JP4465132B2

JP4465132B2 - ディスプレイパネル

Info

Publication number: JP4465132B2
Application number: JP2001209232A
Authority: JP
Inventors: 実花岡
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP2003031355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板の一方の面に設けられた発光層からの光を、透明基板を透過させて他方の面から外部に出射するディスプレイパネルに関し、特に外部への出射効率の改善を図ったディスプレイパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス板、あるいは透明な有機フィルム上に形成した蛍光体に電流を流して発光させる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）が知られている。有機ＥＬ素子としては、図９に示すように、金属電極である陰極６と透明電極である陽極２との間に、有機化合物からなる有機正孔輸送層３、有機化合物からなる有機発光層４、有機化合物からなる有機電子輸送層５、及び陰極６が順に積層された構造に代表される。尚、以降の説明において、有機正孔輸送層３、有機発光層４及び有機電子輸送層５を一括して「発光層」と称する。また、陽極２と陰極６は外部の電源７に接続され通電される。
【０００３】
有機正孔輸送層３は陽極２から正孔を輸送する機能と電子をブロックする機能とを有し、有機電子輸送層５は陰極６から電子を輸送する機能を有している。これら有機ＥＬ素子において、陽極２の外側にはガラス基板９１が配されており、陰極６から注入された電子と陽極２から有機発光層４へ注入された正孔との再結合によって励起子が生じ、この励起子が放射失活する過程で光を放ち、この光が陽極２及びガラス基板９１を透過し、ガラス基板９１の端面９２から外部に放出される。
【０００４】
陽極２には、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）、錫酸化物等の仕事関数が大きく、発光を外部に放出させる透明導電性材料が用いられる。また、陰極６には、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）の単体金属又はこれらのＡｌ−Ｍｇ，Ａｇ−Ｍｇ等の合金であって仕事関数が小さな材料が用いられる。
【０００５】
また、有機発光層４には、例えば８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体等が用いられ、有機正孔輸送層３には、例えばＮ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３メチルフェニル）−１，１′−ビフェニル−４，４′−ジアミン（ＴＰＤ）が好ましく用いられている。有機電子輸送層５には、例えば８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体等が用いられる。
【０００６】
上述した有機ＥＬ素子は、図１０に示すように、陽極２と陰極６とを共に帯状とし、両電極を発光層２１を挟んで直交配置し、交差部分で画素をマトリクス状に形成してディスプレイパネルを構成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、異種媒体の境界面での光の屈折率の関係は、スネルの法則により、屈折率ｎ₁の媒体から屈折率ｎ₂（ｎ₁＞ｎ₂）の媒体へ光が進行する場合、臨界角θが「θ＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／ｎ₁）」で与えられることが知られている。これを上記のディスプレイパネルに応用すると、図１１に示すように、発光層２１からの光がガラス基板９１を透過して端面９２から大気中に放射される場合、一般的なガラスの屈折率が１．５、空気の屈折率が１であるので、その臨界角は、θ＝ｓｉｎ^-1（１／１．５）＝４１．８゜となり、θがこの臨界角（４１．８°）を越える発光層２１からの光はガラス基板９１の端面９２で全反射されて大気中に出射されなくなってしまう。
【０００８】
通常、上記ディスプレイパネルでは、発光層２１からの光は、ガラス基板９１に対して放射状に拡がってガラス基板９１に入射し、ガラス基板９１の内部を伝播してガラス基板９１の端面９２から大気中に出射する。そのため、発光層２１からの光の一部は上記臨界角を越えてガラス基板９１の端面９２に到達し、外部に出射されず、視覚的に有効な光量が減少する。
