CN1688901A - 透镜阵列板 - Google Patents

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Abstract

一种透镜阵列板，其在透明基体材料膜的表面上具有多个四棱锥形状的突起或凹部。该透镜阵列板特别适合于有机电致发光元件用聚光板。

Description

透镜阵列板
技术领域
本发明涉及对在有机电致发光元件和液晶等显示装置中使用的聚光板合适的透镜阵列板、适合于该透镜阵列板制造的模具、由该透镜阵列板构成的聚光板、具有该透镜阵列板的有机电致发光发光体和具有该发光体的显示装置。
背景技术
在显示装置中使用的面照明装置，被要求有高亮度、低消耗电力、薄型等多种特性。为了提高这其中一个性能，大多势必会多少牺牲其他性能，把所有的性能同时提高是非常困难的。
为了解决这些课题，近年来，把具有在透明塑料等热可塑性树脂成形体的表面，形成棱镜形状和环带透镜形状等微小凹凸图形的透镜阵列的板(透镜阵列板)作为光学零件正在使用。
例如，在液晶显示装置中通过把透镜阵列板作为聚光板使用，把显示光向大致法线方向聚光来简单地谋求高亮度化的方法多在使用。该方法是利用棱镜的聚光效果，虽然不增加电力、装置的厚度就能高亮度化，但是存在若从聚光范围偏离，则亮度急剧降低的问题。
为了解决该问题点，特开平7-261006号中提案的是改变棱镜一侧的面与另一侧的面的折射率。特开2000-75102号中提案的是作为聚光板的材质使用具有降冰片烯结构含有脂环式结构的热可塑性树脂。
有机电致发光材料能以薄膜使用，所以对面照明装置和显示装置的薄型化和重量轻上是有效材料。但把它在液晶显示装置的背光使用时，由于液晶屏的光线透射率低，所以就需要比使用冷阴极管等的现有背光进一步提高聚光效率。
但把现有作为液晶基板的聚光板使用的表面线状的棱镜透镜，在有机电致发光发光体的聚光板上使用时，有视角变狭窄的问题。
发明内容
本发明的目的在于提高一种视角广阔、聚光效率高的透镜阵列板、适合于该透镜阵列板制造的模具、由该透镜阵列板构成的聚光板、具有该透镜阵列板的有机电致发光发光体和具有该发光体的显示装置。
本发明者确认的是，线状的棱镜透镜仅能得到单向聚光，所以产生上述问题。为了得到更强的聚光而认真研究的结果是发现了，与具有三角锥形状、六角锥形状、八角锥形状、圆锥形状的突起和凹部的相比，具有四棱锥形状的突起和凹部的透镜阵列板，能把来自有机电致发光发光体的光最有效地聚光，以至完成本发明。
根据本发明，提供一种在透明基体材料膜的表面具有多个四棱锥形状的突起或凹部的透镜阵列板。
最好四棱锥形状的底面是满足(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤10a关系的长方形或正方形。
最好四棱锥形状的底面一边的长度a是0.1μm～20μm。
最好四棱锥形状的高度c，对所述长度a是0.2a≤c≤2a。
最好邻接的突起或凹部之间的间隔宽度s，是小于或等于所述长度a的50％。
最好四棱锥形状的侧面底角θ是20°～80°。
最好透明基体材料膜实质上是由脂环式烯树脂构成的。所说的“实质上是由脂环式烯树脂构成的”的意思是，在全部由脂环式烯树脂构成之外，若是小于或等于整体50％重量左右，则也可以具有其他树脂和/或根据需要的各种添加物。
最好脂环式烯树脂是降冰片烯系聚合物或乙烯脂环式烃聚合物。
最好其是通过使用表面具有四棱锥形状的突起或凹部的模具，进行射出成形而制造的。
