JP4227770B2 - 表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システム - Google Patents

表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システム Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システムに関し、特に、画素ごとに発光素子を供えた表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置の開発が盛んに行われており、大型化やマルチ・フルカラー化が進展するとともに階調表示や動画表示を行うことが可能となり、その性能は飛躍的に向上している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように表示装置の高性能化が進む一方で、単に画像の表示を行うだけでなく、さらに利便性を向上するための付加的機能を備えた表示装置が要望されている。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像の表示を行うだけでなく、画像の読み取りを行うことが可能な表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示装置は、複数の画素ごとに発光素子を有し、前記発光素子からパネル前面側に出射される光を用いて表示を行う表示パネルと、前記複数の画素のそれぞれに対応して前記表示パネルに設けられ、前記発光素子からパネル背面側に出射された光のうち、パネル背面側に配置された被照射物によって反射された光を受ける受光素子とを備え、前記発光素子が、発光分子を含む発光体層と、前記発光体層を介して対向する一対の電極とを有することにより、トップエミッション型の表示装置に構成され、前記一対の電極のうちのパネル背面側に設けられた電極は、開口部を有し、前記開口部は、前記表示パネルの表面の法線方向から見て、前記受光素子を囲むように形成されており、そのことによって上記目的が達成される。
【０００６】
前記表示パネルは、基板と、前記基板上に設けられ、前記発光素子の発光を制御する発光制御部とを備えるアクティブマトリクス型の表示パネルであって、前記基板上に前記発光素子および前記受光素子が設けられていてもよい。
【０００７】
前記表示パネルは、前記受光素子の受光面の少なくとも一部に重なるように設けられた色フィルタを有する構成としてもよい。
【０００８】
前記表示パネルは、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光層を有する構成としてもよい。
【０００９】
前記表示パネルは、前記発光素子に対してパネル背面側に設けられた集光部を有する構成としてもよい。
【００１０】
前記発光体層が含む前記発光分子は、前記表示パネルのパネル背面側の表面に対して略平行で、且つ、前記開口部と前記受光素子とを結ぶ直線に対して略垂直であるように配向していることが好ましい。
【００１１】
前記発光体層の発光部位は、前記開口部を有する電極側に偏っていることが好ましい。
【００１２】
前記発光素子は、例えば、有機エレクトロルミネッセント素子である。
【００１３】
前記表示パネルは可撓性を有する構成としてもよい。
【００１４】
照射物によって反射された光を前記受光素子が受けることによって読み取られた画像情報を記憶する記憶装置を備える構成としてもよい。
【００１５】
被照射物によって反射された光を前記受光素子が受けることによって読み取られた画像情報を表示する機能を備える構成としてもよい。
【００１６】
前記読み取られた画像情報を反転表示する機能をさらに備えてもよい。
【００１７】
本発明による画像読み取り／表示システムは、上記構成を有する表示装置と、前記表示装置が前記読み取られた画像情報を表示することによって該画像情報が書き込まれる表示媒体と、を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
前記表示媒体は、表示媒体層と、前記表示媒体層を介して対向する一対の電極と、前記一対の電極の一方の前記表示媒体層側に設けられた光導電層とを有する構成としてもよい。
【００１９】
前記表示媒体が有する前記一対の電極への電圧の印加が、前記表示装置から供給される電力によって行われてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の表示装置を説明する。なお、以下では、アクティブマトリクス型の有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を例に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１を参照しながら、本発明による実施形態の表示装置１００の構造を説明する。表示装置１００は、複数の画素を有する有機ＥＬ表示装置であり、図１は、表示装置１００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。複数の画素は、典型的には、マトリクス状に配列されている。なお、以下の図面においては、表示装置１００の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００２２】
