JP2020167240A - 量子ドット発光装置及び量子ドットバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で製品歩留まりを向上させ、組立作業が容易で製造工数を低減することができ、量子ドット層が劣化し難く製品寿命を大幅に延長することができる量子ドット発光装置を実現する。【解決手段】量子ドット発光装置１００は、量子ドットを含有する樹脂組成物５０で被覆されている。樹脂組成物５０は、発光素子１０を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層５１と、封止層５１を覆い、量子ドットにより発光素子１０の照射光の波長を調整する量子ドット層５２と、量子ドット層５２を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層５３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、量子ドット発光装置及び量子ドットバックライトユニットに関する。

液晶表示装置のバックライトユニットは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた白色面光源装置が主流となっている。近年、青色光を放出する青色ＬＥＤと、半導体微粒子からなる量子ドット（Quantum Dots）を含有する量子ドット層とを組み合わせた量子ドット発光装置の開発が行われている。

量子ドット発光装置に関連する技術としては、例えば、基板と、基板の一方の面に配置された発光素子と、発光素子を覆い、かつ量子ドット及びバインダ樹脂を含む光波長変換部材と、光波長変換部材の表面を覆う光透過性の被覆層と、を備える、発光装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１８−１６０６４６号公報

ところで、量子ドットは湿気や酸素、熱によって劣化しやすく、劣化すると発光効率が低下してしまう。すなわち、発光素子を量子ドット層で被覆した量子ドット発光装置は、湿度の高い環境下や加熱条件下において量子ドット層が経年劣化しやすく、製品歩留まりが悪いという問題がある。

特許文献１の発光装置は、被覆層で量子ドット及びバインダ樹脂を含む光波長変換部材の表面を覆っているので、被覆層で量子ドットを湿気や酸素から保護することができる。しかし、特許文献１の発光装置は、量子ドット及びバインダ樹脂を含む光波長変換部材が発光素子を覆っているので、光波長変換部材（量子ドット層）と発光素子とが直接接触する構造になっている。したがって、発光素子（ＬＥＤ）の発熱によって量子ドット層が劣化しやすく、量子ドット発光装置の製品寿命が短くなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記の事情に鑑みて、簡単な構造で量子ドット層が劣化し難く、製品寿命を大幅に延長することができる量子ドット発光装置及び量子ドットバックライトユニットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る量子ドット発光装置は、発光素子が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆された量子ドット発光装置であって、上記樹脂組成物は、上記発光素子を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層と、上記封止層を覆い、上記量子ドットにより上記発光素子の照射光の波長を変換する量子ドット層と、上記量子ドット層を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層と、を備えることを特徴とする。

上記量子ドット発光装置の構成において、上記封止層及び上記保護層は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として耐熱性粉末を含有する樹脂組成物からなり、上記樹脂組成物中における上記ベース樹脂と上記耐熱性粉末とを合わせた含有率が９９．５重量以上％であって、かつ上記樹脂組成物中に前記耐熱性粉末が１重量％以上５重量％以下含有されていることが好ましい。

上記耐熱性粉末は、１８０℃以上の耐熱性を有すると共に、８０％以上の透過率を有することが好ましい。

上記量子ドット層は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として量子ドット及びバインダを含有する樹脂組成物からなり、上記樹脂組成物中における上記ベース樹脂と上記量子ドットと上記バインダとを合わせた含有率が９９．５重量％以上であって、かつ上記樹脂組成物中に前記量子ドットが０．０１重量％以上２重量％以下含有されていることが好ましい。

上記量子ドットは、赤色量子ドットと緑色量子ドットとが１：１の割合で配合されていることが好ましい。

本発明の他の態様に係る量子ドットバックライトユニットは、複数の発光素子が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆された量子ドットバックライトユニットであって、上記樹脂組成物は発光素子を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層と、上記封止層を覆い、上記量子ドットにより上記発光素子の照射光の波長を変換する量子ドット層と、上記量子ドット層を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層と、を備えることを特徴とする。

上記量子ドットバックライトユニットの構成において、上記発光素子はマトリクス状に配置され、各発光素子は上記樹脂組成物で個別に被覆されていることが好ましい。

また、上記発光素子はマトリクス状に配置され、複数の発光素子は上記樹脂組成物で面状に被覆されていてもよい。

上記樹脂組成物上に、透光性を有する板部材が配設されていることが好ましい。

上記発光素子はフレキシブル基板上に実装されていてもよい。

また、上記発光素子は列状に配置され、上記発光素子からの光を導入して光出射面側へ出射する導光板と、上記発光素子及び上記導光板の少なくとも上記光出射面と対向する面を覆う反射フィルムと、を備えていてもよい。

