特許 7320806 量子ドット拡散板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-27

(45)【発行日】2023-08-04

(54)【発明の名称】量子ドット拡散板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/02 20060101AFI20230728BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20230728BHJP

   F21V 3/00 20150101ALI20230728BHJP

   G02F 1/13357 20060101ALI20230728BHJP

【ＦＩ】

G02B5/02 B

G02B5/20

F21V3/00 320

F21V3/00 530

G02F1/13357

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022091114

(22)【出願日】2022-06-03

【審査請求日】2022-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】522223349

【氏名又は名称】広東瑞捷新材料股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＧＥＮＣＹ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ５８， ＡＳＥＡＮ ｒｏａｄ， Ｄｕｚｈｕ ｖｉｌｌａｇｅ， Ｐｕｚｉ， Ｌｉｌｉｎ ｔｏｗｎ， Ｚｈｏｎｇｋａｉ ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈ ｚｏｎｅ， Ｈｕｉｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】鄭日新

(72)【発明者】

【氏名】王興礼

(72)【発明者】

【氏名】梁満意

(72)【発明者】

【氏名】何小磊

【審査官】加藤 範久

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８１０７４９６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３１７６６２３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３２９３５７５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１６５０７７５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６３８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１１－５０７８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８３８７９５７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３８５２８１７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１４０１９５９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８２９９８０２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３１５６７０８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／０２

Ｆ２１Ｖ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子ドット層を含む量子ドット拡散板であって、
前記量子ドット層の上表面及び下表面は、保護層により覆われ、
前記量子ドット層の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％、量子ドット０．０１～１％、チタン白粉０．２～５％であり、
前記保護層の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％であり、
前記量子ドットの粒径は２～１２ｎｍであることを特徴とする、量子ドット拡散板。

【請求項2】

前記量子ドット層の数は、少なくとも１層であることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット拡散板。

【請求項3】

前記量子ドット層及び前記保護層のプラスチック原料は、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＭＳ、又はこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット拡散板。

【請求項4】

請求項１に記載の量子ドット拡散板の製造方法であって、
成分が同じ保護層の原料を２つと、量子ドット層の原料を１つとを準備するステップと、
前記保護層の原料と前記量子ドット層の原料とを別々に均一に混合するステップと、
混合済みの前記保護層の原料と前記量子ドット層の原料とをそれぞれスクリュー押出し装置に投入して加熱し、溶融状態にするステップと、
最後に前記スクリュー押出し装置のダイヘッドから押出し、前記保護層の原料及び前記量子ドット層の原料を片状方式で押出し、前記保護層により前記量子ドット層の表面を覆うステップと、を含むことを特徴とする、量子ドット拡散板の製造方法。

【請求項5】

前記保護層及び前記量子ドット層の原料は、前記スクリュー押出し装置に含まれる３段の加熱領域の段階的加熱により、加熱・混合して溶融状態を形成し、
前記加熱領域の第１段温度は１４０～２２０℃であり、
前記加熱領域の第２段温度は１６０～２４０℃であり、
前記加熱領域の第３段温度は１８０～２６０℃であることを特徴とする請求項４に記載の量子ドット拡散板の製造方法。

【請求項6】

前記ダイヘッドから押出される温度を１４０～２２０℃の範囲に制御することを特徴とする請求項４に記載の量子ドット拡散板の製造方法。

【請求項7】

前記保護層及び前記量子ドット層の原料は、前記スクリュー押出し装置の複数の原料供給口に同時に別々に投入して押出することを特徴とする請求項４に記載の量子ドット拡散板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光拡散板に関し、特に、量子ドット拡散板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光拡散板は、化学的手段又は物理的手段により、光線が伝搬途中で屈折率が異なる２つの媒質に当たったときに、屈折、反射及び散乱の物理的現象を発生させ、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ Ｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などの基材基礎中に無機又は有機の光拡散剤が添加されるか、基材表面の微細パターン構造のアレイ配列を介して人為的な方式により光線を調整し、光線に異なる方向の屈折、反射及び散乱を発生させて光の進路を変え、入射光を十分に散乱させて光学拡散効果が得られるため、光拡散板は液晶表示、ＬＥＤ照明及び結像表示システムに広く利用されてきた。

【0003】

現在、市販されているテレビジョンに利用するバックライトモジュールにとって、業界のバックライトに対する均一度の要求が上がり続け、拡散板のヘイズもそれに伴って高くなっている。しかし、ヘイズが高まると、拡散板自体の光透過率が低下し、拡散板の光度が低下してしまうため、バックライトモジュールに設ける電球又はフィルムを増やして光度を高めなければならず、最終的にバックライトモジュール全体のコストが増えてしまうことがあった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうした現状に鑑み、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成したものである。
本発明の主な目的は、高光度で、バックライトモジュール全体のコストが少ない量子ドット拡散板及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

