JP2009054902A

JP2009054902A - 表示装置

Info

Publication number: JP2009054902A
Application number: JP2007221997A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kitayama; 宏之北山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】斜め方向から入射する外光に対する多重反射を改善して、表示品位を向上させた自発光型の表示装置を提供する。
【解決手段】円偏光板１７と、透明基材１６上に設けられた反射防止層１５とを含む自発光型表示素子を用いて表示装置を構成する。透明基材１６上に設けられた反射防止層１５は、反射率の最小値が２０度以上の外光入射角度の範囲となるように設定する。自発光型表示素子として、基板１１上に、反射電極１２、発光層１３、及び透明電極１４を積層した有機ＥＬ素子を用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子の光取り出し側に、円偏光板および反射防止層を有する表示装置に関するものである。

近年、フラットパネルディスプレイの一形態として、エレクトロルミネッセンス（以下ＥＬと略記する）を用いた自発光型表示装置の研究開発が盛んに行われている。実際に、有機ＥＬ材料を自発光素子として用い、ＴＦＴをマトリクス配置したアクティブマトリクス型表示装置が製品化されている。

このような有機ＥＬを用いた自発光素子では、放射される光エネルギーを有効利用する工夫がなされている。例えば、ＥＬ材料に電荷を注入するための電極材料に対して反射機能を持たせて、放射される光を一方向に揃えることが一般的に行われている。

しかし、表示装置の内部に反射機能を有する部材を配置した場合には、表示装置外から表示装置内に入射した外光が反射部材により反射され、再び表示装置外に射出する。このような反射現象が生じると、実際の使用において人間の目には「映り込み」として感じられるため、表示装置の表示品位が低下する。

そこで、外光反射を抑制する技術として、表示体と、その前面側に配置された円偏光板を有する前面板とで構成され、前面板の表示体側表面に反射防止のための処理が施されている自発光型表示装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００３−９１２４４号公報

しかし、上述した特許文献１に記載された技術は、斜め方向から入射する外光の挙動については不明であり、何ら考慮されていなかった。そこで、斜め方向から入射する外光の挙動を、市販の光線追跡アプリケーションソフトウエアでシミュレーションした。図５は、斜め方向から入射する外光の挙動に関するシミュレーション結果を示す説明図である。

図５から明らかなように、斜め方向から入射した外光５４は、透明基材５３と接している反射防止層５２と、ＥＬ素子５１の反射電極（不図示）との間で多重反射を起こす。その結果、外部光源の映り込みが表示部の広い面積範囲に拡がってしまうという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑み提案されたもので、斜め方向から入射する外光に関する多重反射を改善した自発光型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、
円偏光板と、透明基材上に設けられた反射防止層とを含む自発光型表示素子を用いる。そして、反射防止層は、反射率の最小値が２０度以上の外光入射角度の範囲となるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、透明基材上に設けられた反射防止層の反射率を適切に設定することにより、斜め方向から入射する外光に対する多重反射が改善されて、表示品位を向上させた自発光型表示装置を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明の表示装置を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る表示装置の断面図である。

本発明の実施形態に係る表示装置は、図１に示すように、基板１１上に電極層や自発光型表示素子である有機ＥＬ層等を積層することで構成される。

基板１１は、ガラス、シリコン、ＳＵＳなどの硬質基板や、プラスチックやエポキシなどの軟質基板を用いることができる。例えば、ガラス基板として、コーニング社製１７３７を用いることができる。

基板１１上には、ＴＦＴ素子（図示せず）や、ＴＦＴのスイッチングを制御するための配線構造（図示せず）がマトリクス上に形成され、それらの構造上に反射機能を有する反射電極１２が形成されて、電気的に接続される。反射電極１２の材質としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇなどの反射率の高い金属材料や、合金材料などを用いることができる。この場合、スパッタ法により金属材料を基板１１上に堆積させ、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、反射電極１２を形成することができる。また、これら金属材料の上に、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極を積層して、この透明電極を反射電極１２として用いてもよい。また、金属材料と透明電極との間に、スパッタ法により酸化窒化シリコンを堆積させた透明層を設け、かつ、透明層に設けたコンタクトホールを介して金属材料と透明電極とを電気的に接続して、反射電極１２を形成してもよい。

