JP6620035B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関する。
近年、高度情報化に伴い、薄型表示装置のニーズが高まっている。例えば、液晶表示装置、プラズマディスプレイ、および有機EL表示装置等の薄型表示装置が実用化されている。そして、各薄型表示装置の輝度向上や高精細化などの研究開発が盛んに行われている。例えば、有機EL(Electro Luminescence)表示装置における輝度向上の方法の1つとして、上面発光型の発光素子構造の有機EL表示装置において、マイクロキャビティ構造を採用する方法が提案されている。
特開2005−284276号公報 特開2002−158095号公報 特開2009−272059号公報 特表2012−507110号公報
サブピクセルごとに発光色が異なるサイドバイサイド方式の有機エレクトロルミネッセンスパネルにおいて、RGB各色の色純度を向上するためにマイクロキャビティ効果を強くすると、発光層から出射する光の波長が視野角によって変化して色度がずれ、表示画質が低下する。つまり、視野角が狭くなる。特許文献1〜4は、いずれも、回折格子を使用して光取り出し効率を向上させることを開示しているが、視野角を拡げることは開示していない。
本発明は、マイクロキャビティ効果によって狭くなる視野角を拡大することを目的とする。
本発明に係る表示装置は、積層された複数の層を有する表示装置であって、前記複数の層は、表示面を有する表示層と、複数の単位画素のそれぞれに対応する画素電極を備える画素電極層と、前記画素電極層に積層する発光素子層と、前記発光素子層に積層する共通電極層と、前記共通電極層に積層する封止層とを含み、前記複数の層は、前記発光素子層を挟んでマイクロキャビティを構成する少なくとも2層を含み、且つ前記発光素子層と前記表示層との間に位置し、界面が回折格子を構成する形状で積層する少なくとも一対の層を含むことを特徴とする。
本発明によれば、マイクロキャビティによって直進する光を、回折格子によって、斜めに進行させるので、視野角を拡大させることができる。
本発明の第1の実施形態に係る表示装置を示す概略図である。 複数の単位画素を拡大して示す表示装置の拡大図である。 図2に示す表示装置のIII−III線断面図である。 図2に示す表示装置のIV−IV線断面図である。 図5(A)、図5(B)及び図5(C)は、それぞれ、図4に示す表示装置のVA−VA線断面図、VB−VB線断面図及びVC−VC線断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る表示装置を示す概略断面図である。 図7(A)、図7(B)及び図7(C)は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)と同じ位置で切断した断面図である。 図8(A)、図8(B)及び図8(C)は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)に示す断面に直交する位置で切断した断面図である。 図9(A)、図9(B)及び図9(C)は、本発明の第5の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)に示す断面に直交する位置で切断した断面図である。
以下、本発明を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る表示装置を示す概略図である。表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を例に挙げる。表示装置は、駆動IC(Integrated Circuit)10が搭載される回路基板12を有する。回路基板12には、表示面14を有する表示層16が積層される。表示面14には、光からなる複数の単位画素18で構成される画像が表示される。
図2は、複数の単位画素18を拡大して示す表示装置の拡大図である。図3は、図2に示す表示装置のIII−III線断面図である。図4は、図2に示す表示装置のIV−IV線断面図である。
本実施形態に係る表示装置は、フルカラーの画像を表示する。複数の単位画素18は、複数色(例えば、赤、緑及び青)の単位画素18、例えば、赤画素18R、緑画素18G及び青画素18Bを含み、これらを合成してフルカラー画素を構成する。画像を構成する光は、波長がそれぞれ異なる複数の光を含む。赤、緑及び青の色のなかで、赤色の光の波長が最も長く、青色の光の波長が最も短い。
図3に示すように、回路基板12には、半導体層20が形成されている。半導体層20の上にソース電極22及びドレイン電極24が設けられている。半導体層20を覆ってゲート絶縁膜26が形成され、ゲート絶縁膜26の上にはゲート電極28が形成されている。ゲート電極28を覆って層間絶縁膜30が形成されている。ソース電極22及びドレイン電極24は、ゲート絶縁膜26及び層間絶縁膜30を貫通している。半導体層20、ソース電極22、ドレイン電極24及びゲート電極28によって薄膜トランジスタ32が構成される。薄膜トランジスタ32を覆うようにパッシベーション膜34が設けられている。