本発明によれば、簡単な構造で量子ドット層が劣化し難く、製品寿命を大幅に延長可能な量子ドット発光装置及び量子ドットバックライトユニットを提供することができる。

第１実施形態に係る量子ドット発光装置の模式図である。 第１実施形態における発光素子の構造を示す模式図である。 第１実施形態において、封止層及び保護層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。 第１実施形態において、量子ドット層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。 第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構造図である。 第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造の構造図である。 第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構造図である。 第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造の構造図である。 第４実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの平面構造図である。 図９のＩＸ−ＩＸ線矢視断面構造図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る量子ドット発光装置及び量子ドットバックライトユニットについて説明する。ただし、図面において、同一又は類似の部材や部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的に図示しており、実際の寸法や比率等とは必ずしも一致しない。さらに、図面相互間において、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることがある。

〔第１実施形態〕
〔量子ドット発光装置の構成〕
まず、図１から図４を参照して、第１実施形態に係る量子ドット発光装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る量子ドット発光装置の模式図である。図２は、第１実施形態における発光素子の構造を示す模式図である。図３は、第１実施形態において、量子ドット層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。図４は、第１実施形態において、封止層及び保護層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。

図１に示すように、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００は、発光素子１０が量子ドットを含有する樹脂組成物５０で被覆された発光装置である。

＜発光素子＞
まず、発光素子１０について説明する。発光素子１０としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザが挙げられる。本実施形態では、図２に示すように、発光素子として、ウエハレベルチップサイズパッケージ（Wafer-Level Chip Size Package、以下、「ＷＬ−ＣＳＰ」という。）型のＬＥＤチップを採用する。ＷＬ−ＣＳＰは、樹脂、ワイヤー及びリードフレームを要さず、概ね半導体チップで構成されるので、当該半導体チップと略同等の実装面積とすることが可能である。ＬＥＤチップ（ＷＬ−ＣＳＰ）１０は、ベアチップ１１、Ｐ型電極２１、Ｎ型電極２２、及び導電放熱層３１，３２を有する。ＬＥＤチップ（ＷＬ−ＣＳＰ）１０は、ＬＥＤ素子を形成する素子ウエハを切り出す前に当該ウエハ上にＰ型電極２１、Ｎ型電極２２、及び導電放熱層３１，３２を積層した後、当該ウエハからダイシングにより切り出され、個々のチップとして形成される。

ベアチップ１１は、ＬＥＤ素子の本体であり、例えば、サファイア層等の結晶層１２、Ｐ−ＧａＮ層等のＰ型半導体層１３、ＩｎＧａＮ等の発光層１４、Ｎ−ＧａＮ層等のＮ型半導体層１５、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）等の透明電極層１６、及び反射層１７を有する。ベアチップ１１の各層の構成材料は、例示の材料組成に限定されない。

Ｐ型電極２１及びＮ型電極２２の構成材料としては、例えば、良好な導電性を有する金や銀、銅、もしくはこれらの合金が挙げられるが、例示の材料に限定されない。本実施形態のＰ型電極２１はＰ型半導体層１３に接続され、Ｎ型電極２２は透明電極層１６を介してＮ型半導体層１５に接続される。Ｐ型電極２１とＮ型電極２２に電圧を印加することにより、Ｐ型半導体層１３の正孔とＮ型半導体層１５の電子とが再結合することにより発光層１４を発光させる。本実施形態のＬＥＤチップ１０は、例えば、青色に発光する。

Ｐ型電極２１及びＮ型電極２２の実装側（基板側）には、導電放熱層３１，３２が積層されている。導電放熱層３１，３２は、例えば、導電性及び放熱性に優れた金や銀、銅、アルミニウム、もしくはこれらの合金で形成することが好ましい。各導電放熱層３１，３２は、それぞれＰ型電極２１及びＮ型電極２２よりも大きな面積を有する。

配線基板１上には、配線電極４１，４２が積層されている。導電放熱層３１と配線電極４１、及び導電放熱層４２と配線電極４２は、金や半田等のバンプ４５によりリフロー実装される。

本実施形態では、発光素子１０として、ＷＬ−ＣＳＰ型のＬＥＤチップを例示したが、フリップチップタイプのＬＥＤに限定されず、ワイヤーボンディングＬＥＤ等の他の構造のＬＥＤや半導体レーザを採用しても構わない。

