JP5703582B2 - El素子、それを用いた照明装置、ディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、光取り出し効率の最適化を行って光取り出し効率を更に向上することのできるEL素子、そしてこのEL素子を用いた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面には光制御シートが設けられており、光制御シートは、発光層が設けられた側の一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて第1凹凸部より高さの低いレンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
光制御シートの他方の面における面積をS1とし、光制御シートの他方の面に接する第1凹凸部の面積の和をS2として、下記(1)式を満足することを特徴とする。
0.1≦S2/S1≦π/2√3 …(1)
本発明のEL素子によれば、光制御シートに互いに間隔を空けて(1)式の範囲で配列された第1凹凸部と、第1凹凸部同士の隙間を埋めるように配列された第1凹凸部より高さの低い第2凹凸部とを配設することで、光制御シートとして例えばプリズムレンズシート等の指向性重視フィルムを備えた従来のEL素子よりも、光の外部取り出し効率を向上させることができる。第1凹凸部の面積率S2/S1が0.1未満になると、光の外部取り出し効率が第2凹凸部よりも大きい第1凹凸部の面積が小さくなるので、相対的に光の外部取り出し効率が小さくなり好ましくない。
透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面には光制御シートが設けられており、光制御シートは、発光層が設けられた一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて第1凹凸部より高さの低いレンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
光制御シートの他方の面における面積をS1とし、光制御シートの他方の面に接する第1凹凸部の面積の和をS2とし、第1凹凸部の高さをTMとし、第2凹凸部の高さをTLとして、下記(2)式と(3)式を満たすことを特徴とする。
0<TL/TM≦−158.79×(S2/S1)5+412.89×(S2/S1)4
−419.47×(S2/S1)3+205.74×(S2/S1)2
−47.492×(S2/S1)+4.5014 …(2)
0.2≦S2/S1≦π/2√3 …(3)
本発明のEL素子によれば、互いに間隔を空けて配列された第1凹凸部と、第1凹凸部同士の隙間を埋めるように配列された第1凹凸部より高さの低い第2凹凸部とを配設すると共に、上記(2)式と(3)式を満たすことで、光制御シートの面積率S2/S1が0.2〜π/2√3の範囲で、光制御シートとして例えば拡散フィルムを備えた従来のEL素子よりも光の外部取り出し効率を向上させることができる。
0<TL/TM≦0.6 …(4)
(2)、(3)式に加えて、上記(4)式を満たすことで、第1凹凸部の面積率に依存することなく、光の外部取り出し効率が大きくなる。
第1凹凸部の面積率S2/S1は、光制御シートを製造する場合、第1凹凸部の径PMの微小なバラツキや隣接する各第1凹凸部間の距離の微小なバラツキなどにより設計値と異なる場合がある。あるいは、上述のバラツキで、光制御シートの面内にて、面積率S2/S1のバラツキが発生する可能性がある。そのため、上記(4)式を更に満たすことで、第1凹凸部の面積率S2/S1に依存することなく光の外部取り出し効率が大きくて安定して製造が可能となるため好ましい。
透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面には光制御シートが設けられており、
光制御シートは、発光層が設けられた一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて第1凹凸部より高さの低いレンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
光制御シートの他方の面における面積をS1とし、光制御シートの他方の面に接する第1凹凸部の面積の和をS2とし、第1凹凸部の高さをTMとし、第2凹凸部の高さをTLとして、下記(5)式と(6)式を満たすことを特徴とする。
0<TL/TM≦37.168×(S2/S1)5−90.138×(S2/S1)4
+78.959×(S2/S1)3−32.473×(S2/S1)2
+7.3357×(S2/S1)−0.0674 …(5)
0.3≦S2/S1≦0.8 …(6)
本発明のEL素子によれば、互いに間隔を空けて配列された第1凹凸部と、第1凹凸部同士の隙間を埋めるように配列された第1凹凸部より高さの低い第2凹凸部とを配設すると共に、上記(5)式と(6)式を満たすことで、光制御シートの面積率S2/S1が0.3〜0.8の範囲で、光制御シートとして例えばマイクロレンズシートを備えた従来のEL素子よりも、光の外部取り出し効率を向上できる。
0<TL/TM≦0.4 …(7)
(5)、(6)式に加えて、上記(7)式を満たすことで、第1凹凸部の面積率に依存することなく、光の外部取り出し効率が大きくなる。
