JP2012015023A - Ｅｌ素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率を向上させることを可能にしたＥＬ素子、及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】透光性基板２の他方の面に設けられた光共振シート７と、発光層４を間にして光共振シート７と反対側に設けられた光反射層９とを備える。光共振シート７は、第１の方向に延び、頂部１７の角度θ１が８８度以上９８度以内となるように傾斜する一対の第１光共振面１５と、第１の方向に対して８０度以上９０度以内の角度で交差する第２の方向に延び、頂部１８の角度θ２が８８度以上９８度以内となるように傾斜する一対の第２光共振面１６とを備えて形成する。光反射層９は、光反射率を３０％以上１００％以内とし、且つ光反射の分布を係数が１０以内のガウス分布にして形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置に関する。

一般に、有機ＥＬ素子は、蛍光有機化合物を含む発光層を陽極と陰極との間に挟んだ発光構造を透光性基板の片面上に設けて構成される。そして、この有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に直流電圧を印加し、発光層に電子および正孔を注入して再結合させることにより、励起子を生成し、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光する。

一方で、このようなＥＬ素子においては、発光層から放出された光線が透光性基板から射出する際に、透光性基板の表面上で全反射して光線のロスが生じるという問題があった。また、このときの光の外部取り出し効率は、一般に２０％程度と言われている。このため、高輝度が必要になるほど、より多くの投入電力が必要になり、素子に対する負荷が増大して素子自体の信頼性を低下させることになる。

これに対し、光の外部取り出し効率を向上させる目的で、ＥＬ素子の発光構造に散乱反射層を形成し、全反射によりロスしている光線を外部に取り出す方法が提案されている。（特許文献１参照）。

特開２０１０−９７７１１号公報

しかしながら、上記従来の全反射によりロスしている光線を外部に取り出す方法においては、散乱反射層を発光構造の陰極あるいは陽極の電極に設けた場合、陰極あるいは陽極の表面を粗面化する必要があり、陰極あるいは陽極の厚みに差が生じて電流にムラが発生する。そして、この電流のムラにより、ＥＬ素子の発光ムラや、電流の過大な流入によるショートなどが発生するという問題があった。

また、散乱反射層を陰極あるいは陽極の電極に設けない構成を採用する場合には、陰極と陽極を透明電極にし、発光層に透明電極を介して散乱反射層を設けることになる。そして、例えば透明電極として代表的なＩＴＯを用いた場合には、ＩＴＯがＥＬ素子の他の構成材料と比較し、屈折率が２．０と高いため、散乱された光がＩＴＯに入射するとＩＴＯ内を導波して光が閉じ込められてしまう。このため、光が外部に取り出されずロスとなり、やはり、光の利用効率の低下を招くという問題が生じる。

さらに、散乱反射層を用いた場合でも、特に任意の方向を強く明るくする指向性が不足し、光の利用効率を十分に高めることは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、光取り出し効率を向上させることを可能にしたＥＬ素子、及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のＥＬ素子は、透光性基板と、陽極と陰極に挟まれた状態で前記透光性基板の一方の面に設けられた発光層とを備えたＥＬ素子であって、前記透光性基板の他方の面に設けられた光共振シートと、前記発光層を間にして前記光共振シートと反対側に設けられた光反射層とを備えており、前記光共振シートは、前記透光性基板の他方の面に沿う第１の方向に延び、互いが交差して形成される頂部の角度が８８度以上９８度以内となるように前記透光性基板の他方の面に対して傾斜する一対の第１光共振面と、前記透光性基板の他方の面に沿い、且つ前記第１の方向に対して８０度以上９０度以内の角度で交差する第２の方向に延び、互いが交差して形成される頂部の角度が８８度以上９８度以内となるように前記透光性基板の他方の面に対して傾斜する一対の第２光共振面とを備えて形成され、前記光反射層は、光反射率を３０％以上１００％以内とし、且つ光反射の分布を係数が１０以内のガウス分布にして形成されていることを特徴とする。
なお、ガウス分布は、周知の通り、Ａｅ（−（Ｘ−ｍ）^２／２σ^２）で表される。ここで、Ｘが変数、Ａが係数、ｍが平均値、σ^２が分散である。

