JP2011116914A

JP2011116914A - 蛍光溶液、蛍光フィルム及びその用途

Info

Publication number: JP2011116914A
Application number: JP2009277623A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tanaka; 田中　　滋; Tomonori Iwamoto; 友典岩本
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】蛍光体が均一に分散でき、更には蛍光体を劣化させずに蛍光フィルムを得る事が出来る蛍光溶液、当該溶液を用いて得られる、光学特性やフィルム平坦性、耐熱性に優れる蛍光フィルム、蛍光フィルムを使用した、発光装置、照明装置、表示装置用バックライト等の電子機器の提供。
【解決手段】（Ａ）透明樹脂成分、特定の波長領域の光により励起され、異なる波長領域の光を発光する少なくとも１種の蛍光体を含む（Ｂ）蛍光体成分、少なくとも１種の比重が１．０以上の有機溶媒を含む（Ｃ）有機溶媒成分からなる蛍光溶液。
【選択図】なし

Description

本発明は、透明樹脂、蛍光体、有機溶媒を含有する蛍光溶液、蛍光フィルムとその用途に関する。特に、発光ダイオードや半導体レーザー等より発せられる光により励起され、蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光溶液と蛍光フィルムとその用途に関し、特に、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）を光源とする白色照明器具や、液晶表示装置用バックライトとして好適に利用できる蛍光溶液、蛍光フィルム及びその用途に関するものである。

発光ダイオード(ＬＥＤ)を用いた発光装置は、一般的に、ＬＥＤ素子を蛍光体を分散させた透明な樹脂層（封止樹脂層）で前記素子を封止することにより製造される。封止材に含有される蛍光体は、ＬＥＤ素子より発せられる光の一部を吸収し励起され、特定の波長領域の蛍光を発する。そのことにより発光ダイオードより発する光は、ＬＥＤ素子より発せられる光と蛍光体より発せられる光の混色となる。たとえば、ＬＥＤ素子として青色ＬＥＤ素子を用い、蛍光体として黄色の蛍光を発する蛍光体を用いることにより、ＬＥＤは青色と黄色の混色である白色の光を発することになる。

ＬＥＤの発色する色は、ＬＥＤ素子の種類、ＬＥＤ素子を被覆する封止樹脂層に分散される蛍光体の種類や濃度、封止材層厚み等によって決定される。

通常、封止樹脂層は、液状の封止樹脂材料を滴下やポッティング（樹脂盛り）後、硬化させることにより形成されるが、封止樹脂層における蛍光体の含有量や封止材層の厚み（又は、ポッティング量）のバラつきにより、個々のＬＥＤで色調がばらつくという問題があった。

また、封止樹脂層は、直接電極に触れているため蛍光物質、時に有機染料系は、直流電流による劣化が著しいという問題があった。

そのため、電極とは直接接触していない蛍光フィルムを用いた液晶表示装置に好適な面状光源が提案されている。（特許文献１）
また、蛍光体の含有量や樹脂層厚みを制御しやすくするために蛍光フィルムを使用した光半導体の製造方法が提案されている。（特許文献２）

特許第３１１６７２７号特開２００９−１４１０６６号公報

特許文献１には、蛍光フィルムの作製方法として、蛍光体、アクリル樹脂、ブチルカルビトールアセテートよりなる溶液をフィルム上にコーティングする方法が記載されているが、コーティング時の溶媒の含水量やコーティング中の吸湿により蛍光体が劣化し発光効率が低下することが課題であった。

また、特許文献２には、溶媒としてメチルエチルケトンを使用していることが例示されているが、特許文献１と同様に蛍光体の劣化が課題であった。

本発明は、上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、蛍光体が均一に分散でき、蛍光体を劣化させずに蛍光フィルムを得る事が出来る蛍光溶液を得ることを目的とする。さらに、当該溶液を用いて得られる、光学特性やフィルム平坦性、耐熱性に優れる蛍光フィルムを提供することを目的とする。また、本発明の蛍光フィルムを使用した、発光装置、照明装置、表示装置用バックライト等の電子機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、蛍光フィルムを製造する場合、（Ａ）透明樹脂、（Ｂ）蛍光体、（ｃ）比重が１．０以上の溶媒を含有して成る蛍光溶液を使用することが有効であることを見出し、その結果、蛍光体の分散性が低下し難く、かつフィルム形成時の蛍光体の劣化を低減させることができる事を見出し本発明に至った。

