JP6926515B2 - 光波長変換組成物、光波長変換部材、発光装置、バックライト装置、および画像表示装置 - Google Patents
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Description
光波長変換組成物は、入射する光を他の波長の光に変換するための組成物である。光波長変換組成物は、量子ドットと、酸素原子を含む複素環基を有する化合物と、カルボン酸とを含んでいる。光波長変換組成物は、量子ドット等の他、溶剤、光散乱性粒子等を含んでいてもよい。例えば、光波長変換組成物を光波長変換シートとして用いる場合には、光波長変換組成物は、光散乱性粒子を含むことが好ましい。なお、本明細書において、「シート」とは、フィルムとも呼ばれるような部材も含む概念である。
量子ドットは、量子閉じ込め効果(quantum confinement effect)を有するナノサイズの半導体粒子である。量子ドットの粒子径および平均粒子径は、例えば、1nm以上20nm以下となっている。量子ドットは、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と、エネルギーバンドギャップを調節することができ、様々なレベルの波長帯のエネルギーを得ることができる。とりわけ、量子ドットは、狭い波長帯で強い蛍光を発生することができる。
上記複素環基を有する化合物は、酸素原子を含む複素環基を有するものである。酸素原子は、複素環基中に1以上含まれていればよく、2以上含まれていてもよい。また、複素環基は、1分子中に1以上含まれていればよい。
カルボン酸は、上記複素環基を有する化合物の硬化剤として機能するものである。カルボン酸は、カルボキシル基を1以上含む化合物である。カルボン酸は、カルボキシル基を2以上含んでいてもよく、またカルボキシル基以外の官能基を含んでいてもよい。
溶剤としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール等のアルコ−ル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、シクロヘキサン等が挙げられる。
光散乱性粒子は、光波長変換組成物や光波長変換部材に進入した光を散乱させることによって光の進行方向を変化させる作用を有する粒子である。
光波長変換部材は、上記光波長変換組成物の硬化物からなる部材である。光波長変換部材は、光波長変換部材が組み込まれる箇所等によって、適宜、形状を変えることができる。
図1に示される発光装置10は、発光素子パッケージであり、凹部11Aを有するパッケージ本体11と、パッケージ本体11の凹部11A内に配置された発光素子12と、発光素子12からの光を受ける光波長変換部材13と、電極層14と、ワイヤ15とを備えている。なお、発光装置10は、発光素子12および光波長変換部材13を備えていればよく、他の部材は備えていなくともよい。また、発光装置10は、表面実装型の発光装置となっているが、例えば、砲弾型の発光装置であってもよい。発光装置は、1以上の発光素子を備えていればよく、複数の発光素子を備えていてもよい。
パッケージ本体11は、基板11Bと、基板11Bの発光素子12側の面側に配置され、かつ発光素子12を取り囲むように配置された反射部材11Cとを備えている。反射部材11Cは、主として波長380nm以上780nm以下の可視光波長域の光に対して高い反射性を有するものである。反射部材11Cは、発光素子12からの光を反射し、所定の方向へ導くための反射面を持つ部材であれば、特に限定されないが、発泡タイプの白色ポリエステル、白色ポリエチレン樹脂、銀蒸着ポリエステル等から形成することが可能である。
発光素子12としては、例えば、発光ダイオード素子(LED素子)やレーザーダイオード素子(LD素子)等が挙げられる。発光素子は、単一の波長域の光を放出する発光素子を用いることができる。例えば、発光素子12とし、色純度の高い青色光を発する青色発光ダイオード(青色LED)を用いることができる。発光素子12は、ワイヤ15を介して電極層14と電気的に接続されている。
光波長変換部材13は、上記光波長変換組成物の硬化物である。したがって、光波長変換部材13は、量子ドット18と、上記酸素原子を含む複素環基を有する化合物およびカルボン酸の硬化物からなるバインダ樹脂19とを含んでいる。図1に示される量子ドット18は、第1の量子ドット18Aと、第1の量子ドット18Aとは異なる波長域の発光帯を有する第2の量子ドット18Bとを含んでいる。例えば、発光素子12として青色発光ダイオードを用いた場合には、色域を広げる観点から、第1の量子ドット18Aとして、青色光を緑色光に変換する量子ドットを用い、第2の量子ドット18Bとして、青色光を赤色光に変換する量子ドットを用いることが好ましい。量子ドット18、上記エポキシ化合物、および上記カルボン酸は、光波長変換組成物の欄で説明した量子ドット、上記エポキシ化合物、および上記カルボン酸と同様であるので、ここでは説明を省略するものとする。
発光装置は、図2に示されるような発光素子12と、発光素子12からの光を受ける光波長変換部材21と、発光素子12と光波長変換部材21の間に位置する封止部材22とを備える発光装置20であってもよい。発光素子12と光波長変換部材13との間に封止部材21を介在させることにより、発光素子21から光波長変換部材13を離すことができるので、熱による量子ドット18の劣化をより抑制することができる。なお、図2において、図1と同じ符号が付されている部材は、図1で示した部材と同じものであるので、説明を省略するものとする。
