JP2005142002A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】補助電極を用いることなく輝度ムラを抑えることができる照明装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板12と、当該透明基板12上に設けられた面状発光素子4とを有し、前記透明基板12側から光を出射する面状発光装置3であって、前記面状発光素子4は、少なくとも一部の光を透過する第1電極14と、少なくとも発光層を有する薄膜層15と、第2電極16とからなり、
前記透明基板12には、接続端子部から遠くなるにしたがって、光散乱手段13が密になるよう設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、照明装置及び表示装置に係り、詳しくは有機EL素子を備えた照明装置及び表示装置に関する。
有機電界発光素子をはじめ、発光素子と透明電極を使用した表示装置には透明電極としてITO(インジウム錫酸化物)やZnO(酸化亜鉛)等が主に用いられている。
しかし、前記透明電極は導電率が十分高くないため、接続端子から近い部分と遠い部分で電気抵抗値の差が大きくなり、電流値についても差が大きくなる。従って、有機電界発光素子の発光輝度は、その電流値に影響されるため、発光輝度にムラが発生する。
このため、輝度ムラを制御する方法として、特開2002−156633号公報には、透明電極上に補助電極を設けた液晶表示装置が提案されている。
特開2002−156633号公開
しかしながら、この液晶表示装置では、補助電極は非透過性材料のため、液晶の画素に合わせて補助電極を配設しなければならないという制約があり、十分に輝度ムラを抑制することができない。また、液晶の画素に合わせて補助電極を正確に配置するには、高い技術力が必要となるため、歩留まりが低くなってしまうという問題もある。
本発明は、補助電極を用いることなく輝度ムラを制御することができる表示装置を提供するものである。
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、透明基板と、当該透明基板上に設けられた面状発光素子と、接続端子部とを有し、前記透明基板側から光を出射する面状発光装置であって、前記面状発光素子は、光を透過する第1電極と、発光層を有する薄膜層と、第2電極とからなり、前記透明基板には、前記接続端子部から遠くなるに従って、光散乱手段が密になるよう設けられている。
この発明では、透明基板に、接続端子部から遠くなるにしたがって、光散乱手段が密になるように設けられているので、端子部から近い部分では、臨界角以上の角度で透明基板に入射した光の多くは、透明基板の光出射面で全反射され、透明基板を導波する。一方、端子部から遠い部分では、臨界角以上の角度で透明基板に入射した光の多くは、光散乱手段に入射し、光出射面に対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される(散乱)ため、透明基板の光出射面から出射する。
なお、臨界角以下の角度で透明基板に入射した光のうち、光散乱手段に入射した光の一部は、その方向が臨界角以上の角度に変化し、光出射面で全反射するものもある。しかし、このような光も、透明基板の端面や光入射面、光出射面で反射しながら透明基板内を導波する際や、有機電界発光素子に再突入した後、再び透明基板に入射し、透明基板内を導波する際に、再度光散乱手段に入射するため、その方向を臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。従って、光出射面から出射する。
従って、接続端子に近い部分では、発光輝度は高いが、接続端子に遠い部分に比べ光散乱手段が少ないため、接続端子に遠い部分と比べ光取出効率が悪く、接続端子に遠い部分では、発光輝度は低いが、接続端子に近い部分に比べ光散乱手段が多く設けられているため、接続端子に近い部分と比べ光取出効率がよい。
結果、補助電極を用いることなく輝度ムラを抑えることができる。
ここで、「接続端子に近い」とは、接続端子に至る最短距離が短いことを意味し、「接続端子から遠い」とは、接続端子に至る最短距離が長いことを意味する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記光散乱手段は、前記透明基板中に設けられている。
この発明では、請求項1の効果と同等の効果を得ることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記光散乱手段は、前記透明基板の光出射面に設けられた凹部または凸部である。
この発明では、光出射面に設けられた凹部または凸部によって光取出効率を変化させることができ、補助電極を用いることなく輝度ムラを抑えることができる。なお、透明基板に光散乱手段を設ける時期は、透明基板上に有機電界発光素子を形成する前であっても、後であってもよい。従って、有機電界発光素子の形成後に光散乱手段を設ければ、照明装置や有機電界発光素子の発光特性や光取出特性などに合わせて光散乱手段の形状を設計したり、光散乱手段を設ける位置を設定することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記面状発光素子は、有機電界発光素子である。
