(57)【要約】【課題】視認性及び光取り出し効率を改善しつつ、発光素子の特性の劣化を抑制できる表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１は、支持基板１１、及び、支持基板上に配列され、拡散光を放射する複数の発光素子１２を有する発光素子基板１０と、発光素子と対向する凹凸部２２を有する光学素子２０と、凹凸部を覆い、凹凸部の形状に対応した凹凸構造を有し、無機化合物を含む無機層３０と、発光素子基板と無機層との間に設けられ、発光素子基板と無機層とを接合する接合層４０と、を備える。光学素子の屈折率は、無機層の屈折率より低く、且つ、接合層の屈折率より低い。無機層の屈折率は、接合層の屈折率より高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板、及び、前記支持基板上に配列され、拡散光を放射する複数の発光素子を有する発光素子基板と、
前記発光素子と対向する凹凸部を有する光学素子と、
前記凹凸部を覆い、前記凹凸部の形状に対応した凹凸構造を有し、無機化合物を含む無機層と、
前記発光素子基板と前記無機層との間に設けられ、前記発光素子基板と前記無機層とを接合する接合層と、を備え、
前記光学素子の屈折率は、前記無機層の屈折率より低く、且つ、前記接合層の屈折率より低く、
前記無機層の屈折率は、前記接合層の屈折率より高い、表示装置。
【請求項２】
前記無機層の厚さは、前記凹凸部の頂部に対応する位置から前記凹凸部の谷部に対応する位置に向かうに従って大きくなっている、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光学素子の観察者側に設けられた、ガスバリア性及び可撓性を有するガスバリア性フィルムを備え、
前記発光素子基板、前記光学素子、前記無機層、及び、前記接合層は、可撓性を有する、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記発光素子基板と前記接合層との間に設けられた、前記無機化合物を含む追加の無機層を備える、請求項１から請求項３の何れかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散光を放射する発光素子を備える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子又は無機エレクトロルミネッセンス素子等の拡散光を放射する発光素子を備える表示装置が知られている。以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと称す。このような表示装置は、発光素子に対向する凹凸部を有する光学素子と、発光素子と凹凸部との間に設けられた接合層と、をさらに備えている。このような構成により、発光素子から放射された拡散光は、光学素子の凹凸部で観察者側に向きを変えられるので、観察者側への光取り出し効率を向上できる。
【０００３】
この表示装置では、ある発光素子、即ちある画素から正面方向とは異なる斜め方向に向かう光も観察者側に取り出されるため、本来の画素とは異なる画素の位置で観察者側に取り出される光も生じる。従って、画素間で光の干渉が発生して、所望の色から変化した色が視認されてしまう。
【０００４】
このような光の干渉を改善するためには、例えば特許文献１に示されているように、光学素子を発光素子に近づけて配置することが有効である。これにより、ある画素からの光は、より狭い領域において外部に取り出されるため、画素間での光の干渉を改善することができる。従って、色変化を抑制して、視認性を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光学素子を発光素子に近づけることにより、光学素子の形成時に光学素子内に残存した未反応基によるガス、及び、観察者側から光学素子を透過した水蒸気や酸素などが、接合層を透過して発光素子を構成する電極及び発光部に到達しやすくなる。このような物質は電極及び発光部を劣化させるため、発光面にダークスポットが視認されたり、発光素子の発光寿命が短くなったりする可能性がある。つまり、発光素子の特性が劣化する可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、視認性及び光取り出し効率を改善しつつ、発光素子の特性の劣化を抑制できる表示装置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】
【０００８】
本発明の一態様に係る表示装置は、
支持基板、及び、前記支持基板上に配列され、拡散光を放射する複数の発光素子を有する発光素子基板と、
