JP2002109934A

JP2002109934A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2002109934A
Application number: JP2000304554A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Hisanori Sugiura; 久則杉浦; Kazunori Komori; 一徳小森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】自発光型のディスプレイに於いて、発光した
光の外部取り出し効率を改善し、明るい画像表示が可能
な画像表示装置を提供する。【解決手段】本願第１の発明の画像表示装置は、発光
層と駆動手段と微小導光板と支持手段を具備し、微小導
光板の側面に光閉じこめ手段を有することを特徴とす
る。また本願第２の発明の画像表示装置は発光層と駆動
手段と透光性基板を具備し、透光性基板内部に光閉じこ
め層を有することを特徴する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自発光型の画像表
示装置に関するものであり、特に光の利用効率向上に寄
与するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像表示装置は大きく受光型、自発光型
に分類できる。受光型では外部に光供給手段を有してお
り表示素子により光供給手段の光を変調することで画像
を表示する。例えば液晶モニター、液晶プロジェクタな
どである。自発光型は外部光供給手段を持たず表示素子
そのものが発光し画像を表示する。例えば、ＣＲＴ、Ｐ
ＤＰ、ＦＥＤ、有機ＥＬなどがこれに相当する。

【０００３】これら自発光型の画像表示装置において
は、光利用効率の改善のために様々な工夫がなされてい
た。ここでの光利用効率は２種類に分けて考えることが
できる。一つは発光手段に投入したエネルギーに対す
る、発光手段の光エネルギーへの変換効率そのものであ
り、もう一つは発光手段から発せられた光の中で像観察
者が視認できる画像表示光として利用される光の効率で
ある。前者を内部量子効率、後者を外部量子効率と定義
する。

【０００４】内部量子効率はその定義から明らかなよう
に発光エネルギーと投入エネルギーの比で求められ、外
部量子効率は投入エネルギーに対して発光された光が外
部に取り出され画像表示光として有効に利用される割
合、すなわち外部取り出し効率を内部量子効率で除した
値として定義される。

【０００５】近年注目されている有機ＥＬの場合には、
内部量子効率は発光手段の膜の構成、材料特性など、種
々の改善がなされており近年では１に近づいている。そ
の一方で外部量子効率は高々２０％程度と言われてお
り、必ずしも高くはなかった。外部量子効率が１ではな
い理由を図６を用いて説明する。通常自発光型画像表示
装置では透光性基板６０１の裏面に発光層６０２が形成
されている。その場合必ずしも発光手段が直接透光性基
板に形成されるのではなく、その発光原理、及び駆動方
法に応じて例えば有機ＥＬの場合であれば導電性透明電
極６０３を介して発光層６０２は透光性基板６０１の裏
面に形成される。また、発光層６０２の裏面も発光原
理、駆動方法に応じて構成が異なり、例えば有機ＥＬの
場合であれば反射電極６０４が設けられる。

【０００６】発光層６０２は駆動手段（不図示）により
駆動されるとその内部量子効率に応じて光を放出する
が、通常は完全拡散光として光を放出する。発光層６０
２の屈折率、発光層６０２と透光性基板６０１の間に位
置する中間層（有機ＥＬの場合は導電性透明基板６０
３）、及び透光性基板６０１の屈折率は、いずれも１よ
り大きく概ね１．３〜２．０の範囲である。

【０００７】その結果発光層６０２から出力された光の
中で、次式で定義される臨界角θｃ以下の成分は透光性
基板６０１から取り出され画像を表示する成分として有
効に活用されるが、臨界角よりも大きな成分は表面で全
反射されるため外部に取り出されず損失となるのであ
る。

【０００８】 θｃ＝arcsin（1/ng） …（式１）但しngは透光性基板６０１の屈折率、θｃは透光性基板
内部の入射角度である。

【０００９】このようにθｃよりも大きな角度で透光性
基板表面に入射する光の成分が損失となるので、従来外
部量子効率は高々２０％程度であった。

【００１０】そこで例えば特開平４−１９２２９０号公
報に開示されているように透光性基板表面に凸面を設け
て外部量子効率を改善することが考えられている。これ
によって従来全反射によって損失していた成分を有効に
取り出すものであり２〜３割程度改善がなされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】透光性基板の表面に凸
面を設けて外部量子効率を改善することは有効ではある
がより大きな角度で放出される光を十分に改善すること
ができず高々２〜３割程度の改善で、外部量子効率が高
々３０％程度に改善されるにすぎず十分な改善がなされ
ていなかった。これは１画素の大きさ２００〜３００μ
m程度に対して透光性基板の厚さが１ｍｍ程度と厚いこ
とに起因する。

