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JP2023182725A - バックライト用波長変換部材、及びその製造方法 - Google Patents

バックライト用波長変換部材、及びその製造方法 Download PDF

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JP2023182725A
JP2023182725A JP2023171678A JP2023171678A JP2023182725A JP 2023182725 A JP2023182725 A JP 2023182725A JP 2023171678 A JP2023171678 A JP 2023171678A JP 2023171678 A JP2023171678 A JP 2023171678A JP 2023182725 A JP2023182725 A JP 2023182725A
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resin
layer
quantum dots
wavelength conversion
film
Prior art date
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JP2023171678A
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和則 飯田
Kazunori Iida
絵美 堤
Emi Tsutsumi
美佳 庭木
Mika Niwaki
潤 金野
Jun Konno
惣一朗 荷方
Soichiro Nikata
秀敏 田中
Hidetoshi Tanaka
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Toppan Holdings Inc
Original Assignee
Toppan Holdings Inc
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Abstract

【課題】特に、量子ドットの凝集の問題や散乱剤使用の問題を解決し、光変換効率の低下を抑え、量子ドットを含有する樹脂成形体の光変換効率の向上を図ることが可能なバックライト用波長変換部材、及びその製造方法、並びに、波長変換部材を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のバックライト用波長変換部材は、複数の樹脂層が積層され、少なくとも一層の樹脂層に量子ドットを含有し、前記複数の樹脂層が、共押出成形にて一体化されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト用波長変換部材、及びその製造方法に関する。
量子ドットは、数百～数千個程度の原子から構成された、粒径が数ｎｍ～数十ｎｍ程度のナノ粒子である。量子ドットは、蛍光ナノ粒子、半導体ナノ粒子、またはナノクリスタルとも呼ばれる。
量子ドットは、ナノ粒子の粒径や組成によってピーク発光波長を種々変更することができ、従って目的とする波長に調整することができる。量子ドットを樹脂中に分散させ、波長変換材料として用いることが可能であり、例えば、特許文献１では量子ドットを樹脂中に分散させたフィルムが記載されている。
特開２０１７－１６７３２０号公報
しかしながら、特許文献１に示すフィルムでは、フィルムを貼り合せており、複雑な作業が必要になり、また光変換効率が低下しやすい問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、量子ドットを含有する樹脂成形体の光変換効率の向上を図ることが可能なバックライト用波長変換部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のバックライト用波長変換部材は、複数の樹脂層が積層され、少なくとも一層の樹脂層に量子ドットを含有し、前記複数の樹脂層が、共押出成形にて一体化されており、前記樹脂層は、前記量子ドットを含む中層と、前記中層の上下に形成された前記量子ドットを含まない上層及び下層との３層構造であり、前記上層及び前記下層は、光散乱剤を含み、前記中層と前記上層との界面、及び前記中層と前記下層との界面には接着層がなく、各樹脂層が直接接合される、ことを特徴とする。
本発明のバックライト用波長変換部材によれば、共押し出しで一体成形することで、複雑な製造工程が必要とならず、光変換効率を向上させることができる。
また、本発明のバックライト用波長変換部材を用いることで、量子ドットを用いた高効率な波長変換部材を製造することが可能である。
また、本発明のバックライト用波長変換部材の製造方法によれば、複雑な張り合わせ工程を挟まずに製造することが可能である。
第１実施形態におけるバックライト用波長変換部材の断面図である。 図２Ａは本実施形態における量子ドットの模式図である。図２Ｂは本実施形態における量子ドットの模式図である。 第２実施形態におけるバックライト用波長変換部材の断面図である。 第３実施形態におけるバックライト用波長変換部材の断面図である。 第４実施形態におけるバックライト用波長変換部材の断面図である。 本実施形態におけるバックライト用波長変換部材の製造工程を示すフローチャートである。 実施例９における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１０における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１１における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１２における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１３における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１４における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例１５における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図の拡大写真である。 実施例９における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１０における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１１における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１２における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１２における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである（図１７で測定した実施例１２を上下裏返しにして測定）。 