説明

有機エレクトロルミネッセンス表示装置

【課題】発光層を含む有機層を陽極と陰極の間に配置し、陽極と陰極の間に電圧を印加することにより有機層を発光させる有機エレクトロルミネッセンス表示装置において、色再現性を改善することができ、消費電力を低減することができる表示装置を得る。
【解決手段】赤色光を発光する第1のサブピクセルと、緑色光を発光する第2のサブピクセルと、青色光を発光する第3のサブピクセルと、第1のサブピクセルの赤色光と第2のサブピクセルの緑色光の中間色(例えば黄色)を発光する第4のサブピクセルとから1画素が構成されていることを特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置(有機EL表示装置)に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、情報機器の多様化に伴い、薄型でフルカラー表示が可能な薄型表示装置への要望が高まっている。その一つとして、高効率、薄型、軽量、低視野角依存性等の特徴を有する有機EL素子が注目されている。
【0003】
有機EL素子は、2.5〜12V程度の低電圧で100〜100000cd/m2以上の高い発光輝度が得られるという利点を有する。このため、有機EL素子のフルカラーディスプレイへの応用が期待されている。
【0004】
有機EL素子を用いた表示装置のフルカラー化技術としては、白色発光の有機EL素子を光源(バックライト)として、3原色である赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーフィルタを介して発光するフィルタ方式、青色の有機EL素子を光源として色変換層(CCM)を用いる方式、及び3原色の有機EL素子を基板上に並列に配置する3色独立発光方式が提案されている。
【0005】
上記の3色独立発光方式では、色ごとに材料、素子構造などを最適化することができ、光の利用効率が悪いフィルタ方式などに比べ消費電力及び色再現性の面で利点を備えている。また、消費電力を低減させる方法としては、フィルタ方式において、光の利用効率が良い白色光を利用する、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)の4色を駆動する有機EL表示装置が提案されている(特許文献1など)。
【特許文献1】特開2004−311440号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記3色独立発光方式においては、各色の色再現性を向上させると、発光効率が低下する傾向があり、装置全体の消費電力が増大するという問題がある。
【0007】
このような問題は、発光材料そのものの問題もあるが、人間の視感度に依存している部分が強く、根本的に改善することは困難である。
【0008】
人間の視覚は、色ごとに視感度が異なることが知られており、これを波長ごとにプロットしたものが標準比視感度であり、標準比視感度では、図9に示すように、555nmの波長の光がもっとも視感度が良くなり、555nmよりも短波長及び長波長の波長の光になると、視感度は単調に悪くなる。
【0009】
赤色光は通常、580nmから700nm程度にピーク波長を有するような発光層から得られる。色度の良い赤色光を得る場合には、長波長側にピーク波長を有するような発光材料が必要となる。しかしながら、このような場合、視感度の悪い長波長領域の光を利用するため発光効率は低下する傾向にある。
【0010】
青色光は通常、400nmから500nm程度にピーク波長を有するような発光層から得られる。色度の良い青色光を得る場合には、より短波長側にピーク波長を有するような発光材料が必要となる。しかしながら、このような場合においても視感度の悪い短波長領域の光を利用するため発光効率が低下する傾向にある。
【0011】
緑色光は通常、480nmから560nm程度にピーク波長を有するような発光層から得られる。比較的視感度の良い波長領域を利用するため、赤色光や青色光に比べ発光効率は良くなるが、視感度の最も良い555nmの単波長光は実際には黄緑色に近い色を呈するため、ディスプレイなどに要求される緑色光を発光させる場合には、通常、より短波長側にピーク波長を有するような発光材料が用いられる。このような場合、当然視感度の悪い波長領域の光を利用することになり、発光効率は低下する傾向にある。
【0012】
このような現象は、特に高分子材料を用いた有機EL表示装置において、より顕著に現れる。これは、多くの高分子材料が化学構造的な理由等により、低分子材料などに比べ、ピーク波長よりも長波長の成分が短波長の成分よりも多いようなブロードな発光スペクトルを示す傾向があるためと考えられる。
【0013】
このようなスペクトル形状では、同じ発光ピーク波長でも、ナローな発光スペクトルを示すものに比べ、より長波長の色を呈するようになり、例えば555nm付近にピーク波長を有するような高分子材料では、黄緑色よりもより黄色に近い色を呈するようになる。同様の理由により、高分子材料では、色度の良い緑色光を得ようとすると、より短波長側にピーク波長を有する必要があり、その場合、さらに視感度の悪い波長領域の光を利用することになり、より発光効率が低下する傾向にある。
【0014】
実際に高分子材料を用いた有機EL素子では、相対的に色度も発光効率も優れた緑色材料はほとんどない。
【0015】
本発明の目的は、上記の従来の問題点を解消し、良好な色再現性を維持したまま消費電力を低減することができる有機EL表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の有機EL表示装置は、発光層を含む有機層を陽極と陰極の間に配置し、陽極と陰極の間に電圧を印加することにより有機層を発光させる有機EL表示装置であり、赤色光を発光する第1のサブピクセルと、緑色光を発行する第2のサブピクセルと、青色光を発光する第3のサブピクセルと、第1のサブピクセルの赤色光と第2のサブピクセルの緑色光の中間色を発光する第4のサブピクセルとから1画素が構成されていることを特徴としている。
【0017】
本発明に従い、第1のサブピクセルの赤色光と第2のサブピクセルの緑色光の中間色を発光する第4のサブピクセルを用いることにより、第4のサブピクセルが、視感度の最も良い波長領域を発光するものであるので、発光効率を高めることができ、良好な色再現性を維持したまま消費電力を低減することができる。
【0018】
発光効率の評価に用いられるcd(カンデラ)及びlm(ルーメント)の照度には、視感度が加味されている。従って、本発明に従い視感度の良い波長領域を有効に利用することにより、発光効率を高めることができる。
【0019】
本発明において、第4のサブピクセルの発光ピーク波長は、500nm〜580nmの範囲内であることが好ましい。さらに好ましくは、視感度の最も良い波長領域である540nmから560nmの範囲内に発光ピーク波長を有することが好ましい。
【0020】
本発明において、第4のサブピクセルは、第1のサブピクセルの赤色光と第2のサブピクセルの緑色光の中間色を発光する。以下、第4のサブピクセルを構成する発光層を便宜的に黄色発光層、第4のサブピクセルから発生する中間色を黄色光と呼ぶ。
