JP2009021408A - 有機ｅｌ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜めからの外光に対する反射防止効果が向上し、明所コントラストの高い有機ＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】反射電極を有する有機ＥＬ素子の光取り出し側に、１／４λ板と偏光板とを有する円偏光板を設けた有機ＥＬ表示装置において、前記１／４λ板は、直交する面内方向屈折率をｎ_x、ｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＜ｎ_y、ｎ_x＜ｎ_zの関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ表示装置に係り、明るい環境の下でも良好な視認性が得られる表示装置に関するものである。

有機ＥＬ表示装置は、有機薄膜からなる発光層に、正負の電荷を注入することにより、電気エネルギーを光に変換して発光させる素子を画素として、表示域に配列させたものである。液晶表示装置などの非発光型表示装置に比べ、薄型、軽量、視野角が広い、表示の応答速度が早いなどの特徴を有する。

図４は従来の有機ＥＬ表示装置の一例を示す断面図である。駆動回路（省略）が埋め込まれた基板１１の上面に、画素電極（陽極）として機能する光反射性の金属からなる反射電極１２が設けられた素子基板を用意する。次にホール輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、陰極として機能する透明電極１６を順次積層した構造となっている。両電極から注入された電荷は発光層１４で再結合し発光が起こる。

また透明電極１６上には、必要に応じて窒化シリコンなどの透明無機膜、或いはアクリル系、ポリイミド系などの透明樹脂膜からなる保護膜１７を設けてもよい。さらにこの上に透明なガラス或いはプラスチックなどの上部基板１８を設けることで、有機ＥＬ表示部にキズが付くのを防ぐことができる。最後に外光反射を抑制するために円偏光板１９を例えば保護膜１７上に貼り付けることで、有機ＥＬ表示装置が完成する。

ここで円偏光板１９を構成する１／４λ板として機能する位相差板は、複屈折率を持つフィルムである。プラスチックフィルムを特定方向に延伸処理することによって作製することが可能である。材料としては、透明で、延伸処理が可能であればよい。例えばポリカーボネート系高分子、ポリエステル系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリフェニレンオキシド系高分子、ポリオレフィン系高分子などを挙げることができる。

発光層１４から出射した光のうち透明電極１６側に向かった光は、透明電極１６を透過（通過）する。また、反射電極１２に向かった光は、反射電極１２で反射して、同様に透明電極１６を通過する。ここで反射電極１２の反射率は高いほど明るい表示を得られる。

ところが明るい環境下では、この反射電極１２のため、外光反射の影響でコントラストが低下するという問題がある。これを解決するための手段として、特許文献１に記載されているように、光出射面側に円偏光板を配置した構造が実用化されている。つまり、有機ＥＬ素子の光取り出し側に、偏光板と、同偏光板の光軸に対して４５度傾いた光軸の１／４λ板として機能する位相差板とからなる円偏光板を設ける。円偏光板は以下のとおり作用する。

周囲から有機ＥＬ表示装置に入射する外光は、偏光板を通過する際、特定の方向に偏光面を持つ直線偏光が通過し、これと偏光面が直交する直線偏光は吸収される。さらに偏光板を通過した光は位相差板の作用を受け、偏光面が回転する円偏光となる。

位相差板を通過した光は反射電極で反射する際、回転方向が逆向きの円偏光となる。反射電極で反射した光は、再び位相差板に入射し、これを通過するときにその作用を受けて入射時とは直交する直線偏光に変換されて、偏光板に吸収されるため、外光反射が抑制される。このため黒色の表示性能が向上、コントラスト比が大きく改善される。

しかし従来の円偏光板を備えた有機ＥＬ表示装置では、斜め方向から入射した外光に対して位相差板を通過する光の光路長が長くなり、理想的な円偏光板の機能が果たせず表示コントラストが低下するという問題が残る。

通常の位相差板は、面内の最大屈折率をｎ_x、面内で直交する方向の屈折率をｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたとき、ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_zの１軸異方性材料を用いる。

ここでｎ_xは異常光線屈折率で、ｎ_y、ｎ_zは常光線屈折率である。例えばポリカーボネート系高分子などはフィルムをｘ軸方向に延伸して配向させることで、ｘ軸方向に異方性を与える。このような材料は正の複屈折性材料と呼ばれる。

これに対して特許文献２では、１／４λ板を構成する位相差板の屈折率を次の条件にして、斜め方向からの外光反射防止効果の高い円偏光板を提案している。

開示された円偏光板の１／４λ板は、少なくとも１つ以上の位相差板がｎ_y＜ｎ_z＜ｎ_xを満足するように形成されている。このため位相差板を通過する光の内、正面方向から入射した光の屈折率差（ｎ_x−ｎ_y）よりも、斜め方向から入射した光に対する屈折率差（ｎ_x−ｎ_z）が小さくなる。故に両者の物理的な距離の差異（斜め方向から入射した光の方が物理的距離は長くなる）が、ちょうど補償される。そこで光路長としては両者を同等にすることが可能になり、正面でも、斜め方向でも良好な反射防止が可能になるというものである。

