JP5309993B2 - 面発光体及び表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、面発光素子を備えた面発光体に関し、該面発光体から出射される光の光量や正面輝度を大きく向上させるようにした面発光体、及びそれをバックライトとして用いた表示装置に関する。
近年、情報機器の多様化等にともなって、消費電力が少なく、容積が小さい面発光素子のニーズが高まり、このような面発光素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子(以下、EL素子と略す。)が注目されている。
そして、このようなEL素子は、使用する材料によって無機EL素子と有機EL素子とに大別される。
ここで、無機EL素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている。一方、有機EL素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層内に注入し、このように注入された電子とホールとを発光層内で結合させて、有機材料を励起状態にし、この有機材料が励起状態から基底状態に戻るときに発光するようになっており、無機EL素子に比べて、低い電圧で駆動できるという利点がある。
また、有機EL素子の場合には、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることが出来、また発光材料を適当に組み合わせることによって白色光を得ることも出来、液晶表示素子等の表示装置のバックライトとして利用することも期待されている。
ここで、液晶表示素子等のバックライトとして利用する場合、一般に2000〜4000cd/m2程度の正面輝度が必要になるが、上記のようなEL素子等の面発光素子を発光させた場合、発光された光は様々な方向に進行し、面発光素子の出射面等において全反射して面発光素子の内部に閉じ込められる光も多く存在し、十分な正面輝度を得ることが困難であり、特に、有機EL素子の場合においては、十分な発光寿命が得られるようにするためには、1000〜1500cd/m2程度の正面輝度しか得られないという問題があった。従って、光取り出し効率として1.4倍以上、正面輝度向上倍率として1.6倍以上、さらに望ましくは正面輝度向上倍率で2倍以上となる解決策が望まれている。
従来においては、有機EL素子等の面発光素子を発光させた場合において、その内部に閉じ込められる光を取り出して、その正面輝度を向上させるために、面発光素子の出射面に拡散構造を設けるようにしたもの(例えば、特許文献1、2、3、4参照。)や、面発光素子の出射面にプリズムやレンズ状のシートを表面に凹凸が現れるようにして取り付けたものが提案されている(例えば、特許文献5、6、7、8参照。)。
しかしながら、上記のように面発光素子の出射面に微小な凹凸を設けるようにしたり、面発光素子の出射面に凹凸が設けられた平面部材を表面に凹凸が現れるようにして取り付けるようにした場合、表面における凹凸によって光が散乱され、依然として正面輝度を十分に向上させることが出来ないという問題があった。
有機EL発光デバイスなどの面発光素子の正面輝度を向上する別の手段として、光が射出する側の面に、表面に凹凸の設けられたプリズムアレイシートをプリズム側が射出面に向くような構成が考案されている(特許文献9、10)。そのような構成では、プリズムの接着部分の透明性(散乱無く光線を透過する特性)が高いために、接着部分を通して発行素子の裏面で反射されたプリズム列が観察される。その時に、プリズム列が規則正しく並んでいると、プリズム列と裏面反射で観察されるプリズム列の鏡像とを重なりあって観察されるために、モアレ像が観察されるという不都合が生じる。
特開2000−323272号公報 特開2000−231985号公報 特開平7−162037号公報 特開平11−111464号公報 特開2005−63926号公報 特開2003−59641号公報 特開平6−265888号公報 特開2005−353431号公報 特開2000−148032号公報 特開2006−59543号公報
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、面発光素子を備えた面発光体及びこの面発光体を用いた表示装置において、この面発光体から出射される光の取り出し効率を向上させることを課題とするものである。
従って本発明の目的は、面発光体から出射される光の光量や正面輝度を大きく向上させ、モアレ像の発生を抑制できるようにした面発光体、及びそれをバックライトとして用いた表示装置を提供することにある。
本発明の上記課題は以下の構成により達成される。
本発明の第1の面発光体においては、面発光素子と、調光シートとを少なくとも有し、前記調光シートは、少なくとも片面に複数の凸部を有し該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記調光シートのヘイズ値が85%以上であることを特徴とする。
本発明の第2の面発光体においては、面発光素子と、調光シートと、拡散シートとを少なくとも有し、前記調光シートは、少なくとも片面に複数の凸部を有し該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記拡散シートは前記調光シートの前記面発光素子と接する面とは反対側の面に設けられ、ヘイズ値が80%未満であることを特徴とする。
本発明の第3の面発光体においては、面発光素子と、調光シートとを少なくとも有し、前記調光シートは片面に複数の凸部を有し、片面に拡散構造を備えており、該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記拡散構造の反射率が35%未満であることを特徴とする。
本発明の第4の面発光体においては、面発光素子と、調光シートとを少なくとも有し、前記調光シートは、少なくとも片面に複数の凸部を有し該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記凸部の先端部と前記面発光素子との間には拡散構造が設けられており、前記調光シートのヘイズ値が85%以上であることを特徴とする。
