JP7190587B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
また、近年の液晶表示装置において、性能改善として、さらなる高ダイナミックレンジ化、省電力化、および、色再現性向上等が求められている。特に、高ダイナミックレンジ化と省電力化との両立の観点からは、面内部分駆動いわゆるローカルディミングが可能である、直下型とよばれるバックライト形態が好ましく用いられている。
そのため、拡散板およびプリズムシート等を用いる直下型バックライトは、厚くなってしまうことが避けられない。
これに対して、直下型バックライトにおいて、拡散板等を不要として、薄型化と輝度分布の均一性とを両立できる方法として、発光素子の配光分布をバットウイング化する方法が有効である。
しかしながら、直下型バックライトは、多数の発光素子を有する。また、近年では、LED等の発光素子が小型化され、さらに、発光素子間の距離が短くなっている。そのため、個々の発光素子に対応して、光軸を合わせてレンズを配置することは、大変な手間が掛かる。
加えて、バックライトユニットは、薄いほど好ましいが、レンズを用いるバットウイング化は、レンズ分の厚さが必要になるため、薄型化にも限界がある。
そのため、特許文献1に示されるように、直下型バックライトにDBR膜を用いることにより、位置合わせ等行うことなく、各発光素子の配光分布をバットウイング化できる。また、DBR膜は膜であるので、レンズに比して薄い。従って、DBR膜を用いることにより、直下型バックライトの薄型化も図れる。
特に、近年では、LED基板等の薄型化およびフレキシブル化等が要求されており、基板の反りが生じやすくなっているため、基板の反りは、大きな問題になる。
[1] 基板と、基板に搭載される発光素子と、反射層と、波長選択性反射フィルムと、波長選択性反射フィルムを貼着するための貼着層とを有し、
発光素子は、発光波長の中心値を350~460nmの範囲に有し、
波長選択性反射フィルムは、有機材料を含み、選択的な反射波長帯域の中心波長が、発光素子の発光波長の中心値の±20nmであることを特徴とする発光装置。
[2] 波長選択性反射フィルムが、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有する、[1]に記載の発光装置。
[3] コレステリック液晶層は、走査型電子顕微鏡によって観察される断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部の少なくとも一部が、波打ち構造を有する、[2]に記載の発光装置。
[4] 波長選択性反射フィルムが、選択的に反射する円偏光の旋回方向が異なる2層のコレステリック液晶層を有する、[2]または[3]に記載の発光装置。
[5] 波長選択性反射フィルムの厚さが12μm以下である、[1]~[4]のいずれか記載の発光装置。
[6] 波長選択性反射フィルムは、反射帯域の長波長側の半値波長が、選択的な反射波長帯域の中心波長の1.1~1.2倍である[1]~[5]のいずれかに記載の発光装置。
本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
図1に示す発光装置10は、基板12と、発光素子14と、反射層16と、貼着層20と、第1反射層24aおよび第2反射層24bを有する反射フィルム24とを有する。反射フィルム24は、本発明における波長選択性反射フィルムである。
本発明の発光装置10を用いるバックライトは、一例として、発光装置10の図中上方に、発光装置10が出射した青色光の入射によって緑色光および赤色光の蛍光を発光する蛍光シートが配置され、その上に光拡散手段が配置されて、白色の面状光を出射するLCDのバックライトとして用いられる。蛍光シートとしては、KSF蛍光体を含むフィルム、および、量子ドットフィルム等が例示される。また、光拡散手段としては、拡散板およびプリズムシート等が例示される。
なお、本発明の光源装置が紫外線を照射する場合には、蛍光シートは、紫外線の入射によって、青色光、緑色光および赤色光の蛍光を発光するものが利用される。
発光素子14は、発光装置10の光源であって、発光波長の中心値を350~460nmの範囲に有するものである。発光波長の中心値とは、発光強度が最も高くなる波長(ピーク波長)である。すなわち、発光素子14は、ピーク強度が350~460nmの光を出射する発光素子である。
発光素子14の発光波長の中心値は、440~460nmが好ましい。すなわち、本発明の発光装置10において、発光素子14は、紫外線を照射する発光素子でも、青色光を照射する発光素子でもよいが、青色光を照射するのが好ましい。
従って、発光素子14の配置は、規則的でも、不規則でもよいが、通常は、規則的である。また、発光素子14の配置密度は、基板12の面方向に、均一でも、配置密度の変動があってもよい。
なお、面方向とは、シート状物(板状物、フィルム状物)の主面の面方向である。主面とは、シート状物の最大面である。
従って、基板12は、樹脂基板、シリコン基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、および、表面に絶縁層を設けた金属基板等、各種の材料の基板が利用可能である。
後述するが、本発明の発光装置10は、発光素子14の発熱等に起因する基板12の反りを防止できる。従って、本発明の発光装置10は、基板12として、可撓性を有する、いわゆるフレキシブル基板も、好適に利用可能である。
発光装置10(バックライト)の薄型化のためには、基板12は、薄い方が好ましい。基板12の厚さは、10~1000μmが好ましく、30~200μmがより好ましい。
反射層16は、後述する反射フィルム24によって反射された発光素子14の出射光を、再度、反射フィルム24に反射するためのものである。
