JP2009272285A - エレクトロルミネッセンスディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】日光の下など、高強度の光がディスプレイに入射する環境において認別可能なＥＬバックライトを低コストで提供する。
【解決手段】蛍光色素２１または染料を有する蛍光体を含み、前記蛍光色素または染料が、前記蛍光体により放射された光の色と実質的に一致する光を放射するエレクトロルミネッセンス層。
【選択図】図２

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンスディスプレイおよびその構成要素、ならびに、特に、次のものに限定されるわけではないが、エレクトロルミネッセンス／液晶ハイブリッドであるディスプレイに関する。

ある特定の物質は、電界発光する。すなわち、それらの物質は、全体に渡って電界を発生させると光を放射し、それによって光る。最初に公知となったエレクトロルミネッセンス材料は、硫化亜鉛などの無機粒子状物質であり、最近になって発見されたエレクトロルミネッセンス材料としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）として知られている多くの小分子有機エミッタおよび発光ポリマー（ＬＥＰｓ）として知られているいくつかのプラスチック（合成有機高分子物質）がある。ドープされカプセル化された形態の無機微粒子は、特に、バインダーに混合され、比較的厚い層として基板表面に適用される場合、今もなお使用されており、ＬＥＰｓは、バインダーマトリックス中の粒状物質、または、いくつかの利点を有する単独での比較的薄い連続膜のいずれとしても使用できる。

このエレクトロルミネッセンス効果は、ディスプレイの構造に使用されている。いくつかのタイプのディスプレイでは、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）材料（この場合、一般に蛍光体と呼ばれる）は、ディスプレイが表示するあらゆる文字を明示する、マスクを通して視認され得るバックライトを形成するために提供される。他のタイプでは、ディスプレイは、ＥＬ材料の小さな個別領域を選択的に活性化できるように、成形電極を用いて構成される。これらのディスプレイには多くの用途があり、例えば、シンプルなデジタル日時ディスプレイ（腕時計または掛け／置き時計に使用される）、携帯電話ディスプレイ、家庭用装置のコントロールパネル（食器洗い機や洗濯機など）、およびハンドヘルド・リモコン（テレビ、ビデオ、もしくはＤＶＤプレーヤー、デジボックス、ステレオもしくはオーディオセット、または同様の娯楽機器用）が挙げられる。

特許文献１には、エレクトロルミネッセンス／液晶ハイブリッドである一タイプのディスプレイが記載されている。そのようなディスプレイにおいて、エレクトロルミネッセンスバックライトは、液晶（ＬＣ）マスクと組み合わされ、このマスクは、個別領域において、「オン」／透明（バックライトがマスクを透過し光ることができる）と「オフ」／不透明（バックライトの光がマスクによって遮られる）との間で切り替え可能である。ＬＣマスクとＥＬバックライトは、単独の一体型装置として形成され、両構成要素（ＬＣマスクおよびＥＬバックライト）は、単一基板上に支持されており、ＥＬバックライトは、液晶材料の層上／後ろに直接実装されたエレクトロルミネッセンス材料層として作製される。
国際公開第２００５／０１２１８７８号パンフレット

放射の弱いＥＬバックライトにより放射された光は、そのＥＬバックライトから反射されたより明るい入射光にのまれるため、明るい日光の下など、高強度の光がディスプレイ上に入射する環境においては、前記ＥＬバックライトを識別するのは困難であることが分かっている。その結果、ディスプレイは、カラーアイコンではなく、青白く無色に見える。異なる蛍光体の色は、全て青白く見え、識別不可能になり、ディスプレイは、色あせたように見える。

望ましくない波長の入射光が吸収されるように、ＥＬバックライトおよびＬＣマスクの前方に、透明カラーフィルター層をインクジェットコーティングまたはプリンティングすることによりこの問題を克服する試みがなされた。これにより、アイコンは、所望の色のまま確実に維持される。しかしながら、フィルター層がＥＬおよびＰＤＬＣ層全体の電界に影響を与え、性能に悪影響を及ぼし、且つ、各カラーフィルター層毎に更なる印刷パスが必要となり（一般に、各蛍光体色に対し一つ）、ディスプレイの製造コストが高くなる。

本発明の第一の態様によれば、蛍光色素または染料を有する蛍光体を含むライト用エレクトロルミネッセンス層が提供される。

本発明に係る層は有利である。というのも、ディスプレイ用バックライトなどのライトに組み込まれた場合、電界をエレクトロルミネッセンス層全体に印加し蛍光体に光を放射させることができ、且つ、ライト上に高強度の光が入射する環境においては、前記層の蛍光色素または染料が、蛍光体粒子／バックライトからの反射光を着色し、前記光の所望の色の対比を維持するからである。よって、前記光に対し青白く色あせたように見えなくなると同時に、フィルター層を有するライトに比べて、ライトを製造するための印刷パスの数が減る。

