JP2018152170A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外光の反射を抑制するとともに、発光素子からの光の取り出し効率を向上させることが可能な表示装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る表示装置は、マトリクス状に配置された複数の有機発光素子と、複数の有機発光素子と対向して配置され、電界に応じて光の透過率を変化させる偏光板とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は表示装置に関する。
OLED(Organic Light Emitting Diode)表示装置では、発光素子をガラスなどの基板に配置し、格子状に配置した電極(配線)によって発光素子を制御することで画像を表示させることができる。
OLED表示装置では、電極、配線に反射率の高い金属が用いられているため、外光が電極、配線に反射し、画像の視認性が悪化する場合がある。そこで、円偏光板を用いて外光の反射を防止する技術が提案されている。
特許文献1には、偏光子と1/4波長板とを積層した円偏光板が記載されている。この円偏光板をパネル表面に設けることで、外光はまず偏光子により直線偏光となり、続く1/4波長板により円偏光に変換される。パネル内で反射した外光(円偏光)は、再び1/4波長板により直線偏光に変換され、続く偏光子に入射する。ここで、円偏光の位相は反射の際に反転しているため、偏光子に入射する直線偏光は偏光子の透過軸と直交し、偏光子により吸収される。
特開2006−171235号公報
特許文献1に記載の円偏光板を用いることで、外光の反射を抑制することができる。しかしながら、発光素子からの放射光の一部も円偏光板に吸収されてしまうため、外部に取り出される光の輝度が低下してしまう。
本発明は上述の課題に鑑み、外光の反射を抑制するとともに、発光素子からの光の取り出し効率を向上させることが可能な表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、マトリクス状に配置された複数の有機発光素子と、前記複数の有機発光素子と対向して配置され、電界に応じて光の透過率を変化させる偏光板とを備える。
本発明によれば、外光の反射を抑制するとともに、発光素子からの光の取り出し効率を向上させることが可能な表示装置が提供される。
第1実施形態に係る表示装置のブロック図である。 第1実施形態に係るOLEDパネルの構成を示す平面図である。 第1実施形態に係る発光素子の積層構造を示す断面図である。 第1実施形態に係る偏光板の電極構成を示す平面図である。 第1実施形態に係る偏光板の断面模式図である。 第1実施形態に係る偏光板の断面模式図である。 第1実施形態に係る発光時の偏光板の動作を説明するための図である。 第1実施形態に係る非発光時の偏光板の動作を説明するための図である。 第2実施形態に係る偏光板の電極構成を示す平面図である。 他の実施形態に係るOLEDパネルの構成を示す断面模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係る表示装置のブロック図である。表示装置は、OLEDパネル10、偏光板20、制御部30、駆動回路31、32を備えている。OLEDパネル10は、画素として複数の発光素子11を含む。発光素子11は有機材料の発光層を有し、有機発光素子、有機発光ダイオード(OLED)とも呼ばれる。駆動回路31は、ゲートドライバ、データドライバ、電源回路などから構成され、制御部30からの信号に基づき発光素子11を駆動する。駆動回路31は、OLEDパネル10と一体的に構成されていてもよい。
偏光板20は、OLEDパネル10に積層され、複数の発光素子11と対向して配置される。偏光板20は、電界に応じて光の透過率を変化させる機能を有し、駆動回路32により駆動される。駆動回路32は、ゲートドライバ、データドライバ、電源回路などから構成され、制御部30からの信号に基づき偏光板20に電圧を供給する。
制御部30は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、インタフェースなどを備え、入力された画像信号に基づく輝度信号、タイミング信号などを駆動回路31、32に送信する。制御部30は、駆動回路31、32を介してOLEDパネル10と偏光板20の動作を制御することができる。また、制御部30は、画像信号に対して所定の補正処理を行う画像処理回路を含み得る。
図2は、本実施形態に係るOLEDパネル10の構成を示す平面図である。OLEDパネル10は、発光素子11、画素回路12、ゲート線13g、データ線13dを備え、アクティブマトリクス方式で駆動される。発光素子11は、例えば白色光を発する素子であって、R(赤)、G(緑)、B(青)のいずれかの色フィルタを含む。複数の発光素子11は、所定の色配列パターンでマトリクス状に配置される。
