(57)【要約】【課題】表示パネルの発光効率を更に向上させることで、コントラスト比の更なる向上を実現できる表示装置を提供する。【解決手段】本発明による表示装置では、透明な基板の第１面の上に、透明な第１電極、発光層、及び第２電極が順に積層されている。本発明の表示装置では特に、基板の第２面の上に微細なレンズが不規則に配置され、更に、基板の第１面と第１電極との間、または基板の第２面とレンズとの間に反射板が形成されている。反射板はブラッグ反射板であり、複数の薄膜を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有する透明な基板、
前記基板の第１面の上に形成され、複数の薄膜を有する反射板、
前記反射板の上に形成されている透明な第１電極、
前記第１電極の上に形成されている発光層、
前記発光層の上に形成されている第２電極、及び、
前記基板の第２面の上に形成されているレンズ、
を備える、表示装置。
【請求項２】
前記薄膜が、有機物質を含む薄膜（以下、有機薄膜という）である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記薄膜が、無機物質を含む薄膜（以下、無機薄膜という）である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記複数の薄膜が無機薄膜と有機薄膜との両方を含む、請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記薄膜が窒化ケイ素または酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記レンズが前記第１電極より小さい、請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記レンズの直径が5μm以下である、請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記レンズが凹レンズまたは凸レンズである、請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
前記反射板と前記第１電極との間に位置し、前記第１電極に接続されている薄膜トランジスタ、をさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記反射板がブラッグ反射板である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１１】
第１面と第２面とを有する透明な基板、
前記基板の第１面の上に形成されている透明な第１電極、
前記第１電極の上に形成されている発光層、
前記発光層の上に形成されている第２電極、
前記基板の第２面の上に形成され、複数の薄膜を有する反射板、及び、
前記反射板の上に形成されているレンズ、
を備える、表示装置。
【請求項１２】
前記薄膜が有機薄膜である、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記薄膜が無機薄膜である、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記複数の薄膜が無機薄膜と有機薄膜との両方を含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記薄膜が窒化ケイ素または酸化ケイ素を含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記レンズが前記第１電極より小さい、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記レンズの直径が5μm以下である、請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記レンズが凹レンズまたは凸レンズである、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記基板の第１面と前記第１電極との間に位置し、前記第１電極に接続されている薄膜トランジスタ、をさらに備える、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記反射板がブラッグ反射板である、請求項１１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関し、特に、表示パネルの積層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやテレビなどの軽量化及び薄型化に伴い、それらに搭載される表示装置の軽量化及び薄型化が進んでいる。特に、従来の陰極線管（ＣＲＴ）から平板表示装置への代替が加速している。平板表示装置には、液晶表示装置（ＬＣＤ）、電界放出表示装置（ＦＥＤ）、有機発光（有機ＥＬ）表示装置、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）などがある。平板表示装置では一般に、表示パネルの上に複数の画素がマトリックス状に配列されている。各画素の輝度が、与えられた輝度情報に従って制御されることによって表示パネルに画像が表示される。特に有機発光表示装置では、各画素に含まれている有機発光素子（ＯＬＥＤ）が蛍光性有機物質を電気的に励起して発光させる。このように、有機発光表示装置は自己発光型であるので、低消費電力であり、視野角が広く、画素の輝度と応答速度とが共に高い。
【０００３】
