JP2011238571A - Display and lens array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアレイ状に配列された画素に対向してレンズアレイを配置したディスプレイに関するものである。 The present invention relates to a display in which a lens array is arranged so as to face pixels arranged in an array.
有機ELディスプレイはEL材料が自発光するのでバックライトが不要で、ディスプレイを薄型化でき、携帯機器などに広く用いられている。図10は有機ELディスプレイの構成を示す断面図である。1001は基板であり、その上側表面にTFTが設けられる。図10にはそのTFTは明示していない。1002、1003、および1004は、各々赤色、緑色、および青色の有機EL材料でありTFTの上に形成される。有機EL材料の上にはITOなどで構成される透明電極が形成されるが図10には明示していない。1005は透明基板である。有機EL材料は空気中の水分などにより劣化するので、透明基板1005としてガラス基板を用いる事が望ましい。また、有機EL材料(1002ないし1004)と透明基板1005の間の領域1006に窒素などを封入する。更に望ましくは、領域1006に樹脂を充填する。 An organic EL display does not require a backlight because the EL material emits light by itself, can be thinned, and is widely used in portable devices and the like. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the organic EL display.
図11は有機ELディスプレイの構造を示す平面図である。図10と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。図11にもTFTおよび透明電極は図示していない。1組の赤色、緑色、および青色の有機EL材料により1つの画素が構成される。図11には、簡単に表現するために、横に2列、縦に3行の画素のみを示しているが、実際のディスプレイではより多くの画素から構成されている。 FIG. 11 is a plan view showing the structure of the organic EL display. The same components as those in FIG. FIG. 11 also does not show the TFT and the transparent electrode. One pixel is composed of a set of red, green, and blue organic EL materials. FIG. 11 shows only two columns in the horizontal direction and three rows in the vertical direction for easy representation, but an actual display is composed of a larger number of pixels.
図10には有機EL材料からの発光状態も示している。光は放射線状に発光され、光線1007ないし1009は赤色の有機EL材料1002から出る光を示している。緑色の有機EL材料1003、および青色の有機EL材料1004から出る光も同様であるが、図10には明示していない。光線1007は有機EL材料1002の表面に略垂直に発光する光である。光線1008は有機EL材料1002の表面と角度を持って発光する光であり、透明基板1005の表面で屈折して透明基板1005から出る。これらの光線1007および1008はディスプレイ鑑賞者の目に届く。また、光線1009は有機EL材料1002の表面から光線1008より大きな角度を持って発光する光である。この光線1009は透明基板1005の表面で全反射し、透明基板1005から外側に出ずに鑑賞者の目に届かない。ここでは、領域1006には透明基板1005と同等の屈折率を持つ樹脂で充填した場合を示した。この屈折率が約1.5の場合は、透明基板1005への入射角が約42度以上の場合に全反射する。 FIG. 10 also shows the light emission state from the organic EL material. The light is emitted radially, and
有機EL材料は電圧を印加して発光させ、印加電圧が高ければ明るく発光するが有機EL材料の寿命が短くなる。長寿命化するために印加電圧を低くしたいが、前述した様に放射線状に発光されるので鑑賞者の目に入る光量が小さくなってしまう。更に、図10から分かる様に、有機EL材料から大きな角度を持って発光する光は鑑賞者の目に届かない。そこで、有機EL材料から出る光が鑑賞者の目に入る集光効率を高める方法が求められる。その方法として、有機EL材料1002ないし1004と透明基板1005の間にレンズを設ける方法が提案されている(特許文献 特開2003−86353号公報参照)。 The organic EL material emits light by applying a voltage. If the applied voltage is high, light is emitted brightly, but the life of the organic EL material is shortened. Although it is desired to reduce the applied voltage in order to extend the life, the amount of light entering the viewer's eyes is reduced because the light is emitted in a radial manner as described above. Furthermore, as can be seen from FIG. 10, the light emitted from the organic EL material with a large angle does not reach the viewer's eyes. Therefore, there is a demand for a method for increasing the light collection efficiency that allows light from the organic EL material to enter the viewer's eyes. As such a method, a method of providing a lens between the
図12はレンズアレイを設置した有機ELディスプレイの構造を示す断面図である。図10と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。1010はレンズアレイ基板である。各々のレンズは各々の有機EL材料の上方に配置され有機EL材料から出る光を集光する。1011は有機EL材料から発光される光線を示している。レンズアレイ基板1010を用いる事により視野角は小さくなるが、ディスプレイの前方に位置する鑑賞者は明るい画像を見る事ができる。レンズアレイ基板1010は、領域1006を満たす媒質より屈折率が高くなければならない。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of an organic EL display provided with a lens array. The same components as those in FIG.
