JP5535668B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、有機EL素子を光源とする照明装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination device using an organic EL element as a light source.
有機EL(Organic Electro-Luminescence)素子(以下「有機EL素子」)は、電圧印加から発光までの時間が非常に短く応答性に優れ、またその応答性が温度によってほとんど変化しないという特徴を有する。さらに、視野角が180度に近いという特徴を有する。これらの特徴から、近年、有機EL素子は表示装置のバックライト用光源や空間照明用光源として注目されている。 An organic EL (Organic Electro-Luminescence) element (hereinafter referred to as “organic EL element”) has a characteristic that the time from voltage application to light emission is very short and excellent in responsiveness, and the responsiveness hardly changes with temperature. Further, the viewing angle is close to 180 degrees. Due to these features, in recent years, organic EL elements have attracted attention as backlight light sources and spatial illumination light sources for display devices.
図8に一般的な有機EL素子の構造を模式的に示す。図示されている有機EL素子1は、透光性基板2と、透光性基板2の一面に形成された発光部3とを有する。発光部3は、透光性基板2の一面に形成された透明電極4と、透明電極4の上に積層された有機化合物からなる発光層5と、発光層の上に形成された対向電極6とから構成されている。換言すれば、透明電極4と対向電極6との間に発光層5が挟持されている。 FIG. 8 schematically shows the structure of a general organic EL element. The illustrated organic EL element 1 includes a translucent substrate 2 and a light emitting unit 3 formed on one surface of the translucent substrate 2. The light emitting unit 3 includes a transparent electrode 4 formed on one surface of the translucent substrate 2, a light emitting layer 5 made of an organic compound laminated on the transparent electrode 4, and a counter electrode 6 formed on the light emitting layer. It consists of and. In other words, the light emitting layer 5 is sandwiched between the transparent electrode 4 and the counter electrode 6.
上記構造を有する有機EL素子1では、透明電極4および対向電極6に電圧が印加されると、発光層5の内部で発光が生じる。発生した光の一部は、透明電極4を透過して透光性基板2に入射し、該基板2の表面から大気中に出射される。また、発生した光の他の一部は、対向電極6によって反射された後に透明電極4を透過して透光性基板2に入射し、該基板2の表面から大気中に出射される。いずれにしても、発光層5の内部で生じた光は、透光性基板2の表面から大気中に出射される。以下の説明では、有機EL素子の表面のうち、大気中に光が出射される面を「出射面」と呼んで他の面と区別する。よって、図8に示す有機EL素子1では、透光性基板2の、発光部3が形成されている面と反対側の面が出射面となる。また、透光性基板の表面に、対向電極、発光層および透明電極がこの順で積層されて発光部が構成されている場合には、透明電極の表面が出射面となる。 In the organic EL element 1 having the above structure, light emission occurs inside the light emitting layer 5 when voltage is applied to the transparent electrode 4 and the counter electrode 6. Part of the generated light passes through the transparent electrode 4 and enters the translucent substrate 2, and is emitted from the surface of the substrate 2 into the atmosphere. Further, another part of the generated light is reflected by the counter electrode 6, then passes through the transparent electrode 4, enters the translucent substrate 2, and is emitted from the surface of the substrate 2 to the atmosphere. In any case, the light generated inside the light emitting layer 5 is emitted from the surface of the translucent substrate 2 into the atmosphere. In the following description, among the surfaces of the organic EL element, a surface from which light is emitted into the atmosphere is referred to as an “emission surface” and is distinguished from other surfaces. Therefore, in the organic EL element 1 shown in FIG. 8, the surface of the translucent substrate 2 opposite to the surface on which the light emitting portion 3 is formed is the emission surface. In addition, when the light emitting portion is configured by laminating the counter electrode, the light emitting layer, and the transparent electrode in this order on the surface of the translucent substrate, the surface of the transparent electrode becomes the emission surface.
