JP2002270021A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2002270021A
JP2002270021A JP2001071184A JP2001071184A JP2002270021A JP 2002270021 A JP2002270021 A JP 2002270021A JP 2001071184 A JP2001071184 A JP 2001071184A JP 2001071184 A JP2001071184 A JP 2001071184A JP 2002270021 A JP2002270021 A JP 2002270021A
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一郎 藤枝
Takashi Fukuchi
隆 福地
Shigeyoshi Suzuki
成嘉 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子の発する光の両方の偏光成分を表示
に利用でき、また、指向性の狭い発光素子を用いること
により、表示に利用できる光の割合を増加させて、光の
利用効率が高く、低消費電力に有利な表示装置の提供。 【解決手段】 発光手段は、鏡面反射する電極、有機EL
層、透明電極を積層して形成される発光素子の上方に、
螺旋構造をもつ光学活性な媒質、四分の一波長板、直線
偏光板とを有する構成とする。また、２つの電極で挟ま
れた有機EL層の端面を導光手段のコア部へ密着して固定
した構成とする。導光手段は、光を拡散する機能を持つ
カラーフィルタあるいは波長変換手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯情報端末、携
帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビジョン等の機
器に使用される平面型の表示装置に関し、特に、薄型・
軽量で、製造コストが低い等の特徴を有する導光体を用
いた表示装置に関する。また、本発明は、未使用時に小
型の筐体に収納される機能を持つ、導光体を用いた表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、携帯情報端末、ゲーム機、携
帯電話、パーソナルコンピュータ、テレビジョン等の機
器の表示装置として、液晶ディスプレイ(LCD) などの
（液晶）表示装置が実用化されている。特に、個々の画
素に設けた薄膜トランジスタ(TFT) を用いて各々の液晶
セルを駆動する構成のTFT-LCD は、高精細・高速応答の
画像表示が可能等の特長があるため、その用途が拡大し
ている。
【０００３】しかしながら、ＴＦＴなどを含む液晶セル
を製造する工程は複雑なため、特に表示領域が大面積に
なればなるほど製造コストが高くなる。また、TFT を製
造するための、スパッタリング、CVD 成膜装置、露光器
等の装置の性能により、製造可能な表示面積が制限され
てしまう。
【０００４】このような問題を解決するために、１次元
発光素子アレイ、導光体アレイ等から構成される表示装
置が、本出願人により提案されている。このような従来
の導光体を用いた表示装置について、まず図１３〜１４
を参照しながら以下に説明する。図１３は、従来の表示
装置の主な構成要素を示す分解斜視図である。
【０００５】この表示装置は、図１３に示すように、複
数の発光部111 を持つ発光手段110と、複数の導光体121
を支持基板122 の上に配列した導光手段120 と、表面
に複数の電極134 を形成した透明基板133 と液晶封止材
料132 とで液晶層131 を封止して構成される光取出手段
130 と、光反射手段140 とを組み合せて構成される。
【０００６】ここで、発光部111 の光軸112 は、導光体
121 の端部から光が入射するように、また、光反射手段
140 は導光体121 の他方の端部に達する光が反射される
ように、それぞれの構成要素が配置されている。
【０００７】電極134 は透明基板133 の液晶層131 に接
する面に形成され、外部へ接続するための端子群138
を、図１３に示したように透明基板133 の周辺部の２箇
所に設けている。
【０００８】次に図１４を参照しながら、導光手段120
および光取出手段130 の動作を説明する。発光手段110
の個々の発光部111 から発せられた光は、対向して配置
された導光体121 に入射し、導光体の高屈折率領域121a
の内部を伝播する。
【０００９】図１４に示すように、電極134aと電極134b
の間に電位差が与えられないときは、液晶分子は基板に
ほぼ水平な方向に配向されており、高屈折率領域121aを
進行する光に対して液晶層131 の屈折率は高屈折率領域
121aの屈折率よりも小さくなる。
【００１０】従って、光は、高屈折率領域内に留まり、
光が液晶層131 へ漏れ出すことは無い。図１４に示すよ
うに電極134aと電極134bの間に電位差が与えられること
により電界が形成されると、液晶分子は図のように配向
して屈折率が上昇する。
【００１１】従って、液晶層131 と高屈折率領域121aと
の界面での全反射条件が破れ、光が高屈折率領域から漏
洩し、漏洩した光が液晶層を伝播して光散乱層136 に鋭
角で入射する。これらの光は光散乱層136 で拡散された
後に、透明基板133 と反射防止膜137とを順に透過して
観察者（ユーザ）に至る。
【００１２】画像を表示する動作は以下の通りである。
まず、表示すべき画像の第１列に対応するパターンの光
が発光手段110 から出力され、各発光素子に対応した導
光体121 に入射して伝播する。これと同時に表示領域の
第1 列に位置する電極134a、134bに制御信号を与えて、
