JP2004303545A

JP2004303545A - 面状発光デバイス及びその製造方法、このデバイスを備えた光学デバイス

Info

Publication number: JP2004303545A
Application number: JP2003094216A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Uchiumi; 徹哉内海; Yoshifumi Kato; 祥文加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Also published as: TW200425793A; KR20040086788A; EP1465265A2; TWI238676B; US20040222432A1; CN1543277A; KR100648031B1

Abstract

【課題】面状発光デバイスと光学部材とを組み合わせてなる光学デバイスの厚みを従来よりも薄くでき、また、面状発光デバイスと光学部材とを容易に位置合わせして組み合わせることのできる面状発光デバイスを提供する。
【解決手段】透明基板３の光入射面３１上に面状発光素子２が設けられ、光入射面３１に入射された光を当該面の反対側３２から出射する面状発光デバイス１であって、透明基板３は、光入射面３１の反対側３２における光学部材４が配置される位置に、光学部材配置用の窪み３０が設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
有機エレクトロルミネッセンス素子や無機エレクトロルミネッセンス素子などの面状発光素子を備えたボトムエミッション型の面状発光デバイスと、その製造方法、及びこのデバイスを備えた液晶表示装置や照明装置などの光学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透明基板の一方の面（光入射面）上に、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）や無機エレクトロルミネッセンス素子（無機ＥＬ素子）などの面状発光素子が設けられ、当該素子で発せられて光入射面から透明基板に入射した光を、透明基板における光入射面とは反対側（光出射側）から外部へ取り出すボトムエミッション型の面状発光デバイスが広く知られている。この面状発光デバイスは、光出射面上に、拡散フィルムやプリズムフィルム、液晶表示パネルなどの光学部材が配置された光学デバイスとして使用される。
【０００３】
光学部材は、面状発光素子から入射された光（発光光、エレクトロルミネッセンス）の光学特性（出射方向や輝度、色度等に関する特性）を、光学デバイスに求められる光学特性にする。
例えば、光学部材として拡散フィルムが面状発光デバイスの光出射面上に配置された光学デバイス（照明装置）は、光出射面を基準としていずれの出射方向における輝度もほぼ同一にできる（例えば特許文献１を参照。）。
また、光学部材として透過型の液晶表示パネルが面状発光デバイスの光出射面上に配置された光学デバイス（液晶表示装置）は、液晶表示パネルが、画素ごとに、液晶の配向状態を電圧によって変化させて、面状発光デバイスから入射された光を透過する量を調整し、これによってパターン（画像）を表示する（例えば特許文献２を参照。）。
【０００４】
以上のような光学デバイスは、その厚みが、少なくとも面状発光デバイスの厚みと光学部材の厚みとを合わせた厚みになる。前記したように、光学デバイスは、面状発光デバイスと光学部材とを組み合わせてなるからである。
【０００５】
また、両者を設計通りに位置合わせして組み合わせなければならない。そのため、精密な組み立て技術が要求されたり、面状発光デバイス及び光学部材以外に組み合わせ用のフレームを別途用意したりしなければならない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２３２７２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５３９５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、面状発光デバイスと光学部材とを組み合わせてなる光学デバイスの厚みを従来よりも薄くできる面状発光デバイスを提供することを第一の目的とする。
本発明の第二の目的は、面状発光デバイスと光学部材とを容易に位置合わせして組み合わせることのできる面状発光デバイスを提供することである。
【０００８】
本発明の第三の目的は、上記面状発光デバイスを備えた光学デバイスを提供することである。
本発明の第四の目的は、上記面状発光デバイスの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る面状発光デバイスは、透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられ、光入射面に入射された光を当該面の反対側（光出射側）から出射するボトムエミッション型のデバイスであって、透明基板は、光出射側に光学部材配置用の窪みが設けられたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記面状発光デバイスにおける光学部材配置用の窪みには複数の凹凸が設けられていてもよい。
