(57)【要約】【課題】有機ＥＬを光源とした照明装置の光利用効率を向上させ、高輝度でかつ偏光された光を出射する照明装置を提供する。【解決手段】有機ＥＬ光源を、導光板の厚みより細い線幅でパターニングされた線状透明電極と、線状透明電極の線幅より太く鏡面反射可能な金属電極と、線状透明電極と金属電極との間に設けられた有機ＥＬ材料を備えることとした。この線状の有機ＥＬ光源を偏光分離器が形成された導光板の端面に配置した。さらに、導光板の出光面と対向する面に反射第一層を、入射面と対向する面に反射第二層を設けた。このような構成により、高効率に出射するように導光板の構造が最適化され、液晶表示素子の照明に用いることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ＥＬ光源と導光板を有する照明装置において、
前記導光板に形成された偏光分離器と、
前記導光板の出光面と対向する面に設けられた第一反射層と、
前記導光板の入射面と対向する面に設けられた第二反射層を備えるとともに、前記有機ＥＬ光源が、前記導光板の端面に対向して配置され、前記導光板の厚みより細い線幅でパターニングされた線状透明電極と、前記線状透明電極の線幅より太い、鏡面反射可能な金属電極と、前記線状透明電極と前記金属電極との間に設けられた有機エレクトロルミネッセンス材料と、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記偏光分離器が、偏光ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１記載の照明装置
【請求項３】
前記有機ＥＬ光源と前記導光板の端面との間に、前記導光板と垂直の方向が狭い光放射特性とするためのレンズ部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記有機ＥＬ光源の発光面の形状が、前記導光体の前記端面の長手方向に沿った線状形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記有機ＥＬ光源が、赤領域、緑領域、及び青領域の波長を同時に発光することを特徴とする請求項から４記載のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載の照明装置を透過型液晶表示素子の背面に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンスを用いた照明装置、及びこの照明装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力というメリットから様々な製品のディスプレイ部分に使用されており、これらに使用されている従来の照明装置は、アクリルなどの透明導光板の端面に蛍光管を配置していた。
【０００３】
従来の照明装置は、蛍光管の外経を１ｍｍ以下にすることが技術的に困難であること、また、蛍光管の外径より薄い導光板を用いると蛍光管から導光板端面に入射する光量が減少すること、という理由から、蛍光管を含めた照明装置全体の厚みを薄くすることが難しいという問題点がある。この問題を解決するために、従来は透明平板である導光板の一端面に対向して有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称す）光源が配置されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
有機ＥＬ光源は、透明基板であるガラス基板の一方の面に透明電極膜、有機薄膜から成る有機発光層構造及び反射電極膜が積層された有機ＥＬ素子を有している。故に、従来の蛍光管を光源として用いた導光板照明装置では実現できなかった１ｍｍ以下の厚みの面状に発光する照明装置を実現している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−５０１２４号公報（第３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、照明装置から出射される光源はランダム（無偏光）であり、その上に液晶表示素子を配置した場合、液晶表示素子の光入射面に対しＰ偏光とＳ偏光の両方を含んでいるため、液晶表示素子の光入射側に偏光板を配置し、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれか一方を偏光板で吸収する必要がある。しかしながら、Ｐ偏光またはＳ偏光のいずれか一方を偏光板で吸収すると、液晶表示素子に入射する光源光の光量が半分になってしまい、偏光板で吸収される分が無駄となるばかりでなく液晶表示装置の明るさも半減してしまうという問題があった。また、これを改善する方法として、液晶表示素子と照明装置の間に反射偏光子等を配置させる方法があるが、この場合は照明装置が厚くなり、またコストも高くなってしまう問題がある。
【０００７】
