JP2011018554A

JP2011018554A - 表示装置

Info

Publication number: JP2011018554A
Application number: JP2009162282A
Authority: JP
Inventors: Manabu Takei; 学武居; Tomoyuki Shirasaki; 友之白嵜
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】簡易な構造で色純度を向上させることができる表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子を有して、基板上に配列された複数の画素と、発光素子の発光面側に、複数の画素に跨って設けられ、各画素の前記発光素子から出射された光の一部を透過して外部に出射する単一のバンドパスフィルタと、を備え、各画素における発光素子は、カラー表示を行う複数の発光色の何れかの発光色を有し、バンドパスフィルタの光の波長に対する透過率は、複数の画素の発光素子の発光スペクトル分布における、複数の発光色の各々に対する発光スペクトルのピーク波長を含む特定の波長領域に極大値を有し、波長領域から特定の波長領域を除いた残余の波長領域に極小値を有する表示装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を用いた表示装置に関する。

有機ＥＬ素子は、電流駆動によって発光を生じさせる。この有機ＥＬ素子の駆動方法としては、画素を構成する有機ＥＬ素子の選択のためにスイッチング素子を使用するアクティブ駆動方式や、スイッチング素子を使用しないパッシブ駆動方式がある。フルカラー表示の有機ＥＬディスプレイでは、画素レベルでＲＧＢの異なる色を表示するために、有機層がＲＧＢのいずれかの色で発光する３色の有機ＥＬ素子により１画素を形成するものが知られている。

また、有機層がＲＧＢのいずれかの色で発光する有機ＥＬ素子を用いてカラー表示を行う表示装置において、有機ＥＬ素子の発光面側にカラーフィルタを積層し、カラーフィルタにより色純度を調整することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４−６７８９５号公報

しかし、ＲＧＢのいずれかの色で発光する３色の有機ＥＬ素子毎に、異なるカラーフィルタを形成するには、３回に分けてカラーフィルタを形成せねばならず、手間がかかる。また、カラーフィルタを設けることで、視野角が狭くなるという問題もある。

本発明の課題は、簡易な構造で色純度を向上させることができる表示装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、本発明の第１の態様によれば、発光素子を有して、基板上に配列された複数の画素と、前記発光素子の発光面側に、前記複数の画素に跨って設けられ、前記各画素の前記発光素子から出射された光の一部を透過して外部に出射する単一のバンドパスフィルタと、を備え、前記各画素における前記発光素子は、カラー表示を行う複数の発光色の何れかの発光色を有し、前記バンドパスフィルタの光の波長に対する透過率は、前記複数の画素の前記発光素子の発光スペクトル分布における、前記複数の発光色の各々に対する発光スペクトルのピーク波長を含む特定の波長領域に極大値を有し、前記波長領域から前記特定の波長領域を除いた残余の波長領域に極小値を有することを特徴とする表示装置が提供される。

好ましくは、前記バンドパスフィルタを透過して外部に出射される出射光における、前記複数の発光色における少なくとも一つの特定の発光色に対するスペクトル分布の強度における半値幅は、当該特定の発光色に対応する前記発光素子から出射された光のスペクトル分布における半値幅より狭くなっている。
好ましくは、前記バンドパスフィルタの前記半値幅は、１５ｎｍ〜５０ｎｍの値を有する。
好ましくは、前記バンドパスフィルタの前記透過率は、該バンドパスフィルタを介して外部に出射される光による、ＣＩＥ表色系における３原色色度点の面積が、ＮＴＳＣ方式の３原色色度点の面積に対して１００％以上となる値を有する。
好ましくは、前記発光素子の発光面側と前記バンドパスフィルタとの間に、外光の反射を防止する位相差板及び偏光板が設けられている。
好ましくは、前記バンドパスフィルタの平均透過率をＴ１［％］としたとき、前記偏光板の直交偏光透過率Ｔ２［％］は、式（１）を満たす値に設定される。
５０×Ｔ２×（Ｔ１）^２≦３［％］・・・（１）

