JP5288574B2 - 表示素子と表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）について、特に高輝度発光が可能な有機ＥＬ素子などの表示素子の技術に関するものである。

電極間に発光層を設け、これに電圧を印加して発光する有機ＥＬ素子は、発光効率、低電圧駆動、軽量、薄型という点で優れており、近年極めて注目を浴びている表示素子である。
有機ＥＬ素子は、陰極から電子を、陽極から正孔を注入し、両者が発光層で再結合することによって、発光層の発光特性に対応した可視光線の発光を生じさせるものである。

陽極には、現状使用することのできる透明導電性材料の中では最も電気伝導度が高く、比較的仕事関数が大きく、高い正孔注入効率が得られるという点からＩＴＯ(Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)が使用される。
陰極には、通常、金属電極が使用されるが、電子注入効率を考慮し、仕事関数の観点から、Ｍｇ、ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、Ａｌ、ＬｉＡｌ等の材料が使用される。これらの金属材料は、可視光の反射率が高く、電極（陰極）としての機能の他に、発光層で発光した光を反射し、出射光量（発光輝度）を高める機能も担っている。すなわち、発光層から陰極方向に発光した光は、陰極である金属表面で鏡面反射し、透明なＩＴＯ電極（陽極）から出射光として取り出されることになる。

このような構造を有する有機ＥＬ素子は、陰極が光反射性の強い鏡面となっているため、発光していない状態では外光反射が著しく目立つことになる。すなわち室内照明の映り込みなどが激しくなるため、明所では黒色が表現できなくなり、ディスプレイとして用いる場合にはコントラスト比が極端に低いという致命的な問題点を有する。
しかし、有機ＥＬ素子の陰極表面が平滑な鏡面反射面であることを逆に利用すれば、陰極での外光反射を著しく抑制することができる。
このような観点における陰極表面からの外光反射を削減する方法として、例えば、特許文献１〜４に開示された方法が知られている。

特許文献１では、１対の電極のうちで光取出し面側に位置する電極の外側に偏光層を設けて、偏光層として位相差補償板または位相差補償フィルムとを組み合わせた方法が提案されている。
特許文献２では、吸収型直線偏光板と１つ又は複数の位相差板から構成された１／４波長板とを積層した円偏光板を備えており、発光層と円偏光板との間に形成された光拡散層を設けた方法が提案されている。
特許文献３では、反射電極を有する有機ＥＬ素子の光取り出し側に、１／４波長板と偏光板とを有する円偏光板を設けており、この１／４波長板の直交するそれぞれの方向の屈折率が異なる方法のものが提案されている。
特許文献４では、屈折率特性が異なる複屈折板を貼り合わせて構成する１／４波長板と直線偏光板により構成した円偏光手段を設けた方法が提案されている。

上記のような円偏光板は、陽極面側に直線偏光板と、偏光板の光軸に対して４５度傾いた光軸の１／４波長板として機能する位相差板を貼り合して構成するもので、次のように作用する。すなわち、有機ＥＬ素子に入射する外光があると、外光が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陰極表面で反射する際、回転方向が逆向きの円偏光となる。陰極表面で反射した光は再び位相差板に入射し、位相差板を通過する時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る。このように偏光された直線偏光は、偏光板に吸収されるので陰極表面での外光反射を防止することができる。これによってコントラスト比が大きく改善されディスプレイの表示品質が向上する。

ところが、陰極表面の外光反射を防止するために前述のような円偏光板を設置すると、発光層から出射した光の約半分は、円偏光板を構成する直線偏光板によって吸収されるので、有機ＥＬ素子から射出される光の利用効率が大きく低下し、高輝度化の達成が困難となる。また、このような有機ＥＬ素子を縦横に配列して構成する表示装置も同様に、高輝度化が難しくなる。

そこで、有機ＥＬ素子の高輝度化を実現する方法として、例えば、特許文献５〜９に開示された方法が提案されている。特許文献５では、ＥＬ素子を構成する基板自体が集光性を有するようにして取り出し効率を向上させる方法、特許文献６では、有機ＥＬ素子を構成する電極を凹面形状にして輝度を高める方法、特許文献７では、有機ＥＬ素子を構成する電極に傾斜面を持たせて輝度を高める方法、特許文献８では、有機ＥＬ素子を構成する電極に回折格子等を形成して輝度を高める方法が提案されている。

しかしながら、これらの方法は有機ＥＬ素子が複雑な構成になり、また発光層自体の発光効率が悪くなってしまう等の問題がある。特許文献９では、透光性有機ＥＬパネル（表、裏側の両方向から表示画像が見える両面パネル）の両面に設けられている円偏光板に、発光画素ごとに開口部を設けたものが提示されている。開口部を設けることにより発光輝度の向上が図れるが、透光性有機ＥＬパネルの両面に円偏光板があるために、透光性のある発光画素領域の開口部以外では、円偏光板の作用が消失し、反対側の外光が円偏光板を通して直接透けて見えるため、コントラスト比が大幅に低下するという大きな問題がある。また特許文献９の図５Ａの図面では、筒型（開口部のそれぞれの端面における孔の大きさが同じ）の開口部が示されている。筒型構造では発光画素の輝度分布が一様でなくなるため、表示画像にざらつき感が生じて画質が低下するという問題もある。

