(57)【要約】【課題】面発光体の光取り出し効率に優れる光学フィルム及び光取り出し効率に優れる面発光体を提供する。【解決手段】ベース層１２及びベース層１２表面に形成された複数の突起構造１３からなる突起構造層１１を含む光学フィルム１０であって、ベース層１２中に多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状の屈折率の異なる領域１４を含み、屈折率の異なる領域１４が、ベース層１２の突起構造１３の底部の外周縁に囲まれる領域に配置される光学フィルム１０。前記光学フィルム１０及び有機ＥＬ発光素子３０を含む面発光体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層及びベース層表面に形成された複数の突起構造からなる突起構造層を含む光学フィルムであって、
ベース層中に多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状の屈折率の異なる領域を含み、
屈折率の異なる領域が、ベース層の突起構造の底部の外周縁に囲まれる領域に配置される、
光学フィルム。
【請求項２】
突起構造が球状突起である、請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
屈折率の異なる領域のベース層表面への投影面積が、突起構造の底面部の外周縁に囲まれる部分の面積の７０％以下である、請求項１又は２に記載の光学フィルム。
【請求項４】
屈折率の異なる領域以外のベース層の屈折率ｎ１が、屈折率の異なる領域の屈折率ｎ２よりも高い、請求項１〜３のいずれかに記載の光学フィルム。
【請求項５】
屈折率の異なる領域が、断面が三角形の回転対称体である、請求項１〜４のいずれかに記載の光学フィルム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光学フィルム及び有機ＥＬ発光素子を含む面発光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルム及び面発光体に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光体の中でも、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子は、フラットパネルディスプレーや蛍光灯等の代わりとなる次世代照明に用いられることが期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ発光素子の構造は、発光層となる有機薄膜を２つの膜で挟んだだけの単純な構造のものから多層化した構造のものまで、多様化されている。後者の多層化した構造としては、例えば、ガラス基板上に設けられた陽極に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極が積層されたものが挙げられる。陽極と陰極に挟まれた層は、すべて有機薄膜で構成され、各有機薄膜の厚さは、数十ｎｍと非常に薄い。
【０００４】
有機ＥＬ発光素子は、薄膜の積層体であり、各薄膜の材料の屈折率の差により、薄膜間での光の全反射角が決まる。現状では、発光層で発生した光の約８０％が、有機ＥＬ発光素子内部に閉じ込められ、外部に取り出すことができていない。具体的には、ガラス基板の屈折率を１．５とし、空気層の屈折率を１．０とすると、臨界角θｃは４１．８°であり、この臨界角θｃよりも小さい入射角の光はガラス基板から空気層へ出射するが、この臨界角θｃよりも大きい入射角の光は全反射してガラス基板内部に閉じ込められる。そのため、有機ＥＬ発光素子表面のガラス基板内部に閉じ込められた光をガラス基板外部に取り出す、即ち、光取り出し効率や法線輝度を向上することが要請されている。
【０００５】
前記課題を解決するために、特許文献１には、レンズの外周縁付近に反射層を設けた面発光体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案されているようなレンズの外周縁付近に反射層を設ける方法では、発光層から出射した光が反射層により再び発光層に戻りロスを生じるため、光取り出し効率の改善が充分とはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、面発光体の光取り出し効率に優れる光学フィルム及び光取り出し効率に優れる面発光体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ベース層及びベース層表面に形成された複数の突起構造からなる突起構造層を含む光学フィルムであって、ベース層中に多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状の屈折率の異なる領域を含み、屈折率の異なる領域が、ベース層の突起構造の底部の外周縁に囲まれる領域に配置される光学フィルムに関する。
