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Description
本発明の表示装置は、透明基板、光散乱体を含有する第1の層、前記第1の層より低い含有比率で光散乱体を含有する第2の層、開口パターンを有する遮光層及び前記開口パターンと同等又は広い面積で発光する光源とを、少なくともこの順で具備する表示装置であって、前記第1の層に占める前記光散乱体の含有比率が30〜90体積%の範囲内であり、かつ第1の層の厚さが3〜15μmの範囲内であることを特徴とする。
本発明の表示装置は、透明基板、光散乱体を含有する第1の層、前記第1の層より低い含有比率で光散乱体を含有する第2の層、開口パターンを有する遮光層及び前記開口パターンと同等又は広い面積で発光する光源とを、少なくともこの順で具備する表示装置であって、前記第1の層に占める前記光散乱体の含有比率が30〜90体積%の範囲内であり、かつ第1の層の厚さが3〜15μmの範囲内であることを特徴とする。
本発明に用いられる光散乱体は、光を散乱し、遮光性を有するものであれば特に制限はないが、白色を呈することができるものが好ましい。例えば、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、雲母や、チタン酸化物、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の酸化物や金属、金属間化合物を使用してもかまわないし、また有機ポリマー粒子やそれらを混在した散乱粒子でもよいが、高屈折率を有する物質であることが好ましい。高屈折率を有する物質としては、特に限定されないが、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ビスマス、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化インジウム、等の酸化物を用いることができる。これらの中では、屈折率が高く、汎用である二酸化チタンが好ましい。これらの光散乱体は、公知の方法で製造することができる。
光散乱剤を含有する層は、光散乱体を安定に保持し、層の強度を増し、層間の接着性を向上させる等の目的のためにバインダーを含有することが好ましい。バインダーとしては、従来公知の樹脂を用いることができる。例えば、オレフィン系ポリマー類、オリゴエステルアクリレート等のアクリル系樹脂類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイソシアネート類、アミノ樹脂類、キシレン樹脂類、ケトン樹脂類、ジエン系樹脂類、ロジン変性フェノール樹脂、ジエン系ゴム類、クロロプレン樹脂類、ポリカーボネート樹脂類、エポキシ樹脂類、シリコーン樹脂類あるいはワックス類又はこれらの変性体や共重合体などを挙げることができる。バインダーは、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂であることができる。あるいは、樹脂に重合開始剤を含有させて硬化することもできる。
光散乱体を含有する遮光層は、目的によっては、着色することもできる。この場合、公知の着色剤、例えば有機顔料、無機顔料を用いることができる。有機顔料としては、例えば、アントラキノン、アントロン、キサンテン、ジケトピロロピロール、ペリレン、ペリノン、キナクリドン、インジゴイド、フタロシアニンなどを用いることができる。
開口パターンを有する遮光層は、光散乱体を含有する遮光層と光源との間に位置し、背面から開口パターンを介して発光することにより、さまざまな情報を遮光層に表示する。
本発明の表示装置は、透明基板と第1の層との間に、透明基板より屈折率の低い低屈折率層が設けられていることが好ましい。この層の屈折率は、1.00〜1.5の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、1.00〜1.35の範囲内である。
第1の層、第2の層、第3の層、低屈折率層及び開口パターンを有する遮光層の形成方法に特に制限はないが、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法及びスプレー塗布法等、種々の公知の方法で形成することができる。これらの中では、印刷法やインクジェット法あるいはスプレー塗布法を用いることが、開口パターンの作製の容易さなどから好ましい。
透明基板は、従来公知のガラス材料や、樹脂フィルムを用いて作製することができる。ガラス材料としては、例えば、シリカガラス、ソーダ石灰シリカガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。これらのガラス材料の表面には、隣接する層との密着性、耐久性、平滑性の観点から、必要に応じて、研磨等の物理的処理、無機物又は有機物からなる被膜や、これらの被膜を組み合わせたハイブリッド被膜を形成することができる。
開口パターンを有する遮光層の下部(背面)には、開口パターンと同等又は広い面積で発光する光源が配置されている。光源としては、均一に発光することが好ましい。有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子、LED(発光ダイオード)などを光源として好ましく用いることができる。
