(57)【要約】【課題】自発光素子からなる面発光体において、この面発光体から出射される光の利用効率を高めると共に正面輝度を大きく向上させ、環境変化に対する耐久性が高く、ＵＶ光を面発光素子に照射する必要がないことから素子の劣化を防ぎ、且つ面光源素子とフィルムを貼りあわせた後に容易に分離することで面光源素子を再利用可能にする。【解決手段】本発明の面光源素子は、自発光素子からなる面発光素子１の出射面４側の基材に、複数の凸部６が入射面５に設けられた出射光制御シート２と、面発光素子１と出射光制御シート２の中間に設けられ、両面に接着剤層７，８を有する中間フィルム３とを備え、該出射光制御シート２に対する該中間フィルム３の吸湿膨張係数の比が０．１〜１０の範囲におよび／または熱膨張係数の比が０.２〜５の間にあることを特徴とすることで得られる面光源素子である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自発光素子からなる面発光素子と、出射光制御シートと、該面発光素子と該出射光制御シートの中間に設けられる中間フィルムとを備え、該出射光制御シートは、複数の凸部が該面発光素子の出射面に対向する面に設けられており、該中間フィルムは、両面に接着剤層を有し、該中間フィルムにより該面発光素子と該出射光制御シートとが接着されており、該出射光制御シートに対する該中間フィルムの吸湿膨張係数の比が０．１〜１０の範囲にある面光源素子。
【請求項２】
自発光素子からなる面発光素子と、出射光制御シートと、面発光素子と出射光制御シートの中間に設けられる中間フィルムとを備え、該出射光制御シートは、複数の凸部が該面発光素子に対向する面に設けられており、該中間フィルムは、両面に接着剤層を有し、該中間フィルムにより該面発光素子と該出射光制御シートとが接着されており、該出射光制御シートに対する該中間フィルムの熱膨張係数の比が０．２〜５の範囲にある面光源素子。
【請求項３】
自発光素子からなる面発光素子と、出射光制御シートと、面発光素子と出射光制御シートの中間に設けられる中間フィルムとを備え、該出射光制御シートは、複数の凸部が面発光素子と対向する面に設けられており、該中間フィルムは、両面に接着剤層を有し、該中間フィルムにより該面発光素子と該出射光制御シートとが接着されており、該出射光制御シートに対する該中間フィルムの熱膨張係数の比が０．２〜５の範囲にあり、かつ、該出射光制御シートに対する該中間フィルムの吸湿膨張係数の比が０．１〜１０の範囲にある面光源素子。
【請求項４】
該面発光素子の出射面側の基材以外の各層の屈折率が、該面発光素子の出射面側の基材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１〜３に記載の面光源素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の面光源素子の製造方法であって、該出射光制御シートの凸部先端部と該中間フィルムとを該中間フィルムの片面に設けられた光硬化型樹脂層を介して接着し、さらに該中間フィルムと該面発光素子とを該中間フィルムの別の片面に設けられた粘着剤層を介して密着させることを特徴とする面光源素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示装置のバックライト、照明装置などに用いられる面光源素子であって、面発光素子、特に有機ＥＬ素子を備えた面光源素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の多様化に伴って、消費電力が少なく、容積が小さい面発光素子のニーズが高まり、このような面発光素子の一つとしてエレクトロルミネッセンス素子(ＥＬ素子)が注目されている。
【０００３】
そして、このようなＥＬ素子は、使用する材料によって無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに大別される。
【０００４】
ここで、無機ＥＬ素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させ、これにより発光中心を励起させて発光させるようになっている。一方、有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光層内に注入し、このように注入された電子とホールとを発光層内で結合させて、有機材料を励起状態にし、この有機材料が励起状態から基底状態に戻る時に発光するようになっており、無機ＥＬ素子に比べて低い電圧で駆動できるという利点がある。
