KR20050050031A - 조명장치 - Google Patents

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다케우치노리히토
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

조명장치는 투명기판의 입사면에 형성된 EL 소자를 갖는다. 조명장치는, 입사면의 반대측의 광출사면이 상기 EL 소자의 광출사면 보다 더 크게 형성되고, 광변향부가 적어도 상기 EL 소자와 대응되지 않는 상기 투명기판의 일부에 배치되며, 상기 투명기판 내로 상기 입사면을 통해 진입하고 상기 광출사면으로부터 광이 출사되지 않는 방향으로 진행되는 광은 상기 광변향부에 의해 변향되어, 상기 광출사면으로부터 출사된다.

Description

조명장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명은, 투명기판의 입사면상에 전계발광 장치 (이하, "EL 소자" 라고 함) 가 형성된 조명장치에 관한 것이다.
종래, 투명기판상에 EL 소자를 구비한 조명장치 또는 전기발광 패널 (이하, "EL 패널" 이라고 함) 이 공지되어 있다. 이 조명장치를 액정표시장치 등의 표시장치의 백라이트로서 사용한 기술도 공지되어 있다.
유기 EL 패널은, 투명기판상에, 양극, 유기 전기발광층 (이하, "전기발광층" 을 "EL 층" 이라고 함), 및 광반사성을 갖는 음극이 순차적으로 적층 형성된 유기 EL 소자를 구비하고 있다. 양극은, 광투과성을 갖는 도전성 재료, 예를 들어 인듐주석산화물 (이하, "ITO" 라 함) 로 형성되어 있다. 유기 EL 소자가 발광된 상태일 때, 투명기판측에서 광이 출사된다.
대면적에 유기 EL 소자가 형성될 것을 요구하지만, 유기 EL 소자는 대단히 얇고, 유기 EL 층의 두께는 수십 ∼ 수백 나노미터 정도이기 때문에, 대면적에 유기 EL 층을 균일히 형성하는 것이 어려움으로 인해 유리 EL 소자의 수율이 감소하게 된다.
일본 공개특허공보 제 2001-52858 호에서는, 유기 EL 소자의 1 개의 유닛으로 이루어지는 셀을 형성하여 이 다수의 셀을 배열함으로써 제조되는 대면적 표시 장치 또는 대면적 유기 EL 패널이 개시되어 있다.
하지만, 소면적에 다수의 유기 EL 소자를 배열함으로써 대면적 유기 EL 패널을 제작하는 경우, 인접하는 유기 EL 소자 사이의 영역이 유기 EL 패널의 발광을 감소시킨다. 각 유기 EL 소자는, 양극 및 음극을 외부의 구동용 회로에 접속하기 위한 단자 전극과 전극 접속선을 필요로 한다. 이러한 단자 전극과 전극 접속선은 유기 EL 소자의 주위에 형성된다. 이 단자 전극과 전극 접속선이 형성된 영역은, 유기 EL 소자가 발광하더라도 광이 출사되지 않기 때문에 어둡게 된다. 이러한 방식으로, 다수의 유기 EL 소자를 배열함으로써 대면적의 유기 EL 패널이 형성되는 경우, 인접하는 유기 EL 소자 사이의 영역이 어둡게 된다.
한편, 유기 EL 소자의 발광을 효율적으로 이용하기 위해서는, 투명기판에 입사된 광이 EL 소자와 대향하는 면 (이하, "광출사면" 이라 함) 으로부터 매우 효율적으로 출사될 필요가 있다. 그러나, 유기 EL 소자로부터 발광하는 광은 다양한 방향으로 방사되기 때문에, 광출사면에 입사하는 광의 입사각도 여러 가지일 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 투명기판은, 외부 대기 (일반적으로는 공기) 의 굴절율보다도 굴절율이 높다.
따라서, 투명기판에 입사된 광은, 광출사면에서 출사되지 않고, 투명기판의 단부면으로부터 직접 출사되며, 광출사면에서 전체가 반사된 후, 투명기판내를 안내하여 그 단부면으로부터 출사되고, 유기 EL 층에 입사한 후 감쇠하는 광을 포함한다. 즉, 유기 EL 소자를 사용한 유기 EL 패널에는, 조명에 이용되지 않는 상당량의 광이 존재한다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 광원으로서 EL 소자를 사용하여, 종래에서는 효율적으로 사용되지 않던 광을 이용하여 EL 층의 면적보다 넓은 영역으로부터 광을 조사할 수 있는 조명장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 투명기판의 입사면상에 전기발광 장치가 형성된 조명장치를 제공한다. 이 조명장치는, 상기 입사면의 반대측의 광출사면의 면적이 상기 EL 소자의 발광부의 면적보다 크게 형성되어 있고, 상기 전기발광 장치와 대응되지 않는 상기 투명기판의 적어도 일부분에 광변향부 (light redircting member) 가 형성되며, 상기 입사면을 통하여 투명기판내에 입사하여 상기 광출사면에서 출사하지 않는 방향으로 진행하는 광은 상기 광출사면에서 출사하도록 상기 광변향부에 의해 변향되는 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서 "투명" 이라는 것은, 적어도 가시광선에 대하여 투과성을 갖는 것을 의미한다. 광변향부의 예로서는 광산란부와 광반사부가 있다.
