JP2005100789A - 自発光型の表示装置および有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自発光型表示装置において、外光の映り込みを防止するために表示面に偏光板を設ける場合でも、表示装置自身の発光輝度の低下を抑制し、明るい表示画像を得ることができる構造の、有機ＥＬ表示装置などの自発光型表示装置を提供する。
【解決手段】 透明基板１の一面上に、電極層３、５および有機層４が積層され、有機ＥＬ発光部６が形成され、その有機ＥＬ発光部６の形成面と反対面に反射偏光板７が設けられている。すなわち、本発明の有機ＥＬ表示装置は、表示面側に反射偏光板が設けられている。なお、反射偏光板７のさらに表面側に偏光軸を合せて吸収偏光板８が設けられることにより、表示画面での反射光をなくしながら、発光部の光を有効に利用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機物のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を利用してディスプレイを構成する有機ＥＬ表示装置および有機ＥＬ表示装置のような自発光型表示装置に関する。さらに詳しくは、外光が表示装置内部で反射して周囲光の映り込みや表示装置の裏側（吸湿剤や反射部材）が透けて見えるのを防止するため、表示面側に偏光板を設ける構造でも、表示画面の輝度の低下を抑制し得る構造の有機ＥＬ表示装置などの自発光型表示装置に関する。

たとえば有機物質を使用したＥＬ素子は、固体発光型の安価な表示素子として開発が行われている。従来の有機ＥＬ表示装置は、たとえば図３（ａ）に示されるような構造になっている。すなわち、図３（ａ）において、ガラスなどの透明基板３２の一面上に、ＩＴＯなどからなる帯状の陽極電極３３が複数個並列して設けられ、その間隙部および帯状に形成されたＩＴＯ膜３３上の発光させない（画素とならない）領域に、たとえばポジ型のフォトレジストなどからなる絶縁膜３４を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成し、さらにその表面に、たとえばネガ型のフォトレジストなどの塗布とパターニングにより、陽極電極３３と直角方向（紙面に垂直方向）に隔壁３５が複数個並列して形成されている。そして、真空蒸着装置内で、有機層３６が成膜され、その表面に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着装置で０.１μｍ程度の厚さ蒸着させることにより、陰極電極３７がＩＴＯからなる陽極電極３３と直交する方向に帯状に形成されている。

なお、隔壁３５上にも有機層３６ａ（有機層を成膜する際にメタルマスクを用いる場合には、有機層３６ａは付着しない）および電極材料層３７ａが積層されるが、隔壁３５が高いため、発光部とする各画素列の有機層３６および陰極電極
３７は隔壁上の膜と電気的に分離され、隣接する画素列の有機層３６および陰極電極３７も、それぞれこの隔壁３５により電気的に分離される。その結果、直交する陽極電極３３と陰極電極３７とが交差する部分が画素となり、両電極により選択される画素のみに電圧が印加され、所望の画素を点灯させ、透明基板３２の他面側から照射されることにより画像を表示させる。

このような構成では、有機層で発光することにより形成される画像の光が透明基板３２の他面側から照射される他に、図３（ａ）に示されるように、外光Ｂが陰極電極３７などの金属膜により反射して映り込むため、背景が明るくなり、表示画像を見ずらくする。このような問題を解決するため、図３（ｂ）に示されるように、表示面側に偏光板（円偏光板）４０を設け、内部で反射した光の偏光方向が変ることにより、再度偏光板を通って外部に出てくる光は偏光板の偏光軸と一致しない光が多く減衰することにより、余り目立たなくする構造が用いられている（たとえば特許文献１参照）。

すなわち、普通の偏光板を挿入することにより、外部の光が表示装置の内部に入り込む光は、偏光板の偏光軸に沿った方向に振動する光のみで、その他の光は吸収されるため、ほぼ１／２の光が入り込み、内部で反射した光はその振動方向がランダムになり、反射して偏光板を通過し外部に出てくる光は内部に入り込んだ光のさらに１／２となる。そのため、表示装置内に入り込んで中で反射し、外部に出てくる光の割合はほぼ２５％に減衰することになり、外光の影響を殆ど受けなくなる。
特開平８−３２１３８１号公報（図１）

