JPWO2015156227A1 - 波長変換部材、成形体、波長変換装置、シート部材、発光装置、導光装置、並びに表示装置 - Google Patents

Abstract

特に、従来に比べて発光素子の直上に位置する樹脂層の黒変発生を抑制できる波長変換部材、成形体、波長変換装置、シート部材、発光装置、導光装置、並びに表示装置を提供する。本発明は、収納部（２１）と、収納部内に配置されたＬＥＤチップ（２２）と、収納部内に充填された樹脂層（２３）と、を有するＬＥＤ装置（２０）であって、樹脂層は、ＬＥＤ素子に近い側の第１の樹脂層（２４）と、ＬＥＤ素子から遠い側の第２の樹脂層（２５）とを有して構成され、光散乱剤（２７）が、少なくとも第１の樹脂層（２４）に含有されており、量子ドット（２９）は、第１の樹脂層（２４）に含まれておらず第２の樹脂層（２５）に含有されていることを特徴とする。

Description

本発明は、量子ドットを有する波長変換部材、成形体、波長変換装置、シート部材、発光装置、導光装置、並びに表示装置に関する。

量子ドットは、数百〜数千個程度の半導体原子から構成された数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子であり、量子井戸構造を形成する。量子ドットは、ナノクリスタルとも呼ばれる。

量子ドットは、クリスタルの粒径や組成によって、ピーク発光波長を種々変更することができる。例えば、量子ドットを含有した樹脂層を、特許文献１や特許文献２のように、ＬＥＤチップの周囲に配置した発光装置が知られている。

特開２００８―１３０２７９号公報 特開２０１２―２０４６０９号公報

図１５は、従来におけるＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。図１５に示すＬＥＤ装置１は、収納部２と、収納部２内に配置されたＬＥＤチップ３と、収納部２内に充填された樹脂層４とを備える。樹脂層４には多数の量子ドット５が含有されている。

図１５に示す樹脂層４は蛍光層であり、ＬＥＤチップ３から発せられた光は、樹脂層４で発光波長の変換がなされて発光面１ａから外部に放出される。

しかしながら、図１５に示す従来のＬＥＤ装置１では、ＬＥＤチップ３の発光により、ＬＥＤチップ３の直上位置Ａの量子ドット５を含有した樹脂層４に黒変が生じ、ＬＥＤ装置１の発光効率が低下することがわかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、従来に比べて発光素子の直上に位置する樹脂層の黒変発生を抑制できる波長変換部材、成形体、波長変換装置、シート部材、発光装置、導光装置、並びに表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、量子ドットを有する波長変換部材であって、前記波長変換部材は、発光素子に近い側、あるいは光入射面側に配置される第１の層と、前記発光素子から遠い側、あるいは光出射面側に配置される第２の層とを有して構成され、光散乱剤が、少なくとも前記第１の層に含有されており、前記量子ドットは、前記第１の樹脂層に含まれておらず前記第２の層に含有されていることを特徴とする。

本発明では、前記光散乱剤は、前記第１の層に、０．２体積％〜２０体積％含まれることが好ましい。

本発明では、前記光散乱剤に代えて、あるいは前記光散乱剤とともに蛍光物質が添加されてもよい。

また本発明は、量子ドットを有する波長変換部材であって、前記波長変換部材は、樹脂中に光散乱剤及び量子ドットが含有されてなり、前記光散乱剤は前記樹脂に対して２．５質量％以上１０質量％以下の範囲内で含まれることを特徴とする。

また本発明は、上記のいずれかに記載された波長変換部材が成形体で形成されてなることを特徴とする。

また本発明における波長変換装置は、収納空間が設けられた容器と、前記収納空間内に配置された上記のいずれかに記載された波長変換部材、あるいは上記に記載の成形体と、を有して構成されることを特徴とする。

また本発明におけるシート部材は、上記のいずれかに記載された波長変換部材がシート状に形成されてなることを特徴とする。

また本発明における発光装置は、上記のいずれかに記載された波長変換部材と、発光素子と、を有し、前記波長変換部材は、前記発光素子の発光側を覆う樹脂層を構成し、前記第１の層が、前記発光素子に近い側の第２の樹脂層を構成し、前記第２の層が、前記発光素子から遠い側の第２の樹脂層を構成することを特徴とする。

また本発明では、前記発光素子は、収納部内に配置され、前記樹脂層は、前記収納部内に充填されている構成とすることができる。

また本発明における導光装置は、上記のいずれかに記載された波長変換部材、又は、上記に記載の波長変換装置、又は、上記に記載のシート部材、又は、上記のいずれかに記載の発光装置と、導光板とを有して構成されることを特徴とする。

また本発明における導光装置は、上記のいずれかに記載の複数の発光装置が、導光板を構成する一面に対向して配置されることを特徴とする。

また本発明における表示装置は、表示部と、前記表示部の裏面側に配置された、上記のいずれかに記載された波長変換部材、又は、上記に記載の波長変換装置、又は、上記に記載のシート部材、又は、上記のいずれかに記載の発光装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、発光素子に近い側、あるいは、光入射面側の第１の層には量子ドットを添加せずに光散乱剤を添加し、発光素子から遠い側、あるいは、光出射面側の第２の層に量子ドットを添加した構成とすることで、従来に比べて、黒変発生を効果的に抑制することができ、発光効率を向上させることができる。

ＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。 他のＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。 量子ドットの一例を示す模式図である。 ＬＥＤ装置（発光装置）を用いた導光装置の模式図である。 ＬＥＤ装置（発光装置）を用いた表示装置の模式図である。 量子ドットを備える樹脂成形体の模式図である。 量子ドットを備える樹脂成形シートの斜視図である。 量子ドットを備えるシート部材の縦断面図、及び、シート部材を用いたアプリケーションの模式図である。 量子ドットを備える波長変換装置の斜視図及びＣ−Ｃ線矢視の断面図である。 量子ドットを備える波長変換部材を有して構成された発光装置の斜視図である。 図１０に示す発光素子の各部材を組み合せた状態で、Ｄ−Ｄ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面図である。 光拡散剤の含有量に対する波長と光強度との関係を示すグラフである。 光拡散剤の含有量と照度との関係を示すグラフである。 光拡散剤の含有量に対する色度図のｘ座標とｙ座標との関係を示すグラフである。 従来におけるＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。 図１５と一部で異なる構造を備えた黒変発生調査用のＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。

本発明者らは、図１５に示す従来の発光装置以外に、図１６に示す構造の発光装置についても黒変の発生を調べた。図１６は、図１５と一部で異なる構造を備えた黒変発生調査用のＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。図１６において図１５と同じ符号は図１５と同じ部材を示している。

図１６に示すＬＥＤ装置では、樹脂層を、ＬＥＤチップ３の表面を被覆する第１の樹脂層１２と、第１の樹脂層１２の表面を被覆する第２の樹脂層１３とで構成している。

図１６に示す発光装置では、量子ドット５は、第１の樹脂層１２に含まれておらず第２の樹脂層１３にのみ含まれている。

図１６に示す構造のＬＥＤ装置では、ＬＥＤチップ３の発光により、ＬＥＤチップ３の直上方向であって、第１の樹脂層１２と第２の樹脂層１３との境界付近Ｂに黒変が生じることがわかった。

このように図１５及び図１６に示す黒変発生の結果から、黒変は、ＬＥＤチップ３の直上であって、量子ドット５を含む樹脂層内で発生することがわかった。これは、ＬＥＤチップ３の直上の樹脂層に局部的に強い光が照射されて、直上位置にある量子ドット５を含む樹脂層が光、あるいは、光と熱による作用を受ける結果、ＬＥＤチップ３の直上にのみ黒変が生じたものと考えられる。

そこで本発明者らは、黒変発生を抑制すべく、発光素子に近い側、あるいは光入射面側の第１の層（第１の樹脂層）に量子ドットを添加せずに光散乱剤を添加し、発光素子から遠い側、あるいは光出射面側の第２の層（第２の樹脂層）に量子ドットを添加した構成の発明に至ったのである。

これにより、発光素子から発せられた光は第１の層内で散乱させられて量子ドットを含む第２の層に進入する。そのため、従来のように樹脂層等からなる波長変換部材（樹脂層）に局部的に強い光が照射される構造に対して、本実施の形態では、第１の層と第２の層との界面の略全域から第２の層に光を入り込ませることができる。以上により、本実施の形態では従来に比べて波長変換部材の黒変発生を効果的に抑制することができ、発光効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態におけるＬＥＤ装置（発光装置）２０は、図１Ａに示すように、底面２１ａと底面２１ａの周囲を囲む側壁２１ｂとを有する収納ケース２１と、収納ケース２１の底面２１ａに配置されたＬＥＤチップ（発光素子）２２と、収納ケース２１内に充填され、ＬＥＤチップ２２の上面側（発光側）を封止する樹脂層（波長変換部材）２３とを有して構成される。ここで上面側とは、収納ケース２１からＬＥＤチップ２２の発した光が放出される方向であって、ＬＥＤチップ２２に対して、底面２１ａの反対の方向を示す。

ＬＥＤチップ２２は図示しないベース配線基板上に配置され、ベース配線基板は収納ケース２１の底面部を構成していてもよい。ベース基板としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の基材に配線パターンが形成された構成を提示できる。

ＬＥＤチップ２２は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であり、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とがＰＮ接合された基本構成を備える。あるいはＬＥＤチップ２２に代えて、半導体レーザーやＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子等の発光素子を用いることもできる。

図１Ａに示すように、樹脂層２３は、ＬＥＤチップ２２の上面を被覆する第１の樹脂層（第１の層）２４と第１の樹脂層２４の表面を被覆する第２の樹脂層（第２の層）２５とを有して構成される。

図１Ａに示すように第１の樹脂層２４は樹脂２６に複数の光散乱剤２７が分散されてなる。また第２の樹脂層２５は、樹脂２８に複数の量子ドット２９が分散されてなる。第１の樹脂層２４及び第２の樹脂層２５を構成する樹脂２６、２８は、特に限定するものでないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂、又は、これらのいくつかの混合物等を使用することができる。

第１の樹脂層２４に用いられる樹脂２６と第２の樹脂層２５に用いられる樹脂２８とは同じ材料であってもよいし異なっていてもよい。樹脂２６、２８を異ならせる場合、例えば熱伝導率の高い樹脂を第１の樹脂層２４に配置し、第２の樹脂層２５には量子ドット２９の分散性を向上させることができる樹脂２８を選択する。一例として、第１の樹脂層２４にはシリコーン樹脂を用い、第２の樹脂層２５にはエポキシ樹脂を用いる。また同じ樹脂を用いる場合、第１の樹脂層２４と第２の樹脂層２５の双方にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を用いることができる。

