JP2005085683A

JP2005085683A - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2005085683A
Application number: JP2003318309A
Authority: JP
Inventors: Junji Tanno; 淳二丹野
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP4354234B2

Abstract

【課題】強い外光の下であっても、その表示の鮮明度を確保した有機ＥＬ表示装置を得る。
【解決手段】光を透過する基板の一方の面の画素領域に発光部が形成され、この発光部からの光が前記基板を通して他方面側へ出射されるものであって、
前記基板の他方の面側に前記発光部からの光の通路の少なくとも一部にフォトクロミック材料層が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ(Electro Luminescence)表示装置に関する。

有機ＥＬ表示装置は、透明基板の一方の面側にマトリックス状に配置された多数の画素領域を有し、これら各画素領域内の発光部の発光が独立に制御され、その光は前記透明基板を通して観察者側へ至るように構成されている。

該発光部は電流が流れることによって発光がなされる有機ＥＬ層で形成され、この有機ＥＬ層は湿気あるいは酸化によって特性が変化してしまうことから、通常、前記透明基板の有機ＥＬが形成された面は他の基板によって被われ、外気と遮蔽された構成となっている（特許文献１参照）。

特開２００２−１１７９７０号公報

このように構成される有機ＥＬ表示装置は、その発光部からの光も比較的強く、それが通常の環境の下で使用される場合には、その表示も鮮明であることが知られている。

しかし、太陽光が降り注ぐ強烈な外光の下では、該発光部からの光が負けてしまい、表示が不鮮明になるという不都合があった。

このことは有機ＥＬ表示装置の使用が主として屋内に限られていたことを意味し、さらに屋外においても不都合なく使用できることが望まれていた。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、強い外光の下であっても、その表示の鮮明度を確保することのできる有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
（１）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、光を透過する基板の一方の面の画素領域に発光部が形成され、この発光部からの光が前記基板を通して他方面側へ出射されるものであって、
前記基板の他方の面側に前記発光部からの光の通路の少なくとも一部にフォトクロミック材料層が配置されていることを特徴とするものである。
（２）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層は前記発光部に対向して配置されていることを特徴とするものである。
（３）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層は前記画素領域の集合体からなる表示部の全域にわたって配置されていることを特徴とするものである。
（４）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層は前記基板に直接形成されて配置されていることを特徴とするものである。
（５）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層は前記基板との間に透明な他の材料層を介在して配置されていることを特徴とするものである。
（６）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（１）ないし（５）のうちいずれかの構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層は保護層で被われて形成されていることを特徴とするものである。
（７）
本発明による有機ＥＬ表示装置は、たとえば、（３）、（４）、（５）のうちいずれかの構成を前提とし、前記フォトクロミック材料層はそれが配置される側の部材に貼付されるシート状部材から構成されていることを特徴とするものである。

なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

このように構成した有機ＥＬ表示装置は、それに用いられるフォトクロミック材料層が、発光部からの光（光の３原色のうちの何れかの色の光）が入射され、しかも該フォトクロミック材料層に白色光が照射されていることによって、前記色の光がその強度を増して出射されるという性質を利用したものである。

すなわち、該フォトクロミック材料層は、たとえばＴｉＯ_２薄膜中にＡｇＮｏ_３水溶液を浸し、Ａｇ^＋をＴｉＯ_２上に吸着させた後、洗浄・乾燥を行なうことによって、褐色の薄膜が得られる。そして、この薄膜上に紫外光を照射することにより、Ａｇ^＋は光触媒還元反応で金属ナノ粒子となる。この金属ナノ粒子は、その粒子径に応じた可視光を吸収することによって酸化され透明になる。この結果、単色の可視光が照射されれば、その波長の色が反射しなくなるため、補色として入射光の色が表示されるからである。

このことから、太陽光等の下でも、有機ＥＬ表示装置の各画素からの光を認識することができるようになり、その表示の鮮明度を確保することができるようになる。

以下、本発明による有機ＥＬ表示装置の実施例について図面を用いて説明をする。

図２は本発明による有機ＥＬ表示装置の全体の構成の一実施例を示す構成図である。図２（ａ）は平面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のａ−ａ線における断面図を示している。

