JP2018137281A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device.
従来、次世代の発光装置として、ナノサイズの粒子径を有する蛍光体粒子を用いた発光装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。「ナノサイズの粒子径を有する蛍光体粒子」は、「量子ドット」と称される。量子ドットを用いた発光装置は、従来の蛍光体を用いた発光装置と比べ、発光効率および色再現性に優れている。 Conventionally, as a next-generation light-emitting device, a light-emitting device using phosphor particles having a nano-sized particle diameter has been developed (see, for example, Patent Document 1). The “phosphor particles having a nano-sized particle diameter” are referred to as “quantum dots”. A light emitting device using quantum dots is superior in light emission efficiency and color reproducibility compared to a light emitting device using a conventional phosphor.
量子ドットの発光波長、すなわち量子ドットの蛍光色は、量子ドットの粒子径に対応している。そのため、量子ドットは、粒子径を制御することで、蛍光色を容易に制御することができるという利点がある。
また、量子ドットから得られる発光蛍光は、スペクトル線幅がせまい。そのため、量子ドットを用いた発光装置は、色再現性に優れたものとなる。
The emission wavelength of the quantum dot, that is, the fluorescent color of the quantum dot, corresponds to the particle diameter of the quantum dot. Therefore, quantum dots have the advantage that the fluorescent color can be easily controlled by controlling the particle diameter.
In addition, the emission fluorescence obtained from quantum dots has a narrow spectral line width. Therefore, a light emitting device using quantum dots is excellent in color reproducibility.
特許文献1に記載の発光装置は、励起光を射出する光源と、励起光を吸収して蛍光に変換する蛍光体層および量子ドット層と、を有する構成となっている。このような発光装置では、光源が発する熱により量子ドット層が劣化し、発光効率が低下するおそれがあった。なお、量子ドット層の劣化は、発光装置の光量減少として顕在化するため、改善が求められていた。
The light-emitting device described in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device that has high heat resistance and is unlikely to have low luminous efficiency.
発明者は、量子ドット層の劣化が、以下のようなメカニズムにより生じているものと考えた。 The inventor considered that the deterioration of the quantum dot layer was caused by the following mechanism.
まず、量子ドット層は、発光装置の運転時に光源が発する熱により加熱される。その際、マトリクスが樹脂である場合には、加熱によりマトリクスの軟化点を超えると、マトリクス中に分散した蛍光体粒子が流動しやすくなる。その結果、蛍光体粒子同士が凝集し、所望の分散状態を維持できなくなるおそれがある。 First, the quantum dot layer is heated by the heat generated by the light source during operation of the light emitting device. At this time, when the matrix is a resin, the phosphor particles dispersed in the matrix are likely to flow when the matrix exceeds the softening point by heating. As a result, the phosphor particles may agglomerate and a desired dispersed state may not be maintained.
また、マトリクス中に粒子を分散させる際には、粒子の分散性を向上させるため、粒子表面を表面処理剤で修飾することがある。量子ドットについて表面処理を行うと、分散性が向上し、凝集が抑制されることが期待できる。しかし、運転時に光源が発する熱により表面処理剤が粒子表面から脱離すると、蛍光体粒子が凝集しやすくなり、量子ドット層の劣化が進んでしまうおそれがあった。 In addition, when dispersing particles in the matrix, the particle surface may be modified with a surface treatment agent in order to improve the dispersibility of the particles. When surface treatment is performed on the quantum dots, it can be expected that dispersibility is improved and aggregation is suppressed. However, if the surface treatment agent is desorbed from the particle surface due to heat generated by the light source during operation, the phosphor particles tend to aggregate and the quantum dot layer may deteriorate.
発明者は、上述のようにして生じる蛍光体粒子の凝集が、量子ドット層の劣化の原因の一つであると考え鋭意検討した結果、本願発明を完成させた。 The inventor has intensively studied that the aggregation of the phosphor particles generated as described above is one of the causes of the deterioration of the quantum dot layer, and as a result, completed the present invention.
上記の課題を解決するため、本発明の一形態は、光源と、前記光源から射出された光を、前記光とは異なる波長の変換光に変換して放出する波長変換部と、を備え、前記波長変換部は、ナノ粒子蛍光体と、前記ナノ粒子蛍光体が分散するマトリクスと、を有し、前記ナノ粒子蛍光体は、量子ドットと、前記量子ドットの表面を覆い、第1官能基を有する表面修飾部と、を有し、前記マトリクスは、イオン性液体に由来する構成単位と、前記第1官能基と共有結合可能な第2官能基と、を有する重合体を含み、前記第1官能基と前記第2官能基との少なくとも一部が共有結合している発光装置を提供する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a light source and a wavelength conversion unit that converts light emitted from the light source into converted light having a wavelength different from that of the light, and emits the converted light. The wavelength conversion unit includes a nanoparticle phosphor and a matrix in which the nanoparticle phosphor is dispersed, the nanoparticle phosphor covers a quantum dot and a surface of the quantum dot, and includes a first functional group. The matrix includes a polymer having a structural unit derived from an ionic liquid and a second functional group that can be covalently bonded to the first functional group, Provided is a light-emitting device in which at least a part of one functional group and the second functional group are covalently bonded.
本発明の一形態においては、前記波長変換部は、前記光を前記変換光に変換して放出する複数の層を有し、前記複数の層のうち少なくとも1層が、前記ナノ粒子蛍光体と前記マトリクスとを有する構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the wavelength conversion unit includes a plurality of layers that convert the light into the converted light and emit the converted light, and at least one of the plurality of layers includes the nanoparticle phosphor. It is good also as a structure which has the said matrix.
