JP3861758B2 - 照明装置及び表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及び表示装置に係り、詳しくは基板上に有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を備えた照明装置及び表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過型の液晶表示装置のバックライトとして有機ＥＬパネルを備えた表示装置が開示されている（例えば、特開平１０−７８５８２号公報）。図８に示すように、液晶表示装置５０は液晶表示部５１及び有機ＥＬパネル５２を備えている。有機ＥＬパネル５２は基板５３上に、反射カソード電極５４、有機ＥＬ層５５、アノード電極５６が順に積層形成された有機ＥＬ素子５７を備えている。アノード電極５６は光透過性を有する材料、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。この液晶表示装置では有機ＥＬ素子５７を発光させた状態では有機ＥＬパネル５２がバックライトとして作用する。また、有機ＥＬ素子５７を駆動させない状態では、アノード電極５６側から入射した外光が反射カソード電極５４で反射しその反射光が使用される。従って、明るい場所では外光を使用する反射型の液晶表示装置として機能する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ層５５から発せられた光は所定の方向だけに放射されるのではなく、あらゆる方向に向かって放射される。即ち、図８に示すように、有機ＥＬ層５５のある発光部５５ａについて見ると、発光部５５ａからの光のなかには、有機ＥＬパネル５２の前面、即ちバックライトの光の出射面となるアノード電極５６に向かう光だけでなく、前面と平行に放射される光や、反射カソード電極５４に向かう光も多くある。そして、発光部５５ａから発光された光のうち、アノード電極５６と有機ＥＬ層５５との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光は、界面で全反射するためアノード電極５６から出射できず、有機ＥＬ層５５を伝搬する間に減衰して熱として消滅するか、有機ＥＬ層５５の端部から外部に出射される。従って、従来の有機ＥＬパネル５２では有機ＥＬ層５５から発光された光の多くがアノード電極５６から出射されず、無駄になる。
【０００４】
また、近年の技術開発で、有機ＥＬ素子の長寿命化、高効率化の研究が進み、有機ＥＬ素子を薄型の照明装置としてバックライト以外にも使用することも考えられる。その場合も、有機ＥＬ層から発光された光の多くが無駄になる。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は有機ＥＬ層から発光された光を従来の有機ＥＬ素子に比較して有効に照明光として使用できる照明装置を提供することにある。また、第２の目的は、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して輝度を向上でき、同じ輝度での表示であれば電力消費を抑制できる表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を備えた照明装置である。前記有機ＥＬ素子は、前記有機ＥＬ層を挟んで配置される電極のうち、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極が光反射性とされ、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極が光透過性とされている。また、有機ＥＬ素子は、前記有機ＥＬ層から発光した光のうち前記第２電極と前記有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光を反射して、その反射光の前記界面に対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材を前記有機ＥＬ層内に設けている。
【０００７】
この発明では、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層からの発光が照明光として利用される。有機ＥＬ層の光は有機ＥＬ層の厚さ方向だけでなく、全ての方向に向かうように発光される。そして、反射部材が無い状態では、有機ＥＬ層からの光のうち有機ＥＬ層を挟んで配置される電極と有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上の光は、照明光として利用されない。しかし、反射部材を設けることにより、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材で反射され、前記界面に対する入射角が臨界角未満となり、全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。従って、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層との屈折率の違いで前記光を反射させる。従って、この発明では、反射部材の反射面を鏡面にせずに、光を効率よく反射させることが可能となり、反射部材の表面を鏡面にする場合に比較して、反射部材の製造が容易になる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記反射部材は屈折率が前記有機ＥＬ層の屈折率より小さな透明部材で形成されている。従って、反射部材の表面で光りを全反射させることが容易となる。また、反射部材を透明とすることにより、反射せずに反射部材へ入射した光を有効に照明光に利用できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層内に設けられ、表面が鏡面に形成されている。この発明では、反射部材へ入射しようとする光は、反射部材の鏡面によって反射される。従って、有機ＥＬ層との屈折率の差を利用して全反射させる構成の反射部材に比較して反射効率が向上する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は壁状に形成されている。この発明では、反射部材が点在するように配設される構成に比較して反射部材の形成が容易になる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は点在するように配設されている。この発明では、有機ＥＬ層から出射される出射光が、反射部材として壁を設けた場合に比較して全体として均一化される。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記反射部材は球状に形成されている。従って、この発明では、反射部材が他の形状に形成された場合と異なり、有機ＥＬ層内に反射部材を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、同じ反射作用が得られる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、基板上に第１電極、有機ＥＬ層、第２電極が順に積層されており、前記第２電極上には有機ＥＬ素子を封止するためのパッシベーション膜が形成されており、前記有機ＥＬ層の発する光が前記第２電極及び前記パッシベーション膜を介して外部に取り出される。この発明では、反射部材を球状以外の形状、例えば断面が三角形状や台形状等のように、反射部材の反射面がテーパ状に形成される場合に、発光の取り出し方向を基板側とする場合に比較してその製造が簡単になる。
【００１５】
第２の目的を達成するため、請求項９に記載の発明は、透過型又は半透過型の液晶表示装置であって、バックライトとして前記請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の照明装置を備えている。この発明では、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して、同じ電力使用量で輝度を向上でき、同じ輝度で有れば電力消費量を少なくできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をパッシブ・マトリックス方式の液晶表示装置のバックライトとして具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は液晶表示装置の要部概略分解斜視図であり、図２はバックライトの模式図であり、図３はバックライトの部分模式平面図である。
【００１７】
図１に示すように、液晶表示装置１１は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶パネル１２と、バックライト１３とを備えている。
液晶パネル１２は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、図示しないシール材により貼り合わされて、その間に液晶１６が配置される。基板１４，１５は例えばガラス製である。バックライト１３側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対応する面に透明な走査電極１７が、複数、平行なストライプ状に形成されている。液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００１８】
