JP2004296100A - 有機ｅｌ装置及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かすとともに、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる有機ＥＬ装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１１は、液晶パネル１２と、バックライトとしての有機ＥＬ装置１３とを備えている。有機ＥＬ装置１３は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２の吸熱側上に形成された有機ＥＬ素子２３とを備えている。有機ＥＬ素子２３は一方の電極がペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂと共用されている。有機ＥＬ素子２３の第１電極を構成する金属層２２ｂ上に、有機ＥＬ層２４及び第２電極２５が順に積層形成されている。第２電極２５は可視光透過性のＩＴＯで形成され、有機ＥＬ素子２３の発光の取り出し方向が第２電極２５側となっている。
【選択図】 図１
【解決手段】液晶表示装置１１は、液晶パネル１２と、バックライトとしての有機ＥＬ装置１３とを備えている。有機ＥＬ装置１３は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２の吸熱側上に形成された有機ＥＬ素子２３とを備えている。有機ＥＬ素子２３は一方の電極がペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂと共用されている。有機ＥＬ素子２３の第１電極を構成する金属層２２ｂ上に、有機ＥＬ層２４及び第２電極２５が順に積層形成されている。第２電極２５は可視光透過性のＩＴＯで形成され、有機ＥＬ素子２３の発光の取り出し方向が第２電極２５側となっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）装置及び有機ＥＬ装置をバックライトとして備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、携帯機器等の表示装置として広く用いられている。これら携帯機器は、小型軽量化、低消費電力に対するニーズが高く、これに伴い液晶表示装置も更なる薄型化、低消費電力化が必要である。
【０００３】
低消費電力化のため反射型液晶表示装置が採用されているが、画質が十分ではない。十分な画質を確保するためには、バックライトを用いた透過型（半透過を含む）の液晶表示装置が優れる。近年、有機ＥＬ素子等の自発光体をバックライトとして使用することが提案され、また実施されている。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子は、液晶ディスプレイの次にくるディスプレイの素子として注目されている。一般に、有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で構成された透明電極（陽極）を形成し、その透明電極上に発光層を含む有機層を形成し、さらに不透明な陰極を積層することによって形成され、発光層の発光をガラス基板側から取り出す、所謂ボトムエミッション型であった。
【０００５】
有機ＥＬ素子はキャリア注入型の発光であるため、ＥＬ発光に変換されない電気エネルギーはジュール熱に変換される。このジュール熱のため、デバイスの温度が上昇して、有機ＥＬ素子を構成する有機化合物に変質等が発生し、輝度が低下したり、寿命が短くなるという問題がある。有機ＥＬの発光効率を１００％にすれば、前記ジュール熱の発生はゼロになるが、現実的には不可能であるため、従来、有機ＥＬ素子の発光に伴って発生する熱を効果的に発散させるようにした有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１には、有機ＥＬ素子を高熱伝導性の基板上に形成する構成と、有機ＥＬ素子をディスプレイとして応用するため、有機ＥＬ素子を電気絶縁性の薄層を挟んで、高熱伝導性の基板と接触させた構成が提案されている。
【０００７】
特許文献２には、金属基板の上に熱伝導性の高い金属薄膜を介して有機ＥＬ装置を設ける構成が提案されている。
特許文献３には、ガラス基板上に第１電極、発光層を含む有機化合物層、第２電極層が積層されて素子領域が構成され、基板の素子領域全体を覆うようにヘテロ環式化合物の重合体からなる保護膜が形成されている。この保護膜は有機ＥＬ素子用としては十分な耐熱性を備えるとともに、熱伝導度が比較的高く、有機ＥＬ素子を駆動することで発生するジュール熱が、この保護膜へと拡散し、保護膜表面で放熱される。また、保護膜等を介して、ペルチェ冷却やファン冷却等の強制冷却手段を併用すれば、保護膜表面の放熱を促進できる旨の記載がなされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−１２９１９４号公報（３頁、図１、図７）
【特許文献２】
特開平８−１２４６７９号公報（明細書の段落［００３７］、図４）。
【特許文献３】
特開２００２−１１７９７３号公報（明細書の段落［００３２］〜［００３５］、［００４２］、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２の構成では、いずれも有機ＥＬ素子又は有機ＥＬ装置を高熱伝導性の基板上に直接又は薄膜を介して設けることにより、放熱性を高める構成であるため、有機ＥＬ素子又は有機ＥＬ装置の環境温度より低く冷却することはできない。また、特許文献３にはペルチェ冷却等の強制冷却手段を併用することが開示されているが、有機ＥＬ素子はガラス基板上に形成することを前提としている。従って、強制冷却手段を併用する場合、有機ＥＬ装置の特徴である薄型化が犠牲になることに関しては何ら配慮されていない。
【００１０】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かすとともに、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる有機ＥＬ装置を提供することにある。第２の目的は有機ＥＬ装置をバックライトとして備えた液晶表示装置において、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができる液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、半導体基板と、少なくともその一部に形成されたペルチェ素子と、該半導体基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記半導体基板と反対側から取り出されるように構成されている。この発明では、有機ＥＬ装置を構成する有機ＥＬ素子は、有機ＥＬとペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置されている。そして、有機ＥＬ素子が駆動されて発光する際に、ペルチェ素子を同時に駆動させると、有機ＥＬ素子の発光に伴って発生するジュール熱がペルチェ素子の作用により積極的にペルチェ素子の放熱側に移動されて有機ＥＬ素子が冷却される。ペルチェ素子が基板を兼ねているため、薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かした状態で、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と共用されている。従って、この発明では、有機ＥＬ装置の製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮及びコスト低減に寄与する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と電気的に接続されている。従って、この発明では、有機ＥＬ装置の駆動時にペルチェ素子も駆動される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、前記ペルチェ素子の吸熱側電極上に直接又は間接に複数形成され、各々が独立して発光可能に構成されている。有機ＥＬ装置をバックライト等の照明用に使用する場合は、１個の広い面積の有機ＥＬ素子を備えればよいが、種々の表示が可能な表示装置等に使用する場合は、複数の有機ＥＬ素子を独立して駆動可能な構成が必要となる。この発明の有機ＥＬ装置は表示装置としても使用可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、該ペルチェ素子の吸熱側の電極上に直接又は熱伝導性が高い絶縁層を介して形成された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成されている。ここで、「熱伝導性が高い」とは、熱伝導率が基板より高いことを意味する。この発明では、基板上のペルチェ素子が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子やペルチェ素子を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になる。従って、複数の有機ＥＬ素子を基板上に設けて各有機ＥＬ素子を独立して制御するのが容易となる。また、ペルチェ素子の吸熱側の電極上に直接ではなく、熱伝導性が高い絶縁層を介して有機ＥＬ素子を形成してもよい。従って、ペルチェ素子と有機ＥＬ素子とが対向していなくても、有機ＥＬ素子の冷却を効率良く行うことができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、前記基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板側から取り出されるように構成されている。この発明では、有機ＥＬ装置の前記半導体領域を有する基板側から発光を取り出せる。また、請求項５に記載の発明と同様に、基板上のペルチェ素子が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子やペルチェ素子を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記半導体領域を有する基板は、透明絶縁体基板である。前記透明絶縁体基板は、有機ＥＬ素子からの発光を取り出せればよく、ガラス基板や透明プラスチック基板でよい。この発明では、有機ＥＬ素子の発光を取り出ことが可能でペルチェ素子等を形成することが容易な基板の入手が容易になる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記半導体領域を有する基板は、金属基板である。この発明では、ガラス基板に比較して放熱が基板を介して効率良く行われる。また、ガラス基板に比較して衝撃に強くなる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は複数設けられ、各々が独立して発光可能に構成されている。有機ＥＬ装置をバックライト等の照明用に使用する場合は、１個の広い面積の有機ＥＬ素子を備えればよいが、種々の表示が可能な表示装置等に使用する場合は、複数の有機ＥＬ素子を独立して駆動可能な構成が必要となる。この発明の有機ＥＬ装置は表示装置としても使用可能となる。
【００２０】
第２の目的を達成するため請求項１０に記載の発明の液晶表示装置は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置をバックライトとして備えている。この発明では、有機ＥＬ素子の温度上昇が抑制された有機ＥＬ装置をバックライトとして備えるため、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができ、ひいては液晶表示装置の耐久性を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１に従って説明する。
【００２２】
図１に示すように、液晶表示装置１１は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶パネル１２と、バックライトとしての有機ＥＬ装置１３とを備えている。
【００２３】
液晶パネル１２は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、図示しないシール材により貼り合わされて、その間に液晶１６が配置されている。基板１４，１５は例えばガラス製である。有機ＥＬ装置１３側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対向する面に透明な走査電極１７が、複数（図１では一つのみ図示）、平行なストライプ状に形成されている。また、基板１４には、液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００２４】