【0021】
本発明において、第4のサブピクセルは、発光効率において第1のサブピクセルより優れていることが好ましい。また、第4のサブピクセルは、発光効率において第2のサブピクセルより優れていることが好ましい。第4のサブピクセルが発光する黄色光を発光する発光材料には、一般に発光効率の高いものが多く知られている。また、上述のように、第4のサブピクセルは、視感度の良好な波長領域の光を発光するので、高い発光効率が得られやすい。
【0022】
第4のサブピクセルとして、第1のサブピクセル及び/または第2のサブピクセルより発光効率が高いサブピクセルを用いることにより、表示装置全体としての発光効率を高めることができる。
【0023】
本発明において、第4のサブピクセルは、CIE色度座標において第1のサブピクセルよりx値が小さくy値が大きい光を発光することが好ましい。また、本発明において第4のサブピクセルは、CIE色度座標において第2のサブピクセルよりx値が大きくy値が小さい光を発光することが好ましい。
【0024】
図7は、上記のような第4のサブピクセルのCIE色度座標を示す図である。図7においてハッチングを付して示す第4のサブピクセルの領域は、第1のサブピクセルよりx値が小さくy値が大きく、かつ第2のサブピクセルよりx値が大きくy値が小さい領域となっている。本発明においては、CIE色度座標においてこのような領域の範囲内の色を、第4のサブピクセルが発光することが好ましい。
【0025】
従って、第2のサブピクセルの発光ピーク波長は、第4のサブピクセルよりも短波長である光を発する。CIE色度座標においては、第4のサブピクセルよりもx値が小さくy値が大きい緑色を発光することになる。
【0026】
本発明において、第1のサブピクセルの発光のピーク波長は580nm〜700nmの範囲内であることが好ましい。
【0027】
また、本発明において、第3のサブピクセルの発光ピーク波長は、400nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。
【0028】
本発明において、第1のサブピクセル〜第4のサブピクセルは、それぞれの発光色を発光する有機層(有機EL素子)を備えていることが好ましく、それぞれ独立に有機EL素子が構成されており、それぞれのサブピクセルが独立して駆動できることが好ましい。有機EL素子の発光層としては、それぞれのサブピクセルの発光色を発光する発光層であっても良いし、有機EL素子の発光層の発光色をカラーフィルタや色変換層(CCM)により変換して発光するものであっても良い。
【0029】
特に、第2のサブピクセルに関しては、第4のサブピクセルと実質的に同一の発光色を示す有機層(有機EL素子)を備え、長波長域の成分の光を減衰させるカラーフィルタを配置し、このカラーフィルタを透過させることにより、緑色光に変えて発光させることができる。第4のサブピクセルの黄色光を発光する有機EL素子は高い発光効率を示すものであるので、第2のサブピクセルにおいてもこの第4のサブピクセルの有機EL素子と同じものを用い、発光効率を高めることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、視感度の良い波長領域にピーク波長を有する、発光効率の良い第4のサブピクセルを用いているので、良好な色再現性を維持しながら有機EL表示装置全体の消費電力を低減させることができ、有機EL表示装置全体の寿命特性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0032】
図1は、本発明に従う一実施形態の有機EL表示装置を示す概略断面図である。
【0033】
図1に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明な基板1の上に、例えば酸化シリコン(SiO2)からなる層と窒化シリコン(SiNx)からなる層の積層膜11が形成されている。
【0034】
積層膜11の上には、TFT(薄膜トランジスタ)20が設けられており、TFTは、多結晶シリコン層12、ソース電極13s、ドレイン電極13d、ゲート酸化膜14及びゲート電極15から構成されている。
【0035】
多結晶シリコン層12の上には、ドレイン電極13d及びソース電極13sが設けられており、TFT20のドレイン電極13dは、ホール注入電極2に接続され、TFT20のソース電極13sは、図示されない電源線に接続されている。
【0036】
ゲート電極15を覆うようにゲート酸化膜14上に、例えば酸化シリコン(SiO2)及び窒化シリコン(SiNx)からなる第1の層間絶縁膜16が形成されている。ドレイン電極13d及びソース電極13sを覆うように、第1の層間絶縁膜16の上に例えば酸化シリコン(SiO2)及び窒化シリコン(SiNx)からなる第2の層間絶縁膜17が形成されている。
【0037】
第2の層間絶縁膜17の上には、例えばアクリル樹脂等からなる平坦化層18が形成され、平坦化層18の上に、透明なホール注入電極2が画素ごとに形成されている。また、各画素の領域を規定する、例えばポリイミドからなる隔壁19がホール注入電極2を覆うように形成されている。ホール注入電極2は、例えばインジウムスズ酸化物(ITO)等の透明導電膜から形成されている。
【0038】
ホール注入電極2及び隔壁19の上には、ホール注入層3が形成されており、ホール注入層3の上には、各画素の発光色に対応して赤色発光層41、緑色発光層42、青色発光層43、及び黄色発光層44が形成されている。ホール注入層3及び発光層41〜44は、インクジェット法などの方法により順次積層して形成されている。
【0039】
赤色発光層41が形成されている領域が、本発明の第1のサブピクセルの領域に対応しており、緑色発光層42が形成されている領域が、本発明の第2のサブピクセルの領域に対応しており、青色発光層43が形成されている領域が、本発明の第3のサブピクセルの領域に対応しており、黄色発光層44が形成されている領域が、本発明の第4のサブピクセルの領域に対応している。
【0040】
本実施例では、一般的な高分子材料を利用した2層型(ホール注入層/発光層)の有機EL素子を示しているが、有機発光層としては単層型(発光層)、2層型(ホール注入層/発光層)、3層型(ホール注入層/ホール輸送層/発光層)、4層型(ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層)、5層型(ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層)のいずれの構成にしてもよい。また、有機層を構成する材料としては、高分子材料、低分子材料のいずれであってもよく、また高分子材料と低分子材料を組み合わせて用いてもよい。
【0041】
赤色発光層41、緑色発光層42、青色発光層43、黄色発光層44及び隔壁19を覆うように、電子輸送層5としてカルシウムを蒸着し、その上に電子注入電極6としてアルミニウムを蒸着している。
【0042】
赤色発光層41に用いることができる高分子系発光材料としては、以下に示す構造を示すMEH−PPV及びPF−BT−BTT2−TPDなどが挙げられる。
【0043】
【化1】