パッシベーション膜34の上には、電極下地層36が設けられている。電極下地層36の上には、複数の単位画素18それぞれに対応するように構成された画素電極層38が設けられている。電極下地層36は、少なくとも画素電極層38が設けられる面が平坦になるように形成される。画素電極層38は、例えば光を反射する下層と光を透過する上層からなり、光を反射するようになっている。画素電極層38は、電極下地層36、パッシベーション膜34を貫通するコンタクトホール40によって、半導体層20上のソース電極22及びドレイン電極24の一方に電気的に接続している。
電極下地層36及び画素電極層38上に、絶縁層42が形成されている。絶縁層42は、画素電極層38の周縁部に載り、画素電極層38の一部(例えば中央部)を開口させるように形成されている。絶縁層42によって、画素電極層38の一部を囲むバンクが形成される。
画素電極層38上に発光素子層44(自発光素子層と呼ぶ場合も有る)が設けられている。発光素子層44は、正孔輸送注入層46、正孔輸送層48、発光層50及び電子注入輸送層52を含む。発光層50は、異なる色の単位画素18に対応して、画素電極層38ごとに分離して設けられている。図2に示す赤画素18R、緑画素18G及び青画素18Bに対応して、図4に示すように、赤発光層50R、緑発光層50G及び青発光層50Bが設けられている。正孔輸送層48も、画素電極層38ごとに分離して設けられている。これに対して、正孔輸送注入層46及び電子注入輸送層52は、複数の画素電極層38の上方に連続的に覆うように設けられている。
発光素子層44の上には、共通電極層54(例えば陰極)が設けられている。共通電極層54は、バンクとなる絶縁層42の上方に載るように形成する。発光素子層44は、画素電極層38及び共通電極層54に挟まれ、両者間を流れる電流によって発光し、その輝度は薄膜トランジスタ32(図3)によって制御される。
発光素子層44は、積層した複数の層(例えば、第1無機層56、第1有機層58、第2有機層60及び第2無機層62)からなる封止層64によって封止されて、水分から遮断されている。第1無機層56及び第2無機層62は窒化ケイ素などの無機材料で形成し、第1有機層58及び第2有機層60はポリイミド樹脂やアクリル樹脂などの有機材料で形成することができる。光屈折率は、窒化ケイ素が最も大きく、次にポリイミド樹脂が大きく、アクリル樹脂が最も小さい。封止層64を構成する複数の層はそれぞれ光透過性を有する。封止層64の上方には、光透過性の充填層66を介して、透明のガラスや樹脂などからなる対向基板である表示層16が設けられる。表示層16には、図示しないブラックマトリクスを設けてもよい。
図4に示すように、第1有機層58と第2有機層60の間には、第1格子層68が設けられている。第1格子層68は、遮光性を有していてもよいが、この例では光透過性を有する。第1格子層68は、複数の第1凸条部70がある第1表面形状を有する。複数の第1凸条部70は、表示面14に平行な第1方向D1(紙面表裏方向)にそれぞれ間隔をあけて第1方向D1に交差する第2方向(図4の左右方向)にそれぞれ延びる。第1有機層58は、第1格子層68の第1表面形状に接触して積層する。第1格子層68は、第2方向D2にそれぞれ延びる複数の第1スリット72を有する(図5参照)。隣同士の第1スリット72の間に複数の第1凸条部70のそれぞれが形成される。なお、第1方向D1及び第2方向D2は、任意に設定することができ、入れ替えてもよい。
第2有機層60と第2無機層62の間には、第2格子層74が設けられている。第2格子層74は、遮光性を有していてもよいが、この例では光透過性を有する。第2格子層74は、複数の第2凸条部76がある第2表面形状を有する。複数の第2凸条部76は、第2方向D2にそれぞれ間隔をあけて第1方向D1にそれぞれ延びる。複数の第2凸条部76の幅は、複数の第1凸条部70の幅に等しい。第2有機層60は、第2格子層74の第2表面形状に接触して積層する。第2格子層74は、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の第2スリット78を有し、隣同士の第2スリット78の間に複数の第2凸条部76のそれぞれが形成される。第2スリット78の幅は、第1スリット72の幅に等しい。
表示装置は、積層された複数の層を有する。少なくとも2層(具体的には画素電極層38及び共通電極層54)は、発光素子層44を挟んでマイクロキャビティを構成する。マイクロキャビティにより、光が共振して色純度の高い強い光を取り出すことができる。画素電極層38及び共通電極層54の一方(具体的には画素電極層38)は、発光素子層44の、表示層16とは反対側にある反射層であって、マイクロキャビティを構成するための少なくとも2層の1つである。
マイクロキャビティは、光を垂直に共振するため、視野角依存性が高く、正面方向に比べて斜め方向には発光強度が低下する。そこで、本実施形態では、光の回折により、視野角を広げるようにしている。詳しくは、発光素子層44から表示層16に向かう光の経路の途中に回折格子が設けられる。
