JP2011159451A - エレクトロルミネッセンス素子、有機elディスプレイ、液晶表示装置、照明装置 - Google Patents
エレクトロルミネッセンス素子、有機elディスプレイ、液晶表示装置、照明装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】エレクトロルミネッセンス素子は、支持基板1と、EL層2と、カバーガラス3と、粘着層4と、プリズムシート8とを含んで構成されている。EL層2は、第一電極と、第二電極と、第一電極および第二電極の間に形成された発光層とを有している。プリズムシート8は、第一電極の発光層とは反対側、または、第二電極の発光層とは反対側に成形材料6で形成されている。プリズムシート8は凹凸部を備えている。凹凸部は、頂部が鋭角をなす複数の山部9と、それら山部9の間に位置し平坦な底面10Aを有する複数の谷部10とで形成されている。凹凸部は成形材料6の屈折率とは異なる屈折率の充填材料で構成された充填層7で覆われている。
【選択図】図1
Description
一般的に有機ELの構成は、基板、透明電極、有機薄膜、金属電極である。
各層の屈折率は基板が1.5、透明電極が2.0、有機薄膜が1.7程度であり、有機薄膜で発光した光が透明電極/基板界面また基板/空気界面で全反射が起こるため、有機ELの外部に取り出せる光は発光した光に対して20%程度と低いという問題がある。
発光した光に対して取り出せる光の割合である取り出し効率を改善することで、消費電力を低くできると共に同じ輝度を得るのに低い電圧で駆動できるため有機ELの寿命が長くなるという利点がある。
特許文献1は有機ELの発光層より視認側に散乱層を設け、全反射が起こり取り出すことができない光を散乱させその一部の光を取り出すというものである。この方法は比較的容易であるが、EL素子に垂直な方向に近い光も散乱させてしまいその一部の光は取り出せなくなってしまうため取り出し効果が低いという問題がある。
しかしながら、プリズムシートを最表面に用いた場合は外光の反射が起こりディスプレイとしては使うことが難しく、また耐擦傷性も問題になる。
ELディスプレイの場合通常、外光の反射を抑えるためにカラーフィルターや円偏光フィルムを用いるが、その場合プリズムシートはそれらの部材よりも発光層側に用いることになる。そのとき、プリズムは凹凸界面を形成するため空気層を保持する必要が発生する。
また、本発明の目的は、このようなエレクトロルミネッセンス素子を用いた有機ELディスプレイ、液晶表示装置、照明装置を提供することにある。
しかしながら、発光層の屈折率は約1.7で、この発光層で発光した光がスネルの法則に従い屈折率1.0の空気まで到達できずに、空気界面や素子内部で全反射が起こり素子内部を導波してしまうため、素子外部である空気中に取り出すことができるのは、発光層での発光光に対して約20%程度となってしまう。
空気界面や素子内部で全反射を押さえるためには、素子に対して平行ではない斜面を有し、更にその斜面において屈折または反射を起こす必要がある。
凹凸構造(凹凸部)を有するプリズムシートを用いることで、素子に対して平行でない斜面を作り出すことができる。
更に、プリズムの凹凸面がプリズムシートを構成する材料(成形材料)とは異なる屈折率nの材料(充填材料)との界面で形成されていることにより、屈折率差を有していることから、その界面での屈折または反射が起こり、光の角度を変換することができる。
光の角度を変換することで全反射してしまう光の割合を減少させ、取り出せる光量を増加させることが可能になる。
本発明は、プリズムがない場合には全反射して取り出すことのできない光についてはプリズム斜面(山部の斜面)に入射させ、プリズムがなくても取り出すことが可能な光については平坦な面(谷部の底面)に入射させる割合を高めた凹凸構造を有している。
プリズム斜面に入射した光は屈折率の違いにより屈折が起こり光の角度が変換されるため、その内の一部が外部に取り出せる光となるため、プリズムを設けることで輝度を向上させることが可能になる。
