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面発光体及び表示装置
説明

面発光体及び表示装置

【課題】面発光素子を備えた面発光体から出射される光の正面輝度を大きく向上させる。
【解決手段】凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、凹凸における凸部の形状が透光性基板の出射面に向けて収縮し、この収縮した凸部の先端面の形状が、偏平であり、先端面を前記透光性基板の出射面に接着させると共に、凸部と面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より低い透光性材料を充填させた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、面発光素子を備えた面発光体及び表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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でき、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でき、液晶表示素子等のバックライトとして利用することも期待されている。
【0006】
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、充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、充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。
【0007】
そして、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微小な凹凸を設けるようにしたもの(例えば、特許文献1参照。)や、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たものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0008】
しかし、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充分に向上させることができないという問題があった。
【特許文献1】特開平9−63767号公報
【特許文献2】特開平5−45505号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
この発明は面発光素子を備えた面発光体において、この面発光体から出射される光の正面輝度を大きく向上させることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
発明者は、鋭意研究を重ねたところ、以下の記載の何れかの構成により、前記課題を解決することができた。
【0011】
請求項1に係る面発光体は、面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて収縮し、この収縮した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より低い透光性材料を充填させたことを特徴とするものである。また、ここで、上記の調光シートよりも屈折率の低い透明性材料は、空気であっても良い。
【0012】
請求項2に係る面発光体は、請求項1に記載の面発光体において、前記凸部が、前記先端面に向けて収縮するように傾斜した面を有することを特徴とするものである。
【0013】
請求項3に係る面発光体は、面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて拡開し、この拡開した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より高い透光性材料を充填させたことを特徴とするものである。
【0014】
請求項4に係る面発光体は、請求項3に記載の面発光体において、前記凸部が、前記先端面に向けて拡開するように傾斜した面を有することを特徴とするものである。
【0015】
請求項5に係る面発光体は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の面発光体において、前記先端面の形状が楕円又は菱形であることを特徴とするものである。
【0016】
請求項6に係る面発光体は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の面発光体において、前記先端面の形状が長方形であることを特徴とするものである。
【0017】
請求項7に係る面発光体は、請求項6に記載の面発光体において、前記凸部の先端面と該先端面の長手方向に沿う凹部の底部との距離と、該先端面と該先端面の短手方向に沿う前記凹部の底部との距離が異なることを特徴とするものである。
【0018】
請求項8に係る面発光体は、請求項1乃至7の何れか1項に記載の面発光体において、前記面発光素子の出射面に接着させる凸部が設けられた調光シートの面と反対側における調光シートの出射面に凹凸が形成されていることを特徴とするものである。
【0019】
