JP5131166B2 - Ｅｌ素子 - Google Patents

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）、および、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。

一般に、有機ＥＬは、透光性基板上に、蛍光有機化合物を含む発光層を、陽極と陰極とで挟んだ構造を有する。
そして、陽極と陰極に直流電圧を印加し、発光層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、この励起子の失活する際の光の放出を利用して発光に至る。

従来、これらＥＬ素子において、発光層から射出した光線が、透光性基板から射出する際、透光性基板上において全反射し、光線がロスするという問題があった。
この時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が必要となるという問題があり、そればかりではなく、素子に及ぼす付加が増大し、素子自体の信頼性を低下させる。

この光の外部取り出し効率を向上させる目的で素子基板に微細な凹凸を形成し、全反射によるロスしている光線を外部に取り出すという方法が提案されている。
例えば、透光性基板の一方の面に、複数のマイクロレンズエレメントを平面的に配列して成るマイクロレンズアレイを形成することが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２６０８４５号公報

しかしながら上記従来技術では、光取り出し効率の向上を図る上で十分なものとはいえなかった。
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い光取り出し効率を向上する上で有利なＥＬ素子、表示装置、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。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち請求項１の発明は、透光性基板と、前記透光性基板の一方の面に設けられ、陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたＥＬ素子であって、前記透光性基板の他方の面にマイクロレンズシートが設けられ、前記マイクロレンズシートは、表面と、この表面に並べられた微細単位レンズとを有し、前記微細単位レンズの平均直径をＰ１とし、前記微細単位レンズの平均高さをＴ１とし、前記微細単位レンズの底面積合計をＳ１とし、前記表面から前記Ｓ１を除いた残りの部分の面積をＳ２とした場合、０．３≦（Ｔ１／Ｐ１）≦（Ｓ１／Ｓ２）を満たす領域を有し、前記微細単位レンズが凸型の球面形状であり、前記マイクロレンズシートの表面に光拡散部材が配置され、前記マイクロレンズシートの表面と前記光拡散部材が接着層を介して接合されており、前記接着層の貯蔵弾性率は、１００℃において１．０Ｅ＋０４（Ｐａ）以上である、事を特徴とする。
すなわち請求項２の発明は、前記微細単位レンズのピッチがランダムである事を特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子である。
すなわち請求項３の発明は、前記微細単位レンズの平面上配列が絵柄状である事を特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子である。

本発明によれば、微細単位レンズの平均直径をＰ１とし、微細単位レンズの平均高さをＴ１とし、微細単位レンズの底面積合計をＳ１とし、表面から前記Ｓ１を除いた残りの部分の面積をＳ２とした場合、
０．３≦（Ｔ１／Ｐ１）≦（Ｓ１／Ｓ２）
を満たす領域を有するレンズシートを用いることにより、光取り出し効率の最適化を行い光取り出し効率を向上する上で有利となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図２は本実施の形態のＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）の構成を示す図である。
図２に示すように、ＥＬ素子は、第１、第２の透光性基板１Ａ，１Ｂと、発光層２と、陽極３と、陰極４と、マイクロレンズシート７などを含んで構成されている。

発光層２の一方の面には陽極３が形成され、他方の面には陰極４が形成されている。
これら発光層２と陽極３と陰極４を含んで発光構造体が構成されている。発光構造体としては、従来公知のさまざまな構成が採用可能である。

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の構成を、例えば、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、という構成とすればよい。ただしこの構成に限定されるものではなく、発光層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適宜材料を用いた任意の構成を採用することが可能である。また、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とすることや、白色光にカラーフィルターを重ねることによりフルカラー表示が可能となる。

