JPWO2012086651A1 - 発光素子用微細構造体、当該微細構造体を用いた発光素子及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の微細構造体の凹凸パターンには、2つの態様がある。一つは、微細構造体の平坦な面を基準として、その面から突出する凸部が複数形成されている凹凸パターン(態様1)、他の一つは、平坦な面から凹んだ凹部が複数形成されている凹凸パターン(態様2)である。以下、態様毎に凹凸パターンの特徴を説明する。
態様1の発光素子用微細構造体は、円形の底面を有する微細な凸部を複数含んでなるものであって、前記凸部は、前記底面の中心の垂線上に頂点を持ち、頂点から底面の円周上に下ろした母線により画定されるものであり、前記凸部の母線は、頂点から底面の円周上に至るまで高さを単調に減少してなり、前記凸部の頂点の高さは、前記底面の半径の0.67〜1.15倍であり、前記底面の中心から前記底面の半径の3/4の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.21〜0.65倍であり、前記底面の中心から前記底面の半径の9/10の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.04〜0.38倍となっている。
なおシミュレーションは、一つの母線を、底面の中心に垂直な軸を中心として回転させた回転体である凸部について行ったが、凸部は上記条件を満たすものであれば、必ずしも回転体である必要はない。
次に、態様2の発光素子用微細構造体ついて説明する。態様2の発光素子用微細構造体は、円形の開口面を有する微細な凹部を複数含んでなるものであって、前記凹部は、前記開口面の中心の垂線上に底を持ち、前記底と前記開口面の円周上を結んだ母線により画定されるものであり、前記凹部の母線は、開口面の円周上から底に至るまで深さを単調に深くしてなり、前記凹部の底の深さは、前記開口面の半径の0.65〜1.43倍であり、前記開口面の中心から前記開口面の半径の3/4の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.16〜0.79倍であり、前記開口面の中心から前記開口面の半径の9/10の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.03〜0.39倍となっている。
なおシミュレーションは、一つの母線を、底面の中心に垂直な軸を中心として回転させた回転体である凹部について行ったが、凹部は上記条件を満たすものであれば、必ずしも回転体である必要はない。
次に上記態様1、2に共通する微細構造体の材料について説明する。本発明の微細構造体は、透明な高分子樹脂により構成されてなる。このような高分子樹脂としては、電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。
微細構造体の屈折率は、1.40〜1.70が好ましく、1.50〜1.65がより好ましい。
本発明の微細構造体は、図5及び図8に示す構造を基本として、部材の追加や置換等の種々の変更が可能である。以下、変更例を説明する。
以下、本発明の微細構造体の製造方法を説明する。
本発明の微細構造体は2P法、2T法やエンボス加工法等のような転写賦形技術により形成することができる。そのため、まず所望の凹凸パターンを形成するための型を用意する。型は、金属等の耐熱性のある材料に直接形状を作ることも可能であるし、電鋳によって作ることもできる。いずれの場合にも、まず半径が一定の円或いは半径が異なる複数種の円で平面を充填し、凸部の底面或いは凹部の開口面の位置を決める。なお円を所望の充填率で配置する手法については、例えば、再公表WO2009/116429に記載された方法を採用することができる。次に各円の半径を用いて、円を底面とする凸部の高さ或いは凹部の深さ及び母線の形状として条件1又は条件3を満たす数値を設定する。ここまでは計算機によって行うことができ、これにより凸部の形状が確定する。次いでフォトリソグラフィー、微細切削加工、エッチング等の微細加工技術により、設計された凹部を例えば型材料に形成する。フォトリソグラフィーにおいて形状を制御するには、例えば再公表WO2007/040138や再公表WO2007/116671に記載された技術を用いることができる。また微細切削加工についてはドリル先端形状を決定した母線の形状にすることで所望の凸部形状を作製することができる。
<凹型金型の作製>
微細穴開け加工技術により形成された特定の凹凸形状を賦形転写することができる金型a〜i(縦×横のサイズが10mm×10mm)を用意した。この金型の凹凸形状は、開口の半径が25μm、深さが20μm程度の凹部を所定の充填率(別掲)で密着し作製したものであり、金型によって凹部の母線の形状を異ならせて、母線の回転体である凹部を作製した。