すなわち、本願発明は以下の構成を有するものである。

少なくとも１種の透明樹脂を含む（Ａ）透明樹脂成分、特定の波長領域の光により励起され、異なる波長領域の光を発光する少なくとも１種の蛍光体を含む（Ｂ）蛍光体成分、少なくとも１種の有機溶媒を含む（Ｃ）有機溶媒成分からなる蛍光溶液において、上記有機溶媒成分が、比重が１．０以上の有機溶媒を含む事を特徴とする蛍光溶液に関する。

また、本発明の別の発明は、蛍光溶液を用いて製造される蛍光フィルムに関する。

更に、蛍光溶液または蛍光フィルムを用いてなる電子機器に関する。

上記、本発明に係る蛍光溶液は、蛍光体の良好な分散性を有することから均一に蛍光体が分散した蛍光フィルムの製造用の溶液として好適である。また、本発明に係る蛍光フィルムは、均一かつ微細に蛍光体が分散おいるため均一な発光性を有し、かつ透明性にも優れている事から輝度にも優れている。その故、例えば、発光装置、照明装置、液晶表示装置用バックライト等の電子機器としての利用が期待される。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。

本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明にかかる蛍光溶液は、発光装置や照明装置、液晶表示装置用バックライト等の電子機器に使用される。特に、青色ＬＥＤ素子を発光源とする装置にける光の色を変換するフィルム製造用の溶液として用いることができる。

本発明の蛍光溶液は、（Ａ）透明樹脂成分、（Ｂ）蛍光成分、（Ｃ）有機溶媒成分を必須成分とし、（Ｃ）有機溶媒成分が比重１．０以上の有機溶媒を含むことを特徴としている。

以下、上記蛍光体溶液に含まれる、（Ａ）透明樹脂成分、（Ｂ）蛍光成分、（Ｃ）有機溶媒成分、（Ｄ）その他の成分について、詳細に説明する。

（Ａ）透明樹脂
本発明に用いられる透明樹脂成分は、良好な光透過性を有する樹脂であれば特に限定されないが、アクリル系樹脂、ラクトン系樹脂、グルタルイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂、セルロース系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、透明性ポリイミド樹脂、ポリエステル系樹脂等を好ましく用いる事が出来る。

特に、厚みが４０μｍ〜６０ｕｍのフィルム状で全光線透過率が８０％以上の樹脂を好ましく用いる事が出来る。全光線透過率は、一般的なヘイズメーター、例えば、３００ＡやＮＤＨ５０００（共に、日本電色工業社製）等により測定することができる。

上記、透明樹脂の中で、光学特性上の良好なものとしてフィルム状での面内位相差が２０ｎｍ以下かつ厚み方向位相差が５０ｎｍ以下の透明樹脂を好ましく用いる事が出来る。面内位相差が２０ｎｍを超えたり、厚み方向位相差が５０ｎｍを超えたりすると、本発明の蛍光溶液より製造される蛍光フィルムを液晶表示装置の導光板と偏向板の間に配し使用する場合に、液晶表示装置におけるコントラストが低下する傾向がある。

また、上記透明樹脂の中で、ガラス転移温度が１００℃以上の透明樹脂が好ましく、１５０℃以上の透明樹脂がより好ましく用いる事が出来る。

ガラス転移温度が１００℃未満であると、ＬＥＤ素子の発熱により、樹脂が軟化することによって色むらが発生したり、蛍光の発光効率の低下による色の変色を生じる傾向がある。

ガラス転移温度の高い透明樹脂としては、ポリカーボネート樹脂や透明性ポリイミド樹脂などが挙げられ、特に熱膨張係数が小さい点で、透明性ポリイミド樹脂をより好ましく用いることが出来る。

従来は、出力も小さく、耐熱性は課題ではなかったが、今後、輝度向上や大型化が進む中で、高出力化が求められており、使用される材料の耐熱性、特に熱劣化が課題となりつつある。更に、今後、熱劣化のみならず熱による寸法変化による、色の変色が課題となる可能性が高い。そのため、熱膨張係数の小さい材料が求められる。具体的には、１００℃以下の温度領域で１００ｐｐｍ以下が好ましく、５０ｐｐｍが更に好ましく、２０ｐｐｍ以下が特に好ましい。

上記の透明樹脂は、単独で用いる事も出来、また２種以上の透明樹脂を混合し用いてもよい。

（Ｂ）蛍光体成分
本発明に用いられる蛍光体成分としては、特定の波長領域の光により励起され、異なる波長領域の光を発光する蛍光体であれば特に限定されないが、光源が、青色ＬＥＤ素子の場合は、蛍光体としては黄色蛍光体を好ましく用いる事が出来る。黄色蛍光体は、青色の光を一部吸収し励起され、黄色の蛍光を発光することができる。この色変換により、蛍光体に吸収されなかった青色光と蛍光体の発光による黄色光が混合する事により、白色の光を発することができる。