少なくとも一対の層(第1層及び第2層)の界面に第1回折格子が形成される。第1層は第1格子層68であり、第2層は第1有機層58である。第1格子層68の表面に、第1回折格子が構成される。第1スリット72が第2方向D2に延びるので、第1方向D1に光は回折する。第1回折格子は、透過型であって、発光素子層44の、表示層16の側にある。第1格子層68が光透過性を有していれば、第1格子層68自体を透過した光も単位画素18の一部として利用することができる。なお、光透過性の第1格子層68は、第2層(第1有機層58)よりも光屈折率が大きい材料で形成されている。
他の一対の層(第3層及び第4層)も、界面が回折格子を構成する形状で積層する。第3層は第2格子層74であり、第4層は第2有機層60である。第2格子層74の表面に、第2回折格子が構成される。第2スリット78が第1方向D1に延びるので、第2方向D2に光は回折する。第2回折格子は、透過型であって、発光素子層44の、表示層16の側にある。第2格子層74が光透過性を有していれば、第2格子層74自体を透過した光も単位画素18の一部として利用することができる。なお、光透過性の第2格子層74は、第4層(第2有機層60)よりも光屈折率が大きい材料で形成されている。
図5(A)、図5(B)及び図5(C)は、それぞれ、図4に示す表示装置のVA−VA線断面図、VB−VB線断面図及びVC−VC線断面図である。
回折格子は、光の波長が長いほど回折角が大きく、スリットの幅が大きいほど回折角が小さくなる。第1回折格子は、複数の光にそれぞれ応じた複数の第1回折格子を含む。具体的には、複数の第1回折格子は、対応する複数の光の波長の長さに応じて、複数の第1凸条部70の相互間隔(つまり第1スリット72の幅)が大きくなる。詳しくは、赤の光に応じた第1赤回折格子80、緑の光に応じた第1緑回折格子82及び青の光に応じた第1青回折格子84が設けられる。第1赤回折格子80の第1スリット72の幅が最も大きく、次に第1緑回折格子82の第1スリット72の幅が大きく、第1青回折格子84の第1スリット72の幅が最も小さい。例えば、6:5:4の比率である。これにより、異なる色の光が回折によって進行する方向をそろえることができる。
同様に、第2回折格子は、複数の光にそれぞれ応じた複数の第2回折格子を含む。具体的には、複数の第2回折格子は、対応する複数の光の波長の長さに応じて、複数の第2凸条部76の相互間隔(つまり第2スリット78の幅)が大きくなる。詳しくは、赤の光に応じた第2赤回折格子86、緑の光に応じた第2緑回折格子88及び青の光に応じた第2青回折格子90が設けられる。第2赤回折格子86の第2スリット78の幅が最も大きく、次に第2緑回折格子88の第2スリット78の幅が大きく、第2青回折格子90の第2スリット78の幅が最も小さい。例えば、6:5:4の比率である。これにより、異なる色の光が回折によって進行する方向をそろえることができる。
本実施形態によれば、マイクロキャビティによって直進する光を、回折格子によって、斜めに進行させるので、視野角を拡大させることができる。なお、第1青回折格子84及び第2青回折格子90の開口幅(スリットの幅)が等しく、第1赤回折格子80及び第2赤回折格子86の開口幅(スリットの幅)が等しく、第1緑回折格子82及び第2緑回折格子88の開口幅(スリットの幅)が等しい。こうすることで、第1方向D1及び第2方向D2への光の回折角度を等しくすることができる。
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置を示す概略断面図である。本実施の形態では、第2回折格子を構成するための第3層及び第4層が、第1の実施形態と異なる。具体的には、第2無機層262が第3層であり、第2有機層260が第4層である。第3層(第2無機層262)は、第4層(第2有機層260)よりも光屈折率が大きい材料で形成されている。第2無機層262(第3層)は、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の第2凹条部292を有する。隣同士の第2凹条部292の間に複数の第2凸条部276のそれぞれが形成される。その他の内容は、第1の実施形態で説明した内容が該当する。
[第3の実施形態]
図7(A)、図7(B)及び図7(C)は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)と同じ位置で切断した断面図である。
本実施形態では、第1回折格子を構成するための第1層が、第1の実施形態と異なる。具体的には、第2有機層360が第1層であり、第1有機層358が第2層である。第2有機層360(第1層)は、第2方向D2にそれぞれ延びる複数の第1凹条部394を有し、隣同士の第1凹条部394の間に複数の第1凸条部370のそれぞれが形成される。その他の内容は、第1の実施形態で説明した内容が該当する。
[第4の実施形態]
図8(A)、図8(B)及び図8(C)は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)に示す断面に直交する位置で切断した断面図である。したがって、図5と図8では、第1方向D1と第2方向D2が反対になっている。
本実施形態では、第1回折格子は、第1の実施形態では第2回折格子として説明した構造になっている。つまり、第2方向D2に沿って延びる第1格子層468は、方向を除いて、図5に示す第2格子層74と同じ構造である。
