JP2004070094A

JP2004070094A - コントラスト増大装置

Info

Publication number: JP2004070094A
Application number: JP2002230749A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 田中　章
Original assignee: Fujitsu Kasei Ltd
Current assignee: Fujitsu Kasei Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】能動型画像表示装置において、外光が入射して表示光像のコントラストが低下することを防ぐ。
【解決手段】背面側に反射鏡を兼ねた背面電極１１を有する能動型画像表示装置１の前面側に配設され、外光６の入射方向から順に、偏光板２と１／４波長板３と偏光分離再結合フィルム４との重層構成からなるようにコントラスト増大装置を構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自ら発光する能動型画像表示装置、特にエレクトロルミネッセンス表示装置（以下、ＥＬと略称）の表示画像の明暗のコントラストを増大するコントラスト増大装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットディスプレイと呼ばれる平板状あるいはシート状の表示装置のうち、液晶表示装置（ＬＣＤ）は自身では発光しない受動型画像表示装置である。つまり、画像表示は、表示装置内に入射した外光が変調されて起こる。従って、一般に外光が強い方が表示される画像のコントラストが大きくなり好ましい。
【０００３】
それに対して、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）やＥＬは、自ら発光する能動型画像表示装置なので、表示に際しては外光は必要なく、暗所でも光源なしで画像表示することができる。
ところで、ＰＤＰは、格子状に並設された多数の微小なセルの中で、希ガスなどの放電を起こして発光するものであるが、近年、放電によって発生した紫外線によって紫外線励起型の蛍光体を発光させてフルカラーを表示させるカラーＰＤＰが、大形のカラーＣＲＴに置き替わる画像表示装置として有望視されるようになっている。
【０００４】
一方、蛍光体に電場を加えると生じるエレクトロルミネッセンス現象は、電場によって自ら発光する能動型画像表示装置に応用する可能性があることは古くから知られていた。このエレクトロルミネッセンスは、ＺｎＳの発光が端緒となったが、ネサ膜と呼ばれるＳｎＯ_２の透明導電膜が発明されてから、薄形の画像表示素子が実現できるようになって実用化の可能性が出てきた。
【０００５】
ＥＬは、蛍光体膜に、粉末を用いるか薄膜を用いるか、あるいは加える電圧が交流か直流か、の組合せによって４種類に分類できる。しかし、実用的には、交流分散型と交流薄膜型と直流有機薄膜型（以下、有機ＥＬと略称）とがあり、近時、特に有機ＥＬが注目されている。
交流分散型ＥＬは、蛍光体粉末を有機物のバインダ中に分散して、例えば、５０〜　１００μｍの厚さに成膜し、交流で駆動するものである。分散した蛍光体粉末により効率的に電場を印加するためには、バインダとして、例えば、誘電率の大きなシアノエチルセルローズなどが用いられ、誘電率の低いアクリル系樹脂などを用いた場合にはＢａＴｉＯ_３などの高誘電率無機物をバインダ中に分散して発光効率を上げることが行われる。
【０００６】
交流薄膜型ＥＬは、蛍光体を蒸着やスパッタによって、例えば、１μｍ程度の厚さに成膜し、交流で駆動するものである。分散型に較べて蛍光体のみの緻密な膜を形成することができるので発光効率がよい。ただし、膜の絶縁破壊を防いで寿命を長くするために、実用的には、蛍光体膜の上下を絶縁層で挟む構成が採られている。
【０００７】
有機ＥＬは、電子を輸送する機能をもった、例えば、厚さが５０ｎｍの層と、正孔を輸送する機能をもった、例えば、厚さが２０ｎｍの層とが積層された構成になっている。そして、発光は、電子輸送層への正孔の注入、あるいは正孔輸送層への電子の注入により再結合発光の結果生じるもので、発光ダイオードに類似した注入発光である。電子輸送層には、例えば、オキサジアゾール誘導体など、正孔輸送層には、例えば、トリフェニルジアミン誘導体などの有機化合物が用いられ、有機ＥＬを呼ぶ所以である。