詳しくは、位相差板材料の屈折率楕円体を考えた時、位相差板の面内の最大屈折率をｎ_x、面内の最大屈折率を有する方向に直交する方向の屈折率をｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたとき、次の＜式１＞の条件で、良好な反射防止特性が得られるとしている。
＜式１＞ ０．３＜（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）＜０．７

従来用いられている位相差板は、ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_zの条件を満たし、ｘ軸方向に異方性を持つ１軸異方性材料である。１／４λの条件の厚さｄは、１／４λ＝（ｎ_x−ｎ_y）×ｄとなるように設定される。

上記の斜め方向からの外光反射防止効果の高い円偏光板の条件としてｎ_y＜ｎ_zが示されるのは、斜め方向へ進む光は屈折率楕円体空間の、ｙ−ｚ平面での屈折率を感じるためと解釈できる。

例えば王子計測株式会社のホームページ掲載の技術資料などに次のような説明がある。

厚さｄの１／４λ板に角度θだけ傾斜して入射した偏光に対して観測されるレターデーションＲ（θ）は、
＜式２＞（ｎ_x−ｎ_*）×ｄ／ｃｏｓ（θ）＝Ｒ（θ）
と表される。

ここで光路長：ｄ／ｃｏｓ（θ）は、厚さｄの光路長が、角度θだけ傾斜したので１／ｃｏｓ（θ）倍だけ大きくなることを示す。

角度θだけ傾斜して入射した偏光の感じる屈折率ｎ_*は、
＜式３＞ｎ_*＝（ｎ_y×ｎ_z）／｛（ｎ_y ²×ｓｉｎ（θ）²）²＋（ｎ_z ²×ｃｏｓ（θ）²）²｝^0.5
と表される。

例えば、斜め４５度の方向を進む外光は、垂直に入射する外光に比べて１／ｃｏｓ（４５度）≒１．４倍程大きくなる。

ここで、１／４λ板を進む距離をｄ_*とすると、
１／４λ板位相差＝（ｎ_x−ｎ_*）×ｄ_*
と表される。例えばｎ_x＝１．５３、ｎ_y＝１．５０の屈折率を有する１／４λ板で、ｎ_z＝１．５２の時、上式でｎ_*が１．５１になれば、上記１／４λ板位相差の値は垂直入射時とほぼ同じになることが分かる。

良好な反射防止特性が得られるとしている０．３＜（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）＜０．７条件で、分母（ｎ_x−ｎ_y）は外光が垂直入射時の屈折率差、分子（ｎ_x−ｎ_z）はほとんど真横からの外光入射時の屈折率差を表している。この比率が０．３から０．７くらいに入れば、上記１／４λ板を進む距離ｄ_*の補正が可能であると記されている。

ところで、次のような光取り出しを向上させる提案がなされているが、同時に外光反射防止効果が充分に得られないという課題が残っている。

有機ＥＬ素子などの自発光素子からの光は、例えば素子基板と空気界面で、臨界角よりも大きな角度で入射した光は全反射される。このため実際は全発光の２０％程度の光しか外部に取り出せないという問題がある。そこで素子の光取り出し面に凹凸などを設けることで、光取り出し効率を高くする提案が多数なされている。

従来の表示装置の高輝度化技術として、特許文献３、特許文献４に記載の技術がある。すなわちバックライト光源からの光が、液晶表示パネルに導かれる際に三角柱、四角錐など形状を最適化したプリズムシ−トを途中に挿入して、正面観察方向へ効率良く集光させるものである。

特許文献５には、光源が自発光タイプの有機ＥＬ表示装置に、プリズムシートを設けた構成例が開示されている。

特許文献６には、光源が自発光タイプの有機ＥＬ表示装置に円偏光板、プリズムシートを積層した構成例が開示されている。

特許文献７には、光源が自発光タイプの有機ＥＬ表示装置にプリズムシートに相当するもの、円偏光板を積層した構成例が開示されている。

ここで用いられる円偏光板は、外光に対する反射防止効果を向上させ、明所コントラストの高い表示を得る効果を期待している。

しかし光取り出し面に凹凸を付けると、外光はさらに反射電極に斜め入射するようになり、反射電極での反射時の位相ずれ、１／４λ板を通過する時の位相ずれが大きくなり、外光反射防止効果が低下する問題が残っている。