【０００９】
また、発光層２１からの光の一部、並びに上記の如く端面９２で反射された光は、隣接する画素領域へと進行して光の干渉を起こし、画質低下を引き起こす一要因となっている。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、発光層からの光の取り出し効率が高く、かつ光の干渉を抑えた高画質のディスプレイパネルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、透明基板の一方の面に設けられた発光層からの光を、該透明基板を透過させて他方の面から外部に出射するディスプレイパネルにおいて、前記発光層は、該発光層側に突出する隔壁により画素に区画されているとともに、前記隔壁は、前記発光層側に突出する端面から前記透明基板の他方の面に向かって漸次狭窄するように傾斜し且つ対向する一対の側壁を備えた溝を有し、前記側壁に反射膜が形成されることにより、区画された前記各発光層からの光を、前記透明基板の外部との界面に臨界角以上の角度で入射させる反射手段を備え、前記溝の底部が黒色化されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディスプレイパネルにおいて、前記隔壁は更に、前記溝の内部に乾燥材料が充填されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のディスプレイパネルにおいて、前記隔壁は更に、前記透明基板と一体に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項1〜３の何れかに記載のディスプレイパネルにおいて、前記溝の側壁が、傾斜角度の異なる複数の傾斜面で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のディスプレイパネルにおいて、前記発光層は、有機化合物からなることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
上記の如く構成される本発明のディスプレイパネルは、発光層からの光を透明基板の外部との界面（＝端面９２）に臨界角以上の角度で入射させる反射手段を有する隔壁を備えることにより、透明基板の端面で反射されて外部に出射されなくなる光を少なくすることができ、従来に比べて光の取り出し効率を向上させることができる。また、隣接する画素への光の進行も少なくなり、光の干渉を抑えることができる。
【００１９】
また、溝の底部を黒色化することにより、コントラストが高まり画質がより向上する。更に、有機ＥＬディスプレイでは、発光層を形成する有機化合物が周囲の水により劣化して寿命の要因となっているが、溝内に乾燥材料を充填することにより、発光層の極く近傍での除湿処置が可能になり、寿命の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して、有機ＥＬディスプレイパネルを例示して詳細に説明する。
【００２１】
図１はその一実施形態を示す一部断面斜視図、図２は透明基板のみを示す一部断面斜視図である。図示されるように、透明基板９１の一方の面には、隔壁１０が格子状に突設されており、各格子の底部に、透明基板側から順に陽極２、有機発光層４、陰極６が積層されて画素となる発光層２１が形成されている。陽極２及び陰極６は共に帯状に形成されており、各格子内で交差するように直交配置される。また、陰極６は、隔壁１０の外壁面に設けられた絶縁層８（反射膜も兼ねる（例えばＢａＯ等の酸化物））の上に形成される。尚、発光層２１を構成する有機正孔輸送層及び有機電子輸送層（図Ａ参照）は、それぞれ図示を省略してある。また、電極や発光層は従来と同様である。
【００２２】
隔壁１０は、断面略台形状を呈しており、その突出側端面１０ａの中心線Ｃに沿って、透明基板９１の端面９２に向かって漸次狭窄する溝１１が形成されている。このような隔壁１０を有する透明基板９１は、ガラス製とする場合は、適当なガラス板を、ドライエッチングにより、図示される断面形状となるように加工すればよい。また、樹脂製とする場合は、適当な金型を用いて成形することにより得られる。
【００２３】
この隔壁１０の溝１１の側壁１１ａには、反射膜１２が形成されている。反射膜１２は金属からなる導電膜であってもよく、金属酸化膜等からなる絶縁膜であってもよい。反射膜１２の膜厚は、発光層からの光の波長に合わせて、反射できる膜厚に適宜設定する。尚、反射膜１２は、スパッタリングや真空蒸着等の通常の成膜技術により成膜することができる。
