JP2011187239A - 面光源素子およびそれを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子からなる面発光素子から空気中に取り出される光の光利用率を大きく向上させる面光源素子を提供する
【解決手段】本発明の課題は、光反射性電極５と、光透過性基板２の一方の面に設けられた光透過性電極３と、前記光反射性電極５と前記光透過性電極３との間に配置された発光部４とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子１は、前記光透過性基板２の光透過性電極３が形成された面の反対面である光出射面６に光取り出し構造７を有しており、光出射面６に垂直な方向において、前記光出射面６から前記光反射性電極５に至る、波長５５５ｎｍの光線に対する光の吸収率が５％以下であることにより解決される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライト、照明装置などに用いられる面光源素子であって、面状の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた面光源素子に関するものである。

近年、情報機器の多様化に伴って、消費電力が少なく容積が小さい面光源素子のニーズが高まっている。そのため、このような面光源素子の一つとして有機エレクトロルミネッセンス素子が注目されている。

有機エレクトロルミネッセンス素子の代表的な断面構成を図１に示す。有機エレクトロルミネッセンス素子１は、平面状の光透過性基板２と、光透過性電極３（陽極）と、発光部４と、光反射性電極５（陰極）とから構成されている。さらに、発光部４には電子と正孔の再結合により光を放出する図示していない発光層が設けられている。

有機エレクトロルミネッセンス素子１の光透過性電極３に正電圧を、光反射性電極５に負電圧を印加すると、発光部４では光反射性電極５側から注入された電子と、光透過性電極３側から注入された正孔とが、発光部４に設けられた発光層内で結合して発光する。

発光部４で発光した光の一部は、光透過性電極３を通り光透過性基板２に達する。さらに、光透過性基板２を通して空気中に取り出される。光透過性基板２と空気との界面では、光透過性基板２の屈折率と外部空気との屈折率により決まる臨界角以上で界面に入射する光は全反射し、有機エレクトロルミネッセンス素子１内部を導波して有機エレクトロルミネッセンス素子１に閉じ込められ、一部は有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部で吸収され熱となり、また一部は有機エレクトロルミネッセンス素子１の側面から放出される。ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子１における光透過性基板２の表面が平坦である場合、全反射の発生は避けられない。有機エレクトロルミネッセンス素子１において、光透過性基板２として屈折率１．５のガラス板を用いる場合、一般的に発光部４で発生した光が光透過性基板２から有機エレクトロルミネッセンス素子１の外部、即ち、空気中へ取り出される割合（光利用率）は通常２０％以下である。なお、発光部４に屈折率１．７の有機発光体を用いた場合は、屈折率１．５の光透過性基板２には約５０％の光が到達する。

そこで、光透過性基板２の表面の平坦性を無くすことで空気との界面で全反射する光を減少させて光利用率を向上させる方法が従来試みられている。例えば特許文献１、２、３、４および５に挙げられる光取り出し機能を有するフィルムを光透過性基板２上に設ける構成が提案されている。

特許文献１および特許文献２では、光取り出し構造７として光拡散機能を有する部材を光透過性基板２の光透過性電極３が形成された面と対向する面に設けることが記載されている。特許文献３、特許文献４および特許文献５には、面光源素子の光出射面６に光取り出し構造７として、プリズム、ドット、凸部が設けられた平面部材を配置した構成が記載されている。

一方、光透過性電極３または光透過性基板２の透明性を高くすることで光損失を小さくする方法も知られているが、光透過性基板２の表面が平坦である場合、空気との界面で全反射する光を光出射面６から空気中へ取り出すことはできないため、その効果は限られていた。

