JP2006059542A - Ｅｌデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスを提供すること。
【解決手段】 本発明のＥＬデバイス１は、板状の陰極４と、透明基板１２の一方の面１２ａに設けられた板状の透明な陽極６と、陰極と陽極との間に配置された板状の発光部８手１０とを備えたＥＬ素子２と、透明基板の他方１２ｂの面に設けられた凹凸部１６と、他方の面から出射する光を他方の面の法線方向に向かって偏向させるように、凹凸部の外側に他方の面に沿って配置された光偏向素子２０、２２と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＬデバイス（Electro Luminescence Device）に係り、詳細には、ＥＬ素子で発生した光を効率良く出射させることができるＥＬデバイスに関する。

画像等を表示するディスプレイの１つとして、ＥＬ（Electro Luminescence）を利用したＥＬ素子が知られている。このＥＬ素子は、２枚の板状電極間に薄膜状の発光層を挟んだサンドイッチ構造を備え、電極に電圧をかけて発光層を発光させ、透明材料で形成された一方の電極を通して、光を外部に導き出す構造である。発光層を含まれる物質の種類によって有機ＥＬと無機ＥＬに分類される。

図５を参照して、有機ＥＬ素子の基本構造の一例を説明する。図５に示すように、有機ＥＬ素子５０は、ＭｇＡｇ合金等からなる板状の金属陰極５２と、インジウム／錫酸化物等からなる板状の透明陽極５４を備えている。透明陽極５４は、ガラス基板５６の一方の面５６ａに上に設けられている。また、金属陰極５２と透明陽極５４の間には、ジアミン系化合物等からなる正孔輸送層５８とキノリノールアルミニウム錯体等の発光体を含む発光層６０が積層されている。

このような構成を有する有機ＥＬ素子では、直流電源６２によって金属陰極５２と透明陽極５４に直流電圧を印加すると、透明陽極５４から正孔輸送層５８に注入された正孔が発光層６０に進入し、金属陰極５２から注入されて電子が発光層６０中を拡散移動する。この結果、発光層６０内で正孔と電子が再結合し、電気的に中和され、発光層６０の発光体の分子が基底状態から励起状態になる。この励起状態の発光体の分子が、基底状態に戻る際に放出されるエネルギーにより、発光層６０が発光する。そして、透明電極５４を透過しガラス基板５６の他方の面５６ｂ（発光面）から出射してきた光が画像表示等に利用される。
本発明は、このような公知公用の技術をもとに開発されたものである。

上述したような構成を有するＥＬ素子では、発光層６０で発生し、ガラス基板５６の他方の面（出射面）５６ｂから出射する光を利用して画像表示等を行っている。しかしながら、ガラス基板５６に入射し出射面５６ｂに達した光の多くが、出射面５６ｂとその外側の空気層の境界面で全反射して、ガラス基板５６の端面５６ｃ、５６ｄから出射してしまい、発光層で発生した光を出射面から有効に取出すことができないという問題があった。

さらに、出射面５６ｂから出射した光も、出射面５６ｂの法線方向に向かって出射する成分が少ないためＥＬ素子の正面輝度が低く、出射する光の有効利用が図れないという問題もあった。

本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスを提供することを目的としている。

本発明によれば、板状の陰極と、透明基板の一方の面に設けられた板状の透明な陽極と、上記陰極と上記陽極との間に配置された板状の発光部とを備えたＥＬ素子と、上記透明基板の他方の面に設けられた凹凸部と、上記他方の面から出射する光を該他方の面の法線方向に向かって偏向させるように、上記凹凸部の外側に上記他方の面に沿って配置された光偏向素子と、を有することを特徴とするＥＬデバイスが提供される。