【００１１】
上記面状発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子としてもよい。
【００１２】
本発明に係る光学デバイスは、上記面状発光デバイスにおける光学部材配置用の窪みに光学部材が配置されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る、透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられたボトムエミッション型の面状発光デバイスの製造方法は、透明基板の光入射面上に面状発光素子を形成した後、光入射面の反対側（光出射側）に光学部材配置用の窪みを形成することを特徴とする。
【００１４】
また、上記製造方法において、光学部材配置用の窪みの形成にはサンドブラスト法が好ましく採用されうる。
さらに好適には、透明基板の光入射面上に面状発光素子を形成した後、光入射面の反対側における光学部材が配置される位置以外にマスクをし、次いで光出射面側からサンドブラスト法により透明基板を削り、光学部材配置用の窪みを形成するとよい。
【００１５】
なお、本明細書における「透明」とは、発光層で発生した光（エレクトロルミネッセンス）を透過する性質を有することを意味する。換言すると、本明細書における「透明な層」や「透明な部材」は、エレクトロルミネッセンスに対して透明又は半透明であることをいう。このような層や部材は、好ましくは外部に取り出す光の透過率が５０％以上になるように設計される。
外部に取り出す光は、自由に設定可能であるが、一般には可視光（３８０ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長の光）とされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る光学デバイスとしての液晶表示装置を、図を参照しながら詳細に説明し、あわせて、本発明の実施の形態に係る面状発光デバイスとしての有機ＥＬデバイスとその製造方法についても説明する。図１〜図１１において同一の符号で表す構成要素は、同一物又は類似物を表示するものとする。
まず、液晶表示装置の構成について説明する。
【００１７】
（構成）
図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を説明するための斜視図である。図２は、図１に示す液晶表示装置の横断面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、面状発光デバイスとしての有機ＥＬデバイス１と、光学部材としての液晶表示パネル４とで構成されている。液晶表示パネル４は、有機ＥＬデバイス１の透明基板３に設けられた光源配置用の窪み３０に配置されている。
【００１９】
有機ＥＬデバイス１は、透明基板３と有機ＥＬ素子２とで構成される。
【００２０】
透明基板３は、有機ＥＬ素子２を支える部材であり、光入射面３１を有する。
光入射面３１上には有機ＥＬ素子２が設けられている。
光入射面３１の反対側（光出射側）３２には、液晶表示パネル４の配置用の窪み３０が設けられている。
【００２１】
光学部材配置用の窪み３０は、光出射側３２における液晶表示パネル４を配置する位置に設けられている。つまり、図２に示すように、透明基板３は、液晶表示パネル４を配置する部分の厚みＡが、他の部分の厚みＢ、Ｂ’よりも薄くなっている。
【００２２】
透明基板３は、有機ＥＬ素子２を支持／形成可能であり、透明であればどのような材料で形成されていてもよく、一般には、ガラス基板や石英基板、プラスチック基板などが選択される。また、同種又は異種の基板を複数組み合わせた複合シートからなる基板を用いることもできる。
【００２３】
有機ＥＬ素子２は、電流を流されることで発光する有機発光材料を含有する発光層が陽極と陰極とに挟まれた構造をとり、公知の有機ＥＬ素子形成用の材料を用い公知の有機ＥＬ素子形成法によって、透明基板３の光入射面３１上に作製される。
【００２４】
液晶表示パネル４は、公知の透過型の液晶表示パネルや半透過型の液晶表示パネルが採用され、非表示面４１が有機ＥＬデバイス１（光出射側３２）と向かい合うように、液晶表示パネル４配置用の窪み３０内に配置される。つまり、液晶表示パネル４は、液晶表示装置外部からは表示面４０が視認されるように配置される。
【００２５】
本実施の形態に係る液晶表示装置は、以上の構成を採用するために、例えば以下のような効果を得ることができる。
【００２６】
（効果）
（ｉ）液晶表示パネル４を、透明基板３（有機ＥＬデバイス１）の光出射側３２における所定の位置（設計位置）に、容易に組み込むことができる。
つまり、有機ＥＬデバイス１と液晶表示パネル４との組み合わせる際の位置合わせが極めて容易である。
これは、透明基板３の光出射側３２において、液晶表示パネル４を配置する部分が、他の部分に比べて光入射面３１に近くなっている（凹んでいる）ため、窪み３０内に液晶表示パネル４を前記したように入れれば、液晶表示パネル４が設計位置に配置されたことになるからである。
