(57)【要約】【課題】色変換層においての変換光の自己吸収をも考慮して変換光を効率良く取り出すことが可能で、これにより高精細なカラー表示が可能な表示装置を提供する。【解決手段】発光素子３と、発光素子３で発生させた発光光ｈｂを異なる波長の変換光ｈｇ，ｈｒに変換して放出する色変換層５ｇ，５ｒとを備えた表示装置１において、色変換層５ｇ，５ｒは、発光光ｈｂのピーク波長の吸光係数に対する、変換光ｈｂ，ｈｒのピーク波長の吸収係数が０．１以下であることを特徴としている。【選択図】図１
2008041300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、当該発光素子で発生させた発光光を異なる波長の変換光に変換して放出する色変換層とを備えた表示装置において、
前記色変換層は、前記発光光のピーク波長の吸光係数に対する、変換光のピーク波長の吸収係数の値が０．１以下である
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の表示装置において、
同一基板上に、前記発光素子が配列形成され、
前記複数の発光素子の一部の光取り出し側に前記色変換層が設けられている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の表示装置において、
前記複数の発光素子は青色の発光光を発生するものであり、
前記色変換層のうちの一部は、前記発光光を赤色の波長の変換光に変換し、
前記色変換層のうちの残りの一部は、前記発光光を緑色の波長の変換光に変換する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
発光素子と、当該発光素子で発生させた発光光を異なる波長の変換光に変換して放出する色変換層とを備えた表示装置の製造方法であって、
前記色変換層として、前記発光光のピーク波長の吸光係数に対する、変換光のピーク波長の吸収係数の値が０．１以下である材料を選択する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【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は色変換層を備えたカラー表示を行う表示装置および表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence）を利用した有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に、正孔輸送層や発光層等の有機層を積層させた発光ユニットを設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。
【０００３】
このような有機電界発光素子を用いたフルカラーの表示装置の１つに、有機電界発光素子と、色変換層とを組み合わせた構成がある。色変換層を用いることにより、有機電界発光素子の作製において発光層を含む有機層を作り分けることなく、すなわちメタルマスクを用いた高精細な塗り分けを行わずにフルカラーの表示装置を作製することが可能である。
【０００４】
上記色変換層を用いた表示装置においては、有機電界発光素子として青色発光素子が用いられ、各色発光の全ての画素には青色発光素子が設けられる。そして、赤色発光の画素および緑色発光の画素には、青色発光素子の光取り出し側に、吸収した青色の発光光を、蛍光または燐光、または両者の混合によって赤色または緑色に再発光させる色変換層がそれぞれ設けられる。一方、青色発光の画素には色変換層を設けず、青色発光素子での青色発光をそのまま取り出す構成とする。
【０００５】
このような構成の表示装置において色再現性の向上を図るべく、各画素における色純度を確保するためには、各発光素子から発せられた光を色変換層において効率よく他の波長の光に変換する必要がある。しかしながら、変換効率を高めることを目的として色変換層中における蛍光体や燐光体の濃度を高めた場合、濃度消光が発生するために高い変換効率を得ることができなかった。
【０００６】
そこで、色変換層に対して、光源となる発光素子から発せられる光のピーク波長に対する吸光度が１．６以上で、かつ蛍光量子収率が５０％以上との規定を設けることで、色純度の良い発光素子とする構成が提案されている(以上、下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５６７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、色変換層においては、当該色変換層で変換した光自体が吸収される、いわゆる自己吸収が発生する。このため、発光素子から発せられた光を、色変換層において高い効率で吸収して高い量子効率で変換しても、変換された光の全てが色変換層から外部に取り出されることはない。