【0044】
【化2】

【0045】
緑色発光層42に用いることができる高分子系発光材料としては、以下に示す構造を有するF8BT+PFO及びPF−DSB−TPDなどが挙げられる。
【0046】
【化3】

【0047】
【化4】

【0048】
青色発光層43に用いることができる高分子系発光材料としては、以下に示す構造を有するPFO及びPF−TPDなどが挙げられる。
【0049】
【化5】

【0050】
【化6】

【0051】
黄色発光層44に用いることができる高分子系発光材料としては、以下に示す構造を有するPF8−BT−TPD及びYellow−PPVなどが挙げられる。
【0052】
【化7】

【0053】
【化8】

【0054】
ホール注入層3に用いることができる高分子材料としては、以下に示す構造を有するPEDOT−PSS及びPAniなどが挙げられる。
【0055】
【化9】

【0056】
【化10】

【0057】
ホール輸送層に用いることができる高分子材料としては、以下に示す構造を有するPF8−TPA及びPF8−TPDなどが挙げられる。
【0058】
【化11】

【0059】
【化12】

【0060】
図2は、本発明に従う他の実施形態の表示装置を示す概略断面図である。図2に示す有機EL表示装置は、緑色を発光する第2のサブピクセルの領域において、黄色を発光する第4のサブピクセルと同様の黄色発光層44が用いられている。黄色発光層44の下方の光取り出し側において、第2の層間絶縁膜17の上に、緑色カラーフィルタ層CFが設けられている。黄色発光層44から出射された黄色の光は、この緑色カラーフィルタ層CFを通過することにより、緑色光として出射される。図2に示す有機EL表示装置におけるその他の構成は、基本的に図1に示す有機EL表示装置と同様である。
【0061】
本実施例では、第2のサブピクセルに、高い発光効率が得ることができる第4のサブピクセルの有機EL素子(有機層)を用いているので、有機EL表示装置全体として発光効率を高めることができる。
【0062】
図3は、第1のサブピクセル(R)、第2のサブピクセル(G)、第3のサブピクセル(B)、及び第4のサブピクセル(Y)の配置の一例を示す平面図である。図3に示す配置状態においては、第1のサブピクセルから第4のサブピクセルが並列に配置されている。各サブピクセルの開口率はそれぞれ20%程度である。
【0063】
図1及び図2に示す実施形態においては、図3に示すサブピクセルの配置状態を採用しているが、サブピクセルの配置及び開口率は、素子の性能などを考慮して適宜変更することができる。サブピクセルを4種類用いた場合、各サブピクセルの開口率は、3色のサブピクセルを用いた場合に比べ、およそ4分の3程度になる。従って、単色光を得る場合には、各色の必要輝度は単純に考えると、およそ3分の4倍程度になる。有機EL素子では、一般的に赤色光や青色光の寿命が、緑色光の寿命に比べ悪いことが知られており、青色光や赤色光の開口率を大きくすることなどが一般に検討される。
【0064】
図4は、青色光及び赤色光の開口率を大きくした場合の各サブピクセルの配置例を示している。この場合、サブピクセルごとの開口率は、赤色光及び青色光が30%、緑色光及び黄色光が15%程度となっている。赤色光及び青色光の開口率は3色の場合と同程度となるため、同等の寿命が得られる。一方、緑色光及び黄色光は、3色の場合と比べ単純に2分の1程度の開口率となるため、緑色の単色を点灯させる場合の輝度は約2倍となるが、従来から緑色光及び黄色光は視感度が良いため、赤色光や青色光に比べ寿命が良いことが知られている。また、実際のディスプレイなどでは、3色の場合には緑色光を利用しなくてはならなかった部分の色も、より効率及び寿命が良好な黄色光を利用することができるため、有機EL表示装置全体の効率及び寿命としてはほとんど問題にならない。
【0065】
本発明の有機EL表示装置において、各サブピクセルの配置は図3及び図4に示すものに限定されるものではなく、例えば、図5及び図6に示すような配置状態としても良い。
【0066】
また、上記実施形態に示した有機EL表示装置においては、有機EL素子の発光層からの発光を基板側から取り出すボトムエミッション型の有機EL表示装置を示しているが、本発明の有機EL表示装置は、基板と反対側から光を取り出すトップエミッション型の有機EL表示装置にも適用することができるものである。