前記発光素子と対向する凹凸部を有する光学素子と、
前記凹凸部を覆い、前記凹凸部の形状に対応した凹凸構造を有し、無機化合物を含む無機層と、
前記発光素子基板と前記無機層との間に設けられ、前記発光素子基板と前記無機層とを接合する接合層と、を備え、
前記光学素子の屈折率は、前記無機層の屈折率より低く、且つ、前記接合層の屈折率より低く、
前記無機層の屈折率は、前記接合層の屈折率より高い。
【０００９】
また、前記表示装置において、
前記無機層の厚さは、前記凹凸部の頂部に対応する位置から前記凹凸部の谷部に対応する位置に向かうに従って大きくなっていてもよい。
【００１０】
また、前記表示装置において、
前記光学素子の観察者側に設けられた、ガスバリア性及び可撓性を有するガスバリア性フィルムを備え、
前記発光素子基板、前記光学素子、前記無機層、及び、前記接合層は、可撓性を有してもよい。
【００１１】
また、前記表示装置において、
前記発光素子基板と前記接合層との間に設けられた、前記無機化合物を含む追加の無機層を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、視認性及び光取り出し効率を改善しつつ、発光素子の特性の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置の断面図である。
【図２】図１の表示装置の凹凸部の頂部付近を拡大した断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る表示装置の断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る表示装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、ガスバリア性を有する無機層３０を備えることを特徴の１つとする。
【００１６】
図１は、第１の実施形態に係る表示装置１の断面図である。図１に示すように、表示装置１は、発光素子基板１０と、光学素子２０と、無機層３０と、接合層４０と、ガラス基板５０と、カラーフィルタ６０と、円偏光板７０と、カバー層８０と、を備える。
【００１７】
発光素子基板１０は、支持基板１１、及び、支持基板１１上に２次元配列され、拡散光を放射する複数の発光素子１２を有する。ここでは、発光素子１２は有機ＥＬ素子である一例について説明する。つまり、表示装置１は、有機ＥＬ表示装置とも称される。発光素子１２は、拡散光を放射する素子であれば、無機ＥＬ素子等でもよい。
【００１８】
各発光素子１２は、支持基板１１上に設けられた第１電極１３と、第１電極１３上に設けられた発光部１４と、発光部１４上に設けられ、発光部１４からの光を透過する第２電極１５と、を有する。
【００１９】
発光部１４は、所定の色を発光する部位として設けられており、隔壁部１６によって区分けされている。ここでは、赤色を発光する発光部１４と、緑色を発光する発光部１４と、青色を発光する発光部１４と、が設けられているものとするが、発光部１４は他の色を発光してもよく、白色等の一色を発光してもよい。
【００２０】
光学素子２０は、観察者側を向く第１面２１ａと第１面２１ａに対向する第２面２１ｂとを含む本体部２１、及び、本体部２１の第２面２１ｂ上に設けられ、発光素子１２と対向する凹凸部２２を有する。凹凸部２２は、複数の頂部２３と複数の谷部２４とを含む。光学素子２０は、透光性を有する。
【００２１】
光学素子２０の頂部２３と発光素子基板１０との距離は、凹凸部２２の形状等に応じて決められ、例えば、５μｍ〜１００μｍの範囲である。
【００２２】
無機層３０は、光学素子２０の凹凸部２２を覆い、凹凸部２２の形状に対応した凹凸構造を有する。無機層３０は、無機化合物を含む。無機層３０は、光学素子２０の形成時に光学素子２０内に残存した未反応基によるガス、及び、観察者側から光学素子２０を透過した水蒸気や酸素などを遮断するガスバリア性を有する。また、無機層３０は、透光性も有する。
【００２３】
接合層４０は、透光性を有し、発光素子基板１０と無機層３０との間に設けられ、発光素子基板１０と無機層３０とを接合する。接合層４０の材料としては、一般的な有機ＥＬ表示装置に用いられる材料を用いればよく、例えば、感光性ポリイミド樹脂等の光硬化型樹脂、又は、熱硬化型樹脂等を用いることができる。
【００２４】
光学素子２０の屈折率は、無機層３０の屈折率より低く、且つ、接合層４０の屈折率より低い。無機層３０の屈折率は、接合層４０の屈折率より高い。
【００２５】
ガラス基板５０は、透光性を有し、光学素子２０の本体部２１の第１面２１ａに接合されている。
【００２６】
