(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側から順に、第一電極と、発光層と、第二電極と、保護層と、下引き層と、を含む発光素子が基板上に複数配置された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの光出射側に、前記複数の発光素子に対応して配置され、半球面を含む形状を有する複数のレンズを含むレンズアレイと、
を備える表示装置であって、
前記保護層と前記下引き層との間に、前記複数のレンズのそれぞれに対応する複数の開口を有する光吸収層が配置されており、
前記複数の開口のそれぞれの端部は、前記基板の法線方向から前記複数のレンズの斜面角が最大の領域を通って入射する光が前記光吸収層で遮られ、且つ、前記発光素子の発光領域の端部で発せられ前記レンズの端部を通って外部に出射する光が前記光吸収層で遮られないように配置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記下引き層は、前記発光素子が配置された領域全体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記レンズは、その中央部と端部で曲率の異なる形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイの上に、円偏光部材を備え、該円偏光部材は、前記レンズアレイ側から順に、位相差部材、直線偏光部材を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
映像情報を記録するメモリと、前記映像情報を信号処理して映像信号を生成する映像信号処理回路と、前記映像信号を受けて映像を表示する表示装置と、前記映像信号処理回路および前記表示装置を制御するＣＰＵと、を備える映像情報処理装置であって、前記表示装置が請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置であることを特徴とする映像情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、特に有機ＥＬ素子を用いた表示装置、およびそれを用いた映像情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子を用いた表示装置（以下、有機ＥＬ表示装置）は、図１３に示したように、駆動回路を設けた基板１の上に、有機ＥＬ素子を複数配置し、その表面を保護層６で覆う構成が一般的である。有機ＥＬ素子とは、第一電極２と第二電極５と、これらの電極に挟まれた発光層を含む有機化合物層４からなる構造を指しており、各有機ＥＬ素子の発光領域は隔壁層３で区画されている。又、有機ＥＬ素子は保護層６で覆われ、外部空間に含まれる水分や酸素等による劣化から保護されている。
【０００３】
図１３の表示装置には、有機ＥＬ素子から様々な角度に発せされる光（発光光）が、主に保護層６と外部空間との境界で全反射され、発光光の半分以上を有機ＥＬ表示装置の外部に取り出せないという課題がある。また、外部からの光（外光）を受ける環境では、表示装置内に入射した外光は、駆動回路の配線や反射性の第一電極を構成する金属層や積層膜の界面により反射され、外部へと出射される。そのため、観察者には、表示装置内で反射された外光と外部に出射される発光光との両方が観察され、視認性（コントラスト、視野角特性など）が低下して見えるという課題もある。
【０００４】
これらの課題を解決する方法として、
特許文献１には、有機ＥＬ表示装置の表面に複数のレンズからなるレンズアレイを配置し、レンズの表面に反射防止層を設けると共に、レンズの光出射側に基板と平行に偏光板を配置する構成が開示されている。この構成によれば、レンズアレイにより表示装置と外部空間との境界で生じる全反射を低減して光取り出し効率を高めると共に、反射防止層および偏光板により外光の反射を低減することができる。
【０００５】
特許文献２には、有機ＥＬ素子に対応してレンズを搭載した有機ＥＬ装置において、有機ＥＬ素子に対応して位置する複数の開口を有するブラックマスクを、パッシベーション層とレンズシートとの間に、配設する構成が開示されている。このようなブラックマスクを備える有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ素子で発せられた光が、他の有機ＥＬ素子に対応する隣りのレンズに到達するのを防止し、基板の法線方向以外の方向における視認性を低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０５８４９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
円偏光部材（偏光板）は、外部から表示装置内に入射する外光、あるいは、表示装置内部で反射されて再び外部に出射される外光のいずれについても、円偏光部材を法線方向に通過する光の成分を消光することができる。しかし、円偏光部材を斜めに通過する光、あるいは一旦円偏光部材を斜めに通過した光の成分は消光することはできない。
【０００８】
表示装置は、正面、即ち基板の法線方向から観察される機会が多いため、法線方向の視認性が高いことが求められる。特許文献１の表示装置の場合、レンズでの屈折に起因して、基板に対して斜めに入射、即ち円偏光部材を斜めに通過し、表示装置内で反射されて基板の法線方向に出射される外光が生じる。このような外光は、表示装置への入射時に円偏光部材を斜めに通過した光の成分を含んでいるので、円偏光部材では十分に消光されずに表示装置の法線方向に出射され、視認性の低下を引き起こす。つまり、特許文献１のようなレンズを有する表示装置では、表示装置内で反射された外光を偏光板（円偏光部材）で抑制するだけでは十分とは言えない。
