JP6136232B2

JP6136232B2 - Ｅｌ素子、照明装置、ディスプレイ装置および液晶ディスプレイ装置

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Publication number: JP6136232B2
Application number: JP2012276603A
Authority: JP
Inventors: 華恵栃木; 朋芳貝塚; 耕平諸永
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: JP2014120423A

Description

本発明は、フラットパネル用ディスプレイ、液晶用バックライト、照明用光源、電飾等に用いられるＥＬ素子（エレクトロルミネッセンス素子）およびこれを備えた照明装置、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素子は、蛍光有機化合物を含む発光層を陽極と陰極とで挟んだ発光構造を、透光性基板の片面上に設けて構成される。そして、この有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間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する。

これらＥＬ素子の全光束は、光源より出てくる光の量であるので、ＥＬ光源により決定される。このため、ＥＬ素子の全光束を向上させるには光源の工夫が必要である。

また、これらＥＬ素子においては、発光層から放出された光線が透光性基板から射出する際に、透光性基板上で全反射することにより光線のロスが生じるという問題があった。このとき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。このため、高輝度を求める場合には、より多くの投入電力が必要となり、素子に対する負荷が増大し、その結果素子自体が劣化してしまう。

これに対し、光の外部取り出し効率を向上させる目的で、素子基板に表面凹凸を形成し、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。また、表面凹凸パターンが形成された光学シートを素子基盤に粘着剤や接着剤を介して貼合することで、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（下記特許文献１参照）。このように、表面凹凸を有する光学シートを貼合することで光取り出し効率を向上させることが可能となる。

特許第４９６２６０７号公報

シート状の光学シートは所望のパネルのサイズに合わせ打ち抜く、打ち抜き加工という工程がある。しかしながら、上述した従来技術では、レンズ形状が三角形のプリズム形状を主としているためレンズが連なっており、打ち抜き加工時にレンズのある一点に剥がれが発生するとこれがきっかけとなり他の部分もそのまま剥がれ続けるという問題点があった。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ＥＬ素子に配置される光学シートの打ち抜き加工時におけるレンズ剥がれを低減し、製造時のロスを抑えることを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明としては、透光性基板と、陽極と陰極とに挟まれて前記透光性基板の一方の面に設けられた発光層と、前記透光性基板の他方の面に設けられ前記透光性基板が設けられた面とは反対側の面に凹凸形状を有する光学シートと、を備えたＥＬ素子であって、前記光学シートは気泡を内包し前記凹凸形状が形成された構造層を有し、前記構造層の気泡の個数は１０〜３０個／ｃｍ２であり、前記構造層の気泡の直径φは５〜５０μｍであり、前記構造層の膜厚Ｈと前記気泡の直径φとは、１／１０≦φ／Ｈ≦１／３を満たす、ことを特徴とするＥＬ素子である。
また、請求項２に係る発明としては、前記構造層は、粒子を含有したバインダマトリックスを内包し、前記バインダマトリックスの屈折率ｎＭと、前記粒子の屈折率ｎＡと、前記バインダマトリックスに対する粒子の含有率Ｗと、前記構造層の膜厚Ｈとは、０．０１≦｜ｎＭ−ｎＡ｜×Ｗ／Ｈ≦０．２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子である。
また、請求項３に係る発明としては、請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子を発光手段として備えることを特徴とする照明装置である。
また、請求項４に係る発明としては、請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子を備え、当該ＥＬ素子が画素駆動されることを特徴とするディスプレイ装置である。
また、請求項５に係る発明としては、画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、前記画像表示素子の背面に、請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子、あるいは請求項３記載の照明装置を配設して構成されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置である。

本発明によれば、ＥＬ素子に配置される光学シートの打ち抜き加工時におけるレンズ剥がれを低減し、製造時のロスを抑えることができる。

本発明の一実施形態のＥＬ素子の断面模式図である。本発明の一実施形態のＥＬ素子の他の断面模式図である。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るＥＬ素子およびこれを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置について説明する。