光散乱剤２７は特に材質を限定するものでないが、シリカ（ＳｉＯ_２）、ＢＮ、ＡｌＮ等の微粒子などを提示できる。

例えば、光散乱剤２７として、ＡｌＮやＢＮなどの熱伝導率が高い材質を用いることで、黒変発生の抑制効果を向上させることができる。黒変は光のみならず熱の影響もあると考えられるからである。

また本発明における量子ドット２９は、例えば、図３に示すように、半導体粒子のコア部３０と、コア部３０の周囲を被覆するシェル部３１とを有する。コア部３０には、例えば、ＣｄＳｅが使用されるが、特に材質を限定するものでない。例えば、少なくともＺｎとＣｄとを含有するコア材、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｅ及びＳを含有するコア材、ＺｎＣｕＩｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、これらのいくつかの複合物等の使用が可能である。

シェル部３１は、蛍光部としてのコア部３０を保護する。図３に示すように、シェル部３１は２層構造で構成され、すなわちシェル部３１は、コア部３０の表面を被覆する第１のシェル部（ｓｈｅｌｌ Ｉ）３２と、第１のシェル部３２の表面を被覆する第２のシェル部（ｓｈｅｌｌ ＩＩ）３３とを有する、いわゆるマルチシェル構造であることが好ましい。

例えば、第２のシェル部３３のバンドギャップは、第１のシェル部３２のバンドギャップよりも大きくされるが、これに限定されるものでない。

図３に示すように量子ドット２９の表面（第２のシェル部３３の表面）には多数の有機配位子３４が配位している。これにより、量子ドット２９同士の凝集を抑制でき、樹脂２８中での量子ドット２９の分散性を向上させることができる。配位子の材料は特に限定されないが、例えば、オクタデセン、オクタデカン、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリアルキルホスフィンオキサイド、アルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキルホスホン酸等を上げることができる。

なお上記では、シェル部３１を２層構造としたが、３層以上とすることもでき、あるいは１層構造とすることもできる。かかる場合、シェル部３１は、第２のシェル部３３の１層で構成されることが好適である。なお本実施の形態では、コア部３０から離れるにしたがって徐々にシェル部内の組成比が変化するように制御等された１層構造を提供できる。

あるいはシェル部３１が形成されず、量子ドット２９は、半導体粒子のコア部３０のみで構成されてもよい。すなわち、量子ドット２９は、少なくともコア部３０を備えていれば、シェル部による被覆構造を備えていなくてもよい。例えば、コア部に対して、シェル部の被覆を行った場合、被覆構造となる領域が小さいか被覆部分が薄すぎて被覆構造を分析・確認できないことがある。したがって、分析によるシェル部の有無にかかわらず、量子ドット２９と判断することができる。

図１Ａに示すように第１の樹脂層２４には光散乱剤２７が添加されているが、量子ドット２９は含まれていない。

このため、ＬＥＤチップ２２から発せられた光は、第１の樹脂層２４内で散乱しながら第２の樹脂層２５に導かれ、図１５の従来例で説明したようなＬＥＤチップの直上位置Ａでの黒変発生を適切に抑制することができる。また本実施の形態では、図１Ａに示す収納ケース（収納部）２１の側壁２１ｂの少なくとも内面を光反射面として形成することにより、第１の樹脂層２４内で散乱した光を適切に第２の樹脂層２５に導くことができる。このとき、図１Ａでは、収納ケース２１は、底面２１ａから上方に離れるにしたがって徐々に幅寸法が広がるように側壁２１ｂが傾斜した形状とされているので、収納ケース２１の側壁２１ｂで反射した光を適切に第２の樹脂層２５まで導くことができる。

本実施の形態では、第１の樹脂層２４と第２の樹脂層２５との境界から第２の樹脂層２５に光が導かれるとき、第１の樹脂層２４で拡散した光が第２の樹脂層２５に入り込むため、従来と違って、ＬＥＤチップ２２の直上に位置する第１の樹脂層２４と第２の樹脂層２５との境界部分に局部的に強い光が入り込むのを抑制できる。したがって図１６に示したようなＬＥＤチップの直上であって第１の樹脂層と第２の樹脂層との境界付近Ｂに黒変が生じるのを適切に抑制することができる。

本実施の形態では、第２の樹脂層２５に導かれた光は量子ドット２９により波長変換され、所定色の光が発光面２０ａから外方に放出される。

第１の樹脂層２４に含まれる光散乱剤２７は、０．２体積％〜２０体積％程度であることが好ましい。また第１の樹脂層２４に含まれる光散乱剤２７は、１重量％〜４５重量％であることが好ましい。添加量が０．２体積％あるいは１重量％よりも低いと光散乱効果が適切に発揮されず、黒変発生を適切に抑制できない。また添加量が２０体積％あるいは４５重量％よりも高いと第１の樹脂層２４での光の透過性が低下し、発光効率の低下を招きやすくなる。また光散乱剤２７の粒径は、０．２μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。

図１Ｂに示すＬＥＤ装置（発光装置）３５は、図１Ａの構成に加えて、第２の樹脂層２５にも光散乱剤２７を添加した構成である。これにより第２の樹脂層２５内でも光の拡散を促すことができ、発光効率の向上が期待される。図１Ｂの構成では、第２の樹脂層２５に含まれる光散乱剤２７の添加量を、第１の樹脂層２４に含まれる光散乱剤２７の添加量よりも少なくすることができる。

