(57)【要約】【課題】画素を同じ色相の二つの領域に分け、各領域にそれぞれ有機ＥＬ素子を設け、一方の有機ＥＬ素子の光出射側にレンズを設けた構成において、正面輝度の向上と発光の色純度の低下を防止できる表示装置を提供する。【解決手段】互いに同じ色相である第１領域と第２領域とを有する画素を備え、第１領域と第２領域は、それぞれ有機ＥＬ素子を備え、有機ＥＬ素子は、第１電極と有機ＥＬ層と第２電極とを備え、第２領域に、有機ＥＬ素子の光出射側に配されたレンズを有し、第２領域の有機ＥＬ素子が特定の式を満たす。【選択図】図３
2013008663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同じ色相である第１領域と第２領域とを有する画素を備え、
前記第１領域と前記第２領域は、それぞれ有機ＥＬ素子を備え、
前記有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された発光層を含む有機ＥＬ層と、を備え、
前記第２領域に、前記有機ＥＬ素子の光出射側に配されたレンズを有し、
前記第２領域の前記有機ＥＬ素子が下記式を満たすことを特徴とする表示装置。
０．９＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜１．１
ここで、Ｌ1：前記発光層と前記第１電極の反射面との間の光学距離、λ：光学干渉による強め合い波長、φ1：前記発光層で発光した光が前記第１電極の反射面で反射する際の位相シフト量。
【請求項２】
前記第２領域の前記有機ＥＬ素子が下記式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
Ｌ2＞０かつ２Ｌ2／λ＋φ2／２π＜１
ここで、Ｌ2：前記発光層と前記第２電極の反射面との間の光学距離、λ：光学干渉による強め合い波長、φ2：前記発光層で発光した光が前記第２電極の反射面で反射する際の位相シフト量。
【請求項３】
前記第１領域の前記有機ＥＬ素子が下記式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
ｍ−０．１＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜ｍ＋０．１  （ｍは正の整数）
【請求項４】
前記第１領域の前記有機ＥＬ素子が下記式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。
０．９＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜１．１
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子を用いた表示装置に関し、特に画素を同じ色相の二つの領域に分け、各領域にそれぞれ有機ＥＬ素子を設け、一方の有機ＥＬ素子の光出射側にレンズを設けた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の課題として、光取り出し効率が悪いことが知られている。これは有機ＥＬ素子では発光層から光が様々な角度で出射するため、保護膜と外部空間との境界面で全反射成分が多く発生し、発光光が素子内部に閉じ込められてしまうからである。この課題を解決するために、特許文献１では有機ＥＬ素子を封止する酸化窒化シリコン（ＳｉＮxＯy）膜上に樹脂から成るマイクロレンズアレイを配置して正面方向への光取り出し効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１のように有機ＥＬ素子の上にレンズを配置する構成では、レンズがなければ全反射していた光成分を取り出すことができるという効果に加え、集光の効果が期待できる。これらの効果により有機ＥＬ表示装置の正面輝度（正面方向即ち基板の法線方向への光取り出し効率）の向上を実現できる。しかし、有機ＥＬ表示装置の斜め方向の輝度は減少するため、この構成の場合、広い視野角特性が求められる場面では使いづらくなる。また、有機ＥＬ素子に干渉効果を付与した構成の場合、強め合いの干渉効果が効く方向（光路長）では輝度が高くなる。しかし、強め合いの干渉効果が弱まる方向では輝度が低くなるため、この構成の場合も、広い視野角特性が求められる場面では使いづらくなる。
【０００５】