特許第２７６１４５３号公報 特開２００３−３３２０６８号公報 特開平４−６７０１６号公報 特開平６−３０８４８５号公報 特開２００５−５５４８１号公報 特開２００２−２１６９４７号公報 特許第３５４３９５１号公報

上述のように、１／４λ板の外光入射角度によって変わる位相差の補正をしても、有機ＥＬ表示装置には、反射電極が必須の構成要素である。この反射電極での外光反射時にも同様の位相ずれが起こり、斜め入射時の方が位相ずれが大きくなり、これを補償できないという問題が残る。

後に述べるように反射電極での位相ずれは、従来の１／４λ板の入射方向による位相ずれとほぼ同程度の影響がある。

また半透過型液晶表示装置は、外光の反射を利用して表示することと外光の反射による表示コントラストの低下の両立という課題解決のため、同様の検討がなされている。

外光の反射を利用するため、反射面の形状を工夫して、正反射は抑え、拡散的な反射を促進する検討が行われている。ここでは反射面での反射時の位相ずれが一定にならないため（正反射の一定の値にならないため）、これを補償できないという問題が残る。

本発明は、斜めからの外光に対する反射防止効果が向上し、明所コントラストの高い有機ＥＬ表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、
反射電極を有する有機ＥＬ素子の光取り出し側に、１／４λ板と偏光板とを有する円偏光板を設けた有機ＥＬ表示装置において、
前記１／４λ板は、直交する面内方向屈折率をｎ_x、ｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＜ｎ_y、ｎ_x＜ｎ_zの関係を満足することを特徴とする。
（ここでｎ_xは異常光線屈折率、ｎ_y、ｎ_zは常光線屈折率である。）

本発明によれば、斜めからの外光に対する反射防止効果が向上し、明所コントラストの高い表示が得られる。

反射電極での位相ずれを補償するために、金属からなる反射電極を有する有機ＥＬ素子の光取り出し側に設けた円偏光板の１／４λ板（位相差板）を次のように最適化する。つまり、直交する面内方向屈折率をｎ_x、ｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＜ｎ_y、ｎ_x＜ｎ_z（ここでｎ_xは異常光線屈折率で、ｎ_y、ｎ_zは常光線屈折率である。）の関係を満足することを特徴とする１／４λ板を有機ＥＬ素子の光取り出し側に設ける。このような材料は負の複屈折性材料と呼ばれる。

従来の１／４λ板は、ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_zの条件を満たし、ｘ軸方向（例えば、フィルムの延伸方向）に異方性を持つ１軸異方性材料である。１／４λの条件の厚さｄは、１／４λ＝（ｎ_x−ｎ_y）×ｄとなるように設定される。

一方、本発明の１／４λ板は、ｎ_x＜ｎ_yの条件を満たし、偏光板を通過する時に前記１／４λ板の作用を受け、偏光面が従来のｎ_x＞ｎ_yの条件を満たす円偏光板に対して逆向きに回転する円偏光となる。

さらに、１／４λ板を通過した光は反射電極で反射する際、回転方向が逆向きの円偏光となる。反射電極で反射する時に入射角度に応じて逆向きの位相ずれを受ける。この反射光は再び１／４λ板に入射し、同１／４λ板を通過するときにその作用を受けて直線偏光に変換されて今度は偏光板に吸収される。ここで斜め入射時の光の位相ずれは、１／４λ板がｎ_x＜ｎ_yの条件を満たすので、同１／４λ板を通過時に位相が進む。そのため、１／４λ板を通過時の位相進みと、反射電極で反射時の位相遅れとが逆方向になり、相殺されるので、従来の円偏光板に比べて、斜めからの外光反射は著しく抑制される。したがって、黒色の表示性能が向上し、コントラスト比が大きく改善される。

ｎ_x＜ｎ_yの条件を満たす１／４λ板の作製法としては、従来公知の複屈折性を有するフィルムの作製法を利用できる。正又は負の固有屈折率値を有する材料からなるフィルムを延伸して配向させることが一般に行われ、液晶表示装置の色補正用途などに提供されている。

正の固有複屈折を有する材料としては、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、などが知られている。負の固有複屈折を有する材料としては、例えばポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、マレイミドを含む共重合体などが知られている。

正の固有複屈折を有する材料は延伸方向の屈折率が大きくなる材料で、負の固有複屈折を有する材料は延伸方向の屈折率が小さくなる材料である。これらの差異は、高分子材料の分子主鎖の配向方向の分極率と、その直交方向の分極率との大小に依存することが知られている。また、フィルムの単純な一軸延伸による配向制御にとどまらず、二軸延伸や液晶性材料の自発配向などを利用し三軸の分子配向を精密に制御して所望のｎ_x、ｎ_y、ｎ_zを設計して作製したフィルムが得られる。