光制御シートを製造する場合、第1凹凸部の面積率S2/S1は第1凹凸部の径PMの微小なバラツキや隣接する各第1凹凸部間の距離の微小なバラツキなどにより設計値と異なる場合がある。あるいは、上述のバラツキで面積率S2/S1のバラツキが発生する可能性がある。特に、面積率S2/S1が0.3以上の場合では、第1凹凸部の径PMの微小なバラツキによる面積率S2/S1の変化が大きく3〜10%のズレが発生する可能性がある。そのため、上記(5)式と(6)式に加えて(7)式を満たすことで、第1凹凸部の面積率S2/S1に依存することなく光の外部取り出し効率が大きくなり安定して製造が可能となる。
更に四角錐凹レンズ部は、斜面が直線状または平面状である場合には、第2凹凸部に入射した光を略同一方向に偏向することが可能となるため、任意の方向に光を集光することが可能となる。また、斜面が凸曲面状又は凹曲面状である場合には、第2凹凸部に入射した光を広範囲な角度で偏向することができる。第2凹凸部に入射した光が、視野方向に対する角度を変えた場合に色味が変化する色ズレの課題が生じた場合でも、発光層からの光を広範囲な角度で偏向させて発光層の光の色味を視野方向に対する角度に依存しないように均一化できる。
本発明のEL素子を組み込んだ上述した照明装置を用いることで、光の利用効率が高く、意匠性を有する照明装置を得られる。
本発明のEL素子を組み込んだディスプレイ装置を用いることで、光の利用効率が高いディスプレイ装置が得られる。
本発明のEL素子または照明装置を組み込んだ液晶ディスプレイ装置を用いることで、光の利用効率が高い液晶ディスプレイ装置が得られる。
さらに本発明のEL素子を組み込んだ照明装置、ディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を用いることで、光の利用効率が高い、意匠性を有する照明装置、ディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を提供することが可能となる。
図1は本発明の実施形態によるEL素子(エレクトロ・ルミネッセンス素子)1の構成を示す図である。図1に示すように、EL素子1は、透光性基板を構成する第1の基板1Aと第2の基板1Bとの間に、発光層2を挟んで陽極3と陰極4とが配設され、第1の基板1Aの発光層2とは反対側の面に光制御シート5が配設されて構成されている。
なお、光制御シート5において、発光層2が設置されている面と反対側に光が射出されており、この方向を照射方向Fとする。
発光層2は白色発光層とすることもあり、或いは青色、赤色、黄色、緑色などの発光層とすることもある。白色発光層とする場合には、この発光層2の構成は、例えば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/フッ化リチウムという構成とする。前後に配置する陽極3としてITOと呼ばれる酸化インジウム錫、陰極4としてAlを用いればよい。
第1の基板1A及び第2の基板1Bの材料として、種々のガラス材料を用いることができ、その他に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、あるいはアルミニウムなどの金属材料を用いることもできる。更にその他の様々な材料を用いることができるが、第1の基板1A及び第2の基板1Bの材料として特に好ましいのは、シクロオレフィン系のポリマーである。このポリマーは加工性、耐熱、耐水性、光学透光性等、第1の基板1A及び第2の基板1Bに必要な材料特性の全てにおいて優れている。
また、第1基板1Aは、発光構造体10から出射する光をできるだけ透過させることができるように、全光線透過率を50%以上とすることのできる材料で形成することが好ましい。
このような接着層6を構成する粘・接着剤として、例えばアクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系の粘・接着剤が挙げられる。いずれを用いても、接着層6は高温になる発光構造体10に隣接して使用されるため、100℃で貯蔵弾性率G’が1.0E+04(Pa)以上であることが望ましい。これより貯蔵弾性率G’の値が低いと、使用中に光制御シート5と第1の基板1Aとがずれてしまう可能性がある。光制御シート5と第1の基板1Aが大きくずれてしまうと、光制御シート5に発光層2から出射する光が効率よく入射しないため、光の利用効率が低下してしまう。
また、安定的に発光層2と光制御シート5との間隙を確保するために、接着層6を構成する接・粘着剤層の中に透明の微粒子、例えばビーズ等を混ぜても良い。また、接着層6は両面テープ状でも良いし、単層で形成されていてもよい。
即ち、図1に示すように、発光層2から出射した光B0は、第1の基板1Aを透過し、光B1として光制御シート5に入射する。光制御シート5の構造層8に入射した光B1は、その一部が構造層8の出射面から外部へ出射される光B2となる。
もし、図2に示すように、光制御シート5に構造層8がなくシート状の基層7だけであった場合には、光B1の大部分は基層7の表面7aである平坦面で反射され、再度発光層2に向けて第1の基材1Aへ入射する光B12となる。光B12は、照射方向Fに偏向されないため損失となってしまう。
このため、EL素子1の光の外部取り出し効率を向上させるには、光B12を減少させると共に光B1を増加させることが重要である。
しかしながら、構造層8にプリズムなどの構造を形成する(1)の方法には以下の問題がある。
即ち、プリズムなどの直線形状が大部分を形成する構造では、直線形状により傾斜角度が一定となるため、ある特定の角度の光のみ外部取り出し効率を向上させることが可能となる。しかし、上述のある特定の角度以外の光は、外部取り出し効率が小さくなり、総合的には外部取り出し効率が小さくなる問題が生じる。