ここで、有機EL素子の出射面と大気との屈折率差が大きいため、発光層で発生した光の大部分は出射面と大気との界面で全反射され、有機EL素子の内部に閉じ込められる。例えば、図8に示す有機EL素子1では、発光層5で発生した光の大部分が出射面である透光性基板2の表面と大気との界面で全反射され素子内部に閉じ込められる。図8に示す有機EL素子を含む一般的な有機EL素子では、発光層で発生した光のうち、大気中に出射される光の割合(以下「取出し効率」)が20%〜30%程度であると言われている。 Here, since the refractive index difference between the emission surface of the organic EL element and the atmosphere is large, most of the light generated in the light emitting layer is totally reflected at the interface between the emission surface and the atmosphere and confined inside the organic EL element. . For example, in the organic EL element 1 shown in FIG. 8, most of the light generated in the light emitting layer 5 is totally reflected at the interface between the surface of the light-transmitting substrate 2 that is the emission surface and the atmosphere and confined inside the element. In a general organic EL element including the organic EL element shown in FIG. 8, the proportion of light emitted in the atmosphere (hereinafter referred to as “extraction efficiency”) out of the light generated in the light emitting layer is about 20% to 30%. It is said that there is.
そこで、上記取出し効率の向上を意図した様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1には、上記出射面に相当するガラス基板の一面に輝度向上フィルムを配置することが記載されている。さらに、ガラス基板と対向する輝度向上フィルムの入射面はガラス基板に密着し、入射面と反対側の面には複数の凸部が設けられていることが記載されている。 Therefore, various techniques intended to improve the extraction efficiency have been proposed. For example, Patent Document 1 describes that a brightness enhancement film is disposed on one surface of a glass substrate corresponding to the emission surface. Further, it is described that the incident surface of the brightness enhancement film facing the glass substrate is in close contact with the glass substrate, and a plurality of convex portions are provided on the surface opposite to the incident surface.
また、特許文献2には、上記輝度向上フィルムに設けられている凸部の形状を円錐台形や多角錐台形とすることが記載されている。 Patent Document 2 describes that the shape of the protrusion provided on the brightness enhancement film is a truncated cone or a polygonal truncated cone.
上記特許文献1および特許文献2によれば、輝度向上フィルムの入射面に対してほぼ垂直な向きで該フィルムに入射した光は、凸部の上面からほとんど屈折せずに出射し、輝度向上フィルムの入射面に対して傾いて該フィルムに入射した光は、凸部の稜面において入射面の法線方向に近づくように屈折して出射するので、正面輝度が向上するとともに、隣接する凸部の間で光が散乱反射するので光の利用効率(取出し効率)が向上する、とのことである。 According to Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the light incident on the film in a direction substantially perpendicular to the incident surface of the brightness enhancement film is emitted without being refracted from the upper surface of the convex portion. The light incident on the film tilted with respect to the incident surface is refracted so as to approach the normal direction of the incident surface at the ridge surface of the convex portion, and thus the front luminance is improved and the adjacent convex portion Since light is scattered and reflected between the two, the light utilization efficiency (extraction efficiency) is improved.
上記のように、有機EL素子を光源として用いるに際し、出射面からの光の取出し効率の向上が専ら注目されていた。これは有機EL素子がいわゆる面発光素子であることからすれば至極当然のことであった。また、有機EL素子を液晶表示装置などのバックライト用光源として用いる場合、出射面から出射された光が液晶パネルに入射するように、有機EL素子を液晶パネルの背後に配置するとともに、出射面を液晶パネルの光入射面に対向させて配置するのが一般的である。かかるレイアウトにおいて液晶表示装置の輝度を向上させるためには、出射面からの光の取出し効率(利用効率)を向上させれば必要十分であった。 As described above, when an organic EL element is used as a light source, attention has been focused on improving the light extraction efficiency from the emission surface. This is quite natural because the organic EL element is a so-called surface light emitting element. In addition, when the organic EL element is used as a light source for a backlight of a liquid crystal display device or the like, the organic EL element is disposed behind the liquid crystal panel so that light emitted from the emission surface enters the liquid crystal panel, and the emission surface Is generally arranged to face the light incident surface of the liquid crystal panel. In order to improve the luminance of the liquid crystal display device in such a layout, it is necessary and sufficient to improve the light extraction efficiency (utilization efficiency) from the emission surface.