【０００５】
また有機ＥＬ素子の場合には、発光材料を選択することによって適当な色彩に発光する発光素子を得ることができ、また発光材料を適当に組み合わせることによって白色光を得ることもでき、液晶表示素子等のバックライトとして利用することも期待されている。
【０００６】
ここで、液晶表示素子等のバックライトとして利用する場合、一般に２０００〜４０００ｃｄ/ｍ２程度の正面輝度が必要になる。しかしながら、上記のようなＥＬ素子等の面発光素子を発光させた場合、発光された光は様々な方向に進行し、面発光素子の出射面等において全反射して面発光素子の内部に閉じ込められる光が多く存在するため、十分な正面輝度を得ることが困難である。特に、有機ＥＬ素子の場合においては、素子内部に閉じ込められる光が多く、充分な発光寿命が得られるようにするためには、１０００〜１５００ｃｄ/ｍ２程度の正面輝度しか得られないという問題があった。
【０００７】
そして従来においては、有機ＥＬ素子等の面発光素子を発光させた場合において、その内部に閉じ込められる光を取り出して、その正面輝度を向上させるために、面発光素子の出射面に凹凸が設けるようにしたものや（例えば、特許文献１、非特許文献１など）、面発光素子の出射面に凹凸が設けられた平面部材が、表面に凹凸が現れるように配置されたものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、上記のように面発光素子の出射面に微小な凹凸を設けたり、面発光素子の出射面に凹凸が設けられた平面部材が表面に凹凸が現れるようにして配置された場合、表面の凹凸によって光が散乱され、依然として正面輝度を充分に向上させることができないという問題があった
【０００９】
このような問題を解決するために、特許文献３では凹凸が設けられた調光シートが取り付けられてなる面発光体において、凹凸における凸部の形状が透光性基板出射面にむけて収縮し、この収縮した凸部の先端面の形状が偏平であり、先端面を透光性基板の出射面に接着させると共に凸部と面発光素子の出射面との間に形成される空間部に、屈折率が調光シートの屈折率より低くすることによって面発光素子を備えた面発光体から出射される光の正面輝度を大きく向上させている。しかしながらこの方法は、特に温湿度の環境変化が生じた場合、調光シートと面光源素子の熱膨張差、湿度膨張差によって外周近傍で大きなせん断応力が発生し剥離する課題がある。また凸部が接着剤への埋没量が光学特性に大きく影響することから、埋没量を正確にコントロールするために強固に固定する必要があり、一度面発光体と調光シートを貼りあわせると接着剤と面光源素子を分離することが困難となる。これは面光源と調光シートを貼りあわせた後、調光シート側に欠陥が発見された場合、高価な面光源素子の再利用できず収率の低下を招き、製造コストの増加に繋がる。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−６３７６７号公報
【特許文献２】特開平５−４５５０５号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９５９１公報
【非特許文献１】Journal  of  applied  physics  Volume  91,  Number5  3324-3327(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、自発光素子からなる面発光体から出射される光の利用効率を高めると共に正面輝度を大きく向上させ、温湿度の環境変化が生じた場合にも剥離しにくい面光源素子を提供すること、また、製造工程においてＵＶ光（紫外線）による発光素子の劣化がない面光源素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決する本発明の面光源素子は、自発光素子からなる面発光素子と、出射光制御シートと、該面発光素子と該出射光制御シートの中間に設けられる中間フィルムとを備え、該出射光制御シートは、複数の凸部が該面発光素子の出射面に対向する面に設けられており、該中間フィルムは、両面に接着剤層を有し、該中間フィルムにより該面発光素子と該出射光制御シートとが接着されており、該出射光制御シートに対する該中間フィルムの吸湿膨張係数の比が０．１〜１０の範囲および／または熱膨張係数の比が０．５〜２．０の範囲にある面光源素子である。本明細書に記載の面発光素子は、片面発光、両面発光両方を含める。両面発光の場合は片面だけに出射光制御シートを貼り合せても、両面に貼り合せてもよい。面発光素子また本発明の面光源素子は、該出射光制御シートの凸部先端部と中間フィルムとが接着剤を用いて接着することによって、膨張率が異なることで発生する大きなせん弾力を中間フィルムと面光源素子の間の接着剤層が吸収する。このことによって課題となっていた外周近傍から剥離することを防ぐことが実現できることを見出した。本明細書においては、接着剤なる語は、接着作用の発現に際して硬化を伴うもののみでなく、硬化を伴わないいわゆる粘着剤をも含む語として用いる。
