発光装置、表示装置および表示装置の製造方法
【課題】配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を大幅に向上させることを実現する。
【解決手段】光を出射する発光素子と、前記発光素子の発光面４５ａの周囲に立設されて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部３８とを備えた発光装置において、前記凹面鏡部３８が、放物線の一部を回転させて得られる光反射面３８ａを有するように構成するとともに、前記回転の中心軸を、前記放物線の一部と当該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オフセットさせて設定する。
【解決手段】光を出射する発光素子と、前記発光素子の発光面４５ａの周囲に立設されて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部３８とを備えた発光装置において、前記凹面鏡部３８が、放物線の一部を回転させて得られる光反射面３８ａを有するように構成するとともに、前記回転の中心軸を、前記放物線の一部と当該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オフセットさせて設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、表示装置および表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下「ＬＥＤ」と略す）や有機ＥＬダイオード（Organic Light Emitting Diode；以下「ＯＬＥＤ」と略す）が普及しており、照明機器を構成する発光装置やフラットパネルディスプレイと呼ばれる表示装置等といった様々な技術分野にて広く利用されている。
【０００３】
このようなＯＬＥＤまたはＬＥＤ等といった発光素子を用いて発光装置や表示装置等を構成する場合には、効率の良い光取出しを行うことが求められる。光取出し効率が低いと、発光素子における実際の発光量を有効に活用していないことに繋がり、消費電力等の点で大きなロスを生じる要因となるからである。
【０００４】
このことから、ＯＬＥＤまたはＬＥＤ等を用いた発光装置や表示装置等においては、マイクロプリズム、マイクロレンズ、凹面鏡等を用いて、光取出し効率の向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
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）。
【０００５】
ここで、ＣＰＣについて簡単に説明する。
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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４５６７号公報
【特許文献３】特表２００５−５３１１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＯＬＥＤまたはＬＥＤ等といった発光素子にＣＰＣ構造の反射鏡を適用すると、ＣＰＣが空気中入射角90°に対応という特徴を有することから、当該発光素子からの出射光は、例えば図１５に示すように、高角領域（例えば視野角63°以上の領域）に渡って均一に配光されることになる。
【０００８】
しかしながら、例えば表示装置としての用途を考えた場合、その画面を視野角70°以上の高角から視覚するようなケースは稀である。したがって、高角領域への配光特性を必要以上に向上させても、低消費電力化の実現等の観点からも、それほど大きなメリットが得られるとは言えない。つまり、高角領域よりも、有効視覚範囲内の輝度を向上させたほうが、発光素子からの出射光の有効活用という点では望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を大幅に向上させる反射鏡形状を有しており、これにより高輝度化や低消費電力化等を実現することのできる発光装置、表示装置および表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために案出された発光装置で、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当該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、前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された表示装置で、光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該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、さらに、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、前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された表示装置の製造方法で、光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されてな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が、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とともに、当該回転の中心軸が、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発光装置および表示装置並びに上記手順の表示装置の製造方法では、凹面鏡部の光反射面を構成する放物線の回転中心軸が、当該放物線と当該放物線の焦点とを結ぶ線分の中点よりも、当該放物線の側を通過する位置に設定されている。ここで、放物線の焦点近傍を通過する光は、凹面鏡部の光反射面での反射を経て出射される際における高角領域の配光成分に相当する。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設定すれば、当該放物線の側に寄った分だけ、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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放物線の回転中心軸を寄せた分だけ、高角領域の配光成分を抑制して、相対的に低角側を増加させることが可能となる。このことは、放物線の回転中心軸の設定位置によって、配光角度や分布等の制御が可能になることを意味する。したがって、本発明は、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させ得るのである。つまり、反射光の配光分布の均一性による輝度視野角特性の改善を通じて、低消費電力で、かつ、明るい照明や画像表示等を行うことが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明に係る発光装置、表示装置および表示装置の製造方法について説明する。
【００１６】
〔表示装置の概略構成〕
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。
【００１７】
図１は、有機ＥＬディスプレイの概略構成例を示す説明図である。
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。
【００１８】
図２は、有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