本発明の第5の面発光体においては、面発光素子と、調光シートとを少なくとも有し、前記調光シートは、少なくとも片面に複数の凸部を有し該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記面発光素子は、出射面に透明基板を有しており、該透明基板が拡散構造であることを特徴とする。
本発明の第6の面発光体においては、第1〜5の面発光体において、前記凸部が円錐台形であることを特徴とする。
また、表示装置において、以上述べた本発明の第1〜第6の面発光体をバックライトとして用いることを特徴とする。
本発明により、面発光体から出射される光の光量や正面輝度を大きく向上させ、モアレ像の発生を抑制できるようにした面発光体、及びそれをバックライトとして用いた表示装置を提供することが出来る。
本発明のプリズムアレイシートの一例である。 本発明の面発光体の実施形態の一例である。 本発明に係る面発光体による光の出射を示す模式図である。 モアレ像発生の仕組みを示す模式図である。 円錘台状の凸部を有する面発光体の一例である。 拡散シートを有する面発光体の一例である。 観察者側の表面に拡散構造を有する面発光体の一例である。 拡散性を持つ接着拡散層を有する面発光体の一例である。 透明基板に拡散構造を持つ拡散基板を用いた面発光体の一例である。 透明基板面に有機EL層と対向電極とが設けられた有機EL素子からなる面発光素子である。
符号の説明
10A、10E プリズムアレイシート
11 透光性基板
12 凸部
13 空間部
14 出射面
20 面発光素子
21 透明基板
22 透明電極
23 有機EL層
24 対向電極
以下本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の面発光体は、調光シートの少なくとも片面に複数の凸部を設け、この凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接することで、調光シートを設けない場合には面発光素子の出射面において全反射される光が、調光シートの凸部の先端面が接着された部分において反射されずに、この調光シート内に導かれるようになる。
ここで、凸部は、錐台形をしており、例えば、角錐や円錐等が挙げられる。
凸部の先端部が発光素子の出射面に接着材を介して接するとは、凸部すべてを接着層に埋没してしまうのでなく、凸部の一部のみを、接着材を介して面発光体の出射面に接することで、面発光素子と調光シートとの間に空隙部が形成される。調光シート内に導かれた光の多くは、面発光素子の出射面に向けて収縮した凸部と空間部との界面において全反射され、この全反射された光が調光シートの出射面に導かれて出射されるようになる。
この結果、この発明における第1の面発光体においては、上記の調光シートを通して出射される光の取り出し効率が向上するとともに、正面輝度が大きく向上する。
このとき、調光シートの凸部列を透過して、面発光体の裏面のミラー面で反射されて出来る調光シートの鏡像が観察されるため、規則正しく配列した調光シート凸部のモアレ像が発生することになるが、調光シートのヘイズ値が85%以上になるように構成することで、モアレ像が観察されにくくなる。
ここで、調光シートのヘイズ値は、透明なガラス基板に調光シートを使用形態と同じ構成で貼り付けた状態で、ヘイズ測定器(例えば、NIPPON DENSHOKU HazeMeter NDH2000)で測定した値である。
また、この第1の面発光体において、上記の調光シートの片面に設ける凸部を上記の先端面に向けて収縮する円錐台状に形成すると、この調光シートを通して出射される光の取り出し効率が向上するとともに、正面輝度が更に向上する。
この発明の第2の面発光体においては、第1の面発光体と同様に、接着された調光シートの凸部の先端面を通って調光シート内に導かれた光の多くが、凸部と空間部との界面において全反射され、全反射された光が調光シートの出射面に導かれて出射するようになる。この結果、光の取り出し効率が向上するとともに、正面輝度が大きく向上する。このとき、調光シートの凸部を透過して、面発光体の裏面のミラー面で反射されて出来る調光シートの鏡像が観察されるため、モアレ像が発生することになるが、調光シートに重ねて拡散シートを設けることで、モアレ縞が視認されなくなる。
拡散シートのヘイズ値が凡そ80%未満であれば、光取り出し効率や正面輝度が高くモアレ縞を視認できない状態に出来る。
また、この第2の面発光体において、上記の調光シートの片面に設ける凸部を上記の先端面に向けて収縮する円錐台状に形成すると、この調光シートを通して出射される光の取り出し効率が向上するとともに、正面輝度が更に向上する。
この発明の第3の面発光体においては、第1の面発光体と同様に、接着された調光シートの凸部の先端面を通って調光シート内に導かれた光の多くが、凸部と空間部との界面において全反射され、全反射された光が調光シートの出射面に導かれて出射するようになる。この結果、光の取り出し効率が向上するとともに、正面輝度が大きく向上する。このとき、調光シートの凸部を透過して、面発光体の裏面のミラー面で反射されて出来る調光シートの鏡像が観察されるため、モアレ像が発生することになるが、調光シートの凸部が設けられている面と反対側の面を拡散構造とすることで、モアレ縞が視認されなくなる。
拡散構造の反射率が35%未満であれば、光取り出し効率や正面輝度が高くモアレを視認できない状態に出来る。
また、拡散構造のヘイズ値が70%未満であれが、さらに正面輝度が高く、モアレが視認できない状態を達成できる。
ここで、調光シートに設ける拡散構造のヘイズ値は、凸部を設けない平行平板の片面に拡散構造を設けた状態で、ヘイズ測定器(例えば、NIPPON DENSHOKU HazeMeter NDH2000)で測定した値である。
また、この発明における第1の表示装置のように、表示素子と、上記の面発光体とを備え、上記の面発光体を表示素子のバックライトとして用いるようにすると、上記の面発光体の出射面から出射された正面輝度の高い光が表示素子に導かれ、輝度の高い表示が行えるようになる。
