JP2007108248A

JP2007108248A - 表示装置

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Publication number: JP2007108248A
Application number: JP2005296861A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakamura; 和夫中村; Katsuhide Uchino; 勝秀内野; Jiro Yamada; 二郎山田; Akizuna Takagi; 昭綱高木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】ホワイトバランスの調整が容易な表示装置を提供する。
【解決手段】画素アレイ１の各画素１００に含まれる発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介してアノード電極の下に配された金属反射膜と、アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネッセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、金属反射膜とカソード電極との間で光共振器を構成してＲＧＢ三色のいずれかの光を放射する。画素アレイ１の端部に光センサ４が設置されており、画素アレイ１内で各発光素子から伝播して漏れたＲＧＢ各色の光のレベルを検出する。ホワイトバランス調整回路５は、光センサ４で検出されたＲＧＢ各色の光のレベルに応じてＲＧＢ映像信号のホワイトバランス調整を自動的に行う。
【選択図】図１

Description

本発明はアクティブマトリクス型のカラー表示装置に関する。より詳しくは、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子などの発光素子を画素に用いたアクティブマトリクス型のカラー表示装置に関する。なお本発明では、特に発光素子の代表として有機ＥＬ素子を画素に用いた表示装置を、有機ＥＬ表示装置と称する場合がある。

近年、フラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」と略称）として有機ＥＬ表示装置に関心が高まっている。現在、ＦＰＤでは液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と略称）が主流を占めているが、これは自発光型のデバイスではなく、バックライトや偏光板などの部材を必要とするため、装置の薄型化や高輝度化を図る上で不利になる。

一方、有機ＥＬ表示装置は、自発光型のデバイスであり、バックライトなどの部材が原理的に不要であるため、ＬＣＤと比較すると、装置の薄型化や高輝度化を図るうえで有利である。特に、各画素にスイッチング素子を形成したアクティブマトリクス型の有機ＥＬ表示装置では、各画素をホールド点灯させることで消費電流を低く抑えることができ、大画面化及び高精細化が比較的容易に行える。こうした優位点もあって、アクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置は盛んに開発が進められており、次世代ＦＰＤの主流になると期待されている。

また、近年ではデジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダーなどに代表される個人用撮影機器が発達している。それらのファインダー表示素子としては、結晶珪素基板上に画素回路及び駆動回路が形成されたＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)、あるいは高温又は低温多結晶シリコンＬＣＤが用いられている。ＬＣＤを用いたファインダー素子では、透過型ではバックライトが、反射型ではフロントライトが必要である。したがって、必然的にモジュール厚が増加し、機器の薄型化に不利となる。また、個人用撮影機器の小型化とともにファインダー自体も小型化され、それに伴って画素自体も縮小されつつある。このため、透過型ＬＣＤでは表示部の開口率を十分に確保できず、性能限界に近づきつつある。また、反射型ＬＣＤではＬＣＯＳが主流になりつつあるが、やはり照明系は必要であるため、機器の薄型化に不利である。

一方、有機ＥＬをビューファインダー表示素子として用いた場合は、自発光型である故にＬＣＤのような照明系を必要としないため、機器の薄型化に寄与することができる。また、有機ＥＬの素子構造として上面発光の素子を用いることにより、表示部の開口率も十分に確保できる。さらに、近年ではビューファインダーも高画質化の道をたどりつつあり、セットメーカーよって色再現範囲を拡大する要求が出ている。

そこで、色再現範囲を拡大し得るものとして、光共振型の有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。光共振型の有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ層の上層及び下層に、それぞれ所定の反射率で光を反射する反射膜を形成し、有機ＥＬ層で発光させた光を上下の反射膜の間で共振させて光強度を増幅させることにより、一方の反射膜を通して特定の波長（色）成分の光を取り出すようになっている。

こうした光共振型の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬ表示装置では、マトリクス状に配列されるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素（サブピクセル）ごとに、有機ＥＬ層を挟む上下２つの反射膜の対向距離を個別に設定（調節）することにより、各色の光を画素単位（サブピクセル単位）で取り出すことができる。なぜなら光共振器の特性は、各々の反射膜の反射率及び対向距離によって決定されるからである。