図13は、図12に示した有機ELディスプレイの構造を示す平面図である。図12と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。1組の赤色、緑色、および青色の有機EL材料により1つの画素が構成される。図13には、簡単に表現するために、横に2列、縦に3行の画素のみを示しているが、実際のディスプレイではより多くの画素から構成されている。また、破線で示した楕円はレンズアレイ基板1010の各々のレンズである。 FIG. 13 is a plan view showing the structure of the organic EL display shown in FIG. The same components as those in FIG. One pixel is composed of a set of red, green, and blue organic EL materials. FIG. 13 shows only two columns in the horizontal direction and three rows in the vertical direction for easy representation, but the actual display is composed of a larger number of pixels. Also, the ellipses indicated by broken lines are the lenses of the
図14は、図12および図13に示した有機ELディスプレイに用いるレンズアレイ基板1010の斜視図である。アレイ状に形成された各々のレンズは有機EL材料の形状を覆う様に楕円形をしている。 FIG. 14 is a perspective view of a
図14の様な微小レンズアレイをガラスで作る事はコストが高くなる。そこで、樹脂から成るレンズアレイをガラス基板の上に形成する。図15を用いてその製造方法を説明する。1501はガラス基板、1502は紫外線硬化樹脂、1503はレンズアレイ金型、1504は紫外線ランプ、1505は紫外線である。ガラス基板1501とレンズアレイ金型1503の間に紫外線硬化樹脂1502を挿入し、紫外線1505を照射して樹脂を硬化する。硬化した樹脂を金型から剥離する事で図14に示した様なレンズアレイ基板が作製される。一般の紫外線硬化樹脂に酸化チタン、あるいは酸化ジルコニウムなどの誘電体微粒子を混ぜたナノコンポジット樹脂を用いれば、レンズ部分の屈折率を高くする事ができる。有機EL材料が空気中水分により劣化する事を防ぐためには基板1501にガラス基板を用いるが、他の方法で有機EL材料を保護できれば1501は樹脂基板でも良い。 Making a microlens array as shown in FIG. 14 from glass increases the cost. Therefore, a lens array made of resin is formed on the glass substrate. The manufacturing method will be described with reference to FIG.
従来構造のレンズアレイを製造する方法では、微小レンズをアレイ状に形成した金型が必要である。この様な微小レンズアレイ金型は製造が困難である。また、製造可能としても製造に長時間を要しコストが高くなる。有機ELディスプレイの集光効率を高くし、かつ、低コストのレンズアレイ構造が望まれる。 In a method of manufacturing a lens array having a conventional structure, a mold in which minute lenses are formed in an array shape is required. Such a microlens array mold is difficult to manufacture. Moreover, even if it can be manufactured, it takes a long time to manufacture and the cost increases. A lens array structure that increases the light collection efficiency of the organic EL display and is low in cost is desired.
本発明のディスプレイは、アレイ状に配列された画素を有し、前記画素列の各々に対向してシリンドリカルレンズのアレイを配置する事を特徴とする。この事によりディスプレイの集光効率を向上できる。 The display according to the present invention includes pixels arranged in an array, and an array of cylindrical lenses is arranged to face each of the pixel columns. This can improve the light collection efficiency of the display.
あるいは、本発明のディスプレイは、アレイ状に配列された画素を有し、前記画素列の各々に対向して第1のシリンドリカルレンズのアレイを配置し、かつ、前記画素列と直行する画素列の各々に対向して第2のシリンドリカルレンズのアレイを配置する事を特徴とする。この事によりディスプレイの集光効率をより向上できる。 Alternatively, the display of the present invention has pixels arranged in an array, has an array of first cylindrical lenses facing each of the pixel columns, and has a pixel column orthogonal to the pixel column. A second cylindrical lens array is arranged opposite to each other. This can further improve the light collection efficiency of the display.
