CN1631059A - 图像显示装置及其制造方法 - Google Patents

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中马隆
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内田庆彦
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Abstract

图像显示装置具有被配置在沿着其显示面的法线方向的纵向的不同位置上的一个以上的透射型显示屏。各个透射型显示屏具有被夹在前面侧及后面侧的透射膜之间的发光层。后面侧透射膜具有产生比前面侧的发光效率小的发光效率的最大折射率阶差的界面，该前面侧的发光效率具有发光层的发光效率因光学干涉而对应透射膜的膜厚而变化的发光效率特性。

Description

图像显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用了具有发光层的透射型显示屏的图像显示装置及其制造方法。
背景技术
关于具有被夹在前面侧及后面侧的透射膜之间的发光层的透射型显示屏，例如，公知有一种利用通过注入电流而发光的呈现电致发光(以下称为EL)性质的无机或有机材料的薄膜，并具备由该EL材料构成的发光层的EL显示屏。
作为透射型显示屏的一种应用是立体图像显示装置。例如，在普通的显示屏的前面相隔一定的间隔排列设置透射型显示屏，分别使其显示同一图像，这样在透过透射型显示屏观察同一图像时，观察者所看到的不是在纵向方向上的两个不同的图像，而是融合在一起的一个图像。有一种立体图像显示装置就是根据这种原理，通过部分地改变两个同一图像的亮度(辉度)比，来构成使观察者感觉为是立体图像的融合图像。
该立体图像显示装置不仅不需要3D专用的眼镜，而且由于能够显示自然的立体图像，所以比以往的立体图像显示装置能够减轻观察者的疲劳感。
虽然不仅限于立体图像显示装置，但在一般的情况下，在透过纵向隔开排列的透射型显示屏对显示影像的显示屏进行观察时，前面屏板的映射，即，前面侧的影像被反射到后面侧屏板上，然后再次向前面侧映射。其结果会使得所看到的图像变得模糊。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述的问题，提供一种能够对观察者呈现鲜明的图像的图像显示装置及其制造方法。
本发明的图像显示装置，具有被配置在沿着其显示面的法线方向的纵向的不同位置上的一个以上的透射型显示屏，其特征在于，
各个所述透射型显示屏具有前面侧及后面侧的透射膜和被夹在前面侧及后面侧的透射膜之间的发光层，
前面侧及后面侧的透射膜以及发光层的叠层体具有使发光层的发光效率作为前面侧及后面侧的透射膜的函数而变化的光学干涉的发光效率特性，
所述后面侧透射膜具有产生小于所述前面侧的发光效率的所述后面侧的发光效率的最大折射率阶差的界面。
另外，本发明的透射型显示屏的制造方法，用于制造形成在透光性的基板上的发光层具有后面及前面侧透射膜的透射型显示屏，其特征在于，包括：
叠层包含最大折射率阶差的界面的一层以上后面侧透射膜的第1叠层工序；
在所述后面侧透射膜上叠层以波长为λ的光为主要成分进行发光的发光层的第2叠层工序，
在所述第1工序中，以使得从所述发光层到所述最大折射率阶差的界面的光学距离约等于波长λ的1/4的奇数倍的膜厚，叠层所述后面侧透射膜。
附图说明
图1是将本发明的实施方式的图像显示装置剖开表示的立体示意图。
图2是表示本发明的实施方式的图像显示装置中的透射型显示屏及反射型显示屏的局部剖视示意图。
图3是表示本发明的实施方式的图像显示装置中的透射型显示屏的有机EL元件的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式的图像显示装置中的透射型显示屏的有机EL元件内的有机化合物材料层中的反射的剖视图。
图5是表示为了实验而制作的有机EL元件的剖视图。
图6是表示关于本发明的有机EL元件的空穴输送层膜厚的外部取出量子效率的特性的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的图像显示装置的实施方式进行说明。