【０００８】
さらに、最近では、正孔輸送層と電子輸送層との間にいろいろな色に発光する有機発光材料からなる発光層を設け、発光材料の選択によって、ＲＧＢの３原色のカラーが表示できるカラー有機ＥＬが実現できる構成になっている。その結果、有機ＥＬは、発光効率やカラー表示、寿命などで格段の発展を遂げ、携帯電話の表示装置や数インチのモニタ表示装置などへの実用化が進められている。
【０００９】
図３はＥＬの構成を示す模式断面図である。能動型画像表示装置の一つであるＥＬ１００の基本的な構成は、図３においては上下が逆に図示されているが、透明導電膜からなる透明電極１２が設けられたガラスなどの透明な基板１３の上に発光層１４が設けられ、その発光層１４の上に背面電極１１が設けられた構成になっている。つまり、発光層１４が透明電極１２と背面電極１１とに挟まれた構成になっている。
【００１０】
また、図示してないが、透明電極１２と背面電極１１は互いに直交する格子状にパターニングされている。そして、一般的な単純マトリクス駆動の場合には、表示画像に見合った両電極１１、１２の交点が選択されて電圧：Ｖが印加されると、文字や絵などの画像表示が行われるようになっている。
発光層１４は、ＥＬ１００の形態によって異なり、交流分散型ＥＬの場合には、蛍光体粉末を有機物のバインダ中に分散したものである。また、交流薄膜型ＥＬの場合には、蛍光体を蒸着やスパッタによって成膜したものである。さらに、有機ＥＬの場合には、電子輸送層と正孔輸送層を積層した構成になっている。
【００１１】
透明な基板１３は、ＥＬ１００の発光層１４で発光した光像５を視認する側に配設され、一般的には透明なガラスが用いられるが、可撓性をもたせる場合には、ポリエステルフィルムなどのプラスチックスフィルムなども用いられる。
基板１３の上には透明電極１２が設けられる。この透明電極１２は透明導電膜と呼ばれるもので、Ｉｎ_２Ｏ_３やＳｎＯ_２などが用いられているが、微細なパターニング性を要求する場合には、Ｉｎ_２Ｏ_３とＳｎＯ_２の固溶体であるＩＴＯ膜が多用されている。
【００１２】
背面電極１１には、ＥＬ１００の発光層１４で発光表示された光像を反射する反射鏡を兼ねた役目があり、反射率が高くて比抵抗の低いＡｌ膜が多用されている。一般に蒸着膜として用いられるが、分散型で可撓性を要求する場合にはＡｌ箔も用いられる。
図４はＥＬを昼光下で視認した際の外光の振る舞いを示す模式図である。ＥＬ１００の形態が分散型の場合には、蛍光体を分散した発光層１４が数十〜数百μｍの厚さがあって発光層１４が不透明な場合が多い。ところが、ＥＬ１００の形態が薄膜型の場合には、発光層１４の厚さが、例えば、１μｍ程度、特に有機ＥＬの場合には、発光層１４の厚さが、例えば、数十ｎｍである。発光層１４がこのような厚さでは透明になる。
【００１３】
そのため、昼光下、特に、太陽光のような強い光の下でＥＬ１００を表示装置として用いる場合には、矢印で示した外光６が表面側の透明な基板１３から透明電極１２を透り、発光層１４を透過して反射鏡を兼ねる背面電極１１に達して反射し、発光層１４と透明電極１２と透明な基板１３を透して戻ってくる。
こゝでは、分かり易くするために光像５と外光６を分離した位置関係で図示している。しかし、実際には同一の位置、つまり発光層１４の発光している正にその位置に外光６が入射していることを示している。
【００１４】
つまり、外光６がＥＬ１００の中に入り込み、背面電極１１で反射して戻ってくる。そのため、発光層１４で発光表示される光像５が外光６に薄められて、視認者の眼７から見てコントラストの低下が避けられない。そこで、この外光６の不具合な振る舞いを抑制する提案がなされている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図５はＥＬに入射する外光の反射防止策の一例の模式図である。こゝでは、ＥＬ１００は有機ＥＬを想定しているが、図５において、ＥＬ１００の前面に偏光板２と１／４波長板３を配置する方法が提案されている。
ＥＬ１００に入射しようとする外光６は、偏光板２で直線偏光となり、１／４波長板３で４５°位相の進んだ円偏光となってＥＬ１００の中に入射する。この外光６は、ガラス基板や透明電極や発光層を透過したあと、背面電極１１で反射して逆進し、ＥＬ１００の外部へ出射する。そして、１／４波長板３で４５°位相の進んだ直線偏光となり、偏光板２へは、偏光板２の透過軸とは直交する吸収軸の方向に入射する。