これにより、有機ＥＬデバイス１と液晶表示パネル４とを組み合わせるためにフレームを用意する必要は特になくなり、また、両者の組み合わせのための（位置合わせのための）特別な技術は必要でなくなるため、光学デバイスとしての液晶表示装置の製造を極めて容易にかつ正確にできる。
【００２７】
また、液晶表示パネル４は、透明基板３内に（窪み３０内に）埋め込まれているため、透明基板３の光出射面３１とは反対側３２における設計位置から経時的にずれる可能性が極めて低い。
【００２８】
（ｉｉ）図３（ｂ）に示す、液晶表示パネル４００配置用の窪みが透明基板３００に設けられていない従来の液晶表示装置と比べて、図３（ａ）に示す本実施の形態に係る液晶表示装置は厚みを薄くできる。
図３（ａ）に示す液晶表示装置は、光学部材である液晶表示パネル４の一部（又は全部）を、透明基板３内に配置する（埋設する）からである。
【００２９】
また、図３（ａ）に示す液晶表示装置及び有機ＥＬデバイスは、（ｂ）に示す液晶表示装置及び有機ＥＬデバイスと比べて、それぞれ、透明基板における液晶表示パネル４配置用の窪み３０の分、軽量化することも可能になる。
さらに、有機ＥＬデバイス１と液晶表示パネル４とを組み合わせるために特別なフレームを設けなくてもすむため、フレームの分、従来よりも薄くできたり、軽量化できたりする。
【００３０】
（ｉｉｉ）透明基板３における液晶表示パネル４が配置されていない部分は、液晶表示パネル４が配置される部分の厚みＡに比べて厚みＢが厚いため、透明基板３としての（有機ＥＬデバイス１としての／液晶表示装置としての）強度が、厚さＡの透明基板を用いた場合と比べて大きくなる。
図４（ｂ）に示す厚みＡの透明基板３０１を用いた液晶表示装置と図４（ａ）に示す本実施の形態に係る液晶表示装置とは互いに厚みが同じ（厚みＢ）になるが、後者は透明基板３において厚みＢの部分を有するため、有機ＥＬデバイス１及び液晶表示装置としての強度は後者の方が強くできる。
【００３１】
（ｉｖ）液晶表示パネル４の端部４２、４２’を保護できる。
本実施の形態に係る液晶表示装置では、図２に示すように、液晶表示パネル４の端部４２、４２’が透明基板３によって覆われている（端部４２、４２’が装置外部に露出していない）ため、図３（ｂ）や図４（ｂ）に示す従来の液晶表示装置と比べて液晶表示パネル４（端部４２、４２’）を外部の種々の要因（例えば外部からの衝撃や浸食等）から保護できる。そのため、液晶表示パネル４を保護するための部材を別個設けなくともよくなる。
次に、上記実施の形態に係る液晶表示装置の好適な製造例を、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３２】
（製造方法）
まず、厚さＢの透明基板３の一方の面上に、前記したように有機ＥＬ素子２を形成する（ステップＳ１）。透明基板３において、有機ＥＬ素子２が設けられた面（有機ＥＬ素子２と接する面）が光入射面３１となる。
有機ＥＬ素子２を設けた後、透明基板３における光入射面３１とは反対側（光出射側）３２において、液晶表示パネル４が配置されない部分にマスクをする（ステップＳ２）。
次いで、光出射側３２においてサンドブラスト法によって透明基板３を一部削る（ステップＳ３）。これにより、液晶表示パネル４配置用の窪み３０が透明基板３に形成される。
そして、透明基板３からマスクを取り除く（ステップＳ４）ことで、有機ＥＬ素子１が形成される。
【００３３】
有機ＥＬ素子１形成後、液晶表示パネル４配置用の窪み３０に液晶表示パネル４を前記したように配置する（ステップＳ５）ことで、前記した液晶表示装置を作製できる。
【００３４】
以上のようにして製造した液晶表示装置は、前記した効果に加えて、さらに以下の効果も得ることができる。
【００３５】
（ｖ）透明基板３上に有機ＥＬ素子２を形成する際に、透明基板３に十分な強度・厚みが得られる。
図２に示す液晶表示装置を作製する際、ステップＳ１の段階において、透明基板はいずれの場所も厚みＢがあるからである。
【００３６】
一般に、有機ＥＬ素子２等の面状発光素子は、輝度均一性を得たり、電極同士がショートすることを防止したりするために、当該素子を構成する各層の膜厚を均一にする必要がある。そのため、十分な強度（厚み）を備えた透明基板上に形成することが好ましい。
つまり、図４（ｂ）に示すようなはじめから薄い透明基板３０１は有機ＥＬ素子２０１形成時にたわむ場合があるため（平面平滑性を備えていない場合があるため）、このような透明基板３０１上に面状発光素子２０１を形成しても、輝度均一性等の面状発光デバイスに要求される性能が得られない可能性がある。
【００３７】
これに対し、本実施の形態に係る製造方法では、前記したように面状発光素子を形成する際に、液晶表示パネル４配置用の窪み３０を設けていないため、透明基板３は面状発光素子を形成するのに十分な強度（厚み）を備える。したがって、上記した性能を有する面状発光デバイスが得られる可能性が極めて高くなり、その結果、歩留まりも極めて高くすることも可能になる。
【００３８】