他方の基板１５には液晶１６と対向する面にカラーフィルタ１９が形成され、カラーフィルタ１９の基板１５と反対側の面上には透明電極２０が走査電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５には、液晶１６と反対側の面に偏光板２１が形成されている。走査電極１７及び透明電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。走査電極１７及び透明電極２０の各交差部が液晶パネル１２の各サブピクセルとなり、走査電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。カラーフィルタ１９は、図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが３つ一組で一つのピクセル（画素）を構成する。
【００２５】
有機ＥＬ装置１３は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２上に形成された有機ＥＬ素子２３とを備えている。この実施の形態では、ペルチェ素子２２はｎ形半導体２２ａと、ｎ形半導体２２ａを挟んで両側に設けられた電極層としての金属層２２ｂ，２２ｃとから構成されている。そして、電流が金属層２２ｃ側から金属層２２ｂ側へ向かって流れることにより、金属層２２ｂ側が吸熱側となるようになっている。即ち、金属層２２ｂ側が陰極となるように使用される。金属層２２ｂ，２２ｃは例えばアルミニウムで形成されている。
【００２６】
有機ＥＬ素子２３は金属層２２ｂ側に形成されている。この実施の形態では、有機ＥＬ素子２３を構成するため有機ＥＬ層２４を挟むように配置される電極のうち、第１電極がペルチェ素子２２の金属層２２ｂで構成されている。即ち、有機ＥＬ素子２３は、一方の電極がペルチェ素子２２の吸熱側の電極（金属層２２ｂ）と共用されている。
【００２７】
有機ＥＬ装置１３は、有機ＥＬ層２４に対してペルチェ素子２２側に配置された第１電極としての金属層２２ｂと、有機ＥＬ層２４に対してペルチェ素子２２と反対側に配置された第２電極２５とによって構成されている。この実施の形態では、第１電極としての金属層２２ｂが陰極を構成し、第２電極２５が陽極を構成する。有機ＥＬ層２４、第１電極（金属層２２ｂ）及び第２電極２５はともに一つのみ設けられ、第１電極及び第２電極２５間に電圧が印加されることで有機ＥＬ層２４は有機ＥＬ素子２３の全域に亘って発光するように構成されている。そして、第２電極２５の電極取り出し側となる金属層２２ｂの一端寄り（図１の左側）には、第１電極（金属層２２ｂ）と第２電極２５との短絡を防止する絶縁層２６が形成され、第２電極２５の電極取り出し側端部２５ａは絶縁層２６上に位置するように形成されている。
【００２８】
有機ＥＬ層２４には例えば公知の構成のものが使用され、陰極となる金属層２２ｂ側から順に、電子注入層、発光層及び正孔注入層の３層で構成されている。有機ＥＬ層２４は白色発光層で構成されている。第２電極２５はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されており、光透過性を有している。従って、有機ＥＬ素子２３は有機ＥＬ層２４の発光が反基板側から取り出される（出射される）所謂トップエミッション型の有機ＥＬ素子を構成する。なお、第２電極２５は蒸着法やスパッタ法等によって積層形成されている。
【００２９】
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置１３は、半導体基板の全部に形成されたペルチェ素子２２と、該半導体基板上に間接に配置された有機ＥＬ素子２３とを有する。有機ＥＬ素子２３はペルチェ素子２２の吸熱側との熱抵抗がペルチェ素子２２の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ有機ＥＬ素子２３からの発光が半導体基板と反対側から取り出されるように構成されている。
【００３０】
有機ＥＬ素子２３は第２電極２５の電極取り出し側端部２５ａと、金属層２２ｂの一部（電極取り出し側端部２５ａと反対側）を露出させた状態で、有機ＥＬ層２４が外気と接しないように、可視光透過性を有するパッシベーション膜２７で覆われている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止可能な材料、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。
【００３１】
また、図面において、液晶パネル１２及び有機ＥＬ装置１３を構成する各基板、各電極、各層及び膜等の厚さは、図示の都合上、実際とは必ずしも一致しない相対関係で示されている。
【００３２】
有機ＥＬ装置１３を製造する際は、ｎ形半導体２２ａを備えたペルチェ素子２２上の所定位置に絶縁層２６を形成する。絶縁層２６はフォトレジストあるいは窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成される。次に有機ＥＬ層２４を構成する各有機層を蒸着によりそれぞれ所定の膜厚となるように順次成膜する。次に第２電極２５を蒸着法で形成した後、パッシベーション膜２７をプラズマＣＶＤ法により形成することにより、有機ＥＬ装置１３の製造が完了する。
【００３３】
次に、前述のように構成された液晶表示装置１１の作用について説明する。
液晶パネル１２は図示しない駆動制御装置により走査電極１７、透明電極２０に電圧を印加して、所望のサブピクセルを透過可能とする。一方、有機ＥＬ装置１３は電源投入されると、第１電極（金属層２２ｂ）と第２電極２５との間に直流電圧Ｖ１が印加され、有機ＥＬ層２４が白色に発光する。この光が第２電極２５側から出射され、液晶パネル１２へ達する。
【００３４】
液晶パネル１２へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１２の表側に出てくる。このとき、カラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過した光の組み合わせにより所望の色が再現される。
【００３５】
また、電源投入されると、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂと金属層２２ｃとの間に直流電圧Ｖ２が印加され、電流が金属層２２ｃから金属層２２ｂに向かって流れ、ｎ形半導体２２ａの陰極側即ち金属層２２ｂ側で吸熱が起こり、陽極側即ち金属層２２ｃ側で放熱が起こる。その結果、有機ＥＬ素子２３の駆動による有機ＥＬ層２４の発光に伴って発生するジュール熱が、金属層２２ｃ側から効率よく放熱され、有機ＥＬ層２４の温度上昇が抑制される。
【００３６】
本願発明者は有機ＥＬ素子２３に供給される電流と輝度との関係に及ぼす温度の影響を調べたところ、同じ電流量であれば、温度の低い方が輝度が高くなる関係があった。また、半減寿命と温度の関係を調べたところ、温度が低い方が半減寿命が長くなり、例えば、室温と０℃とで比較すると、有機ＥＬ素子２３の寿命が２〜３倍長くなった。
【００３７】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） ペルチェ素子２２を基板として、その吸熱側に有機ＥＬ素子２３が形成され、有機ＥＬ素子２３の発光層の発光が基板と反対側から取り出されるように構成されている。従って、有機ＥＬ素子２３が駆動されて発光する際に、ペルチェ素子２２を同時に駆動させることにより、有機ＥＬ素子２３の発光に伴って発生するジュール熱がペルチェ素子２２の作用により積極的にペルチェ素子２２の放熱側に移動されて有機ＥＬ素子２３が冷却される。そして、ペルチェ素子２２が基板を兼ねているため、薄型という有機ＥＬ装置１３の特徴を生かした状態で、有機ＥＬ素子２３の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子２３の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。
【００３８】
（２） ペルチェ素子２２で冷却することにより、単なる放熱効果で冷却する従来技術と異なり、有機ＥＬ素子２３をその雰囲気温度より低く冷却することができる。従って、有機ＥＬ素子２３に供給される電流量が同じであっても、輝度を高めることができる。
【００３９】
（３） 有機ＥＬ素子２３は、一方の電極（第１電極）がペルチェ素子２２の吸熱側の金属（金属層２２ｂ）と共用されている。従って、有機ＥＬの電極をペルチェ素子の電極とは別に設ける場合に比べて構成部品が減るため、有機ＥＬ装置１３の製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮及びコスト低減に寄与する。
【００４０】
（４） ペルチェ素子２２は、ペルチェ素子２２を構成する半導体としてｎ形半導体２２ａが使用されて、陰極側が吸熱側となるように構成されている。従って、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とで共用される電極が陰極となる。そのため、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とに同じ電圧を印加する場合には、電源を共通にできる。また、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とに異なる電圧を印加する場合には、２つの電源の一方の電極を共通にできるため、電気的な設計がしやすくなる。
【００４１】
（５） 有機ＥＬ素子２３は、金属層２２ｂと第２電極２５との間に電圧が印加されることで有機ＥＬ層２４が全域に亘って発光するように構成されている。従って、有機ＥＬ装置１３において、液晶パネル１２の走査電極１７の操作に対応して、有機ＥＬ層２４を発光させるために走査を行う必要がなく、制御が容易になる。
【００４２】
（６） 液晶表示装置１１は有機ＥＬ素子２３が積極的に効率よく冷却される構成の有機ＥＬ装置１３をバックライトとして備えている。従って、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができ、ひいては液晶表示装置１１の耐久性を高めることができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に本発明をパッシブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬカラー表示装置に具体化した第２の実施の形態を図２に従って説明する。この実施の形態は有機ＥＬ装置自体が表示装置として機能し、液晶パネル１２が存在しない点が第１の実施の形態と大きく異なっている。また、有機ＥＬ素子２３が一方の電極をペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂと共用しない点も第１の実施の形態と大きく異なっている。第１の実施の形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４４】
図２は有機ＥＬカラー表示装置としての有機ＥＬ装置３１の模式断面図である。図２に示すように、有機ＥＬ装置３１は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２に熱伝導性が高い絶縁層３２を介して形成された有機ＥＬ素子３３と、有機ＥＬ素子３３に対してペルチェ素子２２と反対側に配設された透明なカバー板３４上に形成されたカラーフィルタ３５とを備えている。絶縁層３２の材質としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素等が挙げられる。カラーフィルタ３５は有機ＥＬ素子３３から離間した位置に有機ＥＬ素子３３と対応する状態で配置され、発光の取り出し方向がカバー板３４側になっている。
【００４５】
カバー板３４はシール材３６を介してペルチェ素子２２の吸熱側に固定されている。即ち、有機ＥＬ素子３３はペルチェ素子２２（絶縁層３２）、シール材３６及びカバー板３４により囲繞され、外部（外気）と隔離されている。カバー板３４は、例えばガラス板で形成されている。シール材３６は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。
【００４６】
有機ＥＬ素子３３は、基板（ペルチェ素子２２）側の電極としての第１電極３７、有機ＥＬ層２４、第２電極２５の順に絶縁層３２を介してペルチェ素子２２上に積層されている。この実施の形態では第１電極３７が陽極を、第２電極２５が陰極を構成している。そして、有機ＥＬ素子３３は、ペルチェ素子２２と対向する面を除いてパッシベーション膜２７により被覆されている。
【００４７】
