JP6170421B2 - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electro-Luminescent）表示装置に関する。

近年、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode）と呼ばれる自発光体を用いた画像表示装置（以下、「有機ＥＬ表示装置」という。）が実用化されている。この有機ＥＬ表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、自発光体を用いているため、視認性、応答速度の点で優れているだけでなく、バックライトのような補助照明装置を要しないため、更なる薄型化が可能となっている。

このような有機ＥＬ表示装置においてカラー表示を行う有機ＥＬ表示装置は、発光素子が画素毎にＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色をそれぞれ発光するもの、発光素子が白色を発光し、各画素のカラーフィルタがＲＧＢ３色のそれぞれの波長領域を透過させるもの、及びこれらを組み合わせるもの等が知られている。

特許文献１は、３色のうち少なくとも何れか一色において、隣接する画素の同色が隣接し、隣接する同色はカラーフィルタを共有し、画素電極は画素境界を越えて隣接する同色の画素にも配置されている液晶表示装置について開示している。特許文献２は、ＲＧＢの３色をそれぞれ発光する有機ＥＬ表示装置において、同色が隣接するように形成された画素構成について開示している。

特許第４４０９５８９号公報 特許第４６１０３１５号公報

カラーフィルタを用いて複数の色の光を出射させる有機ＥＬ表示装置では、Ｗ（白）色等の単色を発光する発光層を含む有機層を表示領域の全面に形成することができるため、発光層の成膜において蒸着マスクを必要としないことから、高精細で、かつ各画素において発光面積の大きな画素を製造できるというメリットがある。しかしながら、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板とカラーフィルタを形成した対向基板との間に透明樹脂等を挟んで接着するため、ＴＦＴ基板と対向基板との間に距離が生じ、発光層から斜め方向や横方向に出射した光が隣接画素のカラーフィルタを介して出光する、いわゆる混色が起こる恐れがある。

一方、画素の境界には、斜め方向に出射する光を遮光するブラックマトリクスとよばれる格子状に形成された遮光膜があり、このブラックマトリクスの線幅を広げることにより、混色を抑制することができる。しかしながら、この方法は、開口率を下げることに繋がるため、発光効率を低くしてしまうこととなる。更に、発光層とカラーフィルタ又はブラックマトリクスとの間の距離を小さくすることにより、混色を抑制することも考えられるが、距離を小さくした場合にはこの間に付着する異物により発光素子が破壊され、製品の不良率が高くなることが考えられる。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、発光効率の低下を抑えつつ、光学的混色を抑止した有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

本発明の有機ＥＬ表示装置は、透明な絶縁基板上に、各画素を構成する複数の副画素ごとに発光素子が形成された薄膜トランジスタ基板と、透明な絶縁基板上に、隣合う前記複数の副画素に跨って配置され、一の波長領域の光を透過させるカラーフィルタである結合カラーフィルタと、隣合う異なる波長領域の光を透過させるカラーフィルタの境界に配置され、光を遮光する遮光膜と、が形成された対向基板と、前記薄膜トランジスタ基板及び前記対向基板の間に配置される、透明な有機材料からなる充填剤と、前記遮光膜が形成された領域における前記充填剤の厚さが、前記発光素子が形成された領域の充填剤の厚さより薄くなるように調整する充填剤厚さ調整部と、を備える有機ＥＬ表示装置である。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記充填剤厚さ調整部は、前記充填剤内に離散的に配置される柱状スペーサであってもよい。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記充填剤厚さ調整部は、前記対向基板に形成され、前記隣合う異なる波長領域の光を透過させるカラーフィルタの境界に形成される膜であってもよい。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記結合カラーフィルタが形成される隣合う複数の副画素は、一の角部を共有する４つの副画素であってもよい。

また、本発明の有機ＥＬ表示装置において、前記副画素は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）Ｗ（白）の光をそれぞれ出射する４つの副画素からなる一画素を構成していてもよい。

本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を概略的に示す図である。 図１の有機ＥＬパネルの構成について示す図である。 表示領域の副画素の配置について示す図である。 図３のIV−IV線における断面を示す図である。 高スペーサ及び低スペーサの配置について示す図である。 図４の断面と同じ視野における第１の変形例について示す図である。 図４の断面と同じ視野における第２の変形例について示す図である。 図４の断面と同じ視野における第３の変形例について示す図である。 第４の変形例に係る有機ＥＬ表示装置の表示領域の副画素の配置について示す図である。 図９のＸ−Ｘ線における断面を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１には、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、有機ＥＬ表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された有機ＥＬパネル２００から構成されている。