反射電極１２上に、発光層１３が形成される。発光層１３は、正孔輸送層、発光層、電荷ブロック層、電子注入層（それぞれ図示せず）を積層することにより構成される。

発光層１３上に、透明電極１４が形成される。透明電極１４は、ＩＴＯのスパッタにより形成してもよい。また、ＩＴＯのかわりに、ＩＺＯ（酸化亜鉛と酸化インジウムの化合物）を用いてもよい。

以上のようにして、基板１１上に有機ＥＬ素子を形成することができる。有機ＥＬ素子は、自発光型表示素子であり、基板１１上のＴＦＴマトリクスを介して、反射電極１２と透明電極１４との間に電圧もしくは電流を流すことによって発光する。

そして、有機ＥＬ素子を形成した基板１１上に、基板１１と一定の間隔を空けて透明基材１６を設置する。さらに、透明基材１６に、反射防止層１５と円偏光板１７とを設置することにより、本発明の実施形態に係る表示装置が完成する。なお、図１では、観察者側から見て、円偏光板１７、透明基材１６、反射防止層１５の順に積層されているが、この順序に限定されるものではない。例えば、観察者側から見て、反射防止層１５、透明基材１６、円偏光板１７の順に積層されていてもよい。

次に、本発明の実施形態に係る発光装置を構成する各部材について説明する。

＜偏光部材（直線偏光部材）＞
偏光部材は、あらゆる方向に振動している光の中から一定方向にのみ振動する直線偏光を取り出すフィルターである。例えば、偏光部材として、一軸に延伸されたポリビニルアルコールフィルムにヨウ素などの二色性色素を吸着配向させたものが用いられる。

＜位相差部材（λ／４位相部材）＞
位相差部材は、偏光部材によって偏光状態になった光に位相差を与えるための部材である。本実施形態では、ほぼ１／４λの位相差を与え、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に、それぞれ偏光状態を変える働きを有している。位相差部材の材料として、例えば、ポリカーボネートの一軸延伸配向フィルムなどを用いることができる。

＜円偏光板＞
円偏光板１７は、上述した偏光部材と位相差部材とを積層した部材である。本実施形態においては、光取り出し側に円偏光板１７が配置される。円偏光板１７を透過する光は、円偏光に変換される。また、円偏光板１７を透過する円偏光は、位相差部材を透過する際に直線偏光に変換される。この円偏光板１７を透過して反射した円偏光は、再度、この円偏光板１７を透過する際に偏光部材と直交する向きの偏光に変換されるため、偏光部材で吸収されて透過することはできない。

＜透明基材＞
透明基材１６としては、ガラスやポリカーボネート系材料などの透明な材料を用いることができる。

＜有機ＥＬ素子＞
上述したように、有機ＥＬ素子は、基板１１、反射電極１２、発光層１３、透明電極１４を積層して構成されており、公知の素子構成、素子材料を適宜利用することができる。

具体的には、予め駆動用回路などが設けられた基板１１に対して、真空蒸着法で正孔輸送層や発光層、電子輸送層等の有機ＥＬ膜を形成する。

基板１１には、予め、厚さが５０ｎｍで、１００μｍ□のＡｌ合金の反射電極１２が、２００μｍピッチで２次元パターン形成されている。反射電極材料としては、Ａｌの他に、反射率の高いＡｇ、Ｃｒなどを用いてもよく、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反射電極１２の上に積層することも可能である。

そして、有機ＥＬ材料である正孔輸送層（図示せず）として、α−ＮＰＤを２０ｎｍの厚さに積層した。続いて、発光層１３として、Ａｌｑ３を３０ｎｍの厚さに積層した。続いて、電子注入層（図示せず）として、炭酸セシウムとＡｌｑ３との混合膜を５０ｎｍの厚さに積層した。

