JP6277065B2 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Description
励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、この波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、
波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む
波長変換部材、
により、上記目的を達成できることを、新たに見出した。即ち、かかる波長変換部材によれば、高強度の光をディスプレイ側に出射することが可能となることが、本発明者らの鋭意検討の結果、新たに見出された。
一例として、青色光により励起され赤色光を発光する量子ドットと青色光により励起され緑色光を発光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を例に説明する。なお本発明において、励起光は青色光に限定されるものではなく、波長変換層に含まれる量子ドットも上記のものに限定されるものではない。詳しくは後述する。
上記波長変換層においては、青色光が量子ドットに当たる確率を高めるほど、量子ドットが発光する赤色光および緑色光の光量を増加することができる。即ち、量子ドットの発光効率を向上することができる。この点に関し、界面の凹凸形状は、バックライトユニットの光源から波長変換部材に入射した青色光をバックライトユニット側(以下、「バックライト側」とも記載する。)へ反射し、好ましくは再帰反射し、バックライト側に戻す作用を果たすと考えられる。バックライト側に戻った光は、バックライトユニットに含まれる反射性を有する部材(反射板等)により反射され、再び波長変換部材へ入射することができる。こうして波長変換部材へ入射する青色光量が増え青色光が量子ドットに当たる確率を高めることが可能となることが、量子ドットの発光効率向上に寄与すると、本発明者らは考えている。
加えて、界面の凹凸形状は、この界面を通過する光をディスプレイ側に向けて集光する作用も果たすと考えられる。これにより、界面を通過する青色光をディスプレイ側に集めることができることが、ディスプレイ側へ出射される青色光量を増加させることに寄与すると考えられる。更に、二層のうちの励起光入射側の層が量子ドットを含む波長変換層である態様では、量子ドットが発光した光も界面を通過する際に凹凸形状により集光することができると考えられ、これにより、量子ドットにより発光された蛍光がディスプレイ側へ出射される光量を増加させることができると考えられる。
以上により、波長変換部材からディスプレイ側へ出射される青色光、赤色光および緑色光の光量を増加させることが可能になると、本発明者らは推察している。
ここで、一次元的に配置されているとは、上記形状が界面の一方向のみに、即ち平行に配置されていることをいう。これに対し、二次元的に配置されているとは、上記形状が界面の二方向以上に配置されていることをいう。例えば、ある方向と、この方向に直交する方向との二方向に形成されていることや、規則的に形成されている態様に限らず、不規則に(ランダムに)形成されている態様も包含される。
なお本発明および本明細書において、直交、平行等の角度に関する記載については、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、厳密な角度±10°未満の範囲内であることを意味し、厳密な角度との誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
また、本発明および本明細書中、ピークの「半値幅」とは、ピーク高さ1/2でのピークの幅のことを言う。また、400〜500nmの波長帯域、好ましくは430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有する光を青色光と呼び、500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有する光を緑色光と呼び、600〜680nmの波長帯域に発光中心波長を有する光を赤色光と呼ぶ。
本発明の一態様にかかる波長変換部材は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、この波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む波長変換部材である。
以下、上記波長変換部材について、更に詳細に説明する。
(量子ドット)
波長変換層は、少なくとも一種の量子ドットを含み、発光特性の異なる二種以上の量子ドットを含むこともできる。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がある。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。例えば、量子ドットAと量子ドットBを含む波長変換層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、波長変換層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、およびCを含む波長変換層に励起光として紫外光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、および量子ドット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。なお紫外光とは、波長280〜400nmの光、好ましくは波長280〜380nmの光をいうものとする。
図1は、本発明の一態様にかかる波長変換部材を含むバックライトユニット1の一例の説明図である。図1中、バックライトユニット1は、光源1Aと、面光源とするための導光板1Bを備える。図1(a)に示す例では、波長変換部材は、導光板から出射される光の経路上に配置されている。一方、図1(b)に示す例では、波長変換部材は、導光板と光源との間に配置されている。
