JP4321622B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の発光パネルを用いた照明装置および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は自発光ではないので外部からの光が必要である。この外部からの光としてバックライトが搭載される。バックライトの構造は主に直下型バックライト、エッジライト型バックライト、平面光源型バックライトに大別される。

直下型バックライトはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルの真後ろに冷陰極管と反射フィルムを置き面光源としているものであるが、冷陰極管の配置間隔の明暗を目立たなくし、均一な面光源にするためには２０ｍｍから４０ｍｍの十分な奥行きが必要であり、結果的に液晶ディスプレイを厚くする最大要因となっている。

一方、エッジライト型は導光板の側面に冷陰極管を置き面光源としているもので薄型ではあるものの輝度が比較的低く、導光板を用いることにより非常に重くなる。したがって、テレビ用途には平面光源型が理想的である。

平面光源型には有機エレクトロルミネッセンス素子パネル（以下、有機ＥＬパネルという。）や平面型蛍光ランプが用いられる。特に有機ＥＬパネルは部材も少なく、インバータも必要としないことから原理的には薄型化が可能であり、薄型テレビに適したバックライトとなりうる。

有機ＥＬパネルは低電圧駆動、色再現性が良い、応答速度が速い、薄型である等が特徴となっているが、輝度のムラの無い均一な発光品質としながら、大画面化に対応して有機ＥＬバックライトを単一のパネルで大型化するのは、製造面では蒸着装置の必要規模、また特性面では大型化による電圧ドロップの影響が大きく、現実的でない。

これを解決するため、例えば特許文献１では、小型の有機ＥＬパネルを複数枚並べて接合し、大型化に対応する技術が開示されている。また、上記特許文献１に記載の技術では、隣り合う発光パネルの継ぎ目部分に特別な光散乱手段を設けている。

特開２００５−１８３３５２号公報

しかし、小型の発光パネルを複数枚並べて大型化した発光装置では、隣り合う発光パネルの継ぎ目に特別な光散乱手段を設ける必要があるとともに、発光装置全体として輝度および均一化の向上が十分に達成できないという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、複数の発光パネルを平面状に配置してなる発光パネル層と、この発光パネル層を複数積層してなる発光パネル積層部とを備える照明装置である。

具体的には、両面発光型と片面発光型の小型有機ＥＬ装置を層状に重ねて複数配列することで照明装置を構成し、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いる。このような本発明では、照明装置全体として高輝度の実現、面内均一化の向上を達成できるようになる。

本発明の照明装置としては、例えば、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層のうち、最も下に配置される発光パネル層として、上側に光を反射する反射層を設けたものを適用する。ここで、本発明では、発光パネル層を積層する方向、すなわち光の取り出し方向を上下方向とし、光の取り出し面側を上、反対側を下としている。

また、本発明の照明装置では、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において複数の発光パネルの位置をずらして配置したり、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において複数の発光パネルの境界線の位置をずらして配置したり、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において複数の発光パネルの大きさとして異なる大きさのものを用いたり、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において複数の発光パネルの配置角度を変えて配置したりするものである。

これにより、複数の発光パネル層の上下において、各発光パネル層を構成する複数の発光パネルの継ぎ目部分での発光を、上下の発光パネルで互いに補間し合うようになり、照明装置全体として均一性を向上できるようになる。

また、発光パネル層として複数の発光パネルを並べて配置していることから、発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層において各列の発光パネルの点灯を各層順に行う層間列順次点灯を実現できる。

この発光パネルとして、本発明では有機ＥＬ発光層を備えるものを用いている。

また、本発明では、上記照明装置を液晶表示装置の照明手段として適用するものである。

本発明によれば、次のような効果がある。すなわち、大型の照明装置でありながら高輝度化および高均一化を達成することが可能となり、液晶表示装置へ適用することにより高輝度および均一性の高い良質な画像を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る照明装置は、主として液晶表示装置のバックライトとして適用されるもので、複数の発光パネルを平面状に配置して発光パネル層を構成し、この発光パネル層を複数積層して発光パネル積層部を構成したものから成る。ここで、発光パネルとしては、例えば有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルを使用している。

