JPWO2008023586A1 - エレクトロルミネッセンス素子、照明装置、および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

正面方向の輝度を高めることができるエレクトロルミネッセンス素子、照明装置、および液晶表示装置を提供する。エレクトロルミネッセンス素子１は、透明基材層１０と、透明基材層１０の上に設けられる透明電極１２Ａと、透明電極１２の上に設けられる発光層１３と、発光層１３の上に設けられる裏面電極１２Ｂとを備える。透明基材層１０における透明電極１２Ａとは反対側の表面１０Ｂには、凹状または凸状の錐体を複数含んでなる凹凸構造面１１が形成されている。各錐体を構成する斜面の少なくとも一部には、微小な凹凸部が形成されている。各凹凸部の深さ寸法または高さ寸法Ｙは、当該凹凸部が形成された錐体を構成する底面部の幅寸法の１／２の長さをＸとして０．０１Ｘ≦Ｙ＜０．５Ｘである。

Description

本発明は、エレクトロルミネッセンス素子、照明装置、および液晶表示装置に関し、特に、正面方向の輝度を高めることができるエレクトロルミネッセンス素子、照明装置、および液晶表示装置に関する。

従来、装置を薄型化・軽量化できる観点から、照明装置や液晶表示装置のバックライトとして、エレクトロルミネッセンス素子を用いることが検討されている。一般的なエレクトロルミネッセンス素子は、透明基材層と、この透明基材層の上に設けられる第１電極と、この第１電極の上に設けられる発光層と、発光層の上に設けられる第２電極とを備えて構成されている。このようなエレクトロルミネッセンス素子では、発光面における正面方向の輝度をさらに高めるために様々な改良がなされている。例えば、特許文献１（国際公開第ＷＯ２００４／０１７１０６号パンフレット；対応出願公報 欧州特許出願公開第１５４８４７０Ａ１号明細書）には、透明基材フィルムの表面に四角錐状の突起または窪みが複数形成されたレンズアレイシートを、エレクトロルミネッセンス素子の透明基材層に用いる技術が開示されている。

しかしながら、照明装置や液晶表示装置の各分野では、更なる高輝度化が望まれており、特許文献１に示す技術では、必ずしも十分な輝度を有するとは言えない場合があった。このため、正面方向の輝度をさらに高めることができるエレクトロルミネッセンス素子の開発が求められている。

本発明の目的は、正面方向の輝度を高めることができるエレクトロルミネッセンス素子、照明装置、および液晶表示装置を提供することである。

本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、透明基材層と、この透明基材層の上に設けられる第１電極と、この第１電極の上に設けられる発光層と、この発光層の上に設けられる第２電極と、をこの順に備え、前記透明基材層における前記第１電極とは反対側の表面には、凹状または凸状の錐体を複数含んでなる凹凸構造面が形成され、各錐体を構成する斜面の少なくとも一部には、微小な凹凸部が形成され、各凹凸部の深さ寸法または高さ寸法Ｙは、当該凹凸部が形成された錐体を構成する底面部の幅寸法の１／２の長さをＸとして、０．０１Ｘ≦Ｙ＜０．５Ｘである。ここで用いる通り、「凹凸部」は、「凹凸構造面」を構成する錐体の斜面上に形成されるものである。

ここで、前記凹凸部は、前記錐体の底面部を含む平面に略平行な線状凹部であることが好ましい。また、前記透明基材層と前記第１電極との間には、さらにガスバリア層が設けられていることが好ましい。

本発明によればさらに、前記エレクトロルミネッセンス素子を備える照明装置が提供される。
本発明によればさらに、前記照明装置と、この照明装置の光出射側に配置される液晶パネルとを備える液晶表示装置が提供される。

本発明によれば、錐体の斜面の少なくとも一部に、所定の高さ寸法または深さ寸法を有する微小な凹凸部が形成されているため、この凹凸部において発光層からの出射光が乱反射することにより、正面方向の輝度をより一層高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子の構成を模式的に示す断面図である。 図２は、前記エレクトロルミネッセンス素子を構成する透明基材層の表面に形成された凹凸構造面を模式的に示す斜視図である。 図３は、前記凹凸構造面を構成する一錐体を拡大して示す正面図である。

以下、本発明のエレクトロルミネッセンス素子について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエレクトロルミネッセンス素子の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、エレクトロルミネッセンス素子１は、透明基材層１０と、透明基材層１０の図中上側の表面１０Ａに設けられる第１電極としての透明電極１２Ａと、透明電極１２Ａの上に設けられる発光層１３と、発光層１３の上に設けられる第２電極として裏面電極１２Ｂとを備えている。