他方の基板１５には液晶１６と対応する面にカラーフィルタ１９が形成され、カラーフィルタ１９上には透明電極２０が走査電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５の透明電極２０が形成された面と反対側の面には偏光板２１が形成されている。走査電極１７及び透明電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。走査電極１７及び透明電極２０の各交差部が液晶パネル１２の各サブピクセルとなり、サブピクセルはマトリックス状に配置されている。走査電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。
【００１９】
バックライト１３は、基板２２上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子２３を備えた照明装置である。バックライト１３は、基板２２が有機ＥＬ素子２３に対して液晶パネル１２と反対側に位置するように配置されている。基板２２はガラス製である。
【００２０】
基板２２上には、第１電極２４と、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層２５と、第２電極２６とが、基板２２側から順に積層形成されて有機ＥＬ素子２３が構成されている。有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、パッシベーション膜２７で被覆されている。この実施の形態では、パッシベーション膜２７は、第１電極２４、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の各端面と、第２電極２６の液晶パネル１２と対向する面とを覆うように形成されている。なお、図１ではパッシベーション膜２７は第２電極２６を覆っている部分のみ図示されている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止する材質、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。第１電極２４及び第２電極２６は基板２２より小さく形成されている。
【００２１】
有機ＥＬ層２５を挟んで配置される第１電極２４及び第２電極２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極２４が光反射性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極２６が光透過性とされている。第１電極２４には金属電極が使用され、金属として、例えばアルミニウムが使用されている。第２電極２６はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。
【００２２】
有機ＥＬ層２５には例えば公知の構成のものが使用され、第１電極２４側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層で構成されている。有機ＥＬ層２５は白色発光層で構成されている。有機ＥＬ層２５は第１電極２４及び第２電極２６とほぼ同じ大きさに形成されている。この実施の形態では第１電極２４が陽極を、第２電極２６が陰極を構成している。
【００２３】
屈折率ｎ１の媒質中の光が屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）の媒質との界面に入射するとき、入射角が一定の角θcrより大きいときに光線が全部反射される。このときの、角θcrを臨界角という。従って、有機ＥＬ層２５で発光した光のうち、有機ＥＬ層２５と第２電極２６との界面Ｓへの入射角が臨界角θcrより大きな光は界面Ｓで全反射し、第２電極２６から出射できない。
【００２４】
有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５から発光した光のうち第２電極２６と有機ＥＬ層２５との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光を反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材２８を備えている。この実施の形態では、反射部材２８は有機ＥＬ層２５を区画するように有機ＥＬ層２５内に配設された壁によって構成されている。図３に示すように、反射部材２８は所定間隔でストライプ状に形成されている。
【００２５】
また、図２に示すように、反射部材２８は第１電極２４上に形成されるとともに、長手方向と直交する断面形状が三角形状に形成され、先端が第２電極２６と接するように形成されている。反射部材２８は、有機ＥＬ層２５との屈折率の違いで光を反射させるように形成され、反射部材２８は屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明部材で形成されている。この実施の形態では反射部材２８は紫外線硬化型のアクリル樹脂で形成されている。
【００２６】
反射面２８ａで全反射した光の界面Ｓへの入射角が臨界角θcrより小さくなるように、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが設定されている。有機ＥＬ層２５は屈折率が１．８程度であり、反射部材２８は屈折率が１．５程度である。従って、反射部材２８の反射面２８ａへの臨界角θcrをｓｉｎθcr＝ｎ２／ｎ１の式で、ｎ１＝１．８、ｎ２＝１．５として求めると、ｓｉｎθcr＝１．５／１．８＝０．８３３となり、θcrは５６．４°となる。従って、反射面２８ａに入射する光の入射角が５６．４°より大きいときに光は反射面２８ａで全反射する。この全反射した光の界面Ｓへの入射角が界面Ｓにおける臨界角θcrより小さくなるように、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが設定されている。この実施の形態では、少なくとも第２電極２６と平行に進む光が反射面２８ａで全反射するように、角θが例えば３３°に設定されている。
【００２７】
次に前記の構成のバックライト１３の製造方法を説明する。先ず基板２２の上に真空蒸着でアルミニウムの金属膜から成る第１電極２４を形成する。次に第１電極２４の上に反射部材２８を形成する。反射部材２８の形成は、紫外線硬化型のアクリル樹脂を第１電極２４上に塗布した後、マスクを使用して反射部材２８を形成すべき部分を露光後、現像して形成する。次に蒸着により有機ＥＬ層２５を形成した後、ＩＴＯからなる第２電極２６をスパッタリングにより形成することにより、有機ＥＬ素子２３が形成される。その後、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、有機ＥＬ素子２３がパッシベーション膜２７で被覆されて、バックライト１３が完成する。
【００２８】
次に前記のように構成された液晶表示装置１１の作用を説明する。
液晶パネル１２は図示しない駆動制御装置により走査電極１７、透明電極２０に電圧を印加して、所望のサブピクセルを透過可能とする。一方バックライト１３は電源投入されると、第１電極２４と第２電極２６とに印加され、有機ＥＬ層２５が白色に発光する。発光した光が第２電極２６から出射され、液晶パネル１２へ達する。
【００２９】
液晶パネル１２へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１２の表側に出てくる。このときカラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過し、その組み合わせにより所望の色が再現される。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが３つ一組で一つのピクセル（画素）を構成する。
【００３０】
有機ＥＬ層２５で発光した光のうち、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の界面Ｓに臨界角より小さな角度で入射した光は、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３１】
前記発光した光のうち第１電極２４へ向かって進み、第１電極２４で反射する際の反射角が界面Ｓに臨界角より小さな角度で入射可能な角度となる光は、第１電極２４で反射した後、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３２】
