(57)【要約】【課題】出射光制御シートを有する導光体の側面全体とエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いる面状の側面光源とを接着して高効率かつ環境にやさしい面状光源を提供すること。【解決手段】出射光制御シートが設けられた少なくとも一つの側面から光が入射される導光体の側面全体と、入射光として面状の側面光源とを物理的な密着または科学的な接着により光学的に結合させることによって、光源からの出射光が導光体の側面と全反射することによる光損失を防止し、導光体の出射面からの光を正面方向に輝度ムラが少なく効率よく取出せることを特徴とする。【選択図】  図１
2008103272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次光源と、該一次光源からの光を導光する導光体と、該導光体の少なくとも一つの面に複数の凹凸部を有する出射光制御シートとを備えており、該導光体の少なくとも一つの側面全体と、エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と称することがある。）を側面発光源とする面状光源とが、光学的に結合されることを特徴とする面状光源素子。
【請求項２】
前記導光体の少なくとも一つの側面全体と前記側面光源とを光学的に結合させる方法として、該側面光源の全反射、散乱などを防ぐために空気層を介さず熱融着などによる物理的方法あるいは、側面光源の基板よりも屈折率は高く、導光体よりは低い屈折率を有する接着材などを用いる化学的方法で密着層または接着層を設けることを特徴とする請求項１に記載の面状光源素子。
【請求項３】
前記導光体において、少なくとも一つの方向に出射面を有し、外光から内部伝搬光の拡散反射または正反射機能を有する複数の凹凸部が設けられた透明部材からなる請求項１または２に記載の面状光源素子。
【請求項４】
前記側面光源として有機材料、無機材料または、有機／無機ハイブリッド材料を発光層として用いたエレクトロルミネッセンス素子を発光源とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の面状光源素子。
【請求項５】
前記側面光源として出射光が透明基板側から取出されるボトムエミッション型または透明電極側から取出されるトップエミッション型のエレクトロルミネッセンスを発光源とする請求項1〜６のいずれか１項に記載の面状光源素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータ、携帯型端末機用モニタ、ビデオカメラ、テレビ受信機、カーナビゲーションシステムなどの直視型液晶表示装置に用いられる高効率、親環境性の面光源素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルに代表される透過型表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）とドット状に画素が配置された表示パネルとで構成され、該表示パネルの各画素における光の透過率をコントロールすることによって文字および映像が表示される。利用される面光源素子としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、反射板、レンズ等が組み合わされて出射光の輝度の分布が制御されるもの、冷陰極管が導光体の端面に設けられ、冷陰極管からの入射光が導光体の端面と垂直な面から出射されるもの、冷陰極管が導光体の下部に設けられたもの（直下型）などが挙げられる。冷陰極管を利用した面光源素子は、高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いられる。一方、導光体を利用した面光源素子は薄型化が可能であるため、直視型の液晶ＴＶ、パーソナルコンピュータのディスプレイなどに用いられることが多い。
【０００３】
液晶ＴＶ、ノートパソコン、携帯型端末機用モニタなどのディスプレイに用いられる面光源素子では、消費電力を軽減することおよび高輝度かつ低輝度ムラであることが要求されている。さらに、近年のディスプレイにおいては薄型化および環境への配慮が強く要求されている。従来の面光源素子では、一般に、導光体の裏面側に反射シートを設け、または導光体裏面にドットを印刷し、あるいは凹凸パターン成形（賦型）することによって、光源からの光を散乱させて光源の光取出し効率を向上させている。さらに、面光源素子の高輝度化を実現することは、冷陰極管などの光源を増やすことで可能であるが、この方法は消費電力の増加につながるため実用的ではない。そこで、図３に示すような導光体上に光を効率よく取出せる出射光制御シートが設けられた構成の面光源素子が提案されている（特許文献１、特許文献２等を参照）。この面光源素子によれば、光の全反射を利用しており、光の損失が少なく、高輝度化を実現することができるが、依然、冷陰極管（ＣＣＦＬ）の利用による光源の低体積化や環境への負荷低減また、冷陰極管から導光体のへの入射光損失低減には限界がある。