先ず、バックライトとして用いる白色の有機ＥＬ素子について説明する。この有機ＥＬ素子の一例として、片面発光型有機ＥＬパネルの構成概略を図１に示す。片面発光型有機ＥＬパネル１０は、対向する２枚の電極と、該両電極間に配された有機ＥＬ層とからなり、５〜２０Ｖ程度の比較的低い電圧で駆動させることができる。

発光部は、発光取り出しをするガラス１１側から順に、ＩＴＯ陽極層１２、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、有機発光層１５、電子輸送層１６、電子注入層１７、金属陰極電極１８という層構成であり、図示しないガスバリア層で覆われている。

片面発光型有機ＥＬパネル１０においては、その正孔注入電極として、金やＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の仕事関数の大きな材料を用いるようにする一方、電子注入電極は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）のような高反射率金属と、フッ化リチウムとアルミニウム（ＬｉＦ／Ａｌ）、カルシウムとマグネシウム（Ｃａ／Ｍｇ）といった仕事関数の小さな金属材料の積層膜で構成する。一般にはＥＬ光を取り出すために、少なくとも一方の電極を透明にする必要があり、正孔注入電極に透明で仕事関数の大きいＩＴＯを用いる。

有機ＥＬパネルは、電圧を印加すると電子注入電極と正孔注入電極とからそれぞれ電子と正孔とが発光部内に注入され、注入された電子と正孔とが発光中心で再結合して、有機分子が励起状態になる。そして、この有機分子が励起状態から基底状態に移るときに蛍光を発光する動作原理である。発光層の有機ＥＬ材料としては、発光材として使用可能な有機化合物であれば特に限定されるものではない。

次に、両面発光型有機ＥＬパネルの構成概略を図２に示す。すなわち、両面発光型有機ＥＬパネル２０は、対向する２枚の電極と、該両電極間に配された有機ＥＬ層とからなり、５〜２０Ｖ程度の比較的低い電圧で駆動させることができる。

発光部は、発光取り出しをするガラス２１側から順に、ＩＴＯ陽極層２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、有機発光層２５、電子輸送層２６、電子注入層２７、金属陰極電極２８、ＩＴＯ補助電極２９およびガラス基板３０という層構成であり、図示しないガスバリア層で覆われている。

両面発光型有機ＥＬ素子２０の場合には、例えば陽極電極、陰極電極ともＩＴＯ透明電極とし、電子注入層２７とＩＴＯ陰極電極２９との間に０．１〜３０ｎｍの間の膜厚で例えばカルシウム（Ｃａ）層から成る金属電極２８を蒸着するなどして、可視光を透過する構造とする。

以上、二種類の有機ＥＬパネルを用い、本実施形態では、例えば可視光の反射率が大きい金属材料を陰極電極に使用した片面発光型有機ＥＬパネル１０を第一層目に配列し、光の出射側（液晶パネル側）となる第二層目の有機ＥＬパネルには、光を透過する両面発光型有機ＥＬパネル２０を重ねることにより、両面発光型有機ＥＬパネル２０の発光のうち、背面の片面発光型有機ＥＬパネルへ向かう光を、片面発光型有機ＥＬパネルの反射層（金属電極１８）で反射させ、液晶パネル側へ効率よく取り出すことができる。このように、両者の発光を効率よく利用できることから、有機ＥＬバックライト全体として輝度を向上させることができる。

ここで、前述のように、有機ＥＬ単体のパネルを大型化するには、（１）有機ＥＬパネル製造工程における蒸着装置の大型化、（２）有機ＥＬパネルの電圧ドロップの影響が大きくなる、（３）有機ＥＬパネルの成膜面積が大きくなるため応力による膜われが発生し易い、等の懸念点があり、輝度ムラの無い均一な発光品質で有機ＥＬ単一パネルを大型化するのは現実的でない。

これを解決するための、小型有機ＥＬパネルを複数枚並べて接合する手法が有効であるが、隣り合う小型有機ＥＬパネルの継ぎ目部分は発光せず、結果的に特別な光散乱手段が必要となる（特許文献１参照）。

