JP2013250387A - レンズシートの製造方法及びそれを用いたレンズシート、ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】外観のスジムラを低減させ、送液幅方向での膜厚ばらつきを解消したレンズシートを用いたＥＬ素子ならびにそれを用いた照明装置、ディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】透光性フィルム基材の一方の面にレンズ素子を形成してなるレンズシートの製造方法であって、透光性フィルム基材の面上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、前記塗布面をドクターロールでドクタリングした後、前記レンズ素子成形用の凹凸形状を具備する金型ロールに前記塗布面側を圧接し、前記透光性フィルム基材の他方の面側から紫外線を照射して硬化し、前記金型ロールから剥離することを特徴とするレンズシートの製造方法である。
【選択図】図４

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）、及びＥＬ素子を用いた表示装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置に関するものである。

一般に、ＥＬ素子は、図１に示すように、透光性基材１の一方の面に、蛍光有機化合物を含む発光層２を陽極３と陰極４とで挟んだ構造のものを積層して構成され、さらに、透光性基材１の他方の面に、光取り出し用のレンズシート５が接着層６を介して設けられている。このレンズシート５は、図２に示すように、透光性フィルム基材５ａ上に三角形状のレンズ素子５ｂを複数配列することで構成されている（特許文献１参照）。

このようなＥＬ素子においては、陽極３と陰極４との間に直流電圧を印加し、発光層２に電子及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する。そして、この光を透光性基材１及びレンズシート５を通過させてレンズ素子５ｂから出射させる。

ここで、上記のようなＥＬ素子においてレンズシート５を除いた構成とした場合、発光層２が放射した光線が透光性基材１から出射する際、一部の光線が出射面において全反射して光のエネルギーにロスが生じてしまう。

この際の光の外部取り出し効率は、一般的に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投入電力を多く必要としてしまい、エネルギー効率が悪いとともに、素子に及ぼす負荷が増大してＥＬ素子自体の信頼性が低下してしまう他、ＥＬ素子の寿命が短くなってしまう。

そこで、ＥＬ素子においては、光の外部取り出し効率を向上させる目的で、上記のような透光性基材１の出射面側にレンズシート５が設けられており、素子基板に微細な凹凸を形成することで、全反射によってロスする光線を外部に取り出している。

またＥＬ素子には、発光色の角度依存性の課題がある。これは、ＥＬ素子の観察する角度によって、観察者が視認する色が変化する課題である（以下、前記課題を色ズレとする）。特にマルチユニット構造のように発光層を積層する構成では、大きな課題となる（特許文献２、非特許文献１参照）。

特開２００７−２０７４７１号公報 特開平５−３０７９号公報

パナソニック電工技報 Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．４ 「照明用の高演色有機ＥＬデバイス」

前述のＥＬ素子用の光取り出しを目的とするレンズシートを作製する場合、以下の品質
における課題が挙げられる。
（１）レンズ樹脂中の泡起因によるレンズシートのスジムラ
（２）レンズ樹脂送液での送液幅方向への液量不均一化による膜厚ばらつき
以上の課題に関して、（１）ではレンズ成形中に泡を噛み込むと成形面に、成形の流れ方向と平行にスジ状のムラが形成されてしまう。（２）では成形の流れに直行する幅方向でのレンズ樹脂送液量不均一が生じると、その液量に応じた幅方向での膜厚ばらつきが生じる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外観のスジムラ低減、また送液幅方向での膜厚ばらつきを解消したレンズシートを用いたＥＬ素子ならびにそれを用いた照明装置、ディスプレイ装置及び液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、透光性フィルム基材の一方の面にレンズ素子を形成してなるレンズシートの製造方法であって、透光性フィルム基材の面上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、前記塗布面をドクターロールでドクタリングした後、前記レンズ素子成形用の凹凸形状を具備する金型ロールに前記塗布面側を圧接し、前記透光性フィルム基材の他方の面側から紫外線を照射して硬化し、前記金型ロールから剥離してなることを特徴とするレンズシートの製造方法である。

請求項２記載の発明は、前記ドクターロールの表面形状が、円周方向にエンドレスに形成された凸三角形ラインを単位形状として、幅方向にストライプ状に一定ピッチで複数配列されたことを特徴とする請求項１に記載のレンズシートの製造方法である。

請求項３記載の発明は、前記凸三角形ラインの頂点の高さが１００μｍから２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載のレンズシートの製造方法である。

