JP2013114846A - レンズシート及びそれを具備した有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子の光の外部取り出しの効率向上と色ズレ解消を満たすレンズシート、及びそれを具備した証明装置や表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】透光性基材の一方の面に、陽極、蛍光有機化合物を含む発光層、陰極を順次積層してなる有機ＥＬ素子の、他方の面に具備するレンズシートであって、レンズ基材シート上に形成されるレンズ素子が拡散要素を含有し、且つ、前記拡散要素がレンズ素子外部に露呈しないことを特徴とするレンズシートである。
【選択図】図６

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ、液晶用バックライト、照明用光源、電飾、サイン用光源等に用いられるＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）、及びＥＬ素子を用いた表示装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置に関するものである。

一般に、ＥＬ素子は、図１に示すように、透光性基材１の一方の面に陽極３、蛍光有機化合物を含む発光層２、陰極４を順次積層し、さらに、前記透光性基材１の他方の面に、接着層６を介して光取り出し用のレンズシート５が設けられている。また、前記レンズシート５は、基材５ａ上に三角形状のレンズ素子５ｂを複数配列することで構成されている（特許文献１参照）。

このようなＥＬ素子においては、陽極３と陰極４との間に直流電圧を印加し、発光層２に電子および正孔を注入して再結合させることにより励起子を生成し、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光する。そして、この光を透光性基材１及びレンズシート５を通過させてレンズ素子５ｂから出射させる。

上記のようなＥＬ素子において、レンズシート５を除いた構成とした場合、発光層２が放射した光線が透光性基材１から射出する際、一部の光線が透光性基材１の出射面において全反射して光のエネルギーにロスが生じてしまう。

この際の光の外部取り出し効率は、一般的に２０％程度と言われている。そのため、高輝度が必要となればなるほど投入電力を多く必要としてしまい、エネルギー効率が悪いとともに、素子に及ぼす負荷が増大してＥＬ素子自体の信頼性が低下してしまう他、ＥＬ素子の寿命が短くなってしまう。

そこで、光の外部取り出し効率を向上させる目的で、前記特許文献１に開示されているような、透光性基材１の出射面側にレンズシート５が設けられており、例えば図１、図２に示すような三角形状のレンズ素子５ｂを複数配列させた微細な凹凸を形成することで、全反射によってロスする光線を外部に取り出している。しかしながら、このような提案においては、発光色の角度依存性の問題が新たに発生する。

上記の発光色の角度依存性の問題は、ＥＬ素子の観察する角度によって、観察者が視認する色が変化する色ズレの問題である。特にマルチユニット構造のように発光層を積層する構成では、大きな問題となる（非特許文献１参照）。

上記のように有機ＥＬ素子を用いた照明装置や表示装置において、光の外部取り出し効率と色ズレの解消を同時に解決する対策として、レンズ中に拡散要素を含有させる方法が提案されている。例えば、光の外部取り出し効率を向上させるレンズシート内に拡散要素を均一に含有させる特許文献２が開示されている。しかしながら、前記拡散要素を均一に含有させるレンズシートは、レンズ表面の微細な凹凸形状を拡散要素によって粗くさせてしまうため、本来のレンズとしての集光機能を低下させ、色ズレに対しての効果を低下させる問題がある。

特開２００７−２０７４７１号公報 特開２０１０−２１８８３９号公報

パナソニック電工技報 Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．４ 「照明用の高演色有機ＥＬデバイス」

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬ素子の光の外部取り出しの効率向上と色ズレ解消を満たすレンズシート、及びそれを具備した証明装置や表示装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、透光性基材の一方の面に、陽極、蛍光有機化合物を含む発光層、陰極を順次積層してなる有機ＥＬ素子の、他方の面に具備するレンズシートであって、レンズ基材シート上に形成されるレンズ素子が拡散要素を含有し、且つ、前記拡散要素がレンズ素子外部に露呈しないことを特徴とするレンズシートである。

請求項２記載の発明は、前記レンズ素子が、レンズ基材シートの一方の面に拡散要素を含有する樹脂と、拡散要素を含有しない樹脂とを順次積層して形成され、且つ、前記レンズ素子内の拡散要素を含有する樹脂と拡散要素を含有しない樹脂との体積百分率の差が５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシートである。

請求項３記載の発明は、前記レンズ素子の高さが１００μｍ以下でかつ、前記拡散要素の粒径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項1又は２に記載のレンズシートである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載のレンズシートを具備することを特徴とする有機ＥＬ素子である。

