(57)【要約】【課題】ディスプレイの画面に良好な色彩飽和度と輝度を表現させることが可能な統合型カラーフィルターを提供する。【解決手段】基板１０と複数個のカラーフィルターユニット２０とを備え、そのうち基板１０は黒色マトリックス１４により表面が複数個の副画素区１６になるように定義され、複数個のカラーフィルターユニット２０はこれらの副画素区１６内に対応配置され、かつこれらのカラーフィルターユニット２０はカラー顔料に有機物を添加することで構成され、有機物は蛍光またはりん光物質である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が複数個の副画素区（sub pixel）になるように定義される基板と、
前記副画素区内に対応配置され、かつカラー顔料と有機物との混合により構成され、そのうち有機物は蛍光（Fluorescence）またはりん光（phosphorescence）物質である複数個のカラーフィルターと、
を備えることを特徴とする統合型カラーフィルター（integrated color filter）。
【請求項２】
カラーフィルターユニットは複数個の赤色フィルターユニット、複数個の緑色フィルターユニット、及び複数個の青色フィルターユニットを備え、少なくとも一種の色のフィルターユニットは有機物を添加することを特徴とする請求項１に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項３】
赤色フィルターユニットを構成するカラー顔料は型番号ＰＲ７１２０材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項４】
緑色フィルターユニットを構成するカラー顔料は型番号ＰＧ８１２０材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項５】
青色フィルターユニットを構成するカラー顔料は型番号ＰＢ９１２０材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項６】
赤色フィルターユニットを構成する蛍光（Fluorescence）物質はＤＣＪＴＢ材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項７】
赤色フィルターユニットを構成するりん光（phosphorescence）物質はＰｔＯＥＰまたはＩｒｐｉｑ３またはＩｒｐｉｑ２ａｃａｃ材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項８】
緑色フィルターユニットを構成する蛍光（Fluorescence）物質はＣ５４５Ｔ材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項９】
緑色フィルターユニットを構成するりん光（phosphorescence）物質はＩｒｐｐｙ３またはＩｒｐｐｙ２ａｃａｃ材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１０】
青色フィルターユニットを構成する蛍光（Fluorescence）物質はＩＤＥ１０２材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１１】
青色フィルターユニットを構成するりん光（phosphorescence）物質はＦｉｒｐｉｃまたはＦｉｒ６材料であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１２】
赤色フィルターユニットを構成するカラー顔料と有機物の容量百分率は１００：０．０３から１００：０．００６の間であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１３】
緑色フィルターユニットを構成するカラー顔料と有機物の容量百分率は１：０．０１から１：０．３の間であることを特徴とする請求項２に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１４】
基板は、透明本体と、透明本体の表面に配置される黒色マトリックス（black matrix、ＢＭ）とを備え、黒色マトリックスは副画素区を包囲することを特徴とする請求項１に記載の統合型カラーフィルター。
【請求項１５】
