图像显示装置和图像显示装置制造方法技术领域
本发明涉及图像显示装置和适合于图像显示装置的制造方法。
背景技术
到目前为止，提出了具有各种结构的图像显示装置。图14是示出
已知的图像显示装置之一的例子的结构断面图。
在图14中，图像显示装置1400包括每个都具有像素1402的多个
像素结构。
在图像显示装置1400中，像素1402被设置在前板1401的内表面
侧。前板1401由例如玻璃或塑料的对于可见光透明的介质制成。
像素1402包括发光层1403和用于激发发光层1403的激发单元
（未示出）。
激发单元具有例如如下结构，在该结构中电子发射元件和电极被
布置在基板上，并且电极被设置在前板1401与发光层1403之间。在
这种结构中，电场被施加到电子发射元件以发射电子。电子被注入到
发光层中以在发光层中产生光。
激发单元的另一例子具有如下结构，在该结构中阳极和阴极被设
置在发光层的前表面和后表面上。在发光层中产生的光穿过前板1401
并被提取到外部以用作显示光1405。
图像显示装置要求具有高的对比度（contrast）并较少受周围环境
的影响。为了在明亮的光中提高图像显示装置的对比度，需要增加显
示亮度。
为了在图像显示装置1400中增加显示光的亮度，减少在发光层
1403中产生的光被提取到外部时所出现的损失是重要的。
损失的因素之一是发光层1403与前板1401之间的界面处或者前
板1401与外部区域之间的界面处的全反射损失。
当光从高折射率介质（发光层1403或前板1401）传播到低折射
率介质（外部区域）时，以比临界角大的角度传播的光被全反射并被
约束于高折射率介质内。
被全反射的光不被提取到低折射率介质，并通过高折射率介质传
播，由此导致损失。
作为减少全反射损失以增加显示光的亮度的方法，提出了在由具
有不同折射率的介质制造的层之间设置微细（fine）结构的方法。
例如，在PTL 1中描述了图15所示的图像显示装置（有机电致
发光显示装置）。
图15所示的图像显示装置1500包括前板1501、透明电极1502、
发光层1503和电极层1504。微细结构1505被设置在前板1501与发
光层1503之间。
微细结构1505在与前板平行的面中具有周期等于光的波长的折
射率分布。
在发光层1503的内部中产生的光1509被衍射以减少以等于或大
于临界角的角度传播的光1511，从而增加以小于临界角的角度传播的
光1510。因此，被提取到外部的光增加，从而提高显示亮度。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本专利No.2991183
发明内容
技术问题
常规上提出并在PTL 1中描述的图像显示装置具有如下问题，即，
当从外部入射到图像显示装置的光在微细结构上被反射时，反射光（在
下文中被称为反射周围光）的反射角度根据波长改变，从而出现反射
图像的颜色分离。
在PTL 1的情况下，使用微细结构1505，微细结构1505具有等
于光的波长的周期间隔。
当具有波长-1和波长-2的周围光1506如上面描述的那样入射到
微细结构1505时，微细结构1505产生被反射的衍射光。
基于微细结构1505的周期间隔和光的波长来确定被反射的衍射
光的反射角度。
因此，具有波长-1的周围光在其行进方向上被反射作为反射周围
光1507，具有波长-2的周围光在其行进方向上被反射作为反射周围光
1508。
作为结果，反射周围光1507和反射周围光1508在不同的行进方
向上被反射。
当在明亮的光中使用图像显示装置时，来自周围环境的周围光入
射到图像显示装置。
在使用图像显示装置的正常周围环境中，如白光的情况那样，周
围光具有多个波长。
反射角度根据波长而改变，因此反射周围光在根据波长改变的方
向上被反射。
作为结果，出现从反射周围光形成的反射图像的颜色分离。当观
察上述图像显示装置时，随着观察位置的变化，从反射周围光形成的
反射图像的颜色改变，因此图像显示装置的显示质量明显劣化。
从而，如下图像显示装置是所希望的，该图像显示装置能够在保
持图像显示装置的高显示亮度的同时减少从反射周围光形成的反射图
像的颜色分离。
鉴于上述问题，提出了本发明。本发明的目的是提供一种图像显
示装置和该图像显示装置的制造方法，该图像显示装置能够减少从反
射周围光形成的反射图像的颜色分离以抑制周围环境的影响。
问题的解决方案
