JP6509091B2 - 波長変換積層フィルム - Google Patents
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Description
励起光源から量子ドットフィルムに励起光が入射すると、量子ドットが励起され蛍光を発光する。ここで異なる発光特性を有する量子ドットを用いることで、赤色光、緑色光、青色光の半値幅の狭い光を発光させて白色光を具現化することができる。量子ドットによる蛍光は半値幅が狭いため、波長を適切に選択することにより、得られる白色光を高輝度にしたり、色再現性に優れる設計にしたりすることが可能である。
しかしながら、量子ドット層の両面をガスバリアフィルムで挟持するのみでは、ガスバリアフィルムで覆われていない端面から量子ドット層に酸素や水分が入り込み、量子ドットが劣化するという問題がある。
そのため、量子ドット層の両面に加え、量子ドット層の周辺もガスバリアフィルム等で封止することが提案されている。
特許文献3には、光源部から発せられた色光の少なくとも一部を他の色光に変換する色変換層と、色変換層を封止する不透水性の封止シートとを備えた発光装置が記載されており、蛍光体層(色変換層)の外周に沿って、すなわち蛍光体層の平面形状を囲むように枠形状に設けられている第2貼合層を有し、この第2貼合層がガスバリア性を有する接着材料からなる構成が記載されている。
積層体の端面のうち少なくとも波長変換層の端面を覆う端面封止層を備え、
その端面封止層は、積層体の端面側から、その端面に接触する第1の金属層、樹脂層および第2の金属層をこの順で含むことを特徴とする。
以下に記載する構成要件の説明は、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。
図1および図2は、本発明の波長変換積層フィルムの一例の構成を模式的に示す断面図および平面図である。
図1に示す波長変換積層フィルム(以下において、積層フィルム)1は、蛍光体11を含む波長変換層10と、波長変換層10の両面(両主面)にそれぞれ積層されたガスバリア層20とを積層してなる積層体5、および、その積層体5の端面5aを覆う端面封止層30を備えている。ここで、端面封止層30は、積層体5の端面5a側から、第1の金属層32と、樹脂層34と、第2の金属層36とがこの順で形成されてなる。ここで、積層体5の端面5aとは、波長変換層10の端面10aと2枚のガスバリア層20の端面20aを含むものである。
そして、図2に示すように、積層フィルム1は、四角形の主面を有し、積層体5の4つの端面5aの全てに端面封止層30が備えられている。積層フィルム1は、このような端面封止層30を有することにより、波長変換層10のガスバリア層20で覆っていない端面10aからの酸素等の侵入が抑制されている。
このように、波長変換層10への酸素の侵入がガスバリア層20と端面封止層30により抑制されているので、波長変換層10中の蛍光体11の発光機能が劣化するのを抑制することができる。
既述の通り、端面封止層30は、積層体5の端面5a側から、第1の金属層32と、樹脂層34と、第2の金属層36とをこの順で形成されてなるものである。
積層フィルム1は、このような端面封止層30を有することにより、ガスバリア層20で覆われていない端面10aから波長変換層10に酸素等が侵入して、量子ドット等の光学的な機能を発現する部材を劣化させることを防止する。
しかしながら、これらの構成では、十分なガスバリア性を確保できず、また、額縁部分が大きくなったり、生産性が悪くなったりする等の問題があった。
このような封止層として、高いガスバリア性を有する無機膜を気相成膜によって、積層体の端面に直接、形成することを検討した。一方で、積層体の端面に直接、無機膜を形成すると、ピンホール等の欠陥が生じ十分なガスバリア性を得られない場合があることがわかった。
すなわち、本発明の積層フィルムは、例えば、積層フィルム1の平面形状が四角形状である場合、4つの端面のうち対向する2つの端面にのみ端面封止層を設けてもよく、1端面を残して3つの端面に端面封止層を設けてもよい。また、積層体5の各端面5aの波長変換層の端面10aのみを覆うように端面封止層を設けてもよい。これらは、積層フィルムが利用されるバックライトユニットの構成、積層フィルムの取付け部の構成等に応じて、適宜、設定すればよい。
しかしながら、積層体5の端面から侵入する酸素等による量子ドットの劣化等、波長変換層10の劣化をより好適に防止できる等の点で、端面封止層30は、積層体5の端面5a上に可能な限り大きな面積で形成されていることが好ましく、図1に示す積層フィルム1のように、積層体5の全ての端面5aの全域に設けられていることが特に好ましい。
また、端面封止層は、さらに、他の層を有していてもよい。例えば、第2の金属層36上に、第2の金属層36を保護する目的やガスバリア性をより向上する目的で樹脂層を有していてもよい。このような樹脂層は酸素透過度が50cc/(m2・day・atm)以下であるのが好ましい。
また、端面封止層は、金属層を3層以上有していてもよい。例えば、第2の金属層36上に樹脂層を有し、この樹脂層上にさらに第3の金属層を有していてもよい。このように金属層と樹脂層とを交互に積層する回数が増加するほど、酸素侵入の抑制効果を高めることができる。
積層体5の端面5aに、酸素透過度が低い、すなわち、ガスバリア性が高い端面封止層30を形成することで、波長変換層10への酸素の侵入や水分の浸入をより好適に防止して波長変換層10の劣化をより好適に防止することができる。
上述する観点から、端面封止層30の積層体5の主面への回り込みは1mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であることがより好ましく、回りこみ部分の存在が目視困難となる0.1mm以下であることが特に好ましい。端面封止層30の回り込み量は、例えば、積層フィルムを大和光機工業株式会社製リトラトームREM−710などで断面切削し、その断面を光学顕微鏡で観察することで測定できる。
