JP2017174553A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い発光効率と低い外光反射率を両立させるという問題を解決する。【解決手段】第一基板上に形成された着色層と、着色層上に形成された第一屈折率を持つ透明絶縁層と、透明絶縁層上に形成された第一屈折率よりも大きな第二屈折率を持つ第一透明電極と、第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、有機層上に形成された第二透明電極とを有する表示装置とする。外部からの光は着色層に吸収され、有機層からの発光は第一基板の法線となす角が所定以上のものは、透明絶縁層と第一透明電極にて反射されて外部に取り出される。【選択図】図6
Description
本発明は表示装置に関し、特に有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)素子を用いた表示装置に関する。
有機EL素子を用いた表示装置においては、高い発光効率と低い外光反射率を両立させる必要がある。原理的に外光反射をほぼ0とするには、円偏光板を出射側に設ければよいが、光取り出し効率が半分未満となってしまい、高い発光効率が得られない。これは有機El素子からの発光も半分以上円偏光板が吸収してしまうからである。
特許文献1には、複数のライン状の第一電極と、その上の発光層を含む有機物層と、その上の第一電極と交差するような複数のライン状の第二電極とが積層されることで、複数の発光部を持つ表示装置が開示されている。複数の第一電極の下に密着して存在する光吸収層が配置されることで、外光反射を抑制しつつ輝度の低下を防ぐ発明である。
特許文献2には、発光素子を有する表示装置において、発光素子に接するように、太陽電池、アモルファスシリコン基板、単結晶シリコン基板、粗面化シリコン基板、黒色絶縁シート等の光吸収層を設けることで、外光反射を抑制する発明が開示されている。
特許文献3には、有機EL素子の下に反射防止層を設けて外光反射を防止する表示装置が開示されている。有機EL素子と反射防止層との間には回路層や素子基板が配置される例も開示されている。
特許文献4には、一対の電極間に電気光学層を有する発光素子を持つ表示装置において、一方の電極が光吸収層の表面に形成されており、この光吸収層は一方の電極の形状に合わせてパターニングされている発明が開示されている。
特許文献1〜4の表示装置では、発光素子の電極に関する外光反射は光吸収層、又は反射防止層にて吸収されるためにかなり防ぐことができるが、有機EL素子や量子ドット発光素子の発光の半分は光吸収層又は反射防止層にて吸収されるために発光効率が低くなる問題がある。特許文献3では、有機EL素子と反射防止層との間に回路層や基板が設けられる例もあるが、回路層には各種配線や容量電極やTFT(Thin film transistor、薄膜トランジスタ)等があり、これらに外光が当たった場合は反射されることでコントラストの低下につながり、TFTに外光が当たった場合はTFTの誤動作の原因となる。基板のみを有機EL素子と反射防止層との間に設ける場合は有機EL素子を設ける領域を有効活用できずに表示装置の高精細化に問題がある。さらに基板と有機EL素子の下部電極との界面は荒れており、この界面による反射の表示の悪影響が懸念される。これは基板はガラスやポリイミド等で形成されるが、その表面の荒れや異物等の表面状態が回路層以上の層に比べて厳しく管理されていないことが原因である。
本発明は、高い発光効率と低い外光反射率を両立させる表示装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、第一基板と、第一基板上に形成された着色層と、着色層上に形成された第一屈折率を持つ透明絶縁層と、透明絶縁層上に形成された第一屈折率よりも大きな第二屈折率を持つ第一透明電極と、第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、有機層上に形成された第二透明電極とを有する。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、第一基板と、第一基板上に形成された着色層と、着色層上に形成された第一屈折率を持つ複数の第一絶縁層と、第一屈折率よりも大きな第二屈折率を持つ複数の第二絶縁層とが互いに繰り返して積層された反射防止層と、反射防止層上に形成された第一透明電極と、第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、有機層上に形成された第二透明電極とを有する。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、第一基板と、第一基板上に形成された光学層と、光学層上に形成された第一透明電極と、第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、有機層上に形成された第二透明電極とを有する。光学層は、外部からの光を吸収し、発光層から発せられた第一基板の法線となす角度が50度よりも大きな立体角の光を反射するものである。
<実施形態1> 実施形態1について説明する。図1は、表示装置DDの全体平面図である。図2は表示装置DDのY−Y´の断面に対応する全体断面図である。図3は表示装置DDの全体回路図である。図4は表示装置DDの画素回路図である。図5は表示装置の複数の画素PIXの平面図である。図6は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。図7は有機EL層OLEDの断面図である。図8は表示パネルPNL内外と外光との関係を表す図である。図9は有機EL層OLEDの発光点LEPからの発光ELの動向を表す比較例である。図10は有機EL層OLEDの発光点LEPからの発光ELの動向を表す図である。図11は有機EL層OLEDの発光点LEPからの発光ELの入射角の関係を表す図である。