透明電極１２Ａは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などにより構成されている。裏面電極１２Ｂは、例えばアルミニウムや、マグネシウム銀合金等の蒸着膜などにより構成されている。これらの透明電極１２Ａと裏面電極１２Ｂとの間には、電圧を印加できるように構成されている。発光層１３には、従来から一般的に用いられる各種の有機材料や無機材料を用いることができ、例えば、特開２００２−１６４１７０号公報や、特開２００６−１３５１０１号公報等に示す材料を用いることができる。具体的には、発光層１３には、青色発光材料（ＢＡｌｑ，Ｚｎｂｏｘ_２など）、黄色発光材料（Ｚｎｓｑ_２，Ａｌｐｈ_３など）、緑色発光材料（Ｔｂ（ａｃａｃ）_３（ｐｈｅｎ）など）、赤色発光材料（Ｚｎａｖｑ_２，Ｅｕ（ＤＢＭ）_３（ｐｈｅｎ）など）や、ホール輸送材料（ＰＶＫ、ＮＰＤ、ＴＰＤなど）、電子輸送材料（Ａｌｑ，ＰＢＤ，ＴＡＺなど）、ドーパント色素（ＴＰＢなど）等を用いることができる。

透明基材層１０は、フィルム状、シート状、または板状に形成される部材であり、その外形は、例えば矩形状に形成される。透明基材層１０の具体的な構成については後述する。透明基材層１０は、透明樹脂材料により構成され、厚み０．１ｍｍとした際に、全光線透過率が９０％以上となることが好ましい。なお、透明樹脂材料には、必要に応じて各種の添加剤を添加したものを用いてもよい。

透明樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどの鎖状ポリオレフィン樹脂；ポリスチレンなどの芳香族ビニル系樹脂；ノルボルネン系重合体、ビニル脂環式炭化水素重合体、モノ環状オレフィン系重合体、環状ジオレフィン系重合体などの脂環式オレフィン樹脂；ポリカーボネート、ポリエチレンフタレート、ポリブチレンフタレート、液晶ポリエステルなどのポリエステル系樹脂；ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂；アクリロニトリルスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレンブタジエン樹脂などのアクリロニトリル系樹脂；ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテルなどのポリエーテル系樹脂；ポリエーテルエーテルケトンなどのケトン系樹脂などが挙げられる。中でも、活性エネルギー線の照射により容易に架橋反応などが起こり、特定の溶媒に対する溶解性が変化し易いものとしては、鎖状ポリオレフィン樹脂、脂環式オレフィン樹脂、ポリエーテル系樹脂などが好ましく、なかでも可視光の吸収が少なく、かつ吸水性が低いという理由から脂環式オレフィン樹脂が最も好ましい。

脂環式オレフィン樹脂は、分子内に脂環式構造を有するオレフィンの重合体である。脂環式オレフィン樹脂としては、脂環式構造を含有するノルボルネン系モノマーの開環重合体及びその水素添加物、ノルボルネン系モノマーと他のモノマーとの開環重合体及びその水素添加物、ノルボルネン系モノマーの付加重合体及びその水素添加物、ノルボルネン系モノマーと他のモノマーとの付加共重合体及びその水素添加物などのノルボルネン系重合体；ポリビニルシクロアルカン、ポリビニルシクロアルケン、芳香族ビニル重合体の水素添加物などのビニル脂環式炭化水素重合体；ポリシクロペンテン、ポリシクロヘキセンなどのモノ環状オレフィン系重合体；ポリシクロヘキサジエンなどの環状ジオレフィン系重合体などを挙げることができる。これらの中でも、ノルボルネン系重合体、およびビニル脂環式炭化水素重合体が好ましい。また、ビニル脂環式炭化水素重合体は、ビニルシクロアルカンやビニルシクロアルケン、芳香族ビニル系モノマーなどと共重合可能な他のモノマー、例えば、ブタジエンやイソプレンなどのビニル系モノマーなどとの共重合体であってもよく、その重合形態も、ブロック重合体、ランダム重合体のいずれでもよい。

図１に示すように、透明基材層１０における、透明電極１２Ａとは反対側の表面（図中下側の面）１０Ｂには、凹凸構造面１１が形成されている。ここで、透明基材層１０としては、一体的に形成されたものであってもよいし、シート状（フィルム状、板状）の基材本体と、この基材本体の表面に積層され、その表面に凹凸構造面１１が形成されたシートとを備えた構成としてもよい。

