JP2013206794A

JP2013206794A - 照明装置、液晶ディスプレイ装置及びディスプレイ装置

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Publication number: JP2013206794A
Application number: JP2012076250A
Authority: JP
Inventors: Junya Sato; 隼也佐藤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP6136096B2

Abstract

【課題】光の取り出し効率の最適化と向上を図り、色度の視野角による変化を改善した。
【解決手段】照明装置１０は、ＥＬ素子１０１の光射出面に光偏向要素５を備えた光取り出し部材７を積層した。光偏向要素５は光の射出面に多数の微細な凸曲部５ａを隙間なく配列して形成した。凸曲部５ａは縦断面視で凸曲面とし、凸曲面における幅方向の変位ｘにおける高さ形状を不規則な関数ｆ（ｘ）で表すことができる。関数ｆ（ｘ）の最大値と最小値の差をΔｆ（ｘ）として、０．００１ｍｍ≦Δｆ（ｘ）≦０．３００ｍｍを満足する。関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数をｇ（ｘ）として、関数ｇ（ｘ）において、隣接する２点間の傾きの平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが次式１≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８を満足する。
【選択図】図１

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）を備えると共に、光取り出し部材を用いた照明装置、液晶ディスプレイ装置及びディスプレイ装置に関するものである。

一般に、有機ＥＬ素子は、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、一部の光が透光性基板上で全反射して戻り、光線がロスするという問題があった。このときの光の外部取り出し効率は、一般に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、より多くの投入電力が必要となるという問題があり、また、この場合、ＥＬ素子に及ぼす負荷が増大し、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、全反射により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

しかしながら上記特許文献１に記載された従来のＥＬ素子では、微細なマイクロレンズを密着して配列させたとしても互いに当接するマイクロレンズ間に平坦面の隙間が発生するため、この平坦面で発光層からの射出光が反射してしまう。そのため、上述したＥＬ素子では、光取り出し効率の向上を図る上でも、射出光の射出角度による色度変化を抑制する上でも、十分とはいえなかった。

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の向上を図るとともに、射出光の射出角度による色度座標の変化を改善する上で有利なＥＬ素子を備えた照明装置、液晶ディスプレイ装置そしてディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上述課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明による照明装置は、発光手段と、該発光手段から射出される光を導いて射出させる光偏向要素を備えた光取り出し部材を備え、光偏向要素は、光の射出面に多数の微細な凸曲部が隙間なく配列されて形成されており、凸曲部は縦断面視で凸曲面として形成されており、凸曲面における幅方向の変位をｘとし、変位ｘにおける高さ形状をｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）が不規則な関数によって表せられたことを特徴とする。
本発明による照明装置によれば、光偏向要素を形成する多数の微細な凸曲面における幅方向の変位をｘとし、変位ｘにおける凸曲面の高さ形状を不規則な関数ｆ（ｘ）で表されることによって、不規則な高さの凸曲面で光偏向要素の射出面を形成することができて、発光手段から射出する光の外部取出し効率、射出角度による色度座標の変化を改善することが可能となって光の利用効率が高い照明装置を得られる。

さらに、本発明による照明装置を備えた液晶ディスプレイ装置やディスプレイ装置を構成することで、上述した光特性を得られることに加えて、光の利用効率が高く意匠性を有する液晶ディスプレイ装置やディスプレイ装置を提供することができる。