（ｖｉ）透明基板３の光出射側３２におけるいずれの出射方向（角度）においても輝度を略同一にできる（輝度均一性）。
サンドブラスト法により窪み３０を形成するため、窪み３０に、算術平均高さＲａ０．０１〜１０μｍ程度の微小凹凸が多数形成される（粗面とされる）が、この微小凹凸が光入射面３１から入射されて光出射側３２へ出射する光を拡散するため、輝度均一性が得られる。
したがって、光学部材としての拡散シートを用いなくてもよくなる場合があり、この場合には光学デバイスの厚みをさらに薄くすることもでき、また、拡散シートの重さ分、光学デバイスを軽量化することも可能になる。
【００３９】
（ｖｉｉ）従来の透明基板の光出射面からは取り出されなかった光の一部又は全部を、光出射側３２から外部へ取り出すことができる（光取出効率向上）。
従来のように平面の透明基板では、光出射面に臨界角より大きな角度で入射する光は透明基板内へ全反射してしまうが、本実施の形態に係る窪み３０は粗面にされ、様々な角度の接線を備えるために、従来は光出射側へ取り出されなかった光の一部又は全部を取り出すことができる。
【００４０】
（ｖｉｉｉ）透明基板３の光出射側３２におけるいずれの出射方向（角度）においても色度を略同一にできる（色度均一性）。
前記したように窪み３０に微小凹凸が形成されるため、各波長の光についてもそれぞれ様々な方向へ拡散できる。したがって、光出射側３２における出射方向おいて各波長の光の輝度の角度依存性がなくなる。つまり、光出射側３２における出射方向において色度が均一になる。
【００４１】
（別例）
なお、上記実施の形態は以下のように変形することもできる。また、各変形例を適宜組み合わせて用いることもできる。
【００４２】
（ａ）有機ＥＬ素子の代わりに、無機ＥＬ素子等の公知の面状発光素子を採用できる。
【００４３】
（ｂ）光学部材として、液晶表示パネルの代わりに、プリズムシートや拡散シート等の公知の光学部材を採用できる。
例えば、図６に示すように、上記実施の形態における面状発光デバイスである有機ＥＬデバイス１とプリズムシート５とを組み合わせた照明装置とすることもできる。
なお、光学部材とは、前記したように、面状発光デバイスから入射された光の性質や量を変化させて外部へ出射させる部材のことである。
【００４４】
（ｃ）同種又は異種の複数の光学部材を組み合わせて用いることもできる。
例えば、図７に示すように、光源配置用の窪み３０上にプリズムシート５及び液晶表示パネル４を順次積層した液晶表示装置にしてもよい。
【００４５】
（ｄ）窪み３０の深さを光学部材の厚みと同一にしなくてもよい。
例えば図８（ａ）に示すように、窪み３０の深さを液晶表示パネル４の厚みよりも浅くし、窪み３０に液晶表示パネル４の一部が埋設されるようにしてもよい。
また、図８（ｂ）に示すように、窪み３０の深さを液晶表示パネル４の厚みよりも厚くし、窪み３０に液晶表示パネル４の全部が埋設されるようにしてもよい。
【００４６】
（ｅ）透明基板３の光出射側３２において、液晶表示パネル４（光学部材）が設けられない場所の一部も窪ませてもよい。
例えば図９（ａ）に示すように矩形の液晶表示パネル４が配置される位置３２ａを基準として、その一辺側３２ｂを窪ませたり、図９（ｂ）に示すように、二辺側３２ｂ、３２ｃを窪ませたり、図９（ｃ）に示すように三辺側３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを窪ませたりすることもできる。このように、液晶表示パネル４が設けられない場所の一部を窪ませても、液晶表示パネル４を、光出射側３２における窪んでいない場所を基準として透明基板３上に配置すればよいので、従来よりも液晶表示装置の製造（位置合わせ）が容易になる。また、上記（ｉｉ）〜（ｉｖ）等の効果も当然得られる。
【００４７】
（ｆ）サンドブラスト法以外の公知の基板薄型化法を用いてもよい。
例えば、公知のドライエッチング法やウェットエッチング法によって透明基板３に窪み３０を設けてもよい。なお、このような基板薄型化法を用いる場合には、公知の削剥量・削剥形状制御法を用いて、窪み３０に前記したような微小凹凸を複数設ければ、前記製造方法と同等の効果が得られる。
【００４８】
（ｇ）透明基板３に有機ＥＬ素子１を形成する前に窪み３０を形成してもよい。
つまり、図１０に示すように、前記同様に透明基板３に窪み３０を形成し（ステップＳ１１）、透明基板３における窪み３０が形成されていない面に有機ＥＬ素子２を形成し（ステップＳ１２）て有機ＥＬデバイス１を作製し、有機ＥＬデバイス１と液晶表示パネル４とを組み合わせ（ステップＳ１３）て液晶表示装置を作製してもよい。
このように有機ＥＬ素子１を透明基板３に形成する前に窪み３０を形成する場合には、窪み３０が形成された透明基板３が、ステップＳ１２において有機ＥＬ素子１を形成できる強度を有するように、窪み３０の深さや透明基板３の材質を設計するとよい。
【００４９】
（ｈ）光出射側３２において、光学部材が設けられていない場所からは光が出射しないようにしてもよい。
