JP2004271963A - 表示パネル、表示装置、および表示パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラストの表示が可能で、信頼性の高い表示パネルを低コストで提供可能とする。
【解決手段】光吸収性の基板となる太陽電池パネル２０を、発光素子１３を有する発光層１２が形成された第１の基板と接合した表示パネル３を提供する。表示パネル３を製造する際に、光吸収性の太陽電池パネル２０を貼り合わせることにより、光吸収性の層を製造するプロセスを加えなくても発光層１２の背面が光吸収性となった表示パネル３を製造することができ、製造プロセスの増加による歩留まりの低下や、信頼性の低下を未然に防止できる。このため、外光反射の少なく、高コントラストの表示が可能で信頼性の高い表示パネルを低コストで提供できる。さらに、太陽電池パネル２０により、外光および発光素子の後方出力を電力に変えて回収し、消費電力も低い表示パネル３を提供できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）などの自発光型素子を用いた表示パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自発光型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）として、有機ＥＬ素子を用いた表示パネルや、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を用いたものがある。有機ＥＬパネルでは、陰極電極として放電率の高い、すなわち仕事関数の低い金属電極、主にアルミニウムあるいはクロムなどの金属が用いられている。一方、金属電極は、反射性の高い部材であり、昼間の太陽光の下などの明るい環境では、外光が金属電極により反射され、自発光素子である有機ＥＬから射出される光との間のコントラストが低下する。このため、表示コントラストが低下してしまうという問題が生じる。
【０００３】
外光の反射によるコントラストの低下を抑制するためには、パネル表面に円偏光板を貼る方法が知られている。しかし、この方式では円偏光板の透過率が４０％程度で、ＥＬ（発光層）の放射光を必要以上に遮断してしまうという問題がある。さらに、金属反射の場合は、反射による位相の飛び（位相の周期）がπとは限らないので、金属電極での反射光を円偏光板が遮断しきれないという問題がある。
【０００４】
外光反射を抑える他の方法としては、発光素子を有する表示パネルの背景を黒色化するという方法が挙げられる。特開平２−２７６１９１号公報には、反射性電極の上に吸光と干渉により、電極での光反射を０に近づける薄膜を形成する方法が開示されている。また、実開平１−６８６９９号公報には、透明な電極で発光層を挟んだ薄膜ＥＬのガラス基板の裏側に黒色背景層を形成することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２７６１９１号公報
【特許文献２】
実開平１−６８６９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
表示パネルの背景を黒色化する方法は、いったん表示パネルに入射した外光が反射されるのを防止できるので、外光の影響を阻止するために優れた方法である。しかしながら、表示パネルの構成に吸収に関わる新たな層を追加する必要が生ずる。したがって、プロセスが増加し、それと共に、光吸収用の層を形成するプロセス上の課題も増加する。たとえば、光吸収層を製造するプロセスを追加することにより、発光層にダメージを与えて信頼性を低下させる確率が増加する。また、表示パネルを製造するためのプロセスの増加により歩留まりが低下し、表示パネルの製造コストが上昇する要因となる。
【０００７】
そこで、本発明においては、発光素子を有する表示パネルの製造プロセスを増加させずに、背面が光吸収性となった表示パネルを製造する方法を提供する。そして、コントラストの高い表示パネルの製造上の歩留まりを向上し、さらに低コストで供給できるようにすることを本発明の目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、発光素子を含む表示パネルを製造する際に、光吸収性の基板を使用する。基板自体が光吸収性であれば、表示パネルを製造する際のプロセスを増加させずに、背面が光吸収性となった表示パネルを製造することができ、歩留まりの低下を防止できる。さらに、基板全体が光吸収性でなくても、少なくとも発光素子の側の面または基板内部が光吸収性であれば、発光素子に最も近い位置に光吸収性の面を持った構造の表示パネルを、プロセスを増加させずに製造できる。発光素子に対して光吸収性の面または層が近ければ近いほど、発光素子と光吸収性の面との間の界面で光が反射する確率が減るので、外光の影響の少ない表示パネルを提供することができる。