図1に示される表示装置DDは、表示パネルPNLと、半導体装置ICと、フレキシブルプリント基板FPCとを備える。表示パネルPNLはTFT基板TFT−Sと、TFT基板TFT−Sの主面に主面が対向するように設けられた対向基板CSとを備える。平面視でTFT基板TFT−Sが対向基板CSから露出する領域があり、露出領域EXPと定義する。
露出領域EXPには、半導体装置ICが図示しない接続端子を介してTFT基板TFT−Sに接続されるように配置されており、露出領域EXPの端部にはフレキシブルプリント基板FPCが、フレキシブル基板用端子FPC−TRを介してTFT基板TFT−Sに接続されている。フレキシブルプリント基板FPCは外部からの映像信号や制御信号が供給されて、表示パネルPNLや半導体装置ICに供給された映像信号や制御信号を供給する。半導体装置ICはフレキシブルプリント基板FPCからの映像信号や制御信号に基づいて、表示パネルの表示制御を行う。半導体装置ICはフレキシブルプリント基板FPCに実装されていてもよい。
表示パネルPNLの対向基板CSが配置される領域の大半の領域に当たる中央部には、表示領域DP−Rがある。この表示領域DP−Rにはマトリクス状(X方向とY方向に行列状に)に画素PIXが配置されている。この表示領域DP−Rには表示信号や制御信号に基づいて各画素PIXが制御されることで表示画像が表示される。画素PIXはXY方向2×2にて1つの塊となって、それぞれ赤青緑白を表示し、この塊が表示画素となって画素表示を行う。表示画像もマトリクス状に配置されることとなる。1つの塊はXY方向2×2である必要は必ずしもない。特にカラーフィルタを用いない方式であれば、画素PIXはX方向に3つの塊が赤青緑を表示し、この塊が表示画素となって画像表示を行っても良く、画素PIXはY方向の3つの塊が赤青緑を表示し、この塊が表示画素となって画像表示を行ってもよい。
表示パネルPNLの対向基板CSが配置される領域の大半の領域に当たる表示領域DP−Rの周辺にはそれぞれ周辺回路PCが配置される。この周辺回路PCは半導体装置ICによって制御される。
図2の表示装置DDの表示パネルPNLは、PETやポリカーボネート等の樹脂にて形成されるパッシベーション膜PASS−Fと、パッシベーション膜PASS−F上にパッシベーション膜よりも薄いガラス又はポリイミドにて形成されるTFT基板TFT−Sと、TFT基板TFT−S上に複数の無機膜にて形成される無機層IOLと、無機層IOL上に光学的機能を果たす光学層OPLと、光学層OPL上に有機EL素子が複数形成される有機EL形成層OLED−FLと、有機EL形成層OLED−FL上に表示領域DP−Rに配置されるように透光性の樹脂にて形成される充填層FILと、有機EL形成層OLED−FL上に充填層FILを取り囲むように設けられ、熱や紫外線によって硬化された樹脂または粉末状のガラスが溶融することによって形成されるシールDAMと、充填層FIL上にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ層CF−FLと、カラーフィルタ層F−FL上に透光性のガラス又は透光性のポリイミドにて形成される対向基板CSと、対向基板CS上にPETやポリカーボネート等の透光性の樹脂、又は透光性の強度の高いガラスにて形成され対向基板CSよりも厚いパッシベーション膜PASS−CFと、フレキシブル基板用端子FPC−TRとを有する。表示パネルPNLの表示領域DP−R内には画素PIXが複数配置される。パッシベーション膜PASS−CF、対向基板CS、又はその両方に渡った領域にはタッチパネルが形成されていてもよい。尚、各実施形態において、TFT基板TFT−Sから対向基板CSに向かう方向を上、対向基板CSからTFT基板TFT−Sに向かう方向を下とする。
表示装置DDは、さらに、半導体装置ICと、フレキシブル基板用端子FPC−TRに接続されるようなフレキシブルプリント基板FPCを備える。
図3の表示装置DDの全体回路には、フレキシブルプリント基板FPCからの映像信号や制御信号に基づいて表示装置DDを駆動表示制御するコントローラCTRLがあり、各周辺回路PCを制御し、各種信号を互いにやり取りしている。このコントローラCTRLは半導体装置IC内に形成されている。コントローラCTRLはフレキシブルプリント基板FPCからの映像信号を表示信号に変換する。周辺回路PCは、電源制御回路PSS−Cと、表示信号制御回路DI−Cと、選択信号制御回路VS−Cとを持つ。
電源制御回路PSS−Cには複数の電源ラインPW−Lが接続されており、これら電源ラインPW−Lに各種電源電圧をコントローラCTRLの制御に従って供給する。表示信号制御回路DI−Cには複数の信号ラインSIG−Lが接続されており、これら信号ラインSIG−Lに各種表示信号をコントローラCTRLからの表示信号と制御に基づいて供給する。選択信号制御回路VS−Cには複数の選択ラインSEL−Lが接続されており、これら選択ラインSEL−Lに選択信号をコントローラCTRLからの制御に基づいて供給する。
電源ラインPW−LはX方向に複数配置されて互いに並列となっており、Y方向に延びる形態である。信号ラインSIG−LはX方向に複数配置されて互いに並列となっており、Y方向に延びる形態である。選択ラインSEL−LはY方向に複数配置されて互いに並列となっており、X方向に延びる形態である。電源ラインPW−Lと選択ラインSEL−Lの交差部(信号ラインSIG−Lと選択ラインSEL−Lの交差部)にはそれぞれ画素PIXが設けられることにより、マトリクス状に画素PIXが配置される。
図4の画素PIXは、NMOSにて形成された書き込みトランジスタW−TFT、PMOSにて形成された駆動トランジスタD−TFTと、容量素子CAPと、発光素子LEEとを有し、これらの構成要素にて画素回路が形成される。
書き込みトランジスタW−TFTの一方のソース、ドレイン端子は信号ラインSIG−Lに接続されており、他方のソース、ドレイン端子は駆動トランジスタD−TFTのゲート端子と接続されており、ゲート端子は選択ラインSEL−Lに接続されている。容量素子CAPの一方の電極は駆動トランジスタD−TFTのゲート端子に接続されており、他方の電極は駆動トランジスタD−TFTのソース端子に接続されている。駆動トランジスタD−TFTのソース端子は電源ラインPW−Lに接続されており、ドレイン端子は発光素子LEEのアノードADに接続されている。発光素子LEEのカソードCDは各画素PIXにて共通となるように設けられている。