本発明者らの検討によれば、樹脂層34の厚さが1μm以上あれば、第2の金属層36を形成する際に、下層の平滑化を担保できピンホール等の欠陥を抑制することが可能となることがわかった。
また、樹脂層34の厚さが100μm以下であれば、樹脂層34を形成する際の、樹脂層34となる材料の硬化収縮に起因して、第1の金属層32との密着性が低下することなく形成できることがわかった。
具体的には、樹脂層34の酸素透過度は、50cc/(m2・day・atm)以下であるのが好ましく、10cc/(m2・day・atm)以下がより好ましく、5cc/(m2・day・atm)以下がさらに好ましい。なお、樹脂層34の酸素透過度の下限には、特に限定はなく、基本的に、低い程、好ましい。ここで、上記酸素透過率は、測定温度23℃、相対湿度90%の条件下で、酸素ガス透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRA 2/20:商品名)を用いて測定した値である。
ここで、樹脂層34を形成するための組成物が含有する重合性化合物および水素結合性化合物は、親水度logPが4以下であるのが好ましく、3以下であるのがより好ましい。
なお、本発明において、親水度を示すlogP値とは、1−オクタノール/水の分配係数の対数値をいうものである。logP値は、フラグメント法、原子アプローチ法等を用いて計算により算出することができる。本明細書に記載のlogP値は、化合物の構造からCambridge Soft社製ChemBioDraw Ultra12.0を用いて計算されるlogP値である。第1の金属層32との密着力を、より高くするためには、樹脂層34は、疎水性の化合物で形成するのが好ましい。
その半面、疎水性の高い化合物からなる樹脂は、酸素透過性が高く、樹脂層の酸素透過度という点では、主体となる重合性化合物や水素結合性化合物は、親水度logPが低い方が好ましい。
この点を考慮すると、重合性化合物および水素結合性化合物の親水度logPは、0.0以上が好ましく、0.5以上がより好ましい。
なお、組成物の固形分全量とは、組成物から有機溶剤を除いた、形成される樹脂層34に残るべき成分の全量である。
樹脂層34を形成する組成物の固形分が、水素結合性化合物を30質量部以上含有することにより、分子間の相互作用を強くして、酸素透過性を低くできる。
水素結合性を有する官能基とは、このような水素結合を生じさせることのできる水素原子を含む官能基である。具体的には、ウレタン基、ウレア基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミド基またはシアノ基等が挙げられる。
これらの官能基を有する化合物としては、具体的には、トリレンジイソシアナート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、ヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、イソホロンジイソシアナート(IPDI)、水素添加MDI(HMDI)等のジイソシアナートと、ポリ(プロピレンオキサイド)ジオール、ポリ(テトラメチレンオキサイド)ジオール、エトキシ化ビスフェノールA、エトキシ化ビスフェノールSスピログリコール、カプロラクトン変性ジオール、カーボネートジオール等のポリオール、および、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリシドールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のヒドロキシアクリレートとを反応させて得られるモノマー、オリゴマーが例示される。
また、エポキシ基を有する化合物に、ビスフェノールA型、ビスフェノールS型、ビスフェノールF型、エポキシ化油型、フェノールノボラック型等の化合物を反応させて得られるエポキシ化合物や、脂環型エポキシに、アミン化合物、酸無水物等を反応させて得られるエポキシ化合物も例示される。
さらに、前述のエポキシ化合物のカチオン重合物、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ブテンジオール−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル等も例示される。
中でも、硬化収縮が小さく積層フィルムとの密着に優れる観点から、エポキシ基を有する化合物、エポキシ基を有する化合物を反応させて得られる化合物が好ましい。
樹脂層34を形成する組成物の固形分が、(メタ)アクリロイル基等から少なくとも1つ選ばれる重合性官能基を有する重合性化合物を5質量部以上含有することにより、高温高湿下での耐久性に優れる樹脂層34を実現できる。
また、グリシジル基、オキセタン基、脂環エポキシ基等を有する重合性化合物としては、具体的には、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル等が例示される。
これらの重合性化合物を含む市販品としては、三菱ガス化学社製のマクシーブ、EVONIK社製のNanopox450、Nanopox500、Nanopox630、荒川化学工業社製のコンポセラン102などのシリーズ、東レ・ファインケミカル社製のフレップ、チオコールLP、ヘンケル・ジャパン社製のロックタイトE−30CLなどのシリーズ、Epoxy Technology社製のEPO−TEX353NDなどのシリーズ等が好適に例示される。
ただし、樹脂層34を形成する組成物において、これらの官能基を含まない重合性化合物は、組成物の固形分全量を100質量部とした際に、3質量部以下とするのが好ましい。
なお、樹脂層34に分散する無機物粒子の大きさは、均一でも不均一でもよい。