本発明の一形態においては、前記複数の層のうち、少なくとも前記光の光路に沿って最も前記光源に近い1層が、前記ナノ粒子蛍光体と前記マトリクスとを有する構成としてもよい。 In one form of the present invention, at least one layer of the plurality of layers that is closest to the light source along the optical path of the light may include the nanoparticle phosphor and the matrix.
本発明の一形態においては、前記波長変換部は、平均粒子径の異なる2種以上の前記ナノ粒子蛍光体を有している構成としてもよい。 In one form of this invention, the said wavelength conversion part is good also as a structure which has the 2 or more types of said nanoparticle fluorescent substance from which an average particle diameter differs.
本発明の一形態においては、前記波長変換部が、前記光源を覆い前記光源に接して設けられている構成としてもよい。 In one form of this invention, the said wavelength conversion part is good also as a structure which covers the said light source and is provided in contact with the said light source.
本発明の一形態においては、前記波長変換部は、前記波長変換部の光射出面を覆うガスバリア層を有する構成としてもよい。 In one form of this invention, the said wavelength conversion part is good also as a structure which has a gas barrier layer which covers the light emission surface of the said wavelength conversion part.
本発明の一形態においては、前記ガスバリア層は、光散乱性を有する構成としてもよい。 In one embodiment of the present invention, the gas barrier layer may have a light scattering property.
本発明によれば、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light-emitting device that has high heat resistance and is less likely to reduce light emission efficiency.
[第1実施形態]
以下、図1〜図2を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る発光装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
[First Embodiment]
The light emitting device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
図1は、本実施形態に係る発光装置10を示す概略断面図である。発光装置10は、光源1と、波長変換部8と、アノード4と、カソード5と、基板9と、パッケージ6と、ボンディングワイヤー7と、を備える。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a
基板9には、透明基板および不透明基板のいずれが用いられてもよい。透明基板の材料として、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料などが挙げられる。不透明基板の材料として、例えばセラミックス等の無機材料、樹脂材料等が挙げられる。または、金属基板の表面に絶縁処理を施したものが用いられてもよい。上記の材料が積層または混合された複合材料からなる基板が用いられてもよい。基板9の表面に、樹脂材料からなる公知の平坦化層が形成されていてもよい。
As the
パッケージ6は、基板9の一面に設けられている。パッケージ6は、例えば絶縁性を有するセラミック材料等で形成されている。パッケージ6の内壁は、光反射性材料で覆われていてもよい。または、パッケージ6が光反射性材料で形成されていてもよい。光反射性材料として、光透過性を有する樹脂材料中に酸化チタン等の高屈折率を有する無機フィラーが高濃度に分散された高反射性樹脂材料、アルミニウム、銀等の金属材料を挙げることができる。パッケージ6の内壁を覆う材料またはパッケージ6の形成材料がアルミニウム、銀等の金属材料である場合、後述のアノード4およびカソード5とパッケージ6とは絶縁する必要がある。
The
アノード4およびカソード5は、基板9の一面に設けられている。アノード4およびカソード5は、光源1を駆動するための電力を供給する。アノード4およびカソード5は、所定の間隔をおいて配置されていることにより絶縁されている。もしくは、アノード4とカソード5との間に絶縁材が介在していてもよい。アノード4およびカソード5は、ボンディングワイヤー7を介して光源1と電気的に接続されている。ボンディングワイヤー7の材料としては、主にAuが用いられるが、特に限定されるものではない。
The
光源1は、基板9の一面に設けられている。光源1は、蛍光体粒子2を励起する波長400nm以下の励起光を射出する発光素子で構成されている。本実施形態においては、光源1として、LED、レーザーダイオード等の発光素子を用いることができる。さらに、光源1として、近紫外発光を生じる発光素子を用いることができ、特に限定されるものではない。近紫外光以外にも、青紫光、紫光、紫外光などの波長域の光を発光可能な発光素子も使用が可能である。発光素子の構成材料として、例えばGaN、InGaN、AlGaInN、AlGaN、GaAs、ZnSe等が挙げられる。
The
波長変換部8は、パッケージ6の内壁および光源1を覆い、光源1に接して設けられている。波長変換部8は、複数の蛍光体粒子(ナノ粒子蛍光体)2と、蛍光体粒子2が分散するマトリクス3とを有している。波長変換部8は、光源1から射出された光(励起光)を、励起光とは異なる波長の変換光(蛍光)に変換して放出する。
The
図2は、発光装置10が有する波長変換部8の拡大模式図である。波長変換部は、蛍光体粒子2と、蛍光体粒子2が分散するマトリクス3とを有する。マトリクス3には、発明の効果を損なわない範囲において、無機材料を形成材料とする光散乱材が分散していてもよい。
FIG. 2 is an enlarged schematic diagram of the
(蛍光体粒子2)
図2に示すように、蛍光体粒子2は、量子ドット21と、量子ドット21の表面を覆い、第1官能基221を有する表面修飾部22と、を有している。
(Phosphor particles 2)
As shown in FIG. 2, the
量子ドット21の形成材料は、特に制限されるものではなく、通常知られた形成材料を用いることができる。量子ドット21の形成材料としては、例えば、従来用いられるInP、InN、InAs、InSb、InBi、ZnO、In2O3、Ga2O3、ZrO2、In2S3、Ga2S3、In2Se3、Ga2Se3、In2Te3、Ga2Te3、CdSe、CdTe、CdS、ZnO、CuInS2、CuInSe2、CuInTe2からなる群から選ばれる少なくともいずれか一種の材料を含む。中でも、可視発光特性および安定性がよいという理由からは、InP、InN、InAs、InSb、InBi、ZnO、In2O3、Ga2O3、ZrO2、In2S3、Ga2S3、In2Se3、Ga2Se3、In2Te3、Ga2Te3、CdSe、CdTeおよびCdSからなる群から選ばれる少なくともいずれか一種の材料を含むことが好ましく、CdSe、CdTeおよびInPから選ばれる少なくともいずれか一種の材料を含むことが特に好ましい。
The formation material of the
