JP3942359B2 - エレクトロルミネセンスデバイスおよび液晶デバイス - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、ルミネセンスデバイスに関する。詳細には、2以上の発光領域を有するルミネセンスデバイスに関する。また、そのようなルミネセンスデバイスを組み込んだ液晶ディスプレイデバイスにも関する。
【0002】
(背景技術)
周知のルミネセンスデバイスの1つが、エレクトロルミネセンスデバイスである。エレクトロルミネセンス(「ELデバイス」)は、電子正孔再結合の結果として光を発生する。ELデバイスは、通常、発光層がアノード層とカソード層の間に閉じ込められる、多層構造を有する。この発光層は、有機材料、または無機材料のいずれかであり得る。電荷キャリアの再結合が発光層内で起こり、光子が発生する。発光層に異なる材料を用いるか、または発光層に異なる駆動条件を適用することにより、ELデバイスによって発せられる光の波長を変更することが可能であり、白色光を発するELデバイスを製造することも可能である。
【0003】
多くの有機発光材料が、比較的に広範な発光スペクトルおよび吸収スペクトルを有する。単色発光(single colour emission)または狭い色の範囲が必要とされる場合、J.Kidoらの「Science」Vol.267、1332ページ(1995年)に開示されているようなカラーフィルタを用いることが可能である。狭い波長範囲を得る代替的なアプローチは、A.Dodabalapurらの「Journal of Applied Physics」Vol.80、6954ページ(1996年)に記載されるように、空洞効果を用いることによって、発光スぺクトルを狭くすることである。空洞効果を用いて出力波長を狭くすることができるが、このアプローチには出力が非常に指向的になるという欠点があり、これは、広範な角度から見られることが意図されたディスプレイでは望ましくない。
【0004】
多くの用途において、フルカラーディスプレイを提供することが望ましい。フルカラーのELデバイスを得るための1つの可能な方法は、各ピクセルを3つのサブピクセルに分割し、その3つのサブピクセルを並べて置くことに関する。これらのサブピクセルのうちの1つが赤色光を発し、1つが緑色光を発し、1つが青色光を発する。このタイプのデバイスは、米国特許第5 294 869号に開示されている。この公知のデバイスの1つの欠点は、各色がデバイスの全活性領域の3分の1のみから発せられるために、デバイスの強度が低いことである。
【0005】
フルカラーのELデバイスを提供する1つの代替的なアプローチは、2以上のELデバイスを上に積み重ねることから成る。このタイプのデバイスは、P.E.Burrowsらの「Applied Physics Letters」Vol. 69、No.20、1996年11月11日、2959〜2961ページ、およびS.R.Forrestらの「Synthetic Metals」Vol.91、9〜13ページ(1997年)に開示されている。
【0006】
積み重ねられた3層のELデバイスを図1に概略的に示す。これは、赤色EL素子1が緑色EL素子2上に配置され、同様にして、緑色EL素子2が青色EL素子3上に配置される構成となっている。各EL素子は、カソード層(4B、4G、4R)、発光層(5B、5G、5R)、およびアノード層(6B、6G、6R)を含む。図1はEL素子を相互に離れているように示しているが、実際には、各アノード−カソード界面を隔てている絶縁層上に積み重ねられている。
【0007】
図1に示す積み重ねELデバイスにおいて、各色の発光が、デバイスの活性断面積全体に渡って起こるので、デバイスの強度が、横方向に分割されたサブピクセルを用いる上述のデバイスと比べて改善される。しかしながら、図1に示すELデバイスは、赤色EL素子によって発せられる光がデバイスから発せられる前に、他の2つの素子を通過しなければならず、かつ緑色ELデバイスから発せられる光が青色ELデバイスを通過しなければならないという欠点を有する。これは、有機発光材料が一般に、比較的に広範な発光スぺクトルおよび吸収スぺクトルを有するために、有機材料がEL素子内の発光層を形成するために用いられる場合に特有の問題である。
【0008】
Forrestらは、後に続くEL素子内に吸収されている1つのEL素子内で発せられる光の問題に対処しようと試みてきた。彼らは、ピーク発光波長とピーク吸収波長間にずれをもたらすストークス効果を用いた。
【0009】
図2にストークスシフトを示す。これは、図1のELデバイスの3つのEL素子に関する発光スぺクトルおよび吸収スぺクトルを示す。「a」の文字が吸収スぺクトルを示し、「e」の文字が発光スぺクトルを示す。ストークスシフトは、1つのEL発光層に関する吸収スぺクトルと発光スぺクトルのずれとして現われる。Forrestらは、1つのEL素子によって発せられる放射の他のEL素子内での吸収を最小化するように、大きなストークスシフトを有する材料を選択した。
【0010】
Forrestらによって提案されたデバイスは、以下の欠点を有する。まず、ストークスシフトが大きな材料のみを使用する必要があるために、EL素子の発光層の材料選択が限定される。さらに、Forrestらは、図1に示す赤色、緑色、および青色EL素子を特定の順序で使用するように制約されるので、(低エネルギーの)赤色光が、後でより高いバンドギャップを有する発光層を通過する。しかしながら、たとえ赤色光が緑色および青色EL素子内の発光層のバンドギャップを渡って吸収されなくとも、青色および緑色EL素子を通過するときに、いくらかの赤色光の吸収が必然的に起こる。赤色EL素子は、現在、赤色、緑色、および青色EL素子のうちで最低の強度を有する。よって、Forrestらが必要とするように後方に配置するのではなく、赤色素子を前方に置くことにより、赤色光が緑色および青色EL素子を通過する必要がなくなることが望ましい。
【0011】