本発明者らの検討によれば、樹脂層34における無機物粒子の含有量は、50質量%以下が好ましく、10〜30質量%がより好ましい。すなわち、前述の樹脂層34を形成する組成物において、組成物の固形分全量を100質量部とした際に、無機物粒子の含有量が50質量部以下であるのが好ましく、10〜30質量部であるのがより好ましい。
樹脂層34における無機物粒子の含有量を50質量%以下とすることにより、樹脂層34の密着性や耐久性を十分にできる、積層フィルムを裁断や打ち抜きする際にクラックが発生することを抑制できる等の点で好ましい。
第2の金属層36は、端面封止層30において、主にガスバリア性を発現する層であり、樹脂層34の全面(積層体5の端面に接する面以外の全面)を覆って形成される。
第2の金属層36の形成材料としては、金属であれば限定はないが、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法、および、金属メッキ処理のいずれかの方法により形成される金属層であるのが好ましい。
具体的には、第2の金属層36の形成材料は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、錫、銅、銀、および、金からなる群から選択される少なくとも1種、あるいは、これらの少なくとも1種を含む合金であるのが好ましい。
第2の金属層36を形成する金属メッキ処理の方法は、電解メッキ処理、無電解メッキ処理等の公知の方法が利用可能である。中でも、メッキ液に浸漬するのみで容易に均一な厚さで形成でき、形成が容易である等の観点から、無電解メッキ処理で形成するのがより好ましい。
無電解メッキ処理での形成に適した金属材料としては、ニッケル、銅、錫、金等が挙げられる。
例えば、金属層36を電解メッキ処理によって形成する場合には、電解メッキ処理の際に電極(カソード)として作用する部材として、高い導電性を有する下地層35を設ける。
また、金属層36を無電解メッキ処理によって形成する場合にも、積層体5の端面と無電解メッキ処理により形成されるメッキとの密着性を高くするために、高い導電性を有する下地層35を設ける。
なお、樹脂層34が金属ナノ粒子を含有して導電性を有するものである場合には、下地層は不要である。
下地層35の材料として用いられる導電性塗料としては、パラジウムコロイド(核触媒)等を主成分としたメッキプライマーなどが例示される。
また、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、および、プラズマCVD法のいずれかの方法で形成可能な層の形成材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、銅、および、ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種、あるいは、これらの少なくとも1種を含む合金であるのが好ましく、アルミニウム、チタン、クロムからなる群から選択される少なくとも1種、あるいは、これらの少なくとも1種を含む合金が特に好ましい。イオン化傾向が高い金属(アルミニウム、チタン、クロム)を用いることで樹脂との界面において金属酸化物、金属窒化物が形成されやすいため密着性が高くなると推測している。
波長変換層10は、励起光の照射を受けて蛍光を発する波長変換機能を有する層で、あり、例えば、四角形の平面形状を有するシート状物である。
波長変換層10は、車載などの高温高湿等の様々な環境下での使用が想定されるLCD等に利用され、かつ、酸素による光学特性の劣化が大きな問題となる量子ドットなどの蛍光体11を含む層である。より具体的には、多数の蛍光体11がマトリックス12中に分散されてなる層である。そして、例えば、青色光が波長変換層10に入射すると、波長変換層10は、内部に含有する蛍光体11の効果により、この青色光の少なくとも一部を赤色光あるいは緑色光に波長変換して出射する。
なお、波長変換層が発現する波長変換の機能は、青色光を赤色光あるいは緑色光に波長変換する構成に限定はされず、入射光の少なくとも一部を異なる波長の光に変換するものであればよい。
ここで、酸素に暴露されるとは、大気中など酸素を含む環境下に曝されることを意味し、酸素と反応して劣化するとは、蛍光体が酸化されることによりその蛍光体の性能が劣化(低下)することを意味し、主として発光性能が酸素と反応する前と比較して低下することをいうが、蛍光体を光電変換体として利用する場合には、光電変換効率が酸素と反応する前と比較して低下することを意味する。
波長変換層10に含有される量子ドットの種類には特に限定はなく、求められる波長変換の性能等に応じて、種々の公知の量子ドットを適宜選択すればよい。
また、量子ドットは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。2種以上の量子ドットを併用する場合は、互いの発光光の波長が異なる量子ドットを使用してもよい。
以下、マトリックス原料として、特に量子ドットに適する例を挙げるが、量子ドットに限らず前述の各種蛍光体に対しても適用できる。
マトリックス原料は、例えば、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂などを主として含んでなる。
マトリックス原料としては、上記の樹脂、あるいは、重合性基を有する硬化性化合物を含む組成物を用いることができる。重合性基の種類は、限定はないが、好ましくは、(メタ)アクリレート基、ビニル基またはエポキシ基であり、より好ましくは、(メタ)アクリレート基であり、特に好ましくは、アクリレート基である。また、2つ以上の重合性基を有する重合性単量体は、それぞれの重合性基が同一であってもよいし、異なっていても良い。
水素結合性を有する官能基としては、ウレタン基、ウレア基、またはヒドロキシル基等が挙げられる。