特許第２７６１４５３号公報 特開２００３−３３２０６８号公報 特開２００９−２１４０８号公報 特開平９−１２７８８５号公報 特開昭６３−３１４７９５号公報 特開平１１−２１４１６２号公報 特開平１１−２１４１６３号公報 特開平１１−２８３７５１号公報 特開２００５−３９５７８号公報

森北出版２００８年２月２９日発行，ディスプレイデバイス，ｐ１２． テレビジョン学会誌Ｖｏｌ４１，Ｎｏ５（１９８７），ｐ４７３．

このように、従来の有機ＥＬ素子は外光反射を防止するために円偏光板を設けているので、発光層から出射した光の約半分が円偏光板を構成する直線偏光板によって吸収される。これによって有機ＥＬ素子から射出される光の利用効率が大きく低下し、高輝度化の達成が困難であった。
また、種々提案されている高輝度化方法では、有機ＥＬ素子の構成が複雑になり、発光層自体の発光効率が悪くなることや、大幅なコントラスト比の低下を招くなどの欠点があった。

上記状況に鑑みて、本発明は、円偏光板を用いる有機ＥＬ素子などの表示素子において、発光層の光の利用効率を上げて高輝度化を図ることができる表示素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の第１の観点の表示素子は、直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、透明基板と並行に配設される絶縁基板と、円偏光板に設けられた複数の貫通孔と、を備え、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させたことを特徴とする。
円偏光板に複数の貫通孔を設けることにより、円偏光板の貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光が、円偏光板に当たることなく円偏光板を通過するので、発光輝度の低下がなく、従来のような貫通孔のない円偏光板を設けた有機ＥＬ素子より輝度を高くすることができ、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させることができる。

また、本発明の第２の観点の表示素子は、直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、透明基板と並行に配設される絶縁基板と、直線偏光板のみに設けられた複数の貫通孔と、を備え、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させたことを特徴とする。
直線偏光板のみに複数の貫通孔を設けることにより、直線偏光板の貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光が、直線偏光板に当たることなく直線偏光板を通過するので、発光輝度の低下がなく、従来のような貫通孔のない直線偏光板を設けた有機ＥＬ素子より輝度を高くすることができ、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させることができる。
ここで、直線偏光板のみに貫通孔を設けることで、円偏光板に貫通孔を設けた場合よりも、若干、輝度は低くなり、コントラスト比が低下するが、貫通孔にゴミや埃の入り込みを抑制する効果がある。

また、本発明の第３の観点の表示素子は、偏光子と保護フィルムにより構成される直線偏光板と、直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、透明基板と並行に配設される絶縁基板と、偏光子のみに設けられた複数の貫通孔と、を備え、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させたことを特徴とする。
偏光子のみに複数の貫通孔を設けることにより、偏光子の貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光が、偏光子に当たることなく偏光子を通過するので、発光輝度の低下がなく、従来のような貫通孔のない偏光子を設けた有機ＥＬ素子より輝度を高くすることができ、有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に効率的に射出させることができる。
ここで、偏光子のみに貫通孔を設けることで、円偏光板に貫通孔を設けた場合よりも、若干、輝度は低くなり、コントラスト比が低下するが、貫通孔にゴミや埃の入り込みを防ぐ効果があり、また保護フィルムを透明にすることにより、直線偏光板のみに貫通孔を設けたものと同等の輝度とコントラスト比とすることができる。

ここで、貫通孔の形状は、円錐台形状、逆円錐台形状、或いは、円錐台形状と逆円錐台形状の組み合わせであることが好ましい。このような貫通孔の形状とすることで、貫通孔を通る円偏光板などの断面がテーパー状、もしくは逆テーパー状となり、貫通孔のテーパー側面による光の異なる方向への反射が抑制され、輝度の均一性が保たれると共に、輝度の向上が図れる。

ここで、貫通孔は、有機ＥＬ発光層の光の入射孔の大きさと出射孔の大きさが異なることが好ましい。すなわち、貫通孔のそれぞれの端面における孔の大きさを異なる構造にする。貫通孔を有機ＥＬ発光層の光の入射側の孔の大きさと出射側の孔の大きさが異なる構造とすることで、貫通孔のテーパー側面による光の異なる方向への反射が抑制され、輝度の均一性が保たれると共に、輝度の向上が図れる。

また、貫通孔を、かならずしも画素毎に設けない構成にすることが好ましい。または、特定色の画素のみに設ける構成にすることが好ましい。
円偏光板に貫通孔が設けられている所については、発光画素から射出される光が円偏光板に当たることなく円偏光板を通過するので、発光輝度の低下がなく、貫通孔がない発光画素より相対的に輝度が高くなる。すなわち、たとえば青色発光画素が赤色発光画素と緑色発光画素より輝度寿命が短い場合、青色発光画素に対応する円偏光板の位置にだけ貫通孔を設けることにより、青色発光画素は円偏光板による発光輝度の低下がないので、赤色発光画素と緑色発光画素より相対的に輝度が高くなる。これにより青色発光画素の輝度が高くなった分だけ輝度を抑えることができるので、青色発光画素の輝度寿命を長くすることができ、長時間色バランスの良い表示が可能となる。

また、上記の表示素子の表面に少なくとも一層以上のフィルムを設けたことが更に好ましい態様である。
表示素子の表面に例えば反射防止フィルムや防眩フィルムを設けることにより、外光による反射や眩しさを防止することができると共に、円偏光板の貫通孔にゴミや埃の入り込みを防ぐことができる。

