JP2013254093A - 蛍光体基板、表示装置および照明装置 - Google Patents

蛍光体基板、表示装置および照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】隣接する画素間における発光にじみを防止するとともに、光の取り出し効率に優れる障壁を備えた蛍光体基板を提供する。
【解決手段】基板11と、基板11上に設けられ、励起光源から入射した励起光により蛍光を生じる蛍光体層12R,12G,12Bと、蛍光体層12R,12G,12Bの側面を囲む障壁13と、を備え、障壁13の蛍光体層12R,12G,12Bと接する側面13aのうち少なくとも一部が光散乱性または光反射性を有し、障壁13の一部に光不透過部14が設けられている蛍光体基板10。
【選択図】図1

Description

本発明は、蛍光体基板、表示装置および照明装置に関する。
近年、従来主流であったブラウン管を使用した表示装置から、薄型のフラットパネルディスプレイ(FPD)の表示装置へのニーズが高まりつつある。FPDには様々な種類のものがある。例えば、非自発光型の液晶ディスプレイ(LCD)、自発光型のプラズマディスプレイパネル(PDP)、無機エレクトロルミネッセンス(無機EL)ディスプレイ、または、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)ディスプレイ等が知られている。
中でも、有機ELディスプレイは、表示に使用する素子(有機EL素子)が薄型かつ軽量であり、加えて低電圧駆動、高輝度および自発光等の特性を有している。そのため、有機EL素子の研究開発が盛んに行われている。
有機ELディスプレイとしては、青色〜青緑色発光する有機発光層を有する有機EL素子と、有機EL素子からの青色〜青緑色発光を励起光として吸収し、緑色を発光する蛍光体層からなる緑色画素と、有機EL素子からの青色〜青緑色発光を励起光として吸収し、赤色に発光する蛍光体層からなる赤色画素と、色純度を向上させるための青色カラーフィルターからなる青色画素と、を備え、フルカラー発光可能なものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記のような蛍光体層を備えた蛍光体基板には、画素毎に蛍光体層間を仕切る障壁が設けられることが多い。障壁は、主に、蛍光体層間における発光にじみ防止や、インクジェット等のウエットプロセスで蛍光体層を形成する場合のインクにじみ防止等の役割を果たす。しかしながら、障壁が光透過性である場合には、蛍光体層の発光が障壁を介して隣接する画素へ伝播し、発光にじみが生じるという課題があった。また、蛍光体層に吸収されなかった励起光が同じく障壁を介して隣接する画素へ伝播し、隣接する画素の蛍光体層を励起してクロストークが生じるという課題があった。それらの課題を解決するための方法としては、例えば、障壁の側面を光反射膜または光吸収膜で被膜する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許第2795932号公報 特開2008−277186号公報
しかしながら、障壁の側面に光反射膜を設けた場合、障壁がテーパー形状をなしていないと、光の入射角と反射角が不変であるため、光の取り出し効率を飛躍的に向上させることができないという課題があった。また、光の入射角と反射角を変えるためには、障壁のテーパー形状を含めて、種々のパラメータを厳密に制御する必要があるため、製造プロセスが煩雑になる。また、下部電極同士が光反射膜を介して短絡しないように、外部絶縁膜を設ける必要があり、外部絶縁膜を設ける工程も、製造プロセスが煩雑になる一因となる。さらに、光吸収膜を設けた場合、光の取り出し効率を全く向上させることができないという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、隣接する画素間における発光にじみを防止するとともに、光の取り出し効率に優れる障壁を備えた蛍光体基板を提供することを目的とする。
本発明の蛍光体基板は、基板と、前記基板上に設けられ、励起光源から入射した励起光により蛍光を生じる蛍光体層と、前記蛍光体層の側面を囲む障壁と、を備え、前記障壁の前記蛍光体層と接する側面のうち少なくとも一部が光散乱性または光反射性を有し、前記障壁の一部に光不透過部が設けられていることを特徴とする。
本発明の蛍光体基板において、前記障壁の内部に光不透過部が設けられていることが好ましい。
本発明の蛍光体基板において、前記光不透過部は、光吸収部および/または光反射部からなることが好ましい。
本発明の蛍光体基板において、前記光不透過部は、テーパー形状をなしていることが好ましい。
本発明の蛍光体基板において、前記光不透過部の高さは、前記蛍光体層の膜厚以上であることが好ましい。
本発明の蛍光体基板において、前記障壁は、光散乱性粒子または光反射性粒子を含有することが好ましい。
本発明の表示装置は、本発明の蛍光体基板と、前記蛍光体層に照射する励起光を射出する発光素子を有する光源と、を備えたことを特徴とする。
本発明の表示装置において、赤色光による表示を行う赤色画素と、緑色光による表示を行う緑色画素と、青色光による表示を行う青色画素と、を少なくとも含む複数の画素が備えられ、前記光源から前記励起光としての紫外光が射出され、前記蛍光体層として、前記赤色画素に前記紫外光を前記励起光として赤色光を発する赤色蛍光体層が設けられ、前記緑色画素に前記紫外光を前記励起光として緑色光を発する緑色蛍光体層が設けられ、前記青色画素に前記紫外光を前記励起光として青色光を発する青色蛍光体層が設けられたことが好ましい。
本発明の表示装置において、赤色光による表示を行う赤色画素と、緑色光による表示を行う緑色画素と、青色光による表示を行う青色画素と、を少なくとも含む複数の画素が備えられ、前記光源から前記励起光としての青色光が射出され、前記蛍光体層として、前記赤色画素に前記青色光を前記励起光として赤色光を発する赤色蛍光体層が設けられ、前記緑色画素に前記青色光を前記励起光として緑色光を発する緑色蛍光体層が設けられ、前記青色画素に前記青色光を散乱させる散乱体層が設けられたことが好ましい。
本発明の表示装置において、前記光源は、前記複数の画素に対応して設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、を備えたアクティブマトリクス駆動方式の光源であることが好ましい。
本発明の表示装置において、前記光源は、発光ダイオード、有機エレクトロルミネセンス素子、無機エレクトロルミネセンス素子のいずれかであることが好ましい。
本発明の表示装置において、前記光源は、光射出面から光を射出する面状光源であり、前記面状光源と前記蛍光体基板との間に、前記画素毎に前記面状光源から射出された光の透過率を制御可能な液晶素子が設けられたことが好ましい。
本発明の表示装置において、前記光源は、指向性を有することが好ましい。
本発明の照明装置は、本発明の蛍光体基板と、前記蛍光体層に照射する励起光を射出する発光素子を有する光源と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、隣接する画素間における発光にじみを防止するとともに、光の取り出し効率に優れる障壁を備えた蛍光体基板を提供することができる。
蛍光体基板の一実施形態を示す概略断面図である。 障壁の一実施形態を示す概略平面図である。 障壁の一実施形態を示す概略平面図である。 障壁の一実施形態を示す概略平面図である。 障壁の一実施形態を示す概略平面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略平面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略平面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略平面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部における不具合を説明する概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 光不透過部の一実施形態を示す概略断面図である。 表示装置の一実施形態を示す概略断面図である。 光源基板を構成するLED基板の一実施形態を示す概略断面図である。 光源基板を構成する有機EL素子基板の一実施形態を示す概略断面図である。 表示装置の1画素(サブ画素)の等価回路を示す図である。 表示装置の一実施形態を示す平面模式図である。 アクティブマトリクス駆動型の有機EL層を用いた有機EL素子基板の断面図である。 光源基板を構成する無機EL素子基板の一実施形態を示す概略断面図である。 表示装置の一適用例であるシーリングライトを示す外観図である。 表示装置の一適用例である照明スタンドを示す外観図である。 表示装置の一適用例である携帯電話を示す外観図である。 表示装置の一適用例である薄型テレビを示す外観図である。 表示装置の一適用例である携帯型ゲーム機を示す外観図である。 表示装置の一適用例であるノートパソコンを示す外観図である。 表示装置の一適用例であるタブレット端末を示す外観図である。 実験例1の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 実験例2の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線に沿う断面図である。 実験例3の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線に沿う断面図である。 実験例4の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線に沿う断面図である。 実験例5の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E線に沿う断面図である。 実験例6の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のF−F線に沿う断面図である。 実験例7の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のG−G線に沿う断面図である。 実験例8の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のH−H線に沿う断面図である。 実験例9の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のI−I線に沿う断面図である。 実験例10の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のJ−J線に沿う断面図である。 実験例11の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のK−K線に沿う断面図である。 実験例13の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のL−L線に沿う断面図である。
以下、図面を参照して、本発明に係る蛍光体基板、並びに、それを用いた表示装置および照明装置の実施形態について説明する。
なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
[蛍光体基板]
図1は、蛍光体基板の一実施形態を示す概略断面図である。
本実施形態に係る蛍光体基板10は、基板11と、基板11の一方の面11a上に設けられ、外部に設けられた励起光源(図示略)から入射した励起光L1により蛍光L2を生じる蛍光体層12G(緑色蛍光体層)、励起光L1により蛍光L3を生じる蛍光体層12R(赤色蛍光体層)、および、励起光L1により蛍光L4を生じる蛍光体層12B(青色蛍光体層)と、蛍光体層12R,12G,12Bの側面を囲む障壁13とから概略構成されている。
蛍光体層12R,12G,12Bの励起光L1が入射する励起光入射面12aは、隔壁13の開口部から露出している。すなわち、励起光入射面12aは、励起光源(図示略)から射出された励起光L1が入射可能な面である。励起光L1は蛍光体層12R,12G,12Bにおいて、蛍光L2,L3,L4に変換され、蛍光L2,L3,L4は蛍光体層12R,12G,12Bの射出面12bから射出される。
蛍光体層12R,12G,12Bは、ドット毎に分割された複数の蛍光体層からなり、複数の蛍光体層12R,12G,12Bは、ドットによって異なる色の色光を発光するために、異なる蛍光体材料で構成されている。なお、これら複数の蛍光体層12R,12G,12Bを構成する蛍光体材料は、互いにその屈折率が異なっていてもよい。
蛍光体層12R,12G,12Bは、例えば、平面視矩形状の薄膜からなる。蛍光体層12R,12G,12Bの励起光入射面12aの外面側に、励起光L1を透過し、蛍光体層12R,12G,12Bから放射された蛍光L2を反射する波長選択透過反射部材が形成されていてもよい。なお、励起光を透過するとは、励起光のピーク波長にあたる光を少なくとも透過することを意味し、また、蛍光体層12R,12G,12Bで生じた蛍光を反射するとは、蛍光体層12R,12G,12Bからのそれぞれの発光ピーク波長にあたる光を少なくとも反射することを意味する。
障壁13は、蛍光体層12R,12G,12Bと接する側面13aのうち少なくとも一部が光散乱性または光反射性を有している。例えば、蛍光体層12R,12G,12Bが平面視矩形状をなしている場合、蛍光体層12R,12G,12Bを囲む障壁13の外形も平面視矩形状をなすので、障壁13の蛍光体層12R,12G,12Bと接する4つの側面13aのうち少なくとも1つが光散乱性または光反射性を有している。
本実施形態における光散乱性とは、公知の散乱現象のことであり、例えば、ミー散乱、レイリー散乱、多重散乱等が挙げられるが、本実施形態はこれに限定されず、公知の散乱現象を適用することができる。光取出し効率を向上させるという観点では、後方散乱を利用した散乱現象を適用することが好ましい。また、本実施形態における光反射性とは、公知の反射現象のことであり、例えば、鏡面反射、拡散反射、再帰性反射等が挙げられるが、本実施形態はこれに限定されず、公知の反射現象を適用することができる。また、本実施形態において、障壁13の光散乱性と光反射性は必ずしも独立して存在する必要はなく、障壁13が光散乱性と光反射性の両方を有していてもよい。その場合、単一の材料で光散乱性と光反射性の両方を発現させてもよいし、複数の材料で光散乱性と光反射性の両方を発現させてもよい。さらに付け加えると、複数の材料で光散乱性と光反射性の両方を発現させる場合、図2および図3に示すように、障壁13を多段構造にして、各段に光散乱性と光反射性を適宜選択してもよい。例えば、図2(c)に示すように、光反射性を有する層は、それぞれ反射率が異なっており(一方が○%、他方が□%)、光散乱性を有する層は、それぞれ散乱係数が異なっている(一方が△、他方が◇)。
なお、図3(c)、(f)に示すように、光散乱性を有する層が連続して設けられる場合、それぞれの層の光散乱性は異なっている。
また、障壁13が多段構造の場合、図4および図5に示すように、異なる光学特性を有する光反射性部材だけで障壁13を構成してもよいし、異なる光学特性を有する光散乱性部材だけで障壁13を構成してもよい。ここで言う光学特性とは反射特性や散乱特性等を指すが、本実施形態はこれに限定されず、公知の光学特性を適宜選択してもよい。
障壁13の側面13aが、光散乱性または光反射性を有するとは、障壁13の側面13aに光散乱性または光反射性の膜が設けられていることを言う。また、障壁13の側面13aが、光散乱性または光反射性を有するとは、障壁13の側面13aに、光を散乱させるための凹凸形状が形成されていることを言う。
また、障壁13の蛍光体層12R,12G,12Bと接する4つの側面13aのうち少なくとも一部が光散乱性または光反射性を有しているとは、図6(a)〜(e)に示すように、1つの側面13aのみが光散乱または光反射性を有していてもよいし、2つの側面13aが光散乱または光反射性を有していてもよいし、3つの側面13aが光散乱または光反射性を有していてもよいし、4つ全ての側面13aが光散乱または光反射性を有していてもよい。すなわち、図6(a)に示すように、1つの側面13aのみに光散乱または光反射性を有している領域(光不透過部14)が設けられていてもよいし、図6(b)、(c)に示すように、2つの側面13aに光不透過部14が設けられていてもよいし、図6(d)に示すように、3つの側面13aに光不透過部14が設けられていてもよいし、図6(e)に示すように、4つ全ての側面13aに光不透過部14が設けられていてもよい。
また、図7(a)〜(c)に示すように、2つ以上の側面13aが光散乱または光反射性を有している場合、各側面13aの光散乱または光反射性を有している領域(光不透過部14)が連続的に分布していてもよい。
さらに、図6(a)〜(e)等に示すように、光散乱または光反射性を有している領域(光不透過部14)は、障壁13の側面13aにおける蛍光体層12R,12G,12Bと対向する領域のみに形成されている必要はなく、図8(a)〜(e)に示すように、光不透過部14は、ストライプ状をなして、1つの側面13a全面に沿在していてもよい。なお、画素が複数ある場合、光不透過部14がストライプ状をなしている方が作製し易い。
なお、障壁13は、少なくとも側面13aが光散乱性または光反射性を有していればよいが、表面全面、すなわち、側面13aおよび上面13bが光散乱性または光反射性を有していてもよい。
さらに、障壁13の内部には、光不透過部14が設けられている。
以下、蛍光体基板10の構成部材およびその形成方法について具体的に説明するが、蛍光体基板10の構成部材およびその形成方法は、これらに限定されるものではない。
「基板」
基板11としては、蛍光体層12R,12G,12Bからの蛍光L2,L3,L4を外部に取り出す必要があることから、蛍光体層12R,12G,12Bの発光領域で、蛍光L2,L3,L4を透過する必要があり、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスチック基板等が挙げられるが、本実施形態はこれらの基板に限定されるものではない。
これらの基板の中でも、ストレスなく湾曲部、折り曲げ部を形成することが可能となることから、プラスチック基板を用いることが好ましい。さらに、ガスバリア性を向上させる観点から、プラスチック基板に無機材料をコートした基板がより好ましい。
「蛍光体層」
蛍光体層12R,12G,12Bは、紫外発光有機EL素子、青色発光有機EL素子、紫外発光LED、青色LED等の励起光源からの励起光L1を吸収し、赤色、緑色、青色に発光する赤色蛍光体層12R、緑色蛍光体層12G、青色蛍光体層12Bから構成されている。ただし、励起光源として青色発光を適用する場合、青色蛍光体層12Bを設けずに、励起光L1を青色画素からの発光としてもよい。また、励起光源として指向性を有する青色発光を適用する場合、青色蛍光体層12Bを設けずに、当該指向性を有する励起光L1を散乱し、等方発光にして外部へ取り出すことができるような散乱体層を適用してもよい。
また、必要に応じて、シアン光、イエロー光に発光する蛍光体層を画素に加えることが好ましい。ここで、シアン光、イエロー光に発光する画素のそれぞれの色純度を、色度図上での赤色、緑色、青色に発光する画素の色純度の点で結ばれる三角形より外側にすることで、赤色、緑色、青色の3原色を発光する画素を使用する表示装置より色再現範囲をさらに拡げることが可能となる。
蛍光体層12R,12G,12Bは、以下に例示する蛍光体材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。
蛍光体材料としては、公知の蛍光体材料を用いることができる。このような蛍光体材料は、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料に分類される。以下に、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料の具体的な化合物を例示するが、蛍光体材料はこれらの材料に限定されるものではない。
有機系蛍光体材料としては、青色蛍光色素として、スチルベンゼン系色素:1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン、トランス−4,4’−ジフェニルスチルベンゼン、クマリン系色素:7−ヒドロキシ−4−メチルクマリン等が挙げられる。
また、緑色蛍光色素としては、クマリン系色素:2,3,5,6−1H、4H−テトラヒドロ−8−トリフロメチルキノリジン(9,9a、1−gh)クマリン(クマリン153)、3−(2’−ベンゾチアゾリル)−7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2’−ベンゾイミダゾリル)−7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、ナフタルイミド系色素:ベーシックイエロー51、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116等が挙げられる。
また、赤色蛍光色素としては、シアニン系色素:4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチルリル)−4H−ピラン、ピリジン系色素:1−エチル−2−[4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル]−ピリジニウム−パークロレート、および、ローダミン系色素:ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、ベーシックバイオレット11、スルホローダミン101等が挙げられる。
無機系蛍光体材料としては、青色蛍光体として、Sr:Sn4+、SrAl1425:Eu2+、BaMgAl1017:Eu2+、SrGa:Ce3+、CaGa:Ce3+、(Ba、Sr)(Mg、Mn)Al1017:Eu2+、(Sr、Ca、Ba、Mg)10(POCl:Eu2+、BaAlSiO:Eu2+、Sr:Eu2+、Sr(POCl:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)(POCl:Eu2+、BaMgAl1627:Eu2+、(Ba,Ca)(POCl:Eu2+、BaMgSi:Eu2+、SrMgSi:Eu2+等が挙げられる。
また、緑色蛍光体としては、(BaMg)Al1627:Eu2+、Mn2+、SrAl1425:Eu2+、(SrBa)Al12Si:Eu2+、(BaMg)SiO:Eu2+、YSiO:Ce3+、Tb3+、Sr−Sr:Eu2+、(BaCaMg)(POCl:Eu2+、SrSi−2SrCl:Eu2+、ZrSiO、MgAl1119:Ce3+、Tb3+、BaSiO:Eu2+、SrSiO:Eu2+、(BaSr)SiO:Eu2+等が挙げられる。
また、赤色蛍光体としては、YS:Eu3+、YAlO:Eu3+、Ca(SiO:Eu3+、LiY(SiO:Eu3+、YVO:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd:Eu3+、GdS:Eu3+、Y(P,V)O:Eu3+、MgGeO5.5F:Mn4+、MgGeO:Mn4+、KEu2.5(WO6.25、NaEu2.5(WO6.25、KEu2.5(MoO6.25、NaEu2.5(MoO6.25等が挙げられる。
また、上記無機系蛍光体材料は、必要に応じて表面改質処理を施してもよく、その方法としては、シランカップリング剤等の化学的処理によるものや、サブミクロンオーダーの微粒子等の添加による物理的処理によるもの、あるいは、それらの併用によるもの等が挙げられる。
また、励起光による劣化、発光による劣化等の安定性を考慮すると、蛍光体材料としては、無機系蛍光体材料を用いることが好ましい。さらに、無機系蛍光体材料を用いる場合には、平均粒径(d50)が、0.5〜50μmであることが好ましい。無機系蛍光体材料の平均粒径が0.5μm未満であると、無機系蛍光体材料の発光効率が急激に低下する。一方、無機系蛍光体材料の平均粒径が50μmを超えると、高解像度にパターニングすることが困難になる。
また、蛍光体層12R,12G,12Bは、上記の蛍光体材料と樹脂材料を溶剤に溶解、分散させた蛍光体層形成用塗液を用いて、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、または、レーザー転写法等により形成することができる。
また、蛍光体層12R,12G,12Bは、前記の高分子材料(結着用樹脂)として、感光性の樹脂(感光性樹脂)を用いることによって、フォトリソグラフィー法により、パターニングすることが可能となる。
ここで、感光性樹脂としては、アクリル酸系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリ桂皮酸ビニル系樹脂、および、硬質ゴム系樹脂等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂(光硬化型レジスト材料)からなる群より選択される1種類、または、2種類以上の混合物を用いることが可能である。
また、感光性樹脂を用いた場合、蛍光体層12R,12G,12Bは、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法等のウエットプロセス、シャドーマスクを用いた抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、または、レーザー転写法等により蛍光体材料を直にパターニングすることにより形成することも可能である。
蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚は、通常100nm〜100μm程度であるが、1μm〜100μmであることが好ましい。また、励起光源からの励起光L1の吸収を高め、色純度に悪影響を及ぼさない程度に励起光L1の透過光を低減するためには、蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚が1μm以上であることが好ましい。
蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚が100nm未満であると、励起光源からの励起光L1を十分に吸収することが不可能であるため、発光効率の低下や、必要とされる色に励起光L1の透過光が混じることによる色純度の悪化といった問題が生じる。一方、蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚が100μmを超えると、励起光源からの励起光L1を既に十分に吸収することから、発光効率の上昇には繋がらず、材料を消費するだけに留まり、材料コストのアップに繋がる。
一方、青色蛍光体層12Bの代わりとして、散乱体層を適用する場合、光散乱性粒子は、有機材料から構成されていてもよいし、無機材料から構成されていてもよいが、無機材料から構成されていることが好ましい。これにより、外部(例えば、励起光源)からの指向性を有する励起光L1を、より等方的かつ効果的に、拡散または散乱させることが可能となる。また、無機材料を用いることにより、光および熱に安定な光散乱層を形成することが可能となる。
また、光散乱性粒子としては、透明度が高いものを用いることが好ましい。また、光散乱性粒子としては、低屈折率の母材中に、母材よりも高屈折率の微粒子を分散するものであることが好ましい。また、青色光が散乱体層によって効果的に散乱するためには、光散乱性粒子の粒径がミー散乱の領域にあることが必要であるので、光散乱性粒子の粒径は100nm〜500nm程度であることが好ましい。
光散乱性粒子として、無機材料を用いる場合には、無機材料としては、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫およびアンチモンからなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸化物を主成分とした粒子(微粒子)等が挙げられる。
また、光散乱性粒子として、無機材料から構成された粒子(無機微粒子)を用いる場合には、無機微粒子としては、例えば、シリカビーズ(屈折率:1.44)、アルミナビーズ(屈折率:1.63)、酸化チタンビーズ(アナタース型の屈折率:2.50、ルチル型の屈折率:2.70)、酸化ジルコニアビーズ(屈折率:2.05)、酸化亜鉛ビーズ(屈折率:2.00)等が挙げられる。
光散乱性粒子として、有機材料から構成された粒子(有機微粒子)を用いる場合には、有機微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリレートビーズ(屈折率:1.49)、アクリルビーズ(屈折率:1.50)、アクリル−スチレン共重合体ビーズ(屈折率:1.54)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、高屈折率メラミンビーズ(屈折率:1.65)、ポリカーボネートビーズ(屈折率:1.57)、スチレンビーズ(屈折率:1.60)、架橋ポリスチレンビーズ(屈折率:1.61)、ポリ塩化ビニルビーズ(屈折率:1.60)、ベンゾグアナミン−メラミンホルムアルデヒドビーズ(屈折率:1.68)、シリコーンビーズ(屈折率:1.50)等が挙げられる。
上述した光散乱性粒子と混合して用いる樹脂材料としては、透光性の樹脂であることが好ましい。樹脂材料としては、例えば、メラミン樹脂(屈折率:1.57)、ナイロン(屈折率:1.53)、ポリスチレン(屈折率:1.60)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、ポリカーボネート(屈折率:1.57)、ポリ塩化ビニル(屈折率:1.60)、ポリ塩化ビニリデン(屈折率:1.61)、ポリ酢酸ビニル(屈折率:1.46)、ポリエチレン(屈折率:1.53)、ポリメタクリル酸メチル(屈折率:1.49)、ポリMBS(屈折率:1.54)、中密度ポリエチレン(屈折率:1.53)、高密度ポリエチレン(屈折率:1.54)、テトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)、ポリ三フッ化塩化エチレン(屈折率:1.42)、ポリテトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)等が挙げられる。
「障壁」
障壁13が光反射性を有する場合、少なくとも障壁13の側面13aに設けられる光反射性の膜を形成する反射材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等の反射性金属等が挙げられる。これらの反射材料の中でも、可視光全域に渡って高い反射率を有する観点から、アルミニウムまたは銀が好ましい。
なお、本実施形態において、反射材料は上記のものに限定されるものではないが、反射材料としては、CIE1976Lb表示系において80%以上の反射率を有するものが好ましい。
また、障壁13が光散乱性を有する場合、少なくとも障壁13の側面13aに設けられる光散乱性の膜を形成する反射材料としては、上記の光散乱性粒子を用いることが好ましい。さらに、光散乱性粒子は、必要に応じて、樹脂に分散して用いてもよい。
また、青色光が上記の光散乱性の膜によって効果的に散乱するためには、光散乱性粒子の粒径がミー散乱の領域にあることが必要であるので、光散乱性粒子の粒径は100nm〜500nm程度であることが好ましい。光散乱効果を用いる場合においても、光散乱性粒子としては、CIE1976Lb表示系において80%以上の拡散反射率を有するものが好ましい。
障壁13上に、光散乱性の膜または光反射性の膜を形成する方法としては、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法等が用いられる。
障壁13上に、光散乱性の膜または光反射性の膜を形成する以外にも、障壁13自体を、可視光を反射する材料や可視光を散乱する材料で形成してもよい。
障壁13自体を、可視光を反射する材料や可視光を散乱する材料で形成する場合、基板11と障壁13の間に、遮光層を設けることが好ましい。これにより、外光によるコントラストの低下を抑止できる。
なお、障壁13上に、光散乱性の膜または光反射性の膜を形成する場合、光散乱性の膜または光反射性の膜と、基板11とが接する界面に遮光層を設けてもよいし、障壁13および光散乱性の膜または光反射性の膜と、基板11とが接する界面に遮光層を設けてもよい。
さらに、ある画素に進入するように設計された励起光が、隣接する画素に漏れて混色することを防止するためには、隣接する画素に進入しようとする光を吸収する目的で、光散乱性を有する障壁13の光取出し方向とは反対側(基板11とは反対側)に遮光層を設けてもよい。
蛍光体層12R,12G,12Bの側面を囲む障壁13の高さ(厚さ)は、蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚よりも大きいことが好ましい。これにより、蛍光体層12R,12G,12Bが、励起光源側に設けられる構造物と接触して損傷することを防止できる。
また、少なくとも障壁13の側面13aが、光散乱性または光反射性を有する場合、障壁13の高さ(厚さ)を、蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚よりも大きくすることによって、蛍光体層12R,12G,12Bから、その側方へ漏れ出す蛍光成分を、光取出し方向(基板11側)に効率よく伝播することができる。
「障壁への撥液性の付与」
蛍光体層をディスペンサー法、インクジェット法等によってパターニングする場合、障壁より蛍光体溶液が溢れ出て、隣接する画素間での混色を防止するために、障壁に撥液性を付与することが必須である。障壁に撥液性を付与する方法としては、例えば、以下のような方法が挙げられる。
(1)フッ素プラズマ処理
例えば、特開2000−76979号公報に開示されているように、障壁を形成した基板に対して、導入ガスをフッ素系とした条件下でプラズマ処理を行うことによって、障壁に撥液性を付与する。
(2)フッ素系表面改質剤の添加
光散乱性の障壁の材料にフッ素系表面改質剤を添加することによって、障壁に撥液性を付与することができる。フッ素系表面改質剤としては、例えば、UV硬化型表面改質剤ディフェンサ(DIC社製)やメガファック等が用いられる。
「障壁の内部に設けられる光不透過部」
障壁13の内部に設けられている光不透過部14は、光吸収部または光反射部を組み合わせたものである。
光吸収部を構成する光吸収材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、チタンブラックやカーボンブラック等の黒色粒子が挙げられる。
光吸収部(光不透過部14)の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記の光吸収材料を非感光性樹脂に分散させたものを用いて、スクリーン印刷法等により、直接、パターニングする方法、あるいは、前記の光吸収材料を非感光性樹脂に分散させたものを用いて、フォトリソグラフィー法等によりパターニングすることにより形成する方法が用いられる。
障壁13の内部に、光不透過部14として光吸収部を設けることにより、散乱透過光が光吸収部に吸収されるので、隣接する画素へ、散乱透過光が伝播するのを防止することができる。
また、光反射部を構成する光反射材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等の反射性金属等が挙げられる。これらの光反射材料の中でも、可視光全域に渡って高い反射率を有する観点から、アルミニウムまたは銀が好ましい。
光反射部(光不透過部14)の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記の光反射材料を非感光性樹脂に分散させたものを用いて、スクリーン印刷法等により、直接、パターニングする方法、あるいは、蒸着法やスパッタリング法等のドライプロセスにより、光反射性がない部材に、前記の光反射材料をコーティングして、光反射部とする方法が用いられる。
障壁13の内部に、光不透過部14として光反射部を設けることにより、散乱透過光が光反射部で反射されるので、隣接する画素へ、散乱透過光が伝播するのを防止することができるばかりでなく、散乱透過光を元の画素へ戻すことによって、光の取り出し効率を向上させることができる。
製造プロセス等の問題により、光不透過部14を光吸収部または光反射部のみで形成することが難しい場合、すなわち、製造プロセス等の問題により、散乱透過光を十分に防ぐための光吸収部または光反射部を単体で形成することができない場合、光吸収部と光反射部を組み合わせて、光不透過部14を形成してもよい。光吸収部と光反射部を組み合わせる方法、すなわち、光吸収部と光反射部の配置は特に限定されるものではないが、例えば、図9に示すように、光吸収部21の両側面側に光反射部22,22を配置することが好ましい。これにより、散乱透過光を光取出し方向に再利用する率を高めることができる。
また、図10に示すように、光吸収部21と光反射部22を交互に連接するように配置してもよい。この場合、光不透過部14の両側面は、光反射部22で形成されるようにすることが光の取り出し効率を向上する観点から好ましい。また、光吸収部21と光反射部22の高さや幅を揃える必要はないし、光吸収部21と光反射部22とが一部重畳してもよい。さらに、光吸収部21の光吸収機能や光反射部22の光反射機能を揃える必要はなく、これらの性能を個別に決定することができる。
また、光吸収部また光反射部を設けるか、あるいは、光吸収部と光反射部の両方を組み合わせただけでは光不透過部14の高さが十分でない場合、図11に示すように、内部に、十分な高さを形成できる光透過部15を形成し、その光透過部15を覆うように、光反射部16を形成して、光不透過部14としてもよい。また、図12に示すように、内部に、十分な高さを形成できる光透過部15を形成し、その光透過部15を覆うように、光吸収部17を形成して、光不透過部14としてもよい。また、図13に示すように、内部に、十分な高さを形成できる光透過部15を形成し、その光透過部15を覆うように、光吸収部17を形成し、さらに、その光吸収部17を覆うように、光反射部16を形成して、光不透過部14としてもよい。ここで言う高さとは、少なくとも蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚以上の高さのことである。すなわち、図14に示すように、蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚よりも光不透過部14の高さが低いと、光不透過部14よりも高い位置で発光した蛍光体層12R,12G,12Bの光が、光不透過部14が形成されていない障壁13を介して隣接画素へ透過するおそれがある。光不透過部14の高さは、上述したように蛍光体層12R,12G,12Bの膜厚以上の高さであればよいので、障壁13の高さと等しくする必要はない。
なお、図15に示すように、光透過部15の内部に、光反射部16と光吸収部17の両方が設けられていてもよい。あるいは、光透過部15の内部に、光反射部または光吸収部のいずれか一方が設けられていてもよい。
また、光不透過部14の少なくとも障壁13と接する面をアッシング等であらすことにより、障壁13を光不透過部14に対して、より強固に固着させることもできる。
また、光不透過部14の透過率は0%が理想的であるが、蛍光体材料、カラーフィルター材料、障壁材料等のディスプレイに用いられる部材;ディスプレイのコントラスト比や色にじみ等の許容値;発光スペクトル毎に許容される光不透過部14の透過率等は、一意的に決定されるわけではないので、光不透過部14の透過率の上限値および下限値等も一意的に決定することはできない。
したがって、本実施形態においても、光不透過部14の透過率を任意に決定することができるが、少なくとも光不透過部14の透過率は、障壁13を構成する樹脂の透過率よりも低くなければならない。なぜならば、光不透過部14の透過率が、障壁13を構成する樹脂の透過率よりも高い場合、障壁13内部を透過する光を、光不透過部14で吸収あるいは反射する機能が十分に発揮できないおそれがあるからである。
また、図1に示すように、光不透過部14は、テーパー形状をなしていることが好ましい。
図1では、光不透過部14は、基板11側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなしている。この場合、蛍光体層12R,12G,12Bが形成されている基板11の一方の面11aにおいて、光不透過部14の幅が広くなっているので、蛍光や励起光が障壁13を伝播して隣接する画素へ入射することを効果的に防ぐことが可能となる。
また、図16に示すように、光不透過部14は、基板11側から離れるに従って次第に幅が広くなっていくテーパー形状をなしていてもよい。この場合、光不透過部14が、障壁13の内側に食い込む形となるので、基板11と障壁13との密着性を高める機能を果たすことができる。
また、図17に示すように、光不透過部14は、その高さ方向において、上面14aおよび下面14bから中央部に向かって次第に幅が狭くなる形状をなしていてもよい。この場合、基板11と光不透過部14との接触面積が大きくなるので、基板11と光不透過部14との密着性を高めることができるとともに、光不透過部14が、障壁13の内側に食い込む形となるので、基板11と障壁13との密着性を高める機能を果たすことができる。
また、光不透過部14を蛍光体層12R,12G,12Bが設けられた基板11の一方の面11a側に設けることが困難な場合、図18に示すように、蛍光体層12R,12G,12Bが設けられた基板11と対向する位置にある障壁13の一部に光不透過部14を設けてもよい。
ただし、この場合、障壁13を透過して隣接画素へ入る蛍光成分を低減するため、図19に示すように、光不透過部14の高さは障壁13の高さに近ければ近いほど好ましい。このような光不透過部14が形成された障壁13の作製手法としては、予め仮基板上に、光不透過部14が形成された障壁13を作製しておき、基板11の一方の面11aへ転写する等の手法が挙げられるが、本実施形態はこれに限定されない。
なお、図18、19では、障壁13内部において、その中央に光不透過部14が設けられている場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態にあっては、障壁13の内部または側面13aであれば、どこの位置に光不透過部14が設けられていてもよい。例えば、図20に示すように、障壁13の側面13aに光不透過部14が設けられていてもよい。
光不透過部14は、多段構造をなしていてもよい。例えば、図17に示すような形状の光不透過部14を形成する場合、図1に示すテーパー形状の光不透過部14を形成した後、その上に、図16に示すテーパー形状の光不透過部14を形成してもよい。
また、光不透過部14を連続体で形成することが困難な場合、図21に示すように、光不透過部14を分離して形成してもよい。この場合、光不透過部14の間隙を縫って隣接画素へ入る蛍光成分を低減するため、間隙は限りなく無くすことが好ましい。このような光不透過部14が形成された障壁13の作製手法としては、予め仮基板上に、光不透過部14が設けられた障壁13を形成しておき、一方、基板11の一方の面11aにも光不透過部14が設けられた障壁13を形成しておき、仮基板上に形成された光不透過部14が設けられた障壁13を、基板11の一方の面11aに形成された光不透過部14が設けられた障壁13上へ転写する等の手法が挙げられるが、本実施形態はこれに限定されない。
なお、図21では、障壁13内部において、その中央に光不透過部14が設けられている場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態にあっては、障壁13の内部または側面13aであれば、どこの位置に光不透過部14が設けられていてもよい。例えば、図22に示すように、高さ方向に沿う断面において、2つの光不透過部14がずれて配置されていてもよい。また、図23に示すように、高さ方向に沿う断面において、分離して形成された2つの光不透過部14の形状や大きさは異なっていてもよいし、端面を合わせる必要もない。また、図24に示すように、障壁13の側面13a側に光不透過部14が設けられていてもよい。
また、光不透過部14が多段構造である場合、各段における光吸収機能や光反射機能を任意に決定することができる。例えば、光不透過部14が二段構造である場合、一段目が光反射機能を有し、二段目が光吸収機能を有するように、光不透過部14を形成してもよい。
さらに、光不透過部14が多段構造である場合、各段の光吸収機能や光反射機能を揃える必要はなく、これらの性能を任意に決定することができる。
当然のことながら、上述の光透過部15を組み合わせて多段構造を形成してもよい。
「カラーフィルター」
蛍光体基板10において、基板11と蛍光体層12R,12G,12Bとの間に、カラーフィルターを設けることが好ましい。
カラーフィルターとしては、従来のカラーフィルターが用いられる。カラーフィルターを設けることによって、赤色画素、緑色画素、青色画素の色純度を高めることが可能となり、蛍光体基板10を用いた表示装置の色再現範囲を拡大することができる。
蛍光体層12R(赤色蛍光体層)と対向するように設けられる赤色カラーフィルターは、蛍光体層12Rを励起する励起光(外光)を吸収する。これにより、外光による蛍光体層12Rの発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止することができる。また、赤色カラーフィルターにより、蛍光体層12Rにより吸収されず、透過してしまう励起光L1が外部に漏れ出すことを防止できる。このため、蛍光体層12Rからの発光と励起光L1による混色に起因する蛍光L3の色純度の低下を防止することが可能となる。
同様に、蛍光体層12G(緑色蛍光体層)と対向するように設けられる緑色カラーフィルターは、蛍光体層12Gを励起する励起光(外光)を吸収する。これにより、外光による蛍光体層12Gの発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止することができる。また、緑色カラーフィルターにより、蛍光体層12Gにより吸収されず、透過してしまう励起光L1が外部に漏れ出すことを防止できる。このため、蛍光体層12Gからの蛍光L2と励起光L1による混色に起因する発光の色純度の低下を防止することが可能となる。
同様に、蛍光体層12B(青色蛍光体層)と対向するように設けられる青色カラーフィルターは、蛍光体層12Bを励起する励起光(外光)を吸収する。これにより、外光による蛍光体層12Bの発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止することができる。また、青色カラーフィルターにより、蛍光体層12Bにより吸収されず、透過してしまう励起光L1が外部に漏れ出すことを防止できる。このため、蛍光体層12Bからの蛍光L4と励起光L1による混色に起因する発光の色純度の低下を防止することが可能となる。
[表示装置]
図25は、表示装置の一実施形態を示す概略断面図である。
表示装置30は、蛍光体基板10と、蛍光体基板10上に、接着層31を介して貼り合わされた光源基板32とから概略構成されている。
蛍光体基板10は、赤色、緑色および青色の表示をそれぞれ行う3つのドットにより画像を構成する最小単位である1つの画素が構成されている。以下の説明では、赤色の表示を行うドットを赤色画素PR、緑色の表示を行うドットを緑色画素PG、青色の表示を行うドットを青色画素PBと称する。
光源基板32は、基板33と、基板33の蛍光体基板10側の面(以下、「一方の面」と言う。)33aに配置された光源(励起光源)34とから概略構成されている。
光源34からは、励起光L1として、例えば、紫外光が射出される。蛍光体基板10では、光源34から射出された励起光L1を受けて、緑色画素PGにおいて緑色の蛍光L2が生じ、赤色画素PRにおいて赤色の蛍光L3が生じ、青色画素PBにおいて青色の蛍光L4が生じる。そして、これら赤色、緑色および青色の3つの色光によってフルカラー表示が行われる。
(接着層)
接着層31を構成する接着剤としては、例えば、一般の紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂等が用いられる。
(光源)
「基板」
基板33としては、上記の基板11と同様のものが用いられる。
蛍光体層12R,12G,12Bを構成する蛍光体を励起する光源34としては、紫外光、青色光を発するものが好ましい。光源34としては、特に限定されるものではないが、例えば、公知の紫外LED、青色LED、紫外発光無機EL素子、青色発光無機EL素子、紫外発光有機EL素子、青色発光有機EL素子等が挙げられる。
また、これらの光源34を直接スイッチングすることによって、画像を表示するための、発光のON/OFFをコントロールすることが可能であるが、蛍光体層と光源等の間に、液晶のようなシャッター機能を有する層を配置し、それを、コントロールすることにより、発光のON/OFFをコントロールすることも可能である。また、液晶のようなシャッター機能を有する層と光源とを両方共ON/OFFをコントロールすることも可能である。
ここで、光源34から発する紫外光としては、主発光ピークが360nm〜410nmの発光が好ましく、青色光としては、主発光ピークが435nm〜480nmの発光が好ましい。光源34は、指向性を有していることが望ましい。指向性とは、光の強度が方向によって異なる性質をいう。指向性は、光が蛍光体層12R,12G,12Bに入射する時点で有していればよい。光源34は、平行光を蛍光体層12R,12G,12Bに入射させることが望ましい。
光源34の指向性の程度としては、半値幅が±30度以下であることが好ましく、より好ましくは半値幅が±10度以下である。
半値幅が30度よりも大きい場合、光源34から射出された光が所望の画素以外に入射して、所望外の蛍光体を励起することにより、色純度やコントラストを低下させるためである。
以下、光源34として好適に利用可能な発光素子について説明する。
「LED」
図26は、光源基板32を構成するLED基板の一実施形態を示す概略断面図である。
LED基板40は、基板41と、基板41の一方の面41a上に順に積層された第一のバッファ層42、n型コンタクト層43、第二のn型クラッド層44、第一のn型クラッド層45、活性層46、第一のp型クラッド層47、第二のp型クラッド層48および第二のバッファ層49と、n型コンタクト層43上に形成された陰極50と、第二のバッファ層49上に形成された陽極51とから概略構成されている。
なお、LEDとしては、他の公知のLED、例えば、紫外発光無機LED、青色発光無機LED等を用いることができるが、具体的な構成は上記のものに限定されるものではない。
以下、LED基板40の各構成要素について詳細に説明する。
活性層46は、電子と正孔の再結合により発光を行う層であり、活性層材料としては、LED用の公知の活性層材料を用いることができる。このような活性層材料としては、例えば、紫外活性層材料として、AlGaN、InAlN、InAlGa1−a−bN(0≦a、0≦b、a+b≦1)、青色活性層材料としては、InGa1−zN(0<z<1)等が挙げられるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