また、本発明のＥＬ素子においては、前記光反射層が前記陽極あるいは前記陰極であることが望ましい。

さらに、本発明のＥＬ素子においては、前記陽極と前記陰極が透明電極とされ、前記発光層と前記陽極と前記陰極からなる発光構造体を間にして前記光共振シートと反対側に前記光反射層が設けられていてもよい。

本発明の照明装置は、上記のいずれかのＥＬ素子を発光手段として備えていることを特徴とする。

本発明のディスプレイ装置は、上記のいずれかのＥＬ素子を備え、該ＥＬ素子が画素駆動されるように構成されていることを特徴とする。

本発明の液晶ディスプレイ装置は、画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、前記画像表示素子の背面に、上記のいずれかのＥＬ素子、あるいは照明装置を配設して構成されていることを特徴とする。

本発明のＥＬ素子においては、一対の第１光共振面が交差して形成され、第１の方向に延びる頂部の角度と、一対の第２光共振面が交差して形成され、第２の方向に延びる頂部の角度をそれぞれ８８度以上９８度以内とし、第１の方向と第２の方向の交差角度を８０度以上９０度以内にして光共振シートを構成するとともに、発光層を間にして光共振シートと反対側に設けた光反射層の光反射率を３０％以上１００％以内、光反射の分布を係数１０以内のガウス分布とすることによって、光の指向性を向上させることができ、且つ外部光取り出し効率を向上させることが可能になる。

また、本実施形態の照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置においては、上記のＥＬ素子を備えることで、光の利用効率を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係るＥＬ素子を示す断面図である。 構造層を備えていないＥＬ素子を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートを示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子を用いたシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートの変形例を示す図であり、各種底面形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートの変形例を示す図であり、底面形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートの変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＥＬ素子の光共振シートの変形例を示す図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係るＥＬ素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置について説明する。

はじめに、本実施形態のＥＬ素子は、例えば、発光手段として照明装置に具備され、あるいはＥＬ素子が画素駆動されるようにディスプレイ装置に具備され、あるいは画像表示素子の背面に配設して液晶ディスプレイ装置に具備されて使用される。また、液晶ディスプレイ装置においては、本実施形態のＥＬ素子を発光手段として備えた照明装置を画像表示素子の背面に配設して構成するようにしてもよい。

そして、本実施形態のＥＬ素子１は、図１に示すように、第１の基板（透光性基板）２と第２の基板３と発光層４と陽極５と陰極６と光共振シート７とを備えて構成されている。また、発光層４が陽極５と陰極６に挟まれて発光構造体８が構成され、陽極５を第１の基板２の下面（一方の面）側に、陰極６を第２の基板３の上面（一面）側に配し、発光層４（発光構造体８）を第１の基板２と第２の基板３で挟み込んで一体に積層形成されている。さらに、このＥＬ素子１は、第１の基板２の上面（他方の面）上に光共振シート７を一体に積層して形成されている。

第１の基板２及び第２の基板３は、材料として、種々のガラス材料を用いることができる他に、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレン等のプラスチック材料、あるいはアルミニウム等の金属材料等を用いることができる。さらにその他の様々な材料を用いることができるが、特に好ましい材料は、シクロオレフィン系のポリマーであり、このポリマーは、加工性、及び耐熱、耐水性、光学透光性等の材料特性の全てにおいて優れたものである。また、第１の基板２は、発光構造体８（発光層４）からの光をできるだけ多く透過させることができるように、全光線透過率を５０％以上にすることができる材料を用いて形成することが好ましい。

発光構造体８は、発光層４が陽極５と陰極６に電圧を印加することにより発光するものであり、従来公知のさまざまな構成を採用することができる。また、白色発光層とする場合、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という構成にすればよい。

また、発光層４から射出する光線の波長をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）にすることができる適宜材料を用いた任意の構成を採用することも可能である。すなわち、青色、赤色、黄色、緑色などの発光層４にすることもできる。このため、ＥＬ素子１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にしたり、白色光にカラーフィルターを重ねて、フルカラー表示させるようにすればよい。

