JP2015200765A - 発光素子表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の環境が変化した場合であっても高い視認性で表示させることができる発光素子表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を有する基板と、基板上の複数の画素のそれぞれにおいて形成され、導電体からなる下部電極と、下部電極上に形成され、有機材料からなる発光層を含む有機層と、有機層上に形成され、導電体からなる上部電極と、下部電極より基板側に形成され、表示領域の各画素において共通の電位を有する反射電極層と、下部電極及び反射電極層の間に配置される高分子分散型液晶層と、周囲環境の光の強さを測定する外光センサと、外光センサの出力に基づいて反射電極層に印加する電位を変化させる反射電極制御部と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光素子表示装置に関する。

近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）等の自発光体を用いた発光素子表示装置が実用化されている。このようなＯＬＥＤを用いた有機ＥＬ（Electro-luminescent）表示装置をはじめとする発光素子表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

特許文献１は、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal：高分子分散型液晶）層を有する有機ＥＬ表示装置において、発光素子が発光している状態においてＰＤＬＣ層が透明性を示し、発光素子が発光していない状態においてＰＤＬＣ層が光吸収性を示すように制御される有機ＥＬ表示装置について開示している。

特許文献２は、有機エレクトロルミネッセンス素子において、有機発光層に接する電極の基板側に、散乱層及び吸収電極を設け、有機発光層が発光していない状態で散乱層は散乱性を有せず、有機発光層が発光している状態で散乱層は散乱性を有している有機エレクトロルミネッセンス素子について開示している。

特開２００６−２７６０８９号公報 特開２００８−０１６２７８号公報

有機ＥＬ表示装置は、観察者側からみて発光層の裏側に通常、発光効率を高めるための反射膜を有しているが、例えば室外等において外光が強い場合には、反射膜による外光の反射により画像の視認性が悪化したり、画面上に虹模様が発生することがあった。従来、このような外光反射の防止のために、円偏光板を表示パネルの上面に設置する構造が提案されているが、円偏光板の光透過率は５０％未満と低く、発光効率の低下につながることとなっていた。また、円偏光板の追加は、新たな製造工程を増加させることとなるため、製造コストの上昇にも繋がる恐れがあった。

本発明は上述の事情を鑑みてしたものであり、外光の環境が変化した場合であっても高い視認性で表示させることができる発光素子表示装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を有する基板と、前記基板上の前記複数の画素のそれぞれにおいて形成され、導電体からなる下部電極と、前記下部電極上に形成され、有機材料からなる発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成され、導電体からなる上部電極と、前記下部電極より前記基板側に形成され、前記表示領域の各画素において共通の電位を有する反射電極層と、前記下部電極及び前記反射電極層の間に配置される高分子分散型液晶層と、周囲環境の光の強さを測定する外光センサと、前記外光センサの出力に基づいて前記反射電極層に印加する電位を変化させる反射電極制御部と、を備えることを特徴とする発光素子表示装置である。

本発明の発光素子表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を有する基板と、前記基板上の前記複数の画素のそれぞれにおいて形成され、導電体からなる下部電極と、前記下部電極上に形成され、有機材料からなる発光層を含む有機層と、前記有機層上に形成され、導電体からなる上部電極と、前記下部電極より前記基板側に形成された反射電極層と、前記下部電極及び前記反射電極層の間に配置される高分子分散型液晶層と、を備え、前記反射電極層及び前記下部電極は電気容量を形成する、ことを特徴とする発光素子表示装置である。

ここで、「画素」は、発光素子を有する単位を意味し、画素が複数の発光素子で構成されることにより複数の副画素を有している場合には副画素を意味する。

また、本発明の発光素子表示装置において、前記反射電極層は、表示領域の各画素において共通の電位を有することとしてもよい。

また、本発明の発光素子表示装置において、階調電圧に基づく電位が印加されることにより前記発光層における発光を制御する駆動トランジスタを更に備え、前記反射電極層は、前記駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されていてもよい。また、この場合には、前記画素毎に形成されたスイッチを介して、前記反射電極層に電気的に接続される反射電極制御線を更に備えていてもよい。更に、この場合には、前記高分子分散型液晶層は、前記駆動トランジスタのゲート及び前記発光素子のアノード間の電位を保持する保持容量であってもよい。

また、本発明の発光素子表示装置において、前記反射電極層に印加する電位を変化させる反射電極制御部を更に備えていてもよい。この場合には、周囲環境の光の強さを測定する外光センサを更に備え、前記反射電極制御部は、前記外光センサの出力に基づいて前記反射電極層に印加する電位を変化させてもよい。