対応する場所の液晶層の配向を変化させる。
【００１３】このようにして、発光手段110 が出力した
光は表示領域の第１列のみから取り出される。以上の動
作を全ての列に関して繰り返すことにより、任意の画像
を表示することができる。ここで、表示動作中のどの瞬
間においても光が漏れてくるのは、表示領域の中の１列
のみだが、CRT やレーザー・ディスプレイ等と同様に残
像現象により、観察者には、通常の２次元画像となって
見える。
【００１４】カラー表示を実現するためには、発光手段
としてR(red)、G(green)、B(blue)の３原色を出力する
ものを用いればよい。そのような発光手段としては、カ
ラーフィルタと白色発光材料との組合せによる発光手
段、青色発光材料と色変換材料との組合せによる発光手
段、あるいは３色の発光材料の並列等の配置による発光
手段を実現することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
導光体を用いた表示装置には、以下に述べる課題があ
る。
【００１６】第一に、図１４において、紙面に平行な方
向に電場が振動する偏光成分に関しては、前記の通り、
液晶分子を配向制御することにより、光を導光体の外部
へ漏洩させることができる。しかしながら、もう一方
の、すなわち光の電場が紙面に垂直な偏光成分に関して
は、液晶層の屈折率が配向状態によらず常に一定である
ため、光を導光体の外部へ漏洩させることができない。
導光体に閉じ込められた光は、導光体の表面形状の乱れ
による散乱等の現象により損失となる。よって、半分の
光が表示に利用できていないことになる。
【００１７】携帯情報端末やノートPC等の機器のように
低消費電力が重要となる用途にこのような表示装置を用
いるためには、前記した両方の偏光状態の光、すなわ
ち、紙面に平行な電場成分を有する偏光と、紙面に垂直
な電場成分を有する偏光とを利用できる構成が望まれ
る。
【００１８】第二に、導光体の内部を光が伝播されるた
めには、光はある角度よりも小さな角度で導光体へ入射
する必要がある。従って、発光素子の指向性が広い（強
くない）場合、発光部と導光体の端部との間の距離が増
すに従い導光体を伝播できない成分が増加する。即ち、
表示に利用できない光の割合が増加し、表示に利用され
る光の利用効率が低くなり、低消費電力が重要となる用
途にとって、益々不利となる。
【００１９】第三に、カラー表示を実現するために前記
したR 、G 、B の３原色を出力する発光素子を用いる場
合、カラーフィルタと白色発光材料との組合せなどの前
記いずれかの発光手段の少なくとも１つの構成を採用す
ることが可能である。しかしながら、いずれの発光手段
を採用するにせよ、発光手段の製造コストが高い。よっ
て、例えば他の構成要素を用いて３原色を発光させるこ
とによって、部品点数を削減して製造コストを低減する
ことが望まれる。
【００２０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光の利用効率が高く、低消費電力で駆動できる
表示装置を低コストで実現することができるような、表
示装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
構成は、複数の導光手段と、前記複数の導光手段に光を
入射するための発光手段と、前記複数の導光手段から光
を外部に漏洩させるための光取出手段とを有する表示装
置において、前記発光手段は、第二の偏光成分を第一の
偏光成分に変換する偏光変換手段を有することを特徴と
する。
【００２２】本発明の請求項２記載の構成は、請求項１
において、前記第一の偏光成分をそのまま出力すること
を特徴とする。
【００２３】本発明の請求項３記載の構成は、複数の導
光手段と、前記複数の導光手段に光を入射するための発
光手段と、前記複数の導光手段から光を外部に漏洩させ
るための光取出手段とを有する表示装置において、前記
発光手段は、端面発光型発光素子を有することを特徴と
する。
【００２４】本発明の請求項４記載の構成は、請求項１
乃至３のいずれか１項において、前記発光手段が白色光
を出力し、前記光取出手段の上方にカラーフィルタを有
することを特徴とする。
【００２５】本発明の請求項５記載の構成は、請求項４
において、前記カラーフィルタが光を散乱する成分を含
むことを特徴とする。
【００２６】本発明の請求項６記載の構成は、請求項１
乃至３のいずれか１項において、前記発光手段と前記光
取出手段の間にカラーフィルタを有することを特徴とす
る。
【００２７】本発明の請求項７記載の構成は、請求項１
乃至３のいずれか１項において、前記光取出手段の上方
に色変換手段を有することを特徴とする。
【００２８】本発明の請求項８記載の構成は、請求項１
乃至３のいずれか１項において、前記発光手段と前記光
取出手段の間に色変換手段を有することを特徴とする。
【００２９】作用 請求項１乃至２およびこれらに従属する請求項に記載の
発明は、表示に寄与する光のうち、片方の偏光成分（第
２の偏光成分）を第１の材料（たとえば鏡面材料）に反
射させてもう１方の偏光成分に変換して、表示に寄与す
る偏光成分とした。そして、第２の材料（反射光の偏光
が反転しない材料：たとえばらせん構造を持つ液晶材
料）を介して出力光を取り出すようにした。
【００３０】また、請求項３およびこれに従属する請求
項に記載の発明は、指向性の狭い端面発光型素子の光源
を導光手段に実装可能としたので、この光源の放射光は
実質的に表示に寄与する光のみである。そして前記同様
に、出力は、前記第２の材料を介して取り出すようにし
た。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を、実施の形態に