フィラーを塗布して凹凸面を形成する場合、凹凸面の形状はフィラーの隆起の度合いにより決定されるため、高精度な凹凸面の形成ができない。そのため、凹凸面に光を制御する充分な形状を形成することが出来ない。例えば、フィラーを隆起させることで略半球状に形成しようとした場合、フィラーの隆起が不十分となり略半球状の一部分しか形成されない。すなわち、略半球状の高さと幅の比をアスペクト比(高さ/幅)とした場合、アスペクト比が小さくなってしまうため、結果として外部取り出し効率が小さいという問題が生じる。
マイクロレンズは、上述の拡散フィラーと比較して、高精度に成形することが可能であり、アスペクト比を大きくして略半球状の配列を成形することが可能である。
しかし、EL素子の発光層から出射する光は等方的であるため略半球型のマイクロレンズは単体では好ましいが、略半球型のマイクロレンズ群で光制御シート5の基層7の表面全体を埋めることが出来ず、マイクロレンズとマイクロレンズの隙間に平坦面の表面が発生する。光制御シート5に平坦面の表面が存在すると、図2に示すように平坦面で全反射してEL素子の内部へ向かう光B12が発生し、外部の照射方向Fに射出しないため、光の利用効率の向上を得られない。
結果として、基層7の表面7aの約24%に平坦面が残るため、光の外部取り出し効率が不十分となる問題が発生する。
図3に示す本実施形態における光制御シート5は、基層7の表面7aに構造層8を形成すると共に裏面7bに接着層6を介して第1の基板1Aを接合した。そして、構造層8は、発光層2から出射される光B0を偏向し照射方向Fに偏向して出射させるための第1凹凸部14と第2凹凸部15とで構成されている。これら第1凹凸部14と第2凹凸部15は基層7上に別体として配置したものでもよいし、基層7と一体成形したものでもよい。
そして第1凹凸部14の隙間を埋めるように、第2凹凸部15として、例えば図3(b)に示すように、断面が凸状のレンズまたはプリズムレンズが形成されている。しかも、第2凹凸部15である断面三角形のプリズムは一方向に延在する柱状を呈し、これら柱状のプリズムは第1凹凸部14の隙間において互いに交差して配列されている。
換言すれば、図3(a)において、一次元方向に延在する略柱状の凸部材としての断面三角形のプリズムレンズを第2凹凸部15として、表面7a全域に互いに略直交する同一の二方向に複数本ずつ配列して形成されており、しかも第1凹凸部14であるマイクロレンズは第2凹凸部15のプリズムの一部分に重なって形成されている。
そのため、第2凹凸部15が、断面凸状のレンズまたはプリズムレンズを形成し且つ一方向に延在する柱状を呈していて、この第2凹凸部15が第1凹凸部14の隙間を互いに交差するように配列されることで、2次元方向に傾斜角を備えることができる。そのため、光の外部取り出し効率が大きくなり、好ましい。
さらに、上述のように交差させて配列した第2凹凸部15により、照射方向Fに出射する光の配光分布を2次元方向に調整することが可能となる。そのため、第2凹凸部15を任意の形状に形成することで、第2凹凸部15の出射光を対称な配光分布にしたり、あるいは、非対称な配光分布にしたりすることができるため好ましい。
また、第2凹凸部15について、表面7aに接触する底部の面の幅をPLとし、表面7aから頂部までの高さをTMとし、その頂角をθとする。
また、第1凹凸部14の基層7の表面7aに沿った幅のうち最も長い幅である最長直径PMは、20um以上200um以内に設定される。最長直径PMが20μm未満では、第1凹凸部14で回折光が発生し、第1凹凸部14に入射した光B1を照射方向Fに偏向する効率が低下してしまうため好ましくない。最長直径PMが200μmを超える場合は、第1凹凸部14の形状を賦型する際に、第1凹凸部14に入射した光B1を偏向するのに充分なアスペクト比を得るための充分な第1凹凸部14の高さTMを賦型することが困難となるため好ましくない。
隣接する第1凹凸部14の表面7aに接する底部の面における中心同士の距離は、50μm以上5000μm以下が好ましい。
本第二実施形態による光制御シート5の第2凹凸部15はこのような構成であってもよい。
しかし、EL素子1を照明用途して用いる場合は、少なくとも2次元的に配光分布を調整する必要がある。その理由として、例えば照明装置の設置場所によっては、ある特定方向は照射する必要がなく、広い配光分布ではなく正面方向の輝度向上を要求されることがある。あるいは、構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1が非対称な配光分布になると共に、照明装置から外部に出射される光の配光分布が対称な配光分布であることが要求される場合、照明装置から出射される光の配光分布を1次元方向のみの調整で対称な配光分布にすることは困難である。そのため、第2凹凸部15は2次元方向の調整ができる本発明による構成が好ましい。
特に、発光層2から出射される光は、配光分布が広いブロードな指向性を有する光である。そのため、第2凹凸部15は、上述の広い配光分布を照射方向Fに偏向するように設計することが好ましい。
図5に示す第二実施形態の光制御シート5における第2凹凸部15では、第1のプリズム16及び第2のプリズム17の斜面は平面形状(直線形状)であることが好ましい。平面形状であることで、構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1を略同一方向に偏向することが可能となるため、任意の方向に光を集光することが可能となる。