【０００９】
特許文献２のブラックマスクの配置は、レンズを介して表示装置内に入射し、表示装置内で反射されてレンズを介して基板の法線方向に出射される外光を抑制することは考慮されていない。
【００１０】
本発明は、レンズでの屈折に起因して、基板に対して斜めに入射し表示装置内で反射されて基板の法線方向に出射される外光を低減し、表示装置の正面からの観察に対して視認性の高い表示を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、本発明にかかる表示装置は、
第一電極と第二電極とそれらの間に配された発光層とを有する発光素子が基板上に複数配置された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの光出射側に前記複数の発光素子に対応して配置された複数のレンズを有するレンズアレイと、
を備える表示装置であって、
前記レンズアレイと前記第一電極との間には前記複数のレンズのそれぞれに対応する複数の開口を有する光吸収層が配置されており、
前記複数の開口のそれぞれの端部は、前記基板の法線方向から前記複数のレンズの斜面角が最大の領域を通って入射する光が前記光吸収層で遮られるように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、マイクロレンズの最も斜面角の大きな領域を通って入射する光が、レンズと第一電極との間に設けられた光吸収層によって吸収される。その結果、レンズの屈折に起因して光偏光部材で消光することのできない外光反射を低減し、視認性に優れた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る表示装置を説明するための模式図。
【図２】図１の実施形態の遮光層の効果を説明するための模式的断面図。
【図３】マイクロレンズアレイを有する表示装置にさまざまな角度で入射する外光の経路を説明するための模式図。
【図４】光吸収層の開口端部の設計法を説明するための発光素子部の模式的断面図。
【図５】円形の開口を有する光吸収層を設けた表示装置の正面輝度比および反射率を示す図。
【図６】光吸収層を設ける領域を説明するための模式図。
【図７】本発明の表示装置の製造工程を示す図。
【図８】本発明の実施形態を説明するための模式的断面図。
【図９】本発明の実施形態を説明するための模式的断面図。
【図１０】本発明の別の実施形態に係る表示装置を説明するための模式的断面図。
【図１１】本発明の更に別の実施形態に係る表示装置を説明するための模式的断面図。
【図１２】本発明の表示装置を用いた映像情報処理装置を示す図。
【図１３】従来の表示装置の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら本発明に係る表示装置について説明する。以下、有機ＥＬ表示装置の例で説明するが、本発明にかかる表示装置の発光素子は、有機ＥＬ素子には限定されず、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなどの発光素子であり得る。
【００１５】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る表示装置の表示領域の一部分を示している。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は上面図である。まず表示装置の構成を説明し、その後、光吸収層７について詳細に説明する。
【００１６】
発光素子を駆動するための駆動回路や配線等（不図示）が設けられた基板１の上に、第一電極２、発光層を含む有機化合物層４、第二電極５が順次設けられている。本発明において、有機ＥＬ素子とは、第一電極２と、第二電極５と、第一電極２および第二電極５に挟まれた有機化合物層４と、を有する構造を意味する。図１（ｂ）のＳＰＩＸは、表示装置の表示領域において、発光素子の１つに割り当てられる領域を示しており、サブピクセルと呼ばれる。
【００１７】
第一電極２は、発光素子毎に設けられている個別電極である。有機化合物層４は少なくとも発光層を含んでおり、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などの機能層を必要に応じて含んでいても良い。有機化合物層を構成する各層には、公知の材料を用いることができる。有機化合物層４の上には、複数の発光素子（発光素子アレイ）にわたって連続する第二電極５が設けられ、共通電極となっている。
【００１８】
一般に有機化合物層は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の薄い層であるため、第一電極２の端部の膜厚段差を覆うことができず、第二電極５と第一電極２とがショートして、有機ＥＬ素子が発光しなくなる恐れがある。そこで、第一電極２の端部を傾斜面で覆う隔壁層３を設けるのが好ましい。隔壁層３は、発光素子の発光領域を区画する開口を有している。ここでいう発光領域とは、実線Ｅ（隔壁層の開口端部を示す）で囲まれた領域で、本実施形態では有機化合物層４と第一電極２とが接する領域である。
【００１９】
