JP6019997B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、有機エレクトロルミネセンス(EL;Electro Luminescence)現象を利用して発光する表示装置およびこれを備えた電子機器に関する。
有機EL素子等の自発光素子を用いた表示装置では、一対の基板の一方に発光素子を設け、他方に遮光性のブラックマトリクスを設けている。このような従来のフルカラー表示装置においては、単色の発光素子の混色によって白色または中間色の表示がなされる。但し、従来の表示装置では、各色の視野角特性が異なるとホワイトバランスが崩れ、白色または中間色に視野角による色度変化が生じるという問題があった。また、各発光素子の単色光も隣接する発光素子からの混色によって視野角による色度変化が生じていた。
そこで、発光素子の発光領域端から遮光膜の開口までの表示面内方向の離間距離を色ごとに異ならせることにより各色の視野角特性の差を小さくし、白色または中間色の視野角による色度変化を抑制する表示装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、カラーフィルタを備えた表示装置では、発光素子とカラーフィルタとの間を封止する樹脂層の厚みに依存した隙間(ギャップ)が生じる。このギャップによる隣接するカラーフィルタからの色漏れによって輝度バランスが崩れると共に、単色色度が変化し、広視野角における色差(色ずれ)が生じるという問題があった。
この問題を解決するために、例えばカラーフィルタの下部に所定の厚みを有する樹脂層を設けることにより隣接するカラーフィルタからの色漏れを防止し、広視野角化する手法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2011−40352号公報 特開2006−73219号公報
しかしながら、上記特許文献1,2の手法は画素寸法の大きな表示装置を前提としているため、画素寸法の小さい(例えば10μm以下)、より高精細な表示装置では隣接画素からの混色の抑制は十分ではなく、広視野角化に対する効果は小さかった。
本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、画素寸法に関わらず高い視野角特性を有する表示装置および電子機器を提供することにある。
本技術の表示装置は、画素ごとに少なくとも異なる色の発光層を含む発光素子が形成された第1基板と、第1基板と対向配置された第2基板とを備えたものであり、第2基板は、発光素子に対応する位置に開口部および開口部の間に遮光部を有する遮光膜と、画素毎に異なる色が配置されると共に、第1基板に面する遮光膜上に色境界を有する色要素とを有し、表示面内方向における遮光部の中心位置と色要素の色境界位置とは一致しない。
本技術の電子機器は、上記表示装置を備えたものである。
本技術の表示装置および電子機器では、遮光部の中心位置に対する色要素の遮光部上に形成された色境界位置を表示面内方向にずらして設けることにより、隣接画素からの混色が適宜、色要素または遮光部によって抑制される。
本技術の表示装置および電子機器によれば、遮光部の中心位置に対する色要素の遮光部上に形成された色境界の位置を表示面内方向にずらして設けるようにしたので、遮光部だけでなく色要素によっても遮光することが可能となる。よって、各画素においてそれぞれ適した遮光を選択して行うことができ、隣接画素からの混色抑制を行うことが可能となる。即ち、画素寸法に関係なく混色開始角度を最適化し、視野角特性を向上させることが可能となる。
本開示の一実施の形態に係る表示装置の構成を表す平面図である。 図1に示した表示装置の一つの画素を拡大して表す平面図(A)および断面図(B)である。 図2(B)に示した画素における遮光経路の模式図である。 図1に示した表示装置の一つの画素構成の他の例を表した断面図である。 図1に示した表示装置の一つの画素構成の他の例を表した平面図(A)および断面図(B)である。 図1に示した表示装置の構成を表す図である。 図6に示した画素駆動回路の一例を表す図である。 図7に示した発光素子の構成の一例を表す断面図である。 図7に示した有機EL素子の構成の他の例を表す断面図である。 変形例1に係る画素の構成を表す断面図である。 変形例2に係る画素の構成を表す断面図である。 変形例3に係る画素の構成を表す断面図である。 変形例4に係る画素の構成を表す平面図(A)および断面図(B)である。 上記実施の形態等の画素を用いた表示装置の適用例1の外観を表す斜視図である。 適用例2の外観を表す斜視図である。 適用例2の表側から見た外観を表す斜視図である。 適用例2の裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例3の外観を表す斜視図である。 適用例4の外観を表す斜視図である。 適用例5の閉じた状態の正面図、左側面図、右側面図、上面図および下面図である。 適用例5の開いた状態の正面図および側面図である。 比較例および本開示の実施例における遮光経路の変化を表す模式図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(RGBの3色を備えた表示装置)
1−1.原理説明
1−2.全体構成
2.変形例
変形例1(色要素の膜厚を調整した画素の例)
変形例2(発光領域幅を調整した画素の例)
変形例3(開口幅を調整した画素の例)
変形例4(発光領域幅および開口幅を調整した画素の例)
3.適用例(電子機器の例)
4.実施例
<1.実施の形態>
図1は、本開示の一実施の形態に係る表示装置(表示装置1)の平面構成の一例を表したものである。この表示装置1は、テレビジョン装置などに用いられるものであり、表示領域110に複数の画素2を例えば行列状(マトリクス状)に配置した構成を有している。各画素2は、例えば、赤色の単色光を発生する赤色発光素子10Rと、緑色の単色光を発生する緑色発光素子10Gと、青色の単色光を発生する青色発光素子10Bとを有している。発光素子10R,10G,10Bは、例えば後述する有機EL素子のほか、無機EL素子,半導体レーザ,LED(Light Emitting Diode)などにより構成されている。