反射層16には、発光素子14に応じた開口が設けられる。
反射層16としては、一例として、シリコーン系樹脂およびエポキシ系樹脂などの樹脂マトリックスに酸化チタン等の白色粒子を分散した拡散反射板、アルミニウム板および銀板などの金属板、SiO2およびTiO2等の無機化合物の誘電体の多層膜、高屈折率のポリマー層と低屈折率のポリマー層とを交互に積層してなるポリマー多層膜(ポリマー誘電体多層膜)、ならびに、これらのうちの少なくとも2つを組み合わせたもの等が例示される。
また、反射層16は、古川電工社製のMCPETおよびMCPOLYCA、ならびに、3M社製のESR(Enhanced Specular Reflector)等の市販の光反射材も、好適に利用可能である。
反射層16の厚さは、10~1000μmが好ましく、20~100μmがより好ましい。
すなわち、本発明の発光装置は、図2に概念的に示す発光装置30のように、反射層16の高さが発光素子14よりも高くてもよい。また、本発明の発光装置は、図3に概念的に示す発光装置32のように、反射層16の高さが発光素子14よりも低くてもよい。
また、本発明の発光装置は、表面が光反射性の基板12を用い、基板12を本発明における反射層として作用させてもよい。
特に、図3に示す、反射層16の高さが発光素子14よりも低い構成の場合には、反射層16と発光素子14と貼着層20とが形成する空隙を、透明な充填材で埋め、貼着層20の貼着面を平坦面にするのが好ましい。
一例として、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂などの樹脂材料、ならびに、ガラス材料等が透明な充填材として利用可能である。
また、透明な充填材として、後述する貼着層20となる貼着剤を用い、貼着層20と透明な充填材とを一体的に形成してもよい。
本発明の発光装置10において、貼着層20は、発光素子14が出射する光に対して十分な透明性を有し、かつ、発光素子14および反射層16と、後述する反射フィルム24とを貼り合わせられる物であれば、公知の各種の貼着剤が利用可能である。
従って、貼着層20は、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。
貼着層20は、市販の接着剤、粘着剤および両面テープ等を用いて形成してもよい。
貼着層20の厚さは、10~500μmが好ましく、15~300μmがより好ましい。
反射フィルム24は、本発明における波長選択性反射フィルムである。すなわち、反射フィルム24は、所定の波長帯域の光を選択的に反射し、それ以外の光は透過する、反射に波長選択性を有するフィルムである。
また、反射フィルム24は、有機材料を含み、反射フィルム24の選択的な反射波長帯域の中心波長が、発光素子14の発光波長の中心値の±20nmである。
以下の説明では、発光素子14の発光波長の中心値を『発光中心波長』ともいう。また、以下の説明では、反射フィルム24の選択的な反射波長帯域の中心波長を『選択反射中心波長』とも言う。
第1反射層24aおよび第2反射層24bは、好ましい態様として、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層である。コレステリック液晶層は、反射に波長選択性を有し、かつ、特定の旋回方向(センス)の円偏光を選択的に反射する。
第1反射層24aと第2反射層24bとは、旋回方向が異なる円偏光を反射する。例えば、第1反射層24aが右円偏光を選択的に反射する場合には、第2反射層24は左円偏光を選択的に反射する。
しかしながら、本発明の発光装置は、反射フィルム24をコレステリック液晶層で形成する場合には、図示例のように、反射する円偏光の旋回方向が異なる2種のコレステリック液晶層を有するのが好ましい。これにより、発光素子14の配光分布を、より好適にバットウイング化できる。
なお、発光素子14の配光分布とは、具体的には、発光素子14で出射した光が、反射フィルム24を抜けてきた時の配光分布である。
これに対して、反射に波長選択性を有する反射層は、法線に対して角度を有する方向から入射した光に対しては、選択的な反射波長帯域が短波長側に移動する、いわゆるブルーシフトを生じる。ブルーシフトによる選択的な反射波長の移動は、法線に対する入射光の角度が大きいほど、大きくなる。
従って、反射フィルム24は、発光素子14の光軸方向に進行する光は、高い反射率で反射するため、透過光量は少なくなる。
これに対して、発光素子14から拡散方向に進行する光、および、反射フィルム24によって反射され、反射層16によって反射されて、反射フィルム24に再入射する光は、発光素子14の光軸に対して反射フィルム24に斜めから入射する。このように、発光素子14の光軸に対して反射フィルム24に斜めから入射する光は、反射フィルム24のブルーシフトによって反射率が低くなり、透過光量が多くなる。
そのため、反射フィルム24を用いることで、発光素子14の光軸近傍の方向では配光が少なく、光軸に対して、ある程度の角度を有する方向では配光を多くでき、発光素子14の配光分布をバットウイング化できる。
しかしながら、DBR膜は、SiO2とTiO2となど、低屈折率の無機膜と高屈折率の無機膜とを、交互に何層も積層した無機膜である。このようなDBR膜は硬く、また、いわゆるコシが強い。
そのため、発光素子が発熱して、加熱された際にDBR膜と基板との間で熱膨張の差等が生じると、DBR膜の剛性によって基板に反りを生じてしまう。しかも、近年では、基板の薄膜化が要求され、可撓性を有する基板の利用も検討されているため、DBR膜に起因する基板の反りは、より問題になる。
そのため、DBR膜は、成膜基材と共に発光装置に貼着せざるを得ず、全体として、非常に厚い膜になってしまう。その結果、発光素子の発熱による加熱に起因する基板の反りが、より生じやすくなる。