第一電極２は発光素子毎に設けられ、第二電極５は発光素子アレイに共通する電極として設けられているが、発光素子を個々に駆動できればこの構成に限定されない。第一電極２および第二電極５には、有機化合物層へのキャリア注入性に優れた材料を選択する。さらに、第一電極２と第二電極５のうち光出射側に位置する電極は、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の薄い金属など、透過性あるいは半透過性の膜で形成される。他方の電極は、有機化合物層内で発せられ基板１側に向かう光が出射側に出射されるように、反射性の電極とするのが好ましい。反射性の電極として、反射率の高いＡｇやＡｌなどの金属からなる単層や、金属層とＩＴＯやインジウム亜鉛酸化物などの透明導電層との積層体を適用することができる。ここでは、可視光に対して８０％以上の透過率を有する特性を透過性といい、光の一部を透過して一部を反射し、可視光に対して２０％より大きく８０％未満の反射率を有する特性を半透過性という。また、可視光に対して８０％以上の反射率を有する特性を反射性という。図１（ａ）の表示装置は、基板１とは反対側（矢印の方向）に光を出射するトップエミッション型であるため、第一電極２が反射性を有し第二電極５は透過性または半透過性を有している。
【００２０】
第二電極５の上には、発光素子に水分や酸素等が浸入するのを防ぐ保護層６が設けられ、その上には発光素子の発光領域に応じて開口を有する光吸収層７が設けられている。ここでいう開口とは点線Ｆで囲まれた領域であり、光吸収層７が設けられていない領域を指す。図中の点線Ｆは、光吸収層７に設けられる開口の端部を表している。保護層６は、例えば、窒化珪素、酸窒化珪素などの無機絶縁材料で形成しても良いし、無機絶縁材料と有機絶縁材料との積層体で形成しても良いが、トップエミッション型の表示装置の場合は透過性材料を選択する。光吸収層７には、カーボン粒子等の着色剤を混ぜて黒色あるいは黒色に近い色に着色した樹脂材料などを用いられる。光吸収層７の可視光領域における光吸収率は、９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。
【００２１】
保護層６および光吸収層７の上には、下引き層８が形成されている。レンズアレイを形成する面（レンズ形成面）が、保護層６や光吸収層７など複数の材質で形成されていると、レンズ形成面と樹脂材料との濡れ性が一様でないため、レンズの形状が不均一になる可能性がある。そこで、レンズ形成面の材質を一様にするため下引き層８で覆い、マイクロレンズの形状のばらつきを低減する。また、同時に下引き層８でレンズ形成面を平坦化しておけば、レンズの形状をより均一にすることが可能である。
【００２２】
下引き層８の光出射側には、複数のレンズ９、即ちレンズアレイが配置されるが、各レンズ９の中心位置と対応する発光領域の中心位置とが法線方向で一致するように配置するのが好ましい。レンズの光出射側には、基板１と平行に円偏光部材１０が設けられている。円偏光部材１０には、公知のものを用いることができるが、レンズ側から順に位相差部材、直線偏光部材が配置され、積層された円偏光部材が好適である。
【００２３】
次に、図２を用いて、レンズアレイを備える表示装置における光吸収層７の配置、およびその効果について詳細に説明する。
【００２４】
図２（ａ）は、レンズ９を設け、かつ、光吸収層７を設けない表示装置に入射する外光の経路の概略を示している。レンズ９の表面で屈折して表示装置内に入射した外光は、表示装置内の反射電極や、反射電極と同層あるいはその下層にある金属層で形成される配線などの表面で反射され、再びレンズ９の表面で屈折して外部に出射する。光線Ａは基板１の法線方向から入射する外光が、表示装置内で反射されて基板１の法線方向に出射する経路を示している。光線Ｂは基板の斜め方向から入射する外光が、表示装置内で反射されて基板１の法線方向に出射する経路を示している。この様に、基板１に法線方向から入射する光線Ａだけでなく、斜めに入射する光線Ｂが基板１の法線方向に出射するのは、レンズの斜面角が一様でないことに起因している。ここで、レンズの斜面角とは、レンズ表面の所定の点に接する面と基板１の表面とが成す角を指す。
【００２５】
光線Ａは、基板１に法線方向から入射するため、円偏光部材１０を法線方向に通過し、円偏光部材１０で吸収されて光量がおおよそ半減すると共に、円偏光部材１０を通過した光は円偏光部材１０の特性に応じて右回りもしくは左回りの円偏光となる。その後、表示装置内で反射されて逆回りの円偏光となり、基板の法線方向に出射する。基板の法線方向に出射した光線Ａは、再び円偏光部材１０を法線方向に通過する際に円偏光部材１０でほぼ吸収される。つまり、光線Ａのように、基板１の法線方向から入射し、表示装置内で基板１の法線方向に反射する外光は、円偏光部材１０を常に法線方向に通過するため、ほぼ消光することができる。
【００２６】
一方、光線Ｂは、基板１に斜めに入射するため、円偏光部材１０を斜め方向に通過する。このとき、入射角に応じて一部の光が円偏光部材１０に吸収され、残りは円偏光部材１０を通過する。円偏光部材１０を通過した光には、円偏光だけでなく円偏光になりきれない光が含まれるが、入射角が大きいほど、円偏光部材１０に吸収されずに円偏光部材１０を通過する光の割合が増え、円偏光になりきれない光の割合も増える。円偏光部材１０を通過した光は、レンズ９で屈折して表示装置に入射する。そして、表示装置内で反射され、レンズ９で屈折して基板の法線方向に出射し、再び円偏光部材１０を法線方向に通過する。円偏光部材１０を再通過する光のうち、円偏光は表示装置内で反射されて逆回りの円偏光となっているため、円偏光部材１０を通過する際に吸収される。しかし、円偏光になりきれない光は円偏光部材１０では吸収されず、そのまま外部に出射してしまう。従って、光線Ｂのように基板に斜めから入射する外光は、円偏光部材１０だけでは十分に消光することができない。