第１電極３７はクロム（Ｃｒ）で形成され、絶縁層３２の表面に複数、平行なストライプ状に形成されている。第１電極３７は、図２において、紙面に対して垂直方向に延びるように形成されている。有機ＥＬ層２４は図示しない絶縁性の隔壁により隔てられた状態で第１電極３７と直交する方向に延びる複数の平行なストライプ状に形成されている。
【００４８】
第２電極２５はストライプ状に形成された有機ＥＬ層２４の上に積層され、第１電極３７と直交する状態に形成されている。有機ＥＬ装置３１を構成する各サブピクセルは、第１電極３７及び第２電極２５の交差部分においてペルチェ素子２２上にマトリックス状に配置されている。有機ＥＬ装置３１の各画素（ピクセル）は３個のサブピクセルで構成されている。
【００４９】
有機ＥＬ層２４は例えば公知の構成のものが使用され、この実施の形態では第１電極３７が陽極のため、第１の実施の形態と逆に、第１電極３７側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層が積層されて構成されている。有機ＥＬ層２４は白色発光層で構成されている。
【００５０】
カラーフィルタ３５には有機カラーフィルタが使用されている。カラーフィルタ３５のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルはそれぞれ有機ＥＬ層２４のサブピクセルに対応して形成されている。
【００５１】
前記のように構成された有機ＥＬ装置３１を製造する際は、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂ上に絶縁層３２を形成し、絶縁層３２上に有機ＥＬ素子３３を形成し、カラーフィルタ３５はペルチェ素子２２とは別体のカバー板３４上に形成する。そして、カラーフィルタ３５が有機ＥＬ素子３３と対応し、有機ＥＬ素子３３とカラーフィルタ３５との間に隙間を有する状態で、カバー板３４をシール材３６を介してペルチェ素子２２上に接着して固着する。ペルチェ素子２２、シール材３６及びカバー板３４で囲繞された空間には他の物質と反応し難い物質（ガス）、例えば窒素が充填されている。
【００５２】
次に前記のように構成された有機ＥＬ装置３１の作用を説明する。
発光させるべき画素のサブピクセルと対応する第１電極３７と第２電極２５との間に電圧が印加されると、そのサブピクセルが白色に発光する。そして、そのサブピクセルからの白色光がカラーフィルタ３５を透過してカバー板３４側から出射される。白色光がカラーフィルタ３５のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを透過した後、対応する色の光となる。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルの組合せにより所望の色が再現される。
【００５３】
また、第１の実施の形態と同様にペルチェ素子２２に通電されると、金属層２２ｂ側で吸熱が起こり、絶縁層３２を介して有機ＥＬ素子３３が冷却される。
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置３１は、第１の実施の形態の（１）及び（２）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
【００５４】
（７） ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上には絶縁層３２が形成され、絶縁層３２上に複数の有機ＥＬ素子３３が設けられ、各々が独立して発光可能に構成されている。従って、有機ＥＬ装置３１を単なる照明装置としてではなく、表示装置として使用することができる。
【００５５】
（８） 有機ＥＬ素子３３はペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上に絶縁層３２を介して形成されているため、有機ＥＬ素子３３の第１電極３７と、ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂとを異なる極の電極とすることができる。従って、ペルチェ素子２２側と関係なく、第１電極３７を陽極とするか陰極とするかを選択でき、設計の自由度が大きくなる。
【００５６】
（９） 有機ＥＬ装置３１は白色発光を行う有機ＥＬ素子３３と、カラーフィルタ３５とを備えているため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルをそれぞれ有機ＥＬ層２４で構成する場合に比較して、サブピクセルの製造が簡単になる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に本発明をアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ表示装置に具体化した第３の実施の形態を図３〜図６に従って説明する。図３は有機ＥＬ表示装置の模式断面図であり、図４は１画素部分の詳細模式断面図である。図５は有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図、図６は変更例の有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図である。なお、図３，４においてハッチングの一部を省略するとともに、図３及び図４において、各層の厚さや部材の大きさの比は図示の都合上一致していない。
【００５８】
図３，４に示すように、有機ＥＬ表示装置としての有機ＥＬ装置４１は、透明絶縁体基板としてのガラス基板４２上にアクティブ駆動用素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４３と、ペルチェ素子４４を含む回路層４５が形成されている。回路層４５上には層間絶縁膜４６を介して信号線４７、走査線４８（図５，６に図示）、ペルチェ素子４４を構成する吸熱電極４９が設けられている。層間絶縁膜４６上には高熱伝導率絶縁膜５０を介して有機ＥＬ素子５１が設けられ、有機ＥＬ素子５１はパッシベーション膜（保護膜）５２で覆われている。
【００５９】
ＴＦＴ４３は有機ＥＬ素子５１への信号の伝達を制御する。走査線４８はＴＦＴ４３の駆動タイミングを制御し、信号線４７は有機ＥＬ素子５１の輝度制御信号を伝達する。
【００６０】
有機ＥＬ素子５１は高熱伝導率絶縁膜５０側から金属電極５１ａ、有機ＥＬ層５１ｂ及び透明電極５１ｃの順に積層されて形成されている。有機ＥＬ装置４１がモノクローム表示の場合は各有機ＥＬ素子５１がそれぞれ１画素を構成する。有機ＥＬ装置４１がフルカラー表示の場合は、各有機ＥＬ素子５１がそれぞれサブピクセル（サブ画素）を構成し、隣接する３個のサブピクセルが１組で１画素を構成する。そして、３個のサブピクセルを構成する有機ＥＬ素子５１は、１個が赤（Ｒ）、１個が緑（Ｇ）、１個が青（Ｂ）に発光する有機ＥＬ層５１ｂを備えたもので構成される。
【００６１】
図４に示すように、ＴＦＴ４３を構成するソース領域４３ａがコンタクトホール５３ａを介して信号線４７に電気的に接続され、ドレイン領域４３ｂがコンタクトホール５３ｂを介して金属電極５１ａに電気的に接続されている。また、走査線４８の一部がＴＦＴ４３のゲート電極５４を構成している。
【００６２】
図４に示すように、ペルチェ素子４４はｐ形半導体５５ａ及びｎ形半導体５５ｂが熱的に並列に配置されるとともに、ｐ形半導体５５ａ及びｎ形半導体５５ｂがコンタクトホール５６を介して吸熱電極４９に電気的に接続されている。また、ｐ形半導体５５ａはコンタクトホール５７を介して放熱電極５８ａに、ｎ形半導体５５ｂはコンタクトホール５７を介して放熱電極５８ｂにそれぞれ電気的に接続されている。一方の放熱電極５８ａは直流電源のマイナス端子に接続され、他方の放熱電極５８ｂは直流電源のプラス端子に接続される。なお、放熱電極５８ｂは図示されていない放熱部に接続されている。
【００６３】
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置４１は、半導体領域を有する基板（ガラス基板４２）の少なくとも一部にペルチェ素子４４が形成されている。そして、ペルチェ素子４４の吸熱側の電極層としての金属層（吸熱電極４９）上には熱伝導性が高い絶縁層（高熱伝導率絶縁膜５０）が形成され、前記絶縁層上に有機ＥＬ素子５１が形成され、有機ＥＬ素子５１の発光層（有機ＥＬ層５１ｂ）の発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成されている。
【００６４】
前記構成の有機ＥＬ装置４１を次のようにして形成した。
先ず、洗浄されたガラス基板４２上にＣＶＤ法によりポリシリコンを４００℃の温度で、０．０５μｍの厚さで形成した。フォトリソグラフィ法により、ＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４形成部を残し、公知のＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）によりエッチング、除去した。次にＣＶＤ法により４００℃の温度でシリコン窒化膜を０．３μｍの厚さで形成した。フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法により、ペルチェ素子４４に接続される部分のシリコン窒化膜にコンタクトホール５７を形成した。次に走査線４８、ゲート電極５４、ペルチェ素子４４の放熱電極５８ａ，５８ｂとして、Ｃｒ（クロム）をスパッタ法により０，３μｍの厚さで形成した。次に層間絶縁膜４６としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により、０．５μｍの厚さで形成した。
【００６５】
その後、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法により、ＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４に電気的接触を確保するためコンタクトホール５３ａ，５３ｂ，５６を形成し、スパッタ法により信号線４７及び吸熱電極４９を作製した。続いて、高熱伝導率絶縁膜５０としてシリコン窒化膜をＣＶＤ法により形成し、フォトリソグラフィ法、ＲＩＥ法及びスパッタ法を用いて有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａ（画素電極）を形成した。公知の有機ＥＬ材料を積層した後、透明電極５１ｃとしてＩＴＯをスパッタ法により形成した。図４においては、透明電極５１ｃを１個の有機ＥＬ素子５１に対応して図示しているが、実際は図３に示すように、全ての有機ＥＬ素子５１に共通となるように各有機ＥＬ層５１ｂを覆うように形成されている。次にパッシベーション膜５２としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、有機ＥＬ装置４１を完成した。
【００６６】
このように形成した有機ＥＬ装置４１の輝度半減寿命は、従来比で３倍とすることができた。
高精細画面等で画素面積が小さい等の原因で、１個の有機ＥＬ素子５１における発熱量が小さく、ペルチェ素子４４による冷却が十分に行える場合は、図６に示すように、複数の吸熱電極４９をまとめてもよい。
【００６７】
この実施の形態の有機ＥＬ装置４１は次の効果を有する。
（１０） 有機ＥＬ素子５１とペルチェ素子４４の吸熱電極４９とが高熱伝導率絶縁膜５０を介して熱的に接続されているため、有機ＥＬ素子５１で発生した熱を効果的に取り除くことができ、有機ＥＬ素子５１の寿命を向上させることができる。
【００６８】
（１１） 半導体領域を有する基板（ガラス基板４２）の少なくとも一部にペルチェ素子４４が形成されている。そして、ペルチェ素子４４の吸熱側の金属層（吸熱電極４９）上には熱伝導性が高い絶縁層（高熱伝導率絶縁膜５０）が形成され、高熱伝導率絶縁膜５０上に有機ＥＬ素子５１が形成され、有機ＥＬ素子５１の発光層の発光がガラス基板４２と反対側から取り出されるように構成されている。従って、ガラス基板４２上のペルチェ素子４４が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子５１やペルチェ素子４４を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になり、複数の有機ＥＬ素子５１をガラス基板４２上に設けて各有機ＥＬ素子５１を独立して制御するのが容易となる。また、ペルチェ素子４４と有機ＥＬ素子５１とが対向していなくても、有機ＥＬ素子５１の冷却を効率良く行うことができる。
【００６９】
（１２） 図６に示すように、複数の有機ＥＬ素子５１に共通の吸熱電極４９を設けた場合は、吸熱電極４９を各有機ＥＬ素子５１ごとに独立して設けた構成に比較して、ペルチェ素子４４における消費電力を低減することができる。
【００７０】
（１３） 有機ＥＬ素子５１がアクティブ・マトリックス方式で駆動されるためクロストークが防止され、画素数が多くなった場合にパッシブ・マトリックス方式で駆動される構成に比較してきれいな画面が得られる。
