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EL素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置
説明

EL素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置

【課題】発光層からの光取り出し効率を向上させるようにした。
【解決手段】EL素子1は、透光性の第1の基板2と第2の基板3との間に、陽極5と光反射層をなす陰極6に挟まれた発光層4を備えた。第1の基板2の発光層4とは反対側に光を外部に射出する光再分配シート7を設けた。光再分配シート7は、その射出面に傾斜角θ1が80度〜90度で頂角θ3が86〜94度で交差する一対の第1光再分配面と、傾斜角θ2が80度〜90度で頂角θ4が86〜94度で交差する一対の第2光再分配面とを角度φで交差させて配列させた。発光層4は(1)式を満たす射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と射出する全光量との比が(2)式の値より大きい。θin1=θ1−sin−1(sinθ1/n)…(1)、πsin2θin1/180°…(2)。但し、n:光再分配シートの屈折率。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、EL素子(エレクトロ・ルミネッセンス素子)及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、そして液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、有機EL素子は、蛍光有機化合物を含む発光層を陽極と陰極との間に挟んだ発光構造を透光性基板の片面上に設けて構成される。そして、この有機EL素子は、陽極と陰極の間に直流電圧を印加し、発光層に電子および正孔を注入して再結合させることにより励起子を生成し、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光する。
【0003】
このようなEL素子は、発光層から放出された光線が透光性基板から外部に射出する際に、一部の光が透光性基板の表面上で全反射してしまい、外部へ射出する光量のロスが生じるという問題があった。このときの光の外部取り出し効率は一般に20%程度と言われている。このため、高輝度が必要になるほどより多くの投入電力が必要になり、EL素子に対する負荷が増大して素子自体の信頼性を低下させることになる。
【0004】
これに対し、EL素子における光の外部取り出し効率を向上させる目的で透光性基板に微細な凹凸を形成し、全反射することでロスしている光線の一部を外部に取り出すようにしたEL素子が提案されている。例えば、特許文献1には、透光性基板の一方の面に複数のマイクロレンズエレメントを平面的に配列して成るマイクロレンズアレイを形成することが提案されている。
あるいは、特許文献2に記載されているように、EL素子における発光層からの配光分布を調整して、光の外部取り出し効率を向上させる方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−260845号公報
【特許文献2】特開2004−296423号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した従来技術では、EL素子における光取り出し効率の向上を図る上で十分なものとはいえなかった。
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、光取り出し効率を向上させることのできるEL素子、このEL素子を用いた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明によるEL素子は、透光性基板と、透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、透光性基板の一方の面に対向する他方の面に設けられていて入射光を射出する光再分配シートと、発光層に対して光再分配シートの反対側に設けられた光反射層とを備えており、光再分配シートは光再分配構造部を有しており、光再分配構造部は、第1の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面と、第1の方向に対して80度以上90度以内の角度で交差する第2の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面を有する第二光再分配部材とを備えて形成され、発光層は、下記(1)式を満たす射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層から射出する全光量との比が下記(2)式より大きいことを特徴とする。
【数1】

【数2】

但し、θ1:第1光再分配面、第2光再分配面の傾斜角度、
θin1:発光層から射出された光の射出角度、
n:光再分配シートの屈折率。
【0008】
本発明によるEL素子によれば、光再分配構造部を、第1の方向に延びていて互いに交差する頂角が86度〜94度となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面を有する第一光再分配部材と、第1の方向に対して80度〜90度の角度で交差する第2の方向に延びていて、互いに交差する頂角が86度〜94度となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面を有する第二光再分配部材とを備えているため、発光層から発光する光が所定の配光分布を有することで光の指向性を向上させることができ、光再分配シートの光再分配構造部の互いに80度〜90度の範囲で交差する第1光再分配面と第2光再分配面とをそれぞれ透過させて屈折させることで指向性を持たせた光を増大させることができ、しかも、光再分配構造部の第1及び第2光再分配面で反射させられた一部の光は、発光層を経由して光反射層で反射して再度光再分配シートに向かうことで、更に一部の光が光再分配構造部を経由して光を再配分させて指向性を持たせて外部に取り出すことができ、外部光取り出し効率を向上させることができる。
なお、光反射層は陰極に兼用させてもよいし、陰極とは別に配設してもよい。
【0009】
また、本発明によるEL素子は、透光性基板と、透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、透光性基板の一方の面に対向する他方の面に設けられていて入射光を射出する光再分配シートと、発光層を間にして光再分配シートの反対側に設けられた光反射層とを備えており、光再分配シートは光再分配構造を有しており、光再分配構造は、透光性基板の他方の面に沿う第1の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度〜94度となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面と、第1の方向に対して80度〜90度の角度で交差する第2の方向に延びていて互いが交差して形成される頂部の角度が86度〜94度となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面とを備えて形成され、発光層は、下記(3)式を満たす射出角度θin2を有する第2の射出光の光量が、発光層から射出する全光量の42.5%以上であることを特徴とする。
【数3】