【０００９】
そこで本発明は、色変換層においての変換光の自己吸収をも考慮して変換光を効率良く取り出すことが可能で、これにより高精細なカラー表示が可能な表示装置およびその製造方法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】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明の表示装置は、発光素子と、この発光素子で発生させた発光光を異なる波長の変換光に変換して放出する色変換層とを備えている。そして特に色変換層は、発光光のピーク波長の吸光係数に対する、変換光のピーク波長の吸収係数の値が０．１以下であることを特徴としている。
【００１１】
このような構成の表示装置および製造方法では、色変換層において、発光光の吸収に対して変換光の自己吸収が小さく抑えた構成となる。このため、色変換層で変換された変換光が、色変換層において自己吸収されることが抑えられ、効率よく色変換層から取り出しされるようになる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、色変換層で変換された変換光の取り出し効率を高い値に保つことが可能であるため、高精細なカラー表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の表示装置の構成を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施形態の表示装置を示す断面構成図である。
【００１４】
先ず、図１に示される本実施形態の表示装置１は、基板２上に、青色画素Ｂ、緑色画素Ｇ、および赤色画素Ｒが設定されたものである。この基板２上には、各画素Ｂ，Ｇ，Ｒに対応させて発光素子３が配列されている。また、これらの発光素子３の光取り出し側には、基板２に対向させて封止基板４が設けられている。この封止基板４における発光素子３側の面には、特に緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒのみに対応して、色変換層５ｇ，５ｒが設けられた構成となっている。そして、これらの基板２−封止基板４間には、ここでの図示を省略した樹脂が充填されており、発光素子３および色変換層５ｇ，５ｒが封止された完全固体型の表示装置１を構成している。
【００１５】
ここで基板２は、例えば画素駆動用の薄膜トランジスタ(thin film transistor：ＴＦＴ）やこれを駆動する駆動回路を備えた、いわゆるＴＦＴ基板であることとする。
【００１６】
また各発光素子３は、薄膜発光素子であって、ここでは有機電界発光素子であることとし、青色の発光光ｈｂを発生する。これらの各発光素子３は、基板２側から順に、反射電極層１１、発光層を含む機能層１２、光透過性電極層１３を積層した構成となっている。これにより、この発光素子３を配列してなる表示装置１は、各発光素子３での発光光ｈｂを基板２と反対の光透過性電極層１３側から取り出す、いわゆるトップエミッション構造となっている。
【００１７】
このうち、反射電極層１１は、発光素子３において陽極（または陰極）として用いられるもので、画素電極としてパターニングされている。またこの反射電極層１１は、銀(Ａｇ）のような光反射特性の良好な材料からなる層と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明電極材料からなる層との積層構造であっても良い。
【００１８】
また機能層１２は、各発光素子３に共通層として設けられ、基板２上にベタ膜形成されていて良い。そして、図中右下の拡大図に示すように、この機能層１２は、陽極（ここでは例えば反射電極層１１）側から正孔注入層１２-1、正孔輸送層１２-2、発光層１２-3、および電子輸送層１２-4、電子注入層１２-5等をこの順に積層させてなる。ただし、少なくとも青色の発光光ｈｂを発生させる発光層１２-3を備えていれば良く、この発光層１２-3において高輝度の発光が得られるように他の層が必要に応じて設けられていることとする。
【００１９】
尚、各層１２-1〜１２-5は、それぞれが単層で構成されても良いし積層構造であっても良い。また、１つの層が複数の機能を備えてもよく、例えば発光層１２-3が電子輸送層としての機能を有していても良い。
【００２０】
