JP6261710B2 - 導光板、これを含むバックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板に関するものであり、詳しくは、色純度に優れる導光板に関するものである。
更に本発明は、この導光板を含むバックライトユニット、およびこのバックライトユニットを有する液晶表示装置にも関するものである。
更に本発明は、上記導光板の作製に使用可能な光学シートにも関する。

液晶表示装置（以下、ＬＣＤとも言う）などのフラットパネルディスプレイは、消費電力が小さく、省スペースの画像表示装置として年々その用途が広がっている。液晶表示装置は、少なくともバックライトと液晶パネルとから構成される。

バックライトとしては、エッジライト方式のものと直下型方式のものが知られている。エッジライト方式は、導光板方式とも呼ばれ、アクリル板等の樹脂板の端面から入射する光が、樹脂板中で全反射を繰り返すことにより全体に広がることで面光源となり樹脂板の液晶パネル側の面（光出射面）の全面から出射する。ここで均一な出射を実現するために、一方法として、樹脂板の光出射面と対向する背面に、白インク（白インキ）と呼ばれる無機材料の拡散反射パターンが反射手段として設けられる（例えば特許文献１参照）。

ところで、液晶ディスプレイの製造技術、周辺関連技術の進展により、低価格で高性能のＬＣＤが広く普及している。性能においては、継続的に改善検討が行われているが、実用化のために重要な点は、性能／コストのトータルな価値にある。

かかる状況下、近年、発光材料として、量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ、ＱＤ、量子点とも呼ばれる。）が注目を集め、ＬＣＤ、特にバックライトに量子ドットを利用して、色純度の改善を図ろうとする動きがある。具体的には、量子ドットを光変換材料（色変換材料）として用い、（１）チップ状やシート状の光変換部材（色変換部材）として、例えば導光板の上部に配置すること、（２）導光板全体に混入させること、などが行われ、一部、製品としても販売されている（例えば上記（１）について、特許文献２参照）。

特開２０１２−１７８３４５号公報 特開２０１２−１６９２７１号公報

上記の構成において、（１）では別部材が必要となり、また（２）では多くの量子ドット材料が必要となる。そのため、（１）、（２）の構成では、従来に比較してコストアップとなる懸念もある。このようなことから、新たな技術、構成が求められていた。

そこで本発明の目的は、液晶表示装置の新たな色純度改善手段を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、量子ドットから形成されるパターンを導光板に設けることにより、上記目的が達成されることを見出すに至った。以下、この点について更に説明する。

上述のように、導光板作製プロセスに白インクのパターンを形成する工程（以下において、「白インクパターン形成工程」ともいう。）が含まれることがあるが、白インクパターン形成工程に準じて導光板に量子ドットのパターンを形成することにより、光変換部材という別部材を設けることなく、導光板作製プロセスを利用して色純度の改善を低コストで実現することができる。
または、量子ドットのパターンを支持体フィルム上に作製した量子ドットパターンフィルムを導光板の樹脂板に貼り付けるという簡便な工程により、量子ドットのパターンを導光板に設けることもできる。一般にフィルムは安価であるとともに、Ｒ２Ｒプロセス化も可能であることから、安価かつ簡便に色純度の改善が可能となる。

即ち、本発明の一態様は、
端面から入射された光が出射される光出射面と、該光出射面と対向する背面とを有する導光板であって、
上記背面に無機材料を含む複数の拡散反射パターンを有し、かつ、
少なくとも、上記光出射面、背面、および端面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面に、量子ドットがパターン状に存在する導光板、
に関する。

一態様では、上記量子ドットは、少なくとも、上記光出射面に存在する。

一態様では、上述の導光板は、導光板基材シートと、該シートと隣接するフィルムと、を含み、上記量子ドットは、上記フィルムの導光板基材シートと隣接する面とは反対の面にパターン状に存在する。

一態様では、上述の導光板は、導光板基材シートを含み、上記量子ドットは、上記導光板基材シートの表面に直接存在する請求項１または２に記載の導光板。

一態様では、上記量子ドットのパターンと上記拡散反射パターンとは、形状、分布、密度、および該パターンが存在する面におけるパターン占有面積からなる群から選択される項目の少なくとも１つが異なる。

一態様では、上記量子ドットは、少なくとも、上記光出射面に存在し、かつ、上記量子ドットのパターンの上記光出射面における占有面積は、上記背面における拡散反射パターンの占有面積より大きい。

一態様では、上記量子ドットは、少なくとも、上記光出射面に存在し、かつ、上記量子ドットのパターンの上記光出射面における密度は、上記背面における拡散反射パターンの密度より大きい。

一態様では、上記量子ドットは、少なくとも、上記背面に存在し、かつ、上記量子ドットパターンを被覆する無機材料コートとして、前記拡散反射パターンが存在する。

一態様では、上記拡散反射パターンは、量子ドットを更に含む。

一態様では、上記量子ドットは、最表面にガラス被覆層を有する。

本発明の更なる態様は、
上述の導光板と、
上記導光板の端面側に位置する光源と、
を含むバックライトユニット、
に関する。

一態様では、上記光源は、白色光源である。

本発明の更なる態様は、
上述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、
に関する。

本発明の更なる態様は、
支持体フィルムの少なくとも一方の表面上に直接、量子ドットがパターン状に存在する光学シート、
に関する。

本発明の一態様によれば、色純度に優れる液晶表示装置の提供が可能になる。
また、導光板は上記のように面光源を実現するためのものであるが、導光板の出射面からの出射光量が位置により大きく異なっては、表示画像の輝度が面内で不均一となる。これに対し本発明の一態様によれば、色純度の改善とともに、輝度の面内均一性向上も可能となる。