量子ドット21の形状は、特に制限されるものではなく、球状、ロッド状、ワイヤ状など従来公知の適宜の形状の量子ドットを特に制限なく用いることができる。上述したように、量子ドットは、形状や粒子径を制御することにより発光波長が変化するため、波長制御の容易さという観点から、球状の量子ドットが好ましい。
The shape of the
発光装置10を一般照明や液晶バックライトの光源として用いる場合、量子ドット21の発光波長は、380〜780nmの可視光領域に含まれるものであることが好ましい。量子ドット21の発光波長が上記範囲に含まれるように、粒子の形状、粒子径を制御したものを用いるとよい。
When the
量子ドット21の粒子径は、原料および所望の発光波長に応じて適宜選択することができる。量子ドット21の粒子径は特に制限されないが、1nm以上20nm以下であることが好ましく、2nm以上5nm以下であることがより好ましい。
The particle diameter of the
量子ドット21の粒子径が1nm以上である場合、量子ドット21全体の体積に対する量子ドット21全体表面積の割合が抑えられ、表面欠陥が支配的となりにくく、発光効率が低下しにくいため好ましい。
量子ドット21の粒子径が20nm以下である場合、量子ドット21の凝集・沈殿が生じにくいため好ましい。
When the particle diameter of the
When the particle diameter of the
ここで、量子ドット21が球状である場合、量子ドット21の粒子径は、粒度分布測定装置により測定された平均粒径、または電子顕微鏡により観察された粒子の大きさを指す。量子ドット21の形状がロッド状である場合、量子ドット21の粒子径は、電子顕微鏡により測定された短軸および長軸の大きさで表す。さらに、量子ドット21の形状がワイヤ状である場合、量子ドット21の粒子径は、電子顕微鏡により測定された短軸および長軸の大きさで表す。
Here, when the
量子ドット21の含有量は、特に制限されないが、マトリクス3全体量(100質量部)に対し0.001質量部以上50質量部以下であることが好ましく、0.01質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。量子ドット21の含有量が、マトリクス3全体量に対し0.001質量部以上である場合、量子ドット21からの発光量が十分に確保できる。また、量子ドット21の含有量がマトリクス3全体量に対し50質量部以下である場合、量子ドット21をマトリクス3中に均一に分散させることができる。
Although content in particular of
表面修飾部22は、量子ドット21の粒子表面を修飾する表面修飾剤を形成材料としている。表面修飾部22は、量子ドット21の表面を改質する。その結果、蛍光体粒子2全体として、マトリクス3に対する分散性が向上する。
The
表面修飾部22は、第1官能基221を有する。第1官能基221は、マトリクス3が有する第2官能基(後述)と共有結合可能である。
The
表面修飾部22の形成材料は、量子ドット21の粒子表面と結合する官能基と、第1官能基221と、を有する。表面修飾部22の形成材料としては、例えば、メルカプト基を有するカルボン酸が挙げられる。この場合、メルカプト基が「量子ドット21の粒子表面と結合する官能基」に該当し、カルボン酸が有するカルボキシ基が第1官能基221に該当する。
The material for forming the
このような化合物としては、例えば、メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、メルカプトこはく酸を例示することが出来る。 Examples of such compounds include mercaptopropionic acid, thioglycolic acid, and mercaptosuccinic acid.
本実施形態においては、表面修飾部22の形成材料が、上述したメルカプトプロピオン酸であることとする。すなわち、本実施形態においては、第1官能基221はカルボキシ基である。
In the present embodiment, the material for forming the
(マトリクス3)
マトリクス3は、イオン性液体に由来する構成単位311と、第1官能基221と共有結合可能な第2官能基312と、を有する重合体31を有している。重合体31は、(i)イオン性液体に由来する構成単位、(ii)重合性官能基、(iii)第2官能基312、を有するモノマーを重合することで得られる。このようなモノマーを、以下、「第1のモノマー」と称することがある。第1のモノマーは、イオン性液体に、通常知られた方法で重合性官能基、および第2官能基312を修飾することで得られる。
(Matrix 3)
The
第1のモノマーの基本構造である「イオン性液体」は、溶融状態の塩(溶融塩)である。イオン性液体としては、例えば、以下の一般式(I)で示される化合物が挙げられる。
X+Y− …(I)
The “ionic liquid” that is the basic structure of the first monomer is a molten salt (molten salt). Examples of the ionic liquid include compounds represented by the following general formula (I).
X + Y - ... (I)
図2中、符号311aは、上記一般式(I)におけるX+を指す。
X+は、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、ホスホニウムイオン、脂肪族四級アンモニウムイオン、ピロリジニウム、スルホニウムからなる群から選ばれるカチオンである。これらの中でも、熱的安定性および大気中での安定性に優れるため、脂肪族四級アンモニウムイオンが好ましい。
In FIG. 2, the code |
X + is a cation selected from the group consisting of imidazolium ion, pyridinium ion, phosphonium ion, aliphatic quaternary ammonium ion, pyrrolidinium, and sulfonium. Among these, aliphatic quaternary ammonium ions are preferable because of excellent thermal stability and stability in the air.
図2中、符号311bは、上記一般式(I)におけるY−を指す。
Y−は、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド酸イオン、可塩素酸イオン、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)炭素酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、カルボン酸イオン、ハロゲンイオンからなる群から選ばれるアニオンである。これらの中でも、熱的安定性および大気中での安定性に優れるため、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド酸イオンが好ましい。
上記X+とY−とを適宜組み合わせることで、イオン性液体が得られる。イオン性液体は、常温(たとえば25℃)で液状、すなわち融点が常温未満であることが好ましい。
In Figure 2,
Y - is tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ion, soluble chlorate ion, tris (trifluoromethylsulfonyl) carbon ion, trifluoromethanesulfonate ion, trifluoroacetate ion , An anion selected from the group consisting of carboxylate ions and halogen ions. Among these, bistrifluoromethylsulfonylimido ion is preferable because of excellent thermal stability and stability in the air.