本発明はこの様な問題点を解決するもので、有機ＥＬを光源とした照明装置の光利用効率を向上させ、高輝度でかつ偏光された光を出射する照明装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の照明装置は、有機ＥＬ光源と導光板を有する照明装置であって、導光板に形成された偏光分離器と、導光板の出光面と対向する面に設けられた第一反射層と、導光板に光源からの光が入射する入射面と対向する面に設けられた第二反射層を備えるとともに、有機ＥＬ光源が導光板の端面に対向するように配置されている。そして、有機ＥＬ光源は、導光板の厚みより細い線幅でパターニングされた線状透明電極と、線状透明電極の線幅より太く鏡面反射可能な金属電極と、線状透明電極と金属電極との間に設けられた有機エレクトロルミネッセンス材料を備えている。
【０００９】
さらに、導光板の偏光分離器が、偏光ビームスプリッタを有することとした。
【００１０】
また、有機ＥＬ光源と導光板の端面との間に、導光板と垂直の方向が狭い光放射特性とするためのレンズ部が設けられていることとした。また、有機ＥＬ光源の発光面形状が、導光体の端面の長手方向に沿った線状形状であることとした。また、有機ＥＬ光源が、赤領域、緑領域、及び青領域の波長を同時に発光できる構造を有していることとした。また、これらの照明装置を透過型液晶表示素子の背面に配置したこととした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の照明装置の構成を図１に基づき説明する。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は照明装置を光の出射面側から見た平面図である。図示するように、偏光ビームスプリッタの機能を有する光学部材を用いて形成された導光板１の一方の端面に有機ＥＬ光源２が配置されている。有機ＥＬ光源２は、導光板１の厚みより十分細い線幅でパターニングされた線状透明電極３と、この線状透明電極の線幅よりも太めの鏡面反射可能な金属電極５との間に設けられた有機ＥＬ材料４を備えている。また導光板には、出光側平面と対向する面に形成された第一反射層６と、有機ＥＬ光源の入射面と対向する面に形成された第二反射層７が設けられている。本願発明に係わる導光板１は偏光分離として機能する。この偏光分離作用はブリュースター角の原理を用いることによって実現する。ここで、ブリュースター角とは、異なった屈折率を有する二つの媒質の界面（以下、媒質界面という）に一定の角度を有する入射光が入射した場合に、Ｐ偏光の強度反射率が０になるときの媒質界面の法線と光の入射方向とがなす角度のことをいう。このブリュースター角θＢで透明媒体に入射した自然光は、電場ベクトルの振動方向が入射面に平行な成分は完全に透過し、さらに、反射光と屈折光（すなわち、透過光）の成す角度は直角になる。一般に、ブリュースター角θＢは、
ｔａｎθＢ＝ｎ１／ｎ０
によって特定される。
【００１２】
この式によれば、例えば、ｎ１がほぼｎ０と等しくなるときは、θＢ＝４５゜となることがわかる。従って、媒質界面の角度を入射方向に対して４５゜に設定し、二つの媒質の屈折率を近づければ理想的にはＳ偏光のうちの一部のみが入射方向と垂直な方向に反射され、残りのＳ偏光と全てのＰ偏光が媒質界面を透過することになる。
【００１３】
この原理を図６を用いて詳述する。光源から発せられた光は自然偏光であり、特定の偏光を有しない。自然偏光は導光体の入射面から略垂直に入射し、屈折率ｎ０を有している媒質（以下、媒質Ａという）及び屈折率ｎ１を有している媒質（以下、媒質Ｂという）とが形成する界面に入射される。このとき、媒質界面で反射される光は数％程度であるが、媒質界面に入射したときの角度がブリュースター角であれば、上述したブリュースターの法則によって、媒質界面からはＳ偏光が入射方向と垂直な方向（導光板の上面方向）に反射される。他方、媒質界面を通過した光は反射光の光量分を差し引いた残りのＳ偏光とＰ偏光の両方を含む自然偏光である（図６（ａ）参照）。この光は進行方向の前方に位置する次の媒質界面を通過する。次の媒質界面でも、再びＳ偏光のみが数％分離されて導光板上面方向に反射される。そして、この媒質界面を通過した光はさらに次の媒質界面へと進行する。このように、入射面から入射した自然光は媒質界面を通過する度に徐々にＳ偏光成分を減少させ、導光体の入射面と反対側の端面に向かう。反対側の端面においては、最終的にはＰ偏光だけが到達する。このようにして、本願発明に係わる導光板においては入射光である自然偏光が完全にＳ偏光とＰ偏光とに分離される。このことを導光板の偏光分離という。
【００１４】
そして、導光板反対側の端面に到達したＰ偏光は、第二反射層によって、Ｓ偏光に変換され、導光板の端面方向に戻され、上述したブリュースターの法則によって、媒質界面からはＳ偏光が入射方向と垂直な方向（導光板の下面方向）に反射される。反射されたＳ偏光は第一反射層で反射されＳ偏光のまま導光板の上面方向に反射される（図６（ｂ）参照）。このように、導光板の出射面側から高輝度でＳ偏光された光を照明できるようになる。
【００１５】
有機ＥＬ光源２の透明電極３の幅は、導光板１の厚みよりも十分薄いので、有機エレクトロルミネッセンス材料４の発光は線光源となり指向性の良い光を導光板１へ入射できる。また、金属電極５は、反射板として機能して、発光した光が漏れるのを防止している。なお、図を見やすくするために電圧印加用の配線の描画は省いており、以後の図面においても同様に省いてある。
【００１６】