図２は、凹凸構造面を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、凹凸構造面１１は、凹状または凸状の錐体１１Ａを複数含んで構成されている。ここで、錐体１１Ａとしては、例えば、三角錐や四角錐等の角錐状や、角錐台状、円錐状、円錐台状等を挙げることができる。これらの中でも、錐体としては、正面方向の輝度を向上できるとともに、成形が容易である点から、四角錐であることが好ましい。なお、本実施形態では、錐体が四角錐である。

錐体が四角錐である場合には、その四角錐の底面は正方形や長方形とすることができる。底面が長方形である場合には、短辺の長さをａとし、長辺の長さをｂとした際に、ａ≦ｂ≦５ａの関係を満たすことが好ましく、ａ≦ｂ≦１．５ａの関係を満たすことがより好ましい。一辺の長さａは、０．１μｍ〜５００μｍとすることができ、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍであり、より好ましくは０．１μｍ〜５０μｍであり、モアレの発生を防止できる観点から、さらに好ましくは０．１μｍ〜５０μｍである。

ここで、錐体の頂角は、２０度〜１４０度であることが好ましく、３０度〜１２０度であることがより好ましい。また、錐体を構成する底面部の幅寸法の１／２の長さＸ（図３参照）は、０．５μｍ〜５０μｍとすることができ、５μｍ〜４０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。このような寸法とすることで、正面方向の輝度を高めることができる。ここで、錐体を構成する底面部の幅寸法の１／２の長さとは、錐体が円錐状である場合には、円形の底面部の半径を示し、錐体が楕円錐状である場合には、楕円形の底面部の長径と短径の平均値の１／２の値を示す。また、錐体が角錐状である場合には、多角形状の底面部を構成する一辺の長さの平均値の１／２の値を示している。

凹凸構造面１１は、略同一形状の錐体を複数含んでなる構成としてもよいし、形状の異なる複数種類の錐体を複数含んでなる構成としてもよい。また、複数の錐体は、正格子状に配置してもよいし、千鳥格子状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。ただし、より高輝度にできる点で、正格子状または千鳥格子状に配置することが好ましい。さらに、隣り合う錐体は、隣接するように配置されてもよいし、離間して配置されてもよい。

図３は、各錐体を拡大して示す正面図である。
図３に示すように、四角錐として形成された錐体１１Ａの各斜面１１Ｂには、凹凸部としての凹部１５がそれぞれ形成されている。凹部１５は、錐体１１Ａの各斜面１１Ｂに１つずつ形成されている。本実施形態では、凹部１５は、錐体１１Ａの底面部１１Ｃを含む平面に略平行（図３中の横方向）に延びる線状に形成され、その短手方向（図３中の縦方向）の断面が三角形状である。この線状に形成された凹部１５の深さ寸法（すなわち、凹部の底面部分と頂点との間の長さ）Ｙは、四角錐状の錐体１１Ａの幅寸法である一辺の長さの１／２の長さＸとの間で、０．０１Ｘ≦Ｙ＜０．５Ｘとなることが好ましく、０．０５Ｘ≦Ｙ≦０．３Ｘとなることがより好ましい。このような関係を満たす凹部１５を設けることにより、高輝度化を奏することができる。また、各斜面１１Ｂに形成される凹部１５の面積（凹部が複数ある場合には、全凹部の合計面積とする）は、各斜面１１Ｂの面積の１０％〜５０％であることが好ましく、２０％〜３０％であることがより好ましい。ここで「略」平行とは、完全に平行な方向から３°以内の誤差を含む。

次に、本発明を構成する透明基材層の製造方法について説明する。
透明基材層は、例えば、（１）凹凸部が形成された金型を用いて、透明樹脂を射出成形や射出圧縮成形などにより加熱溶融成形を行う方法、（２）凹凸部が形成されたダイを用いて溶融押出成形を行う方法、（３）凹凸部が形成された金型に紫外線硬化樹脂を塗布した後、紫外線照射して該樹脂を硬化させ、パターンを転写するいわゆる２Ｐ法、（４）樹脂製シート（フィルム、板も含む）をガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度まで加熱し、その状態で凹凸部が形成された金型を押し当て、その後、前記Ｔｇよりも低い温度で樹脂シートから金型を外すいわゆるナノインプリント法、などにより作成することができる。これらの中でも、成形が容易である点で、(４)の方法を好適に用いることができる。

