JP2004207136A

JP2004207136A - 面光源及びこれを用いた表示装置

Info

Publication number: JP2004207136A
Application number: JP2002377141A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Nakamura; 年孝中村; Minoru Miyatake; 宮武　　稔
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22
Also published as: CN1512241A; EP1434283A2; US20040183963A1; EP1434283A3; KR20040062401A

Abstract

【課題】高効率に直線偏光からなる出射光が得られて、その偏光方向が任意に制御でき、しかも色変換によって任意の発光を取り出すことのできる高輝度な面光源を提供する。
【解決手段】本発明に係る面光源１０は、電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子１と、固体発光素子１の光取り出し面側に実質的に空気層を介することなく形成された異方散乱性色変換層２とを備える。異方散乱性色変換層２は、透光性樹脂２１と、透光性樹脂２１に分散分布され、透光性樹脂２１とは複屈折性の相違する微小領域部２２と、透光性樹脂２１及び／又は微小領域部２２中に含有された少なくとも１種以上の発光性材料２３とを具備し、少なくとも１種以上の発光性材料２３は、固体発光素子１から取り出された発光を励起光として吸収し、蛍光又は燐光を発光することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面光源及びこれを用いた表示装置に関し、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）等の固体発光素子から取り出された発光を励起光として、異方性散乱特性を有する透光性樹脂等に含有された発光性材料を発光させることにより、固体発光素子から取り出された自然光を、所定の直線偏光成分に富む他の波長域の部分偏光として出射し得る面光源及びこれを用いた高効率な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極間に発光層を設け、これに電圧を印加して発光を生じるエレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）や発光ダイオードは、ディスプレイ表示装置としての利用はもちろんのこと、平面型照明、光ファイバー用光源、液晶ディスプレイ用バックライト、液晶プロジェクタ用バックライト、ディスプレイ表示装置等の各種光源として盛んに研究、開発が進められている。その中でも、特に、有機ＥＬ素子は、発光効率、低電圧駆動、軽量、低コストという点で優れており、近年極めて注目を浴びている素子である。これら固体発光素子を光源に用いる場合における最大の関心事は、発光効率の向上であリ、蛍光灯に匹敵する発光効率を得ることを目的として、素子の構成、材料、駆動方法、製造方法などの改良が種々検討されている。
【０００３】
しかしながら、ＥＬ素子のように発光層自体から発光を取り出す固体発光素子においては、発光した光の内、発光層の屈折率と、出射媒質（例えば、空気層）の屈折率とによって決まる臨界角以上の入射角を有する光が、発光層と出射媒質との界面で全反射し、発光層の内部に閉じ込められ、外部に取り出すことができない場合がある。ここで、発光層の屈折率をｎとすると、発光層で発生した光の内、外部に取り出される光の取り出し効率ηは、η＝１／（２・ｎ²）で近似されることが知られている。例えば、発光層の屈折率が１．７である場合、η≒１７％程度となり、およそ８０％以上の光は素子側面方向への導波光となり、損失光として失われていることになる。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子の場合、電極から注入された電子及び正孔の再結合によって生成する励起子の内、発光に寄与する１重項励起子の生成する確率は１／４であり、これを考慮するだけでも、全体の発光効率は５％以下と極めて低いものとなってしまう。しかしながら、近年、発光層自体の発光効率（量子効率）を高める方法として、例えば、３重項励起子を利用した燐光からも発光が生じる発光材料の開発も進んでおり、飛躍的に量子効率が高まる可能性が見出されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、仮に発光層自体の発光効率（量子効率）が向上したとしても、取り出し効率が低ければ、量子効率に取り出し効率を乗じた全体の発光効率としては低下するという問題がある。換言すれば、取り出し効率が改善されれば、相乗効果として飛躍的に発光効率を向上できる余地があるということになる。
【０００６】
前記取り出し効率を改善する方法としては、例えば、ＥＬ素子を構成する基板自体が集光性を有するようにして取り出し効率を向上させる方法（例えば、特許文献２参照）や、発光層をディスコチック液晶で形成することにより、発光する光線自体の正面指向性を向上させる方法（例えば、特許文献３参照）、ＥＬ素子を構成する電極を凹面形状に形成する方法（例えば、特許文献４参照）、ＥＬ素子を構成する電極に傾斜面を形成する方法（例えば、特許文献５参照）、ＥＬ素子を構成する電極に回折格子等を形成する方法（例えば、特許文献６参照）など、種々の方法が提案されている。しかしながら、これらの提案は、ＥＬ素子が複雑な構成になってしまったり、発光層自体の発光効率が悪くなってしまう等の問題がある。
【０００７】
また、前記取り出し効率を改善するための比較的簡単な方法としては、ＥＬ素子に光拡散層を形成することにより、光を拡散し、全反射条件を満たす光を低減する方法を挙げることができる。斯かる方法には、例えば、内部と表面で屈折率の異なる屈折率分布構造を有する粒子を透明基材中に分散含有させた拡散板（例えば、特許文献７参照）や、透光性基体上に単粒子層状に並べられた透光性粒子を含む光拡散層が設けられた拡散部材（例えば、特許文献８参照）を使用することができる他、ＥＬ素子の発光層と同じ材質中に散乱粒子を分散させる方法（例えば、特許文献９参照）など、種々の提案がなされている。これらの提案は、散乱粒子の特性、分散マトリックスとの屈折率差、粒子の分散形態、光拡散層の形成場所等に特徴を有するものである。
【０００８】
また、固体発光素子を液晶表示装置用のバックライトとして用いる場合、当該素子から出射する光は、殆ど偏光特性を示さない自然光であるため、液晶表示に際しては、前記出射光を偏光板を介して直線偏光に変換する必要がある。従って、当該偏光板による光の吸収損失が生じるため、光の利用効率が５０％を越えることができないという問題があった。
【０００９】
斯かる問題を改善する方法としては、例えば、配向膜上に有機ＥＬ素子を形成し、有機ＥＬ素子からの発光自体を直線偏光として取り出す方法（例えば、特許文献１０参照）が提案されている。斯かる方法によれば、液晶表示装置の偏光板における吸収損失を最大で１／２に低減できるものの、前記配向膜の挿入などによって有機ＥＬ素子の発光効率（量子効率）が低下する可能性がある。また、有機ＥＬ素子の発光が全反射によって素子側面方向への導波光となり、損失光として失われてしまう点は従来と同様である。
【００１０】
一方、有機ＥＬ層からの発光を吸収して可視光域の蛍光を発する発光性材料をフィルタとして用いる色変換方法が提案されている（例えば、特許文献１１及び特許文献１２参照）。斯かる方法によれば、発光性材料の種類、添加量、発光性材料の混合比などを調整することにより、白色発光を初めとし任意の可視光を取り出すことができる。また、ディスプレイ表示装置においてフルカラー表示を行う場合、通常は、各画素毎に、赤色、緑色及び青色の異なる有機ＥＬ層をそれぞれ形成する必要がある。しかしながら、各画素に全て同一の有機ＥＬ層を形成したとしても、前記方法を用いて、別途、赤色、緑色及び青色の発光性材料を塗り分けたカラーフィルタを提供すれば、フルカラー表示が可能となる。前記カラーフィルタの製造方法は、従来の液晶表示装置用カラーフィルタで培われた製造技術をそのまま応用できるため、製造コスト低減が可能であるという利点を有する。しかしながら、固体内での発光であるため、発光した光の大部分は導波光として内部に閉じ込められてしまうという状況は、前述した他の有機ＥＬ素子と同様である。
【００１１】
