照明装置、液晶ディスプレイ装置及びディスプレイ装置
【課題】光の外部取り出し効率を最適化し、射出光の射出角度による色度座標の変化を改善する。
【解決手段】照明装置１０は、ＥＬ素子１０１と、ＥＬ素子１０１から射出される光を導いて射出させる光偏向要素５を備えた光取り出しシート７部材とを備えた。光偏向要素５を基材８上に構成し、光偏向要素５は第１単位レンズと第２単位レンズが互いに直交して配列された。第１単位レンズは断面視略凸曲面形状をなしていて第１の方向に延在していて複数配列され、第２単位レンズは断面視略凸曲面形状をなしていて第１の方向に直交する第２方向に延在していて複数配列された。各単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は、１．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００の範囲内とする。
【解決手段】照明装置１０は、ＥＬ素子１０１と、ＥＬ素子１０１から射出される光を導いて射出させる光偏向要素５を備えた光取り出しシート７部材とを備えた。光偏向要素５を基材８上に構成し、光偏向要素５は第１単位レンズと第２単位レンズが互いに直交して配列された。第１単位レンズは断面視略凸曲面形状をなしていて第１の方向に延在していて複数配列され、第２単位レンズは断面視略凸曲面形状をなしていて第１の方向に直交する第２方向に延在していて複数配列された。各単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は、１．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００の範囲内とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光に至る。
【０００３】
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。この場合、ＥＬ素子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、高輝度が必要になればなるほどより多くの投入電力が必要になるという問題があり、その場合、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。
【０００４】
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、特許文献１では、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６０８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、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、十分なものとはいえなかった。
【０００７】
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光取り出しシートを用いた照明装置、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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。
すなわち、本発明による照明装置は、発光手段と、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とを備え、光偏向要素は、第１の方向に第１単位レンズが略等間隔に配列され、第１の方向に略直交する第２の方向に第２単位レンズが略等間隔に配列されてなり、第１単位レンズ及び第２単位レンズは縦断面視で凸曲面形状を有しており、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状における幅方向の変位をそれぞれｘとし、変位ｘの中点をｘ＝０とすると共に変位ｘに含まれる任意の点ｘ１とｘ２についてｘ２＞ｘ１として、凸曲面形状の断面高さをｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）が下記の（１）式、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を満たすことを特徴とする。
【数１】
【数２】
但し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘは第１単位レンズおよび第２単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値である。
【数３】
【数４】
【数５】
本発明によれば、（２）式により、断面高さｆ（ｘ）をｘで微分した絶対値の最大値が１以上であれば相対光量を増加させると共に相対色差を改善できて射出光を正面方向に偏向する効果が大きく、６以下であれば単位レンズの金型等による製作困難を生じない。（３）式により、単位レンズの端部における傾斜角θが大きくなるため、単位レンズへの入射光のうち入射角度の大きい光が光偏向要素の入射面で反射される光量を低減させて単位レンズを通して射出する光量を増大でき、色差の改善効果が強くなる。更に、（４）式による単位レンズの端部での傾斜角の変化量が小さくなり色差の改善効果が強い。また、（５）により相対光量が増大して相対色差の減少率が大きくなる。
【０００９】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの縦断面視凸曲面形状における曲率半径をＲ（ｘ）とし、該Ｒ（ｘ）は下記（６）式で定義されていて、下記の（７）式、（８）式、（９）式を満たすことが好ましい。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
（６）式の曲率半径Ｒ（ｘ）は、（７）式により単位レンズの中心部から発光手段の射出面との交点である端部にかけて傾斜面が徐々に増加することで、角度変化による色差改善効果を得られる。更に（８）式により、曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで微分したｄＲ（ｘ）／ｄｘが（８）式を満たすことで、単位レンズの曲率半径の変化量が中心部から端部にかけて大きくなり、発光手段の広角領域の射出光を観察方向に偏向できる。また、ｄ２Ｒ（ｘ）／ｄｘ２が（９）式を満たすことで単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量が中心部から端部に近づくほど小さくなり色差の改善効果が高い。
【００１０】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における変化量と端部Ｅ１，Ｅ２における変化量の差を規定するＳ（ｘ）は下記（１０）式で特定されていて、Ｓ（ｘ）は下記（１１）式を満たすことが好ましい。
【数１０】
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
そのため、（１０）、（１１）式により、Ｓ（ｘ）は相対光量の増加率が２０％以上で相対色差の減少率が１０％以上となる。
【００１１】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状のレンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、下記（１２）式を満たすことが好ましい。
【数１１】
Ｈ／Ｌは大きい方が好ましいが、（１２）式を満足することにより、相対光量を増大させて相対色差を１０％以上改善させると共に、光取り出し部材の製作に困難性を生じない。
【００１２】
また、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状と発光手段の射出面との交点における最大傾斜角をそれぞれθとして、下記（１３）式を満たすことが好ましい。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
単位レンズの端部の最大傾斜角θは大きい方が好ましいが、（１３）式を満足することにより、相対色差を１０％以上改善させると共に、光取り出し部材の製作に困難性を生じない。
また、発光手段はＥＬ素子であることが好ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による照明装置によれば、第１単位レンズと第２単位レンズを交差するように配列し、第１単位レンズと第２単位レンズの縦断面視凸曲面形状の幅方向の変位ｘとして、断面高さｆ（ｘ）、曲率半径Ｒ（ｘ）、関数Ｓ（ｘ）を最適化することで、発光手段から射出された光を発光手段の射出面で反射させずに光取り出し部材に入射させて、第１単位レンズと第２単位レンズによって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して、第１単位レンズと第２単位レンズからの射出光の色差を低減できる。
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及びディスプレイ装置を用いることで、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照明装置、液晶ディスプレイ装置及びディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態によるＥＬ素子と光取り出しシートを備えた照明装置の概略断面図である。
【図２】図１におけるＥＬ素子の要部説明図である。
【図３】本実施形態による光取出しシートを示すものであり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は第１単位レンズの正面図、（ｃ）は第２単位レンズの正面図である。
【図４】本実施形態による光取り出しシートの単位レンズの断面高さ形状を示す説明図、（ｂ）は微分図、（ｃ）は二重微分図である。
【図５】光取り出しシートの単位レンズの断面高さ形状を変更したときの（ａ）は相対光量を示す図、（ｂ）は相対色差を示す図である。
【図６】光取取出しシートの単位レンズの断面高さ形状を変更したときの（ａ）は相対光量を説明する図、（ｂ）は相対色差を説明する図
【図７】光取出しシートについて、（ａ）は曲率半径を示す説明図、（ｂ）は微分値を示す図、（ｃ）は二重微分値を示す図である。
【図８】光取出しシートの単位レンズの断面形状Ｓ（ｘ）を変更したときの（ａ）は相対光量を説明する図、（ｂ）は相対色差を説明する図である。
【図９】光取出しシートのレンズ幅に対するレンズ高さを変更したときの（ａ）は相対光量を示す図、（ｂ）は相対色差を示す図である。
【図１０】光取出しシートの最大傾斜角度θを変更したときの相対色差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態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、照明装置１０は発光手段であるＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）１０１と、ＥＬ素子１０１から射出された光の外部取り出し効率を高くする光取り出しシート７とを備えている。図１及び図２に示すように、ＥＬ素子１０１は、第１の基板１Ａと第２の基板１Ｂとの間に発光構造体１００が挟み込まれている。発光構造体１００は、発光層２を陽極３と陰極４とで挟んで構成されている。
光取出しシート７は、基板１Ａの発光層２側とは反対側を光照射方向Ｆとする。
【００１８】
発光層２の一方の面には陽極３が配設され、他方の面には陰極４が配設されている。発光層２は陽極３と陰極４とに電圧を印加することにより発光する。これら発光層２と陽極３と陰極４とによって発光構造体１００が構成されている。発光構造体１００としては従来公知のさまざまな構成が採用可能である。
【００１９】
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／フッ化リチウムとし、陽極３としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の透明金属薄膜を配設し、陰極４としてＡｌ等の金属薄膜を配設した構成とすればよい。
【００２０】
ただし、ＥＬ素子１０１の発光構造体１００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構成や、白色光にカラーフィルターを重ねる構成等によってフルカラー表示が可能となる。
【００２１】
また、第１の基板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の基板１Ａ及び第２の基板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、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、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。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。
【００２２】
また、第１基板１Ａは、発光構造体１００（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透明金属材料で形成することが好ましい。
【００２３】
次に、光取出しシート７は、第１の基板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。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、接着層６は、高温の光源である発光構造体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と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からの射出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。
【００２４】
また、発光層２と光取出しシート７との間の積層体の厚みを安定的に確保するために、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。また、接着層６は両面テープ状のものでも良いし、単層のものでもよい。
【００２５】
光取出しシート７は、発光層２からの光を偏向して、照射方向Ｆに射出して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、接着層６を挟んで第１の基板１Ａと反対側に配設された基材８と、この基材８の表面に配列されていて光を集光して射出させる光偏向要素５とを有している。
図３に示すように、光偏向要素５はＱ２方向に延在する断面略凸曲面形状の第１単位レンズ４０をＱ１方向に複数配列させ、略同一または近似する形状の第２単位レンズ５０を第１単位レンズ４０の延在方向に略直交するＱ１方向に延在させてＱ２方向に複数配列させたものである。
【００２６】
図１において、ＥＬ素子１０１の発光層２から射出された光Ｂ０は基板１Ａを光Ｂ１として透過し、光取り出しシート７の基材８から光偏向要素５に入射する。光偏向要素５に入射した光Ｂ１は、一部が光Ｂ２として光偏向要素５の射出面から外部へ射出される。