特開２００４−１２７５８８号公報特開２００５−１０８６４４号公報

しかしながら光共振型の有機ＥＬ素子を画素に用いた場合、製造ばらつき等によりＲＧＢ画素間でホワイトバランスがパネル毎に異なってしまうという課題がある。通常、ホワイトバランスの調整はパネル完成後に映像信号振幅やガンマ補正曲線に手を加えることで実施している。しかしながらこのホワイトバランス調整には時間がかかりコスト増大の要因となっており、解決すべき課題である。
また、光共振型の有機ＥＬ素子では上下の反射膜間から漏れる光があり、ＲＧＢ各色の純度の低下を招いていた。したがって、光共振型の有機ＥＬ素子を用いたカラー表示装置では、光漏れによる色純度の低下も解決すべき課題となっている。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はホワイトバランスの調整が容易な表示装置を提供することを目的とする。また、色純度が改善された表示装置を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、前記列駆動回路は、ＲＧＢ画素に対応して、ＲＧＢ三色に分かれたＲＧＢ映像信号を供給するとともに、外部から入力されたＲＧＢ映像信号のホワイトバランスを調整して該列駆動回路に出力するホワイトバランス調整回路を備えており、各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネッセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成してＲＧＢ三色のいずれかの光を放射し、該画素アレイの端部に光センサが設置されており、該画素アレイ内で各発光素子から伝播して漏れたＲＧＢ各色の光のレベルを検出し、前記ホワイトバランス調整回路は、該光センサで検出されたＲＧＢ各色の光のレベルに応じてＲＧＢ映像信号のホワイトバランス調整を自動的に行うことを特徴とする。

好ましくは、前記列駆動回路は、ホワイトバランス調整時にＲＧＢ各色の単色ラスタ画面を順次画素アレイに表示し、前記光センサは、単色ラスタ画面を表示している画素アレイからもれた光のレベルを検出する。前記ホワイトバランス調整回路は、画素アレイの電源投入直後にホワイトバランス調整を行う。前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成する。前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射する。各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性である。該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されている。各発光素子は、該アノード電極の外形がこれと対向する該金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、該アノード電極が該金属反射膜を覆う構成になっている。或いは各発光素子は、該アノード電極の辺とこれに対向する該金属反射膜の辺が一致し、平面的にみて該アノード電極と該金属反射膜が少なくとも三辺で整合している。

又本発明は、発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成して光を放射し、各発光素子は、該アノード電極の外形がこれと対向する該金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、該アノード電極が該金属反射膜を覆う構成になっていることを特徴とする。

好ましくは、前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、各発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離を変えることでＲＧＢ三色のうちの一色を放射する。前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成する。前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射する。各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性である。該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されている。

又本発明は、発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成して光を放射し、各発光素子は、該アノード電極の辺とこれに対向する該金属反射膜の辺が一致し、平面的にみて該アノード電極と該金属反射膜が少なくとも三辺で整合していることを特徴とする。

好ましくは前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、各発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離を変えることでＲＧＢ三色のうちの一色を放射する。前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成する。前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射する。各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性である。該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されている。

本発明によれば、アクティブマトリクス型のカラー表示装置は、ＲＧＢ３色に発光する光共振型の発光素子で画素アレイが構成されている。この画素アレイの近傍には光センサが設置されており、各画素アレイ内で光共振型の発光素子から伝播して漏れたＲＧＢ各色の光のレベルを検出している。この光センサで検出されたＲＧＢ各色の光のレベルに応じてＲＧＢ映像信号のホワイトバランス調整を自動的に行っている。この様に本発明は、ホワイトバランスの自動調整を行うことで低コストなアクティブマトリクス型のカラー表示装置を提供することができる。

また本発明によれば、光共振型の各発光素子は、アノード電極の外形がこれと対向する金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、アノード電極が金属反射膜を覆う構成になっている。この様にアノード電極の内側に金属反射膜を形成することで、金属反射膜端部における光共振波長のずれを防止し、以って色純度の低下を防いでいる。あるいは平面的にみて矩形のアノード電極と金属反射膜が少なくとも３辺で整合している。この様に金属反射膜の端面部をアノード電極の端面部と一致させることで、金属反射膜端部における光共振波長のずれをなくし、以って色純度の低下を防いでいる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる表示装置の全体的な構成を示す模式的な平面図及び側面図である。図示する様に、本表示装置は、基本的に画素アレイ１と行駆動回路２と列駆動回路３とホワイトバランス調整回路５とで構成されている。この内画素アレイ１と行駆動回路２と列駆動回路３はシリコンウェハなどからなる基板６の上に集積形成されており、いわゆるフラットパネルとなっている。一方ホワイトバランス調整回路５はパネルに対して外付けの構成となっている。但し本発明はこれに限られるものではなく、例えば画素アレイ１をガラスなどからなる基板６の上に形成し、行駆動回路２及び列駆動回路３はパネルに対して外付けする構成でも良い。画素アレイ１は、発光素子を含む画素１００が行列状に配列している。各画素１００は行状の走査線ＷＳと列状の信号線ＳＩＧとが交差する部分に配されている。行駆動回路２は走査線ＷＳを介して画素１００の行を順次選択する。列駆動回路３は選択された画素１００に信号線ＳＩＧを介して映像信号を供給する。かかる構成により、各画素１００に含まれる発光素子を映像信号に応じた輝度で発光させ、以って所望の表示を行っている。

