JP2009076393A - 発光装置、照明装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置の消費電力を低減する。
【解決手段】本発明に係る発光装置１００は、受光した光を電力に変換する光電変換素子１１０を備えており、光電変換素子１１０において変換した電力を用いて有機ＥＬ素子１２０を駆動している。そして、光電変換素子１１０は、有機ＥＬ素子１２０に対して、有機ＥＬ素子１２０から装置外部に出力される光の出力方向側に位置している。これにより、有機ＥＬ素子１２０から光電変換素子１１０側に出力され、装置外部に出力されない光を効率よく受光することができる。そして、光電変換素子１１０が受光した光を電力に変換し、変換した電力によって有機ＥＬ素子を駆動するため、発光装置１００の消費電力を低減することが可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置、照明装置および表示装置に関するものであり、より具体的には、光電変換素子において受光した光を電力に変換し、変換した電力によって発光素子を駆動する発光装置、ならびに当該発光装置を備えた照明装置および表示装置に関する。

従来から、発光素子から放射される光を表示光および照明光として利用する発光デバイスが開発されており、このようなデバイスに使用される発光素子として有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）が知られている。有機ＥＬ素子を備えた発光装置の基本構造としては、上記有機ＥＬ素子をガラス基板上に形成したものが一般的である。そしてこのような発光装置は、有機ＥＬ素子から放射された光の取り出し形式によって、ボトムエミッション型装置や、トップエミッション型装置等に分けられる。例えばボトムエミッション型装置は、有機ＥＬ素子から放射された光をガラス基板側から取り出す装置であり、トップエミッション型装置は、ガラス基板の反対側のデバイス上面から取り出す装置である。

上述した有機ＥＬ発光素子は光の取り出し効率が低く、明るい表示を得るためには、消費電力が大きくなるという問題を有していることが知られている。このような問題が生じる理由として、有機ＥＬ素子の発光層から放射される光のうち装置外部に出力される光は、発光層から放射される光の発光量の２０％程度であり、残りの８０％は有機ＥＬ素子内部や基板内部において全反射を繰り返し伝播して、減衰消滅してしまうためである。

このような問題を解決する方法として、特許文献１には、上述した基板内部において全反射を繰り返し伝播する光を、基板側端部に配置した光電変換素子により受光する構造が開示されている。そして光電変換素子は、受光した光を電力に変換し、変換した電力を、発光素子を駆動する電力として再度発光素子駆動部に供給することによって実質的に消費電力を低減している。
特開２００５−４４７３２号公報（２００５年２月１７日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、有機ＥＬ素子を形成する基板の側端部に光電素子を設けているため、ボトムエミッション型装置に限定されるものであり、また光電素子による受光面積が小さくなる。さらに、基板側端部まで光が伝播するまでの間に光が減衰してしまい、十分な発電効率を得られなくなるという問題がある。また基板の側端部に光電素子を設けることによって、基板周囲の面積が大きくなってしまい、表示装置等の装置の小型化に不利な構成であるといえる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置外部に出力されず表示光等として利用されない光を効率よく利用して発電することによって、消費電力を低減した発光装置、ならびにこれを備えた照明装置および表示装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記課題を解決するために、発光素子と光電変換素子とを備え、少なくとも当該発光素子が発した光を当該光電変換素子によって受光して電力に変換し、当該電力によって当該発光素子を駆動させる発光装置であって、上記光電変換素子は、上記発光素子に対して、装置外部に出力される光の出力方向側の反対側に位置していることを特徴としている。

上記の構成によれば、発光素子と光電変換素子とが発光装置の内部に備えられており、光電変換素子が発光素子に対して、装置外部に出力される光の出力方向側の反対側に位置しているため、発光素子から光電変換素子側に出力され、装置外部に出力されない光を、光電変換素子は効率よく受光することが可能である。そして、光電変換素子が受光した光を電力に変換し、変換した電力により発光素子を駆動するため、発光装置の消費電力を低減することが可能である。また、上述した従来の発光装置のように基板端部に光電変換素子を設置する必要がないため、従来の発光装置と比較して基板外周部のパネル額縁面積を小さくすることが可能となる。

このように、発光素子から放射され装置外部に出力されない光のように、従来は利用されていなかった光を効率よく電力に変換し、駆動電力として発光素子に供給することによって、発光装置の消費電力を実質的に低減することができる。したがって、高輝度の光を装置外部に出力するために発光素子の駆動電力を上げたとしても、一部の駆動電力を光電変換素子からの電力によって補うことが可能であり、従来の発光装置において同程度の輝度の光を得るための消費電力と比較して、消費電力を低減することができる。

また、本発明に係る発光装置においては、上記発光素子と上記光電変換素子とが対向するように配置されており、上記発光素子の上記光電変換素子に対向する面の大きさと、上記光電変換素子の上記発光素子に対向する面の大きさとが略同一であることが好ましい。

