画像表示装置
【課題】外光反射光を低減させる一方、表示光の輝度を向上させることができ、高コントラスト化を図ることが可能となる画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数個の画素で構成された画像表示装置であって、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次式の関係を満たす構成とする。
Ｎcore（コアの屈折率）＞Ｎshell（シェルの屈折率）＞Ｎlow（周囲領域等の屈折率）
【解決手段】複数個の画素で構成された画像表示装置であって、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次式の関係を満たす構成とする。
Ｎcore（コアの屈折率）＞Ｎshell（シェルの屈折率）＞Ｎlow（周囲領域等の屈折率）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に高いコントラストを有する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、種々の構成の画像表示装置が提案されている。その一例として、図６に断面図として示す構成のものが知られている。
図６は、一つの画素１００２を示しており、このような画素構造を複数個配列することで、画像表示装置１０００が構成されている。
図６に示す画像表示装置１０００は、前面板１００１の内面に、画素１００２が設けられている。
前面板１００１は、可視光に対して透明な媒質で形成され、例えばガラスやプラスチックなどで形成される。
画素１００２は、発光層１００３と、発光層を励起するための励起源１００４で構成されている。
励起源１００４は、例えば、基板上に電子放出素子と電極を配列し、前面板１００１と発光層１００３の間に、電極を設けることで構成される。
このような構成とし、電子放出素子に電界を加えることで電子が放出され、発光層に電子が供給されることで発光層で光が生成される。
あるいは、励起源１００４の別の構成として、発光層の前面および裏面に陽極および陰極を設けることで構成される。
発光層で生成された光は、前面板１００１を透過し、外部に抽出されることで、表示光１００５となる。
【０００３】
画像表示装置は、高いコントラストを有することが求められる。
明所下において画像表示装置のコントラストを向上させるためには、表示輝度を向上させると共に、外光反射光を低減させ、黒表示時の最低輝度を低減することが必要である。
ここで、外光反射光とは、外部から画像表示装置に入射した光が、画像表示装置内で反射され、外部に放出される光のことをいう。
画像表示装置１０００において、外光１００６が入射すると、前面板１００１と発光層１００３との界面および発光層１００３や励起源１００４の裏面において強い反射光が発生し、反射光１００７となる。
また、画像表示装置１０００において、表示光の輝度を高くするためには、発光層１００３で発生した光が外部に抽出される間の損失を低減することが重要である。
この損失の要因の一つとして、発光層１００３と前面板１００１との界面、あるいは前面板１００１と外部領域との界面における全反射損失がある。
高屈折率媒質から低屈折率媒質に向けて光が伝搬すると、臨界角よりも大きな角度で伝搬する光は全反射され、高屈折率媒質に閉じ込められる。
このような光は、低屈折率媒質中に抽出されず、高屈折率媒質中を伝搬し、損失となる。
【０００４】
全反射損失を低減し、表示光の輝度を増大させる手法として、屈折率が異なる媒質で形成された層と層の間に、微細構造を設ける手法が提案されている。
例えば、特許文献１では、図７に示す構成のものが記載されている。
図７に示す画像表示装置１１００は、前面板１１０１および透明電極１１０２、発光層１１０３、電極層１１０４で構成され、前面板１１０１と発光層１１０３の間に微細構造１１０５を設けた構成が記載されている。
微細構造１１０５は、領域１１０７中に、微粒子１１０６を配列した構造であり、光の波長程度の周期の屈折率分布を有している。
発光層１１０３の内部で発生した光を回折させることによって、臨界角以内の角度で伝搬する光を増大させ、外部に抽出される表示光１１０８を増大できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例における特許文献１に記載されている手法では、外光反射光１１１２が大きいという課題を有している。このような課題について、以下に説明する。
図７において、微粒子１１０６を構成する媒質は、周囲の領域１１０７の媒質とは異なる屈折率を有する媒質である。
このような微細構造１１０５に、外光１１０９が入射すると、光は微粒子１１０６と領域１１０７との界面２０、あるいは、前面板１１０１と微粒子１１０６との界面２１において、屈折率差によって反射される。
反射された光は反射回折光となり、そのうち臨界角以内の角度で伝播する光が前面板の外部に射出され、外光反射光１１１２となる。
このような従来の構成では、界面２０、あるいは、界面２１で大きな屈折率差があるため、各界面で強い反射光が発生する。
これらの反射光によって、外光反射光１１１２が増大し、コントラストの低下の要因となる。
そのため、従来は光吸収フィルタを配置したり、吸収型の偏光フィルタと１／４波長板を配置するなど、別の手段を用いて外光反射の低減が行われている。
しかし、このような手段を用いると、表示光１１０８も吸収され、表示輝度の低下や消費電力の増大を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、外光反射光を低減させる一方、表示光の輝度を向上させることができ、高コントラスト化を図ることが可能となる画像表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複数個の画素で構成された画像表示装置は、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次の（式１）の関係を満たすことを特徴とする。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
但し、
Ｎcore：前記コアを構成する媒質の屈折率
Ｎshell：前記シェルを構成する媒質の屈折率
Ｎlow：前記外光の入射側に設けられた媒質層と前記周囲の領域を形成する媒質を比較した際の低い方の屈折率
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外光反射光を低減させる一方、表示光の輝度を向上させることができ、高コントラスト化を図ることが可能となる画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である画像表示装置の構成例を説明する図であり、図１（ａ）は画像表示装置のｘｚ断面図、図１（ｂ）は画像表示装置に含まれる微細構造のｘｙ断面。
【図２】本発明の実施例１における外光反射率を計算した結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実施例１における外光反射率を計算した結果を示すグラフ。
【図４】本発明の実施例１における外光反射率および光取り出し効率を計算した結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例２における画像表示装置のｘｚ断面図。
【図６】従来例の画像表示装置のｘｚ断面図。
【図７】従来例である特許文献１の画像表示装置のｘｚ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態をつぎの各実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
実施例１として、図１を用いて本発明を適用した画像表示装置の構成例について説明する。
図１（ａ）に示す画像表示装置のｘｚ断面図において、１００は画像表示装置であり、本実施例の画像表示装置１００は、前面板１０１と画素１０２で構成され、画素１０２は前面板１０１の背面に配置されている。