【００１２】本発明は上記課題を解決し外部量子効率を
改善し、明るい画像表示が可能な画像表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願第１の発明の画像表示装置は、少なくとも発光層
と、前記発光層を発光せしめる駆動手段と、前記発光層
を底面に配置された微小導光板と、前記微小導光板を支
持する支持手段を具備することを特徴とする。

【００１４】前記支持手段は透光性基板に対して前記微
小導光板を支持し、かつ前記微小導光板と前記透光性基
板の間に前記微小導光板及び前記透光性基板よりも屈折
率の小さい第１の中間層若しくは空隙を有することが好
ましい。これは微小導光板の上面（微小導光板の透光性
基板側の面）から出力された光を透光性基板に入射し出
力させるためであり、原理的には空隙（空気、窒素ガ
ス、希ガス等の気体の充填された状態若しくは真空）で
あることがより好ましい。

【００１５】上記構成において前記微小導光板の側面の
すべて若しくは一部が光反射性若しくは光散乱反射性を
有することが好ましい。この構成により微小導光板を伝
搬しその側面に到達した光を微小導光板内部に閉じこめ
ることができる。より好ましくは光散乱反射性を有する
場合であり、散乱された結果微小導光板上面に対して臨
界角度以下の成分を増やすことができる。

【００１６】また上記構成においては前記微小導光板の
側面に光反射性、若しくは光散乱反射性を有する光閉じ
こめ層を具備することも好ましい。これによって微小導
光板側面が光透過性であっても光を微小導光板に閉じこ
めることが可能となり外部量子効率を高めることができ
る。

【００１７】上記構成では、前記微小導光板の底面が光
散乱透過性を有することが好ましい。これによって微小
導光板を伝搬する光の中で微小導光板上面に対して臨界
角度以下で入射する光成分を増加することができる。

【００１８】さらに前記微小導光板の底面と前記発光層
との間に位置する第２の中間層が光散乱透過性を有する
ことも好ましい。これによって発光層から出力した光が
微小導光板に入射する際に散乱されるので、微小導光板
上面に対して臨界角度以下で入射する成分を増加するこ
とができる。

【００１９】また、前記発光層の裏面に位置する裏面層
が光反射性若しくは光散乱反射性を有することが好まし
い。これによって例えば光発光層が透明であっても微小
導光板内部を伝搬する発光光が裏面層によって反射若し
くは散乱されるので微小導光板上面に対して臨界角度以
下で入射する成分を増加することができる。

【００２０】また、前記微小導光板の底面の一部分に発
光層が形成されており、前記発光層が形成された領域の
前記微小導光板の底面は光透過性若しくは光散乱透過性
を有し、前記発光層が形成されていない前記微小導光板
の底面は光反射性、若しくは光散乱反射性を有する構成
も考えられる。

【００２１】上記構成においては前記微小導光板の底面
の一部分に発光層が形成されており、前記発光層が形成
された領域の前記微小導光板の底面は光透過性若しくは
光散乱透過性を有し、前記発光層が形成されていない前
記微小導光板の底面に光散乱反射性を有する第２の光閉
じこめ層を具備する構成も考えられる。これによって微
小導光板内部を伝搬する発光光が第２の光閉じこめ層に
よって散乱され微小導光板の上面から取り出される成分
をより一層増加することができる。

【００２２】また、前記支持手段と前記微小導光板が接
触する面間に光反射層を具備する構成も考えられる。こ
れによって支持手段に光が入射するロスを防ぎ、より外
部量子効率を高くすることができる。

【００２３】また、前記支持手段を透光性としてもかま
わない。

【００２４】また、前記微小導光板と前記透光性基板が
互いに対向する面に反射防止膜を形成する構成も考えら
れる。これによって微小導光板上面を出力した光が前記
透光性基板により反射されるロスを小さくすることがで
きる。同時に透光性基板により反射された戻り光を再度
効率よく微小導光板に入射できる。

【００２５】上記構成において前記透光性基板の表面に
反射防止膜を具備することも好ましい。これによって外
部光の写り込みを小さくして画像品位を高めることがで
きると同時に外部へ取り出される光のロスも小さくする
ことができる。

