JP2009099400A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射状態とシースルー状態とにスイッチング可能な表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 有機ＥＬ表示素子を備えた表示パネル１と、
表示パネルの光出射面とは反対側の外面に配置され、反射状態またはシースルー状態にスイッチングされる調光ユニット５００と、
を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、表示装置に係り、特に、自発光性の表示素子を備えた構成の表示装置に関する。

近年、平面表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置が注目されている。この有機ＥＬ表示装置は、自発光性の表示素子を備えて構成されていることから、視野角が広く、バックライトを必要とせず薄型化が可能であり、消費電力が抑えられ、且つ応答速度が速いといった特徴を有している。

これらの特徴から、有機ＥＬ表示装置は、液晶表示装置に代わる、次世代平面表示装置の有力候補として注目を集めている。このような有機ＥＬ表示装置は、窓等に貼り付けて使用するシースルーディスプレイや、壁等に貼り付けて使用する大面積のポスター型ディスプレイとしての応用が期待されている。

有機ＥＬ表示装置のシースルー化を実現する技術の一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、透明基板と陽極電極と有機物層と陰極電極とを有する有機ＥＬ素子であって、陽極電極及び陰極電極が、金属薄膜と高屈折率薄膜とを積層してなる透明電極であるという構成をとっている。このように、陽極電極・陰極電極双方を、金属薄膜と高屈折率薄膜とを積層して構成することにより、双方の電極の膜厚が薄くなるため透明性に優れ、両面から発光を取り出すことを可能としている。
特開２００２−３３４７９２号公報

この発明の目的は、反射状態とシースルー状態とにスイッチング可能な表示装置を提供することにある。

この発明の態様による表示装置は、
有機ＥＬ表示素子を備えた表示パネルと、
前記表示パネルの光出射面とは反対側の外面に配置され、反射状態またはシースルー状態にスイッチングされる調光ユニットと、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、反射状態とシースルー状態とにスイッチング可能な表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表示装置として、自己発光型表示装置、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例にして説明する。

有機ＥＬ表示装置は、図１に示すような表示パネル１を備えている。この表示パネル１は、画像を表示する略矩形状の表示エリア１０２を有している。カラー表示タイプの有機ＥＬ表示装置においては、表示エリア１０２は、マトリクス状に配置された複数種類の色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。

この実施の形態においては、表示パネル１は、アレイ基板１００（第１基板）と、アレイ基板１００の主面側に対向して配置された封止基板（第２基板）２００を備えている。封止基板２００は、少なくとも表示エリア１０２を密封するようにシール材３００を介してアレイ基板１００に貼り合せられている。シール材３００は、感光性樹脂（例えば紫外線硬化型樹脂）であっても良いし、フリットであっても良い。

表示パネル１は、表示素子４０を備えている。この表示素子４０は、自発光性の表示素子である有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。すなわち、赤色画素ＰＸＲは、主に赤色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｒを備えている。緑色画素ＰＸＧは、主に緑色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｇを備えている。青色画素ＰＸＢは、主に青色波長に対応した光を放射する有機ＥＬ素子４０Ｂを備えている。

各種有機ＥＬ素子４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の構成は、基本的に同一である。すなわち、図２に示すように、アレイ基板１００は、配線基板１２０の主面側に配置された有機ＥＬ素子４０を備えている。なお、配線基板１２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどの絶縁性の支持基板上に、スイッチや駆動トランジスタなどの画素回路、各種配線（走査線、信号線、電源供給線等）などを備えて構成されたものとする。

有機ＥＬ素子４０は、配線基板１２０上に配置された第１電極６０と、第１電極６０に対向して配置され（すなわち第１電極６０よりも封止基板２００側に配置され）複数の色画素ＰＸに共通の第２電極６４と、これらの第１電極６０と第２電極６４との間に配置された有機活性層６２と、によって構成されている。

より具体的な有機ＥＬ素子４０の構成例について説明すると、第１電極６０は、配線基板１２０上において色画素ＰＸ毎に独立島状に配置されている。この第１電極６０は、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射性を有する導電材料を用いて電極としての機能と反射層としての機能とを兼ね備えた単層として形成しても良いし、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの光透過性を有する導電材料を用いて透過層単層として形成しても良いし、さらには、反射層と透過層とを積層した２層構造としても良い。

有機活性層６２は、第１電極６０上に配置され、少なくとも発光層６２Ａを含んでいる。この有機活性層６２は、発光層６２Ａ以外の機能層を含むことができ、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、ブロッキング層、電子輸送層、バッファ層などの機能層を含むことができる。この有機活性層６２は、複数の機能層を複合した単層で構成されても良いし、各機能層を積層した多層構造であっても良い。有機活性層６２においては、発光層６２Ａが有機系材料であればよく、発光層６２Ａ以外の層は無機系材料でも有機系材料でも構わない。

有機活性層６２において、発光層６２Ａ以外の機能層は共通層であってもよく、図２に示した例では、発光層６２Ａの第１電極６０側及び第２電極６４側にそれぞれ共通層が配置されている。一方の共通層６２Ｈは、ホール注入層、ホール輸送層などを含み、また、他方の共通層６２Ｅは、電子注入層、電子輸送層などを含んでいる。発光層６２Ａは、赤、緑、または青に発光する発光機能を有した有機化合物によって形成される。

