(57)【要約】【課題】表示装置の面内における色度ずれを抑制し、良好な画質を得ることができる表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも単色の発光素子と、その上面に設けられたカラーフィルター１０を有する画素を複数個配置した表示装置において、複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルター１０における透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルター１０における透過スペクトルの透過帯域を狭くする。【選択図】  図１
2010015716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも単色の発光素子と、その上面に設けられたカラーフィルターとを有する画素を複数個配置した表示装置において、
前記複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、発光スペクトルのピーク波長と前記カラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、前記カラーフィルターにおける透過スペクトルの透過帯域を狭くすることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、前記発光素子における発光スペクトルのピーク波長と前記カラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、前記カラーフィルターの膜厚を厚くすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、前記発光素子における発光スペクトルのピーク波長と前記カラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、前記カラーフィルターの顔料濃度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記発光素子は有機発光素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
光取り出し側の電極に金属薄膜を用いたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記カラーフィルターの形成にインクジェット法を用いることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子を複数個配置した表示装置に関するものであり、特に、有機化合物を発光素子に用いた表示装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を複数個配置した表示装置において、面内の同色発光画素の色度が異なることは大きな問題である。特に、発光画素に有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の場合、有機ＥＬ素子の厚みが光の波長と同程度であるため、干渉による影響で色度ずれが起こりやすい。有機ＥＬ素子で色度ずれが起こる主要因は、干渉部となっている有機層の膜厚が設計値通りに成膜されないためである。
【０００３】
このような問題に対して、膜厚測定を適宜行うことで、成膜する有機層の膜厚を調整する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、光取り出し側の電極に金属薄膜を設けた共振器構造とした技術が開示されているが（特許文献２参照）、この場合、干渉を積極的に利用しているため膜厚変化による色度の応答が大きくなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２２６１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
表示装置において、面内における複数の画素間の色度ずれを抑えるためには、プロセスの安定化が望ましい。しかしながら、現実的に、プロセスの安定化には限界があり、面内における複数の画素間の色度ずれが顕著になることがある。
【０００６】
そこで、本発明は、表示装置の面内における色度ずれを抑制し、良好な画質を得ることができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の表示装置は、上述した目的を達成するため、少なくとも単色の発光素子と、その上面に設けられたカラーフィルターとを有する画素を複数個配置した表示装置において、以下の特徴点を有している。
【０００８】
