JP2003197364A

JP2003197364A - 発光効率の高いｅｌ発光装置

Info

Publication number: JP2003197364A
Application number: JP2001396493A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Ishii; 三男石井; Takumi Kosugi; 巧小杉; Shuzo Ohara; 柊三大原; Taizo Yasumoto; 泰三安本
Original assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Current assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】出射効率を高め、表示画像を鮮明にするＥＬ
発光装置を提供する。【解決手段】ＥＬ発光装置の光の出射面に、レンズ機
能を有する立体模様を多数配列したレンズアレイを形成
した合成樹脂の層を該レンズアレイを光の出射側にして
光学的に一体化したことを特徴とするＥＬ発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はテレビ、パソコン、
携帯情報端末、携帯電話などの表示装置に好適なフラッ
トパネルディスプレイに利用されるＥＬ発光装置に関
し、特に液晶表示装置のバックライトに好適に利用され
るＥＬ表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器、特に携帯情報機器の高
性能化や軽量化の要望に従って、これらの機器には液晶
表示装置が多用されている。液晶表示装置は、軽量化、
薄型化、省電力化の特徴から、情報機器、携帯情報機器
の最適ディスプレイのため、美しい映像を出すには、バ
ックライト又はフロントライトが不可欠であり、省電力
化のブレーキになっていた。そこで、省電力化を実現さ
せながら、高輝度化、高精彩化を実現させるために、各
種の光学フィルム等を用いてバックライト又はフロント
ライトからの光の有効活用が検討されてきたが、尚一層
の薄型化、小型化、省電力化が求められている。

【０００３】一方、ＥＬ発光装置は近年急速に発展し、
特に有機ＥＬは実用化の域に達してきた。そして、その
大きな特徴として、液晶表示装置と同程度の低電界で動
作できること、自発光型表示装置の動画に適するため、
高速応答性や画像の鮮明さに優れていると共に、光への
エネルギー変換効率の高いことが期待されている。ま
た、表示装置としては、液晶表示装置とは異なって偏光
した光を取り扱う必要がなく、偏光膜による光の吸収を
考えなくてよいこと、及び液晶は開口率が存在すること
により光の遮断による効率の低下が起こるのに対し、Ｅ
Ｌ表示装置は必要な発光部のみ発光し得ることにより、
表示装置の省電力化が期待されている。

【０００４】更に、ＥＬ発光装置は面光源として得やす
いために、液晶表示装置のバックライトとして利用する
試みがある。この場合の利点として、ＥＬ発光装置が液
晶表示装置よりも光の利用効率が向上することと、従来
のＬＥＤや冷陰極管のような点光源や線光源からの均一
な面光源へ展開するための部材が不要である点が期待さ
れている。しかし、ＥＬ発光装置は自発光装置であるた
め消費電力は大きくなりやすく、従って、消費電力の低
減は課題である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＥＬ発光装置の消費電
力を低減するために発光効率の向上は重要な課題である
が、もう一つの側面である出射効率の向上を図ることも
重要である。ＥＬ発光装置は基板上に電極とともに薄膜
形成された構造からなる。光の出射は、基板側に出射す
る方式とその反対側に出射する方式とがある。基板側に
出射する方式では発光体は透明基板上に形成され、その
反対側に出射する方式では発光体は出射側に透明板によ
って保護一体化される。従って、発光場所は出射透明板
の近傍乃至は出射透明板そのものが発光源となる。発光
した光は出射透明板に対して垂直に近い方向の光線はほ
ぼそのまま出射されるが、それ以外の方向の光線は出射
透明板と外界の空気との界面で屈折して方向を転じて出
射するか、更に空気との界面で臨界角以上の角度の光線
は出射透明板内に閉じ込められて出射できず、その結
果、出射率が低下してしまう。本発明は、この出射率を
向上させて課題を解決せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１は、ＥＬ発光装置の出射面に、レ
ンズ機能を有する立体模様を多数配列したレンズアレイ
を形成した合成樹脂の層を該レンズアレイを出射側にし
て光学的に一体化したことを特徴とするＥＬ発光装置を
内容とする。

【０００７】本発明の請求項２は、レンズ機能を有する
立体模様が、実質的に三角柱からなるプリズム形状で頂
稜の方向が互いにほぼ平行になるように配列した立体模
様、又は断面が正弦曲線の波形の柱状体でその長さ方向
が互いにほぼ平行になるように配列した立体模様、又は
断面が半円形の柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行
になるように配列した立体模様、又はピラミッド状もし
くは半球状の凸状の単位を配備した立体模様である請求
項１記載のＥＬ発光装置を内容とする。