仮に、図２に示すように、ＥＬ素子１０１に光取り出しシート７が設けられておらず、第１の基板１Ａの射出面１ａが平坦面であった場合には、光Ｂ１の大部分は射出面１ａで全反射されて再度発光層内２に向かう反射光Ｂ１２となる。光Ｂ１２は、照射方向Ｆに偏向されないため損失となってしまう。このため、ＥＬ素子１０１の光の外部取り出し効率を向上させるためには、光Ｂ１について射出面１ａでの反射光Ｂ１２を減少させると共に射出面１ａからの射出光Ｂ２を増加させることが重要である。
【００２７】
またＥＬ素子１０１の発光層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１のように、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａ側の光取り出しシート７に光偏向要素５を設けることにより、発光層２から射出された光Ｂ０は光偏向要素５で偏向され、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の形状を変化させて射出光Ｂ２の射出方向を変化させることで、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。
【００２８】
ところで、ＥＬ素子１０１において、光の外部取り出し効率や色差を改善する従来の方法として、（ａ）ＥＬ素子１０１の表面１ａにプリズムシートなどの構造物を形成する方法や、（ｂ）透明基材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や、（ｃ）透明基材８に略半球状のマイクロレンズを形成する方法等がある。
【００２９】
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。
（ａ）プリズムシートなどの直線形状が大部分を占める構造では、プリズムの直線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。
【００３０】
（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隆起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、フィラーを隆起させることで略半球形状を形成しようとした場合、フィラーの隆起が不十分となり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小さくなる問題が生じる。
【００３１】
（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、略半球型は好ましいが、略半球型のマイクロレンズでは面全体を埋めることは出来ず、略半球面のマイクロレンズ間に平坦面が発生する。平坦面が発生すると、図２に示す射出面１ａでの反射光Ｂ１２が発生し、照射方向Ｆに射出しないため、光の利用効率が低下する。
【００３２】
また、六方配置のような最密構造シートによって基板１Ａの射出面１ａ面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。
【００３３】
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や射出角度による色度の変化を改善するため、図３に示す光取出しシート７をＥＬ素子１０１の表面である射出面１ａに設けた。
この光取出しシート７はシート状の基材８に光偏向要素５を配列させたものであり、図３に示すように、光偏向要素５は断面凸曲面形状でＱ１方向に延在する第一単位レンズ４０を複数配列させ、第二単位レンズ５０を第一単位レンズ４０の延在方向に略直交するＱ２方向に延在させて複数配列させたものである。
光偏向要素５における第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は、発光層２から射出される光Ｂ０を偏向して照射方向Ｆに射出させるように構成されている。これら第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は基材８上に別体として配置したものであってもよいし、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を基材８と一体成型したものであってもよい。
【００３４】
本発明の実施形態である光取出しシート７について図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を総称して単に単位レンズということがある。
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（この面を表面と定義する）８ａに、第１単位レンズ４０として、一方向に沿って互いに平行に配列された第１単位レンズ４０を配設させ、第１単位レンズ４０と交差する方向に沿って互いに平行に配列された複数の第２単位レンズ５０を配設させている。また、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、長手方向に直交する凸曲面４１，５１をなす断面形状が、例えば多項式近似曲線で与えられる非球面レンズ形状に形成されている。図３（ａ）は、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０の断面形状が凸曲面４１，５１の非球面レンズ形状とした場合の斜視図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は光取出しシート７の断面形状を示した図である。
これら第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の縦断面の凸曲面４１，５１は線対称で形成されていることが好ましい。
【００３５】
第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いに交差するように配列することが望ましい。もし、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０が、互いに交差することなく一方向に延在する帯状を呈した場合、延在する一方向に関しては、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いの傾斜角を有していない、すなわち平面状の効果と同等となり、図２に示す光Ｂ１２のように、外部に取り出すことが出来ない光となり、光の外部取り出し効率が小さくなるという課題が生じる。
そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、断面が凸曲面のレンズ形状で一方向に延在してなり、当該凸曲面のレンズ形状が、互いに交差するように配列することで、２次元方向に対して傾斜角を設けることが可能となるため、光の取出し効率が大きくなり好ましい。
【００３６】
さらに、上述のように、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いに交差するように配列することで、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０が照射方向Ｆに射出する光の配光分布を２次元方向に調整することが可能となる。そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０を任意の形状にすることで、射出光を対称な配光分布にし、あるいは射出角度による色差を改善することが可能となるため好ましい。
【００３７】
ＥＬ素子１０１を照明用途して用いる場合、少なくとも２次元的に配光分布を調整する必要がある。その理由として、例えば照明装置１０の設置場所によっては、ある特定方向は照射する必要がなく、広い配光分布ではなく正面方向に高い輝度を要求することがある。あるいは、光偏向要素５に入射する光Ｂ１が非対称な配光分布になる場合で、かつ照明装置１０から射出される光の配光分布が、対称な配光分布であることが要求される場合、照明装置１０から射出される光の配光分布を１次元方向のみの調整で対称な配光分布にすることは困難であるため、２次元方向の調整が可能な構成が好ましい。
また、本実施形態における光取り出しシート７の構成のように、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を略直交させて配列した形状では、光を２次元的に広げるために、新たにレンズシートを追加することなく適切な配光分布に調整することが可能となり、照明装置１０の軽量化、薄型化、低コスト化を図ることも可能である。
【００３８】
特に、発光層２から射出される光は、配光分布が広いブロードな指向性を有する光である。そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、上述の広い配光分布を照射方向Ｆに偏向するように設計することが好ましい。
【００３９】
第１単位レンズ４０は第２の方向Ｑ２に沿って配列されており、図３（ｂ）に示す縦断面視において、基材８の表面８ａに接触する凸曲面４１の底部の幅をレンズ幅Ｌ１とし、表面８ａから頂部までの高さをＨ１とし、第１単位レンズ４０の頂点間の距離（ピッチ）をＰ１とし、凸曲面４１における凸曲線状の稜線４０ａと表面８ａとの交点である端部Ｅにおける稜線４０ａの最大傾斜角度をθ１とする。
また、第２単位レンズ５０は第１の方向Ｑ１に沿って配列され、表面８ａに接触する凸曲面５１の底部の幅をレンズ幅Ｌ２とし、表面８ａから頂部までの高さをＨ２とし、第２単位レンズ５０の頂点間の距離をＰ２とし、凸曲面５１における凸曲線状の稜線５０ａと表面８ａとの交点である端部Ｅにおける稜線５０ａの最大傾斜角をθ２とする。
【００４０】
また、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面形状は、同じでも良いし異なっていても良い。直交する第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の断面形状を異なる形状にすることにより、光偏向要素５に入射した光Ｂ１が、照射方向Ｆに射出する際に光の配向分布を２次元に調整することが可能となる。
【００４１】
さらに、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面をなす凸曲面４１、５１の形状は、多項式近似曲線で近似される非球面断面形状以外にも多角形状、完全な半円形状（球面レンズ）、半楕円形（楕円面レンズ）や放物線形（放物面レンズ）などの非半円形状（いわゆる２次の非球面形状）の凸曲部を有する平面、さらには、２次以降の項を有する高次非球面形状の凸曲部を有する平面、高次非球面形状と多角形形状を組み合わせた凸曲部を有する平面でもよく、その組み合わせ方は自由である。
第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面形状を、多角形状もしくは非球面形状にすることにより、レンズ側面の適切な傾きをもった面積を調整することができるため、より高次に射出光の光線方向を調整することが可能となる。また、レンズ側面の傾きを複数有する形状にすることにより、光取出しシート７からの射出角度がレンズ側面の傾きにより変化するため、射出光の色の角度依存性を制御することが可能となる。さらには、レンズ頂点に曲面を有するレンズ形状にすることにより、耐擦性の向上が見込まれる。
【００４２】
上述したように、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ような第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の形状について以下に説明する。なお、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は同一または近似した断面形状を有するので、これらを共通の単位レンズとして説明する。
図４（ａ）は、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面をなす凸曲面４１，５１において、レンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、単位レンズの一方の端部Ｅ１を−Ｌ／２、他方の端部Ｅ２をＬ／２とする。また、第１単位レンズ４０の凸曲面４１における方向Ｑ１に沿って測った変位をｘおよび第２単位レンズ５０の凸曲面５１における方向Ｑ２に沿った変位をｘとしたとき、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面高さをｆ（ｘ）で表した第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面高さを示すグラフである。
図４（ｂ）は、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）をｘについて微分したｄｆ（ｘ）／ｄｘの絶対値を示すグラフ、図４（ｃ）は、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）をｘについて２回微分したｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の絶対値を示すグラフである。
【００４３】
図４（ｂ）において、単位レンズ（４０，５０）の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した値ｄｆ（ｘ）／ｄｘが任意の点ｘで０になるとき、単位レンズの断面形状は点ｘで変極点となる。点ｘ＝０で
ｄｆ（ｘ）／ｄｘ＝０ …（１）
となるとき、単位レンズはレンズ幅Ｌの中心の点が断面形状の高さの最高点となる。
【００４４】
また、単位レンズの断面形状ｆ（ｘ）を変位ｘで微分した値の絶対値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下記式（１Ａ）を満たすとき、単位レンズの断面形状は三角形状となり、傾斜角が一定となるため、光偏向要素５に入射した光が観察方向へ射出される際、直線的に偏向するため、色差改善効果は低い。
【数１２】
また、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下記式（２Ａ）を満たすとき、単位レンズは凹レンズ形状となり、単位レンズが並列した際の、レンズ間の角度が鋭角となるため耐擦性が低下し、傷が視認され易くなるため好ましくない。
【００４５】
【数１３】
そのため、単位レンズの断面形状は、凸レンズ形状となる式（３）を満たすことが望ましい。また、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下式を満たすとき、単位レンズの断面形状における傾斜角は単位レンズの中心部より端部に近づくほど大きくなるため、色差の改善効果が高くなる。
【数１４】
【００４６】
図４（ｃ）において、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（３Ａ）を満たすとき、単位レンズの断面形状における傾斜角の変化量が中心部より端部に近づくほど大きくなるため、色差の改善効果が低い。
【数１５】
そのため、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（４）を満たすことが望ましい。
【数１６】
【００４７】