【００１３】
また本発明は、上記の面光源素子において該面発光素子の出射面側の基材以外の各層の屈折率が、面発光素子の出射面側の基材の屈折率よりも高いことが好ましい。これによって、全反射を起させないことが可能となり、発光した光を効率的に出射面方向へ出射できることが見出された。
【００１４】
さらに、本発明の面光源素子を製造するにあたり、該出射光制御シートの凸部先端部と該中間フィルムとを該中間フィルムの片面に設けられた光硬化型樹脂層を介して接着し、さらに該中間フィルムと該面発光素子とを該中間フィルムの別の片面に設けられた粘着剤層を介して密着させることが好ましい。これによって、光硬化型樹脂と凸部先端部が外部の力や温度湿度変化によって変形しないことを見出した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では発光素子と光制御シートを両面に接着剤層を有する中間フィルムを介して貼り合せることによって、ＵＶ光を直接発光素子に照射する必要がなくなることで素子の劣化が防げると共に、膨張係数が大きく異なるガラスと接触面積が小さな樹脂からなる凸部を貼り合せても、外周部から剥離が無く耐久性に優れた面光源素子が実現できる。
【００１６】
さらに各部材を面光源素子側から屈折率を順番に高くすることによって、層界面で発生する全反射を起さないことが可能となり、光利用効率が向上する面光源素子が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明の面光源素子の概略図を示す。この面光源素子は、図２に示されるような自発光素子からなる面発光素子１と、自発光素子から出射された光の内で、面発光素子１の表面で全反射して面発光素子中を横方向に伝播する光の全反射条件を崩すと共に、光の角度分布を制御する出射光制御シート２と中間フィルム３とから成っている。出射光制御シート２は中間フィルム３上に配置される。出射光制御シート２の入射面５には、多数の凸部６が形成されており、この凸部６の光源側側先端と中間フィルム３の光射出面とが第１の接着剤層７を介して光学的に接着されている。中間フィルム８は、第２の接着剤層８を介して面発光素子の出射面４と面接着されている。
【００１８】
本発明の面発光素子１は、図２に示されるような自発光タイプの発光素子９を透明電極１０と反射電極１１で挟み込んだ構造である。透明電極１０側は、ガラス基板１２などにより保護された構造をしており、さらに透明基材１３が接着層１４を介して積層されることが多い。なお、図２に示される面発光素子１において透明基材１３が省略される場合は、面発光素子１の表面の基材はガラスである。面発光する自発光素子９としては、有機ＥＬおよび無機ＥＬ素子が挙げられるが、面発光素子中を横方向に伝播する光が多く、出射光制御シート２の効果が大きい有機ＥＬ素子であるのが好ましい。
【００１９】
出射光制御シート２がない場合、光源から出射された光は空気と基材界面において全反射され基材の側面方向から出射する伝搬光と主面方向から出射する透過光に分かれる。出射光制御シート２を設けることにより、面発光素子１中を伝播する光は凸部６と中間フィルム３の密着部から出射光制御シート２に取り込まれ出射される。したがって、基材内部を伝播する光は凸部６先端の密着部で順次光を取り出されることになる。取り出された光は出射光制御シート２の凸部６の内面で全反射され、集光される。
【００２０】
本発明における中間フィルム３はその両面に第１の接着剤層７と第２の接着剤層８とを有している。中間フィルム３の基材としては、出射光制御シート２に対する該中間フィルム３の吸湿膨張係数の比が０．１〜１０の範囲または熱膨張係数の比が０．５〜２の範囲にある透明な樹脂フィルムから選ばれる。さらに、該出射光制御シート２と該中間フィルム３との膨張率の差が、該導光体と該中間フィルム３との膨張率の差に対して、絶対値が同じか小さいとき、より剥離が生じにくい面光源素子が得られる点で好ましい。該中間フィルム３としては、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、酢酸セルローストリアセテート樹脂（ＴＡＣ）のフィルムが好適に用いられる。第１または第２の接着剤層の接着剤としては、紫外線硬化型、熱硬化型、ホットメルト型、粘着剤等のなかから透明なものを選んで用いることができる。特に第１の接着剤層の接着剤としては、紫外線硬化型の接着剤が好ましく、第２の接着剤層の接着剤としては粘着剤が好ましい。
