JP2016095426A - 波長変換部材及びそれを備えたバックライトユニット、液晶表示装置並びに波長変換部材の製造方法 - Google Patents

波長変換部材及びそれを備えたバックライトユニット、液晶表示装置並びに波長変換部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】酸素バリア性に優れ、気泡の発生が低減された波長変換部材及びその製造方法、波長変換部材を備えたバックライトユニット並びに液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第1の基材10と、第2の基材20と、第1の基材10と第2の基材20と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドット31を含む波長変換層30とを備えた波長変換部材1は、波長変換層30が量子ドット31及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物の硬化層であり、波長変換層30において直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である。
【選択図】図1

Description

本発明は、励起光照射により蛍光を発する量子ドットを含む波長変換層を有する波長変換部材及びそれを備えたバックライトユニット、液晶表示装置、並びに波長変換部材の製造方法に関する。
液晶表示装置(以下、LCDとも言う。)などのフラットパネルディスプレイは、消費電力が小さく、省スペースの画像表示装置として年々その用途が広がっている。液晶表示装置は、少なくともバックライトと液晶セルとから構成され、通常、更に、バックライト側偏光板、視認側偏光板などの部材が含まれる。
近年、LCDの色再現性の向上を目的として、バックライトユニットの波長変換部材に、量子ドット(Quantum Dot、QD、量子点とも呼ばれる。)を発光材料として含んだ波長変換層を備えた構成が注目されている(特許文献1参照)。波長変換部材は、光源から入射された光の波長を変換して白色光として出射させる部材であり、上記量子ドットを発光材料として含んだ波長変換層では、発光特性の異なる2種又は3種の量子ドットが光源から入射された光により励起されて発光する蛍光を利用して白色光を具現化することができる。
量子ドットによる蛍光は高輝度であり、しかも半値幅が小さいため、量子ドットを用いたLCDは色再現性に優れる。このような量子ドットを用いた3波長光源化技術の進行により、色再現域は、現行のTV規格(FHD、NTSC(National Television System Committee)比72%から100%へと拡大している。
量子ドットには、酸素が接触すると光酸化反応により発光強度が低下するという問題がある。この点に関し、特許文献2には、量子ドットを酸素等から保護するために、量子ドットを耐熱性及び酸素バリア性に優れるアクリル樹脂中に埋め込んだ波長変換部材が報告されている。
米国特許出願公開第2012/0113672号明細書 特表2014−523634号公報
近年では、量子ドットを含む層において、さらなる酸素バリア性の向上が求められている。
本発明者らの鋭意研究により、分子量200以下の重合性化合物を有機マトリックスとして用いることにより、酸素バリア性を向上できることが明らかになってきた。一方で、分子量200以下の重合性化合物を用いて波長変換層を形成した場合、形成後の波長変換層中に気泡が発生し、波長変換層を支持する基材との剥離が生じたり、気泡の存在により酸素バリア性の低下が生じたりするという問題があることも明らかになった。
そのため、酸素バリア性を改良しつつ、気泡を発生しない波長変換部材が求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸素バリア性に優れ、かつ気泡の発生を低減した波長変換部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、酸素バリア性の高い波長変換部材を備えたバックライトユニット及び液晶表示装置を提供することを目的とする
本発明の波長変換部材は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材であって、
波長変換層は、量子ドット及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物の硬化層であり、
直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である波長変換部材である。
本発明において、重合性化合物は、ラジカル重合性化合物であることが好ましい。
また、重合性化合物が、少なくとも1種の単官能の化合物を含むことが好ましい。
本発明において重合性化合物に含まれる単官能の化合物は、重合性化合物の全重量に対して50質量%以上含まれていることが好ましい。
波長変換層の酸素透過係数が100[cm3・mm/(m2・day・atm)]以下であることが好ましい。
第1の基材及び第2の基材がいずれも酸素透過度が5.00[cm3/(m2・day・atm)]以下のバリアフィルムであることが好ましい。
量子ドットが、600nm〜680nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が70nm以下である量子ドット、520nm〜560nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が60nm以下である量子ドット、及び430nm〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が50nm以下である量子ドットからなる群から少なくとも一種選択されることが好ましい。
本発明のバックライトユニットは、上記波長変換部材と、励起光を発光する青色発光ダイオードまたは紫外線発光ダイオードからなる光源とを含むバックライトユニットである。
本発明の液晶表示装置は、上記バックライトユニットと液晶セルとを少なくとも含む液晶表示装置である。
本発明の第1の波長変換部材の製造方法は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材の製造方法であって、
量子ドット及び沸点が190℃以下の分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し、
第1の基材の片面に量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜を形成し、
塗膜の膜面温度Tを25℃<T<(重合性組成物の沸点−5)℃で規定される温度範囲に維持しながら塗膜に活性エネルギー線を照射して塗膜を硬化させて波長変換層を形成し、
波長変換層上に第2の基材を重ね合わせる波長変換部材の製造方法である。
塗膜を硬化させる工程において、第1の基材の非塗膜面をバックアップロールにより接触支持させ、塗膜の膜面温度をバックアップロールの温度、及び活性エネルギー線の照射量により調整することが好ましい。
なお、塗膜にエネルギー線を照射する照射部をケーシングで囲ってもよく、また、そのケーシング内部を、加熱冷却手段により温調して照射部雰囲気の温調を行うようにし、前述のバックアップロールおよび活性エネルギー線の照射量に照射部雰囲気温調を併せて膜面温度を調整するようにしてもよい。
塗膜を硬化させる工程を、酸素濃度1%以下である不活性ガス中で実施することが好ましい。
活性エネルギー線として紫外線を用い、紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御しながら塗膜を硬化させることが好ましい。
塗膜に活性エネルギー線を照射するための活性エネルギー線を発する照射線源を複数灯備え、1灯目から発せられた活性エネルギー線の照射による塗膜に含まれる重合性化合物の反応率を最終的に得られる反応率の10〜80%とし、続いて2灯目以降から発せられた活性エネルギー線を照射することが好ましい。
本発明の第2の波長変換部材の製造方法は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材の製造方法であって、
少なくとも量子ドット及び沸点が190℃以下の分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し、
第1の基材の片面に量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜を形成し、
塗膜に第2の基材を重ね合わせて第1の基材と第2の基材とで塗膜を挟持させ、
塗膜の膜面温度Tを25℃<T<(重合性組成物の沸点+15)℃の温度範囲に維持しながら塗膜に活性エネルギー線を照射して塗膜を硬化させて波長変換層を形成する波長変換部材の製造方法である。
塗膜を硬化させる工程において、第1の基材の非塗膜面をバックアップロールにより接触支持させ、塗膜の膜面温度をバックアップロールの温度及び活性エネルギー線の照射量により調整することが好ましい。
なお、塗膜にエネルギー線を照射する照射部をケーシングで囲ってもよく、また、そのケーシング内部を、加熱冷却手段により温調して照射部雰囲気の温調を行うようにし、前述のバックアップロールおよび活性エネルギー線の照射量に照射部雰囲気温調を併せて膜面温度を調整するようにしてもよい。
塗膜を硬化させる工程を、酸素濃度1%以下である不活性ガス中で実施することが好ましい。
活性エネルギー線は紫外線であり、紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御しながら塗膜を硬化させることが好ましい。
塗膜に活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線照射装置が活性エネルギーを発する照射線源を複数灯備え、1灯目から発せられた活性エネルギー線の照射による塗膜に含まれる重合性化合物の反応率を最終的に得られる反応率の10〜80%とし、続いて2灯目以降から発せられた活性エネルギー線を照射することが好ましい。
本発明の波長変換部材は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材であって、波長変換層は、量子ドット及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物の硬化層であり、直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である。係る構成によれば、酸素バリア性に優れ、かつ気泡の発生が抑制されているので剥がれが生じたり酸素バリア性の低下を引き起こしたりしない波長変換部材を提供することができる。
本発明の第1の実施形態の波長変換部材の断面模式図である。 本発明の第2の実施形態の波長変換部材の断面模式図である。 図1に示す波長変換部材の製造工程を示す模式図である。 図3に示す製造方法を実施するための波長変換部材製造装置の概略構成図である。 硬化工程における塗膜の膜面温度のバックアップロール温度及び照射量依存性を示すグラフである。 硬化工程におけるUV照射方法の例を示すグラフである。 波長変換部材製造装置の硬化処理部の構成バリエーション(その1)である。 波長変換部材製造装置の硬化処理部の構成バリエーション(その2)である。 波長変換部材製造装置の硬化処理部の構成バリエーション(その3)である。 図2に示す波長変換部材の製造工程を示す模式図である。 図7に示す製造方法を実施するための波長変換部材製造装置の概略構成図である。 バックライトユニットの概略構成図である。 液晶表示装置の概略構成図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本明細書の図面において、視認しやすくするために各部の縮尺を適宜変更して示してある。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[波長変換部材]
