JP2005512303A - 改善されたコントラストを有する電界発光デバイス - Google Patents

Abstract

この発明は、透過性の前側の基板（１１）及び少なくとも第一及び第二の発光素子（１２、１５ｂ）を含み、前記第一の素子（１２）は、第一の波長（λ１）で光を放出するために配置され、前記第二の素子（１５ｂ）は、第二の波長（λ２）で光を放出するために配置される、電界発光表示デバイス（１０）に関する。さらに、前記第二の波長（λ２）の光を吸収すると共に前記第一の波長（λ１）の光を透過させるために配置される、第一の吸収層（１８）は、前記第一の発光素子（１２）及び前記前側の基板（１１）の間に配置される。

Description

発明の詳細な説明

この発明は、透過性の前側の基板及び少なくとも第一及び第二の発光素子を含み、ここで前記第一の素子は、第一の波長で光を放出するために配置され、前記第二の素子は、第二の波長で光を放出するために配置される、電界発光表示デバイスに関する。

上述したような電界発光デバイスは、基本的には、複数の発光素子又は画素を含み、各々は、陽極の構造及び陰極の構造の間に挟まれた電界発光材料の薄い層を含む。前記画素は、表示を発生させるために、透過性の基板上に配置される。上の電界発光材料は、例えば、ＰｏｌｙＬＥＤディスプレイを構成する重合体の材料であってもよい。

最近、上のＰｏｌｙＬＥＤディスプレイのような重合体の発光性ディスプレイにおける使用のための材料の分野内における進歩は、このタイプの最初のフルカラーデバイスの実現に帰着してきた。インクジェット印刷によって、赤色、緑色、及び青色の発光性材料を、制御された方法で基板上に堆積させてもよく、さらに、適当な結果として生じる画素を適切に駆動することによって、実用的なフルカラーディスプレイを達成することは、可能であり、各々の画素は、陽極及び陰極の間に挟まれるある量の発光性材料を含む。

代わりに、蒸着によって基板上に堆積させられる小分子（ＯＬＥＤ）の有機電界発光材料などを使用することによって、対応するフルカラーディスプレイを実現することは、可能である。機能的に、これらの有機電界発光ディスプレイは、上の重合体の発光性ディスプレイに類似する。

先行技術による基本的なカラーディスプレイを図１に示す。このようなディスプレイは、例えば、上述したようなインクジェット印刷又は蒸着によって、個々にアドレス可能な画素２、５ａ、５ｂ、５ｃが配置される、基板１上に構築される。明確にするために、アドレスする陽極及び陰極は、図１に示されないが、当業者に知られているような受動的又は能動的なタイプのものであってもよい。図１に示す例において、残りの画素が非活動状態であると同時に、一つの画素２をアドレスする。その結果として、光は、前記画素２によって発生させられることになり、その後、基板１を通じて前進すると共に観察者の目に当てることに利用可能な光ビーム３として部分的に基板を出ることになる。しかしながら、発生した光の一部は、図１に示すように、基板の表面で反射されることになる。反射した光のこの部分は、基板内で導波され、例として、二つの伝播するビーム４ａ及び４ｂを図１に示す。ガラス基板に対してはおおよそ４２度である臨界角よりも大きい入射角を有する基板−空気の界面に入射する光が、内部全反射されるので、それは、隣接する画素５ｂ及び５ｃ上に突き当たることになる。特別な幾何学的な束縛が与えられると、アドレスされる画素及び望ましくないが内部反射された光によって照明されてもよい周囲の画素の間に最小の距離があることを考えてもよい。この距離は、上の臨界角との組み合わせで、主として、基板の厚さによって支配される。図１に示す例において、画素５ａは、上のアドレスされた画素２からの反射された光によって照明されなくてもよい、暗帯内にある。

ある一定の状況の下では、周囲の画素に当てるこのような反射された光は、当たっている画素からの光学的に励起された蛍光の放出を引き起こすこともある。これを、光ビーム６及び７として図１に概略的に示す。この光学的に励起された蛍光の放出は、同じ画素によって発生した光よりも高いエネルギー含量を有する、画素に当てる光による。

