(57)【要約】【課題】正面輝度を向上させることによって面内輝度のバラツキを低減し、高温環境下における保存安定性に優れた面発光体を提供する。【解決手段】透明基板を有する面発光素子と調光ブロックとを少なくとも有する面発光体において、前記調光ブロックは少なくとも片面に複数の凸部を有し、該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接する面発光体の製造方法であって、前記面発光素子の基板を液状の樹脂槽に、前記発光素子の出射面が接するように、前記面発光素子の基板を前記樹脂槽内に浮かばせる工程と形成すべき前記凸部の形成に沿って光線を走査することで、前記樹脂を光硬化させて、前記凸部を形成する工程とを有する面発光体の製造方法。【選択図】図２
2012049063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板を有する面発光素子と、調光ブロックとを少なくとも有し、前記調光ブロックは少なくとも片面に複数の凸部を有し、該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接する面発光体の製造方法であって、
前記面発光素子の基板を液状の樹脂槽に、前記発光素子の出射面が接するように、前記面発光素子の基板を前記樹脂槽内に浮かばせる工程と、
形成すべき前記凸部の形成に沿って光線を走査することで、前記樹脂を光硬化させて、前記凸部を形成する工程と、を有する面発光体の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂を光硬化させた後、前記樹脂を熱硬化させる工程を有する請求項１に記載の面発光体の製造方法。
【請求項３】
請求項１、２のいずれか一項に記載の面発光体の製造方法によって製造された面発光体を用いることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置を用いることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明基板を有する面発光素子と調光ブロックとを少なくとも有する面発光体の製造方法、及び該面発光体を用いる発光装置、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の多様化等に伴って、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（以下、ＥＬ素子と略す。）が注目されている。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。
【０００３】
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、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ときに発光するようになっている。
有機ＥＬ素子は、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。面で発光するという利点を活かして、薄型でフレキシブルな照明用途としても展開が期待されている。
【０００４】
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、また発光材料の組み合わせによって白色光を得ることもできるため、液晶表示素子等の表示装置のバックライトとして利用することも期待されている。
【０００５】
照明として用いられる場合には低消費電力が要求され、一般に５０ｌｍ／Ｗ程度以上の明るさが望まれている。ところが、ＥＬ素子等の面発光素子を発光させた場合、高い屈折率を持つ発光層の内部で発せら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も多く存在する。一般に、面発光素子で発せられた光の２０〜３０％しか面発光素子の外部に取り出すことができず、十分な明るさを得られないという問題があった。
【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２０００ｃｄ／ｍ2程度以上の正面輝度が必要になるが、前述のように面発光素子の内部に閉じ込められる光も多く存在し、十分な正面輝度を得ることが困難であり、特に有機ＥＬ素子の場合においては、正面輝度を高めると駆動寿命が劣化するという問題もある。
【０００７】
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拡散構造を設けるようにしたもの（例えば、特許文献１参照。）や、面発光素子の出射面にプリズムやレンズ状のシートを表面に凹凸が現れるようにして取り付けたものが提案されている（例えば、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るようにしたり、面発光素子の出射面に、凹凸が設けられた平面部材を表面に凹凸が現れるようにして取り付けるようにしたりした場合、表面における凹凸によって光が散乱され、依然として正面輝度を十分に向上させることができないという問題があった。また、有機ＥＬ発光デバイスなどの面発光素子の正面輝度を向上する別の手段として、光が射出する側の面に表面に凹凸の設けられた調光シートをプリズム側が射出面に向くような構成が考案されている（例えば、特許文献３、４参照。）。
【０００９】
一方で前述のように、表面に凹凸が設けられた調光シートを凹凸面側が面発光素子の射出面に向くように接着する構成も考案されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３２３２７２号公報
【特許文献２】特開平６−２６５８８８号公報
【特許文献３】特開２０００−１４８０３２号公報
【特許文献４】特開２００６−５９５４３号公報
【特許文献５】特開２００８−０２１５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のように、たとえば表面に凹凸が設けられた調光シートを凹凸面側が面発光素子の射出面に向くように接着する構成において、前記調光シートと前記面発光素子との接着手段では、前記調光シート凸部のバラツキ、前記面発光素子表面と前記調光シート凸部の貼り合せ精度バラツキから均一な発光輝度が得られないという課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、透明基板を有する面発光素子と調光ブロックとを少なくとも有する面発光体、及びこの面発光体を用いた表示装置、照明装置において、光造形技術を応用し調光ブロックを精度良く形成し、且つ前記面発光素子と前記調光ブロックを面内均一に合せることで正面輝度が大きく向上し、面内輝度のバラツキを低減し、高温環境下における保存安定性に優れた面発光体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