正面輝度の向上と広い視野角特性の両方を実現するためには、画素を同じ色相の二つの領域に分け、各領域にそれぞれ有機ＥＬ素子を設け、一方の有機ＥＬ素子の光出射側にレンズを設けた構成にすることが考えられる。この構成とすれば、二つの領域のうちのレンズが設けられていない領域を発光させることで広い視野角特性を得ることができ、レンズが設けられている領域を発光させることで正面輝度を向上させることができる。しかし、この構成では、光学干渉の条件によっては正面方向において発光の色純度が低下する場合があり、この場合には良好な色を再現できなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、画素を同じ色相の二つの領域に分け、各領域にそれぞれ有機ＥＬ素子を設け、一方の有機ＥＬ素子の光出射側にレンズを設けた構成において、正面輝度の向上と発光の色純度の低下を防止できる表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに同じ色相である第１領域と第２領域とを有する画素を備え、前記第１領域と前記第２領域は、それぞれ有機ＥＬ素子を備え、前記有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された発光層を含む有機ＥＬ層と、を備え、前記第２領域に、前記有機ＥＬ素子の光出射側に配されたレンズを有し、前記第２領域の前記有機ＥＬ素子が下記式を満たすことを特徴とする。
０．９＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜１．１
ここで、Ｌ1：前記発光層と前記第１電極の反射面との間の光学距離、λ：光学干渉による強め合い波長、φ1：前記発光層で発光した光が前記第１電極の反射面で反射する際の位相シフト量。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも一部の画素において、レンズが設けられた領域の有機ＥＬ素子を、正面方向において光学干渉による可視光波長の光の強め合い効果がより大きくなる構成とすることができる。これにより、正面輝度を向上させることができると共に、発光の色純度の低下を防止できる。よって、発光の色純度が高く良好な色を再現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の表示装置を構成する有機ＥＬパネル及び画素の概略図である。
【図２】本発明の表示装置に用いられる有機ＥＬ素子の輝度−視野角特性である。
【図３】実施例の表示装置を構成する有機ＥＬパネル及び画素の概略図である。
【図４】実施例の表示装置に用いられる画素回路である。
【図５】実施例の表示装置を構成する画素の他の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の表示装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の表示装置を構成する有機ＥＬパネル１１の一例を示す概略図である。有機ＥＬパネル１１はマトリクス状に複数配置された画素（ｍ行ｎ列画素）、情報線駆動回路１２、走査線駆動回路１３、情報線１５、走査線１６を有する。各画素は各情報線１５と各走査線１６の交点に配置され、各画素には画素回路１４、有機ＥＬ素子が配置されている。情報線駆動回路１２は画像データに応じた情報電圧（情報信号）を情報線１５に印加する回路、走査線駆動回路１３は走査信号を走査線１６に供給する回路、画素回路１４は情報電圧に応じた駆動電流を有機ＥＬ素子に供給する回路である。
【００１２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の有機ＥＬパネル１１における画素（例えば図１（ａ）中のａ行目ｂ列目の画素）に相当する部分を示す部分断面図である。各画素は互いに異なる視野角特性（視野角特性Ａ、視野角特性Ｂ）を有する二つの領域からなる。ここで、画素を構成する「領域」とは、１つの有機ＥＬ素子が設けられた領域を意味する。各画素では、基板２０の上に上記各領域の有機ＥＬ素子毎にパターニングされた第１電極２１が形成され、第１電極２１の上に発光層を含む有機ＥＬ層（有機化合物層）２３、第２電極２４が順に形成されている。発光層で発光した光は直接第２電極側から外部に取り出されるか、又は第１電極２１の反射面で反射された後第２電極側から外部に取り出される。上記各領域内の各有機ＥＬ素子間には二つの領域間を分離する領域分離層２２が形成され、第２電極２４の上には空気中の酸素や水分から有機ＥＬ層２３を保護するための保護膜２５が形成されている。第１電極２１と第２電極２４は一方がアノード電極、他方がカソード電極である。第１電極２１をアノード電極、第２電極２４をカソード電極としても良いし、第１電極２１をカソード電極、第２電極２４をアノード電極としても良い。
【００１３】