すなわち、本発明の表示装置は、複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルターにおける透過スペクトルの透過帯域を狭くする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の表示装置では、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差に応じて、カラーフィルターの光学特性を適切に設定することにより、面内における色度ずれが抑制され、良好な画質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の表示装置の実施形態について説明する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る表示装置は、少なくとも単色の発光素子と、その上面に設けられたカラーフィルターとを有する画素を複数個配置した構成となっている。そして、複数の発光素子の少なくとも１組の同色発光素子間で、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差に応じて、カラーフィルターを適切な構成とする。
【００１２】
すなわち、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルターにおける透過スペクトルの透過帯域を狭くする。また、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルターの膜厚を厚くする。また、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルターの顔料濃度を高くする。
【００１３】
ここで、発光素子を有機発光素子とすることが可能である。この場合、光取り出し側の電極に金属薄膜を用いることが可能である。さらに、カラーフィルターの形成にインクジェット法を用いることが可能である。
【００１４】
次に、本発明の表示装置の実施形態を具体的に説明する。なお、以下の説明では、本発明を適用可能な表示装置として、有機ＥＬ表示装置を例にとって説明を行う。
【００１５】
有機ＥＬ素子の画素に当たる有機発光素子は、有機発光層を陽極及び陰極からなる一対の電極によって挟持した積層構造となっている。両電極間には、有機発光層以外にも電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送層といった有機層が含まれることが多い。そして、両電極間に駆動電圧を印加すると、陽極からは正孔が、陰極からは電子が注入される。注入された正孔と電子は有機発光層で再結合して発光する。このような有機発光素子を複数個配置した有機ＥＬ表示装置においては、有機発光素子の上部にカラーフィルターを配置する。
【００１６】
有機層膜厚が設計値からずれると、干渉により有機発光素子の発光スペクトルが変化する。この時、発光スペクトルのピーク波長とカラーフィルターにおける透過スペクトルのピーク波長の差が大きい程、カラーフィルターにおける透過スペクトルの半値幅を狭くすることで色度ずれを低減できる。カラーフィルターにおける透過スペクトルの透過帯域を狭くするには、カラーフィルターの膜厚を厚くすることと、カラーフィルターの顔料濃度を高めることが有効である。物質の光吸収による光強度の変化は、下記式（１）のように表すことができる。下記式（１）は、初期の光強度Ｉ0の物質内での減衰を表している。
【００１７】
【数１】
2010015716.tif 000003
【００１８】
ここで、ｄは表面からの距離であり、消衰係数ｋは波長λに依存する。上記式（１）より、物質の膜厚が厚いほど、そして消耗係数ｋが高いほど、光の吸収が多いことが分かる。カラーフィルターにおける透過スペクトルの透過帯域を狭くするには、所望の透過光以外の吸収を多くすればよいため、膜厚を厚くすることと、消耗係数ｋを高くするために顔料濃度を高くすることが有効であることが分かる。
【００１９】
＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１に係る表示装置について説明する。
【００２０】
図１は、発光画素である有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【００２１】
実施形態１の有機ＥＬ表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素が一定の順序で二次元配列された表示装置である。Ｒ，Ｇ、Ｂの有機発光素子よりなる発光画素は、図１に示すような積層構造となっている。なお、実施形態１の有機ＥＬ表示装置を構成する有機発光素子は、封止基板側から光を取り出すトップエミッション方式となっている。