有機EL素子は、基板上に、発光する化合物(発光材料)を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、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させ、この励起子が失活する際の光の放出(蛍光・リン光)を利用して発光する素子である。有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定されない。
(i)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(v)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
ここで、正孔輸送層には正孔注入層、電子阻止層の概念も含まれる。
有機EL素子に適用可能な基板としては、透明な基板が好ましく。例えば、ガラス、プラスチック等の透明材料を挙げることができる。好ましく用いられる透明な基板としては、ガラス、石英、樹脂フィルムを挙げることができる。なかでも樹脂フィルムが好ましい。
電極は透明電極であることが好ましい。透明電極に用いることのできる材料群としては、通常、有機EL素子の電極形成に使用可能な全ての金属材料を使用することができる。具体的には、アルミニウム、銀、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/同混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属、ITO(インジウムスズ酸化物(Indium Tin Oxide))、ZnO、TiO2、SnO2等の酸化物半導体等が挙げられる。
次いで、電荷注入層、発光層、正孔輸送層、電子輸送層及び阻止層等の各有機機能層について、この順に説明する。
本発明において、電荷注入層は、駆動電圧低下や発光輝度向上のために、電極と発光層の間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)にその詳細が記載されており、正孔注入層と電子注入層とがある。
本発明に係る有機EL素子の有機機能層を構成する発光層は、発光材料としてリン光発光材料、又は蛍光発光材料が含有されている構成が好ましい。
発光層に含有されるホスト化合物としては、室温(25℃)におけるリン光発光のリン光量子収率が0.1未満の化合物が好ましい。さらにリン光量子収率が0.01未満であることが好ましい。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での体積比が50%以上であることが好ましい。
発光材料としては、リン光発光材料及び蛍光発光材料を好ましく用いることができる。
リン光発光材料とは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましいリン光量子収率は0.1以上である。
Chemistry,第41巻、第12号、3055〜3066頁(2002年)、New Journal of Chemistry.,第26巻、1171頁(2002年)、European Journal of Organic Chemistry,第4巻、695〜709頁(2004年)、さらにこれらの文献中の参考文献等に記載されている方法を適用することにより合成できる。
蛍光発光材料としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素又は希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層及び電子阻止層も正孔輸送層の機能を有する。正孔輸送層は単層又は複数層設けることができる。
電子輸送層は、電子を輸送する機能を有する材料から構成され、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層構造又は複数層の積層構造として設けることができる。
阻止層としては、正孔阻止層及び電子阻止層が挙げられ、上記説明した有機機能層の各構成層の他に、必要に応じて設けられる層である。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層等を挙げることができる。
封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されていればよい。凹板状でも、平板状でもよいが平板状であることが積層工程において位置合わせを容易にできるので好ましい。また透明であることが好ましい。さらに、前記説明した透明基板を透明封止部材として用いても良い。
光源として発光ダイオード(LED)を好ましく用いることができる。用いられるLEDとして、特に制限はない。
これらの光源から出る光は、発光面の前方(法線方向)に進み、斜め方向には進まないことが、発光パターンのにじみ防止や明るさの向上に効果的である。このため、光源の上部には、光を拡散させないような層、又はシートを設けることが好ましい。
光源が、プリズムシートを具備していることが好ましい。
光源が、ルーバー層を具備していることが好ましい。
本発明の表示装置は、携帯することが可能な情報端末例えばスマートフォンやPDA、タブレット端末など携帯型の情報端末に好ましく適用できる。これらの情報端末が、タッチパネルを備えており、その周縁部に配置される表示装置として用いられることが好ましい。