本表示装置はカラー表示が可能であり、この為に画素アレイ１は各画素１００がＲＧＢ３色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されている。また列駆動回路３は、ＲＧＢ画素に対応して、ＲＧＢ３色に分かれたＲＧＢ映像信号を各信号線ＳＩＧに供給する。ホワイトバランス調整回路５は外部から入力されたＲＧＢ映像信号のホワイトバランスを調整して列駆動回路３に出力する。

各画素１００に含まれる発光素子はいわゆる光共振型であり、アノード電極と、層間絶縁膜を介してこのアノード電極の下に配された金属反射膜と、このアノード電極の上に配された有機エレクトロルミネッセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、金属反射膜とこのカソード電極との間で光共振器を構成してＲＧＢ３色のいずれかの色を放射する。本発明の特徴事項として、画素アレイ１の端部に光センサ４が設置されており、画素アレイ１内で各発光素子から伝播して漏れたＲＧＢ各色の光のレベルを検出する。ホワイトバランス調整回路５は、この光センサ４で検出されたＲＧＢ各色の光のレベルに応じてＲＧＢ映像信号のホワイトバランス調整を自動的に行う。

好ましくは列駆動回路３は、ホワイトバランス調整時にＲＧＢ各色の単色ラスタ画面を順次画素アレイ１に表示する。光センサ４は、単色ラスタ画面を表示している画素アレイ１から漏れた光のレベルを検出する。この様にして、ＲＧＢ各色のレベルを順次別々に検出することが可能である。好ましくはホワイトバランス調整回路５は、画素アレイ１の電源投入直後にホワイトバランス調整を自動的に行う。

本実施形態では特に光共振型の発光素子が、いわゆる埋め込み構造となっている。即ち本画素アレイ１は、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶面膜を形成してさらに第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、さらにその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ３色に発光する発光素子を形成している。かかる構成により、各金属薄膜はいわゆる埋め込み構造となる。この場合有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射する。各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性である。

好ましくは発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンウェハからなる基板６上に形成されている。かかる発光素子を含む画素１００は駆動用のトランジスタも含んでいる。このトランジスタもシリコンウェハからなる基板６にＭＯＳプロセスを用いて集積形成することができる。加えて画素アレイ１の近傍に配された光センサ４も、例えばＭＯＳプロセスを用いたフォトダイオードで構成することが出来る。

好ましくは各発光素子は、アノード電極の外形がこれと対向する金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、アノード電極が金属反射膜を覆う構成になっている。この様に透明アノード電極の内側に金属反射膜を形成することで、金属反射膜端部での光共振波長のずれを防止し、色純度の低下を防ぐことが出来る。あるいはアノード電極の辺とこれに対向する金属反射膜の辺が一致し、平面的に見てアノード電極と金属反射膜が少なくとも３辺で整合しているものであっても良い。この様に金属反射膜の端部をアノード電極の端部と一致させることで、金属反射膜端部での光共振波長のずれをなくし、以って色純度の低下を抑制することが可能である。

図２は、図１に示した表示装置において画素アレイ１の一部を拡大した断面図であり、ＲＧＢ３色の発光素子１セット分が表れている。図において、基板６は、例えば、シリコン基板等の半導体基板やガラス基板からなるものである。基板６の一方の面上には、第１金属反射膜７、第１絶縁膜８、第２金属反射膜９、第２絶縁膜１０、第３金属反射膜１１、第３絶縁膜１２、アノード電極１３、有機ＥＬ層１４、カソード電極１５が順に積層した状態で形成されている。なお、ここでは基板６に近い方の電極（下部電極）をアノード電極１３、遠い方の電極（上部電極）をカソード電極１５としているが、これらの電極の位置関係は上下逆であってもかまわない。

各々の金属反射膜７，９，１１は、例えば、アルミニウム、銀等の単体金属あるいはそれらを含む合金など、光の反射率の高い金属材料によって形成されるものである。第１金属反射膜７は、Ｇの光が取り出される画素位置に形成されている。また、第２金属反射膜９は、Ｂの光が取り出される画素位置に形成され、第３金属反射膜１１は、Ｒの光が取り出される画素位置に形成されている。各々の金属反射膜７，９，１１は、それぞれに対応するＲＧＢの画素位置でカソード電極１５と対向し、このカソード電極１５を一方の反射膜（ミラー）として光共振器を構成するものである。このため、各々の金属反射膜７，９，１１の膜厚は、所望の反射率（一般的には８０〜９０％の範囲内に設定）が得られるように、例えば５〜５０ｎｍの範囲内に設定されている。