【００２１】
本発明の面光源素子は出射光制御シート２の凸部６先端部と上記の中間フィルム３とを第１の接着剤層７を介して接着し、さらにその複合化されたフィルムと面発光素子とを第２の接着剤層８を介して接着することにより得られる。ここで、前述したように出射光制御シート２の接着には紫外線硬化型接着剤が好ましいが、有機ＥＬ素子などの自発光素子９は紫外線の照射によって劣化しやすいことが多い。そこで、上記のような順番で製造することにより、自発光素子に直接紫外線を照射しなくてよいため自発光素子９の劣化が避けられることとなる。
【００２２】
また、出射光制御シート２の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による２Ｐ（Photo  Polymerization）法、熱硬化によるキャスト法、射出成形法等によって透明な基材上に形成することができる。該透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂またはガラスが用いられる。出射光制御シートの作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型あるいはポジ型の感光性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することができるし、切削によって作製することもできる。出射光制御シート２はシート状である必要はなく、フィルム状であってもよい。また、本発明における出射光制御シートが備えた凸部６は、１次元的配置のレンチキュラーレンズの様なパターンのほかに２次元的配置のレンズアレイタイプでもよい。出射光制御シート２の光出射面にマイクロレンズアレイが設けられていても良い。
【００２３】
上記の面光源素子をバックライトとして用い、透過型の表示素子と組み合わせることにより、直視型の表示装置を構成することができる。面光源素子の出射面に設けられる透過型の表示素子としては、ＳＴＮ、ＴＦＴなどの液晶パネルが挙げられる。
【実施例】
【００２４】
＜実施例１＞
本発明を実施例により説明する。出射光制御シートは以下通りの方法で作製した。ガラス基板上に感光性樹脂を３０μｍコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光し、現像を行う。光取りだし凸部作製用に対応するフォトマスクパターンは４０μｍ周期でスリット幅６μｍである。現像後の感光性樹脂を熱処理することによってレンズ状の形状を有する原盤を得た。得られた原盤を電鋳することによりスタンパを作製し、スタンパとＰＣフィルムの間に紫外線硬化樹脂を充填した後、紫外線を用いて硬化することによって厚さ２００μｍのＰＣ表面に凹凸パターンを転写して目的の出射光制御シートを得た。
【００２５】
出射光制御シートの基材および中間フィルムにはＰＣフィルムを用いた。出射光制御シートの基材と中間フィルムが同じ材質のため熱膨張係数の比、吸湿膨張係数の比はともに１である。
【００２６】
本実施例では出射光制御シートの凸部の先端のみを接着するため、接着剤として紫外線硬化樹脂を用いた。該接着剤を中間フィルムである厚さ１００μｍのＰＣフィルムの片側にバーコーターで約１０μｍ塗布して第１の接着剤層をなし、第１の接着剤層と厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルムとをラミネーターで貼り合わせる。ＰＣフィルムには第２の接着剤層として３０μｍの粘着剤が第１の接着剤層の反対側に塗布してある。次にＰＥＴフィルム側より高圧水銀ランプから発生される紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂が半硬化状態となった第１の接着剤層を作製する。半硬化状態の第１の接着剤層作製は接着剤の硬度を上げ凸部の先端が接着剤へ埋没させないために行うものである。ＰＥＴフィルムを剥離し中間フィルムの上に接着剤が塗布された形態にする。その上から出射光制御シートを押しつけ圧力２９.４ｋＰａ（０．３ｋｇｆ／ｃｍ２）でラミネーターを用いて貼り付ける。最後に出射光制御シート側から高圧水銀ランプから発せられる紫外線を照射し、第１の接着剤層の接着剤を完全に硬化する。複合化された出射光制御シートは第２の接着剤層の粘着剤を介して面発光素子に貼り付けた。