図２には、図１の有機ＥＬパネル２００の構成が示されている。有機ＥＬパネル２００は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板２２０と対向基板２５０の２枚の基板を有し、これらの基板の間には充填剤２９３（図４参照）が充填されている。ＴＦＴ基板２２０は、表示領域２０２にマトリクス状に配置された画素２８０を有し、各画素２８０は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）Ｗ（白）の４つの色がそれぞれ割り当てられた副画素２８２を有している。また、ＴＦＴ基板２２０には、副画素２８２のそれぞれに配置された画素トランジスタの走査信号線（不図示）に対してソース・ドレイン間を導通させるための電位を印加すると共に、各画素トランジスタのデータ信号線に対して画素の階調値に対応する電圧を印加する駆動回路である駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２６０が載置されている。また、本実施形態においては、各副画素２８２は、白色を発光するＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）を有し、各色に対応するカラーフィルタを用いて、各色に対応する波長領域を有する光を出射することとするが、カラーフィルタを用いる方式であれば、複数の色で発光するＯＬＥＤを有する有機ＥＬ表示装置であってもよい。ＲＧＢＷの４つの副画素２８２から構成される画素２８０は、画素２８０の角部を共有する４つの副画素２８２が同じ色のカラーフィルタである結合カラーフィルタ２８５（図３参照）を有するように、各副画素２８２を配置している。

図３は、表示領域２０２の副画素２８２の配置について示す図である。この図に示されるように、各画素２８０はＲＧＢＷの４つの副画素２８２を有し、画素２８０の角部を共有する４つの副画素２８２が同じ色の副画素２８２となるように形成されている。このため、ＲＧＢＷのそれぞれのカラーフィルタは、４つの副画素２８２毎に一体的に形成された結合カラーフィルタ２８５である。更に、一般に、副画素２８２毎にカラーフィルタを仕切り、副画素２８２の境界付近から出射する光を遮光するブラックマトリクス２８８は、隣合う同じ色の副画素２８２の境界には形成されず、つまり結合カラーフィルタ２８５内には形成されず、異なる色のカラーフィルタとの境界にのみ形成されている。このようにブラックマトリクス２８８が形成される面積を少なくすることができるため、開口率が上がり、発光効率を上げることができる。なお、本実施形態においては、ブラックマトリクス２８８は、隣合う同じ色の副画素２８２の境界には形成されないこととしたが、同じ色の副画素２８２の境界に、異なる色の副画素２８２との境界に形成されたブラックマトリクス２８８の幅より小さい幅のブラックマトリクス２８８を形成することとしてもよい。なお、同色のカラーフィルタが一体的に形成される４つの副画素２８２の中央の角部に近い領域に、それぞれの有機ＥＬ素子のコンタクトホールが形成されることとしてもよい。コンタクトホールは隣接する副画素２８２からの光を反射しやすいため、隣接する副画素２８２が同色である当該角部に近い領域に形成することにより、同色の光を出射させ、混色を抑制することができる。

図４は、図３のIV−IV線における断面を示す図である。この図に示されるように、ＴＦＴ基板２２０は、ガラス又はプラスチック等からなる透明な絶縁基板２２１と、薄膜トランジスタ及び配線が形成されたトランジスタ回路層２２２と、後述する発光層における発光した光のうち絶縁基板２２１側に向う光を反射する反射層２２３と、トランジスタ回路層２２２に形成された薄膜トランジスタの一方の電極に電気的に接続された下部電極２２４と、下部電極２２４の端部を覆い、隣接する副画素２８２との間を絶縁する画素分離膜２２５と、下部電極２２４上及び画素分離膜２２５上で表示領域２０２全体を覆うように形成され、白色に発光する発光層を含む発光有機層２２６と、発光有機層２２６上に形成された透明電極からなる上部電極２２７と、上部電極２２７を覆うように形成された封止膜２２８と、を有している。

また、対向基板２５０は、ガラス又はプラスチック等からなる透明な絶縁基板２５１と、絶縁基板２５１上に形成された上述のブラックマトリクス２８８と、ＲＧＢのそれぞれの波長領域の光を透過するカラーフィルタである結合カラーフィルタ２８５が形成されたカラーフィルタ層２５２と、カラーフィルタ層２５２を覆う、有機材料からなるオーバーコート層２５３と、から構成される。