An ionic liquid can be obtained by appropriately combining X + and Y−. The ionic liquid is preferably liquid at room temperature (for example, 25 ° C.), that is, its melting point is less than room temperature.
(ii)重合性官能基としては、重合体31を形成可能であれば、通常知られた官能基を採用することができる。重合性官能基としては、重合が容易であることから(メタ)アクリロイルオキシ基が好ましい。
(Ii) As the polymerizable functional group, a conventionally known functional group can be adopted as long as the
重合性官能基を重合させることで、イオン性液体に由来する構成単位を含む重合体31が得られる。また、第1のモノマーを含むモノマー混合物に蛍光体粒子2を分散させた状態で、重合性官能基を重合させることにより、重合体31(マトリクス3)中に蛍光体粒子2が分散した波長変換部8を容易に製造することができる。このようにして重合体31中に蛍光体粒子2が分散した波長変換部8を得ることにより、蛍光体粒子2の凝集を抑制することができる。
By polymerizing the polymerizable functional group, the
(iii)第2官能基312は、第1官能基221と共有結合可能な官能基である。例えば、上述のように第1官能基221がカルボキシ基である場合、第2官能基312としては、ヒドロキシ基やアミノ基を採用することが出来る。
(Iii) The second
この場合、第2官能基312がヒドロキシ基の場合、第1官能基221と第2官能基312とは、共有結合であるエステル結合を形成し得る。
また、第2官能基312がアミノ基の場合、第1官能基221と第2官能基312とは、共有結合であるアミド結合を形成し得る。
In this case, when the second
When the second
このような第1のモノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシ−3−(メタクリロイルオキシ)−プロピルトリメチルアンモニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(下記式(II))を例示することが出来る。 Examples of such a first monomer include 2-hydroxy-3- (methacryloyloxy) -propyltrimethylammonium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (the following formula (II)).
上述のような重合性官能基および第2官能基312を有するイオン性液体は、従来公知の適宜のイオン性液体に、従来公知の適宜の手法で重合性官能基および第2官能基312を導入することで得られる。もちろん、市販品を用いてもよい。
In the ionic liquid having the polymerizable functional group and the second
本実施形態においては、重合体31が、上述した2−ヒドロキシ−3−(メタクリロイルオキシ)−プロピルトリメチルアンモニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを重合させた重合体であることとする。すなわち、本実施形態においては、第2官能基312はヒドロキシ基である。
In the present embodiment, the
さらに、第1のモノマーを重合させる際、(i)イオン性液体に由来する構成単位、(ii)重合性官能基を有し、第2官能基312を有しない第2のモノマーを共重合させてもよい。このような第2のモノマーとしては、例えば、下記式(III)で示す2−(メタクリロイルオキシ)−エチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドや、下記式(IV)で示す1−(3−アクリロイルオキシ−プロピル)−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドなどを挙げることが出来る。
Further, when the first monomer is polymerized, (i) a structural unit derived from the ionic liquid, (ii) a second monomer having a polymerizable functional group and not having the second
第1のモノマーは、比較的融点が高く、常温で固体であるものが多い。そのため、多くの場合、第1のモノマーに蛍光体粒子2を分散させる際に、第1のモノマーや、第1のモノマーに蛍光体粒子2を分散させた分散液について加熱の必要がある。このような加熱により、第1のモノマーや蛍光体粒子2が劣化するおそれがある。
Many first monomers have a relatively high melting point and are solid at room temperature. Therefore, in many cases, when the
一方、第1のモノマーに第2のモノマーを混合して用いると、凝固点降下により混合物の融点が下がり、混合物を液体とし易い。その結果、モノマーの混合物に蛍光体粒子2を分散させる際に、加熱温度を低くすることができる。または、加熱が不要となる。
On the other hand, when the second monomer is mixed with the first monomer and used, the melting point of the mixture is lowered due to the freezing point depression, and the mixture is easily made liquid. As a result, the heating temperature can be lowered when the
さらに、上記モノマーを重合させる際、重合性官能基を有し、(i)イオン性液体に由来する構成単位を有さない第3のモノマーを共重合させてもよい。第3のモノマーとしては、共重合可能な通常知られたモノマーを用いることが出来る。 Furthermore, when the monomer is polymerized, a third monomer having a polymerizable functional group and not having a structural unit derived from (i) an ionic liquid may be copolymerized. As the third monomer, a commonly known monomer capable of copolymerization can be used.
上記モノマーを含むモノマー混合物の重合条件、例えば、重合温度、重合時間などの条件は、用いるモノマーの種類、量などに応じて好適な条件が適宜選択される。 The polymerization conditions of the monomer mixture containing the monomer, for example, the conditions such as polymerization temperature and polymerization time, are suitably selected according to the type and amount of the monomer used.
