(57)【要約】【課題】正面側から明るい画像を観察でき、視野角を適切な範囲に設定できる有機ＥＬディスプレイを実現する。【解決手段】２次元的にアレイ配列させた微小な有機ＥＬ素子１０のアレイと、有機ＥＬ素子の配列ピッチと同ピッチでマイクロレンズＭＬをアレイ配列させて形成したマイクロレンズアレイとを、個々のマイクロレンズが有機ＥＬ素子１０の個々と１：１に対応するようにして、透明な中間層１２を介して密に対向させ、各有機ＥＬ素子１０から放射されるＥＬ光を、対応するマイクロレンズＭＬにより集光させるように構成された有機ＥＬディスプレイにおいて、有機ＥＬ素子１０とこれに対応するマイクロレンズＭＬとの間の距離：ｄと、マイクロレンズＭＬの焦点距離：ｆの比：ｄ／ｆが条件：０．１≦ｄ／ｆ≦０．５を満足する。【選択図】                  図１
2004342448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上に２次元的にアレイ配列させた微小な有機ＥＬ素子のアレイと、上記有機ＥＬ素子の配列ピッチと同ピッチでマイクロレンズをアレイ配列させて形成したマイクロレンズアレイとを、個々のマイクロレンズが有機ＥＬ素子の個々と１：１に対応するようにして、透明な中間層を介して密に対向させ、各有機ＥＬ素子から放射されるＥＬ光を、対応するマイクロレンズにより集光させるように構成された有機ＥＬディスプレイにおいて、
上記有機ＥＬ素子とこれに対応するマイクロレンズとの間の距離：ｄと、上記マイクロレンズの焦点距離：ｆの比：ｄ／ｆが、条件：
（１）        ０．１≦ｄ／ｆ≦０．５
を満足することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項２】
請求項１記載の有機ＥＬディスプレイにおいて、
ｄ／ｆ≒０．３
であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項３】
請求項２記載の有機ＥＬディスプレイにおいて、
有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐと、有機ＥＬ素子とこれに対応するマイクロレンズとの間の距離：ｄとが、
０．７２≦α≦０．９０、１４．０≦β≦２８．３３
の範囲にあるα、βに対し、
ｄ≒αＰ−β
を満足することを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は有機ＥＬディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＬ光（エレクトロルミネセンス）を放射するＥＬ素子として、有機ＥＬ素子が知られている。有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子に比して駆動電圧が低く、省エネルギ的である。
【０００３】
微小な有機ＥＬ素子を２次元的にアレイ配列した「有機ＥＬディスプレイ」が知られ、携帯電話のディスプレイ等への応用が意図されている。
【０００４】
有機ＥＬ素子は微小な発光部が均一に発光し、発光されるＥＬ光には殆ど指向性がない。このため上記の有機ＥＬディスプレイは、視野角が実質的に１８０度（±９０度）で略フラットである。
【０００５】
このような広い視野角をもった有機ＥＬディスプレイを「携帯電話等の個人情報機器」に用いると、表示された情報が横方から視認できるためプライバシー保護の面から好ましくない。
【０００６】
有機ＥＬディスプレイの視野角を狭め、なおかつ、表示画像の明るさを増大する方法として、平面上に２次元的にアレイ配列させた微小な有機ＥＬ素子のアレイと、有機ＥＬ素子の配列ピッチと同ピッチでマイクロレンズをアレイ配列させて形成したマイクロレンズアレイとを、個々のマイクロレンズが有機ＥＬ素子の個々と１：１に対応するようにして、透明な中間層を介して密に対向させ、各有機ＥＬ素子から放射されるＥＬ光を、対応するマイクロレンズにより集光させるように構成された有機ＥＬディスプレイが知られている（特許文献１）。
【０００７】