図1は、本発明の第1実施形態に係る波長変換部材1の断面模式図である。
本実施形態の波長変換部材1は、第1の基材10と、第2の基材20と、第1の基材10と第2の基材20との間に、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドット31を含む波長変換層30とを備えている。また、第2の基材20と波長変換層30との間に接着層21を有している。
波長変換層30は、量子ドット31及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物からなる塗膜に活性エネルギー線を照射して得られた硬化層であり、重合性化合物が重合してなる有機マトリックス32中に量子ドット31が分散されてなる層である。そして、硬化層すなわち波長変換層30において、直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である。
波長変換層30の酸素透過係数が100[cm3・mm/(m2・day・atm)]以下であることが好ましい。
第1の基材10及び第2の基材20は酸素バリア性を有することが好ましく、第1の基材及び前記第2の基材がいずれも酸素透過度が5.00[cm3/(m2・day・atm)]以下のバリアフィルムであることが好ましい。基材の詳細は後記する。
なお、波長変換層30は分子量400以下の成分の含有量が全重量の1%以下である。特に、後述する波長変換層の製造工程において、塗膜形成後の硬化処理を行った直後(硬化処理部を通過直後)において、分子量400以下の成分の含有量が全重量の1%以下とすることにより、直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である波長変換層を得ることができる。気泡は、分子量400以下の成分の含有量が硬化処理の後に残留することによって生じるものと考えられ、分子量400以下の成分を抑制することにより、波長変換層中に気泡が生じるのを抑制できると考えられる。
波長変換層30中の分子量400以下の成分の含有量の測定方法を説明する。
なお、分子量400以下の成分には、モノマーのみならず2量体を含んでいてもよい。
(残留成分の重量測定)
残留成分の重量は、例えば、マック・サイエンス社製TG−DTA 2000Sを用い、サンプルを任意の温度へ昇温し、保持した際の重量変化を測定して得られる。このとき温度の昇温により揮発した揮発成分が残留成分に相当するものと看做している。
(残留成分の分子量分布測定)
残留成分の分子量分布測定は、サンプルを任意の温度へ昇温し残留成分を放出させて、例えば、島津製作のガスクロマトグラフ質量分析計GCMSを使用することで測定することができる。
上記「残留成分の重量測定」及び「残留成分の分子量分布測定」を組み合わせることでサンプル中に残存している分子量400以下の化合物の含有量を測定することができる。具体的な手順については後記[実施例]の記載を参照されたい。
図2は、本発明の第2の実施形態の波長変換部材11の断面模式図である。
本実施形態の波長変換部材11は、図1に示した第1の実施形態に係る波長変換部材11において、第2の基材20と波長変換層30との間に接着層21を備えていない点で異なるが、他の構成は第1の実施形態の波長変換部材1と同様である。
波長変換部材11においても波長変換層30は、量子ドット31及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物からなる塗膜に活性エネルギー線を照射して得られた硬化層であり、有機マトリックス32中に量子ドット30が分散されてなる層である。そして、硬化層すなわち波長変換層30において直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である。
以下に、波長変換部材1、11を構成する各層について詳述する。
−波長変換層−
波長変換層30は既に述べたように、重合性組成物に対して活性エネルギー線を照射して形成されてなる硬化層であり、有機マトリックス32中に励起光を照射されて蛍光を生じる量子ドット31が分散されてなる。波長変換層30の形状は特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。なお、図1において量子ドット31は、視認しやすくするために大きく記載してあるが、実際は、例えば、波長変換層30の厚み30〜100μmに対し、量子ドット31の直径は2〜10nm程度である。
波長変換層30の厚みは、好ましくは1〜500μmの範囲であり、より好ましくは10〜250μmの範囲であり、さらに好ましくは20〜150μmの範囲である。厚みが1μm以上であると、高い波長変換効果が得られるため、好ましい。また、厚みが500μm以下であると、バックライトユニットに組み込んだ場合に、バックライトユニットを薄くすることができるため、好ましい。
(量子ドット)
量子ドット31は、入射する励起光により励起され蛍光を発光するものである。公知の量子ドットには、600nm〜680nmの範囲の波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(A)、500nm〜600nmの範囲の波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(B)、400nm〜500nmの波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット(C)があり、量子ドット(A)は、励起光により励起され赤色光を発光し、量子ドット(B)は緑色光を、量子ドット(C)は青色光を発光する。
特に、量子ドット(A)、(B)、(C)は、発光ピークの半値幅が70nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることが更に好ましい。
例えば、量子ドット(A)と量子ドット(B)を含む波長変換部材へ励起光として青色光を入射させると、量子ドット(A)により発光される赤色光、量子ドット(B)により発光される緑色光と、波長変換部材を透過した青色光により、白色光を具現化することができる。または、量子ドット(A)、(B)、及び(C)を含む波長変換部材に励起光として紫外線を入射させることにより、量子ドット(A)により発光される赤色光、量子ドット(B)により発光される緑色光、及び量子ドット(C)により発光される青色光により、白色光を具現化することができる。
量子ドットについては、例えば特開2012−169271号公報段落0060〜0066を参照することができるが、ここに記載のものに限定されるものではない。量子ドットとしては、市販品を何ら制限なく用いることができる。
量子ドットは、上記重合性組成物に粒子の状態で添加してもよく、溶媒に分散した分散液の状態で添加してもよい。分散液の状態で添加することが、量子ドットの粒子の凝集を抑制する観点から、好ましい。ここで使用される溶媒は、特に限定されるものではない。ただし、重合性組成物は実質揮発性の有機溶媒を含有しないことが好ましいため、量子ドットを溶媒に分散した分散液の状態で重合性組成物に添加した場合は、重合性組成物を第1の基材の上に塗布して塗膜を形成する前に、重合性組成物中の溶媒を乾燥させる工程を含むことが好ましい。溶媒を乾燥させる工程を減らす観点からは、量子ドットを、重合性組成物に粒子の状態で添加することも好ましい。
なお、揮発性の有機溶媒とは、沸点が160℃以下であり、重合性化合物と外部刺激により硬化しない20℃で液状の化合物を言う。揮発性の有機溶媒の沸点は、160℃以下であり、115℃以下が更に好ましく、最も好ましくは30℃以上100℃以下である。
重合性組成物が実質揮発性の有機溶媒を含有しない場合、重合性組成物中、揮発性の有機溶媒の割合が10000ppm以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましい。
量子ドットは、重合性組成物の全量100質量部に対して、例えば0.01〜10質量部程度添加することができる。
(重合性化合物)
重合性組成物中には、重合性化合物として少なくとも、沸点が190℃以下であり、分子量200以下の化合物であるモノマーを含んでいる。重合性組成物中には、重合性化合物として、分子量200超えるものを含んでいてもよい。
重合性化合物中の分子量200以下のモノマーは、重合性組成物中に30質量パーセント以上含まれることが酸素バリア性向上の観点から好ましい。
分子量200超えの重合性化合物は、重合性組成物中に20質量パーセント以下であることが好ましい。
重合性化合物としては、活性線硬化型重合性化合物を含んでいる。活性線硬化型重合性化合物とは、活性エネルギー線を照射することで架橋反応、重合反応を経て硬化して樹脂となる化合物をいう。活性エネルギー線とは、紫外線、電子線、放射線(α線、β線、γ線等)などの電磁波をいう。活性線硬化型重合性化合物として、例えば、光(紫外線)、電子線、放射線硬化性の多官能モノマーや多官能オリゴマーの官能基を有する化合物が使用され、少なくとも1種のラジカル重合性化合物を含むことが好ましい。重合性化合物に含有される官能基としては、光重合性官能基が好ましい。光重合性官能基としては、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、アリル基等の不飽和の重合性官能基等が挙げられる。
また、重合性化合物が、少なくとも1種の単官能の化合物を含むことが好ましい。
−(メタ)アクリレート系−
硬化後の硬化被膜の透明性、密着性等の観点からは、単官能または多官能(メタ)アクリレートモノマー等の(メタ)アクリレート化合物や、そのポリマー、プレポリマー等が好ましい。なお本発明及び本明細書において、「(メタ)アクリレート」との記載は、アクリレートとメタクリレートとの少なくとも一方、または、いずれかの意味で用いるものとする。「(メタ)アクリロイル」等も同様である。
−−単官能のもの−−
単官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、アクリル酸及びメタクリル酸、それらの誘導体、より詳しくは、(メタ)アクリル酸の重合性不飽和結合((メタ)アクリロイル基)を分子内に1個有するモノマーを挙げることができる。それらの具体例として以下に化合物を挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜20であるアルキル(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、メチレンオキシド付加シクロデカトリエン(メタ)アクリレート等の脂環構造を有する総炭素数4〜20の(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクタプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセロールのモノ又はジ(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