本発明によれば、簡易な構造で色純度を向上させることができる表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置１Ａを示す模式図である。有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面から出射される光の波長に対する輝度の分布の一例を示すグラフである。バンドパスフィルタ２０の透過率の理想的な波長特性を示すグラフである。有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂから放出され、図３に示す波長特性のバンドパスフィルタ２０を透過して、外部に出射される光の波長に対する輝度の分布を示すグラフである。実際のバンドパスフィルタ２０の透過率の波長特性の一例を示すグラフである。有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂから放出され、図５に示す波長特性のバンドパスフィルタ２０を透過して、外部に出射される光の波長に対する輝度の分布を示すグラフである。本発明の変形例に係る表示装置１Ｂを示す模式図である。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る表示装置１Ａの一画素を示す模式図である。表示装置１Ａは、多数の画素がマトリクス状に配置されてなる。各画素は、図１に示すように、カラー表示を行うＲＧＢ３色の発光色の有機ＥＬ素子（発光素子）１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂと、有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面側に、各有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂに跨って設けられた単一のバンドパスフィルタ２０と、を備える。バンドパスフィルタ２０は、有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面側から出射された光の一部を透過して外部（図面上方）に出射する。

有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂは、図示しないが、１対の電極間に有機ＥＬ層が介在されてなり、電極間に電圧を印加することにより有機ＥＬ層から光が放出される。一方の電極は透明電極であり、有機ＥＬ層から放出される光を透過させる。透明電極側が有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面となる。有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂは２枚の基板１１、１２の間に挟持されている。ここで、基板１１、１２は、例えばガラスや透明なフィルム等であり、電極を絶縁する。なお、有機ＥＬ素子としてはボトムエミッション型とトップエミッション型があり、本発明は何れにも適用可能である。有機ＥＬ素子がボトムエミッション型である場合は、基板１２上に有機ＥＬ素子が形成されて、基板１２側に透明電極が形成されて、有機ＥＬ層から放出された光が基板１２側に出射され、基板１１は封止基板となる。また、有機ＥＬ素子がトップエミッション型である場合は、基板１１上に有機ＥＬ素子が形成されて、基板１２は封止基板となり、基板１２側に透明電極が形成されて、有機ＥＬ層から放出された光が基板１２側に出射される。
図２は有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面から出射される光の波長に対する輝度の分布（スペクトル分布）の一例を示すグラフである。なお、輝度はピーク波長を１とする相対値で示している。図２に示すように青色の有機ＥＬ素子１０Ｂや緑色の有機ＥＬ素子１０Ｇは長波長側まで分布している。

有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面側の基板１２の外側には、バンドパスフィルタ２０が設けられている。

図３にバンドパスフィルタ２０の透過率の理想的な波長特性を示す。このバンドパスフィルタは、約４４０ｎｍ（青色光）、約５３０ｎｍ（緑色光）、約６４０ｎｍ（赤色光）に透過率のピーク（極大値）があり、透過率がピークの１／２になる波長範囲（半値幅）が５０ｎｍとなっている。

