(57)【要約】【課題】  円偏光部材を設けても消光できないマイクロレンズの凹凸に起因する外光反射による視認性低下を防ぐ。【解決手段】  複数の発光素子からなる発光素子アレイを備える表示装置において、前記発光素子アレイの光放出面側に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを介して配された遮光部材を有し、前記遮光部材は、光吸収壁と該光吸収壁より光吸収率の低い媒体とが前記光放出面に沿って交互に配置された遮光部材が配置された部材であること特徴とする。【選択図】  図１
2012113951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子からなる発光素子アレイを備える表示装置であって、
前記発光素子アレイの光放出面側に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを介して配された遮光部材を有し、
前記遮光部材は、光吸収壁と該光吸収壁より光吸収率の低い媒体とが前記光放出面に沿って交互に配置された遮光部材が配置された部材であること特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズアレイの、前記発光素子アレイとは反対側に、さらに円偏光部材が配置されていること特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記複数の光吸収壁は一定のピッチで配列されており、
前記複数の発光素子のピッチは前記複数の光吸収壁のピッチの自然数倍であ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】
前記遮光部材の前記複数の光吸収壁のピッチをＬ、高さをＴ、前記媒体の屈折率ｎをとすると、
Ｔ／Ｌ≧０．７３６（ｎ２−０．８２１）０．５
を満たす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】
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４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、駆動回路を設けた基板の上に、一対の電極で挟まれた有機化合物層を有する有機ＥＬ素子を複数配置し、その表面を保護部材で覆った図９の構成が一般的である。１は不図示の駆動回路が設けられた基板、２は下部電極、３は有機ＥＬ素子間に設けられた素子分離膜、４は発光層を含む有機化合物層、５は上部電極である。有機ＥＬ素子は、下部電極２と、上部電極５と、これらの電極によって挟まれた有機化合物層４からなる構造である。有機ＥＬ素子は保護層６で覆われ、外部空間１５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】
ところが、図９の構成の場合、有機ＥＬ素子から様々な角度に出射される発光光は、主に保護層６と外部空間１５との境界で全反射される。そのため、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問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、特許文献１では、保護層で覆われた有機ＥＬ素子の表面に、樹脂材料からなるマイクロレンズアレイを設ける構成が開示されている。この構成によれば、表示装置と外部空間との境界で生じる全反射を低減することができ、発光光を効率良く外部空間へ、特に、正面方向（基板表面の法線方向）へ取り出すことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０３９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外部からの光（外光）を受ける環境、特に屋外など外光が強い環境では、表示装置に入射した外光は表示装置内で反射され再び外部へ出射される。すると、観察者には、発光光に表示装置内で反射された外光が上乗せされて観察され、視認性（コントラスト、視野角特性など）が低下して見える。視認性の低下を改善する手段として、円偏光部材を表示装置の光取り出し側、つまり、発光素子アレイの光放出面側に配置し、表示装置内で反射された外光（以下、外光反射）を消光する方法が知られている。
【０００７】
円偏光部材は、円偏光部材の表面に対して垂直に入射して反射する、外光の消光度即ち、外光反射の消光度は高いが、斜めから入射して反射する外光の消光度は低いという性質を持つ。ここで、消光度とは、円偏光部材に入射する外光反射のうち円偏光部材を透過しない光成分の割合を意味している。
【０００８】
