JP6339053B2 - 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 - Google Patents
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Description
本発明はまた、光ロスの少ない波長変換部材を備えた高輝度な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ものである。
本発明の波長変換部材は、励起光により励起されて蛍光を発光する少なくとも1種の量子ドットを含む波長変換層を備えてなる波長変換部材であって、
前記波長変換層は少なくとも一方の面に、基材フィルムを備えてなり、
該基材フィルムは、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が0.9%未満であり、且つ全光線透過率は、92%未満であり、
該基材フィルムが、該基材フィルムの前記波長変換層側の面に接して形成されてなる少なくとも1層の無機層を含む酸素バリア層を備え、
該無機層がケイ素窒化物を含み、
該酸素バリア層を備えた前記基材フィルムが、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が4.0%未満であり、且つ、全光線透過率が92%未満である。
(式) A1=(I0−I)/I0
また、全光線透過率は、日本電色社製 ヘイズメーターNDH2000を用いて、JIS K7136に従って測定した値とする。
また、基材フィルムは、酸素バリア層や光拡散層のような機能層をさらに備えていてもよい。この場合、基材フィルムは酸素バリア層や光拡散層の基材とすることができる。
また、酸素バリア層は、基材フィルムと、無機層との間に少なくとも1層の有機層を備えていてもよく、また、無機層の基材フィルム側の面と反対側の面に少なくとも1層の有機層を備えていてもよい。
基材フィルムは、波長変換層側の面と反対側の面に、凹凸構造を付与する凹凸付与層を備えていることが好ましい。また、基材フィルムの波長変換層側の面とは反対側の面には、光拡散層を備えていてもよい。
基材フィルムは、波長変換層の両主表面に備えられてなることが好ましい。
ここで、基材フィルムの平均膜厚とは、基材フィルムの異なる5点以上の膜厚を平均した膜厚のことである。基材フィルムの膜厚は、たとえばアンリツ株式会社製電子マイクロメーター「K−402B」を用いて測定することができる。
基材フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートを含むものが好適である。
一次光を出射する面状光源と、
面状光源上に備えられてなる上記本発明の波長変換部材と、
波長変換部材を挟んで面状光源と対向配置される再帰反射性部材と、
面状光源を挟んで波長変換部材と対向配置される反射板とを備えたバックライトユニットであって、
波長変換部材は、面状光源から出射された一次光の少なくとも一部を励起光として、蛍光を発光し、発光された蛍光からなる二次光を含む光を少なくとも出射するものである。
面状光源1Cを挟んで波長変換部材1Dと対向配置される反射板2Aとを備えており、波長変換部材1Dは、面状光源1Cから出射された一次光LBの少なくとも一部を励起光として、蛍光を発光し、この蛍光からなる二次光(LG,LR)及び波長変換部材1Dを透過した一次光LBを出射するものである。
光学フィルムの透明性を評価するために通常用いられる指標である全光線透過率は、フィルムに光線を照射し、フィルムを透過した光の量で定義されるものであり、透過光には、フィルム表面での光の反射による光ロスと、フィルム内における吸収による光ロスとが含まれる。
従って、反射による光ロスが大きい場合、たとえ吸収による光ロスが非常に小さくても全光線透過率は低い値となり、通常であれば、そのようなフィルムは透明性が低く、光学フィルムとしては好ましくないものと判断される。
すなわち、本実施形態の波長変換部材1Dにおいて、波長変換層30の両面に備えられている基板フィルム11,21は、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が0.9%未満である。
以下、波長変換部材1Dの各構成要素について説明する。
(基材フィルム)
上記したように、波長変換部材1Dに使用する基材フィルム11,21は、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が0.9%未満である。基材フィルム11,21の、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率は、0.7%未満であることが好ましく、0.5%未満であることがより好ましい。