結果として、画素を輝かせているとき、ハロー効果が起こることもある。これは、上述の放出の効果により、蛍光性のハローが、輝かせている画素のまわりで発生することを意味する。例えば、出願人によって試験された一つの表示デバイスに対して、青色の画素を輝かせたとき、ハローは、周囲の黄緑色の画素で発生した。ハローの半径及び色は、例えば、基板の厚さ、分布、及び画素を構成する材料に依存する。

蛍光性のハローのみかけの輝度は、むしろ低いが、例えば上述した輝かせた青色の画素で発生した光のおおよそ５０％は、通常、基板内で捕捉され、結果として上の蛍光のハロー効果を生じることもあることに注意するべきである。さらに、照明された領域は、源の領域よりもはるかに大きく、現実の用途においては仮想的に全ての画素がオンであるのに対して、上の実験では、ただ一つの源、すなわち青色の画素を起動させたのであるが、全ての結果として生じるハローは、部分的に重なり合い、よって、他の起動させた又は起動させてない画素の輝度に加わる。この効果は、それが、表示された画像のコントラストを減少させるので、当然望まれない。さらに、蛍光の量は、源の放出の重なり合いのみならず、幾何学的な重なり合い及び照明された画素に使用される材料の吸収に依存する。結果として、上のディスプレイでの問題は、ディスプレイのコントラスト、すなわち、暗いコントラストのみならず昼光が、上のハロー効果により、激しく劣化させられることもあることである。

上の問題を克服するために提案されてきた一つの方法は、基板からの実質的な部分又は全ての光さえも抜き取り、それによって、基板内で透過する光を減少させるという思想に基づく。このような方法は、特許文書米国特許第５９５５８３７号（ＰＨＮ１６０１４）においてＨｏｒｉｋｘ等によって提案されてきた。しかしながら、全ての光の抜き取りは、達成することが非常に難しく、そのために、より確固とした方法が要求される。

結果として、本発明の目的は、上のハロー効果の発生を予防するための、それによって、先行技術の上述の欠点を回避する、デバイスを提供することである。

本発明の別の目的は、相対的に単純な製造方法を使用することによって、画素の間における内部の光学的なクロストークを回避する又は減少させるデバイスを提供することである。

上の及び他の目的は、開始の段落に記載したようなデバイスによって達成され、そのデバイスは、前記第二の波長の光を吸収すると共に前記第一の波長の光を透過させるために配置される、第一の吸収層が、前記第一の発光素子及び前記前側の基板の間に配置されることを特徴とする。前記第一及び第二の波長は、互いに異なることに注意するべきである。結果として、一つの発光素子の輝きにより、内部反射された光は、他の発光素子に到達することができないことになり、それによって光学的に励起された蛍光又は光学的なクロストークは、回避される。好ましくは、前記発光素子は、有機重合体の材料又は小分子の材料のような有機電界発光材料を含む。

本発明の実施形態によれば、前記第一の波長の光を吸収すると共に前記第二の波長の光を透過させるために配置される、対応する第二の吸収層は、前記第二の発光素子及び前記前側の基板の間に配置される。それによって、光学的に励起された蛍光を回避してもよい。

本発明の好適な実施形態によれば、前記吸収層の少なくとも一つは、ある波長帯域内の光を吸収するために配置され、そのために、対応する発光素子は、吸収帯域を有する。それによって、光学的に励起された蛍光を生じさせるかもしれない光のみを吸収する。

さらに、前記吸収層は、対応する発光素子によって発生する波長のみを透過させるために配置される。結果として、昼光のようなディスプレイの外側から来る光による蛍光の除去に帰着する、全ての他の波長を透過させる。

好ましくは、前記第一及び第二の吸収層の少なくとも一つは、光学色フィルターを含む。現今、光学色フィルターは、他の表示技術において、すでに使用され、従って、前記吸収層の率直な実現を提示する、十分に試験された信頼性のある、大きな塊の構成部品である。