根据第一观点，提供一种模具，其是由金属层构成且在表面具有四棱锥形状的突起，所述金属层是在形成有四棱锥形状的凹形图形的基板的所述图形上形成金属层，能把该金属层从该基板剥离而得到。第一观点，作为形成有四棱锥形状凹形图形的基板，最好使用经过下面工序而形成的硅制的铸模，(1)在表面形成有氧化硅层的硅晶片上形成正型保护膜图形的工序；(2)把该保护膜图形作为掩膜，用具有氟酸的腐蚀液把氧化硅层进行腐蚀而形成氧化硅图形的工序；(3)把所述保护膜图形除去的同时，把硅晶片表面利用碱性溶液进行各向异性腐蚀而形成四棱锥形状的凹部的工序；(4)用具有氟酸的腐蚀液把氧化硅图形除去的工序。
根据第二观点，提供一种模具，其是由金属层构成且在表面具有四棱锥形状的突起，所述金属层把所述第一观点的模具作为铸模，在该铸模的表面上形成金属层，能把该金属层从该铸模剥离而得到。
根据本发明，提供一种由所述透镜阵列板构成的聚光板。
根据本发明，提供一种有机电致发光发光体，其包括：由所述透镜阵列板构成的透明基板、在该透明基板上层合的透明电极层、在该透明电极层上层合的有机电致发光材料层和在该有机电致发光材料层上层合的金属电极层。
根据本发明，提供一种具有所述有机电致发光发光体的显示装置。
附图说明
图1A、图2A、图3A、图4A是表示四棱锥形状一例的平面图；
图1B、图2B、图3B、图4B分别是图1A、图2A、图3A、图4A的正面图；
图5A、图5B、图5C是表示在透明基体材料膜上形成的四棱锥形状的突起或凹部一例的平面图；
图6A、图6C是表示在透明基体材料膜上形成的四棱锥形状的突起或凹部一例，而该突起或凹部形成正格子状时的剖面图，图6B、图6D是表示在透明基体材料膜上形成的四棱锥形状的突起或凹部一例，而该突起或凹部形成交错格子状时的剖面图(其中，虚线表示下一列的四棱锥形状的突起或凹部)。
图中的符号表示的是，a：形成四棱锥形状的底面的一边的长度，b：形成四棱锥形状的底面的另一边的长度，c：四棱锥形状的突起或凹部的高度，θ：四棱锥形状的侧面的底角，1：四棱锥形状的突起或凹部，2：透镜阵列板，s：邻接的四棱锥形状的突起或凹部之间的间隔宽度。
具体实施方式
下面根据附图所示的实施例说明本发明。
透镜阵列板
本发明的透镜阵列板在透明基体材料膜的表面(最好是一侧的面)上具有四棱锥形状的突起或凹部。
透明基体材料膜
本发明使用的透明基体材料膜，实质上是用透明树脂材料构成的膜状成形体。“实质上是用透明树脂材料构成”的意思是，在全部由透明树脂材料构成之外，若是小于或等于整体50％重量左右，则也可以具有根据需要的各种添加物。
作为透明树脂材料的具体例，可以举出：聚乙烯、聚丙烯、聚甲基苯等的锁状聚烯烃树脂；聚苯乙烯等的芳香族乙烯基系树脂；降冰片烯系聚合物、乙烯基脂环式烃聚合物、单环状烯烃系聚合物、环状二烯烃系聚合物等脂环式烯烃树脂；聚碳酸酯、聚酞酸乙酯、聚酞酸丁酯、液晶聚酯等聚酯系树脂；聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂；丙烯腈苯乙烯树脂、丙烯腈苯乙烯丁二烯树脂等的丙烯腈系树脂；聚砜、聚醚砜、聚亚苯基硫、聚亚苯基醚等的聚醚系树脂；聚醚醚酮等的酮系树脂等。
特别是在通过活性能量线照射容易产生交联反应等，对特定溶剂的溶解性容易变化的点上，链状聚烯烃树脂、脂环式烯烃树脂、聚醚系树脂等是理想的。而且根据吸收可视光少，且吸水性低的理由，脂环式烯烃树脂是最理想的。
