JP2020520048A - バックライトモジュール用の光変換フィルム、バックライトモジュール及び表示装置 - Google Patents

バックライトモジュール用の光変換フィルム、バックライトモジュール及び表示装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、バックライトモジュール用の光変換フィルム、バックライトモジュール及び表示装置を開示している。前記バックライトモジュールは少なくとも第１光を発する光源と、前記第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射することで、前記バックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくなる光変換フィルムとを備える。本発明は、表示装置の視野角を拡大し、輝度視野角を１２０度以上に達することができ、同時に、該光変換フィルムが高い光励起効率を有し、バックライトモジュールの色温度を低下させることができ、表示効果をより高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル表示技術分野に関し、特にバックライトモジュール用の光変換フィルム、バックライトモジュール及び表示装置に関する。
液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）は、薄型軽量、低消費電力、無輻射などの特徴を有し、フラットディスプレイ分野で支配的な地位を占めている。現在、液晶ディスプレイは、ハイビジョンデジタルテレビ、デスクトップパソコン、タブレット型パソコン、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラなどの電子機器に幅広く適用されている。
現在のＬＣＤに用いられているバックライトは、ＬＥＤを光源とするものが多く、サイドエッジ型バックライトを例にとると、光源からの光を導光板に入射し、導光板の底部のドットにより光の均一な取り出しを実現し、導光板の上面に所定数の光学シートを配置してムラの遮蔽又は輝度の増加を図っている。本願の発明者は、長期にわたる研究開発において、従来のデザインではディスプレイの輝度を大幅に向上させることができるが、視野角が損なわれることを見出し、特にＬＣＤを側縁から見た場合に、本来の色が見えなくなり、全白又は全黒に見えるといった、視野角の点で不十分であるという問題があった。ＬＣＤの大型化に伴い、ディスプレイを側面から見る可能性が高くなり、広視野角を有する表示装置の研究開発が強く望まれている。
本発明の解決しようとする技術的課題は、表示装置の視野角を大きくでき、より良好な表示効果が得られるバックライトモジュール用の光変換フィルム、バックライトモジュール及び表示装置を提供することにある。
本発明は、上記の技術的課題を解決するために、用いられる技術的手段がバックライトモジュール用の光変換フィルムを提供しており、該光変換フィルムは、第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射することで、バックライトモジュールの出光角度が１３０度よりも大きく、色温度が１２０００よりも小さく、コントラストが２０００：１よりも大きく、光変換フィルムには、量子ドット材料及び／又は蛍光材料及び散乱粒子が含まれている。
本発明は、上記の技術的課題を解決するために、用いられる技術的手段がバックライトモジュールを提供しており、該バックライトモジュールは、少なくとも第１光を発する光源と、バックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくするように、第１光を受光して、少なくとも第２光に変換して出射する光変換フィルムとを備える。
上記の技術的課題を解決するために、本発明が用いられる他の技術的手段は、前記バックライトモジュールを備える表示装置を提供することにある。
本発明の有益な効果は、従来技術とは別に、本発明はバックライトモジュールを提供し、該バックライトモジュールは、出射光を等方性で外部に出射させることができる光変換フィルムを備え、さらにバックライトモジュールの出光角度を高め、表示装置の視野角を拡大し、輝度視野角を１２０度以上に達することができ、同時に、該光変換フィルムが高い光励起効率を有し、バックライトモジュールの色温度を低下させることができ、表示効果をより高めることができる。
図１は、本発明のバックライトモジュールの一実施形態の構造概略図である。 図２は、本発明のバックライトモジュールと通常のバックライトモジュールとの輝度視野角の対比図である。 図３は、本発明のバックライトモジュールの他の実施形態の構造概略図である。 図４は、本発明のバックライトモジュールの他の実施形態における各光線方向の概略図である。 図５は、本発明のバックライトモジュール用の光変換フィルムの一実施形態の構造概略図である。 図６は、本発明の表示装置の一実施形態の構造概略図である。