第２の樹脂層２５に熱伝導率の高いＡｌＮやＢＮ等の光散乱剤２７を添加することで、黒変発生の抑制効果を向上させることができる。黒変は光のみならず熱の影響もあると考えられるからである。

また光散乱剤２７は、樹脂中に均一に分散している形態のみならず沈降していてもよい。第１の樹脂層２４中において沈降した光散乱剤２７がＬＥＤチップ３の表面付近に凝集した状態となっていてもよい。

ところで、図１５、図１６の構成において、量子ドット５が含まれる樹脂層（図１５では樹脂層４、図１６では、第２の樹脂層１３）中に光拡散剤を添加しても、適切に黒変発生を抑制することはできない。本実施の形態のように、まず量子ドットを含まず光散乱剤２７を添加した第１の樹脂層２４でＬＥＤチップ２２からの光を散乱させ、その散乱した光を量子ドット２９を含む第２の樹脂層２５へ導くことで、黒変発生を適切に抑制することが可能になる。

図１Ａ、図１Ｂに示す樹脂層２３は、第１の樹脂層２４と第２の樹脂層２５との２層構造とされているが３層以上としてもよい。このとき、第１の樹脂層２４とＬＥＤチップ２２との間や、第１の樹脂層２４と第２の樹脂層２５との間等に別の樹脂層を介在させることができる。または、第２の樹脂層２５上に、別の樹脂層を形成してもよい。

本発明では、樹脂中に、量子ドット、及び、量子ドットとは別の蛍光顔料や蛍光染料等としての蛍光物質とを含んでいてもよい。例えば、赤発光の量子ドットと緑発光の蛍光物質、あるいは、緑発光の量子ドットと赤発光の蛍光物質のごとくである。蛍光物質としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系などがあるが材質を特に限定するものでない。このような形態は、図１以外の形態に対しても適宜適用することができる。

このとき、蛍光物質が光散乱剤に代えて、あるいは光散乱剤と共に含まれている形態であってもよい。

例えば第１の樹脂層２４中に緑色の蛍光物質を添加し、第２の樹脂層２５中に赤色の量子ドット２９を添加する。これにより緑色の蛍光物質で光が拡散され、拡散光が量子ドット２９にて入射される。これにより発光面２０ａ全域から均一な強度の白色光を放出することができる。色の組み合わせは種々変更することが可能である。

図１Ｃでは、樹脂層２３が１層構造であり、樹脂２８中に光散乱剤２７と量子ドット２９とが含有されている。そして光散乱剤２７は、樹脂２８に対して、２．５質量％以上で１０質量％以下含まれている。また量子ドット２９は樹脂２８に対して数質量％程度含まれる。これにより適切に黒変発生を抑制でき、また後述する実験に示すように、良好な白色発光を得ることができるとともに高い照度を得ることができる。なお、図１Ｃに示す構成は、図１Ｂにおける第２の層２５にも適用することができる。

図２は、他のＬＥＤ装置（発光装置）の模式図である。図２に示すＬＥＤ装置（発光装置）３８では、ＬＥＤチップ（発光素子）２２が基材３７上に設置され、ＬＥＤチップ２２の上面から基材３７の上面にかけて第１の樹脂層（第１の層）２４が形成されている。また第２の樹脂層（第２の層）２５が第１の樹脂層２４の上面を被覆している。第１の樹脂層２４には光散乱剤２７が含有されているが量子ドット２９は含まれていない。一方、第２の樹脂層２５には量子ドット２９が含まれている。図１Ｂと同様に第２の樹脂層２５に光散乱剤２７が含まれていてもよい。

図２に示すＬＥＤ装置（発光装置）３８では、図１Ａ、図１Ｂと異なって、ＬＥＤチップ２２及び、樹脂層２３を収納するためのケース状の収納部は設けられておらず、基材３７上に設置されたＬＥＤチップ２２上にポッティング加工等により樹脂層（波長変換部材）２３を形成している。

図２では、樹脂層２３の表面をドーム型としているが、例えば表面に凹み部が形成されていたり、矩形状であったり、特に形状を限定するものではない。

図４は、ＬＥＤ装置（発光装置）を用いた導光装置の模式図である。図４Ａは導光装置の平面模式図であり、図４Ｂは、図４Ａの平面図をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面模式図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示す導光装置４０は、導光板４１と、導光板４１の側端面４１ａに対向して配置された複数のＬＥＤ装置（発光装置）４２とを有して構成される。図４Ａ、図４Ｂに示したＬＥＤ装置４２は図１Ａに示すＬＥＤ装置２０、図１Ｂに示すＬＥＤ装置３５、若しくは、図２に示すＬＥＤ装置３８、又は、ＬＥＤ装置２０、３５若しくは３８の一部を変更した構成（ただし第１の樹脂層２４に光散乱剤２７を添加するが量子ドットは添加せず、第２の樹脂層２５に量子ドット２９を添加した構成は変わらない）である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、複数のＬＥＤ装置４２は、例えばケース状の支持体４３に支持されている。各ＬＥＤ装置４２は、所定の間隔を空けて支持体４３の内面に一列に配列されている。支持体４３が導光板４１の側端面４１ａに組み込まれることで、各ＬＥＤ装置４２は、導光板４１の側端面４１ａに対向した状態で配置される。