波長変換層30は、本実施形態のように、波長変換層30の表裏の主表面を基材フィルム11及び21によって支持されていることが好ましい。
波長変換部材1Dを作製した後、異物や欠陥の有無を検査する際、2枚の偏光板を消光位に配置し、その間に波長変換部材を差し込んで観察することで、異物や欠陥を見つけやすい。基材フィルムのRe(589)が上記範囲であると、偏光板を用いた検査の際に、異物や欠陥をより見つけやすくなるため、好ましい。
ここで、Re(589)はKOBRA 21ADH、又はWR(王子計測機器(株)製)において、波長589nmの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。測定波長λnmの選択にあたっては、波長選択フィルタをマニュアルで交換するか、または測定値をプログラム等で変換して測定することができる。
基材フィルム11,21は、波長変換層30側の面に接して形成されてなる少なくとも1層の無機層12b,22bを含む酸素バリア層12,22を備えてなることが好ましい。
酸素バリア層12,22は、図2に示されるように、基材フィルム11,21と無機層12b,22bとの間に少なくとも1層の有機層12a,22aを備えていてもよい。有機層12a,22aは、無機層12b,22bと波長変換層30との間に設けられていてもよい。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、耐光性向上の観点から好ましい。
酸素バリア層12,22に好適な無機層12b,22bとしては、特に限定されず、金属、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、インジウムおよ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、酸素バリア層における光の吸収を抑制する観点からは、窒化ケイ素がもっとも好ましい。
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。
基材フィルム11,21は、波長変換層30側の面と反対側の面に、凹凸構造を付与する凹凸付与層(マット層)を備えていることが好ましい。基材フィルムがマット層を有していると、基材フィルムのブロッキング性、滑り性を改良することができるため、好ましい。マット層は粒子を含有する層であることが好ましい。粒子としては、シリカ、アルミナ、酸化金属等の無機粒子、あるいは架橋高分子粒子等の有機粒子等が挙げられる。また、マット層は、基材フィルムの波長変換層とは反対側の表面に設けられることが好ましいが、両面に設けられていてもよい。
波長変換部材1Dは、量子ドットの蛍光を効率よく外部に取り出すために光拡散機能を有することができる。光拡散機能は、波長変換層30内部に設けてもよいし、光拡散層として光拡散機能を有する層を別途設けてもよい。
一態様として、波長変換層内部に散乱粒子を添加することも好ましい。また別の一態様として、基材フィルムの波長変換層とは反対側の面に設けることも好ましい。上記マット層と光拡散層の双方を設ける場合は、本実施形態のように、凹凸付与層と光拡散層とが兼用できる層とすることが好ましい。光拡散層での散乱は、散乱粒子に依ってもよいし、表面凹凸に依ってもよい。
波長変換層30は既に述べたように、有機マトリックス30P中に青色光LBにより励起されて蛍光(赤色光)LRを発光する量子ドット30Aと、青色光LBにより励起されて蛍光(緑色光)LGを発光する量子ドット30Bが分散されてなる。
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30A、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30B、400nm〜500nmの波長帯域に発光中心波長を有する量子ドット30C(青色光を発光)が知られている。
以上のように、波長変換部材1Dは構成されている。
以下、波長変換層30の両面に酸素バリア層12,22を有する基材フィルム11,21(以下、酸素バリアフィルム10,20とする)を備えた態様の上記波長変換部材1Dの製造方法の一例を説明する。
本実施形態において、波長変換層30は、量子ドット含有重合性組成物を酸素バリアフィルム10,20の表面に塗布した後に光照射、または加熱により硬化させ、形成することができる。塗布方法としてはカーテンコーティング法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、印刷コーティング法、スプレーコーティング法、スロットコーティング法、ロールコーティング法、スライドコーテティング法、ブレードコーティング法、グラビアコーティング法、ワイヤーバー法等の公知の塗布方法が挙げられる。
ことができる。