実施例１３における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１４における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１４における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１５における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１６における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１７における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１８における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１９における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである。 実施例１２における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである（ただし、ＢＥＦ無しで測定した）。 実施例１２における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである（ただし、ＢＥＦ無しで測定した）（図２７で測定した実施例１２を上下裏返しにして測定）。 実施例１４における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである（ただし、ＢＥＦ無しで測定した）。 実施例１４における量子ドット含有樹脂フィルムのスペクトルである（ただし、ＢＥＦ無しで測定した）（図２９で測定した実施例１４を上下裏返しにして測定）。
以下、本発明の一実施形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
図１は、第１実施形態における量子ドット含有樹脂フィルムの断面図を示す。ここで、「フィルム」とは、可撓性のあるシート物であると定義される。また、「シート」とは、一般的に、その厚さが長さ及び幅の割に小さい構成とされる。特に、量子ドット含有樹脂フィルムやシートの長さ寸法Ｌ、幅寸法Ｗ、及び厚さ寸法Ｔは、限定されるものでなく、製品によって種々寸法は変更される。例えば、テレビのように大型の製品のバックライト用として用いる場合もあれば、スマートフォンのように小型の携帯機器のバックライト用として用いる場合もある。したがって製品に合わせて大きさが決定されることになる。
以下では、量子ドット含有樹脂フィルムとして説明するが、量子ドット含有樹脂シートと読み替えることも可能である。
図１に示すように、量子ドット含有樹脂フィルム１は、例えば、３層フィルム構造である。図１に示す中層１ｂが、量子ドット（ＱＤ）を含有する層である。量子ドットについて説明する。
量子ドットは、バンド端発光による蛍光特性を有し、その粒子の大きさから量子サイズ効果を発現する。
量子ドットは、数ｎｍ～数十ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子を指す。例えば、量子ドットは、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＴｅＳ、ＩｎＰ、ＡｇＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳ２等、若しくはそれら量子ドットをコアとしてシェルで被覆した構造の量子ドット等で形成される。Ｃｄはその毒性から各国でその使用に規制があるため、量子ドットに、Ｃｄは含まないことが好適である。
図２Ａに示すように、量子ドット１０の表面には多数の有機配位子１１が配位していることが好ましい。これにより、量子ドット１０同士の凝集を抑制でき、目的とする光学特性が発現する。反応に用いることのできる配位子は特に限定されないが、例えば、以下の配位子が、代表的なものとして挙げられる。
脂肪族１級アミン系、オレイルアミン：Ｃ１８Ｈ３５ＮＨ２、ステアリル（オクタデシル）アミン：Ｃ１８Ｈ３７ＮＨ２、ドデシル（ラウリル）アミン：Ｃ１２Ｈ２５ＮＨ２、デシルアミン：Ｃ１０Ｈ２１ＮＨ２、オクチルアミン：Ｃ８Ｈ１７ＮＨ２
脂肪酸、オレイン酸：Ｃ１７Ｈ３３ＣＯＯＨ、ステアリン酸：Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、パルミチン酸：Ｃ１５Ｈ３１ＣＯＯＨ、ミリスチン酸：Ｃ１３Ｈ２７ＣＯＯＨ、ラウリル（ドデカン）酸：Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＯＨ、デカン酸：Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ、オクタン酸：Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯＨ
チオール系、オクタデカンチオール：Ｃ１８Ｈ３７ＳＨ、ヘキサンデカンチオール：Ｃ１６Ｈ３３ＳＨ、テトラデカンチオール：Ｃ１４Ｈ２９ＳＨ、ドデカンチオール：Ｃ１２Ｈ２５ＳＨ、デカンチオール：Ｃ１０Ｈ２１ＳＨ、オクタンチオール：Ｃ８Ｈ１７ＳＨ
ホスフィン系、トリオクチルホスフィン：（Ｃ８Ｈ１７）３Ｐ、トリフェニルホスフィン：（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ、トリブチルホスフィン：（Ｃ４Ｈ９）３Ｐ
ホスフィンオキシド系、トリオクチルホスフィンオキシド：（Ｃ８Ｈ１７）３Ｐ＝Ｏ、トリフェニルホスフィンオキシド：（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ＝Ｏ、トリブチルホスフィンオキシド：（Ｃ４Ｈ９）３Ｐ＝Ｏ
また、図２Ｂに示す量子ドット１０は、コア１０ａと、コア１０ａの表面に被覆されたシェル１０ｂと、を有するコアシェル構造である。図２Ｂに示すように、量子ドット１０の表面には多数の有機配位子１１が配位していることが好ましい。図２Ｂに示す量子ドット１０のコア１０ａは、図２Ａに示すナノ粒子である。したがって、コア１０ａは、例えば、上記に挙げた材質により形成される。シェル１０ｂの材質を問うものではないが、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等で形成される。シェル１０ｂもコア１０ａと同様に、カドミウム（Ｃｄ）を含まないことが好ましい。
なお、シェル１０ｂは、コア１０ａの表面に固溶化した状態であってもよい。図２Ｂでは、コア１０ａとシェル１０ｂとの境界を点線で示したが、これは、コア１０ａとシェル１０ｂとの境界を分析により確認できてもできなくてもどちらでもよいことを指す。
中層１ｂに含まれる量子ドット１０は、１種類だけではなく、必要に応じて蛍光波長の異なる２種類以上のＱＤを含有させることができる。