【０００８】本発明の請求項３は、ＸＹマトリックス表
示を有するＥＬ発光装置の光の出射面に、レンズ機能を
有する立体模様を単位のレンズの機能が規則的な周期で
多数配列したレンズアレイであり該周期が該ＥＬ発光装
置の単位画素の周期方向に対して１／３以下の周期で形
成された合成樹脂の層を該レンズアレイを出射側にして
光学的に一体化したことを特徴とするＥＬ発光装置を内
容とする。

【０００９】本発明の請求項４は、ＸＹマトリックス表
示の単位画素がＲＧＢ三原色を有する請求項３記載のＥ
Ｌ発光装置を内容とする。

【００１０】本発明の請求項５は、レンズ機能を有する
立体模様が、実質的に三角柱からなるプリズム形状で頂
稜の方向が互いにほぼ平行になるように配列した立体模
様、又は断面が正弦曲線の波形の柱状体でその長さ方向
が互いにほぼ平行になるように配列した立体模様、又は
断面が半円形の柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行
になるように配列した立体模様、又はピラミッド状もし
くは半球状の凸状の単位を配備した立体模様である請求
項３又は４記載のＥＬ発光装置を内容とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】ＥＬ発光装置は発光層の種類によ
り若干構造が異なるが、通常、透明ガラス基板上のＩＴ
Ｏ透明電極の上に薄膜の発光層が設けられ、その上に背
面の金属電極が設けられる。一般に、発光層で発光した
光は、透明ガラス基板を通して出射する。一方、発光層
を形成した基板と反対側へ出射する方式も発表されてい
る（ソニー：２００１．２．７発表）。ＥＬ発光装置
は、発光層の種類により、無機ＥＬと有機ＥＬに分けら
れる。無機ＥＬは、図１に示すような分散型と、図２に
示すような薄膜型とに分類される。前者は、ＩＴＯをコ
ートした基板に無機蛍光体粒子をバインダーポリマー中
に分散した発光層を２０〜１００μｍの厚さで形成して
ある。発光層はスクリーン印刷、吹き付け、塗布によっ
て成膜できる。背面電極はアルミ箔の接着、導電ペース
トの塗布、アルミニウムの蒸着により形成される。後者
の薄膜型は、発光層が２枚の誘電体層で挟まれた構造か
らなり、これらの層は真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤなど
の方法によって形成される。

【００１２】一般に、有機ＥＬの場合は、ガラス基板が
用いられ、基板上の電極は、真空蒸着あるいはスパッタ
によって作製されたＩＴＯが使用され、有機層は低分子
化合物の場合は真空加熱蒸着、高分子の場合はデップコ
ート又はスピンコート及びインクジェット印刷法により
形成される。背面電極はマグネシウム・銀とかリチウム
・アルミニウムなどの金属を蒸着して形成される。有機
層は、図３に示す如く、ホール輸送層と電子輸送層の２
層に、また図４に示す如く、発光層を更に設けた３層以
上の多層から成り立っている。そして、発光層がどの層
で起こるかによって、それぞれ（ａ）、（ｂ）に示す如
く２種類が考えられる。いずれにしても、全体の層の厚
さは１０００〜２０００Åと極めて薄く、透明基板上で
発光する。

【００１３】ＥＬ発光装置の透明基板は通常ガラス基板
が使用されることが多いが、合成樹脂基板も使用され
る。この場合、発光装置の信頼性や耐久性を保持するた
めに湿気や酸素の遮断性が重要であり、合成樹脂基板の
場合、特に湿気、酸素の遮断性に配慮がなされる。

【００１４】ＥＬ発光装置は透明基板の出射側裏面側で
表面に極めて近い近傍で発光するので、出射しやすいよ
うに出射面に凹凸構造を設けることがある。この場合
は、出射光が散乱光となるので、光のロスが生じやす
く、表示装置の出射面を凹凸構造とすると文字や画像が
ぼける難点が生ずる。従って、出射光を散乱することな
く規則正しく出射させる必要がある。

【００１５】ＥＬ発光装置の出射面と光学的に一体化す
るレンズ機能を有する立体模様を多数配列したレンズア
レイを形成した合成樹脂層（以下、プリズムフィルムと
記す）の立体模様には、実質的に三角柱からなるプリズ
ム形状で頂稜の方向が互いにほぼ平行になるように配列
した立体模様、又は断面が正弦曲線の波形の柱状体でそ
の長さ方向が互いにほぼ平行になるように配列した立体
模様、又は断面が半円形の柱状体でその長さ方向が互い
にほぼ平行になるように配列した立体模様、又はピラミ
ッド状もしくは半球状の凸状の単位を連続配備した立体
模様等が挙げられる。