【００２７】
＜実施例２＞
出射光制御シートにＰＭＭＡフィルム、中間フィルムにＴＡＣフィルムを用いた他は実施例１と同様にして面光源素子を作製した。
各種フィルムの熱膨張係数および吸湿膨張係数を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
＜比較例１＞
比較例１では図３に示すように中間フィルムが存在しない構造のものを作製した。
【００３０】
＜比較例２＞
比較例２では実施例１と同じ構成で出射光制御シートにＰＣフィルム、中間フィルムにＰＥＴフィルムを用いた他は実施例１と同様にして面光源素子を作製した。
【００３１】
＜比較例３＞
比較例３では発光素子面に直接粘接着剤層を転写方式により形成しその上から出射光制御シートを押し付け圧力２９.４ｋＰａ（０．３ｋｇｆ／ｃｍ２）でラミネーターを用いて貼り付ける。最後に出射光制御シート側から高圧水銀ランプから発せられる紫外線を照射し、第１の接着剤層の接着剤を完全に硬化させた。
【００３２】
上記の実施例１、２および比較例１、２で得られた面光源素子を６０℃９０％ＲＨの恒温恒湿環境試験および７０℃の恒温環境試験に投入した。表１に出射光制御シート、中間フィルムおよび導光体の素材の熱膨張係数および吸湿膨張係数を示した。環境試験の結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
６０℃ＲＨ９０％および７０℃の環境試験において、比較例１、２では端部において、出射光制御シートが剥離してくるが、本実施例では１０００時間後でも剥離が生じないことが判明した。中間フィルムを用いない比較例１では出射光制御シートの凸部先端の接着部に応力が集中しているのに対し、実施例１および２では中間フィルムと導光体との面接着部に応力が集中していると推察される。また、比較例２で示されるように中間フィルム材質の膨張係数が出射光制御シート材質と大きく異なると剥離が生じるため、膨張係数が近いものを使用することが必要である。
【００３５】
比較例３では発光素子に直接ＵＶ光が照射された部分は明らかに照射されていない部分と比較して発光時の色輝度が変化する結果となり、均一な発光状態が維持できなくなっていた。
【００３６】
＜実施例３＞
面発光素子の出射面側の基材、第２の接着剤層、中間フィルム、第１の接着剤層、出射光制御シートの順番で積層されるそれぞれの層の屈折率を基材；１．５０、第２の接着剤層；１．５１、中間フィルム；１．５７、第１の接着剤層；１．５１、出射光制御シート；１．５７で構成した場合、各層の主面に対して垂直方向の角度を０度水平方向の光を９０度として、基材フィルムから出射光制御シートに進行する光を１度毎に０度〜９０度まで変化させて光線追跡した場合９０本中９０本の光線が出射光制御シートまで到達した。
【００３７】
＜参考例＞
面発光素子の出射面側の基材、第２の接着剤層、中間フィルム、第１の接着剤層、出射光制御シートの順番で積層されるそれぞれの層の屈折率を基材；１．５３、第２の接着剤層；１．４９、中間フィルム；１．５７、第１の接着剤層；１．４９、出射光制御シート；１．５７で構成した場合、各層の主面に対して垂直方向の角度を０度水平方向の光を９０度として、基材フィルムから出射光制御シートに進行する光を１度毎に０度〜９０度まで変化させて光線追跡した場合９０本中８０本の光線が出射光制御シートまで到達した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図２】本発明における自発光型面発光素子の構成の一例を示す図である。
【図３】比較例１の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：自発光型面発光素子、２：出射光制御シート、３：中間フィルム
４：面発光素子の出射面、５：出射光制御シートの入射面、６：凸部
７：第１の接着剤層、８：第２の接着剤層
９：自発光型素子、１０：透明電極、１１：反射電極
１２：ガラス板、１３：透明基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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