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】光出射側の表面に回折格子が形成された面発光素子と、片面に規則的な凹凸がある調光シートとを備え、回折格子により偏向した光を調光シートにより正面方向に屈折させる面発光体。

【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として、有機エレクトロルミネッセンス素子や、無機エレクトロルミネッセンス素子といった面発光素子が存在する。しかし、このような面発光素子は発光した光のうち、空気中に出射される割合が高くないことが知られている。その理由を、有機エレクトロルミネッセンス素子を例にとって説明する。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の概略図を図１に示す。ボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子１００は透明基板１０１の光出射側面とは反対側の面上に透明電極１０２、有機層１０３、金属電極１０４が順次積層されており、有機層１０３には発光層が含まれている。有機層１０３から発光した光は透明電極１０２、透明基板１０１を通過して空気中へ出射される。
【０００４】
有機層１０３から発光した光は透明電極１０２と透明基板１０１の屈折率の違いにより、臨界角以上の角度で両者の界面に達すると全反射を起こし透明基板内へ入ることができない。同様に透明基板１０１と空気の屈折率の違いにより、両者の界面に臨界角以上の角度で達した光は全反射を起こすため、外部に取り出すことができない。このため、一般に有機エレクトロルミネッセンス素子のような面発光素子では、発光層で発生した光のうち、２０〜３０％は透明基板、４０％〜６０％は透明電極や有機層に閉じこめられ、結果として残りの２０〜３０％しか空気中に取り出すことが出来ないと言われている。よって、面発光素子においては、発光層で発光した光を有効利用することが重要な項目となっている。
【０００５】
発光層で発光した光を有効利用するための手段の１つとしては、全反射によって素子内部に閉じこめられている光を取り出すこと（光取り出し効率を改善すること）が挙げられる。特許文献１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光素子の発光側表面、すなわち発光素子の発光表面と大気との界面である光取り出し面に、特定形状の透過型微細凹凸構造を設け、該構造の回折現象により、全反射により透明基板内に閉じこめられている光を取り出し、光取り出し効率を向上させている。
【０００６】
発光層で発光した光を有効利用するためのその他の手段としては、出射された光を集光して特定の方向の輝度を向上させることが挙げられる。特許文献２では、有機ＥＬデバイスの光取り出し側に、光取り出し面に対して凸の断面が三角形状の第一の凸部が複数設けられた光取り出しシートと、光取り出しシート上に、光取り出し面と概略平行に設定された光入射面と、光出射側に光入射面に対して凸の断面が三角形状の第２の凸部を複数有するプリズムシートを設けることが提案されている。特許文献２に記載のデバイスでは、従来の有機ＥＬデバイスでは臨界角以上のため全反射していた入射角の光を、光取り出しシートに設けた凸部の斜面に入射させることで、入射角を変化させ、屈折によって外部へと取り出し（光取り出し効率向上）、前記光取り出しシートによって取り出された光のうち、斜め方向に進む光をプリズムシートの凸部の斜面に入射させることで、屈折により概ね発光面に対して垂直な方向（正面方向）に集めて（集光）、正面方向の輝度を向上するとされている。
【０００７】
さらに、光取り出し効率を向上させるその他の手段として、特許文献３においては、発光体の光取り出し面に、フィルムにそのフィルムとは屈折率の異なる微粒子を添加した拡散器（体積拡散器、表面拡散器等）を設けることが提案されている。これによって本来全反射する角度で光取り出し面に入射した光は、拡散器内の粒子にあたり、散乱されることで角度が変わり、そのうち全反射を起こさない角度に変換された光を取り出すことで光取り出し効率を向上させている。
【特許文献１】特開２００４−３１２２１号公報
【特許文献２】特開２００５−６３９２６号公報
【特許文献３】特表２００４−５１３４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている有機エレクトロルミネッセンス素子では、素子の光の存在場所とその割合から考えると、仮に透明基板内の光を全て取り出したとしても、その効率は２倍程度であり、実験例においても１．５倍程度の効率しか得られない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の発光デバイスのように屈折を利用して光取出しを行うと、従来の有機ＥＬデバイスでは発光層から正面方向に出射した光はそのまま空気中へ取り出せていたものが、発光層から正面方向に出射した光は逆に全反射を起こし、利用できなくなってしまうという問題がある。つまり、発光層において発生した光のうち斜め方向に進む成分をある程度取り出すことはできても、かえって正面方向への出射光取出しを妨げることになり十分に効率を向上させることができない。
