JP4893378B2 - 発光装置、表示装置および表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、最近では、太陽電池の集光器として用いられる複合放物面集光器(Compound Parabolic Concentrator;以下「CPC」と略す)の構造を、有機EL素子等の自発光デバイスについて適用させた例も報告されている(例えば、特許文献3参照)。
CPCは、光を太陽電池に効率良く導くことを目的としたもので、反射面で反射した光が必ず太陽電池面に向かうことを特徴としており、その名前が示す通り放物面の一部を用いた複合凹面鏡である。
詳しくは、図14(A)に示すように、放物面には、入射した平行光線が1点(焦点)に集まるという性質がある。そして、図14(B)に示すように屈折率Nの光透過材料からなる層とその界面に接する空気層との積層状態を考えると、光透過材料層に形成される放物面の対称軸を各層間の臨界角θ=sin-1(1/N)に傾けた場合には、空気層の側から視野角が90°に近い高角で光が入射しても、図14(C)に示すように、その光が必ず放物面の焦点Fと放物面上の点Aとを結ぶ線分を通過することになる。これらの性質を利用し、図14(D)に示すように、線分FAの中点に中心軸を立てて放物面の一部を回転させて得られた回転対称体がCPCと呼ばれる形状であり、線分FAを含む面に太陽電池を置くことで光の有効利用が可能となるのである。
このようなCPCの構造を、太陽電池面を発光面として適用すれば、当該発光面から出射された光を必ず外に取り出せるようになるので、非常に効率の良い反射鏡となる。
先ず、はじめに、表示装置の概略構成について説明する。ここでは、発光素子として有機EL素子を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置(以下「有機ELディスプレイ」という)を例に挙げて説明する。
図例の構成の有機ELディスプレイ1は、以下に述べる手順で製造される。
先ず、ガラス基板からなる基板11上に、例えばMo膜からなるゲート膜12をパターン形成した後、これを例えばSiO/SiN膜からなるゲート絶縁膜13で覆う。そして、ゲート絶縁膜13上にa−Si膜からなる半導体層14を成膜する。この半導体層14に対しては、レーザアニール処理を施して、結晶化によりa−Si膜からp−Si膜への改質を行う。次いで、ゲート膜12を覆う島状に半導体層14をパターニングする。その後、基板11側からの裏面露光により、半導体層14のゲート膜12上に重なる位置に絶縁性パターン(図示省略)を形成し、これをマスクにしたイオン注入と活性化アニール処理により半導体層14にソース/ドレインを形成する。以上により、基板11上に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下「TFT」という)10を形成する。ここでは、p−Si技術を使ったTFTを実施例として記載したが、a−Si技術やその他の結晶化技術を用いたTFTを利用しても構わない。
その後は、TFT10を層間絶縁膜21で覆い、層間絶縁膜21に形成した接続孔を介してTFT10に接続された配線22を設けて画素回路を形成する。以上のようにして、いわゆるTFT基板20を形成する。
TFT基板20の形成後は、そのTFT基板20上を平坦化絶縁膜31で覆うとともに、配線22に達する接続孔31aを平坦化絶縁膜31に形成する。そして、平坦化絶縁膜31上に接続孔31aを介して配線22に接続された画素電極32を例えば陽極として形成する。この画素電極32は、例えばフォトリソグラフィプロセスを利用して形成し、Al系/Ag系の高反射金属膜を使用することが考えられる。
そして、画素電極32の周縁を絶縁膜パターン33によって覆う。画素電極32の露出面には、これを覆うように有機EL材料層34を積層成膜するとともに、画素電極32に対して絶縁性を保った状態で対向電極35を形成する。この対向電極35は、例えばインジウムとスズの酸化物(ITO)やインジウムと亜鉛の酸化物(IXO)等の導電性透明膜を使用し、陰極として形成するとともに、全画素に共通のベタ膜状に形成する。このようにして、陽極としての画素電極32と陰極としての対向電極35との間に有機正孔輸送層や有機発光層等の有機EL材料層34が配されてなる有機EL素子が構成されるのである。なお、ここでは、トップエミッション方式のものを例に挙げているが、ボトムエミッション方式であれば、画素電極32を導電性透明膜で形成し、対向電極35を高反射金属膜で形成すればよい。また、対向電極35または画素電極32にハーフミラーを用いて光を共振させるマイクロキャビティ構造を採用することも考えられる。
その後、対向電極35上に光透過性を有する接着剤層36を介して透明基板37を貼り合わせ、有機ELディスプレイ1を完成させる。なお、これら接着剤層36および透明基板37については、その詳細を後述する。
図2(A)に示すように、有機ELディスプレイ1の基板40上には、表示領域40aとその周辺領域40bとが設定されている。表示領域40aは、複数の走査線41と複数の信号線42とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して1つの画素aが設けられた画素アレイ部として構成されている。これらの各画素aには有機EL素子が設けられている。また周辺領域40bには、走査線41を走査駆動する走査線駆動回路43と、輝度情報に応じた映像信号(すなわち入力信号)を信号線42に供給する信号線駆動回路44とが配置されている。