中層１ｂは、量子ドット１０を分散した樹脂組成物により形成される。上層１ａ、中層１ｂ及び下層１ｃはいずれも樹脂層であり、樹脂層には、非晶性樹脂が用いられることが好ましい。非晶性樹脂は、特に限定されるものでないが、透明度の高い樹脂が用いられる。一般的に全光線透過率が８５％以上の樹脂が好ましいが、特に限定されるものではない。非晶性の樹脂としては、環状ポリオレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ： ＣＯＰ）、環状ポリオレフィンコポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ： ＣＯＣ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅ）： ＰＳ）、アクリル樹脂（Ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙ（ｃａｒｂｏｎａｔｅ）：ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍｏｄｉｆｉｅｄ－Ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ）： ＰＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）： ＰＥＴ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡＬ）、ポリメチルペンテン（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ： ＰＭＰ）、透明度の高い半結晶樹脂としては、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ： ＰＥ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ： ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）： ＰＶＤＦなど、溶融押出成形可能な樹脂を使用することができる。
また本実施形態で用いる非晶性樹脂の組み合わせは、部材に必要な物性や機能に合わせて行うため、特に限定はしない。
また、量子ドットを分散させる樹脂成形体を構成する非晶性樹脂としては、量子ドットの樹脂への分散性や分散後の蛍光強度から、アクリル樹脂や環状オレフィン樹脂のホモポリマー（ＣＯＰ）やコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、あるいは耐熱性の観点からはポリカーボネート（ＰＣ）が好ましい。
図１に示す上層１ａと下層１ｃは、量子ドット１０を含有しない樹脂層となっており、中層１ｂの保護層としての役割を果たす。上層１ａ及び下層１ｃは、上記に挙げた樹脂材料等により形成される。上層１ａ及び下層１ｃは、例えば、アクリル樹脂等にて、中層１ｂの外層に形成されることで、中層１ｂを外傷から保護することができる。あるいは、上層１ａ及び下層１ｃが、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）やエチレンビニルアルコール（ＥＶＡＬ）等にて、中層１ｂの外層に形成されることによって、水や酸素からのバリア層として機能する。又は、上層１ａ及び下層１ｃが、ＰＥＴやポリカーボネート（ＰＣ）、或いは、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）や環状ポリオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等にて、中層１ｂの外層に用いられることで、フィルムを割れにくくでき、フィルムのハンドリング性を向上させることができる。
また、量子ドット１０を含有する中層１ｂの上下に形成される外層（上層１ａ及び下層１ｃ）は、フィルムの平坦化やフィルム総厚みの調整にも用いられる。
なお、上層１ａ及び下層１ｃは、必ずしも同じ厚みで形成される必要はなく、また、同じ樹脂材料である必要もない。上層１ａ及び下層１ｃは、機能的に、非対称な構造であってもよい。
また、上層１ａ或いは下層１ｃ、又は、上層１ａ及び下層１ｃには、量子ドット以外の蛍光顔料や蛍光染料等の蛍光体が含まれていてもよい。
図１に示す量子ドット含有樹脂フィルム１は、量子ドット１０を含む樹脂層（中層１ｂ）と、量子ドット１０を含まない樹脂層（上層１ａと下層１ｃ）とが共押出成形にて一体化されている。すなわち、中層１ｂと上層１ａとの界面、及び、中層１ｂと下層１ｃとの界面には接着層がなく、各樹脂層が直接接合されている。よって、量子ドット含有樹脂フィルム１を適切に薄型化することが可能であり、また、光変換効率を高めることができる。
図１において、量子ドットを含む樹脂層を、上層１ａ或いは下層１ｃに用いることもできる。これにより、量子ドットを膜厚方向に偏在させることができる。
図３に示す第２実施形態の量子ドット含有樹脂フィルム２は、量子ドット１０を含む中層２ｂと、中層２ｂの上下に形成された、量子ドット１０を含まない上層２ａ及び下層２ｃの３層フィルム構造である。
量子ドット含有樹脂フィルム２の上層２ａ及び下層２ｃには、夫々、添加剤が含有されている。添加剤は１種以上含まれる。添加剤の種類を限定するものではないが、例えば、添加剤としては、シリカ（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の光散乱剤や、タルク及び金属石鹸などの滑剤、アンチブロッキング剤、或いは、ガラス繊維やビーズなど補強剤などを加えて、各種機能を持たせることが可能である。また、上層１ａや下層１ｃには、量子ドット以外の蛍光顔料や蛍光染料等の蛍光体が含まれていてもよい。なお、上層１ａと下層１ｃには、必ずしも同じ添加剤が含まれていなくてもよい。
図４に示す第３実施形態の量子ドット含有樹脂フィルム３は、上層３ａ及び中層３ｂに夫々、量子ドットが含まれている。また、下層３ｃは、量子ドットを含まない樹脂層である。上層３ａに含まれる量子ドットと、中層３ｂに含まれる量子ドットとを異なる種類とすることができる。なお、下層３ｃには、量子ドット以外の蛍光顔料や蛍光染料等の蛍光体が含まれていてもよい。
例えば、上層３ａに赤色発光の量子ドットを含有し、中層３ｂに、緑色発光の量子ドットを含有することができる。中層３ｂに赤色発光の量子ドットを含有し、上層３ａに、緑色発光の量子ドットを含有してもよい。
例えば、量子ドット含有樹脂フィルム３を、波長変換部材として用いる場合、赤色発光の量子ドットが緑色発光の量子ドットの蛍光を吸収することを回避するために、赤色発光の量子ドットを含有する層を励起光側に配置し、励起光から離れた側の層に、緑色発光の量子ドットを含有させることが好ましい。
すなわち、量子ドットを波長変換材料として用いる場合、蛍光波長の異なる量子ドットを２種類以上用いる。例えば、ディスプレイ用途の波長変換部材では、バックライトの励起光として青色ＬＥＤ光を用いて、２種類の緑色発光の量子ドットと赤色発光の量子ドットにより励起光を変換する方法が採られる。
このとき、赤色発光の量子ドットは励起光のみではなく緑色発光の量子ドットの蛍光を吸収しうるため、緑色蛍光の強度が低下する。
この緑色発光の強度低下を補うため、すなわち緑色の光変換効率を高く保つために量子ドットをより高濃度で用いる必要がある。この場合、粒子の凝集が起こりやすくなり、緑色単色での自己吸収も起こるため、高濃度になるに従って量子ドットの光変換効率は低くなってしまうという問題があった。
また、光散乱剤を併用して、量子ドットの濃度を低く保つ方法が一般的に採られるが、すべての光が散乱されるため、散乱効果の増大とともに緑色光が赤色発光の量子ドットに吸収されて赤色に変換されてしまい、結果として色度に影響を与えるという弊害があった。このため散乱剤の使用によって光変換効率を上げることができても十分ではなかった。
これに対して、本実施形態では、上層３ａに赤色発光の量子ドットを含有し、中層３ｂに、緑色発光の量子ドットを含有する。このため、各層での量子ドット濃度を低く抑えることができる。このとき、赤色発光の量子ドットを含有する層を励起光側に配置し、励起光から離れた側の層に、緑色発光の量子ドットを含有させることで、赤色発光の量子ドットが緑色発光の量子ドットの蛍光を吸収することを回避でき、光変換効率を向上させることができる。
