JP5633105B2 - 光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及び液晶表示装置に関する。

複数層の電極間に有機発光層を設け、電気的に発光を得る有機エレクトロルミネッセンス（以下「有機ＥＬ」と略す場合がある。）素子は、液晶セルに代わる表示素子としての利用の他に、その高発光効率、低電圧駆動、軽量、低コスト等の特徴を生かした、平面型照明、液晶表示装置用バックライト等の面光源としての利用も検討されている。

有機ＥＬ素子を面光源として利用する場合、その光取り出し効率を高めることが課題となる。すなわち、有機ＥＬ素子の発光層自体は発光効率が高いものの、それが光源装置を構成する積層構造を透過して出光するまでの間に、層中における干渉等により光量が低減してしまうので、そのような光の損失を可能な限り低減することが求められる。光取り出し効率を高めるための方法として、例えば特許文献１には、素子の正面方向（０°）の輝度を抑制し、角度５０〜７０°の輝度を増加させることで、全体的な輝度を高めることが開示されている。

有機ＥＬ素子においては、自然光に近い光を得るために、２種以上の発光素子を用い２以上の発光ピークを有する光を出射させることがある。このような有機ＥＬ素子を面光源に用いる場合、光取り出し効率の向上に加えて、観察角度による色味の変化を低減することが、さらなる課題となる。即ち、前述の層中における干渉の発生のしかたは、光の波長によって異なるため、各ピークの配光特性に違いが生じ、その結果、面光源を正面方向から観察した場合と、斜め方向から観察する場合とで、観察角度による色味の変化が発生し、光源として好ましくないものとなってしまう。

特開２００４−２９６４２３号公報

本発明の目的は、観察角度による色味の変化が抑制された光源装置及び液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本願発明者らは検討を行った結果、光源装置において、有機ＥＬ光源素子等の発光素子と、特定の回折素子とを組み合わせることにより、上記課題を解決しうることを見出し、本願発明を解決するに至った。
したがって、本発明によれば、下記〔１〕〜〔６〕が提供される。

〔１〕 ピーク波長がλ１である第１の発光ピーク、及びピーク波長がλ２である第２の発光ピークを有する発光素子と、前記発光素子の出光側に設けられた回折素子とを備え、
前記回折素子から出光する光の波長λ１における配光特性と波長λ２における配光特性との差が、前記発光素子の波長λ１における配光特性と波長λ２における配光特性との差よりも小さい光源装置。
〔２〕 〔１〕に記載の光源装置であって、
前記発光素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ１、
前記発光素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ２、
前記回折素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ１、及び
前記回折素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ２が、式（１）：
｜ＲＡ１−ＲＡ２｜＞｜ＲＢ１−ＲＢ２｜ ・・・式（１）
の関係を満たす光源装置。
〔３〕 〔１〕又は〔２〕に記載の光源装置であって、
前記回折素子が、ピッチが３００〜４０００ｎｍの第１の凹凸形状を有する光源装置。
〔４〕 〔３〕に記載の光源装置であって、
前記回折素子が、前記第１の凹凸形状より大きいピッチを有する第２の凹凸形状をさらに有し、
前記第１の凹凸形状が、前記第２の凹凸形状を構成する面上に設けられている光源装置。
〔５〕 〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の光源装置であって、
前記発光素子の出光側に設けられた、拡散層をさらに有する光源装置。
〔６〕 〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載の光源装置を備える液晶表示装置。

本発明の光源装置は、観察角度による色味の変化が少ないため、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源として有用である。
特に前記〔４］に係る光源装置は、第２の凹凸形状による光学的効果を得ながら、且つ観察角度による色味の変化をさらに低減することができる。
また、特に前記〔５〕に係る光源装置は、輝度の低下、光源装置の厚さや重量の増加などの不所望な効果を発現することなく、観察角度による色味の変化をより良好に改善することができる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の光源装置を備えることにより、観察角度による色味の変化が少ない表示装置とすることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。図１に示すように、光源装置１００は、発光素子１２０と、発光素子１２０の出光側に設けられる基板１０１と、基板１０１の出光側に設けられる回折素子１とを備える。したがって、回折素子１は、発光素子１２０の出光側に配置されている。
基板１０１は、光入射側の面１０１Ａと、光出射側の面１０１Ｂとを備えている。
発光素子１２０は、基板１０１の一方の面１０１Ａに接して設けられる透明電極１１１と、発光層１２１と、反射電極１１２とをこの順に備える。発光素子１２０において、透明電極１１１及び反射電極１１２間に電圧を印加すると、発光層１２１から光が発生する。この発生した光は、直接または反射電極１１２で反射されてから透明電極１１１に入射し、透明電極１１１から出光する。したがって、本実施形態では、発光素子１２０より図中の上側が、発光素子の出光側となる。