図１は、本発明の一態様にかかる導光板の一例を示す。 図２は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図３は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図４は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図５は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図６は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図７は、本発明の一態様にかかる導光板の他の一例を示す。 図８は、本発明の一態様にかかるバックライトユニットによる色純度の改善の説明図である。 図９は、本発明の一態様にかかるバックライトユニットによる色純度の改善の説明図である。 図１０は、本発明の一態様にかかる液晶表示装置の一例を示す。 図１１は、従来の液晶表示装置の説明図である。 図１２は、実施例における色純度の評価方法の説明図である。

［導光板］
本発明の一態様にかかる導光板は、端面から入射された光が出射される光出射面と、該光出射面と対向する背面とを有する導光板であって、上記背面に無機材料を含む複数の拡散反射パターンを有し、かつ、少なくとも、前記光出射面、背面、および端面からなる群から選ばれる少なくとも一つの面に、量子ドットがパターン状に存在する。このように量子ドットのパターンを有することにより、色純度を改善することができる。また、導光板作製プロセスを利用して、または支持体フィルムの利用という安価かつ簡便な方法による、色純度の改善が可能である。
以下、上記導光板について、更に詳細に説明する。

以下の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本発明および本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
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。

上記光変換部材は、好ましくは、液晶表示装置のバックライトユニットの構成部材として含まれる。

図１１は、従来の液晶表示装置の説明図である。図１１に示す液晶表示装置２は、バックライトユニット１１と、液晶パネル１２を含む。その他、図示しない構成部材として、偏光板、拡散シート、プリズムシート等の各種シートが任意に含まれる。バックライトユニット１１は、導光板基材シート（通常、アクリル板等の樹脂板）１００と、この端面に配置された光源１０１と、から少なくとも構成される。その他、図示しない構成として、液晶パネルとは反対側に、反射板等が任意に含まれる。

導光板基材シート１００には、端面から入射が出射される光出射面とは反対の面（背面）に、拡散反射パターン１０３が複数配置されている。この拡散反射パターン１０３が存在することにより、光源１０１から出射され導光板基材シート１００に端面から入射した光は、導光板中で、例えば図中、波線矢印で示すように拡散反射パターン１０３により反射され光出射面から出射し液晶パネルに入射する。導光板基材シート背面には複数の拡散反射パターンが設けられているため、様々な方向に入射光が反射し出射することにより、面光源が実現される。上記拡散反射パターンは、通常、無機材料から形成されている。図１１に示すように、背面の拡散反射パターンは、互いに離間して配置されている。そして通常、図１１に示すように、光源に近いほど（光源側ほど）小さい拡散反射パターンを、遠いほど（反光源側ほど）大きい拡散反射パターンを配置する。反光源側に届く光の強度は弱いため、大きな拡散反射パターンを設け強く反射させることは、面内の輝度の均一性を高めるための有効な手段の１つである。

一方、本発明の一態様にかかる導光板は、背面に、無機材料を含む複数の拡散反射パターンを含むとともに、少なくとも、光出射面、背面、および入射面である端面の少なくとも１つの面に、量子ドットがパターン状に配置されている（以下、量子ドットを含むパターンを、「量子ドットパターン」と呼ぶ）。これにより、量子ドットによる光変換（波長変換、色変換）機能によって色純度の改善が可能となる。

以下、図面に基づき、本発明の一態様にかかる導光板における量子ドットパターンの配置例を説明する。図中、下方が背面側であり、上方が光出射面側である。

図１に示す導光板１０Ａは、導光板基材シート１００の背面に、複数の拡散反射パターン１０３が配置されている。導光板基材シート１００の端面から入射した光は、拡散反射パターン１０３と導光板基材シート１００の背面との界面で反射し、または反射および拡散し、出射面から液晶パネルに向かって出射される。図中、点線矢印１０２は、そのような光の経路の一例を示す。なお本発明において、「拡散反射パターン」とは、パターンに入射した光を、少なくとも反射もしくは拡散し、または反射および拡散するパターンをいうものとする。

一方、導光板基材シート１００の、端面から入射される光が出射する出射面上に直接、量子ドットパターン１０４が複数配置されている。なお本発明において、量子ドットパターンがある面に直接配置されている、ある面に直接存在しているとは、基材フィルムや接着層を介さずに、量子ドットパターンが、当該面に直接形成されていることをいうものとする。

図１に示す導光板１０Ａの拡散反射パターン１０３は、複数の拡散反射パターンをすべて同一サイズで形成してもよく、図１１に示すように光源に近いほど小さく、遠いほど大きく形成することもできる。また、複数の拡散反射パターンは、面内に等間隔に均一に、つまり面内全域で同一の密度で形成してもよい。または、拡散反射パターンの形成密度を、光源側ほど小さく、反光源側ほど大きくすることによって、光源側ほど小さく、反光源側ほど大きく拡散反射パターンを形成することと同様の効果を得ることもできる。拡散反射パターンの形成材料等の詳細については、後述する。