第１電極２１は、例えばＡｇ等の高い反射率を持つ導電性の金属材料から形成される。或いはそのような金属材料から成る層とホール注入特性に優れたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性材料から成る層との積層体から構成しても良い。第１電極２１が金属からなる場合、金属と有機ＥＬ層２３との界面（金属の発光層側の界面）が第１電極２１の反射面である。第１電極２１が金属膜と透明酸化物導電膜との積層体からなる場合、金属膜と透明酸化物導電膜との界面が第１電極２１の反射面である。尚、第１電極２１は同一画素内で連続して形成され、つながっていても良い。この場合、同一画素の二つの有機ＥＬ素子間に領域分離層２２は設けない。
【００１４】
第２電極２４は、複数の有機ＥＬ素子に対して共通に形成されており、発光層で発光した光を素子外部に取り出し可能な半反射性又は光透過性の構成を有している。素子内部での干渉効果を高めるために第２電極２４を半反射性の構成とする場合、第２電極２４はＡｇ、ＡｇＭｇ等の電子注入性に優れた導電性の金属材料から成る層を２ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で形成することにより構成することができる。尚、「半反射性」とは、素子内部で発光した光の一部を反射し一部を透過する性質を意味し、可視光に対して２０〜８０％の反射率を有するものをいい、「光透過性」とは、可視光に対して８０％以上の透過率を有するものをいう。
【００１５】
有機ＥＬ層２３は、少なくとも発光層を含む単層又は複数の層からなる。有機ＥＬ層２３の構成例としては、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層からなる４層構成、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層からなる３層構成等が挙げられる。有機ＥＬ層２３を構成する材料は公知の材料を使用することができる。尚、第１電極２１をアノード電極、第２電極２４をカソード電極とした場合と、第１電極２１をカソード電極、第２電極２４をアノード電極とした場合とでは有機ＥＬ層２３を構成する各層の積層順が逆になる。
【００１６】
保護膜２５は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料からなる。或いは無機材料と有機材料との積層膜からなる。無機膜の膜厚は０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、ＣＶＤ法で形成することが好ましい。有機膜は工程中に表面に付着して除去できない異物を覆って保護性能を向上させるために使用するため、有機膜の膜厚は１μｍ以上が好ましい。図１（ｂ）では、保護膜２５を領域分離層２２の形状に沿って形成しているが、保護膜２５の表面が平坦であっても良い。有機材料を使うことで容易に表面を平坦にすることが可能である。
【００１７】
基板２０には各有機ＥＬ素子を駆動できるように画素回路が形成されている（不図示）。これらの画素回路は複数の薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒという）から構成されている（不図示）。ＴＦＴが形成された基板２０は、ＴＦＴと第１電極２１とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成された層間絶縁膜に覆われている（不図示）。層間絶縁膜上には、画素回路による表面凹凸を吸収し、表面を平坦にするための平坦化膜が形成されている（不図示）。
【００１８】
図１（ｃ）は、図１（ａ）の有機ＥＬパネル１１における画素配置の一例であり、Ｒ画素３１、Ｇ画素３２、Ｂ画素３３が配置されている。Ｒ画素３１はＲ−１領域３１１、Ｒ−２領域３１２で構成され、各領域は色相が共にＲ、かつ互いに視野角特性が異なる。Ｇ画素３２はＧ−１領域３２１、Ｇ−２領域３２２で構成され、各領域は色相が共にＧ、かつ互いに視野角特性が異なる。Ｂ画素３３はＢ−１領域３３１、Ｂ−２領域３３２で構成され、各領域は色相が共にＢ、かつ互いに視野角特性が異なる。Ｒを発光し視野角特性の異なる二つの領域からなるＲ画素３１、Ｇを発光し視野角特性の異なる二つの領域からなるＧ画素３２、Ｂを発光し視野角特性の異なる二つの領域からなるＢ画素３３が、１つの表示単位である。視野角特性の異なる二つの領域は、例えば、それぞれの領域の有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ層の膜厚を変えることで形成されたり、またレンズやプリズムを一方の領域にのみ配置して形成される。
【００１９】