表示装置１００は、複数の画素ごとに発光素子としての有機ＥＬ素子１２０を有する表示パネル１１０と、複数の画素のそれぞれに対応して表示パネル１０２に設けられた受光素子１３０とを備えている。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を例示したが、これに限定されず、無機ＥＬ素子や電気化学発光素子を用いてもよい。
【００２３】
表示パネル１１０は、有機ＥＬ素子１２０からパネル前面側（観察者側：図１では紙面上方）に出射される光を用いて表示を行う。
【００２４】
受光素子１３０は、有機ＥＬ素子１２０からパネル背面側（観察者とは反対側：図１では紙面下方）に出射された光のうち、パネル背面側に配置された被照射物（例えば印刷物などの表示媒体）１０によって反射された光を受ける。
【００２５】
図１および図２を参照しながら、表示装置１００の構造をさらに詳しく説明する。図２は、表示装置１００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【００２６】
本実施形態では、表示装置１００の表示パネル１１０は、基板（例えばガラス基板）１１１と、基板１１１上に設けられ、有機ＥＬ素子１２０の発光を制御する発光制御部１１２とを備えるアクティブマトリクス型の表示パネルである。発光素子として有機ＥＬ素子を用いる場合、複数の画素ごとに設けられた発光制御部１１２は、典型的には、複数のスイッチング素子（例えばＴＦＴ）とキャパシタとから構成される。発光制御部１１２としては、例えば図３に示すような、有機ＥＬ表示装置の発光制御部として公知の構成を用いることができる。図３に例示した発光制御部１１２は、走査配線１１および信号配線１２に接続された第１ＴＦＴ１３と、電源Ｖｄｄおよび有機ＥＬ素子１２０に接続された第２ＴＦＴ１４と、第１ＴＦＴ１３および第２ＴＦＴ１４に接続されたキャパシタ１５とを有する。
【００２７】
また、図１および図２に示したように、有機ＥＬ素子１２０および受光素子１３０も、基板１１１上に設けられている。ここでは、上述した発光制御部１１２、有機ＥＬ素子１２０および受光素子１３０は、基板１１１の背面側（観察者とは反対側）の表面に設けられている。さらに、ここでは、複数の画素のそれぞれに対応して、基板１１１上には、受光素子１３０に接続された制御回路１３２が設けられている。制御回路１３２は、典型的には、信号を読み出す機能、読み出した信号を増幅する機能および信号を増幅する素子をリセットする機能を有する。制御回路１３２は、例えば、図４に示すように、信号を読み出す読み出しトランジスタ２１、読み出した信号を増幅する増幅トランジスタ２２、増幅トランジスタ２２をリセットするリセットトランジスタ２３およびアドレストランジスタ２４などによって構成される。
【００２８】
有機ＥＬ素子１２０は、図１に示したように、発光体層１２２と、発光体層１２２を挟持する一対の電極１２４ａおよび１２４ｂとを有している。一対の電極１２４ａおよび１２４ｂのうち、観察者側に設けられた電極１２４ａは、透明導電材料（例えばＩＴＯ）から形成され、発光制御部１１２に電気的に接続されており、陽極として機能する。また、背面側に設けられた電極１２４ｂは、典型的には金属（例えばＣａとＡｇ）から形成されており、陰極として機能する。発光体層１２２は、有機ＥＬ素子１２０に発光制御部１１２を介して供給される電流の大きさに応じて発光する。
【００２９】
発光体層１２２に対して観察者側（パネル前面側）に設けられた陽極１２４ａは、透明導電材料から形成されているので、発光体層１２２が発する光は観察者側に出射され、表示に用いられる。表示装置１００は、表示に用いる光を基板１１１側から取り出す、いわゆるボトムエミッションタイプの有機ＥＬ表示装置である。また、発光体層１２２に対して背面側に設けられた陰極１２４ｂは、開口部１２４ｂ１を有しており、発光体層１２２が発する光の一部は背面側にこの開口部１２４ｂ１を介して出射され、被照射物１０に照射される。
【００３０】
受光素子１３０は、被照射物１０によって反射された光を受け、その強度を検出する。受光素子１３０は、例えば、フォトダイオードである。
【００３１】
表示装置１００の有機ＥＬ素子１２０や発光制御部１１２は、公知の有機ＥＬ表示装置の製造方法を用いて製造することができる。また、受光素子１３０や受光素子１３０に接続された制御回路１３２も、公知の製造方法を用いて製造することができる。本実施形態のように、アクティブマトリクス型の表示パネル１１０を用いる構成においては、表示パネル１１０の発光制御部１１２を形成する基板１１１上に、発光制御部１１２を形成するプロセスと同様のプロセスを用いて受光素子１３０や制御回路１３２を形成することが可能で、こうすることによって、受光素子１３０や制御回路１３２を後から表示パネル１１１に実装したり、引き回しのために配線を設ける必要が無くなり、消費電力を低減できるとともに、コストの上昇を抑制することができる。また、アクティブマトリクス型の表示パネル１１０を用いる場合には、半導体層として、電子移動度の高いポリシリコン層や連続粒界結晶シリコン（ＣＧＳ：Continuous Grain Silicon）層を用いることによって、発光制御部１１２、受光素子１３０および制御回路１３２などが形成されたモノリシックな基板１１１を好適に製造することができる。
【００３２】
