JP4711273B2

JP4711273B2 - 照明付き液晶表示装置

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Publication number: JP4711273B2
Application number: JP2000353322A
Authority: JP
Inventors: 悟酒井
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002156633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非自発光素子である液晶表示装置に照明用の面光源を併設した照明付き液晶表示装置に関するもので、例えばドットマトリクス液晶表示装置に有機ＥＬ素子、有機エレクトロルミネセンス素子、有機電界発光素子、有機ＬＥＤ素子等と称される有機薄膜のエレクトロルミネセンス現象を利用した有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）を用いた有機発光装置からなる面光源バックライトを併設したもので、特にドット状の画素電極を備えた大面積の液晶表示装置に好適に適用され得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下、ＬＣＤという）は様々な分野の情報表示機器などに使用されており、液晶の動作モードによりＴＮ−ＬＣＤ，ＳＴＮ−ＬＣＤなどのタイプが、また表示方式も単純ドットマトリクス方式、ＴＦＴ等のスイッチング素子を設けたアクティブドットマトリクス方式、キャラクタードットマトリクス方式など、用途に応じて様々のタイプのＬＣＤが実用化されている。従来のＬＣＤの代表的なものとしてＴＮ−ＬＣＤ８０を図３に示す。一般に透明電極８３，８４を形成した２枚のガラス基板８１，８２の間に電圧無印加状態において９０度ツイストした液晶層８６を挟持してなり、その液晶層厚を制御する図示しないスペーサーが液晶層内に分散して配置されている。また、一対のガラス基板８１，８２の外側には一対の直線偏光板８８，８９が偏光軸を直交させて配設されている。なお、電極８３，８４の表面にはラビング処理等を施した図示しない配向膜が形成されており、液晶分子は傾斜して配向するように制御されている。
電極８３，８４間に電圧を印加しない状態においては液晶層８６は９０度ツイストしながら配向処理に沿って基板に配向している。電圧印加により液晶層の液晶分子は垂直方向に整列する。これにより液晶層８６の光学的異方性の変化に伴って光線の透過光量を制御して表示を実施する。なお、８７は液晶層８６を駆動するための外部電極である。
【０００３】
このようにＬＣＤは非自発光素子であるため、暗い環境下においても表示できるようにするためには別途光源が必要となる。代表的な液晶表示装置用の光源として、面光源バックライトを液晶表示装置８０の背面に設けるものがある。放電灯と放電灯からの光を導く導光板を備えているエッジライト方式のバックライトは、パソコン等のＬＣＤ表示部で多く用いられている。白色発光ダイオードと拡散導光板とを備えたエッジライト方式もしくは直下方式のバックライトは携帯電話等のいわゆるモバイル端末のＬＣＤ表示部で多く用いられている。
このようなエッジライト方式や直下方式のバックライトを用いた場合、均一な面発光を得るためにはある程度の厚みが必要であり、概ねＬＣＤの３倍以上の厚みのバックライトとする必要があるため、照明付きＬＣＤ全体の厚みを小さくすることは難しかった。
【０００４】
そこで、光源としてＬＣＤの有効表示面積とほぼ等しい面積の面発光領域を備えた面発光素子光源を用いることが提案されている。面発光素子光源は、ＺｎＳ等の蛍光体を用いた所謂無機薄膜エレクトロルミネッセンンス素子、ＺｎＳ等の蛍光体を結着剤樹脂中に分散させた発光層を用いた所謂無機分散型エレクトロルミネッセンンス素子など、面状の発光層を備えた薄型の光源である。しかし、これらの無機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス素子を点灯するためには１００Ｖ以上の電圧による交流駆動を行わないと実用的な明るさが得られないため、駆動装置が大型化し、ＬＣＤを用いることによる小型化、省電力化といった特徴にそぐわないといった問題がある。
【０００５】
