JP2005528760A - エレクトロルミネセント装置 - Google Patents

Abstract

装置に入射する周囲光の望ましくない反射を引き起こす光反射面１０を有する発光ダイオードのようなエレクトロルミネセント装置１３が、周囲光の望ましくない反射を抑制するために反射円偏光子１７と吸収円偏光子２３との組み合わせを備えている。従って、満足に行く輝度を維持する一方で、高い強度の周囲の照明条件の下において用いられる場合に装置のコントラストを改善する。同じ輝度を実質的に維持する一方で装置のコントラストを更に高めるために、反射円偏光子１７の反射円偏光領域１７´の反射帯域は、対応するルミネセント装置のルミネセント領域９´の発光帯域に合わせられることが好ましい。

Description

本発明は、エレクトロルミネセント装置に関する。

エレクトロルミネセント（ＥＬ）装置は、適切な電圧を供給する電圧源に接続されたときに光を発する装置である。有機エレクトロルミネセント装置が特に興味深く、とりわけ高分子（polymer）エレクトロルミネセント装置がより興味深く、これらは、それぞれ発光層が有機又は高分子材料により作製されている。

エレクトロルミネセント装置は、ディスプレイ、照明及び信号のアプリケーションに適している。有機（高分子）エレクトロルミネセント装置は、当該装置が薄いべきである場合及び／又は大きな表面領域にわたって光を発するべきである場合に特に適している。

ＷＯ９７／３８４５２公報には、ディスプレイの形態のエレクトロルミネセント装置が開示されている。このディスプレイは発光層及び光を反射する裏面電極を有している。上記裏面電極は周囲光を見る人の方に反射し、そのような反射した周囲光は画像の情報を全く含んでいないので、表示される画像のコントラストが悪影響を及ぼされる。ＷＯ９７／３８４５２公報によれば、そのようなコントラストのロスを回避するために、ディスプレイの前面に円偏光子が配されている。この円偏光子は、ディスプレイに入射する全ての周囲光を吸収する一方で、発光層により発せされる光が透過することを可能にし、従って特に周囲光の強度が高い場合にディスプレイのコントラストを改善する。

上記既知のディスプレイの欠点は、円偏光子が発光層により発せされる非偏向光の約半分を吸収してしまうために、コントラストの改善が著しく低いディスプレイの輝度及び／又は効率を招くことである（同じ輝度が実現されるべきである場合に駆動電流が大きくされなければならず、より多くの電力が消費される。）。そのような輝度及び／又は効率のロスは、特にディスプレイが電池により動作する場合に受け入れることができない。

本発明の目的は、とりわけ、上記円偏光子により生じる輝度及び／又は効率のロスを取り除く又は少なくとも軽減することにある。より具体的には、本発明の目的は、高い周囲の照明条件の下においてさえも良好なコントラストと満足の行く輝度及び／又は効率とを兼ね備えたエレクトロルミネセント装置を提供することにある。

この目的は、ルミネセント領域ｉ＝１ないしＮ（Ｎ≧１）を有し、上記ルミネセント領域のそれぞれが発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）内において光を発するエレクトロルミネセント層と、光反射サイドを伴い、上記ルミネセント領域の対応するものに対向して配された１つ又はそれ以上の光反射面領域を有し、上記光反射面領域は上記光反射面領域に入射する光の円偏光成分の回転方向（handedness）を逆にすることができる光反射面と、上記光反射面から遠くに面する上記エレクトロルミネセント層のサイドに配され、１つの円偏向光成分を吸収し、それと直交する光成分を透過する吸収円偏光子と、上記吸収円偏光子と上記エレクトロルミネセント層との間に配された反射円偏光子であって、反射円偏光領域ｉ＝１，・・・，Ｎ（Ｎ≧１）を有し、全てのｉ＝１ないしＮに関して第ｉ番目の上記円偏光領域が第ｉ番目の上記ルミネセント領域に対向して配置され、各上記円偏光領域は反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）内において上記吸収円偏光子が吸収する上記円偏向光成分を反射し、それと直交する成分を透過する当該反射円偏光子とを有するエレクトロルミネセント装置であって、全てのｉ＝１ないしＮに関して、上記反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が上記発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）とオーバーラップするように構成されたエレクトロルミネセント装置により達成される。

上記（波長）範囲という用語は、帯域とも呼ばれ、実線上の１つ又はそれ以上の別個の連続する幅（interval）のような波長の任意のセットを意味し、一般に帯域幅及び中心波長により特徴付けられ得る。

周囲光という用語は、本発明においては、装置自体から生じるのではなく、装置の外部の光源から生じ、エレクトロルミネセント装置により発せられる光のコントラストに悪影響を及ぼす任意の光を意味する。どの波長がそのような影響を及ぼすかは、エレクトロルミネセント装置が動作するように設計される波長範囲に依存する。動作範囲は、原則的には電磁スペクトルの任意の部分、特に赤外範囲又は紫外範囲を含む部分であり得る。しかしながら、典型的には、周囲光は約４００から７００ｎｍまでにわたるスペクトルの可視範囲である人間の目が感じやすい（susceptible）光を意味する。本発明においては、エレクトロルミネセント装置により発せられる波長の範囲Δλ_ＥＬ≡∪_ｉΔλ_ＥＬ（ｉ）及び従って各範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）は周囲光の波長範囲のサブセット（サブ範囲）であると仮定されている。

上記ルミネセント層と吸収円偏光子との間に反射円偏光子を配することにより、高い周囲の照明条件の下においてさえも良好なコントラストと満足の行く輝度及び／又は効率とを兼ね備えたエレクトロルミネセント装置が実現される。

