JP4989363B2

JP4989363B2 - 面状発光装置

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Publication number: JP4989363B2
Application number: JP2007216279A
Authority: JP
Inventors: 忠史村上; 秀治河地; 達也鈴木; 喜之三宅; 正喜小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: JP2009048943A

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトなどに利用される面状発光装置に関するものである。

近年、発光素子として、有機エレクトロルミネッセンス（organicelectroluminescence、有機ＥＬともいう）素子が注目を集めている。有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略す）は、通電から発光までの時間が非常に短く、電流を変化させれば瞬時に輝度が変化する、つまり応答性に優れ、しかも応答性が温度によって殆ど変化しないという特性があり、しかも視野角が１８０度に近いという特性がある。

このような有機ＥＬ素子からなる発光素子１は、例えば、図３に示すように、透明基板（例えばガラス基板）よりなる支持基板１０と、支持基板１０の一表面側（図３における上面側）に形成されたＩＴＯなどからなる透明電極１１と、透明電極１１における支持基板１０とは反対側に形成された有機材料からなる発光層１２と、発光層１２における透明電極１１とは反対側に形成された金属製の反射電極１３と、反射電極１３における発光層１２とは反対側に発光層１２を覆う形に形成された封止層１４とを備えている。この発光素子１は、透明電極１１および反射電極１３それぞれがボンディングワイヤＷにより図示しない電源に接続され、透明電極１１および反射電極１３それぞれに所定の電位が与えられることで、発光層１２が発光する。

発光層１２が発光した際には、発光層１２から透明電極１１側に放射された光は、透明電極１１を透過した後に、支持基板１０に入射し、支持基板１０を通り、支持基板１０の他表面側（図３における下面側）から外方に出射される。一方、発光層１２から反射電極１３側に放射された光は、反射電極１３により透明電極１１側に反射され、同様に、支持基板１０の上記他表面側から外方に出射される。つまり、この発光素子１では、支持基板１０の上記他表面が発光面１０ａとなっている。

上述したような有機ＥＬ素子からなる発光素子１は、面発光に適しており、近年では、例えば、液晶ディスプレイ（液晶表示装置）のバックライトなどに用いられる面状発光装置Ｌに利用されている。面状発光装置Ｌは、図４に示すように、複数の発光素子１をそれぞれの発光面１０ａが同一平面上に位置する形に配列してなるものである。

ところで、発光素子１は、発光層１２に電流を流すための透明電極１１および反射電極１３を備え、透明電極１１および反射電極１３にボンディングワイヤＷを接続する箇所を確保するために、発光層１２は、支持基板１０の上記一表面側に当該一表面の一部と厚み方向で重なる形に形成され、上記一表面の全面と厚み方向で重なる形には形成されていない。そのため、発光素子１の発光面１０ａにおいては、図３に示すように、発光層１２と厚み方向で重なる部分と、重ならない部分とがある。そのため、発光素子１の発光面１０ａにおいて発光層１２と厚み方向で重なる部分と、重ならない部分とでは、明るさが異なり、その結果、図４に示すように、発光層１２が存在する領域Ａ１と、発光層１２が存在しない領域Ａ２（隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位）とで輝度が異なってしまう。

そこで、面状発光装置Ｌには、例えば、乳白色の透光性材料よりなる光拡散板２００が発光素子１の発光面１０ａに対向配置されており、これによって明暗の差が生じないようにして、面状発光装置Ｌの均斉度の向上を図っている（均斉度の向上のために光拡散板を用いる周知技術例としては、特許文献１が挙げられる）。
２００６−２０８５１０号公報