【０００４】
一方、図４に示すような点光源の発光ダイオード（ＬＥＤ）と導光体から構成される面光源素子が提案されている（特許文献３等を参照）。この面光源素子によれば、表示素子のサイズに応じて多数のＬＥＤ光源を利用して輝度向上を図っているが、点光源であるため特にＬＥＤ間における非発光領域の存在により面光源の輝度ムラを完全に無くすことは困難である。また、図５にはＬＥＤ光源の発光面と導光体の入射端面とが光学的に密着された面光源素子が提案されている（特許文献４等を参照）。この面光源素子によれば、該点光源であるＬＥＤの発光面と導光体を構成する材料との屈折率の差が０．１以下である媒介物質を介することにより点光源からの光の全反射を抑制し、導光体面内の明るさが均一な面光源素子を図っているが、点光源であるため上記の導光体出射面の輝度ムラの解決には至っていない。また、図６には導光体の厚みに対してストライプ状の電界発光素子（ＯＬＥＤ）の発光面と導光体の入射端面とが光学的に密着された面光源素子が提案されている（特許文献５等を参照）。この面光源素子によれば、従来のＣＣＦＬを側面光源として用いた場合、技術的に困難であった１．５ｍｍ以下の導光体（１．０ｍｍ）の側面と、導光体側面の長手方向に沿った線状（ストライプ状、幅０．１ｍｍ）の発光面（ＯＬＥＤ）を光学的に接着して薄型面状光源の提供を図っているが、入射光として利用される発光面が導光体の厚みより細いストライプ状であるため上記導光体の輝度向上および輝度ムラの解決には至っていない。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２２１０１３号公報
【特許文献２】特開２００１−３０７５２４号公報
【特許文献３】特開２００１−１５５５２４号公報
【特許文献４】特開２００５−３８７５５号公報
【特許文献５】特開１０−０５０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、透過型表示素子の薄型化、低消費電力化および親環境化しようとする要望が強い。一方、ＥＬ光源は薄く、ＥＬ光源を表示素子のバックライトとして用いれば透過型表示素子等の薄型化を達成することができる。しかし、ＥＬ光源には輝度が低いという課題が存在する。一方、一つの面に複数凸部を有する出射光制御シートを配置した導光体からなる面光源素子では、出射光制御シートおよび導光体での光の全反射を利用して光を伝播しており、光の損失が少なく、高輝度化を実現することができる。しかし、導光体の種類によっては、所期の輝度が得られないことがあった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、側面ＥＬ光源からの入射光を導光体の正面方向に効率よく取出すことが可能な高効率かつ環境にやさしいの面状光源およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の面光源素子は、光を正面方向に効率よく取り出せるため少なくとも一つの面に複数凹凸部を有する出射光制御シートを備えた導光体の少なくとも一つの側面全体と、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を側面発光源とする面状の光源とが、光学的に結合されることを特徴とする。本発明によって、側面光源からの入射光が導光体の側面と全反射することによる光損失を防止し、出射面からの光を導光体の正面方向に効率よく取出せることが可能である。
【０００９】
上記導光体は出射光制御のため少なくとも一つの出射面に対して両面に複数の凸部（両面賦型）が設けられた導光体または、少なくとも一つの出射面に複数の凸部が設けられた出射光制御シートを備えた導光体が用いられ、導光体から該凸部の頂部に臨界角以上の角度で入射した光を該凸部によって光を取出すことを特徴とする。上記出射光制御シートの光源と対向する面とは反対側の面にも複数の凸部を設けても良い。
【００１０】