はじめに、本実施形態のＥＬ素子は、例えば、発光手段として照明装置に備えられ、あるいはＥＬ素子が画素駆動されるようにディスプレイ装置に備えられ、あるいは画像表示素子の背面に配設して液晶ディスプレイ装置に備えられて使用される。また、液晶ディスプレイ装置においては、本実施形態のＥＬ素子を発光手段として備えた照明装置を画像表示素子の背面に配設して構成してもよい。

図１に本発明の実施形態のＥＬ素子の一例の断面模式図を示した。
図１に示すように、ＥＬ素子１は、発光積層構造体２と、透光性基板３と、貼合層４と、光学シート５と、を有する。
発光積層構造体２は、陽極２１と陰極２２とのに発光層２３が挟まれて構成される。発光積層構造体２は、２枚の透光性基板３の間に設けられている。
発光積層構造体２を挟む２枚の透光性基板３のうち一方には、発光積層構造体２が設けられた面と反対側の面３ａに、貼合層４を介して光学シート５が貼り合わせられている。
光学シート５は、透光性基材５１および構造層５２によって構成されている。透光性基材５１は、その一方の面を構造層５２と接し、他方の面５ａでは貼合層４を介して透光性基板３と貼り合わされている。構造層５２は、その一方の面を透光性基材５１と接し、他方の面に凹凸形状による複数のレンズが配置されている。また、構造層５２は気泡を内包しており、気泡の個数は１０〜３０個／ｃｍ２であり、気泡の直径φは５〜５０μｍである。さらに、構造層５２の膜厚Ｈと気泡の直径φとは、１／１０≦φ／Ｈ≦１／３を満たす。

すなわち、本発明のＥＬ素子１は、透光性基板３と、陽極２１と陰極２２とに挟まれて透光性基板３の一方の面に設けられた発光層２３と、を備え、透光性基板３の他方の面に光学シート５が設けられ、光学シート５は、透光性基板３が設けられた面とは反対側の面に、気泡を内包し凹凸形状を有する構造層５２を有し、構造層５２の気泡の個数は１０〜３０個／ｃｍ２であり、構造層５２の気泡の直径φは５〜５０μｍであり、構造層５２の膜厚Ｈと気泡の直径φとは、１／１０≦φ／Ｈ≦１／３を満たす。

本発明者らは、光学シート５に気泡を混入することにより、打ち抜き加工時のレンズ剥がれによるロスを低減できることを見出した。光学シート５に気泡を混入することにより、打ち抜き時にレンズ剥がれが発生しても混入した気泡により連続したレンズを寸断することができる。また、気泡の個数にあっては１０〜３０個／ｃｍ２が好ましく、さらに好ましくは１０〜２０個／ｃｍ２である。１０個／ｃｍ２未満であると寸断の効果が得られず、３０個／ｃｍ２を超えると気泡が目立ち欠陥となってしまう。

好ましい気泡の直径φとしては５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜３０μｍである。５μｍに満たない場合、寸断の効果が得られず、５０μｍを超えると気泡が目立ち欠陥となってしまう。

構造層の膜厚Ｈに対する気泡直径φとしては１／１０≦φ／Ｈ≦１／３、好ましくは１／１０から１／４である。また、気泡は構造層５２の面のうち、発光層２３が設けられた面とは反対側の凹凸形状側に存在しているほうが好ましい。これは、打ち抜き加工の際に表面においてレンズ剥がれを寸断するためである。

また、本発明のＥＬ素子１は、構造層５２に粒子を含有したバインダマトリックスを内包し、バインダマトリックスの屈折率ｎＭと、粒子の屈折率ｎＡと、バインダマトリックスに対する粒子の含有率Ｗと、構造層５２の膜厚Ｈとは、０．０１≦｜ｎＭ−ｎＡ｜×Ｗ／Ｈ≦０．２を満たすことが望ましい。