既に述べたように、図1に示されるバックライトユニット2は、一次光(青色光LB)を出射する光源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とからなる面状光源1Cと、面状光源1C上に備えられてなる波長変換部材1Dと、波長変換部材1Dを挟んで面状光源1Cと対向配置される再帰反射性部材2Bと、面状光源1Cを挟んで波長変換部材1Dと対向配置される反射板2Aとを備えており、波長変換部材1Dは、面状光源1Cから出射された一次光LBの少なくとも一部を励起光として、蛍光を発光し、この蛍光からなる二次光(LG,LR)及び励起光とならなかった一次光LBを出射するものである。
同様の観点から、バックライトユニット2が発光する緑色光の波長帯域は、520〜560nmであることが好ましく、520〜545nm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、600〜680nmであることが好ましく、610〜640nmであることがより好ましい。
バックライトユニットの構成としては、図1では、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について説明したが、直下型方式であっても構わない。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。
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5に示されるように、液晶表示装置4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の再帰反射性部材側に対向配置された液晶ユニット3とを備えてなる。
(酸素バリアフィルムPET1の作製)
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A4300、厚さ50μm)の片面側に以下の手順で酸素バリア層を形成した。尚、コスモシャインA4300は、両面にマット層を有していた。
トリメチロールプロパントリアクリラート(TMPTA、ダイセルサイテック社製)および光重合開始剤(ランベルティ社製、商品名: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/cm2)し、UV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。
基材フィルムを別の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A4300、厚さ38μm)に変えた以外は、PET1と同様にして、酸素バリアフィルムPET2を得た。
基材を日本ゼオン(株)製のゼオノアフィルム(環状オレフィンポリマーフィルム、厚さ32μm)に変えた以外は、PET1と同様にして、酸素バリアフィルムCOP1を得た。
市販のシンジオタクチックポリスチレン樹脂ザレック S105(出光興産社製)に、酸化防止剤「Irganox1010」を0.3wt%混合し、30mmΦ単軸押出機を用いて、300℃にて溶融押出し、静電ピニング法にて50℃の冷却ロールに密着させ、未延伸フィルムを製膜した。このとき押し出し機とダイの間にスクリーンフィルター、ギアポンプ、リーフディスクフィルターをこの順に配置し、これらをメルト配管で連結し、幅450mm、リップギャップ1mmのダイから押出した。
次に、未延伸フィルムを横方向に115℃で3.8倍に延伸後、200℃で幅方向に5%弛緩させながら10秒間熱処理を施し、厚み53μmの延伸フィルムを作成し、延伸フィルムB1を得た。このようにして得た延伸フィルムB1を基材フィルムとして用いた以外は、PET1と同様にして、酸素バリアフィルムPS1を得た。
樹脂をポリエチレン−2,6,−ナフタレート(poly(ethylene naphthalate):PEN)に変え、延伸フィルムの厚みを40μmに変更した以外は、PS1と同様にして、酸素バリアフィルムPEN1を得た。
基材を帝人(株)製の延伸ポリカーボネートフィルム(商品名:、ピュアエースWR、W−159、厚さ93μm)に変えた以外は、PET1と同様にして、酸素バリアフィルムPC1を得た。
基材を富士フイルム(株)製のTD80UL(トリアセチルセルロースフィルム、厚さ80μm)に変えた以外は、PET1と同様にして、酸素バリアフィルムTAC1を得た。
下記の量子ドット含有重合性組成物1を調製し、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過した後、30分間減圧乾燥して塗布液として用いた。