有機発光表示装置の各画素は、有機発光素子に加え、それを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備える。薄膜トランジスタは活性層の種類によって多結晶シリコン薄膜トランジスタと非晶質シリコン薄膜トランジスタとに大別される。多結晶シリコン薄膜トランジスタを採用した有機発光表示装置は様々な長所を持つので一般に広く利用されている。一方、非晶質シリコン薄膜トランジスタを採用した有機発光表示装置は、多結晶シリコン薄膜トランジスタを採用した有機発光表示装置に比べ、更なる大画面化が比較的容易であり、製造工程数が少ないので製造コストの更なる削減が比較的容易である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特に背面発光型（bottom emission）の有機発光表示装置の表示パネルでは、ガラス基板上に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜から成る透明なアノード（正極）、有機発光層、及び不透明なカソード（負極）が順に積層されている。このような積層構造では、ＩＴＯ膜とガラス基板との間の境界面、及びカソードの金属膜が導光路を形成するので、有機発光層で生成された光の約50％が外部には放出されない。また、ガラス基板と外気との間の境界面での全反射により、有機発光層で生成された光の約30％が外部には放出されない。それらの結果、理論上、表示パネルの発光効率が約20％である。更に、コントラスト比を向上させるために反射防止フィルムなどでガラス基板が覆われている場合、発光効率が約10％以下まで低下する。従って、コントラスト比を更に向上させることは実際には困難である。
本発明の目的は、表示パネルの発光効率を更に向上させることで、コントラスト比の更なる向上を実現できる表示装置、の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による表示装置は、
第１面と第２面とを有する透明な基板、
その基板の第１面の上に形成されている透明な第１電極、
その第１電極の上に形成されている発光層、
その発光層の上に形成されている第２電極、及び、
上記の基板の第２面の上に形成されているレンズ、を備える。ここで、好ましくは、第１電極が画素電極であり、第２電極が共通電極である。本発明による上記の表示装置は更に、基板の第１面と第１電極との間、または基板の第２面とレンズとの間に反射板を備える。反射板は複数の薄膜を有し、好ましくはブラッグ反射板である。各薄膜は有機物質を含む薄膜（有機薄膜）、または無機物質を含む薄膜（無機薄膜）のいずれかである。好ましくは、複数の薄膜が無機薄膜と有機薄膜との両方を含む。各薄膜は更に、好ましくは、窒化ケイ素または酸化ケイ素を含む。上記のレンズは好ましくは第１電極より小さく、特にその直径が5μm以下である。上記のレンズは凹レンズまたは凸レンズのいずれであっても良い。本発明による上記の有機発光表示装置は好ましくは、薄膜トランジスタを含む。その薄膜トランジスタは、反射板と第１電極との間、または基板の第１面と第１電極との間に位置し、第１電極に接続されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による表示装置では、反射板が発光層で生成された光を、ガラス基板の第１面から第２面に向けて効率良く透過させるので、表示パネルの発光効率が向上する。更に、レンズがガラス基板の第２面と外気との間の境界面での全反射を抑えるので、表示パネルの発光効率が更に向上する。その上、レンズが拡散フィルムの機能も併せ持つ。すなわち、レンズがガラス基板を透過した光を拡散させる。その結果、視野角による色座標と輝度との変化が更に減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施形態による背面発光型の有機発光表示装置に含まれている表示パネルの断面図である。その表示パネルは、絶縁物（好ましくはガラス）製の透明な基板110を含む。基板110の一方（図１では上側）の表面（第１面）の上には、反射板120が形成されている。反射板120は好ましくはブラッグ（Bragg）反射板である。反射板120は特に、積層された複数（図１では4つ）の薄膜121を含む。それらの薄膜121間では屈折率が異なる。各薄膜121は、無機薄膜であっても、有機薄膜であっても良い。好ましくは、複数の薄膜121が無機薄膜と有機薄膜との両方を有する。各薄膜121は好ましくは、窒化シリコンまたは酸化シリコンを含む。窒化シリコンを含む場合、薄膜121の厚さは好ましくは約70nmであり、波長523nmの光に対する屈折率が1.75である。酸化シリコンを含む場合、薄膜121の厚さは好ましくは約90nmであり、波長523nmの光に対する屈折率が1.47である。
【０００８】
基板110のもう一方（図１では下側）の表面（第２面）の上には、複数の微細な凸レンズ130が形成され、好ましくは不規則に配置されている。レンズ130の直径は好ましくは約5μm以下である。レンズ130は、凸レンズの他に、凹レンズであっても良い。
【０００９】
