JP4162885B2 - 光入力型発光表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光入力型発光表示素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子ペーパーと呼ばれる概念の表示装置に関する開発が精力的になされている。特許第02733676号には電気泳動表示、特表平11−502950号公報にはマイクロカプセル化した電気泳動表示、特開平08−197853号公報には感熱記録媒体を用いた表示、特開平07−121529号公報には電子ペーパーを用いたシステム等が知られている。しかし、これら表示装置に於いては表示コントラストが不十分であり、書き換え時間が長い等の不具合が存在している。
【0003】
一方、電子ペーパーとは異なるが、従来からの表示装置としてCRT、液晶表示装置があり、特に液晶表示装置はCRTと比較し薄型軽量で、しかも駆動消費電力が小さいという特徴を有している。
【0004】
ところが、液晶表示装置はバックライト光源を有する、視野角が狭い、応答速度が遅い、大面積化に不利、室内証明下でのコントラストが必ずしも十分でない等の欠点を有する。この様な背景のもと、フラットパネルディスプレイ分野では、プラズマディスプレイ、無機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイ、真空マイクロカソード素子などの発光型表示素子が注目されてきた。中でも有機EL素子は10V前後の低電圧駆動で1000cd/m2以上の高輝度発光を実現でき、しかも真空蒸着法や塗布等の方法により簡便に形成できるので大面積化に有利である。この様に有機EL素子は液晶表示装置の欠点を克服し、表示性能を大幅に向上させうる表示装置として実用化に向けた研究開発が精力的に進められつつある。更に自発光表示であるためにバックライトを必要とせず、更なる薄型化が可能と思われる。
【0005】
しかしながら、この様な有機EL素子を用いた表示装置は、表示すべき画像、または文字等の外部情報を電気的な入力法により表示するために、有機EL素子駆動用の電気的回路構成が必要になる。具体的には、液晶表示装置で用いられているような、アクティブ素子と融合することで表示装置が出来上がる。このアクティブ表示素子の例は特開平07−234420号公報などに記載されている。アクティブ素子の形成は一つ一つの表示画素中にスイッチング用のトランジスタを組み込んでいるため、製造工程が複雑でありコスト高を招いている。
【0006】
外部情報入力にアクティブ素子を用いないで実行する方式として、光による入力方式あり、これは空間変調素子として古くから提案されている。又、1インチ程のCRTを用い拡大光学系を用いた空間光変調素子がG.H.Heartling:ACS Symposium serise,No.164(1981)265に記載されている。また特開平7−175420号公報には光入力により電荷を発生させ、この発生電荷により有機EL表示部を発光表示する素子の提案がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら空間光変調素子はメモリー性が無く、表示に際しては、常に光入力が必要であり、表示エネルギーの低消費電力化には不向きであり、更に電子ペーパーの様な薄型化には好ましくない装置構成になっていた。また、光応答部の安定した動作機能や、光応答部への低エネルギーでの書き込み、消去には不向きであった。
【0008】
本発明の目的は、視認性の優れた有機EL表示素子を用い、外部情報入力手段として光入力を行うことで電気的なアクティブ回路構成を不要にし、従って、コスト高を招くこと無く、さらに、光応答部にメモリー機能を持たせることで低消費電力と薄型化を可能とし、光応答部にアンチモン、テルル元素を主成分とする材料膜を用いる事により、安定した動作機能を示し、低エネルギー書き込み、消去が可能となる光入力型発光表示装置の提供にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項1の発明は、基板と、前記基板上に形成される第1の電極と、前記基板上に形成される光照射による熱エネルギーにより相変化する材料からなる光応答部と、前記光応答部上に形成される有機EL材料発光材料からなる発光表示部と、前記発光表示部に形成される第2の電極と、を有し、前記光照射による熱エネルギーにより相変化する材料は、アンチモン・テルル元素を主成分とする材料であることを特徴とする光入力型発光表示素子を最も主要な特徴とする。
【0010】
上記の目的を達成するため、請求項2の発明は、発光表示部及び光応答部が互いに材料の異なる膜で構成されている光入力型発光表示素子を特徴する。
【0011】
上記の目的を達成するため、請求項3の発明は、前記発光表示部が有機薄膜で構成されている入力型発光表示素子を特徴とする。
【0012】
上記の目的を達成するため、請求項4の発明は、光入力情報が2次元の表示情報であり、前記光入力情報に対応した発光表示を行うよう構成した光入力型発光表示素子を特徴とする。
【0013】
上記の目的を達成するため、請求項5の発明は、前記基板が可視光に対し透明である光入力型発光表示素子を特徴とする。
【0014】
上記の目的を達成するため、請求項6の発明は、前記基板が可視光に対し透明であり、且つ可撓性を有するプラスチック基材を用いて構成されている光入力型発光表示素子を特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の光入力型発光表示素子の実施の形態を図1〜図5を参照しつつ説明する。