図４に示す下層３ｃは、図３の上層２ａや下層２ｃと同様に機能性添加剤を含んでいてもよい。また、図４の量子ドット含有樹脂フィルム３は、上層３ａと中層３ｂの２層で形成され、下層３ｃが形成されていなくてもよい。
また、図４に示す上層３ａと下層３ｃに、量子ドットを含有し、中層３ｂは、量子ドットを含有しない樹脂層としてもよい。このとき、中層３ｂには、量子ドット以外の蛍光顔料や蛍光染料等の蛍光体が含まれていてもよい。
なお、量子ドットを含有しない層は、層間の界面での光の反射や屈折などを考慮して、光線透過率や屈折率を適宜選択することが好ましい。
図５に示す第４実施形態の量子ドット含有樹脂フィルム４は、第１の量子ドットを含む樹脂層としての上層４ａと、第２の量子ドットを含む樹脂層としての下層４ｃと、上層４ａと下層４ｃとの間に位置し、第１の量子ドットと第２の量子ドットの双方を含む中層４ｂとの積層フィルム構造で形成される。例えば、第１の量子ドットが緑色発光の量子ドットであり、第２の量子ドットが赤色発光の量子ドットである。したがって、中層４ｂには、緑色発光の量子ドットと赤色発光の量子ドットの双方が含まれる。
緑色発光の量子ドットは、下層４ｃに含まれておらず、中層４ｂと上層４ａの双方に含まれるが、上層４ａのほうが中層４ｂより多く含まれる。したがって、緑色発光の量子ドットは、下層４ｃから上層４ａにかけて濃度が大きくなる濃度勾配（グラジエント）を有する。
一方、赤色発光の量子ドットは、上層４ａに含まれておらず、中層４ｂと下層４ｃの双方に含まれる。下層４ｃのほうが中層４ｂより多く含まれる。したがって、赤色発光の量子ドットは、上層４ａから下層４ｃにかけて濃度が大きくなる濃度勾配（グラジエント）を有する。
なお、図５では、２種類の異なる量子ドットを用いたが、例えば、１種類の量子ドットを各樹脂層に異なる濃度で含有し、１種類の量子ドットのみに対して濃度勾配（グラジエント）をつけてもよい。
なお、図１、図３から図５に示す各実施形態は、３層フィルム構造であるが、層数を限定するものではない。また各層に用いる樹脂層も２種以上であればよい。
また、樹脂成形体は２層、３層以上の積層体であり、量子ドットがそれぞれの樹脂層に分散していることが重要である。この構造を応用して、量子ドットの自己吸収の抑制や、発光波長の異なる量子ドットによる蛍光吸収の抑制や、酸素や水分からの保護、光変換効率の増大、光散乱などの機能を発現できる。必要な機能は各層の厚みや組み合わせによって調整可能である。必要とされる機能は用途によって異なるため、本実施形態では多層フィルムの層構造を厳密には限定しない。
本実施形態では、樹脂層の全体に占める量子ドットの濃度は、０．０５％以上１．５％以下であることが好ましい。このように、本実施形態では、量子ドットの含有量を低減することが可能であるため、量子ドットの凝集の問題を根本的に回避することが可能である。
また、本実施形態では、樹脂層の総厚みが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、各樹脂層を一体化でき、接着層が必要ないため、薄型化できる。
また、本実施形態では、青色光強度に対する緑色光強度比、及び青色光強度に対する赤色光強度比をそれぞれ、０．３以上とすることができる。特に、励起光側に赤色発光の量子ドットを含む樹脂層を形成し、励起側から離れた樹脂層に緑色発光の量子ドットを含有することで、赤色発光の量子ドットが緑色発光の量子ドットの蛍光を吸収することを回避でき、上記強度比を適切に得ることができる。
また、本実施形態では、青色光強度、緑色光強度、及び赤色光強度の各蛍光半値幅を、１００ｎｍ以下とすることができる。
次に、本実施形態の量子ドット含有樹脂フィルム及び波長変換部材の製造方法について説明する。図６に示すように、まず量子ドット溶液と樹脂ペレットとを混合、乾燥させる（ステップＳＴ１、ＳＴ２）。これにより、表面に量子ドットが塗された樹脂ペレットを得る。
続いて、樹脂ペレットを、例えば、２軸押出機により混練し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、量子ドットが樹脂中に分散した樹脂ペレットを得る（ステップＳＴ３、ＳＴ４）。
次に、複数種類の樹脂ペレットを、成形機の別々の原料投入口に投入し、共押出成形機によって溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって積層構造を有する量子ドット含有樹脂フィルムを得る（ステップＳＴ５）。
そして、量子ドット含有樹脂フィルムを成形加工して所望の波長変換部材を得ることができる（ステップＳＴ６）。
本実施形態では、２種類以上の層分離した樹脂層を共押出成形など一般的な樹脂成形で成形可能であるため、Ｔダイのサイズを変えれば幅広のフィルム成形が可能である。また、樹脂層の並びを自由に変更できるため、自由度の高い機能性多層フィルムの設計を可能とする。
また、本実施形態では、張り合わせの積層フィルムとは異なり光学接着剤を用いないため、接着層による光線透過率の低下などが抑制される。また、不必要な厚みの増大も抑えられる。
また、本実施形態の製造方法で形成された量子ドット含有フィルムでは、量子ドットの自己吸収に起因する変換効率の低下を抑制し、発光効率を上げることが可能である。
本実施形態では、２種類以上の量子ドットを、２種類以上の樹脂層のそれぞれに独立して分散させており、各樹脂層の積層の順番を自由に設計することが可能である。例えば、波長変換部材として用いる場合は、赤色発光の量子ドットが緑色発光の量子ドットの蛍光を吸収することを回避するために、赤色発光の量子ドットの含有する層を励起光側に配置し、その上に緑色発光の量子ドットを含有する層を配置することが好ましい。
本実施形態では、量子ドットを含有する樹脂層以外に、光拡散機能を有する層やフィルム保護となる外層などを適宜配置できる。量子ドットを含有しない樹脂層には、量子ドット以外の蛍光顔料や蛍光染料等の蛍光体を含むことができる。
また、本実施形態で用いることのできる樹脂は、基本的には、屈折率の異なる透明樹脂であるが、各層に同一の材料を用いてもかまわない。これらの樹脂の種類の組み合わせは数多くあるため、目的に応じた製品設計をする際に、多くの選択肢が得られるという利点がある。
本実施形態では、押出機よる混錬によって、樹脂に量子ドットを機械的に練り込むため、分散の前処理の必要がない。従って、用いる量子ドットの組成や形状、シェル構造は特に限定されず、カドミウム（Ｃｄ）を含有するＣｄ系の量子ドットや、Ｃｄを含有しないＣｄフリーの量子ドットなどを用いることができる。
本実施形態で用いられる樹脂層は、非晶性の透明樹脂であり、それらの屈折率が異なることから、樹脂層の界面において光の反射が起こる。樹脂層の界面における２種類の樹脂の屈折率差を調節することによって、量子ドットによって波長変換された光が漏洩するのを抑えたり、効率よく取り出したりすることができる。
本実施形態では、量子ドットを含む樹脂層の多層化以外に、必要な機能を追加することが可能であり、図３で説明したように、様々な添加剤を使用することが可能である。例えば、光散乱剤、安定剤や酸化防止剤、滑剤やアンチブロッキング剤、可塑剤などが代表的な添加剤として挙げられるがこれらに限定されるものではない。
本実施形態では、有機系または無機系の光散乱剤などを用いることが可能である。この場合、光散乱剤は押出成形の際にパウダーと樹脂ペレットの形式で直接混錬することも可能であるが、特定の相に分散させるべく、あらかじめ光散乱剤を練り込んだ樹脂を原料として用いることによって光拡散層を形成することが可能である。