なお、上記モノマーの重合に触媒を用いる場合、触媒の種類は特に制限されない。例えば、従来公知のアゾビスイソブチロニトリル、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオナート)などを用いることができる。中でも、重合を促進しやすいため、アゾビスイソブチロニトリルを触媒として用いることが好ましい。
In addition, when a catalyst is used for the polymerization of the monomer, the type of the catalyst is not particularly limited. For example, conventionally known azobisisobutyronitrile,
(波長変換部8)
このような蛍光体粒子2およびマトリクス3を有する波長変換部8においては、以下のような効果が期待できる。
(Wavelength converter 8)
In the
まず、蛍光体粒子2を、第1のモノマーに由来する構成単位311を含む重合体31に分散させることで、蛍光体粒子2が静電的に安定化し、蛍光体粒子2を強固に保護することができる。これにより、蛍光体粒子2を空気や水分から保護することができ、発光効率の高い発光装置を実現することができる。
First, the
また、蛍光体粒子2は、重合体31に分散しているため、蛍光体粒子2の凝集を抑制することができる。
Moreover, since the
ここで、第1のモノマーを含むモノマー混合物に架橋剤を添加してもよい。架橋剤を添加することで、上記モノマー混合物を重合して得られる重合体31を高強度とすることができ、波長変換部8の安定性が向上する。また、重合体31の軟化点を高め、光源が発する熱により重合体31を軟化しにくくすることができる。
Here, a crosslinking agent may be added to the monomer mixture containing the first monomer. By adding a crosslinking agent, the
架橋剤としては、イオン性液体が有する重合性官能基と架橋可能であれば、通常知られたものを用いることができ、特に制限されるものではない。架橋剤としては、例えば、ジエチレングリコールジメタクリレート、1,1,1−トリメチルオルプロパントリアクリレートなどが挙げられる。中でも、架橋部位が多く強固に重合するという理由から、1,1,1−トリメチルオルプロパントリアクリレートが好ましい。 As the cross-linking agent, any known one can be used as long as it can cross-link with the polymerizable functional group of the ionic liquid, and is not particularly limited. Examples of the crosslinking agent include diethylene glycol dimethacrylate and 1,1,1-trimethylolpropane triacrylate. Among them, 1,1,1-trimethylolpropane triacrylate is preferable because it has a large number of cross-linking sites and is strongly polymerized.
架橋剤を添加する場合、発明の効果を奏する範囲において、添加量についても特に制限されない。例えば、モノマー全体量(100質量部)に対し、1質量部以上50質量部以下であることが好ましく、10質量部以上30質量部以下であることがより好ましい。 When the crosslinking agent is added, the addition amount is not particularly limited as long as the effects of the invention are exerted. For example, it is preferably 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to the total monomer amount (100 parts by mass).
架橋剤の添加量が、モノマー全体量に対し1質量部以上である場合、架橋構造が形成されマトリクス3の強度向上に効果がある。また、モノマー全体量に対し50質量部以下である場合、蛍光体粒子2が安定に分散する。
When the addition amount of the crosslinking agent is 1 part by mass or more with respect to the total amount of the monomer, a crosslinked structure is formed, which is effective in improving the strength of the
さらに、このような蛍光体粒子2とマトリクス3とを有する本実施形態の波長変換部8においては、蛍光体粒子2が有する第1官能基221と、マトリクス3が有する第2官能基312の少なくとも一部が共有結合を形成している。本実施形態においては、第1官能基221であるカルボキシ基の一部と、第2官能基312であるヒドロキシ基の一部とが、エステル結合を形成している。
Furthermore, in the
これにより、仮にマトリクス3(重合体31)が軟化したとしても、蛍光体粒子2はマトリクス3内を移動しにくく、第2官能基312の近傍に局在化しやすい。したがって、蛍光体粒子2の凝集を抑制することが出来る。
Thereby, even if the matrix 3 (polymer 31) is softened, the
なお、量子ドット21を処理するための表面処理剤の量(第1官能基221のモル量)や、第1のモノマーの量(第2官能基312のモル量)については、予め予備実験を行って熱的安定性を確認した上で設定するとよい。 For the amount of the surface treatment agent for treating the quantum dots 21 (molar amount of the first functional group 221) and the amount of the first monomer (molar amount of the second functional group 312), preliminary experiments were conducted in advance. It is recommended to set after confirming thermal stability.
さらに、波長変換部8において、蛍光体粒子2が有する第1官能基221の量に対する第2官能基312の比率(モル比)については、例えば上記予備実験によって設定されるモル比の最小値よりも多くしてもよい。
Furthermore, in the
例えば、波長変換部8が加熱された際、第2官能基312と共有結合を形成している第1官能基221を有する表面修飾部22が粒子表面から脱離することもあり得る。その場合、蛍光体粒子2がマトリクス3内を移動しやすくなり、凝集するおそれがある。
For example, when the
しかし、マトリクス3内に未反応の第2官能基312が多く残存していると、マトリクス3内を移動する蛍光体粒子2が有する未反応の第1官能基221と、マトリクス3内に存在する未反応の第2官能基312とが反応し、共有結合を形成することが期待できる。したがって、マトリクス3が蛍光体粒子2が有する第1官能基221の量に対して多くの第2官能基312を有することで、劣化が抑制された波長変換部8とすることができる。
However, if many unreacted second
以上のような構成の発光装置によれば、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。 According to the light-emitting device having the above-described configuration, it is possible to provide a light-emitting device that has high heat resistance and is unlikely to reduce light emission efficiency.