有機エレクトロルミネッセンス素子１の光利用率を向上させることは、低消費電力化の点からも強く要求されている。

特開２００３−１０９７４７号公報 特開２００４−２９６４２３号公報 特開２００６−５９５４２号公報 特開２００７−１８８０６５号公報 特許第４１９８２４６号公報

上記のように、面光源素子の光出射面６に光取り出し構造７を配置した場合、発光層で発光した光は光取り出し構造７によって反射または屈折され、一部は空気中に取り出されるが一部は再び発光部４側に回帰する。これらの光は、光透過性基板２と光透過性電極３の界面、光透過性電極３と発光層の界面または光反射性電極５で反射され、再び光取り出し構造７側へ進行する。さらに、前記の通り一部の光は光取り出し構造７側から再度発光層側に反射されることになる。このように一部の光は、光取り出し構造７を介して空気側に取り出され、一部の光は有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部で反射を繰り返す（多重反射）ことになる。多重反射する光は有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部での伝播距離が長くなるため、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子１は高い光利用率を得られないという課題があった。現在まで前記したような各種形状および方式の提案がなされているが、平坦な光出射面６に対し、１．６倍を超える光利用率向上が達成された技術は開発されていない。理論的には、前述した発光部４から光透過性基板２に到達する光の割合と空気中へ取り出される割合の関係から２倍以上の光利用率向上が可能であると期待されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その主たる目的は有機エレクトロルミネッセンス素子からなる面発光素子から空気中に取り出される光の光利用率を大きく向上させる面光源素子を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、本発明における光透過性基板の表面が平坦である場合にはほとんど効果の表れなかった、光透過性電極および光透過性基板の透明性を高くすることが、光取り出し構造との相乗効果によって、光利用率を向上させることができることを見出した。

本発明に係る面光源素子は、光反射性電極５と、光透過性基板２の一方の面に設けられた光透過性電極３と、前記光反射性電極５と前記光透過性電極３との間に配置された発光部４とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子１は、前記光透過性基板２の光透過性電極３が形成された面の反対面である光出射面６に光取り出し構造７を有しており、光出射面６に垂直な方向において、前記光出射面６から前記光反射性電極５に至る、波長５５５ｎｍの光線に対する光の吸収率が５％以下であることを特徴とするものである。

上記発明の面光源素子において前記光取り出し構造７は、
１）円錐または四角錐であり、その底面を前記光出射面６と光学的に密着するよう複数個配置されたものでもよいし、
２）円錐台形状または四角錐台形状であって、前記光出射面６に光学的に密着した接着面を第一面とし、該第一面と対向し平行な面を第二面とした場合に、前記第一面の面積が前記第二面の面積よりも大きいものでもよいし、
３）球を一つの平面で分割した球状の一部であって、前記球状の一部の平面が前記光出射面６と光学的に密着するよう複数個配置されたものでもよいし、
４）不規則な形状の凹凸面からなる光拡散面を有するものでもよいし、
５）円錐台形状または四角錐台形状であって、前記光出射面６に光学的に密着した接着面を第一面とし、該第一面と対向し平行な面を第二面とした場合に、前記第一面の面積が前記第二面の面積よりも小さいものでもよい。

また、上記いずれかの発明の面光源素子において、前記光透過性基板２は、前記光出射面６と直交する面に波長５５５ｎｍの光線に対する反射率が９０％以上の反射部材を設けていてもよい。

また、上記いずれかの発明の面光源素子において、前記光取り出し構造７は完全拡散光に対する光線透過率が５０％以下であるものでもよい。

本発明は、上記いずれかの発明の面光源素子を用いた照明装置である。

光取り出し構造７を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子１において、光出射面６に垂直な方向の光出射面６から光反射性電極５に至る、波長５５５ｎｍの光線に対する光の吸収率を５％以下とすることで、有機エレクトロルミネッセンス素子１から空気中に取り出せる光の光利用率を大きく向上させる面光源素子が実現できる。本発明の面光源素子により形成される低消費電力に優れた照明装置を得ることができる。