図１には、一つの画素１０２を示しており、このような画素１０２を複数個配列することで、画像表示装置１００が構成されている。
各画素１０２は、光吸収性を有する媒質で形成されたブラックマトリクスで区切られている。前面板１０１は、可視光に対して透明な媒質で形成されており、例えば、ガラスで形成されている。
【００１３】
画素１０２は、発光層１０４と微細構造層１０５と励起源（励起手段）１０３で構成されている。
微細構造層１０５は、発光層１０４と該発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層からなる前面板１０１との間に配置されている。
発光層１０４は、例えば、蛍光体を含む膜となっており、可視波長域である波長３５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の波長を含む光を発生する。
微細構造層１０５は、微粒子１０６を画面に平行なｘｙ平面内に配置した構造である。
微粒子１０６は、中心部と外周部とで異なる媒質で構成されている。ここでは微粒子１０６の中心部をコア、外周部をシェルと記す。
微細構造層１０５は、コア１０７と該コアの外周領域を形成するシェル１０８によって構成された微粒子１０６が、その周囲の領域中１０９に配列された構造を備えている。
これらのコア１０７、シェル１０８及び周囲の領域１０９は、それぞれ互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
【００１４】
図１（ｂ）は、微細構造層１０５のｙｚ平面における構成の一例を示した図である。
微細構造層１０５は、図中で示したベクトルＡ１およびＡ２を基本格子ベクトルとし、基本格子ベクトルの和あるいは差で表される位置に微粒子１０６を配列した、三角格子構造を有している。
ベクトルＡ１は、格子周期１３の長さをａとすると、（０．５ａ、√３ａ／２、０．０）のベクトルであり、ベクトルＡ２は（０．５ａ、−√３ａ／２、０．０）のベクトルである。
励起源１０３は、発光層１０４に電子を注入する手段を含んでいる。
例えば、励起源１０３は、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０４の表面に透明電極を設けることで構成される。
このような構成において、電子放出素子に電界を加えると、発光層１０４に向けて電子が放出され、発光層１０４に電子が供給され、光が発生する。
発生した光は、微細構造層１０５および前面板１０１を透過し、外部に抽出されることで、＋ｚ方向に伝搬する表示光１１０となる。
【００１５】
本発明における画像表示装置１００において、高コントラスト化を図ることが可能となる理由を次に述べる。
図１（ａ）において、画像表示装置１００に外光１１１が入射すると、光は外部領域と前面板１０１との界面を透過し、微細構造層１０５に到達する。
微細構造層１０５に到達した光は、前面板１０１とシェル１０８との界面１０、シェル１０８と周囲の領域１０９との界面１１、コア１０７とシェル１０８との界面１２で、屈折率差によって反射光が発生する。
各界面で発生した反射光は反射回折光となり、このうち前面板と外部領域との界面における臨界角以内の角度で伝播する光を積算することで外光反射光１１５となる。
コア１０７、シェル１０８、領域１０９を構成する媒質がつぎの式（１）を満たすように、各媒質を選択する。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
式（１）において、Ｎcoreはコア１０７を形成する媒質の屈折率、Ｎshellは、シェル１０８を形成する媒質の屈折率、Ｎlowは、前面板１０１と領域１０９を形成する媒質を比較した際の小さい方の屈折率を表している。
このような構成とすることで、各界面における屈折率差が小さくなり、各界面で発生する反射光の強度を小さくすることができ、外光反射光１１５を低減することができる。
コア１０７とシェル１０８で構成された微粒子１０６を配置し、シェル１０８を構成する媒質を適切に選択する。
これにより、微粒子１０６と前面板１０１との界面および微粒子１０６と領域１０９との界面における反射光を低減し、外光反射光１１５を低減することができる。
【００１６】
また、微細構造層１０５は、発光層１０４の内部で発生した光を回折させ、発光層１０４と前面板１０１との界面および前面板１０１と外部との界面における臨界角以内の角度で伝搬する光を増大させ、表示光１１０の輝度を向上させることができる。
このように外光反射光１１５を低減させる一方、表示光１１０の輝度を向上させるように、微細構造層１０５の構造や構成する媒質を適切に設定することよって、高いコントラストを有する画像表示装置１００を得ることができる。
本実施例の構成において、微粒子１０６を作製した後、溶媒中に微粒子１０６を分散させ、その溶液を前面板１０１に塗布して、溶媒を除去することで、微粒子１０６が配列した構造を作製することができる。
このとき、各工程の条件を適切に設定することで、微粒子１０６が三角格子状に分布し、最近傍の微粒子１０６が互いに接する状態で配置された最密充填構造を簡単に作製することができる。
微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５が適切な長さを有する微粒子１０６を予め作製し、配列することで、簡易な方法で、最適な微粒子径１４、コア径１５、周期間隔１３を有する微細構造層１０５を作製することができる。
【００１７】
図７に示す従来の構成では、上記の工程で得られる構造は、微粒子１１０６の直径と周期間隔が同じ構造となり、外光反射が大きい構造となる。
また、従来の構成として、微粒子１１０６の直径と周期間隔とが異なる長さを有する微細構造が考えられる。
しかしながら、このような構造を作製するには、微粒子を配列した後、エッチング等の手段を用いて微粒子の外形を小さくするプロセスが新たに必要となり、作製工程が増加する。
本実施例の構成では、簡易なプロセスで、最適な構造を有する微細構造を得ることができ、これにより、外光反射光を低減する効果と表示光の輝度を増大する効果によって、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることができる。
【００１８】
つぎに、本実施例における画像表示装置１００に含まれる微細構造層１０５の一例について説明する。
図１の微細構造層１０５において、格子周期１３は２３００ｎｍ、微粒子の直径１４は２３００ｎｍの長さを有し、コアの直径１５は１１５０ｎｍの長さを有している。
微粒子１０６のコアを構成する媒質の屈折率を２．６、領域１０９を構成する媒質の屈折率は１．０となっている。
前面板１０１は屈折率が１．４６の媒質、発光層１０４は屈折率が１．５の媒質で形成されている。
また、励起源１０３として、発光層１０４と微細構造層１０５の間に屈折率１．８の媒質で形成された透明電極が配置され、発光層１０４の背面に電子源が配置されている。発光層１０４の背面の領域は真空となっている。
【００１９】
図２は、このような画像表示装置において、外光を入射させたときの外光反射光の強度を示した図である。
図２の横軸は、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を表しており、縦軸は外光反射光の強度を示している。
さらに、図２には、従来の構成における微細構造を含む画像表示装置の外光反射率を破線で示した。
従来の構成における微細構造は、図７の微細構造１１０５において、格子周期の長さを２３００ｎｍとし、微粒子の直径が２３００ｎｍの長さを有している。
また、微粒子１１０６を構成する媒質の屈折率を２．６とし、領域１１０７、前面板１１０１、発光層１１０３、透明電極１１０２を構成する媒質の屈折率は、本実施例と同じ屈折率を有している。
【００２０】
図２において、破線は、従来の構成の特性を示しており、実線は、本発明における構成の特性を示している。