このような円偏光部材の性質によれば、特許文献１のようなマイクロレンズアレイを配置した表示装置に円偏光部材を設けても、十分に外光反射を低減することができない。なぜなら、発光素子の表面に配置されたマイクロレンズアレイ表面の凹凸形状によって、外光がさまざまな方向へ乱反射され、円偏光板に斜めに入射する外光反射の割合が増えるからである。従って、マイクロレンズが設けられた表示装置は、円偏光部材だけでは外光反射を十分に消光できず、優れた視認性を確保するには改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明にかかる表示装置は、
複数の発光素子からなる発光素子アレイを備える表示装置であって、
前記発光素子アレイの光放出面側に複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを介して配された遮光部材を有し、
前記遮光部材は、光吸収壁と該光吸収壁より光吸収率の低い媒体とが前記光放出面に沿って交互に配置された遮光部材が配置された部材であること特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マイクロレンズを備えた表示装置において、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】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の概略断面図。
【図２】マイクロレンズを備える表示装置に入射する外光の経路を説明する図。
【図３】円偏光部材の反射率−角度特性の一例を示す図。
【図４】遮光部材の構成を説明する図。
【図５】遮光部材の透過率の角度依存性を示す図。
【図６】本発明に用いられる遮光部材を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る表示装置の概略断面図。
【図８】本発明にかかる表示装置を用いた映像情報処理装置のブロック図。
【図９】従来の表示装置の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、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表示装置を例にとって説明するが、本発明にかかる表示装置の発光素子は有機ＥＬ素子に限定されることはなく、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなどの発光素子であり得る。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の概略断面図である。表示装置１３は、基板１とは反対側（紙面上側）に向かって光を出射する、トップエミッション型である。不図示の駆動回路が設けられた基板１の上には、下部電極２、有機化合物層４、上部電極５が順次設けられ、複数の発光素子からなる発光素子アレイが構成されている。下部電極２は発光素子の大きさに応じて分割して設けられている。有機化合物層４は発光層を含む単層又は複数の層からなる積層体であり、発光層の他に、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などの機能層を含んでいても良い。有機化合物層４を構成する材料には、公知の材料を用いることができる。一般に有機化合物層は数十ｎｍ程度の薄い層であるため、下部電極２の端部の膜厚段差を覆うことができず、後に形成する上部電極５と、下部電極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。このような場合は、下部電極２の端部を覆う素子分離層３を設けるのが好ましい。有機化合物層４の上には、複数の発光素子にわたって連続した上部電極５が設けられている。なお、発光素子（有機ＥＬ素子）は、下部電極２と、上部電極５と、下部電極２と上部電極５とに挟まれた有機化合物層４とからなる構造を指す。
【００１４】
図１では、下部電極２が発光素子ごとに、上部電極５が発光素子アレイの共通電極となるよう複数の発光素子にわたって連続して設けられているが、発光素子ごとに駆動できる構成であればこれに限定されない。また、下部電極２と上部電極５のうち光取り出し側、即ち、光放出面側に配置する電極は、ＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、数ｎｍ程度の薄い金属など、光を透過する膜で形成される。他方の電極は、発光した光が反射して光放出面側に出射するように反射性の電極とするのが好ましく、光反射率の高い金属からなる単層や、金属層とＩＴＯやＩｎＺｎＯなどの透明導電層との積層を用いると良い。
【００１５】