【００１０】
さらに、特許文献３においては文献１、２における問題は生じにくいが、ランダムに添加された粒子によって光の光路が変わるため、波長選択性がなく、特定の波長の輝度を特に高めることに不向きである。
【００１１】
このように従来の面発光体では光を有効利用し、特定波長の光の特に正面方向の輝度を向上させるという点においては、まだその効果は十分ではなかった。
【００１２】
従って、本発明の課題は、面発光素子で発生する意図した特定波長の光をより簡単に、効果的に有効利用し、特に正面方向の輝度を従来の素子に比べて格段に向上させ得る面発光体およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
１．
光出射側の表面に回折格子が形成された面発光素子と、該回折格子に空間を介して向き合うように配置させた少なくとも片面に規則的な凹凸がある調光シートとを備え、
前記回折格子は、前記面発光素子から出射する光の方向を回折により、前記面発光素子の発光面に対して垂直な方向とは異なる所定の方向に偏らせ、前記調光シートは、前記回折格子によって偏った前記光のうち、強く出射する方向の光を屈折によって前記発光面に対して垂直な方向に出射させることを特徴とする面発光体。
【００１５】
２．
前記回折格子の周期は、回折させようとする光の波長の１〜１０倍であることを特徴とする１に記載の面発光体。
【００１６】
３．
前記回折格子は単位格子が周期的に２次元的に配置されていることを特徴とする１又は２に記載の面発光体。
【００１７】
４．
前記回折格子と前記調光シートの回転対称性が同じであることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の面発光体。
【００１８】
５．
前記単位格子は略角柱若しくは略円柱の構造体を含むことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の面発光体。
【００１９】
６．
前記単位格子は略角錐若しくは略円錐の構造体を含むことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の面発光体。
【００２０】
７．
前記調光シートは複数枚のシートを重ね合わせたものであることを特徴とする１乃至６の何れか１項に記載の面発光体。
【００２１】
８．
前記調光シートは何れか１方の面に周期が１０μｍ以上１ｍｍ以下の規則的な凹凸を有することを特徴とする１乃至７の何れか１項に記載の面発光体。
【００２２】
９．
表示素子と１乃至８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。
【００２３】
１０．
１乃至８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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光出射側の表面に回折格子が形成された面発光素子と、該回折格子に空間を介して向き合うように配置させた少なくとも片面に規則的な凹凸がある調光シートとを備え、前記回折格子は、前記発光素子から出射する光の方向を回折により、前記発光素子の発光面に対して垂直な方向とは異なる所定の方向に偏らせ、前記調光シートは、前記回折格子によって偏った前記光のうち、強く出射する方向の光を屈折によって前記発光面に対して垂直な方向に出射させる面発光体を用いることにより、面発光素子で発生する意図した特定波長の光をより簡単に、効果的に有効利用し、特に正面方向の輝度を従来の素子に比べて格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（第１の実施形態）
以下に本発明の第１の実施形態である面発光体２０の構成を説明する。図２は第１の実施形態に用いた構成を示しており、面発光の機能を有する発光層を備えた発光素子２０１の光出射側表面に回折格子２０２が形成されている。回折格子２０２は円柱が２次元的に周期的に配置された構造をしている。また、前記回折格子２０２上には、光出射側表面に周期的な三角屋根構造をもった調光シート２０３が空間を介して向き合うように配置されており、さらに前記調光シート上には、光出射側表面に周期的な三角屋根構造をもった調光シート２０４が、前記調光シートと三角屋根構造の向きが概略直交するように、空間を介して向き合うように配置されている。
【００２７】
ここで本実施形態において、デバイスの正面輝度が格段に向上する理由を説明する。まず、発光層で発光した光は回折格子２０２に達する。回折格子の効果は、簡単のために、１次元の回折格子を例にとって説明すると、例えば図３のように入射して、ある回折格子でθ方向に回折された光と次の回折格子でθ方向に回折された光の光路差が入射した光の波長λｎの整数倍になるとき、その方向に出射される光は干渉によって強めあう。特に図３の場合は強めあう光の方向θと、回折格子の周期ｄ、入射する光の波長λｎの関係は、
（１−ｃｏｓθ）ｄ＝Ｎ・λｎ（Ｎは自然数）（１）