【００２６】上記構成においては前記微小導光板の上面
が光散乱性を有していてもかまわない。

【００２７】また、前記第１の中間層と外界の屈折率差
の絶対値が概ね0.1以下であることが好ましい。この条
件と微小導光板と透光性基板の屈折率が略等しい条件に
よって微小導光板を出力した光が全反射することなく外
界に取り出されるのである。

【００２８】また前記微小導光板若しくは前記支持手段
の少なくともいずれか一方が耐熱性フォトポリマーであ
ることが好ましい。

【００２９】前記発光層を有機若しくは無機ＥＬとし
て、前記微小導光板の裏面に透明導電性電極、ＥＬ層、
前記裏面層の順に積層し、前記透明導電性電極と、反射
層の間に絶縁層を具備する構成も考えられる。

【００３０】また、少なくとも前記微小導光板、前記支
持手段、前記発光層、前記裏面層、前記駆動手段を具備
し、前記駆動手段は前記裏面側から電子線を走査するこ
とにより前記発光層を発光せしめる構成も考えられる。

【００３１】また、本願第２の発明である画像表示装置
は少なくとも透光性基板と、発光層と、発光層を駆動し
発光せしめる駆動手段を具備しており、前記透光性基板
は光反射性若しくは光散乱反射性を有する境界層により
複数の領域に分割され、前記境界層はその法線が前記透
光性基板の裏面若しくは表面の法線と鋭角をなすことを
特徴とする。

【００３２】前記透光性基板は、網目状の分割体により
複数の領域に分割されてなる構成とすることも可能であ
る。

【００３３】上記構成において前記発光層は前記透光性
基板の分割された複数の領域に対応してその裏面に形成
されてなり、前記透光性基板の裏面の中で前記発光層が
形成されていない部分の透光性基板の裏面が光反射若し
くは光散乱反射性を具備することが好ましい。

【００３４】上記構成において前記発光層は前記透光性
基板の分割された複数の領域に対応してその裏面に形成
されてなり、前記透光性基板の裏面の中で前記発光層が
形成されていない部分の透光性基板の裏面に光反射若し
くは光散乱反射性を有する光閉じこめ層を具備すること
も好ましい。

【００３５】また上記構成において前記発光層の裏面に
光反射若しくは光散乱反射機能を有する裏面層を具備す
ることも好ましい。

【００３６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明に
かかる一実施の形態として作成した画像表示装置の画素
断面の拡大図である。本発明の画像表示装置では、微小
導光板１０３が支持手段１０４により透光性基板１０１
に支持、固定されており、微小導光板１０３の上面（す
なわち透光性基板側の面）と透光性基板の裏面の間には
第１の中間層１０５が設けられている。

【００３７】さらに微小導光板の裏面には第２の中間層
１０６、発光層１０２、裏面層１０７が順次積層され、
第２の中間層１０６と裏面層１０７の間には絶縁性を確
保するための絶縁層１０８が形成されている。

【００３８】透光性基板１０１は発光層１０２の発光波
長に対して透過率が高いことが望ましく、例えば各種ガ
ラス基板、プラスチック基板を用いることができる。ま
た透光性基板１０１の表面及び裏面には反射防止膜を形
成して光利用効率を高めることも好ましい。

【００３９】微小導光板１０３は発光層から出力された
光を伝搬すると同時に臨界角以下で上面に入射した光を
出力する機能を有する。それゆえ微小導光板１０３の材
質は透過率が高いことが好ましく後述するように作製の
容易さから本実施の形態に於いては例えばフォトポリマ
ーを用いた。

【００４０】側面は後述するように光散乱反射性を有す
ることが好ましいが、光散乱透過性、若しくは光透過性
を有する場合には側面に光反射若しくは光散乱反射性の
光閉じ込め層を具備することが好ましい。

【００４１】ここで、光透過性と光散乱透過性の違い、
及び光反射性と光散乱反射性の違いについて述べてお
く。本明細書中では光透過性を有する面とは、入射光の
すべて若しくは一部をスネルの法則に従って屈折せしめ
る面と定義する。従って面の前後の屈折率によっては正
反射方向（入射面内に於いて入射角と等しい反射角方
向）に光は反射伝搬する。光散乱透過性を有する面と
は、入射光のすべて若しくは一部を入射方向に散乱透過
せしめる面と定義する。また、光反射性とは入射光のす
べて若しくは一部を正反射方向に反射伝搬せしめる面と
定義する。また光散乱反射性を有する面とは反射光のす
べて若しくは一部を反射散乱せしめる面と定義する。