図5は2×2の画素PIXの平面レイアウトが示されている。一点鎖線にて示された画素PIXにはそれぞれ、点線にて示される書き込みトランジスタW−TFT、点線にて示される駆動トランジスタD−TFT、点線にて示される容量素子CAP、実線にて示される発光素子LEE、点線にて示されるアノードAD、点線にて示されるコンタクトCNT2が示されている。発光素子LEEの外側には絶縁バンクBANKが配置されており、発光しない領域となっている。発光素子LEEの領域は絶縁バンクBANKが配置されない開口領域OPNとなっている。アノードADが配置される領域の内部に絶縁バンクBANKの開口領域OPNが配置される形態となっている。コンタクトCNT2はアノードADを下層の電極につなげるためのものである。コンタクトCNT2はアノードADと平面視にて重なっており、絶縁バンクと平面視にて重なっている。アノードADの周辺端部全てを絶縁バンクBANKが覆うような形態となっている。書き込みトランジスタW−TFTの一部は選択ラインSEL−Lに重なるようになっており、アノードとは殆ど重ならないようになっており、開口領域OPNとは重ならないようになっている。駆動トランジスタD−TFTの大半は開口領域OPNと重なるようになっており、その大半は容量素子CAPと重なるようになっており、アノードADと重なるようになっている。容量素子CAPの大半は開口領域OPNと重なるようになっており、その大半は駆動トランジスタD−TFTと重なるようになっており、アノードADと重なるようになっている。アノードADの端部の一部それぞれが、信号ラインSIG−L、電源ラインPW−L、選択ラインSEL−Lに重なるようになっている。
図6には画素PIXの模式的断面図が示されており、その周辺の断面も示されている。パッシベーション膜PASS−Fとパッシベーション膜PASS−CFが省略されている。TFT基板TFT−S上の無機層IOLは、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層により構成されたベース層BLと、ベース層BL上に配置されたポリシリコン、アモルファスシリコン、酸化物半導体のいずれかにて形成された半導体層SLと、ベース層および半導体層SL上に配置されたゲート絶縁膜GIと、半導体層SL上にゲート絶縁膜GIを介して配置されたゲート電極GEと、ゲート絶縁膜GI上に配置された信号ラインSIG−Lおよび電源ラインPW−Lと、ゲート絶縁膜GI、ゲート電極GE、信号ラインSIG−L、および電源ラインPW−L上に配置された無機層間絶縁膜層IIL1と、無機層間絶縁膜層IIL1上に配置された無機層間絶縁膜層IIL2と、無機層間絶縁膜層IIL2上に配置された配線SDと、半導体層SL上のゲート絶縁膜GI、無機層間絶縁膜層IIL1、および無機層間絶縁膜層IIL2に設けられた開口内に配置された配線SDの材料で形成されたコンタクトCNT1とを有する。コンタクトCNT1の底部の半導体層SLはそれぞれ、駆動トランジスタD−TFTのソース、ドレインとなる。無機層IOLは基本的に全て無機材料にて形成される。ゲート絶縁膜GI、無機層間絶縁膜層IIL1、無機層間絶縁膜層IIL2のいずれもシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、アルミ酸化膜、アルミ窒化膜のような絶縁膜にて形成されている。ゲート電極GEと、信号ラインSIG−Lおよび電源ラインPW−Lとは同じ材料である。信号ラインSIG−L、電源ラインPW−L、ゲート電極GEおよび配線SDはアルミ、モリブデン、チタン、タングステンのいずれか又はその積層にて構成されている。
無機層IOL上には光学層OPLが配置される。光学層OPLは、平坦化膜PFと、平坦化膜PF上の光吸収層LALと、光吸収層LAL上の選択的反射層SRLとを有する。平坦化膜PFはアクリルやエポキシ等の樹脂にて形成された有機層であり、無機層IOLの段差を低減する。光吸収層LALはアクリルやエポキシ等の樹脂に着色顔料を混ぜて色づけされた層であり、着色顔料としては主に黒が用いられる。青等の視認性の低い材料でも構わない。さらに光吸収層LALは樹脂に黒等の着色染料を混ぜて形成してもよく、樹脂にカーボンブラック、チタンブラック等の着色材料をまぜて形成してよい。他に光吸収層LALとしてクロムを用いてもよいが、その場合は光吸収層LALに接する電極との間で絶縁性を確保するために、絶縁層を挟む等が必要である。光吸収層LALの厚みは0.1〜1.0μmとされる。0.1μmよりも薄いと光吸収を十分に行うことができず、1μmよりも厚いと形成時間が長くなる。選択的反射層SRLは上下方向に光が透過可能に形成されており、アクリルやエポキシ等の樹脂、又はシリコン酸化膜にて形成された透明絶縁層であり、その屈折率は1.5程度、1.3〜1.6の範囲内となっている。選択的反射層SRLの厚みは100nm〜1.0μmとされる。100nmよりも薄いと光のしみだしにより十分に光の反射を行うことができず、1μmよりも厚いと形成時間が長くなる。
光学層OPLの上には有機EL素子形成層OLED−FLが設けられる。有機EL素子形成層OLED−FLは、アノードADと、アノードADの周辺部を覆う絶縁バンクBANKと、アノードADおよび絶縁バンクBANKを覆う有機EL層OLEDと、有機EL層を覆うカソードCDと、カソードCDを覆う封止膜SFと、配線SDとアノードADとを接続するコンタクトCNT2とを有する。アノードADは上下方向に光が透過可能に形成されており、ITOやIZO等の金属酸化物の透明導電膜によって形成されている。アノードADには光を通さないような厚みのAl、Ag、MgAl、Ti、W等の各種金属層は用いられない。アノードの厚みは10nm〜1μmとされる。10nmよりも薄いと抵抗値が上がることで発光表示に問題が発生し、1μmよりも厚いと形成時間が長くなる。