そこで、本実施形態では、複数の小型有機ＥＬパネルを平面状に配置して有機ＥＬパネル配列（発光パネル層）を構成し、この有機ＥＬパネル配列を複数積層して発光パネル積層部を構成するとともに、発光パネル積層部を構成する複数の有機ＥＬパネル配列の上下において複数の有機ＥＬパネルの境界線（継ぎ目）の位置がずれるような配置を構成する。これにより、各有機ＥＬパネルの継ぎ目部分での発光を、上下の有機ＥＬパネルが互いに補間し合うようになり、継ぎ目部分に特別な光散乱手段を設けなくても照明装置全体として均一性を向上できるようになる。

図３は、小型有機ＥＬパネルの配置例を説明する模式図である。なお、以下に説明する例では、有機ＥＬパネル配列を積層する方向、すなわち光の取り出し方向を上下方向とし、光の取り出し面側を上、反対側を下として説明する。

この配置例では、可視光の反射率が大きい金属材料を陰極電極に使用した小型の片面発光型有機ＥＬパネル（図１参照）を第一層目（最下層）に配列し、光の取り出し型（ＬＣＤパネル側）となる第二層目の有機ＥＬパネルには、光を透過する小型の両面発光型有機ＥＬパネル（図２参照）を、それぞれ無発光部分が重ならないように上層、下層で交互に配列して積層している。これにより、第一層目の無発光部分を第二層目の発光が補い、明暗の差を小さくすることができ、かつ有機ＥＬバックライト全体として輝度を向上させることができる。

各有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂを各々平面的に配列して有機ＥＬパネル配列５１、５２を構成するには、隣接する有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂについて紫外線硬化型接着剤等の接着剤によって接続したり、所定の枠内にはめ込むように配置したりする。

また、有機ＥＬパネル配列５１、５２を上下で積層する場合も、上記と同様に紫外線硬化型接着剤等の接着剤によって接続したり、各有機ＥＬパネル配列５１、５２を固定する枠を上下で固定したりすればよい。

さらに、有機ＥＬ素子は駆動に対する応答時間が約１０μ秒と短いため、小型有機ＥＬパネルを配列する構造とすることにより、図４のように、画面上部である上層（あるいは積層の方法によっては下層）一列目４１から画面下部に向けて、例えば上層一列目４１→下層一列目４２→上層二列目４３→下層二列目４４…等のように順に点灯させるスキャンニング駆動を行うことができる。この駆動は図示しない駆動手段（駆動回路）によって制御する。

この特徴と構造から、上述のように第一層目と第二層目の小型有機ＥＬパネルどうしを交互に配列し、適当な順次駆動をすることにより、輝度ムラを抑えながら高輝度のスキャンニング・バックライトを実現することができる。

また、この駆動方法については、上層１列目と下層１列目を同時に点灯させる等、必要に応じた時間軸駆動を行うことができる。

このような小型有機ＥＬパネルの配置によって大型の照明装置を構成すれば、大型単体の有機ＥＬパネルを製造する必要がなく、小型有機ＥＬパネルの製造のみで済むことから、装置や製造コストの抑制を図ることができる。また、各有機ＥＬパネルの並べ方の工夫により、配列の境界線に起因するムラを抑えることができ、スキャンニング駆動も実現できることになる。

図５は、本実施形態の照明装置を液晶表示装置に適用した例を示す模式断面図である。液晶パネル６０は一対のガラス基板６１ａ、６１ｂを所定の間隔で対向配置し、その隙間に液晶６２を封入したものであり、例えばガラス基板６１ｂに各画素と対応した液晶を駆動するＴＦＴ（Thin Film Transistor）を形成して光変調を行うものである。

液晶パネル６０は自発光しないため、光変調を行うために外部の照明手段（バックライト）から光を入射する必要がある。このバックライトとして本実施形態の照明装置を用いる。すなわち、第一層目有機ＥＬパネル配列５１と第二層目有機ＥＬパネル配列５２とを積層したものを用いる。この有機ＥＬパネル配列５１、５２では、先に説明したように上下の有機ＥＬパネルで継ぎ目の位置がずれた状態で配置されていることから、高輝度かつ高均一な光を液晶パネル６０に照射することができ、液晶表示装置１００として、高輝度および均一性の高い良質な画像を得ることが可能となる。