図２において、発光層２から射出した光Ｂ１は、その一部が基板１Ａで反射される光Ｂ１２となる。反射光Ｂ１２は基板１Ａから射出する角度が大きくなるほど増加する。したがって、発光層２から射出する光Ｂ１のうち基板１Ａから射出する光Ｂ２の光量を増加させるためには、光Ｂ１のうち基板１Ａから射出する角度の大きい光を射出面Ｆ側へ射出光Ｂ２として取り出す必要がある。
単位レンズ４０，５０の断面形状が上記（３）式を満たすとき、単位レンズ４０，５０の端部Ｅにおける傾斜角θ１，θ２が大きくなるため、単位レンズ４０，５０に入射する光のうち入射角度の大きい光が、基板１Ａの射出面１ａ側で反射される光Ｂ１２の光量を減少させることが可能である。
また、単位レンズ４０，５０に入射する光のうち、入射角度が大きい光を射出面Ｆ側へ偏向する効果は、単位レンズ４０，５０の断面形状における端部Ｅでの傾斜角θ１、θ２が大きくなるほど強くなるため、単位レンズ４０，５０の断面形状が式（３）を満たすとき、色差の改善効果が強くなる。さらに、単位レンズの断面形状が式（４）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の端部Ｅ領域での傾斜角θ１、θ２の変化量が小さくなるため、色差の改善効果が強くなる。
【００４８】
図５に単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値を変化させたときの相対色差と相対光量を示す。
図５（ａ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ、縦軸は｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ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を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値である。
図５（ｂ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００４９】
図５（ａ）において、相対光量は、横軸にとった｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが１になるまでは増加し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが１より大きくなると徐々に低下する。図５（ｂ）において、相対色差は、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値が大きくなるにつれて次第に低下する。
これは、発光層２から射出された光のうち射出角度が大きい射出光ほど射出面１ａの界面で全反射されるため、ＥＬ素子１０１の内部に戻される光量が増加してＥＬ素子１０１の外部への光の取出し効率は低下する。そこで、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａに光偏向要素５を設けることにより、発光層２から射出した射出角度が大きい射出光であっても、射出面１ａ界面で全反射されずに偏向されて観察面Ｆ側へ射出されるようになるため外部取出し効率が向上する。
【００５０】
また、変位ｘが０より大きい領域では、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜は単調増加し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が最大値となるのは、単位レンズ４０，５０の端部（Ｌ／２）である。すなわち、単位レンズ４０，５０の中心部（ｘ＝０）から端部（ｘ＝Ｌ／２）に近づくほど、単位レンズ４０，５０の傾斜角が大きくなる。単位レンズ４０，５０の端部における傾斜角θが大きくなるほど、ＥＬ素子１０１から射出された広角度領域の光を正面方向へ偏向する効果が大きくなるため、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが大きくなるにつれ相対色差は改善する。
また、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値が６以上になると、単位レンズ４０，５０における最大傾斜角が８０度以上となり、金型の作製やシートの作製が困難となるため｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は６以下であることが望ましい。
【００５１】
以上の理由から、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上で、相対色差の減少率が１０％以上である
１．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００ …（２）
の範囲内であることが望ましい。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、相対色差の減少率が５０％以上である
２．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００ …（２’）
の範囲内であることが望ましい。
【００５２】
次に、図６に単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値を変化させたときの相対色差と相対光量を示す。
図６（ａ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）をｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ、縦軸は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ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を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値である。
また、図６（ｂ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）をｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００５３】
図６（ａ）において、相対光量は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘが７０になるまでは増加し、｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘが７０より大きくなると徐々に低下する。図６（ｂ）において、相対色差は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値が大きくなるにつれて次第に低下する。
また、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘは、ｘが０より小さい領域では単調増加し、ｘが０より大きい領域では単調減少する（図４（ｃ）参照）、あるいは変位ｘの領域内で変化しないことが望ましい。つまり、単位レンズ４０，５０の中心部における傾きの変化の割合よりも端部Ｅにおける傾きの変化の割合が小さい方が望ましい。傾きの変化の割合が単位レンズ４０，５０の端部Ｅより中心部での方が大きくなると、単位レンズ４０，５０の断面形状は球面形状に近くなるため、レンズの偏向効果が低減するためである。
【００５４】
以上の理由から、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上であり、相対色差の減少率が１０％以上である（５）式の範囲内であることが望ましい。
２０≦｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ≦１６０ …（５）
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、相対色差の減少率が５０％以上であり、相対色差の改善効果が略一定となる
５０≦｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ≦１２０ …（５′）
の範囲内であることが望ましい。
【００５５】
また、単位レンズ４０，５０の点ｘにおけるｆ（ｘ）の曲率半径Ｒ（ｘ）は、次式（６）で表される。
【数１７】
図７（ａ）は、単位レンズ４０，５０の配列方向に沿って測った変位をｘとして、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）の曲率半径Ｒ（ｘ）を示すグラフである。図７（ｂ）は、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）をｘについて微分したｄＲ（ｘ）／ｄｘを示すグラフを示すグラフである。
【００５６】
図７（ａ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）が次式（４Ａ）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状は半円形状となり、入射光に対する偏向角度が一定となるため、光偏向要素５に入射した光が観察方向へ射出される際、直線的に偏向するため、色差改善効果は低い。なお、ｘ２、ｘ１は変位ｘに含まれる任意の値であり、ｘ２＞ｘ１である。
Ｒ（ｘ２）−Ｒ（ｘ１）＝０ …（４Ａ）
また、曲率半径Ｒ（ｘ）が次式（５Ａ）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状は、レンズの中心部での曲率半径が大きく直線的な形状に近くなるため、角度変化による色度変化の改善効果が低下するため好ましくない。
【数１８】
【００５７】
そのため、単位レンズ４０，５０の断面の曲率半径は、単位レンズ４０，５０の中心部から端部にかけて傾斜率が徐々に増加する式（７）を満たすことが望ましい。
【数１９】
【００５８】
図７（ｂ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで微分した値の絶対値｜ｄＲ（ｘ）／ｄｘ｜が式（８）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状における曲率半径の変化量が、単位レンズ４０，５０の中心部から端部にかけて大きくなるため、ＥＬ素子１０１からの射出光成分のうち広角領域の射出光を観察方向へ偏向する効果が高くなるため好ましい。
【数２０】
【００５９】
図７（ｃ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２Ｒ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（９）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量が、中心部より端部に近づくほど小さくなるため、色差の改善効果が高い。
【数２１】
【００６０】
単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）の変位ｘにおける絶対値の最大値と最小値の差を単位レンズ４０，５０の幅の半分Ｌ／２で割ったときの値を次式（１０）に示すＳ（ｘ）としたとき、Ｓ（ｘ）を変化させたときの相対光量と相対色差を図８（ａ）、（ｂ）に示す。
【数２２】
ここで、相対光量とは、ＥＬ素子１０１に光取出しシート７を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値であり、相対色差とは、光取出しシート７を使用しないときの測定視野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としたときの値である。
なお、式（１０）に示す関数Ｓ（ｘ）は、単位レンズ４０、５０の曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量と、端部Ｅ１、Ｅ２における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量の差を規定する式である。Ｓ（ｘ）の値が大きくなると、単位レンズにおけるｘ＝０と端部Ｅ１、Ｅ２における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量の差が大きくなるので、急傾斜なレンズ形状となり色差は改善する。
【００６１】
図８（ａ）において、相対光量はＳ（ｘ）の値が大きくなるにつれ増加し、一定値以上増加すると徐々に減少する。図８（ｂ）において、相対色差はＳ（ｘ）の値が大きくなるにつれて減少する。
これは、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａに光偏向要素５を設けることにより、射出面１ａの界面で全反射されていた射出角度が大きい射出光が光偏向要素５によって偏向されて観察面側Ｆへ射出されるようになるため光の外部取出し効率は向上する。
また、変位ｘが０より大きい領域では、曲率半径Ｒ（ｘ）は単調増加するので単位レンズ４０，５０の中心部（ｘ＝０）から端部（ｘ＝Ｌ／２）に近づくほどレンズの直線性が大きくなり、Ｓ（ｘ）の値が大きくなるにつれて曲率半径の変化の割合が大きくなるので、射出光の角度による色度変化の割合が小さくなり相対色差は改善する。
【００６２】
以上の理由から、Ｓ（ｘ）の値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上であり、相対色差の減少率が１０％以上である
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
の範囲内であることが望ましい。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、相対色差の減少率が５０％以上である
３０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６３】
図９（ａ）、（ｂ）に第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０におけるレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌを変化させたときの相対光量および相対色差を示す。
図９（ａ）において、横軸はレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌ、縦軸は相対光量である。ここで、相対光量とは、ＥＬ素子１０１に頂角が９０度のクロスプリズム形状をした光取り出しフィルムを使用したときに、入射した光Ｂ１が、照射方向Ｆに射出した光の積算光量を１としたときの値である。
図９（ｂ）において、横軸はレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００６４】
レンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌが大きくなるに従って相対光量は上昇し、相対色差が小さくなるので、レンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌは大きい方が好ましいが、色差の変化量が１０％以上改善し、かつレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌが大きくなると光取出しシート７の作製が困難となるため、次式（１２）