反射板120の上には制御端子電極124が形成されている。制御端子電極124の側面は好ましくは、基板110の表面に対して20°〜80°の角度で傾斜している。反射板120と制御端子電極124とは絶縁膜140（好ましくは窒化ケイ素（SiNx）を含む）で覆われている。制御端子電極124を覆う絶縁膜140の上には半導体154が形成されている。半導体154は好ましくは、水素化非晶質シリコン（a−Si：H）または多結晶シリコンを含む。半導体154の側面は好ましくは、基板110の表面に対して30°〜80°の角度で傾斜している。半導体154の上には二つのオーミック接触部材（ohmic contact）163、165が形成されている。各オーミック接触部材163、165は好ましくは、シリサイド、またはｎ＋水素化非晶質シリコン（ｎ型不純物が高濃度にドーピングされている）を含む。二つのオーミック接触部材163、165は特に制御端子電極124の真上で分離されている。各オーミック接触部材163、165の側面は好ましくは、基板110の表面に対して30°〜80°の角度で傾斜している。オーミック接触部材の一方163とその近傍の絶縁膜140との上には出力端子電極173が形成され、オーミック接触部材の他方165の上には入力端子電極175が形成されている。出力端子電極173と入力端子電極175とは制御端子電極124の真上で分離されている。出力端子電極173と入力端子電極175との各側面は好ましくは、基板110の表面に対して約30°〜80°の角度で傾斜している。制御端子電極124、その上を覆う絶縁膜140、半導体154、出力端子電極173、及び入力端子電極175が薄膜トランジスタ（特にＭＯＳトランジスタ）を構成している。その薄膜トランジスタでは特に、出力端子電極173と入力端子電極175との間に露出した半導体154の部分にチャンネルが形成される。尚、薄膜トランジスタは基板110の第１面と反射板120との間に形成されても良い。
【００１０】
出力端子電極173、入力端子電極175、及びそれらの間に露出した半導体154の部分は保護膜802で覆われている。保護膜802は好ましくは、有機物質、低誘電率絶縁物質（好ましくは、a−Si：C：O、若しくはa−Si：O：Fであり、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で形成されている）、または窒化ケイ素（SiNx）を含む。保護膜802は更に好ましくは、平坦化特性または感光性を有する。保護膜802にはコンタクトホール183が形成され、そこから出力端子電極173が露出している。保護膜802の上には透明な第１電極（以下、画素電極という）190が形成されている。画素電極190はコンタクトホール183を介して出力端子電極173に接続されている。画素電極190は好ましくは、ＩＴＯまたはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明な導電物質を含む。保護膜802の上には更に隔壁803が形成されている。隔壁803は好ましくは、有機絶縁物質または無機絶縁物質を含む。隔壁803は特に、画素電極190の周縁を囲んで他の領域から分離している。
【００１１】
隔壁803で囲まれた画素電極190の領域は発光層70で覆われている。隔壁803の上には更に、補助電極272が形成されても良い。補助電極272のパターンは好ましくは、隔壁803のパターンと近似している。補助電極272は好ましくは、比抵抗の低い導電物質（好ましくは金属）を含む。隔壁803、発光層70、及び補助電極272は、不透明な第２電極（以下、共通電極という）270で覆われている。共通電極270は好ましくは、アルミニウム、銀、カルシウム、バリウムなどの金属を含む。共通電極270に対しては外部から所定の電圧信号（共通電圧）が印加される。ここで、共通電極270は補助電極272に接触しているので、共通電圧の歪曲が防止される。
【００１２】
画素電極190、発光層70、及び共通電極270は、有機発光素子（ＯＬＥＤ）を構成する。例えば、画素電極190がアノードとして利用され、共通電極270がカソードとして利用される（その逆であっても良い）場合、発光層70は有機発光部材を含む。発光層70では好ましくは、画素電極190に近い順に、正孔注入層HIL、正孔輸送層HTL、発光層EML、電子輸送層ETL、及び電子注入層EILが積層されている（図２参照）。但し、電子注入層EILと正孔注入層HILとは場合によっては省略されても良い。アノード（画素電極190）とカソード（共通電極270）との間に電圧が印加されるとき、アノードとカソードとの間には図２に示されているようなバンド構造が生じる。アノードの電位がカソードの電位より所定の閾値電圧以上高いとき、アノードからは正孔が発光層EMLに移動し、カソードからは電子が発光層EMLに移動する。発光層EMLではそれらの正孔と電子とが再結合する。そのとき、放出されるエネルギーにより発光層EML内の有機物質が励起され、発光する。ここで、その有機物質の種類によって、発光色が三原色（赤、緑、青）のいずれか一つに設定される。三原色間での輝度の（空間的または時間的な）割合で所望の色相が表現される。
【００１３】
本発明の実施形態によるこの有機発光表示装置では特に、各画素の発光層70で生成された光がブラッグ反射板120に入射する（図１参照）。ブラッグ反射板120では、複数の薄膜121の各境界面で反射された光の間で干渉が生じる。特に、ブラッグ条件を満たす波長の光はブラッグ反射板120により全て反射され、透過できない。このような光バンドギャップを形成することで、ブラッグ反射板120は半透過鏡として機能する。一方、共通電極270は全反射鏡として機能する。その結果、本発明の実施形態による上記の有機発光装置では、表示パネルの発光効率が向上する。
【００１４】