本発明の目的、技術的手段及び効果をより明確にするために、以下、図面を参照しながら実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明する。
図１を参照すると、図１は、本発明のバックライトモジュールの一実施形態の構造概略図である。本発明に係るバックライトモジュールは、表示装置のためにバックライト光源を提供するためのものである。該バックライトモジュールは、光源１０１と、光変換フィルム１０２とを備える。
光源１０１は、点光源、線光源、又は面光源であり、少なくとも第１光線を発することができ、光源１０１は紫外線又は青色光などの多様な色光を放出することができる発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）ランプであってもよい。他の実施形態では、バックライト光源が他の発光可能なチップなどであってもよい。
図２を参照すると、図２は、本発明のバックライトモジュールと従来のバックライトモジュールとの輝度視野角の対比図である。光変換フィルム１０２はバックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくするように、第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射する。所望により、第１光は紫外光又は青色光であり、第２光は黄色光、又は緑色光と赤色光との混合光、又は青色光と緑色光と赤色光との混合光である。
ここで、光変換フィルム１０２は、光変換材料を含み、光変換材料は、フォトルミネッセント材料であり、出射光を等方性で外部に出射させることができ、さらにバックライトモジュールの出射輝度視野角を１２０度、１３０度、１４０度、１５０度、１７０度などに達して大きく向上させ、広視野角の表示要求を満たし、さらに表示装置に広視野角効果をもたらすことができる。
光変換材料の光変換フィルム１０２における濃度は０．０５％〜３８％である。ただし、該濃度は、質量含有量であっても体積含有量であってもよい。具体的には、光変換材料の材質、密度、粒径の大きさ、基材の材質の種類などに応じて配合できる。他の実施形態における濃度も同様に質量含有量又は体積含有量であってもよい。光変換材料の濃度が増加するにつれてバックライトモジュールの色温度が低下するので、バックライトモジュールの色温度を低下させるために、バックライトモジュールの色温度を１２０００に低減させるか、又は１００００以下、例えば８０００、６０００などに低減させるように、光変換材料の濃度を、例えば０．０５％、０．７％、３％、８％、１３％、２６％、３８％など適宜に増大させることができる。
所望により、一実施形態において、本願に係るバックライトモジュールは、視野角が大きく、色温度が低い一方で、コントラストが２０００：１よりも大きく、例えば２０００：１、４０００：１、６０００：１などである。
所望により、一実施形態において、光変換フィルム１０２は、散乱粒子をさらに含む。散乱粒子の粒径は０．５〜６．５μｍであり、散乱粒子の光変換フィルム１０２における濃度は０．０５％〜４７％であり、光変換材料と散乱粒子との濃度比は１：１〜１：１０である。
具体的には、散乱粒子は、当分野で知られる任意の適切な光学材料、例えば、ガラスビーズ、ポリマー微粒子などであってもよい。散乱粒子の粒径は０．５〜６．５μｍ、例えば、０．５μｍ、１．３μｍ、２．７μｍ、４．１μｍ、５．６μｍ、６．５μｍなどであってもよい。散乱粒子として密度の大きい材料を選択することにより、散乱粒子が下方に沈み込み、より光源に近づく。同一光変換フィルム１０２において、散乱粒子の種類、粒径の大きさなどが同一であっても異なっていてもよい。光変換材料と散乱粒子との濃度比は１：１〜１：１０、例えば、１：１、１：２、１：４、１：６、１：８、１：１０などである。光変換材料と散乱粒子の濃度比を調整することにより、バックライトモジュールの色温度を低くできる。
所望により、一実施形態において、光変換フィルム１０２は５３〜１６２μｍの厚みを有する光変換材料層を備える。バックライトモジュールの色温度は、フィルムの厚みが増加するにつれて低下するので、バックライトモジュールの色温度を低下させるために、光変換材料層の厚みを、例えば、５３μｍ、８８μｍ、１１４μｍ、１３１μｍ、１４４μｍ、１６２μｍなど、適宜に増加させることができる。さらに、色温度に対する光変換材料の濃度、光変換材料層の厚み、散乱粒子の濃度の影響も考慮して、表示装置が優れた表示性能を達成するために、例えば、光変換材料の濃度を３％、散乱粒子の濃度を１２％、光変換フィルムにおける光変換材料層の厚みを１０５μｍなどとして選択設定することができる。
