(57)【要約】【課題】面発光素子で発した光を面発光装置の側方に放射させることができる面発光素子とそれを用いた面発光装置を提供する。【解決手段】本発明の面発光装置は、多角形の透明基板１と、透明基板１の一方の面上に配置されている発光素子７であって、陽極となる透明電極２、透明電極２と対向する陰極になる陰電極６、および透明電極２と陰電極６とに挟まれている発光層４を含む積層体である発光素子７とを有する。また、透明基板１は、各辺の長さと厚さの関係が、透明基板１の厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形の透明基板と、前記透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である前記発光素子とを有する面発光装置において、
前記透明基板は、各辺の長さと厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる、面発光装置。
【請求項２】
前記透明基板は、各辺の長さと厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となる、請求項１に記載の面発光装置。
【請求項３】
円形の透明基板と、前記透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である前記発光素子とを有する面発光装置において、
前記透明基板は、直径と厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、直径を４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる、面発光装置。
【請求項４】
前記透明基板は、直径と厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、直径の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となる、請求項３に記載の面発光装置。
【請求項５】
楕円形の透明基板と、前記透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、前記透明電極と対向する陰極になる陰電極、および前記透明電極と前記陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である前記発光素子とを有する面発光装置において、
前記透明基板は、長辺と短辺と厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、長辺を４ｂで割ると、０．５以上１０以下となり、また短辺を４ｂで割ると０．５以上１０以下となる、面発光装置。
【請求項６】
前記透明基板は、長辺の長さと短辺の長さと厚さの関係が、前記透明基板の厚さをｂとし、長辺を４ｂで割ると、０．５以上５以下となり、また短辺を４ｂで割ると、０．５以上５以下となる、請求項５に記載の面発光装置。
【請求項７】
前記透明基板は薄い透明な板を光学接触で積層したものである、請求項１から６のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項８】
前記透明基板は、ガラス、アクリル、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタレートで構成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の面発光装置が筐体内部に設けられ、前記面発光装置と前記筐体の内面とが光学接触により接しており、前記筐体には電源部が設けられている、照明器具。
【請求項１０】
前記電源部には、インバータ回路、コンバータ回路、および点灯回路が設けられている、請求項９に記載の照明器具。
【請求項１１】
透明基板と、前記透明基板に積層されている陽極となる透明電極と、前記透明電極と対向する陰極となる陰電極と、前記透明電極と前記陰電極に挟まれている発光層とを有する面発光装置を用いる光の放射方法であって、
前記透明電極からの正孔と前記陰電極からの電子を前記発光層内で結合させて、その結合エネルギーによって発光させ、前記発光層からの光を前記透明基板の平面から外部に放射させるとともに、前記透明基板を厚くし、前記透明基板で反射した光が前記陰電極で反射するまでの、前記基板に対して水平方向の移動距離を増やすことで、前記透明基板から光が放射するまでの前記陰電極での反射の回数を減らし、前記透明基板の側面から強度の強い光を外部に放射させる、光の放射方法。
【請求項１２】
前記透明基板として、各辺の長さと厚さの関係が、厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる多角形の前記透明基板を使用し、前記発光層からの光を前記透明基板の平面から外部に放射させるとともに、前記透明基板内で反射した光を前記透明基板の側面から外部に放射させる、請求項１１に記載の光の放射方法。
【請求項１３】
