JP2006059775A

JP2006059775A - カラー有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP2006059775A
Application number: JP2004243293A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yokoo; 正浩横尾; Kazunobu Irie; 一伸入江
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】白色有機ＥＬ光をカラーフィルタに通してフルカラー化を行う場合、カラーフィルタの膜厚を変えず、赤、緑、青各色の輝度バランスが長時間崩れないで維持でき、光源が液晶バックライトの場合と比較しても取り出される光の諸特性が劣ることなく良好な有機ＥＬ表示装置を提供すること。
【解決手段】各色発光部の面積比を変えて各色発光部の輝度比を制御する。白色発光部の各々に、同一の駆動電圧を印加したときに、所望する色度となるように、各色発光部の輝度比を各色発光部の面積比で制御すること。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラーフィルタと有機ＥＬ発光素子を組み合わせてなるカラー有機ＥＬ表示装置に関するものである。

近年、情報機器の多様化にともなって、従来より一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力や空間占有面積が少ない平面表示素子のニーズが高まり、このような平面表示素子の一つとしてＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）が注目されている。

ＥＬ素子は、蛍光性化合物に電圧を加えることにより励起し、発光させる素子である。ルミネッセンス材料により、無機化合物を使用した無機ＥＬ素子と有機化合物を使用した有機ＥＬ素子に分けられる。無機ＥＬ素子を使用した表示装置（無機ＥＬＤ）は一部実用化され、有機ＥＬ素子を使用した表示装置（有機ＥＬＤ）は実用化が試されているところである。

有機ＥＬ素子は、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）などよりなるホール（正孔）注入電極と、ホール注入電極上に成膜されたトリフェニルジアミンなどを含むホール（正孔）輸送層と、ホール輸送層上に積層されたアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）などの蛍光物質を含む有機発光層と、マグネシウムなどの仕事関数の小さな金属電極（電子注入電極）とを基本構成として有するもので、１０ボルト前後の電圧によって、数百ないし数万ｃｄ／ｍ²というきわめて高い輝度が得られるという特徴を有している。

このような有機ＥＬ素子を使用した有機ＥＬ表示装置は、とりわけ、カラー表示装置への応用が期待されている。

有機ＥＬ素子を、カラー表示装置に用いる場合には、光の三原色である赤、緑、青の光を発する発光層を各画素ごとに形成する方法や、複数の発光層とカラーフィルタ層を形成し、カラーフィルタ層を用いて、複数の発光層から発せられる白色光から、各画素毎に、光の三原色である赤、緑、青の光を取り出す方法が一般的に用いられている。また、特定の波長の光を吸収して、所定の色の光に変換する蛍光変換層、カラーフィルタ層および特定の波長にピークを持つ発光層を組み合わせて、各画素ごとに、赤、緑、青の光を得るという方法も用いられている。

しかしながら、光の三原色である赤、緑、青の光を発する発光層を各画素ごとに形成する場合には、赤色光を発する発光層に用いるのに適した蛍光材料が少ないため、色純度の高い赤色光を得ることが困難であるだけでなく、一般に、青色光を発する発光層の寿命が、赤色光を発する発光層および緑色光を発する発光層に比して、極端に短いため、カラー表示装置の寿命が、青色光を発する発光層の寿命によって制限を受けるという問題があった。

これに対して、白色光を発する有機発光層とカラーフィルタ層とを形成し、カラーフィルタ層を用いて、各画素ごとに、白色光を、光の三原色である赤、緑、青の光を取り出すことによって、カラー表示装置を構成する場合や、単色光を発する発光層と、蛍光材料によって形成され、発光層から発せられた光を所定の色の光に変換する蛍光変換層と、カラーフィルタ層とを組み合わせて、カラー表示装置を構成する場合には、一種類の有機ＥＬ素子によって、カラー表示装置を構成することができるため、構成が簡易であるだけでなく、低コスト化が可能であり実用性を有している。