そこで、発光性材料を分散させたマトリックスに当該マトリックスとは屈折率の異なる粒子を分散させたり、上部に光拡散層やレンズシートを形成すること等により、ある程度は導波光を外部に取り出すことが可能である。しかしながら、斯かる手段を施した有機ＥＬ素子を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合、偏光板による吸収損失を低減することができないという問題がある。
【００１２】
また、偏光散乱フィルムを介して有機ＥＬ素子の発光を出射させるようにした方法が提案されている（例えば、特許文献１３参照）。斯かる方法によれば、導波光として失われる光が、光散乱によって取り出され、且つ、その出射光は直線偏光成分に富む光として取り出されるため、液晶表示装置の偏光板における吸収損失を低減できるという利点を有する。しかしながら、前述したような色変換方法に関しては開示も示唆もなく、フルカラー表示を行うような用途には適さないという問題がある。
【００１３】
以上のように、従来は、固体発光素子の内部に導波光として閉じ込められ損失光として失われる光を有効に取り出し、且つ、液晶表示装置のバックライトとして用いた場合に偏光板での吸収損失が少なく、しかも色変換によって任意の発光を取り出すことのできる面光源は提案されていないのが現状であった。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−３１３１７８号公報
【特許文献２】
特開昭６３−３１４７９５号公報
【特許文献３】
特開平１０−３２１３７１号公報
【特許文献４】
特開平１１−２１４１６２号公報
【特許文献５】
特開平１１−２１４１６３号公報
【特許文献６】
特開平１１−２８３７５１号公報
【特許文献７】
特開平６−３４７６１７号公報
【特許文献８】
特開２００１−３５６２０７号公報
【特許文献９】
特開平６−１５１０６１号公報
【特許文献１０】
特開平１１−３１６３７６号公報
【特許文献１１】
特開平３−１５２８９７号公報
【特許文献１２】
特開平５−２５８８６０号公報
【特許文献１３】
特開２００１−２０３０７４号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、固体発光素子内部に導波光として閉じ込められていた損失光を取り出し、且つ、直線偏光からなる出射光が得られて、その偏光方向（振動面）が任意に制御でき、しかも色変換によって任意の発光を取り出すことのできる高輝度な面光源及びこれを用いることにより高効率で消費電力の小さい表示装置を提供することを課題と
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するべく、本発明は、請求項１に記載の如く、電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子と、当該固体発光素子の光取り出し面側に実質的に空気層を介することなく形成された異方散乱性色変換層とを備え、前記異方散乱性色変換層は、透光性樹脂と、該透光性樹脂に分散分布され、該透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部と、該透光性樹脂及び／又は該微小領域部中に含有された少なくとも１種以上の発光性材料とを具備し、前記発光性材料は、前記固体発光素子から取り出された発光を励起光として吸収し、蛍光又は燐光を発光することを特徴とする面光源を提供するものである。
【００１７】
請求項１に係る発明によれば、固体発光素子の光取り出し面側に、屈折率の低い空気層（屈折率＝１）を実質的に介することなく異方散乱性色変換層が形成されているため、固体発光素子で発光した光は、全反射することなく異方散乱性色変換層に入射することになる。異方散乱性色変換層に入射した光は、発光性材料の励起光となり、発光性材料は、当該励起光を吸収して蛍光又は燐光を発することになる。なお、蛍光又は燐光の発光色は、発光性材料の種類を変えることで任意に選択することができる。
【００１８】
異方散乱性色変換層において励起発光した光の大部分は、異方散乱性色変換層と空気との屈折率差に応じて空気界面で全反射され、異方散乱性色変換層内で伝送される。斯かる伝送光の内、微小領域部と透光性樹脂との屈折率差が最大値（Δｎ１）を示す前記微小領域部の軸方向（Δｎ１方向）に平行な振動面を有する直線偏光成分が選択的に強く散乱されることになる。斯かる散乱光の内、全反射角よりも小さい角度で散乱した光は、異方散乱性色変換層から外部（空気）に出射することになる。
【００１９】
ここで、透光性樹脂に微小領域部が分散分布されていない場合を考えれば、上記のような選択的な偏光散乱が生じないため、異方散乱性色変換層内の発光性材料によって励起発光した光は、立体角の関係上、約８０％が透光性樹脂内に閉じ込められて全反射を繰り返している状態である。
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、前記閉じ込められた光が、微小領域部と透光性樹脂との界面における散乱により、全反射条件が崩れた場合にのみ異方散乱性色変換層の外部に出射することになるため、微小領域部のサイズや分布率によって出射効率を任意に制御可能である。
【００２１】
一方、前記Δｎ１方向の散乱において全反射角よりも大きい角度で散乱した光、微小領域部に衝突しなかった光、及び、Δｎ１方向以外の振動面を有する光は、異方散乱性色変換層内に閉じ込められて全反射を繰り返しつつ伝送され、異方散乱性色変換層内の複屈折位相差等により偏光状態も解消され、Δｎ１方向条件を満足して（Δｎ１方向に平行な振動面を有する直線偏光となって）出射する機会を待つことになる。以上の動作が繰り返されることにより、結果的に、異方散乱性色変換層から所定の振動面を有する直線偏光が効率良く出射されることになる。すなわち、本来導波光として閉じ込められている光を直線偏光として取り出すことが可能となる。
【００２２】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、従来のようにマイクロレンズや反射ドット等からなる特別の光出射手段を設ける必要が無く、入射した励起光によって異方散乱性色変換層内部（発光性材料）で発光した光を、所定の振動面を有する直線偏光として効率良く外部に出射することが可能である。これは、固体発光素子の動作電圧や素子電流を低減でき、素子寿命を大幅に向上させることができるという利点にも通じる。また、異方散乱性色変換層の設置角度に応じて（Δｎ１方向を何れに設定するかに応じて）直線偏光の偏光方向（振動面）を任意に設定可能である。さらに、外部に出射する直線偏光の発光色は、発光性材料を適宜選択することにより任意に設定可能である。
【００２３】
また、前記課題を解決するべく、本発明は、請求項２に記載の如く、電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子と、当該固体発光素子の光取り出し面側に実質的に空気層を介することなく形成された異方性散乱層と、前記固体発光素子の発光層と前記異方性散乱層との間に形成され、少なくとも１種以上の発光性材料を含有する色変換層とを備え、前記異方性散乱層は、透光性樹脂と、該透光性樹脂に分散分布され、該透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部とを具備し、前記発光性材料は、前記固体発光素子から取り出された発光を励起光として吸収し、蛍光又は燐光を発光することを特徴とする面光源としても提供される。
【００２４】
請求項２に係る発明は、異方性散乱層と、発光性材料を含有する色変換層とが独立別個に設けられた構成であるが、両者間には実質的に空気層が介在しないため、請求項１に係る発明と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００２５】
好ましくは、請求項３に記載の如く、前記微小領域部は、液晶性材料、若しくは、液晶相を冷却固定したガラス状態の材料、又は、重合性液晶の液晶相をエネルギー線により架橋固定した材料によって形成される。
【００２６】
或いは、請求項４に記載の如く、前記微小領域部は、ガラス転移温度が５０℃以上の液晶ポリマーからなり、前記透光性樹脂のガラス転移温度よりも低温でネマチック液晶相を呈するように構成してもよい。
【００２７】
また、好ましくは、請求項５に記載の如く、前記微小領域部と前記透光性樹脂との屈折率差について、当該屈折率差が最大値を示す前記微小領域部の軸方向の屈折率差をΔｎ１とし、前記最大値を示す軸方向に直交する軸方向の屈折率差をΔｎ２及びΔｎ３とした場合、
０．０３≦Δｎ１≦０．５
０≦Δｎ２≦０．０３
０≦Δｎ３≦０．０３
とされる。
【００２８】
好ましくは、発光効率が良く、低駆動電圧、低消費電力であるという点で、請求項６に記載の如く、前記固体発光素子は、陽極と陰極との間に、発光層を含む少なくとも１層以上の有機薄膜層が形成された有機エレクトロルミネッセンス素子とされる。
