JP5509789B2 - 光学部材及びel表示装置 - Google Patents
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Description
なお、図9では、背面電極101、有機発光層102、透明電極103、ガラス基板104のみを示しているが、実際の素子では、電子輸送層やホール輸送層等のさまざまな薄膜層がいくつも積層されて構成されている。また、ガラス基板104をプラスチック基板にすることでもフレキシブルなEL素子も作製可能であるため、以下では、ガラス基板104を、単に基板104と呼ぶものとする。
請求項1に記載の発明によれば、多層膜光学部材を、屈折率の異なる材料を光取出し面の法線に対し斜めに積層して構成することで、この積層方向に近い角度で入射した光については、略反対方向に向けて反射させて面状発光素子に再度入射させることができ、この再度入射させた光を面状発光素子において反射、散乱させて、一部を光学部材の外側へ取り出し可能な角度に変換することが可能となる。なお、「積層方向」とは、屈折率の異なる材料が接する面の法線方向を指し、換言すれば、屈折率の異なる材料の繰り返し積層される間隔が最小となる方向である。
また、積層方向に対して逆の角度(略直角に近い角度)で入射した光については、先ず、多層膜光学部材内を直進させ、当該多層膜光学部材の外側の空気層との間の界面で反射させて、再度多層膜光学部材内を直進させることができ、そして、ここで反射した光は積層方向に近い角度となるため、多層膜光学部材で略反対方向に向けて反射させることができ、再度、当該多層膜光学部材の外側の空気層との間の界面で反射させ、面状発光素子側に戻すことが可能となる。これにより、面状発光素子において反射、散乱させて、一部を光学部材の外側へ取り出し可能な角度に変換することができる。
この結果、上記のいずれの角度で入射した光も多層膜光学部材により逆方向に変換できることから、多層膜光学部材の無い場合に比べて、多層膜光学部材の無い場合には外部に取り出せない光、すなわち臨界角以上の角度で入射する光の空気層と多層膜光学部材の界面との間での反射の回数、及び、面状発光素子での反射、散乱を繰り返す回数を多くすることが可能となり、光の取出し効率を向上させることができる。
また、屈折率の異なる材料が光取出し面の法線に対し斜めに積層される構造であるため、面状発光素子側から入射する光の反射率に波長選択性を持たせることが可能となる。
つまり、屈折率の異なる材料の厚さを調整することで、特定波長の光を反射させるのに最適な光路長を容易に設定できるため、特定波長に近しい波長の光のみに作用させることができ、これによって、ひいては特定色の色純度を高めることができる。
さらに、屈折率の異なる材料が光取出し面の法線に対し斜めに積層される構造であるため、マイクロレンズやプリズムのような凹凸構造を用いない形状(典型的にはフィルム状等)で光取出し効率を向上させる光学部材を構成することができるため、比較的薄く面状発光素子を嵩張らせない構成にすることができ、耐久性、対汚性の向上とともに、他の光学部材との組み合わせが容易となって、他の部材との取り付け性も向上させることができる。
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の光学部材において、前記単位領域は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3つの領域の組み合わせからなることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学部材において、入射される光を拡散させる拡散光学部材を備えることを特徴とする。
請求項4に記載の発明によれば、多層膜光学部材に拡散光学部材を組み合わせることで、多層膜光学部材によって反射した光に対する反射、拡散の作用を大きくすることができ、より多くの光を取出し可能な角度に変換することが可能となる。なお、多層膜光学部材に対する拡散光学部材の配置は、光の取出し面側、面状発光素子側のどちらでも良い。
請求項5に記載の発明によれば、光取出し面側の材料又は空間の屈折率をn out 、面状発光素子側の材料の屈折率をn in とした場合に、多層膜光学部材の積層方向の角度を、n out 、n in から決定される臨界角θc=arcsin(n out /n in )以上にすることで、本発明に係る光学部材が無い場合には利用できない臨界角以上の光をより一層多く反射させることができ、光取り出し効率のより一層の向上を図ることができる。
また、本発明に係る光学部材が無い場合にも取り出すことの可能な正面方向、すなわち面状発光素子の光取出し側面の法線に沿う方向で入射する光については、多層膜光学部材の積層方向と大きく異なるため、多層膜光学部材による反射作用は働かず、この光が面状発光素子側に戻る現象を抑えることが可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、多層膜光学部材における積層構造が複数あることで、最適波長、入射光、反射光の最適角度を複数設定することができ、一組の最適波長、入射光、反射光の最適角度以外の波長や角度の光に対しても、最適波長、入射光、反射光の最適角度を設定することができ、反射作用を与えることが可能となって利用できる光量が増加するため、更なる輝度向上を図ることが可能となる。なお、最適波長とは、光学部材において所定の積層間隔に設定された積層構造による反射作用が強く働く光の波長をいい、入射光、反射光の最適角度とは、積層構造によって略逆向き反射させることのできる光の角度である。