偏光板を通過した偏光はＳ偏光成分が吸収されて、通常Ｐ偏光となる。１／４λ板を通過して、反射電極へ向かう際は円偏光（Ｐ波とＳ波との位相差が９０度（１／４λ）の光波）に変換される。

次に、有機ＥＬ素子の反射電極での反射時の位相変化を考える。

図１のような簡単な構成で、上記の位相ずれの見積もりを行う。

２１は金属からなる反射電極、２２は有機ＥＬ層（屈折率をｎ₁＝１．７とする）、２３は上部ＩＴＯ透明電極（屈折率は２．０）、２４は１／４λ板（屈折率ｎ＝１．５）、２５は偏光板（屈折率ｎ＝１．５）である。

外光が角度αで有機ＥＬ素子に入射したときに、１／４λ板２４には角度βで入射し、有機ＥＬ層２２に角度θで入射すると、スネルの法則で、次の＜式４＞の関係となる。
＜式４＞ ｓｉｎ（α）／１．０＝ｓｉｎ（β）／１．５＝ｓｉｎ（θ）／１．７

この関係から、外光入射角α（空気から偏光板２５へ入射する角度）、１／４λ板２４を通過する角度β、有機ＥＬ層２２から反射電極２１へ入射する角度θの関係が求まる。

光学概論Ｉ（朝倉書店）に記載されている反射時の位相変化を表す式を参考にして以下の計算ができる。

有機ＥＬ層２２（屈折率ｎ_s1＝１．７）と、反射電極２１をなすＡｌＮｉＮｄ合金膜（ｎ_s2＝１．１１＋５．４７ｉ）との界面で、外光がθの角度で入射−反射したときの位相変化を、Φ_p（Ｐ偏光）、Φ_s（Ｓ偏光）で表す。そうすると、次の＜式５＞、＜式６＞のようになる。ここで、Δ＝（ｎ_s1 ²−ｎ_s2 ²）／２ｎ_s1 ²である。
＜式５＞Φ_p＝２ｔａｎ−１［（ｎ_s1／ｎ_s2）２（２Δ／ｓｉｎ２θ−１）^1/2］
＜式６＞Φ_s＝２ｔａｎ−１［（２Δ／ｓｉｎ２θ−１）^1/2］

垂直入射（θ＝０）の円偏光は、Ｐ波−Ｓ波の位相差が９０度（１／４λ）であるが、外光の入射角度θを変化させたとき、この位相差Φ_s−Φ_pがどのように変化するかを計算した。

同様の計算を反射電極２１をＡｇ（０．０５５＋３．３２ｉ）、Ａｌ（０．８０＋５．９２ｉ）、Ｃｒ（３．４９１＋４．５３ｉ）についても行った。

同様の計算は、光学薄膜の基礎理論（オプトロニクス社）の第２章を参照しても可能である。

次に１／４λ板２４を通過する角度βが変わった時の前記１／４λ板２４の光路長比を示す。

ここで、従来の１／４λ板（ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_z）では、異方性軸ｎ_xの屈折率が最大で、光波は遅くなる方向なので、光路長比が大きくなるほど位相が遅れる。

これに対して、本発明の１／４λ板（ｎ_x＜ｎ_y＝ｎ_z）では、異方性軸ｎ_xの屈折率が最小で、光波は早くなる方向なので、光路長比が大きくなるほど位相が進む。

これらの結果を表１、表２に示す。

表１の各金属（ＡｌＮｉＮｄ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ）での反射時の位相ずれ量、及び表２の１／４λ板を通過する時の位相ずれ量を、１／４λ（９０度）単位で表す。

また、反射光は再び１／４λ板を通過して、Ｐ波−Ｓ波の位相差９０度（１／４λ）が付加されて、偏光板に入射する時には、１／４λ板によって合計１８０度（１／２λ）の位相差が付加される。そこで１／４λ板と反射電極とで入射角度による位相ずれがなければ、円偏光が直線偏光に変換されて、偏光板に吸収されるため、外光反射は抑制される。

次に、表１、表２の結果から１／４λ板と反射電極とで位相ずれの影響を受けて再び偏光板に向かう反射外光の位相ずれを見積もる（１／４λ板と反射電極との位相ずれを足し合わせる）。

従来の１／４λ板とＡｌＮｉＮｄ電極又はＡｇ電極、本発明の１／４λ板とＡｌＮｉＮｄ電極又はＡｇ電極との組み合わせについてまとめた結果を表３に示す。

表３の結果から、従来の１／４λ板とＡｌＮｉＮｄ電極又はＡｇ電極との組み合わせは、位相ずれが重畳されるので、斜め入射時にどちらも大きな位相ずれを示す。つまり、従来の１／４λ板を通過時に位相が遅れるので、同１／４λ板を通過時の位相遅れと、反射電極で反射時の位相遅れとが重畳されるのである。