根据本发明，一种图像显示装置包括多个像素。像素中的每一个
包括发光层和用于提取从发光层产生的光的结构层。该结构层具有如
下结构，在该结构中，由第一介质形成的多个结构被非周期性地布置
在由折射率与第一介质的折射率不同的第二介质形成的层中，并且在
与图像显示装置的屏幕平行的面内方向上设置折射率分布。反射周围
光被非周期性地布置有所述多个结构的结构层反射以具有重叠范围，
从而减少从反射周围光形成的反射图像的颜色分离。
此外，本发明涉及一种制造根据权利要求1至10中任一项所述的
图像显示装置的图像显示装置制造方法，该制造方法包括：以数量密
度P[1/m2]在基板上分散微小球以形成微细粒子层，以及数量密度P
满足以下的关系式：
2 9 3 10 12 < P < 2 3 10 12 . ]]>
本发明的有益效果
根据本发明，能够实现如下图像显示装置和所述图像显示装置的
制造方法，所述图像显示装置能够减少从反射周围光形成的反射图像
的颜色分离以抑制周围环境的影响。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的图像显示装置。
图2A和图2B示出在根据本发明的实施例的图
像显示装置中设置的微细结构。
图3A和图3B是示出本发明的实施例中的衍射
角度的示意图。
图4示出根据本发明的实施例的图像显示装置中的反射环
境光的传播状态。
图5A和图5B示出根据本发明的实施例的图像
显示装置中的反射环境光。
图6示出根据例子1的图像显示装置中的重心间距离频率
分布。
图7示出根据例子1的图像显示装置中的反射环境光。
图8A和图8B示出根据例子1的图像显示装置
中的取向分布。
图9示出根据本发明的实施例的图像显示装置和设置有周
期性微细结构的图像显示装置中的从发光层到外部的光提取的效率。
图10示出本发明的实施例中的使用周期性微细结构的图
像显示装置中的从发光层到外部的光提取的效率。
图11A、图11B、
图11C、图11D和图11E示出在根据例子2的图像显示装置中布置的
微细结构的制造方法。
图12A、图12B和图12C示出在根
据例子2的图像显示装置中布置的微细结构的制造方法。
图13示出根据例子1的图像显示装置。
图14示出用于与本发明比较的常规例子。
图15示出作为用于与本发明比较的常规例子的在PTL 1
中描述的图像显示装置。
具体实施方式
参照图1描述根据本发明的实施例的图像显示装置的结构。
图1是示出根据本实施例的图像显示装置100的xz断面图。
根据本实施例的图像显示装置100包括光可通过的前板101和像
素102。像素102被设置在前板101的后表面上。
图1示出单个像素102。每个都作为像素102的多个像素被布置
在图像显示装置100中。
各像素102被由具有光吸收性能的介质制成的黑色矩阵分离。
前板101由对于可见光透明的介质制成。例如，可以使用玻璃。
像素102包括发光层104、微细结构层105和激发单元（未示出）。
微细结构层105被设置在前板101与发光层104之间。
发光层104例如是包括磷光体的膜，并产生具有350nm至800nm
的范围中的任意波长的光。
微细结构层105由具有不同折射率的至少两种类型的介质制造，
并用作在与前板平行的xy面上具有折射率分布的折射率分布结构层，
该前板在与图像显示装置的屏幕平行的面内方向上。
参照图2A和图2B描述本实施例中的微细结构层105的例子。
图2A和图2B是示出微细结构层105的xy面示图和yz面示图。
微细结构层105包括由第一介质制成的圆柱结构211和由第二介
质制成的层210。
圆柱结构211以非周期的方式被布置在层210的xy面中。
在以下的描述中，相邻两个圆柱结构的重心之间的距离被称为重
心间距离。例如，在图2A中，将圆柱结构214的重心与圆柱结构215
的重心相连接的线216的长度为重心间距离。
重心间距离的算术平均值被称为平均重心间距离。在重心间距离
的分布中以最大频率出现的重心间距离被称为最频繁重心间距离。重
心间距离的样本方差的正平方根被称为重心间距离的偏差
（variation）。
激发单元包括用于将电子注入到发光层104中的单元。
激发单元具有例如如下结构，在该结构中，在基板上布置电子发
射元件和电极，并且在发光层104的表面上设置电极。
在这种结构中，当电场被施加到电子发射元件时，电子被供给到
发光层104以产生光。
