(57)【要約】【課題】輝度上昇率が高く、かつ照射角度ごとの色温度の差も小さくなるレンズシート及びこのレンズシートを使用したＥＬ発光装置を提供する。【解決手段】ＥＬ発光装置の光の出射面に貼着するレンズシート１であって、拡散剤を含有する透明樹脂からなる層を含み、出射面側には凹レンズ状の単位レンズ２ａが多数配列されているレンズ層２を有するレンズシート１、及びこれを貼着したＥＬ発光装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＬ発光装置の光の出射面に貼着するレンズシートであって、
拡散剤を含有する透明樹脂からなる層を含み、
出射面側に凹レンズ状の単位レンズが多数配列されているレンズ層を有することを特徴とするレンズシート。
【請求項２】
基材層と、前記基材層の一面側に設けられたレンズ層と、前記基材層の他面側に設けられた粘着剤層からなり、
拡散剤がレンズ層及び／又は粘着剤層に配合されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズシート。
【請求項３】
レンズ層には単位レンズが六方充填配置状に配列されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズシート。
【請求項４】
ガラス基板の出射面側に請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレンズシートが貼着されていることを特徴とするＥＬ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＬ発光装置のガラス基板の表面に貼り付けて光の取り出し効率を上げるためのレンズシート及びこのレンズシートを貼り付けたＥＬ発光装置に係り、特に輝度上昇率が高く、かつ照射角度ごとの色温度の差も小さくなるレンズシート及びこのレンズシートを貼り付けたＥＬ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省電力化、表示装置の軽量化、薄型化の要求が厳しくなってきているが、このような要求を満たすために、照明装置やバックライトとしてＥＬ発光装置の開発が進められている。
ＥＬ発光装置は発光層に通電するための透明電極が屈折率が高いため、透明電極とガラス基板の間、及びガラス基板と大気の間で全反射を起こしやすく、光の取り出し効率が悪いという欠点がある。従って、ＥＬ発光装置は高輝度化の点で改良の余地が大きい。
【０００３】
また、照明装置やバックライトとしてＥＬ発光装置を使用する場合、出射される光はさまざまな波長の光をバランス良く含んだ白色光である必要がある。一方、単一のＥＬ素子から発せられる光はスペクトル幅が狭いので、ＥＬ発光装置は、白色光を得るために、複数の燐光体や蛍光体を組み合わせて可視光域の波長が全てカバーされるように設計される。
しかしながら、使用されるそれぞれの燐光体や蛍光体は、その発光層の構造や配置等がそれぞれ異なるので、配光分布等の光学特性もそれぞれ異なる。そのため、正面方向には設計どおりの白色光が照射されるが、斜め方向には正面側とは分光分布が異なる光が放射されることになる。このような分光分布の違いは色温度の違いとして測定できる。
【０００４】
上述の問題のうち、高輝度化については、例えば透明基板及び／又は透明基板上に、透明粒子を部分的に突出させた透明層を設けることにより、光の取り出し効率を向上させる技術が提案されている（特許文献１）。しかしながら、このような技術でも光の取り出し効率が十分改善されているとはいえない。また、光の出射方向毎に色温度が異なる問題については、なんら提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５２２７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような現状に鑑み、本発明は光の取り出し効率をさらに向上させてＥＬ照明装置を高輝度化することができ、さらにどの照射角度ごとの色温度の違いを小さくすることができるレンズシート、及びこのレンズシートを貼り付けたＥＬ発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の特徴は、ＥＬ発光装置の光の出射面に貼着するレンズシートであって、拡散剤を含有する透明樹脂からなる層を含み、出射面側に凹レンズ状の単位レンズが多数配列されているレンズ層を有するレンズシートを内容とする。
