(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来から、陽極(透明電極)と陰極(背面電極)との間に発光層を挟んだ有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子に電圧を供給することで発光させる有機EL発光装置が存在している。当該有機EL発光装置は、軽量、薄型、低消費電力などの利点を有しているため、液晶ディスプレイのバックライトや、平面型照明装置として用いられている(特許文献1)。
【0003】
当該有機EL発光装置は、上述した優れた特徴を有しているが、以下説明するような問題も抱えている。
【0004】
まず、有機EL発光装置を構成する発光層などの有機薄膜層の屈折率は空気より高いため、発光した光の界面での全反射が起こり易い。そのため、その光の利用効率は全体の20%に満たず、大部分の光を損失しているという問題が生じている。
【0005】
また、有機EL発光装置は視野角依存の問題も抱えている。具体的には、有機EL発光装置の発光層は、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層の組み合わせから構成されてなるものであるが、これら発光層はそれぞれ屈折率が異なるため、有機EL発光装置の発光面を斜め方向から見たときに発光層どうしの界面において光が波長分離してしまう。光が波長分離すると、かかる発光層間において光路長に変化が生じ、見る角度によっては色相が変わって見えてしまうこととなる。例えば、有機EL発光装置を正面方向から見る場合であれば、かかる光路長変化は生じ難く有機EL発光装置の発光色に変化は生じ難いが、斜め方向から見ると、発光層間における光路長変化により色相が変わって見えてしまう。
【0006】
上述した問題に対し、発光装置の光出射側に拡散層を設けて、拡散層の光散乱効果によって色調のばらつきを抑制することが提案されている(例えば、特許文献2、3など)。具体的には、特許文献2には、透明樹脂中に透明樹脂と屈折率が異なる光拡散材を分散させた光拡散層を設けることが記載され、特許文献3には、透明な母層内に、母層と屈折率が異なる粒子を散在させてなる拡散層や、透明な母層内に、比較的大きな粒子を散在させて表面に光の散乱を起こす凹凸を設けた拡散層を設けることが記載されている。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の有機EL用散乱フィルム(以下、「散乱フィルム」という場合もある)の実施の形態ついて説明する。
【0016】
本発明の有機EL用散乱フィルムは、散乱層を含むものであり、散乱層単独でもよく、必要に応じて、散乱層の支持体や他の層を含む。まず、散乱層を構成する要素、主としてバインダー樹脂、樹脂粒子及び微粒子について説明する。
【0017】
本発明の散乱層に含まれるバインダー樹脂としては、光学的透明性に優れた樹脂を用いることができ、例えば、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂などの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電離放射線硬化性樹脂などを用いることができる。これらの中でも耐光性や光学特性に優れる観点から、アクリル系樹脂が好適に使用される。
【0018】
バインダー樹脂は、後述する微粒子と屈折率が異なるものを用いる。バインダー樹脂の屈折率と微粒子の屈折率が異ならせることにより、波長分離された光を散乱層において散乱させ、再び光を混合することができ、視野角依存性を解消することができる。バインダー樹脂の屈折率は、具体的には1.4〜1.65程度が好ましい。
【0019】
樹脂粒子は、散乱層中に含有させることで散乱層表面に凹凸形状を形成し、従来全反射により出射することのできなかった分の光を出射させて、光出射率を向上させるものである。凹凸形状は、無機粒子であっても形成することが可能であるが、樹脂粒子は無機粒子に比べ光の透過率が高く、粒子による光の吸収が極めて少ないため、全体として光の利用効率を向上させることができる。
【0020】