本発明における有機エレクトロルミネッセンス素子１の構成の一例を示す図である。 本発明の実施態様の一例を示す図である。 本発明の実施態様の一例を示す図である。 本発明における光取り出し構造７の形状の一例を示す図である。 本発明における光取り出し構造７の形状の一例を示す図である。 本発明における光取り出し構造７の形状の一例を示す図である。 本発明の実施態様の一例を示す図である。 本発明の実施態様の一例を示す図である。 本発明における光取り出し構造７の形状の一例を示す図である。 本発明における光取り出し効率の計算結果を示す図である。 本発明の実施態様の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
まず、有機エレクトロルミネッセンス素子１における光取り出し構造７の役割について述べる。出射面６が平坦な（光取り出し構造７が設けられていない）場合には、出射面６に臨界角以上の角度で入射する光は全反射して発光部４側に回帰するため取り出すことができなかった。そこで、従来様々な光取り出し構造７が、そのような臨界角以上の光を利用するために提案されてきた。一方、出射面６に垂直に入射した光は、平坦な出射面６ではほぼすべての光が出射していたのに対し、光透過性基板２の出射面６側に光取り出し構造７が設けられている場合は、一部の光が発光部４側に反射回帰することとなり有機エレクトロルミネッセンス素子１内部で多重反射の後出射されることとなる。このような多重反射する光は、光取り出し構造７の形状に依存して一定の割合で発生することは避けられない。しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部で多重反射する光は、空気中に取り出されるまでの伝播距離が長くなるため、主に光透過性基板２や光透過性電極３中の伝播による光の吸収に伴う光損失が大きくなる。そのため、従来の有機エレクトロルミネッセンス素子１においては高い光利用率を得られないという課題があった。

次に、光透過性基板２内部に達する光が完全拡散光（光束１とする）と仮定して、光取り出し構造７が設けられている場合に空気中に取り出される割合を光取り出し効率として求める。ここで、光取り出し効率は光透過性基板２内部に導入される光を基準とした効率であって、光利用率に比例する値となる。有機エレクトロルミネッセンス素子１内部での光損失がない場合、この完全拡散光が発光部４側に戻ることなく光取り出し構造７を介して直接空気中に光が取り出される割合をＴとする。また、このときの光の経路は光透過性基板２の断面を１回通過するのみである。一方、光取り出し構造７から発光部４側に回帰する光の割合ＲはＲ＝１−Ｔである。光取り出し構造７によって発光部４側に回帰する光は、空気中に取り出されるために少なくとも光透過性基板２の断面を３回以上通過することとなる。ここで、光取り出し構造７から発光部４側に回帰し、反射性電極５で再度反射されて光透過性基板２に伝播する光は、光取り出し構造７の反射光特性；透明電極、発光層の多重干渉；有機エレクトロルミネッセンス素子１の構造；反射回数等の影響によりその角度分布が、異なってくる。しかし、次の計算では簡単のため角度によらず光度が均一と仮定する。

次に、有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部の光線透過率と光取り出し効率の関係について考察する。図３および図８に示す構成において、光透過性基板２中の完全拡散光に対する光学シミュレーションではＴ＝０．３〜０．４２の値となる。ここで反射性電極３の反射率は１００％と仮定した。光透過性基板２の断面をｎ回通過して、有機エレクトロルミネッセンス素子１から空気中に取り出される光をＡ_ｎ、光取り出し構造７から発光部４側に回帰する光をＢ_ｎとおく（ｎ：奇数の自然数）。また、有機エレクトロルミネッセンス素子１の断面を１回通過することによる光線透過率をτとすると、Ａ_１＝Ｔ×τの光が直接有機エレクトロルミネッセンス素子１から空気中に取り出され、Ｂ_１＝Ｒ×τの光が光取り出し構造７から発光部４側に回帰する。このＢ_１の光の中で光透過性基板２の断面をさらに２回通過して、有機エレクトロルミネッセンス素子１から空気中に取り出される光Ａ_３＝Ｂ_１×τ^２×Ｔとなる。そして、Ｂ１の光の中で光透過性基板２の断面をさらに２回通過して再び光取り出し構造７から発光部４側に回帰する光Ｂ_３＝Ｂ_１×τ^２×Ｒとなる。以下、同様にＡ_５、Ｂ_５、Ａ_７、Ｂ_７．．．が導かれる。このように多重反射した光を含めた光取り出し効率Ａ_Ｎ（Ｎ：奇数の自然数）は、Ａ_Ｎ＝Ａ_１＋Ａ_３＋Ａ_５＋．．．と表される。