そして図1(a)に示す例では、導光板1Bから出射される光が、波長変換部材1Cに入射する。図1(a)に示す例では、導光板1Bのエッジ部に配置された光源1Aから出射される光2は青色光であり、導光板1Bの液晶セル(図示せず)側の面から液晶セルに向けて出射される。導光板1Bから出射された光(青色光2)の経路上に配置された波長変換部材1Cには、青色光2により励起され赤色光4を発光する量子ドットAと、青色光2により励起され緑色光3を発光する量子ドットBを、少なくとも含む。このようにしてバックライトユニット1からは、励起された緑色光3および赤色光4、ならびに波長変換部材1Cを透過した青色光2が出射される。こうしてRGBの光を発光させることで、白色光を具現化することができる。
図1(b)に示す例は、波長変換部材と導光板の配置が異なる点以外は、図1(a)に示す態様と同様である。図1(b)に示す例では、波長変換部材1Cから、励起された緑色光3および赤色光4、ならびに波長変換部材1Cを透過した青色光2が出射され導光板に入射し、面光源が実現される。
例えば、蛍光として赤色光を発光する量子ドットは、バックライトユニットの光源から出射され波長変換層に入射する励起光により励起され蛍光として赤色光を発光することができるが、この量子ドットよりも発光中心波長が短波長帯域にある量子ドット、例えば蛍光として緑色光を発光する量子ドット、から発光された蛍光も励起光として蛍光を発光し得る。直接積層された二層において、緑色光を発光する量子ドットを含む波長変換層を励起光入射側に配置すると、この波長変換層から出射された緑色光は、波長変換部材から取り出される前に赤色光を発光する量子ドットを含む波長変換層に入射されるため、緑色光の一部が赤色光発光の励起光として消費される現象が発生し得る。これにより赤色光の発光効率は向上するが、励起光として消費される分、緑色光の発光効率は低下することとなる。したがって、赤色光、緑色光の発光のバランスの観点からは、上記の通り、発光中心波長が長波長側にある量子ドット(例えば赤色光を発光する量子ドット)を含む波長変換層を励起光入射側に、発光中心波長が短波長側にある量子ドット(例えば緑色光を発光する量子ドット)を含む波長変換層を出射光が出射される側に、配置することが好ましい。
上記波長変換部材は、直接積層された二層の少なくとも一層として、上述の波長変換層を含む。そして二層の界面には、凹部および凸部から形成される凹凸形状が含まれる。この凹凸形状が含まれることに関する本発明者らによる推測については、先に詳述した通りである。好ましい一態様では、上記凹凸形状は、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離が1〜200μmの範囲であり、かつ凸部頂点と、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部とを結び形成される三角形の凸部頂点における内角が50〜100°の範囲である形状である。量子ドットの発光効率および波長変換部材からの出射効率の更なる向上の観点から、より好ましくは、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離は5〜100μmの範囲であり、かつ凸部頂点と、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部とを結び形成される三角形の凸部頂点における内角が60〜90°の範囲である。ここで凸部および凹部とは、直接積層された二層において、波長変換部材使用時にバックライトユニット側(励起光入射側)に配置される層側を下方、ディスプレイ側(出射側)に配置される層側を上方に見た際に、凸部および凹部と認められる部分をいうものとする。
また、図3(b)は、図2(b)に示した半回転楕円形状が複数配置されることにより形成された凹凸形状の部分断面図である。「凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離」とは、図3(b)に符号Bで示す凹部の底部の間の距離Pをいう。また、「凸部頂点と、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部とを結び形成される三角形の凸部頂点における内角」とは、図3(b)に符号Tで示す凸部頂点と、2つの凹部の底部Bとを結び形成される三角形の凸部頂点Tにおける内角θである。
一方、凹部の底部が平面の場合には、図3(c)に示すように、凹部底面と凸部底面とが交わる2点間の距離を、「凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離」と規定することとする。この場合、上記2点と、凸部頂点Tを結び形成される三角形の凸部頂点Tにおける内角θが、「凸部頂点と、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部とを結び形成される三角形の凸部頂点における内角」となる。
なお、凸部頂点Tを通る垂線を含む断面として複数の異なる形状が存在するものもある。例えば図2(a)に示す四角錐形状は、頂点と底面の対角線を通る断面と、頂点と2つの対向する2辺の中点を通る断面とは形状が異なり、後者において、「凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離」は最小の値を取る。このように複数の断面形状を取り得る場合には、「凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離」が最小の値を取る断面において、「凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部間距離」および凸部頂点と、凸部を介して隣り合う2つの凹部の底部とを結び形成される三角形の凸部頂点における内角」を規定することとする。
上記波長変換部材に含まれる直接積層された二層は、平均屈折率が同じ層であってもよく、平均屈折率が異なる層であってもよい。ここで、本発明において、ある層についての平均屈折率とは、面内方向の屈折率と厚さ方向の屈折率の平均値をいうものとする。各方向の屈折率は、公知の屈折率測定装置によって測定することができる。屈折率測定装置の一例としては、アタゴ社製多波長アッベ屈折計DR−M2を挙げることができる。また、本発明における屈折率とは、波長550nmの光に対する屈折率をいうものとする。
