JP2016194996A - バックライト装置および表示装置 - Google Patents

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Hiroshi Kojima
島 弘 小
嶋 征 一 磯
Seiichi Isojima
嶋 征 一 磯
片 邦 聡 芳
Kuniaki Yoshikata
片 邦 聡 芳
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Abstract

【課題】発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立つことを抑制できるバックライト装置および表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一の態様によれば、光源35と、光源35からの光L1を受ける入光面50Aおよび入光面50Aとは反対側に位置する出光面50Bを有し、量子ドット56およびバインダ樹脂57を含む量子ドットシート50であって、量子ドットシート50に入射する光源35からの光L1の一部を透過させ、かつ光源35からの光L1の他の一部を量子ドット56によって光源35からの光L1とは異なる波長の光L2に変換して、出光面50Bから量子ドットシート50を透過する光源35からの光L1および波長変換された光L2を出射させる量子ドットシート50と、量子ドットシート50の入光面50Aと出光面50Bとの間に位置する側面50Cに配置され、かつ少なくとも波長変換された光L2を反射する第1の反射体60とを備える、バックライト装置20が提供される。
【選択図】図1

Description

本発明は、バックライト装置および表示装置に関する。
液晶表示装置等の透過型画像表示装置は、一般に、液晶表示パネル等の透過型画像表示パネルの背面側に配置され、透過型画像表示パネルを照明するバックライト装置を備えている。バックライト装置としては、エッジライト型や直下型のバックライト装置が知られている。
現在、色再現性を高めるために、量子ドットをバックライト装置に組み込むことが検討されている(特許文献1参照)。量子ドットは、光を吸収して異なる波長の光を放出することができる。量子ドットが放出する光の波長は、主として量子ドットの粒径に依存する。したがって、量子ドットが組み込まれたバックライト装置では、単一の波長域の光を投射する光源を用いながら、種々の色を再現することができる。例えば、青色光を発する光源を用いる場合、量子ドットシートが青色光を吸収して緑色光および赤色光を放出することもできる。このようなバックライト装置は色純度に優れることから、このバックライト装置を用いた表示装置は優れた色再現性を有することになる。
特表2013−218953号公報
量子ドットをバックライト装置に組み込む方式としては、光源中に量子ドットを組み込むオンチップ方式、量子ドットを収容した透明チューブを光源と導光板との間に配置するオンエッジ方式、および導光板の出光側や光源上に量子ドットを含有するシートを配置するオンサーフェス方式が知られている。
しかしながら、オンチップ方式においては、光源中に量子ドットを組み込むので、量子ドットが高温に晒されてしまい、量子ドットの変換効率が劣る。また、オンエッジ方式においては、量子ドットを収容した透明チューブを光源と導光板との間に配置するので、サイズが大きくなってしまう。特に、モバイル機器においては、小型化が要求されるので、オンエッジ方式では対応することが難しい。
一方、オンサーフェス方式においては、上記の問題がなく、また従来から用いられてきたバックライト装置を利用することも可能である。このようなことから、現在、オンサーフェス方式で量子ドットをバックライト装置に組み込むことが検討されているが、オンサーフェス方式においては、発光時に、バックライト装置の発光領域の周縁部において、光源から発せられた光の色味が発光領域の中央部よりも強く現れてしまうという問題がある。この現象は、量子ドットのようにサイズが小さい(nmサイズ)発光物質を用いた場合により顕著に表れる。例えば、光源として青色光を発する光源を用いた場合には、発光物質のサイズが小さい(nmサイズ)とバックライト装置の発光領域の周縁部は中央部よりも青味が強く現れてしまう(ブルーイング)。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立つことを抑制できるバックライト装置および表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一の態様によれば、光源と、前記光源からの光を受ける入光面および前記入光面とは反対側に位置する出光面を有し、量子ドットおよびバインダ樹脂を含む量子ドットシートであって、前記量子ドットシートに入射する前記光源からの光の一部を透過させ、かつ前記光源からの光の他の一部を前記量子ドットによって前記光源からの光とは異なる波長の光に変換して、前記出光面から前記量子ドットシートを透過する前記光源からの光および波長変換された光を出射させる量子ドットシートと、前記量子ドットシートの前記入光面と前記出光面との間に位置する側面に配置され、かつ少なくとも前記波長変換された光を反射する第1の反射体とを備える、バックライト装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記のバックライト装置と、前記バックライト装置の出光側に配置された表示パネルとを備える、表示装置が提供される。
本発明の一の態様のバックライト装置および他の態様の表示装置によれば、発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立つことを抑制できる。
第1の実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第1の実施形態に係る他のバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第1の実施形態に係る他のバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第1の実施形態に係る他のバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第1の実施形態に係るバックライト装置の概略構成図である。 図5に示されるバックライト装置における発光領域を示した図である。 第1の実施形態に係る量子ドットシートの断面図である。 第1の実施形態に係る第1の反射体と量子ドットシートの平面図である。 図8の第1の反射体と量子ドットシートをI−I線に沿って切断した際の断面図である。 第1の実施形態に係る他の第1の反射体と導光板の平面図である。 第1の実施形態に係るレンズシートの斜視図である。 図11のレンズシートのII−II線に沿った断面図である。 第1の実施形態に係る反射型偏光分離シートの断面図である。 第2の実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第2の実施形態に係る第1の反射体と量子ドットシートの断面図である。 第3の実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図である。 第3の実施形態に係るバックライト装置の概略構成図である。 図15に示されるバックライト装置における発光領域を示した図である。 第3の実施形態に係る第1の反射体、第2の反射体および量子ドットシートを第2の反射体側から平面視した図である。 図19の第1の反射体、第2の反射体および量子ドットシートをIII−III線に沿って切断した際の断面図である。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係るバックライト装置および表示装置について、図面を参照しながら説明する。本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「板」は、シートやフィルムとも呼ばれるような部材も含む意味で用いられ、また「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む意味で用いられる。さらに、本明細書において「シート面」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。そして、本実施の形態においては、導光板40の板面、量子ドットシート50のシート面、レンズシート70のシート面、レンズシート75のシート面、反射型偏光分離シート80のシート面、および表示パネル30の表示面10Aは、互いに平行となっている。図1は本実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図であり、図2〜4は本実施形態に係る他のバックライト装置を含む表示装置の概略構成図であり、図5は第1の実施形態に係るバックライト装置の概略構成図であり、図6は図5に示されるバックライト装置における発光領域を示した図であり、図7は本実施形態に係る量子ドットシートの断面図であり、図8は本実施形態に係る第1の反射体と量子ドットシートの平面図であり、図9は図8の第1の反射体と量子ドットシートをI−I線に沿って切断した際の断面図であり、図10は本実施形態に係る他の第1の反射体と量子ドットシート導光板の平面図であり、図11は本実施形態に係るレンズシートの斜視図であり、図12は図11のレンズシートのII−II線に沿った断面図であり、図13は本実施形態に係る反射型偏光分離シートの断面図である。
[表示装置]
図1に示される表示装置10は、バックライト装置20と、バックライト装置20の出光側に配置された表示パネル30とを備えている。表示装置10は、画像を表示する表示面10Aを有している。図1に示される表示装置10においては、表示パネル30の表面が表示面10Aとなっている。
バックライト装置20は、表示パネル30を背面側から照らすものである。表示パネル30は、バックライト装置20からの光の透過または遮断を画素毎に制御するシャッターとして機能し、表示面10Aに像を表示するように構成されている。
<<<表示パネル>>>