但し、θin2:発光層から射出された光の射出角度。
【0010】
本発明によるEL素子によれば、(3)式を満たす射出角度θin2を有する第2の射出光の光量が、発光層から射出する全光量の42.5%以上であるから、発光層から発光する光が所定の配光分布を有することで光の指向性を向上させることができ、光再分配シートの光再分配構造部の互いに80度〜90度の範囲で交差する第1光再分配面と第2光再分配面とをそれぞれ透過させて屈折させることで指向性を持たせた光を増大させることができ、しかも、光再分配構造部の第1及び第2光再分配面で反射させられた一部の光は、発光層を経由して光反射層で反射して再度光再分配シートに向かうことで、更に一部の光が光再分配構造部を経由して光を再配分させて指向性を持たせて外部に取り出すことができ、外部光取り出し効率を向上させてLambert分布よりも光利用効率を大きくすることができる。
【0011】
また、一対の第1光再分配面は断面略三角形のプリズム形状を有する第一光再分配部材とされ、一対の第2光再分配面は断面略三角形のプリズム形状を有する第二光再分配部材とされていてもよい。
80度〜90度の範囲で交差する第一光再分配部材と第二光再分配部材を配列してなる光再分配構造部に、発光層からの所定配光分布を持たせた射出光または光反射層でリサイクルした反射光を透過させることで、所定方向に指向性を持たせることができる。
【0012】
また、光再分配シートまたは光再分配シートの接合層に光拡散機能を有することが好ましい。
この場合、発光層からの射出角度θin2が50°を超えた角度や25°に満たない角度の光であっても、光拡散機能によって、上記(3)式の範囲内の入射角度で光再分配シートに入射させることができるように調整できるため、この点からも光利用効率を向上させることができる。
この場合、光再分配構造に光拡散剤を混合させる等して光拡散機能を有していてもよい。
或いは、光再分配シートを透光性基板に接合する接合層に光拡散剤を混合させる等して光拡散機能を有するようにしてもよい。
【0013】
また、本発明による照明装置は、上述したいずれかのEL素子を発光手段として備えていることを特徴とする。
本発明によれば、照明装置によるEL素子の発光層から発光する光の外部光取り出し効率を向上させることができて、照明装置の照明効率を向上できる。
【0014】
また、本発明によるディスプレイ装置は、上述したいずれかのEL素子を備え、EL素子が画素駆動されるように構成されていることを特徴とする。
本発明によっても、照明装置によるEL素子の発光層から発光する光の外部光取り出し効率を向上させることができて、照明装置の照明効率を向上できる。
【0015】
本発明による液晶ディスプレイ装置は、画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、画像表示素子の背面に、上述したいずれかのEL素子、あるいは上述した照明装置を配設して構成されていることを特徴とする。
これにより、EL素子から発送する光が画像表示素子を透過照射し、或いはEL素子を内蔵した照明装置から発光する光によって液晶ディスプレイ装置の照明効率を向上できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によるEL素子によれば、光再分配構造部が、第1の方向に延びていて互いに交差して形成される頂角が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面と、第1の方向に対して80度以上90度以内の角度で交差する第2の方向に延びていて互いに交差して形成される頂角が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面とを備えているため、発光層から発光する光が所定の配光分布を有することで、繰り返し反射光を光再分配構造部に射出させて第1及び第2光再配分面によって光を再配分させて光の指向性を向上させることができて、光再分配シートの外部光取り出し効率を向上させることができる。
【0017】
また、本発明による照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置は、上述したEL素子を備えることで光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施形態に係るEL素子と射出光の経路を示す要部断面図である。
【図2】光再分配構造層を備えていない従来のEL素子を示す要部断面図である。
【図3】実施形態におけるEL素子の光再分配シートを示すものであり、(a)は斜視図、(b)はY軸方向から見た側面図、(c)はX軸方向から見た側面図である。
【図4】実施形態におけるEL素子において、光再分配シートからの繰り返しによる射出光について反射光のサイクル回数に応じた射出角度に対する相対光量の変化を示す配光分布特性のシミュレーション結果を示す図であり、第一及び第二光再分配部材について(a)は頂角を96°に設定した場合、(b)は頂角を94°に設定した場合の図である。
【図5】図4と同様に、光再分配シートからの射出光についての相対光量の変化を示す配光分布特性のシミュレーション結果を示す図であり、第一及び第二光再分配部材について(a)は頂角を86°に設定した場合、(b)は頂角を84°に設定した場合の配光分布特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】発光層から射出する光の射出角度に対する相対積算光量の配光分布を示す図である。
【図7】光再分配シートへの入射角度に対する射出光の光利用効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図8】光再分配シートの第一変形例を示す図であり、(a)は要部斜視図、(b)はY軸方向に見た側面図、(c)はX軸方向に見た側面図である。
【図9】光再分配シートの第二変形例を示す図であり、(a)は部分斜視図、(b)はY軸方向に見た側面図、(c)はX軸方向に見た側面図である。
【図10】光再分配シートの第三変形例を示す図であり、(a)は部分斜視図、(b)はY軸方向に見た側面図、(c)はX軸方向に見た側面図である。
【図11】光再分配シートの更に別の変形例に関する図であり、(a)、(b)、(c)は光再分配シートの光分配構造層の光再分配部材の各種底面形状を示す図である。
【図12】光再分配シートの更に別の変形例を示す図であり、光再分配シートの光再分配部材の底面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図1から図4を参照して、本発明の一実施形態に係るEL素子及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置について説明する。
はじめに、本実施形態によるEL素子は、例えば、発光手段として照明装置に具備され、あるいはEL素子が画素駆動されるようにディスプレイ装置に具備され、あるいは画像表示素子の背面に配設して液晶ディスプレイ装置に具備されて使用される。また、液晶ディスプレイ装置においては、本実施形態によるEL素子を発光手段として備えた照明装置を画像表示素子の背面に配設して構成するようにしてもよい。