後で詳しく後述するが、有機EL層OLEDにて発生した光はアノードAD内部を通り、一部はアノードADと選択的反射層SRLとの界面にて反射されて外部に取り出され、一部はアノードADおよび選択的反射層SRLを通って光吸収層LALにて吸収される。アノードADの屈折率は2.0程度であり、1.7〜2.5の範囲内となっており、選択的反射層SRLよりも屈折率が高いものである。絶縁バンクBANKはアクリルやエポキシ等の樹脂により形成される絶縁膜である。有機EL層OLEDは発光層EMLを含む有機層であり、その詳細な構造は後述する。有機EL層OLEDの厚みは0.1〜0.5μmであり、その層構造によって色々変化する。カソードCDは上下方向に光が透過可能に形成されており、Ag、MgAg等の薄膜金属や、ITO、IZO等の透明金属酸化物導電層にて形成されている。AgやMgAg等にて形成される場合はおおむね20nm以下となっており、光を通すように十分に薄くなっている。アノードAD、有機EL層OLED、カソードCDは互いに同じ程度の屈折率を持ち、1.7〜2.5の間の屈折率となっている。
有機EL形成層OLED−FL上には充填層FILが形成されている。充填層FILは透光性の高い材料となっており、樹脂等にて形成されている。充填層FIL上にはカラーフィルタ層CF−FLが形成されている。カラーフィルタ層CF−FLは赤カラーフィルタCF−Rと、緑カラーフィルタCF−Gと、青カラーフィルタCF−Bと、各色カラーフィルタ間に設けられたブラックマトリクスBMとを有する。赤カラーフィルタCF−Rは樹脂の中に赤の顔料を混ぜたもので形成されている。同じく緑カラーフィルタCF−Gは樹脂の中に緑の顔料を混ぜたもので形成されている。青カラーフィルタCF−Bは樹脂の中に青の顔料を混ぜたもので形成されている。ブラックマトリクスBMは、アクリルやエポキシ等の樹脂に黒色顔料を混ぜて色づけされているか、クロム等の黒色金属材料にて形成された層である。カラーフィルタ層CF−FL上には対向基板CSが形成されている。本実施形態における厚さ、大きさ等の数値は全て一例であるが、各部の大小関係を示す基準として用いることがある。
無機層IOL内には点線にて示されるような駆動トランジスタD−TFT等の各種トランジスタが形成されている。駆動トランジスタD−TFTは半導体層SLと、ゲート電極GEと、半導体層SLとゲート電極GEとで挟まれた領域に存在するゲート絶縁膜GIとを有する。ゲート電極GE直下の半導体層SLは駆動トランジスタD−TFTのチャネルとなり、2つのコンタクトCNT1直下の半導体層SLは駆動トランジスタD−TFTのソース、ドレインとなる。有機EL形成層OLED−FL内には点線にて示されるような発光素子LEEが形成されている。図5にあるように、平面視で絶縁バンクBANKが形成されていない領域に形成されており、アノードADと、アノードADに接触している有機EL層OLEDと、有機EL層OLEDに接触しているカソードCDとで形成されている。この発光素子LEEの有機EL層OLEDが発光する。画素PIXは図6に示された範囲であり、1種類のカラーフィルタを持つ。画素PIX境界にはカラーフィルタの境界があり、この境界にはブラックマトリクスBMが配置される。
図7に示される有機EL層OLEDは、アノードAD上にあるホール注入層HILと、ホール注入層HIL上のホール輸送層HTLと、ホール輸送層HTL上の発光層EMLと、発光層EML上の電子輸送層ETLと、電子輸送層ETL上の電子注入層EILとを有する。これら各層は既知の有機材料にて形成される。発光層EMLは有機発光材料であり、そのために、有機エレクトロルミネッセンス素子を形成するが、発光層EMLの代わりに量子ドットを用いる、又は発光層EMLの有機発光材料に加えて量子ドットを加える形態でも良く、その場合は、発光素子LEEはQLED(量子ドット発光電子ダイオード)、又はQLEDとOLED(有機発光電子ダイオード)との両方の性質を持つようになる。
図8に示されるように、外光OLは空気AIR中を通って、表示パネルPNLに入ると、その屈折率差から入射角θ´は表示パネルPNL内では空気AIR中よりも小さくなる。尚、以下に示す角は全て立体角である。ここで入射角θ´は外光OLと表示装置DDの表示面に対して垂直な直線である垂直線VLとがなす角である。これは空気AIRの屈折率はほぼ1である一方、表示パネルPNLの屈折率は1よりも大きく2程度であるからである。このことは外光OLはほぼ全てが小さな入射角にて表示パネルPNL内部に侵入し反射されることを示している。
図9に示されるように、発光素子LEEの有機EL層OLEDの発光点LEPは、球面SPH的に等方的に発光ELを行う。発光時においては発光素子LEEの有機EL層OLEDは発光点LEPの集合体ともみなすことができる。図9にあるように、選択的反射層SRLが無く、アノードADの下が光吸収層LALであった場合は、発光点の光は球面SPHの半分よりも下側に当たる、吸収境界ABよりも下側が全て吸収される。そのために、光の半分は利用できないこととなる。外光OLは光吸収層LALに吸収される。尚、有機EL層OLEDとアノードADとの境界では発光ELの反射は基本的には起きない。これは、有機EL層OLEDの屈折率よりもアノードADの屈折率の方が一般的に大きく、アノードAD内に発光ELが入り込むためである。
図10に示されるように、図9とは異なり、アノードADと光吸収層LALの間に選択的反射層SRLがある形態である。この場合、発光点LEPからの発光ELは、球面SPHのうちの吸収領域AAに対応するものだけが吸収され、それ以外は反射等により外部に取り出すことが可能となる。発光ELのうちの一部はアノードADと選択的反射層SRLとの界面にて反射され、外部に取り出されることとなる。垂直線VLと吸収領域境界AA−Bとなす角をθとし、この角度範囲に対応する吸収領域AAの光が光吸収層LALに吸収される。
図11に示されるように、アノードの屈折率をn1、選択的反射層SRLの屈折率をn2とした場合、反射条件を満たすθは(式1)のような関係となる。