従来技術のさらなる欠点は、ELデバイスが(図1に示すような)前方向、および後方向の両方に光を発することである。前方向に発せられる光を利用することと同様に、デバイスの強度を増すためには、後方向に発せられる光を利用することが望ましい。図1の赤色EL素子の上にミラー(図示せず)を設けることにより、後方向に発せられる光を、青色EL素子3に向けて、逆に反射させることが可能である。しかしながら、緑色または青色EL素子によって後方向に発せられる光は、赤色EL素子を2回(ミラーに達する前に1回と、反射された後に1回)通過しなければならず、著しい吸収が起こる。よって、たとえミラーが設けられたとしても、後方向に発せられる光の多くが失われる。
【0012】
有機発光層を有するELデバイスにおいて、発光層は、通常、蒸着するか、またはスピンダウンされる。これにより、偏光方向を有さない光を発するアモルファス発光層が生成される。多くの用途において、偏光を発する有機ELデバイスを生成することが望ましい。
【0013】
ある程度の偏光方向を有する光を発する有機ELデバイスを提供する1つの公知のアプローチは、ある程度の配向を備えた有機発光層を蒸着することである。これは、ラングミュア−ブロジェット蒸着等の技術によって、有機発光層を機械的に変形させるか、または純粋な共役ポリマー発光層を研磨することで行うことが可能である。1つの代替的な技術は、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミド等のよくアライメントされた配向層上にポリマー層を蒸着することであるか、またはポリマー層を引き伸ばすことによる。さらなる公知技術が、Wederらの「Advanced Materials」Vol.9、1035ページ(1997年)によって開示されており、ここでは、ゲスト−ホストシステムの引張り変形(tensile deformation)により、ゲスト分子がホストの配向を取り入れることを開示している。
【0014】
ある程度の偏光方向を有する光を発する有機発光層を提供する1つの代替的なアプローチは、偏光されたUV光を用いる高分子材料の交差結合である。この方法では機械的研磨工程がなく、これは、研磨によって有機層に電荷、異質物、および汚れがもたらされ得るため、望ましい。M.Hasegawaらの「J Photopolym Sci Technol」Vol.8、241ページ(1995年)、M.Schadtらの「Japanese Journal of Applied Physics」Vol.31、2155ページ(1992年)、およびM.Schadtらの「Nature」Vol.381、212ページ(1996年)が、偏光されたUV光による交差結合に関する研究を開示している。WO9707653Aは、光を照射するためのエレクトロルミネセンス材料と、反射偏光多層光フィルター(reflecting polarization multi−layered optical film)の組み合わせから成り、偏光がその中を通過することができるエレクトロルミネセンスランプを開示している。
【0015】
(発明の開示)
本発明の第1の局面は、第1および第2の発光領域を有するルミネセンスデバイスを提供し、第1の発光領域が、使用時に、第1の偏光を発し、第2の発光領域が、使用時に、第1の偏光とは異なる第2の偏光を発する。本発明のこの局面によるルミネセンスデバイスは、発せられた光の性質がデバイスの面積に渡って変化する偏光を発する、パターン化された発光体を生成するために用いることができる。あるいは、本発明のこの局面によるデバイスは、上記で概説した従来技術の積み重ねELデバイスの問題を克服するために、積み重ねデバイスとして実現することができる。
【0016】
第1の発光領域は、使用時に、第1の偏光方向を有する光を発し得、第2の発光領域は、使用時に、第1の偏光方向とは異なる第2の偏光方向を有する光を発し得る。第1および第2の発光領域のそれぞれは、使用時に、平面偏光を発し得、第1の発光領域によって発せられた光の偏光面は、第2の発光領域によって発せられた光の偏光面とは異なり得る。この2つの発光領域が独立して制御できる場合、デバイスによって発せられる光の偏光方向を変更することが可能である。
【0017】
第1の発光領域によって発せられた光の偏光面は、第2の発光領域によって発せられた光の偏光面に対して実質的に90°の角度にあり得る。第1および第2の発光領域が、第1の発光領域からの光が第2の発光領域通過しなければならないように積み重ねられる場合、この2つの発光領域の偏光方向のずれは、第1の発光領域によって発せられた光が第2の発光領域内で著しく吸収されないので、積み重ねELデバイス内での光の損失が低減されることを意味する。
【0018】
第1および第2の発光領域は、並んで配置される得る。あるいは、第1の発光領域は、第2の発光領域の上に配置され得る。
【0019】
上記デバイスは第3の発光領域をさらに含み、第1の発光領域が第2の発光領域の上に配置され、第2の発光領域が第3の発光領域の上に配置され得る。この3つの発光領域が独立して制御可能であり、且つ相互に異なる波長の光を発する場合、フルカラーの発光デバイスを得ることができる。
【0020】
第3の発光領域は、第1および第2の偏光方向のうちの少なくとも1つと異なる、第3の偏光方向を有する偏光を発し得る。第1の発光領域、第2の発光領域、および第3の発光領域が平面偏光を発し得、第2の発光領域によって発せられた光の偏光面が、第1の発光領域によって発せられた光の偏光面に対して実質的に60°にあり、第3の発光領域によって発せられた光の偏光面が、第1の発光領域によって発せられた光の偏光面に対して実質的に120°にあり得る。これによっても、第2および第3の発光領域を通過するときに、第1の発光領域によって発せられた光の吸収が低減され、また、第3の発光領域を通過するときに、第2の発光領域によって発せられた光の吸収も低減される。
【0021】
第1の発光領域は、使用時に、第1の波長を有する偏光を発し得、第2の発光領域は、使用時に、第1の波長とは異なる第2の波長を有する偏光を発し得る。この2つの発光領域が独立して制御可能である場合、デバイスによって発せられる光の波長を変更することが可能である。
【0022】