単官能(メタ)アクリレートモノマーの使用量は、重合性組成物に含まれる重合性化合物の全量100質量部に対して、重合性組成物の粘度を好ましい範囲に調整し、硬化収縮を抑える観点からは、30質量部以上とすることが好ましく、50〜99質量部とすることがより好ましい。
−−2官能のもの−−
重合性基を2つ有する重合性モノマーとして、エチレン性不飽和結合含有基を2個有する2官能重合性不飽和モノマーを挙げることができる。2官能の重合性不飽和モノマーは機械的強度付与の点で優れる。本発明では、反応性に優れ、残存触媒などの問題の無い(メタ)アクリレート系化合物が好ましい。
特に、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート等が本発明に好適に用いられる。これらの化合物は、その一種を単独で使用することもできるし、また、その二種以上を混合して使用することもできる。
−−3官能以上のもの−−
重合性基を3つ以上有する重合性モノマーとして、エチレン性不飽和結合含有基を3個以上有する多官能重合性不飽和モノマーを挙げることができる。これら多官能の重合性不飽和モノマーは機械的強度付与の点で優れる。本発明では、反応性に優れ、残存触媒などの問題の無い(メタ)アクリレート系化合物が好ましい。
具体的には、ECH変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、EO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、PO変性グリセロールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールポリ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が好適である。これらの化合物は、その一種を単独で使用することもできるし、また、その二種以上を混合して使用することもできる。
−エポキシ系化合物他−
本発明で用いる重合性モノマーとして、エポキシ基、オキセタニル基等の開環重合可能な環状エーテル基等の環状基を有する化合物を挙げることができる。そのような化合物としてより好ましくは、エポキシ基を有する化合物(エポキシ化合物)を有する化合物を挙げることができる。エポキシ基やオキセタニル基を有する化合物を、(メタ)アクリレート系化合物と組み合わせて使用することにより、基材との密着性が向上する傾向にある。
エポキシ基を有する化合物としては、例えば、多塩基酸のポリグリシジルエステル類、多価アルコールのポリグリシジルエーテル類、ポリオキシアルキレングリコールのポリグリシジルエーテル類、芳香族ポリオールのポリグリシジルエテーテル類、芳香族ポリオールのポリグリシジルエーテル類の水素添加化合物類、ウレタンポリエポキシ化合物及びエポキシ化ポリブタジエン類等を挙げることができる。これらの化合物は、その一種を単独で使用することもできるし、また、その二種以上を混合して使用することもできる。
その他に好ましく使用することのできるエポキシ基を有する化合物としては、例えば、脂肪族環状エポキシ化合物、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテル類;フェノール、クレゾール、ブチルフェノールまたはこれらにアルキレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類などを例示することができる。
これらの成分の中、脂肪族環状エポキシ化合物、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジル
エーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジル
エーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルが好ましい。
エポキシ基やオキセタニル基を有する化合物として好適に使用できる市販品としては、UVR−6216(ユニオンカーバイド社製)、グリシドール、AOEX24、サイクロマーA200、セロキサイド2021P、セロキサイド8000(以上、ダイセル化学工業(株)製)、シグマアルドリッチ社製の4−ビニルシクロヘキセンジオキシド、エピコート828、エピコート812、エピコート1031、エピコート872、エピコートCT508(以上、油化シェル(株)製)、KRM−2400、KRM−2410、KRM−2408、KRM−2490、KRM−2720、KRM−2750(以上、旭電化工業(株)製)などを挙げることができる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明で用いる重合性化合物として、ビニルエーテル化合物を用いてもよい。
ビニルエーテル化合物は公知のものを適宜選択することができ、例えば、特開2009−73078号公報の段落番号0057に記載のものを好ましく採用することができる。
これらのビニルエーテル化合物は、例えば、Stephen.C.Lapin,Polymers Paint Colour Journal.179(4237)、321(1988)に記載されている方法、即ち多価アルコールもしくは多価フェノールとアセチレンとの反応、または多価アルコールもしくは多価フェノールとハロゲン化アルキルビニルエーテルとの反応により合成することができ、これらは1種単独あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の重合性組成物には、低粘度化、高硬度化の観点から特開2009−73078号公報に記載の反応性基を有するシルセスキオキサン化合物を用いることも可能である。
(チキソトロピー剤)
重合性組成物には、チキソトロピー剤を添加することが好ましい。チキソトロピー剤は、無機化合物または有機化合物である。
無機物のチキソトロピー剤の場合は、アスペクト比1.2〜300の無機粒子であることが好ましく、2〜200の無機粒子であることがより好ましく、5〜200の無機粒子であることが特に好ましく、5〜100の無機粒子であることがより特に好ましく、5〜50の無機粒子であることがさらにより特に好ましい。この範囲にすることで、併用する量子ドットの存在状態を制御でき、無機物のチキソ剤に起因する不要な内部散乱を低減でき、コントラスト向上に有効である。
無機物のチキソトロピー剤は、長軸長さが5nm以上1μm以下であることが好ましく、5nm以上300nm以下であることがより好ましい。
無機物のチキソトロピー剤で上記アスペクト比を満たすものは特に制限無く用いることができるが、たとえば針状化合物、鎖状化合物、扁平状化合物、層状化合物を好ましく用いることができる。なかでも、層状化合物であることが好ましい。
層状化合物としては特に制限はないが、タルク、雲母、長石、カオリナイト(カオリンクレー)、パイロフィライト(ろう石クレー)、セリサイト(絹雲母)、ベントナイト、スメクタイト・バーミキュライト類(モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイトなど)、有機ベントナイト、有機スメクタイトなどが挙げられる。
また、無機物のチキソトロピー剤として、そのアスペクト比に関係なく、シリカ、アルミナ、窒化珪素、二酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化亜鉛などを用いることができる。これらの化合物は必要に応じて、表面に親水性又は疎水性を調節する処理を行うこともできる。
有機物のチキソトロピー剤としては、酸化ポリオレフィン、変性ウレア等が挙げられる。
チキソトロピー剤の含有量は、重合性組成物中、硬化性化合物100質量部に対して0.120質量部であることが好ましく、0.2〜10質量部であることがより好ましく、0.2〜8質量部であることが特に好ましい。特に無機物のチキソトロピー剤の場合、硬化性化合物100質量部に対して20質量以下であると、脆性が良化方向にある。
(重合開始剤)
本発明に用いられる重合性組成物には、重合開始剤として、公知の光重合開始剤を含むことができる。重合開始剤については、例えば、特開2013−043382号公報段落0037を参照できる。重合開始剤は、重合性組成物に含まれる重合性化合物の全量の0.1モル%以上であることが好ましく、0.5〜2モル%であることがより好ましい。また、揮発性有機溶媒を除いた全重合性組成物中に対して、0.1質量%〜10質量%含むことが好ましく、更に好ましくは0.2質量%〜8質量%である。
(シランカップリング剤)
シランカップリング剤を含む重合性組成物から形成され波長変換層は、シランカップリング剤により隣接する層との密着性が強固なものとなるため、優れた耐光性を示すことができる。これは主に、波長変換層に含まれるシランカップリング剤が、加水分解反応や縮合反応により、隣接する層の表面やこの波長変換層の構成成分と共有結合を形成することによるものである。また、シランカップリング剤がラジカル重合性基等の反応性官能基を有する場合、波長変換層を構成するモノマー成分と架橋構造を形成することも、波長変換層と隣接する層との密着性向上に寄与し得る。
シランカップリング剤としては、公知のシランカップリング剤を、何ら制限なく使用することができる。密着性の観点から好ましいシランカップリング剤としては、特開2013−43382号公報に記載の下記一般式(1)で表されるシランカップリング剤を挙げることができる。
一般式(1)
(一般式(1)中、R1〜R6は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基またはアリール基である。但し、R1〜R6のうち少なくとも1つは、ラジカル重合性の炭素−炭素二重結合を含む置換基である。)
−第1の基材、第2の基材−
第1の基材10及び第2の基材20は、波長変換層用の塗膜を支持できるものであれば、単層であっても複数層からなる積層体であってもよいが、波長変換層を酸素から保護するためにバリア層を含む構成であることが特に好ましい。
本発明の波長変換部材の製造方法では、上記第1の基材と上記第2の基材は、少なくとも一方が可とう性のフィルムであることが好ましい。
バリア機能を有する可とう性のフィルムとしては、可とう性支持体の少なくとも片面にバリア層を備えてなるバリアフィルムを使用することが好ましい。
第1の基材10及び第2の基材20の厚さは10〜100μmであることが好ましい。第1の基材10及び第2の基材20の厚さは、適用される製品の厚さ低減の要求とシワ防止との観点から、15μm〜60μmであることが、さらに好ましい。また、第1の基材10及び第2の基材20は、例えば、300〜1500mmの幅を有する。第1の基材10及び第2の基材20のそれぞれの厚さ、及び幅は適用される製品によって適宜選択される。
なお、上記第1の基材と上記第2の基材の幅(基材幅)よりも狭い幅で、重合性組成物を塗工することが好ましい。重合性組成物の塗工幅は、上記第1の基材と上記第2の基材の幅(基材幅)よりも10〜200mm狭くすることが好ましい。
バリアフィルムについては、特に限定されるものではないが、一般的にセルロースアシレート、環状オレフィン、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、及びポリカーボネート樹脂等の可とう性の支持体の少なくとも片面に酸素や水分に対するバリア性を有する無機層を1層以上含むバリア層を備えた構成が一般的である。