発明者らの研究により上記「マイクロレンズの集光による効果」は、マイクロレンズの光学特性や有機ＥＬ素子との位置関係等に依存することが分った。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１７２７５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、発明者らが研究を通じて得た知見に基づき、正面側から明るい画像を観察でき、視野角を適切な範囲に設定できる有機ＥＬディスプレイの実現を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の有機ＥＬディスプレイは「平面上に２次元的にアレイ配列させた微小な有機ＥＬ素子のアレイと、有機ＥＬ素子の配列ピッチと同ピッチでマイクロレンズをアレイ配列させて形成したマイクロレンズアレイとを、個々のマイクロレンズが有機ＥＬ素子の個々と１：１に対応するようにして、透明な中間層を介して密に対向させ、各有機ＥＬ素子から放射されるＥＬ光を、対応するマイクロレンズにより集光させるように構成された有機ＥＬディスプレイ」であって、以下の点を特徴とする。
【００１１】
即ち、有機ＥＬ素子とこれに対応するマイクロレンズとの間の距離：ｄと、マイクロレンズの焦点距離：ｆの比：ｄ／ｆが、条件：
（１）        ０．１≦ｄ／ｆ≦０．５
を満足する（請求項１）。
【００１２】
有機ＥＬ素子のアレイとマイクロレンズアレイとを「透明な中間層を介して密に対向させる」とは、有機ＥＬ素子のアレイとマイクロレンズアレイとの間が、透明な中間層により密に充填されていることを意味する。中間層は「物体的な実態」を有することが好ましい。
【００１３】
請求項１記載の有機ＥＬディスプレイは、
ｄ／ｆ≒０．３
である場合に、「正面側からの観察像の明るさ」を最も向上させることができる（請求項２）。
【００１４】
請求項２記載の有機ＥＬディスプレイは、有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐと、有機ＥＬ素子とこれに対応するマイクロレンズとの間の距離：ｄとが、０．７２≦α≦０．９０、１４．０≦β≦２８．３３の範囲にあるα、βに対し、
ｄ≒αＰ−β
を満足することが好ましい（請求項３）。
【００１５】
若干付言すると「透明な中間層」は、片面に有機ＥＬ素子を２次元的にアレイ配列させて形成された「素子基板」自体であることができる。また、透明な中間層は、１層に限らず２層あるいはそれ以上の多層構造であることができ、そのうちの１層は接着剤層であることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、有機ＥＬディスプレイの実施の１形態を概念的に示している。符号１０は２次元的にアレイ配列された有機ＥＬ素子（ＥＬ発光膜）の個々を示している。有機ＥＬ素子１０は素子基板１２の平坦な面上に「２次元の正方行列状」にアレイ配列するように形成されている。素子基板１２は透明板である。符号１４はマイクロレンズＭＬをアレイ配列して形成された「透明基板」を示している。マイクロレンズＭＬのアレイ配列は、有機ＥＬ素子１０の配列ピッチと同ピッチで、個々のマイクロレンズＭＬが有機ＥＬ素子１０の個々と１：１に対応する。
【００１７】
即ち、図１（ａ）に示す有機ＥＬディスプレイは、平面上に２次元的にアレイ配列させた微小な有機ＥＬ素子１０のアレイと、有機ＥＬ素子１０の配列ピッチと同ピッチでマイクロレンズＭＬをアレイ配列させて形成したマイクロレンズアレイとを、個々のマイクロレンズＭＬが有機ＥＬ素子１０の個々と１：１に対応するようにして、透明な中間層を兼ねた素子基板１２を介して密に（隙間無く）対向させ、各有機ＥＬ素子１０から放射されるＥＬ光を、対応するマイクロレンズＭＬにより集光させるように構成された有機ＥＬディスプレイ」である。
【００１８】
発明者らは、図１（ａ）に示す有機ＥＬディスプレイにおける有機ＥＬ素子１０の幅（有機ＥＬ素子１０は正方形形状である）を４０μｍ、有機ＥＬ素子１０の配列間距離を２６μｍ、有機ＥＬ素子１０の配列ピッチを６６μｍ（＝４０μｍ＋２６μｍｍ）、マイクロレンズＭＬの焦点距離：ｆ＝１０８μｍ（空気中の値）、有機ＥＬ素子１０とマイクロレンズ１０との間の距離：ｄ＝３０μｍ（機械的長さ）とし、各有機ＥＬ素子（正方形状の発光部）が均一な光強度で発光するものとし、光線追跡によるシミュレーションで、透明基板１４の側に射出する光の強度が「視野角によりどのように変化するか」を調べた。
