KR100567653B1 - 자발광 소자, 표시 패널, 표시 장치 및 자발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

자발광 소자, 표시 패널, 표시 장치 및 자발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR100567653B1
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Abstract

광의 추출 효율이 높은 표시 패널을 제공하는 것을 목적으로 하여, 발광층의 사출측을 덮어, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 발광층으로부터 사출된 광이 발광층의 면적 내의 계면에서 적어도 한번 전반사할 정도의 두께의 보호층과, 발광층에 대하여 보호층의 반대측을 덮는 반사층과, 발광층의 주위에서, 발광층으로부터 사출된 광으로서, 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꾸는 반사면을 갖는 표시 패널을 제공한다.

Description

자발광 소자, 표시 패널, 표시 장치 및 자발광 소자의 제조 방법{SELF-LUMINESCENT DEVICE, DISPLAY PANEL, DISPLAY DEVICE, AND METHOD FOR FABRICATING SELF-LUMINESCENT}
도 1은 본 발명에 따른 표시 패널이 탑재된 표시 장치(휴대 전화기)를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 표시 패널의 개략을 나타내는 평면도,
도 3은 도 2에 나타내는 표시 패널의 개략을 나타내는 단면도,
도 4는 도 2에 나타내는 표시 패널의 발광 영역과 화소 영역의 관계를 설명하기 위한 도면,
도 5(a)∼5(d)는 도 2에 나타내는 표시 패널의 제조 방법을 나타내는 도면,
도 6은 다른 표시 패널의 개략을 나타내는 단면도,
도 7(a)∼7(d)는 도 6에 나타내는 표시 패널의 제조 방법을 나타내는 도면,
도 8은 또 다른 표시 패널의 개략을 나타내는 도면,
도 9는 또 다른 표시 패널의 개략을 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 표시 패널의 개략 구성을 나타내는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 표시 패널의 출력층의 굴절율과 입사율의 관계를 나 타내는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 표시 패널의 제조 과정으로서, 표시체층이 형성된 기판을 준비하는 단계를 나타내는 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 표시 패널의 제조 과정으로서, 마이크로 미러가 형성된 시트를 준비하는 단계를 나타내는 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 표시 패널의 제조 과정으로서, 기판과 시트를 접합하는 상태를 나타내는 단면도,
도 15는 본 발명의 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 17은 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 18은 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 19는 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 20은 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 21은 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면,
도 22는 본 발명의 또 다른 표시 패널의 구성을 나타내는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 휴대 전화기 9 : 구동 장치
10a : 표시 패널 11 : 기판
13a : 반사면 14 : 발광층
18 : 보호층 18a : 계면
19 : 표시체
본 발명은, 유기 전계 발광(유기 EL) 등의 자발광 소자, 표시 패널, 표시 장치 및 자발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 자발광형의 플랫 패널 디스플레이(FPD : flat panel display)로서, 유기 EL 소자를 이용한 표시 패널이나, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)을 이용한 것이 열심히 개발되고 있다. 이들 표시 패널에서는, 양극층과 음극층 사이에 발광층이 배치된 구성으로 되어있다. 표시 패널에 있어서는, 전극 사이에 전압을 인가함으로써 자발광 소자를 발광시켜, 그 발광면을 굴절율이 1보다 큰 투명 매질 또는 투명 패널을 거쳐서 봄으로써, 문자나 화상을 인식할 수 있다.
자발광 소자의 발광면으로부터 사출되는 광은 방사, 즉, 거의 모든 각도로 발사되기 때문에, 투명 매질과 외계(또는 공기)의 계면에 대하여 임계각 이상의 입사각을 갖는 광은 계면에서 전반사(全反射)되어 표시 패널에 갇힌다는 문제가 발생한다. 예컨대, 자발광형의 소자중 하나인 유기 EL 소자에 있어서는, 20%∼30% 정도의 광 밖에 표시 패널의 밖으로 출력할 수 없다고 말하고 있다.
이러한 광의 이용 효율 또는 광의 추출 효율에 관한 문제를 해결하기 위해 서, 임계각 이상의 방사각을 가지는 광을 임계각 미만으로 변환하도록, 패널 내부에 사면(斜面) 구조를 만들어, 그 사면 구조의 사면에서 반사나 굴절을 발생시킴으로써, 광의 추출 효율을 높이는 기술이 개시되어 있다. 특히, 일본국 특허 공개 평성 제10-189251호에서는, 베이스 기판 위에 형성된 발광층을 덮는 투명 패널측으로부터 광이 사출되는 탑 에미션형 표시 패널에 있어서, 발광층의 주위에 쐐기형의 반사 부재를 배치하여 반사 구조를 이루는 구성이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2001-332388호 공보에서는, 발광층이 형성된 베이스 기판측으로부터 광이 사출되는 바텀 에미션형의 표시 패널에 있어서, 발광층을 사이에 두는 양극 및 음극에 사면을 형성한 구성이 개시되어 있다.
그러나, 발광층으로부터 사출된 광을 사면에서 각도 변환하여 계면에서의 전반사를 방지하는 구성에서는, 표시 패널 전체가 두꺼워지기 쉽고, 초박막 플랫 패널 디스플레이를 실현할 때의 제약이 될 가능성이 있다. 표시 패널로부터의 광의 추출 효율을 높이기 위해서는, 투명 패널과 외계의 계면에 대하여 임계각 이상의 각도로 입사되는 광을 사면에서 각도 변환해야 하기 때문에, 그와 같은 광은 반드시, 또는 그와 같은 광의 대부분이 사면에 입사하도록 설계를 해야 한다. 즉, 발광층으로부터 투명 패널의 계면에 임계각으로 입사하는 광을 줄이기 위해서, 높은 사면을 형성해야 하며, 그 결과, 투명 패널은 두꺼워진다. 이 때문에, 광의 추출 효율을 높이기 위해서는 두꺼운 투명 패널을 채용할 수 밖에 없어, 표시 패널 전체를 얇게 할 수 없다. 한편, 투명 패널을 얇게 하면, 표시 패널 전체를 얇게할 수는 있지만, 계면에 대하여 임계각 이상으로 입사하는 광이 증가하므로, 광의 추출 효율이 떨어진다.
또한, 변환 구조를 마련했다고 해서, 발광 소자로부터 출력된 광이 전부 표시 패널로부터 외계로 출력되는 것은 아니다.
발광층인 발광 소자를 포함하는 표시체층에 보호층을 적층한 표시 패널에 있어서, 발광 소자로부터의 출력광 전부가 외계로 출력되지 않는 요인의 하나는, 발광 소자와 보호층 사이에도 계면이 있으며, 보호층의 굴절율이 발광 소자의 굴절율보다도 낮으면 발광 소자로부터 보호층에 대하여 광을 입력할 때에 임계각이 있다. 예를 들면, 발광 소자로서 2개의 전극에 끼워진 유기 EL을 채용한 표시 패널의 일반적인 구성에서는, 기판 위에 형성된 표시체층에 유리 기판을 보호층으로서 적층하고 있다. 발광 소자의 굴절율은 1.7정도인데 대하여, 유리 기판의 굴절율은 1.5정도이며, 발광 소자로부터 출력되어 전극을 통과한 광에는, 계면에서 전반사하는 성분이 존재한다. 따라서, 발광 소자로부터 출력된 광 중, 유리 기판으로의 입사각이 임계각 이상인 광은, 유리 기판과의 임계면에서 반사되어, 외계로 출력할 수 없다.
보호층 또는 출력층으로서 표시체층에 적층되는 투명 패널의 굴절율을 발광 소자의 굴절율보다 크게 하면, 표시체층으로부터 투명 패널에 입력되는 광에 대해서는 전반사 성분이 없다. 따라서, 발광 소자로부터 출력된 광을 투명 패널에 입력시킬 수 있다. 그러나, 투명 패널의 굴절율을 크게 하면, 외계인 공기와의 굴절율의 차는 커져, 투명 패널로부터 외계로 출력되는 광에 대한 임계각이 작아진다. 따라서, 단지 발광 소자의 굴절율보다 큰 굴절율의 투명 패널을 채용했다고 해도, 외계로 출력할 수 있는 광의 양은 증가되지 않기 때문에, 광의 추출 효율을 향상할 수가 없다.
본 발명의 목적은, 적어도 상술한 과제를 해결하는 것이다. 본 발명에 의하면, 광의 추출 효율을 향상시켜, 발광 소자로부터 출력되는 광을 더 많이 외계로 출력할 수 있는 자발광 소자, 표시 패널, 표시 장치 및 자발광 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이 때문에, 본 발명에서는, 발광층으로부터 계면에 대하여 임계각 이상으로 사출된 광이 계면에서 전반사되는 것을 방지하는 것이 아니라, 그것을 이용하여 반대측에도 반사층을 형성하여, 다중 반사시킴으로써, 계면에서 전반사된 광을 발광층의 주위에 마련한 각도 변환부까지 유도하여, 거기에서 각도 변환하도록 하고 있다. 즉, 본 발명의 자발광 소자는, 전극 사이에 배치되어, 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는 발광층과, 발광층의 사출측을 덮어, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 발광층으로부터 사출된 광이 발광층의 면적 내의 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도의 두께의 보호층과, 발광층에 대하여 보호층의 반대측을 덮는 반사층과, 발광층의 주위에서, 발광층으로부터 사출된 광으로서, 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꿔 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부를 갖는다.
본 발명의 자발광 소자로서는, 발광층으로부터 사출된 광이 적어도 한 번은 전반사할 정도의 얇은 보호층이 채용된다. 따라서, 자발광 소자 전체를 얇게 하는 것이 가능하다. 복수의 발광층이 마련된 표시 패널에서도 마찬가지이며, 계면에서의 전반사를 적극적으로 이용함으로써, 광의 추출 효율을 향상할 수 있는 동시에, 표시 패널을 얇게 할 수 있다. 한편, 보호층의 계면에 대하여 임계각 이상으로 사출된 광은, 계면과 계면의 반대측에 위치하는 반사층의 다중 반사에 의해, 발광층의 주위에 배치된 각도 변환부에 도달하여 각도 변환되어 외계로 출력된다. 그리고, 보호층은 얇아도 좋기 때문에, 각도 변환부를 형성하는 사면 구조, 예를 들면, 이하에 말하는 뱅크나 돌기보다도 얇게 할 수 있다. 이러한 구성이면, 다중 반사에 의해 발광층의 주위에 전파된 광은, 반드시 각도 변환부에 의해 각도가 변환되어 출력되기 때문에, 광의 추출 효율도 향상된다. 또한, 각도 변환부로 되는 높은 사면은 불필요하며, 사면 구조를 형성하는 시간을 생략하여 저비용으로 밝은 표시 패널을 제공할 수 있다.
