JP2011086527A - Ｅｌ素子、照明装置及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透光性基材の飛散を防止すると同時に、光の外部取り出し効率を向上させ、かつ色ずれを防止することができるＥＬ素子、並びにそれを用いた照明装置及びディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】陽極３と陰極４とからなる一対の電極に挟持された発光層２が透光性基材１の背面側に配されてなり、発光層２が放出した光を透光性基材１を介して出射するＥＬ素子２０において、陽極３と透光性基材１との間に光拡散層５を配し、透光性基材１の正面側に、光出射面にレンズ形状を備えたレンズシート１０を配する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルタイプのディスプレイ装置、液晶用バックライト・ユニット等の照明用光源、電飾、サイン用光源等に用いられる有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子に関し、特に、光取り出し効率を向上できるようにしたＥＬ素子、並びに、当該ＥＬ素子を用いた照明装置、ディスプレイ装置に関する。

一般に、ＥＬ素子は、図５に示すように、透光性基材１上に、蛍光有機化合物を含む発光層２が陽極３と陰極４とで挟持した状態で配置されることで構成されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
このようなＥＬ素子においては、陽極３と陰極４との間に直流電圧を印加し、発光層２に電子及び正孔を注入して再結合させることにより励起子を生成する。そして、発光層２は、この励起子が失活する際の光の放出を利用することで発光し、当該光が透光性基材１を通して出射される。

従来、このようなＥＬ素子において、発光層２から射出した光線が透光性基材１から出射する際に、透光性基材１上において全反射し、光線がロスするという問題があった。この際の光の外部取り出し効率は、一般的に２０％程度と言われている。そのため、高輝度が必要となればなるほど投入電力が必要となってしまい、また、このように大きな電力を投入するとＥＬ素子に及ぼす負荷が増大し、ＥＬ素子自体の信頼性が低下することになる。

特開２００１−２６７０８２号公報 特開２００７−２５７８５４号公報 特開２００９−１４１３３９号公報

近年、上記のようなＥＬ素子を備えた装置の開発が盛んになされているが、その多くはＥＬ素子の最表面にガラス等の透光性基材を有している。よって、振動や衝撃が及んだ際には、これらに起因する傷や亀裂などにより品位が低下してしまうばかりでなく、破砕された基材片が飛散する危険性がある。

透光性基材の破損による飛散を防ぐためには、透光性基材自体の耐衝撃性を向上させる処理を施すことでも解決が可能だが、光透過率の減少に繋がる懸念があり、また、コストアップの問題も生じてしまう。例えば、透光性基材の表面に耐衝撃性の高い透明樹脂等をコーティングする手法も有効ではあるが、やはりコーティング層による光のロスが生じ、光の外部取り出し効率が低下してしまう。

一方、従来のＥＬ素子においては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の層が積層されて構成されていることが一般的であり、各色の配光分布が異なることに起因して、観測者の位置によって色が違って見えてしまう現象（以後、この現象を色ずれと呼称する）が生じるという問題があった。

本発明は上記のような事情を鑑みてなされたものであって、透光性基材の飛散を防止すると同時に、光の外部取り出し効率を向上させ、かつ色ずれを防止することができるＥＬ素子、並びにそれを用いた照明装置及びディスプレイ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るＥＬ素子は、陽極と陰極とからなる一対の電極に挟持された発光層が透光性基材の背面側に配されてなり、前記発光層が放出した光を前記透光性基材を介して出射するＥＬ素子において、前記電極と前記透光性基材との間に配された光拡散層と、前記透光性基材の正面側に積層され、光出射面にレンズ形状を備えたレンズシートとを備えたことを特徴とする。

