JP4591244B2

JP4591244B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4591244B2
Application number: JP2005199434A
Authority: JP
Inventors: 徳夫小間
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: JP2007017720A

Description

本発明は、観察側に表示部を照らす照明層を有する表示装置に関する。

従来より、フラットパネルディスプレイの代表的なものとして液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く普及している。この液晶表示装置には、パッシブ型と、アクティブマトリクス型があるが、画素毎に個別の画素電極を有し、この画素電極への電圧供給を個別の画素回路によって制御するアクティブマトリクス型が主流になっている。

また、液晶表示装置には、透過型、半透過型、反射型がある。透過型は、通常バックライトを有しバックライトからの光を液晶によって変調して表示を行う。また、反射型は、観察側から入射された光を液晶層の下の反射層で反射して観察側に返す。このため、液晶層によって、反射射出される光が変調される。また、半透過型は、透過型と、反射型の両方を組み合わせたものである。

透過型は、バックライトの光により、暗い場所において十分なコントラスの表示が行えるが、屋外など明るい環境では表示が見づらいという問題がある。一方、反射型は、外光が強い条件では、十分な表示が行えるが、暗いところでは表示が見えないという問題がある。半透過型は、両方の環境に適応できるが、通常が画素毎に透過領域と反射領域の両方を有するため、いずれの環境においても表示効率があまりよくないという問題があった。

また、反射型液晶表示装置に、フロントライト（観察側のライト）を設け、暗い環境でも表示を見やすくする表示装置も提案されている（特許文献１，２参照）。これによれば、暗い環境においてフロントライト、明るい環境において外光を利用し、常に画素のほとんど全部を利用して十分な表示を行うことができる。

特開平５-３２５５８６号公報特開２００３-２５５３７５号公報

しかし、上記従来技術においては、フロントライトとして、表面に三角溝が形成された透明アクリル板を利用しており、このアクリル板に側方から光を導入することで、光を三角溝の傾斜面で液晶表示部の方に向けて反射している。しかし、アクリル板に導入された光の一部は、液晶表示部側でなく、観察側にも漏れ出るため、液晶表示おけるコントラストが低下するという問題があった。

本発明は、表示素子に印加する電圧を制御することで、観察側から入射してくる光を表示層の光学特性に基づいて変調して反射射出する表示部と、前記表示部の観察側に設けられ、前記表示部に向けて光を照射するとともに、観察側から入射してくる光を前記表示部に向けて透過させ、かつ前記表示部から射出される光を観察側に透過させる照明層と、を含み、前記照明層は、透明基板と、前記透明基板上に部分的に設けられた発光素子と、前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を集光するとともに、前記表示部に向けて反射する反射膜と、を有し、前記発光素子は、有機ＥＬ素子からなり、前記透明基板上にストライプ状、格子状またはアイランド状に形成され、前記有機ＥＬ素子は、前記透明基板上に部分的に形成された段差形成膜と、前記段差形成膜上に形成された第１電極層と、前記第１電極層上に形成された有機ＥＬ層と、前記有機ＥＬ層上に形成された第２電極層と、を有し、前記反射膜は、前記有機ＥＬ素子の第２電極層であり、前記第２電極層は、前記表示部に向かって凹面鏡状をなし、前記有機ＥＬ層の端部を覆っていることを特徴とする。

また、前記段差形成膜は、絶縁膜で構成され、前記第１電極と同一の形状にパターニングされていることが好適である。

また、前記第２電極層の端部は、前記透明基板に直接形成されていることが好適である。

また、前記有機ＥＬ層は、オレンジ色を発光する第１の発光層および青色を発光する第２の発光層から構成され、前記発光素子は、白色光を発光することが好適である。

また、前記表示部は表示層として液晶層を用いる液晶表示部であることが好適である。

本発明によれば、照明層が発光素子と反射膜を有し、この反射層によって発光素子からの光を集光して、表示部に向ける。このように発光素子から表示部に入射する光に指向性を持たせることによって、視野角依存性を緩和して表示におけるコントラストを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係る液晶表示装置の概念的構成を示す図である。

まず、表示部１０は、例えばアクティブマトリクス型の反射型液晶表示装置である。従って、画素基板上に複数の画素電極がマトリクス状に配置されるとともに、この画素電極への電圧供給を制御する画素回路が画素毎に個別に設けられている。そして、この画素基板に対向して、共通電極が設けられた対向基板を設け、両者の間に液晶を封入する。従って、画素電極の電位を制御することで液晶に画素毎に異なる電位を印加してその光学特性を変化させて表示を行うことができる。