そのため、発光素子の発熱によって加熱されて、熱膨張を生じて、かつ、反射フィルム24と基板12との間に熱膨張差を生じても、反射フィルム24が基板12を反らせることはない。特に、反射フィルム24をコレステリック液晶層などの液晶材料で形成することにより、反射フィルム24を、より柔らかく、かつ、薄くできるので、基板12の反りを、より確実に防止できる。
加えて、有機膜を含む反射フィルム24は、成膜基材から剥離して、反射フィルム24のみを発光装置に貼着することができる。そのため、反射フィルム24が成膜基材を有することによる厚膜化によって、基板12の反りが生じやすくなることもない。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射中心波長(選択反射の中心波長)λは、コレステリック液晶相における螺旋ピッチPに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率nとλ=n×Pの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチPを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、螺旋ピッチPが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋ピッチPとは、すなわち、コレステリック液晶相の螺旋構造1ピッチ分(螺旋の周期)の厚さ方向の長さである。言い換えれば、螺旋ピッチPとは、螺旋の巻き数1回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクターが360°回転する螺旋軸方向の長さである。液晶化合物のダイレクターとは、例えば、棒状液晶化合物であれば長軸方向である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および/または添加されるカイラル剤の種類によって調節できる。
コレステリック液晶層は、断面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて観察すると、図4に概念的に示すように、通常、明部Bと暗部Dとの縞模様が観察される。すなわち、コレステリック液晶層の断面では、明部Bと暗部Dとを交互に積層した層状構造が観察される。
コレステリック液晶層は、3つの明部Bおよび2つの暗部D(2つの明部Bおよび3つの暗部D)が、コレステリック液晶相の螺旋1ピッチ分に相当する。
膜厚方向に螺旋ピッチPが変化しているコレステリック液晶層は、明部と暗部の間隔、すなわち、螺旋ピッチPが層の厚さ方向で変化している。そのため、図4に示すような均一な螺旋ピッチPを有するコレステリック液晶相を固定した層よりも選択反射の波長帯域の範囲が広く、広範な波長帯域で選択反射を示す。
例えば、光の照射によってHTPが小さくなるカイラル剤を用いることにより、光の照射によってカイラル剤のHTPが低下する。
ここで、照射される光は、コレステリック液晶層の形成材料によって吸収される。従って、例えば、上方から光を照射した場合には、光の照射量は、上方から下方に向かって、漸次、少なくなる。すなわち、カイラル剤のHTPの低下量は、上方から下方に向かって、漸次、小さくなる。そのため、HTPが大きく低下した上方では、螺旋の誘起が小さいので螺旋ピッチPが長くなる。これに対して、HTPの低下が小さい下方では、カイラル剤が、本来、有するHTPで螺旋が誘起されるので、螺旋ピッチPが短くなる。
その結果、ピッチグラジエント構造のコレステリック液晶層によれば、入射角度に応じたブルーシフトによる反射率の変化が緩やかになる。そのため、反射フィルム24に入射する角度に応じた、光の反射率(透過率)の変化を小さくできる。本発明の発光装置10においては、これにより、発光素子14の配光分布を、より好適にバットウイング化して、輝度ムラが無い、面方向の輝度が、より均一な光を照射できる。
本発明に用いられる液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよいが、棒状液晶化合物であることが好ましい。
コレステリック液晶構造を形成する棒状の液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
多官能液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。多官能液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは一分子中に1~6個、より好ましくは1~3個である。多官能液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、WO95/022586、WO95/024455、WO97/000600、WO98/023580、WO98/052905、特開平1-272551号公報、同6-16616号公報、同7-110469号公報、同11-080081号公報、特開2001-328973号公報、WO2016/194327、および、WO2016/052367などに記載の化合物が含まれる。2種以上の多官能液晶化合物を併用してもよい。2種以上の多官能液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる場合がある。
本発明に用いられるカイラル剤(キラル剤)はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。カイラル化合物は、化合物によって誘起する螺旋のセンスまたは螺旋ピッチPが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