【００１６】
そのため、外光６の反射光は偏光板２で吸収されて、ＥＬ１００の視認者の眼７には入らない。つまり、外光６が、ＥＬ１００の表示する光像５を薄めてコントラストを低下させる不具合は起こらないことを意図している。
ところが、ＥＬ１００で発光された光像５は、偏光板２で透過軸方向に平行な直線偏光のみしか視認者の眼に入光しない。そのため、偏光板２の光吸収と併せて、全体で４５％程度の光像５しか観察されず、ＥＬ１００の光像５が大幅に減光されてしまう。つまり、外光６の不具合な振る舞いを抑制する方策が、ＥＬ１００の発する光像５自体も減光してコントラストを低下させてしまう。
【００１７】
そこで本発明は、偏光板と１／４波長板に加えて偏光分離再結合フィルムを介在させ、ＥＬのような能動型画像表示装置が発光して表示する光像を繰返し反射させて光像の光量を増やし、コントラストの増大を図るコントラスト増大装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、請求項１において、背面側に反射鏡を兼ねた背面電極を有する能動型画像表示装置の前面側に配設され、外光の入射方向から順に、偏光板と１／４波長板と偏光分離再結合フィルムとの重層構成からなるように構成されたコントラスト増大装置によって解決される。
【００１９】
つまり、本発明においては、能動型画像表示装置における外光が表示装置の中で反射して出射するために起こる発光表示光像のコントラストの低下を抑制するために対策される偏光板と１／４波長板が、肝心の発光表示光像をも吸収ないし反射して減光してしまうことを抑制するために、偏光分離再結合フィルムを偏光板と１／４波長板に重積するようにしている。
【００２０】
偏光板と１／４波長板と偏光分離再結合フィルムとで起こる作用は、まず、ＥＬの発光層で発光した表示光像のうち、偏光分離再結合フィルムを透過しなかった表示光像は背面電極で反射して戻り、再度、偏光分離再結合フィルムを透過しなかった表示光像は背面電極で反射して戻ることを複数回繰返し、表示光像の積算光量が増大するようにしている。
【００２１】
一方、偏光分離再結合フィルムを透過した表示光像は、１／４波長板で４５°位相が進んだ直線偏光となって偏光板を透過する。
このようにＥＬの発光層で発光した表示光像は、偏光分離再結合フィルムを併設することによって、背面電極との間を複数回行き来しながら、順次偏光板を透過して装置の外に出射していく。
【００２２】
その結果、太陽光のような外光が偏光板と１／４波長板で減光される一方で、表示光像は偏光分離再結合フィルムの介在によって減光を抑制することができ、表示光像のコントラストを増大することができる。
次いで、請求項２において、該偏光分離再結合フィルムが、入射光のうちＳ波を反射し、Ｐ波を透過するものであるように構成された請求項１記載のコントラスト増大装置によって解決される。
【００２３】
つまり、偏光分離再結合フィルムにおいては、偏光板と１／４波長板を透った４５°位相が進んだ直線偏光の電気ベクトルが入射面に垂直なＳ波が反射され、入射面に平行なＰ波は透過する。
従って、ＥＬの発光層から発した表示光像のうち、偏光分離再結合フィルムで反射したＳ偏光成分は、背面電極で反射して楕円偏光に変換されて戻る。この楕円偏光のＰ偏光成分は偏光分離再結合フィルムを透過し、表示光像として視認される。
【００２４】
一方、Ｓ偏光成分は、再度偏光分離再結合フィルムで反射してＥＬ内に戻り、背面電極で反射して楕円偏光に変換されて再度偏光分離再結合フィルムへ戻り、同様の現象を繰り返すようになっている。
その結果、太陽光のような外光が偏光板と１／４波長板で減光される一方で、表示光像は偏光分離再結合フィルムの介在によって積算光量が増大して減光が抑制され、表示光像のコントラストを増大することができる。
【００２５】
次いで、請求項３において、該能動型画像表示装置が、ＥＬであるように構成した請求項１記載のコントラスト増大装置によって解決される。
能動型画像表示装置にはＰＤＰなどもあるが、本発明における効果はＥＬにおいて威力が発揮される。つまり、発光層が透明で、しかも背面電極が反射鏡にもなっている構成のＥＬにおいては、入射した外光がＥＬ内を透過して反射鏡で反射し、再度ＥＬ内を逆方向に透過して出射するために、表示光像に対するコントラストの劣化が起こる。
