JP5391739B2

JP5391739B2 - Ｅｌ素子、並びにそれを用いた照明装置及び表示装置

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Publication number: JP5391739B2
Application number: JP2009048640A
Authority: JP
Inventors: 英明本間; 耕平諸永; 彰人籠谷
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP2010205514A

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素子に関する。特に、本発明は、光取り出し効率の向上技術に関する。本発明は、また、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。

一般に、有機ＥＬ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。こうした構成を有する有機ＥＬは、陽極と陰極に直流電圧を印加し、発光層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素子においては、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。この時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、さらに多くの投入電力が必要となるという問題があり、しかもそればかりではなく、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、全反射によって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、上記従来技術では、光取り出し効率の向上を図る上で屈折率が適切に設定されておらず十分なものとはいえず、さらに表面強化性能も十分なものが得られなかった。そのため、特に照明用途として用いる場合、掃除の際に表面に傷が付き易かった。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率の最適化を図り、光取り出し効率を向上する上で有利なＥＬ素子、並びに、それを用いた表示装置、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。

上記の課題を解決するために、本発明では、透光性基板と、この透光性基板の一方の面に設けられ、かつ陽極と陰極とに挟まれた発光層と、を備えたＥＬ素子において、前記透光性基板の他方の面に光学シートを設け、この光学シートを、前記発光層の設けられた面とは逆側の面に、凹凸形状を有する構造層を有するものとし、そして当該構造層は、フッ素変性シリコーン又はフッ素変性アクリル樹脂からなるフッ素ポリマーを０．１重量部以上１０重量部以下だけ含有した多官能のアクリル系の紫外線又は電子線硬化型樹脂からなり、屈折率が、１．４７から１．５９であり、壁紙工業会制定「汚れ防止壁紙性能表示規定」において、汚染物をクレヨンとしたときに４級以上の汚れ防止性能を有するものとした。

また、上記の課題を解決するために、本発明では、発光手段を具備してなる照明装置において、前記発光手段として、本発明のＥＬ素子を用いる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置では、前記画像表示装置の背面に本発明のＥＬ素子を配設する。

さらに、上記の課題を解決するために、本発明の表示装置では、本発明のＥＬ素子が画素駆動されるように構成する。

本発明によれば、凹凸形状を有する構造層を有しており、前記構造層の屈折率が１．４７から１．５９である光学シートを用いることにより、光取り出し効率の最適化が図れ、光取り出し効率を向上させることが可能で且つ耐擦傷性の高いＥＬ光取り出し用の光学シート及びＥＬ素子を得ることができる。

本発明のＥＬ素子の構成の一例を示す説明図である。本発明の光学シートを説明する説明図である。屈折率と光量との関係を示す図である。屈折率と相対光取出効率との関係を示す図である。本発明の光学シートの他の構造を示す断面図である。本発明の光学シートのさらに他の構造を示す説明図である。樹脂フィルムに賦形する形状を示す説明図である。樹脂フィルムに賦形する他の形状を示す説明図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態であるＥＬ素子（エレクトロ・ルミネッセンス素子）の構成を示す図である。図１に示すように、ＥＬ素子は、第１および第２の透光性基板１Ａおよび１Ｂと、発光層２と、陽極３と、陰極４と、光学シート７などを含んで構成されている。

発光層２の一方の面には透明電極３が形成され、他方の面には陰極４が形成されている。これら発光層２と透明電極３と陰極４を含んで発光構造体が構成されている。発光構造体としては、従来公知のさまざまな構成が採用可能である。

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／陰極としてＡｌ、という構成とすればよい。ただし、この構成に限定されるものではなく、発光層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。この発光層２から光Ｂ０が射出される。

第１の透光性基板１Ａは、透明電極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の透光性基板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及び第２の透光性基板１Ａ，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る他、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もでき、更にその他の様々な材料を用いることができるが、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透光性基板１Ａは、発光構造体（発光層２）からの光Ｂ０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材料で形成することが好ましい。

光学シート７は、第１の透過性基板１が透明電極３に臨む面と反対側の面に透光性の接着層６を介して設けられている。このような接着層６を構成する粘・接着剤としては、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のバックライト内で使用されるため、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、使用中に光学シート７がずれてしまう可能性がある。また安定的に間隙を確保するために、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、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。

構造層５に入射した光Ｂ１は、図２に示すように、一部は、構造層５の射出面１５０から外部へ射出される光Ｂ２となる。また一部は、構造層５の射出面１５０で反射し、再度発光層に入射する光Ｂ１２となる。再度、発光層２に入射する光Ｂ１２は、屈折率が高くなるに従い増加するため、屈折率が高すぎると射出する光Ｂ２が減少してしまう。また、一部は、構造層５の入射面１５１で全反射する光Ｂ１３となる。この入射面１５１で全反射する光Ｂ１３は、構造層５の屈折率が低いほど増加する。したがって、構造層５の屈折率が低すぎても、射出する光Ｂ２が減少してしまう。