回折素子１は、基板１０１の、発光素子１２０が設けられている面１０１Ａとは反対側の面１０１Ｂ上に設けられている。回折素子１は、回折素子の基板２０と、基板２０の出光面１０９上に形成された、複数の凸部２からなる回折構造体２２とを備え、この回折構造体２２により、回折素子としての機能を発揮する。

（発光素子）
本発明において、発光素子は、ピーク波長がλ１である第１の発光ピーク、及びピーク波長がλ２である第２の発光ピークを有する。ここで、λ１とはλ２とは異なる波長である。λ１とλ２との関係は、特に限定されないが、例えばその差（｜λ１−λ２｜）を、好ましくは１０〜５００ｎｍ、より好ましくは２５〜３００ｎｍとすることができる。発光素子の発光ピークの数は２に限られず、３以上の数を有することもできる。光源装置において発光素子が３以上の発光ピークを有する場合、それらのうちの２つを第１及び第２の発光ピークとした場合に本発明の要件を充足する装置を、本発明の光源装置とすることができ、３以上の発光ピークのどれを第１及び第２の発光ピークとした場合にも本発明の要件を充足することがさらに好ましい。

かかる発光素子の好適な例としては、複数の発光材料を含む発光層を有する有機ＥＬ発光素子を挙げることができる。

有機ＥＬ発光素子を構成する発光層としては、特に限定されず既知のものを適宜選択することができるが、光源としての用途に適合すべく、一層単独又は複数の層の組み合わせにより、第１及び第２の発光ピークを含む光を発光するものとすることができる。

発光素子は、さらに電極を含むことができ、これらは特に限定されず有機ＥＬ素子に用いられる既知のものを適宜選択することができる。具体的には例えば透明電極及び反射電極の対を有し、透明電極側を出光側とすることができる。発光素子はさらに、電極間に、発光層に加えてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層及びガスバリア層等の他の層を有することもできる。

発光素子の具体的な層構成としては、陽極／正孔輸送層／発光層／陰極の構成、陽極／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極の構成、陽極／正孔注入層／発光層／陰極の構成、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極の構成、陽極／正孔輸送層／発光層／電子注入層／等電位面形成層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極の構成，陽極／正孔輸送層／発光層／電子注入層／電荷発生層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極の構成などが挙げられる。

複数の発光ピークを含む光を発光するために、本発明の光源装置は、上記のような層構成を有する発光素子を２以上有し、それぞれが第１及び第２の発光ピークを有するものとすることができる。また、１つのみの発光素子を有し、その中に発光材料を複数有するものとすることもできる。１つの発光素子が複数の発光材料を有する場合は、１対の陽極と陰極との間に発光色が異なる複数層の発光層を有することもでき、１層の発光層のみを有し、その中においてある色素に異なる色素がドーピングされていてもよい。

発光素子を構成する各層の材料は特に限定されず、任意の既知の材料を用いうる。例えば発光材料としてはポリパラフェニレンビニレン系・ポリフルオレン系・ポリビニルカルバゾール系の材料を挙げることができ、第１及び第２の発光ピークに対応する２種以上の発光材料を用いて、１層又は２層以上の発光層を構成することができる。また正孔注入層や正孔輸送層としてはフタロシアニン系・アリールアミン系・ポリチオフェン系、電子注入層や電子輸送層にはアルミ錯体・フッ化リチウムなどがあげられる。また、透電位面形成層、あるいは電荷発生層としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ_２などの透明電極、あるいはＡｇ，Ａｌなどの金属薄膜があげられる。

発光素子を基板上に形成する場合、基板としては、ガラス基板、石英ガラス、プラスチック基板などの、有機ＥＬ発光素子の基板として通常用いうる基板を採用することができる。透明電極、発光層、反射電極及び発光素子を構成するその他の任意の層は、基板上にこれらを順次積層することにより設けることができる。

（回折素子）
本発明において、回折素子は、前記発光素子の出光側に設けられる。回折素子は、図１に示す第１実施形態に例示する通り、発光素子との間に基板を介していてもよいが、これに限られず、発光素子の出光側の面と回折素子とが直接接した態様で設けられていてもよい。

本発明の光源装置は、前記回折素子から出光する光の波長λ１における配光特性と波長λ２における配光特性との差が、前記発光素子の波長λ１における配光特性と波長λ２における配光特性との差よりも小さい（以下、当該要件を「要件（Ｒ１）」という）。
かかる要件（Ｒ１）について、再び図１に示す第１実施形態を参照して説明すると、発光素子１２０の透明電極１１１から出射した波長λ１の光と波長λ２の光は、発光素子の層内の干渉のしかたの違いなどに基づき、配光特性に違いが生じる。図１２は、そのような配光特性に違いが生じた一例を示すグラフである。図１２に示す例では、λ１＝４６５ｎｍの第１の発光ピーク及びλ２＝５５０ｎｍの第２の発光ピークについて、出光面の法線方向と測定方向がなす角即ち極角を−９０°〜０°〜＋９０°と変化させて強度を測定し、０°方向を１とした相対値で測定結果を示している。