他方、低屈折率層が励起光入射側、高屈折率層が出射側に配置される態様では、出射側への集光効率の観点からは、二層の平均屈折率差が小さいほど好ましい。一方、本態様では、二層の平均屈折率差が大きいほど、バックライトユニットの光源から波長変換部材に入射した後に二層の界面で反射し、好ましくは再帰反射し、バックライト側に戻る励起光量は、多くなると考えられる。これにより、先に記載したように、励起光が量子ドットに当たる確率を高めることができ、量子ドットの発光効率を向上することができると推察される。前者の点を考慮すれば、二層の平均屈折率差は、0.70以下であることが好ましく、0.65以下であることがより好ましく、0.60以下であることが更に好ましい。一方、後者の点を考慮すれば、高屈折率層と低屈折率層の平均屈折率差は、0.20以上であることが好ましく、0.25以上であることがより好ましく、0.30以上であることが更に好ましく、0.35以上であることがいっそう好ましく、0.40以上であることがよりいっそう好ましく、0.45以上であることが更にいっそう好ましい。
以上を考慮すると、上記の両態様とも、高屈折率層と低屈折率層の平均屈折率差は、0.20以上0.70以下であることが好ましい。
上記粒子の具体例としては、ZrO2、TiO2、Al2O3、In2O3、ZnO、SnO2、Sb2O3などの無機粒子、ポリメチルメタクリレート粒子、架橋ポリメチルメタクリレート粒子、アクリル−スチレン共重合体粒子、メラミン粒子、ポリカーボネート粒子、ポリスチレン粒子、架橋ポリスチレン粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ベンゾグアナミン−メラミンホルムアルデヒド粒子等の有機粒子などが挙げられる。また、上記粒子としては、粒子表面の活性抑制や層内での分散性向上等のために表面処理され、表面に被覆層が形成された粒子、いわゆるコア−シェル粒子を用いてもよい。そのような粒子については、例えば、特開2013−251067号公報段落0022〜0025を参照できる。また、上記粒子は、無機粒子の表面に有機被膜を有する粒子のような有機無機複合粒子であってもよい。
上記波長変換部材は、少なくとも、以上説明した直接積層された二層を含むものであり、これらの二層に加えて後述する支持体を有する構成であってもよい。また、直接積層された上記二層の、界面とは反対の表面の一方または両方に、無機層および有機層からなる群から選ばれる少なくとも一層を有することもできる。そのような無機層および有機層としては、後述のバリアフィルムを構成する無機層および有機層を挙げることができる。発光効率維持の観点からは、波長変換層の表面に、無機層および有機層からなる群から選択される少なくとも一層が含まれることが好ましい。かかる層により、表面からの波長変換層への酸素や水分の侵入を防ぐことができ、酸素や水分による量子ドットの劣化を防ぐことができるからである。また、一態様では、無機層または有機層は、波長変換層の表面に直接接する層として含まれることが好ましい。また、他の一態様では、公知の接着層を介して、波長変換層の表面と無機層または有機層を貼り合わせてもよい。一態様では、上記波長変換部材は、波長変換層の全表面がコーティングに覆われていても(即ち封止されていても)よい。
波長変換部材は、強度向上、成膜の容易性等のため、支持体を有していてもよい。支持体は、波長変換層に隣接してまたは直接接する層として含まれていてもよく、後述のバリアフィルムの基材フィルムとして含まれていてもよい。波長変換部材において、支持体は、後述の無機層、および支持体がこの順となるように含まれていてもよく、波長変換層、後述の無機層、後述の有機層、および支持体がこの順となるように含まれていてもよい。有機層と無機層との間、二層の有機層の間、または二層の無機層の間に、支持体を配してもよい。また、支持体は、波長変換部材中に1つまたは2つ以上含まれていてもよく、波長変換部材は、支持体、直接積層された上記二層、支持体がこの順で積層された構造を有していてもよい。支持体としては、可視光に対して透明である透明支持体であることが好ましい。ここで可視光に対して透明とは、可視光領域における線透過率が、80%以上、好ましくは85%以上であることをいう。透明の尺度として用いられる光線透過率は、JIS−K7105に記載された方法、すなわち積分球式光線透過率測定装置を用いて全光線透過率および散乱光量を測定し、全光線透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。支持体については、特開2007−290369号公報段落0046〜0052、特開2005−096108号公報段落0040〜0055を参照できる。支持体の厚さは、ガスバリア性、耐衝撃性等の観点から、10〜500μmの範囲内、中でも20〜400μmの範囲内、特に30〜300μmの範囲内であることが好ましい。
波長変換部材は、バリアフィルムを含むこともできる。バリアフィルムは酸素を遮断するガスバリア機能を有するフィルムである。バリアフィルムが、水蒸気を遮断する機能を有していることも好ましい。
バリアフィルムは、波長変換層に隣接してまたは直接接する層として波長変換部材に含まれていることが好ましい。また、バリアフィルムは、波長変換部材中に1つまたは2つ以上含まれていてもよく、波長変換部材は、バリアフィルム、直接積層された上記二層、バリアフィルムがこの順で積層された構造を有していてもよい。波長変換部材において、波長変換層はバリアフィルムを基材として形成されていてもよい。
バリアフィルムは、通常、少なくとも無機層を含んでいればよく、基材フィルムおよび無機層を含むフィルムであってもよい。基材フィルムについては、上記の支持体の記載を参照できる。バリアフィルムは、基材フィルム上に少なくとも一層の無機層と少なくとも一層の有機層を含むバリア積層体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、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80%以上であり、かつ酸素透過度が1cm3/(m2・day・atm)以下であることが好ましい。ここで、上記酸素透過度は、測定温度23℃、相対湿度90%の条件下で、酸素ガス透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRAN 2/20:商品名)を用いて測定した値である。また、可視光領域とは、380〜780nmの波長領域をいうものとし、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、0.1cm3/(m2・day・atm)以下、より好ましくは、0.01cm3/(m2・day・atm)以下である。可視光領域における全光線透過率は、より好ましくは90%以上である。酸素透過度は低いほど好ましく、可視光領域における全光線透過率は高いほど好ましい。