０．３０＜Ｈ／Ｌ＜２ …（１２）
の範囲内であることが望ましい。照明装置１０として用いる場合、色度の視野角度によるズレは小さい方が好ましく、より好ましくは、色差の変化量が５０％以上改善する、
０．８＜Ｈ／Ｌ＜１．６ …（１２′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６５】
図１０に第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の稜線４１，５１と射出面１ａとの交点である端部Ｅでの最大傾斜角度θ（θ１、θ２）を変化させたときの相対色差を示す。
図１０において、横軸は単位レンズ４０，５０における最大傾斜角θ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野０度から８０度の範囲における色度座標ｕ’、ｖ’の最大変化量を１．００としたときの相対色差である。
【００６６】
最大傾斜角θが大きくなるに従い相対色差が小さくなるので、最大傾斜角θは大きい方が望ましい。相対色差の改善率が１０％以上であることが好ましく、また最大傾斜角θが大きくなると光取出しシート７の作製が困難になることから、より好ましくは次式（１３）の範囲内であることが望ましい。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
この傾斜角θを有する第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の光偏向要素５を照明装置１０に用いた場合、色度の視野角度によるズレは小さい方が好ましく、より好ましくは色差の変化量が２０％以上改善するものとすると、
６０度≦θ≦８０度 …（１３′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６７】
上述した構成を備えた光取出しシート７を成型する材料として、ＥＬ素子１０１の発光層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を使用でき、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。
この材料の例としては、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。
【００６８】
また、光取出しシート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。
この微粒子として無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる粒子を使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子として、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、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。
【００６９】
そして、光取出しシート７の製作に際して、上述した材料を金型に流し込み凝固させることで成型する。この金型の作製方法として、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し、断面形状が第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の凹凸部に対応する部分を作製する。
また、このような金型で光取出しシート７を作製する方法の他、第１単位レンズ４０や第２単位レンズ５０、そして基材８の形成法として、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂と上記の形状が賦形された金型を用いて、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。この際、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０と基材８とを別体に成型してもよいし、一体品として成型してもよい。また第１単位レンズ４０、第２単位レンズ５０及び基材８を成型する場合には、内部にフィラーなど拡散剤を分散させて成型することもできる。
【００７０】
また光取出しシート７に用いる帯電防止剤として、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の防汚性を向上させることが可能となる。
【００７１】
ＵＶ成型法のように光偏向要素５を基材８と別体に成型する場合、基材８は透明なフィルムであり、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を使用することができる。
基材８の厚みは、基材８がもつ剛性にもよるが、５０〜３００μｍのものが加工性等の取扱い面から見て好ましい。
【００７２】
また、光偏向要素５が基材８と強固に接着しなかったり、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。
【００７３】
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、基材８の表面に第１単位レンズ４０のレンズアレイと第２単位レンズ５０のレンズアレイを互いに交差するように配列すると共に、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の断面高さｆ（ｘ）、曲率半径Ｒ（ｘ）、関数Ｓ（ｘ）を最適化することで、光の外部取出し効率を向上させて射出光量を増大させると共に、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０からの射出角度の調整による色度座標の変化を改善することができて相対色差を低減できる。
さらに、本実施形態において、光取り出しシート７とＥＬ素子１０１を組み込んだ照明装置１０、この照明装置１０を備えたディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を用いることで、光の利用効率が高く意匠性を有する照明装置５０、そしてこの照明装置５０を備えたディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を得られる。
【００７４】
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作製することも可能である。
【００７５】
また、上述の実施形態による光取出しシート７の変形例として、基材８の表面８ａに光偏向要素５として互いに交差するレンチキュラーレンズ群からなる単純な第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０に代えて、これら第１及び第２単位レンズ４０，５０の頂部に単位レンズのレンズ高さより高いレンズ高さＨを有するマイクロレンズアレイ部分を追加して形成していてもよい。
光偏向要素５として第１及び第２単位レンズ４０，５０の頂部にマイクロレンズアレイ部分を追加形成することにより、光取出しシート７における最も高さの高い位置がマイクロレンズ形状部分となり、他の部材等の障害物と接触する際、点接触となるため耐擦性が向上する。
【実施例】
【００７６】
次に、本発明の実施例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に限定されるものではないことはいうまでもない。
実施例としての光取り出しシート７は次の製法によって製作される。
厚さ１８８μｍの透明ＰＥＴフィルムからなる基材８上に、光偏向要素５のパターンを形成するための、屈折率１．５０のＵＶ硬化性アクリル系樹脂を塗布した。そして、光偏向要素５をなす第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０のレンチキュラーレンズ群が互いに交差して配列された形状に切削したシリンダー金型を使用して成形し、紫外線硬化型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フィルム側から露光することにより、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂を硬化させ、光偏向要素５を成形した。硬化後、透明ＰＥＴフィルムから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を、接着層６をなす粘着剤を介してＥＬ素子１０１に貼合することにより、測定サンプルを得た。これらの測定サンプルを実施例１、２，３，４とした。
【００７７】
なお、各実施例１，２，３，４は下記のパラメータにより作製し、各実施例毎に作製した光取出しシート７を、それぞれＥＬ素子１０１の表面１ａに接着層６を介して配設した。
各実施例において、第１及び第２単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘについて微分した値ｄｆ（ｘ）／ｄｘの最大値について、実施例１では０．８とし、実施例２では１．０とし、実施例３では１．２とし、実施例４では４．０とした。
また、比較例１として、ＥＬ素子１０１のガラス表面に光取出しシート７を貼らないものを採用した。
【００７８】
上述した実施例１〜４、比較例１について、積算光量および色度をそれぞれ測定した。
積算光量の測定器は「積分球 Labsphere」を、色度の測定器は「分光放射輝度計 ＳＲ−３」を用いた。
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における各値を１．００としたときの値である。
【００７９】
【表１】
【００８０】
表１により、第１及び第２単位レンズ４０，５０の長手方向に直交する縦断面形状における高さｆ（ｘ）の変位ｘにおける微分値ｄｆ（ｘ）／ｄｘの絶対値の最大値が０．８では相対色差は比較例１と殆ど差がなく（０．９８）改善効果が認められず、１．０以上の値にすることにより相対光量が著しく上昇し、明確に色差が低減して改善されたことが認められた。
【００８１】
次の試験において、上述した各実施例の基本構成を備えた光取り出しシート７について、実施例５として、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘについて２回微分した値ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の最大値を２０とした。同様に、実施例６では最大値を９０と、実施例７では最大値を１２０とした。
ここで相対光量、相対色差とは、比較例１における各値を１．００としたときの値である。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２により、各実施例５，６，７について、第１及び第２単位レンズ４０，５０の断面形状における高さｆ（ｘ）を変位ｘについて２回微分した値ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の絶対値の最大値を２０以上にすることにより、比較例１よりも相対光量が上昇し、色差が改善することが明らかになった。
【００８４】
更に次の試験において、上述した各実施例の基本構成を備えた光取り出しシート７について、第１単位レンズ４０、第２単位レンズ５０の断面形状が上記（１０）式で規定されるＳ（ｘ）に関し、実施例８では、第１及び第２単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）を１０とし、実施例９では、単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）を６０とした。
なお、相対光量、相対色差とは、比較例１における各値を１．００としたときの値である。各実施例８．９に関し、相対光量と相対色差を測定した。
【００８５】
【表３】
【００８６】
表３に示す結果により、第１及び第２単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）の値を１０以上の値にすることにより、相対光量が上昇し、色差が改善することが明らかであった。
【符号の説明】
【００８７】
１Ａ、１Ｂ 基板
２ 発光層
３ 陽極
４ 陰極
５ 光偏向要素
６ 接着層
７ 光取出しシート
８ 基材
８ａ 表面
８ｂ 裏面
４０ 第１単位レンズ
５０ 第２単位レンズ
１００ 発光構造体
１０１ ＥＬ素子
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、この励起子が失活する際の光の放出を利用して発光に至る。
【０００３】
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。この場合、ＥＬ素子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、高輝度が必要になればなるほどより多くの投入電力が必要になるという問題があり、その場合、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。
【０００４】
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、特許文献１では、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６０８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、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、十分なものとはいえなかった。
【０００７】
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光取り出しシートを用いた照明装置、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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。
すなわち、本発明による照明装置は、発光手段と、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とを備え、光偏向要素は、第１の方向に第１単位レンズが略等間隔に配列され、第１の方向に略直交する第２の方向に第２単位レンズが略等間隔に配列されてなり、第１単位レンズ及び第２単位レンズは縦断面視で凸曲面形状を有しており、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状における幅方向の変位をそれぞれｘとし、変位ｘの中点をｘ＝０とすると共に変位ｘに含まれる任意の点ｘ１とｘ２についてｘ２＞ｘ１として、凸曲面形状の断面高さをｆ（ｘ）とし、ｆ（ｘ）が下記の（１）式、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を満たすことを特徴とする。
【数１】
【数２】
但し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘは第１単位レンズおよび第２単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値である。