請求項４記載の発明は、前記ドクターロールと前記透光性フィルム基材との間にギャップが設けられ、前記ドクターロールの回転方向が前記透光性フィルム基材の加工工程の進行方向に対して逆回転であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレンズシートの製造方法である。

請求項５記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載のレンズシート製造方法により作製されたことを特徴とするレンズシートである。

請求項６記載の発明は、請求項５に記載のレンズシートを配置したことを特徴とするＥＬ素子である。

本発明の請求項１に係る発明によれば、透光性フィルム基材の一方の面上にレンズ素子を形成するための紫外線硬化樹脂を滴下、塗布した後、ドクターロールにてドクタリングすることで、塗布した前記紫外線硬化樹脂中の泡抜きや、前記透光性フィルム基材の幅方向に満遍なく前記紫外線硬化樹脂を拡げることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、前記ドクターロールの表面形状が、円周方向にエンドレスに形成された凸三角形ラインを単位形状として、幅方向にストライプ状に一定ピッチで複数配列することで、前記透光性フィルム基材上の幅方向に満遍なく塗布された前記紫外線硬化樹脂の表層は、一定のピッチで形成された複数の凸三角形ラインにより逆三角形（凹三角形）の溝が形成され、これにより次工程であるレンズ素子形成用の凹凸形状を具備するロール状の金型との圧接において、レンズ素子形成用の凹形状（溝）に存在する空気が抜け易くなり、その結果、泡スジムラの極めて少ないレンズシートを作製することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、前記凸三角形ラインの頂点の高さを１００μｍから２００μｍの範囲にすることにより、極めて効果的に気泡を抜くことができ、高品質のレンズシートを作製することができる。

上記のように、本発明によれば、泡スジムラがなく膜厚ばらつきのない高品質のレンズシートを作製することができ、また、このレンズシートを具備したＥＬ素子を作製することが可能となる。

実施形態に係るＥＬ素子の縦断面図である。 実施形態に係るレンズシートの斜視図である。 実施形態に係るレンズシートの作製方法を示す側面図である。 本発明のドクターロールを用いた際の送液模式図である。 本発明のドクターロールの一実施形態の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、実施形態に係るＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）７は、透光性基材１と、発光層２と、陽極３と、陰極４と、接着層６と、レンズシート５とから構成されている。

透光性基材１は、透光性を有し、且つ平板状をなしている材料であれば特に限定するものではない。例えば、ガラスや、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を用いることができる。また、特に、加工性、耐熱、耐水性及び光学透光性等の材料特性の全てにおいて優れたシクロオレフィン系のポリマーを用いることが好ましい。なお、この透光性基材１は、発光層２からの光を可能な限り透過させることができるように、全光線透過率が５０％以上となる材料で形成することが好ましい。

上記透光性基材１の背面側（図１における下側）の面には、層状をなし、形成すべき画素に対応して光を透過させる陽極３が積層されている。
この陽極３は、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを蒸着もしくはスパッタなどのドライプロセスで形成される。この蒸着する材料としては上述のものに限定されず、透明であって電気伝導性を有するものであれば他の材料を用いても良い。また、陽極３の厚さは１００００Å程度以下とすることが好ましい。厚すぎると電気伝導性は向上するが、局所的なスパイクが入りやすくなり、また、全光線透過率が低下するため好ましくない。上記スパイクはその突起の高さが、例えば１００ｎｍ程度を超えるとその後の成膜工程にて問題を生じることがある。

陽極３の背面側には、一定の間隔を空けるようにして陽極３と同様に層状をなす陰極４が配設されている。この陰極４は電気伝導性を有する材料で形成されており、陽極３と異なり必ずしも透明な材料で形成されている必要はない。この陰極４と上記陽極３とで、発光層２に通電可能な電極が構成されている。

そして、上記陽極３及び陰極４の間には、層状をなす発光層２が介在させられている。即ち、この発光層２は、陽極３と陰極４とからなる一対の電極間に挟持されるようにして配設されているのである。

本実施形態において、発光層２としては、通電されることにより白色に発光する蛍光有機化合物から構成されている。このような発光構造体の一例としては、ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）／α−ＮＰＤにルブレン１％ドープ ／ジナフ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といった構成を挙げることができる。

なお、発光層２は上記構成の白色に発光する蛍光有機化合物に限定されず、この他、青色、赤色、黄色、緑色に自然発光可能な蛍光有機化合物であってもよい。これらの色彩は、発光層２から出射する光線の波長をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とすることのできる蛍光有機化合物を適宜用いることで実現することができる。また、ＥＬ素子７を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をすることや、白色光にカラーフィルターを重ねることにより、放射される光に彩色を施すことができ、これによりフルカラー表示を行うことが可能となる。