より、詳細に説明する。 ＜第一の実施の形態＞従来の技術の第一の課題は、片方
の偏光成分の光のみが表示に利用されるので、光の利用
効率が半分（程度）となることであった。この課題を解
決するために、第一の実施の形態では、この動機に基づ
いて行われたものである。以下に第一実施形態の構成、
動作例および使用される具体的な材料名、製造方法およ
び設計の数値例などについて、順に説明する。
【００３２】図１は本発明の表示装置に使用される、発
光手段10、導光手段30の構成を示す分解斜視図である。
発光手段10は、絶縁性基板11の一方の表面に規則正しく
配列した複数の発光素子20と、これらの発光素子20を駆
動するために薄膜トランジスタ(TFT: Thin Film Transi
stor) で構成した駆動回路12とを備え、その表面には、
保護層13を形成して構成される。保護層13は、製造工程
において水分や他の材料が不純物として、発光素子20に
浸入するのを防ぎ、発光素子20を保護するために設けら
れる。
【００３３】一方、導光手段30は、規則正しく配列した
複数のコア部31、コア部の下方に密着して配置されたク
ラッド部32、及びコア部31の上方に密着して配置された
光取出部33を有する。更に、この光取出部33の上方に密
着して、３色のカラーフィルタ34、35および36と、保護
層37とが配置されて構成される。３色のカラーフィルタ
34、35、36は、光取出部33を介してそれぞれのコア部31
の真上に形成される。
【００３４】前記した導光手段30と、発光手段10との接
合部の断面構成を図２に示す。発光素子20は、絶縁性基
板11の一方の表面に下部（反射）電極21、有機EL層22、
上部（透明）電極23を順に積層して形成される。更にこ
の上部（透明）電極23の上方に保護層13を介して偏光再
利用手段40が配置される。この偏光再利用手段40は、図
２に示すように、コレステリック液晶ポリマー41と、四
分の一波長板42と、直線偏光板43とを順に積層して構成
される。
【００３５】偏光再利用手段40を含む発光手段10は、接
着層50により導光手段30に固定される。
【００３６】次に図１および図２を参照しながら、本実
施形態の動作について説明する。発光素子20は、下部電
極が反射材料と、上部電極とが透明材料で形成されてお
り、両電極に電圧を印加して通電することにより、光が
透明電極を通して放射される。放射される光の波長領域
は、有機EL材料を用いた選択により自由度が大きいが、
本実施形態では、白色光を放射する材料を用いるものと
する。
【００３７】光は左円偏光（左旋性の円偏光）と右円偏
光（右旋性の円偏光）とが存在し、その内の一方の円偏
光（便宜上、以下の説明では、左円偏光とする）は（右
巻きの螺旋構造を持つ）、コレステリック液晶ポリマー
41をそのまま透過する。一方、右円偏光はコレステリッ
ク液晶ポリマー41により選択反射される。すなわち、液
晶に反射された光は右円偏光とのみとなり、通常の鏡面
での反射のように、両方の円偏光を反射し、その旋光性
を逆転するものとは異なる。反射された右円偏光は保護
層13、透明電極23および有機EL層22を順に透過して下部
電極21に至る。下部電極21は鏡面なので、反射された光
は左円偏光になる。従って、この光が再びコレステリッ
ク液晶ポリマー41に到れば、この液晶層を透過する。な
お、ここで、前記したコレステリック液晶ポリマー層に
よる選択反射の現象は波長に依存する。たとえば、白色
光を用いる場合には、透過すべき波長に応じた螺旋ピッ
チを有するコレステリック液晶ポリマーを３層有する構
成（たとえば前記Ｒ、Ｇ、Ｂの螺旋ピッチを有するコレ
ステリック液晶を層状に重ねて構成）にする必要があ
る。
【００３８】本実施形態では、このようにして、コレス
テリック液晶ポリマー41と発光素子20の下部電極との組
み合わせにより、右円偏光と左円偏光の両方を利用する
ことができる。コレステリック液晶ポリマー41を透過し
た左円偏光は、その後、４分の１波長板42により直線偏
光に変換されて、直線偏光板43を透過する。
【００３９】以上に説明したようにして、導光手段30の
コア部31に入射する光を、ある一方向の直線偏光とし、
これを用いて表示することができる。例えば図14に示す
液晶配向の場合には、紙面に平行方向の直線偏光がコア
部に入射するように、直線偏光板43の光軸を合わせてお
く。こうしてコア部31に到達した所望の直線偏光は、光
取出部33により選択的に取り出されてカラーフィルタ3
4、35、36に至る。カラーフィルタは光を拡散する微粒
子を含んでおり、選ばれた色の光がその上部にある保護
層37を通して放射される。
【００４０】以上に説明したように本実施形態では、発
光手段が放射する光を所望の偏光状態に変換した後に導
光手段へ入射させることにより、光を有効に利用するこ
とができ、その結果、表示の輝度を約２倍近くに高める
ことができる。換言すれば、同一の輝度を得るための消
費電力を、従来のものと比較しても、約1/2 に低減でき
る。
【００４１】また、光を拡散する機能を持つカラーフィ
ルタを導光手段の一部として形成するため、従来の構成
で別に必要とされた光散乱層を形成する工程が不要とな
る。このため、製造工程が短縮されて製造コストを低減
できるという効果がある。
【００４２】以上に説明した構成に使用される各要素に
関して、いくつか具体的な材料の種類、寸法、製造方法
等の例を挙げる。まず、発光手段10について説明する。
【００４３】発光手段の形成例 発光手段10については、発光素子20の配列ピッチは、精
細度200ppi（pixel per inch) のカラー表示装置の画素
ピッチに対応した32μm とした。絶縁性基板11として
は、TFT プロセスで一般に用いられる基板、たとえば厚