各々の層間絶縁膜８，１０，１２は、光透過性を有するもので、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ^２）によって形成されている。第１絶縁膜８は、第１金属反射膜７を覆う状態で基板６上に形成されている。また、第２絶縁膜１０は、第２金属反射膜９を覆う状態で第１絶縁膜８上に形成され、第３絶縁膜１２は、第３金属反射膜１１を覆う状態で第２絶縁膜１０上に形成されている。これにより、基板６の厚み方向（積層方向）においては、第１絶縁膜８が第１金属反射膜７と第２金属反射膜９との間に介在し、第２絶縁膜１０が第２金属反射膜９と第３金属反射膜１１との間に介在した状態になっている。

また、各々の絶縁膜８，１０，１２の膜厚は、Ｇの画素位置で光共振器を構成する第１金属反射膜７とカソード電極１５との間の対向距離Ｌ１と、Ｂの画素位置で光共振器を構成する第２金属反射膜９とカソード電極１５との間の対向距離Ｌ２と、Ｒの画素位置で光共振器を構成する第３金属反射膜１２とカソード電極１５との間の対向距離Ｌ３が、それぞれに対応する色光の波長に適合した値となるように設定されている。すなわち、対向距離Ｌ１は、Ｇの光を共振させるのに適した値に設定され、対向距離Ｌ２は、Ｂの光を共振させるのに適した値に設定され、対向距離Ｌ３は、Ｒの光を共振させるのに適した値に設定されている。ちなみに、対向距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の相対的な大小関係は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３となっている。また、基板６の面方向における各々の金属反射膜７，９，１１の端部は、カソード電極１５成膜のカバレッジ性を考慮して、各層で例えば５０ｎｍ以上ずつずらして、各々の端部段差を金属反射膜１層分程度に抑えることが望ましい。

アノード電極１３は、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の透明導電材料を用いて形成されたものである。アノード電極１３は、基板６の面方向でＲＧＢの画素（サブピクセル）ごとに１つずつ設けられている。

有機ＥＬ層１４は、少なくとも発光層（有機材料）を含む光源体を構成するもので、例えば、３層型であれば、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を順に積層してなり、４層型であれば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子注入層を順に積層してなるものである。この有機ＥＬ層１４の発光層は、白色の光を発光するものとなっている。

カソード電極１５は、上記金属反射膜７，９，１１と同様に、例えば、アルミニウム、銀等の単体金属あるいはそれらを含む合金など、光の反射率の高い金属材料によって形成されるものである。カソード電極１５は、ＲＧＢの各色共通の電極として、画素アレイの表示部全域に一様な膜厚で形成されるものである。また、カソード電極１５は、ＲＧＢの画素ごとに形成された各々の金属反射膜７，９，１１を他方の反射膜（ミラー）として光共振器を構成するものである。このため、カソード電極１５の膜厚は、各々の金属反射膜７，９，１１と同等の反射率（厳密には若干低い反射率）が得られるように、例えば５〜５０ｎｍの範囲内に設定されている。

かかる有機ＥＬ素子の構成において、アノード電極１３とカソード電極１５との間に所定の電圧を印加すると、有機ＥＬ層１４に対して、アノード電極１３側からホールが、カソード電極１５側から電子がそれぞれ送り込まれ、それらが発光層で結合（再結合）することにより、有機ＥＬ層１４が発光状態となる。このとき、有機ＥＬ層１４では白色の光を発光する。

こうして有機ＥＬ層１４が発光すると、第１金属反射膜７とカソード電極１５との間ではＧの光が共振し、この共振によって光強度が増幅されたＧの光が、第１金属反射膜７から遠ざかる方向でカソード電極１５側（基板６と反対側）から取り出される。また、第２金属反射膜９とカソード電極１５との間ではＢの光が共振し、この共振によって光強度が増幅されたＢの光が、第２金属反射膜９から遠ざかる方向でカソード電極１５側から取り出される。同様に、第３金属反射膜１１とカソード電極１５との間ではＲの光が共振し、この共振によって光強度が増幅されたＲの光が、第３金属反射膜１１から遠ざかる方向でカソード電極１５側から取り出される。これにより、有機ＥＬ表示パネルの表示部においては、上部電極から光を取り出す「上面発光方式」にしたがって、ＲＧＢの画素位置でそれぞれ所望の光が選択的に取り出されることになる。

一般的には、金属反射膜７，９，１１の反射率は７０〜９０％に設計する。またカソード電極１５の反射率は８０〜９０％となるように設計する。よってカラーフィルターを用いる必要はなく、また金属反射膜などの形成には半導体プロセスをそのまま適用できる為、新規設備投資を必要としない。以上により、高画質で且つ低コストの有機ＥＬ表示装置を提供することが出来る。