また、本発明による照明装置は、光偏向要素の縦断面視における凸曲面の高さ形状の関数ｆ（ｘ）において、最大値をｆ（ｘ）_ｍａｘ、最小値をｆ（ｘ）_ｍｉｎとしたとき、
Δｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）_ｍａｘ−ｆ（ｘ）_ｍｉｎとして、
Δｆ（ｘ）が下記（１）式を満たすことが好ましい。
０．００１ｍｍ≦Δｆ（ｘ）≦０．３００ｍｍ ……（１）
本発明による照明装置において光偏向要素の多数の凸曲面の高さの最大値と最小値の差Δｆ（ｘ）を上記（１）式の範囲に設定することで、光偏向要素による光偏向作用に波長依存性が発生せず好適な射出特性を発揮でき、凸曲面の凹凸形状が目視確認されないという利点がある。
これに対し、Δｆ（ｘ）の値が０．００１ｍｍより小さいと可視光領域の波長領域となるため、光取り出し部材による光偏向作用に波長依存性が発生するため好ましくない。また、Δｆ（ｘ）の値が０．３００ｍｍより大きくなると光取り出し部材による光偏向要素の凸曲面の凹凸形状が目視により視認され易くなるため好ましくない。

また、本発明による照明装置は、光偏向要素の断面高さ形状の関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数をｇ（ｘ）としたとき、関数ｇ（ｘ）において、隣接する２点間の傾きの平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが下記（２）式を満たすことが好ましい。
１≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８ ……（２）
平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が上記（２）式の範囲内であれば、上記絶対値の増大につれて相対色差が次第に減少して改善する。一方、平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が１未満であると相対色差が大きく、８より大きくなると色差の改善効果はそれ以上進まずほぼ一定となり、しかも凸曲部の成形が困難になる。

なお、相対色差の減少率は大きい方が好ましいため、好ましくは、相対色差の最大値に対する減少率が５０％以上である２≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８の範囲内であることが望ましい。また、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が大きくなると成型性が困難であることを考慮すると、色差の改善効果がほとんど変化しない２≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦４の範囲内であることがより好ましい。

また、光偏向要素は、多数の凸曲部がランダムに配列されて形成されていることが好ましい。
光取り出し部材に形成された光偏向要素は、乱数プログラムによって切削加工した金型成形や、乱数プログラムによるレーザー加工や、サンドプラスト加工等を用いることで、不規則な関数ｆ（ｘ）で表された多数の凸曲部をランダムに配列形成することができる。
また、本発明による照明装置の発光手段はＥＬ素子であることが好ましい。

本発明による液晶ディスプレイ装置は、上述したいずれかに記載された照明装置と、照明装置の光の射出面側に配設された液晶画像表示素子とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、発光手段から射出された光を光取り出し部材に入射させることで、外部への取出し効率を向上させることができると共に射出角度による色度座標の変化を改善することができて、液晶ディスプレイの利用効率が高い。

本発明によるディスプレイ装置は、上述したいずれかに記載された照明装置と、照明装置の光の射出面側に配設された画像表示素子とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、発光手段から射出された光を光取り出し部材に入射させることで、外部への取出し効率を向上させることができると共に射出角度による色度座標の変化を改善することができて、ディスプレイの光量増大と色差の低減を達成できて利用効率が高い

本発明による照明装置によれば、光偏向要素を形成する多数の凸曲部における幅方向の変位をｘとし、変位ｘにおける凸曲部の縦断面視による凸曲面の高さ形状をｆ（ｘ）で示すとして、高さ形状の関数ｆ（ｘ）が不規則な関数によって表されることによって、凸曲面の不規則な高さ形状の関数ｆ（ｘ）で光偏向要素の射出面を形成することができて、光の外部取出し効率と射出角度による色度座標の変化を改善することができて光の利用効率の高い照明装置を得られる。
さらに、本発明による照明装置を備えた液晶ディスプレイ装置やディスプレイ装置を構成することで、上述した光特性を得られることに加えて、光の利用効率が高く意匠性を有する液晶ディスプレイ装置やディスプレイ装置を得られる。