図３に示すように光取り出し構造７が四角錐である場合、Ｔ＝０．４として光取り出し効率Ａ_Ｎをもとめることができる。τ＝０．９３である場合、Ａ_Ｎ＝Ａ_１＋Ａ_３＋Ａ_５＋．．．＝０．３７＋０．１９＋０．１０＋．．．＝０．７７となる。同様にτ＝０．９５である場合、Ａ_Ｎ＝０．３８＋０．２１＋０．１１＋．．．＝０．８２、τ＝０．９７である場合、Ａ_Ｎ＝０．３９＋０．２２＋０．１２＋．．．＝０．８８となる。このように光取り出し構造７を配置した構成において、有機エレクトロルミネッセンス素子１断面を１回通過することによる光線透過率を高くすることで光取り出し効率を大きく上昇させることができる。Ｔ＝０．３、０．４、０．５のそれぞれにおいて、τを変化させた場合の光取り出し効率Ａ_Ｎを図１０に示す。一方で光取り出し構造７を設けない場合は、屈折率１．５２で表面が平坦である光透過性基板２を用いたときに光取り出し効率はＡ_Ｎ＝０．３９（τ＝０．９７）となる。上記の結果より、光取り出し構造７を設けた構成において光取り出し構造７から直接空気中に光が取り出される割合Ａ_１＝０．３７〜０．３９（τ＝０．９３〜０．９７）であって、光取り出し構造７を設けない構成における光取り出し効率とほぼ同じとなることがわかる。すなわち、光取り出し構造７を設けた構成における光取り出し効率の向上に関しては、多重反射して空気中に取り出される光（Ａ_３、Ａ_５、Ａ_７．．．）が大きく寄与している。

以上のことから、光取り出し構造７を設けた有機エレクトロルミネッセンス素子１においては多重反射した後に空気中へ取り出される光が多く存在しており、有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部での光損失が光取り出し効率に大きな影響を及ぼしていることがわかる。光取り出し構造７として四角錐や円錐を設けた構成において、光取り出し効率は平坦な光出射面６をもつ有機エレクトロルミネッセンス素子１に対しておよそ１．５倍であり、図１０に示すＴ＝０．４での従来技術による光取り出し効率に相当する。Ｔ＝０．４である場合、τを９５％以上とすることで従来技術において成し遂げられている１．６倍を超える光取り出し効率の向上が達成できる。よって、多重反射した光を空気中に取り出す割合を増やすために素子断面を１回通過することによる光の吸収率を５％以下とすることが必要である。また、Ｔの値が大きくなるに従って、有機エレクトロルミネッセンス素子１から直接空気中に取り出される光が増加するため、光取り出し効率は向上する。しかしながら、光取り出し構造７は平坦でない構造をもっており、拡散光に対して一部の光を反射または屈折により発光部４側に回帰させるために通常はＴを０．５以上とすることは難しい。例えば光透過性基板２の屈折率が１．５２のとき、光取り出し構造７として円錐台、四角錐、半球を用いた場合、Ｔはそれぞれ０．３２、０．４２、０．４１となる。本発明においては、光透過性基板２の内部の発光分布が完全拡散光である光に対する光取り出し構造７での光線透過率は５０％以下であることが好ましい。

図２に本発明の面光源素子の第１実施態様にかかる概略図を示す。この有機エレクトロルミネッセンス素子１は、光透過性基板２、光透過性電極３、発光部４、光反射性電極５の順に構成されており、光透過性基板２から空気中に光が取り出される。光透過性基板２における光透過性電極３が形成された面の反対面となる光出射面６には、光取り出し構造７として複数の凹凸が設けられている。このような積層構造をなす有機エレクトロルミネッセンス素子１の光反射性電極５の表面は、図には示していないが必要に応じて保護膜により被覆される。