さ0.7mm の無アルカリガラス基板を用いる。この基板に
多結晶シリコン(poly-Si)TFT技術を用いた工程により、
駆動回路12を形成する。この工程および材料については
他に、公知の様々な方法を採用することが可能である。
【００４４】次に、発光部の陰極として、アルミニウム
−リチウム合金等の材料を金属製のシャドウマスクを介
して真空蒸着する等により、厚さ200nm 程度の厚さに下
部電極21を形成する。次いで有機EL層22を下部電極21の
上部に形成する。前記有機EL層22としては、発光層と正
孔注入輸送層からなる２層構成としたり、このような構
成に電子注入輸送層を加えた３層構成としたり、更に、
前記金属製の下部電極２１と、有機EL層22との界面に薄
い絶縁膜を配置した構成等を採用することができる。
【００４５】図２に示す構成例では、有機EL層22を１層
のように示しているが、この有機ＥＬ層22を、前記した
層構成とすることが可能である。このような有機EL層22
の製造方法は、スピン塗布法、真空蒸着法、インクジェ
ット印刷法等を用いることができ、それぞれの製造方法
に応じて、高分子系の有機EL材料か低分子系の有機EL材
料かを選択ができる。この実施形態においては、有機EL
層22は、正孔注入輸送層の材料として、例えばトリアリ
ールアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィ
リン誘導体等を少なくとも選択でき、発光層の材料とし
て、例えば8-ヒドロキシキノリン及びその誘導体（特に
この誘導体の金属錯体）、テトラフェニルブタジエン誘
導体、ジスチリルアリール誘導体等を少なくとも選択で
き、これらの材料を、たとえば真空蒸着法により、それ
ぞれ50nm程度の厚さに積層して形成することができる。
【００４６】次いで、酸化インジウム錫合金(ITO) 等の
発光部の陽極となる材料を全面にスパッタ法により成膜
して、透明電極23を形成し、陽極とする。このような陽
極材料としてITO を用いた場合には、シート抵抗20Ω/
□程度となり、厚さを100nm程度に形成することができ
る。
【００４７】最後に有機EL層22を酸素や湿気から保護す
る目的で、シリコンを酸化物としたり、窒化物としたり
して、これを膜状に形成して、保護層13を全面に設け
て、発光手段を製造することができる。
【００４８】偏光再利用手段の形成例 次に、偏光再利用手段40の形成例について、説明する。
以下の通りにして、偏光再利用手段40を発光手段10の上
面に配置する。コレステリック液晶ポリマーは、螺旋の
ピッチが赤(R) 、緑(G) 、青(B) の３色に対応した３層
構造とした。この３層を重ね合せるとき、使用する液晶
の螺旋ピッチが徐々に変化し、全体として可視域全体の
波長に対応するように作成することもできる。
【００４９】このような螺旋ピッチが徐々に変化する層
は、例えばR. Mauer, D. Andrejewski, F-H. Kreuzer,
A. Miller, SID 90 DIGESTpp.110-112 (1990) に述べら
れているような材料と、方法とを用いて形成することが
できる。このようにして形成した偏光再利用手段40を発
光手段10の上面に貼り付ければよい。このときに、偏光
再利用手段40に使用される材料を、スピン・コーティン
グ法などにより、発光手段10の上面に直接に積層して形
成することもできる。
【００５０】４分の１波長板と、直線偏光板について
も、一般に用いられているフィルムを用いてコレステリ
ック液晶ポリマー層の上面に直接にこれらを貼り付けて
形成してもよい。また、液体状の４分の１波長板と、直
線偏光板に形成するそれぞれの材料を用いて、スピン・
コーティング法などによりコレステリック液晶ポリマー
層の上面に直接に積層して形成するのが望ましい。この
場合の膜厚は、たとえば図２に示した程度とすることが
でき、コア部の厚さに比べて十分薄くすることができ
る。
【００５１】導光手段の形成例 導光手段30については、コア部31の配列ピッチは画素ピ
ッチに対応して32μmとした。
【００５２】コア部31、クラッド部32の製造方法は以下
の通りである。まず厚さ２５μｍ〜７５０μｍのポリマ
ー材料で形成された支持基板の表面に感光性アクリル樹
脂等のポリマー材料Ｉをスピン塗布法等により全面に形
成する。次いでフォトリソグラフィ法による露光工程と
エッチング工程により、３２μｍピッチで配列されたコ
ア部31を形成する。次にポリマー材料IIで、前記したポ
リマー材料Ｉと組成が少し異なりポリマー材料Ｉよりも
低屈折率の材料をスピン塗布法により、図２に示すよう
に全面に形成した後、表面を研磨することにより、コア
部３１の上面を露出させる。材料の屈折率は、コア部31
では１．７前後、クラッド部では１．５前後とする。
【００５３】次に図１４に示した従来の構成と同様にし
て、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネー
ト、ポリエーテルスルホン等のプラスチック基板で液晶
層33を挟んで導光手段を構成する。光を拡散するカラー
フィルタ３４、３５、３６には、最近の反射型液晶ディ
スプレイ(LCD) の内部散乱体やバックライトの光拡散材
料として用いられているポリマー材料をカラーフィルタ
材料に混入して用いる。電極は、Ａｌ、Ｃｒ等の金属材
料、またはＩＴＯおよびこのＩＴＯにＳｎ、Ｉｎなどを
加えた透明電極材料をスパッタ法などで全面に形成し、
フォトリソグラフィ法によりパターン化して形成され
る。
【００５４】配向膜は、ポリイミドやその前駆体である
ポリアミック酸をスピン塗布法等により全面に形成し、
ホットプレート等で加熱焼成した後にラビング処理を施
して形成される。
【００５５】液晶層33を形成する際にTFT-LCD に一般的
