JP5072216B2 - 両面表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、両面発光型有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置及びこれを用いた建築部材に関する。

特許文献１には、第１及び第２透明電極と、それらの間に介在した遮光性の中間電極と、第１透明電極と中間電極との間に介在した第１活性層と、第２透明電極と中間電極との間に介在した第２活性層とを含んだ両面発光型有機ＥＬ表示装置が記載されている。この表示装置は、表面と裏面とで別々の画像を表示することができる。しかしながら、この表示装置は、構造が複雑であり、製造が難しい。

一対の透明電極とそれらの間に介在した活性層を含んだ有機ＥＬ素子は、その両側に光を放出する。この有機ＥＬ素子を透明基板上に配置してなる両面発光型有機ＥＬ表示装置は、一方の面に表示される画像と他方の面に表示される画像とは鏡像の関係にあるものの、構造が簡単であり且つ製造が容易である。また、この表示装置は、遮光性の中間電極が不要であるため、光透過性である。したがって、そのような表示装置は、例えば、陳列窓に利用した場合に、太陽光の屋内への侵入を遮ることなく、屋内の顧客と屋外の通行人とに美的画像を同時に提供することができる。

しかしながら、本発明者は、本発明を為すに際し、この両面発光型有機ＥＬ表示装置は、画像の視認性及び寿命特性が不十分であることを見い出している。
特開２００５−２６７９２６号公報

本発明の目的は、光透過性の両面発光型有機ＥＬ表示装置の寿命特性と画像視認性とを向上させることにある。

本発明の第１側面によると、透明基板と、前記透明基板の上方に配置された光透過性の第１電極と、前記第１電極の上方に配置された光透過性の第２電極と、前記第１及び第２電極間に介在すると共に発光層を含んだ活性層と、前記透明基板と前記第１電極との間又は前記第２電極の上方に配置された光散乱層とを具備し、前記光散乱層は、光透過性の樹脂層と、前記樹脂層中で分散すると共に前記樹脂層と比較して屈折率がより高い光透過性の複数の粒子とを含み、前記複数の粒子の平均粒径は１０乃至５００ｎｍの範囲内にあり、前記光散乱層における前記複数の粒子の密度は５乃至５０体積％の範囲内にあり、前記光散乱層の厚さは０．５μｍ以上であり且つ３μｍ未満であることを特徴とする両面発光型有機ＥＬ表示装置が提供される。

本発明の第２側面によると、第１側面に係る有機ＥＬ表示装置と、これを支持した支持体とを具備したことを特徴とする建築部材が提供される。

本発明によると、光透過性の両面発光型有機ＥＬ表示装置の寿命特性と画像視認性とを向上させることが可能となる。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る両面発光型有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図である。
この有機ＥＬ表示装置は、光透過性の表示パネルＤＰを含んでいる。

表示パネルＤＰは、透明基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２を含んでいる。基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２は、一定の間隙を隔てて向き合っている。基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２としては、例えば、ガラス基板やポリカーボネート基板を使用することができる。

基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２間には、枠形状のシール層ＳＳが介在しており、それらの間に密閉空間を形成している。この密閉空間は、例えば真空である。

基板ＳＵＢ１の基板ＳＵＢ２との対向面上には、光散乱層ＤＦが形成されている。光散乱層ＤＦは、光透過性の樹脂層ＲＬと、この中で分散した複数の粒子ＰＴＣとを含んでいる。粒子ＰＴＣは、光透過性であり、樹脂層ＲＬと比較して屈折率がより高い。樹脂層ＲＬの材料としては、例えばアクリル樹脂を使用することができる。粒子ＰＴＣの材料としては、例えば酸化チタンなどの無機物を使用することができる。

光散乱層ＤＦの表面の平坦性が不十分である場合、その表面を平坦化層で被覆してもよい。但し、この平坦化層は、後述するエバネッセント波のしみ出し深さの最大値よりも薄くする。平坦化層の材料としては、例えば、樹脂層ＲＬの材料として例示したものを使用することができる。