产生的光穿过微细结构层105和前板101并被提取到外部，从而
变为在+z方向上传播的显示光106。
在本发明中，显示光106出射的方向被定义为光出射侧。
接下来，描述在根据本实施例的图像显示装置100中可减少周围
环境的影响的原理。
当光从外部入射到图像显示装置100时，光穿过外部区域与前板
之间的界面并到达微细结构层105。
到达微细结构层105的光被具有折射率分布的微细结构层105衍
射，并被分成多个衍射光束。
在衍射光束中，在+z方向上行进的光束被称为反射衍射光，在-z
方向上行进的光束被称为透过衍射光。
反射衍射光在前板101与外部区域之间的界面中以小于临界角的
角度传播的一部分作为反射周围光出射到外部。
图3A和图3B是示出在折射率与周围不同的结构被设置的情况下
的衍射波的示意图。在图3A和图3B中，光的波前由虚线和点线表现。
如图3A所示，当设置单个结构301时，入射光303被结构301
衍射以产生单个衍射波302。
如图3B所示，当设置多个结构时，由结构311产生的单个衍射
光314和由结构312产生的单个衍射光315相互干涉。因此，单个衍
射光314和单个衍射光315在它们的波前相互重叠的位置中被加强，
从而产生衍射光316。
因此，衍射光316的反射角度基于结构311与结构312之间的距
离313和入射光的波长来确定。
在本实施例中使用的微细结构层105包括具有各种重心间距离的
非周期性布置。
当光入射到微细结构层105时，具有基于每个重心间距离确定的
衍射角度的衍射光产生。
当重心间距离的频率在重心间距离的分布中变高时，重叠的单个
衍射光束的数量变大，从而衍射光强度增加。因此，各反射角度处的
衍射光强度依赖于重心间距离的频率分布。
因此，在本实施例中使用的微细结构层105中所产生的衍射光的
角度分布宽度与重心间距离的偏差σ对应。
图1示出在周围光107入射到本实施例中使用的微细结构层105
的情况下在微细结构层105中产生的反射衍射光的传播状态。当周围
光107入射到微细结构层105时，周围光107以基于微细结构层105
的重心间距离的分布与周围光107的波长而确定的角度被反射。
在图1中，具有不同波长的反射周围光被示为反射周围光束108
和109。
微细结构层105具有非周期性布置，因此，如图4所示，反射周
围光束108和109中的每一个具有依赖于重心间距离的偏差的角度分
布。
反射周围光束中的每一个具有反射角度分布，因此在具有不同波
长的反射周围光束之间产生重叠区域。
在图4中，反射周围光束108的角度分布由阴影区域408表示，
反射周围光束109的角度分布由阴影区域409表示，并且阴影区域408
和阴影区域409之间的重叠区域被表示为交叉阴影区域410。在图4
中，没有示出前板、发光层和激发单元。
如上所述，在反射周围光束108的角度分布区域（阴影区域）408
和反射周围光束109的角度分布区域（阴影区域）409之间存在重叠
区域410，由此减少由反射周围光束形成的反射图像的颜色分离。
图5A示出在周围光入射到根据本实施例的图像显示装置100的
情况下用实线表示的周围光的反射率。
在图5A中，横轴表示通过将反射周围光的波数矢量投影到xy面
而获得的分量的长度，纵轴表示周围光的反射率。
图5B示出反射周围光的波数矢量510、反射周围光相对于z轴的
反射角度511、以及通过将反射周围光的波数矢量投影到xy面而获得
的分量的长度512。反射角度511和长度512具有以下的关系。
（反射角度511）＝arcsin{（长度512）/（反射周围光的波数矢
量510的长度）}
在下文中，长度512用k1表示。另外，通过将入射光的波数矢量
投影到xy面而获得的分量的长度用kinxy表示。此外，大量的单个衍
射光束相互重叠的倒易点阵（reciprocal lattice）空间中最频繁重心间
距离Lamx的长度（2п/Lmax）用G1表示。
在图5A中，k1的位置用一串两点划线501表示。
反射周围光在k1（=kinxy+G1）处具有峰值周围光反射率值。由
于在各种重心间距离中的单个衍射光束的重叠，因此通过将反射周围
光的波数矢量投影到xy面而获得的分量具有分布宽度。
当波数分布宽度502用Δ1表示并且波数分布宽度503用Δ2表示
时，基于关于平均重心间距离L的重心间距离的偏差σ，波数分布宽
度可由下式表示。
Δ1={2π/(L-σ)-2π/L}