また、活性層46としては、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造のものが用いられる。量子井戸構造の活性層はn型、p型のいずれでもよいが、特にノンドープ(不純物無添加)の活性層とすると、バンド間発光により発光波長の半値幅が狭くなり、色純度のよい発光が得られるため好ましい。
また、活性層46に、ドナー不純物またはアクセプター不純物の少なくとも一方をドープしてもよい。不純物をドープした活性層の結晶性がノンドープのものと同じであれば、ドナー不純物をドープすることにより、ノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができる。アクセプター不純物をドープすると、バンド間発光のピーク波長よりも約0.5eVだけ低エネルギー側にピーク波長をシフトさせることができるが、半値幅は広くなる。アクセプター不純物とドナー不純物との両者をドープすると、アクセプター不純物のみをドープした活性層の発光強度に比べて、その発光強度をさらに大きくすることができる。特に、アクセプター不純物をドープした活性層を形成する場合、活性層の導電型はSi等のドナー不純物をもドープしてn型とすることが好ましい。
第二のn型クラッド層44および第一のn型クラッド層45としては、LED用の公知のn型クラッド層材料を用いることができ、単層でも多層構成でもよい。活性層46よりもバンドギャップエネルギーが大きいn型半導体で、第二のn型クラッド層44および第一のn型クラッド層45を構成した場合、第二のn型クラッド層44および第一のn型クラッド層45と、活性層46との間には、正孔に対する電位障壁ができ、正孔を活性層46に閉じ込めることが可能となる。例えば、n型InGa1−xN(0≦x<1)により、第二のn型クラッド層44および第一のn型クラッド層45を形成することが可能であるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
第一のp型クラッド層47および第二のp型クラッド層48としては、LED用の公知のp型クラッド層材料を用いることができ、単層でも多層構成でもよい。活性層46よりもバンドギャップエネルギーが大きいp型半導体で、第一のp型クラッド層47および第二のp型クラッド層48を構成した場合、第一のp型クラッド層47および第二のp型クラッド層48と、活性層46との間には、電子に対する電位障壁ができ、電子を活性層46に閉じ込めることが可能となる。例えば、AlGa1−yN(0≦y≦1)により、第一のp型クラッド層47および第二のp型クラッド層48を形成することが可能であるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
n型コンタクト層43としては、LED用の公知のコンタクト層材料を用いることができ、例えば、第二のn型クラッド層44および第一のn型クラッド層45に接して電極を形成する層としてn型GaNからなるn型コンタクト層43を形成することが可能である。また、第一のp型クラッド層47および第二のp型クラッド層48に接して電極を形成する層として、p型GaNからなるp型コンタクト層を形成することも可能である。ただし、このp型コンタクト層は、第二のn型クラッド層44、第二のp型クラッド層48がGaNで形成されていれば、特に形成する必要はなく、第二のクラッド層(第二のn型クラッド層44、第二のp型クラッド層48)をコンタクト層とすることも可能である。
本実施形態で用いられる上記の各層の形成方法としては、LED用の公知の成膜プロセスを用いることが可能であるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。例えば、MOVPE(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)、HDVPE(ハイドライド気相成長法)等の気相成長法を用いて、例えば、サファイア(C面、A面、R面を含む)、SiC(6H−SiC、4H−SiCも含む)、スピネル(MgAl、特にその(111)面)、ZnO、Si、GaAs、あるいは、他の酸化物単結晶基板(NGO等)等の基板上に形成することが可能である。
「有機EL素子」
図27は、光源基板32を構成する有機EL素子基板の一実施形態を示す概略断面図である。
有機EL素子基板60は、基板61と、基板61の一方の面61a上に設けられた有機EL素子62とから概略構成されている。
有機EL素子62は、基板61の一方の面61a上に順に設けられた、第一電極63と、有機EL層64と、第二電極65とから概略構成されている。すなわち、有機EL素子62は、基板61の一方の面61a上に、第一電極63および第二電極65からなる一対の電極と、これら一対の電極間に挟持された有機EL層64と、を備えている。
第一電極63および第二電極65は、有機EL素子62の陽極または陰極として対で機能する。
第一電極63と第二電極65との間の光学距離は、微小共振器構造(マイクロキャビティ構造)を構成するように調整されている。
有機EL層64は、第一電極63側から第二電極65側に向かって順に積層された、正孔注入層66、正孔輸送層67、有機発光層68、正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71から構成されている。
正孔注入層66、正孔輸送層67、有機発光層68、正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71は、それぞれ単層構造または多層構造のいずれであってもよい。また、正孔注入層66、正孔輸送層67、有機発光層68、正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71は、それぞれ有機薄膜または無機薄膜のいずれであってもよい。
正孔注入層66は、第一電極63からの正孔の注入を効率よく行うものである。
正孔輸送層67は、有機発光層68への正孔の輸送を効率よく行うものである。
電子輸送層70は、有機発光層68への電子の輸送を効率よく行うものである。
電子注入層71は、第二電極65からの電子の注入を効率よく行うものである。
正孔注入層66、正孔輸送層67、電子輸送層70および電子注入層71は、キャリア注入輸送層に該当する。
なお、有機EL素子62は上記の構成に限定されるものではなく、有機EL層64が、有機発光層の単層構造であっても、有機発光層とキャリア注入輸送層の多層構造であってもよい。有機EL素子62の構成としては、具体的には、下記のものが挙げられる。
(1)第一電極63と第二電極65の間に、有機発光層のみが設けられた構成
(2)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔輸送層および有機発光層がこの順に積層された構成
(3)第一電極63側から第二電極65側に向かって、有機発光層および電子輸送層がこの順に積層された構成
(4)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層がこの順に積層された構成
(5)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層および電子輸送層がこの順に積層された構成
(6)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層および電子注入層がこの順に積層された構成
(7)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、正孔防止層および電子輸送層がこの順に積層された構成
(8)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、正孔防止層、電子輸送層および電子注入層がこの順に積層された構成
(9)第一電極63側から第二電極65側に向かって、正孔注入層、正孔輸送層、電子防止層、有機発光層、正孔防止層、電子輸送層および電子注入層がこの順に積層された構成
これら有機発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔防止層、電子防止層、電子輸送層および電子注入層の各層は、単層構造または多層構造のいずれであってもよい。また、有機発光層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔防止層、電子防止層、電子輸送層および電子注入層の各層は、それぞれ有機薄膜または無機薄膜のいずれであってもよい。
また、第一電極63の端面を覆うようにエッジカバー72が形成されている。すなわち、エッジカバー72は、第一電極63と第二電極65の間でリークを起こすことを防止するために、第一電極63と第二電極65の間において、基板61の一方の面61aに形成された第一電極63のエッジ部を覆うように設けられている。
以下、有機EL素子基板60を構成する各構成部材およびその形成方法について具体的に説明するが、本実施形態はこれら構成部材および形成方法に限定されるものではない。
基板61としては、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスチック基板、アルミナ等からなるセラミックス基板等の絶縁性基板、または、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等からなる金属基板、または、これらの基板上に酸化シリコン(SiO)、有機絶縁材料等からなる絶縁物を表面にコーティングした基板、アルミニウム等からなる金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した基板等が挙げられるが、本実施形態はこれらの基板に限定されるものではない。これらの基板の中でも、ストレスなく湾曲部、折り曲げ部を形成することが可能となることから、プラスチック基板または金属基板を用いることが好ましい。
さらに、プラスチック基板に無機材料をコーティングした基板、金属基板に無機絶縁材料をコーティングした基板が好ましい。このような無機材料をコーティングした基板を用いることにより、プラスチック基板を有機EL素子基板の基板として用いた場合に最大の問題となる水分の透過による有機ELの劣化(有機ELは、特に、低量の水分に対しても劣化が起こることが知られている。)を解消することが可能となる。また、金属基板を有機EL素子基板の基板として用いた場合の最大の問題となる金属基板の突起によるリーク(ショート)(有機EL層の膜厚は100〜200nm程度と非常に薄いため、突起による画素部での電流にリーク(ショート)が、顕著に起こることが知られている。)を解消することが可能となる。
また、TFTを形成する場合には、基板61としては、500℃以下の温度で融解せず、歪みも生じない基板を用いることが好ましい。また、一般的な金属基板は、ガラスと熱膨張率が異なるため、従来の生産装置で金属基板上にTFTを形成することは困難であるが、線膨張係数が1×10−5/ ℃ 以下の鉄−ニッケル系合金である金属基板を用いて、線膨張係数をガラスに合わせ込むことにより、金属基板上にTFTを従来の生産装置を用いて安価に形成することが可能となる。
また、プラスチック基板の場合には、耐熱温度が非常に低いため、ガラス基板上にTFTを形成した後、プラスチック基板にガラス基板上のTFTを転写することにより、プラスチック基板上にTFTを転写形成することができる。
さらに、有機EL層64からの発光を基板61とは反対側から取り出す場合には、基板としての制約はないが、有機EL層64からの発光を基板61側から取り出す場合には、有機EL層64からの発光を外部に取り出すために、透明または半透明の基板を用いる必要がある。
基板61に形成されるTFTは、有機EL素子62を形成する前に、予め基板61の一方の面61aに形成され、画素スイッチング用素子および有機EL素子駆動用素子として機能する。
本実施形態におけるTFTとしては、公知のTFTが挙げられる。また、TFTの代わりに、金属−絶縁体−金属(MIM)ダイオードを用いることもできる。
アクティブ駆動型有機EL表示装置、有機EL表示装置に用いることが可能なTFTは、公知の材料、構造および形成方法を用いて形成することができる。
TFTを構成する活性層の材料としては、例えば、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)、多結晶シリコン(ポリシリコン)、微結晶シリコン、セレン化カドミウム等の無機半導体材料、酸化亜鉛、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛等の酸化物半導体材料、または、ポリチオフェン誘導体、チオフェンオリゴマー、ポリ(p−フェリレンビニレン)誘導体、ナフタセン、ペンタセン等の有機半導体材料が挙げられる。また、TFTの構造としては、例えば、スタガ型、逆スタガ型、トップゲート型、コプレーナ型等が挙げられる。
TFTを構成する活性層の形成方法としては、(1)プラズマ誘起化学気相成長(PECVD)法により成膜したアモルファスシリコンに不純物をイオンドーピングする方法、(2)シラン(SiH)ガスを用いた減圧化学気相成長(LPCVD)法によりアモルファスシリコンを形成し、固相成長法によりアモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法、(3)Siガスを用いたLPCVD法またはSiHガスを用いたPECVD法によりアモルファスシリコンを形成し、エキシマレーザー等のレーザーによりアニールし、アモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオンドーピングを行う方法(低温プロセス)、(4)LPCVD法またはPECVD法によりポリシリコン層を形成し、1000℃以上で熱酸化することによりゲート絶縁膜を形成し、その上に、nポリシリコンのゲート電極を形成し、その後、イオンドーピングを行う方法(高温プロセス)、(5)有機半導体材料をインクジェット法等により形成する方法、(6)有機半導体材料の単結晶膜を得る方法等が挙げられる。
本実施形態におけるTFTを構成するゲート絶縁膜は、公知の材料を用いて形成することができる。ゲート絶縁膜としては、例えば、PECVD法、LPCVD法等により形成されたSiOまたはポリシリコン膜を熱酸化して得られるSiO等からなる絶縁膜が挙げられる。
また、本実施形態におけるTFTの信号電極線、走査電極線、共通電極線、第一駆動電極および第二駆動電極は、公知の材料を用いて形成することができる。これら信号電極線、走査電極線、共通電極線、第一駆動電極および第二駆動電極の材料としては、例えば、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等が挙げられる。有機EL素子基板60のTFTは、上記のような構成とすることができるが、本実施形態は、これらの材料、構造および形成方法に限定されるものではない。
アクティブ駆動型有機EL表示装置、有機EL表示装置に用いることが可能な層間絶縁膜は、公知の材料を用いて形成することができる。層間絶縁膜の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiNまたはSi)、酸化タンタル(TaOまたはTa)等の無機材料、または、アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等が挙げられる。
また、層間絶縁膜の形成方法としては、化学気相成長(CVD)法、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート法等のウエットプロセスが挙げられる。また、必要に応じて、フォトリソグラフィー法等により、層間絶縁膜をパターニングすることもできる。
有機EL素子62からの発光を基板61とは反対側(第二電極65側)から取り出す場合には、外光が基板61の一方の面61aに形成されたTFTに入射して、TFTの特性に変化が生じることを防ぐ目的で、遮光性を兼ね備えた遮光性絶縁膜を形成することが好ましい。また、上記の層間絶縁膜と遮光性絶縁膜を組み合わせて用いることもできる。遮光性絶縁膜の材料としては、例えば、フタロシアニン、キナクロドン等の顔料または染料をポリイミド等の高分子樹脂に分散したもの、カラーレジスト、ブラックマトリクス材料、NiZnFe等の無機絶縁材料等が挙げられるが、本実施形態はこれらの材料および形成方法に限定されるものではない。
アクティブ駆動型有機EL表示装置において、基板61の一方の面61aにTFT等を形成した場合には、その表面に凸凹が形成され、この凸凹によって有機EL素子82の欠陥(例えば、画素電極の欠損、有機EL層の欠損、第二電極の断線、第一電極と第二電極の短絡、耐圧の低下等)等が発生するおそれがある。これらの欠陥を防止するために、層間絶縁膜上に平坦化膜を設けてもよい。
このような平坦化膜は、公知の材料を用いて形成することができる。平坦化膜の材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等の無機材料、ポリイミド、アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等が挙げられる。平坦化膜の形成方法としては、例えば、CVD法、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート法等のウエットプロセス等が挙げられるが、本実施形態はこれらの材料および形成方法に限定されるものではない。また、平坦化膜は、単層構造または多層構造のいずれであってもよい。
第一電極63および第二電極65は、有機EL素子62の陽極または陰極として対で機能する。つまり、第一電極63を陽極とした場合、第二電極65は陰極となり、第一電極63を陰極とした場合、第二電極65は陽極となる。
第一電極63および第二電極65を形成する電極材料としては、公知の電極材料を用いることができる。陽極を形成する電極材料としては、有機EL層64への正孔の注入をより効率よく行う観点から、仕事関数が4.5eV以上の金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属、および、インジウム(In)と錫(Sn)からなる酸化物(ITO)、錫(Sn)の酸化物(SnO)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)からなる酸化物(IZO)等の透明電極材料等が挙げられる。
また、陰極を形成する電極材料としては、有機EL層64への電子の注入をより効率よく行う観点から、仕事関数が4.5eV以下のリチウム(Li)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)等の金属、または、これらの金属を含有するMg:Ag合金、Li:Al合金等の合金が挙げられる。
第一電極63および第二電極65は、上記の材料を用いて、EB蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により形成することができるが、本実施形態はこれらの形成方法に限定されるものではない。また、必要に応じて、フォトリソグラフィー法、レーザー剥離法により形成した電極をパターニングすることもでき、シャドーマスクと組み合わせることで直接パターニングした電極を形成することもできる。
第一電極63および第二電極65の膜厚は、50nm以上であることが好ましい。膜厚が50nm未満の場合には、配線抵抗が高くなり、駆動電圧が上昇するおそれがある。
表示装置の色純度の向上、発光効率の向上、正面輝度の向上等の目的でマイクロキャビティ効果を用いる場合、有機EL層64からの発光を第一電極63または第二電極65側から取り出す場合には、第一電極63または第二電極65として半透明電極を用いることが好ましい。
半透明電極の材料としては、金属の半透明電極単体、もしくは、金属の半透明電極と透明電極材料を組み合わせたものを用いることができる。特に、半透明電極の材料としては、反射率と透過率の観点から、銀が好ましい。
半透明電極の膜厚は、5〜30nmが好ましい。半透明電極の膜厚が5nm未満の場合には、光の反射が十分行えず、干渉の効果を十分得るとこができない。また、半透明電極の膜厚が30nmを超える場合には、光の透過率が急激に低下することから、表示装置の輝度および発光効率が低下するおそれがある。
また、第一電極63または第二電極65としては、光を反射する反射率の高い電極を用いることが好ましい。反射率の高い電極としては、例えば、アルミニウム、銀、金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−ネオジウム合金、アルミニウム−シリコン合金等からなる反射性金属電極(反射電極)、この反射性金属電極と透明電極を組み合わせた電極等が挙げられる。
電荷注入輸送層は、電荷(正孔、電子)の電極からの注入と発光層への輸送(注入)をより効率よく行う目的で、電荷注入層(正孔注入層66、電子注入層71)と電荷輸送層(正孔輸送層67、電子輸送層70)に分類され、以下に例示する電荷注入輸送材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤(ドナー、アクセプター等)を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。
電荷注入輸送材料としては、有機EL素子用、有機光導電体用の公知の電荷注入輸送材料を用いることができる。このような電荷注入輸送材料は、正孔注入輸送材料および電子注入輸送材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。
正孔注入層66および正孔輸送層67の材料としては、公知のものが用いられ、例えば、酸化バナジウム(V)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物や無機p型半導体材料;ポルフィリン化合物、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(α−NPD)、4,4’,4”−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(TCTA)、N,N−ジカルバゾリル−3,5−ベンゼン(m−CP)、4,4’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(TAPC)、2,2’−ビス(N,N−ジフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(DPAS)、N1,N1’−(ビフェニル−4,4’−ジイル)ビス(N1−フェニル−N4,N4−ジ−m−トリルベンゼン−1,4−ジアミン)(DNTPD)、N3,N3,N3”’, N3”’−テトラ−p−トリル−[1,1’:2’,1”:2”,1”’−クォーターフェニル]−3,3”’−ジアミン(BTPD)、4,4’−(ジフェニルシランジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(DTASi)、2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンティン(Ad−Cz)等の芳香族第三級アミン化合物;ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチリルアミン化合物等の低分子含窒素化合物;ポリアニリン(PANI)、ポリアニリン−樟脳スルホン酸(PANI−CSA)、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネイト(PEDOT/PSS)、ポリ(トリフェニルアミン)誘導体(Poly−TPD)、ポリビニルカルバゾール(PVCz)、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、ポリ(p−ナフタレンビニレン)(PNV)等の高分子化合物;2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)等の芳香族炭化水素化合物等が挙げられる。
正孔注入層66の材料としては、陽極からの正孔の注入および輸送をより効率よく行う観点から、正孔輸送層67の材料よりも、最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギー準位が低い材料を用いることが好ましい。また、正孔輸送層67の材料としては、正孔注入層66の材料よりも、正孔の移動度が高い材料を用いることが好ましい。
正孔注入層66および正孔輸送層67は、任意に添加剤(ドナー、アクセプター等)を含んでいてもよい。
そして、正孔の注入性および輸送性をより向上させるためには、正孔注入層66および正孔輸送層67は、アクセプターを含むことが好ましい。アクセプターとしては、有機EL素子向けの公知のアクセプター材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。
アクセプターは、無機材料または有機材料のいずれであってもよい。
無機材料としては、金(Au)、白金(Pt)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、オキシ塩化リン(POCl)、六フッ化ヒ酸イオン(AsF )、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、酸化バナジウム(V)、酸化モリブデン(MoO)等が挙げられる。