かくして、本発明の要旨は、次の（１）～（９）に記載の通りのものである。
（１）量子ドット層を含む量子ドット拡散板であって、
前記量子ドット層の上表面及び下表面は、保護層により覆われ、
前記量子ドット層の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％、量子ドット０．０１～１％、チタン白粉０．２～５％であり、
前記保護層の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％であることを特徴とする、量子ドット拡散板。
（２）前記量子ドットの粒径は２～１２ｎｍであることを特徴とする前記（１）に記載の量子ドット拡散板。
（３）前記量子ドット層の数は、少なくとも１層であることを特徴とする前記（１）に記載の量子ドット拡散板。
（４）前記量子ドット層及び前記保護層のプラスチック原料は、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＭＳ、又はこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする前記（１）に記載の量子ドット拡散板。
（５）前記量子ドット層及び前記保護層の原料にＰＳ耐熱剤をそれぞれ加え、
前記ＰＳ耐熱剤の質量％は０．１～３％であることを特徴とする前記（１）に記載の量子ドット拡散板。
（６）前記（１）に記載の量子ドット拡散板の製造方法であって、
成分が同じ保護層の原料を２つと、量子ドット層の原料を１つとを準備するステップと、
前記保護層の原料と前記量子ドット層の原料とを別々に均一に混合するステップと、
混合済みの前記保護層の原料と前記量子ドット層の原料とをそれぞれスクリュー押出し装置に投入して加熱し、溶融状態にするステップと、
最後に前記スクリュー押出し装置のダイヘッドから押出し、前記保護層の原料及び前記量子ドット層の原料を片状方式で押出し、前記保護層により前記量子ドット層の表面を覆うステップと、を含むことを特徴とする、量子ドット拡散板の製造方法。
（７）前記スクリュー押出し装置は、３段の加熱領域を含み、
前記加熱領域の第１段温度は１４０～２２０℃であり、
前記加熱領域の第２段温度は１６０～２４０℃であり、
前記加熱領域の第３段温度は１８０～２６０℃であることを特徴とする前記（６）に記載の量子ドット拡散板の製造方法。
（８）前記ダイヘッドから押出される温度を１４０～２２０℃の範囲に制御することを特徴とする前記（６）に記載の量子ドット拡散板の製造方法。
（９）前記スクリュー押出し装置は、多種類の異なる原料を前記スクリュー押出し装置に投入するのに用いる複数の原料供給口を有することを特徴とする前記（６）に記載の量子ドット拡散板の製造方法。

【発明の効果】

【0006】

本発明に係る量子ドット拡散板及びその製造方法は、量子ドット層の上下表面を保護層により覆うとともに、保護層を同様にプラスチック原料、無機拡散剤その他材料の組合せにより構成し、保護層に光拡散機能を付与するとともに、量子ドット層を保護し、水気や酸素が量子ドット層に侵入することを防ぎ、量子ドット層中の量子ドットが劣化することを防ぐ。また、量子ドット層を量子ドット、チタン白粉その他材料により構成し、チタン白粉を増量することにより、チタン白粉中のチタン元素は、量子ドット拡散板の拡散効果を高め、元々バックライト中の濾過された光を変換し、バックライトの利用率を高めるとともに、チタン及び量子ドットの原料成分を調整することにより、拡散板内の量子ドットのスペクトルを変化させ、様々な帯状バックライトに適応させ、量子ドット拡散板の適用の自由度を大幅に高め、光度を高めるとともに、バックライトモジュール全体のコストを減らすこともできる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る量子ドット拡散板を示す構造図である。

【図2】図２は、従来の拡散板モジュールのスペクトル分布図である。

【図3】図３は、量子ドット拡散板モジュールのスペクトル分布図である。

【図4】図４は、ＬＣＤのスペクトル分布図である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係る量子ドット拡散板の製造方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の目的、特徴及び効果をより分かりやすくするために、具体的な実施形態について図に基づいて詳しく説明する。

【0009】

図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る量子ドット拡散板は、量子ドット層１０と、量子ドット層１０の上表面及び下表面を覆う保護層２０と、を含む。

【0010】

量子ドット層１０の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％、量子ドット０．０１～１％、チタン白粉０．２～５％である。

【0011】

保護層２０の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％である。

【0012】

量子ドット層１０の上下表面を覆う保護層２０は、同様にプラスチック原料、無機拡散剤その他材料からなり、保護層２０が光拡散性能を有するとともに、量子ドット層１０に保護作用を付与し、水気や酸素が量子ドット層１０中に浸入することを防ぎ、量子ドット層１０中の量子ドットが劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）することを防ぐ。

