JPWO2015194296A1 - 発光デバイス - Google Patents
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Abstract
熱劣化しにくい発光デバイスを提供する。発光デバイス１は、発光部３０と、光源２０とを備える。発光部３０は、量子ドットを含む。光源２０は、発光部３０に対して、量子ドットの励起波長の光を出射する。光源２０のうち、発光部３０とは反対側の部分２０ａにおける発光強度が、発光部側２０ｂの部分における発光強度よりも高い。
Description
本発明は、発光デバイスに関する。
近年、発光ダイオードを用いた発光デバイスの進歩が目覚しく、液晶のバックライト、大型ディスプレイ等に採用されている。特に、短波長光の発光素子の半導体材料の発展により、短波長の光を得られるようになってきたため、これを用いて蛍光体を励起してより多様な波長の光を得ることができるようになった。
従来より、量子ドットを用いた発光デバイスが知られている。例えば、特許文献１には、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤを封止する封止部を備え、封止部が量子ドットを含む樹脂組成物からなる発光デバイスが開示されている。
しかしながら、特許文献１で開示されている発光デバイスは、青色ＬＥＤの発光面が、熱により劣化しやすい量子ドットを含む封止部と接している。また、青色ＬＥＤと電極を配した基板とがボンディングワイヤを介して接続されている。そのため、青色ＬＥＤが発光する際に発生する熱により、青色ＬＥＤの発光面やボンディングワイヤと接する封止部の量子ドットが劣化し、発光強度等が低下するという問題がある。
本発明の主な目的は、熱劣化しにくい発光デバイスを提供することにある。
本発明に係る発光デバイスは、量子ドットを含む発光部と、発光部に対して、量子ドットの励起波長の光を出射する光源と、を備え、光源のうち、発光部とは反対側の部分における発光強度が、発光部側の部分における発光強度よりも高い。
本発明に係る発光デバイスは、光源に対して発光部とは反対側に位置しており、光源が実装された実装基板をさらに備え、光源が実装基板にフリップチップ実装されていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、発光部が光源とは離間して設けられていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、光源に対して発光部とは反対側に位置しており、光源が実装された実装基板をさらに備え、実装基板は、前記光源及び前記発光部を収容している凹部を有し、凹部を塞ぐカバー部材をさらに備え、発光部は、デバイスの凹部側となるカバー部材の表面の上に設けられていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、光源の上方に配されており、発光部を封止するセルをさらに備えていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、光源が、ＬＥＤ素子により構成されていてもよい。
本発明に係る発光デバイスは、光源に対して発光部とは反対側に位置しており、光源が実装された実装基板をさらに備え、発光部は、量子ドットの分散媒をさらに含み、分散媒の熱伝導率が、実装基板の熱伝導率よりも低くてもよい。
本発明によれば、熱劣化しにくい発光デバイスを提供することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光デバイス１の模式的断面図である。
図１は、第１の実施形態に係る発光デバイス１の模式的断面図である。
発光デバイス１は、励起光が入射したときに励起光とは異なる波長の光を出射するデバイスである。発光デバイス１は、励起光と、励起光の照射により生じた光との混合光を出射するものであってもよい。
発光デバイス１は、実装基板１０を有する。実装基板１０は、基材となる第１の部材１１と、枠材となる第２の部材１２とを有する。第２の部材１２は、第１の部材１１の上に設けられている。第２の部材１２には、第１の部材１１に開口する貫通孔１２ａが設けられている。この貫通孔１２ａにより凹部１３が構成されている。なお、貫通孔１２ａは、第１の部材１１側に向かって先細っている。このため、凹部１３の側壁１３ａは、第１の部材１１の主面に対して傾斜している。