まず、図２（ａ）において、たとえばガラス等の透明な基板ＳＵＢがあり、この基板ＳＵＢは後述する封止部材ＥＣＭとで有機ＥＬ表示装置の外囲器を構成している。

基板ＳＵＢはその面が表示部ＡＲとなり、該表示部ＡＲは該基板ＳＵＢの僅かな周辺部を除く中央部にて、マトリクス状に配置された多数の画素の集合体から構成されている。

該表示部ＡＲを構成する各画素は、該基板ＳＵＢの前記封止部材ＥＣＭと対向する側の面において、所定パターンに形成された導電層、半導体層、および絶縁層等の積層体からなる電子回路によって形成されている。

すなわち、該基板ＳＵＢの表面に、そのｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬ、y方向に延在しｘ方向に並設されるドレイン信号線ＤＬがあり、これら各信号線によって囲まれた矩形状の各領域が画素領域を構成するようになっている。

各画素領域には、ゲート信号線ＧＬからの走査信号によってオンする薄膜トランジスタＴＦＴと、この薄膜トランジスタＴＦＴを介してドレイン信号線ＤＬからの映像信号が流れる発光素子ＥＬとが備えられている。なお、この発光素子ＥＬは薄膜トランジスタＴＦＴと接続される側を陽極、他方の側を陰極とし、該陰極は他の各画素領域におけるそれと共通に接続され、たとえば接地されるようになっている。

ここで、各画素領域内の構成は、薄膜トランジスタＴＦＴと発光素子ＥＬとからなる比較的簡単な構成のものについて説明したものであるが、他に、補正回路を追加した構成のものも知られている。以下において、画素の構成のより詳細な説明においては該補正回路を具備したものを一実施例として揚げる。

また、本実施例における有機ＥＬ表示装置は、カラー表示用のそれで、前記発光素子ＥＬはたとえば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）をそれぞれ発光するものが用いられている。

前記表示部ＡＲを構成する各画素のうち、ｙ方向に並設される各画素は同色の発光素子ＥＬが用いられ、たとえば（＋）ｘ方向に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、……青色（Ｂ）というように配列されている。

前記ゲート信号線ＧＬのそれぞれは、少なくともその一端において基板ＳＵＢの周辺にまで延在され、この部分において走査信号駆動回路ＳＳＤから走査信号が供給されるようになっている。

同様に、前記ドレイン信号線ＤＬのそれぞれは、少なくともその一端において基板ＳＵＢの周辺にまで延在され、この部分において映像信号駆動回路ＤＳＤから映像信号が供給されるようになっている。

このように電子回路が形成された基板ＳＵＢの面には、少なくとも表示部ＡＲを被うようにして封止部材ＥＣＭが該基板ＳＵＢに固着されている。各画素領域に形成される発光素子ＥＬの材料は酸素、あるいは湿気等によって特性劣化が生じ易いことから、この封止部材ＥＣＭによって外気と遮蔽するとともに、その遮蔽空間内に乾燥剤ＤＳＣを配置させている。

図３（ａ）は有機ＥＬ表示装置の一画素とその近傍の個所を示す平面図である。ここで、該画素は上述したように補正回路を含むもので、前記薄膜トランジスタＴＦＴの他に、３個の薄膜トランジスタを備えて構成されるものである。

該一画素は、その図中上側において当該画素を選択駆動するゲート信号線ＧＬによって画され、左側において当該画素に映像信号を供給するドレイン信号線ＤＬによって画され、右側において当該画素に電流を供給する電流供給線ＰＬによって画され、下側において当該画素と隣接する他の画素を選択駆動するゲート信号線ＧＬによって画されている。

この一画素の領域は図中上側と下側とに区分され、下側の領域には有機ＥＬ層からなる発光層が形成され、上側の領域には前記映像信号対応した電流を形成するための回路が形成されている。

発光層が形成された前記領域には、基板ＳＵＢ側からたとえば透光性の導電層からなる一方の電極（図中ＩＴＯで示す）、発光層、他方の電極が順次積層されている。前記発光層は前記一方の電極の上層に形成されたバンク層の開口部（図中ＢＭＰ，ＯＰＮ）に埋設されて形成され、この部分が実質的に発光部として構成される。また、前記他方の電極は前記バンク層の上面をも被って各画素に共通に形成されている。