【００２２】
実施形態１の有機ＥＬ表示装置は、図１に示すように、積層構造を有している。すなわち、ガラス基板１上に、金属反射層２、透明導電層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、透明電極８、窒化珪素（ＳｉＮ）等からなるパッシベーション膜９、樹脂層（図示省略）、カラーフィルター１０を備えている。ここで、透明導電層３を陽極、透明電極８を陰極として考える。また、金属反射層２は陽極を兼ね備えてもよい。発光層５は、各発光画素に対応した発光色を示す有機発光材料とする。また、カラーフィルター１０は、発光画素に対応したものとなっている。例えば、青色の有機ＥＬ素子よりなる青色発光画素におけるカラーフィルターは、青色帯域の波長を主に透過するカラーフィルターとなっている。
【００２３】
有機層各層に用いる材料は、従来から知られている有機ＥＬ材料を用いることができる。金属反射層２の材料としては、アルミニウム、銀、もしくはそれらの合金等があるが、反射特性を備えている材料を用いることができる。透明導電層３の材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ等のインジウム酸化物が好適であるが、透明性と導電性を備えている材料ならば他の材料であってもよい。ここで、金属反射層２は透明導電層３と導通をとることで電極を兼ねていてもよい。成膜方法に関しては、有機材料、電極材料共に従来から知られている手法を用いることができ、特に制限されるものではない。
【００２４】
有機層の成膜方法としては蒸着法が一般的であるが、蒸着法を用いて有機層を成膜すると面内で膜厚のばらつきが起こる。このような問題を解消するため、基板を回転させる等の対策方法があるが、それでも完全に解消するのは難しい問題である。有機層の膜厚が中央にゆくほど厚くなっている場合に、Ｂの発光画素を例にとって本発明を説明する。
【００２５】
図２は、Ｂの発光画素において、端部の発光素子と中央部の発光素子におけるそれぞれの発光スペクトルを示す説明図である。また、図３は、Ｂのカラーフィルターにおける膜厚と分光透過率を示す説明図である。
【００２６】
図２に示すように、中央部の発光素子の方が、有機層膜厚が厚いために干渉により発光スペクトルのピーク波長が長波長側になっている。また、図３に示すように、カラーフィルター膜厚が厚くなるほど、透過スペクトルの透過帯域は狭くなっている。発光スペクトルがカラーフィルターを透過した後の色度を、ＣＩＥ表色系で示したのが下記表１である。カラーフィルターの膜厚を端部と中央部の発光素子で同一にすると、下記表１から明らかなように、ＣＩＥｘで０．００８、ＣＩＥｙで０．０２８の色度の違いがある。
【００２７】
ここで、図２に示すように、発光スペクトルのピーク波長は、端部の発光素子において４６５ｎｍ、中央部の発光素子において４７５ｎｍである。カラーフィルターの透過スペクトルのピーク波長は４５０ｎｍであるため、本発明により透過スペクトルのピーク波長との差が大きい中央部の発光素子のカラーフィルター膜厚を厚くすることを考える。下記表１より、中央部の発光素子におけるカラーフィルターの膜厚を２倍にすると、色度は（０．１２６，０．０８４）となり端部の発光素子との色度差が小さくなっていることが分かる。
【００２８】
【表１】
2010015716.tif 000004
【００２９】
以上、Ｂの色度ずれを低減する手法について説明したが、本発明はＢに限定されるわけではなく、Ｒ，Ｇについても同様にして適用することができる。また、カラーフィルターの作製方法については、フォトリソグラフィ法やインクジェット法等、従来から知られている手法を用いることが可能である。ただし、任意の発光画素におけるカラーフィルターの膜厚を変えるには、膜厚を液滴投下量で制御できるインクジェット法がプロセス的に簡便である。
【００３０】
本発明は発光素子の特性に応じてカラーフィルターを配置する技術であるため、発光素子の特性をカラーフィルター貼付前に知っておくことが重要である。有機層膜厚に起因する色度ばらつきに関しては、事前に予測することが可能である。有機層の成膜中、もしくは、成膜後に分光エリプソメトリーのような光学式膜厚計測器を用いることにより、表示装置の面内の有機層膜厚分布から各発光画素の色度を予測することが可能である。また、成膜装置による有機層の面内分布は常時一定であることが多いため、事前に一度、表示装置を作成していれば面内の発光素子特性の分布を把握することが可能である。
【００３１】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２に係る表示装置について説明する。
【００３２】