本発明の実施形態に係る発光素子表示装置である有機ＥＬ表示装置を概略的に示す図である。 図１のII−II線における断面を概略的に示す図である。 図１の画素に含まれる副画素の構成例について示す図である。 図１の画素に含まれる副画素の構成例について示す図である。 副画素のＴＦＴ基板側の断面の一例について拡大して示す図である。 図５の構成において、外光が弱いときの制御を説明するための図である。 図５の構成において、外光が強いときの制御を説明するための図である。 画素の回路の一例について示す回路図である。 図８に示された回路の第１変形例について示す回路図である。 図８に示された回路の第２変形例について示す回路図である。 図８に示された回路の第３変形例について示す回路図である。 図８に示された回路の第４変形例について示す回路図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１には、本発明の実施形態に係る発光素子表示装置である有機ＥＬ表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板１２０及び対向基板１５０の２枚の基板を有している。有機ＥＬ表示装置１００のＴＦＴ基板１２０及び対向基板１５０には、マトリクス状に配置された画素２１０からなる表示領域２０５が形成されている。ここで、各画素２１０は複数の副画素２１２（後述）から構成されている。

また、ＴＦＴ基板１２０は透明のガラス又は樹脂の絶縁材料からなる基板であり、ＴＦＴ基板１２０には、副画素２１２のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、画像信号線に対して副画素２１２の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動ＩＣ（Integrated Circuit）１８２が載置され、外部から画像信号等を入力するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）１８１が取付けられている。また、有機ＥＬ表示装置１００の環境における外光照度について測定する外光センサである照度センサ（輝度センサ）１８３を有していてもよく、この場合には照度センサ１８３の出力が、直接又は間接的に駆動ＩＣ１８２に通知される。更に、駆動ＩＣ１８２内には、照度センサ１８３の出力又は使用者の指示に基づいて表示品質を制御する反射電極制御部１８４を有している。ここで照度センサ等の外光センサは、発光素子表示装置を備える端末装置等に内蔵されたカメラや環境光センサとすることができる。なお、本実施形態においては、図の矢印に示されるように、ＴＦＴ基板１２０の発光層が形成された側に光を出射するトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置としている。

図２は、図１のII−II線における断面を概略的に示す図である。この断面図に示されるように、ＴＦＴ基板１２０には、ＴＦＴ回路が形成されたＴＦＴ回路層１６０と、ＴＦＴ回路層１６０上に形成された複数の発光素子である複数の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤを覆って水分を遮断する封止膜１２５と、を有している。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、各画素２１０に含まれる副画素２１２の数だけ形成されるが、図２では説明を分かりやすくするため、省略して記載している。また、対向基板１５０には、例えば３色又は４色のそれぞれ異なる波長領域の光を透過するカラーフィルタ及び各副画素２１２の境界から出射される光を遮断する遮光膜であるブラックマトリクスが形成されている。ＴＦＴ基板１２０と対向基板１５０との間の透明樹脂２２１は、シール剤２２２により封止されている。

なお、本実施形態においては、駆動ＩＣ１８２をＴＦＴ基板１２０上に配置することとしたが、駆動ＩＣ１８２をＦＰＣ１８１上に配置することとしてもよく、また、駆動回路はＴＦＴ基板１２０上に直接形成されることとしてもよい。また、ＴＦＴ基板１２０を柔軟な樹脂材料とし、対向基板１５０を有さない構成とすることもでき、この場合には、ＴＦＴ基板１２０をＦＰＣ１８１と一体とした構成であってもよい。また、本実施形態においては、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤにおいて白色を発光し、カラーフィルタを用いて３色又は４色の波長領域の光を透過する構成とするが、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤにおいて、例えば３色又は４色のそれぞれ異なる波長領域の光を発光する構成としてもよい。

図３は、図１の画素２１０に含まれる副画素２１２の構成例について示す図である。この図に示されるように画素２１０は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）Ｗ（白）の４種類の色に対応する波長領域の光を出射する略矩形の副画素２１２からなり、副画素２１２は同じ画素２１０内の他の副画素２１２と２辺が接するように田の字型に整列されている。なお、画素２１０における副画素２１２の構成は、図３の構成に限られず、図４に示されるようなＲＧＢの３色に対応する副画素２１２からなるストライプ構成であってもよく、また、ストライプ構成で更にＲＧＢＷの４種類の色を使用するものであってもよい。画素２１０を構成する副画素２１２の配置はこれらに限られず適宜定めることができる。

