JP2018112715A - カラーフィルタ、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、円偏光板を用いることなく表示特性を改善できるカラーフィルタ、及び表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】 複数色の発光層を有する有機ＥＬ表示装置用のカラーフィルタであって、透明基板の上に、前記有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層の配置に応じて、複数色の着色層が設けられており、前記複数色の着色層の上に、反射防止層が設けられているカラーフィルタを用いることにより、上記課題を解決する。【選択図】 図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称す）表示装置に用いられるカラーフィルタ、及び該カラーフィルタを用いた表示装置に関するものである。

従来、多色塗り分け方式の有機エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと称す）表示装置が知られている。このような有機ＥＬ表示装置は、複数色の発光層を有する有機ＥＬ素子基板を備えている。

有機ＥＬ素子基板の陽極または陰極の一方は、一般に金属電極からなっている。このため、有機ＥＬ素子基板を備えた有機ＥＬ表示装置においては、外光が陽極または陰極によって反射されることに起因して、コントラストが低下する問題や映り込みが生じる問題がある。即ち、有機ＥＬ表示装置の表示特性が悪化してしまう。

このような問題を解決するため、円偏光板を有機ＥＬ素子基板の観察者側に配置することにより、外光が反射されることを防ぐ有機ＥＬ表示装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００１−１５５８５８号公報

しかし、円偏光板は高価であるため、有機ＥＬ表示装置がコストアップしてしまう。また、円偏光板により、有機ＥＬ素子基板から発光される光の透過が妨げられてしまう。従って、所望の輝度を得るために有機ＥＬ素子基板の発光強度を高める必要がある。このため、消費電力が増加すると共に、有機ＥＬ素子基板の素子寿命が短くなる可能性がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、円偏光板を用いることなく表示特性を改善できるカラーフィルタ、及び表示装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、複数色の発光層を有する有機ＥＬ表示装置用のカラーフィルタであって、透明基板の上に、前記有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層の配置に応じて、複数色の着色層が設けられており、前記複数色の着色層の上に、反射防止層が設けられていることを特徴とする、カラーフィルタである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記反射防止層が、前記反射防止層の上面で反射する第１の反射光と、前記反射防止層と前記着色層との界面で反射する第２の反射光を干渉させることにより、反射を低減する透明層であることを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタである。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記反射防止層が、屈折率が異なる複数の層から構成される多層構造を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のカラーフィルタである。

また、本発明の請求項４に係る発明は、前記複数色の着色層の上に設けられた前記反射防止層の上面側から前記反射防止層に入射する波長が３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の範囲の光に対し、反射率が５．５％以下であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタである。

また、本発明の請求項６に係る発明は、複数色の発光層を有する有機ＥＬ素子基板と、前記反射防止層の上面を前記有機ＥＬ素子基板に向けるように配置された、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタと、を備えることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置である。

本発明によれば、円偏光板を用いることなく、表示特性を改善できる。

本発明に係るカラーフィルタの一例を示す概略断面図 図１に示すカラーフィルタに入射する光の反射を説明する図 本発明に係る表示装置の一例を示す概略断面図 図３に示す表示装置における外光の反射を説明する図 本発明に係るカラーフィルタの評価方法について示す図 比較例１の評価結果について示す図 実施例１の評価結果について示す図 実施例２の評価結果について示す図

＜カラーフィルタ＞
まず、本発明に係るカラーフィルタについて説明する。
図１は、本発明に係るカラーフィルタの一例を示す概略断面図である。
図１に示すように、カラーフィルタ１は、透明基板１１の上に、赤色（１３Ｒ）、緑色（１３Ｇ）、青色（１３Ｂ）の３色の着色層１３が設けられ、この着色層１３の上に、反射防止層１４が設けられている構成を有している。

赤色（１３Ｒ）、緑色（１３Ｇ）、青色（１３Ｂ）の３色の着色層１３は、それぞれ、カラーフィルタ１が用いられる有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層の配置に応じて、配設されている。