따라서, 자발광 소자 또는 표시 패널의 박형화와 광의 추출 효율의 향상이라는 상반하는 2개의 요구를 만족할 수 있는 자발광 소자 및 표시 패널을 제공할 수 있다. 특히, 유기 EL 발광층을 이용한 자발광 소자나 표시 패널에서는, 광의 추출 효율이 겨우 20∼30% 정도라고 하고 있기 때문에, 본 발명은 매우 유효하다. 이 때문에, 본 발명의 표시 패널과, 이 표시 패널의 발광층을 구동하여 화상을 표시시키는 구동 장치를 갖는 표시 장치는, 매우 얇은 사이즈로 제공할 수 있고, 밝은 화상을 표시할 수 있다.
보호층을 전파하는 광의 각도를 바꿔 계면에 대하여 임계 각도 미만으로 하 는 각도 변환부의 하나는 사출측이 넓어지도록 기울어져 있는 반사면이다. 또한, 각도 변환부는, 사출측이 좁아지도록 기울어져 있는 굴절면이더라도 좋다. 어느 것으로 해도 사면 구조가 필요하게 된다.
발광층의 주위를 둘러싸고 있는 사면이 높고, 경사가 일정하면, 사면이 높은 쪽이 인접하는 발광층의 거리가 길어져, 해상도가 높은 화상을 출력하는 표시 패널의 사이즈가 커진다. 따라서, 그 표시 패널을 채용한 표시 장치도 대형이 된다. 이것에 대하여, 낮은 사면(각도 변환부)이면, 인접하는 발광층의 거리가 줄어들어, 해상도가 높은 화상을 표시하는 표시 패널 및 표시 장치를 작게할 수 있다.
또한, 발광층 및 사면을 포함하는 평면 영역이 하나의 화소에 상당하는 표시 패널에서는, 화소당의 발광하는 영역(발광층의 발광면)에 대하여, 그 화소가 차지하는 면적에 사면(각도 변환부)도 포함된다. 따라서, 본 발명에 의해 각도 변환부의 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 화소의 면적을 작게 할 수 있어, 작은 면적의 화소로부터 같은 발광량의 광을 사출할 수 있다. 따라서, 표시 패널의 휘도도 향상된다. 따라서, 본 발명에 의해, 화소를 작게 하여 휘도를 높일 수 있다는 이점도 있어, 매우 밝은 화상 또는 문자를 표시할 수 있다.
자발광 소자 및 표시 패널에 있어서는, 발광층을 사이에 두도록 배치되어 있는 전극 중, 한쪽의 전극, 즉, 사출측과는 반대측의 전극을 반사층으로 하는 것이 가능하다. 이에 따라, 전용의 반사층은 불필요하며, 또한 얇은 자발광 소자 및 표시 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 자발광 소자 및 표시 패널에 있어서는, 발광층을, 다른 발광층과 분리하기 위해서 사출측으로 돌출된 뱅크를 형성하고, 그 뱅크의 내면을 각도 변환부로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 자발광 소자 및 표시 패널은, 보호층으로서, 각도 변환부가 형성된 시트 형상 또는 패널 형상의 부재를 부착하는 구성이더라도 좋지만, 발광층과 보호층 사이에 극간이 발생하여, 누설 광(크로스토크)이 발생할 가능성이 높아지기 쉽다. 또한, 보호층을 부착하면, 부착 단계에서 기포 등이 들어가기 쉽고, 그 기포에 의해 광이 산란되어 이용 효율을 향상하는 데에 있어서의 방해로 될 가능성도 있다. 또한, 크로스토크의 발생이나 기포의 유입이 없도록 제조하는 것도 어렵다고 생각된다.
이것에 대하여, 발광층의 주위에 형성한 뱅크의 내면을 각도 변환부로 하는 것에 의해, 뱅크에 둘러싸인 영역에 보호층을 형성하면, 보호층을 발광층에 거의 밀착시킨 구성, 또는 보호층과 발광층과의 거리를 최단으로 할 수 있어, 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 뱅크에 둘러싸인 영역에 보호층을 형성하면 좋기 때문에, 보호층을 그 영역에 대하여 도포하는 등의 방법으로 형성할 수 있어, 보호층을 형성하는 단계에서 기포가 들어가버리는 사태도 막을 수 있게 된다. 또한, 이 구조라면, 보호층의 두께는 뱅크의 두께에 흡수되어, 즉, 보호층의 두께는 소자나 표시 패널의 두께에 영향을 미치지 않게 되기 때문에, 한층 더 얇은 자발광 소자 및 표시 패널을 제공할 수 있다.
따라서, 전극 사이에 배치되어, 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는 발광층과, 발광층의 사출측을 덮어, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 발광층으로부터 사출된 광이 발광층의 면적 내의 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정 도의 두께의 보호층과, 발광층에 대하여 보호층의 반대측을 덮는 반사층과, 발광층의 주위에서, 발광층으로부터 사출된 광으로서, 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꿔 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부를 갖는 자발광 소자의 제조 방법으로서, 발광층을, 다른 발광층과 분리하기 위해서 사출측으로 돌출된 뱅크를 갖고, 그 뱅크의 내면을 각도 변환부로 하는 공정과, 뱅크에 둘러싸인 영역에 보호층을 형성하는 공정을 갖는 방법에 의해, 얇고, 광의 이용 효율도 높은 구성의 자발광 소자를 제조할 수 있다.
또한, 뱅크로부터 사출측으로 돌출된 절연 재료로 이루어지는 돌기를 형성하여, 이 돌기의 내면을 각도 변환부로 하는 것으로도 가능하다. 그리고, 이 돌기에 의해 둘러싸인 영역에 보호층을 형성한다. 단지, 뱅크의 내면을 각도 변환부로 하는 구성과 비교하면, 뱅크 부분에서 크로스토크가 발생할 가능성이 있기 때문에, 뱅크의 내면을 각도 변환부로 한 구성이 가장 바람직하다. 한편, 뱅크의 내면을 각도 변환부로 하는 구성에서는, 알루미늄 등의 막을 뱅크의 내면에 제막(製膜)하여 각도 변환부로 하는 경우에는, 발광층을 사이에 두도록 배치되는 전극이 각도 변환부에 의해 쇼트되어 버릴 가능성이 있다. 따라서, 절연막 등을 제막해야 하기 때문에, 표시 패널의 제조가 용이함을 생각하면, 뱅크 위에 돌기를 형성하여, 그 내면을 각도 변환부로 하는 구성이 적합하다고 생각된다.
뱅크 위에 형성된 절연성의 돌기를 각도 변환부로 한 자발광 소자는, 발광층을, 다른 발광층과 분리하기 위해서 사출측으로 돌출된 뱅크로부터 사출측으로 돌출된 돌기를 절연 재료에 의해 형성하여, 그 돌기의 내면을 각도 변환부로 하는 공 정과, 그 돌기에 의해 둘러싸인 영역에 보호층을 형성하는 공정을 갖는 방법에 의해 제조하는 것이 가능하다.
본 발명은, 자발광형의 발광 소자, 즉, 자발광 소자 또는 표시 패널이라면 적용하는 것이 가능하다. 이 때문에, PDP, 발광 다이오드, 무기 EL, 유기 EL, 필드 에미션 등을 이용한 표시체 또는 표시 패널에 본 발명을 적용할 수 있다. 특히, 발광층이 유기 EL 발광층인 유기 EL 소자를 이용한 표시체(또는 자발광 소자), 또는 표시 패널은 광의 추출 효율이 매우 낮기 때문에, 본 발명은 매우 유용하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 발광 소자로부터 출력된 출력광의 진행 방향을 사출 방향으로 향하게 하는 각도 변환부를 갖는 투명한 출력층의 굴절율을 발광 소자의 굴절율과 같거나 또는 크게 하는 것에 의해, 출력층에 대하여 출력광이 빠짐 없이 입력되도록 하는 동시에, 출력층에서 출력광의 방향을 출력층과 외계와의 계면의 임계각보다 작게 함으로써 굴절율이 높은 출력층이더라도 외계에 대하여 출력광을 효율적으로 출력할 수 있도록 하고 있다. 즉, 본 발명의 표시체(자발광 소자)는, 발광 소자를 포함하는 표시체층과, 이 표시체층의 사출 방향에 위치하여, 발광 소자로부터 출력된 출력광의 진행 방향을 사출 방향으로 향하게 하는 각도 변환부를 갖춘 투명한 출력층을 갖고, 이 출력층의 굴절율을 발광 소자의 굴절율과 동등하거나 또는 크게 하고 있다.
출력층의 굴절율을, 발광 소자의 굴절율과 동등하거나, 또는 크게 하는 것에 의해 발광 소자 또는 표시체층으로부터 출력층으로 향하는 광에 대해서는 전반사 성분은 존재하지 않고, 발광 소자로부터 배면으로 출력되는 광을 제외하고, 전방 또는 윗쪽으로 출력된 출력광은 모두 출력층에 출력할 수 있다. 그리고, 출력층에 반사 또는 굴절로 출력광의 진행 방향을 바꾸는 각도 변환부를 설치함으로써, 출력층과 외계의 계면에 대한 입사각이 큰 출력광의 진행 방향을, 외계와의 계면에 대한 입사 각도가 작아지도록 변환하여, 굴절율이 커져 외부와의 임계에서의 임계각이 작아지더라도, 더욱 그 임계각보다 입사 각도를 작게 하여 외계로 출력할 수 있어, 광의 취득 효율을 유지 또는 향상할 수 있다. 따라서, 본 발명의 자발광 소자(표시체)라면, 발광 소자 또는 표시체층으로부터 출력층에 대하여 출력광이 입사할 때의 손실(loss)을 저감할 수 있기 때문에, 발광 소자로부터 출력된 광의 이용 효율을 더욱 향상할 수 있다.