請求項9に係る面発光体は、請求項8に記載の面発光体において、前記面発光素子の出射面に接着させる凸部と前記反対側における調光シートの出射面に設けられた凹部とが、互いに向き合う位置に形成されていることを特徴とするものである。
【0020】
請求項10に係る表示装置は、表示素子と請求項1乃至9の何れか1項に記載の面発光体とを備え、該面発光体を前記表示素子のバックライトとして用いることを特徴とするものである。
【0021】
請求項11に係る表示装置は、請求項1乃至9の何れか1項に記載の面発光体を備え、該面発光体を構成する面発光素子が、平面状にマトリクス配置された複数の画素を備えていることを特徴とするものである。
【0022】
なお、請求項1から8の面発光体において、面発光素子の出射面に調光シートの凸部を接着させるにあたっては、面発光素子の出射面から出射される光が調光シートの凸部に適切に導かれるようにするため、透光性の高い適切な接着剤で接着させるようにする。
【発明の効果】
【0023】
この発明における第1の面発光体のように、面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて収縮し、この収縮した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より低い透光性材料を充填させると、本来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全反射されずに、この調光シート内に導かれるようになる。そして、このように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反射され、この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。
【0024】
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正面輝度が大きく向上する。また、凸部の先端面の形状を、偏平な形状とすることで、光の出射光量に方向性を持たせることができるという効果をも得ることができる。
【0025】
また、この発明における第2の面発光体のように、面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて拡開し、この拡開した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より高い透光性材料を充填させると、本来面発光素子の出射面において全反射される光が、調光シートの屈折率より大きい透光性材料が充填された空間部と面発光素子の出射面との界面において全反射されずに、この屈折率の大きい透光性材料が充填された空間部内に導かれるようになる。そして、このように屈折率の大きい透光性材料が充填された空間部内に導かれた光の多くは、屈折率の大きい透光性材料が充填された空間部と上記の面発光素子の出射面に向けて拡開するように設けられた凸部との界面において反射され、この反射された光が屈折率の大きい透光性材料が充填された空間部から調光シートの出射面に導かれて出射されるようになる。
【0026】
この結果、この発明における第2の面発光体においても、上記の調光シートを通して出射される光の正面輝度が大きく向上する。また、凸部の先端面の形状を、偏平な形状とすることで、光の出射光量に方向性を持たせることができるという効果をも得ることができる。
【0027】
さらに、上記の第1及び第2の面発光体において、面発光素子の出射面に接着させる凸部が設けられた調光シートの面と反対側における調光シートの出射面に凹凸を設けると、この集光板の出射面において光が全反射されるのが抑制されるようになり、調光シートを通して出射される光の正面輝度がさらに大きく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
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、この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。本明細書においては、理解を容易にするため、面発光体が使用される際に使用者から見て天地方向(垂直方向)をY方向、Y方向に垂直な方向(水平方向)をX方向と呼ぶことにする。
【0029】
(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、その先端面の形状が長方形の形状をしている横長の(すなわちX方向に長い)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、凸部の先端側が収縮するとは、調光シートから遠ざかるにつれて徐々に小さくなるように凸部が形成されていることを意味し、図1(B)及び後述する図11の例では、下すぼみの形状になっていることを意味する。
【0030】
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、透明電極を有する透光性基板と対向電極との間に発光層を含む有機層が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子などからなる面発光素子20の光の出射面21に、上記のプリズムアレイシート10Aにおける横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面12aを接着させるようにした。