拡散反射パターンの配置については、上述の通りである、一方、量子ドットパターン１０４は、光源側ほど小さく、反光源側ほど大きく形成してもよく、この逆に、光源側ほど大きく、反光源側ほど小さく形成してもよい。または、すべて同一サイズで量子ドットパターンを形成することも可能である。また、拡散反射パターンの密度については、面内全域で同一の密度で形成してもよく、拡散反射パターンの形成密度を、光源側ほど小さく、反光源側ほど大きくしても、その逆としてもよい。

量子ドットには、各種発光特性を示すものがあり、量子ドットパターン形成のために一種の量子ドットを用いてもよく、発光特性の異なる二種以上の量子ドットを組み合わせてもよい。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）があり、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、青色光を発光する光源を用いる場合、量子ドットパターンを形成する量子ドットとして、赤色光を発光する量子ドット（Ａ）と緑色光を発光する量子ドット（Ｂ）を用いることにより、光源からの青色光と、青色光により励起された量子ドット（Ａ）、（Ｂ）から発光される赤色光、緑色光により、白色光を具現化することができる。または、青色光を発光するＬＥＤと５７０〜５８５ｎｍの範囲の波長帯域に発光中心波長を有する黄色光を発光する蛍光体からなる白色光源を用いる場合も、同様に、量子ドットパターンを形成する量子ドットとして、赤色光を発光する量子ドット（Ａ）と緑色光を発光する量子ドット（Ｂ）を用いることにより、光源からの青色光と、光源からの光により励起された量子ドット（Ａ）、（Ｂ）から発光される赤色光、緑色光により、白色光を具現化することができる。または、波長３００〜４３０ｎｍの紫外光を発光する光源を用いる場合、量子ドット（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）を用いることにより、紫外光により励起された三種の量子ドットからそれぞれ発光される赤色光、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。

図２に示す導光板１０Ｂは、導光板基材シート１００の背面に、量子ドットパターンと、拡散反射パターン１０３が、量子ドットパターンを被覆する無機材料コートとして設けられている。端面から導光板基材シート１００に入射した光は、拡散反射パターン１０３により反射されるものもあり、量子ドットパターン１０４により波長変換（色変換）されるものもある。こうして図２に示す導光板によれば、色純度の向上が可能となる。

図３に示す導光板１０Ｃは、導光板基材シート１００の背面に、無機材料と量子ドットを含む拡散反射量子ドットパターン１０５が、複数設けられている。この導光板１０Ｃも、量子ドットによる波長変換（色変換）により、色純度を改善することができる。

図４、図５は、図１に示す態様のより具体的態様を示す。
図４に示す導光板１０Ｄでは、光出射面における量子ドットパターンの密度（密度とは、「パターンの個数／当該パターンが形成されている面の総面積」で算出される。）が、背面における拡散反射パターンの密度より大きい。
一方、図５に示す導光板１０Ｅでは、背面の拡散反射パターンは、前述のように、光源に近いほど小さく、反光源に向かうほど大きく形成されている。一方、光出射面の量子ドットパターンは、すべて同じサイズで形成されている。そして、光出射面における量子ドットパターンの占有面積率（占有面積率とは、「（パターンの総面積÷当該パターンが形成されている面の総面積）×１００」で算出される。）が、背面における拡散反射ドットパターンの占有面積よりも大きい。
図４、図５に示す態様では、拡散反射パターンと比べて量子ドットパターンがより多く（高密度または大面積）形成されている結果、量子ドットによる入射光の波長変換（色変換）が、より効果的に実現される。

以上説明した態様は、いずれも、従来の拡散反射パターンの形成工程と同じ工程において、または同様の工程において、量子ドットパターンを形成することができるものである。

次に、拡散反射パターンおよび量子ドットパターンの形成方法について、説明する。

（量子ドット）
量子ドットとしては、例えば前述の量子ドット（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）等の公知の量子ドットを用いることができる。使用する量子ドットの種類は、光源の波長に応じて決定することが好ましく、その具体的態様は、上記の通りである。例えば、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳｅＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅなどの量子ドットにより、４００ｎｍから長波長の発光が可能であり、用いる光源に合わせて使用することができる。ここで、半導体ナノ粒子そのものも使用可能ではあるが、より安定性、耐光性、発光効率に優れるコアシェル型量子ドットを用いることが好ましい。コアシェル型量子ドットとは、コア粒子の表面を被覆層（シェル）が被覆しているものであり、安定性および溶媒への分散性に優れる点で、好ましい量子ドット材料である。また、コアシェル型量子ドットの表面を、更にポリマー等で表面を覆うことで、より一層、安定性および溶媒への分散性を高めることができる。これらのコアシェル型量子ドットは、公知であり、例えば、特開２０１３−１３６４９８号公報、ＷＯ２０１１／０８１０３７Ａ１等に記載されている。中でも、ＷＯ２０１１／０８１０３７Ａ１に記載のガラスカプセル化を適用した、最表面にガラス被覆層を有する量子ドット材料は、本発明の一態様への適用に好ましい材料である。なお量子ドットの発光特性は、通常、粒子サイズにより制御することができる。通常、粒子サイズが小さいものほど短波長の光を、大きいものほど長波長の光を発光する。量子ドットは、同一パターンに発光特性の異なる二種以上を混合してもよく、一種の量子ドットを含むパターンを形成してもよい。また、同一面上に、異なる発光特性を示す量子ドットを含むパターンを、それぞれ設けることも可能である。