光反射面、吸収円偏光子及び反射円偏光子の組み合わせは、Δλ_ｃｉｒ（ｉ）とΔλ_ＥＬ（ｉ）とのオーバーラップする範囲内において、ルミネセント層により発せられる非偏向光の両方の円成分がエレクトロルミネセント装置を出て見る人に達することができるのに対して、ディスプレイに入射する周囲光の１つの円成分、すなわち吸収偏光子及び反射偏光子により透過される回転方向を持つ成分のみが見る人に達することができるという効果を有する。従って、反射偏光子は存在せず、吸収偏光子のみが存在する従来技術の状況と比較して、装置の輝度は改善され、コントラスト（この点に関して、コントラストは発せられる光の強度と反射する周囲光との差として定義される。）は維持される。

反射円偏光子を有するエレクトロルミネセント装置は、それ自体はＷＯ９７／１２２７６公報から知られている。この公報に開示されているエレクトロルミネセント装置は、吸収円偏光子を有しておらず、周囲光の反射の問題に関して言及していない。この問題に言及していないのは、ＷＯ９７／１２２７６公報に開示されているエレクトロルミネセント装置は照明システムの形で設けられているので予想されるべきである。また、ＷＯ９７／１２２７６公報では、反射帯域を対応する対向配置されたルミネセント領域に合わせるための互いに異なる反射帯域を持つ別個の反射円偏光領域を有するパターニングされた反射偏光子については言及されていない。ＷＯ９７／１２２７６公報に開示されている反射円偏光子は、狭い帯域及び広い帯域の両方において、その反射帯域がルミネセント領域とオーバーラップする場合、本発明によるエレクトロルミネセント装置に用いられ得る。

輝度を維持し、反射する周囲光の強度をより低減するために、任意の及び好ましくは全ての反射帯域Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が対応する発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）に合わせられることが好ましい。従って、本発明の好ましい形態では、上記範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）は、任意の又は好ましくは全てのｉ＝１ないしＮに関して、上記範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）又はそのサブ範囲と一致するように構成される。実際にはルミネセント領域の発光スペクトル及び反射偏光領域の反射帯域は複雑な形状を有しており、一般に反射帯域と発光帯域とが正確に一致することは可能ではないこと及び厳密な数学的センスで反射帯域を発光帯域のサブ範囲にすることは可能ではないことは当業者には理解されるであろう。反射帯域を発光帯域に合わせることは、反射円偏光子の反射帯域を狭めることにより達成され得る。任意の又は好ましくは全てのｉ＝１ないしＮに関して反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が２０ないし１５０ｎｍ又は４０ないし１００ｎｍの帯域幅を有する領域を持つ狭い帯域の円反射偏光子が好ましい。

そのような狭い帯域の反射偏光子は、通常のものであり、それ自体は当該技術分野において知られている方法を用いて簡単な信頼性の高いやり方で製造され得る。

反射帯域Δλ_ｃｉｒ（ｉ）範囲外の波長に関して、上記反射偏光子は作動しないが、上記光反射面及び吸収円偏光子は依然として作動する。従って、光反射面及び吸収円偏光子のみに出会い、装置に入射する周囲光の両方の円成分が完全に吸収され、発せされる光の１つの円成分のみが吸収される。その結果、対応するルミネセント領域が発光しない波長を排除することにより反射偏光領域の反射帯域Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が狭められると、そのルミネセント領域の輝度は維持される一方で、反射する周囲光の強度は低減し、従ってコントラストが改善される。

範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）がΔλ_ＥＬ（ｉ）と一致する点、すなわちΔλ_ｃｉｒ（ｉ）がΔλ_ＥＬ（ｉ）のサブ範囲になる点を越えると、コントラスト及び色純度も改善し続ける一方で、ルミネセント領域の輝度は減少し始める。反対に、Δλ_ｃｉｒ（ｉ）がΔλ_ＥＬ（ｉ）のサブ範囲であれば、コントラストは、エレクトロルミネセント装置が本発明によるエレクトロルミネセントの融通性（versatility）を実証して用いられるアプリケーションの要求に依存する輝度と交換され得る。

上記反射帯域が狭い帯域（１５０ｎｍ未満の帯域幅）である場合、又は特に発光帯域よりも狭い場合、反射帯域は発光帯域の青色（高いエネルギー、小さい波長）のサイド、すなわち発光帯域の中心波長に対して反射帯域の中心波長が青色にシフトしたサイドに位置することが好ましい。反射帯域は視野角依存性であり、発光帯域はそうではない。特に、ノーマルからオフノーマル視野角になる際、反射帯域は赤色シフト化する。発光帯域の高エネルギーサイドに位置する反射帯域であれば、該反射帯域はノーマルからオフノーマル視野角になる際に発光帯域を通って動く。

マルチカラー及びフルカラーが本発明によるエレクトロルミネセントの恩恵を最も多く受ける。従って、好ましい形態では、エレクトロルミネセント装置は、第１のカラーに対応する発光波長範囲Δλ_ＥＬ（１）内において光を発する第１のルミネセント領域と、第２のカラーに対応する発光波長範囲Δλ_ＥＬ（２）内において光を発する第２のルミネセント領域とを有すると共に、上記第１のカラーの光を反射する反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（１）を持つ第１の反射円偏光領域と、上記第２のカラーの光を反射する反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（２）を持つ第２の反射円偏光領域とを有するパターニングされた反射円偏光子を有する。