ところで、近年では、液晶ディスプレイの薄型化が望まれており、これに伴って面状発光装置Ｌの薄型化も望まれている。ここで、面状発光装置Ｌを薄型化するにあたっては、光拡散板２００と発光素子１の発光面１０ａとの距離を短くすることが考えられるが、光拡散板２００が発光素子１の発光面１０ａに近付けば近付くほど、光拡散板２００が十分に光を拡散できなくなって、均斉度が悪化してしまう。つまり、光拡散板２００によって均斉度の向上を図るためには、光拡散板２００と発光素子１の発光面１０ａとを離す必要があり、このことが面状発光装置Ｌの薄型化の妨げとなっていた。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、薄型化を図りながらも均斉度を向上できる面状発光装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明では、複数の発光素子をそれぞれの発光面が同一平面上に位置する形に配列してなる面状発光装置であって、発光素子は、支持基板と、支持基板の一表面側に当該一表面の一部と厚み方向で重なる形に形成された有機材料からなる発光層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子からなり、発光素子における発光面側には、隣り合う発光素子の発光層間に跨がる形で導光部材が配置され、導光部材は、隣り合う発光素子の発光層の端部それぞれと厚み方向で重なる形に配置された光入射面と、当該隣り合う発光素子の発光層間の部位との対向面とは反対側に設けられた光出射面と、光入射面より入射された光の一部を光出射面側に反射する光反射面と、光反射面で反射された光を散乱して光出射面より出射させる光散乱手段とを備え、上記導光部材は、発光素子の発光面から離間するほど狭幅となる台形状に形成され、斜面が上記反射面を構成し、上記光散乱手段は、光散乱処理が施された上記対向面からなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発光層の端部より放射された光は、導光部材の光入射面より導光部材内に入射し、その一部が反射面によって反射され、残りは反射面で反射されずにそのまま導光部材外に出射され、反射面で反射された光は光散乱手段で散乱された後に、光出射面より導光部材外に出射されるので、あたかも隣り合う発光素子の発光層間の部位より光が放射されているかのような視覚効果を与えることができるから、均斉度の向上が図れ、しかも従来の拡散板とは異なり発光面よりある程度離間させる必要がなく逆に発光面に近接配置するほうが好ましいので、薄型化を図ることができる。また、請求項１の発明によれば、簡単な加工で導光部材を形成することができるから、製造コストの低減が図れる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記光散乱手段は、光散乱処理が施された上記光出射面および上記対向面の両方からなることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、簡単な加工で導光部材を形成することができるから、製造コストの低減が図れる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記光散乱処理は、表面粗面化処理、光拡散性顔料を成分に含むインクにより所定の光拡散パターンを印刷する処理、光を拡散する複数の凹部を形成する微細加工処理、および微小突起を形成する処理のいずれかであることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、簡単な処理で光散乱手段を導光部材に設けることができるから、製造コストの低減が図れる。

請求項４の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記光散乱手段は、隣り合う発光素子の発光層から離間するほど光を散乱することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、導光部材の光出射面において発光層から離間する部位ほど暗くなってしまうことを抑制でき、光出射面における均斉度の向上が図れ、さらなる均斉度の向上が図れる。

本発明は、薄型化を図りながらも均斉度を向上できるという効果を奏する。

（実施形態１）
本実施形態の面状発光装置Ｌは、例えば、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられるものであって、図１に示すように、複数の発光素子１を備えている。

発光素子１は、有機ＥＬ素子からなり、支持基板１０と、支持基板１０の一表面側（図１における下面側）に形成された透明電極１１と、透明電極１１における支持基板１０とは反対側に形成された発光層１２と、発光層１２における透明電極１１とは反対側に形成された金属製の反射電極１３と、支持基板１０の上記一表面側に透明電極１１および反射電極１３の一部を露出するとともに発光層１２を覆う形で取り付けられる封止部１５とを備えている。

支持基板１０は、発光層１２を支持するための部材であり、例えば、発光層１２が放射する光に対して透光性を有する材料により矩形板状に形成されている。このような支持基板１０としては、例えばガラス基板などの透明基板を利用することができる。