次に、この発明の実施形態に係る面発光体を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る面発光体は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
(実施形態1)
実施形態1においては、調光シートとして、図1(a)、(b)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12が縦横に連続して形成されたプリズムアレイシート10Aを用いるようにした。なお、本明細書において、凸部12の先端側が収縮するとは、プリズムアレイシート10Aから遠ざかるにつれて徐々に小さくなるように凸部12が形成されていることを意味し、図1(b)及び後述する図2〜9の例では、下すぼみの形状になっていることを意味する。
そして、この実施形態1の面発光体においては、図2に示すように、透明電極22が設けられた透明基板21の面に有機EL層23と対向電極24とが設けられた有機EL素子からなる面発光素子20を用い、この面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。ここで、対向電極24はアルミ等の金属が用いられるため、その反射率が80%以上の鏡面となる。
このように面発光素子20の出射面21aに、プリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させると、プリズムアレイシート10Aの凸部12が面発光素子20の出射面21aに向けて収縮した形状になると共に、このプリズムアレイシート10Aの凸部12と面発光素子20の出射面21aとの間の空間部13にはプリズムアレイシート10Aの屈折率より低い空気が充填されるようになる。
そして、このように面発光素子20の出射面21aにプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させて、上記の面発光素子20を発光させると、図3に示すように、調光シートを設けない場合には面発光素子20の出射面21aにおいて全反射される光が、プリズムアレイシート10Aの凸部12の先端面12aが接着された部分においては、全反射されずにこのプリズムアレイシート10A内に導かれるようになる。
そして、このようにプリズムアレイシート10A内に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21aに向けて収縮した凸部12と空間部13との界面である凸部12の傾斜面12bにおいて反射され、この反射された光がプリズムアレイシート10Aの出射面14に導かれて出射されるようになる。また、図3に示すように、プリズムアレイシート10Aの凸部12の先端面12aが接着されていない出射面21aの部分から出射される光であっても、出射面21aから垂直方向に出射される光は、凸部12の傾斜面12bで進行方向が若干変更されるがプリズムアレイシート10Aの正面側に出射されるようになり、また出射面21aからプリズムアレイシート10Aにおける凸部12の傾斜面12bと直交するような方向に出射された光は、この傾斜面12bから凸部12内に導かれ、この凸部12の反対側の傾斜面12bで反射されてプリズムアレイシート10Aの正面側に出射されるようになる。
ここで、上記のように調光シートを設けない場合には面発光素子20の出射面21aにおいて全反射される光が、上記の凸部12の先端面12aからこのプリズムアレイシート10Aの内部に適切に導かれるようにするためには、このプリズムアレイシート10Aの屈折率と上記の面発光素子20の出射面21aにおける屈折率との差を0.2以内にすることが好ましい。
また、上記のようにプリズムアレイシート10Aに四角錘台状になった凸部12を設けるにあたり、この凸部12における傾斜面12b相互が交差する頂角θが大きくなって、上記の面発光素子20の出射面21aに対する凸部12の傾斜面12bの傾斜角度αが小さくなりすぎると、調光シートを設けない場合に面発光素子20の出射面21aにおいて全反射される光がこのプリズムアレイシート10Aの内部に導かれたとしても、この光が凸部12の傾斜面12bにあたらずに、プリズムアレイシート10Aの出射面14に導かれ、このプリズムアレイシート10Aの出射面14において全反射されて戻されるようになり、プリズムアレイシート10Aの出射面14から出射される光の強度が低下する。
一方、凸部12における傾斜面12b相互が交差する頂角θが小さくなって、面発光素子20の出射面21aに対する凸部12の傾斜面12bの傾斜角度αが大きくなりすぎると、上記のようにプリズムアレイシート10Aの内部に導かれた光が、この凸部12の傾斜面12bにおいて反射されずに、この凸部12を通過して空間部13に導かれ、更にこの空間部13を通過して再度プリズムアレイシート10Aの内部に導かれるようになり、この光が上記のようにプリズムアレイシート10Aの出射面14において全反射されて戻されるようになり、プリズムアレイシート10Aの出射面14から出射される光の強度が低下する。
このため、上記の凸部12における傾斜面12b相互が交差する頂角θは、このプリズムアレイシート10Aにおける波長550nmの光に対する屈折率をnとした場合に、(1/n−0.35)<sinθ<(1/n+0.3)の条件を満たすことが好ましく、更に1/n<sinθ<(1/n+0.25)の条件を満たすようにすることがより好ましい。
また、上記の凸部12の高さhのとり得る範囲については、凸部12における上記の頂角θや凸部12のピッチpによっても変化するが、一般にこの凸部12の高さhが低すぎると、面発光素子20の出射面21aにおいて、調光シートを設けない場合に全反射される光がこのプリズムアレイシート10Aの内部に導かれたとしても、この光が凸部12の傾斜面12bにあたらずに、プリズムアレイシート10Aの出射面14に導かれ、このプリズムアレイシート10Aの出射面14において全反射されて戻されるようになる。一方、この凸部12の高さhが高くなりすぎると、この凸部12の傾斜面12bにおいて光の反射に利用されない部分が生じると共に、凸部12のピッチpが同じ場合、面発光素子20の出射面21aに接着される凸部12の先端面12aの面積が小さくなって、このプリズムアレイシート10Aの内部に導かれる光の量が少なくなる。このため、この凸部12の高さhは、凸部12のピッチpに対して、0.28p≦h≦1.1pの条件を満たすことが好ましい。なお、貼り付け手段に透明な接着剤を用いた時には、貼り付け前の凸部12の頂点の一部が透明な接着剤に埋まるために、光学的な作用に影響する凸部の光学的な高さhは貼り付け前の凸部の高さよりも低くなることがある。ここでの凸部12の高さhは、接着後の光学的な作用を及ぼす凸部の高さを表す。