例えば赤、緑及び青色の光をそれぞれ発するルミネセント領域であって、１つのフルカラー画像素子を形成するために一般にそれぞれが赤、緑及び青色のルミネセント領域よりなる３つずつの組で配されるルミネセント領域と、赤、緑及び青色の光をそれぞれ反射する反射円偏光領域を有するパターニングされた反射円偏光領域とを有するフルカラーのエレクトロルミネセント装置が特に興味深い。後述されるように、パターニングされた反射円偏光子はそれ自体は知られている。

上記光反射面は、本発明の出発点である問題の周囲光の反射を解決する。明らかな解決策は当該装置から光反射層を除去することである。しかしながら、そうすることにより、光反射層の有用な提供物も失われる。例えば、光反射層は、見る人に向けてルミネセント層により発せられる、一般に全方向性である光を誘導するのに役立ち、従って装置の輝度及び／又は効率を高めるのに役立つ。多くのエレクトロルミネセント装置において、上記光反射面は、装置の機能的な部品の表面であり、例えばエレクトロルミネセント装置の電極の表面であり得る。そのような場合、部品の統合が達成される。

好ましい形態では、上記光反射領域はエレクトロルミネセント装置の電極の表面領域に対応する。

一般に、ルミネセント層が光を発することを可能にするために電極が必要とされる。これは、例えば有機又は高分子発光ダイオードの場合である。そのようなダイオードは、ルミネセント層に正孔及び電子を注入するために電極を必要とする。電極表面を光反射領域として用いることにより機能の統合が実現される。また、一般に電極はルミネセント層に対して非常に閉じているので、視差が回避される。

特別な形態では、上記装置は基板を有し、この基板とルミネセント層との間に上記反射円偏光子が配される。

製造を容易にするため及び／又は機械的な支持を与えるために、エレクトロルミネセント装置は一般に基板を有する。機械的な支持を与えなければならない場合、基板は装置の他の層よりもかなり大きな厚さを有する。見る人から遠くに面する光反射面のサイドに設けられる場合、基板はシリコン基板であってもよく、その表面は光反射面としても役割を果たし得る。基板は、光反射面の見るサイドに配される場合には透明であるべきである。視差を低減するために、円反射偏光子及びルミネセント層は共に閉じて配されることが好ましく、これは、ルミネセント層と反射偏光子との間ではなく、円反射偏光子の見る人のサイドに基板を配することにより達成される。

本発明の好ましい形態では、任意の又は好ましくは全ての反射円偏光領域が、らせん配列を持つコレステリック材料を有する。反射偏光子はそれ自体は当該技術分野において知られている。例えば米国特許第６，０２５，８９７号公報には、複屈折層と異方性層とが交互に積層されてなる反射偏光子が開示されており、この反射偏光子は、直線偏向光の１つの成分を反射し、それに直交する成分を透過する。明らかに、従来の１／４波長リターダの間に反射直線偏光子を配することにより反射円偏光子が得られる。反射偏光子の他の実施例は、回転している基板に二酸化ケイ素のような複屈折性の無機材料を堆積して、カイラル、ツイスト柱状層（chiral, twisted columnar layer）を形成することにより得られる。

上述したように、マルチカラー又はフルカラーのエレクトロルミネセント装置では、それぞれ対応するルミネセント領域に合わせられた異なる反射帯域を持つ反射円領域を有するパターニングされた反射円偏光子の使用が特に有利である。らせん配列のコレステリック材料は、そのようなパターニングされた円反射偏光子を得るために特に好ましい。そのような円反射偏光子及びそのような偏光子の通常の製造方法は、例えばＷＯ００／３４８０８公報に説明されている。

反射円偏光子を与えることによりもたらされるあらゆる視野角依存性を軽減するために、本発明によるエレクトロルミネセント装置は、上記ルミネセント層から遠くに面する上記反射円偏光子のサイドに配され、上記反射円偏光子の屈折率楕円体と相補関係にある屈折率楕円体を持つ補償層を更に有している。コレステリック反射円偏光子の場合、上記補償層は、その法線に沿って速軸を有すると共に、該法線方向と直交する方向に２つの等しい遅軸を有する。

本発明は、任意の種類のエレクトロルミネセント装置に好適に用いられ、特に、電界放出装置のような発光化学セル及び単一の電荷担体（正孔のみ、電子のみ）を含むエレクトロルミネセント装置に好適に用いられる。本発明は、一般に鏡面反射性を持つ金属電極を有する装置のような有機発光ダイオード及びより詳細には高分子発光ダイオードに特に用いられる。

本発明によるエレクトロルミネセント装置は、信号アプリケーションを点灯するために用いられ得るが、特に、セグメント化されたディスプレイ又はパッシブ若しくはアクティブタイプのマトリクスディスプレイのようなディスプレイとして用いるのに好適である。

本発明のこれらの観点及び他の観点は、以下に説明する実施の形態から明らかであり、以下に説明する実施の形態を参照して理解されるであろう。

図１は、本発明によるエレクトロルミネセント装置の一実施の形態を断面図において模式的に示している。図１に示されているエレクトロルミネセント装置１は、通常の高分子又は有機発光ダイオード（ＬＥＤ）１３を有している。高分子又は有機ＬＥＤ１３の使用は必須ではなく、任意の他のエレクトロルミネセント装置が本発明を説明するために用いられ得る。ＬＥＤは、一般に高い効率で（周囲及び発せされた）光を鏡面反射する電極を有しているので、本発明を説明するのに特に適している。上記発光ダイオード１３は、少なくともＬＥＤ１３により発せされるべき光に対して透明である基板３と、第１のタイプの電荷（正孔又は電子のいずれか一方）を注入する第１の電極層５であって、ＬＥＤ１３により発せされるべき光に対して透明である第１の電極層５と、電極層５からルミネセント層９に上記第１のタイプの電荷を輸送する電荷輸送層７と、発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）内の光を発するルミネセント領域９^ｉ（ｉ＝１ないしＮ）を有するルミネセント層９と、第２のタイプの電荷（正孔又は電子のいずれか一方）を注入する第２の電極層１１であって、金属よりなり、ルミネセント領域９^ｉに対向して配された光反射面領域１０^ｉ（ｉ＝１ないしＮ）を有する光反射面１０を持つ第２の電極層１１とを連続的に有している。

