JP2014103185A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な微細加工技術を要する機械的構造を持つ素子を用いることなく、外光反射低減の効果と発光層から発した光の損失低減の効果を両立することができる有機ＥＬ素子を、提供する。
【解決手段】
反射電極１と透明電極２の間に存する発光層３ａは、所定方向に旋回する円偏光のみからなる光を発する円偏光発光性希土類錯体からなる。透明電極２に対向して、透明電極２側から順に、λ／４板５及び直線偏光板６が配置されている。直線方向偏光板６が透過する直線偏光の振動方向は、発光層３ａから発した円偏光がλ／４によって変換されれてなる直線偏光の振動方向と合致する方向に向けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electroluminescence）表示素子を用いた表示装置に、関する。

近年、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置が開発されている。かかる有機ＥＬ素子は、画素毎に発光する発光層が備えられ、当該発光層に供給する電流量自体を調整することによって発光光量を調整することができるので、エネルギー効率に優れているという特徴を有している。
このような有機ＥＬ素子を用いた表示装置において、コントラストを向上させ色再現性を向上させるには、外光に起因する反射光（ゴースト光）が外部へ射出されることを、防止する必要がある。
そのため、従来、有機ＥＬ素子の内部に侵入した外光が電極等によって反射された後に、再度外部に射出されることを防止するための工夫が、なされてきた（例えば、特許文献１及び２）。

上記特許文献１に記載された技術は、所謂ボトムエミッション方式の有機ＥＬ素子において、透明基板の表面（即ち、発光層が形成されている側とは反対側の面）に、基板側から順番にλ／４板及び直線偏光板を積層してなる円偏光フィルタを、設けたものである。

かかる円偏光フィルタに入射する外光は、一般に、左右各方向に夫々旋回する様々な楕円偏光（そのうち、Ｓ及びＰの各偏光成分の位相差が０度であるものが直線偏光であり、位相差が９０度であるものが円偏光である）の集合であり、かかる外光が円偏光フィルタを構成する直線偏光板に入射すると、所定の方向にのみ振動するベクトル成分のみが当該直線偏光板を透過し、残りのベクトル成分が当該直線偏光板によって吸収される。即ち、当該直線偏光板を透過する際に、外光の約半分のエネルギーが当該直線偏光板によって吸収される。

そして、直線偏光板を透過することによって所定方向にのみ振動する直線偏光とされた外光は、次にλ／４板を透過することによって、左右何れかに旋回する円偏光に変換される（Ｓ偏光成分の位相とＰ偏光成分の位相とが相対的にλ／４分シフトされる）。このようにして円偏光に変換された外光が有機ＥＬ素子内部で反射されると、Ｓ偏光成分の位相とＰ偏光成分の位相との遅れ／進みの関係が逆転するので、旋回の方向が逆転する。その為、かかる反射光が再度λ／４板を透過することによって直線偏光に戻されると、その振動方向は、入射時における直線偏光の振動方向に対して直交することになる。その結果、反射光の全エネルギーが直線偏光板によって吸収されることにって、表示面から外部に射出されることが防止されるのである。

また、上記特許文献２に記載された技術は、上述した特許文献１に記載された技術における直線偏光板の代わりに、外光に対する反射防止措置を施した金属グリッド構造体を備えたものである。かかる金属グリッド構造体は、直線偏光板と同様に、外光のうち所定の方向にのみ振動するベクトル成分のみを透過し、残りのベクトル成分を吸収する。金属グリッド構造体を透過することによって所定方向にのみ振動する直線偏光とされた外光は、λ／４板を透過することによって何れかの方向に旋回する円偏光に変換され、有機ＥＬ素子内部で反射されることによって旋回方向を逆転して、λ／４板に再入射することにより、入射時における直線偏光の振動方向に直交する方向に振動する直線偏光に変換される。その結果、当該反射光が金属グリッド構造体を透過することが阻止される。

ただし、当該反射光は、当該金属グリッド構造体によって吸収されずに反射されるので、再度円偏光に変換されて有機ＥＬ素子内に戻り、有機ＥＬ素子内で再度反射されることによって旋回方向を再逆転され（即ち、最初にλ／４板を透過した際の旋回方向に戻され）、再度λ／４板を透過することによって、入射時における直線偏光と同じ振動方向の直線偏光に変換されるので、今度は、金属グリッド構造体を透過して、外部へ射出されてしまう。もっとも、入射時における外光の光量と比較すると、最初に金属グリッド構造体を透過する際にエネルギーの５０％が吸収され、その後、有機ＥＬ素子内を２往復しているので、最終的に射出される反射光の光量は５０％未満となり、よって、外光反射低減の効果を限定的に見込めるものとなっている。

