(57)【要約】【課題】透光性を有する面状発光素子において、発光効率を向上すると共に、照明以外の用途にも使用可能とする。【解決手段】少なくとも、基板１５と、電圧の印加により可視光を反射させる鏡状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる反射型調光ユニット層１３との間に、ＥＬユニット層１１、及び電圧の印加により可視光を散乱させる散乱状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる散乱型調光ユニット層１２が積層されてなることを特徴とする発光素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、電圧の印加により可視光を反射させる鏡状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる反射型調光ユニット層との間に、ＥＬユニット層、及び電圧の印加により可視光を散乱させる散乱状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる散乱型調光ユニット層が積層されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記散乱型調光ユニット層の電極の一方がＥＬユニット層又は反射型調光ユニット層の電極の一方を兼ねており、かつ、接地されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子と、前記ＥＬユニット層、前記反射型調光ユニット層、及び前記散乱型調光ユニット層に電圧を印加する駆動回路とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記ＥＬユニット層の発光状態、前記反射型調光ユニット層の反射状態と透過状態との切り替え、及び前記散乱型調光ユニット層の散乱状態と透過状態との切り替えがそれぞれ独立して制御可能であることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１又は２の発光素子、或いは請求項３又は４の発光装置を有することを特徴とする窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＬ素子を含む発光素子、発光装置、及びこれらの何れかを有する窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、フラットパネルディスプレイ、液晶用バックライト、照明用光源、電飾、サイン用光源等に用いられるＥＬ素子では、ＥＬ素子を構成する電極の片側を透明電極、反対側を反射電極とすることで、素子内で発生した光は透明電極側から射出される。さらに、発生した光をより効率的に取り出すため、光を拡散や集光等するための光学層を備えたものも存在する。このような発光素子では、反射電極が存在するため、非点灯時に素子を観察した場合、光が透過しない鏡面またはマット面として観察される。
また、非点灯時に透明な窓として使用することを想定した、調光ミラーを用いた照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示される照明装置は、調光ミラーを鏡状態と透明状態とに切り替えることにより、点灯時に光の射出面を限定し、照明としての効率向上を狙ったものである。しかしながら、調光ミラーによる鏡面状態により光の射出面を片側に限定しても、前述の光学層などの光を取り出すための構造を設けない場合、発生した光の取り出し効率が低いという問題があり、一方、光を取り出すための構造を設けると、光の取り出し効率は向上するものの、光の直進性が失われるため、非点灯時に透明な窓として使用することができなくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するものであり、透光性を有する面状発光素子において、発光効率を向上すると共に、照明以外の用途にも使用可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係わる発明は、少なくとも、基板と、電圧の印加により可視光を反射させる鏡状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる反射型調光ユニット層との間に、ＥＬユニット層、及び電圧の印加により可視光を散乱させる散乱状態と可視光を透過させる透過状態とが切り替わる散乱型調光ユニット層が積層されてなることを特徴とする発光素子である。
【０００６】
本発明の請求項２に係る発明は、前記散乱型調光ユニット層の電極の一方がＥＬユニット層又は反射型調光ユニット層の電極の一方を兼ねており、かつ、接地されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子である。