本実施形態の第2回折格子を構成するための第3層及び第4層は、第1の実施形態と異なる。具体的には、画素電極層38及び共通電極層454のうち、表示層16に近い側にある一方(共通電極層454)が第3層である。第2無機層462が第4層である。なお、第3層(共通電極層454)は、第2層(第2無機層462)よりも光屈折率が大きい材料で形成する。共通電極層454(第3層)は、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の第2凹条部492を有する。隣同士の第2凹条部492の間に複数の第2凸条部476のそれぞれが形成される。
共通電極層454(第3層)が有する第2表面形状は、その下にある電子注入輸送層452の形状に対応している。電子注入輸送層452の表面にも、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の凸条部496が形成されている。その他の内容は、第1の実施形態で説明した内容が該当する。
[第5の実施形態]
図9(A)、図9(B)及び図9(C)は、本発明の第5の実施形態に係る表示装置を示し、それぞれ、図5(A)、図5(B)及び図5(C)に示す断面に直交する位置で切断した断面図である。したがって、図5と図9では、第1方向D1と第2方向D2が反対になっている。
本実施形態では、第1回折格子は、第1の実施形態では第2回折格子として説明した構造になっている。つまり、第2方向D2に沿って延びる第1格子層568は、方向を除いて、図5に示す第2格子層74と同じ構造である。
本実施形態の第2回折格子を構成するための第3層及び第4層は、第1の実施形態と異なる。第2回折格子は、反射型である。具体的には、画素電極層538及び共通電極層54のうち、表示層16から離れた側にある一方(画素電極層538)が第3層である。正孔輸送注入層546が第4層である。なお、第3層(画素電極層538)は、第4層(正孔輸送注入層546)よりも光屈折率が大きい材料で形成する。画素電極層538(第3層)は、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の第2凹条部592を有する。隣同士の第2凹条部592の間に複数の第2凸条部576のそれぞれが形成される。
画素電極層538(第3層)が有する第2表面形状は、その下にある電極下地層536の形状に対応している。電極下地層536の表面にも、第1方向D1にそれぞれ延びる複数の凸条部598が形成されている。その他の内容は、第1の実施形態で説明した内容が該当する。
なお、表示装置は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置には限定されず、量子ドット発光素子(QLED:Quantum‐Dot Light Emitting Diode)のような発光素子を各画素に備えた表示装置であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
10 駆動IC、12 回路基板、14 表示面、16 表示層、18 単位画素、18R 赤画素、18G 緑画素、18B 青画素、20 半導体層、22 ソース電極、24 ドレイン電極、26 ゲート絶縁膜、28 ゲート電極、30 層間絶縁膜、32 薄膜トランジスタ、34 パッシベーション膜、36 電極下地層、38 画素電極層、40 コンタクトホール、42 絶縁層、44 発光素子層、46 正孔輸送注入層、48 正孔輸送層、50 発光層、50R 赤発光層、50G 緑発光層、50B 青発光層、52 電子注入輸送層、54 共通電極層、56 第1無機層、58 第1有機層、60 第2有機層、62 第2無機層、64 封止層、66 充填層、68 第1格子層、70 第1凸条部、72 第1スリット、74 第2格子層、76 第2凸条部、78 第2スリット、80 第1赤回折格子、82 第1緑回折格子、84 第1青回折格子、86 第2赤回折格子、88 第2緑回折格子、90 第2青回折格子、260 第2有機層、262 第2無機層、276 第2凸条部、292 第2凹条部、358 第1有機層、360 第2有機層、370 第1凸条部、394 第1凹条部、452 電子注入輸送層、454 共通電極層、462 第2無機層、476 第2凸条部、492 第2凹条部、496 凸条部、536 電極下地層、538 画素電極層、546 正孔輸送注入層、576 第2凸条部、592 第2凹条部、598 凸条部。

Claims (14)

  1. 積層された複数の層を有する表示装置であって、前記複数の層は、
    表示面を有する表示層と、
    複数の単位画素のそれぞれに対応する画素電極を備える画素電極層と、
    前記画素電極層に積層する発光素子層と、
    前記発光素子層に積層する共通電極層と、
    前記共通電極層に積層する封止層と、
    を含み、
    前記複数の層は、前記発光素子層を挟んでマイクロキャビティを構成する少なくとも2層を含み、且つ前記発光素子層と前記表示層との間に位置し、界面が回折格子を構成する形状で積層する少なくとも一対の層を含み、
    前記回折格子を構成するための前記少なくとも一対の層は、前記表示面に平行な第1方向にそれぞれ間隔をあけて前記第1方向に交差する第2方向にそれぞれ延びる複数の凸条部がある表面形状を有する第1層と、前記表面形状に接触して積層する第2層と、を含み、