しかし、有機EL素子を空間照明用の光源として用いる場合には、該素子の出射面からの光の取出し効率を向上させるだけでは不十分である。例えば、有機EL素子を部屋の天井に配置する場合を考える。この場合、有機EL素子は、その出射面が床面と対向する向きで天井面に取り付けられる。すると、有機EL素子の出射面からは、主に床面に向けて光が出射される。このため、天井面や壁面の照明が不十分になり、特に、壁面上部の照明が不十分になり、部屋全体が均一に照明され難い。 However, when the organic EL element is used as a light source for spatial illumination, it is not sufficient to improve the light extraction efficiency from the light exit surface of the element. For example, consider a case where an organic EL element is placed on the ceiling of a room. In this case, the organic EL element is attached to the ceiling surface such that the emission surface faces the floor surface. Then, light is emitted mainly from the emission surface of the organic EL element toward the floor surface. For this reason, the illumination of the ceiling surface and the wall surface becomes insufficient, in particular, the illumination of the upper part of the wall surface becomes insufficient, and the entire room is hardly illuminated uniformly.
本発明の目的は、有機EL素子の出射面から出射された光を上記出射面と対向する第1の面および第1の面とは別の第2の面の少なくとも二つの面から出射させる照明装置を提供することである。 An object of the present invention is to illuminate light emitted from an emission surface of an organic EL element from at least two surfaces of a first surface opposite to the emission surface and a second surface different from the first surface. Is to provide a device.
本発明の照明装置は、有機EL素子と、板状の導光体であって、該導光体の一方の板面に設けられ、前記有機EL素子から発せられた光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射される出射面とを有し、該出射面が、前記入射面と対向する第1の出射面および該第1の出射面と交差する第2の出射面を含む、導光体とを有し、前記導光体の前記第1の出射面および前記第2の出射面の双方が曲面であることを特徴とする。 An illuminating device of the present invention is an organic EL element, a plate-shaped light guide, provided on one plate surface of the light guide, and an incident surface on which light emitted from the organic EL element enters. has an exit surface which the light incident from the incident surface is emitted, said exit surface, the second emission surface intersecting the incident surface facing the first light exit surface and said first emission surface of including, and a light guide, both of the first exit surface and said second emission surface of the light guide is characterized in that it is a curved surface.
本発明によれば、有機EL素子の出射面から出射された光を上記出射面と対向する第1の面および第1の面とは別の第2の面の少なくとも二つの面から出射させる照明装置を実現することができる。 According to the present invention, the illumination that causes the light emitted from the emission surface of the organic EL element to be emitted from at least two surfaces of the first surface facing the emission surface and the second surface different from the first surface. An apparatus can be realized.
以下、本発明の照明装置の実施形態の一例について説明する。図1および図2は、本実施形態に係る照明装置10の全体構造を示す斜視図である。本実施形態に係る照明装置10は、光源としての有機EL素子1と、有機EL素子1から発せられた光を拡散させる導光体20とを有する。導光体20は透光性材料(本実施形態では透明アクリル樹脂)によって形成されている。
Hereinafter, an example of embodiment of the illuminating device of this invention is demonstrated. 1 and 2 are perspective views showing the overall structure of the
