(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する複数の表示ユニットと、
前記画素からの光を屈折させることにより該光を前記表示ユニットと外界との境界面の法線に平行な方向に指向させる光学素子を、前記画素１個あたり複数個形成した１枚のシートと、を備え、
前記複数の表示ユニットが配列されて構成される単一の画面全体に、前記シートが貼られている
直視型平面表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直視型平面表示装置において、
前記光学素子はマイクロレンズである
直視型平面表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の直視型平面表示装置において、
前記光学素子はマイクロプリズムである
直視型平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直視型平面表示装置に関し、特に、光の取り出し効率を向上させたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
直視型平面表示装置の一種に、有機薄膜ＥＬＤ（エレクトロルミネセントディスプレイ）がある。有機薄膜ＥＬＤは、平面状のガラス基板上に透明の陽極をストライプ状に形成し、この陽極上に、有機正孔輸送層，有機発光層及び有機電子輸送層から成る有機層を形成し、この有機層上に、この陽極と直交させて陰極をストライプ状に形成した基本構成を有するものである。
【０００３】
陽極・陰極間に電圧を印加すると、陽極から注入された正孔が有機正孔輸送層を経て有機発光層に移動すると共に、陰極から注入された電子が、有機電子輸送層を経て有機発光層に移動する。この正孔と電子とは陽極と陰極との交点の箇所にある有機発光層で再結合し、この再結合を外部刺激としてこの有機発光層中の蛍光材料が励起される。そして、この蛍光材料が励起状態から再び基底状態に戻るときに蛍光が放射されるので、その光がガラス基板から外界に出射される。
【０００４】
したがって、陽極，陰極をそれぞれ信号電極，走査電極として表示信号，走査信号を供給することにより、陽極と陰極との各交点箇所を画素として、所望の映像を表示させることができる。
【０００５】
ところで、この有機薄膜ＥＬＤにおいて、画素からの光をそのままガラス基板から外界に出射させる場合には、画素を構成する有機層の屈折率ｎ（一般に約１．７）と外界（空気）の屈折率１との差を原因として、外界への光の取り出し効率が低くなってしまう。図１０は、その様子を示したものであり、画素２からガラス基板１と外界との境界面（すなわち有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面）に向かう光のうち、この境界面に下記の数１の臨界角θ以上の入射角で入射した光Ｌ１がこの境界面で全反射するので、この境界面にこの臨界角θ未満の入射角で入射した光Ｌ２（全体の２〜３割程度）しか外界に出射されなくなっている。
【数１】
0004306049.tif 000002
【０００６】
そこで、従来、有機薄膜ＥＬＤの光の取り出し効率を向上させるために、画素とガラス基板表面との間に、画素に１対１に対応させて集光用レンズを設けることが提案されている（特開平１０−１７２７５６号公報）。こうした集光用レンズを設けた有機薄膜ＥＬＤでは、各画素からの光が、その画素に対応する集光用レンズで屈折することにより、集光用レンズの光軸に平行な（すなわち有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面の法線に平行な）方向に指向するようになる。したがって、この境界面に臨界角未満で入射して外界に出射される光の割合が増加するので、光の取り出し効率が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした集光用レンズを有機薄膜ＥＬＤに設けることには、次のような不都合があった。
【０００８】
（１）画素からの光を１個の集光用レンズで有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面の法線に平行な方向に指向させるためには、画素と集光用レンズとの位置合わせを精度良く行わなければならないので、製造作業に時間や手間がかかる。