【００４２】第１の中間層１０５は少なくとも透光性基
板１０１、及び微小導光板１０３よりも屈折率が小さい
材質であればよいが、真空、若しくは空気、窒素、酸
素、希ガス等で充填されているいわゆる空隙などのよう
に外界の屈折率（像観察者側の媒質の屈折率であり通常
は１）との差が0.1以下であることが好ましい。

【００４３】また、後述するように透光性基板１０１、
微小導光板１０３は概ね等しい屈折率が望ましい。

【００４４】支持手段１０４は微小導光板１０３を透光
性基板１０１に固定するもので、例えばフォトポリマー
からなり、第１の中間層１０５との界面に光反射層を具
備してもよい。また、図１に示したように側面に光反射
若しくは光散乱反射性の裏面層１０８を有する場合には
透光性でもかまわない。

【００４５】本実施の形態としては発光層１０２として
有機ＥＬ、無機ＥＬを用いることができる。本実施の形
態では有機ＥＬを用いた。さらに、発光層１０２を駆動
するために第２の中間層１０６として導電性透明電極
を、また裏面層１０７としてＡｌ薄膜を形成した。尚、
この場合裏面層１０７は発光層１０２を駆動するための
電極としても作用する。

【００４６】実際の画像表示装置は図１に示した構成を
一画素としてこれらを複数個配置してなり、出力される
各画素毎に光強度を変化せしめることで画像を表示す
る。図示していないが、各画素の近傍に薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）を形成し駆動手段とすることができる。

【００４７】次に本発明の画像表示装置の動作原理及び
効果について詳細に説明する。駆動手段（不図示）の信
号によって完全拡散光が発光層１０２より出力される。
図では説明のため発光層１０２から部分的に出力された
光を図示している。出力光は第２の中間層１０６である
導電性透明電極を通過し微小導光板１０３に入射する。
微小導光板１０３に入射した光の中で微小導光板１０３
の屈折率ｎbと、外界の屈折率（像観察者側の屈折率で
通常は１）によって決まる臨界角θｃ以下の角度で微小
導光板上面へ入射した光線は第１の中間層１０５へ入射
後、透光性基板１０１へ入射する。さらに透光性基板１
０１を透過して最終的に外界へ出力される。

【００４８】このとき、透光性基板１０１の屈折率ｎg
と微小導光板１０３の屈折率ｎbがほぼ等しく、かつ第
１の中間層１０５の屈折率ｎm1よりも大きいことが必要
である。これによって微小導光板１０３を出力した光が
全反射することなく透光性基板へ入射する。透光性基板
１０１の屈折率ｎgと微小導光板１０３の屈折率ｎbは、
本実施の形態で構成したように第２の中間層１０６を有
する場合には、第２の中間層１０６である導電性透明電
極の屈折率ｎｉ（1.5〜2.0）と略等しいことが好まし
い。

【００４９】また、発光層１０２の屈折率ｎeもｎｉ、
ｎb、ｎgと略等しいことが好ましい。なぜなら各界面で
の反射ロスが小さくなるからである。

【００５０】同じく第１の中間層１０５の屈折率ｎm1は
外界（透光性基板の像観察者側）の屈折率と略等しいこ
とがこのましい。すなわち第１の中間層の屈折率ｎm1は
１〜1.1程度が好ましいのである。これによって第１の
中間層１０５から透光性基板１０１へ入射した光は全反
射することなく外界へ出力されるのである。

【００５１】以上の条件を整理すると次式で表される。

【００５２】

【数１】

【００５３】尚、各界面での反射による外界へ取り出さ
れる光の損失を極力少なくするために透光性基板１０１
の両面及び微小導光板１０３の上面には反射防止膜を形
成することによりより一層外界へ取り出される光量を増
加することができる。

【００５４】一方、臨界角θｃ以上の角度で微小導光板
上面へ入射した光は微小導光板上面で全反射され再び微
小導光板裏面へ向かう。このとき微小導光板１０１の裏
面が光散乱透過性を有している場合、若しくは第２の中
間層１０６である導電性透明電極が光散乱透過性を有し
ている場合には、全反射された光が散乱透過し角度を変
えて裏面層１０７へ入射する。裏面層１０７が光反射性
であっても、光散乱反射性であってもこれらの界面の光
散乱効果によって臨界角θｃ以下の成分が発生する。こ
れらの光は裏面層１０７で再度反射後に発光層１０２、
第２の中間層１０６を介して微小導光板１０３へ入射す
る。この時微小導光板上面へは臨界角以下で入射するの
で第１の中間層１０５及び透光性基板１０１を介して外
部へ取り出すことができる。臨界角を越える光成分につ
いては再度微小導光板上面で全反射して微小導光板裏面
側で散乱される。