【０００８】
本発明の別の特徴は、基材層と、前記基材層の一面側に設けられたレンズ層と、前記基材層の他面側に設けられた粘着剤層からなり、拡散剤がレンズ層及び／又は粘着剤層に配合されている上記のレンズシートを内容とする。
【０００９】
本発明の更に別の特徴は、レンズ層には単位レンズが六方充填配置状に配列されている上記のレンズシートを内容とする。
【００１０】
本発明の更に別の特徴は、ガラス基板の出射面側に上記のレンズシートが貼着されているＥＬ発光装置を内容とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレンズシートによれば、拡散剤を含有する透明樹脂からなる層を含むとともに、出射面側に凹レンズ状の単位レンズが多数配列されているので、凸レンズ状の単位レンズが配列された場合と比較して色温度の差が小さくなるとともに、光の取り出し性能が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は本発明のレンズシートを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の作用を示す概略説明図であり、（ｂ）は従来のレンズシートにおける作用を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のレンズシートは、ＥＬ発光装置の光の出射面に貼着するものであって、拡散剤を含有する透明樹脂からなる層を含み、出射面側には凹レンズ状の単位レンズ２ａが多数配列されているレンズ層を有することを特徴とする。
また、本発明のＥＬ発光装置は、ガラス基板の出射面側に上記のレンズシートが貼着されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のレンズシート１の好ましい態様を図１に基づいて説明すると、本発明では、レンズシート１の出射面側には凹レンズ状の単位レンズ２ａが多数配列されているレンズ層２が配置されている。単位レンズ２ａを凹レンズ状にすることにより、光の取り出し効率が向上し、色温度差が解消される理由は十分解明されていないが、以下のように推定される。
【００１５】
即ち、光の取り出し効率を向上させるためにレンズシートを使用すれば、単位レンズ２ａの中央付近に照射される光は、当該単位レンズが凸レンズ状でも凹レンズ状でも好適にレンズシートから出射される（図２の光路（１）及び（１’））が、単位レンズが凸レンズ状の場合、周縁付近に照射される光は光源側に反射される（図２の光路（２’））。これに対して本発明の場合、単位レンズ２ａの周縁部に照射された光は、一度は単位レンズ２ａにより反射されるが、反射光がレンズシート表面の平面部分２ｂに入射され、そこから出射される（図２の光路（２））ので、その分、光の取り出し効率が向上すると考えられる。
また、単位レンズとして凸レンズを使用した場合、青色のように波長が短い光は、角度によっては図２の光路（２’）のように光源側に反射されやすい一方、赤のように波長が長い光は反射されにくい。従って、角度によっては青色だけが反射されて青色成分が少ない（色温度が低い）光が出射される。これに対し、単位レンズ２ａとして凹レンズを使用した場合、青色のように波長が短い光であっても出射されやすくなり、青色成分が少ない（色温度が低い）部分が減り、このため色温度差が解消されると考えられる。
【００１６】
なお、単位レンズ２ａが凹レンズ状の場合であっても、出射しようとする光が単位レンズ２ａにより光源側に反射される場合がある。但し、凹レンズ状の単位レンズ２ａによる反射光はレンズシートに対して平行に近い光が多いので、光源側に戻って吸収されるまでの距離が長くなる。従って、拡散剤によって光路が出射面側に変更される機会も多くなるので、光の取り出し効率の向上に寄与すると考えられる。
これに対し、従来から使用される凸レンズ状の単位レンズによる反射光はレンズシートに対して垂直に近い光が多いので、光源側に戻って吸収されるまでの距離が短くなる。従って、拡散剤によって光路が出射面側に変更される機会も少なくなるので、光の取り出し効率の向上に寄与しないと考えられる。
【００１７】
なお、本発明において凹レンズ状とは、平面視が円形状で、断面視が底の部分で水平であり、縁の部分に近づくほど勾配が急になる窪み形状である。
【００１８】