このような樹脂粒子としては、シリコーン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、ポリエチレン粒子、ベンゾグアナミン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子等が挙げられる。これらの中でも、光利用効率を向上させるだけでなく視野角依存性をも同時に改善しうる点で、シリコーン樹脂粒子が好ましく用いられる。さらに好ましいシリコーン樹脂粒子の形態としては、ケイ素原子に有機基が直結し、残りの結合が酸素と直結しており、ケイ素原子と酸素が繰返すシロキサン結合でポリマーとなったものが挙げられる。このようなシリコーン樹脂の球状粒子表面は、ケイ素原子に強固に直結した有機基に覆われた構造となっているため、バインダー樹脂への分散性が極めて良いものとなる。
【0021】
樹脂粒子の屈折率は、屈折率が1.3〜1.6のものが好ましく用いられる。屈折率をかかる範囲内とすることにより、光利用効率を向上させつつ視野角依存性を改善することができる。
【0022】
樹脂粒子の平均粒子径は、効率良く光利用効率を向上させる観点から、後述する微粒子よりも大きいものを用いる。具体的には、樹脂粒子を散乱層から脱落させることなく効率良く光利用効率を向上させるために、1〜8μmの範囲内とすることが好ましく、1〜5μmの範囲内とすることがより好ましい。また、樹脂粒子の形状としては、楕円球形状ないし真球形状が好ましく、真球形状に近いものがもっとも好ましい。このような形状が不定形でない粒子は、塗料とした場合の分散性が非常に良く、二次凝集により粒子が肥大化することがなく、良好な板状物または塗膜が得られる。
【0023】
本発明の散乱層中におけるバインダー樹脂に対する樹脂粒子の含有割合は、用いる樹脂粒子の平均粒子径や散乱層の厚みによって一概にはいえないが、光利用効率を特に向上させる観点から、バインダー樹脂100重量部に対し樹脂粒子を100〜300重量部含有させることが好ましく、130〜200重量部含有させることがより好ましい。
【0024】
バインダー樹脂と屈折率の異なる微粒子は、主に視野角依存性を改善するために用いられる。散乱層中にバインダーとの屈折率差のある微粒子を含有させることにより、赤色発光層等の発光層の界面で波長分離された光を散乱層において光を散乱させ、再び光を混合することができる。それにより、有機EL発光装置を斜め方向から見た場合であっても色相の変化が少なく、視野角依存性が緩和されるものと考えられる。
【0025】
このような微粒子としては、有機微粒子と無機微粒子のいずれもが用いられるが、バインダー樹脂との屈折率差が出しやすく、波長分離された光を分散させ、再び光を混合させ易くする観点から、無機微粒子を用いることが好ましい。有機微粒子としては、中空ビーズ、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。無機微粒子としては、ダイアモンド、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉛、炭酸鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アンチモン、シリカ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、酸化ケイ素、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム等が好適に使用される。これらの中でも視野角依存性を特に効果的に改善し得る等の観点から、酸化ジルコニウムが好適に用いられる。
【0026】
微粒子の平均粒子径としては、樹脂粒子よりも小さいものが好ましい。微粒子の平均粒子径を樹脂粒子より小さいものとすることにより、樹脂粒子による光の利用効率の向上と、微粒子による視野角依存性の改善とを互いに阻害せずに発揮させることができるようになる。当該微粒子の平均粒子径として具体的には、0.5〜1μmのものが好適に使用される。
【0027】
微粒子の屈折率は、バインダー樹脂の屈折率との差が0.03以上であることが好ましく、バインダー樹脂よりも屈折率の高い高屈折率微粒子の場合には、さらに0.3以上であることがより好ましい。単体の屈折率は、高屈折率微粒子の場合、2.0以上であることが好ましい。またバインダー樹脂の屈折率の低い低屈折率微粒子の場合、1.45以下であることが好ましい。バインダー樹脂と微粒子との屈折率差を0.03以上とすることにより、散乱層中の微粒子の含有量が少量であっても視野角依存性を改善することができ、光利用効率を阻害し難くなる。