【００５５】このように微小導光板上面で全反射された
成分は微小導光板１０１の裏面側で散乱され、臨界角以
下の成分を発生せしめる。従って全反射及び裏面側での
散乱を繰り返すことにより臨界角以下の成分が増加する
結果、外部量子効率が著しく増加するのである。上記原
理から明らかなように、裏面層１０７は反射率の高い材
料が好ましくＡｌ、Ａｇ等の金属薄膜若しくは光反射率
の高いAgPdCu膜等を用いることができる。また、光散乱
反射性を有することがより好ましい。

【００５６】微小導光板上面の全反射及び裏面側での散
乱反射を繰り返し、微小導光板１０３の側面へ到達した
光は、側面自体が光反射性を有している場合には側面の
光反射性によって、また、本実施の形態のように光閉じ
込め層としての裏面層１０７を具備している場合にはそ
の裏面層１０７の反射（より好ましくは散乱反射）によ
って再度微小導光板１０３側へ戻される。これによって
発光地点から側面側へ到達するまでに外部へ取り出せな
かった光成分（臨界角以上で成分）が、再度全反射及び
散乱反射を繰り返すことで外部へ取り出せるのである。

【００５７】このとき側面から支持手段１０４へ入射し
損失となる成分を防ぐために、支持手段１０４と微小導
光板１０３の接する面に光反射層を形成するとより一層
外部量子効率を高くすることができる。該光反射層を形
成していなくても、支持手段１０４が透光性であり、そ
の屈折率ｎsuが透光性基板１０１の屈折率ｎg、及び微
小導光板１０３の屈折率ｎbと略等しい場合には界面反
射による損失を小さくすることができる。

【００５８】以上詳細に述べたように本発明に係る画像
表示装置の特徴は微小導光板１０３の裏面側に光散乱手
段を具備することによって、臨界角以下で微小導光板１
０３の上面に入射する光成分の割合を高めると同時に、
側面から漏れる光を微小導光板内に強制的に閉じ込め、
臨界角以下の光成分を増加せしめることで外部量子効率
を著しく改善するものである。

【００５９】次に図２を参照しながら本発明に係る画像
表示装置の製造方法について説明する。図２（ａ）に示
したように透光性基板１０１（例えばガラス基板）に支
持手段１０４を形成する。これはフォトポリマーを透光
性基板１０１にスピンコートした後、マスク露光及び現
像処理により形成できる。次に図２（ｂ）に示したよう
に第２のフォトポリマー２０１をスピンコート後エッチ
ング処理により平坦化し、微小導光板１０３を第３のフ
ォトポリマーにて形成する（図２（ｃ））。

【００６０】第２のフォトポリマー２０１を除去するこ
とで第１の中間層１０５として空隙が透光性基板１０１
と微小導光板１０３との間に形成される。その後導電性
透明電極１０６を第２の中間層として形成し（図２
（ｅ））、さらに絶縁層１０８を形成する（図２
（ｆ））。絶縁層１０８をエッチング（図２（ｇ））し
て導電性透明電極１０６を露出させた部分に発光層（本
実施の形態に於いては有機若しくは無機ＥＬ層）１０２
を形成する（図２（ｈ））。

【００６１】最後に裏面層（本実施の形態に於いてはＡ
ｌ薄膜）１０７を形成して図１に示した画像表示装置が
完成する。

【００６２】尚、導電性透明電極１０６及び裏面層１０
７については紙面に垂直な方向に駆動手段と電気的な接
続がなされるようにパターニングされる。また、微小導
光板１０３及び支持手段１０４形成後に透明導電性電極
１０６を形成する。通常導電性透明電極１０６は約２０
０℃なので耐熱性のフォトポリマーが好ましい。