典型的には、一般にＬＥＤ１３のアクティブ層は酸素及び／又は水分に曝されると劣化するので、基板３は酸素及び／又は水分を通さないようにされている。この基板の材料は、それ自体は重要ではなく、適切な選択は、ガラス、セラミック、プラスチック又はプラスチックと無機層との交互の積層体である。典型的には、上記基板は、機械的な支持を与えるために約０．５ないし約５ｍｍの厚さを有している。電極層５のルミネセント層９から遠くに面するサイドに配されているので、上記基板は容易な製造を容易にすることを可能にする。上記基板は、代替として、反射偏光子１７のルミネセント層９から遠くに面するサイドに配され得る。これは、反射偏光子１７がルミネセント層９にかなり近く、従って視差が減少するという利点を有する。代替として、上記基板は、光反射面１０のルミネセント層９から遠くに面するサイドに配されてもよく、これは不透明な基板材料が用いられることを可能にする。この点に関して、エレクトロルミネセント装置１を駆動するために必要とされる電子回路の集積化を可能にする基板のようなシリコン基板が特に魅力的である。

第１の電極層５は、正孔又は電子であり得る第１のタイプの電荷を、本実施の形態では電荷輸送層７を介してルミネセント層９に注入する。ＬＥＤ１３により発せられる光が見る人２に達するべきである場合、電極層５はこの光に対して透明であるべきである。電極層５に適した材料はインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）であるが、任意の他の導電性を有する透明な材料が用いられ得る。有機又は高分子発光ダイオードに用いられる通常のルミネセント材料と組み合わせられる場合、ＩＴＯ電極層５は一般にアノードとも呼ばれる正孔注入電極である。代替として、電極層５は透明な電子注入電極であり、このような電極が形成される材料はそれ自体は当該技術分野において知られている。電極層５は、ＬＥＤ１３が（例えば液晶ディスプレイに用いる）シートのようなバックライト又は他の大面積照明及び信号装置を形成するべきである場合に適した連続する層であり得る。連続する層は、セグメント化された発光ダイオードディスプレイ又はアクティブマトリクス発光ダイオードディスプレイにおける共通電極層としても用いられ得る。代替として、電極層５は、見る人２にアイコン又は他の固定された画像を表すパターニングされた発光を与えるために所望のパターンに従って与えられ得る。代替として、電極層５は、セグメント化されたディスプレイ又はパッシブ若しくはアクティブマトリクスディスプレイのような画素化されたディスプレイを形成するために好適に用いられる複数の独立してアドレス可能な電極を形成するためにパターン化され得る。この電極層は、典型的には約５０ないし２５０ｎｍの厚さを有している。

電荷輸送層７は任意のものであり、通常の材料から形成され、正孔輸送層の場合にはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン及びトリフェニルジアミン（ＴＰＤ）のようなアリルアミンが典型的な例であり、オキサジアゾール、ポリフルオレン及びポリスピロフルオレンが電子輸送層の典型的な例である。ＬＥＤ１３は他の電荷輸送層を含み得る。特に、そのような層はルミネセント層９と第２の電極層１１との間に配され得る。電荷輸送層７は、典型的には、スピンコート又はインクジェット印刷のような湿式堆積法を用いて塗布される場合には約５０ないし３００ｎｍの厚さを有し、蒸着法を用いて塗布される場合には約５ないし５０ｎｍの厚さを有している。

ルミネセント層９は、通常のものであり、通常のやり方で形成され得る。ルミネセント層９は、蒸着法により堆積された低分子量の化合物から形成される（この場合、ＬＥＤは一般に有機と呼ばれる。）か、又はスピンコート若しくはインクジェット印刷のような湿式堆積法を用いて堆積されたポリマのような高分子量の材料から形成され得る。ルミネセント層９が形成されるルミネセント材料を適切に選択することにより、特定のルミネセント領域９^ｉの発光波長の範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）（単にカラーとも呼ばれる。）が選択される。モノクロのエレクトロルミネセント装置を得るために全てのルミネセント領域９^ｉが同じ発光波長範囲を有する場合、すなわち全てのｉ＝１ないしＮに対してΔλ_ＥＬ（ｉ）＝Δλ_ＥＬである場合には、ルミネセント層９は連続する層から形成され、マルチカラーのエレクトロルミネセント装置を形成するためには、ルミネセント層９はカラーが互いに異なるルミネセント領域９^ｉを有するようにパターニングされる。独立してアドレス可能な電極を有する電極層５及び／又は１１が組み合わせられる場合、マルチカラー又はフルカラーの画素化されたディスプレイが利用可能になる。本実施の形態では、ルミネセント層９はＲＧＢの画素に区切られており、各ＲＧＢ画素は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の光をそれぞれ発する３つの別個の、独立してアドレス可能なルミネセント領域９^ｉを有している。上記ルミネセント層の厚さは、典型的には、高分子発光ダイオードでは約５０ないし５００ｎｍであり、有機発光ダイオードでは約１０ないし１００ｎｍである。

