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JP2019061927A - 表示装置 - Google Patents

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樹 阪本
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Abstract

【課題】製造工程数の増加を抑制し、歩留まりを向上する。【解決手段】表示装置１００は、複数の発光色でそれぞれ発光する複数の発光層７０を含む有機エレクトロルミネッセンス層４２と、発光層７０から出射された光を反射する反射層５０と、を有し、発光層７０と、反射層５０との間の最短の光路長ｘ２が、少なくとも青色の波長の３倍よりも長い。【選択図】図３

Description

本発明は、表示装置に関する。
従来、発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層を有する表示装置が知られている。このような表示装置として、発光層から出射された光を反射層で反射して外部に取り出すものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００８−２１８３２８号公報
上記のような反射層を用いた構成においては、発光層と反射層との間に積層される有機エレクトロルミネッセンス層を形成する蒸着層の膜厚を調整することにより、光学干渉を生じさせ、発光効率や色純度の向上を図ることができる。このように光学干渉を利用する場合、発光色の波長に応じて蒸着層の膜厚をそれぞれ調整する必要がある。蒸着層の膜厚の調整のため発光色毎に塗り分け蒸着を行うと、製造工程数の増加や、歩留まり低下による製造コストの増加が問題となる。
本発明は、製造工程数の増加を抑制し、歩留まりを向上することを目的とする。
本発明の一態様の表示装置は、複数の発光色でそれぞれ発光する複数の発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、前記発光層から出射された光を反射する反射層と、を有し、前記発光層と、前記反射層との間の最短の光路長が、少なくとも前記複数の発光色のうち最も波長が短い色の波長の３倍よりも長い。
第１実施形態に係る表示装置の全体構成の概略を示す斜視図である。 第１実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 第１実施形態における、有機エレクトロルミネッセンス層と、その周辺の積層構造について模式的に示す図である。 第１実施形態における反射層での光の反射について説明する図である。 画素回路の一例を示す回路図である。 第１実施形態の変形例における反射層について説明する模式図である。 第１実施形態の変形例における反射層について説明する模式平面図である。 第２実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 第１実施形態に係る表示装置の変形例を示す断面図である。 第１実施形態に係る表示装置の変形例を示す断面図である。 第１実施形態に係る表示装置の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、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。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
さらに、実施形態において、ある構成物と他の構成物の位置関係を規定する際、「上に」「下に」とは、ある構成物の直上あるいは直下に位置する場合のみでなく、特に断りの無い限りは、間にさらに他の構成物を介在する場合を含むものとする。
図１は、第１実施形態に係る表示装置の全体構成の概略を示す斜視図である。第１実施形態においては、表示装置１００として有機エレクトロルミネッセンス表示装置を例に挙げる。表示装置１００は、例えば、赤、緑及び青からなる複数色の画素領域Ｐを有し、フルカラーの画像を表示するようになっている。なお、以下の説明において、いずれの色の画素領域か区別して説明する必要がある場合は、画素領域を示す記号Ｐに、赤色の画素領域を示す記号Ｒ、緑色の画素領域を示す記号Ｇ、青色の画素領域を示す記号Ｂをそれぞれ添えて記載するが、区別して説明する必要がない場合は、単に画素領域Ｐとする。