この例では、発光素子１２０から出光する光のうち第１の発光ピークに属する波長４６５ｎｍの光は正面方向の光の強度に対する斜め方向の光の強度が比較的強く、第２の発光ピークに属する波長５５０ｎｍの光は正面方向の光の強度に対する斜め方向の光の強度が比較的弱く、従って配光特性に差が存在している。このような配光特性を有する発光素子からの光を、さらに回折素子に透過させた後に、この配光特性の差が少なくなれば、要件（Ｒ１）を充足することになる。

図１３は、図１２の配光特性を有する光を回折素子に透過させた際に、回折素子からの出光する光の配光特性の一例を示すグラフである。図１３では、図１２より、４６５ｎｍにおける配光特性と５５０ｎｍにおける配光特性の差が縮まり、従って要件（Ｒ１）を充足している。

かかる配光特性の差の減少は、極角０°以外の少なくともいずれかの極角及び傾斜方向において観察されれば要件（Ｒ１）を充足するものとすることができるが、極角６０°方向において観察した際に要件（Ｒ１）を充足することが好ましい。即ち、前記発光素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ１、前記発光素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ２、前記回折素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ１、及び前記回折素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ２が、式（１）：
｜ＲＡ１−ＲＡ２｜＞｜ＲＢ１−ＲＢ２｜ ・・・式（１）
の関係を満たす（以下、当該要件を「要件（Ｒ２）」という。）ことが特に好ましい。当該要件（Ｒ２）を充足することにより、観察角度による色味の変化が少なくなるため、液晶表示装置のバックライトや照明装置などの光源として有用である。

図４は、図１に示される回折素子１をより詳細に示す斜視図である。図４に示す通り、回折素子１は、回折素子の基板２０の一方の面に、断面矩形の畝状の凸部２を多数並列に配列した凹凸形状を有する凹凸構造体２２を有し、それにより、面上において凸部２の延長方向に垂直な方向に、凹凸が繰り返す構造となっている。かかる凹凸形状により、回折素子１は回折格子として機能する。図５は、回折素子１を、その凸部２の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。回折格子の凹凸形状のピッチは、図５において矢印Ｐ１で示される長さとなる。かかるピッチを適宜調整することにより、上記要件（Ｒ１）、及び好ましくは上記要件（Ｒ２）を充足する回折素子を得ることができる。凹凸形状のピッチは、３００〜４０００ｎｍであることが、かかる要件を充足し好ましい本発明の効果を得る上で好ましい。

上に述べたλ１＝４６５ｎｍの第１の発光ピーク及びλ２＝５５０ｎｍの第２の発光ピークを有し、第１のピークのほうが広い配光特性を有する発光素子と組み合わせ、要件（Ｒ１）、要件（Ｒ２）を充足する回折素子を得ることについて、図１５を参照して説明する。図１５は、図４及び図５に示す回折素子１であってピッチが１６００ｎｍのものについて、正面方向の透過率を測定したグラフである。図１５に示すように、４６５ｎｍにおける正面透過率より５５０ｎｍにおける正面透過率のほうが低い回折素子は、４６５ｎｍより５５０ｎｍにおいて、より多くの光を正面方向とは異なる角度に散乱させる。従って、このような回折素子を用いることにより、要件（Ｒ１）、要件（Ｒ２）を充足する光源装置を得ることができる。

回折素子の材質は、光学部材として機能しうる任意の材質、例えば入射した光の一部を反射又は透過させる材質とすることができる。具体的には、透明樹脂等の有機材料とすることが、光透過性能と加工の容易さの観点から好ましい。

かかる透明樹脂は、凹凸形状を容易に形成できるという観点から、硬化性樹脂を硬化させたものが好ましい。硬化性樹脂としては、熱硬化性のものと、エネルギー線硬化性のものが挙げられる。エネルギー線は、可視光線、紫外線、電子線、Ｘ線を含む。

熱硬化性樹脂の具体例としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アミノアルキッド樹脂、メラミン−尿素共縮合樹脂、珪素樹脂、及びポリシロキサン樹脂が挙げられる。

エネルギー線硬化性樹脂としては、ラジカル重合性不飽和基及び／又はカチオン重合性基を有する低分子量化合物、又は樹脂等が挙げられる。なお、ラジカル重合性不飽和基及び／又はカチオン重合性基は、１分子中に２以上含んでいてもよい。