面発光素子光源として有機発光装置を用いた照明付きＬＣＤも提案されている。有機発光装置は、有機ＥＬ素子、有機エレクトロルミネセンス素子、有機電界発光素子、有機ＬＥＤ素子等と称される有機材料のエレクトロルミネセンス現象を利用した有機エレクトロルミネセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）を用いた有機発光装置で、少なくとも面状の有機材料からなる発光層を形成した自発光素子を有するものをいう。面発光素子光源として有機発光装置を用いた照明付きＬＣＤにおいては、上記した問題点を改善できるといった特徴を有する。
【０００６】
有機発光装置９０は、例えば図４のように構成されている。
ガラス基板からなる素子基板９２上に有機ＥＬ素子９１を形成し、有機ＥＬ素子９１を覆うように所定の間隔を隔て封止空間９９を設けるようにして対向配設した他方の封止基板９６と、有機ＥＬ素子９１が外気に曝されないよう両基板９２，９６間を接着固定して封止するシール層９７とからなる。封止基板９６内面には乾燥手段９８が配設され封止空間９９内の水分量の低減を図っている。また、該シール層よりも外側には陽極層９３および陰極層９５が引き出され図示しない電源に接続可能にされている。
【０００７】
有機ＥＬ素子９１は、素子基板９２上に設けたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極からなる陽極層９３と、その上に積層した有機ＥＬ層９４と、陽極層９３よりも仕事関数の小さな陰極層９５と、から構成されている。
このような構成の有機ＥＬ素子９１によれば、一対の電極９３，９５間に図示しない電源から所望の電力を供給することにより、電極９３，９５間に挟まれた有機ＥＬ層９４から発光が生じ、これが視認されるものとなる。この例においては、シート状の電極を用いた面発光素子としているので、有機発光装置９０の素子基板９２を通って略全面から光を照射することができる。
【０００８】
陽極層９３は、ニッケル、金、白金、パラジウムやこれらの合金或いは酸化錫（ＳｎＯ_２）、沃化銅などの仕事関数の大きな金属やそれらの合金、化合物、更にはポリピロール等の導電性ポリマーなどを用いることができるが、一般にはＩＴＯ透明電極が多く用いられている。
陰極層９５は、電子注入性に優れた材料を用いることが好ましく、電子注入効率の向上が図れる仕事関数の小さな金属材料（低仕事関数金属材料）が用いられている。一般的にはマグネシウム−銀や、アルミニウム−リチウム等が用いられている。
有機ＥＬ層９４は、例えば陽極層９３側から順に正孔輸送層と有機発光層を積層した２層構造とされ、正孔輸送層としてはＮ，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（Triphenyldiamine、以下ＴＰＤと略記する）を、有機発光層としてはトリス（８−ヒドロキシキナリナト）アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)Aluminium、Ａｌｑと略される）等が用いられている。
【０００９】
一般に有機ＥＬ素子９１を大気中でそのまま駆動した場合には、低電圧で発光が可能な反面、湿気や熱等により劣化が促進され発光特性が劣化する。特に、素子の周囲に酸素や水分があった場合には、酸化が促進され有機材料の変質、膜の剥がれ、ダークスポット（非発光部）が成長し発光しなくなるなどの現象が表れ、結果として寿命が短いという問題がある。そこで、このような問題に対して、有機ＥＬ素子が大気に触れないようにするために上記したように有機ＥＬ素子を覆って閉空間である封止空間９９内に有機ＥＬ発光層９４を閉じ込めかかる問題が生じないようにしている。
なお、封止基板９６としては例えばステンレス製の金属板等が用いられ、乾燥手段９８としては例えば酸化バリウム粉末等が用いられる。
【００１０】
このような構成の有機発光装置９０をＬＣＤのバックライト光源として用いれば、有機ＥＬ素子９１が外部雰囲気に曝されることがないのでダークスポット不良の発生等が抑制され寿命を長くした有機発光装置９０が提供できる。また、１０Ｖ以下のＬＣＤと同等レベルの電圧で直流駆動ができるので、これらの駆動回路全体として簡略化、小型化を図ることができ得る。これによりＬＣＤと略同一厚み、同一サイズの面発光装置を備え、且つ、薄型化、小型化、大面積化、低電圧直流駆動といったＬＣＤの特性によく一致した特性を備えた有機発光装置を備えた照明付きＬＣＤが提供される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＬＣＤを用いた表示装置は大面積化が図られてきており、上記した面光源バックライトもＬＣＤの大型化に伴い大型化が図られている。しかし、面発光素子光源をそのまま大型化すると、発光面積の大面積化にしたがって電極層による電圧降下の影響が顕在化してきた。特に、ＩＴＯ透明電極等の非金属材料電極は抵抗率が比較的高いため、該電極を用いる有機発光装置を面発光素子とした場合に問題となる。有機発光装置に用いる電極として、上記したＩＴＯ透明電極等よりも抵抗率の低い材料、例えば金属材料を用いれば良いが、該電極を通して光をＬＣＤに照射しているため、透過率の悪い金属材料を非透過性のまま用いることはできない。