代わりに、前記第一及び第二の吸収層の少なくとも一つは、吸収材料及び導電性重合体の材料を含む混合層として構成される。このような導電性重合体の層、例えばＰＥＤＯＴ層は、ほとんどの有機電界発光ディスプレイにおいてすでに存在し、結果として、この解決手段は、表示デバイスに余分の別個の構成部品を追加することなく、上の吸収層の実現を提示する。さらに、吸収材料は、導電性重合体の層に含まれるので、この層を、単一の製造段階で製造してもよく、それによって生産の間における時間を減ずることができる。適切に、前記吸収層は、有機重合体及び小分子の材料又はそれらの組み合わせである吸収材料を含む。好ましくは、このような層、例えば重合体の発光層を基板上に適用するために率直なアプローチであるインクジェット印刷によって、前記吸収層を前記基板上に分布させる。代わりに、小分子の有機発光材料に対して、前記吸収層を、蒸発によって、前記基板上に分布させてもよい。

本発明の好適な実施形態によれば、表示デバイスは、第三の波長で光を放出するために配置される、第三の発光素子をさらに含み、ここで前記第一の吸収層は、それぞれ、前記第一及び第二の波長の光を吸収するために配置される。このような方法で、多色のディスプレイを得てもよい。上述したように、例えば、緑色の発光性の画素が、赤色の光に対する吸収帯域を欠くので、緑色の発光性の画素に赤色の光を吸収する吸収層を提供することが必ずしも必要ではないように、対応する発光素子が吸収帯域を有する波長のみが、吸収される必要がある。

本発明の目下の好適な実施形態を、以後に、添付する図面を参照して、より忠実で詳細に記載することにする。

本発明による表示デバイス１０を図２に示す。表示デバイスは、内及び外側を有する基板１１を含む。外側は、観察者に面するために配置される。複数の発光画素１２、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、内側に配置される。各々の画素は、本質的に、既知の様式における（詳細に示さない）二つの電極の間に挟まれる重合体の又は小分子の有機発光材料のような発光材料の層を含む。さらに、それぞれの吸収層１８、１９、２０、２１は、内面及び各々の発光画素１２、１５ａ、１５ｂ、１５ｃの間に配置される。各々の吸収層は、対応する発光画素によって発生する波長の区間内の光を透過させると共にこの区間の外側における光を吸収する、より具体的には、発光波長の短波長側での帯域における光を吸収する、すなわち、同じ画素によって発生する光よりも高いエネルギー含量を有する光を吸収するために、配置される。

上述した表示デバイスの機能を、以後に、例によって記載することにする。

（示さない）制御ユニットは、制御信号を発光画素１２、ここでは青色の発光画素へ、前記画素を輝かせるために送る。このように、発光画素１２は、青色の光λ１を放出し、吸収層１８を通じて基板１１中へ伝播するために配置され、この場合には青色の光を透過させる青色の色フィルターである。基板において、光の一部は、普通に伝播し、光ビーム１３として基板１１を出るのであるが、可能性のある観察者の目を部分的に当てるために配置される。しかしながら、上に記載したように、放出された光の一部は、基板内で導波されることになり、これを、光ビーム１４ａ及び１４ｂとして図２に概略的に示す。

さらに、この例においては、画素１５ｂは、黄緑色の発光画素であり、対応する吸収層２０は、黄緑色の光λ２を透過させると共にその波長の区間の外側における光、例えば青色の光λ１を吸収するために配置される。画素１５ｃは、赤色の発光画素であり、対応する吸収層２１は、赤色の光を透過させると共にその波長の区間の外側における光、例えば青色の光を吸収するために配置される。対応する画素によって放出される光よりも高いエネルギー含量を有する光を吸収層に吸収させることは、このような高いエネルギーの光のみが、光学的に励起された蛍光を引き起こすことになるので、十分である。

図２においてビーム１４ａとして概略的に示された、青色の発光画素１２によって放出される内部で導波された光の一部は、青色の光が吸収されることになる、黄緑色の吸収層２０に当てられることになる。結果として、隣接する画素によって放出される青色の光は、黄緑色の発光画素１５ｂに決して当てられないことになり、従って、前記画素１５ｂにおけるどんな光学的に励起された蛍光も発生させないことになる。相応じて、図２においてビーム１４ａとして概略的に示された、青色の発光画素１２によって放出される内部で導波された光の第二の部分は、青色の光が対応する様式で吸収されることになる、赤色の吸収層２０に当てられることになる。結果として、隣接する画素によって放出される青色の光は、赤色の発光画素１５ｂに決して当てられないことになり、従って、どんな光学的に励起された蛍光も発生させないことになる。