前記ラジカル重合性不飽和基を有する低分子量化合物としては、エチレン、プロピレン等のα−オレフィン；ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン化合物；スチレン、α−メチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルナフタレン、４−ビニルピリジン等のラジカル反応性芳香族化合物；アクリル酸、メタクリル酸、フマール酸、マレイン酸、エンド−ビシクロ［２．２．１］−５−ヘプテン−２，８−ジカルボン酸（エンディック酸）、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸等の不飽和カルボン酸；アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド、マレイン酸クロライド等の不飽和カルボン酸のハライド；アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイミド等の不飽和カルボン酸のアミド若しくはイミド誘導体；無水マレイン酸、無水エンディック酸、無水シトラコン酸等の不飽和カルボン酸の無水物；マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、アリル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フエノキシエチル（メタ）アクリレート、へキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメチロールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロピオン酸・ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、プロピオン酸・ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールへキサ（メタ）アクリレート等の不飽和カルボン酸のエステル誘導体；ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシトリエトキシシラン等のラジカル反応不飽和基を有するシラン化合物；等が挙げられる。

前記カチオン重合性基を有する低分子量化合物としては、ジシクロペンタジエンジオキサイド、（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシル）メチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アセタール、エチレングリコールのビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）エーテル、エチレングリコールの３，４−エポキシシクロヘキサンカルボン酸ジエステル等の脂環式エポキシ基を含有する化合物；エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、ジグリセリンテトラグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、スピログリコールジグリシジルエーテル等のグリシジル基を含有するエポキシ化合物；３−エチル−３−メトキシメチルオキセタン、３−エチル−３−エトキシメチルオキセタン、３−エチル−３−ブトキシメチルオキセタン、３−エチル−３−アリルオキシメチルオキセタン、３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−エチル−３−（２’−ヒドロキシエチル）オキシメチルオキセタン、３−エチル−３−（２’−ヒドロキシ−３’−フェノキシプロピル）オキシメチルオキセタン、３−エチル−３−（２’−ヒドロキシ−３’−ブトキシプロピル）オキシメチルオキセタン、３−エチル−３−［２’−（２”−エトキシエチル）オキシメチル］オキセタン等のオキセタン環を含有する化合物；等が挙げられる。

前記ラジカル重合性不飽和基又はカチオン重合性基を有する樹脂としては、低分子量のポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂等の側鎖にラジカル重合性不飽和基又はカチオン重合性基を有する樹脂が挙げられる。

エネルギー線として紫外線や可視光線を用いる場合には、硬化性樹脂の中に光重合開始剤、光増感剤などを含ませることができる。光重合開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーベンゾイルベンゾエート、α−アミロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類等が挙げられる。光増感剤としてｎ−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルホスフィン等が挙げられる。

回折素子を構成する透明樹脂は、加工性の観点からガラス転移温度が６０〜３００℃であることが好ましく、１００〜２５０℃であることがより好ましい。なお、ガラス転移温度は示差走査熱量分析（ＤＳＣ）により測定することができる。

前記透明樹脂は、顔料や染料のごとき着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤などの配合剤が適宜配合されたものであってもよい。

回折素子は、前記透明樹脂からなる１層のみからなってもよく、前記透明樹脂の層と、前記透明樹脂または他の樹脂からなる他の層との積層体であってもよい。例えば、透明なフィルムと、前記各種の透明樹脂の層との積層体とし、以下に述べる方法により透明樹脂の層の表面に凹凸形状を設けたものとすることができる。透明なフィルムとしては、透明であれば特に限定されないが、例えば、脂環式構造を有する樹脂等を挙げることができる。

回折素子は、前記透明樹脂を公知の方法で成形することによって得ることができる。成形法としては、キャスト成形法、押出成形法、インフレーション成形法などが挙げられる。

上記のような畝を有する回折素子は、リソグラフィー法と現像エッチング法との組み合わせによって、または転写型または転写ロールを用いた転写法によって、得ることができる。具体的には、エネルギー線硬化性樹脂を流延して塗膜を得、該塗膜に畝に対応するパターンでエネルギー線を照射して、該パターンを現像することによって畝を有する回折素子を得ることができる。

また特に、上で述べた、透明なフィルムの上に凹凸形状を有する透明樹脂層を製造する場合、液体状の透明樹脂をフィルム上に流延して透明樹脂の塗膜を得、該塗膜に畝に対応した凹凸を有する金型またはロールを押し当て、該押し当てている状態でエネルギー線を照射し、エネルギー線硬化性樹脂を硬化させることによって畝を有する透明樹脂層を得ることができる。このような製造方法によれば、凹凸形状の形成を比較的短時間で行なうことができ、その結果、インラインでの効率的な生産が可能となり、長尺の光学部材を低コストで得ることができるため、特に好ましい。