【００１２】
本発明は、以上の点から、透光性電極の抵抗率を低減した面発光素子光源を併設した照明付き液晶表示装置ユニットを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の態様によれば、（１）複数の表示画素を備えた液晶表示装置と、液晶表示装置に併設し液晶表示装置を照射する面状発光素子を備えた光源とを有する照明付き液晶表示装置において、上記面状発光素子は透光性電極と面状発光層と対向電極とを積層した構成とされ、透光性電極には、上記液晶表示装置の表示画素の間および／または周辺部に対応する位置に透光性電極よりも抵抗率の小さな材料からなる補助電極を積層している、ことを特徴とする照明付き液晶表示装置、により達成される。
【００１４】
この態様では、大面積化した場合においても面状発光素子の発光の均一性を向上させ、明るさムラのない液晶表示を提供することができ、上記した目的を達成する。
また、補助電極を液晶表示装置の複数の画素の間の領域および／または周辺の領域に対応する位置に配置するようにして構成しているので、表示画素を照射する面状発光素子の光りを殆ど遮ることがなく、明るい表示とすることができ得る。
【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、（２）上記面状発光層が有機材料からなる発光層を含む有機ＥＬ層を備え、上記補助電極が金属材料からなることを特徴とすることを特徴とする、（１）に記載の照明付き液晶表示装置、により上記目的が達成される。
この態様によれば、液晶表示装置と同等の低電圧にて発光する面状発光素子光源を用いるので、照明付き液晶表示装置全体の小型化を図ることができ得る。
【００１６】
また、上記目的は本発明の他の態様によれば、（３）複数の表示画素を備えた液晶表示装置と、その背面に液晶表示装置を照射する面状発光素子光源を固定した照明付き液晶表示装置において、上記面状発光素子光源は、透光性基板上の透光性電極および該透光性電極よりも抵抗率の小さな補助電極と、これらの上に順に積層した有機材料からなる発光層を含む有機ＥＬ層および反射性材料からなる陰極層と、からなる有機ＥＬ素子、および有機ＥＬ素子を覆い外部雰囲気から隔離する封止手段を備えた有機発光装置からなり、上記補助電極が液晶表示装置の表示画素の間および／または周辺部に対応する位置に存在するようにして液晶表示装置と有機発光装置が重ねられており、上記透光性電極および透光性基板を通して液晶表示装置を照射する、ことを特徴とする有機発光装置を備えた照明付き液晶表示装置、により達成される。
この態様では、封止した有機発光装置からなる背面光源を用いるので、長寿命とした照明付き液晶表示装置を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の他の態様によれば、（４）複数の表示画素を備えた液晶表示装置に併設して液晶表示装置を照射するための面状発光素子を備えた光源の製造方法であって、透光性基板上に、上記液晶表示装置の表示画素の間および／または周辺部に対応する位置に存在し、透光性電極よりも低抵抗の補助電極および面状の透光性電極層を積層して形成する透光性電極形成工程と、その後に面状の発光層および反射性金属電極層とを順に積層する面発光素子形成工程と、を備えた面状発光素子光源の製造方法。および（５）上記面発光素子形成工程が、有機材料からなる発光層を含む有機ＥＬ層および反射性材料からなる陰極層とを順に積層する有機発光素子形成工程であり、上記有機発光素子形成工程の後に、上記有機発光素子を覆い外部雰囲気から隔離する封止工程を実施する、ことを特徴とする（４）に記載の面状発光素子光源の製造方法により、上記目的が達成できる。