图1表示具有被收容在框体100内，并且被配置在从前面向后面沿着显示面的法线方向的纵向的不同位置上的3个透射型显示屏101和1个反射型显示屏101a的图像显示装置。显示装置除了显示屏101，还具有未图示的电源、地址驱动器、数据驱动器、控制器等电路。
透射型显示屏101及反射型显示屏101a是，例如由无源矩阵驱动方式的多个有机EL元件构成的有机EL显示装置。
显示屏101具有在其显示面上分别以规定的间隔平行形成的n(整数)条扫描线和分别以规定的间隔平行形成的m(整数)条数据线，扫描线及数据线相隔规定的距离并相互形成直角。显示屏101具有分别形成在对应扫描线及数据线的各个交点的部分上的n×m个发光部102。并且各个显示屏还具有电源线和公共线。与各个发光部102连接。各个扫描线的一端与地址驱动器连接，各个数据线的一端与数据驱动器连接。
地址驱动器向扫描线逐条地顺序施加电压。数据驱动器向数据线施加为了使发光部发光的数据电压。控制器与地址驱动器及数据驱动器连接，根据预先供给的图像数据控制地址驱动器及数据驱动器的动作。
如图2所示，如果以透射型显示屏101及反射型显示屏101a这两个为例，则在把透射型显示屏101在纵向的方向上离开反射型显示屏101a排列的情况下，可在前面侧观察到两者的发光。反射型显示屏101a中的有机EL元件的发光部102，如图2所示，具有在玻璃基板2上依次叠层金属电极5、包括发光层的多层有机化合物材料层4(非发光部分为透射膜)、透明电极3的结构。另外，透射型显示屏101中的有机EL元件的发光部102，如图2所示，具有在玻璃基板2上依次叠层透明电极3、包括发光层的多层有机化合物材料层4、第2透明电极3a的结构。另外，两者都被玻璃板2a等透明罩所保护。因此，反射型显示屏101a中的有机EL元件的发光部102的发光虽然是朝向前面侧的观察者，但是透射型显示屏101的有机EL元件的发光部102的发光的一部分却朝向后面侧的反射型显示屏101a。
在本实施方式中，通过调整有机化合物材料层等的透射膜的光学膜厚，利用光学干涉来抑制从透射型显示屏101的有机EL元件的发光部102射向后面侧的反射型显示屏101a的发光。即，通过设置最大折射率阶差的界面，利用因与其反射光的光学干涉而对应有机化合物材料层的膜厚而变化的发光效率特性，有效地控制从被夹在透射型显示屏101中的前面侧及后面侧的有机化合物材料层中的发光层的发光的效率，使得向后面侧的发光效率小于向前面侧的发光效率。
下面，对透射型显示屏101中的有机EL元件的发光部102的光路及发光效率进行详细说明。如图3所示，在具有在玻璃基板2上依次叠层ITO(铟锡氧化物)透明电极3、包括发光层的多层有机化合物材料层4、第2透明电极3a的结构的有机EL元件102中，有机化合物材料层4以发光层的发光中心10为界被划分为前面侧4D和后面侧4d。
在有机EL元件102中，由于玻璃基板2与透明电极3的界面的折射率阶差大大高于其它邻接层的折射率差，所以该具有最大折射率阶差的界面具有明显的作为反射面的作用。由于有机化合物材料层4D、4d的折射率约为1.8，ITO透明电极3的折射率约为2.0，玻璃(碱石灰玻璃)基板2的折射率约为1.5，而有机化合物材料层4d与透明电极3之间的折射率差为0.2，玻璃基板2与透明电极3之间的折射率差为0.5，所以在后面侧，玻璃基板2与透明电极3的折射率差最大。这样，关于从发光层的发光中心10朝向透明电极3发出的再返回到发光中心10的光，可以忽略有机化合物材料层与透明电极3之间等的小的折射率差，而只考虑玻璃基板2及透明电极3的最大折射率阶差。此外，最大折射率阶差的界面不仅可由玻璃电极及透明电极来形成，而且也可以通过在有机化合物材料层4d内部设置高折射率材料膜来形成。
在图3的有机EL元件102中，在发光中心发生的光的发射路径主要有(1)从发光中心直接向前面侧发射、(2)从发光中心朝向后面侧发射，然后其中一部分被反射回发光中心，再通过该中心朝向前面侧发射、以及(3)被玻璃反射回发光中心，然后以相同的路径发射。对于发光效率的影响，路径(1)大于路径(2)。
下面说明后面侧的有机化合物材料层4d的光学膜厚的设定，即，上述(2)的光学发射路径中的干涉。如图3所示，当分别把在透明电极2与玻璃基板2的界面被反射，返回到发光中心的全体的折射率设为n、膜厚设为d时，其光程长2nd是有机化合物材料层的光程长和透明电极的光程长的合计，即，