エレクトロルミネッセンス光源は発光層から発光した光のうち、発光層を覆う透明基材に対して臨界角以上で入射した光は空気層と全反射をおこして該透明基材から出射されない。本発明では、導光体の側面の全面とエレクトロルミネッセンス側面光源とを空気層を介せず光学的に接合することにより側面EL光源からの全反射を防止し導光体への入射効率を向上させ面光源素子の光取出し効率を向上させることができる。これによって面光源素子を高輝度化（導光体の正面方向に対する輝度を最大で３０％程度向上）させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、出射光制御部を有する両面賦形タイプおよび出射光制御シートを備えた導光体の側面の全面とエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子の発光面を、空気層を介せず光学的に密着させることにより輝度ムラが発生せず、高効率かつ環境にやさしい面状光源を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２を用いて本発明の原理を説明する。図２は透明ガラスなどに代表される透明基板５、ＩＴＯなどに代表される透明電極６、発光層７および金属層８で構成された一般的なエレクトロルミネッセンスを発光原理とする光源（ＥＬ光源１）の光線追跡概略断面図である。透明基板５の屈折率をｎ、出射側を空気とした場合、臨界角はθｃ＝Ｓｉｎ−１（１／ｎ）で得られる（ただし、空気の屈折率を１とする。）。透明基板５と空気との界面に達した光の中で、透明基板５への入射角が臨界角より小さい場合には、透明基板５と空気との界面で屈折して出射される（図２に示す光線Ｌ１）。臨界角より大きな角度で入射した光は、全反射により再度透明基板５内を伝搬する。この反射光はＥＬ発光層７と金属電極８との界面で再度反射されるが、金属電極８の表面層が透明基板の表面と平行である場合には、透明基板５の表面と金属電極８の表面層とで多重反射を繰り返し、透明基板５から出射されることはない（図２に示す光線Ｌ２）。
【００１３】
一方、点光源のＬＥＤ側面光源を導光体と一体化した面光源素子の場合は用いる該ＬＥＤの個数を増やすことにより面光源の高輝度化は可能であるが、点光源であるため該ＬＥＤ間の暗所の存在により面光源の輝度ムラの発生と該ＬＥＤ個数の増加による消費電力の増大が懸念される。また、導光体側面の厚さより細い面状のストライプ状のＥＬ光源を側面入射光とする面光源においても上記の問題の解決には困難である。本発明において面状側面光源として使用するＥＬ光源のエレクトロルミネッセンス層を形成する材料としては有機物、無機物または有機／無機ハイブリッド物の何れでも良い。また、本発明は透明基板で覆われたＥＬ光源内で起こる全反射によりＥＬ光源内に閉じ込められる光を導光体側面の全面と密着または接着させることで取出すことが可能であるから、ＥＬ光源の構成の如何に関わらず利用することができる。
【００１４】
図１はＥＬ光源の上記透明基板４の光出射面と、出射光制御シート３を備えた導光体の側面に接着して得られる本発明の面光源素子の概略図である。ＥＬ側面光源の透明基板４に対向する面、つまり出射光制御のため上下に複数の凸部が形成されている導光体あるいは、複数の凸部が形成されている出射光制御シート３が備えられた導光体の光入射面はＥＬ光源１の透明基板４の出射面と接着して一体化されている。図１に示すＥＬ光源１の発光層６から生じた光は、透明基板４内を伝搬して光出射面に達する。
【００１５】
該凸部パターンの断面形状は、直線、曲線のいずれで構成されていてもよい。曲線で構成される場合には放物線、楕円、またはこれらの曲線を組み合わせて構成されることが望ましい。なお、出射光制御板の入射面側に設けられる凸部の形状および出射面側に設けられる凸部の形状を変化させることによって、面状光源素子の出射面に対して斜め方向に輝度のピークを向けることが可能である。
【００１６】
本発明において出射光制御部に設けられる上記複数の凸部（マイクロプリズムアレイ）は周期性を有していなくても良いが、１次元あるいは２次元の周期構造をなしていてもよい。出射光制御板に設けられる上記複数の凸部が周期性を有する場合には、凸部の周期（ピッチ）に対する凸部の高さの割合が１／３から２の範囲にあることが望ましい。この範囲より小さくなると凸部壁面での屈折、反射が起こり難くなることがあり、この範囲よりも大きくなると、凸部の密着部以外からのＥＬ出射光が該凸部で屈折されることがあるからである。また、該周期は１０μｍから５ｃｍの範囲にあることが望ましい。該凸部が１次元パターンである場合には凸部の溝方向に対して直交する方向のみの角度分布を制御することができるが、該凸部が２次元パターンの場合には両方向の角度分布を制御することが可能である。
【００１７】
出射光制御板の光源に対向する面と、当該面とは反対側の面（出射面）とに共に１次元パターンの凸部を設ける場合、該１次元パターンの凸部が互いに直交する方向に設けられていることが望ましい。当該出射面にも凸部を設けることによって、ＥＬ光源からの光を取出すばかりでなく、面状光源素子からの出射光の角度分布の制御を行う機能を出射光制御板に持たせることができる。この出射光制御板の出射面側に設けられた凸部がプリズムアレイをなすように構成することで高輝度化が図られる。
【００１８】