本発明の実施形態によるＥＬ素子に光取り出しシートを積層した照明装置の概略縦断面図である。光取出しシートを用いないＥＬ素子の概略縦断面図である。本発明の実施形態による光取出しシートの光偏向要素の縦断面視による凸曲面の断面高さ形状を示す説明図である。実施形態による照明装置における光取取出しシートの特性を示すものであって、（ａ）は光偏向要素の凸曲面の断面高さ形状の平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値を変化させたときの相対光量の変化を示すグラフ、（ｂ）は同じく平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値を変化させたときの相対色差の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態による照明装置について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態による照明装置１０を示すものであり、発光手段としてのＥＬ素子１０１（エレクトロ・ルミネッセンス素子）と、その光射出面側に接合されて積層された光取り出し部材としての光取り出しシート７とで概略構成されている。
図１において、ＥＬ素子１０１は、第１の基板１Ａと、第２の基板１Ｂと、これら第１及び第２の基板１Ａ、１Ｂの間に挟まれた発光構造体１００とで構成されている。発光構造体１００は、発光層２と、発光層２の第１の基板１Ａ側に接合された陽極３と、発光層２の第２の基板１Ｂ側に接合された陰極４とを含んで構成されている。

発光構造体１００において、発光層２は陽極３と陰極４に電圧を印加することにより発光するものである。発光構造体１００は、発光層２と陽極３と陰極４を含んで構成されており、発光構造体１００として上記構成の他に、従来公知のさまざまな構成が採用可能である。
また、光取出しシート７は、シート状の基材８と、この基材８をＥＬ素子１０１の第１の基板１Ａに接着するための接着層６と、基材８に対してＥＬ素子１０１と反対側の面に接合されていて縦断面形状が凸曲面をなす光射出用の凸曲部５ａが多数配列されて形成された光偏向要素５と、が積層されて構成されている。そして、図１において、ＥＬ素子１０１から発光された光は光取り出しシート７の光偏向要素５を通して偏向されてＦ方向に射出されるものであり、この方向を照射方向Ｆとする。

次に、本実施形態による照明装置１０の各構成要素について説明する。
ＥＬ素子１０１における発光構造体１００の発光層２は、例えば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、発光層２は上述した構成に限定されるものではなく、発光層２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。

また、発光構造体１００を挟む第１の基板１Ａ及び第２の基板１Ｂの材料としては、例えば種々のガラス材料を用いることができる。また、それ以外に、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、更にその他の様々な材料を用いることができる。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基板１Ａは、発光構造体１００（発光層２）から射出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透光性の高い材料で形成することが好ましい。

光取出しシート７は、第１の基板１Ａとの接合面に接着層６を介して設置されている。このような接着層６を構成する粘・接着剤として、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、高温となる光源の発光構造体１００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。これより値が低いと、使用中に光取出しシート７と第１の基板１Ａがずれてしまう可能性がある。光取出しシート７と第１の基板１Ａが大きくずれてしまうと、光取出しシート７に発光層２からの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と光取出しシート７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。これによって接着層６の厚みを均一にできて光学特性に悪影響を与えない。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。

光取出しシート７は、発光層２からの光を偏向させて照射方向Ｆに射出し、光の外部取り出し効率を向上させる機能を有する。光取出しシート７は、基材８に対して第１の基板１Ａと反対側に臨む光の射出面に、断面凸曲面をなす微細な凸曲部５ａが隙間なく多数配列された光偏向要素５を形成している。

そして、本実施形態による照明装置１０では、発光層２から射出した光Ｂ０は、第一基板１Ａを光Ｂ１として透過し、光取り出しシート７の光偏向要素５に入射する。光偏向要素５に入射した光Ｂ１は、図１に示すように、一部の光Ｂ１は、光偏向要素５の多数配列された凸曲部５ａで照射方向Ｆへ向けて屈曲して、光Ｂ２として射出面から外部へ射出される。