実装基板１０は、どのような材料によって構成されていてもよい。実装基板１０は、例えば、低温同時焼成セラミックス等のセラミックス、金属、樹脂、ガラス等により構成することができる。第１の部材１１を構成している材料と、第２の部材１２を構成している材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１の部材１１を構成している材料と、第２の部材１２を構成している材料が同じである場合、熱膨張係数が同じであるため、発光する際に発生する熱によって第１の部材１１と第２の部材１２とが剥離するのを抑えることができる。
実装基板１０の第１の部材１１の一方面の上には、ランド１１ａ、１１ｂが設けられている。ランド１１ａ、１１ｂは、ビアホール電極１１ｃ、１１ｄによって、第１の部材１１の他方面の上に設けられた端子電極１１ｅ、１１ｆに接続されている。
実装基板１０の凹部１３の底壁１３ｂの上には、光源２０が配されている。光源２０は、実装基板１０の第１の部材１１にフリップチップ実装されている。ここで、「フリップチップ実装」とは、実装基板の実装面上に設けられたランド（バンプ）の上に電子部品を配し、電子部品の電極とランドとを、半田等の導電材によって接合することにより電子部品を実装することを意味する。具体的には、本実施形態では、光源２０は、ランド１１ａ、１１ｂの上に位置している。光源２０の電極は、ランド１１ａ、１１ｂと、半田等の導電材を介して接合されている。
光源２０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）素子等により構成することができる。本実施形態では、光源２０がＬＥＤ素子により構成されている例について説明する。
凹部１３内には、発光部３０が配されている。発光部３０と光源２０とは、凹部１３内に収容されている。つまり、発光部３０は、凹部１３内で光源２０からの光が入射するように配されている。具体的には、発光部３０は、光源２０の上に、光源２０を塞ぐように配されている。
発光部３０は、量子ドットを含んでいる。発光部３０は、１種類の量子ドットを含んでいてもよいし、複数種類の量子ドットを含んでいてもよい。複数種類の量子ドットを含有させることで、変換光の色調に幅を持たせることが可能となる。
量子ドットは、量子ドットの励起光が入射したときに、励起光とは異なる波長の光を出射する。量子ドットから出射される光の波長は、量子ドットの粒子径に依存する。すなわち、量子ドットの粒子径を変化させることにより得られる光の波長を調整することができる。このため、量子ドットの粒子径は、得ようとする光の波長に応じた粒子径とされている。量子ドットの粒子径は、通常、２ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。
例えば、波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の可視光（波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が２．０ｎｍ〜３．０ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の可視光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が３．０ｎｍ〜３．３ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の可視光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が３．３ｎｍ〜４．５ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の可視光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が４．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。
発光部３０は、量子ドットを分散させている分散媒を含んでいる。分散媒は、量子ドットを好適に分散できるものであれば特に限定されない。分散媒は、例えば、樹脂等の固体であってもよいし、液体であってもよい。本実施形態では、分散媒が樹脂である例について説明する。好ましく用いられる樹脂の具体例としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
発光部３０は、樹脂と量子ドットとの他に、例えば、光分散剤等をさらに含んでいてもよい。好ましく用いられる光散乱剤の具体例としては、例えば、アルミナ粒子、チタニア粒子、シリカ粒子などの高反射無機化合物粒子及び高反射白色樹脂粒子等が挙げられる。このように、発光部３０に光散乱剤を含有させることで、発光部１１における発光強度の面内ばらつきを小さくすることができる。
