(57)【要約】【課題】外光が斜めから入射しても、蛍光放射に伴うコントラスト比の低下がなく、および簡便かつ低コストに作製することができる色変換フィルタ基板の提供。【解決手段】第１の波長域の光を透過させる第１のフィルタ部と、第２の波長域の光を透過させる第２のフィルタ部と、第２の波長域の光を波長分布変換して第３の波長域の光を出射する色変換フィルタ部とを有する複数のピクセルを透明基板上に配列して構成される色変換フィルタ基板であって、同一ピクセルの色変換フィルタ部と第２のフィルタ部とは隣接しておらず、かつそれぞれのピクセルの色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの第２のフィルタ部と隣接していないことを特徴とする色変換フィルタ基板。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長域の光を透過させる第１のフィルタ部と、
第２の波長域の光を透過させる第２のフィルタ部と、
第２の波長域の光を波長分布変換して第３の波長域の光を出射する色変換フィルタ部と
を有する複数のピクセルを透明基板上に配列して構成される色変換フィルタ基板であって、
同一ピクセルの色変換フィルタ部と第２のフィルタ部とは隣接しておらず、かつそれぞれのピクセルの色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの第２のフィルタ部と隣接していないことを特徴とする色変換フィルタ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色変換方式ディスプレイ用の色変換フィルタ基板に関する。詳細には、青緑色光源を用いる色変換方式ディスプレイ用の色変換フィルタ基板に関する。より詳細には、青緑色発光有機ＥＬ素子を光源として用いる色変換方式ディスプレイ用の色変換フィルタ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチカラーディスプレイまたはフルカラーディスプレイを構成する場合に、光源の発光を蛍光体により所望の色に変換する方法が検討されてきている。例えば、光源として有機ＥＬ発光素子を用い、波長分布変換を行って可視光域の蛍光を発光する蛍光色素をフィルタに用いる色変換方式（特許文献１〜４参照）が開示されている。より詳細には、１種の波長変換要素と２種のカラーフィルタを用いて構築された色変換方式フルカラーディスプレイが知られている（特許文献５参照）。このような蛍光色素を含む蛍光色素変換膜を高精細にパターニングすれば、光源の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することが可能となる。
【０００３】
色変換方式ディスプレイの構造の一例を図４に示す。図４においては、透明基板１の上に青色カラーフィルタ２ｂ、緑色カラーフィルタ２ｇ、赤色カラーフィルタ２ｒが設けられ、さらに緑色カラーフィルタ２ｇ上に緑色変換層３ｇ、赤色カラーフィルタ２ｒ上に赤色変換層３ｒが設けられている。各カラーフィルタの間の領域にはブラックマスク４が設けられており、それらに対向して複数の発光部５を有する光源６が設けられている。図４のディスプレイにおいては、発光部５からの青色光を、赤色変換層３ｒにて波長分布変換し、赤色カラーフィルタ２ｒにて色純度を向上させて外部へと出射する。緑色についても同様である。青色については、色純度を向上させるための青色カラーフィルタ２ｂを通して出射する。
【０００４】
図４（ａ）のディスプレイにおいて問題となるのは、外光が斜めから入射した際にコントラストが低下することである。非発光時において、図４に示したように外光が緑色カラーフィルタ２ｇに斜めから入射して、緑色光が赤色変換層２ｒに達した際に、赤色変換層２ｒにおいて蛍光色素が蛍光を発し、赤色光が出射してしまう。外光が青色カラーフィルタ２ｂに斜めから入射して、青色光が緑色変換層２ｇに達した場合も、同様にして緑色光が出射される。このように、非発光時においても外光により蛍光が出射するために、コントラスト比が低下し、さらに赤色ないし緑色に色味がかってしまうために表示品質の低下を招く恐れがある。
【０００５】
この問題を解決するために、ブラックマスク４を厚くすることが提案されている（特許文献６参照）。すなわち、図４（ｂ）に示すように、斜めから入射する外光をブラックマスク４で遮断することにより、不要な波長分布変換による発光を抑制することが可能な色変換フィルタ基板である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−１５２８９７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−２５８８６０号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−２８６０３３号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平９−２０８９４４号公報