図1に示される表示パネル30は、液晶表示パネルであり、入光側に配置された偏光板31と、出光側に配置された偏光板32と、偏光板31と偏光板32との間に配置された液晶セル33とを備えている。偏光板31、32は、入射した光を直交する二つの直線偏光成分(S偏光およびP偏光)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、P偏光)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S偏光)を吸収する機能を有している。
液晶セル33には、一つの画素を形成する領域毎に、電圧の印加がなされ得るように構成されている。そして、電圧印加の有無によって液晶層33中の液晶分子の配向方向が変化するようになる。一例として、入光側に配置された偏光板31を透過した特定方向の直線偏光成分は、電圧印加がなされた液晶セル33を通過する際にその偏光方向を90°回転させ、その一方で、電圧印加がなされていない液晶セル33を通過する際にその偏光方向を維持する。この場合、液晶セル33への電圧印加の有無によって、偏光板31を透過した特定方向に振動する直線偏光成分を偏光板32に対して透過させ、または偏光板32で吸収して遮断することができる。このようにして、表示パネル30では、バックライト装置20からの光の透過または遮断を画素毎に制御し得るように構成されている。なお、液晶表示パネルの詳細については、種々の公知文献(例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典(内田龍男、内池平樹監修)」2001年工業調査会発行)に記載されており、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
<<<バックライト装置>>>
図1に示されるバックライト装置20は、エッジライト型のバックライト装置として構成され、光源35と、光源35の側方に配置された導光板40と、導光板40の出光側に配置された量子ドットシート50と、量子ドットシート50の側面50Cに配置された第1の反射体60と、量子ドットシート50の出光面50B側に配置されたレンズシート70と、レンズシート70の出光側に配置されたレンズシート75と、レンズシート75の出光側に配置された反射型偏光分離シート80と、導光板40の出光側とは反対側に配置された反射シート90とを備えている。バックライト装置20は、導光板40、レンズシート70、75、反射型偏光分離シート80、反射シート90を備えているが、これらのシートは備えられていなくともよい。また、バックライト装置は、図2に示されるような直下型のバックライト装置であってもよい。図2に示されるバックライト装置21においては、光源35が量子ドットシート50の直下に位置し、かつ光源35と量子ドットシート50との間には光拡散板120が配置されている。なお、バックライト装置21においては、導光板は備えられていない。また、光拡散板120は、光源35からの光を拡散させることができれば、特に限定されない。
本明細書において、「出光側」とは、各部材においてバックライト装置から出射する方向に向かう光が出射される側を意味する。
図5および図6に示すように、バックライト装置20は、面状に光を発光する発光領域R1を有している。本実施形態において、図1、2および4に示すバックライト装置20、21、23であれば、第1の反射体60、62が量子ドットシート50の入光面50Aおよび出光面50Bのいずれにも存在しないため、バックライト装置20、21、23の発光面20A、21A、23A全体が発光領域R1に含まれる。一方、本実施形態における図3に示すバックライト装置22の場合は、量子ドットシート50の入光面50Aおよび出光面50Bのうち、第1の反射体61が覆っている部分については光が透過しないため、バックライト装置22の発光面22Aの一部が発光領域R1には含まれない。しかし、量子ドットシート50の入光面50Aおよび出光面50Bの第1の反射体61が覆っている部分が非常に小さい場合は、第1の反射体61が覆うことで光が透過しない部分は無視できるため、バックライト装置22の発光面22A全体を発光領域R1に含めることができる。本実施形態において、後述する発光領域R1の周縁部Pとは、図6に示されるように、発光領域R1内の周縁部付近の部分を意味し、また発光領域R1の中央部Cとは、図6に示されるように、発光領域R1の中央付近の部分を意味する。
<<光源>>
光源35は、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯や、点状の発光ダイオード(LED)や白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施の形態において、光源35は、導光板40の後述する入光面40Cの長手方向(図1においては、紙面に直交する方向、即ち、紙面の表裏方向)に沿って、並べて配置された多数の点状発光体、具体的には、多数の発光ダイオード(LED)によって、構成されている。
バックライト装置20においては量子ドットシート50が配置されていることに伴い、光源35は、単一の波長域の光を放出する発光体のみを用いることができる。例えば、光源は、色純度の高い青色光を発する青色発光ダイオードのみを用いることができる。
<<導光板>>
導光板40は、平面視形状(図1においては、上方から見下ろして見た形状)が四角形形状に形成されている。導光板40は、表示パネル30側の一方の主面によって構成された出光面40Aと、出光面40Aに対向するもう一方の主面からなる裏面40Bと、出光面40Aおよび裏面40Bの間を延びる側面と、を有している。側面のうちの光源35側の側面が、光源からの光を受ける入光面40Cとなっている。入光面40Cから導光板40内に入射した光は、入光面40Cと、入光面40Cと対向する反対面とを結ぶ方向(導光方向)に導光板内を導光され、出光面40Aから出射される。なお、導光板40の側面は、フレーム(図示せず)によって覆われている。
導光板40を構成する材料としては、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)が好適に使用され得る。なお、必要に応じて、導光板40中に光を拡散させる機能を有する拡散材を添加することもできる。拡散材としては、例えば、平均粒径が0.5μm以上100μm以下のシリカ(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。
<<量子ドットシート>>
量子ドットシート50は、図1および図7に示すように、導光板40を介して光源35からの光を受ける入光面50Aおよび入光面50Aとは反対側に位置する出光面50Bを有する。
量子ドットシート50は、量子ドット56およびバインダ樹脂57を含む量子ドット層51と、量子ドット層51の入光面51Aおよび出光面51Bに形成されたバリアフィルム52、53と、バリアフィルム52、53上に配置された光拡散層54、55とを備えている。量子ドットシート50は、量子ドット56およびバインダ樹脂57を含んでいればよく、バリアフィルム52、53や光拡散層54、55を備えていなくともよい。
導光板40を介して光源35からの光を量子ドットシート50の入光面50Aに入射させると、図7に示されるように、光源35からの光L1の一部は量子ドット56間を通過し、量子ドット56により波長変換されずに、量子ドットシート50を透過する。このため、光源35からの光L1の一部はそのまま量子ドットシート50の出光面50Bから出射する。一方で、図7に示されるように、光源35からの光L1の他の一部は量子ドット56によって光源35からの光とは異なる波長の光L2に変換される。このため、波長変換された光L2が量子ドットシート50の出光面50Bから出射する。本明細書においては、「光源からの光」とは、光源から発せられた光であって、波長が変換されていない光を意味し、波長変換された光を含まない概念である。
<量子ドット層>
量子ドット層51は、図7に示されるように、量子ドット56とバインダ樹脂57とを含む層である。また、量子ドット層51は、光散乱材をさらに含んでいてもよい。量子ドット層51の膜厚は、10μm以上100μm以下であることが好ましい。量子ドット層51の膜厚がこの範囲であれば、ディスプレイの軽量、薄膜化に適しており、また、量子ドット層の厚みの振れ(製造公差)による色ムラを抑え込むことができるという効果がある。量子ドット層の膜厚は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて撮影した断面の画像から20箇所の厚みを測定し、20箇所の値の平均値から算出できる。量子ドット層の膜厚がμmオーダーの場合、SEMを用いることが好ましい。
(量子ドット)
量子ドット56は、量子閉じ込め効果(quantum confinement effect)を有する粒径が数nm〜数十nmまでの半導体粒子である。量子ドット56の粒径は、好ましくは1nm以上20nm以下である。量子ドット56は、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すると、量子ドット56のエネルギーバンドギャップに該当するエネルギーを放出する。よって、量子ドット56の粒径又は物質の組成を調節すると、エネルギーバンドギャップを調節することができ、様々なレベルの波長帯のエネルギーを得ることができる。とりわけ、量子ドット56は、狭い波長帯で強い蛍光を発生することができる。
具体的には、量子ドット56は粒径が小さくなるに従い、エネルギーバンドギャップが大きくなる。すなわち、結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へとシフトする。そのため、量子ドットの粒径を変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長全域にわたって、その発光波長を調節することができる。例えば、材質にもよるが、量子ドットの粒径が1.5nm以上2.5nm以下の場合は青色光を発し、量子ドットの粒径が2.5nmを超え4.5nm以下の場合は緑色光を発し、量子ドットの粒径が4.5nmを超え7.5nm以下の場合は赤色光を発する。