蛍光色素または染料は、前記蛍光体により放射された光の色と実質的に一致する光を放射してもよい。このように、ライトは、入射光の強度が低い環境および高い環境のいずれにおいても、その放射色を保持する。実質的に「一致する」とは、蛍光色素により放射された光の波長が、蛍光体により放射された光の波長の＋／−５０ｎｍ以内であることを意味する。

一実施形体において、前記エレクトロルミネッセンス層は、染料ではなく蛍光色素を含む。エレクトロルミネッセンス層に染料を溶解するよりも、色素のほうが耐光性が高いと考えられる。

前記蛍光体は、通常、バインダーマトリックス中に含まれる。一般に、前記バインダーマトリックスは、有機溶媒に溶解されたフッ素重合体樹脂から成るが、別の選択肢としては、ＵＶ硬化性バインダー樹脂および成型ポリウレタンが挙げられる。前記蛍光色素は、低濃度で蛍光体マトリックスと混合してもよく、一般に、蛍光体マトリックスに対し５％未満の色素、好ましくは、蛍光体マトリックスに対し１％の色素を混合してもよい。色素が５％を超えると、放射された光の強度が高くなりすぎ、不必要に光出力を低下させ、１％未満では、十分な着色に寄与しない。

本発明の第二の態様によると、本発明の第一の態様に係るエレクトロルミネッセンス層を含むライトであって、前面電極と背面電極に電圧を印加することにより、前記エレクトロルミネッセンス層に含まれる蛍光体を発光させるように前記前面電極と背面電極との間に配置されているライトが提供される。

前記ライトは、ディスプレイ用バックライトであってもよい。前記バックライトは、前方から後方に向かって、
通常、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチックまたはガラスから成る、基板として知られている電気絶縁透明前面層、
前記前面電極を形成する、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの物質から成る第一の導電性膜、
本発明の第一の態様に係るエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層、
約５０という比較的高い誘電率（比誘電率）を有する物質（通常、セラミック）から成る電気絶縁層（この層は、本発明のようないくつかの用途では、最も望ましくはかなり高い光反射性を有し、一方、他の用途では、低反射率を有することが好ましい）、および
前記電気絶縁層の後面上に配置された、前記背面電極を形成する導電性膜
を有する。

当然のことながら、本明細書で使用する「前面」という用語は、ライト／ディスプレイの、ライト／ディスプレイが見られる側を意味する。

前面および背面電極の一方は、照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の全領域に渡って広がっている単極であり、前記前面および背面電極の他方が、選択的に照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている。好ましくは、前記前面電極が、照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の全領域に渡って広がっている単極であり、前記背面電極が、選択的に照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている。しかしながら、別の実施形態においては、両電極が、選択的に照射され得るエレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている。

一構成においては、前記エレクトロルミネッセンス層が、異なる色の光を放射する個別領域を含む。これらの個別領域は、ディスプレイ用の異なるアイコン／ピクセルを規定し、パターン化された前記電極（単数または複数）とサイズおよび形状において一致する。

本発明の第三の態様によると、本発明の第二の態様に係るバックライトを含むディスプレイが提供される。

前記ディスプレイは、エレクトロルミネッセンス層全体に渡って電界に悪影響を及ぼし得るフィルター層を必要としないため、有利である。フィルター層の必要性をなくすことにより、必要とされる印刷層が少なくなるため、ディスプレイの製造コストが削減される。

前記ディスプレイはさらに、エレクトロルミネッセンス層の前方に配置された液晶マスクを含む。

ＬＣ材料は、ネマチックおよびコレステリックまたはキラルネマチックといった、主な種類のそのような材料のいずれか一つであってもよく、必要条件は、一般に、光を透過する電界「オン」状態と、その「オン」状態より透過性の低い基準電界「オフ」状態との間で、偏光子を用いることなく高コントラスト電気光学シャッター操作を可能にする液晶系材料であることである。好ましくは、前記液晶は、染料を含む。一構成において、前記液晶は、６重量％まで染料、好ましくは、二色性染料を含む。好ましい構成において、液晶中の染料濃度は、３〜５重量％である。前記染料は、液晶分子に付着し、ＬＣ材料全体に渡って電界が印加されていない場合、光を遮る役目を果たすが、電界が印加されている場合、染料分子は整列し、光を透過させる。