なお、上述の説明では、ボトムエミッションタイプの表示装置１００を例示したが、勿論、いわゆるトップエミッションタイプの表示装置であってもよい。図５および図６に、本発明による他の実施形態の表示装置２００を模式的に示す。図５は、表示装置２００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図であり、図６は、表示装置２００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【００３３】
表示装置２００は、表示のための光を基板１１１とは反対側に取り出す、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置である点において、表示装置１００と異なる。
【００３４】
表示装置２００においては、基板１１１の観察者側に、発光素子としての有機ＥＬ素子１２０、発光制御部１１２、受光素子１３０および制御回路１３２が設けられている。
【００３５】
より詳しくは、基板１１１の観察者側の表面に、発光制御部１１２、受光素子１３０および制御回路１３２が設けられており、これらを覆うように平坦化層１１４が形成されている。平坦化層１１４上に、有機ＥＬ素子１２０が設けられている。
【００３６】
発光体層１２２を挟持する一対の電極１２４ａおよび１２４ｂのうち、観察者側に設けられた電極１２４ａは、透明導電材料（例えばＩＴＯ）から形成され、陽極として機能する。また、背面側に設けられた電極１２４ｂは、典型的には金属から形成され、発光制御部１１２に電気的に接続されており、陰極として機能する。
【００３７】
発光体層１２２に対して観察者側に設けられた陽極１２４ａは、透明導電材料から形成されているので、発光体層１２２が発する光は観察者側に出射され、表示に用いられる。また、発光体層１２２に対して背面側に設けられた陰極１２４ｂは、開口部１２４ｂ１を有しており、発光体層１２２が発する光の一部は背面側にこの開口部１２４ｂ１を介して出射され、被照射物１０の照射に用いられる。
【００３８】
表示装置２００は、トップエミッションタイプであるので、発光制御部１１２などの上に有機ＥＬ素子１２０が重なるような構成を採用でき、ボトムエミッションタイプの表示装置に比べて開口率を向上できるので、高輝度化および高精細化が実現される。
【００３９】
ここで、上述した表示装置１００および２００の動作を説明する。表示装置１００および２００は、画像情報の表示を行うだけでなく、画像情報の読み取りを行うこともできる。
【００４０】
まず、画像情報の表示について説明する。画素ごとに設けられた有機ＥＬ素子１２０が、所定の強度で発光することによって画像表示が行われる。このとき、図２および図６に示す発光領域Ｅが表示に寄与する。本実施形態では、有機ＥＬ素子１２０は、各画素に対応して設けられた発光制御部１１２によってアクティブマトリクス駆動される。
【００４１】
次に、画像情報の読み取りについて説明する。有機ＥＬ素子１２０が発光することによって、パネル背面側に配置された被照射物１０に光が照射される。被照射物１０によって反射された光を、各画素に対応して設けられた受光素子１３０が受け、その強度を検出することによって、被照射物１０の表面の画像情報が読み取られる。このとき、発光素子として、異なる色の光を出射する発光素子（例えば、赤色、緑色および青色の光を出射する有機ＥＬ素子）を備えていると、被照射物１０の表面の色情報も読み取ることができ、画像情報をカラー画像情報（色付きの画像情報）として読み取ることができる。
【００４２】
表示装置１００および２００は、読み取られた画像情報を表示することができる構成を有してもよいし、電子情報として保存することができる構成を有してもよく、表示と保存の両方が可能な構成を有してもよい。
【００４３】
図７に、読み取られた画像情報を表示できる構成を有する場合の、読み取りから表示までの動作の流れの一例を示す。
【００４４】
まず、ある画面を表示している状態（通常表示の状態：Ｓ１）の表示装置を、被照射物１０上の読み取りたい箇所に配置する（Ｓ２）。次に、発光素子を発光させて背面側に光を照射し、被照射物１０によって反射された光を画素ごとに対応して設けられた受光素子１３０で受け、その強度を信号として検出する（Ｓ３）。続いて、受光素子１３０で検出された信号を受光素子１３０に接続された制御回路１３２によって読み出し、読み出された信号を検出回路によって画像情報として検出する（Ｓ４）。検出回路は、例えば、図８に示すように、制御回路１３２が読み込んだ情報をアドレスして検出する垂直アドレス回路３１および水平アドレス回路３２と、ノイズを除去するノイズ除去回路３３などから構成される。
【００４５】
次に、検出された画像情報を、表示領域外に設けられた演算回路が補正または修正することによって映像信号に変換する（Ｓ５）。その後、演算回路で作成された映像信号に基づいて、発光制御部１１２が発光素子を所定の強度で発光させることによって、表示が行なわれる（Ｓ６）。また、このとき、発光制御部１１２が発光素子を所定の強度で発光させることによって、別途に用意した書き込みが可能な表示媒体に画像情報の書き込みを行い（Ｓ７）、この表示媒体によって画像情報を表示してもよい（Ｓ８）。なお、映像信号に基づいて発光制御部１１２が発光素子を発光させる際には、図９に示すように、直接（厳密にはシフトレジスタ４４やラッチ４５を介して）駆動ドライバ４３に映像信号を入力してもよいし、いったんフレームメモリ４１に書き込んだ後に、すなわち、フレームメモリ４１およびコントローラ４２を介して駆動用ドライバに映像信号を入力してもよい。
【００４６】