【００２９】
なお、有機エレクトロルミネッセンス素子の最大の欠点として、微量の湿気や酸素により素子が劣化し、発光効率の低下はもちろん、微小な欠陥を起点としてダークスポットが発生するという問題がある。ダークスポットに関しては、例えば、J.McElvainらによる報告（J.Appl.Phys.,Vol.80,No.10,p.6002,1996）などに詳細に記載されている。これらを防止するべく、通常、素子を完全に封止するが、それでもダークスポットの発生を完全に防止することは容易ではない。斯かるダークスポットは、面光源としての外観や視認性を著しく低下させてしまうという問題がある。しかしながら、請求項６に係る発明によれば、多少のダークスポットが発生したとしても、最終的に観測者側に出射する光は、異方散乱性色変換層等に含有された発光性材料の励起発光であり、しかも当該発光は、異方散乱性色変換層で何度も散乱されて外部に出射するため、ダークスポットの発生による視認性の低下がほとんど気にならなくなるという効果も奏する。
【００３０】
さらに、本発明は、請求項７に記載の如く、請求項１から６のいずれかに記載の面光源を備えることを特徴とする表示装置としても提供され、当該表示装置は非常に高効率な面光源を備えることになるため、表示装置の消費電力を大幅に低減できることになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る面光源の概略構成を示す縦断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る面光源１０は、電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子１と、固体発光素子１の光取り出し面側（図１の紙面上側）に実質的に空気層を介することなく形成された異方散乱性色変換層２とを備えている。
【００３２】
本実施形態に係る固体発光素子１は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）とされており、ガラス基板からなる支持基板１１と、正孔輸送層１２１、発光層１２２及び電子輸送層１２３の３層が積層された有機薄膜層１２と、有機薄膜層１２の両端にそれぞれ形成された透明電極（陽極）１３と、金属反射電極（陰極）１４とを備えている。斯かる電極１３、１４間に電圧を印加すると、陽極１３からは正孔が、陰極１４からは電子が注入され、それぞれ正孔輸送層１２１及び電子輸送層１２３を移動し、発光層１２２で再結合することにより、励起子が発生し、ＥＬ発光が得られる。発光した光のうち、上側（図１の紙面上方）に向う光は透明電極１３及びガラス基板１１を通過し、異方散乱性色変換層２に入射する。一方、下側（図１の紙面下方）に向う光は、陰極１４で反射した後、同様にして異方散乱性色変換層２に入射することになる。以上の過程において、屈折率の低い空気層（屈折率＝１）が介在しないため、発光層１２２で発光した光は全反射を受けることなく異方散乱性色変換層２に入射することができる（ただし、透明電極１３やガラス基板１１の屈折率によっては、一部の光が全反射される場合もある）。なお、本実施形態では、発光効率が良く、低駆動電圧、低消費電力であるという観点から、固体発光素子１として有機ＥＬ素子を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、分散型無機ＥＬ素子や発光ダイオードなど任意の固体発光素子を適用可能である。
【００３３】
有機ＥＬ素子１に用いられる有機材料、電極材料、層構成、各層の膜厚に関しては、特に制限はなく、従来の有機ＥＬ素子を適用することができる。有機薄膜層１２は、低分子系の材料を真空蒸着して形成しても良いし、高分子系の材料を塗布等によって形成してもよく、特に制限はない。
【００３４】
また、有機ＥＬ素子１の層構成としては、本実施形態のように、陽極１３／正孔輸送層１２１／発光層１２２／電子輸送層１２３／陰極１４とする他、陽極／発光層／陰極や、陽極／正孔輸送層／電子輸送性発光層／陰極などとすることも可能である。その他、陽極界面に正孔注入層や陰極界面に電子注入層を設けたり、再結合効率を高めるために電子ブロック層や正孔ブロック層を挿入した構成としても良い。基本的には、発光効率がより高くなる構成、材料、形成方法を選択することにより、少ない消費電力で強度の発光が得られるため、後述する異方散乱性色変換層２の発光性材料２３を効率良く励起発光できる点で好ましい。
【００３５】
陽極１３や陰極１４の電極材料についても適宜最適なものを選択すればよい。
通常の有機ＥＬ素子においては、陽極１３には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化錫等の透明導電膜が用いられ、陰極１４にはＭｇとＡｇをおよそ１０：１の原子比で共蒸着したものや、Ｃａ電極、Ｌｉを微量ドープしたＡｌ電極などが陰極の低仕事関数化による電子注入効率向上の観点から用いられているが、特にこれに限るものではない。
【００３６】
支持基板１１としては、透明性の有無に関わらず一般的なものを使用することができる。本実施形態では、前述のように支持基板１１としてガラス基板を用い、有機薄膜層１２からの発光を透明電極１３を介して支持基板１１側に取り出す構成であるが、図２に示す面光源１０ａのように、不透明な金属板を支持基板１１ａとして用い、透明電極１３上に異方散乱性色変換層２を形成する構成しても良い（この場合は、支持基板１１ａと反対側に光を取り出す構成となる）。また、陽極１３を透明電極とする以外に、例えば、有機薄膜層１界面から厚み数ｎｍ〜十数ｎｍの透光性を維持し得る厚みの金属電極を形成し、その後、当該金属電極上にＩＴＯを形成すること等によって、陰極１４を透明電極とすることも可能である（この場合、有機薄膜層１２の両面から光を取り出すことができる）。さらには、図３に示す面光源１０ｂのように、ガラス基板からなる支持基板１１と透明電極１３との間に異方散乱性色変換層２を形成する構成も採用可能である。
なお、図３に示す構成では、異方散乱性色変換層２上（光取り出し面側）にガラス基板が存在することになるが、後述する本発明の効果は同様に発揮される。
【００３７】
また、支持基板１１として、高分子フィルムを用いることもできる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ノルボルネン系樹脂、トリアセチルセルロースなどによって支持基板１１を形成することも可能である。ただし、図４に示すように、支持基板１１が異方散乱性色変換層２よりも出射面側に形成されている場合、異方散乱性色変換層２によって得られた直線偏光を維持するべく、支持基板１１として、複屈折性（光学異方性）を有しないもの（或いは、低いもの）を選択する必要がある。仮に、支持基板１１が複屈折性を有すると、異方散乱性色変換層２から出射する直線偏光との間での、その光軸や位相差の関係によっては直線偏光が楕円偏光に変換されるため、液晶表示装置等に適用する際に、偏光板において吸収される成分が増加してしまう場合がある。従って、支持基板１１としては、ガラス板、エポキシ樹脂基板、三酢酸セルロースフィルム、ノルボルネン系樹脂フィルムの他、市販の光学異方性を有しないか、或いは、低い基板を用いる必要がある。
【００３８】
図１〜図３に示す面光源において、異方散乱性色変換層２は、支持基板１１上や透明電極１３上に直接形成されているが、透明な粘着剤や接着剤を介して、これらを貼り合わせることにより形成することも可能である。この場合、有機ＥＬ素子１からの発光が極力全反射によって失われないようにするべく、各層の屈折率を考慮して、粘着剤や接着剤の屈折率を調整することが好ましい。
【００３９】
例えば、図１に示す面光源１０において、異方散乱性色変換層２をガラス基板１１上に粘着剤を用いて貼着する場合、当該粘着剤の屈折率はガラス基板１１の屈折率より高く、且つ、後述する異方散乱性色変換層２の透光性樹脂２１の屈折率より小さくしておくことが好ましい。斯かる構成によれば、ガラス基板１１／粘着剤、及び粘着剤／異方散乱性色変換層２の界面で全反射は生じず、効率良く異方散乱性色変換層２に発光を入射させることができる。但し、粘着剤の屈折率が必ずしも上記関係を満足していなくても、その屈折率差は０．１程度乃至それ以下であるため、本発明の効果を著しく低下させるおそれはない。
【００４０】
ただし、図２に示す面光源１０ａや図３に示す面光源１０ｂのように、異方散乱性色変換層２を透明電極１３上に粘着剤を用いて貼着する場合には注意が必要である。例えば、透明電極として専ら用いられるＩＴＯの屈折率は、およそ１．８〜２．０と大きく、アクリル系粘着剤の屈折率は、およそ１．４５〜１．５程度であり、比較的屈折率差が大きいので、全反射の影響が無視できなくなる。従って、粘着剤や接着剤の屈折率をＩＴＯのように大きくするのは困難であるものの、できるだけその屈折率を高くし、その分、全反射による損失を低減する必要がある。