そして、表示領域40aには、フルカラー対応の画像表示を行うために、R,G,Bの各色成分に対応した有機EL素子が混在しており、これらが所定規則に従いつつマトリクス状にパターン配列されているものとする。各有機EL素子の設置数および形成面積は、各色成分で同等とすることが考えられるが、例えば各色成分別のエネルギー成分に応じてそれぞれを相違させるようにしても構わない。
また、図2(B)に示すように、各画素aに設けられる画素回路は、例えば有機EL素子45、駆動トランジスタTr1、書き込みトランジスタ(サンプリングトランジスタ)Tr2、および保持容量Csで構成されている。そして、走査線駆動回路43による駆動により、書き込みトランジスタTr2を介して信号線42から書き込まれた映像信号が保持容量Csに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機EL素子45に供給され、この電流値に応じた輝度で有機EL素子45が発光する。
なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成してもよい。また、周辺領域40bには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。
次に、本実施形態における有機ELディスプレイ1の特徴的な構成について説明する。
図例のように、本実施形態における有機ELディスプレイ1は、所定規則で配列された各有機EL素子45の発光面45a側が、接着剤層36および透明基板37によって覆われている。これら接着剤層36および透明基板37は、いずれも、光透過性を有している。
ただし、透明基板37は、各発光面45aに対応して凹凸状に成型されており、その凹凸状の接着剤層36と透明基板37との界面の一部には、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等といった光反射率の高い金属反射層または当該金属反射層を含む多層薄膜からなる光反射面38aが形成されている。
つまり、本実施形態における有機ELディスプレイ1では、各有機EL素子45の発光面45aの周囲に、金属反射層または多層薄膜によって光反射面38aが構成される凹面鏡部38が、光出射方向に沿って突出するように立設されている。そして、各有機EL素子45の発光面45aおよび凹面鏡部38の光反射面がいずれも光透過性を有した透明基板37によって覆われて、各有機EL素子45の発光面45aからの光が、必要に応じて凹面鏡部38の光反射面38aでの反射を経た後に、透明基板37の表面から当該表面に接する空気層の側に向けて出射するように構成されているのである。
凹面鏡部38の光反射面38aは、CPCと同様に、放物線の一部を回転させて得られる形状に形成されている。ただし、その回転の中心軸は、放物線の対称軸とは異なる。
CPCでは、放物線の焦点と当該放物線上の点とを結ぶ線分の中点に回転対称軸を立てる。そのため、焦点は、必ず光反射面と回転対称軸を挟んで反対側に位置していることになる。このような状態では、既に説明したように(図14参照)、配光特性は均一であるが、それ故に視覚方向としては殆どあり得ない高角側にも配光することになる。
このことは、その方向(殆どあり得ない高角側の方向)の光を、低角側へ配光することが可能となれば、これに伴って正面輝度の向上が可能となることを意味する。
そこで、本実施形態における有機ELディスプレイ1では、図9(B)に示すように、光反射面を形成するための放物線の回転中心軸を、当該放物線の焦点Fと当該放物線上の点Aとを結ぶ線分FAの中点よりも、当該放物線の側を通過する位置に設定する。すなわち、回転中心軸の位置が、放物線の側に寄るように、オフセット配置されているのである。
放物線の焦点近傍を通過する光は、例えば当該放物線が臨海角方向に軸傾斜している場合に、当該放物線での反射によって臨界角付近の配光角度(すなわち高角)で分布する成分に相当する。
したがって、放物線の回転中心軸を当該放物線の側を通過する位置にオフセットさせて設定すれば、当該放物線の側に寄ったオフセット量の分だけ、当該放物線の焦点近傍を通過する成分、すなわち高角領域の配光成分が抑制されて、相対的に低角側が増加することになる。
例えば、共振構造を有する有機EL素子45のガラス材(屈折率;1.5)からなる透明基板37中での配光特性を例に挙げて考える。屈折率が1.5であると、その臨界角は透明基板37中で41.8°であるから、これよりも角度の大きい光は、図10(A)に示すように、全反射によって、当該透明基板37中に閉じ込められることになる。
このような発光部分を有する有機EL素子45において、上述したように放物線の回転中心軸をオフセットさせて得られる光反射面38aを有した凹面鏡部38を配せば、その凹面鏡部38を備えた状態の反射光、凹面鏡部38を介さない直接光、その合計の輝度視野角特性が、それぞれ図10(B)に示すようになる。図例の輝度視野角特性の基になる凹面鏡部38は、100μm四方の画素ピッチで開口部をφ60〜70μmとしたときの最適化された形状であり、f=70μmの放物線を臨界角まで傾斜し、回転対称軸のオフセット量を11.5μmとしている。
この図10(B)に示す輝度視野角特性、すなわち上述した最適化形状の凹面鏡部38によって得られる輝度視野角特性によれば、図10(C)に示すCPCの場合と同様に、50°(<63°)近くまでフラットな特性をもち、その後90°までなだらかに低下しているが、そのフラットな部分の輝度がCPCの場合よりも高く、正面方向の輝度がCPCの場合より改善されていることが分かる。