なお、前面板１０１と外部領域との界面における反射光および発光層１０４と背面領域との界面からの反射光は、本発明と従来の構成とで同じ構成であるため、無視している。
また、実際の画像表示装置の外光反射率は、ブラックマトリクスやカラーフィルタなどを用いて更に低減され、低い値となるが、図には示していない。外光反射率の計算は、転送行列法を用いて行った。
図２に示すように、本発明の構成で、シェル１０８を、コア１０７を構成する媒質の屈折率よりも小さく、領域１０９を構成する媒質の屈折率よりも大きい媒質とする。
すなわち、２．６よりも小さく、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質とすると、従来よりも外光反射率を低下することができる。
これにより、外光反射が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
【００２１】
さらに、図１の構成において、領域１０９を構成する媒質の屈折率を１．８としたときの外光反射光の強度を図３に示す。
図３の横軸は、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を表しており、縦軸は外光反射光の強度を示している。
さらに、図３には、従来の構成における微細構造を含む画像表示装置の外光反射率を破線で示した。
本実施例の構成で、格子周期１３、微粒子の直径１４は図１と同様の構成となっている。
前面板１０１、発光層１０４、透明電極１０３、コア１０７を構成する媒質は図１の構成と同じ屈折率を有している。
同じく、従来の構成における微細構造１１０５は、領域１１０７の屈折率を１．８とし、前面板１１０１、透明電極１１０２、発光層１１０３、微粒子１１０６、領域１１０７の屈折率は、本実施例と同じ屈折率を有している。
なお、前面板１０１と外部領域との界面における反射光および発光層１０４と背面領域との界面からの反射光は無視している。
また、外光反射率の計算は、転送行列法を用いて行った。図３に示すように、本発明の構成で、シェル１０８をコア１０７を構成する媒質よりも小さく、前面板１０１よりも大きい屈折率を有する媒質とする。
すなわち、２．６よりも小さく、１．４６よりも大きい屈折率を有する媒質とすると、従来よりも外光反射を低下することができる。
これにより、外光反射が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
【００２２】
さらに、図１の微細構造層１０５において、コア１０７の直径１５を微粒子１０６の直径１４で除算した値を、ここではコア対シェルの比と記す。
コア対シェルの比を変化させたときの外光反射光の強度を図４に示す。
発光層で発生した光のうち、表示光として外部に抽出される光の割合を、ここでは光取り出し効率と記す。
図４には、光取り出し効率も示している。図中の実線は光取り出し効率、破線は外光反射率を示している。
図４の横軸はコア対シェルの比を表しており、左側の縦軸は光取り出し効率、右側の縦軸は外光反射率を表している。
格子周期１３、微粒子の直径１４の長さ、前面板１０１、発光層１０４、透明電極１０３、コア１０７、領域１０９を構成する媒質は図１と同じ構成とし、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を１．８としている。
【００２３】
図４に示すように微粒子のコア対シェルの比を大きくすると、高い光取り出し効率が得られ、表示光の輝度を増大することができる。
また、微粒子のコア対シェルの比を小さくすると、外光反射率を低減することができる。
本実施例の構成において、微粒子のコア対シェルの比は、０．３以上、０．９５以下が望ましく、この範囲の値にすることで、表示光の輝度を増大させる効果と外光反射を低減する効果の両方について、高い効果を得ることができる。
より好ましくは、微粒子の微粒子のコア対シェルの比は、０．５以上、０．９以下にすることで更に高い効果を得ることができる。
以上より、本発明にかかる画像表示装置１００において、図１で示したコア１０７とシェル１０８を含む微粒子１０６とその周囲の領域１０９で構成された微細構造層１０５を前面板１０１と発光層１０４の間に設ける。
そして、コア１０７、シェル１０８、領域１０９、前面板１０１が、式１の条件を満たすように、各構造を構成する媒質を選択する。これにより外光反射率を低減できることを示した。
【００２４】
なお、微細構造層１０５における画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布の周期を構成する格子周期をΛとするとき、この格子周期Λは以下の（式２）に示す関係を満たすことが好ましい。
【００２５】
このような格子周期を有する構造に対して、外光１０７が入射すると、反射回折光と透過回折光に分配される。
このとき、反射光は２次以上の多数の反射回折光に分配されるため、各光線の強度は小さい値となる。同様に、透過光も２以上の多数の透過回折光に分配される。
各透過回折光は発光層の裏面で反射されたのち、微細構造層１０５に入射し、さらに多数の透過回折光に分配されたのち、一部の透過回折光が外光反射光となる。
外光は、外部に射出される間に多数の透過回折光に分配されるため、各光線の強度は非常に小さい値となる。外光反射光は、これら多数の強度が小さい反射回折光および透過回折光を積算した光となる。
外光の入射角度や波長が変動しても、外光は多数の反射回折光および透過回折光に分配されるため、各光線の強度の変動が小さく、これら多数の光線を積算した光である外光反射光の変動も小さくなる。
また、格子周期を大きくすると、微細構造層１０５の回折効率が低下し、高次の回折光に分配される光が少なくなるため、上記の効果が低減する。
これにより、本実施例における画像表示装置１００の構成によって、周囲の環境によらず、コントラストの変動が小さい画像表示装置を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明に含まれる微細構造層１０５は、図１で示した構造に制限されるものではなく、格子周期１３、微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５は、本実施例で示した長さとは異なる長さでもよい。
三角格子構造は、構造の対称性がよく、微細構造に入射する光の角度依存性が少ないため、画像表示装置１００からの外光反射光あるいは表示光の強度の角度依存性を低減することができる。
あるいは、格子周期１３と微粒子１０６の直径１４は異なる長さでもよく、微粒子１０６が互いに接しないように配置してもよい。
格子周期１３、微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５を適切に選択することで、微細構造層１０５で発生する高次の回折光の強度を強くすることができ、発光層で発生した光を回折させ、表示光の輝度の増大効果を向上させることができる。
あるいは、微細構造層１０５は、微粒子１０６を前面板に並行な面内において、ランダムな位置に配置した構造であってもよい。
局所的に異なる角度依存性を有する微細構造の特性が、面内において画素内で平均化され、微細構造に入射する光の角度依存性を少なくし、画像表示装置１００からの外光反射光あるいは表示光の強度の角度依存性を低減することができる。
【００２７】
なお、本発明に含まれる前面板１０１は、可視光に対して透明な材料であればよく、プラスチックで形成してもよい。
また、励起源１０３は、前面板１０１と発光層１０４との間および発光層１０４の裏面に陽極と陰極を設けた構成であってもよい。
両電極間に電流を印加し、電子と正孔を注入することで、発光層１０４で光を発生させることができる。あるいは、励起源１０３は、基板上に電極を配置し、発光層１０４の前面あるいは背面に、セルと電極を配列した構成としてもよい。
セルには、電流を流すことによって、プラズマを発生し、紫外線を発生するガスが封入されている。