【００４１】
異方散乱性色変換層２は、透光性樹脂２１と、透光性樹脂２１に分散分布され、透光性樹脂２１とは複屈折性の相違する微小領域部２２と、透光性樹脂２１及び／又は微小領域部２２中に含有された少なくとも１種以上の発光性材料２３とを具備している（図１では、透光性樹脂２１中に発光性材料２３を含有している例を図示している）。
【００４２】
異方散乱性色変換層２の形状は、少なくとも２面の対向する平坦面を有していれば特に制限はないが、面光源への利用や、全反射効率という観点から、図１に示すように、断面矩形のフィルム状、シート状、或いは、プレート状の形状であることが好ましく、特に、取り扱いが容易である点で、フィルム状に形成することが望ましい。異方散乱性色変換層２の厚みは、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは０．１〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．４ｍｍ〜２ｍｍとされる。
【００４３】
異方散乱性色変換層２の対向する２面２０１、２０２は、発光性材料２３で発光した光を全反射によって閉じこめる閉じ込め効率の観点より、鏡面に近い平滑性を有することが好ましい。ただし、異方散乱性色変換層２の対向する２面２０１、２０２の平滑性が乏しい場合には、別途平滑性に優れた透光性のフィルムやシートを透明な接着剤や粘着剤で透光性樹脂２１に貼着し、当該貼着した透光性のフィルムやシートの平滑な表面を全反射界面とすることでも同様の効果が得られる。
【００４４】
発光性材料２３は、透光性樹脂２１及び微小領域部２２のいずれか一方、又は、両方に均一に溶解又は分散されていることが好ましい。発光性材料２３によって光の散乱が生じることは望ましくないため、溶解する材料であることがより好ましい。また、発光性材料２３を分散する場合には、不必要な光の散乱を抑制するという観点から、その分散サイズはできる限り小さい方が好ましい。発光性材料２３は、例えば、異方散乱性色変換層２の形成の際に、透光性樹脂２１や微小領域部２２を形成する材料に予め発光材料２３を必要に応じて他の添加剤と共に配合しておく方法など、適宜な方法によって溶解又は分散させることができる。
【００４５】
発光性材料２３としては、紫外光又は可視光を吸収して、可視光領域の波長の光を励起発光する適宜な材料の１種又は２種以上を用いることができ、特に制限はない。より具体的には、励起１重項からの発光である蛍光や３重項からの発光である燐光などを放射する有機染料や無機顔料等からなる蛍光材料や蓄光材料を用いることができる。
【００４６】
発光性材料２３としては、青色、緑色、赤色の発光波長を有する材料をそれぞれ単独で又は混合して用いることが好ましい。例えば、発光性材料２３を有機蛍光染料（青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体）とする場合について、以下に具体的に説明する。
【００４７】
青色蛍光体として好ましい有機化合物は、溶液状態での蛍光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満であれば特に制限はない。具体的には、特開平６−２０３９６３号公報に記載されている、スチルベン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体及びトリススチリルアリーレン誘導体の中から選ばれた少なくとも一種を含有させるのが好ましい。その他の好ましい青色蛍光体としては、アントラセン、ペリレン、コロネン等の多環芳香族やそのアルキル置換体が挙げられる。
【００４８】
緑色蛍光体として好ましい有機化合物は、溶液状態での蛍光ピーク波長が４８０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満であれば特に制限はない。具体的には、緑色蛍光体として、３−（２’−ベンジミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン５３５）、３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジノ−＜９，９ａ，１−ｇｈ＞クマリン（クマリン５４０Ａ）、３−（５−クロロ−２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン３４）、４−トリフルオロメチル−ピペリジノ［３，２−ｇ］クマリン（クマリン３４０）、Ｎ−エチル−４−トリフルオロメチル−ピペリジノ［３，２−ｇ］クマリン（クマリン３５５）、Ｎ−メチル−４−トリフルオロメチルーピペリジノ［２，３−ｈ］クマリン、９−シアノ−１，２，４，５−３Ｈ，６Ｈ，１０Ｈ−テトラヒドロ−１−ベンゾピラノ［９，９ａ１−ｇｈ］キノリジン−１０−オン（クマリン３３７）等のクマリン化合物、２，７−ジクロロフルオレセン等のキサンチン色素、テトラセン、キナクリドン化合物等が挙げられる。
【００４９】
赤色蛍光体として好ましい有機化合物は、溶液状態での蛍光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であれば特に制限はない。具体的には、例えば、欧州公開特許第０２８１３８１号公報に記載されている赤色発振レーザー色素として用いられるジシアノメチレンピラン誘導体、ジシアノメチレンチオピラン誘導体、フルオレセイン誘導体、ペリレン誘導体等が挙げられる。
【００５０】
これらの有機化合物は、濃度消光を生じないようにするべく、層を形成する有機化合物（透光性樹脂２１又は微小領域部２２）に対して、０．１〜１０モル％、好ましくは０．５〜５モル％の割合で含有させることが必要である。なお、異方散乱性色変換層２の作成プロセスや、使用環境での発光効率の低下を考慮すれば、堅牢性に優れた発光性材料２３を用いることが好ましい。
【００５１】
異方散乱性色変換層２は、例えばポリマー類や液晶類等の透明性に優れる適宜な材料の１種又は２種以上を、延伸処理等による適宜な配向処理によって複屈折性の相違する領域が形成される組合せで用いて配向フィルムを得る方法など、適宜な方法で形成することができる。前述したように、発光性材料２３は、小さなサイズで分散されていることが望ましいため、前記組み合わせる材料の少なくとも一方は、分散される発光性材料２３と相溶性良く混和するものであることが好ましい。
【００５２】
前記材料の組合せ例としては、ポリマー類と液晶類の組合せ、等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せ、異方性ポリマ一同士の組合せなどが挙げられる。なお、微小領域部２２の分散分布性などの点より、相分離する組合せとすることが好ましく、組み合せる材料の相溶性によって分散分布性を制御することができる。例えば、非相溶性の材料を溶媒によって溶液化する方法や、非相溶性の材料を加熱溶融下に混合する方法など、適宜な方法によって相分離させることができる
。
【００５３】
前記材料の組合せで延伸処理によって配向処理する場合、ポリマー類と液晶類の組合せ及び等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せでは、任意の延伸温度や延伸倍率によって、異方性ポリマ一同士の組合せでは、延伸条件を適宜に制御することによって、それぞれ目的とする異方散乱性色変換層２を形成することができる。なお、異方性ポリマーは、延伸方向の屈折率変化の特性に基づいて正負に分類されるが、本実施形態では、正負いずれの異方性ポリマーをも用いることができ、正同士の組合せ、負同士の組合せ及び正負の組合せのいずれをも使用することが可能である。
【００５３】
前記ポリマー類の例としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートの如きエステル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳポリマー類）の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系乃至ノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きオレフィン系ポリマー、ポリメチルメタクリレートの如きアクリル系ポリマー、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、ナイロン（脂肪族ポリアミド）や芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマーが挙げられる。
