(57)【要約】【課題】ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスを提供すること。【解決手段】本発明のＥＬデバイス２０によれば、板状の第１の電極４と、透明基板１２の一方の面に設けられた板状の透明な第２の電極６と、第１および第２の電極の間に配置された板状の発光部１０とを備えたＥＬ素子２と、透明基板の他方の面に設けられ、発光部から出射する光を他方の面の法線方向に向かって偏向させる光偏向素子２２と、を備え、光偏向素子は、透明基板の他方の面の上に光学的に密着するように配置された複数のシリンドリカルレンズ２２から構成され、シリンドリカルレンズは、透明基板内を伝搬する光を直接、入射させ、他方の面の法線方向に向かって偏向させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の第１の電極と、透明基板の一方の面に設けられた板状の透明な第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に配置された板状の発光部とを備えたＥＬ素子と、
前記透明基板の他方の面に設けられ、前記発光部から出射する光を前記他方の面の法線方向に向かって偏向させる光偏向素子と、を備え、
前記光偏向素子は、前記透明基板の他方の面の上に光学的に密着するように配置された複数のシリンドリカルレンズから構成され、該シリンドリカルレンズは、前記透明基板内を伝搬する光を直接、入射させ、前記他方の面の法線方向に向かって偏向させる、
ことを特徴とするＥＬデバイス。
【請求項２】
前記シリンドリカルレンズが、前記透明基板の他方の面に向かって凸状となるように配置され、前記発光部からの光を全反射させて前記透明基板の他方の面の法線方向に向かって偏向する面を備えている、
請求項１記載のＥＬデバイス。
【請求項３】
前記シリンドリカルレンズが、前記透明基板の他方の面と反対方向に向かって凸状となるように配置され、前記発光部からの光を屈折させて前記透明基板の他方の面の法線方向に向かって偏向する面を備えている、
請求項１記載のＥＬデバイス。
【請求項４】
前記複数のシリンドリカルレンズのピッチが１５μｍ以下である、
請求項１ないし３いずれか１項に記載のＥＬデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＬデバイスに係り、詳細には、ＥＬ素子で発生した光を効率良く出射させることができるＥＬデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像等を表示するディスプレイの１つとして、ＥＬ（Electro Luminescence）を利用したＥＬ素子が知られている。このＥＬ素子は、２枚の板状電極間に薄膜状の発光層を挟んだサンドイッチ構造を備え、電極に電圧をかけて発光層を発光させ、透明材料で形成された一方の電極を通して、光を外部に導き出す構造である。発光層を含まれる物質の種類によって有機ＥＬと無機ＥＬに分類される。
【０００３】
図６を参照して、有機ＥＬ素子の基本構造の一例を説明する。図６に示すように、有機ＥＬ素子５０は、ＭｇＡｇ合金等からなる板状の金属陰極５２と、インジウム／錫酸化物等からなる板状の透明陽極５４を備えている。透明陽極５４は、ガラス基板５６の一方の面５６ａ上に設けられている。また、金属陰極５２と透明陽極５４の間には、ジアミン系化合物等からなる正孔輸送層５８とキノリノールアルミニウム錯体等の発光体を含む発光層６０が積層されている。
【０００４】
このような構成を有する有機ＥＬ素子では、直流電源６２によって金属陰極５２と透明陽極５４に直流電圧を印加すると、透明陽極５４から正孔輸送層５８に注入された正孔が発光層６０に進入し、金属陰極５２から注入された電子が発光層６０中を拡散移動する。この結果、発光層６０内で正孔と電子が再結合し、電気的に中和され、発光層６０の発光体の分子が基底状態から励起状態になる。この励起状態の発光体の分子が基底状態に戻る際に放出されるエネルギーにより、発光層６０が発光する。そして、透明電極５４を透過しガラス基板５６の他方の面５６ｂ（発光面）から出射してきた光が画像表示等に利用される。
本発明は、このような公知公用の技術をもとに開発されたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような構成を有するＥＬ素子では、発光層６０で発生し、ガラス基板５６の他方の面（出射面）５６ｂから出射する光を利用して画像表示等を行っている。しかしながら、ガラス基板５６に入射し出射面５６ｂに達した光の多くが、出射面５６ｂとその外側の空気層の境界面で全反射して、ガラス基板５６の端面５６ｃ、５６ｄから出射してしまい、発光層で発生した光を出射面から有効に取出すことができないという問題があった。