광출사면의 면적이 EL 소자의 발광부의 면적보다 크게 형성되어 있기 때문에, EL 소자로부터 투명기판에 입사한 광의 일부가, 투명기판의 EL 소자와 대응되지 않는 부분을 통하여 안내한다. EL 소자와 대응되지 않는 부분으로 진행하는 광 중에서, 종래에 광출사면으로부터 출사하지 않는 대부분의 광은, 광변향부에 의해 광출사면에서 출사하도록 변향된다. 따라서, 종래에 이용되지 않던 광 중 일부분은, EL 소자와 대응되지 않는 광출사면의 일부로부터 출사되어 EL 층의 면적보다 넓은 영역에서 광을 출사할 수 있도록 한다.
본 발명의 일태양에 있어서, 상기 광변향부는 상기 EL 소자와 대응되지 않는 부분에만 형성되어 있다. 이 광변향부가 EL 소자와 대응되는 투명기판의 일부에 형성되어 있지 않기 때문에, 광출사면에 임계각 미만의 각으로 입사하는 광만이 EL 소자로부터 입사하는 광 중에서 광출사면으로부터 출사될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 광변향부는 적어도 광출사면의 반대측 표면의 광반사부를 포함한다. 본 명세서에서, "광반사부" 라고 하는 것은, 광출사면에 대하여 임계각보다 큰 각으로 투명기판내로 안내하는 광을 반사하여, 이 진행하는 광의 방향을 임계각보다 작은 각으로 변경할 수 있는 부재를 말한다. 여기서, 광출사면에 대한 각은, 광의 방향과 광출사면에 수직한 방향 사이의 각을 말한다.
이 경우에 있어서, 광출사면의 반대측 표면상에 입사한 광이 광변향부에 의해 반사되기 때문에, 반사된 광의 적어도 일부가 광출사면에서 출사하게 된다. 따라서, 광출사면의 반대측 표면이 광흡수면 또는 광투과면인 경우와 비교해보면 광출사면에서 출사되는 광도 (luminosity) 가 많아질 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 광반사부는, 상기 투명기판의 일부를 통하여 안내하는 광을 상기 광출사면으로부터 출사하도록 반사시키는 채광면 (light extracting surface) 을 구성하는 다수의 홈 (grooves) 을 포함한다. 이 경우에 있어서, 투명기판의 단부면 쪽으로 진행하는 광은, EL 소자와 대응되지 않는 부분을 통하여 안내하면서 채광면에서 반사된다. 그 후, 이 광의 방향은 광출사면에 수직한 방향으로 향하도록 변경되어 광출사면에서 출사된다. 이러한 방식으로, 광반사부가 평면인 경우와 비교해보면, 반사광이 광출사면에서 매우 효율적으로 출사된다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 광변향부는 광산란부를 포함한다. 이 경우에 있어서, 상기 EL 소자와 대응되지 않는 부분을 통하여 기판의 단부면 쪽으로 진행하는 광, 또는 임계각 이상의 각으로 광출사면에 입사하도록 진행하는 광은, 광산란부에서 산란되어 광의 방향이 변경된다. 따라서, 출사되는 광도가 증가하게 된다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 광산란부는 광출사면에 형성된다. 이 경우에 있어서, 광출사면이 평면의 경우에 광을 전부 반사하여 출사할 수 없는 각으로 광출사면에 입사하기 때문에, 광출사면에서 출사할 수 없는 광의 적어도 일부가 광출사면에서 출사하게 될 수 있다. 따라서, 광출사면에서 출사되는 광도가 증가하게 된다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 투명기판은, 상기 EL 소자와 대응되지 않는 부분으로부터 그 위치가 멀어질수록 그 두께가 얇아지도록 형성되어 있다. 이 경우에 있어서, 균일한 두께를 가진 투명기판과 비교해보면, EL 소자와 대응되지 않는 부분의 광출사면에서 광이 충분히 출사된다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 상기 EL 소자는 유기 EL 소자이다. 이 경우에 있어서, 무기 EL 소자를 사용하는 경우와 비교해보면 저전압으로 광원을 발광시킬 수 있다.
본 발명에 따라서, 종래기술에 유용하게 사용되지 않던 광을 이용하여 EL 층의 면적보다 넓은 면적에서 광을 조사할 수 있다.
본 발명, 그 목적 및 장점은 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시형태의 이후의 설명을 참조하여 매우 잘 이해될 것이다.
이하, 유기 EL 소자가 형성된 조명장치를 구체화한 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명한다. 도 1 은 제 1 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도이다. 도 2 는 제 1 실시형태의 조명장치의 개략적인 평면도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 조명장치 (11) 는, 투명기판 (12) 의 한 면에, 제 1 전극 (13), 유기 EL 층 (14), 제 2 전극 (15) 이 순차적으로 배치되어 있다. 제 1 전극 (13), 유기 EL 층 (14) 및 제 2 전극 (15) 은 유기 EL 소자 (16) 를 구성한다. 유기 EL 소자 (16) 는, 유기 EL 층 (14) 이 외부 대기와 접촉하지 않도록 보호막 (17) 으로 피복되어 있다. 보호막 (17) 은, 적어도 수분 (수증기) 및 산소의 투과를 억제하는 기능을 갖는 재료로 형성된다. 제 1 실시형태에 있어서, 보호막 (17) 은 질화규소로 형성되어 있다. 유기 EL 소자 (16) 는, 유기 EL 층 (14) 으로부터 발출된 광이 투명기판 (12) 측에서 채광되는 (출사되는) 바닥 방출형 (bottom emission type) 의 유기 EL 소자이다.