構造層５２に内包させるバインダマトリックスとして、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル／スチレン系の共重合樹脂を使用することができる。また粒子としては、シリカやアルミナ、酸化チタン等の無機系粒子、アクリルやスチレン、アクリル／スチレン共重合体、メラミン等の有機系粒子が使用できる。またこれらの粒子は２種類以上を混合してもよい。

バインダマトリックスに粒子を含有させるのは、光取り出し効率の向上と色ずれ低減の両立、また輝度ムラの抑制、凹凸形状の傷、ムラおよび気泡を目立たなくするためである。また、構造層５２に、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（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。帯電防止剤を含有することで、光学シート５の防汚性を向上させることができる。

光学シート５は、例えば上記の材料を予め形成した金型に流し込み凝固させることで成形することができる。またその他の方法としては、流し込み凝固により成形する方法の他、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用いて押出し成形や射出成形、ＵＶ成形法などで成形することもできる。

また本発明の光学シート５は構造層５２を透光性基材５１と別体として形成しても良いし、一体成形したものであってもよい。

ＵＶ成形法などにより構造層５２と透光性基材５１を別に成形する場合、透光性基材５１としては適度の透明性、機械強度を有していれば良い。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ジアセチルセルロース、アセチルセルロースブチレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のフィルムを用いることができる。中でも、ＰＥＴフィルムが成形の容易性、入手の容易性およびコストの点で好ましい。

成形時のＵＶの積算光量は５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ^２が好ましい。５００ｍＪ／ｃｍ^２未満の場合、光量不足で未硬化部分が生じてしまう。また１５００ｍＪ／ｃｍ^２を超えるとレンズや基材にＵＶシワが生じ外観不良となる。また膜厚は３０〜９０μｍが好ましい。３０μｍを下回る場合、狙いの取り出し効率が得られず、また色ズレが抑えられない。９０μｍを超えると硬化時にカールが生じ、ハンドリングが悪くなり後工程時においても扱い難くなる。

またフィラー粒子を添加する場合は量は５〜５０％が好ましい。さらに好ましくは１５〜３０％である。５％未満であると有機ＥＬパネルの光の射出方向での色の変化が十分に抑えられず、５０％を超えると光の拡散が強くなり有機ＥＬパネルの取り出し効率が悪くなる。また５％未満であると、フィラー粒子の濃淡によるムラが生じてしまい、５０％を超えると成形時にフィラーの筋が生じることより、外観不良となる。また、膜厚が２５〜７０μｍ、フィラー量１５〜３０％の範囲であれば、積算光量等は、３００ｍＪ／ｃｍ^２〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２で加工が行えるため、通常の加工機であれば、どのような加工機でも加工が行えるようになるため、異なった加工機での代替生産等が行えるため好ましい。

また、｜ｎＭ−ｎＡ｜×Ｗ／Ｈ×１００が０．０１に満たない場合、色ずれを抑えることができない。色ずれとは、光学シートに特定の角度で入射した光線を特定角度に多く出射させてしまい視野角によって色味が異なるといった現象である。また、｜ｎＭ−ｎＡ｜×Ｗ／Ｈ×１００が０．２を超える場合、色ずれは抑えられるが、光の取り出し効率を向上させることができない。より好ましくは０．１以下である。

貼合層４については、アクリル、ウレタン系のような樹脂系のいずれでも良く、透光性基材５１および熱可塑性樹脂の材質により適宜選択することができる。より具体的には、アクリル系粘着剤としてはアクリルポリマーを適宜架橋することで耐熱性に優れた粘着剤層を得ることができる。架橋方法の具体的手段としては、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物などのアクリル系ポリマーに適宜架橋基点として含ませたカルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基などと反応しうる基を有する化合物を添加し反応させる、いわゆる架橋剤を用いる方法がある。このうち、イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの脂環式イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートなどが挙げられる。中でも適度な凝集力を得る観点から、イソシアネート化合物はエポキシ化合物が特に好ましく用いられる。エポキシ化合物としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−ｍ−キシレンジアミン、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンなどが挙げられる。硬化剤としてはこれらの化合物を単独ないしは２種以上混合しても良く、貼合する対象となる部位の樹脂系とより密着性のよい樹脂系を選択することができる。

