JP2008112844A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を向上することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 表示エリアの各画素に表示素子４０を備えたアレイ基板１００と、アレイ基板１００に対向して配置され少なくとも表示エリアを密封するように貼り合わせられた封止基板２００と、を備え、表示素子４０から放射された放射光を封止基板側から取り出すトップエミッションタイプの表示装置において、表示素子４０は、画素毎に配置され反射層を含む第１電極６０と、第１電極上に配置された光活性層６４と、光活性層上に配置され半透過層６６ＲＴを含む第２電極６６と、を備え、反射層と半透過層との間の各層の屈折率をｎとし各層の厚みをｄとしたときにΣ（ｎ×ｄ）で定義される光学厚みが２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、半透過層６６ＲＴの屈折率が、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．６以下であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、表示装置に係り、特に、マイクロキャビティ構成の自発光性素子によって構成された表示装置に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光性素子の表示素子を備えて構成されていることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、表示素子として、基板上において陽極と陰極との間に発光機能を有する有機化合物を含む光活性層を保持した有機ＥＬ素子を備えている。光活性層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を含んでいる。

近年、一方が半透明である２枚の高反射鏡の間に有機ＥＬ素子を配置したマイクロキャビティ構成のカラー表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特に、有機ＥＬ素子から放射された放射光を有機ＥＬ素子の上面側すなわち封止基板側から取り出すトップエミッションタイプの表示装置については、ガラス基板上に、銀（Ａｇ）からなる反射性金属底部電極、透明導電性位相層、有機ＥＬ要素及び銀（Ａｇ）からなる半透明金属上部電極を備えたデバイス、半透明金属上部電極をインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）からなる透明上部電極に置き換えたデバイス、透明上部電極の上にＱＷＳ反射鏡を配置したデバイス、半透明金属上部電極の上に吸収低減層を配置したデバイスなどが提案されている。
特開２００４−２５３３９０号公報

従来のトップエミッションタイプの表示装置においては、各有機ＥＬ素子の発光効率が低いため、輝度の向上が望まれていた。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光効率を向上することが可能な表示装置を提供することにある。

この発明の態様による表示装置は、
表示エリアの各画素に表示素子を備えたアレイ基板と、
前記アレイ基板に対向して配置され、少なくとも表示エリアを密封するように貼り合わせられた封止基板と、を備え、
前記表示素子から放射された放射光を前記封止基板側から取り出すトップエミッションタイプの表示装置において、
前記表示素子は、
画素毎に配置され、反射層を含む第１電極と、
前記第１電極上に配置された光活性層と、
前記光活性層上に配置され、半透過層を含む第２電極と、を備え、
前記反射層と前記半透過層との間の各層の屈折率をｎとし各層の厚みをｄとしたときに、Σ（ｎ×ｄ）で定義される光学厚みが２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
前記半透過層の屈折率が、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．６以下であることを特徴とする。

この発明によれば、発光効率を向上することが可能な表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

図１に示すように、有機ＥＬ表示装置１は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００の主面側に対向して配置された封止基板２００とを備えて構成されている。この有機ＥＬ表示装置１は、画像を表示する略矩形状の表示エリア１０１を有している。表示エリア１０１は、マトリクス状に配置された複数種類の色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。封止基板２００は、少なくとも表示エリア１０１を密封するようにシール材４００を介してアレイ基板１００に貼り合せられている。

アレイ基板１００上において、各色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、画素回路及び画素回路によって駆動制御される表示素子を備えている。画素回路は、例えば、画素スイッチ１０、画素スイッチ１０を介して供給される映像信号に基づき表示素子へ所望の駆動電流を供給する駆動トランジスタ２０、駆動トランジスタ２０のゲート−ソース間電位を所定期間保持する蓄積容量素子３０などを備えて構成されている。これらの画素スイッチ１０及び駆動トランジスタ２０は、例えば薄膜トランジスタにより構成され、ここでは、半導体層にポリシリコンを用いている。

表示素子は、自発光素子である有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

また、アレイ基板１００は、色画素ＰＸの行方向（すなわち図１のＹ方向）に沿って配置された複数の走査線Ｙｍ（ｍ＝１、２、…）、走査線Ｙｍと略直交する列方向（すなわち図１のＸ方向）に沿って配置された複数の信号線Ｘｎ（ｎ＝１、２、…）、有機ＥＬ素子４０に電源を供給するための電源供給線Ｐなどを備えている。