제1전극 (13) 은 투명 도전재로 형성되어 있다. 제 1 실시형태에 있어서, 투명 도전재로서 ITO 가 사용된다. 유기 EL 층 (14) 의 구성은 어떠한 공지된 구성일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극 (13) 측에서 순차적으로, 정공주입층, 발광층 및 전자주입층의 3 층 또는 정공주입층, 정공전달층, 발광층 및 전자전달층의 4 층으로 구성되어 있다. 유기 EL 층 (14) 은 백색 발광을 하 도록 구성되어 있다. 디스플레이의 백라이트용으로서 조명장치 (11) 를 사용할 때, 칼라 필터를 사용하여 완전한 칼라를 표시할 수 있다.
제 2 전극 (15) 은 금속 (예를 들어, 알루미늄) 으로 형성되어, 광반사성을 갖는다. 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 전극 (13) 이 양극을 구성하고, 제 2 전극 (15) 이 음극을 구성한다. 제 2 전극 (15) 에 광반사성을 제공함으로써, 광출사면 (12b) 에서의 광도가 증가할 수 있다.
제 1 실시형태에서 투명기판 (12) 은 유리기판으로 형성되어 있다. 투명기판 (12) 은, 유기 EL 소자 (16) 가 제공된 입사면 (12a) 과, 이 입사면 (12a) 의 반대측에 위치하는 광출사면 (12b) 을 구비한다. 광출사면 (12b) 의 면적은 유기 EL 소자 (16) 의 발광부인 유기 EL 층 (14) 의 면적보다 크게 되어 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태의 투명기판 (12) 및 유기 EL 소자 (16) 는 직사각형으로 형성되어 있고, 유기 EL 소자 (16) 는 투명기판 (12) 의 중앙부에 형성되어 있다.
유기 EL 소자 (16) 와 대응되지 않는 영역인 비대응부 (18) 에는, 입사면(12a) 에 입사하여 투명기판 (12) 을 통하여 광출사면 (12b) 에 대한 임계각보다 큰 각으로 진행하는 광을 이 광출사면 (12b) 에서 출사하도록 변경시키는 광변향부가 형성되어 있다. 제 1 실시형태에 있어서, 광변향부로서 광산란부 (19, 21) 가 형성되어 있다.
광산란부 (19) 는, 투명기판 (12) 내에 형성되어 있고, 광을 산란시키는 표면을 구비하고 있다. 여기서, "산란" 이라는 것은 반사 또는 굴절을 의미한다.
제 1 실시형태의 광산란부 (19) 는, 레이저광 조사에 의해 형성된 마크 (marks) 또는 주변과 다른 굴절율을 가진 투명기판의 일부를 포함한다. 광산란부 (19) 의 형상은, 한정되어 있지 않아서, 높은 채광성을 얻을 수 있는 형상으로 적절하게 설계할 수 있다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 바와 같이, 구형상 또는 단면이 원형인 형상으로 형성할 수 있다. 이와 같이, 광산란부 (19) 가 주변부 (표면) 에서 곡면을 갖는다면, 동일 방향으로 입사한 광은 입사 위치에 따라서 여러 방향으로 산란될 수 있다.
광산란부 (19) 의 위치는 높은 채광성을 가지도록 적절하게 정해질 수 있다. 예를 들어, 광산란부 (19) 는, 광출사면(12b) 측에서 보았을 때 광을 랜덤하게 분포시키도록 배치되거나 또는 측면에서 보았을 때 (도 1 에 도시된 바와 같이) 광을 랜덤하게 분포시키도록 배치될 수 있다. 또한, 광산란부 (19) 는 어느쪽의 방향에서 보았을 때에도 광을 랜덤하게 분포시키도록 배치될 수 있다.
광산란부 (19) 는, 비대응부 (18) 의 두께 방향 (광출사면 (12b) 의 법선방향) 으로 광을 랜덤하게 분포시키도록 배치될 필요는 없다. 광산란부는 예를 들어, 광출사면 (12b) 에 가까운 측에서 더 밀집하도록 배치되거나, 광출사면 (12b) 의 반대측 표면에 가까운 측에서 더 밀집하도록 배치되거나, 기판의 중앙부에서 더 밀집하도록 배치될 수 있다. 광산란부 (19) 는, 기판의 다른 부분에 비하여 투명기판 (12) 의 가장자리부에서 더 큰 밀집도를 가지도록 배치될 수 있다.
제 1 실시형태의 광산란부 (19) 는, 다른 부분에 비하여 투명기판 (12) 의 가장자리부에서 더 높은 밀집도를 가지도록 배치되고, 여기서 이 광산란부는 랜덤하게 배치되어 있다.
광산란부 (19) 는 투명기판 (12) 의 가장자리부에 밀집하게 형성되어 있기 때문에, 기판의 중앙부에서 광산란부 (19) 를 만나지 않는 광은 가장자리부에 배치된 광산란부 (19) 에 부딪혀서 광출사면 (12b) 에서 출사될 수 있다. 따라서, 광출사면 (12b) 에서 출사된 광도는, 가장자리부에서 광산란부 (19) 의 밀집도가 감소하는 경우 또는 광산란부 (19) 가 전체 기판에 걸쳐서 균일하게 형성되어 있는 경우에 비하여 평균정도 될 수 있다.