「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。
無機層については、特開2007−290369号公報段落0043〜0045、特開2005−096108号公報段落0064〜0068を参照できる。無機層の膜厚は、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、良好なガスバリア性を実現しつつ、バリアフィルムにおける反射を抑制することができ、全光線透過率が低下することを抑制することができるからである。中でも、無機層は、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、または酸化窒化ケイ素膜であることが好ましい。これらの膜は、有機層との密着性が良好であることから、より一層良好なガスバリア性を実現することができるからである。
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、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。
上記波長変換部材は、一方または両方の最表面に界面と同様の凹凸形状を含んでいてもよく、一方または両方の最表面が平面であってもよい。後述するようにバックライトユニットの構成部材として組み込まれる態様では、バックライトユニット上への配置の容易性の観点から、上記波長変換部材において、少なくとも、バックライトユニット上への配置面となる入射側最表面は平面であることが好ましい。一方、後述するように偏光板や液晶パネルの構成部材として組み込まれる態様では、偏光板表面や液晶パネルへ容易に一体積層するために、上記波長変換部材の少なくとも出射側表面は、平面であることが好ましい。なお一体積層について、詳細は後述する。
以上の点を考慮すると、バックライトユニット、偏光板および液晶パネルのいずれにも容易に設置または積層可能な部材とする観点からは、上記波長変換部材の出射側最表面および入射側最表面は、いずれも平面とすることが好ましい。
本発明の一態様にかかるバックライトユニットは、上述の波長変換部材および光源を少なくとも含む。波長変換部材の詳細は、先に記載した通りである。波長変換部材は、通常、バックライトユニットの液晶パネル側表面に、接着、粘着または塗工形成によらず配置されるが、後述するように一体積層してもよい。
高輝度かつ高い色再現性の実現の観点からは、バックライトユニットとして、多波長光源化されたものを用いることが好ましい。好ましい一態様としては、
430〜480nmの波長帯域に発光中心波長を有し、半値幅が100nm以下である発光強度のピークを有する青色光と、
500〜600nmの波長帯域に発光中心波長を有し、半値幅が100nm以下である発光強度のピークを有する緑色光と、
600〜680nmの波長帯域に発光中心波長を有し、半値幅が100nm以下である発光強度のピークを有する赤色光と、
を発光するバックライトユニットを挙げることができる。
より一層の輝度および色再現性の向上の観点から、バックライトユニットが発光する青色光の波長帯域は、440〜480nmの範囲であることが好ましく、440〜460nmの範囲であることがより好ましい。
同様の観点から、バックライトユニットが発光する緑色光の波長帯域は、510〜560nmの範囲であることが好ましく、510〜545nmの範囲であることがより好ましい。
また、同様の観点から、バックライトユニットが発光する赤色光の波長帯域は、600〜650nmの範囲であることが好ましく、610〜640nmの範囲であることがより好ましい。
または他の態様では、光源として、300nm〜430nmの波長帯域に発光中心波長を有する紫外光を発光するもの、例えば、紫外光発光ダイオードを用いることができる。この場合、波長変換部材には、同一の層または異なる層に、量子ドットA、Bとともに、励起光により励起され青色光を発光する量子ドットCが含まれることが好ましい。これにより、波長変換部材から発光される赤色光、緑色光および青色光により、白色光を具現化することができる。
また他の態様では、発光ダイオードはレーザー光源で代用することができる。
バックライトユニットの構成は、導光板や反射板などを構成部材とするエッジライト方式であっても、直下型方式であってもよい。図1には、一態様として、エッジライト方式のバックライトユニットの例を示した。導光板としては、公知のものを何ら制限なく使用することができる。
本発明の一態様にかかる偏光板は、上述の波長変換部材および偏光子を少なくとも含む。波長変換部材の詳細は、先に記載した通りである。
また後述の液晶パネルについて、液晶パネルと波長変換部材とが「一体積層されている」とは、波長変換部材が、液晶パネル上に接着、粘着または塗工形成によらず単に配置されている状態を除く意味で用いるものとする。一体積層の態様については、上述の通りである。
本発明の一態様にかかる液晶パネルは、上述の本発明の一態様にかかる偏光板および液晶セルを少なくとも含む。好ましくは、上記液晶パネルは、視認側偏光板と、液晶セルと、バックライト側偏光板と、を含み、バックライト側偏光板として、上述の本発明の一態様にかかる偏光板を含む。また、保護フィルム、位相差板等の液晶パネルに通常含まれる各種の層を、任意に含むこともできる。
(易接着層)