2nd＝2(norgdorg+nITOdITO)
(式中，norg表示有机化合物材料层4d的折射率、dorg表示有机化合物材料层4d的膜厚、nITO表示透明电极3的折射率、dITO表示透明电极3的膜厚)
这样，当该往复的光的光程长2nd等于波长λ的整数倍时，返回光与发射光的干涉最大。由此，如图4所示，从干涉成为最大的发光中心到最大折射率阶差的界面的光学距离表示为
2(norgdorg+nITOdITO)＝jλ
∴(norgdorg+nITOdITO)＝2j/(λ/4)
(式中，j＝1、2、3…的整数)
只要将有机化合物材料层4d及透明电极3的合计膜厚设定为接近该光学距离，则由于干涉而使返回到后面侧的不需要的光的光强度增大。即，只要在干涉效果成为最大的有机化合物材料层4d的后面侧所形成的膜厚，使得从发光中心10到最大折射率阶差的界面的光学距离(norgdorg+nITOdITO)避免约等于波长λ的1/4的偶数倍，也就是使其约等于波长λ的1/4的奇数倍即可。这样，通过在后面侧的有机化合物材料层等中设置最大折射阶差的界面，利用因与其反射光的光学干涉而对应有机化合物材料层的膜厚而变化的发光效率特性，并通过调整后面侧的有机化合物材料层的光学膜厚，有效地控制其发光效率，使其小于前面侧的发光效率，可利用光学干涉来抑制从发光部102射向后面侧的反射型显示屏101a的光。
在制造有机EL元件时，作为第1有机化合物材料层形成工序，是在形成于透光性基板上的透明电极上，通过以使得从发光层的发光中心到最大折射率阶差的界面的光学距离略等于波长λ的1/4的奇数倍的膜厚，叠层除去以波长λ的光为主要成分而发光的发光层的有机化合物材料层中的1层以上的层，来形成后面侧的有机化合物材料层。然后，作为第2有机化合物材料层形成工序，以使其略等于波长λ的1/4的偶数倍的膜厚，在后面侧的有机化合物材料层上叠层发光层及剩余的前面侧的有机化合物材料层，在其上面形成第2透明电极3a。
这样，由于构成了具有被夹在透射型显示屏101中的前面侧及后面侧的有机化合物材料层中的发光层的有机EL元件的光学干涉结构，所以当逐渐增加有机化合物材料层的膜厚时，依次出现上述光射出路径的相位一致的膜厚，特别是，可显示出相对有机化合物材料层的前面侧的膜厚的发光效率特性的最大值及最小值。即发光效率特性受有机化合物材料层的透明电极侧的合计膜厚的控制。
例如，如图5所示，通过在基板2上依次形成透明电极(阳极)3/空穴输送层42/发光层43/透明电极(阴极)5，制作出分别以ITO(100nm或175nm)/TPD diphenyl-N，N’-bis(3-methlphenyl)-1，1’-diphenyl-4-4’diamine(40～200nm)/铝8-羟基喹啉螯合物tris(8-hydroxyquinoline)aluminumAlq3(60nm)/添加锂的ITO为各个材料(膜厚)的多个有机EL元件，对具有不同的空穴输送层的膜厚的元件，测定有机EL元件的外部输出量子效率。在这种情况下，以发光层43的空穴输送层42侧的界面附近为发光中心。
图6表示成为有机化合物材料层的一部分的空穴输送层膜厚与有机EL元件的外部输出量子效率的关系。如图6所示，对于相同膜厚(100nm或175nm)的透明电极，如果用横轴表示空穴输送层的膜厚，在纵轴上画出外部量子效率，则效率呈周期性的增减。在图6中，对膜厚分别为100nm及175nm的两种透明电极分别用虚线及实线画出。两曲线的关系虽然其增减的周期相同，但其相位相差半个周期。这是因为两种透明电极的膜厚差(75nm)在光学上为EL光谱的峰值波长(520nm)的半波长的奇数倍，干涉的强弱成为反相。而且，可以推测出，两曲线出现振幅差是由于在透明电极和有机化合物材料层的折射率阶差大时，受从该界面发射的影响。
此外，在上述的实施方式中，只对单色的波长进行了说明，但作为其它实施方式，也可以采用在各个矩阵位置的像素中，分别独立地叠层由在被施加电流时分别呈现蓝、绿、红不同EL发光颜色的有机化合物材料构成的发光层的多色发光的显示装置。根据这样的其它实施方式，可以将一组发光色分别为蓝、绿及红的有机EL元件作为一个像素，实现具有多个该像素的矩阵驱动显示装置。