図２は、本実施形態のＥＬ素子の一例を示す断面図であり、貼合層４をより詳細に説明するための図である。図２に示すように、貼合層４には、光拡散要素４１が含まれている。ここで、光拡散要素としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、尿素樹脂、ホルムアルデヒド縮合物などからなる有機系粒子やガラスビーズ、シリカ、アルナ、炭酸カルシウム、金属酸化物などからなる無機系微粒子または気泡を用いることができる。光拡散要素４１を含有することで、ＥＬ素子１における出射光の指向性をさらに抑えることができる。すなわち、色ずれを低減でき、輝度分布を均一化することが可能になる。

以下に実施例を示す。

（実施例１）
透明基材としてポリエチレンテレフタレート（東洋紡績株式会社製Ａ４３００）を用いた。バインダマトリックス形成材料として屈折率１．５２のＵＶ硬化型樹脂と、光重合開始剤を用意した。また、粒子として屈折率１．４９のアクリル・スチレン共重合体を含む粒子をバインダマトリックス１００重量部に対し３０重量部用意した。

そして、構造層５２の形状に切削したシリンダー金型を使用し、ＵＶ硬化型樹脂を塗布したシートを搬送しながらＵＶ光をＰＥＴフィルム側から露光することにより、ＵＶ硬化型樹脂が硬化し、その後、金型からＰＥＴフィルムを離型することにより所望の形状を有する構造層を作製した。得られた構造層の膜厚は７０μｍであった。

（実施例１）を基準として、（実施例２）〜（実施例３）および（比較例１）〜（比較例６）の構造層を作製した。

前記、「気泡の個数およびサイズ」、「バインダマトリックスの屈折率（ｎＭ）および粒子の屈折率（ｎＡ）」、「構造層の膜厚（Ｈ）」の測定方法について、以下にそれぞれの詳細を示す。

「気泡の個数およびサイズ」
光学シートの断面を光学顕微鏡（オリンパス製ＤＰ７２）を用い個数および平均サイズを確認した。

「バインダマトリックスの屈折率（ｎＭ）および粒子の屈折率（ｎＡ）」
微粒子の屈折率の測定方法としては、以下の３方法があり、微粒子の特性によりいずれかの方法により適用する。

一つ目の方法としては、外挿法と言われる方法で、微粒子が溶媒に溶解することを利用した方法で、粒子の溶解している濃度とその屈折率から外挿により粒子の屈折率を求めている。この方法は粒子が溶液に溶解しなければならないという前提がある。

二つ目の方法としては、ベッケ線法と言われる方法で、プレパラート上に微粒子をセットし、分散液を滴下した後、顕微鏡により微粒子の縁の内側と外側に生じるベッケ線を目視により観察する。この時、鏡筒を上下させ、ベッケ線が確認できるまで、分散液の屈折率を調節し、分散液の屈折率から求める方法である。粒子が非常に小さい場合、ベッケ線の確認が困難である。

三つ目の方法としては、液浸法と言われる方法で、ベッケ線法とよく類似しており、分散液の屈折率を変え、光を照射して分散液中の微粒子による散乱光が目視により見えなくなった時の屈折率を微粒子の屈折率としている。

本発明の粒子の屈折率（ｎＡ）は、三つ目の方法である液浸法により測定した。

また、バインダマトリックスの屈折率（ｎＭ）は、前記同様の液浸法により測定した。

「平均膜厚（Ｈ）」
電子マイクロメーター（ニコン製デジマイクロＭＵ−５０１Ａ）を用いＪＩＳ−Ｋ５６００−１９９９に準じて、有効表面領域全体に一様に分布させた規定箇所の局所膜厚測定をおこない、平均して平均膜厚とする。なお、有効表面領域を０．１ｍ四方、規定箇所数を１０点とした。