図３は、図２に示したＲＧＢ３色の発光素子のうち、特にＲ発光素子を拡大表示した部分断面図である。前述したように、このＲ発光素子はカソード電極１５と埋め込み型の金属反射膜１１との間で光共振を起こし、赤色光が外部に放射される。しかし、有機ＥＬ層１４では、その発光領域内で光が全方位に発光している。光共振は主として垂直方向に起こり、目的の赤色光が垂直方向に放射される。垂直方向以外の方向に反射する光はその一部が画素アレイの表面から放射することなく画素アレイの水平方向に伝播する。例えば金属反射膜１１とカソード電極１５との間で反射した光はその一部が層間絶縁膜１２などを介して水平方向に伝播する。この伝播光は最終的には画素アレイ１の端部に到達する。したがってこの画素アレイの端部に到達した光を前述した光センサ４で検出することは十分可能である。

図４は、画素アレイの端部に漏れ出る光を利用したホワイトバランス調整のアルゴリズムを示すフローチャートであり、主としてホワイトバランス調整回路５で実行されるものである。まずパネルに電源が投入されたら、Ｒラスタ画面を表示し（Ｓ１）、光センサにて漏れ光を検出し（Ｓ２）、Ｒ映像信号のゲインを調整する（Ｓ３）。Ｒ成分の調整終了後は、Ｇラスタ画面を表示し（Ｓ１）、Ｒと同様にＧ光を検出（Ｓ２）した後、Ｇ映像信号のゲインを調整する（Ｓ３）。さらにＢラスタ画面を表示し（Ｓ１）、Ｒと同様にＢ光を検出した後（Ｓ２）、Ｂ映像信号のゲインを調整する（Ｓ３）。そしてＲＧＢ全ての映像信号の調整が終了したら（Ｓ４）、通常の画面表示を行う（Ｓ５）。この様に、埋め込みミラー構造の発光素子が集積形成された画素アレイを有する有機ＥＬ表示装置では、画素アレイの水平方向に伝播する光を検出することで、ホワイトバランスの自動調整が可能である。よって従来のような手動工程での調整を必要とせず、低コストな有機ＥＬ表示装置を提供できる。

図５は、図４に示したＲ画素の断面構造に加え、平面構造も表したものである。平面図のＸ−Ｘ線に沿った断面構造が表れている。図示の構造では、画素コンタクト１３Ｃが存在する画素上部を除いて、金属反射膜１１が透明アノード電極１３からはみ出す構造となっている。なお、画素コンタクト１３Ｃは発光素子のアノード電極１３を画素の駆動トランジスタ側に接続するコンタクトである。各層１１〜１５の上下構造は断面に示すとおり、金属反射膜１１が最下層に位置し、層間絶縁膜１２、透明アノード電極１３、白色有機ＥＬ薄膜１４、カソード電極１５が順に積層形成されている。

図６は、図５に示した発光素子の発光状態を模式的に示す断面図である。図示する様に、透明アノード電極１３の存在する範囲が正規の発光領域Ｍとなり、正規の色純度の光Ｒが出射される。所が透明アノード電極１３の端部付近で発光した光は、ある角度でカソード電極１５に入射することで、正規外の領域Ｎで光共振を起こし、上面へ出射される。この正規外の領域Ｎは、透明アノード電極１３からはみ出ている金属反射膜１１の部分とカソード電極１５との間に存在している。この正規外領域Ｎで生じた光ＮＲは、正規領域Ｍとは光共振器の特性が異なるので、正規領域Ｍの発光色Ｒとは異なってしまう。この透明アノード電極１３に対する金属反射膜１１のはみ出し量は、透明アノード電極１３のプロセス精度と金属反射膜１１のプロセス精度との兼ね合いで決定され、例えは約０．１〜０．５μｍに設定される。画素ピッチが大きくしたがって画素面積が大きい場合、正規領域Ｍが正規外領域Ｎに比べて非常に大きくなるので色純度の違いが無視できる。しかしながら画素ピッチが小さい場合、正規外領域Ｎから放射される色度の異なる光ＮＲは無視できない。正規領域Ｍでは正規の光路長Ｌ３で赤色発光するが、正規外領域Ｎでは正規外の光路長で発光するため、赤色とはならない。

図７は、図６に示した発光素子の発光スペクトルを表しており、縦軸にＲＧＢ強度を取り横軸に横方向距離Ｘを取ってある。Ｘ軸でみると、正規領域ＭはＸ２〜Ｘ３の間に位置し、正規外領域ＮはＸ１〜Ｘ２とＸ３〜Ｘ４の間に位置している。グラフから明らかな様に正規の発光領域では、赤レベルが最大の２５５、緑が１００程度、青レベルがほぼ０で、基本的に橙色に発光している。これが、赤色発光素子の基本的な発光色である。ここで金属反射膜とアノード電極が重なったＸ２、Ｘ３の部分では、ＲＧＢの各レベルが全て７３となっている。さらに外側に向かって非正規領域になると、ＲＧＢ強度は正規領域と著しく異なるようになり、色調がまったく変わってしまう。