透明電極１１は、発光層１２が放射する光に対して透光性を有する材料からなる導電性の薄膜である。このような透明電極１１の材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電性材料が用いられる。また、透明電極１１の材料としては、光を通過させる材料であってもよいため、カーボンナノネットなどを利用することも考えられる。

発光層１２は、例えば、蛍光物質の有機材料または蛍光物質を含む有機材料からなり、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および電子注入層などが備えられる。また、発光層１２は、所望の色の光（例えば、白色光）が得られるように適宜設計される。

反射電極１３は、発光層１２が放射する光を反射する材料からなる導電性の薄膜である。このような反射電極１３の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や、アルミ・リチウム合金、マグネシウム・銀合金などを用いることができる。

封止部１５は、例えば絶縁性を有する材料（例えば、ガラスなど）により一面が開口した箱状に形成されており、上述したように、支持基板１０の上記一表面側に、透明電極１１および反射電極１３の一部を露出するとともに、発光層１２を覆う形に取り付けられている。この封止部１５は、有機材料からなる発光層１２が酸素や湿気の影響により徐々に劣化することを抑制するために、接着剤などにより支持基板１０に気密に取り付けられている。ここで、封止部１５より露出する透明電極１１の部位および反射電極１３の部位それぞれが給電用の端子部を形成している。

このような発光素子１は、透明電極１１および反射電極１３の給電用の端子部それぞれをボンディングワイヤＷにより図示しない電極パッドなどに接続して電源と電気的に接続し、透明電極１１および反射電極１３それぞれに所定の電位が与えられることで、発光層１２から光が放射される。このとき、発光層１２から透明電極１１側に放射された光は、透明電極１１を透過した後に、支持基板１０に入射し、支持基板１０内を通過し、支持基板１０の他表面側（図１における上面側）から支持基板１０外に出射される。一方、発光層１２から反射電極１３側に放射された光は、反射電極１３により透明電極１１側に反射された後に、支持基板１０内を通過し、支持基板１０の上記他表面側から支持基板１０外に出射される。つまり、この発光素子１では、支持基板１０の上記他表面が発光面１０ａとなっている。

このような発光素子１は、平板状の支持板（図示せず）の一面に、発光面１０ａが同一平面上に位置する形に複数配列される。

ここで、発光素子１における発光面１０ａ側（図１における上面側）には、図１に示すように、隣り合う発光素子１の発光層１２間に跨がる形で導光部材２が配置されている。

導光部材２は、例えば、発光層１２が放射する光に対して透光性を有する材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂などの透明樹脂材料や、ガラスなど）により、発光素子１の発光面１０ａから離間するほど狭幅となる台形状（図示例では等脚台形状）に形成されている。

この導光部材２は、発光素子１の発光面１０ａ側に、発光面１０ａとの対向する一面（図１における下底面）の幅方向（図１における左右方向）両側それぞれが、隣り合う発光素子１それぞれの発光層１２の端部（縁部）と対向する形で配置され、上記一面において隣り合う発光素子１それぞれの発光層１２の端部と対向する部位が、各発光素子１の発光層１２が放射する光が入射される光入射面２０として用いられる。また、導光部材２における隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位との対向面２１とは反対側の面（図１における上底面）は、光出射面２２として用いられる。

また、導光部材２の斜面は、光入射面２０より入射された光の一部を光出射面２２より出射させるために反射するとともに、残りを反射することなく導光部材２外へ出射させる反射面２３として用いられる。ここで、反射面２３となる斜面は、発光層１２が存在する領域Ａ１と発光層１２が存在しない領域Ａ２とに亘る形に形成されている。また、反射面２３となる斜面の角度は、光入射面２０より導光部材２内に入射した光の全てを反射せず、一部を反射するような角度に設定される。

そして、導光部材２の対向面２１には、光散乱処理がなされている。ここで、光散乱処理は、光拡散性顔料を成分に含むインク（例えば白色インク）により対向面２１に光拡散パターン２４を印刷する処理であり、このような光散乱処理がなされた対向面２１が、光反射面２３で反射された光を散乱して光出射面２２より出射させる光散乱手段を構成している。なお、本実施形態における光拡散パターン２４は、対向面２１のほぼ全面を白色インクで塗装するパターンである。