本発明の一態様にかかる液晶パネルでは、好ましくは、波長変換部材は液晶パネル表面に一体積層されている。波長変換部材と液晶パネルを構成する部材(例えば偏光子表面または偏光子表面に形成された保護フィルム表面)の密着性向上のためには、波長変換部材に易接着層を設けることが好ましい。易接着層は、一層であっても二層以上を積層してもよい。易接着層としては、公知のものを何ら制限なく使用することができる。好ましい易接着層の一態様としては、特開2014−069554号公報段落0061〜0064に中間バックコートフィルムとして記載されているものを例示できる。
液晶セル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。
視認側偏光板およびバックライト側偏光板に含まれる偏光子としては、液晶表示装置に通常用いられる偏光子を、何ら制限なく使用することができる。例えば、ポリビニルアルコールフィルムを沃素溶液中に浸漬して延伸した延伸フィルム等を用いることができる。偏光子の厚さは特に限定されない。液晶表示装置の薄型化の観点からは、薄いほど好ましく、偏光板のコントラストを維持するためには一定の厚さを有することが好ましい。以上の点から、視認側偏光板、バックライト側偏光板とも、含まれる偏光子の厚さは0.5μm〜80μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは0.5μm〜50μm、更に好ましくは1μm〜25μmの範囲である。また、視認側偏光板とバックライト側偏光板とで、含まれる偏光子の厚さは同じであってもよく、異なっていてもよい。偏光子の詳細については、特開2012−189818号公報段落0037〜0046を参照できる。
偏光板は、通常、偏光子の一方または両方の面に、保護フィルムを有する。本発明の一態様にかかる液晶パネルにおいても、視認側偏光板、バックライト側偏光板は、それぞれ、偏光子の一方または両方の面に、保護フィルムを有していてもよい。保護フィルムの厚さは適宜設定し得る。一般には、強度や取扱い等の作業性、薄層化等の点から1〜500μm程度であり、1〜300μmが好ましく、5〜200μmがより好ましく、5〜150μmが更に好ましい。なお、視認側偏光板、バックライト側偏光板とも、保護フィルムを介さずに偏光子を液晶セルと貼り合わせてもよい。液晶セルの、特に基板が、バリア機能を発揮し得るからである。
偏光子と保護フィルムは、公知の接着層ないし粘着層により貼り合わせることができる。詳細については、例えば、特開2012−189818号公報段落0056〜0058、特開2012−133296号公報段落0061〜0063を参照できる。また、本発明の一態様にかかる液晶パネル、液晶表示装置、偏光板では、層間および部材間を貼り合わせる場合、公知の接着剤ないし粘着層を用いることができる。
視認側偏光板およびバックライト側偏光板は、液晶セルと偏光板との間に、少なくとも一層の位相差層を有することもできる。例えば、液晶セル側のインナー側偏光板保護フィルムとして、位相差層を有していてもよい。このような位相差層としては、公知のセルロースアシレートフィルム等を用いることができる。
視認側偏光板表面には、タッチパネル基板を含むこともできる。タッチパネル基板を備えた液晶表示装置は、入力デバイスとして利用可能である。また、液晶表示装置の保護のために配置される前面板が、視認側偏光板表面に配置されていてもよい。
本発明の一態様にかかる液晶パネルは、好ましくは、液晶パネル表面、好ましくはバックライト側表面に、波長変換部材が一体積層されている。一体積層のための貼り合わせは、接着層ないし粘着層を介して行うことができる。詳細については、接着層、粘着層について上述した通りである。また、前述の通り、接着剤を使用するラミネート加工または接着剤を使用しないラミネート加工(熱圧着)により、液晶パネル表面に波長変換部材を貼り合わせることもできる。または、液晶パネルのバックライト側表面に波長変換部材を塗工形成することも可能である。以上の貼り合わせについては、本発明の一態様にかかる偏光板についても、同様である。
本発明の一態様にかかる液晶表示装置は、本発明の一態様にかかるバックライトユニットおよび液晶パネルを少なくとも含む。本発明の一態様にかかるバックライトユニットは、先に記載した波長変換部材を含むものである。
上記液晶表示装置に含まれる液晶パネルについては、上記波長変換部材を含まない点を除けば、先に本発明の一態様にかかる液晶パネルについて記載した通りである。
上記液晶表示装置に含まれるバックライトユニットは、上記波長変換部材を含まない点を除けば、先に本発明の一態様にかかるバックライトユニットについて記載した通りである。
トリメチロールプロパントリアクリレート18.2質量部、ラウリルメタクリレート80.8質量部、および光重合開始剤(BASF社製Irgacure(登録商標)819)1質量部を混合した。
上記混合物(以下、バインダとも記載する。)に、酸化チタン(TiO2)粒子(一次粒子径100nm以下)が分散されたスラリー(溶媒:メチルエチルケトン、酸化チタン粒子濃度30質量%)をドープし、十分に攪拌し酸化チタン粒子含有重合性組成物を調製した。上記酸化チタン粒子は、酸化チタンの光活性を抑制するために酸化アルミニウムにより表面処理された酸化チタン粒子であり、屈折率は2.40である。後述の各層の平均屈折率を調整するために、質量基準で、バインダ:酸化チタン粒子スラリー=7:3〜6:4の範囲で、バインダへの酸化チタン粒子スラリーの添加量を設定した。
上記1.に記載の方法で調製した酸化チタン含有重合性組成物100mgに対して、量子ドットのトルエン分散液を、発光中心波長が600〜680nmの波長帯域にある量子ドットAと、量子ドットAよりも短波長域に発光中心波長を有し、かつ発光中心波長が500〜600nmの波長帯域にある量子ドットBとがそれぞれ0.1質量%の濃度になるように添加し、減圧乾燥を30分行った。量子ドットが分散されるまで、撹拌を行い、量子ドットAおよびB、ならびに酸化チタン粒子含有重合性組成物を得た。
上記1.に記載の方法で調製した酸化チタン含有重合性組成物100mgに対して、量子ドットのトルエン分散液を、発光中心波長が600〜680nmの波長帯域にある量子ドットAが0.1質量%の濃度になるように添加し、減圧乾燥を30分行った。量子ドットが分散されるまで、撹拌を行い、量子ドットAおよび酸化チタン粒子含有重合性組成物を得た。