実施形態２では、微小共振器構造を用いた有機ＥＬ表示装置について説明する。微小共振器構造を用いた有機ＥＬ表示装置とは、カソード電極である透明電極８の代わりに５〜３０ｎｍ程度の金属薄膜をカソード電極として用いる有機ＥＬ表示装置のことである。この微小共振器構造を用いた有機ＥＬ表示装置は、金属薄膜と金属反射層２との間における光の共振を利用する構造となっている。ただし、共振器構造を用いた場合、共振効果が強いため、下記表２に示すように、有機層の膜厚ずれに対する色度の変化が大きくなる。
【００３３】
【表２】
2010015716.tif 000005
【００３４】
上述した理由により、微小共振器構造を用いた有機ＥＬ表示装置の場合、面内における複数の画素間の色度ずれが顕著になるため、本発明は特に有効である。微小共振器構造の場合について、本発明の効果を、Ｒを例にとって説明する。
【００３５】
図４は、Ｒの発光画素において、端部の発光素子と中央部の発光素子におけるそれぞれの発光スペクトルを示す説明図である。また、図５は、Ｒのカラーフィルターにおける膜厚と分光透過率を示す説明図である。ここで、中央部の素子は、端部の素子よりも膜厚が厚いとする。
【００３６】
図４に示すように、中央部の発光素子は有機層膜厚が厚いために、干渉により発光スペクトルのピーク波長が長波長側になっている。また、図５に示すように、カラーフィルター膜厚が厚くなるほど透過スペクトルの透過帯域は狭くなっている。下記表３に、発光スペクトルがカラーフィルターを透過した後の色度をＣＩＥ表色系で示す。カラーフィルターの膜厚を端部と中央部の発光素子で同一にすると、下記表３に示すように、ＣＩＥｘで０．００９、ＣＩＥｙで０．００９の色度の違いがある。しかしながら、本発明により端部のカラーフィルターの膜厚を２倍にすると、端部と中央部で色度が同一となる。
【００３７】
【表３】
2010015716.tif 000006
【００３８】
本発明を用いれば、面内の色度差を低減できるため、色度ムラのない高品質な画像を得ることができる。特に、微小共振器構造のように、膜厚ずれの影響を受けやすい素子構造の場合に本発明は有効であり、歩留まり向上によるコストダウン効果も期待できる。また、実施形態１及び実施形態２は、共にカラーフィルターの膜厚を変えることで面内の色度差を低減しているが、上述したように、カラーフィルターの顔料濃度を変えることでも同様な効果を得ることができるのは自明である。
【００３９】
本発明は、カラーフィルターの光学特性を表示装置の面内で異ならせることで面内のばらつきを低減することが目的であるので、有機ＥＬ素子の積層構造には依存しない。すなわち、ＴＦＴ基板側から光を取り出すボトムエミッション方式に対しても、本発明は有効である。発光層に関しては、白色発光層を用いてＲ，Ｇ，Ｂ発光画素を形成する場合であっても、本発明の有用度は変わらない。
【実施例１】
【００４０】
以下、具体的な実施例により、本発明の表示装置を説明する。
【００４１】
実施例１として、ＴＦＴを含む有機ＥＬ基板とカラーフィルター基板の２つを貼り合わせて、図１及び図２に示されるＲＧＢ３色からなる有機ＥＬ表示装置を作製した。
【００４２】
まず、ＴＦＴを含む有機ＥＬ基板について説明する。支持体としてのガラス基板１上に、低温ポリシリコンからなるＴＦＴ駆動回路（省略）を形成し、その上にアクリル樹脂からなる平坦化膜（省略）を形成して基板とした。この上に、金属反射層２としてアルミニウム合金（ＡｌＮｉＰｄ）を約１００ｎｍスパッタリング法にて形成してパターニングし、さらに、透明導電層３としてＩＺＯをスパッタリング法にて２０ｎｍ形成してパターニングした。さらに、アクリル樹脂により素子分離膜（省略）を形成し陽極付き基板を作成した。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、煮沸洗浄後、乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄してから有機化合物を真空蒸着により成膜した。
【００４３】
始めに、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの正孔輸送層４を成膜した。すなわち、Ｒの正孔輸送層４Ｒとしてα−ＮＰＤを６０ｎｍ成膜した。また、Ｇの正孔輸送層４Ｇとしてα−ＮＰＤを４０ｎｍ成膜した。また、Ｂの正孔輸送層４Ｂとしてα−ＮＰＤを２０ｎｍ成膜した。
【００４４】
次に、発光層５として、シャドーマスクを用いて、ＲＧＢそれぞれの発光層５を成膜した。Ｒの発光層５Ｒでは、ホストであるＡｌｑ３と、発光性化合物ＤＣＭ［４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ］とを共蒸着（重量比９９：１）して成膜した。Ｒの発光層５Ｒの膜厚は、６０ｎｍである。Ｇの発光層５Ｇでは、ホストであるＡｌｑ３と、発光性化合物クマリン６を共蒸着（重量比９９：１）して成膜した。Ｇの発光層５Ｇの膜厚は、４０ｎｍである。Ｂの発光層５Ｂでは、ホストであるＢａｌｑと発光性化合物Ｐｅｒｙｌｅｎｅとを共蒸着（重量比９０：１０）して成膜した。Ｂの発光層５Ｂの膜厚は、３０ｎｍである。