図２の構成では、有機ＥＬ光源２と導光板１の間に導光板と垂直方向が狭い光放射特性とするためのレンズ部１１を設けたので、導光板に入射する光の入射角度が小さくなる。
【００１７】
図３の構成では、有機ＥＬ光源の発光面形状が、導光体の端面の長手方向に沿った線状形状１２となっているので、導光板の出光面１３から放射される光の強度を出光面にわたって均一にすることができる。
【００１８】
図４の構成では、有機ＥＬ光源２が、赤領域、緑領域、及び青領域の波長を同時に発光できる構造となっているので、カラーで表示される被照明物を照明する照明装置として白色光が放射される。この図では、赤色で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子１４Ｒ、緑色で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子１４Ｇ、及び青色で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子１４Ｂが独立して、かつ、近接して配置されている構造になっている。この構造以外に、同一の有機発光膜に赤、緑、青のそれぞれの波長で発光する色素を含んでいる構造、または、透明電極膜と反射電極膜の間に赤色で発光する有機分子から成る赤色発光膜、緑色で発光する有機分子から成る緑色発光膜、及び青色で発光する有機分子から成る青色発光膜が順次積層されており、電極間に印加される電界でこれらの三つの発光膜が同時に発光する構造、などが考えられ、この構造に限られるものではない。
【００１９】
上述したいろいろな構成の照明装置を直視型の液晶表示装置の照明に用いることができる。図５の構成では、透過型の液晶表示素子を背面から照明する液晶表示装置の例で、断面図である。導光板１の入光端面に対向して有機ＥＬ光源２が配置されている。液晶表示素子２０は、液晶層２１を挟持し、液晶を駆動するトランジスタやカラーフィルターが形成されたガラス基板２２、偏光板２３などから構成されている。導光板１の出光面１３から出た光は液晶表示素子２０を照明し、観察者が液晶表示素子２０に表示されている画像を見ることができるようになる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、より具体的に説明する。
【００２１】
（実施例１）
導光板は偏光ビームスプリッタ機能を有しており、本実施例では以下のように導光板を作製した。透明なアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．４９）から、真鍮板を精密切削加工した金型により、３辺が１ｍｍ、１ｍｍ、√２ｍｍ、頂角が９０゜の直角二等辺三角形の断面形状を有する三角柱が片面に多数個並べて設けられたシート構成物を形成する。この三角柱と略同一形状の三角柱が片面に多数並設されてなる別のシート構成物を、透明な光硬化性樹脂（屈折率ｎ＝１．５３）で形成する。これらのアクリル樹脂製シート構成物の三角柱と光硬化性樹脂製シート構成物の三角柱とを、前者が上に凸、後者が下に凸となるようにして交互にかみ合わせた状態で配置して、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚み０．７ｍｍの１枚の板状物を作製する。さらに、この板状物の両側端部の斜面部分が当該板状物の表面に対して垂直な端面形状となるように同斜面部分を加工して、１つの導光板を作製した。
【００２２】
この導光板の出射面と反対側の面に隣接して第一反射層が配置され、本実施例ではアルミ反射板を用いた。また、この導光板の入射面と反対側の端面に隣接して第二反射層７が配置される。図１（ａ）に示すように、第二反射層７は１／４波長板９とアルミ反射板８が積層された構成である。
【００２３】
次に、有機ＥＬ光源２についてその構成を説明する。図１及び図３に示すように、ガラス等の透明部材からなる導光板１の側面にＩＴＯ薄膜をスパッタリングにより形成し、ホトリソグラフィーにより線幅０．２ｍｍの線状透明電極３（ストライプ状電極）とした。ストライプ方向の基板サイズは導光板の端面のサイズに合わせた。次に、有機エレクトロルミネッセンス材料４と金属電極５を抵抗加熱方式の真空蒸着法を用いて作製した。さらに、シール用基板１０で酸素、水分の進入を阻止するために、図面には記載されていないが接着シール材等でシールされている。このシールを含めて本光源の導光板厚み方向の厚さは、ほぼ導光板１と同じ厚さになっている。
【００２４】
この導光板１に電力を供給するとで、出射面から約２０００ｃｄ／平方メータの輝度の偏光された照明光が得られた。特に有機ＥＬ光源２は、線幅の細い線光源なので、従来になく薄い導光板でも、明るい照明が可能となる。このように有効な効果を得るには、導光板に対する光源の線幅が重要になり、線幅が細すぎると輝度が落ち、太すぎると線幅端部から出る光が導光板内に入射し難く内照光に寄与しないこととなり、いたずらに消費電流が大きくなるだけとなる。そこで、本実施例では、有機ＥＬ光源２の透明電極幅を０．２ｍｍとし、導光板の基板の厚みを１．０ｍｍとすることで、上記のような効果が得られた。この様な効果を示す透明電極幅と導光板の基板厚みとの関係は、本例に限らず、透明電極幅を導光板の基板厚みに対して５０％以下にすることで顕著になる。