【００５４】
また、カーボネート系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン、シリコーン系ポリマー、ウレタン系ポリマー、エーテル系ポリマー、酢酸ビニル系ポリマー、前記ポリマーの混合物、或いは、フェノール系、メラミン系、アクリル系、ウレタン系、ウレタンアクリル系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型又は紫外線硬化型のポリマー類なども前記透明なポリマー類の例として挙げられる。
【００５５】
一方、前記液晶類の例としては、シアノビフェニル系、シアノフェニルシクロヘキサン系、シアノフェニルエステル系、安息香酸フェニルエステル系、フェニルピリミジン系、これらの混合物の如き、室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する低分子液晶や架橋性液晶モノマーの他、室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する液晶ポリマーなどが挙げられる。前記架橋性液晶モノマーは、通常、配向処理した後、熱や光等による適宜な方法で架橋処理されてポリマーとされる。
【００５６】
耐熱性や耐久性等に優れる異方散乱性色変換層２を得るという観点では、ガラス転移温度が好ましくは５０℃以上、より好ましくは８０℃以上、特に好ましくは１２０℃以上のポリマ一類と、架橋性液晶モノマー又は液晶ポリマーとの組合せを用いることが好ましい。前記液晶ポリマーとしては、主鎖型や側鎖型等の適宜なものを用いることができ、その種類について特に限定はない。粒径分布の均一性に優れる微小領域部２２の形成性、熱的安定性、フィルムへの成形性、配向処理の容易性などの点より、液晶ポリマーとして、重合度が好ましくは８以上、より好ましくは１０以上、特に好ましくは１５〜５０００のものを用いるのが好ましい。
【００５７】
液晶ポリマーを用いた異方散乱性色変換層２は、例えばポリマ一類の１種又は２種以上と、微小領域部２２を形成するための液晶ポリマーの１種又は２種以上を混合して、液晶ポリマーが微小領域を占める状態で分散含有されたポリマーフィルムを形成し、適宜な方法で配向処理し、複屈折性が相違する領域を形成する方法などによって形成することができる。
【００５８】
ここで、微小領域部２２と透光性樹脂２１との屈折率差について、当該屈折率差が最大値を示す微小領域部２２の軸方向の屈折率差をΔｎ１とし、前記最大値を示す軸方向に直交する軸方向の屈折率差をΔｎ２及びΔｎ３とする。前記配向処理による屈折率差△ｎ１、△ｎ２及びΔｎ３の制御性等の点より、前記液晶ポリマーとしては、ガラス転移温度が５０℃以上で、併用のポリマー類（透光性樹脂２１）のガラス転移温度よりも低い温度域でネマチック液晶相を呈するものを用いるのが好ましい。その具体例としては、下記の一般式で表されるモノマー単位を有する側鎖型の液晶ポリマーなどが挙げられる。
一般式：（−Ｘ−）_n
｜
Ｙ−Ｚ
【００５９】
前記一般式において、Ｘは、液晶ポリマーの主鎖を形成する骨格基であり、線状、分岐状、環状等の適宜な連結鎖によって形成されていればよい。その具体例としては、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリ−α−ハロアクリレート類、ポリ−α−シアノアクリレート類、ポリアクリルアミド類、ポリアクリロニトリル類、ポリフタクリロニトリル類、ポリアミド類、ポリエステル類、ポリウレタン類、ポリエーテル類、ポリイミド類、ポリシロキサン類などが挙げられる。
【００６０】
また、Ｙは、主鎖より分岐するスペーサ基である。屈折率差の制御など異方散乱性色変換層２の形成性などの点より、スペーサ基Ｙとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、オクチレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エトキシエチレン、メトキシブチレンなどとするのが好ましい。一方、Ｚは、液晶配向性を付与するメソゲン基である。
【００６１】
前記ネマチック配向性の側鎖型液晶ポリマーは、前記一般式で表されるモノマー単位を有するホモポリマーやコポリマー等の適宜な熱可塑性ポリマーであればよく、特にモノドメイン配向性に優れるものが好ましい。
【００６２】
ネマチック配向性の液晶ポリマーを用いた異方散乱性色変換層２は、例えば、ポリマーフィルムを形成するためのポリマー類と、そのポリマー類のガラス転移温度よりも低い温度域でネマチック液晶相を呈し、ガラス転移温度が好ましくは５０℃以上、より好ましくは６０℃以上、特に好ましくは７０℃以上の液晶ポリマーとを混合して、液晶ポリマーが微小領域を占める状態で分散含有されたポリマーフィルムを形成した後、その微小領域部２２を形成する液晶ポリマーを加熱処理してネマチック液晶相に配向させ、その配向状態を冷却固定する方法などによって形成することができる。
【００６３】
配向処理前の微小領域部２２を分散含有するポリマーフィルム（透光性樹脂２１）、すなわち、配向処理対象のフィルムは、例えば、キャスティング法、押出成形法、射出成形法、ロール成形法、流延成形法などの適宜な方法によって形成することができる他、モノマー状態で展開し、それを加熱処理や紫外線等の放射線処理などにより重合してフィルム状に製膜する方法などによっても形成することができる。
【００６４】
微小領域部２２の均等分布性に優れる異方散乱性色変換層２を得るという点では、溶媒を介した形成材の混合液をキャスティング法や流延成形法等によって製膜する方法が好ましい。その場合、溶媒の種類、混合液の粘度、混合液展開層の乾燥速度などによって微小領域部２２の大きさや分布性などを制御することができる。微小領域部２２の小面積化には、混合液の低粘度化や混合液展開層の乾燥速度の急速化などが有効である。
【００６５】
配向処理対象のフィルムの厚みは、適宜に決定すればよいが、一般には、配向処理性などの点より、好ましくは１μｍ〜３ｍｍ、より好ましくは５μｍ〜１ｍｍ、特に好ましくは１０〜５００μｍとされる。なお、フィルムの形成に際しては、例えば、分散剤、界面活性剤、色調調節剤、難燃剤、離型剤、酸化防止剤などの適宜な添加剤を配合することができる。
【００６６】
配向処理は、例えば、１軸、２軸、逐次２軸、Ｚ軸等による延伸処理方法、圧延方法、ガラス転移温度又は液晶転移温度以上の温度で電場又は磁場を印加して急冷し配向を固定化する方法、製膜の際に流動配向させる方法、等方性ポリマーの僅かな配向に基づいて液晶を自己配向させる方法など、配向によって屈折率を制御し得る適宜な方法の１種又は２種以上を用いて行うことができる。従って、得られる異方散乱性色変換層２としては、延伸フィルムとなる場合もあるし、非延伸フィルムとなる場合もある。なお、延伸フィルムとする場合、脆性ポリマーを用いることもできるが、延び性に優れるポリマーを用いるのが好ましい。
【００６７】
また、微小領域部２２が液晶ポリマーからなる場合には、例えば、ポリマーフィルム中に分散分布する液晶ポリマーがネマチック液晶相等の目的とする液晶相を呈する温度に加熱して溶融させ、それを配向規制力の作用下に配向させて急冷し、配向状態を固定化する方法などによっても配向処理することができる。微小領域部２の配向状態は、光学特性のバラツキ防止などの観点より、モノドメイン状態にあることが好ましい。
【００６８】
なお、前記配向規制力としては、例えば、ポリマーフィルムを適宜な倍率で延伸処理する方法による延伸力、フィルム形成時のシェアリングカ、電界や磁界など、液晶ポリマーを配向させることができる適宜な規制力を適用でき、その１種又は２種以上の規制力を作用させて、液晶ポリマーを配向処理することができる
。
【００７０】
異方散乱性色変換層２における微小領域部２２以外の部分、つまり透光性樹脂２１は、複屈折性を示すものであってもよいし、等方性のものであってもよい。
異方散乱性色変換層２の全体が複屈折性を示すものは、フィルム形成用のポリマー類として配向複屈折性のものを用いて、前述した製膜過程における分子配向などによって得ることができる。なお、必要に応じて、例えば、延伸処理等の公知の配向処理を施し、複屈折性を付与乃至制御することも可能である。また、微小領域部２２以外の部分が等方性の異方散乱性色変換層２は、例えば、フィルム形成用のポリマー類として等方性のものを用いて、そのフィルムを当該ポリマー類のガラス転移温度以下の温度領域で延伸処理する方法などによって得ることができる。
【００６９】