基板は、透明本体と、透明本体の表面にマトリックス状を呈するように配列される複数個の薄膜トランジスターと、透明本体とこれらの薄膜トランジスターを被覆しかつ表面を有する隔離層と、隔離層の表面に配置されかつ副画素区を包囲する黒色マトリックスと、
を備える薄膜トランジスターマトリックス基板であることを特徴とする請求項１に記載の統合型カラーフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイのカラーフィルター、詳しく言えばディスプレイのパネルの輝度を向上させることが可能である統合型カラーフィルターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルターはディスプレイをフルカラー化する最も重要な部品であり、液晶ディスプレイまたは白色光を光源とする有機電界発光ディスプレイ（organic electroluminescent display）に汎用されている。前述のカラーフィルターはマトリックス状を呈するように配列される複数個の赤色、緑色、及び青色のフィルターユニットを有するため、ディスプレイのバックライトから生成された光線は赤色、緑色、青色のフィルターユニットを透過することにより赤色光、緑色光、青色光が生成され、カラーの画面に表現される。
【０００３】
前述のカラーフィルターはディスプレイにフルカラー化を提供可能であるが、ディスプレイの画面に高い色彩飽和度が要求されると、フルカラーフィルターの透過率が低下し、かつバックライトから生成された光線はディスプレイの液晶層、カラーフィルターなどの各層の構造を透過した後、その表示可能な輝度が本来の発光源（即ちバックライト光源）の輝度の十パーセントとなってしまうため、画面全体の輝度が影響を受けてしまう。バックライト光源の発光強度を高めることにより画面の輝度不足の問題は改善可能であるが、それに伴いバックライトのエネルギーを生成する負担は大きくなる。また業界ではフィルターユニットに不可溶解の顆粒状の無機発光材料を添加し、バックライト光源の光を励起させることで画面の輝度を向上させる方法が提出されたが、このような構造はＵＶ光または青紫色光などの高エネルギー光源に頼る必要があるため、手持ち式電子装置においてＵＶ光または青紫色光を生成可能なバックライド光源を使用することはもっとも好ましい選択肢ではない。
上述の問題に鑑みて、本発明者は長い年月をわたって光学ディスプレイを研究開発した経験を積み重ねた結果、本発明を完成させた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、ディスプレイの画面に良好な色彩飽和度と輝度を表現させることが可能な統合型カラーフィルターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するために、本発明による統合型カラーフィルターは、基板と複数個のカラーフィルターユニットとを備え、そのうち基板は黒色マトリックスにより表面が複数個の副画素区になるように定義され、複数個のカラーフィルターユニットはこれらの副画素区内に対応配置され、かつこれらのカラーフィルターユニットはカラー顔料に有機物を添加することで構成され、有機物は蛍光またはりん光物質である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１に示すのは本発明の第一実施例による統合型カラーフィルター１である。カラーフィルター１は液晶ディスプレイのフルカラー化の達成に必要なユニットであり、かつ基板１０と複数個のカラーフィルターユニット２０とを備える。
基板１０は透明本体１２と、透明本体１２の表面に配置される黒色マトリックス１４とを備え、透明本体１２の表面は黒色マトリックス１４の包囲により複数個の副画素区１６に定義される。
【０００７】
カラーフィルターユニット２０は、複数個の赤色フィルターユニット２２、複数個の緑色フィルターユニット２４、及び複数個の青色フィルターユニット２６を備え、それぞれのフィルターユニットは赤色、緑色、青色の配列方法により副画素区１６内に順番に配置される。また保護膜２８はこれらのカラーフィルターユニット２０を被覆することでカラーフィルター２０の損傷を防止する。
上述の赤色フィルターユニット２２、緑色フィルターユニット２４、及び青色フィルターユニット２６は、別々にそれに相対応する色を生成可能なカラー顔料（pigment）と有機物の混合により構成され、前述の有機物は蛍光物質またはりん光物質である。