第1および第2の発光領域はそれぞれ、使用時に、平面偏光を発し得る。第1の発光領域によって発せられた光の偏光面は、第2の発光領域によって発せられた光の偏光面に対して実質的に平行であり得る。あるいは、第1および第2の発光領域はそれぞれ、使用時に、円偏光を発し得、第1および第2の発光領域はそれぞれ、使用時に、円偏光を発し得る。第1の発光領域によって発せられる光の偏光方向の向きは、第2の発光領域によって発せられる光の偏光方向の向きと同じであり得る。
【0023】
上記デバイスはエレクトロルミネセンスデバイスであり得る。
【0024】
本発明の第2の局面は、第1および第2の発光領域を有するルミネセンスデバイスを提供し、第1の発光領域内の発光分子が、実質的に第1の方向にアライメントされ、第2の発光領域内の発光分子が、実質的に第2の方向にアライメントされ、第2の方向は第1の方向と異なる。第1の発光領域は、使用時に、第1の偏光方向を有する光を発し得、第2の発光領域は、使用時に、第1の偏光方向とは異なる第2の偏光方向を有する光を発し得る。発せられた光の偏光方向は、発光分子のアライメントにより生じ、第1および第2の発光領域から発せられた光の偏光方向の相違は、2つの発光領域の異なるアライメント方向に基づく。あるいは、第1の発光領域は、使用時に、第2の発光領域によって使用時に発せられる光と異なる波長を有する光を発し得る。
【0025】
本発明の第3の局面は、バックライトの上に配置される液晶材料の層を含み、バックライトが、ルミネセンス層、使用時に第1の波長で偏光を発するルミネセンス層の第1の部分、および使用時に第2の波長で偏光を発するルミネセンス層の第2の部分を含む。
【0026】
上記デバイスは、第1の波長の光を透過させるための第1のカラーフィルタ、および第2の波長の光を透過させるための第2のカラーフィルタをさらに含み得、第1および第2のカラーフィルタのそれぞれは、ルミネセンス層の第1および第2の部分のうちのそれぞれ1つとアライメントされる。
【0027】
ルミネセンス層の第1および第2の部分が平面偏光を発し得る。ルミネセンス層の第1の部分によって発せられた光の偏光面が、ルミネセンス層の第2の部分から発せられた光の偏光面に対して実質的に平行であり得る。あるいは、ルミネセンス層の第1および第2の部分は、円偏光を発し得る。
【0028】
上記ルミネセンス層は、エレクトロルミネセンス層であり得る。
【0029】
本発明の第4の局面は、ルミネセンスデバイスの発光領域を製造する方法を提供する。上記方法は、蒸着方向が基板に対して斜めである、基板上にアライメント層を蒸着させる工程、および発光分子の蒸着方向が基板に対して実質的に垂直である、アライメント層上に発光分子を蒸着させることにより、発光層を形成する工程を含む。
【0030】
発光層内の分子の配向は、アライメント層のアライメント方向によって制御され、これは、アライメント層が蒸着されるときの蒸着方向と基板との角度に依存する。この方法は、斜めに堆積されたアライメント層の上に各発光層を成長させることによって、一方の発光層内の発光分子が、他方の発光層内の発光分子とは異なる方向にアライメントされる、2(以上)の発光層を有する積み重ねELデバイスを製造するために用いることができる。
【0031】
(発明を実施するための最良の形態)
次に、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら例示として説明する。
【0032】
図3は、本発明による2層のルミネセンスデバイスの概略図である。これは、アノード21、発光層22、およびカソード層23を含む第1のELデバイス20を有する。これは、アノード層25、発光層26、およびカソード層27から成る第2のELデバイス24上に配置される。
【0033】
2つの発光層22、26は、異なる波長、または同じ波長の光を発し得る。この2つの発光層は、相互に独立して制御することが可能である。
【0034】
発光層22、26は、実質的に平面偏光された光(以後、便宜上「平面偏光」と呼ぶ)を発する。発光層によって発せられる光の偏光面は、第2のEL素子24の発光層26によって発せられる光の偏光面に対して90゜にある。
【0035】
発せられた光の偏光方向は、発光層内の発光分子を、発光層の平面内で全て実質的に同じ方向にアライメントされるように配向することによって得られる。平面偏光の電界ディレクターは、発光分子のアライメント方向と垂直である。
【0036】
発光分子は、電界ディレクターがその長さ方向と平行である光を吸収できない。よって、図3に示すデバイスにおいて、第2のEL素子の発光層26内の発光分子は、吸収方向に対して90°に平面偏光されるため、第1のEL素子によって発せられる光を吸収することができない。結果として、第2のEL素子24の発光層内における第1のEL素子20によって発せられる光の吸収がなくなるか、または少なくとも大幅に低減される。
【0037】
本発明は、従来技術に対して多くの利点を有する。まず、あるEL素子が発する光の別のEL素子内での吸収が、その光を偏光することによって実質的に妨げられるので、発光層の選択を、Forrestらの場合のように、ストークスシフトが大きい材料に限定する必要がない。これは、より多くの材料をEL素子に用いることができることを意味する。
【0038】
さらに、EL素子が異なる波長の光を発する場合において、波長が短いEL素子の後に、波長が長いEL素子を置く必要がない。よって、赤色EL素子を、デバイスの前方に配置することが可能であり、これは、上記のとおり、赤色EL素子が他の波長の光を発するEL素子よりも強度が低い傾向があるために、望ましい。
【0039】
あるEL素子が発する光の他のEL素子内での吸収が、光の偏光方向によって妨げられるので、2つのEL素子が同じ波長で発光することが可能でさえある。2つのEL素子が独立して制御可能であるので、これによって、出力光の偏光方向の状態を容易に変更する性質を備えた、偏光を発するデバイスが生成される。
【0040】
あるEL素子が発する光が、光の偏光方向のために、他のEL素子によって吸収されないので、ここでは、デバイスの後方にミラーを設けることによって、後方向に発せられる光を利用することが可能である。
【0041】