単位レンズ２ａの配置も特に限定されず、一般的なレンズシートで採用されている配列が本発明でも好適に採用できる。図１（ａ）に示した例では、単位レンズ２ａは六方充填配置状に配列されているが、格子状に配置してもよいし、ランダム状でもよい。
なお、従来の凸レンズ状の単位レンズを採用した場合には、各単位レンズ間に生じる平面部分２ｂにおける全反射を防ぎ、輝度を向上させるため、単位レンズの間隔をできるだけ狭く、例えば１〜数μｍになるように形成されていた。しかし本発明の場合、この平面部分２ｂで全反射するような角度の浅い光は、まず、凹レンズ状の単位レンズ２ａに入射するので、平面部分２ｂには入射されにくくなっている。従って、単位レンズ間の平面部分２ｂを従来のように狭くしても、輝度向上の効果は殆どない。
【００１９】
本発明のレンズシート１の表面側に単位レンズ２ａを設ける方法は特に限定されず、例えばシート状に押し出された樹脂を２つの金属製冷却ロールで挟圧する方法において、片方の金属製冷却ロールの表面に単位レンズ２ａの形状の雌型を配設しておく方法、シート状に押し出された樹脂を金属製冷却ロールとゴムロールで挟圧する方法において、金属製冷却ロールの表面に単位レンズ２ａの形状の雌型を配設する、又は、ゴムロール側に単位レンズ２ａの形状の雌型が転写された型フィルムを配置する方法等が例示できる。
【００２０】
他の方法としては、単位レンズ２ａの形状の雌型が刻設された型の上に放射線硬化型の樹脂を注入又は塗工した後、必要に応じて別の素材からなる樹脂シートを被せて基材層３とし、その状態で熱又は紫外線や電子線等、使用する樹脂の特性に合致した活性放射線によって固化して製造する方法でもよい。更に、基材層３となる樹脂シートの上に放射線硬化型の樹脂を塗工した後、上から単位レンズ２ａの形状の雌型が刻設された型を被せ、その状態で使用する樹脂の特性に合致した活性放射線によって固化する方法でもよい。
【００２１】
レンズ層２の厚さは凹レンズ状の単位レンズ２ａを担持できる程度以上であれば特に限定されないが、好ましくは２５〜７５μｍ、特に好ましくは３８〜５０μｍである。
【００２２】
本発明においてレンズ層２の素材として用いる樹脂は、透明な樹脂であれば特に限定されず、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、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、ポリアミド、ポリアリレート、ポリイミド等が挙げられる。これらは単独で、又は必要に応じ、２種以上組み合わせて用いられる。
【００２３】
基材層３は上記レンズ層２を支持するためのもので、上記レンズ層２の素材と同じものを用いることができるが、なかでもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）がレンズ層との密着性が良い点で好ましい。
基材層３の厚みはレンズ層２を支持できる程度であれば特に限定されないが、好ましくは３８〜４００μｍ、特に好ましくは５０〜２００μｍである。
レンズ層２と基材層３は共押し出しにより積層してもよく、また、接着剤や粘着剤で貼り合せてもよい。基材層３の上にレンズ層２を押し出して積層してもよい。また、レンズ層２だけで十分な強度を有する場合には、基材層３を省略することもできる。
【００２４】
また、ＥＬ発光装置等にレンズシート１を貼着しやすくするため、通常、レンズシート１の裏面に粘着剤層や接着剤層（以下、総称して粘着剤層４と称する）が設けられる。
粘着剤層４を設ける方法は特に限定されないが、離型紙上に用意された両面の接着剤や粘着剤をレンズ層２や基材層３の裏面に貼合した上で離型紙を取り除く方法が好適に用いられる。なお、通常の場合、剥離紙はＥＬ発光装置の表面に貼着される直前に取り除かれる。
【００２５】
粘着剤層４として使用する粘着剤や接着剤は、光学用で透明度の高いものが好ましい。屈折率については特に限定されず、通常の高分子材料であれば使用可能であるが、ＥＬ発光層のガラス基板の屈折率と同等かまたはより高く、且つレンズシートを構成する材料の屈折率と同等かまたはより低くすれば、接合面における全反射によるロスを最小限にできるため好ましい。なお、レンズ層２と基材層３とを接合するために用いられる接着剤も同様である。
【００２６】