金型aへ、紫外線硬化型樹脂としてアクリルモノマー(メタクリル酸メチル:和光純薬社)50部及び多官能性アクリルモノマー(NKエステルA-TMPT-3EO:新中村化学工業社)45部、光重合開始剤(イルガキュア184:チバ・ジャパン社)5部からなる混合液を滴下し、この上に厚み100μmのポリエステルフィルム(コスモシャインA4300:東洋紡績社)を密着させた。この状態のままポリエステルフィルム側からメタルハライドランプにより1500mJ/cm2の紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させたのちポリエステルフィルム及び樹脂を金型から剥離することで、金型の形状を忠実に転写させた実施例1の微細構造体を作製した。この微細構造体は、ポリエステルフィルムの金型の凹凸との間に約10μmの基底部(図5の厚みtに相当)が形成されていた。実施例1の微細構造体の構造を、レーザ顕微鏡(キーエンス社:VK−9500)を用いて測定した結果を表1に示す。
実施例1で用いた金型aに替えて、金型b〜iを用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2〜6及び比較例1〜3の微細構造体を作製した。実施例2〜6及び比較例1〜3の微細構造体の構造について表1に示す。なお、比較例1の微細構造体の凸部は、半球形となっている。
実施例1の微細構造体の凸面上に、ハードコート層とポリエステルフィルムからなるハードコートフィルム(KBフィルムN05S:きもと社)のポリエステルフィルム側を接着剤を介して貼合し、実施例7の微細構造体を得た。
凹型金型の作製と同様にして、微細穴開け加工技術により形成された特定の凹凸形状を有する基板を作製した。基板の凹凸形状は、開口の半径が25μm、深さが20μm程度の凹部を所定の充填率(別掲)で密着し作製したものであり、基板によって凹部の母線の形状を異ならせて、母線の回転体である凹部を作製した。次いで電鋳加工して該特定の凹凸形状を反転させ、かかる形状を賦形転写することができる金型j〜r(縦×横のサイズが10mm×10mm)を用意した。
金型jへ、紫外線硬化型樹脂としてアクリルモノマー(メタクリル酸メチル:和光純薬社)50部及び多官能性アクリルモノマー(NKエステルA-TMPT-3EO:新中村化学工業社)45部、光重合開始剤(イルガキュア184:チバ・ジャパン社)5部からなる混合液を滴下し、この上に厚み100μmのポリエステルフィルム(コスモシャインA4300:東洋紡績社)を密着させた。この状態のままポリエステルフィルム側からメタルハライドランプにより1500mJ/cm2の紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させたのちポリエステルフィルム及び樹脂を金型から剥離することで、金型の形状を忠実に転写させた実施例8の微細構造体を作製した。この微細構造体は、金型により転写された凹部の底からポリエステルフィルム面まで約10μmの基底部(図8の厚みtに相当)が形成されていた。実施例8の微細構造体の構造を、レーザ顕微鏡(キーエンス社:VK−9500)を用いて測定した結果を表2に示す。
実施例8で用いた金型jに替えて、実施例8と同様の手法により凹凸形状を変化させて作製した金型k〜rを用いた以外は実施例8と同様にして、実施例9〜13及び比較例1〜3の微細構造体を作製した。実施例9〜13及び比較例4〜6の微細構造体の構造を、レーザ顕微鏡(キーエンス社:VK−9500)を用いて測定した結果を表2に示す。なお、比較例4の微細構造体の凹部の空洞部は、半球形となっている。
実施例8の微細構造体の凹部の開口面上に、ハードコート層とポリエステルフィルムからなるハードコートフィルム(KBフィルムN05S:きもと社)のポリエステルフィルム側を接着剤を介して貼合し、実施例14の微細構造体を得た。
実施例1〜6(態様1)、8〜13(態様2)及び比較例1〜6の微細構造体を、OSRAM社製の有機EL発光装置の光出射面上に貼り付け、有機EL発光装置を得た。次いで、かかる有機EL発光装置について、3.5V、120mAの電圧・電流を印加して発光させることで、全光束を測定し、電力効率を求めた。態様1の微細構造体を評価するため、比較例1の微細構造体の電力効率に対する、実施例1〜6及び比較例2〜3の微細構造体の電力効率の変化割合(効率変化率(%))を求めた。結果を表3に示す。また態様2の微細構造体を評価するため、比較例4の微細構造体の電力効率に対する、実施例8〜13及び比較例4〜6の微細構造体の電力効率の変化割合(効率変化率(%))を求めた。結果を表4に示す。
実施例8〜13の微細構造体について、その表面を爪で擦ってみたが、微細構造体が破壊されることがなく、表面が傷付き難いものであることが確認された。
上述と同様に、実施例7及び実施例14の微細構造体を、それぞれ、OSRAM社製の有機EL発光装置の光出射面上に貼り付け、有機EL発光装置を得た。次いで、かかる有機EL発光装置について、3.5V、120mAの電圧・電流を印加して発光させることで、全光束を測定し、電力効率を求めた。比較例1の微細構造体の電力効率に対する、実施例7の微細構造体の電力効率の変化割合(効率変化率(%))を求めたところ、2.62%であった。また比較例4の微細構造体の電力効率に対する、実施例14の微細構造体の電力効率の変化割合(効率変化率(%))を求めたところ、1.51%であった。
2・・・・本発明のEL素子
10・・・平坦な部材
11・・・ガラス基板
12・・・透明な陽極
13・・・発光部
14・・・陰極
Claims (12)