本発明は、2層のELデバイスに限定されず、3以上の層を有するELデバイスにも適用することが可能である。3層のELデバイスに適用された本発明を示す1つの例を図4に示す。図3に示すデバイスと比較して、図4に示すデバイスは、アノード層29、発光層30、およびカソード層31を有する第3のEL素子28をさらに含む。3つのEL素子は独立して制御可能であり、赤色、緑色、および青色等の3つの異なる波長で光を発するEL素子が用いられる場合、フルカラーディスプレイを得ることができる。
【0042】
発光層30は、第1のEL素子20の発光層22によって発せられる光と同じ方向に平面偏光され、且つ第2のEL素子24の発光層26によって発せられる光の偏光面に対して90°に平面偏光される光を発するように構成される。偏光方向の方向が異なるため、緑色発光層は、赤色ELデバイスによって発せられる赤色光を吸収することが不可能であり、青色発光層は、緑色EL素子によって発せられるいずれの緑色光も吸収することが不可能である。しかしながら、赤色発光層22および青色発光層30が、同じ方向の偏光方向を有する光を発するように構成されるので、青色発光層が赤色EL素子によって発せられた光を吸収することが可能である。しかしながら、図2に示すとおり、赤色発光層に関する発光スぺクトルは、青色発光層に関する吸収スぺクトルから十分遠くに離れているので、青色発光層内での赤色光の著しい吸収が起こる見込みは低い。
【0043】
緑色EL素子の発光層に適した材料は、PPVである。赤色EL素子の発光層に適した材料は、PPV内のDCM/NIRである。(DCMは、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(4−ジメチル−6−(4−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピランであり、NIRはナイルレッドである。)青色EL素子に適した発光材料は、ポリカーボゾール内のジスチリルベンゼンである。
【0044】
3層のELデバイスの1つの代替的な構成を図5aに概略的に示す。図4のデバイスと同様に、これは、赤色EL素子20、緑色EL素子24、および青色EL素子28から成る。この3つのEL素子の発光層22、26、および30もまた、平面偏光を発するように構成されている。
【0045】
図5aの実施形態において、緑色EL素子24の発光層26は、赤色EL素子の発光層22によって発せられる平面偏光の方向に対して60°に平面偏光される光を発するように構成される。青色EL素子28は、緑色EL素子24によって発せられる光の偏光面に対して60°に、そして赤色EL素子20によって発せられる光の偏光面に対して120°に平面偏光される光を発する。3つのEL素子によって発せられる赤色、緑色、および青色光の偏光方向を、図5bに概略的に示す。
【0046】
赤色および緑色光の偏光面が直交していないので、緑色EL素子の発光層26内で、赤色光の吸収がわずかにある。しかしながら、約(cos260)倍だけ低減され、すなわち、EL素子が偏光されない光を発した場合に起こる吸収の約4分の1になる。同様に、青色EL素子の発光層30は、赤色および緑色光の両方を吸収するが、この吸収は、アモルファス発光層が用いられる場合と比較して、(cos260)倍だけ低減される。
【0047】
図4に示す構成、または図5aに示す構成が好ましいかどうかは、3つのEL素子の相対強度等の要因に依存する。
【0048】
上述の実施形態においては、デバイスの2以上のルミネセンス部が、積み重ねデバイスを生成するために、上下に配置された。しかしながら、本発明は、積み重ねデバイスには限定されず、2以上のルミネセンス領域が並んで配置されるデバイスにも適用することができる。ルミネセンス領域が並んで配置される場合、偏光のパターン化された発光体を得ることが可能であり、そのデバイスによって発せられる光の性質がデバイスのエリアに渡って変化する。例えば、そのデバイスによって発せられる光の波長は、デバイスのエリアに渡って変化することが可能であり、またはデバイスによって発せられる光の偏光方向が、デバイスのエリアに渡って変化することが可能である。
【0049】
本発明によるパターン化された偏光発光デバイスを図6aに概略的に示す。このデバイスは、並んで配置された2つの発光領域34、35を含む。この2つの発光領域は、実質的に同じ波長を有するが、異なる偏光方向を有する光を発する。図6aに示すとおり、領域34、35の両方が平面偏光を発するが、一方の領域によって発せられた光の偏光面は、他方の領域によって発せられた光の偏光面に対して実質的に90°にある。この2つの発光領域は独立して制御可能であるので、デバイスによって発せられた光の偏光方向を変更することが容易にできる。発光領域は、ルミネセンス領域、例えば、エレクトロルミネセンス領域であることが可能である。
【0050】
図6aにおいて、この2つの領域が、同じ波長であるが異なる偏光方向を有する光を発する。あるいは、この2つの領域が、例えば、同じ方向に平面偏光された、同じ偏光方向を有するが、波長が異なる光を発することが可能である。よって、デバイスは、波長スぺクトルを容易に変更することが可能である偏光のソースを提供する。
【0051】
図6aのデバイスの2つの領域34、35が、楕円偏光または円偏光等の平面偏光以外の偏光方向を有する光を発することも可能である。
【0052】
本発明のさらなる実施形態を図6bに示す。これは2層のデバイスであり、第1のEL素子31が第2のEL素子32の上に配置されるている。これらのEL素子のそれぞれは、横方向に3つの発光エリアに細分化される。第1のEL素子31は、緑色光を発する発光エリア31A、および青色光を発する2つのエリア31B、31Cを有する。第2のEL素子32は、赤色光を発する2つのエリア32A、32B、および緑色光を発するエリア32Cを有する。この2つのEL素子は、第1のEL素子の発光エリアが第2のEL素子32の発光エリア上に直接配置されるように構成される。各EL素子の隣接する発光エリアは、非発光領域33によって隔てられる。発光エリアは、独立して制御される。
【0053】
図6bに示すとおり、2つのEL素子は共に、平面偏光を発するように構成され、第1のEL素子31によって発せられる光が、第2のEL素子32によって発せられる光に対して90°に偏光される。これは、一方のEL素子によって発せられる光が、他方のEL素子の発光層内で吸収されないことを意味する。