バリアフィルムは、可とう性支持体の少なくとも上記の無機層1層と少なくとも1層の有機層を含む積層構造のバリア層を含むものであってもよい。このように複数の層を積層することは、より一層バリア性を高めることができるため、耐候性向上の観点からは好ましい。他方、積層する層の数が増えるほど、波長変換部材の光透過率は低下する傾向があるため、良好な光透過率を維持し得る範囲で、積層数を増やすことが望ましい。具体的には、バリアフィルムは、可視光領域における全光線透過率が好ましくは80%以上であり、かつ、酸素透過度が5.00cm3/(m2・day・atm)以下であることが好ましい。全光線透過率とは、可視光領域にわたる光透過率の平均値を示す。
バリアフィルムの酸素透過度は、より好ましくは1cm3/(m2・day・atm)以下、特に好ましくは0.1cm3/(m2・day・atm)以下であり、より特に好ましいのは0.01cm3/(m2・day・atm)以下である。
バリア層を構成する無機層及び有機層について説明する。
ここで、「無機層」とは、無機材料を主成分とする層であり、好ましくは無機材料のみから形成される層である。これに対し、「有機層」とは、有機材料を主成分とする層であって、好ましくは有機材料が50質量%以上、更には80質量%以上、特に90質量%以上を占める層を言うものとする。
(無機層)
無機層を構成する無機材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属、または無機酸化物、窒化物、酸化窒化物等の各種無機化合物を用いることができる。無機材料を構成する元素としては、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スズ、インジウム及びセリウムが好ましく、これらを一種または二種以上含んでいてもよい。無機化合物の具体例としては、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウム合金、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタンを挙げることができる。また、無機層として、金属膜、例えば、アルミニウム膜、銀膜、錫膜、クロム膜、ニッケル膜、チタン膜を設けてもよい。また無機層に隣接して有機層が併設されていても良い。有機層はアクリレートを主成分とするものが主に用いられるが限定されるものではなく、無機層を保護するものであれば他の素材でも良い。
上記の材料の中でも、上記バリア性を有する無機層が窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種の化合物を含む無機層であることが特に好ましい。これらの材料からなる無機層は、有機層との密着性が良好であることから、無機層にピンホールがある場合でも、有機層がピンホールを効果的に埋めることができ、破断を抑制できるとともに、更に無機層を積層したケースにおいても極めて良好な無機層膜形成ができ、バリア性をより一層高くすることができるからである。
無機層の形成方法としては、特に限定されず、例えば成膜材料を蒸発ないし飛散させ被蒸着面に堆積させることができる各種成膜方法を用いることができる。
無機層の形成方法の例としては、無機酸化物、無機窒化物、無機酸化窒化物、金属等の無機材料を、加熱して蒸着させる真空蒸着法;無機材料を原料として用い、酸素ガスを導入することにより酸化させて、蒸着させる酸化反応蒸着法;無機材料をターゲット原料として用い、アルゴンガス、酸素ガスを導入して、スパッタリングすることにより、蒸着させるスパッタリング法;無機材料にプラズマガンで発生させたプラズマビームにより加熱させて、蒸着させるイオンプレーティング法等の物理気相成長法(Physical Vapor Deposition法)、酸化ケイ素又は窒化ケイ素の蒸着膜を成膜させる場合は、有機ケイ素化合物を原料とするプラズマ化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法)等が挙げられる。
また、酸化ケイ素膜は、有機ケイ素化合物を原料として、低温プラズマ化学気相成長法を用いて形成することもできる。この有機ケイ素化合物としては、具体的には、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられる。また、上記有機ケイ素化合物の中でも、テトラメトキシシラン(TMOS)、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)を用いることが好ましい。これらは、取り扱い性や蒸着膜の特性に優れるからである。
無機層の厚さは、10nm〜500nm、中でも10nm〜300nm、特に10nm〜150nmの範囲内であることが好ましい。無機層の膜厚が、上述した範囲内であることにより、良好なバリア性を実現しつつ、無機層における反射を抑制することができ、光透過率がより高い光変換部材を提供することができるからである。
(有機層)
有機層としては、特開2007−290369号公報段落0020〜0042、特開2005−096108号公報段落0074〜0105を参照できる。なお有機層は、カルドポリマーを含むことが好ましい。これにより、有機層と隣接する層との密着性、特に、無機層とも密着性が良好になり、より一層優れたガスバリア性を実現することができるからである。カルドポリマーの詳細については、上述の特開2005−096108号公報段落0085〜0095を参照できる。有機層の膜厚は、0.05μm〜10μmの範囲内であることが好ましく、中でも0.5〜10μmの範囲内であることが好ましい。有機層がウェットコーティング法により形成される場合には、有機層の膜厚は、0.5〜10μmの範囲内、中でも1μm〜5μmの範囲内であることが好ましい。また、ドライコーティング法により形成される場合には、0.05μm〜5μmの範囲内、中でも0.05μm〜1μmの範囲内であることが好ましい。ウェットコーティング法またはドライコーティング法により形成される有機層の膜厚が上述した範囲内であることにより、無機層との密着性をより良好なものとすることができるからである。
無機層、有機層のその他詳細については、上述の特開2007−290369号公報、特開2005−096108号公報、更にUS2012/0113672A1の記載を参照できる。
またバリアフィルムには必要により、基材を挟んで上述の無機層、有機層からなるバリア層とは反対の面に散乱層、滑り性付与層、ニュートンリング防止層、また各種の光反射層、光吸収層、光選択反射層等を設けてよい。散乱層については、有機、無機の粒子を各種のバインダーに担持させた層であることが望ましい。また滑り性付与層は、有機、無機の粒子を各種のバインダーに担持させたものか、フッ素やシリコンを含有したバインダー層であってよい。また光反射層、光吸収層、光選択反射層は、無機、有機粒子による散乱、反射の機能を付与するもの、微細ナノ構造による吸収、反射機能を持たせるもの、液晶の配列構造による反射機能を持たせるもので構成されてよい。
尚、上記の散乱層、滑り性付与層、ニュートンリング防止層、また各種の光反射層、光吸収層、光選択反射層等は、必要により、バリア層と同じ面に形成されることがあっても良い。
「波長変換部材の製造方法及び製造装置」
以下、本発明の波長変換部材の製造方法及び製造装置の実施形態を説明する。
−第1の波長変換部材の製造方法及び製造装置−
図3は、図1に示す断面を有する波長変換部材1の製造工程を示す概略図である。図3に沿って、本発明の第1の波長変換部材の製造方法の実施形態を説明する。本発明の第1の波長変換部材の製造方法によれば、少なくとも量子ドット及び沸点が190℃以下の分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し(準備工程)、第1の基材10の片面に量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜30Mを形成し(塗布工程)、塗膜30Mの膜面温度Tを25℃<T<(重合性組成物の沸点−5)℃で規定される温度範囲に維持しながら塗膜30Mに活性エネルギー線Eを照射して塗膜30Mを硬化させて波長変換層30を形成して第1の基材10上に波長変換層30を備えてなる積層フィルム15を形成し(硬化工程)、波長変換層30上に、接着層21を介して、第2の基材20を重ね合わせて第1の基材10と第2の基材20とで波長変換層30を挟持させ(貼付工程)、波長変換部材1を製造する。なお、上記硬化工程直後、貼付工程前における、波長変換層中の分子量400以下の成分の含有量は波長変換層全重量の1%以下となるようにする。これにより、所定時間(例えば1日程度)以上経過した後において、波長変換層中において直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である波長変換部材を製造することができる。
図4は、図3に示す波長変換部材1の製造方法を実施するための波長変換部材製造装置100の一例の概略構成図である。
波長変換部材製造装置100は、第1の基材10をロール状態にて支持し、繰り出す送出機60と、フィルム状のワークを搬送するための複数の搬送ロール61と、各処理工程を経て形成された波長変換部材1をロール状に巻き取る巻取機65を備えたロール・トゥ・ロール方式の製造装置であり、送出機60と巻取機65との間に、第1の基材10の一面に重合性組成物塗布液を塗布して塗膜30Mを形成する塗布部70と、第1の基材10と第2の基材20との間に塗膜30Mが挟持されてなる積層フィルム14に、活性エネルギー線EとしてUV光を照射して塗膜30Mを硬化して波長変換層30を形成する硬化処理部90と、第1の基材10上に波長変換層30が形成された積層フィルム15の波長変換層30上に、波長変換層30を第1の基材10と共に挟持する第2の基材20を貼付する貼付部(ラミネート部)80とをこの順に備えている。さらに、送出機60と塗布部70との間に第1の基材10の塗布面から塵埃を除去する除塵機102を、塗布部70と硬化処理部90との間の硬化処理部90側に重合性組成物中に含有される揮発成分を揮発させるための乾燥装置103を、貼付部80と巻取機65との間に乾燥、アニール処理を行うアニール部104とを備えている。
図4を参照して、波長変換部材製造装置100を用いた、本実施形態の波長変換部材の製造方法の一実施形態を工程毎に順に説明する。
(塗布工程)
製造装置100の塗布部70における塗布工程の具体的態様を説明する。
まず、第1の基材10は送出機60から塗布部70へ1〜50m/分の搬送速度で連続搬送される。但し、この搬送速度に限定されない。送出される際、例えば、第1の基材10には、20〜150N/mの張力、好ましくは30〜100N/mの張力が加えられる。その後必要により基材の表面、裏面に各種の塗布前処理が実施されてもよい。塗布前処理とは基材のシワや伸びを矯正するための熱処理工程、プレス工程、また表面の濡れ性を改善するための、各種の放電処理や火炎処理工程、また同様に濡れ性を改善するためのプライマリー塗工などを指す。またその他、基材に保護シートが接着されている場合には該保護シートを剥離、除電する工程も前処理に含まれる。本例においては、除塵機102により、第1の基材10の塗布面から塵埃を除去した上で、第1の基材10を塗布部70へ搬送する。
塗布部70では、連続搬送される第1の基材10の表面に重合性組成物(以下、「塗布液」という場合もある。)が塗布され、塗膜30M(図3参照)が形成される。