【００１９】
素子基板１２の屈折率：ｎ１＝１．４６（石英）、マイクロレンズアレイ基板１４の屈折率：ｎｂ＝１．５５（ＮＥＯＣＥＲＡＭ（商標：日本電気硝子））とした。
【００２０】
図２は結果を示す。縦軸は「光強度」、横軸は「視野角（度）」である。グラフ線２−１で示すのは、マイクロレンズＭＬの焦点距離が無限遠の場合、即ち、マイクロレンズアレイによる光の集光を行わない場合の光強度であり、視野角：０度における光強度を基準値：１として規格化した。
【００２１】
図に示すように、この場合の光強度は視野角：−９０度〜＋９０度の範囲において、略フラットである。
【００２２】
これに対して図１（ｂ）に示す条件では、視野角変化に伴う光強度（上記規格化された値に相対的な値）の変化はグラフ線２−２の如きものとなった。グラフ線２−２から明らかなように、マイクロレンズＭＬによる集光を行う場合、視野角：０度近傍では、集光を行わない場合に比して光強度が２倍以上に明るくなっており、また、光強度分布の「半値幅」は視野角：―３０度〜＋３０度の範囲であり、指向性も改善されている。
【００２３】
このような視野角特性を持つ有機ＥＬディスプレイを、例えば、携帯電話のディスプレイに使用した場合、視野角：―３０度〜＋３０度の範囲は「使用者には見やすい範囲」であり、他人が横方から視認しにくい。従って、プライバシー保護の効果が向上する。また、正面から見た場合に明るい像を観察できる。
【００２４】
次ぎに、上記距離：ｄと焦点距離：ｆとが、表示画像の明るさにどのように影響するかを調べるため、距離：ｄを固定し、焦点距離：ｆを変化させ、無次元のパラメータ：ｄ／ｆに対し「ディスプレイ正面側から見た明るさ」がどのように変化するかを光線追跡によるシミュレーションにより調べた。有機ＥＬ素子の幅および配列ピッチの影響も調べた。
【００２５】
「ディスプレイ正面側から見た明るさ」は、有機ＥＬディスプレイの総発光量を１としたとき、視野角：−３０度〜＋３０度の範囲に取出される光量を言う。図３に結果を示す。図３の横軸はパラメータ：ｄ／ｆである。縦軸「明るさ」は上記「ディスプレイ正面側から見た明るさ」である。「素子幅」とあるのは有機ＥＬ素子の幅である。
【００２６】
図３から、以下のことが結論される。
「ディスプレイ正面側から見た明るさ」が最も明るくなるのは、パラメータ：ｄ／ｆ＝０．３のときであり、ｄ／ｆ≒０．３のとき（請求項２）、ディスプレイ正面側から見て「実質的に最も明るい表示画像」を観察できる。図２のシミュレーション結果（ｄ／ｆ＝０．２８）は、この事実から説明される。
【００２７】
パラメータ：ｄ／ｆが「０．１≦ｄ／ｆ≦０．５の範囲（請求項１）」では、ディスプレイ正面側から見た表示画像は有効に明るい（最も明るい場合の略８０％以上の明るさである）。
【００２８】
有機ＥＬ素子の幅が、有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐに対して小さいほど、ディスプレイ正面側から見た表示画像は明るくなる。
【００２９】
次ぎに、有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐに対して、距離：ｄの最適値を知るために、ｄ／ｆ＝０．３とし、配列ピッチ：Ｐ＝６６μｍ、１３２μｍ、１９８μｍとするとともに、有機ＥＬ素子の幅を、配列ピッチ：６６μｍに対して３０μｍ、４０μｍ、５０μｍに変化させ、配列ピッチ：１３２μｍに対して６０μｍ、８０μｍ、１００μｎに変化させ、配列ピッチ：１９８μｍに対して９０μｍ、１２０μｍ、１５０μｍに変化させ、且つ、距離：ｄを変化させて上記「ディスプレイ正面側から見た明るさ」の変化をシミュレーションにより調べた。
【００３０】