（無機材料）
拡散反射パターンを形成するための無機材料は、通常、導光板用の白インキ（白インク）として用いられるものを、何ら制限なく用いることができる。例えば、無機酸化物、窒化物、炭酸塩、硫酸塩等の各種の塩、具体的には、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等を例示することができる。粒径は、分散性と拡散反射特性の観点から、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度が好ましいが、これらに限定されるものではない。

（パターン形成用組成物）
導光板の拡散反射パターンは、通常、光硬化性組成物を、導光板の背面にドット状等のパターン状に塗布した後、光照射により硬化処理を施すことにより形成される。本発明の一態様における拡散反射パターンの形成は、上記の通常の拡散反射パターン形成方法と同様の方法により行うことができる。上記光硬化性組成物は、一般に、光硬化性化合物（モノマー、オリゴマー、プレポリマー等）と、光重合開始剤を含む。また、任意に、通常使用される各種添加剤を含んでもよい。添加剤の具体例の１つとしては、屈折、散乱機能調整のための粉末材料や粒状物質を挙げることができる。より詳しくは、硫化亜鉛粉末、シリカ粉末、アクリル樹脂粉末等の粉末材料、ウレタン樹脂ビーズ、シリコン樹脂ビーズ、ガラスビーズ等の粒状物質などを適宜、適量用いることができる。
光硬化性組成物の詳細については、例えば、特開２０１２−１７８３４５号公報段落００５０〜００５４を参照できる。硬化条件は、含まれる光硬化性成分の種類等に応じて、適宜設定すればよい。

量子ドットパターンを形成するためのパターン形成用組成物にも、拡散反射パターン形成用組成物として公知の光硬化性組成物の処方を適用することができる。また、無機材料と量子ドットが混合された拡散反射量子ドットパターンを形成する場合、パターン形成用組成中の無機材料と量子ドットとの混合比は、特に限定されるものではない。

パターン形成用組成物の塗布は、インクジェット法、スクリーン印刷法、転写印刷法等の公知の印刷技術により行うことができる。中でも、インクジェット法は、任意の位置に任意の量の組成物を吐出可能なため、パターンのサイズを部分的に変えるなどの細かな調整が容易である点で、有利である。プログラム次第でパターン変更が容易も利点である。なお図２に示すように、量子ドットパターンを拡散反射パターンにより被覆する態様では、量子ドットパターンをまず塗布し、そのうえに、拡散反射パターンを塗布すればよい。

形成するパターンの形状は、平面視で円形、楕円形、正方形、長方形等の任意の形状であることができる。また、拡散反射パターンと量子ドットパターンを別個に設ける場合、拡散反射パターンと量子ドットパターンの形状は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、同一面上のパターンとして、異なる形状のものを形成することも、可能である。１パターンの大きさは、最大長（例えば直径、長径、長辺の長さ）として、５０μｍ〜１０００μｍ程度であるが、上述の通り、場所により、パターンの大きさを変えてもよい。

以上のパターンは、導光板基材シート表面に、直接形成することができる。導光板基材シートとしては、例えば、市販のアクリル樹脂板や、特開２０１２−１７８３４５号公報段落００２３に記載のものなどを用いることができる。ただし、一般に導光板の樹脂板として使用されるものを、何ら制限なく用いることができるため、これらに限定されるものではない。導光板基材シートの厚さは、例えば ０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度であるが、特に限定されるものではない。

以上説明した態様では、導光板基材シート表面に直接、パターンを形成したが、先に記載したように、量子ドットパターンを形成した支持体フィルムを、導光板基材シートに貼り合わせることにより、量子ドットパターンを導光板上に設けることもできる。以下、上記態様について、図面を参照しつつ説明する。

図６に示す導光板１０Ｆは、導光板基材シート１００と、このシート１００と隣接する支持体フィルム１０６を含む。そして支持体フィルム１０６の導光板基材シート１００と隣接する面とは反対の面に、量子ドットパターン１０４を有する。支持体フィルム１０６は、通常、公知の接着剤層または粘着剤層（中間層）を介して間接的に導光板基材シート１００の出射側表面に貼り合わされる。ただし熱圧着等により、導光板基材シート１００と支持体フィルム１０６とを、直接貼り合わせることもできる。

支持体フィルムとしては、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、ポリウレタン、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリカーボネート、ポリアミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等、多くの材料を用いることができ、必要に応じて位相差の有無も含めて選択すればよい。ＴＡＣフィルム、ＰＥＴフィルムは、透過率、コスト面から、好ましい支持体フィルムである。ただし、これらに限定されるものではない。基材フィルムとしては、可視光に対して透明であるものが好ましい。ここで可視光に対して透明とは、可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）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。支持体フィルムの厚さは、耐衝撃性、製造工程におけるハンドリング等の観点から、１０μｍ〜５００μｍの範囲内、中でも１０〜２００μｍの範囲内、特に２０〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。支持体フィルム表面への量子ドットパターンの形成方法は、導光板基材シート表面へのパターン形成方法と同様に行うことができる。なお図６には、導光板基材シートの出射面側に量子ドットパターン付の支持体フィルムを設ける態様を示したが、支持体フィルムに量子ドットパターンとともに拡散反射パターンを設けてもよい。また、前述の拡散反射量子ドットパターンを設けることも可能である。または、拡散反射パターンを設けた支持体フィルムを、導光板基材シートの背面側の表面と貼り合わせることで、背面側に拡散反射パターンを設けることも可能である。