ところが、白色有機ＥＬ素子の白色発光を液晶表示装置用カラーフィルタで三原色としフルカラー表示を行う有機ＥＬ表示装置においては、液晶表示装置用バックライトの白色光のスペクトルと白色有機ＥＬ素子のスペクトルが違うために、三原色で表示される白色光の色度（ホワイトバランス）が、液晶表示装置の三原色で表示される白色光の色度（ホワイトバランス）とはずれた、異なった白色光になるといった問題があった。

白色光をカラーフィルタに通してフルカラー表示を行う方式の有機ＥＬ表示装置においては、カラーフィルタを通過して出てくる、上記のような白色光のずれを補正するためには、赤、緑、青、各色カラーフィルタ層の厚さを大きく変える必要があった。しかし、各色カラーフィルタ層の厚さを大きく変えるとカラーフィルタの表面が凹凸になるといった別な問題が発生していた。

表面に凹凸のあるカラーフィルタを用いると、カラーフィルタ層上に形成された透明電極および補助配線が切断される恐れがあり、所望するように配線をして、有機ＥＬ表示装置として機能させることが困難になる場合があるといった問題があった。

そこで、赤、緑、青、各色カラーフィルタ層を通過する白色発光部の面積が同一であるとき、輝度のバランスをとる１つの方法として、赤、緑、青、各色カラーフィルタ層を通過する白色発光部にそれぞれ異なる電圧を加える方法で輝度を調節する事が考えられる。しかし、有機ＥＬ素子は、発光寿命が注入電流に大きく依存しているために、この方法であると赤、緑、青、各色カラーフィルタ層の各層に対応した白色発光部の注入電流量が異なり、赤、緑、青、各色発光部により輝度の劣化の程度が異なったものとなる。従って、時間とともに白色光の色度（ホワイトバランス）が崩れてくる。
特開平１０−３９７９１号公報

有機ＥＬ素子の白色発光をカラーフィルタで三原色としフルカラー表示を行うカラー有機ＥＬ表示装置に、カラーフィルタとして液晶表示装置用カラーフィルタを用いる際に、各色発光部の発光によって表示される白色光の色度（ホワイトバランス）のずれを補正するのに、各色カラーフィルタ層の厚さを変えることなく、或いは各色に対応した白色発光部の電圧を調節することなく、すなわち、上記に伴う、透明電極および補助配線の切断のない、或いは時間とともに白色光のホワイトバランスが崩れることのないカラー有機ＥＬ表示装置を提供することを課題とするものである。

本発明は、白色発光をカラーフィルタで三原色としフルカラー表示を行う有機ＥＬ表示装置において、白色発光部と赤色カラーフィルタ層で構成される赤色発光部、白色発光部と緑色カラーフィルタ層で構成される緑色発光部、白色発光部と青色カラーフィルタ層で構成される青色発光部、の各色発光部の面積比を変えることにより各色発光部の輝度比を制御することを特徴とするカラー有機ＥＬ表示装置である。

また、本発明は、上記発明によるカラー有機ＥＬ表示装置において、前記各色発光部を構成する各色の白色発光部の各々に、同一の駆動電圧を印加したときに、各色発光部の発光によって表示される白色光の色度が所望する色度となるように、各色発光部の輝度比を各色発光部の面積比で制御することを特徴とするカラー有機ＥＬ表示装置である。

本発明は、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部の各色発光部の面積比を変えることにより各色発光部の輝度比を制御するカラー有機ＥＬ表示装置であるので、透明電極および補助配線の切断のない、或いは時間とともに白色光のホワイトバランスが崩れることのないカラー有機ＥＬ表示装置となる。このカラー有機ＥＬ表示装置は、カラー表示時の色度（色純度）を低下させず、白色表示時のバランスと明度が良好であり、色純度を任意に選択できる、明るく鮮明なカラー画像を有する。

また、本発明は、上記各色発光部を構成する各色の白色発光部の各々に、同一の駆動電圧を印加したときに、各色発光部の発光によって表示される白色光の色度が所望する色度となるように、各色発光部の輝度比を各色発光部の面積比で制御するので、上記効果に加えて駆動回路や駆動電源を簡略化できる。