【００６３】また、微小導光板１０３のアスペクト比、
すなわち厚みと面積の関係について説明する。本実施の
形態で述べたように、微小導光板１０３の側面には光閉
じ込め層を有しているため、基本的にはアスペクト比に
制限はない。しかしながら側面まで到達する成分を小さ
くするために厚みを面積に対して小さくすることもでき
る。例えば画素のピッチが３００ミクロン程度であれば
微小導光板の厚みは３０ミクロン程度とすることで全反
射回数を増やすことができるので、側面近傍に到達する
前に光を外部に取り出すことも可能となる。

【００６４】以上詳細に述べたように、本発明に係る一
実施の形態で構成した画像表示装置によれば、外部量子
効率を極めて高くでき、明るい画像表示が可能となる。
本実施の形態で構成した画像表示装置では従来約２０％
であった外部量子効率を８０％にまで高めることがで
き、極めて有効であることが実験的にも確認できた。

【００６５】（実施の形態２）図３に本発明に係る一実
施の形態で構成した画像表示装置の画素断面の拡大図を
示す。基本的な動作原理、構成は図１に示した画像表示
装置と同様であるが、発光層１０２が微小導光板１０３
の裏面の全面ではなく一部分にのみ形成されている点が
異なる。これは本発明に係る画像表示装置の外部量子効
率が従来の画像表示装置の外部量子効率に較べて数倍高
いことから、少ない面積で発光せしめることで消費電力
を抑えることを目的とするものである。

【００６６】また、本実施の形態で構成した画像表示装
置では実施の形態１で記載した画像表示装置と同様に、
発光層１０２から出力された略完全拡散光が微小導光板
上面での全反射と裏面側での散乱反射を繰り返すことに
よって、臨界角以下で微小導光板１０３の上面から出力
される光成分を増加して外部量子効率を高めるものであ
る。また側面には第１の光閉じ込め層３０１を有してい
る。これによって微小導光板１０３の周辺部まで到達し
た光を強制的に微小導光板に閉じ込め、再度伝搬するこ
とができる。尚、光閉じ込め層としては高効率な光反射
性、より好ましくは光散乱反射性を有している。

【００６７】本実施の形態に於いて上記機能を実現する
ために、微小導光板の裏面は、実施の形態１で構成した
画像表示装置と同様に光透過性、より好ましくは光散乱
透過性を有し、光反射、より好ましくは光散乱反射性を
有する第２の光閉じ込め層３０２を裏面に具備してい
る。

【００６８】尚、微小導光板裏面の中で発光層が形成さ
れていない部分が光反射性、より好ましくは光散乱反射
性を有している場合には裏面の第２の光閉じ込め層は不
要となる。

【００６９】本実施の形態で構成した画像表示装置に於
いても従来に較べて４倍以上の８０％を越える外部量子
効率を実現できた。従って投入電力を従来比２５％まで
削減しても従来と同等の明るさを実現することができ
た。

【００７０】（実施の形態３）図４に本発明に係る第３
の実施の形態として構成した画像表示装置の画素断面の
拡大図を示す。本実施の形態で構成した画像表示装置
は、透光性基板４０１の裏面に実施の形態１及び２で述
べたような発光層１０２を設けてある点は従来の画像表
示装置と同一であるが、透光性基板４０１に網目状の分
割体４０２を具備している点が異なっている。すなわち
網目状の分割体４０２は透光性基板４０１を例えば１画
素単位に分割し閉じている。分割体４０１は材質として
高い反射率を有していれば良く、基板内部を伝搬する光
を閉じ込めることで外部量子効率を高める働きを有す
る。若しくは分割体４０２は光吸収損失の少ない光散乱
反射性を有していてもよい。

【００７１】上記構成においては、実施の形態１及び２
で説明したように、発光層１０２から出力された完全散
乱光は、臨界角以下で透光性基板上面に入射した光成分
が外部に取り出され、臨界角を越えて入射した光成分は
透光性基板上面で全反射する。透光性基板の裏面（発光
層側の面）は光透過性、より好ましくは光散乱透過性を
有しており全反射光は発光層１０２を介して裏面層１０
７へ入射する。裏面１０７層は例えば反射性、より好ま
しくは散乱反射性を有している。

【００７２】それゆえ実施の形態１及び２で構成した画
像表示装置と同様に発光層１０２からの出力光が全反射
及び散乱反射を繰り返すことによって透光性基板４０１
の臨界角以下となる成分が増加するため外部量子効率を
高くすることができる。