図４Ｂに示すように導光板４１の裏面４１ｂには反射板４４が設けられており、導光板４１の表面４１ｃ側には液晶ディスプレイ等の表示部４５が配置される。また導光板４１と表示部４５との間には偏光板４６等が配置される。図４Ｂでは、点線で示した表示部４５や偏光板４６を導光装置４０の構成部材とはしていないが、偏光板４６等を導光装置４０の構成部材として組み込むこともできる。また導光装置４０に表示部４５まで組み込んだ構成は表示装置として定義される。

図４Ａ、図４Ｂに示す導光装置４０では、黒変発生を抑制したＬＥＤ装置４２を使用しており、導光板４１の表面（光出射面）４１ｃからの光取出し効率を効果的に向上させることができる。また本実施の形態では、ＬＥＤ装置４２を構成する第１の樹脂層に光散乱剤を添加してＬＥＤ装置４２の発光面全体から適切に拡散光を放出できるようにしており、導光板４１の略全体にわたって導光させることが可能になる。この結果、従来において導光板４１と表示部４５との間に介在させていた層構成の一部削除（例えば拡散板の削除）、変更等により生産コストの削減を期待できる。

図５は、ＬＥＤ装置（発光装置）を用いた表示装置の模式図である。図５Ａは表示装置の平面模式図であり、図５Ｂは、図５Ａの平面図をＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た断面模式図である。

図５Ａ、図５Ｂに示すように表示装置５０は、複数のＬＥＤ装置５１と、各ＬＥＤ装置５１に対向する液晶ディスプレイ等の表示部５４とを有して構成される。各ＬＥＤ装置５１は、表示部５４の裏面側に配置される。

図５Ａ、図５Ｂに示したＬＥＤ装置５１は、図１Ａに示すＬＥＤ装置２０や図１Ｂに示すＬＥＤ装置３５、若しくは、図２に示すＬＥＤ装置３８、又は、ＬＥＤ装置２０、３５若しくは３８の一部を変更した構成（ただし第１の樹脂層２４に光散乱剤２７を添加するが量子ドットは添加せず、第２の樹脂層２５に量子ドット２９を添加した構成は変わらない）である。

図５Ｂに示すように、複数のＬＥＤ装置５１は支持体５２に支持されている。各ＬＥＤ装置５１は、所定の間隔を空けて配列されている。各ＬＥＤ装置５１と支持体５２とで表示部５４に対するバックライト５５を構成している。支持体５２はシート状や板状、あるいはケース状である等、特に形状や材質を限定するものでない。

図５Ｂに示すように、バックライト５５と表示部５４との間には、偏光板５３等が介在している。

図５Ａ、図５Ｂに示す表示装置５０では、黒変発生を抑制したＬＥＤ装置５１を使用しており、バックライト５５の光取出し効率を向上させることができる。また本実施の形態では、ＬＥＤ装置５１を構成する第１の樹脂層に光散乱剤を添加してＬＥＤ装置５１の発光面全体から適切に拡散光を放出できるようになっている。この結果、従来においてバックライト５５と表示部５４との間に介在させていた拡散板の除去を期待できる。

図６は、量子ドットを備える樹脂成形体の模式図である。図６では、ＬＥＤ等の発光素子６０と導光板６１との間に、バー形状の波長変換部材６２が介在している。この実施の形態では、量子ドットを含有した樹脂をバー状、ロッド状、又は、棒状に成形して図６に示す波長変換部材６２が構成されている。発光素子６０から発せられた光は、波長変換部材６２にて波長変換され、波長変換された光が導光板６１に出射される。例えば波長変換部材６２には、蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の各量子ドットが含まれている。そして、発光素子６０から発せられた青色の光子の一部が、各量子ドットによって緑色又は赤色に変換されることで、波長変換部材６２から導光板６１に向けて白色の光が出射される。

図６に示すように、波長変換部材６２が２層構造とされる。発光素子６０に近い側（光入射面側）に第１の層６２ａが形成され、発光素子６０から遠い側（光出射面側）に第２の層６２ｂが形成される。この実施の形態では、第１層６２ａと第２の層６２ｂとを二色成形することができる。光散乱剤は、少なくとも第１の層６２ａに含有され、量子ドットは、第１の層６２ａに含まれておらず、第２の層６２ｂに含まれている。

図７では、導光板６１の発光面に、量子ドットを含有した樹脂を用いて形成された波長変換シート６３が設けられている。この実施の形態では、波長変換シート６３を、導光板６１上に塗布して形成したものとしてもよいし、シート状に予め形成し、波長変換シート６３を導光板６１の発光面に重ね合わせてもよい。また、導光板６１と波長変換シート６３との間に拡散フィルム等の別のフィルムが入っていてもよい。波長変換シート６１は２層構造とされ、光入射面側に形成された第１の層には光散乱剤が含有され、光出射面側に形成された第２の層には、量子ドットが含まれている。

また導光板６１自体を、量子ドットを含有した樹脂を用いて成形することも可能である。導光板６１及び波長変換シート６３の両方が、緑色に発光する量子ドット及び赤色に発光する量子ドットを含むこともできる。また、導光板６１が緑色に発光する量子ドットを含み、波長変換シート６３が赤色に発光する量子ドットを含むこともできる。あるいは逆に、導光板６１が赤色に発光する量子ドットを含み、波長変換シート６３が緑色に発光する量子ドットを含むこともできる。