画素回路12は、発光素子11ごとに設けられ、スイッチ素子、駆動素子、コンデンサなどを含む。スイッチ素子、駆動素子には、TFT(Thin Film Transistor)が用いられる。ゲート線13gは、発光素子11の配列の一方向に沿って延在し、データ線13dは、ゲート線13gと直交する方向に延在する。発光素子11は、ゲート線13gとデータ線13dの交点付近において、画素回路12を介してゲート線13gおよびデータ線13dに接続されている。
ゲート線13g、データ線13dは、それぞれゲートドライバ31g、データドライバ31dに接続される。ゲートドライバ31g、データドライバ31dは、駆動回路31を構成する。ゲートドライバ31gは、ゲート線13gを順次選択し、画素回路12をオンするためのゲート電圧を印加する。データドライバ31dは、ゲートドライバ31gと同期して制御部30からの輝度信号に応じたデータ電圧をデータ線13dに印加する。オン状態の画素回路12は、データ電圧に応じた駆動電流を発光素子11に供給し、発光素子11を発光させる。駆動電流の供給は不図示の電源線を介して行われる。
図3は、本実施形態に係る発光素子11の積層構造を示す断面図である。発光素子11は、パネル基板15に形成され、透明電極(陽極)16、白色の発光層17、反射電極(陰極)18を有している。パネル基板15には、ガラス、プラスチックなどの材料が用いられ、発光素子11の他、画素回路12、ゲート線13g、データ線13dなどが形成され得る。OLEDパネル10はボトムエミッション型であって、発光素子11で発光した光100はパネル基板15を通して外部に取り出される。パネル基板15と発光素子11との間には、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色からなる色フィルタ19が設けられている。
透明電極16は、ITO(Indium Tin Oxide)などの導電性材料からなり、パネル基板15上に形成される。発光層17は、単層または多層の積層体であり、透明電極16と反射電極18との間に形成される。発光層17は、例えば正孔輸送層、発光層、電子輸送層の3層から構成される。正孔輸送層、電子輸送層はそれぞれ正孔注入層、電子輸送層を含み得る。発光層にはトリスアルミニウム錯体、ビスベリリウム錯体などの有機材料を用いることができる。反射電極18は、アルミニウム、銀などの金属材料からなり、発光層17上に形成される。反射電極18における発光層17と反対側の面には、発光素子11を保護するための封止層が形成され得る。
発光素子11において、透明電極16と反射電極18に電圧が印加されると、透明電極16、反射電極18からそれぞれ正孔、電子が発光層17に注入される。発光層17では、正孔電子対である励起子が形成され、励起子が失活することで発光する。このようにして発生した発光素子11からの光100は、パネル基板15に積層された1/4波長板40、偏光板20を透過して外部に出射する。
1/4波長板40は、透過する光に90度の位相差を与え、直線偏光を円偏光または円偏光を直線偏光に変換する。1/4波長板40には、例えばポリカーボネート、シクロオレフィンポリマーなどの複屈折材料を用いることができる。1/4波長板40は、複数の複屈折板から構成されてもよく、また偏光板20内に設けられてもよい。偏光板20は、外光などの非偏光から特定の振動方向をもつ直線偏光を選択的に透過させる。偏光板20は、1/4波長板40と組み合わせることで外光反射を低減するための円偏光板として機能し得る。
続いて、偏光板20を詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る偏光板20の電極構成を示す平面図である。偏光板20は、平行に配置された上基板21a、下基板21bを有し、上基板21aと下基板21bの相対する面に電極対22a、22bを備えている。電極対22a、22bは、偏光板20内において電界を発生させるために用いられる。電極22aは図4(a)に示され、電極22bは図4(b)に示されている。
電極22aは、上基板21aのほぼ片面全体に形成されたベタ電極であって、複数の電極22bに共通して使用される。電極22bは、例えば矩形状の平面電極であり、複数の電極22bがマトリクス状に形成される。複数の電極22bは、OLEDパネル10の各画素に対応して設けられている。例えば、図2に示した複数の発光素子11と、図4(b)に示した複数の電極22bとは同様の配列パターンを有し、平面視において重なるように配列されている。
下基板21bには、電極22bの他、スイッチ素子23、ゲート線23g、データ線23dが設けられている。スイッチ素子23は、例えばTFTであって電極22bごとに設けられる。ゲート線24gは、スイッチ素子23の配列の一方向に沿って延在し、データ線24dは、ゲート線24gと直交して延在する。電極22bは、ゲート線24gとデータ線24dの交点付近において、スイッチ素子23を介してゲート線24gおよびデータ線24dに接続されている。