表示装置１００は、矩形（例えば長方形）の外形を有する第１基板１０と、第１基板１０に対向して配置される第２基板１１とを有する。第１基板１０は、剛性基板でも可撓性基板でもよく、ガラスやポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタラート等から形成される。第１基板１０は、複数の画素領域Ｐがマトリクス状に配置された表示領域Ｍを有する。図１においては、１の画素領域Ｐのみを示すが、画素領域Ｐは、表示領域Ｍの略全域に配置されている。また、第１基板１０は、表示領域Ｍの周辺に額縁領域Ｎを有する。さらに、第１基板１０は、端子領域Ｔを有し、端子領域Ｔには、画像を表示するための素子を駆動するための集積回路チップ１２が搭載される。なお、図示しないが、端子領域Ｔにはフレキシブル基板を電気的に接続してもよい。また、第２基板１１は設けられなくてもよい。
図２を参照して、表示装置１００の積層構造の詳細について説明する。図２は、第１実施形態に係る表示装置を示す断面図である。第１基板１０には、複数層からなる表示回路層１６が積層されている。表示回路層１６は、第１基板１０が含有する不純物に対するバリアとなるアンダーコート層１８を含む。アンダーコート層１８は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の無機材料からなり、それらの積層構造であってもよい。アンダーコート層１８の上には半導体層２０が形成されている。半導体層２０にソース電極２２及びドレイン電極２４が電気的に接続し、半導体層２０を覆ってゲート絶縁膜２６が形成されている。ゲート絶縁膜２６も無機材料からなる。ゲート絶縁膜２６の上にはゲート電極２８が形成され、ゲート電極２８を覆って層間絶縁膜３０が形成されている。層間絶縁膜３０も無機材料からなる。ソース電極２２及びドレイン電極２４は、ゲート絶縁膜２６及び層間絶縁膜３０を貫通している。半導体層２０、ソース電極２２、ドレイン電極２４及びゲート電極２８から駆動トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）１の少なくとも一部が構成される。
層間絶縁膜３０の上には、平坦化層３４が設けられている。平坦化層３４の上には、複数の画素領域Ｐそれぞれに対応するように、複数の画素電極３６（例えば陽極）が設けられている。平坦化層３４は、少なくとも画素電極３６が設けられる面が平坦になるように形成される。平坦化層３４としては、感光性アクリル樹脂等の有機材料を用いるとよい。画素電極３６は、平坦化層３４及びパッシベーション膜３２を貫通するコンタクトホール３８によって、半導体層２０上のソース電極２２及びドレイン電極２４の一方に電気的に接続している。
平坦化層３４及び画素電極３６の上に、複数の画素領域Ｐを区画する絶縁層（バンク）４０が形成されている。絶縁層４０は、互いに隣り合う画素領域Ｐにおける画素電極３６の端部をそれぞれ覆うように形成される。
画素電極３６上及び絶縁層４０上に有機エレクトロルミネッセンス層４２が設けられている。有機エレクトロルミネッセンス層４２の上には、共通電極４４（例えば陰極）が設けられている。共通電極４４は、隣り合う画素電極３６の上方で連続している。有機エレクトロルミネッセンス層４２は、画素電極３６及び共通電極４４に挟まれ、両者間を流れる電流によって輝度が制御されて発光する。
有機エレクトロルミネッセンス層４２は、少なくとも発光層７０（図３参照）を含み、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、及び電子注入層等を含んでも良い。画素電極３６、有機エレクトロルミネッセンス層４２及び共通電極４４により発光素子４６の少なくとも一部が構成される。発光層７０は、画素電極３６ごとに別々に（分離して）設けられている。画素電極３６、有機エレクトロルミネッセンス層４２及び共通電極４４とがこの順に接して積層される領域において発光する。この領域を、発光部とする。発光部は、各画素領域Ｐに対応して青、赤又は緑で発光する。各画素領域Ｐに対応する色はこれに限られず、例えば、黄又は白等が追加されてもよい。
封止層４８が複数の発光素子４６を覆う。これにより、発光素子４６は水分から遮断される。封止層４８は、ＳｉＮ、ＳｉＯｘなどの無機膜を含み、単一層でもよく、積層構造であってもよい。例えば、一対の無機膜が、アクリル等の樹脂などの有機膜を上下で挟む構造であってもよい。封止層４８上には充填層５４が設けられ、充填層５４上に第２基板１１が設けられる。第２基板１１としては、例えば、タッチパネル機能や円偏光機能を有する基板を用いてもよい。第２基板１１は設けられなくてもよい。
さらに、第１実施形態においては、画素電極３６の下に調整層６０が設けられ、調整層６０の下に反射層５０が設けられる。調整層６０は、反射層５０と発光層７０との間の光路長を調整する層であり、絶縁性のレジスト材料などからなる。反射層５０は、発光層７０から出射された光を外部に取り出すように反射する層であり、アルミニウムや銀などの金属材料からなる。なお、発光層７０と反射層５０との間に積層される画素電極３６や調整層６０等の各層は光透過性を有するとよい。