【００１６】プリズム形状の三角柱の形は断面が三角形
であり、該三角形の形状は等辺、不等辺のどちらでもよ
いが、ＥＬ発光層面に対し垂直な方向に出射光を導く時
には等辺三角形、特に二等辺三角形を出射方向に一体化
するのが好ましい。三角形の頂角は幅広く選び得るが、
６０〜１５０°が好ましい。６０°未満では出射方向が
大きく分かれ過ぎ、一方、１５０°を越えると所望の出
射方向に向かわせる効果が少ない。そして、頂稜の方向
がほぼ平行していると同時に三角柱の斜面が隣接の三角
柱の斜面と交線を共通し合うように連なったレンズアレ
イが好ましい。更に、このプリズム形状は頂部及び／又
は谷部が曲率を持ったレンズアレイでもよく、頂部と谷
部がともに曲率を有する断面である正弦曲線様の波形の
柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行になるように配
列した立体模様でもよい。更に、断面が半円形又は円の
一部の弧状の柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行に
なるように配列した立体模様も利用できる。また、ピラ
ミッド状や半球状の凸状の単位を平面に連続して配備し
たレンズアレイも好ましい。

【００１７】プリズムフィルムは、透明な合成樹脂によ
って得られる。透明な合成樹脂としては、例えば、アク
リル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリカーボ
ネート、ポリエステル等が挙げられる。成形方法は合成
樹脂の各種の成形方法が採用できる。射出成形や圧縮成
形では、レンズアレイの立体模様の原版を精密フライス
盤等で製作し、その原版よりスタンパーを電鋳法により
作成（特開平６−２６５７０）して金型として製造され
る。押出成形では、例えば、特許第２９２５０６９号に
記載されているように、立体模様を有する離型性シート
を用いて透明な合成樹脂を溶融押出して、離型シートの
立体模様を溶融樹脂層に転写することにより精密な立体
模様を製造する方法等がある。

【００１８】更に、透明な硬化性の合成樹脂を用いて製
造する方法も知られている。この場合は、型内に液状の
硬化性合成樹脂を注入又は塗工した後、熱又は紫外線や
電子線等の活性放射線によって固化して製造される。こ
の時、他の透明基材とともに固化させて得られる複層の
レンズアレイの合成樹脂シートやフィルム等も用いるこ
とができる。

【００１９】プリズムフィルムのレンズアレイの他の面
は、実質的に平面である。しかし、ＥＬ発光層を形成し
た透明基板との接合面の剥離強度や接着強度の向上等の
ために、レンズアレイの他の面を微細な凹凸構造を採用
した平面としてもよい。

【００２０】プリズムフィルムは、そのレンズアレイを
出射側に向けて、ＥＬ発光装置の出射面に光学的に一体
化される。光学的な一体化は、透明な接着剤や粘着剤を
用いて、ＥＬ発光層を形成した透明基板の発光面とプリ
ズムフィルムのレンズアレイの裏面の平面との間の空気
層を完全に排除して行うことが必須である。このために
は、光学用の接着剤や粘着剤を一体化するどちらかの一
面に塗布して他の面と貼合させる。この場合、離型紙上
に用意された両面の接着剤や粘着剤を一面に貼合した上
で離型紙を除き、他の面と貼合する方法も好適に用いら
れる。また、一体化した製品をオートクレーブ中で加圧
して一体化を確実にするとともに空気の排除を完全に行
う方法も好適である。

【００２１】一体化に使用される接着剤や粘着剤は、光
学用で透明度の高いものが好ましく、この屈折率は通常
の高分子材料であれば使用可能である。最も好ましい接
着剤や粘着剤の屈折率は、ＥＬ発光層を形成した透明基
板の屈折率と同等かまたはより高く、且つレンズアレイ
を構成する材料の屈折率より低い場合である。これは接
合面の光のロスと反射によるロスを最小にするためであ
る。