金型を作製する方法としては、例えば切削技術や、一般的なフォトリソ技術を用いることができる、例えば、切削技術を用いる場合には、下記のようにして金型を作製できる。まず、金属製の板材（もしくは金属製のロール）を用意し、この板材の全面に、例えば約１００μｍ厚のニッケル−リン無電解メッキ層を施す。次に、断面三角形状の単結晶ダイヤモンドチップを用意し、このチップの表面に、例えば、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）装置を用いて、その照射強度を適宜調整して微細加工を施し、そのチップ表面の一部に線状凹部を形成する。次いで、このチップが取り付けられたバイトを微細加工用の工作機械に取り付け、前記板材の一辺に沿った第１方向に所定ピッチで切削加工した後、この第１方向に交差（例えば直交など）する第２方向に所定ピッチで切削加工して、複数の四角錐体からなる凹凸面が形成された金型を作製する。次に、ナノインプリント装置を用いて、予めシート状に形成された透明樹脂シートを、当該樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱してから前記金型の凹凸面を押し当て、その後、当該樹脂のガラス転移点以下の温度まで冷却してから前記金型を外す。これにより、複数の錐体からなる凹凸構造面が形成された透明基材層を形成できる。なお、必要に応じて、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向に切削加工を施してもよい。

本実施形態によれば、透明基材層１０の表面に複数の四角錐状の錐体１１Ａからなる凹凸構造面１１を形成し、各錐体１１Ａの各斜面１１Ｂに微細な半球状の凹部１５を形成したので、発光層１３からの光の乱反射がさらに生じ、光取出効率を高めることができる。このため、正面方向の輝度がより一層高いエレクトロルミネッセンス素子を提供できる。従って、このように高輝度な素子を用いることにより、より高輝度な照明装置や、この照明装置と、この照明装置の光出射側に配置される液晶パネルとを備えてなる液晶表示装置を提供できる。

以上のようなエレクトロルミネッセンス素子は、前述したように、十分な輝度を有するため、一般照明装置や、液晶表示装置のバックライト装置に好適に用いることができる。

なお、本発明は、前記実施形態には限定されず、本願の請求の範囲及びその均等の範囲内での変更を施すことができる。
例えば、透明基材層、第１電極、発光層、第２電極はこの順に設けられるが、これらは直接接して設けられる場合に限られず、間に他の層が介在して設けられてもよい。具体的には、前記実施形態では、透明基材層１０と透明電極１２Ａとを直接積層していたが、これらの部材１０，１２Ａの間に、例えばＳｉＯ_２をスパッタリングすること等によりガスバリア層を積層してもよい。ガスバリア層を設けることにより、発光層１３において効率よく発光させることができる。

また、前記実施形態では、各斜面に凹部を１つずつ形成したが、各斜面に凹部を複数個形成してもよい。また、一の斜面に形成する凹部の数と、他の斜面に形成する凹部の数とが異なっていてもよい。また、一の斜面に形成する凹部の形状と、他の斜面に形成する凹部の形状とが異なっていてもよいし、同一でもよい。

前記実施形態では、凹部を断面三角形の線状凹部としたが、断面多角形状や半円状の線状凹部としてもよい。この際、前記線状凹部は、錐体の底面と略平行な方向に延びるように形成したが、底面と垂直となる方向などの、底面と交差する方向に延びるように形成してもよく、その延びる方向は特に限定されない。また、これらの線状凹部は、各斜面に１つずつ形成してもよいし、各斜面に複数形成してもよい。

また、前記実施形態では、凹部を線状としたが、半球状としてもよい。このように半球状の凹部を作製する方法としては、例えば、フォトリソ技術において、照射する電子線の照射量（強さ）を適宜調整することにより、曲面加工を施すことができる。

前記実施形態では、凹凸部として凹部を採用したが、凸部としてもよい。凸部の形状としては、本実施形態の凹部と同様に、線状や、半球状等とすることができ、その数や方向も特に限定されない。

次に、本発明について、実施例および比較例１，２を用いてさらに詳細に説明する。

＜実施例＞
５０ｍｍ×５０ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０製の矩形板材の全面に、厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施した。次いで、頂角９０度の単結晶ダイヤモンドチップ（コンツールファインツーリング社製）の表面に、集束イオンビーム装置（日立ハイテクノロジー社製）を用いて、幅寸法５μｍで、深さ寸法２μｍの断面三角形状の凹部を微細加工し、微細加工済みチップを作製した。このチップをバイトに取り付けて微細加工済みチップが取り付けられたバイトを作製した。

次に、このような微細加工済みチップが取り付けられたバイトを、微細加工用の工作機械（例えば、ナノグルーバ ＡＭＧ７１Ｐ、不二越社製）に用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に対して、板材の短辺方向に沿って、幅２０μｍ、高さ１０μｍ、ピッチ２０μｍ、頂角９０度の断面二等辺三角形状の線状部を複数切削加工した。次いで、板材の長辺方向に沿って、前記同様のピッチで線状部を複数切削加工した。これにより、矩形の板材に複数の四角錐が正格子状に配置された凹凸面を有する金型を作製した。この際、金型表面に形成された四角錐の各斜面には、四角錐の底面に沿った方向に延びる断面三角形で凸状の線状部が１本形成されていた。