（２）集光用レンズが画素サイズ以上の大きさになるので、画素サイズが比較的大きい場合には、画面を見た際に個々の集光用レンズが目立つことにより画質が悪くなる。
【０００９】
また、近年は、画面を大型化するために、有機薄膜ＥＬ表示素子をユニット化（モジュール化）し、この表示ユニットをタイル状に複数配列することによって単一の画面を有する有機薄膜ＥＬＤを構成する傾向にあるが、こうした有機薄膜ＥＬＤでは、隣合う表示ユニットの接合部が目地として見えないようにすることが重要である。しかし、従来のように画素に１対１に対応させて集光用レンズを設けた表示ユニットを複数配列しても、そのままでは、この接合部が目地として見えることを防止できない。
【００１０】
以上の説明は有機薄膜ＥＬＤを例にとって行ったが、画素の屈折率と外界の屈折率との差を原因として外界への光の取り出し効率が低下することは、有機薄膜ＥＬＤ以外の直視型平面表示装置（例えば直視型のＬＥＤディスプレイや液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等）においても同様である。また、大画面化のために複数の表示ユニットを配列して表示装置を構成する傾向にあることも、やはり有機薄膜ＥＬＤ以外の直視型平面表示装置においても同様である。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑み、直視型平面表示装置において、製造作業に時間や手間をかけることなく外界への光の取り出し効率を向上させることや、画素サイズが比較的大きい場合にも画質を悪化させることなく光の取り出し効率を向上させることや、表示ユニットを複数配列して単一の画面を有する表示装置を構成した場合に、光の取り出し効率を向上させるだけでなく隣合う表示ユニットの接合部が目地として見えることも防止することを課題としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、画素からの光を屈折させることによりその光を直視型表示装置と外界との境界面の法線に平行な方向に指向させる光学素子を、画素１個あたり複数個設けた直視型平面表示装置を提案する。
【００１３】
この直視型平面表示装置では、各画素から直視型平面表示装置と外界との境界面に向かう光が、それぞれ複数個の光学素子で屈折することにより、直視型平面表示装置と外界との境界面の法線に平行な方向に指向する。
【００１４】
これにより、画素からの光のうち直視型平面表示装置と外界との境界面に臨界角未満で入射して外界に出射する光の割合が増加するので、光の取り出し効率が向上する。
【００１５】
しかも、画素１個に複数個の光学素子が対応するので、従来のように画素に１対１に対応させて集光用レンズを設ける場合と異なり、画素と個々の光学素子との位置合わせを精度良く行わなくても、画素からの光をこの境界面の法線に平行な方向に指向させることができる。したがって、製造作業に時間や手間をかけることなく光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１６】
さらに、画素１個あたり複数個の光学素子を設けることにより、従来のように画素に１対１に対応させて集光用レンズを設ける場合と異なり、個々の光学素子を、画面を見た際に目立たないような大きさに決定することができる。したがって、画素サイズが比較的大きい場合にも、画質を悪化させることなく光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１７】
なお、この直視型平面表示装置において、一例として、こうした光学素子を画素１個あたり複数個形成したシートを、この表示装置の画面に貼ることが好適である。
【００１８】
それにより、このシートを貼るだけで、各画素にそれぞれ複数個の光学素子を対応させることができるようになる。したがって、製造過程でこのシートを貼る場合には製造作業が一層簡単になり、また既に製造を終えた表示装置の実際の使用時に光の取り出し効率を向上させたくなった場合にも、簡単な作業でこの効率の向上を実現することができるようになる。
【００１９】
また、表示ユニットを複数配列することによって単一の画面を有する表示装置を構成する場合には、一例として、こうした光学素子を画素１個あたり複数個形成した１枚のシートを、この表示装置の画面全体に貼ることが好適である。