また、本発明のレンズアレイは、第1のシリンドリカルレンズのアレイを有し、かつ、第1のシリンドリカルレンズと直交する第2のシリンドリカルレンズのアレイを有する事を特長とする。このレンズアレイによりディスプレイの集光効率を向上できる。 The lens array of the present invention is characterized by having an array of first cylindrical lenses and an array of second cylindrical lenses orthogonal to the first cylindrical lenses. This lens array can improve the light collection efficiency of the display.
本発明のディスプレイおよびレンズアレイは、有機EL材料から出る光の集光効率を向上できるので、輝度が高く長寿命の有機ELディスプレイを提供する事ができる。 Since the display and lens array of the present invention can improve the light collection efficiency of light emitted from the organic EL material, it is possible to provide an organic EL display with high brightness and long life.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態1における有機ELディスプレイの構造を示す平面図である。図1において、102、103、および104は、各々赤色、緑色、および青色の有機EL材料である。図2はシリンドリカルレンズアレイ基板105を示す。レンズアレイ基板105は図15に示した方法で作製されるが、図15の基板1501と紫外線硬化樹脂(レンズ部)1502の屈折率が同じならば、図2の様に基板1501とレンズ部1502の境界を明示する必要がない。このレンズアレイ基板105が有機EL材料の上側に対向して設置されて、実施形態1の有機ELディスプレイが構成される。図2において、シリンドリカルレンズのピッチは図1における画素列のピッチに等しい。図1における破線は図2のシリンドリカルレンズの境界である。 FIG. 1 is a plan view showing the structure of an organic EL display according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1,
図3は、図1の有機ELディスプレイを矢印Aの方向から見た断面図を示す。図3において、図1および図2と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。101は基板であり、その上側表面にTFTが設けられる。図3にはそのTFTは明示していない。105はシリンドリカルレンズアレイ基板である。図12と同様に、レンズにより有機EL材料から出た光107の集光効率を向上する事ができる。一般に、有機EL材料は空気中の水分などにより劣化するので、レンズアレイ基板105を構成する基板1501としてガラス基板を用いる事が望ましい。図3は、有機EL材料とレンズアレイ基板105の間の領域106に窒素などを封入した場合を示し、レンズアレイ基板105は屈折率が約1.5の一般のガラス基板1501および一般の紫外線硬化樹脂1502で構成される。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the organic EL display of FIG. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図4は、図1の有機ELディスプレイを矢印Bの方向から見た断面図を示す。図4において図3と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。この方向では、図10と同様に、有機EL材料から出た光108の集光効率を向上する事は期待できない。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the organic EL display of FIG. In FIG. 4, the same components as those in FIG. In this direction, as in FIG. 10, it cannot be expected to improve the light collection efficiency of the light 108 emitted from the organic EL material.
図14の従来例では楕円レンズのアレイを用いているが、実施形態1ではシリンドリカルレンズのアレイを用いている。従って、図3および図4において説明した様に、レンズが曲率を持つ方向には集光効率が向上するが、それと直行する方向では集光効率の向上は期待できない。しかし、図14の様な楕円レンズアレイ金型を作製する事は困難でコストが高くなるが、シリンドリカルレンズアレイ金型は比較的容易であり、低コストで集光効率を向上できる。 In the conventional example of FIG. 14, an array of elliptic lenses is used, but in the first embodiment, an array of cylindrical lenses is used. Therefore, as described with reference to FIGS. 3 and 4, the light collection efficiency is improved in the direction in which the lens has a curvature, but the light collection efficiency cannot be expected in the direction perpendicular thereto. However, although it is difficult and costly to manufacture an elliptic lens array mold as shown in FIG. 14, the cylindrical lens array mold is relatively easy, and the light collection efficiency can be improved at a low cost.