図2(A)は、図1に示した一つの画素2の平面構成を拡大して表したものである。画素2は、ここでは赤画素2R,緑画素2Gおよび青画素2Bの3色の副画素から構成されている。各副画素2R,2G,2Bにはそれぞれ対応する発光素子10R,10G,10Bが設けられている。発光素子10R,10G,10Bは各々発光領域を有しており、隣り合う発光領域の境界にはブラックマトリクスとしての遮光膜22の遮光部22Bが位置している。また、発光素子10R,10G,10B上には、対応する色の色要素23(23R,23G,23B)がそれぞれ設けられている。
発光素子10R,10G,10Bの発光領域は、例えば縦長の矩形であり、表示面内垂直方向(Y軸方向)の寸法(以下、長さ)が表示面内水平方向(X軸方向)の寸法(以下、幅)よりも大きい。各発光素子10R,10G,10Bに対応する発光領域の大きさは発光素子10R,10G,10Bの大きさに比例する。本実施の形態では発光素子10R,10G,10Bの大きさは互いに等しい。なお、ここにいう矩形とは、下層の薄膜トランジスタ(TFT)等の入り具合によって幾何学的に完全な矩形に限らず、下層のTFT等に対応する切欠き等を有しているような略矩形といえるものも含まれる。また、表示面内とは、図2Aにおいては紙面に対して平行な面内(XY平面内)をいう。
遮光膜22は、図2(A)に示したように各発光素子10R,10G,10BのY軸方向に対応する位置に開口部22Aを、開口部22Aの間に遮光部22B(22RG,22RB,22GB)を有する。遮光膜22は、開口部22Aによって各発光素子10R,10G,10Bで発生した光を取り出し、遮光部22Bによって発光素子10R,10G,10B並びにその間の配線において反射された外光を吸収(遮光)して色純度を改善するものである。遮光膜22は、例えば黒色の着色剤を混入した光学濃度が1以上の黒色の樹脂膜、または薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタにより構成されている。このうち黒色の樹脂膜により構成するようにすれば、安価で容易に形成することができるので好ましい。薄膜フィルタは、例えば、金属,金属窒化物あるいは金属酸化物よりなる薄膜を1層以上積層し、薄膜の干渉を利用して光を減衰させるものである。薄膜フィルタとしては、具体的には、クロムと酸化クロム(III)(Cr23)とを交互に積層したものが挙げられる。
色要素23は、一般的にカラーフィルタと称されるものであり、遮光膜22と同様に各発光素子10R,10G,10Bで発生した光の取り出しおよび外光の吸収による色純度を改善するものである。色要素23は、各発光素子10R,10G,10B上に、例えば各発光素子10R,10G,10Bの発光色に対応する色の色要素23R,23G,23Bがそれぞれ設けられている。色要素23R,23G,23Bは、例えば矩形形状で隙間なく配置されている。色要素23は、例えば顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することによって目的とする赤,緑あるいは青等の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。
図2(B)は画素2の図2(A)のI−I線(一点破線)における断面構成を表したものである。発光素子10R,10G,10Bは第1基板11に設けられ、遮光膜22および色要素23は第2基板21に設けられている。第1基板11および第2基板21は、ガラス,シリコン(Si)ウェハあるいは樹脂等により構成されている。第1基板11と第2基板21とは、発光素子10R,10G,10B,遮光膜22および色要素23を内側にして対向配置され、両者の間には必要に応じて樹脂等よりなる中間層30が設けられている。
(1−1.原理説明)
本実施の形態では、自画素における隣接画素からの混色は、上述した遮光部22B(22RG,22RB,22GB)または色要素23によって防いでいる。具体的には、色要素23の色境界の位置を副画素2R,2G,2Bごとに設定することにより隣接画素への混色開始角度および視野角特性を改善する。
遮光膜22および色要素23は、第2基板21上に遮光膜22,色要素23の順に形成される。その工程において第2基板21に設けられた遮光膜22上に複数色(ここでは赤(R),緑(G),青(B)の3色)の色要素23(23R,23G,23B)を配置する場合には、その色境界の位置が隣接する副画素2R,2G,2Bの混色開始角度を決定する。この特徴を活かし、本実施の形態では、色要素23の色境界を遮光部22Bの位置に制限されることなく副画素2R,2G,2Bごとに設定する。具体的には、遮光部22Bの中心位置(C)と色要素23の色境界の位置をX軸方向の面内方向にずらして配置することにより、「発光素子端と色要素端」および「発光素子端と遮光部端」の2つの経路で混色開始角度を決定する。この2つの経路によって隣接する副画素2R,2G,2Bからの発光光を遮光することにより画素寸法に関わらず、視野角特性を向上させることが可能となる。ここで発光素子端とは、行列状に配置された発光素子10R,10G,10Bの長さ方向の端部のことである。色要素端および遮光部端についても同様である。
色要素23の端部による遮光原理は、発光素子10R,10G,10Bからの光が2種類の色要素23を透過できないことにある。なお、各副画素2R,2G,2Bの開口幅は遮光部22によって決まるため色要素23の幅を変更しても各副画素2R,2G,2Bの発光効率が変わることはない。
「発光素子端と色要素端」(以下、色要素遮光SCF)または「発光素子端と遮光部端」(以下、遮光部遮光SBM)となる条件は下記式(1),(2)に示したように右辺および左辺の大小関係によって決定される。具体的には右辺が大きい場合(式(1))の場合には色要素遮光に、左辺が大きい場合(式(2))には遮光部遮光となる。
Figure 0006019997

CF:発光素子端から色要素境界までの距離
BM:発光素子端から隣接画素の遮光部端までの距離
G:セルギャップ(保護膜膜厚と樹脂層膜厚との和(中間層膜厚))
CF:色要素膜厚
式(1)は隣接する副画素2R,2G,2Bからの光を色要素23の色境界によって遮光する場合の条件式であり、式(2)は遮光部22Bによって遮光する場合の条件式である。換言すると、式(1)は色要素23の色境界が混色開始角度となり、式(2)は遮光部22Bの端部が混色開始角度となる。上記式(1),(2)の右辺と左辺の値が近い場合(例えば、式(2)のLCF値をLBM値に近づけることによって符号が変わる場合)には、自画素と隣接画素との間における遮光経路を変えることができる。以下に、各副画素2R,2G,2Bにおける色要素遮光および遮光部遮光の最適化条件について述べる。