【００７１】
（１４） 有機ＥＬ素子５１の発光の取り出し方向が基板４２と反対側の方向であるため、有機ＥＬ素子５１を形成する領域がＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４を形成する領域と重ならないようにする必要がない。
【００７２】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 パッシブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬカラー表示装置に具体化した有機ＥＬ装置３１として、カラーフィルタ３５を備えない構成としてもよい。例えば、図７に示すように、第２の実施の形態の構成から、カバー板３４、カラーフィルタ３５及びシール材３６をなくす。また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが第１電極３７及び第２電極２５の交差部に形成されるように、有機ＥＬ層２４として３種類の層が形成される。この場合、有機ＥＬ素子３３の冷却効果は第２の実施の形態と同じであるが、カラーフィルタ３５を設けるための構成が不要となるため、有機ＥＬ装置３１の厚さを薄くできる。また、パッシベーション膜２７の外側を覆うカバー板３４等がないため、パッシベーション膜２７からの放熱がカバー板３４等が存在する場合に比較して効率良く行われる。
【００７３】
○ ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３の一方の電極とを共通にする構成として、ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上に有機ＥＬ素子２３の有機ＥＬ層２４を直接形成する代わりに、図８に示すように、金属層２２ｂ上に第１電極３７を形成し、その上に有機ＥＬ層２４を形成してもよい。即ち、この構成では、有機ＥＬ素子２３は、一方の電極（第１電極３７）がペルチェ素子２２の吸熱側の金属（金属層２２ｂ）と電気的に接続されている。この場合、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂの制約を受けずに、第１電極３７の材質として有機ＥＬ素子２３の電極に適したものを使用することができる。
【００７４】
○ ペルチェ素子２２を構成する半導体としてｎ形半導体２２ａに代えて、ｐ形半導体を両金属層２２ｂ，２２ｃで挟んだ構成としてもよい。この場合、ｎ形半導体２２ａを使用した場合と異なり、吸熱側の金属層２２ｂには直流電源のプラス端子が接続され、放熱側の金属層２２ｃにマイナス端子が接続される。従って、有機ＥＬ素子の一方の電極と金属層２２ｂとを共用する場合、その電極は陽極となる。
【００７５】
○ 有機ＥＬ素子の一方の電極と金属層２２ｂとを共用する場合、有機ＥＬ素子２３の数は必ずしも１個に限らない。例えば、互いに平行に延びる複数の有機ＥＬ素子を形成する場合、金属層２２ｂ側に形成される第１電極は１個とし、有機ＥＬ層２４を挟んで金属層２２ｂと反対側に形成される第２電極を平行なストライプ状とする。この場合、有機ＥＬ装置１３は、各第２電極に順次印加すれば、帯状の発光領域が順に移動するように発光する。
【００７６】
○ ペルチェ素子２２は、前記のように一つの半導体を二つの金属層で挟む構成に限らず、例えば、図９に示すように、高熱伝導率の絶縁体３８ａ，３８ｂの間に、ｐ形半導体３９ａ及びｎ形半導体３９ｂが熱的に並列に配置されるとともに、金属層（電極層）４０により電気的に直列に接続された状態で設ける。絶縁体３８ａ，３８ｂとしては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用される。そして、図９のように、電気的に直列に接続された一端側のｐ形半導体３９ａを直流電源Ｅのプラス端子に接続し、他端側のｎ形半導体３９ｂを直流電源のマイナス端子に接続すれば、ペルチェ効果により各金属層４０の面で吸熱又は放熱が起こり、絶縁体３８ａが吸熱側となり、絶縁体３８ｂが放熱側となる。従って、有機ＥＬ素子２３あるいは有機ＥＬ素子３３を絶縁体３８ａ上に形成すれば、ペルチェ素子２２の駆動により有機ＥＬ素子２３，３３が冷却される。ペルチェ素子２２では、半導体と金属層との接触面において単位時間に放出される熱量は電流に比例する。従って、同じ電流量を流すのであれば、この実施の形態のように吸熱側及び放熱側にそれぞれ複数の金属層４０を設ける構成の方が、冷却効率が高くなる。
【００７７】
○ アクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１として、図１０に示すように、ガラス基板４２上にＴＦＴ４３が形成され、ペルチェ素子４４が有機ＥＬ素子５１を挟んでガラス基板４２と反対側に設けられた構成としてもよい。有機ＥＬ素子５１を構成する透明電極５１ｃがＴＦＴ４３のドレイン領域４３ｂとコンタクトホール５３ｂを介して電気的に接続されている。ペルチェ素子４４はｎ形又はｐ形の半導体５９を挟んで吸熱電極６０及び放熱電極６１が設けられ、半導体５９を基板としてその全部にペルチェ素子４４が形成されている。有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａと、ペルチェ素子４４の吸熱電極６０とが同じ金属層で共用されている。即ち、この実施の形態では金属電極５１ａが全ての有機ＥＬ素子５１に共通となるように各有機ＥＬ層５１ｂを覆うように形成され、透明電極５１ｃが各有機ＥＬ素子５１毎に設けられている。そして、有機ＥＬ素子５１の発光層の発光がガラス基板４２側から、即ちペルチェ素子４４が形成された基板と反対側から取り出されるように構成されている。この実施の形態では、第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１に比較して構造が簡単になる。
【００７８】
○ 第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１において、図１１に示すように、ガラス基板４２に代えて金属基板６２を使用してもよい。金属基板６２を使用する点を除き、その他の構成は第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１と同じ構成で、同様にして製造することができる。この実施の形態の有機ＥＬ装置４１では、ガラス基板４２を使用する構成に比較して、放熱電極５８ａ，５８ｂの放熱が金属基板６２を介して効率良く行われる。また、ガラス基板４２に比較して衝撃に強くなる。
【００７９】
〇 図１１に示すように、金属基板６２上にＴＦＴ４３が形成され、ペルチェ素子４４が有機ＥＬ素子５１を挟んで金属基板６２と反対側に設けられた構成のアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１において、ペルチェ素子４４に代えて、図９に示した構成のペルチェ素子２２を使用する。有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａと、ペルチェ素子の吸熱電極とを共通の金属層とせず、ペルチェ素子２２の吸熱側の絶縁体３８ａ上に、有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａの金属層が形成される。
【００８０】
○ 図３及び図１１に示すように、ガラス基板４２上にＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４が形成され、層間絶縁膜４６及び高熱伝導率絶縁膜５０を介して有機ＥＬ素子５１が設けられた構成の有機ＥＬ装置４１において、金属電極５１ａに代えて透明電極を使用する。即ち、有機ＥＬ素子５１の有機ＥＬ層５１ｂを挟む電極を両方とも透明電極とする。そして、有機ＥＬ素子５１からガラス基板４２側へ向かう光が吸熱電極４９で遮断される割合を少なくするため、吸熱電極４９と有機ＥＬ素子５１とをガラス基板４２側から見たときにずれた配置とする。この場合、有機ＥＬ素子５１の発光層（有機ＥＬ層５１ｂ）の発光を基板側から取り出すことが可能となる。
【００８１】
〇 有機ＥＬ素子５１を挟んでガラス基板４２とペルチェ素子４４とが配置された構成のアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１において、有機ＥＬ素子５１の一方の電極がペルチェ素子４４の吸熱側の金属と電気的に接続されている構成としてもよい。例えば、図１０に示す構成において、吸熱電極６０と、有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａとを同じ金属層で共用せずに、吸熱電極６０を構成する金属板上に金属電極５１ａを構成する金属層を設ける。
【００８２】
○ ペルチェ素子２２の放熱側に放熱板を設けてもよい。例えば、ペルチェ素子２２の放熱側の金属層２２ｃより熱伝導性が高い金属板を接合したり、金属層２２ｃの半導体と反対側の面や前記金属板に凹凸やフィンを形成してもよい。この場合、放熱効果がより向上する。
【００８３】
○ ペルチェ素子を構成する電極又は電極層は金属製に限らない。
○ 有機ＥＬ層２４は、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層からなるものに限らず、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層が積層された５層構成としてもよい。また、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層の少なくとも一つと発光層とからなるものであってもよく、発光層のみからなるものであってもよい。
【００８４】
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
（１） ペルチェ素子を基板としてその吸熱側に有機ＥＬ素子が形成され、前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成された有機ＥＬ装置。
【００８５】
（２） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と、有機ＥＬ素子のペルチェ素子側に配置される電極とは共通の電源から電圧が印加されるように構成されている。
【００８６】
（３） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は電極としてそれぞれ１つの陽極及び陰極を備え、両電極間に電圧が印加されることで前記有機ＥＬ素子の発光層が全域に亘って発光するように構成されている。
【００８７】
（４） 請求項１、請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ペルチェ素子は、高熱伝導率の絶縁体の間に、ｐ形半導体及びｎ形半導体が熱的に並列に配置されるとともに、電極により電気的に直列に接続された状態で設けられている。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項９に記載の発明によれば、薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かすとともに、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。また、請求項１０に記載の発明によれば、液晶表示装置において、バックライトの輝度を低下させずに耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の液晶表示装置の模式断面図。
【図２】第２の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図３】第３の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式部分断面図。
【図４】同じく１画素部分の詳細模式断面図。
【図５】有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図。
【図６】変更例の吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図。
【図７】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図８】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図９】別の実施の形態のペルチェ素子の模式図。
【図１０】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図１１】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【符号の説明】