図５は、副画素２１２のＴＦＴ基板１２０側の断面の一例について拡大して示す図である。この図に示されるように、ＴＦＴ回路層１６０内の駆動トランジスタＤＲＴのソース／ドレインの一方は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＡｇ等からなり、副画素２１２毎に独立した下部電極１３１に接続されている。下部電極１３１の端部は、隣接する副画素２１２の下部電極１３１と絶縁性を保つための、絶縁材料からなる画素分離膜１３７に覆われており、画素分離膜１３７上と、下部電極１３１上で表示領域２０５を覆うように発光層を含む有機層１３３が成膜されている。更に、下部電極１３１と対となって発光層を発光させるための上部電極１３５が、ＩＴＯ等の透明電極により形成されている。上部電極１３５上には、有機層１３３の劣化を防ぐために、空気の侵入を防ぐ封止膜１２５が表示領域２０５を覆うように形成されている。また下部電極１３１の基板１２０側には、下部電極１３１に平行なＡｇ等からなる反射電極１３８が形成され、発光層において発光した光を表示面側に反射させている。また、反射電極１３８と下部電極１３１との間には、高分子分散型液晶からなる高分子分散型液晶層１３９が配置されている。ここで高分子分散型液晶は、反射電極１３８と下部電極１３１に電位差が生じ、電界が生じている場合には可視光を透過する透過状態となり、反射電極１３８と下部電極１３１に電位差がなく電界が発生していない場合には入射する光を散乱させる散乱状態となる性質を有している。また電界の大きさに応じ、これらの中間状態となることも可能である。

各副画素２１２においては、下部電極１３１と接続された駆動トランジスタＤＲＴが、各副画素２１２の階調電圧を反映した電流を流し、共通の電位に保たれた上部電極１３５と下部電極１３１との間の有機層１３３内の発光層を発光させる。有機層１３３は、上部電極１３５から出射される光が共振効果を利用して光が強められるように調整された膜厚を有する、所謂マイクロキャビティ効果を利用したものとすることができる。このマイクロキャビティ効果を利用する場合には特に正面輝度が高くなるように調整することができる。

なお、本実施形態では、有機層１３３は表示領域２０５を覆う層であることとし、各副画素２１２において、例えばＷ（白）等の発光を行うこととしているが、各副画素２１２毎に発光層を塗り分け、各画素２１０において異なる色の波長領域の光を発する副画素２１２を有する構成としていてもよい。

なお、反射電極１３８への電位の印加は、図１の反射電極制御部１８４を介して行われ、表示領域の外側の複数の箇所において配線と接触することにより、各副画素２１２の反射電極１３８に共通で均一な電位を印加させることができる。なお、図１では反射電極制御部１８４を駆動ＩＣ１８２内に設けることとしているが、駆動ＩＣ１８２以外の制御回路内に設けることとしてもよい。また、反射電極制御部１８４への指示は、手動により、つまり画面表示の設定機能を提供する画面等からタッチパネル等の入力装置を用いて行われることとしてもよいし、図１の照度センサ１８３の出力を用いて切替えることとしてもよい。この場合に透過状態と散乱状態と２段階だけでなく、印加する電圧を３段階以上又は無段階で連続的に切り替えることにより、透過状態と散乱状態との間を３段階以上又は無段階で連続的に切り替わることとしてもよい。また、表示領域２０５内の各反射電極１３８は共通の電位でなく、個別に異なる電位であってもよく、更に反射電極制御部１８４を用いない構成としてもよい。

図６及び７は、図５の構成における外光反射に対する制御を説明するための図であり、図６は、外光が弱いときの制御について説明するための図である。この図に示されるように、外光が弱いとき、例えば、照度センサ１８３からの出力に基づいて反射電極制御部１８４が外光が弱いと判定したときには、反射電極制御部１８４は、反射電極１３８に下部電極１３１との間に電位差を生じさせるような電圧を印加する。これにより反射電極１３８と下部電極１３１との間に生成された電界により、高分子分散型液晶層１３９は透過状態となる。このため、発光層で発光し基板１２０側へ向う光は、高分子分散型液晶層１３９を透過し、反射電極１３８で反射した後、再び高分子分散型液晶層１３９を透過して出射される。したがって、外光が弱いと判定された場合には、発光層で発光した光を反射を利用して効率よく出射させて、コントラストを高め視認性を向上させることができる。