図４は有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂから放出され、図３に示す波長特性のバンドパスフィルタ２０を透過して、外部に出射される光の波長に対する輝度の分布（スペクトル分布）を示すグラフである。なお、輝度は図２と同じ相対値で示している。この場合、図４に示すように、バンドパスフィルタ２０の透過率の波長特性により、バンドパスフィルタ２０を介して外部に出射される光のスペクトル分布における青色光、緑色光、赤色光それぞれにおいて、ピーク輝度に対して１／２の輝度となる波長範囲（半値幅）が、図２に示した有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの発光面から出射される光のスペクトル分布における半値幅より狭くなっている。これにより、後述するように、ＣＩＥ表色系における３原色色度点の面積のＮＴＳＣ方式の３原色色度点の面積に対する比率（ＮＴＳＣ比）がバンドパスフィルタ２０を設けない場合の値より大きくなり、色純度が向上する。
ここで、バンドパスフィルタ２０の半値幅の値と表示装置１Ａの輝度の関係について説明する。図１に示した表示装置１Ａにおいて、バンドパスフィルタ２０を設けないときの輝度が３０４ｃｄ／ｍ^２であるときに、図３に示した半値幅が５０ｎｍのバンドパスフィルタ２０を発光面側に設けたときの輝度をシミュレーションにより計算した結果、輝度は１４８ｃｄ／ｍ^２になることが分かった。この半値幅の値が小さくなるほど発光色毎の波長分布が狭くなるために、色純度は向上する。しかし、半値幅の値が小さくなるほど透過する光の量が減少するために、輝度が低下することが予想された。そこで、バンドパスフィルタ２０の半値幅が１５ｎｍであるときの輝度を計算した結果、輝度は６０ｃｄ／ｍ^２になることが分かった。そして、この輝度の値は表示装置として使用可能な値であった。したがって、バンドパスフィルタ２０の半値幅が５０ｎｍ〜３０ｎｍのものは使用可能であることが分かった。

図５に実際のバンドパスフィルタ２０の透過率の波長特性の一例を示す。このバンドパスフィルタは、約４３０ｎｍ（青色光）、約５２０ｎｍ（緑色光）、約６３０ｎｍ（赤色光）に透過波長のピークがある。このようなバンドパスフィルタ２０は、例えばアゾ色素等、透過領域以外の波長の光を吸収する色素を用いて形成することができる。また液晶用に用いられる顔料（或いは染料）を用いて、その吸収波長を調整し、基材に分散することにより形成することもできる。更に、薄膜干渉を用いてバンドパスフィルタ２０を形成することもできる。この場合には、例えば特開２００３−３３７３３７号公報に記載されているように、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２の薄膜を複数層積層して形成することもできるし、フッ素系アクリレート樹脂と無機高屈折率微粒子含有アクリレート樹脂とを多層薄膜塗布工程によって複数層を積層して形成することもできる。

図６は有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂから放出され、図５に示す波長特性のバンドパスフィルタ２０を透過して、外部に出射される光の波長に対する輝度の分布を示すグラフである。なお、輝度は図２と同じ相対値で示している。この場合においても、図６に示すように、バンドパスフィルタ２０の透過率の波長特性により、バンドパスフィルタ２０を介して外部に出射される光のスペクトル分布における緑色光、赤色光での半値幅が、図２に示した有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇから出射される光のスペクトル分布における半値幅より狭くなっており、外部に出射される光のスペクトル分布における青色光での半値幅は、図２の有機ＥＬ素子１０Ｂから出射される光のスペクトル分布における半値幅と同等の値となっている。これにより、後述するように、ＮＴＳＣ比は前述の図４での値よりは小さいが、バンドパスフィルタ２０を設けない場合の値より大きくなり、この場合も色純度が向上する。

このような特性を有するバンドパスフィルタ２０を用いることで、ＲＧＢの各色毎に異なるカラーフィルタを設けることなく、色純度を向上させることができる。また、全てのサブピクセルに跨って単一のバンドパスフィルタ２０を設けているので、斜め方向から表示を見た場合でも、バンドパスフィルタ２０を介して外部に出射される光のスペクトル分布が殆ど変わらないようにすることができて、ＲＧＢの各色毎に異なるカラーフィルタを設ける場合に比べて、視野角特性を向上させることができる。

＜変形例＞
図７は本発明の変形例に係る表示装置１Ｂを示す模式図である。本変形例においては、有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂとバンドパスフィルタ２０と間に、偏光板３１及び位相差板３２が設けられている。偏光板３１及び位相差板３２を設けることで、外光の反射を防止することができる。