このような特徴のＥＬ素子によれば、電極と透光性基材との間、即ち、透光性基材の背面側に光拡散層が配されているため、例えばＥＬ素子の正面側から振動や衝撃が及んだ場合に当該光拡散層が緩衝材として機能して衝撃を分散させる。また、透光性基材の正面側にはレンズシートが配されているため、万が一、透光性基材が破損等した場合であっても、該透光性基材の破片が飛散することはない。
さらに、このレンズシートが配されたことにより、透光性基材の光出射面において発光層からの光が全反射してしまうことを防ぐことができる。
さらにまた、光拡散層を具備することにより、透光性基材に入射する光が乱反射され、最終的にレンズシートから出射される光のうちＥＬ素子の正面以外への出射光が増加するため、色ずれを抑止することができる。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記レンズシートと前記光拡散層との主原料が同一であることを特徴とする。
ここで、熱等の影響を受けてレンズシートと光拡散層とは僅かに伸縮する。これに対して、レンズシートと光拡散層との主原料を同一とすることで、透光性基材の光出射側と光入射側にかかる力を均等にすることができる。これにより応力の偏りを無くすことができるため、透光性基材の破損を防止することができる。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記レンズシートの厚みが前記光拡散層の厚みよりも大きく形成されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、万が一透光性基材が破損してしまった場合であっても、より薄い光拡散層側に向けて破壊され易くなるため、レンズシート側（光出射側）に透光性基材の破片が飛散することを軽減できる。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記光拡散層における前記透光性基材側の面に凹凸形状が形成されていることが好ましい。
これによりＥＬ素子の正面側から振動や衝撃が及んだ場合に光拡散層の凹凸形状がクッションとして作用し、緩衝作用を向上させることができる。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記凹凸形状は、前記光拡散層における前記透光性基材に積層される面に配置された粒子によって形成されていることが好ましい。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記粒子が球形状をなしていることが好ましい。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記粒子が非球形状をなしていてもよい。なお、非球形状の例として、例えば、粒子が多面体形状をなしている場合が挙げられる。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記レンズ形状が、三角プリズム形状であることが好ましい。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記レンズ形状が、凹四角錐形状であることが好ましい。

本発明に係るＥＬ素子においては、前記レンズ形状が、凸型の略半球形状であることを特徴としている。

本発明に係る照明装置は、上記いずれかのＥＬ素子を光源として備えたことを特徴としている。

また、本発明に係るディスプレイ装置は、上記いずれかのＥＬ素子と、該ＥＬ素子からの光照射によって画像表示を行う画像表示素子とを有することを特徴とする。

本発明に係るＥＬ素子によれば、光拡散層が緩衝材として機能し、さらに透光性基材が破損した場合であってもレンズシートによって破片の飛散を防止することができる。
さらに、レンズシートにより、透光性基材の光出射面において発光層からの光が全反射してしまうことを防ぎ、光取り出し効率を向上させることができる。
さらにまた、光拡散層によって、透光性基材に入射する光が乱反射され、最終的にレンズシートから出射される光のうちＥＬ素子の正面以外への出射光が増加するため、色ずれが生じてしまうのを抑制することができる。

実施形態に係るＥＬ素子の概略構成を示す縦断面図である。 レンズシートの一例を示す斜視図である。 レンズシートの一例を示す斜視図である。 レンズシートの一例を示す斜視図である。 従来のＥＬ素子の概略構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係るＥＬ素子の縦断面図である。
図１に示すように、ＥＬ素子２０は、陰極４と、発光層２と、陽極３と、光拡散層５と、第一粘着層１５と、透光性基材１と、第二粘着層１６と、レンズシート１０とがこの順番で積層されることで構成されている。
なお、キャリア輸送層、電子輸送層、正孔輸送層あるいは両キャリア輸送層についての使用は特に限定されるものではなく、都合に応じて使用することが可能である。

発光層２としては、層状をなしており、通電されることにより白色に自発発光する蛍光有機化合物から構成されている。このような白色発光層としての発光層２の構造としては、例えば「ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）／α−ＮＰＤにルブレン１％ドープ／ジナクチルアントラセンにペリレン１％ドープ／Ａｌｑ3／フッ化リチウム／陰極としてＡｌ」といったものが挙げられる。

なお、発光層２は上記構成の白色に発光する蛍光有機化合物に限定されず、この他、青色、赤色、黄色、緑色に自然発光可能な蛍光有機化合物であってもよい。これらの色彩は、発光層２から射出する光線の波長をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とすることのできる蛍光有機化合物を適宜用いることで実現することができる。

また、ＥＬ素子２０をフルカラーディスプレイ用途で使用する場合にはＲ、Ｇ、Ｂに対応した３種類の発光材料の塗り分けとすることや、白色光にカラーフィルターを重ねることにより、放射される光に彩色を施すことができ、これによりフルカラーディスプレイのフルカラー表示を行うことが可能となる。