また、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０との間には、透明樹脂からなる充填剤２９３が充填され、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０とを互いに固定している。ここで、充填剤２９３中には、充填剤厚さ調整部である高スペーサ２９１及び低スペーサ２９２が配置され、充填剤２９３の厚さが場所によって異なるように調節している。ここで、遮光膜であるブラックマトリクス２８８が形成された領域における充填剤２９３の厚さＬ１は、発光素子が形成された領域での厚さＬ２より薄くなっている。また、例えば、高スペーサ２９１の高さを約５μｍ、低スペーサ２９２の高さを約２μｍとすることができる。ここで、対向基板２５０に用いられる絶縁基板２５１には、低剛性のプラスチック基板、フィルム基板、又は厚さ０．５μｍ以下のガラス基板等を用いることができる。

図５は、充填剤厚さ調整部である高スペーサ２９１及び低スペーサ２９２の配置について示す図である。この図に示されるように高スペーサ２９１は、同じ色の４つの副画素２８２の境界線が交わる位置に配置され、低スペーサ２９２は、ブラックマトリクス２８８が交わる位置に配置される。図４の光の経路を示す矢印に表されるように、低スペーサ２９２は、充填剤２９３の厚さを薄く形成することにより、ブラックマトリクス２８８を発光層に近づけ、異なる色のカラーフィルタから出射することを効率よく防ぐことができる。つまり、混色を抑制することができる。一方、高スペーサ２９１は、隣接する副画素２８２からの光が出射されることを許容することになるが、同じ色の副画素２８２との境界に設けられるものであるため、同じ色で出射されることとなり、混色とはならない。更に、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０とを貼り合わせるときには、異物２９９を取り込んでしまう恐れがあるが、高スペーサ２９１の周囲の充填剤２９３の厚さがある領域に許容することにより、発光素子を破壊することなく貼り合わせることができる。したがって、本実施形態によれば、ブラックマトリクス２８８が形成される面積を抑え発光効率の低下を抑えつつ、光学的混色を抑止することができる。また、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０とを貼り合わせるときに、異物２９９が侵入した場合であっても、発光素子を破壊することなく保持することができる。また、図４に示されるように表面に凹凸のある構造となるため、外光反射光を散乱することができ、外光反射による視認性の低下が抑制される。

図６は、図４の断面と同じ視野における第１の変形例について示す図である。図４の断面と異なる点は、オーバーコート層２５３がない点であり、その他は図４と同様の構成である。オーバーコート層２５３がない場合には、ブラックマトリクス２８８をＴＦＴ基板２２０により近づけることができるため、より混色を抑制することができる。

図７は、図４の断面と同じ視野における第２の変形例について示す図である。図４の断面と異なる点は、ブラックマトリクス２８８がオーバーコート層２５３上、つまりＴＦＴ基板２２０に一番近い側に形成されている点であり、その他は図４と同様の構成である。オーバーコート層２５３上にブラックマトリクス２８８を形成することにより、ブラックマトリクス２８８をＴＦＴ基板２２０により近づけることができるため、より混色を抑制することができる。

図８は、図４の断面と同じ視野における第３の変形例について示す図である。図４の断面と異なる点は、オーバーコート層２５３がなく、カラーフィルタ層２５２上にブラックマトリクス２８８が形成されている点であり、その他は図４と同様の構成である。オーバーコート層２５３がなく、カラーフィルタ層２５２上にブラックマトリクス２８８を形成することにより、ブラックマトリクス２８８をＴＦＴ基板２２０により近づけることができるため、より混色を抑制することができる。

図９は、第４の変形例に係る有機ＥＬ表示装置の表示領域２０２の副画素２８２の配置について示す図である。この図おける画素２８０及び副画素２８２の構成及びブラックマトリクス２８８の配置は図３と同様である。この変形例では、異なる色のカラーフィルタとの境界にそって、充填剤厚さ調整部である突起部２５６が形成されている。

図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面を示す図である。この図に示されるように第４の変形例においては、ＴＦＴ基板２２０及び対向基板２５０は略並行に配置され、対向基板２５０において、カラーフィルタ層２５２上の異なる色のカラーフィルタとの境界にそって突起部２５６が形成されている。更にこの突起部２５６上にブラックマトリクス２８８が形成されている。ＴＦＴ基板２２０の構成は図４と同様であるため、説明を省略する。ここで、遮光膜であるブラックマトリクス２８８が形成された領域における充填剤２９３の厚さＬ１は、発光素子が形成された領域での厚さＬ２より薄くなっている。突起部２５６は、図４のオーバーコート層２５３と同じ材料により形成されることとしてもよく、例えば、高さを約２μｍとすることができる。