また、上記のフィルムは、貫通孔の部分が貫通孔の無い部分に比べて明るく光って生じる輝点の明るさを抑制できるニュートラルデンシティーフィルタ（あるいは、ニュートラルデンシティーフィルムと呼ばれる。以下、ＮＤフィルタと称する。）を少なくとも含むことが更に好ましい態様である。ここで、ＮＤフィルタとは、ある波長域において入射光量を一定の割合で減衰させるフィルムである。
ＮＤフィルタがない場合、貫通孔の部分が貫通孔の無い部分に比べて明るく光って生じる星空のような輝点により、表示面を近くから見た時にざらつき感のある表示画面となり画質の低下が懸念される。しかしながら、適当な濃度を有するＮＤフィルタを用いることにより、輝点の明るさが抑制されるので、ざらつき感が解消され画質の低下が無くなる。さらに、円偏光板の貫通孔にゴミや埃の入り込みを防ぐこともできる。

また、本発明の表示装置は、上述の表示素子を一次元あるいは二次元に配列して構成される。
従来のように円偏光板、直線偏光板、偏光子に貫通孔が無い有機ＥＬ素子を配列して成る表示装置より輝度の高い表示装置や、長寿命の表示装置が得られる。

本発明に係る表示素子によれば、貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光が円偏光板や直線偏光板あるいは偏光子に当たることなく円偏光板や直線偏光板あるいは偏光子を通過するので、貫通孔のある位置では発光輝度の低下がなく円偏光板や直線偏光板あるいは偏光子に貫通孔がない従来の有機ＥＬ素子より輝度の向上が図ることができる。

また、貫通孔を有機ＥＬ発光層の光の入射側の孔の大きさと出射側の孔の大きさが異なる構造とすることにより、貫通孔のテーパー側面による異なる方向への反射が抑制され、輝度の均一性を維持することができる。

更に、発光画素の輝度寿命の特性に応じて発光画素に対応して貫通孔の有無を制御することにより、長時間色バランスの良い表示が可能となる。

また、本発明の表示素子を一次元、あるいは二次元に配列して構成して成る表示装置によれば、高輝度化と色バランスの良い表示が可能となる。

実施例に係る有機ＥＬ素子の全体斜視図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、直線偏光板１と位相差板２の表面の一部分が見えるようにした斜視図である。 図１における直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を横切る部分の断面図である。 図３において有機ＥＬ発光層７からの光と、外光１１による反射光の様子を示した図である。 有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａと、有機ＥＬ素子の発光輝度の関係を示した図である。 有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａと、有機ＥＬ素子のコントラスト比の関係を示した図である。 有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａと、有機ＥＬ素子の最小コントラスト比の関係を示した図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、貫通孔の一方面側の孔の大きさと他方面側の孔の大きさが同じ場合の、壁面の反射の様子を示した図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、貫通孔の一方面側の孔の大きさと他方面側の孔の大きさが異なる場合の、テーパー側面の反射の様子を示した図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、貫通孔の一方面側の孔の大きさと他方面側の孔の大きさが異なる場合の、テーパー側面の反射の様子を示した図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、円偏光板に貫通孔が画素毎に設けられていない様子を示した図である。 実施例１に係る有機ＥＬ素子において、有機ＥＬ素子の表面にＮＤフィルタを設けた図である。 実施例２に係る有機ＥＬ素子において、直線偏光板１と位相差板２の表面の一部分が見えるようにした斜視図である。 実施例３に係る有機ＥＬ素子において、直線偏光板１の一部分が見えるようにした斜視図である。 実施例４に係る有機ＥＬ素子１０を二次元に並べて構成した表示装置である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

以下、図１〜図１２を用いて本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る有機ＥＬ素子の構成を示す全体斜視図である。
有機ＥＬ素子１０は、直線偏光板１と位相差板２を積層して構成される円偏光板３に対向配置された透明基板４と、透明基板４上に形成された陽極５と、陽極５に対向配置された陰極６と、陽極５及び陰極６の間に配置された有機ＥＬ発光層７（以下、発光層７と略記）とを備えている。陽極５、陰極６、発光層７は、透明基板４と絶縁基板９に挟まれた構成となる。絶縁基板９は、通常、ガラス基板が用いられる。また絶縁基板９のベースが透明の基板であって、その透明の基板の表面上に不透明な絶縁層を形成して絶縁基板としても良いし、絶縁基板９のベースが透明の基板であって、その透明の基板の内側に設けられている陰極６が光をすべて反射させることによって絶縁基板としての体をなしても良い。また、基板９が金属性の基板であって、その金属性の基板の表面上に絶縁層を形成して絶縁基板とみなしても良い。

このような構成を有する有機ＥＬ素子１０において、陰極６から電子を、陽極５から正孔を注入し、両者が発光層７で再結合することにより、発光層７の発光特性に対応した可視光線の発光が生じる。発光層７で生じた光は、直接又は陰極６で反射した後、陽極５、透明基板４、円偏光板３、反射防止フィルム８を介して外部に取り出されることになる。
一方、室内照明等により有機ＥＬ素子１０の外部から入射した外光１１は、直線偏光板１によって半分は吸収され残りの半分は直線偏光として透過し、位相差板２に入射する。位相差板２に入射した光は、直線偏光板１と位相差板２とは、それらの光軸が４５度又は１３５度で交差するように配置されているので、位相差板２によって円偏光に変換されることになる。