特開２００４−２２６８４２号公報 特開２０１０−２４３７６９号公報

しかしながら、有機ＥＬ素子中の発光層において励起された光も左右に夫々旋回する円偏光が混在した光である。従って、特許文献１記載の構成によると、その半分のエネルギーが、円偏光フィルタによって吸収されて、損失となってしまうという問題がある。

この点、特許文献２記載の構成によると、発光層において励起された光のうち所定方向に旋回する円偏光成分はλ／４板を透過することによって金属グリッド構造体を透過できる直線偏光に変換されるが、他方向に旋回する円偏光成分は金属グリッド構造体の透過を阻止されるものの、上述した外光の反射光の場合と同様に、金属グリッド構造体によって反射されて、有機ＥＬ素子中で再反射されることによって旋回方向を逆転されるので、再度λ／４を透過した際には、金属グリッド構造体を透過できる方向に振動する直線偏光に変換される。

しかしながら、金属グリッド構造体の形成には、高度な微細加工技術を要するため、大面積表示装置に適用するのは困難である。また、金属グリッド構造体の素子構造が複雑になることから、その素子特性に悪影響が及ぶ製造過程上の品質劣化が発生する可能性が高くなる。また、上述したように第２実施形態による外光反射低減の効果は限定的にならざるを得ず、また、発光層から発した光のうちの半分の成分が有機ＥＬ素子内で多重反射するので、発光材料の自己吸収の影響を受けやすく、よって、必ずしも効率的に光を外部に取り出せるわけではない。

そこで、本発明は、特殊な微細加工技術を要する機械的構造を持つ素子を用いることなく、外光反射低減の効果と発光層から発した光の損失低減の効果を両立することができる有機ＥＬ素子を用いた表示装置の提供を、課題とする。

本発明による有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、透明な導電材料からなる透明電極と金属材料からなる反射電極によって挟まれた構造を有するとともに、これら透明電極と反射電極によって電流が供給されることによって所定方向に旋回する円偏光のみからなる光を発する有機発光層と、前記透明電極に対向して、当該透明電極側から順に配置されたλ／４板及び偏光素子とを備え、前記偏光素子が透過する直線偏光の振動方向が、前記有機発光層から発した光が前記λ／４板を透過することによって変換される直線偏光の振動方向と合致する方向に向けられていることを、特徴とする。

本発明によれば、特殊な微細加工技術を要する機械的構造を持つ素子を用いる必要がなく、また、外光反射低減の効果と発光層から発した光の損失低減の効果を、両立することができる。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略縦断面図 本発明の実施形態の作用の説明図

以下、本発明の一実施形態に係る表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置を構成する有機ＥＬ素子における何れか一つの画素をなす部分の縦断面図である。

図１に示すように、有機ＥＬ素子の主要な構成要素は、相互間に電圧が印加される一対の反射電極１及び透明電極２と、両電極１，２の間に挟まれることによって電流を供給される有機層３と、透明電極２から離間して平行に配置された円偏光フィルタ４である。なお、有機ＥＬ素子が所謂トップエミッション型の構造を採る場合には、反射電極１が図示せぬガラス基板上に形成されるとともに、円偏光フィルタ４も別個の図示せぬガラス基板上に形成される。これに対して有機ＥＬ素子が所謂ボトムエミッション型の構造を採る場合には、透明電極２が図示せぬガラス基板の一方の面上に形成されるとともに、円偏光フィルタ４が当該ガラス基板の他方の面上に形成される。

反射電極１は、例えばアルミニウムからなり、透明電極２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）からなる。
有機層３は、詳細に述べると、反射基板１側から順に、電子注入層，電子輸送層，有機発光層，ホール輸送層，ホール注入層を積層してなる構造を有している。有機層３を構成する各層の特性は、有機発光層を除き、従来のものと同じである。

これに対して、有機発光層は、本実施形態に特徴的な構成として、一方方向に旋回する円偏光のみを発光させる材料から構成されている。かかる材料としては、例えば、国際公開２０１１／１１６０７号において開示された、不斉ビスオキサゾリンピリジン骨格を有する配位子とアセチルアセトン誘導体からなる配位子が希土類イオンに配位して成る円偏光発光性希土類錯体を、用いることができる。かかる円偏光発光性希土類錯体からなる発光層に対して、透明電極２からホール注入層及びホール輸送層を介して正孔を注入するとともに、反射電極１から電子注入層及び電子輸送層を介して電子を注入すると、かかる円偏光発光性希土類錯体内で電子と正孔とが再結合することにより、何れか一方の旋回方向（図１の例では左回り）にのみ旋回する円偏光のみからなる光が、放射されるのである。