【０００６】
さらに、出射面５６ｂから出射した光も、出射面５６ｂに直交する方向に出射する成分が少ないためＥＬ素子の正面輝度が低く、出射した光の有効利用が図れないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、
板状の第１の電極と、透明基板の一方の面に設けられた板状の透明な第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に配置された板状の発光部とを備えたＥＬ素子と、
前記透明基板の他方の面に設けられ、前記発光部から出射する光を前記他方の面の法線方向に向かって偏向させる光偏向素子と、を備え、
前記光偏向素子は、前記透明基板の他方の面の上に光学的に密着するように配置された複数のシリンドリカルレンズから構成され、該シリンドリカルレンズは、前記透明基板内を伝搬する光を直接、入射させ、前記他方の面の法線方向に向かって偏向させる、
ことを特徴とするＥＬデバイスが提供される。
【０００９】
このように構成された本発明においては、透明基板の出射面となる他方の面に光偏向素子が設けられているので、この他方の面での全反射が生じにくくなり、より多くの光が他方の面から出射する。
また、光偏向素子により、透明基板の他方の面から出射した光が他方の面の法線方向に向かって偏向されるので、出射する光が有効利用されデバイスの正面輝度が向上する。さらに、光を効率よく取り出すことができるため、駆動電力が小さくなり、ＥＬデバイスの長寿命化が図れる。
【００１０】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記シリンドリカルレンズが、前記透明基板の他方の面に向かって凸状となるように配置され、前記発光部からの光を全反射させて前記透明基板の他方の面の法線方向に向かって偏向する面を備えている。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記シリンドリカルレンズが、前記透明基板の他方の面と反対方向に向かって凸状となるように配置され、前記発光部からの光を屈折させて前記透明基板の他方の面の法線方向に向かって偏向する面を備えている。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記複数のシリンドリカルレンズのピッチが１５μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＥＬ素子の発光層で発生した光を効率的に出射させることができ、且つ、ＥＬ素子から出射した光を有効に利用することができるＥＬデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態のＥＬデバイスの構成を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の有機ＥＬ素子の構造を模式的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態のＥＬデバイスについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のＥＬデバイス１の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、ＥＬデバイス１は、有機ＥＬ素子２を備えた矩形の板状の有機ＥＬデバイスである。有機ＥＬ素子２は、ＭｇＡｇ合金等の金属からなる板状の金属陰極４と、インジウム／錫酸化物等の透明体からなる板状の透明陽極６と、これら金属陰極４と透明陽極６との間に積層されたジアミン系化合物等を含む正孔輸送層８およびキノリノールアルミニウム錯体等を含む発光層１０とを備えている。
【００１６】
透明陽極６は、有機ＥＬ素子２を構成するガラス製の透明基板１２の一方の面１２ａに光学的に密着するように配置されている。ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体どうしがその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。
【００１７】
有機ＥＬ素子２の各端面２ｃ，２ｄは金属反射膜１４で覆われている。したがって、本実施形態のＥＬデバイス１では、発光層１０で生じ透明基板１２の一方の面１２ａから透明基板１２に入射した光は、透明基板１２の端面からは出射せず、透明基板１２の他方の面（出射面）１２ｂのみから出射する。
【００１８】