【0020】
そして、本実施形態によるEL素子1は、図1に示すように、透光性基板からなる第1の基板2と第2の基板3との間に、発光層4が陽極5と陰極6の間に挟まれた積層状態で配設されている。発光層4が陽極5と陰極6に挟まれて発光構造体8が構成され、陽極5は発光層4から光を出射する側に配設され、陰極6は発光層4の背面側に配設されている。また、第1の基板2の発光構造体8と反対側の面に発光層4から出射される光を外部に射出させるための光再分配シート7が備えられている。
発光構造体8は第1の基板2と第2の基板3で挟み込んで一体に積層させて形成されている。さらに、第1の基板2の上面側に接合層10を介して光再分配シート7が一体に積層して形成されている。
【0021】
第1の基板2及び第2の基板3は、材料として、種々のガラス材料を用いることができる他に、PMMA、ポリカーボネート、ポリスチレン等のプラスチック材料、あるいはアルミニウム等の金属材料等を用いることができる。さらに、その他の様々な材料を用いることができるが、特に好ましい材料はシクロオレフィン系のポリマーであり、このポリマーは、加工性及び耐熱性、耐水性、光学透光性等の材料特性の全てにおいて優れたものである。また、第1の基板2は、発光構造体8から出射する光をできるだけ多く透過させることができるように、全光線透過率を50%以上にすることができる材料(例えばガラス)を用いて形成することが好ましい。
【0022】
ここで、発光構造体8は、陽極5と陰極6との間に電圧を印加することにより発光層4が発光するものであり、従来公知のさまざまな構成を採用することができる。また、発光層4を白色発光層とする場合、陽極5/発光層4/陰極6からなる構成は、例えばITO/CuPc(銅フタロシアニン)/α−NPDにルブレン1%ドープ/ジナクチルアントラセンにペリレン1%ドープ/Alq3/フッ化リチウム/陰極6としてAlという構成にしている。
【0023】
また、発光層4から射出する光線の波長をR(赤色)、G(緑色)、B(青色)にすることができる適宜材料を用いた任意の構成を採用することも可能である。すなわち、青色、赤色、黄色、緑色などの発光層4にすることもできる。このため、EL素子1をフルカラーディスプレイ用途で使用する場合には、R、G、Bに対応した3種類の発光材料の塗り分けにしたり、白色光にカラーフィルターを重ねてフルカラー表示させるようにしたりすればよい。
【0024】
さらに、本実施形態では、陰極6は光反射機能を有する材料で形成し、光反射層としての機能を有している。本明細書では、陰極6を光反射層9ということがある。本実施形態では、陰極6が光反射層9の機能を有することによって、発光層4を間にして光再分配シート7と反対側に光反射層9を設けた構成となる。そして、陰極6である光反射層9は、光反射率を50%以上100%以内とすることが好ましい。
なお、図1に示すEL素子1では、陰極6が光反射性を有する材料から構成されて光反射層9を兼ねているが、これに代えて、陽極5が光反射層の機能を兼ね備えていたり、陰極6よりも下側即ち発光層4と反対側に別途、光反射層9を設けるようにしてもよい。また、陽極5と陰極6に光を透過させるために、これら陽極5と陰極6を透明電極にすればよい。
【0025】
光再分配シート7と第1の基板2を接合させる接合層10を構成する粘着剤、接着剤として、例えば、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系等の各種の粘着剤、接着剤が挙げられる。いずれの場合も、高温となる発光構造体8に隣接して使用されるため、100℃で貯蔵弾性率G’が1.0E+04(Pa)程度以上のものであることが望ましい。貯蔵弾性率がこれより低いと、使用中に光再分配シート7と第1の基板2との間に位置ずれが生じる可能性がある。光再分配シート7と第1の基板2に大きな位置ずれが生じると、光再分配シート7に発光構造体8からの光が効率よく入射できないため光の利用効率が低下してしまう欠点が生じる。
なお、発光層4と光再分配シート7との間隙を安定的に確保するために、接合層10の中に例えばビーズ等の透明の微粒子を混ぜるようにしてもよい。また、接合層10を構成する粘着剤や接着剤は両面テープ状のものでもよいし、単層のものでもよい。
【0026】
この接合層10を介して第1の基板2上に設けられる光再分配シート7は、基材11と、この基材11上に積層形成されてEL素子1の光出射側表面を形成する凹凸状の光再分配構造層(凹凸部)12とを備えて構成されている。ここで、光再分配シート7は、光再分配構造層12を基材11と別体として成形してもよいし、光再分配構造層12と基材11を一体成形してもよい。
【0027】
そして、EL素子1では、陽極5と陰極6の間に電圧を印加して発光層4から出射した光B0が第1の基板2を透過し、光再分配シート7に入射する。光再分配シート7では、光B0の一部を光B2として外部へ透過させ、残りを光B1として内部に反射する。反射された光B1は、光反射層9(陰極6)に向かう光B3となり、光反射層9で反射して再度光再分配シート7の方向に向かう光B4となる。
この光B4は第1の基板2を透過して光再分配シート7に入射するが、光再分配シート7への入射角度により、透過光B2や再び反射する光B1となる。そして、反射光B1は、最終的に透過光B2になるまで、光B1、光B3、光B4のサイクルを繰り返すことになる。これにより、光再分配シート7を透過した光B2の進行方向(照射方向F)をそろえることが可能になり、EL素子1の指向性を強くすることができる。
【0028】
一方、図2に示すように、光再分配シート7に光再分配構造層12がなく、表面が平坦面12Aである場合には、光B1の大部分が透過されずに平坦面12Aで反射され、再度発光層4に入射する光B12となる。しかし、この光B12は照射方向Fに偏向されないため、損失となってしまう。また、EL素子1から発光する光B2は、発光層4からの配光分布に依存した光となり、指向性を有する光にすることができない。すなわち、EL素子1の光の指向性、外部取り出し効率を向上させるためには、光再分配シート7Aの表面形状などを適切に設定(最適化)することが重要になる。
【0029】
次に、本実施形態における、EL素子1の光の指向性と外部取り出し効率を向上させるようにした光再分配シート7の光再分配構造層12について図3により説明する。
図3及び図1に示すように、例えばシート状の透光性の基材11(光反射層)の光照射方向F側を向く一方の面に積層形成された光再分配構造層12は、光再分配シート7の光出射側面内において、例えば断面略三角形の第一光再分配部材14と第二光再分配部材15とが互いに交差する方向にそれぞれ複数配列されて構成されている(図3(a)参照)。
第一光再分配部材14は、任意の方向である第1の方向(例えばX方向)に基材11(の上面)に対して傾斜角度θ1で傾斜する一対の第1光再分配面16、16によって断面略二等辺三角形状をなして延在して形成されている。また、第二光再分配部材15は、第1の方向Xに角度φで交差する第2の方向Yに基材11(の上面)に対して傾斜角度θ2で傾斜する一対の第2光再分配面17,17によって断面略二等辺三角形状をなして延在して形成されている。
これら各第一光再分配部材14と第二光再分配部材15はそれぞれ複数略平行に配列されている。