なお、図１に示すカラーフィルタ１においては、透明基板１１の上であって着色層１３の下にブラックマトリックス層１２が設けられているが、本発明においては、着色層１３の上にブラックマトリックス層１２が設けられている形態であっても良い。また、透明基板１１の上と着色層１３の上の両方に設けられている形態であっても良い。

また、図１においては、透明基板１１を下側（地側）にして、反射防止層１４を上側（天側）とした形で、カラーフィルタ１を示しているが、カラーフィルタ１が有機ＥＬ表示装置に用いられる際には、カラーフィルタ１の透明基板１１の側が観察者側になり、反射防止層１４の側が有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層に対向する形となる。

反射防止層１４は、反射を低減するために設けられる透明層である。反射防止層１４は、単層構造であっても良く、屈折率が異なる複数の層から構成される多層構造であっても良い。より高精度に反射を防止するには、多層構造である方が好ましい。

本発明に係るカラーフィルタは、着色層の上にオーバーコート層を有する従来のカラーフィルタよりも光の反射が低減されたものであり、さらに波長が３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の範囲の光に対し、反射率が５．５％以下であることが好ましい。

反射防止層１４を用いて光の反射を防止する方法としては、
（１）複数の反射光を、互いに相殺的に干渉させて反射率を低減させる方法、
（２）反射界面の屈折差を小さくする方法、
がある。上記（１）と（２）は、併用しても構わない。

図２は、図１に示すカラーフィルタ１に入射する光の反射を説明する図である。
図２に示す例において、反射防止層１４の上面（表面）の側から入射する光（入射光Ｌ１１）は、反射防止層の上面（表面）、及び、反射防止層１４と着色層１３との界面、のそれぞれで反射する。
図２においては、反射防止層１４の上面（表面）で反射する反射光を、第１の反射光Ｌ１２とし、反射防止層１４と着色層１３との界面で反射する反射光を、第２の反射光Ｌ１３として、それぞれ破線の矢印で示している。

ここで、上記（１）の方法を採用する場合は、第１の反射光Ｌ１２と第２の反射光Ｌ１３が互いに相殺的に干渉するように、反射防止層１４の膜厚（Ｄ）や、反射防止層１４を構成する材料の屈折率を定めればよい。
対象とする光の波長が複数ある場合は、例えば、反射防止層１４を多層構造とし、対象とする光の波長に応じて各層の膜厚や屈折率を定めればよい。

また、上記（２）の方法を採用する場合は、反射防止層１４を構成する材料に低屈折率の材料を用いればよい。
反射防止層１４が多層構造の場合、例えば、着色層１３側から反射防止層１４の上面側に向かって、各層の屈折率が徐々に低くなるようにすることが好ましい。各層界面の屈折差を小さくすることができ、全体の反射率を大幅に低減することができるからである。

反射防止層１４の形成方法としては、例えば、反射防止層１４を構成する材料として感光性材料を用い、従来のオーバーコート層と同様に、着色層１３の上に該感光性材料を塗布し、露光、現像、乾燥、焼成等の工程を施す方法を用いることができる。

感光性材料としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂を用いることができる。感光性樹脂には、光重合開始剤や、必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等が添加されていてもよい。

また、所定の屈折率及び所定の膜厚の薄膜から構成される樹脂フィルムを、着色層１３の上に貼り付ける方法を用いても良い。

以下、本発明に係るカラーフィルタにおける他の各構成について説明する。

（透明基板）
透明基板は、ブラックマトリックス層、複数色の着色層、反射防止層等、カラーフィルタにおける各構成を支持するものである。

透明基板の材料としては、一般的にカラーフィルタに用いられているものであれば用いることができ、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない無機基板、および、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する樹脂基板等を挙げることができる。

例えば、無機基板の場合、無アルカリタイプのガラス基板を用いることが好ましい。無アルカリタイプのガラス基板は寸度安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、かつ、ガラス中にアルカリ成分を含まないことから、表示装置用のカラーフィルタの透明基板として好適に用いることができるからである。

（ブラックマトリックス層）
ブラックマトリックス層は、透明基板の上にパターン状に設けられ、不要な光の漏れを防ぐものである。

この材料としては、従来のカラーフィルタに用いられるブラックマトリックス層と同様とすることができ、例えば、バインダ樹脂中に黒色色材を分散させたものを用いることができる。