また、第1のプリズム16及び第2のプリズム17の形状と大きさは、図5(a)に示す第二実施形態では互いに異なっているが、同じであっても良い。
しかし、照明用途として用いる場合は、少なくとも2次元的に配光分布を調整する必要がある。その理由は、例えば照明装置の設置場所によっては、ある特定方向は照射する必要がなく、広い配光分布ではなく正面方向の輝度向上を要求することがあるからである。あるいは、構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1は非対称な配光分布になると共に、照明装置から出射される光の配光分布が対称な配光分布であることが要求される場合、1次元方向のみの配光分布の調整では困難であるため、2次元方向の配光分布の調整が可能な本発明による構成が好ましい。
特に、発光層から出射される光は、配光分布が広いブロードな指向性を有する光である。そのため、第2凹凸部15は、上述の広い配光分布を照射方向Fに偏向するように設計することが好ましい。
非球面の断面形状のレンズを用いることで、レンズ側面に適切な傾きをもった領域の面積を調節することができ、完全な半円形レンズに比べて出射する光線をより調整することができる。
また、第2凹凸部15において、第1のシリンドリカルレンズ18と第2のシリンドリカルレンズ19の断面形状は同じでも良いし、異なっていても良い。
例えば、図7及び図8に示す光制御シート5の平面図において、基層7の表面7aに第三変形例として第2凹凸部15を構成する四角錐凸レンズ15A(または四角錐凹レンズ)が隙間なく縦横方向に配列して構成されている。そして、基層7の表面7aには、第1凹凸部14を構成するマイクロレンズ14Aが互いに離間して四角錐凸レンズ15Aに重ねて配設されている。
四角錐凸レンズ15Aを隙間なく配列することで、構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1の偏向に寄与しない第2凹凸部15間の平坦部をほぼ無くすことが可能となるため、よりEL素子1の光の外部取り出し効率を高めることが可能になる。また、四角錐凸レンズ15Aを隙間なく配列することで平坦部による微細構造が形成されないため、光の回折現象による色ムラの発生を防止することが可能となる。
EL素子1から出射する光の配光分布を非対称にする要求がある場合は、底面21を長辺と短辺を有する長方形とした四角錐凸レンズ15Aにしてもよい。底面21を長方形とすることで、四角錐凸レンズ15Aにおける短辺方向斜面の傾斜角度と、長辺方向斜面の傾斜角度とが異なるため、EL素子1から出射する光の配光分布を長辺方向と短辺方向とで非対称にすることが可能となる。
特に第2凹凸部15の底面21を正六角形にした場合、底面21A同士の連結部の形状が直線状ではなく、より複雑なジクザグ形状にすることができるため、EL素子1に画素パターンを設けた場合、底面21同士の連結部の形状とEL素子1の画素パターン間との干渉で発生するモアレを防ぐことができるので、より好ましい。
EL素子1の面内での明るさのムラを低減させたい要求がある場合は、底面21の形状は略同一であることが好ましい。底面21の形状が略同一であることで、第2凹凸部15同士の配光分布のムラが発生しないため好ましい。
図11に示す第四実施形態では、第2凹凸部15は略々四角錐凸レンズ15Bであり、四角錐凸レンズ15Bの頂部は断面略々V字形の少なくとも1本の溝部23が形成されることで分割された複数の頂点24を有する。図11に示す第2凹凸部15では、各々の四角錐凸レンズ15Bの頂部に2本の溝部23を直交させて形成し、各々の四角錐凸レンズ15Bが4個の頂点24を有する構成とされている。
ただし、溝部23の形状は図11に示すものに限られず、様々な方向に延在する様々な深さ、ピッチ、開き角の溝部23を設けることができる。
なお、第2凹凸部15において、図8に示す四角錐凸レンズ15Aは第2凹凸部15の最も高い頂部の形状が点であるのに対し、四角錐凹レンズ15Cは最も高い位置の形状が略四角形の稜線であるので耐擦性が向上することになり、より好ましい。ここで、四角錐凹レンズ15Cは最も高い位置にある四角錐の底面21部分を頂部とし、基層7の表面7a側に位置する点状の凹部を底部とする。
EL素子1から出射する光の配光分布を非対称にする要求がある場合は、底面21の頂部を長辺と短辺を有する長方形とした四角錐凹レンズ15Cを形成するとよい。底面を長方形とすることで、四角錐凹レンズ15Cにおける短辺方向の傾斜面の傾斜角度と長辺方向の傾斜面の傾斜角度とが異なるため、EL素子1から出射する光の配光分布を長辺方向と短辺方向とで非対称にすることが可能となる。
上述のように、第2凹凸部15の各斜面を凸曲面状又は凹曲面状に湾曲させることで、斜面を直線状または平面状に形成した場合と比較して、構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1を広範囲な角度で偏向することができる。構造層8の第2凹凸部15に入射した光B1が視野方向に対する角度を変えた場合に色味が変化する色ズレという課題が生じた場合、発光層2からの光を湾曲した凸曲面状又は凹曲面状の斜面によって広範囲な角度で偏向させることで、発光層2の光の色味を視野方向に対する角度に依存しないように均一化できるため、好ましい。
上述のような構成にすることで、各第1凹凸部14からの出射光の配光分布に個々に変化を与えることが可能となるため、EL素子1を照明用途で用いる場合に意匠性を付与することが可能となる。
