JP6807726B2

JP6807726B2 - 有機ｅｌ表示装置

Info

Publication number: JP6807726B2
Application number: JP2016244639A
Authority: JP
Inventors: 裕訓豊田; 典久前田
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018098137A; US10811464B2; US20180175118A1; US20200388655A1; US11251230B2

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に関する。

特許文献１には、反射層、第１電極、発光層、第２電極がこの順に積層され、さらに第２電極上に光学調整層が設けられた有機ＥＬ素子が開示されている。

特開２０１１−１５５００２号公報

ところで、有機ＥＬ表示装置では一般に基板上に発光層が平面的に設けられ、正面の輝度が比較的強く、斜め方向の輝度が比較的弱くなる。このため、斜め方向の輝度をより強めて輝度視角特性の向上を望まれる場合がある。また、用途に依っては、斜め方向の輝度をより弱めることや、正面の輝度をより強める又は弱めることを望まれる場合もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、所望の輝度視角特性を得ることが可能な有機ＥＬ表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の有機ＥＬ表示装置は、第１の電極と、前記第１の電極の上方に設けられた発光層を含む有機膜と、前記有機膜の上方に設けられた、前記発光層からの光を透過する第２の電極と、を備える発光ユニットと、前記発光ユニットを覆う光学調整層と、を備え、前記光学調整層は、前記発光ユニットと平面視で重なる第１の領域と、前記第１の領域と隣り合う第２の領域とで、層数、膜厚及び屈折率の少なくとも１つが互いに異なる。

本発明の実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面図である。素子層の断面構造例を示す図である。発光ユニットの積層構造例を示す図である。素子層の平面構造例を示す図である。光学調整層の第１実施例を示す図である。光学調整層の第２実施例を示す図である。光学調整層の第３実施例を示す図である。光学調整層の第４実施例を示す図である。光学調整層の第５実施例を示す図である。光学調整層の第６実施例を示す図である。光学調整層の第１変形例を示す図である。光学調整層の第２変形例を示す図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置の断面図である。有機ＥＬ表示装置は、第１基板１０を有する。第１基板１０には、画素を駆動するための集積回路チップ１２が搭載されている。第１基板１０には、外部との電気的接続のために、フレキシブル配線基板１４が接続されている。第１基板１０には、図示しない薄膜トランジスタ、配線及び絶縁層を含む回路層１６が形成されている。回路層１６には、素子層１８が積層されている。素子層１８の詳細については後述する。

有機ＥＬ表示装置は、第２基板２０を有する。第２基板２０は、第１基板１０と間隔をあけて対向するように配置されている。第１基板１０と第２基板２０の間には充填剤２２が設けられ、充填剤２２はシール材２４に囲まれて封止されている。第２基板２０は設けられなくてもよい。また、第２基板２０が設けられる場合に充填材２２または他の手段で第２基板２０が固定されるなら、シール材２４は必ずしも設けられなくてよい。また、第２基板２０が設けられない場合には、シール材２４は設けられなくてもよい。

以下の説明では、第１基板１０に対する第２基板２０の方向（図１中の矢印Ｆの方向）を上方とする。本実施形態では、第２基板２０の上面が表示面ＤＳとされ、表示面ＤＳの上方が表示面ＤＳの正面となる。

図２は、素子層１８の断面構造例を示す図である。以降の図では、断面構造を見易くするため、回路層１６、平坦化膜３０、バンク５０及び封止膜９０のハッチングを省略している。

回路層１６は平坦化膜３０によって覆われており、平坦化膜３０上には第１の電極４０が配置されている。平坦化膜３０には、第１の電極４０を回路層１６の薄膜トランジスタに接続するためのスルーホール３０ａが形成されている。平坦化膜３０は、例えばアクリル樹脂などの有機絶縁材料で形成され、平坦な上面を有している。第１の電極４０は、例えばアノードであり、例えばアルミニウム、銀、銅、ニッケル、チタンなどの金属で形成されている。

平坦化膜３０と第１の電極４０は、バンク５０によって覆われている。バンク５０には、第１の電極４０が底に露出する開口５０ａが形成されている。バンク５０は、画素分離膜又はリブ又は隔壁等とも呼ばれ、例えばアクリル樹脂などの有機材料で形成されている。バンク５０の開口５０ａの底に露出した第１の電極４０上には、有機膜６０が積層されている。