また、前記発光した光のうち、少なくとも、第２電極２６と平行に進む光は、反射面２８ａで全反射して第２電極２６に向かう。例えば、図２に示すように、ある発光部２５ａで発光して第２電極２６と平行に進み、反射面２８ａで全反射した光は、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが３３°のため、第２電極２６に対する入射角が２４°となる。この入射角は界面Ｓにおける臨界角より小さく、光は第２電極２６を透過して、液晶パネル１２に向かって出射される。従って、反射部材２８が存在しない場合には、界面Ｓに臨界角より大きな角度で入射することになる光の少なくとも一部は、反射部材２８で全反射してその向きが変更され、界面Ｓに対する入射角が臨界角より小さな角度となる。そして、第２電極２６に入射した後、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３３】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） バックライト１３を構成する有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５を挟んで配置される電極のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極２４が光反射性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極２６が光透過性とされている。そして、有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５から発光した光のうち、第２電極２６と有機ＥＬ層２５との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光を反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材２８を備えている。従って、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材２８で反射され、界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となり、界面Ｓで全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。また、液晶表示装置１１に、前記バックライト１３が使用されているため、従来の液晶表示装置に比較して、同じ電力使用量で輝度を向上でき、同じ輝度で有れば電力消費量を少なくできる。
【００３４】
（２） 反射部材２８は有機ＥＬ層２５内に設けられ、有機ＥＬ層２５との屈折率の違いで有機ＥＬ層２５から発光した光を反射させる。従って、反射部材２８の反射面を鏡面にせずに、光を効率よく反射させることが可能となり、反射部材２８の表面を鏡面にする場合に比較して、反射部材２８の製造が容易になる。
【００３５】
（３） 反射部材２８は屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明部材で形成されている。従って、反射部材２８の表面で光を全反射させることが容易となる。また、反射部材２８を透明とすることにより、反射せずに反射部材２８へ入射した光を有効に照明光に利用できる。
【００３６】
（４） 反射部材２８は壁状に形成されている。従って、反射部材２８が点在するように配設される構成に比較して反射部材２８の形成が容易になる。
（５） 反射部材２８はその長手方向と直交する断面形状が三角形状に形成され、先端が第２電極２６と接するように形成されている。従って、反射部材２８を、その断面形状が同じ傾斜の反射面２８ａを有する台形状に形成した場合に比較して、有機ＥＬ層２５の占める面積が大きくなる。
【００３７】
（６） 反射部材２８が紫外線硬化型のアクリル樹脂で形成されているため、ストライプ状の反射部材２８をマスクを用いた露光、及び現像で容易に形成できる。また、材料を入手し易い。
【００３８】
（７） 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側とした。従って、反射部材２８を球状以外の形状、例えば断面が三角形状や台形状等のように、反射部材の反射面がテーパ状に形成される場合に、発光の取り出し方向を基板側とする場合に比較してその製造が簡単になる。なぜならば、光の取り出し方向が基板２２側だと、テーパ面を逆テーパ状に形成する必要があるため、製造が難しい。
【００３９】
（８） 有機ＥＬ素子２３を構成する両電極２４，２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して液晶パネル１２と反対側に光反射性の第１電極２４が配置されている。従って、当該電極を光透過性の電極（透明電極）で形成する場合に比較して、有機ＥＬ層２５から基板２２側に向かう光が第１電極２４で効率よく反射され、第２電極２６から出射する光量を多くすることができる。
【００４０】
（９） 発光層として白色発光層が使用されているため、カラーフィルタ１９として赤、緑、青のフィルタを形成すれば、光の三原色が得られる。従って、白色光以外の発光（例えば、青色発光）と色変換層との組合せで、必要な三原色を得る構成に比較してカラーフィルタ１９の構成が簡単になる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の形態ではバックライト１３に設けられた反射部材の形状が前記実施の形態と異なっており、その他の構成は同じため、同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。図４（ａ）はバックライト１３の部分模式図、図４（ｂ）は反射部材の配置を示す部分模式平面図である。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、反射部材２９は有機ＥＬ層２５内に点在するように配設されている。反射部材２９は球状に形成されている。反射部材２９はその直径が有機ＥＬ層２５の厚さ以下（図４（ｂ）では有機ＥＬ層２５の厚さと同じ）に形成されている。
【００４３】
この実施の形態の有機ＥＬ層２５は蒸着ではなく、公知のインクジェット方式あるいは塗布方式で形成される。このような方式で使用される有機ＥＬ材料としては、例えば、特開２００１−２８８４１６号公報に開示されているものが挙げられる。赤色発光層用塗布液組成物としては、ポリオクチルフルオレンとペリレン染料（赤色発光色素）をキシレン及び１，２，４，５−テトラメチルベンゼンに溶解したものがある。また、ポリオクチルフルオレンを１，２，３，４−テトラメチルベンゼンに溶解したものが青色発光層用塗布液組成物となる。また、緑色発光層用塗布液組成物も開示されている。赤、青、緑の３種類の発光層を積層して有機ＥＬ層２５を構成することにより、白色発光の有機ＥＬ層２５が形成される。
【００４４】
そして、有機ＥＬ材料の塗布液組成物中にアクリル樹脂の球状物を分散させ、それを塗布して有機ＥＬ層２５を形成することにより、有機ＥＬ層２５内に球状の反射部材２９が点在する有機ＥＬ層２５を形成することができる。
【００４５】
第１の実施の形態では、少なくとも第２電極２６と平行に進む光は反射面２８ａで反射すると第２電極２６側に向かって進むが、この実施の形態での反射部材２９では、第２電極２６と平行に進む光でも、反射面２９ａへの入射位置によっては、第１電極２４側へ向かって反射する。しかし、第１電極２４が反射性のため、第１電極２４側へ向かって反射した光も、第１電極２４で反射して第２電極２６から出射可能となる。
【００４６】
この実施の形態では第１の実施の形態の（１）〜（３）及び（７）〜（９）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
（１０） 反射部材２９は点在するように配設されている。従って、有機ＥＬ層２５から出射される出射光が、反射部材２８として壁を設けた場合に比較して全体として均一化される。
【００４７】
（１１） 反射部材２９は球状に形成されている。従って、反射部材２９が他の形状、例えば、円錐、角錐、円錐台、角錐台、半球状等の形状に形成された場合と異なり、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、同じ反射作用が得られる。
【００４８】
実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
○ 反射部材２８，２９の形状は前記実施の形態の形状に限らない。例えば、第２の実施の形態のように、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を点在させる構成において、反射部材２９として、図５（ａ）に示すように、透明な材質の内部に気泡３０が形成されたものを使用してもよい。透明な材質としては例えば、アクリル樹脂やガラスが使用され、気泡には例えば窒素ガスが使用される。この場合、有機ＥＬ層２５内を第２電極２６と平行に進む光は、反射部材２９の表面で反射されずに反射部材２９内に入射した際、気泡３０の表面で反射して第１電極２４側又は第２電極２６側に向かって進むように、進行方向が変更される。
【００４９】
○ 反射部材２９として図５（ｂ）に示すような、円錐台状のものを使用したり、円錐状、角錐状、角錐台状あるいは半球状等の形状のものを使用してもよい。このような形状の反射部材２９はその底面が第１電極２４側となるように有機ＥＬ層２５内に配設される。
【００５０】
○ 反射部材２９としてラグビーボール状のものを使用してもよい。この場合も、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、反射作用に悪影響を及ぼさない。
【００５１】
○ 第１の実施の形態において、反射部材２８の形状を図５（ｃ）に示すように、反射部材２８の長手方向と直交する断面形状が台形状となるように形成してもよい。
【００５２】
○ 壁状の反射部材２８を設ける構成において、反射部材２８は平行なストライプ状に限らず、格子状としたり、複数の反射部材２８が互いに任意の角度で延びるように設けてもよい。また、反射部材２８を有機ＥＬ層２５の周縁に枠状に設けてもよい。反射部材２８を格子状とした場合は、ストライプ状とした場合に比較して輝度が全体で均一化する。また、反射部材２８を枠状とした場合は、有機ＥＬ層２５を塗布方式で形成する際、発光層用塗布液組成物を所定領域に塗布するのが容易になる。
【００５３】
○ 壁状の反射部材２８と、点在するように設けられる反射部材２８の両者を設けてもよい。例えば、反射部材２８を枠状に設け、有機ＥＬ層２５の周縁以外に反射部材２９を設ける。
【００５４】