本発明の表示装置は、図１（ｃ）のように３つの異なる色相を持った有機ＥＬパネルで構成しても良いし、４つの異なる色相を持った有機ＥＬパネルで構成しても良い。３色相の場合には、例えばＲ・Ｇ・Ｂの３色相を持った有機ＥＬパネルとし、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色相の有機ＥＬ素子からなる構成としても良いし、白色有機ＥＬ素子にＲ・Ｇ・Ｂの３色相のカラーフィルターを重ねた構成としても良い。４色相の場合には、例えばＲ・Ｇ・Ｂ・Ｗの４色相を持った有機ＥＬパネルとしても良い。
【００２０】
このように、本発明の第一の特徴は各画素が異なる視野角特性を有する二つの領域からなることである。具体的にはＲ−１領域３１１、Ｇ−１領域３２１、Ｂ−１領域３３１を視野角の広い特性を持つ領域で構成し、Ｒ−２領域３１２、Ｇ−２領域３２２、Ｂ−２領域３３２を正面輝度の高い特性を持つ領域で構成する。ここで、「正面輝度の高い特性」とは、正面方向即ち基板の法線方向への光取り出し効率が高い特性を意味する。以下、Ｒ−１領域３１１、Ｇ−１領域３２１、Ｂ−１領域３３１を「第１領域」、Ｒ−２領域３１２、Ｇ−２領域３２２、Ｂ−２領域３３２を「第２領域」という。第１領域と第２領域が上記各特性を持つためには、例えば第２領域のみに有機ＥＬ素子の光出射側に集光性の高い素子を配置する。集光性の高い素子としては、集光レンズ等を用いるのが好ましい。
【００２１】
画素内の第１領域と第２領域の視野角特性をグラフで示すと図２のようになる。図２中の（ａ）はＲ−１領域３１１の相対輝度−視野角特性、図２中の（ｂ）はＲ−２領域３１２の相対輝度−視野角特性である。輝度はＲ−１領域３１１・Ｒ−２領域３１２共に同じ電流を注入し、Ｒ−１領域３１１の正面輝度を１としたときの相対輝度値で表している。図２より、Ｒ−１領域３１１は視野角が広いことが分かる。一方、Ｒ−２領域３１２は視野角が狭いが、正面輝度がＲ−１領域３１１の約４倍になることが分かる。Ｇ画素３２の上記二つの領域及びＢ画素３３の上記二つの領域についても図２と同様の特性を有する。
【００２２】
次に、本発明のもう一つの特徴について説明する。本発明の第二の特徴は少なくとも一部の画素において、第２領域の有機ＥＬ素子を、下記（１）式を満たす構成とすることである。尚、Ｌ1は発光層と第１電極２１の反射面との間の光学距離、φ1は光が反射する層と層との界面での位相シフトの和（発光層で発光した光が第１電極２１の反射面で反射する際の位相シフト量）である。
【００２３】
２Ｌ1／λ＋φ1／２π＝１・・・（１）
【００２４】
上記（１）式を満たす構成とは、正面方向において光学干渉による可視光波長の光の強め合い効果がより大きくなる構成である。この構成とすることにより、正面輝度を向上させることができると共に、発光の色純度の低下を防止できる。詳細については後述の実施例で説明する。尚、第１領域の有機ＥＬ素子も上記（１）式を満たす構成としても良い。
【００２５】
続いて、有機ＥＬパネル１１の動作について説明する。Ｒ・Ｇ・Ｂ各画素における視野角特性の異なる二つの領域は画素回路で駆動する。第１電極２１が同一画素内で連続して形成され、つながっている場合には二つの領域を同時に駆動することができ、つながっていない場合には二つの領域を独立して駆動することができる。図４の画素回路を用いることにより例えば以下の駆動を行うことができる。
【００２６】
視野角の広い特性を持った領域であるＲ−１領域３１１、Ｇ−１領域３２１、Ｂ−１領域３３１のみを点灯させると有機ＥＬパネル１１は視野角の広い性能が得られる。視野角は狭いが、正面輝度の高い特性を持った領域であるＲ−２領域３１２、Ｇ−２領域３２２、Ｂ−２領域３３２のみを点灯させると有機ＥＬパネル１１は正面輝度の高い性能が得られる。これらの駆動を組み合わせることにより正面輝度の向上と広い視野角特性の両方を実現できる。
【００２７】
また、Ｒ−２領域３１２、Ｇ−２領域３２２、Ｂ−２領域３３２を低電流で点灯させ、正面輝度をＲ−１領域３１１、Ｇ−１領域３２１、Ｂ−１領域３３１を点灯させた場合と同等にすると消費電力を低減できる。
【００２８】
図３（ａ）は、本実施例の表示装置を構成する有機ＥＬパネル１１の概略図である。本実施例の有機ＥＬパネル１１は図１（ａ）の有機ＥＬパネル１１に発光領域の選択制御線駆動回路１７、２本の選択制御線１８、１９を追加した構成としている。各画素はＲ・Ｇ・Ｂいずれかの色相である。画素回路１４は図４の回路を用いる。図４において、Ｐ１は走査線、Ｐ２は有機ＥＬ素子Ａの選択制御線、Ｐ３は有機ＥＬ素子Ｂの選択制御線である。情報信号として情報電圧Ｖｄａｔａが情報線１５から入力される。有機ＥＬ素子Ａのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ３）のドレイン端子に接続されており、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。有機ＥＬ素子Ｂのアノード電極はＴＦＴ（Ｍ４）のドレイン端子に接続されており、カソード電極は接地電位ＣＧＮＤに接続されている。