Δ2={2π/L-2π/(L+σ)}
反射周围光相对于k1具有（k1-Δ2）和（k1+Δ1）之间的波数分
布宽度。相应的角度分布宽度是从（k1+Δ1）获得的反射角度与从
（k1-Δ2）获得的反射角度之间的差值。
假定θ1表示在具有波长λ1的周围光的反射角度分布范围中的最
大反射角度（用图4的附图标记411表示）。
假定θ2表示在具有波长λ2的周围光的反射角度分布范围中的最
小反射角度（用图4的附图标记412表示）。在这种情况下，反射角
度θ1和θ2由式1表达。
θ 1 = arcsin ( k 1 λ 1 + Δ 1 k λ 1 ) ]]>
θ 2 = arcsin ( k 1 λ 2 - Δ 2 k λ 2 ) ]]>式1
在式1中，k代表波数矢量长度，k的数值下标λ1和λ2代表光的
波长。类似地，k1的数值下标λ1和λ2代表光的波长。
当满足θ1>θ2时，即，当满足以下描述的式2时，具有波长λ1与
λ2之间的波长范围的反射周围光束的反射角度范围相互重叠，因此可
减少在微细结构层105中由反射周围光束形成的反射图像的颜色分
离。
λ 2 - λ 1 λ 2 + λ 1 < σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) ]]>式2
为了减少反射周围光对波长的依赖性，希望红色、绿色和蓝色这
三种颜色中的至少两种颜色的反射周围光束的反射角度范围应该相互
重叠。
当满足以下描述的式3时，具有在530nm（λ1）至650nm（λ2）
的范围中的波长的反射周围光束的反射角度范围相互重叠。
具有在440nm（λ1）至540nm（λ2）的范围中的波长的反射周围
光束的反射角度范围也相互重叠。
0.10 < σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) ]]>式3
如上描述的微细结构层105被设置在前板101与发光层104之间，
并由此红色、绿色和蓝色这三种颜色中的至少两种颜色的反射周围光
束的反射角度范围相互重叠。因此，由反射周围光束形成的反射图像
的颜色分离被减少。
更希望的是，当满足以下描述的式4时，具有在400nm（λ1）至
700nm（λ2）的可见光范围中的波长的反射周围光束的反射角度范围
相互重叠，由此减少由红色、绿色和蓝色这三种颜色的反射周围光束
形成的反射图像的颜色分离。
0.27 < σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) ]]>式4
通过针对上述数值范围设置的微细结构层105，反射周围光束的
反射角度范围相互重叠，并由此可获得其中由反射周围光束形成的反
射图像的颜色分离被减小的图像显示装置。作为结果，可以获得其中
周围环境的影响较小的图像显示装置。
根据入射到第一介质的光的反射率和入射到第二介质的光的反射
率之间的差异以及通过第一介质传播的光和通过第二介质传播的光之
间的相位差，出现光的衍射现象。
因此，圆柱结构211被非周期性地布置在微细结构层105中。即
使当在xy面中的断面形状中均具有半径为r的外接圆的多角柱结构被
非周期性地布置时，也不损失本发明的效果。
在本实施例中，当均具有半径r的圆柱结构以平均重心间距离L
和最频繁重心间距离Lmax被布置在微细结构层105中时，重心间距
离的偏差σ的上限可用以下描述的式5表达。
σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) < 1 - 2 r L 1 + 2 r L ( 1 - 2 r L ) ]]>式5
图9示出将从发光层发射的光提取到外部的效率。在图9中，在
设置有本发明的微细结构层105的图像显示装置的情况下的效率用实
心菱形标记表示，在设置有具有周期点阵点布置的微细结构（在下文
中被称为周期微细结构）的图像显示装置的情况下的效率用空心正方
形标记表示。
对于本实施例中的微细结构层105，横轴表示平均重心间距离。
对于设置有周期微细结构的图像显示装置，横轴表示点阵常数。如图
9所示，设置有本发明的微细结构层的图像显示装置和设置有周期微
细结构的图像显示装置具有相同的光提取效率。
即，设置在根据本实施例的图像显示装置中的微细结构层105被
设计为使得圆柱结构半径和平均重心间距离分别等于能够在周期微细