図７に示す導光板Ｇは、光源１０１と導光板基材シート１００の端面との間に、表面に、拡散反射パターン、量子ドットパターン、および拡散反射量子ドットパターンからなる群から選ばれる一種以上のパターンが複数形成された支持体フィルム１０７が配置されている。上記パターンは、支持体フィルム１０７の光源側表面に形成されている。拡散反射パターンは光を散乱・拡散する機能を有するが、量子ドットパターンおよび拡散反射量子ドットパターンも、光を散乱・拡散する機能を有するため、このようなパターンを光源と導光板基材シート端面との間に設けることで、光源近傍における輝度分布を低減させることができる。このようにすることで、導光板の入射側端面で生じやすい輝度の不均一性を低減し、輝度分布を向上することができる。上記支持体フィルムへのパターン形成は、上述と同様の方法で行うことができる。また、導光板基材シート端面と支持体フィルムとの貼り合わせについても、上記と同様である。

以上、図面に基づき本発明の一態様にかかる導光板について説明したが、本発明は、図面に示す態様や、上述の態様に限定されるものではない。例えば、拡散反射パターン以外の導光板技術（微小反射（ＭＲ）素子、エッチング成形散乱素子、微小偏光（ＭＤ）素子等）との組合せなど多種の改変が、可能である。また、適用技術に応じて導光板製造技術としては、スタンパー法を利用した形状加工用の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いる場合、レーザーによる直接的な形状加工、インジェクションによる成形加工など、従来の製造法によりパターン形成した導光板基材シートとの組み合わせも可能である。

［バックライトユニット］
本発明の一態様にかかるバックライトユニットは、
上述の導光板と、
上記導光板の端面側に位置する光源と、
を含む。導光板の詳細は、先に記載した通りである。

（光源）
光源としては、好ましくは、白色光源を用いることができる。ここで本発明における白色光とは、可視光領域（波長３８０〜７８０ｎｍ）の各波長成分を均一に含む光のみならず、該波長成分を均一には含んでいないが肉眼で白色に見える光も含むものとする。基準色である赤色光、緑色光、青色光等、特定の波長帯域の光を含むものであればよい。つまり、本発明における白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。

図８、図９は、本発明の一態様にかかるバックライトユニットによる色純度の改善の説明図である。導光板への入射光源として、白色ＬＥＤ（Ｗ−ＬＥＤ）（青色光ＬＥＤとＹ（黄色光）蛍光体を用いた場合について、その構成等を、図８、図９に基づき説明する。図８に示す例では、導光板の量子ドットパターンは、赤色光を発光する量子ドット（Ａ）と、緑色光を発光する量子ドット（Ｂ）と、から形成されている。これら量子ドットは、青色光により励起されることで、上記各色の光を発光する。従って、導光板から出射される光のスペクトルは、図８に示すように緑色光と赤色光の波長領域にもピークが発生し、結果として色純度が改善されることになる。入射光が青色光、緑色光にピークを持つ光源（青色光（Ｂ−）ＬＥＤ、緑色光（Ｇ−）ＬＥＤ等）の場合には、量子ドットとしては、基本的には、赤色光を発光する量子ドット（Ａ）を用いればよい。これにより、図９に示すように、赤色光の波長領域にもピークが発生し、色純度が改善される。このように、光源種と、光源種に応じた発光特性を有する適切な量子ドットを適宜組み合わせることで、色純度を改善することができる。

（バックライトユニットの発光波長）
バックライトユニットは、３波長光源により高輝度かつ高い色再現性を実現すべく、
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、
を発光することが好ましい。
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、４５０〜４８０ｎｍであることが好ましく、４６０〜４７０ｎｍ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、５２０〜５５０ｎｍであることが好ましく、５３０〜５４０ｎｍ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、６１０〜６５０ｎｍであることが好ましく、６２０〜６４０ｎｍ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青色光、緑色光および赤色光の各発光強度の半値幅は、いずれも８０ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、４５ｎｍ以下であることがさらに好ましく、４０ｎｍ以下であることが一層好ましい。これらの中でも、青色光の各発光強度の半値幅が３０ｎｍ以下であることが、特に好ましい。

（バックライトユニットの構成）
バックライトユニットの構成としては、上述の導光板を含む限り、特に限定されるものではない。バックライトユニットは、光源の後部に、反射部材を備えることもできる。このような反射部材としては特に制限は無く、公知のものを用いることができ、特許３４１６３０２号、特許３３６３５６５号、特許４０９１９７８号、特許３４４８６２６号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。

バックライトユニットが、青色光のうち４６０ｎｍよりも短波長の光を選択的に透過する青色用波長選択フィルタを有することも、好ましい。
また、バックライトユニットが、赤色光のうち６３０ｎｍよりも長波長の光を選択的に透過する赤色用波長選択フィルタを有することも、好ましい。
このような青色用波長選択フィルタや赤色用波長選択フィルタとしては特に制限は無く、公知のものを用いることができる。そのようなフィルタは、特開２００８−５２０６７号公報などに記載されており、この公報の内容は本発明に組み込まれる。