発光部３０は、複数層の発光層の積層体により構成されていてもよい。その場合、複数層の発光層は、相互に異なる波長の光を出射する量子ドットを含む複数の発光層を含んでいてもよい。例えば、第１の波長の光を出射する量子ドットを含む第１の発光層と、第２の波長の光を出射する量子ドットを含む第２の発光層とを含む複数の発光層の積層体により発光部３０を構成してもよい。複数の発光層を積層することにより、第一の発光層の色調を測定し、得られた色調に合わせて、第二の発光層の色調を調整することが可能となるため、ロット間の色調のばらつきを抑えることができる。
発光部３０は、凹部１３の全体に充填されていてもよいが、本実施形態では、凹部１３の一部分に設けられている。
凹部１３は、カバー部材４０により塞がれている。カバー部材４０と実装基板１０とは、接合されている。カバー部材４０と実装基板１０とによって封止空間５０が区画形成されている。光源２０と発光部３０とはこの封止空間５０内に封止されている。
カバー部材４０は、無機材により構成されていることが好ましい。具体的には、カバー部材４０は、透光性を有するものである必要があるため、例えば、ガラス、セラミックス等により構成されていることが好ましい。このように、カバー部材４０を無機材とすることで、封止空間５０内に酸素や水分が侵入するのを抑えことができるため、酸素や水分と接触することによる量子ドットの劣化を抑えることができる。
発光デバイス１では、光源２０が、発光部３０に対して、発光部３０に含まれる量子ドットの励起波長の光を含む光を出射する。光源２０からの光が発光部３０に対して入射すると、発光部３０に含まれる量子ドットが、量子ドットの粒子径に応じた波長の光を出射する。発光デバイス１からは、この量子ドットの発光、若しくは、量子ドットの発光と光源２０からの光との混合光が出射する。
発光デバイス１では、実装基板１０の第１の部材１１が光源２０に対して発光部３０とは反対側に位置している。そして、光源２０は、第１の部材１１にフリップ実装されている。このため、光源２０のうち、発光部３０とは反対側の部分２０ａにおける発光強度が、発光部３０側の部分２０ｂにおける発光強度よりも高い。よって、量子ドットを含む発光部３０と光源２０の高温となる部分を隔離することができる。また、光源２０がフリップチップ実装であれば、ボンディングワイヤによる光源２０と第１の部材１１との接続が不要となる。その結果、光源２０やボンディングワイヤから発生する熱に起因して発光部３０に含まれる量子ドットが劣化することを抑制することができる。従って、熱劣化しにくい発光デバイス１を実現することができる。
発光部３０がＬＥＤ素子や、ＬＤ素子等の発光に際し、大きな発熱を伴う素子により構成されている場合は、光源２０が高熱になりやすい。従って、光源２０の発光に伴って発光部３０が劣化しやすい。従って、光源２０の発光部３０とは反対側の部分２０ａの発光強度を、発光部３０側の部分２０ｂの発光強度よりも高くすることがより効果的である。
発光デバイス１の熱劣化をより効果的に抑制する観点からは、発光部３０の分散媒の熱伝導率が、実装基板１０の熱伝導率よりも低いことが好ましく、実装基板１０の熱伝導率の０．５倍以下であることがより好ましく、０．２５倍以下であることがさらに好ましい。このようにすることで、光源２０の熱が実装基板１０側に優先的に伝達し、発光部３０に伝達されにくくなるため、発光部３０に含まれる量子ドットが熱劣化しにくくなるためである。
図１に示すように、凹部１３内に、光源２０を塞ぐように発光部３０が設けられた発光デバイス１ｂを得るには、デバイス本体１０の凹部１３内に配されている光源２０を塞ぐように、量子ドット（必要に応じて光分散剤を含む）を分散させた樹脂をスポイト等を用いて光源２０上に滴下する。続いて、空気や水分の少ない雰囲気下で樹脂層を乾燥させ発光部３０を形成する。その後、デバイス本体１０上にカバー部材４０を置き、カバー部材４０とデバイス本体１０とを接合する。このようにすることで、図１に示すように、凹部１３内に、光源２０を塞ぐように発光部３０が設けられている発光デバイス１を得ることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る発光デバイス１ａの模式的断面図である。
図２は、第２の実施形態に係る発光デバイス１ａの模式的断面図である。
第１の実施形態に係る発光デバイス１では、発光部３０が、凹部１３の底壁１３ｂの上に、光源２０を覆うように設けられている例について説明した。但し、本発明において、発光部の位置は、光源からの光が入射する位置である限りにおいて特に限定されない。