（第２実施形態）
本発明の光源装置において、回折格子は、上記第１の実施形態が有するものに限られず、種々の形態をとることができる。例えば、第１の実施形態において回折素子は面上の一方向のみに繰り返し単位を有する凹凸形状を有していたが、これに限られず、以下に説明する第２実施形態のように、複数方向に繰り返し単位を有する凹凸形状を有していてもよい。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。本実施形態は、第１実施形態における回折素子１に変えて回折素子６を有する点において、第１実施形態と異なっている。図６は図２における回折素子６をより詳細に示す斜視図である。本実施形態において、回折素子６は、図６に示すように、回折格子の基板６０と、その一方の面に設けられた、直方体状の凸部７が正方格子状に整列してなる回折構造体７２を有することにより、面上の直交する２方向に繰り返し単位を有する凹凸形状を有している。図７は、図６に示す回折素子をより詳細に示す上面図である。図７に示す通り、回折素子６は、直方体状の凸部７が回折素子の面上の２方向に、Ｐ４及びＰ６で示される寸法を有し、Ｐ３及びＰ５で示されるピッチで繰り返す凹凸形状を有している。このような構造を有することにより、面上の複数の方向において、色味の変化を抑制することができる。

第２の実施形態における回折素子のピッチも、第１の実施形態と同様、良好な効果を有するよう適宜決定することができる。図１６は、図６及び図７に示す回折素子６において、直方体の寸法（直方体の高さ、並びに図７における２方向の幅Ｐ４及びＰ６）及びピッチ（Ｐ３及びＰ５）を変化させた場合における正面透過率を測定したグラフである。図１６において、実線は、直方体の高さ幅Ｐ４及びＰ６をいずれも０．５１μｍとしピッチＰ３及びＰ５をいずれも２．０５μｍとした場合、破線は、直方体の高さ幅Ｐ４及びＰ６をいずれも１．２８μｍとしピッチＰ３及びＰ５をいずれも２．５５μｍとした場合における測定結果を示す。このようにピッチを変化させた場合における正面方向の透過率を元に、本発明の要件を満たしうるピッチを選択することができる。

（第３実施形態）
上記第１及び第２の実施形態の光源装置においては、回折素子は、光が出射する平坦な面上に回折格子が設けられた態様であるが、本発明はこれに限られず、回折素子は、以下に説明する第３実施形態のように、平坦でない面上に回折格子が設けられた態様であってもよい。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。本実施形態は、第１実施形態における回折素子１に変えて回折素子１１を有する点において、第１実施形態と異なっている。図８は図３における回折素子１１をより詳細に示す斜視図である。本実施形態において、回折素子１１は、底面部８１と、その上に設けられた断面三角形の畝状の凸部１２を有する構造を、回折素子の基板として有しており、この畝の表面上に、回折効果を発現する回折格子が形成されている。

図９は、図８に示す回折素子１１を、その凸部１２の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。図９に示す通り、凸部１２の傾斜面上に微小な凸部１３（図３及び図８において不図示）が設けられており、かかる微小な凸部１３により構成される凹凸形状が回折構造体を形成し、回折格子としての機能を発現する。この回折素子において、第１の凹凸形状である微小な凸部１３による凹凸形状のピッチは、図９において矢印Ｐ１で示される長さである。一方、かかる微小な凸部１３をその表面に有する、第２の凹凸形状である凸部１２による凹凸形状のピッチは、Ｐ１より長い矢印Ｐ７で示される長さである。凸部１２による凹凸形状（第２の凹凸形状）のピッチは、前記第１の凹凸形状よりも大きければよいが、例えば１０〜１０００μｍとすることができる。この態様においては、ピッチＰ１を３００〜４０００ｎｍとすることが、前記要件（１）及び好ましくは（２）を充足し本発明の効果を得る上で好ましい。ここで、微小な凸部１３の形状は、例えば凸部１２と平行に延長する畝状の形状とすることができ、また、凸部１２の斜面上において、凸部１２の延長方向と平行な方向及びその方向と垂直な方向の２方向に繰り返し単位を構成する直方体状の形状とすることもできる。本実施形態のように第１の凹凸形状と第２の凹凸形状とを組み合わせた構造の回折素子を設けることにより、第２の凹凸形状による光学的効果を得ながら、且つ観察角度による色味の変化をさらに低減することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４の実施形態は、第３実施形態における回折素子１１において、第１の凹凸形状である微小な凸部による凹凸形状を設ける位置を変更した点において第１実施形態と異なる。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る光源装置における回折素子１１をその凸部１２の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。本実施形態において、回折素子１１は、第３の実施形態と同様の断面三角形の畝状の凸部１２を有しているが、その傾斜面１５には微小な凹凸形状を有さず、凸部１２の頂部に設けられた平坦な部分上に微小な凸部１４が設けられている。かかる微小な凸部１４により構成される凹凸形状が、回折格子としての機能を発現する。