結果として、上の発明の構築は、光学的に励起された蛍光の発生を予防し、よって、全体としてディスプレイに対する所望の特性に帰着する。

吸収層１８、１９、２０、２１を、例えば先行技術の液晶表示デバイスにもまた存在する、通常の光学色フィルターによって製造してもよい。この場合には、色フィルターの材料の背板又は層を、基板及び前記発光素子のそれぞれ一つの間に導入する。

本発明による吸収層を達成する別の方法は、先行技術のＰｏｌｙＬＥＤデバイスにすでに存在するＰＥＤＯＴ層のような導電性重合体の層と吸収材料を混合することである。表示デバイスのＰＥＤＯＴ層は、二つの機能を供給する。第一に、それは、画素における電気的な短絡を有するとき、変化を減少させるための緩衝層として役立ち、第二に、それは、電界発光層における担体の最適な注入に対する安定な電気的な仕事関数を提供する。この特別な混合物との組み合わせでインクジェット印刷又は蒸発の導入は、基板上に局所的に異なるフィルターを有する可能性のみならず、所望の光学特性をもたらす。さらに、最後に述べた方法は、先行技術のデバイスを製造するためにすでに必要なものより他に、製造のどんな他の技術も手段も導入しない。個々の画素の放出の色純度及び安定性を強調するために、吸収材料、すなわち、材料の色座標を調整することもまた可能である。その特性を大いに強調するために、狭帯域の光学フィルターが望まれる。

上に記載した本発明の構築の例として、フルカラーディスプレイを実現してもよい。この場合には、ディスプレイを形成するために、三つの異なる色、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）を放出するために配置される、画素の三つの群を散在させる。相応じて、画素によって放出される色を本質的に透過させるための色フィルターは、各々の画素及び基板の間に配置される。しかしながら、この場合には、各々の色フィルターは、上述したような透過させる波長を除いて、ディスプレイによって発生させられる全ての波長を吸収するために、配置される。結果として、青色の色フィルターは、例えば、青色の光を透過させると共に赤色及び緑色の波長帯域内の光を吸収することになり、相応じて、緑色及び赤色の色フィルターに対しても同様である。

上に記載したように、ＰＥＤＯＴ層と混合される添加剤として色フィルターの材料が提供される場合には、色フィルターの材料は、以下の要件を満たすものとする。

添加剤は、抵抗率及び加工性（粘度）のような重大なＰＥＤＯＴの特性を変化させてはならず、水に可溶でなければならない。

発光ディスプレイの加工及び駆動の状況の下での安定性。これは、ＰＥＤＯＴが発光ディスプレイの構造において正孔を輸送すると共に有機電界発光材料に対する正孔注入電極として現実に作用するとき、電気化学的な安定性を暗示する。また、それは、ＰＥＤＯＴの重合体の層におけるのみならずＰＥＤＯＴの媒質、すなわち、（加工の間に）酸性の水溶液において安定でなければならない。

光学フィルターとしてのそれの機能を満たすために、それは、上に記載したフルカラーの用途のために、他の二つの着色された画素を点灯させる波長を備えた光を吸収しなければならず、吸収した光において蛍光を発するべきではない。

画素の十分な効率を保証するために、同類のものは、可能性のある観察者の目に当てるために、上の例における赤色、緑色、及び青色のような、全ての存在する色が、ディスプレイを出ることを可能としなければならない。

３）及び４）の下で述べた要件を、以後に、より忠実に詳細に記載することにする。

例として、ここでは青色の色素、緑色の色素、及び赤色の色素によって表される、上の要件を満たす三つの色の材料を使用してもよい。前記色の材料のそれぞれの一つに対する以下の励起及び放出スペクトルを、図３（緑色）、図４（青色）、及び図５（赤色）に示す。