【0054】
図7は、本発明のさらなる実施形態を示す。これは1層のEL素子であり、発光層が4つの発光領域34、35、36、37に分割される。発光領域は全て、平面偏光を発するが、領域34、37の2つが、ある方向に平面偏光される光を発し、他の2つの領域35、36が、領域34、37によって発せられた光の偏光方向に対して90°に平面偏光される光を発する。この4つの発光領域34、35、36、37は、相互に独立して制御可能である。4つの発光領域が、実質的に同じ波長で発光する場合、EL素子からの光の偏光方向は、例えば、発光領域34、37をオフにし、発光領域35、36をオンにすることによって、容易に変えることが可能である。
【0055】
関連する実施形態を図8に示す。これは1層のEL素子であり、ここでは、発光層が、赤色発光領域38、緑色発光領域39、および青色発光領域40を有する。赤色、緑色、および青色発光領域が、今度は、ある方向に平面偏光された光を発する領域(41、43、45)、および直交方向に平面偏光された光を発する他の領域(42、44、46)に分割される。よって、図8に示すELデバイスはフルカラー出力を提供し、その偏光状態は、容易に変更することができる。このようなEL素子は、例えば、3−Dディスプレイデバイスにおいて用いることができる。本実施形態の改変例(図示せず)において、領域41、43、45が、ある向きにおいて、円偏光する光を発し、領域42、44、46が、逆の向きにおいて、円偏光する光を発する。
【0056】
図9は、バックライトとしてルミネセンス素子を組み込んだ液晶ディスプレイデバイスを示す。
【0057】
この液晶ディスプレイは、1対の基板61、62の間に液晶材料の層60を配置した構成である。液晶層の各ピクセル全体に電圧を印加するための1以上の電極65、66が基板上に設けられ、アライメント層63、64が、それぞれ、その上に電極が配置されている基板上に配置される。図9の実施形態において、デバイスは、アクティブマトリクスデバイスであるので、下側基板62上の電極66がピクセル電極であり、単一の電極65が共通電極として上側基板61上に設けられている。あるいは、図9のデバイスは、パッシブアドレシング液晶デバイスとして実現することが可能であり、その場合は、行電極が一方の基板上に設けられ、列電極が他方の基板上に設けられる。
【0058】
図9に示すLCDは、フルカラーディスプレイデバイスである。第1のピクセルが、赤色カラーフィルタ67Rを備え、第2のピクセルが緑色フィルタ67Gを備え、第3のピクセルが青色フィルタ67Bを備える。図9には、3つのピクセルのみを示すが、実際には、このデバイスは3よりも多くのピクセルを含む。
【0059】
図9のLCDは、バックライト68を備える。バックライトは、パターン化され、線形偏光された発光体から形成される。図9に示すバックライト68は、線形偏光された赤色光を発する第1の発光素子68R、線形偏光された緑色光を発する第2の発光素子68G、および線形偏光された青色光を発する第3の発光素子68Bを含む。赤色、緑色、および青色発光素子68R、68G、68Bは、横方向に配置され、それぞれ、赤色、緑色、および青色フィルタ67R、67G、67Bと対向して位置する。
【0060】
赤色、緑色および青色発光素子68R、68G、68Bは、原則として、偏光を発する任意のルミネセンスデバイスから形成される。1つの好適な実施形態において、これらは、素子が平面偏光を発するように、発光分子が配向されたEL素子である。3つのEL素子68R、68G、68B内の発光分子は、3つのEL素子がほぼ同じ偏光面において平面偏光される光を発するように配向される。
【0061】
線形偏光子69が上側基板61の上面の上に設けられており、これは、発光素子68R、68G、68Bによって発せられる光の偏光面に対して90°である透過軸を備えるように構成される。液晶層のピクセルに印加される電圧は、液晶層がピクセル内の発光素子によって発せられる光の偏光面を回転させないように、印加される場合、発光素子によって発せられた光が線形偏光子69によって遮られ、ピクセルが暗く見える。しかしながら、ピクセル内の発光素子によって発せられる光の偏光面が90°回転されるように、ピクセル全体に渡って電圧が印加される場合には、光が線形偏光子69によって透過され、ピクセルが明るく見える。
【0062】
原則的には、発光素子68R、68G、68Bは全て、偏光子69の透過軸に実質的に90°に平面偏光される光を発し、LCD内にはさらなる光学構成要素は必要とされない。しかしながら、発光素子によって発せられる光が非偏光構成要素を含む場合、ディスプレイのコントラストは低下する。これを防ぐために、図9のデバイスは、好ましくは、発光素子68R、68G、68Bと液晶層60との間に配置される第2の線形偏光子70を備える(図9において、この第2の偏光子70は、下側基板62の下面に配置される)。第2の偏光子70の透過軸は、第1の偏光子69の透過軸に対して90°に配置され、よって、発光素子68R、68G、68Bによって発せられる光の偏光面と実質的に平行である。第2の偏光子70は、発光素子によって発せられるいずれの非偏光も、第1の偏光子69の透過軸に対して90°に偏光される平面偏光に変換される。
【0063】
図9において、デバイスが斜めの角度で見られるときに起こる視差の問題を防ぐために、発光素子68R、68G、および68Bは、LCDの下側基板の近くに位置する。あるいは、発光素子68R、68G、68Bを、LCDの下側基板62から少し離して配置し、例えば、発光素子と下側基板62の間にマイクロレンズアレイ等の視準素子を配置することも可能である。
【0064】
図10は、バックライトを備えた液晶ディスプレイデバイスの別の実施形態を示す。この実施形態は、透過反射型ディスプレイデバイスである。
【0065】