そのような材料を使用し、エレクトロルミネッセンスディスプレイの前方に液晶シャッターを組み合わせることにより、活性化されると光を放射するのみならず、活性化されると反射率も変化させるハイブリッドディスプレイとなる。このタイプのハイブリッドディスプレイは、非常に広範囲のライティング条件、すなわち、真っ暗〜十分な太陽光（一般に、最高周辺光条件とされる）の下、高い視認性を有し得る。

ネマチック材料に関して、以下のような別の重要な利点がある：電界が無い場合光を吸収し、電界が存在する場合光を透過させる液晶材料を選択することにより、液晶材料を駆動するのに使用されるのと同じ電界を使用してエレクトロルミネッセンス材料を駆動することができる。電界が無い場合、液晶材料は、入射した周辺光を吸収し、エレクトロルミネッセンス材料は、表示素子が暗く見えるように光を生成しない。電界が印加されると、液晶は、入射した周辺光と、エレクトロルミネッセンス層によってそこで生成される光とをいずれも透過し、入射した周辺光は、その後、後方のエレクトロルミネッセンス層に反射され出射され、ディスプレイが明るく見える。

前記ＬＣマスクとＥＬバックライトは、単一体として構成してもよい。これにより、ＬＣマスクは、ＥＬバックライトに密着するか、または、ディスプレイの層の間に挟まれ、前記バックライトに対し固定されることを意味する。

前記ＬＣマスクは、使用に際して、前記電極が、ＥＬ材料からなる層とＬＣマスクの両方に電界を生成するように、ＥＬ材料からなる層と前面電極との間に位置するのが好ましい。しかしながら、その代わりに、前記ＬＣマスクとＥＬ材料からなる層を、別個の電極で活性化させてもよい。

前記ＬＣマスクは、ＥＬ材料からなる層の上／後方に直接実装された層として作製できるが、ＬＣマスクとＥＬバックライトの間にポリマー中間層を設けることが可能である。

添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、これらは単なる例にすぎない。

添付図面の図１に示した本発明のディスプレイの第一の実施形態の構成は、前方から後方に向かって、下記の構成要素が見られる：
比較的厚い保護電気絶縁透明前面層（１１；基板）；
基板１１の後面上に、ディスプレイの前面電極を形成する非常に薄い透明導電性膜（１２）；
前面電極１２の後面を覆う、支持ポリマーマトリックス（１５）内に分散させることにより物理的に安定させたＬＣ材料（１４）の比較的薄い層（１３）；
液晶層（１３）上に直接形成され、その後面を覆う比較的薄いエレクトロルミネッセンス層（１６）；
エレクトロルミネッセンス層（１６）の後面上の、比較的高い誘電率材料から成る比較的薄い光反射電気絶縁層（１９）（図中、この層はエレクトロルミネッセンス層（１６）のシームレスな延長部として示されている）；および反射電気絶縁層（１９）の後面上に配置された、ディスプレイの背面電極を形成する導電性膜（２０）。

さらに、前記背面電極層は、保護層で覆われていてもよい（ここでは図示なし）。

前記前面および背面電極の双方は、「オン」または「オフ」への切り替えを選択できる前記エレクトロルミネッセンス層（１６）および前記液晶層双方の個別領域を規定する。

当然のことながら、「比較的厚い」という用語は、３０〜３００マイクロメートルの範囲の厚さを意味する。さらに、当然のことながら、「比較的薄い」という用語は、５０マイクロメートル以下の厚さを意味する。好ましい実施形態において、前記比較的厚い層は、１００マイクロメートル前後であり、前記比較的薄い層は、２５マイクロメートル以下である。

電気絶縁層の誘電率は、５０前後であってもよい。

前記エレクトロルミネッセンス層（１６）は、支持マトリックス（１８）中に分散した蛍光色素（２１）および蛍光体材料（１７）を含む。前記蛍光色素（２１）は、蛍光色素（２１）により放射された光の色が、蛍光体により放射されたものと一致するように選択される。適切な蛍光物質の例としては、ラジアントカラー社（Ｒａｄｉａｎｔ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製ラドグロ（ＲＡＤＧＬＯ）蛍光色素がある。下記組み合わせにより、適切な色の一致したエレクトロルミネッセンス層が得られることが分かった。

１）ラドグロＰＣ２１緑色とデユポン（Ｄｕｐｏｎｔ）高輝度緑色蛍光体８１６４
２）ラドグロＰＣ２９青色とデユポン高輝度青色蛍光体８１６０
３）ラドグロＰＣ２４橙赤色とデユポン橙色蛍光体７１８２
前記エレクトロルミネッセンス層は、一般に、バインダーマトリックスに対し約１％のラドグロ色素を含む。前記エレクトロルミネッセンス層（１６）を形成するため、前記蛍光体バインダーマトリックスは、単に前記蛍光色素（２１）と混合させる。当然のことながら、エレクトラ（Ｅｌｅｃｔｒａ）などの他の蛍光体バインダー材料を使用することもでき、また、カプリコーンケミカルズ社の一連の蛍光色素などの他の蛍光色素を使用することもできる。