＜樹脂組成物＞
次に、再び図１を参照して、第１実施形態における樹脂組成物５０について説明する。樹脂組成物５０は、封止層５１と、量子ドット層５２と、保護層５３と、を備える。

封止層５１は、発光素子１０を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。封止層５１は、発光素子１０を封止するとともに、発光素子１０の熱を遮断して量子ドット層５２に含有される量子ドットの劣化を防止する機能を有する。

量子ドット層５２は、封止層５１を覆い、量子ドットにより発光素子１０の照射光の波長を変換する樹脂層である。量子ドットはナノサイズの半導体粒子であり、コアと、コアの周囲を覆うシェルと、シェルから伸びるリガンドと、から構成される。量子ドットは、量子閉じ込め効果（quantum confinement effect）を有する。量子ドットの粒子径及び平均粒子径は、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。量子ドット、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すると、量子ドットのエネルギーバンドギャップに該当するエネルギーを放出する。よって、量子ドットの粒子径又は物質の組成を調節することにより、エネルギーバンドギャップを調節することができる。量子ドットは、狭い波長帯において強い蛍光を発生する。

具体的には、量子ドットは粒子径が小さくなるにつれて、エネルギーバンドギャップが大きくなる。すなわち、結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側（高エネルギー側）へとシフトする。そのため、量子ドットの粒子径を変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長全域にわたって発光波長を調節することができる。

例えば、量子ドットがＣｄＳｅ／ＺｎＳから構成されている場合には、量子ドットの粒子径が２．０ｎｍ以上４．０ｎｍ以下の場合、は青色光を発する。また、量子ドットの粒子径が３．０ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の場合は、緑色光を発する。さらに、量子ドットの粒子径が４．５ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下の場合は、赤色光を発する。「青色光」は、３８０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長域を有する光である。また、「緑色光」は、４８０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域を有する光である。さらに、「赤色光」は、５９０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長域を有する光である。

青色光を発する量子ドットの粒子径と緑色光を発する量子ドットの粒子径の範囲は一部において重複している。また、緑色光を発する量子ドットの粒子径と赤色光を発する量子ドットの粒子径の範囲は一部において重複している。しかし、同じ粒子径を有する量子ドットであっても、量子ドットのコアの大きさによっても発光色が異なる場合がある。

コアを構成する第１半導体化合物としては、例えば、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ及びＨｇＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族半導体化合物、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＴｉＮ、ＴｉＰ、ＴｉＡｓ及びＴｉＳｂのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物、Ｓｉ、Ｇｅ及びＰｂのようなＩＶ族半導体、等の半導体化合物又は半導体を含有する半導体結晶が挙げられる。また、ＩｎＧａＰのような３元素以上を含んだ半導体化合物を含む半導体結晶を用いることもできる。特に、作製の容易性、可視域での発光を得られる粒子径の制御性等の観点から考察すると、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ等の半導体結晶が好適である。

シェルを構成する第２半導体化合物としては、励起子がコアに閉じ込められるように、コアを構成する第１半導体化合物よりもバンドギャップの高い半導体化合物を用いることが好ましい。第２半導体化合物として、第１半導体化合物よりもバンドギャップの高い半導体化合物を用いることにより、量子ドットの発光効率を高めることができる。シェルを構成する第２半導体化合物としては、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＧａＮ、ＣｄＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＡｌＰ、ＺｎＳＴｅ、ＺｎＳＳｅ等が挙げられる。

コアとシェルからなるコアシェル構造（コア／シェル）の具体的な組み合わせとしては、例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、Ｇａｐ／ＺｎＳ、Ｓｉ／ＺｎＳ、ＩｎＮ／ＧａＮ、ＩｎＰ／ＣｄＳＳｅ、ＩｎＰ／ＺｎＳｅＴｅ、ＩｎＧａＰ／ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＰ／ＺｎＳ、Ｓｉ／ＡｌＰ、ＩｎＰ／ＺｎＳＴｅ、ＩｎＰ／ＺｎＳＳｅ、ＩｎＧａＰ／ＺｎＳＴｅ、ＩｎＧａＰ／ＺｎＳＳｅ等が挙げられる。

リガンドは、不安定な量子ドットを安定化させる機能を有する。リガンドとしては、チオール等の硫黄系化合物、ホスフィン系化合物またはホスフィン酸化物等のリン系化合物、アミン等の窒素系化合物、カルボン酸等が挙げられる。