請求項5に記載の発明は、透過型または半透過型の画像表示パネルと、バックライトとしての照明装置とからなる表示装置であって、前記照明装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の照明装置である。
この発明では、従来構成の有機電界発光素子を使用した表示装置に比較して、輝度ムラを抑えることができる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記画像表示パネルは、液晶表示パネルである。
本発明によれば、補助電極を用いることなく、輝度ムラを抑えることができる。
以下、本発明をパッシブマトリックス方式の透過型液晶表示装置のバックライトとして具体化した実施の形態を、図1〜図4に従って説明する。
図1に示すように、表示装置としての透過型液晶表示装置1は、透過型の画像表示パネルとしての液晶パネル2、照明装置としての有機電界発光装置3とからなる。
パッシブマトリクス方式の液晶パネル2は公知のものであり、第一透明基板5、第二透明基板6及び、これら第一透明基板5、第二透明基板6間に保持された液晶層9を備えている。
第一透明基板5、第二透明基板6の外側表面には、偏光板11が配置されている。
第一透明基板5の液晶層9と接する側には、ストライプ状のカラーフィルタ10が複数本平行に形成され、さらにカラーフィルタ10と同様かつ平行に、ITO電極7が形成されている。
第二透明基板6の液晶層9と接する側には、ストライプ状のカラーフィルタ10及びITO電極7と直行する方向に延在するストライプ状の対向電極8が複数本平行に形成されている。
そして、ITO電極7と対向電極8との間に液晶9が配設され、第一透明基板5、第二透明基板6との間隔を一定に保った状態で、図示しないシール材によって貼り合わされている。よってITO電極7と対向電極8とは液晶9を挟んで、その交差部分において画素を構成し、その画素はマトリクス状に配置されている。
図3に示すように、有機電界発光装置3は、透明基板12と面状発光素子としての有機電界発光素子4と、接続端子部100とからなる。
透明基板12は、少なくとも可視光の一部または全部を透過する基板であって、後述する光散乱手段13を形成可能な部材であればどのような部材でもよく、例えば、ガラス製の基板、透明な樹脂製の基板、樹脂製で透明なフレキシブル基板などを採用できる。本実施の形態では、ガラス製の基板を用いる。
図2に示すように透明基板12は、光出射面17と、当該面に対向する光入射面18とを備える。
透明基板12内には、図3(c)、(d)に示すように光を散乱させる光散乱手段13が、陰極の接続端子部104、陽極の接続端子部106に近い部分(図の左側部分)は粗に、陰極の接続端子部104、陽極の接続端子部106に遠い部分(図の右側部分)は密になるように設けられている。つまり、接続端子100から遠くなるにしたがって、光散乱手段13が密になるように設けられている。
ここで、本発明における散乱とは反射又は屈折を意味する。
光散乱手段13は、光散乱手段13に入射する光の進路を変更させることができれば、どのような形状でもよい。本実施の形態では、ガラス基板12内に、ガラスと屈折率の異なる球状の樹脂製ビーズが設けられている。
有機電界発光素子4は、第1電極14、薄膜層としての有機薄膜層15、第2電極16が透明基板12側から順に積層されて形成されている。
第1電極14は、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものを好適に用いることができる。このような電極物質の具体例としてはAuなどの金属、CuI、ITO、SnO、ZnOなどの導電性を有した透明材料または半透明材料を挙げることができる。この電極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリングなどの方法により、薄膜を形成させることにより作製することができる。
有機薄膜層15は、発光層のみの単層、または正孔注入層、正孔輸送層、正孔注入輸層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、電子阻止層の一層以上と発光層とが積層された多層のいずれであってもよい。
この実施の形態における有機薄膜層15は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が積層された多層であり、有機薄膜層15の中の発光層で白色の光が発せられるよう赤色発光層、緑色発光層、青色発光層が積層されている。
第2電極16は、仕事関数の小さい金属(4eV以下)、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものを用いることができる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウムーカリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、Al/(Al)、インジウム、希土類金属などをあげることができる。該第2電極16は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリングなどの方法により、薄膜を形成させることにより作製することができる。
