JP2004221081A

JP2004221081A - 有機発光ダイオード表示装置

Info

Publication number: JP2004221081A
Application number: JP2004003228A
Authority: JP
Inventors: Ronald S Cok; エス．コクロナルド
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US6936960B2; EP1437778A3; CN1551095A; US20040135499A1; TW200422996A; CN100388525C; EP1437778A2; KR20040064625A

Abstract

【課題】コントラストを向上した改良型OLED表示装置を提供すること。
【解決手段】基板と、該基板の片面上に配置された、一方向に光を放出するためのアレイ状OLED要素と、該基板上の該アレイ状OLED要素の側方に配置された、該OLED要素を駆動するための回路部品と、該回路部品の上の該発光方向に配置されたブラックマトリックスと、該回路部品、該OLED要素及び該ブラックマトリックスの上の該発光方向に配置された円偏光子とを含んでなるOLED表示装置。
【選択図】図３

Description

本発明は有機発光ダイオード（OLED）表示装置に関し、より詳細には、そのコントラストを改良することに関する。

様々な大きさのフラットパネル型表示装置、例えば有機発光ダイオード（OLED）表示装置が、コンピュータや通信用途の多くに用いられることが提案されている。特に、OLED表示装置は、屋内及び屋外の双方の用途において多種多様な周囲照明条件下で使用されている。屋内用途における周囲照明レベルは比較的低く、所要表示輝度レベルは低くて済む。対照的に、屋外用途の場合には、周囲照明レベルが高くなり得るので、高いレベルの表示輝度と共に、低い表示装置反射率が要求される場合がある。さらに、ほとんどのOLED表示装置は、日中の屋外使用から暗室での夜間使用に至るまで、高低両方から実在しない周囲照明に至る条件下で使用されることが提案されている。

現行の照明及び表示可視性標準は、明るく晴れた日の屋外照明の標準として75,000ルクスを引用する。明るい曇りの日の照明は16,000ルクスであり、またどんより曇った日の明るさは6,000ルクスで、非常にどんより曇った日の明るさは1,000ルクスである。屋内照明は０〜1,000ルクスの範囲内にある。表示装置の視認性(viewability)標準は、表示装置上の文字を読むための最低表示コントラスト比標準を３に設定する。他の種類の表示情報、例えば画像では、より高いコントラスト、例えば１０、が必要となる。

OLED表示装置に対して提案される観察条件が多様であるならば、適当なコントラストを有するOLED表示装置を設計することは困難である。OLED表示装置は、有機材料の発光層に電流を供給するため導電性電極、典型的にはある形態の高反射性金属、を使用することに頼る。反射性金属は周囲光を表示装置の観察者に向けて反射するので、表示装置が観察しにくくなる。その上、OLED表示装置には発光領域と非発光領域とが含まれる。非発光領域は回路部品、例えば薄膜トランジスタ、キャパシタ、ドライバ及び信号線、からなることが典型的である。

OLED表示装置のコントラストを改良する方法の一つに、該表示装置の上に円偏光子を使用する方法がある。円偏光子には偏光子と四分の一波長板とが含まれる。偏光子が表示装置に注がれる周囲光を偏光させ、そしてその偏光された光の偏光方向を四分の一波長板が４５度だけ回転させる。その後反射してその四分の一波長板を通過して戻ってくる偏光はすべて、さらに４５度だけ回転されるので、その偏光方向は偏光子に対して直交することとなり、よって該偏光子によって実質的に完全に吸収される。円偏光子は、該偏光子を１回通過する光の約６０％を吸収する。正反射して円偏光子を通過して戻ってくる周囲光の約９９．５％は吸収される。したがって、円偏光子を介してOLED表示装置が放出する光の約６０％が失われる一方、該OLED表示装置の表面に注がれる周囲光の９９．５％が吸収される。好適な円偏光子が、例えば３Ｍ社から市販されており、当該特許文献にも記載されている。例えば、2002年2月7日発行の国際公開第０２１０８４５号（Trapani他）に、有機発光ダイオード又はプラズマ表示装置のような放出型表示モジュールに使用するために設計された未保護Ｋ型偏光子及び四分の一波長リターダを含む高耐久性円偏光子が記載されている。しかしながら、円偏光子を使用しても、OLED装置のコントラストは、屋外での使用に対しては十分とならない。