に使用されているネマチック液晶材料、強誘電性液晶材
料または反強誘電性液晶材料を用い、TFT-LCD の液晶組
立工程に一般に使用されているスペーサ技術により、液
晶層の厚さを２〜５μｍの範囲に設定することができ
る。また、表示装置の表示面積が小さい場合には、スペ
ーサを用いずに液晶封止材料のみの厚さで、液晶層33の
厚さを前記同様の値の範囲に規定しても良い。
【００５６】本発明の表示装置の製造方法や寸法は、上
記したような数値例や製造方法に限定されるものではな
く、公知の製造方法が適用可能であり、数値等は、本発
明の効果を制する範囲内で本発明に属する事項であり、
それを超えた場合でも、単に設計事項の範囲にすぎな
い。
【００５７】＜第一実施形態の変形例＞以上の説明で
は、光を拡散する機能を持つカラーフィルタを導光手段
のコア部の上方に配置するとしたが、カラーフィルタの
無い導光手段を用い、発光手段と導光手段との間に通常
のカラーフィルタを配置することもできる。このような
構成例を図３、図４に示す。図３は発光手段、導光手段
などの構成要素を示す分解斜視図であり、図４は両者の
接合部の詳細を示す断面図である。本実施形態におい
て、図１および図２に示すような構成と異なる点は、カ
ラーフィルタを配置する位置のみである。即ち図３およ
び図４に示すように、カラーフィルタ15、16、17は、発
光手段の上面に配置された偏光再利用手段40の上面に密
着して配置される。導光手段30b には、光散乱層38が必
要となる。
【００５８】また以上の変形例では、白色の発光手段と
カラーフィルタによるカラー表示装置の例を説明した
が、例えば、白色の代わりに青色の発光手段を用い、カ
ラーフィルタの代わりに色変換層をそれぞれ用いてもよ
い。カラーフィルタの代わりに色変換層を用いた場合に
は、発光手段が放射する光の波長は狭い範囲に限られる
ので、使用されるコレステリック液晶層ポリマーとし
て、その螺旋ピッチが１種のみの層（例えば青色に対応
したピッチを有する液晶のみ）でよいことになる。ま
た、青色から緑への色変換層及び青色から赤色への色変
換層の位置は、カラーフィルタの場合と同様に、導光手
段のコア部の上部、あるいは発光手段と導光手段との間
に配置することができる。
【００５９】以上に説明したように、本変形例は、本発
明の趣旨を損なわない範囲で様々な構成要素の置換が可
能である。従って、このような本発明の趣旨を損なわな
い範囲での構成の置換発明も本発明の変形実施形態に含
まれる。
【００６０】＜第二の実施の形態＞従来の技術の第二の
課題は、発光素子の指向性が広い場合には、発光部と導
光体の端部との間の距離が増すに従い、導光体を伝播で
きない成分が増加し、これによって、光の利用効率が低
下することであった。このような課題を解決するため
に、指向性の狭い発光素子を用いることが望まれる。本
第二の実施の形態は、この動機に基づいてなされたもの
である。以下に、その構成と動作について、順に説明す
る。
【００６１】指向性の狭い発光素子として、端面発光型
のEL発光素子や誘電体ミラーを内蔵した有機EL発光素子
が知られている。本実施形態では、これらの素子をアレ
イ化して発光手段として用いることができる。誘電体ミ
ラー内蔵の有機EL発光素子は、通常の有機EL発光素子と
同様に面から発光するので、第一の実施形態を示す図１
あるいは図３に示す構成と同様に、発光素子アレイと導
波手段とを実装すればよい。
【００６２】端面発光型EL素子アレイは端面から発光す
る。このような素子を発光手段として用いる場合には、
導光手段と、発光手段とを図５、図６に示すように実装
すればよい。図５、図６において、第一の実施形態と同
一の構成要素には同一の番号を付している。図５に示す
ように、ここで、発光手段10c は、絶縁性基板11c の上
に複数の発光素子20c とこれらを駆動するための駆動回
路12c を形成し、これに支持部材18を接着層19により固
定して構成される。
【００６３】発光素子20c は、図６に示すように、下部
電極21c と、有機EL層22c と、上部電極23c とを順次積
層して形成される。これらの電極材料にはMg、Li等を含
んだAl等の反射性の金属が用いられる。
【００６４】本実施形態では、第一の実施形態と同様
に、有機EL層は正孔輸送材料と発光層からなる２層構
造、あるいはそれに電子輸送層を加えた３層構造などの
前記同様の構成が可能である。
【００６５】導光手段30は第一の実施形態の構成と同一
である。発光手段10c と導光手段30は、接着層50により
固定される。端面発光型の有機EL発光素子アレイを効率
良く生産するために、多数の発光素子アレイとその駆動
回路を大面積の基板に一斉に形成した後に切り離すとい
う工程を経る必要がある。しかしながら基板の切断には
有限の切り代（切りシロ）が必要であり、この切り代が
存在するため、発光素子の端面と基板の端面とを一致さ
せることは事実上不可能となる。よって、導光手段のコ
ア部へ発光手段の発光面を密着させることはできない。
【００６６】発光素子20c の端面とコア部の端面との間
の距離d は、コア部の高さをw 、光がコア部を伝播する
ための液晶層との界面への入射角の最小値（後述）をθ
とするとき、接着層19、支持部材18、縁性基板11c およ
び接着層50の屈折率が全て同一とすると、下記式に示す
関係が成り立つものとする。これらの層の屈折率が異な
る場合には、それぞれの界面でSnell の公式を適用する
ことにより同様の関係式が得られる。
【００６７】
【数１】
【００６８】次に本実施形態の動作について説明する。
発光素子20c の端面から発せられた光は、接着層19、支
持部材18あるいは絶縁性基板11c 及び接着層50を透過し
て導光手段30のコア部31に入射する。上述の関係式(Eq.