本明細書における「青色光」とは、380nm以上480nm未満の波長域を有する光であり、「緑色光」とは、480nm以上590nm未満の波長域を有する光であり、「赤色光」とは、590nm以上750nm以下の波長域を有する光である。
量子ドットシート50に含まれる量子ドット56としては、1種類の量子ドットを用いてもよいが、粒径または材料が異なる少なくとも2種類以上の量子ドットを用いることも可能である。図7に示される量子ドットシート50は、量子ドット56として、第1の量子ドット56Aと、第1の量子ドットより粒径が大きい第2の量子ドット56Bとを含んでいる。
上記したように量子ドットシート50の出光面50Bから出射される光としては光源35からの光も存在するので、光源35として青色光を発する光源を用い、第1の量子ドット56Aとして青色光を緑色光に変換する量子ドットを用い、第2の量子ドット56Bとして青色光を赤色光に変換する量子ドットを用いた場合には、量子ドットシート50から、青色光、緑色光、赤色光が混合した光を出射させることができる。
量子ドット56は、所望の狭い波長域で強い蛍光を発生することができる。このため、バックライト装置20は、色純度の優れた三原色の光で、表示パネル30を照明することができる。この場合、表示パネル30は、優れた色再現性を有することになる。
量子ドット56は、主に、約2nm以上10nm以下の半導体化合物からなるコアと、このコアと異なる半導体化合物からなるシェルとを有するコアシェル型構造を有していてもよい。シェルはコアを保護する保護層としての機能を有する。
コアとなる材料としては、例えば、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe及びHgTeのようなII−VI族半導体化合物、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaAs、GaP、GaN、GaSb、InN、InAs、InP、InSb、TiN、TiP、TiAs及びTiSbのようなIII−V族半導体化合物、Si、Ge及びPbのようなIV族半導体、等の半導体化合物又は半導体を含有する半導体結晶が挙げられる。また、InGaPのような3元素以上を含んだ半導体化合物を含む半導体結晶を用いることもできる。これらの中でも、作製の容易性、可視域での発光を得られる粒径の制御性等の観点から、CdS、CdSe、CdTe、InP、InGaP等の半導体結晶が好適である。
シェルは、励起子がコアに閉じ込められるように、コアを形成する半導体化合物よりもバンドギャップの高い半導体化合物を用いることで、量子ドットの発光効率を高めることができる。このようなバンドギャップの大小関係を有するコアシェル構造(コア/シェル)としては、例えば、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、InP/ZnS、Gap/ZnS、Si/ZnS、InN/GaN、InP/CdSSe、InP/ZnSeTe、InGaP/ZnSe、InGaP/ZnS、Si/AlP、InP/ZnSTe、InGaP/ZnSTe、InGaP/ZnSSe等が挙げられる。
量子ドット56は、シェルの外側にリガンドと呼ばれる有機ポリマーを有していてもよい。有機ポリマーは、量子ドットとバインダ樹脂との相溶性を高める機能を有しており、バインダ樹脂の種類によって適宜選択される。
量子ドット56の形状は特に限定されず、例えば、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。量子ドット56の粒径は、量子ドット56が球状でない場合、同体積を有する真球状の値とすることができる。
量子ドット56の粒径、形状、分散状態等の情報については、透過型電子顕微鏡(TEM)により得ることができる。また、量子ドットの結晶構造、粒径については、X線結晶回折(XRD)により知ることができる。さらには、紫外−可視(UV−Vis)吸収スペクトルによって、量子ドットの粒径等に関する情報を得ることもできる。
(バインダ樹脂)
バインダ樹脂57としては、特に限定されないが、光重合性化合物の重合物(架橋物)、エポキシ樹脂等の熱硬化合物の重合物(架橋物)、熱可塑性樹脂、またはシリコーン樹脂が挙げられる。光重合性化合物は、光重合性官能基を少なくとも1つ有するものである。本明細書における、「光重合性官能基」とは、光照射により重合反応し得る官能基である。光重合性官能基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基等のエチレン性二重結合が挙げられる。なお、「(メタ)アクリロイル基」とは、「アクリロイル基」および「メタクリロイル基」の両方を含む意味である。また、光重合性化合物を重合する際に照射される光としては、可視光線、並びに紫外線、X線、電子線、α線、β線、およびγ線のような電離放射線が挙げられる。
光重合性化合物としては、光重合性モノマー、光重合性オリゴマー、または光重合性プレポリマーが挙げられ、これらを適宜調整して、用いることができる。光重合性化合物としては、光重合性モノマーと、光重合性オリゴマーまたは光重合性プレポリマーとの組み合わせが好ましい。
光重合性モノマーは、重量平均分子量が1000以下のものである。光重合性モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の水酸基を含むモノマーや、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(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、テトラメチレングリコールジ(メタ)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、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(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、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類が挙げられる。
光重合性オリゴマーは、重量平均分子量が1000を超え10000以下のものである。上記光重合性オリゴマーとしては、2官能以上の多官能オリゴマーが好ましく、光重合性官能基が3つ(3官能)以上の多官能オリゴマーが好ましい。上記多官能オリゴマーとしては、例えば、ポリエステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル−ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリオール(メタ)アクリレート、メラミン(メタ)アクリレート、イソシアヌレート(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
光重合性プレポリマーは、重量平均分子量が1万を超えるものであり、重量平均分子量としては1万以上8万以下が好ましく、1万以上4万以下がより好ましい。重量平均分子量が8万を超える場合は、粘度が高いため塗工適性が低下してしまい、得られる量子ドット層の外観が悪化するおそれがある。上記多官能ポリマーとしては、ウレタン(メタ)アクリレート、イソシアヌレート(メタ)アクリレート、ポリエステル−ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
<光散乱材>
光散乱材としては、量子ドット層51に進入した光の進行方向を反射や屈折等によって変化させる作用を有するものであれば特に限定されないが、例えば光散乱粒子を用いることができる。光散乱粒子としては、無機粒子が好ましく、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)粒子、酸化インジウムスズ(ITO)粒子、MgO粒子、Al粒子、TiO粒子、BaTiO粒子、Sb粒子、SiO粒子、ZrO粒子及びZnO粒子からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。量子ドット層51にこれらの光散乱材を添加することで、量子ドット層51に進入する光の利用効率を上げ、光波長変換を促進させることが出来る。
<バリアフィルム>
バリアフィルム52、53は、量子ドット56を水分や酸素等から保護する機能を有している。すなわち、量子ドット56は水分や酸素等で劣化し、発光効率が低下しておそれがあるため、バリアフィルム52、53によって量子ドットを水分や酸素から保護している。
バリアフィルム52、53は、水分や酸素等を遮断する機能を有すればよく、例えば、バリアフィルム52、53の構成材料としては、ポリエステル等の有機ポリマーまたは酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化物等が挙げられる。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。バリアフィルム52、53は2層以上の多層構造であってもよい。例えば、バリアフィルム52、53は、ポリエステルからなる基材フィルムと、この基材フィルム上に設けられたバリア層とから構成されていてもよい。
基材フィルムの構成材料としては、例えば、ポリエステル(例えば、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)、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、又は、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。基材フィルムの構成材料としては、好ましくは、ポリエステル(例えば、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)、セルローストリアセテートの熱可塑性樹脂が挙げられる。
上記基材フィルムの厚みは、特に限定されないが、10μm以上150μm以下であることが好ましい。10μm未満であると、量子ドットシートのアッセンブリ、取扱い時にシワ、折れとなるおそれがあり、また150μmを超えると、ディスプレイの軽量、薄膜化に適さなくなるおそれがある。上記基材フィルムの厚みのより好ましい下限は50μm以上、より好ましい上限は125μm以下である。