结构中获得高的光提取效率的圆柱结构半径和点阵常数。因此，可以
获得具有高的光提取效率的图像显示装置。
图10示出使用周期微细结构的图像显示装置的光提取效率。
在图10中，一串双点划线表示将光提取到未设置有微细结构的图
像显示装置的外部的效率。横轴表示通过将圆柱结构直径除以点阵常
数Λ而获得的值（2r/Λ）。
当值（2r/Λ）被设为比0.1大的值时，与未设置周期微细结构的
情况相比，可以提高将光提取到外部的效率。
更希望的是，当值（2r/Λ）被设为比0.3大的值时，将光提取到
外部的效率可以是未设置周期微细结构的情况下的效率的两倍。
因此，即使在本发明的微细结构层105的情况下，当通过将圆柱
结构直径除以平均重心间距离而获得的值（2r/L）被设为比0.1大的
值时，也可以获得高的光提取效率。
从而，当设置在根据本实施例的图像显示装置中的微细结构层
105满足式6时，可以提高到外部的光提取效率。
σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) < 0.83 ]]>式6
更希望的是，当值（2r/L）被设为比0.3大的值时，可以获得更
高的光提取效率。
从而，当设置在根据本实施例的图像显示装置中的微细结构层
105满足式7时，可进一步提高到外部的光提取效率。
σ L 1 + ( 1 - ( σ L ) 2 ) ( L L max - 1 ) < 0.58 ]]>式7
到外部的光提取效率得到提高，由此可增加图像显示装置的显示
亮度。因此，可以获得具有高的对比度的图像显示装置。
为了提高到外部的光提取效率，需要减少通过衍射以等于或大于
临界角的角度传播的光。
为了获得更高的提高到外部的光提取效率的效果，希望微细结构
层105具有二次（order）或更高次的衍射光。当光入射到微细结构时，
衍射次数满足以下描述的式8的光被产生。
Ninsinθin+mλ/Λ＜Nout 式8
在式8中，λ表示入射光的波长，Nin表示入射光通过其传播的区
域的折射率，Nout表示反射衍射光或透过衍射光通过其传播的区域的
折射率。另外，θin表示在入射光的入射方向与z轴之间形成的角度，
Λ表示微细结构的点阵常数，m表示衍射次数。
在可见范围中，考虑700nm的波长，在该波长处难以产生高次的
衍射光。当Λ被设为等于或大于1.0μm的值时，可以产生二次或更高
次的衍射光，由此可提高到外部的光提取效率。
当从发光层入射到微细结构层105的光的入射角度比前板与外部
区域之间的界面中的临界角大时，在前板与外部区域之间的界面中零
次的透过衍射光被全反射。
为了提高到外部的光提取效率，需要增加以比零次的透过衍射光
的角度小的角度传播的透过衍射光，并减少以更大的角度传播的透过
衍射光。
当Λ变大时，更大量的以比零次的透过衍射光的角度大的角度传
播的衍射次数的透过衍射光被产生。因此，前板与外部区域之间的界
面中的全反射损失增加，由此降低到外部的光提取效率。
希望的是，当Λ被设为等于或小于3.0μm的值时，可减少全反射
损失，由此可将到外部的光提取效率保持在较高的水平。
即，当根据本发明的图像显示装置中的微细结构层105的平均重
心间距离被设为等于或大于1.0μm并且等于或小于3.0μm的值时，可
产生二次或更高次的衍射光，并且可减少全反射损失。到外部的光提
取效率可进一步提高。
到外部的光提取效率得到提高，由此可增加图像显示装置的显示
亮度。因此，可以获得具有高的对比度的图像显示装置。
在微细结构中非周期性地布置圆柱结构的情况被描述。然而，本
发明不限于这种情况。球形结构可被布置。
例子
在下文中，描述本发明的例子。
例子1
在例子1中，描述包括在根据本发明的图像显示装置中的微细结
构的结构例子。
关于本例子中的微细结构，图2A和图2B所示的微细结构层105
的每个圆柱结构具有800nm的直径213和800nm的高度214。
在本例子中，基于L＝2.6μm、σ/L＝0.26和L/Lmax＝1.2的假设，
微细结构层105具有用图6的实线601表示的重心间距离的频率分布。
在本例子中，微细结构层105被设置为满足式3和式6，并进一
步满足“1.0μm<L<3.0μm”。
在图6中，虚线602表示平均重心间距离L，虚线603表示最频
繁重心间距离Lmax。用于圆柱结构的第一介质的折射率被设为2.2，
并且，用于周边区域（层）210的第二介质的折射率被设为1.5。