上記1.に記載の方法で調製した酸化チタン含有重合性組成物100mgに対して、量子ドットのトルエン分散液を、量子ドットAよりも短波長域に発光中心波長を有し、かつ発光中心波長が500〜600nmの波長帯域にある量子ドットBが0.1質量%の濃度になるように添加し、減圧乾燥を30分行った。量子ドットが分散されるまで、撹拌を行い、量子ドットBおよび酸化チタン粒子含有重合性組成物を得た。
(1)バリアフィルムの作製
基材フィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム、東洋紡社製、商品名:コスモシャイン(登録商標)A4300、厚さ50μm)の片面側に以下の手順で有機層およ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)および光重合開始剤(ランベルティ社製、ESACURE KTO46)を用意し、質量比率として、前者:後者=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/cm2)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有機層の厚さは、1μmであった。
次に、ロールトウロールのCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、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)、および窒素ガス(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。成膜圧力は40Pa、到達膜厚は50nmであった。このようにして基材フィルム上に形成された有機層の表面に無機層が積層されたバリアフィルムを作製した。
上記工程により、合計2枚のバリアフィルムを作製した。
図2(a)に概略を示す形状が二次元的に規則的に配置された凹凸形状を形成するため、形成する形状を反転した表面形状を有する凹凸ローラーを作製した。
上記(1)で得た2枚のバリアフィルムの一方の無機層表面に、上記2.で調製した量子ドットAおよびB、ならびに酸化チタン粒子含有重合性組成物(組成物タイプ2)を、特開2006−122889号公報の実施例1に記載のスロットダイを用いたダイコート法で、搬送速度24m/分の条件で塗布し、60℃で60秒乾燥させた。その後、上記凹凸ローラーを押し当てながら、UV露光機(HOYA CANDEO OPTRONICS社製EXECURE 3000W)を用いて、窒素雰囲気下で5J/cm2で露光して硬化させた後、凹凸ローラーから剥離し、表面に図2(a)に示す凹凸形状を有する波長変換層(硬化層)を作製した。
次いで、窒素雰囲気下で、上記硬化層の凹凸形状を有する表面に、上記1.で調製した酸化チタン粒子含有重合性組成物(組成物タイプ1)をバーコーターにより凹凸を埋めるように塗布した上に、上記(1)で得たもう1枚のバリアフィルムを無機層表面が酸化チタン粒子含有重合性組成物側になるように重ね合わせた。その後、UV露光機(HOYA CANDEO OPTRONICS社製EXECURE 3000W)を用いて、窒素雰囲気下で紫外線照射量5J/cm2で露光して硬化させ、2枚のバリアフィルム間に、波長変換層と、この層に積層された層として酸化チタン粒子を含む硬化層(隣接層)と、を有する波長変換部材を得た。
こうして得られた波長変換部材の一部をミクロトームで切り出し断面観察用サンプルを得た。得られたサンプルにおいて波長変換層と隣接層との界面の凹凸形状を、光学顕微鏡(ニコン社製ECLIPSE LV100POL)により観察し、図2(a)に示すような四角錐形状が形成されていること、および、図3(a)に示すθが70°、Pが20μmであることを確認した。なお形状観察およびθ、Pの測定は、光学顕微鏡に限らず、各種顕微鏡による観察(例えば走査型電子顕微鏡(SEM)による観察)等により行うこともできる。
また、上記光学顕微鏡による断面観察により、波長変換層と隣接層の二層の総厚が50μmであることを確認した。
ガラス基板上に実施例1で作製した波長変換部材に含まれる波長変換層と同じ組成物、塗布条件および硬化条件で硬化層を形成したサンプル1、およびガラス基板上に実施例1で作製した波長変換部材に含まれる隣接層と同じ組成物、塗布条件および硬化条件で硬化層を形成したサンプル2を準備した。
各サンプルを用いて、ガラス基板上の硬化層の面内方向および厚さ方向の波長550nmの光に対する屈折率をアタゴ社製多波長アッベ屈折計DR−M2で測定し、平均値を求めた。サンプル1の硬化層の平均屈折率を、実施例1で作製した波長変換部材に含まれる波長変換層の平均屈折率、サンプル2の硬化層の平均屈折率を、実施例1で作製した波長変換層に含まれる隣接層の平均屈折率として、表1に示す。
作製した波長変換部材用いて、図1(a)に示す構成のバックライトユニットを作製した。波長変換部材は、波長変換層が励起光入射側、隣接層が出射側に配置されるようにバックライトユニット上に設置した。
市販の液晶表示装置(パナソニック社製商品名TH−L42D2)を分解し、バックライトユニットを、上記バックライトユニットに変更し、液晶表示装置を作製した。
上記で作製した液晶表示装置を白表示にした状態で、表示面の正面から分光放射計SR−3(トプコン製)で赤色光および緑色光の発光強度、および青色光の励起光強度を測定した。
上記方法により表示面の正面から測定される赤色光および緑色光の発光強度、ならびに青色光の励起光強度が大きいほど、波長変換部材からディスプレイ側へ高強度の赤色光、緑色光および青色光が出射された結果、高い正面輝度が実現されたことを意味する。測定結果を相対値として表1に示す。
バックライトユニットにおいて入射側に配置される層、出射側に配置される層を形成するための組成物として、表1に示す組成物タイプのものを使用した点以外、実施例1と同様の方法で波長変換部材、バックライトユニットおよび液晶表示装置の作製および評価を行った。各層の平均屈折率は、バインダへの酸化チタン粒子スラリー添加量により調整した。各実施例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。なお表1では、模式的に、量子ドットA(赤色光を発光)を白丸、量子ドットB(緑色光を発光)を黒丸で示した。
