(57)【要約】【課題】  光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子と、レンズと、を備えた表示装置において、輝度特性が良好な表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】  光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子３と、レンズ３０Ｇと、を備えた表示装置において、保護層４０に放射された光のうち有機ＥＬ素子３から保護層４０に放射された光の放射角度に対する光強度分布の極小値を示す角度よりも大きい角度の光が、レンズ３０Ｇを通って表示装置の外部に出されないように光吸収層５０が配置されている。【選択図】  図６
2013016272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と発光層を含む有機化合物層と第２電極とを有し、前記第２電極から光を放射する有機ＥＬ素子と、
前記有機ＥＬ素子の上に配置された保護層と、
前記保護層の上に配置されたレンズと、を有する表示装置であって、
前記第１電極にある反射面と前記発光層との間の光学距離Ｌが、前記有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０、前記反射面で光が反射する際の位相シフト量φ、正の整数ｍに対して
（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π−１）＜Ｌ＜（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π＋１）
を満たし、
前記有機ＥＬ素子から前記保護層に放射された光の放射角度に対する光強度分布が極小値を有し、
前記保護層に放射された光のうち前記極小値を示す角度よりも大きい角度の光が、前記レンズを通って前記表示装置の外部に出されないように配置された光吸収層を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光吸収層と発光領域の中心軸との間の距離ｒは、前記極小値を示す角度θＢ、有機ＥＬ素子３の発光領域の幅の半分の値ｒ１、前記保護層の膜厚Ｄに対して、
ｒ１≦ｒ≦Ｄｔａｎ（θＢ）−ｒ１
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光吸収層は、前記極小値を示す角度よりも大きい角度の光が前記レンズに入射されないように前記レンズよりも前記有機ＥＬ素子側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光吸収層は、前記極小値を示す角度よりも大きい角度の光がレンズを通って前記表示装置の外部に放射されないようにレンズよりも光放射側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置において、前記有機ＥＬ素子は、赤色を発する有機ＥＬ素子と、緑色を発する有機ＥＬ素子と、青色を発する有機ＥＬ素子と、を含み、
前記光吸収層は、赤色を発する有機ＥＬ素子と緑色を発する有機ＥＬ素子と青色を発する有機ＥＬ素子から前記保護層に放射された光のそれぞれの放射角度に対する光強度分布の極小値を示す角度のうち最も小さい角度よりも大きい角度の光が前記表示装置の外部に出さ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子を用いた表示装置が盛んに開発されている。この有機ＥＬ素子においては、特許文献１のように、光干渉効果を利用して発光色の色純度や発光効率が向上することが知られている。具体的には、電極間の光学距離Ｈは、有機ＥＬ素子が発する光の角度Θ（素子に正対して視認する場合を０度とする）、２つの電極それぞれで発光光が反射される際の位相シフトの和φ、０以上の整数ｍを用いて下記の式１で表される。この式１を満足するような波長λ（共振波長）の光が強められる。
２ＨｃｏｓΘ＝（ｍ＋（φ／２π））×λ  ・・・式１
一方、有機ＥＬ素子から発光される光を効率よく外部に取り出すために表示装置にレンズを設ける構成が知られている。特許文献２には、レンズと光吸収層となるバンクとを備えるレンズアレイを有機ＥＬ素子上に備えた有機ＥＬ装置について開示されており、コントラストを向上させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０１／０３９５５４号
【特許文献２】特開２００４−３１７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光干渉効果を利用するように膜厚等を設定された有機ＥＬ素子と、レンズと、を備える表示装置においては、以下のような課題が生じる。
【０００５】
すなわち、上記の構成では、レンズがない場合には表示装置の外部に取り出されなかったような大きな放射角度の光もレンズによって外部に取り出されることになる。一方、光干渉効果を用いる有機ＥＬ素子では、放射角度によって光路長（式１の左辺）が変化するため、輝度が放射角度に依存して変化する。具体的には、大きな放射角度で輝度が大きくなってしまう場合がある。このため、レンズによって大きな放射角度の光が取り出されると、その角度での輝度が高くなって輝度特性が不自然になる。
【０００６】
そこで本発明は、光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子と、レンズと、を備えた表示装置において、輝度特性が良好な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】
【０００７】