作为脂环式烯烃树脂的具体例子，能举出：降冰片烯系单体的开环聚合物及其加氢物、降冰片烯系单体与能共聚的其他单体的开环聚合物及其加氢物、降冰片烯系单体的加聚合物及其加氢物、降冰片烯系单体与能共聚的其他单体的附加聚合物极其氢添加物等的降冰片烯系聚合物；聚乙烯基环链烷烃、聚乙烯基环链烯烃、芳香族乙烯基聚合物的加氢物等的乙烯基脂环式烃聚合物；聚环烯、聚环己烯等单环状烯烃系聚合物；聚环己二烯等环状二烯烃系聚合物等。这些当中，降冰片烯系聚合物、乙烯基脂环式烃聚合物为最理想。乙烯基脂环式烃聚合物也可以是能与乙烯基环链烷烃、乙烯环链烯烃、芳香族乙烯基系单体等共聚的其他单体(例如丁二烯和异戊二烯等的乙烯基系单体等)的共聚物，其聚合形态可以是嵌段聚合物、无规聚合物的任一种。
透明基体材料膜的厚度，一般是0.05～3mm左右。
四棱锥形状的突起或凹部
透明基体材料膜表面的突起或凹部具有四棱锥形状。
突起或凹部也可以是侧面的底角不同的四棱锥形状，也可以是该底角是完全相同的正四棱锥形状。也可以是顶角被削去的四棱锥形状。具体说就是，虽然例示了图1A、图1B、图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B那样的形状，但并没有限定于此的意图。
根据提高聚光性、提高正面亮度的观点，最好四棱锥形状的底面是满足下面关系的长方形或正方形。其关系最好是(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤10a，更好的是(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤5a，理想的是(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤2a，最理想的是(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤1.5a。
四棱锥形状底面一边的长度a没有特别的限制，但通常是0.1μm～500μm，最好是0.1μm～100μm。特别是把本发明的透镜阵列板作为聚光板使用而得到有机电致发光发光体，并把它作为液晶显示装置的背光使用时，根据能防止液晶被外光干涉(所谓的莫尔条纹)的点来看，所述长度a是0.1μm～20μm，则是理想的。
四棱锥形状的侧面底角θ最好是20°～80°，而特别理想的是30°～75°。
四棱锥形状的高度c(从底面到顶角的长度)，没有特别的限制，但对四棱锥形状底面一边的长度a最好是0.2a≤c≤2a，更理想的是0.5a≤c≤1.5a。
这种突起和凹部，只要在透明基体材料膜的表面配置多个便可，各个突起和凹部的方向，可以是图5A所示那样的正格子状，也可以是图5B所示那样的交错格子状，也可以是图5C所示那样的随机状。但从能得到更高亮度的点来看，正格子状或交错格子状是理想的。
配置在透明基体材料膜表面上的各突起和凹部的形状，可以全部是相同的，也可以各自是独立的形状。
透镜阵列板的制法(突起或凹部的形成方法)
在透明基体材料膜的表面上形成四棱锥形状的突起或凹部的方法，没有特别的限制。例如，作为代表的技术能举出：(1)安装形成有四棱锥形状的突起或凹部的模具，进行射出成形和压缩成形、或吹塑成形等的加热熔化成形的方法，(2)使用形成有四棱锥形状的突起或凹部的模具进行熔化挤出成形，(3)在形成有四棱锥形状的突起或凹部的模具表面上涂布紫外线固化树脂后，照射紫外线使树脂固化，进行转印图形的所谓2P法等。特别是使用所述(1)的方法来复转印图形的方法是理想的。