カラーフィルタ６０は、ガラス基板５０の観察者側に設けられ、発光素子１２からの光の色純度を向上させる。色純度が十分であれば、カラーフィルタ６０は設けられていなくてもよい。
【００２７】
円偏光板７０は、カラーフィルタ６０の観察者側に設けられ、表示装置１内に入射した外光の反射に起因したコントラストの低下を防止する。
【００２８】
カバー層８０は、透光性を有し、例えばガラスや樹脂フィルムから構成されている。カバー層８０は、円偏光板７０の観察者側に設けられていて、カラーフィルタ６０や円偏光板７０等を外部から保護するカバーとして機能する。
【００２９】
次に、発光素子基板１０、光学素子２０および無機層３０について、さらに詳細に説明する。
【００３０】
（発光素子基板１０）
支持基板１１の種類、大きさ、厚さ等は特に限定されるものではなく、表示装置１の用途や支持基板１１上に積層する各層の材質等により適宜決めることができる。支持基板１１は、透光性を有してもよく、有さなくてもよい。支持基板１１をなす材料として、例えば、アルミニウム等の金属、ガラス、石英、または、各種の樹脂等を用いることができる。
【００３１】
第１電極１３は、陽極または陰極のいずれかであるが、一般的には陽極として支持基板１１上に設けられる。形成材料としては、金、銀、クロム等の金属、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性酸化物等を挙げることができる。
【００３２】
第２電極１５は、上記第１電極１３の対極として機能する。第２電極１５は、陰極または陽極のいずれかであるが、一般的には陰極として設けられる。第２電極１５は、光の取り出し側にあるので、形成材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電材料や、Ａｇ、ＭｇＡｇ等からなる半透明金属が好ましく用いられる。なお、第１電極１３及び第２電極１５は、アクティブマトリクス方式に対応して形成されてもよいし、単純マトリックス方式に対応して形成されてもよい。
【００３３】
隔壁部１６は、酸化ケイ素等の無機材料やレジスト等の有機材料から形成され得る。隔壁部１６は、第１電極１３がパターン形成された後であって各発光部１４が形成される前に、所定のパターンで形成される。隔壁部１６によって各色の発光部１４が形成されるべき領域が区分けされた後に、各色の発光部１４が形成され得る。その後、発光部１４を覆うように第２電極１５が形成される。
【００３４】
発光部１４は、有機ＥＬ層とも称され、各色の光を発光する部位である。第１電極１３が陽極である場合には、発光部１４は、それぞれ第１電極１３側から、正孔注入層と発光層とからなる積層体、あるいは、正孔注入層と発光層と電子注入層とからなる積層体、あるいは、発光層と電子注入層とからなる積層体、のいずれかの積層体で構成される。正孔注入層と発光層との間には正孔輸送層が設けられていてもよいし、発光層と電子注入層との間には電子輸送層が設けられていてもよい。また、各注入層や発光層が、正孔輸送性材料や電子輸送性材料を含んでいてもよい。
発光素子１２の配列ピッチは、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲であってもよい。
【００３５】
（光学素子２０）
光学素子２０の凹凸部２２の形状は、所望の光取り出し機能を発揮できれば特に限定されないが、例えば、四角錐若しくは円錐などの錐体、又は、半球体などが本体部２１の第２面２１ｂ上に二次元配列された形状であってもよい。錐体の方が、他の形状よりも光取り出し効率を高められるため好ましい。
【００３６】
光学素子２０の頂部２３の配列ピッチは、発光素子１２の配列ピッチより小さいことが好ましく、例えば、５μｍ〜２０μｍの範囲であってもよい。また、頂部２３の高さ、即ち、本体部２１の第２面２１ｂと頂部２３との距離は、例えば、０．５μｍ〜２μｍの範囲であってもよい。
【００３７】
光学素子２０の材料は、一般的な有機ＥＬ表示装置に用いられる材料を用いればよく、例えば、有機材料、無機材料、有機−無機ハイブリッド材料の何れでも良い。
【００３８】
光学素子２０の形成方法としては、上記構造を形成可能な方法であれば特に限定されず、例えば、インプリント法、フォトリソグラフィー法、印刷法等が挙げられる。また、エッチング等により透明基板を加工する方法を用いてもよい。
【００３９】
（無機層３０）
無機層３０の材料としては、ガスバリア性及び透光性を有すれば特に限定されないが、例えば、ＳｉＯＮ（酸化窒化珪素）、又は、ＳｉＮ（窒化珪素）などの無機化合物が挙げられる。
【００４０】
無機層３０の厚さは、必要なガスバリア性を発揮できる範囲であれば特に限定されないが、例えば、５ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲である。