上記の構成によれば、対向するように配置された発光素子および光電変換素子において、互いに接する面の大きさが略同一であるため、従来の基板の側端部に光電変換素子を設ける構成と比較して、光電変換素子の受光面積が大きくなり、より効率よく光を受光し電力に変換することが可能である。また、発光素子と光電変換素子とが近接配置され、かつ光学的に接する面積が大きいため、発光素子からの光が光電変換素子に到達するまでの減衰率が小さくなり、より効率よく光を受光し電力に変換することが可能である。

また、本発明に係る発光装置において、上記光電変換素子は、上記発光素子から放射される光および外部光の少なくともいずれか一方を受光し、受光した光を電力に変換することが好ましい。

上記の構成によれば、光電変換素子は、発光素子から光電変換素子に入射する光に加えてさらに外部から装置内に入射する外部光（太陽光等）を受光し電力に変換することが可能である。したがって、従来の発光装置と比較して光電変換素子が受光する光量が多く、光電変換素子において変換される電力量が多くなる。その結果、発光装置の消費電力をより効果的に低減することが可能である。

また、本発明に係る発光装置は、上記発光素子と上記光電変換素子との間に機能膜をさらに備え、上記機能膜は、入射する光の一部を前記発光素子側に反射し、入射する光の他の一部を前記光電変換素子側に透過することが好ましい。

上記の構成によれば、機能膜は発光素子から光電変換素子側に出力される光の一部を発光素子側に反射し、装置外部に出力させ、他の一部を透過させて光電変換素子に入射させる。具体的には、機能膜に入射するときの入射角が臨界角よりも小さいとき、入射光を反射して発光素子側に出力し、機能膜に入射するときの入射角が臨界角よりも大きいとき、入射光を透過して光電変換素子側に出力する。これにより、装置外部に出力する光の発光輝度を確保し、従来レベルの輝度を維持する一方で、装置外部に出力されない光を光電変換素子において電力に変換し、発光素子の駆動電力として利用することが可能である。その結果、外部に出力する光の輝度を低下させることなくより効果的に発光装置の消費電力を低減することができる。

また、本発明に係る発光装置において、上記機能膜は、上記発光素子に接する面に、上記発光素子に向かって突起する突起部をさらに備え、上記突起部は、入射する光を反射する反射領域および入射する光を透過させる透光性領域のいずれか一方が形成された２つの面によって形成される山形状であることが好ましい。

上記の構成によれば、反射領域に入射するときの入射角が小さい光は正反射され、装置外部に出力される。そして、反射領域に入射する時の入射角が大きい光は反射領域間において多重反射されて発光素子に向かい、装置外部に出力される。一方、透光性領域に入射する光は光電変換素子方向に透過する。このとき、透過領域に入射するときの入射角が大きい場合、透過領域に入射した光は機能膜中を移動し、機能膜中において反射領域に入射して、光電変換素子方向に透過する。これにより、装置外部に出力される光の発光輝度を確保し、従来レベルの輝度を維持する一方で、装置外部に出力されず、光電変換素子に入射する光の強度を増大し、より効率よく発電させることができる。

また、本発明に係る発光装置において、前記発光素子は、２つの透光性電極層と、該２つの透光性電極層の間に形成された発光層を備えていることが好ましい。

これにより、発光層から放射された光は、いずれの電極層に入射する光も電極層を透過するため、発光層からの光を効率よく装置外部また光電変換素子方向に出力することが可能である。したがって、装置外部に出力される光の発光輝度を確保し、かつ装置外部に出力されず、光電変換素子に入射する光の強度を増大し、より効率よく発電させることができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記発光素子を駆動する素子駆動手段と、上記光電変換素子からの電力を上記素子駆動手段に供給する電力供給手段とをさらに備えていることが好ましい。

これにより、光電変換素子において受光した光を電力に変換し、変換した電力を電力供給手段によって素子駆動手段に供給することができるので、光電変換素子からの電力を用いて発光素子を駆動し、発光素子の消費電力を低減することが可能である。

本発明に係る照明装置は、上記発光装置を備えていることを特徴としている。これにより、発光素子から装置外部に出力される光を照明光として利用し、装置外部に出力されない光を光電変換素子において電力に変換し、変換した電力を発電素子の駆動電力として利用するため、従来の照明装置と比較して消費電力を低減することができる。

本発明に係る表示装置は、上記発光装置を備えていることを特徴としている。これにより、発光素子から装置外部に出力される光を表示光として利用し、装置外部に出力されない光を光電変換素子において電力に変換し、変換した電力を発電素子の駆動電力として利用するため、従来の照明装置と比較して消費電力を低減することができる。

本発明に係る発光装置は、以上のように、発光素子に対して、装置外部に出力される光の出力方向側の反対側に光電変換素子が位置しているため、発光素子から放射され装置外部に出力されない光を効率よく受光し、発光素子を駆動するための電力に変換することができる。これにより、発光素子を駆動するために消費される電力量を低減させることができる。