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側ではなく、基板２２側としてもよい。壁状の反射部材２８は、図６に示すように、反射面２８ａが逆テーパ状となるように形成される。また、基板２２側の第１電極２４が光透過性を有する材質、例えば、ＩＴＯで形成され、基板２２と反対側の第２電極２６が反射性を有する材質、例えばアルミニウムで形成される。この場合も、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材２８で反射され、界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となり、界面Ｓで全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。
【００５５】
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を基板２２側とする場合も、反射部材２８，２９として、前記種々の形状のものを使用できる。
○ 反射部材２８，２９は有機ＥＬ層２５との屈折率の違いを利用して全反射させる構成に限らず、反射部材２８，２９の表面が鏡面に形成された構成としてもよい。この場合、反射部材２８，２９へ入射しようとする光は、反射部材２８，２９の鏡面によって反射される。従って、有機ＥＬ層２５との屈折率の差を利用して全反射させる構成の反射部材２８，２９に比較して、反射効率が向上する。また、反射面２８ａ，２９ａと界面Ｓとの成す角θを設定する際、反射面２８ａ，２９ａに対する光の入射角をあまり配慮せず、反射後の光の界面Ｓに対する入射角に重点をおいて設定できる。
【００５６】
○ 光反射性を有する電極の材質は、アルミニウムに限らず、クロムや他の金属としてもよい。クロムを使用した場合はアルミニウムを使用した場合より反射率が高くなる。また、電極自身が光反射性でなくても、光透過性の電極を使用するとともに、電極を透過した光を反射させる反射膜を設けてもよい。
【００５７】
○ 反射部材２８，２９は必ずしも、第１電極２４及び第２電極２６に跨って配置される必要はなく、反射部材２８の場合は、第２電極２６との間に隙間がある状態に形成してもよい。また、反射部材２９の場合は、第２電極２６との間に隙間がある状態、あるいは第１電極２４及び第２電極２６との間に隙間が有る状態に配設してもよい。
【００５８】
○ 反射部材２９として有機ＥＬ層２５に封入した気泡を利用してもよい。気泡の封入方法としては、例えば、有機ＥＬ層２５を塗布液組成物を使用して形成する際、窒素やヘリウム等の不活性なガスを吹き込んで、気泡が存在する状態で有機ＥＬ層２５を形成する。また、有機ＥＬ層２５を塗布液組成物を使用して形成する際、発泡性の組成物を使用して泡を形成してもよい。窒素等の気体の屈折率は１．００程度である。従って、反射部材を屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明な材料で容易に形成できる。また、臨界角を小さくでき、角θを設定し易くなる。
【００５９】
○ 有機ＥＬ層２５は白色発光層に限らず、白黒表示用あるいはモノクローム表示用であってもよい。即ち、有機ＥＬ層２５を形成する際、赤、青、緑の発光色素の全てを含む必要はなく、単一色を発光する有機ＥＬ層２５としてもよい。この場合、液晶表示装置１１は白黒表示用あるいはモノクローム表示用となる。
【００６０】
〇 パッシベーション膜２７は有機ＥＬ層２５が外気と接しないように形成されればよく、第１電極２４及び第２電極２６に挟まれた有機ＥＬ層２５の周縁部のみをパッシベーション膜２７で覆うように設けてもよい。
【００６１】
〇 パッシベーション膜２７を設ける代わりに、有機ＥＬ素子２３の基板２２と対向する面及び電極端子以外の部分をカバー部材で覆うようにしてもよい。
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側とした場合は、基板２２はガラス等の透明な材質で形成された板材に限らず、不透明な材質で形成された板材であってもよい。
【００６２】
〇 基板２２側に配設される第１電極２４を陰極とし、第２電極２６を陽極としてもよい。
○ バックライト１３以外の照明装置に適用してもよい。このような照明装置の場合、基板２２の両側に有機ＥＬ素子２３を形成して両面発光の照明装置としてもよい。また、バックライト１３以外の照明装置として適用する場合、基板２２は平板状に限らず、半球状や円筒状あるいは円弧状等の湾曲面であってもよい。
【００６３】
○ 液晶パネル１２はパッシブ・マトリックス方式でなくてもよく、アクティブ・マトリックス方式でもよい。また、透過型に限らず半透過型でもよい。
○ 照明装置に限らず、有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子に適用してもよい。パッシブ・マトリックス方式の有機ＥＬ表示装置においては、第２電極と第１電極との絶縁性及び隣接する第２電極同士の絶縁性を確保するため、第２電極と平行に延びる隔壁を設けることが行われているが、その隔壁を利用して反射部材を構成してもよい。例えば、図７に示すように、基板３１上に平行に形成された第１電極３２と直交する方向（図７の紙面と垂直方向）に逆テーパ状の隔壁３３を設ける。そして、発光層としての有機ＥＬ層３４の蒸着方向を基板３１と垂直方向からだけでなく、斜め方向からも蒸着を行うことにより、有機ＥＬ層３４をその端部が隔壁３３のテーパ面３３ａの基端部まで達するように蒸着する。次に第２電極３５の材質を基板３１と垂直方向から行って、第２電極３５を形成する。
【００６４】
この構成では、有機ＥＬ素子３６を構成する有機ＥＬ層３４から発光した光のうち、従来は第２電極３５と有機ＥＬ層３４との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光が反射面としてのテーパ面３３ａで反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となるように変更される。従って、従来は第２電極３５からの出射光として利用されなかった光が出射光として利用可能となる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【００６５】
前記実施の形態から把握できる技術的思想（発明）について以下に記載する。
（１） 請求項５に記載の発明において、前記反射部材は断面が三角形状に形成されている。
【００６６】
（２） 請求項５又は技術的思想（１）に記載の発明において、前記反射部材は格子状に形成されている。
（２） 請求項５に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層の周縁部に枠状に形成されている。
【００６７】
（３） 請求項７に記載の発明において、前記有機ＥＬ層は塗布液組成物から形成されたものである。
（４） 請求項６、請求項７及び技術的思想（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層内に封入された不活性なガスの気泡である。
【００６８】
（５） パッシブ・マトリックス方式の有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子を構成し、有機ＥＬ層に対して基板と反対側に設けられる第２電極と、基板側に設けられる第１電極との絶縁性及び隣接する第２電極同士の絶縁性を確保するため、第２電極と平行に延びるように設けられた隔壁を、前記有機ＥＬ層から発光した光のうち前記第２電極と前記有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光を反射して、その反射光の前記界面に対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材として利用する有機ＥＬ表示装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、有機ＥＬ層から発光された光を従来の有機ＥＬ素子に比較して有効に照明光として使用できる。また、請求項９に記載の発明によれば、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して輝度を向上でき、同じ輝度での表示であれば電力消費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における液晶表示装置の要部概略分解斜視図。
【図２】 バックライトの模式断面図。
【図３】 反射部材の配置を示す模式平面図。
【図４】 （ａ）は第２の実施の形態のバックライトの模式断面図、（ｂ）は反射部材の配置を示す模式平面図。
【図５】 （ａ）は別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図、（ｂ）は別の実施の形態の反射部材の模式斜視図、（ｃ）は別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図。
【図６】 別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図。
【図７】 有機ＥＬ表示装置の部分模式断面図。
【図８】 従来の液晶表示装置の模式断面図。
【符号の説明】