球面SPHの面積は(式2)のような関係となり、吸収領域AAに対応する球面SPHの球面部分の面積は(式3)のような関係となる。このことはθが50°程度である場合は、光吸収層LALに吸収される発光ELは割合が少ないことを示し、50°以下のθの値になるように、アノードADと選択的反射層SRLの屈折率を定めれば十分に高効率に発光ELを取り出すことが可能な表示装置DDを作成することができることを示している。図10に示された外光OLはθ´のような角度で選択的反射層SRLに入射される。このθ´はほぼθよりも小さくなり、光吸収層LALに吸収される。尚、このようなθの関係は、図6の説明にて行ったような、選択的反射層SRLの材料と、アノードADの材料を選択すればほぼ全て満たすことが可能である。
本実施形態のようにアノードADの下に選択的反射層SRLを設け、さらにその下に光吸収層LALを設けた場合、発光素子LEEの発光ELはかなりの割合を外部に取り出すことができる。さらに、光吸収層LALがほぼすべての外光OLを吸収するために、円偏光板を対向基板CS側に設けなくても十分に外光OLの反射を防ぐことができるために、円偏光板が必要で無く、発光素子LEEの発光ELが円偏光板にて半分以上カットされるようなことがない。さらに光吸収層LALがあるために、その下に各種素子(TFT、容量、各種配線)を配置してもこれら各種素子による外光反射は起きない。特にTFTは外光を受けて誤作動をするような不具合も起きないこととなる。
<実施形態2> 以下の実施形態においては、上述した実施形態と違う箇所を説明する。同じ構成要素には上述の実施形態と同じ符号が付与されている。図12は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。カラーフィルタ層CF−FLがなく、封止膜SFと充填層FILの間にそれぞれカラーフィルタが画素PIXごとに設けられており赤表示用の画素PIXには赤カラーフィルタCF−R1が、緑表示用の画素PIXには緑カラーフィルタCF−G1が、青表示用の画素PIXには青カラーフィルタCF−B1がそれぞれ設けられている。各カラーフィルタの境界と充填層FILとの間にはそれぞれブラックマトリクスBM1が配置されている。このように発光素子LEEに近い場所にカラーフィルタやブラックマトリクスBM1を設けることで、光学混色(隣接の発光層EMLの光がカラーフィルタを通って不所望な色の光が取り出される現象、たとえば赤カラーフィルタ直下の発光層の光が隣の緑カラーフィルタを通って不所望な色の光が取り出される現象)を確実に防ぐことができる。
ブラックマトリクスBM1の端部は、端部BM−E1のように絶縁バンクBANKの端部に合わせてもよく、端部BM−E2のように絶縁バンクBANKの平坦部(頂部)と斜面の境界部に合わせても良い。端部BM―E1とすることで、光学混色をより確実に防ぐことができる。端部BM−E2にした場合は、絶縁バンクBANKの形成材料と、有機EL層OLEDの形成材料の違いに起因する材料の差から、発光点LEPの発光ELが絶縁バンクBANKの斜面で反射して外部に取り出されやすくなる。これは有機EL層OLEDの屈折率に比べて絶縁バンクBANKの屈折率が低いため、発光ELが絶縁バンクBANK内部に入り込みにくく、有機EL層OLEDとの界面にて反射されるためである。
<実施形態3> 図13は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。絶縁バンクが絶縁バンクBANK1と、その内側にある反射メタルRMと、その内側にある絶縁バンクBANK2に変更されている。ブラックマトリクスBMの端部は絶縁バンクBANK2の平坦部(頂部)と斜面の境界部に合わせている。このようにすることで、発光点LEPの発光ELが絶縁バンクBANK1と有機EL層OLEDとの境界で反射して外部に取り出されるもののみならず、反射メタルRMと絶縁バンクBANK1との境界で反射して外部に取り出されるものも有効活用できる。反射メタルRMを用いることで、確実に発光ELを反射させることができ、より有効に光を取り出すことができる。実施形態2において有機EL層OLEDと絶縁バンクBANKとの境界による反射に関しては、発光ELの入射角によっては絶縁バンクBANK内に入り込んでしまうので、有効に活用できないが本実施形態ではそのようなことはない。尚、反射メタルRMの下端部はアノードADに触れないように何等かの絶縁物が挟まる形態となっている。これは、反射メタルRMとアノードADが接触してしまうと、隣接アノードAD間にて短絡が発生してしまうからである。反射メタルRMは隣接アノードADが短絡しないようにすればいいので、下端部ではなく頂部に切れ込みを入れてもよい。実施形態2と3のような構造を用いることで、選択的反射層SRLにて反射された光を有効に絶縁バンクや反射メタルにて反射させることで外部に取り出すことが可能となる。
<実施形態4> 図14は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。カラーフィルタ層CF−FLが存在しない。さらに、有機EL層が各画素PIXごとに、青発光を行う有機EL層OLED−Bと、赤発光を行う有機EL層OLED−Rと、緑発光を行う有機EL層OLED−Gとで構成されている。ブラックマトリクスBM2は絶縁バンクBANK直上の封止膜SFと、充填層FILとの間に配置されている。有機EL境界部OLED−Dは絶縁バンクBANKの上の有機EL層にあり、ここが各色ごとの有機EL層の境界となっている。この境界において、有機EL層の発光層EMLが少なくとも分断されており、各有機EL層ごとに異なる発光層EMLが用いられている。このように有機EL層が赤青緑にて塗り分けられているので、光学混色は原理的に存在しないので、ブラックマトリクスは無くても良いようにみえるかもしれないが、本実施形態においてはあった方がよい。それは、円偏光板を用いないようにし、さらにブラックマトリクスBM2が無い場合には、コンタクトCNT2に当たった外光反射が懸念されるからである。コンタクトCNT2には光吸収層LALが覆っていない上に、掘り込み形状であるために、ここに当たった光がどのように外部に反射されるのかわからない。このためブラックマトリクスBM2が少なくともコンタクトCNT2を覆うような形態となるべきである。