自画素と隣接画素との間における遮光経路は以下のように使い分けることが好ましい。自画素の色要素23の透過光波長よりも隣接画素の色要素23の波長が短い場合には、隣接画素からの混色を色要素23の端部によって遮光することが好ましい。一方、自画素の色要素23の透過光波長よりも隣接画素の色要素23の波長が長い場合には、隣接画素からの混色を遮光部22Bによって遮光することが好ましい。これは、色要素23の透過光波長が長い方の副画素における遮光を遮光部22Bによって行う場合には、回折角度の波長依存によって混入した光は低角に抜け、単色色度視野角が悪化するためである。
一方、隣接画素の色要素23の透過光波長(発光素子10の発光波長)が短い場合には、自画素への混色光の遮光は色要素23の端部によって行うことが好ましい。即ち、色要素23の色境界を自画素寄りに設けることにより、隣接画素からの混色を効果的に防ぐことが可能となる。
図3は本実施の形態における画素2の断面構成および各副画素2R,2G,2B間における遮光経路を模式的に表したものである。なお、第1基板11および第2基板21は省略している。具体的には、赤色発光素子10R,緑色発光素子10Gおよび青色発光素子10Bのうち、最も発光波長の短い青色発光素子10B上の色要素23Bの幅を広くする。即ち、青画素2Bから隣接画素2R,2Gへの混色光は色要素23Bの端部によって遮光される。また、隣接画素2R,2Gから青画素2Bへの混色光は遮光部22Bによって遮光される。
なお、図3からわかるように、色要素23の端部によって遮光している側の遮光部22B(例えば赤画素3R上の遮光部22B)は遮光に寄与していない。このため、色要素遮光によって遮光されている副画素における遮光部22Bは不要となる。よって、図4に示した画素3のように、遮光部22B、具体的には赤画素3R上の遮光部22RB,22RGおよび緑画素3Gの青画素3B側の遮光部22GBは色要素23の色境界上まで削除しても構わない。これにより、赤画素3Rおよび緑画素3Gの開口率が向上すると共に、発光効率が向上する。また、長寿命化も可能となる。
また、本実施の形態では画素2の構成を赤画素2R,緑画素2Gおよび青画素2Bの3色としたがこれに限らず、例えば図5(A),(B)に示した画素4のように白画素4Wを加えた4色としてもよい。その場合には、図5(B)に示したように、白画素4W上の白色要素23Wの幅は狭く、即ち、隣接画素の発光色に関わらず色要素23の色境界を自画素(白画素4W)寄りに設けることが好ましい。また、白画素4Wから隣接画素への混色光の遮光は色要素23による遮光が不可能であるため、必ず遮光部遮光となる。
(1−2.全体構成)
図6は、表示装置1の一例を表すものである。この表示装置1は、上述したように発光素子10R,10G,10Bとして有機EL素子を備えた有機ELテレビジョン装置などとして用いられるものであり、例えば、表示領域110の周辺に、映像表示用のドライバである信号線駆動回路120および走査線駆動回路130を有している。
表示領域110内には画素駆動回路140が設けられている。図7は、画素駆動回路140の一例を表したものである。画素駆動回路140は、後述する下部電極14の下層に形成されたアクティブ型の駆動回路である。即ち、この画素駆動回路140は、駆動トランジスタTr1および書き込みトランジスタTr2と、これらトランジスタTr1,Tr2の間のキャパシタ(保持容量)Csと、第1の電源ライン(Vcc)および第2の電源ライン(GND)の間において駆動トランジスタTr1に直列に接続された発光素子10R(または10G,10B)とを有する。駆動トランジスタTr1および書き込みトランジスタTr2は、一般的な薄膜トランジスタにより構成され、その構成は例えば逆スタガ構造(いわゆるボトムゲート型)でもよいしスタガ構造(トップゲート型)でもよく特に限定されない。
画素駆動回路140において、列方向には信号線120Aが複数配置され、行方向には走査線130Aが複数配置されている。各信号線120Aと各走査線130Aとの交差点が、発光素子10R,10G,10Bのいずれか一つ(副画素)に対応している。各信号線120Aは、信号線駆動回路120に接続され、この信号線駆動回路120から信号線120Aを介して書き込みトランジスタTr2のソース電極に画像信号が供給されるようになっている。各走査線130Aは走査線駆動回路130に接続され、この走査線駆動回路130から走査線130Aを介して書き込みトランジスタTr2のゲート電極に走査信号が順次供給されるようになっている。
図8は発光素子10R,10G,10Bの断面構成を表したものである。発光素子10R,10G,10Bは、それぞれ、第1基板11の側から、上述した画素駆動回路140の駆動トランジスタTr1、平坦化絶縁膜13、陽極としての下部電極14、電極間絶縁膜15、後述する発光層16Cを含む有機層16、および陰極としての上部電極17がこの順に積層された発光素子である。駆動トランジスタTr1は、平坦化絶縁膜13に設けられた接続孔13Aを介して下部電極14に電気的に接続されている。
このような発光素子10R,10G,10Bは、保護層31により被覆され、更にこの保護層31上に樹脂層32を間にして第2基板21が全面にわたって貼り合わされることにより封止されている。保護層31は、窒化ケイ素(SiNx),酸化ケイ素または金属酸化物などにより構成されている。樹脂層32は、例えば熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂により構成されている。なお、保護層31および樹脂層32により、上述した中間層30が構成されている。
平坦化絶縁膜13は、画素駆動回路140が形成された第1基板11の表面を平坦化するためのものであり、微細な接続孔13Aが設けられるためパターン精度が良い材料により構成されていることが好ましい。平坦化絶縁膜13の構成材料としては、例えば、ポリイミド等の有機材料、あるいは酸化シリコン(SiO2)などの無機材料が挙げられる。