광산란부 (19) 는, 투명기판의 내부에 마킹을 행하는 방법 (레이저광 마킹 방법) 에 의해 형성된다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2001-276985 호에 개시된 장치 및 방법을 사용하여 광산란부 (19) 를 형성하는 경우에는, 고출력의 레이저 펄스 (pulsed laser) 를 유리 등의 투명한 재료의 내부에 집광하면, 강한 광전장이 가해짐으로써 비선형 광학적 효과에 의해서 이 부분에서 에너지 흡수가 발생하게 된다. 따라서, 그 때문, 손상, 굴절율의 변화, 및 밀도의 변화가 초점 근방에서만 유발하여, 이것에 의해서 재료 표면에는 영향을 주지 않고서 내부를 가공할 수 있다. 즉, 투명기판 (12) 을 X, Y, Z 방향으로 이동가능한 스테이지상에 탑재하여, 소정의 위치에 레이저광을 조사하여 집광시키는 조작과, 스테이지를 X, Y, Z 방향으로 이동시키는 조작을 되풀이함으로써, 광산란부 (19) 를 투명기판 (12) 내의 소정위치에 형성할 수 있다.
레이저 광원으로서는, 예를 들어, Nd-YAG 레이저가 사용될 수 있다. 레이저 펄스가 제어성이 우수하게 마킹을 하는 수 있고, 펄스 폭이 짧은 레이저 펄스는 마킹 깊이를 균일하게 설정할 수 있기 때문에 유리하다. 이러한 이유로, 서브나노초 (subnanosecond) 이하의 펄스를 사용하는 레이저 광원, 예를 들어, 1O-15 초 정도의 펄스 폭을 가진 펨토초 (femtosecond) 레이저를 사용하는 것이 유리하다.
투명기판 (12) 에 광산란부 (19) 를 형성하는 시기는, 유기 EL 소자 (16) 를 형성하기 전이나 후, 또는 유기 EL 소자 (16) 의 공정 단계 도중, 예를 들어, 제 1 전극 (13) 을 형성한 후일 수 있다.
레이저의 초점에 광산란부 (19) 가 선택적으로 형성될 수 있기 때문에, 투명기판 (12) 의 표면을 손상시키지 않고서 광산란부 (19) 를 소정의 위치에 형성할 수 있다. 이러한 방법으로 광산란부 (19) 의 형상과 배치를 덜 제한하기 때문에 설계 및 공정에서의 자유도가 커지게 된다.
또한, 유기 EL 소자 (16) 의 형성 단계 이후에 광산란부 (19) 가 형성되기 때문에, 유기 EL 소자 (16) 가 고장 또는 결점이 있을 때 광산란부 (19) 의 형성을 피할 수 있다.
비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 에 형성된 광산란부 (21) 는, 광출사면 (12b) 을 조면화 (roughening) 함으로써 형성된다. 이러한 조면화는 예를 들어 샌드블라스트 처리 (sandblasting process) 에 의해 행해진다.
비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 의 반대측 표면과, 투명기판 (12) 의 단부면에는 광반사면 (20, 22) 이 형성되어 있다. 제 1 실시형태에서는 광반사성을 갖는 금속막이 형성되어 있다. 따라서, 비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 의 반대측 표면은 반사면이 될 수 있다. 광반사성을 갖는 금속으로서는 알루미늄이 사용될 수 있다.
도 1 에서 개략적으로 각부를 도시하였지만, 실제로 투명기판 (12) 의 두께가 약 0.5 ∼ 1 mm 정도인 반면, 제 1 전극 (13), 유기 EL 층 (14) 및 제 2 전극 (15) 의 두께는, 수십 ∼ 1000 나노미터 정도이다. 또한, 보호막 (17) 의 두께는, 제 1 전극 (13), 유기 EL 층 (14) 및 제 2 전극 (15) 의 두께 이상으로 형성되어 있지만, 도면에서는 설명의 편상의, 각부를 실제와 다른 비율로 도시하였다. 또한, 투명기판 (12) 및 유기 EL 소자 (16) 의 크기도 실제와 다른 비율로 도시되어 있다. 또한, 도면에서는 투명기판 (12) 의 해칭을 생략하였다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 조명장치 (11) 의 작용을 설명한다. 조명장치 (11) 는, 투과형의 액정패널 (23) (도 1 에서 쇄선으로 도시) 의 배면 (표시면의 반대측) 측에 배치되는 백라이트용 광원으로서 사용될 수 있다.
조명장치 (11) 에 전원이 공급되면, 제 1 전극 (13) 과 제 2 전극 (15) 사이에 전압이 인가되어, 유기 EL 층 (14) 이 발광한다. 유기 EL 층 (14) 으로부터 출사된 광은 제 1 전극 (13) 애 의해 투명기판 (12) 에 입사된다. 투명기판 (12) 에 입사된 광 중에서, 광출사면 (12b) 에서 액정패널 (23) 을 향해 출사된 광이 조명장치 (11) 의 조명광으로서 효과적으로 사용된다. 액정표시장치의 사용자는 액정패널 (23) 의 표시를 그 출사광에 의해 알 수 있다.