図２においては、画素電極３６、反射層５０、調整層６０は画素毎に設けられる。各画素電極３６、反射層５０、調整層６０の間には、図２のように平坦化層３４が設けられてもよい。また、図９のように各画素電極３６、反射層５０、調整層６０の間には、平坦化層３４とは別の層である有機層８０が設けられてもよい。有機層８０としては、調整層６０と同材料の層を含むものを用いることができる。また、図示しないが、各画素電極３６、反射層５０、調整層６０の間には、平坦化層３４と同一材料の層を形成してもよい。また、図１０に示すように、調整層６０を反射層５０及び平坦化層３４上に設けてもよい。また、図１１に示すように、別の層を設けず、画素電極３６、反射層５０、調整層６０の端部が絶縁層４０に接するように、平坦化層３４上に絶縁層４０を形成してもよい。
調整層６０として、各画素領域Ｐの発光色に対応したカラーレジストを用いてもよい。具体的には、例えば赤色の画素領域ＰＲにおいては、赤色のカラーレジストを用いるとよい。これにより、色純度の向上を図ることができる。
図３は、第１実施形態における、有機エレクトロルミネッセンス層と、その周辺の積層構造について模式的に示す図である。図４は、第１実施形態における反射層での光の反射について説明する図である。なお、以下の説明において、発光層７０の表面のうち反射層５０側の表面を発光面７０ａと呼び、反射層５０の表面のうち発光層７０側の表面を反射面５０ａと呼ぶ。
上述したように、第１実施形態においては、反射層５０、調整層６０、画素電極３６、有機エレクトロルミネッセンス層４２、共通電極４４がこの順に積層されてなる。また、第１実施形態においては、図３に示すように、有機エレクトロルミネッセンス層４２は、正孔注入層、正孔輸送層、電子遮断層、発光層７０、正孔遮断層、電子輸送層、電子注入層を含み、それらがこの順に積層されてなる。これら有機エレクトロルミネッセンス層４２を構成する各層は蒸着により形成される蒸着層である。
ここで、有機エレクトロルミネッセンス層４２における発光原理について説明する。画素電極３６及び共通電極４４に電圧を印加すると、正の電荷を持った正孔（ホール）が発生して正孔輸送層を通って発光層７０に流れ込み、負の電荷を持った電子が発生して電子輸送層を通って発光層７０へ流れ込む。発光層７０の上には正孔遮断層が設けられるため、画素電極３６側から発光層７０へ流れ込んできた正孔は、発光層７０よりも共通電極４４側へ移動しない。また、発光層７０の下には電子遮断層が設けられるため、共通電極４４側から発光層７０へ流れ込んできた電子は、発光層７０よりも画素電極３６側へは移動しない。発光層７０において、電子と正孔が結合し、結合によって生じたエネルギーで周りの分子が励起される。そして、励起状態から再び基底状態に戻る。その際に放出されるエネルギーによって発光層７０が光を発する。
発光層７０から出射された光の一部は、共通電極４４側へ進んで外部へ取り出される。一方、発光層７０から出射された光の他の一部は、画素電極３６側へ進んで、光透過性を有する画素電極３６及び調整層６０を透過して反射層５０に照射される。図４に示すように、反射層５０に照射された光Ｌは反射面５０ａで反射して、外部へ取り出される。
第１実施形態においては、図３に示すように、発光層７０の発光面７０ａと、画素電極３６のうち発光層７０側の表面３６ａとの間の長さｘ１を、５０ｎｍ以下とした。すなわち、第１実施形態においては、正孔注入層、正孔輸送層、及び電子遮断層の膜厚の合計を５０ｎｍ以下とした。発光層７０と画素電極３６との間の長さを短くするほど、発光素子４６の駆動電圧を低減することができる。
また、第１実施形態においては、発光層７０の発光面７０ａと、反射層５０の反射面５０ａとの間の最短の光路長ｘ２を２μｍ以上とした。第１実施形態においては、光路長ｘ２を各色の波長に比較して長くすることにより、光学干渉を生じにくくしている。なお、上述の長さｘ１が実際の物理的な長さであるのに対して、光路長ｘ２は各層の屈折率を考慮した光学的な長さである。
なお、光路長ｘ２は、２μｍ以上に限られるわけではなく、少なくとも複数色の発光色のうち最も波長の短い色の波長の３倍より長いとよい。光路長ｘ２を、最も波長の短い色の波長の３倍より長くすることにより、少なくとも最も波長の短い色を発光する画素領域Ｐにおいては光学干渉が生じにくくなる。複数色の発光色のうち最も波長の長い色の波長の３倍より長いとより好ましい。光路長ｘ２を、最も波長の長い色の波長の３倍より長くとすることにより、いずれの画素領域Ｐにおいても光学干渉が生じにくくなる。
