JP6800721B2 - 光変換部材 - Google Patents

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Description

本発明は、バリア膜を有する光変換部材に関するものであり、光透過性を引き上げ、出力される光量を引き上げる光変換部材に関するものである。更に本発明は、このバリア膜を有する光変換部材を含むディスプレイ装置にも関する。
近年、液晶ディスプレイにおいて色再現性の向上（色域の拡大）に伴い、光変換材料として量子ドットが注目されている。量子ドットを含む光変換フィルムにバックライトから青色の光が入射すると、サイズの異なる２種類の量子ドットによって赤色光と緑色光に変換され放出ものされる。またその際、変換されず通過する青色光と併せて、鋭いピークをもったＲＧＢ光源を作り出すことができ、色域の大幅な拡大が可能と見込まれている。
しかし量子ドットには、水分や酸素に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。
特許文献１には、量子ドットを水分や酸素から保護するために、量子ドットを含む光変換フィルムにバリアフィルムをラミネートし接着する構成が記載されている。
特開２０１５−６５１５８号公報
特許文献１の構成において、無計画的にバリア層を形成すると、図２に示すように光透過率を落とす可能性があった。
図２において、破線は無計画にバリア層を形成した基材の基材単体とバリア層を組み合わせた物の光透過率であり、実線はバリア層を形成する前の基材単体の光透過率であり、４５０ｎｍ付近から７５０ｎｍ付近までの光の波長の範囲において、基材単体の光透過率より、基材単体とバリア層を組み合わせた物の光透過率が低くなっていることが示されている。
本発明は、上記問題点を鑑み、バリア層を形成しても、高い出力輝度を得ることができる光変換部材を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、光の色を青色から赤色および緑色に変換する光変換膜と、前記光変換膜の変換する光が入射する面側に位置し、前記光変換膜への水分、ガスの浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなる第１のガスバリア部と、前記第１のガスバリア部の前記光変換膜が位置する面と反対面側に位置し、光を透過し、前記光変換膜および前記第１のガスバリア部を保持する第１の基材と、前記光変換膜の変換された光が出力される面側に位置し、前記光変換膜への水分、ガスの浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなる第２のガスバリア部と、前記第２のガスバリア部の前記光変換膜が位置する面と反対面側に位置し、光を透過し、前記光変換膜および前記第２のガスバリア部を保持する第２の基材と、を有し、他の色よりも青色の光に対して、前記第１の基材の光透過率よりも、前記第１の基材と前記第１のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高い前記第１のガスバリア部と、赤色、緑色、青色の光に対して、前記第２の基材の光透過率よりも、前記第２の基材と前記第２のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高い前記第２のガスバリア部とを使用した光変換部材を提供するものである。
入射側に青色の色の光に対し、前記第１の基材の光透過率よりも、前記第１の基材と前記第１のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高いガスバリア部を使用することにより、光変換膜で変換する入射光の光量が上がり、光変換膜で変換される光量も上がり、高い出力輝度が得られる。そして、前記第２の基材の光透過率よりも、前記第２の基材と前記第２のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高いガスバリア部を使用することにより、光変換膜から出力させる赤色、緑色、青色の光の光量の落ち込みを最小限にとどめることができ、更に高い出力輝度が得られる。
前記第１のガスバリア部の前記ガスバリア層は、ＳｉＯ２を材質とした厚み５０．００ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み１０．６８ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み２０．００ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み４９．０３ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み４８．８３ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み１０．１４ｎｍのガスバリア層の順に前記第１の基材に向かって形成され、前記第２のガスバリア部の前記ガスバリア層は、ＳｉＯ２を材質とした厚み５０．３２ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み８．６４ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み３０．２７ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み５０．２６ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み９．７８ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み４４．８９ｎｍのガスバリア層の順に前記第２の基材に向かって形成されてもよい。