さらに、本実施形態では、陰極６を光反射機能を有する材料で形成し、陰極６が光反射層９の機能を有している。すなわち、本実施形態では、陰極６が光反射層９の機能を有することによって、発光層４を間にして光共振シート７と反対側に光反射層９を設けた形とされている。そして、この陰極６である光反射層９は、光反射率を３０％以上１００％以内とし、且つ光反射の分布を係数が１０以内のガウス分布にして形成されている。なお、図１のＥＬ素子では、陰極６が光反射性を有する材料から構成されて、光反射層９の機能を兼ねているが、陽極５が光反射層９の機能を兼ね備えていたり、陰極６よりも下側に別途、光反射層９を設けるようにしてもよい。また、陽極５と陰極６に光を透過させる際には、これら陽極５と陰極６を透明電極にすればよい。

一方、光共振シート７は、第１の基板２の上面に接着層１０を介して一体に積層されている。接着層１０を構成する粘着剤、接着剤としては、例えば、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系等の各種の粘着剤、接着剤が挙げられる。いずれの場合も、高温となる発光構造体８に隣接して使用されるため、１００℃で貯蔵弾性率Ｇ’が１．０Ｅ＋０４（Ｐａ）程度以上のものであることが望ましい。貯蔵弾性率がこれより低いと、使用中に光共振シート７と第１の基板２の間に位置ずれが生じる可能性がある。そして、光共振シート７と第１の基板２に大きな位置ずれが生じると、光共振シート７に発光構造体８（発光層４）からの光が効率よく入射しないため、光の利用効率が低下してしまう。

なお、安定的に発光層４と光共振シート７との間隙を確保するために、接着層１０の中に例えばビーズ等の透明の微粒子を混ぜるようにしてもよい。また、接着層１０を構成する粘着剤や接着剤は両面テープ状のものでもよいし、単層のものでもよい。

この接着層１０を介して第１の基板２上に設けられる本実施形態の光共振シート７は、基材１１と、この基材１１上に積層形成されてＥＬ素子１の表面を形成する凹凸状の構造層（凹凸部）１２とを備えて構成されている。ここで、光共振シート７は、構造層１２を光反射層１１と別体として成形してもよいし、構造層１２と基材１１を一体成形したものであってもよい。

そして、このＥＬ素子１では、陽極５と陰極６の間に電圧を印加して発光層４から出射した光Ｂ０が第１の基板２を透過し、光共振シート７に入射する。このとき、光共振シート７は、発光層４からの光Ｂ０の一部を透過（光Ｂ２）して、他の光を反射する（Ｂ１）。反射した光Ｂ１は、光反射層９（陰極６）に向かう光Ｂ３となり、光反射層９に入射して反射し、再度光共振シート７の方向に向かう光Ｂ４となる。この光Ｂ４は第１の基板２を透過して光共振シート７に入射するが、光共振シート７への入射角度により、透過する光Ｂ２や反射する光Ｂ１となる。そして、再度反射した光Ｂ１は、透過する光Ｂ２になるまで、光Ｂ１、光Ｂ３、光Ｂ４のサイクルを繰り返すことになる。これにより、光共振シート７を透過した光Ｂ２の進行方向（照射方向Ｆ）をそろえることが可能になり、ＥＬ素子１の指向性を強くすることができる。

一方で、図２に示すように、光共振シート７に構造層１２がなく、表面が平坦面であった場合には、光Ｂ０（光Ｂ１）の大部分が透過されずに、平坦面で反射し、再度発光層４に入射する光Ｂ１２となる。そして、この光Ｂ１２は、照射方向Ｆに偏向されないため、損失してしまう。また、ＥＬ素子１から発光する光Ｂ２は、発光層４からの配光分布に依存した光となり、指向性を有する光にすることができない。すなわち、ＥＬ素子１の光の指向性、外部取り出し効率を向上させるためには、光共振シート７の表面形状などを適切に設定（最適化）することが重要になる。

このため、本実施形態では、図３（及び図１）に示すように、例えばシート状の透光性の基材（光反射層１１）の照射方向Ｆ側を向く一方の面に積層形成される構造層１２が、光共振シート７の面内において（第１の基板２の上面に沿う）任意の方向である第１の方向（Ｘ方向）に対し、角度θ１を有して傾斜する一対の第１光共振面１５と、光共振シート７の面内において第１の方向Ｘに角度φで交差する第２の方向Ｙに対し、角度θ２を有して傾斜する一対の第２光共振面１６とを少なくとも備え、これら一対の第１光共振面１５と一対の第２光共振面１６をそれぞれ複数備えて構成されている。