上部電極５の上には、発光素子への水分や酸素等の浸入を防ぐための保護膜６が設けられ、更にその上に発光素子毎にマイクロレンズ７が配置される。保護膜６には、防湿性が高く、光透過率の高い絶縁材料が好ましく、特に窒化珪素膜や酸化珪素膜を好適に用いることができる。マイクロレンズ７は樹脂や無機の材料を加工して形成される。例えば、均一な膜厚に形成した樹脂材料を、型押しや、面内方向に分布を持った光で露光するフォトリソグラフィーを用いたパターニング法によってレンズ形状に成型することが可能である。図１では、発光素子毎にマイクロレンズ７を配置しているが、マイクロレンズ７と発光素子との位置関係は、これに限られない。全ての有機ＥＬ素子の上にマイクロレンズ７を配置しなくても良いし、複数の発光素子ごとに１つのマイクロレンズ７を設けても良いし、１つの発光素子に対して複数のマイクロレンズ７を設けても良い。以下、複数のマイクロレンズ７をまとめてマイクロレンズアレイと呼ぶことがある。
【００１６】
マイクロレンズアレイよりも光放出面側（観察者側）には、遮光部材１０が設けられる。遮光部材１０は、基板表面に対して斜め方向から入射する光を吸収するための光吸収壁９と媒体８とが交互に設けられた部材で、光吸収壁９が表示装置の光放出面（すなわち基板表面）に沿って並ぶように配置される。遮光部材１０については後に詳しく説明する。遮光部材１０よりもさらに観察者側には、円偏光部材１２が設けられる。円偏光部材１２には、直線偏光板と、１／４位相差板とを組み合わせた公知のものを用いることができる。
【００１７】
図１では、遮光部材１０と円偏光部材１２とは支持板１１を挟んで配置されている。支持板１１は、フィルム状の遮光部材１０と円偏光部材１２とが基板１に平行となるように支持するためのものである。従って、他の方法で遮光部材１０と円偏光部材１２とを基板１に平行に支持できるのであれば、支持板１１を設ける必要はない。例えば凹凸形状を表面に有するマイクロレンズアレイ上に、マイクロレンズアレイの凹部を充填層で埋めて表面を平坦にした後、その表面上に遮光部材１０と円偏光部材１２とを配置するとよい。充填層には、光透過率が高く、かつ、マイクロレンズアレイを構成する材料よりも屈折率の小さい材料を用いる。充填層の屈折率とマイクロレンズアレイの屈折率との差は０．３以上あるのが好ましい。
【００１８】
以下、遮光部材１０の作用を説明した後、その構成について説明する。
【００１９】
まず、マイクロレンズアレイを配置した表示装置に円偏光部材１２だけを設けた場合の外光の反射を図２の（ａ）を用いて説明する。光線Ａは、基板表面に対して斜め（以下、単に斜めと記述する）に入射して基板表面に対して垂直（以下、単に垂直と記述する）に反射する光、光線Ｂは、斜めに入射して斜めに反射する光である。また、光線Ｃは、垂直に入射して垂直に反射する光、光線Ｄは、垂直に入射して斜めに反射する光である。マイクロレンズアレイを設けない表示装置の場合は、反射面が平坦であるため、通常光線ＡやＤのような光は発生しないが、本発明にかかる表示装置の場合には、マイクロレンズの表面で外光が反射し光線ＡやＤのような光が多く発生する。
【００２０】
ここで、表示装置を正面方向（基板表面に対して垂直な方向）から観察した時の視認性を考える。様々な角度で表示装置に入射する外光の一部がマイクロレンズの表面で正面方向に反射され、光線Ａとなる。光線Ａは、表示装置に入射する際に円偏光部材１２を通過し、光量がおおよそ半減すると共に右回り（もしくは左回り）の円偏光となる。ただし、光線Ａは円偏光部材１２に対して斜めに入射するため、円偏光にならない光成分を含んでいる。その後、円偏光は、表示装置内で反射されて左回り（もしくは右回り）の円偏光となり、円偏光部材１２を再び通過する際に吸収される。この時、円偏光にならない光成分は円偏光部材１２に吸収されずに透過してしまう。その結果、円偏光部材１２だけでは外光を十分に消光できず、高い視認性を得難い。光線Ｄについても、同様の現象が生じる。光線Ｂは、正面方向には出射されないため正面方向からの観察には影響せず、円偏光部材１２に垂直に入射する光線Ｃは、円偏光にならない光成分を含まないため円偏光部材１２だけで十分に消光することができる。つまり、図２の（ａ）の表示装置において視認性に特に悪影響を及ぼす可能性があるのは、光線Ａおよび光線Ｄである。
【００２１】
次に、マイクロレンズアレイを配置した表示装置に遮光部材１０と円偏光部材１２とを設けた場合の外光の反射について説明する。外部から表示装置に入射し、表示装置の表面で反射された光の経路を図２の（ｂ）に示す。表示装置に斜めに入射する光線Ａのうち、遮光部材１０の光吸収壁９を横切る光は吸収されるため、表示装置内には達しない。表示装置に垂直に入射する光線Ｃは、円偏光部材１２で円偏光となって媒体８を通過し、表示装置内で垂直方向に反射されて逆回りの偏光となって再び媒体８を通過し、円偏光部材１２を通過する際に吸収される。表示装置に垂直に入射する光線Ｄは、円偏光部材１２で円偏光となって媒体８を透過し、発光素子で斜めに反射される際に逆回りの偏光となるが、光吸収壁９で吸収されるため、円偏光部材１２まで到達しない。従って、円偏光部材１２では十分に消光することのできない光線Ａや光線Ｄは、遮光部材１０によって吸収されるため、図２の（ａ）のように視認性を低下させることはない。