黒色色材としては、例えば、カーボンブラック、チタンブラック等が挙げられる。バインダ樹脂は、ブラックマトリックス層の形成方法に応じて適宜選択される。

フォトリソグラフィ法の場合、バインダ樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂が用いられる。

また、印刷法やインクジェット法の場合、バインダ樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ヒドロキシエチルセルロース樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。

ブラックマトリックス層には、必要に応じて光重合開始剤、増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等が含有されていてもよい。

このブラックマトリックス層の膜厚は、カラーフィルタにおける一般的なブラックマトリックス層の膜厚と同様とすることができ、例えば、０．５μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内で設定することができる。

ブラックマトリックス層の開口部の形状は特に限定されるものではなく、例えばストライプ形状、くの字形状、デルタ配列等のように着色層の配列を変えたものも挙げられる。

ブラックマトリックス層の形成方法としては、透明基板の上の所定の位置にブラックマトリックス層をパターン状に形成できる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、フォトリソグラフィ法が好ましい。

（着色層）
着色層は、赤色の着色層、緑色の着色層、青色の着色層を含むものであるが、この赤、緑、青の３色を少なくとも含むものであればよく、例えば、赤、緑、青の３色、赤、緑、青、黄の４色、または、赤、緑、青、黄、シアンの５色等とすることもできる。

着色層の配列は特に限定されるものではなく、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等の公知の配列とすることができる。

着色層は、例えば色材をバインダ樹脂中に分散させたものである。色材としては、各色の顔料や染料等を挙げることができる。

赤色の着色層に用いられる色材としては、例えば、ペリレン系顔料、レーキ顔料、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、アントラキノン系顔料、アントラセン系顔料、イソインドリン系顔料等が挙げられる。

緑色の着色層に用いられる色材としては、例えば、ハロゲン多置換フタロシアニン系顔料もしくはハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料等のフタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等が挙げられる。

青色の着色層に用いられる色材としては、例えば、銅フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等が挙げられる。

これらの顔料や染料は単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。
バインダ樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂が用いられる。

着色層には、光重合開始剤や、必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を含有させてもよい。

着色層の膜厚は、カラーフィルタにおける一般的な着色層の膜厚と同様とすることができ、例えば、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内で設定することができる。

着色層の形成方法としては、複数色の着色層を平面上に配列可能な方法であればよく、例えばフォトリソグラフィ法、インクジェット法、印刷法等が挙げられる。

また、着色層が形成されている同一平面上には、上記色材を含有せず、上記バインダ樹脂を含有し、光を透過する白色層が形成されていてもよい。この白色層も赤、緑、青の着色層と同様に、対応する副画素領域に配置される。白色層の膜厚および形成方法は、着色層と同様とすることができる。

＜表示装置＞
次に、本発明に係る表示装置について説明する。
図３は、本発明に係る表示装置の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、表示装置２は、観察者側（図３において上側）に向けて光を放射する複数色の発光層２３を有する有機ＥＬ素子基板２０と、反射防止層１４の上面を有機ＥＬ素子基板２０に向けるように配置された、カラーフィルタ１と、を備えている。

なお、図３におけるカラーフィルタ１は、図１に示すカラーフィルタ１とは、上下（天地）が反転した状態になっている。

有機ＥＬ素子基板２０は、支持基板２１と、支持基板２１の上に設けられた背面電極２２と、背面電極２２の上に設けられた複数の発光層２３と、発光層２３の上に設けられ、発光層２３からの光を透過する透明電極２４と、を有している。
複数の発光層２３は、赤色の発光層２３Ｒ、緑色の発光層２３Ｇ、青色の発光層２３Ｂを含み、それぞれ、カラーフィルタ１の赤色の着色層１３Ｒ、緑色の着色層１３Ｇ、青色の着色層１３Ｂと対向するように配置されている。

背面電極２２は、陽極または陰極のいずれかであるが、一般的には陽極として支持基板２１の上に設けられる。形成材料としては、金、銀、クロム等の金属等を挙げることができる。従って背面電極２２は、光を反射可能になっている。