図７は、外光が強いときの制御について説明するための図である。この図に示されるように、外光が強いとき、例えば、照度センサ１８３からの出力に基づいて反射電極制御部１８４が外光が強いと判定したときには、反射電極制御部１８４は、反射電極１３８に下部電極１３１と同電位又は同電位に近くなるような電位を印加する。これにより反射電極１３８と下部電極１３１との間には電界がほとんど発生せず、高分子分散型液晶層１３９は散乱状態となる。これにより表示面の外から反射電極１３８に向う外光は高分子分散型液晶層１３９で散乱され、ほとんど反射されることがないため、発光層で発光して外に向う光を妨げない。したがって、外光が強いと判定された場合には、反射電極１３８における外光の反射を抑え、視認性を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、照度センサ１８３による出力において、外光が強いと判定される場合には高分子分散型液晶層１３９を散乱状態とし、外光が弱いと判定される場合には高分子分散型液晶層１３９を透過状態とするように制御することとしたが、逆に外光が強いと判定される場合に散乱状態とし、外光が弱いと判定される場合に透過状態とすることもできる。これは、例えば外光反射を担う反射電極１３８が外光をどの程度反射するように設計されているか等の設計的要因により影響される。つまり、透過状態及び拡散状態を適切に選択することにより、外光の環境が変化した場合であっても高い視認性で表示させることができる。

図８は、上述の副画素２１２の回路の一例について示す回路図である。この図に示されるように、回路は、上部電極１３５、有機層１３３及び下部電極１３１とからなる有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと、アノード（下部電極１３１）側にソース／ドレインの一方が接続され、ソース／ドレインの他方が高基準電位Ｖddに接続された駆動トランジスタＤＲＴと、駆動トランジスタＤＲＴのゲートに接続され、映像信号電圧Ｖsigをゲートに印加する行選択スイッチＳＳＴと、駆動トランジスタＤＲＴのゲートとソース／ドレインの他方との間に形成された保持容量Ｃsと、反射電極１３８が接続された反射電極制御線１４１と、から構成され、下部電極１３１と反射電極１３８とは高分子分散型液晶層１３９を介して容量Ｃpを形成している。高分子分散型液晶層１３９の電界を形成する下部電極１３１及び反射電極１３８間の電位差（ΔＶ＝Ｖd−Ｖc）は、照度センサ１８３による出力、又は手動による指示等に基づいて、反射電極制御部１８４が反射電極電位Ｖcを変化させることにより制御される。

図９は、図８に示された回路の第１変形例について示す回路図である。図８の回路と異なる点は、反射電極１３８が駆動トランジスタＤＲＴのゲートに接続され、反射電極１３８と反射電極制御線１４１とは、スイッチＳＷを介して接続されている点である。反射電極１３８に対して映像信号電圧Ｖsigを印加した上で所望の反射電極電位Ｖcを重畳する回路となっている。スイッチＳＷを制御し、映像信号電圧Ｖsigを書込むタイミングをずらすことで重畳することができる。この回路では、映像信号電圧Ｖsigは保持容量Ｃsと容量Ｃpとに蓄積され、大きな容量を確保することができる。

図１０は、図８に示された回路の第２変形例について示す回路図である。図９の第１変形例の回路から、保持容量Ｃsを削除している点で異なっている。この場合には、図９の回路と同様に制御することができると共に、容量Ｃpを保持容量Ｃsとして機能させるため、図９において存在していた保持容量Ｃsの分の領域を有効活用することができる。

図１１は、図８に示された回路の第３変形例について示す回路図である。この例では、反射電極制御線１４１を有さず、反射電極１３８が駆動トランジスタＤＲＴのゲートに接続されている。また、駆動トランジスタＤＲＴのソース／ドレインの一方は、例えば、上部電極１３５の電位等の基準電位と補助容量Ｃadを形成している。このように構成することにより、反射電極１３８の制御電位として映像信号電圧Ｖsigを用いることができる。つまり、各副画素２１２の発光輝度と連動して高分子分散型液晶層１３９の拡散性を変化させることができる。この場合において、通常の高分子分散型液晶を用いた場合には、画素の発光輝度が高い場合に高分子分散型液晶層１３９が透過状態となり、画素の発光輝度が低い場合に高分子分散型液晶層１３９を散乱状態となる。しかしながら、電位差が大きいほど拡散性が高くなり、電位差が小さいほど透過性が高くなるリバース型の高分子分散型液晶を用いることにより、画素の発光輝度が高い場合に高分子分散型液晶層１３９を散乱状態とし、画素の発光輝度が低い場合に高分子分散型液晶層１３９を透過状態とすることができる。