図9の実施形態と同様に、図10の液晶ディスプレイデバイスは、上側基板61と下側基板62の間に配置された液晶層60を含む。基板はそれぞれ、1以上の電極65、66、およびアライメント層63、64を備える。赤色、緑色、および青色カラーフィルタ67R、67G、67Bが上側基板上に配置され、赤色、緑色および青色発光素子68R、68G、68Bが個々のカラーフィルタと対向して下側基板上に配置される。線形偏光子69が上側基板61の上に配置される。
【0066】
図10のデバイスは、透過反射型デバイスであり、赤色、緑色、および青色発光素子の下に配置されるレフレクタ73を含む。リターダ71が、線形偏光子69と液晶層との間に配置される。
【0067】
LCDのバックライトを形成する発光素子68R、68G、68Bが、円偏光を発する。
【0068】
作動時に、液晶層およびリターダ71によって生じる全体的なリターデーションが0とλ/4の間、またはλ/2とλ/4の間に切換えられるように、液晶層60のピクセル全体に渡って印加される電圧が切換えられる。1つのピクセルに対する液晶層60およびリターダ71の全体的なリターデーションが、λ/4(またはnλ/2+λ/4、ここでnは整数である)である場合、上方からデバイスに入射する周辺光はそのデバイスによって反射されない。上方からデバイスに入射する光が、偏光子69によって平面偏光され、リターダ71および液晶層60を通過した結果、円偏光に変換される。レフレクタ73に反射した後、光は、液晶層およびリターダを再度通過して、平面偏光に再変換される。しかしながら、光の円偏光の向きは、レフレクタ73に反射した結果、変化しているので、結果的な平面偏光は、実際には、偏光子69の透過軸に対して90°に偏光される。よって、デバイスに入射する周辺光は反射されない。さらに、発光素子によって発せられる円偏光は平面偏光に変換され、偏光子69は、透過軸がこの光の偏光面に対して90°であるように構成される。よって、発光素子68R、68B、68Gによって発せられる光は、線形偏光子69を通過することができない。よって、ピクセルは暗状態(dark state)である。
【0069】
他方において、1つのピクセルに対する液晶層60およびリターダの全体的なリターデーションが、0またはλ/2(もしくはλ/2の任意の整数倍)であるとき、周辺光がデバイスによって反射され、発光素子68R、68G、68Bによって発せられた光が、すくなくとも部分的に、偏光子69を透過するので、ピクセルは明状態(bright state)である。
【0070】
カラーフィルタ67R、67G、67Bは、主に反射周辺光とともに使用するために設けられる。発光領域をカラーフィルタの吸収範囲と同様の波長範囲で吸収するように構成することが可能である場合、カラーフィルタを薄くするか、またはカラーフィルタを全くなくしてしまうことが可能である。
【0071】
図10において、発光領域68R、68G、68Bが下側基板62の下面に配置される。しかしながら、それらはこの場所に限定されず、デバイス内の他の場所に配置することが可能である。
【0072】
LCDの前面からの光の鏡面反射を低減するために、散乱フィルム72をLCDの上側基板上に配置することができる。
【0073】
発光分子が特定の方向にアライメントされる発光層を有するEL素子を生成する1つの方法は、反応性メソゲンRM257(Merck Ltd.より入手可能)等の流体に発光分子を懸濁することを含む。次に、全てが特定の方向にアライメントされるように、分子が配向される。これは、例えば、電界または磁界を印加することによって行うことが可能である。次いで、流体マトリクスが「固定」されるので、発光分子はそれ以上マトリクス内を移動することが不可能である。このマトリクスは、例えば、マトリクスをUV光で照らすことによって固定することができる。よって、マトリクス内の発光分子のアライメント方向が設定される。その後、電界または磁界を取り除くことが可能である。
【0074】
流体マトリクス全体を固定する代わりに、流体マトリクスの選択した部分のみを固定することが可能である。これは、例えば、流体マトリクスをマスクパターンを介して照射することによって行うことができるので、選択したエリアだけが照射される。図7に示すデバイスは、領域34および37で必要とされる方向に発光分子をアライメントするように電界を印加し、且つその領域内のマトリクスを固定するようにエリア34、37だけを照射することによって生成することができる。印加された電界の方向が、次いで、領域35、36内の発光分子を正確に配向されるように変更され、その後に領域35、36がそのエリア内のマトリクスを固定するように照射される。
【0075】
次に、異なるEL層内の発光分子が異なる方向に配向される、積み重ねEL素子を製造する1つの可能な方法を、図11(a)〜(f)を参照して述べる。図11(a)〜(f)は、2つのEL層を有する積み重ねEL素子の製造に関するが、この方法は、任意の数のEL層を有する積み重ねEL素子に適用することができる。
【0076】
EL素子50は、その上にアノード電極52を設けた基板51上に成長する。図11(a)において、第1の無機アライメント層53が、アノード電極52上に蒸着させられる。第1のアライメント層53の蒸着は、蒸着方向が基板51に対して斜めになるように行われ、アライメント層のアライメント方向は、蒸着方向と基板との角度に依存する。このことは、液晶等の異方性材料の技術分野では周知である。
【0077】
図11(b)において、第1のEL発光層54が、アライメント層53上に蒸着させられる。発光層54の蒸着は、蒸着方向が基板51に対して実質的に垂直になるように行われる。発光層54の分子は、蒸着面に対して平行または垂直のいずれかになるように、アライメント層53によってアライメントされる。
【0078】
図11(c)において、第2の無機アライメント層55が、発光層54上に蒸着させられる。第2のアライメント層55の蒸着は、蒸着方向が基板51に対して斜めになるように行われる。蒸着方向と基板との角度は、図11(c)においては、図11(a)とは同じではないので、第2のアライメント層55のアライメント方向は、第1のアライメント層53のアライメント方向と同じではない。
【0079】