以上述べた面発光体においては、プリズムアレイシート10Aの鏡像が反射率の高い対向電極24によって形成され、プリズムアレイシートの像と鏡像とが重なりあって観察されるためにモアレ像が発生する。図4を用いてその仕組みを説明する。
プリズムシートアレイ10Aの面発光素子20の発光により照明されて、鏡像110Aが形成される。この時、形成される鏡像はプリズムアレイシート10Aの凸部12の出射面12aの鏡像112a部分が、発光した照明光の透過率が高いために暗くなり、それ以外の部分が明るくなって観察される。
プリズムアレイシート10Aを通してその鏡像112aを観察する時には、凸部12の出射面12aを通過した光線のみ、光線が曲げられることなく明るい像が観察され、出射面12a以外の部分を透過した光線は、光線方向が曲げられるために観察される像は暗くなる。従って、図4に図示する面発光体に対する法線方向からγの角度の方向では、鏡像の明るい部分が明るく観察されるために、プリズムアレイシート10Aとその鏡像110Aが重なりあった像は明るく観察され、βの角度の方向では、鏡像の暗い部分が出射面12aを通して観察されるために、プリズムアレイシート10Aとその鏡像110Aが重なりあった像は暗く観察される。
観察する方向により、明るく観察される方向と暗く観察される方向が繰り返されるためにモアレ縞として観察されることになる。
また、以上は面発光素子自身の発光によりプリズムシートが照明されて発生するモアレ縞の発生原理の説明であるが、面発光体とは別に主として観察者の側に存在する照明光源によりプリズムシートが照明されることによっても、同様にモアレ縞が発生する。
これらのモアレ縞の視認性を低くするためには、プリズムアレイシート10Aの凸部12の出射面12aの面積を小さくすれば、鏡像110Aの視認性が低下して、結果としてモアレ縞を見えにくくすることが出来る。その時、プリズムアレイシート10Aに平行光を照射すると、出射面12aの面積が小さくなることで、プリズムアレイシート10Aに入射後直進する光線の割合が小さく、凸部12の傾斜面12bなどで曲げられる光線の割合が大きくなる。平行光を入射して曲げられる光線の割合は、ヘイズ値として測定することが出来るため、プリズムアレイシート10Aのヘイズ値を大きくすれば、観察されるモアレ縞の視認性が低くなる。
実施形態1では、面発光素子の出射面21aの面積に対するプリズムアレイシート10Aの凸部12の出射面12aが出射面21aに光学的に密着している面積の比率、すなわち接着面積比率を変えた調光シートを作成して、そのヘイズ値を測定してモアレ縞を観察したところ、ヘイズ値が85%以上の時に、観察されるモアレ縞のコントラストが十分に小さくなり、更にヘイズ値が88%以上の時には、ほとんど視認できない程度にモアレ縞のコントラストが低下することを見出した。
また、ヘイズ値と同時に、接着面積比率を測定したところ、接着面積比率が20%未満でわずかに観察される程度にモアレ縞のコントラストが低下し、接着面積比率が15%未満でモアレ縞がほとんど観察されない状態になることを見出した。
ここで、ヘイズ値の測定は、面発光素子の透明基板21と同じ材質の透明基板にプリズムアレイシート10Aを接着した状態で、透明基板側から測定光を入射してヘイズ測定器(NIPPON DENSHOKU HazeMeter NDH2000)で測定した。
以上の説明では、プリズムアレイシート10Aの形状として、図1に示す四角推台を例に説明したが、調光シートとして、図5(a)、(b)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が収縮した円錘台状の凸部12の周辺部が切断されて正方形状になったものが縦横に連続して形成されたプリズムアレイシート10Eを用いても良い。
ここで、プリズムアレイシート10Eに円錘台状になった凸部12を設けるようにすると、このプリズムアレイシート10Eを通して出射される光の正面輝度が更に大きく向上されるようになる。この詳細な理由については不明であるが、本発明者等の検討によれば、例えば、図1に示すように凸部12が四角錘台状である場合、稜線方向の断面における稜線のなす頂角が、四角錘台状になった凸部12の並び方向の断面における頂角に比べて小さくなるため、正面輝度の向上に十分に寄与することが出来ない出射光が生じるようになるが、円錘台状になった凸部12の場合、どの方向の断面においても頂角が一定であるため、四角錘台状になった凸部12の場合に生じていた正面輝度の向上に十分に寄与することが出来ない出射光が生じなくなるためであると考えられる。
凸部12が円錐台状になった場合でも、モアレ縞の発生する原理は既に述べた四角推台の場合と同じに考えることが出来、モアレ縞の視認性を低くするためには、プリズムアレイシート10Eのヘイズ値を高くすることが有効で、ヘイズ値80%以上であればモアレ縞の視認性が十分に小さくなり、ヘイズ値88%以上であれば、更に望ましい。
以上述べた実施形態1の面発光体により、光取り出し効率や正面輝度が高く、かつモアレ縞の視認性の十分低い面発光体が出来る。
なお、実施形態1の面発光体においては、プリズムアレイシートの凸部12の形状が四角推台と円錐台の場合について説明したが、光取り出し効率や正面輝度を高めてモアレ縞の視認性を低くする形状としては、それらに限られるものではなく、三角推台や六角推台等の形状でも良い。
また、この実施形態1の面発光体においては、面発光素子20として有機EL素子を用いるようにしたが、面発光素子20は面状に発光するものであればよく、無機EL素子等を用いることが出来るが、輝度の向上にまだ大きな改善が期待される有機EL素子を用いることが特に効果的である。