以下に、本発明の実施形態を一実施例により詳細に説明する。

通常の液晶表示装置用カラーフィルタを用いる場合、図１に示すように、液晶表示装置用バックライトの白色光のスペクトル（図１中、符号Ａ）と白色有機ＥＬ素子のスペクトル（図１中、符号Ｂ）が違うことにより、有機ＥＬ素子の白色発光をカラーフィルタに通すと、白色光の色度（ホワイトバランス）にずれが生じる。

そこで、カラーフィルタを通過して出てくる白色光のずれを補正するため、赤、緑、青、各色カラーフィルタ層の厚さを大きく変えると、カラーフィルタの表面が凹凸になり、透明電極および補助配線が切断されるおそれが発生する。また、各色に対応した白色発光部の電圧を調節すると、時間とともに色度（ホワイトバランス）が崩れてくる。

図２は、本発明によるカラー有機ＥＬ表示装置の一実施例の構成を断面で示す模式図である。
図２に示すように、この一実施例は、カラーフィルタ１、平坦化膜１５、バリア膜１６、白色発光部２で構成された例である。カラーフィルタ１と白色発光部２の間に平坦化膜１５及びバリア膜１６が設けられたものである。

カラーフィルタ１は、透明ガラス基板１１上にパターン状の赤色カラーフィルタ層１２、緑色カラーフィルタ層１３、青色カラーフィルタ層１４が形成されたものである。このカラーフィルタ１上に平坦化膜１５及びバリア膜１６が設けられ、更に、白色発光部２としての、透明電極１７、正孔輸送層１８、有機ＥＬ発光層１９、陰極２０、封止ガラス２１が順次に積層されたものである。

また、図２に示すように、このカラー有機ＥＬ表示装置は、赤色発光部３Ｒ、緑色発光部３Ｇ、青色発光部３Ｂに区分される。赤色発光部３Ｒは、透明ガラス基板１１、画素としてパターン状に形成された赤色カラーフィルタ層１２、平坦化膜１５、バリア膜１６、及び赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された透明電極１７Ｒ、正孔輸送層１８、有機ＥＬ発光層１９、及び赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された陰極２０Ｒ、封止ガラス２１で構成されている。
緑色発光部３Ｇは、同様に、画素としてパターン状に形成された緑色カラーフィルタ層１３と、緑色カラーフィルタ層１３に対応してパターン形成された透明電極１７Ｇと、緑色カラーフィルタ層１３に対応してパターン形成された陰極２０Ｇとを含む構成である。また、青色発光部３Ｂも同様である。

例えば、赤色発光部３Ｒの領域における白色発光部２Ｒは、赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された透明電極１７Ｒ、正孔輸送層１８、有機ＥＬ発光層１９、
及び赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された陰極２０Ｒ、封止ガラス２１で構成されることになる。

図２に示すように、透明電極１７は、赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された透明電極１７Ｒと、緑色カラーフィルタ層１３に対応してパターン形成された透明電極１７Ｇと、青色カラーフィルタ層１４に対応してパターン形成された透明電極１７Ｂとで構成される。
また、陰極２０は、赤色カラーフィルタ層１２に対応してパターン形成された陰極２０Ｒと、緑色カラーフィルタ層１３に対応してパターン形成された陰極２０Ｇと、青色カラーフィルタ層１４に対応してパターン形成された陰極２０Ｂとで構成される。

赤色発光部３Ｒにおいては、赤色発光部３Ｒの領域における白色発光部２Ｒで発光した白色光が、赤色カラーフィルタ層１２を通過して赤色光となり、白太矢印で示すように外部へと射出する。同様に、緑色発光部３Ｇにおいては緑色光が、青色発光部３Ｂにおいては青色光が外部へと射出する。
これら各色発光部（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）の発光の強度が制御されることによってフルカラー表示される。
各色発光部（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）の面積は各色により異なる。各色発光部の面積比は、白色有機ＥＬ素子のスペクトルに依存し、カラーフィルタを通過して表示される白色光の色度（ホワイトバランス）が所望するものになるように面積比を決定する。