【０００８】
本実施例では、赤色フィルターユニット２２は永光化学工業株式会社（EVERLIGHT GROUP）が製造した型番号ＰＲ７１２０のカラー顔料から構成され、その型番号ＰＲ７１２０のカラー顔料と混合する有機物は蛍光を生成可能なＤＣＪＴＢ材料（Kodak社が発表したもの）である。ＤＣＪＴＢ材料とＰＲ７１２０のカラー顔料は融合しやすくなるように、あらかじめＤＣＪＴＢ材料とメチルアルコール（ＭｅＯＨ）などの溶剤で有機飽和溶液を調製し、そののち有機飽和溶液をＰＲ７１２０のカラー顔料に滴下させ、続いてメチルアルコールを除去すれば、ＤＣＪＴＢ材料とＰＲ７１２０のカラー顔料から組成される赤色フィルターユニット２２を得ることが可能である。ここで特に説明するのは、上述は赤色顔料に蛍光物質を添加した例である。また本発明は米国のユニバーザールディスプレイ社（Universal Display Corporation）が生産したＰｔＯＥＰ、キヤノン社（CANON Inc.）が生産したＩｒｐｉｑ３またはＩｒｐｉｑ２ａｃａｃなどのりん光物質を添加することも可能である。
【０００９】
本実施例では、緑色フィルターユニット２４は永光化学工業株式会社（EVERLIGHT GROUP）が製造した型番号ＰＧ８１２０のカラー顔料から構成され、その型番号ＰＧ８１２０のカラー顔料と混合する有機物は蛍光を生成可能なＣ５４５Ｔ材料（Kodak社が発表したもの）である。あらかじめＣ５４５Ｔ材料とメチルアルコール（ＭｅＯＨ）などの溶剤で有機飽和溶液を調製し、そののち有機飽和溶液をＰＧ８１２０のカラー顔料に滴下させ、続いてメチルアルコールを除去すれば、Ｃ５４５Ｔ材料とＰＧ８１２０のカラー顔料から組成される緑色フィルターユニット２４を得ることが可能である。同様に、本発明はＩｒｐｐｙ３またはＩｒｐｐｙ２ａｃａｃなどのりん光物質を選択し、それを緑色顔料に添加することも可能である。
【００１０】
本実施例では、青色フィルターユニット２６は永光化学工業株式会社（EVERLIGHT GROUP）が製造した型番号ＰＢ９１２０のカラー顔料から構成され、その型番号ＰＢ９１２０のカラー顔料と混合する有機物は蛍光を生成可能なＩＤＥ１０２材料（日本の出光興産社Idemitsu Kosanが発表したもの）である。あらかじめＩＤＥ１０２材料とメチルアルコール（ＭｅＯＨ）などの溶剤で有機飽和溶液を調製し、そののち有機飽和溶液をＰＢ９１２０のカラー顔料に滴下させ、続いてメチルアルコールを除去すれば、ＩＤＥ１０２材料とＰＢ９１２０のカラー顔料から組成される青色フィルターユニット２６を得ることが可能である。また本発明は米国のユニバーザールディスプレイ社（Universal Display Corporation）が生産したＦＩｒｐｉｃまたはＦＩｒ６のりん光物質を選択し、それを青色顔料に添加することも可能である。
【００１１】
以上は本実施例による統合型カラーフィルター１のそれぞれのユニットについての説明である。そのうちのそれぞれのフィルターユニットは、外部駆動源を受けて励起し（excitation）、励起状態（excited state）を呈すると同時に蛍光またはりん光を生成可能な有機物質をカラー顔料に添加することにより構成される。前述の駆動源は光または温度変化である。本実施例は光を駆動源とする例である。したがって光線が（ディスプレイの外部光源またはディスプレイ内部のバックライド光源から生成されたものでも）、カラーフィルターユニット２０を透過する場合、ディスプレイの画面はフルカラー化するだけでなく現有の色彩飽和度を維持可能である。かつカラーフィルター２０は蛍光またはりん光を生成可能であるため、ディスプレイ全体の画面の輝度を向上させることが可能となる。またディスプレイ画面の輝度を向上させる方法は後ほど説明する。
【００１２】
また注目すべきは、上述の実施例では蛍光またはりん光を生成可能な有機物を添加する対象物は赤色フィルターユニット２２、緑色フィルターユニット２４、青色フィルターユニット２６などの三種を含むが、画面の輝度効果が向上しさえすれば、実際の需要に応じ、そのうちの一種の色のフィルターユニットに蛍光またはりん光を生成可能な有機物を添加するか或いはそのうちの二種の色のフィルターユニットに蛍光またはりん光を生成可能な有機物を添加するかを選択可能である。