第２電極６４は、各色画素ＰＸの有機活性層６２の上に配置されている。この第２電極６４は、銀（Ａｇ）とマグネシウム（Ｍｇ）との混合物などからなる半透過層単層として形成しても良いし、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料を用いて透過層単層として形成しても良いし、さらには、半透過層と透過層とを積層した２層構造としても良い。

また、アレイ基板１００は、表示エリア１０２において、少なくとも隣接する色画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間を分離する隔壁７０を備えている。隔壁７０は、例えば各第１電極６０の縁に沿って格子状またはストライプ状に配置されている。この隔壁７０は、例えば樹脂材料をパターニングすることによって形成される。

この実施の形態に係る表示パネル１は、上述したような構成により、主に封止基板２００側を光出射面とする。すなわち、図３に示すように、アレイ基板１００は、封止基板２００と対向する面に複数の有機ＥＬ素子からなる発光部５０を備えている。発光部５０を構成する各有機ＥＬ素子は、発生したＥＬ光が第２電極側から封止基板２００を介して外部に出射するトップエミッションタイプとして構成されている。

ところで、この実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置は、表示パネル１の光出射面とは反対側の外面、つまり、アレイ基板１００の外面に配置された調光ユニット５００を備えている。この調光ユニット５００は、反射状態またはシースルー状態にスイッチング可能に構成されている。すなわち、反射状態が選択された場合には、調光ユニット５００は鏡面となり、観察者側からは鏡面を背景として表示パネル１に表示された画像を目視可能となる。また、シースルー状態が選択された場合には、調光ユニット５００は透明となり、観察者側からは表示パネル１に表示された画像を目視可能とするとともに表示パネル１の背景も目視可能となる。

この調光ユニット５００についてより詳細に説明する。

すなわち、調光ユニット５００は、基板上に配置された調光層５１０を備えている。この実施の形態においては、調光層５１０は、表示パネル１を構成するアレイ基板１００の外面に配置されている。この調光層５１０は、水素化によって透明状態となるクロミック特性を有するとともに、脱水素化によって鏡面状態となるクロミック特性を有するように構成されている。つまり、調光ユニット５００は、調光層５１０を水素化または脱水素化することにより、シースルー状態と反射状態とをスイッチング可能とするものである。

このような調光層５１０は、例えばマグネシウムを含む薄膜であり、この実施の形態ではマグネシウム・チタン合金によって形成されている。調光層５１０としては、マグネシウム・ニッケル合金薄膜も適用可能である。この実施の形態で適用したマグネシウム・チタン合金薄膜は、シースルー状態となったときに色づきが少なく、また、高い透明性が得られるので好適である。

この実施の形態では、調光層５１０の水素化または脱水素化を行うためにガスクロミック手法を適用しているが、エレクトロクロミック手法や、サーモクロミック手法など他の手法を適用してもよい。

すなわち、調光ユニット５００は、調光層５１０との間にギャップを形成するようにアレイ基板１００に対向配置された背面基板（第３基板）５２０を備えている。この背面基板５２０は、ガラス基板やプラスチックシートなどを用いて形成されている。また、この背面基板５２０は、自身が光透過性を有し、調光ユニット５００がシースルー状態となったときに調光ユニット５００の背景が目視可能となるように構成しても良いし。自身が絵柄を有していたり、他の表示パネルを構成する基板であったりしても良い。

このような背面基板５２０は、表示パネル１とともに支持体５３０によって支持されている。この支持体５３０は、アレイ基板１００と背面基板５２０との間に所定のギャップを持った気密空間５３１を形成し、この気密空間５３１の内部に調光層５１０を密閉している。

支持体５３０には、導入口５３０Ａ及び排気口５３０Ｂが形成されている。導入口５３０Ａには、雰囲気制御ユニット５４０が接続されている。すなわち、雰囲気制御ユニット５４０は、酸素（Ｏ_２）を含まず水素（Ｈ_２）を含むガスが充填された第１ガス供給源５４１、及び、水素（Ｈ_２）を含まず酸素（Ｏ_２）を含むガスが充填された第２ガス供給源５４２を備え、さらに、これらの第１ガス供給源５４１及び第２ガス供給源５４２と導入口５３０Ａとが供給路を介して接続されている。

このような構成により、支持体５３０の気密空間５３１に所定のガスを導入可能となる。つまり、調光層５１０は、気密空間内において、水素を含むガスまたは酸素を含むガスの雰囲気に晒され、水素化または脱水素化を行うことが可能となる。

なお、調光層５１０の表面には、触媒層としてパラジウムを含む薄膜が成膜されることが望ましい。このようなパラジウムなどの触媒層が成膜された調光層５１０は、ガスクロミック現象と、温度によって透過率が変化するサーモクロミック現象の双方を併せ持つことが知られている。このため、調光層５１０は、一旦、水素化によって透明状態となった後に、酸素を含むガスに晒さなくても、高温環境下においては次第に透過率が低下し、鏡面状態に変化する。どのような温度で鏡面状態に戻るようにするかは、触媒層の厚さを変えることによって制御可能である。