ここで正規領域Ｍの水平長Ｘ＝２．８μｍ、垂直長Ｙ＝８．６μｍ、はみ出し量Ｘ´＝０．２μｍとすると、正規領域ｍの発光面積はＭ＝２４．０８μｍ^２である。また非正規領域Ｎの擬似発光面積はＮ＝４．０８μｍ^２である。したがって面積Ｎは面積Ｍの１７％となる。この擬似発光面積での寄与分はＲＧＢで各々Ｒ＝１３、Ｇ＝１３、Ｂ＝１３となり、人間の目には正規の発光色と非正規の発光色（擬似発光色）が混色した光が見えてしまい、結果的に色純度の低下を招く。これを防止するには、カソード電極の上面にアノード電極を囲むようにブラックマスクを設けることも考えられるが、これではコストアップとなってしまう。

図８は、色純度を改善した発光素子の実施例を示す模式的な平面図及び断面図である。理解を容易にする為、図５に示した先の例と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図示する様に本発光素子は、金属反射膜１１を最下層にし、その上に順に層間絶縁膜１２、透明アノード電極１３、白色有機ＥＬ薄膜１４、反射性カソード電極１５を積層形成している。特徴事項として、金属反射膜１１は透明アノード電極１３に内包される平面構造となっている。換言すると、アノード電極１３の外形が、これと対向する金属反射膜１１の外形よりも大きく設定されており、アノード電極１３が金属反射膜１１を覆う構成になっている。金属反射膜１１に対する透明アノード電極１３のはみ出し量は、プロセス精度により決まり、０．１μｍ〜０．４μｍの間に設定される。

図９は、図８に示した発光素子の光伝播経路を示す模式的な断面図である。理解を容易にする為、図６に示した先の例と対応する部分には対応する参照番号を付してある。本構造では、透明アノード電極１３と金属反射膜１１とが平面的に重なっている正規発光領域Ｍにおいては、光路長Ｌ３によって規定される正規の波長で光共振を起こす。一方、透明アノード電極１３下で金属反射膜１１が存在しない非正規領域Ｎでは、光共振が起こらないので白色有機ＥＬ薄膜１４の内部で発光する光がそのまま外部に射出される。ここでカソード電極１５は反射率が８５〜９０％と高いので、外部に出射される非正規光ＮＲの光量は小さくなる。したがって、図６に示した先の例と比較すると、非正規領域Ｎから出射される擬似発光成分が小さくなることが期待できる。

図１０は、図９に示した構造における画素水平方向Ｘに沿った出射光のＲＧＢ強度を解析した結果を表している。正規領域Ｍから出射した光のＲＧＢ強度は、図７に示した先の例と同じ分布となるように設計してある。即ちＲレベルが最大の２５５で、Ｇレベルが約１００、Ｂレベルが最小のほぼ０レベルとなるようにしてある。この状態で正規領域Ｍと非正規領域Ｎとの境界（Ｘ２，Ｘ３）における各色成分の強度レベルは、Ｒ３０、Ｇ３０、Ｂ１０となる。図７に示した先の例では、擬似発光の強度レベルが、Ｒ７３、Ｇ７３、Ｂ７３となっている。したがって先の例と比較してＲ成分とＧ成分は５０％に減少し、Ｂ成分は１３％に減少している。したがって色度のずれ度合いは格段に改善できる。また非正規領域ＮにおけるＲＧＢ各成分の全てのレベルが低下しているので、正規領域Ｍを囲む非正規領域Ｎは非常に暗くなっていることが分かる。即ちＲＧＢ各画素を区分けするブラックマスクの役割を果たしている。よって画素ピッチが同じ場合には、先に示した例に比べ色度のずれが小さいので、色再現範囲の広い高画質な有機ＥＬ表示装置を提供することが出来る。また、本例は金属反射膜の外形を透明アノード電極より小さくするだけなので、プロセス変更などは一切伴わず、低コストで色純度の低下を効果的に防ぐことができる。

図１１は、発光素子の他の実施例を示す模式的な平面図及び断面図である。理解を容易にする為、図８に示した先の実施例と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図示する様に、本発光素子は、金属反射膜１１を最下層とし、その上に層間絶縁膜１２、透明アノード電極１３、白色有機ＥＬ薄膜１４、反射性カソード電極１５を順に積層している。特徴事項として、金属反射膜１１は、画素コンタクト部１３Ｃを除いた３辺が、透明アノード電極１３と一致している。

図１２は、図１１に示した発光素子の拡大断面図であり、光伝播経路を表している。この構造では、透明アノード電極１３と金属反射膜１１が平面的に見て整合しており、正規発光領域Ｍを規定している。金属反射膜１１とアノード電極１３が重なっていない非正規発光領域は本構造の場合実質的に表示に関与していない。正規発光領域Ｍでは光路長Ｌ３に従って正規の波長で光共振を起こし、赤色光Ｒを放射する。金属反射膜１１はアノード電極１３と整合している為、金属反射膜１１の端部で擬似発光は発生しない。またコンタクト部周辺は透明アノード電極の下に金属反射膜が存在しないので光共振を起こさず、またカソード電極の光透過率も１０％程度なので、表示に悪影響を及ぼすことはない。