前述のように、透光性樹脂２１と微小領域部２２とは複屈折性が相違している。具体的には、前述のように、微小領域部２２と透光性樹脂２１との屈折率差について、当該屈折率差が最大値を示す微小領域部２２の軸方向（Δｎ１方向）の屈折率差をΔｎ１とし、前記最大値を示す軸方向に直交する軸方向（Δｎ２方向、Δｎ３方向）の屈折率差をΔｎ２及びΔｎ３とした場合、後述する全反射の点より、Δｎ１は適度に大きいことが好ましく、Δｎ２及びΔｎ３は小さければ小さいほど良く、できるだけゼロであることが好ましい。本実施形態に係る異方散乱性色変換層２は、０．０３≦Δｎ１≦０．５、０≦Δｎ２≦０．０３、０≦Δｎ３≦０．０３となるように制御されており、より好ましくは、さらにΔｎ２＝Δｎ３とされる。なお、斯かる屈折率差は、使用材料の屈折率や配向処理などによって制御することができる。
【００７０】
斯かる屈折率差Δｎ１、Δｎ２及びΔｎ３とすることにより、異方散乱性色変換層２内部に入射した励起光によって励起発光した光の内、△ｎ１方向の直線偏光が強く散乱され、臨界角（全反射角）よりも小さい角度で散乱されることにより異方散乱性色変換層２から外部に出射する光量を増やすことができる一方、それ以外の方向の直線偏光は散乱され難く、全反射を繰り返すことにより、異方散乱性色変換層２の内部に閉じ込めることができる。
【００７１】
なお、微小領域部２２の各軸方向と透光性樹脂２１との屈折率差（Δｎ１、Δｎ２及びΔｎ３）は、透光性樹脂２１が光学的等方性のものである場合には、微小領域部２２の各軸方向の屈折率と透光性樹脂２１の平均屈折率との差を意味し、透光性樹脂２１が光学的異方性のものである場合には、透光性樹脂２１の主光軸方向と微小領域部２２の主光軸方向とが通常は一致しているため、それぞれの軸方向における各屈折率の差を意味する。
【００７２】
△ｎ１方向は、異方散乱性色変換層２から出射される直線偏光の振動面に平行であるため、斯かる△ｎ１方向は異方散乱性色変換層２の対向する２面２０１、２０２に平行であることが好ましい。なお、２面２０１、２０２に平行である限り、△ｎ１方向は、面光源１０を適用する液晶セル等に応じた適宜な方向とすることができる。
【００７３】
異方散乱性色変換層２における微小領域部２２は、当該微小領域部２２における散乱効果の均質性などの点より、できるだけ均等に分散分布していることが好ましい。微小領域部２２の大きさ、特に散乱方向である△ｎ１方向の長さは、後方散乱（反射）や波長依存性に影響する。光利用効率の向上、波長依存性による着色の防止、微小領域部２２の視覚化による視認阻害の防止ないし鮮明な表示の阻害防止、さらには製膜性やフィルム強度などの点より、微小領域部２２の好ましい大きさ、特に△ｎ１方向の長さは、好ましくは０．０５〜５００μｍ、より好ましくは０．１〜２５０μｍ、特に好ましくは１〜１００μｍである。なお、微小領域部２２は、通常、ドメインの状態で異方散乱性色変換層２内に存在するが、その△ｎ２方向等の長さについては特に限定はない。
【００７４】
異方散乱性色変換層２中に占める微小領域部２２の割合は、△ｎ１方向の散乱性などの点より適宜に決定することができるが、一般には、フィルム強度なども踏まえ、好ましくは０．１〜７０重量％、より好ましくは０．５〜５０重量％、特に好ましくは１〜３０重量％とされる。
【００７５】
本実施形態に係る異方散乱性色変換層２は、単層で形成することができる他、２層以上を重畳したものとして形成することも可能である。当該異方散乱性色変換層２の重畳化により、厚み増加以上の相乗的な散乱効果を発揮させることができる。斯かる重畳体は、散乱効果を増加させる等の点より、△ｎ１方向が各層で平行関係となるように重畳したものが好ましい。重畳数は、２層以上の適宜な数とすればよい。
【００７６】
重畳する異方散乱性色変換層２は、△ｎ１、△ｎ２及びΔｎ３が互いに同じものであっても良いし、異なるものであっても良い。また、各異方散乱性色変換層２に含まれる発光性材料２３についても、同じ材料であっても異なる材料であっても良い。なお、△ｎ１方向等についての各層での平行関係は、前述のように互いに平行であることが好ましいものの、作業誤差によるズレなどは許容される。
また、各異方散乱性色変換層２内で△ｎ１方向等にバラツキがある場合には、その平均方向が平行関係となるように重畳するのが好ましい。
【００７７】
異方散乱性色変換層２は、当該異方散乱性色変換層２内を光が伝送する過程で、適当に偏光状態が解消される必要があることから、異方散乱性色変換層２全体で又は部分的に位相差を有するように構成することが好ましい。なお、基本的には異方散乱性色変換２の遅相軸（Δｎ１方向の軸）と、散乱されにくい直線偏光の偏光軸（振動面）とは直交関係にあるため、位相差による偏光変換は生じ難いものの、僅かな散乱によって見かけの角度が変化し、偏光変換が生じるものと考えられる。
【００７８】
斯かる偏光変換を生じさせる点より、一般には異方散乱性色変換層２が５ｎｍ以上の面内位相差を有することが好ましいが、当該異方散乱性色変換層２の厚みに応じてその値は変化する。なお、斯かる位相差は、異方散乱性色変換層２に複屈折性の微粒子を含有させる方法や表面に付着させる方法、透光性樹脂２１を複屈折性とする方法、それらを併用する方法の他、複屈折性フィルムを一体化積層する方法等、適宜な方法で付与することができる。
【００７９】
本実施形態に係る面光源１０において、異方散乱性色変換層２からの光の取り出し面側（上面側）には、偏光維持性のレンズシートや光拡散層を配置することができる他、波長カットフィルターや位相差フィルムなどを適宜配置することも可能である。
【００８０】
レンズシートは、面光源１０からの出射光（直線偏光）を、その偏光度を維持しつつ光路制御し、視認に有利な正面方向への指向性を向上させ、散乱性の出射光の強度ピークを正面方向とすることなどを目的として配置される。
【００８１】
波長カットフィルターは、有機ＥＬ素子１からの直接光が、本実施形態に係る面光源１０で照明される液晶表示素子などに進入することを防止する目的で配置される。特に、励起光が紫外線である場合には、紫外線による液晶や偏光板の劣化を防止する必要があるため、波長カットフィルターが好適に用いられる。また、波長カットフィルターは、不必要な波長の可視光線を排除する目的で用いることもできる。なお、波長カットフィルターを別途設けず、異方散乱性色変換層２やその他の光学部材に例えば紫外線吸収剤などを配合して波長カットの機能をもたせることも可能である。
【００８２】
以上に説明したように、本実施形態に係る面光源１０は、有機ＥＬ素子１より入射した光を用いて、異方散乱性色変換層２から直線偏光として出射し得ると共に、その偏光方向（振動面）を制御可能であり、さらには、発光性材料２３を適宜選択することにより、直線偏光の発光色を任意に設定可能（複数の発光性材料２３を添加し、その添加量を調整することにより、白色発光を得ることも可能）であるため、例えば、液晶表示装置など直線偏光を利用する種々の装置や用途に好適に用いることができる。
【００８３】
なお、本発明に係る面光源は、図４に示すように、固体発光素子１と、固体発光素子１の光取り出し面側（図４の紙面上側）に実質的に空気層を介することなく形成された異方性散乱層２ａと、固体発光素子１の有機薄膜層１２（特に発光層）と異方性散乱層２ａとの間に形成され、少なくとも１種以上の発光性材料を含有する色変換層２ｂとを備えた構成とすることも可能である。換言すれば、異方性散乱層２ａと発光性材料（色変換層２ｂ）とを別個に設ける構成とすることも可能である。
【００８４】
異方性散乱層２ａは、前述した異方散乱性色変換層２に発光性材料２３を分散させずに作製すればよい。また、色変換層２ｂは、例えば、透明な樹脂に前述した発光性材料２３を分散させて形成しても良いし、基板１１自体に発光性材料２３を含有させる（つまり、この場合には基板１１自体が色変換層２ｂの役割を兼ねることになる）ことも可能である。ここで、有機薄膜層１２の発光層と色変換層２ｂとの間、色変換層２ｂと異方性散乱層２ａとの間は、空気層を介することなく形成される。従って、図４に示す面光源１０ｃも、色変換層２ｂで発生した励起発光が全反射することなく異方性散乱層２ａに入射するため、図１に示す面光源１０と同様の作用効果を発揮することができる。なお、異方性散乱層２ａの代わりに前述した異方散乱性色変換層２を用い、これを前記色変換層２ｂと組み合わせる構成を採用することも可能である。
【００８５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
【００８６】
＜実施例１＞
（１）有機ＥＬ素子の作製
ガラス基板の片側にＩＴＯセラミックターゲット（Ｉｎ₂Ｏ₃：ＳｎＯ₂＝９０重量％：１０重量％）から、ＤＣスパッタリング法を用いて、厚み１００ｎｍのＩＴＯ膜からなる透明電極（陽極）を形成した。その後、フォトレジストを用いてＩＴＯ膜をエッチングすることにより、発光面積が１５ｍｍＸ１５ｍｍとなるようにパターンを形成した。次に、超音波洗浄を行った後、低圧ＵＶランプを用いてオゾン洗浄した。次に、ＩＴＯ面上に、真空蒸着法によって、下記の条件で有機薄膜層を順次形成した。すなわち、