ここで、仮に、図２に示すように照明装置１０´に光偏向要素５を含む光取り出しシート７が設けられておらず、第一基板１Ａの平坦面１ａが光の射出面であった場合、光Ｂ１の大部分は、平坦面１ａで反射して再度発光層２に入射する光Ｂ１２となる。光Ｂ１２は、照射方向Ｆに偏向されないため損失光となってしまう。このため、ＥＬ素子１０１の光の外部取り出し効率を向上するためには、反射する光Ｂ１２を減少させて、光Ｂ２を増加させることが重要である。
またＥＬ素子１０１における発光層２から射出した光Ｂ０は、射出角度により色度が変化する。図１に示す照明装置１０では、ＥＬ素子１０１の光射出面側に光偏向要素５を設けることにより、発光層２から射出した光Ｂ０は、光偏向要素５で偏向されて射出光Ｂ２として照射方向Ｆに射出される。このとき、光偏向要素５における多数の凸曲部５ａの形状を発光層２から射出する光Ｂ２の射出位置に応じて異ならせて形成することで、射出光Ｂ２の射出方向を変化させることができて射出角度による色度の変化を抑制することが可能となる。

ところで、光の外部取り出し効率やＥＬ素子１０１の色差を改善する従来の方法として、射出面にプリズムシートなどの構造物を配設する方法や、透明基材上にフィラーを塗布して凹凸面を形成した拡散フィルムを設置する方法や、略半球状のマイクロレンズを配列する方法等がある。
（ａ）しかしながら、プリズムシートなどの構造部を設置する方法では、以下の問題がある。
プリズムシートなどにおけるプリズムは平面形状が大部分を占める構造であるため、プリズムの平面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を効率良く外部へ取り出すことが可能となる。
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。また、ＥＬ素子１０１の射出角度による色度座標の変化は、プリズム形状であると傾斜角が一定であるため、特定の角度の入射光を特定の角度の射出光へ偏向させるため、色度の角度による変化に基づく改善効果は低いという欠点がある。

（ｂ）透明な基材８にフィラーを塗布して凹凸面を形成した拡散フィルムを設置する方法では、以下の問題がある。
基材８に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***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精度の良い形状を形成することが出来ない問題が生じる。例えば、フィラーを***させることで略半球形状の凸部を形成しようとした場合、フィラーの***が不十分となって略半球形状の一部分しか形成されない。すなわち、略半球形状の高さと幅と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、結果として光の外部取り出し効率が小さくなる問題が生じる。

（ｃ）マイクロレンズを形成する方法では以下の問題がある。
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形状を成形することが可能である。しかし、ＥＬ素子１０１の発光層２からの光は等方的であるため、光の射出方向を制御するには略半球型は好ましい形状であるが、略半球型のマイクロレンズを配列させた場合に面全体を隙間なく埋めることが出来ず、マイクロレンズ間に平坦面の隙間が発生する。平坦面の隙間が発生すると、図２に示す平坦面１ａでの反射光Ｂ１２が発生し、この反射光Ｂ１２は照射方向Ｆに射出しないため、光の利用効率が低下する。

また、六方配置のような最密構造シートによって第一基板１Ａの平坦面１ａ全体を埋めることが可能であるが、このような形状を作成する場合、さらに高精度な成形加工が要求され、マイクロレンズの重なりなどの不具合が発生しやすい。また、隙間を少ない状態にしてマイクロレンズを配列成形すると、各マイクロレンズ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。
そのため、この場合でも実質的な占有面積率は７６％前後となる。その結果として、約２４％は平坦面が残るため、光の外部取り出し効率が不十分になるという問題が発生する。

そのため、本実施形態による照明装置１０では、ＥＬ素子１０１の光の外部取り出し効率、射出角度による色度の変化を改善するため、凸曲部５ａの断面形状が図３で示される不規則な関数ｆ（ｘ）で表される多数の凸曲面を配列した光偏向要素５を、射出面に備えた光取出しシート７をＥＬ素子１０１表面に設けた。
本実施形態による光取出しシート７について、図１及び図３を用いて詳細に説明する。光偏向要素５は、光透過性の基材８の一方の面、即ち照射方向Ｆの面である表面８ａに、多数の凸曲部５ａがＸ−Ｙ方向に隙間なく配列されて形成されている。この光偏向要素５における多数の凸曲部５ａの断面形状は、図３に示すように不規則な関数ｆ（ｘ）で表される多数の凸曲面からなる凹凸構造として形成されている。