【００２７】
ここで、レンズを備えた表示装置内で反射され、正面に出射する外光、即ち、基板の法線方向に出射する外光について、基板への入射角と円偏光部材による消光度との関係を考える。図３に、基板にさまざまな角度で入射して表示装置内で反射され、レンズで屈折して法線方向に出射する外光を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれレンズの斜面角が０°、３０°、４５°の各領域の近傍から出射され、表示装置の法線方向に出射する光線の経路を簡略化して示したものである。
【００２８】
レンズの斜面角が小さい領域から出射される光線Ｘは、基板１に対する入射角と出射角が共に小さい。レンズの斜面角が比較的大きい領域から出射される光線Ｙや光線Ｚは、基板１に対する入射角が大きく、さらにレンズで屈折される角度も大きいため、法線方向に出射する。
【００２９】
光線Ｘのように基板１に対して略法線方向から入射する外光は、円偏光部材を法線方向に通過し、表示装置内で反射された後も法線方向に円偏光部材を通過するため、円偏光部材でほぼ消光することができる。しかし、光線Ｙや光線Ｚのように、基板１に対する入射角が大きい外光は、入射角が大きいほど円偏光になりきれない光の割合が増え、円偏光部材で消光できない光が増える。さらに、正面に出射する外光のうち、通過するレンズ表面の部位における斜面角が大きいほど、円偏光部材では消光できない光となり、正面方向において視認性を悪化させる要因となっている。
【００３０】
そこで、基板に対して大きな入射角で表示装置に入射し、レンズの斜面角が最大の領域を通って出射する光を遮るように、光吸収層を設ければよい。大きな入射角で表示装置に入射しレンズの斜面角が最大の領域から基板の法線方向に出射する光の経路は、基板の法線方向からレンズの斜面角が最大の領域を通って表示装置に入射する光の経路に等しい。従って、光吸収層は、少なくとも基板の法線方向からレンズの斜面角が最大の領域を通って入射する光を遮る位置に設けるとよい。図２（ａ）の構成に本発明にかかる光吸収層７を付加した表示装置における外光の入射経路を、図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）には、基板の法線方向からレンズの斜面角が最大の領域を通って入射する光を遮るように光吸収層７が設けられているため、円偏光部材で消光することのできない光線Ｂは光吸収層７によって吸収され、外部へは出射しない。この様に、レンズと第一電極と同層で形成される反射面との間に光吸収層７を設けることにより、視認性を悪化させる要因となっている反射光を低減することができる。
【００３１】
光吸収層７には、発光素子で発せられた光（発光光）をなるべく遮らずに外部に出射するように、開口を設けることが好ましい。
【００３２】
具体的には、発光素子の発光領域の端部で発せられ、レンズの端部を通って外部に出射する光が光吸収層で遮られないように、光吸収層７に開口を設ける。このように光吸収層７を設けることにより、発光素子で発せられた光がレンズを介して外部に出射するのを妨げず、かつ、表示装置に入射して発光装置内の第一電極等の反射面で反射され外部に出射する反射外光を低減することができる。
【００３３】
光吸収層７の効果を、複数の表示装置のサンプルを作製して検証した。サンプルは光吸収率がほぼ１００％の光吸収層に円形の開口を有する表示装置で、１サブピクセルのサイズを３０００μｍ２とし、光吸収層の開口のサイズの直径がそれぞれ０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍであるサンプルを作製した。いずれのサンプルも、発光領域はφ８μｍの円形、隔壁層の膜厚を１μｍ、保護層（屈折率１．９６）の層厚を５μｍ、光吸収層の膜厚を１μｍ、下引き層（屈折率１．５５）の層厚を３．５μｍとした。また、レンズ（屈折率１．６８）の直径を３９．９５μｍ、高さを１９μｍ、曲率半径を２０μｍとした。なお、括弧内に示した屈折率は、いずれも波長５５０ｎｍにおける値である。
【００３４】
ここで、光吸収層７の開口端部の設計法を、発光素子部の概略断面図である図８を用いて説明する。図８では隔壁層の膜厚は保護層の膜厚に、光吸収層の膜厚は下引き層の膜厚にそれぞれ加えて示している。
【００３５】
最初に、発光素子の発光領域端部で発せられレンズの端部を通って外部に出射する光の経路を考慮した開口端部Ｆの設計例を、図４（ａ）を用いて説明する。光の経路を厳密に計算すると、レンズの収差の影響などで式が非常に複雑になるため、ここでは発光領域の端部Ｊから出射され、最寄りのレンズ端部Ｋを通る光線で近似する。
【００３６】
図４（ａ）の関係とスネルの法則から、以下の３つの式が導き出すことができる。
【００３７】
【数１】
0005971903.tif 000002
【００３８】
【数２】
0005971903.tif 000003
【００３９】
【数３】
0005971903.tif 000004
【００４０】
式中、ｒ１は発光部の半径、ｒ２はレンズの半径、ｎ１は保護層の屈折率、ｎ２は下引き層の屈折率を表している。ｔ１は保護層と隔壁層の合計膜厚、ｔ２は下引き層と光吸収層の合計膜厚である。また、θ１は発光端部より出射されレンズの端部を通る光線が保護層中を通過する角度、θ２は下引き層中を通過する角度である。
【００４１】