【００２６】
それに対して、本発明においては、偏光板と１／４波長板と偏光分離再結合フィルムとの相互作用によってＥＬの表示光像を効果的に出射することによって、コントラストを増大させるようにしている。
次いで、請求項４において、該ＥＬが、再結合発光型の有機ＥＬであるように構成された請求項２記載のコントラスト増大装置によって解決される。
【００２７】
つまり、本発明では、発光層が透明で外光が透過して反射鏡となる背面電極まで透過するＥＬに対して外光が反射して戻ってくることを抑制してコントラストの増大を図るようにしている。
その結果、本発明においては、ＥＬの発光層が透明なために外光が背面電極まで入射して反射する構成となっている再結合発光型の有機ＥＬにおいて、著しいコントラストの増大が図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を示す模式断面図、図２は偏光分離再結合フィルムの模式拡大斜視図である。
図中、１は能動型画像表示装置、２は偏光板、３は１／４波長板、４は偏光分離再結合フィルム、５は光像、１０はコントラスト増大装置、１１は背面電極、５１は第１の光像、５２は第２の光像、５３は第３の光像、５１１、５１２、５１３は表示画像、４１はＳ偏光、４２はＰ偏光、４１１は第１のＳ偏光、４１２は第２のＳ偏光、４２１は第１のＰ偏光、４２２は第２のＰ偏光、４２３は第３のＰ偏光４２３である。
【００２９】
図１と図２において、能動型画像表示装置１は、背面に向かった発光も効率よく出射できるように、背面電極１１がＡｌ薄膜などからなる反射鏡を兼ねた構成になっている。つまり、発光した光像５は、直接出射するものと、反射鏡を兼ねた背面電極１１で反射して出射するものとが積算されて発光光量ができるだけ損失なく視認できるようになっている。
【００３０】
ところで、従来技術では、能動型画像表示装置１の中に太陽光などの昼光が入射して背面電極１１で反射して光像５のコントラストを低くしてしまうことを防ぐために、偏光板２と１／４波長板３とを能動型画像表示装置１の前面に設けている。それに加えて、本発明では、能動型画像表示装置１と１／４波長板３との間に偏光分離再結合フィルム４を介在させている。
【００３１】
偏光分離再結合フィルム４は、図２に示したように、偏光分離再結合フィルム４の表面に入射した光のうち電気ベクトルが入射面に垂直な直線偏光であるＳ偏光４１はフィルム面で反射し、入射面に平行な直線偏光であるＰ偏光４２はフィルムを透過する機能を有するものである。こゝでは、住友スリーエム社製のＤＢＥＦフィルムを試料として用いている（請求項２）。
【００３２】
図１に戻って、実線で示した第１の光像５１は、偏光分離再結合フィルム４に向かって出射し、第１のＰ偏光４２１は偏光分離再結合フィルム４を透過し、１／４波長板３と偏光板２とを透過して表示画像５１１として目視される。
一方、第１の光像５１のうち、偏光分離再結合フィルム４に向かって出射した第１のＳ偏光４１１は偏光分離再結合フィルム４で反射して戻り、背面電極１１で再反射して楕円偏光に変換され、一点破線で示した第２の光像５２となる。
【００３３】
第２の光像５２は、偏光分離再結合フィルム４に向かって出射し、第２のＰ偏光４２２は偏光分離再結合フィルム４を透過し、１／４波長板３と偏光板２を透過して表示画像５１２となり、表示画像５１１と合体して目視され、光量としては積算される。
一方、第２の光像５２のうち、偏光分離再結合フィルム４に向かって出射した第２のＳ偏光４１２は偏光分離再結合フィルム４で反射して戻り、背面電極１１で再反射して楕円偏光に変換され、二点破線で示した第３の光像５３となる。
【００３４】
同様にして、第３の光像５３は、偏光分離再結合フィルム４に向かって出射し、第３のＰ偏光４２３は偏光分離再結合フィルム４を透過し、１／４波長板３と偏光板２を透過して表示画像５１３となり、表示画像５１１および表示画像５１２と合体して目視され、光量としては積算される。
図１においては、表示画像５１１、５１２、５１３のそれぞれを、分かり易くするために、模式的に横方向に拡げて分離して図示した。しかし、表示画像５１１、５１２、５１３のそれぞれは、発光層が高々　１００ｎｍの厚さで、１ピクセルの大きさも数十μｍ□程度であることを考慮すれば、偏光分離再結合フィルム４による第１と第２と第３の光像５１、５２、５３のそれぞれの反射の繰り返しは、目視的には１ピクセルの中で繰り返えされていると見なしてよい。表示画像５１１、５１２、５１３が合体して目視される所以である。