【００２０】
それにより、隣合う表示ユニットの接合部もこのシートで覆われるので、光の取り出し効率が向上するだけでなく、隣合う表示ユニットの接合部が目地として見えることも防止されるようになる。
【００２１】
また、以上の直視型平面表示装置において、光学素子としては、一例としてマイクロレンズを用いるか、あるいはマイクロプリズムを用いることが好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下では、有機薄膜ＥＬＤに本発明を適用した例について説明する。
図１は、本発明を適用した有機薄膜ＥＬＤの画面付近の構成の一例を示す側面断面図であり、同図において図１０と共通する部分には同一符号を付している。この有機薄膜ＥＬＤでは、ガラス基板１の表面全体（すなわち画面全体）に、マイクロレンズシート３が、透明な樹脂から成る接着剤（図示略）で貼られている。
【００２３】
マイクロレンズシート３は、微小な球面レンズ（ガラス基板１に対向しているほうの屈折面は平面）であるマイクロレンズ３ａが二次元アレイ状に形成された薄いシートであり、１個の画素２あたり複数個のマイクロレンズ３ａが形成されている。マイクロレンズ３ａの具体的な個数は、画素２のサイズに応じて、画面を見た際に個々のマイクロレンズ３ａが目立たない大きさになるような数に決定されている。
【００２４】
図２は、このマイクロレンズシート３上でのマイクロレンズ３ａの配置例を示す。列の方向（図の縦方向）上での各マイクロレンズ３ａの位置を、隣合う列同士でマイクロレンズ３ａの口径ｐの２分の１ずつ交互にずらして、各列のマイクロレンズ３ａ同士を密着させることにより、列方向にはこのｐのピッチでマイクロレンズ３ａが配置されているが、列に直交する方向（図の横方向）にはこのｐの（３の平方根／２）倍のピッチでマイクロレンズ３ａが配置されている。
【００２５】
なお、別の配置例として、図３に示すように、隣合う列同士でのマイクロレンズ３ａの位置を揃えることにより、列に直交する方向にもｐのピッチでマイクロレンズ３ａを配置するようにしてもよい。しかし、マイクロレンズ３ａ同士の隙間を小さくして後述の光の取り出し効率の向上の効果を一層高めるためには、図２の配置のほうが好適である。
【００２６】
次に、この有機薄膜ＥＬＤにおいて画素２からの光がマイクロレンズシート３と外界との境界面（すなわち有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面）から出射される様子を説明する。
【００２７】
この有機薄膜ＥＬＤでは、図４に示すように、各画素２から有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面に向かう光が、それぞれマイクロレンズシート３の複数個のマイクロレンズ３ａで屈折することにより、マイクロレンズ３ａの光軸に平行な（すなわち有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面の法線に平行な）方向に指向するようになる。
【００２８】
これにより、画素２からの光のうち有機薄膜ＥＬＤとこの境界面に臨界角未満で入射して外界に出射する光の割合が、マイクロレンズシート３を貼っていない有機薄膜ＥＬＤ（図１０参照）よりも増加するので、外界への光の取り出し効率が向上する。
【００２９】
しかも、１個の画素２に複数個のマイクロレンズ３ａが対応しているので、画素２と個々のマイクロレンズ３ａとの位置合わせを精度良く行わなくても、画素２からの光をこの境界面の法線に平行な方向に指向させることができる。したがって、製造作業に時間や手間をかけることなく光の取り出し効率を向上させることができるようになっている。
【００３０】
さらに、１個の画素２あたりのマイクロレンズ３ａの個数を、画面を見た際に個々のマイクロレンズ３ａが目立たない大きさになるような数にしているので、画素２のサイズが比較的大きい場合にも、画質を悪化させることなく光の取り出し効率を向上させることができるようになっている。
【００３１】
その上、マイクロレンズシート３を貼るだけで各画素２にそれぞれ複数個のマイクロレンズ３ａを対応させることができるので、製造過程でマイクロレンズシート３を貼る場合には製造作業が一層簡単になり、また既に製造を終えた有機薄膜ＥＬＤの実際の使用時に光の取り出し効率を向上させたくなった場合にも、簡単な作業でこの効率の向上を実現することができるようになっている。