광산란부 (19) 가 존재하지 않는 경우, 광출사면 (12b) 에 대하여 임계각 보다 큰 각도를 갖는 방향으로 진행하는 광은, 광출사면 (12b) 에서 출사되지 않는다. 광이 광출사면 (12b) 에서 전반사하거나, 투명기판 (12) 의 단면에서 반사하거나, 유기 EL 소자 (16) 에 재입사할 지라도, 이러한 광의 광출사면 (12b) 에서의 입사각은 변하지 않는다. 따라서, 광은 투명기판 (12) 의 단면으로부터 출사되거나, 투명기판 (12) 내부나 유기 EL 소자 (16) 내부에서 감쇠된다. 투명기판 (12) 으로서 굴절율이 약 1. 51 인 무알칼리유리가 사용되는 경우, 굴절율이 약 1. 00 인 공기 사이의 임계각 (θc) 은, 임계각 ((θc) = sin-1(1/1. 51)) 에 의해 약 42 도가 된다.
한편, 유기 EL 소자 (16) 로부터 출사되는 광은 여러 방향을 향해서 방사되기 때문에, 유기 EL 소자 (16) 로부터 투명기판 (12) 으로의 입사각 또한 다양하게 변할 수 있다. 따라서, 유기 EL 소자 (16) 로부터 출사되어 투명기판 (12) 에 입사한 광중 일부만이, 유기 EL 소자 (16) 와 대응되는 광출사면 (12b) 을 통해 조명장치 (11) 의 외부로 출사된다. 따라서, 투명기판 (12) 으로 입사하는 광의 대부분은, 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분에서만 광출사면 (12b) 을 갖는 통상의 장치가 사용되는 경우 효과적으로 사용될 수 없다.
제 1 실시형태의 조명장치는, 비대응부 (18) 를 통해 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 광출사면 (12b) 의 부분으로부터 출사되지 않은 광을 안내한다. 비대응부 (18) 에 광산란부 (19) 가 존재하기 때문에, 안내 (전달) 된 광이 광산란부 (19) 에 충돌하면, 광은 산란되어 그 진행방향을 변경한다. 광산란부 (19) 에서 진행방향이 변경된 광중에서, 광의 일부는 광출사면 (12b) 에 대한 입사각이 임계각보다 작은 각도가 되도록 변향되어, 광출사면 (12b) 을 통해 액정패널 (23) 을 향해 출사된다. 광산란부 (19) 에서 광출사면 (12b) 의 반대측의 면을 향해 변향된 광은, 광반사면 (20) 으로 배향되고, 광출사면 (12b) 으로 전달되며, 광출사면 (12b) 로부터 출사된다.
비대응부 (18) 를 통해 안내되는 동안, 광산란부 (19) 에 충돌하지 않고, 광출사면 (12b) 에 대한 입사각이 임계각보다 큰 각도로 전달되는 광은, 광출사면 (12b) 에서 전반사되어, 비대응부 (18) 내로 반환된다. 광산란부 (19) 에 충돌하지 않고, 투명기판 (12) 의 단면에 도달한 광은 광반사면 (22) 에서 반사되고, 다시 비대응부 (18) 를 통해 안내된다. 따라서 비대응부 (18) 내로 변향된 광의 일부는, 비대응부 (18) 를 통해 안내되는 동안 광산란부 (19) 에 충돌하여, 전술한 바와 같이, 광산란부 (19) 및 광반사면 (20) 의 작용에 의해 광출사면 (12b) 으로부터 출사된다. 따라서, 유기 EL 소자 (16) 로부터 투명기판 (12) 에 입사한 광은, 비대응부 (18) 의 존재로 인해 효과적으로 사용될 수 있다.
제 1 실시형태에는, 비대응부 (18) 에서 광출사면 (12b) 을 조면화하여 형성된 광산란부 (21) 가 제공되어 있다. 따라서, 면이 조면화되지 않은 경우, 전반사를 일으킬 수 있는 입사각으로 광출사면 (12b) 에 입사된 광의 일부는, 전반사가 방지되어 광출사면 (12b) 로부터 출사된다.
본 발명의 제 2 실시형태가 도 3 내지 5 를 참조하여 이하 설명된다. 제 2 실시형태의 조명은, 광산란부 (19) 가 비대응부 (18) 에 존재하지 않고, 광반사부 (24) 가 비대응부 (18) 에서 광출사면 (12b) 의 반대측에 배치되는 것이 제 1 실시형태와 다른 점이다. 다른 구성은 제 1 실시형태와 유사하다. 따라서, 제 2 실시형태의 광반사부 (24) 는 광변향부로서 작용한다.
제 1 실시형태와 동일한 부분은 동일한 부호가 사용되며, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 3 은 조명장치의 모식단면도이며, 도 4 는 조명장치의 모식평면도이고, 도 5 는 채광면의 작용을 나타내는 모식도이다.