【０００９】
すなわち、本発明においては、ボトムエミッション型の表示パネルの製造方法として、発光素子を含む発光層が透明基板に積層された第１の基板を製造する第１の工程と、第１の基板に対し、発光層が挟まれるように、光吸収性の第２の基板を接合する第２の工程とを有する表示パネルの製造方法を提供する。この第２の基板は、第１の基板に面する側または内部が光吸収性であることが望ましい。また、トップエミッション型の表示パネルの製造方法として、少なくとも表面または内部が光吸収性の第２の基板の表面の上に発光素子を含む発光層を積層する工程を有する表示パネルの製造方法を提供する。
【００１０】
これらの製造方法により、少なくとも表面が光吸収性の第２の基板の表面の上に発光素子を含む発光層が積層されている表示パネルを提供することができる。そして、これらの製造方法によれば、基板に光吸収性があるので、表示パネル内に光吸収性の層を作りこむ必要はない。したがって、プロセスの増加による製造上の課題を増やすことにならず、発光素子を含む発光層の背面が光吸収性となり、外光反射が少なく、コントラストの高い画像を表示できる表示パネルを、歩留まりを低下させずに製造でき、低コストで供給できる。また、本発明の製造方法であれば、表示パネルの製造過程で有機ＥＬなどの発光素子にダメージを与える確率を増やすこともないので、信頼性の高い表示パネルを提供できる。
【００１１】
光吸収性の第２の基板は、透明な基板の上に、黒色樹脂などの光吸収性の層を形成することによっても製造できる。また、光吸収性の素材により第２の基板を製造しても良い。シリコン基板は、単結晶であれば８００ｎｍ、アモルファスシリコンであれば６００ｎｍを中心とした波長を吸収するので、表示パネル用の光吸収性の基板として適している。しかしながら、シリコン基板の吸収特性は、可視光領域に対しては多少長波長側にシフトしているので、発光層に面する側を粗面化して光吸収特性を向上することは有効である。発光層に面する側の光吸収性を向上することにより、第２の基板の界面における反射をさらに少なくできるので、フレネル反射などによる外光の影響のさらに少ない表示パネルを提供できる。
【００１２】
シリコン基板の光吸収性を利用したものに太陽電池がある。したがって、光吸収性のある第２の基板として太陽電池を採用することが可能である。太陽電池により表示パネルの背面を形成することにより、表示パネルに入射した外光を表示パネルの発光素子を発光させるためのエネルギー源の一部として利用することが可能となる。さらに、発光素子から背面に放出されていた光を太陽電池により電力に変換し、従来、浪費されていたエネルギーの一部を回収することが可能となる。発光素子からは前面と共に背面にも光が放出されるが、従来、背面に放出されていた光は全く利用されていない。これに対し、本発明の太陽電池を備えた表示パネルであれば、発光素子から出力された光を電力に変換して回収することが可能となる。
【００１３】
したがって、本発明の表示パネルと、表示パネルの発光素子を駆動する駆動装置とを有する表示装置により、高コントラストで鮮明な画像を表示できる表示装置を低コストで提供できる。さらに、太陽電池を背面に備えた表示パネルであれば、太陽電池に占有される面積を設けることなく、表示パネルと同じ、またはそれ以上の大きさの太陽電池を設けることが可能であり、太陽電池で発電される電力を表示や他の目的で使用できる。したがって、電池や外部電源の消費を低く抑えることが可能な表示装置を提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１に本発明に係る表示パネル３と、この表示パネル３を構成する発光素子を駆動して画像を表示する駆動装置２とを備えた表示装置１を示してある。この表示装置１は、さらに、通信機器５などを備えており、携帯電話機として機能する。本例の表示パネル３は、ユーザ９に向けて表示用の光を出力して画像を提供すると共に、背面に設けられた太陽電池により外光７を吸収して発電し、表示装置１に内蔵されたバッテリー６に充電できるようになっている。
【００１５】
図２に、表示パネル３の概略構成を断面図により示してある。本例の表示パネル３は、表示機能を備えた第１の基板１０と、太陽電池としての機能を備えた第２の基板２０とが接着剤４０により貼りあわされた構成となっている。まず、第１の基板１０は、透明なガラス基板１１に、発光素子１３を含んだ発光層１２が積層された構成である。本例の発光素子１３は有機ＥＬが用いられており、発光素子１３の構成には、正孔輸送層および電子輸送層が含まれている。第１の基板１０には、複数の発光素子１３が、ガラス基板１１に沿ってポリイミドからなるバンク１５によって仕切られた状態で、２次元にマトリクス状に配置されており、発光素子１３の上下には発光素子を駆動するためにＩＴＯなどの透明電極１６および１７が設けられている。