表１に、（実施例１）〜（実施例３）および（比較例１）〜（比較例６）の気泡の個数および直径（サイズ）、バインダマトリックスの屈折率（ｎＭ）、粒子の屈折率（ｎＡ）、バインダマトリックスに対する粒子の含有率（Ｗ）、構造層の膜厚（Ｈ）を示す。

表２に、（実施例１）〜（実施例３）および（比較例１）〜（比較例６）で得られた光学シートの「レンズ割れ」、「外観」、「光取り出し効率」および「色ずれ」の評価結果を示す。また、各評価は下記の方法で行った。

「レンズ割れ」
実施例および比較例において得られた光学シートを打ち抜き加工し、切断面を目視により評価した。割れ確認できない場合を「○印」、割れが確認できる場合を「×印」とした。

「外観」
実施例および比較例において得られた光学シートをＥＬパネルに貼合し、目視により評価した。ムラ等の欠陥を確認できない場合を「○印」とし、欠陥を確認できる場合を「×印」とした。

「光取り出し効率」
全光束測定器（ｌａｂｓｐｈｅｒｅ製、商品名：ＬＭＳ−４００）を用い実施例および比較例において得られた光学シートをＥＬパネルに貼合し、全光束を測定した。

「色ずれ」
実施例および比較例において得られた光学シートをＥＬパネルに貼合し、目視により評価した。パネル単体と比較し色ずれが低減した場合を「○印」、変化しない場合を「×印」とした。

表２に示すように、（実施例１）〜（実施例３）にあっては、（比較例１）〜（比較例６）のＥＬ素子と比較して、打ち抜き加工時のレンズ剥がれによるロスを抑えることができた。

本発明は、光の外部取り出し効率を向上させるために表面に凹凸形状が形成された光学シートを備えたＥＬ素子に有効であり、これを備えた照明装置、ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、また、照明光源、誘導灯、電飾、表示器、液晶用バックライト等に有効である。

１ＥＬ素子
２発光構造体
２１陽極
２２陰極
２３発光層
３透光性基板
４貼合層
４１光散乱要素
５光学シート
５１透光性基材
５２構造層
５３粒子

Claims

透光性基板と、陽極と陰極とに挟まれて前記透光性基板の一方の面に設けられた発光層と、前記透光性基板の他方の面に設けられ前記透光性基板が設けられた面とは反対側の面に凹凸形状を有する光学シートと、を備えたＥＬ素子であって、
前記光学シートは気泡を内包し前記凹凸形状が形成された構造層を有し、
前記構造層の気泡の個数は１０〜３０個／ｃｍ２であり、
前記構造層の気泡の直径φは５〜５０μｍであり、
前記構造層の膜厚Ｈと前記気泡の直径φとは、１／１０≦φ／Ｈ≦１／３を満たす、
ことを特徴とするＥＬ素子。
前記構造層は、粒子を含有したバインダマトリックスを内包し、
前記バインダマトリックスの屈折率ｎＭと、前記粒子の屈折率ｎＡと、前記バインダマトリックスに対する粒子の含有率Ｗと、前記構造層の膜厚Ｈとは、
０．０１≦｜ｎＭ−ｎＡ｜×Ｗ／Ｈ≦０．２
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子。
請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子を発光手段として備えることを特徴とする照明装置。
請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子を備え、当該ＥＬ素子が画素駆動されることを特徴とするディスプレイ装置。
画像表示素子を備えてなる液晶ディスプレイ装置であって、前記画像表示素子の背面に、請求項１または請求項２に記載のＥＬ素子、あるいは請求項３記載の照明装置を配設して構成されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。