JP4286216B2

JP4286216B2 - 発光表示装置

Info

Publication number: JP4286216B2
Application number: JP2004378214A
Authority: JP
Inventors: 哲征松末
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: US20050212407A1; CN1674752A; CN1674752B; US7554259B2; JP2005310746A

Description

本発明は、発光表示装置に関し、特に、色再現性を向上させる技術に関する。

近年、高効率、高精細、低消費電力及び高速応答性を有する表示デバイスとして、自己発光型素子を薄膜トランジスタ（以下でＴＦＴともいう）を用いて駆動する発光表示装置が注目を浴びている。
その中でも、ＴＦＴ基板上に積層した有機発光素子を発光させ、その光をＴＦＴや配線などが形成されている基板側とは反対の方向となるいわゆるトップ側から高効率に光を取り出す構成、すなわちトップエミッション型の有機エレクトロ・ルミネッセンスパネル（以下、「有機ＥＬパネル」という。）の開発が進んでいる。（例えば、特許文献１）
通常、有機ＥＬパネルは、補色関係にある２光を合成することによって白色光を得ており、有機発光素子で発光した白色光を上述のトップ側に放射してその先に設けられたカラーフィルタにより３原色を選択的に透過分離させてカラー表示し、薄型で広視野角などの有機ＥＬパネルの一般的な特徴に加え、発光効率が高く、表示画面が明るいなどの特徴を有する。（例えば、特許文献２）
また、このトップエミッション型の有機ＥＬパネルにおいて、光の波長ピーク位置に共振周波数の位置を一致させて特定波長の光を強める共振器構造を採用するものがある。（例えば、特許文献３）
特開2003-257622号公報特開平06‐207170号公報特開平07‐78689号公報

しかしながら、上述のように有機ＥＬパネルは、補色関係にある２光を合成することにより、上述の白色を得ているため、一応白色光ではあるものの、３原色成分の各光の強度が不均一となっており、前記白色光を目的とする色度に設定することが難しい。
例えば、青色光とこの青色光の補色となる橙色光をそれぞれ発光して合成した場合、これらの光に含まれている３原色成分の光の発光強度を計測すると、図４に示すように、カラーフィルタを透過させない状態では、青色領域と赤色領域光の強度が大きくなっているのに対し、これら領域の中間に位置する緑色領域の光の強度が小さくなっている場合がある。

この場合、カラーフィルタ透過後においても、赤色光及び青色光の強度が、緑色光の強度よりも大きくなっている。
つまり、このような状態の３原色の各色を合成しても、得られる白色は、例えば紫味を帯びた白となるので、目的とする色度の白色、即ち、純粋な白色が得られないこととなり、この白色光をもとにカラー表示を行った場合、色再現性が悪いという問題がある。

例えば、赤色カラーフィルタ透過後において得られる赤色は、前記白色に含まれる赤色成分の光源光が、単波長光ではなく、合成光から得られたものであるため、赤色としての再現性も悪い。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、色再現性の良好な発光表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る発光表示装置は、以下を特徴とする。
（１）３原色の各色成分を含む光を発光する有機発光層を含み、白色光を放射する有機発光素子上に、それぞれ固有の波長の光を選択的に透過する複数のカラーフィルタが配設された発光表示装置において、前記有機発光層は、互いに補色関係にある２以上の補色光を発光して合成することにより、前記白色光を得ており、前記有機発光素子は、前記補色光に含まれる３原色成分のうち、前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分の光の波長と共振波長とが略一致する共振器構造を有している。
（２）上記（１）の発光表示装置において、前記補色光は、青色光と橙色光であり、前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分が緑色であって、前記共振波長が、緑色波長領域内に存在する。
（３）上記（２）の発光表示装置において、前記緑色波長領域は、５２０ｎｍ以上、かつ、５６０ｎｍ以下の波長帯である。
（４）前記補色光は、青色光と橙色光であり、前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分が赤色であって、前記共振波長が、赤色波長領域内に存在する。
（５）前記赤色波長領域は、５６０ｎｍ以上、かつ、６５０ｎｍ以下の波長帯である。
（６）上記（１）から（５）のいずれかの発光表示装置において、前記複数のカラーフィルタは、それぞれ青色、緑色及び赤色の光を透過する３種からなる。

上記（１）の構成により、以下の効果を奏する。
３原色における各成分の光強度の不均一が、共振による発光強度の増幅によって軽減され、上記各成分のバランスの取れた白色光を得ることができる。
つまり、この白色光をもとに上記カラーフィルタを用いてカラー表示することにより、良好な色再現性が得られる。