【0030】
図1には本発明の光入力型発光表示素子の一例が示されている。図1中、1は基板であり、基板1は、対向配置された光応答部2及び発光表示部3、光応答部2及び発光表示部3を挟むように設けられた膜状の電極4,5により構成されている。電極膜4,5により一対の電極が形成されている。
【0031】
光応答部2は光入力によりスイッチングする材料からなる膜であり、光子により化学的に構造変化する材料、または光による熱エネルギーにより相変化する材料が挙げられる。またこれら材料は双安定状態を示し、特に電気的性質、即ち抵抗率が変化する材料が好ましい。
【0032】
発光表示部3は有機EL発光材が好ましく、真空蒸着法などの手法により簡便に大面積成膜可能な低分子有機EL材料や、塗布成膜可能な高分子有機EL材料からなる。またこの有機EL材料の発光効率を高めるために、特に低分子系有機EL材料を用いた場合、正孔注入層、正孔移動層などを配置させた多層からなる層構成を取る場合もある。
【0033】
対電極を形成する発光表示部3上部に積層される電極5は、電子注入に祭し、電気的な障壁を形成し難いMg−Ag電極、イッテルビウム、Li元素を含むLi電極、Alの積層電極構成を取ってもよい。また他方の電極4としては発光強度の減衰を生じさせない透明電極が好ましい。または極薄金属電極であってもよい。
【0034】
図2に本発明の光入力型発光表示素子の電気的等価回路を示す。図中21は直流バイアス電源、22は電気的抵抗の双安定状態を有する光応答部、23は発光表示部である。
【0035】
図3に図1に示す光応答部3の光強度と抵抗率との典型的な特性を、又、図4に図1に示す発光表示部4の電圧と電流密度との典型的な特性を示す。この発光表示部4の電流−電圧曲線はダイオード的な性質を示す。高分子有機EL材料として知られているPPV( ポリフェニレンビニレン) 誘導体は印加電圧3V付近で電流が流れ始め(従って、この電圧以下では非発光)、5V印加時に0.1mA/cm2の電流密度を示す( 発光:約500cd/m2) 。従って図3に示す双安定状態の2値の抵抗値は5Vの電位を与えるある抵抗値イと、わずか2Vの電圧降下を与える抵抗値ロの変化をもたらせばよいことが言える。
【0036】
光照射により発生する熱エネルギーにより電気抵抗が変化する物質としてアンチモン、テルル合金がある。主成分をアンチモン・テルルとし、耐候性、安定性、光学的吸収係数制御の為に、銀、インジウムやゲルマニウムを添加した材料が好適である。これら材料はスパッタリング等の真空成膜法にて室温にて形成可能である。成膜後の膜はアモルファス状態であり、抵抗率は108Ω・cmである。また結晶状態の抵抗率は102Ω・cmであり6桁の抵抗率変化を与える。更にこれら双安定への可逆的変化は、光り書き込み照射後の徐冷、急冷で制御可能である。
【0037】
図5に本発明の光入力型発光表示素子の光入力例を示す。図中、31は光源、32は主査方向情報である1次元の画像入力入力情報、33は副走査方向、34は光入力型発光表示素子である。
【0038】
光源31から発生する書き込み光を周知の走査法により1次元の画像入力情報32に変換し、これを主走査方向情報と呼ぶ。次に副走査方向33に移動する事により2次元書き込みを行う。この時、バイアス電源に接続されていれば、書き込みと同時に発光表示がなされ、また、書き込み終了後、書き込み装置から発光表示素子を脱着させ、バイアス電源に接続し表示させることも可能である。特に電子ペーパーなる紙に似た極薄表示媒体としては、この後者がふさわしい。
【0039】
本発明の光入力型発光表示素子の積層構造を具体的に使用するにあたっては、各層形成が全て150℃以下の温度にて形成できるため、基板1としては、ガラス基板はもとより、プラスチック基板も使用可能である。
【0040】
以下、実施例をもとに説明を行う。
[実施例1]
ガラスの基板上にスパッタリング法によりITO( 酸化インジウム錫) 膜を対電極の片側電極として形成する。この膜の抵抗率が4×10−3Ω・cm以下になるように、基板温度130℃、スパッタリングガス:Ar+酸素の混合ガスにより成膜する。
【0041】
光応答部としてのアンチモン・テルル合金膜のスパッタリング成膜を行う。基板温度は室温にて実施する。その膜厚は80Å〜1000Å、好ましくは100Å〜200Åである。80Åより薄いと光吸収能が低下し、また1000Åより厚いと透過光が低下するため適正値が存在する。
【0042】
膜厚100ÅのAgInSbTeの抵抗率は3×108Ω・cmであり、波長635μm の光源を用い結晶化パワー3mWで処理したところ、結晶相の抵抗率は2×102Ω・cmに低下した。再び抵抗率の高い状態に変化させるにはレーザーパワー20mW、10n秒のパルス照射することでアモルファス状態(高抵抗率)に復帰する。
【0043】
次に、図1の発光表示部3の作製の仕方について記す。上記基板、ITO膜、光応答膜堆積後、光表示部を積層形成する。ここでは真空蒸着法にて形成可能な低分子有機EL材料を形成した。
【0044】
正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順次成膜し、陰電極を形成することで完了する。
【0045】
具体的にはCuPc(銅フタロシアニン)(30nm)、α−NPD(ナフチルフェニルアミン系材料)(25nm)、Alq3(アルミノキノン)(30nm)、Li2O(2nm)、Al(200nm)を各々成膜した。
【0046】