本発明により、有機ＥＬ素子の光の外部取り出しの効率向上と色ズレ解消を満たすレンズシート、及びそれを具備した証明装置や表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＥＬ素子の断面模式図である。 本発明の実施形態に係るレンズシートの斜視図である。 本発明の実施形態に係るレンズシートの生産工程を示す模式図である。 拡散要素の粒径が５μｍ以下の場合のレンズシートの断面模式図である。 拡散要素の粒径が５μｍを超える場合のレンズシートの断面模式図である。 本発明に係るレンズシートの拡散要素の内部密度が不均一な模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）７は、透光性基材１の一方の面に、陽極３、発光層２、陰極４を順次積層し、他方の面に接着剤６を介してレンズシート５が積層された構成からなるものである。

前記透光性基材１は、全光線透過率が５０％以上の透明性を有し、平板状をなしているものであれば特に限定するものではない。例えば、ガラスやＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレン等のプラスチック材料を用いることができる。なかでも加工性、耐熱性、耐水性及び光学透光性等に優れたシクロオレフィン系のポリマーはより好ましい。

上記透光性基材１の一方の面に積層される前記陽極３は、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを蒸着もしくはスパッタなどのドライプロセスで形成される。この蒸着する材料としては上述のものに限定されず、透明であって電気伝導性を有するものであれば特に限定するものではない。また、陽極３の厚さは１００００Å程度以下とすることが好ましい。厚すぎると電気伝導性は向上するが、局所的なスパイクが入りやすくなり、また、全光線透過率が低下するため好ましくない。上記スパイクはその突起の高さが、例えば１００ｎｍ程度を超えるとその後の成膜工程にて問題を生じることがある。

前記発光層２としては、通電されることにより白色に発光する蛍光有機化合物から構成されている。このような発光層２の一例としては、ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）／α−ＮＰＤにルブレン１％ドープ／ジナクチルアントラセンにペリレン１％ドープ／Ａｌｑ３／フッ化リチウム／陰極としてＡｌといった構成を挙げることができる。

なお、発光層２は上記構成の白色に発光する蛍光有機化合物に限定されず、この他、青色、赤色、黄色、緑色に自然発光可能な蛍光有機化合物であってもよい。これらの色彩は、発光層２から射出する光線の波長をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とすることのできる蛍光有機化合物を適宜用いることで実現することができる。また、ＥＬ素子７をフルカラーディスプレイ用途で使用する場合にはＲ、Ｇ、Ｂに対応した３種類の発光材料の塗り分けをすることや、白色光にカラーフィルターを重ねることにより、放射される光に彩色を施すことができ、これによりフルカラー表示を行うことが可能となる。

前記陰極４としては、電気伝導性を有するものであれば特に限定するものではない。上記に説明したように、このようにして本発明に係る発光体構造を形成する。

そして、前記発光体構造を形成した上記透光性基材１の他方の面に、接着層６を介してレンズシート５が積層され本発明の有機ＥＬ素子が得られる。

前記接着層６は粘着剤や接着剤を用いて形成されている。この粘着剤や接着剤としては、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。さらに、粘着剤や接着剤として、１液型で押圧して接着するものや、熱や光で硬化させるものを用いることができ、その他、２液もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることもできる。

また、前記接着層６の形成方法としては、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。接着層６をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。

前記レンズシート５は、図１及び図２に示すように、背面側の面が接着層６によって透光性基材１に接合される透光性の基材フィルム５ａと、この基材フィルム５ａの正面側の面に複数が配設されるレンズ素子５ｂとから構成されている。

前記レンズ素子５ｂは、詳しくは図２に示すように、基材フィルム５ａの出射面全体を敷き詰めるようにして、一定のピッチで一方向に沿って複数が配列されている。

そして、このようなレンズ素子５ｂが、基材フィルム５ａ上に配置されることによりレ
ンズシート５が構成されている。なお、レンズシートの表面形状は半円のストライプ状、半球状、凹四角錐状であっても構わない。

前記レンズシート５に用いられる材料としては、透明な樹脂であれば特に限定するものではない。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体等の透明性や成形性に優れた材料がより好ましい。