陽極３及び陰極４は該発光層２に通電するための一対の電極であって、発光層２を挟むように配置されている。特に発光層２の正面側に配される陽極３は、発光層２からの光を正面側に透過させるため透明な材質から形成されおり、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ等を蒸着もしくはスパッタ等のドライプロセスにて形成されている。なお、この蒸着する材料としては上述のものには限定されず、透明であって電気伝導性を有する材料のものであれば良い。

また、陽極３の厚みは１００００Å程度以下が好ましい。この厚みが厚すぎると電気伝導性は向上するが、透明電極に局所的なスパイクが入りやすくなり、また全光線透過率が低下するという問題がある。局所的なスパイクはその突起の高さが、例えば１００ｎｍ程度存在するとその後の成膜工程にて問題を生じることがある。

光拡散層５は、例えば、透明樹脂に光拡散粒子を分散させることで構成されている。透明樹脂としては、一般的な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。

なお、光拡散層５は、上記光拡散粒子に加えて気泡を含んだ構成であってもよい。これら光拡散粒子や気泡気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせることで、光拡散機能を発現することができる。

また、この光拡散層５は、発光層２からの光をできるだけ透過させるために、全光線透過率は５０パーセント以上であることが好ましい。さらに、光拡散層５は、ヘイズ値が５０パーセント以上かつ９５パーセント以下であることが好ましい。ヘイズが低すぎると十分な光拡散能が得られず、色ずれ防止の効果が弱くなる。またヘイズが高すぎると、正面輝度が低下することに加え、全光線透過率も低下し易くなるからである。

そして、本実施形態における光拡散層５には、光出射面５ａ、即ち、透光性基材１側の面５ａに凹凸形状（図示省略）が形成されている。この凹凸形状により光拡散層５から出射する光を拡散して、光の均一性をより向上することができる。
なお、この凹凸形状は、光拡散層５の光出射面５ａに多数配置された粒子によって形成されていることが好ましい。また、この粒子は、球形状、非球形状である多面体形状をなすシリカから構成されていることが好ましい。まお、粒子の形状としては、上記球形状、多面体形状以外でも種々の形状を採用することができる。また、粒子の材料についても、シリカ以外のものを採用することも可能である。

第一粘着層１５及び第二粘着層１６は、粘着剤や接着剤を用いて形成された層である。粘着剤や接着剤としては、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤や接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。

第一粘着層１５及び第二粘着層１６の形成方法としては、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法が挙げられる。第一粘着層１５及び第二粘着層１６をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。
なお、これら第一粘着層１５及び第二粘着層１６に使用する粘着剤や接着剤としては、両粘着層に同じものを使用しても良いし、各粘着層で異なるものを使用しても良い。

透光性基材１は、ガラスやプラスチックから形成された透明な層であって、その厚みは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されることが好ましい。厚みが０．５ｍｍ未満の場合、透光性基材自体の剛性が不足してしまうため、耐衝撃性が著しく低下するのみならず、レンズシート１０の反りによる破損などを誘発してしまうため好ましくない。また、厚みが５ｍｍを超える場合、重量が増大し好ましくない。また、発光層２からの光をできるだけ透過させるためには、全光線透過率は５０パーセント以上であることが好ましい。

レンズシート１０は正面側の面、即ち、光射出面にレンズ形状を備えている。このレンズ形状としては、例えば、図１（ａ）および図２に示すような、一方向に延びる三角プリズムが連続的に並設されたプリズムアレイであってもよいし、図２に示すように、一方向に延びる凸状シリンドリカルレンズが連続的に並設されたシリンドリカルレンズアレイであってもよい。このようなレンズ形状を具備することにより、レンズシート１０による集光機能や拡散機能を発揮することができる。

また、レンズ形状としては、上記の他、図３に示すように、凹四角錐形状をなす単位レンズがレンズシート１０の光射出面に沿ってマトリックス状に配置された構成であってもよいし、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズ形状（半球形状）をなす単位レンズが互いに間隔を空けてマトリックス状に規則的に配置された構成、並びに、図４（ｂ）に示すように、当該マイクロレンズ形状（半休形状）をなす単位レンズが互いに間隔を空けて不規則的にランダムに配置された構成であってもよい。このようなレンズ形状を備えたことにより、光学密着、ムラ、ニュートンリングなどの外観特性を向上することもできる。

レンズシート１０の材料としては、ポリカーボネート樹脂やポリスチレン樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、アクリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等、一般によく用いられている様々な材料を上げることができる。また、主となる材質の中に分散された透明粒子を具備してもよい。