図11(d)において、第2のEL発光層56が、第2のアライメント層55上に蒸着させられる。第2の発光層56の蒸着は、蒸着方向が基板51に対して実質的に垂直になるように行われる。第2の発光層56の分子は、蒸着面に対して垂直または平行のいずれかになるように、第2のアライメント層55によってアライメントされるので、第1の発光層54内の分子と異なる方向にアライメントされる。
【0080】
最後に、図11(e)において、カソード電極57が、第2の発光層56上に蒸着させられる。カソード電極57の蒸着が、蒸着方向が基板51に対して実質的に垂直になるように実行される。完成したEL素子の構造を図11(f)に示す。
【0081】
アノード層52および第1のアライメント層53を単一の層に結合することが可能である。この層は、図11(a)に示すような斜めの蒸着によって堆積されるべきである。
【0082】
アノード電極52と第1のアライメント層53の間、または第2の発光層56とカソード電極57の間にさらなる輸送層(transport layer)を設けることが可能である。
【0083】
図11(a)〜(f)の方法は、3以上の発光層を有する積み重ねEL素子を成長させるために用いることができる。各発光層の前に、斜めに蒸着されたアライメント層を置くことが単に必要である。
【0084】
本発明のさらなる実施形態を図12に示す。これは1層のELデバイスであり、ここでは、発光層が2つの領域に分割される。
【0085】
発光層によって発せられる光の波長を、発光分子を配向することによって変更することも可能である。発光分子には、印加された電界で配向されるときに、発光波長に変化を示すものがあることは公知である。そのような化合物の一例としては、S.Nilarらの「Journal of Applied Physics」、Vol.82、514ページ(1997年)によって報告されるような、NIR(ナイルレッド(Nile Red))がある。NIRを含むELデバイスは、通常、578nmのピーク波長を有する光を発する。しかしながら、発光分子が、例えば、電界を印加することによって、発光層に対して垂直になるようにアライメントされる場合、発光波長は521nmに変わる。
【0086】
図12に示すデバイスにおいて、NIRを含む発光層の一部が、発光層に対して垂直であるNIR分子をアライメントするように電界を受ける。領域47が、次いで、垂直アライメントのNIR分子を固定するために、選択的に固定される。電界を取り除く際には、固定されていない領域48内の分子が、平行方位に再度緩和される。よって、発光層の領域47は、521nmのピーク波長を有する光を発する一方で、発光層の領域48は、578nmのピーク波長を有する光を発する。2つの領域47、48が、相互に独立して制御可能である場合、デバイスの出力波長を、例えば、領域47をオフに、領域48をオンに単に切換えることによって変更することが可能である。
【0087】
図12に示すデバイスはまた、ホメオトロピックアライメントに好ましい領域、および平面配向アライメントに好ましい領域に、表面をパターン化する技術を用いて生成することができる。適切な技術が、同時係属中の英国特許出願第9822762.2号に記載されている。
【0088】
本発明によるデバイスは、上記方法以外の方法によって製造することができる。実際、原則として、偏光を発するエレクトロルミネセンス層を提供する任意の方法によって製造することができる。配向ポリマー、または配向有機材料を提供する任意の方法を用いることができる。例えば、発光層内の発光分子が、発光層が堆積されるときに、基板上のパターンによって配向されるように、基板をパターン化することが可能である。用いることができる技術は以下を含むが、それらには限定されない。
【0089】
i) 形態学的にパターン化された表面。
【0090】
ii) マスクされ、繰り返し研磨されたポリマーアライメント層、ここで、1つの研磨工程が、層のマスクされていないある部分で実行され、その後に研磨された部分がマスクされ、層の別の部分が異なる方向に研磨される。
【0091】
iii)ポリマーアライメント層を研磨する工程、およびその後に、マスクを介してUV光に露光することにより、アライメント層の選択エリアで結合破壊を生じる。
【0092】
用いることができる別の可能な方法は、均一なアライメント方向を得るために、発光材料を、偏光UV光を用いて交差結合することである。これは周知技術であり、偏光UV光で照射されたシンナマートポリマーの交差結合を示す図13に示される。
【0093】
分子の均一なアライメント方向を得るために偏光UV光を用いたポリマー材料の交差結合は、有機ELデバイス内の発光層のアライメントに特に有用である。これらのデバイスは、しばしば、数層の材料を連続してスピンコーティングすることによって生成される。この場合、相互に不溶性である、専用溶剤が多層デバイス内の異なるポリマー層のために用いられることが重要である。
【0094】
周知のポリマーUV交差結合できる材料が、UV放射での照射の前に、基板上に堆積される。この堆積は、例えば、材料をスピンダウンすることによって実行することができる。
【0095】
1つの代替的な方法は、異方性発光液晶ポリマー、またはLMM層を、UV放射で照射および偏光されたUV感応性アライメント薄層(thin UV sensitive alignment layer)の上に堆積することである。液晶ポリマーは、高温で配向することができ、これにより、デバイスの作動温度で配向ガラスが形成される。アライメント層は、デバイス内の電荷輸送に悪影響が及ぶことを防ぐために、できる限り高い伝導性を有し、且つできる限り薄くなるべきである。アライメント層に用いられるUV感応性材料は、UV光の照射下において、交差結合、または他のなんらかの変化を経るポリマーであり得るか、もしくは、UV光の照射下において交差結合されるいくつかの反応基を備えたLMM化合物であり得る。
【0096】
円偏光または楕円偏光を発するルミネセンスデバイスは、発光分子を、楕円またはらせん状の構成にアライメントすることによって生成することができる。これは、例えば、キラル液晶を用いて発光分子をアライメントすることによって行うことができる。この技術を円偏光ルミネセンスデバイスを生成するために使用することが、「Nature」Vol 397、506ページ、1999年2月11日のS.H.Chenらによる「Circularly Polarized Light Generated by Photo Excitation of Lumiophores in Glassy Liquid−Crystal Films」に記載されている。