本発明に用いられる光源の上層には静電容量タイプのタッチスイッチを適用することができる。このタッチスイッチは、例えば2極のフィルムタイプの静電容量タッチスイッチを適用することができる。電極には、フォトリソグラフィー法でパターニングした、インジウムスズ酸化物(ITO)など、光透過率が高い方が好ましく、他には、例えば、酸化亜鉛によりドープされたインジウム酸化物(IZO)、アルミニウムによりドープされた亜鉛酸化物(AZO)、ホウ素によりドープされた亜鉛酸化物(BZO)、酸化タングステン及び酸化亜鉛によりドープされた酸化インジウム(IWZO)及び酸化スズ(SnOx)などの酸化物透明電極あるいは、AgやAl、又はそれらの合金からなる透明電極でもかまわない。
[表示部1の作製]
厚さ0.3mm、屈折率1.55のガラスの透明基板に第1の層として、バインダーとしてポリエステル樹脂(十条ケミカル(株)製9007インキ)を使用した。希釈剤は同社のテトロンを使用した。光散乱体として500nmの体積平均粒径を有する酸化チタン(石原産業(株)製 PFC105)を含む白色顔料を混合した白インクを、層を形成する固形分に対して酸化チタンが45体積%で、乾燥後の厚さが10μmとなるようスクリーン印刷法にて印刷し、第1の層とした。
表示部1よりも、非点灯時の白色の遮光層の白色度がさらに高い表示装置を作製した。表示部1の作製において、黒インクを形成する前に、追加の層として第3の層を形成した。第1の層と第2の層をスクリーン印刷した後、光源の光が開口パターンで遮光された部位(開口パターンを有する遮光層の黒色部)において、白色度をさらに高めるため、第2の層と同じインクを用いて1回の印刷で厚さ25μmの層を計3回、計75μmの厚さの第3の層をスクリーン印刷法にて形成した。
表示部1及び表示部2の作製では、印刷するインク内に散乱粒子とバインダー等を混ぜてインクを調製したが、表示部3の作製では、第1の層をスプレー塗布法で形成し、第1の層中の光散乱体の含有比率を高くした。
表示部4の作製では、表示部3の作製と同様に、第1の層をスプレー塗布法で形成し、第1の層中の光散乱体の含有比率をさらに高くした。
表示部5は、表示部4の第1の層の作製において、層中の光散乱体の含有率が90体積%で、厚さが2μmとなるように、スプレー塗布の量を調節して形成した以外は表示部4の作製と同様にして表示部5を作製した。
表示部1の作製において、第1の層の酸化チタンが30体積%で乾燥後の厚さが15μmとなるように、散乱体の含有率を調整することにより、第1の層をスクリーン印刷法にて印刷して形成し、他は表示部1の作製と同様にして表示部6を作製した。
表示部1の作製において、第1の層の酸化チタンが30体積%で乾燥後の厚さが20μmとなるように、散乱体の含有率を調整することにより、第1の層をスクリーン印刷法にて印刷して形成し、他は表示部1の作製と同様にして表示部7を作製した。
比較例として、光散乱体を局在化させない白色の遮光層を有する表示部を作製した。すなわち、表示部1の作製において、第1の層と第2の層の代わりに白色の遮光層を構成する第1と第2層の合計の厚さ(85μm)を有し、この層に含まれる光散乱体の単位面積当たりの付き量が、表示部1に記載の第1の層と第2の層の合計と同じ含有量である白色の遮光層を形成した。具体的には、光散乱体を、固形分に対して9.7体積%含む白色インクを85μmの厚さとなるよう、3回スクリーン印刷して形成し、これを白色の遮光層とし、その他の層は表示部1の作製と同様にして表示部8を作製した。
比較例として、表示部8の作製において、光散乱体の量を、80%に減らしてそのほかは表示部8と同様にして、光散乱体の含有量が少ない表示部9を作製した。
本実施例では面発光体である有機EL素子を使用した。
《有機EL素子1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムスズ酸化物)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
光源部2の作製では、光源部1の作製と同じく面発光体である有機EL素子を使用した。光源部1の作製と異なる点は、有機EL素子上に付与する集光の方法が異なっており、本実施例では、斜め方向の光をカットするルーバー層を有する有機EL光源を適用し、斜め方向の光照射量をカットした。
特開2007−52094号公報に記載されて方法に従ってルーバー層を作製した。光透過帯として透明シリコーンゴム(信越化学工業社製、商品名;KE153U)からなる厚さが200μmの第1のシートを用意した。
本実施例では光源部1及び光源部2で使った面発光である有機EL素子1を使用し、この上に光源部1の作製で使用した2枚のプリズムシートを付与し、さらにその上に第2に光源の形態で使用したルーバー層を積層し、正面の輝度を集光した。光源部2の形態に比べ、発光パターンの輝度を向上させた。
光源としてLEDに導光板を使用したものを適用した。具体的には白色発光のLEDと導光板を使用し、面発光を実現した。