【００１０】
【特許文献５】
国際特許公開ＷＯ９８／３４４３７号パンフレット
【００１１】
【特許文献６】
米国特許第５，７０５，２８５号明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ｂ）に示される構造のディスプレイを形成するためには、位置合わせが困難な非透過性厚膜（ブラックマスク４）のパターニングを行う必要がある。また、フォトリソグラフ法を用いる場合、非透過性厚膜の光硬化が困難であるという問題点を内包している。その結果として、工程の複雑化およびコストアップを招く可能性がある。
【００１３】
したがって、外光が斜めから入射しても、蛍光放射に伴うコントラスト比の低下がなく、および簡便かつ低コストに作製することができる色変換フィルタ基板が求められている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の色変換フィルタ基板は、第１の波長域の光を透過させる第１のフィルタ部と、第２の波長域の光を透過させる第２のフィルタ部と、第２の波長域の光を波長分布変換して第３の波長域の光を出射する色変換フィルタ部とを有する複数のピクセルを透明基板上に配列して構成される色変換フィルタ基板であって、同一ピクセルの色変換フィルタ部と第２のフィルタ部とは隣接しておらず、かつそれぞれのピクセルの色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの第２のフィルタ部と隣接していないことを特徴とする。
【００１５】
詳細には、本発明の色変換フィルタ基板は、青色光を透過させる青色フィルタ部と、緑色光を透過させる緑色フィルタ部と、緑色光を波長分布変換して赤色光を出射する赤色変換フィルタ部とを有する複数のピクセルを透明基板上に配列して構成される色変換フィルタ基板であって、同一ピクセルの赤色変換フィルタ部と緑色フィルタ部とは隣接しておらず、かつそれぞれのピクセルの赤色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの緑色フィルタ部と隣接していないことを特徴とする。
【００１６】
より詳細には、本発明の色変換フィルタ基板は、青色光を透過させる青色フィルタ部と、緑色光を透過させる緑色フィルタ部と、緑色光を波長分布変換して赤色光を出射する赤色変換フィルタ部とを有する複数のピクセルを透明基板上に配列して構成される色変換フィルタ基板であって、ピクセル内において、赤色変換フィルタ部、青色フィルタ部、緑色フィルタ部の順に配列されており、かつそれぞれのピクセルの赤色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの緑色フィルタ部と隣接していないことを特徴とする。さらに詳細には、それぞれのピクセルの赤色変換フィルタ部は、隣接するピクセルの赤色変換フィルタ部と隣接していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
光源を伴う本発明の色変換フィルタ基板の一例を、図１および図２に示す。図１において、色変換フィルタ基板は、透明基板１上に、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１を具える。ここで、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１は、組になってピクセル３０を構成する。また、任意選択的に、ブラックマスク４を具えていてもよい。図２は、色変換フィルタ基板の２ピクセル分の断面を表す図であり、第１の色フィルタ部１１は、青色カラーフィルタ２ｂおよび任意選択の膜厚調整層７から構成され；第２の色フィルタ部１２は、緑色カラーフィルタ２ｇおよび任意選択の膜厚調整層７から構成され；および色変換フィルタ部２１は、赤色カラーフィルタ２ｒおよび赤色変換層３ｒから構成される。光源６は、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１に対応する位置に分離配置された複数の発光部５を有する。
【００１８】
本発明の色変換発光デバイスに用いられる透明基板１は、各カラーフィルタ２を透過した光、すなわち可視域の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、積層される層の形成に用いられる条件（溶媒、温度等）に耐えるものであるべきであり、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。
【００１９】
各カラーフィルタ２は、発光部５から発せられた光から所望の波長成分の光を取り出すために、および赤色変換層３ｒで波長分布変換された光の色純度をより向上させるために用いられる層である。すなわち、青色カラーフィルタ２ｂは青色成分を取り出すために用いられ、および緑色カラーフィルタ２ｂは緑色成分を取り出すために用いられる。赤色カラーフィルタ２ｒは、赤色変換層３ｒからの光に含まれる所望の波長成分の光のみを透過させることにより、色純度を向上させる。各カラーフィルタ２は、例えば液晶表示装置などに用いられる、当該技術において知られている任意の材料を用いて形成することができる。