図１０に、画像情報の書き込みが可能な表示媒体８００を示す。表示媒体８００は、光によって色変化を起こす材料を用いて形成された光書き込み方式の表示素子またはリサイクルペーパであり、ペーパーライクな表示媒体である。
【００４７】
読み取られた画像情報に基づいて、発光素子が所定の強度で発光すると、画像情報が表示媒体８００に書き込まれるので、表示媒体８００によって表示を行うことができる。つまり、図１０に示した表示媒体８００と表示装置２００とは、画像読み取り／表示システム１０００として機能する。画像読み取り／表示システム１０００を用いると、表示装置２００で所望の画像をコピーし（読み取り）、その画像を表示媒体８００にペースト（書き込み）することができる。従って、上述した表示装置１００および２００は、コピー・アンド・ペーストディスプレイであり、画像読み取り／表示システム１０００は、コピー・アンド・ペーストシステムであるともいえる。
【００４８】
なお、図１０に示したように、表示装置２００に対向するように表示媒体８００を配置して光書き込みを行うと、図１１（ａ）に示すように、表示媒体８００には、表示装置２００が表示する画像（すなわち読み取った画像）が反転した状態で表示される。図１１（ｂ）に示すように、表示装置２００が、読み取った画像を反転表示できるような機能を有していると、書き込みの際に反転した画像を書き込む（表示する）ことにより、表示媒体８００は、読み取った画像を反転していない状態で忠実に表示することができる。
【００４９】
図１２に、画像情報の書き込みが可能な他の表示媒体９００を示す。表示媒体９００は、光導電層（光電変換層）９３０を備える電気書き込み方式の表示素子である。
【００５０】
表示媒体９００は、表示媒体層９２０と、表示媒体層９２０を介して対向する一対の電極９１０ａおよび９１０ｂとを有している。一対の電極９１０ａおよび９１０ｂの一方９１０ａの表示媒体層９２０側の表面に、光導電層（例えば光導電性膜）９３０が設けられている。
【００５１】
表示媒体層９２０は、例えば、電圧の印加により液晶分子の配向が変化する液晶層や、正または負の電荷の注入により色が変化する無機または有機絶縁体からなるエレクトロクロミック層、あるいは、電気泳動型の表示媒体層である。
【００５２】
表示装置１００（あるいは表示装置２００）上に、表示媒体９００を配置し、読み取られた画像情報に基づいて発光素子を発光させると、発光強度の分布に応じて光導電層９３０の導電性も分布を持ち、電極９１０ａおよび９１０ｂ間に印加された電圧と光導電層９３０の導電性とに応じて表示媒体層９２０への電圧の印加あるいは電荷の注入が行われるので、画像情報の書き込みを行うことができる。
【００５３】
表示媒体層９２０はメモリ性を有することが好ましい。表示媒体層９２０がメモリ性を有すると、書き込みのときにのみ電圧を印加すれば、その後は電圧を印加し続けることなく、画像を表示することができる。書き込みの際の電力を表示装置１００（あるいは表示装置２００）が供給してもよく、その場合には、表示媒体９００の電源を省略することができる。
【００５４】
図１３に、読み取られた画像情報を電子情報として保存できる構成を有する場合の、読み取りから保存までの動作の流れの一例を示す。
【００５５】
まず、図７に示した場合と同様にして、画像の読み取りが行われる（Ｓ１〜Ｓ４）。次に、演算回路で作成された（Ｓ５）映像信号を表示パネル１１０に設けられた記憶装置（メモリ：不図示）に記憶させることによって保存し（Ｓ８）、その後、任意の時点でこの映像信号に基づいて発光素子を発光させ、表示を行う（Ｓ９）。また、作成された映像信号を、外部記録媒体（例えば表示パネルに挿入されたメモリカード）に記録することによって保存してもよい（Ｓ１０）。あるいは、作成された映像信号を通信機能を用いて他の端末や外部記憶装置に送信し（Ｓ１１）、これらに保存してもよい（Ｓ１２）。
【００５６】
このようにして、表示装置１００および２００は、画像情報の表示および読み取りを行う。
【００５７】
上述したように、表示装置１００および２００は、表示に用いる光をパネル前面側（観察者側）に出射するとともにパネル背面側（観察者とは反対側）の被照射物に向けて光を出射する発光素子（ここでは有機ＥＬ素子１２０）と、被照射物によって反射された光を受ける受光素子１３０とを有しており、そのことによって、表示を行うだけでなく、被照射物の表面の画像情報を読み取ることができる。つまり、表示装置１００および２００は、面状の表示装置および面状のスキャナの両方の機能を兼ね備えている。
【００５８】
表示装置１００および２００においては、表示パネル１１０が表示と読み取りの両方の機能を備えており、表示に用いる光と、読み取りに用いる光とは、共通の発光素子から出射する。そのため、簡便、薄型、軽量な構成で画像情報の表示と読み取りの両方を行うことができる。
【００５９】
また、表示パネル１１０として、可撓性を有する基板を含むフレキシブルな（可撓性を有する）表示パネルを用いると、表示パネルを曲げた状態で曲面上の画像情報を読み取ることが可能になる。
【００６０】
なお、上記の説明では、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、パネル背面側に設けられた陰極１２４ｂが有する開口部１２４ｂ１が略長方形であり、この開口部１２４ｂ１の長辺方向にほぼ平行に並ぶように受光素子１３０が配置されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。開口部１２４ｂ１の形状および開口部１２４ｂ１と受光素子１３０との相対的な配置関係は、有機ＥＬ素子１２０から開口部１２４ｂ１を介して出射され、被照射物によって反射された光が、効率よく受光素子１３０に入射するように設定されることが好ましい。例えば、図１４（ｃ）に示すように、受光素子１３０を囲むように開口部１２４ｂ１が形成すると、いっそう効率よく受光できるし、周囲から入射する外光や迷光の影響を少なくすることができる。