波長変換層表面に凹凸形状を形成するための凹凸ローラーを変更し、図2(b)に概略を示す形状が二次元的に規則的に配置された凹凸形状を形成するため、形成する形状を反転した表面形状を有する凹凸ローラーを作製した。
こうして作製した凹凸ローラーを用いた点以外、実施例1と同様の方法で、波長変換部材、バックライトユニットおよび液晶表示装置の作製および評価を行った。
実施例1と同様に断面観察用サンプルを切り出し、このサンプルを用いて実施例1と同様に波長変換層と隣接層との界面の凹凸形状を観察し、図2(b)に示すような半回転楕円体形状が形成されていること、および、図3(b)に示すθが60°、Pが20μmであることを確認した。
また、上記光学顕微鏡による断面観察により、波長変換層と隣接層の二層の総厚が50μmであることを確認した。
本実施例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
バックライトユニットにおいて入射側に配置される層、出射側に配置される層を形成するための組成物として、表1に示す組成物タイプのものを使用した点以外、実施例3と同様の方法で波長変換部材、バックライトユニットおよび液晶表示装置の作製および評価を行った。各層の平均屈折率は、バインダへの酸化チタン粒子スラリー添加量により調整した。本実施例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
バリアフィルムの無機層表面に、実施例2でバックライトユニットにおいて出射側に配置される層を形成するための組成物として用いた組成物を使用し、実施例2でバックライトユニットにおいて出射側に配置される層を形成するための塗布条件および硬化条件と同条件で波長変換層を形成し、厚さ50mの波長変換層を得た。
上記の点以外は、実施例1と同様に波長変換部材、バックライトユニットおよび液晶表示装置の作製および評価を行った。
本比較例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
バリアフィルムの無機層表面に、実施例1でバックライトユニットにおいて入射側に配置される層を形成するための組成物として用いた組成物を使用し、実施例1でバックライトユニットにおいて入射側に配置される層を形成するための塗布条件および硬化条件と同条件で波長変換層を形成し、厚さ50μmの波長変換層を得た。
上記の点以外は、実施例1と同様に波長変換部材、バックライトユニットおよび液晶表示装置の作製および評価を行った。
本比較例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
バリアフィルムの無機層表面に形成する硬化層表面への凹凸形成を行わなかった点以外、実施例2と同様の方法により、波長変換部材、バックライトユニット、および液晶表示装置の作製および評価を行った。
本比較例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
(1)バリアフィルム付波長変換部材の作製
実施例1と同様の方法で、バリアフィルム付波長変換部材を作製した。
特開2001−141926号公報の実施例1に従い、延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素を吸着させて膜厚20μmの偏光子を作製した。
作製した偏光子の一方の面に、粘着剤を介して位相差フィルム(富士フイルム社製TD80UL)を貼り合わせた。
偏光子の他方の面には、以下の方法により作製した保護フィルムの片面にコロナ処理を施して貼り合わせ、偏光板を得た。
<保護フィルムの作製>
下記ラクトン環構造:
上記(2)で作製した偏光板2枚を、位相差フィルムが液晶セル側、保護フィルムが外側に配置されるように視認側偏光板およびバックライト側偏光板として、VA用液晶セル(厚さ0.42mmのガラス基板2枚で液晶層を挟持)にクロスニコル配置で粘着剤により貼り合わせた。
上記(1)で作製した波長変換部材の隣接層バリアフィルム最表面(基材フィルム表面)に易接着層を作製した。
波長変換部材の易接着層と、上記方法で作製した液晶パネルのバックライト側偏光板表面(保護フィルム表面)とをアクリル系粘着剤により貼り合わせ、波長変換部材付偏光板を有する液晶パネルを得た。得られた液晶パネルに組み込まれた波長変換部材では、バックライト側(入射側)から出射側(液晶セル側)に向かって、バリアフィルム、波長変換層、隣接層、およびバリアフィルムがこの順に配置されている。
市販の液晶表示装置(パナソニック社製商品名TH−L42D2)を分解し、プリズムシートおよび拡散シートを抜き取った上で、反射板に付着したLEDモジュールと導光板の間に、青色光を透過するフィルタを配置した。したがって、バックライトユニットからは青色光が出射され、液晶パネルに入射する。
液晶パネルを、上記(3)で作製した液晶パネルに変更した後、再度組み立てることで液晶表示装置を得た。
こうして作製された実施例10液晶表示装置について、実施例1と同様の方法で正面輝度を評価した。
本実施例の概要および正面輝度の測定結果を、表1に示す。
以上の結果から、実施例、比較例で作製した波長変換部材は、両最表面とも、Ra0.25μm以下の平面であることが確認された。
比較例3については、バリアフィルムの無機層表面に形成した硬化層表面のRaを、この層の上に波長変換層を形成する前に測定し、Raが0.08〜0.10μmの範囲であることを確認した。
実施例の中で、実施例1〜5、7〜10は、励起光入射側から出射側に向かって、高屈折率層、低屈折率層がこの順に配置されていた。一方、実施例6では、励起光入射側から出射側に向かって、低屈折率層、高屈折率層がこの順に配置されていた。これら実施例同士の対比からは、励起光入射側から出射側に向かって、高屈折率層、低屈折率層がこの順に配置することにより、より高い正面輝度が得られたことが確認できる。
更に、実施例1と実施例2、実施例3と実施例4との対比からは、波長変換層における内部発光による赤色光および緑色光については、凹凸形状を介して直接積層されている二層の中で、励起光入射側の層に量子ドットが含まれていることにより、より高強度な光が表示面の正面方向で得られたことも確認できる。