【００１６】
第２の基板２０は、ｐｉｎ型のアモルファスシリコン太陽電池パネルであり、ｐ型のシリコン層２１と、ｉ型のシリコン発電層２２と、ｎ型のシリコン層２３とが積層された発電層２４を備えており、ｉ型のシリコン発電層２２が光を吸収することにより発生したキャリア（正孔および電子）が内部電界によるドリフトで運ばれて電圧が発生する。第２の基板２０においては、発電層２４が透明電極２５および２６に挟まれた状態でガラス基板２９に積層されている。さらに、基板２９と反対側の、第１の基板１０に面した側には反射防止膜２７が形成されている。そして、第１の基板１０に対し、発光層１２が挟まれるように、第２の基板２０が接着剤４０により接合されて表示パネル１０を構成している。
【００１７】
この表示パネル１０は、第１の基板１０のガラス基板１１の側から表示用の光８ｆが出力されるボトムエミッション型の表示パネルである。さらに、このパネル１０は、光が出力される前面９ｆに対して、裏面あるいは背面９ｂに位置する太陽電池パネル２０は、反射防止膜２７を経て入力された光が内部のシリコン発電層２２で主に吸収され、発電されるので、背面９ｂに光吸収性のパネルが設けられた表示パネルとなっている。したがって、表示パネル３に入力された外光７は、第１の基板１０を透過して第２の基板である太陽電池パネル２０に至り、その内部で吸収され電力に変換される。このため、表示パネル３に入力された外光７が表示パネル３の内部で反射されて出力光８ｆと共にユーザ９の側に出力されることはなく、外光７によるコントラストの低下を防止できる。
【００１８】
さらに、発光素子１３から背面９ｂにむけて出力された光８ｂも、太陽電池パネル２０に至り、その内部で吸収されて電力に変換される。したがって、本例の表示パネル３では、外光７および後方射出光８ｂを太陽電池パネル２０により電力に変換することが可能であり、その電力をバッテリー６に戻すことでバッテリー６の消費電力を軽減できるという効果も備えている。太陽電池パネル２０の発電効率を向上する点からは、太陽電池パネル２０の基板２９または基板上の電極２５を反射性として、発電層２４を透過した光を発電層２４に戻すことが望ましい。しかしながら、戻した光が発電層２４を透過して再び第１の基板１０に戻って出力光８ｆと共に出力される可能性がある。このため、本例の表示パネル３においては、太陽電池パネル２０に反射性の層を設けずに、発電効率よりも入射した光を反射しない機能を優先した設計を採用している。
【００１９】
図３に本例の表示パネル３の製造方法を示してある。この表示パネル３の製造工程は大きく２つに分けられる。第１の工程は、図３の下方に示した第１の基板１０を製造する工程であり、透明なガラス基板１１の上に、上述した幾つかの層を製膜して発光素子１３を含む発光層１２が積層された第１の基板１０を形成する。第２の工程は、第１の基板１０と太陽電池パネル２０とを貼り合わせる工程であり、第１の基板１０に対し、発光層１２が挟まれるように、光吸収性の第２の基板となる太陽電池パネル２０を接着剤４０により接合する。この第２の工程においては、光の入射側となる反射防止膜２７を第１の基板１０に向けて太陽電池パネル２０を貼り付ける。
【００２０】
この製造方法では、太陽電池パネル２０は、発光層１２が積層される第１の基板１０とは別の工程により、独立して製造される。したがって、太陽電池パネル２０の歩留まりと、第１の基板１０の歩留まりとは独立して管理することができる。このため、発光層１２の上に、さらに太陽電池を構成する各層を重ねて製膜する製造方法と比較すると、表示パネル３を製造する一連のプロセスの増加を防ぐことができ、単に、基板を積層するプロセスだけで太陽電池パネル２０を背面に備えた表示パネル３を製造できる。したがって、製造プロセスの増加に伴う問題、すなわち、歩留まりの低下や、発光層に対する影響を最小限に抑えることが可能となる。このため、背面が吸収性の面となった表示パネル３を、低コストで、信頼性の高い状態で提供することが可能となる。
【００２１】
そして、製造された表示パネル３は、上述したように、発光素子１３の背面９ｂに位置する太陽電池パネル２０が光吸収体となるので、外光７の反射が抑制され、外光によるコントラストの低下を防止できる。さらに、外光７および発光素子１３の後方出力８ｂが太陽電池パネル２０により電力に変換されて出力されるので、実質的な消費電力を低減することができる。また、太陽電池パネル２０は、基板内部のシリコン製の発電層２４により光が吸収されるので、基板の外側、たとえば、基板２９の背面９ｂに吸収層を設けた構成と比較すると、発光層１２に近い位置で光を吸収することが可能となり、発光層１２の背面側の各界面において反射される確率が低く、外光反射が低い構成となっている。さらに、太陽電池パネル２０の前面には反射防止膜２７が形成され、第１の基板１０と第２の基板２０との界面における反射は小さくして外光反射を低減すると共に、太陽電池パネル２０へ供給される光量を大きくして発電効率を高めている。