塗布液は図4では図示されない送液装置を用いて塗布部70のダイコーター74に接続された配管を通して供給する。送液装置では重合性組成物の濾過を行って、粗大粒子を取り除くことが好ましい。濾過精度としては特に制限はないが、濾過精度1〜200μmのフィルタを用いることができ、濾過精度5〜150μmのフィルタを用いることが好ましい。フィルタとしては、例えば濾過精度100μmのPALL製 プロファイルIIを用いることができる。
塗布部70では、例えば、ダイコーター74と、ダイコーター74に対向配置されたバックアップロール76とが設置されている。第1の基材10の塗膜30Mが形成される表面と反対の表面をバックアップロール76に巻きかけて、連続搬送される第1の基材10の表面にダイコーター74の吐出口から塗布液が塗布され、塗膜30Mが形成される。
ダイコーター74には減圧チャンバー78が設置されており、ダイコーター74とバックアップロール76に巻きかけられている基材10との間で架橋している塗布薄膜(ビードと称する)が基材10の搬送により引かれて不安定になることを抑制するために負圧にすることができる。負圧は塗布速度、塗布厚み及び塗布液の粘度により適宜調整される。
本実施の形態では、塗布装置としてエクストルージョンコーティング法を適用したダイコーター74を示したが、これに限定されない。例えば、カーテンコーティング法、ロッドコーティング法またはロールコーティング法等、種々の方法を適用した塗布装置を用いることができる。
(硬化工程)
製造装置100の硬化処理部90における硬化工程の具体的態様を説明する。
ここでは紫外線照射による硬化方法を示すが、他の各種の活性線を用いてもよい。重合性組成物に含まれる重合性化合物が加熱により重合するものである場合には、温風の吹付等の加熱により重合処理を行う。
硬化処理部90においては、積層フィルム13の塗膜30Mに、紫外線を照射する活性エネルギー線照射装置90A(以下において光照射装置90Aとする。)が配置され、積層フィルム13を介して光照射装置90Aと対向して配置されているバックアップロール91が設けられている。ここで紫外線とは、波長280〜400nmの光をいうものとする。紫外線を発生する光源として、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。また、バックアップロール91には図示しない温調装置が備えられており、バックアップロール91の積層フィルム13が接する面の温度を調整可能となっている。
バックアップロール91と光照射装置90との間に上記塗布工程により第1の基材10上に塗膜30Mが形成されてなる積層フィルム13が搬送され、積層フィルム13は、第1の基板10側がバックアップロール91に巻きかけられて搬送されつつ、塗膜30Mに紫外線が照射される。光照射装置に90Aよる紫外線の照射により、塗膜30M中の重合性化合物の重合反応が進み硬膜化して波長変換層30となる。
ここで、バックアップロール91に積層フィルム13を巻きかけるとは、第1の基材10が、あるラップ角でバックアップロール91の表面に接触支持されている状態をいう。したがって、連続搬送される間、第1の基材10はバックアップロール91の回転と同期して移動する。バックアップロール91への巻きかけは少なくとも紫外線が照射されている間であればよい。
各光照射装置により照射される光の照射量は塗膜の重合反応を進行させ得る範囲に設定すればよく、例えば、一例として100〜10000mJ/cmの照射量の紫外線を塗膜30Mに向けて照射することができ、100〜2000mJ/cmとすることが好ましく、100〜1000mJ/cmとすることがより好ましい。塗膜への光照射強度は、一例として30〜2000mW/cmとすることができ、50〜1000mW/cmとすることが好ましく、100〜500mW/cmとすることが特に好ましい。
バックアップロール91の温度は、光照射時の発熱と、塗膜30Mの硬化効率と、第1の基材10のバックアップロール91上でのシワ変形の発生とを考慮して決定することができる。バックアップロール91の温度は、塗膜30Mの膜面温度Tが25℃<T<(重合性組成物の沸点−5)℃で規定される温度範囲となるように、好ましくは30℃<T<(重合性組成物の沸点−10)℃となるように設定する。ここでロールの温度とは、第1の基材10の非塗膜面を支持する支持体の温度であり、ロールの表面温度をいうものとする。
図5Aは、バックアップロール(BR)温度と照射量と塗膜30Mの膜面温度との関係の一例を示すグラフである。図5Aに示すように、膜面温度Tは、照射量、BR温度の上昇に伴って上昇し、BR温度に対し、照射量分高い温度となる。製造装置において、予めBR温度、照射量及び膜面温度との関係を調べ、膜面温度が上記範囲となるように照射量及びBR温度を設定すればよい。塗膜30Mの膜面温度は、放射温度計で測定することができる。
本発明の第1の波長変換部材の製造方法においては、塗膜30Mの膜面温度Tを上記温度範囲とすることにより、硬化工程において、未反応モノマーを除去することができ、波長変換部材形成後に波長変換部材中における気泡の発生を抑制することができることを本発明者らは見出している(後記実施例参照。)
分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用いた場合における気泡の発生原因は、重合性組成物の硬化後に残存した未反応モノマーが揮発し、基材間に閉じ込められているために発生すると考えられる。上述の通り、硬化工程時に、膜面温度をある程度高くして熱乾燥をさせることにより、未反応モノマーを除去することができるので、後工程において、第2の基材でラミネートした後に気泡が生じなくなったと考えられる。
図5Bは、UV照度と照射時間との好ましい関係を示すグラフである。図5Bに示すように、紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御することが好ましい。
バックアップロール91は、円柱状の形状の本体と、本体の両端部に配置された回転軸とを備えている。バックアップロール91の直径には制限はないが、通常は100〜1000mmの直径を有している。なお、基材に対する後に述べる硬化時における曲げ応力の抑制、カール等の変形抑制のためにはバックアップロールの直径は300mm以上が好ましい。より好ましくは450mm以上であるが、より直径が大きい場合には、設置のスペース、費用及びロール精度との制約により上限が決まる。それゆえ波長変換部材のカール変形と、設備コストと、回転精度とを考慮すると直径300〜850mmであることが好ましい。
図6A〜図6Cは、製造装置100の硬化処理部90の構成のバリエーションを示す模式図である。
図6Aに示すように、硬化処理部90には、光照射装置90Aを複数備えていてもよい。
また、図6Bに示すように、光照射装置90Aのみならず、バックアップロール91を複数備えていてもよい。
図6A、図6Bの例のように光照射装置(照射線源)を複数備える場合には、1灯目から発せられた活性エネルギー線の照射による塗膜に含まれる重合性化合物の反応率を最終的に得られる反応率の10〜80%とし、続いて2灯目以降から発せられた活性エネルギー線を照射することが好ましい。
図6Cに示すように、硬化処理部90を窒素パージケース106で覆い、重合性組成物の塗膜30Mを硬化させる工程を、酸素濃度1%以下である不活性ガス(ここでは、窒素ガス)中で実施することが好ましい。窒素パージケース106には、積層フィルム13が出入りするための開口及び窒素流入させるための開口が設けられている。図6C中矢印で示すようにフィルムの入口及び出口近傍から紫外線照射領域方向に窒素を流入させるように構成すればよい。
(貼付工程)
製造装置100の貼付部80における貼付工程の具体的態様を説明する。
硬化処理部90を通過し、第1の基材10上に波長変換層30が形成された積層フィルム15が貼付部80に搬送され、貼付部80では、接着層21を介して第2の基材20が、波長変換層30にラミネートされる。
接着層21としては、例えばPSA(Pressure sensitive adhesive)フィルムや、OCA(Optical Clear Adhesive)フィルムを用いることができる。本実施形態では、第2の基材20の片面に接着層21が付与された状態で貼付部80に連続搬送されるが、波長変換層30上に接着層を形成した後に、第2の基材を重ね合わせるようにしてもよい。接着層に保護シートが接着されている場合には保護シートを剥離、除電する工程なども含まれる。また、第2の基材の接着層側でない面には、波長変換層から発せられる光を散乱させる粒子層やアンチニュートンリング層が付与されていてもよい。
貼付部80は、ラミネートロール82、84の2つのロールで構成される。ラミネートロール82と84との距離は、第1の基材10と塗膜30Mを硬化させた後の波長変換層30と、接着層21と、第2の基材20との合計厚みの値以下であり、積層体がラミネートロール82、84との間で挟まれることにより密着される。その場合、少なくとも一方のロールが弾性変形し、(第1の基材上に配置された)塗膜30Mの上に接着層21を介して第2の基材20を積層した積層体に圧力を付与しつつ、密着させることが好ましい。2つのロールのうち、一方が弾性変形することができるロールであり、もう一方が弾性変形しない金属製ロールであることがより好ましい。ラミネートロール82、84のうち、ロール84が弾性変形できるロールであり、ロール82が弾性変形しない金属製ロールであることが特に好ましい。
本工程においては、線圧5〜300N/cmの間でニップして塗膜の上に第2の基材を貼り合せていくことが好ましく、線圧は、10〜100N/cmがより好ましく、30〜70N/cmが特に好ましい。貼り合せ方法特に制約はなく、ニップロールを用いない貼り合せ方法でもよい。
貼付部80において、塗膜30Mと第1の基材10との積層フィルム13は、塗膜30Mの形成面とは反対の面(すなわち第1の基材10側)がラミネートロール84に巻きかけられ、ラミネート位置へと連続搬送される。そして第2の基材20をロール状に巻き付けて、貼付部80へ送り出す第2の基材用の送出機81から送出された接着層21付き第2の基材20は、搬送ロール83を経てラミネートロール82に巻きかけられ、ラミネートロール82とラミネートロール84との間に連続搬送され、ラミネート位置で、第1の基材10に形成された波長変換層30の上にラミネートされる。ラミネート位置は第2の基材20の片面に付与され接着層21と塗膜30Mとの接触が開始する位置を意味する。
以上の工程により、第1の基材10と波長変換層30と接着層21と第2の基材20とがこの順に積層されてなる、酸素バリア性に優れ、かつ気泡の発生が抑制された波長変換部材1を製造することができる。必要により後工程において熱処理などが施されて巻取機65に連続搬送され、巻取機65によりロール状に巻き取られる。
−第2の波長変換部材の製造方法及び製造装置−