光波長変換部材21は、上記光波長変換組成物の硬化物である。光波長変換部材21の出光側の表面21Aは、レンズ面となっている。本明細書における「レンズ面」とは、レンズとして作用する面を意味する。レンズ面としては、集光機能を有するレンズ面および光拡散機能を有するレンズ面のいずれであってもよい。光波長変換部材21の表面21Aを、集光機能を有するレンズ面とすることにより、前面への光取り出し効率を向上させることができる。また、直下型のバックライト装置の場合、輝度ムラを低減させるために、発光装置の光拡散性を向上させることが望まれるが、光波長変換部材21の表面21を、光拡散機能を有するレンズ面とすることにより、光拡散性を向上させることができるので、直下型のバックライト装置に特に好適である。
封止部材22は、発光素子12の熱が加わるので、耐熱性に優れた樹脂から構成されることが好ましい。このような樹脂としては、特に限定されないが、シリコーン樹脂が好ましい。
図3に示される画像表示装置30は、バックライト装置40と、バックライト装置40の出光側に配置された表示パネル100とを備えている。画像表示装置30は、画像を表示する表示面30Aを有している。図3に示される画像表示装置30においては、表示パネル100の表面が表示面30Aとなっている。
図3に示される表示パネル100は、液晶表示パネルであり、入光側に配置された偏光板101と、出光側に配置された偏光板102と、偏光板101と偏光板102との間に配置された液晶セル103とを備えている。偏光板101、102は、入射した光を直交する二つの直線偏光成分(S偏光およびP偏光)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、P偏光)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S偏光)を吸収する機能を有している。
図3に示されるバックライト装置40は、エッジライト型のバックライト装置として構成され、発光装置10と、発光装置10の側方に配置された導光板としての光学板50と、光学板95の出光側に配置されたレンズシート60と、レンズシート60の出光側に配置されたレンズシート65と、レンズシート65の出光側に配置された反射型偏光分離シート70と、光学板70の出光側とは反対側に配置された反射シート80とを備えている。バックライト装置40は、光学板50、レンズシート60、65、反射型偏光分離シート70、反射シート80を備えているが、これらのシート等は備えられていなくともよい。本明細書において、「出光側」とは、各部材においてバックライト装置から出射する方向に向かう光が出射される側を意味する。
発光装置10は、光波長変換部材13の表面13Aが、光学板50の後述する入光面50C側となるように配置されている。なお、発光装置10は、光学板50の後述する入光面50Cに沿って線状に複数設けられている。
導光板としての光学板50は、平面視形状が四角形形状に形成されている。光学板95は、表示パネル100側の一方の主面によって構成された出光面50と、出光面50Aに対向するもう一方の主面からなる裏面50Bと、出光面50Aおよび裏面50Bの間を延びる側面とを有している。側面のうちの発光装置10側の側面が、発光装置10からの光を受ける入光面50Cとなっている。入光面50Cから光学板50内に入射した光は、入光面50Cと、入光面50Cと対向する反対面とを結ぶ方向(導光方向)に光学板内を導光され、出光面50Aから出射される。
レンズシート60、65は、入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させる機能を有する。本実施形態においては、入射角度が大きい光の進行方向を変化させて出光側から出射させて、正面方向の輝度を集中的に向上させる機能(集光機能)とともに、入射角度が小さい光を反射させて、光学板50側に戻す機能(再帰反射機能)を有している。レンズシート60、65は、光透過性基材61と、光透過性基材61の一方の面に設けられたレンズ層62とを備えている。
光透過性基材61の構成原料としては、例えば、ポリエステル(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)、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、又は、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
レンズ層62は、図4に示されるように、シート状の本体部63、および本体部63の出光側に並べて配置された複数の単位レンズ64を備えている。