【0067】
〔有機EL表示装置の評価〕
図1に示す有機EL表示装置について、その特性を評価した。比較例としては、図1に示す有機EL表示装置において、第4のサブピクセルがなく、第1のサブピクセルから第3のサブピクセルが並列に配置され、各サブピクセルの開口率が30%程度のものを用いた。
【0068】
消費電力の比較は、本実施形態の有機EL表示装置と比較例の有機EL表示装置において、標準的な白色光である、CIE色度座標におけるx値が0.31、y値が0.33である白色光を同一強度で点灯させた場合のパネル部の消費電力を比較した。
【0069】
本実施形態における有機EL表示装置を用いて第1のサブピクセルより赤色光を得た場合、赤色光の色度は、CIE色度座標(0.69,0.31)となり、発光効率は100cd/m2点灯時で、2.31lm/Wであった。
【0070】
本実施形態における有機EL表示装置を用いて第2のサブピクセルより緑色光を得た場合、緑色光の色度は、CIE色度座標(0.39,0.59)となり、発光効率は100cd/m2点灯時で、13.8lm/Wであった。
【0071】
本実施形態における有機EL表示装置を用いて第3のサブピクセルより青色光を得た場合、青色光の色度は、CIE色度座標(0.16,0.14)となり、発光効率は100cd/m2点灯時で、2.5lm/Wとなった。
【0072】
本実施形態における有機EL表示装置を用いて第4のサブピクセルより黄色光を得た場合、黄色光の色度は、CIE色度座標(0.49,0.50)となり、発光効率は100cd/m2点灯時で、18.0lm/Wであった。
【0073】
図8は、上記各サブピクセルにおける発光色の色度の位置を示すCIE色度図である。
【0074】
上記のように、第4のサブピクセルより得られる黄色光は、第1のサブピクセルより得られる赤色光及び第2のサブピクセルより得られる緑色光より高い発光効率を示している。
【0075】
比較例の有機EL表示装置における各サブピクセルの発光効率は、上記本発明に従う実施形態のものと同様の構成を有するものであるので、その色度及び発光効率は、上記実施形態のものと同一である。上記本発明に従う実施形態の有機EL表示装置と比較例の有機EL表示装置において、標準的な白色光である、CIE色度座標におけるx値が0.31、y値が0.33である白色光を、同一の強度で点灯させた場合のパネル部の消費電力は、本発明に従う実施形態の有機EL表示装置においては、比較例のものと比べ、約70%であることがわかった。
【0076】
以上の結果からも明らかなように、本発明に従い、第4のサブピクセルを用いることにより、有機EL表示装置全体の発光効率を高めることができるとともに、消費電力を低減することができ、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明に従う一実施形態の有機EL表示装置を示す概略断面図。
【図2】本発明に従う他の実施形態の有機EL表示装置を示す概略断面図。
【図3】本発明における第1のサブピクセル〜第4のサブピクセルの配置状態の一例を示す平面図。
【図4】本発明における第1のサブピクセル〜第4のサブピクセルの配置状態の他の例を示す平面図。
【図5】本発明における第1のサブピクセル〜第4のサブピクセルの配置状態のさらに他の例を示す平面図。
【図6】本発明における第1のサブピクセル〜第4のサブピクセルの配置状態のさらに他の例を示す平面図。
【図7】本発明における第4のサブピクセルの発光色の好ましい領域を示すCIE色度図。
【図8】本発明に従う一実施形態の有機EL表示装置における各サブピクセルの発光色の色度を示すCIE色度図。
【図9】波長と視感度の関係を示す図。
【符号の説明】
【0078】
1…基板
2…ホール注入電極
3…ホール注入層
5…電子輸送層
6…電子注入電極
11…積層膜
12…多結晶シリコン層
13s…ソース電極
13d…ドレイン電極
14…ゲート酸化膜
15…ゲート電極
16…第1の層間絶縁膜
17…第2の層間絶縁膜
18…平坦化層
19…隔壁
20…薄膜トランジスタ(TFT)
41…赤色発光層
42…緑色発光層
43…青色発光層
44…黄色発光層
CF…緑色カラーフィルタ層