このように、直線偏光板１と位相差板２との光軸が４５度又は１３５度で交差するように配置されているため、位相差板２を透過することにより円偏光に変換されるので、位相差板２からでる円偏光は陰極６で鏡面反射する際に、位相が１８０度反転し逆廻りの円偏光として反射される。この反射光は再度位相差板２に入射することにより、直線偏光板１の吸収軸に平行な直線偏光に変換されるため、直線偏光板１で全て吸収され外部に出射されない。

直線偏光板１としては、吸収型の直線偏光板である限りにおいて限定されるものではなく、種々の形態のものを適用可能である。一般的には、ポリビニルアルコールのような親水性高分子からなるフィルムを、ヨウ素のような二色性染料で処理して延伸したものや、ポリ塩化ビニルのようなプラスチックフィルムを処理してポリエンを配向させたもの等からなる偏光フィルムの他、当該偏光フィルムを封止フィルムでカバーして保護したもの、さらにワイヤーグリッド偏光子のようなものでもよい。

位相差板２は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。具体的な材料は、特に限定されるものではなく、高分子フィルムを１軸又は２軸等の適宜な方式で延伸処理等することにより形成することができる。透明性に優れ、延伸処理が可能な材料である限り、種々のものを適用することができる。このような材料としては、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、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリオレフィン系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、酢酸セルロース系高分子、ポリ塩化ビニル系高分子、ポリメチルメタクリレート系高分子、ポリアリレート系高分子、ポリアミド系高分子などを挙げることができる。なお、位相差板２は、一層の複屈折フィルムで形成することも可能であるが、位相差の波長依存性を小さくし、全可視光波長領域に亘って１／４波長板として機能するように複数の複屈折フィルムを積層して形成してもよい。

また、直線偏光板１と位相差板２の貼り合わせは、光学的異方性の無いアクリル系透明粘着剤や接着剤を用いて行うことができる。

なお、外光反射防止に万全を期すべく、円偏光板３の表面に反射防止フィルム８を設けている。反射防止フィルム８は、例えば、円偏光板３の表面に多層膜を直接形成することの他、反射防止フィルムを貼着することも可能である。また、モスアイ構造のような微細構造のものを設けても良いし、さらに適切なアンチグレア処理を施しても良い。また、円偏光板の貫通孔にゴミや埃の入り込みが強く懸念されるところでは、ゴミや埃の入り込みを防ぐために透明フィルムや透明シートを用いても良い。さらに、円偏光板の貫通孔のエッジ部分での機械強度の低下が懸念される場合は、円偏光板の上に機械強度の低下を補うために保護膜を設けても良い。

図２は、図１に示す実施の形態１に係る有機ＥＬ素子１０において、直線偏光板１と位相差板２の表面の一部分が見えるようにした有機ＥＬ素子１０の斜視図である。図２は、直線偏光板１に複数個の直線偏光板貫通孔１２を、位相差板２にも複数個の位相差板貫通孔１３をそれぞれ同じ位置に設けた様子を示している。直線偏光板貫通孔１２と位相差板貫通孔１３が在る位置では、発光層７からの直接光と発光層７の陰極６にて反射された反射光のいずれの光も円偏光板３の作用を受けることがないので、これらの光の全てが有機ＥＬ素子１０の前方に取り出すことができる。

すなわち、有機ＥＬ素子１０の前方側に射出される光は、円偏光板３で作用を受けた光と、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過してきた円偏光板３にて作用を受けない光とが混在する。

図２の本発明による有機ＥＬ素子１０は、透明基板４側に射出される光のすべてが円偏光板３の作用を受けて輝度が半減する従来の有機ＥＬ素子に比べて、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過する円偏光板３の作用を受けない光の分だけ輝度が高くなる。

このように本発明の特徴は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を設けて輝度を高めるところにあるが、外光１１による反射については直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の位置では円偏光作用を受けないので、陰極６からの反射によりコントラスト比の低下が生じ、画質劣化につながることが懸念される。
そこで、コントラスト比の大きさについて簡単なモデル式を立て、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を設けることによる画質劣化への影響について調べてみることにする。

図３は、図２における直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を横切る部分の断面図である。ここでは、直線偏光板１の一方側の面には保護膜１４を設けた例を示している。図４は、図３において発光層７からの光と、外光１１による反射光の様子を示した図である。

１．外光による反射輝度Ｌ
外光１１による有機ＥＬ素子１０からの反射光は、保護膜１４の表面反射による反射光２２と、陰極６からの反射光２５が混在したものである。また、陰極６に到達する外光１１は、反射光２２を差し引いた外光１１のうち、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過する外光２３と、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３が存在しない部分、すなわち円偏光板３を通過してきた外光２４に分かれる。
外光２３は、陰極６により反射し反射光２５として直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過し、有機ＥＬ素子１０の前面に射出される。ここで、陰極６により反射して外部に射出される外光２５は、保護膜１４の内面に当たるが内面にあたった光は多重反射しないものとしている。したがって、反射光２５のすべてが有機ＥＬ素子１０の前面に射出される。