【００２２】
続いて遮光部材１０の構成について説明する。遮光部材１０は、光吸収壁９とそれより光吸収率の低い媒体とを交互に配置し、必要に応じて基材フィルム４１で挟んだもので、光吸収壁９は所定のピッチに固定される。媒体８には可視光領域の光吸収率が１０％以下、より好ましくは５％以下の光吸収率の低い材料が好ましく、シリコーン樹脂が好適である。光吸収壁９には、可視光領域の光吸収率が９０％以上、より好ましくは９５％以上の光吸収率の高い材料が好ましく、カーボン微粒子等の着色剤を混ぜて黒色または黒色に近い色に着色したシリコーン樹脂が好適である。また、発光光を効率良く外部に取り出すため、光吸収壁９の配列方向の幅は、媒体８の配列方向の幅に比べて十分に小さくするのが好ましい。基材フィルムには、偏光特性に影響を与えないよう光学的に等方な透明材料であって屈折率が媒体８とほぼ等しい材料が用いられる。
【００２３】
図１や３に示した光吸収壁９は、媒体８と交互に一定のピッチで配置され、そのピッチは発光素子のピッチの１／３になっている。光吸収壁９のピッチが発光素子のピッチよりも大きいと、１つの発光素子に対して光吸収壁９が１つもない箇所が生じ、光線Ａや光線Ｄを遮ることができない領域ができる。よって、光吸収壁９のピッチは発光素子のピッチよりも小さいことが好ましい。また、モアレの発生を防ぐためには、光吸収壁９のピッチが発光素子のピッチの（１／ｘ）（ｘは自然数）、即ち発光素子のピッチが光吸収壁９のピッチの自然数倍になっていることが望ましい。
【００２４】
光吸収壁９のピッチをＬ、光吸収壁９の高さをＴとすると、（Ｔ／Ｌ）の値が大きいほど斜めの光を吸収する性能は向上する。ただし、光吸収壁９の幅は非常に小さいので正面から観察した場合の表示装置の明るさはほとんど変わらないが、斜めから観察した場合の表示装置の明るさは低減してしまう。すなわち、視野角が狭くなる。したがって、表示装置の視野角設計に応じて（Ｔ／Ｌ）を決めるとよい。
【００２５】
図３に、平坦な反射面に円偏光部材を重ねた構造における反射率−角度特性の例を示す。横軸は光の入射角（＝反射角）、つまり反射面の法線と入射光線とがなす角度で、縦軸は反射率である。図３における反射率とは、円偏光部材に入射した光のうち、反射面で反射して再び円偏光部材を通過して出射する光の割合を表している。図３から、円偏光部材に入射する光の入射角が大きいと反射率が高くなることがわかる。光の入射角が６５度付近で、反射率は最大約３％となっている。
【００２６】
表示装置の視認性は、一般に正面から観察して評価される。平坦な反射面の場合、斜めに入射した光は入射角と等しい角度で反射されるため、観察者の視線と入射光との角度がほぼ等しい時に反射光が観察される。視認性は、反射率が約１％以下であれば良好とされており、図３の場合は、入射角０°乃至約４０°の範囲、言い換えると、正面に対して０°乃至約４０°の範囲での観察に対して良好である。
【００２７】
ところが、マイクロレンズアレイを備えた表示装置の場合、外光はマイクロレンズ７の表面で乱反射されるため、図２の（ａ）の光線Ａのように、斜めから入射する光が正面へ反射されて正面からの観察に影響を及ぼす場合がある。従って、反射率の高い入射角６５°付近の光を１％程度に抑える必要がある。
【００２８】
ここで、反射率の高い入射角６５°の光を１％程度に抑える遮光部材の構成を考える。入射角６５°付近の光の反射率を３％から１％程度に抑制するためには、円偏光部材に入射する入射角６５°の光の量を２／３だけ減らせばよいから、図４より以下の式が導き出させる。ここで、ｎ１は入射光が伝わってくる空間の屈折率、ｎ２は遮光部材の屈折率、θ１は遮光部材に入射する光の入射角、θ２は遮光部材における光の屈折角である。
Ｘ／Ｌ≧２／３                    ・・・（１）
Ｘ＝Ｔｔａｎθ２                  ・・・（２）
スネルの法則より、
ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２      ・・・（３）
入射光は空気中を伝わってくるとして、ｎ１＝１．０、θ１＝６５°を代入すると（３）式は次のように変形される。
ｓｉｎθ２＝０．９０６／ｎ２      ・・・（３）´