第１のガスバリア部を形成するガスバリア層の各層の材質と厚みを上述したように調整することにより、４００ｎｍ近辺の波長の青色の光に対して、光変換膜で変換する入射光の光量が上がり、光変換膜で変換される光量も上がり、高い出力輝度が得られる。そして、第２のガスバリア部を形成するガスバリア層の各層の材質と厚みを上述したように調整することにより、光変換膜から出力させる赤色、緑色、青色の光に対して、基材単体の光透過率よりも基材とガスバリア部を組み合わせた光透過率を高くすることができる。
前記光変換膜は量子ドットもしくは蛍光体を含んだ樹脂を使用してもよい。
青色の光に対してのガスバリア部の光透過率を上げることにより、青色光を他の色に変換する量子ドットもしくは蛍光体を使用した光変換部材において、高い出力輝度が得られる。
本発明の光変換部材をディスプレイに用いてもよい。
本発明の光変換部材をディスプレイに使用することで、高い出力輝度が得られる。
（Ａ）は本発明の実施例１における光変換部材の概略構成を説明する図であり、（Ｂ）は、本発明の実施例２における光変換部材の概略構成を説明する図である。 従来の基材単体の光透過率と基材とガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率を示したグラフである。 本発明の実施例１における基材と基材とガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透透過率の一例を示したグラフである。 本発明の実施例２における基材と基材とガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透透過率の一例を示したグラフである。
本発明の実施形態について、以下に説明する。
本発明の実施例１を図１（Ａ）を参照しながら説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施例１における光変換部材の概略構成を説明する図である。
光変換部材３は、図１（Ａ）に示すように、入射光１の所定の色の光を光変換し、出力光２として出力する光変換膜４と、入射光１側に光変換膜４への水分やガスの浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなるガスバリア部５と、ガスバリア部５の入射光１側に光変換膜４とのガスバリア部５を保持する基材６を備えている。
光変換膜４は、量子ドットや蛍光体などを含み、例えば、青色の光を赤色、緑色の光に変換するものである。ただし、水分やガスの浸入により、光変換率が低下するため、ガスバリア部５によりバリアされている。
ガスバリア部５を構成するガスバリア層は、例えば、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２などの光を通す無機物からなる。ガスバリア層が多層の場合、積層面の平滑性の改善やガスバリア層間の密着力を上げる性質をもつ層（中間層）が設けられている場合があるが、本実施例では中間層も含めてガスバリア層と定義する。
各ガスバリア層の材質は異なっていてもよいし、同じでもよい。また各ガスバリア層の厚みは異なっていてもよいし、同じでもよい。
また、ガスバリア部５を構成するガスバリア層は一層以上でよく、積層数にはこだわらない。入射光１側のガスバリア部５に、図３に示すような所定の色の光透過率を他の色の光透過率より大きく山をもった分布になるように際立たせる特徴を持たせる場合には、２層以上のガスバリア層でガスバリア部５を構成することが望ましい。
基材６は、透明性が高いフィルムが望ましい。例えば、ＰＥＮやＰＥＴ等のフィルムでもよいし、異なっていてもよい。
ガスバリア部５は、青色の光（波長）に対して、基材６とガスバリア部５の両方を組み合わせた物の光透過率が、基材６単体の光透過率よりも高くなるように、ガスバリア部５を形成するガスバリア層を調整している。
本発明と比較するための一例として、基材６単体の光透過率と、基材６とガスバリア部５を構成するガスバリア層を調整していないガスバリア部５の両方を組み合わせた物の光透過率を図２に示す。
図２に用いた基材及びガスバリア部を構成するガスバリア層の構成を表１に示す。表１において、ガスバリア層１からガスバリア層６の数字の順序の配置にて形成されており、基材に近い方がガスバリア層６である。
Figure 0006800721
図２に示す例では、基材６単体に対して、ガスバリア部５が追加されると、基材６とガスバリア部５を組み合わせた物の光透過率が落ちる。
これに対し、本発明に用いるガスバリア部５は、所定の色の光（波長）に対して、基材６とガスバリア部５の両方を組み合わせた物の光透過率が、基材６単体の光透過率よりも高くなるように、ガスバリア部５を形成するガスバリア層の光屈折率を選定し、ガスバリア層の厚みを調整している。
ここで、単色に対して、基材６単体の光透過率よりも基材６とガスバリア部５を組み合わせた光透過率を高くする場合、可視光全体の透過率を上げるよりも高い透過率を得ることが可能であり、効果を大きくできる。
特に光変換膜へ入射する光が単色である場合、その入射光の色に合わせて透過率のピークがあるようにガスバリア部を形成するとよい。