外光２４は、反射光２２を差し引いた外光１１の円偏光板３を通過した分の光であるが、円偏光板３を構成する直線偏光板１によって通過する光の半分が吸収されていると共に、位相差板２に入射することによって直線偏光板１と位相差板２の光軸が４５度又は１３５度で交差するように配置されているので、位相差板２から射出される外光２４は円偏光に変換された光となっている。このような円偏光された外光２４は、陰極６により反射され逆回転した円偏光の反射光２６となる。反射光２６は円偏光板３を構成する直線偏光板１により、吸収軸に平行な直線偏光に変換されるので、直線偏光板１により全てが吸収され外部に出射されることはない。ここで、円偏光板３を通過してきた外光２４は、陰極６により反射して反射光２６となるが直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の方向には射出されずに、すべてが円偏光板３の位置に戻るものとしている。

さて、通常、外光１１の明るさは照度で表現されている。ここでは、照度と反射輝度の関係について説明する。
保護膜１４の拡散反射率がρ１であって、保護膜１４が均等拡散面（すべての波長の光が水平、垂直１８０度の範囲で均等に反射する面）であるとすると、照度Ｅで照らされた時の保護膜１４の反射光２２に対応する反射輝度Ｌ１ｃｄ／ｍ２は、下記数式１で与えられる。

（数１）
反射輝度Ｌ１（反射光２２の輝度に対応）＝（ρ１・Ｅ）／π ・・・（式１）

例えば、照度が１０００ルクス（Ｌｘ）の空間における保護膜１４からの反射輝度Ｌ１は、保護膜１４の拡散反射率ρ１を０．０４とすると１３ｃｄ／ｍ２になる。
また、陰極６の反射率をρ２とすると反射光２５に対応する反射輝度Ｌ２ｃｄ／ｍ２は、有機ＥＬ素子１０の発光面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合をＡとすると、下記数式２で与えられる。

（数２）
反射輝度Ｌ２（反射光２５の輝度に対応）＝Ａ〔ρ２・Ｅ（１−ρ１）〕／π・・・（式２）

例えば、照度が１０００ルクス（Ｌｘ）の空間における陰極６からの軸上の反射輝度Ｌ２は、陰極６の反射率ρ２を０．９０、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合を０．５、保護膜１４の拡散反射率ρ１を０．０４とすると１３８ｃｄ／ｍ２になる。
上記式１と上記式２から有機ＥＬ素子１０の反射輝度Ｌは、下記数式３のようになる。

（数３）
反射輝度Ｌ＝反射輝度Ｌ１＋反射輝度Ｌ２
＝（ρ１・Ｅ）／π＋Ａ〔ρ２・Ｅ（１−ρ１）〕／π・・・（式３）

したがって、空間照度が１０００ルクス（Ｌｘ）、保護膜１４の拡散反射率ρ１を０．０４、陰極６の反射率ρ２を０．９０、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合を０．５とすると、反射輝度Ｌ１が１３ｃｄ／ｍ２、反射輝度Ｌ２が１３８ｃｄ／ｍ２となるので、有機ＥＬ素子１０の表示面の外光１１による反射輝度Ｌは１５１ｃｄ／ｍ２となる。

２．発光輝度Ｂ
発光層７からの光は、円偏光板３の内面に向かう発光光１８と、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３に向かう発光光１９がある。直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３が無い部分、すなわち円偏光板３に向かう発光光１８は、円偏光板３を通過する際に円偏光板３を構成する直線偏光板１によって光の半分が吸収されるので、その発光輝度２０は発光層７の発光輝度の１／２となる。
直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３に向かう発光光１９は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過することになるので円偏光板３による輝度の低下がなく、発光輝度２１は発光層７の輝度と等しい。

ここで、有機ＥＬ素子１０の発光輝度Ｂｃｄ／ｍ２は、有機ＥＬ素子１０の発光面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合をＡとすると、下記数式４で与えられる。

（数４）
発光輝度Ｂ＝〔発光輝度２０×（１−Ａ）〕＋発光輝度２１×Ａ
＝〔（発光層７の輝度／２）×（１−Ａ）〕＋（発光層７の輝度×Ａ）・・・（式４）

例えば、発光層７の発光輝度が３０００ｃｄ／ｍ２、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａを０．５とすると、発光輝度２０は７５０ｃｄ／ｍ２、発光輝度２１は１５００ｃｄ／ｍ２となり、有機ＥＬ素子１０の発光輝度Ｂは、それらの合計となるので２２５０ｃｄ／ｍ２となる。

図５は、式４を用いて計算して作成したものである。横軸が有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａであり、縦軸が発光輝度Ｂを示している。有機ＥＬ素子１０の発光面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａが０．５の場合、発光層７の発光輝度が３０００ｃｄ／ｍ２、２０００ｃｄ／ｍ２、１０００ｃｄ／ｍ２とすると、有機ＥＬ素子１０の発光輝度Ｂは、それぞれ２２５０ｃｄ／ｍ２、１５００ｃｄ／ｍ２、７５０ｃｄ／ｍ２となることを示している。