光透過性電極層１３は、反射電極層１１が陽極として用いられる場合には陰極として用いられ、その逆である場合は陽極として用いられる。このような光透過性電極１３は、各発光素子３に共通層として設けられ、基板２上にベタ膜形成されていて良い。尚、図面においては、説明のため光透過性電極層１３が画素毎にパターニングされている状態を示している。
【００２１】
一方、封止基板４は、各発光素子３からの発光光ｈｂおよび色変換層５ｇ，５ｒで変換された光を取り出す光透過性材料からなる。
【００２２】
そして、緑色画素Ｇと赤色画素Ｒのみに設けられた色変換層５ｇ，５ｒのうち、緑色画素Ｇには、発光素子３で発生した青色の発光光ｈｂを吸収し、緑色の変換光ｈｇに変換して再発光させる蛍光体または燐光体の少なくとも一方を含有する緑色変換層５ｇが設けられている。これにより、緑色画素Ｇからは、緑色変換層５ｇで変換された緑色の変換光ｈｇが放出される構成となっている。また、赤色画素Ｒには、発光素子３で発生した青色の発光光ｈｂを吸収し、赤色の変換光ｈｒに変換して再発光させる蛍光体または燐光体の少なくとも一方を含有する赤色変換層５ｒが設けられている。これにより、赤色画素Ｒからは、赤色変換層５ｒで変換された赤色の変換光ｈｒが放出される構成となっている。
【００２３】
これらの色変換層５ｇ，５ｒは、蛍光体または燐光体の少なくとも一方と、これを分散または溶解させる樹脂とで構成されており、有機蛍光色素溶解含有層、有機蛍光顔料分散層、無機蛍光体結晶分散層、量子ドット蛍光体分散層などを適用することができる。
【００２４】
ここでは特に、色変換層５ｇ，５ｒに含有される蛍光体または燐光体として、下記式（１）に示す光吸収特性（吸収比γ）を考慮した選択された材料が用いられているところが特徴的である。
【数１】
2008041300.tif 000003
【００２５】
この際、上記式（１）で示される吸収比γが、それぞれの色変換層５ｇ，５ｒ毎に、できるだけ小さい値、好ましくはγ≦０．１となる材料を選択することとする。
【００２６】
このような材料選択の手順としては、先ず図２に示すように、色変換層に用いようとしている各蛍光体または燐光体について、発光素子３で発生した発光光ｈｂ（例えばピーク波長λｂ＝４５０ｎｍ）を色変換して得られた変換光ｈｇ，ｈｒの量子収率を測定する。尚、この量子収率の測定においては、従来と同様に、蛍光体（または燐光体）を低濃度として自己吸収が無視できるようにしている。さらに、ここで示す量子収率は絶対値を示すものではなく、蛍光強度/励起光吸収量（任意単位）∝量子収率である。
【００２７】
またさらに、図３に示すように、色変換層に５ｇ，５ｒに用いようとしている各蛍光体または燐光体について、光の波長に対する吸収率を測定する。ここでは、粉体状態での吸収率を積分球測定した値を示している。
【００２８】
そして、図２のグラフに基づいて、目的とするピーク波長の変換光ｈｇ，ｈｒが得られている材料のうち量子収率の高い材料で、かつ図３に示すグラフに基づいて、発光光ｈｂのピーク波長λｂ＝４５０ｎｍの吸光率に対する、変換光ｈｇ，ｈｒのピーク波長λｇ、λｒの吸収率（つまり自己吸収率）ができるだけ小さい材料を、各色変換層５ｇ，５ｒを構成する蛍光体または燐光体として用いられることとする。尚、上記式（１）で示される吸収係数ｋｂ、および自己吸収係数ｋｇ，ｋｒは、そのまま吸収率ｋｂおよび自己吸収率ｋｇ，ｋｒと置き換えても良い。
【００２９】
また、以上のようにして選択された蛍光体または燐光体を含有する各色変換層５ｇ，５ｒは、それぞれに適する濃度ｎおよび膜厚ｘで設けられていることが重要である。
【００３０】
図４には、発光素子で発生させた発光光を色変換層で変換した変換光の取り出し強度Ｉと、色変換層の実効膜厚ｐ＝ｎ×ｘとの関係を、色変換層(蛍光体または燐光体）の吸収比γの値毎に示す。尚、図４には、発光光ｈｂのもれ強度Ｉｂも合わせて示した。この図４に示すように、それぞれの吸収比γとなる各材料において、変換光の取り出し強度Ｉが極大値を示すような最適な実効膜厚ｐが存在するため、この取り出し強度Ｉが極大値となるように実効膜厚ｐを設定することが重要である。
【００３１】
またこの図４から、吸収比γが小さい値であるほど、つまり発光光ｈｂの吸光係数ｋｂに対して変換光ｈｇ，ｈｒの自己吸収係数ｋｇ，ｋｒが小さくなるほど、変換光の取り出し強度Ｉが大きくなることが分かる。
【００３２】
以上説明した構成の表示装置１においては、光吸収特性（吸収比γ）ができるだけ小さい値となるように、色変換層５ｇ，５ｒに含有される蛍光体または燐光体を選択したことにより、色変換層５ｇ，５ｒでの発光光ｈｂの吸収に対して、変換光ｈｇ，ｈｒの自己吸収が小さく抑えられる。このため、各色変換層５ｇ，５ｒで効率良く吸収して変換した変換光ｈｇ，ｈｒを、当該色変換層５ｇ，５ｒから高い取り出し効率を保って取り出すことが可能になる。この結果、発光素子３と色変換層５ｇ，５ｒとを組み合わせた表示装置において、高精細なカラー表示を行うことが可能になる。