プリズムがなくても空気界面や素子内部で全反射を起こさず取り出せる光が平坦部に入射する場合は、プリズム斜面での不要な屈折や反射が起こり、かえって取り出せない光を増加させてしまう斜面のみを有するプリズムに比べ、プリズムより光取り出し側への光の量を増やすことができる。
屈折や反射でプリズムから再び発光層側へ光を戻すと、金属電極で反射され再び光取り出し方向に戻ってくる場合でも、金属電極での反射率や発光層などでの吸収によりロスがあり、強度が減少してしまう。
プリズムで光の角度が変換されなくても取り出せる光が必ず平坦部を通る訳ではないがその確率を増加させるという効果を有する。
加えて、プリズムの凹凸が屈折率nの材料で埋めることで(充填材料で凹凸部を覆う充填層が設けられることで)、プリズムと屈折率1.0の空気の界面を利用する必要がなくなるので素子の内部にも空気層を保持することなく使用することが可能になる。したがって、プリズムシートを素子内部へ使用することが可能になり、プリズムを用いても中空な構造が必要なくなり安定な素子を作製することが可能になる。
したがって、ベース基材上に成形材料を形成する方法として、液状の樹脂を金型とベース基材との間に流し込んだり、あるいは、液状の樹脂をベースフィルム上に塗工するなどさまざまな製造方法を用いる上で有利となる。
エレクトロルミネッセンス素子は、素子構造や構成材料は異なるが、通常平面状に積層された構成を持ち、発光層の屈折率が高いため、発光光が素子内部を導波、減衰し、空気中に取り出せる光の割合が小さいことが共通の問題となっている。
ボトムエミッション型とは、支持基板に積層して素子を作製していき支持基板を通して光を取り出すタイプのエレクトロルミネッセンス素子であり、トップエミッション型とは、支持基板から素子を作製していき支持基板とは逆側から光を取り出すタイプのエレクトロルミネッセンス素子であり、どちらの型においても発光層より視認側に、凹凸構造(凹凸部)を有するプリズムシートを設けることが可能で最表面にプリズムシートを設けることも可能である。
例えば、ボトムエミッション型の場合は支持基材と支持基材に近い電極層の間、または支持基材に対して発光層とは逆側の視認側に、トップエミッション型では、電極上に設けられたガスバリア性を有する封止層と封止ガラスまたはカラーフィルターとの間に用いることが可能である。
ダイヤモンドバイトの形状により三角形状の山部の斜面を形成する。
V型バイトの切り込み深さにより三角形状の山部の高さが決定され、切削ピッチにより平坦な谷部である切削しない部分の大きさが決定する。
ダイヤモンドバイトの先端は必ずしも尖っていなくても良く、すなわち山部の頂点が数μm程度ならば平坦または曲線であっても良い。
なお、プリズムシートは、成形材料に凹凸構造が形成されたものであればよく、成形材料のみで構成されていてもよいし、ベースフィルム(ベース基材)上に設けられた成形材料に凹凸構造が形成されたものであってもよい。言い換えると、プリズムシートがベースフィルムに取着された構成であってもよい。
また、ベースフィルムと成形材料の間に密着性を向上させるためのプライマー等を有しても良い。
ベースフィルムは、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン等の透明なプラスチックシートを用いることができる。
UV硬化樹脂を使用する場合は、液状の樹脂を金型とベースフィルムの間に流し込み、その状態でUVを照射することにより硬化させ成形する方法や、UV硬化樹脂をあらかじめベースフィルム上に塗工しておき、加熱軟化させ金型に倣わせ、UVを照射することにより硬化する方法等を用いることができる。
熱可塑性樹脂を使用する場合は、あらかじめベースフィルム上に塗工しておいた樹脂を加熱軟化させて、金型に押し付け圧力を加えることにより樹脂を変形させる形成する方法や溶融した樹脂を金型に流し込むことにより成形する方法等を用いることができる。
凹凸の成形材料と屈折率nの材料の屈折率差は少なくとも0.05以上が必要で、好ましくは0.1以上あるとよい。
例えば、成形材料として一般的な屈折率である1.47から1.59程度のものを使用し、屈折率nの材料はそれよりも高屈折率または低屈折率の材料からなる。