バンク５０と有機膜６０は、第２の電極７０によって覆われている。第２の電極７０は、例えばカソードであり、例えばマグネシウム銀（ＭｇＡｇ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料で形成されている。

第２の電極７０は、光学調整層８０によって覆われている。光学調整層８０の詳細については後述する。光学調整層８０は、封止膜９０によって覆われている。封止膜９０は、例えば酸化シリコン又は窒化シリコン等の無機絶縁材料で形成され、充填剤２２及びシール材２４（図１を参照）と接触する。

第１の電極４０、有機膜６０及び第２の電極７０は、発光ユニット１００を構成している。発光ユニット１００の範囲は、第１の電極４０、有機膜６０及び第２の電極７０が積層された範囲であり、具体的には、平面視においてバンク５０の開口５０ａ（若しくは最内縁）よりも内側の範囲である。

図３は、発光ユニット１００の積層構造例を示す図である。発光ユニット１００は、下から順に、第１の電極４０、透明電極４２、有機膜６０、第２の電極７０を備えている。有機膜６０は、下から順に、正孔注入層（ＨＩＬ）６１、正孔輸送層（ＨＴＬ）６２、電子阻止層（ＥＢＬ）６３、発光層（ＥＭＬ）６４、正孔阻止層（ＨＢＬ）６５、電子輸送層（ＥＴＬ）６６、電子注入層（ＥＩＬ）６７を備えている。これは一例であり、必ずしもこの層構成に拘らなくてもよい。代替手段にて同様の所望の機能が得られるならば、いずれかの層が省略されたり他の層に置き換えられてもよく、また上下の複数層を別の１層でまかなってもよい。

有機膜６０の各層の材料には、公知の材料が適用される。有機膜６０の積層構造はこれに限られず、少なくとも発光層６４を含んでいればよい。発光層６４の発光色は白色に限られず、例えば赤、緑、青などの色であってもよい。

発光層６４で生成されて上方に向かう光は、第２の電極７０と光学調整層８０とを透過して表示面ＤＳ（図１を参照）に向かう。一方、発光層６４で生成されて下方に向かう光は、第１の電極４０の反射面４０１で上方に反射され、第２の電極７０と光学調整層８０とを透過して表示面ＤＳに向かう。発光ユニット１００は、第１の電極４０の反射面４０１と、光学調整層８０又は第２の電極７０との間で特定の波長の光を増幅する共振器構造を有している。

図４は、素子層１８の平面構造例を示す図である。発光ユニット１００は副画素ごとに設けられている。本実施形態では、例えば赤、緑、青の３色の発光ユニット１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが設けられている。発光ユニット１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、例えば行方向と列方向の少なくとも一方において所定の順番で代わる代わる現れるように配列している。副画素の色は、第２基板２０（図１を参照）に設けられるカラーフィルターにより実現してもよい。また、各副画素は異なる表示色どうしで大きさや個数が異なってもよく、正方配列以外にデルタ配列やペンタイル配列であってもよい。

図２及び図４に示されるように、光学調整層８０は、発光ユニット１００と平面視で重なる第１の領域Ａ１と、第１の領域Ａ１と隣り合う第２の領域Ａ２とで、層数が互いに異なっている。ここで、第１の領域Ａ１は、平面視で発光ユニット１００の全体を含む領域である。第２の領域Ａ２は、例えば第１の領域Ａ１を囲む周辺領域であるが、これに限られず、周辺領域の少なくとも一部であってもよい。

光学調整層８０は、重ね合わされた第１の膜８１と第２の膜８５とを含んでいる。光学調整層８０は、第２の領域Ａ２において第１の膜８１と第２の膜８５とを含んでおり、第１の領域Ａ１においては第１の膜８１を含み、第２の膜８５を含んでいない。光学調整層８０は、第１の膜８１が上側、第２の膜８５が下側であってもよいし、その逆であってもよい。