また、量子ドットを分散させる樹脂層以外に最外層を配置する場合、例えば、酸素や水からの保護とする場合は、酸素や水の透過率が比較的低いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌａｌｃｈｏｌ）： ＰＶＡ）やポリエチレンビニルアルコール（Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌａｌｃｈｏｌ）： ＥＶＡＬ）などを用いることが望ましい。
このように本実施形態では、量子ドットを含有した透明樹脂を任意のサイズ、形状に成形することができる。成形方法は従来の押出成形を応用した共押出成形であるため、連続的な生産が可能であり、フィルムの張り合わせ工程を含む製造方法などと比較すると、光学的機能を備えた多層フィルムを安価に製造することが可能である。
また、量子ドットを分散させる多層フィルムを構成する非晶性樹脂としては、用いる樹脂の屈折率差が大きいほうが望ましい。このため、屈折率の低い樹脂と屈折率の高い樹脂の組み合わせが好ましい。代表的なものとしてアクリル樹脂と環状ポリオレフィンポリマーといった組み合わせ、アクリル樹脂とポリエチレンテレフタレート樹脂などの組み合わせなどが好ましい。これによって、樹脂層の界面での光の反射、屈折によって散乱剤を用いずに光の変換効率の増大が可能となる。
本実施形態では、樹脂成形体は２層または３層以上の透明樹脂からなっているが、層構造は共押出成形によって１工程で製造されるため、基本的に端面や切断面が剥離することがない一体構造となる。この層構造はマイクロスコープなどの光学機器で確認することが可能である。
以下、本発明の実施例により本発明の効果を説明する。なお、本発明の実施形態は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
［材料］
実験では、樹脂成形体を作製するにあたり以下の材料を用いた。なお、いずれの原料も使用前には真空乾燥オーブン内で、減圧下８０℃以上の条件で１日以上乾燥した。
樹脂：
環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）：日本ゼオン株式会社 ゼオノア（登録商標）１０６０Ｒ
アクリル系樹脂（ＰＭＭＡ）：三菱ガス化学株式会社 オプティマス（登録商標）７５００ＦＳ
ポリエステル系樹脂（ＰＥＴ）：三菱ガス化学株式会社 アルテスタ（登録商標）４２０３Ｆ
添加剤：
ステアリン酸亜鉛（ＺｎＳｔ）：Ａｌｄｒｉｃｈ株式会社製
実験では、量子ドット（ＱＤ）として以下の材料を用いた。なお、いずれの量子ドット（ＱＤ）も、ヘキサン（Ｈｅｘａｎｅ：Ｃ６Ｈ１２）溶媒に分散させた状態で用いた。また濃度は日本分光株式会社製の紫外－可視分光光度計（ＵＶ－Ｖｉｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）Ｖ－７７０を用いて吸収率を定量することによって光学的に求めた。
Ｃｄ系量子ドット（ＱＤ）：コア／シェル構造を有する緑色発光量子ドット（以下、Ｇ－ＱＤと称する）と赤色発光量子ドット（以下、Ｒ－ＱＤと称する）
Ｃｄフリー量子ドット（ＱＤ）：コア／シェル構造を有する緑色発光量子ドット（Ｇ－ＱＤ）と赤色発光のＣｄフリー量子ドット（Ｒ－ＱＤ）
［押出機］
ペレット製造用押出機
メーカー名 テクノベル株式会社
仕様 スクリュ径：２５ｍｍの２軸押出機
Ｌ／Ｄ：４０
最高混練温度：４００℃
共押出用フィルム押出機
メーカー名 テクノベル株式会社
仕様 スクリュ径：１５ｍｍの２軸押出機、１５ｍｍの単軸押出機２機の計３機
Ｌ／Ｄ：４０
最高射出温度：４００℃
Ｔダイ幅２００ｍｍ
［光学測定機器］
分光放射計
メーカー名 トプコンテクノハウス株式会社 ＳＲ３－ＡＲ、及び、ＳＲ３Ａ
［光学測定機器］
マイクロスコープ
メーカー名 キーエンス株式会社 ＶＨＸ－５０００
［実施例１］
アクリル樹脂２ｋｇをＣｄ系Ｇ－ＱＤのヘキサン分散溶液、３０ｍＬ（濃度は、光学的な吸収率より求め、この値から必要溶液量を計算した）と混合し、分散溶液をペレット全体に塗した。ヘキサン溶液を蒸発させることによってＱＤが表面に塗された樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（６．０ｇ：０．３ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって、成形温度２００～２３０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤが樹脂中に分散したアクリル樹脂ペレットを得た。
得られたＧ－ＱＤ含有アクリル樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、Ｃｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例２］
アクリル樹脂、２ｋｇをＣｄ系Ｒ－ＱＤのヘキサン分散溶液、２５ｍＬと混合し、分散溶液をペレット全体に塗した。ヘキサン溶液を蒸発させることによってＱＤが表面に塗されたアクリル樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（４．０ｇ：０．２ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって、成形温度２００～２３０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがアクリル樹脂中に分散したアクリル樹脂ペレットを得た。
得られたＲ－ＱＤ含有アクリル樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、Ｃｄ系Ｒ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例３］
ＣＯＰ２ｋｇをＣｄ系Ｇ－ＱＤのヘキサン分散溶液、３０ｍＬと混合し、ヘキサン溶液を素早く蒸発させつつ、ＱＤがペレット表面に塗されたＣＯＰ樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（６．０ｇ：０．３ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって、成形温度２００～２２０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがＣＯＰ樹脂中に分散したペレットを得た。
得られたＧ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、Ｃｄ系Ｇ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例４］
ＣＯＰ２ｋｇをＣｄ系Ｒ－ＱＤのヘキサン分散溶液、２５ｍＬと混合し、ヘキサン溶液を素早く蒸発させつつ、ＱＤがペレット表面に塗されたＣＯＰ樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（４．０ｇ：０．２ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって、成形温度２００～２２０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがＣＯＰ樹脂中に分散したペレットを得た。