【０００７】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発光素子と、前記ＥＬユニット層、前記反射型調光ユニット層、及び前記散乱型調光ユニット層に電圧を印加する駆動回路とを備えたことを特徴とする発光装置である。
【０００８】
本発明の請求項４に係る発明は、前記駆動回路は、前記ＥＬユニット層の発光状態、前記反射型調光ユニット層の反射状態と透過状態との切り替え、及び前記散乱型調光ユニット層の散乱状態と透過状態との切り替えがそれぞれ独立して制御可能であることを特徴とする請求項３記載の発光装置である。
【０００９】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１又は２の発光素子、或いは請求項３又は４の発光装置を有することを特徴とする窓である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明によれば、反射型調光ユニット層が鏡状態、散乱型調光ユニット層が散乱状態のとき、ＥＬユニット層で発生した光が、反射型調光ユニット層で反射され、さらに散乱型調光ユニット層で拡散及び集光されることにより、より発光効率の高い発光素子を提供できるという効果がある。
【００１１】
さらに、本発明の請求項１に係る発明によれば、ＥＬユニット層が非発光状態のとき、反射型調光ユニット層および散乱型調光ユニット層を透明状態とすることで、発行素子を、透明にできるという効果もある。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明によれば、散乱型調光ユニット層は少なくともＥＬユニット層または反射型調光ユニット層のいずれかに接しており、この部分において電極を共通化することになって、各ユニット層に対応する電極を個々に設置する場合に比べて、素子を構成する層の数を減らすことが可能となり、コスト面および光学特性面でより優れた発光素子を提供できるという効果がある。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明によれば、請求項１または２に係る発明の効果を持つ発光素子と、それを駆動させる回路により、点灯時の発光効率が高く、かつ、非点灯時には透明となる発光面を有する発光装置を提供できるという効果がある。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明によれば、各ユニット層の駆動を独立して制御することにより、片面発光、両面発光、ミラー状態、マット状態（片面のみ）、曇りガラス、透明窓の６つの動作形態をとることが可能な発光面を有する発光装置を提供できるという効果がある。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明によれば、請求項１又は２に係る発明の効果を持つ発光素子、或いは請求項３又は４に係る発明の効果を持つ発光装置を用いることで、特異な意匠性を有する窓を提供できるという効果がある。
【００１６】
以上、本発明は、透光性を有する面状発光素子において、発光効率を向上すると共に、照明以外の用途にも使用可能とすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態による発光素子の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の第一実施形態による発光装置の概略構成図。
【図３】本発明の第二実施形態による発光素子の概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の発光素子の第１の実施形態について図面により説明する。図１は、第１の実施形態の発光素子１０の断面構成を示す。第１の実施形態の発光素子１０は、図１に示すように、透明基材１５と、透光性を有する面状光源であるＥＬユニット層１１と、透明絶縁層１４と、散乱状態と透過状態とが切替可能な散乱型調光ユニット層１２と、透明絶縁層１４と、反射状態と透過状態とが切替可能な反射型調光ユニット層１３と、透明基材１５とを順に積層して複合したものである。発光素子１０は、これらの複合構成によって透明状態と高効率発光状態とを切り替えることを可能とした面状光源である。
【００１９】
発光素子１０を構成するＥＬユニット層１１は、透明有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子であり、透明電極層１１ａおよび１１ｃと、その中間層に有機発光層１１ｂを有する。
【００２０】
散乱型調光ユニット層１２は、透明電極層１２ａおよび１２ｃと、その中間層に散乱・透過変化層１２ｂを有する。散乱・透過変化層１２ｂは高分子分散型液晶であり、通過する可視光の透過と散乱とを電気的に切替可能であることを特徴とする。本実施形態の高分子分散型液晶層としては、電界未印加時に透明状態であり、電界印加時に散乱状態となる所謂リバースモードが使われている。散乱・透過変化層１２ｂに印加する電圧は交流電圧であり、通常はインバター回路を設けた構成を用いる。
【００２１】