前述のように、表示装置の表示面に偏光板が設けられることにより、外光の映り込みにより、背景が明るくなったり、表示画像が見づらくなったりするという問題を解消することができる。しかし、偏光板は、ある一方向に振動する光の成分のみを透過させ、その方向と直交する方向に振動する光は遮断されるため、あらゆる方向に振動する通常の光は、ほぼ半分だけが透過して残りの半分は透過することができず、吸収される。その結果、有機ＥＬ発光部で発光する光も半分しか表示に寄与することができず、画面が暗くなり、明るくしようとすると入力を大きくしなければならず、消費電力が大きくなると共に寿命が短くなるという問題がある。このような問題は、有機ＥＬ表示装置に限らず、無機ＥＬ表示装置や、ＬＥＤを用いた表示装置など、自ら発光する自発光型表示装置に共通する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、自発光型表示装置において、外光の映り込みを防止するために表示面に偏光板を設ける場合でも、表示装置自身の発光輝度の低下を抑制し、明るい表示画像を得ることができる構造の、有機ＥＬ表示装置などの自発光型表示装置を提供することにある。

本発明による自発光型表示装置は、自発光型の表示装置を構成する発光部と、該発光部の表示面側に設けられる反射偏光板とを具備している。また、本発明による有機ＥＬ表示装置は、透明基板と、該透明基板の一面上に積層される電極層および有機層を有する有機ＥＬ発光部と、前記透明基板の前記有機ＥＬ発光部形成面と反対面に設けられる反射偏光板とからなっている。

ここに自発光型表示装置とは、たとえば有機や無機のＥＬ表示装置やＬＥＤ表示装置などのように、自分で発光しながら表示装置を構成するものを意味する。また、反射偏光板とは、特定方向に振動する光を透過させ、特定方向と交差する方向に振動する光を吸収しないで反射させる偏光板を意味する。

前記反射偏光板の表面に、該反射偏光板の偏光軸と合せた偏光軸を有する吸収偏光板が設けられることにより、偏光板を透過することができない外光が表示面で反射することなく吸収されるため、外光の影響を従来の偏光板が設けられる構造と殆ど同程度に削減しながら、発光部で発光する表示光は、反射偏光板と偏光軸が同じ方向であるため、減衰することなく透過し、反射偏光板を透過できない光は反射を繰り返して偏光軸と振動方向が一致した光は透過することができるため、発光した光の殆どを透過させることができ、表示画面を明るくし過ぎないで非常に明るい表示をすることができる。ここに偏光軸とは、偏光板を透過する光の振動方向を意味する。また、吸収変光板とは、偏光軸と直交する方向に振動する光を吸収する変光板を意味する。

前記反射偏光板に、光軸を前記反射偏光板の偏光軸と４５°の角度をなすように設定された１／４波長の位相差板が貼り合され、円偏光板とされることにより、金属膜により反射した円偏光は、偏光方向が反転し、位相が反対の光となって打ち消し合うため、反射した光が円偏光板を透過して戻らなくなる。その結果、内部に進入した光は、反射偏光板があっても、急速に減衰し、表示装置の内面が映り込むという現象がなくなり、非常に視認特性が向上する。