【００６１】
図１５に、本発明による他の実施形態の表示装置３００を示す。表示装置３００は、観察者側に設けられた陽極１２４ａが半透明の金属薄膜（例えば厚さ３ｎｍのＡｇ膜）１２４ａ１と透明導電膜（例えばＩＴＯ）１２４ａ２との積層電極であり、背面側に設けられた陰極１２４ｂが透明導電材料（例えばＩＴＯ）から形成されている点において、表示装置２００と異なる。
【００６２】
表示装置３００においては、発光体層１２２に対して観察者側に設けられた陽極１２４ａは、半透明の金属薄膜１２４ａ１と透明導電膜１２４ａ２とが積層されて構成されているので、発光体層１２２が発する光は観察者側に出射して表示に用いられる。なお、金属薄膜１２４ａ１上に設けられた透明導電膜１２４ａ２は、導電性を高めるために設けられている。また、発光体層１２２に対して背面側に設けられた陰極１２４ｂは、透明導電材料から形成されているので、陰極１２４ｂに開口部を設けることなく、背面側に光を出射することができる。
【００６３】
図１６に、本発明によるさらに他の実施形態の表示装置４００を示す。表示装置４００は、表示パネル１１０が受光素子１３０の受光面（被照射物によって反射された光が照射される面）１３０ａの少なくとも一部に重なるように設けられた色フィルタ１３４を有している点において、表示装置２００と異なる。
【００６４】
色フィルタ１３４は、入射光を波長に応じて選択的に吸収、反射または透過する。ここでは、色フィルタ１３４は、対応する画素の有機ＥＬ素子１２０が発する色の光を選択的に透過し、他の光を吸収または反射する。このような色フィルタを設けることによって、周囲から入り込む迷光の影響を少なくすることができ、画像情報を高精度で読み取ることができる。
【００６５】
なお、図１６では、色フィルタ１３４を受光素子１３０の受光面１３０ａの直下に設ける場合を示したが、色フィルタ１３４は受光面１３０ａの少なくとも一部に重なるように設けられればよく、例えば、基板１１１の下面（パネル背面側の表面）に設けられてもよい。また、表示パネル１１０に設けられるすべての受光素子１３０に対応して色フィルタ１３４を設けてもよいし、一部の受光素子１３０にのみ対応して設けてもよい。
【００６６】
図１７、図１８および図１９に本発明によるさらに他の実施形態の表示装置５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃを示す。表示装置５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃは、表示パネル１１０が有機ＥＬ素子１２０と受光素子１３０との間に設けられた遮光層１４０を有している点において、表示装置３００と異なる。
【００６７】
受光素子１３０は、パネル背面側の被照射物によって反射された光を受光面１３０ａで受けてその強度を検出するが、このとき、発光素子からの光が直接受光素子１３０に照射されると、誤作動を起こす可能性がある。受光素子１３０は、半導体特性を有する部材（例えば半導体膜）を備えていることがあるからである。
【００６８】
表示装置５００Ａ、５００Ｂおよび５００Ｃにおいては、発光素子（ここでは有機ＥＬ素子１２０）と受光素子１３０との間に遮光層１４０が設けられているので、発光素子から受光素子１３０に直接光が照射されることが防止され、誤作動の発生が防止される。従って、表示装置の信頼性（画像情報の読み取りの際の信頼性）を向上することができる。
【００６９】
遮光層１４０は、図１７に示したように、陰極１２４ｂ上に設けられていてもよいし、図１８に示したように、陰極１２４ｂの下面に設けられていてもよい。このとき、遮光層１４０は、光吸収性の膜であってもよいし、光反射膜（例えば金属膜）であってもよい。遮光層１４０が光反射膜であると、発光体層１２２が発する光の一部が遮光層１４０でパネル前面側に反射するので、表示の明るさを向上することができる。また、図１９に示したように、受光素子１３０上に直接遮光層１４０が形成されていてもよい。
【００７０】
図２０、図２１および図２２に、本発明によるさらに他の実施形態の表示装置６００Ａ、６００Ｂおよび６００Ｃを示す。表示装置６００Ａ、６００Ｂおよび６００Ｃは、表示パネル１１０が有機ＥＬ素子１２０に対してパネル背面側に設けられた集光部１５０を有する点において、表示装置２００と異なる。
【００７１】
表示装置６００Ａ、６００Ｂおよび６００Ｃにおいては、発光素子（ここでは有機ＥＬ素子１２０）に対してパネル背面側に集光部１５０が設けられているので、発光素子からパネル背面側に出射された光および／または被照射物によって反射されて受光素子１３０に入射する光が集光される。そのため、発光素子が発する光を効率よく受光素子１３０に入射させることが可能になる。
【００７２】