【００７３】網目状の分割体４０２は基板内部を伝搬す
る全反射光成分を１画素の領域内に閉じ込める働きを有
する。それゆえ分割体４０２若しくは裏面層１０７等に
よる光吸収による損失を除いて発光したすべての光を外
部に取り出すことができるので外部量子効率を高くする
ことができるのである。尚、網目状の分割体４０２の分
割単位は１画素以下でもよく複数の画素にまたがって形
成されていなければ同様の効果を奏すことができる。

【００７４】本実施の形態において構成した画像表示装
置に於いても実施の形態２で述べたように透光性基板の
裏面全域に発光層を形成しなくても良い。この場合、発
光層が形成されていない部分の透光性基板の裏面は、光
反射性、より好ましくは光散乱反射性を具備せしめる
か、若しくは光反射性、より好ましくは光散乱反射性の
光閉じ込め層を形成する事により、上記外部量子効率を
高める機能を実現できる。

【００７５】（実施の形態４）本発明に係る一実施の形
態として構成した画像表示装置の画素断面の拡大図を図
５に示す。実施の形態１及び２と同様に透光性基板１０
１に支持手段１０４を介して微小導光板１０３が形成し
てある。また、透光性基板１０１と微小導光板１０３と
の間には第１の中間層１０５が存在している。微小導光
板１０３の裏面には発光層として蛍光体５０２が形成さ
れており、蛍光体５０２及び支持手段１０４には裏面層
１０７が形成してある。尚本実施の形態に於いて、例え
ばＡｌ薄膜からなる裏面層は図示したように微小導光板
全面を覆っており、必ずしも画素単位で分割される必要
はない。

【００７６】また、透光性基板１０１及び支持手段１０
４の材質、機能は実施の形態１で述べた画像表示装置と
同等であり、実施の形態１で述べた方法と同様に作製で
きる。

【００７７】本実施の形態に於いては駆動手段は陰極線
源である。加速された陰極線５０１は裏面層１０７を貫
通し発光層５０２を照射する。発光層５０２からは略完
全拡散光が出力され、微小導光板内へ入射する。

【００７８】その中で微小導光板１０３の上面に臨界角
以下で入射した光成分だけが第１の中間層１０５、透光
性基板１０１を介して外部に取り出される。臨界角以上
で入射した光成分は実施の形態１及び２で述べたように
裏面の発光層側へ全反射される。発光層である蛍光体５
０２は入射光に対して散乱性を有しているため、全反射
光は蛍光体で散乱反射される。この時臨界角以下で再度
微小導光板上面へ入射した光成分が外部へ取り出される
のである。

【００７９】このように微小導光板上面での全反射及び
裏面での散乱反射を繰り返すことで外部量子効率が増加
するのである。また、微小導光板の側面に到達した光は
再度裏面層１０７で反射され微小導光板内部へ戻され
る。従って微小導光板１０３、蛍光体５０２、裏面層１
０７による吸収を除いて発光層から出力された光が効率
よく外部に取り出すことができるので、外部量子効率を
極めて高くできるのである。

【００８０】尚、陰極線を照射することから図５に示し
た画素構造は真空中に保持されている。さらに陰極線源
としては通常のＴＶのブラウン管に用いられる電子銃だ
けではなく近年開発が盛んなフィールドエミッションタ
イプの冷陰極源を初めとしてあらゆるタイプの陰極線源
を用いることができる。

【００８１】また、実施の形態３で述べたように透光性
基板に網目状の分割体が形成されている場合にも同様の
効果を奏すことができる。

【００８２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願発明の
画像表示装置によれば外部量子効率を高くできるので明
るく、消費電力の小さい画像表示装置を提供することが
できる。

【００８３】尚、本発明の画像表示装置は発明の主旨に
乗っ取り種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態で構成した画像表示装置
の画素断面の拡大図