Ｓ…界面、１１…液晶表示装置、１３…バックライト、２２，３１…基板、２３，３６…有機ＥＬ素子、２４，３２…第１電極、２５，３４…有機ＥＬ層、２６，３５…第２電極、２８，２９…反射部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及び表示装置に係り、詳しくは基板上に有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を備えた照明装置及び表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過型の液晶表示装置のバックライトとして有機ＥＬパネルを備えた表示装置が開示されている（例えば、特開平１０−７８５８２号公報）。図８に示すように、液晶表示装置５０は液晶表示部５１及び有機ＥＬパネル５２を備えている。有機ＥＬパネル５２は基板５３上に、反射カソード電極５４、有機ＥＬ層５５、アノード電極５６が順に積層形成された有機ＥＬ素子５７を備えている。アノード電極５６は光透過性を有する材料、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。この液晶表示装置では有機ＥＬ素子５７を発光させた状態では有機ＥＬパネル５２がバックライトとして作用する。また、有機ＥＬ素子５７を駆動させない状態では、アノード電極５６側から入射した外光が反射カソード電極５４で反射しその反射光が使用される。従って、明るい場所では外光を使用する反射型の液晶表示装置として機能する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
有機ＥＬ層５５から発せられた光は所定の方向だけに放射されるのではなく、あらゆる方向に向かって放射される。即ち、図８に示すように、有機ＥＬ層５５のある発光部５５ａについて見ると、発光部５５ａからの光のなかには、有機ＥＬパネル５２の前面、即ちバックライトの光の出射面となるアノード電極５６に向かう光だけでなく、前面と平行に放射される光や、反射カソード電極５４に向かう光も多くある。そして、発光部５５ａから発光された光のうち、アノード電極５６と有機ＥＬ層５５との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光は、界面で全反射するためアノード電極５６から出射できず、有機ＥＬ層５５を伝搬する間に減衰して熱として消滅するか、有機ＥＬ層５５の端部から外部に出射される。従って、従来の有機ＥＬパネル５２では有機ＥＬ層５５から発光された光の多くがアノード電極５６から出射されず、無駄になる。
【０００４】
また、近年の技術開発で、有機ＥＬ素子の長寿命化、高効率化の研究が進み、有機ＥＬ素子を薄型の照明装置としてバックライト以外にも使用することも考えられる。その場合も、有機ＥＬ層から発光された光の多くが無駄になる。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は有機ＥＬ層から発光された光を従来の有機ＥＬ素子に比較して有効に照明光として使用できる照明装置を提供することにある。また、第２の目的は、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して輝度を向上でき、同じ輝度での表示であれば電力消費を抑制できる表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を備えた照明装置である。前記有機ＥＬ素子は、前記有機ＥＬ層を挟んで配置される電極のうち、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極が光反射性とされ、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極が光透過性とされている。また、有機ＥＬ素子は、前記有機ＥＬ層から発光した光のうち前記第２電極と前記有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光を反射して、その反射光の前記界面に対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材を前記有機ＥＬ層内に設けている。
【０００７】
この発明では、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層からの発光が照明光として利用される。有機ＥＬ層の光は有機ＥＬ層の厚さ方向だけでなく、全ての方向に向かうように発光される。そして、反射部材が無い状態では、有機ＥＬ層からの光のうち有機ＥＬ層を挟んで配置される電極と有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上の光は、照明光として利用されない。しかし、反射部材を設けることにより、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材で反射され、前記界面に対する入射角が臨界角未満となり、全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。従って、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層との屈折率の違いで前記光を反射させる。従って、この発明では、反射部材の反射面を鏡面にせずに、光を効率よく反射させることが可能となり、反射部材の表面を鏡面にする場合に比較して、反射部材の製造が容易になる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記反射部材は屈折率が前記有機ＥＬ層の屈折率より小さな透明部材で形成されている。従って、反射部材の表面で光りを全反射させることが容易となる。また、反射部材を透明とすることにより、反射せずに反射部材へ入射した光を有効に照明光に利用できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層内に設けられ、表面が鏡面に形成されている。この発明では、反射部材へ入射しようとする光は、反射部材の鏡面によって反射される。従って、有機ＥＬ層との屈折率の差を利用して全反射させる構成の反射部材に比較して反射効率が向上する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は壁状に形成されている。この発明では、反射部材が点在するように配設される構成に比較して反射部材の形成が容易になる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は点在するように配設されている。この発明では、有機ＥＬ層から出射される出射光が、反射部材として壁を設けた場合に比較して全体として均一化される。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記反射部材は球状に形成されている。従って、この発明では、反射部材が他の形状に形成された場合と異なり、有機ＥＬ層内に反射部材を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、同じ反射作用が得られる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、基板上に第１電極、有機ＥＬ層、第２電極が順に積層されており、前記第２電極上には有機ＥＬ素子を封止するためのパッシベーション膜が形成されており、前記有機ＥＬ層の発する光が前記第２電極及び前記パッシベーション膜を介して外部に取り出される。この発明では、反射部材を球状以外の形状、例えば断面が三角形状や台形状等のように、反射部材の反射面がテーパ状に形成される場合に、発光の取り出し方向を基板側とする場合に比較してその製造が簡単になる。
【００１５】
第２の目的を達成するため、請求項９に記載の発明は、透過型又は半透過型の液晶表示装置であって、バックライトとして前記請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の照明装置を備えている。この発明では、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して、同じ電力使用量で輝度を向上でき、同じ輝度で有れば電力消費量を少なくできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をパッシブ・マトリックス方式の液晶表示装置のバックライトとして具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。図１は液晶表示装置の要部概略分解斜視図であり、図２はバックライトの模式図であり、図３はバックライトの部分模式平面図である。
【００１７】
図１に示すように、液晶表示装置１１は、パッシブ・マトリックス方式の透過型の液晶パネル１２と、バックライト１３とを備えている。
液晶パネル１２は、一対の透明な基板１４，１５を備え、両基板１４，１５は所定の間隔を保った状態で、図示しないシール材により貼り合わされて、その間に液晶１６が配置される。基板１４，１５は例えばガラス製である。バックライト１３側に配置された一方の基板１４には、液晶１６と対応する面に透明な走査電極１７が、複数、平行なストライプ状に形成されている。液晶１６と反対側の面に偏光板１８が形成されている。
【００１８】
他方の基板１５には液晶１６と対応する面にカラーフィルタ１９が形成され、カラーフィルタ１９上には透明電極２０が走査電極１７と直交する状態に形成されている。基板１５の透明電極２０が形成された面と反対側の面には偏光板２１が形成されている。走査電極１７及び透明電極２０はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。走査電極１７及び透明電極２０の各交差部が液晶パネル１２の各サブピクセルとなり、サブピクセルはマトリックス状に配置されている。走査電極１７の走査により、サブピクセルが１列ずつ表示駆動可能となる。
【００１９】