ゲート線24g、データ線24dは、それぞれゲートドライバ32g、データドライバ32dに接続される。ゲートドライバ32g、データドライバ32dは、駆動回路32を構成する。ゲートドライバ32gは、ゲート線24gを順次選択し、スイッチ素子23をオンするためのゲート電圧を印加する。データドライバ32dは、ゲートドライバ32gと同期して制御部30からの輝度信号に応じた電圧をデータ線24dに印加する。オン状'態のスイッチ素子23は、データ線24dの電圧を電極22bに供給し、電極対22a、22b間に電界を発生させる。電極22aは不図示の共通電位線に接続され、所定の電位に保持される。
図5は、本実施形態に係る偏光板20の断面模式図であって、図4(a)、(b)に示されたA−A’線における断面を示している。図5では、電界非発生時における液晶層25の配向が模式的に表されている。液晶層25は、電極対22a、22bの間に設けられており、電極対22a、22bには、ITOなどの透明な導電性材料が用いられる。電極22aは上基板21aに形成され、電極22bは下基板21bに形成されている。上基板21a、下基板21bには、ガラス、プラスチックなどの透明な絶縁性材料が用いられる。
液晶層25は低分子液晶26と二色性色素27を含み、低分子液晶26と二色性色素27は共に細長い分子形状(楕円体)をなしている。低分子液晶26は、上基板21a、下基板21bと平行な面内において一軸配向(ホモジニアス配向)されており、二色性色素27は低分子液晶26に沿って配向される。低分子液晶26には、例えば4−シアノ−4’−ペンチルビフェニルなどの公知の材料を用いることができる。
二色性色素27は、配向方向によって光の吸収率が異なる性質を有している。具体的には、二色性色素27は、長軸方向に振動する偏光成分を吸収し、短軸方向に振動する偏光成分を透過させる。二色性色素27には、例えばヨウ素の他、ジスアゾ化合物、トリスアゾ化合物、テトラキスアゾ化合物などのアゾ系化合物を用いることができる。二色性色素27の濃度は、低分子液晶26に対して2.0重量%以上であり得る。
電極22aと液晶層25、電極22bと液晶層25の間には、それぞれ配向膜28a、28bが設けられている。配向膜28a、28bは、ポリイミド膜にラビング、偏光UV(ultraviolet)照射などの配向処理を施したものであり、低分子液晶26は、該配向処理により規定された一定方向に配向する。
図6は、本実施形態に係る偏光板20の断面模式図であって、図4(a)、(b)に示されたA−A’線における断面を示している。図6では、電界発生時における液晶層25の配向が模式的に表されている。電界は、複数の発光素子11(画素)のそれぞれに対応して発生させることができ、電圧が印加された電極対22a、22bの間において電極対22a、22bが延在する方向と垂直な方向に電界Eが発生する。
低分子液晶26は長軸方向に分極した誘電率異方性を有している。低分子液晶26の誘電率異方性が正である場合、低分子液晶26の配向は電界Eと平行な方向に変化する。配向の程度、すなわち低分子液晶26の長軸方向と電界方向がなす角(配向角)は、電界Eの強度に比例する。低分子液晶26の配向角が変化すると、二色性色素27も低分子液晶26に沿って配向する。よって、二色性色素27の配向角θを電界Eによって制御することができる。
電界Eの強度が大きいほど二色性色素27の配向角θは小さくなり、偏光板20における光の透過方向、すなわち上基板21a、下基板21bに対して垂直な方向からの二色性色素27の長軸の見かけの長さは短くなる。換言すれば、電界Eの強度が大きいほど二色性色素27の長軸方向に対する光の入射角は大きくなる。よって、配向角θが小さいほど二色性色素27により吸収される偏光成分の量は減少する。液晶層25の透過率は、二色性色素27の配向角θが0度の場合に最大となり、90度の場合に最小となる。
次に、偏光板20の動作を説明する。図7は、発光素子11と偏光板20の模式図であって、発光素子11と、該発光素子11に対応して設けられた電極対22a、22bを含む偏光板20の断面を示している。制御部30から駆動回路31に輝度信号が入力されると、駆動回路31は輝度信号に応じた電圧を、画素回路12を介して発光素子11の透明電極16、反射電極18に印加する。これにより、透明電極16と反射電極18間に駆動電流が流れ、発光層17において光100が発生する。
光100は、透明電極16、色フィルタ19、パネル基板15を透過した後、1/4波長板40に入射する。光100の偏光状態は1/4波長板40により変化されるが、光100は様々な方向に振動する非偏光であるため、1/4波長板40を透過した光100も非偏光となる。
1/4波長板40を透過した光100は、偏光板20の下基板21b、電極22b、配向膜28bを順に透過した後、液晶層25に入射する。このとき、制御部30は、光100の強度(発光素子11の発光強度)に応じて透過率が高くなるように偏光板20を制御する。例えば、制御部30は、駆動回路31に送信した輝度信号に比例する電圧を、駆動回路32を介して電極対22a、22bに印加する。制御部30は、輝度信号または輝度信号に基づく発光強度が所定の閾値を越える場合にのみ、電極対22a、22bに電圧を印加してもよい。