【0028】
バインダー樹脂と微粒子との含有割合は、バインダー樹脂100重量部に対して、微粒子を5〜90重量部とする。このような含有割合とすることにより、光の利用効率を向上させつつ視野角依存性を改善することができる。特に、微粒子を15〜60重量部の割合で含有することで、その効果が顕著に発揮される。
【0029】
散乱層は、上述したバインダー樹脂、樹脂粒子及び微粒子の他に、これらの機能を阻害しない範囲で、架橋剤、着色剤、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、防カビ剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、可塑剤、レベリング剤、分散剤、流動調整剤、消泡剤等の添加剤を含むことができる。
【0030】
散乱層の厚みとしては、散乱フィルムとした際のカールの発生を防止し易くする観点から、3〜15μmとすることが好ましい。
【0031】
散乱層は、単独で散乱フィルムを構成することも可能であるが、支持体上に積層されてなるものであってもよい。
【0032】
散乱フィルムが支持体を有する場合には、当該支持体は特に制限されることなく使用することができる。例えば、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース系樹脂、アセタール系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、環状オレフィンなどの1種もしくは2種以上を混合した透明プラスチックフィルムを使用することができる。このうち、延伸加工、特に二軸延伸加工されたポリエチレンテレフタレートフィルムが、機械的強度や寸法安定性に優れる点で好ましい。また、散乱層との接着性を向上させるために、表面にコロナ放電処理を施したり、易接着層を設けたものも好適に用いられる。なお、支持体の厚みは、通常10〜400μm程度であることが好ましい。
【0033】
また、本発明の散乱フィルム表面の凹凸面とは反対側の面には、光透過率を向上させるために反射防止処理を施してもよい。さらには、帯電防止層や粘着層を設けてもよい。
【0034】
本発明の散乱フィルムをコーティング法により作製する場合には、上述したバインダー樹脂や樹脂粒子、微粒子などの材料を適当な溶媒に溶解させた散乱層用塗布液を、従来から公知の方法、例えば、バーコーター、ブレードコーター、スピンコーター、ロールコーター、グラビアコーター、フローコーター、ダイコーター、スプレー、スクリーン印刷等により支持体上に塗布し、乾燥することにより作製することができる。また、散乱層を支持体上に形成したものから、当該支持体を剥離除去することで、散乱層単層からなる散乱フィルムを作製することもできる。
【0035】
次に本発明の有機EL発光装置について説明する。本発明の有機EL発光装置は、その光出射面に、上述した本発明の散乱フィルムを貼着したものであり、それ以外の構造は公知の有機EL発光装置と同様である。
【0036】
図1に、有機EL発光装置10の一例を示す。この有機EL発光装置は、陽極(透明電極)11と陰極(背面電極)12との間に発光層13を挟んだ有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子を備え、光出射側となる陽極11側に散乱層15が設けられている。また図示しないが、陽極11側或いは陰極12側に、各層を順次積層するための支持体を備えていてもよい。支持体を透明電極側に備える場合は、支持体として透明な材料を用いる。
【0037】
透明電極11としては、SnO
2、In
2O
3、ITOなどの導電性金属酸化物を用いることができる。また陰極12としては、Al、Ag、Mo等の高反射率金属や合金を用いることができる。これら電極11、12は、いずれも蒸着、スパッタ、イオンプレーティング等公知の手法で成膜することができる。
【0038】
発光層13を構成する材料としては、公知の有機発光材料やドーピング材が用いられ、白色の発光を得るために、発光色の異なる複数の発光層(例えば赤色発光層、青色発光層及び緑色発光層)13を組み合わせることができる。複数の発光層13を組み合わせる方法は、複数の層を積層してもよいし、発光装置の発光面を細かい領域に分割し、複数の発光層をモザイク状に配置してもよい。複数の層を積層する場合には、隣接する発光層間に透明電極を挿入し、各発光層にそれぞれ電圧を印加する構成とすることができる。また単色を発光する発光層と蛍光体層を組み合わせて白色の発光を実現することも可能である。本発明は、これら全てのタイプの発光装置に適用することができる。