- 円形の底面を有する微細な凸部を複数含んでなる発光素子用微細構造体であって、
前記凸部は、前記底面の中心の垂線上に頂点を持ち、頂点から底面の円周上に下ろした母線により画定されるものであり、
前記凸部の母線は、頂点から底面の円周上に至るまで高さを単調に減少してなり、
前記凸部の頂点の高さは、前記底面の半径の0.67〜1.15倍であり、
前記底面の中心から前記底面の半径の3/4の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.21〜0.65倍であり、
前記底面の中心から前記底面の半径の9/10の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.04〜0.38倍であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項1に記載の発光素子用微細構造体であって、
前記底面の中心から前記底面の半径の1/4の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.65〜1.08倍であり、
前記底面の中心から前記底面の半径の1/2の位置における前記凸部の高さは、前記底面の半径の0.58〜0.91倍であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 円形の開口面を有する微細な凹部を複数含んでなる発光素子用微細構造体であって、前記凹部は、前記開口面の中心の垂線上に底を持ち、前記底と前記開口面の円周上を結んだ母線により画定されるものであり、
前記凹部の母線は、開口面の円周上から底に至るまで深さを単調に深くしてなり、
前記凹部の底の深さは、前記開口面の半径の0.65〜1.43倍であり、
前記開口面の中心から前記開口面の半径の3/4の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.16〜0.79倍であり、
前記開口面の中心から前記開口面の半径の9/10の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.03〜0.39倍であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項3に記載の発光素子用微細構造体であって、
前記開口面の中心から前記開口面の半径の1/4の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.64〜1.35倍であり、
前記開口面の中心から前記開口面の半径の1/2の位置における前記凹部の深さは、前記開口面の半径の0.58〜1.11倍であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項1ないし4の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体であって、
微細構造体表面に占める凸部の底面又は凹部の開口面の充填率が70%以上であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項1ないし4の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体であって、
微細構造体表面に占める凸部の底面又は凹部の開口面の充填率が80%以上であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項1ないし6の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体であって、
前記凸部の底面と前記凸部の母線とが接する位置における、前記凸部の母線の接線と前記凸部の底面のなす角度、又は前記凹部の開口面と前記凹部の母線とが接する位置における、前記凹部の母線の接線と前記凹部の開口面のなす角度が、85°以下であることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 請求項1ないし7の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体であって、
前記凸部又は凹部が形成された表面の上に、表面が平坦な部材が配置されてなることを特徴とする発光素子用微細構造体。 - 反射部材と、発光部と、光透過性部材と、光取り出し部材とを順に備えた発光装置であって、
前記光取り出し部材として、請求項1ないし8の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体を用いたことを特徴とする発光素子。 - 透明な陽極と、発光部と、陰極とを順に備えてなるEL素子であって、
前記透明な陽極の、発光部が形成された側とは反対側に、請求項1ないし8の何れか一項に記載の発光素子用微細構造体を、前記凸部の頂点または前記凹部の開口面が光出射面側となるように配置してなることを特徴とするEL素子。 - 請求項9記載の発光素子を光源として用いることを特徴とする照明装置。
- 請求項10に記載のEL素子を光源として用いることを特徴とする照明装置。
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