有機材料としては、7,7,8,8,−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン(TCNQF)、テトラシアノエチレン(TCNE)、ヘキサシアノブタジエン(HCNB)、ジシクロジシアノベンゾキノン(DDQ)等のシアノ基を有する化合物;トリニトロフルオレノン(TNF)、ジニトロフルオレノン(DNF)等のニトロ基を有する化合物;フルオラニル;クロラニル;ブロマニル等が挙げられる。
これらの中でも、正孔濃度を増加させる効果がより高いことから、TCNQ、TCNQF、TCNE、HCNB、DDQ等のシアノ基を有する化合物が好ましい。
正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71の材料としては、公知のものが用いられ、低分子材料であれば、n型半導体である無機材料;1,3−ビス[2−(2,2’−ビピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]ベンゼン(Bpy−OXD)、1,3−ビス(5−(4−(tert−ブチル)フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)ベンゼン(OXD7)等のオキサジアゾール誘導体;3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−tert−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体;チオピラジンジオキシド誘導体;ベンゾキノン誘導体;ナフトキノン誘導体;アントラキノン誘導体;ジフェノキノン誘導体;フルオレノン誘導体;ベンゾジフラン誘導体;8−ヒドロキシキノリノラート−リチウム(Liq)等のキノリン誘導体;2,7−ビス[2−(2,2’−ビピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]−9,9−ジメチルフルオレン(Bpy−FOXD)等のフルオレン誘導体;1,3,5−トリ[(3−ピリジル)−フェン−3−イル]ベンゼン(TmPyPB)、1,3,5−トリ[(3−ピリジル)−フェン−3−イル]ベンゼン(TpPyPB)等のベンゼン誘導体;2,2’,2”−(1,3,5−ベンジントリイル)−トリス(1−フェニル−1−H−ベンゾイミダゾール)(TPBI)等のベンゾイミダゾール誘導体;3,5−ジ(ピレン−1−イル)ピリジン(PY1)等のピリジン誘導体;3,3’,5,5’−テトラ[(m−ピリジル)−フェン−3−イル]ビフェニル(BP4mPy)等のビフェニル誘導体;4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等のフェナントロリン誘導体;トリス(2,4,6−トリメチル−3−(ピリジン−3−イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)等のトリフェニルボラン誘導体;ジフェニルビス(4−(ピリジン−3−イル)フェニル)シラン(DPPS)等のテトラフェニルシラン誘導体;ポリ(オキサジアゾール)(Poly−OXZ)、ポリスチレン誘導体(PSS)等が挙げられる。特に、電子注入層71の材料としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化バリウム(BaF)等のフッ化物;酸化リチウム(LiO)等の酸化物等が挙げられる。
電子注入層71の材料としては、陰極からの電子の注入および輸送をより効率よく行う観点から、電子輸送層70の材料よりも最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位が高い材料を用いることが好ましい。また、電子輸送層70の材料としては、電子注入層71の材料よりも、電子の移動度が高い材料を用いることが好ましい。
電子輸送層70および電子注入層71は、任意に添加剤(ドナー、アクセプター等)を含んでいてもよい。
そして、電子の輸送性および注入性をより向上させるためには、電子輸送層70および電子注入層71は、ドナーを含むことが好ましい。ドナーとしては、有機EL素子用の公知のドナー材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。
ドナーは、無機材料または有機材料のいずれであってもよい。
無機材料としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属;希土類元素;アルミニウム(Al);銀(Ag);銅(Cu);インジウム(In)等が挙げられる。
有機材料としては、芳香族3級アミン骨格を有する化合物、フェナントレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン等の置換基を有していてもよい縮合多環化合物、テトラチアフルバレン(TTF)類、ジベンゾフラン、フェノチアジン、カルバゾール等が挙げられる。
芳香族3級アミン骨格を有する化合物としては、アニリン類;フェニレンジアミン類;N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジン、N,N’−ビス−(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス−(フェニル)−ベンジジン、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン等のベンジジン類;トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N−3−メチルフェニル−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン等のトリフェニルアミン類;N,N’−ジ−(4−メチル−フェニル)−N,N’−ジフェニル−1,4−フェニレンジアミン等のトリフェニルジアミン類等が挙げられる。
上記の縮合多環化合物が「置換基を有する」とは、縮合多環化合物中の1つ以上の水素原子が、水素原子以外の基(置換基)で置換されていることを指し、置換基の数は特に限定されず、全ての水素原子が置換基で置換されていてもよい。そして、置換基の位置も特に限定されない。
置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基、炭素数6〜15のアリール基、炭素数6〜15のアリールオキシ基、水酸基、ハロゲン原子等が挙げられる。
アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれであってもよい。
直鎖状または分枝鎖状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−メチルブチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、2−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、2,2−ジメチルペンチル基、2,3−ジメチルペンチル基、2,4−ジメチルペンチル基、3,3−ジメチルペンチル基、3−エチルペンチル基、2,2,3−トリメチルブチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
環状のアルキル基は、単環状または多環状のいずれであってもよく、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、トリシクロデシル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、アルキル基が酸素原子に結合した一価の基が挙げられる。
アルケニル基としては、炭素数が2〜10のアルキル基において、炭素原子間の1つの単結合(C−C)が二重結合(C=C)に置換されたものが挙げられる。
アルケニルオキシ基としては、アルケニル基が酸素原子に結合した一価の基が挙げられる。
アリール基は、単環状または多環状のいずれであってもよく、環員数は特に限定されず、好ましいものとしては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。
アリールオキシ基としては、アリール基が酸素原子に結合した一価の基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
これらの中でも、ドナーとしては、電子濃度を増加させる効果がより高いことから、芳香族3級アミン骨格を有する化合物、置換基を有していてもよい縮合多環化合物、アルカリ金属が好ましい。
有機発光層68は、以下に例示する有機発光材料のみから構成されていてもよく、発光性のドーパントとホスト材料の組み合わせから構成されていてもよく、任意に正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよい。また、これらの各材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。発光効率および耐久性の観点からは、有機発光層68の材質は、ホスト材料中に発光性のドーパントが分散されたものが好ましい。
有機発光材料としては、有機EL素子向けの公知の発光材料を用いることができる。
このような発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料等に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。
有機発光層68に用いられる低分子発光材料(ホスト材料を含む)としては、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)等の芳香族ジメチリデン化合物;5−メチル−2−[2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物;3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−t−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体;1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物;チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料;アゾメチン亜鉛錯体、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム錯体(Alq)等の蛍光発光有機金属錯体;BeBq(ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体);4,4’−ビス−(2,2−ジ−p−トリル−ビニル)−ビフェニル(DTVBi);トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオノ)(モノフェナントロリン)Eu(III)(Eu(DBM)(Phen));ジフェニルエチレン誘導体;トリス[4−(9−フェニルフルオレン−9−イル)フェニル]アミン(TFTPA)等のトリフェニルアミン誘導体;ジアミノカルバゾール誘導体;ビススチリル誘導体;芳香族ジアミン誘導体;キナクリドン系化合物;ペリレン系化合物;クマリン系化合物;ジスチリルアリーレン誘導体(DPVBi);オリゴチオフェン誘導体(BMA−3T);4,4’−ジ(トリフェニルシリル)−ビフェニル(BSB)、ジフェニル−ジ(o−トリル)シラン(UGH1)、1,4−ビストリフェニルシリルベンゼン(UGH2)、1,3−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(UGH3)、トリフェニル−(4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル)シラン(TPSi−F)等のシラン誘導体;9,9−ジ(4−ジカルバゾール−ベンジル)フルオレン(CPF)、3,6−ビス(トリフェニルシリル)カルバゾール(mCP)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)−2,2’−ジメチルビフェニル(CDBP)、N,N−ジカルバゾリル−3,5−ベンゼン(m−CP)、3−(ジフェニルホスホリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(PPO1)、3,6−ジ(9−カルバゾリル)−9−(2−エチルヘキシル)カルバゾール(TCz1)、9,9’−(5−(トリフェニルシリル)−1,3−フェニレン)ビス(9H−カルバゾール)(SimCP)、ビス(3,5−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル)ジフェニルシラン(SimCP2)、3−(ジフェニルホスホリル)−9−(4−ジフェニルホスホリル)フェニル)−9H−カルバゾール(PPO21)、2,2−ビス(4−カルバゾリルフェニル)−1,1−ビフェニル(4CzPBP)、3,6−ビス(ジフェニルホスホリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(PPO2)、9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ビス(トリフェニルシリル)−9H−カルバゾール(CzSi)、3,6−ビス[(3,5−ジフェニル)フェニル]−9−フェニル−カルバゾール(CzTP)、9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ジトリチル−9H−カルバゾール(CzC)、9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ビス(9−(4−メトキシフェニル)−9H−フルオレン−9−イル)−9H−カルバゾール(DFC)、2,2’−ビス(4−カルバゾール−9−イル)フェニル)−ビフェニル(BCBP)、9,9’−((2,6−ジフェニルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−3,7−ジイル)ビス(4,1−フェニレン))ビス(9H−カルバゾール)(CZBDF)等のカルバゾール誘導体;4−(ジフェニルフォスフォイル)−N,N−ジフェニルアニリン(HM−A1)等のアニリン誘導体;1,3−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(mDPFB)、1,4−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(pDPFB)、2,7−ビス(カルバゾール−9−イル)−9,9−ジメチルフルオレン(DMFL−CBP)、2−[9,9−ジ(4−メチルフェニル)−フルオレン−2−イル]−9,9−ジ(4−メチルフェニル)フルオレン(BDAF)、2−(9,9−スピロビフルオレン−2−イル)−9,9−スピロビフルオレン(BSBF)、9,9−ビス[4−(ピレニル)フェニル]−9H−フルオレン(BPPF)、2,2’−ジピレニル−9,9−スピロビフルオレン(Spiro−Pye)、2,7−ジピレニル−9,9−スピロビフルオレン(2,2’−Spiro−Pye)、2,7−ビス[9,9−ジ(4−メチルフェニル)−フルオレン−2−イル]−9,9−ジ(4−メチルフェニル)フルオレン(TDAF)、2,7−ビス(9,9−スピロビフルオレン−2−イル)−9,9−スピロビフルオレン(TSBF)、9,9−スピロビフルオレン−2−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド(SPPO1)等のフルオレン誘導体;1,3−ジ(ピレン−1−イル)ベンゼン(m−Bpye)等のピレン誘導体;プロパン−2,2’−ジイルビス(4,1−フェニレン)ジベンゾエート(MMA1)等のベンゾエート誘導体;4,4’−ビス(ジフェニルフォスフィンオキサイド)ビフェニル(PO1)、2,8−ビス(ジフェニルフォスフォリル)ジベンゾ[b,d]チオフェン(PPT)等のフォスフィンオキサイド誘導体;4,4”−ジ(トリフェニルシリル)−p−ターフェニル(BST)等のターフェニル誘導体;2,4−ビス(フェノキシ)−6−(3−メチルジフェニルアミノ)−1,3,5−トリアジン(BPMT)等トリアジン誘導体等が挙げられる。
有機発光層68に用いられる高分子発光材料としては、ポリ(2−デシルオキシ−1,4−フェニレン)(DO−PPP)、ポリ[2,5−ビス−[2−(N,N,N−トリエチルアンモニウム)エトキシ]−1,4−フェニル−アルト−1,4−フェニルレン]ジブロマイド(PPP−NEt3+)、ポリ[2−(2’−エチルヘキシルオキシ)−5−メトキシ−1,4−フェニレンビニレン](MEH−PPV)、ポリ[5−メトキシ−(2−プロパノキシサルフォニド)−1,4−フェニレンビニレン](MPS−PPV)、ポリ[2,5−ビス−(ヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−(1−シアノビニレン)](CN−PPV)等のポリフェニレンビニレン誘導体;ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(PDAF)等のポリスピロ誘導体;ポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)等のカルバゾール誘導体等が挙げられる。
有機発光材料は、低分子発光材料が好ましく、低消費電力化の観点から、発光効率の高い燐光材料を用いることが好ましい。
有機発光層68に用いられる発光性のドーパントとしては、有機EL素子用の公知のドーパントを用いることができる。このようドーパントとしては、紫外発光材料であれば、p−クォーターフェニル、3,5,3,5−テトラ−tert−ブチルセクシフェニル、3,5,3,5−テトラ−tert−ブチル−p−クィンクフェニル等の蛍光発光材料等が挙げられる。また、青色発光材料であれば、スチリル誘導体等の蛍光発光材料;ビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)、ビス(4’,6’−ジフルオロフェニルポリジナト)テトラキス(1−ピラゾイル)ボレート イリジウム(III)(FIr6)等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。また、緑色発光材料であれば、トリス(2−フェニルピリジナート)イリジウム(Ir(ppy))等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。
なお、有機EL層64を構成する各層の材料について説明したが、例えば、ホスト材料は正孔輸送材料または電子輸送材料としても使用でき、正孔輸送材料および電子輸送材料もホスト材料として使用できる。
正孔注入層66、正孔輸送層67、有機発光層68、正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71各層の形成方法としては、公知のウエットプロセス、ドライプロセス、レーザー転写法等が用いられる。
ウエットプロセスとしては、上記の各層を構成する材料を溶媒に溶解または分散させた液体を用いる、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法;インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等が挙げられる。
上記の塗布法や印刷法に用いられる液体は、レベリング剤、粘度調整剤等、液体の物性を調整するための添加剤を含んでいてもよい。
ドライプロセスとしては、上記の各層を構成する材料を用いる、抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等が用いられる。
正孔注入層66、正孔輸送層67、有機発光層68、正孔防止層69、電子輸送層70および電子注入層71の各層の膜厚は、通常1〜1000nm程度であるが、10〜200nmが好ましい。膜厚が10nm未満であると、本来必要とされる物性(電荷の注入特性、輸送特性、閉じ込め特性)が得られない。また、ゴミ等の異物による画素欠陥が生じるおそれがある。一方、膜厚が200nmを超えると、有機EL層64の抵抗成分によって駆動電圧が上昇し、結果として、消費電力が上昇する。
エッジカバー72は、絶縁材料を用いてEB蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により形成することができ、公知のドライ法またはウエット法のフォトリソグラフィー法によりパターニングすることができるが、本実施形態はこれらの形成方法に限定されるものではない。
また、エッジカバー72を構成する絶縁材料としては、公知の材料が用いられるが、本実施形態では、絶縁材料が特に限定されるものではない。
エッジカバー72は光を透過する必要があるので、エッジカバー72を構成する絶縁材料としては、例えば、SiO、SiON、SiN、SiOC、SiC、HfSiON、ZrO、HfO、LaO等が挙げられる。
エッジカバー72の膜厚は、100〜2000nmが好ましい。膜厚が100nm未満であると、絶縁性が十分ではなく、第一電極63と第二電極65の間でリークが起こり、消費電力の上昇、非発光の原因となる。一方、膜厚が2000nmを超えると、成膜プロセスに時間が掛り、生産効率の低下、エッジカバー72による第二電極65の断線の原因となる。
ここで、有機EL素子62は、第一電極63と第二電極65との干渉効果によるマイクロキャビティ構造(光微小共振器構造)、または、誘電体多層膜によるマイクロキャビティ構造(光微小共振器構造)を有することが好ましい。第一電極63と第二電極65により微小共振器構造が構成されると、第一電極63と第二電極65との干渉効果により、有機EL層64の発光を正面方向(光取り出し方向)に集光することができる。その際、有機EL層64の発光に指向性を持たせることができるため、周囲に逃げる発光損失を低減することができ、その発光効率を高めることができる。これにより、有機EL層64で生じる発光エネルギーをより効率よく、蛍光体層へ伝搬することが可能となり、表示装置の正面輝度を高めることができる。
また、第一電極63と第二電極65との干渉効果により、有機EL層64の発光スペクトルを調整することも可能となり、所望の発光ピーク波長および半値幅に調整することができる。これにより、赤色蛍光体および緑色蛍光体をより効果的に励起することが可能なスペクトルに制御することが可能となり、青色画素の色純度を向上させることができる。
また、本実施形態の表示装置は、外部駆動回路(走査線電極回路(ソースドライバ)、データ信号電極回路(ゲートドライバ)、電源回路)に電気的に接続される。
ここで、有機EL素子基板60を構成する基板61としては、ガラス基板上に絶縁材料をコートした基板、より好ましくは金属基板上またはプラスチック基板上に絶縁材料をコートした基板、さらに好ましくは金属基板上またはプラスチック基板上に絶縁材料をコートした基板が用いられる。
また、有機EL素子基板60は、有機EL素子62を直接、外部回路に接続し、駆動してもよい。また、TFT等のスイッチング回路を画素内に配置し、有機EL素子基板60は、TFT等が接続される配線に有機EL素子62を駆動するための外部駆動回路(走査線電極回路(ソースドライバ)、データ信号電極回路(ゲートドライバ)、電源回路)に電気的に接続されていてもよい。
なお、アクティブ駆動型有機EL表示装置を構成する有機EL素子を構成するアクティブ基板は、ガラス基板上、より好ましくは、金属基板上、プラスチック基板上、さらに好ましくは、金属基板上またはプラスチック基板上に絶縁材料をコートした基板上に、複数の走査信号線、データ信号線、および、走査信号線とデータ信号線との交差部にTFTが配置される。
また、有機EL素子62は、図28に示すように、電圧駆動デジタル階調方式によって駆動が行われ、画素毎にスイッチング用TFT81および駆動用TFT82の2つのTFTが配置され、駆動用TFT82と発光部83に設けられた第一電極とが、平坦化膜に形成されるコンタクトホールを介して電気的に接続されている。また、1つの画素内には駆動用TFT82のゲート電位を定電位にするためのコンデンサーが、駆動用TFT82のゲート電極に接続されるように配置されている。しかし、本実施形態では、特にこれらに限定されるものではなく、駆動方式は、前述した電圧駆動デジタル階調方式でもよく、電流駆動アナログ階調方式でもよい。また、TFTの数も特に限定されるものではなく、前記の2つのTFTにより有機EL素子62を駆動してもよいし、TFTの特性(移動度、閾値電圧)バラツキを防止する目的で、画素内に補償回路を内蔵した2個以上のTFTを用いて有機EL素子62を駆動してもよい。
図29は、上記の蛍光体基板10と有機EL素子基板60を備えた表示装置90の概略構成図である。
表示装置90は、有機EL素子基板60と、有機EL素子基板60と対向配置された蛍光体基板10と、有機EL素子基板60と蛍光体基板10とが対向する領域に設けられた画素部91と、画素部91に駆動信号を供給するゲート信号側駆動回路92、データ信号側駆動回路93、信号配線94および電流供給線95と、有機EL素子基板60に接続されたフレキシブルプリント配線板96(Flexible printed circuits、FPC)と、外部駆動回路97とから概略構成されている。
外部駆動回路97は、画素部91の走査ライン(走査線)を順次ゲート信号側駆動回路92により選択し、選択されている走査ラインに沿って配置されている各画素素子に対し、データ信号側駆動回路93により画素データを書き込む。すなわち、ゲート信号側駆動回路92が走査線を順次駆動し、データ信号側駆動回路93がデータ線に画素データを出力することにより、駆動された走査線とデータが出力されたデータ線との交差する位置に配置された画素素子が駆動される。
「アクティブマトリクス駆動型有機EL素子」