출력층에 있어서의 출력광의 광로를 변환하는 각도 변환부로서는, 출력광을 굴절시켜 진행 방향을 변환하는 마이크로 렌즈 또는 마이크로 프리즘이나, 출력광을 반사시켜 진로를 변경하는 마이크로 미러를 사용할 수 있다. 마이크로 렌즈는, 그 자체를 출력층으로서 이용하는 것도 가능하다.
굴절율이 높은 출력층을 준비하더라도, 발광 소자와 출력층 사이에 발광 소자의 굴절율보다 굴절율이 낮은 중간층이 있다면, 그 중간층에 입사할 때 계면에서 전반사되는 광이 있기 때문에, 출력층에 입력되는 출력광이 감소한다. 한편, 출력층의 굴절율보다 굴절율이 높은 중간층이 발광 소자와 출력층 사이에 있어도, 그 중간층에 발광 소자로부터 입력된 광은, 중간층과 출력층의 임계각 이하로 출력층에 입력되기 때문에, 중간층에서의 손실은 발생하지 않는다. 따라서, 중간층의 굴절율은 발광 소자보다도 높게 해야 한다. 예를 들면, 발광 소자가 전압을 인가함 으로써 발광하는 유기 EL과 같은 것이면, 표시체층에 발광 소자에 전압을 인가하는 전극인 투명 전극층을 적층할 필요가 있으며, 이 투명 전극층은 발광 소자와 출력층 사이의 중간층이 되기 때문에, 이 투명 전극층의 굴절율은 발광 소자의 굴절율보다도 높게 함으로써 투명 전극층에서의 출력광의 손실을 억제할 수 있다.
한편, 출력층과 투명 전극층의 굴절율 차가 큰 경우, 출력층과 투명 전극층의 계면에서 굴절율 단차에 의한 반사가 존재하여, 광의 이용 효율이 저하된다. 또한, 외광이 입사한 경우, 계면으로 외광이 반사되기 때문에 계조가 저하된다. 따라서, 투명 전극층과 출력층의 계면에 반사 방지층을 마련하여 광의 이용 효율을 높이고, 또한 외광의 반사를 억제하는 것이 바람직하다.
또한, 출력층으로부터 출력된 광은 공기 중(굴절율은 약 1)을 통해서 사용자의 눈에 도달하여 처음에 유효하게 작용한다. 출력층의 사출 방향에 출력층과의 사이를 비우고 또한 투명한 봉지층을 마련하는 경우, 그 공간이 굴절율이 거의 1인 불활성 가스로 채워져, 봉지층의 굴절율이 약 1.5인 부재로 구성되어 있었다고 해도, 출력층으로부터 불활성 가스층에 입력된 광은 전부 봉지층으로 입력하는 것이 가능하고, 또한 불활성 가스층과 사용자가 존재하는 공기층의 굴절율이 거의 같은 정도이기 때문에 봉지층으로 입력된 광은 전부 공기중으로 출력하는 것이 가능하다.
덧붙여, 본 발명에 있어서는, 얇은 보호층을 채용하는 것에 더하여, 출력층의 굴절율을 발광 소자의 굴절율과 같거나 또는 크게 하고 있다. 이에 따라, 더욱 광의 추출 효율을 향상할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 자발광 소자(표시체)는, 발광 소자로부터 출력되는 광의 이용 효율을 더욱 향상할 수 있기 때문에, 고휘도의 광을 출력할 수 있다. 따라서, 이 자발광 소자(표시체)를 복수 사용하여, 2차원으로 매트릭스 형상으로 배치한 표시 패널에 의해, 고휘도로 선명한 화상을 표시할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시 패널과, 표시 패널의 발광 소자를 구동하여 화상을 표시하는 구동 장치를 구비한 표시 장치를 제공함으로써, 더욱 밝은 화상을 낮은 전력으로 표시 가능한 표시 장치를 제공할 수 있다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명한다. 도 1에 본 발명에 따른 표시 패널이 탑재된 표시 장치로서 휴대 전화기를 나타내고 있다. 본 예의 휴대 전화기(1)는, 데이터가 표시되는 표시 패널(10a)로서 자발광 소자인 유기 EL 소자를 이용한 표시 패널이 채용되어, 마이크로 컴퓨터 등으로 구성되는 구동 장치(9)에 의해 유기 EL 소자로부터 광 L을 발광시켜 문자나 화상 등의 데이터가 사용자(90)에게 관측되게 되어 있다.
도 2에 표시 패널의 일부를 평면도에 의해 확대하여 나타내고, 도 3에 도 2의 III-III 선에서의 단면도를 나타내고 있다. 본 예의 표시 패널(10a)은, 유기 EL 소자로부터 다수의 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 것이며, 액티브 매트릭스 방식이나 패시브 매트릭스 방식에 의해 구동할 수 있다. 이 표시 패널(10a)은 단독의 발광층(14)과, 이 발광층(14)의 주위에 마련된 반사면(13a)을 구비한 표시체 또는 자발광 소자(19)가 하나의 화소를 구성하고, 복수의 표시체(19)가 2차원 방향에 어레이 형상 또는 매트릭스 형상으로 배치된 것이다. 따라서, 각각의 표시체(19)를 구동함으로써 2차원 화상을 표시할 수 있다. 각각의 표시체(19)는, 전극 사이에 배치되어, 전극 사이에 전압을 인가함으로써 자발적으로 발광하는 발광층(14)과, 이 발광층(14)의 사출측을 덮어, 외계와의 계면(18a)을 형성하는 보호층(18)을 갖고, 발광층(14)의 주위에 마련된 각도 변환부인 반사면(13a)에 의해 보호층(18)의 내부를 전파하는 광 L2의 방향을 보호층의 계면(18a)의 임계각 미만이 되도록 바꿔 광의 이용 효율 또는 광의 추출 효율을 높이게 되어 있다.
표시 패널(10a)은, 유리 기판 등의 패널의 지지체가 되는 기판(11)을 갖고, 이 상면 또는 표면(11a)에 신호선이나 구동용 소자 등과 함께 알루미늄 등의 금속층이나 유전체 다층막 등으로 이루어지는 음극층(12)(전극층(12) 또는 반사층(12)이라고도 함)이 적층되어 있다. 따라서, 본 예의 표시 패널(10a)에서는, 음극층(12)이 반사성이며, 발광층(14)으로부터 사출된 광의 일부를 보호층(18)측으로 반사하거나, 계면(18a)에서 전반사한 광을 보호층(18)측으로 반사하는 기능을 갖고 있다. 또한, 기판(11)의 상면(11a)에는 폴리이미드로 이루어지는 소정 높이의 뱅크(13)가 소정의 패턴으로 적층되어 있고, 뱅크(13)에 의해 사방이 둘러싸인 영역(21)이 형성되어 있다. 이 영역(21)은 유기 EL 발광층(14)이 제막되는 영역이며, 발광 영역이 된다. 본 예에서는, 60㎛×190㎛의 직사각형 형상의 발광 영역(21)이 형성되어 있다. 발광 영역(21)과 뱅크(13)의 경사진 한쪽 측면(사면)을 포함하는 영역(22)은 표시 패널(10a)에서의 하나의 화소에 상당하며, 예를 들 면, 80㎛×240㎛의 화소 영역으로 되어 있다.
발광층(14)은, 잉크젯 기술을 이용하여 영역(21)에 제막되어 있다. 뱅크(13)는 발광층(14)을 제막할 때의 정렬에 이용할 수 있는 층이며, 발광층(14)을 분리하기 위한 층이다. 발광층(14)은 유기 EL로 이루어지는 단독의 층이더라도 좋고, 발광 효율을 개선하기 위해서홀((hole) 수송층이나 전자 수송층을 부가한 층으로 하는 것도 가능하다. 발광층(14) 위에는 ITO로 이루어지는 투명 전극(양극층)(15)이 형성되어 있고, 음극층(12) 및 양극층(15)에 전압을 인가함으로써, 이들 전극 사이에 배치된 발광층(14)이 자발적으로 발광한다. 그리고, 양극층(15)의 위(사출측)로부터 보호층(18)이 적층되어 있고, 발광층(14)의 사출측이 보호층(18)에 의해 덮여, 보호층(18)에 의해 외계와의 계면(18a)이 형성되어 있다. 여기서, 전극층(12)을 음극, 전극층(15)을 양극으로 했지만, 전극층(12)은 반사성을 갖는 전극, 또한 전극층(15)은 광 투과성을 갖는 전극이라면, 상기의 조합으로 한정되는 것이 아니다.
보호층(18)은, 얇은 투명한 층이며, 발광층(14)으로부터 비스듬하게, 계면(18a)에 대하여 임계각 이상으로 될 정도의 각도로 사출된 광이 발광층(14)의 면적 내의 계면(18a)에서 전반사될 정도의 두께로 되어 있다. 즉, 종래의 사면에서 각도 변환하는 타입의 표시 패널에서는, 발광층으로부터 전반사하는 각도로 사출된 광이 보호층과 외계와의 계면에 도달하지 않을 정도로 두꺼운 보호층을 채용하고 있는 데 대하여, 본 예의 표시 패널(10a)에서는, 반대로, 임계각 이상으로 될 정도의 각도로 사출된 광이 계면(18a)에 도달하여 반사될 정도의 얇은 보호층(18) 이 제막되어 있다. 이 때문에, 발광층(14)으로부터 사출된 광 L 중, 계면(18a)의 임계각 미만의 광 L1은, 계면(18a)에서 외계로 출력되고, 계면(18a)의 임계각 이상의 광 L2는 계면(18a)에서 전반사되어 발광층(14) 측으로 되돌아가, 전극층(12)에서 다시 반사된다. 이것을 반복함으로써, 임계각 이상의 광 L2는 보호층(18)의 내부를 전파한다. 예를 들면, 굴절율이 1.5인 보호층(18)이라면, 약 42도 이상의 각도로 계면(18a)에 입사하는 광 L2는 계면(18a)에서 전반사되어, 보호층(18)을 전파한다.