反射型調光ユニット層１３は、透明電極層１３ａと、電極としての機能を併せ持つ反射・透過変化層１３ｃと、中間層群１３ｂを有する。反射型調光ユニット層１３の中間層群１３ｂとしては、透明電極層１３ａ側から、イオン貯蔵層、固体電解質層、バッファー層、触媒層、の順に積層したものが知られている。透明電極層１３ａとしてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、イオン貯蔵層としてはＷＯ３、固体電解質層としてはＴａ２Ｏ５、バッファー層としてはＡｌ、触媒層としてはＰｄ、反射・透過変化層１３ｃとしてはエレクトロクロミック材料としてのＭｇ−Ｎｉ合金等が例えば用いることが可能であり、それぞれマグネトロンスパッタ装置で室温成膜可能であることが知られている。そして、反射・透過変化層１３ｃおよび透明電極層１３ａは直流電源の電力を供給する電極として作用する。
【００２２】
反射型調光ユニット層１３の初期状態は鏡状態である。５Ｖ程度の電圧を印加するとイオン貯蔵層中に蓄えられている水素イオンが反射・透過変化層１３ｃ中に移動し、金属状態のＭｇ−Ｎｉ合金が水素化されて非金属状態になることにより透明に変化する。また極性を反転し、−５Ｖ程度の電圧を印加すると水素イオンがイオン貯蔵層中へ戻り、反射・透過変化層は元の金属状態に戻り、鏡として機能する。
【００２３】
透明絶縁層１４は、例えば、光学用絶縁樹脂シートであり、各ユニット層（１１、１２、１３）同士を絶縁して個別に電圧を印加することを可能とする。
【００２４】
図２に、発光装置２０の構成を示す。発光装置２０は、図２に示すように、発光素子１０と、電源に接続される駆動回路部２１を備える。
【００２５】
駆動回路部２１は変圧器などからなる変換回路を有し、電源からの入力電圧をＥＬユニット層１１、散乱型調光ユニット層１２、および反射型調光ユニット層１３用の供給電圧に変換するものである。駆動回路部２１の出力側は、電源線２１ａによってＥＬユニット層１１に接続され、電源線２１ｂによって散乱型調光ユニット層１２に接続され、電源線２１ｃによって反射型調光ユニット層１３に接続される。駆動回路部２１は、スイッチ２２ａ、２２ｂ、および２２ｃを備える。スイッチ２２ａはＥＬユニット層１１への供給電圧を入切するものであり、２２ｂは散乱型調光ユニット層１２への供給電圧を入切するものであり、２２ｃは反射型調光ユニット層１３への供給電圧の極性を転換するものである。
【００２６】
上記のように構成された発光装置２０は、スイッチ２２ａの操作によってＥＬユニット層１１への供給電圧が入切されることで点灯・消灯され、スイッチ２２ｂの操作によって散乱型調光ユニット層１２への供給電圧が入切されることで散乱・透過状態が切り替えられると共に、スイッチ２２ｃの操作によって反射型調光ユニット層１３への供給電圧の極性が転換されて反射・透過状態が切り替えられる。なお、反射型調光ユニット層１３の反射・透過状態の変化はイオンの移動によるものであり、電圧が印加されなくても状態が保持されるので、反射型調光ユニット層１３に常に電圧を印加する必要はない。
【００２７】
発光装置２０は、ＥＬユニット層１１の点灯・消灯、散乱型調光ユニット層の散乱・透過状態の切り替え、反射型調光ユニット層１３の反射・透過状態の切り替えの組み合わせにより、第１〜６の動作形態として、それぞれ、片面発光、両面発光、ミラー状態、マット状態（片面のみ）、曇りガラス、透明窓の６種類の動作ができる。以下、これら６種類の動作形態について説明する。
【００２８】
第１の動作形態の片面発光として、ＥＬユニット層１１を点灯状態、反射型調光ユニット層１３を反射状態とすることで、ＥＬユニット層１１から反射型調光ユニット層１３側に照射された光は、反射型調光ユニット層１３で反射され、ＥＬユニット層１１を透過して照射される。つまり、ＥＬユニット層１１から直接照射される光と反射型調光ユニット層１３で反射される光とが同じ側に照射される。
【００２９】
すなわち、第１の動作形態の片面発光において、発光装置２０は一方の側へのみ光を射出する、片面発光の照明として機能する。この際、散乱型調光ユニット層１２を散乱状態とすることで、散乱・透過変化層１２ｂは素子内部に閉じ込められた光を取り出す光取り出し構造として機能し、発光素子の発光効率を向上することができる。
【００３０】
第２の動作形態の両面発光として、ＥＬユニット層１１を点灯状態、反射型調光ユニット層１３を透過状態とすることで、ＥＬユニット層１１から反射型調光ユニット層１３側に照射された光は、反射型調光ユニット層１３を透過して照射される。すなわち、第２の動作形態の両面発光において、発光装置２０は両面発光の照明として機能する。しかしながら、発光素子１０から照射される光は、ＥＬユニット層１１側のほうが反射型調光ユニット層１３側よりも強くなる。これは、光が反射型調光ユニット層１３を透過する際に、５０％程度の透過率により減衰するからである。よって、発光素子１０のＥＬユニット層１１側がメイン照射部として用いられる。
【００３１】