なお、図示しないが、有機電界発光素子4は、窒化ケイ素SiNxで形成された保護膜で被覆されている。
図4(a)は透明基板12上に形成された第1電極14、第1電極の接続端子104及び第2電極16の接続端子106aの配置を示す模式図である。第1電極14、接続端子104及び接続端子106aは、透明基板12上に形成された第1電極の一部を除去するようにパターニングすることにより形成されている。図4(a)に示すように、網掛けで示した部分の接続端子104は、第1電極14と連続するように形成され、接続端子106aは接続端子104と切り離されて形成されている。
図4(b)は第2電極16、接続端子106bの配置を示す模式図である。第2電極16は、第1電極14と第2電極16との短絡を防止するため、有機薄膜層15の面積より小さく形成されている。
第2電極16は、第1電極14と同じ材料で形成された接続端子106aと、接続端子106bとが、対応するように形成される。従って、接続端子106aと106bとが重なった部分が第2電極の接続端子106となる。
次に、上記のように構成された透過型液晶表示装置1の作用を図2に従って説明する。
有機電界発光素子4の電極間に電圧を印加すると、有機薄膜層15の中の発光層で白色の光が発せられる。発せられた光のほとんどは透明基板12に向かって出射される。
第1の実施の形態における有機電界発光素子4の発光層は平面状に形成されている。つまり面状発光素子は、微小な発光領域が平面状に多数配置されて形成された集合体と等価であるとみなすことができる。そのため、各微小な発光領域から発せられる光は、この微小な発光領域を中心として放射状に発せられるため、透明基板12の光入射面18に対して様々な方向に光が入射される。 このような有機電界発光素子4を用いた有機電界発光装置3の透明基板12に、光散乱手段13が存在しない場合、透明基板12の内部に入射した光のうち、ガラスの屈折率と空気の屈折率とで決定される臨界角以上の角度で透明基板12に入射し、光出射面17に到達した光は、光出射面17において全反射するため出射されない。この光は、透明基板12の端面や光入射面18、光出射面17で反射したり、有機電界発光素子4に再突入したりしても、再度光出射面17に入射する際の角度は、最初の角度と変わらない。したがって、透明基板12の側面17から出射されたり、光出射面17や光入射面18などで反射を繰り返すだけで外部へ取り出されることがないため、透明基板12内部や有機電界発光素子4内部で減衰してしまう。
このような有機電界発光素子4を用いた有機電界発光装置3の透明基板12の内部に、上述のような光散乱手段13を設けた場合の光路を説明する。
図2に示すように、発光層で発せられた光は、透明基板12に入射する。透明基板12の内部に入射した光のうち、ガラスの屈折率と空気の屈折率とで決定される臨界角以上の角度で透明基板12に入射し、光散乱手段に入射せずに、光出射面に到達した光は、透明基板12と空気との界面(光出射面17)で全反射し、その多くは、透明基板12内を導波する。
この透明基板12内を導波する光の内、光散乱手段13aに入射した光(図2中のAで示される光)は、散乱され、光出射面17に対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。そして、光出射面17から液晶パネル2に向かって出射される。
ガラスの屈折率と空気の屈折率とで決定される臨界角以上の角度で透明基板12に入射した光の内、光散乱手段13dに入射した光(図2中のCで示される光)は、散乱され、光出射面17に対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。そして、光出射面17から液晶パネル2に向かって出射される。
ここで、図3に示すように、本実施の形態に係る有機電界発光装置4は、接続端子部100から遠くなるにしたがって、光散乱手段13が密になるよう設けられている。つまり、接続端子部100に近い部分では、臨界角以上の角度で透明基板12に入射した光の多くは、透明基板12の光出射面17で全反射され、透明基板12を導波する。一方、接続端子部100から遠い部分では、臨界角以上の角度で透明基板12に入射した光の多くは、光散乱手段13に入射し、光出射面17に対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される(散乱)ため、透明基板12の光出射面17から出射する。
なお、臨界角以下の角度で透明基板12に入射した光のうち、光散乱手段13bに入射した光の一部は、その方向が臨界角以上の角度に変化され、光出射面17で全反射するものもある。しかし、このような光(図2中のBで示される光)も、透明基板12の端面や光入射面18、光出射面17で反射しながら透明基板12内を導波する際や、有機電界発光素子4に再突入した後、再び透明基板12に入射し、透明基板12内を導波する際に、再度光散乱手段13cに入射するため、その方向を臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更される。従って、光出射面17から出射する。