すなわち、一対の第１光共振面１５はそれぞれ、第１の方向Ｘに沿って延び、第１の基板２の上面に対して傾斜し、互いが交差して形成される頂部１７の角度がθ１となるように形成されている。一対の第２光共振面１６はそれぞれ、同一面内で第１の方向Ｘに角度φで交差する第２の方向Ｙに沿って延び、第１の基板２の上面に対して傾斜し、互いが交差する頂部１８の角度がθ２となるように形成されている。

そして、本実施形態では、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙの交差角度φが８０度以上９０度以内の範囲となるようにし、さらに、一対の第１光共振面１５が交差する頂部１７の角度（頂角）θ１と一対の第２光共振面１６が交差する頂部１８の角度（頂角）θ２がそれぞれ、８８度以上９８度以内の範囲となるようにしている。

より詳しく、本実施形態の構造層１２は、図３に示すように、例えば、シート状の透光性の基材１１の上面（即ち照射方向Ｆ側の面）に、頂部１７が第１の方向Ｘに連続的に延在する断面三角状で帯状のプリズム（あるいはレンズ）を隙間なく複数設けることで第１光共振面１５を形成し、さらに、この第１光共振面１５上に形成される凹部に嵌合するように、頂部１８が第１の方向Ｘと角度φをなす第２の方向Ｙに連続的または断続的に延在する断面三角状で帯状のプリズム（あるいはレンズ）を複数設けることで第２光共振面１６を形成している。

そして、このとき、一対の第１光共振面１５で形成される頂角θ１及び一対の第２光共振面１６で形成される頂角θ２は、８８度以上９８度以内の範囲とされている。なお、これら頂角θ１、θ２が８８度以上９８度以内の範囲であれば、一対の第１光共振面１５のそれぞれ、一対の第２光共振面１６のそれぞれは、同じ大きさ及び形状である必要はない。しかしながら、構造層１２における共振効果を高めて射出される光Ｂ２の指向性を強くする点において、複数の第１光共振面１５又は第２光共振面１６における頂角θ１又は頂角θ２は同じにすることが好ましい。

なお、第１光共振面１５と第２光共振面１６の凹凸形状を制御することで、照射方向Ｆに出射する光の配光分布を２次元方向に調整することが可能になる。そのため、例えば第２光共振面１６の形状を任意とすることで、第２光共振面１６からの出射光を対称な配光分布にしたり、あるいは、非対称な配光分布にすることなども可能になる。

ここで、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙの交差角度φを８０度以上９０度以内に設定するのは、発光層４から出射される広い配光分布を持つ光の損失を抑えて、より多くの光を照射方向Ｆに偏向し、指向性を高めるように設計しているためである。例えば、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙのなす角φを０度として第１光共振面１５のみが第１の方向Ｘに延在する場合について考えると、第１の方向Ｘに平行な方向には第２光共振面１６による凹凸が形成されず、図２に示すような光共振シート７の出射面（上面）が平坦である場合と同等になる。このため、第１の基板２を透過した光Ｂ１の大部分は、光共振シート７を透過せずに、その平坦な表面で反射され、再度発光層４に向かう光Ｂ１２となる。そして、この光Ｂ１２は、平坦な表面で反射されていて照射方向Ｆに偏向されていないためにその多くが損失することになる。また、光共振シート７を透過して出射する光Ｂ２においても、発光層４からの配光分布に由来する光であり、照射方向Ｆに偏向された指向性を有する光とはならない。したがって、第１の方向Ｘに対する第２の方向Ｙを８０度未満とすると、図２に示した光Ｂ１２のように外部に取り出されず損失する光が増大して光の外部取り出し効率が低下してしまう。また、射出光Ｂ２についても、照射方向Ｆへの指向性が十分でなくなってしまう。

次に、光共振シート７の構造層１２の形状及び光反射層９の特性がＥＬ素子１の発光特性に及ぼす影響について確認した結果を図４に示す。この図４では、角度θ１及び角度θ２並びに光反射層９の光反射分布特性を様々に設定したＥＬ素子１を用い、各ＥＬ素子１の正面輝度を測定した結果を、横軸を角度θ、縦軸を輝度として示している。また、図４（ａ）は、光反射層９の反射率を２０％にした場合、図４（ｂ）は光反射層９の反射率を３０％にした場合について示している。そして、光反射層９として鏡面を用いた場合と、光反射の分布を係数１０、係数２０のガウス分布とした場合の３通りについて確認を行い、図４にこれらの結果をプロットするとともに、ランベルト・ベールの法則（Ｌａｍｂｅｒｔ）によって求めた計算値を示している。