光散乱層ＤＦ上には、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが形成されている。有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、基板ＳＵＢ１と光散乱層ＤＦとの間に介在していてもよい。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、光透過性の第１電極Ｅ１と、これと向き合った光透過性の第２電極Ｅ２と、電極Ｅ１及びＥ２間に介在した活性層ＡＣＴと含んでいる。活性層ＡＣＴは、光透過性であり、発光層ＥＭＴを含んでいる。この例では、活性層ＡＣＴは、正孔注入層ＨＩＬと、正孔輸送層ＨＴＬと、正孔ブロッキング層ＨＢＬと、電子輸送層ＥＴＬと、電子注入層ＥＩＬとをさらに含んでいる。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、発光層ＥＭＴが放出する光が繰り返し反射干渉する光共振器の少なくとも一部を構成している。例えば、樹脂層ＲＬが電極Ｅ１と比較して屈折率がより小さく且つ有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと基板ＳＵＢ２側に隣接する領域が電極Ｅ２と比較して屈折率がより小さい場合には、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤが光共振器の全体を構成する。

この表示パネルＤＰは、表示画像を変更可能であってもよく、或いは、表示画像を変更不可能であってもよい。表示画像を変更可能とする場合には、例えば、アクティブマトリクス駆動方式、パッシブマトリクス駆動方式、セグメント駆動方式などの駆動方式を利用することができる。

例えば、表示パネルＤＰがアクティブマトリクス駆動方式を採用している場合、基板ＳＵＢ１上には、画素回路と先の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとを各々が含んだ複数の画素をマトリクス状に配置する。この場合、基板ＳＵＢ１上には、映像信号線、走査信号線、電源線などをさらに配置する。各画素において、画素回路と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとは、電源線と電源端子との間で、この順に直列に接続する。

映像信号線は画素の列に対応して配列させ、走査信号線は画素の行に対応して配列させる。映像信号線は映像信号線ドライバに接続し、走査信号線は走査信号線ドライバに接続する。映像信号線ドライバ及び走査信号線ドライバは、それらの動作を制御するコントローラに接続する。

走査信号線ドライバは、例えば、画素を行毎に順次選択する。走査信号線ドライバは、選択している画素に、例えば、第１走査信号線を介して、画素回路と有機ＥＬ素子ＯＬＥＤとを互いから電気的に切り離す第１走査信号を供給し、この第１走査信号を供給している期間内に、第２走査信号線を介して、映像信号線と画素回路とを互いに電気的に接続する第２走査信号を供給する。

映像信号線ドライバは、映像信号線に映像信号を出力する。選択している画素には、その画素回路に第２走査信号が供給されている期間内に、映像信号が書き込まれる。画素回路は、この映像信号を第２走査信号の供給が終了してから次の第２走査信号が供給されるまで保持し、第１走査信号の供給が終了してから次の第１走査信号が供給されるまで先の映像信号に対応した大きさの駆動電流を有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに供給する。

図２は、図１の表示装置を建築物に適用した例を概略的に示す図である。
図２には、例えば営業所として利用する建築物ＢＬＤを描いている。この建築物ＢＬＤの内部には照明装置ＬＭが配置されており、壁部に設けられた開口には建築部材として窓Ｗが嵌め込まれている。

窓Ｗは、窓板ＷＰと窓枠ＷＦとを含んでいる。
窓板ＷＰは、図１の表示パネルＤＰを含んでいる。窓板ＷＰは、保護板、紫外線遮断層、反射防止層などをさらに含んでいてもよい。
窓枠ＷＦは、窓板ＷＰの周縁部を支持している。窓枠ＷＦは、表示パネルＤＰに接続されたコントローラなどを内蔵している。

窓板ＷＰが含む表示パネルＤＰは、光透過性である。したがって、例えば、太陽ＳＮなどの屋外の光源が放出する光を窓板ＷＰ越しに屋内へと採り入れることができる。また、屋外の通行人ＰＳＲは、窓板ＷＰ越しに屋内を覗くことにより、屋内に顧客ＣＴＲが居ることを確認することができる。