【0039】
また有機EL素子は、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、バリア層などを備えていてもよい。これら各層を構成する材料としては、公知の材料が用いられ、それぞれ蒸着等公知の手法で形成することができる。
【0040】
散乱層15は、バインダー樹脂中に、機能の異なる2種類の粒子、即ちバインダー樹脂と屈折率の異なる微粒子とこの微粒子より平均粒子径の大きい樹脂粒子とを含むものであり、上述した本発明の散乱フィルムを用いることができる。このような散乱層15は、樹脂粒子によって凹凸が形成された表面が光出射面となるように、光出射側に設けられる。光出射側に散乱フィルムを設ける方法としては、透明な粘着層或いは接着層を介して或いは散乱フィルムをそのまま光出射側に貼着してもよいし、光出射側の最表面となる層に、散乱層を構成する材料をコーティング法などにより直接積層して形成することも可能である。
本発明の有機EL発光装置は、その光出射側に特定の散乱層を備えることにより、光の利用効率が高く且つ視野角依存性を改善することができる。
【実施例】
【0041】
以下、実施例により本発明を更に説明する。なお、「部」、「%」は特に示さない限り、重量基準とする。
【0042】
1.散乱フィルムの作製
[実施例1]
下記処方の散乱層用塗布液を混合し撹拌した後、厚み100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(ルミラーT60:東レ社)からなる支持体上に、乾燥後の厚みが8μmとなるようにバーコーティング法により塗布、乾燥して散乱層を形成し、実施例1の散乱フィルムを得た。
【0043】
<実施例1の散乱層用塗布液>
・アクリルポリオール 15.47部
(アクリディックA-804:DIC社、固形分50%、屈折率1.5)
・イソシアネート系硬化剤 3.78部
(タケネートD110N:三井化学社、固形分60%)
・シリコーン樹脂粒子 16.8部
(KMP-701:信越化学工業社)
(平均粒径3.5μm、屈折率1.45)
・酸化ジルコニウム 1.5部
(平均粒子径0.5μm、屈折率2.4)
・希釈溶剤 33.84部
【0044】
[実施例2]
実施例1で用いた散乱層用塗布液のうち、酸化ジルコニウムの添加量を3重量部に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2の散乱フィルムを得た。
【0045】
[実施例3]
実施例1で用いた散乱層用塗布液のうち、酸化ジルコニウムの添加量を6重量部に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例3の散乱フィルムを得た。
【0046】
[実施例4]
実施例1で用いた散乱層用塗布液のうち、酸化ジルコニウムの添加量を0.75重量部に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例4の散乱フィルムを得た。
【0047】
[実施例5]
実施例1で用いた散乱層用塗布液のうち、シリコーン樹脂粒子の添加量を14.3部に変更し、酸化ジルコニウムの添加量を2.3部に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例5の散乱フィルムを得た。
【0048】
[実施例6]
実施例5で用いた散乱層用塗布液のうち、シリコーン樹脂粒子の添加量を19.3部に変更した以外は実施例5と同様にして、実施例6の散乱フィルムを得た。
【0049】
[参考例1]
実施例1で用いた散乱層用塗布液のうち、酸化ジルコニウムの添加量を12重量部に変更した以外は実施例1と同様にして、参考例1の散乱フィルムを得た。
【0050】
[実施例7]
実施例1で用いた散乱層用塗布液を下記塗布液に換えた以外は実施例1と同様にして、実施例7の散乱フィルムを得た。
<実施例7の散乱層用塗布液>
・アクリルポリオール 15.47部
(アクリディックA-804:DIC社、固形分50%、屈折率1.5)