集光部１５０は、例えば、図２０に示したように、発光制御部１１２および受光素子１３０を形成する基板１１１に作り込まれたマイクロレンズ１５０ａおよび１５０ｂである。陰極１２４ｂの開口部１２４ｂ１に対応して形成されたマイクロレンズ１５０ａは、発光体層１２２が発する光を集光する機能を有し、受光素子１３０の受光面１３０ａに対応して形成されたマイクロレンズ１５０ｂは、被照射物によって反射されて受光素子１３０に入射する光を集光する機能を有している。マイクロレンズ１５０ａおよび１５０ｂは、基板１１１を作製する際に作り込むことができる。マイクロレンズ１５０ａおよび１５０ｂの形状や配置などは、表示パネル１１０の各構成要素の材料、屈折率および厚さなどに応じて適宜設定すればよい。なお、マイクロレンズ１５０ａおよび１５０ｂの一方を省略してもよい。
【００７３】
また、集光部１５０は、図２１に示したように、陰極１２４ｂの開口部１２４ｂ１に設けられた、レンズとしての機能を有するメニスカス状の透明膜（以下、「メニスカス膜」と呼ぶ。）１５０ｃであってもよい。陰極１２４ｂの開口部１２４ｂ１に設けられたメニスカス膜１５０ｃは、発光体層１２２が発する光を集光する。
【００７４】
メニスカス膜１５０ｃは、陰極１２４ｂの開口部１２４ｂ１に、メニスカス膜１５０ｃの材料を溶解させた微量の溶液を滴下した後、溶媒を蒸発させることによって形成することができる。メニスカス膜１５０ｃの形状は、開口部１２４ｂ１の周囲の導電膜（陰極１２４ｂ）や陰極１２４ｂの下の部材（ここでは平坦化層１１４）の濡れ性（滴下する溶液に対する濡れ性）によって決定される。この濡れ性や、各部材の材料、屈折率等を適宜調整することによって、集光するのに適当なメニスカス膜１５０ｃを形成することができる。
【００７５】
あるいは、集光部１５０は、図２２に示したように、基板１１１に形成された傾斜部１５０ｄであってもよい。傾斜部１５０ｄは、ここでは、基板１１１の下面（パネル背面側の表面）に形成された凹部である。この凹部は、開口部１２４ｂ１と受光素子１３０とを結ぶ直線に対して凸な表面を有しているので、発光体層１２２が発する光および被照射物１０で反射されて受光素子１３０に入射する光の向きが変えられ、光を効率よく受光素子１３０に導くことができる。
【００７６】
本実施形態では、発光素子として、有機ＥＬ素子１２０を備える場合について説明した。有機ＥＬ素子１２０は、発光分子を含む発光体層１２２を有している。発光素子が発光分子を含む層を有している場合には、図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、発光分子１２２ａを、表示パネル１１０のパネル背面側の表面１１０ａに対して略平行で、且つ、開口部１２４ｂ１と受光素子１３０とを結ぶ直線（仮想直線）１１８に対して略垂直であるように配向させることによって、発光分子１２２ａを含む発光体層１２２が発する光を効率よく受光素子１３０に入射させることができる。以下、この理由を説明する。
【００７７】
図２４に示すように、有機ＥＬ素子などが含む発光分子（有機発光分子）１２２ａは、その発光輝度に異方性を有しているといわれている（Appl. Phys. Lett. 71(18), 3 November 1997 など）。具体的には、発光分子１２２ａは、その短軸方向（図２４中のｘ軸方向およびｚ軸方向）には光を発するが、その長軸方向（図２４中のｙ軸方向）にはほとんど光を発しない。
【００７８】
そのため、所定の方向に配向させることで、無秩序に配向している場合よりも発光に指向性を持たせることができ、受光素子１３０に光を効率よく入射させることができる。具体的には、発光分子１２２ａの短軸方向に広がる光を、開口部１２４ｂ１から効率よく取りだして受光素子１３０に効率よく照射できる方向に配向させることが好ましい。より具体的には、図２３に示したように、発光分子１２２ａを、表示パネル１１０のパネル背面側の表面１１０ａに対して略平行で、且つ、開口部１２４ｂ１と受光素子１３０とを結ぶ直線（仮想直線）１１８に対して略垂直であるように配向させることによって、発光分子１２２ａを含む発光体層１２２が発する光を効率よく受光素子１３０に入射させることができる。
【００７９】
これに対して、例えば、図２５（ａ）および（ｂ）に示したように、発光分子１２２ａを、開口部１２４ｂ１と受光素子１３０とを結ぶ直線（仮想直線）１１８に対して略平行であるように配向させると、発光分子１２２ａを含む発光体層１２２が発する光を効率よく取り出すことができず、受光素子１３０に効率よく入射させられないことがある。
【００８０】
発光分子１２２ａを配列させる方法としては、発光体層１２２の下部に配向制御膜を設ける方法や、ラビング法や電場処理法、あるいは斜法蒸着法などを発光体層１２２の材料に応じて用いることができる。
【００８１】
また、発光体層１２２中の発光部位を制御することによって、発光体層１２２の背面側への発光を効果的に行うことができる。有機ＥＬ素子においては、陽極、陰極および電荷輸送膜に挟持された発光体層に電荷が注入され、発光体層内での電荷再結合により励起発光が起こる。このとき、発光体層自身も電荷の輸送能力を有しているので、発光体層は電荷輸送を行いながら発光するが、発光体層の電荷輸送能力は偏っていることが多く、発光は、発光体層全体ではなく特定の部位で起こることが多い。発光体層が電子輸送性を有する場合には陽極側に、正孔輸送性を有する場合には陰極側に発光中心が偏ることが多い。従って、発光体層内での発光部位の偏りを制御することによって、効率のよい背面発光を行うことができる。具体的には、背面側の電極に開口部を設けて光を取り出す場合には、発光体層の発光部位が開口部を有する電極側に偏っていることが好ましい。
【００８２】