３．コントラスト比Ｃ
コントラスト比Ｃは上記数式３と上記数式４より下記数式５のように表すことができる。

（数５）
コントラスト比Ｃ＝（発光輝度Ｂ＋反射輝度Ｌ）／反射輝度Ｌ ・・・（式５）

図６は、上記式５を用いて作成した図である。横軸が有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａであり、縦軸がコントラスト比Ｃを表している。
発光層７の発光輝度が３０００ｃｄ／ｍ２、２０００ｃｄ／ｍ２、１０００ｃｄ／ｍ２とし、照度（Ｌｘ）をそれぞれ１００００Ｌｘ、１０００Ｌｘ、１００Ｌｘにおけるコントラスト比Ｃを求めている。照度１００００Ｌｘは屋外、１０００Ｌｘは明るい屋内、１００Ｌｘは暗い屋内を想定した明るさとしている。

まず、図５より、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａを大きくすると発光輝度Ｂは高くなるが、図６に示すようにコントラスト比Ｃは低下する。コントラスト比Ｃと表示画像の見やすさについては、非特許文献１と２ではコントラスト比Ｃの大きさが５０以上であれば、見やすい表示画像が提供できると報告されている。非特許文献１によれば、テレビ用ディスプレイの見やすさは、最高輝度が２５０ｃｄ／ｍ２以上、コントラスト比Ｃが３０〜５０程度が好ましいと報告されている。
また、非特許文献２によれば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）の可読文字数とコントラストの関係を調査したところ、文字の読みやすさはコントラスト比Ｃが１０以上あれば良いとしている。

このような観点から、コントラスト比Ｃが５０以上あれば見やすいディスプレイ画像の提供が可能となる。尚、コントラスト比Ｃが５０の値を、ここでは最小コントラスト比Ｃｍと定義する。

従来の有機ＥＬ素子は、円偏光板３に直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３がない、すなわち有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａが０の時に対応するが、このような有機ＥＬ素子では、例えば発光層７の発光輝度が３０００ｃｄ／ｍ２、周囲の明るさが照度１０００Ｌｘのように明るい屋内の場合においては、コントラスト比Ｃが１００に達するので見やすいディスプレイ画像が提供できる。ところが円偏光板を構成する直線偏光板により、発光層７からの光を半分吸収されるので有機ＥＬ素子の発光輝度Ｂは１５００ｃｄ／ｍ２と半減し大幅な輝度の低下が伴う。

本発明では、円偏光板３に直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を設けているので、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を通過する光は円偏光板３の作用を受けないので、その分従来の有機ＥＬ素子より輝度を高めることができる。例えば発光層７の発光輝度を３０００ｃｄ／ｍ２、周囲の明るさが照度１０００Ｌｘのように明るい屋内の場合においては、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａが０．５の場合、図６に示すように発光輝度Ｂは、２２５０ｃｄ／ｍ２を得ることができる。すなわち直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の無い従来のような円偏光板を設けた有機ＥＬ素子の発光輝度Ｂが１５００ｃｄ／ｍ２となるものに比べて、１．５倍の輝度のものが得られる。

併せて、図７に示すように最小コントラスト比Ｃｍも確保できるので、見やすいディスプレイ画像の提供も可能となる。

以上のように本発明では、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３を備えた円偏光板３を設けると共に、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａをうまく設定することによって、最小コントラスト比Ｃｍの確保、すなわち見やすいディスプレイ画像を確保しながら、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の無い従来のような円偏光板を設けた有機ＥＬ素子では達成できなかった高輝度化を実現することができる。

また、本発明では図５に示すように、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の面積の割合Ａが０．５の場合の例で示すように、発光層７の発光輝度が２０００ｃｄ／ｍ２であっても発光輝度Ｂが１５００ｃｄ／ｍ２得られることができると共に、図７に示すように周囲の明るさが照度１０００Ｌｘのように明るい屋内の場合においても、コントラスト比Ｃが最小コントラスト比Ｃｍの近辺にあるので、見やすいディスプレイ画像を提供することができる。すなわち、従来の有機ＥＬ素子では発光輝度Ｂを１５００ｃｄ／ｍ２を得るためには発光層７の発光輝度を３０００ｃｄ／ｍ２にする必要があったが、本発明によれば見やすいディスプレイ画像を提供しつつ発光層７の発光輝度が２０００ｃｄ／ｍ２であっても１５００ｃｄ／ｍ２の発光輝度Ｂが得られるので、発光層の負担が軽減され長寿命化も可能となる。

図８は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の断面形状が筒構造のものである。筒構造は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の一方面側の孔の大きさと他方面側の孔の大きさが同一の場合である。このような筒構造では、発光した発光画素３２のたとえば発光点３３からの光線３５は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の壁面３０にて反射され、その結果、前方に射出される光線３５は一様な分布にならず、輝度分布３４が不均一になり、表示面を近くから見た時にざらつき感が生じ画質の低下を招く。

図９は、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の断面形状がテーパー構造、図１０は、逆テーパー構造の場合を示したものである。すなわち、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３の一方面側の孔の大きさと他方面側の孔の大きさが異なる。このような断面形状がテーパー構造、あるいは逆テーパー構造では、発光した発光画素３２のたとえば発光点３３からの光線３５が、直線偏光板貫通孔１２および位相差板貫通孔１３のテーパー側面３６にて反射される割合が少なくなり、発光点３３からの光線３５が偏りなく前方に射出され、その結果、前方に射出される光線３５は一様に近い分布になるので、輝度分布３４が均一化され、ざらつき感のない表示画像が提供できる。