・正孔注入層としてＣｕＰｃ（下記の化学式１）を、蒸着速度０．３ｎｍ／ｓで１５ｎｍ形成し、
【化１】

・正孔輸送層としてα−ＮＰＤ（下記の化学式２）を、蒸着速度０．３ｎｍ／ｓで５０ｎｍ形成し、
【化２】

・電子輸送性発光層としてＰＢＤ（下記の化学式３）を、蒸着速度０．３ｎｍ／ｓで５０ｎｍ形成した。
【化３】

【００８７】
その後、Ｍｇを１ｎｍ／ｓ、Ａｇを０．１ｎｍ／ｓの蒸着速度で共蒸着し、厚み１００ｎｍのＭｇＡｇ層を形成した後、ＭｇＡｇ層の酸化防止の観点から、さらにその上にＡｇを５０ｎｍ形成して陰極電極とした。次に、真空蒸着装置から取り出した後、陰極電極側に紫外線硬化性エポキシ樹脂を滴下し、その上にスライドガラスを被せ、十分に工ポキシ樹脂が広がった時点で、高圧∪∨ランプを用いてエポキシ樹脂を硬化させて、素子を封止した。
【００８８】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子に１０Ｖの直流電圧を印加したところ、３１．２ｍＡ（電流密度９．６３ｍＡ／ｃｍ²）の電流が流れ、青色のＥＬ発光が得られた。正面輝度を輝度計（トプコン社製、商品名ＢＭ９）で測定したところ、４６ｃｄ／ｍ²であった。また、図５には、作製した有機ＥＬ素子の発光スペクトルを瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、商品名ＭＣＰＤ３０００）によって測定した結果を示す。なお、作製した有機ＥＬ素子において、電圧印加後、時間とともに輝度が低下する傾向が見られたので、本実施例１及び後述する他の実施例及び比較例の輝度測定は全て、電圧を印加してから２秒後の値を採用することで統一した。
【００８９】
（２）異方散乱性色変換層の作製
ノルボルネン系樹脂（ＪＳＲ社製、アートン、ガラス転移温度１８２℃）９５０部（重量部、以下同じ）、下記の化学式４で表される液晶ポリマー（ガラス転移温度８０℃、ネマチック液晶化温度１００〜２９０℃）５０部、下記の化学式５で表される３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）２部を溶解させた２０重量％ジクロロメタン溶液を用いてキャスト法により厚み１００μｍのフィルムを形成し、それを１８０℃で３倍に延伸処理したのち急冷して異方散乱性色変換層をフィルム形態で形成した。
【化４】

【化５】

【００９０】
前記異方散乱性色変換層は、ノルボルネン系樹脂からなる透明フィルム中に液晶ポリマーが延伸方向に長軸な状態でほぼ同じ形状のドメイン状に分散したものであり、屈折率差△ｎ１が０．２３で、△ｎ２及び△ｎ３がそれぞれ０．０２９であった。なお、斯かる屈折率差の測定に際しては、ノルボルネン系樹脂を単独で上記と同条件により延伸処理したものと、前記液晶ポリマーを単独で配向膜上に塗布し配向固定したものとについて、それぞれアッベ屈折率計により屈折率を測定し、それらの差を前記Δｎ１、Δｎ２及びΔｎ３として算出した。クマリン６は、ノルボルネン系樹脂に溶解した形で存在していた。また、微小領域部（液晶ポリマーのドメイン）の平均径を偏光顕微鏡観察による位相差に基づく着色によって測定したところ、△ｎ１方向の長さが約５μｍであった。
【００９１】
（３）有機ＥＬ素子への異方散乱性色変換層の形成
前記（２）のようにして作製した異方散乱性色変換層（フィルム）を、前記（１）のようにして作製した有機ＥＬ素子のガラス基板上に、アクリル系透明粘着剤層（厚み２５μｍ）を介して貼着した。この状態で、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、前記（１）で述べたのと略同じ電流が流れ、図６に示すようにクマリン６からの緑色の発光が得られた。また、そのときの輝度は１４６ｃｄ／ｍ²であった。
【００９２】
（４）偏光板の設置
上記（３）で作製した面光源の異方散乱性色変換フィルムの延伸方向と、偏光板（日東電工社製、ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２５ＤＵ）の透過軸とが平行となるように、当該偏光板を異方散乱性色変換フィルム上に設置した。有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、そのときの輝度は９１ｃｄ／ｍ²であった。また、異方散乱性色変換フィルムの延伸方向と、偏光板の透過軸とが直交するように、当該偏光板を設置した場合について、同様の測定を行ったところ、そのときの輝度は４７ｃｄ／ｍ²であった。つまり、本実施例に係る面光源からは、異方散乱性色変換フィルムの延伸方向に電界が振動する直線偏光成分に富む偏光が出射していることが分かった。
【００９３】
＜比較例１＞
上記実施例１の（２）異方散乱性色変換層の作製において、キャスト法により厚み１００μｍのフィルムを形成した後、それを延伸処理せずに、色変換層をフィルム形態で形成した。当該色変換フィルムを実施例１と同様に有機ＥＬ素子のガラス基板上に、アクリル系透明粘着剤層を介して貼着した。この状態で、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、実施例１の場合と略同じ電流が流れ、図６に示すようにクマリン６からの緑色の発光が得られた。また、そのときの輝度は１４１ｃｄ／ｍ²であった。
【００９４】
本比較例の色変換フィルム上に偏光板を設置したところ、輝度は６１ｃｄ／ｍ²であり、偏光板をどの方向に設置しても、輝度は略同じ値であった。つまり、本比較例に係る面光源からは、偏りのない自然光が出射していることが分かった。
【００９５】
＜比較例２＞
上記実施例１の（２）異方散乱性色変換層の作製において、化学式４で表される液晶ポリマーを添加せず、化学式５で表わされる３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）２部を溶解させた２０重量％ジクロロメタン溶液を用いてキャスト法により厚み１００μｍのフィルムを形成した後、それを延伸処理せずに、単なる色変換層をフィルム形態で形成した。当該色変換フィルムは、実施例１の異方散乱性色変換層や比較例１の色変換層とは異なり、光散乱のない透き通ったフィルムであった。この色変換フィルムを実施例１と同様に有機ＥＬ素子のガラス基板上に、アクリル系透明粘着剤層を介して貼着した。この状態で、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、図６に示すようにクマリン６からの緑色の発光が得られた。また、そのときの輝度は１０３ｃｄ／ｍ²であった。
【００９６】
本比較例の色変換フィルム上に偏光板を設置したところ、輝度は４４ｃｄ／ｍ²であり、偏光板をどの方向に設置しても、輝度は略同じ値であった。つまり、本比較例に係る面光源からは、偏りのない自然光が出射していることが分かった。
【００９７】
＜比較例３＞
上記実施例１の（３）において、異方散乱性色変換フィルムを有機ＥＬ素子のガラス基板上に形成する際、アクリル系透明粘着剤層も用いず、空気層を介してガラス基板上に載置するようにして設置した。この状態で、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、図６に示すようにクマリン６からの緑色の発光が得られた。また、そのときの輝度は８５ｃｄ／ｍ²であった。
【００９８】
さらに、上記実施例１の（４）と同様に、異方散乱性色変換フィルムの延伸方向と、偏光板の透過軸とが平行となるように、当該偏光板を設置し、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、そのときの輝度は６１ｃｄ／ｍ²であった。また、異方散乱性色変換フィルムの延伸方向と、偏光板の透過軸とが直交するように設置した場合について、同様の測定を行ったところ、そのときの輝度は２６ｃｄ／ｍ²であった。つまり、本比較例に係る面光源からは、異方散乱性色変換フィルムの延伸方向に電界が振動する直絹偏光成分に富む偏光が出射していることが分かった。
【００９９】
＜実施例２＞
上記実施例１の（２）異方散乱性色変換層の作製において、化学式５で表わされる３−（２−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）を添加しなかった以外は、実施例１と同様の方法で、異方散乱性フィルムを作製した。次に、実施例１と同様の方法で作製した有機ＥＬ素子のガラス基板上に、比較例２で作製した散乱性のない透明な色変換フィルムを、アクリル系透明粘着剤層を介して貼着した後、更に前記異方散乱性フィルムを前記色変換フィルム上に、アクリル系透明粘着剤層を介して貼着した。