第１の透光性基板１Ａは、陽極３が発光層２に臨む面と反対側の面に形成されている。
第２の透光性基板１Ｂは、陰極４が発光層２に臨む面と反対側の面に形成されている。
第１、第２の透光性基板１Ａ，１Ｂの材料としては、種々のガラス材料を用いることができる他に、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を用いることもでき、更にその他の様々な材料を用いることができるが、特に好ましいのは、シクロオレフィン系のポリマーであり、このポリマーは、加工性及び、耐熱、耐水性、光学透光性等の材料特性の全てにおいて優れたものである。
また、第１透光性基板１Ａは、発光構造体（発光層２）からの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。

マイクロレンズシート７は、第１の透過性基板１Ａが陽極３に臨む面と反対側の面に接着層６を介して設けられている。
このような接着層６を構成する粘・接着剤としては、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。いずれの場合も高温のバックライト内で使用されるため、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。これより値が低いと、使用中に光拡散層２５とレンズシート１がずれてしまう可能性がある。また安定に間隙２００を確保するために、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。
また粘接着剤は両面テープ状のものでも良いし、単層のものでもよい。
マイクロレンズシート７は、第１の透過性基板１Ａと反対側に臨む表面と、この表面に並べられた微細単位レンズ５とを有している。
言い換えると、ＥＬ素子は、透光性基板１Ａと、透光性基板１Ａの一方の面に設けられ、陽極３と陰極４に挟まれた発光層２とを備えている。透光性基板１Ａの他方の面にマイクロレンズシート７が設けられ、マイクロレンズシート７は、表面と、この表面に並べられた微細単位レンズ５（マイクロレンズ）とを有している。
マイクロレンズ形状としては、一方向に延在したレンチキュラー形状や台形形状、プリズム形状などの構造や多角錐、円錐（又は多角台錐、円錐台など）や多角柱、円柱などの柱状、直方体や球状（又は半球状）、楕円体などの構造であってもよい。
またマイクロレンズの作製方法によっては、マイクロレンズの高さが一定であれば側面の形状は不特定の形状であってもよい。これらのマイクロレンズで空隙を確保する場合、上記の１種類のマイクロレンズ構造を全体に使用しても、複数種類のマイクロレンズ構造を組み合わせて使用してもよい。またこれらのマイクロレンズの配列はストレイプ状や点線等の周期的なものでもランダムでもよく、設計に応じて適宜選択される。

図１（ａ）は本実施の形態のＥＬ素子のマイクロレンズシート７の上面図、（ｂ）は側面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロレンズシート７は、微細単位レンズ５の平均直径をＰ１とし、微細単位レンズ５の平均高さをＴ１とし、微細単位レンズ５の底面積合計をＳ１とし、前記表面からＳ１を除いた残りの部分の面積をＳ２とした場合、下記の式（１）を満たす領域を有するように形成されている。
０．３≦（Ｔ１／Ｐ１）≦（Ｓ１／Ｓ２）……（１）
マイクロレンズシート７の形成材料としては、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などを用いることができる。
また、図２に示す発光層２の発光面の範囲ａの面積をＳａとし、マイクロレンズシート７が式（１）を満たす領域の面積をＳｂとしたとき、ＳｂがＳａの５割を満たすことが好ましく、ＳｂがＳａの９割を満たす場合はより好ましい。なお、ＳｂがＳａの１割を満たす場合はあまり好ましくない。

ここで、面積Ｓ１、Ｓ２、高さＴ１、平均直径Ｐ１の測定方法について説明する。
図１４はマイクロレンズシート７の模式図である。
図１４において黒色の部分が各微細単位レンズ５を示している。
したがって、黒色の部分の面積の合計が微細単位レンズ５の底面積合計Ｓ１に相当し、白色の部分の面積の合計がマイクロレンズシート７の前記表面からＳ１を除いた残りの部分の面積Ｓ２に相当している。
高さＴ１については100個以上のサンプルの平均とする。
これら面積Ｓ１、Ｓ２、高さＴ１の測定については、これに限るものではないが例えばオリンパス製走査型共焦点赤外レーザ顕微鏡 LEXT OLS3000-IR等の共焦点レーザ顕微鏡等を用いることができる。
微細単位レンズ５が100個以上ある単位面積内での微細単位レンズ５の個数をＮとすると微細単位レンズ５の平均直径Ｐ１は以下の式で表される。