【００３３】
図５は、上述した表示装置１においての変換光の取り出しを説明する図である。尚ここでは、各色変換層を色変換層５ｇで代表し、さらに各色変換層５ｇでの変換光を変換光ｈｇで代表して説明する。また、励起光となる青色の発光光ｈｂ、および変換光ｈｇともに、ピーク波長λｂ、λｇの単一波長として考える。
【００３４】
この図に示すように、発光素子３で発生した発光光ｈｂは、色変換層５ｇの膜表面に対して垂直に入射し、色変換層５ｇ内において変換光ｈｇに変換されて後、色変換層５ｇ内を通過して外部に出てゆく。
【００３５】
この際、変換光５ｇ内においての発光光ｈｂの吸収量、および変換光ｈｇの吸収量は、ともに、下記式（２）に示す実効膜厚ｐに依存する。
【数２】
2008041300.tif 000004
【００３６】
ここで、色変換層５ｇにおける発光光ｈｂの入射面からの距離ｔとした場合、この距離ｔにおいての発光光ｈｂの強度Ｉｂｔは、下記式（３）のようになる。
【数３】
2008041300.tif 000005
【００３７】
そして、距離ｔ〜ｔ＋ｄｔにおいての変換光ｈｇの強度Ｉg(t〜t+ｄｔ)は、下記式（４）のようになる。
【数４】
2008041300.tif 000006
【００３８】
上記式（４）を、色変換層５ｇにおける発光光ｈｂの入射面の位置０〜ｘで積分し、さらに上記式（１）で表される吸収比γ＝ｋｇ／ｋｂと、上記式（２）で表される実効膜厚ｐとで置き換えると、色変換層５ｇの全層からの変換光ｈｇの取り出し強度Ｉgは、下記式（５）となる。尚、式（５）は、後方放射寄与ありの場合である。
【数５】
2008041300.tif 000007
【００３９】
また、上記式（５）を、さらに吸収比γ＝０のときで規格化した値を吸収因子とすると、吸収因子は下記式（６）となる。
【数６】
2008041300.tif 000008
【００４０】
そして、上記式（５）および式（２）から、同一の量子収率を持つ材料(蛍光体または燐光体)を用いた場合であっても、実効膜厚ｐと共に、光吸収特性（吸収比γ）に依存して変換光の取り出し強度Ｉｇが変化することが分かる。
【００４１】
さらに、色変換層を通過して外部にもれ出す発光光ｈｂのもれ強度Ｉｂは、下記式（７）のようになる。発光光ｈｂのもれ強度Ｉｂが高いと、色変換層５ｇで変換された変換光ｈｇの色純度が低下する。このため、発光光のもれ強度Ｉｂがある程度低い値に抑えられるように実効膜厚ｐを設定することも重要である。
【数７】
2008041300.tif 000009
【００４２】
尚、上述した実施形態においては、色変換層に含有される蛍光体または燐光体においてのみ、変換光の自己吸収が生じると仮定して、表示装置１の説明を行った。しかしながら、色変換層を構成する他の材料、例えば蛍光体または燐光体が分散（または溶解）されたマトリックス樹脂においても変換光の自己吸収が生じる場合には、上述した蛍光体または燐光体における変換光の自己吸収係数(自己吸収率）を、そのまま色変換層全体の自己吸収係数（自己吸収率）と置き換えることとする。
【００４３】
また、上述した実施形態においては、青色の発光光ｈｂが発生する発光素子３と、赤色変換層５ｒと緑色変換層５ｇとを組み合わせた表示装置１を例示した。しかしながら本発明の表示装置は、このような組み合わせに限定されることはなく、発光素子での発光光を、これよりも長波長に変換する色変換層を備えた構成に広く適用可能である。このような構成として、例えば青色の発光光ｈｂが発生する発光素子３と、青色の発光光ｈｂを、シアン、マゼンダ、イエローなどに変換する色変換層を備えた表示装置であっても良い。
【００４４】
さらに、発光素子３は、有機電界発光素子であることに限定されることはなく、無機電界発光素子や無機ＬＥＤであっても良い。
【実施例】
【００４５】
上記の計算を確認するために、図１を参照して以下の手順で表示装置を作製した。
【００４６】
ガラスからなる基板２に対して、酸素プラズマによる前処理を行った。その後、基板２上に発光素子３を構成する下記材料層を順次成膜した。
反射電極層１１    ：Ａｇ（５０ｎｍ）／ＩＴＯ（１１ｎｍ）、
正孔注入層１２-1  ：ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（１２０ｎｍ）、
正孔輸送層１２-2  ：αＮＰＤ（１1ｎｍ）、
発光層１２-3      ：ＤＰＶＢｉ＋５％ＢＣｚＶＢｉ（３０ｎｍ）、
電子輸送層１２-4  ：Ａｌｑ３（１０ｎｍ）
電子注入層１２-5  ：ＬｉＦ（０．３ｎｍ）、