第１実施形態においては、最も波長の短い色は青色であり、その波長は約４４０ｎｍ〜４７０ｎｍである。次に波長の短い色は緑色であり、その波長は約５１０ｎｍ〜５５０ｎｍである。最も波長の長い色は赤色であり、その波長は約６１０ｎｍ〜６５０ｎｍである。
第１実施形態においては、各画素領域Ｐにおいて、長さｘ１と、光路長ｘ２をそれぞれ共通とした。すなわち、図３、図４に示すように、赤色の画素領域ＰＲ、緑色の画素領域ＰＧ、青色の画素領域ＰＢのそれぞれにおける長さｘ１と、光路長ｘ２を同じ長さとした。具体的には、各画素領域Ｐにおける、電子遮断層、正孔輸送層、正孔注入層、及び調整層６０の膜厚をそれぞれ同じとした。
以上述べたように、第１実施形態においては、調整層６０を設けることにより発光層７０から反射層５０までの光路長ｘ２を調整する構成とした。そのため、電子遮断層、正孔輸送層、正孔注入層を薄膜化し、かつ光学干渉を生じにくくできる。なお、図４においては、画素領域Ｐ間で有機エレクトロルミネッセンス層４２がそれぞれ分離して形成される構成を示すが、これに限られるものではなく、電子遮断層、正孔輸送層、正孔注入層が画素領域Ｐ間を跨って形成される共通の蒸着層であってもよい。その場合、それら各蒸着層を画素領域Ｐ毎に塗り分け蒸着をする必要がなくなる。なお、有機エレクトロルミネッセンス層４２を構成する蒸着層のうち、少なくとも発光層７０が画素領域Ｐ毎に塗り分け蒸着されるものであればよい。塗り分け蒸着を行う工程が削減できる分、製造工程数の増加の抑制、及び歩留まり向上による製造コストの抑制が可能となる。また、蒸着時間を短縮できることによる製造コストの抑制も可能となる。
なお、第１実施形態で説明した反射層５０は、少なくとも発光層７０から出射された光を反射する機能を有していればよいが、他の層と電気的に接続されることにより容量としての機能を有していてもよい。図５は、画素回路の一例を示す回路図である。図５においては、反射層５０を画素電極３６と電気的に接続した場合の一例を示す。以下、図５に示す回路図について説明する。
表示装置１００の画素回路は、図２を参照して説明した駆動トランジスタＴＦＴ１、発光素子４６を含む。また、表示装置１００の画素回路は、駆動トランジスタＴＦＴ１におけるゲートと発光素子４６側の電極との間の電位差を保持する保持容量Ｃ１を含む。図５に示すように、駆動トランジスタＴＦＴ１における発光素子４６と反対側の電極は、電源線Ｌｓに接続されている。また、表示装置１００の画素回路は、スイッチングＴＦＴ２を含み、スイッチングＴＦＴ２のゲートは走査線Ｌｇに接続され、スイッチングＴＦＴ２のソース又はドレインの一方が映像信号線Ｌｄに接続され、他方が駆動トランジスタＴＦＴ１のゲートに接続されている。そして、発光素子４６の画素電極３６が反射層５０と電気的に接続されており、保持容量Ｃ２が形成される。保持容量Ｃ２は、保持容量Ｃ１を補助する容量として機能する。また、保持容量Ｃ２を形成することにより、意図しない寄生容量の発生を抑制することができる。
図６、図７を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。図６は、第１実施形態の変形例における反射層について説明する模式図である。図７は、第１実施形態の変形例における反射層について説明する模式平面図である。
反射層５０に照射される光は、反射層５０の反射面５０ａに対して斜めに入射するものも含む。そこで、変形例においては、１の画素領域Ｐにおいて、発光部よりも反射層５０の幅を広くした。すなわち、図７に示すように、平面視において、反射層５０が発光部と重複する領域と重複しない領域とを有することとした。これにより、図６に示すように、発光層７０の発光面５０ａから斜め方向に出射された光についても反射層５０で反射することでできる。例えば、発光面７０ａに対して３０°傾斜して出射された光を反射するために、反射層５０と重複しない領域の幅ｘ３を、発光部から反射層５０までの長さの１／√３以上とするとよい。
また、発光色の異なる画素領域Ｐ毎に、反射層５０のうち発光部と重複しない領域の幅を変えることにより、視覚特性を調整してもよい。図７においては、緑色の画素領域ＰＧにおける反射層５０のうち発光部と重複しない領域の幅ｘ３を、赤色の画素領域ＰＲ及び青色の画素領域ＰＢにおける反射層５０のうち発光部と重複しない領域ｘ３の幅よりも狭くした例を示す。
なお、図６、図７においては、発光部よりも反射層５０の幅が広い例について示したが、少なくとも発光部の発光領域よりも反射層５０の幅が広い構成であればよい。
図８を参照して、第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係る表示装置を示す断面図である。なお、図２を参照して説明した第１実施形態と同様の構成については同じ符号を用いてその説明は省略する。