【0013】

量子ドット層１０は、量子ドット、チタン白粉その他材料の組み合わせからなり、チタン白粉を増やすことにより、チタン白粉中のチタン元素により量子ドット拡散板の拡散効果を高め、先にバックライト中の濾過された一部の光を変換し、バックライトの利用率を高めるとともに、チタン及び量子ドットの原料成分を調整することにより、拡散板内の量子ドットのスペクトルを変化させ、様々な帯状バックライトに適用させ、量子ドット拡散板の適用の自由度を大幅に高め、光度を高めるとともに、バックライトモジュール全体のコストを減らすこともできる。

【0014】

上述した手段において、量子ドットの粒径は２～１２ｎｍであり、小さめの量子ドットを用いると、量子ドットとチタン白粉とをより均一に混合することができるため、量子ドット拡散板の拡散効果を高めることができる。量子ドット層１０の数は少なくとも１層であり、実際の生産過程では、規格毎のニーズに応じて量子ドット層１０の数を増やすか、量子ドット層１０とその他の機能層とを組み合わせて使用してもよい。

【0015】

量子ドット層１０及び保護層２０のプラスチック原料は、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＭＳ（Ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ）、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される。量子ドット層１０及び保護層２０の原料にはＰＳ耐熱剤が増量される。ＰＳ耐熱剤の質量％は０．１～３％である。添加するＰＳ耐熱剤を増やすと、量子ドット拡散板を主体とする耐熱性能が高まり、使用過程でＬＥＤライトが照射される際、温度が高すぎて量子ドット拡散板が変形してしまうことを防ぐことができる。

【0016】

実施例１の量子ドット拡散板中の各層の配合は、量子ドット層１０の各原料の質量％で、プラスチック原料９０％、安定剤０．５％、有機シリコン１％、無機拡散剤２％、拡散油１％、スチレン－ブタジエン共重合体０．５％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物２％、量子ドット０．５％、チタン白粉２．５％である。

【0017】

保護層２０の各原料の質量％は、プラスチック原料９３％、安定剤０．５％、有機シリコン１％、無機拡散剤２％、拡散油１％、スチレン－ブタジエン共重合体０．５％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物２％である。

【0018】

従来の拡散板の質量％は、プラスチック原料９３％、安定剤０．５％、有機シリコン１％、無機拡散剤２％、拡散油１％、スチレン－ブタジエン共重合体０．５％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物２％である。

【0019】

実施例１の量子ドット拡散板及び従来の拡散板をＬＥＤモジュールに設置し、５５インチ（１３９．７ｃｍ）に２４個の電球を均等に配置した条件下で、正確に組立ててバックライト光源を設置し、電源スイッチをオンし、エラーの有無を検査した後、３０分間予熱し、板材をバックライト光源上の真ん中に載置し、ＢＥＦ下の固定テスト領域に位置させ、補正後の光度計で測定し、光度色座標（ｘ，ｙ）及び光度ＬＶデータを記録し、測定した数値は次表（１）の通りである。

【0020】

表（１）：従来の拡散板及び量子ドット拡散板の５個の異なる位置のデータ表

【0021】

表（２）：量子ドット拡散板を従来の拡散板と比べた５個の位置数値上昇の％／比率

【0022】

上述した量子ドット拡散板及び従来の拡散板が用いる５個の位置は、板材の同じ位置にあり、それぞれ板材の対応した４つの角部及び４つの角部の対角線が交差する焦点位置である。

【0023】

図２、図３及び図４を参照する。図２は、従来の拡散板のスペクトル分布図である。図３は、量子ドット拡散板のスペクトル分布図である。図２及び図３を比べると分かるように、図３中には３つのピークがあり、黄色領域中で量子ドットにより吸収されて赤色に変換されるため、発光効果が好ましく、従来の拡散板の光が黄色領域のスペクトルにより吸収され、光利用率が低下する。図４は、量子ドット拡散板を液晶表示スクリーン上に取付けたスペクトル分布図である。図３を組み合わせると、量子ドット拡散板が液晶表示スクリーン上で良好な色彩表現が得られることが分かる。

【0024】

量子ドット拡散板のバックライトスペクトルデータは以下の通りである。
藍色ピーク波長４５０ｎｍ半価幅４３０～４５０ｎｍと普通バックライトとの差異は大きくない。
緑色ピーク波長５３０ｎｍ半価幅５２０～５５０ｎｍ。
赤色ピーク波長６３０ｎｍ半価幅６１０～６４０ｎｍ。