前記透明基板として、各辺の長さと厚さの関係が、厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となる多角形の前記透明基板を使用する、請求項１２に記載の光の放射方法。
【請求項１４】
前記透明基板として、直径と厚さの関係が、厚さをｂとし、直径を４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる円形の前記透明基板を使用し、前記発光層からの光を前記透明基板の平面から外部に放射させるとともに、前記透明基板内で反射した光を前記透明基板の側面から外部に放射させる、請求項１１に記載の光の放射方法。
【請求項１５】
前記透明基板として、直径と厚さの関係が、厚さをｂとし、円周の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となる円形の前記透明基板を使用する、請求項１４に記載の光の放射方法。
【請求項１６】
前記透明基板として、長辺の長さと短辺の長さと厚さの関係が、厚さをｂとし、長辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上１０以下となり、短辺の長さ４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる楕円形の前記透明基板を使用し、前記発光層からの光を前記透明基板の平面から外部に放射させるとともに、前記透明基板内で反射した光を前記透明基板の側面から外部に放射させる、請求項１１に記載の光の放射方法。
【請求項１７】
前記透明基板として、長辺の長さと短辺の長さと厚さの関係が、厚さをｂとし、長辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となり、短辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上５以下となる楕円形の前記透明基板を使用する、請求項１６に記載の光の放射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光素子、特にＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を利用した面発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しい発光体として、近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子に加えて、面発光素子であるＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子が普及している。
【０００３】
ＥＬ素子を用いた面発光装置はすでに携帯電話やオーディオプレーヤーなどのバックライトや小型ディスプレイとして商品化されている。また、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに代わる薄型かつ大型のディスプレイとしても、ＥＬ素子を利用したＥＬディスプレイは研究されており、商品化されつつある。
【０００４】
さらに、ディスプレイ以外のＥＬ素子の用途として、ＥＬ素子の発光する光は目に優しく、発光スペクトルが幅広いため、自然の光に近いということから、照明器具にも適している。
【０００５】
面発光装置は透明基板上にＥＬ素子が設けられたものであり、ＥＬ素子は、透明基板上に、光透過性のある透明電極（陽極）、発光層、金属電極（陰極）が順に積層された構成である。
【０００６】
一般的に、ＥＬ素子において発光された光のうち、外部に放出されるのは全体の約２０％のみである。残りの８０％は外部に放出されず、利用されない。利用されない光の内訳は、具体的には概ね次のとおりである。発光された光のうちの約２０％は透明基板内に閉じ込められ、４０〜５０％は発光層内に閉じ込められる。残りの１０〜２０％は金属電極などに吸収される。
【０００７】
透明基板で光が閉じ込められる原因は、透明基板の屈折率と面発光装置の外部の媒体、例えば空気との屈折率の違いが大きいことにより、ＥＬ素子から放射される光が透明基板の外部へ放射されずに反射してしまうためである。そこで、関連技術の一例として、透明基板の、ＥＬ素子が設けられていない側の面に、透明基板の屈折率と面発光装置の外部の媒体の屈折率との中間の屈折率を有する層を設けることで、光の反射を減らし、面発光装置の外部へ放射する光を増やす方法がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３２７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤ素子を有する発光装置を照明器具として使用する場合、ＬＥＤ素子は指向性が強いため、ダウンライトやスポットライトなどに特に適している。一方、面発光素子であるＥＬ素子を有する面発光装置を照明器具として使用する場合、ＥＬ素子はＬＥＤ素子ほど強い指向性がないため、シーリングライトなど、ある程度の広い範囲を照らす照明器具に特に適している。