具体是，在设置于折射率(n＝1.525、n＝1.520、n＝1.515)的玻璃基板上的折射率(n＝2.01、n＝1.93、n＝1.76)的ITO电极上，设置折射率(n＝1.85、n＝1.75、n＝1.72)的后面侧的空穴输送层，制作出由有机EL元件构成的透射型显示屏，该有机EL元件具有由分别呈现蓝(λ＝450nm)、绿(λ＝530nm)、红(λ＝620nm)的EL发光的有机化合物材料构成的发光层的双层结构。在这些情况下，折射率成为对应各色波长的值，相关的后面侧的空穴输送层的膜厚被分别设定为60.8nm、75.7nm、90.1nm。
另外，在上述的实施方式中，是对利用了有机EL材料的薄膜的有机EL元件进行了说明，但也可以采用由利用了无机EL材料的薄膜的无机EL元件构成的透射型显示屏来构成图像显示装置。

Claims (9)

1.一种图像显示装置，具有被配置在沿着其显示面的法线方向的纵向的不同位置上的一个以上的透射型显示屏，其特征在于，
各个所述透射型显示屏具有前面侧及后面侧的透射膜和被夹在前面侧及后面侧的透射膜之间的发光层，
前面侧及后面侧的透射膜以及发光层的叠层体具有使发光层的发光效率作为前面侧及后面侧的透射膜的函数而变化的光学干涉的发光效率特性，
所述后面侧透射膜具有产生小于所述前面侧的发光效率的所述后面侧的发光效率的最大折射率阶差的界面。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述后面侧透射膜中的所述最大折射率阶差的界面的位置，是在所述发光效率特性中在相邻的最大值之间产生最小值时距所述发光层的光学距离的位置。
3.根据权利要求2所述的有机电致发光元件，其特征在于，在所述发光层由以波长λ的光为主要成分进行发光的材料构成的情况下，从所述发光层到所述后面侧透射膜中的所述最大折射率阶差的界面的光学距离约等于所述波长λ的1/4的奇数倍。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，所述发光层由呈现电致发光的有机化合物构成，所述前面侧及后面侧的透射膜的至少一方包含向所述发光层供给空穴或电子的有机化合物材料层，并且，具有将所述发光层及所述有机化合物材料层夹在中间的一对透明电极。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，由所述透明电极划定所述前面侧及后面侧的最大折射率阶差的界面。
6.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，排列设置多层所述发光层，多层的所述发光层由呈现不同的电致发光的有机化合物构成，对应所述发光色配置所述最大折射率阶差的界面的位置。
7.一种制造方法，用于制造形成在透光性的基板上的发光层具有后面及前面侧透射膜的透射型显示屏，其特征在于，包括
叠层包含最大折射率阶差的界面的一层以上后面侧透射膜的第1叠层工序；
在所述后面侧透射膜上叠层以波长λ的光为主要成分进行发光的发光层的第2叠层工序，
在所述第1工序中，以使得从所述发光层到所述最大折射率阶差的界面的光学距离约等于波长λ的1/4的奇数倍的膜厚，叠层所述后面侧透射膜。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，
包括在所述发光层上以约等于波长λ的1/4的偶数倍的膜厚，叠层前面侧透射膜的叠层工序，
前面侧及后面侧的透射膜以及发光层的叠层体具有使发光层的发光效率作为前面侧及后面侧的透射膜的函数而变化的光学干涉的发光效率特性，
所述后面侧透射膜具有使得产生小于所述前面侧的发光效率的所述后面侧的发光效率的最大折射率阶差的界面。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述发光层由呈现电致发光的有机化合物构成，所述前面侧及后面侧的透射膜的至少一方包含向所述发光层供给空穴或电子的有机化合物材料层，并且，具有将所述发光层及所述有机化合物材料层夹在中间的一对透明电极。
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