図１１は、円偏光板３に貫通孔（開口部３１）を画素毎に設けていない一例を示している。これは、開口部３１を特定色の画素に設けたものと同等になる。図１１（ａ）は、青色発光画素４２のみに開口部３１を設けたものである。図１１（ｂ）は、緑色発光画素４１と青色発光画素４２に開口部３１を設けたものである。ここで、図１１（ａ）を例にとると、開口部３１の位置するところでは、青色発光画素４２から射出される光が円偏光板３に当たることがなく円偏光板３を通過するので、その位置においては青色発光画素４２の輝度の低下がないので、開口部３１のない赤色発光画素４０と緑色発光画素４１より相対的に輝度が高くなる。すなわち、青色発光画素４２が赤色発光画素４０と緑色発光画素４１より輝度寿命が短い場合、開口部３１を設けて青色発光画素４２の発光輝度を赤色発光画素４０と緑色発光画素４１より相対的に高くすることにより、その分だけ青色発光画素４２の輝度を抑えることができるので、青色発光画素４２の輝度寿命を長くすることができ、長時間色バランスの良い表示が可能となる。

図１１（ｂ）も同様に、開口部３１の位置するところでは、緑色発光画素４１と青色発光画素４２から射出される光が円偏光板３に当たることがなく円偏光板３を通過するので、その位置においては緑色発光画素４１と青色発光画素４２の輝度の低下がないので、開口部３１のない赤色発光画素４０より相対的に輝度が高くなる。すなわち、緑色発光画素４１と青色発光画素４２が赤色発光画素４０より輝度寿命が短い場合、開口部３１を設けて緑色発光画素４１と青色発光画素４２の発光輝度を赤色発光画素４０より相対的に高くすることにより、その分だけ緑色発光画素４１と青色発光画素４２の輝度を抑えることができるので、緑色発光画素４１と青色発光画素４２の輝度寿命を長くすることができ、長時間色バランスの良い表示が可能となる。

このように、赤色発光画素４０、緑色発光画素４１、青色発光画素４２の輝度寿命に応じて、開口部３１の設定を適宜行うことによって、長時間にわたり色バランスの良い表示を得ることができる。

図１２は、図１に示す有機ＥＬ素子に使用されている反射防止フィルム８の代わりに、ＮＤフィルタ４９を用いた例を示している。直線偏光板貫通孔１２と位相差板貫通孔１３が設けられているところは、直線偏光板貫通孔１２と位相差板貫通孔１３が無いところに比べて明るく光るので星空のような輝点により、表示面を近くから見た時にざらつき感のある表示画面となり画質の低下が懸念されるが、適当な濃度を有するＮＤフィルタ４９を用いることにより、輝点の明るさが抑制されるので、ざらつき感が解消され画質の低下が無くなる。なお、ＮＤフィルタ４９の代わりに分光透過率特性を調整したカラーフィルタや、拡散特性を調整した拡散性シートを設けてもよい。また、ＮＤフィルタ４９は、円偏光板の貫通孔にゴミや埃の入り込みを防ぐこともできる。さらにＮＤフィルタ４９は、円偏光板３との間に空間があっても、その効果は変わらない。

図１３は有機ＥＬ素子１０において、直線偏光板１と位相差板２の表面の一部分が見えるようにした有機ＥＬ素子１０の斜視図であり、直線偏光板１のみに直線偏光板貫通孔１２を設けた様子を示している。直線偏光板貫通孔１２の位置では、発光層７からの直接光と発光層７の陰極６にて反射された反射光のいずれの光も円偏光板３の作用を受けることがないので、これらの光の全てが有機ＥＬ素子１０の前方に取り出すことができる。実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、位相差板２に位相差板貫通孔１３が無いことであり、位相差板２の全光線透過率を１とすれば発光層７の発光輝度や外光１１の条件が同じであれば、実施の形態１にて示した同様の効果が得られる。位相差板２の全光線透過率が１より小さい場合は、若干、輝度は低くなるが、貫通孔の深さが実施例１に比べて位相差板２がある分だけ浅くなるので、その分ゴミや埃の入り込みを抑制することができる。

以上のように本発明では、実施の形態１と同様な効果を持つので、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する円偏光板３を構成する直線偏光板貫通孔１２の面積の割合Ａをうまく設定することによって、最小コントラスト比Ｃｍの確保、すなわち見やすいディスプレイ画像を確保しながら、直線偏光板貫通孔１２の無い従来のような円偏光板を設けた有機ＥＬ素子では達成できなかった高輝度化を実現することができる。

さらに、直線偏光板貫通孔１２の断面がテーパー構造や逆テーパー構造を取ることによって、効果は実施例１で述べたものと同様となる。また、発光画素毎に開口部３１を設けないことによる効果も実施例１で述べたものと同様となる。
有機ＥＬ素子１０の表面にＮＤフィルタを設けることについての効果も、実施例１で述べたものと同様である。

図１４は有機ＥＬ素子１０において、直線偏光板１の表面の一部分が見えるようにした有機ＥＬ素子１０の斜視図である。直線偏光板１は、一定方向に振動する光のみを通す偏光子５１を保護フィルム５０、５２とするＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムで挟んだサンドイッチ構造をとる。偏光子５１は，たとえばヨウ素で染色したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）フィルムを一軸延伸加工することによって偏光特性を持たせているが，薄く強度面で弱いため，両面からＴＡＣフィルムで挟むことによって強度面で支持したものである。