ところで、放物線の対称軸の傾斜角度については、その角度を浅く(傾斜角を少なく)すると、正面輝度を向上させることが可能となる。ただし、放物線の対称軸の傾斜角度を限界近くまで浅くすると、輝度配光に段差が現われることになる。そのため、放物線の対称軸の傾斜角度は、臨界角以下で、かつ、輝度段差が発生しない程度の角度に設定することが望ましい。つまり、放物線の対称軸の傾斜角度を浅くすることによる正面輝度の向上は補助的な役割に過ぎず、当該正面輝度の向上は主に放物線の回転中心軸の設定位置のオフセットによって実現する。
次に、以上のような構成の有機ELディスプレイ1の製造手順について説明する。ここでは、特に凹面鏡部38の製造手順に着目して、その説明を行う。
2P複製法による場合には、先ず、図13(A)に示すように、特定した凹面鏡部38の光反射面形状に対応するスタンパ(雌型)51を、電鋳、エッチング、その他の切削加工等の公知技術を利用して形成する。そして、例えば、光透過性を有したガラス基板52上に、同じく光透過性を有した樹脂組成物53を塗布するとともに、その樹脂組成物53を、形成したスタンパ51を用いて成型する。すなわち、図13(B)に示すように、樹脂組成物53に対するUV照射(硬化)等を経た後に、図13(C)に示すように、スタンパ剥離を行って、当該樹脂組成物53を当該スタンパ51によって特定される形状に成型する。
樹脂組成物53の成型後は、図13(D)に示すように、樹脂組成物53の表面に、AlやAg等の光反射率の高い金属反射層(または当該金属反射層を含む多層薄膜)54を、例えば真空蒸着によって形成する。そして、図13(E)に示すように、金属反射層等54が積層された樹脂組成物53の一部を、例えばラッピング加工によって切削削除する。これにより、図13(F)に示すように、各有機EL素子45に対応して凹面鏡部38が立設されてなる透明基板37が形成されることになる。
透明基板37の形成後は、その透明基板37を、図13(F)とは天地を逆にした状態で、光透過性を有した接着剤層36を介して、各有機EL素子45の発光面45a側に配する。すなわち、各有機EL素子45の発光面45a側を、接着剤層36を介して、透明基板37で覆う。これにより、有機ELディスプレイ1が構成されることになる。
なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、本実施形態で挙げた数値等は、いずれも一具体例に過ぎず、これらに限定されないことは勿論である。
例えば、発光素子は、発光面から光を出射するものであれば、OLEDやLED等であっても構わない。
さらに、発光素子は、必ずしも複数のものがパターン配列されている必要はなく、単一で配されて用いられるものであってもよい。このことは、発光素子がパターン配列されてなる表示装置の他に、単数または複数(例えば、一列配置)の発光素子とこれに付設された凹面鏡部とを備えて構成される発光装置にも、本発明が適用可能であることを意味する。
Claims (7)
- 光を出射する発光素子と、
前記発光素子の発光面周囲に立設されて前記発光素子からの光を反射する凹面鏡部、
とを備え、
前記凹面鏡部は、放物線の一部を回転させて得られる光反射面を有しており、
前記発光素子の発光面及び前記凹面鏡部の光反射面は光透過部材層に覆われており、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と前記放物線の焦点とを結ぶ線分の中点よりも前記放物線の側を通過する位置に設定されている発光装置。 - 前記放物線は、その対称軸に、前記光透過部材層の光出射側の界面における臨界角に対応する傾斜が与えられている請求項1に記載の発光装置。
- 前記回転の中心軸の通過位置の前記中点からのずれ量が、前記光透過部材層の光出射側からの出射光の所望配光分布に基づいて設定されている請求項1に記載の発光装置。
- 光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されており、
各発光素子に対応して、前記発光素子の発光面周囲にて前記発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されており、
前記凹面鏡部は、放物線の一部を回転させて得られる光反射面を有しており、
前記発光素子の発光面及び前記凹面鏡部の光反射面は光透過部材層に覆われており、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と前記放物線の焦点とを結ぶ線分の中点よりも前記放物線の側を通過する位置に設定されている表示装置。 - 前記放物線は、その対称軸に、前記光透過部材層の光出射側の界面における臨界角に対応する傾斜が与えられている請求項4に記載の表示装置。
- 前記回転の中心軸の通過位置の前記中点からのずれ量が、前記光透過部材層の光出射側からの出射光の所望配光分布に基づいて設定されている請求項5に記載の表示装置。
- 光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されており、各発光素子に対応して、前記発光素子の発光面周囲にて前記発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されて成り、前記発光素子の発光面及び前記凹面鏡部の光反射面は光透過部材層に覆われている表示装置の製造方法であって、
前記凹面鏡部の光反射面を、放物線の一部を回転させて得られる形状に形成し、
前記回転の中心軸を、前記放物線の一部と前記放物線の焦点とを結ぶ線分の中点よりも前記放物線の側を通過する位置に設定する表示装置の製造方法。
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