(実施形態2)
実施形態2においては、調光シートとして、上記の実施形態1の場合と同様に、図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。
そして、この実施形態2の面発光体においても、上記の実施形態1の場合と同様に、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このようにすると、この実施形態2の面発光体においても、上記の実施形態1の面発光体と同様に、調光シートを設けない場合には、面発光素子20の出射面21aにおいて全反射される光が、プリズムアレイシート10Aの凸部12の先端面12aが接着された部分においては、全反射されずにこのプリズムアレイシート10Aの内部に導かれ、このようにプリズムアレイシート10Aの内部に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21aに向けて収縮した凸部12の傾斜面12bにおいて反射され、この反射された光がプリズムアレイシート10Aの出射面14に導かれて出射されるようになる。
この実施形態2の面発光体においても、実施形態1で述べた理由により、面発光素子20とプリズムアレイシート10Aとの構成により、視認されるモアレ縞が発生するが、図6に示すように拡散シート200を設けることで、モアレ縞を視認できない状態にすることが可能となる。各種条件の拡散シートでモアレ縞の視認性について研究をしたところ、拡散シートのヘイズ値を30%以上にすると、モアレ縞が全く観察されなくなることを見出した。面発光素子20とプリズムアレイシート10Aとの組み合わせで発生するモアレ縞の程度によっては、更に小さなヘイズ値の拡散シートを用いても、十分な効果を発揮することがある。
観察されるモアレ縞の視認性を低くするという目的に対しては、ヘイズ値が高くなることで不都合は生じないが、ヘイズ値が高すぎると、光取り出し効率の向上や正面輝度の向上などのプリズムアレイシート10Aの機能に支障を及ぼすことになる。本発明の発明者等は、研究を重ねたところ、拡散シート200のヘイズ値が80%未満の時に、面発光素子20とプリズムアレイシート10Aと組み合わせた時の光取り出し効率や正面輝度が十分高くなる効果が得られることを見出した。ヘイズ値が65%未満の時には更に大きな効果を得ることが出来る。
また、実施形態1で述べたのと同様の理由で、プリズムアレイシート10Aの凸部12における傾斜面12b相互が交差する頂角θは、このプリズムアレイシート10Aにおける波長550nmの光に対する屈折率をnとした場合に、(1/n−0.35)<sinθ<(1/n+0.3)の条件を満たすことが好ましく、更に1/n<sinθ<(1/n+0.25)の条件を満たすようにすることがより好ましい。
また、実施形態1で述べたのと同じ理由により、プリズムアレイシート10A凸部12の高さhは、凸部12のピッチpに対して、0.28p≦h≦1.1pの条件を満たすことが好ましい。それらの条件を満足する時に、更に高い光取り出し効率や正面輝度を得ることが出来る。
以上の説明では、プリズムアレイシート10Aの形状として、図1に示す四角推台を例に説明したが、調光シートとして、図5(a)、(b)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が収縮した円錘台状の凸部12の周辺部が切断されて正方形状になったものが縦横に連続して形成されたプリズムアレイシート10Eを用いても良い。
ここで、プリズムアレイシート10Eに円錘台状になった凸部12を設けるようにすると、実施形態1で説明したのと同様の理由により、このプリズムアレイシート10Eを通して出射される光の正面輝度が更に大きく向上されるようになる。
(実施形態3)
実施形態3においては、調光シートとして、上記の実施形態1の場合と同様に、図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。
そして、この実施形態3の面発光体においても、上記の実施形態1、2の場合と同様に、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図7に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側の表面に拡散構造210を設けた。
このようにすると、この実施形態2の面発光体においても、上記の実施形態1、2の面発光体と同様に、調光シートを設けない場合には、面発光素子20の出射面21aにおいて全反射される光が、プリズムアレイシート10Aの凸部12の先端面12aが接着された部分においては、全反射されずにこのプリズムアレイシート10Aの内部に導かれ、このようにプリズムアレイシート10Aの内部に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21aに向けて収縮した凸部12の傾斜面12bにおいて反射され、この反射された光がプリズムアレイシート10Aの出射面14に導かれて出射されるようになる。
また、実施形態1で述べた理由により、面発光素子20とプリズムアレイシート10Aとの構成により、視認されるモアレ縞が発生するが、図7に示すように拡散構造210を設けることで、モアレ縞を視認できない状態にすることが可能となる。各種条件の拡散構造でモアレ縞の視認性について研究をしたところ、拡散構造のヘイズ値を30%以上にすると、モアレ縞が全く観察されなくなることを見出した。面発光素子20とプリズムアレイシート10Aとの組み合わせで発生するモアレ縞の程度によっては、更に小さなヘイズ値の拡散構造210を用いても、十分な効果を発揮することがある。ここで、拡散構造としては、ビーズ拡散や表面の凹凸による拡散などを用いることが出来る。
ここで拡散構造のヘイズ値が高すぎると、光取り出し効率の向上や正面輝度の向上などの機能に支障を及ぼすことになる。本発明の発明者等は、研究を重ねたところ、拡散構造210のヘイズ値が70%未満の時に、面発光体の光取り出し効率や正面輝度が十分高くなる効果が得られることを見出した。また、ヘイズ値が65%未満の時には更に大きな効果を得ることが出来る。また、30%以上の反射率を持つ拡散構造210を用いることでも、十分な光取り出し効率を得ることが可能でることを見出した。ここで、拡散構造のヘイズ値や反射率については、プリズム列を持たない、同じ材質のシート上に拡散構造を形成し、ヘイズ測定器などで測定した。