図２６（ａ）に示すように、背面側に陽極１２４ａ、前面側に陰極１２４ｂを備える有機ＥＬ素子１２０において、電子輸送性を有する（電子輸送性が強い）発光体層１２２を用いると、陽極１２４ａ近傍でのみ発光が起こる。図２６（ａ）中に矢印で示す電気力線に直交するように無数の等電位線が規定されるが、発光部位１２５はこの等電位線に沿った方向に広がる。従って、図２６（ｂ）に示すように、陽極１２４ａの開口部１２４ａ３の面積および形状と、発光体層１２２の電子輸送能力の強さとを適宜設定し、陽極１２４ａの開口部１２４ａ１でのみ発光を起こすことによって、開口部１２４ａ１から効率よく光を取り出して被照射物に効率よく光を照射することができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によると、画像の表示を行うだけでなく、画像の読み取りを行うことが可能な表示装置およびそれを備えた画像読み取り／表示システムが提供される。本発明による表示装置においては、表示パネルが表示と読み取りの両方の機能を備えており、表示に用いる光および読み取りに用いる光が共通の発光素子から出射する。そのため、簡便、薄型、軽量な構成で画像情報の表示と読み取りの両方を行うことができる。そのことに加え、受光素子を囲むように開口部が形成されているので、発光素子からパネル背面側に出射して被照射物で反射した光をより一層効率良く受光することができ、しかも、周囲から受光素子に入射しようとする外光や迷光の影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施形態１の表示装置１００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図２】 本発明による実施形態の表示装置１００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図３】 表示装置１００に用いられる発光制御部の一例を示す等価回路図である。
【図４】 表示装置１００に用いられる制御回路の一例を示す等価回路図である。
【図５】 本発明による他の実施形態の表示装置２００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図６】 本発明による他の実施形態の表示装置２００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図７】 本発明による表示装置が読み取られた画像情報を表示できる構成を有する場合において、読み取りから表示までの動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】 表示装置１００に用いられる検出回路の一例を示すブロック図である。
【図９】 表示装置１００において演算回路で作成された映像信号に基づいて表示を行う際の構成要素間の相関関係を示すブロック図である。
【図１０】 本発明による実施形態の画像情報読み取り・表示システム１０００を模式的に示す断面図である。
【図１１】 （ａ）および（ｂ）は、表示装置２００が表示する画像と、表示媒体８００が表示する画像との関係を示す図である。
【図１２】 本発明による実施形態の画像情報読み取り・表示システムに用いられる他の表示媒体９００を模式的に示す断面図である。
【図１３】 本発明による表示装置が読み取られた画像情報を電子情報として保存できる構成を有する場合において、読み取りから保存までの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１４】 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、発光素子が有する電極の開口部の形状および開口部と受光素子との相対的な配置関係の一例を模式的に示す図である。
【図１５】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置３００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図１６】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置４００の１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図１７】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置５００Ａの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図１８】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置５００Ｂの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図１９】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置５００Ｃの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図２０】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置６００Ａの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図２１】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置６００Ｂの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図２２】 本発明によるさらに他の実施形態の表示装置６００Ｃの１つの画素に対応する領域を模式的に示す断面図である。