【００４１】
無機層３０は、１層であってもよく、合計の厚さが上記範囲内となる２層以上の層で構成されてもよい。２層以上の層で構成される場合、同じ材料で構成された層を組み合わせてもよく、互いに異なる材料で構成された層を組み合わせてもよい。
【００４２】
無機層３０の形成方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、又は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法等を挙げることができる。このような形成方法を用いて、凹凸部２２上に無機層３０を薄膜として形成できる。これにより、前述のように、無機層３０は、凹凸部２２の形状に対応した凹凸構造を有するようになる。また、このような形成方法で形成された無機層３０の厚さは、凹凸部２２の頂部２３に対応する位置から凹凸部２２の谷部２４に対応する位置に向かうに従って大きくなっている。即ち、無機層３０の厚さは不均一になっており、凹凸部２２の谷部２４に対応する位置の無機層３０の厚さＴ１は、凹凸部２２の頂部２３に対応する位置の無機層３０の厚さＴ２より大きい。但し、無機層３０の厚さは均一になっていてもよい。
【００４３】
次に、図２を参照して、凹凸部２２及び無機層３０における発光素子１２からの光の経路について説明する。
【００４４】
図２は、図１の表示装置１の凹凸部２２の頂部２３付近を拡大した断面図である。図２には、一例として、発光素子１２からの光Ｌ１の光路を示している。
【００４５】
前述のように、無機層３０の屈折率は、接合層４０の屈折率より高いので、無機層３０には接合層４０からの光Ｌ１が入りやすい。無機層３０に入った光Ｌ１は、無機層３０の入射面３０ａの法線ｎｄ１の方向に集光される。ここで、無機層３０は凹凸部２２の形状に対応した凹凸構造を有するため、無機層３０の入射面３０ａの法線ｎｄ１の方向と、凹凸部２２の入射面２２ａの法線ｎｄ２の方向とは、大きく異なってはいない。これにより、無機層３０から凹凸部２２には、凹凸部２２の入射面２２ａの法線ｎｄ２の方向から大きく傾斜していない光Ｌ１が向かう。そのため、この光Ｌ１は、無機層３０と凹凸部２２との界面、即ち入射面２２ａで全反射され難く、凹凸部２２に入りやすい。凹凸部２２に入った光Ｌ１は、観察者側に取り出される。
【００４６】
これに対して、無機層３０が設けられていない場合には、光Ｌ１は、破線で示す光Ｌ１Ｘの光路で凹凸部２２の入射面２２ａに向かうため、この入射面２２ａで全反射される。従って、この光Ｌ１Ｘは、観察者側に取り出されない可能性が高いため、光取り出し効率が低下する恐れがある。
【００４７】
以上で説明したように、第１の実施形態によれば、光学素子２０の凹凸部２２を覆い、無機化合物を含む無機層３０を備えるようにしている。これにより、光学素子２０を発光素子基板１０に近づけても、光学素子２０から発光素子基板１０に向かうガス、水蒸気または酸素等の物質は、無機層３０で遮断されて発光素子基板１０に到達し難くなる。従って、ガス等による発光素子１２の劣化を抑制できる。
【００４８】
また、無機層３０の屈折率は接合層４０の屈折率より高く、無機層３０は凹凸部２２の形状に対応した凹凸構造を有するため、発光素子１２から放射されて接合層４０を通った光は無機層３０に入りやすく、無機層３０に入った光は凹凸部２２に入りやすい。よって、良好な光取り出し効率を得ることができる。
【００４９】
また、光学素子２０を発光素子基板１０に近づけて配置できるので、ある画素からの光は、より狭い領域において外部に取り出され得る。そのため、画素間での光の干渉を改善することができる。従って、色変化を抑制することができる。
【００５０】
さらに、無機層３０の厚さは、凹凸部２２の頂部２３に対応する位置から凹凸部２２の谷部２４に対応する位置に向かうに従って大きくなっているので、無機層３０の厚さが均一である場合よりも正面方向に近い方向に向かう光を凹凸部２２に入れることができる。従って、良好な光取り出し効率を得ることができる。
【００５１】
以上のように、第１の実施形態によれば、視認性及び光取り出し効率を改善しつつ、発光素子１２の特性の劣化を抑制できる。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、表示装置１Ａが可撓性を有する点において、第１の実施形態と異なる。
【００５３】