下記において、発光極大波長535nmの量子ドット分散液1として、NN−ラボズ社製CZ520−100を用い、また、発光極大波長630nmの量子ドット分散液2として、NN−ラボズ社製CZ620−100を用いた。これらはいずれもコアとしてCdSe、シェルとしてZnS、及び配位子としてオクタデシルアミンを用いた量子ドットであり、トルエンに3重量%の濃度で分散されている。
表1に示す組成比(質量比)にて量子ドット含有重合性組成物を調製し、孔径0.2μmのポリプロピレン製フィルタでろ過した後、30分間減圧乾燥して塗布液として用いた。
第1のPET1を用意し、1m/分、60N/mの張力で連続搬送しながら、無機層面上に量子ドット含有重合性組成物1をダイコーターにて塗布し、50μmの厚さの塗膜を形成した。次いで、塗膜の形成された第1のPET1をバックアップローラに巻きかけ、塗膜の上に第2のPET1を無機層面が塗膜に接する向きでラミネートし、第1、および第2のPET1で塗膜を挟持した状態で連続搬送しながら、100℃の加熱ゾーンを3分間通過させた。その後、160W/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、紫外線を照射して硬化させ、量子ドットを含有する波長変換層1を形成した。紫外線の照射量は2000mJ/cm2であった。
基材フィルムまたはバリア層を表1に記載のものに変えた以外は、実施例1と同様にして、その他の実施例、および比較例の波長変換部材を作製した。
市販のタブレット端末(Amazon社製、Kindle Fire HDX 7”)を分解し、バックライトユニットからQDEF(3M社製量子ドットフィルム)を取り出し、QDEFに代えて矩形に切り出した実施例、比較例の波長変換部材を組み込んだ。このようにして液晶表示装置を作製した。
作製した液晶表示装置を点灯させ、全面が白表示になるようにし、導光板の面に対して垂直方向740mmの位置に設置した輝度計(SR3、TOPCON社製)にて測定した。測定結果を表1に示す。
1D 波長変換部材
2 バックライトユニット
2A 反射板
2B 再帰反射性部材
3 液晶セルユニット
4 液晶表示装置
10,20 酸素バリアフィルム
11,21 基材フィルム
12,22 酸素バリア層
12a,22a 有機層
12b,22b 無機層
13 凹凸付与層(マット層、光拡散層)
30 波長変換層
30A,30B 量子ドット
30P 有機マトリックス
LB 励起光(一次光、青色光)
LR 赤色光(二次光、蛍光)
LG 緑色光(二次光、蛍光)
Claims (9)
- 励起光により励起されて蛍光を発光する少なくとも1種の量子ドットを含む波長変換層を備えてなる波長変換部材であって、
前記波長変換層は少なくとも一方の面に基材フィルムを備えてなり、
該基材フィルムは、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が0.9%未満であり、且つ、全光線透過率が92%未満であり、
該基材フィルムが、該基材フィルムの前記波長変換層側の面に接して形成されてなる少なくとも1層の無機層を含む酸素バリア層を備え、
該無機層がケイ素窒化物を含み、
該酸素バリア層を備えた前記基材フィルムが、積分球を用いて測定される波長450nmの光の吸収率が4.0%未満であり、且つ、全光線透過率が92%未満である波長変換部材。 - 前記酸素バリア層が、前記基材フィルムと、前記無機層との間に少なくとも1層の有機層を備える請求項1記載の波長変換部材。
- 前記基材フィルムが、該基材フィルムの前記波長変換層側の面と反対側の面に、該面に凹凸構造を付与する凹凸付与層を備える請求項1又は2記載の波長変換部材。
- 前記基材フィルムが、該基材フィルムの前記波長変換層側の面とは反対側の面に、光拡散層を備える請求項1〜3のいずれか1項記載の波長変換部材。
- 前記基材フィルムが、前記波長変換層の両面に備えられてなる請求項1〜4のいずれか1項記載の波長変換部材。
- 前記基材フィルムの平均膜厚が40um以下である、請求項1〜5のいずれか1項記載の波長変換部材。
- 前記基材フィルムがポリエチレンテレフタレートを含んでなる請求項1〜6のいずれか1項記載の波長変換部材。
- 一次光を出射する面状光源と、
該面状光源上に備えられてなる請求項1〜7のいずれか1項記載の波長変換部材と、
該波長変換部材を挟んで前記面状光源と対向配置される再帰反射性部材と、
前記面状光源を挟んで前記波長変換部材と対向配置される反射板とを備えたバックライトユニットであって、
前記波長変換部材は、前記面状光源から出射された前記一次光の少なくとも一部を前記励起光として、前記蛍光を発光し、該蛍光からなる二次光を含む光を少なくとも出射するものであるバックライトユニット。 - 請求項8に記載のバックライトユニットと、
該バックライトユニットの前記再帰反射性部材側に対向配置された液晶ユニットとを備えてなる液晶表示装置。
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