【００２９】
図３（ｂ）は、本実施例の有機ＥＬパネル１１における画素に相当する部分を示す部分断面図である。本実施例の各画素は図１（ｂ）の画素において第２領域のみに有機ＥＬ素子の光出射側にレンズ２６を設けた構成としており、保護膜２５より下の層は図１（ｂ）と同じ構成である。本実施例では第１電極２１をアノード電極、第２電極２４をカソード電極とした。
【００３０】
レンズ２６は樹脂材料を加工することにより形成されている。具体的にはレンズは型押し等の方法により形成可能である。また、保護膜２５を無機膜で厚膜形成した後、その無機膜をエッチングしてレンズ形状に加工しても良い。この場合、図５のような構成になる。このように保護膜２５がレンズ形状も兼ねると単層で形成できる点で好ましい。
【００３１】
上記構成をとることにより、レンズ２６が設けられた第２領域の有機ＥＬ素子Ｂでは、有機ＥＬ層２３から出射された光が透明な第２電極２４を透過し、更に保護膜２５、レンズ２６を透過して有機ＥＬ素子Ｂの外部へ出射される。レンズ２６が設けられた構成ではレンズが設けられていない構成と比べて出射角度が基板の法線方向に近づく。従ってレンズ２６が設けられた構成の方が基板の法線方向への集光効果が向上する。即ち表示装置としては正面方向における光の利用効率を高めることができる。また、レンズ２６が設けられた構成では、発光層から斜めに出射された光の出射界面に対する入射角度が垂直に近くなるため、全反射する光量が減少する。その結果、光取り出し効率も向上する。
【００３２】
一方、レンズが設けられていない第１領域の有機ＥＬ素子Ａでは、有機ＥＬ層２３の発光層から斜めに出射された光は、保護膜２５から出射する際に更に斜めになって出射するため、広角で光を放出できるが正面方向には多くの光を取り出せない。
【００３３】
図３（ｃ）は、本実施例の有機ＥＬパネル１１における画素配置であり、図１（ｃ）と同じ画素配置である。Ｒ−１領域３１１、Ｇ−１領域３２１、Ｂ−１領域３３１では有機ＥＬ素子Ａの光出射側を平坦とし、Ｒ−２領域３１２、Ｇ−２領域３２２、Ｂ−２領域３３２では有機ＥＬ素子Ｂの光出射側にレンズを設けている。また、本実施例では少なくとも一部の画素において、レンズ２６が設けられた第２領域の有機ＥＬ素子を、上記（１）式を満たす構成としている。以下、このような構成とする理由を説明する。
【００３４】
一般的に、有機ＥＬ素子を構成する発光層等の各層の膜厚は数十ｎｍ程度であり、各層の膜厚ｄと各層の屈折率ｎを掛け合わせた光学距離（ｎｄ積）は、可視光波長（３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長）の数分の１程度に相当する。このため、有機ＥＬ素子の内部では可視光の多重反射や干渉が顕著に現われる。この干渉効果によって強められる波長λ（光学干渉による強め合い波長λ）は、下記（２）式のように定まる。
【００３５】
λ＝２Ｌ1ｃｏｓθ／（ｍ−φ1／２π）・・・（２）
【００３６】
Ｌ1は発光層と第１電極２１の反射面との間の光学距離（以下、「光学距離Ｌ1」という）、θは発光の放射角度、ｍは光学干渉の次数（正の整数）、φ1は発光層で発光した光が第１電極２１の反射面で反射する際の位相シフト量である。位相シフト量φ1は界面を形成する２つの材料のうち、光が入射する側の材料を媒質Ｉ、他方の側の材料を媒質ＩＩとし、それぞれの光学定数を（ｎ1，ｋ1）、（ｎ2，ｋ2）とすると下記（３）式で表すことができる。これらの光学定数は、例えば分光エリプソメーター等を用いて測定することができる。
【００３７】
φ1＝２π−ｔａｎ-1（２ｎ1・ｋ2／（ｎ12−ｎ22−ｋ22））・・・（３）
【００３８】
有機ＥＬ素子からの発光は、発光層内部でキャリアが再結合して放出される発光に、光学干渉の効果を重畳させたものである。このため、各層の光学距離や位相シフト量を変化させると上記（２）式における強め合い波長λが変化するため、有機ＥＬ素子の発光特性を調整することが可能となる。
【００３９】
本実施例では第１電極２１としてアルミ合金を適用した。この場合、第１電極２１の反射面で反射する際の位相シフト量φ1は、表１に示す光学定数を上記（３）式に適用して算出される。
【００４０】
【表１】
2013008663.tif 000003