電極対22a、22bに電圧が印加されることにより、低分子液晶26、二色性色素27の配向は、光100の進行方向に対して平行な方向に変化する。これにより、液晶層25に入射した光100の多くは、吸収されることなく液晶層25を透過する。光100は、さらに配向膜28a、電極22a、上基板21aを順に透過して外部に出射する。
図8は、図7と同様の模式図であって、非発光時における発光素子11と偏光板20の断面を示している。図8においては、制御部30から駆動回路31に輝度信号が入力されていないか、または輝度信号が0の表示(黒表示)が行われている。発光素子11の透明電極16、反射電極18には電圧が印加されておらず、発光層17において光100は発生していない。このような場合、発光素子11の反射電極18による外光200の反射が問題になり得る。
外光200は、太陽光などの自然光の他、照明装置、表示装置などの外部装置からの光を含み得る。外光200は、上基板21a、電極22a、配向膜28aを順に透過した後、液晶層25に入射する。液晶層25において、低分子液晶26と二色性色素27は、外光200の進行方向に対して垂直な方向に配向している。このために、二色性色素27の長軸方向に振動する外光200の偏光成分は二色性色素27に吸収され、液晶層25を透過した外光200は、二色性色素27の短軸方向に振動する直線偏光となる。
直線偏光の外光200は、配向膜28b、電極22b、下基板21bを順に透過して、1/4波長板40に入射する。直線偏光の外光200は、1/4波長板40により円偏光に変換され、パネル基板15、色フィルタ19、透明電極16、発光層17を順に透過して反射電極18で反射する。反射後の外光200は、反射前と回転方向が異なる円偏光となり、発光層17、透明電極16、色フィルタ19、パネル基板15を順に透過して再度1/4波長板40に入射する。
反射後の外光200は、1/4波長板40により直線偏光に変換され、下基板21b、電極22b、配向膜28bを順に透過して、再度液晶層25に入射する。ここで、液晶層25に入射する反射後の外光200の偏光方向は、液晶層25から出射した反射前の外光200の偏光方向と直交している。すなわち、液晶層25に入射する外光200は、二色性色素27の長軸方向に振動する直線偏光である。したがって、反射後の外光200の多くは、液晶層25において二色性色素27により吸収される。なお、発光素子11の発光時(図7参照)においても外光200の反射は起こり得る。発光素子11の発光強度が比較的小さく、外光200の反射の影響を受けやすい場合には、発光時においても液晶層25の透過率を低下させ、液晶層25において反射光を吸収すればよい。
以上述べたように、本実施形態の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の発光素子11を有するOLEDパネル10と、電界に応じて光の透過率を変化させる偏光板20とを備えている。偏光板20は、OLEDパネル10の表面に設けられ、発光素子11からの光を透過する。発光素子11の非発光時には、偏光板20の透過率を低下させることにより、外光の反射を抑制することができる。一方、発光素子11の発光時には、偏光板20の透過率を向上させることにより、発光素子11からの光を表示装置の外部に効率良く取り出すことができる。したがって、黒表示における輝度レベルを良好に維持しつつ、表示される画像の輝度を向上させることができるため、コントラストの高い画像を表示することが可能である。
さらに、発光素子11からの光の取り出し効率が向上するため、発光素子11の駆動電流量を低減させたとしても、従来の表示装置と同等の輝度で画像を表示することができる。したがって、消費電力を低減するとともに、発光素子11の負荷を軽減し、発光素子11の長寿命化が可能となる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る表示装置を説明する。本実施形態の表示装置は第1実施形態の表示装置と同様に構成されているため、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
図9は、本実施形態に係る偏光板20の電極構成を示す平面図である。偏光板20は、平行に配置された上基板21a、下基板21bを有し、上基板21aと下基板21bの相対する面に電極対22a、22bを備えている。電極22aは図9(a)に示され、電極22bは図9(b)に示されている。
電極22aは、上基板21aにおいて行方向(X方向)にストライプ状に形成されている。電極22bは、電極22aと直交し、下基板21bにおいて列方向(Y方向)にストライプ状に形成されている。平面視において電極22aと電極22bが交差する領域(交差領域)はOLEDパネル10の各画素に対応する。すなわち、電極対22a、22bは、交差領域が図2に示した複数の発光素子11と平面視において重なるように形成されている。