本発明の実施形態による上記の有機発光装置では更に、ブラッグ反射板120を透過して基板110に入射した光が、基板110の第２面でレンズ130により拡散される（図１参照）。レンズ130は基板110の第２面と外気との間の境界面での全反射を抑えるので、基板110の第２面では発光効率が高い。更に、レンズ130の不規則な配列により、基板110の第２面では光が不規則に散乱する。それにより、基板110の第２面から放出された光の強度分布の形状がランベルト面（輝度が方向に依らず一定である仮想的な面）に近い（図４参照）。すなわち、本発明の実施形態による上記の有機発光装置では、視野角による色座標と輝度との変化が小さい。
【００１５】
図３は、本発明の他の実施形態による背面発光型の有機発光表示装置に含まれている表示パネルの断面図である。この実施形態による表示パネルの積層構造は、図１に示された実施形態による表示パネルの積層構造と殆ど同じである。すなわち、基板110の第２面（図３では下側の表面）にはレンズ130が形成されている。一方、基板110の第１面（図３では上側の表面）には薄膜トランジスタと絶縁膜140とが形成されている。薄膜トランジスタの構造は上記の実施形態による薄膜トランジスタの構造と同様である。すなわち、基板110の第１面の上にまず、制御端子電極124が形成され、その上に、絶縁膜140、半導体154、及びオーミック接触部材163、165が順に積層されている。オーミック接触部材163、165の上には出力端子電極173と入力端子電極175とが形成されている。薄膜トランジスタと絶縁膜140との上には保護膜802が形成され、その上には画素電極190と隔壁803とが形成されている。更に、隔壁803で囲まれた画素電極190の領域には有機発光部材を含む発光層70が形成されている。発光層70の上には共通電極270が形成されている。
【００１６】
図３に示された本発明の実施形態による有機発光表示装置では、図１に示された本発明の上記の実施形態による有機発光装置とは異なり、反射板120が基板110の第１面に代え、基板110の第２面に形成されている。但し、反射板120の構造自体は、図１に示された構造と同様である。すなわち、反射板120は複数（図３では4つ）の薄膜121の積層構造を含む。レンズ130は反射板120の上に形成されている。一方、薄膜トランジスタと絶縁膜140とが基板110の第１面を直接覆っている。
この構造でも、上記の図１に示された構造と同様に、ブラッグ条件を満たす波長の光は反射板120により全て反射されるので、基板110の第２面から外部へは放出されない。すなわち、反射板120は半透過鏡として機能する。従って、本発明のこの実施形態による有機発光装置でも、表示パネルの発光効率が向上する。更に、基板110の第２面ではレンズ130が光を拡散させるので、視野角による色座標と輝度との変化が小さい。
【００１７】
表１は、本発明の上記の実施形態による有機発光装置と従来の有機発光装置とのそれぞれについて実際に測定された、表示パネルの発光効率を示す。ここで、本発明の実施形態による有機発光装置としては、図１、３に示された構造からレンズ130のみを除いた装置と、図１、３に示された構造通り、レンズ130を含む装置との二種類が利用された。表１に示されている通り、本発明の実施形態による有機発光装置では従来の装置とは異なり、反射板の設置により発光効率が向上し、レンズの追加により発光効率が更に向上する。
【００１８】
【表１】
2006221178.tif 000003
【００１９】
図４は、従来の有機発光表示装置と本発明の実施形態による有機発光表示装置とのそれぞれについて実際に測定された、表示パネルの輝度の視野角による分布を示す。図４では、輝度が最大値に対する相対値で表されている。図４に示されているように、反射板120のみが設置された場合、輝度分布は従来の装置の輝度分布より歪む。しかし、反射板120とレンズ130との両方が設置された場合、レンズ130が視野角による輝度の変化を抑えるので、輝度分布がランベルト面に近い。すなわち、輝度が視野角に依らずほぼ一様であることが分かる。
【００２０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明した。しかし、本発明の技術的範囲は上記の実施形態には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲で定義された本発明の基本概念を利用して多様な変形や改良が可能であろう。従って、それらの変形や改良も当然に、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一つの実施形態による有機発光表示装置に含まれている表示パネルの断面図
【図２】有機発光素子のバンド構造を示す模式図
【図３】本発明の他の実施形態による有機発光表示装置に含まれている表示パネルの断面図
【図４】従来の有機発光表示装置と本発明の実施形態による有機発光表示装置とのそれぞれで測定された、表示パネルの輝度の視野角による分布を示したグラフ
【符号の説明】
【００２２】
70  発光層
110  基板
120  反射板
121  反射板120に含まれている薄膜
124  制御端子電極
130  レンズ
140  絶縁膜
154  半導体
163、165  オーミック接触部材
173  出力端子電極
175  入力端子電極
183  コンタクトホール
190  画素電極
270  共通電極
272  補助電極
802  保護膜
【図１】
2006221178.tif 000004
【図２】
2006221178.tif 000005
【図３】
2006221178.tif 000006
【図４】
2006221178.tif 000007