以下、実施例により本発明によるカラー有機ＥＬ表示装置を説明する。
基準となる液晶表示装置は、図１に示すスペクトルＡを有する液晶バックライトと、図３に示す透過率を有する液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置である。
この液晶表示装置は、液晶バックライト及び赤、緑、青、各色カラーフィルタ層の面積比を１：１：１にし、カラーフィルタ層の膜厚を一様に１μｍにした場合、各色及び白色表示時の色度座標及びＹ値は以下のものであった。
赤色は、ｘ＝０．５７０４、ｙ＝０．３１６４、Ｙ値２９．２９、緑色は、ｘ＝０．３３７７、ｙ＝０．５６００、Ｙ値５９．１７、青色は、ｘ＝０．１６３６、ｙ＝０．１８４０、Ｙ値１９．７６、白色表示時は、ｘ＝０．３４７０、ｙ＝０．３５４１、Ｙ値３６．０７。この際の色度図を図４に示す。

カラー有機ＥＬ表示装置は、図１に示すスペクトルＢを有する白色発光部と、図３に示す透過率を有する液晶表示装置用カラーフィルタを用いたカラー有機ＥＬ表示装置である。
白色発光部と各色カラーフィルタ層で構成される、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部の面積比を１：１：１にし、カラーフィルタ層の膜厚を一様に１μｍにした。この場合、各色及び白色表示時の色度座標及びＹ値は以下のようになった。
赤色は、ｘ＝０．４８５３、ｙ＝０．２９７８、Ｙ値２０．８８、緑色は、ｘ＝０．２２７８、ｙ＝０．４８８３、Ｙ値６１．１３、青色は、ｘ＝０．１２５１、ｙ＝０．１７２８、Ｙ値３８．６３、白色表示時は、ｘ＝０．２１６１、ｙ＝０．２８８０、Ｙ値４０．２１。この際の色度図を図５に示す。
前記基準となる液晶表示装置と比較すると、各色の色度は明度においては問題ない範囲であるが、ホワイトバランスが大きく悪くなる結果となっている。

カラー有機ＥＬ表示装置は、図１に示すスペクトルＢを有する白色発光部と、実施例１におけるカラーフィルタのカラーフィルタ層を変更したカラーフィルタを用いたカラー有機ＥＬ表示装置である。
白色発光部と各色カラーフィルタ層で構成される、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部の面積比を１：１：１にし、さらに、得られる白色光のホワイトバランスが良くなるように赤、緑、青、各色カラーフィルタ層の膜厚を、それぞれ１μｍ、３μｍ、１５μｍとした。この場合、各色及び白色表示時の色度座標及びＹ値は以下のようになった。
赤色は，ｘ＝０．４８５３、ｙ＝０，２９７８、Ｙ値２０，８８、緑色は、ｘ＝０．１９９４、ｙ＝０．６０７２、Ｙ値２９．７６、青色は、ｘ＝０．１３１４、ｙ＝０．０６２７、Ｙ値１７．６６、白色表示時は、ｘ＝０．３１１７、ｙ＝０．３３９３、Ｙ値１７．６６。この際の色度図を図６に示す。
実施例１と比較すると、ホワイトバランスは改善されたが、白色表示時のＹ値が小さすぎる結果となっている。

カラー有機ＥＬ表示装置は、図１に示すスペクトルＢを有する白色発光部と、実施例１におけるカラーフィルタのカラーフィルタ層の面積比を変更したカラーフィルタを用いたカラー有機ＥＬ表示装置である。
白色発光部と各色カラーフィルタ層で構成される、赤色発光部、緑色発光部、青色発光部の面積比を１：０．５：０．２にし、カラーフィルタ層の膜厚を一様に１μｍにした。この場合、各色及び白色表示時の色度座標及びＹ値は以下のようになった。
赤色は，ｘ＝０．４８５３、ｙ＝０．２９７８、Ｙ値３６．８５、緑色は、ｘ＝０．２２７８、ｙ＝０．４８８３、Ｙ値５３．９３、青色は、ｘ＝０．１２５１、ｙ＝０．１７２８、Ｙ値１３．６３、白色表示時は、ｘ＝０．３０３７、ｙ＝０．３３３５、Ｙ値３４．８１。この際の色度図を図７に示す。
ホワイトバランス、各色度、白色表示時のＹ値を、前記前記基準となる液晶表示装置と比較すると、それ程変わらない良好な結果であった。