このように、本実施の形態に係る有機電界発光装置3は、接続端子部100に近い部分では、発光輝度は高いが、接続端子部100に遠い部分に比べ光散乱手段13が少ないため、接続端子部100に遠い部分と比べ光取出効率が悪く、接続端子に遠い部分では、発光輝度は低いが、接続端子部100に近い部分に比べ光散乱手段13が多く設けられているため、接続端子部100に近い部分と比べ光取出効率がよい。
従って、輝度ムラを抑えることができる。
そして、透明基板12の光出射面17から出射した光は、液晶パネル2の裏面(観測者と反対側の面)から入射し、液晶表示パネル2によってその画素毎に透過、遮断されて、全体として、観察者に文字や画像として視認される。
以上記述したように、実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
(1) 本実施の形態では、透明基板の内部に、端子部から遠くなるに従って、光散乱手段が密になるように設けられている。したがって、接続端子に近い部分では、発光輝度は高いが、光取出効率が悪くなり、接続端子に遠い部分では、発光輝度は低いが、光取出効率がよいため、輝度ムラを抑えることができる。
(2) 本実施の形態では、透明基板の内部に、光散乱部が設けられている。したがって、透明基板に光散乱部が設けられていない場合には臨界角を越え全反射してしまうような方向に進む光も、光散乱部により、光出射面に対する入射角が臨界角より小さな角度となるようにその進路が変更され、透明基板から取り出すことが可能となるため、従来の光散乱手段が設けられていない装置と比較して、同じ電力使用量であれば輝度を高めることができ、同じ輝度であれば電力消費量を少なくできる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態におけるパッシブマトリクス方式の透過型液晶表示装置50の有機電界発光装置53は、図5に示すように、光散乱手段54が、透明基板52の光出射面に設けられた凹部または凸部である。その他は第1の実施の形態と同様な構成である。
この実施の形態では第1の実施の形態の(1)〜(2)と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
(3)この発明では、透明基板に光散乱手段を設ける時期は、透明基板上に有機電界発光素子を形成する前であっても、後であってもよい。従って、有機電界発光素子の形成後に光散乱手段を設ければ、照明装置や有機電界発光素子の発光特性や光取出特性などに合わせて光散乱手段の形状を設計したり、光散乱手段を設ける位置を設定することができる。
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 透明基板12の内部に設けられる光散乱手段13は、球状に限らず、光散乱手段13に入射する光の進路を変更させることができれば、どのような形状でもよい。
○ 透明基板12の内部に設けられる光散乱手段13は、ビーズに限らず、光散乱手段13に入射する光の進路を変更させることができれば、どのようなものでもよい。
例えば、窒素ガスなどの不活性ガスからなる気泡を設けたり、屈折率が周囲と異なるように傷を設けてもよい。この透明基板12内部の傷は、例えば、透明基板12内へレーザー光を照射することにより形成することができる。
〇 透明基板側に配設される第1電極14を陰極とし、第2電極16を陽極としてもよい。この場合、有機薄膜層15の構成もそれに対応して変更する。例えば、第1電極14側から電子注入層、発光層及び正孔注入層の3層あるいは電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層及び正孔注入層の5層とする。
○ 有機電界発光装置はバックライト用に限らず、他の照明装置やディスプレイ装置として使用してもよい。
○ 表示装置用の有機電界発光装置の場合、例えば、有機電界発光装置がパッシブ・マトリックス方式で駆動される表示装置を構成する場合は、第1電極14は透明基板12の表面に複数、平行なストライプ状に形成される。また、有機薄膜層15は図示しない絶縁性の隔壁により隔てられた状態で第1電極14と直交する方向に延びる複数の平行なストライプ状に形成され、第2電極16は有機薄膜層15上に積層形成される。そして、表示装置の画素(ピクセル又はサブピクセル)が第1電極14及び第2電極16の交差部分において透明基板12上にマトリックス状に配置される。
○ 第2電極16の接続端子106の配設位置は、必ずしも第1電極14の接続端子104が配設された透明基板の同じ辺上とする必要はなく、接続端子104が配設された辺に隣接する辺上、対向する辺上としてもよい。
〇 ディスプレイ装置としての有機電界発光装置の場合、透明基板にカラーフィルタが積層された構成のものを使用してもよい。