（１）〜（３）の式から算出されるｒｍｉｎは、発光素子の発光領域の端部で発せられレンズの端部Ｋを通って外部に出射する光が光吸収層形成面を通過する点Ｌ１と、光吸収層７の開口中心Ｏとの距離となる。すなわち、光吸収層７の開口中心と開口端部Ｆの各点との最短距離ｒ（開口の形状が円の場合は開口半径）をｒｍｉｎよりも大きく設定すれば、発光素子で発せられた光が表示装置の外部へ出射するのを妨げないで光吸収層を設けることができる。
【００４２】
次に、基板の法線方向から入射し、レンズの斜面角が最大の領域を通って表示装置内に入射する光の経路を考慮した開口端部の算出例を、図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）の時と同様に、レンズの斜面角が最大の領域Ｍを通って表示装置内に入射する光の光吸収層形成面を通過する点Ｌ２と光吸収層の開口中心Ｏとの距離ｒｍａｘは、図４（ｂ）の関係とスネルの法則によって次の２式で表される。
【００４３】
【数４】
0005971903.tif 000005
【００４４】
【数５】
0005971903.tif 000006
【００４５】
ｎ３はレンズの屈折率、ｎ４は外部（レンズの外側）の屈折率、θはレンズ端部におけるレンズの斜面角を表している。上記の２式にそれぞれの値を代入すればｒｍａｘを算出することができる。光吸収層の開口中心Ｏと開口端部Ｆの各点との最短距離ｒ（開口の形状が円の場合は開口半径）をｒｍａｘよりも小さく設定すれば、基板の法線方向から入射し、レンズの斜面角が最大の領域を通って表示装置内に入射する光を遮って吸収することができる。なお、レンズの形状によっては、レンズの収差によりｒｍａｘ＜ｒｍｉｎとなる場合がある。この場合、光吸収層７の開口の半径は、ｒｍｉｎ＜ｒとなるように決めるとよい。
【００４６】
以上のことから、本願発明における光吸収層の開口中心Ｏと開口端部Ｆの各点との最短距離ｒのは、ｒｍｉｎ＜ｒ、またはｒｍｉｎ＜ｒ＜ｒｍａｘとなるよう設計するのが好ましい。作製したサンプルにおけるそれぞれのパラメータの値を上記の（１）乃至（５）の式に代入して、ｒｍｉｎ＝１０．２μｍ、ｒｍａｘ＝１４．８μｍが導き出される。
【００４７】
図５に、各サンプルの反射率の測定値を示す。図５には、作製したサンプルと同様の構成で、光吸収層の開口サイズを直径２５〜４０μｍの範囲で変えた複数のモデルについて、正面輝度と光吸収層を設けない構成の表示装置モデルの正面輝度との比（正面輝度比）を、シミュレーションした値を一緒に示しておく。
【００４８】
横軸は、１サブピクセルサイズに対する光吸収層の開口の面積割合で示してある。光吸収層の開口の直径０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍを１サブピクセルサイズに対する光吸収層の開口の面積割合に換算すると、それぞれ０％、１６％、２３．６％、３２％、４２％となる。左側の縦軸の目盛は正面輝度比を示すもので、光吸収層を設けた表示装置の正面輝度を、光吸収層を設けない表示装置の正面輝度で割った値で示している。また、右側の縦軸の目盛は反射率を示すもので、表示装置に入射する外光のうち、表示装置内で反射されて外部に出射される光の割合を示している。
【００４９】
図５から分かるように、正面輝度比と反射率のいずれも、光吸収層の開口が小さくなるにつれて減少する傾向にある。正面輝度比が急激に減少する点Ｐの横軸の値は、先ほど算出したｒｍｉｎ＝１０．２μｍのときの開口の面積割合１０．４％とほぼ一致する。図６に、光素子の発光領域端部で発せられレンズの端部を通って外部に出射する光線をラインＣで示す。このラインＣが光吸収層の開口の内側を通るように、即ち、ラインＣの外側に（例えば、範囲ＳＰの外側）に光吸収層の開口の端部を設ければ、発光素子で発せられた光が外部に出射するのを妨げることなく反射率を低減することができる。
【００５０】
また、図５の反射率の減少率が大きくなる点Ｑの横軸の値は、先ほど算出した、ｒｍａｘ＝１４．８ｕｍのときの開口の面積割合２２．９％とほぼ一致する。図６に、基板の法線方向からレンズの斜面角が最大の領域を通って表示装置内へ入射する光線をラインＤで示す。このラインＤが光吸収層の開口の外側を通るように、即ち、ラインＤの内側（例えば範囲ＳＱの内側）に光吸収層の開口端部Ｆを設ければ、効率良く反射率を低減することができる。
【００５１】
以上のことから、光吸収層の開口の端部Ｆは、図６のラインＣの外側、かつラインＤの内側（発光素子側）に設けるのが好ましいことがわかる。つまり、光吸収層の開口の端部は、レンズと第一電極との間に配置され、発光素子で発せられレンズの端部を通って外部に出射される光を遮らず、かつ、基板の法線方向からレンズの斜面角が最大の領域を通って表示装置内に入射する光を遮る位置に設けるのが最も好ましい。光吸収層の開口の大きさや配置は、式（１）乃至（５）から分かるように、発光装置を構成する各材料の屈折率や膜厚、レンズの径および曲率等の値を用いて設計することができる。また、光吸収層の開口の形状は円形である必要はなく、発光領域やレンズ形状に応じて適宜設計することができる。表示装置を構成する各材料の屈折率は、組成や膜密度など、成膜条件によって変化する場合がある。例えば、保護層に好適に用いられる窒化珪素の場合、波長５５０ｎｍの光に対して１．７５から２．００の範囲で変化することが知られている。光吸収層の開口設計に用いる膜の屈折率は、ガラス基板に単層膜として形成し、膜の反射率測定から算出した屈折率を採用することができる。また、あらかじめ膜の組成や密度などの物性と屈折率の関係を調べておき、膜の組成や密度などの測定値から外挿した屈折率を採用してもよい。あるいは、電子顕微鏡を用いた電子エネルギー損失分光法（ＴＥＭ−ＥＬＬＳ）を用いて、表示装置を構成する膜を複数種類まとめて基板に積層し、各膜の断面のナノレベルの領域から算出した屈折率を採用してもよい。