OLED表示装置のコントラストを改良する第２の方法として、当該装置の裏側のキャビティ内に、例えば基板又は電極の上に、吸光材料又は弱め合い干渉層のような吸収層を配置する方法がある。例えば、2002年6月25日発行の米国特許第６４１１０１９号（Hofstra他）を参照されたい。該吸収層は、有機材料の発光層から放出された光の他に、周囲光を吸収する。しかしながら、この方法には、OLEDから該吸収層に向けて放出された光の大部分が失われるため当該表示装置の明るさがひどく低下してしまうという問題がある。

OLED表示装置のコントラストを改良する第３の方法として、発光要素間と表示装置縁部周囲とにブラックマトリックスと呼ばれる吸光材料マトリックスを設ける方法がある。例えば、2002年5月2日発行の米国特許出願公開第２００２／００５０９５８号（Matthies他）を参照されたい。この方法により表示装置の反射率をかなり低下させることはできるが、発光要素の反射性アノードからの反射によって、なおも相当の周囲光が表示装置から反射してくる。

米国特許第６４１１０１９号明細書米国特許第６２６８２９５号明細書国際公開第０２／１０８４５号パンフレット国際公開第００／３６６５号パンフレット特開平１１−１６２６３４号公報特開２００１−１２６８６４号公報米国特許出願公開第２００２／００５０９５８号明細書

したがって、コントラストを向上した改良型OLED表示装置に対するニーズがある。

上記のニーズは、基板と、該基板の片面上に配置された、一方向に光を放出するためのアレイ状OLED要素と、該基板上の該アレイ状OLED要素のそばに配置された、該OLED要素を駆動するための回路部品と、該回路部品の上の発光方向に配置された吸光材料と、該回路部品、該OLED要素及び該吸光材料の上の該発光方向に配置された円偏光子とを含むOLED表示装置を提供することによって満たされる。

本発明は、広範囲の周囲照明にわたりOLED表示装置のコントラストが向上する点で有利である。

図１を参照する。コントラストを増強するため円偏光子を有する従来型OLED表示装置は、基板２０を含み、その上に回路部品２２が形成されている。回路部品の一部は、回路部品２２に接続されている電極１６によって画定される発光領域の下部に位置している。OLED発光層１２は、電極１６と接触するように当該装置上に堆積されており、そして当該技術分野で知られているようにさらなる層を含むことができる。同様に回路部品２２に接続されている第２電極１４は、OLED発光領域１２の上に配置されており、そして回路部品層２２の上に延在することができる。回路部品２２による電流が電極１６と電極１４との間に流れる時に、電極１６の上の領域にある発光層１２から光が放出される。カバー３６は、当該装置を封入し、そして当該装置の周囲コントラストを向上させるための円偏光子５０を含む。

円偏光子は、当該表示装置に注がれる周囲光の約９９．５％を吸収し、そして当該表示装置により放出された光の約６０％が該円偏光子によって吸収される。このような表示装置を輝度１００カンデラ／平方メートルで駆動させ、フィルファクタを５０％、そして曇り条件下で動作する表示装置の全面積からの反射率を１００％、と仮定した場合に予測され得る周囲コントラスト比は約５である。フィルファクタ（fill factor）は、表示装置の面積のうち発光性である部分の百分率と定義される（すなわち、フィルファクタが５０％の場合、当該表示装置の面積の半分が電極１６（すなわち、発光層１２の発光部分）によって占められる）。周囲コントラスト比は、（反射周囲光＋放出光）の反射周囲光に対する比率として算出される。

図２を参照する。表示装置の周囲コントラストを増強するためブラックマトリックス５４を有する従来型OLED表示装置は、当該表示装置の非発光領域の上に吸光層を含む。ブラックマトリックス５４は、ピクセル間のすべての非発光領域を被覆し、そしてまた当該表示装置の周辺部に延在することもできる。ブラックマトリックス５４は、当該マスクに注がれる光の約９７％を吸収するが、OLED要素に注がれる周囲光の約９７％が反射される。このような表示装置を輝度１００カンデラ／平方メートルで駆動させ、フィルファクタを５０％とし、曇り条件下で動作させた場合に予測され得る典型的な周囲コントラスト比は約１．１である。