前板101由具有1.46的折射率的介质制成。发光层104由具有1.3
的折射率的介质制成。
激发单元（未示出）被设置在发光层104的后侧，并且位于该后
侧的区域处于真空中。
图7示出光从外部在与前板101垂直的方向上入射到使用上述微
细结构层105的图像显示装置100的情况下的周围光的反射率。
在图7中，横轴表示在反射周围光与z轴之间形成的角度，纵轴
表示反射周围光的强度。
为了比较，图7还示出入射到包括常规微细结构的图像显示装置
的周围光的反射率。
关于常规微细结构，由第一介质制成的圆柱结构被布置在周期性
布置的点阵点处。
在图7中，实线701和虚线702表示本发明所应用到的本例子中
的结构的特性，虚线711和一串两点划线712表示常规结构的特性。
实线701和虚线711表示在入射光具有450nm的波长的情况下的特
性。虚线702和该串两点划线712表示在入射光具有650nm的波长的
情况下的特性。
如图7所示，由于在常规结构中设置周期性的点阵点布置，因此
反射周围光的角度分布不宽。
这表明，当在周围光具有多个波长的环境中使用图像显示装置时，
反射角度根据波长而改变，由此出现由反射周围光形成的反射图像的
颜色分离。
与此相反，在本发明所应用到的本例子中，如图7所示，在具有
不同波长的两个反射周围光束之间存在重叠范围，由此由反射周围光
束形成的反射图像的颜色分离减少。因此，获得其中周围环境的影响
被减小的图像显示装置。
如上所述，在根据本例子的图像显示装置100中，图2A和图2B
所示的微细结构层105被设置在前板101与发光层104之间。因此，
由反射周围光束形成的反射图像的颜色分离减少，由此获得其中周围
环境的影响可被减少的图像显示装置。
图8A示出光垂直入射到本例子中的微细结构层105的情况下的
透过光的取向分布。图8B示出光垂直入射到包括在点阵点处形成的
周期性三角形点阵的微细结构的情况下的透过光的取向分布。
本例子中的微细结构层105具有非周期性布置，从而包括具有各
种方向和重心间距离的三角形点阵。
因此，本例子中的微细结构层105具有环形取向分布，从而减少
方位角依赖性。
当使用本例子中的微细结构层105时，与使用包括周期性三角形
点阵的微细结构的情况相比，可以获得其中显示光的取向不均匀性被
减小的图像显示装置。在根据本例子的图像显示装置中使用满足式3
和式6的微细结构。从而，获得其中实现高的对比度并减少由反射周
围光形成的反射图像的颜色分离的图像显示装置。
当满足“1.0μm<L<3.0μm”时，获得具有更高的对比度的图像显
示装置。
在本例子中，希望根据能够减少图像显示装置的观察者所观察的
反射图像的颜色分离的区域来导出平均重心间距离、最频繁重心间距
离和重心间距离的偏差。
例如，针对在图像显示装置中具有0.1m×0.1m的面积的每个区域，
导出平均重心间距离、最频繁重心间距离和重心间距离的偏差。
在另一例子中，针对图像显示装置的每个像素，导出平均重心间
距离、最频繁重心间距离和重心间距离的偏差。
只要在通过第一介质传播的光与通过第二介质传播的光之间存在
相位差，即使当用于本例子中的微细结构层105的第一介质和第二介
质是折射率与本例子中描述的介质的折射率不同的介质时，也不损失
本发明的效果。
希望第一介质与第二介质之间的折射率差异较大。在这种情况下，
即使当圆柱结构211的高度较低时，也可获得充分的衍射效率，由此
可增加被提取到外部的光。
在本例子中，微细结构层105被设置在发光层104与前板101之
间。
只要周围光107入射到本例子中的微细结构层105，即使当微细
结构层105被设置在发光层104与外部区域之间或被设置在发光层
104的后侧时，也不损失本发明的效果。
更希望的是，微细结构被设置在发光层与外部区域之间以接收具
有更高强度的周围光，从而获得更高的减少由反射周围光形成的反射
图像的颜色分离的效果。
当微细结构被设置在发光层与前板之间时，可以获得更高的光提
取效率。
接下来，参照图13描述根据本例子的图像显示装置。
图13是示出图像显示装置1300的xy断面图，在图像显示装置
1300中在与前板1301平行的面中布置多个像素1310、1320和1330。
图像显示装置1300包括用于显示相应颜色即红色、绿色和蓝色的
像素1310、1320和1330。像素1310、1320和1330被设置在前板1301
的后表面上。