透明電極２４は、背面電極２２の対極として機能するものである。透明電極２４は、陰極または陽極のいずれかであるが、一般的には陰極として設けられる。透明電極２４の形成材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の透明導電材料が用いられる。

有機ＥＬ素子基板２０とカラーフィルタ１との間には、接合層２５が設けられる。接合層２５は、透光性を有する。接合層２５の材料としては、一般的な有機ＥＬ表示装置に用いられる材料を用いればよく、例えば、感光性ポリイミド樹脂等の光硬化型樹脂、又は、熱硬化型樹脂等を用いることができる。

図４は、図３に示す表示装置における外光の反射を説明する図である。
なお、反射の説明を容易とするため、図４に示す例においては、図３に示す、有機ＥＬ素子基板２０の背面電極２２、透明電極２４を省略し、さらに、隣り合う発光層２３の隙間を省略する形で記載している。

図４に示す例において、外光Ｌ２１は、カラーフィルタ１の透明基板１１の側から入射し、着色層１３、反射防止層１４、接合層２５を透過した後に、有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層２３で反射して反射防止層１４に入射し、その後、着色層１３、透明基板１１を透過して、反射光Ｌ２２として観察者側に出射する。

図４においては、この外光Ｌ２１が発光層２３で反射する光を反射光Ｌ２２として、太い破線の矢印で示している。

そして、反射光Ｌ２２は反射防止層１４の上下の界面で反射し、さらに、それぞれの反射光が再び発光層２３で反射して、反射光Ｌ２３、Ｌ２４として、透明基板１１から観察者側に出射する。

ここで、従来のカラーフィルタを備える有機ＥＬ表示装置においては、反射光Ｌ２３、Ｌ２４を低減することについて、解決手段を有していなかった。
なお、円偏光板を有機ＥＬ素子基板の観察者側に配置することにより、外光が反射されることを防ぐ有機ＥＬ表示装置は、図４に示す反射光Ｌ２２を低減するものである。円偏光板を用いることにより、理論上、反射光Ｌ２２を概ね０％にすることも可能であるが、この円偏光板により、発光層２３からの発光も５０％低減されてしまうという不具合がある。

一方、カラーフィルタ１を備える表示装置２においては、反射防止層１４を有することにより、反射光Ｌ２３、Ｌ２４を低減することができる。
より詳しく説明すると、図４に示すように、外光Ｌ２１が発光層２３で反射した反射光Ｌ２２は、その後、反射防止層１４の上下の界面で反射することになる。
ここで、この反射防止層１４の上下の界面で反射する光は、反射防止層１４の反射防止の作用によって低減される。
それゆえ、これら低減された反射光が、再び発光層２３で反射して、反射光Ｌ２３、Ｌ２４として透明基板１１から観察者側に出射しても、この反射光Ｌ２３、Ｌ２４は、従来よりも低減されたものになっている。

従って、本発明によれば、円偏光板を用いることなく、外光Ｌ２１から生じる反射光Ｌ２３、Ｌ２４を低減することができる。

また、円偏光板を用いる場合は、有機ＥＬ素子基板から発光される光の透過が妨げられてしまい、これを補うために、発光強度が高められることになって、消費電力が増加すると共に、有機ＥＬ素子基板の素子寿命が短くなる可能性がある。
一方、本発明によれば、このような不具合を解消することができる。

以上、本発明に係るカラーフィルタ、及び表示装置について、それぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
ここでは、反射防止層を有する本発明に係るカラーフィルタ（実施例１、２）と、従来のオーバーコート層を有するカラーフィルタ（比較例１）を製造し、各々の反射率について評価した。

（実施例１）
透明基板にガラス基板を用い、図１に示すカラーフィルタ１のように、このガラス基板の上に、赤色、緑色、青色の３色の着色層を形成し、実施例１の反射防止層として、多層構造の反射防止フィルムを用いたカラーフィルタを製造した。この反射防止層の膜厚は約３．０μｍとした。
上記カラーフィルタを１０ｃｍ角に切断して、実施例１のサンプルとした。