このように構成された本発明においては、発光層から光が出射する透明基板の他方の面に凹凸部が形成されているので、この他方の面での全反射が生じにくくなり、より多くの光が他方の面から出射する。また、光偏向素子により、透明基板の他方の面から出射した光が他方の面の法線方向に向かって偏向されるので、出射する光が有効利用されデバイスの正面輝度が向上する。さらに、光を効率よく取り出すことができるため、駆動電力が小さくなり、ＥＬデバイスの寿命が長くなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、凹凸部は、マットによって構成されている。「マット」とは、ブラスト加工、マット加工等によって処理された粗面を意味する。
このような構成によれば、ガラス基板の他方の面から出射しようとする光が、マットによる凹凸によって、全反射を起こしにくくなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部は、プリズムによって構成されている。プリズムは、柱状のプリズムを連続的に配置したものであっても、他の形状のプリズムを離散して配置したものであってもよい。
このような構成によれば、ガラス基板の他方の面から出射しようとする光が、プリズムによる凹凸によって、全反射を起こしにくくなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部は、多数のドットまたは凹部によって構成されている。ドットとは、半球状、半楕円球状等の突起を指す。
このような構成によれば、ガラス基板の他方の面から出射しようとする光が、ドットによる凹凸によって、全反射を起こしにくくなる。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部の表面の平均傾斜角が、０．５°〜２０°である。
本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部が光学的な異方性を有する。
本発明の他の好ましい態様によれば、上記光偏向素子が、プリズム部が上記凹凸部と反対方向を向くように配置された１または２枚のプリズムシートによって構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、上記光偏向素子が、プリズム部が上記凹凸部を向くように配置されたプリズムシートによって構成されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部と上記光偏向素子との間に、光学的異方性を有する拡散シートが配置されている。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記プリズムシートの隣接するプリズムのピッチが、１５μｍ以下である。
このような構成によれば、モアレ縞の発生を抑制することができる。
本発明の他の好ましい態様によれば、上記ドットの直径は、３０μｍ以下である。
このような構成によれば、モアレ縞の発生を抑制することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、上記凹凸部が、ＵＶ硬化型樹脂によって形成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、上記透明基板がガラスによって形成され、上記凹凸部が、上記透明基板の他方の面をエッチングすることにより形成されている。

本発明によれば、ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスが提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態のＥＬデバイスについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のＥＬデバイス１の構造を概略的に示す断面図である。図１に示すように、ＥＬデバイス１は、有機ＥＬ素子２を備えた有機ＥＬデバイスである。有機ＥＬ素子２は、ＭｇＡｇ合金等の金属からなる板状の金属陰極４と、インジウム／錫酸化物等の透明体からなる板状の透明陽極６と、これら金属陰極４と透明陽極６との間に積層されたジアミン系化合物等を含む正孔輸送層８およびキノリノールアルミニウム錯体等を含む発光層１０とを備えている。

透明電極６は、有機ＥＬ素子２を構成するガラス製の透明基板１２の一方の面１２ａに光学的に密着するように配置されている。ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体どうしがその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。

有機ＥＬ素子２の各端面２ｃ，２ｄは金属反射膜１４で覆われている。したがって、本実施形態のＥＬデバイス１では、発光層１０で生じ透明基板１２の一方の面１２ａから透明基板１２に入射した光は、透明基板１２の端面からは出射せず、透明基板１２の他方の面（出射面）１２ｂからのみ出射する。

出射面１２ｂは、エッチング等などの処理により、微細な凹凸形状を有するマット１６に加工されている。このマット１６上には、表面に微細な凹凸が設けられた拡散シート１８が配置されている。マット１６及び拡散シート１８の表面に形成された凹凸の平均傾斜角は、０．５°〜２０°であるのが好ましい。

さらに、拡散シート１８の外方には、透明基板１２の出射面１２ｂに沿うように、第１のプリズムシート２０が配置されている。第１のプリズムシート２０は、一方の面に多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成された透明シートであり、柱状三角プリズムが光の出射方向に突出する上向きプレートシートとされている。また、第１のプリズムシート２０は、柱状三角プリズムが図１のＹ方向に延びる向きとされている。

さらに、第１のプリズムシート２０の外方には、第２のプリズムシート２２が配置されている。第２のプリズムシート２２も、第１のプリズムシート２０と同一の構造を有し、第１のプリズムシート２０と同様に、柱状三角プリズムが光の出射方向に突出する上向きプレートシートとされているが、柱状三角プリズムが図１のｘ方向に延びる向き、すなわち、柱状三角プリズムの延びる方向が第１のプリズムシート２０と直交する向きとされている。
各プリズムシート２０、２２における互いに隣接するプリズムのピッチＰは、３０μｍ以下に設定されている。

さらに、有機ＥＬ素子２には、金属陰極４と透明陽極６に直流電圧を印加することができるように直流電源２４が接続されている。

直流電源２４により金属陰極４と透明陽極６に直流電圧を印加すると、発光層１０が発光する。発光層１０で発生した光は、透明陽極６を通過して透明基板１２の上面１２ａから透明基板１２内に入射する。上述したように、本実施形態では、有機ＥＬ素子２の背面は金属陰極４で、端面は金属反射膜１４で覆われているので、発光層１０で発光した光は、透明基板１２の出射面１２ｂからしか出射できない。

そして、出射面１２ｂはマット１６に加工されているので、出射面１２ｂの臨界角が大きくなる。その結果、ＥＬデバイス１では、出射面１２ｂを通して透明基板１２から出射しようとする光がこの出射面１２ｂで全反射を起こしにくくなり、有機ＥＬ素子２で発生した光が出射面１２ｂから効率良く取り出される。