<実施形態5> 図15は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。平坦化膜と光吸収層の代わりに、これらの機能を両方持つ光吸収平坦化層LA−PLが設けられている。この光吸収平坦化層LA−PLはアクリルやエポキシ等の樹脂に着色顔料を混ぜて色づけされた層であり、着色顔料としては主に黒が用いられる。青等の視認性の低い材料でも構わない。さらに光吸収平坦化層LA−PLは樹脂に黒等の着色染料を混ぜて形成してもよく、樹脂にカーボンブラック、チタンブラック等の着色材料をまぜて形成してよい。他に光吸収平坦化層LA−PLとしてクロムを用いてもよいが、その場合は光吸収層LALに接する電極との間で絶縁性を確保するために、絶縁層を挟む等が必要である。光吸収平坦化層LA−PLの厚みは3〜5μmとされる。3μmよりも薄いとそれより下層の構造物を覆って十分に平坦化することができず、5μmよりも厚いと形成時間が長くなる。このようにして光学層OPLを形成することで、製造プロセスの簡素化が可能となる。
<実施形態6> 図16は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。選択的反射層SRLの代わりに、反射防止多層膜ARMLが設けられている。アノードADと選択的反射層SRLの界面では通常5%以下の外光OLが反射し、外光反射の原因となっている。選択的反射層SRLの代わりに、反射防止多層膜ARMLを成膜することで、外光反射をより効果的に抑制させられる。この反射防止多層膜ARMLは、低屈折率膜LNと高屈折率膜HNが交互に積層されている形状である。低屈折率膜LNの材料および屈折率は上述した選択的反射層SRLのものと同様である。高屈折率膜HNの材料はシリコン窒化膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜であり、その屈折率は1.7〜2.5である。低屈折率膜LNと高屈折率膜HNの界面で反射する光と、高屈折率膜HNと低屈折率膜LNの界面で反射する光とが光学的に打ち消し合うように、膜厚を100nm〜1000nmの範囲で設計することで反射率が減少する仕組みである。多層膜は、一組の低屈折率膜LNと高屈折率膜HNから効果が出るが、理想的には層数が多いほど好ましい。
<実施形態7> 図17は表示装置の画素PIXの模式的断面図である。選択的反射層SRLと光吸収層LALの間に、更に透明電極TEが設けられている。この透明電極TEは光を上下に通すものであり、その材料はアノードADと同様のものである。この透明電極TEと、アノードADと、透明電極TEとアノードADとの間の選択的反射層SRLによって容量素子CAPが形成される。この容量素子CAPはアノードADが設けられる面積において、コンタクトCNT2が設けられる近辺を除いた箇所に透明電極TEを広げれば大きな面積となるが、選択的反射層SRLのような低屈折率材料を用いた場合は一般的に誘電率も低くなる。そのために容量素子CAPの容量値はそれほど大きくないこともある。そのために、更に容量値を大きくした容量素子CAPがほしい場合は、他の層にも容量素子を設けるか、透明電極TEとアノードADの間にさらにシリコン窒化膜等の誘電率の高い膜を挟んでも良い。このような透明電極TEを用いることで、有効にアノードAD下の領域を画素回路のために用いることができ、レイアウトの縮小につながる。
<実施形態8> 図18は表示パネルPNLの平面図である。図19は表示パネルPNLのX−X´の断面に対応する断面図である。表示パネルPNLの表示領域DP−Rを取り囲むように、水分遮断構造MPSが設けられている。水分遮断構造の外側には対向基板CSの4辺に沿うような形でカソードコンタクトCDCが設けられている。露出領域EXPに近い、対向基板CSの2つの角部近傍にもカソードコンタクトCDCが設けられている。
図19に示すように、表示領域DP−Rには、複数の画素PIXが配置されている。そのX´側に、水分遮断領域MP−Rが配置されている。水分遮断領域MP−Rには、水分遮断構造MPSがあり、無機層IOLとカソードCDが接触する形態となっている。この間に他の無機層が入ってもよい。このように水分遮断構造MPSが設けられることで、表示領域DP−R側に外部から水分や酸素等、有機EL層OLEDに悪影響を与える物質が侵入しないようになっている。この水分遮断構造MPSを設けるにあたって、光学層OPLが除去され、光吸収層LALや選択的反射層SRLも除去される。この除去された開口部が水分遮断構造開口MPS−OPNである。光吸収層LALが無い状態で、外光OLが入射され、無機層IOLに達した場合、無機層IOL内の各種素子に光が当たり、外光反射やTFTの誤動作の原因となる。そこで、少なくともこの水分遮断構造開口MPS−OPNに対応する形にて封止膜SF上にブラックマトリクスBM−MPSを設ける。このことで、上述したような外光反射やTFTの誤動作を防ぐことができる。
水分遮断領域MP−RのX´側には、カソードコンタクト領域CDC−Rがある。この箇所にあるカソードコンタクトCDCは表示動作をさせた際におけるカソードCDの電圧上昇を避けるために、カソード抵抗を下げるための構造である。カソードコンタクトCDCは所定の配線構造であり、選択的反射層SRL上に設けられており、カソードCDと接続されている。このカソードコンタクトCDCは、ゲート電極GEと同様の材料で形成されている。そのためにここに外光OLが入射された場合、反射が発生するので、それを防ぐためにブラックマトリクスBM−CDCが設けられている。
カソードコンタクト領域CDC−RのX´側には、シール領域ES−Rがある。シール領域ES−RのTFT基板TFT−S端部においては、光学層OPLや絶縁バンクBANK等が除去されており、封止膜SFと無機層IOLが接触する形態となっていて外部から水分や酸素等が侵入しないようになっている。封止膜SFの上にはシールDAMがあり、シールDAM内部には対向基板CSとTFT基板TFT−Sとの間の距離を一定に保つためにビーズBZが複数設けられており、ビーズBZは封止膜SFと対向基板CSに接触するような形態となっている。本実施形態においては、ブラックマトリクスBM−MPSとブラックマトリクスBM−CDCを個別に必要な個所に設けたが、水分遮断領域MP−R、カソードコンタクト領域CDC−R、およびシール領域ES−Rにまたがるようなブラックマトリクスを設けてもよい。