さらに、アレイ基板１００は、表示エリア１０１の外側に位置する周辺エリア１０４に、走査線Ｙｍのそれぞれに走査信号を供給する走査線駆動回路１０７の少なくとも一部、信号線Ｘｎのそれぞれに映像信号を供給する信号線駆動回路１０８の少なくとも一部などを備えている。すべての走査線Ｙｍは、走査線駆動回路１０７に接続されている。また、すべての信号線Ｘｎは、信号線駆動回路１０８に接続されている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構成は、基本的に同一である。すなわち、図２に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０の主面側に配置された複数の有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性の支持基板上に、画素スイッチ１０、駆動トランジスタ２０、蓄積容量素子３０、走査線駆動回路１０７、信号線駆動回路１０８、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０は、色画素ＰＸ毎に独立島状に配置された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され（すなわち第１電極６０よりも封止基板２００側に配置され）複数の色画素ＰＸに共通に配置された第２電極６６と、これら第１電極６０と第２電極６６との間に保持された光活性層６４と、によって構成されている。

有機ＥＬ素子４０を構成する第１電極６０は、配線基板１２０上に配置されている。トップエミッションタイプを採用した構成では、この第１電極６０は、光反射性を有する反射層を含んでいる。すなわち、第１電極６０は、図２に示したように、光反射性を有する導電材料（例えばアルミニウム（Ａｌ））を用いて形成された反射層６０Ｒと、反射層６０Ｒと光活性層６４との間に配置され光透過性を有する導電材料（例えばインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ））を用いて形成された透過層６０Ｔと、を組み合わせた２層構造としても良いし、光反射性を有する導電材料を用いて電極としての機能と反射層としての機能を兼ね備えた単層として形成しても良い。

光活性層６４は、第１電極６０上に配置され、少なくとも発光層６４Ａを含んでいる。この光活性層６４は、発光層６４Ａ以外の機能層を含むことができ、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、バッファ層などの機能層を含むことができる。この光活性層６４は、複数の機能層を複合した単層で構成されても良いし、各機能層を積層した多層構造であっても良い。光活性層６４においては、発光層６４Ａが有機系材料であればよく、発光層６４Ａ以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。光活性層６４において、発光層６４Ａ以外の機能層は共通層であってもよく、図２に示した例では、発光層６４Ａの第１電極６０側及び第２電極６６側にそれぞれ共通層が配置されている。一方の共通層は、ホール注入層６４ＨＩ及びホール輸送層６４ＨＴを含み、また、他方の共通層は、電子注入層６４ＥＩ及び電子輸送層６４ＥＴを含んでいる。発光層６４Ａは、赤、緑、または青に発光する発光機能を有した有機化合物によって形成される。この実施の形態においては、ホール注入層６４ＨＩはＣｕＰｃによって形成され、ホール輸送層６４ＨＴはαＮＰＤによって形成され、電子輸送層６４ＥＴはＡｌｑ_３によって形成され、電子注入層６４ＥＩはＬｉＦによって形成されている。

第２電極６６は、各色画素の光活性層６４上に配置されている。この第２電極６６は、マイクロキャビティ構成を実現するために、半透過層６６ＲＴを含んでいる。すなわち、第２電極６６は、図２に示したように、光透過性を有する導電材料を用いて形成された透過層６６Ｔと、透過層６６Ｔと光活性層６４との間に配置された半透過層６６ＲＴとの２層構造としても良いし、半透過層のみにより電極としての機能を兼ね備えた単層として形成しても良い。

また、アレイ基板１００は、表示エリア１０１において、少なくとも隣接する色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、例えば各第１電極６０の縁に沿って格子状またはストライプ状に配置され、第１電極６０を露出する隔壁７０の開口形状が矩形となるよう形成されている。この隔壁７０は、例えば樹脂材料によって形成される。