【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光層を含む有機層を陽極と陰極の間に配置し、前記陽極と前記陰極の間に電圧を印加することにより前記有機層を発光させる有機エレクトロルミネッセンス表示装置であって、
赤色光を発光する第1のサブピクセルと、
緑色光を発光する第2のサブピクセルと、
青色光を発光する第3のサブピクセルと、
前記第1のサブピクセルの赤色光と前記第2のサブピクセルの緑色光の中間色を発光する第4のサブピクセルとから1画素が構成されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項2】
前記第4のサブピクセルが、発光効率において前記第1のサブピクセルより優れていることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項3】
前記第4のサブピクセルが、発光効率において前記第2のサブピクセルより優れていることを特徴とする請求項1または2に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項4】
前記第4のサブピクセルが、CIE色度座標において前記第1のサブピクセルよりx値が小さくy値が大きい光を発光することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項5】
前記第4のサブピクセルが、CIE色度座標において前記第2のサブピクセルよりx値が大きくy値が小さい光を発光することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項6】
前記第4のサブピクセルの発光ピーク波長が、500nm〜580nmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項7】
前記第2のサブピクセルが、前記第4のサブピクセルと実質的に同一の発光色を示す前記有機層を備えており、長波長域の成分の光を減衰させるカラーフィルターを透過させて、前記有機層からの発光を緑色光に変えて発光させていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス表示装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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