また、実施形態1で述べたのと同様の理由で、プリズムアレイシート10Aの凸部12における傾斜面12b相互が交差する頂角θは、このプリズムアレイシート10Aにおける波長550nmの光に対する屈折率をnとした場合に、(1/n−0.35)<sinθ<(1/n+0.3)の条件を満たすことが好ましく、更に1/n<sinθ<(1/n+0.25)の条件を満たすようにすることがより好ましい。
また、実施形態1で述べたのと同じ理由により、プリズムアレイシート10A凸部12の高さhは、凸部12のピッチpに対して、0.28p≦h≦1.1pの条件を満たすことが好ましい。それらの条件を満足する時に、更に高い光取り出し効率や正面輝度を得ることが出来る。
以上の説明では、プリズムアレイシート10Aの形状として、図1に示す四角推台を例に説明したが、調光シートとして、図5(a)、(b)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が収縮した円錘台状の凸部12の周辺部が切断されて正方形状になったものが縦横に連続して形成されたプリズムアレイシート10Eを用いても良い。
ここで、プリズムアレイシート10Eに円錘台状になった凸部12を設けるようにすると、実施形態1で説明したのと同様の理由により、このプリズムアレイシート10Eを通して出射される光の正面輝度が更に大きく向上されるようになる。
また、調光シートの片側の面を拡散構造とすることで、拡散シートを別に設ける形態よりも、構成が簡単で薄型になるという効果が得られる。
(実施形態4)
実施形態4においては、図8に示すように、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、プリズムアレイシート10Aを接着拡散層220を介して四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。
実施形態1において説明したように、モアレ縞の視認性を高める条件は、凸部12の先端面12aで曲げられることなく通過する光線の量が多いことであるから、先端面12aを透明基板21の出射面21aに接着する際の接着層を拡散性を持つ接着拡散層220とすることで、モアレ縞の視認性を著しく低下する効果を得ることが出来る。
また、凸部12の壁面12bにより光が取り出される方向や正面方向に曲げられる光線に対しては何ら影響を及ぼさないため、光取り出し効率や正面輝度を高くすることが出来る。
(実施形態5)
実施形態5においては、図9に示すように、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板を拡散構造を持つ拡散基板230とし、その出射面21aに、プリズムアレイシート10Aを四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。
実施形態1において説明したように、モアレ縞の視認性を高める条件は、プリズムアレイシート10Aの鏡像の視認性が高いことによるものであるから、発光素子20を形成する透明基板に拡散性を持たせて拡散基板230とすることで、モアレ縞の視認性を著しく低下する効果を得ることが出来る。
また、凸部12の壁面12bにより光が取り出される方向や正面方向に曲げられる光線に対しては何ら影響を及ぼさないため、光取り出し効率や正面輝度を高くすることが出来る。
本発明の面発光体は、有機ELディスプレイ、無機ディスプレイ、PDP(プラズマディスプレイ)等の各種表示装置のバックライトとして用いられる。また、反射型、透過型、半透過型LCD或いはTN型、STN型、OCB型、HAN型、VA型(PVA型、MVA型)、IPS型等の各種駆動方式のLCDを有する液晶表示装置のバックライトとしても好ましく用いられる。特に液晶表示装置では、正面輝度が高くコントラストの高い画像が得られるという効果があった。
次に、この発明の実施例に係る面発光体と比較例の面発光体とを比較し、この発明の実施例に係る面発光体においては、面発光体から出射される光の取り出し効率や正面輝度が大きく向上すると共に、モアレ縞が観察されない良好な発光体を得られることを説明する。
(比較例1)
比較例1においては、図10に示すように、面発光素子20をそのまま面発光体として用いるようにした。
そして、この面発光素子20としては、前記のように透明電極22が設けられた透明基板21の面に有機EL層23と対向電極24とが設けられた有機EL素子からなる面発光素子20を用いるようにした。
ここで、この面発光素子20においては、上記の透明基板21として、厚みが0.7mm,サイズが40mm×52mmの無アルカリガラスを用い、この透明基板21の片面に透明電極22として、ITOを150nmの厚みに成膜し、フォトリソグラフィー法によって電極形状にパターニングし、35×46mmの大きさにしたものを用いた。なお、この透明電極22の抵抗を、ロレスタ(三菱化学社製)を用いて測定したところ20Ω/□であった。
そして、この透明電極22の上に、正孔輸送材料としてトリアゾール誘導体を用い、真空蒸着法により膜厚が100nmになった正孔輸送層を形成した。次いで、この正孔輸送層の上に、トリス(8−キノリノラト)からなる発光材料を真空蒸着法により蒸着させて膜厚が100nmになった発光層を形成した。そして、この発光層の上に、トリアジン誘導体を真空蒸着法により蒸着させて膜厚が100nmになった正孔阻止層を形成した。更に、この正孔阻止層の上に、ニトロ置換フルオレン誘導体を真空蒸着法により蒸着させて膜厚が100nmになった電子輸送層を形成した。そして、この電子輸送層の上にスパッタ法によって膜厚が100nmになったアルミニウムからなる対向電極24を形成した。なお、この面発光素子20の出射面21a側における透明基板21は、波長550nmの光に対する屈折率が1.517であった。
(比較例2)