このような構成とし、セルに含まれるガスに電流を流すと、紫外線が発生し、蛍光体粒子に照射されることで、蛍光体粒子が励起される。さらに、発光層１０４は、蛍光体粒子を、蛍光体粒子と同じ屈折率を有する媒質中に分散させて配置することで構成してもよい。
このような構成にすることで、蛍光体粒子とその周囲との境界で、屈折率の差によって発生する散乱反射を低減することができ、発光層１０４で発生する拡散反射を抑制することができる。
発光層１０４は、本実施例で示した屈折率を有する媒質以外の媒質でもよい。
【００２８】
［実施例２］
実施例２として、図５を用いて実施例１とは異なる形態の画像表示装置の構成例について説明する。
図５に示す画像表示装置のｘｚ断面図において、２００は画像表示装置であり、本実施例の画像表示装置２００は、前面板２０１と、赤色、緑色、青色の各色を表示する画素２０２、２０３、２０４で構成されている。
また、画素２０２、２０３、２０４は前面板２０１の背面に配置されている。
各画素は光吸収性を有する媒質で形成された隔壁２１２によって区切られている。
図５には、３つの画素２０２、２０３、２０４を示しており、このような画素を複数個配列することで、画像表示装置２００が構成されている。
前面板２０１は、可視光に対して透明な媒質で形成されており、例えば、ガラスで形成されている。
【００２９】
画素２０２、２０３、２０４は、発光層２０５、２０６、２０７と微細構造２０９、２１０、２１１と励起源２０８で構成されている。
微細構造２０９は、発光層２０５、２０６、２０７の前面に配置され、励起源２０３は、発光層２０５、２０６、２０７と前面板２０１との間に配置されている。
各画素の発光層２０５、２０６、２０７には、赤色、緑色、青色の各波長の光を発生する蛍光体を含んでいる。
【００３０】
微細構造２０９は、コア２１６とシェル２１９で構成された微粒子２１３を、領域２２２中に配列した構造である。
コア２１６とシェル２１９と領域２２２は、互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
また、シェル２１９を構成する媒質は、コア２１６を構成する媒質よりも低い屈折率を有し、前面板２０１あるいは領域２２２よりも高い屈折率を有している。同様に、微細構造２１０、２１１は、コア２１７、２１８とシェル２２０、２２１で構成された微粒子２１４、２１５を、領域２２３、２２４中に配列した構造である。
コア２１７とシェル２２０と領域２２３、およびコア２１８とシェル２２１と領域２２４は、互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
また、シェル２２０、２２１を構成する媒質は、コア２１７、２１８を構成する媒質よりも低い屈折率を有し、前面板２０１あるいは領域２２３、２２４よりも高い屈折率を有している。
【００３１】
各画素２０２、２０３、２０４には、異なる構造あるいは異なる媒質で構成された微細構造２０９、２１０、２１１が配置されている。
励起源２０８は、発光層２０５、２０６、２０７に電子を注入する手段を含む層である。
例えば、励起源２０８は、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０２の表面に電極を設けることで構成される。
このような構成において、電子放出素子に電界を加えると、発光層に向けて電子が放出され、発光層２０５、２０６、２０７に電子が供給され、発光する。
発生した光は、微細構造２０９、２１０、２１１および前面板２０１を透過し、外部に抽出されることで、表示光となる。
【００３２】
本実施例２にかかる画像表示装置２００で、各画素において、コア２１６、２１７、２１８、シェル２１９、２２０、２２１、領域２２２、２２３、２２４、を構成する媒質を選択する。
そして、微細構造２０９、２１０、２１１中に含まれる微粒子の直径、配置、各媒質の充填率を適切に設定する。
これにより、各画素において、表示光の輝度を向上させる効果と外光反射率を低減する効果を最大限得ることができ、全画素で同じ微細構造を用いた場合と比べて、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
本実施例の画像表示装置２００においては、各画素２０２、２０３、２０４で、画素を構成する各媒質や発光波長に応じて、最適な媒質あるいは構造で構成された微細構造２０９、２１０、２１１が用いられる。
これにより、外光反射率が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
各画素に応じて、微粒子の直径、コアの直径、各媒質を適切に設定した微粒子を作製し、それを用いて、実施例１と同様の工程で、各画素に微細構造２０９、２１０、２１１を作製する。
これによって、各画素で構造あるいは媒質が異なる微細構造を容易に作製することができる。
【００３３】
なお、本実施例２にかかる画像表示装置２００において、各画素に含まれる微細構造２０９、２１０、２１１は、すべての画素で異なる構造でなくても良い。赤色、緑色あるいは青色に相当する画素の、いずれか一つの画素に設ける微細構造と、他の画素に設ける微細構造とが異なる構成であってもよい。
これによって、同じ構造を有する微細構造を各画素に配置した場合と比べて、正反射光、拡散反射光の抑制効果および表示光の増大効果をより向上させ、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることができる。
また、各画素に設ける微細構造は、同じ構造であってもよい。同じ構造を用いることで、上記の効果が低減する代わりに、画素ごとに作製方法や条件を変える必要がなく、作製が容易となる。
実施例１と同様に、本実施例に含まれる微細構造は、三角格子構造でなくてもよく、例えば、微粒子をランダムな位置に配置した構造を用いることができる。
微細構造を構成する微粒子は、異なる屈折率を有する３種類以上の媒質で構成してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１００：画像表示装置
１０１：前面板
１０２：画素
１０３：励起手段
１０４：発光層
１０５：微細構造層
１０６：微粒子
１０７：コア
１０８：シェル
１０９：微粒子の周囲の領域
１１０：表示光
１１１：外光
１１５：外光反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に高いコントラストを有する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、種々の構成の画像表示装置が提案されている。その一例として、図６に断面図として示す構成のものが知られている。
図６は、一つの画素１００２を示しており、このような画素構造を複数個配列することで、画像表示装置１０００が構成されている。
図６に示す画像表示装置１０００は、前面板１００１の内面に、画素１００２が設けられている。
前面板１００１は、可視光に対して透明な媒質で形成され、例えばガラスやプラスチックなどで形成される。
画素１００２は、発光層１００３と、発光層を励起するための励起源１００４で構成されている。
励起源１００４は、例えば、基板上に電子放出素子と電極を配列し、前面板１００１と発光層１００３の間に、電極を設けることで構成される。
このような構成とし、電子放出素子に電界を加えることで電子が放出され、発光層に電子が供給されることで発光層で光が生成される。
あるいは、励起源１００４の別の構成として、発光層の前面および裏面に陽極および陰極を設けることで構成される。
発光層で生成された光は、前面板１００１を透過し、外部に抽出されることで、表示光１００５となる。
【０００３】
画像表示装置は、高いコントラストを有することが求められる。
明所下において画像表示装置のコントラストを向上させるためには、表示輝度を向上させると共に、外光反射光を低減させ、黒表示時の最低輝度を低減することが必要である。
ここで、外光反射光とは、外部から画像表示装置に入射した光が、画像表示装置内で反射され、外部に放出される光のことをいう。