本発明では、レンズシート１を構成するいずれかの層に拡散剤が配合される。本発明では、この拡散剤により、配光分布等の光学特性がそれぞれ異なるＥＬ素子等から発せられる光を拡散し、これによりそれぞれのＥＬ素子等の光学特性の違いを解消してから光を出射して、色温度差を解消する。
【００２７】
拡散剤を含有する層はいずれでもよいが、図１（ｂ）に示すような、基材層３の一面側にレンズ層２を設け、他面側に粘着剤層４を設ける態様では、基材層３としては拡散剤を含まないフィルムを用い、レンズ層２及び／又は粘着剤層４に拡散剤を配合するのが好ましい。
【００２８】
本発明で使用できる拡散剤は特に限定されないが、架橋ポリアクリレート、シリコン樹脂等の有機粒子や、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機粒子が挙げられる。サイズは球状の場合で直径２〜２０μｍ程度が使用可能であるが、２〜４μｍが好ましい。サイズがこの範囲よりも小さければ光取り出し効率の波長依存性が大きくなるという不都合がある。この範囲よりも大きければ、輝度上昇率の向上効果や色温度差の解消効果が減少する傾向が生じる。これらは単独で、又は必要に応じ、２種以上組み合わせて用いられる。
【００２９】
なお、拡散剤とこの拡散剤が配合される樹脂の屈折率の差は０．０８〜０．１２程度が好ましい。この範囲より差が大きくても小さくても、輝度上昇率が低下し、色温度差が拡大する傾向がある。
【００３０】
使用する拡散剤の量はレンズシート１平方メートル当たり１１ｇ以上が好ましい。１１ｇより少ない場合には輝度上昇率が低下し、色温度差が拡大する傾向が確認された。拡散剤量がレンズシート１平方メートル当たり１１ｇ以上である限り、拡散剤配合量を少なくすると共にレンズシートを厚くしても、又は拡散剤配合量を多くすると共にレンズシートを薄くしても、同様の結果が得られる。
なお、拡散剤の量の上限については、１平方メートル当たり５０ｇまで増量したが、輝度上昇率のピーク及び色温度差の極小点は発見できなかった。このことから、本発明の原理上は拡散剤の量の上限は無いと考えられる。但し、ＥＬ発光装置の光取り出し用に用いるレンズシートの厚さは通常１２０μｍ程度、最大でも５００μｍ程度であることが要求され、粘着剤や透明樹脂に配合できる拡散剤の配合量の上限は３０重量％程度であることから、現実的な拡散剤の上限はレンズシート１平方メートル当たり２３ｇ程度である。むろん、５００μｍを超えるレンズシートを作成する場合や、３０重量％を超えて拡散剤を含有できる粘着剤や透明樹脂を使用する場合には、レンズシート１平方メートル当たり２３ｇを超えて拡散剤を配合しても差し支えない。
【００３１】
本発明のレンズシートは、ＥＬ発光装置のガラス基板の出射面に光学的に一体化される。これにより、光の取り出し効率が向上し、輝度が上昇する。
なお、一般にＥＬ発光装置は、発光層の種類により、無機ＥＬと有機ＥＬに分けられるが、本発明のレンズシートは有機ＥＬにのみ使用される。有機ＥＬの構造は、発光層の種類により若干が異なるが、通常、ガラス基板上のＩＴＯ透明電極の上に薄膜の発光層が設けられ、その上に背面の金属電極が設けられている。一般に、発光層で発光した光は、ＩＴＯ透明電極及びガラス基板を通して出射される。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
まず、基材層としてＰＥＴシート（商品名：コスモシャイン、品番：Ａ４３００、厚さ：５０μｍ、屈折率：１. ６０、東洋紡株式会社製）を用意した。
レンズ層用の樹脂としては紫外線硬化型樹脂（商品名：ＪＳＲオプスター、品番：ＫＺ９８８６Ｆ、屈折率：１．５５３、ＪＳＲ株式会社製）に拡散剤（商品名：トスパール１２０、平均粒径：２μｍ、屈折率：１．４３、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）を１１重量％配合したものを用意した。
粘着剤層用の樹脂としては、選択された粘着剤（商品名：紫光、品番：ＵＶ−ＮＳ０５１、屈折率：１．４７、日本合成化学工業株式会社製）に拡散剤（商品名：ユニパウダー、品番：ＮＭＢ−０２５Ｔ、平均粒径：３μｍ、屈折率：１．５７、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製）を２５重量％の割合で配合したものを使用した。
【００３４】