また、この窓板ＷＰの表示パネルＤＰは、光散乱層ＤＦを含んでいる。そのため、以下に説明するように、この窓板ＷＰは、光散乱層ＤＦを省略した場合と比較して、表示パネルＤＰ上の画像の視認性がより高い。

日中では、通常、屋外は屋内と比較してより明るい。そのため、表示パネルＤＰが光散乱層ＤＦを含んでいない場合、屋外の通行人ＰＳＲが窓板を見ても、屋内の物体が鮮明に視認されることはない。それゆえ、この場合、表示パネルＤＰ上の画像の視認が、透けて見える画像によって妨げられることは殆どない。

これに対し、屋内の顧客ＣＴＲは、表示パネルＤＰが光散乱層ＤＦを含んでいない場合、屋外の物体を鮮明に視認することができる。そのため、透けて見える画像が、表示パネルＤＰ上の画像の視認性を著しく低下させる。

また、日没後は、通常、屋内は屋外と比較してより明るい。そのため、表示パネルＤＰが光散乱層ＤＦを含んでいない場合、屋内の顧客ＣＴＲが窓板を見ても、屋外の物体が鮮明に視認されることはない。それゆえ、この場合、表示パネルＤＰ上の画像の視認が、透けて見える画像によって妨げられることは殆どない。

これに対し、屋外の通行人ＰＳＲは、表示パネルＤＰが光散乱層ＤＦを含んでいない場合、屋内の物体を鮮明に視認することができる。そのため、透けて見える画像が、表示パネルＤＰ上の画像の視認性を著しく低下させる。

上記の通り、図１の表示パネルＤＰは、光散乱層ＤＦを含んでいる。そのため、どのような環境であっても、透過画像が鮮明に見えることはない。すなわち、透けて見える画像が、表示パネルＤＰ上の画像の視認性を著しく低下させることはない。したがって、本態様によると、優れた画像視認性を実現することができる。

また、この表示パネルＤＰでは、上記の通り、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは光共振器の少なくとも一部を構成している。光共振器は共振波長の光を強めるので、例えば、発光層ＥＭＴが放出する光うち最大強度の光成分の波長が共振波長となるように光共振器を設計すれば、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤに流す電流の密度が小さい場合であっても、高い輝度を実現することができる。

有機ＥＬ素子ＯＬＥＤは、電極Ｅ１及びＥ２間に印加する電圧が大きいほど劣化し易い。したがって、上記の設計を採用すると、優れた寿命特性を実現することができると考えられる。しかしながら、これだけでは、優れた寿命特性を実現できないことがある。

例えば、図１の表示パネルＤＰから粒子ＰＴＣを省略した場合、発光層ＥＭＴが放出する光のうち、電極Ｅ１と樹脂層ＲＬとの界面に臨界角よりも大きな入射角で光が入射すると、樹脂層ＲＬ中に近接場光であるエバネッセント波が生じる。通常、樹脂層ＲＬはエバネッセント波のしみ出し深さの最大値よりも厚いので、先のエバネッセント波は、上記の界面で伝搬光へと変換される。すなわち、伝搬光からエバネッセント波への変換とその逆変換とが同一界面で生じる。換言すれば、発光層ＥＭＴが放出する光のうち、電極Ｅ１と樹脂層ＲＬとの界面に臨界角よりも大きな入射角で入射した光は、先の界面で全反射される。そのため、この光は、表示に利用することができない。なお、「エバネッセント波のしみ出し深さ」は、上記界面におけるエバネッセント波のエネルギーを１としたときに、エバネッセント波のエネルギーが１／ｅにまで減少する深さを意味する。

図１の表示パネルＤＰでは、樹脂層ＲＬ中で、これよりも屈折率がより高い粒子ＰＴＣが分散している。このような構成では、電極Ｅ１から樹脂層ＲＬと粒子ＰＴＣとの界面までの距離は、先のエバネッセント波のしみ出し深さの最大値よりも短い。したがって、先のエバネッセント波は、樹脂層ＲＬと粒子ＰＴＣとの界面で伝搬光へと変換される。すなわち、光が電極Ｅ１と粒子ＰＴＣとの間に挟まれた部分をトンネルする「フォトントンネリング」を生じさせることができる。それゆえ、樹脂層ＲＬ中に粒子ＰＴＣを分散させると、粒子ＰＴＣを省略した場合と比較して、基板ＳＵＢ１側からより多くの光を出射させることができる。