比較例2においては、前記の実施形態1の面発光体と同様に、調光シートとして透光性基板11の片面に四角錐状になった凸部12が連続して形成されたプリズムアレイシート10Aを用い、図2に示すように、このプリズムアレイシート10Aにおける三角形状の凸部12を、上記の比較例1の面発光素子20の出射面21aに対向するようにして、このプリズムアレイシート10Aを面発光素子20の出射面21aに接着させるようにした。接着方法として粘着剤を用いた。粘着剤の厚みは10μmであった。接着前の凸部の高
さを接着後の凸部の高さhと比較したところ、凸部の先端が5μm埋まっていることが分かった。なお、このプリズムアレイシート10Aは、波長550nmの光に対する屈折率が1.495、図5に示す上記の三角柱状の凸部12の頂角θが50°であり、四角錐台状の凸部12の高さは20.4μm、この凸部12のピッチは35μmであった。接着後の凸部の高さは15.4μmであった。
(比較例3〜4)
比較例3〜4においては、比較例2と同じ構成において、プリズムアレイシート凸部12の高さを16.9μm、9.9μmと変えて実験を行った。接着後の凸部の高さは各々11.9μm、4.9μmであった。
(比較例5)
比較例5においては、プリズムアレイシートの凸部12が円錐台の形状をしており、凸部12の頂角θが42°であり、凸部12の高さは20.4μm、この凸部12のピッチは35μmであった。接着後の凸部の高さは15.4μmであった。
(実施例1)
実施例1においては、上記の実施形態1に示すように、調光シートとして透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12が縦横方向に連続して形成されたプリズムアレイシート10Aを用い、このプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを、比較例1の面発光素子20の出射面21aに接着させるようにした。なお、このプリズムアレイシート10Aは、波長550nmの光に対する屈折率が1.495、上記の四角錘台状の凸部12の頂角θが50°であり、四角錐台状の凸部12の高さは30.9μm、この凸部12のピッチは35μmであった。接着後の凸部の高さは25.9μmであった。
(実施例2〜3)
実施例2〜3においては、プリズムアレイシートの凸部12が円錐台の形状をしており、凸部12の高さは28.1μm、24.6μmとし、この凸部12のピッチは35μmであった。接着後の凸部の高さは各々23.1μm、19.6μmであった。
そして、上記の比較例1〜5及び実施例1〜3の各面発光体における面発光素子を発光させて、上記の比較例1の面発光体の正面輝度及び光取り出し効率を1とした場合における、各面発光体の正面輝度と光取り出し効率を測定した。光取り出し効率は、角度−輝度測定器により面発光体の法線方向を0°とした場合に、法線を含む面内において法線に対して所定の角度をなす方向における輝度を、角度を変化させながら測定し、角度毎の輝度を積分して求めた値を、比較例1の値と比較した。
また、面発光素子を発光させて、プリズムアレイシートを顕微鏡で観察し、接着面積比率を測定した。
また、面発光体を目視で観察し、モアレ縞の視認性を確認した。
比較例1〜5ならびに実施例1〜3の正面輝度、光取り出し効率とモアレ縞の測定結果を表1に示す。
この結果、比較例2〜5では、モアレ縞が観察されたが、実施例1〜3では、モアレ縞はわずかに観察されるかほとんど観察されなかった。比較例2〜5のプリズムアレイシートのヘイズ値が85%未満であったのに対し、実施例1〜3のプリズムアレイシートのヘイズ値は85%以上であった。
また、比較例2〜5の接着面積比率が30%以上と高いのに対し、実施例1〜3の接着面積比率は20%未満と低い値であった。
(比較例6〜7)
比較例6〜7においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例2に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、比較例6ではつじでん社製の拡散板D114を用い、比較例7ではつじでん社製の拡散板D123を用いた。
(実施例5〜8)
実施例5〜8においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例2に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、実施例5ではつじでん社製の拡散板D120を用い、実施例6ではつじでん社製の拡散板D129を用い、実施例7ではつじでん社製の拡散板D132を用い、実施例8ではつじでん社製の拡散板D134を用いた。
(比較例8〜9)
比較例8〜9においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例5に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、比較例8ではつじでん社製の拡散板D114を用い、比較例9ではつじでん社製の拡散板D123を用いた。
(実施例9〜12)
実施例9〜12においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例5に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、実施例9ではつじでん社製の拡散板D120を用い、実施例10ではつじでん社製の拡散板D129を用い、実施例11ではつじでん社製の拡散板D132を用い、実施例12ではつじでん社製の拡散板D134を用いた。
(比較例10〜11)
比較例10〜11においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例3に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、比較例10ではつじでん社製の拡散板D114を用い、比較例11ではつじでん社製の拡散板D123を用いた。
(実施例13〜16)