【００２２】プリズムフィルムをそのレンズアレイを光
の出射側にして、接着剤や粘着剤でＥＬ発光装置の光の
出射面に一体化した場合の光線の経路を実例もって示
す。まず、ＥＬ発光装置の光の出射面にプリズムフィル
ムを設けない場合の出射光の様子を図５に基づいて説明
する。即ち、ＥＬ発光層１はガラス基板３の裏面にＩＴ
Ｏ電極２を介して形成させ、発光面を成している発光装
置の出射光の様子について説明すると、ＩＴＯ電極２を
出た光は発光面に垂直な方向を基準として、発光面に垂
直な光線は直進することができるが、出射角３０°の
光線は出射面界面で屈折して４８．５°の方向へ進
み、出射角４１．８°の光線はガラス基板３の臨界角
（ガラスの屈折率１．５０、臨界角４１．８°）に達し
出射面に平行な方向になり出射できず、これより大きな
出射角４５°の光線はガラス基板内にとじ込められ
る。

【００２３】次に、プリズムフィルムをＥＬ発光装置の
光の出射面に光学的に一体化した、本発明の場合の出射
光の様子を図６に基づいて説明する。即ち、前記と同一
のＥＬ発光装置の光の出射面、即ち、ガラス基板３の表
面に、屈折率１．５８のポリカーボネートからなり、断
面の形状が頂角９０°で底角４５°の直角二等辺三角形
である立体模様をその単位が５０μｍの周期で配列した
レンズアレイを形成した、厚さ２００μｍのプリズムフ
ィルム８が貼合されている。この貼合には、屈折率１．
５１で厚さ２５μｍの両面粘着テープ（ポラテクノ社製
製品名Ｐｏｌ−Ａ）が用いられている。この場合の光の
出射の様子は、発光面に垂直な光線は、プリズムフィ
ルム８の出射面で反射して発光面に戻るが、発光層の背
面電極（図示せず）で反射されて回収される。出射角３
０°の光線は、発光層ガラス基板３と粘着層７の界面
では殆ど屈折を起こさず、粘着層７とプリズムフィルム
８の界面で屈折し２８．３°に転じた後、プリズムフィ
ルム８の出射面で垂直方向に対して１８．９°の方向へ
と垂直化する。前記ＥＬ発光層を形成したガラス基板３
内では臨界角であった４１．８°の光線は、前記光線
と同様、粘着層とプリズムフィルム８の界面で３９．
６°に屈折しプリズムフィルム８の出射面で屈折して垂
直方向に対して３６．６°の方向に出射する。前記出射
角４５°のガラス基板内にとじ込められた光線は、粘
着層７とプリズムフィルム８の界面で４２．５°に屈折
し、プリズムフィルム８の出射面で垂直方向に対して４
１．２°の方向に出射する。

【００２４】以上の様に、ＥＬ発光装置の光の出射面
に、二等辺三角形のレンズアレイを形成したプリズムフ
ィルムを光学的に一体化することにより、ＥＬ発光装置
の透明基板にとじ込められる方向の光を含む、大多数の
方向の光を垂直方向に集めることができる。不等辺三角
形では不等辺の急斜面の側に偏った方向に、波形や半円
形の場合にはほぼ二等辺三角形と類似の方向に、またピ
ラミッドや半球状の立体模様では発光面と縦、横方向と
もに光を垂直方向又は特定の方向に集め、出射率を向上
させることができる。

【００２５】ＥＬ発光装置の用途は多々あるが、大きく
は面光源として利用される場合と、文字や画像を表示で
きる表示装置とに分けられる。前者は特に均一な面発光
することができる面光源として、液晶表示装置のバック
ライトとして有用である。後者はＸＹマトリックスに区
分された画素を有し、画素の点滅により文字や画像が表
示される。そして、カラー表示の場合にはこの画素に三
原色のＲＧＢが発色する構造を有している。この画素の
出射する光が散乱したり、各画素間で出射する方向が乱
れると像として鮮明にならない。この一画素に対応して
決められた一レンズの機能が設けられ、各画素ともに繰
り返される場合には光の出射方向に乱れが生じないので
文字画像して鮮明になる。しかし、ＥＬ発光装置の画素
と、合成樹脂のレンズ機能を有する立体模様を多数配列
した個別のレンズアレイとを完全に合致させるように位
置を合わせることは困難である。

【００２６】画素の単位の出射の方向の乱れを実質的に
なくして画像の鮮明さを向上させるには、レンズ機能が
ＥＬ表示面の各所で同一であること、及び位置合わせの
誤差が無視できるようにレンズ機能の単位が画素の単位
より十分小さくすればよいことが本発明者らにより見い
出された。このためには同一形状の立体模様を同一の周
期で精度よく作り出すことができればよい。そして、実
用的にはレンズ機能の単位が画素単位の１／３の周期よ
り小さくすればよいことがわかった。実用的には、ＥＬ
表示装置の画素の単位は２００〜３００μｍの範囲にあ
るので、レンズ機能を有する立体模様の周期は７０μｍ
以下の単位であればよい。