一例として４００ｎｍ近辺の波長の光（青色光）に対し、基材６とガスバリア部５を組み合わせた物の光透過率が上がるようにガスバリア部５を構成するガスバリア層を調整したガスバリア部５を用いた例を図３に示す。
ここで図３において、破線は、他の色の光透過率に対し、４００ｎｍ近辺の波長の光（青色光）において、基材単体とガスバリア層を組み合わせた物の光透過率が最大となるようガスバリア層を形成した基材であり、実線はガスバリア層を形成する前の基材単体である。
図３に用いた基材及びガスバリア部を構成するガスバリア層の構成を表２に示す。 表２において、ガスバリア層１からガスバリア層６の数字の順序の配置にて形成されており、基材に近い方がガスバリア層６である。
Figure 0006800721
ガスバリア層を調整したガスバリア部５を用いることにより、所定の色に対する基材６単体の光透過率よりも基材６とガスバリア部５を組み合わせた光透過率を高くすることを実現している。
光変換膜４の入射側に、所定の色の光に対して、基材６単体の光透過率よりも、基材６とガスバリア部５の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高い特徴を持つガスバリア部５を使用することにより、同じ光量の入射光１でも、ガスバリア部５を使用しないで基材６単体を使用する場合に比べ、光変換膜４に到達する光変換される光量が上がることより、光変換膜４で変換後の光量も上がり、高い出力輝度が得られる。また、従来と同じ出力輝度の場合には、消費電力が少なくなる。
本発明の実施例２を図１（Ｂ）を参照しながら説明する。図１（Ｂ）は、本発明の実施例２における光変換部材の概略構成を説明する図である。
光変換部材３は、図１（Ｂ）に示すように、入射光１の所定の色の光を光変換し、出力光２として出力する光変換膜４と、入射光１側に光変換膜４への水分やガスの浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなるガスバリア部５と、ガスバリア部５の入射光１側に光変換膜４とのガスバリア部５を保持する基材６を備えている。
また、光変換膜４の出力光２側には、光変換膜４への水分、ガスの浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなるガスバリア部７と、光変換膜４の出力側に光変換膜４とのガスバリア部７を保持する基材８を備えている。
光変換膜４は、実施例１と同様、量子ドットや蛍光体などを含み、例えば、青色の光を赤色、緑色、青色の光に変換するものである。ただし、水分やガスの浸入により、光変換率が低下するため、ガスバリア部５およびガアスバリア部７によりバリアされている。
ガスバリア部５、ガスバリア部７を構成するガスバリア層は、実施例１と同様、例えば、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２などの光を通す無機物からなる。ガスバリア層が多層の場合、積層面の平滑性の改善やガスバリア層間の密着力を上げる性質をもつ層（中間層）が設けられている場合があるが、本実施例では中間層も含めてガスバリア層と定義する。
各ガスバリア層の材質は異なっていてもよいし、同じでもよい。また各ガスバリア層の厚みは異なっていてもよいし、同じでもよい。
また、ガスバリア部５を構成するガスバリア層は一層以上でよく、積層数にはこだわらない。入射光１側のガスバリア部５に、図３に示すような所定の色の光透過率を他の色の光透過率より大きく山をもった分布になるように大きく際立たせる特徴を持たせる場合には、２層以上のバリア層でガスバリア部５を構成することが好ましい。
基材６、基材８は、透明性が高いフィルムが望ましい。例えば、ＰＥＮやＰＥＴ等のフィルムでもよいし、異なっていてもよい。また、基材６と基材８は、材質または厚みが同じでもよいし、異なっていてもよい。
本発明に用いるガスバリア部５は、所定の色の光（波長）に対して、基材６とガスバリア部５の両方を組み合わせた物の光透過率が、基材６単体の光透過率よりも高くなるように、ガスバリア部５を形成するガスバリア層の光屈折率を選定し、ガスバリア層の厚みを調整している。
本発明に用いるガスバリア部７は、少なくとも赤色、緑色、青色の光（波長）に対して、基材８とガスバリア部７の両方を組み合わせた物の光透過率が、基材８単体の光透過率よりも高くなるように、ガスバリア部７を形成するガスバリア層の光屈折率を選定し、ガスバリア層の厚みを調整している。
一例として可視光に対し、基材８を図３に示す事例と同じ材質及び同じ厚みとし、基材８とガスバリア部７を組み合わせた物の光透過率が上がるようにガスバリア部７を構成するガスバリア層を調整したガスバリア部７を用いた例を図４に示す。
ここで図４において、破線は、基材単体とガスバリア層を組み合わせた物の光透過率が、可視光の範囲で基材単体の光透過率より高くなるようガスバリア層を形成した基材であり、実線は、ガスバリア層を形成する前の基材単体である。
図４に用いた基材及びガスバリア部を構成するガスバリア層の構成を表３に示す。
表３において、ガスバリア層１からガスバリア層６の数字の順序の配置にて形成されており、基材に近い方がガスバリア層６である。
Figure 0006800721
ガスバリア層を調整したガスバリア部７を用いることにより、可視光に対する基材８単体の光透過率よりも基材８とガスバリア部７を組み合わせた光透過率を高くすることを実現している。