量子ドット層５２における量子ドットの含有量は、０．０１重量％以上２重量％以下であることが好ましく、０．０３重量％以上１重量％以下であることがより好ましい。量子ドットの含有量が０．０１重量％以上であると、発光強度を十分に得ることができる。また、量子ドットの含有量が２重量％以下であると、励起光の透過光強度を十分に得ることができる。

量子ドットの粒子形状は、例えば、球状、棒状、円盤状、その他の形状でもよく、特に限定されない。量子ドットの粒子径、平均粒子径、形状、分散状態等は、透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡により観察することができる。また、量子ドットの結晶構造、結晶子サイズは、Ｘ線結晶回折により知ることができる。さらに、量子ドットの粒子径等は、紫外−可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）吸収スペクトルにより得ることができる。

保護層５３は、量子ドット層５２を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。保護層５３は、量子ドット層５２を覆って外部環境中の湿気や酸素、熱から量子ドット層５２に含有される量子ドットの劣化を防止する機能を有する。

封止層５１及び保護層５３は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として耐熱性粉末を含有する樹脂組成物からなる。樹脂組成物中におけるベース樹脂と耐熱性粉末とを合わせた含有率が９９．５重量％であって、かつ樹脂組成物中に前記耐熱性粉末が１重量％以上５重量％以下含有されている。樹脂組成物中におけるベース樹脂と耐熱性粉末とを合わせた含有率を９９．５重量％以上としたのは、樹脂組成物を製造する際に上記の成分以外にその他の成分（残部）として不純物成分が不可避的に混入するからである。

熱可塑性樹脂は無色透明であることが好ましい。透明な熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、メタアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＡＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）等が挙げられるが、例示した樹脂に限定されない。

耐熱性粉末としては、例えば、１８０℃以上の耐熱性を有する微粒子材料を採用することが好ましい。また、発光素子１０の照射光を通過させるので、８０％以上の透過率を有することが好ましい。耐熱性粉末の含有量を１重量％以上としたのは、樹脂組成物中における耐熱性粉末の含有量が１重量％以上であると、樹脂組成物の所望の耐熱性が得られるからである。また、耐熱性粉末の含有量を５重量％以下としたのは、樹脂組成物中における耐熱性粉末の含有量が５重量％を超えると、樹脂の硬化前の流動性が悪くなるからである。さらに、耐熱性粉末の粒度は０．１μｍ以下であることが好ましい。

図３は、第１の実施形態において、封止層及び保護層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。図３に示すように、混合容器９１内に熱可塑性樹脂９２と耐熱性粉末９３を投入し、例えば１００℃〜１５０℃に加熱しながら攪拌装置９４で攪拌して、封止層及び保護層の樹脂組成物を調合する。加熱温度は上記の温度範囲に限定されず、使用する熱可塑性樹脂によって異なる。耐熱性粉末は、封止層５１及び保護層５３内で粉末状態を維持するため、使用する熱可塑性樹脂の融点を超える耐熱温度を有する材料を選定することが好ましい。

量子ドット層５２は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として量子ドット及びバインダを含有する樹脂組成物からなり、樹脂組成物中におけるベース樹脂と量子ドットとバインダとを合わせた含有率が９９．５重量％であって、かつ樹脂組成物中に量子ドットが０．０１重量％以上２重量％以下含有されている。樹脂組成物中におけるベース樹脂と量子ドットとバインダとを合わせた含有率を９９．５重量％以上としたのは、樹脂組成物を製造する際に上記の成分以外にその他の成分（残部）として不純物成分が不可避的に混入するからである。

熱可塑性樹脂としては、封止層５１及び保護層５３を構成する樹脂と同様に、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、メタアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＡＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）等が挙げられるが、例示した樹脂に限定されない。

量子ドットは、樹脂組成物中に赤色量子ドットと緑色量子ドットとが１：１の割合で配合されていることが好ましい。

バインダとしては、シリコーン樹脂やエポキシ化合物等の熱硬化性化合物の硬化物が挙げられるが、例示の材料に限定されない。

図４は、第１の実施形態において、量子ドット層の樹脂組成物の調合を説明する模式図である。図４に示すように、混合容器９１内に熱可塑性樹脂９２とバインダ９５、溶剤に混合した量子ドットインク９６を投入し、例えば１００℃〜１５０℃に加熱しながら攪拌装置９４で攪拌して、量子ドット層５２の樹脂組成物を調合する。加熱温度は上記の温度範囲に限定されず、使用する熱可塑性樹脂によって異なる。量子ドットインク９６は、トルエン等の溶剤に量子ドットを混合した液体であり、赤色量子ドットインクと緑色量子ドットインクとを１：１の割合で投入する。