【００２５】
また、金属電極５と反射第一層６と反射第二層７が導光した光が外部へ漏れるのを防ぐので明るさの向上が可能となる。以上の説明のように、本実施例の照明装置は、薄型で明るい偏光された照明を低消費電力で実現できる。
【００２６】
（実施例２）
図２の構成は、実施例１において、有機ＥＬ光源２と導光板１の間にレンズ部１１を配置した。レンズには、導光板と垂直の方向が狭い光放射特性とするためにシリンドリカルレンズを使用する。また、レンズ部１１は有機ＥＬ光源２か導光板１のどちらかの端面に接着されてもよい。表示特性は、有機ＥＬ光源２の線光源をレンズで理想的に集光できるので、偏光された光の明るさの向上が認められる。
【００２７】
（実施例３）
図４の構成は、実施例１において、有機ＥＬ光源２を白色発光を得るように有機エレクトロルミネッセンス素子（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）を配置した。白色発光を得る方法としては、光の３原色（赤、緑、青）の色素からの発光を混合して白色化する方法を用い、具体的には城戸氏らによりＳｃｉｅｎｃｅ、２６７、１３３２（１９９５年）に発表された積層型素子構造とした。また、他の白色化方法としては、単一の発光層に赤、緑、青の色素をドーピングする方法やポリマー発光層にドーピングする方法などがあり、これらの方法を用いてもよい。
【００２８】
（実施例４）
図５に示す液晶表示素子２０は、ガラス等の透明部材からなる第１の基板の裏面にＩＴＯ薄膜をスパッタリングにより形成した表示用透明電極が設けられ、この透明電極の裏面に透光性のカラーインクにより形成される赤、緑、青色のカラーフィルターが設けられている。この基板と対向して、ガラス等の透明部材からなる第２の基板が設けられており、第２の基板の表面には、透明電極からなる表示用画素電極とが設けられている。そして、この両基板の間にツイストネマチック（ＴＮ）液晶が挟持されている。表示単位は、赤、緑、青の３画素で構成しており、画面サイズ２．２インチで各画素は８０ミクロンラ２４０ミクロンで形成している。なお、画面サイズ、画素サイズはこれに限るものではない。また、液晶パネルは、カラーフィルター、液晶層を備えるタイプであればどのタイプでもよい。なお、液晶パネルはアクティブタイプを用いてもよい。
【００２９】
この液晶表示素子２０の背面側に上述した各実施例の照明装置を配置し、液晶表示素子２０の背面側の偏光板２３の透過軸と、導光板１の出射面１３から出射される軸を一致させることにより、薄型で明るい液晶表示装置を低消費電力で実現できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、導光板が偏光分離機能を有しているので、従来の有機エレクトロルミネッセンスを用いた照明装置より、明るさが２倍近く向上する。また、導光板の厚みよりも十分細い線状の有機ＥＬ光源を使用しているので、導光板への入射角度を小さくしても光源の光を効率良く導光板に結合できるので、照明に使用する電力を節約できる。また、光源の幅に応じて導光板も薄くできるので、携帯機器も薄くでき、また、デザインの自由度も増やすことができる。
【００３１】
また、有機ＥＬ光源には、導光板と垂直方向が狭い光放射特性とするためのレンズ部が導光板の端面と光源の間に設けられているので、さらに導光板上部からもれる光が少なくなりコントラストの向上ができ、光を効率良く導光板に結合できる。
【００３２】
また、有機ＥＬ光源は、線状形状をしているので、導光板の出光面から放射される光の強度を出光面にわたって均一にすることができる。また、有機ＥＬ光源は、赤領域、緑領域、及び青領域の波長を同時に発光できる構造となっているので、カラーで表示される被照明物を照明する照明装置として白色光が放射されることができる。
【００３３】
本発明の構成を採用することによって、液晶パネルと有機ＥＬ光源とを一体のモジュールとすることが簡単にできるようになるため、明るい薄い液晶表示装置にすることができデザイン上の制約をあまり受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の照明装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例２の照明装置を示す概略図である。
【図３】本発明の照明装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例３の照明装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例４の照明装置を示す概略図である。
【図６】ブリュースター角の原理を説明する図
【符号の説明】
１  導光板
２  有機ＥＬ光源
３  線状透明電極
４  有機エレクトロルミネッセンス材料
５  金属電極
６  第一反射層
７  第二反射層
８  アルミ反射板
９  １／４波長板
１０  シール用基板
【図１】
2004288567.tif 000003
【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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