【００５２】
続いて、本発明にかかる表示装置の製造方法を、図７を参照しながら説明するが、公知の製造工程を適宜適用することができる。
【００５３】
図７は、本実施形態の表示装置の各製造工程を示す概要断面図である。先ず、図７（ａ）に示すように、公知の方法にてアクティブマトリクス型の駆動回路が形成されたガラスや樹脂など絶縁性の表面を有する基板、又はシリコンなどの半導体基板１の上に、トップエミッション型の有機ＥＬ素子を複数形成する。この有機ＥＬ素子は、基板側から順に、第一電極としてアノード電極２、隔壁層３、有機化合物層４、第二電極としてカソード電極５を形成したものである。第一電極は、基板１に設けられた不図示の層間絶縁膜および平坦化膜のコンタクトホールを介して、不図示の駆動回路に電気的に接続されている。
【００５４】
次に、保護層６を少なくとも有機ＥＬ素子が配置された表示領域の全域を覆うように形成する。保護層６は、水分が有機ＥＬ素子に浸入するのを防止するための層で、光の透過率が９０％以上と高く、かつ、防湿性に優れた材料で形成するのが好ましい。図７（ａ）では保護層の表面がカソード電極に倣った形状をしているが、平坦な表面であっても構わない。
【００５５】
次に、保護層６上に、光吸収層７を、表示領域の全域に形成する（図７（ｂ））。光吸収層７には、光吸収率が９０％以上、より好ましくは９５％以上の材料が好ましく、具体的には、光の照射により硬化する感光性のバインダーと、黒色着色剤とを含有するブラックレジストが好適である。光吸収層の膜厚は、十分な光吸収率が得られるように１０ｎｍ〜１０μｍの範囲の膜厚とするのが好ましい。
【００５６】
続いて、ブラックレジストをスピンコート法にて表示領域の全面に形成した後、フォトマスク１２を使いて光吸収層７を残す領域のブラックレジストに露光した後に現像を行い（図７（ｃ））、光吸収層７に開口を設ける（図７（ｄ））。他にディスペンス法や印刷法などを用いて形成することも可能である。その後、表示領域の全域に下引き層８を形成する（図７（ｅ））。下引き層８は、レンズアレイ形成面とレンズ材料９´との濡れ性の均一化を図ると共に、レンズアレイと発光層との光学距離を調節するための機能も有する。光学距離の調整のためには、１０ｎｍ〜１００μｍの膜厚で形成される。
【００５７】
次にレンズ材料層９´を表示領域の全域に形成した後にリソグラフィ法によって、各有機ＥＬ素子の上にレンズ材料層９´を円柱形状にパターニングする（図７（ｆ））。続いて、レンズ材料層９´を加熱により一旦溶かしてレンズ形状に変形させた後に硬化させ、光出射側に凸形状のレンズアレイを形成する。レンズアレイを形成する方法は、他に、均一の厚さに形成した樹脂層を型で押したり、面内方向に分布を持った光で露光したりして形成する方法など、公知の方法を採用することもできる。レンズの材料には、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の可視光の光透過率が９０％以上、より好ましくは９５％の材料を用いる。なお、隣接するレンズは、必ずしも互いに離間している必要はない。またレンズの高さは、吸収による光量の減衰を防止のために１００μｍ以下とするのが好ましい。
【００５８】
本発明のレンズ９には、図８に示すように中央部と端部で曲率の異なる形状のレンズも好適に用いることができる。図８のレンズの場合、レンズの斜面角が最大となる部位は、レンズ表面の変曲点近傍となる。図８にレンズの斜面角が最大となる部位を丸で囲んで示しておく。また、レンズの形状は球面状や図８のような形状以外にも、円錐台状、円柱状などでもよい。いずれのレンズを用いた場合も、図７のレンズの場合と同様にして光吸収層を設ければ、効果的に外光反射を抑制することができる。また、本発明は、図７のような光出射側に凸形状の集光機能を有するレンズに限られず、図９のような光出射側に凹形状の発散機能を有するレンズを設ける場合にも適用することができる。
【００５９】
図７の製造工程で作製される表示装置は、保護膜６の表面に接する位置に光吸収層７が設けられているが、隔壁層３として、前述した光吸収層に用いる光透過率の低い材料と同じような光透過率を有する材料で形成する図１０の構成も好ましい。このような構成によれば、光吸収層７を別層で作製する必要がなくなるため製造工程が簡略でき、材料コストも低く抑えることができる。また図１１のように、隔壁層３と有機化合物層４との間に設けてもよい。
【００６０】
なお、本発明の表示装置は、屋外などの外光の強い環境において、高輝度な表示による視認性の向上が重要なモバイル用途、例えばデジタルカメラの背面モニタ、携帯電話用ディスプレイに好適に用いることができる。本発明にかかる表示装置を映像情報処理装置に用いた例を示す。図１２は、本発明が用いられる映像情報処理装置としてのデジタルスチルカメラシステムのブロック図である。図中、１１はデジタルスチルカメラシステム、１２は撮影部、１３は映像信号処理回路、１４が本発明にかかる表示装置、１５はメモリ、１６はＣＰＵ、１７は操作部を示す。
【００６１】
図１２において、撮影部１２で撮影した映像又はメモリ１５に記録された映像情報を、映像信号処理回路１３で信号処理して映像信号を生成し、表示装置１４に表示することができる。コントローラーは、操作部１７からの入力によって撮影部１２、メモリ１５、映像信号処理回路１３等を制御するＣＰＵ１６を有し、状況に適した撮影、記録、再生、表示を行う。また、表示装置１４は、この他にも各種映像情報処理装置の表示部として用いることができ、屋外で利用される機会の多い携帯電子機器に好適である。