また、上記（２）の構成により、青色光と橙色光を上記補色光とする場合に、緑色光の強度が不足する場合、緑色光の強度が上記共振により高められ、青色光と橙色光の強度レベルに近づくため、３原色における各成分の光強度の不均一が軽減され、３原色における各成分のバランスの取れた白色光を得ることができるとともに、緑色の再現性を向上することができる。。

また、上記（３）の構成により、上記共振波長が、５２０ｎｍ以上、かつ、５６０ｎｍ以下という、或る幅をもった波長帯に設定されることによって、緑色波長領域内の光の強度が高められる。
つまり、共振波長の設定における許容範囲が増大し、製造管理コストを低減することができる。

また、上記（４）の構成により、青色光と橙色光を上記補色光とする場合に、赤色光の強度が不足する場合、赤色光の強度が上記共振により高められ、他の原色光の強度レベルに近づくため、３原色における各成分の光強度の不均一が軽減され、３原色における各成分のバランスの取れた白色光を得ることができるとともに、赤色の再現性を向上することができる。

また、上記（５）の構成により、上記共振波長が、５６０ｎｍ以上、かつ、６５０ｎｍ以下という、或る幅をもった波長帯に設定されることによって、赤色波長領域内の光の強度が高められる。
つまり、共振波長の設定における許容範囲が増大し、製造管理コストを低減することができる。

また、上記（６）の構成により、目的とする色度の白色光をもとに上記カラーフィルタを用いてカラー表示することにより、良好な色再現性が得られる。

（実施の形態）
＜構成＞
図１は、本発明の実施形態における、発光表示装置の一例としての有機ＥＬディスプレイの概略断面図である。
本実施の形態における、有機ＥＬディスプレイ１００は、図１に示すように、自己発光する有機発光素子１０１と、特定波長の光のみをそれぞれ透過するカラーフィルタ群１１２が設けられたカラーフィルタ基板１０３とが、封止層１０２を介して対向配置されたものである。

カラーフィルタ基板１０３は、透明基板１１０の表面上に、複数のカラーフィルタ群１１２が並列に設けられ、各カラーフィルタ群１１２同士の間にブラックマトリックス１１１が設けられている。
透明基板１１０は、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のガラスからなるが、プラスチックフィルムであっても良い。

カラーフィルタ群１１２は、それぞれ３原色の各成分のみを透過するカラーフィルタ１１２ｒ、ｇ、ｂからなり、その厚さは、およそ１μｍ以上１０μｍ以下である。
各カラーフィルタ１１２ｒ、ｇ、ｂのパターン形状は、各色ごとに分離したストライプパターンとしてもよいし、各画素のサブピクセルごとに分離したパターンとしてもよい。
ブラックマトリックス１１１は、厚さ１〜６μｍ程度の黒色膜であって、隣接するサブピクセルへの光の漏れを防止する機能を有し、にじみの無い蛍光変換色を得ることを可能とする。

封止層１０２は、カラーフィルタ基板１０３及び有機発光素子１０１に挟まれる内部空間を充填して、外部からの酸素、水分等の進入を抑制し、有機発光素子１０１の界面における反射を抑制し、有機発光素子１０１から放射された光をカラーフィルタ群１１２へと効率良く透過する。
封止層１０２の材料としては、可視光透過性を有し、１．３〜２．５の屈折率を有する材料、例えば、透明シリコーンゴム、透明シリコーンゲル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂のような有機材料が挙げられる。

有機発光素子１０１は、平坦化絶縁膜（不図示）で覆われた複数のＴＦＴが一方の主面に分散配置されてなるＴＦＴ基板１０４上に、上記ＴＦＴを囲繞するように絶縁層１０５が格子状に形成され、当該各格子内に膜状の陽極１０６が形成され、さらに、これらの形成物を覆うように、発光層を含む有機層１０７、陰極１０８及び保護層１０９が順次積層されてなる。

陽極１０６は、正孔の注入を効率よく行うため、仕事関数が大きい材料、具体的にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide)からなる透明性の導電性金属酸化物層（以下、「ＩＴＯ層」という。）からなり、その下に反射率の高いメタル層、例えば、クロム、銀、白金、または、これらを含む合金などを形成することが好ましい。
上記導電性金属酸化物層は、上記ＩＴＯの他にも、例えば、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）を用いることもできる。