【図２３】 （ａ）および（ｂ）は、発光体層が有する発光分子の好ましい配向状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２４】 発光分子の発光の異方性を模式的に示す図である。
【図２５】 （ａ）および（ｂ）は、発光体層が有する発光分子の配向状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２６】 （ａ）および（ｂ）は、発光体層の発光部位の偏りを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１００ 表示装置
１１０ 表示パネル
１１１ 基板
１１２ 発光制御部
１１４ 平坦化層
１２０ 有機ＥＬ素子
１２２ 発光体層
１２２ａ 発光分子
１２４ａ 陽極
１２４ａ１ 金属薄膜
１２４ａ２ 透明導電膜
１２４ａ３ 開口部
１２４ｂ 陰極
１２４ｂ１ 開口部
１３０ 受光素子
１３０ａ 受光面
１３２ 制御回路
１３４ 色フィルタ
１４０ 遮光層
１５０ 集光部
１５０ａ、１５０ｂ マイクロレンズ
１５０ｃ メニスカス膜
１５０ｄ 傾斜部
２００、３００、４００ 表示装置
５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ 表示装置
６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃ 表示装置
８００、９００ 表示媒体
１０００ 画像情報読み取り・表示システム

Claims (15)

  1. 複数の画素ごとに発光素子を有し、前記発光素子からパネル前面側に出射される光を用いて表示を行う表示パネルと、
    前記複数の画素のそれぞれに対応して前記表示パネルに設けられ、前記発光素子からパネル背面側に出射された光のうち、パネル背面側に配置された被照射物によって反射された光を受ける受光素子とを備え、
    前記発光素子が、発光分子を含む発光体層と、前記発光体層を介して対向する一対の電極とを有することにより、トップエミッション型の表示装置に構成され、
    前記一対の電極のうちのパネル背面側に設けられた電極は、開口部を有し、
    前記開口部は、前記表示パネルの表面の法線方向から見て、前記受光素子を囲むように形成されている、表示装置。
  2. 前記表示パネルは、基板と、前記基板上に設けられ、前記発光素子の発光を制御する発光制御部とを備えるアクティブマトリクス型の表示パネルであって、前記基板上に前記発光素子および前記受光素子が設けられている、請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記表示パネルは、前記受光素子の受光面の少なくとも一部に重なるように設けられた色フィルタを有する、請求項１または２に記載の表示装置。
  4. 前記表示パネルは、前記発光素子と前記受光素子との間に設けられた遮光層を有する、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記表示パネルは、前記発光素子に対してパネル背面側に設けられた集光部を有する、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
  6. 前記発光体層が含む前記発光分子は、前記表示パネルのパネル背面側の表面に対して略平行で、且つ、前記開口部と前記受光素子とを結ぶ直線に対して略垂直であるように配向している、請求項１に記載の表示装置。
  7. 前記発光体層の発光部位は、前記開口部を有する電極側に偏っている、請求項１または６に記載の表示装置。
  8. 前記発光素子は、有機エレクトロルミネッセント素子である、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
  9. 前記表示パネルは可撓性を有する、請求項１から８のいずれかに記載の表示装置。
  10. 照射物によって反射された光を前記受光素子が受けることによって読み取られた画像情報を記憶する記憶装置を備える、請求項１から９のいずれかに記載の表示装置。
  11. 被照射物によって反射された光を前記受光素子が受けることによって読み取られた画像情報を表示する機能を備える、請求項１から１０のいずれかに記載の表示装置。
  12. 前記読み取られた画像情報を反転表示する機能をさらに備える、請求項１１に記載の表示装置。
  13. 請求項１１または１２に記載の表示装置と、
    前記表示装置が前記読み取られた画像情報を表示することによって該画像情報が書き込まれる表示媒体と、を備える画像読み取り／表示システム。
  14. 前記表示媒体は、表示媒体層と、前記表示媒体層を介して対向する一対の電極と、前記一対の電極の一方の前記表示媒体層側に設けられた光導電層とを有する、請求項１３に記載の画像読み取り／表示システム。
  15. 前記表示媒体が有する前記一対の電極への電圧の印加が、前記表示装置から供給される電力によって行われる、請求項１４に記載の画像読み取り／表示システム。
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