上記した基材層用のＰＥＴシートの一面側に、上記のレンズ層用の樹脂を厚さが３８μｍになるように積層し、その上から直径７８±２μｍ、高さ３７±１μｍの半球状突起が、８８μｍの周期で六方充填配置状に配列された形状の原版を載置した。その状態でＰＥＴシート側から紫外線ランプＧＳ  ＵＶシステムを用い、１１００ｍＪ／ｃｍ2 の条件で紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることにより、直径７８±２μｍ、深さ３７±１μｍの凹レンズ状の単位レンズが、８８μｍの周期で六方充填配置状に配列されたレンズ層を形成した。
ＰＥＴシートの他面側には上記の粘着剤層用の樹脂を厚さ３０μｍになるように塗布してから、紫外線硬化装置（商品名：アイキュアーライト、アイグラフィックス株式会社製）を用いて、粘着剤用の樹脂をＰＥＴシートに固着させることにより、粘着剤層を形成した。
【００３５】
得られたレンズシートを有機ＥＬ発光装置（商品名：白色有機ＥＬデバイスパネル、東北デバイス株式会社製）のガラス基板に貼着し、その状態で輝度上昇率、色温度差を測定した。
輝度上昇率は、色彩輝度計（株式会社トプコンテクノハウス製、型番：ＢＭ−５Ａ）を有機ＥＬ発光装置の正面６００ｍｍの位置に設置して輝度を測定し、得られた値をレンズシートを添付する前の有機ＥＬ発光装置の輝度の値で除することにより算出した。
色温度差は、上記の有機ＥＬ発光装置をターンテーブルに乗せて回転させながら、６００ｍｍ離れた位置から上記の色彩輝度計にて有機ＥＬ発光装置の色温度を５度おきに測定し、有機ＥＬ発光装置の正面から８０度の位置までにおける色温度の最高値と最低値を抜き出し、最高値から最低値を引くことにより算出した。
【００３６】
単位レンズの形状、レンズ層の厚さ、レンズ層における拡散剤の配合量、レンズシート１平方メートル当たりに配合された拡散剤の重量、輝度上昇率、色温度差を表１にまとめて示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
比較例１
レンズ層の単位レンズの形状を、直径７８±２μｍ、高さ３７±１μｍの凸レンズ状とした他は実施例１と同様にして比較例１のレンズシートを作成し、輝度上昇率、色温度差を測定した。単位レンズの形状、レンズ層の厚さ、レンズ層における拡散剤の配合量、レンズシート１平方メートル当たりに配合された拡散剤の重量、輝度上昇率、色温度差を表１にまとめて示す。
【００３９】
実施例１及び比較例１のレンズシートを比較することにより、単位レンズの形状を凹レンズ型にすれば、凸レンズ型のものよりも、輝度上昇率が格段に上昇し、色温度差が著しく減少することがわかる。
【００４０】
実施例２、３
レンズ層として積層する樹脂の厚みを４２μｍ（実施例２）、５０μｍ（実施例３）とした他は実施例１と同様にして、実施例２、実施例３のレンズシートを作成し、輝度上昇率、色温度差を測定した。単位レンズの形状、レンズ層の厚さ、レンズ層における拡散剤の配合量、レンズシート１平方メートル当たりに配合された拡散剤の重量、輝度上昇率、色温度差を表１にまとめて示す。
【００４１】
実施例１〜３を比較することにより、樹脂に含まれる拡散剤の配合量が一定である場合には、レンズ層が厚いほど輝度上昇率が高くなり、色温度差も減少することが判る。
【００４２】
実施例４、５
レンズ層として積層する樹脂における拡散剤配合量を２５重量％とした他は実施例２、実施例３と同様にして、実施例４、実施例５のレンズシートを作成し、輝度上昇率、色温度差を測定した。単位レンズの形状、レンズ層の厚さ、レンズ層における拡散剤の配合量、レンズシート１平方メートル当たりに配合された拡散剤の重量、輝度上昇率、色温度差を表１にまとめて示す。
【００４３】
実施例２と実施例４、実施例３と実施例５をそれぞれ比較することにより、レンズ層の厚さが一定である場合には、樹脂に含まれる拡散剤の配合量が多いほうが輝度上昇率が高くなり、色温度差も減少することが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上説明したように、本発明のレンズシート及びこれを用いたＥＬ発光装置によれば、輝度が高く、照射される光の色温度差が小さいＥＬ照明装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  レンズシート
２  レンズ層
２ａ  単位レンズ
２ｂ  平面部分
３  基材層
４  粘着剤層
【図１】
2015109213.tif 000004
【図２】
2015109213.tif 000005