また、光散乱層ＤＦ中では、伝搬光は、樹脂層ＲＬと粒子ＰＴＣとの界面で屈折及び／又は反射され、その進行方向を変化させる。それゆえ、光散乱層ＤＦから有機ＥＬ素子ＯＬＥＤへと戻る光の一部は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤと基板ＳＵＢ２側に隣接する領域と電極Ｅ２との界面に、臨界角よりも小さな角度で入射する。したがって、樹脂層ＲＬ中に粒子ＰＴＣを分散させると、粒子ＰＴＣを省略した場合と比較して、基板ＳＵＢ２側からより多くの光を出射させることができる。

すなわち、基板ＳＵＢ１側及び基板ＳＵＢ２側の双方により多くの光を出射させることができる。したがって、本態様によると、優れた寿命特性を実現することができる。

また、金属又は合金からなる反射層は、光吸収率が比較的大きい。そのため、光共振器がそのような反射層を含んでいる場合、反射を繰り返すことによる光強度の低下が大きい。

これに対し、図１の表示パネルＤＰでは、光共振器は、金属又は合金からなる反射層を含んでいない。そのため、この光共振器は、金属又は合金からなる反射層を含んだ光共振器と比較して、反射を繰り返すことによる光強度の低下が遥かに小さい。

それゆえ、本態様によると、光共振器の反射層に金属又は合金を使用した場合と比較して、基板ＳＵＢ１側及び基板ＳＵＢ２側の双方により多くの光を出射させることができる。したがって、本態様によると、優れた寿命特性を実現することができる。

以下に、図１の構成を採用した場合の効果の一例を示す。
ここでは、電極Ｅ１及びＥ２の材料としてＩＴＯを使用し、電子注入層ＥＩＬとして弗化リチウム層とマグネシウム−銀合金層との積層体を使用した。マグネシウム−銀合金層の厚さは、十分な光透過性を達成するために、２０ｎｍ以下とした。光散乱層ＤＦは、平均粒径が３００ｎｍの二酸化チタン粒子（屈折率２．７）をアクリル樹脂中に分散させてなる液を基板ＳＵＢ１上に塗布することにより形成した。光散乱層ＤＦの厚さは１μｍとした。この表示パネルＤＰでは、二酸化チタン粒子を省略したこと以外は同様の構造を有する表示パネルの光共振器において全反射される光の１０％を、光共振器の外部へと出射させることができた。

光散乱層ＤＦにおける粒子ＰＴＣの密度は、例えば、５体積％以上とする。この密度が小さい場合、表示パネルＤＰからより多くの光を出射させる効果，すなわち、光の取り出し効率を高める効果，が不十分となることがある。

光散乱層ＤＦにおける粒子ＰＴＣの密度は、例えば、２５体積％以上としてもよい。光の取り出し効率を高める効果は、この密度を高めることにより向上するが、多くの場合、密度が約２５体積％に達すると飽和する。

光散乱層ＤＦにおける粒子ＰＴＣの密度は、例えば、５０体積％以下とする。この密度が大きい場合、散乱層ＤＦを形成する際に、粒子ＰＴＣの凝集が生じ易い。

粒子ＰＴＣの平均粒径は、例えば、５００ｎｍ以下とする。また、粒子ＰＴＣの平均粒径は、例えば１０ｎｍ以上とする。この平均粒径が大きい場合や小さい場合には、光散乱層ＤＦによる光散乱が十分となることがある。なお、ここで言う「平均粒径」は、例えば、光散乱法を利用して測定する。