所望により、一実施形態において、光変換フィルム１０２は、量子ドット材料及び／又は蛍光材料を含む光変換材料を含む。量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ，ＱＤ）は、３次元サイズがそれぞれナノメートルオーダーである粒子状物質を意味する。量子ドットは光の照射を受けると励起状態になり、励起状態から基底状態に戻る際に特定の波長（即ち、特定の色）の光を放出することができる。ＱＤの発光スペクトルは、ＱＤの粒径の大きさによって主に制御されるので、ＱＤの粒径を変えることによって発光スペクトルの調整を達成することができる。同時に、ＱＤ変換効率が高く、光の利用効率を高めることができ、ＱＤの発光スペクトルの半値幅が狭く、温度安定性に優れている。量子ドットの材質は、ＩＩ−ＶＩ族量子ドット材料、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族量子ドット材料、又は異なる量子ドット材料の混合物であってもよい。ここで、ＩＩ−ＶＩ族量子ドット材料とは、ＩＩ族の元素とＶＩ族の元素との化合物を意味する。ＩＩＩ−Ｖ族量子ドット材料とＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族量子ドット材料とは類似している。具体的に、量子ドット材料は、ＺｎＣｄＳｅ２、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳ２、ＺｎＣｕＩｎＳ３のうちの１種以上であってもよい。量子ドットのサイズ、材質、蛍光材料の種類などは、実際の必要に応じて選択的に配合することができる。
所望により、一実施形態において、量子ドット材料と蛍光材料との濃度比が１：５０〜１：３、例えば、１：５０、１：３０、１：１０、１：５、又は１：３などである。量子ドット材料の光変換効率は、通常の蛍光材料よりも高いが、量子ドット材料の価格は、通常の蛍光材料よりも高価であり、光変換フィルムの全体にわたって量子ドット材料を選択した場合に、製造コストが高くなる。光変換効率が所定値に達した後、量子ドット材料の量をさらに増やしても、最終的な表示効果にあまり影響を与えず、資源の浪費を招く。したがって、該実施形態では、量子ドット材料と蛍光材料との組み合わせを選択することによって、光変換効率を確保しつつ、コストを節約することができる。
所望により、一実施形態において、バックライトモジュールは、青色光光源を用いて光励起を行う。ＬＥＤの励起光源はランバート発光体であるため、より一方向に光を放出する。これはＬＥＤから放出される光の強度が出射面の法線において最も高く、法線から離れるにつれて、角度が増加するにつれて減少することを意味する。結果として、広視野角はある程度色ずれを生じるが、該問題に対して、光変換材料の割合、散乱粒子の種類及び割合、サイズなどを調整することによって、青色光散乱の程度を増加させ、バックライトモジュールの広視野角における色ずれの問題を減少させることができる。量子ドット材料は、緑色量子ドット材料及び赤色量子ドット材料を備える。緑色量子ドット材料と赤色量子ドット材料との濃度比は、３．５：１〜１．２：１である、具体的には、緑色量子ドット材料は、青色光を吸収して赤色光及び緑色光を発する。しかし、緑色光は、赤色量子ドット材料によって吸収され赤色光を発しやすいため、最終的に白色光に混合される際に、各色光の割合が不均一になり、表示ムラが引き起こされる。緑色光の二次吸収を減少させるために、緑色量子ドット材料の濃度を赤色量子ドット材料の濃度よりも高くし、その濃度比は、３．５：１、２．７：１、１．９：１、１．５：１、１．２：１などである。
所望により、一実施形態において、色ずれの問題を完全に解決するために、紫外光源を用いて励起することができる。光変換フィルム１０２は、少なくともＲＧＢ三色のフォトルミネッセント材料を含む必要がある。本実施形態において、量子ドット材料は、青色量子ドット材料、緑色量子ドット材料及び赤色量子ドット材料を含み、青色量子ドット材料の量子ドット材料における質量含有量が３３％〜７５％、例えば、３３％、４２％、５６％、６８％、７５％などであり、緑色量子ドット材料の量子ドット材料における質量含有率が１２％〜５８％、例えば、１２％、２３％、３５％、４７％、５８％などであり、赤色量子ドット材料の量子ドット材料における質量含有量が８％〜３５％であり、例えば、８％、１５％、２２％、２９％、３５％などである。青色量子ドット材料の濃度が６３％、緑色量子ドット材料の濃度が２６％、赤色量子ドット材料の濃度が１１％など、各量子ドット材料間の割合を調整することによって、より優れた表示効果が得られる。
所望により、一実施形態において、バックライトモジュールは、拡散フィルム、輝度向上フィルム、反射フィルム、透過反射フィルム、ＤＢＥＦの１種以上をさらに含むが、プリズムフィルムを含まないか、または垂直方向に集光するプリズムフィルムのみを含む。具体的には、光変換フィルム１０２から出射された光が集光しないように、光変換フィルム１０２の上面にプリズムシートを配置しないか、垂直方向に集光するプリズムシートのみを配置し、拡散シート、ＤＢＥＦなどの光拡散機能を有するシートのみを配置することにより、バックライトモジュールは輝度視野角の１／３が１２０度以上、さらに１３０度に達することができる。さらに視野角効果を高めるために、光変換フィルム１０２の上面にいずれかのシートを配置しないことで、バックライトモジュールは輝度視野角の１／３が１４０度以上、さらに１５０度に達することができ、視野角を大幅に向上させ、視聴体験を向上させることができる。