特に、この表示部１０は、画素電極の下方に反射膜を設けるかまたは画素電極を反射膜とすることによって、封止基板側から入射してくる光を反射する。従って、各画素の液晶によって変調された反射光が対向基板側に得られる。なお、表示部１０としては、電気泳動ディスプレイなども利用することができる。

この表示部１０の上方には、透明接着剤層１２を介し、照明層１４が配置される。この照明層１４は、ガラス基板２０と、その上面に部分的に形成された発光素子２２とを有している。発光素子２２は、ガラス基板２０上にストライプ状、格子状またはアイランド状に形成される。なお、アイランド状とした場合には、各発光素子に電力を供給するための配線を別途設ける。これは、ガラス基板２０上の金属配線パターンなどにより容易に形成することができる。

なお、透明接着剤層１２は、ＵＶ樹脂や可視光硬化ＵＶ樹脂などが利用され、表示部１０におけるガラス製の対向基板と、照明層１４のガラス基板２０を接着する。

この例において、発光素子２２は、有機ＥＬ素子であり、ガラス基板２０上に段差形成層２４が形成される。この段差形成層２４には、例えば感光性のアクリル樹脂が用いられる。段差形成層２４の上には、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料からなる陽極２６が形成される。ここで、これら段差形成層２４および陽極２６は、同一の形状にパターニングされ、このパターニングにはフォトリソグラフィーなど通常のパターニング技術が利用される。

そして、この陽極２６の上および段差形成層２４および陽極２６の上面および側面を覆って有機ＥＬ層２８が形成される。有機ＥＬ層２８は、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を含む。特に、陽極２６側に位置する正孔輸送層を比較的厚めに形成することで段差形成層２４および陽極２６の全体を覆って山状の有機ＥＬ層２８を形成することができる。この有機ＥＬ層２８は、１つのマスクを利用して正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層を順次蒸着することによって行う。

なお、有機発光層は、第１の発光層、第２の発光層から構成し、それぞれオレンジ色または青色で発光することで、白色光が得られる。また、アイランド状に形成し、それぞれＲＧＢ各色で別々に発光することも好適である。

次に、有機ＥＬ層２８を覆って、アルミニウムやクロムなどの金属からなる陰極３０を形成する。この陰極３０は、蒸着などにより全面に堆積した後、所望部分だけにパターニングして形成する。

このようにして、発光素子２２を形成した場合にはガラス製の対向基板３２を対向配置するとともに、両者の周辺を封止して、発光素子２２の周辺空間を外部から隔離する。この空間内には、乾燥した窒素ガスを封入することが好適であり、空間内に乾燥剤を収容することも好適である。これによって、有機ＥＬ層２８が水分により劣化することを抑制できる。また、空間内を樹脂で充填することも可能である。樹脂の屈折率をガラスの屈折率に近づけることで界面の反射を抑えることができる。なお、発光素子２２の周辺空間には、乾燥剤入りのアクリル樹脂などを充填することもできる。

図２には、周辺シール部が示されており、ガラス基板に対応してガラス製の対向基板３２が設けられ、両者の周辺がＵＶ樹脂などのシール材３４により、気密に接続されている。また、このシール材３４の内面側に乾燥剤３６が配置されている。なお、シール材３４中に乾燥剤粒子を混入させることも好適である。

図３には、発光素子２２を畝状に作成した場合の概略斜視図を示している。この場合、陰極３０の両側端を少し広めに取り、ガラス基板２０上に陰極３０が直接形成される部分を形成している。これによって、陰極３０によって有機ＥＬ層２８を確実に覆い、水分などの侵入を確実に防止できる。このため、有機ＥＬ層２８の端部は、すべて陰極３０で覆うようにすることが好適である。一方、その分観察側からのデッドスペースが大きくなる。そこで、この発光素子２２を形成する部分を各画素間のブラックマトリクスに重畳することも好適である。

なお、発光素子２２は、各画素に対応して設ける必要はないが、そのピッチが画素のピッチに対しずれるとモアレが発生するため、両ピッチはピッチは同一または他方のピッチの整数倍とすることが好適である。

このような実施形態において、表示部１０は、通常の液晶表示装置としての表示が行われる。一方、照明層１４は、外光照度が小さいときなどにオンされ、陽極２６、陰極３０間に所定の電圧が印加される。これによって、有機ＥＬ層２８に対応する電流が流れ、有機ＥＬ層２８において発光が起こる。すなわち、図４に示すように、陽極２６と陰極３０が対応する部分が電流が流れやすく、この部分の有機ＥＬ層２８が発光する。