また、透明基板１２の出射面１２ｂには、出射面１２ｂから出射する光を出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向する光偏向素子を構成する複数のプリズム１６が配置されている。本実施形態では、図１に示されているように、プリズム１６は断面が等脚台形の柱状プリズムであり、上底（短辺）１６ａが出射面１２ｂに光学的に密着するように並列配置されている。プリズム１６は、透明基板１２に近い屈折率を有する透明樹脂（例えば、ＵＶ硬化型樹脂）で形成されている。
【００１９】
プリズム１６は、透明基板１２に出射面１２ｂからプリズム１６に入射して斜面１６ｃ、１６ｄに達した光を全反射し、透明基板１２の出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向して出射面１６ｂで出射させるように構成されている。したがって、プリズム１６によって構成される光偏向素子は、光学的に異方性を有することになる。
【００２０】
また、隣接するプリズム１２のピッチＰは、１５μｍ以下に設定するのが好ましく、さらに、１０μｍ以下に設定するのが更に好ましい。
【００２１】
さらに、有機ＥＬ素子２には、金属陰極４と透明陽極６に直流電圧を印加することができるように直流電源１８が接続されている。
【００２２】
直流電源１８により金属陰極４と透明陽極６に直流電圧が印加されると、発光層１０が発光する。発光層１０で発生した光は、透明陽極６を通過して透明基板１２の上面１２ａから透明基板１２に入射する。上述したように、本実施形態では、有機ＥＬ素子２の背面は金属陰極４で、端面は金属反射膜１４で覆われているので、発光層１０で発光した光は、透明基板１２の出射面１２ｂからしか出射できない。
【００２３】
そして、出射面１２ｂには、光学偏向素子である断面が台形のプリズム１６が光学的に密着して配置されているので、出射面１２ｂの臨界角は大きくなっている。その結果、ＥＬデバイス１では、出射面１２ｂを通して透明基板１２から出射しようとする光がこの出射面１２ｂで全反射を起こしにくくなり、有機ＥＬ素子２で発生した光が出射面１２ｂから効率良く取り出される。
【００２４】
さらに、光学偏向素子であるプリズム１６は、出射する光を出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向するので、ＥＬデバイス１の正面輝度が向上する。この結果、高効率の画像表示装置（ディスプレイ）や光源として利用できる。
さらに、ＥＬデバイス１では、光を効率よく取り出すと共に正面輝度を高めることができるため、駆動電力を小さくでき、製品寿命が長くなる。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態のＥＬデバイスを説明する。図２は、本発明の第２実施形態のＥＬデバイス２０を示す、図１と同様の概略断面図である。図２に示されているように、第２実施形態のＥＬデバイス２０は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図２では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００２６】
図２に示されているように、本発明の第２実施形態によるＥＬデバイス２０では、第１の実施形態のＥＬデバイス１のプリズム１６に代えて、複数のかまぼこ状（平球面）のシリンドリカルレンズ２２が出射面１２ｂに並列配置されている。また、シリンドリカルレンズ２２は、透明基板１２に近い屈折率を有する透明樹脂（例えば、ＵＶ硬化型樹脂）で形成されている。
【００２７】
シリンドリカルレンズ２２は、頂部が出射面１２ｂに光学的に密着するように出射面１２ｂに向かって凸状に配置されている。各シリンドリカルレンズ２２は、その曲面状の側面が出射面１２ｂから入射した光を曲面２２ａで全反射させ、出射面１２ｂの法線方向に向かって光を偏向して出射面２２ｂで出射させるように構成されている。したがって、シリンドリカルレンズ２２によって構成される光偏向素子は、光学的に異方性を有することになる。
【００２８】
本発明の第２実施形態によるＥＬデバイス２０によれば、透明基板１２の出射面１２ｂにシリンドリカルレンズ２２が光学的に密着して設けられているので、出射面１２ｂの臨界角が大きくなる。その結果、ＥＬデバイス２０では、出射面１２ｂを通して透明基板１２から出射しようとする光がこの出射面１２ｂで全反射を起こしにくくなり、有機ＥＬ素子２で発生した光が出射面１２ｂから効率良く取り出される。
【００２９】
さらに、光学偏向素子であるシリンドリカルレンズ２２は、出射する光を出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向するので、ＥＬデバイス２０の正面輝度が向上する。この結果、高効率の画像表示装置（ディスプレイ）や光源に利用できる。