光透過性基板２の材料には、無アルカリガラスである硼珪酸ガラス、石英ガラスなどの透明ガラスや、光学用透明プラスチックなどを用いることができる。従来は安価なソーダ石灰ガラスや青板ガラスがよく用いられていた。この理由は、有機エレクトロルミネッセンス素子１において、光透過性電極３がガラスによるアルカリ金属の汚染や水分の吸着に対する保護膜として機能していたため、無アルカリガラスを用いる必要がなかったためである。本発明においては、有機エレクトロルミネッセンス素子１の光線透過率を高めることで大幅に光取り出し効率を改善することができるが、他の構成部である光透過性電極３の光線透過率の変化が、後述するようにそれらの本来の機能とは相反する性質を有するため、光透過性基板２においては出来得る限り光線透過率を高くすることが求められる。光線透過率を高くするためには、不純物の少ない硼珪酸ガラスや石英ガラスなどを使用することが適している。各種ガラスの緑色波長域での光線透過率は板厚４ｍｍにおいて表１に示す値となり、硼珪酸ガラスまたは石英ガラスを用いることで高い光透過性を得ることができる。光透過性基板２としてガラスを用いる場合は、通常０．７ｍｍ以下の板厚のものを使用するため、光線透過率を９９％以上とすることができる。なお、光透過性基板２の屈折率は１．４５〜１．８が望ましく、とくに発光層の屈折率と同等以上の屈折率とすることで発光層からの光を１００％近く光透過性基板２に取り込むことができる。

光透過性電極３を形成する材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。これらの材料は、いずれもある程度の光吸収性がある。一方、光透過性電極３の厚さは表面抵抗値によって決められ、一般的には面発光素子の面内均一性をよくするために表面抵抗値を小さくする必要がある。したがって、低い表面抵抗値を得ようとする場合には、光透過性電極３を厚くする必要があり、光吸収が大きくなる問題があった。本発明では光透過性電極３の厚さを表面抵抗値の許す限りにおいて薄くすることで光線透過率を高くすることができ、有機エレクトロルミネッセンス素子１の光取り出し効率が大幅に向上する。このとき、表面抵抗値の増加に伴う面内均一性の低下に対しては、金属配線の形成またはパネルの縮小化等の手段によって対応することができる。例えば光透過性電極３をＩＴＯとして、その厚さが４００ｎｍと２００ｎｍの場合で緑色波長域での光線透過率はそれぞれ９２〜９５％、９６〜９７％となる。このように光透過性電極３の厚さを薄くすることで光線透過率を高くすることができる。

発光部４で発光した光は、光透過性電極３と光透過性基板２を透過し、光取り出し構造７から取り出されるものである。光透過性基板２および光透過性電極３は光の透過性が高いほどよく、光透過性基板２として硼珪酸ガラスまたは石英ガラスを光透過性電極３として２００ｎｍ以下のＩＴＯとすることで９５％以上の光線透過率すなわち５％以下の光吸収率を達成できる。一方、光透過性電極３の低い表面抵抗値を得る必要性との関係から、９７％以上の光線透過率すなわち３％以下の光吸収率の達成は難しいことが予想される。

発光層には従来から有機エレクトロルミネッセンス素子１に使用されている蛍光系材料、燐光系材料を利用することができる。発光部４は発光色が異なる発光層が複数積層されていてもよい。さらに発光部４には光透過性電極３の側に正孔注入層、正孔輸送層が設けられていてもよい。また発光部４には光反射性電極５側に電子注入層、電子輸送層が形成されていてもよい。光反射性電極５にはアルミニウムや銀等を用いることができる。

本構成での光透過性基板２がガラスである場合、光取り出し構造７はガラス表面のエッチングにより作製することができる。また光透過性基板２が樹脂の場合には予め樹脂表面にエンボス加工を施しておくことで、本例の面光源素子を得ることができる。