画像表示装置１０００において、外光１００６が入射すると、前面板１００１と発光層１００３との界面および発光層１００３や励起源１００４の裏面において強い反射光が発生し、反射光１００７となる。
また、画像表示装置１０００において、表示光の輝度を高くするためには、発光層１００３で発生した光が外部に抽出される間の損失を低減することが重要である。
この損失の要因の一つとして、発光層１００３と前面板１００１との界面、あるいは前面板１００１と外部領域との界面における全反射損失がある。
高屈折率媒質から低屈折率媒質に向けて光が伝搬すると、臨界角よりも大きな角度で伝搬する光は全反射され、高屈折率媒質に閉じ込められる。
このような光は、低屈折率媒質中に抽出されず、高屈折率媒質中を伝搬し、損失となる。
【０００４】
全反射損失を低減し、表示光の輝度を増大させる手法として、屈折率が異なる媒質で形成された層と層の間に、微細構造を設ける手法が提案されている。
例えば、特許文献１では、図７に示す構成のものが記載されている。
図７に示す画像表示装置１１００は、前面板１１０１および透明電極１１０２、発光層１１０３、電極層１１０４で構成され、前面板１１０１と発光層１１０３の間に微細構造１１０５を設けた構成が記載されている。
微細構造１１０５は、領域１１０７中に、微粒子１１０６を配列した構造であり、光の波長程度の周期の屈折率分布を有している。
発光層１１０３の内部で発生した光を回折させることによって、臨界角以内の角度で伝搬する光を増大させ、外部に抽出される表示光１１０８を増大できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例における特許文献１に記載されている手法では、外光反射光１１１２が大きいという課題を有している。このような課題について、以下に説明する。
図７において、微粒子１１０６を構成する媒質は、周囲の領域１１０７の媒質とは異なる屈折率を有する媒質である。
このような微細構造１１０５に、外光１１０９が入射すると、光は微粒子１１０６と領域１１０７との界面２０、あるいは、前面板１１０１と微粒子１１０６との界面２１において、屈折率差によって反射される。
反射された光は反射回折光となり、そのうち臨界角以内の角度で伝播する光が前面板の外部に射出され、外光反射光１１１２となる。
このような従来の構成では、界面２０、あるいは、界面２１で大きな屈折率差があるため、各界面で強い反射光が発生する。
これらの反射光によって、外光反射光１１１２が増大し、コントラストの低下の要因となる。
そのため、従来は光吸収フィルタを配置したり、吸収型の偏光フィルタと１／４波長板を配置するなど、別の手段を用いて外光反射の低減が行われている。
しかし、このような手段を用いると、表示光１１０８も吸収され、表示輝度の低下や消費電力の増大を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、外光反射光を低減させる一方、表示光の輝度を向上させることができ、高コントラスト化を図ることが可能となる画像表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複数個の画素で構成された画像表示装置は、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次の（式１）の関係を満たすことを特徴とする。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
但し、
Ｎcore：前記コアを構成する媒質の屈折率
Ｎshell：前記シェルを構成する媒質の屈折率
Ｎlow：前記外光の入射側に設けられた媒質層と前記周囲の領域を形成する媒質を比較した際の低い方の屈折率
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外光反射光を低減させる一方、表示光の輝度を向上させることができ、高コントラスト化を図ることが可能となる画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である画像表示装置の構成例を説明する図であり、図１（ａ）は画像表示装置のｘｚ断面図、図１（ｂ）は画像表示装置に含まれる微細構造のｘｙ断面。
【図２】本発明の実施例１における外光反射率を計算した結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実施例１における外光反射率を計算した結果を示すグラフ。
【図４】本発明の実施例１における外光反射率および光取り出し効率を計算した結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例２における画像表示装置のｘｚ断面図。
【図６】従来例の画像表示装置のｘｚ断面図。
【図７】従来例である特許文献１の画像表示装置のｘｚ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態をつぎの各実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
実施例１として、図１を用いて本発明を適用した画像表示装置の構成例について説明する。
図１（ａ）に示す画像表示装置のｘｚ断面図において、１００は画像表示装置であり、本実施例の画像表示装置１００は、前面板１０１と画素１０２で構成され、画素１０２は前面板１０１の背面に配置されている。
図１には、一つの画素１０２を示しており、このような画素１０２を複数個配列することで、画像表示装置１００が構成されている。
各画素１０２は、光吸収性を有する媒質で形成されたブラックマトリクスで区切られている。前面板１０１は、可視光に対して透明な媒質で形成されており、例えば、ガラスで形成されている。
【００１３】
画素１０２は、発光層１０４と微細構造層１０５と励起源（励起手段）１０３で構成されている。
微細構造層１０５は、発光層１０４と該発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層からなる前面板１０１との間に配置されている。
発光層１０４は、例えば、蛍光体を含む膜となっており、可視波長域である波長３５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の波長を含む光を発生する。
微細構造層１０５は、微粒子１０６を画面に平行なｘｙ平面内に配置した構造である。
微粒子１０６は、中心部と外周部とで異なる媒質で構成されている。ここでは微粒子１０６の中心部をコア、外周部をシェルと記す。
微細構造層１０５は、コア１０７と該コアの外周領域を形成するシェル１０８によって構成された微粒子１０６が、その周囲の領域中１０９に配列された構造を備えている。
これらのコア１０７、シェル１０８及び周囲の領域１０９は、それぞれ互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
【００１４】
図１（ｂ）は、微細構造層１０５のｙｚ平面における構成の一例を示した図である。
微細構造層１０５は、図中で示したベクトルＡ１およびＡ２を基本格子ベクトルとし、基本格子ベクトルの和あるいは差で表される位置に微粒子１０６を配列した、三角格子構造を有している。
ベクトルＡ１は、格子周期１３の長さをａとすると、（０．５ａ、√３ａ／２、０．０）のベクトルであり、ベクトルＡ２は（０．５ａ、−√３ａ／２、０．０）のベクトルである。
励起源１０３は、発光層１０４に電子を注入する手段を含んでいる。
例えば、励起源１０３は、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０４の表面に透明電極を設けることで構成される。
このような構成において、電子放出素子に電界を加えると、発光層１０４に向けて電子が放出され、発光層１０４に電子が供給され、光が発生する。
発生した光は、微細構造層１０５および前面板１０１を透過し、外部に抽出されることで、＋ｚ方向に伝搬する表示光１１０となる。
【００１５】
本発明における画像表示装置１００において、高コントラスト化を図ることが可能となる理由を次に述べる。