도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 투명기판 (12) 은 직사각형상으로 형성되고, 그 길이방향의 양측에 비대응부 (18) 가 제공된다. 비대응부 (18) 의 표면에 광산란부 (21) 가 형성되어 있지만, 투명기판 (12) 의 내부에는 광산란부가 형성되어 있지 않다. 비대응부 (18) 에서 광출사면 (12b) 의 반대 측에는, 광반사부 (24) 가 형성되어 있다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 비대응부 (18) 를 통해 유기 EL 소자 (16) 의 반대 측의 면으로부터 단면 (12c) 을 향해 전달된 광을, 광출사면 (12b) 에서 출사하는 방향으로 반사하기 위해 채광면 (25a) 을 형성하는 다수의 홈 (25) 이 광반사부 (24) 에 형성되어 있다. 제 2 실시형태에서, 홈 (25) 은 평행으로 형성되어 있다. 홈 (25) 은 단면 (12c) 에 평행하게 (도 5 의 지면과 법선 방향으로) 신장하도록 형성되어 있다.
각 홈 (25) 에서, 채광면 (25a) 과 광안내면 (경사면) (25b) 은 교대로 배치되어 있다. 투명기판 (12) 측의 광출사면 (12b) 이 상부측이라고 한다면, 채광면 (25a) 은 위로 경사져 있어 광을 유기 EL 소자 (16) 로부터 단면 (12c) 쪽으로 향하도록 한다. 광안내면 (25b) 은 아래로 경사져 있어 광을 유기 EL 소자 (16) 의 대향면으로부터 단부 (12c) 쪽으로 향하도록 한다.
즉, 각 홈 (25) 은 평행하게 형성되고, 투명기판 (12) 의 길이방향에 따르는 단면이 톱니상과 같이 나타나 있다. 도 5 는 도 3 의 유기 EL 소자 (16) 의 오른쪽에 위치하는 비대응부 (18) 에 형성된 광반사부 (24) 의 일부를 나타내고 있다. 따라서, 단면 (12c) 은 오른쪽으로 이어져 있다. 광반사부 (24) 가 유기 EL 소자 (16) 의 왼쪽에 배치되어 있으면, 채광면 (25a) 및 안내면 (25b) 의 오른쪽의 그것과 대칭하게 된다.
채광면 (25a) 은, 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 을 향해서 안내되고 채광면 (25a) 에 도달한 광을, 광출사면 (12b) 과 거의 직교하는 방향에 전반사시키도록 형성되어 있다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 홈 (25) 은 채광면 (25a) 이 광출사면 (12b) 과 평행한 평면 (P1) 과 이루는 각도 (θ1) 가 예를 들어 35° ∼ 50°, 바람직하게는 40°∼ 45°의 범위의 소정의 각도가 되도록 형성되어 있다. 안내면 (25b) 과 평면 (P1) 이 이루는 각도 (θ2) 는 예를 들어 0. 3°∼ 2. 5°의 범위에 있다. 홈 (25) 은 실제로는 그 피치가 1 mm 이하로 다수 형성되어 있지만, 도 3 및 도 4 에서는 생략되어 있다.
도 5 에 나타난 바와 같이, 제 2 실시형태의 조명장치 (11) 에서는, 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 을 향해서 안내하여 채광면 (25a) 에 도달한 광은, 평면 (P1) 에 대하여 거의 수직인 각도로 광출사면 (12b) 의 방향에 전반사하여, 광출사면 (12b) 으로부터 출사한다. 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 를 향해 안내된 광은 모두 채광면 (25a) 을 향해 바로 전달되지는 않는다. 채광면 (25a) 에 도달하는 광의 일부는, 안내면 (25b) 또는 광출사면 (12b) 에서 전반사하면서 비대응부 (18) 를 통해 안내된 후, 채광면 (25a) 에 도달한다. 안내면 (25b) 가 유기 EL 소자 (16) 측에서 단면 (12c) 측을 향해 아래로 경사져 있기 때문에 채광면 (25a) 에 직접 반사되지 않은 광은 안내를 되풀이할 수 있어서, 광은 점차 평면 (P1) 과 평행한 방향을 향하게 된다. 따라서, 광은 평면 (P1) 에 대하여 거의 수직인 각도로 광출사면 (12b) 을 향해 채광면 (25a) 에서 효과적으로 반사될 수 있다.
이런식으로, 비대응부 (18) 내에 광산란부 (19) 를 형성하지 않더라도, 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 을 향해서 안내되는 광은 광출사면 (12b) 로부터 출사될 수 있다.
제 3 실시형태를 도 6 을 참조하여 설명한다. 제 3 실시형태에는, 투명기판 (12) 은 두께가 일정한 평판이 아니다. 제 3 실시형태는, 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분으로부터의 거리와 같이 더 얇게 형성되는 비대응부 (18) 의 두께가 증가한다는 점이 제 2 실시형태와 다르다. 다른 구성은 제 2 실시형태와 유사하다. 즉, 광산란부 (21) 는 광출사면 (12b) 을 조면화하여 형성되고, 광출사면 (12b) 과 반대측의 면에는 광반사부 (24) 가 형성되어 있고, 광산란부 (21) 와 광반사부 (24) 는 광변향부 로서 작용한다. 광산란부 (19) 는 형성되고 있지 않다. 도 6 에서 홈 (25) 은 생략되어 있다. 여기서, 비대응부 (18) 의 두께는 거시적으로 볼 때 점점 얇아진다. 엄밀히 말해, 광반사부 (24) 가 존재하는 표면은 산란형상을 갖기 때문에, 비대응부의 두께는 조금 증가하고 조금 감소하여 점차적으로 감소된다.