〔第１の実施形態〕
本発明に係る発光装置１００の第１の実施形態について、図１〜７を参照して以下に説明する。

図１は、本発明に係る発光装置１００の構造の一実施形態を説明する斜視図である。図１に示すように、発光装置１００には、透明基板（基板）１０１上に光電変換素子１１０が形成され、さらに光電変換素子１１０の上面には、有機ＥＬ素子（発光素子）１２０が形成されている。本実施形態に係る発光装置１００において、光電変換素子１１０および有機ＥＬ素子１２０は基板１０１の同一面上に積層されるように形成されており、照明用途などの面状発光装置の一態様を示している。

本発明に係る発光装置１００は、光電変換素子１１０が、有機ＥＬ素子１２０に対して、装置外部に出力される光の出力方向側の反対側に位置していることを特徴としている。本実施形態に係る発光装置１００は、有機ＥＬ素子１２０から放射された光が装置上部、すなわち基板１０１の反対側から装置外部に出力される、いわゆるトップエミッション型構造である。したがって、本実施形態に係る発光装置１００において、光電変換素子１１０は、有機ＥＬ素子１２０の基板１０１側に位置するように形成されている。

また、本発明に係る発光装置１００において、有機ＥＬ素子１２０と光電変換素子１１０とは対向するように配置されており、有機ＥＬ素子１２０の光電変換素子１１０側の面の大きさと、光電変換素子１１０の有機ＥＬ素子１２０側の面の大きさとは、略同一であることが好ましい。図１に示すように、本実施形態においては、有機ＥＬ素子１２０と光電変換素子１１０とがほぼ同一形状であり、有機ＥＬ素子１２０が光電変換素子１１０上において完全に重なり合うように形成されている。

次に図２を参照して本実施形態に係る発光装置１００の積層構造の詳細について説明する。図２は、図１に示すＡ-Ａ線に沿って切断した断面図である。図２に示すように、発光装置１００は、基板１０１上に光電変換素子１１０、機能膜１０５および有機ＥＬ素子１２０をこの順に積層して構成されている。図２に示す矢印(１)から（４）は、発光装置１００内部における光の経路を示している。

基板１０１上において、有機ＥＬ素子１２０は機能膜１０５に接するように形成されている。そして、有機ＥＬ素子１２０は、基板１０１側から順に、アノード（陽極）１２０a、正孔注入層（図示せず）、発光層１２０ｂおよびカソード（陰極）１２０ｃを積層して構成されている。有機ＥＬ素子１２０のアノード１２０aおよびカソード１２０ｃに電力が印加されると、発光層１２０が発光し有機ＥＬ素子１２０から光が放射される。

ここで、アノード１２０aおよびカソード１２０ｃはいずれも透光性導電膜（透光性電極）によって構成されている。これにより、アノード１２０aおよびカソード１２０ｃの間に形成された発光層１２０ｂから放射された光は、アノード１２０ａまたはカソード１２０ｃを透過し、有機ＥＬ素子１２０の外部に出力される。透光性導電膜材料としては、特に限定されないが、ＩＴＯ薄膜等を好適に使用することが可能である。

アノード１２０ａ上に形成された正孔注入層は、アノード１２０ａ側から正孔を受け取り、カソード１２０ｃ側に輸送するために設けられており、ポリエチレンジオキシチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸が添加されてなるポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、これらの誘導体等を形成材料として好適に使用可能であるがこれらに限定されない。アノード１２０ａ上に正孔注入層を介して形成された発光層１２０ｂは、蛍光または燐光を発光することが可能な公知の発光材料によって形成され、照明装置として用いる場合には、一般に白色発光材料が好適に使用可能であるが、これに限定されない。

機能膜１０５を介して有機ＥＬ素子１２０の基板１０１側に形成された光電変換素子１１０は、入射した光の光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。このような光電変換素子１１０としては、公知の光電変換素子材料を使用することが可能であり、例えば単結晶または多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体、有機半導体等を好適に使用することが可能であるが、これらに限定されない。

本実施形態に係る発光装置１００においては、有機ＥＬ素子１２０から放射され装置上面方向に向かう光は、装置外部に出力され、照明光、表示光等として利用される。一方、有機ＥＬ素子１２０から放射され装置下部の基板１０１方向に向かう光は、機能膜１０５を介して光電変換素子１１０に入射する。光電変換素子１１０は、受光した光を電力に変換する。光電変換素子１１０において変換された電力は、後述する有機ＥＬ素子１２０の発光回路に供給され、有機ＥＬ素子１２０の発光層１２０ｂを発光させる駆動力となる。

本実施形態において、基板１０１は、光電変換素子１１０等が形成されていない面側から効率よく外部光を取り込むために、透明ガラス、石英ガラス等の透光性基板によって構成されている。これにより、例えばこの発光装置１００を屋内の窓ガラスや天井窓に設置することによって、外部光を光電変換素子１１０に入射させることができる。そして、光電変換素子１１０において外部光を電力に変換し、変換した電力を用いて有機ＥＬ素子１２０を駆動することによって、発光装置１００の消費電力を低減することが可能である。そして、外部光の取り込みと同時に屋内側に向けて表示光、照明光等を放射することが可能となる。また、機能膜１０５は光を反射する反射領域、および光を透過する透過領域を有しており、入射する光を選択的に反射および透過させることが可能な反射透過選択膜である。機能膜１０５の詳細については後述する。