レンズシート１０の製法例としては以下の方法が挙げられる。即ち、熱可塑性の樹脂シートを溶融し、押出機にてダイよりシート形状に樹脂シートを押し出す。その後、当該シートが冷却、硬化する前に上記基材シートとラミネートする。次いで、冷却した後基材シートから剥離して、上記プリズム形状やシリンドリカルレンズ形状等のレンズ形状を有する押出シートを得る。なお、最終的に同一の表面形状を有するレンズシート１０を作製できるならば、その作製手段については特に制限は無い。

さらに、レンズシート１０は複層構造でも良く、光拡散層を含んでいても良い。また、レンズシート１０におけるレンズ形状は、凹凸の大きさ、高さ、アスペクト比、ピッチなどに関しては、特に制限は無い。

以上のような構成のＥＬ素子２０においては、陽極３及び陰極４に通電されることによって、これら陽極３及び陰極４に挟持された発光層２が発光する。この発光層２から放射された光線は、光拡散層５、第一粘着層１５、透光性基材１、第二粘着層１６を通過してレンズシート１０に入射し、該レンズシート１０におけるレンズ形状の表面から出射される。

ここで、本実施形態のＥＬ素子２０によれば、陽極３と透光性基材１との間、即ち、透光性基材１の背面側に光拡散層５が配されているため、例えばＥＬ素子２０の正面側から振動や衝撃が及んだ場合に当該光拡散層５が緩衝材として機能して衝撃を分散させる。さらに、透光性基材１の正面側にはレンズシート１０が配されているため、万が一、透光性基材１が破損等した場合であっても、該透光性基材の破片が飛散することはない。

さらに、このレンズシート１０が配されたことにより、透光性基材１の光出射面において発光層２からの光が全反射してしまうことを防ぐことができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
さらにまた、光拡散層５を具備することにより、透光性基材１に入射する光が乱反射され、最終的にレンズシート１０から出射される光のうちＥＬ素子２０の正面以外への出射光が増加するため、色ずれを抑止することができる。

また、光拡散層５における光出射面５ａ、即ち、透光性基材１側の面５ａに凹凸形状が形成されているため、ＥＬ素子２０の正面側から振動や衝撃が及んだ場合に当該凹凸形状がクッションとして作用し、緩衝作用を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態のＥＬ素子２０によれば、従来と比較して透光性基材１が破損しにくく、希に透光性基材１が破損した場合であってもにも基材片が飛散するのを防ぐことができる。また、光の外部取り出し効率を向上させることができるとともに、光源からの光を拡散させることで色ずれを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態に係るＥＬ素子２０について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態に係るＥＬ素子２０を光源として用いて照明装置を構成してもよい。これにより、耐久性が高く、破損した場合であっても破片が飛散せず、また、輝度が高く色ずれが抑止された照明装置を実現することができる。

また、実施形態に係るＥＬ素子２０と、 該ＥＬ素子２０からの光照射によって画像表示を行う画像表示素子とを具備したディスプレイ装置を構成してもよい。これによっても、耐久性が高く、破損した場合であっても破片が飛散せず、また、輝度が高く色ずれが抑止されたディスプレイを実現することができる。

また、実施形態のＥＬ素子２０においては、レンズシート１０と光拡散層５との主原料が同一であることが好ましい。
ここで、熱等の影響を受けてレンズシート１０と光拡散層５とは僅かに伸縮する。これに対して、レンズシート１０と光拡散層５との主原料を同一とすることで、透光性基材１の光出射側と光入射側にかかる力を均等にすることができる。これにより、応力の偏りを無くすことができるため、透光性基材１の破損を防止することができる。

さらに、実施形態のＥＬ素子２０においては、レンズシート１０の厚みが光拡散層５の厚みよりも大きく形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、万が一透光性基材１が破損してしまった場合であっても、より薄い光拡散層５側に向けて破壊され易くなるため、レンズシート１０側（光出射側）に透光性基材１の破片が飛散することを軽減できる。

（耐衝撃性の評価試験）
２００ｍｍ×２００ｍｍのサイズの、光拡散層５と透光性基材１を貼合したサンプル、透光性基材１とレンズシート１０を貼合したサンプル、光拡散層と５透光性基材１とレンズシート１０を貼合したサンプルを、それぞれ作製した。なお、レンズシートとしてはＰＣを用い、透光性基材としてはガラス用い、光拡散層としては拡散フィルムを用いた。