本発明は、第１電極と発光層を含む有機化合物層と第２電極とを有し、前記第２電極から光を放射する有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子の上に配置された保護層と、前記保護層の上に配置されたレンズと、を有する表示装置であって、前記第１電極にある反射面と前記発光層との間の光学距離Ｌが、前記有機ＥＬ素子の発する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０、前記反射面で光が反射する際の位相シフト量φ、正の整数ｍに対して
（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π−１）＜Ｌ＜（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π＋１）
を満たし、前記有機ＥＬ素子から前記保護層に放射された光の放射角度に対する光強度分布が極小値を有し、前記保護層に放射された光のうち前記極小値を示す角度よりも大きい角度の光が、前記レンズを通って前記表示装置の外部に出されないように配置された光吸収層を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子と、レンズと、を備えた表示装置において、輝度特性が良好な表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る表示装置の一例を示す斜視模式図および断面模式図。
【図２】レンズを備えていない画素の断面模式図。
【図３】レンズを備えている画素の断面模式図。
【図４】干渉強度スペクトルとＰＬスペクトルとの重なりを示す図。
【図５】光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子から保護層内に放射される光の放射強度分布の図。
【図６】本発明の実施形態１に係る表示装置の一例を示す断面模式図。
【図７】本発明の実施形態１に係る表示装置の光吸収層の配置位置を説明する図。
【図８】本発明の実施形態１に係る表示装置の他の例を示す断面模式図。
【図９】本発明の実施形態２および実施形態３に係る表示装置の一例を示す断面模式図。
【図１０】本発明の実施例に係る表示装置の製造方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されない。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。
【００１１】
（実施形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係る表示装置を示す斜視模式図である。本実施形態の表示装置は、有機ＥＬ素子を備える画素１を複数有している。そして、複数の画素１はマトリックス状に配置され、表示領域２を形成している。なお、画素とは、１つの発光素子の発光領域に対応した領域を意味している。本実施形態の表示装置では、発光素子は、有機ＥＬ素子であり、画素１のそれぞれに１つの色の有機ＥＬ素子が配置された表示装置である。有機ＥＬ素子の発光色としては、赤色、緑色、青色が挙げられ、そのほかに黄色、シアンでもよい。また、本実施形態の表示装置には、発光色の異なる複数の画素（例えば赤色を発する画素、緑色を発する画素、及び青色を発する画素）からなる画素ユニットが複数配列されている。画素ユニットとは、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。
【００１２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ線における部分断面模式図である。１つの画素は、基板１０上に、第１電極（陽極）１１と、正孔輸送層１２と、発光層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、電子輸送層１４と、第２電極（陰極）１５と、を備える有機ＥＬ素子３を有している。本発明の有機ＥＬ素子３は第１電極１１に発光層から放射されて第１電極１１に向かう光を反射する反射面を有し、第２電極１５から光を出す構成である。また、発光層１３Ｒは赤色を発する発光層、発光層１３Ｇは緑色を発する発光層、発光層１３Ｂは青色を発する発光層である。発光層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂはそれぞれ、赤色、緑色、青色を発する画素（有機ＥＬ素子３）に対応してパターン形成されている。また、第１電極１１も、隣の画素（有機ＥＬ素子３）の第１電極１１と分離されて形成されている。そして、正孔輸送層１２と電子輸送層１４と第２電極１５は、隣の画素と共通で形成されていてもよいし、画素毎にパターン形成されていてもよい。なお、第１電極１１と第２電極１５とが異物によってショートするのを防ぐために、画素（より具体的には、第１電極１１）間に絶縁層２０が設けられている。
【００１３】
さらに、本実施形態の表示装置では、レンズ部３０が設けられている。なお、レンズ部３０と各有機ＥＬ素子３の間には、水分や酸素から有機ＥＬ素子３を保護する保護層４０が配置されている。レンズ部３０には、表面に凸部を有する構成であり、各画素に対応する位置にレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが配置されている。
【００１４】
そして、本実施形態の表示装置では、レンズ部３０と保護層４０との間に、レンズ部３０の一部と重なるように配置された光吸収層５０を備えている。後述するように、本発明の光吸収層５０は有機ＥＬ素子３の発光光の特定の角度の光を吸収するように配置されているので、表示装置は良好な輝度特性を有することができる。
【００１５】
（レンズによる光取り出し効率向上の作用）