図９に示すように、発光層２から出射された光は、微細単位レンズ５により正面方向のみならず、様々な方向へ効率よく射出され、広い視野範囲が得られる。
微細単位レンズ５は、発光層２から出射された光を効率よく取り出すために、言い換えると、光取り出し効率の向上を図るために、凸型の球面形状、凸型の非球面形状、直線部と曲線部を含む形状が好ましい。

微細単位レンズ５のピッチは、ランダムである事が光取り出し効率の最適化を行い光取り出し効率を向上する上での向上を図る上で有利である。

また、図３、図４に示すように微細単位レンズ５の平面上配列は周期的であってもよいし、図５に示すように微細単位レンズ５の平面上配列が非周期的であってもよい。
微細単位レンズ５の平面上配列が周期的であれば、微細単位レンズ５の密度を上げる上で有利となり、微細単位レンズ５の平面上配列が非周期的であれば、ＥＬ発光欠陥を見えにくくする上で有利となる。

また、図６に示すように、微細単位レンズ５の平面上配列が絵柄状であってもよく、この場合には、各微細単位レンズ５によって出射される光によって絵柄を表示することができる。このような絵柄は、ロゴ、マーク、模様などを含むものである。

図７に示すように、マイクロレンズシート７の表面に光拡散部材８を配置してもよい。
また、図８に示すように、マイクロレンズシート７の表面と光拡散部材８が粘着層６を介して接合されていてもよい。
図１０に示すように、光拡散部材８をマイクロレンズシート７の表面に配置すると各微細単位レンズ５から出射された光を、光拡散部材８によって拡散させることができる。そのため、光を様々な方向へ効率よく射出し広い視野範囲を得る上でより一層有利となる。
このような拡散部材８の透明樹脂としては、例えば、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、ポリプロピレン等を使用することができる。
また、内包される透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。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―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―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―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。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。

（マイクロレンズシートの作製方法）
次にマイクロレンズシート７の作製方法の実施例について説明する。
（実施例１）
光学用２軸延伸易接着ＰＥＴフィルム（膜厚１２５μｍ）上に、レンズシート１のパターンを形成させるウレタンアクリレートを主成分とする紫外線硬化型樹脂（日本化薬社製ウレタンアクリレート樹脂（屈折率１．５１））を塗布し、レンズシート１の形状に切削したシリンダー金型を使用して紫外線硬化型樹脂が塗布されたフィルムを搬送しながらＵＶ光をＰＥＴフィルム側から露光することにより、紫外線硬化型樹脂が硬化した。硬化後、ＰＥＴフィルムから金型を離型することにより、レンズアレイのレンズ直径が１４０μｍのマイクロレンズ群を作製できた。

（実施例２）
熱可塑性樹脂であるポリカーボネート樹脂を約３００℃に加熱し、ロールに沿わせ延伸しながら厚さ０．３ｍｍのフィルムを成形した後に、凹型のマイクロレンズ形状がシリンダーにエッチングにより加工されたシリンダー金型を使用し、加熱されたフィルムを加圧しながら冷却（シリンダー金型自体は常温２５℃）し、マイクロレンズ形状が成形されたフィルムを完全に硬化した。
これによりレンズアレイのレンズ直径が5０μｍのマイクロレンズ群を作製できた

（実施例）
次に実施例について説明する。
図１１は本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.785)である場合の測定値を示す図である。
図１２は本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.81)である場合の測定値を示す図である。
図１３は本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.92)である場合の測定値を示す図である。
図１１、図１２、図１３を比較して見ると、(S2/S1)については数値上大きければ大きいほど、レンズシート７における表面部のレンズ面積（微細単位レンズ５のレンズ面積）が増え、レンズ効果を発揮し、光取り出し効率は大きくなる。
しかし(S2/S1)が(T1/P1)を下回ると、マイクロレンズシート７内の微細単位レンズ５の影響量が少なくなり光取り出し効率は弱まり、微細単位レンズ５外の平坦部が少なくなるため、光取り出し効率が減衰しており、ちょうどT1/P1 = 0.785付近へ下降する。
また、T1/P1が0.3程度で光取り出し効率は急降下しており、T1/P1が0.3以下ではマイクロレンズシート７の効力がほとんどないことがわかる。