反射型偏光分離シート70は、レンズシート65から出射される光のうち、第1の直線偏光成分(例えば、P偏光)のみを透過し、かつ第1の直線偏光成分と直交する第2の直線偏光成分(例えば、S偏光)を吸収せずに反射する機能を有する。反射型偏光分離シート70で反射された第2の直線偏光成分は再度反射され、偏光が解消された状態(第1の直線偏光成分と第2の直線偏光成分とを両方含んだ状態)で、再度、反射型偏光分離シート70に入射する。よって、反射型偏光分離シート70は再度入射する光のうち第1の直線偏光成分を透過し、第1の直線偏光成分と直交する第2の直線偏光成分は再度反射される。以下、同上の過程を繰り返す事により、レンズシート65から出光した光の70〜80%程度が第1の直線偏光成分となった光源光として出光される。したがって、反射型偏光分離シート70の第1の直線偏光成分(透過軸成分)の偏光方向と表示パネル100の偏光板101の透過軸方向とを一致させることにより、バックライト装置40からの出射光は全て表示パネル100で画像形成に利用可能となる。したがって、発光装置10から投入される光エネルギーが同じであっても、反射型偏光分離シート70を未配置の場合に比べて、より高輝度の画像形成が可能となり、又発光装置10のエネルギー利用効率も向上する。
反射シート80は、光学板50の裏面50Bから漏れ出した光を反射して、再び光学板50内に入射させる機能を有する。反射シート80は、白色の散乱反射シート、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート等から、構成され得る。反射シート80での反射は、正反射(鏡面反射)でもよく、拡散反射でもよい。反射シート80での反射が拡散反射の場合には、当該拡散反射は、等方性拡散反射であってもよいし、異方性拡散反射であってもよい。
発光装置10を組み込むバックライト装置は、図5に示されるような直下型のバックライト装置であってもよい。図5に示されるバックライト装置110は、発光装置10と、発光装置10の光を受け、かつ光拡散板として機能する光学板111と、光学板111の出光側に配置されたレンズシート60と、レンズシート65の出光側に配置されたレンズシート65と、レンズシート65の出光側に配置された反射型偏光分離シート80とを備えている。本実施形態においては、発光装置10は、光学板111の側方ではなく、光学板111の直下に配置されている。図5において、図3と同じ符号が付されている部材は、図5で示した部材と同じものであるので、説明を省略するものとする。なお、バックライト装置110においては、反射シート90は備えられていない。
まず、下記に示す組成となるように各成分を配合して、光波長変換組成物を得た。
<実施例1>
(光波長変換組成物1)
・3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4-エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート(製品名「セロキサイド2021P」、ダイセル社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物2)
・非エステル系水添ビスフェノール型ジグリシジル化合物(製品名「YX8000」、三菱化学社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物3)
・1,4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル(製品名「リカレジンDME−100」、新日本理化社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物4)
・シリコーンハイブリッド型エポキシ化合物(製品名「セルビーナスW0925」、ダイセル社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物5)
・キシリレンビスオキセタン(製品名「アロンオキセタンOXT−121」、東亞合成社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物6)
・ビスフェノールA型エポキシ化合物(製品名「828」、三菱化学社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物7)
・ビスフェノールA型エポキシ化合物(製品名「EXA−850CRP」、DIC社製):50質量部
・トリメリット酸(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物8)
・3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4-エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート(製品名「セロキサイド2021P」、ダイセル社製):50質量部
・4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(製品名「リカシッドMH」、新日本理化社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物9)
・3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4-エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート(製品名「セロキサイド2021P」、ダイセル社製):50質量部
・トリエチレンテトラミン(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物10)
・シリコーンハイブリッド型エポキシ化合物(製品名「セルビーナスW0925」、ダイセル社製):50質量部