次に、発光装置１００内部における光の経路について説明する。図２に示すように、矢印（１）〜（３）は、有機ＥＬ素子１２０から放射された光の経路を示しており、矢印（４）は、装置外部から入射する光の経路を示している。

矢印(１)は、発光層１２０ｂから放射され、カソード１２０ｃを通過して、装置上面に直接放射される光の経路を示している。矢印(２)は、発光層１２０ｂから放射され、アノード１２０aを通過して、機能膜１０５にて反射し、装置上面に放射される光の経路を示している。矢印（１）および（２）により示される経路を通る光は、装置上面から外部に出力される出力光であり、照明光、表示光等として利用される。

矢印(３)は、発光層１２０ｂから放射され、アノード１２０aを透過して、機能膜１０５を透過し、光電変換素子１１０に入射する光の経路を示している。矢印（４）は、基板１００の裏面側から入射し、基板１００を透過して光電変換素子１１０に入射する外部光（太陽光等）の経路を示している。このように、光電変換素子１１０は、矢印(３)および(４)に示される光を受光し、受光した光を電力に変換する。したがって、光電変換素子１１０は、有機ＥＬ素子１２０から放射され装置外部に出力されず基板１０１方向に向かう光、および装置外部から入射し基板１０１を透過する外部光を受光し、電力に変換する。

本実施形態に係る発光装置１００においては、有機ＥＬ素子１２０に対して、有機ＥＬ素子１２０から装置外部出力される光の出力方向側の反対側に、光電変換素子１１０が位置しているため、光電変換素子１１０は、有機ＥＬ素子１２０から光電変換素子１１０側に出力され、装置外部に出力されない光を効率よく受光することが可能である。そして、光電変換素子１１０が受光した光を電力に変換し、変換した電力により有機ＥＬ素子１２０を駆動させるため、発光装置１００の消費電力を低減することが可能である。

また、本発明に係る発光装置１００においては、有機ＥＬ素子１２０と光電変換素子１１０とが対向するように配置されており、互いに対向する側の面の大きさが略同一であるため、上述した従来の発光装置のように基板の側端部に光電変換素子を設けた構成と比較して、光電変換素子１１０の受光面積を大きくすることが可能であり、より効率よく光を受光し電力に変換することが可能である。さらに、有機ＥＬ素子１２０と光電変換素子１１０とが近接配置され、光学的に接する面積が大きいため、有機ＥＬ素子１２０からの光が光電変換素子１１０に到達するまでの減衰率が小さくなり、より効率よく光を受光し電力に変換することが可能である。発光層１２０ｂから光電変換素子１１０に到達するまでの光の減衰を低減させることができる。さらに、上記従来の発光装置では、表示領域の周囲に光電変換素子を設置しているため、基板外周部のパネル部分の面積が大きくなるというデメリットがあるのに対して、本発明によればパネル部分がより小型の発光装置１００の製造が可能となる。

図３は、本発明に係る発光装置１００の駆動機構の一実施形態を説明するブロック図である。図３に示すように、発光装置１００は、光電変換素子１１０からの電力を蓄積する充電器（電力供給手段）１３０、有機ＥＬ素子１２０を駆動する発光回路（素子駆動手段）１３１、および充電器１３０に電気的に接続された外部電源１３２を備えている。充電器１３０は光電変換素子１１０に電気的に接続され、発光回路１３１は有機ＥＬ素子１２０のアノード１２０ａおよびカソード１２０ｃに電気的に接続されている。

光電変換素子１１０が受光した光は、電力に変換され、変換された電力は充電器１３０に送られて蓄積される。そして、充電器１３０に蓄積された電力は、発光回路１３１を介して有機ＥＬ素子１２０に供給され、有機ＥＬ素子１２０を駆動する。また必要に応じて、充電器１３０に接続された外部電源１３２から補助電力を発光回路に供給し、有機ＥＬ素子１２０を駆動してもよい。

上記のとおり、本発明に係る発光装置１００においては、光電変換素子１１０において受光した光を電力に変換し、変換した電力を用いて有機ＥＬ素子１２０を駆動している。これにより発光装置１００の消費電力を実質的に低下させることができる。したがって、高輝度の光を装置外部に出力するために、有機ＥＬ素子の駆動電力を上昇させる場合でも、駆動電力の一部を光電変換素子１２０からの発生電力によって補うことが可能であり、従来の発光装置において同程度の輝度の光を得るための消費電力と比較して、消費電力を低減することができる。

次に、機能膜１０５の構成について図４〜６を参照して以下に説明する。図４は、従来のトップエミッション型発光装置が備える有機ＥＬ素子４２０内における光の経路を示す図である。図４に示す有機ＥＬ素子４２０において、発光層４２０ｂの装置上部側にあるカソード４２０ｃは、発光層から放射される光を装置上部方向に透過させるために、ＩＴＯ膜等の透光性導電膜により構成されている。一方発光層４２０ｂの装置下部側にあるアノード４２０ｄは、Ａｌ、Ａｇ等のメタル膜により構成されている。