図２、図３を用いて、レンズによる光取り出し効率向上の作用について説明する。図２、図３は、ともに緑色を発する画素１Ｇ、つまり図１（ｂ）の一点破線で囲まれた領域に対応する拡大模式図である。図２はレンズ部３０と光吸収層５０とが設けられていない画素構成を示し、図３はレンズ部３０が設けられ、光吸収層５０が設けられていない画素構成を示している。図１と同じ部材には同じ符号が付されている。有機ＥＬ素子３の発光層１３Ｇで発せられた光は保護層４０に入射する際に屈折する。有機ＥＬ素子３内の発光層１３Ｇから発せられた光の発光角度をΘ、有機ＥＬ素子３から保護層４０内に放射された、保護層４０内の光の放射角度をθとすると、Θとθは下記式２の関係にある。なお、Θとθはいずれも基板１０に垂直な方向を基準とする。
ｎｓｉｎΘ＝ｎ１ｓｉｎθ  ・・・式２
ここで、ｎは入射元の材料（有機ＥＬ素子３内の発光層１３Ｇ）の屈折率であり、ｎ１は入射先の材料（保護層４０）の屈折率である。
【００１６】
まず、図２に示すように、画素１Ｇにレンズ３０Ｇが設けられていない場合を考える。この場合、保護層４０の方が空気よりも屈折率が高いので、有機ＥＬ素子３から保護層４０内に放射された光のうちある角度（臨界角θ０）以上の角度を持った光１００ａは、保護層４０と空気との界面で全反射される。この全反射が生じる臨界角θ０は、入射元の材料（保護層４０）の屈折率ｎ１と入射先の材料（空気）の屈折率ｎ２を用いて下記式３で表される。
θ０＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）  ・・・式３
例えば、保護層４０を窒化ケイ素で形成した場合、その屈折率ｎ１は１．９６であり、空気の屈折率ｎ２は１．００であるので、臨界角θ０は約３１度となる。そのため、有機ＥＬ素子３から保護層４０内に約３１度以上の角度で放射された光は外部に取り出されない。
【００１７】
次に、図３に示すように、画素１Ｇにレンズ３０Ｇが設けられている場合を考える。例えば、レンズ部３０がエポキシ樹脂である場合、その屈折率ｎ２は１．６８である。よって、保護層４０上のレンズ部３０が形成された領域では、上記式３で表される臨界角θ０は約５９度となる。
【００１８】
つまり、レンズ３０Ｇを設けることにより、レンズ３０Ｇが設けられていない場合には取り出されなかった、有機ＥＬ素子３から保護層４０内に放射角度約３１度乃至約５９度で放射された光１０１ａが光１０２ａとして外部に取り出される。このため、レンズ３０Ｇによって光取り出し効率が向上する。
【００１９】
（有機ＥＬ素子の光干渉効果）
続いて、有機ＥＬ素子３の光干渉効果について説明する。一般的に有機ＥＬ素子３を構成する有機化合物層などの各層の膜厚は、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（λ＝３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）波長の数分の１程度に相当する。そのため、有機ＥＬ素子３の内部では、可視光の干渉が顕著に現われる。この干渉によって強められる波長λは、第１電極１１にある反射面と発光層１３Ｇとの間の光学距離Ｌと、第１電極１１の反射面で光が反射する際の位相シフトφと、０以上の整数ｍと、下記式４のような関係にある。
Ｌ＝（（ｍ＋（φ／２π））×（λ／２）  ・・・式４
なお、反射面での位相シフトφは、反射面を構成する２つの材料のうち、光の入射元の材料と光の入射先の材料のそれぞれの光学定数を（ｎ１，ｋ１）、（ｎ２，ｋ２）とすると、下記式５で表すことができる。なお、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。
φ＝ｔａｎ−１（２ｎ１ｋ２／（ｎ１２−ｎ２２−ｋ２２））  ・・・式５
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子３は、干渉によって強められる波長λが正面において有機ＥＬ素子の放射する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０近傍となるように、光学距離Ｌ、位相シフトφ、整数ｍが設定されている。つまり、光干渉効果によって強められる波長λは、光学干渉効果を用いた有機ＥＬ素子の放射する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０とほぼ等しく、その差は１０ｎｍ以下である。本発明では、光干渉効果によって強められる波長λを有機ＥＬ素子の放射する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０として、以下では説明する。また、有機ＥＬ素子の第１電極１１と第２電極１５の間の光干渉効果が強ければ強いほど、両者がより近くなる。また、上記式４でｍ＝０とすると、光学距離Ｌが小さくなり、異物などの影響により第１電極１１と第２電極１５が短絡して、有機ＥＬ素子が発光しない恐れがあるため、本発明の有機ＥＬ素子３は、ｍ≧１で構成されている。
【００２１】
なお、有機化合物層の成膜時に生じる誤差や、発光層内の発光分布の影響によって式４を満たさない場合がある。しかし、光学距離Ｌが式４を満たす値から±λ／８ずれた値の範囲の中であれば、波長λが強められると考えてよい。
【００２２】
つまり、本発明の有機ＥＬ素子３は、第１電極１１にある反射面と発光層との間の光学距離Ｌが、有機ＥＬ素子３の放射する光のスペクトルの最大ピーク波長λ０、反射面で光が反射する際の位相シフト量φ、正の整数ｍに対して、下記式６を満たしている。
（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π−１）＜Ｌ＜（λ０／８）×（４ｍ＋２φ／π＋１）  ・・・式６
さらには、光学距離Ｌが式４を満たす値から±λ／１６ずれた値の範囲内にあれば好ましい。つまり、本発明の有機ＥＬ素子３は、下記式７を満たすことがより好ましい。
（λ０／１６）×（８ｍ＋４φ／π−１）≦Ｌ≦（λ０／１６）×（８ｍ＋４φ／π＋１）  ・・・式７
なお、上記の式４，６，７では、最も支配的である、発光層１３Ｇから直接第２電極１５に向かう光と第１電極１１で１回反射した光との干渉を示したが、多層膜である有機ＥＬ素子では、多重干渉が起こるため、実際の光干渉効果にはその影響も含まれる。