この第２の動作形態においても、散乱型調光ユニット層１２を散乱状態とすることで発光効率を向上させることができるが、この場合、発光素子１０の透過性は失われるため、発光面はマット状の外観となる。一方、散乱型調光ユニット層１２を透過状態とすることで、発光効率は低下するが、発光素子は発光しながら向こう側が透けて見えるという、特異な形態をとることができる。
【００３２】
第３の動作形態のミラー状態として、ＥＬユニット層１１を消灯状態、散乱型調光ユニット層１２を透過状態、反射型調光ユニット層１３を反射状態とすることで、発光素子１０は両面が鏡として機能する。この第３の動作形態においては、発光素子１０はＥＬユニット層１１側、反射型調光ユニット１３側のいずれの方向から見た場合でも鏡としての機能を有する。
【００３３】
第４の動作形態のマット状態（片面のみ）として、ＥＬユニット層１１を消灯状態、散乱型調光ユニット層１２を散乱状態、反射型調光ユニット層１３を反射状態とすることで、発光素子１０は片側だけが鏡として機能し、反対面は光を透過しないマット面となる。この第４の動作形態においては、発光素子１０は光の主照射面であるＥＬユニット層１１側がマット面となり、反射型調光ユニット１３側は第３の動作形態と同様、鏡としての機能を有する。
【００３４】
第５の動作形態の曇りガラスとして、ＥＬユニット層１１を消灯状態、散乱型調光ユニット層１２を散乱状態、反射型調光ユニット層１３を透過状態とすることで、発光素子１０は曇りガラスとして機能する。
【００３５】
第６の動作形態の透明窓として、ＥＬユニット層１１を消灯状態、散乱型調光ユニット層１２を透過状態、反射型調光ユニット層１３を透過状態とすることで、発光素子１０は透明なガラスとして機能する。ただし、反射型調光ユニット層１３は透過状態においても透過率が５０％程度であり、観察条件によってはハーフミラーとして機能する。
【００３６】
このように、本発明の第１の実施形態の発光装置２０は、単に発光素子１０の発光効率を向上させるだけでなく、バリエーションに富んだ動作形態の切り替えが可能なため、特に店舗、ホテル、公共施設などにおいて、デザイン性の高い窓や間仕切りなどとして用いることができる。発光装置２０を窓や間仕切りなどに用いる場合、点灯しても消灯してもよい。消灯しているときは、ＥＬユニット層１１への電圧印加はなく、反射型調光ユニット層１３への電圧印加は状態変化時のみであるので、省エネルギーである。散乱型調光ユニット層１２に関しては、電圧印加時に散乱するものと透明化するものとが存在するため、仕様形態に応じて使い分けをすることで省エネルギー化が可能となる。
【００３７】
また、窓ガラスや店舗用ショーケースなど、透明ガラスを利用したものに本発明の第１の実施形態の発光装置２０を用いることにより、照明、鏡、マット面、又は曇りガラスといった機能を必要に応じて発現させるという使い方ができるため、高付加価値化を図ることができる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について図面により説明する。図３は、第２の実施形態の発光素子１０の断面構成を示す。発光装置２０を構成する第２の実施形態の発光素子１０は、透明基材１５と、ＥＬユニット層１１と、透明絶縁層１４と、散乱型調光ユニット層１２と、反射型調光ユニット層１３と、透明基材１５とが順に積層されている。本発明の第２の実施形態では、反射型調光ユニット層１３の散乱型調光ユニット層１２側に反射・透過変化層１３ｃが形成され、この層が散乱型調光ユニット層１２の一方の電極として機能する（図３）。電極を共通化することにより、発光素子１０を構成する層の数を減らすことができる。これにより、製造コストの低下が期待できるだけでなく、光の強度低下を防ぎ、効率向上が期待できる。
【００３９】
また、本発明の第２の実施形態の発光素子では、反射・透過変化層１３ｃは接地されている。従って、散乱型調光ユニット層１２への電圧の印加時において反射型調光ユニット層１３の透過又は反射状態を一定の状態に保ちたいとき、散乱型調光ユニット層１２のもう一方の電極である透明電極１２ａに正負の電圧を印加することで、反射型調光ユニット層１３の透過又は反射状態を一定に保つことができる。その結果、発光素子１０の駆動制御を容易にすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・発光素子
１１・・・ＥＬユニット層
１１ａ、１１ｃ、１２ａ、１２ｃ、１３ａ・・・透明電極層
１１ｂ・・・有機発光層
１２・・・散乱型調光ユニット層
１２ｂ・・・散乱・透過変化層
１３・・・反射型調光ユニット層
１３ｂ・・・中間層群
１３ｃ・・・反射・透過変化層
１４・・・透明絶縁層
１５・・・透明基材
２０・・・発光装置
２１・・・駆動回路部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・電源線
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・スイッチ
【図１】
2015103506.tif 000003
【図２】
2015103506.tif 000004
【図３】
2015103506.tif 000005