【0031】
このように面発光素子20の出射面21に、プリズムアレイシート10Aにおける横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面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21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21との間の空間部13にはプリズムアレイシート10Aの屈折率より低い透光性材料の空気が充填されるようになる。なお、プリズムアレイシート10Aより屈折率の低い透光性材料として空気を充填する場合は、液体を用いる場合のように厳重に封止する必要がなく、また大気中で面発光体を製造するだけで特別な工程を設けることなく、空気を充填させることができる点で好ましい材料である。
【0032】
そして、このように面発光素子20の出射面21にプリズムアレイシート10Aにおける横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面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21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21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の凸部の先端面が接触していない部分から出射する光であっても、垂直方向へと出射する光は凸部の傾斜面で進行方向が若干変わるものの正面側に出射されるし、出射面に沿うように出射する光はそのまま凸部内へと進入し傾斜面で反射されてやはり正面側に出射される。
【0033】
ここで、上記の面発光素子20の出射面21において調光シートを設けない場合には全反射される光が、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内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21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。
【0034】
また、上記のようにプリズムアレイシート10Aに横長の四角錘台状になった凸部12を設けるにあたり、上記の面発光素子20の出射面21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、面発光素子20の出射面21において本来全反射される光がこのプリズムアレイシート10A内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から出射される光が低下する。一方、面発光素子20の出射面21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内に導かれた光が、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、さらにこの空間部13を通過して再度プリズムアレイシート10A内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から出射される光量が低下する。このため、上記の傾斜角度αを40°〜70°の範囲にすることが好ましい。なお、この場合、上記の凸部12の頂角θは100°〜40°の範囲になる。
【0035】
なお、面発光素子20としては、面状に発光するものであればよく、有機EL素子以外にも無機EL素子を用いることができるが、輝度向上にまだ大きな改善の余地が残されている有機EL素子に適用することが特に効果的である。この点はこの後の各実施形態でも同様である。
【0036】
(実施形態2)
実施形態2においては、調光シートとして、図4(A)、(B)に示すように、上記の実施形態1の場合と同様に、透光性基板11の片面に先端側が収縮した横長の(すなわちX方向に長い)四角錘台状の凸部12を設ける一方、この凸部12を縦横方向にそれぞれ間隔をあけて複数形成したプリズムアレイシート10Bを用いるようにした。
【0037】
そして、この実施形態2の面発光体においても、図5に示すように、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面発光素子20の出射面21に、上記のプリズムアレイシート10Bにおける横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面12aを接着させるようにした。
【0038】
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、図6に示すように、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21において全反射される光が、プリズムアレイシート10Bの凸部12の長方形の先端面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10B内に導かれ、このようにプリズムアレイシート10B内に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21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10Bの出射面14に導かれて出射されるようになる。また、この実施形態2の面発光体においては、上記のプリズムアレイシート10Bにおける隣り合う凸部12間に平坦面12cが形成され、この凸部12と面発光素子20の出射面21との間の空間部13を通して上記の平坦面12cに垂直に導かれた光は散乱することなく、プリズムアレイシート10B内に導かれてその出射面14からそのまま出射されるようになる。