보호층(18)을 전파하는 광 L2는, 발광 영역(21) 주위의 뱅크(13)의 사면에 도달하고, 거기에서 각도가 변하여 임계각 미만이 됨으로써, 계면(18a)을 통하여 외계로 출력된다. 즉, 뱅크(13)의 측면(13a)은 사출측을 향해서 넓어지도록 경사진 사면으로 되어 있고, 이 측면(13a)에 알루미늄 등의 반사막(24)이 형성되어 있다. 이 때문에, 계면(18a)과 반사층(12) 사이에서 반사를 되풀이한 광 L2는 반사면(13a)에서 방향(각도)이 바뀌어진다. 따라서, 반사면(13a)에서 반사된 광 L2는, 계면(18a)에 대하여 임계각 미만으로 입사하여 외계로 출력된다. 이 때문에, 본 예의 표시 패널(10a)에서는, 얇은 보호층(18)을 이용하고 있기 때문에 계면(18a)에서 전반사되는 광 L2가 존재하지만, 그 광 L2는 다중 반사에 의해 반사면(13a)에 도달하고, 거기에서 방향을 바꿔 외계로 출력되기 때문에, 전반사에 의해 가두어지는 광은 거의 없다. 따라서, 종래의 두꺼운 보호층과 높은 반사면을 갖춘 표시 패널과 같거나, 또는 그 이상으로 광의 이용 효율 또는 추출 효율이 높은 표시 패널을 제공할 수 있다.
종래의 표시 패널이라면, 발광층으로부터 외계와의 계면을 향해서 사출된 광선이, 그 계면에서 전반사되지 않도록 보호층을 형성하기 때문에, 그 보호층의 두께를 두껍게 할 필요가 있으며, 그 두께는 발광 영역 또는 화소 영역의 면적에 따라 변하지만, 화소 사이즈와 동등하거나 또는 그 이상으로 된다. 예를 들면, 발광 영역 또는 화소 영역이 50㎛×50㎛ 정도인 경우에는 70㎛ 정도의 두께의 보호층(18)이 필요해진다. 이것에 대하여, 본 예의 표시 패널(10a)이라면, 보호층(18)과 외계의 계면(18a)에서 전반사하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 보호층(18)은 보호의 기능을 다하는 한계까지 얇게 할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 50㎛×50㎛의 발광 영역 또는 화소 영역에 대하여 수㎛라는 매우 얇은 보호층(18)을 이용한 표시 패널을 제조할 수 있다. 따라서, 보호층의 두께를 10분의 1정도로 하는 것이 가능하여, 매우 얇은 표시 패널을 실현할 수 있다.
또한, 발광층(14)의 주위에 마련하는 반사면(13a)은, 보호층(18)과 반사층(12) 사이에서 다중 반사하고 있는 광의 방향을 바꾸기 위한 것이며, 한 번의 반사에 의해 발광층(14)으로부터 사출된 광이 계면(18a)에서 전반사되지 않도록 광의 방향을 변환하는 것은 아니다. 따라서, 종래의 표시 패널과 같이, 발광층(14)으로부터 전반사하는 각도로 사출된 광이 입사할 수 있을 정도의 높이는 불필요하다. 이 때문에, 화소당 면적을 작게 할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 도 4에 화소 영역(22)에서의 발광 영역(21)과 반사면(13a)이 차지하는 영역의 관계를 나타내고 있다. 표시 패널(10a)의 반사면의 각도를, 종래의 표시 패널의 반사면의 각도와 같은 각도로 하면, 높이를 낮게 할 수 있기 때문에, 반사면(13a)을 형 성하기 위해서 필요한 영역(25)을 좁힐 수 있다. 따라서, 작은 화소 영역(22)에 대하여 종래와 같은 광량의 발광 영역(21)을 형성할 수 있어, 화소당 휘도가 높아진다. 또한, 보호층(18)을 전파한 광이 화소의 주위에서 출력되기 때문에, 중앙에 대하여 주위의 광량이 동등하거나 또는 많은 표시체(19)로 되어, 윤곽이 견고한 계조가 높은 표시가 가능해진다.
또한, 환언하면, 종래 방식에서는, 화소와 화소의 피치가 어느 정도 한정되기 때문에, 반사면의 높이는 한정되고, 반사면에 의해 각도 변환되어 계면으로부터 출력되는 광의 양도 한정된 것으로 되어 있다. 이것에 대하여, 본 발명에서는, 보호층(18)을 얇게 할 수 있는 동시에, 반사면(사면)(24)의 높이도 낮게 할 수 있기 때문에, 보호층(18)과 같거나 또는 보호층(18)보다도 높은 사면을 작성하는 것도 가능하다. 따라서, 보호층(18)을 전파하는 광을 놓치지 않고, 그 각도를 바꿔 계면(18a)에서 출력되도록 할 수 있다. 따라서, 이 점에서는, 얇고, 광의 추출 효율이 높은 표시 패널(10a)을 제공할 수 있다. 단지, 보호층(18)을 얇게 하면, 다중 반사하는 회수가 증가한다. 계면(18a)에서의 반사는 전반사이며, 그 정도 손실(loss)은 없지만, 전극(12)의 알루미늄 등의 금속면에서는 흡수가 있고, 또한, 보호층(18) 등을 전파하고 있는 동안의 흡수도 있다. 따라서, 보호층을 얇게 함으로써 흡수에 의한 손실(loss)이 발생하여, 광의 추출 효율에 영향을 미칠 가능성이 있다.
어느 쪽으로 해도, 본 예의 표시 패널(10a)에서는, 광의 추출 효율을 감소시키지 않거나, 또는 광의 추출 효율을 높이는 동시에, 보호층(18)을 얇게 할 수 있 다. 따라서, 이 구조라면, 광의 추출 효율의 향상과 표시 패널의 박형화라는 상반되는 요구를 동시에 달성할 수 있어, 밝고 얇은 표시 패널을 제조 또는 제공할 수 있다. 또한, 낮은 반사면을 채용할 수 있어, 광의 추출 효율의 향상뿐만 아니라, 1 화소 당 휘도도 향상하기 쉽다고 하는 상승적인 장점을 얻을 수 있기 때문에, 매우 밝은 화상을 표시할 수 있는 표시 패널을 제공할 수 있다. 또한, 표시 패널(10a)에서는, 발광층(14)의 반사출측에 배치된 전극(12)을 반사층과 겸용하고 있기 때문에, 얇은 표시 패널을 제조하는 데 최적의 구성이다. 또한, 휘도를 높이기 위해서 필요 이상으로 에너지를 소비할 필요가 없기 때문에, 표시 장치(1)의 소비 전력도 적으며, 유기 EL의 신뢰성을 향상하는 것도 가능하다.
도 5(a)∼5(d)에 표시 패널(10a)의 제조 방법을 나타내고 있다. 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 유리 기판 등의 기판(11)을 준비하고, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 기판(11)의 표면(11a)에 알루미늄으로 이루어지는 전극층(음극층)(12)을 적층한다. 그리고, 전극층(12)의 위에 폴리이미드로 이루어지는 뱅크(13)를 형성하고, 뱅크(13)의 측면(사면)(13a)에 반사막(24)으로 되는 알루미늄막이나 유전체 다층막을 형성한다. 알루미늄 등의 도전성 반사막을 형성하는 경우에는, 전극(12, 15)이 쇼트되지 않도록 절연막을 형성해야 한다.
다음에, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이 뱅크(13)에 의해 둘러싸인 영역에 대하여 잉크젯법에 의해 유기 EL 재료로 이루어지는 잉크액 방울을 적하 또는 착탄시켜 발광층(14)을 제막한다. 그리고, 발광층(14) 위에 전극층(양극층)(15)을 적층한다. 다음에, 도 5(d)에 도시하는 바와 같이 전극층(12), 뱅크(13), 발광층(14) 및 전극층(15)이 형성된 기판(11)의 사출측에 얇은 보호층(18)을 적층한다. 이에 따라, 표시 패널(10a)이 제조된다.
도 6에 다른 표시 패널(10b)을 단면도에 의해 나타내고 있다. 상기 표시 패널(10a)은, 발광층(14)의 주위를 둘러싸고 있는 뱅크(13)에 반사면(13a)를 형성하고 있고, 발광층(14)의 옆쪽에 반사면(13a)이 배치되어 있다. 즉, 반사면(13a)과 발광층(14) 사이에는 연직 방향, 또는 사출 방향에 극간이 존재하지 않는다. 이 때문에, 발광층(14)으로부터 사출된 광의 누화(크로스토크)는 방지되어 있어, 광의 이용 효율을 가장 높일 수 있는 구조이다. 또한, 뱅크(13)의 위에도 보호층(18)이 약간 적층되어 있는 구조로 되어있지만, 양극층(15) 위에 보호층(18)이 있으면 좋고, 뱅크(13)와 같은 높이가 되는 정도의 두께, 또는, 뱅크(13)보다 낮은 높이가 되는 정도의 두께의 보호층(18)으로 양극층(15)을 덮는 구조로 할 수 있다. 이 때문에, 표시 패널의 두께도 매우 얇게 할 수 있다. 그러나, 이 표시 패널(10a)에서는, 전극간의 단락을 방지하기 위해서, 반사면(13a)을 형성할 때에 절연층을 형성할 필요가 있어, 표시 패널의 제조가 약간 복잡해질 가능성이 있다.
이것에 대하여, 도 6에 나타내는 표시 패널(10b)은, 뱅크(13)의 사면(13a)에 반사막(24)을 형성하는 것이 아니라, 뱅크(13) 및 발광층(14)의 위에 양극층(15)을 형성하고, 또한, 양극층(15)의 위에 뱅크(13)와 겹치는 위치에 절연 재료로 이루어지는 돌기(25)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기(25)의 사면(25a)에 반사막(24)이 형성되고, 돌기(25)에 둘러싸인 영역이 보호층(18)에 의해 덮여 있다. 이 표시 패널(10b)이라면, 반사막(24)에 의해 전극간에 쇼트될 우려가 없어, 전극간의 쇼트 를 방지하기 위한 절연막을 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 표시 패널(10b)을 용이하게 제조할 수 있다. 단지, 발광층(14)과 반사면(25a) 사이에 사출 방향으로 극간이 발생하기 때문에, 뱅크(13)의 일부에서 광의 누설이 발생할 가능성이 있다. 표시 패널(10b)에서의 돌기(25)의 높이는, 뱅크(13)와 같은 정도로 하는 등 여러가지 높이로 하는 것이 가능하지만, 표시 패널을 얇게 하기 위해서는 낮은 돌기(25)로 하는 것이 바람직하다. 한편, 보호층(18)으로서 충분한 기능을 발휘시키기 위해서 어느 정도의 두께가 필요한 경우에는, 돌기(25)의 높이를 조정함으로써 보호층(18)의 두께를 자유롭게 제어할 수 있다고 하는 장점이 있다.