バックライト１３は、基板２２上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子２３を備えた照明装置である。バックライト１３は、基板２２が有機ＥＬ素子２３に対して液晶パネル１２と反対側に位置するように配置されている。基板２２はガラス製である。
【００２０】
基板２２上には、第１電極２４と、有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層２５と、第２電極２６とが、基板２２側から順に積層形成されて有機ＥＬ素子２３が構成されている。有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、パッシベーション膜２７で被覆されている。この実施の形態では、パッシベーション膜２７は、第１電極２４、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の各端面と、第２電極２６の液晶パネル１２と対向する面とを覆うように形成されている。なお、図１ではパッシベーション膜２７は第２電極２６を覆っている部分のみ図示されている。パッシベーション膜２７は水分の透過を防止する材質、例えば窒化ケイ素ＳｉＮｘや酸化ケイ素ＳｉＯｘで形成されている。第１電極２４及び第２電極２６は基板２２より小さく形成されている。
【００２１】
有機ＥＬ層２５を挟んで配置される第１電極２４及び第２電極２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極２４が光反射性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極２６が光透過性とされている。第１電極２４には金属電極が使用され、金属として、例えばアルミニウムが使用されている。第２電極２６はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で形成されている。
【００２２】
有機ＥＬ層２５には例えば公知の構成のものが使用され、第１電極２４側から順に、正孔注入層、発光層及び電子注入層の３層で構成されている。有機ＥＬ層２５は白色発光層で構成されている。有機ＥＬ層２５は第１電極２４及び第２電極２６とほぼ同じ大きさに形成されている。この実施の形態では第１電極２４が陽極を、第２電極２６が陰極を構成している。
【００２３】
屈折率ｎ１の媒質中の光が屈折率ｎ２（ｎ２＜ｎ１）の媒質との界面に入射するとき、入射角が一定の角θcrより大きいときに光線が全部反射される。このときの、角θcrを臨界角という。従って、有機ＥＬ層２５で発光した光のうち、有機ＥＬ層２５と第２電極２６との界面Ｓへの入射角が臨界角θcrより大きな光は界面Ｓで全反射し、第２電極２６から出射できない。
【００２４】
有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５から発光した光のうち第２電極２６と有機ＥＬ層２５との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光を反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材２８を備えている。この実施の形態では、反射部材２８は有機ＥＬ層２５を区画するように有機ＥＬ層２５内に配設された壁によって構成されている。図３に示すように、反射部材２８は所定間隔でストライプ状に形成されている。
【００２５】
また、図２に示すように、反射部材２８は第１電極２４上に形成されるとともに、長手方向と直交する断面形状が三角形状に形成され、先端が第２電極２６と接するように形成されている。反射部材２８は、有機ＥＬ層２５との屈折率の違いで光を反射させるように形成され、反射部材２８は屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明部材で形成されている。この実施の形態では反射部材２８は紫外線硬化型のアクリル樹脂で形成されている。
【００２６】
反射面２８ａで全反射した光の界面Ｓへの入射角が臨界角θcrより小さくなるように、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが設定されている。有機ＥＬ層２５は屈折率が１．８程度であり、反射部材２８は屈折率が１．５程度である。従って、反射部材２８の反射面２８ａへの臨界角θcrをｓｉｎθcr＝ｎ２／ｎ１の式で、ｎ１＝１．８、ｎ２＝１．５として求めると、ｓｉｎθcr＝１．５／１．８＝０．８３３となり、θcrは５６．４°となる。従って、反射面２８ａに入射する光の入射角が５６．４°より大きいときに光は反射面２８ａで全反射する。この全反射した光の界面Ｓへの入射角が界面Ｓにおける臨界角θcrより小さくなるように、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが設定されている。この実施の形態では、少なくとも第２電極２６と平行に進む光が反射面２８ａで全反射するように、角θが例えば３３°に設定されている。
【００２７】
次に前記の構成のバックライト１３の製造方法を説明する。先ず基板２２の上に真空蒸着でアルミニウムの金属膜から成る第１電極２４を形成する。次に第１電極２４の上に反射部材２８を形成する。反射部材２８の形成は、紫外線硬化型のアクリル樹脂を第１電極２４上に塗布した後、マスクを使用して反射部材２８を形成すべき部分を露光後、現像して形成する。次に蒸着により有機ＥＬ層２５を形成した後、ＩＴＯからなる第２電極２６をスパッタリングにより形成することにより、有機ＥＬ素子２３が形成される。その後、有機ＥＬ層２５が外気と接しないように、有機ＥＬ素子２３がパッシベーション膜２７で被覆されて、バックライト１３が完成する。
【００２８】
次に前記のように構成された液晶表示装置１１の作用を説明する。
液晶パネル１２は図示しない駆動制御装置により走査電極１７、透明電極２０に電圧を印加して、所望のサブピクセルを透過可能とする。一方バックライト１３は電源投入されると、第１電極２４と第２電極２６とに印加され、有機ＥＬ層２５が白色に発光する。発光した光が第２電極２６から出射され、液晶パネル１２へ達する。
【００２９】
液晶パネル１２へ達した光のうち、透過可能になったサブピクセル部分への光のみが、液晶パネル１２の表側に出てくる。このときカラーフィルタ１９の図示しないＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルを通過し、その組み合わせにより所望の色が再現される。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルが３つ一組で一つのピクセル（画素）を構成する。
【００３０】
有機ＥＬ層２５で発光した光のうち、有機ＥＬ層２５及び第２電極２６の界面Ｓに臨界角より小さな角度で入射した光は、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３１】
前記発光した光のうち第１電極２４へ向かって進み、第１電極２４で反射する際の反射角が界面Ｓに臨界角より小さな角度で入射可能な角度となる光は、第１電極２４で反射した後、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３２】
また、前記発光した光のうち、少なくとも、第２電極２６と平行に進む光は、反射面２８ａで全反射して第２電極２６に向かう。例えば、図２に示すように、ある発光部２５ａで発光して第２電極２６と平行に進み、反射面２８ａで全反射した光は、反射面２８ａと界面Ｓとの成す角θが３３°のため、第２電極２６に対する入射角が２４°となる。この入射角は界面Ｓにおける臨界角より小さく、光は第２電極２６を透過して、液晶パネル１２に向かって出射される。従って、反射部材２８が存在しない場合には、界面Ｓに臨界角より大きな角度で入射することになる光の少なくとも一部は、反射部材２８で全反射してその向きが変更され、界面Ｓに対する入射角が臨界角より小さな角度となる。そして、第２電極２６に入射した後、第２電極２６を透過して第２電極２６から液晶パネル１２に向かって出射される。
【００３３】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） バックライト１３を構成する有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５を挟んで配置される電極のうち、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極２４が光反射性とされ、有機ＥＬ層２５に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極２６が光透過性とされている。そして、有機ＥＬ素子２３は、有機ＥＬ層２５から発光した光のうち、第２電極２６と有機ＥＬ層２５との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光を反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材２８を備えている。従って、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材２８で反射され、界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となり、界面Ｓで全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。また、液晶表示装置１１に、前記バックライト１３が使用されているため、従来の液晶表示装置に比較して、同じ電力使用量で輝度を向上でき、同じ輝度で有れば電力消費量を少なくできる。