下部電極14は、反射層としての機能も兼ねており、できるだけ高い反射率を有するようにすることが発光効率を高める上で望ましい。特に、下部電極14が陽極として使われる場合には、下部電極14は正孔注入性の高い材料により構成されていることが望ましい。このような下部電極14としては、例えば、積層方向の厚み(以下、単に厚みと言う)が100nm以上1000nm以下であり、クロム(Cr),金(Au),白金(Pt),ニッケル(Ni),銅(Cu),タングステン(W)あるいは銀(Ag)などの金属元素の単体または合金が挙げられる。下部電極14の表面には、インジウムとスズの酸化物(ITO)などの透明導電膜が設けられていてもよい。なお、アルミニウム(Al)合金のように、反射率が高くても、表面の酸化皮膜の存在や、仕事関数が大きくないことによる正孔注入障壁が問題となる材料においても、適切な正孔注入層を設けることによって下部電極14として使用することが可能である。
電極間絶縁膜15は、下部電極14と上部電極17との絶縁性を確保すると共に発光領域を所望の形状にするためのものであり、例えば感光性樹脂により構成されている。電極間絶縁膜15は下部電極14の周囲のみに設けられており、下部電極14のうち電極間絶縁膜15から露出した領域が発光領域となっている。なお、有機層16および上部電極17は、電極間絶縁膜15の上にも設けられているが、発光が生じるのは発光領域だけである。
有機層16は、例えば、下部電極14の側から順に、正孔注入層16A,正孔輸送層16B,発光層16C,電子輸送層16Dおよび電子注入層16Eを積層した構成を有する。これらのうち発光層16C以外の層は必要に応じて設ければよい。有機層16は、発光素子10R,10G,10Bの発光色によってそれぞれ構成が異なっていてもよい。正孔注入層16Aは、正孔注入効率を高めるためのものであると共に、リークを防止するためのバッファ層である。正孔輸送層16Bは、発光層16Cへの正孔輸送効率を高めるためのものである。発光層16Cは、電界をかけることにより電子と正孔との再結合が起こり、光を発生するものである。電子輸送層16Dは、発光層16Cへの電子輸送効率を高めるためのものである。電子注入層16Eは、電子注入効率を高めるためのものである。
発光素子10Rの正孔注入層16Aは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、化1または化2に示したヘキサアザトリフェニレン誘導体により構成されている。発光素子10Rの正孔輸送層16Bは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、ビス[(N−ナフチル)−N−フェニル]ベンジジン(α−NPD)により構成されている。発光素子10Rの発光層16Cは、例えば、厚みが10nm以上100nm以下であり、8−キノリノールアルミニウム錯体(Alq3)に2,6−ビス[4−[N−(4−メトキシフェニル)−N−フェニル]アミノスチリル]ナフタレン−1,5−ジカルボニトリル(BSN−BCN)を40体積%混合したものにより構成されている。発光素子10Rの電子輸送層16Dは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、Alq3 により構成されている。発光素子10Rの電子注入層16Eは、例えば、厚みが0.3nm程度であり、LiF,Li2Oなどにより構成されている。
Figure 0006019997
(化1において、R1〜R6それぞれ独立に、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アルールアミノ基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のカルボニル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数30以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数30以下の置換あるいは無置換の複素環基、ニトリル基、シアノ基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる置換基であり、隣接するRm(m=1〜6)は環状構造を通じて互いに結合してもよい。また、X1〜X6はそれぞれ独立に炭素もしくは窒素原子である。)
具体的には、発光素子10Rの正孔注入層16Aは、化2に示した材料により構成されていることが好ましい。
Figure 0006019997
発光素子10Gの正孔注入層16Aは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、化1または化2に示したヘキサアザトリフェニレン誘導体により構成されている。発光素子10Gの正孔輸送層16Bは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、α−NPDにより構成されている。発光素子10Gの発光層16Cは、例えば、厚みが10nm以上100nm以下であり、Alq3にクマリン6(Coumarin6)を1体積%混合したものにより構成されている。発光素子10Gの電子輸送層16Dは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、Alq3により構成されている。発光素子10Gの電子注入層16Eは、例えば、厚みが0.3nm程度であり、LiF,Li2 Oなどにより構成されている。
発光素子10Bの正孔注入層16Aは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、化1または化2に示したヘキサアザトリフェニレン誘導体により構成されている。発光素子10Bの正孔輸送層16Bは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、α−NPDにより構成されている。発光素子10Bの発光層16Cは、例えば、厚みが10nm以上100nm以下であり、スピロ6Φ(spiro6Φ)により構成されている。発光素子10Bの電子輸送層16Dは、例えば、厚みが5nm以上300nm以下であり、Alq3により構成されている。発光素子10Gの電子注入層16Eは、例えば、厚みが0.3nm程度であり、LiF,Li2Oなどにより構成されている。