上述したように本実施形態の導光部材２は、隣り合う発光素子１の発光層１２の端部それぞれと厚み方向で重なる形に配置された光入射面２０と、当該隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位との対向面２１とは反対側に設けられた光出射面２２と、光入射面２０より入射された光の一部を光出射面２２側に反射する光反射面２３と、光反射面２３で反射された光を散乱して光出射面２２より出射させる光散乱手段２４とを備えている。

本実施形態の面状発光装置Ｌは、上述した発光素子１および導光部材２を備えている。そして、各発光素子１の透明電極１１および反射電極１３それぞれに所定の電位を与えて、発光層１２を発光させた際には、発光層１２より透明電極１１側に放射された光は、透明電極１１を透過した後に、支持基板１０に入射し、支持基板１０を通り、支持基板１０の他表面側（図１における上面側）から外方に出射される。一方、発光層１２から反射電極１３側に放射された光は、反射電極１３により透明電極１１側に反射され、同様に、支持基板１０の上記他表面側から外方に出射される。

このとき、図１に示すように、発光層１２の端部より放射された光Ｂ１，Ｂ２は、入射面２０より導光部材２内に入射され、導光部材２内を通り、反射面２３に進む。ここで、反射面２３への入射角が臨界角（導光部材２がアクリル樹脂製であり、導光部材２が空気中に置かれている場合には、おおよそ４２度）未満である光Ｂ２は、反射面２３で反射されずに導光部材２外へ出射される。一方、反射面２３への入射角が臨界角以上である光Ｂ１は、反射面２３で全反射され、これによって、光Ｂ１は導光部材２内を対向面２１に向かって進む。そして、光散乱手段を構成する対向面２１において光Ｂ１は散乱され、散乱された光Ｂ１は、導光部材２内を光出射面２２に向かって進み、光出射面２２より導光部材２外に出射される。

そのため、発光素子１の発光面１０ａにおいて、図１に示すように、発光層１２と厚み方向で重なる部分（発光層１２が存在する領域Ａ１）と、重ならない部分（発光層１２が存在しない領域Ａ２）とがあっても、導光部材２の光出射面２２より光が放射されることによって、あたかも領域Ａ２から光が放射されているように見せることができる。また、導光部材２における反射面２３は、発光層１２の端部より放射された光の全てを反射せずに一部を反射するから、領域Ａ１において発光層１２の端部に相当する部分が暗くなりすぎてしまうことがない。

したがって、以上述べた本実施形態の面状発光装置Ｌによれば、発光層１２の端部より放射された光は、導光部材２の光入射面２０より導光部材２内に入射し、その一部が反射面２３によって反射され、残りは反射面２３で反射されずにそのまま導光部材２外に出射され、反射面２３で反射された光は光散乱手段で散乱された後に、光出射面２２より導光部材２外に出射されるので、あたかも隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位より光が放射されて全体として連続に発光しているような視覚効果を与えることができるから、均斉度の向上が図れ、しかも、光の全反射を利用し、導光部材２内で光を発光面１０ａの沿面方向（図１における左右方向）に移動させるので、上記の光拡散板２００とは異なり発光面１０ａよりある程度離間する必要がなく、逆に発光面１０ａに近接配置するほうが好ましいから、従来よりも薄型化が図れる。

さらに、本実施形態の面状発光装置Ｌによれば、導光部材２は、発光素子１の発光面１０ａから離間するほど狭幅となる台形状に形成され、斜面が反射面２３を構成し、光散乱手段は、光散乱処理が施された対向面２１からなるので、簡単な加工で導光部材２を形成することができるから、製造コストの低減が図れる。