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。
【００１９】
図３は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。図例のテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２０】
図４は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。図例のデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２１】
図５は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。図例のノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２２】
図６は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。図例のビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２３】
図７は、表示装置を有した電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２４】
〔表示装置の特徴的な構成〕
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。
【００２５】
図８は、有機ＥＬディスプレイの要部構成例を示す説明図である。
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。
【００２６】
図９は、凹面鏡部の光反射面の形状の具体例を示す説明図である。
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。
【００２７】
さらに詳しくは、図９（Ａ）に示すように、放物線の対称軸は、当該放物線に基づく形状の光反射面が形成される透明基板３７とその表面（界面）に接する空気層とによって特定される臨界角に対応して傾斜している。ＣＰＣでは、放物面の対象軸の傾斜角度は光透過材層と空気層との屈折率差によって決まる臨界角と一致させるが、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、高角側へ多くの光を配光させる必要がなく、また、凹面鏡部３８の光反射面３８ａを介さず直接高角側へ配光される光もあることから、必ずしも臨界角と一致させる必要はなく、当該臨界角以下であればよい。つまり、ここでいう臨界角に対応する傾斜とは、当該臨界角以下の角度による傾斜を意味する。ただし、この傾斜についても、反射光は傾斜角度以上の配光が一切存在しなくなるため、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、空気中角度70°以下とすることは不可であり、実際には10°程度が限界と考えられる。
【００２８】
ここで、対象軸を傾斜させた放物線の焦点と、凹面鏡部３８の光反射面３８ａを形成するための放物線の回転中心軸との配置について説明する。
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。
【００２９】
図１０は、高角領域の配光成分抑制の具体例を示す説明図である。
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。
【００３０】
図１１は、凹面鏡部の光反射面の形状の具体例をＣＰＣと比較して示した説明図である。図例は、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状と、同条件で最適化したＣＰＣの光反射面形状とを、それぞれ比較しつつ示している。図例によれば、凹面鏡部３８の光反射面形状は、ＣＰＣの光反射面形状よりも、素子発光面に近づくにつれ開口が狭くなるような絞られた形状となっている。つまり、凹面鏡部３８の光反射面を形成するための放物線の回転中心軸の位置をオフセットさせると、光反射面の形状には、回転中心軸の位置をオフセットさせないＣＰＣの場合に対して、図例のような相違が生じるのである。
【００３１】
図１２は、光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の比較例を示す説明図である。図例では、光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の各項目について、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状、同条件で最適化したＣＰＣの光反射面形状、単なる放物面からなる光反射面形状、凹面鏡部を有さない従来構造で得られる結果を、それぞれ比較しつつ示している。図例によれば、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状を用いた場合に、取り出すエネルギーが最も多いことが分かる。また、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状によれば、他構造に比べて、取り出すエネルギーの点で余裕があり、正面輝度、45°輝度視野角についても、改善を図ることが可能となっている。
【００３２】
以上のように、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、凹面鏡部３８の光反射面３８ａ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しているので、当該放物線の側に寄った分だけ、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。このことは、放物線の回転中心軸の設定位置のオフセットによって、配光角度や分布等の制御が可能になることを意味する。したがって、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１においては、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させ得るのである。つまり、反射光の配光分布の均一性による輝度視野角特性の改善を通じて、低消費電力で、かつ、明るい画像表示を行うことが実現可能となる。
【００３３】
しかも、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、有機ＥＬ素子４５の発光面４５ａおよび凹面鏡部３８の光反射面３８ａが、光透過性を有した透明基板３７によって覆われているとともに、当該光反射面３８ａを形成するための放物線の対称軸に、透明基板３７の光出射側の界面における臨界角に対応する傾斜、すなわち当該臨界角以下の傾斜が与えられている。したがって、ＣＰＣの場合と同様に、高角領域に渡って均一な配光分布が得られることになり、その結果として配光特性の均一さを十分に高く確保することができるのである。
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。
【００３４】
なお、放物線の回転中心軸のオフセット量は、有機ＥＬディスプレイ１を構成した場合における透明基板３７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すればよい。すなわち、有機ＥＬディスプレイ１が満足すべき配光分布についての仕様（視野角50°で90％以上の光量を維持していること等の所望スペック）が与えられれば、その仕様を満足するオフセット量を、例えば公知のシミュレーション技術を用いて求めればよい。
【００３５】