1)により、端面から発せられた光の全てがコア部を伝播
することが保証されているので、発光手段と導光手段と
の光学接合での光の損失が無い。コア部へ光が入射した
後の動作は第一の実施形態の動作と同様である。
【００６９】ここで、光がコア部を伝播するための液晶
層との界面への入射角の最小値θは、非常に重要な設計
パラメータである。これは、上述の関係式(Eq.1)によ
り、導光手段のコア部と発光手段の発光面との間の距離
がいくらまでなら光の損失が無いか、即ち、どの程度の
切り代までならば許容できるかを明らかにするからであ
る。この値を求めるために、以下に説明する解析が必要
となる。即ち、以下に説明するように、導光体の高屈折
率領域を伝播する光が液晶層へ入射する現象について具
体的な数値例を挙げながら考察する。
【００７０】液晶を一軸性の結晶と見なし、常光と異常
光に対する屈折率をそれぞれｎ0 、ｎe とする。外部電
界を印加するか否かにより、図１４に示す２通りの配向
状態が考えられる。ここで、液晶層の法線方向と光の入
射方向のなす角度をθとする。図１４の紙面に平行な方
向に電場が振動する偏光成分に関しては、液晶層の屈折
率は角度θに依存して変化し、配向状態に応じて次式(E
q.２) で与えられる。
【００７１】
【数２】
【００７２】導光体の内部を光が伝播するためには、導
光体の高屈折率領域（屈折率＝ｎco reとする）と、低屈
折率領域（屈折率＝ｎcladとする）との界面で、全反射
の条件が成立することが必要である。この条件は，臨界
角θc を用いて次の通り表される。
【００７３】
【数３】
【００７４】同様に、液晶層に到達した光が全反射する
か否かは、液晶層との界面での全反射の臨界角で決ま
る。配向状態に応じた臨界角θc v 、θc h は、 (Eq.
4) のｎ cladをそれぞれ(Eq.2)、(Eq.3)で置換して求め
られる。ここで、θc v 、θc hは、臨界角θc のそれ
ぞれ、配向状態の垂直成分および水平成分を表す。
【００７５】次に実際の液晶を３種類想定して数値例を
示しながら、光を導光体外部へ取出すための条件および
そのための設計の項目について考察する。以下に用いる
液晶のデータを表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】まず液晶ZLI-45について、ｎcoreと、ｎ
cladをそれぞれ1.70、1.50に設定し、また、これらの差
Δｎ（＝ｎcore−ｎclad）とから、３種の臨界角を計算
した。結果を液晶層への光の入射角θの関数として図７
に示す。θc v 、θc h は入射角θに依存し、θとの大
小関係により、以下の場合が考えられる。
【００７８】 θ＜θc ：光は低屈折領域へ漏洩す
る。 θc ＜θ＜θc h ：光は低屈折領域へは漏洩しない
が、液晶層へ漏洩する。 θc h ＜θ＜θc v ：水平配向（θc h のｈ：hori
zontal）か垂直配向（θ c v のｖ：vertical）かによっ
て、液晶層への光の漏洩を制御できる。 θc v ＜θ：光は高屈折領域に閉じ込められる。
【００７９】制御可能な光の量を大きくするには、θc
h ＜θ＜θc v となる角度範囲を広く設定すれば良い。
即ち、図７の点A は、点B の左側にあるべきであり、点
C はできるだけθ＝90°に近づけるべきである。ここ
で、ｎcoreを液晶のｎe に設定すれば、点C をθ＝90°
に一致させることができる。ｎcore ＝ｎe と設定し
て、臨界角θc v およびθc h を計算した結果を、それ
ぞれ、図８〜１０に示す。
【００８０】図８〜１０に示すように、液晶層から外部
への漏洩を制御できる光の入射角θの範囲は、69°＜θ
＜90°（液晶ZLI-45を用いた場合）、73°＜θ＜90°
（液晶ZLI-4619を用いた場合）、65°＜θ＜90°（液晶
ML-1007 を用いた場合）となる。このような3 種の液晶
の中でも、液晶ML-1007 を用いた場合が最も効率よく光
を利用できることがわかる。このとき、光源からコア部
への光の入射角度φ（図６参照）は、接着層50の屈折率
を1.5 とすれば、-29 °＜φ＜29°の範囲にある。従っ
て、この角度範囲の指向性を持つ光源を使用すれば、放
射された全ての光を利用することができる。
【００８１】端面発光型有機EL発光素子の指向性につい
ては、例えば、M. Hiramoto らによる論文“Directed b
eam emission from film edge in organic electrolumi
nescent diode ”(Appl. Phys. Lett. Vol. 62, No. 7,
pp.666-668, 1993)に示されている。この論文の例では
±10°の角度範囲に全ての光が放射される。
【００８２】従って、以上の解析で用いた数値例の導光
手段では、コア部を伝播するために必要な光の入射角度
範囲よりも、端面発光型有機EL素子の発する光の指向性
の方が充分に狭くなる。よって、光がコア部へ到達しさ
えすれば、原理的には全ての放射された光を表示に利用
することが可能となる。
【００８３】以上の解析の例では、幾何学的に光がコア
部へ到達するためには前記式(Eq.1)を用いてｗ＝３０と