本明細書で開示される実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態に記載されている技術的特徴は、相互に組合せ可能であり、組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。例えば、実施形態1から5までのいずれかの技術的思想に、実施形態6から8までのいずれかの技術的思想を付加した形態も、本発明の技術的思想に含まれる。
DD・・・表示デバイス、PNL・・・表示パネル、PC・・・周辺回路、PIX・・・画素、DP−R・・・表示領域、TFT−S・・・TFT基板、CS・・・対向基板、FPC・・・フレキシブルプリント基板、IC・・・半導体装置、PASS−F・・・パッシベーション膜、IOL・・・無機層、OPL・・・光学層、OLED−FL・・・有機EL形成層、DAM・・・シール、FIL・・・充填層、CF−FL・・・カラーフィルタ層、PASS−CF・・・パッシベーション膜、CTRL・・・コントローラ、PC・・・周辺回路、PW−L・・・電源ライン、SEL−L・・・選択ライン、SIG−L・・・信号ライン、W−TFT・・・書き込みトランジスタ、容量素子・・・CAP、D−TFT・・・駆動トランジスタ、LEE・・・発光素子、AD・・・アノード、CD・・・カソード、BL・・・下地層、SL・・・半導体層、GI・・・ゲート絶縁膜、GE・・・ゲート電極、IIL・・・無機層間絶縁膜層、IIL2・・・無機層間絶縁膜層、CNT1・・・コンタクト、PF・・・平坦化膜、CNT2・・・コンタクト、CNT2・・・コンタクト、LAL・・・光吸収層、SRL・・・選択的反射層、BANK・・・絶縁バンク、OLED・・・有機EL層、SF・・・封止膜、CF−R・・・赤カラーフィルタ、CF−G・・・緑カラーフィルタ、CF−B・・・青カラーフィルタ、BM・・・ブラックマトリクス、HIL・・・ホール注入層、HTL・・・ホール輸送層、EML・・・発光層、ETL・・・電子輸送層、EIL・・・電子注入層、OL・・・外光、LEP・・・発光点、SPH・・・球面、AB・・・吸収境界、AA・・・吸収領域、CF−R1・・・赤カラーフィルタ、CF−G1・・・緑カラーフィルタ、CF−B1・・・青カラーフィルタ、BM1・・・ブラックマトリクス、BM−E1・・・端部、BM−E2・・・端部、BANK1・・・絶縁バンク、BANK2・・・絶縁バンク、RM・・・反射金属、BM−E3・・・端部、OLED―R・・・有機EL層、OLED―G・・・有機EL層、OLED―B・・・有機EL層、BM2・・・ブラックマトリクス、LA−PL・・・光吸収平坦化層、ARML・・・反射防止多層膜、LN・・・低屈折率膜、HN・・・高屈折率膜、TE・・・透明電極、MPS・・・水分遮断構造、CDC・・・カソードコンタクト、MP−R・・・水分遮断領域、CDC−R・・・カソードコンタクト領域、ES−R・・・シール領域、BM−MPS・・・ブラックマトリクス、MPS−OPN・・・水分遮断構造開口、BM−CDC・・・ブラックマトリクス、BZ・・・ビーズ
Claims (17)
- 第一基板と、
前記第一基板上に形成された着色層と、
前記着色層上に形成された第一屈折率を持つ透明絶縁層と、
前記透明絶縁層上に形成された前記第一屈折率よりも大きな第二屈折率を持つ第一透明電極と、
前記第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、
前記有機層上に形成された第二透明電極とを有する表示装置。 - 行列状に配置され、それぞれが前記第一基板上に、前記着色層と、前記透明絶縁層と、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とを有する複数の画素をさらに有し、
前記複数の画素それぞれは、前記有機層と接触する領域にある前記第一透明電極と平面視において重なり合う、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とで構成された発光素子をさらに有し、
前記発光素子と平面視で重なり合うように、前記着色層と前記第一基板との間に薄膜トランジスタが配置されている請求項1に記載の表示装置。 - 前記着色層は、有機絶縁膜に黒色顔料を混ぜられた混合物であり、
前記透明絶縁層は、アクリルまたはエポキシを有する樹脂絶縁膜、又はシリコン酸化膜により構成される請求項2に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には絶縁バンクが配置され、
前記絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記絶縁バンクと平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記絶縁バンクは斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項3に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には第一絶縁バンクが配置され、
前記第一絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記第一絶縁バンクの内側には金属にて形成された反射膜が設けられており、
前記反射膜の内側には第二絶縁バンクが設けられており、
前記反射膜と平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記反射膜は斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項3に記載の表示装置。 - 前記複数の画素を取り囲むように設けられ、前記第二透明電極と前記薄膜トランジスタが形成されている無機層とが接触し、前記着色層および前記透明絶縁層が存在しない水分遮断構造と、
前記水分遮断構造に沿って設けられ、前記第二透明電極と接続し、前記着色層上に設けられた導電層とを有し、