【0030】
第一光再分配部材14を構成する一対の第1光再分配面16、16はそれぞれ第1の方向Xに沿って延びて、互いに交差して形成される頂部14aの頂角がθ3とされている(図3(c)参照)。第二光再分配部材15を構成する一対の第2光再分配面17、17はそれぞれ第一光再分配部材14と同一面内で第1の方向Xに角度φで交差する第2の方向Yに沿って延びて、互いに交差する頂部15aの頂角がθ4とされている(図3(b)参照)。
そして、本実施形態では、第1の方向Xと第2の方向Yの交差角度φが80度以上90度以内の範囲となるように設定した。さらに、一対の第1光再分配面16が交差する頂部14aの頂角θ3と一対の第2光再分配面17が交差する頂部17aの頂角θ4は、それぞれ86度以上94度以内の範囲に設定されている。
【0031】
より詳しくは、光再分配構造層12は、図3に示すように、例えば、シート状の透光性の基材11の上面に、頂部14aが第1の方向Xに連続的に延在する断面略三角状で帯状のプリズム(あるいはレンズ)を隙間なく複数設けることで第一光再分配部材14を形成し、さらに、この第一光再分配部材14上に形成される凹部に嵌合するように、頂部15aが第1の方向Xと角度φをなす第2の方向Yに連続的または断続的に延在する断面略三角状で帯状のプリズム(あるいはレンズ)を複数設けることで第二光再分配部材15を形成している。
例えば、複数の第二光再分配部材15の高さは、図3に示す例では第一光再分配部材14に対してランダムに変動した構成を有している。
【0032】
そして、第一光再分配部材14の頂角θ3及び第二光再分配部材15の頂角θ4は、86度以上94度以内の範囲であれば、一対の第1光再分配面16のそれぞれ、一対の第2光再分配面17のそれぞれは、同じ大きさ及び同じ形状である必要はない。
しかしながら、光再分配構造層12における光再分配効果を高めて射出される光B2の指向性を強くするためには、複数の第1光再分配面16及び第2光再分配面17における頂角θ3及び頂角θ4は同じ値にすることが好ましい。
なお、第一光再分配部材14と第二光再分配部材15の凹凸形状を制御することで、照射方向Fに出射する光の配光分布を2次元方向に調整することが可能になる。そのため、例えば第二光再分配部材15の第2光再分配面17の形状を任意とすることで、第2光再分配面17からの出射光を対称な配光分布にしたり、あるいは、非対称な配光分布にしたりすることなども可能である。
【0033】
ここで、第一光再分配部材14の第1の方向Xと第二光再分配部材15の第2の方向Yの交差角度φを80度以上90度以内に設定するのは、発光層4から出射される広い配光分布を持つ光の損失を抑えて、より多くの光を照射方向Fに偏向し、指向性を高めるように設計しているためである。例えば、第1の方向Xと第2の方向Yのなす角φを0度として第1光再分配面16のみが第1の方向Xに延在する場合について考えると、第1の方向Xに平行な方向には第2光再分配部材15による凹凸が形成されず、図2に示すような光再分配シート7の出射面が平坦面12Aである場合と同等になる。
【0034】
このため、図2において、第1の基板2を透過した光B1の大部分は、光再分配シート7Aを透過せずにその平坦面12Aで反射され、再度発光層4に向かう光B12となる。この光B12は、平坦面12Aで反射されて照射方向Fに偏向されないために多くが損失することになる。また、光再分配シート7Aを透過して出射する光B2も発光層4からの配光分布に由来する光であり、照射方向Fに偏向された指向性を有する光とはならない。したがって、第1の方向Xに対する第2の方向Yを80度未満にすると、図2に示した光B12のように外部に取り出されず損失する光が増大して光の外部取り出し効率が低下してしまう。また、射出光B2についても、照射方向Fへの指向性が十分でなくなってしまう欠点がある。
【0035】
次に、光再分配シート7の光再分配構造層12の形状及び、発光層4からの配向分布特性がEL素子1の発光特性に及ぼす影響についてシミュレーションで確認した結果を図4〜図7に示す。
本実施形態における光再分配シート7は、図1に示すように、発光層4からの光B0が透過光B2になるまで、光再分配シート7での反射光B1、光B3、光反射層9(陰極6)での再反射光B4のサイクルを繰り返すことで、光を再分配して進行方向(照射方向F)をそろえることができる。
発光層4からの光の配光分布特性も、上述のサイクルを繰り返すことで再分配されて変化する。図4〜図5に、第一及び第二光再分配部材14、15の頂角θ3及び角度θ4を変化させることで、光再分配シート7から出射する光の配光分布特性の変化がどのようになるかシミュレーションした結果を示す。
【0036】
図4(a)では頂角θ3、θ4=96度、(b)では頂角θ3、θ4=94度とし、図5(a)では頂角θ3、θ4=86度、(b)では頂角θ3、θ4=84度として、サイクルを繰り返すことで光再分配シート7の光再分配構造層12によって光が再分配される。そのため、発光層4から射出する光の配光分布特性に対して光再分配シート7から射出する光の配光分布特性について光のリサイクルを繰り返すことによって特定の射出角度の光量が相対的に増加することを示している。
【0037】
しかも、図4、図5は、射出光量が増加する射出角度の値は光再分配シート7の頂角θ3,θ4の値で異なることを示している。
図4(a)では、光再分配シート7の光再分配構造層12の頂角θ3,θ4が96度の場合、発光層4から光の配光分布特性がサイクルを繰り返すことによって再分配され、反射の繰り返しによって射出角度25度の光量が相対的に増加していくことを示している。
図4(b)では、頂角θ3,θ4が94度の場合、サイクルを繰り返すことで光再分配構造層12によって光が再分配され、射出角度20度の射出光量が相対的に増加していくことを示している。
図5(a)では、頂角θ3,θ4が86度の場合、サイクルを繰り返すことで光再分配構造によって光が再分配され、射出角度15度の射出光量が相対的に増加していくことを示している。
図5(b)では、頂角θ3,θ4が84度の場合、サイクルを繰り返すことで光再分配構造によって光が再分配され、射出角度10度の光量が相対的に増加していくことを示している。
【0038】
上述の光再分配は、光再分配シート7の光再分配構造層12と大気との屈折率差による光の反射によって発生する。そのため、光再分配によって光量が相対的に増加する射出角度の値は、光再分配構造層12の屈折率に依存せず、光再分配構造層12の形状、特に第一及び第二光再分配部材14,15の傾斜角度θ1、θ2に依存することを認識できる。
一方、発光層4からの光を正面方向に光を取り出して射出するには、光再分配構造層12の形状だけでなく、光再分配構造層12の屈折率にも依存する。
屈折率に依存する理由は、光再分配構造層12からEL素子1の外部に射出する場合に、光の反射ではなく、光の屈折が発生して外部に射出されるため、光再分配構造層12と大気との屈折率差によって光が偏向される角度が異なるためである。
【0039】
ここで、EL素子1の正面方向に光を射出するために必要な光再分配構造層12に入射する光の角度、すなわち発光層4からの光の射出角度θin1は下記の式で表すことが出来る。
【数4】