また、光制御シート5の所望の光の外部取り出し効率を向上させるために、第1凹凸部14と第2凹凸部15の高さ比TL/TMは適宜調整することが可能である。
また、光制御シート5の表面の(第1及び第2凹凸部14,15を除いた平面の)面積即ち基層7の表面7aの面積をS1,表面7aに接する面における第1凹凸部14の面積の和をS2、表面7aに接する面における全ての第2凹凸部15の面積の和を(S1−S2)として、第1凹凸部14の面積S1の基層7の面積S1に対する面積比S2/S1(以下、面積率ということがある)と、第2凹凸部15の同様な面積の和(S1−S2)についての基層7の面積S1に対する面積比(S1−S2)/S1は、適宜調整することが可能である。
なお、面積S1,S2は光制御シート5の平面視における面積に相当する。
図13のシミュレーションに用いる光制御シート5の実施例として、基材7の表面7aに第1凹凸部14を略等間隔に隙間を開けて配設し、その隙間に第2凹凸部15を互いに直交するように配設した。第1凹凸部14は略半球形状のマイクロレンズである。
マイクロレンズ14(半円)の面積=π/2×(PM/2)2=πPM2/8
となる。また、図14に示すように互いに接触する三つのマイクロレンズ14の中心を結ぶ三角形Qは正三角形であり、その1辺がPM、頂点から底辺までの高さは√3×PM/2であるから、面積は次の通りである。
三角形Qの面積=1/2×PM×√3×PM/2=√3×PM2/4
そのため面積率S2/S1=マイクロレンズ14(半円)の面積/三角形の面積であるから、マイクロレンズ14を最密充填させた面積率は、
面積率S2/S1=π/2√3
となる。これが光制御シート5における第1凹凸部14の最密充填の面積率であり、これも図13にプロットした。
上述した従来技術(2)に関係する比較例2として透明基材にフィラーを塗布して形成した拡散フィルムを用いた。拡散フィルムの形状は、アスペクト比TM/PMが0.45〜0.35の略半球形状で、その一部がランダムで配置される形状とした。
上述した従来技術(3)に関係する比較例3としてマイクロレンズフィルムを用いた。マイクロレンズフィルムの形状は、アスペクト比TM/PMが0.5で、面積率76%の形状とした。
光制御シート5の表面7aの全面積をS1、光制御シート5の表面7aと接する第1凹凸部14の底面の面積の和をS2として、S2/S1=0.1〜0.8、π/2√3による各実施例のシミュレーションと共に、比較例1、2,3のシミュレーションも実施した。そのシミュレーション結果を図13に示す。
比較例1による指向性重視フィルムでの光外部取り出し光量を1とした場合の相対光外部取り出し光量を示した。図13に示すように、光の外部取り出し効率を比較例1より向上させるために、
0.1≦S2/S1≦π/2√3 …(1)
を満たすことで、比較例1である指向性重視フィルムよりも光取り出し光量が大きくなることを確認できる。
一方、第1凹凸部14は直線形状でなく、曲線形状を主体として形成されているため、傾斜角度が一定でなく、任意の角度範囲を有する。曲線形状を主体とした形状では、広い角度範囲で光の外部取り出し効率が大きいため、総合的には外部取り出し効率が大きい。そのため、第1凹凸部14は、第2凹凸部15と比較して光の外部取り出し効率が大きい。
上述の理由により、第1凹凸部14の面積率S2/S1が大きくなることで、光の外部取り出し効率が大きくなるため、好ましい。
また、第1凹凸部14を六方配置した場合の面積率S2/S1を最大で即ち最密充填構造でπ/2√3にすることができる。
比較例3のマイクロレンズフィルムのように、第1凹凸部14のみで構成する場合では、面積率が76%を超えると、各第1凹凸部14間の隙間が小さくなり、各第1凹凸部14間のわずかな隙間の距離のズレがマクロなムラとして見えてしまうので、好ましくない。
しかし、本実施形態のように、第1凹凸部14間の隙間を第2凹凸部15で隙間無く埋めることで、第2凹凸部15の形状により各第1凹凸部14間のわずかな隙間の距離のズレが視認されなくなるため、上述のマクロなムラが視認される現象を防ぐことが可能となる。
この理由としては、図15(a)に示すようにTL/TMが大きくなると第1凹凸部14の曲線形状を有する領域が相対的に小さくなり、第2凹凸部15の直線形状を有する領域が大きくなるためである。
第1凹凸部14の曲線形状は、第2凹凸部15の直線形状と比較して光の外部取り出し効率が大きいため、第1凹凸部14の曲線形状を有する領域が小さくなることで光の外部取り出し効率が小さくなる。
一方、図15(b)に示すようにTL/TMが小さくなると第1凹凸部14の曲線形状を有する領域が大きくなり、第2凹凸部15の直線形状を有する領域が小さくなる。そのため、TL/TMが小さくなることで、第2凹凸部15の直線形状と比較して光の外部取り出し効率が大きい第1凹凸部14の曲線形状の領域が大きくなるため、総合的な光の外部取り出し効率が大きくなり好ましい。
これは図16に示すように、第2凹凸部15の高さTLと、第1凹凸部14の高さTMの違いが過大になると、第2凹凸部15を経由して外部に取り出された光B3が、第1凹凸部14内に再度入射して光B4となり、更に光B4が第1凹凸部14の内部で反射して光B5として発光層2側へ戻されてしまうためである。
このため、TL/TMは0.1以上が好ましい。
図17(a)は比較例2の拡散フィルムによる光の外部取り出し効率よりも光の外部取り出し効率が大きい面積率S2/S1を備えた実施例の範囲を示すものである。
図13において、比較例2の拡散フィルムによる光の外部取り出し量は、比較例1を基準値1として1.015倍である。これより光外部取り出し量の大きい実施例は、S2/S1=0.2からπ/2√3までである。これを数式で示すと下記の(3)式になる。