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態に係る発光装置11の説明図である。本実施形態の発光装置11は、波長変換部の構成のみ異なり、他の構成は第1実施形態の発光装置10と共通している。したがって、本実施形態においては、図1に示したアノード4、カソード5、基板9、パッケージ6、ボンディングワイヤー7については図示を省略し、光源1と波長変換部とを示す。また、第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the
発光装置11は、光源1と、波長変換部81とを有している。波長変換部81は、光源1を覆い光源1に接して設けられている。波長変換部81は、第1の蛍光体粒子2Aと、第2の蛍光体粒子2Bと、マトリクス3とを有している。
光源1およびマトリクス3は、上述の第1実施形態で示した構成と同じ構成を採用することができる。
The
The
第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとは、蛍光の発光波長が異なっている。例えば、第1の蛍光体粒子2Aは、励起光を吸収し赤色の蛍光を放出する。また、第2の蛍光体粒子2Bは、励起光を吸収し緑色の蛍光を放出する。
The
第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとは、少なくとも一方が、上述した量子ドットと、第1官能基を有し量子ドットの表面を修飾する表面修飾部と、を有する構成である。
At least one of the
第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとのいずれか一方に、量子ドットを含まない従来の蛍光体粒子を用いてもよい。従来の蛍光体粒子は、粒子径が例えば数μm程度(μmオーダー)である。以下の説明では、使用可能な蛍光体粒子としては、CaAlSiN3赤色蛍光体や、YAG:Ce黄色蛍光体等を例示することができる。
Conventional phosphor particles that do not include quantum dots may be used for either one of the
このような従来の蛍光体粒子は、光源1から射出される励起光や蛍光体粒子から放出される蛍光を散乱させる散乱源として機能しうる。そのため、均一に発光する発光装置を実現できる。
Such conventional phosphor particles can function as a scattering source that scatters excitation light emitted from the
従来の蛍光体粒子を用いる場合、含有量は、量子ドットを含む蛍光体粒子の総量100質量部に対し1質量部以上1000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上100質量部以下であることがより好ましい。従来の蛍光体粒子の含有量が量子ドットを含む蛍光体粒子100質量部に対し1質量部以上であると、散乱の効果を十分に確保できる。従来の蛍光体粒子の含有量が量子ドットを含む蛍光体粒子100質量部に対し1000質量部以下であると、量子ドットを含む蛍光体粒子からの発光も十分に確保できる。 When using conventional phosphor particles, the content is preferably 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, and preferably 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of phosphor particles including quantum dots. More preferably. When the content of the conventional phosphor particles is 1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the phosphor particles including quantum dots, the effect of scattering can be sufficiently ensured. When the content of the conventional phosphor particles is 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the phosphor particles including quantum dots, light emission from the phosphor particles including quantum dots can be sufficiently ensured.
もちろん、第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとの両方が、量子ドットと、第1官能基を有し量子ドットの表面を修飾する表面修飾部と、を有する構成であってもよい。
Of course, both the
第1の蛍光体粒子2Aおよび第2の蛍光体粒子2Bの少なくとも一方が有する第1官能基と、マトリクス3が有する第2官能基とは、少なくとも一部が共有結合を形成している。
At least a part of the first functional group included in at least one of the
図4は、青色光を射出する光源1を有する発光装置11の発光スペクトルの模式図である。図4において、横軸は波長(nm)、縦軸は強度(a.u.)を示す。
FIG. 4 is a schematic diagram of an emission spectrum of the
このような発光装置11では、光源1から射出された励起光を吸収した第1の蛍光体粒子2Aが赤色光を放出する。また、光源1から射出された励起光を吸収した第2の蛍光体粒子2Bが緑色光を放出する。
In such a
そのため、発光装置11から射出される光は、光源1から射出される青色光、第1の蛍光体粒子2Aから放出される赤色光、第2の蛍光体粒子2Bから放出される緑色光が混色することで、白色光となる。発光装置11から射出される光の色バランスは、波長変換部81に混合する第1の蛍光体粒子2Aおよび第2の蛍光体粒子2Bの量を調整することにより制御可能である。
Therefore, the light emitted from the
以上のような構成の発光装置11によっても、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係る発光装置12の説明図である。本実施形態以降の実施形態においても、第2実施形態と同様に、図1に示したアノード4、カソード5、基板9、パッケージ6、ボンディングワイヤー7については図示を省略し、光源1と波長変換部とを示す。また、第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
The light-emitting
[Third Embodiment]
FIG. 5 is an explanatory diagram of the
発光装置12は、光源1と、波長変換部82とを有している。波長変換部82は、光源1を覆い光源1に接して設けられている。光源1は、上述の第1実施形態で示した構成と同じ構成を採用することができる。
The
波長変換部82は、第1の蛍光体粒子2Aを含む第1層82Aと、第2の蛍光体粒子2Bを含む第2層82Bと、を有している。第1層82Aは光源1を覆い光源1に接している。第2層82Bは、第1層82Aに接して第1層82Aに積層している。
The
第1層82Aは、第1の蛍光体粒子2Aと、マトリクス3とを有している。マトリクス3は、上述の第1実施形態で示した構成と同じ構成を採用することができる。第1の蛍光体粒子2Aは、励起光を吸収し赤色の蛍光を放出する。
The
第2層82Bは、第2の蛍光体粒子2Bと、マトリクス3とを有している。マトリクス3は、上述の第1実施形態で示した構成と同じ構成を採用することができる。第1の蛍光体粒子2Aは、励起光を吸収し赤色の蛍光を放出する。
The
第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとは、少なくとも一方が、上述した量子ドットと、第1官能基を有し量子ドットの表面を修飾する表面修飾部と、を有する構成である。発光装置12の場合、第1層82Aに含まれる第1の蛍光体粒子2Aが、量子ドットと、第1官能基を有し量子ドットの表面を修飾する表面修飾部と、を有する構成であるとよい。このような第1層82Aにおいては、第1の蛍光体粒子2Aが有する第1官能基と、マトリクス3が有する第2官能基とは、少なくとも一部が共有結合を形成している。
At least one of the
第1層82Aは、光源1から射出される励起光の光路に沿って、相対的に第2層82Bよりも光源1に近い(最も光源に近い)位置に設けられている。そのため、第1層82Aは、第2層82Bよりも光源1が発する熱により劣化しやすい。発光装置12においては、このように熱的に劣化しやすい位置に設けられた第1層82Aにおいて、第1の蛍光体粒子2Aが有する第1官能基と、マトリクス3が有する第2官能基とは、少なくとも一部が共有結合を形成している構成とすることで、劣化を抑制することができる。