上部電極17は、例えば、厚みが10nm程度であり、アルミニウム(Al),マグネシウム(Mg),カルシウム(Ca)またはナトリウム(Na)の合金により構成されている。中でも、マグネシウムと銀との合金(Mg−Ag合金)は、薄膜での導電性と吸収の小ささとを兼ね備えているので好ましい。Mg−Ag合金におけるマグネシウムと銀との比率は特に限定されないが、膜厚比でMg:Ag=20:1〜1:1の範囲であることが望ましい。また、上部電極17の材料は、アルミニウム(Al)とリチウム(Li)との合金(Al−Li合金)でもよい。
上部電極17は、また、半透過性反射層としての機能を兼ねている。即ち、発光素子10Rは共振器構造MC1を有し、この共振器構造MC1により発光層16Cで発生した光を下部電極14と上部電極17との間で共振させるようになっている。この共振器構造MC1は、下部電極14と有機層16との界面を反射面P1、中間層18と電子注入層16Eとの界面を半透過反射面P2とし、有機層16を共振部として、発光層16Cで発生した光を共振させて半透過反射面P2の側から取り出すものである。このように共振器構造MC1を有するようにすれば、発光層16Cで発生した光が多重干渉を起こし、半透過反射面P2の側から取り出される光のスペクトルの半値幅が減少し、ピーク強度を高めることができる。即ち、正面方向における光放射強度を高め、発光の色純度を向上させることができる。また、第2基板21側から入射した外光についても多重干渉により減衰させることができ、カラーフィルタ23との組合せにより発光素子10R,10G,10Bおよび図5に示した白色発光素子10Wにおける外光の反射率を極めて小さくすることができる。
そのためには、反射面P1と半透過反射面P2との間の光学的距離L1は数2を満たすようにすることが好ましい。
(数2)

(2L1)/λ+Φ/(2π)=m

(式中、L1は反射面P1と半透過反射面P2との間の光学的距離、mは次数(0または自然数)、Φは反射面P1で生じる反射光の位相シフトΦ1と半透過反射面P2で生じる反射光の位相シフトΦ2との和(Φ=Φ1+Φ2)(rad)、λは半透過反射面P2の側から取り出したい光のスペクトルのピーク波長をそれぞれ表す。なお、数2においてL1およびλは単位が共通すればよいが、例えば(nm)を単位とする。)
反射面P1と半透過反射面P2との間には、取り出し発光強度が極大となる位置(共振面)が存在する。この共振面はm+1箇所あり、m=1以上の条件においては、最も反射面P1寄りの共振面に発光面がある場合が最も発光スペクトルの半値幅が広くなるものである。
なお、発光素子10R,10G,10Bは、図9に示したように、半透過反射面P2を有さず、発光層16Cで発生した光を反射面P1において反射させ、この反射光と発光層16Cで発生する光との間で干渉を生じさせるものでもよい。
この場合、発光層16Cは、反射光と発光層16Cで発生した光とが干渉により互いに強め合う位置(干渉位置)を含んでいることが好ましい。また、反射面P1と干渉位置との間の光学的距離L1は数5を満たすようにすることが好ましい。
(数3)

(2L1)/λ+Φ/(2π)=m

(式中、L1は反射面P1と干渉位置との間の光学的距離、mは次数(0または自然数)、Φは反射面P1で生じる反射光の位相シフトΦ(rad)、λは発光層16Cで発生した光が上部電極17側から放出される際のスペクトルのピーク波長をそれぞれ表す。なお、数1においてL1およびλは単位が共通すればよいが、例えば(nm)を単位とする。)
このような共振器構造MC1を有する、または発光層16Cで発生した光と反射面P1における反射光との干渉を利用する発光素子10R,10G,10Bでは、次数mが大きくなるほど、輝度や色度の視野角依存性、即ち正面方向から見た場合と斜め方向から見た場合とでの輝度や色度の変化が大きくなる傾向がある。一般のテレビジョン装置等の用途に有機EL表示装置を用いることを想定した場合、視野角による輝度低下および色度変化は小さい方が望ましい。
視野角特性のみを考慮するとm=0の条件が理想的である。しかしながら、この条件では有機層16の厚みが薄くなるので、発光特性への影響や下部電極14と上部電極17との短絡発生のおそれが生じる。そのため、例えばm=1の条件を用いることにより、輝度や色度の視野角依存性が大きくなることを回避すると共に、発光特性の低下や短絡発生を抑えるようにしている。例えば下部電極14がアルミニウム合金、上部電極17がMg−Ag合金によりそれぞれ構成されている場合、m=0では青色の発光素子10Bの有機層16の厚みは80nm程度となるが、m=1では190nm程度になるので短絡発生が抑えられる。
また、共振器構造MC1の共振器効果、または干渉効果は、発光色毎に異なる光学条件となるため、視野角特性も発光色毎に異なることが通常である。フルカラー表示装置においては、白色または中間色は単色光の混色で表示させるため、単色の視野角特性が色毎に異なることによってホワイトバランスが崩れ、白色または中間色が視野角による色度変化を生じることとなる。
この表示装置1は、例えば次のようにして製造することができる。
まず、上述した材料よりなる第1基板11の上に駆動トランジスタTr1を含む画素駆動回路140を形成したのち、全面に感光性樹脂を塗布することにより平坦化絶縁膜13を形成し、露光および現像により平坦化絶縁膜13を所定の形状にパターニングすると共に接続孔13Aを形成し、焼成する。
次いで、例えばスパッタ法により、上述した材料よりなる下部電極14を形成し、ウェットエッチングにより下部電極14を選択的に除去して発光素子10R,10G,10Bごとに分離する。
続いて、第1基板11の全面にわたり感光性樹脂を塗布し、例えばフォトリソグラフィ法により発光領域に対応して開口部を設け、焼成することにより、電極間絶縁膜15を形成する。
そののち、例えば蒸着法により、上述した厚みおよび材料よりなる有機層16の正孔注入層16A,正孔輸送層16B,発光層16Cおよび電子輸送層16Dを形成する。
有機層16を形成したのち、例えば蒸着法により、上述した厚みおよび材料よりなる上部電極17を成膜する。これにより、図8または図9に示したような発光素子10R,10G,10Bが形成される。
続いて、例えばCVD法またはスパッタ法により、発光素子10R,10G,10Bの上に上述した材料よりなる保護層31を形成する。