【００１０】
また、本発明は、前記光学フィルム及び有機ＥＬ発光素子を含む面発光体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学フィルムにより、光取り出し効率に優れる面発光体を得ることができる。また、本発明の面発光体は、光取り出し効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光学フィルムの断面の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の光学フィルムの突起構造の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の光学フィルムの突起構造の配置例を光学フィルムの上方から見た模式図である。
【図４】本発明の光学フィルムの一例を光学フィルムの上方から見た模式図である。
【図５】本発明の光学フィルムの一例を光学フィルムの上方から見た模式図及び本発明の光学フィルムの断面の一例を示す模式図である。
【図６】屈折率の異なる領域の有無による光の伝播の様子を示した模式図である。
【図７】本発明の面発光体の一例を示す模式図である。
【図８】実施例で設定した光学フィルムの上方から見た模式図及び実施例で設定した光学フィルムの断面の模式図である。
【図９】実施例で設定した屈折率の異なる領域の形状を半分に切断した模式図である。
【図１０】実施例で設定した光学フィルムの突起構造層とベース層の断面を拡大した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いながら説明するが、本発明はこれらの図面に限定されるものではない。
【００１４】
（光学フィルム１０）
本発明の光学フィルム１０は、ベース層１２及び突起構造層１１を含む。
本発明の光学フィルム１０は、例えば、図１に示すような光学フィルム１０が挙げられる。
以下、図１に示す光学フィルム１０を用いながら説明するが、図１に示す光学フィルム１０に限定されるものではない。
【００１５】
（突起構造層１１）
突起構造層１１は、ベース層１２表面に形成された複数の突起構造１３からなる。突起構造層１１は、その突起構造１３により、面発光体の光取り出し効率を向上させる役割を有する。
【００１６】
突起構造１３の形状としては、例えば、球欠形状、球欠台形状、楕円体球欠形状（回転楕円体を１つの平面で切り取った形状）、楕円体球欠台形状（回転楕円体を互いに平行な２つの平面で切り取った形状）、角錐形状、角錐台形状、円錐形状、円錐台形状、これらに関連する屋根型形状（球欠形状、球欠台形状、楕円体球欠形状、楕円体球欠台形状、角錐形状、角錐台形状、円錐形状又は円錐台形状が底面部に沿って伸長したような形状）等が挙げられる。これらの突起構造１３の形状は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの突起構造１３の形状の中でも、面発光体の光取り出し効率に優れることから、球欠形状、球欠台形状、楕円体球欠形状、楕円体球欠台形状等の球状突起が好ましく、球欠形状、楕円体球欠形状がより好ましい。
【００１７】
突起構造１３の一例を、図２に示す。
本明細書において、突起構造１３の底面部１５とは、突起構造１３の底部（ベース層１２との接面）の外周縁により囲まれる仮想的な面状部分をいう。
また、本明細書において、突起構造１３の底面部１５の最長径Ａとは、突起構造１３の底面部１５における最も長い部分の長さをいう。
更に、本明細書において、突起構造１３の高さＢとは、突起構造１３の底面部１５から最も高い部位までの高さをいう。
【００１８】
突起構造１３の底面部１５の最長径Ａは、面発光体の光取り出し効率に優れることから、０．５〜１５０μｍが好ましく、１〜１３０μｍがより好ましく、２〜１００μｍが更に好ましい。
【００１９】
突起構造１３の高さＢは、面発光体の光取り出し効率に優れることから、０．２５〜７５μｍが好ましく、０．５〜６５μｍがより好ましく、１〜５０μｍが更に好ましい。
【００２０】
突起構造１３のアスペクト比は、面発光体の光取り出し効率に優れることから、０．３〜１．４が好ましく、０．３５〜１．３がより好ましく、０．４〜１．０が更に好ましい。
尚、突起構造１３のアスペクト比は、突起構造１３の高さＢ／突起構造１３の底面部１５の最長径Ａから算出した。
【００２１】
突起構造１３の底面部１５の形状としては、例えば、円形、楕円形等が挙げられる。これらの突起構造１３の底面部１５の形状は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの突起構造１３の底面部１５の形状の中でも、面発光体の光取り出し効率に優れることから、円形、楕円形が好ましく、円形がより好ましい。