１３，３１，４１…有機ＥＬ装置、２２…基板としてのペルチェ素子、２２ｂ…一方の電極及び吸熱側の電極としての金属層、２２ｃ，４０…金属層、２３，３３，５１…有機ＥＬ素子、２６，３２…絶縁層、４２…透明絶縁体基板としてのガラス基板、４４…ペルチェ素子、５９…半導体、６２…基板としての金属基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）装置及び有機ＥＬ装置をバックライトとして備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、携帯機器等の表示装置として広く用いられている。これら携帯機器は、小型軽量化、低消費電力に対するニーズが高く、これに伴い液晶表示装置も更なる薄型化、低消費電力化が必要である。
【０００３】
低消費電力化のため反射型液晶表示装置が採用されているが、画質が十分ではない。十分な画質を確保するためには、バックライトを用いた透過型（半透過を含む）の液晶表示装置が優れる。近年、有機ＥＬ素子等の自発光体をバックライトとして使用することが提案され、また実施されている。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子は、液晶ディスプレイの次にくるディスプレイの素子として注目されている。一般に、有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で構成された透明電極（陽極）を形成し、その透明電極上に発光層を含む有機層を形成し、さらに不透明な陰極を積層することによって形成され、発光層の発光をガラス基板側から取り出す、所謂ボトムエミッション型であった。
【０００５】
有機ＥＬ素子はキャリア注入型の発光であるため、ＥＬ発光に変換されない電気エネルギーはジュール熱に変換される。このジュール熱のため、デバイスの温度が上昇して、有機ＥＬ素子を構成する有機化合物に変質等が発生し、輝度が低下したり、寿命が短くなるという問題がある。有機ＥＬの発光効率を１００％にすれば、前記ジュール熱の発生はゼロになるが、現実的には不可能であるため、従来、有機ＥＬ素子の発光に伴って発生する熱を効果的に発散させるようにした有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１には、有機ＥＬ素子を高熱伝導性の基板上に形成する構成と、有機ＥＬ素子をディスプレイとして応用するため、有機ＥＬ素子を電気絶縁性の薄層を挟んで、高熱伝導性の基板と接触させた構成が提案されている。
【０００７】
特許文献２には、金属基板の上に熱伝導性の高い金属薄膜を介して有機ＥＬ装置を設ける構成が提案されている。
特許文献３には、ガラス基板上に第１電極、発光層を含む有機化合物層、第２電極層が積層されて素子領域が構成され、基板の素子領域全体を覆うようにヘテロ環式化合物の重合体からなる保護膜が形成されている。この保護膜は有機ＥＬ素子用としては十分な耐熱性を備えるとともに、熱伝導度が比較的高く、有機ＥＬ素子を駆動することで発生するジュール熱が、この保護膜へと拡散し、保護膜表面で放熱される。また、保護膜等を介して、ペルチェ冷却やファン冷却等の強制冷却手段を併用すれば、保護膜表面の放熱を促進できる旨の記載がなされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−１２９１９４号公報（３頁、図１、図７）
【特許文献２】
特開平８−１２４６７９号公報（明細書の段落［００３７］、図４）。
【特許文献３】
特開２００２−１１７９７３号公報（明細書の段落［００３２］〜［００３５］、［００４２］、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２の構成では、いずれも有機ＥＬ素子又は有機ＥＬ装置を高熱伝導性の基板上に直接又は薄膜を介して設けることにより、放熱性を高める構成であるため、有機ＥＬ素子又は有機ＥＬ装置の環境温度より低く冷却することはできない。また、特許文献３にはペルチェ冷却等の強制冷却手段を併用することが開示されているが、有機ＥＬ素子はガラス基板上に形成することを前提としている。従って、強制冷却手段を併用する場合、有機ＥＬ装置の特徴である薄型化が犠牲になることに関しては何ら配慮されていない。
【００１０】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かすとともに、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる有機ＥＬ装置を提供することにある。第２の目的は有機ＥＬ装置をバックライトとして備えた液晶表示装置において、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができる液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、半導体基板と、少なくともその一部に形成されたペルチェ素子と、該半導体基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記半導体基板と反対側から取り出されるように構成されている。この発明では、有機ＥＬ装置を構成する有機ＥＬ素子は、有機ＥＬとペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置されている。そして、有機ＥＬ素子が駆動されて発光する際に、ペルチェ素子を同時に駆動させると、有機ＥＬ素子の発光に伴って発生するジュール熱がペルチェ素子の作用により積極的にペルチェ素子の放熱側に移動されて有機ＥＬ素子が冷却される。ペルチェ素子が基板を兼ねているため、薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かした状態で、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と共用されている。従って、この発明では、有機ＥＬ装置の製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮及びコスト低減に寄与する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と電気的に接続されている。従って、この発明では、有機ＥＬ装置の駆動時にペルチェ素子も駆動される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は、前記ペルチェ素子の吸熱側電極上に直接又は間接に複数形成され、各々が独立して発光可能に構成されている。有機ＥＬ装置をバックライト等の照明用に使用する場合は、１個の広い面積の有機ＥＬ素子を備えればよいが、種々の表示が可能な表示装置等に使用する場合は、複数の有機ＥＬ素子を独立して駆動可能な構成が必要となる。この発明の有機ＥＬ装置は表示装置としても使用可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、該ペルチェ素子の吸熱側の電極上に直接又は熱伝導性が高い絶縁層を介して形成された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成されている。ここで、「熱伝導性が高い」とは、熱伝導率が基板より高いことを意味する。この発明では、基板上のペルチェ素子が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子やペルチェ素子を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になる。従って、複数の有機ＥＬ素子を基板上に設けて各有機ＥＬ素子を独立して制御するのが容易となる。また、ペルチェ素子の吸熱側の電極上に直接ではなく、熱伝導性が高い絶縁層を介して有機ＥＬ素子を形成してもよい。従って、ペルチェ素子と有機ＥＬ素子とが対向していなくても、有機ＥＬ素子の冷却を効率良く行うことができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、前記基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板側から取り出されるように構成されている。この発明では、有機ＥＬ装置の前記半導体領域を有する基板側から発光を取り出せる。また、請求項５に記載の発明と同様に、基板上のペルチェ素子が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子やペルチェ素子を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記半導体領域を有する基板は、透明絶縁体基板である。前記透明絶縁体基板は、有機ＥＬ素子からの発光を取り出せればよく、ガラス基板や透明プラスチック基板でよい。この発明では、有機ＥＬ素子の発光を取り出ことが可能でペルチェ素子等を形成することが容易な基板の入手が容易になる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記半導体領域を有する基板は、金属基板である。この発明では、ガラス基板に比較して放熱が基板を介して効率良く行われる。また、ガラス基板に比較して衝撃に強くなる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は複数設けられ、各々が独立して発光可能に構成されている。有機ＥＬ装置をバックライト等の照明用に使用する場合は、１個の広い面積の有機ＥＬ素子を備えればよいが、種々の表示が可能な表示装置等に使用する場合は、複数の有機ＥＬ素子を独立して駆動可能な構成が必要となる。この発明の有機ＥＬ装置は表示装置としても使用可能となる。
【００２０】
第２の目的を達成するため請求項１０に記載の発明の液晶表示装置は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置をバックライトとして備えている。この発明では、有機ＥＬ素子の温度上昇が抑制された有機ＥＬ装置をバックライトとして備えるため、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができ、ひいては液晶表示装置の耐久性を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１に従って説明する。
【００２２】
図１に示すように、液晶表示装置１１は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶パネル１２と、バックライトとしての有機ＥＬ装置１３とを備えている。
【００２３】
液晶パネル１２は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、図示しないシール材により貼り合わされて、その間に液晶１６が配置されている。基板１４，１５は例えばガラス製である。有機ＥＬ装置１３側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対向する面に透明な走査電極１７が、複数（図１では一つのみ図示）、平行なストライプ状に形成されている。また、基板１４には、液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００２４】
他方の基板１５には液晶１６と対向する面にカラーフィルタ１９が形成され、カラーフィルタ１９の基板１５と反対側の面上には透明電極２０が走査電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５には、液晶１６と反対側の面に偏光板２１が形成されている。走査電極１７及び透明電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。走査電極１７及び透明電極２０の各交差部が液晶パネル１２の各サブピクセルとなり、走査電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。カラーフィルタ１９は、図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが３つ一組で一つのピクセル（画素）を構成する。
【００２５】
有機ＥＬ装置１３は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２上に形成された有機ＥＬ素子２３とを備えている。この実施の形態では、ペルチェ素子２２はｎ形半導体２２ａと、ｎ形半導体２２ａを挟んで両側に設けられた電極層としての金属層２２ｂ，２２ｃとから構成されている。そして、電流が金属層２２ｃ側から金属層２２ｂ側へ向かって流れることにより、金属層２２ｂ側が吸熱側となるようになっている。即ち、金属層２２ｂ側が陰極となるように使用される。金属層２２ｂ，２２ｃは例えばアルミニウムで形成されている。
【００２６】