【数３】
【数４】
【数５】
本発明によれば、（２）式により、断面高さｆ（ｘ）をｘで微分した絶対値の最大値が１以上であれば相対光量を増加させると共に相対色差を改善できて射出光を正面方向に偏向する効果が大きく、６以下であれば単位レンズの金型等による製作困難を生じない。（３）式により、単位レンズの端部における傾斜角θが大きくなるため、単位レンズへの入射光のうち入射角度の大きい光が光偏向要素の入射面で反射される光量を低減させて単位レンズを通して射出する光量を増大でき、色差の改善効果が強くなる。更に、（４）式による単位レンズの端部での傾斜角の変化量が小さくなり色差の改善効果が強い。また、（５）により相対光量が増大して相対色差の減少率が大きくなる。
【０００９】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの縦断面視凸曲面形状における曲率半径をＲ（ｘ）とし、該Ｒ（ｘ）は下記（６）式で定義されていて、下記の（７）式、（８）式、（９）式を満たすことが好ましい。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
（６）式の曲率半径Ｒ（ｘ）は、（７）式により単位レンズの中心部から発光手段の射出面との交点である端部にかけて傾斜面が徐々に増加することで、角度変化による色差改善効果を得られる。更に（８）式により、曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで微分したｄＲ（ｘ）／ｄｘが（８）式を満たすことで、単位レンズの曲率半径の変化量が中心部から端部にかけて大きくなり、発光手段の広角領域の射出光を観察方向に偏向できる。また、ｄ２Ｒ（ｘ）／ｄｘ２が（９）式を満たすことで単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量が中心部から端部に近づくほど小さくなり色差の改善効果が高い。
【００１０】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における変化量と端部Ｅ１，Ｅ２における変化量の差を規定するＳ（ｘ）は下記（１０）式で特定されていて、Ｓ（ｘ）は下記（１１）式を満たすことが好ましい。
【数１０】
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
そのため、（１０）、（１１）式により、Ｓ（ｘ）は相対光量の増加率が２０％以上で相対色差の減少率が１０％以上となる。
【００１１】
また、本発明による照明装置は、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状のレンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、下記（１２）式を満たすことが好ましい。
【数１１】
Ｈ／Ｌは大きい方が好ましいが、（１２）式を満足することにより、相対光量を増大させて相対色差を１０％以上改善させると共に、光取り出し部材の製作に困難性を生じない。
【００１２】
また、第１単位レンズ及び第２単位レンズの凸曲面形状と発光手段の射出面との交点における最大傾斜角をそれぞれθとして、下記（１３）式を満たすことが好ましい。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
単位レンズの端部の最大傾斜角θは大きい方が好ましいが、（１３）式を満足することにより、相対色差を１０％以上改善させると共に、光取り出し部材の製作に困難性を生じない。
また、発光手段はＥＬ素子であることが好ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による照明装置によれば、第１単位レンズと第２単位レンズを交差するように配列し、第１単位レンズと第２単位レンズの縦断面視凸曲面形状の幅方向の変位ｘとして、断面高さｆ（ｘ）、曲率半径Ｒ（ｘ）、関数Ｓ（ｘ）を最適化することで、発光手段から射出された光を発光手段の射出面で反射させずに光取り出し部材に入射させて、第１単位レンズと第２単位レンズによって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して、第１単位レンズと第２単位レンズからの射出光の色差を低減できる。
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及びディスプレイ装置を用いることで、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照明装置、液晶ディスプレイ装置及びディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態によるＥＬ素子と光取り出しシートを備えた照明装置の概略断面図である。
【図２】図１におけるＥＬ素子の要部説明図である。
【図３】本実施形態による光取出しシートを示すものであり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は第１単位レンズの正面図、（ｃ）は第２単位レンズの正面図である。
【図４】本実施形態による光取り出しシートの単位レンズの断面高さ形状を示す説明図、（ｂ）は微分図、（ｃ）は二重微分図である。
【図５】光取り出しシートの単位レンズの断面高さ形状を変更したときの（ａ）は相対光量を示す図、（ｂ）は相対色差を示す図である。
【図６】光取取出しシートの単位レンズの断面高さ形状を変更したときの（ａ）は相対光量を説明する図、（ｂ）は相対色差を説明する図
【図７】光取出しシートについて、（ａ）は曲率半径を示す説明図、（ｂ）は微分値を示す図、（ｃ）は二重微分値を示す図である。
【図８】光取出しシートの単位レンズの断面形状Ｓ（ｘ）を変更したときの（ａ）は相対光量を説明する図、（ｂ）は相対色差を説明する図である。
【図９】光取出しシートのレンズ幅に対するレンズ高さを変更したときの（ａ）は相対光量を示す図、（ｂ）は相対色差を示す図である。
【図１０】光取出しシートの最大傾斜角度θを変更したときの相対色差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態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、照明装置１０は発光手段であるＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）１０１と、ＥＬ素子１０１から射出された光の外部取り出し効率を高くする光取り出しシート７とを備えている。図１及び図２に示すように、ＥＬ素子１０１は、第１の基板１Ａと第２の基板１Ｂとの間に発光構造体１００が挟み込まれている。発光構造体１００は、発光層２を陽極３と陰極４とで挟んで構成されている。
光取出しシート７は、基板１Ａの発光層２側とは反対側を光照射方向Ｆとする。
【００１８】
発光層２の一方の面には陽極３が配設され、他方の面には陰極４が配設されている。発光層２は陽極３と陰極４とに電圧を印加することにより発光する。これら発光層２と陽極３と陰極４とによって発光構造体１００が構成されている。発光構造体１００としては従来公知のさまざまな構成が採用可能である。
【００１９】
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／フッ化リチウムとし、陽極３としてＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の透明金属薄膜を配設し、陰極４としてＡｌ等の金属薄膜を配設した構成とすればよい。
【００２０】
ただし、ＥＬ素子１０１の発光構造体１００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構成や、白色光にカラーフィルターを重ねる構成等によってフルカラー表示が可能となる。
【００２１】
また、第１の基板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の基板１Ａ及び第２の基板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、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、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。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。
【００２２】
また、第１基板１Ａは、発光構造体１００（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透明金属材料で形成することが好ましい。
【００２３】
次に、光取出しシート７は、第１の基板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。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、接着層６は、高温の光源である発光構造体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と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からの射出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。
【００２４】
また、発光層２と光取出しシート７との間の積層体の厚みを安定的に確保するために、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。また、接着層６は両面テープ状のものでも良いし、単層のものでもよい。
【００２５】
光取出しシート７は、発光層２からの光を偏向して、照射方向Ｆに射出して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、接着層６を挟んで第１の基板１Ａと反対側に配設された基材８と、この基材８の表面に配列されていて光を集光して射出させる光偏向要素５とを有している。
図３に示すように、光偏向要素５はＱ２方向に延在する断面略凸曲面形状の第１単位レンズ４０をＱ１方向に複数配列させ、略同一または近似する形状の第２単位レンズ５０を第１単位レンズ４０の延在方向に略直交するＱ１方向に延在させてＱ２方向に複数配列させたものである。
【００２６】
図１において、ＥＬ素子１０１の発光層２から射出された光Ｂ０は基板１Ａを光Ｂ１として透過し、光取り出しシート７の基材８から光偏向要素５に入射する。光偏向要素５に入射した光Ｂ１は、一部が光Ｂ２として光偏向要素５の射出面から外部へ射出される。
仮に、図２に示すように、ＥＬ素子１０１に光取り出しシート７が設けられておらず、第１の基板１Ａの射出面１ａが平坦面であった場合には、光Ｂ１の大部分は射出面１ａで全反射されて再度発光層内２に向かう反射光Ｂ１２となる。光Ｂ１２は、照射方向Ｆに偏向されないため損失となってしまう。このため、ＥＬ素子１０１の光の外部取り出し効率を向上させるためには、光Ｂ１について射出面１ａでの反射光Ｂ１２を減少させると共に射出面１ａからの射出光Ｂ２を増加させることが重要である。
【００２７】
またＥＬ素子１０１の発光層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１のように、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａ側の光取り出しシート７に光偏向要素５を設けることにより、発光層２から射出された光Ｂ０は光偏向要素５で偏向され、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の形状を変化させて射出光Ｂ２の射出方向を変化させることで、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。
【００２８】
ところで、ＥＬ素子１０１において、光の外部取り出し効率や色差を改善する従来の方法として、（ａ）ＥＬ素子１０１の表面１ａにプリズムシートなどの構造物を形成する方法や、（ｂ）透明基材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や、（ｃ）透明基材８に略半球状のマイクロレンズを形成する方法等がある。
【００２９】
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。
（ａ）プリズムシートなどの直線形状が大部分を占める構造では、プリズムの直線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。
【００３０】
（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隆起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、フィラーを隆起させることで略半球形状を形成しようとした場合、フィラーの隆起が不十分となり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小さくなる問題が生じる。
【００３１】
（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、略半球型は好ましいが、略半球型のマイクロレンズでは面全体を埋めることは出来ず、略半球面のマイクロレンズ間に平坦面が発生する。平坦面が発生すると、図２に示す射出面１ａでの反射光Ｂ１２が発生し、照射方向Ｆに射出しないため、光の利用効率が低下する。
【００３２】
また、六方配置のような最密構造シートによって基板１Ａの射出面１ａ面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。
【００３３】
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や射出角度による色度の変化を改善するため、図３に示す光取出しシート７をＥＬ素子１０１の表面である射出面１ａに設けた。
この光取出しシート７はシート状の基材８に光偏向要素５を配列させたものであり、図３に示すように、光偏向要素５は断面凸曲面形状でＱ１方向に延在する第一単位レンズ４０を複数配列させ、第二単位レンズ５０を第一単位レンズ４０の延在方向に略直交するＱ２方向に延在させて複数配列させたものである。
光偏向要素５における第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は、発光層２から射出される光Ｂ０を偏向して照射方向Ｆに射出させるように構成されている。これら第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は基材８上に別体として配置したものであってもよいし、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を基材８と一体成型したものであってもよい。
【００３４】
本発明の実施形態である光取出しシート７について図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を総称して単に単位レンズということがある。