図３に本発明の面光源素子の第２実施態様にかかる概略図を示す。本構成では、光取り出し構造７が形成された光透過性基材８を光透過性基板２の光出射面６側に図示していない粘着材または接着剤で光透過性基板２と光学的に密着させている。ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体同士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。

光取り出し構造７の形状は、図４に示す円錐、図５に示す四角錘、図６に示す球状の一部、さらには円錐台、四角錘台であるのが好適である。

また光取り出し構造７の屈折率は、１.４５〜１.８であることが望ましい。なお、屈折率が低い場合には、光取り出し構造７から空気中に出射した光が隣接する光取り出し構造７に再度入射し光透過性基板２側へ伝播する光が多くなり、光取り出し効率の低下を招く。よって、光透過性基板２よりも高い屈折率であることが望ましい。

さらに光取り出し構造７の光出射面６の法線方向に対する平均角度αは３０°〜６０°の範囲にあることが望ましい。さらに望ましくは４０°〜５０°である。光出射面６の法線方向に対する角度が大き過ぎると、光取り出し機能の低下を招く。また小さい場合には光取り出し構造７から空気中に出射した光が再度隣接する光取り出し構造７に入射するため光取り出し機能の低下を生じる。

図７には、本発明の第３実施態様にかかる概略図を示す。本構成では、光透過性基材８表面に微粒子９を分散させたバインダ１０でコーティングしている。微粒子９の粒径、形状に応じてランダムな光取り出し構造７を形成することができる。また粒径が均一な粒子を用いることで、最密充填状態の光取り出し構造７を得ることができる。

図８には、本発明の第４実施態様にかかる概略図を示す。本構成では、光透過性樹脂層１１の表面に複数の光取り出し構造７が形成され、該光取り出し構造７の先端が光透過性基材８に図示していない接着剤または粘着材で光学的に密着している。さらに該光透過性基材８の光取り出し構造７が密着している面と対向する面が光透過性基板２と図示していない粘着材または接着剤と光学的に密着している。

また光取り出し構造７には円錐台または四角錘台であることが望ましい。光取り出し構造７の頂角θ１は３０°から７０°の範囲にあることが望ましい。更に望ましくは４０°から６０°の範囲である。頂角θ１が小さすぎると光取り出し構造７の側面で全反射する光が減少し且つ面発光素子の正面方向に進行する光が少なくなる。また頂角θ１が大きすぎる場合には光取り出し構造７と面光源素子の光出射面６の接触する面積が小さくなり、また正面方向に光を集光することもできなくなる。

また上記の光取り出し構造７の高さｈの取る事ができる範囲は図９に示す光取り出し構造７の大きさＡによって制限される。一般にこの光取り出し構造７の高さｈが低すぎると、面発光素子の光出射面６において光取り出し構造７を設けない場合に全反射される光が光取り出し構造７に導かれたとしても、この光が光取り出し構造７の斜面にあたらずに、光出射面６において全反射されて戻るようになる。一方この光取り出し構造７の高さｈが高すぎると、光取り出し構造７と光出射面６の接する面積が小さくなり、光取り出し構造７に導かれる光が少なくなる。このため、この光取り出し構造７の高さｈは光取り出し構造７の大きさＡに対して、０.３×Ａ≦h≦Ａの条件を満たすことが望ましい。

光透過性基材８および光透過性樹脂層１１としては、光透過性に優れるものであればよく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン系樹脂等を用いることができる。

光透過性基材８への光取り出し構造７への形成、および光透過性樹脂層１１への光取り出し構造７の形成は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化によるフォトポリマー法、熱硬化によるキャスト法、射出成形法などによって実施することができる。