図８は、量子ドットを備えるシート部材の縦断面図、及び、シート部材を用いたアプリケーションの模式図である。シート部材６５は、量子ドットを有する量子ドット層６６と、量子ドット層６６の両側に形成されたバリア層６７、６８と、を有して構成される。一般的に「シート」とは、その厚さが長さ及び幅の割に小さい構成とされる。シート部材６５は可撓性の有無を問わないが可撓性であることが好適である。シート部材６５は、単にシートと呼ばれることがあり、あるいはフィルムやフィルムシートなどと呼ばれることもある。

図８Ａに示すように、バリア層６７、６８は夫々、量子ドット層６６の両側に配置されている。量子ドット層６６とバリア層６７、６８との間に接着層を有していてもよいが、この形態では、バリア層６７、６８を量子ドット層６６の両面に当接して形成することができる。このようにバリア層６７、６８を設けることで、量子ドット層６６の両面は保護され、耐環境性（耐久性）の向上を図ることができる。

各バリア層６７、６８は、有機層の単層、あるいは有機層と無機層との積層構造で形成されている。有機層としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを例示できる。また無機層としては、ＳｉＯ_２層を例示できる。あるいは、無機層は、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）若しくは酸化珪素（ＳｉＯ_２）の層、または、これらの積層であってもよい。

図８Ａに示すように、量子ドット層６６が２層に分けられる。第１の層６６ａ側のバリア層６７の表面は光入射面を構成し、第２の層６６ｂ側のバリア層６８は光出射面を構成する。したがって第１の層６６ａのほうが第２の層６６ｂよりも発光素子に近い側に配置される。光散乱剤は、少なくとも第１の層６６ａに含有され、量子ドットは、第１の層６６ａに含まれておらず、第２の層６６ｂに含まれている。

量子ドットを含むシート部材６５は、例えば図８Ｂに示すバックライト装置９３に組み込むことができる。図８Ｂでは、複数の発光素子９２（ＬＥＤ）と、発光素子９２に対向するシート部材６５とを有してバックライト装置９３が構成されている。図８Ｂに示すように、各発光素子９２は、支持体９１の表面に支持されている。図８Ｂでは、バックライト装置９３が、液晶ディスプレイ等の表示部９４の裏面側に配置されて、表示装置９０を構成している。なお図８Ｂに示す発光素子９２は、図１や図２で示したＬＥＤ装置であってもよい。

なお図８Ｂには図示しないが、発光素子９２と表示部９４との間にはシート部材６５の他に、光を拡散する拡散板、及び、その他のシート等が介在していてもよい。

またシート部材６５は、一枚で形成されているが、例えば、所定の大きさとなるように、複数枚のシート部材６５を繋ぎ合わせてもよい。以下、複数のシート部材６５を、タイリングによって繋ぎ合わせた構成を、複合シート部材という。

図８Ｃでは、発光素子９２／複合シート部材９５／拡散板９６／表示部９４の順に配置されている。これによれば、複合シート部材９５を構成する各シート部材の繋ぎ目において、乱反射、又は、繋ぎ目から進入した水蒸気による量子ドットの劣化などに起因する発光色のムラが生じた場合でも、表示部９４の表示に色ムラが生じるのを適切に抑制することができる。すなわち、複合シート部材９５から放出された光は拡散板９６で拡散された後に、表示部９４に入射されるので、表示部９４の表示における色ムラが抑制ができる。

図９は、量子ドットを備える波長変換装置の斜視図及びＣ−Ｃ線矢視の断面図である。図９Ａは、波長変換装置の斜視図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す波長変換装置をＣ−Ｃ線に沿って平面方向に切断し矢印方向から見た断面図である。

図９Ａに示すように、波長変換装置７０は、容器７１と、波長変換物質を含む成形体７２とを有して構成される。

容器７１は、波長変換物質を含む成形体７２を収納し保持することが可能な収納空間７３を備える。容器７１は透明な部材であることが好ましい。「透明」とは、一般的に透明と認識されるもの、又は、可視光線透過率が約５０％以上のものを指す。

容器７１の縦横寸法の大きさは、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度、収納空間５３の縦横寸法は、数百μｍ〜数ｍｍ程度である。

図９に示すように容器７１は、光入射面７１ａ、光出射面７１ｂ、及び、光入射面７１ａと光出射面７１ｂとの間を繋ぐ側面７１ｃとを備える。図９に示すように、光入射面７１ａと光出射面７１ｂとは互いに対向した位置関係にある。

図９に示すように、容器７１には、光入射面７１ａ、光出射面７１ｂ及び側面７１ｃよりも内側に収納空間７３が形成されている。なお、収納空間７３の一部が、光入射面７１ａ、光出射面７１ｂあるいは側面７１ｃにまで達していてもよい。

図９に示す容器７１は例えばガラス管の容器であり、ガラスキャピラリを例示できる。ただし、上記したように透明性に優れる容器を構成できれば樹脂等であってもよい。

図９に示すように、収納空間７３には、波長変換物質を含む成形体７２が配置されている。図９に示すように、収納空間７３は開口しており、ここから波長変換物質を含む成形体７２を挿入することができる。

波長変換物質を含む成形体７２を、収納空間７３内に圧入や接着等の手段により挿入することができる。圧入する場合には、波長変換物質を含む成形体７２を収納空間７３と完全に同一の大きさかあるいは、収納空間７３よりもわずかに大きく成形し、圧力を加えながら波長変換物質を含む成形体７２を収納空間７３内に挿入することで、波長変換物質を含む成形体７２の内部のみならず、波長変換物質を含む成形体７２と容器７１との間にも隙間が生じるのを抑制することができる。