ブラックマトリックスを有する表示装置に円偏光子を付加することにより、コントラスト比としては約５が実現するであろうことは予測できる。なぜなら、ブラックマトリックスは、表示装置のブラックマトリックス部分に注がれる光の偏光を分裂させるため、ブラックマトリックスに注がれる光の約０．５％（４０％×４０％×３％）が表示装置から反射されることになるからである。このように、ブラックマトリックスを有する表示装置に円偏光子を設けても、コントラストは全然向上しないことが予測された。

しかしながら、本出願人が実施した実験は、まったく意外なことに、ブラックマトリックスを有するOLED表示装置に円偏光子を付加すると、ブラックマトリックスによる偏光状態の分裂(disruption)が予測よりはるかに低く、そして当該表示装置のブラックマトリックス部分から経験する実際の反射は０．５％ではなく約０．０１５％であり、周囲コントラスト比が予想外に向上することを示した。輝度１００カンデラ／平方メートルで駆動させ、フィルファクタを５０％とし、曇り条件下で動作させる表示装置の場合、本発明によるブラックマトリックスと円偏光子の組合せを採用することにより、周囲コントラスト比は９となり、偏光子単独の場合の約２倍、そしてブラックマトリックス単独の場合の約８倍のコントラスト比となることがわかった。

図３を参照する。本発明の一態様として、基板に反射性第１電極１６、OLED発光層１２及び第２電極１４を備えてなるものがある。第２電極１４の上に任意の電極保護層（図示なし）を配置してもよい。第２電極１４上の当該表示装置の非発光領域にはブラックマトリックス５４が配置されている。基板２０の上には封入カバー３６が固定されている。該封入カバーの上には円偏光子５０が配置されている。別態様として、円偏光子５０を封入カバー３６の内側に配置してもよい。

ブラックマトリックスに適した吸光性材料は、色素と顔料からなる群より選択することができる。顔料としては、例えばカーボンブラック、グラファイト、金属酸化物、金属硫化物及び、フタロシアニンのような金属錯体を使用することができる。ブラックマトリックスを提供するために黒色樹脂材料、ブラッククロム及び反射防止層を使用してもよい。本発明のさらなる態様として、吸光剤に乾燥特性を付与することにより、当該有機層の寿命を改良することもできる。

動作に際して、OLED発光層１２から放出された光はカバー３６と円偏光子５０を通して放出される。装置の裏側に向けて放出された光は、第１電極１６で反射されて、カバー３６と円偏光子５０を通して放出される。電極１６と電極１４とに挟まれていない領域からは光はまったく放出されない。カバー３６の内側で反射されてブラックマトリックス５４に当たる光はすべて吸収されるため、装置の鮮鋭性及びコントラストが向上する。

周囲光は円偏光子５０を通過する。ブラックマトリックス５４は、発光領域間に注がれる周囲光の大部分を吸収する。ブラックマトリックス５４で反射された光が円偏光子５０によって吸収されることが見出された。ブラックマトリックス５４を通過した後反射されて戻ってくる光は、ほとんどがブラックマトリックス５４によって吸収される。ブラックマトリックス５４を通過する反射光が円偏光子によって吸収されることが見出された。電極１６で反射された周囲光は、従来技術において行われているように、円偏光子によって吸収される。フィルファクタ（発光領域の非発光領域に対する比率）は１００％をはるかに下回る（５０％以下であることが多い）ので、ブラックマトリックス５４による追加の光吸収により、放出光に悪影響が及ぶことなく装置の全体的反射率が有意に低下し、よって装置のコントラストが向上する。

本発明は、上面発光型及び底面発光型のどちらのOLED表示装置にも適用することができる。底面発光型の場合には、ブラックマトリックスを回路部品２２と基板２０との間に配置し、そして円偏光子５０を基板の外側に配置すればよい。ブラックマトリックス５４の上方又は下方に平坦化層及び導電層を配置することができる。

第２電極１４に直に接する形で任意の透明保護層（図示なし）を設けてもよい。保護層を設ける場合、例えば特開２００１−１２６８６４号公報に記載されているように、SiOxやSiNxのような無機材料で該保護層を構成することができる。別態様として、該保護層を、例えば、テフロン（登録商標）、ポリイミド及び特開平１１−１６２６３４号公報に記載されているポリマーをはじめとする高分子のような有機材料で構成してもよい。保護層は、有機材料もしくは無機材料を積層させた多重層、又はこれらの組合せを含むこともできる。例えば、2001年7月31日発行の米国特許第６２６８２９５号（Ohta他）及び2000年6月22日発行の国際公開第００／３６６６５号（Graff他）に記載されているような、無機層と有機層を交互させたものも、保護層として有用である。いずれの場合も、保護層は光透過性が高いこと、好ましくは７０％より高い透過率を有することが必要である。