バリア層の構成材料としては、上述したバリア性が得られるものであれば特に限定されないが、例えば、無機酸化物、金属、ゾルゲル材料等が挙げられる。具体的には、上記無機酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化窒化炭化ケイ素等が挙げられ、上記金属としては、例えば、Ti、Al、Mg、Zr等が挙げられ、上記ゾルゲル材料としては、例えば、シロキサン系ゾルゲル材料等が挙げられる。これらの材料は、単独で用いられてもよく2種以上を組み合わせて用いられてもよい。
上記バリア層の厚みは、特に限定されないが、0.01μm以上1μm以下であることが好ましい。0.01μm未満であると、バリア層のバリア性能が不充分となるおそれがあり、また1μmを超えると、バリア層のクラック等によりバリア性能の劣化が起こりやすくなるおそれがある。上記バリア層の厚みのより好ましい下限は0.03μm以上、より好ましい上限は0.5μm以下である。
上記バリア層の厚みは、断面顕微鏡観察において、20カ所について測定したバリア層の厚みの平均値として求めることができる。また、上記バリア層は、単一の層であってもよく、複数の層が積層されたものであってもよい。上記バリア層が複数層積層されたものである場合、バリア層を構成する各層は、直接積層形成されていてもよく、貼り合わされていてもよい。
上記バリア層の下地層として、アンカー層が形成されていてもよい。これにより、バリア性や耐候性を高めることができる。アンカー層の形成材料としては、例えば、接着性樹脂、無機酸化物、有機酸化物、金属等が挙げられる。
<光拡散層>
光拡散層54、55は、量子ドットシート50に入射する光や量子ドットシート50から出射する光を拡散させる機能を有している。光拡散層54、55を設けることにより、量子ドットシート50における光の変換効率を高めることができる。光拡散層54、55は、光拡散粒子(図示せず)とバインダ樹脂(図示せず)とを含んでいる。
量子ドットシート50は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、2枚のバリアフィルム52、53を用意し、バリアフィルム52、53の片面(例えば、バリアフィルム52、53が基材フィルムとバリア層から構成されている場合には、バリア層側の面とは反対側の面)に、光硬化性の光拡散層用組成物を塗布し、乾燥させて、光拡散層用組成物の塗膜を形成する。そして、この塗膜に、紫外線を照射して、塗膜を硬化させて、光拡散層54、55を形成し、これにより、光拡散層54付きバリアフィルム52および光拡散層55付きバリアフィルム53を形成する。次いで、一方の光拡散層54付きバリアフィルム52の光拡散層54側の面とは反対側の面に、量子ドット、光重合化合物および溶剤等を含む量子ドット層用組成物を塗布し、乾燥させて、量子ドット層用組成物の塗膜を形成する。次いで、この塗膜に光拡散層55付きバリアフィルム53の光拡散層55側の面とは反対側の面が接するように、この塗膜上に光拡層55付きバリアフィルム53を配置し、紫外線を照射して、塗膜を硬化させて、量子ドット層51を形成して、これにより、量子ドットシート50が得られる。
<<第1の反射体>>
第1の反射体60は、図1に示されるように、量子ドットシート50の側面50Cに配置されている。好ましくは、第1の反射体60は量子ドットシート50の側面50Cを囲うように配置されている。本明細書において、「第1の反射体は量子ドットシートの側面を囲うように配置されている」とは、第1の反射体が量子ドットシートの全側面の大部分に配置されている状態を言い、典型的には、第1の反射体が量子ドットシートの全側面のうち四分の三以上に配置されている状態を言う。例えば、量子ドットシートが矩形状のシートである場合、量子ドットシートの四側面のうち、三側面以上に第1の反射体が配置されている状態を言う。さらに好ましくは、図8に示すように、第1の反射体60が量子ドットシート50の全側面50Cを囲うように配置されている。量子ドットシート50の全側面50Cを囲うように第1の反射体60を配置することは、量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光が漏れ出すのをより効果的に防止できる点で好ましい。
また、第1の反射体60と量子ドットシート50の側面50Cとの間には、図8に示されるように空隙64が存在してもよいが、第1の反射体60は量子ドットシート50の側面50Cに密着していてもよい。このように第1の反射体60を量子ドットシート50の側面50Cに密着させることで、量子ドットシート50の側面50Cにおける気体や液体に対するバリア性が高まり、水や酸素による量子ドットシート50の外周部からの劣化を抑えることができるため好ましい。あるいは、量子ドット56による波長変換が行われた光を透過させることができれば、空隙64の代わりに透明樹脂等を量子ドットシート50の側面50Cと第1の反射体60との間に配置し、密着性を向上させることで気体や液体に対するバリア性を高めてもよい。なお、第1の反射体60と量子ドットシート50の側面50Cとの間に空隙64が存在する場合は、空隙64の幅は1mm以下であることが、反射効率維持の観点および省スペース化の観点から好ましい。
あるいは、図3に示す表示装置のように、第1の反射体61が、量子ドットシート50の側面50Cに配置され、かつ量子ドットシート50の入光面50A及び出光面50Bのいずれか一方の面または両方の面の一部を覆うように配置されていてもよい。このように、側面50Cに配置されるだけでなく入光面50A及び出光面50Bのいずれか一方の面または両方の面の一部を覆うように配置されることにより、バリア性を高めることができる。ただし、量子ドットシート50の入光面50Aへの入光および出光面50Bからの出光を妨げないために、第1の反射体61が入光面50A及び出光面50Bを覆うのは、それぞれの面の外周より3mm以下の領域であることが好ましい。
バックライト装置が、量子ドットシート50の入光面50A側に、光源35からの光を受ける入光面40Cおよび光を出射させる出光面40Aを有する導光板40をさらに備え、かつ導光板40の入光面40Cが、導光板40の側面に位置し、導光板40の出光面40Aが、導光板40の板面のうち量子ドットシート50側の面に位置する場合、反射体が、導光板40の入光面40Cを除き、導光板40の側面から量子ドットシート50の側面50Cまでを囲うように配置されてもよい。また、図4に示す表示装置のように、入光面40Cが導光板40の側面に位置する場合に、第1の反射体62が、入光面40Cを除いて、導光板40の側面から反射側偏光分離シート80の側面までを囲うように配置されていてもよい。量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光は量子ドットシート50の外周部から漏れ出すことがあるが、このような配置により、第1の反射体62がなければ漏れ出していた光をより多く反射することができる。この場合、光源からの入光を確保するために、図10の平面図に示されるように導光板40の入光面40Cだけは第1の反射体62で覆わないように配置する必要がある。
第1の反射体60は、図9に示されるように少なくとも量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光L2を反射する機能を有していればよく、これ以外の光を透過する材料であってもよい。したがって、光源35からの光L1は、第1の反射体60によって反射されてもされなくてもよい。第1の反射体60に用いられる材料としては、少なくとも量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光L2を反射する機能を有する材料を用いることができ、例えば、白色樹脂シートおよび金属シートならびに光反射性樹脂硬化物等から選択することができる。白色樹脂シートとしては、白色のポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂シートや、透明樹脂シートの一面に白色の塗料を塗布したシート、超微細発砲シート(ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリカーボネート樹脂など)が挙げられるが、これに限定されるものではない。金属シートとしては、アルミニウム、銀、クロムなど、反射率の高い金属から形成されるシートを用いることができ、これらの金属の薄膜を基板表面に蒸着させたものも用いることができる。基板表面への金属薄膜の形成は、蒸着に限らず、スパッタリング、CVD法、メッキ、グラビアコーティング、グラビアリバースコーティング、スクリーン印刷、インクジェット方式による塗布等によって形成することも可能である。光反射性樹脂硬化物としては、雲母を酸化チタンや酸化鉄等の金属酸化物で被覆したパール顔料、炭酸カルシウム、酸化亜鉛等を含有する樹脂組成物を硬化させて得られる光反射性樹脂硬化物などが挙げられる。第1の反射体60での反射は、正反射(鏡面反射)でもよく、拡散反射でもよい。第1の反射体60での反射が拡散反射の場合には、当該拡散反射は、等方性拡散反射であってもよいし、異方性拡散反射であってもよい。なお、第1の反射体62は、第1の反射体60と同様の構成であるため、記載を省略する。
第1の反射体60においては、図9に示されるように、量子ドット56による波長変換が行われた光L2のうち、量子ドットシート50の外周方向に漏れ出す光の一部が第1の反射体60によって反射される。したがって、第1の反射体60がなければ量子ドットシート50の外周部から漏れてしまっていた量子ドット56による波長変換が行われた光L2が反射によって戻ってくる。なお、光源35からの光L1は、第1の反射体60によって反射されてもされなくてもよい。第1の反射体62も第1の反射体60と同様の効果を奏するが、第1の反射体60よりも広い範囲を囲っているため、第1の反射体60よりも光の漏れを抑えることができる。