本実施形態に係る照明装置10の光源である有機EL素子1は、図8に示す有機EL素子1と同一の構造を有する。そこで、図8で用いた符号と同一の符号を用いて説明は省略する。
The organic EL element 1 which is a light source of the
図1は、照明装置10の背面側斜視図であり、図2は、照明装置10の正面側斜視図である。また、図3、図4は、導光体20の各面の平面図である。図1および図4に示すように、導光体20の背面には、長手方向に隣接し、それぞれに有機EL素子1を収容可能な二つの収容部21が設けられている。各収容部21は、有機EL素子1の透光性基板2とほぼ相似な形状を有する凹部であり、有機EL素子1は各収容部21の内側に嵌め込まれている。すなわち、導光体20は、有機EL素子1から発せられた光を拡散させる役割とともに、有機EL素子1を収容する筺体としての役割も有する。
FIG. 1 is a rear perspective view of the
導光体20の各収容部21は、該収容部21内に収容された有機EL素子1の透光性基板2の各端面と、収容部21の各内側面とがほぼ隙間なく対向する大きさを有する。また、有機EL素子1は、その出射面が収容部21の底面21a(図4)と対向する向きで収容部21内に収容されている。なお、有機EL素子1の出射面については既述の通りである。
Each
よって、有機EL素子1の出射面から出射された光は、収容部21の底面21aから導光体20の内部に入射する。導光体20の内部に入射した光の一部は、導光体20を透過して外部に出射される。より詳細には、導光体20の内部を透過し、導光体20の表面20aと大気との界面に臨界角未満の角度で入射した光はそのまま大気中に出射される。一方、導光体20の表面20aと大気との界面に臨界角以上の角度で入射した光は、界面で全反射されて導光体20に再入射する。導光体20に再入射した光は、導光体20内で全反射を繰り返しながら導光体20の側面(端面)20bに向けて進行し、該側面20bから大気中に出射される。
Therefore, the light emitted from the emission surface of the organic EL element 1 enters the light guide 20 from the bottom surface 21 a of the
もっとも、導光体20に再入射した光の一部は、導光体20の側面20bに向けて進行する過程で導光体20の表面20aから大気中に出射される。すなわち、後に説明するように、導光体20の表面20aは曲面(本実施形態では自由曲面)なので、臨界角は導光体20の表面全域において一様ではない。よって、導光体20の内部で全反射を繰り返しながら導光体20の側面20bに向けて進行する光の一部が臨界角未満の角度で界面に再入射することもある。
However, part of the light re-entering the light guide 20 is emitted from the
いずれにしても、有機EL素子1から発せられた光は、導光体20の表面20a(第1の出射面)および該表面20aと交差する側面(第2の出射面)20bから大気中に出射される。なお、導光体は、4つの側面20bを備えており、その各側面20bから光が出射される。
In any case, the light emitted from the organic EL element 1 enters the atmosphere from the
ここで、導光体20の厚みが薄いほど、導光体20に再入射した光が該導光体20の側面20bに到達するまでに繰り返す全反射の回数が増えるので、反射による減衰量が増加する。よって、導光体20をなるべく肉厚にして上記全反射の回数を減らすことが光の利用効率を向上させる観点からは望ましい。一方、導光体20の厚みが増すと導光体20の重量が増加する。従って、導光体20の厚みは、光の減衰量と導光体20の重量の双方の観点を考慮して決定する必要がある。この場合、導光体20の厚みを一定としたまま必要な肉厚を確保しようとすると、導光体20の重量が増加してしまう。一方、導光体20の厚みを一定としたまま導光体20の軽量化(肉薄化)を図ろうとすると、光の減衰量が増加してしまう(十分な厚みを確保できない)。
Here, as the thickness of the light guide 20 is thinner, the number of total reflections that are repeated until the light re-entered the light guide 20 reaches the
そこで本発明では、第1の出射面である導光体20の表面20aと、第2の出射面である導光体20の側面20bとを曲面によって構成した。すなわち、導光体全体として必要な厚みを確保しつつ、可及的に導光体20の軽量化を実現すべく、導光体20の一部を削いだ。
Therefore, in the present invention, the
ここで、導光体20の表面20aは曲面であるため、導光体20の厚みは均一ではない。具体的には、導光体20には、厚みが最大である最厚部と、厚みが最小である最薄部とが存在し、最厚部と最薄部との間は滑らかな曲面によって結ばれている。最厚部とは、光入射面である収容部21の底面21aと第1の出射面である導光体20の表面20aとの間の、収容部底面の法線方向に沿った距離が最大となる部分である。また、最薄部とは上記距離が最小となる部分である。
Here, since the
本件発明者は、上記観点に基づいて様々な試行錯誤を行った結果、導光体20の長辺の長さをa(mm)、最厚部の厚みをb(mm)としたとき、0.5≦a/4b≦10の関係が満たされていることが望ましいとの知見を得た。 As a result of various trials and errors based on the above viewpoint, the present inventor found that when the length of the long side of the light guide 20 is a (mm) and the thickness of the thickest part is b (mm), 0.5% The knowledge that it is desirable that the relationship of ≦ a / 4b ≦ 10 is satisfied was obtained.