이 표시 패널(10b)은 아래와 같이 제조하는 것이 가능하다. 우선, 표시 패널(10a)과 마찬가지로, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 도 7(a)에 나타내는 기판(11)의 표면(11a)에 전극층(12), 뱅크(13) 및 발광층(14)을 형성한다. 그리고, 도 7(c)에 도시하는 바와 같이, 발광층(14) 및 뱅크(13)에 대하여 전극층(15)을 형성하고, 뱅크(13)와 겹치도록, 즉, 뱅크(13) 위에 절연 재료로 이루어지는 돌기(25)를 형성하고, 그 돌기(25)의 사면(25a)에 반사막(24)을 형성한다. 다음에, 도 7(d)에 도시하는 바와 같이 돌기(25)에 둘러싸인 영역에 보호층을 형성하는 재료를 주입하여 보호층(18)을 형성한다. 이에 따라, 표시 패널(10b)이 제조된다.
도 8에 또 다른 표시 패널(10c)을 단면도에 의해 나타내고 있다. 이 표시 패널(10c)은, 뱅크(13)에 겹쳐 보호층(18)과 굴절율이 다른 투명한 층(30)을 형성하고, 사출 방향이 좁아지도록 굴절면(31)을 각도 변환부로서 형성한 것이다. 이와 같이, 각도 변환부는 반사면 외에 굴절면으로도 실현할 수 있다.
도 9에 또 다른 표시 패널(10d)을 단면도에 의해 나타내고 있다. 이 표시 패널(10d)은, 보호 시트(18)에 오목부(28)를 형성하는 동시에, 이 오목부(28)의 벽면(28a)에 반사막(24)을 형성하고, 보호 시트(18)를 접착층(26)을 거쳐서 뱅크(13) 등이 형성된 기판(11)의 사출측에 접합한 구성으로 되어 있다. 이 구성의 경우, 미러(24)의 정점과 보호 시트(18)의 계면(18a)의 거리가 길면, 이들 사이에서 광의 누설이 발생한다. 이 때문에, 이들의 거리를 가능한 한 짧게 함으로써, 광의 누설을 방지하는 것이 바람직하다.
또, 상기 어느쪽의 예에서도, 반사면은 사출측을 향해서 넓어지도록 경사져 있지만, 사출측을 향해서 좁아지도록 경사지게 하는 것도 가능하다. 단지, 사출측을 향해서 넓어지는 반사면이라면, 계면(18a)과 반사층(12) 사이에서 다중 반사의 회수를 줄일 수 있기 때문에, 반사층(12)에서의 흡수 손실이나 발광층(14) 등의 투과율을 고려하면, 다중 반사에 의한 광 강도의 저하를 억제하는 점에서는, 사출측을 향해서 넓어지는 반사면으로 하는 것이 바람직하다.
도 10은 또 다른 표시 패널(103)을 구성하는 자발광 소자인 표시체(104)의 단면의 일부를 확대하여 나타내고 있다. 표시 패널(103)은, 기판(105)과, 기판(105) 위에 순서대로 적층된 표시체층(110) 및 출력층(130)을 구비하고 있다. 표시체층(110)은 폴리이미드로 만들어진 뱅크(112)에 의해 분리되어, 매트릭스 형상으로 2차원으로 배치된 유기 EL 소자를 발광층인 발광 소자(111)로 하여, 이 발광 소자(111)가 전극(120, 121)에 의해 끼워진 구성으로 되어있다. 이들 전극 중, 출력층(130) 측에 위치하는 전극(120)은 산화인듐주석(ITO) 등의 투명 전극이다. 따라서, 발광 소자(111)의 단위에서 보면, 기판(105), 표시체층(110) 및 출력층(130)이 순서대로 적층된 구조의 복수의 표시체(104)를 갖고, 이들 표시체(104)가 매트릭스 형상으로 배치된 구성으로 되어있다.
유기 EL을 발광 소자로 하는 표시 패널(103)에 있어서는, 발광 소자의 굴절율은 약1.7이며, 투명 전극(120)은 ITO를 사용하면 굴절율이 약 2.0이다.
투명 전극(120)의 사출 방향측으로 배치된 출력층(130)은, 전체가 투명하고, 발광 소자(111)로부터 출력된 광(108)을 반사하는 반사판(132)을 구비한 반사판 부착 시트(131)가, 투명한 접착층(133)에 의해 표시체층(110)에 부착된 구성으로 되어있다.
본 예의 시트(131) 및 접착층(133)은, 2중 결합 및 3중 결합과 같은 다중 결합을 많이 포함하는 아릴계의 수지로 형성되어 있고, 굴절율은 약 1.7로 하고 있다. 따라서, 본 예의 표시 패널(103)에서는, 출력층(130)의 굴절율은 발광 소자(111)의 굴절율과 같은 정도로 되어있다. 따라서, 표시체층(110)과 출력층(130) 사이의 제 1 계면(130b)에서는, 발광 소자(111)로부터 출력된 광 중, 사용자(109)의 방향(사출 방향 또는 전방) D1으로 출력된 출력광(108)에는 전반사 성분은 존재하지 않고, 발광 소자(111)의 출력광(108)은 모두 출력층(130)에 전달된다.
실제로는, 투명 전극층(120)의 굴절율이 2.0정도이며, 출력층(130)의 굴절율이 투명 전극층(120)의 굴절율보다 작은 경우에는, 제 1 계면(130b)에서 출력광(108)에 대한 전반사각이 존재한다. 그러나, 발광 소자(111)로부터 투명 전 극층(120)에 전달된 광(108)은, 모두 제 1 계면(130b)에 대하여 임계각 이하에서 입력되기 때문에, 출력층(130)의 굴절율이 투명 전극층(120)의 굴절율보다 작더라도 제 1 계면(130b)에 의해 출력광(108)이 전반사되지는 않는다. 따라서, 투명 전극층(120)의 굴절율이 발광 소자(111)의 굴절율과 같거나 또는 큰 경우에는, 발광 소자(111)의 굴절율과 출력층(130)의 굴절율을 비교하여, 발광 소자(111)로부터의 출력광(108)이 출력층(130)에 전달되는지의 여부를 판단할 수 있다.
한편, 투명 전극층(120)의 굴절율이 발광 소자(111)의 굴절율보다 작은 경우에는, 투명 전극(120)과 발광 소자(111)의 계면에서 출력광(108)의 일부가 전반사되기 때문에, 출력광(108)의 이용 효율이 저하된다.
본 예의 표시 패널(103)에 있어서는, 출력층(130)에 입력된 출력광(108) 중, 외부와의 계면인 제 2 계면(130a)에서의 임계각보다도 작은 각도로 계면(130a)에 입력되는 광은 계면(130a)을 통과하여 외계로 출력된다. 한편, 출력층(130)에 입력된 출력광(108) 중, 계면(130a)에서의 입사 각도가 임계각보다 커지는 광은, 반사 부착 시트(131)의 반사판(132)에 의해, 계면(130a)에 대한 입사 각도가 작아지도록 반사된다. 따라서, 출력층(130)에 입력된 광은, 직접, 또는 반사판(132)에서 반사되어, 계면(130a)을 통해서 외계(150)로 출력된다.
도 11에 발광 소자(111)의 굴절율이 1.7로 된 경우의, 출력층(130)의 굴절율과, 출력층(130)으로 출력광(108)이 입사하는 비율(입사율)의 관계를 나타내고 있다. 출력층(130)의 굴절율이 발광 소자(111)의 굴절율 이상으로 되면 입사율은 1이 되어, 전반사에 의한 손실(loss)이 없는 것을 나타내고 있다. 출력층으로서 이 산화규소를 주성분으로 하는 유리 기판을 설치한 경우에는, 굴절율은 1.5정도이기 때문에, 입사율은, 0.78로 된다. 따라서, 출력층(130)의 굴절율을 발광 소자(111)의 굴절율 이상으로 함으로써, 출력층(130)에 입력되는 출력광(108)의 비율은 약 30% 정도로 증가한다. 이 때문에, 출력층(130)에 입력된 출력광(108)이 모두 출력층(130)으로부터 외계로 출력된다고 하면, 본 발명에 의해, 광의 이용 효율을 30% 정도 향상하는 것이 가능해진다.
굴절율이 1.7 이상인 고굴절 수지로서는, 예컨대, 2중 결합, 3중 결합과 같은 다중 결합을 많이 포함하는 수지가 바람직하고, 아릴계의 수지라면 고굴절율을 얻기 쉽다.
도 12 내지 도 14에, 도 10에서의 표시 패널(103)의 제조 방법의 과정의 일예를 단면도에 의해 나타내고 있다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(111)가 매트릭스 형상으로 배치된 표시체층(110)이 적층된 기판(105)을 준비하고(도 12), 이것과는 별도로, 아래로 볼록한 사다리꼴 형상의 돌기(134)가 매트릭스 형상으로 성형되어, 그 사다리꼴 형상의 돌기(134)의 사면이 반사판(132)으로 된 반사 부착 시트(131)를 준비한다(도 13). 그리고, 도 14에 도시하는 바와 같이 접착층(133)에 의해 기판(105)의 표시체층(110)의 옆을 시트(131)로 피복하도록 부착함으로써, 표시 패널(103)을 제조할 수 있다. 시트(131) 및 접착층(133)의 조성 또는 소재는 같더라도 좋고, 다르더라도 좋지만, 각각의 층의 굴절율이 발광 소자(111)의 굴절율보다 커지는 조성 또는 소재가 선택된다. 하나의 예는, 상술한 바와 같은 아릴계의 수지이며, 그 밖에 2중 결합, 3중 결합과 같은 다중 결합을 많이 포함하는 수지라면 고굴절율을 얻을 수 있다.