この回折素子において、第１の凹凸形状である微小な凸部１４による凹凸形状のピッチは、図１０において矢印Ｐ１で示される長さである。一方、かかる微小な凸部１４をその頂部に有する、第２の凹凸形状である凸部１２による凹凸形状のピッチは、Ｐ１より長い矢印Ｐ８で示される長さである。凸部１２による凹凸形状（第２の凹凸形状）のピッチは、前記第１の凹凸形状よりも大きければよいが、例えば１０〜１０００μｍとすることができる。この態様においては、ピッチＰ１を３００〜４０００ｎｍとすることが、前記要件（１）及び好ましくは（２）を充足し本発明の効果を得る上で好ましい。ここで、微小な凸部１４の形状は、例えば凸部１２と平行に延長する畝状の形状とすることができ、また、凸部１２の斜面上において、凸部１２の延長方向と平行な方向及びその方向と垂直な方向の２方向に繰り返し単位を構成する直方体状の形状とすることもできる。

本実施形態のように第１の凹凸形状と第２の凹凸形状とを組み合わせた構造の回折素子を設けることにより、第２の凹凸形状による光学的効果を得ながら、且つ観察角度による色味の変化をさらに低減することができる。具体的には、図８に示すプリズム状の形状を有する凸部１２による第２の凹凸形状を有するが、その表面に微小な凸部による第１の凹凸形状を有しない形状の構造体を発光素子上に設けた場合、凸部１２のプリズムによる効果、例えば図１１の矢印Ａ１で示される経路のように光が進むことによる拡散の効果を得ることができるが、プリズムの頂部においては、成形が不完全となり、そのため矢印Ａ２のように光が進み、結果として構造体の一部において所望の効果が得られないこととなる。ここで、図１０に示すような微細な凸部１４による凹凸構造をプリズムの頂部に設けることにより、頂部を透過する光について拡散等の効果を与え、且つ、観察角度による色味の変化の低減の効果をも与えることができる。

（拡散層）
本発明の光源装置は、任意に、拡散層を有することができる。より具体的には、上記各種の実施形態において、回折素子１、６、１１と基板１０１との間に、拡散剤を含有する拡散層を設けてもよく、また、回折素子を構成する材料として拡散剤を含有するものを用い、回折素子が拡散層としての機能を有するものとしてもよい。かかる拡散層を有することにより、光の経路を拡散させ、それにより観察角度による色味の変化をさらに低減することができる。一般に、回折素子を有さず拡散層のみを有する光源装置において、観察角度による色味の変化が低減できるほど拡散層の拡散力を高めようとすると、輝度の低下、光源装置の厚さや重量の増加などの不所望な効果が発現するが、本発明の光源装置においては、回折素子と拡散層とを組み合わせることにより、そのような不所望な効果の発現なしに、観察角度による色味の変化をより良好に改善することができる。

拡散層を構成する拡散剤としては、無機、および有機のフィラーを適宜選択して用いることができる。無機フィラーとしては、ガラス、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート等からなるもの；有機フィラーとしては、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリシロキサン樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、またはこれらの架橋物等からなるものが挙げられる。フィラーの形状としては、特に限定されず、球状、楕円体状、立方体状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状などが挙げられるが、中でも光の拡散方向を等方的にできる点で球状、もしくは球状に近い楕円体状が好ましい。フィラーの大きさは、好ましくは直径０．２μｍ〜５０μｍ、より好ましくは０．５μｍ〜１０μｍである。尚、ここでいう直径は、完全な球状ではない場合は、同一体積の球の直径で代用される。針状のような一方向に著しく寸法の異なるフィラーの場合は、その方向に垂直な断面の断面積と同一面積の円の直径で代用する。フィラーの屈折率は、バインダー樹脂の屈折率と異なることが好ましく、屈折率差が０．０５以上であることがより好ましい。フィラーは、単独の素材、大きさ、屈折率等の性質ものを用いてもよく、また、２種類以上のフィラーを混合して用いても良い。また、フィラーとして２種類以上の素材からなるものを用いてもよい。上記フィラーと、バインダーとして上記透明樹脂を含有する拡散層におけるフィラーの含有量は、バインダー１００重量部に対して、好ましくは０．１〜２０重量部、より好ましくは１〜１０重量部である。