また、図13に示す高さ比TL/TM=0.6を超える領域では、図17(a)において、S2/S1=2〜π/2√3の範囲で比較例2より光外部取り出し光量が大きい高さ比TL/TMをプロットすると、領域500で示す曲線部の範囲が得られる。この曲線部を近似式で表すと下記(2)式が得られる。
このように、図17(a)に示す領域500、領域501を規定する下記(2)式と(3)式を満たす範囲で、比較例2の拡散フィルムより光の外部取り出し効率が大きい領域を得ることが確認できて好ましい。
0<TL/TM≦−158.79×(S2/S1)5+412.89×(S2/S1)4
−419.47×(S2/S1)3+205.74×(S2/S1)2
−47.492×(S2/S1)+4.5014 …(2)
0.2≦S2/S1≦π/2√3 …(3)
0<TL/TM≦0.6 …(4)
を満たすことで、第1凹凸部14の面積率S2/S1に依存することなく、比較例2の拡散フィルムより光の外部取り出し量(効率)が大きくなる図17(a)に示す領域501のみが得られるため好ましい。
そのため、上記(4)式を満たすことで、第1凹凸部14の面積率S2/S1に依存することなく安定して製造が可能となり、比較例2の拡散フィルムより光の外部取り出し効率が大きくなる図17(a)に示す領域501のみとなるため好ましい。
図13において、比較例3の光外部取り出し量は比較例1を基準として1.025である。比較例3の光外部取り出し量を超える光外部取り出し量を得られる実施例は、S2/S1=0.3〜0.8までであるから、下記(6)式が得られる。しかも、最小の面積率S2/S1=0.3では比較例3より光の外部取り出し量の大きい範囲は高さ比TL/TM=0〜0.4である。高さ比TL/TM=0〜0.4の範囲では、0.3〜0.8の面積率S2/S1の大きさによらず、光外部取り出し量は比較例3より大きい。この領域を図17(b)の領域503で示す。
このように、図17(b)に示す領域502、領域503を規定する下記(5)式と(6)式を満たす範囲で、比較例3のマイクロレンズフィルムより光の外部取り出し効率が大きい領域を得ることが確認できて好ましい。
0<TL/TM≦37.168×(S2/S1)5−90.138×(S2/S1)4
+78.959×(S2/S1)3−32.473×(S2/S1)2
+7.3357×(S2/S1)−0.0674 …(5)
0.3≦S2/S1≦0.8 …(6)
0<TL/TM≦0.4 …(7)
を満たすことで、第1凹凸部14の面積率S2/S1に依存することなく、比較例3のマイクロレンズフィルムより光の外部取り出し効率が大きくなるため好ましい。
第1凹凸部14の面積率S2/S1は、光制御シート5を製造する場合、第1凹凸部14の径PMの微小なバラツキや、隣接する各第1凹凸部14間の距離の微小なバラツキなどにより設計値と異なる場合がある。あるいは、上述のバラツキで、光制御シート5面内にて、面積率S2/S1のバラツキが発生する可能性がある。
特に、面積率S2/S1が0.3以上の場合では、第1凹凸部14の径PMの微小なバラツキによる面積率S2/S1の変化が大きく、面積率S2/S1で3〜10%のズレが発生する可能性がある。
そのため、上記(7)式を満たすことで、第1凹凸部14の面積率S2/S1に依存することなく、安定して製造が可能となり、比較例3のマイクロレンズフィルムより光の外部取り出し効率が大きくなる図17(b)に示す領域503のみとなるため一層好ましい。
例えば、図18に示すように、例えば略半球状をなす複数の第1凹凸部14を基層7の表面7aに略均一間隔に配列してムラを発生させない意匠パターンを設けてもよい。この場合、第1凹凸部14の配列は、図18(a)に示すように正方格子を形成していてもよく、図18(b)に示すように三角格子を形成していてもよい。三角格子に形成した場合、正方格子と比較して、隣接する第1凹凸部14間の最短距離をより小さくして配列することが可能となり、第1凹凸部14の密度の最大値を大きくすることができるため好ましい。
また、図18(c)に示すように、複数の第1凹凸部14を全体的に不規則に配列してもよい。第1凹凸部14を不規則に配列することで、EL素子1に画素パターンを設けた場合に、第1凹凸部14の意匠パターンとEL素子1の画素パターンとの干渉で発生するモアレを防ぐことが可能となるので、より好ましい。
第1凹凸部14に略楕円半球形状の第1凹凸部14Dが含まれる場合は、当該楕円の長軸を同じ向きに配向させる割合を制御することで、所望の輝度分布を得ることができる。
例えば、図19(a)に示すように、第1凹凸部14Dの略楕円半球形状の長軸が向いている方向の配光分布は、略楕円半球形状の短軸が向いている方向に比べて広い配光分布になる傾向にある。これは楕円形状の傾斜率の差に基づくものである。これにより、出射する光の配光分布が非対称なEL素子1を作成することが可能となる。
さらに、図19(b)に示すように、第1凹凸部14として、その傾斜角度などの形状が相似しており、大きさ(外径PMと高さTM)が大小異なるものを分散して配列してもよい。
例えば、図20は、第1凹凸部14の有無によって意匠パターンを形成した例である。
図20(a)において、基層7の表面7aにおいて、第1凹凸部14を配列させた領域X1と第1凹凸部14を設けない領域Y1とを形成し、第1凹凸部14を設けない領域Y1に文字「T」の意匠パターンを形成している。第1凹凸部14を設けない領域Y1には第二凹凸部15が配列されている。図20(b)は、同図(a)とは逆に、第1凹凸部14を配列させた領域X1に文字「T」の意匠パターンを形成している。