屈折率nの材料として、高屈折材料はジルコニウムやチタン、亜鉛、アンチモンを含む酸化物粒子を含むものや、塩素や臭素、硫黄を含む有機物などがある。低屈折率材料としては、フッ素を含む有機物などがある。
プリズムシートの凹凸を容易に埋めるためコーティングできる材料が使用しやすく、液状の材料を塗布し乾燥、場合により硬化させることにより凹凸を埋めた表面平坦なシートを作製する。
図2、図3はプリズムシート8を凹凸面側から見たときの模式図である。
図2では1方向のみ周期を有するプリズムシートで、図3は2方向に周期を持つプリズムシートであり、山部9と谷部10を有している。
図1に示すように、本実施の形態のエレクトロルミネッセンス素子は、支持基板1と、EL層2と、カバーガラス3と、粘着層4と、プリズムシート8とを含んで構成されている。
支持基板1の一方の面にEL層2が形成され、支持基板1と反対側に位置するEL層2の面がカバーガラス3により封止されている。
EL層2と反対側に位置する支持基板1の面に粘着層4を介してプリズムシート8の凹凸部を充填材料で埋めた表面平坦なシートが取着されている。
第一電極と第二電極との間に電圧を印加することにより、発光層内で正孔と電子が結合することにより発光し、その光が第一電極および第二電極、支持基板を通って、EL層2の外部へ射出される。
プリズムシート8は凹凸部を備え、凹凸部は、頂部が鋭角をなす複数の山部9と、それら山部9の間に位置し平坦な底面10Aを有する複数の谷部10とで形成されている。
本実施の形態では、凹凸部とは反対に位置するプリズムシート8の面8Aは、透明材料で形成されたベース基材5に取着されている。
より詳細には、プリズムシート8は、第一電極の発光層とは反対側に位置する面、または、第二電極の発光層とは反対側に位置する面に成形材料6で形成されている。また、凹凸部はプリズムシート8が発光層に対向する面に形成されている。
充填層7は、成形材料6の屈折率とは異なる屈折率の充填材料で構成されている。
凹凸部とは反対に位置する充填層7の箇所に、凹凸部とは反対に位置するプリズムシート8の面8Aに平行する平面が形成されている。
ここで、山部9は、それらの先端が発光層側を向いている。このようにすると、充填層7がプリズムシート8よりも内側(発光層側)にあることで素子外部へ取り出せる角度の変換効率が高くより高い輝度向上効果を得る上で有利となる。
また、隣接する山部9の周期、または、隣接する谷部10の周期をP、谷部10の底面10Aから山部9の先端までの高さをH、凹凸部とは反対に位置するプリズムシート8の面と山部9の斜面とが成す角度をβとすると、下記の数式1の関係が満たされている。
充填層7で臨界角よりも大きな角度の光、すなわち、角度変換されなければ素子外部へ取り出せない光は、山部9の斜面に入射することになり屈折または反射により角度が変換されることになる。
なお、角度βが55度未満であると、あるいは、75度を超過すると、正面輝度向上の点で不利となる。
山部9と谷部10とは互いに平行して直線状に延在している。
山部9と谷部10とは延在する方向と直交する方向に等間隔で形成されることで構成されている。
このような構成によれば、一方向に周期を持った凹凸構造(凹凸部)により、特に周期を有する方向の光を光取り出し方向に屈折させ輝度向上する上で有利となる。
山部9は第1の山部9Aと第2の山部9Bとを備えている。
第1の山部9Aは、第1の方向に平行して延在し第1の方向に直交する第2の方向に等間隔をおいて複数配置されている。
第2の山部9Bは、第1の方向と直交する方向に延在し第1の方向に等間隔をおいて複数配置されている。
谷部10は、第1の山部9と第2の山部9の間に形成されている。
このような構成によれば、二方向に周期を持った凹凸構造(凹凸部)により、二方向に周期構造を形成することによって、図2に示す一方向のみに周期を持った凹凸構造(凹凸部)周期を持つものよりも多くの方向からの光について、光を取り出せる角度に変換する効果があるため、高い輝度向上効果を得る上でより一層有利となる。
その金型から屈折率1.49のUV硬化樹脂(成形材料)でPETフィルム(ベース基材)上に転写を行い、金型形状が転写された凹凸面に屈折率1.65の材料(充填材料)を塗布して凹凸部を埋めた表面平坦なシートを作製した。