〔表示装置の製造方法〕
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。
【００３６】
有機ＥＬディスプレイ１の製造にあたっては、先ず、当該有機ＥＬディスプレイ１が満足すべき仕様に基づき、例えば公知のシミュレーション技術を用いつつ、放物線の回転中心軸のオフセット量、すなわち当該凹面鏡部３８の光反射面の形状を特定する。そして、形状を特定したら、例えば２Ｐ（Photo-Polymer）複製法を用いて、凹面鏡部３８を形成することが考えられる。ただし、必ずしも２Ｐ複製法に限定されることはなく、他の公知の製法を利用して形成しても構わない。
【００３７】
図１３は、２Ｐ複製法による製造手順の一具体例を示す説明図である。
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。
【００３８】
〔本発明の変形例〕
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。
【００３９】
また、本実施形態では、発光素子としての有機ＥＬ素子４５がマトリクス状にパターン配列されてなる有機ＥＬディスプレイ１に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
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。
【００４０】
つまり、有機ＥＬディスプレイ１に代表される表示装置に本発明を適用した場合と同様に、照明機器として用いられる発光装置に本発明を適用した場合においても、発光素子の発光面周囲に立設される凹面鏡部の光反射面を構成する放物線の回転中心軸をオフセットさせることで、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させることが可能となり、その結果として低消費電力で、かつ、明るい照明を行うことが実現可能となる。
【００４１】
このような有効視覚範囲内の輝度向上は、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形状によって実現されるものであるが、当該光反射面形状は高次非球面、平面を複数組み合わせることによって形成されたポリゴン、または、複数の円錐を組み合わせた反射鏡形状によって近似したものであってもよい。すなわち、これらの近似形状であっても、その形状自体が、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形状と同視できるものであれば、当該光反射面形状の場合と同様に、有効視覚範囲内の輝度向上が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】有機ＥＬディスプレイの概略構成例を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
【図３】表示装置を有した電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。
【図４】表示装置を有した電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図である。
【図５】表示装置を有した電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図６】表示装置を有した電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。
【図７】表示装置を有した電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。
【図８】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイの要部構成例を示す説明図である。
【図９】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける凹面鏡部の光反射面の形状の具体例を示す説明図である。
【図１０】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける高角領域の配光成分抑制の具体例を示す説明図である。
【図１１】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける凹面鏡部の光反射面の形状の具体例をＣＰＣと比較して示した説明図である。
【図１２】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイと従来構造等の光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の比較例を示す説明図である。
【図１３】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイの２Ｐ複製法による製造手順の一具体例を示す説明図である。
【図１４】従来のＣＰＣ構造の概要を示す説明図である。
【図１５】従来のＣＰＣ構造における配光成分の具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…有機ＥＬディスプレイ、３６…接着剤層、３７…透明基板、３８…凹面鏡部、３８ａ…光反射面、４５…有機ＥＬ素子、４５ａ…発光面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、表示装置および表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下「ＬＥＤ」と略す）や有機ＥＬダイオード（Organic Light Emitting Diode；以下「ＯＬＥＤ」と略す）が普及しており、照明機器を構成する発光装置やフラットパネルディスプレイと呼ばれる表示装置等といった様々な技術分野にて広く利用されている。
【０００３】
このようなＯＬＥＤまたはＬＥＤ等といった発光素子を用いて発光装置や表示装置等を構成する場合には、効率の良い光取出しを行うことが求められる。光取出し効率が低いと、発光素子における実際の発光量を有効に活用していないことに繋がり、消費電力等の点で大きなロスを生じる要因となるからである。
【０００４】
このことから、ＯＬＥＤまたはＬＥＤ等を用いた発光装置や表示装置等においては、マイクロプリズム、マイクロレンズ、凹面鏡等を用いて、光取出し効率の向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
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）。
【０００５】
ここで、ＣＰＣについて簡単に説明する。
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。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４５６７号公報
【特許文献３】特表２００５−５３１１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＯＬＥＤまたはＬＥＤ等といった発光素子にＣＰＣ構造の反射鏡を適用すると、ＣＰＣが空気中入射角90°に対応という特徴を有することから、当該発光素子からの出射光は、例えば図１５に示すように、高角領域（例えば視野角63°以上の領域）に渡って均一に配光されることになる。
【０００８】