得られたＲ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、Ｃｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例５］
ＰＥＴ樹脂２ｋｇをＣｄ系Ｇ－ＱＤのヘキサン分散溶液、３０ｍＬと混合し、ＱＤがペレット表面に塗されたＰＥＴ樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（６．０ｇ：０．３ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって成形温度２２０～２３０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがＰＥＴ樹脂中に分散したペレットを得た。
得られたＧ－ＱＤ含有ＰＥＴ樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、Ｃｄ系Ｇ－ＱＤ含有ＰＥＴ樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例６］
ＰＥＴ樹脂２ｋｇをＣｄ系Ｇ－ＱＤのヘキサン分散溶液、２５ｍＬと混合し、ＱＤがペレット表面に塗されたＰＥＴ樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（４．０ｇ：０．２ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをＰＥＴペレット表面に塗した。
これを２軸押出機の原料投入口に投入し、２２０℃～２３０℃の温度で混錬した。得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがＰＥＴ樹脂中に分散したペレットを得た。
得られたＲ－ＱＤ含有ＰＥＴ樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンで乾燥し、Ｃｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＰＥＴ樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例７］
アクリル樹脂２ｋｇをＣｄフリーのＧ－ＱＤのヘキサン分散溶液、４０ｍＬと混合し、分散溶液をペレット全体に塗した。ヘキサン溶液を蒸発させることによってＱＤが表面に塗された樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（１０．０ｇ：０．５ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって、成形温度２００～２３０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤが樹脂中に分散したアクリル樹脂ペレットを得た。
得られたＧ－ＱＤ含有アクリル樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、ＣｄフリーＧ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
［実施例８］
アクリル樹脂２ｋｇをＣｄフリーのＲ－ＱＤのヘキサン分散溶液、６０ｍＬと混合し、分散溶液をペレット全体に塗した。ヘキサン溶液を蒸発させることによってＱＤが表面に塗された樹脂ペレットを得た。
これにＺｎＳｔ（６．０ｇ：０．３ｗｔ％）を添加して、ペレットとパウダーをドライミキシングすることによってＺｎＳｔをペレット表面に塗した。
こうして得られたペレットを２軸押出機によって成形温度２００～２３０℃で混錬し、得られたストランドをペレタイザーで切断することによって、ＱＤがアクリル樹脂中に分散したペレットを得た。
得られたＲ－ＱＤ含有アクリル樹脂ペレットは、真空乾燥オーブンにて６０℃で２４時間以上乾燥し、ＣｄフリーＲ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチとして次の工程で用いた。
実施例１から実施例８を表１にまとめた。なお表１に示すＱＤ濃度は、光学的に求めた濃度と熱重量分析（Ｔｈｅｒｍｏ Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＴＧＡ）によるＱＤ重量（ｗｔ％）の相関より求めた計算値である。
Figure 2023182725000002
［実施例９］
ＰＥＴ樹脂ペレット原料１ｋｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ４００ｇをアクリル樹脂原料６００ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＰＥＴ樹脂ペレット原料１ｋｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３２０μｍのフィルムを成形した。得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１０］
ＰＥＴ樹脂ペレット原料１ｋｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例２で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ８００ｇをアクリル樹脂原料２００ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＰＥＴ樹脂ペレット原料を原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３５０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１１］
ＰＥＴ樹脂ペレット原料５００ｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇと実施例２で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ５００ｇとアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇとを混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、アクリル樹脂ペレット原料を原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３６０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１２］
実施例２で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ５００ｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇをアクリル樹脂アクリル樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、アクリル樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３５０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１３］