この様にして作製される光入力型発光表示素子に図5に示す装置にて外部情報を光入力し、バイアス電圧6Vを対電極間に印加したところ発光による表示が可能となった。また、光入力型発光表示素子を図5の書き込み系装置より取り外し、乾電池によるバイアス印加を実施したところ、同様の発光表示が得られた。
【0047】
[実施例2]
基板にPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(厚さ0.5mm)を用い、スパッタリング法によりITO( 酸化インジウム錫) 膜を対電極の片側電極として形成する。この膜の抵抗率が1×10−2Ω・cm以下になるように、基板温度70℃、スパッタリングガス:Ar+酸素の混合ガスにより成膜する。
【0048】
光応答部としてのアンチモン・テルル合金膜のスパッタリング成膜を行う。基板温度は室温にて実施する。その膜厚は100Åである。
【0049】
発光表示部は塗布成膜可能な高分子EL材料を形成した。正孔注入層としてPEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)をスピンコーティング・乾燥にて膜厚30nm形成し、次にPPV誘導体の高分子発光材料の成膜を同様に行った(膜厚80nm)。上部電極にイッテルビウム(Yb)金属膜を堆積し素子を完成させた。
【0050】
この様にして作製される光入力型発光表示素子を図5に示す装置にて外部情報を光入力し、バイアス電圧6Vを対電極間に印加したところ発光による表示が可能となった。また、光入力発光素子を図5の書き込み系装置より取り外し、乾電池によるバイアス印加を実施したところ、同様の発光表示が得られた。
【0051】
【発明の効果】
本発明の請求項1にかかる光入力型発光表示素子によれば、基板上に形成される1対の電極内に発光表示部及び光応答部が積層され、光入力に応じて発光表示が行われることにより電気的なアクティブ回路を必要としない単純積層構成からなり、光応答部は光照射からもたらされる熱により可逆的に相転移する材料の膜を用いる事により安定した動作機能を示し、相転移材料の膜としてアンチモン、テルル元素を主成分とする材料膜を用いる事により、低エネルギー書き込み、消去が可能な光入力型発光表示素子の作製が可能になる。
【0052】
本発明の請求項2にかかる光入力型発光表示素子によれば、発光表示部及び光応答部が互いに材料の異なる膜で構成され、光入力に応じて発光表示が行われることで機能分離を行い効率の良い光入力型発光素子の作製が可能になる。
【0053】
本発明の請求項3にかかる光入力型発光表示素子によれば、発光表示部が有機薄膜で構成されていることにより、大面積、低コスト、高い視認性の得られる発光素子の作製が可能になる。
【0054】
本発明の請求項4にかかる光入力型発光表示素子によれば、このデバイスは外部入力情報が2次元の表示情報に好適であり、この情報に対応した発光表示を行うことが出来る光入力型発光表示素子の作製が可能になる。
【0055】
本発明の請求項5にかかる光入力型発光表示素子によれば、表示装置の基板が可視光に対し透明な基板を用いる事により視認性の高い光入力型発光表示素子の提供が可能になる。
【0056】
本発明の請求項6にかかる光入力型発光表示素子によれば、機械的な衝撃にも十分耐えうる光入力型発光表示素子の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光入力型発光表示素子の概要図である。
【図2】光入力型発光表示素子の電気的等価回路を示す回路図である。
【図3】図1の光応答部における電気抵抗値の双安定状態を示すグラフである。
【図4】本発明の光入力型発光表示素子の電圧−電流密度特性を示すグラフである。
【図5】本発明の光入力型発光表示素子の光入力例を示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2 光応答部
3 発光表示部
4、5 電極
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上に形成される第1の電極と、
前記基板上に形成される光照射による熱エネルギーにより相変化する材料からなる光応答部と、
前記光応答部上に形成される有機EL材料発光材料からなる発光表示部と、
前記発光表示部に形成される第2の電極と、を有し、
前記光照射による熱エネルギーにより相変化する材料は、アンチモン・テルル元素を主成分とする材料であることを特徴とする光入力型発光表示素子。 - 前記発光表示部及び前記光応答部は、互いに材料の異なる膜で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光入力型発光表示素子。
- 前記発光表示部は、有機薄膜で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光入力型発光表示素子。
- 光入力情報が2次元の表示情報であり、前記光入力情報に対応した発光表示を行うよう構成したことを特徴とする請求項1に記載の光入力型発光表示素子。
- 前記基板が可視光に対し透明であることを特徴とする請求項1に記載の光入力型発光表示素子。
- 前記基板が可視光に対し透明であり、且つ可撓性を有するプラスチック基材を用いて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光入力型発光表示素子。
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