光散乱層ＤＦが光を散乱させる効果の大きさは、光散乱層ＤＦの厚さに依存する。一例としては、光散乱層ＤＦの厚さを０．５μｍ以上とすると入射光の約５０％以上を散乱させることができ、光散乱層ＤＦの厚さを１μｍ以上とすると入射光の約８０％以上を散乱させることができる。但し、光散乱層ＤＦを厚くすると、基板ＳＵＢ１側から光が出射し難くなる。一例としては、光散乱層ＤＦの厚さを３μｍ以上とすると、光散乱層ＤＦの透過率は約５％以下となる。

光散乱層ＤＦの前方散乱性と後方散乱性とは、等しくてもよく、異なっていてもよい。例えば、前方散乱性と後方散乱性とを相違させることにより、表示パネルＤＰの透過率を、基板ＳＵＢ１側から光を入射させた場合と、基板ＳＵＢ２側から光を入射させた場合とで異ならしめることができる。また、光散乱層ＤＦの前方散乱性と後方散乱性との比に応じて、発光層ＥＭＴが放出し且つ基板ＳＵＢ１側から出射する光のエネルギーと、発光層ＥＭＴが放出し且つ基板ＳＵＢ２側から出射する光のエネルギーとの比を変化させることができる。なお、光散乱層ＤＦの前方散乱性と後方散乱性との比は、例えば、光散乱層ＤＦにおける粒子ＰＴＣの体積比、光散乱層ＤＦの厚さ、粒子ＰＴＣの平均粒径などに応じて変化させることができる。

表示パネルＤＰは、基板ＳＵＢ１が屋内に面し且つ基板ＳＵＢ２が屋外に面するように配置してもよい。或いは、表示パネルＤＰは、基板ＳＵＢ２が屋内に面し且つ基板ＳＵＢ１が屋外に面するように配置してもよい。

建築部材ＢＣは、戸などの他の建築部材であってもよい。すなわち、表示パネルＤＰは戸板の少なくとも一部であってもよく、支持体ＳＰＴは戸枠であってもよい。また、両面発光型有機ＥＬ表示装置は、建築部材以外の用途で使用してもよい。

本発明の一態様に係る両面発光型有機ＥＬ表示装置を概略的に示す断面図。 図１の表示装置を建築物に適用した例を概略的に示す図。

符号の説明

ＡＣＴ…活性層、ＢＬＤ…建築物、ＣＴＲ…顧客、ＤＦ…光散乱層、ＤＰ…表示パネル、Ｅ１…電極、Ｅ２…電極、ＥＩＬ…電子注入層、ＥＭＴ…発光層、ＥＴＬ…電子輸送層、ＨＢＬ…正孔ブロッキング層、ＨＩＬ…正孔注入層、ＨＴＬ…正孔輸送層、ＬＭ…照明装置、ＯＬＥＤ…有機ＥＬ素子、ＰＳＲ…通行人、ＰＴＣ…粒子、ＲＬ…樹脂層、ＳＮ…太陽、ＳＳ…シール層、ＳＵＢ１…基板、ＳＵＢ２…基板、Ｗ…窓、ＷＦ…窓枠、ＷＰ…窓板。

Claims (3)

1. 透明基板と、
   前記透明基板の上方に配置された光透過性の第１電極と、
   前記第１電極の上方に配置された光透過性の第２電極と、
   前記第１及び第２電極間に介在すると共に発光層を含んだ活性層と、
   前記透明基板と前記第１電極との間又は前記第２電極の上方に配置された光散乱層と
   を具備し、前記光散乱層は、光透過性の樹脂層と、前記樹脂層中で分散すると共に前記樹脂層と比較して屈折率がより高い光透過性の複数の粒子とを含み、前記複数の粒子の平均粒径は１０乃至５００ｎｍの範囲内にあり、前記光散乱層における前記複数の粒子の密度は５乃至５０体積％の範囲内にあり、前記光散乱層の厚さは０．５μｍ以上であり且つ３μｍ未満であることを特徴とする両面発光型有機ＥＬ表示装置。
2. 前記光散乱層は前方散乱性と後方散乱性とが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置と、これを支持した支持体とを具備したことを特徴とする建築部材。

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