して、d ＜ 30/2 x tan (90 °−10°) = 85μm とな
る。このｄ値は、発光素子アレイを大量生産するときの
基板の切り代として充分に実現可能な値である。即ち、
容易に大量生産できる方法によって製造された端面発光
型素子を導光手段に実装することができる。このように
実装された表示装置は、発光素子が放射する殆ど全ての
光を有効に表示に利用できる。
【００８４】また、端面発光型有機EL発光素子の出力
は、例えば、 A. Fujii らによる論文Anisotropic opti
cal properties of an organic electroluminescent di
ode with a periodic multilayer structure”（Thin S
olid Films 273, pp. 199-201,1996 ）に示されてい
る。
【００８５】上記文献に示されるように、有機材料層が
正孔輸送層と発光層からなる単純な２層構造の場合に
は、電場が積層方向に平行に振動する偏光成分がほぼ10
0 ％となることが知られている。従って、第一の実施の
形態使用される偏光再利用手段は、本実施形態に示すよ
うな端面発光型素子を用いる場合には特に用いなくとも
よい。
【００８６】＜第二実施形態の変形例＞第一の実施の形
態の変形例の場合と同様に、本実施形態でも本発明の趣
旨を損なうことなく、様々な構成要素の置換が可能であ
る。例えば、以上の説明では、光を拡散する機能を持つ
カラーフィルタを導光手段のコア部の上方に配置する構
成だが、発光手段との間に通常のカラーフィルタを配置
してもよい。このような構成例を図１１、図１２に示
す。図１１は発光手段、導光手段などの構成要素を示す
分解斜視図、図１２は両者の接合部の詳細を示す断面図
である。ここで、図５、図６に示す第二の実施形態の構
成と異なるのは、カラーフィルタを配置するための光学
手段60を用いる点と、導光手段30b にカラーフィルタを
用いずに、光散乱層38を有する点である。
【００８７】即ち、図１１に示すように、光学手段60
は、光ファイバー収束部材61の表面にカラーフィルタ6
2、63、64を密着して配置して構成される。カラーフィ
ルタは発光手段10c の端面に直接に形成すれば光ファイ
バ収束部材を不要とすることができる。
【００８８】光ファイバ収束部材は、多数の光ファイバ
を束ねて構成される厚さ1mm 程度の光学部品で、入射し
た光を個々の光ファイバが反対の面へ導く。従って、光
がこの光学部品を伝播する間に広がることは無い。厚さ
が1mm 程度なので組立時の取り扱いも容易になる。図１
２に示すように、光学手段60は、接着層50、70を介し
て、それぞれ、発光手段10c 、導光手段30b に固定され
る。導光手段30b は、図３の構成と同一である。
【００８９】また図１２では、光学手段60のカラーフィ
ルタが発光手段10c 側へ対向しているが、導光手段30b
側へ対向するように配置してもよい。また、第一の実施
形態の場合と同様に、白色の光源の代わりに青色の発光
手段を用い、カラーフィルタの代わりに色変換層をそれ
ぞれ用いてもよい。このように、本実施形態では、本発
明の趣旨を損なうことなく様々な構成要素の置換が可能
である。このように、置換された構成例も本発明の変形
実施形態に含まれ、本発明では、これら変形例も本発明
の範囲内に含まれる。
【００９０】
【発明の効果】本発明の効果を実施形態に基づいて説明
する。第一の実施の形態では、従来、損失となっていた
偏光成分も利用できるようになり、光の利用効率を約2
倍に高めるという効果がある。それにより、従来の約2
倍の輝度を得ることができ、換言すれば発光手段の消費
電力を従来の約半分に低減することが可能となった。従
って、携帯情報端末やノートPC等の機器のように低消費
電力が重要となる用途への適用に、特に有利である。ま
た、光を拡散する機能を持つカラーフィルタを、導光手
段のコア部の上方へ配置する構成を採用することによ
り、従来の光散乱層を形成する製造工程を不要とするこ
とが可能となり、製造コストを低減する効果がある。
【００９１】第二の実施の形態では、表示装置の動作を
詳細に解析した結果、容易に大量生産できる方法によっ
て製造された端面発光型素子を導光手段に実装すること
ができた。これによって、発光素子が放射する殆ど全て
の光を有効に表示に利用できるという効果がある。ま
た、カラーフィルタを形成した光ファイバ収束部材を用
いる構成により、組立が容易になるという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の第一の実施の形態における
主な構成要素を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の表示装置の第一の実施の形態における
導光手段と発光手段の接合部の構成を示す説明図であ
る。
【図３】本発明の表示装置の第一の実施の形態の変形実
施の形態を示す説明図である。
【図４】本発明の表示装置の第一の実施の形態の変形実
施の形態における導光手段と発光手段の接合部の構成を
示す説明図である。
【図５】本発明の表示装置の第二の実施の形態における
主な構成要素を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の表示装置の第二の実施の形態における