【００４５】
次に、共通の電子輸送層６として、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの膜厚に形成し、共通の電子注入層７として、ＢｐｈｅｎとＣｓ2ＣＯ3を共蒸着（重量比９０：１０）して４０ｎｍの膜厚に成膜した。
【００４６】
有機層蒸着時の真空度は３×１０-4Ｐａであった。
【００４７】
そして、真空を破ることなしにスパッタ装置に移動し、透明電極８としてＩＴＯの透明電極を４０ｎｍ成膜した。さらに、パッッシベーション膜９として、窒化酸化シリコンを７００ｎｍの膜厚に成膜した。
【００４８】
パッッシベーション膜９まで形成した基板をスパッタ装置より取り出し、パッッシベーション膜９の上へ厚さ５００ｕｍのアクリル樹脂（図示省略）を形成し、有機ＥＬ基板とした。
【００４９】
次にカラーフィルター基板について説明する。
【００５０】
カラーフィルター基板となるガラス上に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光画素間の光遮光用のブラックマトリクス（図示省略）を、一般的なフォトリソグラフィ方式を用いて格子状に形成した。なお、このブラックマトリクスは必ず必要なものではない。
【００５１】
その後、既存の材料によって形成された隔壁（図示省略）内にインクジェット法を用いてＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの各着色材料を吐出する。この際、有機ＥＬ表示装置の面内でのばらつきを低減するよう、カラーフィルターの膜厚を面内で異なるようにした。具体的には、中央部の画素に配置するカラーフィルターの膜厚を端部の画素の２倍にした。カラーフィルターの膜厚は液滴投下量に依って決定されるため、カラーフィルターの設計膜厚に応じて画素によって液滴投下量を制御した。
【００５２】
以上のようにして作製した有機ＥＬ基板と、カラーフィルター基板の２つを貼り合わせて、ＲＧＢ３色からなる有機ＥＬ表示装置を作製した。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は、有機ＥＬ基板に関して、透明電極８の代わりに銀をカソードとして用いた以外は、実施例１と同様にして作成した。銀の膜厚は１０ｎｍとして、スパッタ装置で作成した。また、カラーフィルター基板となるガラス上にＲ，Ｇ，Ｂ，各発光画素間の光遮光用のブラックマトリクス（図示省略）を、一般的なフォトリソグラフィ方式を用いて格子状に作作成した。なお、このブラックマトリクスは必ず必要なものではない。
【００５４】
その後、既存の材料によって形成された隔壁（図示省略）内にインクジェット法を用いてＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの各着色材料を吐出する。
【００５５】
この際、有機ＥＬ表示装置の面内でのばらつきを低減するよう、カラーフィルターの顔料濃度を面内で異なるようにした。具体的には、端部の画素に配置するカラーフィルターの顔料濃度を中央部の画素の２倍にした。
【００５６】
以上のようにして作製した有機ＥＬ基板と、カラーフィルター基板の２つを貼り合わせて、ＲＧＢ３色からなる有機ＥＬ表示装置を作製した。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明で用いる発光画素である有機ＥＬ素子の概略断面図。
【図２】Ｂの発光画素において、端部の発光素子と中央部の発光素子におけるそれぞれの発光スペクトルを示す説明図。
【図３】Ｂのカラーフィルターにおける膜厚と分光透過率を示す説明図。
【図４】Ｒの発光画素において、端部の発光素子と中央部の発光素子におけるそれぞれの発光スペクトルを示す説明図。
【図５】Ｒのカラーフィルターにおける膜厚と分光透過率を示す説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１  ガラス基板
２  金属反射層
３  透明導電層
４  正孔輸送層
５  発光層
６  電子輸送層
７  電子注入層
８  透明電極
９  パッシベーション膜
１０  カラーフィルター
【図１】
2010015716.tif 000007
【図２】
2010015716.tif 000008
【図３】
2010015716.tif 000009
【図４】
2010015716.tif 000010
【図５】
2010015716.tif 000011