상기에서는, 출력층(130)에 입력된 출력광(108)이 출력층(130)으로부터 외계(150)로 출력되는 효율을 향상하기 위해서 진행 방향을 변환하는 수단으로서 반사판(132)이 마련된 표시 패널을 예로 본 발명을 설명하고 있지만, 변환하는 수단은 굴절이라도 좋다.
도 15에 상기와 다른 표시 패널(103a)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 표시 패널(103a)은 출력광(108)의 진행 방향을 굴절면에 의해 변환하는 마이크로 렌즈(136)가 내부에 형성된 출력층(130)을 갖춘 표시체(104a)가 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.
이 출력층(130)에서는 하면이 마이크로 렌즈(136)의 굴절면을 구성하도록 가공된 렌즈 시트(135)와 접착층(133)의 굴절율이 동일하면, 마이크로 렌즈(136)가 구성되지 않기 때문에, 렌즈 시트(135)의 굴절율에 대하여 접착층(133)의 굴절율이 높은 것이 바람직하다. 그리고, 접착층(133)의 굴절율이, 발광 소자(111)의 굴절율보다 높으면, 상기 표시 패널(103)과 같이 발광 소자(111)의 출력광(108)을 빠짐없이 출력층(130)에 입력할 수 있어, 마이크로 렌즈(136)에서 출력광(108)의 진행 방향을 변환하여, 출력층(130)으로부터 외계(150)로 출력할 수 있다. 따라서, 광의 이용 효율이 더욱 높은 표시 패널을 제공할 수 있다.
도 16에, 상기와 또 다른 표시 패널(103b)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 표시 패널(103b)에서는, 마이크로 렌즈(136)가 출력층(130)으로 되어 있고, 마이크로 렌즈가 되는 굴절면(136)이 외계(150)와의 계면(130a)이 된 표시체(104b)가 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 이 표시 패널(103b)에서는, 마이크로 렌즈(136)의 면자체가 계면(130a)으로 되어, 계면(130a)의 경사가 변화함으로써 출력광(108)의 입사각이 임계각보다 작아지기 때문에, 더욱 효율적으로 출력광(108)을 외계(150)에 출력할 수 있다. 따라서, 더욱 광의 이용 효율을 향상할 수 있다.
이들 마이크로 렌즈(136)는 잉크젯 방식에 의해, 투명 전극층(120)의 위에 직접 형성하는 것이 가능하고, 저비용으로, 얇고, 고휘도인 표시 패널을 제공하는 것이 가능하다.
도 17에, 상기와 또 다른 표시 패널(103c)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 표시 패널(103c)은, 마이크로 렌즈(136)의 사출측에 투명한 봉지층(140)을 마련하고, 그 내부에 굴절율이 1 이상인 불활성 가스(142)를 봉입하고 있다. 봉지층(140)과, 불활성 가스(142)에 의해 유기 EL 소자(111)가 산화나 흡습에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있다. 표시 패널(103c)은, 굴절율이 1인 외계(공기)(150)를 통해서 출력광(108)을 사용자(109)에게 전달하여, 화상을 표시한다. 따라서, 봉지층(140) 내부의 불활성 가스(142)의 굴절율이 1 미만이면, 출력층(130)과 불활성 가스(142)의 계면(130a)에서의 임계각이 공기와의 계면에 있어서의 임계각보다 작아지기 때문에, 전반사에 의한 손실(loss)이 커진다. 한편, 불활성 가스(142)의 굴절율이 1보다 크면, 마이크로 렌즈(136)의 굴절력이 작아지기 때문에, 출력광(108)을 사출 방향 D1으로 변환하는 효율은 낮아진다. 또한, 봉지층(140)의 굴절율은 불활성 가스(142)의 굴절율보다 크지 않으면 봉지층(140)에 입사할 때에 전반사로 손실(loss)이 발생한다. 이 때문에, 봉지층(140)의 재료의 선 택 범위가 작아진다. 따라서, 불활성 가스(142)의 굴절력은 거의 1인 것이 바람직하다.
도 18에 또 다른 표시 패널(103d)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 표시 패널(103d)에서는, 투명 전극(120) 위에 반사 방지막(145)이 성막되고, 또 그 위에, 마이크로 렌즈(136)로 이루어지는 출력층(130)이 형성된 표시체(104b)가 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 출력층(130)과 투명 전극(120)의 굴절율 차가 큰 경우, 출력층(130)과 투명 전극(120)의 계면에서, 임계각 이내의 각도로 입사된 광이더라도, 굴절율 단차에 의한 반사가 존재하여, 광의 이용 효율이 저하된다. 또한, 외계(150)로부터 표시 패널(103d)에 입력되는 외광(107), 예를 들면 태양이나 조명의 광도 출력층(130)과 투명 전극(120)의 굴절율 단차에 의해 반사되기 때문에, 발광 소자(111)로부터 출력되는 출력광(108)의 계조를 저하시키는 요인이 된다. 이 때문에, 표시체층(110)과 출력층(130) 사이, 즉, 투명 전극(120)과 출력층(130) 사이에 반사 방지막(145)을 배치함으로써 광의 이용 효율을 높이고 또한, 외광(107)의 반사를 방지하고 있다. 표시 패널(103d)의 내부에서, 모든 층에 있어서 굴절율 단차에 의한 반사를 발생시키지 않기 위해서는, 발광 소자(111)와 투명 전극(120)의 계면에 반사 방지막을 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 발광 소자(111)와 투명 전극(120)과의 사이에 절연성의 반사 방지막을 배치할 수가 없다. 이 때문에, 표시체층(110)과 출력층(130) 사이에 반사 방지막(145)을 배치함으로써, 굴절율 단차에 의한 반사를 될 수 있는 한 적게 하여, 광취득 효율이 높고, 계조가 큰 선명한 화상을 표시할 수 있는 표시 패널(103d)을 제공하도록 하고 있다.
이상에 나타낸 표시 패널(103, 103a∼103d)에서는, 출력층(130)에 고굴절 재료를 사용함으로써, 발광 소자(111)로부터 출력된 광(108)을 빠짐없이 출력층(130)에 공급하고, 출력층(130)에서 광로 변환하여, 고굴절율 재료를 이용하는 것에 의해 작아진 임계면보다 더욱 작은 각도로 외계와의 계면(130a)에 입사함으로써 광의 이용 효율을 더욱 향상하고 있다. 출력광(108)의 진행 방향은 반사 또는 굴절로 변경하는 것이 가능하고, 굴절을 채용한 경우, 상술한 바와 같이 렌즈로 한정되지 않고 프리즘을 이용하는 것도 가능하다.
도 11에 나타낸 시뮬레이션의 결과에 따르면, 본 발명에 의해, 고굴절율 재료를 이용하지 않는 경우와 비교해서 광의 이용 효율을 30% 전후만큼 더욱 향상하는 것이 가능하고, 저전력에서 고휘도로 선명한 화상을 표시할 수 있는 표시 패널을 제공할 수 있다.
또 다른 표시 패널(203)의 단면 구성을 도 19에 나타낸다. 본 예의 표시 패널(203)은, 유기 EL 소자로 이루어지는 다수의 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 것이며, 액티브 매트릭스 방식이나 패시브 매트릭스 방식에 의해 구동할 수 있다. 이 표시 패널(203)은, 단독의 발광층(214)과, 발광층(214) 주위에 마련된 반사면(213a)을 구비한 표시체 또는 자발광 소자(219)가 하나의 화소를 구성하여, 복수의 표시체(219)가 2차원 방향에 어레이 형상 또는 매트릭스 형상으로 배치된 것이다.
따라서, 각각의 표시체(219)를 구동함으로써 2차원 화상을 표시할 수 있다. 각각의 표시체(219)는 전극 사이에 배치되고, 전극 사이에 전압을 인가함으로써 자발적으로 발광하는 발광층(214)과, 이 발광층(214)의 사출측을 덮어, 외계와의 계면(218a)을 형성하는 보호층(218)을 갖는다. 그리고, 발광층(214)의 주위에 마련된 각도 변환부인 반사면(213a)에 의해 보호층(218)의 내부를 전파하는 광 L22의 방향을 보호층의 계면(218a)의 임계각 미만이 되도록 바꿔 광의 이용 효율 또는 광의 추출 효율을 높이게 되어 있다.
표시 패널(203)은, 유리 기판 등의 패널의 지지체가 되는 기판(211)을 갖고, 이 상면 또는 표면(211a)에 신호선이나 구동용의 소자 등과 함께 알루미늄 등의 금속층이나 유전체 다층막 등으로 이루어지는 음극층(212)(전극층(212) 또는 반사층(212)이라고도 함)이 적층되어 있다. 따라서, 본 예의 표시 패널(203)에 있어서는, 음극층(212)이 반사성이며, 발광층(214)으로부터 사출된 광의 일부를 보호층(218) 측으로 반사하거나, 계면(218a)에서 전반사된 광을 보호층(218) 측으로 반사하는 기능을 갖고 있다.
또한, 기판(211)의 상면(211a)에는 폴리이미드로 이루어지는 소정 높이의 뱅크(213)가 소정의 패턴으로 적층되어 있고, 뱅크(213)에 의해 사방이 둘러싸인 영역(221)이 형성되어 있다. 이 영역(221)은 유기 EL 발광층(214)이 제막되는 영역이며, 발광 영역이 된다.
발광층(214)은, 잉크젯 기술을 이용하여 영역(221)에 제막되어 있다. 뱅크(213)는 발광층(214)을 제막할 때의 정렬에 이용할 수 있는 층이며, 발광층(214)을 분리하기 위한 층이다. 발광층(214)은 유기 EL로 이루어지는 단독 의 층이더라도 좋고, 발광 효율을 개선하기 위해서 홀 수송층이나 전자 수송층을 부가한 층으로 하는 것도 가능하다. 발광층(214) 위에는 ITO로 이루어지는 투명 전극(양극층)(215)이 형성되어 있다. 그리고, 음극층(212) 및 양극층(215)에 전압을 인가함으로써, 이들 전극 사이에 배치된 발광층(214)이 자발적으로 발광한다. 그리고, 양극층(215)의 위(사출측)부터 보호층(218)이 적층되어 있고, 발광층(214)의 사출측이 보호층(218)에 의해 덮여, 보호층(218)에 의해 외계와의 계면(218a)이 형성되어 있다. 여기서, 전극층(212)을 음극, 전극층(215)을 양극으로 했지만, 전극층(212)은 반사성을 갖는 전극, 또한 전극층(215)은 광 투과성을 갖는 전극이라면, 상기의 조합으로 한정되지는 않는다.