陽極２６および段差形成層２４は透明であり、図における下方に向かう光はそのまま表示部１０に向かう。一方、有機ＥＬ層２８からその他の方向に向かった光は、陰極３０において反射され、下方に向けて集光されて表示部１０に照射される。

このように、本実施形態では、発光素子２２からの光は、表示部１０に向かうように指向性が制御されている。これによって、表示部１０から射出される光において斜め方向の光が減少し、表示におけるコントラストを向上してきれいな表示が行える。

「全反射ＬＣＤの構成」
図５は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型の全反射ＬＣＤの画素基板側の平面構成の一部、図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った位置における概略断面構成を示している。アクティブマトリクス型ＬＣＤでは、表示領域内にマトリクス状に複数の画素が設けられ、各画素に対してここでは、スイッチ素子としてＴＦＴ１１０が設けられている。

このＴＦＴ１１０は、能動層２２０を有し、この能動層２２０によりドレイン領域２２０ｄ、チャネル領域２２０ｃ、ソース領域２２０ｓが形成される。能動層２２０を覆って、ゲート絶縁膜１３０が形成され、このゲート絶縁膜１３０上であって、チャネル領域２２０ｃの上方に当たる部位にゲート電極１３２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜１３０、ゲート電極１３２を覆って、層間絶縁膜１３４が形成される。層間絶縁膜１３４上にはデータライン１３６が配置され、このゲートライン１３６が層間絶縁膜１３４を貫通するコンタクトを介してドレイン領域２２０ｄに接続されている。また、ドレイン領域２２０ｄ上の層間絶縁膜１３４、平坦化絶縁膜３８にはコンタクトホールが形成され、ここに画素電極（第１の電極）１５０の一部が伸び電気的に接続されている。

なお、ＴＦＴ１１０は、例えば画素基板１００側に画素ごとに形成され、このＴＦＴ１１０に個別パターンに形成された画素電極（第１の電極）１５０がそれぞれ接続されている。また、画素基板１００に液晶を介し対向して対向基板２００が配置される。

画素基板１００および対向基板２００には、ガラスなどの透明基板が用いられ、画素基板１００と対向基板２００側には、カラータイプの場合にはカラーフィルタ２１０が形成され、このカラーフィルタ２１０上に透明導電材料からなる第２の電極２５０が形成されている。第２の電極２５０の透明導電材料としては、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）やＩＴＯなどが採用される。なお、アクティブマトリクス型において、この第２の電極２５０は各画素に対する共通電極として形成されている。またこの第２の電極２５０の上には、ポリイミドなどからなる配向膜２６０が形成されている。

以上のような構成の対向基板２００側に対し、本実施形態では、画素基板１００側の液晶層３００に対する電気的特性を揃えるような電極構造が採用されている。具体的には、図６に示すように、第１の透明基板１００上の配向膜の直下には、従来のような反射金属電極ではなく、第２の電極２５０と仕事関数の類似した材料、即ち、ＩＺＯやＩＴＯなど、第２の電極２５０と同様の透明導電材料からなる第１の電極１５０を形成している。そして、反射型ＬＣＤとするため、この第１の電極１５０よりも下層に、対向基板２００側からの入射光を反射する反射層４４が形成されている。

第１の電極１５０として用いる材料は、第２の電極２５０の材料と同一とすることにより、液晶層３００に対して、同一の仕事関数の電極が、間に配向膜６０，２６０を介して配置されることになるため、第１の電極１５０と第２の電極２５０とにより液晶層３００を非常に対称性よく交流駆動することが可能となる。但し、第１の電極１５０と第２の電極２５０とはその仕事関数が完全に同一でなくても、液晶層３００を対称性よく駆動可能な限り近似していればよい。例えば、両電極の仕事関数の差を０．５ｅＶ程度以下とすれば、液晶の駆動周波数をＣＦＦ（臨界ちらつき頻度）以下とした場合であっても、フリッカや液晶の焼き付きなく、高品質な表示が可能となる。

このような条件を満たす第１の電極１５０及び第２の電極２５０としては、例えば、第１の電極１５０にＩＺＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．２ｅＶ）、第２の電極２５０にＩＴＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．０ｅＶ）、あるいはその逆などが可能であり、材料の選択にあたっては、透過率、パターニング精度などプロセス上の特性や、製造コストなどを考慮して各電極に用いる材料をそれぞれ選択してもよい。