第２の電極層１１は、第１のタイプと異なるポラリティの第２のタイプの電荷担体を注入する。（上述したような）第１の電極層５と同様に、この第２の電極層は、個々にアドレス可能な電極を有する又は有さない連続する層又はパターン化された層として設けられ得る。

ルミネセント層９は一般に全ての方向に、従って見る人２から遠くに向かう方向にも光を発するので、ＬＥＤ１３の輝度は、ルミネセント層９により発せられる光を見る人２の方に向け直す光反射面を含めることにより簡単なやり方で改善され得る。電極層１１はルミネセント層９に電荷を注入するためにとにかく必要とされ、電極は高い導電性の材料よりなることが好ましいので、電極層１１が金属、金属の合金、高濃度にドープされた半導体層又はそれらの層の組み合わせよりなる場合にはそのような光反射面が通常実現される。その場合、電極層の表面１０が光反射面として役割を果たす。電極材料は、任意のルミネセント領域９^ｉが光ルミネセンスを発するべきである場合にはそのような領域と対向配置されるべきであるので、各ルミネセント領域９^ｉは、それに対向する光反射面１０^ｉを有する。電極層１１が電子を注入するべきである場合、カルシウム、バリウム、マグネシウム、インジウム若しくはアルミニウム又はそのような金属を有する合金のような低仕事関数の金属が必要とされる。上記電極層が正孔を注入するべきである場合には、金、銀又はアルミニウムのような高仕事関数の金属が好適に用いられ得る。代替として、後者の場合、光反射面と組み合わせられたＩＴＯ層の組み合わせも用いられ得る。

ＬＥＤ１３は通常のやり方で、例えば基板３に各層５，７，９及び１１を連続して設けることにより製造され得る。

動作中、電圧源が電極層５，１１に接続されており、好ましい電圧が印加されると、電子及び正孔がルミネセント層９に注入され、ルミネセント層において正孔及び電子の再結合により発光が起こる。

発光ダイオード１３がそのように用いられる場合、すなわち層１５ないし２３を伴うことなく用いられる場合、光反射面１０は、ルミネセント層９により発せられる光を反射するだけではなく、周囲光も高い効率で反射することが図１から容易に明らかである。これは、高い強度の周囲の照明条件の下において用いられる際にエレクトロルミネセント装置１のコントラストを低減する。

エレクトロルミネセント装置に高い強度の周囲光が入射する場合であっても良好なコントラストと輝度とを併せ持つエレクトロルミネセント装置を得るために、エレクトロルミネセント装置１は、１／４λ波長層１９及びダイクロイック直線偏光子２１の積層体から形成され、１つの円偏向光成分を吸収してそれに直交する光成分を透過する吸収円偏光子２３と、ｉ＝１ないしＮ（Ｎ≧１）に関して反射円偏光領域１７^ｉを有する反射円偏光子１７であって、円偏光領域１７^ｉは全てのｉ＝１ないしＮに関してルミネセント領域９^ｉと対向して配置され、上記各円偏光領域１７^ｉは、全てのｉ＝１ないしＮに関して範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）とオーバーラップする波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）内において上記吸収円偏光領域が吸収する円偏向光成分を反射してそれに直交する光成分を透過する反射円偏光子１７とを連続的に有している。

エレクトロルミネセント装置１は、一体化された構造を得るためにＬＥＤ１３及び層１７，１９，２１を接合する接着層１５を更に有している。この接着は、当該技術分野においてよく知られている光学接着剤によりなされ得る。種々の層の間の界面における寄生反射を低減する手段であるが、上記接着層は本発明に関して必須ではない。代替として、適切な材料（これに関して熱硬化性及び熱可塑性の両方の高分子材料が有用である。）及びそのような材料の加工方法を選択することにより、層３，１７，１９及び／又は層２１は接着層を伴わずにしっかりと接合され得る。

１／４波長リターダ１９及びダイクロイック直線偏光子２１は共に当該技術分野においてよく知られている部品である。１／４波長リターダとダイクロイック直線偏光子との組み合わせが吸収円偏光子を与えることもよく立証されている。典型的には、直線偏光子２１は、吸収円偏光子がエレクトロルミネセント装置１に入射する周囲光の波長範囲全体にわたって有効であるように構成される。

反射円偏光子は当該技術分野においてそれ自体は知られており、そのような既知の反射円偏光子の任意の１つは本発明によるＥＬ装置に好適に用いられ得る。好適な反射偏光子の例は、ＷＯ９７／１２２７６公報にまとめられている。反射偏光子の他の実施例は、回転している基板上に二酸化ケイ素のような複屈折性の無機材料を堆積して、Q. Wu, I.J. Hodgkinson & A. Lakhtakiaの「Circular polarization filters made of chiral sculptured thin films: experimental and simulation results」（Optical Engineering, 39, 2000, 1863-1868）に説明されているようなカイラル、ツイスト柱状層を形成することにより得られる。

反射円偏光子１７は、ルミネセント領域９^ｉと対向して配置された反射円偏光領域１７^ｉを有するようにパターニングされている。反射円偏光領域１７^ｉのそれぞれの反射帯域Δλ_ｃｉｒ（ｉ）は、対応するルミネセント領域９^ｉの発光帯域に合わせられている。具体的には、本実施の形態では、青色発光ルミネセント領域に対向する反射円偏光領域は青色を反射する反射帯域を有し、緑色発光ルミネセント領域に対向する反射円偏光領域は緑色の光を反射する反射帯域を有し、赤色発光ルミネセント領域に対向する反射円偏光領域は赤色の光を反射する反射帯域を有している。