보호층(218)은, 얇은 투명한 층이며, 발광층(214)으로부터 비스듬하게 계면(218a)에 대하여 임계각 이상으로 되는 각도로 사출된 광이 발광층(214)의 면적 내의 계면(218a)에서 전반사되는 정도의 두께로 되어 있다. 즉, 종래의 사면에서 각도 변환하는 타입의 표시 패널에서는, 발광층으로부터 전반사하는 각도로 사출된 광이 보호층과 외계의 계면에 도달하지 않을 정도의 두꺼운 보호층을 채용하고 있는데 대하여, 본 예의 표시 패널(203)에서는, 반대로, 임계각 이상으로 될 정도의 각도로 사출된 광이 계면(218a)에 도달하여 반사되는 정도의 얇은 보호층(218)이 제막되어 있다. 이 때문에, 발광층(214)으로부터 사출된 광 L 중, 계면(218a)의 임계각 미만인 광 L21은 계면(218a)에서 외계로 출력되고, 계면(218a)의 임계각 이상인 광 L22는 계면(218a)에서 전반사되어 발광층(214) 측으로 되돌아가, 전극층(212)으로 다시 반사된다. 이것을 되풀이하는 것에 의해 임 계각 이상의 광 L22는 보호층(218)의 내부를 전파한다.
보호층(218)을 전파하는 광 L22는, 발광 영역(221) 주위의 뱅크(213)의 사면에 도달하고, 거기에서 각도가 변하여 임계각 미만이 됨으로써 계면(218a)을 통하여 외계로 출력된다. 즉, 뱅크(213)의 측면(213a)은 사출측을 향해서 넓어지도록 경사진 사면으로 되어 있고, 이 측면(213a)에 알루미늄 등의 반사막(224)이 형성되어 있다. 이 때문에, 계면(218a)과 반사층인 음극층(212) 사이에서 반사를 되풀이한 광 L22는 반사면(13a)에서 방향(각도)이 바뀌어진다. 따라서, 반사면(213a)에서 반사된 광 L22는, 계면(218a)에 대하여 임계각 미만으로 입사하여 외계로 출력된다. 이 때문에, 본 예의 표시 패널(203)에서는, 얇은 보호층(218)을 이용하고 있기 때문에 계면(218a)에서 전반사되는 광 L22가 존재하지만, 그 광 L22는 다중 반사에 의해 반사면(213a)에 도달하고, 거기에서 방향을 바꿔 외계로 출력되기 때문에, 전반사에 의해 가두어지는 광은 거의 없다. 따라서, 종래의 두꺼운 보호층과 높은 반사면을 갖춘 표시 패널과 같거나, 또는 그 이상으로 광의 이용 효율 또는 추출 효율이 높은 표시 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 표시 패널(203)에서는, 유기 EL로 이루어지는 발광층(214)의 굴절율은 약 1.7이며, 투명 전극인 양극층(215)은 ITO를 사용하면 굴절율은 약 2.0이다.
본 예의 보호층(218)은, 2중 결합 및 3중 결합과 같은 다중 결합을 많이 포함하는 아릴계의 수지로 형성되어 있고, 굴절율은 약 1.7로 하고 있다. 따라서, 본 예의 표시 패널(203)에서는, 출력층인 보호층(218)의 굴절율은, 발광층(214)의 굴절율과 같은 정도로 되어있다. 여기서, 음극층(212)과 발광층(214)과 양극층(215)으로 표시체층(210)을 구성한다. 그리고, 표시체층(210)과 출력층인 보호층(218) 사이의 제 1 계면(230b)에서는, 발광층(214)으로부터 출력된 광 중, 사용자(209)의 방향(사출 방향 또는 전방) D1으로 출력된 출력광에는 전반사 성분은 존재하지 않고, 발광층(214)의 출력광은 모두 출력층인 보호층(218)에 전달된다.
실제로는, 투명 전극층인 양극층(215)의 굴절율이 2.0정도이며, 출력층인 보호층(218)의 굴절율이 양극층(215)의 굴절율보다 작은 경우에는, 제 1 계면(230b)에서 출력광에 대한 전반사각이 존재한다. 그러나, 발광층(214)으로부터 양극층(215)에 전달된 광은, 모두 제 1 계면(230b)에 대하여 임계각 이하로 입력하기 때문에, 보호층(218)의 굴절율이 양극층(215)의 굴절율보다 작더라도 제 1 계면(230b)에 의해 출력광이 전반사되지는 않는다. 따라서, 양극층(215)의 굴절율이 발광층(214)의 굴절율과 같거나 또는 큰 경우에는, 발광층(214)의 굴절율과 출력층(230)의 굴절율을 비교하여, 발광층(214)으로부터의 출력광이 출력층(230)에 전달되는지의 여부를 판단할 수 있다.
한편, 양극층(215)의 굴절율이 발광층(214)의 굴절율보다 작은 경우에는, 양극층(215)과 발광층(214)의 계면에서 출력광의 일부가 전반사되기 때문에, 출력광의 이용 효율이 저하된다.
본 예의 표시 패널(203)에 있어서는, 출력층(230)에 입력된 출력광 중, 외부와의 계면인 제 2 계면(230a)에서의 임계각보다도 작은 각도로 계면(230a)에 입력 되는 광은 계면(230a)을 통과하여 외계로 출력된다. 한편, 출력층(230)에 입력된 출력광 중, 계면(230a)에서의 입사 각도가 임계각보다 커지는 광은, 반사면(213a)에 의해, 계면(230a)에 대한 입사 각도가 작아지도록 반사된다. 따라서, 출력층(230)에 입력된 광은, 직접, 또는 반사면(213a)에서 반사되는 것에 의해, 계면(230a)을 통하여 외계로 출력된다. 이에 따라, 광의 추출 효율을 향상할 수 있다.
도 20에 다른 표시 패널(204)을 단면도에 의해 나타내고 있다. 상기 표시 패널(203)은, 발광층(214)의 주위를 둘러싸고 있는 뱅크(213)에 반사면(213a)을 형성하고 있고, 발광층(214)의 옆쪽으로 반사면(213a)이 배치되어 있다. 즉, 반사면(213a)과 발광층(214) 사이에는 연직 방향, 또는 사출 방향으로 극간이 존재하지 않는다. 이 때문에, 발광층(214)으로부터 사출된 광의 누화(크로스토크)가 방지되고 있어, 광의 이용 효율을 가장 높일 수 있는 구조이다. 또한, 뱅크(213) 위에도 보호층(218)이 약간 적층되어 있는 구조로 되어있지만, 양극층(215)의 위에 보호층(218)이 있으면 좋고, 뱅크(213)와 같은 높이로 되는 정도의 두께, 또는, 뱅크(213)보다 낮은 높이로 되는 정도의 두께의 보호층(218)으로 양극층(215)을 덮은 구조로 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 표시 패널의 두께도 매우 얇게 할 수 있다. 그러나, 이 표시 패널(203)에서는, 전극간 단락을 방지하기 위해서, 반사면(213a)을 형성할 때에 절연층을 형성할 필요가 있으며, 표시 패널의 제조가 약간 복잡해질 가능성이 있다.
이것에 대하여, 도 20에 나타내는 표시 패널(204)은, 뱅크(213)의 사면(213a)에 반사막(224)을 형성하는 것이 아니라, 뱅크(213)와 겹치는 위치의 보호층(218)측에 절연 재료로 이루어지는 돌기(325)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기(325)의 사면(325a)에 반사막(324)이 형성되어, 돌기(325)에 둘러싸인 영역이 보호층(218)에 의해 덮여 있다. 이 표시 패널(204)이라면, 반사막(324)에 의해 전극 사이가 쇼트될 걱정은 없어, 전극간 쇼트를 방지하기 위한 절연막을 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 표시 패널(204)을 용이하게 제조할 수 있다. 단지, 발광층(214)과 반사면(325a) 사이에 사출 방향으로 극간이 발생하기 때문에, 뱅크(213)의 일부에서 광의 누설이 발생할 가능성이 있다. 표시 패널(204)에서의 돌기(325)의 높이는, 뱅크(213)와 같은 정도로 하는 등 여러 가지 높이로 하는 것이 가능하지만, 표시 패널을 얇게 하기 위해서는 낮은 돌기(325)로 하는 것이 바람직하다. 한편, 보호층(218)으로서 충분한 기능을 발휘시키기 위해서 어느 정도의 두께가 필요한 경우에는, 돌기(325)의 높이를 조정함으로써 보호층(218)의 두께를 자유롭게 제어할 수 있다고 하는 장점이 있다.
또한, 본 예에 있어서도, 상기 예의 표시 패널(203)과 마찬가지로, 출력층인 보호층(218)의 굴절율은, 발광층(214)의 굴절율과 같은 정도 또는 그것보다 큰 구성으로 되어있다. 이 때문에, 사용자(209)의 방향(사출 방향 또는 전방) D1으로 출력된 출력광에는 전반사 성분은 존재하지 않고, 발광층(214)의 출력광은 모두 출력층인 보호층(218)에 전달된다. 이에 따라, 광의 추출 효율을 향상할 수 있다.
또, 상기 예에 있어서는, 계면에서 전반사된 광을 다중 반사시켜 각도 변환부로 유도하기 위한 반사층이, 전극에 의해서 실현된다고 했지만, 전극과는 다른 층으로서 제공되더라도 좋다. 도 21 및 도 22는, 반사층과 전극이 다른 층으로 형성된 경우의 예를 나타내는 표시 패널의 단면도이다. 도 21에서는, 발광층(14)과 전극(303a) 사이에, 반사층(302a)이 형성되어 있다. 이 반사층(302a)은, 양 전극층(15, 303a)에 의해서 발광층(14)에 전압이 인가되도록, 충분한 도전성을 가질 필요가 있다. 한편, 도 22에서는, 전극(303b)의 하층으로서 반사층(302b)이 형성되어 있다. 이 경우, 전극(303b)은, 투명 전극층(15)과 같이 충분한 투명성을 가질 필요가 있다.