反射層４４としては、Ａｌ、Ａｇ、これらの合金（本実施形態ではＡｌ−Ｎｄ合金）など、反射特性に優れた材料を少なくともその表面側（液晶層側）に用いる。また、反射層４４はＡｌ等の金属材料の単独層であってもよいが、平坦化絶縁膜３８と接する下地層としてＭｏ等の高融点金属層を設けてもよい。このような下地層を形成すれば、反射層４４と平坦化絶縁膜３８との密着性が向上するため、素子の信頼性向上を図ることができる。なお、図６の構成では、平坦化絶縁膜３８の各画素領域内に所望の角度の傾斜面が形成されており、この平坦化絶縁膜３８を覆って反射層４４を積層することで、反射層４４の表面に同様な傾斜が形成されている。このような傾斜面を最適な角度、位置で形成すれば、各画素毎に外光を集光して射出することができ、例えばディスプレイの正面位置での表示輝度の向上を図ることが可能である。もちろん、このような傾斜面は必ずしも存在しなくてもよい。

本実施形態において、反射層４４と第１の電極１５０との間には、反射層４４を覆って保護膜４６が形成されている。この保護膜４６は、例えばアクリル樹脂やＳｉＯ₂などが用いられている。保護膜４６は、反射層４４を保護するための膜であり、特に、ＴＦＴ１１０の能動層２２０と第１の電極１５０とを接続するためのコンタクトホール底面で、能動層２２０を露出させるスライトエッチングに使用されるエッチング液などから反射層４４の反射面を保護する機能を備える。

保護膜４６としては、反射層４４をエッチング処理から保護して良好な反射特性を維持させることができる機能を備えていればよく、その材質は樹脂やＳｉＯ₂などには限定されず、また膜厚は、この保護機能を発揮できる程度があればよい。また、この保護膜４６の上層に形成される第１の電極１５０の形成面を平坦にするという観点からは、アクリル樹脂など上面の平坦化機能を備えた材料を採用することが好適である。また、保護膜４６の膜厚及び材質は、最適な厚さと屈折率となるように選択することで、例えば色付きの補償、反射率の向上機能等を備えた光学バッファ層としても利用することが可能である。

なお、反射層４４を凹凸を形成することで、反射光をある程度散乱させることが好適である。反射層４４の下方の平坦化絶縁膜３８の表面に適切な凹凸を形成し、その上に反射層４４を形成することで、反射層４４に凹凸を容易に形成できる。

本実施形態の概念構成を示す図である。照明層の構成例を示す図である。照明層の構成を示す斜視図である。発光素子の発光状態を示す図である。全反射ＬＣＤの構成を示す平面図である。図５におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０表示部、１２透明接着剤層、１４照明層、２０ガラス基板、２２発光素子、２４段差形成層、２６陽極、２８有機ＥＬ層、３０陰極、３２対向基板、３４シール材、３６乾燥剤、３８平坦化絶縁膜、４４反射層、４６保護膜、６０，２６０配向膜、１００画素基板、１５０第１の電極、２００対向基板、２１０カラーフィルタ、２２０能動層、２５０第２の電極、３００液晶層。

Claims

表示素子に印加する電圧を制御することで、観察側から入射してくる光を表示層の光学
特性に基づいて変調して反射射出する表示部と、
前記表示部の観察側に設けられ、前記表示部に向けて光を照射するとともに、観察側か
ら入射してくる光を前記表示部に向けて透過させ、かつ前記表示部から射出される光を観
察側に透過させる照明層と、
を含み、
前記照明層は、
透明基板と、前記透明基板上に部分的に設けられた発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を集光するとともに、前記表示部に向けて反
射する反射膜と、
を有し、
前記発光素子は、有機ＥＬ素子からなり、前記透明基板上にストライプ状、格子状また
はアイランド状に形成され、
前記有機ＥＬ素子は、
前記透明基板上に部分的に形成された段差形成膜と、
前記段差形成膜上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成された有機ＥＬ層と、
前記有機ＥＬ層上に形成された第２電極層と、
を有し、
前記反射膜は、前記有機ＥＬ素子の第２電極層であり、
前記第２電極層は、前記表示部に向かって凹面鏡状をなし、前記有機ＥＬ層の端部を覆
っており、
前記段差形成膜は、絶縁膜で構成され、前記第１電極層と同一の形状にパターニングされていることを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記第２電極層の端部は、前記透明基板に直接形成されていることを特徴とする表示装
置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記有機ＥＬ層は、オレンジ色を発光する第１の発光層および青色を発光する第２の発
光層から構成され、
前記発光素子は、白色光を発光することを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置において、
前記表示部は表示層として液晶層を用いる液晶表示部であることを特徴とする表示装置
。