上記メタル層が形成される場合、このメタル層と上記導電性金属酸化物の層との境界面が共振器構造における第１の反射面を構成する。
一方、このメタル層がない場合には、陽極１０６に接するＴＦＴ基板１０４が或る程度の割合で光を反射するため、陽極１０６とＴＦＴ基板１０４との境界面が上記第１の反射面となる。

以下、上記メタル層がない構成を前提に説明する。
図２に示すように、陰極１０８は、半透明電極２１１と透明電極２１２とからなる２層構造である。
透明電極２１２は、半透明電極２１１上に形成されており、ＩＴＯまたはＩＺＯ等の光透過性の金属からなる。

半透明電極２１１は、有機層１０７上に形成されており、有機層１０７から到来する光の一部を透過し、また、一部を反射する性質を有する。
半透明電極２１１は、仕事関数の低い、厚みが２００オングストローム以下の金属薄膜などであり、その材料の具体例としては、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、銀、金等の金属、あるいはこれら金属とリチウム金属等の合金、あるいはマグネシウムと銀との合金等が挙げられる。

ちなみに、この半透明電極２１１と有機層１０７との境界面が、共振器構造における第２の反射面を構成している。
保護層１０９は、透明電極２１２の表面を覆って保護する薄膜層であり、可視域における透明性が高く、電気絶縁性を有し、水分、酸素等に対するバリア性を有する材料、例えば、ＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ，ＡｌＯｘ等を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などで形成することができる。

有機層１０７は、正孔輸送層２０１、有機発光層２０２及び電子輸送層２０３が順次積層されてなる。
正孔輸送層２０１は、下記の材料からなる膜体であって、陽極１０６と陰極１０８との間に電圧が印加されることにより、陽極１０６から注入された正孔が有機発光層２０２へと移動する際の経路となる。

上記正孔輸送層２０１の材料としては、N,N'-ジ(ナフタレン-１-イル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン(N,N'-Di(naphthalene-１-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine：ＮＰＢ)、4,4',4''-トリス(3-メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン（4,4',4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine：ＭＴＤＡＴＡ）、N,N'-ジフェニル-N,N'-ジ(3-メチルフェニル)-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン(N,N'-diphenyl-N,N'-di(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine：ＴＰＤ）等が挙げられる。

電子輸送層２０３は、下記の材料からなる膜体であって、陽極１０６と陰極１０８との間に電圧が印加されることにより、陰極１０８から注入された電子が有機発光層２０２へと移動する際の経路となる。
電子輸送層２０３の材料としては、アルミキノリン錯体（Ａｌｑ₃）またはビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（bis (10-hydroxybenzo[h]quinolinato) beryllium：Ｂｅｂｑ₂）等が挙げられる。

有機発光層２０２は、到来した電子と正孔が正孔輸送層２０１や電子輸送層２０３との界面またはその内部において再結合するとき、その際に発するエネルギーにより内部に存在する有機分子の電子を励起し、そして励起された電子が緩和する際に白色光を発光する層であり、より具体的には、青色光を発光する青色発光層２０２ａと橙色光を発光する橙色発光層２０２ｂの２層構造からなる。

上記白色光は、青色光と橙色光を合成することにより得られる。
有機発光層２０２の材料としては、アルミキノリン錯体（Ａｌｑ₃）、またはキナクリドン誘導体を含むビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（bis (10-hydroxybenzo[h]quinolinato) beryllium：Ｂｅｂｑ₂）等が挙げられる。
（設計方法）
本実施の形態の有機ＥＬディスプレイ１００は、従来のように共振波長を考慮せずに設計されているのではなく、共振波長が緑色領域内に存在するように設計されている。

一般に、共振波長λ₀、共振部の光学的距離Ｌ₀及び位相シフトφとの間には、数１の関係が成り立つので、有機発光素子１０１における共振波長を緑色領域内（５２０ｎｍ〜５６０ｎｍ）に設定するには、この領域内の値に共振波長λ₀の狙い値を定め、以下の式を満足する共振部の光学的距離Ｌ₀及び位相シフトφの値となるように設計すればよい。

Ｌ₀：共振部の光学的距離
λ₀：共振波長（ｎｍ）
φ ：位相シフト（Ｒａｄ）
ｍ：整数
より具体的には、共振波長λ₀及び整数ｍは、設計的に決められる値であり、上記共振波長λ₀として、緑色領域内の波長の範囲である５２０ｎｍ以上、かつ、５６０ｎｍ以下の範囲内の値に設定される。

また、整数ｍとしては、通常、０または１に設定される。
位相シフトφは、有機層１０７で発生した光が共振部の両端で反射する際に生じる位相シフトのことであり、光路を構成する部材の材料や界面の表面性状などによって決まる値である。
ちなみに、位相シフトφは、以下のようにして求めることができる。