これらの態様によれば、透光性電極の抵抗を小さくして発光の面内均一性を向上した液晶表示装置用の面状発光素子光源を歩留まりよく製造することができ得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１および図２を参照しながら、詳細に説明する。図１は、本発明による照明付き液晶表示装置の一実施形態の構成を示している。照明付き液晶表示装置１は非自発光性の液晶表示装置（ＬＣＤ）２と、その背面に設置するバックライト面光源である面発光素子光源１０と、から構成されており、これにより面発光素子光源１０から発せられた光がＬＣＤ２を照射し、ＬＣＤ２によりその光の透過量が制御されることにより、暗い環境下においても様々な表示を視認することができるようになされている。
【００１９】
上記ＬＣＤ２は、例えば単純ドットマトリクスＴＮ−ＬＣＤとされ、ガラス基板間に液晶層が挟持されているとともに表示領域内に多数の画素４が形成された液晶セル３を備えている。
面発光素子光源１０は、少なくともＬＣＤ２の表示領域の全域と同等以上の大きさを備えた有機材料からなる面状発光層を備えた有機ＥＬ素子１１を含む。
【００２０】
ここまでの構成は、従来の照明付き液晶表示装置とほぼ同様の構成であるが、本発明実施形態による照明付き液晶表示装置１においては、以下の点で異なる構成になっている。
すなわち、バックライト面光源である面発光素子光源１０には、ＬＣＤ２の画素４間の領域および／または周辺に対応する位置に低抵抗電極１２が配設されている。また、低抵抗電極１２は面状発光素子光源１０を点灯する透光性電極と積層した構成とされ、補助電極として作用する。低抵抗電極１２は透光性電極よりも低抵抗の材料により形成される。これにより、透光性電極全体の抵抗を低減させ、発光の面内均一性を向上させる。また、低抵抗電極１２はＬＣＤの表示画素４以外の領域に形成しているので、表示部分の明るさ、均一性に殆ど影響を与えない。
なお、対応する位置とは面発光素子光源１０をＬＣＤ２に併設した状態において、ＬＣＤ２を通常の観察方向から視認した際に、隣接する画素４間の領域もしくはＬＣＤ２のシール近傍で複数の画素からなる表示領域の外周の周辺部等の画素４による表示の妨げとならない位置、具体的には観察方向から投影した際に画素４の影とならない位置を意味する。
【００２１】
次に上記した照明付き液晶表示装置１の製造方法の一例について説明する。
まず、図２に沿って面発光素子光源１０の製造工程を説明する。洗浄したガラス製の素子基板１３上にＡｌ等の低抵抗金属層を形成し、ＬＣＤ２の表示画素４間の領域および／または周辺に対応する位置に低抵抗電極１２を形成する。その上に（ａ）に示したように面状のＩＴＯ透明電極層１４を積層形成する。（ｂ）は積層形成した後の状態のＡ−Ａ線断面を示す。このように低抵抗電極１２は透光性電極であるＩＴＯ透明電極層１４に覆われ、且つ両者は電気的に接続している。
この素子基板１３上に有機材料からなる面状の発光層を備えた有機ＥＬ層１５および反射性金属材料を用いた陰極層１６を、例えば真空蒸着法により形成して（ｃ）に示したような有機ＥＬ素子１１を得る。その後、乾燥手段１８を固定した封止基板１７を（ｄ）に示すようにして、シール層１９を介して貼り合せる。
これにより（ｅ）のような有機ＥＬ素子１１を備えた面発光素子光源１０が得られ、ＩＴＯ透明電極層（陽極）１４と陰極層１６の間に通電することにより有機ＥＬ層１５から光３０が発生し、これがＩＴＯ透明電極層１４および素子基板１３を通って外部に取出されて面状に照射する。
【００２２】
なお、本明細書において有機ＥＬ層１５は、陽極層と陰極層間に形成した有機材料からなる面状の発光層を備えた層を広義の意味で使用しており、例えば、陽極層側から順に、正孔注入輸送層と有機発光層の２層構造として形成したり、さらに有機発光層上に陰極から電子を注入され易くする機能を有する電子輸送層を設けた３層構造の有機ＥＬ層１５とするもの。さらには正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層、正孔注入層／正孔輸送層／発光層、正孔輸送層／発光層／電子輸送層としたものや単層有機化合物層を形成した構成などでも良い。例えば、低分子系の有機材料としては正孔輸送層として芳香族アミン誘導体のジトリル−ジフェニル−ビフェニル−ジアミン（ＴＰＤ）やビス（ジトリルアミノフェニル）シクロヘキサン（ＴＰＡＣ）などを用いることができ、有機発光層としてはＡｌｑ等を用いることができる。有機発光層にドーパントを添加することによりアンドープ発光層を用いた素子に比べて異なる発光波長の素子を得ることもできる。
【００２３】