黄色系蛍光体としては、例えば、ＲＥ₃（Ａｌ、Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも1種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、ＡＥ ₂ ＳｉＯ ₄：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）などの珪酸塩蛍光体の中から選択される。このような黄色系蛍光体として、主波長が異なる２種類の蛍光体を使用することができる。

また、その他の蛍光体として、特に青色ＬＥＤ素子用の白色の色目調整用として、黄色系蛍光体と組み合わせて赤色系蛍光体や緑色系蛍光体を好ましく用いる事が出来る。

赤色系蛍光体としては、例えば、Ｌａ ₂ Ｏ ₂ Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体が好ましく用いられ、更に、ＡＥ ₂Ｓｉ ₅ Ｎ ₈：Ｅｕで表される窒化物系蛍光体、Ｙ ₂ Ｓｉ ₃ Ｏ₃Ｎ ₄：Ｃｅで表される酸窒化物系蛍光体やＡＥｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１ ₂（Ｎ，Ｏ）_{1 6} ：Ｅｕサイアロン系蛍光体等も好ましく用いることができる。

緑色系蛍光体としては、例えばＳｒＧａ₂Ｓ₄：ＥｕやＣａＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ等が挙げられる。

また、上記の無機系の蛍光体とは別に、有機系の蛍光体（染料または顔料）も好ましく用いる事ができる。

上記の蛍光体は、単独でも、２種類以上を混合して用いる事ができる。

蛍光体の粒径としては、特に制限されないが無機系の場合、平均一次粒径が０．５ｕｍ以上１００ｕｍ以下の範囲の蛍光体が好ましく、１ｕｍ以上５０μｍ以下がより好ましく、２ｕｍ以上１０ｕｍ以下がより好ましい。０．５ｕｍ以下であると、蛍光体が光を吸収しにくくなるため、色が白くならない傾向がある、また、１００μｍ以上であると全光線透過率が低下し、輝度が低下する傾向がある。

また、蛍光体は、樹脂組成物との親和性を高めるといった目的や、蛍光成分の凝集を抑える若しくは凝集をコントロールする目的で表面処理されていることが好ましい。

従来は、ＬＥＤ光源は、点光源であったため色の均一性に関わる分散性については大きな課題は無かった。また、封止材に蛍光体を混合する場合には、熱による色の変色があるため、均一な分散性よりも偏析等の分散性が重要であった。しかしながら、蛍光フィルムでは、封止材よりも熱による変色が起こりにくい事や、大面積化により均一な色を発色が求められ、蛍光体を均一に分散させる事が必要となる。

蛍光体の表面処理の方法は特に限定されるものではないが、公知の表面処理剤を用いて公知の条件で処理すればよい。上記表面処理剤として用いることのできる化合物としては、具体的には、例えば、シランカップリング剤、ジメチルジクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等のシラン系化合物、チタネート系カップリンング剤等のチタン系化合物、ステアリン酸等の脂肪酸、各種界面活性剤、各種樹脂酸、各種リン酸エステル等を用いることができる。特に樹脂組成物中における分散性が良好な点、蛍光体の表面処理度をコントロールしやすい等の観点から、シラン系化合物やチタン系化合物がより好ましく用いることができる。

表面処理により凝集体を抑制することができ、溶液中やフィルム中における粒度分布における平均粒径は、一次粒径の３倍以下程度に抑制する事が好ましい。

（Ｃ）有機溶媒成分
本発明に用いられる有機溶媒としては、（Ａ）透明樹脂成分を溶解することができる有機溶媒であれば、特に制限されないが、比重が１．０以上の有機溶媒を好ましく用いる事ができる。

一般的に蛍光体は、比重が２以上あるため、比重が１．０以上の溶媒を用いると溶液中で蛍光体が沈降しにくい傾向がある。また、蛍光溶液を溶液キャスト法にてフィルム化する際、即ち、基材に蛍光溶液をキャスト（流延）し、乾燥路にて乾燥させる事によりフィルムを製造する際も、乾燥中の蛍光体の沈降を抑制しやすい傾向がある。

好ましく用いられる有機溶媒としては、エチレングリコールモノメトキシメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール誘導体、塩化メチレン、クロロベンゼン、о―クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系が挙げられる。