【００２２】
突起構造１３の配置例を、図３に示す。
突起構造１３の配置としては、例えば、六方配列（図３（ａ））、矩形配列（図３（ｂ））、菱形配列（図３（ｃ））、直線状配列（図３（ｄ））、円状配列（図３（ｅ））、ランダム配置（図３（ｆ））等が挙げられる。これらの突起構造１３の配置は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの突起構造１３の配置の中でも、面発光体の光取り出し効率に優れることから、六方配列、矩形配列、菱形配列が好ましく、六方配列、矩形配列がより好ましく、六方配列が更に好ましい。
【００２３】
上方から見た光学フィルム１０の一例を、図４に示す。
光学フィルム１０の面積（図４でいう実線で囲まれた面積）に対する突起構造１３の底面部１５の面積（図４でいう点線で囲まれた面積）の割合は、面発光体の光取り出し効率に優れることから、２０〜９９％が好ましく、２５〜９５％がより好ましく、３０〜９３％が更に好ましい。
尚、突起構造１３の底面部１５がすべて同一の大きさの円形である場合、光学フィルム１０の面積に対する突起構造１３の底面部１５の面積の割合の最大値は、９１％程度となる。
【００２４】
突起構造層１１の屈折率は、光学フィルムの光透過性に優れることから、１．３０〜２．００が好ましく、１．４０〜１．９０がより好ましく、１．５０〜１．８０が更に好ましい。
【００２５】
（ベース層１２）
ベース層１２は、屈折率の異なる領域１４を含む。
【００２６】
屈折率の異なる領域１４は、多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状である。
多面体形状としては、例えば、三角錘、四角錘等の角錐形状；三角柱、四角柱等の角柱構造等が挙げられる。
曲面と平面からなる形状としては、例えば、円柱形状、円錐形状等が挙げられる。
複数の曲面からなる形状としては、例えば、断面が多角形の回転対称体等が挙げられる。
これらの形状は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの形状の中でも、面発光体の光取り出し効率に優れることから、非平行の対向面を有する形状が好ましく、断面が多角形の回転対称体がより好ましく、断面が三角形の回転対称体が更に好ましい。
【００２７】
屈折率の異なる領域１４は、ベース層１２の突起構造１３の底部の外周縁に囲まれる領域に配置される。即ち、屈折率の異なる領域１４は、例えば、図５でいう灰色で塗られた領域に配置される。
屈折率の異なる領域１４は、面発光体の光取り出し効率に優れることから、ベース層１２の突起構造１３の底部の外周縁近くの領域に配置されることが好ましい。即ち、屈折率の異なる領域１４は、例えば、図５のように配置されることが好ましい。
図６（ａ）で示すように、光学フィルム１０に対し法線方向に近い光が突起構造層１１に入射すると、突起構造１３の中心付近では出射角が臨界角以下であるため光が出射するが、突起構造１３の外側では出射角が臨界角を超えるため光が出射しない。そのため、図６（ｂ）で示すように、屈折率の異なる領域をベース層１２の突起構造１３の底部の外周縁近くの領域に配置することで、面発光体の光取り出し効率を向上することができる。
尚、ベース層１２の突起構造１３の底部の外周縁に囲まれる領域以外のベース層１２の領域に、屈折率の異なる領域１４を含んでもよい。
【００２８】
屈折率の異なる領域１４のベース層１２表面への投影面積は、面発光体の光取り出し効率に優れるため、突起構造１３の底面部１５の外周縁に囲まれる部分の面積の１０〜９０％が好ましく、２０〜８０％がより好ましく、３０〜７０％が更に好ましい。
【００２９】
屈折率の異なる領域１４の大きさは、光を屈折させることができる大きさがあれば特に限定されないが、少なくとも０．５μｍ以上の線分を取ることができる大きさであることが好ましく、少なくとも１μｍ以上の線分を取ることができる大きさであることが好ましく。
【００３０】
ベース層１２の厚さは、面発光体の光取り出し効率に優れることから、３〜５０μｍが好ましく、５〜４５μｍがより好ましく、１０〜４０μｍが更に好ましい。
【００３１】
屈折率の異なる領域１４以外のベース層１２の屈折率ｎ１は、屈折率の異なる領域１４の屈折率ｎ２と異なればよいが、面発光体の光取り出し効率に優れるため、屈折率の異なる領域１４の屈折率ｎ２より高いことが好ましい。
屈折率の異なる領域１４以外のベース層１２の屈折率ｎ１は、光学フィルムの光透過性に優れることから、１．３０〜２．００が好ましく、１．４０〜１．９０がより好ましく、１．５０〜１．８０が更に好ましい。
