとし、ピッチが110μm(隣接するストライプ間の間隔が5μm)となるように配列した。 A first electrode (reflective anode) made of Al having a thickness of 500 nm and ITO having a thickness of 100 nm was formed on a separate glass substrate by sputtering and photolithography. The first electrode had a stripe pattern extending in the vertical direction, and the width of each stripe was 105 μm and the pitch was 110 μm (the interval between adjacent stripes was 5 μm).
次に、第1電極を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に配置し、10−4Paの真空槽内圧において、正孔注入層として膜厚100nmのCuPc、正孔輸送層として膜厚20nmのα−NPD、発光層として膜厚30nmのDPVBi、および電子注入層として膜厚20nmのAlqを積層して、有機EL層を形成した。 Next, the substrate on which the first electrode is formed is placed in a resistance heating vapor deposition apparatus, and at a vacuum chamber internal pressure of 10 −4 Pa, CuPc with a film thickness of 100 nm as a hole injection layer and a film with a thickness of 20 nm as a hole transport layer. α-NPD, DPVBi with a thickness of 30 nm as a light emitting layer, and Alq with a thickness of 20 nm as an electron injection layer were stacked to form an organic EL layer.
そして、マスクを用いて、有機EL層の上に膜厚10nmのMg/Ag(質量比10/1)および膜厚10nmのITOからなる第2電極を積層した。第2電極は、横方向に延びるストライプパターンを有し、各ストライプの幅を300μmとし、ピッチが330μm(隣接するストライプ間の間隔が30μm)となるように配列した。
And the 2nd electrode which consists of Mg / Ag (
最後に第2電極以下の構造を覆うように、膜厚500nmのSiO2からなるパッシベーション層を形成して、有機EL発光素子を得た。 Finally, a passivation layer made of SiO 2 having a thickness of 500 nm was formed so as to cover the structure below the second electrode, thereby obtaining an organic EL light emitting device.
次に、色変換機能付カラーフィルタおよび有機EL発光素子を、水分濃度1ppm、酸素濃度1ppmに管理されたグローブボックス内に搬入した。そして、色変換機能付カラーフィルタの透明基板の外周部に、ディスペンサーロボットを用いて、直径6μmのビーズを分散させた紫外線硬化型接着剤(スリーボンド社製、商品名30Y−437)を、外周封止層として塗布した。アライメントを行いながら、色変換機能付カラーフィルおよび有機EL発光素子を接着して集成体を形成した。続いて、100mW/cm2の紫外線を30秒間にわたって照射して、外周封止層を硬化させて有機ELディスプレイを得た。 Next, the color filter with a color conversion function and the organic EL light emitting element were carried into a glove box controlled to have a moisture concentration of 1 ppm and an oxygen concentration of 1 ppm. Then, a UV curable adhesive (trade name 30Y-437, manufactured by ThreeBond Co., Ltd.) in which beads having a diameter of 6 μm are dispersed on the outer periphery of the transparent substrate of the color filter with a color conversion function using a dispenser robot. It was applied as a stop layer. While performing alignment, the color fill with color conversion function and the organic EL light emitting element were adhered to form an assembly. Then, 100 mW / cm < 2 > ultraviolet-ray was irradiated over 30 second, the outer periphery sealing layer was hardened, and the organic EL display was obtained.
以上のように作製した有機ELディスプレイの発光特性を測定した。具体的には、全画素を点灯させた場合(W)の色度値、および各色に対応する副画素のみを点灯させた場合(R,G,B)の色度値および輝度比(全画素を点灯させた場合を100とする相対値)を測定した。結果を第1表に示す。 The light emission characteristics of the organic EL display produced as described above were measured. Specifically, the chromaticity value when all the pixels are lit (W), and the chromaticity value and the luminance ratio (all pixels) when only the sub-pixels corresponding to each color are lit (R, G, B) The relative value with respect to 100 when the was turned on was measured. The results are shown in Table 1.
1 透明基板
2(R,G,B) カラーフィルタ層(赤色、緑色、青色)
3 色変換層
4 ガスバリア層
5 ブラックマスク
10 基板
11 TFT
12 平坦化膜
13、31 第1電極
14、32 有機EL層
15、33 第2電極
16 パッシベーション層
21 外周封止層
22 充填剤層
1 Transparent substrate 2 (R, G, B) Color filter layer (red, green, blue)
3 Color conversion layer 4
DESCRIPTION OF
Claims (12)
透明基板上に形成された複数種のカラーフィルタ層と、
少なくとも1つの色変換色素を含み、前記複数種のカラーフィルタ層を覆って一体に形成され、平坦な表面を有する色変換層と
を具え、前記少なくとも1つの色変換色素は、入射光の一部の波長域を吸収し、吸収した波長域と異なる波長域の光を放射し、前記複数種のカラーフィルタ層の一部が他のカラーフィルタ層より厚いことを特徴とする色変換機能付カラーフィルタ。 A transparent substrate;
A plurality of color filter layers formed on a transparent substrate;
A color conversion layer that includes at least one color conversion dye and is integrally formed to cover the plurality of types of color filter layers and has a flat surface, wherein the at least one color conversion dye is a part of incident light. A color filter having a color conversion function, wherein the color filter layer emits light in a wavelength range different from the absorbed wavelength range, and a part of the plurality of types of color filter layers is thicker than the other color filter layers .
透明基板上に形成された複数種のカラーフィルタ層と、
少なくとも1つの色変換色素を含み、前記複数種のカラーフィルタ層を覆って一体に形成され、平坦な表面を有する色変換層と、
透明電極と、
少なくとも有機発光層を含む有機EL層と、
反射電極と
を具え、前記少なくとも1つの色変換色素は、入射光の一部の波長域を吸収し、吸収した波長域と異なる波長域の光を放射し、前記複数種のカラーフィルタ層の一部が他のカラーフィルタ層より厚いことを特徴とする有機ELディスプレイ。 A transparent substrate;
A plurality of color filter layers formed on a transparent substrate;
A color conversion layer comprising at least one color conversion dye, integrally formed to cover the plurality of types of color filter layers, and having a flat surface;
A transparent electrode;
An organic EL layer including at least an organic light emitting layer;
The at least one color conversion dye absorbs a part of the wavelength range of the incident light, emits light in a wavelength range different from the absorbed wavelength range, and includes one of the plurality of types of color filter layers. An organic EL display characterized in that the portion is thicker than other color filter layers.
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