また波長変換物質を含む成形体７２を収納空間７３内に接着して固定する場合、波長変換物質を含む成形体７２を収納空間７３よりも小さく成形し、波長変換物質を含む成形体７２の側面に接着層を塗布した状態で、波長変換物質を含む成形体７２を収納空間７３内に挿入する。このとき、成型体７２の断面積が、収容空間７３の断面積よりもわずかに小さくてもよい。これにより、波長変換物質を含む成形体７２と容器７１とは接着層を介して密接し、波長変換物質を含む成形体７２と容器７１との間に隙間が形成されるのを抑制することができる。接着層には、成型体７２と同じ樹脂、あるいは、基本構造が共通する樹脂を用いることができる。または、接着層として、透明な接着材を用いてもよい。

図９Ｂに示すように、成形体７２は２層構造で形成され、光入射面７１ａ側の第１の層７２ａと、光出射面７１ｂ側の第２の層７２ｂで構成される。この実施の形態では、第１の層７２ａと第２の層７２ｂとを二色成形することができる。光散乱剤は、少なくとも第１の層７２ａに含有され、量子ドットは、第１の層７２ａに含まれておらず、第２の層７２ｂに含まれている。また光散乱剤は、光入射面７１ａと成形体７２との間の容器前端部７１ｄ内に含まれていてもよい。係る場合、成形体７２は全体に量子ドットが分散された構成とすることもできる。すなわち容器前端部７１ｄが第１の層を構成し、成形体７２が第２の層を構成する。

また、波長変換物質を含む成形体７２の屈折率は、容器７１の屈折率に比べて小さいことが好ましい。これにより、波長変換物質を含む成形体７２内に進入した光の一部が、収納空間７３に面する容器７１の側壁部分で全反射する。屈折率の小さい媒体側における入射角は、屈折率の大きい媒体側における入射角より大きくなるためである。これにより光が容器７１の側方から外部へ漏れる量を減らすことができるので、色変換効率及び発光強度を高めることができる。

図９に示す波長変換部材７０の光入射面７１ａ側に発光素子が配置される。また波長変換部材７０の光出射面７１ｂ側には図６に示す導光板６１等が配置される。なお図９では、成形体７２としたが、量子ドットを含む樹脂組成物を注入して量子ドット層を形成してもよい。

図１０は、量子ドットを備える波長変換部材を有して構成された発光素子の斜視図である。図１１は、図１０に示す発光素子の各部材を組み合せた状態で、Ｄ−Ｄ線に沿って高さ方向に切断し矢印方向から見た縦断面図である。

図１０、図１１に示す発光素子７５は、波長変換部材７６と、ＬＥＤチップ（発光部）８５とを有して構成される。波長変換部材７６は、容器本体７７と蓋体７８との複数ピースで構成された容器７９を備える。また図１０に示すように、容器本体７７の中央部には有底の収納空間８０が形成されている。収納空間８０には量子ドットを含有する波長変換層８４が設けられる。波長変換層８４は成形体であってもよいし、収納空間８０内にポッティング加工等により充填されてもよい。そして容器本体７７と蓋体７８とは接着層を介して接合される。

図１０、図１１に示す波長変換部材７６の容器７９の下面が光入射面７９ａである。光入射面７９ａに対向する上面が光出射面７９ｂである。図１０、図１１に示す波長変換部材７６の容器７９に設けられた各側面７９ｃに対して内側の位置に収納空間８０が形成されている。

図１１に示すように、ＬＥＤチップ８５は、プリント配線基板８１に接続され、図１０、図１１に示すようにＬＥＤチップ８５の周囲が枠体８２に囲まれている。そして、枠体８２内は樹脂層８３で封止されている。

図１１に示すように、波長変換部材７６が枠体８２の上面に図示しない接着層を介して接合されてＬＥＤ等の発光素子７５が構成される。

図１１に示すように、波長変換層８４は２層構造で形成され、光入射面７９ａ側の第１の層８４ａと、光出射面７９ｂ側の第２の層８４ｂで構成される。この実施の形態では、第１の層８４ａと第２の層８４ｂとを二色成形することができる。光散乱剤は、少なくとも第１の層８４ａに含有され、量子ドットは、第１の層８４ａに含まれておらず、第２の層８４ｂに含まれている。また光散乱剤は、樹脂層８３や光入射面７９ａと波長変換層８４との間の容器前端部７９ｄ内に含まれていてもよい。係る場合、波長変換層８４は全体に量子ドットが分散された構成とすることもできる。すなわち容器前端部７９ｄ、及び／又は、樹脂層８３が第１の層を構成し、波長変換層８４が第２の層を構成する。

また本発明のＬＥＤ装置（発光装置）を、上記に示した導光装置や表示装置以外に、照明装置や光源装置、光拡散装置、光反射装置等にも適用することができる。

以下、本発明の効果を明確にするために実施した実施例及び比較例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

［量子ドット］
コア／シェル構造の赤色発光量子ドット（ＱＹ値；８３％）と緑色発光量子ドット（ＱＹ値；８０％、８１％）
［量子ドットに対する分散樹脂］
シリコーン樹脂、又は、エポキシ樹脂
［光散乱剤］
シリカ（ＳｉＯ_２）