第1の重合性化合物と重合反応できる重合性基としては、例えば、第1の重合性化合物が2官能以上の(メタ)アクリレートモノマーであるときは(メタ)アクリロイル基であればよく、第1の重合性化合物がエポキシ基およびオキセタニル基からなる群から選択される官能基を2つ以上有するモノマーであるときはエポキシ基またはオキセタニル基であればよい。
第1の重合性化合物と第2の重合性化合物との質量比は10:90〜99:1であればよく、10:90〜90:10であることが好ましい。第2の重合性化合物の含有量に対し第1の重合性化合物の含有量が多いことも好ましく、具体的には(第1の重合性化合物の含有量)/(第2の重合性化合物の含有量)が2〜10であることが好ましい。
メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜30であるアルキル(メタ)アクリレート;ベンジル(メタ)アクリレート等のアラルキル基の炭素数が7〜20であるアラルキル(メタ)アクリレート;ブトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル基の炭素数が2〜30であるアルコキシアルキル(メタ)アクリレート;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(モノアルキルまたはジアルキル)アミノアルキル基の総炭素数が1〜20であるアミノアルキル(メタ)アクリレート;ジエチレングリコールエチルエーテルの(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールブチルエーテルの(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルの(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテルの(メタ)アクリレート、オクタエチレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ヘプタプロピレングリコールのモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールのモノエチルエーテル(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜10で末端アルキルエーテルの炭素数が1〜10のポリアルキレングリコールアルキルエーテルの(メタ)アクリレート;ヘキサエチレングリコールフェニルエーテルの(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜30で末端アリールエーテルの炭素数が6〜20のポリアルキレングリコールアリールエーテルの(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、メチレンオキシド付加シクロデカトリエン(メタ)アクリレート等の脂環構造を有する総炭素数4〜30の(メタ)アクリレート;ヘプタデカフロロデシル(メタ)アクリレート等の総炭素数4〜30のフッ素化アルキル(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクタプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセロールのモノまたはジ(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基を有する(メタ)アクリレート;テトラエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ヘキサエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクタプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のアルキレン鎖の炭素数が1〜30のポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリン等の(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
単官能(メタ)アクリレートモノマーは第1の重合性化合物と第2の重合性化合物との総質量100質量部に対して、1〜300質量部含まれていることが好ましく、50〜150質量部含まれていることがより好ましい。
炭素数4〜30の長鎖アルキル基を有する単官能(メタ)アクリレートモノマーとしては、具体的には、ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリルアミド、オクチル(メタ)アクリルアミド、ラウリル(メタ)アクリルアミド、オレイル(メタ)アクリルアミド、ステアリル(メタ)アクリルアミド、ベヘニル(メタ)アクリルアミド等が好ましい。中でもラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
また、量子ドット層中のマトリックスの総量には限定はないが、量子ドット層の全量100質量部に対して、90〜99.9質量部であることが好ましく、92〜99質量部であることがより好ましい。
なお、上記厚さは平均厚さを意図し、平均厚さは量子ドット層の任意の10点以上の厚さを測定して、それらを算術平均して求める。
なお、塗布組成物には、必要に応じて、重合開始剤やシランカップリング剤等を添加してもよい。
ガスバリア層20は、量子ドット層等の波長変換層10の主面からの酸素等が侵入することを抑制するための層である。従って、ガスバリア層20は、高いガスバリア性を有するのが好ましい。具体的には、ガスバリア層20は、酸素透過度が0.1cc/(m2・day・atm)以下であるのが好ましく、0.01cc/(m2・day・atm)以下であるのがより好ましく、0.001cc/(m2・day・atm)以下であるのが特に好ましい。