前記反射偏光板は、たとえば複屈折性の誘電体多層膜として構成される。

この構造にすることにより、表示面側から発光部内に入射する外光は、ほぼ半分の光が反射偏光板の表面で反射し、ほぼ半分の光が発光部内に入射する。反射偏光板の表面で反射する光は、表示面を観察する観察者に表示画像と共に視認されるが、外光のほぼ半分の光が反射するだけで、全面で均一に反射するため、表示面が明るく見えるだけで、表示画面がギラギラするということはない。また、表示装置内に透過した光は、中で乱反射して反射偏光板に戻るが、乱反射した光の振動方向は反射によりランダムになるため、反射偏光板を透過する光は、ほぼ半分になる。反射偏光板で反射した光は、再度内部で乱反射して反射偏光板を透過する光もあるが、発光部で発光する光よりも減衰は大きい。その結果、内部に進入して反射してくる光は外交の１／６〜２／６程度であり、内部の電極などが映り込むという現象は殆どなく、視認特性を低下させない。

一方、発光部で発光する光は、その振動方向がランダムであり、反射偏光板を透過する光はほぼ１／２となる。しかし、発光部で発光する光は、非常に狭い反射偏光板と金属電極との間で発光するため、透過できなくて反射した光は、直ちに有機ＥＬ表示装置などの金属電極などで反射して振動方向が変化して反射偏光板に達するため、反射偏光板の偏光軸の方向と一致した振動の光は透過する。すなわち、反射偏光板で反射した発光部の光は、狭い間隔で反射を繰り返しながら振動方向が反射偏光板の偏光軸と一致して反射偏光板を透過するため、発光した光は殆ど他の画素の方には進まないで、表示画面側に進んで利用される。

その結果、外光で反射する光により、従来の吸収偏光板を使用する場合よりも表示画面を明るくしながら、発光部で発光する光も従来の吸収偏光板を使用する場合よりも遥かに明るいため、外光の影響を大幅に削減しながら、明るい表示画像にすることができる。

すなわち、本発明によれば、表示面側に偏光板を設けることにより、外光の影響を殆ど受けなくしながら、発光部で発光する光を殆ど減衰させることなく表示画像に利用することができるため、非常に明るい表示をすることができ、視認特性の優れた有機ＥＬ表示装置などの自発光型表示装置を得ることができる。

つぎに、本発明の自発光型表示装置について、有機ＥＬ表示装置の例で、図面を参照しながら説明をする。本発明の有機ＥＬ表示装置は、その一実施形態の一部斜視説明図が図１に示されるように、透明基板１の一面上に、電極層３、５および有機層４が積層され、有機ＥＬ発光部６が形成され、その有機ＥＬ発光部６の形成面と反対面に反射偏光板７が設けられている。すなわち、本発明の有機ＥＬ表示装置は、透明基板１の表示面Ａ側に反射偏光板７が設けられていることに特徴がある。なお、図１に示される例では、反射偏光板７のさらに表面側に吸収偏光板８が設けられると共に、発光部６側を被覆するように、封止板９が設けられている。

反射偏光板７は、特定方向（偏光軸もという）に振動する光を透過させる一方で、これと交差する方向に振動する光を反射させるもので、たとえば図１に示されるように、ガラスなどからなる透明基板１の一面に、たとえばアクリル系樹脂などの接着剤（図示せず）により接合されている。

この反射偏光板７は、たとえば複屈折性の誘電体多層膜として構成されている。誘電体多層膜は、光弾性率の異なる２つの高分子層、たとえば、ＰＥＮ（２、６−ボリエチレンテレフタレート）とｃｏＰＥＮ（７０−ナフタレート／３０−テレフタレートコポリエステル）とを交互に複数組積層し、これをたとえば５倍程度に延伸したものである。これらの高分子層は延伸方向の屈折率が各々異なったものとなる一方、延伸方向と直交する方向の屈折率は同一であり、一方向の延伸により各組が複屈折性を有するものとなり、屈折率の相違により延伸方向に振動する光を反射することが可能となる一方で、延伸方向と直交する方向に振動する光を透過することができる。そして、２つの高分子層の膜厚を半波長とすると、反射が生じるため、膜厚の異なった複数組を積層すれば、延伸方向に振動する光については広い波長範囲に亘って光を反射することができる。