例えば、図１１に示すように、透明基板３における液晶表示パネル４と接していない場所に、金属等で形成された光反射板６を設ければ、光出射側３２において、光学部材が設けられていない場所から出射しようとする光を液晶表示装置内部に戻し、内部における屈折率の差による反射等によって液晶表示パネル４の表示面４０から出射させることも可能になる。
また、上記製造例において、マスクを除去しなくてもよい。
当然、光学デバイスにおける光を取り出す部位（本例では表示面４０）以外の他の位置又はすべてを反射部材等で覆ってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明による面状発光デバイスは、光学部材と組み合わせる際、両者の位置合わせが容易であり、また、特別なフレームなどの部材を設けなくてもすむ。また、光学部材と組み合わせた構造体（光学デバイス）の厚みを従来よりも薄くできる。
【００５１】
また、本発明による面状発光デバイスの製造方法によれば、以上のような面状発光デバイスを製造することができる。
【００５２】
本発明による光学デバイスは、上記面状発光デバイスを用いているため、従来の面状発光デバイスよりも厚みを薄くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を説明するための斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る液晶表示装置の断面構成、及び、有機ＥＬデバイスの断面構成を説明するための要部断面図である。
【図３】本実施の形態に係る液晶表示装置の厚みが従来の液晶表示装置よりも薄いことを説明するための要部断面図である。
【図４】本実施の形態に係る液晶表示装置が、従来の液晶表示装置よりも強度を有することを説明するための要部断面図である。
【図５】本実施の形態に係る液晶表示装置の好適な製造例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施の形態に係る他の光学デバイスの構成例を示す要部断面図である。
【図７】複数の光学部材により構成された液晶表示装置を示す要部断面図である。
【図８】本実施の形態における、窪み３０の深さと液晶表示パネル４の厚みとの関係を説明するための要部断面図である。
【図９】透明基板３に設ける窪みの形状を説明するための斜視図である。
【図１０】本実施の形態に係る液晶表示装置の他の製造例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本実施の形態に係る液晶表示装置の他の構成例を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１有機ＥＬデバイス
２、２００、２０１有機ＥＬ素子
３、３００、３０１基板
３０液晶表示パネル４配置用の窪み
３１光入射面
３２光出射側（光入射面と対向する面）
４液晶表示パネル
５プリズムシート

Claims

透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられ、光入射面に入射された光を、透明基板における前記面の反対側から外部へ出射する面状発光デバイスであって、
前記透明基板は、前記光入射面の反対側における光学部材が配置される位置に、光学部材配置用の窪みが設けられたことを特徴とする面状発光デバイス。
請求項１記載の面状発光デバイスにおいて、前記光学部材配置用の窪みは粗面とされたことを特徴とする面状発光デバイス。
請求項１又は２項に記載の面状発光デバイスであって、
前記面状発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする面状発光デバイス。
請求項１から３のいずれか１項に記載の面状発光デバイスにおける光学部材配置用の窪みに光学部材が配置されたことを特徴とする光学デバイス。
透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられ、光入射面に入射された光を、透明基板における前記面の反対側から外部へ出射する面状発光デバイスの製造方法であって、
前記透明基板の光入射面上に面状発光素子を形成した後、前記光入射面の反対側における光学部材が配置される位置に光学部材配置用の窪みを形成することを特徴とする面状発光デバイスの製造方法。
透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられ、光入射面に入射された光を、透明基板における前記面の反対側から外部へ出射する面状発光デバイスの製造方法であって、
前記透明基板の光入射面上に面状発光素子を形成した後、前記光入射面の反対側における光学部材が配置される位置に、光学部材配置用の窪みを、サンドブラスト法を用いて形成することを特徴とする面状発光デバイスの製造方法。
透明基板の光入射面上に面状発光素子が設けられ、光入射面に入射された光を、透明基板における前記面の反対側から外部へ出射する面状発光デバイスの製造方法であって、
前記透明基板の光入射面上に面状発光素子を形成した後、前記光入射面の反対側における光学部材が配置される位置以外にマスクをし、次いで光出射面側からサンドブラスト法により透明基板を削り、光学部材配置用の窪みを形成することを特徴とする面状発光デバイスの製造方法。