【００２３】
、図４（ａ）〜（ｄ）には、波長に対する強度分布で示される干渉強度スペクトル２００が図示されている。ここで、２０１は、有機ＥＬ素子３の発光層の発光材料が発するＰＬスペクトルである。有機ＥＬ素子３が表示する色は、干渉強度のスペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との重なり合いで決まる。図４（ａ）では、図３のΘ＝０の場合の、干渉強度のスペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との関係が示されている。なお、Θは、上述したように、有機ＥＬ素子３内の発光層１３Ｇから発せられた光の発光角度である。
【００２４】
図４（ａ）では、干渉強度スペクトル２００は、波長に対して複数の極大値を有している。中央の極大値を示す波長λ１は、式６で正の整数ｍをある正の整数Ｍ（ｍ＝Ｍ）としたときに干渉によって最も強められる波長であり、上述したλ０である。また、それよりも波長が大きい方にある極大値を示す波長λ２は、Ｍより一つ小さい整数、つまりｍ＝Ｍ−１としたときに干渉によって最も強められる波長である。さらに、それよりも波長が小さい方にある極大値を示す波長λ３は、Ｍより一つ大きい整数、つまりｍ＝Ｍ＋１としたときに干渉によって最も強められる波長である。本発明の有機ＥＬ素子では、Θ＝０の場合において、発光層１３Ｇの発光材料が発するＰＬスペクトル２０１と干渉強度のスペクトル２００の中央の極大値を有する山とが大きく重なるように、光学距離Ｌが調整されている。
【００２５】
式１から分かるように、有機ＥＬ素子３が発する光の発光角度Θが大きくなると、干渉によって強められる波長λは小さくなる。このため、図４（ｂ）に示すように、発光角度ΘＡ度の場合には、干渉強度スペクトル２００の各極大値および山が短波長側にシフトして、干渉強度スペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との重なりが小さくなる。
【００２６】
図４（ｃ）では、さらに発光角度が大きくなり、干渉強度スペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との重なりが最も小さくなる場合を表している。その場合の発光角度をΘＢでとし、後述するように放射強度としては極小値をとる。
【００２７】
また、ΘＢよりも発光角度が大きくなると、式６において正の整数Ｍより一つ小さい整数Ｍ−１としたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なりが無視できないくらいに大きくなる。つまり、式６において正の整数Ｍとしたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積に対して、式６において正の整数Ｍ−１としたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積が無視できない程度に大きくなる。図４（ｄ）では、式６において正の整数Ｍとしたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積と、式６において正の整数Ｍ−１としたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積とが等しくなる場合を表している。この場合の発光角度をΘＣ度とする。
【００２８】
上記のような式６を満たす有機ＥＬ素子３から保護層４０内に放射された光の放射角度θに対する放射強度分布、つまり、干渉強度スペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との重なりから得られる強度分布は図５で示される。図中、放射角度θＡ、θＢ、θＣは、上述した発光角度ΘＡ、ΘＢ、ΘＣに対応し、式２で関係づけられる。
【００２９】
図５では、放射角度０度から放射強度は弱くなり、干渉強度スペクトル２００とＰＬスペクトル２０１との重なりが最も小さくなる発光角度ΘＢに対応した角度θＢで極小値を持つ。そして、放射角度がθＢより大きくなると再び放射強度が強くなり極大値を持つようになる。この放射強度分布のθＢより大きい角度にある極大値は、上述したように、式６における正の整数Ｍよりひとつ小さい整数Ｍ−１の山がＰＬスペクトル２０１と無視できない程度に重なっているためである。
【００３０】
なお、θＢ（またはΘＢ）、θＣ（またはΘＣ）は、保護層４０の材料、発光材料、それらの膜厚等の条件によって変化する。つまり、θＢ（またはΘＢ）はθＣ（またはΘＣ）よりも大きい場合もあれば同じ場合もある。また、放射角度０度の場合の干渉強度スペクトル２００の最大ピーク波長がＰＬスペクトル２０１の最大ピーク波長よりも長波側にある場合、放射角度０度から一度強度が強くなり、そこから強度が弱くなり極小値をとることもある。
【００３１】
（光干渉効果を用いた有機ＥＬ素子とレンズとを備える表示装置）
上述した通り、レンズを設けた構成では、レンズを設けない構成よりも、保護層４０内に放射された光のうち放射角度がより大きい光も取り出すことができる。このため、有機ＥＬ素子として式６を満たす有機ＥＬ素子を用いた場合には、図５で示されるθＢよりも大きい角度の光までも取り出されることになる。つまり、レンズを設けない構成ではほとんど取り出されなかったθＢよりも大きい角度の光がレンズによって取り出されるようになる。このため、正面から斜めにするにつれ暗くなり、再度明るくなるといった不自然な輝度特性を持った表示装置になってしまう。
【００３２】
なお、θＣよりも大きい放射角度になると、式５において正の整数Ｍ−１としたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積が、式５において正の整数Ｍとしたときの山とＰＬスペクトル２０１との重なる面積よりも大きくなるので、色度が大きくずれてしまう。