但し、θ1:第1光再分配面16、第2光再分配面17の傾斜角度、
θin1:発光層4から射出された光の射出角度、
n:光再分配シート7の屈折率。
この場合、傾斜角θ1=θ2であり、異なる場合には、射出光が第1光再分配面16と第2光再分配面17のいずれかを透過するかによって(1)式で角度θ1またはθ2を用いる。
【0040】
光再分配構造層12の屈折率nは、1.46〜1.60が好ましい。屈折率nが1.46未満では、大気との十分な屈折率差が得られず、光の指向性が低下してしまうため、好ましくない。屈折率nが1.60を超えてしまうと大気との屈折率差が過大となり、光再分配構造層12と大気との界面で光が反射して、EL素子1から取り出せなくなり好ましくない。
第一光再分配部材14における頂角θ3が86度〜94度の場合、傾斜角度θ1は47度〜43度となる。屈折率nが1.46で傾斜角度θ1が47度〜43度の場合は、発光層4からの光の第1の射出角度θin1は、15.2度〜16.9度となる。屈折率nが1.60で傾斜角度θ1が47度〜43度の場合には、第1の射出角度θin1は、17.8度〜19.8度となる。
【0041】
すなわち、頂角θ3が86度〜94度の場合、サイクルを繰り返すことで光再分配構造層12によって光が再分配され、発光層4から光の配光分布特性が射出角度θin1=15度〜20度の光量が相対的に増加し、EL素子1から正面方向に射出する光が増加することが可能となる。
【0042】
また、正面方向の明るさを増やす方法として、発光層4からの配光分布において(1)式の射出角度θin1を満たす光量を増やすことで、正面方向の明るさを一層増やすことが可能となる。
この場合、射出角度θin1の光量と、発光層4からの全光量との比が、下記(2)式より大きくなることで、より効果が大きくなる。
【数5】