【００２７】一体化の方法はＸＹマトリックス構造のな
いＥＬ発光装置と同じであるが、稜や軸を持つ三角柱、
波形、半円形のレンズアレイの貼合の方向は、出射光線
を集めたい方向に稜又は軸（長さ方向）を平行になるよ
うに一体化するとよい。この場合、ＥＬ発光装置の画素
構造とレンズアレイの周期性とによって干渉縞が発生し
やすいが、これを避けるためにレンズアレイの稜又は軸
をＥＬ発光装置の画素構造の格子縞の軸方向とずらして
一体化するとよい。このずらせる程度は、３°以上であ
る場合に好適な結果が得られる。この場合も、レンズア
レイの周期は、レンズアレイ周期方向に対して同じ方向
の単位画素の１／３以下であることが好ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるＥ
Ｌ発光装置によれば、下記の如き作用効果が得られる。（１）ＥＬ発光装置の出射側の透明基板にとじ込められ
た光を出射側に導き出して光の出射効率を向上させ、表
示面を明るく且つ省電力化できる。（２）ＥＬ発光装置の出射側の透明基板にとじ込められ
た光の減少は、迷い光を減少させ、コントラトラトを高
め表示画像を鮮明にすることができる。（３）レンズアレイを選ぶことによって所望の方向に光
を導くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分散型無機ＥＬの基本構造である。

【図２】薄膜型無機ＥＬの基本構造である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は二層型有機ＥＬの基本構造と
発光層を示す図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は三層型有機ＥＬの基本構造と
発光層を示す図である。

【図５】ＥＬ発光層とガラス基板内の光の光路及び出射
状況を示す図である。

【図６】ＥＬ発光装置のガラス基板の光の出射側にレン
ズアレイフィルムを光学的に一体化した時の、光の光路
及び出射状況を示す図である。

【符号の説明】

１発光層１．１電子輸送層１．２ホール輸送層２ＩＴＯ電極３ガラス基板４誘電体層５背面電極６キャリアブロック層７粘着層８プリズムフィルムＥＬ発光面に対して垂直出射光ＥＬ発光面に対して垂直方向より３０°の出射光ＥＬ発光面に対して垂直方向より４１．８°の出射
光ＥＬ発光面に対して垂直方向より４５°の出射光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大原柊三大阪府大阪市住之江区安立４丁目13番18号五洋紙工株式会社内 (72)発明者安本泰三大阪府大阪市住之江区安立４丁目13番18号五洋紙工株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB17 BB06 DA04 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＥＬ発光装置の光の出射面に、レンズ機
能を有する立体模様を多数配列したレンズアレイを形成
した合成樹脂の層を該レンズアレイを光の出射側にして
光学的に一体化したことを特徴とするＥＬ発光装置。
【請求項２】レンズ機能を有する立体模様が、実質的
に三角柱からなるプリズム形状で頂稜の方向が互いにほ
ぼ平行になるように配列した立体模様、又は断面が正弦
曲線の波形の柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行に
なるように配列した立体模様、又は断面が半円形の柱状
体でその長さ方向が互いにほぼ平行になるように配列し
た立体模様、又はピラミッド状もしくは半球状の凸状の
単位を配備した立体模様である請求項１記載のＥＬ発光
装置。
【請求項３】ＸＹマトリックス表示を有するＥＬ発光
装置の光の出射面に、レンズ機能を有する立体模様を単
位のレンズの機能が規則的な周期で多数配列したレンズ
アレイであり該周期が該ＥＬ発光装置の単位画素の周期
方向に対して１／３以下の周期で形成された合成樹脂の
層を該レンズアレイを光の出射側にして光学的に一体化
したことを特徴とするＥＬ発光装置。
【請求項４】ＸＹマトリックス表示の単位画素がＲＧ
Ｂ三原色を有する請求項３記載のＥＬ発光装置。
【請求項５】レンズ機能を有する立体模様が、実質的
に三角柱からなるプリズム形状で頂稜の方向が互いにほ
ぼ平行になるように配列した立体模様、又は断面が正弦
曲線の波形の柱状体でその長さ方向が互いにほぼ平行に
なるように配列した立体模様、又は断面が半円形の柱状
体でその長さ方向が互いにほぼ平行になるように配列し
た立体模様、又はピラミッド状もしくは半球状の凸状の
単位を配備した立体模様である請求項３又は４記載のＥ
Ｌ発光装置。