The
もちろん、第1の蛍光体粒子2Aと第2の蛍光体粒子2Bとの両方が、量子ドットと、第1官能基を有し量子ドットの表面を修飾する表面修飾部と、を有する構成であってもよい。
Of course, both the
青色光を射出する光源1を有する発光装置12は、光源1から射出される青色光、第1の蛍光体粒子2Aから放出される赤色光、第2の蛍光体粒子2Bから放出される緑色光が混色した白色光を射出する。その際、緑色光を放出する第2の蛍光体粒子2Bは、緑色光よりエネルギーが低い赤色光を吸収することが出来ないため、第1の蛍光体粒子2Aから放出された赤色光は、第2層82Bで第2の蛍光体粒子2Bに吸収されることなく、第2層82Bを透過する。したがって、発光効率が高い発光装置とすることが出来る。
The
なお、発光装置11から射出される光の色バランスは、波長変換部81に混合する第1の蛍光体粒子2Aおよび第2の蛍光体粒子2Bの種類、量、蛍光体粒子が有する量子ドットの粒径等を調整することにより制御可能である。
Note that the color balance of light emitted from the
以上のような構成の発光装置12によっても、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。
The light-emitting
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態に係る発光装置13の説明図である。発光装置13は、波長変換部82の表面を覆うガスバリア層50を有する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the
ガスバリア層50は、透光性を有すると共に、酸素や水分を遮蔽する性質を有する。これにより、酸素、水分などの起因する波長変換部8の劣化を抑制し、信頼性の向上した発光装置13を提供することができる。
The
ガスバリア層50は、ガス透過性が酸素透過度で1cc/(m2・day/atm)以下および水蒸気透過度で1g/m2・day以下(日本工業規格に準拠したガス透過率測定装置を使用して測定)であるものが好ましい。ガスバリア層50の形成材料としては、目的とする性能を発現可能であれば特に制限されないが、ガラス、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等を主成分として形成されたガスバリア層が好ましい。
The
ガスバリア層50の厚みは特に制限されないが、1μm以上5000μm以下であることが好ましく、10μm以上1000μm以下であることがより好ましい。ガスバリア層50の厚みが1μm以上の場合、充分にガスバリア性能を確保できる。また、ガスバリア層50の厚みが5000μm以下の場合、光の取り出し効率を確保できる。
The thickness of the
またガスバリア層50には、無機材料からなる散乱材が分散されていてもよい。散乱材が分散されていることで、散乱材を含まない場合のガスバリア層と比較して、空気中の酸素や水分などのガス透過性が抑制され、より波長変換部が保護できる。また、光源および波長変換部からの発光が散乱され均一な発光を実現できるという利点がある。
Further, a scattering material made of an inorganic material may be dispersed in the
散乱材となる無機材料についても特に制限されるものではなく、公知の材料を用いることができる。散乱材の形成材料としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、チタン酸バリウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化亜鉛などが例示される。これらの中でも、作製および取扱い性が容易であるという理由からは、酸化ケイ素を散乱材として用いることが好ましい。 There is no particular limitation on the inorganic material used as the scattering material, and a known material can be used. Examples of the material for forming the scattering material include titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, barium titanate, gallium oxide, indium oxide, and zinc oxide. Among these, silicon oxide is preferably used as the scattering material because it is easy to produce and handle.
散乱材の添加量も特に制限されないが、目的とする散乱材の効果を好適に発揮するため、ガスバリア層を構成する主成分となる材料100質量部に対し0.1質量部以上100質量部以下であることが好ましく、1質量部以上50質量部以下であることがより好ましい。 The addition amount of the scattering material is not particularly limited, but is 0.1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the main component constituting the gas barrier layer in order to suitably exhibit the intended effect of the scattering material. It is preferable that it is 1 mass part or more and 50 mass parts or less.
以上のような構成の発光装置12によっても、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。
The light-emitting
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述した発光装置では、波長変換部が光源1に接し光源1を覆って設けられている構成としたが、これに限らず、光源と波長変換部とが離間していてもよい。例えば光源としてレーザー光源を採用した場合、波長変換部にレーザー光を照射すると、レーザー光の照射部分が発熱し波長変換部が劣化するおそれがある。このような場合であっても、本願発明の構成を有する波長変換部を採用することで、耐熱性が高く発光効率が低下しにくい発光装置を提供することができる。
For example, in the light emitting device described above, the wavelength conversion unit is provided so as to be in contact with the
また、波長変換部の形状は特に制限されるものではなく、シート状、バー状などの形状を採用することができる。 In addition, the shape of the wavelength converter is not particularly limited, and a sheet shape, a bar shape, or the like can be adopted.
[実施例]
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
重合性官能基を有するイオン液体である下記式(II)で示す化合物と、重合性官能基を有するイオン液体である下記式(III)で示す化合物とを1:1(体積比)で混合し、イオン液体の混合液を調整した。下記式(II)(III)が有するメタクリロイルオキシ基は、上述した重合性官能基に該当する。下記式(II)が有するヒドロキシ基は、本発明における第1官能基に該当する。
Example 1
A compound represented by the following formula (II), which is an ionic liquid having a polymerizable functional group, and a compound represented by the following formula (III), which is an ionic liquid having a polymerizable functional group, were mixed at 1: 1 (volume ratio). The liquid mixture of the ionic liquid was adjusted. The methacryloyloxy group which the following formula (II) (III) has corresponds to the polymerizable functional group described above. The hydroxy group which the following formula (II) has corresponds to the first functional group in the present invention.