上述の屈折率と各光量との関係を、図３に示す。

さらに上述の外部に射出する光Ｂ２の量について、頂角が９０°のピラミット形状で屈折率を変化させて構造層５を形成し検討した結果を図４に示す。

図４に示すように屈折率が１．４７より低い場合には、その入射面１５１での全反射する光Ｂ１３が増大することによる射出光Ｂ２の低下がある。また、一方で、屈折率が１．５９以上となると、構造層５の射出面１５０で反射し、再度、発光層に入射する光Ｂ１２が増大することによる射出光Ｂ２の低下がある。したがって、構造層５の屈折率としては、１．４７から１．５９が好ましい。

ところで、光学シート７の際表面の構造層５は、発光層からの光を外部に射出する機能と同時に、ＥＬ素子の最表面に配置されるため耐擦傷性等の機能を有する必要がある。

そこで、構造層５に用いる樹脂としては、一般に重合度を高めれば表面強化性能を高くできることが知れているが、重合度を高めていくと、屈折率が高くなりすぎてしまう。そこで、フッ素系ポリマーを添加することにより屈折率を低下させることができることが知られている。さらに、フッ素ポリマーを添加すると易滑性が上がり、汚れ防止性能も向上させることができる。

フッ素ポリマーとしては、フッ素変性シリコーン、フッ素変性アクリル樹脂等を用いることができる。フッ素変性シリコーンを用いれば、容易に樹脂の屈折率を低減することができる。また、フッ素変性アクリル樹脂を用いれば、表面強化性能を損なわずに、樹脂の屈折率を低減することができる。

このようなフッ素ポリマーとしては、０．１重量部から１０重量部の添加量が良い。０．１重量部より少ないと、易滑性、汚れ防止性能が得られない。１０重量部より添加量が多くなると、十分な表面強化性能が得られない。

汚れ防止性能については、壁紙工業会制定「汚れ防止壁紙性能表示規定」に準拠した汚染物を付着させ、２４時間後、拭き取ったものを目視で判定し、クレヨンに対して４級のほとんど汚れが残らないか、５級の汚れが残らないものが好ましい。

また、表面強化性能については、壁紙工業会制定「表面強化壁紙性能表示規定」に準拠した引っ掻き試験後、耐傷付き性能を目視により判定し、４級の表面に少し変化ありか、５級の変化なしが好ましい。

そのため、構造層５は、表面強化性能が高い樹脂が良い。ポリ（メタ）アクリル系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）等のアクリル系樹脂を用いるのが好ましい。粘度が１００ｃＰより小さいと、硬化時に、液が分離してしまい、安定した品質が得られず、一方、粘度が４０００ｃＰより大きいと、成型時に気泡が入ってしまい、著しく品質が低下してしまう。

また、図５のように基材層１０を有していても良く、このような基材層としては、脆性の低い樹脂を用いることが望ましい。材料としては、（a−）ＰＥＴまたは、ポリカーボネート、（ポリ）ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、（ポリ）エチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル（ポリ）スチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。

このような樹脂は、ラインスピードが１ｍ／ｍｉｎから３０ｍ／ｍｉｎのスピードで型に押し付けられる。１ｍ／ｍｉｎより低速では、型に押し付ける前に、空気中の酸素や水分とアクリル樹脂が反応してしまい、うまく成型できなくなってしまい、３０ｍ／ｍｉｎより速い場合には、気泡の噛み込みが発生してしまう。さらに、５００ｍJ／ｍ^２から３０００ｍJ／ｍ^２の紫外線を照射し硬化させることによって、光学シートを得ることができる。

このようなアクリル樹脂としては、単官能のアクリル樹脂と多官能のアクリル樹脂を適宜混合することによって、表面の表面強化性能と光取り出しの効果を両立させることができる。

また、ポリスチレンと共重合体を形成することにより、押し出し成型等により表面強化性能の高い光学シートを得ることができる。この際には、屈折率が上昇しやすいことまた、さらに中空シリカ粒子を添加するか、気泡を含有することによって、屈折率を下げることもできる。このとき、基材層１０がなく構造層５のみの構成もとりうる（図６参照）。また、このことにより成型性も同時に向上させることができる。

このとき、中空シリカ粒子の添加量としては、５重量部から５０重量部が望ましい。また、発泡剤あるいは攪拌等により、微細な気泡を含有させても、同様の効果を得ることができる。