カイラル剤としては、公知の化合物を用いることができるが、シンナモイル基を有することが好ましい。カイラル剤の例としては、液晶デバイスハンドブック(第3章4-3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989)、特開2003-287623号、特開2002-302487号、特開2002-080478号、特開2002-080851号、特開2010-181852号、および、特開2014-034581号等の各公報に記載の化合物が挙げられる。
また、カイラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物における、カイラル剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して、0.01~200モル%が好ましく、1~30モル%がより好ましい。
また、カイラル剤は、波長313nmにおけるモル吸光係数が30000以上のカイラル剤であることが好ましい。
液晶組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63-040799号公報、特公平5-029234号公報、特開平10-095788号公報、特開平10-029997号公報、特開2001-233842号公報、特開2000-080068号公報、特開2006-342166号公報、特開2013-114249号公報、特開2014-137466号公報、特許4223071号公報、特開2010-262028号公報、特表2014-500852号公報記載)、オキシム化合物(特開2000-066385号公報、特許第4454067号公報記載)、および、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。重合開始剤に関しては、例えば、特開2012-208494号公報の段落0500~0547の記載も参酌できる。
アシルフォスフィンオキシド化合物としては、例えば、市販品のBASFジャパン(株)製のIRGACURE810(化合物名:ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド)を用いることができる。オキシム化合物としては、IRGACURE OXE01(BASF社製)、IRGACURE OXE02(BASF社製)、TR-PBG-304(常州強力電子新材料有限公司製)、ならびに、アデカアークルズNCI-831およびアデカアークルズNCI-930(ADEKA社製)等の市販品を用いることができる。チオキサントン化合物としては、カヤキュアーDETX(日本化薬社製)等の市販品を用いることができる。
重合開始剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して、0.01~4.00質量%が好ましく、0.1~2.00質量%がより好ましい。
本発明において、コレステリック液晶層となる液晶組成物は、ラジカル捕捉能を持つ官能基を有するものとしてラジカル捕捉剤を有してもよい。
ラジカル捕捉剤としては、公知の化合物を用いることができ、例えば、フェノール系化合物(好ましくは、ヒンダードフェノール系化合物)、ヒンダードアミン系化合物、ジフェニルアミン系化合物、リン原子含有化合物(好ましくは、ホスファイト系化合物)、および、硫黄原子含有化合物が挙げられる。
ラジカル捕捉剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して、0.1~10質量%が好ましく、1.1~3.3質量%がより好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]、4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量を3質量%以上とすることにより、架橋密度向上の効果を得ることができる。架橋剤の含有量を20質量%以下とすることにより、コレステリック液晶構造の安定性の低下を防止できる。
液晶組成物中には、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック液晶構造とするために寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例としては特開2007-272185号公報の段落〔0018〕~〔0043〕等に記載のフッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、特開2012-203237号公報の段落〔0031〕~〔0034〕等に記載の式(I)~(IV)で表される化合物などが挙げられる。
なお、配向制御剤としては1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶組成物は界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤は、安定的にまたは迅速にプレーナー配向のコレステリック構造とするために寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ-ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましい。
その他、液晶組成物は、重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、液晶組成物中には、必要に応じて、さらに酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学性能を低下させない範囲で添加することができる。
なお、複数のコレステリック液晶層を有する積層膜は、上述したコレステリック液晶層の形成工程を繰り返し行うことにより、形成することができる。