各像素被由具有光吸收性能的介质制成的部分1303分离。
图13示出三个像素1310、1320和1330，并且多个像素被布置为
构成图像显示装置1300。前板1301由对于可见光透明的介质制成。
例如，可以使用玻璃。
像素1310、1320和1330分别包括发光层1312、1322和1332、
微细结构1305以及激发单元1306和1307。
微细结构1305被设置在发光层1312、1322和1332的前表面上。
激发单元1307被设置在发光层1312、1322和1332与前板1301之间。
激发单元1306被设置在发光层1312、1322和1332的后表面上。
像素的发光层1312、1322和1332分别包括发射具有红色、绿色
和蓝色的波长的光的荧光物质。
微细结构1305中的每一个包括：由第一介质制成的圆柱结构；以
及被设置在圆柱结构周围并且折射率与第一介质的折射率不同的第二
介质。微细结构1305中的每一个被设置为满足式3和式6，并进一步
满足“1.0μm<L<3.0μm”。
激发单元1306和1307是包括用于将电子注入到发光层1312、
1322和1332中的部分的层。例如，激发单元1306和1307具有如下
结构，在所述结构中，在基板上设置电子发射元件和电极并在发光元
件的表面上设置透明电极。
在这种结构中，当电场被施加到电子发射元件时，电子被发射到
发光层。因此，发光层1312、1322和1332在接收到电子时发射光束。
产生的光束穿过微细结构1305和前板1301，并被提取到外部以
变为显示光。
根据本例子的图像显示装置1300中的微细结构1305满足式3和
式6，由此获得其中由反射周围光形成的反射图像的颜色分离被减小
的图像显示装置。
微细结构1305满足“1.0μm<L<3.0μm”，由此获得具有更高的
对比度的图像显示装置。
即使当具有相同的介质和结构的微细结构1305用于根据本例子
的图像显示装置1300中的相应像素1310、1320和1330时，也可获得
其中每个像素的显示亮度的变化较小的图像显示装置。在各种方向上
入射到微细结构1305的光束被分布为大量的衍射光束。
衍射光束的强度较小，并且由于入射光束的波长的变化而导致的
强度的变化也较小。显示光是从在各种方向上入射到微细结构1305
的光束所产生的大量透过衍射光束的总和。因此，即使当入射到微细
结构1305的光束的波长改变时，显示光的强度的变化也较小，由此可
以获得在每个像素中显示光强度差较小的特性。从而，将被提供的结
构不需要依赖于像素，由此可容易地制造图像显示装置。
在根据本例子的图像显示装置1300中，包括在相应像素中的微细
结构1305可以相互不同。
作为替代方案，设置在与红色、绿色和蓝色对应的像素1310、1320
和1330中的任一个中的微细结构可以与设置在其它像素中的微细结
构不同。
因此，与对于每个像素设置相同的微细结构的情况相比，可以获
得进一步提高显示光增强效果并实现更高的对比度的图像显示装置。
设置在相应像素中的微细结构可在yz断面上具有相互不同的厚度。作
为替代方案，微细结构的构成介质和平均重心间距离可在像素之间改
变。
在根据本例子的图像显示装置1300中，微细结构1305被设置在
发光层1312、1322和1332与前板1301之间。只要周围光和在发光层
中产生的光束入射到微细结构1305，就不限制微细结构的位置。
在本例子中，透明电极（激发单元）1307被设置在发光层的表面
上。即使当透明电极被设置在发光层的后表面上时，也不损失本发明
的效果。
在本例子中描述的激发单元可以是用于将电子和空穴注入到发光
层1312、1322和1332中的层。
在这种情况下，发光层由包括有机化合物或无机化合物的材料制
成。
激发单元1306和1307可被设置为使得阳极被设置在每个发光层
与前板之间以及阴极被设置在每个发光层的后表面上，以使每个发光
层与阳极和阴极相邻。在这种结构中，导致电流在阳极与阴极之间流
动以将电子和空穴注入到每个发光层中，从而在每个发光层中产生光。
例子2
在例子2中，参照图11A至11E描述以低成本制造例子1的微细
结构105的方法。
通过例如溅射或旋转涂敷在图11A所示的前板1101上形成由第
一介质制成的层1102（图11B）。
然后，在层1102上形成接合层（未示出），布置微小球1103，
并去除过量的微小球（图11C）。