偏光子５１には偏光子貫通孔５３を設けており、偏光子貫通孔５３の位置では、発光層７からの直接光と発光層７の陰極６にて反射された反射光のいずれの光も偏光子５１の作用を受けることがないので、これらの光の全てが有機ＥＬ素子１０の前方に取り出すことができる。実施の形態３が実施の形態１と異なる点は、位相差板２に位相差板貫通孔１３が無いことと、保護フィルム５０、５２にも貫通孔が無いことであり、位相差板２と保護フィルム５０、５２の全光線透過率を１とすれば発光層７の発光輝度や外光１１の条件が同じであれば、実施の形態１にて示した同様の効果が得られる。位相差板２や保護フィルム５０、５２の全光線透過率が１より小さい場合は、若干、輝度は低くなるが、保護フィルム５０、５２に貫通孔がないので、貫通孔にゴミや埃の入り込みを防ぐ効果がある。

以上のように本発明では、実施の形態１と同様な効果を持つので、有機ＥＬ素子１０の表示面積に対する直線偏光板１を構成する偏光子貫通孔５３の面積の割合Ａをうまく設定することによって、最小コントラスト比Ｃｍの確保、すなわち見やすいディスプレイ画像を確保しながら、偏光子貫通孔５３の無い従来のような円偏光板を設けた有機ＥＬ素子では達成できなかった高輝度化を実現することができる。

さらに、偏光子貫通孔５３の断面がテーパー構造や逆テーパー構造を取ることによって、効果は実施例１で述べたものと同様となる。また、発光画素毎に開口部３１を設けないことによる効果も実施例１で述べたものと同様となる。
有機ＥＬ素子１０の表面にＮＤフィルタを設けることについての効果も、実施例１で述べたものと同様である。

図１５は、本発明の有機ＥＬ素子１０を二次元に並べて構成した表示装置６０を示す。表示装置６０は、本発明の有機ＥＬ素子１０を設けて構成するので、輝度の高い表示装置６０を提供することができる。また、本発明の有機ＥＬ素子１０を一次元に並べて構成した表示装置においても、同様な効果を得ることができる。

本発明は、有機ＥＬ表示パネルに有用である。

１ 直線偏光板
２ 位相差板
３ 円偏光板
４ 透明基板
５ 陽極
６ 陰極
７ 有機ＥＬ発光層
８ 反射防止フィルム
９ 絶縁基板
１０ 有機ＥＬ素子
１１ 外光
１２ 直線偏光板貫通孔
１３ 位相差板貫通孔
１４ 保護膜
１８、１９ 発光光
２０、２１ 発光輝度
２２、２５、２６ 反射光
３０ 壁面
３１ 開口部
３２ 発光画素
３３ 発光点
３４ 輝度分布
３５ 光線
３６ テーパー側面
４０ 赤色発光画素
４１ 緑色発光画素
４２ 青発光画素
４９ ＮＤフィルタ
５０、５２ 保護フィルム
５１ 偏光子
６０ 表示装置

Claims (10)

1. 直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、
   前記円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、
   陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、前記透明基板と並行に配設される絶縁基板と、
   前記円偏光板に設けられた複数の貫通孔と、
   を備え、
   有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に射出させ、
   前記貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光を、前記貫通孔を通過させて透明基板側単方向に出射させることを特徴とする表示素子。
2. 直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、
   前記円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、
   陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、前記透明基板と並行に配設される絶縁基板と、
   前記直線偏光板のみに設けられた複数の貫通孔と、
   を備え、
   有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に射出させ、
   前記貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光を、前記貫通孔を通過させて透明基板側単方向に出射させることを特徴とする表示素子。
3. 偏光子と保護フィルムにより構成される直線偏光板と、
   前記直線偏光板と位相差板を積層して構成される円偏光板と、
   前記円偏光板に対向配置された透明基板上に形成された陽極，陰極および有機ＥＬ発光層と、
   陽極，陰極および有機ＥＬ発光層を跨いで、前記透明基板と並行に配設される絶縁基板と、
   前記偏光子のみに設けられた複数の貫通孔と、
   を備え、
   有機ＥＬ発光層の光を透明基板側単方向に射出させ、
   前記貫通孔の位置に対応する有機ＥＬ素子から射出される光を、前記貫通孔を通過させて透明基板側単方向に出射させることを特徴とする表示素子。
4. 前記貫通孔の形状は、円錐台形状、逆円錐台形状、或いは、円錐台形状と逆円錐台形状の組み合わせであり、前記貫通孔のテーパー側面による光の異なる方向への反射を抑制して輝度の均一性を保たせることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示素子。
5. 前記貫通孔は、有機ＥＬ発光層の光の入射孔の大きさと出射孔の大きさが異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示素子。
6. 前記貫通孔は、特定の画素に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示素子。
   
7. 前記貫通孔は、特定色の画素のみに設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示素子。
8. 表示素子の表面に、少なくとも一層以上のフィルムを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表示素子。
9. 前記フィルムは、前記貫通孔の部分が貫通孔の無い部分に比べて明るく光って生じる輝点の明るさを抑制し得るニュートラルデンシティーフィルタを少なくとも含むことを特徴とする請求項８に記載の表示素子。
10. 請求項１〜９に記載のいずれかの表示素子を一次元あるいは二次元に配列して構成した表示装置。