また、ＥＬデバイス１では、透明基板１２から出射した光は、拡散シート１８で拡散され、さらに、２枚のプリズムシート２０、２２によって、出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向されＥＬデバイス１から出射するので、ＥＬデバイス１の正面輝度が向上する。この結果、画像表示装置（ディスプレイ）や光源に利用できる。
さらに、ＥＬデバイス１では、光を効率よく取り出すと共に正面輝度を高めることができるため、駆動電力を小さくでき、製品寿命が長くなる。

上記実施形態では、透明基板１２と第１のプリズムシート２０の間に拡散シート１８を配置した構成であるが、この拡散シート１８を省略した構成でもよい。
また、上記実施形態は、柱状のプリズムが直交して延びる２枚のプリズムシート２０、２２を重ねて使用しているが、いずれか１枚のみを使用したものでもよい。
また、このマット１６、拡散シート１８の平均傾斜角に異方性を持たせる、すなわち、マット１６、拡散シート１８の凹凸に一定の異方性を持たせた構成でもよい。

次に、本発明の第２実施形態のＥＬデバイスを説明する。図２は、本発明の第２実施形態のＥＬデバイス２６を示す図１、と同様の概略断面図である。図２に示されているように、第２実施形態のＥＬデバイス２６は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図２では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

図２に示すように、ＥＬデバイス２６では、第１実施形態のＥＬデバイス１で使用した第１、第２のプリズムシート２０、２２に代えて、第３のプリズムシート２８が使用されている。この第３のプリズムシート２８は、一方の面に多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成された透明シートであり、柱状三角プリズムが光の出射方向と反対方向に突出する下向きプレートシートとされている。また、第３のプリズムシート２８は、柱状三角プリズムが図２のＹ方向に延びる向きとされている。

このように構成されたＥＬデバイス２６では、拡散シート１８で拡散された光は、第３のプリズムシート２８によって透明基板１２の出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向され、ＥＬデバイス２６から出射する。従って、第２の実施形態のＥＬデバイス２６でも、第１の実施形態のＥＬデバイス１と同様の効果が得られる。

次に、本発明の第３実施形態のＥＬデバイスを説明する。図３は、本発明の第３実施形態のＥＬデバイス３０を示す図１と同様な概略断面図である。図３に示されているように、第３実施形態のＥＬデバイス３０は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図３では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

図３に示すように、本発明の第３実施形態によるＥＬデバイス３０では、透明基板３２の出射面３２ｂに、マットではなく、連続的に並列配置された複数の柱状プリズム３４がｙ方向の延びるように設けられた構成となっている。本実施形態では、プリズム３４は、ガラス製の透明基板３２の他方の面（出射面）３２ｂをエッチングすることにより形成されいてる。このような構成に代えて、ＵＶ硬化型樹脂によって形成した同様のプリズム形状を有するシートを透明基板３２の出射面３２ｂに光学的に密着させた構成でもよい。また、プリズム３４の平均傾斜角は、０．５°〜２０°が好ましい。

このような構成を有する第３実施形態によるＥＬデバイス３０では、透明基板３２の出射面３２ｂにプリズム３４が配置されているので、他の実施形態のＥＬデバイスと同様に、出射面３２ｂで全反射が生じにくく、有機ＥＬ素子からの光が効率よく取り出される。
また、プリズム３４が光学的に異方性を有するため、有機ＥＬ素子２から発光される光を効率的に拡散でき、光の輝度を高めることができる。

なお、上述した本実施形態のＥＬデバイス３０は、第１の実施形態と同様に、拡散シート１８、および、２枚のプリズムシート２０、２２を使用しているが、拡散シート、またはプリズムシートの一方を省略した構成でも良い。また、２枚のプリズムシート２０、２２に代えて、第２の実施形態のＥＬデバイス２６で使用した下向きのプリズムシート２８を使用してもよい。

次に、本発明の第４実施形態のＥＬデバイスを説明する。図４は、本発明の第４実施形態のＥＬデバイス３６を示す図１と同様な概略断面図である。図４に示されているように、第４実施形態のＥＬデバイス３６は、第３実施形態のＥＬデバイス３０と基本的には同一構成を備えている。したがって、図４では、図３と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