しかしながら、ＥＬ素子は、ＬＥＤ素子ほど強い指向性はないが、ランバーシャンに近い配光分布を持ち、ＥＬ素子を有する面発光装置を照明器具に用いる場合、照明器具の側方から放射される光が多くない。そのため、ＥＬ素子を有する照明器具を部屋の天井に貼り付け、主照明として用いると、部屋の上部が暗くなっていた。人は部屋全体が明るく見えたとき、その部屋が明るいと感じる感覚を有する。そのため、部屋の天井に貼り付けて使用するＥＬ素子を有する照明器具は、実際に照明器具の外に放射される光量に応じた明るさを感じさせることができないという問題があった。そのため、ＥＬ素子で発する光を面発光装置の側方に向けて放射させることが求められるが、特許文献１などで開示されている方法は、ＥＬ素子からの光を透明基板の平面、つまり面発光装置の正面から効率よく放射させることはできるが、面発光装置の側方に光を放射させることは困難である。
【００１０】
本発明の目的は、上述した課題である、面発光素子で発した光を面発光装置の側方に放射させるのは困難である、という課題を解決する、面発光素子とそれを用いた面発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の面発光装置は、多角形の透明基板と、透明基板の一方の面上に配置されている発光素子であって、陽極となる透明電極、透明電極と対向する陰極になる陰電極、および透明電極と陰電極とに挟まれている発光層を含む積層体である発光素子とが設けられている。さらに、透明基板は、各辺の長さと厚さの関係が、透明基板の厚さをｂとし、各辺の長さを４ｂで割ると、０．５以上１０以下となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、面発光素子で発した光を透明基板の側方に放射させることができるため、面発光装置の正面だけでなく側方に放射される光の強度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る面発光素子を含む面発光装置の実施形態の一例の概略構成図である。
【図２】透明基板が薄い場合のＥＬ素子から放射された光の経路を示す図である。
【図３】透明基板が厚い場合のＥＬ素子から放射された光の経路を示す図である。
【図４】透明基板の厚さと長さを変化させたときの光線追跡法によるシミュレーションで求めた面発光装置の光の配光分布を示す図である。
【図５】本発明の面発光装置を照明器具として使用する場合の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００１５】
図１は、本発明に係る面発光素子を含む面発光装置の実施形態の一例の概略構成図を示したものである。
【００１６】
本発明の面発光装置は、透明基板１とＥＬ素子７とからなる。本発明の面発光装置に使用される発光素子であるＥＬ素子７は、透明基板１の一方の面上に、透明電極（陽極）２、発光層４、金属電極（陰極）６が順に積層された積層体の構成であり、透明基板１から、発光層４の光を出射させる面発光装置である。
【００１７】
透明基板１は、例えばガラスで構成されている。陽極となる透明電極２は、例えば光透過性の高いＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）などから成る。陰極となる金属電極６は、主にアルミニウムからなる。発光層４は有機材料からなるＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）層である。
【００１８】
このＥＬ素子７の発光原理について説明する。透明電極２で発生した正孔が発光層４に輸送され、一方、金属電極６で発生した電子が発光層４に輸送される。そして、発光層４において、透明電極２から送られてくる正孔と金属電極６から送られてくる電子が結合し、その際に発生するエネルギーにより発光が生じる。この発光した光が、透明基板１を通過し、主に透明基板１の平面から外部へ放射される。
【００１９】
この面発光装置を照明器具などの用途として使用する場合、上述のように、ＥＬ素子７で発した光を透明基板１の平面、つまり面発光装置の正面からだけではなく、面発光装置の側方から放射させることが望ましい。
【００２０】
本発明者は、ＥＬ素子７からの光が、主に透明基板１の平面から放射されるのは、透明基板１が薄いことに起因していると考えた。そこで、透明基板１に適度な厚みを持たせることで、透明基板１の側面積を大きくし、ＥＬ素子７からの光を透明基板１の側面からも放射することが可能になり、面発光装置の側方へ光を放射させることができると考えた。
【００２１】
そこで本発明では、透明基板１の側面積を大きくする、すなわち、厚さを厚くしている。図２および図３に、ＥＬ素子７からの光がどのように透明基板１から外部に放出されるのかの一例を示す。図２は透明基板１が薄い場合、図３は透明基板１が厚い場合である。
【００２２】