発光層４２０ｂから装置上部側に放射された光は、カソード４２０ｃを透過し装置上部から外部に出力される。一方、発光層４２０ｂから装置下部側に放射された光は、アノード４２０ｄによって反射されて装置上部側に向かい、カソード４２０ｃに入射する。矢印（５）は、カソード４２０ｃに入射する光の入射角が臨界角よりも小さい場合の光の経路を示している。この場合、カソード４２０ｃに入射した光は、カソード４２０ｃを透過して装置上部側から外部に出力され、照明光等として利用される。

矢印（６）は、カソード４２０ｃに入射する光の入射角が臨界角よりも大きい場合の光の経路を示している。この場合、カソード４２０ｃに入射した光は、発光層４２０ｂとカソード４２０ｃとの界面において反射し、再度発光層４２０ｂに向かう。そして、発光層４２０ｂとカソード４２０ｃとの界面において反射した光は、発光層４２０ｂとアノード４２０ａまたはカソード４２０ｃとの界面において全反射を繰り返し、最終的に発光層４２０ｂ内において減衰し、照明光等として利用されることなく消滅する。このように、有機ＥＬ素子を備えた発光装置は、一般に、装置外部に放出される光は発光総量の２０％程度であり、残りの８０％は発光層３２０ｂ内において減衰してしまう。

図５は、本発明に係る発光装置１００が備える有機ＥＬ素子３２０内における光の経路を示す図である。上述したように、本発明の有機ＥＬ素子１２０のアノード１２０aおよびカソード１２０ｃは、透光性導電膜により構成されている。また、アノード１２０ａと光電変換素子１１０との間には、入射する光の入射角に応じて光を透過または反射する機能膜１０５が形成されている。そして機能膜１０５の下面には、光電変換素子１１０が形成されている。

この構成において、発光層１２０ｂから装置上部側に放射された光は、カソード１２０ｃを透過し装置上部から外部に出力される。一方、発光層１２０ｂから装置下部側に放射された光は、アノード１２０aを透過し機能膜１０５に入射する。ここで、機能膜１０５は、機能膜１０５に入射する光の入射角が臨界角よりも小さい場合は、入射光を反射し、臨界角よりも大きい場合は、入射光を透過させるように構成されている。

矢印（７）は、機能膜１０５に入射する光の入射角が臨界角よりも小さい場合の光の経路を示している。この場合、機能膜１０５に入射した光は、機能膜１０５とアノード１２０ａとの界面において反射し、反射した光は発光層１２０ｂを透過しカソード１２０ｃに入射する。このとき、カソード１２０ｃに入射する光の入射角は臨界角よりも小さいため、この光はカソード１２０ｃを透過し、装置上面から外部に出力される。矢印（８）は、機能膜１０５に入射する光の入射角が臨界角よりも大きい場合の光の経路を示している。この場合、機能膜１０５に入射した光は機能膜１０５を透過し光電変換素子１１０に入射し、電力に変換される。

このように、機能膜１０５に入射する光の入射角が臨界角よりも小さい場合は、入射光を反射し、装置上部方向に出力するため、有機ＥＬ素子１２０から放射される光を効率よく外部に出力し、照明光等として利用することができる。また、機能膜１０５に入射する光の入射角が臨界角よりも大きい場合は、入射光を透過し光電変換素子１１０方向に出力するため、従来の発光装置においては発光層内において減衰消滅していた光（利用されてなかった光）を電力に変換し、変換した電力によって有機ＥＬ素子を駆動することができる。

図６は、機能膜１０５の構成の一実施形態を示す斜視図である。機能膜１０５は、例えばシート状の透明有機膜により形成されており、図６に示すように、有機ＥＬ素子１２０に接する面に、有機ＥＬ素子１２０方向に突起する突起部１４０・１４１が形成されている。この突起部１４０・１４１は、向かい合う２つの平面によって形成される山形状に突起している。突起部１４０・１４１のピークおよびボトムが成す角度はそれぞれ９０°であり、突起部１４０・１４１を形成する平面の傾斜角度はベース面に対して４５°に形成されている。

突起部１４０・１４１の表面には反射領域または透過領域のいずれかが形成されている。反射領域が形成された反射突起部１４０と透過領域が形成された透過突起部1４１とは、ベース部１４２上にライン状に交互に配列するように形成されている。機能膜１０５を形成する透明有機膜は光を透過させるため、透明有機膜表面を山形状に突起するように形成することによって、透過突起部１４１を形成することが可能である。

また、反射突起部１４０は、透明有機膜表面に形成した山形状突起部に対して、マスクパターニング蒸着、スパッタリング等の方法によりＡｌ、Ａｇ等を付着させることによって形成してもよい。反射突起部１４０表面に形成される反射領域の膜厚は１００〜３００ｎｍ程度である。また、機能膜１０５全体の膜厚は、たとえば、ピークも含み５０〜１００μｍ程度であり、反射突起部１４０のピークおよびボトムのピッチ間隔は、膜厚の半分程度であってもよい。