有機ＥＬ素子２３は金属層２２ｂ側に形成されている。この実施の形態では、有機ＥＬ素子２３を構成するため有機ＥＬ層２４を挟むように配置される電極のうち、第１電極がペルチェ素子２２の金属層２２ｂで構成されている。即ち、有機ＥＬ素子２３は、一方の電極がペルチェ素子２２の吸熱側の電極（金属層２２ｂ）と共用されている。
【００２７】
有機ＥＬ装置１３は、有機ＥＬ層２４に対してペルチェ素子２２側に配置された第１電極としての金属層２２ｂと、有機ＥＬ層２４に対してペルチェ素子２２と反対側に配置された第２電極２５とによって構成されている。この実施の形態では、第１電極としての金属層２２ｂが陰極を構成し、第２電極２５が陽極を構成する。有機ＥＬ層２４、第１電極（金属層２２ｂ）及び第２電極２５はともに一つのみ設けられ、第１電極及び第２電極２５間に電圧が印加されることで有機ＥＬ層２４は有機ＥＬ素子２３の全域に亘って発光するように構成されている。そして、第２電極２５の電極取り出し側となる金属層２２ｂの一端寄り（図１の左側）には、第１電極（金属層２２ｂ）と第２電極２５との短絡を防止する絶縁層２６が形成され、第２電極２５の電極取り出し側端部２５ａは絶縁層２６上に位置するように形成されている。
【００２８】
有機ＥＬ層２４には例えば公知の構成のものが使用され、陰極となる金属層２２ｂ側から順に、電子注入層、発光層及び正孔注入層の３層で構成されている。有機ＥＬ層２４は白色発光層で構成されている。第２電極２５はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されており、光透過性を有している。従って、有機ＥＬ素子２３は有機ＥＬ層２４の発光が反基板側から取り出される（出射される）所謂トップエミッション型の有機ＥＬ素子を構成する。なお、第２電極２５は蒸着法やスパッタ法等によって積層形成されている。
【００２９】
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置１３は、半導体基板の全部に形成されたペルチェ素子２２と、該半導体基板上に間接に配置された有機ＥＬ素子２３とを有する。有機ＥＬ素子２３はペルチェ素子２２の吸熱側との熱抵抗がペルチェ素子２２の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ有機ＥＬ素子２３からの発光が半導体基板と反対側から取り出されるように構成されている。
【００３０】
有機ＥＬ素子２３は第２電極２５の電極取り出し側端部２５ａと、金属層２２ｂの一部（電極取り出し側端部２５ａと反対側）を露出させた状態で、有機ＥＬ層２４が外気と接しないように、可視光透過性を有するパッシベーション膜２７で覆われている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止可能な材料、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。
【００３１】
また、図面において、液晶パネル１２及び有機ＥＬ装置１３を構成する各基板、各電極、各層及び膜等の厚さは、図示の都合上、実際とは必ずしも一致しない相対関係で示されている。
【００３２】
有機ＥＬ装置１３を製造する際は、ｎ形半導体２２ａを備えたペルチェ素子２２上の所定位置に絶縁層２６を形成する。絶縁層２６はフォトレジストあるいは窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成される。次に有機ＥＬ層２４を構成する各有機層を蒸着によりそれぞれ所定の膜厚となるように順次成膜する。次に第２電極２５を蒸着法で形成した後、パッシベーション膜２７をプラズマＣＶＤ法により形成することにより、有機ＥＬ装置１３の製造が完了する。
【００３３】
次に、前述のように構成された液晶表示装置１１の作用について説明する。
液晶パネル１２は図示しない駆動制御装置により走査電極１７、透明電極２０に電圧を印加して、所望のサブピクセルを透過可能とする。一方、有機ＥＬ装置１３は電源投入されると、第１電極（金属層２２ｂ）と第２電極２５との間に直流電圧Ｖ１が印加され、有機ＥＬ層２４が白色に発光する。この光が第２電極２５側から出射され、液晶パネル１２へ達する。
【００３４】
液晶パネル１２へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１２の表側に出てくる。このとき、カラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過した光の組み合わせにより所望の色が再現される。
【００３５】
また、電源投入されると、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂと金属層２２ｃとの間に直流電圧Ｖ２が印加され、電流が金属層２２ｃから金属層２２ｂに向かって流れ、ｎ形半導体２２ａの陰極側即ち金属層２２ｂ側で吸熱が起こり、陽極側即ち金属層２２ｃ側で放熱が起こる。その結果、有機ＥＬ素子２３の駆動による有機ＥＬ層２４の発光に伴って発生するジュール熱が、金属層２２ｃ側から効率よく放熱され、有機ＥＬ層２４の温度上昇が抑制される。
【００３６】
本願発明者は有機ＥＬ素子２３に供給される電流と輝度との関係に及ぼす温度の影響を調べたところ、同じ電流量であれば、温度の低い方が輝度が高くなる関係があった。また、半減寿命と温度の関係を調べたところ、温度が低い方が半減寿命が長くなり、例えば、室温と０℃とで比較すると、有機ＥＬ素子２３の寿命が２〜３倍長くなった。
【００３７】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） ペルチェ素子２２を基板として、その吸熱側に有機ＥＬ素子２３が形成され、有機ＥＬ素子２３の発光層の発光が基板と反対側から取り出されるように構成されている。従って、有機ＥＬ素子２３が駆動されて発光する際に、ペルチェ素子２２を同時に駆動させることにより、有機ＥＬ素子２３の発光に伴って発生するジュール熱がペルチェ素子２２の作用により積極的にペルチェ素子２２の放熱側に移動されて有機ＥＬ素子２３が冷却される。そして、ペルチェ素子２２が基板を兼ねているため、薄型という有機ＥＬ装置１３の特徴を生かした状態で、有機ＥＬ素子２３の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子２３の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。
【００３８】
（２） ペルチェ素子２２で冷却することにより、単なる放熱効果で冷却する従来技術と異なり、有機ＥＬ素子２３をその雰囲気温度より低く冷却することができる。従って、有機ＥＬ素子２３に供給される電流量が同じであっても、輝度を高めることができる。
【００３９】
（３） 有機ＥＬ素子２３は、一方の電極（第１電極）がペルチェ素子２２の吸熱側の金属（金属層２２ｂ）と共用されている。従って、有機ＥＬの電極をペルチェ素子の電極とは別に設ける場合に比べて構成部品が減るため、有機ＥＬ装置１３の製造工程数が少なくなり、製造時間の短縮及びコスト低減に寄与する。
【００４０】
（４） ペルチェ素子２２は、ペルチェ素子２２を構成する半導体としてｎ形半導体２２ａが使用されて、陰極側が吸熱側となるように構成されている。従って、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とで共用される電極が陰極となる。そのため、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とに同じ電圧を印加する場合には、電源を共通にできる。また、ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３とに異なる電圧を印加する場合には、２つの電源の一方の電極を共通にできるため、電気的な設計がしやすくなる。
【００４１】
（５） 有機ＥＬ素子２３は、金属層２２ｂと第２電極２５との間に電圧が印加されることで有機ＥＬ層２４が全域に亘って発光するように構成されている。従って、有機ＥＬ装置１３において、液晶パネル１２の走査電極１７の操作に対応して、有機ＥＬ層２４を発光させるために走査を行う必要がなく、制御が容易になる。
【００４２】
（６） 液晶表示装置１１は有機ＥＬ素子２３が積極的に効率よく冷却される構成の有機ＥＬ装置１３をバックライトとして備えている。従って、輝度を低下させずにバックライトの耐久性を高めることができ、ひいては液晶表示装置１１の耐久性を高めることができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に本発明をパッシブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬカラー表示装置に具体化した第２の実施の形態を図２に従って説明する。この実施の形態は有機ＥＬ装置自体が表示装置として機能し、液晶パネル１２が存在しない点が第１の実施の形態と大きく異なっている。また、有機ＥＬ素子２３が一方の電極をペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂと共用しない点も第１の実施の形態と大きく異なっている。第１の実施の形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４４】
図２は有機ＥＬカラー表示装置としての有機ＥＬ装置３１の模式断面図である。図２に示すように、有機ＥＬ装置３１は、基板としてのペルチェ素子２２と、ペルチェ素子２２に熱伝導性が高い絶縁層３２を介して形成された有機ＥＬ素子３３と、有機ＥＬ素子３３に対してペルチェ素子２２と反対側に配設された透明なカバー板３４上に形成されたカラーフィルタ３５とを備えている。絶縁層３２の材質としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素等が挙げられる。カラーフィルタ３５は有機ＥＬ素子３３から離間した位置に有機ＥＬ素子３３と対応する状態で配置され、発光の取り出し方向がカバー板３４側になっている。
【００４５】
カバー板３４はシール材３６を介してペルチェ素子２２の吸熱側に固定されている。即ち、有機ＥＬ素子３３はペルチェ素子２２（絶縁層３２）、シール材３６及びカバー板３４により囲繞され、外部（外気）と隔離されている。カバー板３４は、例えばガラス板で形成されている。シール材３６は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。
【００４６】
有機ＥＬ素子３３は、基板（ペルチェ素子２２）側の電極としての第１電極３７、有機ＥＬ層２４、第２電極２５の順に絶縁層３２を介してペルチェ素子２２上に積層されている。この実施の形態では第１電極３７が陽極を、第２電極２５が陰極を構成している。そして、有機ＥＬ素子３３は、ペルチェ素子２２と対向する面を除いてパッシベーション膜２７により被覆されている。
【００４７】
第１電極３７はクロム（Ｃｒ）で形成され、絶縁層３２の表面に複数、平行なストライプ状に形成されている。第１電極３７は、図２において、紙面に対して垂直方向に延びるように形成されている。有機ＥＬ層２４は図示しない絶縁性の隔壁により隔てられた状態で第１電極３７と直交する方向に延びる複数の平行なストライプ状に形成されている。
【００４８】
第２電極２５はストライプ状に形成された有機ＥＬ層２４の上に積層され、第１電極３７と直交する状態に形成されている。有機ＥＬ装置３１を構成する各サブピクセルは、第１電極３７及び第２電極２５の交差部分においてペルチェ素子２２上にマトリックス状に配置されている。有機ＥＬ装置３１の各画素（ピクセル）は３個のサブピクセルで構成されている。
【００４９】
有機ＥＬ層２４は例えば公知の構成のものが使用され、この実施の形態では第１電極３７が陽極のため、第１の実施の形態と逆に、第１電極３７側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層が積層されて構成されている。有機ＥＬ層２４は白色発光層で構成されている。
【００５０】
カラーフィルタ３５には有機カラーフィルタが使用されている。カラーフィルタ３５のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルはそれぞれ有機ＥＬ層２４のサブピクセルに対応して形成されている。
【００５１】
前記のように構成された有機ＥＬ装置３１を製造する際は、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂ上に絶縁層３２を形成し、絶縁層３２上に有機ＥＬ素子３３を形成し、カラーフィルタ３５はペルチェ素子２２とは別体のカバー板３４上に形成する。そして、カラーフィルタ３５が有機ＥＬ素子３３と対応し、有機ＥＬ素子３３とカラーフィルタ３５との間に隙間を有する状態で、カバー板３４をシール材３６を介してペルチェ素子２２上に接着して固着する。ペルチェ素子２２、シール材３６及びカバー板３４で囲繞された空間には他の物質と反応し難い物質（ガス）、例えば窒素が充填されている。