ガスバリア層20の酸素透過度を0.1cc/(m2・day・atm)以下とすることにより、波長変換層10の主面から侵入する酸素等による波長変換層10の劣化(特に、蛍光体の劣化)をより効果的に抑制して、長寿命な量子ドットフィルム等の波長変換積層フィルムを得ることができる。
なお、本発明において、ガスバリア層20や端面封止層30等の酸素透過度は、公知の方法や、後述する実施例に準じて測定すればよい。
好ましいガスバリア層20として、支持体の上(一方の面もしくは両面)に、有機層と無機層とを交互に積層してなる、有機無機の積層構造を有するガスバリアフィルムが例示される。
図5に示すガスバリア層20は、支持体22の上に有機層24を有し、有機層24の上に無機層26を有し、無機層26の上に有機層28を有するガスバリアフィルムである。
このガスバリア層20(ガスバリアフィルム)において、ガスバリア性は主に無機層26によって発現される。無機層26の下層の有機層24は、無機層26を適正に形成するための下地層である。最上層の有機層28は、無機層26の保護層として作用する。
例えば、保護層として作用する最上層の有機層28を有さなくてもよい。
また、図5に示す例は、無機層と下地の有機層との組み合わせを1組のみ有するが、無機層と下地の有機層との組み合わせを2組以上有してもよい。一般的に、無機層と下地の有機層との組み合わせの数が多いほど、ガスバリア性は高くなる。
さらに、支持体22の上に無機層を形成し、その上に、無機層と下地の有機層との組み合わせを1組以上、有する構成であってもよい。
中でも、薄手化や軽量化が容易である、フレキシブル化に好適である等の点で、各種の樹脂材料(高分子材料)からなるフィルムが好適に利用される。
具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリトニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、透明ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂(ABS)、環状オレフィン・コポリマー(COC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、および、トリアセチルセルロース(TAC)からなるプラスチックフィルムが、好適に例示される。
なお、支持体22は、このようなプラスチックフィルムの表面に、反射防止や位相差制御、光取り出し効率向上等の機能が付与されていてもよい。
このような有機層24を有することにより、支持体22の表面の凹凸や、支持体22の表面に付着している異物等を包埋して、無機層26の成膜面を、無機層26の成膜に適した状態にできる。これにより、支持体22の表面の凹凸や異物の影のような、無機層26となる無機化合物が着膜し難い領域を無くし、基板の表面全面に、隙間無く、適正な無機層26を成膜することが可能になる。その結果、酸素透過度が0.1cc/(m2・day・atm)以下のガスバリア層20を安定して形成できる。
具体的には、ポリエステル、(メタ)アクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、セルロースアシレート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、フルオレン環変性ポリカーボネート、脂環変性ポリカーボネート、フルオレン環変性ポリエステル、アクリル化合物、などの熱可塑性樹脂、ポリシロキサンや、その他の有機ケイ素化合物の膜が好適に例示される。これらは、複数を併用してもよい。
中でも特に、屈折率が低い、透明性が高く光学特性に優れる等の点で、アクリレートおよび/またはメタクリレートのモノマーやオリゴマーの重合体を主成分とするアクリル樹脂やメタクリル樹脂は、有機層24として好適に例示される。
その中でも特に、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(DPGDA)、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(TMPTA)、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(DPHA)などの、2官能以上、特に3官能以上のアクリレートおよび/またはメタクリレートのモノマーやオリゴマーの重合体を主成分とするアクリル樹脂やメタクリル樹脂は、好適に例示される。また、これらのアクリル樹脂やメタクリル樹脂を、複数、用いるのも好ましい。
有機層24の厚さを0.5μm以上とすることにより、支持体22の表面の凹凸や、支持体22の表面に付着した異物を包埋して、有機層24の表面すなわち無機層26の成膜面を平坦化できる。有機層24の厚さを5μm以下とすることにより、有機層24が厚すぎることに起因する、有機層24のクラックや、ガスバリア層20に起因するカール等の問題の発生を、効果的に抑制することができる。
なお、無機層と下地の有機層との組み合わせを複数有する場合等、複数の有機層を有する場合には、各有機層の厚さは、同じでも異なってもよい。
有機層24の下層となる無機層26との密着性を向上するために、有機層24(有機層24となる組成物)は、シランカップリング剤を含有するのが好ましい。
なお、後述する有機層28も含めて、無機層と下地の有機層との組み合わせを複数有する場合等、有機層24を複数有する場合には、各有機層の形成材料は、同じでも異なってもよい。しかしながら、生産性等の点からは、全ての有機層を、同じ材料で形成するのが好ましい。
具体的には、1)酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化インジウムスズ(ITO)などの金属酸化物、2)窒化アルミニウムなどの金属窒化物、3)炭化アルミニウムなどの金属炭化物、4)酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸化窒化炭化ケイ素などのケイ素酸化物、5)窒化ケイ素、窒化炭化ケイ素などのケイ素窒化物、6)炭化ケイ素等のケイ素炭化物、7)1)〜6)の水素化物、8)1)〜7)の2種以上の混合物、等の無機化合物からなる膜が、好適に例示される。