図5は本発明の実施形態2における有機ELディスプレイの構造を示す平面図である。図5において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。図6はレンズアレイ基板301を示す。レンズアレイ基板301は、互いに直行するシリンドリカルレンズのアレイ302および303を有する。シリンドリカルレンズのアレイ302および303の各々の曲率を持つ方向は互いに逆向きである。このレンズアレイ基板301が有機EL材料の上側に設置されて実施形態2の有機ELディスプレイが構成される。図6において、アレイ302のシリンドリカルレンズのピッチは図5における各々の画素の長辺方向のピッチに等しい。また、アレイ303のシリンドリカルレンズのピッチは図5における各々の画素の短辺方向のピッチに等しい。図5における破線は図6のシリンドリカルレンズの境界である。図6の場合はアレイ303が有機EL材料側に配置される。 FIG. 5 is a plan view showing the structure of an organic EL display according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIG. FIG. 6 shows the
図7は図5の有機ELディスプレイを矢印Aの方向から見た断面図を示す。図7において図3と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。301はレンズアレイ基板であり、302および303は互いに直行するシリンドリカルレンズのアレイである。図3および図12と同様に、レンズにより有機EL材料から出た光304の集光効率を向上する事ができる。一般に、有機EL材料は空気中の水分などにより劣化するので、レンズアレイ基板301はガラス基板1501の上にシリンドリカルレンズアレイ302および303を形成する事が望ましい。また、有機EL材料(102ないし104)とシリンドリカルレンズ303の間の領域106に窒素などを封入する。更に望ましくは、領域106に樹脂を充填するが、その場合はシリンドリカルレンズアレイ302および303を構成する樹脂は領域106の樹脂より屈折率が高くなければならない。 FIG. 7 shows a cross-sectional view of the organic EL display of FIG. In FIG. 7, the same components as those in FIG.
図8は、図5の有機ELディスプレイを矢印Bの方向から見た断面図を示す。図8において図3および図7と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。この方向においても、図3および図12と同様に、有機EL材料から出た光305の集光効率を向上する事ができる。 FIG. 8 shows a cross-sectional view of the organic EL display of FIG. 8, the same components as those in FIGS. 3 and 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Also in this direction, the light collection efficiency of the light 305 emitted from the organic EL material can be improved as in FIGS. 3 and 12.
実施形態2では、互いに直行するシリンドリカルレンズのアレイ302および303を用いる事で、図14の従来例における楕円レンズのアレイと同様の効果を生じる事ができ、従来例と同程度に集光効率を向上する事ができる。互いに直行するシリンドリカルレンズのアレイを作製するには、図15を用いて説明したプロセスを2回利用しなければならない。すなわち、先ず、ガラス基板上にガラスと同程度の屈折率の樹脂を用いてシリンドリカルレンズのアレイ302を形成する。続いて、シリンドリカルレンズのアレイ302の上に屈折率の高い樹脂を用いてシリンドリカルレンズのアレイ303を形成する。しかし、楕円レンズのアレイ金型を作製するよりは2種類のシリンドリカルレンズのアレイ金型を作製する方が容易であり、従来例より低コストで集光効率を向上できる。 In the second embodiment, by using the
図9は本発明の実施形態3におけるレンズアレイを示す。図6と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。実施形態3では、シリンドリカルレンズのアレイ302を有するレンズアレイ基板301と、シリンドリカルレンズのアレイ303を有するレンズアレイ基板304を、屈折率の高い樹脂をはさんで貼り合わせた構成である。 FIG. 9 shows a lens array according to Embodiment 3 of the present invention. The same components as those in FIG. In the third embodiment, a
本発明のディスプレイおよびレンズアレイは集光効率の高いディスプレイを実現でき、携帯機器のディスプレイに用いる事ができる。また、本発明のレンズアレイは眼鏡なし立体画像ディスプレイにも用いる事ができる。 The display and the lens array of the present invention can realize a display with high light collection efficiency and can be used for a display of a portable device. The lens array of the present invention can also be used for a stereoscopic image display without glasses.
101 基板
102 赤色有機EL材料
103 緑色有機EL材料
104 青色有機EL材料
105 シリンドリカルレンズアレイ基板
106 レンズと有機EL材料の間の領域
107 有機EL材料から出る光線
108 有機EL材料から出る光線
301 レンズアレイ基板
302 第1のシリンドリカルレンズアレイ
303 第2のシリンドリカルレンズアレイ
304 有機EL材料から出る光線
305 有機EL材料から出る光線
1001 基板
1002 赤色有機EL材料
1003 緑色有機EL材料
1004 青色有機EL材料
1005 透明基板
1006 レンズと有機EL材料の間の領域
1007 有機EL材料から出る光線
1008 有機EL材料から出る光線
1009 有機EL材料から出る光線
1010 レンズアレイ基板
1011 有機EL材料から出る光線
1501 透明基板
1502 紫外線硬化樹脂
1503 金型
1504 紫外線ランプ
1505 紫外線DESCRIPTION OF
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