【００６２】
本発明は、上述した趣旨を逸脱しない限り、説明した構成に限られることはなく、種々の応用や変形が可能である。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す表示装置を作製した。ガラス基板１の上に、低温ポリシリコンＴＦＴで画素回路（不図示）を形成し、その上に窒化珪素（ＳｉＮ）からなる層間絶縁膜とアクリル樹脂からなる平坦化膜（いずれも不図示）をこの順番で形成して、図７（ａ）に示す回路基板を作製した。この回路基板上にスパッタリング法にて、ＩＴＯ膜とＡｌＮｄ膜をそれぞれ３８ｎｍ、１００ｎｍの厚さでこの順に形成した。続いて、ＩＴＯ膜およびＡｌＮｄ膜を画素毎にパターニングし、複数のアノード電極２を形成した。
【００６４】
この上に、アクリル樹脂をスピンコートしてプリベークした。プリベーク後のアクリル樹脂層の厚さを１μｍとした。次に、リソグラフィ法により、アノード電極２が形成された部分に開口が形成されるようにアクリル樹脂層をパターニングし、ポストベークにより硬化させて隔壁層３を形成した。この開口が有機ＥＬ素子の発光領域に相当する。
【００６５】
隔壁層３の開口のピッチを６０μｍ、開口によるアノード電極２の露出部分の大きさをφ８μｍとした。隔壁層３までが形成された基板をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄した後、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層４を真空蒸着により成膜した。
【００６６】
有機化合物層４として、始めに、すべてのサブピクセルに共通するホール輸送層として、α−ＮＰＤを真空蒸着法にて８７ｎｍの厚さに成膜した。成膜時の真空度は１×１０−４Ｐａ、蒸着レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃであった。次に、アノード電極２の露出部分、即ち、発光領域に対応する開口を有するシャドーマスクを用い、サブピクセルに応じて赤色発光層、緑色発光層、青色発光層をそれぞれ厚さ３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍで成膜した。続いて、すべてのサブピクセルに共通の電子輸送層として、バソフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）を真空蒸着法にて１０ｎｍの厚さで成膜した。蒸着時の真空度は１×１０−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。その後、すべてのサブピクセルに共通の電子注入層として、ＢｐｈｅｎとＣｓ２ＣＯ３を共蒸着（重量比９０：１０）して４０ｎｍの厚さで成膜した。成膜時の真空度は３×１０−４Ｐａ、成膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
【００６７】
有機化合物層４を成膜した基板を、真空環境を維持したままスパッタ装置に移動した。スパッタ装置でカソード電極５として極薄Ａｇを１０ｎｍ、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物からなる透明電極層を５０ｎｍの厚さで順に成膜し、基板上に発光素子が複数配置された発光素子アレイを形成した。
【００６８】
次に、窒化珪素からなる保護層６を、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法にて、５μｍの厚さで成膜した（図７（ａ））。保護層６の屈折率は１．９６であった。
【００６９】
保護層６までが形成された基板を大気中に取り出し、カーボンの粒子を光感光性樹脂に拡散させたブラックレジストをスピンコーターにて全体に塗布し、プリベークを施した（図１１（ｂ））。膜厚は１μｍとした。その後、ピッチ６０μｍでφ２５μｍのドットが並んだフォトマスクをアライメントした後に露光し、現像後にポストベークして硬化し、開口を有する光吸収層７を形成した（図７（ｃ））。
【００７０】
続いて、粘度２０００ｍＰａ・ｓ、波長５５０ｎｍにおける屈折率が１．５５の紫外線硬化性樹脂をスピンコーターにて塗布した。その後、紫外線硬化樹脂を露光して硬化させ、膜厚は３．５μｍの下引き層８を形成した（図７（ｅ））。
【００７１】
次に、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓ、波長５５０ｎｍにおける屈折率が屈折率１．６８の熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）をスピンコーターにて塗布した。その後、プリベークして膜厚１６μｍのレンズ材料層９´を表示領域の全域に形成した（図７（ｆ））。次いで、フォトリソグラフィによってパターニングし、各有機ＥＬ素子の上にレンズ材料層９´からなるφ４０μｍの円柱を形成した（図７（ｇ））。続いて、レンズの材料となる層９´を加熱により一旦溶かしてレンズ形状に変形させた後硬化させることにより、光出射側に凸形状のレンズを形成した。レンズの形状は、直径３９．９５μｍ、高さ１９μｍ、曲率半径２０μｍとなった。
【００７２】