上述のような構成で、光制御シート5に第1凹凸部14と第二凹凸部15とで意匠パターンを形成した場合、コントラストが大きい意匠パターンを形成することが可能となるため、意匠パターンを目立ちやすくさせる場合には好ましい。
図21では、基層7の表面7aに、第1凹凸部14の密度が比較的大きい領域X2と第1凹凸部14の密度が比較的小さい領域Y2とを区分けして配列することによって文字「T」の意匠パターンを形成している。
上述のような構成で、光制御シート5に意匠パターンを形成した場合、任意の密度差によって、意匠パターンのコントラストを任意に調整することが可能となる。また、コントラストが小さい意匠パターンを形成することが可能となるため、淡い意匠パターンを形成する場合には好ましい。
上述のような構成で意匠パターンを形成した場合、形状違いによる第1凹凸部14、14Dから出射される配光分布の差によって、意匠パターンを形成することができる。配光分布の差によって意匠パターンを形成すると、特に視野方向に対する角度を変更した場合に、意匠パターンを強調することが可能となるため、観察位置によって異なる意匠パターンを形成する場合に好ましい。
上述のようなサイズの大小による相違で意匠パターンを形成した場合、第1凹凸部14の配設の有無や、形状違いの第1凹凸部14を組み合わせることで意匠パターンを形成する構成と比較して、第1凹凸部14の傾斜角度を略同一として互いに相似形状にすることで、EL素子1の面内での配光分布のムラを低減すると共に意匠パターンを形成することが可能となる。さらに、領域X4内の第1凹凸部14Sと領域Y4内の第1凹凸部14とで高さに差が発生するので、意匠パターンを視覚だけでなく触覚でも確認することが可能となる。
上記幅の比PM/PLが1.1未満の場合、第1凹凸部14を第2凹凸部15がほぼ覆うことから、第1凹凸部14を第2凹凸部15の目視による識別が困難となる。そのため、第1凹凸部14による意匠性パターンの識別が出来なくなって好ましくない。一方、上記幅の比PM/PLが10を超える場合、第1凹凸部14が視認されやすくなるが、第2凹凸部15が過度に微細構造となってしまうため、第2凹凸部15によって回折光が増加して光の利用効率が低下する。
この点、本第六実施形態による光制御シート5においては、上記幅の比PM/PLが1.1〜10の範囲に設定されているため、第1凹凸部14による意匠パターンが視認されると共に第2凹凸部15の回折による光の利用効率の低減を防ぐことが可能となる。
光制御シート5の材料の例としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネ−ト樹脂、ポリスチレン樹脂、MS(アクリルとスチレンの共重合体)樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂、あるいはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー又はアクリレート系等からなる放射線硬化性樹脂などの透明樹脂が挙げられる。また、用途により、透明樹脂中に微粒子を分散させて使用してもよい。
また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン一ホルマリン縮合物の粒子、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(ペルフルオロアルコキシ樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン一ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PVDF(ポリフルオロビニリデン)、及びETFE(エチレン一テトラフルオロエチレン共重合体)等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら微粒子は、2種類以上を混合して使用してもよい。
その後、塩化鉄クロム酸溶液に金型をつけ、深さ方向と幅方向を等方状に銅を腐食させ、第1凹凸部14に対応する部分が作製される。次に、この金型に対して各種レンズ形状を有するダイヤモンドバイトを用いて断面三角形状に切削し、第2凹凸部15に対応する部分を作製する。
UV成型法のような、構造層8と基層7を別体に成型する場合、基層7は透明なフィルムであり、セルローストリアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリメタアクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂の延伸又は未延伸フィルムを使用することができる。
基層7の厚みは基層7が有する剛性にもよるが、50〜300μmとすることが加工性等の取扱い面から見て好ましい。
あるいは、コロナ放電処理等の易接着処理を施してもよい。
なお、光制御シート5についての代表的な例を説明してきたが、本実施形態の光学特性を達成することができれば上記以外の材料や構造、プロセスなどを使用して作製することも可能である。
1A 第1の基板
1B 第2の基板
2 発光層
3 陽極
4 陰極
5 光制御シート
6 接着層
7 基層
7a 表面
7b 裏面
8 構造層
10 発光構造体
14、14D、14S 第1凹凸部
15 第2凹凸部
15A、15B 四角錐凸レンズ(第2凹凸部)
15C 四角錐凹レンズ(第2凹凸部)