次に、本実施形態の照明装置での他の例について説明する。図６は、上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの並びを一方向にずらす配置の例を示す模式図である。なお、図６では、ずれている方向を分かりやすくするため、若干斜めにずらして表示している。図６（ａ）は横方向へずらした例である。すなわち、有機ＥＬパネル配列５１の上に有機ＥＬパネル配列５２が積層される構造において、下側となる有機ＥＬパネル配列５１を構成する複数の有機ＥＬパネル３１ａと上側となる有機ＥＬパネル配列５２を構成する有機ＥＬパネル３１ｂとの配置を横方向に例えば半ピッチずらして配置したものである。この例では、ライン型の照明装置を構成する場合に適している。

また、図６（ｂ）は縦方向へずらした例である。すなわち、有機ＥＬパネル配列５１の上に有機ＥＬパネル配列５２が積層される構造において、下側となる有機ＥＬパネル配列５１を構成する複数の有機ＥＬパネル３１ａと上側となる有機ＥＬパネル配列５２を構成する有機ＥＬパネル３１ｂとの配置を縦方向に例えば半ピッチずらして配置したものである。

このように、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２において有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの並びを一方向にずらす配置にすれば、上下における有機ＥＬパネルの継ぎ目が重ならない状態となり、継ぎ目での発光を上下で補間し合うことができるようになる。

なお、いずれの例においても、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２の各有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの配置ずれは半ピッチ以外であってもよい。

図７は、上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの大きさを変える例を示す模式図である。すなわち、有機ＥＬパネル配列５１の上に有機ＥＬパネル配列５２が積層される構造において、上下のいずれか一方の有機ＥＬパネルを他方の有機ＥＬパネルより大きくする。図７に示す例では、下側となる有機ＥＬパネル配列５１の有機ＥＬパネル３１ａを上側となる有機ＥＬパネル配列５２の有機ＥＬパネル３１ｂよりも大きくしている。これにより、上下における有機ＥＬパネルの継ぎ目が重ならない状態となり、継ぎ目での発光を上下で補間し合うことができるようになる。

また、図７に示す例のように、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２における各々の有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの大きさが異なっていても、並べたときの縦横の長さが照明装置全体の縦横の長さと一致するように設定すれば、端部での上下位置を揃えることが可能となる。

つまり、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２の各々の有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの各縦横辺の長さの最小公倍数が照明装置全体の縦横辺の長さとなるようにすると、縦横両方向における有機ＥＬパネルの継ぎ目が照明装置全面において重ならないようになるとともに、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２の縦横サイズを照明装置全体の縦横サイズと一致させることが可能となる。

この例によれば、継ぎ目での発光を上下で補間し合うことができるようになり、２種類の大きさから成る有機ＥＬパネルを用意すれば、高輝度、高均一性の大型有機ＥＬ照明装置を実現することが可能となる。

なお、図７に示す例では、下側の有機ＥＬパネル３１ａを上側の有機ＥＬパネル３１ｂより大きくしたが、反対に下側の有機ＥＬパネル３１ａを上側の有機ＥＬパネル３１ｂより小さくする場合でも同様である。また、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２の各有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂで大きさを変える例の応用として、上下の有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂでパネル外形を変えることも考えられる。例えば、上側の有機ＥＬパネル３１ｂが四角形であった場合、下側の有機ＥＬパネル３１ａを三角形や六角形等にすることが考えられる。

図８は、上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの角度を変えて配置した例を示す模式図であり、図８（ａ）は下側の有機ＥＬパネルを約１５度左に回転させた例、図８（ｂ）は下側の有機ＥＬパネルを約４５度回転させた例である。

いずれの例でも、上下の有機ＥＬパネル配列５１、５２において各々の有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの配置角度を変えるようにすれば、上下において有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂの継ぎ目の位置（方向）が一致しない状態となり、継ぎ目での発光を上下で補間し合うことができるようになる。

特に、図８に示す例では、全て同じサイズの有機ＥＬパネル３１ａ、３１ｂを用いることができ、製造上の容易性やコストダウンを図ることが可能となる。

上記説明した実施形態では、主として上下で有機ＥＬパネル配列を２層に重ねる例を示したが、３層以上重ねる場合であっても同様である。３層以上重ねる場合には、最下層に片面発光型有機ＥＬパネル１０（図１参照）を用い、それ以外の層に両面発光型有機ＥＬパネル２０（図２参照）を適用して積層すればよい。また、有機ＥＬパネル配列を複数層重ねる場合、全ての層において両面発光型有機ＥＬパネル２０を適用し、最下部に何らかの反射手段を配置する構成であっても可能である。