バックライトユニットは、その他、公知の拡散板や拡散シート、プリズムシート（例えば、住友スリーエム社製ＢＥＦシリーズなど）、導光器を備えていることも好ましい。その他の部材についても、特許３４１６３０２号、特許３３６３５６５号、特許４０９１９７８号、特許３４４８６２６号などに記載されており、これらの公報の内容は本発明に組み込まれる。

［液晶表示装置］
本発明の一態様にかかる液晶表示装置は、上述のバックライトユニットと、液晶パネルと、を少なくとも含む。

（液晶表示装置の構成）
液晶パネルの駆動表示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。液晶パネルは、ＶＡモード、ＯＣＢモード、ＩＰＳモード、またはＴＮモードであることが好ましいが、これらに限定されるものではない。ＶＡモードの液晶表示装置の構成としては、特開２００８−２６２１６１号公報の図２に示す構成が一例として挙げられる。ただし、液晶表示装置の具体的構成には特に制限はなく、公知の構成を採用することができる。

液晶表示装置の一実施形態では、対向する少なくとも一方に電極を設けた基板間に液晶層を挟持した液晶パネルを有し、この液晶パネルは２枚の偏光板の間に配置して構成される。液晶表示装置は、上下基板間に液晶が封入された液晶パネルを備え、電圧印加により液晶の配向状態を変化させて画像の表示を行う。さらに必要に応じて偏光板保護フィルムや光学補償を行う光学補償部材、接着層などの付随する機能層を有する。また、カラーフィルター基板、薄層トランジスタ基板、レンズフィルム、拡散シート、ハードコート層、反射防止層、低反射層、アンチグレア層等とともに（又はそれに替えて）、前方散乱層、プライマー層、帯電防止層、下塗り層等の表面層が配置されていてもよい。

図１０に、本発明の一態様にかかる液晶表示装置の一例を示す。図１０に示す液晶表示装置５１は、液晶パネル２１のバックライト側の面にバックライト側偏光板１４を有する。バックライト側偏光板１４は、バックライト側偏光子１２のバックライト側の表面に、偏光板保護フィルム１１を含んでいても、含んでいなくてもよいが、含んでいることが好ましい。
バックライト側偏光板１４は、偏光子１２が、２枚の偏光板保護フィルム１１および１３で挟まれた構成であることが好ましい。
本明細書中、偏光子に対して液晶パネルに近い側の偏光板保護フィルムをインナー側偏光板保護フィルムと言い、偏光子に対して液晶パネルから遠い側の偏光板保護フィルムをアウター側偏光板保護フィルムと言う。図１１に示す例では、偏光板保護フィルム１３がインナー側偏光板保護フィルムであり、偏光板保護フィルム１１がアウター側偏光板保護フィルムである。

バックライト側偏光板は、液晶パネル側のインナー側偏光板保護フィルムとして、位相差フィルムを有していてもよい。このような位相差フィルムとしては、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。

液晶表示装置５１は、液晶パネル２１のバックライト側の面とは反対側の面に、表示側偏光板４４を有する。表示側偏光板４４は、偏光子４２が、２枚の偏光板保護フィルム４１および４３で挟まれた構成である。偏光板保護フィルム４３がインナー側偏光板保護フィルムであり、偏光板保護フィルム４１がアウター側偏光板保護フィルムである。

液晶表示装置５１が有するバックライトユニット３１については、先に記載した通りである。

本発明の一態様にかかる液晶表示装置を構成する液晶パネル、偏光板、偏光板保護フィルム等については特に限定はなく、公知の方法で作製されるものや市販品を、何ら制限なく用いることができる。また、各層の間に、接着層等の公知の中間層を設けることも、もちろん可能である。

（カラーフィルター）
５００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光源を用いる場合、ＲＧＢ画素形成方法としては、公知の種々の方法を使用することができる。例えば、ガラス基板上にフォトマスク、およびフォトレジストを用いて所望のブラックマトリックス、およびＲ、Ｇ、Ｂの画素パターンを形成することもできるし、また、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素用着色インクを用いて、所定の幅のブラックマトリクス、およびｎ個置きにブラックマトリクスの幅よりも広いブラックマトリックスで区分された領域内（凸部で囲まれた凹部）に、インクジェット方式の印刷装置を用いて所望の濃度になるまでインク組成物の吐出を行い、Ｒ、Ｇ、Ｂのパターンからなるカラーフィルターを作製することもできる。画像着色後は、ベーク等することで各画素及びブラックマトリックスを完全に硬化させてもよい。
カラーフィルターの好ましい特性は特開２００８−０８３６１１号公報などに記載されており、この公報の内容は本発明に組み込まれる。
例えば、緑色を示すカラーフィルターにおける最大透過率の半分の透過率となる波長は、一方が５９０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下であり、他方が４７０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、緑色を示すカラーフィルターにおいて最大透過率の半分の透過率となる波長は、一方が５９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。さらに緑色を示すカラーフィルターにおける最大透過率は８０％以上であることが好ましい。緑色を示すカラーフィルターにおいて最大透過率となる波長は５３０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下であることが好ましい。
緑色を示すカラーフィルターにおいて、発光ピークの波長における透過率は、最大透過率の１０％以下であることが好ましい。
赤色を示すカラーフィルターは、５８０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下における透過率が最大透過率の１０％以下であることが好ましい。
カラーフィルター用顔料としては、公知のものを何ら制限なく用いることができる。なお、現在は、一般的に顔料を用いているが、分光を制御でき、プロセス安定性、信頼性が確保できる色素であれば、染料によるカラーフィルターであってもよい。