しかしながら、例えば表示装置としての用途を考えた場合、その画面を視野角70°以上の高角から視覚するようなケースは稀である。したがって、高角領域への配光特性を必要以上に向上させても、低消費電力化の実現等の観点からも、それほど大きなメリットが得られるとは言えない。つまり、高角領域よりも、有効視覚範囲内の輝度を向上させたほうが、発光素子からの出射光の有効活用という点では望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を大幅に向上させる反射鏡形状を有しており、これにより高輝度化や低消費電力化等を実現することのできる発光装置、表示装置および表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために案出された発光装置で、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当該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、前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された表示装置で、光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該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、さらに、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、前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された表示装置の製造方法で、光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されてな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が、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とともに、当該回転の中心軸が、前記放物線の一部と当該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ことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発光装置および表示装置並びに上記手順の表示装置の製造方法では、凹面鏡部の光反射面を構成する放物線の回転中心軸が、当該放物線と当該放物線の焦点とを結ぶ線分の中点よりも、当該放物線の側を通過する位置に設定されている。ここで、放物線の焦点近傍を通過する光は、凹面鏡部の光反射面での反射を経て出射される際における高角領域の配光成分に相当する。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設定すれば、当該放物線の側に寄った分だけ、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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放物線の回転中心軸を寄せた分だけ、高角領域の配光成分を抑制して、相対的に低角側を増加させることが可能となる。このことは、放物線の回転中心軸の設定位置によって、配光角度や分布等の制御が可能になることを意味する。したがって、本発明は、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させ得るのである。つまり、反射光の配光分布の均一性による輝度視野角特性の改善を通じて、低消費電力で、かつ、明るい照明や画像表示等を行うことが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明に係る発光装置、表示装置および表示装置の製造方法について説明する。
【００１６】
〔表示装置の概略構成〕
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。
【００１７】
図１は、有機ＥＬディスプレイの概略構成例を示す説明図である。
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。
【００１８】
図２は、有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
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。
【００１９】
図３は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。図例のテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２０】
図４は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。図例のデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２１】
図５は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。図例のノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２２】
図６は、表示装置を有した電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。図例のビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２３】
図７は、表示装置を有した電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として有機ＥＬディスプレイ１を用いることにより作製される。
【００２４】
〔表示装置の特徴的な構成〕
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。
【００２５】
図８は、有機ＥＬディスプレイの要部構成例を示す説明図である。
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。
【００２６】
図９は、凹面鏡部の光反射面の形状の具体例を示す説明図である。
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。
【００２７】
さらに詳しくは、図９（Ａ）に示すように、放物線の対称軸は、当該放物線に基づく形状の光反射面が形成される透明基板３７とその表面（界面）に接する空気層とによって特定される臨界角に対応して傾斜している。ＣＰＣでは、放物面の対象軸の傾斜角度は光透過材層と空気層との屈折率差によって決まる臨界角と一致させるが、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、高角側へ多くの光を配光させる必要がなく、また、凹面鏡部３８の光反射面３８ａを介さず直接高角側へ配光される光もあることから、必ずしも臨界角と一致させる必要はなく、当該臨界角以下であればよい。つまり、ここでいう臨界角に対応する傾斜とは、当該臨界角以下の角度による傾斜を意味する。ただし、この傾斜についても、反射光は傾斜角度以上の配光が一切存在しなくなるため、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、空気中角度70°以下とすることは不可であり、実際には10°程度が限界と考えられる。
【００２８】
ここで、対象軸を傾斜させた放物線の焦点と、凹面鏡部３８の光反射面３８ａを形成するための放物線の回転中心軸との配置について説明する。
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。
【００２９】
図１０は、高角領域の配光成分抑制の具体例を示す説明図である。