上述したような構成の有機ＥＬ表示装置１において、各有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の発光効率を改善するために、発明者は、半透過層６６ＲＴの屈折率に着目した。上述した構成においては、各有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に備えられた半透過層６６ＲＴの屈折率は、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲で０．６以下に設定されている。また、発明者は、このような屈折率に設定された半透過層６６ＲＴを適用する際に更なる発光効率を向上するための条件、特にマイクロキャビティ構成の共振条件を最適化するために実質的な共振器長に相当する反射層６０Ｒと半透過層６６ＲＴとの間の光学厚みＴの最適範囲について検討した。この光学厚みＴとは、反射層６０Ｒと半透過層６６ＲＴとの間に配置された各層、例えば図２に示した例では第１電極６０の透過層６０Ｔ、光活性層６４を構成する各層について、屈折率をそれぞれｎとし、厚みをそれぞれｄとしたとき、Σ（ｎ×ｄ）として定義される。

すなわち、発明者は、主に赤色波長（６２０ｎｍ）に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｒ、主に緑色波長（５４０ｎｍ）に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｇ、及び、主に青色波長（３８０ｎｍ）に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｂの３種類の有機ＥＬ素子について、半透過層６６ＲＴの屈折率に対する発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。なお、半透過層６６ＲＴの屈折率は、実際に有機ＥＬ素子４０内に配置されるものと同組成の半透過層を別途にガラス基板上に作成し、その半透過層の屈折率を分光エリプソメトリー法で測定した値であり、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲での最大値とした。また、この測定を行うにあたり、有機ＥＬ素子４０Ｒにおいて光学厚みＴは６８０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｇにおいて光学厚みＴは５７０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｂにおいて光学厚みＴは５２０ｎｍとした。

測定結果を図３に示す。ここで、発光効率については、低消費電力の観点から、青色の有機ＥＬ素子４０Ｂ（Ｂｌｕｅ）については２．３ｃｄ／Ａ以上、緑色の有機ＥＬ素子４０Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）については９．０ｃｄ／Ａ以上、赤色の有機ＥＬ素子４０Ｒ（Ｒｅｄ）については４．５ｃｄ／Ａ以上必要であることが要求される。このため、発明者によってなされた測定結果によれば、半透過層６６ＲＴの屈折率ｎを３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．６以下とすることによって、各有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）において必要な発光効率が得られることがわかった。

発明者によるより詳細な検証によれば、半透過層６６ＲＴの屈折率ｎを３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．６以下とすることにより、半透過層６６ＲＴそのものの透過率を向上することが可能となり、また、半透過層６６ＲＴや光活性層６４において吸収される光が減少することが確認された。このため、表示装置に適用される各種有機ＥＬ素子からの放射光の波長範囲について、半透過層６６ＲＴの屈折率ｎを０．６以下に設定することにより、高輝度化が実現できる。

また、発明者は、有機ＥＬ素子４０における光学厚みＴに対する発光効率を測定した。有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）それぞれにおいて、放射される光の主波長が異なるため、光学干渉が最適な光学厚みＴの範囲は各有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で異なるが、発明者による検証結果によれば、各有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）において、光学厚みが２５０ｎｍ以上で７００ｎｍ以下のときに、半透過層６６ＲＴの屈折率が０．６以下であれば、各色の最適な光学厚みの範囲内においてさらに発光効率が向上する効果が得られることが確認された。一方で、光学厚みが２５０ｎｍ未満の場合、及び、７００ｍを超える場合には有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の全てが最適な光学干渉の範囲から外れており、発光効率が低下することが確認された。各有機ＥＬ素子の光学厚みは、上述したように、主に光活性層６４の厚みに相当する。このため、光活性層６４において比較的厚い厚さで構成される層、例えばホール輸送層などの厚みによって光学厚みを調整することが可能である。

なお、半透過層６６ＲＴの屈折率は、有機ＥＬ素子の発光効率のみに着目すれば、小さく設定することが望ましいが、その本来の機能であるマイクロキャビティ効果を得るのに必要なある程度の反射率を維持する必要がある。このため、半透過層６６ＲＴの屈折率は、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．１以上に設定することが要求される。

上述した半透過層６６ＲＴは、マグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）との混合物によって形成することが好適である。マグネシウム（Ｍｇ）及び銀（Ａｇ）は、共に光反射性を有する材料であるが、これらの混合物によって極薄い膜として形成した場合には、光透過性を有すると共に光反射性を有する半透過層として機能させることができる。