この結果を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。これらの図において横軸は、距離：ｄ（＝０．３ｆ）であり、縦軸「明るさ」は前記「ディスプレイ正面側から見た明るさ」である。  図４（ａ）〜（ｃ）に「ディスプレイ正面側から見た明るさ」のピーク値と、その８０％を与える距離：ｄを示した。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｃ）の結果に基づき、配列ピッチ：Ｐと距離：ｄとの関係を、「ディスプレイ正面側から見た明るさ」がピークとなるとき、及び、ピーク値の８０％となるときにつきプロットすると図５に示す如くになる。
【００３２】
即ち、配列ピッチ：Ｐと距離：ｄとの関係は「実質的に直線で表す」ことができる。図５において直線▲２▼は「ディスプレイ正面側から見た明るさ」がピークとなるときのｄとＰの関係を与えており、この直線を、
ｄ＝αＰ−β
で表すと、α＝０．８３、β＝２６．２７となる。
【００３３】
図５において直線▲１▼は「ディスプレイ正面側から見た明るさ」がピーク値の８０％となるときのｄとＰの関係を与えており、この直線を、
ｄ＝αＰ−β
で表すと、α＝０．９０、β＝１４．０となる。同様に、直線▲３▼も「ディスプレイ正面側から見た明るさ」がピーク値の８０％となるときのｄとＰの関係を与えており、この直線を、
ｄ＝αＰ−β
で表すと、α＝０．７２、β＝２８．３３となる。
【００３４】
この結果から、以下の結論が導かれる。
即ち、例えば、有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐに基づき、図５における直線▲２▼上で上記ピッチ：Ｐに対応する距離：ｄを求め、このように求まるｄに対して、ｄ／ｆ≒０．３となるように、マイクロレンズの焦点距離：ｆを定める。
【００３５】
このようにして得られる焦点距離：ｆ＝ｄ／０．３を有するマイクロレンズが有機ＥＬ素子から距離：ｄの位置に位置するように、マイクロレンズアレイ基板と有機ＥＬ素子のアレイ配列との位置関係を設定すれば、視野角：−３０度〜＋３０度の範囲内で、ディスプレイ正面側から見て「最も明るい表示画像」を観察することができ、このとき、視野角：０では画像の明るさは、マイクロレンズによる集光を行わない場合の２倍以上に改善される。
【００３６】
また、配列ピッチ：Ｐに基づき、直線▲１▼と直線▲３▼との間にあるｄの値を求め、このように求まるｄに対して、ｄ／ｆ≒０．３となるように、マイクロレンズの焦点距離：ｆを定める。
【００３７】
このようにして得られる焦点距離：ｆ＝ｄ／０．３を有するマイクロレンズが有機ＥＬ素子から距離：ｄの位置に位置するように、マイクロレンズアレイ基板と有機ＥＬ素子のアレイ配列との位置関係を設定すれば、視野角：−３０度〜＋３０度の範囲内で、ディスプレイ正面側から見て上記「最も明るい画像」の８０％以上の明るさを持った画像を観察することができる。
【００３８】
換言すれば、ｄ／ｆ≒０．３において、有機ＥＬ素子の配列ピッチ：Ｐと、有機ＥＬ素子とこれに対応するマイクロレンズとの間の距離：ｄとが、
０．７２≦α≦０．９０、１４．０≦β≦２８．３３
の範囲にあるα、βに対し、
ｄ≒αＰ−β
を満足する（請求項３）ようにすれば、視野角：−３０度〜＋３０度の範囲内で、ディスプレイ正面側から見て「最も明るい画像の８０％以上の明るさを持った画像」を観察できる。
【００３９】
図６に、有機ＥＬディスプレイの実施の他の形態を４例示す。
図６（ａ）に示す例は、有機ＥＬ素子１０を２次元的にアレイ配列された素子基板１２Ａと透明基板１４Ａとの境界面にマイクロレンズアレイを形成した例である。素子基板１２Ａの材質の屈折率：ｎ１は、透明基板１４Ａの材質の屈折率：ｎｂに対して大きく（ｎ１＞ｎｂ）、マイクロレンズＭＬのレンズ面は「透明基板１４Ａの側に凸」となっている。素子基板１２Ａは「中間層」をなす。
【００４０】
図６（ｂ）に示す例は、有機ＥＬ素子１０を２次元的にアレイ配列された素子基板１２Ｂと透明基板１４Ｂとの間に透明層１３を介し、透明層１３と透明基板１４Ｂとの境界面にマイクロレンズアレイを形成した例である。透明層１３の材質の屈折率：ｎ２は、透明基板１４Ｂの材質の屈折率：ｎｂに対して大きく（ｎ２＞ｎｂ）マイクロレンズＭＬのレンズ面は「透明基板１４Ｂの側に凸」となっている。
【００４１】