図１３は、図１１及び図１２に示した実施例において、画素水平方向Ｘに沿ったＲＧＢ強度を解析した結果を表している。正規発光領域ＭはＸ軸方向に沿って座標Ｘ２とＸ３との間に存在している。この正規発光領域Ｍにおいて、Ｒレベルは２５５、Ｇレベルは１００程度、Ｂレベルは０レベルとなっており、基本的にＲ発光素子は赤色成分に緑色成分が多少加わった橙色の発色となる。グラフから明らかな様に、Ｘ２及びＸ３の点ではＲＧＢ強度が全て０となっており、擬似発光は発生しない。したがって、金属反射膜端部における色度ずれは生じない。この様にアノード電極と金属反射膜の端部を整合させることで、色再現範囲の広い高画質な有機ＥＬ表示装置を提供することが出来る。本構造では金属反射膜のコンタクト周辺を除く３辺を透明アノード電極と一致させるだけなので、プロセス変更などは一切伴わず、低コストを維持できる。

最後に、図１４は図１に示した画素１００の具体的な回路構成例を示す回路図である。図は、ＲＧＢで1セットになった赤色画素１００Ｒ、青色画素１００Ｂ及び緑色画素１００Ｇの回路構成を表している。赤色画素１００Ｒは走査線ＷＳとＲ映像信号を供給する信号線ＳＩＧ−Ｒとが交差する部分に配されている。同様に青色画素１００Ｂは走査線ＷＳとＢ映像信号を供給する信号線ＳＩＧ−Ｂ等が交差する部分に配されている。緑色画素１００Ｇは走査線ＷＳとＧ映像信号を供給する信号線ＳＩＧ−Ｇとが交差する部分に配されている。各画素１００Ｒ，１００Ｂ及び１００Ｇは全て同じ構成となっており、対応する発光色の発光素子ＥＬＲ，ＥＬＢ及びＥＬＧを各々サンプリングトランジスタＴ１、ドライブトランジスタＴ２及び画素容量Ｃｓで駆動する。例えば赤色画素１００Ｒに注目すると、サンプリングトランジスタＴ１のゲートは走査線ＷＳに接続し、ソース／ドレインの一方は信号線ＳＩＧ−Ｒに接続し、他方は画素容量Ｃｓの一端に接続している。画素容量Ｃｓの他端は接地電位Ｖｓｓに接続している。ドライブトランジスタＴ２のゲートは画素容量Ｃｓの一端に接続し、ソース／ドレインの一方は電源電位Ｖｃｃに接続し、他端は発光素子ＥＬＲのアノードに接続している。発光素子ＥＬＲのカソードは所定のカソード電位Ｖｋに接続している。

かかる構成において、サンプリングトランジスタＴ１は走査線ＷＳによって選択されたとき、信号線ＳＩＧ−Ｒから供給されるＲ映像信号をサンプリングして、画素容量Ｃｓに保持する。ドライブトランジスタＴ２は画素容量Ｃｓに保持されたＲ映像信号に応じて動作し、ドレイン電流ＩＲを発光素子ＥＬＲに供給する。これにより発光素子ＥＬＲはＲ映像信号に応じた輝度で赤色発光する。

ここでサンプリングトランジスタＴ１及びドライブトランジスタＴ２は、例えばシリコンウェハなどからなる基板６にＭＯＳプロセスを用いて集積形成される。画素容量Ｃｓも同時にＭＯＳプロセスで集積形成可能である。さらに発光素子ＥＬもＭＯＳプロセスを応用した技術で、トランジスタＴ，Ｔ２，画素容量Ｃｓの上に重ねて形成可能である。上側の発光素子ＥＬのアノードは、コンタクトを介して下側のドライブトランジスタＴ２に接続する。なお、図１４に示した回路構成は一例に過ぎず、本発明の技術的な範囲を限定するものではない。

本発明にかかる表示装置の全体構成を示す模式的な平面図及び側面図である。図１に示した表示装置に含まれる発光素子の構成を示す断面図である。図２に示した発光素子の拡大断面図である。図１に示した表示装置の動作説明に供するフローチャートである。発光素子の一例を示す模式的な平面図及び断面図である。図５に示した発光素子の光伝播経路を示す模式図である。図５及び図６に示した発光素子の発光特性を示す模式図である。本発明にかかる発光素子の実施例を示す模式的な平面図及び断面図である。図８に示した発光素子の光伝播経路を示す模式的な断面図である。図８及び９に示した発光素子の発光特性を示す模式図である。本発明の発光素子の他の実施例を示す平面図及び断面図である。図１１に示した実施例の光伝播経路を示す模式図である。図１１及び図１２に示した実施例の発光特性を示す模式図である。図１に示した表示装置に含まれるＲＧＢ画素の回路構成を示す回路図である。