の式であらわされる。この結果、回折格子を通過した光はある特定の方向に配向特性が偏る。配向特性が偏る方向は前記の式で示したように回折格子の周期と屈折率、空気中に出射される光の波長から簡単に求めることができる。逆に素子設計において、特定の波長の配向特性を意図した方向に偏らせたい場合は、空気中に出射される光の波長は設計によって決定され、回折格子の屈折率も回折格子の材質によって決まるため、回折格子の周期を変化させることで簡単に意図した方向に配向特性を偏らせることが可能となる。
【００２８】
ここで、配向特性を偏らせるとは、出射する光を特定の方向に偏らせることを意味し、以下同様に用いている。
【００２９】
よって特許文献３の拡散器のようなランダムな拡散を利用したデバイスよりも意図した調光機能を持つデバイスを容易に得ることができ、取り出したい光の波長の制御も容易である。また、この回折現象は種々の方向から入射する光に対して起こるため、従来の面発光素子では、全反射していた角度で入射した光も回折によって取り出せる。そのため、光取り出し効率も向上する。さらに、回折により特定方向に偏らせた光を正面方向に向けて屈折させるので、屈折による光取出しを利用した特許文献２のデバイスのように、ある方向に進む光を取り出せるようになるかわりに他の方向に進む光が逆に取り出せなくなるということは原理的に生じない。そのため、屈折による光取りだしよりも、光取出し効率を向上させることができる。このように、回折格子２０２を通過した光は、回折格子により光の利用効率が向上し、さらに特定の方向に配向特性が偏っているため、配向特性が偏った方向の光の強度は非常に大きくなる。そして、図２のような構造の回折格子を用いた場合は図４の（ａ）、（ｂ）に示すように４回対称性を持つ４方向に出射される光の強度が大きくなる。
【００３０】
次に、回折格子２０２を通過した光は、回折格子２０２上に設けられた調光シート２０３に達する。調光シート２０３は図５に示すように、斜め方向に入射した光を、光出射側表面に設けられた三角屋根構造の斜面に当て、光を屈折させることで、光の進む方向を変化させる。このため、回折格子２０２を通過して配向特性が４方向に偏った光が調光シート２０３に入射すると、調光シート２０３が１次元的に周期的な構造をしており、屋根が２方向についているため、図６に示すように４方向の光のうち、２方向ずつが同じ方向に出射され、配向特性が２方向に偏ることになる。この時、この２方向の光は先程の４方向の光の２方向が集光されているため、１方向ごとの強度は調光シート通過前より大きくなっている。
【００３１】
最後に調光シート２０４に達した光は、先程と同様に調光シートによって光の進む向きが変換される。この時、調光シート２０４は調光シート２０３に対して三角屋根構造の向きが概略直交するように配置されているため、光の向きを変化させる効果が調光２０３に対して９０°異なる。この結果、調光シート２０３によって配向特性が２方向に偏った光は、図７のように調光シート２０４によって正面方向に向きが変化される。この時、この光は２方向の光が集光されているので、その強度がさらに増大する。以上の結果により、正面方向の輝度が格段に向上する。
【００３２】
調光シートに用いられる規則的な凹凸は、前記三角屋根構造に限らず、屈折により配向特性の偏った光を正面方向に変えられる形状であればよい。また、この調光シートの凹凸の周期は、１０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。本実施形態で用いる発光素子の発光波長は可視域を想定しているため、１０μｍ以下では凹凸の周期が発光波長の１０数倍程度となり、調光シートで回折現象が起こり始め、好ましくない。また、１ｍｍ以上では、面発光体自身の大きさが大きくなるため、小型化、軽量化、薄型化の面で好ましくない。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態である面発光体３０の構成を説明する。図８は、第２の実施形態に用いた構成を示す。面発光の機能を有する発光層を備えた発光素子３０１の光出射側表面に回折格子３０２が形成されている。回折格子は円柱が２次元的に周期的に配置された構造をしている。また、前記回折格子上には、光出射側表面に周期的な四角錘の構造をもった調光シート３０３が空間を介して向き合うように配置されている。ここで、調光シート３０３に入射するまでの光の振る舞いは前記第１の実施形態と同様なので省略する。ここで調光シート３０３は前記第１の実施形態で用いた三角屋根構造をもった調光シートと同様に出射される光の向きを変換させる効果を持っているが、調光シート３０３は２次元的な四角錘の構造を有しており、斜面が４方向に存在している。これによって図９に示すように調光シート３０３を用いると、回折格子３０２で配向特性が４方向に偏った光の進む向きを、一度に正面方向に変換することが出来る。この時も、出射される光が４方向の光が集光されているので、その強度は非常に大きくなる。
【００３４】
次に、各構成要件の詳細について説明する。
【００３５】
発光素子としては有機エレクトロルミネッセンス素子や、無機エレクトロルミネッセンス素子などの面発光の機能を有する素子であればよい。
【００３６】