導光手段と発光手段の接合部の構成を示す説明図であ
る。
【図７】本発明の表示装置の第二の実施の形態の動作を
説明する説明図であり、横軸は光の入射角（度：°）を
表し、縦軸は液晶を結晶軸とみなした結晶角（度：°）
を表す（以下の図８〜１０も同様）。
【図８】本発明の表示装置の第二の実施の形態の動作を
説明する説明図である。
【図９】本発明の表示装置の第二の実施の形態の動作を
説明する説明図である。
【図１０】本発明の表示装置の第二の実施の形態の動作
を説明する説明図である。
【図１１】本発明の表示装置の第二の実施の形態の変形
実施の形態を示す説明図である。
【図１２】本発明の表示装置の第二の実施の形態の変形
実施の形態における導光手段と発光手段の接合部の構成
を示す説明図である。
【図１３】従来の導光体を用いた表示装置の実施の形態
を示す説明図である。
【図１４】従来の導光体を用いた表示装置の動作原理を
示す説明図である。
【符号の説明】
１０，１０ｂ，１０ｃ 発光手段 １１，１１ｃ 絶縁性基板 １２，１２ｃ 駆動回路 １３ 保護層 １５，３４，６２ カラーフィルタ（赤） １６，３５，６３ カラーフィルタ（緑） １７，３６，６４ カラーフィルタ（青） １８ 支持部材 １９ 接着層 ２０，２０ｃ 発光素子 ２１ 下部（反射）電極 ２２ 有機EL層 ２３ 上部（透明）電極 ２１ｃ 下部電極 ２２ｃ 有機EL層 ２３ｃ 上部電極 ３０，３０ｂ 導光手段 ３１ コア部 ３２ クラッド部 ３３ 液晶層 ３７，３７ｂ 保護層 ３８ 光散乱層 ４０ 偏光再利用手段 ４１ コレステリック液晶ポリマー ４２ 四分の一波長板 ４３ 直線偏光板 ５０ 接着層 ６０ 光学手段 ６１ 光ファイバー収束部材 ７０ 接着層 １１０ 発光手段 １１１ 発光部 １１２ 光軸 １２０ 導光手段 １２１ 導光体 １２１ａ 導光体の高屈折率領域 １２２ 支持基板 １３０ 光取出手段 １３１ 液晶層 １３２ 液晶封止材料 １３３ 透明基板 １３４ 電極 １３４ａ 第1 の電極 １３４ｂ 第2 の電極 １３５ 配向膜 １３６ 光散乱層 １３８ 端子部 １３７ 反射防止膜 １４０ 光反射手段
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 33/00 Ｈ０５Ｂ 33/00 33/14 33/14 Ａ (72)発明者 鈴木 成嘉 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA07X FA07Z FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA23Z FA41Z GA08 GA13 HA11 HA12 LA30 3K007 AB03 BA06 CB01 DA02 EB00 FA01 5G435 AA03 BB05 BB12 BB15 DD11 EE27 FF05 FF06 FF08 GG12 GG25 GG26

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の導光手段と、前記複数の導光手段
    に光を入射するための発光手段と、前記複数の導光手段
    から光を外部に漏洩させるための光取出手段とを有する
    表示装置において、 前記発光手段は、第二の偏光成分を第一の偏光成分に変
    換する偏光変換手段を有することを特徴とする表示装
    置。
  2. 【請求項２】 前記第一の偏光成分をそのまま出力する
    ことを特徴とする請求項1 に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 複数の導光手段と、前記複数の導光手段
    に光を入射するための発光手段と、前記複数の導光手段
    から光を外部に漏洩させるための光取出手段とを有する
    表示装置において、 前記発光手段は、端面発光型発光素子を有することを特
    徴とする表示装置。
  4. 【請求項４】 前記発光手段が白色光を出力し、前記光
    取出手段の上方にカラーフィルタを有することを特徴と
    する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記カラーフィルタが光を散乱する成分
    を含むことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
  6. 【請求項６】 前記発光手段と前記光取出手段の間にカ
    ラーフィルタを有する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。
  7. 【請求項７】 前記光取出手段の上方に色変換手段を有
    する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。
  8. 【請求項８】 前記発光手段と前記光取出手段の間に色
    変換手段を有する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。
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