【００３４】
（２） 反射部材２８は有機ＥＬ層２５内に設けられ、有機ＥＬ層２５との屈折率の違いで有機ＥＬ層２５から発光した光を反射させる。従って、反射部材２８の反射面を鏡面にせずに、光を効率よく反射させることが可能となり、反射部材２８の表面を鏡面にする場合に比較して、反射部材２８の製造が容易になる。
【００３５】
（３） 反射部材２８は屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明部材で形成されている。従って、反射部材２８の表面で光を全反射させることが容易となる。また、反射部材２８を透明とすることにより、反射せずに反射部材２８へ入射した光を有効に照明光に利用できる。
【００３６】
（４） 反射部材２８は壁状に形成されている。従って、反射部材２８が点在するように配設される構成に比較して反射部材２８の形成が容易になる。
（５） 反射部材２８はその長手方向と直交する断面形状が三角形状に形成され、先端が第２電極２６と接するように形成されている。従って、反射部材２８を、その断面形状が同じ傾斜の反射面２８ａを有する台形状に形成した場合に比較して、有機ＥＬ層２５の占める面積が大きくなる。
【００３７】
（６） 反射部材２８が紫外線硬化型のアクリル樹脂で形成されているため、ストライプ状の反射部材２８をマスクを用いた露光、及び現像で容易に形成できる。また、材料を入手し易い。
【００３８】
（７） 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側とした。従って、反射部材２８を球状以外の形状、例えば断面が三角形状や台形状等のように、反射部材の反射面がテーパ状に形成される場合に、発光の取り出し方向を基板側とする場合に比較してその製造が簡単になる。なぜならば、光の取り出し方向が基板２２側だと、テーパ面を逆テーパ状に形成する必要があるため、製造が難しい。
【００３９】
（８） 有機ＥＬ素子２３を構成する両電極２４，２６のうち、有機ＥＬ層２５に対して液晶パネル１２と反対側に光反射性の第１電極２４が配置されている。従って、当該電極を光透過性の電極（透明電極）で形成する場合に比較して、有機ＥＬ層２５から基板２２側に向かう光が第１電極２４で効率よく反射され、第２電極２６から出射する光量を多くすることができる。
【００４０】
（９） 発光層として白色発光層が使用されているため、カラーフィルタ１９として赤、緑、青のフィルタを形成すれば、光の三原色が得られる。従って、白色光以外の発光（例えば、青色発光）と色変換層との組合せで、必要な三原色を得る構成に比較してカラーフィルタ１９の構成が簡単になる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の形態ではバックライト１３に設けられた反射部材の形状が前記実施の形態と異なっており、その他の構成は同じため、同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。図４（ａ）はバックライト１３の部分模式図、図４（ｂ）は反射部材の配置を示す部分模式平面図である。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、反射部材２９は有機ＥＬ層２５内に点在するように配設されている。反射部材２９は球状に形成されている。反射部材２９はその直径が有機ＥＬ層２５の厚さ以下（図４（ｂ）では有機ＥＬ層２５の厚さと同じ）に形成されている。
【００４３】
この実施の形態の有機ＥＬ層２５は蒸着ではなく、公知のインクジェット方式あるいは塗布方式で形成される。このような方式で使用される有機ＥＬ材料としては、例えば、特開２００１−２８８４１６号公報に開示されているものが挙げられる。赤色発光層用塗布液組成物としては、ポリオクチルフルオレンとペリレン染料（赤色発光色素）をキシレン及び１，２，４，５−テトラメチルベンゼンに溶解したものがある。また、ポリオクチルフルオレンを１，２，３，４−テトラメチルベンゼンに溶解したものが青色発光層用塗布液組成物となる。また、緑色発光層用塗布液組成物も開示されている。赤、青、緑の３種類の発光層を積層して有機ＥＬ層２５を構成することにより、白色発光の有機ＥＬ層２５が形成される。
【００４４】
そして、有機ＥＬ材料の塗布液組成物中にアクリル樹脂の球状物を分散させ、それを塗布して有機ＥＬ層２５を形成することにより、有機ＥＬ層２５内に球状の反射部材２９が点在する有機ＥＬ層２５を形成することができる。
【００４５】
第１の実施の形態では、少なくとも第２電極２６と平行に進む光は反射面２８ａで反射すると第２電極２６側に向かって進むが、この実施の形態での反射部材２９では、第２電極２６と平行に進む光でも、反射面２９ａへの入射位置によっては、第１電極２４側へ向かって反射する。しかし、第１電極２４が反射性のため、第１電極２４側へ向かって反射した光も、第１電極２４で反射して第２電極２６から出射可能となる。
【００４６】
この実施の形態では第１の実施の形態の（１）〜（３）及び（７）〜（９）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
（１０） 反射部材２９は点在するように配設されている。従って、有機ＥＬ層２５から出射される出射光が、反射部材２８として壁を設けた場合に比較して全体として均一化される。
【００４７】
（１１） 反射部材２９は球状に形成されている。従って、反射部材２９が他の形状、例えば、円錐、角錐、円錐台、角錐台、半球状等の形状に形成された場合と異なり、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、同じ反射作用が得られる。
【００４８】
実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
○ 反射部材２８，２９の形状は前記実施の形態の形状に限らない。例えば、第２の実施の形態のように、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を点在させる構成において、反射部材２９として、図５（ａ）に示すように、透明な材質の内部に気泡３０が形成されたものを使用してもよい。透明な材質としては例えば、アクリル樹脂やガラスが使用され、気泡には例えば窒素ガスが使用される。この場合、有機ＥＬ層２５内を第２電極２６と平行に進む光は、反射部材２９の表面で反射されずに反射部材２９内に入射した際、気泡３０の表面で反射して第１電極２４側又は第２電極２６側に向かって進むように、進行方向が変更される。
【００４９】
○ 反射部材２９として図５（ｂ）に示すような、円錐台状のものを使用したり、円錐状、角錐状、角錐台状あるいは半球状等の形状のものを使用してもよい。このような形状の反射部材２９はその底面が第１電極２４側となるように有機ＥＬ層２５内に配設される。
【００５０】
○ 反射部材２９としてラグビーボール状のものを使用してもよい。この場合も、有機ＥＬ層２５内に反射部材２９を配設する際にその姿勢を配慮しなくても、反射作用に悪影響を及ぼさない。
【００５１】
○ 第１の実施の形態において、反射部材２８の形状を図５（ｃ）に示すように、反射部材２８の長手方向と直交する断面形状が台形状となるように形成してもよい。
【００５２】
○ 壁状の反射部材２８を設ける構成において、反射部材２８は平行なストライプ状に限らず、格子状としたり、複数の反射部材２８が互いに任意の角度で延びるように設けてもよい。また、反射部材２８を有機ＥＬ層２５の周縁に枠状に設けてもよい。反射部材２８を格子状とした場合は、ストライプ状とした場合に比較して輝度が全体で均一化する。また、反射部材２８を枠状とした場合は、有機ＥＬ層２５を塗布方式で形成する際、発光層用塗布液組成物を所定領域に塗布するのが容易になる。
【００５３】
○ 壁状の反射部材２８と、点在するように設けられる反射部材２８の両者を設けてもよい。例えば、反射部材２８を枠状に設け、有機ＥＬ層２５の周縁以外に反射部材２９を設ける。
【００５４】
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側ではなく、基板２２側としてもよい。壁状の反射部材２８は、図６に示すように、反射面２８ａが逆テーパ状となるように形成される。また、基板２２側の第１電極２４が光透過性を有する材質、例えば、ＩＴＯで形成され、基板２２と反対側の第２電極２６が反射性を有する材質、例えばアルミニウムで形成される。この場合も、従来は照明光として利用されなかった光が反射部材２８で反射され、界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となり、界面Ｓで全反射するのが防止されて照明光として利用可能となる。
【００５５】
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を基板２２側とする場合も、反射部材２８，２９として、前記種々の形状のものを使用できる。
○ 反射部材２８，２９は有機ＥＬ層２５との屈折率の違いを利用して全反射させる構成に限らず、反射部材２８，２９の表面が鏡面に形成された構成としてもよい。この場合、反射部材２８，２９へ入射しようとする光は、反射部材２８，２９の鏡面によって反射される。従って、有機ＥＬ層２５との屈折率の差を利用して全反射させる構成の反射部材２８，２９に比較して、反射効率が向上する。また、反射面２８ａ，２９ａと界面Ｓとの成す角θを設定する際、反射面２８ａ，２９ａに対する光の入射角をあまり配慮せず、反射後の光の界面Ｓに対する入射角に重点をおいて設定できる。
【００５６】