【００３５】
このようにして、偏光板２と１／４波長板３のみでは、発光光量の半分以上が反射ないし吸収されて減光され、外光の反射光が抑えられる分だけ光像５自体も減光されるものが、偏光分離再結合フィルム４による反射を繰り返かすことによって大幅に光像５の光量を増やし、その結果、コントラストを増大することができる。
【００３６】
因みに、偏光分離再結合フィルム４による２回の反射によって得られる光像５の増大を実測してみると、破線で示した第１のＰ偏光によって透過する第１の光像５１の視認光量は４６％、一点破線で示した第２のＰ偏光によって透過する第２の光像５２の視認光量は２０％、二点破線で示した第３のＰ偏光によって透過する第３の光像５３の視認光量は１０％であった。
【００３７】
つまり、光像５の総光量は、偏光分離再結合フィルム４を導入することによって、７６／４６＝１．６５倍に増大し、その結果、それに見合うコントラストの増大を図ることができることを確認できた。
ところで、能動型画像表示装置には、ＰＤＰや蛍光表示管（ＶＦＤ）などがなどが実用になっている。しかし、背面電極が反射鏡として機能するためには発光層が透明であることが必須の条件となり、本発明においては、ＥＬがより効果的な構成になっている（請求項３）。
【００３８】
つまり、蛍光体を結合材に分散した発光層の不透明な交流分散型ＥＬでは効果が発揮できず、蛍光体を薄膜形成した発光層の透明な交流薄膜型ＥＬの方が効果が発揮できる。しかし、更なる効果を得るのは、発光層の膜厚が薄くて素材そのものが透明な有機ＥＬが最も効果が発揮できる（請求項４）。
こゝでは、偏光分離再結合フィルムによるＳ偏光の繰り返し反射を２回まで模式的に例示したが、この回数は一義的に決まるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３９】
また、偏光板と１／４波長板と偏光分離再結合フィルムは、光像の振る舞いを模式的に分かり易くするためにそれぞれを分離して図示したが、それぞれが薄いフィルム状であり、実用的にはそれぞれが密接した一体構成になっている。
【００４０】
【発明の効果】
本発明になるコントラスト増大装置によれば、有機ＥＬのような能動型画像表示装置に対して、外光を減光してコントラストよく視認するために配設される偏光板と１／４波長板が、ＥＬ自体の発光光像をも減光してしまうことを防ぐことができる。
【００４１】
その結果、昼光下での使用が頻繁な携帯電話のディスプレイに用いられる有機ＥＬのような、今後ますます適用の拡大が期待される能動型画像表示装置のコントラストの増大に対して、本発明は寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す模式断面図である。
【図２】偏光分離再結合フィルムの模式拡大斜視図である。
【図３】ＥＬの構成を示す模式断面図である。
【図４】ＥＬを昼光下で視認した際の外光の振る舞いを示す模式図である。
【図５】ＥＬに入射する外光の反射防止策の一例の模式図である。
【符号の説明】
１　能動型画像表示装置　１１　背面電極
２　偏光板
３　１／４波長板
４　偏光分離再結合フィルム
４１　Ｓ偏光　　　　　　４２　Ｐ偏光
４１１　第１のＳ偏光　　４１２　第２のＳ偏光
４２１　第１のＰ偏光　　４２２　第２のＰ偏光　　　４２３　第３のＰ偏光
５　光像
５１　第１の光像　　　　５２　第２の光像　　　　　５３　第３の光像
５１１、５１２、５１３　表示画像
１０　コントラスト増大装置

Claims

背面側に反射鏡を兼ねた背面電極を有する能動型画像表示装置の前面側に配設され、
外光の入射方向から順に、偏光板と１／４波長板と偏光分離再結合フィルムとの重層構成からなる
ことを特徴とするコントラスト増大装置。
該偏光分離再結合フィルムが、入射光のうちＳ波を反射し、Ｐ波を透過するものである
ことを特徴とする請求項１記載のコントラスト増大装置。
該能動型画像表示装置が、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）である
ことを特徴とする請求項１記載のコントラスト増大装置。
該ＥＬが、再結合発光型の有機ＥＬである
ことを特徴とする請求項３記載のコントラスト増大装置。