（用途、液晶表示装置）
本発明の光源装置の用途は、特に限定されないが、観察角度による色味が少ない利点を生かした、液晶表示装置のバックライト、照明装置などの光源とすることができる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の光源装置を備える。具体的には、直下型バックライト装置として本発明の光源装置を備え、加えて各種の表示モードの液晶セルを有し、バックライト装置からの出射光を、液晶セルを通して表示面から出射させる態様とすることができる。本発明の液晶表示装置は、例えばツイステッドネマチック（ＴＮ）モード、スーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）モード、ハイブリッドアラインメントネマチック（ＨＡＮ）モード、バーティカルアラインメント（ＶＡ）モード、マルチドメインバーティカルアラインメント（ＭＶＡ）モード、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モード、オプティカリーコンペンセイテッドバイリフジエンス(ＯＣＢ)モードなどの表示モードによるものとすることができる。

（その他の任意の構成要素）
本発明の光源装置及び本発明の液晶表示装置は、前記実施形態に限定されず、本願特許請求の範囲内及びその均等の範囲内での変更を施すことができる。また、他の任意の構成要素をさらに含むことができる。
例えば、任意の構成要素として、前記発光素子を封止する封止部材、前記発光素子に電流を共有するための配線、発光素子及び回折素子を保持するための筐体、枠部材等を必要に応じて有することができる。
また、本発明の光源装置において、回折素子は、回折素子１のように１方向に繰返し単位を有するもの、回折素子６のように２方向に繰返し単位を有するものに限られず、３方向以上に繰り返し単位を有するもの、例えば６角形の凸部が連続した凹凸形状とすることにより３方向に繰返し単位を有するものとすることもできる。そのような３方向以上に繰り返し単位を有する構造は、また、第２の凹凸形状１２の斜面上の微細な凹凸形状としても設けることができる。

以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

＜製造例１：拡散層−回折素子層積層体の調製＞
ウレタンアクリレート系のＵＶ硬化性樹脂（屈折率１．５３）に、直径２μｍのシリコーン粒子（商品名「トスパール１２０」、ＧＥ東芝シリコーン社製、屈折率１．４３）を、組成物全量中１０重量％となるよう添加し、攪拌機を用いてよく混合し、樹脂−粒子組成物を得た。
透明フィルム（商品名「ゼオノアフィルム」、日本ゼオン株式会社製）の上に、前記樹脂-粒子組成物を５０μｍ塗布し紫外線を照射し硬化させ、透明フィルム−拡散樹脂層からなる積層体Ｐ１を得た。
積層体Ｐ１の拡散樹脂層側の面上に、ＵＶ硬化性樹脂（商品名「ＰＡＫ−０１」、東洋合成工業製）を厚さ１０μｍで塗付し、透明フィルム−拡散樹脂層−ＵＶ硬化性樹脂層（未硬化）からなる積層体Ｐ２を得た。
積層体Ｐ２のＵＶ硬化性樹脂層に、所定の凹凸構造を有する面を有する金属製モールドを押し付けた。その後、積層体Ｐ２の透明フィルム側の面から、紫外線照射し、ＵＶ硬化性樹脂層を硬化させ、所定の凹凸構造が転写された回折素子層とした。その後金属製モールドを剥離し、透明フィルム−拡散樹脂層−回折素子層の層構成を有する積層体Ｐ３を得た。得られた積層体Ｐ３の回折素子層側の面上には、図４及び図５に概略的に図示される、高さＨ１が８００ｎｍ、凸部幅Ｐ２が８００ｎｍ、ピッチＰ１が１６００ｎｍの凹凸形状が形成されていた。

＜製造例２：回折素子積層体の調製＞
シリコーン粒子を添加しなかった他は製造例１と同様に操作し、透明フィルム−樹脂層−回折素子層の層構成を有する積層体Ｐ４を得た。
得られた積層体の透明フィルム側の面を入光面、回折素子層側の面を出光面として、様々な波長の光における正面透過率を、分光光度計（型番「Ｖ−５７０」、日本分光社製）を用いて測定した。結果を図１５に示す。
図１５に示す結果から明らかな通り、波長４６５ｎｍにおける正面透過率に比べて波長５５０ｎｍにおける正面透過率が低く、従ってこの回折素子は、λ１＝４６５ｎｍの第１の発光ピーク及びλ２＝５５０ｎｍの第２の発光ピークを有し、第１の発光ピークのほうが広い配光特性を有する発光素子と組み合わせて、本発明の光源装置を構成しうることが分かった。

＜実施例１及び比較例１＞
図１に概略的に示される構成を有する有機ＥＬ光源装置を製造した。

（１−１：発光素子の調製）
厚さ１．１ｍｍのガラス製の基板１０１の一方の面１０１Ａ上に、透明電極１１１、有機発光層１２１及び反射電極１１２を含む有機ＥＬ発光素子１２０を設けた。