さらに光透過性基板２は光出射面６と直交する面に反射部材を設けることで光透過性基板２の光出射面６とそれに対向する面以外の面である側面を通過する光を再び光透過性基板２の中に取り込むことができる。光透過性基板２の中に取り込んだ光の一部は、再び光取り出し構造７によって空気中に取り出される。光透過性基板２の側面を通過する光を有効に光透過性基板２の中に取り込むためには、反射部材の波長５５５ｎｍの光線における反射率が９０％以上であることが望ましい。

図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子１において、光透過性電極３の厚みを３０５ｎｍ、光透過性基板２の厚みを０．５ｍｍとし、それぞれＩＴＯ、ソーダ石灰ガラスより構成され、このとき光透過性電極３および光透過性基板２の波長５５５ｎｍの光線に対する光線透過率は９３％であった。ここで光線透過率は、発光部４、光透過性電極３および光透過性基板２の断面を一回通過した場合の値としており、光取り出し構造７を設けていない有機エレクトロルミネッセンス素子１に光出射面６側から光出射面６と直交する方向へ波長５５５ｎｍの光線を入射した場合の光反射性電極５からの正反射光を分光光度計により求めた。なお、光反射性電極５を反射率が９６％のアルミニウム薄膜として作製した。以上の構成で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子１において、照明設計解析ソフトウェア（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製、「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ」）によるモデリングと光学シミュレーションの手法を用いて光取り出し効率を求めた。ここで記した有機エレクトロルミネッセンス素子１における光取り出し効率を基準値（１．０）として、以下の各実施例並びに各比較例の構成での光取り出し効率を求めた。光取り出し効率はエレクトロルミネッセンス素子１から空気中に取り出される光束と比例するため、実施例並びに比較例においては出射光束比として記載する。

次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。実施例および比較例に基づく結果は表２にまとめて示す。以下、光線透過率および反射率は波長５５５ｎｍの光線に対する値とする。

＜実施例１＞
実施例１において、光透過性電極３にはＩＴＯを用い厚みを１４０ｎｍとした。光透過性基板２には厚みが０．５ｍｍの無アルカリガラスを用いた。発光部４、光透過性電極３および光透過性基板２の光線透過率は９７％であった。なお、光反射性電極５を反射率が９６％のアルミニウム薄膜とした。

光取り出し構造７は図８に示す円錐台形状のレンズとし、上面よりも面積の小さい下面が光透過性基板２と光透過性基材８を介して光学的に密着しており、複数のレンズが六方最密状に配置された光取り出し構造７と光透過性樹脂層１１からなる光取り出しフィルムであり、図９に示すθの角度を４５°とする。前記光取り出しフィルムは、屈折率１．５７のＰＥＴフィルムに屈折率１．５６の光硬化性樹脂を、金型を用いてレンズ形状を転写して光硬化させることで光取り出し構造７として作製できる。また、有機エレクトロルミネッセンス素子１の寸法は５０×５０ｍｍ、光取り出しフィルムの厚みを０．２ｍｍとして、図９で示す光取り出し構造７の高さｈを２８μｍ、直径Ａを３６μｍとする。

本実施例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子１と光取り出しフィルムをモデリングして、光学シミュレーションを実施した。図８は、実施例１より得られた面光源素子の概略図である。本実施例における出射光束比は表２のようになった。これより、明らかであるように出射光束比（光取り出し効率）の高い面光源素子を得ることができていることが分かる。

＜実施例２＞
実施例１において、光取り出し構造７を図４に示す四角錐形状のレンズからなる光取り出しフィルムをモデリングして、四角錐の頂部が光の出射方向となるように有機エレクトロルミネッセンス素子１の光出射面６に設けた。四角錐の高さは２５．９μｍ、底辺の幅は５０μｍ、αを４４°とし、図３に示す光透過性基材８上に密に配置した。図３は、実施例２における面光源素子の概略図である。

＜実施例３＞
実施例１において光取り出し構造７を図６に示す半球形状のレンズからなる光取り出しフィルムをモデリングして、半球の平面が光出射面６側を向き平行となるように有機エレクトロルミネッセンス素子１に設けた。半球の直径は２０μｍ、高さは１０μｍとして、六方最密状に配置した。