【0097】
このアプローチの代わりに、図10に示す円偏光ルミネセンス素子が、原則的に、平面偏光ルミネセンス素子とλ/4波長板の組み合わせによって実現することができる。
【0098】
偏光を発するエレクトロルミネセンス素子もまた、WO 97/07654に開示される方法によって製造することができる。この方法において、発光層は、液晶化合物とエレクトロルミネセンス化合物の混合物から成る。LC分子が好ましい方向に配向され、これにより、EL分子が好ましい方向に配向される。外部電界または磁界、もしくは研磨されたアライメント層が、LC分子を配向するために用いることができる。
【0099】
本発明は、特にエレクトロルミネセンスデバイスに関して述べられているが、本発明は、ELデバイスに限定されず、他のルミネセンスデバイスにも適用することができる。
【0100】
(産業上の利用可能性)
本発明は、第1および第2の発光領域を有するルミネセンスデバイスを提供する。第1の発光領域が、使用時に、第1の偏光を発し、第2の発光領域が、使用時に、第1の偏光とは異なる第2の偏光を発する。本発明のこの局面によるルミネセンスデバイスは、発せられた光の性質がデバイスの面積に渡って変化する偏光を発する、パターン化された発光体を生成するために用いることができる。あるいは、本発明のこの局面によるデバイスは、上記で概説した従来技術の積み重ねELデバイスの問題を克服するために、積み重ねデバイスとして実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来技術の3層エレクトロルミネセンスデバイスの概略断面図である。
【図2】 図2は、図1のデバイスの3つのEL素子に関する吸収および発光スぺクトルを示す。
【図3】 図3は、本発明の第1の実施形態によるELデバイスの概略図である。
【図4】 図4は、本発明の別の実施形態による3層のELデバイスを示す概略図である。
【図5a】 図5aは、図4の実施形態の改変例を示す。
【図5b】 図5bは、図5aのデバイスの3つのEL層に関する偏光方向を示す。
【図6a】 図6aは、本発明のさらなる実施形態によるELデバイスを示す。
【図6b】 図6bは、本発明のさらなる実施形態によるELデバイスを示す。
【図7】 図7は、本発明のさらなる実施形態によるEL素子の概略平面図である。
【図8】 図8は、本発明のさらなる実施形態によるEL素子の概略平面図である。
【図9】 図9は、バックライトとしてELデバイスを組み込んだ液晶デバイスの概略断面図である。
【図10】 図10は、バックライトとしてEL素子を組み込んだ透過反射型液晶ディスプレイデバイス(transflective liquid crystal display device)の概略断面図である。
【図11】 図11(a)〜(f)は、本発明による積み重ねEL素子の製造工程を示す。
【図12】 図12は、本発明のさらなる実施形態による2つの異なる波長で光を発することが可能なEL素子の概略平面図である。
【図13】 図13は、シンナマートポリマーの重合の概略図である。
Claims (4)
- アノード層とカソード層との間に第1の発光層が設けられた第1のエレクトロルミネセンス(EL)素子と、アノード層とカソード層との間に第2の発光層が設けられた第2のEL素子と、アノード層とカソード層との間に第3の発光層が設けられた第3のEL素子とを有するエレクトロルミネセンスデバイスであって、
前記第2のEL素子の上に、前記第1の発光層が前記第2の発光層に対して平行状態で相互に積層状態になるように前記第1のEL素子が配置されるとともに、前記第3のEL素子の上に、前記第2の発光層が前記第3の発光層に対して平行状態で相互に積層状態になるように前記第2のEL素子が配置されており、
前記第1の発光層が、発光時に、第1の平面偏光を発し、前記第2の発光層が、発光時に、第2の平面偏光を発し、前記第3の発光層が、発光時に、第3の平面偏光を発し、
前記第1の平面偏光の偏光面が、前記第2の平面偏光の偏光面に対して90°の角度になっており、前記第3の平面偏光の偏光面が、前記第1の平面偏光の偏光面に平行になっていることを特徴とする、エレクトロルミネセンスデバイス。 - アノード層とカソード層との間に第1の発光層が設けられた第1のエレクトロルミネセンス(EL)素子と、アノード層とカソード層との間に第2の発光層が設けられた第2のEL素子と、アノード層とカソード層との間に第3の発光層が設けられた第3のEL素子とを有するエレクトロルミネセンスデバイスであって、
前記第2のEL素子の上に、前記第1の発光層が前記第2の発光層に対して平行状態で相互に積層状態になるように前記第1のEL素子が配置されるとともに、前記第3のEL素子の上に、前記第2の発光層が前記第3の発光層に対して平行状態で相互に積層状態になるように前記第2のEL素子が配置されており、
前記第1の発光層が、発光時に、第1の平面偏光を発し、前記第2の発光層が、発光時に、前記第1の平面偏光の偏光面に対して60°になった第2の平面偏光を発し、前記第3の発光層が、発光時に、前記第1の平面偏光の偏光面に対して120°になった第3の平面偏光を発することを特徴とする、エレクトロルミネセンスデバイス。 - 前記第1の発光層から発せられる光の波長と、前記第2の発光層から発せられる光の波長と、前記第3の発光層から発せられる光の波長とが相互に異なっている、請求項1または2に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
- 前記第1の発光層から発せられる光が赤色であり、前記第2の発光層から発せられる光が緑色であり、前記第3の発光層から発せられる光が青色である、請求項3に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
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