光源35として青色光を発する光源を用い、量子ドット56として青色光を緑色光に波長変換する量子ドットと、青色光を赤色光に波長変換する量子ドットとを用いた場合には、量子ドットによる波長変換が行われていない青色光と、量子ドットによる波長変換が行われた緑色光および赤色光のうち、量子ドットシート50の出光面50Bから表示パネル30側に出射された緑色光および赤色光、ならびに量子ドットシート50の外周部から出射され、第1の反射体60によって表示パネル30側に反射された緑色光および赤色光とが混合した光を出射させることができる。これは、第1の反射体62の場合も同様である。
<<レンズシート>>
レンズシート70、75は、図11および図12に示されるように、入射した光L3の進行方向を変化させて出光側から出射させて、正面方向の輝度を集中的に向上させる機能(集光機能)とともに、入射した光L4を反射させて、量子ドットシート50側に戻す機能(再帰反射機能)を有する。レンズシートのレンズ形状は三角柱状であってもよいし、波状や、例えば半球状のような椀状であってもよい。 そのようなレンズ形状を有するレンズシートとしては、プリズムシート(三角柱状)や、レンチキュラーレンズ(半円柱状)や、マイクロレンズアレイ(半球状)などが挙げられる。本実施形態では、レンズシートとして、レンズ形状が三角形状となったレンズシート(プリズムシート)について説明する。なお、レンズシート70、75は、配置が異なるだけであって、互いに同様の構成を有することができる。したがって、レンズシートについて共通する説明については、符号「70、75」を用いて説明する。以下、各構成要素の構成について説明する。
レンズシート70、75は、シート状の本体部71と、本体部71の出光側に並べて配置された複数の単位レンズ72とを備えている。
本体部71は、単位レンズ72を支持するシート状部材として機能する。図11に示されるように、本体部71の出光側面71A上には、単位レンズ72が隙間をあけることなく並べられている。したがって、レンズシート70、75の出光面は、単位レンズ72のレンズ面72Aによって形成されている。その一方で、図12に示すように、本実施の形態において、本体部71は、出光側面71Aに対向する入光側面71Bとして、レンズシート70、75の入光側面をなす平滑な面を有している。
単位レンズ72は、本体部71の出光側面71A上に並べて配列されている。図12に示されるように単位レンズ72は、単位レンズ72の配列方向Aと交差する方向に線状、とりわけ本実施の形態においては直線状に、延びている。また本実施の形態において、一つのレンズシート70、75に含まれる多数の単位レンズ72は、互いに平行に延びている。また、レンズシート70、75の単位レンズ72の長手方向Lは、レンズシート70、75における単位レンズ72の配列方向Aと直交している。
図1から理解され得るように、レンズシート70の単位レンズ72の配列方向とレンズシート75の単位レンズ72の配列方向とは交差、さらに限定的には直交している。
単位レンズ72は、出光側に向けて幅が狭くなる三角柱状となっている。したがって、本体部72のシート面の法線方向Nおよび単位レンズ72の配列方向Aの両方に平行な断面(レンズシートの主切断面とも呼ぶ)の形状は、出光側に突出する三角形形状となっている。とりわけ、正面方向輝度を集中的に向上させるという観点から、主切断面における単位レンズ72の断面形状は二等辺三角形形状であるとともに、等辺の間に位置する頂角が本体部71の出光側面71Aから出光側に突出するように、各単位レンズ72が構成されている。
単位レンズ72は、レンズシート70、75の再帰反射機能を向上させる観点から、80°以上100°以下の頂角を有することが好ましく、約90°の頂角を有することがより好ましい。
レンズシート70、75の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位レンズ72の具体例として、単位レンズ72の配列ピッチ(図示された例では、単位レンズ72の幅に相当)を10μm以上200μm以下とすることができる。ただし、昨今においては、単位レンズ72の配列の高精細化が急速に進んでおり、単位レンズ72の配列ピッチを10μm以上50μm以下とすることが好ましい。また、レンズシート70、75のシート面への法線方向Nに沿った本体部71からの単位レンズ72の突出高さを5μm以上100μm以下とすることができる。さらに、単位レンズ72の頂角θを60°以上120°以下とすることができる。
レンズシート70、75は、基材上に単位レンズ72を賦型することにより、または、押し出し成型により、作製することができる。本体部71及び単位レンズ72の構成材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の光重合性化合物が好適に使用され得る。
光重合性化合物を基材上に硬化させることによってレンズシート70、75を作製する場合、単位レンズ72とともに、単位レンズ72と基材との間に位置するようになるシート状のランド部を、基材上に形成するようにしてもよい。この場合、本体部71は、基材と光重合性化合物の硬化物によって形成されたランド部とから構成されるようになる。一方、押し出し成型で作製されたレンズシート70、75においては、本体部71と、本体部71の出光側面71A上の複数の単位レンズ72と、が一体的に形成され得る。
<<反射型偏光分離シート>>
反射型偏光分離シート80は、図13に示されるように、レンズシート75から出射される光のうち、第1の直線偏光成分(例えば、P偏光)L5のみを透過し、かつ第1の偏光成分L5と直交する第2の直線偏光成分(例えば、S偏光)L6を吸収せずに反射する機能を有する。図13に示すように、反射型偏光分離シート80で反射された第2の直線偏光成分L6は反射シート90等によって反射され、偏光が解消された状態(第1の直線偏光成分L5と第2の直線偏光成分L6とを両方含んだ状態)で、再度、反射型偏光分離シート80に入射する。よって、反射型偏光分離シート80は再度入射する光のうち第1の直線偏光成分L5を透過し、第1の直線偏光成分L5と直交する第2の直線偏光成分L6は再度反射される。以下、同上の過程を繰り返す事により、当初レンズシート75から出光した光の70〜80%程度が第1の直線偏光成分L5となった光源光として出光される。従って、反射型偏光分離シート80の第1の直線偏光成分(透過軸成分)L5の偏光方向と表示パネル30の偏光板31の透過軸方向とを一致させることにより、バックライト装置20からの出射光は全て表示パネル30で画像形成に利用可能となる。したがって、光源35から投入される光エネルギーが同じであっても、反射型偏光分離シート80を未配置の場合に比べて、より高輝度の画像形成が可能となり、又光源35エネルギー利用効率も向上する。とりわけ、反射型偏光分離シート80で反射された光は、量子ドットシート50の量子ドット56で波長変換が行われ得る。したがって、反射型偏光分離シート80を配置することによって、量子ドットシート50の変換効率がさらに上昇させることができる。したがって、更なる光源光の利用効率の改善を期待することができる。
反射型偏光分離シート80としては、3M社から入手可能な「DBEF」(登録商標)を用いることができる。また、「DBEF」以外にも、Shinwha Intertek社から入手可能な高輝度偏光シート「WRPS」やワイヤーグリッド偏光子等を、反射型偏光分離シート80として用いることができる。
<<反射シート>>
反射シート90は、導光板40の裏面40Bから漏れ出した光を反射して、再び導光板40内に入射させる機能を有する。反射シート90は、白色の散乱反射シート、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート等から、構成され得る。反射シート90での反射は、正反射(鏡面反射)でもよく、拡散反射でもよい。反射シート90での反射が拡散反射の場合には、当該拡散反射は、等方性拡散反射であってもよいし、異方性拡散反射であってもよい。
本実施形態においては、第1の反射体60が量子ドットシート50の側面50Cに配置され、少なくとも量子ドット56によって波長変換が行われた光を反射するので、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことを抑制できる。すなわち、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立ってしまうのは、以下が原因の一つであると考えられる。まず、光源からの光は導光板によって出光側に進む光となるので、量子ドットシートを通り、概ね出光側に向けて出射する。これに対して、量子ドットは等方的に発光するので、量子ドットによる波長変換が行われた光は様々な方向を向いた光となっている。このため、量子ドットによる波長変換が行われていない光よりも量子ドットによる波長変換された光は量子ドットシートの外周部から漏れやすい。このことが原因で、発光領域の周縁部においては量子ドットによる波長変換が行われていない光の色味が強くなり、これにより、発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立ってしまうと考えられる。このことは、これまで用いられてきた蛍光体シートでは上記のような現象が余り顕著に生じていなかった点とも一致する。蛍光シートに用いられる従来の蛍光体では、粒子が大きい(μmサイズ)ことから、光の進行方向前方への発光が強くなるため、波長変換された光の多くがバックライト装置の発光領域に向かって進行することとなり、量子ドットシートの外周部から漏れる光が少なく、発光領域の周縁部において色味が変化しにくい。一方で、量子ドットのように発光物質のサイズが小さい(nmサイズ)と等方に発光するため、上記のように量子ドットシートの外周部から光が漏れ、発光領域の周縁部においては量子ドットによる波長変換が行われていない光の色味が強くなり、発光領域の色味の変化が顕著となっていたと考えられる。これに対し、本実施形態においては、量子ドットシート50の側面50Cに第1の反射体60を配置し、量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光のうち、量子ドットシート50の外周部から漏れた光を第1の反射体60によって反射することができる。したがって、第1の反射体60がなければ量子ドットシート50の外周部から漏れてしまっていた、量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光が第1の反射体60による反射によって戻ってくるため、発光領域R1の周縁部Pに到達する量子ドット56による波長変換が行われた光の量を増大させることができる。これにより、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことを抑制できる。