符号の説明

１・・・画素アレイ、２・・・行駆動回路、３・・・列駆動回路、４・・・光センサ、５・・・ホワイトバランス調整回路、６・・・基板、７・・・金属反射膜、８・・・第１層間絶縁膜、９・・・第２金属反射膜、１０・・・第２層間絶縁膜、１１・・・第３金属反射膜、１２・・・第３層間絶縁膜、１３・・・アノード電極、１４・・・白色有機ＥＬ薄膜、１５・・・カソード電極

Claims

発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、
前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、
前記列駆動回路は、ＲＧＢ画素に対応して、ＲＧＢ三色に分かれたＲＧＢ映像信号を供給するとともに、
外部から入力されたＲＧＢ映像信号のホワイトバランスを調整して該列駆動回路に出力するホワイトバランス調整回路を備えており、
各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネッセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成してＲＧＢ三色のいずれかの光を放射し、
該画素アレイの端部に光センサが設置されており、該画素アレイ内で各発光素子から伝播して漏れたＲＧＢ各色の光のレベルを検出し、
前記ホワイトバランス調整回路は、該光センサで検出されたＲＧＢ各色の光のレベルに応じてＲＧＢ映像信号のホワイトバランス調整を自動的に行うことを特徴とする表示装置。
前記列駆動回路は、ホワイトバランス調整時にＲＧＢ各色の単色ラスタ画面を順次画素アレイに表示し、
前記光センサは、単色ラスタ画面を表示している画素アレイからもれた光のレベルを検出することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記ホワイトバランス調整回路は、画素アレイの電源投入直後にホワイトバランス調整を行うことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射することをすることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
各発光素子は、該アノード電極の外形がこれと対向する該金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、該アノード電極が該金属反射膜を覆う構成になっていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
各発光素子は、該アノード電極の辺とこれに対向する該金属反射膜の辺が一致し、平面的にみて該アノード電極と該金属反射膜が少なくとも三辺で整合していることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、
各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成して光を放射し、
各発光素子は、該アノード電極の外形がこれと対向する該金属反射膜の外形よりも大きく設定されており、該アノード電極が該金属反射膜を覆う構成になっていることを特徴とする表示装置。
前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、
各発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離を変えることでＲＧＢ三色のうちの一色を放射することを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成することを特徴とする請求項１１記載の表示装置。
前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射することをすることを特徴とする請求項１１記載の表示装置。
各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性であることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
発光素子を含む画素が行列状に配列した画素アレイと、画素の行を順次選択する行駆動回路と、選択された画素に映像信号を供給する列駆動回路とを有し、各画素に含まれる発光素子を該映像信号に応じた輝度で発光させる表示装置であって、
各発光素子は、アノード電極と、層間絶縁膜を介して該アノード電極の下に配された金属反射膜と、該アノード電極の上に配された有機エレクトロルミネセンス薄膜と、その上に配されたカソード電極とで構成されており、該金属反射膜と該カソード電極との間で光共振器を構成して光を放射し、
各発光素子は、該アノード電極の辺とこれに対向する該金属反射膜の辺が一致し、平面的にみて該アノード電極と該金属反射膜が少なくとも三辺で整合していることを特徴とする表示装置。
前記画素アレイは、各画素がＲＧＢ三色に発光する発光素子のいずれかを含むＲＧＢ画素で構成されており、
各発光素子は、該光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離を変えることでＲＧＢ三色のうちの一色を放射することを特徴とする請求項１６記載の表示装置。
前記画素アレイは、第１の金属反射膜を形成した後、第１の層間絶縁膜を形成してから第２の金属反射膜を形成し、その上に第２の層間絶縁膜を形成して更に第３の金属反射膜を形成し、その上に第３の層間絶縁膜を形成した後にアノード電極を形成してから、その上に有機エレクトロルミネッセンス薄膜を均一に形成し、更にその上にカソード電極を形成し、以ってＲＧＢ三色に発光する発光素子を形成することを特徴とする請求項１７記載の表示装置。
前記有機エレクトロルミネッセンス薄膜は白色発光し、ＲＧＢ各色の発光素子は、光共振器を構成する金属反射膜とカソード電極との間の光学距離に応じて、白色発光からＲＧＢ各色の光を選択的に放射することをすることを特徴とする請求項１７記載の表示装置。
各発光素子は、アノード電極が透明であり、カソード電極が光反射性であることを特徴とする請求項１６記載の表示装置。
該発光素子は、カソード電極、有機エレクトロルミネッセンス薄膜、アノード電極、層間絶縁膜及び金属反射膜が、シリコンからなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項１６記載の表示装置。