【0039】
ここで、上記のようにプリズムアレイシート10Bにおける凸部12を縦横方向にそれぞれ間隔をあけて設けるにあたり、この凸部12間の間隔が狭くなって上記の平坦面12cの面積が小さくなると、凸部12間の空間部13に導かれた光が凸部12の傾斜面12bに導かれて散乱されやすくなる一方、凸部12間の間隔が大きくなって上記の平坦面12cの面積が大きくなると、プリズムアレイシート10Aの凸部12の長方形の先端面12aが面発光素子20の出射面21に接着される面積が小さくなって、面発光素子20の出射面21において全反射される光が多くなる。このため、上記の凸部12の長方形の先端面12aに対する上記の平坦面12cの面積比を0.125〜8.0の範囲にすることが好ましい。
【0040】
(実施形態3)
実施形態3においては、調光シートとして、図7(A)、(B)、(C)に示すように、上記の実施形態1の先端面の短手方向に沿う凹部の底部との距離L1と、先端面の長手方向に沿う凹部の底部との距離L2とが異なるように変えたプリズムアレイシート10Cを用いている。図7(A)に示すX方向に形成される凹部の溝の深さがL2であり、Y方向に形成される凹部の溝の深さがL1である。
【0041】
そして、この実施形態3の面発光体においても、図8に示すように、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面発光素子20の出射面21に、上記のプリズムアレイシート10Cにおける横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面12aを接着させるようにした。
【0042】
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、図9に示すように、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21において全反射される光が、プリズムアレイシート10Cの凸部12の長方形の先端面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10C内に導かれ、このようにプリズムアレイシート10C内に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21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10Cの出射面14に導かれて出射されるようになる。長手方向と短手方向の加工ピッチに制限がある場合などには、プリズムアレイの加工ピッチを縦横で異ならせずとも、この実施形態3のように加工深さを変えることで長方形の先端面を得ることができる。
【0043】
(実施形態4)
実施形態4においては、調光シートとして、図10(A),(B)に示すように、上記の実施形態1の場合と同様に、透光性基板11の片面に先端側が収縮した横長の四角錘台状の凸部12を縦横に連続して形成すると共に、この凸部12が形成された面と反対側の出射面14に上記の横長(すなわちX方向に長い)の四角錘台状の凸部12に対応するようにして、四角錘状になった凹部15を設けたプリズムアレイシート10Dを用いるようにした。
【0044】
そして、この実施形態4の面発光体においても、図11に示すように、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面発光素子20の出射面21に、上記のプリズムアレイシート10Dに設けた横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面12aを接着させるようにした。
【0045】
このようにすると、この実施形態4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21において全反射される光が、プリズムアレイシート10Dの凸部12の長方形の先端面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10D内に導かれ、このようにプリズムアレイシート10D内に導かれた光の多くは、面発光素子20の出射面21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10Dの出射面14に導かれて出射されるようになる。また、この実施形態4の面発光体においては、プリズムアレイシート10Dの出射面14に上記のような四角錘状になった凹部15を設けているため、このプリズムアレイシート10Cの出射面14において全反射される光も少なくなり、プリズムアレイシート10Dの出射面14から出射される光が増加する。
【0046】