【0043】
発光層4の配光分布は、ランベルト・ベールの法則(Lambert)に基づいた完全拡散の配光分布(以下、Lambert分布とする)が一般的である。
図6は、Lambert分布における発光層4からの射出角度θin1ごとの相対積算光量を示している。
射出角度θin1での積算光量は(3)式で表される。
【数6】

【0044】
(4)式を、射出角度θin1が0度〜90度までの範囲で積算すると180度となり、(4)式を180度で割ることで射出角度θin1の光量と発光層4からの全光量との比を計算できる。
ここで、射出角度θin1の光量と発光層4からの全光量との比が、(2)式より大きくなることで、Lambert分布よりもEL素子1の正面方向に射出する光を増やすことが可能となる。
好ましくは、下記(5)式より大きくなることで、よりEL素子1の正面方向の明るさを増やすことが可能となり好ましい。(5)式において、係数を1.2とすることで光再分配シート7の正面輝度向上効果がより一層大きくなる。
【数7】

【0045】
発光層4からの配光分布について、(1)式を満たす射出角度θin1の光量を、射出角度θin1の光量と発光層4からの全光量との比が(2)式より大きくなることで、EL素子1の正面方向に射出する光量が増大する。さらに、頂角θ3、θ4=86度〜94度の光再分配構造層12によって、サイクルを繰り返すことで光が再分配され、発光層4からの光の配光分布特性について光再配分シート7からの射出角度15度〜20度の光量が相対的に増加し、EL素子1から正面方向に射出する光をさらに増加させることが可能となる。
これに対し、1回目の光再分配シート7からの射出光による配光分布特性だけでは、図4及び図5に示すように、射出角度15度〜20度の光量増加は得られないため、EL素子1は正面方向の射出光を増加させることはできない。
また、頂角θ3、θ4が86度〜94度を外れると正面方向の射出光が低減する不具合が生じる。
【0046】
図7に、頂角θ3、θ4=86度〜94度を有する光再分配構造層12の、発光層4からの射出角度θin1すなわち光再分配構造層12への入射角度ごとの光利用効率を示す。
ここでの光利用効率とは、光再分配構造層12に入射し反射されるサイクルを繰り返し、EL素子1の外部に射出された光の割合を、EL素子1内の光反射率を80%としてシミュレーションしたものである。この場合、外部に射出された光の方向は関係ないものとする。
例えば、発光層4から射出角度θin1=35度で射出された光の約85%は、外部に射出することが可能である。
【0047】
図7に示すシミュレーション結果では、発光層4から射出する光が外部へ射出される割合を光利用効率として、射出角度θin1=25度〜50度の範囲で光利用効率80%を超えており、光利用効率が大きい。
そのため、発光層4から射出する光の配光分布特性について、射出角度θin1=25度〜50度の範囲の光量を増大させることで、光再分配構造層12の光利用効率をより大きくすることが可能となる。
【0048】
また、図6に示す、Lambert分布での発光層4から射出する光の射出角度θin1ごとの相対積算光量において、射出角度θin1=25度〜50度の領域200内における相対積算光量の比は、Lambert分布での全光量に対して42.5%である。そのため、発光層4から射出する光の配光分布特性について射出角度25度〜50度の範囲の光量の比を42.5%以上にすることでLambert分布よりも光利用効率を大きくすることが可能となる。
【0049】
さらに、光利用効率を大きくする方法として、光再分配シート7あるいは接合層10に光拡散機能を付加することが好ましい。
光拡散機能を付加することで、発光層4からの配光分布を変化させることができる。特に、発光層4からの射出角度θin1が50度を超える高角度の光を、その光路に設けた光拡散機能によって射出角度θin1を50度以下にシフトさせることができる。
図7に示すように、光再分配構造層12の光利用効率は、入射角度、すなわち発光層4からの射出角度θin1が50度を超える高角度の光では低下する傾向となる。そのため、発光層4からの射出角度θin1を50度以内にシフトさせた光を用いて、光拡散機能を付加することによって、射出角度θin1が50度を超える高角度の光と同等な射出角度の光を得ることができて光利用効率を向上させることができる。
【0050】
このような光拡散機能は、光再分配構造層12内に設けることが好ましい。
すなわち、光再分配構造層12は、ある特定の角度の光の光利用効率が小さい。例えば、図7に示すように、入射角度、すなわち発光層4からの射出角度θin1が0度〜10度、70度〜85度である領域は光利用効率の小さい領域である。そこで、光再分配構造層12内に光拡散機能を設けることで上述の光利用効率が小さい領域内の光利用効率をより大きくすることが可能となり、好ましい。
【0051】
ここで、光再分配シート7の材料として、発光層4から出射される光B0の波長に対して光透過性を有する各種の材料を使用することができ、例えば、光学部材用のプラスチック材料等を使用することができる。このようなプラスチック材料として、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂、ポリスチレン樹脂、MS(アクリルとスチレンの共重合体)樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマーまたはアクリレート系等からなる放射線硬化性樹脂等の透明性樹脂が用いられる。
【0052】
また、光再分配シート7は、所望の光学特性に応じて、これらの樹脂中に微粒子を拡散剤として分散させてもよい。
この微粒子として、無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる透過性を有する粒子等が使用できる。例えば、無機酸化物として、シリカやアルミナ、酸化チタン等が例示される。また、樹脂として、アクリル、スチレン、スチレンアクリル及びその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(ペルフルオロアルコキシ樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PVDF(ポリフルオロビニリデン)、及びETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)等の含フッ素ポリマー、シリコーン樹脂等を挙げることができる。
これら微粒子は、2種類以上のものを混合して使用してもよい。
【0053】
そして、光再分配シート7は、例えば上記の材料を予め形成した金型に流し込み凝固させることで成形することができる。この金型は、各種レンズ形状を有するダイヤモンドバイトを用い、銅メッキを施した金型に対して、第一光再分配部材14の第1光再分配面16及び第二光再分配部材15の第2光再分配面17の形状に対応する部分を切削加工することで製造できる。
また、光再分配シート7は、流し込み凝固により成形する方法の他、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用いて押出し成形や射出成形、UV成形法などで成形することもできる。この際、光再分配シート7は一体的に成形してもよいし、例えば第一光再分配部材14、第二光再分配部材15、そして基材11等にそれぞれ分割して成形し、その後に組み立てるようにしてもよい。いずれの場合にも、内部に光拡散機能を発揮するフィラー等の拡散剤を分散させて成形することができる。
さらに、光再分配シート7には、帯電防止剤として導電性微粒子のアンチモン含有酸化スズ(ATO)や、スズ含有酸化インジウム(ITO)等の超微粒子を分散させてもよい。帯電防止剤を分散することで、光再分配シート7の防汚性を向上させることができる。
【0054】
光再分配シート7において、UV成形法などにより光再分配構造層12と基材11を別に成形する場合には、基材11として、セルローストリアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタアクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂からなる延伸又は未延伸の透明なフィルムを使用することもできる。
基材11の厚みは、用いる材料の剛性等の特性にもよるが、50〜300μmとすることが、加工性および取扱いの面から見て好ましい。
【0055】
また、光再分配構造層12と基材11の組み立てには、上述した接合層10と同様の粘着剤、接着剤及び両面テープ等を用いることができる。光再分配構造層12と基材11を強固に接着させるために、光再分配構造層12と基材11との間に両材料に対して接着性の高いプライマ層を設けたり、光再分配構造層12にプライマ層の機能を付加したりしてもよいし、あるいは、コロナ放電処理等の易接着処理を施してもよい。
また、本実施形態による照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置においては、上述した本実施形態によるEL素子1を備えることで、光の利用効率を向上させることができる。
【0056】
上述のように、本実施形態によるEL素子1によれば、発光構造体8の陽極5と陰極6の間に電圧を印加して発光層4から光BOを射出させる。発光層4から出射した光B0は第1の基板2を透過して光再分配シート7に入射する。光再分配シート7では、発光層4からの光B0の一部を透過光B2として外部に透過させ、残りの光B1をEL素子1内に反射させる。反射された光B1は、光反射層9(陰極6)に向かう光B3となり、光反射層9に入射して反射させられ、再度光再分配シート7の方向に向かう光B4となる。
【0057】
この反射光B4は、再度、第1の基板2を透過して光再分配シート7に入射させられるが、光再分配シート7への入射角度によってその一部が透過光B2となって光再分配シート7の外部に射出し、残りの光は反射光B1となって再度EL素子1内に反射する。
そして、再度反射した光B1は、光再分配シート7を透過する透過光B2になるまで、光B1、光B3、光B4の反射光路のサイクルを複数回繰り返すことになる。これにより、光再分配シート7を透過した光B2の進行方向を照射方向Fへ向けてそろえることが可能になり、EL素子1の指向性を強くして光の利用効率を向上させることができる。
【0058】
上述のように本実施形態によるEL素子1によれば、光再分配シート7は、その光出射側に設けた光再分配構造層12が、第1の基板2の表面に沿う第1の方向Xに延びていて頂角θ3が86度〜94度の範囲に形成された一対の第1光再分配面16を有する第一再配分部材14と、第1の方向Xに対して80度〜90度の角度φで交差する第2の方向Yに延びていて互いに交差して形成される頂角θ4が86度〜94度の範囲に形成された一対の第2光再分配面17を有する第二再配分部材15とを配列して備えたため、発光層4から発光する光が所定の配光分布を有することで光の指向性を向上させることができ、光再分配構造層12によって所定の配光分布を持たせて光再分配シート7からの外部光取り出し効率を向上させることができる。
また、本実施形態による照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置は、上述したEL素子1を備えることで光の利用効率を向上させることができる。
【0059】
以上、本発明の実施形態に係るEL素子1及びこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態は、光再分配シート7の代表的な例であり、本実施形態のEL素子1の特性を損なうものでない限り、本実施形態で用いた以外の材料や構造、プロセスなどを採用して光再分配シート7を構成することが可能である。
例えば、変形例による光再分配構造層20として、第一光再分配部材14と第二光再分配部材15との配列構造に代えて、図8に示すように、所定のピッチで形成された凸状の第1のプリズム21とこれに略直交する方向に形成された凸状の第2のプリズム22とを組み合わせて配列させた形状としてもよい。
【0060】
プリズムが一方向に配列されたプリズムシートは、プリズムの斜面により、入射された光B1の配光分布をプリズムが配列されている方向に偏光制御させることが可能である。そのため、一方向に並べられたプリズムを用いた場合、1次元的に配光分布の調整が可能となる。しかし、EL素子1を照明用途として用いる場合には、少なくとも2次元的に配光分布を調整する必要がある。すなわち、例えば照明装置の設置場所によって、ある特定方向は照射する必要がない場合には、広い配光分布特性に代えて正面方向の輝度向上特性が要求される。