以下、本実施例の実験データに基づき、カラー顔料に蛍光を生成可能な有機物を添加した後、測定して得たフィルターユニットの輝度を説明する。まず実験に使用した光源は白色光または青色光を生成可能な光源であり、下記の実験結果は白色光を生成可能な光源を採用して測定したものである。
表１に赤色フィルターユニット２２を例に挙げ、赤色顔料とＤＣＪＴＢ有機蛍光物質の容量百分率が異なるのに伴い輝度が変化することを説明する。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１から、蛍光またはりん光を生成可能な有機物質は何も添加せず、単なる赤色顔料で直接構成される周知の赤色フィルターユニットの場合、その輝度（３６５ｃｄ／ｍ2）はＤＣＪＴＢ有機蛍光物質を添加した赤色フィルターユニット２２より低いことが判明した。また上述の表に基づき、本実施例の赤色フィルターユニット２２を製作する場合、顔料と有機蛍光物質の容量百分率は１００：０．０３から１００：０．００６の間であることが最も好ましい。
表２に緑色フィルターユニット２４を例に挙げ、緑色顔料とＣ５４５Ｔを含有した有機蛍光物質の容量百分率が異なるのに伴い輝度が変化することを説明する。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２から、単なる緑色顔料から直接構成される周知の緑色フィルターユニットの場合、その輝度（２３１２ｃｄ／ｍ2）はＣ５４５Ｔ有機蛍光物質を添加した緑色フィルターユニット２４より低いことが判明した。本実施例では、緑色フィルターユニット２４は、その顔料と有機蛍光物質の容量百分率は１００：０．０１から１００：０．３の間であることが最も好ましい。
【００１７】
上述の通りカラー顔料に蛍光またはりん光を発生可能な有機物を一定の割合で添加することにより添加物を含有したフィルターユニットの輝度を向上させることが可能となる。本実施例はカラーフィルターユニット２０の発光特性により画面の輝度を向上させるものであるため、周知の構造のように画面の輝度を高めるためにバックライト光源の発光強度を強める方法を採用しなければならないということと、それに伴いバックライト光源にエネルギー増加を負担させるということを改善することが可能となる。かつ本実施例はフィルターユニットに顆粒状を呈する不可溶解の無機発光材料を添加することに対しＵＶ光などの高エネルギー光源により励起作用を生成する必要があるという欠点を改善することも可能となる。
【００１８】
本実施例による統合型カラーフィルター１はＣＳＴＮ型液晶ディスプレイに適用可能である。
また本発明の技術は他の類型の光学ディスプレイのカラーフィルター、例えばカラー有機電界発光ディスプレイ（color organic electroluminescent display）１００に適用することも可能である。図２は、本発明の第二実施例による統合型カラーフィルター２を適用したカラー有機電界発光ディスプレイ１００の断面図である。ディスプレイ１００は統合型カラーフィルター２、ＩＴＯ陽極１０１、白色光を生成可能な発光層１０２、及び陰極１０３から構成される。そのうちカラーフィルター２は前述の実施例と同じように透明本体３０、黒色マトリックス３２、黒色マトリックス３２の包囲により定義される複数個の副画素区３３、及び複数個のカラーフィルターユニット３４から構成される。そのうちこれらのカラーフィルターユニット３４はカラー顔料に蛍光またはりん光を生成可能な有機物を一定の割合で添加することにより形成され、かつ副画素区３３に対応配置される複数個の赤色フィルターユニット３４１、複数個の緑色フィルターユニット３４２、及び複数個の青色フィルターユニット３４３を備える。ＩＴＯ陽極１０１はカラーフィルターユニット３４上方に配置され、発光層１０２はＩＴＯ陽極１０１上方に配置され、陰極１０３は発光層１０２上方に配置される。したがって、構造、配置及び発光方法から上述のディスプレイ１００はカラーフィルターによりフルカラー化の技術を達成することが明らかである。
【００１９】
また、図３は、本発明の第三実施例による統合型カラーフィルターを適用したカラー有機電界発光ディスプレイ２００の断面図である。ディスプレイ２００はカラー変換方法（Color Change Medium、ＣＣＭ）によりフルカラー化の技術を達成する。その構造は図２に示すような構造に近い。その違いは、ディスプレイ２００の発光層２０１が青色光を生成可能であって、かつカラーフィルターユニットが赤色フィルターユニット２０２及び緑色フィルターユニット２０３のみを備えることである。つまり蛍光またはりん光を生成可能な有機物を添加する対象物は赤色フィルターユニット２０２と緑色フィルターユニット２０３とに限定されることである。