加えて、実施例1と実施例3、実施例2と実施例4との対比からは、二層の界面の凹凸形状は、凸部の断面形状が三角形状であることにより、凸部の断面形状が半円形状である場合に比べて、青色光、赤色光、緑色光とも、より高強度な光が表示面の正面方向で得られたことが確認できる。
Claims (17)
- 波長変換部材と、
光源と、
を含むバックライトユニットであって、
前記波長変換部材は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、該波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、前記波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む波長変換部材であり、
前記波長変換層と隣接層は、一方が高屈折率層であり、他方が高屈折率層よりも平均屈折率の低い低屈折率層であり、
高屈折率層が前記波長変換層であり、かつ低屈折率層よりも励起光入射側に位置する層であるバックライトユニット。 - 波長変換部材と、
光源と、
を含むバックライトユニットであって、
前記波長変換部材は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、該波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、前記波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む波長変換部材であり、
前記波長変換層と隣接層は、一方が高屈折率層であり、他方が高屈折率層よりも平均屈折率の低い低屈折率層であり、
高屈折率層は、低屈折率層よりも励起光入射側に位置する層であり、
低屈折率層が前記波長変換層であるバックライトユニット。 - 低屈折率層の平均屈折率は、1.00以上1.60未満である請求項1または2に記載のバックライトユニット。
- 高屈折率層の平均屈折率は、1.60以上2.50以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 高屈折率層と低屈折率層との平均屈折率差は、0.20以上0.70以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記隣接層は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む層であり、該量子ドットの発光中心波長は、前記波長変換層に含まれる量子ドットの発光中心波長とは異なる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記凹凸形状は、多角錐形状、円錐形状、部分回転楕円体形状、および部分球形状からなる群から選択される形状が前記界面に一次元的または二次元的に配置されることにより形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記凹凸形状は、凸部の断面形状が三角形状である請求項1〜7のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のバックライトユニットと、
液晶パネルと、
を含む液晶表示装置。 - 波長変換部材および偏光子を含む偏光板と、
液晶セルを含む液晶パネルと、
光源を含むバックライトユニットと、
を含む液晶表示装置であって、
前記波長変換部材は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、該波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、前記波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む波長変換部材であり、
前記波長変換層と隣接層は、一方が高屈折率層であり、他方が高屈折率層よりも平均屈折率の低い低屈折率層であり、
高屈折率層が前記波長変換層であり、かつ低屈折率層よりも励起光入射側に位置する層である液晶表示装置。 - 波長変換部材および偏光子を含む偏光板と、
液晶セルを含む液晶パネルと、
光源を含むバックライトユニットと、
を含む液晶表示装置であって、
前記波長変換部材は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む波長変換層と、該波長変換層に直接積層された隣接層と、を含み、前記波長変換層と隣接層との界面形状に、凹部および凸部から形成される凹凸形状を含む波長変換部材であり、
前記波長変換層と隣接層は、一方が高屈折率層であり、他方が高屈折率層よりも平均屈折率の低い低屈折率層であり、
高屈折率層は、低屈折率層よりも励起光入射側に位置する層であり、
低屈折率層が前記波長変換層である液晶表示装置。 - 低屈折率層の平均屈折率は、1.00以上1.60未満である請求項10または11に記載の液晶表示装置。
- 高屈折率層の平均屈折率は、1.60以上2.50以下である請求項10〜12のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 高屈折率層と低屈折率層との平均屈折率差は、0.20以上0.70以下である請求項10〜13のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記隣接層は、励起光により励起され蛍光を発光する量子ドットを含む層であり、該量子ドットの発光中心波長は、前記波長変換層に含まれる量子ドットの発光中心波長とは異なる、請求項10〜14のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記凹凸形状は、多角錐形状、円錐形状、部分回転楕円体形状、および部分球形状からなる群から選択される形状が前記界面に一次元的または二次元的に配置されることにより形成されている請求項10〜15のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記凹凸形状は、凸部の断面形状が三角形状である請求項10〜16のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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