＜実施例４＞
図１１に示すように実施例１において光透過性基板２のすべての側面に波長５５５ｎｍの光線の反射率が９８％の反射フィルム１２を密接させて配置した。図には示していないが、紙面手前側および奥側の側面にも反射フィルム１２を配置した。光透過性基板２の側面を通過していた光の一部を空気中に取り出すことができるため、実施例１に対して出射光束比が向上した。

表２に見られるように、各実施例の光取り出しの値は向上しており、出射光束比を高く得ることができることを確認した。

＜比較例１＞
有機エレクトロルミネッセンス素子１に実施例１に記載の光取り出しフィルムを配置して評価した。光透過性電極３および光透過性基板２の光線透過率は９３％としたところ、光取り出しフィルムにより出射光束比は大きく向上するが、光線透過率が実施例１の場合よりも低いため、その効果は小さい。

＜比較例２＞
図１に示す有機エレクトロルミネッセンス素子１において、光透過性電極３の厚みを１４０ｎｍ、光透過性基板２の厚みを０．３ｍｍとし、それぞれＩＴＯ、無アルカリガラスとして、このとき発光部４、光透過性電極３および光透過性基板２の光線透過率は９７％とした。光取り出しフィルムは配置せずに有機エレクトロルミネッセンス素子１のみで評価した。光透過性電極３および光透過性基板２の光線透過率が９３％であった比較例１に対して１．０６倍の出射光束比向上であり、その効果は小さい。

有機エレクトロルミネッセンス素子１単体での光取り出し効率は、発光部４、光透過性電極３および光透過性基板２の光線透過率を９３％から９７％にすることで従来の構成以上に大きくすることが可能となる。このように光取り出しフィルムによって素子内部に閉じ込められている光の光取り出し効率は増加させることができるが、有機エレクトロルミネッセンス素子１の内部での光損失低減によって光取り出し効率を一層大きく向上させることができることを見出した。

１：有機エレクトロルミネッセンス素子、２：光透過性基板、３：光透過性電極
４：発光部、５：光反射性電極、６：光出射面
７：光取り出し構造、８：光透過性基材、９：微粒子
１０：バインダ、１１：光透過性樹脂層、１２：反射フィルム

Claims (9)

1. 光反射性電極と、光透過性基板の一方の面に設けられた光透過性電極と、前記光反射性電極と前記光透過性電極との間に配置された有機エレクトロルミネッセンス材料を有する発光部とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記光透過性基板の光透過性電極が形成された面の反対面である光出射面に光取り出し構造を有しており、光出射面に垂直な方向において、前記光出射面から前記光反射性電極に至る、波長５５５ｎｍの光線に対する光の吸収率が５％以下であることを特徴とする面光源素子。
2. 前記光取り出し構造が、円錐または四角錐であり、その底面を前記光出射面と光学的に密着するよう複数個配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
3. 前記光取り出し構造が、円錐台形状または四角錐台形状であって、前記光出射面に光学的に密着した接着面を第一面とし、該第一面と対向し平行な面を第二面とした場合に、前記第一面の面積が前記第二面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
4. 前記光取り出し構造が、球を一つの平面で分割した球状の一部であって、前記球状の一部の平面が前記光出射面と光学的に密着するよう複数個配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
5. 前記光取り出し構造が、不規則な形状の凹凸面からなる光拡散面を有することを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
6. 前記光取り出し構造が、円錐台形状または四角錐台形状であって、前記光出射面に光学的に密着した接着面を第一面とし、該第一面と対向し平行な面を第二面とした場合に、前記第一面の面積が前記第二面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
7. 前記光透過性基板は、前記光出射面と直交する面に波長５５５ｎｍの光線に対する反射率が９０％以上の反射部材を設けていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面光源素子。
8. 前記光取り出し構造が、完全拡散光に対する光線透過率が５０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面光源素子。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の面光源素子を用いた照明装置。

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