【００２０】
本発明の赤色変換層３ｒは、マトリクス樹脂と、蛍光変換色素とを含む。本発明の蛍光変換色素は、発光部５から発せられる光の緑色成分を吸収して波長分布変換を行い、赤色光を蛍光として発光するものである。本発明の赤色変換層３ｒは、光の青色成分を吸収して蛍光を発する色素を含むべきではない。青緑色領域の光を発光する光源を用いて、該光源からの光を単なる赤色フィルタに通して赤色領域の光を得ようとすると、元々赤色領域の波長の光が少ないために極めて暗い出力光になってしまう。しかしながら、緑色の光を吸収する蛍光変換色素によって赤色領域の光に変換することにより、十分な強度を有する赤色領域の光の出力が可能となる。
【００２１】
光源から発せられる青緑色領域の光の緑色成分を吸収して、赤色領域の蛍光を発する蛍光色素としては、例えばローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素、シアニン系色素、１−エチル−２−［４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル］−ピリジニウムパークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素、あるいはオキサジン系色素などが挙げられる。さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も蛍光性があれば使用することができる。
【００２２】
本発明のマトリクス樹脂は、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アルキッド樹脂、芳香族スルホンアミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂およびこれらの樹脂混合物などを含む。
【００２３】
あるいはまた、赤色変換層３ｒをパターニングする場合には、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）を用いることが好ましい。この場合、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）の硬化物がマトリクス樹脂として機能する。また、色変換層のパターニングを行うために、該光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂は、未露光の状態において有機溶媒またはアルカリ溶液に可溶性であることが望ましい。用いることができる光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂（レジスト）は、具体的には、（１）アクロイル基やメタクロイル基を複数有するアクリル系多官能モノマーおよびオリゴマーと、光または熱重合開始剤とからなる組成物、（２）ボリビニル桂皮酸エステルと増感剤とからなる組成物、（３）鎖状または環状オレフィンとビスアジドとからなる組成物（ナイトレンが発生して、オレフィンを架橋させる）、および（４）エポキシ基を有するモノマーと酸発生剤とからなる組成物などを含む。特に、（１）のアクリル系多官能モノマーおよびオリゴマーと光または熱重合開始剤とからなる組成物を用いることが好ましい。なぜなら、該組成物は高精細なパターニングが可能であり、および重合して硬化した後は耐溶剤性、耐熱性等の信頼性が高いからである。
【００２４】
本発明で用いることができる光重合開始剤、増感剤および酸発生剤は、含まれる蛍光変換色素が吸収しない波長の光によって重合を開始させるものであることが好ましい。本発明の赤色変換層３ｒにおいて、光硬化性または光熱併用型硬化性樹脂中の樹脂自身が光または熱により重合することが可能である場合には、光重合開始剤および熱重合開始剤を添加しないことも可能である。
【００２５】
本発明の赤色変換層３ｒは、マトリクス樹脂、蛍光変換色素、およびデンドリマーを含む溶液を調製し、それをスピンコート、ディップコート、ロールコート、スクリーン印刷など当該技術に知られている方法を用いて透明基板上に該溶液を塗布し、必要に応じてパターニングを行った後に乾燥することにより形成される。
【００２６】
本発明の色変換層３ｒは、５μｍ以上、好ましくは８〜１５μｍの膜厚を有する。このような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。
【００２７】