無機層26の厚さを10nm以上とすることにより、十分なガスバリア性能を安定して発現する無機層26が形成できる。また、無機層26は、一般的に脆く、厚過ぎると、割れやヒビ、剥がれ等を生じる可能性が有るが、無機層26の厚さを200nm以下とすることにより、割れが発生することを防止できる。
なお、ガスバリアフィルムが複数の無機層26を有する場合には、各無機層26の厚さは、同じでも異なってもよい。
無機層を複数有する場合には、各無機層の形成材料は、同じでも異なってもよい。しかしながら、生産性等の点からは、全ての無機層を、同じ材料で形成するのが好ましい。
この有機層28は、基本的に、前述の有機層24と同様のものである。また、有機層28は、これ以外にも、アクリルポリマーを主鎖とし、側鎖に末端がアクリロイル基のウレタンポリマーおよび末端がアクリロイル基のウレタンオリゴマーの少なくとも一方を有する、分子量が10000〜3000000で、アクリル当量が500g/mol以上であるグラフト共重合体からなるものも、好適に利用可能である。
本発明者らの検討によれば、ガスバリア層20の厚さは、5〜100μmが好ましく、10〜70μmがより好ましく、15〜55μmが特に好ましい。
ガスバリア層20の厚さを100μm以下とすることで、ガスバリア層20すなわち積層フィルム1が不要に厚くなることを防止できる。また、ガスバリア層20の厚さを5μm以上とすることで、2つのガスバリア層20の間に波長変換層10を形成する際に、波長変換層10の厚さを均一にできる点で好ましい。
次に、本発明の積層フィルムの製造方法について一例を挙げて説明する。なお、以下の説明は、主に、図1に示す積層フィルム1を例に行うが、その他の態様も、これに準じて製造することができる。
積層体5の作製方法としては、まず、支持体22の表面に塗布法等によって有機層24を形成し、この有機層24の表面にプラズマCVD等によって無機層26を形成し、無機層26の表面に塗布法等によって有機層28を形成して、ガスバリア層20(ガスバリアフィルム)を作製する。
このような有機層および無機層の形成は、いわゆるロール・トゥ・ロールによって行うのが好ましい。以下の説明では、ロール・トゥ・ロールをRtoRとも言う。
2枚のガスバリア層20を用意して、一枚のガスバリア層20の有機層28の表面に、この波長変換層10となる組成物を塗布し、さらに、組成物の上に有機層28を組成物側に向けてもう1枚のガスバリア層20を積層し、紫外線硬化等を行って、波長変換層10の両面にガスバリア層20を積層した長尺な積層体を作製する。
積層体の切断方法には限定はなく、トムソン刃等の刃物を用いて物理的に切断する方法、レーザーを照射して切断する方法等の公知の方法が各種利用可能である。
また、所定形状に切断して形成された積層体に対して、例えば、端面の研磨加工を行ってもよい。
まず、積層体5の端面に第1の金属層32を形成する。第1の金属層32は、スパッタ、蒸着等の気相法により成膜形成することが好ましい。積層体5の4つの端面に順次第1の金属層32を形成し、すべての端面を第1の金属層32で覆う。
積層体5の端面への組成物の塗布方法は、インクジェット、スプレー塗布、ディッピング(浸漬塗布)等の公知の方法が利用可能である。好ましい塗布方法をとして、図6に示す、液膜の転写による方法が挙げられる。
また、液膜33の面方向の大きさは、積層体5の1つの端面が全面的に接触可能であれば、特に限定はなく、例えば、液膜33の一辺の長さが、積層体5の端辺の長さよりも長ければよい。
その際、積層体5の端面に付着した組成物の、端面の延在方向に垂直な断面形状は、組成物の表面張力により略円形状となる。
液膜33への端面の浸漬量は、液膜33の厚さH等に応じて、適宜、設定すればよい。
また、樹脂層34の断面形状は、組成物の表面エネルギー(表面張力、接触角)の絶対値の大小に関わらず、積層体5の端面に塗れさえすれば半円状に形成される。
例えば、積層体5とスペーサとを交互に積層して、積層体5同士が離間した状態で、前述と同様にして、端面封止層30を形成する組成物の液膜33に端面を接触させて、各積層体5の端面に端面封止層30を形成してもよい。
なお、このようにして樹脂層34を形成した場合には、積層体5を重ねた積層物の端面に形成される樹脂層34Aは、半長円形状に形成される。したがって、積層物の中央付近に積層された積層体5の端面に形成される樹脂層34は、図7(B)に示すように、略矩形状となる。
例えば、図8に示すように、組成物の塗膜を回転するローラ上に形成し、ローラ上の塗膜に、積層体の端面を接触させて樹脂層を形成する構成としてもよい。
前述のとおり、金属層36の形成方法としては、無電解メッキ処理、電解メッキ処理、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、および、プラズマCVD法等が利用可能である。
無電解メッキ処理の方法としては、従来公知の方法が利用可能であり、例えば、樹脂層34が形成された積層体5の端面を、無電解メッキ液に浸漬して、樹脂層34上に金属皮膜を析出させることで金属層36を形成することができる。
これにより、積層フィルム1が作製される。
既述の通り、下地層の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、および、プラズマCVD法、あるいは、塗布法等が利用可能である。導電性塗料を塗布する方法としては、前述の樹脂層34の場合と同様に、液膜の転写による塗布方法が好適に例示される。すなわち、樹脂層34が形成された積層体5に対して、図6に例示した方法と同様の方法で、下地層となる導電性塗料を樹脂層34上に付着させる。その後、乾燥、硬化することで、下地層を形成することができる。