【００３３】
つまり、放射角度θＢより大きな角度の光が取り出されると不自然な輝度特性を生じ、放射角度θＣよりも大きい角度の光が取り出されると色度のずれが大きくなる。
【００３４】
従って、良好な輝度特性を有する表示装置を得たい場合は、放射角度θＢよりも大きい角度の光を吸収し、色ずれの少ない表示装置を得たい場合は、放射角度θＣよりも大きい角度の光を吸収するようにすればよい。さらに、輝度特性も色ずれも良好な表示装置を得たい場合は、θＢとθＣで小さい角度の方よりも大きい放射角度の光を吸収すればよい。
【００３５】
（光吸収層）
本実施形態では、良好な輝度特性を有する表示装置を得るために、図６のように光吸収層５０の配置位置が規定されている。つまり、本発明の光吸収層５０は、θＢよりも大きい放射角度の光を吸収するように配置されている。言い換えると、光吸収層５０は、θＢ以下の放射角度の光のみがレンズ４０を介して外部に出るように配置されている。
【００３６】
光吸収層５０の発光領域との位置関係を、図７を用いてより具体的に説明する。図７は、本実施形態の表示装置の断面模式図である。ただし、保護層４０に対して有機ＥＬ素子３の厚みは十分小さいとし、有機ＥＬ素子３の各構成要素は省略した。図７のそれぞれのパラメータは、下記のとおりである。
ｒ：光吸収層５０の開口の半分の値（レンズ３０Ｇの中心軸から光吸収層５０までの距離）
ｒ１：有機ＥＬ素子３の発光領域の幅の半分の値（発光領域の中心軸から発光領域の端部までの距離）
Ｄ：保護層４０の膜厚値
なお、レンズ３０Ｇの中心軸と発光領域の中心軸とは一致している。つまり、レンズ３０の中心軸から光吸収層５０までの距離は、発光領域の中心軸と光吸収層５０との間の距離と等しい。これらのパラメータによって、本発明の光吸収層５０のレンズ３０の中心軸からの距離ｒは以下の式８を満たせばよい。この式８を満たすと発光領域のすべての位置から発光した、発光角度ΘＢ、すなわち放射角度θＢ以上の光が光吸収層５０によって吸収される。
ｒ≦Ｄｔａｎ（θＢ）−ｒ１  ・・・式８
θＢは、色ずれの少ない表示装置を得たい場合には、θＣに置き換えればよい。また、本発明の光吸収層５０のレンズ３０の中心軸からの距離ｒ、つまり発光領域の中心軸から光吸収層５０までの距離は式８で等号の場合が最適である。また、光取り出し効率の効果の観点から、光吸収層５０の開口は、有機ＥＬ素子３の発光領域以上であることが望ましい。つまり、ｒ≧ｒ１が望ましい。
【００３７】
また、保護層が、単層ではなくて異なる屈折率の材料からなる２層からなり、光吸収層５０が２つの保護層の上に配置された構成の場合には、本発明の光吸収層５０のレンズ３０の中心軸からの距離ｒは以下の式９を満たせばよい。
ｒ≦Ｄ１ｔａｎ（θ’Ｂ）＋Ｄ２ｔａｎ（θ＊Ｂ）−ｒ１  ・・・式８
ここで、Ｄ１は有機ＥＬ素子３側の保護層（第１保護層）の膜厚値、Ｄ２はレンズ部３０側の保護層（第２保護層）の膜厚値である。また、θ’Ｂは、第１保護層の中での発光角度ΘＢに対応する放射角度、θ＊Ｂは、第２保護層の中での発光角度ΘＢに対応する放射角度である。
【００３８】
また、図１のような、異なる２色以上の有機ＥＬ素子３を有する表示装置の場合、有機ＥＬ素子３の発光層のＰＬスペクトルの形が色ごとで異なるため、θＢ（またはΘｂ）が色ごとで異なる。そのため、異なる色を発する画素で光吸収層５０の開口および配置位置を変えてもよい。また、θＢ（またはΘｂ）の最も小さい色の画素に合わせるように、共通の開口を有する光吸収層５０が配置されていてもよい。つまり、赤色を発する画素と緑色を発する画素と青色を発する画素とを備える画素ユニットを有する表示装置で、青色を発する画素のθＢが他の色の画素のそれよりも小さいとすると、以下のような各画素共通の光吸収層５０の配置であればよい。すなわち、各画素の有機ＥＬ素子の発光領域の中心軸から各光吸収層５０までの距離が、式８の右辺のθＢに青色を発する画素のものを代入し、その値以下の範囲になるように配置されればよい。
【００３９】
光吸収層５０としては、光の透過性が低い樹脂材料からなる。例えば、ブラックレジストを用いることができる。ブラックレジストを用いた場合、成膜方法としては、スピンコート法、ディスペンス法などを用いることが可能である。また、光吸収層５０の膜厚は、十分に光の遮光が可能なように、１０ｎｍ乃至１０μｍ程度が好ましい。なお、光吸収層５０の光吸収率は、可視光に対して９０％以上が好ましい。
【００４０】
（その他の部材）
基板１０は、ＴＦＴやＭＩＭ等のスイッチング素子（不図示）が形成された絶縁性の基板であり、ガラス、プラスチック等からなる。また、基板１０は、スイッチング素子と第１電極１１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を有していてもよい。さらに、基板１０には、スイッチング素子の凹凸を平坦化するための平坦化膜を有していてもよい。
【００４１】
第１電極１１は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属単体やそれらの合金からなる金属層を用いることができる。さらに、酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層を金属層の上に積層する構成を採ることもできる。第１電極１１の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。なお、透明とは、可視光域（波長４００ｎｍ乃至７８０ｎｍ）において４０％以上の光透過率を有することをいう。
【００４２】
第１電極１１にある反射面は、第１電極１１が金属層のみからなる場合には金属層と有機化合物層との界面であり、第１電極１１が金属層と透明酸化物導電層との積層構成である場合には金属層と透明酸化物導電層との界面である。
【００４３】