これに対して本発明の１／４λ板を用いると位相ずれが相殺されて小さくなることが分かる。つまり、本発明の１／４λ板を通過時に位相が進むので、同１／４λ板を通過時の位相進みと、反射電極で反射時の位相遅れとが相殺されるのである。

さらにＡｇ電極と組み合わせたものは位相ずれが非常に小さくなり、外光反射が入射角度によらず、小さくなることが期待できる。

次のように外光入射角度を変化させた時の反射光の防止効果を算出した。

市販の光線追跡シミュレーションソフト（商品名：ＡＳＡＰ Ｂｒｅａｕｌｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ＩＮＣ．）を用いた。光線追跡シミュレーション条件は以下のように設定した。

（１）外光の設定
入射外光：有機ＥＬ素子の中心平面へ平行光入射（＋／−２度の拡散光含む）
光線本数：２０００本 モンテカルロシミュレーション
フレネル分岐数：５０

（２）構成系のパラメーターの設定
アノ−ド電極（各種金属電極）：ＡｌＮｉＮｄ（１．１０７＋５．４７１ｉ）、Ａｇ（０．０５５＋３．３２ｉ）、Ｃｒ（３．４９１＋４．５３ｉ）の３種
有機ＥＬ層：屈折率１．７０ 膜厚０．１３μｍ
カソ−ド電極（ＩＴＯ）：屈折率２．００ 膜厚０．０５μｍ
１／４λ板：屈折率１．５３ 膜厚１／４λ相当
従来品：ｎ_x：１．５９０８ ｎ_y：１．５８２１ ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_z
本発明：ｎ_x：１．５６９１ ｎ_y：１．５７０５ ｎ_x＜ｎ_y＝ｎ_z （負のＡ−ＰＬＡＴＥと呼ばれる）
偏光板：屈折率１．５３ 膜厚２００μｍ
端面フレネル反射

ここで、外光反射率は、入射させた全光束と、偏光板を通過して有機ＥＬ素子からの反射による上面へ向かう反射光束との比を求めることによって算出した（偏光板、１／４λ板の反射は考慮しない）。

結果を表４、表５に示す。

表４、５の結果から次のことが言える。

表１〜３の位相ずれの予想と一致して、本発明の１／４λ板（ｎ_x＜ｎ_y＝ｎ_z）（負のＡ−ＰＬＡＴＥと呼ばれる）では、反射電極の位相ずれを補償することが可能になり、斜めから入射した外光に対しても良好な反射防止効果を予想できる。特にＡｇ系の反射電極は従来に比べて顕著に外光反射率を下げることができる。

＜実施例１＞
有機ＥＬ素子は、公知の素子構成、素子材料を適宜利用することができる。特に、本発明の実施例では、有機ＥＬ素子として、光取り出しを上部電極側から行うトップエミッション素子を用いている。

図２は、本発明の実施例に係る有機ＥＬ素子の構造例を示す縦断面図である。

この有機ＥＬ素子は、駆動用回路などが予め設けられた基板３１に対して、真空蒸着法で有機ＥＬ膜を形成したものである。

基板３１には、予め５０ｎｍの厚さで１００μｍ四方のＣｒからなる金属アノード電極（反射電極）３２が、２００μｍピッチで２次元パターンで形成されている。反射電極３２の反射面は、拡散的な反射を防ぐために、平坦面とされている。

アノード電極材料としては、Ｃｒの他に反射率の高いＡｌ、Ａｇなどを用いてもよく、さらにＣｒ系合金、Ａｌ系合金、Ａｇ系合金などを用いてもよい。また、正孔注入性を高めるために、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電膜を金属アノード電極３２の上に積層することも可能である。

以下、有機ＥＬ素子の製造工程を説明する。有機ＥＬ素子を製造するには、先ず、有機ＥＬ材料である正孔輸送層３３として、α−ＮＰＤを２０ｎｍの厚さに積層する。次に、発光層３４として、Ａｌｑ３を３０ｎｍの厚さに積層する。次に、電子注入層３５として、炭酸セシウムとＡｌｑ３との混合膜を５０ｎｍの厚さに積層する。

透明カソード電極３６として、ＩＴＯ膜をスパッタ法により６０ｎｍの厚さに積層することにより、有機ＥＬ素子が製造される。

この素子構成のＥＬ発光は正孔輸送層３３と発光層３４との界面で起こる。

透明保護膜３７として、透明カソード電極３６の表面に、スパッタ法によりＳｉＮ膜を６４０ｎｍの厚さに積層する。この透明保護膜３７を配置することにより、外部からの水分が有機層に浸入することを防ぐことができる。