実施例1として、図1に示すような波長変換積層フィルム1を作製した。
<<支持体22>>
ガスバリア層20の支持体22として、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、東洋紡株式会社製、商品名:コスモシャインA4300、厚さ50μm、幅1000mm、長さ100m)を用いた。
支持体22の一面に、以下のようにして有機層24を形成した。
まず、有機層24を形成するための組成物を調製した。具体的には、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA、ダイセルサイテック株式会社製)および光重合開始剤(ランベルティ社製、ESACUREKTO46)を用意し、TMPTA:光重合開始剤の質量比率が、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、固形分濃度が15%の組成物を調製した。
まず、ダイコーターを用いて組成物を支持体22の一面に塗布した。塗布後の支持体22を50℃の乾燥ゾーンを3分間通過させた後、紫外線(積算照射量約600mJ/cm2)を照射することで組成物を硬化して、有機層24を形成した。
また、紫外線硬化直後のパスロールにおいて、保護フィルムとして有機層24の表面にポリエチレンフィルム(PEフィルム、株式会社サンエー科研製、商品名:PAC2−30−T)を貼り付け、搬送し、巻き取った。
形成した有機層24の厚さは1μmであった。
次に、RtoRを利用するCVD装置を用いて、有機層24の表面に無機層26(窒化ケイ素(SiN)層)を形成した。
送出機より有機層24を形成した支持体22を送り出し、無機層の成膜前の最後の膜面タッチロール通過後に保護フィルムを剥離し、暴露された有機層24の上にプラズマCVDによって無機層26を形成した。
無機層26の形成には、原料ガスとして、シランガス(流量300sccm)、アンモニアガス(流量370sccm)、水素ガス(流量590sccm)、および窒素ガス(流量240sccm)を用いた。電源は、周波数13.56MHzの高周波電源を用いた。成膜圧力は40Paとした。
形成した無機層26の厚さは50nmであった。
なお、単位sccmで表す流量は、1013hPa、0℃における流量(cc/min)に換算した値である。
さらに、無機層26の表面に、以下のようにして有機層28を積層した。
まず、有機層28を形成するための組成物を調製した。具体的には、ウレタン結合含有アクリルポリマー(大成ファインケミカル株式会社製、アクリット8BR500、質量平均分子量250,000)と光重合開始剤(BASF社製イルガキュア184)とを用意し、ウレタン結合含有アクリルポリマー:光重合開始剤の質量比率が、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、固形分濃度が15質量%の組成物を調製した。
まず、ダイコーターを用いて組成物を無機層26上に塗布した。塗布後の支持体22を100℃の乾燥ゾーンを3分間通過させて、有機層28を形成した。
これにより、支持体22の上に有機層24、無機層26および有機層28を形成してなる、図2に示すようなガスバリア層20を作製した。形成した有機層24の厚さは1μmであった。
なお、ガスバリア層20は、組成物を乾燥した直後のパスロールにおいて保護フィルムとして有機層28の表面に先と同じポリエチレンフィルムを貼り付けた後、巻き取った。
以下の組成を有する、波長変換層10としての量子ドット層を形成するための組成物を調製した。
(組成物の組成)
・量子ドット1のトルエン分散液(発光極大:520nm) 10質量部
・量子ドット2のトルエン分散液(発光極大:630nm) 1質量部
・ラウリルメタクリレート 2.4質量部
・トリメチロールプロパントリアクリレート 0.54質量部
・光重合開始剤(イルガキュア819、BASF社製) 0.009質量部
量子ドット1、2としては、下記のコア−シェル構造(InP/ZnS)を有するナノ結晶を用いた。
・量子ドット1:INP530−10(NN−labs社製)
・量子ドット2:INP620−10(NN−labs社製)
調製した組成物の粘度は50mPa・sであった。
2枚のガスバリア層20を成膜装置の所定位置に装填、通紙した。まず、一枚のガスバリア層の保護フィルムを剥離した後、ダイコーターを用いて組成物を有機層28の表面に塗布した。次いで、もう一枚のガスバリア層20から保護フィルムを剥離した後、組成物に有機層28を向けて、ガスバリア層20を積層した。
さらに、波長変換層10となる組成物をガスバリア層20で挟んだ積層体に、紫外線(積算照射量約2000mJ/cm2)を照射することで組成物を硬化して波長変換層10を形成し、波長変換層10の両面にガスバリア層20を積層した積層体を作製した。
波長変換層10の厚さは、46μmであり、積層体の厚さTは、150μmであった。
作製した積層体を、刃先角度17°のトムソン刃を使用して、A4サイズのシート状に切断し、積層体5を得た。
次に、作製した積層体5の端面に、第1の金属層32、樹脂層34および第2の金属層36の3層からなる端面封止層30を形成した。
端面の切削加工を行った積層体5を、1000枚重ね、一般的なスパッタリング装置を用いて、層積層体5を複数枚重ねた積層物の側面にチタン層を形成した。ターゲットとしてチタン、放電ガスとしてアルゴンを用いた。成膜圧力は0.5Pa、成膜出力は400W、到達膜厚は10nmであった。続いて、ターゲットをチタンから銅へ変更し、成膜圧力、成膜出力は上記と同様としてチタン層上に膜厚75nmの銅層を形成した。
このように、本例においては、第1の金属層32として膜厚10nmのチタン層に膜厚75nmの銅層を積層してなる二層構造のスパッタ膜を形成した。
次に、金属層32の全面に樹脂層34を形成した。
樹脂層34を形成する塗料として、メタロイドML−400(Pdナノ粒子含有めっきプライマー:株式会社イオックス製)を用いた。