上記出射光制御の表面の凸部は、熱プレス法、紫外線硬化による２Ｐ法、熱硬化による２Ｐ法、雌金型を用いた射出成形法等によって形成することができる。出射光制御板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、現像後に電鋳を行うことにより作製することができる。出射光制御板は板状である必要はなく、シート状であってもよい。板状およびシート状の何れでも量産性に富むため、安価で大量に製造することが可能である。また該出射光制御板の凸部のパターンは１次元ばかりでなく、２次元的に配置されていても良い。出射光制御板の光出射面にもマイクロレンズアレイが設けられていても良い。
【００１９】
導光体の成形に用いる樹脂としては、アクリル樹脂の外にポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等の透明性に優れるものが挙げられる。導光体は、パネルソーおよびＮＣフライス盤を用いた切削加工により成形することができる。この場合、例えば、パネルソーを用いて基準寸法より両端で数ｍｍ大きく切断した後、ＮＣフライス盤でコンパックス刃を用いて粗切削を行い、さらにＮＣフライス盤でダイヤモンド刃を用いて精密切削を行えば良い。
【００２０】
本発明で用いられる出射光制御シートの上記凸部は、例えばアクリル板をプレス成形することによって作製される。また、ＴＡＣフィルム、アクリルフィルム、ＰＥＴフィルム、ＰＣフィルムなどの透明性を有するフィルム上に紫外線硬化樹脂を塗布し、雌金型をこれに押し付けて紫外線（ＵＶ）を照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させた後、雌金型から成形物を剥離することによっても作製することができる。透明樹脂を用いて射出成形することによっても出射光制御シートを備えた導光体を作製することができる。上記の出射光制御シートの凸部先端と導光体との密着部は、導光体から出射光制御シートに光を取り込むため光学的に結合している必要があり、そのような密着は、紫外線硬化型接着剤、ホットメルト接着剤等の接着剤、粘着材および両面テープなどのうち、透明性に優れるものを選択して用いること、あるいは、溶融圧着法などの直接接合法を用いることで実現できる。
【００２１】
上記の側面ＥＬ光源の透明基板と導光体の側面の全面との密着は、ＥＬ光源からの出射光を透明基板から導光体の側面に光を取り込むため光学的に結合している必要があり、そのような密着法としては、物理的、化学的な接着が考えられる。紫外線硬化型接着剤、ホットメルト接着剤等の接着剤、ポリビニルアルコールなどの粘着材および両面テープなどのうち、透明性に優れるものを選択して用いること、あるいは、溶融圧着法などの直接接合法を用いることで実現できる。または、紫外線（ＵＶ）硬化型の接着剤を用いて接着することができる。
【００２２】
上記の通り説明した面光源素子は液晶用バックライト、広告用バックライト、室内照明、標識等に利用できる。特に、上記の通り説明した面光源素子をバックライトとして用い、その出射面に透過型表示素子を設けることで、表示装置を構成することができる。この透過型表示素子としては、ＳＴＮ、ＴＦＴ、ＭＩＮＩなどの液晶パネルが挙げられる。
【実施例】
【００２３】
＜実施例１＞
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。導光体として反射面にドットが印刷されたクラレ社製ＰＭＭＡ導光体（５０ｍｍ（Ｌ）ｘ５０ｍｍ（Ｗ）ｘ５ｍｍ（ｔ））を使用した。該導光体側面中、側面光源を密着させる側面を除いてＡｌ反射膜付きフィルムテープを貼り、反射面にはキモト製リフレクションフィルムを配置し、出射光面にはキモト製拡散シート、３Ｍ社製プリズムシートを配置した。側面光として用いたエレクトロルミネッセンス光源は透明電極ＩＴＯ付透明基板（ガラス）上に市販のＴＰＤ（トリフェニルアミン系ホール輸送材料）、Alq３（８−アルミニウムキノリノール、電子輸送性発光材料）を蒸着法により積層（膜厚は５００ｎｍ）した後、Ａｌ電極を蒸着法により製膜（膜厚は１０００ｎｍ）し、グローブボックス中でガラスキャップを用いて封止を行い、導光体の厚さと同じ面積の側面光源（発光面積が５０ｍｍ（Ｌ）ｘ５ｍｍ（Ｗ））を得た。得られたＥＬ光源の透明基板と導光体の光入射面側の接着にはクラレ社製ポリビニルアルコールの水溶液を接着剤として用い、導光体の光入射面に適量滴下した後、ＥＬ光源の透明基板側とを接着（光学的結合）させ1時間室温にて放置した。面状光源の評価は、ＥＬ光源専用の輝度-電圧-電流（L-V-I）測定装置を利用して、まずＥＬ光源に電界を印加して一定の輝度が得られるように電流密度を設定した後、一定輝度を入射光として導光体中央からの出射光の正面輝度と導光体の出射場所による輝度ムラを測定した。