また、例えば、上述した材料よりなる第2基板21の上に、遮光膜22の材料をスピンコートなどにより塗布し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより遮光膜22(図8では省略)を形成する。続いて、遮光膜22と同様にして、色要素23を順次形成する。
そののち、保護層31の上に、樹脂層32を形成し、この樹脂層32を間にして第2基板21を貼り合わせる。以上により、図6ないし図9に示した表示装置1が完成する。
この表示装置1では、各画素2に対して走査線駆動回路130から書き込みトランジスタTr2のゲート電極を介して走査信号が供給されると共に、信号線駆動回路120から画像信号が書き込みトランジスタTr2を介して保持容量Csに保持される。即ち、この保持容量Csに保持された信号に応じて駆動トランジスタTr1がオンオフ制御され、これにより、発光素子10R,10G,10Bに駆動電流Idが注入されることにより、正孔と電子とが再結合して発光が起こる。この光は、下部電極14(反射面P1)と上部電極17(半透過反射面P2)との間で多重反射し、または、下部電極14(反射面P1)における反射光と発光層16Cで発生した光とが干渉により強め合い、上部電極17,カラーフィルタ23および第2基板21を透過して取り出される。
[作用、効果]
本実施の形態では、遮光部22Bの配置位置に関わらず、色要素23の色幅、即ち色境界の位置を自画素および隣接画素における発光波長の関係によって副画素2R,2G,2Bごとに決定するようにした。これにより、遮光部遮光SBMまたは色要素遮光SCFの2つの遮光経路によって隣接画素からの混色を防ぐことが可能となり、各副画素2R,2G,2Bごとに適した経路が選択される。よって、画素寸法に関わらず混色開始角度を広角化でき、単色視野角を拡大することが可能となる。また、色要素23の色境界の位置を最適化することにより、回折による低角側の混色悪化を最小限に低減することが可能となる。
更に、隣接画素からの混色を色要素23によって防ぐ場合には自画素上の遮光部22Bは不要となるため、不要な遮光部22Bを削除してもよい。これにより、開口率が向上すると共に、視野角が拡大される。更に、開口率の向上によって発光効率が向上する。また、輝度劣化の抑制、即ち長寿命化が可能となる。
次に、上記実施の形態に係る変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
<2.変形例>
(変形例1)
図10は変形例1に係る表示装置を構成する画素5の断面構成を表したものである。この画素5は色要素43(43R,43G,43B)の膜厚を副画素5R,5G,5Bによって変更した点が上記実施の形態とは異なる。具体的には、隣接画素への混色を色要素遮光SCFによって防いでいる画素(ここでは緑画素5Rおよび青画素5B)の色要素43G,43Bの膜厚を厚く(例えば赤色要素23Rよりも0.5μm厚膜化)する。これにより、混色開始角度が更に大きくなり、視野角をより広角化することが可能となる。なお、色要素43を厚膜化させるほど混色開始角度は広角化するが、第1基板11と第2基板21とを貼り合わせる際に接触しない範囲であることが好ましく、例えば最大で樹脂層32の膜厚分とすることが望ましい。但し、第1層11および第2層21の貼り合わせ後に行う樹脂の注入(樹脂層32の形成)における不良、また、貼り合わせ時における第1基板11への応力の発生等の問題から、より好ましくは厚膜化した副画素における樹脂層32の膜厚が約0.5μmとなるものとする。
(変形例2)
図11は変形例2に係る表示装置を構成する画素6の断面構成を表したものである。この画素6は発光領域幅(発光素子50のX軸方向の幅)を発光素子50(50R,50G,50B)ごとに変えた点が上記実施の形態および変形例1とは異なる。具体的には、青画素6Bに設けられた青色発光素子50Bの形成領域LBをX軸方向に広げる。これは、青色発光光は回折に波長依存があるため他の副画素(6R,6G)と比較して青画素6Bの視野角特性が狭く、これによる白色ラスタでの視野角色つきを改善するためである。
これにより、上記実施の形態における効果に加えて、隣接画素からの混色開始角度を保持したまま青画素6Bの視野角が拡大されると共に、発光効率が向上するという効果を奏する。また、発光寿命も向上する。
(変形例3)
図12は変形例3に係る表示装置を構成する画素7の平面構成を表したものである。この画素7は、遮光膜52の開口部52AのX軸方向の開口幅を画素7R,7G,7Gごとに変えた点が上記実施の形態および変形例1,2とは異なる。具体的には、青画素7Bと緑画素7Rとの間においては、遮光部52GBの緑画素7G側の端部と緑色発光素子10Gの端部との距離をより広くすることが好ましい。赤画素7Rと青画素7Bとの間においては、遮光部52RBの赤画素7R側の端部と赤色発光素子10Rの端部との距離をより広くすることが好ましい。赤画素7Rと緑画素7Gとの間においては、遮光部52RGの赤画素7R側の端部と赤色発光素子10Rの端部との距離をより広くすることが好ましい。これにより、隣接画素からの混色を防ぎつつ、開口率を向上させることが可能となる。
(変形例4)
図13(A),(B)はそれぞれ変形例4に係る表示装置を構成する画素8の平面構成(図13(A))および断面構成(図13(B))を表したものである。この画素8は変形例2および変形例3を組み合わせたものである。即ち、画素8R,8G,8Bごとに発光領域幅LR,LG,LBおよび遮光膜62の開口部62Aの開口幅を決定したものである。
例えば、隣接画素の色要素63の透過光波長(発光素子10の発光波長)が長い場合には、自画素への混色光の遮光は遮光部62Bによって行うことが好ましい。即ち、遮光部62Bの中心位置(C)を自画素寄りに設けることにより、隣接画素からの混色を防ぐと共に、隣接画素の開口幅を広くすることができる。具体的には、例えば青画素8Bと、その隣接画素8R,2G間に設けられた遮光部62RB,62GBの中心位置(C)は青色発光素子50B寄りに設ける。これにより、隣接する画素(ここでは赤画素8Rおよび緑画素8G)からの混色光の遮光幅が広く、即ち隣接画素からの混色開始角度(θ)が大きくなる。