この図４から、光反射層９を係数１０の光反射の分布にした場合に、角度θ１及び角度θ２が８８度から９８度の範囲で正面輝度が鏡面と同等になることが確認された。この結果から、第１光共振面１５における角度θ１及び第２光共振面１６における角度θ２と光反射層９の光反射特性を上記の範囲に限定することで、ＥＬ素子１が、指向性の高い光を、鏡面に類似した高い光取り出し効率で発することが実証された。

なお、第１光共振面１５及び第２光共振面１６は、角度θ１及び角度θ２が上記の範囲のものであれば頂部１７、１８を中心に対称であってもなくてもよいが、対称とした場合には照射方向Ｆへの指向性の高い光を取り出せる点で好ましい。

さらに、図４（ａ）、図４（ｂ）により、光反射層９の反射率を３０％にすると、ＥＬ素子１はほぼ鏡面と同じ発光特性を示すことが確認され、光反射層９の反射率を３０％以上１００％以下の範囲にすることで、ＥＬ素子１の外部光取り出し効率が向上することが実証された。

以上のような光共振シート７の構造層１２の角度θ１、角度θ２及び光反射層９の光反射分布特性の関係は、光共振シート７の構造層１２の形態や光反射層９の材質等を多様に変化させた場合にも、同様に見出すことができるものである。これは、これまで知られていない発光の指向性の制御方法である。もちろん、上記の優れた発光は、電極表面を粗面化したりする必要はなく、電気的に安定した状態で実現することができる。

ここで、光共振シート７を形成する材料としては、発光層４から出射される光Ｂ０の波長に対して光透過性を有するもの各種の材料を使用することができ、例えば、光学部材用のプラスチック材料等を使用することができる。例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂、ポリスチレン樹脂、ＭＳ（アクリルとスチレンの共重合体）樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー又はアクリレート系等からなる放射線硬化性樹脂等の透明性樹脂が例示される。また、所望の用途に応じて、これらの樹脂中に微粒子を分散させて使用してもよい。

この微粒子としては、無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる透過性を有する粒子等が使用できる。例えば、無機酸化物としては、シリカやアルミナ、酸化チタン等が例示される。また、樹脂としては、アクリル、スチレン、スチレンアクリル及びその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー、シリコーン樹脂等を挙げることができる。これら微粒子は、２種類以上のものを混合して使用してもよい。

そして、光共振シート７は、例えば上記の材料を、金型に流し込み凝固させることで形成することができる。この金型は、各種レンズ形状を有するダイヤモンドバイトを用い、銅メッキを施した金型に対して所定の第１光共振面１５及び第２光共振面１６の形状に対応する部分を切削加工することで製造することができる。

また、流し込み凝固により成型する方法の他、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用いて押出し成型や射出成型、ＵＶ成型法などで成型することもできる。この際、光共振シート７は、一体的に成型してもよいし、例えば、第１光共振面１５を有する部材、第２光共振面１６を有する部材及び基材１１等に分割して成型し、後に組み立てるようにしてもよい。いずれの場合にも、内部にフィラー等の拡散剤を分散させて成型することもできる。

さらには、帯電防止剤として、導電性微粒子のアンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）や、スズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ）等の超微粒子を分散させてもよい。帯電防止剤を分散することで、光共振シート７の防汚性を向上させることができる。

ＵＶ成型法などにより構造層（凹凸部）１２と基材１１を別に成型する場合は、基材１１として、セルローストリアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタアクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂からなる延伸又は未延伸の透明なフィルムを使用することもできる。基材１１の厚みは、用いる材料の剛性等の特性にもよるが、５０〜３００μｍとすることが、加工性および取扱いの面から見て好ましい。

また、構造層１２と基材１１の組み立てには、上記の接着層１０と同様の粘着剤、接着剤及び両面テープ等を用いることができる。構造層１２と基材１１を強固に接着させるために、構造層１２と基材１１との間に両材料に対して接着性の高いプライマ層を設けたり、構造層１２にプライマ層の作用を付加してもよいし、あるいは、コロナ放電処理等の易接着処理を施してもよい。