アクリル樹脂ペレット原料１ｋｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇ、実施例２で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ５００ｇとアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇを混合した計１ｋｇのペレット混合物を成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、アクリル樹脂ペレット原料１ｋｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３８０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１４］
実施例４で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂ペレット原料マスターバッチ５００ｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例３で作製したＧ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇをＣＯＰ樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＣＯＰ樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３２０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１５］
ＰＥＴ樹脂ペレット原料５００ｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例４で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇをＣＯＰ樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＰＥＴ樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み３６０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１６］
実施例６で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＰＥＴ樹脂マスターバッチ２５０ｇとＰＥＴ樹脂ペレット原料２５０ｇを混合したものを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇをアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＰＥＴ樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み２００μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１７］
実施例４で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇとＣＯＰ樹脂ペレット原料２５０ｇを混合したものを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例３で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇを実施例４で作製したＣｄ系Ｒ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、実施例３で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有ＣＯＰ樹脂マスターバッチ２５０ｇとＣＯＰ樹脂ペレット原料２５０ｇを混合したものを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、厚さ１４０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１８］
実施例８で作製したＣｄフリーＲ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ５００ｇを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例７で作製したＣｄフリーＧ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇをアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、ＰＥＴ樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み２４０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
［実施例１９］
実施例８で作製したＣｄフリーＲ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇとアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇを混合したものを成形機の原料投入口１に投入し（樹脂層１）、実施例１で作製したＣｄ系Ｇ－ＱＤ含有アクリル樹脂マスターバッチ２５０ｇをアクリル樹脂ペレット原料２５０ｇと混合したものを成形機の原料投入口２に投入し（樹脂層２）、アクリル樹脂ペレット原料５００ｇを原料投入口３に投入した（樹脂層３）。
これを共押出成形機によって成形温度２００～２４０℃で溶融しつつ、Ｔダイから押し出すことによって３層構造を有するフィルムを得た。
押出速度や巻き取り速度の調節によって、総厚み２２０μｍのフィルムを成形した。
得られたフィルムはロールで巻き取られ、必要サイズにカットされたものを分光放射計でスペクトル測定した。
実施例９から実施例１９を表２にまとめた。ここで、表２に示すＱＤ濃度は、光学的に求めた濃度と熱重量分析（Ｔｈｅｒｍｏ Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＴＧＡ）によるＱＤ重量（ｗｔ％）の相関より求めた計算値である。また、表２に示す総厚みは、マイクロメーターを用いて測定した実測値である。
Figure 2023182725000003
図７から図１３のフィルム断面の拡大観察の結果により、フィルムが実際に３つの層から成っており、目的とする量子ドット（ＱＤ）が均一に分散した構造になっていることが証明された。
また、実施例９から実施例１９における３層フィルムは、実施例１５を除いていずれも一体構造をとっており、細かく粉砕しても断片となったフィルムからは表層の剥離は一切起こらなかった。実施例１５のみは力を加えると、層間で剥離するが、これはＰＥＴ樹脂とＣＯＰ樹脂との相溶性が低いためであると考えられる。
図１４から図２６は、量子ドット含有樹脂フィルムを、バックライト点灯した際のＲＧＢスペクトルである。測定はトプコンテクノハウス社のＳＲ３－Ａで行った。なお、３Ｍ社製輝度上昇フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）を用いて測定した。
図１４、図１５、図２２はそれぞれ、Ｃｄ系Ｇ－ＱＤ（実施例９）、Ｃｄ系Ｒ－ＱＤ（実施例１０）、Ｃｄ系Ｒ－ＱＤ（実施例１５）を中層にそれぞれ単色で含有するフィルムのスペクトルである。励起光（４５０ｎｍ）がＱＤによってそれぞれ緑色、赤色に変換されたピークが確認された。これにより、確かにＱＤが含有され、且つ励起光の波長変換が行われていることが確認された。