なお、バンドパスフィルタ２０を設けた場合に、外光反射率がバンドパスフィルタ２０が設けられていない従来構造の場合と同等でよいとした場合には、以下に述べるように、偏光板３１として、その直交偏光の直交透過率が従来一般的に用いられている値よりある程度高いものを用いることができるため、偏光板３１に従来より低コストのものを用いることができる。
すなわち、バンドパスフィルタ２０の透過率をＴ２、偏光板３１の直交偏光の３０°入射３０°出射での直交透過率をＴ１とすると、バンドパスフィルタ２０側から３０°の角度で入射し有機ＥＬ素子１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂの電極により反射され３０°の角度で外部に放出される外光の外光反射率Ｔoutは次式（１０）で表される。
Ｔout＝５０［％］×Ｔ１×（Ｔ２）^２・・・（１０）
従来の一般的に用いられている偏光板３１の直交透過率Ｔ１は０．０５％であるので、バンドパスフィルタが設けられていない従来の構造の場合の外光反射率Ｔoutは、上記式（１０）でＴ１＝１００％としたときに相当して、２．５％（約３％）となる。これに対して、本実施形態におけるバンドパスフィルタ２０を設けた構造においては、バンドパスフィルタ２０の平均透過率Ｔ１が４９％であれば、偏光板３１の直交透過率Ｔ２が０．０５％であるときの外光反射率は約０．６％となり、偏光板３１の直交透過率Ｔ２が０．２１％であるときの外光反射率Ｔoutは約２．５％となり、従来のバンドパスフィルタが設けられていない構造の場合の外光反射率Ｔoutと同等の値となる。したがって、偏光板３１として、直交透過率が０．２１％のものを用いても、外光反射率Ｔoutを従来の構造の場合と同等の値にすることができる。

以下、実施例により本発明を更に説明する。図２に示す輝度特性の有機ＥＬ素子に対し、バンドパスフィルタ、位相差板及び偏光板の有無を変えて、ＣＩＥ表色系における３原色色度点の面積のＮＴＳＣ方式の３原色色度点の面積に対する比率（ＮＴＳＣ比）、輝度（ｃｄ／ｍ^２）、外光反射率Ｔoutを計算した。なお、外光反射率は入射角及び反射角を３０°として計算した。

（１）実施例１
位相差板及び偏光板を用いず、図５の特性のバンドパスフィルタを有機ＥＬ素子に積層した。外光のバンドパスフィルタ透過率は４９％とした。
（２）実施例２
位相差板及び偏光板を用いるとともに、図５の特性のバンドパスフィルタを有機ＥＬ素子に積層した。偏光板の直交偏光透過率は０．０５％とした。外光のバンドパスフィルタ透過率は４９％とした。
（３）実施例３
位相差板及び偏光板を用いるとともに、図５の特性のバンドパスフィルタを有機ＥＬ素子に積層した。偏光板の直交偏光透過率は０．２１％とした。外光のバンドパスフィルタ透過率は４９％とした。
（４）実施例４
位相差板及び偏光板を用いず、図３の特性のバンドパスフィルタを有機ＥＬ素子に積層した。外光のバンドパスフィルタ透過率は４９％とした。
（５）実施例５
位相差板及び偏光板を用いるとともに、図３の特性のバンドパスフィルタを有機ＥＬ素子に積層した。偏光板の直交偏光透過率は０．０５％とした。外光のバンドパスフィルタ透過率は４９％とした。

（６）比較例１
バンドパスフィルタ、位相差板及び偏光板を用いず、有機ＥＬ素子のみとした（外光のバンドパスフィルタ透過率１００％、直交偏光透過率１００％）。
（７）比較例２
バンドパスフィルタを用いず、位相差板及び偏光板を有機ＥＬ素子に積層した。偏光板の直交偏光透過率は０．０５％とした（外光のバンドパスフィルタ透過率１００％）。
ＮＴＳＣ比、輝度、外光反射率を計算した結果を表１に示す。