なお、透光性基板11の片面に先端側が収縮した横長の四角錘台状の凸部12を縦横に連続して形成すると共に、この基板11の反対側の出射面14に、上記の横長の四角錘台状の凸部12に対応するようにして四角錘状になった凹部15を設ける場合、この実施形態4のように、横長の四角錘台状の凸部12と反対側の出射面14における四角錘状になった凹部15とが向き合う位置にあるようにしてもよいし、上記の横長の四角錘台状の凸部12と出射面14における四角錘状になった凹部15との位置をずらせたり、四角錘状になった凹部15の配列を横長の四角錘台状の凸部12の配列に対して傾斜させたりして、横長の四角錘台状の凸部12と出射面14における四角錘状になった凹部15との位置が一致しないようにしてもよい。
【0047】
また、上記のように横長の四角錘台状の凸部12が縦横に連続して形成された面と反対側の出射面14に四角錘状になった凹部15を設ける場合において、上記の横長の四角錘台状になった凸部12の高さに対する上記の基板11の最も薄い部分の厚みの比を0.2〜1.2の範囲にすることが好ましい。これは、基板11が厚くなりすぎると、前記のようにプリズムアレイシート10Dの横長の四角錘台状になった凸部12の傾斜面12bにおいて反射された光が広がって、この横長の四角錘台状になった凸部12と対応する凹部15以外の凹部15にも光が導かれて散乱し、プリズムアレイシート10Dの出射面14から出射される光の輝度が低下する一方、この基板11の厚みが薄くなりすぎると、プリズムアレイシート10Cの強度が低下するためである。
【0048】
また、この実施形態4においては、プリズムアレイシート10Dとして、横長の四角錘台状の凸部12が縦横に連続して形成された面と反対側の出射面14に四角錘状になった凹部15を設けたものを用いるようにしたが、反対側の出射面14に設ける凹凸は特にこのようなものに限定されず、図12に示すように、横長の四角錘台状の凸部12が縦横に連続して形成された面と反対側の出射面14に四角錘状になった凸部16を設けるようにしたり、また図示していないが三角柱状になった凹部や凸部等を設けるようにすることも可能である。なお、図12に示すように、横長の四角錘台状の凸部12が縦横に連続して形成された面と反対側の出射面14に四角錘状になった凸部16を設ける場合は、横長の四角錘台状の凸部12と出射面14の四角錘状になった凸部16とが対応する位置にあるようにしてもよいし、一致しない位置にあるようにしてもよいが、後者の方が前者より輝度がやや向上する点で有利である。
【0049】
さらに、上記の実施形態1〜4においては、プリズムアレイシート10A〜10Dにおける透光性基板11の片面に、先端側が収縮した横長の四角錘台状の凸部12を設けるようにしたが、透光性基板11の片面に設ける凸部12もこのようなものに限定されず、面発光素子20の出射面21に向けて収縮した横長の形状であればよく、例えば、図13(A)、(B)に示すように、先端側が収縮した楕円形の円錘台状の凸部12を設けるようにしたプリズムアレイシート10Eのような形状にすることも可能である。また、図14(A)、(B)に示すように、先端側が収縮した菱形の四角錘台状の凸部12を設けるようにしたプリズムアレイシート10Gのような形状にすることも可能である。
【0050】
(実施形態5)
実施形態5においては、調光シートとして、図15(A)、(B)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が拡開した横長の四角錘台状の凸部17が縦横に所要間隔を介して複数形成されたプリズムアレイシート10Fを用いるようにした。なお、本明細書において、凸部の先端側が拡開するとは、調光シートから遠ざかるにつれて徐々に大きくなるように凸部が形成されていることを意味し、図15(B)の例では、下広がりの形状になっていることを意味する。
【0051】
そして、この実施形態5の面発光体においては、図16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面発光素子20の出射面21に、上記のプリズムアレイシート10Fに設けた横長の(すなわちX方向に長い)四角錘台状になった凸部17の広がった長方形の先端面17aを接着させると共に、この凸部17間の空間部13にこのプリズムアレイシート10Fよりも屈折率の高い透光性材料18を充填させるようにした。なお、このような屈折率の高い透光性材料18としては、例えばイマージョンオイル等を用いることができる。
【0052】
そして、この実施形態5の面発光体において、上記の面発光素子20を発光させると、プリズムアレイシート10Fよりも屈折率の大きい透光性材料18が充填された空間部13が接触する面発光素子20の出射面21においては、調光シートを設けない場合には面発光素子20の出射面21において全反射される光が全反射されずに、この屈折率の大きい透光性材料18が充填された空間部13内に導かれるようになる。そして、このように屈折率の大きい透光性材料18が充填された空間部13内に導かれた光の多くは、屈折率の大きい透光性材料18が充填された空間部13と上記の面発光素子20の出射面21に向けて拡開するように設けられた凸部17との界面である凸部17の傾斜面17bにおいて反射され、この反射された光が屈折率の大きい透光性材料18が充填された空間部13からプリズムアレイシート10Fの出射面14に導かれて出射されるようになる。
【0053】
なお、この実施形態5の面発光体においても、図示していないが、上記の先端側が広がった横長の四角錘台状の凸部17が形成された面と反対側の出射面14に凹凸を設けることも可能であり、また上記の透光性基板11の片面に設ける凸部17の形状もこのようなものに限定されず、面発光素子20の出射面21に向けて拡開した形状になっていればよい。