回折格子の形状は単位格子が周期的に１次元的に配置されている形状としてもよいが、好ましくは単位格子が周期的に２次元的に配置されている形状とする。これは発光体が２次元的に発光するため、単位格子が周期的に２次元的に配置されている方が効率よく光を取り出せるためである。例えば正方格子状に円錐や円柱、角錐や角柱が配置された形状や三角格子状に円錐や円柱、角錐や角柱が配置された形状が考えられる。
【００３７】
また、回折格子の周期構造の周期は回折させたい光の波長の１〜１０倍が好ましい。これは屈折ではなく回折の効果が得られる周期が、おおよそ前記の範囲だからである。また、さらに好ましくは回折格子の周期構造の周期は回折させたい光の波長の１〜２倍がよい。これは回折現象が起こった際、高次の回折光が発生しないため、後述する調光シートの設計が１次の回折光に対してのみに絞って行えるので、設計が簡単になるからである。
【００３８】
回折格子の形成方法は発光素子の光出射側表面のドライエッチング加工やインプリンティング等の従来の微細加工プロセスを用いて形成しても良い。また、回折格子を形成したフィルムや基板を粘着性のテープや硬化性の樹脂によって発光体表面に接着しても構わない。ただし、接着する場合は回折格子を形成した材料の屈折率が発光体の光出射側表面の材料の屈折率に対して±０．５以内であることが好ましい。さらに好ましくは回折格子を形成した材料の屈折率が発光体の光出射側表面の材料の屈折率に対して±０．１以内であることが好ましい。また、接着面に気泡を残さないことが好ましい。これは屈折率の異なる部分が存在すると全反射によって空気中に取り出せない光が発生するためである。
【００３９】
回折格子と調光シートとの間隔は１〜２００μｍが好ましい、さらに好ましくは１〜１０μｍがよい。これは、回折格子の端面付近から素子外側へ向けて出射された光であっても、なるべく調光シートに入射させるためである。
【００４０】
調光シートの凹凸は、例えば片面に三角屋根が周期的に設けられた形状や、片面に四角錐や三角錐が周期的に設けられた形状、また片面に四角錐や三角錐の頂角付近が丸くなった構造体が周期的に設けられた形状などが挙げられる。また、調光シートの上にはさらに空間を介して調光シートを乗せてもよい。この場合の調光シート同士の間隔は前記回折格子と調光シートの間隔と同様、１〜２００μｍが好ましく、さらに好ましくは１〜１０μｍがよい。
【００４１】
回折格子と調光シートの対応関係については、まず回折格子と調光シートが同じ回転対称性をもっていることが好ましい。これは例えば実施形態で説明に用いた回折格子は４回対称性をもっており、この場合、回折格子を通過した光の配向特性は、４回対称性を反映して４方向に偏る。これに対して第２の実施形態で用いた四角錘の構造をもった調光シートも４回対称性をもっており、この場合４方向の光を集光することが可能となる。よって、回折格子と調光シートが同じ回転対称性をもっていると、配向特性が偏る方向と、集光できる方向を一致させることができるため、非常に効率よく正面輝度を向上させることができる。
【００４２】
また、調光シートは、第１の実施形態で２回対称性の調光シートを概略直交させて用いて４方向の光を集光させたように、複数枚のシートを用いて擬似的に回折格子と同一の回転対称性を実現しても構わない。もちろん、回転対称性については前記の４回対称性以外にも２回対称性や６回対称性等の他の対称性に置き換えても構わない。
【００４３】
また、本発明においては回折格子で配向特性が偏った光のうち、強く出射される方向の光を調光シートで正面方向に集光させることを特徴としているが、その設計方法については例えば以下のように行うことができる。まず、回折させたい光の波長を決定する。決定方法は例えば単色のデバイスを作製する場合はその発光波長に合わせればよいし、他の例として有機エレクトロルミネッセンス素子において、赤、緑、青に発光する発光層を積層し白色のデバイスを作製する場合、発光強度を補うために、発光強度の低い色の波長に合わせたり、素子の寿命を延ばすために、劣化が激しい発光体の発光波長に合わせればよい。次に回折格子によって強く出射される方向を決定するために、回折格子の周期を決定する。回折格子の周期と、強く出射される光の方向の関係は式（１）より簡単に求めることができる。次に回折格子によって強く出射される光の方向が、正面方向に変換されるように、調光シートの屈折率と凸部の頂角の角度を決定する。この場合正面方向とは好ましくは発光面に対して垂直な方向に対して±５°以内、さらに好ましくは±２°以内がよい。また、複数枚の調光シートを用いた場合は、全ての調光シートの屈折の効果を足し合わせた結果、前記の効果が得られるようにそれぞれの屈折率と凸部の頂角を設計すればよい。なお、屈折率は材料の物性によって決まり、頂角の角度についてはスネルの法則を用いれば光の入射角と出射角の関係が簡単に求まるので、そこから求めることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１０に、本発明の第３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及び第２の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。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１１に、本発明の第４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２０１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２０１の光の出射面に第１又は第２実施形態で説明した回折格子２０２を形成し、さらに調光シートを取り付けることで面発光体２０（ここでは第１実施形態の構成を図示してある）を作製している。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】