〔量子ドット発光装置の作用〕
次に、図１を参照して、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００の作用について説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る量子ドットＬＥＤ装置１００は、発光素子１０が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆されている。樹脂組成物５０は、封止層５１と、量子ドット層５２と、保護層５３との三層から構成される。

量子ドット層５２は、量子ドットにより発光素子１０の照射光の波長を変換する機能を有する。本実施形態では、発光素子１０としてフリップチップタイブの青色ＬＥＤを採用している。また、量子ドット層５２を構成する樹脂組成物中には赤色量子ドットと緑色量子ドットが１：１の割合で配合されている。したがって、青色ＬＥＤの照射光が量子ドット層５２を通過すると、その波長が変換されて白色光として出射されることになる。

量子ドット層５２は、封止層５１と保護層５３とで挟まれている。封止層５１は、発光素子１０を覆う樹脂層であり、透光性、耐湿性及び耐熱性を有する。封止層５１を構成するベース樹脂として透明な熱可塑性樹脂を採用するので、発光素子１０の照射光を透過する。また、封止層５１は樹脂組成物であるので、湿気や酸素から量子ドット層５２を保護する機能を有する。さらに、封止層５１は樹脂組成物中に耐熱性粉末を含有するので、発光素子１０の発熱から量子ドット層５２を保護する機能を有する。

保護層５３は、透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層であり、本実施形態では封止層５１と同様の組成を有する。保護層５３を構成するベース樹脂として透明な熱可塑性樹脂を採用するので、量子ドット層５２において波長変換された白色光を透過する。また、保護層５１は樹脂組成物であるので、外部環境の湿気や酸素から量子ドット層５２を保護する機能を有する。さらに、保護層５３は樹脂組成物中に耐熱性粉末を含有するので、外部環境の発熱から量子ドット層５２を保護する機能を有する。

以上説明したように、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００は、量子ドット層５２が透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層５１と透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層５３とで挟まれている。したがって、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００によれば、簡単な構造で量子ドット層が劣化し難く、製品寿命を大幅に延長可能な量子ドット発光装置を実現することができる。

また、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００において、封止層５１及び保護層５３は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として耐熱性粉末を含有する樹脂組成物からなり、樹脂組成物中におけるベース樹脂と耐熱性粉末とを合わせた含有率が９９．５重量％以上であって、かつ樹脂組成物中に耐熱性粉末が１重量％以上５重量％以下含有されている。このような封止層５１及び保護層５３の組成において、ベース樹脂は、量子ドット層５２を湿気や酸素から保護することができる。また、樹脂組成物中に耐熱性粉末が１重量％以上５重量％以下含有されているので、封止層５１及び保護層５３に良好な耐熱性を付与して、量子ドット層５２を熱から保護することができる。

さらに、耐熱性粉末は、１８０℃以上の耐熱性を有すると共に、８０％以上の透過率を有するので、封止層５１及び保護層５３に８０％以上の透過性を確保しながら、１８０℃以上の耐熱性をもたせることができる。

また、第１実施形態に係る量子ドット発光装置１００において、量子ドット層５２は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として量子ドット及びバインダを含有する樹脂組成物からなり、樹脂組成物中におけるベース樹脂と量子ドットとバインダとを合わせた含有率が９９．５重量％以上であって、かつ樹脂組成物中に量子ドットが０．０１重量％以上２重量％以下含有されている。このような量子ドット層５２の組成において、ベース樹脂は、量子ドットを湿気や酸素から保護することができる。また、樹脂組成物中に量子ドットが０．０１重量％以上２重量％以下含有されているので、発光素子１０の照射光の波長を変換することができる。

さらに、樹脂組成物中における量子ドットは、赤色量子ドットと緑色量子ドットとが１：１の割合で配合されているので、青色ＬＥＤの照射光を波長変換して白色の出射光を出射させることができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構成について説明する。図５は、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構造図である。図５において、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。

図５に示すように、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００は、複数の発光素子１０が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆されたバックライトユニットである。樹脂組成物５０は、第１実施形態と同様に、封止層５１と、量子ドット層５２と、保護層５３との三層から構成される。封止層５１は、発光素子１０を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。量子ドット層５２は、封止層５１を覆い、量子ドットにより発光素子１０の照射光の波長を調整する樹脂層である。保護層５３は、量子ドット層５２を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。すなわち、樹脂組成物５０は、第１実施形態と同様の構造、組成及び機能を有する。