【００４１】
ここで、まず本実施例の表示装置が備える有機ＥＬ素子の発光層と第１電極２１の反射面との間の光学干渉の条件について考える。発光層と第１電極２１の反射面との間の発光が干渉する場合、位相シフト量φ1としては発光が第１電極２１の反射面で反射する場合を考慮する。この場合、表１の光学定数と上記（３）式より、位相シフト量φ1は３．８４（ｒａｄ）（２２０．０度）と見積もられる。
【００４２】
このとき、発光の放射角度θが０°のときに強め合い波長λが４６０ｎｍとするには、上記（２）式より、光学距離Ｌ1を、ｍ＝１の場合８９ｎｍ、ｍ＝２の場合３１９ｎｍ、ｍ＝３の場合５４９ｎｍにそれぞれ設定する。上記（２）式より、強め合い波長λは発光の放射角度θにより異なる。表２〜４にそれぞれの光学距離Ｌ1（表２では８９ｎｍ、表３では３１９ｎｍ、表４では５４９ｎｍ）における発光の放射角度θと強め合い波長λの関係を示す。
【００４３】
【表２】
2013008663.tif 000004
【００４４】
【表３】
2013008663.tif 000005
【００４５】
【表４】
2013008663.tif 000006
【００４６】
表２〜４より、発光の放射角度θと光学干渉の次数ｍの値が大きくなるにつれて、強め合い波長λは有機ＥＬ素子の正面方向へ放射される場合（発光の放射角度θ＝０°の場合）よりも短波長側にシフトすることが分かる。
【００４７】
次に、レンズ２６に入射する発光の放射角度θについて考える。本実施例では、保護膜２５上にレンズ２６を形成する。保護膜２５は例えば窒化珪素等の無機化合物で構成され、レンズ２６は主に樹脂材料で構成されるため、保護膜２５とレンズ２６の間には屈折率差がある。一般に、窒化珪素のような無機化合物は樹脂材料よりも高屈折率であるため、保護膜２５とレンズ２６の界面では全反射を生じ、全反射が生じる臨界角θcは保護膜２５の屈折率ｎaとレンズ２６の屈折率ｎbを用いて下記（４）式より算出できる。
【００４８】
θc＝ｓｉｎ-1（ｎb／ｎa）・・・（４）
【００４９】
例えば保護膜２５の屈折率ｎaを１．８０、レンズ２６の屈折率ｎbを１．６８とすると臨界角θcは６９°となる。このため、有機ＥＬ素子から生じた発光のうち、放射角度θ＝６９°までの光がレンズ２６に入射する。一方、レンズを設けず保護膜２５から直接表示装置の外部へと発光を出射させる場合、保護膜２５の屈折率ｎaを１．８０とし、外部（空気）の屈折率＝１を上記（４）式のｎbに適用すると臨界角θcは約３４°となる。即ち、レンズ２６を設けることにより、レンズを設けていない領域では利用できなかった、放射角度θ＝３４°〜６９°までの発光を利用することができる。このように、レンズ２６を設けると発光の利用効率が高まるというメリットがある。また、ガラスキャップ封止を採用する場合には、レンズ２６の下に保護膜２５は必須ではないため、有機ＥＬ層２３からレンズ２６までの屈折率差による全反射を抑制することが可能となる。この場合、レンズ２６の全域に光が到達することになる。レンズ２６に到達した光が外部に取り出せるかどうかはレンズ２６と外部との境界の角度次第で決まるため、レンズ２６を設計することにより外部への光取り出しを実現できる。
【００５０】
ところで、保護膜２５からレンズ２６へ入射可能な臨界角θcが６９°であること、及び有機ＥＬ層２３と保護膜２５との屈折率差が小さいことから、以下、表２〜４の発光の放射角度θを、第２電極２４上の保護膜２５内の放射角度と置き換えて考える。
【００５１】
レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌ1を８９ｎｍとするとレンズ２６に入射する発光の強め合い波長は、表２の放射角度θ＝０°〜７０°付近までとなる。ｍ＝１の場合はおよそ４６０ｎｍ〜１５７ｎｍ、ｍ＝２の場合は１２９ｎｍ〜４４ｎｍ、ｍ＝３の場合は７５ｎｍ〜２６ｎｍとなる。一般に人の目で視認される可視光波長領域は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであることから、レンズを設けた領域の有機ＥＬ素子の光学距離Ｌ1を８９ｎｍに設定した場合に表示装置の視認者から認識される発光は、ｍ＝１の場合の条件を満たし強められる発光に限られる。ｍ＝２、３の場合の条件にてレンズ２６に入射する強め合い波長は、可視光波長以外の光の強め合い条件であるため視認者から認識されない。一般に表示装置は可視光波長領域に発光を示す発光層を備えているため、ｍ＝２、３の場合の条件のような波長の強め合い条件は有機ＥＬ素子の発光特性には影響しない。従ってｍ＝１の場合の光学干渉の条件により有機ＥＬ素子の発光特性が決定される。
【００５２】