（実施例２）
実施例１と同様にして、透明基板にガラス基板を用い、赤色、緑色、青色の３色の着色層を形成し、その上に、実施例２の反射防止層を構成する感光性材料を塗布し、露光、現像、乾燥、焼成等の工程を施して、単層構造の反射防止層を有するカラーフィルタを製造した。この反射防止層の膜厚は約３．０μｍとした。
上記カラーフィルタを１０ｃｍ角に切断して、実施例２のサンプルとした。

（比較例１）
実施例１、２と同様にして、透明基板にガラス基板を用い、赤色、緑色、青色の３色の着色層を形成し、その上に、従来のオーバーコート層を構成する感光性材料を塗布し、露光、現像、乾燥、焼成等の工程を施して、従来のオーバーコート層を有するカラーフィルタを製造した。このオーバーコート層の膜厚は約３．０μｍとした。
上記カラーフィルタを１０ｃｍ角に切断して、比較例１のサンプルとした。

（評価方法）
図５は、本発明に係るカラーフィルタの評価方法について示す図である。
この評価方法では、図５に示すように、黒色基板３２の上に、実施例１、２については反射防止層、比較例１についてはオーバーコート層が上側となるように、実施例１、２及び比較例１の各サンプルを配置し、反射防止層、又はオーバーコート層の上から、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光を照射して、それぞれの反射率を測定した。
測定装置には、コニカミノルタ社製ＣＭ−２６００ｄを用い、観測視野２°の条件で、ＳＣＩ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｉｎｃｌｕｄｅ）方式を用いて測定した。

（評価結果）
図６は比較例１の評価結果について示す図、より詳しくは、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対する比較例１の反射率測定結果を示す図である。
また、図７は実施例１の評価結果について示す図、より詳しくは、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対する実施例１の反射率測定結果を示す図である。
また、図８は実施例２の評価結果について示す図、より詳しくは、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対する実施例２の反射率測定結果を示す図である。

図７に示すように、多層構造の反射防止層を有する実施例１は、図６に示す従来のオーバーコート層を有する比較例１に比べて、大幅に反射率を低減することができた。
実施例１においては、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対して反射率が５．５％以下に抑えられており、特に、４１０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対しては、反射率が２．０％以下に抑えられており、優れた低減効果を発揮するものであった。

図８に示すように、単層構造の反射防止層を有する実施例２も、図６に示す従来のオーバーコート層を有する比較例１に比べて、反射率を低減することができた。
実施例２においては、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長の光に対して、反射率が５．５％以下に抑えられており、十分な低減効果を発揮するものであった。

１ カラーフィルタ
２ 表示装置
１１ 透明基板
１２ ブラックマトリックス層
１３ 着色層
２０ 有機ＥＬ素子基板
２１ 支持基板
２２ 背面電極
２３ 発光層
２４ 透明電極
２５ 接合層
３１ 反射率測定器
３２ 黒色基板
Ｌ１１ 入射光
Ｌ１２ 第１の反射光
Ｌ１３ 第２の反射光
Ｌ２１ 外光
Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４ 反射光

Claims (5)

1. 複数色の発光層を有する有機ＥＬ表示装置用のカラーフィルタであって、
   透明基板の上に、前記有機ＥＬ表示装置の複数色の発光層の配置に応じて、複数色の着色層が設けられており、
   前記複数色の着色層の上に、反射防止層が設けられていることを特徴とする、カラーフィルタ。
2. 前記反射防止層が、
   前記反射防止層の上面で反射する第１の反射光と、
   前記反射防止層と前記着色層との界面で反射する第２の反射光を干渉させることにより、反射を低減する透明層であることを特徴とする、請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記反射防止層が、
   屈折率が異なる複数の層から構成される多層構造を有することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
4. 前記複数色の着色層の上に設けられた前記反射防止層の上面側から前記反射防止層に入射する波長が３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の範囲の光に対し、反射率が５．５％以下であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
5. 複数色の発光層を有する有機ＥＬ素子基板と、
   前記反射防止層の上面を前記有機ＥＬ素子基板に向けるように配置された、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタと、
   を備えることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。

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