しかも、光散乱処理は、光拡散性顔料を成分に含むインクにより所定の光拡散パターン２４を対向面２１に印刷する処理（本実施形態では対向面２１のほぼ全面を白色インクで塗装する処理）であるので、簡単な処理で光散乱手段を導光部材２に設けることができるから、製造コストの低減が図れる。

なお、このような光散乱処理は、上記の例に限られるものではなく、サンドブラストなどによる表面粗面化処理、光を拡散する複数の凹部を形成する微細加工処理、および微小突起を形成する処理のいずれかであってもよく、これらによっても、簡単な処理で光散乱手段を導光部材２に設けることができるから、製造コストの低減が図れる。さらに、これらとは異なる方法によって光散乱処理を行ってもよいし、複数の光散乱処理を組み合わせてもよい。また、本実施形態では、導光部材２の対向面２１に光散乱処理を施すことで、対向面２１を光散乱手段として利用しているが、光出射面２２に光散乱処理を施すことで、光出射面２２を光散乱手段として利用するようにしてもよく、対向面２１および光出射面２２の両方を光散乱手段として利用するようにしてもよい。また、以上述べた本実施形態の面状発光装置Ｌは、あくまで本発明の一実施形態であって、本発明をこの実施形態に限定する趣旨のものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない程度の変形は可能である。これらの点は後述する実施形態２においても同様である。

（実施形態２）
本実施形態の面状発光装置Ｌは、図２に示すように、導光部材２の構成が実施形態１と異なっており、その他の構成は実施形態１と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における導光部材２は、単一部材ではなく、一対の片側導光部材２Ａにより構成されている。

片側導光部材２Ａは、例えば、発光層１２が放射する光に対して透光性を有する材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂などの透明樹脂材料や、ガラスなど）により、発光素子１の発光面１０ａから離間するほど狭幅となる台形状に形成されている。また、片側導光部材２Ａは、一方の側面（図２における左側の片側導光部材２Ａにおいては右側面）２５が、発光面１０ａと対向する一面（図２における下底面）との角度、および当該一面とは反対側の他面（図２における上底面）との角度が直角となっており、他方の側面（図２における左側の片側導光部材２Ａにおいては左側面）は上記一面および上記他面に対して傾斜した斜面となっている。つまり、片側導光部材２Ａは、実施形態１における導光部材２をその幅方向（図２における左右方向）において２分割した形の台形状に形成されている。

このような片側導光部材２Ａは、発光素子１の発光面１０ａ側に、上記一面における上記他方の側面側の部位が発光素子１の発光層１２の端部と対向する形で配置される。そして、上記一面において発光層１２の端部と対向する部位（つまり、上記一面における上記他方の側面側の部位）が、発光素子１の発光層１２が放射する光が入射される光入射面２０として用いられる。また、上記一面における光入射面２０を除く部位は、片側導光部材２Ａにおける隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位との対向面２１となり、この対向面２１とは反対側の上記他面は、光出射面２２として用いられる。

また、片側導光部材２Ａの上記斜面は、光入射面２０より入射された光の一部を光出射面２２より出射させるために反射するとともに、残りを反射することなく片側導光部材２Ａ外へ出射させる反射面２３として用いられる。ここで、反射面２３となる斜面は、発光層１２が存在する領域Ａ１と発光層１２が存在しない領域Ａ２とに亘る形に形成されている。また、反射面２３となる斜面の角度は、光入射面２０より片側導光部材２Ａ内に入射した光の全てを反射せず、一部を反射するような角度に設定される。

そして、片側導光部材２Ａの対向面２１には、光散乱処理がなされている。この光散乱処理は、光拡散性顔料を成分に含むインク（例えば白色インク）により対向面２１に、光拡散パターン２４を印刷する処理であり、このような光散乱処理がなされた対向面２１が、光反射面２３で反射された光を散乱して光出射面２２より出射させる光散乱手段を構成している。