【００２２】
図４に、本発明の表示パネルの異なる例を示してある。この表示パネル３１は、太陽電池パネル２０の代わりに、単結晶シリコン基板３９を第２の基板として第１の基板１０に対し接着剤４０により貼り合わせてある。単結晶シリコンは波長が８００ｎｍ付近を中心とする比較的広い範囲の光を吸収する。したがって、発光層１２の背面に設ける光吸収性の基板として適している。さらに、シリコン基板３９であると、第１の基板１０に面した表面３９ａが光吸収性となるので、第１の基板１０との界面における反射が少なく、外光反射の影響をさらに小さくできる。単結晶シリコン基板の代わりにアモルファスシリコン基板を用いることも可能である。アモルファスシリコン基板は波長が６００ｎｍ前後を中心とする領域の吸収率が高く、太陽光のスペクトルのピーク（約５５０ｎｍ）にさらに近い吸収域を備えている。したがって、外光反射を抑制するにはさらに適した材料であるといえる。
【００２３】
しかしながら、シリコン基板はいずれも長波長側に吸収率が高いので、短波長側の反射をそれほど効率良く抑制することができない。したがって、シリコン基板の表面を粗面化することにより基板表面の吸収率を向上することが望ましい。
【００２４】
図５に、本発明の表示パネルの異なる例を示してある。この表示パネル３２は、表面３９ａを粗面化したシリコン基板３９を用いて製造されたトップエミッション型の表示パネルである。この表示パネル３２の製造方法は、まず、図５（ａ）に示すように、表面３９ａを粗面化したシリコン基板３１を用意する。そして、図５（ｂ）に示すように、このシリコン基板３１の上に、発光素子１３を含む発光層１２を積層する。さらに、発光層１２の上に透明な保護層１９を製膜することにより、トップエミッション型で、背面が光吸収性となった表示パネル３２を製造し、提供できる。この例では、光吸収性の基板を用いているので、トップエミッション型の表示パネル３２においても、製造プロセスを増やすことなく発光層１２の背面に光吸収性の面を設け、外光反射を防止できる。さらに、発光層１２の背面を構成するシリコン基板３９は表面３９ａが粗面化されているので、発光層１２の極めて近傍で広い帯域の外光を効率良く吸収することができる。
【００２５】
シリコン基板３９の代わりに太陽電池パネル２０の上に発光層１２を積層し、トップエミッション型で背面が太陽電池となった表示パネルを提供することも可能である。太陽電池パネル２０を主構造とした表示パネルは、非常に薄く、背面が吸収性で高コントラストの画像を表示することができ、さらに、太陽電池で発電された電力を表示あるいはその他の目的で利用することができる。そして、この薄い表示パネルを搭載することにより、少なくとも同じサイズの太陽電池を搭載した表示装置を提供できるので、携帯端末など、搭載できるバッテリーのサイズが限られた端末には好適な表示パネルを提供できる。
【００２６】
このように、シリコン基板は光吸収性の基板として優れた特性を備えている。しかしながら、シリコンウェハとして提供されるのは最大でも直径が１２インチ程度に限られ、それ以上大きなサイズの表示パネルには適用できない。これに対し、ガラス基板などに吸光性の高い樹脂や金属を製膜して表面を光吸収性とした基板は、種々のサイズのものを提供可能である。
【００２７】
図６に、本発明のさらに異なる表示パネルの例を示してある。この表示パネル３３は、ガラス基板５１の表面に黒色樹脂シート５２を貼り付けて光吸収性とした第２の基板５０を用いて製造されたボトムエミッション型の表示パネルである。この表示パネル３３の製造方法は、まず、図７に示すように、表面５０ａに黒色で光吸収性のシート５２が貼り付けられた、または製膜された光吸収性の基板５０を用意する。そして、透明なガラス基板１１の上に発光層１２が形成された第１の基板１０に対し、発光層１２を挟み込むように、黒色の表面を発光層１２に向けて第２の基板５０を接着剤４０により貼り付ける。これにより、発光層１２の背面が黒色の光吸収性となった表示パネル３３を製造し、提供できる。
【００２８】
光吸収性の基板は、表面が光拡散性の拡散板であっても良く、また、表面に干渉多層膜が形成された基板であっても良い。これらの基板は、それほど困難ではなく、様々なサイズのものを得ることができる。そして、これらの表面が光吸収性となった第２の基板を、発光層が形成された第１の基板１０とは独立して製造できる。したがって、第２の基板を、発光層が形成された第１の基板１０と接合して製造された表示パネルは、製造プロセスを増やすことなく、表示パネルの構造の内部に光吸収性の層が形成される。このため、本発明により、製造プロセスの増加に伴う歩留まりの低下や、発光素子の信頼性の低下を引き起こすことなく、外光反射を極めて高いレベルで防止された表示パネルを提供できる。