前記一方の電極を陽極、他方の電極を陰極として、その間の発光層に電流が流れることによって、該発光層は電流に応じた強度で発光がなされるようになっている。なお、前記バンク層は当該画素からの発光を隣接する画素内に伝達されるのを回避するため、あるいは、製造の工程において当初流動性をもつ発光層を所定の輪郭を有するように形成するために設けられている。

前記回路に形成された前記領域には、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、スイッチング素子ＳＷ２をオン・オフするコントロール信号線ＣＬ１、スイッチング素子ＳＷ３をオン・オフするコントロール信号線ＣＬ２、ドライブ・トランジスタＤＴ、容量素子Ｃ１−ＣＳｉ、ＣＳｉ−Ｃ２が形成されている。

この回路は、ゲート信号線ＧＬからの走査信号によって、ドレイン信号線ＤＬから映像信号を取り込み、この映像信号の強弱（電圧）に応じて、電流供給線ＰＬからの電流を前記発光層が形成された領域の一方の電極に供給するようになっている。

ここで、前記スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、および容量素子Ｃｓｉ−Ｃ２は、ドライブ・トランジスタＤＴの閾値電圧が各画素毎にばらつきがある場合において、そのばらつき補正をするために設けられている。

図３（ｂ）は前記一画素における等価回路を示し、図３（ａ）における幾何学的配置にほぼ対応させて描いている。

ゲート信号線ＧＬからの走査信号によって、スイッチング素子ＳＷ１がオンし、ドレイン信号線ＤＬからの映像信号が該スイッチング素子ＳＷ１を介して容量素子Ｃ１−ＣＳｉの一方の電極Ｃ１に供給される。このとき、該容量素子Ｃ１−ＣＳｉの他方の電極はフローティング状態となっている。

なお、容量素子Ｃ１−ＣＳｉは、その他方の電極と導電位となるゲート電極を有するドライブ・トランジスタＤＴのゲート電位を所定の期間に亘り所望の値に維持させる機能を有する。

このような状態で、まず、コントロール信号線ＣＬ１を通して伝送された制御信号がスイッチング素子ＳＷ２をターン・オンさせる。このとき、ドライブ・トランジスタＤＴはターン・オンされないものの、そのノードＣＨ２側はフローティング状態から有機ＥＬ素子ＬＥＤを通して基準電位に接続され、その電位は所定の値に上がる。

次にコントロール信号線ＣＬ２を通して伝送された制御信号が、これに対応するスイッチング素子ＳＷ３をターン・オンさせる。これにより、フローティング状態にあった容量素子ＣＳｉ−Ｃ２の一方の電極ＣＳｉは、スイッチング素子ＳＷ３を通してドライブ・トランジスタＤＴのノードＣＨ２側と接続され、その電位は上記所定の値に上がる。このとき、ドライブ・トランジスタＤＴのゲート電位（ノードＣＨ１の電位）はその出力側（ノードＣＨ２）と同じため、ドライブ・トランジスタＤＴのチャネル層は電荷の流れを遮断する。

電流供給線ＰＬには、ドレイン信号線ＤＬで伝送される映像信号に関係なく所定の電流が流れるため、その電位も概ね一定である。したがって、２つのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３を順次ターン・オンする（それぞれのチャネル層を順次導通状態にする）ことにより、いずれの画素の容量素子ＣＳｉ−Ｃ２にも概ね同じ量の電荷が蓄えられる。

この状態で、スイッチング素子ＳＷ３のチャネル層を閉ざし、次にスイッチング素子ＳＷ１がターン・オンされると、容量素子Ｃ１−ＣＳｉの一方の電極Ｃ１に印加される電圧（映像信号）に応じて、容量素子Ｃ１−ＣＳｉの容量も変り、これに応じてノードＣＨ１の電位（ドライブ・トランジスタＤＴのゲート電位）とその出力側（ノードＣＨ２側）の電位との間に差が生じる。