このように自画素および隣接画素の発光色の関係から遮光膜62の開口部62Aの開口幅および遮光部62Bの配置位置、色要素63の色境界位置並びに発光領域幅LR,LG,LBを設定することにより、混色開始角度が大きくなり視野角特性が向上する。また、開口率を向上させることが可能となる。
<3.適用例>
上記実施の形態および変形例1〜4において説明した画素2〜8を備えた表示装置は、例えば次に示したような、画像(あるいは映像)表示を行う、あらゆる分野の電子機器に搭載することができる。
図14は、スマートフォンの外観を表している。このスマートフォンは、例えば、表示部110(表示装置1)および非表示部(筐体)120と、操作部130とを備えている。操作部130は、(A)に示したように非表示部120の前面に設けられていてもよいし、(B)に示したように上面に設けられていてもよい。
図15はテレビジョン装置の外観構成を表している。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル210およびフィルターガラス220を含む映像表示画面部200(表示装置1)を備えている。
図16A,16Bは、デジタルスチルカメラの外観構成を表しており、それぞれ前面および後面を示している。このデジタルスチルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部310と、表示部320(表示装置1)と、メニュースイッチ330と、シャッターボタン340とを備えている。
図17は、ノート型のパーソナルコンピュータの外観構成を表している。このパーソナルコンピュータは、例えば、本体410と、文字等の入力操作用のキーボード420と、画像を表示する表示部430(表示装置1)とを備えている。
図18は、ビデオカメラの外観構成を表している。このビデオカメラは、例えば、本体部510と、その本体部510の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ520と、撮影時のスタート/ストップスイッチ530と、表示部540(表示装置1)とを備えている。
図19A,19Bは、携帯電話機の外観構成を表している。図19Aは、それぞれ携帯電話機を閉じた状態の正面、左側面、右側面、上面および下面を示している。図19Bは、それぞれ携帯電話機を開いた状態の正面および側面を示している。この携帯電話機は、例えば、上側筐体610と下側筐体620とが連結部(ヒンジ部)620により連結されたものであり、ディスプレイ640(表示装置1)と、サブディスプレイ650と、ピクチャーライト660と、カメラ670とを備えている。
<4.実施例>
以下、具体的な数値を用いた実施例について説明する。
(実施例1)
図20(A),(B)は青画素2Bから赤画素2Rへの混色光の遮光手段を関連技術(比較例)の遮光部22Bによる遮光(図20(A))から本実施の形態のように色要素23による遮光(図20(B))に変更した際の混色開始角度の改善を表したものである。図20(A)における青画素2Bと赤画素2Rとの間における青色発光素子10Bの端部と、色境界との距離(LCF),赤画素2R側の遮光部端との距離(LBM),青色発光素子10Bの上端から樹脂層32の上端までの膜厚(DG)および色要素23の膜厚(DCF)は以下の通りである。
CF:0.9μm
BM:1.5μm
G:4μm
CF:2μm
上記各数値を条件式に代入すると式(2)を満たし遮光部遮光SBMであることがわかる。そこで、LCFを0.9μmから1.4μm、色要素境界を遮光部22Bの中心位置から0.5μm赤画素2R側へずらすと式(1)を満たすようになる。即ち色要素遮光SCFとなり、図20(B)に示したように混色開始角度は広角化する。具体的には14°から19°となり5°広角化する。
ここで、赤画素2Rについてはもともと遮光部遮光によって混色を防いでいるため色要素23の色境界位置をずらしたことによる不利益はない。
(実施例2)
実施例2では、実施例1に示した基本構造を基(実験例1)に各画素2R,2G,2Bにおける色要素23の色境界位置,膜厚および遮光部22Bの後退量を下記値にそれぞれ変化させた実験例2〜8について実験した。表1は、実験例1〜8における色要素23の色境界位置、膜厚および遮光部22Bの後退量をまとめたものである。表2は、各実験例1〜8における赤画素2R,緑画素2G,青画素2Bの視野角の変化をまとめたものである。なお、ここで遮光部22Bの後退量とは遮光部22の中心位置を隣接画素側へ移動させることである。また、+方向は観測点を左に傾けたものであり、−方向は観測点を右に傾けたものである。遮光部22Bを後退させた実験例6〜8の例における()内の数値は、遮光部22Bの後退による自画素の視野角特性の広角化による混色に対する単色色度変化の改善を表したものでる。
(色要素境界)
CF:0.9μm→1.2μm(色境界を隣接画素側へ0.3μm移動)
(色要素膜厚)
G:4μm→3.5μm
CF:2μm→2.5μm(色要素を0.5μm厚膜化)
(遮光部後退量)
BM:1.2μm(赤画素2R上の遮光部22RG,22RBおよび緑画素2Gの青画素2B側遮光部22RB)
Figure 0006019997
Figure 0006019997
表2に示したように、色要素23の色境界を副画素2R,2G,2Bごとに設定することによって視野角が広角化された。また、遮光部22Bの中心位置を副画素2R,2G,2Bごとに設定し、色要素23の色境界位置および遮光部23の配設位置を最適化することによりさらに視野角が広角化されることがわかった。更に色要素23の膜厚を調整することにより、より効果的に視野角特性を向上させることが可能であることがわかった。また、実験例6〜8から、遮光部22Bを後退させることにより、混色開始角度を維持しつつ自画素における視野角が広がり、混色による単色色度変化が抑制されることがわかった。
なお、中間層30の膜厚(DG)が小さく、色要素23の膜厚(DCF)の膜厚が大きくなると、上記実施の形態等において説明した構造による混色開始角度の広角化はさらに大きくなる。例えば、第1基板11に直接色要素(カラーフィルタ)を塗布するオンチップカラーフィルタ(OCCF)構造を有する表示装置では顕著となる。
以上、実施の形態および変形例1〜4を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件等は限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