第２実施形態においては、第１実施形態と異なり反射層５０を有しない構成とした。そして、反射層５０の代わりに、駆動トランジスタＴＦＴ１を構成するソース電極２２及びドレイン電極２４に、発光層７０から出射された光を反射させる機能を持たせた。ソース電極２２及びドレイン電極２４としては、例えば、アルミニウムや銀等の金属材料を用いるとよい。
また、第１実施形態と異なり、調整層６０を有しない構成とした。そして、平坦化層３４によって、発光層７０から反射機能を有するソース電極２２及びドレイン電極２４までの光路長を調整する構成とした。この場合、発光層７０の発光面７０ａと、ソース電極２２及びドレイン電極２４の反射面との間の最短の光路長ｘ２を２μｍ以上とすればよい。
なお、上記各実施形態においては、表示装置１００として有機エレクトロルミネッセンス表示装置（OLED: Organic Light Emitting Diode）を用いた例を説明したが、これに限られるものではなく量子ドット表示装置（QLED: Quantum Dot Light Emitting Diode）等であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
１０ 第１基板、１１ 第２基板、１２ 集積回路チップ、１６ 表示回路層、１８ アンダーコート層、２０ 半導体層、２２ ソース電極、２４ ドレイン電極、２６ ゲート絶縁膜、２８ ゲート電極、３０ 層間絶縁膜、３４ 平坦化層、３６ 画素電極、３８ コンタクトホール、４０ 絶縁層、４２ 有機エレクトロルミネッセンス層、４４ 共通電極、４６ 発光素子、４８ 封止層、５０ 反射層、５０ａ 反射面、５４ 充填層、６０ 調整層、７０ 発光層、７０ａ 発光面、１００ 表示装置。

Claims (14)

  1. 複数の発光色でそれぞれ発光する複数の発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層と、
    前記発光層から出射された光を反射する反射層と、
    を有し、
    前記発光層と、前記反射層との間の最短の光路長が、少なくとも前記複数の発光色のうち最も波長が短い色の波長の３倍よりも長い、
    表示装置。
  2. 前記光路長は、前記複数の発光色のうち最も波長が長い色の波長の３倍よりも長い請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記光路長は２μｍ以上である請求項１又は２に記載の表示装置。
  4. 前記有機エレクトロルミネッセンス層と前記反射層の間に調整層が設けられる請求項１〜３のいずれかに１項に記載の表示装置。
  5. 前記最も波長が長い色は赤色である請求項２に記載の表示装置。
  6. 前記最も波長が短い色は青色である請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
  7. 前記有機エレクトロルミネッセンス層を挟む共通電極と画素電極を有し、
    前記画素電極は光透過性を有し、
    前記発光層から出射された光は前記画素電極を透過して前記反射層に照射される、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
  8. 前記発光層から前記画素電極までの長さは、５０ｎｍ以下である請求項７に記載の表示装置。
  9. 前記発光層から前記画素電極までの長さは、前記複数の発光色でそれぞれ発光する発光層において共通である請求項７又は８に記載の表示装置。
  10. 前記有機エレクトロニクス層は、前記発光層と前記画素電極との間に積層される、前記複数の発光層で共通の蒸着層を含む請求項７〜９のいずれかに記載の表示装置。
  11. 前記蒸着層は、電子遮断層、正孔輸送層、及び正孔注入層を含む請求項１０に記載の表示装置。
  12. 平面視において、前記反射層は前記発光層の発光部と重複する領域と重複しない領域を有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表示装置。
  13. 前記反射層のうち前記重複しない領域の幅は、前記発光層から前記反射層までの長さの１／√３倍以上である請求項１２に記載の表示装置。
  14. 駆動トランジスタと、
    前記駆動トランジスタ上に設けられる平坦化層と、
    を有し、
    前記反射層は、前記駆動トランジスタを構成するソース電極及びドレイン電極であり、
    前記調整層は、前記平坦化層である請求項４に記載の表示装置。
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