図7は、図2に示す断面を有する波長変換部材11の製造工程を示す概略図である。図7に沿って、本発明の第2の波長変換部材の製造方法の実施形態を説明する。本実施形態の波長変換部材の製造方法によれば、少なくとも量子ドット及び沸点が190℃以下の分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し(準備工程)、第1の基材10の片面に量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜30Mを形成して第1の積層フィルム13を形成し(塗布工程)、塗膜30Mに第2の基材20を重ね合わせて第1の基材10と第2の基材20とで塗膜30Mを挟持させて第2の積層フィルム14を形成し(貼付工程)、塗膜30Mの膜面温度Tを25℃<T<(重合性組成物の沸点+15)℃の温度範囲に維持しながら塗膜30Mに活性エネルギー線を照射して塗膜を硬化させて波長変換層30を形成し(硬化工程)、波長変換部材11を製造する。なお、波長変換部材1の作製直後(硬化工程の直後)における、波長変換層中の分子量400以下の成分の含有量は波長変換層全重量の1%以下となるようにする。これにより、所定時間(例えば1日程度)以上経過した後において、波長変換層中において直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である波長変換部材を製造することができる。
図8は、図7に示す波長変換部材11の製造方法を実施するための波長変換部材製造装置100の一例の概略構成図である。
波長変換部材製造装置110は、第1の基材10をロール状態にて支持し、繰り出す送出機60と、フィルム状のワークを搬送するための複数の搬送ロール61と、各処理工程を経て形成された波長変換部材11をロール状に巻き取る巻取機65を備えたロール・トゥ・ロール方式の製造装置であり、送出機60と巻取機65との間に、第1の基材10の一面に重合性組成物塗布液を塗布して塗膜30Mを形成する塗布部70と、第1の基材10上に塗膜30Mが形成された積層フィルム13の塗膜30M上に、塗膜30Mを第1の基材10と共に挟持する第2の基材20を貼付する貼付部(ラミネート部)80と、第1の基材10と第2の基材20との間に塗膜30Mが挟持されてなる積層フィルム14に、活性エネルギー線EとしてUV光を照射して塗膜30Mを硬化する硬化処理部90とを備えている。さらに、本実施形態においては送出機60と塗布部70との間に第1の基材10の塗布面から塵埃を除去する除塵機102を備えている。
図8の製造装置110において、図6に記載の製造装置100における要素と同一の機能を有する要素には同一符号を付している。
本製造装置110は、塗膜30Mに対して、硬化処理を行う前に第2の基材20を貼付し、その後、硬化処理部90において塗膜30Mに対して光照射装置90Aにより紫外線を照射して塗膜30Mを硬化させて第1の基材10及び第2の基材20に挟持された状態で波長変換層30を形成するように構成されている。
図8を参照して、波長変換部材製造装置110を用いた、本実施形態の波長変換部材の製造方法の一実施形態を工程毎に順に説明する。
(塗布工程)
塗布工程については、先の述べた製造装置100の工程と同様であり、塗布部70に第1の基材10が連続搬送されて、その表面に塗布液が塗布され、塗膜30M(図7参照)が形成される。
(貼付工程)
製造装置110の貼付部80における貼付工程の具体的態様を説明する。
貼付部80の構成は製造装置100の構成とほぼ同様である。ただし、ラミネート位置に搬送される第2の基材20には、接着層が付与されていない。
貼付部80において、塗膜30Mと第1の基材10との積層フィルム13が、塗膜30Mの形成面とは反対の面(すなわち第1の基材10側)がラミネートロール84に巻きかけられ、ラミネート位置へと連続搬送され、第2の基材20が、第2の基材用の送出機81から送出されて搬送ロール83を経てラミネートロール82に巻きかけられ、ラミネートロール82とラミネートロール84との間に連続搬送され、ラミネート位置で、第1の基材10に形成された塗膜30Mの上にラミネートされる。これにより、第1の基材10と第2の基材20とにより塗膜30Mが挟持される。ここでは、先の述べた製造装置100の場合とは異なり第2の基材20と塗膜30Mとの間に接着層は不要である。
(硬化工程)
製造装置100の硬化処理部90における硬化工程の具体的態様を説明する。
硬化処理部90の構成は、貼付部80の下流側に配置されている点を除けば製造装置100とほぼ同様である。但し、露出された塗膜30Mではなく、基材を介して塗膜30Mに活性エネルギー線Eを照射するものである。
上記貼付工程によりラミネートされた、第1の基材10と第2の基材20とにより塗膜30Mが挟持されてなる積層フィルム14が、硬化処理部90に連続搬送される。バックアップロール91と第1の光照射装置90Aとの間に積層フィルム14が搬送され、積層フィルム14は、第1の基板10側が第1のバックアップロール91に巻きかけられて搬送されつつ、第2の基板20側から塗膜30Mに紫外線が照射される。光照射装置による紫外線の照射により、塗膜30M中の重合性化合物の重合反応が進み硬膜化して波長変換層30となる。
バックアップロール91の温度は、光照射時の発熱と、塗膜30Mの硬化効率と、第1の基材10のバックアップロール91上でのシワ変形の発生とを考慮して決定することができる。本例においては、バックアップロール91の温度は、塗膜30Mの膜面温度Tが25℃<T<(重合性組成物の沸点+15)℃で規定される温度範囲となるように、好ましくは30℃<T<(重合性組成物の沸点−5)℃となるように設定する。
本発明の第2の波長変換部材の製造方法においては、塗膜30Mの膜面温度Tを上記温度範囲とすることにより、硬化工程において、未反応モノマーを除去することができ、波長変換部材形成後に波長変換部材中における気泡の発生を抑制することができることを本発明者らは見出している(後記実施例参照。)
分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用いた場合における気泡の発生原因は、重合性組成物の硬化後に残存した未反応モノマーが揮発し、基材間に閉じ込められているために発生すると考えられる。本製造方法においては、上述の通り、硬化工程時に、膜面温度をある程度高くすることにより、重合率を向上させ未反応モノマーを低減することができるので、後工程において、第2の基材でラミネートした後に気泡が生じなくなったと考えられる。
本製造方法においても、図5Aに示すように、膜面温度Tは、照射量、BR温度の上昇に伴って上昇し、BR温度に対し、照射量分高い温度となる。製造装置において、予めBR温度、照射量及び膜面温度との関係を調べ、膜面温度が上記範囲となるように照射量及びBR温度を設定すればよい。ここで、膜面は塗膜30Mの第2の基材20との界面をいい、第2の基材20に覆われている塗膜80Mの膜面温度は、温度検知シート(例えばサーモラベル、日油技研工業株式会社製)を界面部分に挟み込み測定することができる。
また、本製造方法においても、図5Bに示すように、紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御することが好ましい。
また、本装置110においても、図6A〜図6Cに示す硬化処理部90の各種バリエーションを適用することができる。
上記硬化工程において、塗膜30Mを硬化させることにより、第1の基材10と硬化層からなる波長変換層30と第2の基材20との積層体からなる、酸素バリア性に優れ、かつ気泡の発生が抑制された波長変換部材11を製造することができる。波長変換部材11は、必要により後工程において熱処理などが実施されて巻取機65に連続搬送され、巻取機65によりロール状に巻き取られる。
[バックライトユニット]
本発明の一態様にかかるバックライトユニットは、本発明の波長変換部材と、光源と、を少なくとも含む。波長変換部材の詳細は、先に記載した通りである。
図9は、本発明の一態様にかかる波長変換部材1を含むバックライトユニット2の一例の概略構成断面図である。
図9に示されるように、バックライトユニット2は、励起光としての青色光Lを面発光する面状光源部1Cと、面状光源部1Cから発せられた青色光Lが入射され、青色光Lの一部を緑色光L及び赤色光Lに変換させ、青色光Lの一部を透過するシート型波長変換部材1と、波長変換部材1を挟んで後述の導光板1Bと対向配置される再帰反射性部材群2Bと、導光板1Bを挟んで波長変換部材1と対向配置される反射板2Aとを備えてなる。
面状光源部1Cは、シート状の導光板1Bと、導光板1Bのエッジから励起光を入射させるように導光板1Bのエッジ部に配置された、青色光を発光する光源1Aとから構成されている。
ここで、波長変換部材1は、その波長変換層30に量子ドット31として、青色光Lの照射により赤色光Lを発光する量子ドット、及び緑色光Lを発光する量子ドットと含むものである。
図9のバックライトユニット2において、面状光源部1Cから出射された一次光Lが波長変換部材1に入射され、波長変換部材1において、一次光Lの少なくとも一部を励起光して赤色光及び緑色光からなる二次光を発光し、波長変換部材1から出射されたL,L,Lは、再帰反射性部材2Bに入射し、入射した各光は、再帰反射性部材2Bと反射板2Aとの間で反射を繰り返し、複数回波長変換部材1を通過する。その結果、波長変換部材1では十分な量の励起光(青色光L)が量子ドット31によって吸収され、必要な量の蛍光(L,L)が発光し、再帰反射性部材2Bから、すなわちバックライトユニット2から白色光Lが具現化されて出射される。
光源1Aとしては、430nm〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する青色光を発光する発光ダイオードやレーザー光源等を使用することができる。
なお、光源1Aとしては、紫外線を発光する発光ダイオードを用いることもでき、その場合には、波長変換部材1の波長変換層30中の量子ドット31として、紫外線により青色光LBを発光する量子ドット、赤色光LRを発光する量子ドット、及び緑色光LGを発光する量子ドットを含むものとすればよい。
面状光源部1Cは、図9に示すように、光源1Aと光源1Aから出射された一次光を導光させて出射させる導光板1Bとからなる光源部であっても良いし、光源1Aが波長変換部材1と平行な平面状に並べて配置され、導光板1Bに替えて拡散板1Eを備えた光源部であっても良い。前者の面状光源部は一般にエッジライト方式、後者の面状光源部は一般に直下型方式と呼ばれている。
また、反射板2Aとしては、特に制限は無く、公知のものを用いることができ、特許3416302号、特許3363565号、特許4091978号、特許3448626号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。
再帰反射性部材2Bは、公知の拡散板や拡散シート、プリズムシート(例えば、住友スリーエム社製BEFシリーズなど)、導光器等から構成されていてもよい。再帰反射性部材2Bの構成については、特許3416302号、特許3363565号、特許4091978号、特許3448626号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。
「液晶表示装置」
上述のバックライトユニット2は液晶表示装置に応用することができる。図10に示されるように、液晶表示装置50は上記実施形態のバックライトユニット2とバックライトユニット2の再帰反射性部材側に対向配置された液晶ユニット6とを備えてなる。
液晶セルユニット6は、図10に示されるように、液晶セル5を偏光板3と4とで挟持した構成としており、偏光板3,4は、それぞれ、偏光子32,42の両主面を偏光板保護フィルム31と33、41と43で保護された構成としている。
液晶表示装置50を構成する液晶セル5、偏光板3,4及びその構成要素については特に限定はなく、公知の方法で作製されるものや市販品を、何ら制限なく用いることができる。また、各層の間に、接着層等の公知の中間層を設けることも、もちろん可能である。