図４に示されているように、本発明の第４実施形態によるＥＬデバイス３６では、透明基板３８の出射面３８ｂに、第３実施形態のＥＬデバイス３０のプリズム３４に代えて、多数のドット４０が連続的に形成されている。ここで、ドットとは、略半球状、略半長球状等の微細な隆起を指すが、本実施形態では、出射面３８ｂにドットが形成される代わりに凹みが形成されてもよい。
また、本実施形態では、ドット４０の直径は３０μｍ以下、ドット３２の平均傾斜角は、０．５°〜２０°であるのが好ましい。また、ドット４０に光学的な異方性を持たせた構成でも良いし、離散的に形成した構成でも良い。

本実施形態では、ドット４０はガラス製の透明基板３８の出射面３６ｂをフッ酸等でエッチングすることにより形成されているが、ＵＶ硬化型樹脂からシートの表面にドットを形成したり、溶媒等で樹脂シート表面をエッチッングすることにより表面にドットを形成したり、射出成形、押出成形や熱プレス等によって樹脂シート表面にドットを形成し、このシートを透明基板３８の出射面３８ｂに光学的に密着させた構成でも良い。

このような構成を有する第４実施形態によるＥＬデバイス３６では、透明基板３８の出射面３８ｂにドット４０が配置されているので、他の実施形態のＥＬデバイスと同様に、出射面３８ｂで全反射が生じにくく、有機ＥＬ素子から光が効率よく取り出される。

なお、上述した本実施形態のＥＬデバイス３８は、第１の実施形態と同様に、拡散シート１８、および、２枚のプリズムシート２０、２２を使用しているが、拡散シート、またはプリズムシートの一方を省略した構成でも良い。また、２枚のプリズムシート２０、２２に代えて、第２の実施形態のＥＬデバイス２６で使用した下向きのプリズムシート２８を使用してもよい。

本発明の上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

本発明は、上記実施形態のような構成のＥＬ素子以外のＥＬ素子、例えば、発光層と電子輸送層を積層させた構成、正孔輸送層と発光層と電子輸送層の３つの層を積層させた構成を有するＥＬ素子を用いたＥＬデバイスにも適用可能である。

また、上記実施形態のＥＬデバイスはいずれも、発光源として有機ＥＬ素子を使用しているが、本発明は有機ＥＬ素子に代えて無機ＥＬ素子を使用してもよい。

本発明の第１実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第４実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。 従来の有機ＥＬ素子の基本構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１，２６，３６：ＥＬデバイス
２：有機ＥＬ素子
４：金属陰極
６：透明陽極
８：正孔輸送層
１０：発光層
１２：透明基板
１２ｂ：出射面
１４：金属反射膜
１６：マット
１８：拡散シート
２０：第１のプリズムシート
２２：第２のプリズムシート
２８：第３のプリズムシート

Claims (13)

1. 板状の陰極と、透明基板の一方の面に設けられた板状の透明な陽極と、上記陰極と上記陽極との間に配置された板状の発光部とを備えたＥＬ素子と、
   上記透明基板の他方の面に設けられた凹凸部と、
   上記他方の面から出射する光を該他方の面の法線方向に向かって偏向させるように、上記凹凸部の外側に上記他方の面に沿って配置された光偏向素子と、を有する、
   ことを特徴とするＥＬデバイス。
2. 上記凹凸部が、マットによって構成されている、
   請求項１記載のＥＬデバイス。
3. 上記凹凸部が、プリズムによって構成されている、
   請求項１記載のＥＬデバイス。
4. 上記凹凸部が、多数のドットまたは凹部によって構成されている、
   請求項１記載のＥＬデバイス。
5. 上記凹凸部の表面の平均傾斜角が、０．５°〜２０°である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のＥＬデバイス。
6. 上記凹凸部が光学的な異方性を有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のＥＬデバイス。
7. 上記光偏向素子が、プリズム部が上記凹凸部と反対方向を向くように配置された１または２枚のプリズムシートによって構成されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のＥＬデバイス。
8. 上記光偏向素子が、プリズム部が上記凹凸部を向くように配置されたプリズムシートによって構成されている、
   請求項１記載のＥＬデバイス。
9. 上記凹凸部と上記光偏向素子との間に、光学的異方性を有する拡散シートが配置されている、
   請求項１〜５、７、８のいずれか１項に記載のＥＬデバイス。
10. 上記プリズムシートの隣接するプリズムのピッチが、１５μｍ以下である、
    請求項７または８に記載のＥＬデバイス。
11. 上記ドットの直径は、３０μｍ以下である、
    請求項４記載のＥＬデバイス。
12. 上記凹凸部が、ＵＶ硬化型樹脂によって形成されている、
    請求項１記載のＥＬデバイス。
13. 上記透明基板がガラスによって形成され、
    上記凹凸部が、上記透明基板の他方の面をエッチングすることにより形成されている、 請求項１記載のＥＬデバイス。

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