サンプル作製後、光拡散層５側（光拡散層５が無いサンプルは透光性基材１側）を壁面に密着させるように各サンプルを壁に固定した。次いで、重量１ｋｇの振り子状の重りを一定の高さから落とすことで、重りをサンプルのレンズシート１０側（レンズシート１０が無いサンプルは透光性基材１側）から、サンプル面に対して法線方向から衝突させた。

このとき、透光性基材１の亀裂の有無、及び基材片の飛散の有無については、目視にて確認した。この耐衝撃性試験の結果を、色ずれ評価の結果と共に下記の表１に示す。なお、表１において、亀裂の項目では、全体的に大きな亀裂が入ったものを×、局所的に小さな亀裂が入ったものを△、全く亀裂が入らなかったものを○と表記した。
また飛散の項目では、透光性基材の破片が全く飛散しなかったものだけを合格とした。

表１に示すように、光拡散層５、透光性基材１及びレンズシート１０のそれぞれを具備したサンプルにおいては、亀裂及び飛散がいずれも生じることはなく、有効な対衝撃特性を有することがわかった。

（色ずれの評価試験）
上記の各サンプルに、陽極、発光層、陰極を積層したＥＬ素子をそれぞれ作製した。各ＥＬ素子を点灯した状態で、サンプル正面から１メートルの距離において、上下左右方向に±８０°の範囲で観察し、色ずれの有無を目視で確認した。
その際、色ずれが全く視認できなかったものを合格とし、その結果を耐衝撃性試験の結果とともに表１に示した。

表１から光拡散層５、透光性基材１、レンズシート１０のそれぞれを具備したサンプル、及び、光拡散層５と透光性基材１とを具備したサンプルにおいては、色ずれの発生を抑止できることがわかった。

（レンズシートの形状による差異の調査）
材料にＰＣを用いたレンズシート１０表面のレンズ形状を、凸状シリンドリカル形状、三角プリズム形状、凹状四角錐形状、マイクロレンズ形状に成形し、上記同様の色ずれの評価試験を行ったところ、結果に差異は生じなかった。したがって、色ずれの抑止の有無は、レンズシート１０のレンズ形状に依存しないことが判った。

（レンズシートの材料による差異の調査）
レンズ形状が凹状四角錐形状であるレンズシートを、材料にＰＣ、ＰＳ、ＭＳ、ＰＰ、ＰＥＴを用いてそれぞれ成形し、上記同様の色ずれの評価試験を行ったところ、結果に差異は生じなかった。したがって、色ずれの抑止の有無はレンズシート１０の材料に依存しないことが判った。

１ 透光性基材
２ 発光層
３ 陽極
４ 陰極
５ 光拡散層
５ａ 光出射面
１０ レンズシート
１５ 第一粘着層
１６ 第二粘着層
２０ ＥＬ素子

Claims (12)

1. 陽極と陰極とからなる一対の電極に挟持された発光層が透光性基材の背面側に配されてなり、前記発光層が放出した光を前記透光性基材を介して出射するＥＬ素子において、
   前記電極と前記透光性基材との間に配された光拡散層と、
   前記透光性基材の正面側に積層され、光出射面にレンズ形状を備えたレンズシートとを備えたことを特徴とするＥＬ素子。
2. 前記レンズシートと前記光拡散層との主原料が同一であることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子。
3. 前記レンズシートの厚みが前記光拡散層の厚みよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＬ素子。
4. 前記光拡散層における前記透光性基材側の面に凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＥＬ素子。
5. 前記凹凸形状は、前記光拡散層における前記透光性基材に積層される面に配置された粒子によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のＥＬ素子。
6. 前記粒子が球形状をなしていることを特徴とする請求項５に記載のＥＬ素子。
7. 前記粒子が非球形状をなしていることを特徴とする請求項５に記載のＥＬ素子。
8. 前記レンズ形状が、三角プリズム形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＥＬ素子。
9. 前記レンズ形状が、凹四角錐形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＥＬ素子。
10. 前記レンズ形状が、凸型の略半球形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＥＬ素子。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のＥＬ素子を光源として備えたことを特徴とする照明装置。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のＥＬ素子と、
    該ＥＬ素子からの光照射によって画像表示を行う画像表示素子とを有することを特徴とするディスプレイ装置。

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