色度及びＹ値の測定値からの算出は、日本規格協会発行のＪＩＳ−ＸＹＺ表色系、及びＸ₁₀Ｙ₁₀Ｚ₁₀表色系による色の表示方法ＪＩＳ−Ｚ−８７０１による。

基準となる液晶表示装置と実施例３を比較すると、光源の液晶バックライトを白色有機ＥＬにかえて、さらに、各色発光部の面積比を変えて調節することにより、取り出される光の諸特性について光源が液晶バックライトの場合と比較すると、光源が白色有機ＥＬの場合の各色度は問題にならない程度の違いに保たれ、ホワイトバランスにおいては遜色ない程度に良好であり、白色表示時の明度も大きく損なわない程度に抑えることができた。

実施例１と実施例３を比較すると、図５のようにホワイトバランスがずれていた取り出し光を、カラーフィルタの特性を改良することなく、面積比を変えることにより、図７のようにホワイトバランスを向上させることができた。
また、図５に示す各色の色純度と比較すると、図７に示すように各色の色純度はそのままに保ち、かつ、白色表示時の色をＣ光源に近付けることができた。この時同時に、白色表示時の明度も殆んど低下がなかった。

本実施例では、図１に示すようなスペクトルを有する白色有機ＥＬをに使用した場合の例であるが、例えば、緑のピーク強度が低いものであれば、緑色発光部の面積を大きくすることにより、同様な効果を達成できる。つまり、使用する白色有機ＥＬの特性に合わせて各色発光部の面積を決定する。

液晶バックライトと有機ＥＬ表示装置の白色発光部のスペクトルである。本発明によるカラー有機ＥＬ表示装置の一実施例の構成を断面で示す模式図である。液晶表示装置用カラーフィルタの透過率である。基準となる液晶表示装置の色度図である。実施例１における色度図である。実施例２における色度図である。実施例３における色度図である。

符号の説明

１・・・カラーフィルタ
２・・・白色発光部
２Ｒ・・・赤色発光部の領域における白色発光部
３Ｒ・・・赤色発光部
３Ｇ・・・緑色発光部
３Ｂ・・・青色発光部
１１・・・透明ガラス基板
１２・・・赤色カラーフィルタ層
１３・・・緑色カラーフィルタ層
１４・・・青色カラーフィルタ層
１５・・・平坦化膜
１６・・・バリア膜
１７・・・透明電極
１７Ｒ・・・赤色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された透明電極
１７Ｇ・・・緑色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された透明電極
１７Ｂ・・・青色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された透明電極
１８・・・正孔輸送層
１９・・・有機ＥＬ発光層
２０・・・陰極
２０Ｒ・・・赤色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された陰極
２０Ｇ・・・緑色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された陰極
２０Ｂ・・・青色カラーフィルタ層に対応してパターン形成された陰極
２１・・・封止ガラス

Claims

白色発光をカラーフィルタで三原色としフルカラー表示を行う有機ＥＬ表示装置において、白色発光部と赤色カラーフィルタ層で構成される赤色発光部、白色発光部と緑色カラーフィルタ層で構成される緑色発光部、白色発光部と青色カラーフィルタ層で構成される青色発光部、の各色発光部の面積比を変えることにより各色発光部の輝度比を制御することを特徴とするカラー有機ＥＬ表示装置。
前記各色発光部を構成する各色の白色発光部の各々に、同一の駆動電圧を印加したときに、各色発光部の発光によって表示される白色光の色度が所望する色度となるように、各色発光部の輝度比を各色発光部の面積比で制御することを特徴とする請求項１記載のカラー有機ＥＬ表示装置。