【００５２】
次に前記のように構成された有機ＥＬ装置３１の作用を説明する。
発光させるべき画素のサブピクセルと対応する第１電極３７と第２電極２５との間に電圧が印加されると、そのサブピクセルが白色に発光する。そして、そのサブピクセルからの白色光がカラーフィルタ３５を透過してカバー板３４側から出射される。白色光がカラーフィルタ３５のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを透過した後、対応する色の光となる。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルの組合せにより所望の色が再現される。
【００５３】
また、第１の実施の形態と同様にペルチェ素子２２に通電されると、金属層２２ｂ側で吸熱が起こり、絶縁層３２を介して有機ＥＬ素子３３が冷却される。
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置３１は、第１の実施の形態の（１）及び（２）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
【００５４】
（７） ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上には絶縁層３２が形成され、絶縁層３２上に複数の有機ＥＬ素子３３が設けられ、各々が独立して発光可能に構成されている。従って、有機ＥＬ装置３１を単なる照明装置としてではなく、表示装置として使用することができる。
【００５５】
（８） 有機ＥＬ素子３３はペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上に絶縁層３２を介して形成されているため、有機ＥＬ素子３３の第１電極３７と、ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂとを異なる極の電極とすることができる。従って、ペルチェ素子２２側と関係なく、第１電極３７を陽極とするか陰極とするかを選択でき、設計の自由度が大きくなる。
【００５６】
（９） 有機ＥＬ装置３１は白色発光を行う有機ＥＬ素子３３と、カラーフィルタ３５とを備えているため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルをそれぞれ有機ＥＬ層２４で構成する場合に比較して、サブピクセルの製造が簡単になる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に本発明をアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ表示装置に具体化した第３の実施の形態を図３〜図６に従って説明する。図３は有機ＥＬ表示装置の模式断面図であり、図４は１画素部分の詳細模式断面図である。図５は有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図、図６は変更例の有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図である。なお、図３，４においてハッチングの一部を省略するとともに、図３及び図４において、各層の厚さや部材の大きさの比は図示の都合上一致していない。
【００５８】
図３，４に示すように、有機ＥＬ表示装置としての有機ＥＬ装置４１は、透明絶縁体基板としてのガラス基板４２上にアクティブ駆動用素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４３と、ペルチェ素子４４を含む回路層４５が形成されている。回路層４５上には層間絶縁膜４６を介して信号線４７、走査線４８（図５，６に図示）、ペルチェ素子４４を構成する吸熱電極４９が設けられている。層間絶縁膜４６上には高熱伝導率絶縁膜５０を介して有機ＥＬ素子５１が設けられ、有機ＥＬ素子５１はパッシベーション膜（保護膜）５２で覆われている。
【００５９】
ＴＦＴ４３は有機ＥＬ素子５１への信号の伝達を制御する。走査線４８はＴＦＴ４３の駆動タイミングを制御し、信号線４７は有機ＥＬ素子５１の輝度制御信号を伝達する。
【００６０】
有機ＥＬ素子５１は高熱伝導率絶縁膜５０側から金属電極５１ａ、有機ＥＬ層５１ｂ及び透明電極５１ｃの順に積層されて形成されている。有機ＥＬ装置４１がモノクローム表示の場合は各有機ＥＬ素子５１がそれぞれ１画素を構成する。有機ＥＬ装置４１がフルカラー表示の場合は、各有機ＥＬ素子５１がそれぞれサブピクセル（サブ画素）を構成し、隣接する３個のサブピクセルが１組で１画素を構成する。そして、３個のサブピクセルを構成する有機ＥＬ素子５１は、１個が赤（Ｒ）、１個が緑（Ｇ）、１個が青（Ｂ）に発光する有機ＥＬ層５１ｂを備えたもので構成される。
【００６１】
図４に示すように、ＴＦＴ４３を構成するソース領域４３ａがコンタクトホール５３ａを介して信号線４７に電気的に接続され、ドレイン領域４３ｂがコンタクトホール５３ｂを介して金属電極５１ａに電気的に接続されている。また、走査線４８の一部がＴＦＴ４３のゲート電極５４を構成している。
【００６２】
図４に示すように、ペルチェ素子４４はｐ形半導体５５ａ及びｎ形半導体５５ｂが熱的に並列に配置されるとともに、ｐ形半導体５５ａ及びｎ形半導体５５ｂがコンタクトホール５６を介して吸熱電極４９に電気的に接続されている。また、ｐ形半導体５５ａはコンタクトホール５７を介して放熱電極５８ａに、ｎ形半導体５５ｂはコンタクトホール５７を介して放熱電極５８ｂにそれぞれ電気的に接続されている。一方の放熱電極５８ａは直流電源のマイナス端子に接続され、他方の放熱電極５８ｂは直流電源のプラス端子に接続される。なお、放熱電極５８ｂは図示されていない放熱部に接続されている。
【００６３】
従って、この実施の形態の有機ＥＬ装置４１は、半導体領域を有する基板（ガラス基板４２）の少なくとも一部にペルチェ素子４４が形成されている。そして、ペルチェ素子４４の吸熱側の電極層としての金属層（吸熱電極４９）上には熱伝導性が高い絶縁層（高熱伝導率絶縁膜５０）が形成され、前記絶縁層上に有機ＥＬ素子５１が形成され、有機ＥＬ素子５１の発光層（有機ＥＬ層５１ｂ）の発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成されている。
【００６４】
前記構成の有機ＥＬ装置４１を次のようにして形成した。
先ず、洗浄されたガラス基板４２上にＣＶＤ法によりポリシリコンを４００℃の温度で、０．０５μｍの厚さで形成した。フォトリソグラフィ法により、ＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４形成部を残し、公知のＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）によりエッチング、除去した。次にＣＶＤ法により４００℃の温度でシリコン窒化膜を０．３μｍの厚さで形成した。フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法により、ペルチェ素子４４に接続される部分のシリコン窒化膜にコンタクトホール５７を形成した。次に走査線４８、ゲート電極５４、ペルチェ素子４４の放熱電極５８ａ，５８ｂとして、Ｃｒ（クロム）をスパッタ法により０，３μｍの厚さで形成した。次に層間絶縁膜４６としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により、０．５μｍの厚さで形成した。
【００６５】
その後、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法により、ＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４に電気的接触を確保するためコンタクトホール５３ａ，５３ｂ，５６を形成し、スパッタ法により信号線４７及び吸熱電極４９を作製した。続いて、高熱伝導率絶縁膜５０としてシリコン窒化膜をＣＶＤ法により形成し、フォトリソグラフィ法、ＲＩＥ法及びスパッタ法を用いて有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａ（画素電極）を形成した。公知の有機ＥＬ材料を積層した後、透明電極５１ｃとしてＩＴＯをスパッタ法により形成した。図４においては、透明電極５１ｃを１個の有機ＥＬ素子５１に対応して図示しているが、実際は図３に示すように、全ての有機ＥＬ素子５１に共通となるように各有機ＥＬ層５１ｂを覆うように形成されている。次にパッシベーション膜５２としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、有機ＥＬ装置４１を完成した。
【００６６】
このように形成した有機ＥＬ装置４１の輝度半減寿命は、従来比で３倍とすることができた。
高精細画面等で画素面積が小さい等の原因で、１個の有機ＥＬ素子５１における発熱量が小さく、ペルチェ素子４４による冷却が十分に行える場合は、図６に示すように、複数の吸熱電極４９をまとめてもよい。
【００６７】
この実施の形態の有機ＥＬ装置４１は次の効果を有する。
（１０） 有機ＥＬ素子５１とペルチェ素子４４の吸熱電極４９とが高熱伝導率絶縁膜５０を介して熱的に接続されているため、有機ＥＬ素子５１で発生した熱を効果的に取り除くことができ、有機ＥＬ素子５１の寿命を向上させることができる。
【００６８】
（１１） 半導体領域を有する基板（ガラス基板４２）の少なくとも一部にペルチェ素子４４が形成されている。そして、ペルチェ素子４４の吸熱側の金属層（吸熱電極４９）上には熱伝導性が高い絶縁層（高熱伝導率絶縁膜５０）が形成され、高熱伝導率絶縁膜５０上に有機ＥＬ素子５１が形成され、有機ＥＬ素子５１の発光層の発光がガラス基板４２と反対側から取り出されるように構成されている。従って、ガラス基板４２上のペルチェ素子４４が形成されていない領域に、有機ＥＬ素子５１やペルチェ素子４４を駆動制御する駆動回路を形成することが可能になり、複数の有機ＥＬ素子５１をガラス基板４２上に設けて各有機ＥＬ素子５１を独立して制御するのが容易となる。また、ペルチェ素子４４と有機ＥＬ素子５１とが対向していなくても、有機ＥＬ素子５１の冷却を効率良く行うことができる。
【００６９】
（１２） 図６に示すように、複数の有機ＥＬ素子５１に共通の吸熱電極４９を設けた場合は、吸熱電極４９を各有機ＥＬ素子５１ごとに独立して設けた構成に比較して、ペルチェ素子４４における消費電力を低減することができる。
【００７０】
（１３） 有機ＥＬ素子５１がアクティブ・マトリックス方式で駆動されるためクロストークが防止され、画素数が多くなった場合にパッシブ・マトリックス方式で駆動される構成に比較してきれいな画面が得られる。
【００７１】
（１４） 有機ＥＬ素子５１の発光の取り出し方向が基板４２と反対側の方向であるため、有機ＥＬ素子５１を形成する領域がＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４を形成する領域と重ならないようにする必要がない。
【００７２】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 パッシブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬカラー表示装置に具体化した有機ＥＬ装置３１として、カラーフィルタ３５を備えない構成としてもよい。例えば、図７に示すように、第２の実施の形態の構成から、カバー板３４、カラーフィルタ３５及びシール材３６をなくす。また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが第１電極３７及び第２電極２５の交差部に形成されるように、有機ＥＬ層２４として３種類の層が形成される。この場合、有機ＥＬ素子３３の冷却効果は第２の実施の形態と同じであるが、カラーフィルタ３５を設けるための構成が不要となるため、有機ＥＬ装置３１の厚さを薄くできる。また、パッシベーション膜２７の外側を覆うカバー板３４等がないため、パッシベーション膜２７からの放熱がカバー板３４等が存在する場合に比較して効率良く行われる。
【００７３】
○ ペルチェ素子２２と有機ＥＬ素子２３の一方の電極とを共通にする構成として、ペルチェ素子２２の吸熱側の金属層２２ｂ上に有機ＥＬ素子２３の有機ＥＬ層２４を直接形成する代わりに、図８に示すように、金属層２２ｂ上に第１電極３７を形成し、その上に有機ＥＬ層２４を形成してもよい。即ち、この構成では、有機ＥＬ素子２３は、一方の電極（第１電極３７）がペルチェ素子２２の吸熱側の金属（金属層２２ｂ）と電気的に接続されている。この場合、ペルチェ素子２２の金属層２２ｂの制約を受けずに、第１電極３７の材質として有機ＥＬ素子２３の電極に適したものを使用することができる。