ブラックマトリックス５４は、当該技術分野で知られているフォトリソグラフィ技法を採用して、パターン状に付着させることができる。例えば、液体の吸光性材料を全面に塗被した後、マスクを介して輻射線を当てることにより当該コーティングの一部を重合させることができる。輻射線が当たった材料部分は硬化し、その残部を洗い流す。また、乾式薄膜フォトリソグラフィを採用してもよい。さらに、例えば、ドナー基板上に材料をコーティングし、該ドナー基板をOLED基板に接触又は近接するように配置し、そして該ドナーをレーザーで選択的に加熱して吸光材料をOLED基板に転写させることによるパターン化熱転写法を採用してもよい。ブラックマトリックス５４は、吸光性材料を逐次堆積させた複数の薄層を含むこともできる。

別の態様として、ブラックマトリックス５４を、OLED基板のトップ層としてではなく、透明カバー３６の内側に適用してもよい。この場合、ブラックマトリックス付きカバーを、OLED基板とは別に独立して調製することができる。ブラックマトリックス５４をカバー３６の上に付着させるためには、上述した方法と同様のマスク技法を採用することができる。カバー３６をOLED基板に固定する際には、当該吸光性グリッドがピクセルからの光を吸収しないよう確実にカバーをOLED基板と整合させる。

さらなる態様によると、有機EL層を構成する１又は２以上の層と共にブラックマトリックス５４をパターン化するに際し、当該パターン化層がピクセル領域間に設けられるようにする。ブラックマトリックスは１又は２以上の層の全部又は一部を構成すること、すなわち、ブラックマトリックスは当該層を含むこと又は当該層の一つに含まれるように配置されることができる。この場合、当該装置を製造する方法は従来法であるが、唯一の違いは、ピクセル領域間の間隙を埋めるために使用される材料が吸光特性を有するということである。

本発明の各種態様は互いに相容れないものではなく、単一の装置において組み合わせることができる。例えば、ブラックマトリックス５４を基板のトップ層上に、カバー上に、及び他の層の内部においてパターン化してもよい。各種態様を組み合わせることにより、表示装置の吸光性及びコントラストがより一層増強される。

色の異なる光を放出する発光材料１２を配列することにより、カラーOLED表示装置を提供することができる。別態様として、白色発光性OLED層にアレイ状カラーフィルターを組み合わせることにより、カラーOLED表示装置を提供することもできる。この態様の場合、複数のカラーフィルター、例えば赤と青、をオーバーラップさせてブラックマトリックスを提供することにより、吸光性材料を創出することができる。

透明カバー３６はガラス又はプラスチックシートであることが典型的であるが、該カバーは、当該基板上に付着した材料の表面上に、すなわちブラックマトリックス５４を備えたOLED基板の上に、コンフォーマブルに堆積される材料を含むことができる。

本発明は、上面又は底面発光型のアクティブ又はパッシブ型OLED装置について有利に実施される。

円偏光子を有する従来型OLED表示装置を示す略部分横断面図である。ブラックマトリックス及び反射性アノードを有する従来型OLED表示装置を示す略部分横断面図である。本発明によるOLED表示装置を示す略部分横断面図である。なお、これらの図面は、個々の層が非常に薄く、しかも各種層の厚さの差が非常に大きいため、比例拡大されていないことを理解されたい。

符号の説明

１２…OLED発光層
１４…電極
１６…電極
２０…基板
２２…TFT回路部品
３６…カバー
５０…円偏光子
５４…ブラックマトリックス

Claims

ａ）基板、
ｂ）該基板の片面上に配置された、一方向に光を放出するためのアレイ状OLED要素、
ｃ）該基板上の該アレイ状OLED要素の側方に配置された、該OLED要素を駆動するための回路部品、
ｄ）該回路部品の上の該発光方向に配置されたブラックマトリックス、並びに
ｅ）該回路部品、該OLED要素及び該ブラックマトリックスの上の該発光方向に配置された円偏光子
を含んでなるOLED表示装置。