得られた混合液1mLに、蛍光体粒子の分散水溶液(NN−LABS社製、型番CZW−R)を混合した。蛍光体粒子は、CdSeナノ粒子の表面を、ZnSを形成材料とするシェルが覆う量子ドットと、量子ドットの表面を覆う表面修飾部とを有するものを用いた。表面修飾部は、カルボキシ基を含むものを用いた。表面修飾部が有するカルボキシ基は、本発明における第2官能基に該当する。 A dispersion solution of phosphor particles (manufactured by NN-LABS, model number CZW-R) was mixed with 1 mL of the obtained mixed solution. As the phosphor particles, those having the surface of the CdSe nanoparticles having a quantum dot covered with a shell made of ZnS and a surface modification part covering the surface of the quantum dot were used. As the surface modification part, one containing a carboxy group was used. The carboxy group that the surface modifying portion has corresponds to the second functional group in the present invention.
イオン液体の混合液に蛍光体粒子を移行させた後、静置し二層分離した状態で水層を除去することにより、蛍光体粒子が分散したイオン液体を得た。 After transferring the phosphor particles to the mixed liquid of ionic liquid, the ionic liquid in which the phosphor particles were dispersed was obtained by removing the aqueous layer in a state where it was allowed to stand and separated into two layers.
次いで、蛍光体粒子が分散したイオン液体に、重合触媒であるアゾビスイソブチロニトリル2mgを混合した後、発光ピーク波長445nmの青色LED(光源)の光射出面に滴下した。80℃で1時間加熱してイオン液体を重合し、イオン性液体に由来する構成単位を有する重合体とした。これにより、光源と、イオン性液体に由来する構成単位を有する重合体に蛍光体粒子が分散した波長変換部とを有する実施例1の発光装置を作製した。 Next, 2 mg of azobisisobutyronitrile as a polymerization catalyst was mixed into the ionic liquid in which the phosphor particles were dispersed, and then dropped onto the light emission surface of a blue LED (light source) having an emission peak wavelength of 445 nm. The ionic liquid was polymerized by heating at 80 ° C. for 1 hour to obtain a polymer having a structural unit derived from the ionic liquid. This produced the light-emitting device of Example 1 which has a light source and a wavelength conversion part in which phosphor particles are dispersed in a polymer having a structural unit derived from an ionic liquid.
(比較例1)
蛍光体粒子の分散水溶液と混合するイオン性液体として、上記式(III)で示す化合物のみを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の発光装置を作製した。
(Comparative Example 1)
A light emitting device of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the compound represented by the above formula (III) was used as the ionic liquid to be mixed with the dispersed aqueous solution of phosphor particles.
実施例1および比較例1の発光装置を、85℃の環境下で連続発光させ、発光強度の変化を確認した。印加電圧および供給電力量は、実施例1および比較例1共に同条件とした。 The light emitting devices of Example 1 and Comparative Example 1 were allowed to emit light continuously in an environment of 85 ° C., and changes in the light emission intensity were confirmed. The applied voltage and the amount of power supplied were the same for both Example 1 and Comparative Example 1.
図7は、連続発光させたときの発光時間に対する発光強度の変化を示すグラフである。図7に示すグラフにおいて、横軸は発光時間(単位:時間)、縦軸は発光強度を示している。縦軸は、試験開始時の発光強度を100%として規格化した値を示す。 FIG. 7 is a graph showing a change in light emission intensity with respect to a light emission time when continuous light emission is performed. In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis indicates the light emission time (unit: time), and the vertical axis indicates the light emission intensity. The vertical axis indicates a value normalized with the light emission intensity at the start of the test as 100%.
図に示すように、実施例1の発光装置は、10時間経過後も95%以上の発光強度を維持していた。
一方、比較例1の発光装置は、10時間経過後には発光強度が初期値の60%程度に低下した。
As shown in the figure, the light emitting device of Example 1 maintained a light emission intensity of 95% or more after 10 hours.
On the other hand, in the light emitting device of Comparative Example 1, the light emission intensity decreased to about 60% of the initial value after 10 hours.
以上の結果より、本発明が有用であることが分かった。 From the above results, it was found that the present invention is useful.
1…光源、2…蛍光体粒子(ナノ粒子蛍光体)、3…マトリクス、8,81,82…波長変換部、10,11,12,13…発光装置、21…量子ドット、22…表面修飾部、31…重合体、50…ガスバリア層、221…第1官能基、311…イオン性液体に由来する構成単位、312…第2官能基
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源から射出された光を、前記光とは異なる波長の変換光に変換して放出する波長変換部と、を備え、
前記波長変換部は、ナノ粒子蛍光体と、
前記ナノ粒子蛍光体が分散するマトリクスと、を有し、
前記ナノ粒子蛍光体は、量子ドットと、
前記量子ドットの表面を覆い、第1官能基を有する表面修飾部と、を有し、
前記マトリクスは、イオン性液体に由来する構成単位と、前記第1官能基と共有結合可能な第2官能基と、を有する重合体を含み、
前記第1官能基と前記第2官能基との少なくとも一部が共有結合している発光装置。 A light source;
A wavelength converter that converts the light emitted from the light source into converted light having a wavelength different from that of the light and emits the converted light; and
The wavelength conversion unit includes a nanoparticle phosphor,
A matrix in which the nanoparticle phosphor is dispersed,
The nanoparticle phosphor includes quantum dots,
Covering the surface of the quantum dot, and having a surface modification part having a first functional group,
The matrix includes a polymer having a structural unit derived from an ionic liquid and a second functional group that can be covalently bonded to the first functional group,
A light emitting device in which at least a part of the first functional group and the second functional group are covalently bonded.
前記複数の層のうち少なくとも1層が、前記ナノ粒子蛍光体と前記マトリクスとを有する請求項1に記載の発光装置。 The wavelength conversion unit has a plurality of layers that convert the light into the converted light and emit it,
The light emitting device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of layers includes the nanoparticle phosphor and the matrix.
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Cited By (1)
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- 2017-02-20 JP JP2017029068A patent/JP2018137281A/en active Pending
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