さらに、量子ドットは、酸素や水分によって劣化し、変換効率が低下しやすいため、量子ドットシート50の側面が外気に曝されていると、量子ドットシート50の周縁部での量子ドット56が劣化して変換効率が低下することとなる。このことが原因で、発光領域の周縁部においては量子ドットによる波長変換が行われていない光の色味が強くなって、発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立ってしまうこともある。これに対して、第1の反射体60が量子ドットシート50の側面50Cに密着されている態様では、量子ドットシートの周縁部の量子ドットの劣化による変換効率の低下が抑えられ、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことをより効果的に抑制できる。
〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態に係るバックライト装置および表示装置について、図面を参照しながら説明する。図14は本実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図であり、図15は第1の反射体と量子ドットシートをこのシートのシート面に直交する面であって前記シート面の中心を通る面で切断した際の断面図である。なお、本実施形態において、第1の実施形態で説明した部材と同じ部材については、同じ符号が付してあるとともに、説明を省略するものとする。本実施形態においても、図14に示すバックライト装置110であれば、第1の反射体120が量子ドットシート50の入光面50Aおよび出光面50Bのいずれにも存在しないため、バックライト装置110の発光面110A全体が発光領域R1に含まれる。
図14に示される表示装置200は、バックライト装置110と、バックライト装置110の出光側に配置された表示パネル30とを備えている。図14に示されるバックライト装置110は、第1の実施形態と同様に、光源35と、光源35の側方に配置された導光板40と、導光板40の出光側に配置された量子ドットシート50と、量子ドットシート50の側面50Cに配置された第1の反射体120と、量子ドットシート50の出光面50B側に配置されたレンズシート70と、レンズシート70の出光側に配置されたレンズシート75と、レンズシート75の出光側に配置された反射型偏光分離シート80と、導光板40の出光側とは反対側に配置された反射シート90とを備えているが、第1の反射体120が第1の実施形態で説明した第1の反射体60とは異なる。
<<第1の反射体>>
第1の反射体120は、図14に示されるように、量子ドットシート50のシート面に直交する面であってシート面の中心を通る面で切断した際に、第1の反射体120の断面が量子ドットシート50の側面50Cから円弧状に突出した形状で形成されており、かつ、量子ドットシート50の側面50Cに配置されている。第1の反射体120も、第1の反射体60と同様に、量子ドットシート50の側面50Cを囲うように配置されているのが好ましい。図14に示される第1の反射体120は量子ドットシート50の側面50Cに密着して配置されているが、第1の反射体120と量子ドットシート50の側面50Cとの間には空隙が存在していてもよい。
第1の反射体120は、第1の反射体60と同様に、少なくとも量子ドットシート50内の量子ドット56によって波長変換が行われた光を反射する機能を有していればよく、これ以外の光を透過してもよい。
第1の反射体120は、透明樹脂を用いて形成されている。第1の反射体120は、量子ドットシートのシート面に直交する面であってシート面の中心を通る面で切断した際に、断面が量子ドットシートに対向する側とは反対側に円弧状に突出した形状を有しているため、その円弧状部分の内側から侵入した光をレンズのように反射することができる。
具体的には、図15に示されるように、第1の反射体120に入射した量子ドット56による波長変換が行われた光L2のうち、量子ドットシート50の外周方向に漏れ出す光の一部が、第1の反射体120の量子ドットシート50の側面50Cから円弧状に突出した部分の内面で反射される。なお、光源35からの光L1は、第1の反射体120によって反射されてもされなくてもよい。
このような第1の反射体120は、透明樹脂から構成されており、例えば、透明樹脂としては、特に限定されないが、上記バインダ樹脂57と同様に、光重合性化合物の重合物(架橋物)、エポキシ樹脂等の熱硬化合物の重合物(架橋物)、熱可塑性樹脂、またはシリコーン樹脂等を用いることができる。透明樹脂の前駆体を量子ドットシート50の側面50Cに塗布すると、表面張力によって量子ドットシートの側面50Cから円弧状に突出した形状となる。したがって、この状態で透明樹脂の前駆体を硬化させることによって、量子ドットシートのシート面に直交する面であってシート面の中心を通る面で切断した際に、断面が前記量子ドットシートの側面50Cから円弧状に突出した形状である第1の反射体を形成することができる。あるいは、透明樹脂の前駆体を金属板などの支持体上に塗布し、その後乾燥および硬化した上で支持体から剥離し、このようにして得られた透明樹脂を接着剤等を用いて量子ドットシート50の側面50Cに接着することで第1の反射体120を形成してもよい。
本実施形態においては、量子ドットシート50の側面50Cに、量子ドットシート50のシート面に直交する面であってシート面の中心を通る面で切断した際に、断面が量子ドットシート50の側面50Cから円弧状に突出した形状で形成された第1の反射体120を設けているので、第1の反射体120がなければ量子ドットシート50の外周部から漏れてしまっていた量子ドット56による波長変換が行われた光L2が、第1の反射体120による反射によって戻ってくる。このため、発光領域R1の周縁部Pに到達する量子ドット56による波長変換が行われた光の量を増大させることができ、発光領域R1の周縁部Pにおいて、量子ドット56による波長変換が行われた光の量を増大させることができる。これにより、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことを抑制できる。
〔第3の実施形態〕
以下、本発明の第3の実施形態に係るバックライト装置および表示装置について、図面を参照しながら説明する。図16は本実施形態に係るバックライト装置を含む表示装置の概略構成図であり、図17は本実施形態に係るバックライト装置の概略構成図であり、図18は図17に示されるバックライト装置における発光領域を示した図であり、図19は本実施形態に係る第1の反射体、第2の反射体および量子ドットシートの平面図であり、図20は図19の第1の反射体、第2の反射体および量子ドットシートをIII−III線に沿って切断した際の断面図である。なお、本実施形態において、第1の実施形態で説明した部材と同じ部材については、同じ符号が付してあるとともに、説明を省略するものとする。
図16に示される表示装置300は、バックライト装置210と、バックライト装置210の出光側に配置された表示パネル30とを備えている。図16に示されるバックライト装置210は、第1の実施形態と同様に、光源35と、光源35の側方に配置された導光板40と、導光板40の出光側に配置された量子ドットシート50と、量子ドットシート50の側面50Cに配置された第1の反射体60と、量子ドットシート50の出光面50B側に配置されたレンズシート70と、レンズシート70の出光側に配置されたレンズシート75と、レンズシート75の出光側に配置された反射型偏光分離シート80と、導光板40の出光側とは反対側に配置された反射シート90とを備えている。バックライト装置210は、量子ドットシート50の出光面50B側に、第2の反射体66をさらに備えている点で、第1の実施形態で説明したバックライト装置10とは異なる。
バックライト装置210は、面状に光を発光する発光領域R1を有している。本実施形態においては、第2の反射体66が存在している領域も発光するので、第2の反射体66が存在している領域も発光領域R1に含めるものとする。すなわち、本実施形態における発光領域R1は、図17および図18に示されるように、第2の反射体66が存在する領域および第2の反射体66よりも内側の領域を合わせた領域となっている。本実施形態において、後述する発光領域R1の周縁部Pとは、図18に示されるように、発光領域R1内の第2の反射体66が存在している領域付近の部分を意味し、また発光領域R1の中央部Cとは、図18に示されるように、発光領域R1の中央付近の部分を意味する。
<<第2の反射体>>
第2の反射体66は、量子ドットシート50の入光面50A側または出光面50B側に、量子ドットシート50の周縁部50Dの少なくとも一部に沿って配置される。本実施形態では、図18に示されるように、第2の反射体66は量子ドットシート50の出光面50B側に量子ドットシート50の周縁部50Dの少なくとも一部に沿って配置されている。第2の反射体66は、図19に示されるように、量子ドットシート50の周縁部50Dに沿って枠状に配置されていることが好ましい。図17に示されるバックライト装置210においては、第2の反射体66は量子ドットシート50の出光面50B側に配置されている。ただし、第2の反射体66が量子ドットシート50の出光面50B側に配置されていることは必須ではなく、第2の反射体66は量子ドットシート50の入光面50A側に配置されていてもよい。