このような構成の半透過層６６ＲＴの屈折率は、層形成過程でのマグネシウムと銀との混合比によって制御可能である。発明者の検証によれば、マグネシウムと銀とで構成した半透過層６６ＲＴについては、半透過層６６ＲＴの体積に対して銀の占める比率を向上することにより、半透過層６６ＲＴの屈折率が低下することがわかった。そして、半透過層６６ＲＴの体積に対して銀の占める比率を７０％以上とする、望ましくは７５％以上とすることにより、半透過層６６ＲＴの屈折率を０．６以下にできることがわかった。

（実施例１）
銀とマグネシウムとの混合物によって半透過層６６ＲＴを形成し、半透過層６６ＲＴの体積に対して銀の占める比率を７５％とした。別途にガラス基板上に作成した同組成の半透過層の屈折率を分光エリプソメトリー法で測定したところ、波長３８０ｎｍでは０．６０、波長５４０ｎｍでは０．４９、波長６２０ｎｍでは０．６０であり、このときの半透過層の透過率は４３％であった。また、
このような組成の半透過層を適用した有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）について、有機ＥＬ素子４０Ｒにおける光学厚みＴを６８０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｇにおける光学厚みＴを５７０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｂにおける光学厚みＴを５２０ｎｍとして、発光効率を測定したところ、青色有機ＥＬ素子４０Ｂについては２．３ｃｄ／Ａ、緑色有機ＥＬ素子４０Ｇについては９．３ｃｄ／Ａ、赤色有機ＥＬ素子４０Ｒについては４．７ｃｄ／Ａであり、必要な発光効率が得られることが確認できた。

（実施例２）
銀とマグネシウムとの混合物によって半透過層６６ＲＴを形成し、半透過層６６ＲＴの体積に対して銀の占める比率を８０％とした。別途にガラス基板上に作成した同組成の半透過層の屈折率を分光エリプソメトリー法で測定したところ、波長３８０ｎｍでは０．４８、波長５４０ｎｍでは０．４７、波長６２０ｎｍでは０．５７であった。

このような組成の半透過層を適用した有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）について、有機ＥＬ素子４０Ｒにおける光学厚みＴを６８０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｇにおける光学厚みＴを５７０ｎｍとし、有機ＥＬ素子４０Ｂにおける光学厚みＴを５２０ｎｍとして、発光効率を測定したところ、青色有機ＥＬ素子４０Ｂについては２．４ｃｄ／Ａ、緑色有機ＥＬ素子４０Ｇについては１１．０ｃｄ／Ａ、赤色有機ＥＬ素子４０Ｒについては５．０ｃｄ／Ａであり、必要な発光効率が得られ、さらに高輝度化が実現できた。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した有機ＥＬ表示装置の１画素分の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、半透過層の屈折率と、半透過層を備えた有機ＥＬ素子の発光効率との関係を示す図である。

符号の説明

ＰＸ…色画素、１…有機ＥＬ表示装置、４０…有機ＥＬ素子、６０…第１電極、６４…光活性層、６４Ａ…発光層、６６…第２電極、６６ＲＴ…半透過層、７０…隔壁、１００…アレイ基板、１０１…表示エリア、１２０…配線基板、２００…封止基板

Claims (4)

1. 表示エリアの各画素に表示素子を備えたアレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向して配置され、少なくとも表示エリアを密封するように貼り合わせられた封止基板と、を備え、
   前記表示素子から放射された放射光を前記封止基板側から取り出すトップエミッションタイプの表示装置において、
   前記表示素子は、
   画素毎に配置され、反射層を含む第１電極と、
   前記第１電極上に配置された光活性層と、
   前記光活性層上に配置され、半透過層を含む第２電極と、を備え、
   前記反射層と前記半透過層との間の各層の屈折率をｎとし各層の厚みをｄとしたときに、Σ（ｎ×ｄ）で定義される光学厚みが２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
   前記半透過層の屈折率が、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．６以下であることを特徴とする表示装置。
2. 前記半透過層は、銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との混合物によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記半透過層の体積に対して銀の占める比率が７０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記半透過層の屈折率は、３８０ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲において０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。

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