以上説明したように、本実施の形態のＥＬ素子によれば、前記式（１）を満たす領域を有するレンズシート７を用いることにより、光取り出し効率の向上を図る上で有利となる。
また、本発明に係るＥＬ素子が画素駆動されることで、言い換えると、ＥＬ素子の発光構造体を画素構造を有するものとすることによりディスプレイ装置を構成することができ、そのように構成したディスプレイ装置も本発明の範囲に含まれる。
更に、本発明に係るＥＬ素子は、優れた光取り出し効率を有するため、その他の様々な用途にも好適に用い得るものである。例えば、本発明に係るＥＬ素子は、表示装置や液晶ディスプレイ装置のためのバックライト装置としても好適に用い得ることができそのように構成したバックライト装置も本発明の範囲に含まれる。

（ａ）は本実施の形態のＥＬ素子のマイクロレンズシート７の上面図、（ｂ）は側面図である。 本実施の形態のＥＬ素子の構成を示す図である。 マイクロレンズシート７の微細凹凸形状の格子状配置の一例を示す図である。 マイクロレンズシート７の略四角錘形状のハニカム状配置の一例を示す図である。 マイクロレンズシート７の略四角錘形状のランダム状配置の一例を示す図である。 マイクロレンズシート７の略四角錘形状の絵柄配置の一例を示す図である。 本実施の形態のＥＬ素子上に光散乱手段を設けた構成を示す図である。 本実施の形態のＥＬ素子上に光散乱手段を設け、その光散乱手段に接着層を配置した構成を示す図である。 本実施の形態のＥＬ素子上にＥＬ素子部からの光線例を付与した一例を示す図である。 本実施の形態のＥＬ素子上に光散乱手段を設け、その光散乱手段に接着層を配置し、ＥＬ素子部からの光線例を付与した一例を示す図である。 本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.785)である場合の測定値を示す図である。 本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.81)である場合の測定値を示す図である。 本発明のマイクロレンズシートにおいて、(S2/S1 = 0.92)である場合の測定値を示す図である。 マイクロレンズシート７の模式図である。

符号の説明

１Ａ……第１の透光性基板、２……発光層、３……陽極、４……陰極、５……微細単位レンズ、６……接着層、７……マイクロレンズシート、８……光散乱手段。

Claims (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、陽極と陰極に挟まれた発光層とを備えたＥＬ素子であって、
   前記透光性基板の他方の面にマイクロレンズシートが設けられ、
   前記マイクロレンズシートは、表面と、この表面に並べられた微細単位レンズとを有し、
   前記微細単位レンズの平均直径をＰ１とし、
   前記微細単位レンズの平均高さをＴ１とし、
   前記微細単位レンズの底面積合計をＳ１とし、
   前記表面から前記Ｓ１を除いた残りの部分の面積をＳ２とした場合、
   ０．３≦（Ｔ１／Ｐ１）≦（Ｓ１／Ｓ２）
   を満たす領域を有し、
   前記微細単位レンズが凸型の球面形状であり、
   前記マイクロレンズシートの表面に光拡散部材が配置され、
   前記マイクロレンズシートの表面と前記光拡散部材が接着層を介して接合されており、
   前記接着層の貯蔵弾性率は、１００℃において１．０Ｅ＋０４（Ｐａ）以上である、
   事を特徴とするＥＬ素子。
2. 前記微細単位レンズのピッチがランダムである事を特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子。
3. 前記微細単位レンズの平面上配列が絵柄状である事を特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子。

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