液晶組成物の調製に使用する溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましく用いられる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が特に好ましい。
液晶組成物の塗布方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。液晶組成物の塗布方法としては、例えば、ワイヤーバーコーティング法、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、および、スライドコーティング法などが挙げられる。
また、液晶組成物の塗布は、別の支持体上に塗設した液晶組成物の塗膜を転写することによっても実施できる。
また、液晶組成物を打滴することも可能である。打点方法としては、インクジェット法を用いることができる。
塗布した液晶組成物を加熱することにより、液晶分子を配向させる。加熱温度は、200℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。この配向処理により、重合性液晶化合物が、フィルム面に対して実質的に垂直な方向に螺旋軸を有するようにねじれ配向している構造が得られる。
配向させた液晶化合物をさらに重合させることにより、液晶組成物を硬化することができる。重合は、熱重合、光照射を利用する光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射量は100~1,500mW/cm2が好ましく、100~600mW/cm2がより好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2~50J/cm2が好ましく、100~1,500mJ/cm2がより好ましい。
紫外線は、波長200~430nmに発光を含む光源により照射するのが好ましく、300~430nmに発光を含む光源により照射するのがより好ましい。また、使用する素材の分解や副反応を防止する観点では、波長300nm以下の光の透過率を20%以下に抑えるために、波長カットフィルタ-等を使用することができる。
カイラル剤の光異性化とは、光を照射されることによってカイラル剤のHTPが変化することである。すなわち、液晶組成物に光を照射することで、液晶組成物中のカイラル剤のHTPを厚さ方向で異なるものとすることで、厚さ方向に螺旋ピッチPが変化しているコレステリック液晶層を形成することができる。その際、厚さ方向における液晶組成物の螺旋ピッチPの変化の促進と、液晶組成物の硬化を同時に行うことが好ましい。
紫外線照射時の温度は、コレステリック液晶相が乱れないように、コレステリック液晶相を呈する温度範囲に維持することが好ましい。紫外線照射時の温度範囲は、25~140℃が好ましく、40~120℃がより好ましい。
また、紫外線照射時の酸素濃度は、窒素置換等の方法により、雰囲気中の酸素濃度を低下させることが好ましく、酸素濃度として、3.0%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。
重合反応率は安定性の観点から、高いほうが好ましい。具体的には、重合反応率は、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましい。重合反応率は、重合性の官能基の消費割合を、IR吸収スペクトルを用いて測定することにより、決定することができる。
例えば、カイラル剤を異性化させる光の波長と液晶組成物を硬化させるための光の波長とを異なるものとして、厚さ方向における液晶組成物の螺旋ピッチPの変化の促進を行った後に液晶組成物の硬化を行う方法、および、螺旋ピッチPが段階的に異なる複数のコレステリック液晶層を積層して形成する方法等の、従来公知のコレステリック液晶層の形成方法が適宜利用可能である。なお、『カイラル剤を異性化させる光の波長と液晶組成物を硬化させるための光の波長とを異なるものとする』とは、言い換えれば、『カイラル剤を異性化させる光の波長で感光しない重合開始剤を用いる』ということである。
すなわち、本発明において、反射フィルム24を構成するコレステリック液晶層は、厚さ方向に螺旋ピッチPが均一な、通常のコレステリック液晶層であってもよい。このようなコレステリック液晶層は、光の照射によってHTPが変化しないカイラル剤を用いることで、形成できる。
ここで、本発明において、コレステリック液晶層36は、断面における明部および暗部が、波打ち構造を有するのが好ましい。
図4に示すように、成膜基材38上に配置されたコレステリック液晶層36の断面では、通常、SEM観察により、明部Bと暗部Dとの縞模様が観察される。すなわち、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層36の断面では、明部Bと暗部Dとを交互に積層した層状構造が観察される。
一般的に、明部Bおよび暗部Dの縞模様(層状構造)は、図4に示すように、成膜基材38の表面すなわちコレステリック液晶層36の形成面と平行となるように形成される。このような構成の場合、コレステリック液晶相の液晶化合物の螺旋軸は、成膜基材38の表面に直交した状態で揃っているため、コレステリック液晶層36は、鏡面反射性を示す。すなわち、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層36の法線方向から光が入射される場合、法線方向に光は反射されるが、斜め方向には光は反射されにくく、拡散反射性に劣る(図4中の矢印参照)。
そのため、反射フィルム24の第1反射層24aおよび第2反射層24bとなるコレステリック液晶層が波打ち構造を有することで、反射フィルム24によって反射される光を、拡散反射することができる。その結果、波打ち構造を有するコレステリック液晶層によれば、少ない反射回数で発光素子14の配光分布をバットウイング化して、発光装置10の効率を向上できる。