制造模具的方法没有特别的限制。例如能举出：为了制造在表面上具有四棱锥形状“突起”的模具，在形成有四棱锥形状凹型图形的基板上，通过电镀法和溅射法等层合金属而形成金属层后，把该金属层从所述基板剥离的方法。
为了得到表面具有四棱锥形状“凹部”的模具，能举出把由上述那样得到的具有四棱锥形状的突起的模具作为铸模，根据需要实施使该模具的表面接触重铬酸钾等氧化剂等的离型处理后，层合金属并用与上述同样的方法形成金属层后，把该金属层从该铸模剥离的方法。
得到形成有四棱锥形状凹型图形基板的方法，没有特别的限制。例如能举出：作为理想的例子是把硅单晶基板通过碱性溶液(腐蚀液)，利用其各向异性腐蚀性质的方法而容易得到微细图形的点。具体说就是该方法是：(1)在硅基板上把氧化硅膜和感光保护膜按该顺序层合，然后在感光胶膜上形成图形，(2)把该感光胶膜图形作为掩膜，作为具有氟酸的腐蚀液把氧化硅层进行腐蚀而形成氧化硅图形，(3)通过在氢氧化钠水溶液等碱性腐蚀液中把硅基板进行各向异性腐蚀，而在硅基板上形成四棱锥形状的凹部(这时，保护膜图形由于也可溶于该碱性腐蚀液，所以能同时除去)，(4)最后，通过使残留的氧化硅图形与具有氟酸的腐蚀液接触而把氧化硅图形除去，在硅基板表面上形成突起或凹部(图形)。
使用上述方法制造的模具，在透明基体材料膜的表面上形成四棱锥形状的突起或凹部时，成为掩膜的保护膜图形的宽度，成为在本发明透镜阵列板上邻接的突起或凹部之间的间隔宽度s。该间隔宽度s越小越理想，其对四棱锥形状底面一边的长度a(a是最短一边的长度)最好是小于或等于50％，更好是小于或等于20％，更理想的是小于或等于10％，特别理想的是小于或等于5％。
聚光板和有机电致发光发光体
本发明的聚光板由所述透镜阵列板构成。
本发明的有机电致发光发光体，是在作为透明基板的所述透镜阵列板上，把铟·锡·氧化物(ITO)等的透明电极层、具有有机发光体的有机电致发光材料层和金属电极层按该顺序层合而得到的。该有机电致发光发光体上，透镜阵列板作为聚光板在起作用。
该有机电致发光发光体能作为液晶显示装置等的背光使用。
实施例
下面，对本发明的实施方式举出更具体化的实施例来更详细地说明本发明。但本发明并不仅限定于这些实施例。
实施例1
基板的制作
在硅上成膜有300_SiO2的基板上，把日本ゼオン(ZEON)公司的正型感光胶组合物(商品名“ZPP1700PG”)通过旋涂敷进行涂布后，在100℃下进行预烘，在基板上得到1.5μm的保护膜。
把得到的保护膜在佳能(キヤノン)公司制曝光装置“PLA501F”中以50mJ/cm2通过掩膜进行曝光，在2.38％四甲氢氧化铵水溶液中进行60秒的显影处理，然后在超纯水中进行30秒的洗净处理，然后把基板通过旋转处理使其干燥，最后进行120℃的预烘处理，在基板上得到保护膜图形。
把这样得到的基板在氟酸缓冲液(是3.6％的氟化氢水与18％的氟化氨水在20℃以1∶1(体积比)的混合物，以下相同)中浸泡5分钟，腐蚀SiO2，把腐蚀后的基板在纯水中浸泡60秒进行洗净处理，然后，把基板通过旋转处理使基板干燥。
把这样氧化硅膜被腐蚀的基板，在30％氢氧化钠水溶液中以80℃浸泡30分钟，然后把基板在纯水中浸泡60秒，然后向其吹干燥空气使基板干燥，在硅基板上形成四棱锥形状的凹型形状的凹部。
为了把在这样形成有凹部的硅基板上残留的不需要的氧化硅膜除去，把基板在氟酸缓冲液中浸泡5分钟，接着在纯水中浸泡60秒，然后向其吹干燥空气使其干燥，制作具有四棱锥形状的凹部的硅基板。
模具的制作