【００３２】
なお、この図１の例では、微小な球面レンズであるマイクロレンズ３ａを二次元アレイ状に形成しているが、球面レンズに代えて、微小なシリンドリカルレンズであるマイクロレンズを一次元アレイ状に形成したり、微小な屈折率分布レンズである平板マイクロレンズを二次元アレイ状に形成するようにしても、やはり同等の効果が得られる。
【００３３】
あるいはまた、図５に示すように、マイクロレンズではなくマイクロプリズム４ａを一次元アレイ状に１個の画素２あたり複数個形成したマイクロプリズムシート４をガラス基板１に貼っても、やはり同等の効果が得られる。
【００３４】
そして、例えば人の目の高さよりも高い（あるいは低い）場所にこの有機薄膜ＥＬＤを据え付ける場合には、このマイクロプリズムの頂点を画面の横方向に向けるとともに、各マイクロプリズムの頂角の２等分線を、画面の下向きに（あるいは上向きに）傾けることが好適である。それにより、外界に出射される光が全体的に画面の下向きに（あるいは上向きに）指向するようになるので、画面を見上げた（あるいは見下ろした）際のコントラストが向上するようになる。
【００３５】
また、図６に示すように、有機薄膜ＥＬ表示素子をユニット化した表示ユニット５を複数配列することによって単一の画面を有する有機薄膜ＥＬＤを構成する場合には、この有機薄膜ＥＬＤの画面全体に、１枚のマイクロレンズシート３を貼ることが好適である。それにより、隣合う表示ユニット５の接合部もマイクロレンズシート３で覆われるので、光の取り出し効率が向上するだけでなく、隣合う表示ユニット５の接合部が目地として見えることも防止されるようになる。
【００３６】
また、図１の例では、有機薄膜ＥＬＤのガラス基板１に、マイクロレンズ３ａを形成したマイクロレンズシート３を貼っているが、別の例として、ガラス基板自体を、図７に示すガラス基板６のように、内部にマイクロレンズ６ａを形成した構成にしてもよい。
【００３７】
それにより、画素２とマイクロレンズ６ａとの距離が図１の画素２とマイクロレンズ３ａとの距離よりも短くなるので、画素２からの光のうち、マイクロレンズ６ａで屈折して有機薄膜ＥＬＤと外界との境界面の法線に平行な方向に指向する光の割合が、図１の例におけるよりも増加するようになる。したがって、光の取り出し効率を一層向上させることができるようになる。
【００３８】
しかも、マイクロレンズ６ａが外界に露出しないので、マイクロレンズ６ａの破損やマイクロレンズ６ａの隙間への埃の付着も防止できる。
【００３９】
最後に、本出願人は、画像表示装置の照明光学系の設計等において多用されている照明解析用のアプリケーションソフトウェアである『ＯＤＩＳ』（吉田光学研究所製）を用いて、画素からの光をマイクロレンズで屈折させるシミュレーションを行ったので、そのシミュレーションについて説明する。
【００４０】
図８は、このシミュレーションの実行条件を示す。画素（有機層）の屈折率を１．７、陽極の屈折率を１．９、ガラス基板の屈折率を１．５とし、ガラス基板の表面にマイクロレンズを配置する。実際の有機薄膜ＥＬＤにおける画素の大きさ（発光面の一辺の長さ）と陽極及びガラス基板の厚みとの関係に基づき、画素の大きさを１００、画素と陽極との境界面から陽極とガラス基板との境界面までの距離を０．００１、陽極とガラス基板との境界面からガラス基板と外界（空気）との境界面までの距離を１００とする。
【００４１】
そして、画素からランベルトの法則に従って（すなわち全方向に均等に拡散して）放射された複数本の光線のうち、ガラス基板と外界との境界面から距離６０だけ離れた位置に設けた一辺の長さ５００の正方形の検出エリアに到達する光線の本数の割合を、光の取り出し効率として計測する。
【００４２】
図９は、このシミュレーションの結果を示す。マイクロレンズを設けない場合には、光の取り出し効率は１６．９％であったのに対し、曲率半径Ｒを画素の大きさの１／２である５０にした球面レンズを二次元アレイ状に設けた（すなわち画素１個あたり４個の球面レンズを設けた）場合の光の取り出し効率は１８．１％に向上した。また、画素と個々の球面レンズとの位置合わせを精度良く行わないことによる光の取り出し効率のばらつきを調べるために、ガラス基板の表面上での球面レンズの位置を少しずつシフトさせて何度か計測を行ったが、そのばらつきはわずか±０．７％であり、ほとんど無視できる程度であった。