パターニングされた反射円偏光子１７のようなパターニングされた反射円偏光子は、それ自体は知られている。例えば、ＷＯ００／３４８０８公報には、らせん配列のコレステリック材料から形成されたパターニングされた反射円偏光子が開示されている。一般に、らせん配列のコレステリック材料から形成される円偏光子は、コレステリック偏光子又はカイラルネマティック偏光子としても当該技術分野において知られている。パターンニングされた反射円偏光子は、コレステリックカラーフィルタとしても知られている。

一般に、コレステリック（カイラルネマティック）偏光子は、らせん配列されたコレステリック（カイラルネマティック）材料から形成される。すなわち、分子レベルでは、この材料は、回転方向、ピッチ及びらせん軸を有するらせんにより特徴付けられるらせん対称を有している。よく知られているように、らせん配列の材料は、らせんの回転方向を有する円偏向光を反射し、中心波長λ_ｃｉｒ＝ｎ×ｐ（式中、ｐはらせんのピッチであり、ｎはコレステリック材料の平均屈折率である。）及び帯域幅Δλ_ｃｉｒ＝Δｎ×ｐ（式中、Δｎはコレステリック材料に関連する複屈折率である。）を有する波長範囲において逆の回転方向を有する光を透過する。一般に、コレステリック偏光子として有用であるために、コレステリック材料は層の形で設けられ、領域１７^ｉ内においてらせん軸が上記層を横切って延在するように顕微鏡レベルで配列される。

好ましいカイラルネマティック（コレステリック）反射円偏光子は、（光）重合されたカイラルネマティック反射円偏光子を得るために、重合可能な又はより具体的には光重合可能な液晶カイラルネマティック材料を配向させて、（光）重合され、一方ではらせん配列を維持しているらせん配列の（光）重合可能な液晶カイラルネマティック層を得ることにより得られるものである。

（光）重合可能な液晶カイラルネマティック組成物は当該技術分野においてよく知られており（例えば、ＷＯ００／３４８０８公報、ＥＰ６０６９４０公報及びＥＰ９８２６０５公報参照）、一般に、適切に配向されている場合に複屈折率Δｎにより特徴付けられる一軸配向状態を形成することができるネマティック材料と、それ自体が液晶である必要はないが、ネマティック材料に加えられるとネマティック材料をコレステリック配列を形成することができる材料に変更するカイラル化合物とを有している。カイラルネマティック組成物のピッチｐは、用いられるカイラル組成物のタイプ及び加えられる量によって調節され得る。上記組成物は、重合を容易にするために光開始剤を更に含んでいることが好ましく、ネマティック及び／又はカイラル材料にアクリレートのような（光）重合可能な基を与えることにより（光）重合可能な状態にされる。架橋可能なカイラルネマティック組成物は特に有利である。光重合可能なカイラルネマティック組成物により、種々の帯域幅を有する反射円偏光子が簡単なやり方で利用可能になり、従って、帯域幅は、エレクトロルミネセント装置のコントラストを改善するために特に有利である後述するようなルミネセント層９の発光波長範囲に合わせられ得る。

光重合可能なカイラルネマティック組成物は、偏光子１７のようなパターニングされたコレステリック反射偏光子を製造するために特に適している。

光重合可能な組成物からパターニングされたコレステリック反射偏光子を製造する幾つかの方法が存在する。第１の方法では、第１の反射帯域Δλ_ｃｉｒ（１）を伴う領域を有するパターニングされたコレステリック反射層を得るために例えばマスクを用いて第１のコレスリック層がパターン状に光重合され、上記第１の反射帯域とは異なる第２の反射帯域Δλ_ｃｉｒ（２）を伴う領域を有する第２のパターニングされたコレステリック反射層を得るために例えばマスクを用いて第２のコレスリック層がパターン状に光重合され、その後、上記第１のコレステリック層と第２のコレステリック層とが積層される。上記マスクは、第１の領域と第２の領域とがオーバーラップしないように又は少なくとも完全に一致しないように設計される。第２の方法では、光重合可能なカイラルネマティック組成物の単一の層が数回パターン状に光重合される。この数回の光重合は、それぞれ異なるパターンを伴い、それぞれらせん配列に関連するピッチは温度に依存するというよく知られている事実を利用して異なる温度で行われる。第３の方法では、カイラル組成物が光学的に調節可能ならせんねじれ力を有する光重合可能なカイラルネマティック組成物が使用され、その詳細は例えばＷＯ００／３４８０８公報に与えられている。

コントラスト及び／又は色純度に関する更に他の改善は、反射円偏光領域の反射波長範囲外の周囲光を選択的に吸収する１つ又はそれ以上の色素を有する当該反射円偏光領域を持つ反射円偏光子を有するエレクトロルミネセント装置において得られる。そのような反射円偏光子はそれ自体は知られており、ＷＯ００／３３１２９公報を参照されたい。

エレクトロルミネセント装置１が電極層５，１１を介して電圧源に接続され、好ましい電圧が印加されると、正孔及び電子がルミネセント層９に注入され、正孔及び電子の再結合により基板３を介して装置１を出る光子が生成される。

より具体的には、図２を参照すると、ルミネセント領域９^ｉにより見る人２の方向に発せられた非偏向光線２Ａが反射偏向領域１７^ｉに入射する。発せられた光線２Ａの波長は反射偏向領域１７^ｉの反射帯域範囲内であり、非偏向光線２Ａは、透過する右回り円偏向（ＲＨ）光線２Ｂと反射する左回り円偏向（ＬＨ）光線Ｃとに分割される。