図２に示すように、透明基板１が薄い場合は、ＥＬ素子７から放射された光の一部は、透明基板１と金属電極６との間で反射を繰り返しながら進み、透明基板１の側面から放射される。図３に示すように、透明基板１が厚い場合は、ＥＬ素子７から放射された光の一部は、透明基板１と金属電極６との間で薄い透明基板１の場合より少ない数の反射を繰り返しながら進み、透明基板１の側面から放射される。金属電極６は、光を吸収する特性を有するため、金属電極６で光が反射するたびに、光が吸収され、光の強度が低下してしまう。したがって、透明基板１の厚さを厚くすることで、光の反射の回数を減らすことができ、光の強度の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明では、透明基板１の厚さを厚くすることから、透明基板１の機械的強度が高くなるため、面発光装置を輸送しているときなどに損傷が生じにくくなる。
【００２４】
このような考察の下に本発明者が実験を繰り返した結果、透明基板１が正方形の場合、一辺の長さをａ、厚さをｂとして、０．５≦ａ／４ｂ≦１０を満たすようにすると、透明基板１の平面からだけでなく、側面からも外部に光が放射され、特に本発明の面発光素子を有する面発光装置を照明器具として使用する場合に適した配光分布となることがわかった。
【００２５】
図４は、正方形状の透明基板１の長さと厚さを変化させたときの光線追跡法によるシミュレーションで求めた面発光装置の光の配光分布を示す図である。横軸方向が透明基板１に対して水平方向、縦軸方向が透明基板１に対して垂直方向の配光を示している。等間隔に刻まれた同心円は相対強度を示すものであり、１つの目盛の間隔は０．０１である。また、ａ／４ｂが、０．３、０．４、０．５、０．７５、１．５、２．７５、９．２、２２．３の８通りの面発光装置の配光分布を示している。
【００２６】
ａ／４ｂが０．３から０．４では、透明基板１に対して垂直方向に放射される光の強度よりも、透明基板１に対して垂直方向から２５°付近から４５°付近の範囲に放射される光の強度の方が強いことがわかる。
【００２７】
ａ／４ｂが０．５から９．２では、透明基板１に対して垂直方向から４５°以上の範囲にほぼ均等の強度で光が放射されていることがわかる。
【００２８】
ａ／４ｂが２２．３では、透明基板１に対して垂直方向から３４°付近に放射される光の強度は強いが、３４°付近よりも大きい範囲になると、急に放射される光の強度が弱くなっている。
【００２９】
以上のことより、ａ／４ｂ＜０．５のときは、透明基板１に対して垂直方向、つまり正面方向への光の強度よりも、水平方向、つまり側方への光の強度が強くなっている。この場合、面発光装置を主照明として使用すると、部屋の上部が明るく照らされることになり、部屋の中央部は暗く感じてしまうようになる。そのため、ａ／４ｂ＜０．５となる面発光装置は、主照明として使用することはあまり好ましくない。また、ａ／４ｂ≧２２．３のときは、透明基板１に対して垂直方向、つまり正面方向への光の強度が強く、水平方向、つまり側方への光の強度が弱いため、面発光装置を主照明として使用しても部屋の上部を明るくすることはできない。そのため、図４に示す配光分布を考慮すると、透明基板１の一辺の長さをａ、厚さをｂとすると、０．５≦ａ／４ｂ≦１０となる関係を満たせば、面発光装置の正面に放射される光の強度を低下させることなく、側方に向けても十分な強度を有する光を放射させることが可能となる。また、透明基板１が厚くなると光の取り出し効率が向上する範囲があり、この点も考慮すると、０．５≦ａ／４ｂ≦５の範囲にすることがより好ましい。
【００３０】
なお、１枚の透明基板１が、０．５≦ａ／４ｂ≦１０の関係を満たすようにしてもよいが、複数の薄い透明な板を光学接触した状態で積層させ、その積層体が０．５≦ａ／４ｂ≦１０の関係を満たすようにしてもよい。
【００３１】
透明基板１が正方形でない場合、例えば長方形の場合、長辺の長さをａ’、短辺の長さをａ’’、厚さをｂとすると、０．５≦ａ’／４ｂ≦１０、０．５≦ａ’’／４ｂ≦１０の２つの関係を満たすようにする。つまり、多角形の場合、各辺を４ｂで割ったときに、０．５以上１０以下となるような関係をすべて満たすようにすればよい。また、透明基板１が円のときは、直径をｃとし、厚さをｂとすると、０．５≦ｃ／４ｂ≦１０を満たすようにすれば良い。楕円のときは、長辺の長さをｄ、短編の長さをｄ’とし、厚さをｂとすると、０．５≦ｄ／４ｂ≦１０、０．５≦ｄ’≦１０の２つの関係を満たすようにすればよい。
【００３２】
透明基板１としては、上述のガラスのほかに、アクリル、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などが挙げられる。
【００３３】
本発明に係る面発光装置は、図５に示すように、筐体８とＥＬ素子７を設けた透明基板１とを光学接触させ、さらに筐体８とコンバータ回路、インバータ回路および点灯回路などを有する電源部９とを一体化することで、取り扱いが簡便な照明器具とすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  透明基板
２  透明電極（陽極）
４  発光層
６  金属電極（陰極）
７  ＥＬ素子（発光素子）
８  筐体
９  電源部
【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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