そこで、導光体の長辺の長さを292mm、最厚部の厚みを25mm、最薄部の厚みを16mmとした本発明に係る照明装置の試作品1と、導光体の長辺の長さを292mm、厚みを25mm(均一)とした比較品1とについて比較試験を行った。その結果、試作品1は、比較品に比べて1.75倍の光取出し効率があるとの試験結果が得られた。 Therefore, prototype 1 of the lighting device according to the present invention in which the length of the long side of the light guide is 292 mm, the thickness of the thickest part is 25 mm, and the thickness of the thinnest part is 16 mm, and the long side of the light guide A comparative test was performed on the comparative product 1 having a length of 292 mm and a thickness of 25 mm (uniform). As a result, the test result that Prototype 1 has 1.75 times the light extraction efficiency compared with the comparative product was obtained.
また、導光体の長辺の長さを292mm、最厚部の厚みを17mm、最薄部の厚みを8mmとした本発明に係る照明装置の試作品2と、導光体の長辺の長さを292mm、厚みを17mm(均一)とした比較品2とについて比較試験を行った。その結果、試作品2は、比較品2に比べて1.65倍の光取出し効率があるとの試験結果が得られた。 In addition, prototype 2 of the lighting device according to the present invention in which the length of the long side of the light guide is 292 mm, the thickness of the thickest part is 17 mm, and the thickness of the thinnest part is 8 mm, and the long side of the light guide A comparative test was performed on the comparative product 2 having a length of 292 mm and a thickness of 17 mm (uniform). As a result, the test result that the prototype 2 has a light extraction efficiency 1.65 times that of the comparative product 2 was obtained.
さらに、上記比較試験やシミュレーションを含む様々な試行錯誤の結果、最厚部の厚みが同一であっても、最厚部と最薄部との厚みの差が大きい方が(導光体表面の曲率が小さい方が)、光取出し効率が高いとの知見も得られた。 Furthermore, as a result of various trials and errors including the above comparative tests and simulations, even if the thickness of the thickest part is the same, the thickness difference between the thickest part and the thinnest part is larger (the light guide surface It was also found that the light extraction efficiency is higher when the curvature is smaller.
再び図1を参照する。導光体20の隣接する2つの収容部21の間には隔壁22が設けられている。さらに、隔壁22の中央部23はその両端よりも高く隆起して固定部を構成している。具体的には、隔壁22の中央部23には、隔壁22をその厚み方向に貫通する2つの孔24が形成されており、この孔24を利用して保持手段を固定可能となっている。保持手段及びその固定方法については後に詳述する。
Refer to FIG. 1 again. A partition wall 22 is provided between two adjacent
本実施形態に係る照明装置10は複数連結して使用することもできる。図5および図6に、9個の照明装置10を互いに連結した例を示す。これらの図に示す例では、3個の照明装置10が縦に並べられて第1の照明装置列41を形成し、第1の照明装置列41の両隣に2個の照明装置10が縦に並べられてそれぞれ第2の照明装置列42を形成している。さらに、それぞれの第2の照明装置列42の外側に照明装置10が1個ずつ配置されている。
A plurality of
また、図5に示すように配置された9個の照明装置10のそれぞれの固定部23には保持手段としての取付ユニット50が固定されている。さらに、各照明装置10に固定された取付ユニット同士は連結手段によって互いに連結されている。換言すれば、9個の照明装置10は連結手段によって互いに連結されて一体化されている。
Moreover, the
図6に示すように、取付ユニット50は円柱状のブロックである。取付ユニット50の底面には、導光体20の固定部23を受け入れる凹部51が形成されている。また、取付ユニット51には、凹部51を横切って該ユニット50を径方向に貫通する通孔52が形成されている。さらに、取付ユニット51の上面には十字形の溝53が形成されている。