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。
【００３０】
図１１は、凹面鏡部の光反射面の形状の具体例をＣＰＣと比較して示した説明図である。図例は、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状と、同条件で最適化したＣＰＣの光反射面形状とを、それぞれ比較しつつ示している。図例によれば、凹面鏡部３８の光反射面形状は、ＣＰＣの光反射面形状よりも、素子発光面に近づくにつれ開口が狭くなるような絞られた形状となっている。つまり、凹面鏡部３８の光反射面を形成するための放物線の回転中心軸の位置をオフセットさせると、光反射面の形状には、回転中心軸の位置をオフセットさせないＣＰＣの場合に対して、図例のような相違が生じるのである。
【００３１】
図１２は、光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の比較例を示す説明図である。図例では、光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の各項目について、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状、同条件で最適化したＣＰＣの光反射面形状、単なる放物面からなる光反射面形状、凹面鏡部を有さない従来構造で得られる結果を、それぞれ比較しつつ示している。図例によれば、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状を用いた場合に、取り出すエネルギーが最も多いことが分かる。また、本実施形態における凹面鏡部３８の光反射面形状によれば、他構造に比べて、取り出すエネルギーの点で余裕があり、正面輝度、45°輝度視野角についても、改善を図ることが可能となっている。
【００３２】
以上のように、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、凹面鏡部３８の光反射面３８ａ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しているので、当該放物線の側に寄った分だけ、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。このことは、放物線の回転中心軸の設定位置のオフセットによって、配光角度や分布等の制御が可能になることを意味する。したがって、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１においては、配光特性の均一さを維持しつつ、配光角度や分布等の制御を行うことによって、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させ得るのである。つまり、反射光の配光分布の均一性による輝度視野角特性の改善を通じて、低消費電力で、かつ、明るい画像表示を行うことが実現可能となる。
【００３３】
しかも、本実施形態における有機ＥＬディスプレイ１では、有機ＥＬ素子４５の発光面４５ａおよび凹面鏡部３８の光反射面３８ａが、光透過性を有した透明基板３７によって覆われているとともに、当該光反射面３８ａを形成するための放物線の対称軸に、透明基板３７の光出射側の界面における臨界角に対応する傾斜、すなわち当該臨界角以下の傾斜が与えられている。したがって、ＣＰＣの場合と同様に、高角領域に渡って均一な配光分布が得られることになり、その結果として配光特性の均一さを十分に高く確保することができるのである。
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。
【００３４】
なお、放物線の回転中心軸のオフセット量は、有機ＥＬディスプレイ１を構成した場合における透明基板３７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すればよい。すなわち、有機ＥＬディスプレイ１が満足すべき配光分布についての仕様（視野角50°で90％以上の光量を維持していること等の所望スペック）が与えられれば、その仕様を満足するオフセット量を、例えば公知のシミュレーション技術を用いて求めればよい。
【００３５】
〔表示装置の製造方法〕
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。
【００３６】
有機ＥＬディスプレイ１の製造にあたっては、先ず、当該有機ＥＬディスプレイ１が満足すべき仕様に基づき、例えば公知のシミュレーション技術を用いつつ、放物線の回転中心軸のオフセット量、すなわち当該凹面鏡部３８の光反射面の形状を特定する。そして、形状を特定したら、例えば２Ｐ（Photo-Polymer）複製法を用いて、凹面鏡部３８を形成することが考えられる。ただし、必ずしも２Ｐ複製法に限定されることはなく、他の公知の製法を利用して形成しても構わない。
【００３７】
図１３は、２Ｐ複製法による製造手順の一具体例を示す説明図である。
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。
【００３８】
〔本発明の変形例〕
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。
【００３９】
また、本実施形態では、発光素子としての有機ＥＬ素子４５がマトリクス状にパターン配列されてなる有機ＥＬディスプレイ１に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
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。
【００４０】
つまり、有機ＥＬディスプレイ１に代表される表示装置に本発明を適用した場合と同様に、照明機器として用いられる発光装置に本発明を適用した場合においても、発光素子の発光面周囲に立設される凹面鏡部の光反射面を構成する放物線の回転中心軸をオフセットさせることで、有効視覚範囲内の輝度を従来のものよりも大幅に向上させることが可能となり、その結果として低消費電力で、かつ、明るい照明を行うことが実現可能となる。
【００４１】
このような有効視覚範囲内の輝度向上は、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形状によって実現されるものであるが、当該光反射面形状は高次非球面、平面を複数組み合わせることによって形成されたポリゴン、または、複数の円錐を組み合わせた反射鏡形状によって近似したものであってもよい。すなわち、これらの近似形状であっても、その形状自体が、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形状と同視できるものであれば、当該光反射面形状の場合と同様に、有効視覚範囲内の輝度向上が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】有機ＥＬディスプレイの概略構成例を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
【図３】表示装置を有した電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。
【図４】表示装置を有した電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図である。
【図５】表示装置を有した電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図６】表示装置を有した電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。