透明保護膜３７としては、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムなどを主成分とした酸化物、窒化物、硫化物材料の膜が適している。なお、酸素、水分などの遮断効果が得られる膜厚は、３００ｎｍ乃至１０μｍ程度である。また、膜応力を小さくすること及び成膜時間を短くして生産性を高めることを考えると、透明保護膜３７の膜厚は３００ｎｍ乃至５μｍ程度であることが望ましい。

次に円偏光板を形成するために、マレイミド系共重合体の１／４λ板３８を、アクリル樹脂でガラス保護板４０に接着した。１／４λ板３８は、マレイミド系高分子を用いたもので、ｎ_x屈折率は１．５６９１、ｎ_y（＝ｎ_z）屈折率は１．５７０５である。フィルムの厚さは約１００μｍである。

１／４λ板３８の上に直線偏光板３９としてポリビニールアルコールを延伸処理して、ヨウ素染料を染色させたフィルムを延伸方向が４５度の角度をなすように貼り付けた（低反射クリアタイプ直線偏光板：日東電工社製）。

有機ＥＬ素子は、水分の吸収などで劣化が起こるので、透明保護膜３７まで設けた基板３１の上に、直線偏光板３９を上にして、ガラス保護板４０を載せて周囲をアクリル樹脂で封止し、水分の素子内への浸入を防止した。

作製したサンプルを実施例１とする。

村上色彩（株）製の変角分光測定装置を用いて、実施例１の正反射率を、外光の入射角度を変えて測定した。

＜比較例１＞
実施例１と同様にして、１／４λ板だけを変えた比較例１を作製した。

１／４λ板は、ポリカ−ボネイトを用いたもので、前記１／４λ板のｎ_x屈折率は１．５８５、ｎ_y（＝ｎ_z）屈折率は１．５７６である。フィルムの厚さは約１５０μｍである。

実施例１と同様に外光反射率の測定を行った。

＜実施例２＞
実施例１と同様にして、１／４λ板だけを変えた実施例２を作製した。

１／４λ板は、ポリスチレンを用いたもので、前記１／４λ板のｎ_x屈折率は１．５７５、ｎ_y屈折率は１．５８３、ｎ_z屈折率は１．５７９である。フィルムの厚さは約１６０μｍである。

実施例１と同様に外光反射率の測定を行った。

これらの結果を表６に示す。

表６のように実際の有機ＥＬ素子でも、本発明の円偏光板を用いることで、斜めからの外光反射を低減可能なことが分かった。また実施例２のようにｎ_y＞ｎ_z＞ｎ_xの２軸異方性の１／４λ板を用いれば、さらに１／４λ板の入射方向による位相ずれが補償できるので、外光反射低減の効果が大きいことが分かった。

上記＜式３＞により、それぞれの入射角度での金属アノード電極の位相ずれと、１／４λ板の位相ずれとが相殺する条件からｎ_*を求める。次にｎ_x、ｎ_yからｎ_zの値が求められる。適正なｎ_zの値を設定すれば斜め６０度入射でもほとんど位相ずれが起こらないようにすることも可能である。

＜実施例３＞
背景技術の項で述べたように、光取り出しを向上させる提案がなされているが、同時に外光反射防止効果が充分に得られないという課題が残っている。

図３のような簡単な構成で位相ずれの見積もりを行う。

４１は金属からなる反射電極、４２は有機ＥＬ層（屈折率をｎ₁＝１．７とする）、４３は上部ＩＴＯ透明電極（屈折率は２．０）、４４は１／４λ板（屈折率ｎ＝１．５）である。４５は有機ＥＬ素子の発光面に対して傾斜した面を持つ、柱状あるいは錐状、球面状などの単位部が、複数形成された透過性を有する光取り出しシート（屈折率ｎ＝１．５）、４６は偏光板（屈折率ｎ＝１．５）である。つまり、図示例の有機ＥＬ表示装置は、有機ＥＬ素子の光取り出し側に光取り出しシート４５を有し、有機ＥＬ素子の光取り出し側から、偏光板４６、光取り出しシート４５、１／４λ板４４、有機ＥＬ素子の順に配置されている。

上記構成の有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子に外光が角度αで入射したとき、それぞれの角度は、次の関係となる。

有機ＥＬ素子の発光面に対して傾斜角度ａの凹凸面を持つ光取り出しシート４５に角度βで入射し、同じ角度βで１／４λ板４４を通過後、有機ＥＬ層４２に入射角度θで入射する。