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（この面を表面と定義する）８ａに、第１単位レンズ４０として、一方向に沿って互いに平行に配列された第１単位レンズ４０を配設させ、第１単位レンズ４０と交差する方向に沿って互いに平行に配列された複数の第２単位レンズ５０を配設させている。また、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、長手方向に直交する凸曲面４１，５１をなす断面形状が、例えば多項式近似曲線で与えられる非球面レンズ形状に形成されている。図３（ａ）は、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０の断面形状が凸曲面４１，５１の非球面レンズ形状とした場合の斜視図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は光取出しシート７の断面形状を示した図である。
これら第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の縦断面の凸曲面４１，５１は線対称で形成されていることが好ましい。
【００３５】
第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いに交差するように配列することが望ましい。もし、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０が、互いに交差することなく一方向に延在する帯状を呈した場合、延在する一方向に関しては、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いの傾斜角を有していない、すなわち平面状の効果と同等となり、図２に示す光Ｂ１２のように、外部に取り出すことが出来ない光となり、光の外部取り出し効率が小さくなるという課題が生じる。
そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、断面が凸曲面のレンズ形状で一方向に延在してなり、当該凸曲面のレンズ形状が、互いに交差するように配列することで、２次元方向に対して傾斜角を設けることが可能となるため、光の取出し効率が大きくなり好ましい。
【００３６】
さらに、上述のように、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０は互いに交差するように配列することで、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０が照射方向Ｆに射出する光の配光分布を２次元方向に調整することが可能となる。そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０を任意の形状にすることで、射出光を対称な配光分布にし、あるいは射出角度による色差を改善することが可能となるため好ましい。
【００３７】
ＥＬ素子１０１を照明用途して用いる場合、少なくとも２次元的に配光分布を調整する必要がある。その理由として、例えば照明装置１０の設置場所によっては、ある特定方向は照射する必要がなく、広い配光分布ではなく正面方向に高い輝度を要求することがある。あるいは、光偏向要素５に入射する光Ｂ１が非対称な配光分布になる場合で、かつ照明装置１０から射出される光の配光分布が、対称な配光分布であることが要求される場合、照明装置１０から射出される光の配光分布を１次元方向のみの調整で対称な配光分布にすることは困難であるため、２次元方向の調整が可能な構成が好ましい。
また、本実施形態における光取り出しシート７の構成のように、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０を略直交させて配列した形状では、光を２次元的に広げるために、新たにレンズシートを追加することなく適切な配光分布に調整することが可能となり、照明装置１０の軽量化、薄型化、低コスト化を図ることも可能である。
【００３８】
特に、発光層２から射出される光は、配光分布が広いブロードな指向性を有する光である。そのため、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は、上述の広い配光分布を照射方向Ｆに偏向するように設計することが好ましい。
【００３９】
第１単位レンズ４０は第２の方向Ｑ２に沿って配列されており、図３（ｂ）に示す縦断面視において、基材８の表面８ａに接触する凸曲面４１の底部の幅をレンズ幅Ｌ１とし、表面８ａから頂部までの高さをＨ１とし、第１単位レンズ４０の頂点間の距離（ピッチ）をＰ１とし、凸曲面４１における凸曲線状の稜線４０ａと表面８ａとの交点である端部Ｅにおける稜線４０ａの最大傾斜角度をθ１とする。
また、第２単位レンズ５０は第１の方向Ｑ１に沿って配列され、表面８ａに接触する凸曲面５１の底部の幅をレンズ幅Ｌ２とし、表面８ａから頂部までの高さをＨ２とし、第２単位レンズ５０の頂点間の距離をＰ２とし、凸曲面５１における凸曲線状の稜線５０ａと表面８ａとの交点である端部Ｅにおける稜線５０ａの最大傾斜角をθ２とする。
【００４０】
また、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面形状は、同じでも良いし異なっていても良い。直交する第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の断面形状を異なる形状にすることにより、光偏向要素５に入射した光Ｂ１が、照射方向Ｆに射出する際に光の配向分布を２次元に調整することが可能となる。
【００４１】
さらに、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面をなす凸曲面４１、５１の形状は、多項式近似曲線で近似される非球面断面形状以外にも多角形状、完全な半円形状（球面レンズ）、半楕円形（楕円面レンズ）や放物線形（放物面レンズ）などの非半円形状（いわゆる２次の非球面形状）の凸曲部を有する平面、さらには、２次以降の項を有する高次非球面形状の凸曲部を有する平面、高次非球面形状と多角形形状を組み合わせた凸曲部を有する平面でもよく、その組み合わせ方は自由である。
第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面形状を、多角形状もしくは非球面形状にすることにより、レンズ側面の適切な傾きをもった面積を調整することができるため、より高次に射出光の光線方向を調整することが可能となる。また、レンズ側面の傾きを複数有する形状にすることにより、光取出しシート７からの射出角度がレンズ側面の傾きにより変化するため、射出光の色の角度依存性を制御することが可能となる。さらには、レンズ頂点に曲面を有するレンズ形状にすることにより、耐擦性の向上が見込まれる。
【００４２】
上述したように、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ような第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の形状について以下に説明する。なお、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０は同一または近似した断面形状を有するので、これらを共通の単位レンズとして説明する。
図４（ａ）は、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面をなす凸曲面４１，５１において、レンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、単位レンズの一方の端部Ｅ１を−Ｌ／２、他方の端部Ｅ２をＬ／２とする。また、第１単位レンズ４０の凸曲面４１における方向Ｑ１に沿って測った変位をｘおよび第２単位レンズ５０の凸曲面５１における方向Ｑ２に沿った変位をｘとしたとき、第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面高さをｆ（ｘ）で表した第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の断面高さを示すグラフである。
図４（ｂ）は、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）をｘについて微分したｄｆ（ｘ）／ｄｘの絶対値を示すグラフ、図４（ｃ）は、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）をｘについて２回微分したｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の絶対値を示すグラフである。
【００４３】
図４（ｂ）において、単位レンズ（４０，５０）の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した値ｄｆ（ｘ）／ｄｘが任意の点ｘで０になるとき、単位レンズの断面形状は点ｘで変極点となる。点ｘ＝０で
ｄｆ（ｘ）／ｄｘ＝０ …（１）
となるとき、単位レンズはレンズ幅Ｌの中心の点が断面形状の高さの最高点となる。
【００４４】
また、単位レンズの断面形状ｆ（ｘ）を変位ｘで微分した値の絶対値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下記式（１Ａ）を満たすとき、単位レンズの断面形状は三角形状となり、傾斜角が一定となるため、光偏向要素５に入射した光が観察方向へ射出される際、直線的に偏向するため、色差改善効果は低い。
【数１２】
また、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下記式（２Ａ）を満たすとき、単位レンズは凹レンズ形状となり、単位レンズが並列した際の、レンズ間の角度が鋭角となるため耐擦性が低下し、傷が視認され易くなるため好ましくない。
【００４５】
【数１３】
そのため、単位レンズの断面形状は、凸レンズ形状となる式（３）を満たすことが望ましい。また、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が下式を満たすとき、単位レンズの断面形状における傾斜角は単位レンズの中心部より端部に近づくほど大きくなるため、色差の改善効果が高くなる。
【数１４】
【００４６】
図４（ｃ）において、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（３Ａ）を満たすとき、単位レンズの断面形状における傾斜角の変化量が中心部より端部に近づくほど大きくなるため、色差の改善効果が低い。
【数１５】
そのため、単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（４）を満たすことが望ましい。
【数１６】
【００４７】
図２において、発光層２から射出した光Ｂ１は、その一部が基板１Ａで反射される光Ｂ１２となる。反射光Ｂ１２は基板１Ａから射出する角度が大きくなるほど増加する。したがって、発光層２から射出する光Ｂ１のうち基板１Ａから射出する光Ｂ２の光量を増加させるためには、光Ｂ１のうち基板１Ａから射出する角度の大きい光を射出面Ｆ側へ射出光Ｂ２として取り出す必要がある。
単位レンズ４０，５０の断面形状が上記（３）式を満たすとき、単位レンズ４０，５０の端部Ｅにおける傾斜角θ１，θ２が大きくなるため、単位レンズ４０，５０に入射する光のうち入射角度の大きい光が、基板１Ａの射出面１ａ側で反射される光Ｂ１２の光量を減少させることが可能である。
また、単位レンズ４０，５０に入射する光のうち、入射角度が大きい光を射出面Ｆ側へ偏向する効果は、単位レンズ４０，５０の断面形状における端部Ｅでの傾斜角θ１、θ２が大きくなるほど強くなるため、単位レンズ４０，５０の断面形状が式（３）を満たすとき、色差の改善効果が強くなる。さらに、単位レンズの断面形状が式（４）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の端部Ｅ領域での傾斜角θ１、θ２の変化量が小さくなるため、色差の改善効果が強くなる。
【００４８】
図５に単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値を変化させたときの相対色差と相対光量を示す。
図５（ａ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ、縦軸は｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ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を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値である。
図５（ｂ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００４９】
図５（ａ）において、相対光量は、横軸にとった｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが１になるまでは増加し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが１より大きくなると徐々に低下する。図５（ｂ）において、相対色差は、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値が大きくなるにつれて次第に低下する。
これは、発光層２から射出された光のうち射出角度が大きい射出光ほど射出面１ａの界面で全反射されるため、ＥＬ素子１０１の内部に戻される光量が増加してＥＬ素子１０１の外部への光の取出し効率は低下する。そこで、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａに光偏向要素５を設けることにより、発光層２から射出した射出角度が大きい射出光であっても、射出面１ａ界面で全反射されずに偏向されて観察面Ｆ側へ射出されるようになるため外部取出し効率が向上する。
【００５０】
また、変位ｘが０より大きい領域では、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜は単調増加し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜が最大値となるのは、単位レンズ４０，５０の端部（Ｌ／２）である。すなわち、単位レンズ４０，５０の中心部（ｘ＝０）から端部（ｘ＝Ｌ／２）に近づくほど、単位レンズ４０，５０の傾斜角が大きくなる。単位レンズ４０，５０の端部における傾斜角θが大きくなるほど、ＥＬ素子１０１から射出された広角度領域の光を正面方向へ偏向する効果が大きくなるため、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘが大きくなるにつれ相対色差は改善する。
また、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値が６以上になると、単位レンズ４０，５０における最大傾斜角が８０度以上となり、金型の作製やシートの作製が困難となるため｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は６以下であることが望ましい。
【００５１】