液晶セル5の駆動モードについては特に制限はなく、ツイステットネマチック(TN)、スーパーツイステットネマチック(STN)、バーティカルアライメント(VA)、インプレインスイッチング(IPS)、オプティカリーコンペンセイテットベンドセル(OCB)等の種々のモードを利用することができる。液晶セルは、VAモード、OCBモード、IPSモード、またはTNモードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。VAモードの液晶表示装置の構成としては、特開2008−262161号公報の図2に示す構成が一例として挙げられる。ただし、液晶表示装置の具体的構成には特に制限はなく、公知の構成を採用することができる。
液晶表示装置50には、さらに必要に応じて光学補償を行う光学補償部材、接着層などの付随する機能性層を有する。また、カラーフィルター基板、薄層トランジスタ基板、レンズフィルム、拡散シート、ハードコート層、反射防止層、低反射層、アンチグレア層等とともに(またはそれに替えて)、前方散乱層、プライマー層、帯電防止層、下塗り層等の表面層が配置されていてもよい。
以上説明した本発明の一態様にかかる液晶表示装置は、本発明のカールが抑制された波長変換部材を含むバックライトユニットを備えるため、高輝度かつ高い色再現性を高い安定性を持って実現することができるものである。
以下、本発明の実施例及び比較例の波長変換部材及びその製造方法について説明する。
(バリアフィルムの作製)
支持体としてポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、東洋紡社製、商品名:コスモシャイン(登録商標)A4300、厚さ50μm)を用いて、支持体の片面側に以下の手順で有機層及び無機層を順次形成した。
トリメチロールプロパントリアクリレート(ダイセルサイテック社製TMPTA)及び光重合開始剤(ランベルティ社製、ESACURE KTO46)を用意し、質量比率として95:5となるように秤量し、これらをメチルエチルケトンに溶解させ、固形分濃度15%の塗布液とした。この塗布液を、ダイコーターを用いてロールトウロールにて上記PETフィルム上に塗布し、50℃の乾燥ゾーンを3分間通過させた。その後、窒素雰囲気下で紫外線を照射(積算照射量約600mJ/cm)し、紫外線硬化にて硬化させ、巻き取った。支持体上に形成された第一有機層の厚さは、1μmであった。
次に、ロール・トゥ・ロールのCVD装置を用いて、上記有機層の表面に無機層(窒化ケイ素層)を形成した。原料ガスとして、シランガス(流量160sccm)、アンモニアガス(流量370sccm)、水素ガス(流量590sccm)、及び窒素ガス(流量240sccm)を用いた。電源として、周波数13.56MHzの高周波電源を用いた。製膜圧力は40Pa、到達膜厚は50nmであった。
上述の手順により支持体の片面に有機層、無機層が順に積層されたバリアフィルムを作製した。以下において、このバリアフィルムを第1の基材、第2の基材として用いた。
[実施例1−1]
(重合性組成物塗布液)
下記の重合性組成物を調製した。
[重合性組成物]
量子ドット1のトルエン分散液(発光極大:520nm) 10質量部
量子ドット2のトルエン分散液(発光極大:630nm) 1質量部
メタクリル酸メチル(三菱ガス化学(株)製) 100質量部
光重合開始剤:イルガキュア819(BASF社製) 1質量部
粘度調整剤:AEROSIL R972(日本アエロジル(株)製) 3質量部
(上記において、量子ドット1、2のトルエン分散液の量子ドット濃度は1質量%である。
本重合性組成物中の重合性化合物であるメタクリル酸メチルの分子量は、86.1、沸点は80.5℃である。
<塗布前処理>
重合性組成物は、事前にディゾルバーで10Lを、150rpmにて30分程度攪拌し、同時に超音波脱泡を実施(使用超音波発信器はブランソン製 Bransonic8800を用いて水を介在してポリ容器内の該液に超音波出力280W、周波数 40kHで照射した)して塗布液用の重合性組成物を調製した。
図3、4を参照して説明した製造工程により波長変換部材を作製した。以下、各工程順に具体的な製造方法を述べる。
<塗布工程>
上述の塗布液をダイヤフラムポンプにて、配管長約2.5mで使用して送液し、途中で濾過部材の高さ1インチ、濾過精度が100μmのフィルタ(PALL製100μm プロファイルII)を用いて粗大粒子を取り除き、ダイコーター(図4中の符号74)へ送液した。塗布液を、塗工幅は600mm、基材幅は700mmで第1の基材(図8中の符号10)の上に塗工して塗膜を形成実施した。なお、第1の基材として、上記手順で作製したバリアフィルムを用いた。
<硬化工程>
第1の基材10上に塗膜(図3中の符号30M)が形成されてなる積層フィルム(図中符号14)を、UV照射用のバックアップロール(図4の符号91)上で、塗膜にUV照射(照射量300mJ/cm)して硬化させ、波長変換層を形成した。硬化工程は、塗膜の片面が大気に曝された状態(酸素濃度20.6%)で実施した。また、このときバクアップロールの温度(設定温度)15℃とし、紫外線照射時の膜面温度は25℃であった。ここで、膜面は塗膜の露出面である。紫外線照射量は、UV照度計(アイグラフィック製UV METER UVPF-A1)を用いて測定した。紫外線照射時の膜面温度は、放射温度計(チノー製IR-TA)を使用し測定した。
<貼付(ラミネート)工程>
硬化工程の後、第2の基材(図4中の符号20)として上記第1の基材と同じ基材幅700mmのバリアフィルムを用い、事前に第2の基材へOCA(optical clear adhesive)フィルム(住友スリーエム社製 商品名:8172CL)を貼り付けた、幅700mmの積層体を第2の基材用の送出機(図4中の符号81)から送り出し、硬膜された波長変換層塗膜の上に積層した。具体的には、金属製ロール(直径φ200mm、図4中のラミネートロール84)と天然ゴム製ニップロール(直径φ200mm、硬度75度、図4中のラミネートロール82)を用いて線圧50N/cmにてニップして、塗膜30Mの上に第2の基材20を密着させた。このとき、ラミネートロール84の周速度の、ラミネートロール84の周速度に対する割合が100.0%となるように2つのロールの周速度を制御した。
以上の工程により、図1に示す断面を有する、実施例1−1の波長変換部材を作製した。
[実施例1−2〜1−5、比較例1−1]
硬化工程におけるUV照射量、温度条件及び酸素濃度を表1に記載の通りとした以外は、実施例1−1と同様の方法で実施例1−2〜1−5、比較例1−1の波長変換部材を作製した。実施例1−2〜4及び比較例1−1は実施例1−1と同様に波長変換層の片面が大気に曝された状態(酸素濃度20.6%)で硬化工程を実施し、実施例1−5及び比較例1−2は窒素ガスに曝した状態(酸素濃度1%未満)で硬化工程を実施した。なお、塗布速度は各実施例及び比較例に応じた紫外線照射量を得るために随時変更した。
[比較例1−2]
(重合性組成物塗布液)
下記の重合性組成物を調製した。
[重合性組成物]
量子ドット1のトルエン分散液(発光極大:520nm) 10質量部
量子ドット2のトルエン分散液(発光極大:630nm) 1質量部
ラウリルアクリレート(三菱ガス化学(株)製) 65質量部
トリメチロールプロパントリアクリラート(ダイセルサイテック社製) 35質量部
光重合開始剤:イルガキュア819(BASF社製) 1質量部
粘度調整剤:AEROSIL R972(日本アエロジル(株)製) 2質量部
(上記において、量子ドット1、2のトルエン分散液の量子ドット濃度は1質量%である。)
上記重合性組成物塗布液を用い、硬化工程において、照射量、温度条件を表1に記載の通りとした以外は、上記実施例2−1と同様にして比較例2−2の波長変換部材を作製した。本比較例における、ラウリルアクリレートの分子量は240.4、沸点は263℃であり、トリメチロールプロパントリアクリラートの分子量は296.3、沸点は315℃である。
[実施例2−1]
図7、8を参照して説明した製造工程により波長変換部材を作製した。以下、各工程順に具体的な製造方法を述べる。
<塗布工程>
上述の塗布液用の重合性組成物(以下において、塗布液という。)をダイヤフラムポンプにて、配管長約2.5mで使用して送液し、途中で濾過部材の高さ1インチ濾過精度が100μmのフィルタ(PALL製100μm プロファイルII)を用いて粗大粒子を取り除き、ダイコーター(図8中の符号74)へ送液した。塗布液を、塗工幅は600mm、基材幅は700mmで第1の基材(図8中の符号10)の上に塗工して塗膜を形成実施した。なお、第1の基材として、上記手順で作製したバリアフィルムを用いた。
<貼付工程>
塗布工程の後、第2の基材(図8中の符号20)として上記第1の基材と同じ基材幅700mmのバリアフイルム(厚み計50μm)を第2の基材用の送出機(図8中の符号81)から繰り出し、塗膜の上に第2の基材を積層した。具体的には、波長変換層を形成する硬化工程の直前において、金属製ロール(直径φ200mm、図8中のラミネートロール84)と天然ゴム製ニップロール(直径φ200mm、硬度75度、図8中のラミネートロール84)を用いて金属製ロールと天然ゴム製ニップロールの最小の間隙を3mmに設定して、塗膜の上に第2の基材であるバリアフィルムを密着させた。このとき、ラミネートロール84の周速度の、ラミネートロール82の周速度に対する割合が100.0%±1%となるように2つのロールの周速度を制御した。
また、塗膜の上に第2の基材を積層する直前から塗膜を硬化する直前までの領域において、第1の基材の温度は50℃となるように制御し、第2の基材の温度は60℃となるように制御した。
<硬化工程>
貼付工程の後、UV照射用のバックアップロール(図8中符号91)上で、第1の基材及び第2の基材に挟まれた塗膜にUV照射(照射量500mJ/cm)して硬化させて波長変換層を形成し、図2に示す断面を有する、実施例2−1の波長変換部材を作製した。硬化工程は、大気中(酸素濃度20.6%)で実施した。また、このとき、バックアップロールの温度は20℃、塗膜30Mの膜面温度は40℃であった。塗膜30Mの膜面は、基材20側の界面である。
紫外線照射量は、UV照度計(アイグラフィック製UV METER UVPF-A1)を用いて測定した。膜面温度はサーモラベル(日油技研工業株式会社製)を界面部分に挟み込み測定した。
[実施例2−2、2−3、比較例2−1、2−2]
硬化工程におけるUV照射量及び温度条件を表1に記載の通りとした以外は、実施例2−1と同様の方法で実施例2−2、2−3及び比較例2−1、2−2の波長変換部材を作製した。なお、塗布速度は各実施例及び比較例に応じた紫外線照射量を得るために随時変更した。
上記のようにして作製した各実施例及び比較例について、以下の測定、評価を行った。
(波長変換層の酸素透過係数の測定)
各実施例、比較例で作製した波長変換部材の酸素透過係数は、酸素透過係数測定用のサンプルを別途以下の手順で作製し、測定した。
上記手順で用意した塗布液をポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、東洋紡社製、商品名:コスモシャイン(登録商標)A4100、厚さ50μm)の非コート面にバー番手#40のワイヤーバーで塗布し、窒素パージしながら1200W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス(株)製)を用いて、各実施例及び比較例の各条件下で紫外線を塗布面より照射して硬化させた後、塗布層をPETフィルムから剥離して厚さ50μmの各実施例及び比較例の波長変換層サンプルを作製した。