○ 光反射性を有する電極の材質は、アルミニウムに限らず、クロムや他の金属としてもよい。クロムを使用した場合はアルミニウムを使用した場合より反射率が高くなる。また、電極自身が光反射性でなくても、光透過性の電極を使用するとともに、電極を透過した光を反射させる反射膜を設けてもよい。
【００５７】
○ 反射部材２８，２９は必ずしも、第１電極２４及び第２電極２６に跨って配置される必要はなく、反射部材２８の場合は、第２電極２６との間に隙間がある状態に形成してもよい。また、反射部材２９の場合は、第２電極２６との間に隙間がある状態、あるいは第１電極２４及び第２電極２６との間に隙間が有る状態に配設してもよい。
【００５８】
○ 反射部材２９として有機ＥＬ層２５に封入した気泡を利用してもよい。気泡の封入方法としては、例えば、有機ＥＬ層２５を塗布液組成物を使用して形成する際、窒素やヘリウム等の不活性なガスを吹き込んで、気泡が存在する状態で有機ＥＬ層２５を形成する。また、有機ＥＬ層２５を塗布液組成物を使用して形成する際、発泡性の組成物を使用して泡を形成してもよい。窒素等の気体の屈折率は１．００程度である。従って、反射部材を屈折率が有機ＥＬ層２５の屈折率より小さな透明な材料で容易に形成できる。また、臨界角を小さくでき、角θを設定し易くなる。
【００５９】
○ 有機ＥＬ層２５は白色発光層に限らず、白黒表示用あるいはモノクローム表示用であってもよい。即ち、有機ＥＬ層２５を形成する際、赤、青、緑の発光色素の全てを含む必要はなく、単一色を発光する有機ＥＬ層２５としてもよい。この場合、液晶表示装置１１は白黒表示用あるいはモノクローム表示用となる。
【００６０】
〇 パッシベーション膜２７は有機ＥＬ層２５が外気と接しないように形成されればよく、第１電極２４及び第２電極２６に挟まれた有機ＥＬ層２５の周縁部のみをパッシベーション膜２７で覆うように設けてもよい。
【００６１】
〇 パッシベーション膜２７を設ける代わりに、有機ＥＬ素子２３の基板２２と対向する面及び電極端子以外の部分をカバー部材で覆うようにしてもよい。
○ 有機ＥＬ層２５の発光の取り出し方向を有機ＥＬ素子２３に対して基板２２と反対側とした場合は、基板２２はガラス等の透明な材質で形成された板材に限らず、不透明な材質で形成された板材であってもよい。
【００６２】
〇 基板２２側に配設される第１電極２４を陰極とし、第２電極２６を陽極としてもよい。
○ バックライト１３以外の照明装置に適用してもよい。このような照明装置の場合、基板２２の両側に有機ＥＬ素子２３を形成して両面発光の照明装置としてもよい。また、バックライト１３以外の照明装置として適用する場合、基板２２は平板状に限らず、半球状や円筒状あるいは円弧状等の湾曲面であってもよい。
【００６３】
○ 液晶パネル１２はパッシブ・マトリックス方式でなくてもよく、アクティブ・マトリックス方式でもよい。また、透過型に限らず半透過型でもよい。
○ 照明装置に限らず、有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子に適用してもよい。パッシブ・マトリックス方式の有機ＥＬ表示装置においては、第２電極と第１電極との絶縁性及び隣接する第２電極同士の絶縁性を確保するため、第２電極と平行に延びる隔壁を設けることが行われているが、その隔壁を利用して反射部材を構成してもよい。例えば、図７に示すように、基板３１上に平行に形成された第１電極３２と直交する方向（図７の紙面と垂直方向）に逆テーパ状の隔壁３３を設ける。そして、発光層としての有機ＥＬ層３４の蒸着方向を基板３１と垂直方向からだけでなく、斜め方向からも蒸着を行うことにより、有機ＥＬ層３４をその端部が隔壁３３のテーパ面３３ａの基端部まで達するように蒸着する。次に第２電極３５の材質を基板３１と垂直方向から行って、第２電極３５を形成する。
【００６４】
この構成では、有機ＥＬ素子３６を構成する有機ＥＬ層３４から発光した光のうち、従来は第２電極３５と有機ＥＬ層３４との界面Ｓに対する入射角が界面Ｓでの臨界角以上となる光が反射面としてのテーパ面３３ａで反射して、その反射光の界面Ｓに対する入射角が臨界角未満となるように変更される。従って、従来は第２電極３５からの出射光として利用されなかった光が出射光として利用可能となる。その結果、従来装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
【００６５】
前記実施の形態から把握できる技術的思想（発明）について以下に記載する。
（１） 請求項５に記載の発明において、前記反射部材は断面が三角形状に形成されている。
【００６６】
（２） 請求項５又は技術的思想（１）に記載の発明において、前記反射部材は格子状に形成されている。
（２） 請求項５に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層の周縁部に枠状に形成されている。
【００６７】
（３） 請求項７に記載の発明において、前記有機ＥＬ層は塗布液組成物から形成されたものである。
（４） 請求項６、請求項７及び技術的思想（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記反射部材は前記有機ＥＬ層内に封入された不活性なガスの気泡である。
【００６８】
（５） パッシブ・マトリックス方式の有機ＥＬ表示装置において、有機ＥＬ素子を構成し、有機ＥＬ層に対して基板と反対側に設けられる第２電極と、基板側に設けられる第１電極との絶縁性及び隣接する第２電極同士の絶縁性を確保するため、第２電極と平行に延びるように設けられた隔壁を、前記有機ＥＬ層から発光した光のうち前記第２電極と前記有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光を反射して、その反射光の前記界面に対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材として利用する有機ＥＬ表示装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、有機ＥＬ層から発光された光を従来の有機ＥＬ素子に比較して有効に照明光として使用できる。また、請求項９に記載の発明によれば、バックライトとして従来構成の有機ＥＬ素子を使用した表示装置に比較して輝度を向上でき、同じ輝度での表示であれば電力消費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における液晶表示装置の要部概略分解斜視図。
【図２】 バックライトの模式断面図。
【図３】 反射部材の配置を示す模式平面図。
【図４】 （ａ）は第２の実施の形態のバックライトの模式断面図、（ｂ）は反射部材の配置を示す模式平面図。
【図５】 （ａ）は別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図、（ｂ）は別の実施の形態の反射部材の模式斜視図、（ｃ）は別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図。
【図６】 別の実施の形態のバックライトの模式部分断面図。
【図７】 有機ＥＬ表示装置の部分模式断面図。
【図８】 従来の液晶表示装置の模式断面図。
【符号の説明】
Ｓ…界面、１１…液晶表示装置、１３…バックライト、２２，３１…基板、２３，３６…有機ＥＬ素子、２４，３２…第１電極、２５，３４…有機ＥＬ層、２６，３５…第２電極、２８，２９…反射部材。
Claims (9)
- 基板上に有機ＥＬ材料を含む有機ＥＬ層を有する有機ＥＬ素子を備えた照明装置であって、
前記有機ＥＬ素子は、前記有機ＥＬ層を挟んで配置される電極のうち、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向と反対側に配置された第１電極が光反射性とされ、前記有機ＥＬ層に対して発光の取り出し方向側に配置された第２電極が光透過性とされ、前記有機ＥＬ層から発光した光のうち前記第２電極と前記有機ＥＬ層との界面に対する入射角が前記界面での臨界角以上となる光を反射して、その反射光の前記界面に対する入射角が前記臨界角未満となるように変更させる反射部材を前記有機ＥＬ層内に設けている照明装置。 - 前記反射部材は前記有機ＥＬ層との屈折率の違いで前記光を反射させる請求項１に記載の照明装置。
- 前記反射部材は屈折率が前記有機ＥＬ層の屈折率より小さな透明部材で形成されている請求項２に記載の照明装置。
- 前記反射部材は前記有機ＥＬ層内に設けられ、表面が鏡面に形成されている請求項１に記載の照明装置。
- 前記反射部材は壁状に形成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記反射部材は点在するように配設されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記反射部材は球状に形成されている請求項６に記載の照明装置。
- 基板上に第１電極、有機ＥＬ層、第２電極が順に積層されており、前記第２電極上には有機ＥＬ素子を封止するためのパッシベーション膜が形成されており、前記有機ＥＬ層の発する光が前記第２電極及び前記パッシベーション膜を介して外部に取り出されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の照明装置。
- 透過型又は半透過型の液晶表示装置であって、バックライトとして請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の照明装置を備えている表示装置。
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