【0054】
また、上記の実施形態1〜5の各面発光体において、面発光素子20に周期構造がある場合に、モアレの発生による輝度ムラを防止するためには、上記の各集光体10A〜10Fに設ける凸部12、17のピッチを、面発光素子20が有する周期構造のピッチの1.2倍より大きくしたり、0.8倍より小さくしたり、また各集光体10A〜10Fに設ける凸部12、17のピッチをランダムにしたり、凸部12、17の配列方向を面発光素子20が有する周期構造の配列方向に対して傾斜させるようにすることが好ましい。
【0055】
(実施形態6)
図17に、本発明の第6の実施形態である表示装置60を示す。この表示装置60は、第1〜第5実施形態で説明したいずれかの構成(ここでは第1実施形態の構成を図示してある)を持つ面発光体20と光変調素子50とで構成される。光変調素子50としては、それぞれ透明電極が形成された一対の透光性基板間に液晶層を挟持してなる透過型又は半透過型の液晶表示素子を採用している。ここでは、面発光体20は光変調素子50のバックライトとして用いられる。面発光体20から光変調素子50に向けて出射された光は、光変調素子によってきた光は、光変調素子を駆動回路によって画素単位でスイッチングさせることにより変調され、観察者に画像として認識される。図17に示す例では、面発光体の調光シートの凸部先端面の形状をY方向に長い縦長のものとしてある。
【0056】
図17(B)の表示面を上面から観察する場合、X方向の斜め上から見るのに比べY方向の斜め上から見る方が低い角度でもはっきり視認することができる。このような特性を利用すると、電車の車内などで表示内容を他人に横から(X方向から)見られにくい携帯電話などの表示装置とすることができる。また、大勢の人によって見られる、固定された表示画面を有する掲示板のような表示装置においては、上下方向(Y方向)よりも横方向(X方向)から広い視野で見られるようにすることが好ましく、この場合には、調光シートの凸部の先端面の形状が横方向(X方向)に長いものを用いることで対応できる。
【0057】
(実施形態7)
図18に、本発明の第7の実施形態である表示装置70を示す。この表示装置70は、面発光素子である有機EL素子200の透明電極又は対向電極のうちの少なくとも一方をパターニングすることで、2次元的にマトリクス状に配列された画素を形成し、任意の画像を表示できるようにした表示素子を面発光素子として用いたものである。この面発光素子200の光の出射面に第1〜第5実施形態で説明したいずれかの構成(ここでは第1実施形態の構成を図示してある)を持つ調光シートの凹凸面の凸部を接着して作製されている。このような表示装置は公共の場所に設置される大型ディスプレイなど比較的画素サイズの大きな用途に適している。
【実施例】
【0058】
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正面輝度が大きく向上することを明らかにする。
【0059】
(実施例1)
実施例1においては、上記の実施形態1(図1、2参照)に示すように、透光性基板11の片面に先端側が収縮した横長の四角錘台状の凸部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における横長の四角錘台状になった凸部12の長方形の先端面12aを、有機EL素子からなる面発光素子20の出射面21に接着させるようにした。有機EL素子としては、透明基板の上面に透明な陽極が形成されており、この陽極の上面に有機EL層を設け、透明基板側に光を出射する、いわゆるボトムエミッション型の有機EL素子である。陽極の上面には、正孔輸送層が設けられている。さらにこの正孔輸送層の上面に発光層が設けられ、その上面に正孔阻止層が設けられている。正孔阻止層の上面に電子輸送層が設けられ、さらに電子輸送層の上面に陰極が設けられている。透明基板として、無アルカリガラス(厚み0.7mm、サイズ40mm×52mm)を用い、その上に陽極としてITOを150nm成膜した基板に一般的なフォトリソグラフィー法によって電極形状のパターニングを行った。この時の陽極の抵抗は、三菱化学社製ロレスタを用いて測定し、20Ω/□であった。また、陽極の大きさは、35×46mmとした。正孔輸送材料とし、トリアゾール誘導体を用い、真空蒸着装法により、薄陽極の上面に厚さ100nmに形成した。発光層として、トリス(8−キノリノラト)アルミニウムを真空蒸着法により100nmの厚さに形成した。正孔阻止層として、トリアジン誘導体を真空蒸着法により100nmの厚さに形成した。電子輸送層として、ニトロ置換フルオレン誘導体を真空蒸着法により100nmの厚さに形成した。陰極としては、アルミニウムを100nmの厚さにスパッタ法で形成した。この面発光素子20の出射面21における屈折率は1.517であった。
【0060】
なお、このプリズムアレイシート10Aの屈折率は550nmの波長に対して、1.5185、上記の横長の四角錘台状の凸部12の頂角θは、図19に示すようにθ1及びθ2ともに50°であり、上記の横長の四角錘台状の凸部12の長手方向のピッチ(Lピッチ)を0.109mmとし、短手方向のピッチ(Sピッチ)を0.05mmとした。上記の透光性基板11の厚みは2.6mm、横長の四角錘台状の凸部12の高さは、0.5mmである。