把得到的硅基板粘接在夹具上，利用真空蒸镀把约500_的镍在表面制膜后，在以氨基磺酸镍为主要成分的电解液中进行电镀，使镍金属成长。把得到的镍块(金属层)从硅基板上剥离，制作四棱锥形状的“突起”形成为交错格子状的模具(凸模)。
透镜阵列板的制作
把该模具组装在射出成形装置上，把环二烯聚合物(日本ゼオン(ZEON)公司制，ZNR1430R)作为材料，通过射出成形(树脂熔化温度285℃，模具温度130℃，树脂填充时间约0.2秒)得到约1mm厚度的透镜阵列板(外形40mm×40mm)。
得到的透镜阵列板的表面上，形成有底面是20μm×20μm，侧面的底角大致是55°，高度是14μm的四棱锥形状交错格子状的“凹部”。
有机电致发光发光体的制作
在这样得到的透镜阵列板上蒸镀厚度300_的ITO，然后通过IPA的蒸汽洗净，安装在有机电致发光元件制造装置中，在氧气/氩气＝50/50的气体环境下进行5分钟、100W等离子处理。
然后，运送到有机蒸镀室，在绕有线圈的两个坩埚中放入如下材料：空穴输送材料，即N，N-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-1，4-亚胺(NPD)，和电子输送材料，即8-羟基喹啉铝(Alq3)。然后把室内减压到10-6帕，向放入了NPD的线圈中通入20A的电流，蒸镀到膜厚度达到400_后，在同条件下把Alq3蒸镀到膜厚度达到600_，进行有机电致发光材料层的层合。
然后，保持系统内的真空状态不动，把基板运送到金属蒸镀室，把放置在金属容器内的氟化锂加热，在有机层的上面把氟化锂蒸镀到5_。然后把铝放置在其他的金属容器内，通过同样的操作把铝蒸镀到1000_的厚度，在透镜阵列板上就得到把ITO层、有机电致发光材料层和金属电极层层合了的层合体。
在这样得到的层合体上，在干燥氮气中的球罐中安装附有紫外线固化粘接剂的不锈钢制的密封管，照射紫外线并粘接密封管而得到有机电致发光发光体。
发光体的评价
对得到的发光体，在相对基板面垂直状态下，使用亮度测量装置(托普康(トプコン)公司制“BM-8”)进行测量亮度的结果是2165cd/cm2。在相对基板面从垂直状态向上下左右各倾斜45度的状态下同样测量亮度的结果(评价视角)是，上：2100cd/cm2，下：2120cd/cm2，左：2135cd/cm2，右：2140cd/cm2。即从相对基板面倾斜45度的方向进行视认，也能得到足够的亮度，能确认具有足够的视角。
比较例1
除了替代实施例1的透镜阵列板而使用没形成凹凸的环二烯聚合物(日本ゼオン(ZEON)公司制，ZNR1430R)1mm厚度的膜以外，使用与实施例1相同的方法来制造有机电致发光的发光体，在相同条件下测量亮度。其结果是1250cd/cm2。根据此就确认了通过把实施例1的透镜阵列板作为基板使用，与比较例1比较，有机电致发光发光体的亮度提高约1.5倍。
同样地进行视角评价的结果是，上：1000cd/cm2，下：955cd/cm2，左：990cd/cm2，右：930cd/cm2。
实施例2
把实施例1的模具作为铸模，把该铸模在重铬酸钾水溶液(0.1％重量)中浸泡30秒，通过使该铸模表面氧化而进行离型处理后，以与实施例1相同的条件层合镍层(金属层)，然后把层合的镍层从铸模剥离，得到形成有交错格子状的侧面的底角大致是55°、高度是14μm的四棱锥形状的“凹部”的模具(凹模)。
使用得到的模具，与实施例1同样地制作透镜阵列板。在得到的透镜阵列板的表面上形成有交错格子状的底面是20μm×20μm、侧面的底角大致是55°、高度是14μm的四棱锥形状的“突起”。