第２実施形態の発光素子１０は、配線基板１上にマトリクス状に配置され、各発光素子１０は樹脂組成物５０で個別に被覆されている。すなわち、樹脂組成物５０は、例えば、封止層５１、量子ドット層５２、保護層５３を三段階でディップすることよりドーム状に形成されている。具体的には、封止層５１のディップ・乾燥、量子ドット層５２のディップ・乾燥、保護層５３のディップ・乾燥を繰り返すことにより、樹脂組成物５０がドーム状に形成される。樹脂組成物５０は、例えば、インクジェット印刷方式によりディップすることができる。

第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００は、配線基板１上に発光素子１０がマトリクス状に配置されている。ここで、「マトリクス状配置」とは、縦横配置のみならず、散点状配置も含む概念である。また、各発光素子１０は、第１実施形態と同様の構造、組成及び機能を有する樹脂組成物５０で個別に被覆されている。したがって、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００によれば、白色面光源を実現することができる。また、樹脂組成物５０がドーム状を呈しているので、当該樹脂組成物５０はレンズ機能を有し、指向性を有するフリップチップＬＥＤの発光角度を拡大することができる。

また、図６は、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造の構造図である。図６において、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。

図６に示すように、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造は、量子ドット層５２上に、保護層５３に代えて透光性を有する板部材６０が配設されている。板部材６０及び配線基板１の周囲は、封止壁６１によって封止されている。板部材６０としては、例えば、ガラス板、ポリイミド（ＰＩ）樹脂板、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂板の下面にバリア層を塗布した部材等が挙げられるが、例示の材質に限定されない。ＰＥＴ樹脂板の下面にバリア層を塗布するのは、ＰＥＴ樹脂は比較的熱に弱いからである。

第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造によれば、量子ドット層５２上に、保護層５３に代えて透光性を有する板部材６０が配設されているので、第２実施形態の原型構造に比して保護層５３を積層する工数が削減され、製造コストを低減することができるという有利な効果を奏する。

〔第３実施形態〕
次に、第３の実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構成について説明する。図７は、第３の実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構造図である。

第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニット３００は、発光素子１０が配線基板１上にマトリクス状に配置され、複数の発光素子１０が樹脂組成物５０で面状に被覆されている点が、第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００と異なる。すなわち、複数の発光素子１０の上に、封止層５１と、量子ドット層５２と、保護層５３との三層が面状に積層される。具体的には、封止層５１の積層・乾燥、量子ドット層５２の積層・乾燥、保護層５３の積層・乾燥を繰り返すことにより、樹脂組成物５０が面状に形成される。樹脂組成物５０は、例えば、塗布やインクジェット印刷方式により面状に積層することができる。

第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニット３００は、基本的に第２実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００と同様の作用効果を奏する。特に、第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニット３００は、複数の発光素子１０の全体を覆うように樹脂組成物５０で面状に被覆されているので、第２実施形態に比してバックライトユニットの製造が容易で製造工数を削減することができ、製造コストを大幅に低減することができるという有利な効果を発揮する。

また、図８は、第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造の構造図である。図８において、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。

図８に示すように、第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造は、量子ドット層５２上に、保護層５３に代えて透光性を有する板部材６０が配設されている。板部材６０及び配線基板１の周囲は、封止壁６１によって封止されている。板部材６０としては、例えば、ガラス板、ポリイミド（ＰＩ）樹脂板、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂板の下面にバリア層を塗布した部材等が挙げられるが、例示の材質に限定されない。ＰＥＴ樹脂板の下面にバリア層を塗布するのは、ＰＥＴ樹脂は比較的熱に弱いからである。

第３実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの変形構造によれば、量子ドット層５２上に、保護層５３に代えて透光性を有する板部材６０が配設されているので、第３実施形態の原型構造に比して保護層５３を積層する工数が削減され、製造コストを低減することができるという有利な効果を奏する。

〔第４実施形態〕
次に、第４の実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの構成について説明する。図９は、第４の実施形態に係る量子ドットバックライトユニットの平面構造図である。図１０は、図９のＩＸ−ＩＸ線矢視断面構造図である。

図９及び図１０に示すように、第４実施形態に係る量子ドットバックライトユニット３００は、発光素子１０は列状に配置されている。本実施形態の発光素子１０は長方形状の配線基板１の四辺に矩形状に配置されている。発光素子１０の配置は、矩形状に限定されず、１辺に列状、対向辺に列状、もしくは隣り合う２辺にＬ字状配置してもよい。