図30は、アクティブマトリクス駆動型の有機EL層110を用いた有機EL素子基板100の断面図である。図30において、図27に示した有機EL素子基板60と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
有機EL素子基板100は、基板120の一方の面120aにTFT(駆動素子)130が形成されている。すなわち、ゲート電極131およびゲート線132が形成され、これらゲート電極131およびゲート線132を覆うように、基板120上にゲート絶縁膜133が形成されている。
ゲート絶縁膜133上には、活性層(図示略)が形成され、活性層上にソース電極134、ドレイン電極135およびデータ線136が形成され、これらソース電極134、ドレイン電極135およびデータ線136を覆うように平坦化膜137が形成されている。
なお、この平坦化膜137は単層構造でなくてもよく、他の層間絶縁膜と平坦化膜を組み合わせた構成としてもよい。また、平坦化膜もしくは層間絶縁膜を貫通してドレイン電極135に達するコンタクトホール138が形成され、平坦化膜137上に、コンタクトホール138を介して、ドレイン電極135と電気的に接続された有機EL層110の陽極(第一電極)63が形成されている。なお、有機EL層110自体の構成は前述した有機EL層64と同様である。
TFT130は、有機EL層110を形成する前に、基板120上に形成され、画素スイッチング用素子および有機EL素子駆動用素子として機能する。本実施形態で用いられるTFT130としては、公知のTFTが挙げられ、公知の材料、構造および形成方法を用いて形成することができる。また、本実施形態では、TFT130の代わりに、金属−絶縁体−金属(MIM)ダイオードを用いることもできる。
TFT130の活性層の材料としては、例えば、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)、多結晶シリコン(ポリシリコン)、微結晶シリコン、セレン化カドミウム等の無機半導体材料、酸化亜鉛、酸化インジウム−酸化ガリウム−酸化亜鉛等の酸化物半導体材料、またはポリチオフェン誘導体、チオフェンオリゴマー、ポリ(p−フェリレンビニレン)誘導体、ナフタセン、ペンタセン等の有機半導体材料等が挙げられる。また、TFT130の構造としては、例えば、スタガ型、逆スタガ型、トップゲート型、コプレーナ型等が挙げられる。
TFT130を構成する活性層の形成方法としては、(1)プラズマ誘起化学気相成長(PECVD)法により成膜したアモルファスシリコンに不純物をイオンドーピングする方法、(2)シラン(SiH)ガスを用いた減圧化学気相成長(LPCVD)法によりアモルファスシリコンを形成し、固相成長法によりアモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオン打ち込み法によりイオンドーピングする方法、(3)Siガスを用いたLPCVD法またはSiHガスを用いたPECVD法によりアモルファスシリコンを形成し、エキシマレーザー等のレーザーによりアニールし、アモルファスシリコンを結晶化してポリシリコンを得た後、イオンドーピングを行う方法(低温プロセス)、(4)LPCVD法またはPECVD法によりポリシリコン層を形成し、1000℃以上で熱酸化することによりゲート絶縁膜を形成し、その上に、nポリシリコンのゲート電極を形成し、その後、イオンドーピングを行う方法(高温プロセス)、(5)有機半導体材料をインクジェット法等により形成する方法、(6)有機半導体材料の単結晶膜を得る方法等が挙げられる。
ゲート絶縁膜133は、公知の材料を用いて形成することができる。例えば、PECVD法、LPCVD法等により形成されたSiOまたはポリシリコン膜を熱酸化して得られるSiO等が挙げられる。
データ線136、ゲート線132、ソース電極134およびドレイン電極135は、公知の導電性材料を用いて形成することができ、例えば、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等が挙げられる。
TFT130は、前記のような構成とすることができるが、これらの材料、構造および形成方法に限定されるものではない。
本実施形態に用いられる層間絶縁膜は、公知の材料を用いて形成することができ、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN、または、Si)、酸化タンタル(TaO、または、Ta)等の無機材料、または、アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等が用いられる。
また、層間絶縁膜の形成方法としては、化学気相成長(CVD)法、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート法等のウエットプロセスが挙げられる。また、必要に応じて、フォトリソグラフィー法等によりパターニングすることもできる。
その他、有機EL層110からの光を基板120の反対側から取り出す場合には、基板120上に形成されたTFT130に外光が入射し、TFT130の電気的特性に変化が生じることを防ぐ目的で、遮光性を兼ね備えた遮光性絶縁膜を用いることが好ましい。また、前記の層間絶縁膜と遮光性絶縁膜を組み合わせて用いることもできる。
遮光性絶縁膜としては、特に限定されるものではないが、例えば、フタロシアニン、キナクリドン等の顔料または染料をポリイミド等の高分子樹脂に分散したもの、カラーレジスト、ブラックマトリクス材料、NiZnFe等の無機絶縁材料等が挙げられる。
本実施形態においては、基板120上に形成したTFT130や各種配線、電極により、その表面に凸凹が形成され、この凸凹によって有機EL層110の欠陥(例えば、陽極(第一電極)63や陰極(第二電極)65の欠損や断線、有機EL層110の欠損、陽極(第一電極)63と陰極(第二電極)65との短絡、耐圧の低下等)が発生するおそれがある。よって、これらの欠陥を防止する目的で層間絶縁膜上に平坦化膜137を設けることが望ましい。
平坦化膜137は、公知の材料を用いて形成することができ、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル等の無機材料、ポリイミド、アクリル樹脂、レジスト材料等の有機材料等が用いられる。
平坦化膜137の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、CVD法、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート法等のウエットプロセスが用いられる。
また、平坦化膜137は、単層構造であっても、多層構造であってもよい。
また、有機EL層110は、封止膜140で覆われていることが好ましい。
封止膜140は、公知の封止材料および封止方法により形成することができる。具体的には、基板120と反対側の表面上にスピンコート法、ODF、ラミレート法等を用いて樹脂を塗布することによって封止膜140を形成することもできる。あるいは、プラズマCVD法、イオンプレーティング法、イオンビーム法、スパッタリング法等により、SiO、SiON、SiN等の無機膜を形成した後、さらに、スピンコート法、ODF、ラミレート法等を用いて樹脂を塗布することによって封止膜140を形成するか、または、封止基板を貼り合わせることもできる。
このような封止膜140により、外部からの有機EL層110内への酸素や水分の混入を防止することができ、有機EL素子基板100の寿命が向上する。
「無機EL素子」
図31は、光源基板32を構成する無機EL素子基板の一実施形態を示す概略断面図である。
無機EL素子基板150は、基板151と、基板151の一方の面151a上に設けられた無機EL素子152とから概略構成されている。
無機EL素子152は、基板151の一方の面151aに順に積層された、第一電極153、第一誘電体層154、発光層155、第二誘電体層156および第二電極157から構成されている。
第一電極153および第二電極157は、無機EL素子152の陽極または陰極として対で機能する。
なお、無機EL素子152としては、公知の無機EL素子、例えば、紫外発光無機EL素子、青色発光無機EL素子等を用いることができるが、具体的な構成は前記のものに限定されるものではない。
以下、無機EL素子基板150を構成する各構成部材およびその形成方法について具体的に説明するが、本実施形態はこれら構成部材および形成方法に限定されるものではない。
基板151としては、上記の有機EL素子基板60を構成する基板61と同様のものが用いられる。
第一電極153および第二電極157は、無機EL素子152の陽極または陰極として対で機能する。つまり、第一電極153を陽極とした場合、第二電極157は陰極となり、第一電極153を陰極とした場合、第二電極157は陽極となる。
第一電極153および第二電極157としては、アルミニウム(Al)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属、および、インジウム(In)と錫(Sn)からなる酸化物(ITO)、錫(Sn)の酸化物(SnO)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)からなる酸化物(IZO)等が透明電極材料として挙げられるが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。光を取り出す側の電極には、ITO等の透明電極がよく、光を取り出す方向と反対側の電極には、アルミニウム等からなる反射電極を用いることが好ましい。
第一電極153および第二電極157は、上記の材料を用いて、EB蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により形成することができるが、本実施形態はこれらの形成方法に限定されるものではない。また、必要に応じて、フォトリソグラフィー法、レーザー剥離法により形成した電極をパターニングすることもでき、シャドーマスクと組み合わせることでパターニングした電極を形成することもできる。
第一電極153および第二電極157の膜厚は、50nm以上であることが好ましい。
第一電極153および第二電極157の膜厚が50nm未満の場合には、配線抵抗が高くなり、駆動電圧が上昇するおそれがある。
第一誘電体層154および第二誘電体層156としては、無機EL素子用の公知の誘電体材料を用いることができる。このような誘電体材料としては、例えば、五酸化タンタル(Ta)、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)、酸化アルミニウム(Al)、チタン酸アルミニウム(AlTiO)、チタン酸バリウム(BaTiO)およびチタン酸ストロンチウム(SrTiO)等が挙げられるが、本実施形態はこれらの誘電体材料に限定されるものではない。
また、第一誘電体層154および第二誘電体層156は、上記の誘電体材料から選択された1種類からなる単層構造であってもよく、2種類以上を積層した多層構造であってもよい。
また、第一誘電体層154および第二誘電体層86の膜厚は、200〜500nm程度が好ましい。
発光層155としては、無機EL素子用の公知の発光材料を用いることができる。このような発光材料としては、例えば、紫外発光材料として、ZnF:Gd、青色発光材料として、BaAl:Eu、CaAl:Eu、ZnAl:Eu、BaSiS:Ce、ZnS:Tm、SrS:Ce、SrS:Cu、CaS:Pb、(Ba,Mg)Al:Eu等が挙げられるが、本実施形態はこれらの発光材料に限定されるものではない。
また、発光層155の膜厚は、300〜1000nm程度が好ましい。
なお、光源34として、有機EL素子基板、LED基板、無機EL素子基板等を用いた場合、有機EL素子、LED、無機EL素子等の発光素子を封止する封止膜または封止基板を設けることが好ましい。
封止膜および封止基板は、公知の封止材料および封止方法により形成することができる。具体的には、光源を構成する基板と反対側の表面上にスピンコート法、ODF、ラミレート法等を用いて樹脂を塗布することによって封止膜を形成することもできる。あるいは、プラズマCVD法、イオンプレーティング法、イオンビーム法、スパッタリング法等により、SiO、SiON、SiN等の無機膜を形成した後、さらに、スピンコート法、ODF、ラミレート法等を用いて樹脂を塗布することによって封止膜を形成するか、または、封止基板を貼り合わせることもできる。
このような封止膜や封止基板により、外部からの発光素子内への酸素や水分の混入を防止することができ、光源の寿命が向上する。
また、表示装置30は、光取り出し側(蛍光体基板10の基板11の他方の面11b側)に偏光板を設けることが好ましい。偏光板としては、従来の直線偏光板とλ/4板とを組み合わせたものが好ましい。偏光板を設けることによって、表示装置30の電極からの外光反射、基板11または基板33(封止基板)の表面(他方の面33b)における外光反射を防止することが可能となり、表示装置30のコントラストを向上することができる。
また、表示装置30は、蛍光体基板10と光源34との間に、液晶素子を設けてもよい。
液晶素子としては、特に限定されるものではないが、公知の液晶素子を用いることができ、例えば、一対の偏光板と、一対の電極と、一対の配向膜と、基板と、を有し、一対の配向膜間に液晶セルが挟持されたものが挙げられる。
また、液晶セルと一方の偏光板との間に、光学異方性層が1枚配置されるか、または、液晶セルと双方の偏光板との間に光学異方性層が2枚配置されていてもよい。
液晶素子は、光源34からの発光を選択的に透過させる、光シャッターとしての機能を有する。
液晶セルの種類は、特に限定されるものではないが、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、TNモード、VAモード、OCBモード、IPSモード、ECBモード等が挙げられる。
また、液晶素子は、パッシブ駆動であってもよいし、TFT等のスイッチング素子を用いたアクティブ駆動型であってもよい。
液晶素子のスイッチングと、光源34のスイッチングとを組み合わせることによって、より消費電力を低減することが可能となるため、好ましい。
本実施形態の表示装置によれば、光の取り出し効率を向上させて変換効率を大幅に向上させ、視野角特性に優れ、かつ、低消費電力化が可能な優れた表示装置を実現できる。
[照明装置]
また、上記の表示装置は、例えば、図32に示すシーリングライト(照明装置)160にも適用できる。
図32に示すシーリングライト160は、発光部161と、吊下線162と、電源コード163とを備えてなる照明装置である。
シーリングライト160において、発光部161は、上記の表示装置から構成されている。
本実施形態のシーリングライト160は、上記の表示装置を発光部161として備えることにより、発光効率に優れる照明装置となる。
また、上記の表示装置は、例えば、図33に示す照明スタンド(照明装置)170にも適用できる。
図33に示す照明スタンド170は、発光部171と、スタンド172と、メインスイッチ173と、電源コード174とを備えてなる照明装置である。
照明スタンド170において、発光部171は、上記の表示装置から構成されている。
本実施形態の照明スタンド170は、上記の表示装置を発光部171として備えることにより、発光効率に優れる照明装置となる。
[電子機器]
上記の表示装置は、各種電子機器に適用することができる。
以下、上記の表示装置を備えた電子機器について、図34〜38を用いて説明する。
上記の表示装置は、例えば、図34に示す携帯電話に適用できる。
図34に示す携帯電話180は、音声入力部181、音声出力部182、アンテナ183、操作スイッチ184、表示部185および筐体186等を備えている。
そして、表示部185として上記の表示装置を好適に適用できる。上記の表示装置を携帯電話180の表示部185に適用することによって、良好な発光効率で映像を表示することができる。
また、上記の表示装置は、例えば、図35に示す薄型テレビに適用できる。
図35に示す薄型テレビ190は、表示部191、スピーカ192、キャビネット193およびスタンド194等を備えている。
そして、表示部191として上記の表示装置を好適に適用できる。上記の表示装置を薄型テレビ190の表示部191に適用することによって、良好な発光効率で映像を表示することができる。
また、上記の表示装置は、例えば、図36に示す携帯型ゲーム機に適用できる。
図36に示す携帯型ゲーム機200は、操作ボタン201、202、外部接続端子203、表示部204および筐体205等を備えている。
そして、表示部204として上記の表示装置を好適に適用できる。上記の表示装置を携帯型ゲーム機200の表示部204に適用することによって、良好な発光効率で映像を表示することができる。
また、上記の表示装置は、例えば、図37に示すノートパソコンに適用できる。
図37に示すノートパソコン210は、表示部211、キーボード212、タッチパッド213、メインスイッチ214、カメラ215、記録媒体スロット216および筐体217等を備えている。
そして、表示部211として上記の表示装置を好適に適用できる。上記の表示装置をノートパソコン210の表示部211に適用することによって、良好な発光効率で映像を表示することができる。
さらに、上記の表示装置は、例えば、図38に示すタブレット端末に適用できる。
図38に示すタブレット端末220は、表示部(タッチパネル)221、カメラ222および筐体223等を備えている。
そして、表示部221として上記の表示装置を好適に適用できる。上記の表示装置をタブレット端末220の表示部221に適用することによって、良好な発光効率で映像を表示することができる。
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、表示装置、照明装置の各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
[実験例1]
図39は、実験例1の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
基板231として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板231の一方の面231aの全面に、スピンコート法により、エポキシ系のポジ型感光性樹脂を塗布した。その後、90℃にて2分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁232の幅が50μm、障壁232のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(340mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、障壁232を、基板231側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、障壁232によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層233、青色散乱体層234をパターン形成し、蛍光体基板230を得た。
ここで、赤色蛍光体層233と青色散乱体層234の形成方法を説明する。
赤色蛍光体層233と青色散乱体層234を形成するために、赤色蛍光体層形成用塗液と青色散乱体層形成用塗液を調製した。
赤色蛍光体層形成用塗液を調製するには、平均粒径2μmの赤色蛍光体KEu2.5(WO6.2530gに、ポリビニルアルコール10wt%水溶液30gを加え、分散機により攪拌した。これにより、赤色蛍光体層形成用塗液を得た。
青色散乱体層形成用塗液を調製するには、平均粒径1.5μmのシリカ粒子(屈折率:1.65)30gに、ポリビニルアルコール10wt%水溶液30gを加え、分散機により攪拌した。これにより、青色散乱体層形成用塗液を得た。
次に、基板231をUV/Oで洗浄し、続いて、基板231をフッ素プラズマ処理することにより、障壁232に撥液性を付与し、基板231に親液性を付与した。
次に、赤色蛍光体層形成用塗液および青色散乱体層形成用塗液を、ディスペンサー法により、基板231上に設けられた枠状の障壁232の内部にパターン塗布した。
次に、真空オーブン(200℃、10mmHgの条件)により、赤色蛍光体層形成用塗液および青色散乱体層形成用塗液を塗布した基板231を、4時間、加熱乾燥して、膜厚7μmの赤色蛍光体層233A,233B、青色散乱体層234A,234Bを形成した。
蛍光体基板230において、赤色蛍光体層233A,233Bおよび青色散乱体層234Aの励起光入射面側(基板231とは反対側)を遮光し、青色散乱体層234Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層234Bから青色散乱光が観測された。ただし、青色散乱体層234B以外に、青色散乱体層234Aからも青色散乱光が観測され、さらに、赤色蛍光体層233A,233Bからは赤色光が観測された。これは、青色散乱体層234Bからの青色散乱光が障壁232内を伝播して、隣接する青色散乱体層234Aおよび赤色蛍光体層233A,233Bに入射し、青色散乱体層234Aにおいては、光散乱性粒子によって光取出し方向(基板231側)に青色散乱光が射出され、赤色蛍光体層233A,233Bにおいては、青色散乱光によって赤色蛍光体層233A,233Bが励起されて、赤色蛍光体層233A,233Bから赤色光が発光したために生じたと考えられる。これにより、クロストークを生じた。
また、赤色蛍光体層233A,233Bからは弱い青色光成分も観測され、青色散乱体層234A,234Bからは弱い赤色光成分も観測された。これは、青色散乱体層234Bからの青色散乱光が、赤色蛍光体層233A,233Bで赤色蛍光体に吸収されずに、赤色蛍光体層233A,233Bから射出され、一方、青色散乱光によって赤色蛍光体層233A,233Bが励起されて、赤色蛍光体層233A,233Bから発光した赤色光が、障壁232内を伝播して、隣接する青色散乱体層234A、234Bに入射し、青色散乱体層234A、234Bの光散乱性粒子によって、赤色光が光取出し方向に射出されたためであると考えられる。これにより、色純度が低下した。
[実験例2]
図40は、実験例2の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線に沿う断面図である。
基板241として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板241の一方の面241aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光不透過膜を形成した。
次に、その光不透過膜に、基板241上の各画素を囲むライン状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、光不透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光不透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、光不透過部242を、基板241側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。なお、基板241の一方の面241aに接している部分における光不透過部242の幅を30μmとした。
次に、光不透過部242がパターニングされた基板241の一方の面241a全面を覆うように、スピンコート法により、エポキシ系のポジ型感光性樹脂を塗布した。その後、90℃にて2分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁243の幅が50μm、障壁243のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁243を、基板241側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁242によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層244、青色散乱体層245をパターン形成し、蛍光体基板240を得た。
蛍光体基板240において、赤色蛍光体層244A,244Bおよび青色散乱体層245Aの励起光入射面側(基板241とは反対側)を遮光し、青色散乱体層245Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層245Bから青色散乱光が観測され、実験例1と同様に、青色散乱体層245Aからも青色散乱光が観測された。しかしながら、赤色蛍光体層244A,244Bからは赤色光も青色光も観測されなかった。これは、赤色蛍光体層244A,244Bと青色散乱体層245A,245Bとの間において、障壁243の内部に光不透過部242が設けられているので、青色散乱体層245Bから射出した青色散乱光が、光不透過部242で吸収され、赤色蛍光体層244A,244Bに入射しなかったためであると考えられる。
一方、同色の画素間(赤色蛍光体層244Aと赤色蛍光体層244Bとの間、青色散乱体層245Aと青色散乱体層245Bとの間)には、光不透過部242が設けられていないので、青色散乱体層245Bから射出した青色散乱光が、青色散乱体層245Aと青色散乱体層245Bとの間の障壁243を介して、隣接する青色散乱体層245Aに入射し、青色散乱体層245Aからも青色散乱光が観測されたものと考えられる。