また、上下の有機ＥＬパネルの配置例（大きさを変える例、配置角度を変える例）については、各々単独でも、適宜組み合わせるようにしてもよい。

このように、片面発光型有機ＥＬパネル１０と、両面発光型有機ＥＬパネル２０とを、あるいは両面発光型有機ＥＬパネル２０のみを積層して配置することにより、高輝度で薄型な有機ＥＬを用いたバックライトを実現することが可能となる。

また、有機ＥＬパネルを配列する構造とすることにより、配列する単体の有機ＥＬパネルを小型化でき、以下のメリットを得ることが可能となる。
（１）有機ＥＬ装置製造工程における蒸着装置を小型化できる。
（２）有機ＥＬ装置の電圧ドロップの影響が小さくなる。
（３）有機ＥＬ装置の成膜面積が小さくなるため応力による膜われが発生しにくい。
（４）上記メリットから、電圧特性を保ちながら安価にバックライトを提供できる。
（５）小型パネルを配列していることにより、応答速度の速い有機ＥＬを用いてスキャンニング・バックライトを実現できる。

また、上記実施形態では、本発明の照明装置を液晶表示装置の照明手段（バックライト）として適用する例を示したが、本発明の照明装置はこれ以外であっても適用可能である。すなわち、本発明の照明装置は、高輝度、高均一性、薄型化、大型化を実現できることから、例えば医療機器（レントゲン写真参照用のバックライトなど）にも適用可能である。

片面発光型有機ＥＬパネルの構成概略を説明する模式断面図である。 両面発光型有機ＥＬパネルの構成概略を説明する模式断面図である。 小型有機ＥＬパネルの配置例を説明する模式図である。 スキャニング駆動を説明する模式図である。 本実施形態の照明装置を液晶表示装置に適用した例を示す模式断面図である。 上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの並びを一方向にずらす配置の例を示す模式図である。 上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの大きさを変える例を示す模式図である。 上下の有機ＥＬパネル配列において有機ＥＬパネルの角度を変えて配置した例を示す模式図である。

符号の説明

１０…片面発光型有機ＥＬパネル、１１…ガラス基板、１２…ＩＴＯ電極、１３…正孔注入層、１４…正孔輸送層、１５…有機発光層、１６…電子輸送層、１７…電子注入層、１８…金属電極、２０…両面発光型有機ＥＬパネル、２１…ガラス基板、２２…ＩＴＯ電極、２３…正孔注入層、２４…正孔輸送層、２５…有機発光層、２６…電子輸送層、２７…電子注入層、２８…金属電極、２９…ＩＴＯ補助電極、３０…ガラス基板、３１ａ…有機ＥＬパネル、３１ｂ…有機ＥＬパネル、５１有機ＥＬパネル配列、５２…有機ＥＬパネル配列、６０…液晶パネル、１００…液晶表示装置

Claims (8)

1. 有機ＥＬ（Electro Luminescence）発光層を備える複数の発光パネルを平面状に配置してなる発光パネル層と、
   前記発光パネル層を複数積層してなる発光パネル積層部とを備えており、
   前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの境界線の位置がずれるよう配置されている
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層のうち、最も下に配置される発光パネル層には上側に光を反射する反射層が設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの大きさが異なっている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの大きさが異なっているとともに、上下の発光パネル層の各々の発光パネルの各縦横辺の長さの最小公倍数が装置全体の縦横辺の長さとなっている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
5. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの外形が異なっている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
6. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの配置角度が異なっている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
7. 前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層において各列の発光パネルの点灯を各層順に行う駆動手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
8. 画像信号に基づき光を変調する液晶パネルと、
   前記液晶パネルに前記光を照射する照明手段とを備える液晶表示装置において、
   前記照明手段が、有機ＥＬ（Electro Luminescence）発光層を備える複数の発光パネルを平面状に配置してなる発光パネル層と、
   前記発光パネル層を複数積層してなる発光パネル積層部とを備えており、
   前記発光パネル積層部を構成する複数の発光パネル層の上下において前記複数の発光パネルの境界線の位置がずれるよう配置されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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