以上の理由から、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘの値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上で、相対色差の減少率が１０％以上である
１．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００ …（２）
の範囲内であることが望ましい。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、相対色差の減少率が５０％以上である
２．００≦｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘ≦６．００ …（２’）
の範囲内であることが望ましい。
【００５２】
次に、図６に単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値を変化させたときの相対色差と相対光量を示す。
図６（ａ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）をｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ、縦軸は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ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を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値である。
また、図６（ｂ）において、横軸は断面高さｆ（ｘ）をｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００５３】
図６（ａ）において、相対光量は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘが７０になるまでは増加し、｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘが７０より大きくなると徐々に低下する。図６（ｂ）において、相対色差は｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値が大きくなるにつれて次第に低下する。
また、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘは、ｘが０より小さい領域では単調増加し、ｘが０より大きい領域では単調減少する（図４（ｃ）参照）、あるいは変位ｘの領域内で変化しないことが望ましい。つまり、単位レンズ４０，５０の中心部における傾きの変化の割合よりも端部Ｅにおける傾きの変化の割合が小さい方が望ましい。傾きの変化の割合が単位レンズ４０，５０の端部Ｅより中心部での方が大きくなると、単位レンズ４０，５０の断面形状は球面形状に近くなるため、レンズの偏向効果が低減するためである。
【００５４】
以上の理由から、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで２回微分した絶対値の最大値｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘの値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上であり、相対色差の減少率が１０％以上である（５）式の範囲内であることが望ましい。
２０≦｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ≦１６０ …（５）
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、相対色差の減少率が５０％以上であり、相対色差の改善効果が略一定となる
５０≦｜ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２｜ｍａｘ≦１２０ …（５′）
の範囲内であることが望ましい。
【００５５】
また、単位レンズ４０，５０の点ｘにおけるｆ（ｘ）の曲率半径Ｒ（ｘ）は、次式（６）で表される。
【数１７】
図７（ａ）は、単位レンズ４０，５０の配列方向に沿って測った変位をｘとして、単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）の曲率半径Ｒ（ｘ）を示すグラフである。図７（ｂ）は、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）をｘについて微分したｄＲ（ｘ）／ｄｘを示すグラフを示すグラフである。
【００５６】
図７（ａ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）が次式（４Ａ）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状は半円形状となり、入射光に対する偏向角度が一定となるため、光偏向要素５に入射した光が観察方向へ射出される際、直線的に偏向するため、色差改善効果は低い。なお、ｘ２、ｘ１は変位ｘに含まれる任意の値であり、ｘ２＞ｘ１である。
Ｒ（ｘ２）−Ｒ（ｘ１）＝０ …（４Ａ）
また、曲率半径Ｒ（ｘ）が次式（５Ａ）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状は、レンズの中心部での曲率半径が大きく直線的な形状に近くなるため、角度変化による色度変化の改善効果が低下するため好ましくない。
【数１８】
【００５７】
そのため、単位レンズ４０，５０の断面の曲率半径は、単位レンズ４０，５０の中心部から端部にかけて傾斜率が徐々に増加する式（７）を満たすことが望ましい。
【数１９】
【００５８】
図７（ｂ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで微分した値の絶対値｜ｄＲ（ｘ）／ｄｘ｜が式（８）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状における曲率半径の変化量が、単位レンズ４０，５０の中心部から端部にかけて大きくなるため、ＥＬ素子１０１からの射出光成分のうち広角領域の射出光を観察方向へ偏向する効果が高くなるため好ましい。
【数２０】
【００５９】
図７（ｃ）において、単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）を変位ｘで２回微分した値の絶対値｜ｄ２Ｒ（ｘ）／ｄｘ２｜が式（９）を満たすとき、単位レンズ４０，５０の断面形状における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量が、中心部より端部に近づくほど小さくなるため、色差の改善効果が高い。
【数２１】
【００６０】
単位レンズ４０，５０の曲率半径Ｒ（ｘ）の変位ｘにおける絶対値の最大値と最小値の差を単位レンズ４０，５０の幅の半分Ｌ／２で割ったときの値を次式（１０）に示すＳ（ｘ）としたとき、Ｓ（ｘ）を変化させたときの相対光量と相対色差を図８（ａ）、（ｂ）に示す。
【数２２】
ここで、相対光量とは、ＥＬ素子１０１に光取出しシート７を使用しないときの光の積算光量を１．００としたときの値であり、相対色差とは、光取出しシート７を使用しないときの測定視野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としたときの値である。
なお、式（１０）に示す関数Ｓ（ｘ）は、単位レンズ４０、５０の曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量と、端部Ｅ１、Ｅ２における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量の差を規定する式である。Ｓ（ｘ）の値が大きくなると、単位レンズにおけるｘ＝０と端部Ｅ１、Ｅ２における曲率半径Ｒ（ｘ）の変化量の差が大きくなるので、急傾斜なレンズ形状となり色差は改善する。
【００６１】
図８（ａ）において、相対光量はＳ（ｘ）の値が大きくなるにつれ増加し、一定値以上増加すると徐々に減少する。図８（ｂ）において、相対色差はＳ（ｘ）の値が大きくなるにつれて減少する。
これは、ＥＬ素子１０１の光射出面１ａに光偏向要素５を設けることにより、射出面１ａの界面で全反射されていた射出角度が大きい射出光が光偏向要素５によって偏向されて観察面側Ｆへ射出されるようになるため光の外部取出し効率は向上する。
また、変位ｘが０より大きい領域では、曲率半径Ｒ（ｘ）は単調増加するので単位レンズ４０，５０の中心部（ｘ＝０）から端部（ｘ＝Ｌ／２）に近づくほどレンズの直線性が大きくなり、Ｓ（ｘ）の値が大きくなるにつれて曲率半径の変化の割合が大きくなるので、射出光の角度による色度変化の割合が小さくなり相対色差は改善する。
【００６２】
以上の理由から、Ｓ（ｘ）の値は、０より大きくなることにより相対光量は増加し、相対色差も改善するが、好ましくは相対光量の増加率が２０％以上であり、相対色差の減少率が１０％以上である
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
の範囲内であることが望ましい。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、相対色差の減少率が５０％以上である
３０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６３】
図９（ａ）、（ｂ）に第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０におけるレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌを変化させたときの相対光量および相対色差を示す。
図９（ａ）において、横軸はレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌ、縦軸は相対光量である。ここで、相対光量とは、ＥＬ素子１０１に頂角が９０度のクロスプリズム形状をした光取り出しフィルムを使用したときに、入射した光Ｂ１が、照射方向Ｆに射出した光の積算光量を１としたときの値である。
図９（ｂ）において、横軸はレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野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。
【００６４】
レンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌが大きくなるに従って相対光量は上昇し、相対色差が小さくなるので、レンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌは大きい方が好ましいが、色差の変化量が１０％以上改善し、かつレンズの幅Ｌに対する高さＨの比Ｈ／Ｌが大きくなると光取出しシート７の作製が困難となるため、次式（１２）
０．３０＜Ｈ／Ｌ＜２ …（１２）
の範囲内であることが望ましい。照明装置１０として用いる場合、色度の視野角度によるズレは小さい方が好ましく、より好ましくは、色差の変化量が５０％以上改善する、
０．８＜Ｈ／Ｌ＜１．６ …（１２′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６５】
図１０に第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の稜線４１，５１と射出面１ａとの交点である端部Ｅでの最大傾斜角度θ（θ１、θ２）を変化させたときの相対色差を示す。
図１０において、横軸は単位レンズ４０，５０における最大傾斜角θ、縦軸は光取出しシート７を使用しないときの測定視野０度から８０度の範囲における色度座標ｕ’、ｖ’の最大変化量を１．００としたときの相対色差である。
【００６６】
最大傾斜角θが大きくなるに従い相対色差が小さくなるので、最大傾斜角θは大きい方が望ましい。相対色差の改善率が１０％以上であることが好ましく、また最大傾斜角θが大きくなると光取出しシート７の作製が困難になることから、より好ましくは次式（１３）の範囲内であることが望ましい。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
この傾斜角θを有する第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の光偏向要素５を照明装置１０に用いた場合、色度の視野角度によるズレは小さい方が好ましく、より好ましくは色差の変化量が２０％以上改善するものとすると、
６０度≦θ≦８０度 …（１３′）
の範囲内であることが望ましい。
【００６７】
上述した構成を備えた光取出しシート７を成型する材料として、ＥＬ素子１０１の発光層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を使用でき、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。
この材料の例としては、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。
【００６８】
また、光取出しシート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。
この微粒子として無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる粒子を使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子として、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、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。
【００６９】
そして、光取出しシート７の製作に際して、上述した材料を金型に流し込み凝固させることで成型する。この金型の作製方法として、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し、断面形状が第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０の凹凸部に対応する部分を作製する。
また、このような金型で光取出しシート７を作製する方法の他、第１単位レンズ４０や第２単位レンズ５０、そして基材８の形成法として、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂と上記の形状が賦形された金型を用いて、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。この際、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０と基材８とを別体に成型してもよいし、一体品として成型してもよい。また第１単位レンズ４０、第２単位レンズ５０及び基材８を成型する場合には、内部にフィラーなど拡散剤を分散させて成型することもできる。
【００７０】
また光取出しシート７に用いる帯電防止剤として、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の防汚性を向上させることが可能となる。