また、前記レンズ素子５ｂは集光機能の効率の低下を防ぎ、且つ、色ズレを防止する効果を目的として拡散要素を含有することを特徴としている。この拡散要素としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等の硬化物からなるものが用いられ、レンズシート５の主材料となる透明樹脂の屈折率をＭ、拡散要素の屈折率をＮとした場合に、両者の屈折率差｜Ｍ−Ｎ｜が、｜Ｍ−Ｎ｜≧０．０１の関係を満たすことが望ましい。両者の屈折率差が０．０１未満であると拡散要素の光散乱効果を十分に得ることができないからである。レンズ素子５ｂ内の拡散要素の体積百分率の制御は拡散要素の添加量を調整することにより行うことができる。

また、拡散要素の添加量は、レンズ素子５ｂを成型する透明樹脂に対して、１．１重量％以上１９．８重量％以下の範囲が好ましい。

本発明に係るレンズ素子５ｂの形成方法としては、例えば、金型による圧接成形、押し出し成形、射出成形等を用いることができる。しかしながら、レンズ素子内に含まれる拡散要素の分布の制御し易さを考慮すると金型圧接成形がより好ましい。

図３は本発明の実施形態に係るレンズシートの生産工程を示す模式図を示す。ここで前記金型圧接成形によるレンズ素子５ｂの形成方法について説明する。

まず、放射線硬化性の樹脂１３をレンズ基材シート５ａ上に塗布し、次にレンズ素子５ｂを形成するための形状を表面に有する金型ロール１１に圧接させ、その後、レンズ基材シート５ａを通して放射線１２を照射することで樹脂１３を硬化させ、所望の形状を有するレンズ素子５ｂを形成する。

この時、前記拡散要素を放射線硬化性の樹脂１３に添加することで、レンズ素子５ｂの内部に拡散要素を設けることができる。また、レンズ素子内部に拡散要素を閉じ込めるには、レンズ素子５ｂのレンズ基材シート５ａ上からの最大高さが１００μｍ以下である場合、添加させる拡散要素の粒径を５μｍ以下にする必要がある。拡散要素の粒径が５μｍを超えると、図５に示すように、拡散要素の体積率の制御が困難となり、レンズ表面の形状が変化し（粗くなり）、結果レンズ本来の集光特性を低下させてしまう。また、樹脂１３に対する拡散要素の添加量を調整することによってレンズ素子５ｂ内の拡散要素の体積百分率を調節することができる。

すなわち、本発明に係るレンズ素子５ｂの形成方法としては、レンズ基材シート５ａの一方の面に、拡散要素を含有する放射線硬化性の樹脂と、拡散要素を含まない放射線硬化性の樹脂とが順次積層するように、同時に２層を塗布（送液）することにより、図６に示すように、金型ロール１１での圧接成形で得られるレンズ素子５ｂの内側（レンズ基材シート側）に向かうに従い、拡散要素の分布を多くすることができる。

上記のようなレンズ素子５ｂの内側（レンズ基材シート側）に向かうに従い、拡散要素の分布を多くすることより、拡散要素のレンズ内部閉じ込め効果が上がる。これにより、有機ＥＬ素子の光の外部取り出しの効率向上と色ズレ解消を満たすレンズシートを得ることができる。なお、このときの前記レンズ素子内の拡散要素を含有する樹脂と拡散要素を含有しない樹脂との体積百分率の差が５％以上であることが望ましい。５％以下であると、拡散要素の作用効果が低下し外部取り出しの効率向上と色ズレ解消を満たすことができない。

以上のような構成のＥＬ素子７は、陽極３及び陰極４からなる電極に通電することによって、これら陽極３及び陰極４に挟持された発光層２が発光する。この発光層２から放射された光線は、透光性基材１を通過してレンズシート５の基材フィルム５ａに入射する。そして、基材フィルム５ａに入射した光線は、レンズ素子５ｂ内の拡散要素によって散乱された後、レンズ面からそれぞれ光射出される。

本実施形態のＥＬ素子７によれば、レンズシート５を構成するレンズ素子５ｂに拡散要素が含有されているため、発光層２から放射されてレンズシート５から光射出される光は、レンズ素子５ｂのレンズ面に到達する前に十分に散乱させられる。したがって、該散乱した光がレンズ素子５ｂのレンズ面にて屈折して集光されることで、該レンズシート５から出射される光の光強度分布を滑らかなものとすることができる。即ち、拡散要素によって配光特性を均一化させる方向に調整することができるため、視野角の変化による急激な色変化を低減させることが可能となる。