・4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(製品名「リカシッドMH」、新日本理化社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物11)
・シリコーンハイブリッド型エポキシ化合物(製品名「セルビーナスW0925」、ダイセル社製):50質量部
・トリエチレンテトラミン(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物12)
・ビスフェノールA型エポキシ化合物(製品名「828」、三菱化学社製):50質量部
・4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(製品名「リカシッドMH」、新日本理化社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物13)
・ビスフェノールA型エポキシ化合物(製品名「828」、三菱化学社製):50質量部
・トリエチレンテトラミン(東京化成工業社製):50質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
(光波長変換組成物14)
・フェニルシリコーン(製品名「OE−6631」、東レ・ダウコーニング社製):100質量部
・緑色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 530」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径3.3nm):0.2質量部
・赤色発光量子ドット(製品名「CdSe/ZnS 610」、SIGMA−ALDRICH社製、コア:CdSe、シェル:ZnS、平均粒径5.2nm):0.2質量部
まず、基板と反射部材からなる縦3.2mm、横3.2mm、深さ0.8mmの凹部を有する縦5mm、横5mmおよび高さ1.6mmのパッケージ本体と、パッケージ本体内に配置され、かつ発光ピーク波長が450nmの青色LED素子と、ワイヤを介して青色LED素子が電気的に接続された電極層とを備える発光装置を用意した。次いで、パッケージ本体の凹部内に光波長変換組成物1を充填した。そして、100℃で5時間加熱することによって、光波長変換組成物を硬化させて、凹部に充填され、かつ青色LED素子を覆った光波長変換部材を備える実施例8に係る発光装置を得た。
実施例9〜14および比較例1〜においては、光波長変換組成物1の代わりに表1に示される各光波長変換組成物を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、発光装置を得た。
上記実施例および比較例に係る発光装置において、発光装置を80℃の環境下に500時間放置する耐熱性試験を行い、発光装置における耐熱性試験前の輝度に対する耐熱性試験後における輝度の維持率を調べた。具体的には、まず、Kindle Fire(登録商標)HDX7のバックライト装置を用意した。そして、このバックライト装置の光源として用いられている発光装置を実施例および比較例に係る耐熱性試験前の発光装置に代えることによって、バックライト装置に実施例および比較例に発光装置を組み込んだ。なお、上記実施例および比較例に係る発光装置は、Kindle Fire(登録商標)HDX7のバックライト装置の発光装置と同数および同様に配置された。
A=C/B×100
上記実施例および比較例に係る発光装置において、目視により耐熱性試験後の光波長変換部材の色味を評価した。評価基準は、以下の通りとした。
○:光波長変換部材の着色が観察されなかった。
×:光波長変換部材の着色が観察された。
12…発光素子
13…光波長変換部材
18…量子ドット
19…バインダ樹脂
30…画像表示装置
40…バックライト装置
100…表示パネル
Claims (9)
- 第1の半導体化合物からなるコア、前記コアを覆い、かつ前記第1の半導体化合物と異なる第2の半導体化合物からなるシェル、および前記シェルの表面に結合したリガンドを含む量子ドットと、酸素原子を含む複素環基を有する化合物と、前記リガンドではないカルボン酸とを含み、
前記酸素原子を含む複素環基を有する化合物が、シリコーン骨格を有するエポキシ化合物であり、
前記カルボン酸のカルボキシル基当量が、50以上5000以下であり、
前記カルボン酸が、3以上のカルボキシル基を含んでいる、光波長変換組成物。 - 請求項1に記載の光波長変換組成物の硬化物からなる、光波長変換部材。
- 発光素子と、
前記発光素子からの光を受ける、請求項2に記載の光波長変換部材と、
を備える、発光装置。 - 前記発光素子が、LED素子である、請求項3に記載の発光装置。
- 前記光波長変換部材が、前記発光素子を覆っている、請求項3に記載の発光装置。
- 前記発光素子と前記光波長変換部材の間に設けられ、かつ前記発光素子を封止する封止部材をさらに備える、請求項3に記載の発光装置。
- 前記光波長変換部材の出光側の表面がレンズ面となっている、請求項3に記載の発光装置。
- 請求項3に記載の発光装置を備える、バックライト装置。
- 請求項8に記載のバックライト装置と、
前記バックライト装置の出光側に配置された表示パネルと、
を備える、画像表示装置。
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