【０１００】
この状態で、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、図６に示すようにクマリン６からの緑色の発光が得られた。また、そのときの輝度は１４０ｃｄ／ｍ²であった。
【０１０１】
さらに、上記実施例１の（４）と同様に、異方散乱性フィルムの延伸方向と、偏光板の透過軸とが平行となるように、当該偏光板を設置し、有機ＥＬ素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、そのときの輝度は７８ｃｄ／ｍ²であった。また、異方散乱性フィルムの延伸方向と、偏光板の透過軸とが直交するように設置した場合について、同様の測定を行ったところ、そのときの輝度は５２ｃｄ／ｍ²であった。つまり、本実施例に係る面光源からは、異方散乱性フィルムの延伸方向に電界が振動する直線偏光成分に富む偏光が出射していることが分かった。
【０１０２】
＜評価＞
表１に、実施例１及び実施例２並びに比較例１〜比較例３の特性値を纏めた。
なお、表１において、「延伸軸／／透過軸」の項目は、異方散乱性色変換フィルム（又は異方散乱性フィルム）の延伸軸方向と偏光板の透過軸とが平行となるように偏光板を設置した場合の輝度値を示し、「延伸軸⊥透過軸」の項目は、両者が直交するように偏光板を設置した場合の輝度値を示す。また、延伸処理を行わず、出射光が自然光となっている場合（比較例１及び比較例２）には、偏光板を設置した際の輝度値を示している。
【表１】

【０１０３】
表１に示すように、実施例１の面光源は、有機ＥＬ素子の発光層から放射される励起光（青色発光）が、異方散乱性色変換層に分散されたクマリン６に吸収され、クマリン６からの蛍光発光が得られる際、発光層と色変換層との間に空気層がなく、本来なら全反射される導波光成分も色変換層に取り込まれるため、効率良く有機ＥＬ素子からの励起光を利用できる。しかも、クマリン６は、異方散乱性を有する樹脂層中に分散されている為、外部に出射する蛍光発光は、所定の直線偏光成分に富む偏光として取り出される。従って、実施例１の面光源を例えば液晶表示装置用のバックライトとして用いた場合には、偏光板での吸収損失を低減することができ、高効率な面光源が提供されることになる。
【０１０４】
同様にして、実施例２の面光源は、実施例１と比較すると、やや効率は低下しているものの、ほぼ同様の効果を奏することが分かる。
【０１０５】
これに対し、延伸処理を施していない色変換フィルムを用いた比較例１の面光源は、色変換フィルムが散乱性を有するものの、複屈折性の相違する微小領域部を有さないため、異方散乱性を付与されていない。その結果、偏光板を設置する前は実施例１と同様の輝度値が得られるが、偏光板を設置することで、５０％以上の出射光が偏光板に吸収され輝度が半減してしまうことが分かる。
【０１０６】
また、色変換層として散乱性のない透明なフィルムを用いた比較例２の面光源は、有機ＥＬ素子からの励起光は、色変換層に取り込むことができるものの、当該色変換層で発生した蛍光発光が空気層に出射しようとする際に全反射を受けるため、輝度値が低くなってしまうことが分かる。
【０１０７】
また、異方散乱性色変換フィルムと有機ＥＬ素子との間に、空気層が介在する比較例３の面光源は、偏光出射特性は得られているものの、有機ＥＬ素子からの励起光が前記空気層界面で全反射を受け、異方散乱性色変換フィルムに入射せずに、導波光として損失するため、輝度値が低くなっていることが分かる。
【０１０８】
なお、以上に説明した実施例１及び実施例２には、クマリン６独特の緑色発光のみを例示したが、その他の数種類の発光性材料を適宜添加することにより、白色発光を得ることも可能であり、この場合も同様に、本発明の効果を奏することができる。
【０１０９】
また、実施例１及び２で作製した有機ＥＬ素子、すなわち励起光源として用いた青色発光素子自体は、必ずしも発光効率の高いものではない。しかしながら、前述したように、３重項励起子を利用した燐光からも発光が生じる発光材料や、ダブルヘテロ構造などを用いて、励起光源自体を高効率化すれば、本発明に係る面光源もそれに比例して高効率化されるものである。
【０１１０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る面光源によれば、従来のようにマイクロレンズや反射ドット等からなる特別の光出射手段を設ける必要が無く、入射した励起光によって異方散乱性色変換層内部（発光性材料）で発光した光を、所定の振動面を有する直線偏光として効率良く外部に出射することが可能である。これは、固体発光素子の動作電圧や素子電流を低減でき、素子寿命を大幅に向上させることができるという利点にも通じる。また、異方散乱性色変換層の設置角度に応じて直線偏光の偏光方向（振動面）を任意に設定可能である。さらに、外部に出射する直線偏光の発光色は、発光性材料を適宜選択することにより任意に設定できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る面光源の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態に係る面光源の概略構成例を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本発明のさらに他の実施形態に係る面光源の概略構成例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る面光源の概略構成例を示す縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る面光源に適用した有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る面光源の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１…固体発光素子（有機ＥＬ素子）２…異方散乱性色変換層
２ａ…異方性散乱層２ｂ…色変換層
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…面光源２１…透光性樹脂
２２…微小領域部２３…発光性材料

Claims

電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子と、
当該固体発光素子の光取り出し面側に実質的に空気層を介することなく形成された異方散乱性色変換層とを備え、
前記異方散乱性色変換層は、透光性樹脂と、該透光性樹脂に分散分布され、該透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部と、該透光性樹脂及び／又は該微小領域部中に含有された少なくとも１種以上の発光性材料とを具備し、
前記発光性材料は、前記固体発光素子から取り出された発光を励起光として吸収し、蛍光又は燐光を発光することを特徴とする面光源。
電気エネルギーによって発光を取り出す固体発光素子と、
当該固体発光素子の光取り出し面側に実質的に空気層を介することなく形成された異方性散乱層と、
前記固体発光素子の発光層と前記異方性散乱層との間に形成され、少なくとも１種以上の発光性材料を含有する色変換層とを備え、
前記異方性散乱層は、透光性樹脂と、該透光性樹脂に分散分布され、該透光性樹脂とは複屈折性の相違する微小領域部とを具備し、
前記発光性材料は、前記固体発光素子から取り出された発光を励起光として吸収し、蛍光又は燐光を発光することを特徴とする面光源。
前記微小領域部は、液晶性材料、若しくは、液晶相を冷却固定したガラス状態の材料、又は、重合性液晶の液晶相をエネルギー線により架橋固定した材料によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の面光源。
前記微小領域部は、ガラス転移温度が５０℃以上の液晶ポリマーからなり、前記透光性樹脂のガラス転移温度よりも低温でネマチック液晶相を呈することを特徴とする請求項１又は２記載の面光源。
前記微小領域部と前記透光性樹脂との屈折率差について、当該屈折率差が最大値を示す前記微小領域部の軸方向の屈折率差をΔｎ１とし、前記最大値を示す軸方向に直交する軸方向の屈折率差をΔｎ２及びΔｎ３とした場合、
０．０３≦Δｎ１≦０．５
０≦Δｎ２≦０．０３
０≦Δｎ３≦０．０３
であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面光源。
前記固体発光素子は、陽極と陰極との間に、発光層を含む少なくとも１層以上の有機薄膜層が形成された有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面光源。
請求項１から６のいずれかに記載の面光源を備えることを特徴とする表示装置。