実験では、樹脂中に量子ドットを１質量％〜２質量％程度と、光散乱剤を２５．５質量％〜１０質量％の範囲内で混合した。なお、図１２、図１３に示す「Ａｂｓ１０」とは、量子ドットを１質量％〜２質量％程度混合したものを指し、「Ａｂｓ１５」とは、量子ドットを２．５質量％程度混合したものを指す。

実験では、内寸０．５ｍｍ×０．５ｍｍ角型ガラスキャピラリ量子ドット及び光散乱剤入りの樹脂を封入し、キャピラリを導光板の底に貼り付けた。樹脂層の構成としては図１Ｃが該当する。その際、光源として４５０ｎｍ波長ＬＥＤ（駆動４０ｍＡ）を灯させた。そして、光拡散剤の含有量に対する波長と光強度との関係（図１２）、光拡散剤の含有量と照度との関係（図１３）、及び、光拡散剤の含有量に対する色度図のｘ座標とｙ座標との関係（図１４）について測定した。

図１２に示すように、光散乱剤なしの場合、波長約４５０ｎｍ（青色）に大きなピークが見られたが、光散乱剤の添加により４５０ｎｍ（青色）のピークが小さくなった。図１４に示す色度図のｘ座標とｙ座標は最も左側の測定点が散乱剤なし、その右隣りの測定点が散乱剤２．５％、その右隣りの測定点が散乱剤５％、その右隣りの測定点が散乱剤１０％、最も右側の測定点が散乱剤５％（Ａｂｓ１５）である。図１４に示すように、光散乱剤の添加により、ｘ座標及びｙ座標が共に０．３０に近づき、白色あるいは白色に近い光を得ることができた。

また図１３に示すように、光散乱剤を添加しないよりも添加することで照度が高くなることがわかった。また図１３に示すように、光散乱剤を５％添加した２つの実施例は、量子ドットの量が一方は１〜２質量％程度で、他方（Ａｂｓ１５）が２．５質量％程度であり、量子ドット量が異なるが、照度はほぼ同じであった。

上記の実験により、光散乱剤は前記樹脂に対して２．５質量％以上１０質量％以下の範囲内で含まれることで良好な白色発光を得ることができるとともに高い照度を得ることができることがわかった。

本発明では、ＬＥＤチップの直上に位置する蛍光層に黒変が発生しないＬＥＤ装置等を製造できる。発光素子としてはＬＥＤのみならず有機ＥＬ等を採用することができる。本発明では、樹脂層に用いる量子ドットの材質を変えることで、量子ドットを含む樹脂層での色の波長を様々に変換でき、バラエティ豊かな蛍光色を持ち且つ黒変が生じず製品寿命が長い発光装置等を製造することができる。

本出願は、２０１４年４月８日出願の特願２０１４−０７９５６３に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (12)

1. 量子ドットを有する波長変換部材であって、
   前記波長変換部材は、発光素子に近い側、あるいは光入射面側に配置される第１の層と、前記発光素子から遠い側、あるいは光出射面側に配置される第２の層とを有して構成され、
   光散乱剤が、少なくとも前記第１の層に含有されており、前記量子ドットは、前記第１の樹脂層に含まれておらず前記第２の層に含有されていることを特徴とする波長変換部材。
2. 前記光散乱剤は、前記第１の層に、０．２体積％〜２０体積％含まれることを特徴とする請求項１記載の波長変換部材。
3. 前記光散乱剤に代えて、あるいは前記光散乱剤とともに蛍光物質が添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換部材。
4. 量子ドットを有する波長変換部材であって、
   前記波長変換部材は、樹脂中に光散乱剤及び量子ドットが含有されてなり、前記光散乱剤は前記樹脂に対して２．５質量％以上１０質量％以下の範囲内で含まれることを特徴とする波長変換部材。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された波長変換部材が成形体で形成されてなることを特徴とする成形体。
6. 収納空間が設けられた容器と、
   前記収納空間内に配置された請求項１ないし４のいずれかに記載された波長変換部材、あるいは請求項５に記載の成形体と、を有して構成されることを特徴とする波長変換装置。
7. 請求項１ないし４のいずれかに記載された波長変換部材がシート状に形成されてなることを特徴とするシート部材。
8. 請求項１ないし３のいずれかに記載された波長変換部材と、発光素子と、を有し、前記波長変換部材は、前記発光素子の発光側を覆う樹脂層を構成し、前記第１の層が、前記発光素子に近い側の第２の樹脂層を構成し、前記第２の層が、前記発光素子から遠い側の第２の樹脂層を構成することを特徴とする発光装置。
9. 前記発光素子は、収納部内に配置され、前記樹脂層は、前記収納部内に充填されていることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
10. 請求項１ないし４のいずれかに記載された波長変換部材、又は、請求項５に記載された成形体、又は、請求項６に記載の波長変換装置、又は、請求項７に記載のシート部材、又は、請求項８及び請求項９のいずれかに記載の発光装置と、導光板とを有して構成されることを特徴とする導光装置。
11. 請求項８及び請求項９のいずれかに記載の複数の発光装置が、導光板を構成する一面に対向して配置されることを特徴とする導光装置。
12. 表示部と、前記表示部の裏面側に配置された、請求項１ないし４のいずれかに記載された波長変換部材、又は、請求項５に記載された成形体、又は、請求項６に記載の波長変換装置、又は、請求項７に記載のシート部材、又は、請求項８及び請求項９のいずれかに記載の発光装置と、を有することを特徴とする表示装置。
    

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