このような光学シート７は、樹脂フィルムにエンボス加工を施すことにより作製することができる。このときの賦形率は、７０％以上あればよく、好ましくは８５％以上であると、光学特性にほとんど差異を生じないレベルである場合が多い。

このとき賦形する形状としては、図７（ａ）に示すような凸レンズ状のものや、図７（ｂ）に示すような凹レンズ状のものや、図８のプリズム形状のもの等を適宜選択できる。

このときのエンボスの圧力条件は、通常線圧５〜５００ｋｇ／ｃｍであり、好ましくは５〜３００ｋｇ／ｃｍ、より好ましくは１０〜１５０ｋｇ／ｃｍである。線圧が５ｋｇ／ｃｍより小さい場合には、賦形率が７０％未満であり、凹凸形状を十分に賦形できない。一方、線圧が１０ｋｇ／ｃｍより大きい場合には、８５％以上の賦形率が得られるため、より好ましい。５００ｋｇ／ｃｍの線圧では、機械への負荷が大きすぎて実用的でない。また、線圧が３００ｋｇ／ｃｍ以下であれば、フィルム幅が１ｍを超えても、機械への負荷が過大となることはない。線圧が１５０ｋｇ／ｃｍであれば、９９〜１００％の賦形率が得られ、それ以上は賦形率を上げることができない。

このような光学シート７を作製する際には、加工時の傷付きを防止するため、微細単位レンズ５側に保護フィルムを貼り合わせるのが良い。このときロール直径が１００ｍｍ〜３５０ｍｍのロールでフィルムを搬送しながら貼り合わせるのが好ましい。ロール直径が１００ｍｍより小さいと、フィルムにカールが生じ易く、作業性が著しく低下する。またロール直径が３５０ｍｍより大きいと、貼り合わせの圧力がうまくかからず、加工途中で保護フィルムがとれてしまう。なお、このときのゴム硬度は４０〜７０が好ましい。

また、ゴム硬度が４０より小さいとシワが発生し易く、７０より大きいと、異物による傷付が発生し易い。さらに、貼合を容易にするため、ロールを加熱しても良い。このときの温度は、１５℃〜３５℃が良い。１５℃より低い場合は加熱の効果が無く、３５℃より高いと、再度、保護フィルムを剥離する際に、粘着材が微細単位レンズ５に残ってしまう。

さらに、粘・接着材を光学シート７に貼り合わせる。このとき、ロール直径が１５０ｍｍ〜４５０ｍｍであることが好ましい。１５０ｍｍより小さいと、貼合時に、保護フィルムに浮きが生じてしまう。４５０ｍｍより大きいと、貼合時に、泡がうまく抜けない。

なお、このときのゴム硬度は４０〜７０が好ましい。ゴム硬度が４０より小さいと、シワが発生し易く、７０より大きいと、異物による傷付が発生し易い。さらに、貼合を容易にするため、ロールを加熱しても良い。このときの温度は、１５℃〜３５℃が良い。１５℃より低い場合は加熱の効果が無く、４５℃より高いと、粘・接着剤がフィルム端部よりはみ出したり、熱膨張等により小さなシワを生じたりしてしまう。

さらに、ＥＬ素子の前面のガラスへ貼合する際には、ガラスへの力をできるだけ小さくし、且つ圧力を適切に加え、且つ泡が噛んでしまうことを防ぐ必要がある。そのためには、ロール直径２０ｍｍ〜１５０ｍｍのロールが適している。１５０ｍｍより太いロールでは、ＥＬ素子が撓んでしまい、中央付近が貼り合わせできない。ロール直径が２０ｍｍより小さいと、ロール自体の撓みにより、ロール中央付近に圧力がかからず、貼り合わせできない。

また、このときのゴム硬度は３０〜７０が好ましい。ゴム硬度が３０より小さいと、フィルムがよれてしまいやすく、７０より大きいと、異物による傷付が発生し易い。さらに、貼合を容易にするため、ロールを加熱しても良い。このときの温度は、１５℃〜３５℃が良い。１５℃より低い場合は加熱の効果が無く、５０℃より高いと、ＥＬ素子の発光材料を劣化させる。

光学フィルムは、作製後、ＥＬ素子基板と密着させられるが、その際、人為的な貼り合わせミスの発生時には、ＥＬ素子基板から、光学フィルムを剥がし、新規に光学フィルムを貼り合わせることが必要となる。この工程をリワークと呼ぶ。リワークの際には、接着フィルムの接着材がＥＬ素子基板側に残らないように、つまり、光学シート７側に接着フィルムの接着材が付くことが好ましい。