この電位差により、ドライブ・トランジスタＤＴをターン・オンし、またターン・オンされたチャネルに流れる電荷量を制御して有機ＥＬ素子ＬＥＤを所望の輝度で光らせる。

図１は、図３（ａ）に示した画素の発光部における断面を示す図で、たとえばスイッチング素子ＳＷ２とともに描いた図である。

基板ＳＵＢ面の発光部には、該基板ＳＵＢの表面からたとえば第１絶縁膜ＩＮ１、第２絶縁膜ＩＮ２、第３絶縁膜ＩＮ３、第４絶縁膜ＩＮ４、第５絶縁膜ＩＮ５が積層され、この第５絶縁膜ＩＮ５の表面に発光素子ＥＬの陽極となる一方の電極（ＩＴＯで示す）が形成されている。

前記発光部は、該一方の電極ＩＴＯをも被って形成される樹脂層に該一方の電極の周辺を除く中央部を露出させるようにして開口部ＯＰＮを設けたバンク層ＢＭＰの該開口部ＯＰＮによって外輪郭が決定されるようになっている。

このバンク層ＢＭＰの上層には少なくとも該開口部ＯＰＮに有機ＥＬ層からなる発光層ＥＬＬが形成され、この発光層ＥＬＬは、図２に示す各画素のうち当該画素を含んで図中ｙ方向に並設される各画素と共通に形成されている。

そして、この発光層ＥＬＬをも被って発光素子ＥＬの陰極となる他方の電極ＣＴが形成され、この他方の電極ＣＴは図２に示す各画素の他方の電極と共通に形成されている。

なお、スイッチング素子ＳＷ２の形成領域にあっては、基板ＳＵＢ１の表面に該基板ＳＵＢ１からの不純物が後述する半導体層ＰＳに侵入するのを妨げる前記第１絶縁膜ＩＮ１が形成され、この第１絶縁膜ＩＮ１の表面に該半導体層ＰＳが形成されている。この半導体層ＰＳはたとえばポリシリコンで形成され、前記スイッチング素子ＳＷ２を構成する半導体層となっている。

この半導体層ＰＳをも被って第２絶縁膜ＩＮ２が形成され、この第２絶縁膜ＩＮ２はスイッチング素子ＳＷ２のゲート絶縁膜として機能するようになっている。

そして、このゲート絶縁膜の上面であって前記半導体層ＰＳを跨るようにしてゲート電極ＧＴが形成されている。このゲート電極ＧＴは図３（ｂ）に示すコントロール信号線ＣＬ１の一部として構成されるものである。

このゲート電極ＧＴをも被って第３絶縁膜ＩＮ３が形成され、この第３絶縁膜ＩＮ３の表面にはスイッチング素子ＳＷ２のソース領域に接続されるソース電極ＳＤが引き出されるようになっている。スイッチング素子ＳＷ２のドレイン領域に接続されるドレイン電極は図示されていないが、このドレイン電極は図３（ｂ）に示すスイッチング素子ＳＷ３のソース電極、およびドライブ・トランジスタＤＴのソース電極に接続されている。

また、スイッチング素子ＳＷ２のソース電極ＳＤは、さらに積層されて形成される第４絶縁膜ＩＮ４、第５絶縁膜ＩＮ５を貫通して形成されコンタクトホールＣＨを通して前記発光素子ＥＬの陽極となる一方の電極ＩＴＯが接続されている。

さらに、基板ＳＵＢの前記発光素子ＥＬが形成された面と反対側の面に、フォトクロミック材料層ＦＣＬが形成されている。すなわち、該発光素子ＥＬにおいて発光する光が基板ＳＵＢを通して出射される光路内に該フォトクロミック材料層ＦＣＬが配置されるようになっている。このフォトクロミック材料層ＦＣＬは前記光路内をはみ出るようにして形成されていてもよく、また光路内と光路外の境界を跨るようにして形成されていてもよい。いずれもフォトクロミック材料層ＦＣＬには発光素子ＥＬからの光が入射されるからである。

このフォトクロミック材料層ＦＣＬは、たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を液体状の分散媒に分散させた懸濁液（コロイド溶液）としてガラス基板に塗布して基材層を形成し、これを硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）溶液に浸漬して上記基材層に銀イオン（Ａｇ^＋）を吸着させ、その後、この基材層に紫外線を照射して銀イオンを還元して構成される。