図１に示される例では、反射偏光板７のさらに外側に、反射偏光板７と偏光軸を合せた吸収偏光板８が設けられている。この吸収偏光板９は、前述の図３に示されるように、外光の映り込みを抑制するために従来設けられている偏光板と同様に、特定の方向に強く振動する光だけを透過し、他の成分を吸収する機能を有しており、液晶表示装置の液晶パネルの両面に設けられる偏光板と同様のものである。すなわち、たとえばＨ膜と呼ばれる偏光膜を酢酸セルローズなどの支持フィルムの間に挟み込んだフィルム状のものを使用することができる。Ｈ膜は、たとえばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の薄い膜を加熱しながら延伸し、ヨウ素を大量に含有するＨインキと呼ばれる溶液に浸漬させることにより、ＰＶＡの膜がＨインキ中のヨウ素を吸収して、偏光能をもつ膜とされたものである。

図１には示されていないが、反射偏光板７のような振動方向がランダムな光を一定方向の振動方向のみの光にする直線偏光板と、光軸を直線偏光板の偏光軸と４５°の角度をなすように設定された１／４波長の位相差板とを貼り合せることにより、円偏光板とすることもできる。このような円偏光板にすることにより、金属膜により反射した円偏光は、偏光方向が反転し、位相が反対の光となって打ち消し合うため、反射した光を表示面Ａ側に戻らなくすることができる。

透明基板１としては、ガラス、およびポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリフェニレンスルフィド膜、ポリパラキシレン膜などの各種絶縁性プラスティックなどの透明基板を用いることができる。

第１電極層３は、図１に示される例では陽極電極として形成されており、表面側に光を取り出すため、透明電極を用いる必要があり、蒸着などにより設けられるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化インジウムなどが用いられる。

有機ＥＬ発光部６は、前述の図３に示されるような隔壁を有する構造でも、隔壁を有しないで、メタルマスクを用いて必要な部分のみに有機層や電極層を成膜する構造のものでもよく、たとえば透明基板１上に第１電極層３、有機層４、第２電極層５が積層される構造に形成される。有機層４は、第１電極層３が陽極電極の場合、たとえば図２に示されるように、正孔輸送層４１、発光層４２および電子輸送層４３からなる構造に形成され、さらに第２電極層（陰極電極）５との間に電子注入層５ａが形成されるが、有機層４は、この３層構造に制限されるものではなく、少なくとも発光層が形成されていればよく、また、それぞれの層もさらに複層にすることもできる。また、陽極と陰極が上下逆になる場合には、有機層４の積層構造も逆になる。

正孔輸送層４１は、一般的には発光層４２への正孔注入性の向上と正孔の安定な輸送向上のため、イオン化エネルギーがある程度小さく、発光層４２への電子の閉込め（エネルギー障壁）が可能であることを求められており、アミン系の材料、たとえばトリフェニルジアミン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環をもつアミン誘導体などが用いられ、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍ程度の厚さに設けられる。また、図には示されていないが、正孔輸送層４１と陽極電極３との間に正孔注入層を設け、正孔輸送層４１へのキャリアの注入性をさらに向上させることも行われる。この場合も、陽極電極３からの正孔の注入性を向上させるため、イオン化エネルギーの整合性の良い材料が用いられ、代表例として、アミン系やフタロシアニン系が用いられる。図２に示される例では、正孔輸送層４１として、ＮＰＢが３５ｎｍの厚さに設けられている。

発光層４２としては、発光波長に応じて選択されるが、たとえば青色系の材料として、ＤＳＡ系などの材料が用いられ、緑色および赤色の発光材料として、Ａｌｑなどが用いられ、３５ｎｍ程度の厚さに設けられる。この発光層４２は、有機物蛍光材料をドーピングすることにより、ドーピング材料固有の発光色を得ることができ、また、発光効率や安定性を向上させることができる。このドーピングは、発光材料に対して数重量（ｗｔ）％程度（０.１〜２０ｗｔ％）で行われる。