【００２０】
さらに、本発明の技術は薄膜トランジスター液晶ディスプレイ（ＴＦＬ−ＬＣＤ）の統合型カラーフィルターに適用可能である。統合型カラーフィルターは製造過程によってＣＯＡ（Color Filter on Array）とＡＯＣ（Array on Color Filter）に分類される。
図４は、本発明の第四実施例によるＣＯＡの統合型カラーフィルター３を示す模式図である。ＣＯＡの統合型カラーフィルター３は薄膜トランジスターマトリックス基板４０と複数個のカラーフィルターユニット５０とを備える。薄膜トランジスターマトリックス基板４０は一つの透明本体４２、複数個の薄膜トランジスター４４、一つの隔離層４６、及び一つの黒色マトリックス４８を備え、そのうち薄膜トランジスター４４は透明本体４２の表面にマトリックス状を呈するように配列され、隔離層４６は透明本体４２と薄膜トランジスター４４とを被覆し、かつ平坦な表面４６１を有し、黒色マトリックス４８は隔離層４６の表面４６１に配置され、かつカラー顔料と蛍光またはりん光を生成可能な有機物との混合により形成されるカラーフィルターユニット５０を対応配置可能であるように複数個の副画素区４９を定義する。
【００２１】
図５は、本発明の第五実施例によるＡＯＣの統合型カラーフィルター４を示す模式図である。ＡＯＣの統合型カラーフィルター４は、一つの基板６０、複数個のカラーフィルターユニット６６、一つの平坦層６８、及び複数個の薄膜トランジスター７０を備える。基板６０は透明本体６２と透明本体６２表面に配置される黒色マトリックス６４とを備え、これらのカラーフィルターユニット６６は赤色、緑色、青色の配列方法で黒色マトリックス６４の包囲により定義される複数個の副画素区６５に対応配置される。同様に、これらのカラーフィルターユニット６６はカラー顔料と蛍光またはりん光を生成可能な有機物との混合により形成される。平坦層６８はすべてのカラーフィルターユニット６６を被覆し、その平坦な表面が薄膜トランジスター７０の配置に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施例による統合型カラーフィルターの断面図である。
【図２】本発明の第二実施例による統合型カラーフィルターを適用したカラー有機電界発光ディスプレイの断面図である。
【図３】発明の第三実施例による統合型カラーフィルターを適用したカラー有機電界発光ディスプレイ２００の断面図である。
【図４】本発明の第四実施例によるＣＯＡの統合型カラーフィルターを示す模式図である。
【図５】本発明の第五実施例によるＡＯＣの統合型カラーフィルターを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  カラーフィルター、１０  基板、１２  透明本体、１４  黒色マトリックス、１６  副画素区、２０  カラーフィルターユニット、２２  赤色フィルターユニット、２４  緑色フィルターユニット、２６  青色フィルターユニット、２８  保護膜、１００  ディスプレイ、１０１  ＩＴＯ陽極、１０２  発光層、１０３  陰極、２  カラーフィルター、３０  透明本体、３２  黒色マトリックス、３３  副画素区、３４  カラーフィルターユニット、３４１  赤色フィルターユニット、３４２  緑色フィルターユニット、３４３  青色フィルターユニット、２００  ディスプレイ、２０１  発光層、２０２  赤色フィルターユニット、２０３  緑色フィルターユニット、３  色彩フィルター、４０  薄膜トランジスターマトリックス基板、４２  透明本体、４４  薄膜トランジスター、４６  隔離層、４６１  表面、４８  黒色マトリックス、４９  副画素区、５０  カラーフィルターユニット、４  カラーフィルター、６０  基板、６２  透明本体、６４  黒色マトリックス、６５  副画素区、６６  カラーフィルターユニット、６８  平坦層、７０  薄膜トランジスター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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