さらに、ＥＬデバイス２０では、光を効率よく取り出すと共に正面輝度を高めることができるため、駆動電力を小さくでき、製品寿命が長くなる。
【００３０】
次に、本発明の第３実施形態のＥＬデバイスを説明する。図３は、本発明の第３実施形態のＥＬデバイス２４を示す、図１と同様の概略断面図である。図３に示されているように、第３実施形態のＥＬデバイス２４は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図２では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３１】
図３に示すように、本発明の第３実施形態のＥＬデバイス２４では、透明基板１２の出射面１２ｂに、出射面１２ｂから出射する光を出射面の法線方向に向かって偏向する光偏向素子を構成する複数のプリズム２６が配置されている。プリズム２６は、第１の実施形態のプリズムと同様の断面が等脚台形の柱状プリズムであり、図３に示されているように、本実施形態では、プリズム２６は、各プリズム２６の下底（長辺）２６ａが出射面１２ｂに光学的に密着するように並列配置されている。隣接するプリズム２６のピッチＰは、１５μｍ以下に設定するのが好ましく、さらに、１０μｍ以下に設定するのが更に好ましい。本実施形態でも、プリズム２６は、透明基板１２に近い屈折率を有する透明樹脂（例えば、ＵＶ硬化型樹脂）で形成されている。
【００３２】
プリズム２６は、透明基板１２の出射面１２ｂからプリズム２６に入射して斜面２６ｃ、２６ｄに達した光を屈折させ、透明基板１２の出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向し、出射面２６ｂで光を出射させるように構成されている。したがって、プリズム２６によって構成される光偏向素子は、光学的に異方性を有することになる。
【００３３】
本発明の第３実施形態によるＥＬデバイス２４によれば、透明基板１２の出射面１２ｂにプリズム２６が光学的に密着して取付けられているので、出射面１２ｂの臨界角が大きくなる。その結果、ＥＬデバイス２０では、出射面１２ｂを通して透明基板１２から出射しようとする光がこの出射面１２ｂで全反射を起こしにくくなり、有機ＥＬ素子２で発生した光が出射面１２ｂから効率良く取り出される。
【００３４】
さらに、光学偏向素子であるプリズム２６は、出射する光を出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向するので、ＥＬデバイス２４の正面輝度が向上する。この結果、高効率の画像表示装置（ディスプレイ）や光源に利用できる。
さらに、ＥＬデバイス２４では、光を効率よく取り出すと共に正面輝度を高めることができるため、駆動電力を小さくでき、製品寿命が長くなる。
【００３５】
次に、本発明の第４実施形態のＥＬデバイスを説明する。図４は、本発明の第４実施形態のＥＬデバイス２８を示す、図１と同様の概略断面図である。図４に示されているように、第４実施形態のＥＬデバイス２８は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図４では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３６】
図４に示されているように、ＥＬデバイス２８の透明基板１２の出射面１２ｂには、第３実施形態の断面が台形の柱状のプリズム２６に代えて断面が三角形の柱状のプリズム３０が並列配置されている。プリズム３０も、透明基板１２に近い屈折率を有する透明樹脂（例えば、ＵＶ硬化型樹脂）で形成されている。
【００３７】
この三角形のプリズム３０も、台形のプリズム２６と同様に、出射面１２ｂから出射する光を出射面の法線方向に向かって偏向する光偏向素子を構成する。本実施形態では、各プリズム３０は、底辺３０ａが出射面１２ｂに光学的に密着するように並列配置されている。プリズム３０は、プリズム３０に入射して斜面３０ｂ、３０ｃに達した光を屈折させ、透明基板１２の出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向するように構成されている。したがって、プリズム３０によって構成される光偏向素子は、光学的に異方性を有することになる。
【００３８】
隣接するプリズム３０のピッチＰは、１５μｍ以下に設定するのが好ましく、さらに、１０μｍ以下に設定するのが更に好ましい。
【００３９】
このような構成を有するＥＬデバイス２８においても、第１ないし３実施形態のＥＬデバイスと同様の作用効果が得られる。
【００４０】