膜厚調整層７は、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１のそれぞれを構成する層の膜厚の差からもたらされる凹凸を平滑化するために任意選択的に設けられる層である。光源を別途準備して色変換フィルタ基板に貼り合わせる場合のように、膜厚を均衡化する必要がない場合には、膜厚調整層を設けなくてもよい。膜厚調整層７は、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１を覆うように形成されてもよいし、あるいは図２に示すように膜厚の小さい部分（第１の色フィルタ部１１および第２の色フィルタ部１２）に選択的に設けてもよい。膜厚調整層７は、前述のフォトレジストを用いて作製してもよいし、あるいは無機酸化物もしくは無機窒化物を積層して作製してもよい。膜厚調整層７は、単層から構成されてもよいし、複数の材料を積層したものであってもよい。無機酸化物または無機窒化物としては、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘまたはＺｎＯｘを用いることができる。無機酸化物および無機窒化物の積層方法は特に制約が無く、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ディップ法などの慣用の手段を用いることができる。
【００２８】
本発明の色変換フィルタ基板のピクセル３０内において、第２の色フィルタ部１２と色変換フィルタ部２１とは隣接しないように配列されている。すなわち、各ピクセル３０内では、色変換フィルタ部（赤色、Ｒ）２１、第１の色フィルタ部（青色、Ｂ）１１、第２の色フィルタ部（緑色、Ｇ）１２が、この順に配列されている。さらに、各ピクセルの色変換フィルタ部２１は、隣接するピクセルの第２の色フィルタ部１２とも隣接しないように配列される。言い換えると、各ピクセルの色変換フィルタ部２１は、隣接するピクセルの色変換フィルタ部２１と隣接するように配列される。すなわち、図１および図２に示すように、２ピクセル単位で見ると、赤、青、緑、緑、青、赤の順に配列される。このように配列することによって、外光が斜めから入射する場合においても、色変換フィルタ部２１に対して、蛍光を励起する波長の光が入射しないようにすることが可能となる。
【００２９】
以下、図３を参照して本発明の効果を説明する。図３は、本発明の色変換フィルタ基板（光源を含む）に対して、外光が斜めに入射した場合を示す図である。外光４１は青色カラーフィルタ２ｂを通して入射し、青色光となって、光源で反射し赤色変換層３ｒに至る。ここで、本発明の赤色変換層３ｒは、青色成分を波長分布変換する色素を含まないので、赤色の蛍光が発せられることはない。したがって、第１の色フィルタ部１１から入射し色変換フィルタ部２１に到達した光４１が外部に蛍光を出射することがなく、コントラスト比を高めることが可能となる。
【００３０】
また、第１の色フィルタ部１１から入射し第２の色フィルタ部１２に至る光４２も、外部に出射することはない。すなわち、第２の色フィルタ部１２および膜厚調整層７は蛍光変換色素を持たないので、蛍光を発することはない。色変換フィルタ部２１から入射し第１の色フィルタ部１１に至る光も同様である。
【００３１】
上記のように、斜めから外光が入射しても本発明の色変換フィルタ基板から波長分布変換された光が出射することはないので、本発明の色変換フィルタ基板は高いコントラスト比を有し、かつ赤ないし緑がかった外観を呈することもない。
【００３２】
光源６は、第１の色フィルタ部１１、第２の色フィルタ部１２および色変換フィルタ部２１に対応する位置に複数の発光部５を具えたものである。本発明において用いられる発光部５は、青色光および緑色光を単純なフィルタのみを用いて出射するため、充分な量の青色成分および緑色成分を含む青緑色の光を発することが必要である。そのような発光部５の例は、ＥＬ発光素子（有機および無機を含む）、プラズマ発光素子、冷陰極管、放電灯（高圧ないし超高圧水銀灯）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含み、好ましくはＥＬ発光素子またはＬＥＤであり、より好ましくは有機ＥＬ発光素子である。
【００３３】
光源６は、本発明の色変換フィルタ基板上（赤色変換層３ｒおよび／または膜厚調整層７上）に積層して形成してもよいし、あるいは図２に示すように別個に作製して、貼り合わせなどにより色変換フィルタ基板上に固定してもよい。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
支持基板１上に、青色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＢ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの図１に示すパターンの青色カラーフィルタ２ｂを形成した。
【００３５】
青色カラーフィルタ２ｂを形成した支持基板１上に、緑色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＧ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの図１に示すパターンの緑色カラーフィルタ２ｇを形成した。
【００３６】