電極22a、22bは、それぞれ行ドライバ32a、列ドライバ32bに接続されている。行ドライバ32a、列ドライバ32bは、駆動回路32を構成する。行ドライバ32aは、制御部30からの信号に基づき電圧を印加する行を選択し、選択した行の電極22aに輝度信号に応じた電圧を印加する。同様に、列ドライバ32bは、制御部30からの信号に基づき電圧を印加する列を選択し、選択した列の電極22bに輝度信号に応じた電圧を印加する。電圧が印加された電極22a、22bの交差領域には電界が発生し、この電界によって画素ごとに透過率の制御を行うことができる。
[他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、図10に示すように、OLEDパネル10は、白色の発光層17の代わりにRGBの各色で発光する3種類の発光層17から構成されてもよい。これに伴い色フィルタ19は取り除かれている。また、上述の実施形態では、OLEDパネル10の画素単位で偏光板20の透過率が制御可能に構成されていたが、複数の画素からなる画素ブロック単位またはパネル全面で偏光板20の透過率を制御するように構成されてもよい。偏光板20の電極22a、22bをベタ電極で構成することで、構造を簡略化することも可能である。
また、液晶層25は、電界により配向が変化するものに限定されず、発光素子11からの光によって直接的に配向が変化するものであってもよい。例えば、光を吸収することにより分子形状が変形する素子、非線形光学効果を生じる素子などを用いて、液晶層25を構成することが可能である。さらに、本実施形態の偏光板20は電界に応じて調光するものに限定されず、磁界、温度、光などの外場に応じて液晶層25の配向状態を変化させる構成を含み得る。
本実施形態のOLEDパネル10は、独立して発光し得る発光層17を有していればよい。すなわち、本実施形態の偏光板20は、トップエミッション型のOLEDパネルにも適用可能である。また、本実施形態の偏光板20は、OLEDパネルに限定されず、無機LED(light emitting diode)を用いた表示パネル、反射型のLCD(Liquid Crystal Display)パネルなどにも適用可能である。
10 OLEDパネル
11 発光素子
12 画素回路
15 パネル基板
16 透明電極
17 発光層
18 反射電極
19 色フィルタ
20 偏光板
21a 上基板
21b 下基板
22a、22b 電極(対)
25 液晶層
26 低分子液晶
27 二色性色素
30 制御部
31、32 駆動回路
40 1/4偏光板

Claims (11)

  1. マトリクス状に配置された複数の有機発光素子と、
    前記複数の有機発光素子と対向して配置され、電界に応じて光の透過率を変化させる偏光板とを備える表示装置。
  2. 前記偏光板は、前記電界を発生させるための電極対と、前記電極対の間に設けられた液晶層とを有し、前記液晶層は、配向方向によって光の吸収率が異なる二色性色素を含む請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記液晶層は一軸配向された低分子液晶を含み、前記二色性色素は前記低分子液晶に沿って配向され、前記配向方向は、前記電極対に電圧を印加することにより制御される請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記液晶層は、前記配向方向と直交する直線偏光を透過させる請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記電極対は、前記複数の有機発光素子のそれぞれに対応して設けられ、前記有機発光素子の発光強度に応じた前記電界を発生させる請求項2乃至4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記電極対は、対応する前記有機発光素子の発光時に前記電界を発生させ、対応する前記有機発光素子の非発光時に前記電界を発生させない請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記電極対は、対応する前記有機発光素子と平面視において重なるようにマトリクス状に設けられた請求項5または6に記載の表示装置。
  8. 前記電極対の一方は、前記複数の有機発光素子の第1方向の配列に対応してストライプ状に設けられ、前記電極対の他方は、前記第1方向に直交する第2方向の配列に対応してストライプ状に設けられた請求項5または6に記載の表示装置。
  9. 前記電極対は、前記偏光板の基板の相対する面全体に設けられたベタ電極である請求項2乃至4のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 前記有機発光素子に印加される電圧に基づき前記電極対に印加する電圧を制御する制御部を備える請求項2乃至9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記複数の有機発光素子と前記偏光板との間に設けられ、透過する光に90度の位相差を与える1/4波長板を備える請求項1乃至10のいずれか1項に記載の表示装置。
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