図１（ａ）において、画像表示装置１００に外光１１１が入射すると、光は外部領域と前面板１０１との界面を透過し、微細構造層１０５に到達する。
微細構造層１０５に到達した光は、前面板１０１とシェル１０８との界面１０、シェル１０８と周囲の領域１０９との界面１１、コア１０７とシェル１０８との界面１２で、屈折率差によって反射光が発生する。
各界面で発生した反射光は反射回折光となり、このうち前面板と外部領域との界面における臨界角以内の角度で伝播する光を積算することで外光反射光１１５となる。
コア１０７、シェル１０８、領域１０９を構成する媒質がつぎの式（１）を満たすように、各媒質を選択する。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
式（１）において、Ｎcoreはコア１０７を形成する媒質の屈折率、Ｎshellは、シェル１０８を形成する媒質の屈折率、Ｎlowは、前面板１０１と領域１０９を形成する媒質を比較した際の小さい方の屈折率を表している。
このような構成とすることで、各界面における屈折率差が小さくなり、各界面で発生する反射光の強度を小さくすることができ、外光反射光１１５を低減することができる。
コア１０７とシェル１０８で構成された微粒子１０６を配置し、シェル１０８を構成する媒質を適切に選択する。
これにより、微粒子１０６と前面板１０１との界面および微粒子１０６と領域１０９との界面における反射光を低減し、外光反射光１１５を低減することができる。
【００１６】
また、微細構造層１０５は、発光層１０４の内部で発生した光を回折させ、発光層１０４と前面板１０１との界面および前面板１０１と外部との界面における臨界角以内の角度で伝搬する光を増大させ、表示光１１０の輝度を向上させることができる。
このように外光反射光１１５を低減させる一方、表示光１１０の輝度を向上させるように、微細構造層１０５の構造や構成する媒質を適切に設定することよって、高いコントラストを有する画像表示装置１００を得ることができる。
本実施例の構成において、微粒子１０６を作製した後、溶媒中に微粒子１０６を分散させ、その溶液を前面板１０１に塗布して、溶媒を除去することで、微粒子１０６が配列した構造を作製することができる。
このとき、各工程の条件を適切に設定することで、微粒子１０６が三角格子状に分布し、最近傍の微粒子１０６が互いに接する状態で配置された最密充填構造を簡単に作製することができる。
微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５が適切な長さを有する微粒子１０６を予め作製し、配列することで、簡易な方法で、最適な微粒子径１４、コア径１５、周期間隔１３を有する微細構造層１０５を作製することができる。
【００１７】
図７に示す従来の構成では、上記の工程で得られる構造は、微粒子１１０６の直径と周期間隔が同じ構造となり、外光反射が大きい構造となる。
また、従来の構成として、微粒子１１０６の直径と周期間隔とが異なる長さを有する微細構造が考えられる。
しかしながら、このような構造を作製するには、微粒子を配列した後、エッチング等の手段を用いて微粒子の外形を小さくするプロセスが新たに必要となり、作製工程が増加する。
本実施例の構成では、簡易なプロセスで、最適な構造を有する微細構造を得ることができ、これにより、外光反射光を低減する効果と表示光の輝度を増大する効果によって、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることができる。
【００１８】
つぎに、本実施例における画像表示装置１００に含まれる微細構造層１０５の一例について説明する。
図１の微細構造層１０５において、格子周期１３は２３００ｎｍ、微粒子の直径１４は２３００ｎｍの長さを有し、コアの直径１５は１１５０ｎｍの長さを有している。
微粒子１０６のコアを構成する媒質の屈折率を２．６、領域１０９を構成する媒質の屈折率は１．０となっている。
前面板１０１は屈折率が１．４６の媒質、発光層１０４は屈折率が１．５の媒質で形成されている。
また、励起源１０３として、発光層１０４と微細構造層１０５の間に屈折率１．８の媒質で形成された透明電極が配置され、発光層１０４の背面に電子源が配置されている。発光層１０４の背面の領域は真空となっている。
【００１９】
図２は、このような画像表示装置において、外光を入射させたときの外光反射光の強度を示した図である。
図２の横軸は、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を表しており、縦軸は外光反射光の強度を示している。
さらに、図２には、従来の構成における微細構造を含む画像表示装置の外光反射率を破線で示した。
従来の構成における微細構造は、図７の微細構造１１０５において、格子周期の長さを２３００ｎｍとし、微粒子の直径が２３００ｎｍの長さを有している。
また、微粒子１１０６を構成する媒質の屈折率を２．６とし、領域１１０７、前面板１１０１、発光層１１０３、透明電極１１０２を構成する媒質の屈折率は、本実施例と同じ屈折率を有している。
【００２０】
図２において、破線は、従来の構成の特性を示しており、実線は、本発明における構成の特性を示している。
なお、前面板１０１と外部領域との界面における反射光および発光層１０４と背面領域との界面からの反射光は、本発明と従来の構成とで同じ構成であるため、無視している。
また、実際の画像表示装置の外光反射率は、ブラックマトリクスやカラーフィルタなどを用いて更に低減され、低い値となるが、図には示していない。外光反射率の計算は、転送行列法を用いて行った。
図２に示すように、本発明の構成で、シェル１０８を、コア１０７を構成する媒質の屈折率よりも小さく、領域１０９を構成する媒質の屈折率よりも大きい媒質とする。
すなわち、２．６よりも小さく、１．１よりも大きい屈折率を有する媒質とすると、従来よりも外光反射率を低下することができる。
これにより、外光反射が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
【００２１】
さらに、図１の構成において、領域１０９を構成する媒質の屈折率を１．８としたときの外光反射光の強度を図３に示す。
図３の横軸は、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を表しており、縦軸は外光反射光の強度を示している。
さらに、図３には、従来の構成における微細構造を含む画像表示装置の外光反射率を破線で示した。
本実施例の構成で、格子周期１３、微粒子の直径１４は図１と同様の構成となっている。
前面板１０１、発光層１０４、透明電極１０３、コア１０７を構成する媒質は図１の構成と同じ屈折率を有している。
同じく、従来の構成における微細構造１１０５は、領域１１０７の屈折率を１．８とし、前面板１１０１、透明電極１１０２、発光層１１０３、微粒子１１０６、領域１１０７の屈折率は、本実施例と同じ屈折率を有している。
なお、前面板１０１と外部領域との界面における反射光および発光層１０４と背面領域との界面からの反射光は無視している。
また、外光反射率の計算は、転送行列法を用いて行った。図３に示すように、本発明の構成で、シェル１０８をコア１０７を構成する媒質よりも小さく、前面板１０１よりも大きい屈折率を有する媒質とする。
すなわち、２．６よりも小さく、１．４６よりも大きい屈折率を有する媒質とすると、従来よりも外光反射を低下することができる。
これにより、外光反射が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
【００２２】
さらに、図１の微細構造層１０５において、コア１０７の直径１５を微粒子１０６の直径１４で除算した値を、ここではコア対シェルの比と記す。
コア対シェルの比を変化させたときの外光反射光の強度を図４に示す。
発光層で発生した光のうち、表示光として外部に抽出される光の割合を、ここでは光取り出し効率と記す。