得られる蛍光フィルムの光の変換効率に優れる点で、特にハロゲン化炭化水素系が好ましく用いる事ができる。光の変換効率に優れる理由としては、明確ではないが、ハロゲン化炭化水素は比較的吸湿しにくい溶媒であり、蛍光溶液の調整や蛍光フィルム製造時において、耐水性の悪い蛍光体の水分による劣化を抑制しているのではないかと推測している。また、ハロゲン化炭化水素としては、比較的低温で乾燥できる塩化メチレンがより好ましく用いる事ができる。

（Ｄ）その他の成分
本発明の蛍光溶液には、必要に応じて、フィラー成分や透明ビーズ成分等を含んでいても良い
蛍光溶液の粘度の調整や蛍光フィルムの耐熱性を向上させる事を目的に、フィラー成分を含んでいてもよく、無機フィラー成分としては、特に限定されないが、酸化チタン、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、微粉状シリカ、フュームドシリカ、合成シリカ、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、フュームド金属酸化物、雲母粉等挙げることができ、微粉状シリカ、フュームドシリカ、合成シリカ、フュームド金属酸化物等の無機フィラーがより好ましく用いられる。

また、無機フィラーは、上記（Ｂ）蛍光体成分と同様に表面処理されてることが好ましい。

また、フィラー成分に変えて、シリカや酸化チタンの原料であるアルコキシシシラン類やアルコキシチタン類を混合し、公知のゾルーゲル法にて、溶液内でシリカや酸化チタンを生成させてもよい。

尚、ゾルーゲル法による得られるフィラーは、粒径１ｕｍ以下であるため、上記無機フィラー成分を混合する場合に比較して耐熱性向上効果が得られやすく、また透明性も損なわれにくいという利点がある。

また、本発明の蛍光溶液には、蛍光フィルムを透過する光を拡散させる目的で、透明ビーズを含ませることができる。透明ビーズとしては、架橋ポリ（メタ）アクリル酸エステル類、架橋重合体に芳香族ビニルあるいは（メタ）アクリル酸エステルのいずれかを必須成分とする単量体をグラフト（共）重合させて得られるコアシェル型微粒子系樹脂、やシリコーンレジン微粉末、あるいは微粉末シリカなどが挙げられる。

＜蛍光フィルム＞
また、本発明の蛍光フィルムは、本発明の蛍光溶液を用いて得ることができる。具体的には、上記した蛍光溶液を支持体表面に流延又は塗布し、該流延又は塗布した蛍光溶液を乾燥させることによって、フィルム状に成形することができる。この蛍光フィルムは、上記支持体から剥離すれば、単層の蛍光フィルムを得ることができる。

蛍光フィルムは、溶融押し出し方式、上記のキャスト法によるフィルム化により得る事ができるが、大面積化により均一な厚み精度が求められるため、キャスト法によるフィルム化が有利である。

蛍光フィルムの表面は、電気機器における他の構成材料との接着性を向上させるために表面処理することができる。フィルム表面を、シランカップリング剤やチタネート系カップリング剤等の表面改質剤を塗布したり、コロナ処理やプラズマ処理等の放電処理を施しててもよい。

また、フィルムの少なくとも片面に光拡散層を形成することが好ましい。
光拡散層は、少なくとも一種の透明樹脂成分に少なくとも一種の透明ビーズを含有させた溶液をフィルム表面に塗布、乾燥させて形成させる事ができる。

透明樹脂としては、特に制限されないが、光拡散層を形成した後のフィルムと層の界面の影響を無くしたり、フィルムの反りを低減するために、蛍光フィルムに用いている透明樹脂成分と同じ成分にすることが好ましい。

透明ビーズ成分としては、上記（Ｄ）その他成分に挙げた透明ビーズと同様のビーズを好ましく用いる事ができる。透明ビーズの粒子径は、要求される光拡散性に併せて選択することが好ましいが、１〜２０ｕｍの範囲で選択することが好ましい。

また、光拡散層の層厚みは、光拡散性の点から光拡散層に用いているビーズの径の−１ｕｍ〜＋３ｕｍの範囲で設定することが好ましい。

Claims

少なくとも１種の透明樹脂を含む（Ａ）透明樹脂成分、特定の波長領域の光により励起され、異なる波長領域の光を発光する少なくとも１種の蛍光体を含む（Ｂ）蛍光体成分、少なくとも１種の有機溶媒を含む（Ｃ）有機溶媒成分からなる蛍光溶液において、上記有機溶媒成分が、比重が１．０以上の有機溶媒を含む事を特徴とする蛍光溶液。
また、本発明の別の発明は、蛍光溶液を用いて製造される蛍光フィルムに関する。
蛍光溶液または蛍光フィルムを用いてなる電子機器に関する。