ここで、反射フィルム24(第1反射層24aおよび第2反射層24b)を形成する波打ち構造を有するコレステリック液晶層は、SEM観察により隣接する山と谷とに挟まれた波打ち構造の明部Bまたは暗部Dが成す連続線の主面に対する角度が、5°以上となる領域を、複数、有するのが好ましい。波打ち構造を有するコレステリック液晶層が、このような構成を有することにより、良好な拡散反射性を得られる。
一例として、高屈折率のポリマー層と、低屈折率のポリマー層とを、交互に積層してなる、ポリマー多層膜(ポリマー誘電体多層膜)が例示される。
ポリマー多層膜としては、反射波長選択性を有する公知のポリマー多層膜が、各種、利用可能である。例えば、高屈折率であるポリエチレンナフタレートと、低屈折率であるナフタレート70/テレフタレート30のコポリエステルとを交互に積層したポリマー多層膜等が例示される。
反射フィルム24の選択反射中心波長が、発光素子14の発光中心波長の-20nmを超えると、光軸方向の配光分布が多くなり発光素子の配光分布を適正なバットウイングにできない。反射フィルム24の選択反射中心波長が、発光素子14の発光中心波長の+20nmを超えると、光軸方向の配光分布が多くなることに加えて、角度が増えるにしたがって光量が減少するため、やはり、適正なバットウイングにできない。
反射フィルム24の選択反射中心波長は、発光素子14の発光中心波長の±10nmが好ましく、一致しているのがより好ましい。
本発明の発光装置10において、反射フィルム24が、このような反射特性を有することにより、ブルーシフトによる反射率の変化が緩やかになり、反射フィルム24に入射する角度に応じた、反射率(透過率)の変動を小さくできる。その結果、バットウイング化した発光素子14の配光分布を、より好適にして、輝度ムラが無い、面方向の輝度が、より均一な光を照射できる。
まず、分光光度計に積分球装置を取り付けたものを用いて、光トラップを用いず、正反射光を含むようにして、反射層の積分反射スペクトルを測定する。次いで、得られた積分反射スペクトルにおいて、ピーク波長および反射率がピーク反射率の半値となる値を知見して、その際の長波長側の波長を検出すればよい。
反射フィルム24の厚さは、3~20μmが好ましく、5~15μmがより好ましく、7~12μmがさらに好ましい。
一例として、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムなどの樹脂フィルム等からなる成膜基材の一面に、コレステリック液晶層からなる反射フィルム24(第1反射層24aおよび第2反射層24b)を上述のようにして形成した、積層体を作製する。成膜基材のコレステリック液晶層の形成面には、必用に応じて、配向膜およびハードコート層等を形成してもよい。
さらに、成膜基材(配向膜およびハードコート層)を剥離して、貼着層20の上に、図1に示すような反射フィルム24を形成する。
支持体として、厚さ50μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4100)を用意した。このPETフィルムは、一面に易接着層を有する。
PETフィルムの易接着層の無い面に、下記の組成のハードコート層組成物を、#3.6のワイヤーバーコーターで塗布した。その後、45℃で60秒乾燥し、25℃にて、紫外線照射装置によって、500mJ/cm2の紫外線を照射して、膜厚1.4μmのハードコート層を有する支持体を作製した。
KAYARAD PET30(日本化薬社製) 50質量部
DCP(新中村化学工業社製、NKエステルDCP) 50質量部
光重合開始剤A 3.0質量部
光重合開始剤B 1.0質量部
下記の界面活性剤F1 0.01質量部
メチルエチルケトン 156質量部
シクロヘキサノン 156質量部
光重合開始剤B:日本化薬社製、カヤキュアーDETX
下記2種のカイラル剤A、Bを用意した。このカイラル剤のいずれかを用いて、後述する第1反射層および第2反射層を形成した。
[第1反射層の形成]
下記に示す成分を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、反射層用組成物Ch-Bを調製した。
メチルエチルケトン 150.6質量部
下記の棒状液晶化合物の混合物 100.0質量部
光重合開始剤B 0.50質量部
カイラル剤B 11.00質量部
上記の界面活性剤 F1 0.027質量部
下記の界面活性剤 F2 0.067質量部
その後、低酸素雰囲気下(100ppm以下)にて、40℃で、照射量60mJ/cm2のメタルハライドランプの光を、光学フィルタSH0350(朝日分光社製)越しに照射し、さらに、100℃で照射量500mJ/cm2のメタルハライドランプの光を照射することで、コレステリック液晶層である第1反射層を作製した。光の照射は、いずれも、第1反射層側から行った。
下記に示す成分を、25℃に保温された容器中にて、攪拌、溶解させ、反射層用組成物Ch-Aを調製した。
メチルエチルケトン 144.9質量部
上記の棒状液晶化合物の混合物 100.0質量部
光重合開始剤A 0.02質量部
光重合開始剤B 1.00質量部
カイラル剤A 6.10質量部
上記の界面活性剤 F1 0.027質量部
上記の界面活性剤 F2 0.067質量部
その後、低酸素雰囲気下(100ppm以下)にて、75℃で、照射量60mJ/cm2のメタルハライドランプの光を、光学フィルタ(朝日分光社製、SH0350)を通して照射し、さらに、100℃で、照射量500mJ/cm2のメタルハライドランプの光を照射することで、コレステリック液晶層である第2反射層を形成することで反射フィルムを形成し、反射フィルム用転写フィルムを作製した。光の照射は、いずれも、第2反射層側から行った。