【００７４】
○ ペルチェ素子２２を構成する半導体としてｎ形半導体２２ａに代えて、ｐ形半導体を両金属層２２ｂ，２２ｃで挟んだ構成としてもよい。この場合、ｎ形半導体２２ａを使用した場合と異なり、吸熱側の金属層２２ｂには直流電源のプラス端子が接続され、放熱側の金属層２２ｃにマイナス端子が接続される。従って、有機ＥＬ素子の一方の電極と金属層２２ｂとを共用する場合、その電極は陽極となる。
【００７５】
○ 有機ＥＬ素子の一方の電極と金属層２２ｂとを共用する場合、有機ＥＬ素子２３の数は必ずしも１個に限らない。例えば、互いに平行に延びる複数の有機ＥＬ素子を形成する場合、金属層２２ｂ側に形成される第１電極は１個とし、有機ＥＬ層２４を挟んで金属層２２ｂと反対側に形成される第２電極を平行なストライプ状とする。この場合、有機ＥＬ装置１３は、各第２電極に順次印加すれば、帯状の発光領域が順に移動するように発光する。
【００７６】
○ ペルチェ素子２２は、前記のように一つの半導体を二つの金属層で挟む構成に限らず、例えば、図９に示すように、高熱伝導率の絶縁体３８ａ，３８ｂの間に、ｐ形半導体３９ａ及びｎ形半導体３９ｂが熱的に並列に配置されるとともに、金属層（電極層）４０により電気的に直列に接続された状態で設ける。絶縁体３８ａ，３８ｂとしては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用される。そして、図９のように、電気的に直列に接続された一端側のｐ形半導体３９ａを直流電源Ｅのプラス端子に接続し、他端側のｎ形半導体３９ｂを直流電源のマイナス端子に接続すれば、ペルチェ効果により各金属層４０の面で吸熱又は放熱が起こり、絶縁体３８ａが吸熱側となり、絶縁体３８ｂが放熱側となる。従って、有機ＥＬ素子２３あるいは有機ＥＬ素子３３を絶縁体３８ａ上に形成すれば、ペルチェ素子２２の駆動により有機ＥＬ素子２３，３３が冷却される。ペルチェ素子２２では、半導体と金属層との接触面において単位時間に放出される熱量は電流に比例する。従って、同じ電流量を流すのであれば、この実施の形態のように吸熱側及び放熱側にそれぞれ複数の金属層４０を設ける構成の方が、冷却効率が高くなる。
【００７７】
○ アクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１として、図１０に示すように、ガラス基板４２上にＴＦＴ４３が形成され、ペルチェ素子４４が有機ＥＬ素子５１を挟んでガラス基板４２と反対側に設けられた構成としてもよい。有機ＥＬ素子５１を構成する透明電極５１ｃがＴＦＴ４３のドレイン領域４３ｂとコンタクトホール５３ｂを介して電気的に接続されている。ペルチェ素子４４はｎ形又はｐ形の半導体５９を挟んで吸熱電極６０及び放熱電極６１が設けられ、半導体５９を基板としてその全部にペルチェ素子４４が形成されている。有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａと、ペルチェ素子４４の吸熱電極６０とが同じ金属層で共用されている。即ち、この実施の形態では金属電極５１ａが全ての有機ＥＬ素子５１に共通となるように各有機ＥＬ層５１ｂを覆うように形成され、透明電極５１ｃが各有機ＥＬ素子５１毎に設けられている。そして、有機ＥＬ素子５１の発光層の発光がガラス基板４２側から、即ちペルチェ素子４４が形成された基板と反対側から取り出されるように構成されている。この実施の形態では、第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１に比較して構造が簡単になる。
【００７８】
○ 第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１において、図１１に示すように、ガラス基板４２に代えて金属基板６２を使用してもよい。金属基板６２を使用する点を除き、その他の構成は第３の実施の形態の有機ＥＬ装置４１と同じ構成で、同様にして製造することができる。この実施の形態の有機ＥＬ装置４１では、ガラス基板４２を使用する構成に比較して、放熱電極５８ａ，５８ｂの放熱が金属基板６２を介して効率良く行われる。また、ガラス基板４２に比較して衝撃に強くなる。
【００７９】
〇 図１１に示すように、金属基板６２上にＴＦＴ４３が形成され、ペルチェ素子４４が有機ＥＬ素子５１を挟んで金属基板６２と反対側に設けられた構成のアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１において、ペルチェ素子４４に代えて、図９に示した構成のペルチェ素子２２を使用する。有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａと、ペルチェ素子の吸熱電極とを共通の金属層とせず、ペルチェ素子２２の吸熱側の絶縁体３８ａ上に、有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａの金属層が形成される。
【００８０】
○ 図３及び図１１に示すように、ガラス基板４２上にＴＦＴ４３及びペルチェ素子４４が形成され、層間絶縁膜４６及び高熱伝導率絶縁膜５０を介して有機ＥＬ素子５１が設けられた構成の有機ＥＬ装置４１において、金属電極５１ａに代えて透明電極を使用する。即ち、有機ＥＬ素子５１の有機ＥＬ層５１ｂを挟む電極を両方とも透明電極とする。そして、有機ＥＬ素子５１からガラス基板４２側へ向かう光が吸熱電極４９で遮断される割合を少なくするため、吸熱電極４９と有機ＥＬ素子５１とをガラス基板４２側から見たときにずれた配置とする。この場合、有機ＥＬ素子５１の発光層（有機ＥＬ層５１ｂ）の発光を基板側から取り出すことが可能となる。
【００８１】
〇 有機ＥＬ素子５１を挟んでガラス基板４２とペルチェ素子４４とが配置された構成のアクティブ・マトリックス駆動方式の有機ＥＬ装置４１において、有機ＥＬ素子５１の一方の電極がペルチェ素子４４の吸熱側の金属と電気的に接続されている構成としてもよい。例えば、図１０に示す構成において、吸熱電極６０と、有機ＥＬ素子５１の金属電極５１ａとを同じ金属層で共用せずに、吸熱電極６０を構成する金属板上に金属電極５１ａを構成する金属層を設ける。
【００８２】
○ ペルチェ素子２２の放熱側に放熱板を設けてもよい。例えば、ペルチェ素子２２の放熱側の金属層２２ｃより熱伝導性が高い金属板を接合したり、金属層２２ｃの半導体と反対側の面や前記金属板に凹凸やフィンを形成してもよい。この場合、放熱効果がより向上する。
【００８３】
○ ペルチェ素子を構成する電極又は電極層は金属製に限らない。
○ 有機ＥＬ層２４は、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層からなるものに限らず、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層が積層された５層構成としてもよい。また、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層の少なくとも一つと発光層とからなるものであってもよく、発光層のみからなるものであってもよい。
【００８４】
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
（１） ペルチェ素子を基板としてその吸熱側に有機ＥＬ素子が形成され、前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成された有機ＥＬ装置。
【００８５】
（２） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と、有機ＥＬ素子のペルチェ素子側に配置される電極とは共通の電源から電圧が印加されるように構成されている。
【００８６】
（３） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記有機ＥＬ素子は電極としてそれぞれ１つの陽極及び陰極を備え、両電極間に電圧が印加されることで前記有機ＥＬ素子の発光層が全域に亘って発光するように構成されている。
【００８７】
（４） 請求項１、請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記ペルチェ素子は、高熱伝導率の絶縁体の間に、ｐ形半導体及びｎ形半導体が熱的に並列に配置されるとともに、電極により電気的に直列に接続された状態で設けられている。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項９に記載の発明によれば、薄型という有機ＥＬ装置の特徴を生かすとともに、有機ＥＬ素子の冷却効果を高めて有機ＥＬ素子の輝度を低下させずに寿命を向上させることができる。また、請求項１０に記載の発明によれば、液晶表示装置において、バックライトの輝度を低下させずに耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の液晶表示装置の模式断面図。
【図２】第２の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図３】第３の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式部分断面図。
【図４】同じく１画素部分の詳細模式断面図。
【図５】有機ＥＬ素子、吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図。
【図６】変更例の吸熱電極、走査線等の関係を示す模式平面図。
【図７】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図８】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図９】別の実施の形態のペルチェ素子の模式図。
【図１０】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【図１１】別の実施の形態の有機ＥＬ装置の模式断面図。
【符号の説明】
１３，３１，４１…有機ＥＬ装置、２２…基板としてのペルチェ素子、２２ｂ…一方の電極及び吸熱側の電極としての金属層、２２ｃ，４０…金属層、２３，３３，５１…有機ＥＬ素子、２６，３２…絶縁層、４２…透明絶縁体基板としてのガラス基板、４４…ペルチェ素子、５９…半導体、６２…基板としての金属基板。
Claims (10)
- 半導体基板と、少なくともその一部に形成されたペルチェ素子と、該半導体基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記半導体基板と反対側から取り出されるように構成された有機ＥＬ装置。
- 前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と共用されている請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記有機ＥＬ素子は、一方の電極が前記ペルチェ素子の吸熱側の電極と電気的に接続されている請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記有機ＥＬ素子は、前記ペルチェ素子の吸熱側電極上に直接又は間接に複数形成され、各々が独立して発光可能に構成されている請求項２又は３に記載の有機ＥＬ装置。
- 半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、該ペルチェ素子の吸熱側の電極上に直接又は熱伝導性が高い絶縁層を介して形成された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板と反対側から取り出されるように構成された有機ＥＬ装置。
- 半導体領域を有する基板と、前記基板の前記半導体領域の少なくとも一部に形成されたペルチェ素子と、前記基板上に直接又は間接に配置された有機ＥＬ素子とを有し、前記有機ＥＬ素子は前記ペルチェ素子の吸熱側との熱抵抗が前記ペルチェ素子の放熱側との熱抵抗よりも小さいように配置され、かつ前記有機ＥＬ素子からの発光が前記基板側から取り出されるように構成された有機ＥＬ装置。
- 前記半導体領域を有する基板は、透明絶縁体基板である請求項５又は６に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記半導体領域を有する基板は、金属基板である請求項５に記載の有機ＥＬ装置。
- 前記有機ＥＬ素子は、複数設けられ、各々が独立して発光可能に構成されている請求項５〜８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
- 請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置をバックライトとして備えた液晶表示装置。
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