なお、本実施例における光吸収層の開口のサイズを決めるにあたって、前述の式（１）〜（３）に本実施例の各材料の数値を代入して開口の最小半径を算出し、前述の式（４）〜（５）に本実施例の各材料の数値を代入して最大半径を算出した。その結果、本実施例の構成の場合、光吸収層の開口の半径ｒの好ましい範囲は１０．２μｍ＜ｒ＜１４．８μｍ、直径に言い換えると２０．４μｍ＜２ｒ＜２９．６μｍと算出された。本実施例では、この条件を満たすように開口を直径２５μｍとした。
【００７３】
このようにして作製した有機ＥＬ表示装置の光出射側に、基板と平行に、レンズアレイ側から順に、位相差部材、直線偏光部材が積層された円偏光部材（不図示の）を設け、正面輝度および反射率を評価した。評価は、光吸収層の直径が本発明の好ましい範囲から外れる４０μｍであるという点を除いて本実施例と同様の有機ＥＬ表示装置を作成し、同じ画像を表示して比較することで行った。実施例１にかかる表示装置は、比較例と同等の正面輝度が観測され、比較例の表示装置の外光の反射率が１．６％であったのに対して、０．５％に低減した。
【００７４】
（実施例２）
本実施例では、図１１に示す構成の表示装置を形成した。製造方法は、隔壁層の形成後かつ有機ＥＬ層の成膜の前に光吸収層を形成することを除いて、実施例１と同様である。
【００７５】
隔壁層までを実施例１と同様に形成した後、実施例１と同様の光吸収層を構成する材料と同じブラックレジストをスピンコーターにて塗布し、プリベークして膜厚を１μｍとした。その後、ピッチ６０μｍでφ１５μｍのドットが並んだフォトマスクを用い、ブラックレジストを露光し、現像後に硬化した。その後の工程は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
本実施例における光吸収層の開口のサイズを決めるにあたっては、光吸収層の膜厚を保護層に加算した点を除いて実施例１と同様に算出した。式（１）〜（５）より、光吸収層の開口の半径ｒの好ましい範囲は４μｍ＜ｒ＜１１．５μｍ、直径に言い換えると８μｍ＜２ｒ＜２３μｍと算出された。本実施例では、この条件を満たすように、光吸収層の開口の直径を１５μｍとした。
【００７７】
このようにして作製した有機ＥＬ表示装置を、光吸収層の直径が本発明の好ましい範囲から外れる３０μｍであるという点を除いて本実施例と同様に作製した有機ＥＬ表示装置を用いて、実施例１と同様に比較した。結果は実施例１と同様で、本実施例に係る表示装置の正面輝度は比較例と同等で、反射率は比較例より低減していた。
【００７８】
（実施例３）
遮光層の形成手法として、実施例１とは異なり、図１０に示す構成を形成した。レンズを形成する工程までは、ブラックレジストを用いて隔壁層３を形成し、光吸収層７を設けなかった点を除いて実施例１と同様であるため、説明を省略する。本実施例は隔壁層が光吸収層なので、発光領域と光吸収層の開口とは同じサイズとなる。
【００７９】
本実施例では、型押しによってレンズを形成した。まず、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓ、屈折率１．６８の熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）を精密描画が可能なディスペンサー（武蔵エンジニアリング社製、製品名ＳＨＯＴ  ＭＩＮＩ  ＳＬ）を用いて塗布した。そして、樹脂材料を熱硬化する前に、図７（ｇ）のように、別途用意したレンズ１７を成形するための型を、樹脂材料の表面に押し当てた。押し当てる際、型に形成してあるアライメントマークと基板に形成してあるアライメントマークをあわせる事により位置決めを行なった。その結果、画素に合わせてレンズ９が形成された。型には、画素ピッチと同じピッチで凹状に窪みが形成されており、その窪みの表面には離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂をコートしておいた。窪みの形状、すなわちレンズ９の形状は、直径３８μｍ、曲率半径２０μｍとした。
【００８０】
型を押し当てた状態で、真空環境下で１００℃の温度で１５分間加熱し、樹脂材料（エポキシ樹脂）を硬化させた。その後、樹脂から型を離して、半球面状に近いレンズ９を形成した。レンズアレイの高さは１０μｍ程度になった。
【００８１】
このようにして作製した有機ＥＬ表示装置を、光吸収層を従来と同じ透過性の材料で形成した点を除いて本実施例と同様に作製した有機ＥＬ表示装置を用いて実施例１と同様に比較した。結果は実施例１と同様で、本実施例に係る表示装置の正面輝度は比較例と同等で、反射率は比較例より低減していた。
【符号の説明】
【００８２】
１  基板
２  第一電極
３  隔壁層
４  有機化合物層
５  第二電極
６  保護層
７  光吸収層
８  下引き層
９  レンズ
１０  円偏光部材
【図１】
0005971903.tif 000007
【図２】
0005971903.tif 000008
【図３】
0005971903.tif 000009
【図４】
0005971903.tif 000010
【図５】
0005971903.tif 000011
【図６】
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【図７】
0005971903.tif 000013
【図８】
0005971903.tif 000014
【図９】
0005971903.tif 000015
【図１０】
0005971903.tif 000016
【図１１】
0005971903.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
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