本実験例のように、異色の画素間(赤色蛍光体層244A,244Bと青色散乱体層245A,245Bとの間)のみに光不透過部242を設けた場合、異色の画素間では光の透過を防止できるが、同色の画素間では光の透過を防止できなかった。しかしながら、例えば、照明装置のように、RGB全画素を点灯するような場合や、同色の画素のみを点灯させる場合には、同色の画素間における光の透過による影響がないため、このようなアプリケーションにおいては、異色の画素間のみに光不透過部242を設ければよい。
なお、本実験例では、光不透過部242を画素間の中央部に設けた場合を例示しが、障壁243の内部であれば、光不透過部242をどこに設けてもよい。ただし、障壁243内部の中央部に光不透過部242を設けた方が、光を散乱・反射する確率が高まり、光取出し効率を向上させることができるので、光不透過部242を画素間の中央部に設けることが好ましい。また、画素領域の最外画素に対応する障壁243の最外箇所は、色にじみを発生させる箇所にはならないので、その最外箇所には、必ずしも光不透過部242を設ける必要がない。
[実験例3]
図41は、実験例3の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線に沿う断面図である。
基板251として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板251の一方の面251aの全面に、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁252の幅が50μm、障壁252のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁252を、基板251側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁252によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層253、青色散乱体層254をパターン形成し、蛍光体基板250を得た。
蛍光体基板250において、赤色蛍光体層253A,253Bおよび青色散乱体層254Aの励起光入射面側(基板251とは反対側)を遮光し、青色散乱体層254Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層254Bから、実験例1の1.1倍の光取出し効率で青色散乱光が観測された。これは、青色散乱体層254Bから側方へ向かう散乱光成分を、障壁252で散乱・反射して、青色散乱光が光取出し方向に射出されたためであると考えられる。また、実験例1と同様に、青色散乱体層254B以外に、青色散乱体層254Aからも青色散乱光が観測され、さらに、赤色蛍光体層253A,253Bからは赤色光が観測された。
[実験例4]
図42は、実験例4の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線に沿う断面図である。
基板261として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板261の一方の面261a上において、赤色画素と青色画素の間の非発光部の中央、および、赤色画素端部から25μm外側と青色画素端部から25μm外側に、ディスペンサー法により、カーボンブラックを含有した熱硬化性樹脂を、幅30μm、厚さ10μmのライン状に塗布した。その後、150℃にて1時間焼成し、膜厚10μm、基板261側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光不透過部262を形成した。
次に、光不透過部262がパターニングされた基板261の一方の面261a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁263の幅が50μm、障壁263のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁263を、基板261側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁263によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層264、青色散乱体層265をパターン形成し、蛍光体基板260を得た。
蛍光体基板260において、赤色蛍光体層264A,264Bおよび青色散乱体層265Aの励起光入射面側(基板261とは反対側)を遮光し、青色散乱体層265Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層265Bから青色散乱光が観測され、実験例2と同様に、青色散乱体層265Aからも青色散乱光が観測された。しかしながら、赤色蛍光体層264A,264Bからは赤色光も青色光も観測されなかった。これは、赤色蛍光体層264A,264Bと青色散乱体層265A,265Bとの間において、障壁263の内部に光不透過部262が設けられているので、青色散乱体層265Bから射出した青色散乱光が、光不透過部262で吸収され、赤色蛍光体層264A,264Bに入射しなかったためであると考えられる。
一方、同色の画素間(赤色蛍光体層264Aと赤色蛍光体層264Bとの間、青色散乱体層265Aと青色散乱体層265Bとの間)には、光不透過部262が設けられていないので、青色散乱体層265Bから射出した青色散乱光が、青色散乱体層265Aと青色散乱体層265Bとの間の障壁263を介して、隣接する青色散乱体層265Aに入射し、青色散乱体層265Aからも青色散乱光が観測されたものと考えられる。
本実験例のように、異色の画素間(赤色蛍光体層264A,264Bと青色散乱体層265A,265Bとの間)のみに光不透過部262を設けた場合、異色の画素間では光の透過を防止できるが、同色の画素間では光の透過を防止できなかった。しかしながら、例えば、照明装置のようにRGB全画素を点灯するような場合や、同色の画素のみを点灯させる場合には、同色の画素間における光の透過による影響がないため、このようなアプリケーションにおいては、異色の画素間のみに光不透過部262を設ければよい。
なお、本実験例では、光不透過部262を画素間の中央部に設けた場合を例示しが、障壁263の内部であれば、光不透過部262をどこに設けてもよい。ただし、障壁263内部の中央部に光不透過部262を設けた方が、光を散乱・反射する確率が高まり、光取出し効率を向上させることができるので、光不透過部262を画素間の中央部に設けることが好ましい。また、画素領域の最外画素に対応する障壁263の最外箇所は、色にじみを発生させる箇所にはならないので、その最外箇所には、必ずしも光不透過部262を設ける必要がない。
[実験例5]
図43は、実験例5の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E線に沿う断面図である。
基板271として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板271の一方の面271aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光不透過膜を形成した。
次に、その光不透過膜に、基板271上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、光不透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光不透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、光不透過部272を基板271の一方の面271aに対して垂直な形状をなすように、パターニングした。なお、基板271の一方の面271aに接している部分における光不透過部272の幅を30μmとした。
次に、光不透過部272がパターニングされた基板271の一方の面271a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁273の幅が50μm、障壁273のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁273を、基板271側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁273によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層274、青色散乱体層275をパターン形成し、蛍光体基板270を得た。
蛍光体基板270において、赤色蛍光体層274A,274Bおよび青色散乱体層275Aの励起光入射面側(基板271とは反対側)を遮光し、青色散乱体層275Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層275Bから実験例4の1.3倍の光取出し効率で青色散乱光が観測され、それ以外の画素、すなわち、赤色蛍光体層274A,274Bおよび青色散乱体層275Aからは、いかなる発光も観測されなかった。このように、実験例4よりも光取出し効率が向上したのは、画素の4面全てを障壁273で囲ったことでより効率良く光を取り出すことができたためだと考えられる。
なお、実験例4と同様に、画素領域の最外画素に対応する障壁273の最外箇所は、色にじみを発生させる箇所にはならないので、その最外箇所には、必ずしも光不透過部272を設ける必要がない。
[実験例6]
図44は、実験例6の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のF−F線に沿う断面図である。
基板281として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板281の一方の面281a上において、赤色画素と青色画素をそれぞれ囲むように、スクリーン印刷法により、銀ペーストを、幅20μm、厚さ20μmの格子状に塗布した。その後、120℃にて1時間焼成し、膜厚20μm、基板281側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光不透過部282を形成した。
次に、光不透過部282がパターニングされた基板281の一方の面281a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁283の幅が50μm、障壁283のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁283を、基板281側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁283によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層284、青色散乱体層285をパターン形成し、蛍光体基板280を得た。
蛍光体基板280において、赤色蛍光体層284A,284Bおよび青色散乱体層285Aの励起光入射面側(基板281とは反対側)を遮光し、青色散乱体層285Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層285Bから、実験例5の1.1倍の光取出し効率で青色散乱光が観測され、それ以外の画素、すなわち、赤色蛍光体層284A,284Bおよび青色散乱体層285Aからは、いかなる発光も観測されなかった。このように、実験例5よりも光取出し効率が向上したのは、光不透過部282が光反射性を有しているので、障壁283で散乱反射せずに透過してきた青色散乱光を光不透過部282で反射し、青色散乱光が光取出し方向に射出されたためであると考えられる。ただし、明室CRは、実験例5と比較して低くなった。これは、外光が光不透過部282で反射したこと、そして、光不透過部282を覆うように設けられた障壁283で外光が散乱反射したことが原因であると考えられる。
なお、実験例4および5では、光不透過部262,272として光吸収部を設けているため、画素領域の最外画素に対応する障壁263,273の最外箇所には必ずしも光不透過部262,272を形成する必要はなかったが、本実験例では、光不透過部282として光反射部を設けているので、光取出し効率を向上させるためには、最外画素に対応する障壁283の最外箇所に光不透過部282を設けることが好ましい。
[実験例7]
図45は、実験例7の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のG−G線に沿う断面図である。
基板291として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板291の一方の面291aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚1.5μmの光吸収膜292を形成した。
次に、その光吸収膜292に、基板291上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、光吸収膜292を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光吸収膜292を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、光吸収膜292を垂直な形状をなすように、パターニングした。なお、基板291の一方の面291aに接している部分における光吸収膜292の幅を60μmとした。
次に、基板291の一方の面291aに形成した光吸収膜292上において、赤色画素と青色画素をそれぞれ囲むように、スクリーン印刷法により、銀ペーストを、幅20μm、厚さ20μmの格子状に塗布した。その後、120℃にて1時間焼成し、膜厚20μm、基板291側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光不透過部293を形成した。
次に、光不透過部293がパターニングされた基板291の一方の面291a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁294の幅が50μm、障壁294のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁294を、基板291側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁294によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層295、青色散乱体層296をパターン形成し、蛍光体基板290を得た。
蛍光体基板290において、赤色蛍光体層295A,295Bおよび青色散乱体層296Aの励起光入射面側(基板291とは反対側)を遮光し、青色散乱体層296Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層296Bから、実験例5の1.1倍の光取出し効率で青色散乱光が観測され、それ以外の画素、すなわち、赤色蛍光体層295A,295Bおよび青色散乱体層296Aからは、いかなる発光も観測されなかった。このように、実験例5よりも光取出し効率が向上したのは、光不透過部293が光反射性を有しているので、障壁294で散乱反射せずに透過してきた青色散乱光を光不透過部293で反射し、青色散乱光が光取出し方向に射出されたためであると考えられる。また、明室CRについて実験例6よりも高くなった。これは、光吸収膜292が光反射性の光不透過部293および光散乱性の障壁294の幅よりも広いため、外光が光不透過部293および障壁294で反射・散乱されずに、光吸収膜292に吸収されたためだと考えられる。
なお、実験例4および5では、光不透過部262,272として光吸収部を設けているため、画素領域の最外画素に対応する障壁263,273の最外箇所には必ずしも光不透過部262,272を形成する必要はなかったが、本実験例では、光不透過部293として光反射部を設けているので、光取出し効率を向上させるためには、最外画素に対応する障壁294の最外箇所に光不透過部293を設けることが好ましい。
[実験例8]
図46は、実験例8の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のH−H線に沿う断面図である。
基板301として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板301の一方の面301aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光不透過膜を形成した。
次に、その光不透過膜に、基板301上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、光不透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光不透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、光不透過部302を基板301の一方の面301aに対して垂直な形状をなすように、パターニングした。なお、基板301の一方の面301aに接している部分における光不透過部302の幅を15μmとした。
次に、光不透過部302がパターニングされた基板301の一方の面301a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁303の幅が25μm、障壁303のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。
続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、障壁303が基板301から剥離している箇所があり、赤色蛍光体層や青色散乱体層を形成することができなかった。これは、障壁303のアスペクト比が高くなり、基板301との密着性を確保できなかったためであると考えられる。
[実験例9]
図47は、実験例9の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のI−I線に沿う断面図である。
基板311として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板311の一方の面311aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光不透過膜を形成した。
次に、その光不透過膜に、基板311上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(250mJ/cm)を照射し、光不透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光不透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、基板311側から離れるに従って次第に幅が広くなっていくテーパー形状をなす光不透過部312を形成した。なお、光不透過部312において、基板311の一方の面311aに接している部分の幅を10μm、上面(基板311の一方の面311aに接している面とは反対側の面)312aの幅を15μmとした。
次に、光不透過部312が設けられた基板311全体をマイクロ波プラズマ処理することにより、光不透過部312の表面を粗面化した。
次に、光不透過部312がパターニングされた基板311の一方の面311a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁313の幅が25μm、障壁313のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、ヨレも剥離もない障壁313をパターニングすることができた。続いて、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁313を、基板311側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁313によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層314、青色散乱体層315をパターン形成し、蛍光体基板310を得た。
蛍光体基板310において、赤色蛍光体層314A,314Bおよび青色散乱体層315Aの励起光入射面側(基板311とは反対側)を遮光し、青色散乱体層315Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層314Bから青色散乱光が観測され、それ以外の画素、すなわち、赤色蛍光体層314A,314Bおよび青色散乱体層315Aからは、いかなる発光も観測されなかった。
なお、本実験例では、光不透過部312が、障壁313と基板311との密着性を向上させる機能を有していることから、最外画素に対応する障壁313の最外箇所に光不透過部312を設けることが好ましい。
[実験例10]
図48は、実験例10の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のJ−J線に沿う断面図である。
基板321として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板321の一方の面321aの全面に、スピンコート法により、ネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光透過膜を形成した。
次に、その光透過膜に、基板321上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(250mJ/cm)を照射し、光透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、基板321側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光透過部322を形成した。なお、光透過部322において、基板321の一方の面321aに接している部分の幅を10μm、上面(基板321の一方の面321aに接している面とは反対側の面)の幅を9μmとした。
次に、光透過部322の表面に、真空蒸着法により、銀323を膜厚100nmでパターン形成した。
次に、光透過部322がパターニングされた基板321の一方の面321a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁324の幅が25μm、障壁324のピッチが100μmとなる2行×2列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、ヨレも剥離もない障壁324をパターニングすることができた。続いて、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁324を、基板321側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、実験例1と同様にして、障壁324によって区画された領域に、膜厚7μmの赤色蛍光体層325、青色散乱体層326をパターン形成し、蛍光体基板320を得た。
蛍光体基板320において、赤色蛍光体層326A,326Bおよび青色散乱体層327Aの励起光入射面側(基板321とは反対側)を遮光し、青色散乱体層327Bのみに、青色励起光を照射した。
その結果、青色散乱体層327Bから青色散乱光が観測され、それ以外の画素、すなわち、赤色蛍光体層326A,326Bおよび青色散乱体層327Aからは、いかなる発光も観測されなかった。
実験例9では、光不透過部312の形状を基板311との密着性を高める形状にしたが、本実験例のように、基板321との密着性が良好で、かつ、厚膜形成が可能な光透過部322を用いても同様な効果を発現する障壁324を形成することができる。また、光透過部322の表面には、銀323等からなる光反射膜ではなく、カーボンブラック等からなる光吸収膜を設けてもよい。
なお、本実験例では、光透過部322が、障壁324と基板321との密着性を向上させる機能を有していることから、最外画素に対応する障壁324の最外箇所にも光透過部322を設けることが好ましい。
[実験例11]
(青色有機EL+蛍光体方式の実施例)
図49は、実験例11の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のK−K線に沿う断面図である。
「蛍光体基板の作製」
基板331として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板331の一方の面331aの全面に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚10μmの光不透過膜を形成した。
次に、その光不透過膜に、基板331上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(250mJ/cm)を照射し、光不透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光不透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、基板331側から離れるに従って次第に幅が広くなっていくテーパー形状をなす光不透過部332を形成した。なお、光不透過部332において、基板331の一方の面331aに接している部分の幅を10μm、上面(基板331の一方の面331aに接している面とは反対側の面)332aの幅を15μmとした。
次に、光不透過部332が設けられた基板331全体をマイクロ波プラズマ処理することにより、光不透過部332の表面を粗面化した。