図３は、光偏向要素５において、基材８の光射出面に沿った変位をｘとし、多数の凸曲部５ａの断面高さ形状を不規則な関数ｆ（ｘ）として表し、関数ｆ（ｘ）における変極点ｇ１、ｇ２、ｇ３、…を抽出した関数をｇ（ｘ）としたときの、光偏向要素５の断面形状を示すグラフである。
ここで、関数ｇ（ｘ）は関数ｆ（ｘ）の変曲点を示すものである。つまり、関数ｆ（ｘ）における凸曲線上で、二次導関数ｆ”（ｘ）＝０となり、変極点の前後で二次導関数ｆ”（ｘ）の符号が変わる点である。そのため、図３では、関数ｆ（ｘ）の隣接する２点間の傾きの絶対値の平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅを変化させたときの光量と色差の変化を示すためにｆ（ｘ）の変極点ｇ１、ｇ２、ｇ３、……を順次直線の破線で結んで関数ｇ（ｘ）を表している。

ここで、多数の凸曲部５ａによる断面高さ形状の関数ｆ（ｘ）における、最大値をｆ（ｘ）ｍａｘとし、最小値をｆ（ｘ）ｍｉｎとして、最大値と最小値の差Δｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）ｍａｘ−ｆ（ｘ）ｍｉｎが下記の式（１）を満足するものとする。
０．００１ｍｍ≦Δｆ（ｘ）≦０．３００ｍｍ ……（１）
即ち、最大値と最小値の差Δｆ（ｘ）の値は、０．００１ｍｍ以上であって０．３００ｍｍ以下であることが望ましい。
Δｆ（ｘ）の値が０．００１ｍｍ未満になると射出光が可視光領域の波長となるため、光取り出しシート７による光偏向作用に波長依存性が発生することになり好ましくない。また、Δｆ（ｘ）の値が、０．３００ｍｍより大きいと光偏向要素５の表面凹凸形状が目視により視認されやすくなるため好ましくない。
さらに、上記（１）式の範囲内であっても、Δｆ（ｘ）の値が小さすぎると光取り出しシート７の凹凸表面に傷がつきやすいため好ましくなく、また、Δｆ（ｘ）の値が大きすぎると金型の作製や光取り出しシート７の成形性が困難となるため、好ましくは、０．０１０ｍｍ≦Δｆ（ｘ）≦０．１００ｍｍの範囲内であることが望ましい。

また、本実施形態による照明装置１０に関し、関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数ｇ（ｘ）において、隣接する２点間の傾きの絶対値の平均傾斜率を｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅとして、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値を変化させたときの相対光量と相対色差を図４（ａ）、（ｂ）に示す。平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅは、変位ｘに対して断面凸曲面の傾斜が急峻な方が値が大きくなり、光量や色差の光学特性が向上する特性を有している。
図４（ａ）において、横軸は平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅを示すものであり、縦軸は平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅを変化させたときの相対光量である。ここで、相対光量とは、ＥＬ素子１０１に光取出しシート７を使用しない場合の光の積算光量を１．００としたときの値である。

図４（ｂ）において、横軸は平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ、縦軸は平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅを変化させたときの相対色差である。相対色差とは、ＥＬ素子１０１に光取出しシート７を使用しない場合の測定視野０度から８０度の範囲における色度座標ｕ’、ｖ’の最大変化量ΔＥｕ’ｖ’を１．００としたときの相対色差である。
ここで、色度座標ｕ’、ｖ’はＣＩＥ(国際照明委員会)１９７６Ｕ．Ｃ．Ｓに規定されている色を示す数値であり、色度座標ｕ’、ｖ’を用いて算出するΔＥｕ’ｖ’は測定視野０度から８０度の範囲におけるｕ´の最大値と最小値の差（ｕ´ｍａｘ−ｕ´ｍｉｎ）とｖ´の最大値と最小値の差（ｖ´ｍａｘ−ｖ´ｍｉｎ）の二乗の和の平方根をとった数値である。なお、
ΔＥｕ’ｖ’=√{（ｕｍａｘ−ｕｍｉｎ）^２+（ｖｍａｘ−ｖｍｉｎ）^２}
つまり、測定視野０度から８０度の範囲内における色度ｕ’、ｖ’の最大変化量である。