또한, 본 발명의 표시 패널을 휴대 전화기에 탑재되는 표시 패널을 예로 설명했지만, PDA, 카 네비게이션 등에 탑재되는 소형의 표시 패널에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하며, 최근, 개발이 활발한 30인치 등의 대형 표시 패널, PC용 디스플레이, TV, 카 네비게이션 시스템 등에 관해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 유기 EL 소자를 이용한 발광층을 설명했지만, PDP, 발광 다이오드, 무기 EL, 유기 EL, 필드에미션 등의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 자발적으로 발광하는 발광층을 이용한 표시 패널이라면 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
본 출원은, 2002년 12월 17일에 먼저 출원된 일본국 특허 출원 번호 제2002-365522호와, 2003년 2월 26일에 먼저 제출된 일본국 특허 출원 번호 제2003-049396호에 근거한 우선권을 주장하며, 그 내용을 모두 본 명세서에 포함시켜 놓는다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 계면에서의 전반사를 적극 적으로 활용하여 전반사된 광을 발광층의 주위에 마련한 반사면 등의 각도 변환부에서 각도 변환하도록 하고 있다. 이에 따라, 얇은 보호층을 채용하여, 종래의 반사성의 사면이 형성된 표시 패널과 같이 광의 추출 효율을 향상할 수 있기 때문에, 밝고 매우 얇은 자발광 소자 및 표시 패널을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명이라면, 낮은 반사면에서 광이 전파하는 각도를 변환하는 것이 가능하고, 광의 추출 효율의 향상뿐만 아니라, 하나의 화소를 작게 하여 화소휘도도 향상할 수 있다. 따라서, 자발광 소자 및 표시 패널은, 얇으면서도 종래에 더하여 매우 밝은 화상 또는 문자를 표시하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 출력층의 굴절율을, 발광 소자의 굴절율과 같거나 또는 크게 하여, 발광 소자의 출력광을 전부 출력층에 입력할 수 있다. 그리고, 출력층에 광로를 변환하는 각도 변환 수단을 마련하여 둠으로써, 굴절율을 크게 하는 것으로 임계각이 작아진 출력층과 외계의 계면에 대하여, 그 임계각보다 더욱 작은 각도로 출력광을 입사할 수 있기 때문에 출력광을 효율적으로 외계로 출력할 수 있다. 따라서, 발광 소자로부터 출력되는 광의 이용 효율을 대폭 향상할 수 있어, 선명하고 밝은 화상을 표시할 수 있는 표시 패널을 제공할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 있어서는, 얇은 보호층을 채용하는 것에 더하여, 출력층의 굴절율을 발광 소자의 굴절율과 같거나 또는 크게 하고 있다. 이에 따라, 광의 추출 효율을 더욱 향상할 수 있다.

Claims (21)

  1. 전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 발광층과,
    상기 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 발광층으로부터 사출된 광이 상기 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전(全) 반사할 정도 두께의 보호층과,
    상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대쪽을 덮는 반사층과,
    상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꾸어 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부
    를 갖되,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층 쪽으로부터 사출되는 자발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 한 쪽의 상기 전극인 자발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 변환부는, 상기 사출측이 넓어지도록 기울어져 있는 반사면인 자 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 변환부는, 상기 사출측이 좁아지도록 기울어져 있는 굴절면인 자발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층을 다른 발광층과 분리하기 위해서 상기 사출측으로 돌출된 뱅크를 갖고, 그 뱅크의 내면이 상기 각도 변환부로 되어 있으며, 그 뱅크에 둘러싸인 영역에 상기 보호층이 형성되어 있는 자발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층을 다른 발광층과 분리하기 위해서 상기 사출측으로 돌출된 뱅크와, 그 뱅크로부터 사출측으로 돌출된 절연 재료로 이루어지는 돌기를 갖고, 그 돌기의 내면이 상기 각도 변환부로 되어 있고, 그 돌기에 의해 둘러싸인 영역에 상기 보호층이 형성되어 있는 자발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은, 유기 EL(electroluminescence) 발광층인 자발광 소자.
  8. 전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 복수의 발광층과,
    이들 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 복수의 발광층으로부터 사출된 광이 대응하는 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도 두께의 보호층과,
    상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대쪽을 덮는 반사층과,
    상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꾸어 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부
    를 갖되,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층 쪽으로부터 사출되는 표시 패널.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 발광층을 분리하기 위해서 상기 사출측으로 돌출된 뱅크를 갖고, 그 뱅크의 내면이 상기 각도 변환부로 되어 있으며, 그 뱅크로 둘러싸인 영역 에 상기 보호층이 형성되어 있는 표시 패널.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 발광층을 분리하기 위해서 상기 사출측으로 돌출된 뱅크를 갖고, 그 뱅크로부터 사출측으로 돌출된 절연 재료로 이루어지는 돌기를 가지며, 그 돌기의 내면이 상기 각도 변환부로 되어 있고, 그 돌기에 의해 둘러싸인 영역에 상기 보호층이 형성되어 있는 표시 패널.
  11. 전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 복수의 발광층과,
    이들 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 복수의 발광층으로부터 사출된 광이 대응하는 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도 두께의 보호층과,
    상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대쪽을 덮는 반사층과,
    상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꾸어 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부를 갖는 표시 패널과,
    상기 표시 패널의 상기 발광층을 구동하여 화상을 표시시키는 구동 장치
    를 갖되,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층 쪽으로부터 사출되는 표시 장치.
  12. 전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 발광층으로부터 사출된 광이 상기 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도 두께의 보호층과, 상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대측을 덮는 반사층과, 상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꿔 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부를 갖되,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층 쪽으로부터 사출되는 자발광 소자의 제조 방법으로서,
    상기 발광층을 다른 발광층과 분리하기 위해 상기 사출쪽으로 돌출된 뱅크의 내면을 상기 각도 변환부로 하는 공정과,
    상기 뱅크로 둘러싸인 영역에 상기 보호층을 형성하는 공정
    을 갖는 자발광 소자의 제조 방법.
  13. 전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 발광층으로부터 사출된 광이 상기 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도 두께의 보호층과, 상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대쪽을 덮는 반사층과, 상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꿔 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부를 갖되,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층 쪽으로부터 사출되는 자발광 소자의 제조 방법으로서,
    상기 발광층을, 다른 발광층과 분리하기 위해서 상기 사출쪽으로 돌출된 뱅크로부터 사출쪽으로 돌출된 돌기를 절연 재료에 의해 형성하여, 그 돌기의 내면을 상기 각도 변환부로 하는 공정과,
    그 돌기에 의해 둘러싸인 영역에 상기 보호층을 형성하는 공정
    을 포함하는 자발광 소자의 제조 방법.
  14. 기판 상에 형성된 발광 소자를 포함하는 표시체층과,
    상기 표시체층의 사출 방향에 위치하여, 상기 발광 소자로부터 출력된 출력광의 진행 방향을 상기 사출 방향으로 향하게 하는 각도 변환부를 구비한 투명한 출력층을 갖고,
    상기 출력층의 굴절율은 상기 발광 소자의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광한 광은 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 출력층의 쪽으로부터 사출되는 자발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 각도 변환부는, 마이크로 렌즈, 마이크로 프리즘 또는 마이크로 미러인 자발광 소자.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 표시체층은, 상기 발광 소자를 사이에 두도록, 상기 발광 소자보다도 굴절율이 높은 투명 전극층을 구비하고 있는 자발광 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 투명 전극층과 상기 출력층의 계면에 반사 방지층을 갖는 자발광 소자.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 출력층의 사출 방향으로, 투명한 봉지층(封止層)을 갖고, 상기 출력층과 상기 봉지층 사이에, 굴절율이 거의 1인 불활성 가스가 충전되어 있는 자발광 소자.
  19. 기판 상에 형성된 발광 소자를 포함하는 표시체층과,
    상기 표시체층의 사출 방향에 위치하고, 상기 발광 소자로부터 출력된 출력광의 진행 방향을 상기 사출 방향으로 향하게 하는 각도 변환부를 구비한 투명한 출력층을 갖고, 상기 출력층의 굴절율은 상기 발광 소자의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광을 상기 발광층에 관해 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 출력층의 쪽으로부터 사출시키는 자발광 소자를 복수 갖고, 상기 자발광 소자가 2차원으로 매트릭스 형상으로 배치되어 있는 표시 패널.
  20. 기판 상에 형성된 발광 소자를 포함하는 표시체층과, 상기 표시체층의 사출 방향에 위치하여, 상기 발광 소자로부터 출력된 출력광의 진행 방향을 상기 사출 방향으로 향하게 하는 각도 변환부를 구비한 투명한 출력층을 갖고, 상기 출력층의 굴절율은 상기 발광 소자의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광된 광을, 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 출력층 쪽으로부터 사출시키는 자발광 소자를 복수 갖고, 상기 자발광 소자가 2차원 매트릭스 형상으로 배치되어 있는 표시 패널과, 이 표시 패널의 상기 표시체층을 구동하여 화상을 표시하는 구동 장치를 갖는 표시 장치.
  21. 청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    전극 사이에 배치되어, 상기 전극 사이에 인가된 전압에 의해 발광하는, 기판 상에 형성된 발광층과,
    상기 발광층의 사출쪽을 덮고, 외계와의 계면을 형성하는 보호층으로서, 상기 발광층으로부터 사출된 광이 상기 발광층의 면적 내의 상기 계면에서 적어도 한 번은 전반사할 정도 두께의 보호층과,
    상기 발광층에 대하여 상기 보호층의 반대측을 덮는 반사층과,
    상기 발광층의 주위에서, 상기 발광층으로부터 사출된 광으로서, 상기 보호층 내를 전파하는 광의 방향을 바꾸어 상기 계면에 대하여 임계각 미만으로 하는 각도 변환부
    를 갖고,
    상기 보호층의 굴절율은 상기 발광층의 굴절율과 동등하거나 또는 크고, 상기 발광층에서 발광한 광을 상기 발광층에 관하여 상기 기판과 반대쪽에 마련된 상기 보호층의 쪽으로부터 사출시키는 자발광 소자.
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