次に、光不透過部332がパターニングされた基板331の一方の面331a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁333の幅が25μm、障壁333のピッチが100μmとなる3行×3列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、ヨレも剥離もない障壁333をパターニングすることができた。続いて、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁333を、基板331側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、障壁333によって区画された領域に、膜厚10μmの赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335、青色散乱体層336をパターン形成し、蛍光体基板330を得た。
ここで、赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336の形成方法を説明する。
赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336を形成するために、赤色蛍光体層形成用塗液、緑色蛍光体層形成用塗液および青色散乱体層形成用塗液を調製した。
赤色蛍光体層形成用塗液を調製するには、平均粒径2μmの赤色蛍光体KEu2.5(WO6.2530gに、ポリビニルアルコール10wt%水溶液30gを加え、分散機により攪拌した。これにより、赤色蛍光体層形成用塗液を得た。
緑色蛍光体層形成用塗液を調製するには、平均粒径2μmの緑色蛍光体BaSiO:Eu2+30gに、ポリビニルアルコール10wt%水溶液30gを加え、分散機により攪拌した。これにより、緑色蛍光体層形成用塗液を得た。
青色散乱体層形成用塗液を調製するには、平均粒径1.5μmのシリカ粒子(屈折率:1.65)30gに、ポリビニルアルコール10wt%水溶液30gを加え、分散機により攪拌した。これにより、青色散乱体層形成用塗液を得た。
次に、基板331をUV/Oで洗浄し、続いて、基板331をフッ素プラズマ処理することにより、障壁333に撥液性を付与し、基板331に親液性を付与した。
次に、赤色蛍光体層形成用塗液、緑色蛍光体層形成用塗液および青色散乱体層形成用塗液を、ディスペンサー法により、基板331上に設けられた枠状の障壁333の内部にパターン塗布した。
次に、真空オーブン(200℃、10mmHgの条件)により、赤色蛍光体層形成用塗液、緑色蛍光体層形成用塗液および青色散乱体層形成用塗液を塗布した基板331を、4時間、加熱乾燥して、膜厚10μmの赤色蛍光体層334A,334B,334C、緑色蛍光体層335A,335B,335C、青色散乱体層336A,336B,336Cを形成した。
次に、赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336と、障壁333および構造物とによって生じる蛍光体基板の表面高さの不釣り合いを最小限に抑えるために、基板331の一方の面331aの全面に、スピンコート法により、厚さ20μmとなるようにアクリル樹脂を塗布し、120℃にて30分加熱することにより、平坦化層337を形成した。
次に、平坦化層337上に、EB蒸着法により、酸化チタン(TiO:屈折率=2.30)と酸化シリコン(SiO:屈折率=1.47)を交互に6層成膜して、膜厚2μmの波長選択反射膜338を形成し、赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336がパターン形成された蛍光体基板330を得た。
なお、波長選択反射膜338を、青色励起光を80%以上透過し、赤色蛍光および緑色蛍光を95%以上反射するように設計した。
「青色有機EL素子基板の作製」
次に、光源として用いる青色有機EL素子基板の作製方法について説明する。
厚さ0.7mmのガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚100nmとなるように、銀を成膜して反射膜とし、続いて、反射膜の上に、スパッタリング法により、膜厚20nmとなるように、インジウム−スズ酸化物(ITO)を成膜し、銀とITOとの積層膜からなる第一電極として反射電極(陽極)を形成した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極を、幅が30μm、ピッチが50μmとなるようにストライプ状にパターニングした。
次に、ガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚200nmとなるように、SiOを積層した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極のエッジ部のみを覆うように、SiOをパターニングし、エッジカバーを形成した。ここでは、第一電極の端から2μm分だけ短辺側をSiOで覆う構造とした。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、120℃にて1時間乾燥させた。
次に、このガラス基板を、抵抗加熱蒸着装置内の基板ホルダーに固定し、1×10−4Pa以下の真空まで減圧し、有機発光層を含む有機EL層を抵抗加熱蒸着法により形成した。
まず、正孔注入材料として、1,1−ビス−ジ−4−トリルアミノ−フェニル−シクロヘキサン(TAPC)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚100nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔輸送材料として、N,N’−di−1−ナフチル−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚40nmの正孔輸送層を形成した。
次に、正孔輸送層上に、厚さ30nmの青色有機発光層を形成した。ここでは、真空蒸着法により、1,4−ビス−トリフェニルシリル−ベンゼン(UGH−2)(ホスト材料)とビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)(青色燐光発光ドーパント)を、それぞれの蒸着速度を1.5Å/sec、0.2Å/secとし、共蒸着することにより、この青色有機発光層を形成した。
次に、青色有機発光層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)を用いて、厚さ10nmの正孔防止層を形成した。
次に、正孔防止層上に、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq)を用いて、厚さ30nmの電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を用いて、厚さ0.5nmの電子注入層を形成した。
この後、電子注入層上に、半透明電極からなる第二電極を形成した。
まず、金属蒸着用チャンバーに、前記の各部位が形成されたガラス基板を固定した。
次に、第二電極形成用のシャドーマスク(第一電極のストライプと対向する向きに幅30μm、ピッチ50μmのストライプ状に、第二電極を形成できるように開口部が空いているマスク)とガラス基板をアライメントし、電子注入層の表面に、真空蒸着法により、マグネシウムと銀を、それぞれの蒸着速度を0.1Å/sec、0.9Å/secとし、共蒸着することにより、電子注入層上に、厚さ1nmのマグネシウム銀を、所望のパターンで形成した。
さらに、干渉効果を強調する目的、および、第二電極での配線抵抗による電圧降下を防止する目的で、真空蒸着法により、銀を、蒸着速度を1Å/secとし、蒸着することにより、マグネシウム銀上に、厚さ19nmの銀を、所望のパターンで形成した。これにより、第二電極を形成した。
ここで、有機EL素子としては、反射電極(第一電極)と半透過電極(第二電極)間でマイクロキャビティ効果(干渉効果)が発現し、正面輝度を高めることが可能となり、有機EL素子からの発光エネルギーをより効率よく、蛍光体層および散乱体層に伝搬させることが可能となる。また、マイクロキャビティ効果により、発光ピークを460nm、半値幅を50nmに調整した。
次に、プラズマCVD法により、膜厚3μmのSiOからなる無機保護層を、シャドーマスクを用いて表示部の端から上下左右2mmの封止エリアまでパターニング形成した。
以上により、青色有機EL素子を備えた青色有機EL素子基板を作製した。
次に、青色有機EL素子基板と蛍光体基板330とを、表示部の外に形成されている位置合わせマーカーにより位置合わせを行った。なお、予め蛍光体基板330には熱硬化性樹脂が塗布されており、熱硬化性樹脂を介して両基板を密着し、80℃にて2時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。また、上記の貼り合わせ工程は、有機EL素子の水分による劣化を防止する目的で、ドライエアー環境下(水分量:−80℃)で行った。
最後に、周辺に形成した端子を外部電源に接続し、有機EL表示装置を得た。
ここで、外部電源により、所望の電流を、所望のストライプ状電極に印加することにより、青色有機EL素子を任意にスイッチング可能な励起光源として使用し、赤色蛍光体層334で青色励起光を赤色光に変換し、緑色蛍光体層335で青色励起光を緑色光に変換し、かつ、青色散乱体層336に青色励起光を通過させることにより、等方的な青色発光を得ることができた。これにより、クロストークを生じることがなく、色にじみもないフルカラー表示が可能となり、良好な画像を得ることができた。また、赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336からの等方的な発光のうち、側方への発光を、障壁333で光取出し方向へ取り出すとともに、赤色蛍光体層334、緑色蛍光体層335および青色散乱体層336からの等方的な発光のうち、光取出し方向とは反対側への発光を、波長選択反射膜338で光取出し方向へ取り出しているので、有機EL表示装置を低消費電力で駆動することができた。
なお、本実験例では、波長選択反射膜338として、誘電体多層膜を例示したが、波長選択反射膜338は、これに限定されるものではない。波長選択反射膜338としては、例えば、金属薄膜や金属薄膜ガラス、石英等からなる無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、波長選択反射膜338の形成方法としては、EB蒸着法以外に、例えば、スクリーン印刷法、抵抗加熱蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法等が用いられる。
[実験例12]
(青色有機EL+蛍光体方式の実施例)
「蛍光体基板の作製」
基板として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板の一方の面の全面に、スピンコート法により、ネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて30分焼成し、膜厚10μmの光透過膜を形成した。
次に、その光透過膜に、基板上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(250mJ/cm)を照射し、光透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、基板側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光透過部を形成した。なお、光透過部において、基板の一方の面に接している部分の幅を10μm、上面(基板の一方の面に接している面とは反対側の面)の幅を9μmとした。
次に、光透過部の表面に、真空蒸着法により、銀を膜厚100nmでパターン形成し、光不透過部を得た。
次に、光不透過部がパターニングされた基板の一方の面全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁の幅が25μm、障壁のピッチが100μmとなる3行×3列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、ヨレも剥離もない障壁をパターニングすることができた。続いて、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁を、基板側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、障壁によって区画された領域に、膜厚10μmの赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色散乱体層をパターン形成した。
次に、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層と、障壁および構造物とによって生じる蛍光体基板の表面高さの不釣り合いを最小限に抑えるために、基板の一方の面の全面に、スピンコート法により、厚さ20μmとなるようにアクリル樹脂を塗布し、120℃にて30分加熱することにより、平坦化層を形成した。
次に、平坦化層上に、EB蒸着法により、酸化チタン(TiO:屈折率=2.30)と酸化シリコン(SiO:屈折率=1.47)を交互に6層成膜して、膜厚2μmの波長選択反射膜を形成し、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層がパターン形成された蛍光体基板を得た。
なお、波長選択反射膜を、青色励起光を80%以上透過し、赤色蛍光および緑色蛍光を95%以上反射するように設計した。
「青色有機EL素子基板の作製」
次に、光源として用いる青色有機EL素子基板の作製方法について説明する。
厚さ0.7mmのガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚100nmとなるように、銀を成膜して反射膜とし、続いて、反射膜の上に、スパッタリング法により、膜厚20nmとなるように、インジウム−スズ酸化物(ITO)を成膜し、銀とITOとの積層膜からなる第一電極として反射電極(陽極)を形成した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極を、幅が30μm、ピッチが50μmとなるようにストライプ状にパターニングした。
次に、ガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚200nmとなるように、SiOをスパッタリング法により200nm積層した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極のエッジ部のみを覆うように、SiOをパターニングし、エッジカバーを形成した。ここでは、第一電極の端から2μm分だけ短辺側をSiOで覆う構造とした。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、120℃にて1時間乾燥させた。
次に、このガラス基板を、抵抗加熱蒸着装置内の基板ホルダーに固定し、1×10−4Pa以下の真空まで減圧し、有機発光層を含む有機EL層を抵抗加熱蒸着法により形成した。
まず、正孔注入材料として、1,1−ビス−ジ−4−トリルアミノ−フェニル−シクロヘキサン(TAPC)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚100nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔輸送材料として、N,N’−di−1−ナフチル−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚40nmの正孔輸送層を形成した。
次に、正孔輸送層上に、厚さ30nmの青色有機発光層を形成した。ここでは、真空蒸着法により、1,4−ビス−トリフェニルシリル−ベンゼン(UGH−2)(ホスト材料)とビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)(青色燐光発光ドーパント)を、それぞれの蒸着速度を1.5Å/sec、0.2Å/secとし、共蒸着することにより、この青色有機発光層を形成した。
次に、青色有機発光層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)を用いて、厚さ10nmの正孔防止層を形成した。
次に、正孔防止層上に、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq)を用いて、厚さ30nmの電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を用いて、厚さ0.5nmの電子注入層を形成した。
この後、電子注入層上に、半透明電極からなる第二電極を形成した。
まず、金属蒸着用チャンバーに、前記の各部位が形成されたガラス基板を固定した。
次に、第二電極形成用のシャドーマスク(第一電極のストライプと対向する向きに幅30μm、ピッチ50μmのストライプ状に、第二電極を形成できるように開口部が空いているマスク)とガラス基板をアライメントし、電子注入層の表面に、真空蒸着法により、マグネシウムと銀を、それぞれの蒸着速度を0.1Å/sec、0.9Å/secとし、共蒸着することにより、電子注入層上に、厚さ1nmのマグネシウム銀を、所望のパターンで形成した。
さらに、干渉効果を強調する目的、および、第二電極での配線抵抗による電圧降下を防止する目的で、真空蒸着法により、銀を、蒸着速度を1Å/secとし、蒸着することにより、マグネシウム銀上に、厚さ19nmの銀を、所望のパターンで形成した。これにより、第二電極を形成した。
ここで、有機EL素子としては、反射電極(第一電極)と半透過電極(第二電極)間でマイクロキャビティ効果(干渉効果)が発現し、正面輝度を高めることが可能となり、有機EL素子からの発光エネルギーをより効率よく、蛍光体層および散乱体層に伝搬させることが可能となる。また、マイクロキャビティ効果により、発光ピークを460nm、半値幅を50nmに調整した。
次に、プラズマCVD法により、膜厚3μmのSiOからなる無機保護層を、シャドーマスクを用いて表示部の端から上下左右2mmの封止エリアまでパターニング形成した。
以上により、青色有機EL素子を備えた青色有機EL素子基板を作製した。
次に、青色有機EL素子基板と蛍光体基板とを、表示部の外に形成されている位置合わせマーカーにより位置合わせを行った。なお、予め蛍光体基板には熱硬化性樹脂が塗布されており、熱硬化性樹脂を介して両基板を密着し、80℃にて2時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。また、上記の貼り合わせ工程は、有機EL素子の水分による劣化を防止する目的で、ドライエアー環境下(水分量:−80℃)で行った。
最後に、周辺に形成した端子を外部電源に接続し、有機EL表示装置を得た。
ここで、外部電源により、所望の電流を、所望のストライプ状電極に印加することにより、青色有機EL素子を任意にスイッチング可能な励起光源として使用し、赤色蛍光体層で青色励起光を赤色光に変換し、緑色蛍光体層で青色励起光を緑色光に変換し、かつ、青色散乱体層に青色励起光を通過させることにより、等方的な青色発光を得ることができた。これにより、クロストークを生じることがなく、色にじみもないフルカラー表示が可能となり、良好な画像を得ることができた。また、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、側方への発光を、障壁で光取出し方向へ取り出すとともに、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、光取出し方向とは反対側への発光を、波長選択反射膜で光取出し方向へ取り出しているので、有機EL表示装置を低消費電力で駆動することができた。
[実験例13]
図50は、実験例13の蛍光体基板を示す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のL−L線に沿う断面図である。
「蛍光体基板の作製」
基板341として、厚さ0.7mm、10cm×10cm角のガラス基板を用いた。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、基板341の一方の面341aの全面に、スピンコート法により、中空粒子を含有したアクリル樹脂を全面に塗布した。その後、200℃にて1時間焼成し、膜厚1μmの低屈折率層342(n=1.21)を形成した。
次に、低屈折率層342上に、スピンコート法により、カーボンブラックを含有したネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて1時間焼成し、膜厚1μmの遮光膜を形成した。
次に、その遮光膜に、基板341上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(350mJ/cm)を照射し、遮光膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、220℃にて1時間焼成することにより、幅30μmの遮光層343をパターン形成した。
次に、基板341の一方の面341aの全面に、スピンコート法により、ネガ型レジストを全面に塗布した。その後、90℃にて30分焼成し、膜厚10μmの光透過膜を形成した。
次に、その光透過膜に、基板341上の各画素を囲む格子状にパターニングするための遮光マスクを被せて、i線(250mJ/cm)を照射し、光透過膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、光透過膜を1分間現像し、純水でリンス処理を行った後、150℃にて1時間焼成することにより、遮光層343上に、基板341側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなす光透過部344をパターン形成した。なお、光透過部344において、基板341の一方の面341a側の部分の幅を10μm、上面(基板341の一方の面341a側の面とは反対側の面)344aの幅を9μmとした。
次に、光透過部344の表面に、真空蒸着法により、銀を膜厚100nmでパターン形成し、光不透過部345を得た。
次に、光不透過部345がパターニングされた基板341の一方の面341a全面を覆うように、スピンコート法により、酸化チタンおよび硫酸バリウムを含有した白色ポジ型レジストを塗布した。その後、80℃にて30分焼成し、膜厚15μmの塗膜を形成した。
次に、その塗膜に、障壁346の幅が25μm、障壁346のピッチが100μmとなる3行×3列の障壁枠を形成するための遮光マスクを被せて、i線(300mJ/cm)を照射し、塗膜を露光した。続いて、現像液としてアルカリ現像液を用いて、塗膜を1分間現像したところ、ヨレも剥離もない障壁をパターニングすることができた。続いて、純水でリンス処理を行った後、120℃にて1時間焼成することにより、障壁346を、基板341側から離れるに従って次第に幅が狭くなっていくテーパー形状をなすように、パターニングした。
次に、障壁346によって区画された領域に、膜厚10μmの赤色蛍光体層347、緑色蛍光体層348、青色散乱体層349をパターン形成した。
次に、赤色蛍光体層347、緑色蛍光体層348および青色散乱体層349と、障壁346および構造物とによって生じる蛍光体基板340の表面高さの不釣り合いを最小限に抑えるために、基板341の一方の面341aの全面に、スピンコート法により、厚さ20μmとなるようにアクリル樹脂を塗布し、120℃にて30分加熱することにより、平坦化層350を形成した。
次に、平坦化層350上に、スピンコート法により中空粒子を含有したアクリル樹脂を全面に塗布し、200℃にて1時間焼成することにより、膜厚1μmの低屈折率層(n=1.21) 351を形成した。
次に、低屈折率層351上に、EB蒸着法により、酸化チタン(TiO:屈折率=2.30)と酸化シリコン(SiO:屈折率=1.47)を交互に6層成膜して、膜厚2μmの波長選択反射膜352を形成し、赤色蛍光体層347、緑色蛍光体層348および青色散乱体層349がパターン形成された蛍光体基板340を得た。
なお、波長選択反射膜352を、青色励起光を80%以上透過し、赤色蛍光および緑色蛍光を95%以上反射するように設計した。
「青色有機EL素子基板の作製」
次に、光源として用いる青色有機EL素子基板の作製方法について説明する。
厚さ0.7mmのガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚100nmとなるように、銀を成膜して反射膜とし、続いて、反射膜の上に、スパッタリング法により、膜厚20nmとなるように、インジウム−スズ酸化物(ITO)を成膜し、銀とITOとの積層膜からなる第一電極として反射電極(陽極)を形成した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極を、幅が30μm、ピッチが50μmとなるようにストライプ状にパターニングした。
次に、ガラス基板上に、スパッタリング法により、膜厚200nmとなるように、SiOを積層した。続いて、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極のエッジ部のみを覆うように、SiOをパターニングし、エッジカバーを形成した。ここでは、第一電極の端から2μm分だけ短辺側をSiOで覆う構造とした。これを水洗した後、純水超音波洗浄を10分、アセトン超音波洗浄を10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄を5分行い、120℃にて1時間乾燥させた。