As shown in FIG. 6, the
上記構造を有する取付ユニット50は次のようにして照明装置10に固定される。すなわち、取付ユニット50の底面に形成されている凹部51に導光体20の固定部23を嵌め込み、取付ユニット50の通孔52と固定部23の孔24とを位置合わせして連通させる。その後、連通した通孔52および孔24に不図示のボルトを挿入し、通孔52および孔24を貫通したボルトの先端に不図示のナットを嵌める。
The mounting
次に、上記連結手段について説明する。本実施形態では、連結手段として、スチールパイプ60を用いた。具体的には、図5に示すように配置された9個の照明装置10の間にスチールパイプ30を掛け渡し、掛け渡されたスチールパイプ60を所定の照明装置10に固定されている取付ユニット50に固定することによって、各照明装置10を互いに連結してある。より具体的には、所定の形状に組み合わされたスチールパイプ30を取付ユニット50の上面に形成されている溝53に嵌め込んだ後に、取付ユニット50の上面に蓋54を被せ、その蓋54を上面に螺子で固定してある。換言すれば、取付ユニット50の上面と蓋54との間にスチールパイプ30を挟持してある。
Next, the connecting means will be described. In the present embodiment, the
ここで、図5に示すように、取付ユニット50には、相対的に高さが高い第1の取付ユニット50aと、相対的に高さが低い第2の取付ユニット50bがある。これら高さが異なる取付ユニット50a、50bを使い分けることによって、隣接する照明装置の高さを微妙に異ならせて意匠性を高めている(図7)。
Here, as shown in FIG. 5, the
もっとも、連結手段はスチールパイプに限られず、アルミパイプその他の金属製パイプでもよく、樹脂製パイプでもよい。さらには、金属製や樹脂製のロッドなどでもよい。また、上述の取り付け構造に照らせば、各照明装置10を個別に取り外し可能であることは自明である。すなわち、互いに連結されている複数の照明装置10のいずれかに不具合が発生した場合などには、当該照明装置10のみを交換することができる。
However, the connecting means is not limited to a steel pipe, and may be an aluminum pipe or other metal pipe, or a resin pipe. Furthermore, a rod made of metal or resin may be used. Further, it is obvious that each
さらに、図7に示すように、各照明装置10に固定されている取付ユニット50に、一端が天井61に固定されたワイヤー62の他端を固定することによって照明装置10を天井から吊り下げることができる。この場合、ワイヤー62の長さを調節可能として照明装置10の吊り下げ位置を変更できるようにすることが望ましい。また、照明装置10の点灯・消灯・調光などの各操作をリモコンによって遠隔操作可能とすることが望ましい。この場合、複数の照明装置10のそれぞれを独立して遠隔操作可能とすることも、一括して遠隔操作可能とすることもできる。
Further, as shown in FIG. 7, the
1 有機EL素子
10 照明装置
20 導光体
20a 表面(第1の出射面)
20b 側面(第2の出射面)
21 収容部
23 中央部(固定部)
50 取付ユニット
62 ワイヤー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
20b Side surface (second emission surface)
21
50 Mounting unit 62 Wire
Claims (6)
板状の導光体であって、該導光体の一方の板面に設けられ、前記有機EL素子から発せられた光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射される出射面とを有し、該出射面が、前記入射面と対向する第1の出射面および該第1の出射面と交差する第2の出射面を含む、導光体とを有し、
前記導光体の前記第1の出射面および前記第2の出射面の双方が曲面であることを特徴とする照明装置。 An organic EL element;
A plate-like light guide, provided on one plate surface of the light guide body, and the incident surface of the light emitted from the organic EL element is incident, the light incident from the incident surface is emitted And a light guide including a first emission surface facing the incidence surface and a second emission surface intersecting the first emission surface.
Both of the said 1st output surface and the said 2nd output surface of the said light guide are curved surfaces, The illuminating device characterized by the above-mentioned.
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