図４（ａ）において、相対光量は平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが大きくなるにつれて上昇する。
これは、ＥＬ素子１０１から射出する光のうち、射出角度が大きい射出光ほど射出面界面（表面１ａ）で全反射してＥＬ素子１０１内部に戻される光量が増加し、ＥＬ素子１０１の外部への光の取出し効率は低下する。一方、ＥＬ素子１０１の光射出面に光偏向要素５を備えた光取り出しシート７を設けることにより、射出面界面で全反射していた（ＥＬ素子１０１から射出した）射出角度の大きい射出光が偏向されて観察面側（射出方向Ｆ）へ射出されるようになるため光の外部取出し効率が向上するためである。

図４（ｂ）において、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが大きくなるにつれ、ＥＬ素子１０１から射出された射出角度が大きい射出光を正面方向へ偏向させ、拡散させる効果が大きくなるため相対色差は改善する。平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が１より大きくなると相対色差は１０％以上改善し、さらに大きくなると緩やかに相対色差は改善する。そして、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが８以上になると色差の改善効果はほぼ一定になり相対色差は一定の値に収束する。
以上の理由から、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値は、１≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８の範囲内であることが好ましい。相対色差の減少率は大きい方が好ましいため、より好ましくは、相対色差が最大値（約１．４）に対して減少率が５０％以上となる２≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８の範囲内であることが望ましい。より好ましくは、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が大きくなると成型性が困難であることから、色差の改善効果がほとんど変化しない２≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦４の範囲内であることが好ましい。

ここで、光取出しシート７を成型する材料としては、発光層２から射出される光の波長に対して光透過性を有するものが使用され、例えば光学用部材に使用可能なプラスチック材料を使用することができる。
このプラスチック材料の例として、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、光取り出しシート７は、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。透明樹脂中に微粒子を分散させることにより、光取出しシート７に入射した光が照射方向Ｆに射出する際、より拡散性が上昇するため、色度の視野角度による変化を改善することが可能であり、また、照明装置１０として使用した際、欠陥が観測されにくくなる利点が挙げられる。
この微粒子としては無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる粒子が使用できる。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、酸化チタン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。

そして、光取出しシート７は、上述した材料を基材上に塗工することで成型する方法や、金型に流し込んで凝固させることで成型することで製作される。
このような断面高さ形状の関数ｆ（ｘ）に相当する凸曲部５ａを配列させた凹凸形状を有する光偏向要素５の金型の作製方法として次の方法がある。即ち、光偏向要素５を成形するための金型に対して、各種レンズ形状を有する切削工具を用いて、切削工具の切込み量を乱数プログラムを使用して各凸曲部５ａごとに所望の切込み深さになるように切削加工する方法、金型表面をエッチングすることにより凸曲部５ａの凹凸形状を形成する方法、レーザーなどによって金型表面を乱数プログラムで凹凸形状に加工する方法、アルミナなどの微粒子の粒径または吐出圧力を変更してサンドブラスト加工によって凹凸形状に加工する方法等を用いることができる。

このような加工方法によって、不規則な関数ｆ（ｘ）で表されたランダムに配列された多数の凸曲部５ａを備えた光偏向要素５を形成することができる。なお、光偏向要素５における凸曲面５ａの縦断面である凸曲面の形状は、図１及び図３に示すように、折れ線からなる屈曲形状でもよいし、曲面形状でもよく、いずれの形状も含むものとする。
また、このような金型を用いて光偏向要素５を形成した光取出しシート７を作製する方法の他、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂と上記の形状を賦形した金型を用いて、押出し成型や射出成型、ＵＶ成型法などで成型することができる。その際、内部にフィラーなどの拡散剤を分散させて成型することもできる。