この段階で、有機ＥＬ発光素子に電流を通電し、基板１０１の他方の面１０１Ｂから出光する波長４６５ｎｍの青色光及び波長５５０ｎｍの緑色光についての配光特性を測定した（比較例１）。測定は、面１０１Ｂの正面（法線方向）に、分光放射輝度計（ＢＭ−７ トプコン）を配置し、輝度の測定方向と発光面法線方向とがなす角が−９０〜９０°となるよう発光面を動かし、それぞれの角度における放射強度及び発光スペクトルを測定し、波長４６５ｎｍ及び５５０ｎｍにおける配光特性を求めた。測定結果を図１２に示す。

（１−２：有機ＥＬ光源装置の製造）
さらに、基板１０１の面１０１Ｂ上に、回折素子１として、製造例２で得た積層体Ｐ４を、透明フィルムが基板１０１に面するように配置し、図１に示す構成を有する有機ＥＬ光源装置１００を製造した。得られた有機ＥＬ発光素子１００に電流を通電し、出光面１０９から出光する波長４６５ｎｍの青色光及び波長５５０ｎｍの緑色光についての配光特性を（１−１）と同様に測定した（実施例１）。輝度を測定する角度を傾ける方向は、回折素子の畝の延長方向に垂直な方向とした。測定結果を図１３に示す。

図１２及び図１３の結果の対比から明らかな通り、発光素子に加えて回折素子を備える本発明の光源装置は、回折素子を設けていない発光素子に比べて、青色光と緑色光の配光特性の差が小さく、観察角度による色味の変化が少ないことが分かる。

＜実施例２＞
製造例２で得た積層体Ｐ４に代えて、製造例１で得た積層体Ｐ３を用いた他は実施例１と同様に操作し、有機ＥＬ光源装置を製造し、配光特性を測定した。結果を図１４に示す。
図１４の結果から明らかな通り、回折素子に加えて拡散層を備える実施例２の光源装置は、青色光と緑色光の配光特性の差がさらに小さく、観察角度による色味の変化がさらに少ないことが分かる。

本発明の一実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。 本発明のさらに別の一実施形態に係る光源装置を概略的に示す断面図である。 図１に示す回折素子１をより詳細に示す斜視図である。 図４に示す回折素子１を、その凸部２の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。 図２に示す光源装置における回折素子を概略的に示す斜視図である。 図６に示す回折素子をより詳細に示す上面図である。 図３における回折素子１１をより詳細に示す斜視図である。 図８に示す回折素子１１を、その凸部１２の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。 本発明のさらに別の一実施形態に係る光源装置における回折素子をその凸部の延長方向に垂直な断面で切断した断面図である。 従来の光源装置の構造体における光の透過の態様を説明する断面図である。 本発明の光源装置の一実施形態における発光素子の、２種の波長における配光特性を示すグラフである。 図１２の配光特性を有する光を回折格子に透過させた際の、回折素子からの出光する光の配光特性の一例を示すグラフである。 本願実施例２における配光特性の測定結果を示すグラフである。 図４及び図５に示す回折素子１であってピッチが１６００ｎｍのものについて、正面方向の透過率を測定したグラフである。 図６及び図７に示す回折素子６において、凸部の寸法及びピッチを変化させた場合における正面透過率を測定したグラフである。

符号の説明

１、６、１１ 回折素子
２、７ 凸部
２０、６０ 回折素子の基板
２２、７２ 回折構造体
１００ 光源装置
１０１ 基板
１０９ 出光面
１１１ 透明電極
１１２ 反射電極
１２０ 発光素子

Claims (3)

1. ピーク波長がλ１である第１の発光ピーク、及びピーク波長がλ２である第２の発光ピークを有する発光素子と、前記発光素子の出光側に設けられた回折素子と、前記発光素子の出光側に設けられた拡散層とを備え、
   前記回折素子は、ピッチが３００〜４０００ｎｍである第１の凹凸形状を有し、
   前記発光素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ１、
   前記発光素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＡ２、
   前記回折素子から出光する光の波長λ１（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ１、及び
   前記回折素子から出光する光の波長λ２（ｎｍ）の正面方向の強度を１とした際の極角６０°方向の相対強度ＲＢ２が、式（１）：
   ｜ＲＡ１−ＲＡ２｜＞｜ＲＢ１−ＲＢ２｜ ・・・式（１）
   の関係を満たす光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記回折素子は、前記第１の凹凸形状より大きいピッチを有する第２の凹凸形状をさらに有し、
   前記第１の凹凸形状は、前記第２の凹凸形状を構成する面上に設けられている光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置と、液晶パネルとを備える液晶表示装置。

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