先行技術のＬＣＤに使用される色フィルターの材料は、その透過スペクトルを図６に示すが、光のより高いエネルギーの光子からの内部反射された光から、これらの光子をフィルターによって吸収するように、画素を保護すると同時に、それらの透過が、赤色、緑色、及び青色の材料の電界発光の光がディスプレイを出ることを可能にすると、有機電界発光ディスプレイ用に適切な色フィルターの材料に関する調査において、良好な出発原料である。これは、図６における透過の特性と図４、５、及び６の吸収の特性を比較することによって、容易に結論を下され得る。図３から図６によって導かれるように、当業者は、本発明における使用のために適切な色の材料を容易に選び出してもよい。

本発明を、以前に、本発明の現今の好適な実施形態を参照して記載してきたが、異なる構築は、添付した請求項によって定義されるような、この発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、可能であることに注意するべきである。例えば、この発明の重要な態様は、基板及び発光層の間に吸収層を置くことであることを注意するべきである。ディスプレイを駆動するための電極層のような、基板及び発光層に関して他の層の位置は、この発明には直接関連しない。

また、波長に対する参照が、定義される波長の区間又は定義された波長の区間の群を含むことが意図されることは、当業者には自明である。

本発明を、上に記載したように有機重合体又は小分子の材料を使用するディスプレイにおいて使用してもよいだけでなく、蛍光性の材料を使用する全てのディスプレイに実際に適用可能であることをさらに注意するべきである。

要約すると、この発明は、透過性の前側の基板（１１）及び少なくとも第一及び第二の発光素子（１２、１５ｂ）を含み、前記第一の素子（１２）は、第一の波長（λ１）で光を放出するために配置され、前記第二の素子（１５ｂ）は、第二の波長（λ２）で光を放出するために配置される、電界発光表示デバイス（１０）に関する。さらに、前記第二の波長（λ２）の光を吸収すると共に前記第一の波長（λ１）の光を透過させるために配置される、第一の吸収層（１８）は、前記第一の発光素子（１２）及び前記前側の基板（１１）の間に配置される。

図１は、有機電界発光ディスプレイにおける内部反射を示す、先行技術による有機電界発光ディスプレイの断面の概略図である。 図２は、この発明による有機電界発光ディスプレイデバイスの断面の概略図である。 図３は、例によって示される緑色の着色材料に対する励起及び放出を示すグラフである。 図４は、例によって示される青色の着色材料に対する励起及び放出を示すグラフである。 図５は、例によって示される赤色の着色材料に対する励起及び放出を示すグラフである。 図６は、先行技術の色フィルターの材料の透過スペクトルを示すグラフである。

Claims (10)

1. 透過性の前側の基板及び少なくとも第一及び第二の発光素子を含み、前記第一の素子は、第一の波長で光を放出するために配置され、前記第二の素子は、第二の波長で光を放出するために配置される電界発光表示デバイスにおいて、
   前記第二の波長の光を吸収すると共に前記第一の波長の光を透過させるために配置される第一の吸収層は、前記第一の発光素子及び前記前側の基板の間に配置されることを特徴とする電界発光表示デバイス。
2. 前記発光素子は、有機重合体の材料又は小分子の材料のような有機電界発光材料を含む請求項１に記載の表示デバイス。
3. 前記第一の波長の光を吸収すると共に前記第二の波長の光を透過させるために配置される、対応する第二の吸収層は、前記第二の発光素子及び前記前側の基板の間に配置される請求項１又は２に記載の表示デバイス。
4. 前記吸収層の少なくとも一つは、前記対応する発光素子が吸収帯域を有する波長帯域内の光を吸収するために配置される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示デバイス。
5. 前記吸収層は、前記対応する発光素子によって発生させられる波長のみを透過させるために配置される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示デバイス。
6. 前記第一及び第二の吸収層の少なくとも一つは、光学色フィルターを含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示デバイス。
7. 前記第一及び第二の吸収層の少なくとも一つは、吸収材料及び導電性重合体の材料を含む混合層として構成される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示デバイス。
8. 前記吸収層は、インクジェット印刷によって前記基板に分布させられる請求項７に記載の表示デバイス。
9. 前記吸収層は、有機重合体及び小分子の材料又は有機重合体及び小分子の材料の組み合わせである吸収材料を含む請求項７に記載の表示デバイス。
10. 第三の波長で光を放出するために配置される、第三の発光素子をさらに含み、
    前記第一の吸収層は、それぞれ前記第一及び第二の波長の光を吸収するために配置される請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示デバイス。

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