また光取出しシート７を製作する際、帯電防止剤として、導電性微粒子のアンチモン含有酸化スズ（以下、ＡＴＯ）や、スズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ）等の超微粒子を分散させてもよい。帯電防止剤を分散することで、光取出しシート７の防汚性を向上することが可能となる。

光取出しシート７の製作方法において、ＵＶ成型法のような、光偏向要素５と基材８を別体にて成型する場合、シート状の基材８は透明なフィルムであり、例えば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等を使用することができる。基材８の厚みは、基材８の剛性にもよるが、５０〜３００μｍのものが加工性等の取扱い面から見て好ましい。

また、光偏向要素５と基材８との接着力が強固でなかったり、寒熱、吸脱湿等の外的影響で接着力が低下したりするときは、光偏向要素５と基材８との間に、両材料に対して接着性の高いプライマ層を設けてもよいし、光偏向要素５にプライマ層の作用を付加してもよい。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、上述の説明では、光取出しシート７についての代表的な例を説明してきたが、本実施形態による照明装置１０が光取り出しシート７によってそ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。

上述のように、本実施形態による光取り出しシート７とＥＬ素子１０１を備えた照明装置１０によれば、多数の微細な凸曲部５ａを隙間なく配列させた光偏向要素５を形成した光取り出しシート７を設けたことで、光偏向要素５の幅方向の変位をｘとし、変位ｘにおける凸曲部５ａの高さ形状を関数ｆ（ｘ）で示すとして、高さ形状の関数ｆ（ｘ）が不規則な関数によって表されることによって不規則な高さの凸曲部５ａで光偏向要素５の射出面を形成することができて、光の外部取出し効率と、射出角度による色度座標の変化を改善することができて光の利用効率の高い照明装置１０を得られる。

しかも、本実施形態の照明装置１０によれば、Δｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）_ｍａｘ−ｆ（ｘ）_ｍｉｎとして、上記（１）式を満たすことで、光偏向要素５による光偏向作用に波長依存性が発生せず好適な射出特性を発揮でき、多数の凸曲部５ａの凹凸形状が目視確認されないという利点がある。
また、関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数をｇ（ｘ）において、隣接する２点間の傾きの平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが上記（２）式を満たすようにしたため、絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの増大につれて、ＥＬ素子１０１に光取り出しシート７を積層しないものと比較して、相対光量が増大すると共に、相対色差が次第に減少して改善するという利点がある。

さらに、本実施形態による照明装置１０を光源として、液晶画像表示素子を備えた液晶ディスプレイ装置や、画像表示素子を備えたディスプレイ装置を構成することで、上述した光特性を得られることに加えて、光の利用効率が高く意匠性を有する液晶ディスプレイ装置やディスプレイ装置を得られる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜の変更や置換等が可能である。
また、上述の実施形態では、光取出しシート７についての代表的な例を説明したが、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光取り出しシート７を作製することも可能である。

以下、本発明の実施例による照明装置１０について以下に詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（比較例）
比較例１による照明装置１０´は、図２に示すように、上述した実施形態によるＥＬ素子１０１の光射出側の表面に光取出しシート７を設けない構成を備えている。

（実施例）
本発明の実施例として、上述したＥＬ素子１０１における第一基板１Ａの射出面である平坦面１ａに光取り出しシート７を貼り合わせてなる照明装置１０を用いた。
光取り出しシート７の作製方法は次の通りである。まず、基材８として、厚さ１８８μｍの透明ＰＥＴフィルムを用い、その上に屈折率１．５０の紫外線硬化性アクリル系樹脂を塗布した。そして、この紫外線硬化性アクリル樹脂を、不規則な関数ｆ（ｘ）で規定された多数の凸曲部５ａを配列させた光偏向要素５の形状にパターニングしたシリンダー金型によって押圧成形し、紫外線硬化性アクリル樹脂が塗布された透明ＰＥＴフィルムを搬送しながらＵＶ光を透明ＰＥＴフィルム側から照射して露光した。
これによって、紫外線硬化性アクリル系樹脂を不規則な関数ｆ（ｘ）で規定された多数の凸曲部５ａを隙間なく配列した形状に硬化させ、基材８上に光偏向要素５を成形した。上記アクリル系樹脂の硬化後、透明ＰＥＴフィルムからシリンダー金型を剥離することにより、光取出しシート７を作製した。
得られた光取出しシート７の基材８を、粘着剤からなる接着層６を介して上述したＥＬ素子１０１に貼合することにより、試験例による照明装置１０のサンプルを得た。