図４には、光取り出し効率も示している。図中の実線は光取り出し効率、破線は外光反射率を示している。
図４の横軸はコア対シェルの比を表しており、左側の縦軸は光取り出し効率、右側の縦軸は外光反射率を表している。
格子周期１３、微粒子の直径１４の長さ、前面板１０１、発光層１０４、透明電極１０３、コア１０７、領域１０９を構成する媒質は図１と同じ構成とし、シェル１０８を構成する媒質の屈折率を１．８としている。
【００２３】
図４に示すように微粒子のコア対シェルの比を大きくすると、高い光取り出し効率が得られ、表示光の輝度を増大することができる。
また、微粒子のコア対シェルの比を小さくすると、外光反射率を低減することができる。
本実施例の構成において、微粒子のコア対シェルの比は、０．３以上、０．９５以下が望ましく、この範囲の値にすることで、表示光の輝度を増大させる効果と外光反射を低減する効果の両方について、高い効果を得ることができる。
より好ましくは、微粒子の微粒子のコア対シェルの比は、０．５以上、０．９以下にすることで更に高い効果を得ることができる。
以上より、本発明にかかる画像表示装置１００において、図１で示したコア１０７とシェル１０８を含む微粒子１０６とその周囲の領域１０９で構成された微細構造層１０５を前面板１０１と発光層１０４の間に設ける。
そして、コア１０７、シェル１０８、領域１０９、前面板１０１が、式１の条件を満たすように、各構造を構成する媒質を選択する。これにより外光反射率を低減できることを示した。
【００２４】
なお、微細構造層１０５における画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布の周期を構成する格子周期をΛとするとき、この格子周期Λは以下の（式２）に示す関係を満たすことが好ましい。
【００２５】
このような格子周期を有する構造に対して、外光１０７が入射すると、反射回折光と透過回折光に分配される。
このとき、反射光は２次以上の多数の反射回折光に分配されるため、各光線の強度は小さい値となる。同様に、透過光も２以上の多数の透過回折光に分配される。
各透過回折光は発光層の裏面で反射されたのち、微細構造層１０５に入射し、さらに多数の透過回折光に分配されたのち、一部の透過回折光が外光反射光となる。
外光は、外部に射出される間に多数の透過回折光に分配されるため、各光線の強度は非常に小さい値となる。外光反射光は、これら多数の強度が小さい反射回折光および透過回折光を積算した光となる。
外光の入射角度や波長が変動しても、外光は多数の反射回折光および透過回折光に分配されるため、各光線の強度の変動が小さく、これら多数の光線を積算した光である外光反射光の変動も小さくなる。
また、格子周期を大きくすると、微細構造層１０５の回折効率が低下し、高次の回折光に分配される光が少なくなるため、上記の効果が低減する。
これにより、本実施例における画像表示装置１００の構成によって、周囲の環境によらず、コントラストの変動が小さい画像表示装置を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明に含まれる微細構造層１０５は、図１で示した構造に制限されるものではなく、格子周期１３、微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５は、本実施例で示した長さとは異なる長さでもよい。
三角格子構造は、構造の対称性がよく、微細構造に入射する光の角度依存性が少ないため、画像表示装置１００からの外光反射光あるいは表示光の強度の角度依存性を低減することができる。
あるいは、格子周期１３と微粒子１０６の直径１４は異なる長さでもよく、微粒子１０６が互いに接しないように配置してもよい。
格子周期１３、微粒子１０６の直径１４およびコアの直径１５を適切に選択することで、微細構造層１０５で発生する高次の回折光の強度を強くすることができ、発光層で発生した光を回折させ、表示光の輝度の増大効果を向上させることができる。
あるいは、微細構造層１０５は、微粒子１０６を前面板に並行な面内において、ランダムな位置に配置した構造であってもよい。
局所的に異なる角度依存性を有する微細構造の特性が、面内において画素内で平均化され、微細構造に入射する光の角度依存性を少なくし、画像表示装置１００からの外光反射光あるいは表示光の強度の角度依存性を低減することができる。
【００２７】
なお、本発明に含まれる前面板１０１は、可視光に対して透明な材料であればよく、プラスチックで形成してもよい。
また、励起源１０３は、前面板１０１と発光層１０４との間および発光層１０４の裏面に陽極と陰極を設けた構成であってもよい。
両電極間に電流を印加し、電子と正孔を注入することで、発光層１０４で光を発生させることができる。あるいは、励起源１０３は、基板上に電極を配置し、発光層１０４の前面あるいは背面に、セルと電極を配列した構成としてもよい。
セルには、電流を流すことによって、プラズマを発生し、紫外線を発生するガスが封入されている。
このような構成とし、セルに含まれるガスに電流を流すと、紫外線が発生し、蛍光体粒子に照射されることで、蛍光体粒子が励起される。さらに、発光層１０４は、蛍光体粒子を、蛍光体粒子と同じ屈折率を有する媒質中に分散させて配置することで構成してもよい。
このような構成にすることで、蛍光体粒子とその周囲との境界で、屈折率の差によって発生する散乱反射を低減することができ、発光層１０４で発生する拡散反射を抑制することができる。
発光層１０４は、本実施例で示した屈折率を有する媒質以外の媒質でもよい。
【００２８】
［実施例２］
実施例２として、図５を用いて実施例１とは異なる形態の画像表示装置の構成例について説明する。
図５に示す画像表示装置のｘｚ断面図において、２００は画像表示装置であり、本実施例の画像表示装置２００は、前面板２０１と、赤色、緑色、青色の各色を表示する画素２０２、２０３、２０４で構成されている。
また、画素２０２、２０３、２０４は前面板２０１の背面に配置されている。
各画素は光吸収性を有する媒質で形成された隔壁２１２によって区切られている。
図５には、３つの画素２０２、２０３、２０４を示しており、このような画素を複数個配列することで、画像表示装置２００が構成されている。
前面板２０１は、可視光に対して透明な媒質で形成されており、例えば、ガラスで形成されている。
【００２９】
画素２０２、２０３、２０４は、発光層２０５、２０６、２０７と微細構造２０９、２１０、２１１と励起源２０８で構成されている。
微細構造２０９は、発光層２０５、２０６、２０７の前面に配置され、励起源２０３は、発光層２０５、２０６、２０７と前面板２０１との間に配置されている。
各画素の発光層２０５、２０６、２０７には、赤色、緑色、青色の各波長の光を発生する蛍光体を含んでいる。
【００３０】
微細構造２０９は、コア２１６とシェル２１９で構成された微粒子２１３を、領域２２２中に配列した構造である。
コア２１６とシェル２１９と領域２２２は、互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
また、シェル２１９を構成する媒質は、コア２１６を構成する媒質よりも低い屈折率を有し、前面板２０１あるいは領域２２２よりも高い屈折率を有している。同様に、微細構造２１０、２１１は、コア２１７、２１８とシェル２２０、２２１で構成された微粒子２１４、２１５を、領域２２３、２２４中に配列した構造である。
コア２１７とシェル２２０と領域２２３、およびコア２１８とシェル２２１と領域２２４は、互いに異なる屈折率を有する媒質で構成されている。
また、シェル２２０、２２１を構成する媒質は、コア２１７、２１８を構成する媒質よりも低い屈折率を有し、前面板２０１あるいは領域２２３、２２４よりも高い屈折率を有している。
【００３１】
各画素２０２、２０３、２０４には、異なる構造あるいは異なる媒質で構成された微細構造２０９、２１０、２１１が配置されている。
励起源２０８は、発光層２０５、２０６、２０７に電子を注入する手段を含む層である。
例えば、励起源２０８は、基板上に電子放出素子と電極を配置し、発光層１０２の表面に電極を設けることで構成される。