あるいは、プリズムシートに入射された光B1が非対称な配光分布になる場合であって、照明装置から外部に出射される光B2の配光分布が対称な配光分布であることが要求される場合には、照明装置から出射される光B2の配光分布を1次元的な調整で対称な配光分布に偏光することが困難であり、2次元的な調整が求められる。
【0061】
このような場合、図8に示すように、光再分配シート19の光再分配構造層20をプリズム21、22が略直交して配列されたクロスプリズムの形態にすることで、光を2次元的に調整することが可能になる。そのため、新たにレンズシートを追加することなく、適切な配光分布に調整することが可能となる。そして、このような光再分配構造層20を備えたEL素子1を用いた照明装置は、軽量化、薄型化、低コスト化を図ることが可能になる。
また、光再分配構造層20に入射された光B1を略同一方向に偏向し、任意の方向に光を集光することを可能にするためには、第1のプリズム20及び第2のプリズム21の斜面を平坦面にすることが好ましい。
なお、第1のプリズム21及び第2のプリズム22の形状は同一でも良いし、大きさ寸法の異なる相似形状でもよいし異なっていても良い。
【0062】
さらに、図9、図10に例示するように、光再分配シート7の光再分配構造層24は、底辺が多角形、例えば四角形である多角錐凸レンズ25あるいは多角錐凹レンズ26を、その頂点である頂部25a、26aが第1の方向X及び第2の方向Yに配列されるように隙間無く配列させた形態のものを採用してもよい。
多角錐凸レンズ25あるいは多角錐凹レンズ26は、隙間を介在させて配列させることも可能であるが、多角錐凸レンズ25間、多角錐凹レンズ26間の隙間を無くして配列させることで、光再分配構造層24における各傾斜面(第1光再分配面27、第2光再分配面28)において入射した光B1の偏向に寄与しない平坦部を無くすことができるから、光の外部取り出し効率がより高いEL素子1を実現することが可能になる。また、各レンズ26,27を隙間無く配列することで、平坦部による微細構造が形成されないため、光の回折現象による色ムラの発生を防止することも可能になる。
【0063】
多角錐凸レンズ25あるいは多角錐凹レンズ26を隙間なく配置するには、例えば図11(a)、(b)、(c)に示すように、レンズの底面27,28,29を正六角形、正方形、正三角形等の任意の略同一の形状のものとし、規則的に配列させることなどがよい。各底面27、28,29の形状を略同一にすることは、光再分配構造層24の寸法及び形状を略同一にすることとなり、明るさの面内ムラが生じないEL素子1を実現することが可能になる。
例えば、図11(a)において底面27が正六角形の場合等には、底面27同士の隣接部が直線ではなく、より複雑なジクザグ線となるため、EL素子1に画素パターンを設けた場合に、底面27同士の連結部の形状とEL素子1の画素パターンとの干渉により発生するモアレを防ぐことが可能になるので、より好ましい。
【0064】
さらに、光再分配構造層24は、形状の異なる多角錐凸レンズあるいは多角錐凹レンズを複数用いて配列して構成するようにしてもよい。この場合、異なるレンズの底面27,28,29の形状を同じにしてもよいし異なる形状にしてもよい。底面27,28,29の形状が異なる場合であっても、例えば図12に示すように、底面を正八角形30と正方形31の組み合わせとする等して隙間なく配列することが好ましい。
また、図9において、光再分配シート7の光再分配構造層24を、底面28が四角形の四角錐凸レンズ25となる形状として隙間無く配列した構成について示したものである。
【0065】
また、EL素子1から出射する光B2の配光分布を対称にすることが求められる場合には、底面28を略正方形に形成し、4面ある傾斜面の傾斜角度を略同一とした正四角錐形状をなす多角錐凸レンズ25とすることが好ましい。
【0066】
EL素子1から出射する光B2の配光分布を非対称にすることが求められる場合には、底面28を長辺(例えば第1の方向X)と短辺(例えば第2の方向Y)を有する長方形とした四角錐凸レンズ25に形成してもよい。底面28を長方形とすることで、短辺側で対向する2つの傾斜面の傾斜角度と、長辺側で対向する2つの傾斜面の傾斜角度とが異なるため、EL素子1から出射する光B2の配光分布を第1の方向Xと第2の方向Yとで非対称にすることが可能になる。
【0067】
図10は、光再分配シート7の光再分配構造層24を、底面28が四角形をなす四角錐凹レンズ26として隙間無く配列された形態に構成したものである。この四角錐凹レンズ26による光再分配構造層24は、光再分配構造層24に入射された光B1を光再分配シート7の垂直上向きである照射方向Fに出射するように取り出すために形成されている。
なお、光再分配構造層24を四角錐凹レンズ26により配列構成すると、光再分配構造層24の最も高い位置である頂部が点ではなく四角形線状の稜線となるため、耐擦性が向上するという点で好ましい。
【0068】
また、EL素子1から出射する光B2の配光分布を対称に形成する要求がある場合には、底面28を略正方形に形成し、四角錐凹レンズ26の4面ある斜面の傾斜角度を略同一とすることが好ましい。
また、EL素子1から出射される光B2の配光分布を非対称に形成する要求がある場合には、底面28を長辺と短辺を有する長方形とした四角錐凹レンズ26に形成してもよい。底面28を長方形とすることで、四角錐凹レンズ26の短辺方向の傾斜面の傾斜角度と長辺方向の傾斜面の傾斜角度とが異なるため、EL素子1から出射する光B2の配光分布を長辺方向と短辺方向とで非対称に形成することが可能になる。
なお、同様の理由から、光再分配構造層24がプリズムレンズまたは四角錐レンズ形状を配列したことにより構成される場合、その先端頂部をカットして略平坦にして四角錐台形状としたり、丸みをつけて凸曲面状に形成してもよい。
【0069】
さらに、光再分配構造層24が図8に示すようなプリズムレンズ21、22又は図9に示すような四角錐凸レンズ25等により構成される場合、プリズム形状をなす2つの傾斜面や四角錐形状をなす4つの傾斜面を、凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させることも可能である。光再分配構造層24における各傾斜面を凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させると、各傾斜面を直線状にした場合と比較して、光再分配構造層24の第1、第2光再分配面16,17、27,28に入射された光B1を広範囲な角度で偏向させることが可能になる。
また、光再分配構造層24に入射された光B1が、視野方向に対する角度を変更させられた場合、色味が変化する色ズレの課題が生じると、光再分配構造層24の傾斜面を凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させて発光層4からの光B0を広範囲な角度で偏向させることで、発光層4の光B0の色味を視野方向に対する角度に依存しないように均一化できる。
【0070】
光再分配構造層24に形成された単一の凹部または凸部の基材11表面での幅は、回折光が発生し難く照射方向Fから視認され難いように、20μm〜200μmの範囲内に設定することが望ましい。なお、この幅とは、プリズムレンズの場合には断面三角形の底辺の幅、四角錐形状の場合は底面28の一辺の幅である。
【実施例】
【0071】
次に、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ94度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、16.3度となる。
上記の光再分配シート19を光再分配シート7に代えてEL素子1に配設させて、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)によって測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は、0.020であった。((2)式の値は、0.017であった。)
【0072】
(比較例1)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ96度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、15.9度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設させて、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は、0.020であった。((2)式の値は、0.017であった。)
【0073】
(実施例2)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ86度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、18.2度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設させて、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は、0.020であった。((2)式の値は、0.017であった。)
【0074】
(比較例2)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す、光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ84度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、18.7度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設して、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は、0.020であった。((2)式の値は、0.017であった。)
【0075】
(比較例3)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す、光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ94度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、16.3度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設して、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は0.015であった。この値が(2)式の値である0.017を超えていない点で本発明から外れている。
【0076】
(比較例4)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ86度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、18.2度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設させて、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は0.015であった。この値が(2)式の値である0.017を超えていない点で本発明から外れている。
【0077】
(実施例3)
基材11としてPETフィルム(厚さ:188μm)を使用し、屈折率1.52のUV硬化型樹脂を用いて図8に示す光再分配シート19をUV成形法により作成した。光再分配シート19において、頂角θ3、θ4をそれぞれ94度とした。
この場合、射出角度θin1は(1)式より、16.3度となる。
上記の光再分配シート19をEL素子1に配設させて、EL素子1の正面輝度を輝度計(TOPCOM製:SR−3A)にて測定した。
なお、EL素子1の射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比は、0.021であった。((2)式の値は、0.017であった。)
【0078】
上述した実施例1〜3と比較例1〜4の正面輝度の測定結果を表1に示す。なお、これら実施例や比較例の各正面輝度は、光再分配シート19を設けない状態でのEL素子1の正面輝度を1とした場合の相対値である。
なお、各EL素子1の反射率は50%である。
【0079】
【表1】