第1反射層および第2反射層は、同じ厚さになるように、組成物の塗布を行った。反射分光膜厚計(大塚電子製、FE3000)を用いて膜厚を測定したところ、反射フィルムの膜厚(第1反射層と第2反射層との合計膜厚)は、9μmであった。
また、反射フィルムの断面をSEMで観察したところ、第1反射層および第2反射層は、共に、明部および暗部が波打ち構造を有していた。
分光光度計(日本分光社製、V-550)に大型積分球装置(日本分光社製、ILV-471)を取り付けたものを用いて、光トラップを用いず、正反射光を含むようにして、反射フィルム(第1反射層と第2反射層との積層体)の積分反射スペクトル(SCI)を測定した。サンプルの設置方法は、サンプルの反射フィルム形成面を光の入射側に向けてセットした。測定波長範囲は350nmから780nmとした。
得られた積分反射スペクトルにおいて、反射帯域の長波長側の半値波長、すなわち、ピーク波長および反射率がピーク反射率の半値となる長波長側の波長を検出した。
半値は下記式で定義した。
半値=(反射率の最大値-ピーク波長より長波長側の波長域での最小値)/2
積分反射率と同様に、分光光度計(日本分光社製、V-550)に大型積分球装置(日本分光社製、ILV-471)を取り付けたものを用い、正反射方向の光トラップを用いて、正反射光を除去して波長選択性反射フィルムの積分反射スペクトル(SCE)を測定した。サンプルの設置方法は、サンプルの反射フィルム形成面を光の入射側に向けてセットした。測定波長はバックライトの光源の発光波長とした。例えばバックライトの光源の発光波長が450nmの場合、波長450nmでSCEを測定した。
先に測定したSCIのバックライトの光源の発光波長での値を用い、下記式によって光拡散性を求めた。
光拡散性[%]=(SCE/SCI)×100
光拡散性は、50%以上あれば、良好である。
青色LED(日亜化学社製、NSSC146A、発光中心波長450nm)を、リフロー半田法を用いてフレキシブルプリント基板(A4サイズ、厚さ100μm)上にはんだ付けした。青色LEDの間隔は20mmとして、正方格子状となるように二次元的に配列した。
次に、反射層(古川電工社製、MCPET(発泡PET))を用意し、反射層に青色LED配置と同間隔となるように、20mm間隔で直径3mmの穴をあけ、穴の部分に青色LEDが一致するようにフレキシブルプリント基板上に重ねた。
この上に、反射フィルムをOCA(スリーエム社製、8172CL、粘着剤)で転写して、発光装置を作製した。転写は、反射層および青色LEDを覆うようにOCAを貼着し、作製した反射フィルム用転写フィルムを、反射フィルムをOCAに向けて貼合したのち、ハードコート層を有する支持体を剥離することで行った。
量子ドットフィルム(QDEF)は、市販のタブレット端末(Amazon社製、Kindle(登録商標)Fire HDX 7)より取り出したものを用いた。2枚のプリズムシートは、稜線を直交して積層した。
実施例1と同じ支持体のハードコート層に、蒸着法を用いてSiO2およびTiO2を交互に、計13層、成膜することで、無機誘電体多層膜(DBR膜)を形成して、反射フィルムを作製した。
無機誘電体多層膜をOCAに向けて、実施例1と同様に、反射層および青色LEDを覆って設けたOCAに反射フィルムを貼着して、発光装置を作製した。この発光装置では、ハードコート層を有する支持体の剥離は行わなかった。従って、比較例1における反射フィルムの厚さは、支持体を含む厚さである。
この発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
特表平9-506837号公報に記載された方法に基づき、以下のようにして、ポリマー多層膜からなる反射フィルムを作製した。
2,6-ポリエチレンナフタレート(PEN)と、ナフタレート70/テレフタレート30のコポリエステル(coPEN)とを、ジオールとしてエチレングリコールを用いて、標準ポリエステル樹脂合成釜において合成した。
PENおよびcoPENの単層フィルムを押出成型した後、約150℃で、延伸比5:5で延伸し、約230℃で30秒間、熱処理した。PENの単層フィルムの屈折率は約1.76で、coPENの単層フィルムの屈折率は、約1.64であることを確認した。
続いて、標準押出ダイを装着した25スロット供給ブロックを用いて、PENおよびcoPENを同時押出することにより、PENとcoPENとを、交互に25層有するフィルムを形成した。さらに、同様の操作を繰返して、PENとcoPENとを、交互に25層、有するフィルムを、順に形成し積層することにより、計75層からなる積層体を作製した。
作製した積層体を、約150℃で、延伸比5:5で延伸した。次いで、延伸した積層体を、エアーオーブン内において、約230℃で30秒間、熱処理して、ポリマー多層膜からなる反射フィルムを作製した。
作製した反射フィルムを、実施例1と同様に、反射層および青色LEDを覆って設けたOCAに反射フィルムを貼着して、発光装置を作製した。
この発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
反射層用組成物Ch-Aおよび反射層用組成物Ch-Bにおいて、カイラル剤の添加量を変更した以外は、実施例1と同様に、反射フィルム用転写フィルムを作製した。なお、カイラル剤の添加量を増やすことで、反射層の選択反射中心波長は短波長側に移動し、カイラル剤の添加量を減らすことで、反射層の選択反射中心波長は長波長側に移動する。
この反射フィルム用転写フィルムを用いて、実施例1と同様に発光装置を作製し、作製した発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