【００７１】
ＵＶ成型法のように光偏向要素５を基材８と別体に成型する場合、基材８は透明なフィルムであり、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を使用することができる。
基材８の厚みは、基材８がもつ剛性にもよるが、５０〜３００μｍのものが加工性等の取扱い面から見て好ましい。
【００７２】
また、光偏向要素５が基材８と強固に接着しなかったり、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。
【００７３】
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、基材８の表面に第１単位レンズ４０のレンズアレイと第２単位レンズ５０のレンズアレイを互いに交差するように配列すると共に、第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０の断面高さｆ（ｘ）、曲率半径Ｒ（ｘ）、関数Ｓ（ｘ）を最適化することで、光の外部取出し効率を向上させて射出光量を増大させると共に、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０からの射出角度の調整による色度座標の変化を改善することができて相対色差を低減できる。
さらに、本実施形態において、光取り出しシート７とＥＬ素子１０１を組み込んだ照明装置１０、この照明装置１０を備えたディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を用いることで、光の利用効率が高く意匠性を有する照明装置５０、そしてこの照明装置５０を備えたディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を得られる。
【００７４】
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作製することも可能である。
【００７５】
また、上述の実施形態による光取出しシート７の変形例として、基材８の表面８ａに光偏向要素５として互いに交差するレンチキュラーレンズ群からなる単純な第１単位レンズ４０および第２単位レンズ５０に代えて、これら第１及び第２単位レンズ４０，５０の頂部に単位レンズのレンズ高さより高いレンズ高さＨを有するマイクロレンズアレイ部分を追加して形成していてもよい。
光偏向要素５として第１及び第２単位レンズ４０，５０の頂部にマイクロレンズアレイ部分を追加形成することにより、光取出しシート７における最も高さの高い位置がマイクロレンズ形状部分となり、他の部材等の障害物と接触する際、点接触となるため耐擦性が向上する。
【実施例】
【００７６】
次に、本発明の実施例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に限定されるものではないことはいうまでもない。
実施例としての光取り出しシート７は次の製法によって製作される。
厚さ１８８μｍの透明ＰＥＴフィルムからなる基材８上に、光偏向要素５のパターンを形成するための、屈折率１．５０のＵＶ硬化性アクリル系樹脂を塗布した。そして、光偏向要素５をなす第１単位レンズ４０と第２単位レンズ５０のレンチキュラーレンズ群が互いに交差して配列された形状に切削したシリンダー金型を使用して成形し、紫外線硬化型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フィルム側から露光することにより、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂を硬化させ、光偏向要素５を成形した。硬化後、透明ＰＥＴフィルムから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を、接着層６をなす粘着剤を介してＥＬ素子１０１に貼合することにより、測定サンプルを得た。これらの測定サンプルを実施例１、２，３，４とした。
【００７７】
なお、各実施例１，２，３，４は下記のパラメータにより作製し、各実施例毎に作製した光取出しシート７を、それぞれＥＬ素子１０１の表面１ａに接着層６を介して配設した。
各実施例において、第１及び第２単位レンズ４０，５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘについて微分した値ｄｆ（ｘ）／ｄｘの最大値について、実施例１では０．８とし、実施例２では１．０とし、実施例３では１．２とし、実施例４では４．０とした。
また、比較例１として、ＥＬ素子１０１のガラス表面に光取出しシート７を貼らないものを採用した。
【００７８】
上述した実施例１〜４、比較例１について、積算光量および色度をそれぞれ測定した。
積算光量の測定器は「積分球 Labsphere」を、色度の測定器は「分光放射輝度計 ＳＲ−３」を用いた。
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における各値を１．００としたときの値である。
【００７９】
【表１】
【００８０】
表１により、第１及び第２単位レンズ４０，５０の長手方向に直交する縦断面形状における高さｆ（ｘ）の変位ｘにおける微分値ｄｆ（ｘ）／ｄｘの絶対値の最大値が０．８では相対色差は比較例１と殆ど差がなく（０．９８）改善効果が認められず、１．０以上の値にすることにより相対光量が著しく上昇し、明確に色差が低減して改善されたことが認められた。
【００８１】
次の試験において、上述した各実施例の基本構成を備えた光取り出しシート７について、実施例５として、第１単位レンズ４０及び第２単位レンズ５０の断面高さｆ（ｘ）を変位ｘについて２回微分した値ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の最大値を２０とした。同様に、実施例６では最大値を９０と、実施例７では最大値を１２０とした。
ここで相対光量、相対色差とは、比較例１における各値を１．００としたときの値である。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２により、各実施例５，６，７について、第１及び第２単位レンズ４０，５０の断面形状における高さｆ（ｘ）を変位ｘについて２回微分した値ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２の絶対値の最大値を２０以上にすることにより、比較例１よりも相対光量が上昇し、色差が改善することが明らかになった。
【００８４】
更に次の試験において、上述した各実施例の基本構成を備えた光取り出しシート７について、第１単位レンズ４０、第２単位レンズ５０の断面形状が上記（１０）式で規定されるＳ（ｘ）に関し、実施例８では、第１及び第２単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）を１０とし、実施例９では、単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）を６０とした。
なお、相対光量、相対色差とは、比較例１における各値を１．００としたときの値である。各実施例８．９に関し、相対光量と相対色差を測定した。
【００８５】
【表３】
【００８６】
表３に示す結果により、第１及び第２単位レンズ４０，５０におけるＳ（ｘ）の値を１０以上の値にすることにより、相対光量が上昇し、色差が改善することが明らかであった。
【符号の説明】
【００８７】
１Ａ、１Ｂ 基板
２ 発光層
３ 陽極
４ 陰極
５ 光偏向要素
６ 接着層
７ 光取出しシート
８ 基材
８ａ 表面
８ｂ 裏面
４０ 第１単位レンズ
５０ 第２単位レンズ
１００ 発光構造体
１０１ ＥＬ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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とを備え、
前記光偏向要素は、
第１の方向に第１単位レンズが略等間隔に配列され、
前記第１の方向に略直交する第２の方向に第２単位レンズが略等間隔に配列されてなり、
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズは縦断面視で凸曲面形状を有しており、前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状における幅方向の変位をそれぞれｘとし、前記変位ｘの中点をｘ＝０とすると共に前記変位ｘに含まれる任意の点ｘ１とｘ２についてｘ２＞ｘ１として、
前記凸曲面形状の断面高さをｆ（ｘ）とし、前記ｆ（ｘ）が下記の（１）式、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を満たすことを特徴とする照明装置。
【数１】
【数２】
但し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘは第１単位レンズおよび第２単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値である。
【数３】
【数４】
【数５】
【請求項２】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状における曲率半径をＲ（ｘ）とし、該Ｒ（ｘ）は下記（６）式で定義されていて、下記の（７）式、（８）式、（９）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。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【請求項３】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における変化量と端部Ｅ１，Ｅ２における変化量の差を規定するＳ（ｘ）は下記（１０）式で規定されていて、Ｓ（ｘ）は下記（１１）式を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された照明装置。
【数１０】
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
【請求項４】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状のレンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、下記（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された照明装置。
【数１１】
【請求項５】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状と発光手段の射出面との交点における最大傾斜角をそれぞれθとして、下記（１３）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載された照明装置。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
【請求項６】
前記発光手段はＥＬ素子である請求項１乃至５のいずれか１項に記載された照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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８】
請求項１乃至６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。
【請求項１】
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とを備え、
前記光偏向要素は、
第１の方向に第１単位レンズが略等間隔に配列され、
前記第１の方向に略直交する第２の方向に第２単位レンズが略等間隔に配列されてなり、
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズは縦断面視で凸曲面形状を有しており、前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状における幅方向の変位をそれぞれｘとし、前記変位ｘの中点をｘ＝０とすると共に前記変位ｘに含まれる任意の点ｘ１とｘ２についてｘ２＞ｘ１として、
前記凸曲面形状の断面高さをｆ（ｘ）とし、前記ｆ（ｘ）が下記の（１）式、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を満たすことを特徴とする照明装置。
【数１】
【数２】
但し、｜ｄｆ（ｘ）／ｄｘ｜ｍａｘは第１単位レンズおよび第２単位レンズの断面高さｆ（ｘ）を変位ｘで微分した絶対値の最大値である。
【数３】
【数４】
【数５】
【請求項２】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状における曲率半径をＲ（ｘ）とし、該Ｒ（ｘ）は下記（６）式で定義されていて、下記の（７）式、（８）式、（９）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。
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【請求項３】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの曲率半径Ｒ（ｘ）のｘ＝０における変化量と端部Ｅ１，Ｅ２における変化量の差を規定するＳ（ｘ）は下記（１０）式で規定されていて、Ｓ（ｘ）は下記（１１）式を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された照明装置。
【数１０】
１０≦Ｓ（ｘ）≦６０ …（１１）
【請求項４】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状のレンズ幅をＬとし、レンズ高さをＨとして、下記（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された照明装置。
【数１１】
【請求項５】
前記第１単位レンズ及び第２単位レンズの前記凸曲面形状と発光手段の射出面との交点における最大傾斜角をそれぞれθとして、下記（１３）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載された照明装置。
４５度≦θ≦８０度 …（１３）
【請求項６】
前記発光手段はＥＬ素子である請求項１乃至５のいずれか１項に記載された照明装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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８】
請求項１乃至６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８８４６９（Ｐ２０１３−８８４６９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５８９４（Ｐ２０１１−２２５８９４）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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