波長変換層サンプルの酸素透過係数を、モコン社製酸素透過率測定装置OX−TRAN2/21MHを用いてJIS−K7126(等圧法)に準じ、23℃50%RHの雰囲気下で測定し、酸素透過係数を算出した。なおRHは相対湿度を表す。測定したそれぞれの酸素透過係数を表1に示す。
(気泡の評価)
各実施例、比較例で作製した波長変換部材の気泡有無を以下の手順で測定した。続いて各波長変換部材の幅方向中央部を10cm角サイズに裁断し、105℃相対湿度5%未満の環境下で24時間加熱処理を施した。そして、市販の青色光源(OPTEX−FA株式会社製OPSM−H150X142B)上に各波長変換部材を置き、存在する気泡の数Nを目視で測定し、以下の評価基準で判定した。なお、直径0.1mm以上のものを気泡として測定した。
<評価基準>
A: N<1個/100cm
B: 1個/100cm≦N<5個/100cm
C: 5個/100cm≦N<10個/100cm
D: 10個/100cm≦N
(膜厚の測定)
各実施例、比較例で作製した波長変換部材の波長変換層の膜厚を下記手順で測定した。まず、作製した波長変換部材の任意の位置をミクロトーム(LEICA社製ウルトラミクロトームUC6)を用いて断面切削し、光学顕微鏡により波長変換層の膜厚を測定した。
(分子量400以下の成分の含有量の測定)
各実施例、比較例で作製した波長変換部材の分子量400以下の成分の含有量は、残留成分測定用のサンプルを別途以下の手順で作製し、作製後、残留成分が揮発しないうちに測定した。
<実施例1−1〜5、比較例1−1,2の波長変換部材の測定用サンプル作製>
各実施例及び比較例の波長変換部材の作製と同一の手法により、塗布工程、硬化工程を行い、測定用サンプルを作製した。このとき、実施例1−1〜4及び比較例1−1は波長変換層の片面が大気に曝された状態(酸素濃度20.6%)で硬化工程を実施し、実施例1−5及び比較例1−2は窒素ガスに曝した状態(酸素濃度1%未満)で硬化工程を実施した。続いて、サンプルから残留成分が揮散するのを防ぐため、波長変換層の基材と接していない面にラミネートフィルムを貼合し、残留成分の重量測定直前に剥離した。
<実施例2−1〜3、比較例2−1,2の波長変換部材の測定用サンプル作製>
各実施例及び比較例の波長変換部材の作製と同一の手法により、塗布工程、貼付工程及び硬化工程を実施して測定用サンプルを作製し、作製した測定用サンプルの第2の基材を剥離した。残留成分の重量測定直前に作製した測定用サンプルの第2の基材を剥離した。
<残留成分(揮発成分)の重量測定>
マック・サイエンス社製TG−DTA 2000Sを用い、上記手順で作製したサンプルを25℃から150℃まで20℃/分の速度で昇温し、さらに150℃で1時間保持した際の重量変化率X(%)を測定した。
<分子量400以下の成分の含有量の測定>
上記手順で作製したサンプル(重量測定で使用したものと同条件別品)を島津製作のガスクロマトグラフ質量分析計GCMSを使用して、ガス追い出し時間150℃1時間の条件下での揮発成分の分子量分布を測定した。測定した分子量分布の面積比較より、揮発成分中の分子量400以下の成分の含有量Y(%)を算出した。
上記手順で測定した重量変化率X、揮発成分中の分子量400以下の成分の含有量Yを用い、実施例、比較例で作製した波長変換部材の波長変換層中における分子量400以下の成分の含有量Aを下記式で求めた。
A=X×Y
表1に示すように、実施例1−1〜1−5および2−1〜2―3より硬化時の膜面温度を所定の範囲にすることで硬化処理の直後における波長変換層中の分子量400以下の成分の含有量を1%以下にしているので、気泡の発生を抑制しつつ酸素バリア性が高い波長変換部材を作製することができた。比較例1−1、2−1より硬化時の膜面温度が所定の範囲より低い場合には硬化処理の直後における波長変換層中の分子量400以下の成分の含有量が1%以上となり、気泡が発生した。また比較例2−2より硬化時の膜面温度が所定の温度より高いと重合性化合物が揮発し、膜厚が薄くなり。気泡が発生した。
比較例1−2は、重合性組成物中において重合性化合物として分子量200を超える化合物のみを有している。このとき、分子量400以下の成分はほとんどなく、気泡発生は抑制されて波長変換層中に気泡はほとんど発生しなかった。しかしながら、酸素透過係数は、分子量200以下の化合物のみを重合性化合物として含む他の例と比較して、非常に高く、酸素バリア性が低いことが明らかである。
1 波長変換部材
1A 光源
1B 導光板
1C 面状光源部
2 バックライトユニット
2A 反射板
2B 再帰反射性部材
10 第1の基材
20 第2の基材
30 波長変換層
30M 塗膜
50 液晶表示装置
61 搬送ロール
70 塗布部
74 ダイコーター
76 バックアップロール
78 減圧チャンバー
80 貼付部
82、84 ラミネートロール
90 硬化処理部
90A、90B 活性エネルギー線照射装置
91A、91B バックアップロール
100 波長変換部材製造装置

Claims (19)

  1. 第1の基材と、第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材であって、
    前記波長変換層は、前記量子ドット及び分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物の硬化層であり、
    直径0.1mm以上の気泡状欠陥が10個/100cm未満である波長変換部材。
  2. 前記重合性化合物は、ラジカル重合性化合物である請求項1に記載の波長変換部材。
  3. 前記重合性化合物が、少なくとも1種の単官能の化合物を含む請求項1または2に記載の波長変換部材。
  4. 前記単官能の化合物が、前記重合性化合物の全重量に対して50質量%以上含まれている請求項3に記載の波長変換部材。
  5. 前記波長変換層の酸素透過係数が100[cm3・mm/(m2・day・atm)]以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  6. 前記第1の基材及び前記第2の基材がいずれも酸素透過度が5.00[cm3/(m2・day・atm)]以下のバリアフィルムである請求項1から5のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  7. 前記量子ドットが、600nm〜680nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が70nm以下である量子ドット、520nm〜560nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が60nm以下である量子ドット、及び430nm〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有し発光ピークの半値幅が50nm以下である量子ドットからなる群から少なくとも一種選択される請求項1から6のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の波長変換部材と、前記励起光を発光する青色発光ダイオードまたは紫外線発光ダイオードからなる光源とを含むバックライトユニット。
  9. 請求項8に記載のバックライトユニットと液晶セルとを少なくとも含む液晶表示装置。
  10. 第1の基材と、第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材の製造方法であって、
    前記量子ドット及び沸点が190℃以下の、分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し、
    前記第1の基材の片面に前記量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜を形成し、
    前記塗膜の膜面温度Tを25℃<T<(前記重合性組成物の沸点−5)℃で規定される温度範囲に維持しながら前記塗膜に活性エネルギー線を照射して該塗膜を硬化させて波長変換層を形成し、
    該波長変換層上に前記第2の基材を重ね合わせる波長変換部材の製造方法。
  11. 前記塗膜を硬化させる工程において、前記第1の基材の非塗膜面をバックアップロールにより接触支持させ、前記塗膜の前記膜面温度を前記バックアップロールの温度、及び前記活性エネルギー線の照射量により調整する請求項10に記載の製造方法。
  12. 前記塗膜を硬化させる工程を、酸素濃度1%以下である不活性ガス中で実施する請求項10または11に記載の製造方法。
  13. 前記活性エネルギー線として紫外線を用い、該紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御しながら前記塗膜を硬化させる請求項10から12のいずれか1項に記載の製造方法。
  14. 前記塗膜に前記活性エネルギー線を照射するための前記活性エネルギー線を発する照射線源を複数灯備え、1灯目から発せられた前記活性エネルギー線の照射による前記塗膜に含まれる前記重合性化合物の反応率を最終的に得られる反応率の10〜80%とし、続いて2灯目以降から発せられた前記活性エネルギー線を照射する請求項10から13のいずれか1項に記載の製造方法。
  15. 第1の基材と、第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材と間に配置された、励起光により励起されて蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層とを備えた波長変換部材の製造方法であって、
    少なくとも前記量子ドット及び沸点が190℃以下の、分子量200以下の重合性化合物を含む重合性組成物を用意し、
    前記第1の基材の片面に前記量子ドットを含む重合性組成物を塗布して塗膜を形成し、
    前記塗膜に前記第2の基材を重ね合わせて前記第1の基材と前記第2の基材とで前記塗膜を挟持させ、
    前記塗膜の膜面温度Tを25℃<T<(前記重合性組成物の沸点+15)℃の温度範囲に維持しながら前記塗膜に活性エネルギー線を照射して該塗膜を硬化させて前記波長変換層を形成する波長変換部材の製造方法。
  16. 前記塗膜を硬化させる工程において、前記第1の基材の非塗膜面をバックアップロールにより接触支持させ、前記塗膜の前記膜面温度を前記バックアップロールの温度、及び前記活性エネルギー線の照射量により調整する請求項15に記載の製造方法。
  17. 前記塗膜を硬化させる工程を、酸素濃度1%以下である不活性ガス中で実施する請求項15または16に記載の製造方法。
  18. 前記活性エネルギー線は紫外線であり、該紫外線の照射中のピーク照度/(照射時間×1/2)で規定される照度の上昇傾きを500mW/(cm・s)以下に制御しながら前記塗膜を硬化させる請求項15から17のいずれか1項に記載の製造方法。
  19. 前記塗膜に前記活性エネルギー線を照射するための前記活性エネルギー線を発する照射線源を複数灯備え、1灯目から発せられた前記活性エネルギー線の照射による前記塗膜に含まれる前記重合性化合物の反応率を最終的に得られる反応率の10〜80%とし、続いて2灯目以降から発せられた前記活性エネルギー線を照射する請求項10から18のいずれか1項に記載の製造方法。
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