    前記第1層の表面に、前記回折格子が構成され、
    前記回折格子を構成するための前記少なくとも一対の層は、前記第2方向にそれぞれ間隔をあけて前記第1方向にそれぞれ延びる複数の凸条部がある第2表面形状を有する第3層と、前記第2表面形状に接触して積層する第4層と、を含み、
    前記第3層の表面にも、前記回折格子が構成されることを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1に記載された表示装置において、
    前記画素電極層及び前記共通電極層の一方は反射層を含み、前記マイクロキャビティを構成するための前記少なくとも2層の1つであることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項2に記載された表示装置において、
    前記第1層は、前記第2方向にそれぞれ延びる複数のスリットを有し、隣同士の前記スリットの間に前記複数の凸条部のそれぞれが形成されることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項2に記載された表示装置において、
    前記第1層は、前記第2方向にそれぞれ延びる複数の凹条部を有し、隣同士の前記凹条部の間に前記複数の凸条部のそれぞれが形成されることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項3又は4に記載された表示装置において、
    前記第1層の前記表面に構成される前記回折格子は、透過型であって、前記発光素子層の、前記表示層の側にあることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項3から5のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記第3層は、前記第1方向にそれぞれ延びる複数の第2スリットを有し、隣同士の前記第2スリットの間に前記複数の凸条部のそれぞれが形成されることを特徴とする表示装置。
  7. 請求項3から5のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記第3層は、前記第1方向にそれぞれ延びる複数の第2凹条部を有し、隣同士の前記第2凹条部の間に前記複数の凸条部のそれぞれが形成されることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項6又は7に記載された表示装置において、
    前記第3層の前記表面に構成される前記回折格子は、透過型であって、前記発光素子層の、前記表示層の側にあることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項8に記載された表示装置において、
    前記第3層及び前記第4層の一方は、前記画素電極層及び前記共通電極層のうち、前記表示層に近い側にある一方であることを特徴とする表示装置。
  10. 請求項6又は7に記載された表示装置において、
    前記第3層の前記表面に構成される前記回折格子は、反射型であって、前記発光素子層の、前記表示層とは反対側にあることを特徴とする表示装置。
  11. 請求項10に記載された表示装置において、
    前記第3層及び前記第4層の一方は、前記画素電極層及び前記共通電極層のうち、前記表示層から離れた側にある一方であることを特徴とする表示装置。
  12. 請求項3から11のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記複数の単位画素は、フルカラー画素を構成するための複数色からなり、
    前記光は、前記複数色に応じて波長が異なる複数の光を含み、
    前記回折格子は、前記複数の光にそれぞれ応じた複数の回折格子を含み、
    前記複数の回折格子は、対応する前記複数の光の前記波長の長さに応じて、前記複数の凸条部の相互間隔が大きくなることを特徴とする表示装置。
  13. マイクロキャビティを構成する少なくとも2層を含む表示装置であって、
    画素電極と、
    前記画素電極の上に配置された発光素子層と、
    前記発光素子層の上に配置された共通電極と、
    前記共通電極の上に配置された封止層と、
    を有し、
    前記封止層は、第1回折格子と、前記第1回折格子と前記共通電極との間に位置する第2回折格子とを含み、
    前記封止層は、無機材料からなる第1無機層と、無機材料からなり前記第1無機層と前記共通電極との間に位置する第2無機層と、有機材料からなり前記第1無機層と前記第2無機層との間に位置する有機層とを有し、
    前記第1回折格子は前記有機層に位置し、
    前記第2回折格子は前記第2無機層の上に位置していることを特徴とする表示装置。
  14. 請求項13に記載された表示装置において、
    前記有機層は、前記第1無機層に接する第1有機層と、前記第1有機層と前記第2無機層とに接する第2有機層とを有し、
    前記第1回折格子は、前記第1有機層と前記第2有機層との界面に位置していることを特徴とする表示装置。
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