所望により、一実施形態において、バックライトモジュールは、光路において光変換フィルム１０２の光源１０１から離れた側に配置された反射フィルム層を含む。第１光の一部は、光変換フィルム１０２を通過して反射フィルム層に出射し、一部が反射されて第１光を第２光に引き続き変換する。反射フィルム層を設けることにより、光の一部を散乱させるとともに一部を反射させて再度励起光を発生させ、光励起回数を増加させて色温度を低下させ、光利用率を向上させ、光の輝度を向上させることができ、より優れた表示効果を有する。
図３及び図４を参照すると、図３は、本発明のバックライトモジュールの他の一実施形態の構造概略図であり、図４は、本発明のバックライトモジュールの他の実施形態における各光線方向の概略図である。一実施形態において、バックライトモジュールは、光路において光変換フィルム２０２の光源２０１に隣接した側に設けられた第１透過反射フィルム２０３であって、第１光を透過して、第１光を除く光を反射する第１透過反射フィルム２０３と、光路において光変換フィルム２０２の光源２０１から離れた側に設けられた第２透過反射フィルム２０４であって、第１光を少なくとも一部反射して、第１光を除く光を透過する第２透過反射フィルム２０４とをさらに備える。第１透過反射フィルムを設けることにより、第１光を選択的に透過させ、第１光の純度を高め、励起効率を高めることができる。第２透過反射フィルムを設けることにより、第１光を除く光を透過させて、白色光を形成してバックライト光源を提供するとともに、第１光を部分的に反射して第２光を再度励起して生成することができ、第１光の利用効率を高め、光の輝度を向上させることができる。他の実施形態では、光路において光変換フィルム２０２の光源から離れた側のみに、透過反射フィルムを設けてもよい。
青色光源を例にとると、第１透過反射フィルム２０３は、青色光（Ｂ）を透過するとともに、青色光以外の光を反射することができる。青色光は光変換材料によって吸収されて赤色光（Ｒ）及び緑色光（Ｇ）を励起して生成する。生成された赤色光及び緑色光並びに青色光の一部は、第２透過反射フィルム２０４を透過して白色光を混合して生成し、バックライトを提供する。生成された赤色光及び緑色光の一部は、第１透過反射フィルム２０３を透過することができずに反射されて再び出射され、光の利用効率が向上する一方、青色光の一部は反射されて再び光変換材料に吸収されて再び励起され、励起回数が増加して光の利用効率が向上する。
所望により、他の実施形態において、バックライトモジュールが直下型光源として、表示装置にバックライト光源を提供することもできる。
図５を参照すると、図５は、本発明のバックライトモジュール用の光変換フィルムの一実施形態の構造概略図である。本発明はさらにバックライトモジュール用の光変換フィルム４０を提供し、光変換フィルム４０がバックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくするように、第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射する。光変換フィルム４０は、上述した実施形態の光変換フィルムのいずれかであってもよく、ここではその説明を省略する。さらに拡散、輝度向上などの多機能を併せ持つフィルム層であってもよい。
図６を参照すると、図６は、本発明の表示装置の一実施形態の構造概略図である。本発明は、バックライトモジュール５０１と液晶表示パネル５０２とを備える表示装置を提供する。バックライトモジュール５０１の構造は、上記の実施例と同様であるため、ここではその説明を省略し、液晶表示パネル５０２の構造は従来のものを用いる。該表示装置のバックライトモジュールが大きい出光角度を有することにより、該表示装置の視野角が大きく、表示効果がよい。
以上のように、本発明はバックライトモジュールを提供し、該バックライトモジュールは、出射光を等方性で外部に出射させることができる光変換フィルムを備え、さらにバックライトモジュールの出光角度を高め、表示装置の視野角を拡大し、輝度視野角を１２０度以上に達することができ、同時に、該光変換フィルムが高い光励起効率を有し、バックライトモジュールの色温度を低下させることができ、表示効果をより高めることができる。
以上の説明は、単に本発明の実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の明細書及び添付図面の内容を利用した同等の構造又は同等のプロセスの変更、又は他の関連する技術分野に直接又は間接的に適用したものは、いずれも本発明の保護範囲内に包含されるものである。

Claims (19)

  1. バックライトモジュール用の光変換フィルムであって、
    前記光変換フィルムは、バックライトモジュールの出光角度が１３０度よりも大きく、色温度が１２０００よりも小さく、コントラストが２０００：１よりも大きくなるように、第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射し、