光透過性電極１４-5：ＭｇＡｇ（１ｎｍ）／ＩＴＯ（１００ｎｍ）。
【００４７】
これらの各材料層は、真空蒸着およびスパッタ法によって成膜した。真空蒸着時は圧力１Ｅ−４Ｐａにて抵抗加熱法で製膜した。ＩＴＯは、ＤＣマグネトロンスパッタ方式で製膜し、０．３Ｐａ、１％Ｏ２／Ａｒガス、５ｓｃｃｍ、１５０Ｗの条件で行った。
【００４８】
以上のようにしてピーク波長λｂ＝４６０〜４５０ｎｍの青色の発光光ｈｂを発生する発光素子３を得た。
【００４９】
次に、保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮ)膜をプラズマＣＶＤ法によって約３μｍの膜厚で成膜した。この保護膜上に、各蛍光体（有機顔料）を分散させたエポキシ樹脂をそれぞれ塗布し、ガラスで保護した後に約１００℃で硬化させることにより各色変換層を形成した。この際、各色変換層における蛍光体の分散濃度と膜厚は、変換光の取り出し強度が最大になるように最適値に調整した。
【００５０】
尚、ここで用いた各蛍光体は、先に示した図２に示すような各量子収率、および図３に示す粉体状態での吸収率を示す材料である。
【００５１】
図６には、以上のようにして得られた各色変換層を備えた表示装置について、発光素子３で発光させたピーク波長λｂ＝４６０〜４５０ｎｍの発光光ｈｂを各色変換層で変換して取り出した変換光の取り出し強度Ｉを測定した結果を示す。尚、測定は、発光素子３を同一の電流値で駆動させた状態で行った。
【００５２】
この図６と先に示した図２とを比較すると、図２に示される量子収率が高い材料が、必ずしも図６に示す変換光の取り出し強度Ｉが高い材料とはなってはおらず、変換光の取り出し強度Ｉは、色変換層の量子収率のみに依存していないことが確認された。
【００５３】
ここで、図７には、図２に示された量子収率に対する、図６で得られた変換光の取り出し強度のピーク値を、吸収因子の測定値として吸収比γに対してプロットしたグラフを示す。この吸収因子（測定値）は、上記式（６）に対応するが、絶対値は確定できない。このため、上記式（６）に任意係数だけ掛けた値を吸収因子の計算値として図６に合わせて載せると、この吸収因子（計算値）に対して吸収因子（測定値）がほぼフィットすることが判る。
【００５４】
これからすると、吸収比ｒ＝1では、吸収因子(計算値）＝０．２５程度であり、変換光の７５％は自己吸収により損失し、残りの２５％しか取り出されないことがわかる。したがって、色変換法においては、例えば白色発光の発光素子とカラーフィルタとを組み合わせた白色法で達成される光の取り出し効率２５％以上を達成するには、吸収比ｒ＜1である蛍光体または燐光体を、用いて最適な実効膜厚（濃度と膜厚）で色変換層を形成すれば良いことがわかる。
【００５５】
そして特に、吸収比ｒ≧０．１とすることにより、吸収因子(計算値）≧０．７０とすることが可能であり、変換光の７０％以上を色変換層から外部に取り出すことが可能であることが確認された。
【００５６】
また仮に、量子収率１００％の材料を用いても、分散させるマトリックスや、付加的に添加する材料それらのトータルでの吸収スペクトルをみて、吸収比ｒが＜1以下になるようにして、色変換層を形成することが重要であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態の表示装置の断面構成図である。
【図２】各蛍光体または燐光体についての変換光の波長と量子収率を測定した値である。
【図３】各蛍光体または燐光体についての光の波長に対する吸収率を測定した値である。
【図４】発光素子での発光光を色変換層で変換した変換光の取り出し強度Ｉと、色変換層の実効膜厚ｐ＝ｎ×ｘとの関係を、色変換層の吸収比γの値毎に示した図である。
【図５】表示装置における変換光の取り出しを説明する図である。
【図６】各蛍光体または燐光体を用いた色変換層で変換して取り出した変換光の取り出し強度を測定した結果である。
【図７】量子収率に対する変換光の取り出し強度を吸収因子とし、吸収比に対してプロットした図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…表示装置、２…基板、３…発光素子、５ｇ，５ｒ…色変換層、ｈｂ…発光光、ｈｇ，ｈｒ…変換光
【図１】
2008041300.tif 000010
【図２】
2008041300.tif 000011
【図３】
2008041300.tif 000012
【図４】
2008041300.tif 000013
【図５】
2008041300.tif 000014
【図６】
2008041300.tif 000015
【図７】
2008041300.tif 000016