実施例１では、ＮＴＳＣ比が８３％、輝度１４８ｃｄ／ｍ^２、外光反射率２４．０１％であった。
実施例２では、ＮＴＳＣ比が８３％、輝度６７ｃｄ／ｍ^２、外光反射率０．６０％であった。
実施例３では、ＮＴＳＣ比が８３％、輝度６７ｃｄ／ｍ^２、外光反射率２．５２％であった。
実施例４では、ＮＴＳＣ比が１００％、輝度１４８ｃｄ／ｍ^２、外光反射率２４．０１％であった。
実施例５では、ＮＴＳＣ比が１００％、輝度６７ｃｄ／ｍ^２、外光反射率０．６０％であった。

比較例１では、ＮＴＳＣ比が６８％、輝度３０４ｃｄ／ｍ^２、外光反射率１００％であった。
比較例２では、ＮＴＳＣ比が６８％、輝度１３７ｃｄ／ｍ^２、外光反射率２．５０％であった。

このように、バンドパスフィルタを設けることで、ＮＴＳＣ比を向上することができる。また、透過波長の半値幅を５０ｎｍ以下とすることで、さらにＮＴＳＣ比を向上させて、色純度を向上させることができる。
また、位相差板及び偏光板を用いる場合に、外光反射率を従来のバンドパスフィルタを有しない構造での値と同等の値とする場合には、バンドパスフィルタの平均透過率をＴ１［％］としたとき、偏光板の直交偏光の透過率Ｔ２［％］の値を、次式（１１）を満たす値とすればよい。
外光反射率Ｔout＝５０×Ｔ２×（Ｔ１）^２≦３％・・・（１１）

なお、上記実施形態では、発光素子を有機ＥＬ素子として説明した。しかし、発光素子は、有機ＥＬ素子に限られるものではなく、例えば、無機ＥＬ素子又はＬＥＤ等の自発光素子であってもよい。

１Ａ、１Ｂ表示装置
１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂ有機ＥＬ素子
２０バンドパスフィルタ
３１偏光板
３２位相差板

Claims

発光素子を有して、基板上に配列された複数の画素と、
前記発光素子の発光面側に、前記複数の画素に跨って設けられ、前記各画素の前記発光素子から出射された光の一部を透過して外部に出射する単一のバンドパスフィルタと、
を備え、
前記各画素における前記発光素子は、カラー表示を行う複数の発光色の何れかの発光色を有し、
前記バンドパスフィルタの光の波長に対する透過率は、前記複数の画素の前記発光素子の発光スペクトル分布における、前記複数の発光色の各々に対する発光スペクトルのピーク波長を含む特定の波長領域に極大値を有し、前記波長領域から前記特定の波長領域を除いた残余の波長領域に極小値を有することを特徴とする表示装置。
前記バンドパスフィルタを透過して外部に出射される出射光における、前記複数の発光色における少なくとも一つの特定の発光色に対するスペクトル分布の強度における半値幅は、当該特定の発光色に対応する前記発光素子から出射された光のスペクトル分布における半値幅より狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記バンドパスフィルタの前記半値幅は、１５ｎｍ〜５０ｎｍの値を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記バンドパスフィルタの前記透過率は、該バンドパスフィルタを介して外部に出射される光による、ＣＩＥ表色系における３原色色度点の面積が、ＮＴＳＣ方式の３原色色度点の面積に対して１００％以上となる値を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
前記発光素子の発光面側と前記バンドパスフィルタとの間に、外光の反射を防止する位相差板及び偏光板が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
前記バンドパスフィルタの平均透過率をＴ１［％］としたとき、前記偏光板の直交偏光透過率Ｔ２［％］は、式（１）を満たす値に設定されることを特徴とする請求項５
に記載の表示装置。
５０×Ｔ２×（Ｔ１）^２≦３［％］・・・（１）