    前記光変換フィルムは、量子ドット材料及び／又は蛍光材料及び散乱粒子を含む、
    バックライトモジュール用の光変換フィルム。
  2. 前記量子ドット材料及び／又は蛍光材料の前記光変換フィルムにおける濃度は０．０５％〜３８％である、
    請求項１に記載の光変換フィルム。
  3. 前記散乱粒子の粒径は０．５〜６．５μｍであり、
    前記散乱粒子の前記光変換フィルムにおける濃度は０．０５％〜４７％である、
    請求項１に記載の光変換フィルム。
  4. 前記量子ドット材料及び／又は蛍光材料と前記散乱粒子との濃度比は１：１〜１：１０である、
    請求項１に記載の光変換フィルム。
  5. 前記量子ドット材料と前記蛍光材料との濃度比は１：５０〜１：３である、
    請求項１に記載の光変換フィルム。
  6. 前記量子ドット材料及び／又は蛍光材料層の厚みは５３〜１６２μｍである、
    請求項１に記載の光変換フィルム。
  7. 少なくとも第１光を発する光源と、
    バックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくなるように、前記第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射する光変換フィルムと、
    を含む、
    バックライトモジュール。
  8. 前記バックライトモジュールの出光角度が１３０度よりも大きく、色温度が１２０００よりも小さく、コントラストが２０００：１よりも大きい、
    請求項７に記載のバックライトモジュール。
  9. 前記光変換フィルムは光変換材料を含み、前記光変換材料の前記光変換フィルムにおける濃度は０．０５％〜３８％である、
    請求項７に記載のバックライトモジュール。
  10. 前記光変換フィルムは散乱粒子をさらに含み、
    前記散乱粒子の粒径は０．５〜６．５μｍであり、
    前記散乱粒子の前記光変換フィルムにおける濃度は０．０５％〜４７％であり、
    前記光変換材料と前記散乱粒子との濃度比は１：１〜１：１０である、
    請求項９に記載のバックライトモジュール。
  11. 前記光変換材料は量子ドット材料及び／又は蛍光材料を含み、
    前記量子ドット材料と前記蛍光材料との濃度比は１：５０〜１：３である、
    請求項９に記載のバックライトモジュール。
  12. 前記量子ドット材料は緑色量子ドット材料及び赤色量子ドット材料を含み、前記緑色量子ドット材料と前記赤色量子ドット材料との濃度比は３．５：１〜１．２：１であるか、
    または、
    前記量子ドット材料は、青色量子ドット材料、緑色量子ドット材料及び赤色量子ドット材料を含み、前記青色量子ドット材料の前記量子ドット材料における濃度が３３％〜７５％であり、前記緑色量子ドット材料の前記量子ドット材料における濃度が１２％〜５８％であり、前記赤色量子ドット材料の前記量子ドット材料における濃度が８％〜３５％である、
    請求項１１に記載のバックライトモジュール。
  13. 前記光変換フィルムは光変換材料層を含み、前記光変換材料層の厚みは５３〜１６２μｍである、
    請求項７に記載のバックライトモジュール。
  14. 前記バックライトモジュールは、拡散フィルム、輝度向上フィルム、反射フィルム、透過反射フィルム、ＤＢＥＦの１種以上をさらに含むが、プリズムフィルムを含まないか、または垂直方向に集光するプリズムフィルムのみを含む、
    請求項７に記載のバックライトモジュール。
  15. バックライトモジュールを含む表示装置であって、
    前記バックライトモジュールは、
    少なくとも第１光を発する光源と、
    前記バックライトモジュールの出光角度が１２０度よりも大きく、色温度が１５０００よりも小さくなるように、前記第１光を受光して少なくとも第２光に変換して出射する光変換フィルムと、
    を含む表示装置。
  16. 前記バックライトモジュールの出光角度が１３０度よりも大きく、色温度が１２０００よりも小さく、コントラストが２０００：１よりも大きい、
    請求項１５に記載の表示装置。
  17. 前記光変換フィルムは光変換材料を含み、前記光変換材料の前記光変換フィルムにおける濃度は０．０５％〜３８％である、
    請求項１５に記載の表示装置。
  18. 前記光変換材料は量子ドット材料及び／又は蛍光材料を含み、前記量子ドット材料と前記蛍光材料との濃度比は１：５０〜１：３である、
    請求項１７に記載の表示装置。
  19. 前記バックライトモジュールは拡散フィルム、輝度向上フィルム、反射フィルム、透過反射フィルム、ＤＢＥＦの１種以上をさらに含むが、プリズムフィルムを含まないか、または垂直方向に集光するプリズムフィルムのみを含む、
    請求項１５に記載の表示装置。
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