本実施形態において、前記蛍光色素は、その中に染料が溶解／溶融されたポリマー樹脂を含み、そして、ポリマー樹脂が微粉化されることにより色素を形成する。その後、この色素を、バインダーマトリックスに加える。前記色素は、不溶性であり、よって、前記ポリマーマトリックス中に溶解しないが、前記色素媒体が時間と共に幾分柔らかくなると考えられる。よって、前記色素およびバインダーマトリックスを１日または２日放置することが、ＥＬ層を混合しプリントするのに役立つと考えられる。

不溶性色素を使用することにより、ＥＬバインダーに染料を単に溶解するよりも耐光性の高い色が生成されると考えられる。

一実施形態において、前記エレクトロルミネッセンス層は、異なる色の光を放射する個別領域を有する。これらの個別領域が、ディスプレイの異なるアイコン／ピクセルを規定し、電極によって規定される個別領域とサイズおよび形状において一致する。しかし、当然のことながら、エレクトロルミネッセンス層は、単一色の光のみ放射してもよい。

添付図面の図２に示した、別の実施形態において、前記ＥＬおよびＬＣ材料は、互いに直接重ねて形成される代わりに、絶縁中間層（１０）によって分離されている。この他の全ての態様において、これらの実施形態は同様であり、同一の参照番号を使用している。

図１は、本発明の第一の実施形態に係るディスプレイの断面図を示す。 図２は、本発明の第二の実施形態に係るディスプレイの断面図を示す。

符号の説明

１１ 基板
１２ 透明導電性膜
１３ 液晶層
１４ ＬＣ材料
１５ 支持ポリマーマトリックス
１６ エレクトロルミネッセンス層
１７ 蛍光体材料
１８ 支持マトリックス
１９ 光反射電気絶縁層
２０ 導電性膜
２１ 蛍光色素

Claims (17)

1. 蛍光色素または染料を有する蛍光体を含むライト用エレクトロルミネッセンス層。
2. 前記蛍光色素または染料が、前記蛍光体により放射された光の色と実質的に一致する光を放射する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス層。
3. 前記蛍光体が、バインダーマトリックスの一部である、請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス層。
4. エレクトロルミネッセンス層が、蛍光色素を含み、前記蛍光色素が、前記バインダーマトリックスと混合されている、請求項３に記載のエレクトロルミネッセンス層。
5. ５％未満の蛍光色素を含む、請求項４に記載のエレクトロルミネッセンス層。
6. 約１％の蛍光色素を含む、請求項５に記載のエレクトロルミネッセンス層。
7. 請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス層を含むライトであって、前面電極と背面電極に電圧を印加することにより、前記エレクトロルミネッセンス層に含まれる蛍光体を発光させるように前記前面電極と背面電極との間に配置されているライト。
8. 前記ライトが、ディスプレイ用バックライトである、請求項７に記載のライト。
9. 請求項８に記載のバックライトであって、前方から後方に向かって、
   基板として知られている電気絶縁透明前面層、
   前記前面電極を形成する第一の導電性膜、
   前記エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層、
   約５０という比較的高い誘電率（比誘電率）を有する物質から成る電気絶縁層、および
   前記電気絶縁層の後面上に配置された、前記背面電極を形成する導電性膜を有するバックライト。
10. 前記前面および背面電極の一方が、照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の全領域に渡って広がっている単極であり、前記前面および背面電極の他方が、選択的に照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている、請求項９に記載のバックライト。
11. 前記前面電極が、照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の全域に渡って広がっている単極であり、前記背面電極が、選択的に照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている、請求項１０に記載のバックライト。
12. 前記前面電極および前記背面電極のいずれもが、選択的に照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域を規定するようにパターン化されている、請求項９に記載のバックライト。
13. 前記エレクトロルミネッセンス層が、異なる色の光を放射する個別領域を含む、請求項１０に記載のバックライト。
14. 前記個別領域が、ディスプレイ用の異なるアイコン／ピクセルを規定し、パターン化された前記電極（単数または複数）とサイズおよび形状において一致する、請求項１３に記載のバックライト。
15. 請求項８に記載のバックライトを含むディスプレイ。
16. エレクトロルミネッセンス層の前方に配置された液晶マスクを含む、請求項１５に記載のディスプレイ。
17. 照射され得る前記エレクトロルミネッセンス層の領域の前方にカラーフィルターの無い、請求項１５に記載のディスプレイ。

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