【００２９】
本発明にかかる表示パネルは、上述したような携帯電話機のような表示装置に限定されず、カーナビゲーションシステム、コンピュータのモニタ、テレビなどの多種多様な表示装置に適用可能であり、鮮明な画像を提供できる。また、発光素子は有機ＥＬに限定されるものではなく、他の自発光素子、たとえば、放電セルを発光素子とするプラズマディスプレイパネルや、ＬＥＤを発光素子とする表示パネルに対しても、本発明を適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、光吸収性の第２の基板を用意し、その第２の基板を発光層が形成された第１の基板と接合したり、第２の基板の上に発光層を積層することにより表示パネルを製造している。したがって、表示パネルを製造する際に、光吸収性の層を製造するプロセスを加えなくても発光層の背面が光吸収性となった表示パネルを製造することができ、製造プロセスの増加による歩留まりの低下や、信頼性の低下を未然に防止できる。したがって、外光反射の少ない、高コントラストの表示が可能で信頼性の高い表示パネルを低コストで提供できる。さらに、第２の基板として太陽電池パネルを採用することが可能であり、外光および発光素子の後方出力を電力に変えて回収することができる。したがって、実質的に表示パネルで消費される電力を低減することができ、消費電力が低く、信頼性が高く、さらに表示能力の優れた表示パネルおよび表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示パネルを含む表示装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る表示パネルの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２の表示パネルを製造する様子を示す図である。
【図４】本発明の異なる表示パネルの構成を示す図である。
【図５】本発明のさらに異なる表示パネルの構成を示す図である。
【図６】本発明のさらに異なる表示パネルの構成を示す図である。
【図７】図６に示す表示パネルを製造する様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
２ 駆動装置
３、３１、３２、３３ 表示パネル
７ 外光
８、８ｆ、８ｂ 出力光
１０ 第１の基板
２０ 太陽電池パネル（第２の基板）

Claims (17)

1. 発光素子を含む発光層が透明基板に積層された第１の基板を製造する第１の工程と、
   前記第１の基板に対し、前記発光層が挟まれるように、光吸収性の第２の基板を接合する第２の工程とを有する表示パネルの製造方法。
2. 請求項１において、前記第２の基板は、前記第１の基板に面する側が光吸収性である、表示パネルの製造方法。
3. 請求項１において、前記第２の基板はシリコン基板である、表示パネルの製造方法。
4. 請求項１において、前記第２の基板は前記第１の基板に面する側が粗面化されたシリコン基板である、表示パネルの製造方法。
5. 請求項１において、前記第２の基板は、前記第１の基板に面する側が入射側となった太陽電池パネルである、表示パネルの製造方法。
6. 少なくとも表面または内部が光吸収性の第２の基板の前記表面の上に発光素子を含む発光層を積層する工程を有する表示パネルの製造方法。
7. 請求項６において、前記第２の基板はシリコン基板である、表示パネルの製造方法。
8. 請求項６において、前記第２の基板は、前記表面が粗面化されたシリコン基板である、表示パネルの製造方法。
9. 請求項６において、前記第２の基板は、前記表面が入射側となった太陽電池パネルである、表示パネルの製造方法。
10. 少なくとも表面または内部が光吸収性の第２の基板の前記表面の上に発光素子を含む発光層が積層されている表示パネル。
11. 請求項１０において、前記発光層は、透明な電極に挟まれた前記発光素子を備えている表示パネル。
12. 請求項１０において、前記第２の基板はシリコン基板である表示パネル。
13. 請求項１０において、前記第２の基板は、前記表面が粗面化されたシリコン基板である表示パネル。
14. 請求項１０において、前記第２の基板は、前記表面が入射側となった太陽電池パネルである表示パネル。
15. 表面が入射側となった太陽電池パネルの前記表面の上に発光素子を含む発光層が積層されている表示パネル。
16. 表面が入射側となった太陽電池パネルの前記表面に、発光素子を含む発光層が透明基板に積層された第１の基板が、前記発光層が挟まれるように接合されている表示パネル。
17. 請求項１０、１５または１６に記載の表示パネルと、その表示パネルの発光素子を駆動させる駆動装置を有する表示装置。

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