屈折率の異なる領域１４の屈折率ｎ２は、光学フィルムに対して法線方向に近い光を効率よく突起構造１３から出射させることができ、面発光体の光取り出し効率に優れることから、１．００〜１．７０が好ましく、１．００〜１．６０がより好ましく、１．００〜１．５０が更に好ましい。
【００３２】
突起構造層１１及びベース層１２の材料は、可視光波長域（概ね４００〜７００ｎｍ）の光透過率が高いものであれば特に限定されないが、有機ＥＬ発光素子３０の配光分布や設定する屈折率に応じて、公知の材料を適宜選択すればよい。
公知の材料としては、例えば、ガラス；アクリル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂；ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレン樹脂；塩化ビニル樹脂等が挙げられる。これらの材料の中でも、可視光波長域の光透過率が高く、耐熱性、力学特性、成形加工性に優れることから、アクリル樹脂が好ましい。
屈折率の異なる領域１４は、空気でもよい。
【００３３】
突起構造層１１及びベース層１２の材料には、必要に応じて、離型剤、帯電防止剤、レべリング剤、防汚性向上剤、分散安定剤、粘度調整剤等の各種添加剤を含んでもよい
【００３４】
（基材２１）
本発明の光学フィルム１０は、ベース層１２の突起構造層１１を有さない表面に、光学フィルム１０の形状を保つために、基材２１を有していてもよい。
【００３５】
基材２１の材料としては、例えば、アクリル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂；ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレン樹脂；塩化ビニル樹脂；ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース樹脂；ポリイミド、ポリイミドアミド等のイミド樹脂；ガラス；金属が挙げられる。これらの基材の材料の中でも、可視光波長域の光透過率が高く、柔軟性に優れることから、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、セルロース樹脂、イミド樹脂が好ましく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、イミド樹脂がより好ましい。
【００３６】
基材２１の厚さは、特に限定されないが、光学フィルムの取り扱い性に優れることから、１０〜１，０００μｍが好ましく、２０〜５００μｍがより好ましく、２５〜３００μｍが更に好ましい。
【００３７】
基材２１は、ベース層１２と基材２１との密着性を向上させるため、必要に応じて、基材２１の表面に易接着処理を施してもよい。
易接着処理の方法としては、例えば、基材２１の表面にポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等からなる易接着層を形成する方法、基材２１の表面を粗面化処理する方法等が挙げられる。
基材２１は、易接着処理以外にも、必要に応じて、帯電防止、反射防止、基材２１同士の密着防止等の表面処理を施してもよい。
【００３８】
（粘着層２２）
本発明の光学フィルムは、ベース層１２の突起構造層１１を有さない表面に、有機ＥＬ発光素子３０へ接着するため、粘着層２２を設けてもよい。光学フィルム１０に基材２１を有する場合には、図１に示すように基材２１の表面に粘着層２２を設ければよい。
粘着層２２としては、特に限定されることはなく、公知の粘着剤を塗布すればよい。
【００３９】
粘着層２２の表面には、光学フィルム１０の取り扱い性を高めるため、保護フィルム２３を設けてもよい。保護フィルム２３は、有機ＥＬ発光素子３０の表面に光学フィルム１０等を貼る際に、光学フィルム１０等から剥がせばよい。
保護フィルム２３としては、特に限定されることはなく、公知の保護フィルムを用いればよい。
【００４０】
（光学フィルム１０の製造方法）
本発明の光学フィルム１０の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の製造方法等が挙げられる。
多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状の材料を、硬化性樹脂組成物に混合し、硬化性樹脂組成物をフィルム状に硬化させてベース層１２を得る。その後、突起構造１３の転写面を有する型とベース層１２の間に硬化性樹脂組成物供給し、硬化性樹脂組成物を硬化させて、本発明の光学フィルム１０を得ることができる。
【００４１】
（面発光体）
本発明の面発光体は、本発明の光学フィルム１０を含む。
本発明の面発光体は、例えば、図７に示すような面発光体が挙げられる。
以下、図７に示す本発明の面発光体について説明するが、図７に示す面発光体に限定されるものではない。