面発光素子光源１０の製造とは別に、液晶表示装置２を公知の方法で製造する。例えばＬＣＤ２は一対のガラス基板表面にストライプ状の電極層、配向膜を形成する。一方のガラス基板表面に液晶層厚を制御するためのスペーサーを散布し、その後ストライプ状の電極層が直交するようにしてガラス基板を重ね合せ、その内部に液晶層を注入して完全にシールして液晶セル３を得る。互いに直交するストライプ状電極間に挟まれた液晶層の領域が表示画素４に相当する。液晶セルの外側には偏光板を配設する。
【００２４】
その後、面発光素子光源１０とＬＣＤ２とを重ね合せて固定する。重ね合せる際にはＬＣＤ２の画素４間の領域および／または周辺に対応する位置に、面発光素子光源１０の低抵抗電極１２が位置するように、適宜の位置に設けた合わせマーク等を用いて重ね、両者の周辺部等を部分的に接着剤等で固定する。
【００２５】
このようにして作成した照明付き液晶表示装置１は、大面積化を図った場合においても均一な明るさの表示を得ることができ得る。面発光素子光源１０の低抵抗電極１２と透光性電極１４とを積層しているので、透光性電極１４全体の抵抗を実質的に低下することができる。また、補助電極である低抵抗電極を面状発光層を形成するまでの工程で形成しているので、比較的簡単に形成することができ、高い歩留まりで製造することができ得る。
これにより該光源を点灯する電源との接続箇所に近い位置の発光部も、離れた位置の発光部も略同一の明るさにて発光することになり、大面積化を実施した際に表れる発光ムラが低減され得る。また、透光性電極と反射性電極の間に挟まれた面状発光層を備えた照明付き液晶表示装置においては、外光のある環境下では面発光素子光源１０をＯＦＦ状態として、反射性電極による反射光を活用した反射モードにて液晶表示を実施し、暗い環境下では面状発光素子光源を点灯させて透過モードにて表示する液晶表示装置とすることができ、照明付き液晶表示装置の消費電力を低減して携帯用機器の表示装置など、低消費電力が要求される表示に適した照明付き液晶表示装置を提供できる。
【００２６】
尚、上記した実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲はこれらの態様に限られるものではない。例えば単純ドットマトリクスではなくアクティブマトリクス型等の他の表示画素を備えた照明付き液晶表示装置とすることもできる。また、低抵抗電極を透光性電極を形成する前に積層する例にて説明したが、逆の積層順であっても構わない。また、液晶表示装置の背面に密着して設ける例を示したが拡散板等を介して固定する等の種々の応用も本願発明に包含される。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、薄型化、大面積化を図った照明付き液晶表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る照明付き液晶表示装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に係る照明付き液晶表示装置に使用する面状発光素子の製造方法の一実施形態を工程順に示す斜視図および断面図である。
【図３】液晶表示装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図４】従来の面状発光素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１照明付き液晶表示装置
２液晶表示装置
３液晶セル
４画素
１０面状発光素子光源
１１，９１有機ＥＬ素子
１２低抵抗電極
１３，９２素子基板
１４，９３ＩＴＯ透明電極層（陽極）
１５，９４有機ＥＬ層
１６，９５反射性電極層（陰極）
１７，９６封止基板
１８，９８乾燥手段
１９，９７シール層
３０光線
８０液晶表示装置
８１，８２ガラス基板
８３，８４透明電極
８５シール
８６液晶層
８７駆動電源
８８，８９偏光板
９０有機発光表示装置

Claims

複数の表示画素を備えた液晶表示装置と、液晶表示装置に併設し液晶表示装置を照射する面状発光素子を備えた光源とを有する照明付き液晶表示装置において、
上記面状発光素子は透光性電極と面状発光層と対向電極とを積層した構成とされ、透光性電極には、上記液晶表示装置の表示画素の間および／または周辺部に対応する位置に透光性電極よりも抵抗率の小さな材料からなる補助電極を積層しており、
上記面状発光層が有機材料からなる発光層を含む有機ＥＬ層を備え、上記補助電極が金属材料からなることを特徴とする照明付き液晶表示装置。