第２の膜８５は、バンク５０の上面を覆っており、平面視でバンク５０の開口５０ａの全体を含む開口８５ａを有している。これにより、第１の領域Ａ１が第１の膜８１のみを含み、第２の領域Ａ２が第１の膜８１と第２の膜８５の両方を含んでいる。すなわち、平面視で第２の膜８５の開口８５ａの内側が第１の領域Ａ１となり、それ以外が第２の領域Ａ２となっている。

第１の膜８１又は第２の膜８５は、導電材料で形成されてもよいし、無機材料で形成されてもよいし、有機材料で形成されてもよい。第１の膜８１と第２の膜８５の材料の組み合わせの詳細については後述する。

導電材料で形成される場合、第１の膜８１又は第２の膜８５は、例えば第２の電極７０と同じマグネシウム銀（ＭｇＡｇ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料、又はＡｌ又はＡｇ等の金属材料で形成される。その厚さは、例えば数ｎｍ〜数百ｎｍとされる。

無機材料で形成される場合、第１の膜８１又は第２の膜８５は、例えばフッ化物（ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２など）又はケイ素酸化物（ＳｉＯ_２など）等で形成される。その厚さは、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍとされる。

有機材料で形成される場合、第１の膜８１又は第２の膜８５は、例えばＡｌｑ３（トリス(8-キノリノラト)アルミニウム）若しくはＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）などの一般的な有機材料、又は有機膜６０を構成する層６１〜６７の何れかと同じ有機材料で形成される。また、屈折率が調整された有機材料であってもよい。その厚さは、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍとされる。

なお、光学調整層８０を覆う封止膜９０は、例えば酸化シリコン又は窒化シリコン等の無機材料で形成され、その厚さは例えば数百ｎｍ〜数μｍである。光学調整層８０は、封止膜９０と比較して十分に薄い。

以上に説明したような光学調整層８０を備える本実施形態の有機ＥＬ表示装置では、発光ユニット１００から出射される正面方向の光ＦＬが透過する光学調整層８０の層数と、斜め方向の光ＴＬが透過する光学調整層８０の層数とが互いに異なっている。具体的には、正面方向の光ＦＬは第１の膜８１のみを透過し、斜め方向の光ＴＬは第１の膜８１と第２の膜８５の両方を透過する。ここでは、発光ユニット１００がバンク５０の開口５０ａの内側に形成され、第２の膜８５がバンク５０の上面を覆っており、第２の膜８５が発光ユニット１００よりも上方に位置しているため、比較的広い角度範囲の斜め方向の光ＴＬが第１の膜８１と第２の膜８５の２層を透過しやすい。

これによると、第１の膜８１と第２の膜８５の膜厚及び屈折率などを調整することで、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率を向上させて、輝度視角特性を向上させることが可能である。例えば、封止膜９０と第２の膜８５の界面で下方に反射された光が第２の膜８５と第１の膜８１の界面で反射されて再び上方に向かうように調整すれば、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率が向上する。また、このように界面で反射を繰り返す光が強め合う条件を満たすように調整すれば、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率が向上する。

斜め方向の光ＴＬの取り出し効率を向上させる場合、第１の膜８１と第２の膜８５のうち下側の膜（図２の例では第１の膜８１）の屈折率が上側の膜（図２の例では第２の膜８５）よりも大きいことが好ましい。また、第１の膜８１と第２の膜８５の屈折率は、第２の電極７０よりも大きいことが好ましい。

一方、第１の膜８１と第２の膜８５の膜厚及び屈折率などの調整の仕方によっては、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率を敢えて低下させることも可能である。これによれば、他人による斜め方向からののぞき見を防ぐことが可能である。

さらに、第１の膜８１の膜厚及び屈折率などの調整の仕方によっては、正面方向の光ＦＬの取り出し効率を向上させることも、低下させることも可能である。したがって、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率の向上又は低下と、正面方向の光ＦＬの取り出し効率の向上又は低下とを組み合わせることで、所望の輝度視角特性を得ることが可能である。

以上に説明した実施形態では、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とで光学調整層８０の層数が互いに異なっているが、これに限られず、光学調整層８０が全体として１層であっても、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とで膜厚及び屈折率の少なくとも一方が互いに異なっていれば、同様の効果を得ることが可能である。例えば、第２の領域Ａ２において光学調整層８０の上面と下面の間で反射を繰り返す光が強め合う条件を満たすように調整すれば、斜め方向の光ＴＬの取り出し効率が向上する。