次に、透明ネガレジスト（新日鐵化学製：Ｖ２５９ＰＡ）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、青色カラーフィルタ２ｂおよび緑色カラーフィルタ２ｇ上に、線幅０．１ｍｍ、膜厚８μｍの透明な膜厚調整層７（図２参照）を形成した。
【００３７】
次に、赤色フィルタ材料（富士フイルムＡＲＣＨ製：カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法にて塗布後、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、ピッチ０．３３ｍｍ、膜厚２μｍの図１に示すパターンの赤色カラーフィルタ２ｒを形成した。
【００３８】
そして、ローダミン６Ｇ（０．３質量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３質量部）を、プロピレングリコールモノエチルアセテート溶剤（１２０質量部）に溶解させた蛍光変換色素溶液を調製した。該溶液に対して、１００質量部の光重合性樹脂「Ｖ２５９ＰＡ／Ｐ５」（商品名、新日鐵化成工業株式会社）を添加して溶解させ、塗布液を得た。この塗布液を、前述の基板上にスピンコート法を用いて塗布し、フォトリソグラフ法によりパターニングを実施し、線幅０．１ｍｍ、膜厚８μｍを有する赤色変換層３ｒを赤色カラーフィルタ２ｒ上に形成した。
【００３９】
上記のように得られた色変換フィルタ基板は、ブラックマスク４を持たないことを除いて、図１および図２に示した構造を有する。
【００４０】
別途、光源として、０．１ｍｍ×０．１ｍｍの大きさを有する複数の発光部を０．０１ｍｍ間隔で配列した有機ＥＬ発光素子を準備した。該有機ＥＬ発光素子は、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を発光層として用い、波長４７０〜４９０ｎｍにピークを有する青緑色光を発した。
【００４１】
前記色変換フィルタ基板と有機ＥＬ発光素子とを位置合わせをして貼り合わせて、試験用のディスプレイデバイスを得た。
【００４２】
（比較例１）
全てのピクセル内において、図４に示すように、青色カラーフィルタ２ｂ、緑色カラーフィルタ２ｇ、赤色カラーフィルタ２ｒおよび赤色変換層３ｒの順に配列したことを除いて実施例１を繰り返して、色変換フィルタ基板および試験用のディスプレイデバイスを得た。
【００４３】
（評価）
実施例１および比較例１のデバイスを一定輝度で点灯させて、コントラスト比を測定した。各デバイスの非点灯時および１００ｃｄ／ｍ２の輝度で点灯させた際の基板面垂直方向から観察した明るさと、各デバイスの基板１の観察面（図１〜図３における下面）に４５゜の角度で１０００ｌｘの白色光を照射した際の基板面垂直方向から観察した明るさとの比を、コントラスト比とした。
【００４４】
【表１】
2004127855.tif 000003
【００４５】
表１から明らかなように、本発明にしたがう実施例１のデバイスは、輝度は比較例１のデバイスと同等であるが、コントラスト比が著しく向上した。また、非駆動時の比較例１のデバイスに斜めから外光を照射したときに見られた赤みがかった外観も、実施例１のデバイスにおいては全く認められなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、色変換フィルタ部ならびに第１および第２の色フィルタ部の配列を規定し、および色変換フィルタ部にて波長分布変換に用いる成分を限定することにより、外光が斜めから入射した場合でも赤ないし緑がかることがなく、高いコントラスト比を有する色変換フィルタ基板を得ることができた。
【００４７】
本発明の色変換フィルタ基板は、イメージセンサー、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、テレビ、ファクシミリ、オーディオ、ビデオ、カーナビゲーション、電気卓上計算機、電話機、携帯端末機ならびに産業用計測器等の表示用の色変換発光デバイスにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色変換フィルタ基板の概略上面図である。
【図２】本発明の色変換フィルタ基板の概略断面図である。
【図３】本発明の色変換フィルタ基板の作用効果を説明するための概略上面図である。
【図４】慣用の色変換フィルタ基板を示す図であり、（ａ）その概略断面図であり、（ｂ）コントラスト比低下機構を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　　支持基板
２（ｒ、ｇ、ｂ）　　カラーフィルタ
３（ｒ）　　色変換層
４　　ブラックマスク
５　　発光部
６　　光源
７　　膜厚調整層
１１　　第１のフィルタ部
１２　　第２のフィルタ部
２１　　色変換フィルタ部
３０　　ピクセル
４１、４２　外光
【図１】
2004127855.tif 000004
【図２】
2004127855.tif 000005
【図３】
2004127855.tif 000006
【図４】
2004127855.tif 000007