機能膜１０５を構成する透明有機膜材料は、特に限定されないが、アクリル系樹脂、ポリスチレン等の材料を好適に使用可能であり、透明度が高く屈折率が１．５〜１．６程度の材料であることが好ましい。また、突起部１４０・１４１とベース部１４２とを異なる透明有機膜で形成した後接着することによって、機能膜１０５を形成してもよい。

次に機能膜１０５に入射する光の経路について、図７を参照して説明する。図７は、図６に示すＢ-Ｂ線に沿って切断した断面図である。図７に示す矢印（ａ）〜（ｄ）は、有機ＥＬ素子１２０から機能膜１０５に入射する光の経路を示している。矢印（ａ）は、機能膜１０５のベース部１４２に対する入射角の小さい光（入射角が臨界角よりも小さい）が、反射突起部１４０に入射した場合の光の経路を示している。この場合、入射光は反射突起部１４０において多重反射した後、入射方向と逆方向に出力される。すなわち、矢印（ａ）により示される経路を通って入射する入射光は、入射方向と逆方向に反射し、有機ＥＬ素子１２０を透過して装置上部から外部に出力される。

矢印（ｂ）は、機能膜１０５のベース部１４２に対する入射角の小さい光（入射角が臨界角よりも小さい）が、透過突起部１４１に入射した場合の光の経路を示している。この場合、入射光は透過突起部１４１表面において屈折侵入し、機能膜１０５を透過して光電変換素子１１０に入射する。すなわち、矢印（ｂ）により示される経路を通って入射する入射光は、光電変換素子１１０において電力に変換され、有機ＥＬ素子１２０を駆動する電力として利用される。

矢印（ｃ）は、機能膜１０５のベース部１４２に対する入射角の大きい光（入射角が臨界角よりも大きい）が、反射突起部１４０に入射した場合の光の経路を示している。この場合、反射突起部１４０に対する入射角は臨界角よりも小さいため、入射光は反射突起部１４０において反射し、入射方向と逆方向に出力される。そして反射突起部１４０において反射された光は有機ＥＬ素子に入射し、アノード１２０ａおよび発光層１２０ｂを通過し、カソード１２０ｃに到達する。このときカソード１２０ｃに入射する光の入射角は臨界角よりも大きいため、カソード１２０ｃにおいて全反射し、発光源として再利用される。

矢印（ｄ）は、機能膜１０５のベース部１４２に対する入射角の大きい光（入射角が臨界角よりも大きい）が、透過突起部１４１に入射した場合の光の経路を示している。この場合、透過突起部１４１に対する入射角は臨界角よりも小さいため、入射光の一部は機能膜１０５を透過して光電変換素子１１０に入射する。また、透過突起部１４１に入射する光の他の一部は、透過突起部１４１において屈折入射し、隣接する反射突起部１４０においてベース部１４２方向に反射され、光電変換素子１１０に入射する。この入射光は、光電変換素子１１０に対する入射角が小さい光であるので、光電変換素子１１０における受光強度が大きい。このように、矢印（ｄ）により示される経路を通って入射する入射光は、光電変換素子１１０において電力に変換され、有機ＥＬ素子１２０を駆動する電力として利用される。

上述したように、反射突起部１４０に入射するときの入射角が小さい光は正反射され、発光源として再利用される。そして、反射突起部１４０に入射する時の入射角が大きい光は反射突起部１４０間において多重反射されて有機ＥＬ素子１２０方向に進み、装置外部に出力される。一方、透過突起部１４１に入射する光は光電変換素子１１０方向に透過する。このとき、透過突起部１４１に入射するときの入射角が大きい場合、透過突起部１４１に入射した光は機能膜１０５中を移動し、機能膜１０５中において反射突起部１４１に入射して、光電変換素子１１０方向に透過する。これにより、装置外部に出力する光の発光輝度を確保し、従来レベルの輝度を維持する一方で、装置外部に出力されず、光電変換素子１１０に入射する光の強度を増大し、より効率よく発電させることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明に係る発光装置２００の第２の実施形態について、図８を参照して以下に説明する。図８は、本発明に係る発光装置２００を説明するブロック図である。図８に示すように、発光装置２００は、基板１０１、基板１０１上に形成された有機ＥＬ素子１２０、有機ＥＬ素子１２０上に形成された機能膜１０５、および機能膜１０５上に形成された光電変換素子１１０が積層された構成である。そして、発光装置１００は、光電変換素子１１０からの電力を蓄積する充電器１３０、有機ＥＬ素子１２０を駆動する発光回路１３１および充電器１３０に電気的に接続された外部電源１３２を備えている。有機ＥＬ素子１２０は、基板１０１側から順に、アノード１２０ａ、正孔注入層（図示せず）、発光層１２０ｂ、カソード１２０ｃを積層した構成である。なお、本実施形態に係る発光装置２００において、第１の実施形態に係る発光装置１００と同一の構成要素には、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明を省略することとする。