続いて、スパッタ法により、透明電極１４として、ＩＴＯ膜を６０ｎｍの厚さに積層して、有機ＥＬ素子を作成した。

次に、上述した反射防止層１５の光学設計方法について説明する。

なお、外光の入射方向を変化させて外光反射率を算出するために、市販の光線追跡シミュレーションソフトウエアを用いた。

＜反射防止層単層の光学設計＞
まず、反射防止層単層の光学設計について説明する。

多層膜からなる反射防止層１５の光学薄膜に関する設計は、通常の場合、コンピューターシミュレーションで行われる。図２は、４層系反射防止膜の設計例を示す説明図である。

図２に示すように、ガラス基板（屈折率ｎ＝１．５４）上に、下からＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の順に４層の積層構成とする。

市販の光線追跡シミュレーションソフトウエアを用いて、図２において外光入射角θ＝０°とした場合の各層の膜厚を、下記式（１）より求める。

ｄ＝λ／（４ｎ）・・・（１）

ここで、λ＝５５５ｎｍとする。ｎは各層の屈折率である。

一方、外光入射角θ＝４５°とした場合の各層の膜厚を、下記式（２）より求める。

ｄ＝λ／（４ｎｃｏｓθ）・・・（２）

下記表１に、４層系反射防止膜の各層の構成例を示す。

以上のようにして設計した積層膜をガラス基板上に配置した反射防止層について、外光入射角θを０度から７５度まで変化させながら，反射率を求めた。図３は、ガラス基板上の４層反射防止層について外光入射角の変化に対する反射率の計算結果を示すグラフである。なお、図３（ａ）は０度設計の場合の計算結果、図３（ｂ）は４５度設計の場合の計算結果である。

図３から明らかなように、０度設計の場合は、外光入射角が０度の時に反射率が最小となる。

さらに、５度，１０度，１５度設計の場合も、０度設計と同様に図３（ａ）のような単調増加のグラフとなり、本発明が目的とする反射防止膜は得られないことがわかる。

一方、４５度設計の場合は、外光入射角が５０度付近で反射率が最小となり、目的とする反射防止層を得られることがわかる。さらに同様な設計を、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度で行ったところ、対応する反射率の最小値を与える外光入射角度は、それぞれ２０度、３０度、４０度、６５度，０度となった。

このように、設計角度と反射率の最小値を与える外光入射角とは、ほぼ対応した値か、近似した値となっていることがわかる。

さらに以上より、反射率が最小となる入射角度の範囲は２０度から６５度とすることが好ましいことがわかる。

このように、反射率が最小となる入射角度に最適範囲が存在することは，上記の光学設計から明らかにされ、シミュレーションにより、図３の（ａ）、（ｂ）のどちらの挙動を示すかを確認することができる。

＜表示装置に組み込んだ反射防止層の光学設計＞
次に、前記のようにして設計された反射防止層を、図１に示す表示装置に組み込んだ場合の設計方法を説明する。

なお、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
外光：平行光，自然光（偏りなし）
光線本数：５００本
フレネル分岐数：３

（２）構成系のパラメーターの設定
反射電極：Ａｌ合金／ｎ＝１．１０７（屈折率実部）、ｋ＝５．４７１（屈折率虚部）、ｄ＝０．２μｍ
発光層：ｎ＝１．７０、ｄ＝２．５μｍ
透明電極：ｎ＝１．８９９、ｋ＝０．０１２９、ｄ＝０．０５μｍ
反射防止層：表１に示す構成
透明基材：ｎ＝１．５０、ｄ＝１０００μｍ
円偏光板
λ／４位相板：ｎｏ＝１．５９０８、ｎｅ＝１．５８２１（屈折率異方性）、ｄ＝１６．０μｍ
粘着層：ｎ＝１．５５、ｄ＝２５．０μｍ
直線偏光板：ｎｏ＝１．５０、ｎｅ＝１．５３、ｉｏ＝５×１０^-4、ｉｅ＝０．９（透過率異方性）、ｄ＝１００．０μｍ
反射防止膜（直線偏光板の上）４層系：ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂

以上の条件でシミュレーションすると、自然光としての外光が円偏光板により円偏光に変換され、反射電極で反射され、もう一度円偏光板を透過した後の反射率を外光入射角θの関数として求めることができた。また、θが大きい場合には、楕円偏光になることも確認できた。

図４は、０度設計と４５度設計における反射率の入射角依存を示すグラフである。

図４から明らかなように、４５度設計の反射防止層は、０度設計の反射防止層よりも、全外光入射角範囲で反射率が小さくなっていることがわかる。

以上、多層膜反射防止層の光学設計を外光入射角４５度で行った例を示したが、同様な効果は、以下の実施例で詳細に説明するように、外光入射角を２０度以上で光学設計した場合に得ることができる。

外光入射角の設計角度が２０度より小さくなると、０度設計とほぼ同一の値に反射率が増大してしまい、本発明の効果が得られなくなってしまう。また、反射防止層は単層でもよいが、３層以上の積層系とすることが好ましい。

なお、上述した説明では、有機ＥＬ素子のスイッチングにＴＦＴ素子を用いたが、単純マトリクス配線によるパッシブ駆動を用いた表示装置であっても、同様の効果を得ることができる。また、有機ＥＬ素子ではない他の自発光型素子を用いた場合においても、同様の効果を得ることができる。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の表示装置をより詳細に説明する。

まず、図１に示す構成の有機ＥＬ素子（基板１１、反射電極１２、発光層１３、透明電極１４）を、上述した条件で作成した。

次に、透明基材１６として、厚さ１ｍｍのガラス板を用い、円偏光板１７として、サンリッツ社（ＳＡＮＲＩＴＺＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）製ＲＤ−ＨＬ５６−Ｗ０３ＡＲＰをガラス板の上に貼り合わせた。

さらに、ガラス板のもう一方の側に，反射防止層１５として、ガラス板の側から順に、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂が積層された反射防止膜を蒸着により形成した。なお、４つの層の膜厚については、表１に示す設計手法を用いて、それぞれ０度、２０度、３０度、４０度、４５度、５０度の外光入射角度で設計を行った。

その結果、ガラス基板上の反射防止層１５について、反射率の最小値を与える角度は、設計角度とほぼ同一か、近似した値となる。

このようにして作成した表示装置について、外光反射率の測定を行った。下記表２に、測定結果を示す。

ここで、外光反射率については、村上色彩技術研究所（株）製「３次元変角分光測色システムＧＣＭＳ−１」で、入射角−１５度と−４５度の外光（キセノンランプ）入射時の１５度、４５度の視野角における正反射率を測定した。

表２から明らかなように、反射率の最小値を与える角度が２０度以上において、視野角１５度、４５度での反射率が共に１３％台以下となっており、低い反射率であることがわかる。また、外光反射挙動を目視で観察すると、光源の映り込みが狭い面積範囲に収まっていた。

一方、比較例として、設計角度が０度の場合は、視野角１５度での反射率が１４％台となり、外光反射挙動を目視で観察すると、光源の映り込みが広い面積範囲に拡がっていた。これは、透明基材１６と空気層界面での反射光が、反射電極１２と透明基材１６との間で多重反射することによって生じているためと考えられる。

本発明の実施形態及び実施例に係る表示装置の断面図である。４層系反射防止膜の設計例を示す説明図である。ガラス基板上の４層反射防止層について外光入射角の変化に対する反射率の計算結果を示すグラフである。０度設計と４５度設計における反射率の入射角依存を示すグラフである。斜め方向から入射する外光の挙動に関するシミュレーション結果を示す説明図である。

符号の説明

１１基板
１２反射電極
１３発光層
１４透明電極
１５反射防止層
１６透明基材
１７円偏光板

Claims

円偏光板と、透明基材上に設けられた反射防止層とを含む自発光型表示素子を用いた表示装置であって、
前記反射防止層は、反射率の最小値が２０度以上の外光入射角度の範囲となるように設定されていることを特徴とする表示装置。
前記自発光型表示素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。