したがって、本実施形態のＥＬ素子１によれば、光共振シート７の面内において任意の方向である第１の方向Ｘに対し、角度θ１を有して傾斜する一対の第１光共振面１５と、光共振シート７の面内において第１の方向Ｘに角度φで交差する第２の方向Ｙに対し、角度θ２を有して傾斜する一対の第２光共振面１６とを少なくとも備え、角度θ１と角度θ２を８８度以上９８度以内、角度φを８０度以上９０度以内にして光共振シート７を構成するとともに、発光層４を間にして光共振シート７と反対側に、光反射率を３０％以上１００％以内、且つ光反射の分布を係数１０以内のガウス分布とした光反射層９を設けて構成することによって、光の指向性を向上させることができ、且つ外部光取り出し効率を向上させることが可能になる。

また、本実施形態の照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置においては、上記のＥＬ素子１を備えることで、光の利用効率を向上させることができる。

以上、本発明に係るＥＬ素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態は、光共振シート７の代表的な例であり、本実施形態のＥＬ素子１の特性を損なうものでない限り、本実施形態以外の材料や構造、プロセスなどを採用して光共振シート７を構成することが可能である。

例えば、構造層１２としては、図３（ａ）に示すように、所定のピッチで形成された凸状の第１のプリズム２０と、これに略直交する方向に形成された凸状の第２のプリズム２１とを組み合わせた形状としてもよい。

プリズムが一方向に並んだプリズムシートは、プリズムの斜面により、入射した光Ｂ１の配光分布をプリズムの配列している方向に偏光制御することが可能である。そのため、一方向に並んだプリズムを用いた場合、１次元的に配光分布の調整が可能となる。しかし、ＥＬ素子１を照明用途として用いる場合は、少なくとも２次元的に配光分布を調整する必要がある。すなわち、例えば照明装置の設置場所によって、ある特定方向は照射する必要がない場合には、広い配光分布ではなく正面方向の輝度向上が要求される。

あるいは、入射した光Ｂ１が非対称な配光分布になる場合で、且つ照明装置から出射される光Ｂ２の配光分布が対称な配光分布であることが要求される場合には、照明装置から出射される光Ｂ２の配光分布を１次元的な調整で対称な配光分布に偏光することが困難であり、２次元的な調整が求められる。

このような場合、図３（ａ）のように、構造層１２をプリズム２０、２１が略直交して配列したクロスプリズムの形態にすることで、光を２次元的に調整することが可能になるため、新たにレンズシートを追加することなく、適切な配光分布に調整することが可能となる。そして、このような構造層１２を備えるＥＬ素子１を用いた照明装置は、軽量化、薄型化、低コスト化を図ることが可能になる。

特に、発光層から出射される光は、配光分布が広いブロードな指向性を有する光であるため、構造層は、第１光共振面及び第２光共振面の形態を制御して、上述の広い配光分布を、照射方向Ｆに偏向するように設計することが好ましい。

また、構造層１２に入射した光Ｂ１を略同一方向に偏向し、任意の方向に光を集光することを可能にするためには、第１のプリズム２０及び第２のプリズム２１の斜面を平坦面にすることが好ましい。

なお、第１のプリズム２０及び第２のプリズム２１の形状は同じでも良いし、異なっていても良い。

さらに、光共振シート７の構造層１２は、図５から図９に例示するように、底辺が多角形である多角錐凸レンズあるいは多角錐凹レンズを、その頂点（頂部２４）が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに配列するよう隙間無く配置した形態のものとしてもよい。多角錐凸レンズあるいは多角錐凹レンズは、隙間をもって配置することも可能であるが、レンズ間の隙間を無くして配置することで、構造層１２の傾斜面（第１光共振面１５、第２光共振面１６）において入射した光Ｂ１の偏向に寄与しない平坦部を無くすことができ、より光の外部取り出し効率の高いＥＬ素子１を実現することが可能になる。また、隙間無く配置することで、平坦部による微細構造が形成されないため、光の回折現象による色ムラの発生を防止することも可能になる。