ここで、光学調整層８０の機能・役割について補足する。

まず、光学調整層が１層のみ（ＣＡＰ１のみ）の場合について検討する。光学調整層を含まない通常の構成、例えばカソードメタル（第２の電極７０）、無機パッシベーション（封止膜９０）、樹脂（充填剤２２）が下から順に積層された構成では、一般に無機パッシベーションの屈折率が最も大きく、樹脂の屈折率がその次に大きく、カソードメタルの屈折率が最も小さくなる。カソードメタル／無機パッシベーション／樹脂の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、例えば０．１７／１．８／１．５程度となる。

ここで、カソードメタルと無機パッシベーションとの間に、無機パッシベーションよりも高屈折率の光学調整層（例えば有機膜）を挿入する。光学調整層の波長５５０ｎｍにおける屈折率を例えば２．０とすると、カソードメタル／光学調整層／無機パッシベーション／樹脂の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、例えば０．１７／２．０／１．８／１．５程度となる。この構造では、上記通常の構成と比較して、カソードメタルとその上の層との屈折率差が大きくなる。このため、カソードメタルからアノード側に戻る光（透過光）が低減して、その結果、光の取り出し効率が向上する。

次に、光学調整層が２層（ＣＡＰ１＋ＣＡＰ２）の場合について検討する。上述の光学調整層が１層のみ（第１の光学調整層のみ）の構成に加えて、第１の光学調整層と無機パッシベーションとの間にこれらよりも低屈折率の第２の光学調整層（例えば無機膜）を挿入する。第２の光学調整層の波長５５０ｎｍにおける屈折率を例えば１．３６とすると、カソードメタル／第１の光学調整層／第２の光学調整層／無機パッシベーション／樹脂の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、例えば０．１７／２．０／１．３６／１．８／１．５程度となる。この構造では、第１の光学調整層と第２の光学調整層との間、第２の光沢調整層と無機パッシベーションとの間に比較的大きな屈折率差が生じる。

このため、上述したカソードメタルからアノード側に戻る光が低減することに加えて、多重光学干渉効果が強化されるので、光学調整層が１層のみの場合よりも光の取り出し効率の向上を期待できる。したがって、光学調整層なしの場合、光学調整層が１層の場合、光学調整層が２層の場合の順で段階的に光の取り出し効率を向上させることができる。

上述した実施形態では、このような光学調整層の層数の違いによる光取り出し効率の差を利用して、例えば正面と斜め方向との光強度のバランスを調整している。

以下、第１の膜８１と第２の膜８５の材料の組み合わせの例について説明する。上記実施形態と重複する構成については同番号を付すことで詳細な説明を省略する。

図５は、光学調整層８０の第１実施例を示す図である。本例では、開口８５ａを有し、導電材料で形成された第２の膜８５ｃが下側に配置されており、有機材料で形成された第１の膜８１ｙが上側に配置されている。ここで、下側に配置された第２の膜８５ｃは、バンク５０の上面を覆う第２の電極７０と接触するように設けられている。このため、第２の電極７０の配線抵抗を低減することが可能である。

図６は、光学調整層８０の第２実施例を示す図である。本例では、有機材料で形成された第１の膜８１ｙが下側に配置されており、開口８５ａを有し、導電材料で形成された第２の膜８５ｃが上側に配置されている。ここで、上側に配置された第２の膜８５ｃは、有機材料で形成された第１の膜８１ｙ上に設けられて、第２の電極７０と接触していないため、電気的にフローティングの状態となっている。

図７は、光学調整層８０の第３実施例を示す図である。本例では、無機材料で形成された第１の膜８１ｍが下側に配置されており、開口８５ａを有し、有機材料で形成された第２の膜８５ｙが上側に配置されている。

図８は、光学調整層８０の第４実施例を示す図である。本例では、有機材料で形成された第１の膜８１ｙが下側に配置されており、開口８５ａを有し、無機材料で形成された第２の膜８５ｍが上側に配置されている。