本実施形態に係る発光装置２００は、有機ＥＬ素子１２０から放射された光が装置下部、すなわち基板１０１側から装置外部に出力される、いわゆるボトムエミッション型構造である。この構成においては、発光層１２０ｂから放射され装置下部の基板１０１側に向かう光は、装置外部に出力され、照明光、表示光等として利用される。一方、有機ＥＬ素子１２０から放射され装置上部に向かう光は、機能膜１０５を介して光電変換素子１１０に入射する。光電変換素子１１０において受光された光は電力に変換され、充電器１３０から発光回路に供給されて有機ＥＬ素子１２０を駆動するために利用される。

本実施形態においては、装置上部側から外部光を取り込むように構成することによって、光電変換素子１１０において入射する外部光を受光し、電力に変換することができる。したがって、例えばこの発光装置２００を屋内の窓ガラスや天井窓に設置することによって、外部光を利用して効果的に発電することが可能である。

上述したように、ボトムエミッション型の本実施形態に係る発光装置２００においても、トップエミッション型の第１の実施形態に係る発光装置１００と同様に、表示光強度を維持しつつ表示に寄与しない光を電力に変換し、変換した電力を用いて有機ＥＬ素子１２０を駆動するので、発光装置の低消費電力化を図ることができる。

〔第３の実施形態〕
本発明に係る発光装置３００の第３の実施形態について、図９を参照して以下に説明する。図９は、本発明に係る発光装置３００を説明するブロック図である。図９に示すように、発光装置３００は、基板１０１、基板１０１上に形成された光電変換素子１１０、光電変換素子１１０上に形成された機能膜３０５、および機能膜３０５上に形成された有機ＥＬ素子３２０が積層された構成である。

そして、発光装置３００は、光電変換素子１１０からの電力を蓄積する充電器１３０、有機ＥＬ素子３２０を駆動する発光回路１３１および充電器１３０に電気的に接続された外部電源１３２を備えている。有機ＥＬ素子３２０は、基板１０１側から順に、アノード３２０ａ、正孔注入層（図示せず）、発光層３２０ｂ、カソード３２０ｃを積層した構成である。なお、本実施形態に係る発光装置３００において、第１の実施形態に係る発光装置１００と同一の構成要素には、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明を省略することとする。

本実施形態において、機能膜３０５および有機ＥＬ素子３２０は、光電変換素子１１０上から装置上部に向かって形成されたバンク３５０によって分割されている。分割された有機ＥＬ素子３２０は、互いに異なる波長の光を放射するように構成されていてもよい。

本実施形態において、有機ＥＬ素子３２０の発光層は、赤色光を発光する赤色発光層３２０ｅ、緑色光を発光する緑色発光層３２０ｆおよび青色光を発光する青色発光層３２０ｇに分割されている。本実施形態における有機ＥＬ素子３２０においては、これらの発光層３２０ｅ〜ｇ毎に分割されて表示装置等における各画素を構成しており、これらの３色の有機ＥＬ素子３２０が表示装置等における１絵素を構成している。そして表示装置等においては、各色の有機ＥＬ素子３２０に対してＴＦＴ素子が設けられており、前記ＴＦＴ素子によってアクティブマトリクス駆動されるようになっている。装置の駆動方式は、前記アクティブマトリクス駆動に限定するものではなく、パッシブマトリクス駆動であってもよい。

上述したとおり、機能膜３０５は有機ＥＬ素子３２０と同様にバンク３５０によって分割されており、光電変換素子１１０は分割されていない。機能膜３０５が分割された有機ＥＬ素子３２０の画素毎に分割されていることによって、機能膜３０５において反射した光が隣接する有機ＥＬ素子３２０に入射し、混色してしまうのを防止することが可能である。その結果、表示装置として用いたときに、より高品質な表示特性を得ることが可能である。一方、光電変換素子１１０はバンク３５０によって分割する必要がないため、画素毎に分割する場合に比して製造コストを低減することが可能である。

（他の構成）
なお、本発明に係る発光装置を以下のように換言することができる。

（第１の構成）
発光素子からの光を機能光として出力する発光装置であって、前記機能光以外の成分を受光し、電力に変換する光電素子と前記発光素子とが、透明性電極を介して対向して具備されており、前記発光素子に駆動電力を供給する素子駆動手段と、前記光電素子にて発生した電力を前記素子駆動手段に供給する電力供給手段を有することを特徴とする。

したがって、前記発光素子と同面積の光電素子を形成することができることから、従来の発光素子を形成する基板の側端面に光電素子を設ける場合比べて、受光面積が大きくなり効果的に発電することが可能となる。また、発光素子と光電素子とが近接して配置されることから、機能光以外の成分が光電素子に到達するまでの光の減衰率が従来に比べて小さく、効率的に発電することが可能となる。さらに従来のように基板端部に光電素子を設置する必要がなくなることから、従来に比べてパネル額縁面積を小さくすることが可能となる。上記の効果により効率的に発電した電力を、発光素子の駆動電力として供給することで、発光装置の消費電力を実質的に低下させることができる。従って、高輝度の機能光を得るために発光素子の駆動電力を上げたとしても、一部の駆動電力を光電素子からの発生電力で補うことができ、同程度の輝度を得るための消費電力を低減することができる。