発光素子１０の実装された配線基板１は、導光板７０の少なくとも一の側面に臨んで配設されている。配線基板１は、導光板７０と離間させて配設される。発光素子１０は、配線基板１の導光板７０側に臨んだ面の配線パターン上に複数実装されている。

導光板７０は、発光素子１０からの光を導入して出射面側へ出射する。導光板７０は、全体として扁平な直方体状（平板状）を呈している。導光板７０は、例えば、メタアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やシクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等の透明な熱可塑性樹脂により構成することが好ましい。導光板７０は、例示の熱可塑性樹脂に限定されず、ガラス材等の他の透明部材を採用してもよい。導光板７０は、無色透明体であることが好ましいが、後述する量子ドット層５２を通過した出射光と同色の有色透明体であっても構わない。導光板７０において、発光素子１０に臨んだ側面が光入射部となる。導光板７０の発光素子１０に臨んだ面が光入射面７１となる。

発光素子１０及び導光板７０の少なくとも光出射面７２と対向する面は、反射フィルム８０で覆われている。反射フィルム８０は、発光素子１０および導光板７０の少なくとも光出射面７２と対向する面面（反射面）７３を覆うように配設される。本実施形態の反射フィルム８０は、導光板７０の光出射面７２を露出させるとともに、反射面７３を覆うように配設される。

反射フィルム７５としては、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ)やポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等の合成樹脂フィルムに、酸化チタンや硫酸バリウム等のフィラーと気泡を内填したものが挙げられるが、例示の材質に限定されない。発光素子１０から導光板７０の一側面の光入射部７１に導入された光は、導光板７０を通過して、もしくは反射フィルム７５で覆われた反射面７３等で反射されて、導光板７０の光出射面７２から出射する。

発光素子１０は、樹脂組成物５０で被覆されている。樹脂組成物５０は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、封止層５１と、量子ドット層５２と、保護層５３との三層から構成される。封止層５１は、発光素子１０を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。量子ドット層５２は、封止層５１を覆い、量子ドットにより発光素子１０の照射光の波長を調整する樹脂層である。保護層５３は、量子ドット層５２を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する樹脂層である。すなわち、樹脂組成物５０は、第１実施形態と同様の構造、組成及び機能を有する。

樹脂組成物５０と導光板７０との間には、プリズムシート８０が介設されている。すなわち、プリズムシート８０は、通常、導光板７０の光出射面７２上に配設される。プリズムシート８０は、一方の面にミクロンサイズのプリズムパターンが形成された合成樹脂製のシートである。プリズムシート８０は、配線基板１と同様に、帯状もしくは短冊状を呈している。プリズムシート８０は、プリズムパターンのレンズ効果により集光性能や入射光の向きを変える光学性能を有する。プリズムシート８０を作製するための合成樹脂材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、メタアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、及びポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等が挙げられるが、例示の樹脂材料に限定されない。

プリズムシート８０は、単一使用ではなく、複数組み合わせて使用することが好ましい。本実施形態では、例えば、２枚のプリズムシート８１、８２が配設されており、隣り合う第１プリズムシート８１と第２プリズムシート８２はプリズムパターン方向を互いに交差させて積層されている。例えば、第４実施形態に係る量子ドットバックライトユニット４００の長手方向をＹ方向とした場合、第１プリズムシート８１のプリズムパターンはＸ方向に沿って形成されており、第２プリズムシート８２のプリズムパターンはＺ方向に沿って形成されている。なお、プリズムシートの枚数は２枚に限定されない。

複数のプリズムシート８０を設ける場合、隣り合う第１プリズムシート８１と第２プリズムシート８２は、合成樹脂材を介して一体形成することが好ましい。隣り合う第１プリズムシート８１と第２プリズムシート８２の間に合成樹脂材を介設するのは、プリズムシート８１，８２同士の密着性能や保持性能を高めるためである。合成樹脂材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、メタアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、及びポリイミド（ＰＩ）等が挙げられるが、例示の樹脂材料に限定されない。プリズムシート８１，８２同士の密着性能や保持性能を高めるのに最適な合成樹脂材を選択することが好ましい。さらに具体的には、プリズムシート８１，８２を構成する合成樹脂材と共材を用いることが好ましい。