【００２４】
また、隔壁１０は、溝１１の底部１１ｂが黒色化されることが好ましい。黒色化の方法は制限されるものではないが、黒色顔料１３を所定厚に充填する方法が最も簡便でかつ効果的である。この黒色化により、コントラストが高まり、画質が向上する。
【００２５】
更に、隔壁１０は、溝１１の内部が乾燥材料１４で充填されていることが好ましい。有機ＥＬディスプレイパネルにおいては、発光層２１を構成する有機化合物は水により劣化しやすく、寿命の要因になっている。そこで、通常は、パネル全体を覆うように乾燥剤を配置したり、封缶で封止することを行っているが、何れも有機化合物から離れた箇所での対処である。これに対し、発光層２１に隣接する隔壁１０の内部に乾燥材料が存在することにより、有機化合物の極く近傍での除湿処置が可能になり、寿命の向上を図ることができる。尚、乾燥材料１４としては、シリカゲルが適当である。
【００２６】
溝１１の断面形状は、発光層２１からの光を反射し、透明基板９１の端面９２に臨界角度以下の角度で入射させる限り制限されるものではない。以下に溝１１の断面形状の設計方法を説明する。
【００２７】
図３に隔壁１０及び溝１１の周辺の断面形状を模式的に示すが、発光層２１から出射角θ₀で出射した光が、透明基板９１の端面９２に対して角度αで傾斜する溝１１の側壁１１ａに設けられた反射膜１２で反射され、透明基板９１の端面９２に角度θ₁で入射するとすると、「θ₁＝θ₀−２α」の関係が成り立つ。臨界角は上記したように４１．８°であるから、θ₀が４１．８°未満の光はそのまま透明基板９１の端部９２に到達しても反射されることなく外部に出射する。従って、問題となるのはθ₀が４１．８°よりも大きく９０°（発光層２１と平行に出射）以下の光であり、この範囲の光のθ₁が、０°以上で４１．８°未満となるように、溝１１の側壁１１ａの傾斜角度αを設定すればよく、それにより発光層２１からの光のほぼ全部が透明基板９１の端面９２から外部に出射されるようになる。
【００２８】
上記の関係を式で表すと「０°≦θ₀−２α＜４１．８°（４１．８＜θ₀≦９０°）」となるが、これを図で示すと図４の斜線部となる。従って、溝１１の断面形状は、側壁１１ａの傾斜角度αがこの範囲にあるかぎり、種々の形状を採ることができ、例えば図５に示すように、溝１１の側壁１１ａを、傾斜角度αの異なる複数の面ａ，ｂ，ｃを連結した傾斜面とすることもできる。発光層２１からは種々の角度で光が出射されるが、このように溝１１の側壁１１ａを、その傾斜角を変えて形成することにより反射様式が多様になり、より多くの光を臨界角以内で透明基板９１の端面に導くことができるようになり、光の取り出し効率をより高めることができる。
【００２９】
図６は、隔壁１０の溝１１が上記の如く規定されて形成された有機ＥＬディスプレイパネルにおいて、発光層２１からの光が透明基板９１を伝播する様子を模式的に示す図である。図示されるように、発光層２１から種々の角度で出射された光は、直進もしくは溝１１に形成された反射膜１２で反射され、透明基板９１の端面９２に臨界角未満の角度で入射する。また、発光層２１から隔壁１０の内部に入り込んだ光も、隔壁１０の端面並びに反射膜１２で複数回反射されて透明基板９１の端面９２に臨界角未満の角度で入射する。このように、隣接する画素側に直進し、臨界角を越えて透明基板９１の端面９２で反射されていた光も、反射膜１２で反射されて外部に出射されるため、光の取り出し効率が大幅に向上する。
【００３０】
本発明において、隔壁１０は、溝１１の側壁１１ａが上記の如く規定される限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図７に示すように、隔壁１０の交差部１５は有機層２１による発光に関与しないため、この交差部１５に溝１１を形成しない構造とすることができ、これにより隔壁全体としての強度を高めることができる。
【００３１】
また、隔壁１０は、上記の如く透明基板９１と一体に成形することが、部品点数の削減や製造工程を簡略化できることから好ましいが、上記の隔壁１０を備える平板部材と、他の透明材料からなる平板とを接合してディスプレイパネルの基板とすることもできる。
【００３２】
（隔壁の設計例）