なお、陽極３、陰極４及び発光層２からなる発光構造体としては、上記構成の他、従来公知の様々な構成を採用することができる。

そして、上記透光性基材１の正面側（図１における上側）の面は、接着層６を介してレンズシート５が積層されている。

接着層６は粘着剤や接着剤を用いて形成されている。この粘着剤や接着剤としては、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。さらに、粘着剤や接着剤として、１液型で押圧して接着するものや、熱や光で硬化させるものを用いることができ、その他、２液もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることもできる。

接着層６の形成方法としては、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。接着層６をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。

すなわちレンズシート５は、図１及び図２に示すように、透光性フィルム基材５ａの一方の面（正面側）に複数のレンズ素子５ｂが配列された構成からなり、他方の面（背面側）が前記透光性基材１と接着層６を介して積層されＥＬ素子を形成する。

レンズ素子５ｂは、詳しくは図２に示すように、透光性フィルム基材５ａの出射面全体を敷き詰めるようにして、一定のピッチで一方向に沿って複数が配列されている。なお、レンズシート５の表面形状は半円のストライプ状、半球状、凹四角錐状であっても構わない。

上記レンズシート５の形成材料としては、透光性フィルム基材５ａとして、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体等が用いることができる。

また、本実施形態においては、上記レンズシート５におけるレンズ素子５ｂに拡散要素が添加されている。この拡散要素としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等の硬化物からなるものが用いられ、レンズシート５の主材料となる透明樹脂の屈折率をＭ、拡散要素の屈折率をＮとした場合に、両者の屈折率差｜Ｍ−Ｎ｜が、｜Ｍ−Ｎ｜≧０．０１の関係を満たすことが望ましい。両者の屈折率差が０．０１未満であると拡散要素の光散乱効果を十分に得ることができないからである。レンズ素子５ｂ内の拡散要素の体積百分率の制御は拡散要素の添加量を調整することにより行うことができる。

なお、拡散要素は、レンズ素子５ｂに対する体積百分率が、１．１ｖｏｌ％以上１９．８ｖｏｌ％以下の範囲となるようにレンズ素子５ｂを成型する透明材料に添加されている。

ここで、レンズ素子５ｂ内への拡散要素の形成方法としては、例えば、レンズ素子５ｂの内部に樹脂やガラス等のフィラーを拡散要素として配する方法が挙げられる。具体的には、金型による圧接成形、押し出し成形、射出成形等による光学素子パターン形成の際に、フィラーを混入させて、レンズ素子５ｂの内部に取り込んで同時に作成する。しかし、本発明のレンズシートを作製する上では拡散要素によるレンズ表面形状の粗さを緩和できる金型圧接成形が望ましい。

この場合のレンズ素子５ｂのパターン形成方法は、図３に示すように、まず、放射線硬化性樹脂１３を透光性フィルム基材５ａの一方の表面上に塗布する。その後、レンズ素子５ｂを作成するための形状を表面に有するロール状金型１１に樹脂塗布側を圧接させつつ、透光性フィルム基材５ａの他方の面側から放射線１２を照射させる。このとき、放射線硬化性樹脂１３の塗布後、放射線硬化性樹脂１３の泡抜き、幅方向への拡がり及び均一膜厚にするために、頂点までの高さが１００μｍ〜２００μｍの凸三角形ラインを単位形状とし、且つ一定のピッチでストライプ配列されているドクターロール２１によるドクタリングを行なう。

この時、前記ドクターロールは基材の流れ方向に対して逆の方向に回転させ、ドクタリングすることが好ましい。また、ドクターロールの回転速度は成形ライン速度の３０〜６０％程度の低速が望ましく、送液する樹脂の粘度に応じて適宜調整を行なう。また、ドクターロールと透光性フィルム基材５ａのギャップは２ｍｍ程度が望ましい。

ドクターロールにてドクタリングされた放射線硬化性樹脂１３は、ロール状の金型１１により圧接され、透光性フィルム基材５ａの他方の面側からの紫外線１２の照射により硬化、剥離され、レンズ素子５ｂが形成される。