第４実施形態に係る量子ドットバックライトユニット４００は、発光素子１０と導光板７０の光入射部７１との間に樹脂組成物５０及びプリズムシート８１，８２が配設されている。例えば、発光素子１０には青色ＬＥＤが採用され、量子ドット層５２には赤色量子ドットと緑色量子ドットが１：１の割合で含有されている。したがって、量子ドット層５２は、青色ＬＥＤの青色光を受けて白色に発光する。白色光は、複数のプリズムシート８１，８２を通過して、導光板７０の光入射部７１へ入射する。隣り合う第１プリズムシート８１と第２プリズムシート８２は、プリズムパターン方向を互いに交差させて積層されているので、導光板７０の光出射面７２から出射する光の照度（Ｌｕｘ；ルクス）を増大させることができるという有利な効果を奏する。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

すなわち、上記の実施形態では、配線基板１として、プリント配線を施したアルミニウム基板を用いている。ＬＥＤを実装する基板として、アルミニウム基板の代わりにフレキシブル基板を採用すれば、近年特に注目されているウエアラブル端末への応用も可能となる。フレキシブル基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム上に電子回路を印刷技術によって形成する。フレキシブル基板としては、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やＰＷＢ（printed wiring board）等が挙げられる。上記の実施形態に係る量子ドットバックライトユニット２００、３００は、携帯端末の薄型化及び軽量化を促進するので、ウエアラブル端末を含む携帯端末市場の発展に寄与しうる。

第２及び第３実施形態の変形構造では、保護層５３に代えて透光性を有する板部材６０が配設されているが、保護層５３を積層した上に板部材６０を配設してもよい。

１ 配線基板、
１０ 発光素子、
５０ 樹脂組成物、
５１ 封止層、
５２ 量子ドット層、
５３ 保護層、
６０ 板部材
７０ 導光板、
８０ 反射フィルム、
１００ 量子ドット発光装置、
２００、３００、４００ 量子ドットバックライトユニット。

Claims (11)

1. 発光素子が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆された量子ドット発光装置であって、
   前記樹脂組成物は、
   前記発光素子を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層と、
   前記封止層を覆い、前記量子ドットにより前記発光素子の照射光の波長を変換する量子ドット層と、
   前記量子ドット層を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層と、
   を備えることを特徴とする、量子ドット発光装置。
2. 前記封止層及び前記保護層は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として耐熱性粉末を含有する樹脂組成物からなり、
   前記樹脂組成物中における前記ベース樹脂と前記耐熱性粉末とを合わせた含有率が９９．５重量％以上であって、かつ前記樹脂組成物中に前記耐熱性粉末が１重量％以上５重量％以下含有されている、請求項１に記載の量子ドット発光装置。
3. 前記耐熱性粉末は、１８０℃以上の耐熱性を有すると共に、８０％以上の透過率を有する、請求項２に記載の量子ドット発光装置。
4. 前記量子ドット層は、熱可塑性樹脂をベース樹脂として量子ドット及びバインダを含有する樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物中における前記ベース樹脂と前記量子ドットとバインダとを合わせた含有率が９９．５重量％以上であって、かつ前記樹脂組成物中に前記量子ドットが０．０１重量％以上２重量％以下含有されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の量子ドット発光装置。
5. 前記量子ドットは、赤色量子ドットと緑色量子ドットとが１：１の割合で配合されている、請求項４に記載の量子ドット発光装置。
6. 複数の発光素子が量子ドットを含有する樹脂組成物で被覆された量子ドットバックライトユニットであって、
   前記樹脂組成物は
   発光素子を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する封止層と、
   前記封止層を覆い、前記量子ドットにより前記発光素子の照射光の波長を調整する量子ドット層と、
   前記量子ドット層を覆う透光性、耐湿性及び耐熱性を有する保護層と、
   を備えることを特徴とする、量子ドットバックライトユニット。
7. 前記発光素子はマトリクス状に配置され、各発光素子は前記樹脂組成物で個別に被覆されている、請求項６に記載の量子ドットバックライトユニット。
8. 前記発光素子はマトリクス状に配置され、複数の発光素子は前記樹脂組成物で面状に被覆されている、請求項６に記載の量子ドットバックライトユニット。
9. 前記量子ドット層上に、保護層に代えて透光性を有する板部材が配設されている、請求項７または請求項８に記載の量子ドットバックライトユニット。
10. 前記発光素子はフレキシブル基板上に実装されている、請求項７または請求項８に記載の量子ドットバックライトユニット。
11. 前記発光素子は列状に配置され、
    前記発光素子からの光を導入して光出射面側へ出射する導光板と、
    前記発光素子及び前記導光板の少なくとも前記光出射面と対向する面を覆う反射フィルムと、
    を備える、請求項６に記載の量子ドットバックライトユニット。