金属層32の端面をメタロイドML−400の液面に接触させ鉛直上方に持ち上げて、金属層32上に所定量を付着させた。その後、80℃で10分乾燥、硬化して、樹脂層34を形成した。
樹脂層34の厚さは0.2μmであった。なお、メタロイドML−400を用いて形成された本例の樹脂層34の酸素透過度は50cc/m2・day・atm超である。
次に、積層体5の端面(樹脂層34)を下記の無電解銅メッキ浴に浸漬して、樹脂層34の全面に金属層36として無電解銅メッキ層を形成し、積層フィルム1を作製した。
無電解銅メッキ浴は、上村工業株式会社製スルカップPSY(初期Cu濃度2.5g/L、浴容積 1000mL 33℃ 15分)を用いた。
第2の金属層36の厚さは0.5μmであった。
実施例1と同様にして積層体5を得た。
次に、作製した積層体5の端面に、第1の金属層32、樹脂層34および第2の金属層36の3層からなる端面封止層30を形成した。
第1の金属層32は実施例1と同様の方法にて、第1の金属層32として膜厚10nmのチタン層に膜厚75nmの銅層を積層してなる二層構造のスパッタ膜を形成した。
樹脂層34を形成する組成物として、固形分が以下の組成を有する組成物を調製した。
・2液型熱硬化性エポキシ樹脂の主剤(三菱ガス化学株式会社製、M−100)
32質量部
・2液型熱硬化性エポキシ樹脂の硬化剤(三菱ガス化学株式会社製、C−93)
68質量部
・1−ブタノール 60質量部
その結果、酸素透過度測定用サンプルすなわち端面封止層30の酸素透過度は、10cc/(m2・day・atm)であった。
本例においては、第2の金属層36として、第1の金属層32と同様のスパッタ法にて、膜厚10nmのチタン層に膜厚75nmの銅層を積層してなる二層構造のスパッタ膜を形成した。
端面封止層を形成しない以外は、実施例1と同様にして、積層フィルムを作製した。
実施例1と同様にして積層体5を得た。その後、実施例1の第1の金属層32の形成方法により積層体の端面に膜厚10nmのチタン層と膜厚75nmの銅層との2層構造のスパッタ膜を設けて、比較例2の積層フィルムとした。すなわち、比較例2の積層フィルムは、金属スパッタ膜のみからなる端面封止層を備えた構造である。
このようにして作製した実施例1〜2、および、比較例1〜2の積層フィルムについて、端部の性能劣化(バリア性)を評価した。
端部の性能劣化の度合を測定することで端面封止層のバリア性を評価した。
まず、積層フィルムの初期輝度(Y0)を以下の手順で測定した。市販のタブレット端末(Amazon社製Kindle(登録商標) Fire HDX 7”)を分解し、バックライトユニットを取り出した。取り出したバックライトユニットの導光板上に積層フィルムを置き、その上に、向きが直交した2枚のプリズムシートを重ね置いた。青色光源から発し、積層フィルムおよび2枚のプリズムシートを透過した光の輝度を、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、積層フィルムの輝度とした。輝度測定は、サンプル面の略中央にて行った。
次に、60℃相対湿度90%に保たれた恒温槽に積層フィルムを投入し、所定の時間保管した。500時間後および1000時間後のそれぞれのタイミングで、積層フィルムを取り出し、上記と同様の手順で、高温高湿試験後の輝度(Y1)を測定した。下記式のように、初期の輝度値(Y0)に対する、高温高湿試験後の輝度(Y1)の変化率(ΔY)を算出し、輝度変化の指標として、以下の基準で評価した。
ΔY[%]=(Y0−Y1)/Y0×100
A:ΔY≦5%
B:5%<ΔY<15%
C:15%≦ΔY
結果を表1に示す。
5 積層体
10 波長変換層
11 蛍光体
12 マトリックス
20 ガスバリア層
22 支持体
24、28 有機層
26 無機層
30 端面封止層
32 第1の金属層
33 液膜
34 樹脂層
36 第2の金属層
40 平板
50 ローラ
52 塗布部
54 タンク
Claims (9)
- 蛍光体を含む波長変換層と、該波長変換層の両主面にそれぞれ積層されたガスバリア層とを有する積層体、および
前記積層体の端面のうち少なくとも前記波長変換層の端面を覆う端面封止層を備え、
前記端面封止層は、前記積層体の端面側から、該端面に接触する第1の金属層、樹脂層および第2の金属層をこの順で含むことを特徴とする波長変換積層フィルム。 - 前記第2の金属層が前記樹脂層の外表面を覆って形成されている請求項1記載の波長変換積層フィルム。
- 前記樹脂層が、前記第1の金属層と前記第2の金属層とにより覆われている請求項1記載の波長変換積層フィルム。
- 前記端面封止層が、前記積層体の端面を覆う請求項1から3いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。
- 前記第1の金属層の厚みが0.01μm〜1μmである請求項1から4いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。
- 前記第1の金属層が気相成膜層である請求項1から5いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。
- 前記樹脂層の酸素透過度が50cc/(m2・day・atm)以下である請求項1から6いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。
- 前記樹脂層に金属ナノ粒子が含まれており、
前記第2の金属層が、無電解メッキ層である請求項1から7いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。 - 前記蛍光体が量子ドットである請求項1から8いずれか1項記載の波長変換積層フィルム。
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