先ず、ＴＦＴ基板１０４上に反射率の高い陽極１０６を成膜し、分光エリプソメトリー測定装置を用いて陽極１０６の屈折率ｎ₁及び吸収係数ｋを求める。
次に、分光エリプソメトリー測定装置を用いて、陽極１０６と接している正孔輸送層２０１の屈折率ｎ₂を求める。
そして、屈折率ｎ₁、吸収係数ｋ及び屈折率ｎ₂を用いて、公知文献（文献名：Journal of Applied Physics、Vol.80(1996)p6954 ）に記載されている計算方法と同様の方法、即ち、共振器構造を形成する２つの界面についてそれぞれ位相シフトを求め、さらに、これらを足し合わせることにより求めることができる。

光学的距離Ｌ₀は、物理的な距離ではなく、上述の第１の反射面と第２の反射面間における光学的な距離、即ち、本実施の形態においては、１）ＩＴＯ層、２）正孔輸送層２０１、３）有機発光層２０２、４）電子輸送層２０３の各膜厚と各層の屈折率の積で表される。
例えば、上記１）から４）までの各層の厚みが、それぞれ、１）８００オングストローム、２）７５０オングストローム、３）７００オングストローム、４）１００オングストロームとし、また、各層の屈折率が、それぞれ１）２．２、２）１．８、３）１．８、４）１．８とすると、光学的距離Ｌ₀は、以下の計算式により求められる。

即ち、この計算式により求められる上記Ｌの値は、455nmとなる。
また、（φ／２π）の値は、-0.7となる。
したがって、共振波長λは、535nmとなり、狙い通りに緑色領域に共振波長を設定することができる。

製造精度を考慮すれば、上述の１）〜４）の各層の厚みがばらつくことにより、共振波長にもばらつきが生じる。
現実的には、共振波長λが、520〜560nmの範囲内に設定されていれば、３原色光の強度バランスがとれているとみることができるので、この範囲に共振波長λが設定されていることが望ましい。

その場合、有機層膜厚は1450nm〜1700nmとなる。このとき共振波長λ₀が、狙い通りに緑色領域に存在するが、共振波長λ₀が、緑色領域に存在しない場合、さらに、上述の光学的距離Ｌ₀の値、即ち、各層の厚みや屈折率、もしくは位相シフトφなどを変更して、目的とする波長に共振波長を近づける。
このように、最初に共振波長λ₀の狙い値を定め、共振部の光学的距離Ｌ₀及び位相シフトφの値を調整すればよい。

最終的に共振波長λ₀の値が目的の値となれば、共振部の光学的距離Ｌ₀及び位相シフトφの値をどのように調整しても構わないが、通常、数１の式において、共振波長λ₀と同一項に存在する共振部の光学的距離Ｌ₀を調整する方がより現実的である。
（共振波長設定の効果）
有機発光層２０２において、互いに補色の関係にある青色光と橙色光を発光しており、その中間の波長帯に存在する緑色成分の光の発光強度は、青色成分の光や赤色成分の光よりも小さい傾向にある。

本実施の形態における有機ＥＬディスプレイ１００は、従来のように、共振波長を特に考慮しない設定となっているのではなく、共振波長が緑色領域内に存在するように設計されているため、緑色成分の光が上述の第１の反射面と第２の反射面間で共振することにより、半透明電極２１１を透過して外部に出力される光の強度（以下、「緑色出力強度」という。）が、上記緑色光の発光強度よりも高められる。
（効果の検証）
上述の共振波長を緑色波長領域に設定した結果、図３に示すように、カラーフィルタ１１２ｒ、ｇ、ｂを透過する前における、緑色光の強度が、図４に示す従来例のように、共振波長が緑色領域内にない場合よりも高まり、赤色光及び青色光の強度との差が縮まる。

さらに、カラーフィルタ１１２ｒ及びｂそれぞれにおける赤色光及び青色光の透過率が、カラーフィルタ１１２ｇにおける緑色光の透過率よりも小さいため、カラーフィルタ透過後においては、最終的に外部に放射される３原色の各色の強度が均一化された状態となる。
なお、本実施の形態では、有機発光層２０２が、青色光を発光する青色発光層２０１ａと橙色光を発光する橙色発光層２０１ｂの２層構造からなり、青色光と橙色光を合成することにより白色光を得ているが、これに限らず、互いに補色の関係にある光であれば、発光光の波長や、発光層の数に制限はない。
（緑色成分の光以外の光強度が不足する場合）
以上、緑色成分の光の強度が不足している場合について述べたが、緑色成分の光以外の光強度が不足している場合においても、光強度が不足している成分の光の波長と共振波長を一致させることにより、不足している光の強度を高めることができる。