本発明によれば、反射偏光子１７及び吸収円偏光子２３が同じ回転方向の円偏向光に対して透過的である。従って、光線２Ｂは吸収円偏光子２３により透過され、吸収円偏光子２３を通過した後直線偏向されて見る人２に到達することができる。

左回り円偏向の反射光線２Ｃは、ルミネセント領域９^ｉにより透過され、光反射面１０に入射する。上記光反射面は金属電極層１１の表面である。ルミネセント層９は約１００ｎｍと非常に薄く、均一な発光を実現するために厚さにおいて非常に均一であるべきであるので、上記金属の表面は非常に滑らかである。実際には、高い効率で光を鏡面反射する程度に滑らかである。反射の際、鏡面反射する金属表面が該表面に入射する円偏向光の回転方向を逆にすることはよく知られている。その結果、光線２Ｃの反射の際、反射光線は右回り円偏向される。光線２Ｂを参照して説明したように、右回り円偏向光は反射偏光子及び吸収偏光子により透過され、見る人２に達する。同様に、最初は光反射面１０の方に向けられた、ルミネセント層９により発せられる光もまた見る人２に達する。要は、エレクトロルミネセント装置１においてルミネセント層により発せられる１００％の光（装置の部品に関連する非理想的な性質により生じる任意の光損失は無視される。）が見る人２に達することができる。

図３は、図１の装置に入射する周囲光線の追跡を模式的に示している。非偏向周囲光３Ａは吸収円偏光子２３によりフィルタリングされ、左回りの偏光が吸収され、右回りの偏光は透過して右回り（ＲＨ）偏向光を生成する。光線３Ｂ，３Ｃ及び３Ｄの追跡により示されているように、透過した右回りの光線３Ａは最終的には見る人２に達することができる。周囲光に関する最終的な結果は、入射光の５０％が吸収されることである。発せられる光の効率が１００％であるので、装置のコントラストは反射偏光子及び吸収円偏子が存在しない状態と比較して改善される。

任意の及び好ましくは全ての範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）を対応する波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）に合わせることにより、同じレベルの輝度及び従ってコントラストを維持する一方で、反射周囲光の強度は更に減少し得る。

これは、図４及び表１を用いて説明される。

図４は、ルミネセント領域及び反射円偏光領域の波長範囲の一例を模式的に示している。吸収円偏光子の典型的な有効波長範囲も含まれている。表１は、図４に示されている波長範囲に関する見る人２に達する発せられる光及び周囲光の相対的な量を列挙している。

吸収偏光子２３及び反射円偏光子１７の両方が存在しない状態に対応する範囲Ｖが基準として挙げられている。

表１及び図４から、範囲ＩＩＩを犠牲にして範囲ＩＶを増大させることにより（範囲ＩＩＩがなくなることが最適である。）、周囲光の強度は発せられる光の強度に影響を及ぼすことなく減少し、コントラストが改善され得ることが明らかである。図４を参照すると、範囲ＩＩＩを犠牲にして範囲ＩＶを増大させることは、反射帯域を発光帯域のサブ範囲と一致させる又はほぼ一致させることにより反射偏光領域の帯域幅をルミネセント領域の帯域幅に合わせることになる。より具体的には、同じレベルでルミネセント領域９^ｉの発光強度を維持する一方で、コントラストを改善するために、対応する範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）は範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）のサブ範囲と少なくともほぼ一致するように又はほぼ範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）のサブ範囲であるように構成されるべきである。明らかに、より多くのルミネセント領域及び反射偏光領域そのように合わせられるほどより改善され、この改善は全ての領域がそのように合わせられる場合に最大である。発光波長帯域に反射帯域を合わせることを実現するやり方は円反射偏光領域の反射帯域を２０ないし１５０ｎｍ又は４０ないし１００ｎｍの帯域幅に狭めることである。上述したように、コレステリック偏光子に関して、帯域を狭めることは、偏光子が形成されるコレステリック材料の形態の適切な選択を用いて達成され得る。

反射帯域が狭い帯域である（１５０ｎｍ未満の帯域幅）場合、又は特に発光帯域よりも狭い場合、反射帯域は発光帯域の青色（高いエネルギー、小さい波長）のサイドに位置することが好ましい。反射帯域は視野角に依存し、発光帯域は依存しない。特に、ノーマルからオフノーマル視野角になる際、反射帯域は赤色シフト化する。発光帯域の高エネルギーサイドに位置する反射帯域であれば、該反射帯域はノーマルからオフノーマル視野角になる際に発光帯域を通って動く。

更に、表１及び図４から、発せられる光の強度とコントラストとの釣り合いは、範囲Ｉと範囲ＩＩとの間の波長を交換することにより調節され得ることが明らかである。特に、範囲ＩＩを犠牲にして範囲Ｉを増大させることは、発せられる光の強度を高めるがコントラストを低下させ、その逆も同様である。反対に、反射偏光領域の反射帯域が（発光波長帯域内において）より狭くされると、コントラストは輝度を犠牲にして向上する。反射帯域内において発光スペクトルは反射偏光領域のために相対的に鋭くなるので、反射帯域を狭くすることはルミネセント領域の色純度も改善し、反射帯域内及び５０％のみ範囲外において発せられた光の１００％が見る人に達する。

表１及び図４から、例えば異なるルミネセント材料を用いることにより達成され得るルミネセント領域の発光波長帯域を狭めることはコントラストを改善することも明らかである。このコントラストの改善は、発せられる光の強度を犠牲にしても必ずしも得られるものではない。従って、本発明は、狭い発光波長帯域を使用するエレクトロルミネセント装置に特に適している。典型的には、モノクロ、マルチカラー又はフルカラーに着色することは、そのような狭い発光波長帯域を使用することが好ましい。特に、独立してアドレス可能な領域を有するエレクトロルミネセント装置では、高い色純度及び色飽和度を与えるので狭い発光範囲の使用が望ましい。