【００４６】
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。
【００４７】
（実施例１〜８）
実施例１においては、上記の第１の実施形態（図２参照）に示す構成のものを用いた。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の出射面における屈折率は１．５１７であった。
【００４８】
この面発光素子２０１の出射面側に回折格子２０２を形成したシートを貼り付けた。このシートは屈折率が１．５２で、その表面に、高さ４００ｎｍ、直径５６０ｎｍの円柱が表１に示す各実施例に応じて４００ｎｍから６０００ｎｍの周期（ｄ）で正方格子状に配置されている（図１２参照）。このシートを面発光素子の出射面側に熱硬化樹脂により接着した。次にこの回折格子２０２の上に三角屋根構造の調光シートを２枚、互いに三角屋根構造の向きが概略直交するように配置して実施例１〜８を作製した。図１３に用いた調光シートの構造を示す。この調光シートは屈折率が１．５で、頂角１００°、三角屋根の周期は５０μｍである。
【００４９】
（実施例９）
実施例２においては、上記の第２の実施形態（図８参照）に示す構成のものを用い、調光シートを図１４に示す調光シート３０３を用いた他は、実施例１と同様に作製した。調光シート３０３の断面図を図１４（ａ）、構造図を図１４（ｂ）に示す。頂角９０°の四角錘の構造をしている。屈折率１．５で四角錘の周期は５０μｍである。
【００５０】
（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をその出射面に回折格子を設けず、また、調光シートも用いずに、図１５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他は、実施例１と同様に作製した。
【００５１】
（比較例２）
比較例２においては、実施例１に用いた面発光素子２０の出射面の回折格子に替えて、四角錘状の光取りだしシート９０を接着した図１６に示す構成とした他は、実施例１と同様に作製した。図１７、図１８は光取り出しシート９０の断面図と構造図で、四角錘の周期は５０μｍ、頂角は９０°である。
【００５２】
上記の実施例１〜９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。
【００５３】
測定波長５５０ｎｍにおける実施例１の配向特性の測定結果を図１９に示し、比較例１の配向特性の測定結果を図２０、比較例２の配向特性の測定結果を図２１に示す。実施例１〜９及び比較例１、２の測定波長５５０ｎｍでの正面輝度の測定結果を表１にまとめて示す。また、実施例１において、測定波長を変化させたときの正面輝度を表２に示す。
【００５４】
評価結果は、正面輝度が１．５倍以上１．７倍未満を△、１．７倍以上１．９倍未満を○、１．９倍以上を◎とした。
【００５５】
【表１】

【００５６】
【表２】

【００５７】
表１の結果から、発光素子の出射面に回折格子を設け、回折された光を調光シートにより正面方向に屈折させることにより、正面輝度を大幅に向上できることが分かる。また、回折格子の周期を得ようとそする光の波長（この場合５５０ｎｍ）の１〜１０倍であればその効果が大きく、さらには１から２倍であれば大幅に正面輝度が向上することが分かる。また、表２は第１の実施例と同じ構成において回折格子の周期は８００ｎｍで固定し、測定波長を変化させた場合の正面輝度を示したものである。この場合、波長５８５ｎｍの光に対する正面輝度が一番大きくなっている。このことは回折格子の設定条件により正面輝度を高くできる波長を選択できることを示しており、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子で白色デバイスを作製する際、発光体自身の発光強度が５８５ｎｍだけ低ければ、本発明を用いれば、その強度を補えることがわかる。また、強度の弱い光が他の波長の場合は、回折格子の周期を変化させることで、その波長の強度を最も補えるように最適化可能なことは言うまでもない。
【００５８】
（実施例１０）