続いて、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌ1を３１９ｎｍとするとレンズ２６に入射する発光の強め合い波長は、表３の放射角度θ＝０°〜７０°付近までとなる。ｍ＝１の場合は１６４３ｎｍ〜５６２ｎｍ、ｍ＝２の場合は４６０ｎｍ〜１５７ｎｍ、ｍ＝３の場合は２６７ｎｍ〜９１ｎｍとなる。この場合、可視光波長領域の発光に影響するのは、ｍ＝２の場合の条件を満たし強められる発光と、ｍ＝１の場合の条件の放射角度θ＝約６５°〜７０°で強められる発光である。ｍ＝１の場合の条件のθ＝約６５°〜７０°で強められる発光は、放射角度θが０°のときのｍ＝２の場合の条件の強め合い波長＝４６０ｎｍよりも長波長である。
【００５３】
また、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌ1を５４９ｎｍとするとレンズ２６に入射する発光の強め合い波長は、表４の放射角度θ＝０°〜７０°付近までとなる。ｍ＝１の場合は２８２７ｎｍ〜９６７ｎｍ、ｍ＝２の場合は７９１ｎｍ〜２７１ｎｍ、ｍ＝３の場合は４６０ｎｍ〜１５７ｎｍとなる。この場合、可視光波長領域の発光に影響するのは、ｍ＝３の場合の条件を満たし強められる発光と、ｍ＝２の場合の条件の放射角度θ＝約５°〜６０°で強められる発光となる。ｍ＝２の場合の条件のθ＝５°〜５０°で強められる発光は、放射角度θが０°のときのｍ＝３の場合の条件の強め合い波長＝４６０ｎｍよりも長波長である。
【００５４】
上記のように、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌ1が異なると表示装置の正面方向での強め合い波長λが４６０ｎｍで同一にもかかわらず、レンズ２６に入射する発光の強め合い波長が異なる。表５に上述したレンズ２６へ入射する発光のうち、可視光波長領域に相当する波長範囲をまとめて示す。
【００５５】
【表５】
2013008663.tif 000007
【００５６】
レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子での上記三つの光学距離Ｌ1の比較において、光学距離Ｌ1が最も短い８９ｎｍとした場合は他の二つの光学距離Ｌ1とした場合と比べてレンズ２６に入射する発光の強め合い波長域が狭い。また、光学干渉の効果と次数ｍの関係について考えると、一般的に、次数ｍが小さいほど光学干渉による強め合い効果が大きいことが知られている。このため、表３及び４に示したｍ＝２、３の場合では、より低次な干渉条件も同時に満たすため、放射角度θが０°のときの波長よりも長波長でより大きい強め合い効果が同時に生じる。この場合、ｍ＝１の場合と比べてより多様な波長や強度の光がレンズ２６に入射することから発光の色純度が低下する。更に斜め視野角において低次の干渉も混在してくるため色の変化が複雑になる。
【００５７】
よって、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、光学距離Ｌ1をｍ＝１の条件に設定すると、同一の強め合い波長に設定する場合において、ｍ＞１の条件に比べてより大きい光学干渉の効果による強め合い効果を利用できる。つまり、発光位置と第１電極２１の間の光学距離Ｌ1は、上記（１）式を満たすようにすればよい。
【００５８】
このように、本実施例の表示装置では、発光のレンズ２６への入射界面における臨界角θcと光学干渉による強め合い波長の角度依存性、光学干渉の次数ｍによる強め合い効果の変化に着目している。そして、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子が、所望の強め合い波長において、ｍ＝１の場合の光学干渉の条件を満たすように発光層と第１電極２１の反射面との間の光学距離を設定している。これにより、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、正面輝度（正面方向への光取り出し効率）と発光の色純度を向上させることができるため、発光の色純度が高く、より明るい即ち良好な色再現性を備え、消費電力の少ない表示装置を提供できる。尚、設定する強め合い波長の制限は特になく、可視光波長領域で発光する発光層を有する有機ＥＬ素子であれば適用することができる。ＲＧＢ３原色系や、３原色＋シアン、３原色＋イエローといった４原色系の表示装置にも適用することができる。
【００５９】
上記の説明では、発光層と第１電極２１の反射面との間の光学距離を取り扱ってきたが、発光領域が発光層内部で拡がりや分布を持つ場合等は、光学干渉の条件を満たす光学距離を、発光領域の発光層内部での分布を考慮して適宜調整する。