【図２】本発明の一実施の形態で構成した画像表示装置
の製造方法の説明図

【図３】本発明の一実施の形態で構成した画像表示装置
の画素断面の拡大図

【図４】本発明の一実施の形態で構成した画像表示装置
の画素断面の拡大図

【図５】本発明の一実施の形態で構成した画像表示装置
の画素断面の拡大図

【図６】従来の画像表示装置の説明図

【符号の説明】

１０１透光性基板１０２発光層１０３微小導光板１０４支持手段１０５第１の中間層１０６第２の中間層（導電性透明電極）１０７裏面層１０８絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 ＡＦ２１Ｙ 105:00 Ｆ２１Ｙ 105:00 (72)発明者小森一徳大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 BB06 EA04 EB00 EC00 5G435 AA00 BB05 DD11 EE05 EE33 FF03 FF06 FF08 HH02 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも発光層と、前記発光層を発光せ
しめる駆動手段と、前記発光層を底面に配置された微小
導光板と、前記微小導光板を支持する支持手段を具備す
ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記支持手段は透光性基板に対して前記微
小導光板を支持し、かつ前記微小導光板と前記透光性基
板の間に前記微小導光板及び前記透光性基板よりも屈折
率の小さい第１の中間層若しくは空隙を有することを特
徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】前記微小導光板の側面のすべて若しくは一
部が光反射性若しくは光散乱反射性を有することを特徴
とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】前記微小導光板の側面に光反射性、若しく
は光散乱反射性を有する光閉じこめ層を具備することを
特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】前記微小導光板の底面が光散乱透過性を有
することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】前記微小導光板の底面と前記発光層との間
に位置する第２の中間層が光散乱透過性を有することを
特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項７】前記発光層の裏面に位置する裏面層が光反
射性若しくは光散乱反射性を有することを特徴とする請
求項１に記載の画像表示装置。
【請求項８】前記微小導光板の底面の一部分に発光層が
形成されており、前記発光層が形成された領域の前記微
小導光板の底面は光透過性若しくは光散乱透過性を有
し、前記発光層が形成されていない前記微小導光板の底
面は光反射性、若しくは光散乱反射性を有することを特
徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項９】前記微小導光板の底面の一部分に発光層が
形成されており、前記発光層が形成された領域の前記微
小導光板の底面は光透過性若しくは光散乱透過性を有
し、前記発光層が形成されていない前記微小導光板の底
面に光散乱反射性を有する第２の光閉じこめ層を具備す
ることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記支持手段と前記微小導光板が接触す
る面間に光反射層を具備することを特徴とする請求項１
に記載の画像表示装置。
【請求項１１】前記支持手段が透光性であることを特徴
とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１２】前記微小導光板と前記透光性基板が互い
に対向する面に反射防止膜を具備することを特徴とする
請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記透光性基板の表面に反射防止膜を具
備することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装
置。
【請求項１４】前記第１の中間層と外界の屈折率差の絶
対値が概ね0.1以下であることを特徴とする請求項１に
記載の画像表示装置。
【請求項１５】前記微小導光板若しくは前記支持手段の
少なくともいずれか一方が耐熱性フォトポリマーである
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１６】前記発光層は有機若しくは無機ＥＬであ
り、前記微小導光板の裏面に透明導電性電極、ＥＬ層、
前記裏面層の順に積層され、前記透明導電性電極と、反
射層の間に絶縁層を具備することを特徴とする請求項１
に記載の画像表示装置。
【請求項１７】少なくとも前記微小導光板、前記支持手
段、前記発光層、前記裏面層、前記駆動手段を具備し、
前記駆動手段は前記裏面側から電子線を走査することに
より前記発光層を発光せしめることを特徴とする請求項
１に記載の画像表示装置。
【請求項１８】少なくとも透光性基板と、発光層と、発
光層を駆動し発光せしめる駆動手段を具備しており、前
記透光性基板は光反射性若しくは光散乱反射性を有する
境界層により複数の領域に分割され、前記境界層はその
法線が前記透光性基板の裏面若しくは表面の法線と鋭角
をなすことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】前記透光性基板は、網目状の分割体によ
り複数の領域に分割されてなることを特徴とする請求項
１または１８に記載の画像表示装置。
【請求項２０】前記発光層は前記透光性基板の分割され
た複数の領域に対応して前記透光性基板の裏面に形成さ
れてなり、前記透光性基板の裏面の中で前記発光層が形
成されていない部分の透光性基板の裏面が光反射若しく
は光散乱反射性を具備することを特徴とする請求項１ま
たは１８に記載の画像表示装置。
【請求項２１】前記発光層は前記透光性基板の分割され
た複数の領域に対応してその裏面に形成されてなり、前
記透光性基板の裏面の中で前記発光層が形成されていな
い部分の透光性基板の裏面に光反射若しくは光散乱反射
性を有する光閉じこめ層を具備することを特徴とする請
求項１または１８に記載の画像表示装置。
【請求項２２】前記発光層の裏面に光反射若しくは光散
乱反射機能を有する裏面層を具備することを特徴とする
請求項１または１８に記載の画像表示装置。