第1反射層および第2反射層の形成において、反射層用組成物を塗布、乾燥した後の光照射を、100℃で、照射量500mJ/cm2のメタルハライドランプの光照射に変更し、塗布時の塗布量を調節することで膜厚を変更した以外は、実施例1と同様に、反射フィルム用転写フィルムを作製した。
この反射フィルム用転写フィルムを用いて、実施例1と同様に発光装置を作製し、作製した発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
支持体において、PETフィルムの易接着層のない面をラビング処理して、ハードコート層を形成しない支持体を用意した。
この支持体を用いた以外は、実施例1と同様に、反射フィルム用転写フィルムを作製した。
この反射フィルム用転写フィルムを用いて、実施例1と同様に発光装置を作製し、作製した発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
反射層用組成物Ch-Aおよび反射層用組成物Ch-Bにおいて、塗布時の塗布量を調節することで膜厚を変更した以外は、実施例1と同様に、反射フィルム用転写フィルムを作製した。
この反射フィルム用転写フィルムを用いて、実施例1と同様に発光装置を作製し、作製した発光装置を用いて、実施例1と同様に面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置に対して以下の測定を行うことで、作製した発光装置の光利用効率および均一性を評価した。
また、以下の方法で、発光装置の反りの評価を行った。
2次元輝度計(Radiant Imaging社製、ProMetric)を用いて、作製した面状照明装置を発光面の正面から撮影した。面状照明装置の中心部10cm四方の範囲を選択し、その範囲の、平均輝度、最大値および最小値を取得した。
光利用効率および均一性を下記式で評価した。
光利用効率=平均輝度/反射フィルムを用いないときの平均輝度
均一性=(最大値-最小値)/平均輝度
光利用効率の評価は、下記の基準で行った。
A:80%以上
B:80%未満
他方、均一性の評価は、下記の基準で行った。
A:1.5%未満
B:1.5%以上2.0%未満
C:2.0%以上
温度変化による反りやすさを評価するため、25℃および45℃における発光装置のフレキシブルプリント基板の反り量を測定した。
発光装置を、発光素子が上面を向くようにしてテーブルに平置きし、各温度において、フレキシブルプリント基板(A4サイズ(297mm×210mm))の4隅のテーブル面からの高さを測定し、その平均値を求めた。
フレキシブルプリント基板が、4隅が浮かない方向に反る場合は、発光装置の反射フィルムを貼合した側の面がテーブルに向くように逆向きに平置きし、反り量に対して負の符号をつけて記録した。
フレキシブルプリント基板の反りやすさの評価は、下記の基準で行った。
A:反りの変化の絶対値が1mm未満
B:反りの変化の絶対値が1mm以上
結果を下記の表に示す。
実施例1と実施例3および実施例4との対比から、発光素子の発光中心波長と、反射フィルムの選択反射中心波長とを一致させることにより、より好適に発光素子の配光分布のバットウイング化を図り、光の均一性を向上できる。
実施例1と実施例5との対比から、反射フィルムの反射スペクトルの半値幅における長波長側の波長を、選択反射中心波長の1.1~1.2倍とすることにより、反射フィルムへの入射角度に対する光の透過率の変化を緩やかにして、より好適に発光素子の配光分布のバットウイング化を図り、光の利用効率を向上できる。
実施例1と実施例6との対比から、反射フィルムを構成するコレステリック液晶層を波打ち構造にすることにより、反射フィルムによる光の拡散性を良好にして、より好適に発光素子の配光分布のバットウイング化を図り、光の利用効率を向上できる。
実施例1と実施例7との対比から、反射フィルムの厚さを12μm以下とすることにより、より好適に基板の反りを抑制できる。
選択反射中心波長が発光素子の発光中心波長の±20nmを超える比較例2および比較例3は、発光素子の配光分布のバットウイング化を適正にできず、光の均一性が悪い。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 基板
14 発光素子
16 反射層
20 貼着層
24 反射フィルム
24a 第1反射層
24b 第2反射層
36 コレステリック液晶層
38 成膜基材
Claims (5)
- 基板と、前記基板に搭載される発光素子と、反射層と、波長選択性反射フィルムと、前記波長選択性反射フィルムを貼着するための貼着層とを有し、
前記発光素子は、発光波長の中心値を350~460nmの範囲に有し、
前記波長選択性反射フィルムは、有機材料を含み、選択的な反射波長帯域の中心波長が、前記発光素子の発光波長の中心値の±20nmであり、さらに、反射帯域の長波長側の半値波長が、選択的な反射波長帯域の中心波長の1.1~1.2倍であることを特徴とする発光装置。 - 前記波長選択性反射フィルムが、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有する、請求項1に記載の発光装置。
- 前記コレステリック液晶層は、走査型電子顕微鏡によって観察される断面において、前記コレステリック液晶相に由来する明部および暗部の少なくとも一部が、波打ち構造を有する、請求項2に記載の発光装置。
- 前記波長選択性反射フィルムが、選択的に反射する円偏光の旋回方向が異なる2層のコレステリック液晶層を有する、請求項2または3に記載の発光装置。
- 前記波長選択性反射フィルムの厚さが12μm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の発光装置。
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