LEDチップとして主発光ピークが460nmのIn0.2Ga0.8N半導体を用いた。LEDチップは、洗浄させたサファイア基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TMI(トリメチルインジュウム)ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスとともに流し、MOCVD法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。
上記のように作製した光源部の発光面と表示部の開口パターンを有する遮光層の面とを接着して、光源部1〜4と表示部1〜9とを表2で示した組み合わせで作製して表示装置1〜18を作製した。その際光源部から発光する光源の大きさは開口パターンの端から500μm以上広くとった。
上記作製した表示装置について、点灯時のにじみ、非点灯時の見栄え、点灯時の表示輝度をそれぞれ評価した。
開口部を介して点灯時表示される輝度を100cd/m2と規格化する事で、散乱による光のにじみ幅を定量比較した。
点灯時表示される表示装置のそれぞれの輝度を測定し、表示装置17を100とする相対値で評価した。測定は、コニカミノルタ株式会社製の2次元色彩輝度計CA−2000を使用した。
本発明は非点灯時に開口パターンが見えにくく、さらに散乱によるにじみが抑制できることにあるため、非点灯時の開口パターンが視認できるかを、正面と斜め(おおよそ視野角60°)で、環境光の照度が約500lxの条件で、官能評価を行った。判定基準は以下のとおりである。
×:正面と斜めで少なくともどちらか一方の開口部が見える
また非点灯時の判定結果と点灯時のにじみを総合的に判定としてA、B、Cにランク付けした。
B:開口パターンが視認されず、かつにじみ幅が2mm以上4mm未満
C:開口パターンが視認されず、かつにじみ幅が4mm以上
×:開口パターンが視認される
[表示部21の作製]
表示部2の作製において、以下のように、顔料を含まないバインダーだけの低屈折率層を設け、表示部21を作製した。
表示部2の作製において、以下のように、空気層を設け、表示部22を作製した。
表示部2の作製において、以下のように、ポリエステル樹脂からなる低屈折率層を設け、表示部23を作製した。
各層の屈折率は、同一の層厚の層を別途形成し、分光エリプソメーター(ジェー・エー・ウーラム・ジャパン(株)M−2000)を用いて温度23℃で別途測定した。その結果を表3に示す。
実施例1で作製した表示部2と上記のように作製した表示部21〜23の、開口パターンを有する遮光層の面と、光源部の発光面とを接着して、表4で示した組み合わせで表示装置21〜24を作製した。その際光源部から発光する光源の大きさは開口パターンの端から500μm以上広くとった。
その結果を表4に示す。なお点灯時の明るさは、実施例1の表示装置17を100とする相対値で示した。
1 低屈折率層
2 光散乱体
3 第1の層
4 第2の層
5 開口パターンを有する遮光層
6 第3の層
7 光源
8 開口パターンを有する遮光層の開口パターン
9 開口パターンを有する遮光層の遮光部
10 プリズムシート
11 ルーバーフィルム
12 LED光源
13 導光板
14 支持板
15 開口パターン
16 にじみ
17 にじみ幅
Claims (10)
- 透明基板、光散乱体を含有する第1の層、前記第1の層より低い含有比率で光散乱体を含有する第2の層、開口パターンを有する遮光層及び前記開口パターンと同等又は広い面積で発光する光源とを、少なくともこの順で具備する表示装置であって、前記第1の層に占める前記光散乱体の含有比率が30〜90体積%の範囲内であり、かつ第1の層の厚さが3〜15μmの範囲内であることを特徴とする表示装置。
- 前記第2の層の厚さが、前記第1の層の厚さより厚いことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記第1の層に含まれる光散乱体の平均体積粒径が、100nm〜15μmの範囲内であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表示装置。
- 前記第1の層に含まれる光散乱体の含有量が、前記第2の層に含まれる光散乱体の含有量の1.2倍以上であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記透明基板と前記第1の層との間に、前記透明基板より屈折率の低い低屈折率層が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記低屈折率層の屈折率が1.0〜1.5の範囲内であることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
- 前記低屈折率層が、樹脂層であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の表示装置。
- 前記低屈折率層が、空気層であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の表示装置。
- 前記光源が、プリズムシートを具備していることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記光源が、ルーバー層を具備していることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の表示装置。
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