【００４２】
図７に示す面発光体は、ガラス基板３１、陽極３２、発光層３３、陰極３４を順次積層している有機ＥＬ発光素子３０のガラス基板３１の表面に、粘着層２２を介して、光学フィルム１０が設けられている。
有機ＥＬ発光素子３０に本発明の光学フィルム１０を設けた面発光体は、光取り出し効率に優れる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１］
面発光体は、図８に示すような、有機ＥＬ発光素子上に光学フィルムを設けたものをモデルとした。
有機ＥＬ発光素子の反射率を７０％（陰極からの反射を想定）に設定した。有機ＥＬ発光素子の発光特性をランバーシアンに設定した。
【００４５】
光学フィルムは、図８に示すような、ベース層及び突起構造層を有し、ベース層に屈折率の異なる領域を設けたものをモデルとした。
突起構造を半径２５μｍの半球形状に設定した。突起構造の配置を六方配列に設定した。突起構造間のピッチＬを５１μｍに設定した。
【００４６】
屈折率の異なる領域は、図９に示すような、断面が三角形の回転対称体とした。
図１０に示すように、屈折率の異なる領域の断面が三角形の回転対称体を半径２５μｍの円筒の一部、即ち、側面を突起構造の外周縁の延長線上に設定し、残りの面のうち上面の角度αを２５．４°、下面の角度βを１７．１°に設定した。幅Ｃを９．２μｍに設定した。
屈折率の異なる領域の屈折率ｎ２を１．２０に設定した。突起構造層の屈折率及び屈折率の異なる領域以外のベース層の屈折率ｎ１を１．５２に設定した。
【００４７】
後述する全光束を測定する範囲を、１つの突起構造を六角形に囲んだ範囲（図８の上方から見た模式図に示す点線で囲まれた範囲）とし、その各面（図８の断面の模式図に示す点線で示す面）を反射率１００％の反射面に設定した
【００４８】
モデル化した面発光体の突起構造層側から出射した全光束を、光線追跡法（光線追跡プログラム「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ７．２」、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社製）により算出し、ベース層に屈折率の異なる領域を設けなかった面発光体（後述する比較例１でモデル化した面発光体）の全光束に対する増加率を算出した。
【００４９】
［実施例２〜４］
屈折率の異なる領域を表１のように変更した以外は、実施例１と同様に操作を行った。
【００５０】
［比較例１］
ベース層に屈折率の異なる領域を設けなかったこと以外は、実施例１と同様に操作を行った。
【００５１】
実施例１〜４及び比較例１で得られた面発光体の全光束の増加率を表１に示す。尚、実施例４の下面の角度が負であるのは、図１０の１４３の線が右上がりとなっているようなものを示す。
【００５２】
【表１】
2014202982.tif 000003
【００５３】
表１から分かるように、本発明の光学フィルムを含む実施例１〜４で得られた面発光体は、比較例１で得られた面発光体よりも全光束が増加、即ち、ベース層中に多面体形状、曲面と平面からなる形状又は複数の曲面からなる形状の屈折率の異なる領域を含むことで面発光体の光取り出し効率に優れることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の光学フィルムにより、光取り出し効率に優れる面発光体を得ることができ、この面発光体は、例えば、照明、ディスプレイ、スクリーン等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０    光学フィルム
１１    突起構造層
１２    ベース層
１３    突起構造
１４    屈折率の異なる領域
１４１  側面
１４２  上面
１４３  下面
１５    底面部
１６    ベース層の突起構造の底部の外周縁に囲まれる領域
２１    基材
２２    粘着層
２３    保護フィルム
３０    有機ＥＬ発光素子
３１    ガラス基板
３２    陽極
３３    発光層
３４    陰極
【図１】
2014202982.tif 000004
【図２】
2014202982.tif 000005
【図３】
2014202982.tif 000006
【図４】
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【図５】
2014202982.tif 000008
【図６】
2014202982.tif 000009
【図７】
2014202982.tif 000010
【図８】
2014202982.tif 000011
【図９】
2014202982.tif 000012
【図１０】
2014202982.tif 000013