このような構成において、電子放出素子に電界を加えると、発光層に向けて電子が放出され、発光層２０５、２０６、２０７に電子が供給され、発光する。
発生した光は、微細構造２０９、２１０、２１１および前面板２０１を透過し、外部に抽出されることで、表示光となる。
【００３２】
本実施例２にかかる画像表示装置２００で、各画素において、コア２１６、２１７、２１８、シェル２１９、２２０、２２１、領域２２２、２２３、２２４、を構成する媒質を選択する。
そして、微細構造２０９、２１０、２１１中に含まれる微粒子の直径、配置、各媒質の充填率を適切に設定する。
これにより、各画素において、表示光の輝度を向上させる効果と外光反射率を低減する効果を最大限得ることができ、全画素で同じ微細構造を用いた場合と比べて、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
本実施例の画像表示装置２００においては、各画素２０２、２０３、２０４で、画素を構成する各媒質や発光波長に応じて、最適な媒質あるいは構造で構成された微細構造２０９、２１０、２１１が用いられる。
これにより、外光反射率が低く、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることが出来る。
各画素に応じて、微粒子の直径、コアの直径、各媒質を適切に設定した微粒子を作製し、それを用いて、実施例１と同様の工程で、各画素に微細構造２０９、２１０、２１１を作製する。
これによって、各画素で構造あるいは媒質が異なる微細構造を容易に作製することができる。
【００３３】
なお、本実施例２にかかる画像表示装置２００において、各画素に含まれる微細構造２０９、２１０、２１１は、すべての画素で異なる構造でなくても良い。赤色、緑色あるいは青色に相当する画素の、いずれか一つの画素に設ける微細構造と、他の画素に設ける微細構造とが異なる構成であってもよい。
これによって、同じ構造を有する微細構造を各画素に配置した場合と比べて、正反射光、拡散反射光の抑制効果および表示光の増大効果をより向上させ、高いコントラストを有する画像表示装置を得ることができる。
また、各画素に設ける微細構造は、同じ構造であってもよい。同じ構造を用いることで、上記の効果が低減する代わりに、画素ごとに作製方法や条件を変える必要がなく、作製が容易となる。
実施例１と同様に、本実施例に含まれる微細構造は、三角格子構造でなくてもよく、例えば、微粒子をランダムな位置に配置した構造を用いることができる。
微細構造を構成する微粒子は、異なる屈折率を有する３種類以上の媒質で構成してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１００：画像表示装置
１０１：前面板
１０２：画素
１０３：励起手段
１０４：発光層
１０５：微細構造層
１０６：微粒子
１０７：コア
１０８：シェル
１０９：微粒子の周囲の領域
１１０：表示光
１１１：外光
１１５：外光反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の画素で構成された画像表示装置であって、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次の（式１）の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
但し、
Ｎcore：前記コアを構成する媒質の屈折率
Ｎshell：前記シェルを構成する媒質の屈折率
Ｎlow：前記外光の入射側に設けられた媒質層と前記周囲の領域を形成する媒質を比較した際の低い方の屈折率
【請求項２】
前記発光層は、波長３５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光を発光する媒質で形成され、
前記構造層における前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布の周期をΛとするとき、屈折率分布の周期Λが次の（式２）の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記構造層は、前記微粒子が前記画像表示装置の画面と平行な面内において最密充填して配列された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記微粒子は、コア対シェルの比が、０．３以上、０．９５以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記発光層は、蛍光体粒子を該蛍光体粒子の屈折率と同じ屈折率を有する媒質中に分散させた層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記画像表示装置は、赤色、緑色、青色の光を発生する前記色ごとの各画素を備え、該各画素は互いに隔壁によって区切られており、
前記構造層は、該各画素ごとに配置され、各画素ごとに異なる構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１】
複数個の画素で構成された画像表示装置であって、
前記画素は、発光層と前記発光層よりも外光の入射側に設けられた媒質層との間に構造層を備え、
前記構造層は、微粒子が周囲の領域中に配列され、前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布を有する構造を備え、
前記微粒子は、コアと該コアの外周領域を形成するシェルとによって構成され、該コアを形成する媒質、該シェルを形成する媒質、該外光の入射側に設けられた媒質層及び前記周囲の領域を形成する媒質は、それぞれ異なる屈折率を有し、
それらの屈折率が、次の（式１）の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
Ｎcore ＞ Ｎshell ＞ Ｎlow （式１）
但し、
Ｎcore：前記コアを構成する媒質の屈折率
Ｎshell：前記シェルを構成する媒質の屈折率
Ｎlow：前記外光の入射側に設けられた媒質層と前記周囲の領域を形成する媒質を比較した際の低い方の屈折率
【請求項２】
前記発光層は、波長３５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光を発光する媒質で形成され、
前記構造層における前記画像表示装置の画面と平行な面内において屈折率分布の周期をΛとするとき、屈折率分布の周期Λが次の（式２）の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記構造層は、前記微粒子が前記画像表示装置の画面と平行な面内において最密充填して配列された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記微粒子は、コア対シェルの比が、０．３以上、０．９５以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記発光層は、蛍光体粒子を該蛍光体粒子の屈折率と同じ屈折率を有する媒質中に分散させた層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記画像表示装置は、赤色、緑色、青色の光を発生する前記色ごとの各画素を備え、該各画素は互いに隔壁によって区切られており、
前記構造層は、該各画素ごとに配置され、各画素ごとに異なる構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１２８３５７（Ｐ２０１１−１２８３５７Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６４７８（Ｐ２００９−２８６４７８）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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