蛍光性物質としては、キナクリドン、ルブレン、スチリル系色素などを用いることができる。また、キノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。また、それ自体で発光が可能なホスト物質と組み合せて使用することが好ましく、ホスト物質としては、キノリノラト錯体が好ましく、８−キノリノールまたはその誘導体を配位子とするアルミニウム錯体が好ましく、その他に、フェニルアントラセン誘導体やテトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。

電子輸送層４３は、陰極電極５からの電子の注入性を向上させる機能および電子を安定に輸送する機能を有するもので、図２に示される例では、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）が２５ｎｍの厚さに設けられている。この層が余り厚くなると、発光層ではなくこの層で発光するため、余り厚くはしないで、通常は１０〜８０ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍ程度の厚さに設けられる。電子輸送層４３としては、上記材料の他に、キノリン誘導体、８−キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体などを用いることができる。この電子輸送層４３と陰極電極５との間でギャップが大きい場合には、正孔側と同様に、ＬｉＦなどからなる電子注入層５ａが設けられる。

陰極電極とする第２電極層５としては、電子注入性を向上させるため、仕事関数の小さい金属が主に用いられる。代表例としては、Ｍｇ、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒなどが一般には用いられる。また、酸化インジウムのような透明膜を用いることもできる。これらの金属の酸化などを防止して安定化させるため、他の金属との合金化をさせることが多く、図２に示される例も、ＬｉＦ層５ａを介してＡｌ層が１１０ｎｍ程度成膜されることにより、陰極電極５が形成されている。

封止板９は、透明基板１上に有機ＥＬ発光部６を被覆するように設けられ、その内部に乾燥窒素などが充填されたり、図示しない吸湿剤が封入される。封止板９としては、ステンレスなどによりキャンタイプにプレス加工されたキャップが透明基板１に貼り付けられる場合もあるが、一般的にはガラス板などの非金属板に、たとえばサンドブラストなどによりザグリ穴が設けられ、そのザグリ穴内に前述の有機ＥＬ発光部６などが収まるように透明基板１の一面側に貼り付けられる。この封止板９は、有機ＥＬ発光部６を外気から遮断するためのもので、キャップやガラス板でなくても、たとえばＳｉ_ｘＮ_ｙなどのパシベーション膜が被膜される構造でのものでもよい。

この構造にすることにより、外部からの光が発光部内に入り込んで発光部内の部品などが映り込んだり、表示画面の全面でギラギラ反射したりして視認特性を低下させることがなく、また、発光部で発光した光の輝度が低下して、表示画面が見づらくなるということがなくなる。

すなわち、表示面側に反射偏光板が設けられているため、外部から有機ＥＬ発光部に向かう光は、振動方向が不規則であり、反射偏光板の偏光軸と同じ方向に振動しない光は反射して、同じ方向に振動する光のみが進入する。すなわちほぼ１／２の光は反射偏光板の表面で反射し、残りのほぼ１／２の光が有機ＥＬ発光部の方に進入する。表面で反射する光は、直接反射するほぼ１／２の光と、反射偏光板を透過して内部で反射して戻ってくる光の合計で、４／６〜５／６程度となるが、後述するように、内部の映り込みが殆どないため、表示画面が明るくなるだけで、視認特性は殆ど低下しない。なお、図１に示される例のように、表面に吸収偏光板が設けられることにより、吸収偏光板を透過できない方向に振動する光は吸収されて反射しないため、表面での反射をなくすることができる。

有機ＥＬ発光部内に進入した光は、金属電極などにより反射して反射偏光板の方に戻るが、反射する際に、振動方向が変り、ランダムとなるため、反射偏光板の偏光軸と同じ方向に振動する光は透過して観察者の方に戻るものの、それ以外の光は反射偏光板で反射して再度有機ＥＬ発光部の方に戻る。これを繰り返すが、元々外表面側から斜め方向に入射した光であるため、斜め方向に反射する光が多く、減衰して消滅する光が多く、反射偏光板を透過して戻る光は、内部に進入した光の１／３〜２／３程度であり、表示装置に向かう外光全体の１／６〜２／６程度で、発光部内部の映り込みは、殆ど現れない。