多角錐凸レンズあるいは多角錐凹レンズを隙間なく配置するには、例えば図６に示すように、レンズの底面を正六角形（ａ）、正方形（ｂ）、正三角形（ｃ）の略同一のものとし、規則的に配置することなどが例示される。底面２５の形状を略同一にすることは、構造層の寸法及び形状を略同一にすることとなり、明るさの面内ムラが生じないＥＬ素子１を実現することが可能になる。

また、例えば底面２５が正六角形（ａ）の場合等には、底面２５同士の隣接部が直線ではなく、より複雑なジクザグ線となるため、ＥＬ素子１に画素パターンを設けた場合に、底面２５同士の連結部の形状とＥＬ素子１の画素パターンとの干渉により発生するモアレを防ぐことが可能になるので、より好ましい。

さらに、構造層１２は、形状の異なる多角錐凸レンズあるいは多角錐凹レンズを用いて構成するようにしてもよい。この場合、異なるレンズの底面２５の形状を同じにしてもよいし、異なる形状にしてもよい。底面２５の形状が異なる場合であっても、例えば図７に示すように、正八角形と正方形の組み合わせとする等して隙間なく配置するのが好ましい。

また、図５は、光共振シート７の構造層１２を、底面２５が四角形の四角錐凸レンズ形状として隙間無く配置した形状に構成した場合について示したものである。

ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を対称にすることが求められる場合は、底面２５を略正方形にし、４つある傾斜面１５、１６の傾斜角度を略同一とした正四角錐凸レンズとすることが好ましい。

ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を非対称にすることが求められる場合は、底面２５を長辺（第１の方向Ｘ）と短辺（第２の方向Ｙ）を有する長方形とした四角錐凸レンズにしてもよい。底面２５を長方形とすることで、短辺側で対向する２つの傾斜面１５（１６）の傾斜角度と、長辺側で対向する２つの傾斜面１６（１５）の傾斜角度とが異なるため、ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとで非対称にすることが可能になる。

図８は、光共振シート７の構造層１２を、四角錐からその底面２５と平行な面で頂部を取り除いた四角錐台とし、さらにその四角錐台の対向する一方の傾斜面１５（１６）から他方の傾斜面１５（１６）に断面略Ｖ字形の２本の溝２６を直交するように形成して新たな頂部２７を形成した形状（便宜的に、略四角錐台形状という）とした場合について示している。この図８の構造層１２の場合、断面略Ｖ字形の溝を構成したことにより、１つの略四角錐台形状につき４つの頂点２７を有している。このような略四角錐台に構成することで、より多様な配光分布の調整が可能となる。例えば、溝２６の形状（深さ、Ｖ字角度）を調整することで、広角度に出射する光の増減が可能になる。具体的には、例えば出射角度が６０度以上である広角度に出射する光の調整が可能になる。これは、広角度に出射する光Ｂ２の多くが四角錐凸レンズの頂部近傍から出射する光線であることを利用したものである。

なお、このように構造層１２の頂部２７に設ける溝２６は、図８の例に限定されることはなく、溝２６により形成される傾斜面１５、１６が本発明の要件を満たすものであれば、その数、深さ、ピッチ、Ｖ字角度等を任意に調整することができる。

図９は、光共振シート７の構造層１２を、底面２５が四角形の四角錐凹レンズ形状として隙間無く配置した形態に構成したものである。この四角錐凹レンズ形状による構造層１２は、入射した光Ｂ１を光共振シート７の垂直上向きである照射方向Ｆに出射するように取り出すためのものである。なお、構造層１２を四角錐凹レンズ形状により構成すると、構造層１２の最も高い位置（頂部２８）が点ではなく線となるため、耐擦性が向上するという点で好ましい。

ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を対称にする要求がある場合は、底面２５を略正方形にし、四角錐凹レンズの４つある斜面１５、１６の傾斜角度を略同一とすることが好ましい。

ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を非対称にする要求がある場合は、底面２５を長辺と短辺を有する長方形とした四角錐凹レンズにしてもよい。底面２５を長方形とすることで、短辺方向の四角錐凹レンズの傾斜角度と、長辺方向の四角錐凹レンズの傾斜角度とが異なるため、ＥＬ素子１から出射する光Ｂ０の配光分布を長辺方向と短辺方向とで非対称にすることが可能になる。なお、同様の理由から、構造層１２がプリズムレンズ又は四角錐形状により構成する場合、その先端頂部をカットして略平坦にしたり、又は丸みをつけて曲面状にしてもよい。