【0080】
表1に示す結果から、実施例1〜3と比較例1〜4とを比較すると、各実施例による光再分配シート19の形状における頂角θ3、θ4を86度〜94度とすることで、比較例1〜4と比較して正面輝度の上昇効果の一層の向上が確認された。
また、実施例1〜2と比較例3〜4とを比較すると、本実施例の形状にて、(1)式を満たす射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と発光層4から射出する全光量との比を(2)式より大きくすることで、正面輝度の上昇効果の向上が確認された。
【0081】
実施例1、2と実施例3とを比較すると、(5)式に代入することで、正面輝度の向上が1.5となり、より効果が大きくなることを確認した。
【符号の説明】
【0082】
1 EL素子
2 第1の基板(透光性基板)
3 第2の基板
4 発光層
5 陽極
6 陰極(光反射層)
7 光再分配シート
8 発光構造体
9 光反射層
10 接合層
11 基材
12、20 光再分配構造層(凹凸部)
14 第一光再分配部材
15 第二光再分配部材
16 第1光再分配面
17 第2光再分配面
21 第1のプリズム
22 第2のプリズム

【特許請求の範囲】
【請求項1】
透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、
前記透光性基板の前記一方の面に対向する他方の面に設けられていて入射光を射出する光再分配シートと、
前記発光層に対して前記光再分配シートの反対側に設けられた光反射層とを備えており、
前記光再分配シートは光再分配構造を有しており、
該光再分配構造は、前記透光性基板に沿う第1の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面と、
前記第1の方向に対して80度以上90度以内の角度で交差する第2の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面とを備えて形成され、
前記発光層は、下記(1)式を満たす射出角度θin1を有する第1の射出光の光量と前記発光層から射出する全光量との比が下記(2)式より大きいことを特徴とするEL素子。
【数1】

【数2】

但し、θ1:第1光再分配面、第2光再分配面の傾斜角度、
θin:発光層から射出された光の射出角度、
n:光再分配シートの屈折率。
【請求項2】
透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、
前記透光性基板の前記一方の面に対向する他方の面に設けられていて入射光を射出する光再分配シートと、
前記発光層を間にして前記光再分配シートの反対側に設けられた光反射層とを備えており、
前記光再分配シートは、光再分配構造を有しており、
前記光再分配構造は、前記透光性基板に沿う第1の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第1光再分配面と、
前記第1の方向に対して80度以上90度以内の角度で交差する第2の方向に延びていて互いに交差して形成される頂部の角度が86度以上94度以内となるように傾斜して形成された一対の第2光再分配面とを備えて形成され、
前記発光層は、下記の(3)式を満たす範囲の射出角度θin2を有する第2の射出光の光量が、前記発光層から射出する全光量の42.5%以上であることを特徴とするEL素子。
【数3】

但し、θin2:発光層から射出された光の射出角度。
【請求項3】
前記一対の第1光再分配面は断面略三角形のプリズム形状を有する第一光再分配部材とされ、前記一対の第2光再分配面は断面略三角形のプリズム形状を有する第二光再分配部材とされている請求項1または2に記載されたEL素子。
【請求項4】
前記光再分配シートまたは該光再分配シートの接合層に光拡散機能を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたEL素子。
【請求項5】
前記光再分配シートの光再分配構造部に光拡散機能を有することを特徴とする請求項4に記載されたEL素子。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載された前記EL素子を発光手段として備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項7】
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載された前記EL素子を備え、該EL素子が画素駆動されるように構成されていることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項8】
画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、
前記画像表示素子の背面に、請求項1から請求項5のいずれかに記載されたEL素子、あるいは請求項6に記載された照明装置を配設して構成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。


【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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【公開番号】特開2012−142233(P2012−142233A)
【公開日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−750(P2011−750)
【出願日】平成23年1月5日(2011.1.5)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)
【Fターム(参考)】