例えば、図５に示すように、有機発光層２０２において、発光される青色光及び橙色光のうち、橙色光に含まれている赤色成分の光の強度が小さい場合がある。
このような場合には、カラーフィルタ透過後において、赤色の色再現性に支障を来す可能性がある。
図６に示すように、赤色領域に共振波長を設定することにより、赤色成分の光の強度が高められて、３原色の各色成分の光強度が均一化される。

より具体的には、各層の膜厚が、ITO層800Å、正孔輸送層1100Å、オレンジ色発光層300Å、青色発光層400Å、電子注入層100Åとし、ITO層の屈折率が2.2、有機層の屈折率がすべて1.8とすると、先に述べたように光学的距離Ｌ₀は、以下の計算式により求められる。

即ち、この計算式により求められる上記Ｌの値は、518nmとなる。
また、この場合のφ/2πは-0.7となる。
このようにすることで、共振波長入が609nmとなり、赤色領域に共振波長が設定される。

また、先に述べたように、製造精度のばらつきを考慮すれば、共振波長がばらつくため、実質的には、共振波長が赤色領域としては、560〜650nmの範囲内に設定されていれば、赤色光の強度が青色光及び緑色光の強度と同等となるため、この範囲に共振波長λが設定されていることが望ましい。
その場合、有機層膜厚は1750nm〜2100nmとなる。

本願発明の発光表示装置は、携帯電話やＰＤＡなどの高効率で薄型の表示デバイスが望まれる機器に利用可能である。

本発明の実施形態における、有機ＥＬディスプレイの概略断面図である。本発明の実施の形態における有機層及び陰極の詳細断面図である。本発明の実施の形態での有機ＥＬディスプレイにおいて、３原色成分のうち、緑色成分の光強度を高めた場合の光強度特性を示す図である。従来の有機ＥＬディスプレイにおいて、３原色の各色成分のうち、緑色成分の光強度が小さい場合の光強度特性を示す図である。従来の有機ＥＬディスプレイにおいて、３原色の各色成分のうち、赤色成分の光強度が小さい場合の光強度特性を示す図である。本発明の実施の形態での有機ＥＬディスプレイにおいて、３原色成分のうち、赤色成分の光強度を高めた場合の光強度特性を示す図である。

符号の説明

１００有機ＥＬディスプレイ
１０１有機発光素子
１０２カラーフィルター
１０２封止層
１０３カラーフィルタ基板
１０４ＴＦＴ基板
１０５絶縁層
１０６陽極
１０７有機層
１０８陰極
１０９保護層
１１０透明基板
１１１ブラックマトリックス
１１２カラーフィルタ群
１１２ｒカラーフィルタ
１１２ｇカラーフィルタ
１１２ｂカラーフィルタ
２０１正孔輸送層
２０２有機発光層
２０２ａ青色発光層
２０２ｂ橙色発光層
２０３電子輸送層
２１１半透明電極
２１２透明電極

Claims

３原色の各色成分を含む光を発光する有機発光層を含み、白色光を放射する有機発光素子上に、それぞれ固有の波長の光を選択的に透過する複数のカラーフィルタが配設された発光表示装置において、
前記有機発光層は、互いに補色関係にある２以上の補色光を発光して合成することにより、前記白色光を得ており、
有機発光素子は、前記補色光に含まれる３原色成分のうち、前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分の光の波長と共振波長とが略一致する共振器構造を、前記複数のカラーフィルタに対応して共通に備えたことを特徴とする発光表示装置。
前記補色光は、青色光と橙色光であり、
前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分が緑色であって、
前記共振波長が、緑色波長領域内に存在することを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
前記緑色波長領域は、５２０ｎｍ以上、かつ、５６０ｎｍ以下の波長帯であることを特徴とする請求項２に記載の発光表示装置。
前記補色光は、青色光と橙色光であり、
前記白色光を得る上で最も発光強度が不足している成分が赤色であって、
前記共振波長が、赤色波長領域内に存在することを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
前記赤色波長領域は、５６０ｎｍ以上、かつ、６５０ｎｍ以下の波長帯であることを特徴とする請求項４に記載の発光表示装置。
前記複数のカラーフィルタは、それぞれ青色、緑色及び赤色の光を透過する３種からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光表示装置。