評価に用いたエレクトロルミネッセンス素子は画素構造を有するボトムエミッション型の有機ELで支持基材であるガラスから視認側に粘着シートを用いて前記シートを貼り付けて、ピーク波長約530nmの緑色を点灯させ有機ELに対面させた輝度計にて輝度を測定した。
表1の評価結果はプリズムシートを貼っていないときの輝度を基準として、プリズムシートを粘着シートで貼り付けたときの輝度の相対値を示す。
プリズムシートを外側すなわち視認側にして取り付けたときと、充填材料(充填層7)を外側すなわちプリズムシートを内側にして取り付け評価を行った。
表1に示すように、プリズムシートを用いることにより、相対正面輝度の向上を図る上で有利となることがわかった。
2・・・EL層
3・・・カバーガラス
4・・・粘着層
5・・・ベース基材
6・・・成形材料
7・・・充填層
8・・・プリズムシート
9・・・山部
10・・・谷部
10A・・・底面
12・・・凹凸部
Claims (11)
- 第一電極と、第二電極と、前記第一電極および第二電極の間に形成された発光層とを有するエレクトロルミネッセンス素子において、
前記第一電極の前記発光層とは反対側、または、前記第二電極の前記発光層とは反対側に成形材料で形成されたプリズムシートが設けられ、
前記プリズムシートは、凹凸部を備え、
前記凹凸部は、頂部が鋭角をなす複数の山部と、それら山部の間に位置し平坦な底面を有する複数の谷部とで形成され、
前記成形材料の屈折率とは異なる屈折率の充填材料で前記凹凸部を覆う充填層が設けられ、
前記凹凸部とは反対に位置する前記充填層の箇所に、前記凹凸部とは反対に位置する前記プリズムシートの面に平行する平面が形成されている、
ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス素子。 - 前記山部の先端が前記発光層側を向いていることを特徴とする請求項1または2記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記凹凸部とは反対に位置する前記プリズムシートの面と、前記山部の斜面とが成す角度は55度乃至75度であることを特徴とする請求項1乃至3に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記山部と前記谷部とは互いに平行して直線状に延在し、前記山部と前記谷部とは前記延在する方向と直交する方向に等間隔で形成されることで構成されていることを特徴とする請求項1乃至4に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記山部は、第1の方向に平行して延在し前記第1の方向に直交する第2の方向に等間隔をおいて配置された複数の第1の山部と、前記第1の方向と直交する方向に延在し前記第1の方向に等間隔をおいて配置された複数の第2の山部とを備え、前記谷部は、前記第1の山部と第2の山部の間に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記凹凸部とは反対に位置する前記プリズムシートの面は、透明材料で形成されたベース基材に取着されている請求項1乃至6に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 前記凹凸部とは反対に位置する前記充填層の面は、カラーフィルターに貼り付けられていることを特徴とする請求項1乃至7に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1乃至8に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する有機ELディスプレイ。
- 請求項1乃至7に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する液晶表示装置。
- 請求項1乃至7に何れか1項記載のエレクトロルミネッセンス素子を有する照明装置。
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