正孔輸送層１２は、正孔注入性、正孔輸送性を備える有機化合物の単層又は複数の層からなる。一方、電子輸送層１４は、電子注入性、電子輸送性を備える有機化合物の単層又は複数の層からなる。また、必要に応じて、正孔輸送層１２として、発光層から陽極側に電子が移動するのを抑制するために、電子ブロッキング層を設けることもできる。また、電子輸送層１４として、正孔ブロッキング層を設けることもできる。また、正孔輸送層１２、電子輸送層１４として、発光層で発生した励起子の拡散を抑制するための励起子ブロッキング層を設けることもできる。
【００４４】
赤色を発する発光層１３Ｒ、緑色を発する発光層１３Ｇ、青色を発する発光層１３Ｂとしては、特に制限はなく公知の材料を適用することが可能である。例えば、発光性とキャリア輸送性を兼ね備える材料の単一層や、蛍光材料、燐光材料等の発光性材料をキャリア輸送性のホスト材料の混合層を適用することができる。
【００４５】
各発光層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ、正孔輸送層１２、電子輸送層１４には、公知の材料が使用することができ、成膜手法も蒸着や転写等公知の成膜手法を用いることができる。また、各層の膜厚は、各色の有機ＥＬ素子の発光効率を上げるために最適な膜厚にすることが望ましく、それぞれ５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚であることが望ましい。
【００４６】
第２電極１５は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属単体やそれらの合金からなる金属薄膜を使用することができる。特にＡｇを含む金属薄膜は吸収率が低く、比抵抗も低いため、第２電極１５として好ましい。第２電極１５の膜厚が５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２電極１５は上述した金属薄膜と酸化インジウムと酸化錫の化合物層や酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物層などの透明酸化物導電層とが積層され構成であってもよいし、透明酸化物導電層のみで構成されていてもよい。
【００４７】
保護層４０は、材料や成膜手法は公知のものを使用することができる。一例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）をＣＶＤ装置で成膜する方法が挙げられる。保護層４０の膜厚は、保護性能を有するために０．５μｍ乃至１０μｍであることが好ましい。
【００４８】
レンズ部３０は、水分含有が少ない熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化型樹脂を用いることができる。レンズ部３０の膜厚は、１０μｍ乃至１００μｍが好ましい。熱硬化型樹脂と光硬化型樹脂を用いた場合、成膜方法としては、スピンコート法、ディスペンス法などを用いることが可能である。また、保護層４０上に、膜厚１０μｍ乃至１００μｍ程度の熱可塑性樹脂のフィルムを真空下にて貼りつける方法も用いることができる。具体的な樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ブチル樹脂が好適に用いられる。
【００４９】
レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの製造方法は、以下の方法が挙げられる。
（１）レンズの型を用意し、その型を樹脂層に対して押圧してレンズ形状に形成する方法。
（２）フォトリソなどによってパターニングされた樹脂層を熱処理し、リフローによって樹脂層をレンズ形状に変形させる方法。
（３）均一の厚さに形成された光硬化型樹脂層を、面内方向に分布を持った光で露光し、この樹脂層を現像することによってレンズを形成する方法。
（４）イオンビームあるいは電子ビーム、レーザー等を用いて、均一の厚さに形成された樹脂材料の表面をレンズ形状に加工する方法。
（５）各画素に適量の樹脂を滴下して自己整合的にレンズを形成する方法。
（６）有機ＥＬ素子が形成された基板とは別個に、レンズが予め形成された樹脂シートを用意し、両者をアライメントした後、貼り合せることによりレンズを形成する方法。
これ以外でもレンズ形成可能な方法であればどの方法でもよい。
【００５０】
またレンズ部３０の材料としてＳｉＮやＳｉＯといった無機物を用いてもよい。その場合は、まずＣＶＤ法にてＳｉＮ層やＳｉＯ層を形成し、その上に樹脂にてレンズ形状の構造物を作成する。これらをドライエッチングすることでＳｉＮ層やＳｉＯ層にレンズ形状が転写される。
【００５１】
なお、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、集光特性を有していれば凸形状でも凹形状でもよい。「集光特性」とは、レンズがない平坦な取り出し表面での光線の放射特性に比べて正面方向の強度が大きくなる特性のことである。レンズの集光特性は、有機ＥＬ素子の発光面積、レンズの曲率、発光面からレンズまでの距離、レンズの材料の屈折率などに依存し、これらをパラメータとして、所望の集光特性が得られるようにレンズを設計することが好ましい。
【００５２】
また、１つの画素に複数のレンズが配置されていてもよいし、複数の画素に一つのレンズが配置されていてもよい。また、レンズ部３０は図８のように画素で分断されずにつながっていてもよい。
【００５３】
また、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、球面レンズであってもよいし、非球面レンズでもよい。また、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、コーン形状であってもよい。また、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの形状はそれぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。つまり、レンズ３０Ｒが球面レンズであり、レンズ３０Ｇが非球面レンズであり、レンズ３０Ｂがコーン形状であってもよい。また、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、半球型でも良いし、蒲鉾型の半円筒型であっても構わない。蒲鉾型の半円筒状である場合には、上下又は左右方向の何れかにおいて特に集光機能を有する。なお、半円筒型の長さ方向の端部は半球型でも良いし、端面が基板に垂直に形成されていても良い。