ここで、光取り出しシート４５の凹凸面が錐状のときは、頂角をｂとすれば、次の＜式７＞の関係がある。
＜式７＞ β≒α＋１８０−ａ／２

またスネルの法則から、次の＜式８＞の関係がある。
＜式８＞ ｓｉｎ（β）／１．５＝ｓｉｎ（θ）／１．７

この関係から、外光入射角α（空気から偏光板４６へ入射する角度）、１／４λ板４４を通過する角度β、有機ＥＬ層４２から反射電極４１へ入射する角度θの関係が求まる。

凹凸面を持つ光取り出しシート４５を頂角９０度（傾斜角４５度）のピラミッド（四角錐形状）として、表１、２の計算と同様に次のように計算した。

つまり、有機ＥＬ層（屈折率ｎ_s1＝１．７）と反射電極をなすＡｌＮｉＮｄ合金膜（ｎ_s2＝１．１１＋５．４７ｉ）との界面で、外光がθの角度で入射−反射したときの位相変化は、上述したように＜式５＞、＜式６＞で表される。

垂直入射（θ＝０）の円偏光は、Ｐ波−Ｓ波の位相差が９０度（１／４λ）であるが、外光の入射角度θを変化させたとき、この位相差Φ_s−Φ_pがどのように変化するかを計算した。

次に１／４λ板を通過する角度βが変わった時の前記１／４λ板の光路長比を示す。

ここで、従来の１／４λ板（ｎ_x＞ｎ_y＝ｎ_z）では、異方性軸ｎ_xの屈折率が最大で、光波は遅くなる方向なので、光路長比が大きくなるほど位相が遅れる。

これに対して、本発明の１／４λ板（ｎ_x＜ｎ_y＝ｎ_z）では、異方性軸ｎ_xの屈折率が最小で、光波は早くなる方向なので、光路長比が大きくなるほど位相が進む。

これらの結果を表７に示す。

外光入射角度０〜６０度に対応して、Ａｌ面に入射する角度、Ａｌ面反射時の位相ずれ量、１／４λ板を通過する時の１／４λ位相からの位相ずれ量を示す。また、従来の１／４λ板とＡｌ電極との位相ずれ量の和、本発明の１／４λ板とＡｌ電極との位相ずれ量の和をそれぞれ１／４λ単位で示す。

表７の結果を、表１と比べると同じ入射角θでも、Ａｌ電極へ入射する角度はより斜め方向になり、Ａｌ電極反射時、１／４λ板通過時の位相ずれが大きくなることが分かる。そして本発明の１／４λ板を組み合わせた構成では、位相ずれを相殺する効果が大きいことが分かる。

また反射光は再び１／４λ板を通過して、Ｐ波−Ｓ波の位相差９０度（１／４λ）が付加されて、偏光板に入射時には、１／４λ板によって１８０度（１／２λ）の位相差が付加される。そこで１／４λ板と反射電極とで位相ずれがなければ、円偏光が直線偏光に変換されて、偏光板に吸収されるため、外光反射は抑制される。

上記光線追跡シミュレーションソフトを用いて、実施例１の構成と、金属アノード電極３２を、Ａｌ（０．８０＋５．９２ｉ）に変えた以外は同じ材料、同じ膜厚構成で素子の反射率、発光の取り出し効率を計算した。

発光の取り出し効率は、有機ＥＬ層の中央部で、均等発光があると仮定し、偏光板を通過して有機ＥＬ素子から取り出された発光光束を全発光光束で割った値を発光の取り出し効率とした。

円偏光板としては次の３種類を用意した。

（１）従来の１／４λ板（ｎ_x屈折率は１．５７９、ｎ_y屈折率は１．５７５で、膜厚は１／４λ）に、偏光板の光軸を４５度傾けて貼り合わせたもの。

（２）本発明の１／４λ板（ｎ_x屈折率は１．５８２１、ｎ_y、ｎ_z屈折率は１．５９０８で、膜厚は１／４λ）に、偏光板の光軸を４５度傾けて貼り合わせたもの。

（３）本発明の１／４λ板（ｎ_x屈折率は１．５８２１、ｎ_y、ｎ_z屈折率は１．５９０８で、膜厚は１／４λ）と、偏光板との間に各種の凹凸面を持つ光取り出しシートを挟んで貼り合わせたもの。

ここで、（１）、（２）の円偏光板は、上記有機ＥＬ素子上の凹凸面を持つ光取り出しシート上に載せた。

また、（３）の円偏光板は、上記有機ＥＬ素子上に、１／４λ板を載せて、次に凹凸面を持つ光取り出しシートを載せて、最後に偏光板を載せた構成となる。

凹凸面を持つ光取り出しシートとしては、次の２種類を用意した。

（Ｉ）プリズムシート（頂角は７０度、９０度、１１０度、１３０度、１４０度、１６０度の６種類のもの。）
（ＩＩ）ピラミッドシート（頂角は７０度、９０度、１１０度、１３０度、１４０度、１６０度の６種類のもの。）