【００２４】
＜実施例２＞
導光体としてクラレ社製のＰＭＭＡ導光体（５０ｍｍ（Ｌ）ｘ５０ｍｍ（Ｗ）ｘ５ｍｍ（ｔ））を使用した。出射光制御シートとしてはＰＥＴフィルム（厚さが１２５μｍ）に導光体からの出射光を制御する複数の凸部をパターンニングしたクラレ社製のＯＰフィルム（ミラブライト）を用いて出射光制御シートの凸部と導光体の片面とを紫外線硬化樹脂を約１０μｍの厚さになるように塗布し、紫外線硬化樹脂面とアクリル導光体とをラミネーターで貼り合わせた後、高圧水銀ランプから発生させる微弱な紫外線をＰＥＴフィルム側から照射し、（１２０ｍJ）、半硬化状態の紫外線硬化樹脂層を得る。これにより、凸部が紫外線硬化樹脂層に埋没することを防ぎ、該凸部の先端のみを点接着させることができる。そして、ＰＥＴフィルムを剥離して導光板の上に接着剤が塗布された状態を得る。その上から出射光制御シートを押つけ（圧力２９４１９．９５Ｐａ）、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（２．０Ｊ）、紫外線硬化樹脂を完全に硬化して、ＯＰフィルム付き導光体を得た。該導光体側面中、側面光源を接着させる側面を除いてＡｌ反射膜付きフィルムテープを貼り、反射面にはキモト製リフレクションフィルムを配置した。側面ＥＬ光源の作製と導光体との接着法、得られた面光源の評価法は実施例１と同じ方法により評価を行った。
【００２５】
＜比較例１＞
上記実施例１と比較するため、実施例１記載の導光体とＥＬ側面光源を用いて、導光体の光入射側面とＥＬ光源の透明基板とを完全接着（光学的結合）せず接触させることによって面状光源を得た。得られた面光源の評価法は実施例１と同じ方法により評価を行った。
【００２６】
＜比較例２＞
上記実施例2と比較するため、実施例2記載の導光体とＥＬ側面光源を用いて、導光体の光入射側面とＥＬ光源の透明基板とを完全接着せず接触させることによって面光源を得た。得られた面光源の評価法は実施例１と同じ方法により評価を行った。
【００２７】
上記の実施例１と比較例１にＥＬ側面光源のついて、および実施例２と比較例２について、面光源の中央正面輝度を測定して比較した結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2008103272.tif 000003
【００２９】
以上の結果から、ＥＬ側面光源の透明基板と導光体側面とをＰＶＡ水溶液の接着剤を用いて完全に接着（光学的結合）させた面光源の中央正面輝度の方が（実施例１、２）、ＥＬ側面光源の透明基板と導光体側面とを接触させた面光源（比較例１、２）の正面輝度より８０％以上向上することが分かった。また、導光体の輝度ムラについては側面ＥＬ光源と導光体との接着方法にかかわらず側面光源が面状光源であるため測定場所による輝度ムラは３％未満であり、殆ど認められなかった。
【００３０】
＜比較例３＞
上記実施例２と比較するため、実施例２に記載の導光体側面と側面光源として導光体側面の２５％の発光面積（５０ｍｍ（Ｌ）ｘ５ｍｍ（Ｗ））を有するストライプ状のＥＬ光源とし、上記実施例２と同一入射光量（全光束）を有する面状光源を作製した。側面EL光源の作製と導光体との接着法、得られた面状光源の評価法は実施例１と同じ方法により評価を行った。以上の結果から、導光体の出射側正面輝度については実施例２導光体の８０％に止まることが分かった。また、導光体の輝度ムラについては測定場所による輝度ムラは１０％以上と大きいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の面光源素子の概略構成斜視図である。
【図２】ELを用いた従来の面光源素子における光線追跡図である。
【図３】従来の面光源素子の構成を示す概略断面図である。
【図４】従来の面光源素子の構成を示す概略斜視図である。
【図５】従来の面光源素子の構成を示す概略斜視図である。
【図６】従来の面光源素子の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）側面光源
２  接着層
３  導光体
４  出射光制御シート
５  透明基板
６  透明電極
７  EL発光層
８  電極層
９  導光体出射面
１０  陰極線管蛍光灯光源（ＣＣＦＬ）
１１  リフレクタ
１２  光源（ＬＥＤ）
１３、１４  上下凸凹部
【図１】
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【図２】
2008103272.tif 000005
【図３】
2008103272.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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