次に、このガラス基板を、抵抗加熱蒸着装置内の基板ホルダーに固定し、1×10−4Pa以下の真空まで減圧し、有機発光層を含む有機EL層を抵抗加熱蒸着法により形成した。
まず、正孔注入材料として、1,1−ビス−ジ−4−トリルアミノ−フェニル−シクロヘキサン(TAPC)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚100nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔輸送材料として、N,N’−di−1−ナフチル−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚40nmの正孔輸送層を形成した。
次に、正孔輸送層上に、厚さ30nmの青色有機発光層を形成した。ここでは、真空蒸着法により、1,4−ビス−トリフェニルシリル−ベンゼン(UGH−2)(ホスト材料)とビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)(青色燐光発光ドーパント)を、それぞれの蒸着速度を1.5Å/sec、0.2Å/secとし、共蒸着することにより、この青色有機発光層を形成した。
次に、青色有機発光層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)を用いて、厚さ10nmの正孔防止層を形成した。
次に、正孔防止層上に、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq)を用いて、厚さ30nmの電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を用いて、厚さ0.5nmの電子注入層を形成した。
この後、電子注入層上に、半透明電極からなる第二電極を形成した。
まず、金属蒸着用チャンバーに、前記の各部位が形成されたガラス基板を固定した。
次に、第二電極形成用のシャドーマスク(第一電極のストライプと対向する向きに幅30μm、ピッチ50μmのストライプ状に、第二電極を形成できるように開口部が空いているマスク)とガラス基板をアライメントし、電子注入層の表面に、真空蒸着法により、マグネシウムと銀を、それぞれの蒸着速度を0.1Å/sec、0.9Å/secとし、共蒸着することにより、電子注入層上に、厚さ1nmのマグネシウム銀を、所望のパターンで形成した。
さらに、干渉効果を強調する目的、および、第二電極での配線抵抗による電圧降下を防止する目的で、真空蒸着法により、銀を、蒸着速度を1Å/secとし、蒸着することにより、マグネシウム銀上に、厚さ19nmの銀を、所望のパターンで形成した。これにより、第二電極を形成した。
ここで、有機EL素子としては、反射電極(第一電極)と半透過電極(第二電極)間でマイクロキャビティ効果(干渉効果)が発現し、正面輝度を高めることが可能となり、有機EL素子からの発光エネルギーをより効率よく、蛍光体層および散乱体層に伝搬させることが可能となる。また、マイクロキャビティ効果により、発光ピークを460nm、半値幅を50nmに調整した。
次に、プラズマCVD法により、膜厚3μmのSiOからなる無機保護層を、シャドーマスクを用いて表示部の端から上下左右2mmの封止エリアまでパターニング形成した。
以上により、青色有機EL素子を備えた青色有機EL素子基板を作製した。
次に、青色有機EL素子基板と蛍光体基板とを、表示部の外に形成されている位置合わせマーカーにより位置合わせを行った。なお、予め蛍光体基板には熱硬化性樹脂が塗布されており、熱硬化性樹脂を介して両基板を密着し、80℃にて2時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。また、上記の貼り合わせ工程は、有機EL素子の水分による劣化を防止する目的で、ドライエアー環境下(水分量:−80℃)で行った。
最後に、周辺に形成した端子を外部電源に接続し、有機EL表示装置を得た。
ここで、外部電源により、所望の電流を、所望のストライプ状電極に印加することにより、青色有機EL素子を任意にスイッチング可能な励起光源として使用し、赤色蛍光体層347で青色励起光を赤色光に変換し、緑色蛍光体層348で青色励起光を緑色光に変換し、かつ、青色散乱体層349に青色励起光を通過させることにより、等方的な青色発光を得ることができた。これにより、クロストークを生じることがなく、色にじみもないフルカラー表示が可能となり、良好な画像を得ることができた。また、赤色蛍光体層347、緑色蛍光体層348および青色散乱体層349からの等方的な発光のうち、側方への発光を、障壁346で光取出し方向へ取り出すとともに、赤色蛍光体層347、緑色蛍光体層348および青色散乱体層349からの等方的な発光のうち、光取出し方向とは反対側への発光を、波長選択反射膜352で光取出し方向へ取り出しているので、有機EL表示装置を低消費電力で駆動することができた。
さらに、本実験例では、蛍光体層を低屈折率層で挟んでいるので波長選択反射膜352で蛍光が複数回反射することによる損失を低減できるため、実験例12よりもさらに光取出し効率を高めることができた。また、実験例12では、外光が障壁346によって散乱して明室コントラストを下げていたのに対し、本実験例では、障壁346と基板341の間には遮光層343が設けられているため、外光が遮光層343で吸収され、明室コントラストを向上させることができた。
なお、本実施例では、低屈折率層として中空粒子を用いた層を形成したが、本発明はこれに限定されず、低屈折率層としては、フッ素樹脂等の単一樹脂層でもよいし、エアロゲル等を用いてもよい。また、屈折率は低ければ低いほど好ましいので、低屈折率層として気体を用いてもよい。
[実験例14]
(アクティブ駆動型青色有機EL+蛍光体方式の実施例)
「蛍光体基板の作製」
実験例9と同様にして、蛍光体基板を作製した。
「アクティブ駆動型青色有機EL素子基板の作製」
図30に示すようなアクティブ駆動型青色有機EL素子基板を作製した。
基板として、厚さ0.7mm、100mm×100mm角のガラス基板を用い、このガラス基板上に、PECVD法により、アモルファスシリコン半導体膜を形成した。
次に、アモルファスシリコン半導体膜の結晶化処理を施すことにより、多結晶シリコン半導体膜を形成した。
次に、フォトリソグラフィー法により、多結晶シリコン半導体膜を複数の島状にパターニングした。続いて、パターニングした多結晶シリコン半導体層上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極層をこの順番で形成し、フォトリソグラフィー法により、パターニングを行った。
次に、パターニングした多結晶シリコン半導体膜にリン等の不純物元素をドーピングすることにより、ソース領域およびドレイン領域を形成し、TFT素子を作製した。
その後、平坦化膜を形成した。平坦化膜としては、PECVD法により形成した窒化シリコン膜、スピンコート法により形成したアクリル系樹脂層を、この順で積層し、形成した。
まず、窒化シリコン膜を形成した後、窒化シリコン膜とゲート絶縁膜とを一括してエッチングすることにより、ソース領域および/またはドレイン領域に通ずるコンタクトホールを形成し、続いて、ソース配線を形成した。その後、アクリル系樹脂層を形成し、ゲート絶縁膜および窒化シリコン膜に穿設したドレイン領域のコンタクトホールと同じ位置に、ドレイン領域に通ずるコンタクトホールを形成し、続いて、ソース配線を形成した。
その後、アクリル系樹脂層を形成し、ゲート絶縁膜および窒化シリコン膜に穿設したドレイン領域のコンタクトホールと同じ位置に、ドレイン領域に通ずるコンタクトホールを形成し、アクティブマトリクス基板を得た。
平坦化膜としての機能は、アクリル系樹脂層で実現される。
なお、TFT素子のゲート電位を定電位にするためのコンデンサーは、スイッチング用TFT素子のドレインと、駆動用TFT素子のソースとの間に、層間絶縁膜等の絶縁膜を介することで形成した。
アクティブマトリクス基板上に、平坦化膜を貫通して駆動用TFT素子と、赤色発光有機EL素子の第一電極、緑色発光有機EL素子の第一電極、青色発光有機EL素子の第一電極とをそれぞれ電気的に接続するコンタクトホールを設けた。
次に、各画素を駆動するためのTFT素子と接続した平坦化膜を貫通して設けられたコンタクトホールに電気的に接続するように、スパッタリング法により、各画素の第一電極(陽極)を形成した。
第一電極は、スパッタリング法により、反射電極Al(アルミニウム)を150nmと透明電極IZO(酸化インジウム−酸化亜鉛)を20nmの膜厚で積層して形成し、各画素に対応した形状に、従来のフォトリソグラフィー法により、パターニングを行った。
ここでは、第一電極の面積を、70μm×70μmとした。また、100mm×100mm角の基板に対して、表示部は80mm×80mmであり、表示部の上下左右に幅2mmの封止エリアを設け、短辺側にはさらに封止エリアの外にそれぞれ2mmの端子取出し部を設けた。長辺側には、折り曲げを行う方に、2mmの端子取出し部を設けた。
次に、第一電極のSiOを、スパッタリング法により、200nm積層し、従来のフォトリソグラフィー法により、第一電極のエッジ部を覆うように、パターニングした。ここでは、第一電極の端から2μm分だけ4辺をSiOで覆う構造とし、エッジカバーとした。
次に、上記のアクティブマトリクス基板を洗浄した。アクティブマトリクス基板の洗浄では、例えば、アセトン、イソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄を10分間行い、次に、UV−オゾン洗浄を30分間行った。
次に、この基板を、インライン型抵抗加熱蒸着装置内の基板ホルダーに固定し、1×10−4Pa以下の真空まで減圧し、有機発光層を含む有機層を抵抗加熱蒸着法により形成した。
まず、正孔注入材料として、1,1−ビス−ジ−4−トリルアミノ−フェニル−シクロヘキサン(TAPC)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚100nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔輸送材料として、N,N’−di−l-ナフチル−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)を用いて、抵抗加熱蒸着法により、膜厚40nmの正孔輸送層を形成した。
次に、正孔輸送層上に、厚さ30nmの青色有機発光層を形成した。ここでは、真空蒸着法により、1,4−ビス−トリフェニルシリル−ベンゼン(UGH−2)(ホスト材料)とビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)(青色燐光発光ドーパント)を、それぞれの蒸着速度を1.5Å/sec、0.2Å/secとし、共蒸着することにより、この青色有機発光層を形成した。
次に、青色有機発光層上に、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)を用いて、厚さ10nmの正孔防止層を形成した。
次に、正孔防止層上に、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq)を用いて、厚さ30nmの電子輸送層を形成した。
次に、電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を用いて、厚さ0.5nmの電子注入層を形成した。
この後、電子注入層上に、半透明電極からなる第二電極を形成した。
まず、金属蒸着用チャンバーに、前記の各部位が形成されたガラス基板を固定した。
次に、第二電極形成用のシャドーマスク(第一電極のストライプと対向する向きに幅2mmのストライプ状に、第二電極を形成できるように開口部が空いているマスク)とガラス基板をアライメントし、電子注入層の表面に、真空蒸着法により、マグネシウムと銀を、それぞれの蒸着速度を0.1Å/sec、0.9Å/secとし、共蒸着することにより、電子注入層上に、厚さ1nmのマグネシウム銀を、所望のパターンで形成した。
さらに、干渉効果を強調する目的、および、第二電極での配線抵抗による電圧降下を防止する目的で、真空蒸着法により、銀を、蒸着速度を1Å/secとし、蒸着することにより、マグネシウム銀上に、厚さ19nmの銀を、所望のパターンで形成した。これにより、第二電極を形成した。
ここで、有機EL素子としては、反射電極(第一電極)と半透過電極(第二電極)間でマイクロキャビティ効果(干渉効果)が発現し、正面輝度を高めることが可能となり、有機EL素子からの発光エネルギーをより効率よく、蛍光体層および散乱体層に伝搬させることが可能となる。また、マイクロキャビティ効果により、発光ピークを460nm、半値幅を50nmに調整した。
次に、プラズマCVD法により、膜厚3μmのSiOからなる無機保護層を、シャドーマスクを用いて表示部の端から上下左右2mmの封止エリアまでパターニング形成した。
以上により、青色有機EL素子を備えたアクティブ駆動型青色有機EL素子基板を作製した。
次に、アクティブ駆動型青色有機EL素子基板と蛍光体基板とを、表示部の外に形成されている位置合わせマーカーにより位置合わせを行った。なお、予め蛍光体基板には熱硬化性樹脂が塗布されており、熱硬化性樹脂を介して両基板を密着し、90℃にて2時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。また、上記の貼り合わせ工程は、有機EL素子の水分による劣化を防止する目的で、ドライエアー環境下(水分量:−80℃)で行った。
次に、光取り出し側の基板に、偏光板を貼り合わせた。
最後に、短辺側に形成した端子を、ソースドライバを介して電源回路に、長辺側に形成した端子を、ゲートドライバを介して外部電源に接続し、80mm×80mm角の表示部を持つアクティブ駆動型青色有機EL表示装置を得た。
ここで、外部電源により、所望の電流を、所望のストライプ状電極に印加することにより、青色有機EL素子を任意にスイッチング可能な励起光源として使用し、赤色蛍光体層で青色励起光を赤色光に変換し、緑色蛍光体層で青色励起光を緑色光に変換し、かつ、青色散乱体層に青色励起光を通過させることにより、等方的な青色発光を得ることができた。これにより、クロストークを生じることがなく、色にじみもないフルカラー表示が可能となり、良好な画像を得ることができた。また、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、側方への発光を、障壁で光取出し方向へ取り出すとともに、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、光取出し方向とは反対側への発光を、波長選択反射膜で光取出し方向へ取り出しているので、アクティブ駆動型青色有機EL表示装置を低消費電力で駆動することができた。
[実験例15]
(青色LED+蛍光体方式の実施例)
「蛍光体基板の作製」
実験例9と同様にして、蛍光体基板を作製した。
「青色LED基板の作製」
TMG(トリメチルガリウム)とNHとを用い、反応容器にセットしたサファイア基板のC面に550℃でGaNからなるバッファ層を、膜厚60nmで成長させた。
次に、温度を1050℃まで上げ、TMG、NHに加えてSiHガスを用い、Siドープn型GaNよりなるn型コンタクト層を、膜厚5μmで成長させた。
続いて、原料ガスにTMA(トリメチルアルミニウム)を加え、同じく1050℃でSiドープn型Al0.3Ga0.7N層からなる第2のクラッド層を、膜厚0.2μmで成長させた。
次に、温度を850℃に下げ、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、NHおよびSiHを用い、Siドープn型In0.01Ga0.99Nからなる第一のn型クラッド層を、膜厚60nmで成長させた。
続いて、TMG、TMIおよびNHを用い、850℃でノンドープIn0.05Ga0.95Nからなる活性層を、膜厚5nmで成長させた。
さらに、TMG、TMI、NHに加えて、新たにCPMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、850℃でMgドープp型In0.01Ga0.99Nからなる第一のp型クラッド層を、膜厚60nmで成長させた。
次に、温度を1100℃に上げ、TMG、TMA、NH、CPMgを用い、Mgドープp型Al0.3Ga0.7Nからなる第二のp型クラッド層を、膜厚150nmで成長させた。
続いて、1100℃でTMG、NHおよびCPMgを用い、Mgドープp型GaNからなるp型コンタクト層を、膜厚600nmで成長させた。
以上の操作終了後、温度を室温まで下げて、反応容器からウェーハを取り出し、720℃でウェーハのアニーリングを行い、p型層を低抵抗化した。
次に、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、n型コンタクト層の表面が露出するまでエッチングした。
エッチング後、n型コンタクト層の表面にチタン(Ti)とアルミニウム(Al)からなる負電極、p型コンタクト層の表面に、ニッケル(Ni)と金(Au)からなる正電極を形成した。
電極形成後、ウェーハを350μm角のチップに分離した後、別に用意してある外部回路に接続するための配線が形成されている基板上に、作製したLEDチップをUV硬化樹脂で固定して、LEDチップと基板上の配線を電気的に接続し、青色LEDからなる光源基板(青色LED基板)を作製した。
次に、以上のようにして作製した光源基板と蛍光体基板を、表示部の外に形成されているアライメントマーカーにより位置合わせを行った。
なお、蛍光体基板には、予め熱硬化性樹脂が塗布されており、熱硬化性樹脂を介して両基板を密着し、80℃にて2時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。また、上記の貼り合わせ工程は、ドライエアー環境下(水分量:−80℃)で行った。
最後に、周辺に形成されている端子を外部電源に接続することにより、青色LED表示装置を得た。
ここで、外部電源により、所望の電流を、所望のストライプ状電極に印加することにより、青色LEDを任意にスイッチング可能な励起光源として使用し、赤色蛍光体層で青色励起光を赤色光に変換し、緑色蛍光体層で青色励起光を緑色光に変換し、かつ、青色散乱体層に青色励起光を通過させることにより、等方的な青色発光を得ることができた。これにより、クロストークを生じることがなく、色にじみもないフルカラー表示が可能となり、良好な画像を得ることができた。また、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、側方への発光を、障壁で光取出し方向へ取り出すとともに、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色散乱体層からの等方的な発光のうち、光取出し方向とは反対側への発光を、波長選択反射膜で光取出し方向へ取り出しているので、青色LED表示装置を低消費電力で駆動することができた。
本発明は、隣接する画素間における発光にじみを防止するとともに、光の取り出し効率に優れる障壁を備えた蛍光体基板により、クロストークを防いで、高画質な表示装置および照明装置を提供することができる。
10 蛍光体基板
11 基板
12R,12G,12B 蛍光体層
13 障壁
14 光不透過部
15 光透過部
16 光反射部
17 光吸収部
21 光吸収部
22 光反射部
30 表示装置
31 接着層
32 光源基板
33 基板
34 光源
40 LED基板
41 基板
42 第一のバッファ層
43 n型コンタクト層
44 第二のn型クラッド層
45 第一のn型クラッド層
46 活性層
47 第一のp型クラッド層
48 第二のp型クラッド層
49 第二のバッファ層
50 陰極
51 陽極
60 有機EL素子基板
61 基板
62 有機EL素子
63 第一電極
64 有機EL層
65 第二電極
66 正孔注入層
67 正孔輸送層
68 有機発光層
69 正孔防止層
70 電子輸送層
71 電子注入層
81 スイッチング用TFT
82 駆動用TFT
83 発光部
90 表示装置
91 画素部
92 ゲート信号側駆動回路
93 データ信号側駆動回路
94 信号配線
95 電流供給線
96 フレキシブルプリント配線板
97 外部駆動回路
100 有機EL素子基板
110 有機EL層
120 基板
130 TFT
131 ゲート電極
132 ゲート線
133 ゲート絶縁膜
134 ソース電極
135 ドレイン電極
136 データ線
137 平坦化膜
138 コンタクトホール
150 無機EL素子基板
151 基板
152 無機EL素子
153 第一電極
154 第一誘電体層
155 発光層
156 第二誘電体層
157 第二電極
160 シーリングライト(照明装置)
161 発光部
162 吊下線
163 電源コード
170 照明スタンド(照明装置)
171 発光部
172 スタンド
173 メインスイッチ
174 電源コード
180 携帯電話
181 音声入力部
182 音声出力部
183 アンテナ
184 操作スイッチ
185 表示部
186 筐体
190 薄型テレビ
191 表示部
192 スピーカ
193 キャビネット
194 スタンド
200 携帯型ゲーム機
201,202 操作ボタン
203 外部接続端子
204 表示部
205 筐体
210 ノートパソコン
211 表示部
212 キーボード
213 タッチパッド
214 メインスイッチ
215 カメラ
216 記録媒体スロット
217 筐体
220 タブレット端末
221 表示部(タッチパネル)
222 カメラ
223 筐体

Claims (14)

  1. 基板と、前記基板上に設けられ、励起光源から入射した励起光により蛍光を生じる蛍光体層と、前記蛍光体層の側面を囲む障壁と、を備え、
    前記障壁の前記蛍光体層と接する側面のうち少なくとも一部が光散乱性または光反射性を有し、前記障壁の一部に光不透過部が設けられていることを特徴とする蛍光体基板。
  2. 前記障壁の内部に光不透過部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体基板。
  3. 前記光不透過部は、光吸収部および/または光反射部からなることを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光体基板。
  4. 前記光不透過部は、テーパー形状をなしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蛍光体基板。
  5. 前記光不透過部の高さは、前記蛍光体層の膜厚以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蛍光体基板。
  6. 前記障壁は、光散乱性粒子または光反射性粒子を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蛍光体基板。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の蛍光体基板と、前記蛍光体層に照射する励起光を射出する発光素子を有する光源と、を備えたことを特徴とする表示装置。
  8. 赤色光による表示を行う赤色画素と、緑色光による表示を行う緑色画素と、青色光による表示を行う青色画素と、を少なくとも含む複数の画素が備えられ、
    前記光源から前記励起光としての紫外光が射出され、
    前記蛍光体層として、前記赤色画素に前記紫外光を前記励起光として赤色光を発する赤色蛍光体層が設けられ、前記緑色画素に前記紫外光を前記励起光として緑色光を発する緑色蛍光体層が設けられ、前記青色画素に前記紫外光を前記励起光として青色光を発する青色蛍光体層が設けられたことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  9. 赤色光による表示を行う赤色画素と、緑色光による表示を行う緑色画素と、青色光による表示を行う青色画素と、を少なくとも含む複数の画素が備えられ、
    前記光源から前記励起光としての青色光が射出され、
    前記蛍光体層として、前記赤色画素に前記青色光を前記励起光として赤色光を発する赤色蛍光体層が設けられ、前記緑色画素に前記青色光を前記励起光として緑色光を発する緑色蛍光体層が設けられ、
    前記青色画素に前記青色光を散乱させる散乱層が設けられたことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  10. 前記光源は、前記複数の画素に対応して設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子をそれぞれ駆動する複数の駆動素子と、を備えたアクティブマトリクス駆動方式の光源であることを特徴とする請求項8または9に記載の表示装置。
  11. 前記光源は、発光ダイオード、有機エレクトロルミネセンス素子、無機エレクトロルミネセンス素子のいずれかであることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 前記光源は、光射出面から光を射出する面状光源であり、
    前記面状光源と前記蛍光体基板との間に、前記画素毎に前記面状光源から射出された光の透過率を制御可能な液晶素子が設けられたことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 前記光源は、指向性を有することを特徴とする請求項7〜12のいずれか1項に記載の表示装置。
  14. 請求項1〜6のいずれか1項に蛍光体基板と、前記蛍光体層に照射する励起光を射出する発光素子を有する光源と、を備えたことを特徴とする記載の照明装置。
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