ここで図５に示す通り、拡散要素の粒径が５μｍを超える場合、拡散要素の体積率の制御が困難となりレンズ表面の形状を変化させてしまい、結果レンズ本来の集光特性を低下させてしまう。この点、本実施形態のＥＬ素子７においては、拡散要素の粒径が５μｍ以下に設定されているため、配光特性を良好に調整して視野角の変化による色の急激な変化を低減させることができる。さらに、拡散要素の上記体積百分率が１．１ｖｏｌ％以上１９．８ｖｏｌ％以下に設定すれば、より確実に上記効果を得ることができる。

また、レンズシート５が接着層６を介して透光性基材１に接着されているため、レンズシート５を透光性基材１に対して確実に積層させることができ、該レンズシート５による輝度の向上及び配光分布の調整を良好に行うことが可能となる。

＜実施例１＞
厚さ１８８μｍのＰＥＴのレンズ基材シート上に、放射線硬化性の樹脂としてあるアクリル系のＵＶ硬化樹脂を用い、粒径２μｍのアクリル系樹脂を拡散要素として含有させた前記ＵＶ硬化樹脂と、拡散要素を含まない前記ＵＶ硬化樹脂とを順次積層状態で送流し、レンズ素子形状を有した金型ロールに圧接した状態でＵＶ照射（硬化）し、高さ５０μｍの凹三角形状で、ピッチ１００μｍで配列されたレンズ素子を有するレンズシートを作製した。なお、前記拡散要素を含有している樹脂としてない樹脂の体積百分率の差は１５％に調整した。

＜実施例２＞
粒径５μｍの拡散要素を用いた以外は、実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

＜比較例１＞
粒径５μｍの拡散要素を含む樹脂だけを用いた以外は、実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

＜比較例２＞
粒径１０μｍの拡散要素を用いた以外は、実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

（ＥＬ素子の作製及び光学測定）
上記の実施例１、２及び比較例１、２を用いて実施形態で説明したＥＬ素子７を作製して、陽極３と陰極４とからなる電極に通電して発光層２を発光させて、その際のレンズシート５から出射される光の色温度測定と輝度測定をした。色温度の測定においては、レンズシート５の正面方向から該正面方向の９０°傾斜した方向までの最大差を求めた。なお、このときの測定の方向は素子の傾斜方向とレンズシートの三角形のストライプ方向が直交している。輝度測定に関しては、レンズシート１７の正面方向及び該正面方向から４５°傾斜した斜め方向から行なった。以下に測定結果を表１に示す。

＜比較結果＞
実施例１〜２で得られた本発明のレンズシートは、比較例１、２で得られた比較例品１〜２に比べて、色温度差の最大値及び輝度変化率はいずれも良好な結果が得られた。具体的には、拡散要素の粒径が大きくなるにしたがい、大幅に色ズレを抑制する結果が得られた。また、同じ粒径である５μｍの送液が単層の比較例１と２層の実施例２とを比較すると、２層の実施例２の方が、視野角の違いによる色ズレの変化、及び光強度分布を滑らかなものとすることができることが示された。

１ 透光性基材
２ 発光層
３ 陽極
４ 陰極
５ レンズシート
５ａ レンズ基材シート
５ｂ レンズ素子
６ 接着層
７ ＥＬ素子
１１ 金型
１２ 放射線
１３ 拡散要素を含有する放射線硬化性の樹脂
２１ 拡散要素

Claims (4)

1. 透光性基材の一方の面に、陽極、蛍光有機化合物を含む発光層、陰極を順次積層してなる有機ＥＬ素子の、他方の面に具備するレンズシートであって、レンズ基材シート上に形成されるレンズ素子が拡散要素を含有し、且つ、前記拡散要素がレンズ素子外部に露呈しないことを特徴とするレンズシート。
2. 前記レンズ素子が、レンズ基材シートの一方の面に拡散要素を含有する樹脂と、拡散要素を含有しない樹脂とを順次積層して形成され、且つ、前記レンズ素子内の拡散要素を含有する樹脂と拡散要素を含有しない樹脂との体積百分率の差が５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシート。
3. 前記レンズ素子の高さが１００μｍ以下でかつ、前記拡散要素の粒径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項1又は２に記載のレンズシート。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のレンズシートを具備することを特徴とする有機ＥＬ素子。

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