更に、上記実施の形態等において説明した各層は必ずしも全て設ける必要はなく、適宜省略してもよい。また、上記実施の形態等において説明した層以外の層を追加しても構わない。例えば、青色発光素子10Bの電荷輸送層17と青色発光層14Bとの間に、特開2011−233855号公報に記載の共通正孔輸送層のように正孔輸送能を有する材料を用いた層を1層あるいは複数層追加してもよい。このような層を追加することにより、青色発光素子10Bの発光効率および寿命特性が向上する。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)画素ごとに少なくとも発光層を含む発光素子が形成された第1基板と、前記第1基板と対向配置された第2基板とを備え、前記第2基板は、前記発光素子に対応する位置に開口部および前記開口部の間に遮光部を有する遮光膜と、複数色が配置された色要素とを有し、表示面内方向における前記遮光部の中心位置と前記色要素の色境界位置とは一致しない表示装置。
(2)前記遮光部の中心位置は隣接する前記画素ごとに異なる、前記(1)に記載の表示装置。
(3)前記色要素の幅は各画素ごとに異なる、前記(1)または(2)に記載の表示装置。
(4)前記色要素の色境界は隣接する前記発光素子の発光端間の中心とは互いに異なる、前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の表示装置。
(5)隣接する前記画素間における前記色要素の色境界は、より長波長な発光光を示す画素側に設けられている、前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表示装置。
(6)赤画素、緑画素および青画素を有し、前記緑画素と青画素との間の前記色要素の色境界は前記緑画素側に設けられている、前記(5)に記載の表示装置。
(7)前記赤画素と青画素との間の前記色要素の色境界は前記赤画素側に設けられている、前記(6)に記載の表示装置。
(8)前記赤画素と緑画素との間の前記色要素の色境界は前記赤画素側に設けられている、前記(6)に記載の表示装置。
(9)白画素と該白画素以外の単画素を有し、前記白画素と該白画素以外の単画素との間の前記色要素の色境界は前記白画素側に設けられている、前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の表示装置。
(10)前記色要素の膜厚は色ごとに異なる、前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の表示装置。
(11)表示装置を備え、前記表示装置は、画素ごとに少なくとも発光層を含む発光素子が形成された第1基板と、前記第1基板と対向配置された第2基板とを備え、前記第2基板は、前記発光素子に対応する位置に開口部および前記開口部の間に遮光部を有する遮光膜と、複数色が配置された色要素とを有し、表示面内方向における前記遮光部の中心位置と前記色要素の色境界位置とは一致しない電子機器。
1…表示装置、2〜8…画素、10R,10G,10B…発光素子、11…第1基板、12・・・平坦化絶縁膜、14…下部電極、15…電極間絶縁膜、16…有機層、16A…正孔注入層、16B…正孔輸送層、16C…発光層、16D…電子輸送層、16E…電子注入層、17…上部電極、21…第2基板、22…遮光膜、22A…開口部、22B…遮光部、23…色要素、22R…赤色要素、22G…緑色要素、22B…青色要素、30…中間層、31…保護膜、32…樹脂層。

Claims (11)

  1. 画素ごとに少なくとも異なる色の発光層を含む発光素子が形成された第1基板と、
    前記第1基板と対向配置された第2基板とを備え、
    前記第2基板は、
    前記発光素子に対応する位置に開口部および前記開口部の間に遮光部を有する遮光膜と、
    前記画素毎に異なる色が配置されると共に、前記第1基板に面する前記遮光膜上に色境界を有する色要素とを有し、
    表示面内方向における前記遮光部の中心位置と前記色要素の色境界位置とは一致しない
    表示装置。
  2. 前記遮光部の中心位置は隣接する前記画素ごとに異なる、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記色要素の幅は各画素ごとに異なる、請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記色要素の色境界は隣接する前記発光素子の発光端間の中心とは一致しない、請求項1に記載の表示装置。
  5. 隣接する前記画素間における前記色要素の色境界は、より長波長な発光光を示す画素側に設けられている、請求項1に記載の表示装置。
  6. 赤画素、緑画素および青画素を有し、前記緑画素と青画素との間の前記色要素の色境界は前記緑画素側に設けられている、請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記赤画素と青画素との間の前記色要素の色境界は前記赤画素側に設けられている、請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記赤画素と緑画素との間の前記色要素の色境界は前記赤画素側に設けられている、請求項6に記載の表示装置。
  9. 白画素と該白画素以外の単画素を有し、前記白画素と該白画素以外の単画素との間の前記色要素の色境界は前記白画素側に設けられている、請求項1に記載の表示装置。
  10. 前記色要素の膜厚は色ごとに異なる、請求項1に記載の表示装置。
  11. 表示装置を備え、
    前記表示装置は、
    画素ごとに少なくとも発光層を含む発光素子が形成された第1基板と、
    前記第1基板と対向配置された第2基板とを備え、
    前記第2基板は、
    前記発光素子に対応する位置に開口部および前記開口部の間に遮光部を有する遮光膜と、
    前記画素毎に異なる色が配置されると共に、前記第1基板に面する前記遮光膜上に色境界を有する色要素とを有し、
    表示面内方向における前記遮光部の中心位置と前記色要素の色境界位置とは一致しない
    電子機器。
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