請求項7に記載の発明によれば、光の取出し効率が向上し、輝度向上効果を得ることができる。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のEL表示装置において、前記表示画素は、赤色光を発光する赤領域と、緑色光を発光する緑領域と、青色光を発光する青領域と、を有し、前記多層膜光学部材の前記複数の領域は、前記赤領域、前記緑領域、及び前記青領域に対応して、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3種類の領域からなることを特徴とする。
請求項9に記載の発明によれば、画像表示装置の多くは画素ごとに赤、緑、青のように異なる色の画素の組み合わせにより画像を表示するため、各々の画素に対し、多層膜光学部材の積層方向や、積層間隔を設定することにより、輝度の向上と共に、積層構造の波長選択性により、色補正効果を付加することも可能となる。
<第1の実施形態>
図1,図2は本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子1の構造を示す図(X−Z平面;入射面)である。第1の実施形態において上述の図9で説明したものと同様の構成要素については同一符号で示す。
次に本発明の第2の実施形態について説明する。図4は本実施形態に係る有機EL素子20の構造を示す図(X−Z平面;入射面)である。第1の実施形態で説明したものと同様の構成要素については同一符号で示し説明は省略するものとする。
次に本発明の第3の実施形態について説明する。図5(A)には本実施形態に係る光学部材30が示されている。光学部材30は第1の実施形態、第2の実施形態で説明した光学部材10,23と構造が相違するものであるが、有機EL素子に対する配置位置等は第1の実施形態、第2の実施形態と同様である。
次に本発明の第4の実施形態について説明する。図6は本実施形態に係るEL表示装置40の縦断面図(X−Y断面図、Zは光取り出し側面)を示している。
10,23,30,45 光学部材
21 拡散光学部材
22 多層膜光学部材
31,35 高屈折材料
32,36 低屈折材料
34,38 積層構造
40 EL表示装置
101 背面電極
102 有機発光層
103 透明電極
104 ガラス基板
105 空気層
Claims (9)
- 面状発光素子の光取出し面側に配することで光の取出し効率の向上を図る光学部材であって、
前記光取出し面側に配した際に前記光取出し面の法線に対し斜めとなるように、屈折率の異なる材料を積層した多層膜光学部材を備え、
該多層膜光学部材は、
前記屈折率の異なる材料が積層される積層方向、及び、前記屈折率の異なる材料が繰り返し積層される積層間隔の少なくともいずれかが異なる複数の領域に、前記光取出し面から見て空間分割されている
ことを特徴とする光学部材。 - 前記多層膜光学部材は、
前記複数の領域の組み合わせにより形成された単位領域が複数配列されることにより、前記光取出し面から見て空間分割されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光学部材。 - 前記単位領域は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3つの領域の組み合わせからなる
ことを特徴とする請求項2に記載の光学部材。 - 入射される光を拡散させる拡散光学部材を備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学部材。 - 前記多層膜光学部材の前記光取出し面側の材料又は空間の屈折率をnout、面状発光素子側の材料の屈折率をninとした場合、
前記多層膜光学部材の積層方向の角度が、前記光取出し面の法線方向に対し、nout,ninで決定される臨界角θc=arcsin(nout/nin)以上である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学部材。 - 前記多層膜光学部材は、
前記屈折率の異なる材料を前記光取出し面の法線に対し斜めに積層する積層構造を複数有し、各積層構造は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学部材。 - 面状発光素子と、
該面状発光素子の光取出し面側に配された請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学部材と、
を備える
ことを特徴とするEL表示装置。 - 前記面状発光素子は、
複数の表示画素を有し、
前記光学部材は、
前記多層膜光学部材の前記複数の領域が、前記表示画素ごとに同じ組み合わせとなるように配されている
ことを特徴とする請求項7に記載のEL表示装置。 - 前記表示画素は、
赤色光を発光する赤領域と、緑色光を発光する緑領域と、青色光を発光する青領域と、を有し、
前記多層膜光学部材の前記複数の領域は、
前記赤領域、前記緑領域、及び前記青領域に対応して、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3種類の領域からなる
ことを特徴とする請求項8に記載のEL表示装置。
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