次に、ナノインプリント装置（例えば、ホットエンボス装置「ＥＶＧ５２０ＨＥ」、ＥＶＧ社製）を用いて、脂環式オレフィン樹脂からなる透明樹脂シート（ゼオノアフィルムＺＦ１６、日本ゼオン社製）を、当該樹脂のガラス転移点（１６０度）以上の温度である１９０度に加熱してから前記金型の凹凸面を押し当て、その後、当該樹脂のガラス転移点以下の温度である１５０度まで冷却してから前記金型を外した。これにより、複数の錐体からなる凹凸構造面が形成された透明基材層フィルムを形成した。得られた透明基材層には、底面部が２０μｍ×２０μｍの正方形である四角錐が複数形成されていた。この四角錐は、その頂角が９０度であり、その高さが１０μｍであった。四角錐の各斜面には、底面の沿った方向に延びるとともに、その深さ寸法が２μｍで断面三角形状の線状凹部が形成されていた。このように、正方形の底面部の一辺の長さの１／２であるＸが１０μｍであり、凹部の深さＹが２μｍであるため、０．０１Ｘ≦Ｙ＜０．５Ｘ、さらには０．０５Ｘ≦Ｙ≦０．３Ｘを満たしていた。

次に、透明基材層に厚み３００ÅのＩＴＯを蒸着して透明電極を形成した後、このＩＴＯを蒸着した面を純水で洗浄した後ＩＰＡの蒸気洗浄を行い、真空蒸着装置にセッティングした。次に、チャンバー内の真空度を１０^−５〜１０^−６Ｔｏｒｒ（１０^−３〜１０^−４Ｐａ）程度の真空とし、水晶振動子によりあらかじめ用意した検量線を使用し、ホール輸送材料であるＴＰＤ（４２０Å）／青色発光材料であるＺｎＢｏｘ_２（２８０Å）／黄色発光材料であるＡｌｐｈ３（２０Å）／赤色発光材料であるＺｎａｖｑ_２（３１０Å）を順次成膜して、白色有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層を形成した。次いで、この発光層の上にマグネシウム銀合金を蒸着して裏面電極を形成して積層体を得た。こうして得られた積層体を窒素で充満したドライボックスに移動させ、このボックス内で、ＢａＯＨの粉末を吸湿剤とした封止管をＵＶ接着剤で封止固定した。このようにして、エレクトロルミネッセンス素子を得た。得られた素子に対して、透明電極と裏面電極との間に電圧を印加し、その時の正面方向の輝度を積分球で測定したところ、その視感効率が１６．４（ｌｍ/Ｗ）であった。

＜比較例１＞
透明基材層の表面に線状凹部を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、エレクトロルミネッセンス素子を得た。実施例１と同様にして評価したところ、その視感効率が１２．６（ｌｍ/Ｗ）であった。

＜比較例２＞
透明基材層の表面に凹凸構造面を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、エレクトロルミネッセンス素子を得た。実施例１と同様にして評価したところ、その視感効率が５．５（ｌｍ/Ｗ）であった。

実施例は、比較例１，２に比べて視感効率が１．５〜３倍程度に増加していることが分かった。このため、正面方向の輝度がさらに向上していることが分かった。

Claims (5)

1. 透明基材層と、この透明基材層の上に設けられる第１電極と、この第１電極の上に設けられる発光層と、この発光層の上に設けられる第２電極と、をこの順に備えるエレクトロルミネッセンス素子であって、
   前記透明基材層における前記第１電極とは反対側の表面には、凹状または凸状の錐体を複数含んでなる凹凸構造面が形成され、
   各錐体を構成する斜面の少なくとも一部には、微小な凹凸部が形成され、
   各凹凸部の深さ寸法または高さ寸法Ｙは、当該凹凸部が形成された錐体を構成する底面部の幅寸法の１／２の長さをＸとして、０．０１Ｘ≦Ｙ＜０．５Ｘであるエレクトロルミネッセンス素子。
2. 前記凹凸部は、前記錐体の底面部を含む平面に略平行な線状凹部である請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記透明基材層と前記第１電極との間には、さらにガスバリア層が設けられている請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
4. 請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子を備える照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置と、この照明装置の光出射側に配置される液晶パネルとを備える液晶表示装置。

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