図１６、図１７、図１９、図２０はそれぞれ、実施例１１、実施例１２、実施例１３、実施例１４のフィルムのスペクトルである。いずれのフィルムもＧ－ＱＤとＲ－ＱＤの両方をフィルム内の同一の層、または別々の層に含有する。単一のフィルムによって、励起光が緑色と赤色の両方に変換されていることが各図のピークより確認された。
実施例１１、及び、実施例１３は、中層にＧ－ＱＤとＲ－ＱＤの両方が分散しており、各ＱＤの濃度を励起光の吸収率（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）が同等となるように調整した。このように、Ｇ－ＱＤとＲ－ＱＤは、理想的には同等の強度のピーク強度となるよう設計されている。しかしながら、図１６、及び、図１９では赤色の蛍光ピークの強度が緑色と比較して圧倒的に大きくなっている。これは、Ｒ－ＱＤがＧ－ＱＤの蛍光を吸収するためであり、このため緑の蛍光強度は大きく低下し、赤の蛍光強度はその分増大する。フィルム全体としては、輝度を大きく損なっており、このことが冒頭で記述したＱＤフィルムを用いた光変換効率の低下の問題である。
一方、実施例１２、及び、実施例１４ではＧ－ＱＤとＲ－ＱＤは別々の層に存在している。図１７、及び、図２０では緑の蛍光ピークと赤の蛍光ピークは近い強度となっている。すなわち、Ｇ－ＱＤとＲ－ＱＤを別々の層に存在させることによって、上記の問題をかなりの程度で改善できることが証明された。
図１８、及び、図２１は実施例１２、及び、実施例１４のフィルムの表裏を逆にしてバックライト上で測定したものである。すなわち、図１７と図１８は実施例１２のフィルムのスペクトルであり、図１８は、図１７の実施例１２のフィルムの表裏を逆にして測定したものである。また、図２０と図２１は実施例１４のフィルムのスペクトルであり、図２１は、図２０に示す実施例１４の表裏を逆にして測定したものである。
実施例１２のフィルムの表裏を逆にして測定することによって緑と赤の蛍光の強度比が異なる。すなわち、Ｒ－ＱＤを含む層がＧ－ＱＤ層よりも上になる場合（図１７）も、逆にＧ－ＱＤ層がＲ－ＱＤ層よりも上になる場合（図１８）も、スペクトルは変化なく、ＲＧＢ比は等しくなった。
同様に実施例１４のフィルムに関しても、フィルムの層構造は非対称であるが、光学特性に裏表の差異は見られなかった（図２０、図２１）。
この原因として、輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）を用いて測定していることが原因として考えられる。ＢＥＦを載せて測定することによって、光がフィルム内を何度も繰り返し反射することから、すなわち光が下から上のみならず、上から下にも吸収、散乱、波長変換しつつ透過するため、フィルム構造の非対称性が光学特性に発現しなかったと考えられる。
フィルム構造の非対称性が光学特性に影響することを確認するために、実施例１２で作製したフィルムを、ＢＥＦを用いずに同様の測定をした。図２７と図２８のスペクトルはＧ／Ｒの比が実際に異なり、フィルムの光学特性が表裏によって異なることが証明された。
実施例１４で作製したフィルムに関しても同様に表裏の違いが確認された（図２９と図３０）。励起光側に配置されたＱＤが最初に光変換することと、Ｒ－ＱＤが励起光のみならず、緑の蛍光を吸収し赤色に変換することの両方が影響していると考えられる。
図２３は、実施例１６のスペクトルである。下層から上層に向けてＲ－ＱＤの濃度が増す設計となっている。
図２５は、実施例１８で作製したＣｄフリーのＧ－ＱＤとＣｄフリーのＲ－ＱＤを含んだ３層構造のフィルムのスペクトルである。スペクトルからは確かにフィルムは緑の蛍光と赤の蛍光を含んでいることが証明された。
図２６は、実施例１９で作製したＣｄ系のＧ－ＱＤを中層に、ＣｄフリーのＲ－ＱＤ外層に含んだ３層構造のハイブリッドＱＤフィルムのスペクトルである。スペクトルからは確かにフィルムはＣｄ系のＧ－ＱＤで変換された緑の蛍光と赤の蛍光を含んでいることが証明された。
本発明によれば、光変換効率に優れたバックライト用波長変換部材を、波長変換部材として好適に用いることができる。
１、２、３、４ ：量子ドット含有樹脂フィルム
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ：上層
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ：中層
１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ：下層
１０ ：量子ドット
１０ａ ：コア
１０ｂ ：シェル
１１ ：有機配位子

Claims (10)

  1. 複数の樹脂層が積層され、少なくとも一層の樹脂層に量子ドットを含有し、
    前記複数の樹脂層が、共押出成形にて一体化されており、
    前記樹脂層は、前記量子ドットを含む中層と、前記中層の上下に形成された前記量子ドットを含まない上層及び下層との３層構造であり、
    前記上層及び前記下層は、光散乱剤を含み、
    前記中層と前記上層との界面、及び前記中層と前記下層との界面には接着層がなく、各樹脂層が直接接合される、
    ことを特徴とするバックライト用波長変換部材。
  2. 前記量子ドットを含む樹脂層と、前記量子ドットを含まない樹脂層とが一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト用波長変換部材。
  3. 前記量子ドットを含まない樹脂層に、機能性添加剤が含まれることを特徴とする請求項２に記載のバックライト用波長変換部材。
  4. 前記量子ドットは、少なくとも、緑色発光の量子ドットと、赤色発光の量子ドットを含むことを特徴とする請求項１に記載のバックライト用波長変換部材。
  5. 前記樹脂層には、非晶性樹脂が用いられることを特徴とする請求項１に記載のバックライト用波長変換部材。
  6. 前記樹脂層の総厚みが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のバックライト用波長変換部材。
  7. 青色光強度に対する緑色光強度比、及び青色光強度に対する赤色光強度比はそれぞれ、０．３以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のバックライト用波長変換部材。
  8. 青色光強度、緑色光強度、及び赤色光強度の各蛍光半値幅が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のバックライト用波長変換部材。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のバックライト用波長変換部材を用いて成形加工されてなることを特徴とする波長変換部材。
  10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載のバックライト用波長変換部材の製造方法であって、
    量子ドットを含有する樹脂ペレットを形成する工程、
    ３層の樹脂層を、共押出成形により一体化する工程、を有することを特徴とするバックライト用波長変換部材の製造方法。
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