実施例13〜16においては、上記の実施形態2の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図6に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側に拡散シート200を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例3に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散シート200として、実施例13ではつじでん社製の拡散板D120を用い、実施例14ではつじでん社製の拡散板D129を用い、実施例15ではつじでん社製の拡散板D132を用い、実施例16ではつじでん社製の拡散板D134を用いた。
比較例6〜11ならびに実施例5〜16の正面輝度、光取り出し効率とモアレ縞の測定結果を表2に示す。
この結果、比較例6〜11ならびに実施例5〜16において、モアレ縞は全く観察されなかった。また、ヘイズ値が80%以上の拡散板を使用した比較例6〜11では、光取り出し効率が1.4未満と十分でなかったが、ヘイズ値が80%未満の拡散板を用いた実施例5〜16では、光取り出し効率が1.4以上で、また正面輝度も1.6以上と高い性能が得られた。
(比較例12)
比較例12においては、上記の実施形態3の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図7に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側の表面に拡散構造210を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例2に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散構造210として、比較例12ではビーズ分散タイプの拡散構造を使用し、その反射率は40.0%であった。ここで、反射率は、プリズムアレイを設けない透光性基板11と拡散構造210とからなる拡散シートを作成して、測定光を拡散構造がない側から照射するようにして、測定した。
(実施例17〜21)
実施例17〜21においては、上記の比較例12の場合と同様に、調光シートとして図1(a)、(b)に示すプリズムアレイシート10Aを用い、透光性基板11の片面に先端側が収縮した四角錘台状の凸部12を設ける。そして、面発光素子20において発光された光を出射させる透明基板21の出射面21aに、上記のプリズムアレイシート10Aにおける四角錘台状になった凸部12の先端面12aを接着させるようにした。それと共に、図7に示すように、プリズムアレイシート10Aより観察者側の表面に拡散構造210を設けた。
このプリズムアレイシート10Aとして、比較例2に示すプリズムアレイシートを用いた。拡散構造としてはビーズ拡散タイプを用いた。実施例17〜21における拡散構造の反射率は、表3に示すとおりであった。
比較例12ならびに実施例17〜21の面発光体において、面発光素子を発光させて正面輝度、光取り出し効率を測定し、モアレ縞を観察した結果を表3に示す。
この結果、比較例12ならびに実施例17〜21において、モアレ縞は全く観察されなかった。また、比較例12では、光取り出し効率が1.5未満で正面輝度が1.7未満と十分な性能が得られないことが分かった。実施例17〜21では、光取り出し効率が1.5以上で、また正面輝度も1.7以上と高い性能を得ることが出来た。
(比較例13)
比較例13においては、調光シートとして、円錐台状になった凸部を設けたプリズムアレイシートを用いた以外は、比較例12と同様の構成の面発光体を用いた。プリズムアレイシートとしては実施例3と同形状のプリズムアレイシートを用いた。拡散構造210として、比較例13ではビーズ分散タイプの拡散板を使用し、そのヘイズ値、反射率は82.4%、40.0%であった。
(実施例22〜26)
実施例22〜26においては、上記の比較例13の場合と同様の面発光体を用いた。実施例22〜26における拡散構造の反射率は、表3に示すとおりであった。
比較例13ならびに実施例22〜26の面発光体において、面発光素子を発光させて正
面輝度、光取り出し効率を測定し、モアレ縞を観察した結果を表3に示す。
この結果、比較例13ならびに実施例22〜26において、モアレ縞は全く観察されなかった。
また、比較例13では、正面輝度が1.6未満と十分な性能が得られないことが分かった。実施例22〜26では、正面輝度が1.6以上と高い性能を得ることが出来た。
次いで本発明の実施例1〜26の面発光体を、VA型液晶表示装置である富士通製15型ディスプレイVL−150SDの予め内蔵されていたバックライトの替わりに用いたところ、優れた輝度を有する液晶表示装置が得られることが分かった。

Claims (7)

  1. 面発光素子と、調光シートとを少なくとも有する面発光体において、前記調光シートは、少なくとも片面に複数の凸部を有し該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接着層を介して接しており、前記凸部の先端部と前記面発光素子との間には拡散構造が設けられており、前記調光シートのヘイズ値が85%以上であることを特徴とする面発光体。
  2. 前記拡散構造の反射率が35%未満であることを特徴とする
    請求項1に記載の面発光体。
  3. 前記接着層は、前記拡散構造を備えていることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の面発光体。
  4. 前記接着層は、前記面発光素子の出射面全面に設けられていることを特徴とする
    請求項1〜3の何れか1項に記載の面発光体。
  5. 前記面発光素子は、出射面に透明基板を有しており、前記透明基板は前記拡散構造を備えていることを特徴とする
    請求項1〜4の何れか1項に記載の面発光体。
  6. 前記凸部が円錐台形であることを特徴とする
    請求項1〜5の何れか1項に記載の面発光体。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の面発光体をバックライトとして用いたことを特徴とする表示装置。
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