【００５４】
本発明の表示装置の用途として、高輝度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などが挙げられる。また、同じ輝度でも低消費電力が期待されるので、屋内で使用する用途にも有用である。
【００５５】
本発明は、上述した趣旨を逸脱しない限り、以上説明した構成に限られることはなく、種々の応用・変形が可能である。
【００５６】
（実施形態２）
図９（ａ）には本実施形態に係る表示装置の断面模式図が示されている。本実施形態は、光吸収層５０とレンズ部３０との間に、光吸収層５０を覆うように下地層６０が配置されている点が実施形態１とは異なる。
【００５７】
下地層６０は、レンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと各発光層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとの距離を調節するためのものである。また、光吸収層６０の表面を平坦化する機能を有していてもよい。
【００５８】
下地層６０はネガレジスト（東京応化製ＯＭＲ−８３、日本化薬製ＳＵ−８）や光硬化性樹脂（ＪＳＲ製ＫＺ６６６６）、紫外線を吸収する熱硬化樹脂（日本触媒製ハルスハイブリッドＵＶ−Ｇ）などが使用できる。なお、下地層６０は、光透過率が可視光域において８０％以上であることが望ましい。また、下地層６０はレンズ部３０の材料との屈折率が小さいことが光取り出し効率を向上させるという観点で望ましく、具体的には下地層６０の屈折率とレンズ部３０の屈折率の差が０．２以下であることがよい。またレンズ部３０のレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが凸レンズである場合には、集光特性を向上させるという観点で、下地層６０の屈折率はレンズ部３０の屈折率よりも高いことが望ましい。また、下地層６０の膜厚は１０ｎｍ乃至１００μｍであることが好ましい。
【００５９】
（実施形態３）
図９（ｂ）には本実施形態に係る表示装置の断面模式図が示されている。本実施形態は、光吸収層５０がレンズ部３０の上に配置されている点が実施形態１とは異なる。
【００６０】
つまり、実施形態１では、光吸収層５０は、有機ＥＬ素子３から保護層４０に放射された光の放射角度に対する光強度分布の極小値を示すθＢよりも大きい角度の光がレンズに入射されないように、レンズよりも有機ＥＬ素子側に配置されている構成である。これに対して、本実施形態では、光吸収層５０は、θＢよりも大きい角度の光がレンズを通って表示装置の外部に放射されないようにレンズよりも光放射側に配置される構成である。つまり、θＢよりも大きい角度の光がレンズに入射されても、その光が表示装置の外部に放射されないので、本発明の効果を奏する。
【実施例】
【００６１】
本実施例では、実施形態１に係る表示装置の製造方法を図１０を用いて説明する。
【００６２】
ガラス基板上に、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を、この順番で形成して図１０（ａ）に示す基板１０を作成した。この基板１０上にＩＴＯ膜／ＡｌＮｄ膜をスパッタリング法にて４０ｎｍ／１００ｎｍの厚さで形成した。続いて、ＩＴＯ膜／ＡｌＮｄ膜を画素毎にパターニングし、第１電極１１を形成した。なお、第１電極１１にある反射面は、ＩＴＯ膜とＡｌＮｄ膜との界面であり、その界面での光が反射する際の位相シフトは６２０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６０ｎｍの波長でそれぞれ２．４２［ｒａｄ］、２．１５［ｒａｄ］、１．８１［ｒａｄ］であった。
【００６３】
この上にアクリル樹脂をスピンコートした。厚さは１．０μｍであった。次に、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、第１電極１１が形成された部分に開口（この開口部が画素に相当）が形成されるようにパターニングして絶縁層２０を形成した。各画素のピッチを３０μｍ、開口による第１電極１１の露出部の大きさ、つまり発光領域の幅を５．０μｍとした。これをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄し、次いで、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を真空蒸着法により成膜した。
【００６４】
有機化合物層としては、始めに、第１の正孔輸送層１２をすべての画素に共通で１００ｎｍの厚さで成膜した。次に、シャドーマスクを用いて、赤色、緑色を発する画素に、それぞれ膜厚９５ｎｍ、４５ｎｍの第２の正孔輸送層（不図示）を成膜した。次に、シャドーマスクを用いて、赤色発光層１３Ｒ、緑色発光層１３Ｇ、青色発光層１３Ｂをそれぞれ厚さ３０ｎｍ、４０ｎｍ、２５ｎｍで成膜した。続いて、すべての画素に共通の電子輸送層１４を５０ｎｍの厚さで成膜した。
【００６５】
次に、有機化合物層を成膜した基板１０を、真空を破ること無しにスパッタ装置に移動し、第２電極１５としてＡｇおよび透明電極層としてそれぞれ１０ｎｍ及び５０ｎｍの厚さで順に成膜した。透明電極層の材料としては、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物を用いた。
【００６６】