よって、
光学シート７と接着保護フィルムの剥離強度をＢとし、
接着フィルムと接着保護フィルムの剥離強度をＣとした場合、
Ｂ＞Ｃ
となる必要がある。

また、光学シート７を、ＥＬ素子基板と密着させる場合、まず初めに接着保護フィルムを接着フィルムから剥離する工程が必要となる。その際、光学シート７側に接着している保護フィルムは、接着保護フィルムを接着フィルムから剥離した際にも、微細凹凸形状面側に密着している必要がある。

よって、微細凹凸形状面と保護シートの剥離強度をＡとした場合、
Ａ＞Ｃ
となる必要がある。

また、Ａ＞Ｃの状態であるため、保護フィルム側が内側となるように、ロール状にして製造していく必要があり、接着保護フィルム側を内側にしてしまうと、剥離強度の一番弱い接着フィルムと接着保護フィルム間が剥離してしまうという問題がある。

また、ＥＬ素子は様々な環境で用いられ、紫外線が多く当たるような、例えば屋外での使用等が考えられる。このような場合、紫外線がＥＬ素子内部へ照射されることにより、劣化損傷が起こる。そのため、光学シート７内、又は粘・接着材中、又は拡散板中に紫外線吸収材を混入することによって、外部からＥＬ素子内部への紫外線の照射を抑制し、この劣化損傷を緩和することが可能となる。

［光学シートの作製方法］
次に、光学シート７の作製方法の実施例について説明する。

光学用２軸延伸易接着ＰＥＴフィルム（膜厚１２５μｍ）上に、レンズシート１のパターンを形成させるウレタンアクリレートを主成分とし、メガファックＦ−４８２を３重量部添加した紫外線硬化型樹脂（日本化薬社製ウレタンアクリレート樹脂（屈折率１．５１））を塗布し、レンズシート１の形状に切削したシリンダー金型を使用して紫外線硬化型樹脂が塗布されたフィルムを搬送しながらＵＶ光をＰＥＴフィルム側から露光することにより、紫外線硬化型樹脂を硬化させた。硬化後、ＰＥＴフィルムから金型を離型することにより、ピッチが１００μｍの逆四角錐状のレンズ群を作製した。

汚れ防止性能については、壁紙工業会制定「汚れ防止壁紙性能表示規定」に準拠した汚染物を付着させ、２４時間後、拭き取ったものを目視で判定し、クレヨンに対して４級のほとんど汚れが残らないものが得られた。

また、表面強化性能については、壁紙工業会制定「表面強化壁紙性能表示規定」に準拠した引っ掻き試験後、耐傷付き性能を目視により判定し、４級の表面に少し変化ありのものが得られた。

ＡＳ樹脂を約２３０℃に加熱し、ロールに沿わせ延伸しながら厚さ０．３ｍｍのフィルムを成形した後に、凸型の四角錐状形状に加工されたシリンダー金型を使用し、加熱されたフィルムを加圧しながら冷却（シリンダー金型自体は常温：２５℃）し、逆四角錐状のレンズ群形状が成形されたフィルムを完全に硬化させた。これにより、１５０μｍの逆四角錐状のレンズ群を作製した。

１Ａ，１Ｂ透光性基板
２発光層
３透明電極
４陰極
５微細単位レンズ
６粘・接着層
７光学シート
１０透光性基材
１５０射出面
１５１入射面
Ｂ０発光層から射出する光
Ｂ１構造層に入射する光
Ｂ２射出面から射出する光
Ｂ１２，１３構造層に入射する光

Claims

透光性基板と、
前記透光性基板の一方の面に設けられ、かつ、陽極と陰極とに挟まれた発光層と、
を備えたＥＬ素子であって、
前記透光性基板の他方の面には光学シートが設けられており、
前記光学シートは、前記発光層が設けられた面とは逆側の面に、凹凸形状を有する構造層を有しており、
前記構造層は、
フッ素変性シリコーン又はフッ素変性アクリル樹脂からなるフッ素ポリマーを０．１重量部以上１０重量部以下だけ含有した多官能のアクリル系の紫外線又は電子線硬化型樹脂からなり、
屈折率が、１．４７から１．５９であり、
壁紙工業会制定「汚れ防止壁紙性能表示規定」において、汚染物をクレヨンとしたときに４級以上の汚れ防止性能を有する
ことを特徴とするＥＬ素子。
発光手段を具備してなる照明装置であって、
前記発光手段として、請求項１に記載のＥＬ素子を用いたことを特徴とする照明装置。
画像表示素子を具備してなる液晶表示装置であって、
前記画像表示素子の背面に、請求項１に記載のＥＬ素子を配設したことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載のＥＬ素子を具備してなる表示装置であって、
前記ＥＬ素子が画素駆動されるよう構成されてなることを特徴とする表示装置。