次に、より具体的な実施例について説明する。

まず、表示パネル１を製作する。すなわち、配線基板１２０上に第１電極６０を形成する。ここでは、例えば、導電材料の成膜及びパターニングにより、アルミニウムからなる反射層及びＩＴＯからなる透過層を積層した２層構造の第１電極６０を画素毎に形成する。

その後、第１電極６０上に有機活性層６２を形成する。すなわち、第１電極６０上にホール注入層としてアモルファスカーボン、及び、ホール輸送層としてαＮＰＤを蒸着法により形成する。そして、赤色画素、緑色画素、及び、青色画素について、ファインマスクを用いて、Ｒｅｄ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ３、ドーパント：ＤＣＭ）、Ｇｒｅｅｎ発光層材料（ホスト：Ａｌｑ、ドーパント：クマリン）、Ｂｌｕｅ発光層材料（ホスト：ＢＨ１２０、ドーパント：ＢＤ−１０２）をそれぞれ蒸着し、それぞれの発光層６２Ａを形成する。そして、これらの各発光層６２Ａ上に、電子輸送層（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）及び電子注入層を形成する。

続いて、マグネシウム及び銀を蒸着する。これにより、有機活性層６２の上に、マグネシウム及び銀が混合して存在する半透過層が形成される。そして、ＩＴＯを蒸着し、透過層を形成する。これにより、第２電極６４が形成される。このような工程を経て、トップエミッションタイプの有機ＥＬ素子４０を備えた表示パネル１を作成した。

続いて、表示パネル１を構成するアレイ基板１００の背面側への調光層５１０の成膜を、マグネトロンスパッタ装置により行った。このとき、ターゲットとして、それぞれ金属マグネシウムと、金属チタンとをセットし、同時にスパッタして膜厚が約５０ｎｍのマグネシウム・チタン合金薄膜を蒸着し、真空中でごく薄く触媒層として約５ｎｍの膜厚のパラジウムをスパッタして、調光層５１０を得た。このようにして得た調光層５１０は、大気下では、銀色の鏡面状態であった。

続いて、このような調光層５１０を備えた表示パネル１を、調光ユニット５００の支持体５３０にセットした。このとき、表示パネル１と背面基板５２０との間隔は、５ｍｍに設定した。

このようにして製作した表示装置によれば、表示パネル１における画面表示にかかわらず、シースルー状態が選択された場合に、雰囲気制御ユニット５４０により第１ガス供給源５４１から水素（約１％）を含んだガスを支持体５３０の気密空間５３１に導入する。これにより、調光層５１０は、水素を含んだ雰囲気に晒され、水素化により透明状態となる。このため、調光ユニット５００は、シースルー状態となる。

また、反射状態が選択された場合には、雰囲気制御ユニット５４０により第２ガス供給源５４２から酸素（約２０％）を含んだガスを支持体５３０の気密空間５３１に導入する。これにより、調光層５１０は、酸素を含んだ雰囲気に晒され、脱水素化により鏡面状態となる。このため、調光ユニット５００は、反射状態となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、水素化と脱水素化とで透明状態と鏡面状態とに切り替わる調光層を備えた調光ユニットを表示パネル１の背面に配置したことにより、シースルー状態と反射状態とをスイッチングが可能なデザイン性に優れた表示装置を提供することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置を構成する表示パネルを概略的に示す図である。 図２は、図１に示した表示パネルにおける有機ＥＬ素子の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、この発明の一実施の形態に係る調光ユニットを備えた有機ＥＬ表示装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…色画素
１…表示パネル
４０…有機ＥＬ素子 ５０…発光部
６０…第１電極 ６２…有機活性層 ６２Ａ…発光層 ６４…第２電極
７０…隔壁
１００…アレイ基板 ２００…封止基板 ３００…シール材
５００…調光ユニット ５１０…調光層 ５２０…背面基板 ５３０…支持体
５４０…雰囲気制御ユニット
５４１…第１ガス供給源（Ｈ_２） ５４２…第２ガス供給源（Ｏ_２）

Claims (5)

1. 有機ＥＬ表示素子を備えた表示パネルと、
   前記表示パネルの光出射面とは反対側の外面に配置され、反射状態またはシースルー状態にスイッチングされる調光ユニットと、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記表示パネルは、前記有機ＥＬ素子を備えた第１基板と、前記第１基板に対向配置されシール材によって貼り合わせられた第２基板と、を備え、
   前記調光ユニットは、前記第１基板の外面に配置された調光層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記調光層は、マグネシウム・チタン合金によって形成されたことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記調光ユニットは、前記調光層との間にギャップを形成するように前記第１基板に対向配置された第３基板と、
   シースルーが選択された場合に前記ギャップに水素を含むガスを導入し、また、反射状態が選択された場合に前記ギャップに酸素を含むガスを導入する雰囲気制御ユニットと、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記調光層の表面に触媒層としてパラジウムを含む薄膜を備えたことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。

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