【0025】

このことから分かるように、量子ドット拡散板は、従来の拡散板の光度ＬＶと比較し、約１０％高く、色域が約６％高い。

【0026】

図５を参照する。図５に示すように、上述した量子ドット拡散板の製造方法は、以下のステップ（ａ）～（ｄ）を含む。
（ａ）成分が同じ保護層の原料を２つと、量子ドット層の原料を１つとを準備する。
（ｂ）保護層の原料と量子ドット層の原料とを別々に均一に混合する。
（ｃ）混合済みの保護層の原料と量子ドット層の原料とをそれぞれスクリュー押出し装置に投入して加熱し、溶融状態にする。
（ｄ）最後にスクリュー押出し装置のダイヘッド（ｄｉｅ ｈｅａｄ）から押出し、保護層の原料及び量子ドット層の原料を片状方式で押出し、保護層により量子ドット層の表面を覆う。

【0027】

量子ドット材料のインサイチュー成長（ｉｎ－ｓｉｔｕ ｇｒｏｗｔｈ）の特長と、量子ドット拡散板を押出して製造する方式とを組み合わせ、原料中にチタン白粉を直接加え、その後に行う混合、加熱溶融の工程においてチタン白粉を量子ドット層に均一に混合させることができるため、別途工程を増やす必要がなく、生産コストも増大せず、チタン白粉中のチタン元素材料を量子ドット拡散板中に添加することができる。

【0028】

量子ドットフィルムを別途表面に貼り合わせる従来技術と比べ、インサイチュー共押出（ｉｎ－ｓｉｔｕ ｃｏ－ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）の製造方式は、量子ドット材料をより均一に分散させることができるだけでなく、光変換率を高めることができる上、この技術では工程を別途増やす必要もない。最も基本的な原料コストの他には、生産コストが別途発生せず、１つの量子ドット拡散板を直接用いるだけで様々な光学効果が得られる。

【0029】

スクリュー押出し装置は、３段の加熱領域を含む。加熱領域の第１段温度は１４０～２２０℃であり、加熱領域の第２段温度は１６０～２４０℃であり、加熱領域の第３段温度は１８０～２６０℃である。

【0030】

段階的加熱方式により、保護層及び量子ドット層の原料を十分に加熱・混合して溶融状態を形成するとともに、ダイヘッドから押出される温度を１４０～２２０℃の範囲に制御し、保護層及び量子ドット層の押出し過程でも依然として溶融状態に維持されるため、ダイヘッドの通りがスムーズである。

【0031】

また、スクリュー押出し装置は、多種類の異なる原料をスクリュー押出し装置に投入するのに用いる複数の原料供給口を有し、多種類の異なる原料を同時に別々に投入して押出し、多層板を押出し製造してもよい。上述したように増加した量子ドット層は、１組の量子ドット層の原料を同期で増加させることにより、同期で押出すことができる。

【0032】

上述したことから分かるように、本発明に係る量子ドット拡散板及びその製造方法は、量子ドット層１０の上下表面を保護層２０により覆うとともに、保護層２０を同様にプラスチック原料、無機拡散剤その他材料の組合せにより構成し、保護層２０に光拡散機能を付与するとともに、量子ドット層１０を保護し、水気や酸素が量子ドット層１０に侵入することを防ぎ、量子ドット層１０中の量子ドットが劣化することを防ぐ。量子ドット層１０を量子ドット、チタン白粉その他材料により構成し、チタン白粉を増量することにより、チタン白粉中のチタン元素は、量子ドット拡散板の拡散効果を高め、元々バックライト中の濾過された光を変換し、バックライトの利用率を高めるとともに、チタン及び量子ドットの原料成分を調整することにより、拡散板内の量子ドットのスペクトルを変化させ、様々な帯状バックライトに適用させ、量子ドット拡散板の適用の自由度を大幅に高め、光度を高めるとともに、バックライトモジュール全体のコストを減らすこともできる。

【0033】

当該分野の技術を熟知する者が理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0034】

１０ 量子ドット層
２０ 保護層

【要約】

【課題】高光度で、バックライトモジュール全体のコストが少ない量子ドット拡散板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】量子ドット拡散板は、量子ドット層１０を含む。量子ドット層１０の上表面及び下表面は、保護層２０により覆われる。量子ドット層１０の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％、量子ドット０．０１～１％、チタン白粉０．２～５％である。保護層２０の各原料の質量％は、プラスチック原料９０～９９％、安定剤０．０１～１％、有機シリコン０．１～３％、無機拡散剤０．１～３％、拡散油０．１～３％、スチレン－ブタジエン共重合体０．１～２％、ケイ酸マグネシウム塩類鉱物０．１～６％である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】