このように構成された有機ＥＬ表示装置は、それに用いられるフォトクロミック材料層ＦＣＬに、発光素子ＥＬからの光（光の３原色のうちの何れかの色の光）が入射され、しかも該フォトクロミック材料層ＦＣＬに白色光が照射されていることによって、前記色の光がその強度を増して出射されるようになり、強い外光の下であっても、その表示の鮮明度を確保することができるようになる。

図４は、図１の構成をさらに改良したものであり、前記フォトクロミック材料層ＦＣＬを被って基板ＳＵＢの面に保護膜ＰＣＶを形成した構成としている。該保護膜ＰＣＶの材料としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等が用いられる。フォトクロミック材料層ＦＣＬを外的障害から保護するためである。

上述した実施例では、フォトクロミック材料層ＦＣＬは基板ＳＵＢ面にて発光部と対向するようにして設けたものである。すなわち、一の画素におけるフォトクロミック材料層ＦＣＬは、それに隣接する画素におけるフォトクロミック材料層ＦＣＬと分離された状態で設けたものである。しかし、必ずしもこのように構成することはなく、各画素におけるフォトクロミック材料層ＦＣＬは物理的に互いに接続された状態で形成されていてもよいことはいうまでない。換言すれば、各画素の集合体からなる表示部ＡＲの全域にわたってフォトクロミック材料層ＦＣＬが形成されるようにしてもよいことはもちろんである。

また、上述した実施例では、フォトクロミック材料層ＦＣＬを基板ＳＵＢの面に直接被着させて形成したものである。しかし、これに限定されることはなく、該基板ＳＵＢの面とフォトクロミック材料層ＦＣＬとの間に他の異なる材料層が介在されていてもよいことはもちろんである。得られる効果には変りがなく、また、前記他の異なる材料層を何らかの効果をもたらすために形成する必要がある場合もあるからである。

さらに、前記基板ＳＵＢとは分離させて配置させる部材がある場合において、該部材の表面あるいは裏面のいずれかあるいは双方にフォトクロミック材料層ＦＣＬを形成させ、前記基板ＳＵＢ側に形成しないようにしてもよいことはいうまでもない。発光部から観察者側への光路上において該フォトクロミック材料層ＦＣＬが配置されていれば同様の効果が得られるからである。なお、前記部材としてはたとえばタッチパネル等がある。

また、このように、基板ＳＵＢに直接フォトクロミック材料層ＦＣＬを形成する以外の他の形態の実施においても、該フォトクロミック材料層をＦＣＬ被って保護膜ＰＣＶを形成してもよいことはもちろんである。

上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。

本発明による有機ＥＬ表示装置の要部の構成の一実施例を示した断面図である。本発明による有機ＥＬ表示装置の全体を示した構成の一実施例を示した平面図および断面図である。本発明による有機ＥＬ表示装置の画素の構成の一実施例を示した平面図および等価回路図である。本発明による有機ＥＬ表示装置の要部の構成の他の実施例を示した断面図である。

符号の説明

ＧＬ……ゲート信号線、ＤＬ……ドレイン信号線、ＥＬＬ……発光層、ＩＴＯ……一方の電極（陽極）、ＣＴ……他方の電極（陰極）、ＢＭＰ……バンク層、ＯＰＮ……開口部、ＦＣＬ……フォトクロミック材料層、ＰＣＶ……保護膜

Claims

光を透過する基板の一方の面の画素領域に発光部が形成され、この発光部からの光が前記基板を通して他方面側へ出射されるものであって、
前記基板の他方の面側に前記発光部からの光の通路の少なくとも一部にフォトクロミック材料層が配置されていることを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層は前記発光部に対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層は前記画素領域の集合体からなる表示部の全域にわたって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層は前記基板に直接形成されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層は前記基板との間に透明な他の材料層を介在して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層は保護層で被われて形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれかに記載の有機ＥＬ表示装置。
前記フォトクロミック材料層はそれが配置される側の部材に貼付されるシート状部材から構成されていることを特徴とする請求項３、４、５のうちいずれか記載の有機ＥＬ表示装置。