使用该透镜阵列板制作有机电致发光发光体，在相同条件下测量亮度。其结果是1420cd/cm2。根据此就确认了通过把实施例2的透镜阵列板作为基板使用，与比较例1比较，有机电致发光发光体的亮度提高约1.7倍。
同样地进行视角评价的结果是，上：1400cd/cm2，下：1395cd/cm2，左：1405cd/cm2，右：1380cd/cm2，通过与比较例1比较，能确认实施例2的优越性。
考察
从以上的实施例1～2和比较例1了解到如下的内容。在透明基体材料膜一侧的面上把形成有多个四棱锥形状的突起或凹部的透镜阵列板作为聚光板使用时，提高有机电致发光发光体的亮度。特别是通过在突起或凹部中形成“凹部”，能得到更高的亮度。
能确认随着亮度提高而视角有变宽的倾向。
产业上利用的可能性
本发明的透镜阵列板作为有机电致发光元件用聚光板，在提高亮度上表示出明显效果。
本发明的透镜阵列板，不仅作为这种有机电致发光元件用聚光板，而且能作为信息记录媒体、光学透镜、光学滤波器、液晶显示装置用导光板、光学板等的光学部件使用。

Claims (15)

1、一种透镜阵列板，其中，其在透明基体材料膜的表面上具有多个四棱锥形状的突起或凹部。
2、如权利要求1所述的透镜阵列板，其中，四棱锥形状的底面是满足(一边的长度a)≤(另一边的长度b)≤10a关系的长方形或正方形。
3、如权利要求2所述的透镜阵列板，其中，四棱锥形状底面一边的长度a是0.1μm～20μm。
4、如权利要求3所述的透镜阵列板，其中，四棱锥形状的高度c，对所述长度a是0.2a≤c≤2a。
5、如权利要求3所述的透镜阵列板，其中，邻接的突起或凹部之间的间隔宽度s是小于或等于所述长度a的50％。
6、如权利要求1所述的透镜阵列板，其中，四棱锥形状的侧面底角θ是20°～80°。
7、如权利要求1所述的透镜阵列板，其中，透明基体材料膜实质上是由脂环式烯树脂构成的。
8、如权利要求7所述的透镜阵列板，其中，脂环式烯树脂是降冰片烯系聚合物或乙烯脂环式烃聚合物。
9、如权利要求1所述的透镜阵列板，其中，其是通过使用在表面具有四棱锥形状的突起或凹部的模具进行射出成形而制造的。
10、一种模具，其是由金属层构成，且在表面具有四棱锥形状的突起，其中，所述金属层是在形成有四棱锥形状凹形图形的基板的所述图形上形成金属层并且能把该金属层从该基板剥离而得到。
11、如权利要求10所述的模具，其中，作为形成有四棱锥形状凹形图形的基板，使用经过下面工序而形成的硅制的铸模；
(1)在表面形成有氧化硅层的硅晶片上形成正型保护膜图形的工序；
(2)把该保护膜图形作为掩膜，用具有氟酸的腐蚀液把氧化硅层进行腐蚀而形成氧化硅图形的工序；
(3)把所述保护膜图形除去的同时，把硅晶片表面利用碱性溶液进行各向异性腐蚀而形成四棱锥形状的凹部的工序；
(4)用具有氟酸的腐蚀液把氧化硅图形除去的工序。
12、一种模具，其是由金属层构成，且在表面具有四棱锥形状的突起，其中，所述金属层把权利要求10或11的模具作为铸模，在该铸模的表面形成金属层，能把该金属层从该铸模剥离而得到。
13、一种聚光板，其中，其是由权利要求1所述的透镜阵列板构成的。
14、一种有机电致发光发光体，其中，其包括：由权利要求1所述的透镜阵列板构成的透明基板、在该透明基板上层合的透明电极层、在该透明电极层上层合的有机电致发光材料层和在该有机电致发光材料层上层合的金属电极层。
15、一种显示装置，其中，其具有权利要求14所述的有机电致发光发光体。
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