【0061】
(実施例2)
実施例2においては、調光シートの形状を縦長の四角錘台状の凸部とし、Sピッチを0.023mm、Lピッチを0.05mm、高さ0.037mmとした他は、実施例1と同様に作製した(図20参照。)。
【0062】
(実施例3)
実施例3においては、調光シートの形状を図7の形状とした他は、実施例1と同様に作製した。ここでL1を0.017mm、L2を0.037mmとし、Lピッチ、Sピッチをともに0.05mmとした。
【0063】
(実施例4)
実施例4においては、L1を0.0116mmとした他は、実施例3と同様に作製した。
【0064】
(実施例5)
実施例5においては、L1を0.0063mmとした他は、実施例3と同様に作製した。
【0065】
(実施例6)
実施例6においては、L1を0.0096mmとした他は、実施例3と同様に作製した。
【0066】
(実施例7)
実施例7においては、L1を0.00136mm、L2を0.039mmとした他は、実施例3と同様に作製した。
【0067】
(比較例1)
比較例1においては、実施例1に用いた面発光素子20を図21に示すように、そのまま面発光体として用いるようにした。
【0068】
(比較例2)
比較例2においては、図22に示すように、透光性基板31の片面に三角柱状になった凸部32が連続して形成された調光シート30を用い、この調光シート30における三角形状の凸部31を、上記の実施例1の面発光素子20の出射面21と反対側にして、この調光シート30を面発光素子20の出射面21に接着した。なお、この調光シート30の屈折率は1.495、上記の三角柱状の凸部31の頂角βは90°であり、上記の三角柱状の凸部31のピッチを1とした場合、上記の透光性基板31の厚みは2.6であった。
【0069】
そして、上記の実施例1〜7及び比較例1、2の各面発光体における面発光素子を発光させて、それぞれの面発光体における配光特性を調べると共に、上記の比較例1の面発光体の正面輝度を1とした場合における、各面発光体の正面輝度を求めた。なお、配向特性は、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、法線方向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て求めた。
【0070】
そして、実施例1〜7の結果を実施例1〜7の順に図23〜29に、比較例1の結果を図30に、比較例2の結果を図31に示した。なお、図23〜29における実線はX方向、破線はY方向の輝度を表している。ここでは、調光シートを用いない場合の正面輝度を1とした時の相対輝度として表される、正面方向±15°の範囲における最大輝度の値を正面輝度としており、各図にその値を示した。
【0071】
この結果、実施例1〜7の各面発光体における正面輝度は、比較例1、2の面発光体における正面輝度よりも大きく向上し、また、光の出射光量に方向性を持たせることができることが分かる。
【0072】
(実施例8)
実施例8においては、凸部先端面の形状がY方向に長い縦長形状のプリズムアレイシートとした他は実施例1と同様に作製した面発光体20と、液晶表示素子50とを用いて、図17に示す構成の表示装置60を作製した。液晶表示素子50は、それぞれ透明電極が形成された一対の透光性基板間に液晶層を挟持してなる透過型のものである。面発光体から出射したバックライトとしての光は、観察側に設けられた液晶表示素子50に向けて出射される。液晶表示素子50に入ってきた光は、図示していない駆動回路により、液晶層を画素単位でスイッチングさせて変調され、観察者によって画像として認識される。ここで、面発光体の調光シートの凸部の形状から、面発光体から出射する光の配向特性は、図23における実線がY方向に出射する光の配向特性となり、破線がX方向に出射する光の配向特性となる。この配向特性は、液晶表示素子を通過後も同じ配向特性の傾向を示す。このように先端面が扁平の凸部を持つ調光シートを用いることにより、表示装置に求められる配向特性に合わせた表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0073】
【図1】この発明の実施形態1の面発光体において使用した調光シートの出射面と反対側の平面図及び側面図である。
【図2】上記の実施形態1に係る面発光体を示した概略側面図である。
【図3】上記の実施形態1に係る面発光体の部分拡大説明図である。
【図4】この発明の実施形態2の面発光体において使用した調光シートの出射面と反対側の平面図及び側面図である。
【図5】上記の実施形態2に係る面発光体を示した概略側面図である。
【図6】上記の実施形態2に係る面発光体の部分拡大説明図である。
【図7】この発明の実施形態3の面発光体において使用した調光シートの出射面側の平面図及び側面図である。
【図8】上記の実施形態3に係る面発光体を示した概略側面図である。
【図9】上記の実施形態3に係る面発光体の部分拡大説明図である。
【図10】この発明の実施形態4の面発光体において使用した調光シートの出射面側の平面図及び側面図である。
【図11】上記の実施形態4に係る面発光体を示した概略側面図である。
【図12】上記の実施形態4において使用する調光シートの変更例を示した側面図である。
【図13】上記の実施形態1〜4において、出射面と反対側の面に設ける凸部を変更させた調光シートの第1の変更例を示した出射面と反対側の平面図及び側面図である。