上記吸収円偏光子及び特に上記反射円偏光子１７は光学的異方性材料よりなっている。光学的異方性は、屈折率楕円体、ダイアゴナルの形で与えられる場合はそのダイアゴナル素子が３つの主要な互いに直交する方向における屈折率を表す３×３のマトリクスにより特徴付けられる。光学的異方性は、正常に又は斜めに入射する光線により経験される屈折率を異ならせる。これの１つの結果は、例えば反射円偏光子の反射帯域が斜めの入射の下で赤色シフト化することである。ディスプレイのアプリケーションにおいては、そのような角度に依存する光学的な挙動は視野角依存性として知られており、望ましくないと考えられている。また、斜めの入射の下ではコントラストがより小さくなり得る。

エレクトロルミネセント装置１が上記反射円偏光領域の反射波長範囲外の周囲光を選択的に吸収する１つ又はそれ以上の色素を有する反射円偏光領域を持つ反射円偏光子を有すると、視野角依存性は軽減される。そのような反射円偏光子は、それ自体は知られており、ＷＯ００／３３１２９公報を参照されたい。

エレクトロルミネセント装置１が、ルミネセント層から遠くに面する反射円偏光子のサイドに配され、反射円偏光子の屈折率楕円体と相補関係にある屈折率楕円体を持ち、その法線に沿って速軸を有するとともに、上記法線方向と直交する方向に２つの等しい遅軸を有する補償層（図示せず）を有すると（特にコレステリック反射円偏光子の場合）、視野角依存性は更に軽減される。

そのような補償層及びそのような層の製造方法は、当該技術分野においてよく知られている。既知の補償層は、屈折率楕円体がエレクトロルミネセント装置１の特定の反射円偏光子を補償する場合に本発明の状況において好適に用いられ得る。例えば、反射円偏光子又はより詳細には反射コレステリック偏光子は、ポリマ又はポリマネットワークのようなホメオトロピック配列のネマティック材料を有する補償層を用いて都合よく補償され得る。

本発明によるエレクトロルミネセント装置の一実施の形態を断面図において模式的に示している。 図１のＥＬ装置により発せられる光線の追跡を模式的に示している。 図１のＥＬ装置に入射する周囲光線の追跡を模式的に示している。 ルミネセント領域及び反射円偏光領域の波長範囲の一例を模式的に示している。

Claims (9)

1. ルミネセント領域ｉ＝１ないしＮ（Ｎ≧１）を有し、前記ルミネセント領域のそれぞれが発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）内において光を発するエレクトロルミネセント層と、
   光反射サイドを伴い、前記ルミネセント領域の対応するものに対向して配された１つ又はそれ以上の光反射面領域を有し、前記光反射面領域は前記光反射面領域に入射する光の円偏光成分の回転方向を逆にすることができる光反射面と、
   前記光反射面から遠くに面する前記エレクトロルミネセント層のサイドに配され、１つの円偏向光成分を吸収し、それと直交する光成分を透過する吸収円偏光子と、
   前記吸収円偏光子と前記エレクトロルミネセント層との間に配された反射円偏光子であって、反射円偏光領域ｉ＝１，・・・，Ｎ（Ｎ≧１）を有し、全てのｉ＝１ないしＮに関して第ｉ番目の前記円偏光領域が第ｉ番目の前記ルミネセント領域に対向して配置され、各前記円偏光領域は反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）内において前記吸収円偏光子が吸収する前記円偏向光成分を反射し、それと直交する成分を透過する当該反射円偏光子と
   を有するエレクトロルミネセント装置であって、
   全てのｉ＝１ないしＮに関して、前記反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が前記発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）とオーバーラップするように構成されたエレクトロルミネセント装置。
2. 任意の又は好ましくは全てのｉ＝１ないしＮに関して、前記反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が前記発光波長範囲Δλ_ＥＬ（ｉ）又はそのサブ範囲と一致するように構成された請求項１記載のエレクトロルミネセント装置。
3. 任意の又は好ましくは全てのｉ＝１ないしＮに関して、前記反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（ｉ）が２０ないし１５０ｎｍ又は４０ないし１００ｎｍの帯域幅を有する請求項１又は２記載のエレクトロルミネセント装置。
4. 第１のカラーに対応する発光波長範囲Δλ_ＥＬ（１）内において光を発する第１のルミネセント領域と、第２のカラーに対応する発光波長範囲Δλ_ＥＬ（２）内において光を発する第２のルミネセント領域とを有すると共に、前記第１のカラーの光を反射する反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（１）を持つ第１の反射円偏光領域と、前記第２のカラーの光を反射する反射波長範囲Δλ_ｃｉｒ（２）を持つ第２の反射円偏光領域とを有するパターニングされた反射円偏光子を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。
5. 前記光反射面領域が当該エレクトロルミネセント装置の電極の表面領域に対応する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。
6. 基板を有し、この基板と前記ルミネセント層との間に前記反射円偏光子が配された請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。
7. 少なくとも１つ又は好ましくは全ての反射円偏光領域が、らせん配列を持つコレステリック材料を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。
8. 前記ルミネセント層から遠くに面する前記反射円偏光子のサイドに配され、前記反射円偏光子の屈折率楕円体と相補関係にある屈折率楕円体を持つ補償層を更に有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。
9. 有機又は高分子発光ダイオードである請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエレクトロルミネセント装置。

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