在这种情况下，调整微小球1103的半径和堆积因数（packing
factor）以控制平均重心间距离、最频繁重心间距离和重心间距离的
偏差。
在布置微小球之后，执行诸如湿蚀刻之类的各向同性蚀刻，以减
小微小球1103的尺寸并去除接合层。
然后，执行诸如将微小球1103作为掩模的反应离子蚀刻之类的各
向异性蚀刻，以形成圆形孔1104（图11D）。
通过例如溅射或旋转涂敷来填充圆形孔1104，以形成圆柱结构
1105（图11E）。
当使用上述制造方法时，可以形成包括圆柱结构1105的微细结构
层105。然后，当形成包括透明电极和发光层的像素结构时，可以获
得图像显示装置100。
在图11A至11E所示的制造方法中，使用微小球布置作为掩模来
形成微细结构层105。由于将微小球布置用作掩模，因此可以以低成
本在大面积中形成非周期性布置圆柱结构的重心的微细结构层105。
接下来，进一步参照图12A至12C描述以更低的成本制造本例子
的微细结构层105的方法。
将接合层（未示出）施加到图12A所示的前板1101上。然后，
布置由第二介质制成的微小球1106并去除过量的微小球（图12B）。
在这种情况下，调整微小球1106的半径和堆积因数以控制平均重
心间距离、最频繁重心间距离和重心间距离的偏差。
在布置微小球之后，执行诸如湿蚀刻之类的各向同性蚀刻以减少
微小球1106的尺寸并去除接合层。然后，在微小球周围填充第一介质，
以形成包括微小球结构1108和周边区域1107的微细结构层105（图
12C）。
例如，可将旋转涂敷或溅射用于第一介质的填充。
可使用的第一介质的例子包括低折射率材料（旋涂玻璃材料）和
高折射率材料（TiO2）。可使用的第二介质的例子包括低折射率材料
（SiO2）和高折射率材料（TiO2）。
为了提高到外部的光提取效率，希望第一介质与第二介质之间的
折射率差较大。还希望第一介质的折射率比第二介质的折射率低。
接着，形成包括透明电极和发光层的像素结构，以获得图像显示
装置100。
在图12A至12C所示的制造方法中，通过微小球布置来产生微细
结构层105的折射率分布。
当利用微小球布置时，可以通过更少的步骤来制造设置在根据本
发明的图像显示装置中的微细结构层105，由此可以以更低的成本获
得图像显示装置。在本例子中，设置在图像显示装置中的微细结构层
包括圆柱结构或球结构，从而以更低的成本产生图像显示装置。
在本例子中，在布置微小球之后，执行各向同性蚀刻以减小微小
球1106的尺寸，从而形成具有希望的圆柱直径或球直径的微细结构层
105。减小微小球的尺寸的步骤可被省略。
在这种情况下，微小球1103（或微小球1106）被布置为使得其直
径基本上等于圆柱结构1105（或微小球结构1108）的直径。然后，在
图11A至11E所示的情况下，使用布置的微小球1103作为掩模来执
行各向异性蚀刻，并填充圆柱孔1104以形成微细结构层105。在图12A
至12C所示的情况下，在微小球1106周围填充第一介质以形成微细
结构层105。在微小球1103（或微小球1106）的微小球数量密度P[1/m2]
与平均重心间距离L之间存在由下式表达的关系。
L = 2 P 3 ]]>
因此，当数量密度P被调整以满足下式时，可以控制平均重心间
距离。
2 9 3 10 12 < P < 2 3 10 12 ]]>
例如，半径为730nm的微小球1103以数量密度3e11[1/m2]被分散
以形成微细粒子层。
接着，使用微小球作为蚀刻掩模来蚀刻基板，以形成圆柱结构
1105的堆积因数为0.5、L为2[μm]以及σ/L为0.23的微细结构层105。
如上面描述的那样布置其半径基本上等于圆柱结构1105（或微小
球结构1108）的半径的微小球，由此以低成本在大面积中形成非周期
性布置圆柱结构（或微小球结构）的重心的微细结构层105。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解的是，本发明
不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽泛
的解释以包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。
本申请要求在2010年4月12日提交的日本专利申请No.
2010-091594的权益，通过引用将其全部内容合并于此。