円偏光フィルタ４は、透明電極２側から順に、λ／４板５及び直線偏光板６から構成される。λ／４板５は、高分子延伸フィルムからなる位相差フィルムであり、偏光素子としての直線偏光板６は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系フィルムのような親水性高分子フィルムにヨウ素又は二色性染料を吸着させて延伸した偏光フィルムである。なお、直線偏光板６が透過させる直線偏光の振動方向は、発光層から発した円偏光がλ／４板５を透過することによって変換された直線偏光の振動方向（図２の例では）に、合致させられている。

以下、本実施形態による表示装置に用いられる有機ＥＬ素子の作用を、図２を参照して説明する。なお、図２は、説明を簡略化するために、図１に示された透明電極の図示を省略するともに、有機層３のうち発光層３ａのみを図示して残りの層の図示を省略した。

上述したように、発光層３ａから発した光は、所定方向（図２の例では左回り）に旋回する円偏光のみからなり、λ／４板５を透過することによって変換された直線偏光の振動方向は、直線偏光板６が透過する直線偏光の振動方向（図２の例では左右方向）に合致している。従って、発光層３ａから発した光は、直線偏光板６によるエネルギーの損失を受けることなく、外部へ射出される。

他方、外光が直線偏光板６に入射すると、そのエネルギーの半分が当該直線偏光板６によって吸収され、残りが所定振動方向（図２の例では左右方向）に振動する直線偏光に変換される。この直線偏光がλ／４板５を透過すると、上記所定方向（図２の例では左回り）に旋回する円偏光に変換される。この円偏光が有機ＥＬ層３に入射し、反射電極１に達すると、この反射電極１によって反射され、その際に、Ｓ偏光とＰ偏光の位相の遅れ／進みが逆転することにより、旋回方向が逆方向（図２の例では右回り）になる。当該逆方向（図２の例では右回り）に旋回する円偏光がλ／４板５に再入射して直線偏光に変換されると、その振動方向は、上記所定振動方向に直交する方向（図２の例では紙面に直交する方向）になる。従って、当該直線偏光の振動方向（図２の例では紙面に直交する方向）は、直線偏光板６が透過する直線偏光の振動方向（図２の例では左右方向）と直交するので、その全エネルギーが当該直線偏光板６によって吸収され、外部に射出されない。

以上に説明した通り、本実施形態の表示装置の有機ＥＬ素子によれば、従来の直線偏光板６をそのまま用いることができ、特殊な微細加工技術を要する機械的構造を持つ金属グリッド等の素子を用いる必要がない。また、発光層３ａの材料として特殊な材料を用いるものの、発光層３ａを形成する際に、特殊な微細加工技術を要することはない。それにも拘わらず、本実施形態の表示装置の有機ＥＬ素子によれば、内部に入射した外光が反射して外部へ射出することを完全に防止することができると同時に、発光層３ａから発した光の直線偏光板６の吸収による減衰を最低限に抑えることができ、発光した光を効率的に外部へ射出することができる。

本実施形態によると、発光した光の大部分のエネルギーを外部に射出できるので、従来の表示素子と比較して、同じ明るさの映像を表示させるために有機ＥＬ素子に印加する電圧を、相対的に下げることができる。よって、消費電力の低減と有機ＥＬ素子の高寿命化という効果を得ることができる。

なお、本実施形態において、一つの表示装置内に、左回りに旋回する円偏光を発する発光層３ａと当該左回りの円偏光を透過させる円偏光フィルタを有する１画面分の画素と、右回りに旋回する円偏光を発する発光層３ａと当該右回りの円偏光を透過させる円偏光フィルタを有する一画面分の画素とを混在させれば、３次元映像表示装置やマルチ映像表示装置などへの応用も可能になる。

１ 反射電極
３ａ 発光層
４ 円偏光フィルター
５ λ／４板
６ 直線偏光板

Claims (2)

1. 透明な導電材料からなる透明電極と金属材料からなる反射電極によって挟まれた構造を有するとともに、これら透明電極と反射電極によって電流が供給されることによって所定方向に旋回する円偏光のみからなる光を発する有機発光層と、
   前記透明電極に対向して、当該透明電極側から順に配置されたλ／４板及び偏光素子とを備え、
   前記偏光素子が透過する直線偏光の振動方向が、前記有機発光層から発した光が前記λ／４板を透過することによって変換される直線偏光の振動方向と合致する方向に向けられている
   ことを特徴とする有機ＥＬ素子を用いた表示装置。
2. 前記有機発光層は、円偏光発光性希土類錯体である
   ことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子を用いた表示装置。

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