【００６０】
また、成膜時に有機化合物層などの膜厚がばらつく場合などを考慮すると、光学距離Ｌ1は式（１）を満たす値から微小値ずれていてもよく、具体的には、式（１’）を満たしていれば本発明の効果を得ることができる。
【００６１】
０．９＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜１．１・・・（１’）
【００６２】
また、第２電極２４と発光位置との間の光学干渉条件について説明する。この場合、その位相シフト量φ2（発光層で発光した光が第２電極２４の反射面で反射する際の位相シフト量φ2）としては、発光が第２電極２４で反射する場合を考慮する。第２電極２４をＡｇ薄膜系で構成した場合、位相シフト量φ2は、４．２１（ｒａｄ）（２４１．４度）と見積もられる。
【００６３】
第２電極２４は、光出射側に位置する半透明膜であり、その反射率は、第２電極２４の膜厚にもよるが、最大でも４０％程度である。そのため、７０％以上の高い反射率を備える第１電極２１側の干渉条件に比べ、発光への影響度が少ないが、レンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子において、様々な光学干渉条件を満たす光学距離の設定が可能である。特に、好ましくは、第２電極２４と発光位置との間の光学距離Ｌ2（発光層と第２電極２４の反射面との間の光学距離Ｌ2）を、有機ＥＬ素子の発するスペクトルの最大ピーク波長λ（光学干渉による強め合い波長λ）に対し、式（５）を満たすことがよい。
【００６４】
Ｌ2＞０かつ２Ｌ2／λ＋φ2／２π＜１・・・（５）
【００６５】
つまり、第２電極２４と発光位置との間の光学干渉条件は、第１電極２１側の強め合い波長よりも短い波長を強めるように設定される。たとえば、波長５２０ｎｍの有機ＥＬ素子において、式（５）を満たすように、光学距離Ｌ2を３３．６ｎｍに設定した場合、位相シフト量φ2＝４．２１（ｒａｄ）から見積もると、
２Ｌ2／Λ＋φ2／２π＝１・・・（６）
の干渉条件を満たす。つまり、Λ＝２０４ｎｍの波長の光を強めることとなる。これは、第１電極２１側での干渉で強められる光よりも短い波長の光を強める条件である。
【００６６】
このように、第２電極２４側の光学干渉の式を１よりも小さい値で満たす場合（式（５）を満たす場合）、レンズへ入射する発光の強め合い波長領域をより狭くでき、より色純度が高い表示装置を実現することが可能となる。
【００６７】
また、このように第２電極２４側の光学距離を短く設定しておくことは、第１電極２１−第２電極２４間のトータル光学距離を短く設定できるため好ましい。
【００６８】
本発明の光学干渉の条件は、全ての画素のレンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子に適用しても良い。この場合、全ての画素のレンズ２６を設けた第２領域の有機ＥＬ素子で上記本発明の効果が得られる点で好ましい。また、発光色毎に本実施例の光学干渉の条件の適用を使い分けることもできる。
【００６９】
また、レンズを設けない第１領域の有機ＥＬ素子を、下記（７）式を満たす構成とすると、レンズを設けない第１領域の有機ＥＬ素子においても光学干渉による強め合い効果が得られることにより色純度が向上する点で好ましい。
【００７０】
２Ｌ1／λ＋φ1／２π＝ｍ  （ｍは正の整数）・・・（７）
【００７１】
また、成膜時に有機化合物層などの膜厚がばらつく場合などを考慮すると、光学距離Ｌ1は式（７）を満たす値から微小値ずれていてもよく、具体的には、式（７’）を満たしていれば本発明の効果を得ることができる。
【００７２】
ｍ−０．１＜２Ｌ1／λ＋φ1／２π＜ｍ＋０．１・・・（７’）
【００７３】
また、ｍが２以上の整数の場合、斜め視野角において低次の干渉が混在してくるためｍ＝１とするのがより好ましい。
【符号の説明】
【００７４】
１１：有機ＥＬパネル、１２：情報線駆動回路、１３：走査線駆動回路、１４：画素回路、１７：発光領域の選択制御線駆動回路、２０：基板、２１：第１電極、２２：領域分離層、２３：有機ＥＬ層、２４：第２電極、２５：保護膜、２６：レンズ、３１：Ｒ画素、３２：Ｇ画素、３３：Ｂ画素、３１１：Ｒ画素のＲ−１領域、３１２：Ｒ画素のＲ−２領域、３２１：Ｇ画素のＧ−１領域、３２２：Ｇ画素のＧ−２領域、３３１：Ｂ画素のＢ−１領域、３３２：Ｂ画素のＢ−２領域
【図１】
2013008663.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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