【００１４】
１．透明基板を有する面発光素子と、調光ブロックとを少なくとも有し、前記調光ブロックは少なくとも片面に複数の凸部を有し、該凸部の先端部が前記面発光素子の出射面に接する面発光体の製造方法であって、前記面発光素子の基板を液状の樹脂槽に、前記発光素子の出射面が接するように、前記面発光素子の基板を前記樹脂槽内に浮かばせる工程と、形成すべき前記凸部の形成に沿って光線を走査することで、前記樹脂を光硬化させて、前記凸部を形成する工程とを有する面発光体の製造方法。
【００１５】
２．上記構成に記載の面発光体の製造方法において、前記樹脂を光硬化させた後、前記樹脂を熱硬化させる工程を有することを特徴とする。
【００１６】
３．上記の面発光体の製造方法によって製造された面発光体を用いることを特徴とする発光装置。
【００１７】
４．上記の発光装置を用いることを特徴とする照明装置。
【００１８】
上記により、面発光体から出射される光の正面輝度が大きく向上し、面内輝度のバラツキを低減し、高温環境下における保存安定性に優れた面発光体、及び該面発光体を用いた表示装置、照明装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先端側が収縮した円錘台状の凸部を有する調光ブロックの模式図である。
【図２】本発明に係る調光ブロック、面発光素子の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の面発光体における光の出射を示す模式図である。
【図４】本発明に係る調光ブロックの凸部の形成過程を示した模式図である。
【図５】本発明に係る調光ブロック形成に関わる製造装置の一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
最初に本発明の実施形態に係る面発光体を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明の面発光体は下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００２２】
調光ブロック１０として、図１、図２に示すように、調光ブロック１０の片面に先端側が収縮した円錘台状の凸部１２が縦横に連続して形成されているようにした。
【００２３】
本明細書において、先端側が収縮した円錘台状の凸部１２とは、透明基板表面１１Ａに凸部１２が近づくにつれて徐々に小さくなるように凸部１２が形成されていることを意味し、図２では、下すぼみの形状になっていることを示した。
【００２４】
面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに、調光ブロック１０における円錘台状になった凸部１２の凸部端面１２Ａを接触させると、調光ブロック１０の凸部１２が面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに向けて収縮した形状になると共に、調光ブロック１０の凸部１２と面発光素子２０の透明基板表面１１Ａとの間の空間部１３は空気層となる。
【００２５】
そして、このように面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに調光ブロック１０における円錘台状になった凸部１２の凸部端面１２Ａを接触させて、上記の面発光素子２０を発光させると、図３に示すように、調光ブロックを設けない場合には面発光素子２０の透明基板表面１１Ａにおいて全反射される光が、調光ブロック１０の凸部１２の凸部端面１２Ａが接触している部分においては、全反射されずにこの調光ブロック１０に導かれるようになる。
【００２６】
そして、このように調光ブロック１０内に導かれた光の多くは、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに向けて収縮した凸部１２と空間部１３との界面である凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂにおいて反射され、この反射された光が調光ブロック１０の出射面１４に導かれて出射されるようになる。また、図３に示すように、調光ブロック１０の凸部１２の凸部端面１２Ａが接触していない透明基板表面１１Ａの部分から出射される光であっても、透明基板表面１１Ａから垂直方向に出射される光は、凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂで進行方向が若干変更されるが、調光ブロック１０の正面側に出射されるようになり、また透明基板表面１１Ａから調光ブロック１０における凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂと直交するような方向に出射された光は、この凸部傾斜面１２Ｂから凸部１２内に導かれ、この凸部１２の反対側の凸部傾斜面１２Ｂで反射されて、調光ブロック１０の出射面１４側に出射されるようになる。
【００２７】
ここで、上記のように調光ブロックを設けない場合には、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａにおいて全反射される光が、上記の凸部１２の凸部端面１２Ａからこの調光ブロック１０の内部に適切に導かれるようにするためには、この調光ブロック１０の屈折率と上記の面発光素子２０の透明基板表面１１Ａにおける屈折率との差を０．２以内にすることが好ましい。
【００２８】
また、上記のように調光ブロック１０に円錘台状になった凸部１２を設けるにあたり、この凸部１２における凸部傾斜面１２Ｂの相互が交差する頂角θが大きくなって、上記の面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに対する凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂの傾斜角度αが小さくなりすぎると、調光ブロックを設けない場合に面発光素子２０の透明基板表面１１Ａにおいて、全反射される光がこの調光ブロック１０の内部に導かれたとしても、この光が凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂにあたらずに、調光ブロック１０の出射面１４に導かれ、この調光ブロック１０の出射面１４において全反射されて戻されるようになり、調光ブロック１０の出射面１４から出射される光の強度が低下する。