この光変換部材３を使用することにより、この光変換部材３を使用しないで基材６単体を使用する場合に比べ、同じ光量の入射光１でも、光変換膜４に到達する所定の光の光量が、上がることより、光変換膜４で変換後の光量も上がる。また、出力側の光透過率も上がることから、出力光２の光量も更に上がり、更に高い出力輝度が得られる。また、従来と同じ出力輝度の場合には、消費電力が更に少なくなる。
実施例２において、入射光１に青色ＬＥＤ等から照射される青色の光の波長の範囲を際立たせた青色光を用い、光変換膜４として、量子ドットを含む光変換膜を用いた場合、特に赤色、緑色、青色の光に対し、出力側のガスバリア部７は、基材８単体の光透過率よりも基材８とガスバリア部７の両方を組み合わせた物の光透過率が高いことを特徴とするガスバリア部７を使用するとより効果的である。
特に量子ドットを含む光変換膜は、青色ＬＥＤ等から照射される青色の光をそれぞれ各色の光の波長の範囲を際立たせた赤色、緑色の光に光変換するため、ガスバリア部７と基材８の両方を組み合わせた光透過率が、それらの光にピークが立った特性を有していることが望ましい。これにより、更に輝度の高い赤色、緑色、青色の光をこの光変換膜４で出力することができる。
また、実施例２の構成において、入射光１に青色ＬＥＤ等から照射される青色光を用い、光変換膜４として、青色を白色光に変換する黄色蛍光体を含む光透過膜を用いた場合、出力側のガスバリア部７は、基材８単体の光透過率よりも基材８とガスバリア部７の両方を組み合わせた物の光透過率が、図４のように可視光全域に対しバランスよく高いことを特徴とするガスバリア部７を使用するとより効果的である。
本発明の光変換部材をディスプレイに用いてもよい。
本発明の光変換部材をディスプレイに使用することで、高い出力輝度が得られ、色域を拡大できる。また、従来と同じ出力輝度の場合には、消費電力が小さくできる。
以上の光変換部材により、バリア層を形成しても、高い出力輝度を得ることができる。
ここで、本発明の光変換部材は、以上で説明した形態に限らず、本発明の範囲内において他の形態であってもよい。たとえば、本発明の所定の色は、例えば紫外等の可視光範囲以外も含んでもよい。
１ 入射光
２ 出力光
３ 光変換部材
４ 光変換膜
５ ガスバリア部
６ 基材
７ ガスバリア部
８ 基材

Claims (4)

  1. 光の色を青色から赤色および緑色に変換する光変換膜と、
    前記光変換膜の変換する光が入射する面側に位置し、前記光変換膜への水分、ガスの浸入
    を防ぐ一層以上のガスバリア層からなる第１のガスバリア部と、
    前記第１のガスバリア部の前記光変換膜が位置する面と反対面側に位置し、光を透過し、
    前記光変換膜および前記第１のガスバリア部を保持する第１の基材と、
    前記光変換膜の変換された光が出力される面側に位置し、前記光変換膜への水分、ガス
    の浸入を防ぐ一層以上のガスバリア層からなる第２のガスバリア部と、
    前記第２のガスバリア部の前記光変換膜が位置する面と反対面側に位置し、光を透過し、
    前記光変換膜および前記第２のガスバリア部を保持する第２の基材と、
    を有し、
    他の色よりも青色の光に対して、前記第１の基材の光透過率よりも、前記第１の基材と前記第１のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高い前記第１のガスバリア部と、
    赤色、緑色、青色の光に対して、前記第２の基材の光透過率よりも、前記第２の基材と前記第２のガスバリア部の両方を組み合わせた物の光透過率の方が高い前記第２のガスバリア部とを使用した光変換部材。
  2. 前記第１のガスバリア部の前記ガスバリア層は、ＳｉＯ２を材質とした厚み５０．００ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み１０．６８ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み２０．００ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み４９．８３ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み４８．８３ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み１０．１４ｎｍのガスバリア層の順に前記第１の基材に向かって形成され、
    前記第２のガスバリア部の前記ガスバリア層は、ＳｉＯ２を材質とした厚み５０．３２ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み８．６４ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み３０．２７ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み５０．２６ｎｍのガスバリア層、ＳｉＯ２を材質とした厚み９．７８ｎｍのガスバリア層、ＳｉＣＮを材質とした厚み４４．９８ｎｍのガスバリア層の順に前記第２の基材に向かって形成されている請求項１に記載の光変換部材。
  3. 前記光変換膜は量子ドットもしくは蛍光体を含んだ樹脂を使用する請求項１または２に記載の光変換部材。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかの光変換部材を有するディスプレイ。
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