（第２の構成）
また、本発明の発光装置は、前記光電変換手段と前記透明性電極との間にあって、前記発光素子からの光を入射角に応じて、機能光として出力する手段と、非機能光として前記光電素子へと導光する手段とを有する機能膜を備えることを特徴とする。

したがって、発光素子からの光のうち機能光は出力し、機能光以外の成分のみを光電素子へと導光することで、機能光としての発光輝度は従来レベルを維持しつつ、機能光以外の成分を発電光として利用することで、従来に比べて効率的でロスの少ない発電をすることが可能となる。

（第３の構成）
また、前記機能膜は、前記透明性電極と接する面において、該面内の任意の一軸方向に沿って突起形状が形成され、前記突起形状の表面は反射領域と非反射領域とにパターニングされていることを特徴とする。

したがって、機能膜に対する入射角の小さい機能光は、入射方向へと正反射することができ、機能光としての発光輝度は従来レベルを維持することができる。一方、機能膜に対する入射角の大きい機能光以外の成分は、受光素子へと導光されて発電光として利用することができる。さらに機能膜への入射光の一部は突起形状表面に形成された反射領域の裏面を反射し、発電素子へと入射することから、発電素子に入射する光の強度が大きくなり、発電効率を高めることができる。

（第４の構成）
また、前記光電素子は、前記発光素子からの非機能光、及び／または外部光を導光できることを特徴とする。

したがって、光電素子は発光素子からの機能光以外の成分に加えて、外部光も発電利用することができるので、従来に比べて受光できる光量が大きくなり、低消費電力の効果を高めることが可能となる。

（第５の構成）
また、本発明の照明装置は、前記発光装置を備え、前記発光素子から出力される光を、照明光として利用することを特徴とする。

したがって、照明光として利用されない光を光電素子に効率的に導光し、発電した電力を光電素子の駆動電力として利用することから、従来に比べて照明装置の消費電力を低減することができる。

（第６の構成）
また、本発明の表示装置は、前記発光装置を備え、前記発光素子から出力される光を、表示光として利用することを特徴とする。

したがって、表示光として利用されない光を光電素子に効率的に導光し、発電した電力を光電素子の駆動電力として利用することから、従来に比べて表示装置の消費電力を低減することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る発光装置によれば、駆動時の消費電力を低減することができるので、携帯電話等の表示機能、照明機能等を有する電子機器に好適に適用することが可能である。

図１は、本発明に係る発光装置の一実施形態を説明する斜視図である 図２は、図１に示す本発明に係る発光装置をＡ-Ａ線に沿って切断した断面図である。 図３は、本発明に係る発光装置の一実施形態を説明するブロック図である。 図４は、従来のトップエミッション型発光装置が備える有機ＥＬ素子内における光の経路を示す図である。 図５は、本発明に係る発光装置が備える有機ＥＬ素子内における光の経路を示す図である。 図６は、本発明に係る発光装置が備える機能膜の一実施形態を示す斜視図である。 図７は、図６に示す本発明に係る発光装置をＢ-Ｂ線に沿って切断した断面図である。 図８は、本発明に係る発光装置の他の実施形態を説明するブロック図である。 図９は、本発明における発光装置の他の実施形態を説明するブロック図である。

符号の説明

１００ 発光装置
１０１ 基板
１０５ 機能膜
１１０ 光電変換素子
１２０ 有機ＥＬ素子（発光素子）
１２０ａ アノード（透光性電極層）
１２０ｂ 発光層
１２０ｃ カソード（透光性電極層）
１３０ 充電器（電力供給手段）
１３１ 発光回路（素子駆動手段）
１３２ 外部電源
１４０ 反射突起部（反射領域）
１４１ 透過突起部（透過領域）

Claims (9)

1. 発光素子と光電変換素子とを備え、少なくとも当該発光素子が発した光を当該光電変換素子によって受光して電力に変換し、当該電力によって当該発光素子を駆動させる発光装置であって、
   前記光電変換素子は、前記発光素子に対して、発光装置外部に出力される光の出力方向側の反対側に位置していることを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子と前記光電変換素子とが対向するように配置されており、
   前記発光素子の前記光電変換素子に対向する面の大きさと、前記光電変換素子の前記発光素子に対向する面の大きさとが略同一であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光電変換素子は、前記発光素子から放射される光および外部光の少なくともいずれか一方を受光し、受光した光を電力に変換することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記発光素子と前記光電変換素子との間に機能膜をさらに備え、
   前記機能膜は、入射する光の一部を前記発光素子側に反射し、入射する光の他の一部を前記光電変換素子側に透過することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記機能膜は、前記発光素子に接する面に、前記発光素子に向かって突起する突起部をさらに備え、
   前記突起部は、入射する光を反射する反射領域および入射する光を透過させる透光性領域のいずれか一方が形成された２つの面によって形成される山形状であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記発光素子は、２つの透光性電極層と、該２つの透光性電極層の間に形成された発光層を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記発光素子を駆動する素子駆動手段と、
   前記光電変換素子からの電力を前記素子駆動手段に供給する電力供給手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。

Images