次に、本発明の第５実施形態のＥＬデバイスを説明する。図５は、本発明の第５実施形態のＥＬデバイス３２を示す、図１と同様の概略断面図である。図５に示されているように、第５実施形態のＥＬデバイス３２は、第１実施形態のＥＬデバイス１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図５では、図１と同一の部分については同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４１】
図５に示されているように、本発明の第５実施形態によるＥＬデバイス３２では、第１の実施形態のＥＬデバイス１のプリズム１６に代えて、複数のかまぼこ状（平球面）のシリンドリカルレンズ３４が出射面１２ｂに並列配置されている。シリンドリカルレンズ３４も、透明基板１２に近い屈折率を有する透明樹脂（例えば、ＵＶ硬化型樹脂）で形成されている。
【００４２】
シリンドリカルレンズ３４は、底面３４ａが出射面１２ｂに光学的に密着し出射面１２ｂと反対方向に向かって凸状となるように配置されている。各シリンドリカルレンズ３４は、その曲面状の側面が出射面１２ｂから入射してこの側面から出射する光を屈折させ、出射面１２ｂの法線方向に向かって偏向するように構成されている。したがって、シリンドリカルレンズ３４によって構成されう光偏向素子は、光学的に異方性を有することになる。
【００４３】
シリンドリカルレンズ３４の凸面状の側面は、透明基板１２の出射面１２ｂとなす角度が、３０°以上になるように設定するのが好ましく、さらに好ましくは４０°以上、最も好ましくは５０°以上に設定されているのがよい。
【００４４】
このような構成を有するＥＬデバイス３２においても、第１ないし３実施形態のＥＬデバイスと同様の作用効果が得られる。
【００４５】
また、前記実施形態のプリズム、シリンドリカルレンズに代えて、略半球形状、又は、略半楕円球形状の多数のドットや複数の凹部を連続的にまたは離散的に形成したものを直接、又は、このようなドットや凹部が表面に形成された透明シートを、出射面に光学的に密着させ、ドットや凹部によって出射面での全反射を抑制し且つ出射面から出射した光を透明基板の出射面の法線方向に向かって偏向させる構成でもよい。このとき、ドットまたは凹部を構成する曲面の傾斜角は、透明基板の出射面に対して３０°以上の傾斜角を有するのが好ましい。このようなドットや凹部は、フッ酸処理や溶媒処理等のエッチング処理、熱プレス、射出成形、押出成形等による型転写によって形成することができる。
【００４６】
本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００４７】
前記実施形態では、プリズムは三角柱又は台形柱といった柱状のものであったが、三角錐、四角錐、切頭台状の多数のプリズムを、ランダムあるいは規則的に、透明基板の出射面に配置し、光偏向素子とする構成でもよい。
【００４８】
前記実施形態は、透明基板の４つの端面の全てが金属反射膜で覆われた構成であったが、端面の少なくとも１枚が反射膜で覆われていれば、端面からの出射が抑制され、発光効率が向上するので、少なくとも１枚が覆われている構成でも良い。
【００４９】
また、前記実施形態では、プリズムまたはシリンドリカルレンズが直接、出射面に配置される構成であったが、プリズムまたはシリンドリカルレンズに対応する形状が表面に形成されたシートを、光偏向素子として透明基板の出射面に配置する構成でもよい。
【００５０】
さらに、本発明は、前記実施形態のような構成のＥＬ素子以外のＥＬ素子、例えば、発光層と電子輸送層を積層させた構成、正孔輸送層と発光層と電子輸送層の３つの層を積層させた構成を有するＥＬ素子を用いたＥＬデバイスにも適用可能である。
【００５１】
また、前記実施形態のＥＬデバイスでは、透明陽極６を透明基板１２の一方の面１２ａに光学的に密着するように配置した構成を説明しているが、このような構成に限定されず、透明体からなる板状の陰極を使用し、これを透明基板１２の一方の面１２ａに光学的に密着するように配置した構成でもよい。
【００５２】
さらに、前記実施形態のＥＬデバイスはいずれも、発光源として有機ＥＬ素子を使用しているが、本発明は有機ＥＬ素子に代えて無機ＥＬ素子を使用してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１：ＥＬデバイス
２：有機ＥＬ素子
４：金属陰極
６：透明陽極
８：正孔輸送層
１０：発光層
１２：透明基板
１２ｂ：出射面
１６：プリズム
【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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