제 3 실시형태에 있어서도, 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 을 향해서 안내하는 광은, 제 2 실시형태와 유사하게 채광면 (25a) 및 안내면 (25b) 에 의해 광출사면 (12b) 에서 출사된다.
광반사부 (24) 가 형성된 면이, 광출사면 (12b) 을 향해서 경사지게 형성되고 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분으로부터 멀어지기 때문에, 광반사부 (24) 와 광출사면 (12b) 와의 거리가 일정한 경우와 비교하여, 광출사면 (12b) 에서 출사되는 광도를 균일하게 얻기 쉽다.
제 4 실시형태가 도 7 을 참조하여 설명된다. 제 4 실시형태에서는, 거시적으로 볼때 투명기판 (12) 의 두께가 제 3 실시형태와 유사하게 얇아지게 된다. 그러나, 광반사부 (24) 의 위치가 제 3 실시형태와 다르다. 투명기판 (12) 은 광입사면 (12a) 측이 평평하게 형성되고, 비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 가 거시적으로는, 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분으로부터 멀어지는 정도로 광출사면 (12b) 의 반대측의 면을 향해서 경사진다. 따라서, 광변향부는 광반사면 (20) 과 광반사부 (24) 를 포함한다.
광반사부 (24) 는 비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 에는 배치된 홈 (25) (도시되지 않음) 을 갖는다. 비대응부 (18) 의 광출사면 (12b) 과 반대측의 면에는 제 1 실시형태와 유사하게 광반사면 (20) 이 형성되어 있다. 광반사부 (24) 는 비대응부 (18) 를 통해 단면 (12c) 을 향해서 안내한 후 채광면 (25a) 에 도달한 광이, 광반사면 (20) 에 대하여 거의 수직인 각도로 전반사하 도록 형성되어 있다.
제 4 실시형태에서, 투명기판 (12) 에 입사한 광중, 단면 (12c) 을 향해서 안내된 광은, 채광면 (25a) 및 안내면 (25b) 에 의해 광반사면 (20) 을 향해 거의 수직의 각도로 반사된다. 그후, 광은 광반사면 (20) 에 있어서 광반사면 (20) 과 거의 수직으로 반사되어, 광출사면 (12b) 에서 출사된다.
광반사부 (24) 가 형성된 광출사면 (12b) 면이, 광출사면 (12b) 의 반대면을 향해서 경사지게 형성되고 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분으로부터 멀어지기 때문에, 광반사부 (24) 와 광출사면 (12b) 사이의 거리가 일정한 경우와 비교하여, 광출사면 (12b) 에서 출사되는 광도를 균일하게 얻기 쉽다.
당업자는 본 발명이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 여러 특정 형태로 구체화 될 수 있는 것을 이해할 것이다. 특히, 본 발명의 다음 형태로 구체화 될수 있는 것을 이해할 것이다.
광산란부 (19) 는 투명기판 (12) 의 두께 방향으로 신장하는 긴 선형 형상으로 형성될 수 있다.
광산란부 (19) 는, 레이저 마킹법에 의한 형성에만 국한되지는 않는다. 광산란부 (19) 는, 예를 들어 투명기판 (12) 과 굴절율이 다른 비드 (bead) 등을 분산시켜 형성될 수 있다.
다수의 홈 (25) 으로 구성된 광반사부 (24) 를 구비하지 않고, 제 1 실시형태와 같이 광변향부로서 광산란부 (19) 및 광반사면(20) 을 형성하는 구성에 있어서도, 비대응부 (18) 의 두께는, 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분으로부터 멀어지는 정도로 감소되도록 형성될 수 있다. 광산란부 (19) 및 광반사면 (20) 을 갖는 광변향부가 사용되는 경우, 비대응부 (18) 는 거시적으로 볼 때 두께가 단면 (12c) 측을 향해서 감소하도록 형성된 실질적인 웨지 (wedge) 로 형성되는 것이 바람직하다.
형성된 유기 EL 소자 (16) 의 수는 1 개 이상일 수 있다. 예를 들어 도 8 도시된 바와 같이 유기 EL 소자 (16) 의 수는 2 개를 형성할 수도 있다. 이 경우, 광변향부로서 광산란부 (19) 와 광반사면 (20) 을 형성하는 구성이, 광반사부 (24) 를 형성하는 구성보다 바람직하다.
광출사면 (12b) 와 반대측에 형성된 광반사면 (20) 에는 광산란부가 제공될 수 있다. 따라서, 광반사면 (20) 은 평평한 거울형면 (mirror like surface) 에 한하지 않고, 난반사가 발생하는 반사면일 수도 있다.
광변향부는, 광출사면 (12b) 에 광산란부 (21) 를 형성하는 대신, 프리즘상 또는 렌즈상의 다수의 볼록부가 평행히 형성되도록 배치될 수 있다.
광출사면 (12b) 에 형성된 광산란부 (21) 를 생략될 수 있다.
투명기판 (12) 의 단면에 형성된 광반사면 (22) 으로서의 금속막은 생략될 수 있다.
유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분에서 광출사면 (12b) 로부터 출사된 광도가 불충분한 경우, 유기 EL 소자 (16) 와 대응하는 부분에서 조면화화여 형성된 광산란부 (21) 가 형성될 수 있다.