【００２９】
一方、凸部１２における凸部傾斜面１２Ｂの相互が交差する頂角θが小さくなって、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに対する凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂの傾斜角度αが大きくなりすぎると、上記のように調光ブロック１０の内部に導かれた光が、この凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂにおいて全反射されずに、この凸部１２を通過して空間部１３に導かれ、更にこの空間部１３を通過して、再度調光ブロック１０の内部に導かれるようになり、この光が上記のように調光ブロック１０の出射面１４において全反射されて戻されるようになり、調光ブロック１０の出射面１４から出射される光の強度が低下する。
【００３０】
このため、上記の凸部１２における凸部傾斜面１２Ｂの相互が交差する頂角θは、この調光ブロック１０における波長５５０ｎｍの光に対する屈折率をｎとした場合に、下記式（１）の条件を満たすことが好ましい。
（１／ｎ−０．３５）＜ｓｉｎθ＜（１／ｎ＋０．３）・・・（１）
更に下記式（２）の条件を満たすようにすることがより好ましい。
１／ｎ＜ｓｉｎθ＜（１／ｎ＋０．２５）・・・（２）
【００３１】
上記の凸部１２の光学的な高さｈのとり得る範囲については、凸部１２における上記の頂角θや凸部１２のピッチｐによっても変化するが、一般にこの凸部１２の光学的な高さｈが低すぎると、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａにおいて、調光ブロックを設けない場合に全反射される光がこの調光ブロック１０の内部に導かれたとしても、この光が凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂにあたらずに、調光ブロック１０の出射面１４に導かれ、この調光ブロック１０の出射面１４において全反射されて戻されるようになる。
【００３２】
一方、この凸部１２の光学的な高さｈが高くなりすぎると、この凸部１２の凸部傾斜面１２Ｂにおいて光の反射に利用されない部分が生じると共に、凸部１２のピッチｐが同じ場合、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに接触される凸部１２の凸部端面１２Ａの面積が小さくなって、この調光ブロック１０の内部に導かれる光の量が少なくなる。このため、この凸部１２の光学的な高さｈは、凸部１２のピッチｐに対して、０．２８ｐ≦ｈ≦１．１ｐの条件を満たすことが好ましい。
【００３３】
次に、面発光素子２０の透明基板表面１１Ａに調光ブロック１０を形成する製造方法について図４、図５を使って詳細に説明する。
【００３４】
図５に示すように、樹脂槽５０に液状になっている光硬化型透明光学樹脂４０があり、その表面に面発光素子２０の透明基板表面１１Ａが接触するように浮かんでいるか、或いは光硬化型透明光学樹脂４０中に面発光素子２０の透明基板表面１１Ａが樹脂槽底面部５０Ａに向き合うように浮かんでいる。
【００３５】
一方樹脂槽５０の樹脂槽底面部５０Ａは透明材料でできており、樹脂槽底面部５０Ａの外側には、光硬化型透明光学樹脂４０を硬化させるための発光装置６０が設置されており、少なくとも、樹脂硬化用光ファイバー６０Ａ、ファイバー先端部６０Ｂおよびこれらを制御する機構、制御系コントローラーを搭載している。
【００３６】
調光ブロック１０の形成については、図４に示すように、凸部１２の凸部端面１２Ａに相当する位置に、発光装置６０より樹脂硬化用光ファイバー６０Ａを通り、ファイバー先端部６０Ｂより発光された樹脂硬化光６０Ｃが集光され、その集光部の光硬化型透明光学樹脂４０が硬化し、更に前述した集光部が透明基板表面１１Ａから離れるように集光部を可変させながら凸部１２を形成し、最終的には図２に示すように所望する調光ブロック１０が形成される。
【００３７】
所望する調光ブロック１０の形成については、樹脂硬化光６０Ｃの集光により焦点を含む光硬化型透明光学樹脂４０の硬化作用が起きる範囲、つまり集光部の光硬化型透明光学樹脂４０が硬化することで形成されるが、この集光部の制御については、面発光素子２０そのものを樹脂槽底面部５０Ａから遠ざかるように動かしながら形成する方法、または樹脂硬化用光ファイバー６０Ａおよびファイバー先端部６０Ｂを連動させながら可変し、前述した樹脂槽底面部５０Ａから遠ざかるように動かしながら形成する方法、または、ファイバー先端部６０Ｂが焦点位置そのものを可変させ集光部が樹脂槽底面部５０Ａから遠ざかるようにする方法などで形成できる。
【００３８】
前述したいずれかの方法で形成された調光ブロック１０はその後、４０℃〜１００℃の範囲で適当な温度設定をされた恒温槽にて一定時間加熱放置することで、光硬化型透明光学樹脂４０の硬化ひずみを軽減し、使用環境変化による凸部端面１２Ａと透明基板表面１１Ａが剥離することを防止する工程も必要に応じて追加できる。
【００３９】
以上の説明では、調光ブロック１０の形状として、図２に示す円推台を例に説明したが、光取り出し効率や正面輝度を高める形状としては、四角錘台、三角錐台、六角錘台のような形状が縦横に連続して形成された調光ブロックを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…調光ブロック、１１…透明基板、１１Ａ…透明基板表面、１２…凸部、１２Ａ…凸部端面、１２Ｂ…凸部傾斜面、１３…空間部、１４…出射面、２０…面発光素子、４０…光硬化型透明光学樹脂、５０…樹脂槽、５０Ａ…樹脂槽底面部、６０…発光装置、６０Ａ…樹脂硬化用光ファイバー、６０Ｂ…ファイバー先端部、６０Ｃ…樹脂硬化光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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