【００４３】
また、曲率半径Ｒを画素の大きさの１／２０である５にした球面レンズを二次元アレイ状に設けた（すなわち画素１個あたり４００個の球面レンズを設けた）場合にも、光の取り出し効率は１８．１％に向上し、球面レンズの位置のシフトによるばらつきは±０．７％であった。
【００４４】
また、曲率半径Ｒを画素の大きさの１／２である５０にしたシリンドリカルレンズを一次元アレイ状に設けた（すなわち画素１個あたり２個のシリンドリカルレンズを設けた）場合には、光の取り出し効率は１９．３％に向上し、シリンドリカルレンズの位置のシフトによるばらつきはわずか±０．２％であった。
【００４５】
また、曲率半径Ｒを画素の大きさの１／２０である５にしたシリンドリカルレンズを一次元アレイ状に設けた（すなわち画素１個あたり２０個のシリンドリカルレンズを設けた）場合にも、光の取り出し効率は１８．９％に向上し、シリンドリカルレンズの位置のシフトによるばらつきは±０．２％であった。
【００４６】
このように、このシミュレーションからも、マイクロレンズを設けることにより光の取り出し効率が向上することや、画素と個々のマイクロレンズとの位置合わせを精度良く行う必要のないことが確認された。
【００４７】
なお、以上の例では、有機薄膜ＥＬＤに本発明を適用しているが、有機薄膜ＥＬＤ以外の直視型平面表示装置（例えば直視型のＬＥＤディスプレイや液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等）にも本発明を適用してよい。
【００４８】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る直視型平面表示装置によれば、製造作業に時間や手間をかけることなく光の取り出し効率を向上させることができるという効果や、画素サイズが比較的大きい場合にも、画質を悪化させることなく光の取り出し効率を向上させることができるという効果が得られる。
【００５０】
また、本発明に係る直視型平面表示装置によれば、製造作業が一層簡単になるという効果や、既に製造を終えた表示装置の実際の使用時に光の取り出し効率を向上させたくなった場合にも簡単な作業でこの効率の向上を実現することができるという効果も得られる。
【００５１】
また、本発明に係る直視型平面表示装置によれば、表示ユニットを複数配列して単一の画面を有する表示装置を構成する場合に、光の取り出し効率を向上させるだけでなく、隣合う表示ユニットの接合部が目地として見えることも防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した有機薄膜ＥＬＤの画面付近の構成の一例を示す側面断面図である。
【図２】図１のマイクロレンズシート上でのマイクロレンズの配置例を示す図である。
【図３】図１のマイクロレンズシート上でのマイクロレンズの別の配置例を示す図である。
【図４】図１の有機薄膜ＥＬＤにおける外界への光の出射の様子を示す図である。
【図５】本発明の別の一例を示す側面断面図である。
【図６】本発明の別の一例を示す側面断面図である。
【図７】本発明の別の一例を示す側面断面図である。
【図８】本出願人の行ったシミュレーションの条件を示す図である。
【図９】本出願人の行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】一般的な有機薄膜ＥＬＤにおける外界への光の出射の様子を示す図である。
【符号の説明】
１，６  ガラス基板、  ２  画素、  ３  マイクロレンズシート、  ３ａ，６ａ  マイクロレンズ、  ４  マイクロプリズムシート、  ４ａ  マイクロプリズム、  ５  表示ユニット
【図１】
0004306049.tif 000003
【図２】
0004306049.tif 000004
【図３】
0004306049.tif 000005
【図４】
0004306049.tif 000006
【図５】
0004306049.tif 000007
【図６】
0004306049.tif 000008
【図７】
0004306049.tif 000009
【図８】
0004306049.tif 000010
【図９】
0004306049.tif 000011
【図１０】
0004306049.tif 000012