광변향부를 구성하는 광산란부 (19) 의 분포는, 반드시 광출사면 (12b) 를 통해 균일한 광도를 제공하도록 형성되지는 않으며, 광도 분포가 변하도록 형성될 수도 있다.
유기 EL 층 (14) 은 반드시 백광을 출사하도록 형성되지는 않는다. 빨강, 파랑, 초록 또는 노란 색등의 단색광, 또는 그것들의 조합을 사용할 수도 있다.
조명장치 (11) 는 투명기판 (12) 의 광출사면 (12b) 에 산란 시트로 형성될 수 있다.
제 1 전극 (13) 을 형성하는 투명도전재의 재료는 ITO 에 국한되지 않는다. 예를 들어, 산화아연을 사용할 수도 있다.
제 1 전극 (13) 을 도전성을 갖는 투명한 재질이 아니라, 극히 얇은 금속층으로 투명하게되도록 형성될 수도 있다. 극히 얇다고 하는 것은 50 nm 이하를 의미하고, 그 두께는 0.5 ∼ 20 ㎚ 의 범위가 바람직하다.
제 1 전극 (13) 을 음극으로 하고, 제 2 전극 (15) 을 양극으로 할 수도 있다. 이 경우, 유기 EL 층 (14) 의 구조 또한 전극에 대응하여 변경된다. 예를 들어, 유기 EL 층 (14) 은, 제 1 전극 (13) 측으로부터 전자주입층, 발광층 및 정공주입층의 순서로 3층 구조로 형성되고, 또는 제 1 전극 (13) 측으로부터 전자주입층, 전자전달층, 발광층, 정공전달층및 정공주입층의 순서로 5층으로 형성된다.
유기 EL 층 (14) 은, 발광층의 단층일 수 있고, 또는 정공주입층, 정공전달층, 정공주입전달층, 정공저지층, 전자주입층, 전자전달층, 전자주입전달층, 전자저지층이 적층된 다층일 수도 있다.
유리기판 대신, 수지를 포함하는 투명한 기판 또는 가요성 투명 수지 기판을 투명기판 (12) 으로서 사용할 수 있다. 수지 기판은 유리기판보다 무게가 가벼워질 수 있다.
투명기판 (12) 의 형상은 직사각형에 한정되지 않는다. 투명기판은 정방형상, 삼각형상, 오각형 또는 그 이상의 다각형상, 원형상, 원호형상 등일 수 있다. 유기 EL 소자 (16) 의 형상은 투명기판 (12) 과 상사형상에 한하지 않는다. 예를 들어, 원형상의 투명기판 (12) 에 사각형상의 유기 EL 소자 (16) 를 형성할 수도 있다.
조명장치 (11) 는 백라이트용에 한정되지 않는다. 다른 조명장치나 디스플레이장치의 발광원으로서 사용될 수도 있다.
유기 EL 소자 (16) 대신 무기 EL 소자가 사용될 수도 있다.
따라서, 본 예시 및 실시형태는 설명을 위해 선택된 것으로 한정되지는 않으며, 본 발명은 상세한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범위 및 동치 내에서 변경될 수 있다.
상기된 바와 같은 본 발명의 구성에 따라서, 광원으로서 EL 소자를 사용하여 종래에서는 효율적으로 사용되지 않던 광을 이용하여 EL 층의 면적보다 넓은 영역으로부터 광을 조사할 수 있는 조명장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도,
도 2 는 제 1 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 평면도,
도 3 은 제 2 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도,
도 4 는 제 2 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 평면도,
도 5 는 채광면의 작동을 도시한 개략도,
도 6 은 제 3 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도,
도 7 은 제 4 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도, 및
도 8 은 다른 실시형태에 따른 조명장치의 개략적인 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 조명장치
12 : 투명기판
13 : 제 1 전극
14 : 유기 EL 층
15 : 제 2 전극
16 : 유기 EL 소자
17 : 보호막
19, 21 : 광산란부
20, 22 : 광반사면

Claims (8)

  1. 투명기판의 입사면에 형성된 EL 소자를 갖는 조명장치에 있어서,
    입사면의 반대측의 광출사면이 상기 EL 소자의 광출사면 보다 더 크게 형성되고, 광변향부가 적어도 상기 EL 소자와 대응되지 않는 상기 투명기판의 일부에 배치되며, 상기 입사면을 통해 상기 투명기판 내로 입사되고 상기 광출사면으로부터 발광되지 않는 방향으로 진행되는 광은 상기 광변향부에 의해 변향되어 상기 광출사면으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변향부는 상기 EL 소자와 대응되지 않는 상기 투명기판의 일부에만 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 광반사를 위한 상기 변향부는 적어도 상기 광출사면의 반대측의 면에 배치되는 광반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광반사부는, 상기 EL 소자와 대응되는 상기 투명 기판의 일부를 통해 안내되는 광을 반사하여 상기 광출사면에서 출사하도록 하는 채광면을 형성하는 다수의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광변향부는 광산란부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광변향부는 상기 광출사면에 형성되는 광산란부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명기판의 두께는, 상기 EL 소자와 대응되지 않는 상기 투명기판의 일부에서 상기 투명기판의 가장자리를 향해 감소되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EL 소자는 유기 EL 소자인 것을 특징으로 하는 조명장치.
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