【図７】表示装置を有した電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。
【図８】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイの要部構成例を示す説明図である。
【図９】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける凹面鏡部の光反射面の形状の具体例を示す説明図である。
【図１０】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける高角領域の配光成分抑制の具体例を示す説明図である。
【図１１】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイにおける凹面鏡部の光反射面の形状の具体例をＣＰＣと比較して示した説明図である。
【図１２】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイと従来構造等の光取り出しのエネルギー、正面輝度の改善率、輝度視野角の比較例を示す説明図である。
【図１３】本発明が適用された有機ＥＬディスプレイの２Ｐ複製法による製造手順の一具体例を示す説明図である。
【図１４】従来のＣＰＣ構造の概要を示す説明図である。
【図１５】従来のＣＰＣ構造における配光成分の具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…有機ＥＬディスプレイ、３６…接着剤層、３７…透明基板、３８…凹面鏡部、３８ａ…光反射面、４５…有機ＥＬ素子、４５ａ…発光面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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当該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、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の発光面および前記凹面鏡部の光反射面が光透過部材層に覆われているとともに、
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
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
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
ことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、
各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該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、
さらに、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、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
前記発光素子の発光面および前記凹面鏡部の光反射面が光透過部材層に覆われているとともに、
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
ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
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
ことを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されてな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が、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とともに、
当該回転の中心軸が、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１】
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当該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、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の発光面および前記凹面鏡部の光反射面が光透過部材層に覆われているとともに、
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
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
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
ことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、
各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該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、
さらに、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、
前記回転の中心軸は、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
前記発光素子の発光面および前記凹面鏡部の光反射面が光透過部材層に覆われているとともに、
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
ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
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
ことを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
光を出射する複数の発光素子が所定規則で配列されているとともに、各発光素子に対応して当該発光素子の発光面周囲にて当該発光素子からの光を反射する凹面鏡部が立設されてな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が、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とともに、
当該回転の中心軸が、前記放物線の一部と当該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
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図８】
【図９】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図８】
【図９】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２１８２９６（Ｐ２００８−２１８２９６Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６５９８（Ｐ２００７−５６５９８）
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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