第2の反射体66は、第2の反射体66に入射する光源35からの光の少なくとも一部を反射するものである。すなわち、第2の反射体66としては、光源35からの光L1の少なくとも一部を反射するものであれば特に限定されず、量子ドット56により波長変換された光L2の少なくとも一部を反射させるもの、および量子ドット56により波長変換された光L2の少なくとも一部を通過させるもののいずれを用いてもよい。本実施形態では、図20に示されるように、光源35からの光L1のみならず、量子ドットにより波長変換された光L2も反射する互いに離間した複数の光反射部67から構成されている。ここで、第2の反射体66が複数の光反射部67から構成されている場合、第2の反射体66の形状が不明確になるおそれがあるが、第2の反射体66の外縁は、外側に位置する光反射部67の最も外側の箇所をそれぞれ直線で繋ぐことによって得られ(図19における二点鎖線の部分)、第2の反射体66の内縁は、内側に位置する光反射部67の最も内側の箇所をそれぞれ直線で繋ぐことによって得られる(図19における一点鎖線の部分)。光反射部67の間には、光源35からの光L1および波長変換された光L2を透過する光透過部68が存在している。
本発明の第3の実施形態による第2の反射体は、図16および17に示される第2の反射体66のような態様に限定されず、量子ドット56による波長変換が行われた光L2の反射率よりも光源35からの光L1の反射率が高い部材を用いることもできる。このような部材では、量子ドット56による波長変換が行われた光L2の透過率よりも光源35からの光L1の透過率が低くなっている。このような部材としては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。バンドバスフィルタは、誘電体多層膜等から構成することが可能である。バンドパスフィルタとしては、例えば、珪素窒化物(SiN)層と珪素酸化物(SiO)層を順次的に積層し、最上層と最下層に配置された層が同一の物質になるように2n+1個の層に積層されているものを用いることができる。この場合、珪素窒化物の屈折率は約1.85であり、珪素酸化物の屈折率は約1.5であるので、薄膜の厚さを調節することによって、バンドパスフィルタを形成することができる。なお、上記SiNのxは1以上1.3以下の値をとる。
図20に示されるように、第2の反射体66よりも内側の領域においては、量子ドットシート50の出光面50Bから出射する光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2は、レンズシート70に向けて進む。これに対し、第2の反射体66が存在する領域においては、図20に示されるように、第2の反射体66の光反射部67に入射する光源35からの光L1および量子ドットにより波長変換された光L2は光反射部67によって反射される。光反射部67によって反射された光源からの光L1は再び量子ドットシート50に戻されるので、これにより量子ドット56によって波長変換される機会が増える。また、光反射部67によって反射された量子ドット56により波長変換された光L2は反射を繰り返し、光反射部67が存在しない領域(光透過部68や第2の反射体66よりも内側の領域)から出射する。一方、図20に示されるように、光透過部68に入射する光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2は光透過部68をそのまま通過する。
光源35として青色光を発する光源を用い、量子ドット56として青色光を緑色光に波長変換する量子ドットと、青色光を赤色光に波長変換する量子ドットとを用い、光反射部として、青色光、緑色光および赤色光を反射する光反射部を用いた場合には、光反射部に入射した光源からの青色光および量子ドットにより波長変換された緑色光および赤色光は光反射部によって反射される。光反射部によって反射された青色光は再び量子ドットシートに戻されるので、これにより量子ドットによって波長変換される機会が増える。また、光反射部によって反射された緑色光および赤色光は反射を繰り返し、光反射部が存在しない領域(光透過部や第1の反射体よりも内側の領域)から出射する。一方、光透過部間の光透過部に入射した青色光、緑色光、および赤色光は光透過部をそのまま通過する。
<光反射部>
光反射部67は、例えば、図19に示されるように、量子ドットシート50の周縁部50Dに沿って列状に配置されてもよい。光反射部67は互いに離間しているが、光反射部67を互いに離間させることによって、空隙である光透過部68から光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2を透過させることができるとともに、光反射部67が目立たなくなる。
光反射部67の形状としては、例えば、円形や四角形が挙げられる。また、均一な外観を得る観点から、各光反射部が円形の場合には光反射部の直径は0.1mm以上0.5mm以下であることが好ましく、また各光反射部が四角形の場合には光反射部の1辺の長さは0.1mm以上0.5mm以下であることが好ましい。
光反射部67としては、光源35からの光L1の少なくとも一部を反射することができれば特に限定されないが、光反射部67による色変化を防止する観点から、白色の光反射部が好ましい。光反射部67は印刷によって形成することができる。光反射部67に用いられる材料としては、雲母を酸化チタンや酸化鉄等の金属酸化物で被覆したパール顔料、炭酸カルシウム、酸化亜鉛等が挙げられる。これらの中でも、反射特性の観点から、パール顔料が好ましい。
第2の反射体66は、図19および図20に示されるように、表示装置の額縁領域に対応する領域R2(図19における点線の部分)内に配置されていることが好ましい。第2の反射体66をこの領域R2内に配置することによって、表示装置300にバックライト装置210を組み込んだときに、第2の反射体66が視認されるのを確実に抑制できる。本明細書における表示装置の「額縁領域」とは、表示装置の表示領域の外側であり、かつ観察者には視認されない領域を意味する。
この領域R2は、表示装置300の大きさにもよるが、例えば、量子ドットシート50の端から、量子ドットシートの端から量子ドットシートの中央方向に3mm離れた位置までの領域とすることが可能である。
<<光透過部>>
光透過部68は、光反射部67間に位置している。図19および図20に示される光透過部68は光反射部67間の空隙である。図19および図20に示される光透過部68は、光反射部67間の空隙であるが、空隙に限らず、光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2を透過させることができれば、透明樹脂等であってもよい。
本実施形態においては、第1の反射体60に加え、量子ドットシート50の出光面50B側に、量子ドットシート50の周縁部50Dの少なくとも一部に沿って配置され、光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2を反射する互いに離間した複数の光反射部67から構成された第2の反射体66と、光反射部67間に位置し、光源35からの光L1および波長変換された光L2を透過する光透過部68を設けているので、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことをより抑制できる。本実施形態においては、量子ドットシート50の出光面50Bに光源35からの光L1および量子ドットにより波長変換された光L2を反射する互いに離間した複数の光反射部67から構成された第2の反射体66を量子ドットシート50の周縁部50Dに沿って配置し、第2の反射体66によって第1の反射体60入射する光源35からの光L1および量子ドット56により波長変換された光L2を反射している。したがって、第2の反射体66によって反射された光源からの光L1は、再び、量子ドットシート50に戻されるので、量子ドット56によって波長変換される機会が増大する。これにより、第1の反射体60がなければ量子ドットシート50の外周部から漏れてしまっていた量子ドット56による波長変換が行われた光L2が反射によって戻ることができることに加え、第2の反射体66を透過する光源35からの光L1の量を低減できるとともに、第2の反射体66を透過する量子ドット56による波長変換が行われた光L2の量を増大させることができる。また、光反射部67間には光源35からの光L1および波長変換された光L2を透過する光透過部68を設けているので、発光領域R1の周縁部Pにおける光源35からの光L1が弱くなり過ぎることもない。これにより、発光時において発光領域R1の周縁部Pの色味が中央部Cの色味に比べて際立つことをより抑制できる。
本発明を詳細に説明するために、以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの記載に限定されない。
<量子ドット層用組成物の調製>
まず、下記に示す組成となるように各成分を配合して、量子ドット層用組成物を得た。
(量子ドット層用組成物)
・エポキシアクリレート(製品名「ユニディックV−5500」、DIC社製):99質量部
・緑色光発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色光発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610 」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
・光重合開始剤(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、製品名「Irgacure(登録商標)184)」、BASFジャパン社製):1質量部
<反射体の用意及び調製>
下記に示す反射体材料を用いるか、もしくは、反射体用組成物を硬化させて第1の反射体を得た。
第1の反射体材料:
・ポリカーボネート樹脂を超微発砲させたシート(製品名「MCPOLYCA(登録商標)」(古河電工株式会社製))
第1の反射体用組成物:
・パール顔料を含有するインキ(株式会社昭和インク工業所製、パール顔料の粒径:10〜50μm、インキ中のパール顔料含有量:約15重量%)
第2の反射体用組成物:
・パール顔料を含有するインキ(株式会社昭和インク工業所製、パール顔料の粒径:10〜50μm、インキ中のパール顔料含有量:約15重量%)
<光拡散層用組成物の調製>
下記に示す組成となるように各成分を配合して、光拡散層用組成物を得た。
(光拡散層用組成物)
・ペンタエリスリトールトリアクリレート:99質量部