前記水分遮断構造上および前記導電層を少なくとも覆うブラックマトリクスをさらに有する請求項2に記載の表示装置。 - 第一基板と、
前記第一基板上に形成された着色層と、
前記着色層上に形成され、第一屈折率を持つ複数の第一絶縁層と、前記第一屈折率よりも大きな第二屈折率を持つ複数の第二絶縁層とが互いに繰り返して積層された反射防止層と、
前記反射防止層上に形成された第一透明電極と、
前記第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、
前記有機層上に形成された第二透明電極とを有する表示装置。 - 行列状に配置され、それぞれが前記第一基板上に、前記反射防止層、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とを有する複数の画素をさらに有し、
前記複数の画素それぞれは、前記有機層と接触する領域にある前記第一透明電極と平面視において重なり合う、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とで構成された発光素子をさらに有し、
前記発光素子と平面視で重なり合うように、前記反射防止層と前記第一基板との間に薄膜トランジスタが配置されている請求項7に記載の表示装置。 - 前記第一絶縁層は、アクリルまたはエポキシを有する樹脂絶縁膜、又はシリコン酸化膜により構成され、
前記第二絶縁層は、シリコン窒化膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜により構成される請求項8に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には絶縁バンクが配置され、
前記絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記絶縁バンクと平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記絶縁バンクは斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項9に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には第一絶縁バンクが配置され、
前記第一絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記第一絶縁バンクの内側には金属にて形成された反射膜が設けられており、
前記反射膜の内側には第二絶縁バンクが設けられており、
前記反射膜と平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記反射膜は斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項9に記載の表示装置。 - 前記反射防止層と前記薄膜トランジスタが形成されている無機層との間に有機絶縁層と、
前記複数の画素を取り囲むように設けられ、前記第二透明電極と前記無機層とが接触し、前記反射防止層および前記有機絶縁層とが存在しない水分遮断構造と、
前記水分遮断構造に沿って設けられ、前記第二透明電極と接続し、前記反射防止層上に設けられた導電層とを有し、
前記水分遮断構造上および前記導電層を少なくとも覆うブラックマトリクスをさらに有する請求項8に記載の表示装置。 - 第一基板と、
前記第一基板上に形成された光学層と、
前記光学層上に形成された第一透明電極と、
前記第一透明電極上に形成された発光層を有する有機層と、
前記有機層上に形成された第二透明電極とを有し、
前記光学層は、外部からの光を吸収し、前記発光層から発せられた前記第一基板の法線となす角度が50度よりも大きな立体角の光を反射するものである表示装置。 - 行列状に配置され、それぞれが前記第一基板上に、前記光学層、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とを有する複数の画素をさらに有し、
前記複数の画素それぞれは、前記有機層と接触する領域にある前記第一透明電極と平面視において重なり合う、前記第一透明電極と、前記有機層と、前記第二透明電極とで構成された発光素子をさらに有し、
前記発光素子と平面視で重なり合うように、反射防止層と前記第一基板との間に薄膜トランジスタが配置されている請求項13に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には絶縁バンクが配置され、
前記絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記絶縁バンクと平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記絶縁バンクは斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項14に記載の表示装置。 - 前記第一透明電極の端部を覆うように、前記有機層と前記第一透明電極との間には第一絶縁バンクが配置され、
前記第一絶縁バンクは、前記第一透明電極よりも屈折率が低く、
前記第一絶縁バンクの内側には金属にて形成された反射膜が設けられており、
前記反射膜の内側には第二絶縁バンクが設けられており、
前記反射膜と平面視にて重なる領域にブラックマトリクスが配置されており、
前記反射膜は斜面と平坦部とを持ち、前記斜面と前記平坦部との交差部と前記ブラックマトリクスの端部とが平面視にて重なる位置にある請求項14に記載の表示装置。 - 前記光学層は有機絶縁層を有し、
前記複数の画素を取り囲むように設けられ、前記第二透明電極と無機層とが接触し、前記光学層が存在しない水分遮断構造と、
前記水分遮断構造に沿って設けられ、前記第二透明電極と接続し、前記光学層上に設けられた導電層とをさらに有し、
前記水分遮断構造上および前記導電層を少なくとも覆うブラックマトリクスをさらに有する請求項14に記載の表示装置。
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