一方、有機ＥＬ発光部６で発光する光は、同様に振動方向がランダムな光であり、反射偏光板の偏光軸と同じ方向に振動する光のみが透過するが、振動方向が異なって反射する光は狭い間隔で設けられている金属電極（第２電極層）５により再度反射して反射偏光板８に達する。この反射の際に振動方向も変るため、一部の光は振動方向が反射偏光板の偏光軸の方向と一致して透過し、一致しない光は再度反射偏光板で反射して反射を繰り返し、やがて殆どの光が反射偏光板を透過する。すなわち、図１では発光層４や透明基板１が厚く書かれているが、実際には反射偏光板８と金属電極５との間隔は非常に狭く、この間で発光した光はこの間で反射を繰り返して、他の画素の方に反射することはなく、殆ど減衰することなく反射偏光板を透過する。その結果、有機ＥＬ発光部６で発光する光は８０％以上が反射偏光板を透過し、偏光板が設けられていても、非常に明るい表示画像を呈することができる。

なお、図１に示される例のように、表面側に吸収偏光板が設けられている場合、前述のように振動方向が偏光板の偏光軸と一致しない光を反射させないで吸収し、表示面を明るくし過ぎないで表示することができる。一方、発光部で発光した光は、吸収偏光板と反射偏光板との偏光軸が一致しているため、反射偏光板を透過した光はそのまま吸収偏光板を透過し、反射偏光板を透過できない光は、前述のように金属電極との間で反射を繰り返しながら、反射偏光板を透過できるようになれば、そのまま吸収偏光板も透過する。そのため、吸収偏光板が設けられることにより、有機ＥＬ発光部で発光した光は反射偏光板により殆ど減衰させることなく表示画像に利用しながら、外光は殆ど反射させることなく、非常に視認特性を向上させることができる。

前述の例は、有機ＥＬ表示装置の例であったが、無機ＥＬ表示装置でも有機層の代りに無機層が用いられるだけで同様であり、また、ＬＥＤの場合は発光部の輝度が大きいため余り外光の影響は受けにくいが、ＬＥＤを用いた表示装置でも同様の構成にすることができ、有機ＥＬ表示装置に限らず、自発光型表示装置に同様に適用することができる。

本発明による有機ＥＬ表示装置の一実施形態を示す説明図である。 図１に示される有機ＥＬ発光部の構造例を示す断面説明図である。 従来の有機ＥＬ表示装置の構造例を示す断面説明図である。

符号の説明

１ 透明基板
３ 第１電極層
４ 有機層
５ 第２電極層
６ 有機ＥＬ発光部
７ 反射偏光板
８ 吸収偏光板
９ 封止板

Claims (5)

1. 自発光型の表示装置を構成する発光部と、該発光部の表示面側に設けられる反射偏光板とを具備する自発光型の表示装置。
2. 透明基板と、該透明基板の一面上に積層される電極層および有機層を有する有機ＥＬ発光部と、前記透明基板の前記有機ＥＬ発光部の形成面と反対面に設けられる反射偏光板とからなる有機ＥＬ表示装置。
3. 前記反射偏光板の表面に、該反射偏光板の偏光軸と合せた偏光軸を有する吸収偏光板が設けられてなる請求項１または２記載の表示装置。
4. 前記反射偏光板に、光軸を前記反射偏光板の偏光軸と４５°の角度をなすように設定された１／４波長の位相差板が貼り合され、円偏光板とされてなる請求項１、２または３記載の表示装置。
5. 前記反射偏光板が、複屈折性の誘電体多層膜として構成されてなる請求項１、２、３または４記載の表示装置。

Images