・光拡散粒子(架橋アクリル樹脂ビーズ、製品名「SSX−105」、積水化成品工業株式会社製、平均粒径5μm):158質量部
・光重合開始剤(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、製品名「Irgacure(登録商標)184」、BASFジャパン社製):1質量部
・溶剤(メチルイソブチルケトン:シクロヘキサノン=1:1質量比):387質量部
<実施例1>
まず、2枚のバリアフィルムを次のような方法で作成した。高周波スパッタリング装置において、電極に周波数13.56MHz、電力5kWの高周波電力を印加することにより、チャンバー内で放電を生じさせて、ポリエチレンテレフタレートフィルム(製品名「ルミラーT60」、厚み50μm、東レ社製)の片面にターゲット物質(シリカ)からなる、厚みが50nmであり、かつ屈折率が1.46であるシリカ蒸着層を形成し、これにより、ポリエチレンテレフタレートフィルムおよびシリカ蒸着層からなるバリアフィルムを2枚形成した。次いで、両方のバリアフィルムにおけるシリカ蒸着層側の面とは反対側の面に光拡散層用組成物を、それぞれ塗布し、塗膜を形成した。次いで、形成した塗膜に対して、80℃の乾燥空気を30秒間流通させて乾燥させることにより塗膜中の溶剤を蒸発させた。その後、紫外線を積算光量が500mJ/cmになるように照射して塗膜を硬化させることにより膜厚が10μmの光拡散層を形成し、光拡散層付きバリアフィルムを形成した。次いで、一方の光拡散層付きバリアフィルムのシリカ蒸着層側に量子ドット層用組成物を塗布し、塗膜を形成した。次いで、形成した塗膜に対して、80℃の乾燥空気を30秒間流通させて乾燥させることにより塗膜中の溶剤を蒸発させた。その後、その塗膜面にシリカ蒸着層が接するように他方の光拡散層付きバリアフィルムを配置し、紫外線を積算光量が500mJ/cmになるように照射して塗膜を硬化させることにより、膜厚が80μmの量子ドット層を形成し、これにより、量子ドットシートを得た。
(第1の反射体の作製)
次いで、ポリカーボネート樹脂を超微発砲させたシート(製品名「MCPOLYCA(登録商標)」(古河電工株式会社製))を用いて第1の反射体を作製し、量子ドットシートの側面(断面)を囲うように設置した。
一方で、光源としてKindleFire(登録商標)HDX7のバックライト(発光ピーク波長が450nmの青色発光ダイオード、導光板、2枚のプリズムシート、反射シートを含む)を用意した。2枚のプリズムシートは、シート状の本体部と、この本体部上に並べて配置され、かつ各々が配列方向と交差する方向に延びた三角柱状の複数の単位プリズムとを備え、単位プリズムの頂角が90°となっているものであった。また、反射型偏光分離シートは、偏光板と一体となっているものであった。
そして、光源側に導光板の入光面を配置し、さらに、観察者側に導光板の出光面を配置するとともに、導光板の出光面上に、第1の反射体付き量子ドット含有量子ドットシート、プリズムシート、プリズムシートをこの順で配置し、また導光板の背面に反射シートを配置し、バックライト装置を得た。観察者側のプリズムシートは、単位プリズムの配列方向がプリズムシートの単位プリズムの配列方向と直交するように配置された。
<実施例2>
実施例2においては、第1の反射体として、ポリカーボネート樹脂を超微発砲させたシートの代わりに、第1の反射体用組成物を硬化して得た光反射性樹脂硬化物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、バックライト装置を作製した。光反射性樹脂硬化物を用いた第1の反射体としては、量子ドットシートの側面に第1の反射体用組成物をディッピング塗布し、硬化させたものを用いた。
<実施例3>
実施例3においては、実施例1に用いた量子ドットシートの一方の面における量子ドットシートの端から2mmまでの領域内に、第2の反射体用組成物を反射体用組成物がドット状となるように印刷し、80℃の乾燥空気を30秒間流通させて乾燥させて、大きさが200μmの反射ドットからなる第2の反射体を形成した以外は、実施例1と同様にして、バックライト装置を作製した。
<比較例>
比較例においては、第1の反射体を配置しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、バックライト装置を作製した。
<発光領域の色味測定>
実施例1〜3に係るバックライト装置および比較例に係るバックライト装置において、発光時の発光領域の周縁部および中央部の色度を、分光放射計(製品名「SR−UL2」、トプコン社製)を用いてそれぞれ測定した。
<発光領域の目視評価>
実施例1〜3に係るバックライト装置および比較例に係るバックライト装置において、発光時の発光領域の周縁部および中央部を目視で観察し、周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立っているか観察した。
○:周縁部の色味と中央部の色味が同等または若干異なっていたが実用上問題のないレベルであった。
×:周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立っていた。
以下、結果を表1に示す。
Figure 2016194996
上記の結果から、比較例においては、発光時に発光領域の周縁部の色味が発光領域の中央部に比べて、際立っていた。これに対し、実施例1〜3においては、比較例に比べて、発光時における発光領域の周縁部の色味と中央部の色味の差が低減された。したがって、実施例1〜3において、発光時において発光領域の周縁部の色味が中央部の色味に比べて際立つことを抑制できたことが確認された。
L1…光源からの光
L2…波長変換された光
10、100、200、300…表示装置
20、21、22、23、110、210…バックライト装置
30…表示パネル
35…光源
40…導光板
40A…導光板の出光面
40C…導光板の入光面
50…量子ドットシート
50A…量子ドットシートの入光面
50B…量子ドットシートの出光面
50C…量子ドットシートの側面
50D…量子ドットシートの周縁部
56…量子ドット
60、61、62、120…第1の反射体
66…第2の反射体
67…光反射部
68…透過部
70、75…レンズシート
71…本体部
72…単位レンズ
80…反射型偏光分離シート

Claims (14)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を受ける入光面および前記入光面とは反対側に位置する出光面を有し、量子ドットおよびバインダ樹脂を含む量子ドットシートであって、前記量子ドットシートに入射する前記光源からの光の一部を透過させ、かつ前記光源からの光の他の一部を前記量子ドットによって前記光源からの光とは異なる波長の光に変換して、前記出光面から前記量子ドットシートを透過する前記光源からの光および波長変換された光を出射させる量子ドットシートと、
    前記量子ドットシートの前記入光面と前記出光面との間に位置する側面に配置され、かつ少なくとも前記波長変換された光を反射する第1の反射体と
    を備える、バックライト装置。
  2. 前記第1の反射体が、前記量子ドットシートの側面を囲うように配置されている、請求項1に記載のバックライト装置。
  3. 前記第1の反射体が、前記量子ドットシートの側面に配置され、かつ前記量子ドットシートの前記入光面及び前記出光面のいずれか一方の面または両方の面の一部を覆うように配置されている、請求項1に記載のバックライト装置。
  4. 前記第1の反射体が、前記量子ドットシートの前記側面に密着している、請求項1に記載のバックライト装置。
  5. 前記量子ドットが、1nm以上20nm以下の粒径を有する、請求項1に記載のバックライト装置。
  6. 前記光源が青色光を発し、かつ前記量子ドットが、前記青色光を緑色光に変換する第1の量子ドットと、前記青色光を赤色光に変換する第2の量子ドットとを含む、請求項1に記載のバックライト装置。
  7. 前記第1の反射体が、白色樹脂シートおよび金属シートならびに光反射性樹脂硬化物から選択される、請求項1に記載のバックライト装置。
  8. 前記第1の反射体が、樹脂で形成され、かつ、前記量子ドットシートのシート面に直交する面であって前記シート面の中心を通る面で切断した際に、前記第1の反射体の断面が前記量子ドットシートの側面から円弧状に突出した形状である、請求項1に記載のバックライト装置。
  9. 前記量子ドットシートの入光面側に、前記光源からの光を受ける入光面および光を出射させる出光面を有する導光板をさらに備え、
    前記導光板の入光面が、前記導光板の側面に位置し、
    前記導光板の出光面が、前記導光板の板面のうち前記量子ドットシート側に位置し、
    前記反射体が、前記導光板の入光面を除き、前記導光板の側面から前記量子ドットシートの側面までを囲うように配置されている、請求項1に記載のバックライト装置。
  10. 前記量子ドットシートの入光面側または出光面側に、前記量子ドットシートの周縁部の少なくとも一部に沿って配置された第2の反射体であって、前記第2の反射体に入射する前記光源からの光の少なくとも一部を反射する第2の反射体をさらに備える、請求項1に記載のバックライト装置。
  11. 前記量子ドットシートの出光面側に配置され、かつ集光機能および再帰反射機能を有するレンズシートをさらに備える、請求項1に記載のバックライト装置。
  12. 前記量子ドットシートの出光面側に配置された反射型偏光分離シートをさらに備える、請求項1に記載のバックライト装置。
  13. 請求項1に記載のバックライト装置と、
    前記バックライト装置の出光側に配置された表示パネルと
    を備える、表示装置。
  14. 請求項9に記載のバックライト装置と、
    前記バックライト装置の出光側に配置された表示パネルと
    を備える表示装置であって、
    前記バックライト装置が前記量子ドットシートの出光面側に配置された反射型偏光分離シートをさらに備え、
    前記第1の反射体が、前記導光板の入光面を除き、前記導光板の側面から前記反射型偏光分離シートの側面までを囲うように配置されている、表示装置。
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