図３は、第２の実施形態に係る表示装置１Ａの断面図である。図３に示すように、表示装置１Ａは、第１の実施形態のガラス基板５０に替えて、光学素子２０の観察者側に設けられた、透光性、ガスバリア性及び可撓性を有するガスバリア性フィルム５５を備える。また、発光素子基板１０、光学素子２０、無機層３０、及び、接合層４０は、可撓性を有する。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一の要素に同一の符号を付して説明を省略する。なお、図３においては、ガスバリア性フィルム５５より観察者側に配置される構成要素の図示は省略している。
【００５４】
ガスバリア性フィルム５５は、フィルム基材５６と、フィルム基材５６に積層された無機化合物を含むバリア層５７と、を有する。ここでは、バリア層５７が光学素子２０の本体部２１の第１面２１ａに接合されており、フィルム基材５６が観察者側に位置している。
【００５５】
フィルム基材５６は、透光性及び可撓性を有し、バリア層５７を形成できるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、又は、セルロース系樹脂から構成されたものを挙げることができる。フィルム基材５６の厚さも特に限定されないが、例えば、１０μｍ〜５００μｍであってもよい。
【００５６】
バリア層５７は、無機層３０と同一の材料から構成されてもよく、異なる材料から構成されてもよい。また、バリア層５７の厚さは、無機層３０の厚さと同一であってもよく、異なってもよい。バリア層５７は、無機層３０と同様に、真空蒸着法、スパッタリング法、又は、ＣＶＤ法等の形成方法を用いて、フィルム基材５６上に薄膜として形成できる。
【００５７】
このように、第２の実施形態によれば、ガラス基板５０に替えて可撓性を有するガスバリア性フィルム５５を備えるようにしているので、他の構成要素にも可撓性を持たせることで、表示装置１Ａに可撓性を持たせ、フレキシブルにできる。また、バリア層５７と無機層３０とによりガス等の物質を遮断することができる。従って、表示装置１Ａをフレキシブルに構成できると共に、発光素子１２の特性の劣化を抑制できる。
また、第１の実施形態と同様の効果も得られる。
【００５８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、追加の無機層９０を備える点において、第１の実施形態と異なる。
【００５９】
図４は、第３の実施形態に係る表示装置１Ｂの断面図である。図４に示すように、表示装置１Ｂは、発光素子基板１０と接合層４０との間に設けられた、無機化合物を含む追加の無機層９０を備える点が、図１の第１の実施形態と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるため、同一の要素に同一の符号を付して説明を省略する。なお、図４においても、ガラス基板５０より観察者側に配置される構成要素の図示は省略している。
【００６０】
追加の無機層９０は、透光性及びガスバリア性を有する。追加の無機層９０は、無機層３０と同一の材料から構成されてもよく、異なる材料から構成されてもよい。また、追加の無機層９０の厚さは、無機層３０の厚さと同一であってもよく、異なってもよい。
【００６１】
追加の無機層９０は、無機層３０と同様の形成方法を用いて、発光素子基板１０の第２電極１５上に薄膜として形成できる。
【００６２】
このように、第３の実施形態によれば、追加の無機層９０を備えるようにしているので、ガス等の物質の一部が無機層３０を透過してしまっても、追加の無機層９０で遮断できる。そのため、第１の実施形態よりもガスバリア性を高くできる。従って、発光素子１２の特性の劣化を更に抑制できる。
また、第１の実施形態と同様の効果も得られる。
【００６３】
なお、第３の実施形態を第２の実施形態と組み合わせてもよい。つまり、第２の実施形態の表示装置１Ａにおいて、発光素子基板１０と接合層４０との間に追加の無機層９０を設けてもよい。これにより、第２の実施形態においても、発光素子１２の特性の劣化を更に抑制できる。
【００６４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ，１Ｂ  表示装置
１０  発光素子基板
１１  支持基板
１２  発光素子
１３  第１電極
１４  発光部
１５  第２電極
２０  光学素子
２１  本体部
２２  凹凸部
２３  頂部
２４  谷部
３０  無機層
４０  接合層
５０  ガラス基板
５５  ガスバリア性フィルム
５６  フィルム基材
５７  バリア層
６０  カラーフィルタ
７０  円偏光板
８０  カバー層
９０  追加の無機層
【図１】
2015232983.tif 000003
【図２】
2015232983.tif 000004
【図３】
2015232983.tif 000005
【図４】
2015232983.tif 000006