さらに、構造層１２がプリズムレンズ又は四角錐凸レンズにより構成される場合、プリズム形状をなす２つの傾斜面１５（１６）や四角錐形状をなす４つの傾斜面１５、１６を、凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させることも可能である。構造層１２における傾斜面１５、１６を凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させると、傾斜面１５、１６を直線上にした場合と比較して、構造層１２の第２光共振面１６に入射した光Ｂ１を広範囲な角度で偏向することが可能になる。また、構造層１２に入射した光Ｂ１が、視野方向に対する角度を変えた場合に色味が変化する色ズレの課題が生じた場合、構造層１２の傾斜面１５、１６を凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させて発光層４からの光Ｂ０を広範囲な角度で偏向させることで、発光層４の光Ｂ０の色味を視野方向に対する角度に依存しないように均一化できる。

なお、構造層１２の隣接する傾斜面１５、１６により形成される凹部もしくは頂部の形状が、少なくとも一部でジグザグ等の非直線となるよう構成したり、第１光共振面１５と第２光共振面１６との界面が谷部に位置するのではなく、頂部や側面に位置しているものであってもよい。上述のような構成にすることで、構造層１２における各々の第１光共振面１５と第２光共振面１６からの出射光Ｂ２の配光分布を個々に変化を与えることが可能になり、ＥＬ素子１を照明用途で用いる場合等に独特の意匠性を付与することが可能となる。

構造層１２の単一の凹部または凸部の基材表面での幅は、回折光が発生し難く、照射方向Ｆから視認され難いように、２０μｍ以上２００μｍ以内に設定することが望ましい。なお、この幅とは、プリズムレンズの場合は断面三角形の底辺の幅、シリンドリカルレンズの場合は断面半楕円形状の底辺の直線部の幅、四角錐形状の場合は底面２５の一辺の幅である。

１ ＥＬ素子
２ 第１の基板（透光性基板）
３ 第２の基板
４ 発光層
５ 陽極
６ 陰極（光反射層）
７ 光共振シート
８ 発光構造体
９ 光反射層
１０ 接着層
１１ 基材（光反射層）
１２ 構造層（凹凸部）
１５ 第１光共振面
１６ 第２光共振面
１７ 頂部
１８ 頂部
２０ 第１のプリズム
２１ 第２のプリズム
２４ 頂部
２５ 底面
２６ 溝
２７ 頂部（頂点）
２８ 頂部
Ｆ 照射方向

Claims (6)

1. 透光性基板と、陽極と陰極に挟まれた状態で前記透光性基板の一方の面に設けられた発光層とを備えたＥＬ素子であって、
   前記透光性基板の他方の面に設けられた光共振シートと、前記発光層を間にして前記光共振シートと反対側に設けられた光反射層とを備えており、
   前記光共振シートは、前記透光性基板の他方の面に沿う第１の方向に延び、互いが交差して形成される頂部の角度が８８度以上９８度以内となるように前記透光性基板の他方の面に対して傾斜する一対の第１光共振面と、
   前記透光性基板の他方の面に沿い、且つ前記第１の方向に対して８０度以上９０度以内の角度で交差する第２の方向に延び、互いが交差して形成される頂部の角度が８８度以上９８度以内となるように前記透光性基板の他方の面に対して傾斜する一対の第２光共振面とを備えて形成され、
   前記光反射層は、光反射率を３０％以上１００％以内とし、且つ光反射の分布を係数が１０以内のガウス分布にして形成されていることを特徴とするＥＬ素子。
2. 請求項１記載のＥＬ素子において、
   前記光反射層が前記陽極あるいは前記陰極であることを特徴とするＥＬ素子。
3. 請求項１記載のＥＬ素子において、
   前記陽極と前記陰極が透明電極とされ、前記発光層と前記陽極と前記陰極からなる発光構造体を間にして前記光共振シートと反対側に前記光反射層が設けられていることを特徴とするＥＬ素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＥＬ素子を発光手段として備えていることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＥＬ素子を備え、該ＥＬ素子が画素駆動されるように構成されていることを特徴とするディスプレイ装置。
6. 画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、
   前記画像表示素子の背面に、請求項１から請求項３のいずれかに記載のＥＬ素子、あるいは請求項４記載の照明装置を配設して構成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。

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