なお、赤色を発する画素の赤色発光層１３Ｒ、緑色を発する画素の緑色発光層１３Ｇ、青色を発する画素の青色発光層１３Ｂそれぞれから第１電極１１にある反射面までのそれぞれの光学距離ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは以下のとおりであった。ここで、赤色、緑色、青色を発する画素の有機ＥＬ素子から発せられる最大ピーク波長λ０は、それぞれ６２０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６０ｎｍであった。また、波長６２０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６０ｎｍにおけるＩＴＯ膜の屈折率は、それぞれ２．０１、２．０７、２．１２であった。さらに、波長６２０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６０ｎｍにおける正孔輸送層の屈折率は、それぞれ１．７４、１．８０、１．８８であった。
ＬＲ＝４０×２．０１＋（１００＋９５）×１．７４＝４１９．７０ｎｍ
ＬＧ＝４０×２．０７＋（１００＋４５）×１．８０＝３４３．８０ｎｍ
ＬＢ＝４０×２．１２＋１００×１．８８＝２７２．８０ｎｍ
よって、赤色、緑色、青色を発する画素それぞれの有機ＥＬ素子において、下記のようにｍ＝１で式６を満たしていた。
３５１．９０ｎｍ＜ＬＲ＝４１９．７０ｎｍ＜５０６．９０ｎｍ
２８３．９７ｎｍ＜ＬＧ＝３４３．８０ｎｍ＜４１３．９７ｎｍ
２３８．７５ｎｍ＜ＬＢ＝２７２．８０ｎｍ＜３５３．７５ｎｍ
【００６７】
次に、図１０（ａ）に示すように、窒化珪素からなる保護層４０を、ＳｉＨ４ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法にて、１０μｍの厚さで成膜した。保護層４０の屈折率は１．９６であった。
【００６８】
なお、保護層４０に放射された光の放射角度に対する光強度分布の極小値を示すθＢは、赤色、緑色、青色を発する画素で、それぞれ４５度、４０度、３５度であった。次に形成する光吸収層５０の開口は、赤色、緑色、青色を発する画素で共通で、青色を発する画素のθＢ＝３５度よりも大きい角度の光が表示装置の外部に出ないように決められる。具体的には、式８で、保護層の膜厚Ｄ＝１０μｍ、θＢ＝３５度、発光領域の幅の半分の値ｒ１＝２．５μｍを代入して、ｒ≦４．５０μｍとなるように光吸収層５０の開口（２ｒ）を決定する。
【００６９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ブラックレジスト５１をスピンコーターにて塗布した。膜厚は１．０μｍとした。その後、図１０（ｃ）に示すように、画素ピッチ３０μｍでφ７．０μｍ（＝２ｒ）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５１を露光して、その後現像した。そして、図１０（ｄ）に示すパターンで、開口が７．０μｍ、つまり、光吸収層５０と発光領域の中心軸との間の距離ｒが３．５μｍの光吸収層５０を形成した。この距離ｒは４．５０μｍより小さく、式８を満たしていた。また、光吸収層５０と発光領域の中心軸との間の距離ｒは、発光領域の幅の半分の値ｒ１よりも大きかった。
【００７０】
次に、図１０（ｅ）に示すように、露点温度６０℃の窒素雰囲気下で、粘度３０００ｍＰａ・ｓ、屈折率１．６０の熱硬化性の樹脂材料（エポキシ樹脂）３１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。樹脂材料３１を熱硬化する前に、図１０（ｆ）のように、別途用意したレンズを成形するための型７０を、樹脂材料３１の表面に押し当てた。押し当てる際、型７０に形成してあるアライメントマークと基板１０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。型７０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、その窪みの表面に離形剤としてテフロン（登録商標）系の樹脂をコートした。窪みの形状、すなわちレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの形状は、直径２２μｍ、曲率半径１３μｍで形成した。画素ピッチ３０μｍであるので、樹脂材料３１の高さは６．０μｍ程度になった。
【００７１】
上記のように型７０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）３１を硬化させた。その後、樹脂から型７０を離して、図１０（ｇ）のように、画素に合わせてレンズ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを有するレンズ部３０を形成した。
【００７２】
上記のような、開口を有する光吸収層５０を保護層４０とレンズ部３０との間に設けることにより、輝度特性の良好な表示装置を得ることができた。
【符号の説明】
【００７３】
１１  第１電極
１３Ｒ  赤発光層
１３Ｇ  緑発光層
１３Ｂ  青発光層
１４  第２電極
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ  レンズ
４０  保護層
５０  光吸収層
【図１】
2013016272.tif 000003
【図２】
2013016272.tif 000004
【図３】
2013016272.tif 000005
【図４】
2013016272.tif 000006
【図５】
2013016272.tif 000007
【図６】
2013016272.tif 000008
【図７】
2013016272.tif 000009
【図８】
2013016272.tif 000010
【図９】
2013016272.tif 000011
【図１０】
2013016272.tif 000012