16 第1のプリズム(第2凹凸部)
17 第2のプリズム(第2凹凸部)
18 第1シリンドリカルレンズ
19 第2シリンドリカルレンズ
21、21A、21B、21C 底面
θ 頂角
500〜503 領域
Claims (8)
- 透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極とに挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、
前記透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面に光制御シートが設けられており、
前記光制御シートは、前記発光層が設けられた一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、
前記第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて前記第1凹凸部より高さの低い凹レンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
前記光制御シートの他方の面における面積をS1とし、前記光制御シートの他方の面に接する前記第1凹凸部の面積の和をS2として、下記(1)式を満足することを特徴とするEL素子。
0.1≦S2/S1≦π/2√3 …(1) - 透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極とに挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、
前記透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面に光制御シートが設けられており、
前記光制御シートは、前記発光層が設けられた一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、
前記第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて前記第1凹凸部より高さの低いレンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
前記光制御シートの他方の面における面積をS1とし、前記光制御シートの他方の面に接する前記第1凹凸部の面積の和をS2とし、前記第1凹凸部の高さをTMとし、前記第2凹凸部の高さをTLとして、下記(2)式と(3)式を満たすことを特徴とするEL素子。
0<TL/TM≦−158.79×(S2/S1)5+412.89×(S2/S1)4
−419.47×(S2/S1)3+205.74×(S2/S1)2
−47.492×(S2/S1)+4.5014 …(2)
0.2≦S2/S1≦π/2√3 …(3) - 前記光制御シートの第1凹凸部と第2凹凸部は下記(4)式を満たすことを特徴とする請求項2に記載されたEL素子。
0<TL/TM≦0.6 …(4) - 透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられていて陽極と陰極とに挟まれた発光層とを備えたEL素子であって、
前記透光性基板の一方の面とは反対側の他方の面に光制御シートが設けられており、
前記光制御シートは、前記発光層が設けられた一方の面とは反対側の他方の面に互いに間隔を空けて配列されていて各々略半球状又は略楕円半球状のマイクロレンズを構成する複数の第1凹凸部と、
前記第1凹凸部同士の間を埋めるように配列されていて前記第1凹凸部より高さの低いレンズを構成する複数の第2凹凸部とを有しており、
前記第1凹凸部は高さTM、径PMとのアスペクト比TM/PMが40%以上であり、
前記第2凹凸部は、頂部が四角形で四角錐形状の凹部からなる四角錐凹レンズ部が隙間無く配列されており、
前記光制御シートの他方の面における面積をS1とし、前記光制御シートの他方の面に接する前記第1凹凸部の面積の和をS2とし、前記第1凹凸部の高さをTMとし、前記第2凹凸部の高さをTLとして、下記(5)式と(6)式を満たすことを特徴とするEL素子。
0<TL/TM≦37.168×(S2/S1)5−90.138×(S2/S1)4
+78.959×(S2/S1)3−32.473×(S2/S1)2
+7.3357×(S2/S1)−0.0674 …(5)
0.3≦S2/S1≦0.8 …(6) - 前記光制御シートの第1凹凸部と第2凹凸部は下記(7)式を満たすことを特徴とする請求項2に記載されたEL素子。
0<TL/TM≦0.4 …(7) - 発光手段を具備してなる照明装置であって、
前記発光手段が、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載されたEL素子であることを特徴とする照明装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載されたEL素子を具備してなるディスプレイ装置であって、
前記EL素子が画素駆動されるよう構成されてなることを特徴とするディスプレイ装置。 - 画像表示素子を具備してなる液晶ディスプレイ装置であって、
前記画像表示素子の背面に、請求項1から請求項5のいずれかに記載されたEL素子、あるいは請求項6に記載された照明装置を配設したことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
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