（ブラックマトリックス）
液晶表示装置には、各画素の間にブラックマトリックスが配置されていることが好ましい。ブラックストライプを形成する材料としては、クロム等の金属のスパッタ膜を用いたもの、感光性樹脂と黒色着色剤等を組み合わせた遮光性感光性組成物などが挙げられる。黒色着色剤の具体例としては、カーボンブラック、チタンカーボン、酸化鉄、酸化チタン、黒鉛などが挙げられ、中でも、カーボンブラックが好ましい。

（薄層トランジスタ）
液晶表示装置は、さらに薄層トランジスタ（以下、ＴＦＴとも言う）を有するＴＦＴ基板を有することもできる。薄層トランジスタは、キャリア濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３未満である酸化物半導体層を有することが好ましい。薄層トランジスタの好ましい態様については特開２０１１−１４１５２２号公報に記載されており、この公報の内容は本発明に組み込まれる。

以上説明した本発明の一態様にかかる液晶表示装置は、上述の導光板を備えることにより、高い色純度を示すことができるものである。

［光学シート］
本発明の更なる態様は、
支持体フィルムの少なくとも一方の表面上に直接、量子ドットがパターン状に存在する光学シート、
に関する。上記光学シートは、本発明の一態様にかかる導光板の作製に使用することができる。その詳細は、先に記載した通りである。

以下に実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

１．拡散反射パターン形成用硬化性組成物の処方
ウレタンアクリレートオリゴマー・・・２０質量％
エポキシアクリレートオリゴマー・・・１２質量％
アクリロイルモルホリン・・・１５質量％
トリプロピレングリコールジアクリレート・・・１５質量％
アセトフェノン系光重合反応開始剤・・・６質量％
酸化チタン粉末（粒径２００ｎｍ〜４００ｎｍ）・・・２０質量％
ポリアミド樹脂粉末・・・１質量％
シリコン系消泡剤・・・２質量％

２．量子ドット材料
量子ドットとしては、ＣｄＳｅ／ＺｎＳのコアシェル型量子ドットを用い、ガラスカプセルサイズで約１００ｎｍの量子ドット材料を色変換材料として用いた。ガラスカプセル化は、ＷＯ２０１１／０８１０３７Ａ１に記載の方法を参考に実施した。なお、ここで用いた量子ドット材料は、励起波長を３６５ｎｍとした場合には、粒径２ｎｍのものは青色光、粒径３ｎｍのものは緑色光し、粒径４ｎｍのものは黄色光、粒径５ｎｍのものは赤色光の蛍光を発光する。実施例では、白色光源からの光が入射することで赤色光を発光する量子ドットと緑色光を発光する量子ドットを同量混合して用いた。

３．量子ドットパターン形成用組成物の処方
ウレタンアクリレートオリゴマー・・・２０質量％
エポキシアクリレートオリゴマー・・・２０質量％
アクリロイルモルホリン・・・１５質量％
トリプロピレングリコールジアクリレート・・・１５質量％
アセトフェノン系重合開始剤・・・５質量％
量子ドット材料（量子ドットガラスカプセル）・・・２５質量％

４．拡散反射量子ドットパターン形成用組成物の処方
上記３．の処方において、量子ドット材料を、上記１．で用いた酸化チタン粉末と、上記２．で用いた量子ドット材料を、質量比で２：１の割合で混合したもの２５質量％に変更した点以外、同様の処方を用いた。なお実施例では、無機材料と量子ドットを２：１で混合したが、これら材料系の混合比率は、適宜、調整することができる。

５．導光板
導光板材料として、広く用いられているアクリル樹脂板を用いて１５インチ用のアクリル導光板（約２３０ｍｍ×３０５ｍｍ）を作製した。その厚さは、２ｍｍであった。

６．支持体フィルム
支持体フィルムとして、ＰＥＴフィルム（厚さ約１００μｍ）を用いた。

７．パターン形成方法
ピエゾタイプ、３００ｄｐｉの解像度を有するインクジェット装置を用いてパターン形成を実施した。インクの吐出量は、約３０ｐＬであり、パソコン（ＰＣ）を接続し制御して、任意の位置に、任意の量のインク吐出ができるものである。
なお、同じ位置で何度も吐出してパターンを形成すれば、膜厚を厚くすることが可能である。
また、パターン形成後には、硬化のために、紫外光を約１Ｊ／ｍ^２照射し、固化させた。

上述の材料、処方および方法により、下記実施例および比較例の導光板を作製した。特記しない限り、パターンは面内にランダムに配置し、パターンの形状は、いずれも円形とした。実施例２においては、量子ドットパターンを硬化した後、その上に量子ドットパターンよりも大きな拡散反射パターンを形成した。また、各パターンの、当該パターンが存在する面における密度は、２０〜８０％の範囲とした。