【図14】上記の実施形態1〜4において、出射面と反対側の面に設ける凸部を変更させた調光シートの第1の変更例を示した出射面と反対側の平面図及び側面図である。
【図15】この発明の実施形態5の面発光体において使用した調光シートの出射面と反対側の平面図及び側面図である。
【図16】上記の実施形態5に係る面発光体の部分拡大説明図である。
【図17】本発明の実施形態6に係る表示素子の構成を示す図である。
【図18】本発明の実施形態7に係る表示素子の構成を示す図である。
【図19】実施例1における凸部の形状を示す概略図である。
【図20】実施例2における調光シートの平面図である。
【図21】比較例1の面発光体の側面図である。
【図22】比較例2の面発光体の側面図である。
【図23】実施例1の面発光体の配光特性を示した図である。
【図24】実施例2の面発光体の配光特性を示した図である。
【図25】実施例3の面発光体の配光特性を示した図である。
【図26】実施例4の面発光体の配光特性を示した図である。
【図27】実施例5の面発光体の配光特性を示した図である。
【図28】実施例6の面発光体の配光特性を示した図である。
【図29】実施例7の面発光体の配光特性を示した図である。
【図30】比較例1の面発光体の配光特性を示した図である。
【図31】比較例2の面発光体の配光特性を示した図である。
【符号の説明】
【0074】
10A〜10G 調光シート
11 透光性基板
12 面発光素子の出射面に向けて収縮した凸部
12a 先端面
12b 傾斜面
12c 平坦面
13 空間部
14 出射面
15 凹部
16 凸部
17 面発光素子の出射面に向けて拡開した凸部
17a 先端面
17b 傾斜面
18 屈折率の大きい透光性材料
20、200 面発光素子
21 出射面
50 液晶表示素子
60、70 表示装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて収縮し、この収縮した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より低い透光性材料を充填させたことを特徴とする面発光体。
【請求項2】
前記凸部が、前記先端面に向けて収縮するように傾斜した面を有することを特徴とする請求項1に記載の面発光体。
【請求項3】
面発光素子の出射面に、少なくとも片面に凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、前記凹凸における凸部の形状が前記面発光素子の出射面に向けて拡開し、この拡開した凸部の先端面が偏平な形状であり、前記先端面を前記面発光素子の出射面に接着させると共に、前記凸部と前記面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が前記調光シートの屈折率より高い透光性材料を充填させたことを特徴とする面発光体。
【請求項4】
前記凸部が、前記先端面に向けて拡開するように傾斜した面を有することを特徴とする請求項3に記載の面発光体。
【請求項5】
前記先端面の形状が楕円又は菱形であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の面発光体。
【請求項6】
前記先端面の形状が長方形であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の面発光体。
【請求項7】
前記凸部の先端面と該先端面の長手方向に沿う凹部の底部との距離と、該先端面と該先端面の短手方向に沿う前記凹部の底部との距離が異なることを特徴とする請求項6に記載の面発光体。
【請求項8】
前記面発光素子の出射面に接着させる凸部が設けられた調光シートの面と反対側における調光シートの出射面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の面発光体。
【請求項9】
前記面発光素子の出射面に接着させる凸部と前記反対側における調光シートの出射面に設けられた凹部とが、互いに向き合う位置に形成されていることを特徴とする請求項8に記載の面発光体。
【請求項10】
表示素子と請求項1乃至9の何れか1項に記載の面発光体とを備え、該面発光体を前記表示素子のバックライトとして用いることを特徴とする表示装置。
【請求項11】
請求項1乃至9の何れか1項に記載の面発光体を備え、該面発光体を構成する面発光素子が、平面状にマトリクス配置された複数の画素を備えていることを特徴とする表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【図30】
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【図31】
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【公開番号】特開2007−149591(P2007−149591A)
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−345516(P2005−345516)
【出願日】平成17年11月30日(2005.11.30)
【出願人】(000001270)コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Fターム(参考)】