・イソシアネート系硬化剤 3.78部
(タケネートD110N:三井化学社、固形分60%)
・シリコーン樹脂粒子 16.8部
(KMP-701:信越化学工業社)
(平均粒子径3.5μm、屈折率1.45)
・炭酸カルシウム 3.0部
(平均粒子径1μm、屈折率1.57)
・希釈溶剤 33.84部
【0051】
[実施例8]
実施例1で用いた散乱層用塗布液を下記塗布液に換えた以外は実施例1と同様にして、実施例8の散乱フィルムを得た。
<実施例8の散乱層用塗布液>
・アクリルポリオール 15.47部
(アクリディックA-804:DIC社、固形分50%、屈折率1.5)
・イソシアネート系硬化剤 3.78部
(タケネートD110N:三井化学社、固形分60%)
・シリコーン樹脂粒子 16.8部
(KMP-701:信越化学工業社)
(平均粒子径3.5μm、屈折率1.45)
・酸化ケイ素 5.0部
(平均粒子径0.5μm、屈折率1.45)
・希釈溶剤 33.84部
【0052】
[比較例1]
実施例1で用いた散乱層用塗布液を下記塗布液に換え、乾燥後の散乱層の厚みが3μmとなるようにした以外は実施例1と同様にして、比較例1の散乱フィルムを得た。
<比較例1の散乱層用塗布液>
・アクリルポリオール 15.47部
(アクリディックA-804:DIC社、固形分50%、屈折率1.5)
・イソシアネート系硬化剤 3.78部
(タケネートD110N:三井化学社、固形分60%)
・炭酸カルシウム 8.4部
(平均粒子径1μm、屈折率1.57)
・希釈溶剤 33.84部
【0053】
[比較例2]
実施例1で用いた散乱層用塗布液を下記塗布液に換えた以外は実施例1と同様にして、比較例2の散乱フィルムを得た。
<比較例2の散乱層用塗布液>
・アクリルポリオール 15.47部
(アクリディックA-804:DIC社、固形分50%、屈折率1.5)
・イソシアネート系硬化剤 3.78部
(タケネートD110N:三井化学社、固形分60%)
・アクリル樹脂粒子 17部
(テクポリマーMBX-8:積水化成品工業社)
(平均粒径7μm、屈折率1.49)
・希釈溶剤 33.84部
【0054】
2.有機EL発光装置の作製 実施例1〜8、参考例1及び比較例1、2で作製した散乱フィルムを、それぞれ、オスラム社製の有機EL発光装置(商品名:ORBEOS CDW−031)の光出射面上に貼り付け、散乱フィルムを有する有機EL発光装置を得た。
【0055】
3.評価(1)光利用効率 実施例1〜8、参考例1及び比較例1、2の散乱フィルムを有する有機EL発光装置について、3.5V、120mAの電圧・電流を印加して発光させることで、発光効率を測定した。なお、比較の基準となる、散乱フィルムを有さない有機EL発光装置における発光効率も、別途測定した。測定結果を表1に示す。
【0056】
(2)視野角依存性 散乱フィルムを有する有機EL発光装置について、正面を0度としたときに−85度から+85度まで視野角を変化させた際の色度(CIE表色系(1931))を色彩輝度計(CS−100:コニカミノルタ社)を用いて測定した。色度xと色度yについて、最大値(max)と最小値(min)との差△x、△yを式(1)、(2)により求め、さらに式(3)により色差△Eを算出し、視野角依存性を評価するための指標とした。また、比較の基準となる、散乱フィルムを有さない有機EL発光装置においても、同様に色差△Eを測定・算出した。結果を表1に示す。
【0057】
【数1】
【0058】
【表1】
【0059】
表1の結果から分かるように、バインダー樹脂、樹脂粒子、及び、バインダー樹脂と屈折率の異なる微粒子を含む散乱層を含む実施例1〜8の散乱フィルムは、光利用効率が高く、視野角依存性にも優れるものとなった。屈折率差のある微粒子の含有量が適切な量を超える場合には(参考例1)、微粒子の含有量がバインダー樹脂100重量部に対して5〜90重量部の範囲にある実施例1〜8の散乱フィルムに比べて、発光効率が低下した。また樹脂粒子を含まない比較例1では、視野角依存性が改善されたものの発光効率の改善効果はあまり得られず、微粒子を含まない比較例2では、発光効率が改善されたものの視野角依存性の改善効果が低いことが確認された。
【0060】
微粒子の含有割合がバインダー樹脂100重量部に対して15〜60重量部の範囲にある実施例1〜3及び5〜8の散乱フィルムでは、特に光利用効率が高く、視野角依存性にも優れることが確認された。