実施例１０においては、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１０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、面発光体から出射する光の配向特性は、図１９における配向特性となる。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。このように面発光素子の光出射面に回折格子を設け、この回折格子で偏向した光を正面方向に屈折させる調光シートを用いることにより、表示装置に求められる正面輝度の高い配向特性を持つ表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】有機エレクトロルミネッセンス素子の一般的な構造の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る面発光体を示した概略図である。
【図３】１次元の回折格子の回折の様子を示した概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において回折格子を通過した光が特定の方向に偏ることを示した概略図である。
【図５】調光シートの効果によって光の進む向きが変換されることを示した概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において１枚目の調光シートの集光の効果を示した概略図である。
【図７】本発明の第１の実施形態において２枚目の調光シートの集光の効果を示した概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る面発光体を示した概略図である。
【図９】本発明の第２の実施形態において調光シートの集光の効果を示した概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る表示素子の構成を示した概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る表示素子の構成を示した概略図である。
【図１２】本発明の実施例に用いた回折格子の概略図である。
【図１３】本発明の実施例に用いた調光シートの概略断面図である。
【図１４】本発明の実施例に用いた調光シートの概略構造図である。
【図１５】比較例１に用いた面発光体を示す概略断面図である。
【図１６】比較例２に用いた面発光体を示す概略構成である。
【図１７】比較例２に用いた光取りだしシートの概略断面図である。
【図１８】比較例２に用いた光取りだしシートの概略図である。
【図１９】実施例１によって得られた配向特性を表した図である。
【図２０】比較例１によって得られた配向特性を表した図である。
【図２１】比較例２によって得られた配向特性を表した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００有機エレクトロルミネッセンス素子
１０１透明基板
１０２透明電極
１０３有機層
１０４金属電極
２０、３０面発光体
２０１、３０１発光素子
２０２、３０２回折格子
２０３、２０４、３０３調光シート
５０光変調素子
６０、７０表示装置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射側の表面に回折格子が形成された面発光素子と、該回折格子に空間を介して向き合うように配置させた少なくとも片面に規則的な凹凸がある調光シートとを備え、
前記回折格子は、前記面発光素子から出射する光の方向を回折により、前記面発光素子の発光面に対して垂直な方向とは異なる所定の方向に偏らせ、前記調光シートは、前記回折格子によって偏った前記光のうち、強く出射する方向の光を屈折によって前記発光面に対して垂直な方向に出射させることを特徴とする面発光体。
【請求項２】
前記回折格子の周期は、回折させようとする光の波長の１〜１０倍であ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】
前記回折格子は単位格子が周期的に２次元的に配置され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。
【請求項４】
前記回折格子と前記調光シートの回転対称性が同じであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の面発光体。
【請求項５】
前記単位格子は略角柱若しくは略円柱の構造体を含む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】
前記単位格子は略角錐若しくは略円錐の構造体を含む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】
前記調光シートは複数枚のシートを重ね合わせたものであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の面発光体。
【請求項８】
前記調光シートは何れか１方の面に周期が１０μｍ以上１ｍｍ以下の規則的な凹凸を有す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】
表示素子と請求項１乃至８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１０】
請求項１乃至８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】