図１２は、図８に示された回路の第４変形例について示す回路図である。この例では、第３変形例と同様に反射電極制御線１４１を有していない。また、駆動トランジスタＤＲＴのソース／ドレインの一方とゲートとで保持容量Ｃsを形成しており、反射電極１３８は反射電極電位Ｖcと接続され、補助容量Ｃadを形成している。この反射電極電位Ｖcは図８の場合と同様に、照度センサ１８３による出力、又は手動による指示等に基づいて、反射電極制御部１８４により制御されることとしてもよい。また、この場合においても上述のリバース型の高分子分散型液晶を用いることができる。

また、特に詳述しないが、上述の各回路の制御において、必要に応じて駆動トランジスタＤＲＴの閾値電圧の補正のための動作、及び移動度の補正のための動作を組み合わせることができる。また、上述の特に反射電極電位Ｖcの制御は２段階に限らず、多段階及び／又は連続的であってもよい。

また、上述の各実施形態における高分子分散型液晶には、図１１及び１２の場合を除き、電界が発生している場合に透過状態となり、電界が発生していない場合に散乱状態となるノーマルの高分子分散型液晶を用いることとしているが、使用環境や設計条件に応じて、電界が発生している場合に散乱状態となり、電界が発生していない場合に透過状態となるリバース型の高分子分散型液晶を用いることができる。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１００ 有機ＥＬ表示装置、１２０ ＴＦＴ基板、１２５ 封止膜、１３１ 下部電極、１３３ 有機層、１３５ 上部電極、１３７ 画素分離膜、１３８ 反射電極、１３９ 高分子分散型液晶層、１４１ 反射電極制御線、１５０ 対向基板、１６０ ＴＦＴ回路層、１８２ 駆動ＩＣ、１８３ 照度センサ、１８４ 反射電極制御部、２０５ 表示領域、２１０ 画素、２１２ 副画素、２２１ 透明樹脂、２２２ シール剤。

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を有する基板と、
   前記基板上の前記複数の画素のそれぞれにおいて形成され、導電体からなる下部電極と、
   前記下部電極上に形成され、有機材料からなる発光層を含む有機層と、
   前記有機層上に形成され、導電体からなる上部電極と、
   前記下部電極より前記基板側に形成され、前記表示領域の各画素において共通の電位を有する反射電極層と、
   前記下部電極及び前記反射電極層の間に配置される高分子分散型液晶層と、
   周囲環境の光の強さを測定する外光センサと、
   前記外光センサの出力に基づいて前記反射電極層に印加する電位を変化させる反射電極制御部と、を備えることを特徴とする発光素子表示装置。
2. マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を有する基板と、
   前記基板上の前記複数の画素のそれぞれにおいて形成され、導電体からなる下部電極と、
   前記下部電極上に形成され、有機材料からなる発光層を含む有機層と、
   前記有機層上に形成され、導電体からなる上部電極と、
   前記下部電極より前記基板側に形成された反射電極層と、
   前記下部電極及び前記反射電極層の間に配置される高分子分散型液晶層と、を備え、
   前記反射電極層及び前記下部電極は電気容量を形成する、ことを特徴とする発光素子表示装置。
3. 請求項２に記載の発光素子表示装置において、
   前記反射電極層は、表示領域の各画素において共通の電位を有する、ことを特徴とする発光素子表示装置。
4. 請求項１又は２に記載の発光素子表示装置において、
   階調電圧に基づく電位が印加されることにより前記発光層における発光を制御する駆動トランジスタを更に備え、
   前記反射電極層は、前記駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されている、ことを特徴とする発光素子表示装置。
5. 請求項４に記載の発光素子表示装置において、
   前記画素毎に形成されたスイッチを介して、前記反射電極層に電気的に接続される反射電極制御線を更に備える、ことを特徴とする発光素子表示装置。
6. 請求項５に記載の発光素子表示装置において、
   前記高分子分散型液晶層は、前記駆動トランジスタのゲート及び前記発光素子のアノード間の電位を保持する保持容量である、ことを特徴とする発光素子表示装置。
7. 請求項３又は５に記載の発光素子表示装置において、
   前記反射電極層に印加する電位を変化させる反射電極制御部を更に備える、ことを特徴とする発光素子表示装置。
8. 請求項７に記載の発光素子表示装置において、
   周囲環境の光の強さを測定する外光センサを更に備え、
   前記反射電極制御部は、前記外光センサの出力に基づいて前記反射電極層に印加する電位を変化させる、ことを特徴とする発光素子表示装置。

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