このような構成とすることにより、異なる色のカラーフィルタとの境界において充填剤２９３の厚さを薄くすることができ、ブラックマトリクス２８８をＴＦＴ基板２２０に近づけて形成し、隣接する異なる色のカラーフィルタからの光が出射されることを防ぐことができるため、混色を抑止することができる。ここで、充填剤２９３の厚さは、充填剤２９３の量で調整されているが、上述の形態と同様にスペーサにより調整することとしてもよい。また、突起部２５６は、同じ色のカラーフィルタを有する隣接する副画素２８２の境界、つまり結合カラーフィルタ２８５の領域には形成されないため、隣接する副画素２８２からの光の出射を許容することとなるが、同じ色で出射されることとなるため、混色とはならない。更に、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０とを貼り合わせるときには、異物２９９を取り込んでしまう恐れがあるが、異物２９９が充填剤２９３の厚さがある領域に取り込まれることにより、有機ＥＬの素子を破壊することなく貼り合わせることができる。したがって、本実施形態によれば、ブラックマトリクス２８８が形成される面積を抑え発光効率の低下を抑えつつ、光学的混色を抑止することができる。また、ＴＦＴ基板２２０と対向基板２５０とを貼り合わせるときに、異物２９９が侵入した場合であっても、発光素子を壊すことなく保持することができる。

１００ 有機ＥＬ表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、２００ 有機ＥＬパネル、２０２ 表示領域、２２０ ＴＦＴ基板、２２１ 絶縁基板、２２２ トランジスタ回路層、２２３ 反射層、２２４ 下部電極、２２５ 画素分離膜、２２６ 発光有機層、２２７ 上部電極、２２８ 封止膜、２５０ 対向基板、２５１ 絶縁基板、２５２ カラーフィルタ層、２５３ オーバーコート層、２５６ 突起部、２８０ 画素、２８２ 副画素、２８５ 結合カラーフィルタ、２８８ ブラックマトリクス、２９１ 高スペーサ、２９２ 低スペーサ、２９３ 充填剤、２９９ 異物。

Claims (3)

1. 透明な絶縁基板上に、各画素を構成する複数の副画素ごとに発光素子が形成された薄膜トランジスタ基板と、
   透明な絶縁基板上に、隣合う２つ以上の前記副画素に跨って配置され、一の波長領域の光を透過させるカラーフィルタである結合カラーフィルタと、隣合う異なる波長領域の光を透過させるカラーフィルタの境界に配置され、光を遮光する遮光膜と、が形成された対向基板と、
   隣接する前記副画素の間を絶縁する画素分離膜と、
   前記薄膜トランジスタ基板及び前記対向基板の間のギャップをそれぞれ規制する第１のスペーサ及び第２のスペーサと、
   前記薄膜トランジスタ基板及び前記対向基板の間に配置される、透明な有機材料からなる充填剤と、
   を含み、
   前記第１のスペーサは、前記遮光膜との重なりを避けて、前記画素分離膜と前記結合カラーフィルタの間にあり、
   前記第２のスペーサは、前記第１のスペーサよりも低く設けられ、前記遮光膜と重なって、前記画素分離膜と前記遮光膜の間にあり、
   前記第１のスペーサと前記第２のスペーサの高さの違いによって、前記対向基板が前記充填剤の側に凹凸を有し、前記遮光膜が形成された領域における前記充填剤の厚さが、前記発光素子が形成された領域の充填剤の厚さより薄くなっている有機ＥＬ表示装置。
2. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記第１のスペーサ及び前記第２のスペーサは、前記充填剤内に離散的に配置される柱状スペーサであり、
   前記結合カラーフィルタが跨って配置される隣合う２つ以上の前記副画素は、一の角部を共有する４つの副画素であり、
   前記第１のスペーサは、前記４つの副画素が共有する前記一の角部と重なる位置に配置され、
   前記第２のスペーサは、前記隣合う異なる波長領域の光を透過させるカラーフィルタの境界に配置される、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の有機ＥＬ表示装置であって、
   前記副画素は、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）Ｗ（白）の光をそれぞれ出射する４つの副画素からなる一画素を構成している、ことを特徴とする有機ＥＬ表示装置。

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