図９は、光学調整層８０の第５実施例を示す図である。本例では、開口８５ａを有し、無機材料で形成された第２の膜８５ｍが下側に配置されており、有機材料で形成された第１の膜８１ｙが上側に配置されている。

図１０は、光学調整層８０の第６実施例を示す図である。本例では、開口８５ａを有し、有機材料で形成された第２の膜８５ｙが下側に配置されており、無機材料で形成された第１の膜８１ｍが上側に配置されている。

図１１は、光学調整層の第１変形例を示す図である。本例では、上記実施形態とは逆に、第１の領域Ａ１において第１の膜８１と第２の膜８６とを含んでおり、第２の領域Ａ２においては第１の膜８１を含み、第２の膜８６を含んでいない。第２の膜８６は、バンク５０の開口５０ａを埋めるように形成され、発光ユニット１００を覆っている。

これによっても、発光ユニット１００から出射される正面方向の光が透過する光学調整層８０の層数と、斜め方向の光が透過する光学調整層８０の層数とが互いに異なるため、斜め方向の光の取り出し効率を向上させることも、低下させることも可能であるし、正面方向の光の取り出し効率を向上させることも、低下させることも可能である。

図１２は、光学調整層の第２変形例を示す図である。本例のように、第２の領域Ａ２のうち、各色の発光ユニット１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂのそれぞれに対応する領域の層数、膜厚及び屈折率の少なくとも１つが互いに異なってもよい。

具体的には、本例では、第２の領域Ａ２のうち、青色の発光ユニット１００Ｂに対応する領域ＡＢ２の膜厚がその他の領域と異なっている。領域ＡＢ２は、青色の発光ユニット１００Ｂに対応する第１の領域Ａ１を囲む周辺領域であるが、これに限られず、周辺領域の少なくとも一部であってもよい。また、領域ＡＢ２の層数及び屈折率の少なくとも１つがその他の領域と異なってもよい。

これによると、第２の領域Ａ２のうち、各色の発光ユニット１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂのそれぞれに対応する領域において、透過する光の波長に応じて膜厚及び屈折率などを調整することが可能である。例えば、第２の領域Ａ２のうち、青色の発光ユニット１００Ｂに対応する領域ＡＢ２の膜厚及び屈折率などを青色の光の波長に好適となるように調整し、その他の領域の膜厚及び屈折率などを赤色、緑色の光の波長に好適となるように調整することができる。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１０第１基板、１２集積回路チップ、１４フレキシブル配線基板、１６回路層、１８素子層、２０第２基板、２２充填剤、２４シール材、３０平坦化膜、４０第１の電極、４０１反射面、５０バンク、５０ａ開口、６０有機膜、６１正孔注入層、６２正孔輸送層、６３電子阻止層、６４発光層、６５正孔阻止層、６６電子輸送層、６７電子注入層、７０第２の電極、８０光学調整層、８１第１の膜、８５第２の膜、８５ａ開口、９０封止膜、１００発光ユニット、Ａ１第１の領域、Ａ２第２の領域。

Claims

第１の電極と、前記第１の電極の上方に設けられた発光層を含む有機膜と、前記有機膜の上方に設けられた、前記発光層からの光を透過する第２の電極と、を備える発光ユニットと、
前記発光ユニットを覆う光学調整層と、
前記第１の電極が露出する開口が形成され、前記開口の内側に前記有機膜が設けられるバンクと、
を備え、
前記光学調整層は、
前記開口及び前記バンクを覆う第１の膜と、前記バンクの上面にて前記第１の膜と重なると共に、平面視で前記開口の全体を含む開口が形成される第２の膜とを備え、
前記第２の膜は、前記第１の膜と屈折率を異にする、
有機ＥＬ表示装置。
前記第１の膜と前記第２の膜のうち、下側の膜の屈折率が上側の膜よりも大きい、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光学調整層の屈折率は、前記第２の電極よりも大きい、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記第２の電極は、前記バンクの上面を覆い、
前記光学調整層の前記第２の膜は、導電性材料からなり、前記第２の電極に接触するように設けられる、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記光学調整層を覆う封止膜をさらに備える、
請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。