ここで、ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／｛１−（ｓｉｎθ）２｝０．５であるから、（１）〜（２）式は次のように変形できる。
Ｔｓｉｎθ２／｛１−（ｓｉｎθ２）２｝０．５／Ｌ≧２／３
Ｔ／Ｌ≧２／３｛１−（ｓｉｎθ２）２｝０．５／ｓｉｎθ２
（３）´式を代入して、
Ｔ／Ｌ≧２／３｛（ｎ２）２−０．８２１｝０．５／０．９０６
＝０．７３６｛（ｎ２）２−０．８２１｝０．５      ・・・（４）
例えば遮光部材１０の媒体８の屈折率ｎ２＝１．５の場合、（４）式から光吸収壁９の配置ピッチＬおよび光吸収壁高さＴは、Ｔ／Ｌ≧０．９が好ましいことがわかる。参考のため、図５にｎ２＝１．５とした時のＴ／Ｌと透過率および光線入射角度との関係を示しておく。
【００２９】
遮光部材１０は、図６に示すように、複数枚を組み合わせて用いてもよい。図６の遮光部材１０は、Ｘ方向に光吸収壁が配列した遮光部材Ａと、Ｙ方向に光吸収壁が配列した遮光部材Ｂとを積層した構造である。遮光部材Ａ、Ｂは、光学的に等方な基材フィルム４１で挟まれている。このような構成の場合も、遮光部材Ａ、Ｂがそれぞれ（４）式を満たすようにＴ／Ｌを決めると良い。なお、図６では遮光部材Ａ、Ｂの光吸収壁が互いに直交しているが、設計に応じて交差する角度を変えても良い。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、表示装置に斜めに入射する外光が遮光部材１０によって吸収され、マイクロレンズアレイの表面で乱反射されることにより生じていた外光反射を抑制することができ、視認性に優れた表示装置を提供することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の断面概略図である。第１の実施形態では、シート状の円偏光部材とマイクロレンズアレイとの間にシート状の遮光部材をそれぞれ平行に配置したが、本実施形態では、遮光部材１０とマイクロレンズアレイとの間に円偏光部材１２を配置している。
【００３２】
本実施形態の場合、遮光部材１０が円偏光部材１２よりも外側に配置されているため、偏光特性に関与しなくなる。従って、基材フィルム４１が光学的に等方である必要はない。遮光部材の基材フィルム４１に光学異方フィルム、例えば、延伸ポリカーボネート（屈折率１．５）を用いることができる。ただし、遮光部材１０と基材フィルム４１との界面での反射を抑えるために、遮光部材１０と基材フィルム４１の屈折率が揃っていることが望ましい。基材フィルムに延伸ポリカーボネートを用いた場合、遮光部材１０の媒体８には高屈折率シリコーン樹脂（屈折率１．５）を用いるとよい。本実施例においても、第１の実施形態と同様に、図６の２枚遮光部材Ａ、Ｂを組み合わせた遮光部材１０を用いても良い。
【００３３】
このように作製した有機ＥＬ表示装置は、第１の実施形態と同様に、外光反射が少なくなり、表示品位の高い表示装置が得ることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第１及び第２の実施形態の表示装置を映像情報処理装置に用いた例を示す。図８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、１６はデジタルスチルカメラシステム、１７は撮影部、１８は映像信号処理回路、１９が本発明にかかる表示装置、２０はメモリ、２１はＣＰＵ、２２は操作部を示す。
【００３５】
図８において、撮影部１７で撮影した映像又はメモリ２０に記録された映像情報を、映像信号処理回路１８で信号処理して映像信号を生成し、表示装置１９に表示することができる。コントローラーは、操作部２２からの入力によって撮影部１７、メモリ２０、映像信号処理回路１８等を制御するＣＰＵ２１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１９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。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板
２  下部電極
３  素子分離層
４  有機化合物層
５  上部電極
６  保護層
７  マイクロレンズ
８  媒体
９  光吸収壁
１０  遮光部材
１１  支持板
１２  円偏光部材
１３  基材フィルム
１４  表示装置
【図１】
2012113951.tif 000003
【図２】
2012113951.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012113951.tif 000008
【図７】
2012113951.tif 000009
【図８】
2012113951.tif 000010
【図９】
2012113951.tif 000011