試験例による照明装置１０は、光偏向要素５の多数の凸曲部５ａに関し、関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数ｇ（ｘ）において、隣接する２点間の傾きの絶対値の平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値を下記の表１に示すように、０．５、１．０、２．０、８．０とし、これらをそれぞれ試験例１、試験例２、試験例３、試験例４とした。
比較例１及び各試験例１〜４による照明装置１０について、発光構造体１００に所定電圧を印加して積算光量および色度を測定した。その結果を表１に示す。ここで、相対光量、相対色差とは、比較例１における積算光量と色度の値を１．００としたときの値である。

表１より、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値が０．５では相対光量は比較例１より上昇するが、相対色差は増大して劣化したので好ましくない。これに対し、平均傾斜率｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値を１．０以上の大きい値にすることにより相対光量が上昇すると共に、相対色差が比較例１より低減して収束するため、改善したことが明らかである。試験例２，３，４が実施例に相当する。
なお、｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅの値について、８以上であっても良好な光学特性を得ることが可能ではあるが、凸曲部５ａの形状が一層急峻になるため成形による製作が困難になる。そのため、ここでは上限値を８にした。そのため、上記（２）を満たすことが好ましいことを確認できた。

１Ａ、１Ｂ基板
２発光層
３陽極
４陰極
５ａ凸曲部
５光偏向要素
６接着層
７光取出しシート
８基材
１００…発光構造体
１０１…ＥＬ素子
Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ１２光

Claims

発光手段と、該発光手段から射出される光を導いて射出させる光偏向要素を備えた光取り出し部材を備え、
前記光偏向要素は、光の射出面に多数の微細な凸曲部が隙間なく配列されて形成されており、
前記凸曲部は縦断面視で凸曲面として形成されており、多数の前記凸曲面における幅方向の変位をｘとし、前記凸曲面の高さ形状をｆ（ｘ）とし、
前記ｆ（ｘ）が不規則な関数によって表せられたことを特徴とした照明装置。
前記光偏向要素の縦断面視における凸曲面の高さ形状の関数ｆ（ｘ）において、
最大値をｆ（ｘ）_ｍａｘ、最小値をｆ（ｘ）_ｍｉｎとしたとき、
Δｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）_ｍａｘ−ｆ（ｘ）_ｍｉｎとして、
前記Δｆ（ｘ）が下記（１）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載された照明装置。
０．００１ｍｍ≦Δｆ（ｘ）≦０．３００ｍｍ ……（１）
前記凸曲面の高さ形状の関数ｆ（ｘ）における変極点を抽出した関数をｇ（ｘ）としたとき、
関数ｇ（ｘ）において、隣接する２点の変曲点間の傾きの平均傾斜率の絶対値｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅが下記（２）式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載された照明装置。
１≦｜ｄｇ（ｘ）／ｄｘ｜_Ａｖｅ≦８ ……（２）
前記光偏向要素は、多数の凸曲部がランダムに配列されて形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載された照明装置。
前記発光手段はＥＬ素子である請求項１乃至４のいずれか１項に記載された照明装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載された照明装置と、
該照明装置の光の射出面側に配設された液晶画像表示素子とを備えたことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載された照明装置と、
該照明装置の光の射出面側に配設された画像表示素子とを備えたことを特徴とするディスプレイ装置。