８．評価方法
以下の評価において、光源としては、青色ＬＥＤとイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）とを組合せて白色光を生成する市販の（Ｂ-ＹＡＧ方式のＬＥＤ光源を用いた。
（１）輝度の均一性
実施例、比較例の導光板に、ＬＥＤバーをサイドライト実装し、その上に市販の拡散シートを１枚配置してバックライトを作製し、輝度の測定を実施した。縦２３分割、横３０分割に領域を分割し、分割線の交点位置で輝度を測定（合計２２×３０＝６６０ポイント）して、そのバラツキを評価した。
（２）色純度
市販の１５インチモニター（ＴＮタイプ）を分解して上記（１）で作製したバックライトを配置し、色彩輝度計にて、縦横３×３の計９箇所測定し、９箇所の測定結果の平均値を用いて、ＮＴＳＣ色度範囲（図１２中の三角形）を１００とし、それに対する色再現範囲を％で表し、色純度の指標とした。

［実施例１（図１）］
本実施例では、背面における拡散反射パターンの占有率面積率および出射面における量子ドットパターンの占有面積率は、４０〜９０％の範囲で同じとした。拡散反射パターンの直径は、１００μｍ〜１ｍｍの範囲、量子ドットパターンの直径は５０〜５００μｍとした。

［比較例１］
出射面に量子ドットパターンを形成しなかった点を除き、実施例１と同様の方法により導光板の作製および評価を行った。

［実施例２（図２）］
拡散反射パターンの直径は１００μｍ〜１ｍｍの範囲、拡散反射パターンにより被覆された量子ドットパターンの直径は５０μｍ〜５００μｍの範囲とした。

［実施例３（図３）］
拡散反射量子ドットパターンの背面における占有面積率は１０％〜８０％の範囲、パターンの直径は１００μｍ〜１ｍｍの範囲とした。

［実施例４（図４）］
出射面側の量子ドットパターンの大きさを、場所により積極的に変えた点以外は、実施例１と同様とした。背面の拡散反射パターンの占有面積率は１０％〜８０％の範囲、拡散反射パターンの直径は１００μｍ〜１ｍｍの範囲、出射面の量子ドットパターンの面積占有率は４０〜９０％の範囲、量子ドットパターンの直径は５０〜５００μｍφの範囲とした。量子ドットパターンの面積占有率、密度、パターンサイズが、拡散反射パターンの面積占有率、密度、パターンサイズより大きいほど、色純度の改善については望ましいと言える。

［実施例５（図５）］
背面の拡散反射パターンを、背面で反射・拡散される光の光量が出射面側で略均一になるように、光源から離れるほど大きく形成し（直径１００μｍ〜１ｍｍ）、一方、出射面の量子ドットパターンはすべて同じサイズ（直径１０００μｍ）で形成した。出射面における量子ドットパターンの占有面積率（５０％）は、背面の拡散反射パターンの占有面積率より大きくなるようパターンを設けた。量子ドットパターンの占有面積率を、拡散反射パターンの占有面積率より大きくすることで、量子ドットによる波長変換（色変換）の効率を高めることができる。本発明の一態様によれば、液晶ディスプレイの輝度および色純度に関し、拡散反射パターン、量子ドットパターン、更には拡散反射量子ドットパターンの形状、サイズ、密度、占有面積の最適化により、より一層の輝度の面内均一化および色純度の改善を達成することができる。

［実施例６（図６）］
出射面側に、上記６．の支持体に実施例１と同様の量子ドットパターンを形成し、量子ドットパターンが液晶パネル側に配置されるように支持体表面と導光板出射面を接着剤により貼り合わせた点以外、実施例１と同様とした。

［実施例７（図７）］
上記６．の支持体に、実施例１と同様の量子ドットパターンおよび拡散反射パターンをほぼ同数ずつ、両パターンによる支持体表面の占有面積が４０〜９０％の範囲となるように作製し、パターンが光源側に配置されるように支持体表面と導光板出射面を接着剤により貼り合わせた点以外、実施例１と同様とした。

以上の実施例、比較例の評価結果を、表１に示す。

表１に示す結果から、実施例においては、色純度の改善が達成されたことが確認できる。また、形成するパターンの形状、密度、占有面積率等を調整することにより、色純度の改善とともに輝度の均一性の向上も可能となることも、実施例１の結果から確認できる。
本発明の一態様によれば、このように、従来の導光板作製プロセスに準じて、または安価かつ簡便なプロセスにより、色純度の改善、輝度の均一性向上が可能となる。

本発明は、液晶表示装置の製造分野において、有用である。

Claims (7)

1. 端面から入射された光が出射される光出射面と、該光出射面と対向する背面とを有する導光板であって、
   前記背面に無機材料を含む複数の拡散反射パターンを有し、
   少なくとも、前記光出射面に、量子ドットがパターン状に存在し、かつ下記（１）および（２）の少なくとも１つを満たす、導光板：
   （１）前記量子ドットのパターンの前記光出射面における占有面積は、前記背面における拡散反射パターンの占有面積より大きい；
   （２）前記量子ドットのパターンの前記光出射面における密度は、前記背面における拡散反射パターンの密度より大きい。
2. 導光板基材シートと、該シートと隣接するフィルムと、を含み、
   前記量子ドットは、前記フィルムの導光板基材シートと隣接する面とは反対の面にパターン状に存在する、請求項１に記載の導光板。
3. 導光板基材シートを含み、
   前記量子ドットは、前記導光板基材シートの表面に直接存在する請求項１に記載の導光板。
4. 前記量子ドットは、最表面にガラス被覆層を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光板と、
   前記導光板の端面側に位置する光源と、
   を含むバックライトユニット。
6. 前記光源は、白色光源である請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 請求項５または６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。