隔壁１０の設計例を図８に例示する。透明基板９１をガラス製とすると、端面での臨界角が４１°であるから、発光層２１の端部２１ａから４９°以上の角度で出射した光は、そのまま透明基板９１を直進しても外部に出射される。ここで、発光層２１の幅を１００μｍ、発光層２１の端部２１ａから溝１１の側壁１１ａまでの距離を５０μｍ、更に図４に示す関係から溝１１の側壁１１ａの傾斜角度を１０°とすると、発光層２１の端部２１ａから４９°の角度で出射した光が溝１１の側壁１１ａと交差する点ｋにおいて、発光層２１の水平方向における側壁１１ａからの離間距離ｘは、
（１００μｍ＋５０μｍ＋ｘμｍ）ｔａｎ４９°＝ｘμｍ・ｔａｎ８０°
の関係から、約３８μｍとなる。また、離間距離ｘにおける、発光層２１からの距離（深さ）ｈは、（ｘμｍ・ｔａｎ８０°）、即ち約２１６μｍとなる。従って、溝１１の底部１１ｂを、発光層２１に対して少なくとも２１６μｍの深さに形成することにより、発光層２１から４９°未満の角度で出射する光を溝１１の側壁１１ａで反射でき、発光層２１からの光のほぼ全体を外部に出射させることができるようになる。尚、隔壁１０の発光層２１からの突出量は制限されるものではないが、例えば図示の如く５０μｍとすることができる。
【００３３】
以上、本発明に関して、有機ＥＬディスプレイパネルを例示して説明したが、その他にも、例えば無機ＥＬ素子を用いたディスプレイパネル等、発光層から出射された光を、透明基板を透過させて外部に放射する形態のディスプレイパネルであれば、本発明が利用可能であることはもちろんである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のディスプレイパネルは、発光層からの光を透明基板の外部との界面に臨界角以上の角度で入射させる反射手段を有する隔壁を備えることにより、透明基板の端面で反射されて外部に出射されなくなる光を少なくすることができ、従来に比べて光の取り出し効率を向上させることができる。また、隣接する画素への進行も少なくなり、光の干渉を抑えることができる。
【００３５】
また、溝の底部を黒色化することによりコントラストが高まり画質をより向上させることができ、溝内に乾燥材料を充填することにより、発光層を形成する物質の水による劣化をより効果的に抑えることができ、寿命の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態（有機ＥＬディスプレイパネル）を示す一部断面斜視図である。
【図２】図１に示した有機ＥＬディスプレイパネルの透明基板のみを示す一部断面斜視図である。
【図３】図１に示した有機ＥＬディスプレイパネルの隔壁及び発光層の周辺を模式的に示す図であり、隔壁の溝側壁の設計方法を説明するための図である。
【図４】発光層からの光の出射角度と、溝側壁の傾斜角度との関係を説明するためのグラフである。
【図５】溝の断面形状を例示する模式図である。
【図６】本発明の有機ＥＬディスプレイパネルにおける、発光層からの光の透明基板中での伝播様式を示す模式図である。
【図７】透明基板の他の実施形態を示す一部断面斜視図である。
【図８】隔壁の設計例を示す断面図である。
【図９】従来の有機ＥＬディスプレイパネルの構造を示す断面図である。
【図１０】従来の有機ＥＬディスプレイパネルの構造を示す斜視図である。
【図１１】従来の有機ＥＬディスプレイパネルのおける放射光の原理を示す図である。
【符号の説明】
２陽極
３有機正孔運輸層
４有機発光層
５有機電子輸送層
６陰極
１０隔壁
１１溝
１２反射膜
１３黒色顔料
１４乾燥材料
２１発光層
９１透明基板
９２端面

Claims

透明基板の一方の面に設けられた発光層からの光を、該透明基板を透過させて他方の面から外部に出射するディスプレイパネルにおいて、
前記発光層は、該発光層側に突出する隔壁により画素に区画されているとともに、
前記隔壁は、前記発光層側に突出する端面から前記透明基板の他方の面に向かって漸次狭窄するように傾斜し且つ対向する一対の側壁を備えた溝を有し、前記側壁に反射膜が形成されることにより、区画された前記各発光層からの光を、前記透明基板の外部との界面に臨界角以上の角度で入射させる反射手段を備え、前記溝の底部が黒色化されていることを特徴とするディスプレイパネル。
前記隔壁は更に、前記溝の内部に乾燥材料が充填されていることを特徴とする請求項１記載のディスプレイパネル。
前記隔壁は更に、前記透明基板と一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイパネル。
前記側壁が、傾斜角度の異なる複数の傾斜面で形成されていることを特徴とする請求項1〜３の何れかに記載のディスプレイパネル。
前記発光層は、有機化合物からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のディスプレイパネル。