以上のような構成のＥＬ素子７は、陽極３及び陰極４からなる電極に通電することによって、これら陽極３及び陰極４に挟持された発光層２が発光する。この発光層２から放射された光線は、透光性フィルム基材１を通過してレンズシート５の透光性フィルム基材５ａに入射する。そして、透光性フィルム基材５ａに入射した光線は、レンズ素子５ｂ内の拡散要素によって散乱された後、レンズ面からそれぞれ光出射される。

本実施形態により作製されるレンズシート５によれば、レンズ成形にてできる表面のスジムラ、膜厚ばらつきを解消させることが可能となる。

＜実施例１＞
透光性フィルム基材として厚さ１８８μｍのＰＥＴフィルムを用い、その一方の面上にレンズ素子の形成用のアクリル系紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂を塗布し、頂点までの高さが１５０μｍの凸三角形ラインからなるドクターロールにより塗布液をドクタリングし、続いて、図１に示すレンズ素子５ｂを形成するためのロール金型に圧着し、前記ＰＥＴフィルムの他方の面側から紫外線を照射して硬化、剥離してレンズシートを作製した。このと
きレンズ素子５ｂは、高さ５０μｍの凹三角形状で、ピッチが１００μｍに配列されたものが得られた。

＜比較例１＞
凸三角形ラインの頂点の高さを５０μｍとした以外は実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

＜比較例２＞
凸三角形ラインの頂点の高さを２５０μｍとした以外は実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

＜比較例３＞
ドクターロールを用いずに、他は実施例１と同様にしてレンズシートを作製した。

＜評価及び方法＞
実施例１及び比較例１〜３で得られたレンズシートを用いてＥＬ素子を作製し、各ＥＬ素子及びレンズシートの評価を以下の方法で行った。
・輝度の測定〜各ＥＬ素子を発光させ、その時のパネル面内を９分割し、輝度を測定した。
・レンズシート外観評価〜発光ＯＮ・ＯＦＦ時のレンズシートの外観を目視観察し、発光ＯＮ・ＯＦＦ両方の状態でスジムラが確認できないときを○、発光ＯＮ・ＯＦＦどちらか一方でもスジムラが確認できたときを×とした。
測定結果を下記表１に示す。

＜比較結果＞
実施例１で得られた本発明品は、レンズシートの外観が良好であり、またそれを組み込んだＥＬ素子の評価において良好な輝度を示した。一方、比較例１〜３で得られた比較例品では、それぞれのレンズシートの目視外観観察の結果、紫外線硬化性樹脂中の泡が起因と思われるスジムラが確認され、実用に至らないレベルの品質となった。また、これら比較例１〜３のレンズシートを組み込んだＥＬ素子の評価でも、レンズシートの膜厚のばらつきによる輝度の低下が確認された。以上の結果から、本発明のドクターロールの効果により、泡によるスジムラの発生を防ぐことができ、輝度の低下のないレンズシートを作製することができた。

１ 透光性基材
２ 発光層
３ 陽極
４ 陰極
５ レンズシート
５ａ 透光性フィルム基材
５ｂ レンズ素子
６ 接着層
７ ＥＬ素子
１１ 金型
１２ 放射線
１３ 放射線硬化性樹脂
２１ ドクターロール
２２ 複数の凸三角形ラインによるストライプパターン
Ｈ 凸三角形ラインの頂点の高さ
Ｐ 凸三角形ラインのピッチ

Claims (6)

1. 透光性フィルム基材の一方の面にレンズ素子を形成してなるレンズシートの製造方法であって、透光性フィルム基板の面上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、前記塗布面をドクターロールでドクタリングした後、前記レンズ素子成形用の凹凸形状を具備する金型ロールに前記塗布面側を圧接し、前記透光性フィルム基材の他方の面側から紫外線を照射して硬化し、前記金型ロールから剥離することを特徴とするレンズシートの製造方法。
2. 前記ドクターロールの表面形状が、円周方向にエンドレスに形成された凸三角形ラインを単位形状として、幅方向にストライプ状に一定ピッチで複数配列されたことを特徴とする請求項１に記載のレンズシートの製造方法。
3. 前記凸三角形ラインの頂点の高さが１００μｍから２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載のレンズシートの製造方法。
4. 前記ドクターロールと前記透光性フィルム基材との間にギャップが設けられ、前記ドクターロールの回転方向が前記透光性フィルム基材の加工工程の進行方向に対して逆回転であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレンズシートの製造方法。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のレンズシートの製造方法により作製されたことを特徴とするレンズシート。
6. 請求項５に記載のレンズシートを配置したことを特徴とするＥＬ素子。