「中間層」は素子基板１２Ｂと透明層１３とにより構成される。透明層１３は、例えば「紫外線効果樹脂」で構成できる。素子基板１２Ｂと透明層１３の屈折率：ｎ１、ｎ２の大小関係は、ｎ１≒ｎ２か、ｎ１＞ｎ２とするのが良い。
【００４２】
図６（ｂ）の例のように、中間層を素子基板１２Ｂと透明層１３とで構成すると、素子基板１２Ａに有機ＥＬ素子１０を成長させるプロセスと、透明基板１４Ｂにマイクロレンズアレイを形成するプロセスを分離して行い、これらプロセスの完了後に両者を接着等により一体化することができ、有機ＥＬディスプレイの製造が容易になる。
【００４３】
図６（ｃ）に示す例は、有機ＥＬ素子１０を２次元的にアレイ配列された素子基板１２Ｃと透明層１３Ａとの境界面に第１のマイクロレンズ面アレイを形成し、透明層１３Ａと透明基板１４Ｃとの境界面に第２のマイクロレンズ面アレイを形成し、第１、第２のマイクロレンズ面が協働してマイクロレンズアレイをなすようにした例である。
【００４４】
素子基板１２Ｃの材質の屈折率：ｎ１は、透明層１３Ａの材質の屈折率：ｎ２に対して大きく（ｎ１＞ｎ２）、第１のマイクロレンズ面アレイのレンズ面ＭＬ１は「透明層１３Ａの側に凸」になっている。透明層１３Ａの材質の屈折率：ｎ２と透明基板１４Ｃの材質の屈折率：ｎｂの大小関係はｎ２＜ｎｂであり、第２のマイクロレンズ面アレイのレンズ面ＭＬ２は「透明層１３Ａの側に凸」となっている。この場合、中間層は素子基板１２Ｃである。
【００４５】
図６（ｄ）に示す例は、有機ＥＬ素子１０を２次元的にアレイ配列された素子基板１２Ｄと透明層１３Ｂとの境界面に第１のマイクロレンズ面アレイを形成し、透明層１３Ｂと透明基板１４Ｄとの境界面に第２のマイクロレンズ面アレイを形成し、第１、第２のマイクロレンズ面が協働してマイクロレンズアレイをなすようにした例である。
【００４６】
素子基板１２Ｄの材質の屈折率：ｎ１は、透明層１３Ｂの材質の屈折率：ｎ２に対して小さく（ｎ１＜ｎ２）、第１のマイクロレンズ面アレイのレンズ面ＭＬ１は「素子基板１１Ｄの側に凸」になっている。透明層１３Ｂの材質の屈折率：ｎ２と透明基板１４Ｄの材質の屈折率：ｎｂの大小関係はｎ２＞ｎｂであり、第２のマイクロレンズ面アレイのレンズ面ＭＬ２は「透明基板１４Ｄの側に凸」となっている。この場合、中間層は素子基板１２Ｄである。
【００４７】
図６の例以外にも、各層の屈折率の組合せにより種々の変形が可能である。
上記何れの構成の場合も、マイクロレンズによる光路変更に伴う表示画像のボケ等の解像力への悪影響は見られなかった。
なお、有機ＥＬ素子の互いに隣接する３個を１単位とし、これら有機ＥＬ素子を赤、緑、青で発光させる事によりカラー画像を表示できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な「有機ＥＬディスプレイ」を実現できる。この発明の有機ＥＬディスプレイは、正面側から明るい表示画像を観察でき、視野角がー３０〜＋３０度と適切であり、携帯電話等の個人情報機器に用いる場合「プライバシー保護効果」が高い。また、正面側から観察される表示画像が明るいので消費電力の低減が可能となり、有機ＥＬディスプレイの長寿命化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬディスプレイの実施の１形態を説明するための図である。
【図２】請求項１記載の発明を説明するための図である。
【図３】請求項１、２記載の発明を説明するための図である。
【図４】請求項３記載の発明を説明するための図である。
【図５】請求項３記載の発明を説明するための図である。
【図６】有機ＥＬディスプレイの構成の別例を４例示す図である。
【符号の説明】
１０      有機ＥＬ素子
１２      素子基板
１４      透明基板
ＭＬ      マイクロレンズ
【図１】
2004342448.tif 000003
【図２】
2004342448.tif 000004
【図３】
2004342448.tif 000005
【図４】
2004342448.tif 000006
【図５】
2004342448.tif 000007
【図６】
2004342448.tif 000008