○ 第2電極16は可視光に対する反射性を有していなくてもよい。しかし、反射性を有する方が有機薄膜層15から第2電極16側に向かった光が第2電極16で反射されて透明基板12側から出射されるため、第2電極16の反射光を利用しない形態に比較して、透明基板12から出射する光量を多くすることができる。従って、有機薄膜層15の発光量を少なくしても必要な光量を得ることができ、消費電力量を低減することができる。
○ 有機薄膜層15は白色発光に限らず、白黒表示用あるいはモノクローム表示用であってもよい。即ち、有機薄膜層15を形成する際、赤、青、緑の発光色素の全てを含む必要はなく、単一色を発光する有機薄膜層15としてもよい。この場合、液晶表示装置1は白黒表示用あるいはモノクローム表示用となる。
○ 液晶パネル2は、パッシブ・マトリックス方式でなくてもよく、アクティブ・マトリックス方式でもよい。また、透過型に限らず半透過型でもよい。
○ 画像表示パネルは、液晶パネルに限らず、光を透過して画像を表示することができればよく、例えばPLZTなどでもよい。
○ バックライト以外の照明装置に適用してもよい。このような照明装置の場合、透明基板12の両側に有機電界発光素子15を形成して両面発光の照明装置としてもよい。また、バックライト以外の照明装置として適用する場合には、透明基板は平板状に限らず、半球状や円筒状あるいは円弧状等の湾曲面であってもよい。
○ 面状発光素子として有機電界発光素子15に代えて、無機電界素子を使用してもよい。この場合、有機電界発光素子15に比較して発光させる際の印加電圧が高くなるが、発光素子から透明基板に入射された光が透明基板の側面から出射されるのを制御して光出射面から出射される光量を増やすことができる。
○ 第1電極20を導電性を有する透明な材質ではなく、極薄い金属層で透明に構成してもよい。極薄いとは50nm以下を意味し、0.5〜20nmの範囲が好ましい。
○ 保護膜の材質は窒化ケイ素に限らず、水分や酸素等のガスの透過率の小さな他の材質、例えば酸化ケイ素SiOxやダイヤモンド・ライク・カーボンを使用してもよい。また、異なる材質の薄膜を積層して保護膜を形成してもよい。
○ 保護膜を酸化ケイ素で構成する代わりに、防湿層で形成してもよい。
○ 第1電極14と第2電極16との間に絶縁層を設けてもよい。この場合、第1電極14と第2電極の短絡を確実に防止することができる。
以下の技術的思想(発明)は前記実施の形態から把握できる。
・ 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の発明において、前記有機EL素
子は白色発光を行うように構成されている。
・ 請求項1〜請求項6及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明
において、前記有機EL層の面積が第2電極の面積より大きく形成されている。
実施の形態の透過型液晶表示装置の斜視図。 第1の実施の形態の透過型液晶表示装置の光路を示す断面模式図。 (a)は実施の形態の有機電界発光素子の模式平面図、(b)は(a)のB−B線における模式断面図、(c)は(a)のC−C線における模式断面図、(d)は(a)のD−D線における模式断面図。 (a)は透明基板上に形成された第1電極、接続端子及び第2電極の接続端子の配置を示す模式図、(b)は第2電極16、接続端子106bの配置を示す模式図。 第2の実施の形態の透過型液晶表示装置の光路を示す断面模式図。
符号の説明
1…透過型液晶表示装置(表示装置)、2…液晶パネル(透過型の画像表示パネル)、3…有機電界発光装置(照明装置)、4…有機電界発光素子(面状発光素子)、12…透明基板、13…光散乱手段、14…第1電極、15…有機薄膜層(薄膜層)、16…第2電極、17…光出射面、18…光入射面。

Claims (6)

  1. 透明基板と、当該透明基板上に設けられた面状発光素子と、接続端子部とを有し、前記透明基板側から光を出射する面状発光装置であって、前記面状発光素子は、光を透過する第1電極と、発光層を有する薄膜層と、第2電極とからなり、前記透明基板には、前記接続端子部から遠くなるにしたがって、光散乱手段が密になるよう設けられていることを特徴とする照明装置。
  2. 前記光散乱手段は、前記透明基板中に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記光散乱手段は、前記透明基板の光出射面に設けられた凹部または凸部であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記面状発光素子は、有機電界発光素子であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 透過型または半透過型の画像表示パネルと、バックライトとしての照明装置とからなる表示装置であって、前記照明装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の照明装置であることを特徴とする表示装置。
  6. 前記画像表示パネルは、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
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