本実施形態における光拡散パターン２４は、実施形態１のように、対向面２１のほぼ全面を白色インクで塗装してなるものではなく、例えば、発光素子１の発光層１２から離間するほど対向面２１に塗布される白色インクの面積が増加するものである。光拡散パターン２４としては、図２に示す例のほかに、円形状のドットの密度が発光素子１の発光層１２から離間するほど増加するようなものも採用できる。要は、光拡散パターン２４は、隣り合う発光素子１の発光層１２から離間するほど光をより散乱するようなものであればよい。なお、このよな光拡散パターン２４は実施形態１にも採用できる。

以上述べた一対の片側導光部材２Ａを一方の側面２５同士を対向させた形に配置することによって、隣り合う発光素子１の発光層１２の端部それぞれと厚み方向で重なる形に配置された光入射面２０と、隣り合う発光素子１の発光層１２間の部位との対向面２１とは反対側に設けられた光出射面２２と、光入射面２０より入射された光の一部を光出射面２２側に反射する光反射面２３と、光反射面２３で反射された光を散乱して光出射面２２より出射させる光散乱手段２４とを備えた導光部材２が構成される。

そして、この導光部材２では、光散乱手段が隣り合う発光素子１の発光層１２から離間するほど光を散乱するようになっているので、光出射面２２における均斉度の向上が図れるから、隣り合う発光素子１間の部位における中央部が他の部位よりも暗くなってしまうこと（発光層１２から離間するほど暗くなってしまうこと）を抑制できる。

したがって、本実施形態の面状発光装置Ｌによれば、実施形態１と同様の効果を奏する上に、さらなる均斉度の向上が図れる。なお、本実施形態における導光部材２は、必ずしも一対の片側導光部材２Ａにより構成する必要はなく、実施形態１と同様に単一部材としてもよいが、導光部材２を一対の片側導光部材２Ａにより構成することで、発光素子１を所定配列で並べなくても導光部材２を発光素子１に設けることができるから、面状発光装置Ｌの組み立て作業が容易になる。

実施形態１の面状発光装置の概略断面図である。実施形態２の面状発光装置の概略断面図である。従来の発光素子の概略断面図である。従来の面状発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１発光素子
２導光部材
１０ａ発光面
１２発光層
２０光入射面
２１対向面
２２光出射面
２３光反射面
Ｌ面状発光装置

Claims

複数の発光素子をそれぞれの発光面が同一平面上に位置する形に配列してなる面状発光装置であって、
発光素子は、支持基板と、支持基板の一表面側に当該一表面の一部と厚み方向で重なる形に形成された有機材料からなる発光層とを備えた有機エレクトロルミネッセンス素子からなり、
発光素子における発光面側には、隣り合う発光素子の発光層間に跨がる形で導光部材が配置され、
導光部材は、隣り合う発光素子の発光層の端部それぞれと厚み方向で重なる形に配置された光入射面と、当該隣り合う発光素子の発光層間の部位との対向面とは反対側に設けられた光出射面と、光入射面より入射された光の一部を光出射面側に反射する光反射面と、光反射面で反射された光を散乱して光出射面より出射させる光散乱手段とを備え、上記導光部材は、発光素子の発光面から離間するほど狭幅となる台形状に形成され、斜面が上記光反射面を構成し、上記光散乱手段は、光散乱処理が施された上記対向面からなることを特徴とする面状発光装置。
上記光散乱手段は、光散乱処理が施された上記光出射面および上記対向面の両方からなることを特徴とする請求項１記載の面状発光装置。
上記光散乱処理は、表面粗面化処理、光拡散性顔料を成分に含むインクにより所定の光拡散パターンを印刷する処理、光を拡散する複数の凹部を形成する微細加工処理、および微小突起を形成する処理のいずれかであることを特徴とする請求項２記載の面状発光装置。
上記光散乱手段は、隣り合う発光素子の発光層から離間するほど光を散乱することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の面状発光装置。