表８に、従来の円偏光板（１）を載せた有機ＥＬ素子の外光反射を計算した結果を示す。

表９に、本発明の円偏光板（２）を載せた有機ＥＬ素子の外光反射を計算した結果を示す。

表１０に、本発明の円偏光板（３）を載せた有機ＥＬ素子の外光反射を計算した結果を示す。

表８、９、１０の結果から、本発明の１／４λ板を組み合わせた構成では、凹凸面を持つ光取り出しシートを挿入した構成でも、全体の位相ずれを相殺し、外光反射を抑える効果が高いことが分かる。特に（３）の１／４λ板（ｎ_x＜ｎ_y、ｎ_zで、膜厚は１／４λ）と、偏光板との間に各種の凹凸面を持つ光取り出しシートを挟んで貼り合わせた円偏光板は、入射角度に応じて正確に位相ずれを補償することが可能なので効果が大きい。また頂角が７０度以下では外光が凹凸面での複数回反射の割合が増加する。このため位相ずれを相殺できない反射成分が増加して、反射防止効果が多少低下している。

表１１に、円偏光板（３）を載せた有機ＥＬ素子の発光取り出し効率の計算結果を示す。

表１１の結果から光取り出し効率については、頂角９０度以上１４０度以下（凹凸面傾斜角では、２０度から４５度）程度の範囲が、光取り出し効率が光取り出しシートなしに比べて２倍程度の向上が期待される。頂角９０度より小さい角度では、外光反射が大きくなる傾向があり、頂角１４０度より大きい角度では、光取り出し効率の大きな向上は期待できない。

取り出し効率の向上は、凹凸面傾斜角度とシート面に形成された傾斜面との割合（密度）でほぼ決まるので、三角錐、四角錐、円錐などの錐状構造がより好ましい。

本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子構成の断面模式図の一例である。 本発明の実施例に係る有機ＥＬ素子構成の断面模式図の一例である。 本発明の実施例に係る有機ＥＬ素子構成の断面模式図の一例である。 従来の有機ＥＬ素子構成の断面模式図の一例である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 反射電極
１３ ホール輸送層
１４ 発光層
１５ 電子輸送層
１６ 透明電極
１７ 保護膜
１８ 上部基板
１９ 円偏光板
２１ 反射電極
２２ 有機ＥＬ層
２３ 上部ＩＴＯ透明電極
２４ １／４λ板
２５ 偏光板
３１ 基板
３２ アノード電極
３３ 正孔輸送層
３４ 発光層
３５ 電子注入層
３６ カソード電極
３７ 透明保護膜
３８ １／４λ板
３９ 直線偏光板
４０ ガラス保護板
４１ 反射電極
４２ 有機ＥＬ層
４３ 上部ＩＴＯ透明電極
４４ １／４λ板
４５ 光取り出しシート
４６ 偏光板

Claims (8)

1. 反射電極を有する有機ＥＬ素子の光取り出し側に、１／４λ板と偏光板とを有する円偏光板を設けた有機ＥＬ表示装置において、
   前記１／４λ板は、直交する面内方向屈折率をｎ_x、ｎ_y、厚み方向の屈折率をｎ_zとしたときに、ｎ_x＜ｎ_y、ｎ_x＜ｎ_zの関係を満足することを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。
   （ここでｎ_xは異常光線屈折率、ｎ_y、ｎ_zは常光線屈折率である。）
2. １／４λ板は、ｎ_x＜ｎ_y＝ｎ_zの関係を満足することを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
3. 反射電極は、Ａｇ系合金、Ａｌ系合金、Ｃｒ系合金であることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
4. 反射電極の反射面は拡散的な反射を防ぐために、平坦面とされていることを特徴とする、請求項１又は請求項３に記載の有機ＥＬ表示装置。
5. 有機ＥＬ素子の光取り出し側に光取り出しシートを有し、
   前記光取り出しシートは、有機ＥＬ素子の発光面に対して傾斜した面を持つ、柱状あるいは錐状、球面状の単位部が、複数形成された透過性を有するシートであることを特徴とする、請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
6. 有機ＥＬ素子の光取り出し側から、偏光板、１／４λ板、光取り出しシート、有機ＥＬ素子の順に配置されていることを特徴とする、請求項１又は請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
7. 有機ＥＬ素子の光取り出し側から、偏光板、光取り出しシート、１／４λ板、有機ＥＬ素子の順に配置されていることを特徴とする、請求項１又は請求項５に記載の有機ＥＬ表示装置。
8. 単位部の頂角は９０度以上１４０度以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項５又は請求項６又は請求項７に記載の有機ＥＬ表示装置。

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