図２に示すように、第２の実施形態に係る発光デバイス１ａでは、発光部３０が凹部１３側となるカバー部材４０の表面の上に設けられている。発光部３０は、カバー部材４０の凹部１３に露出している面の実質的に全体の上に設けられている。発光部３０と光源２０とが離間している。発光部３０と光源２０との間にはギャップが設けられている。このため、光源２０の熱が発光部３０により伝わり難い。よって、発光部３０に含まれる量子ドットが熱劣化しにくい。従って、発光デバイス１ａの熱劣化をより効果的に抑制することができる。
なお、このような発光部３０は、例えば、カバー部材４０の上に、量子ドットと樹脂を含むペーストを塗布し、乾燥させることにより形成することができる。
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る発光デバイス１ｂの模式的断面図である。
図３は、第３の実施形態に係る発光デバイス１ｂの模式的断面図である。
図３に示すように、本実施形態に係る発光デバイス１ｂでは、発光部３０は、光源２０の上方に、光源２０とは離間して設けられたセル６０内に設けられている。発光部３０は、セル６０の内部空間４０ａ内に封止されている。
発光デバイス１ｂでは、セル６０により発光部３０が光源２０から隔離されているため、光源２０の熱が発光部３０に伝わることがより効果的に抑制されている。このため、発光部３０に含まれる量子ドットが熱劣化しにくい。従って、発光デバイス１ｂの熱劣化をさらに効果的に抑制することができる。
光源２０の熱が発光部３０に伝わることをさらに効果的に抑制する観点からは、セル６０の熱伝導率が低いことが好ましい。セル６０の熱伝導率は、例えば、３０以下であることが好ましく、１０以下であることがより好ましい。セル６０の熱伝導率は、通常、１以上である。セル６０は、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂等により構成することができる。
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る発光デバイスの模式的断面図である。
図４は、第４の実施形態に係る発光デバイスの模式的断面図である。
第２の実施形態では、光源２０と発光部３０との間に位置する封止空間５０が空間により構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
図４に示すように、第４の実施形態に係る発光デバイス１ｃでは、封止空間５０に樹脂７０が充填されている。この場合、樹脂７０と発光部３０との間の屈折率差、及び樹脂７０と光源２０との間の屈折率差を小さくすることができる。従って、光の出射効率を向上することができる。
樹脂７０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等により構成することができる。
樹脂７０は、光分散剤を含んでもよい。この場合、光源２０から発光部３０への光の均一性をさらに高めることができる。
図４に示すように、封止空間５０に樹脂７０が充填されている発光デバイス１ｃを得るには、まず、デバイス本体１０の凹部１３内に配されている光源２０を塞ぐように、樹脂７０（必要に応じて光分散剤を含む）をスポイト等を用いて光源２０上に滴下し、乾燥する。次に、カバー部材４０の一方の表面に、量子ドット（必要に応じて光分散剤を含む）を分散させた樹脂を塗布し乾燥させて樹脂層を形成する。その後、発光部３０がデバイス本体１０の凹部１３に収容されるように、デバイス本体１０上にカバー部材４０を置き、カバー部材３０とデバイス本体１０とを接合する。このようにすることで、図４に示すように、封止空間５０に樹脂７０が充填されている発光デバイス１ｃを得ることができる。
なお、封止空間を充填するために用いる樹脂７０として、表面張力の小さい樹脂や枠材となる第２の部材１２に対して濡れ性の大きい樹脂を用いることで、乾燥させた際に、中央部の厚みは薄く、外側に向かって厚みが漸増する封止空間５０を充填する樹脂層をより得やすくなる。また、発光部３０となる量子ドット（必要に応じて光分散剤を含む）を分散させるために用いる樹脂として、表面張力の大きい樹脂やカバー部材４０に対して濡れ性の小さい樹脂を用いることで、中央部の厚みは厚く、外側に向かって厚みが漸減する樹脂層をより得やすくなり、発光部３０の少なくとも周縁部において、発光部３０の厚みが外側に向かって漸減する発光デバイス１が得やすくなる。 なお、第２及び第４の実施形態おいて、カバー部材４０の一方の表面に発光部３０を形成する方法として、量子ドットを分散させた樹脂を塗布して、直接、カバー部材４０の一方の表面に発光部３０を形成する方法について説明したが、本発明は、この方法に限定されない。例えば、量子ドットを分散させた樹脂を、所望の形状を有する型に充填して成形し、乾燥させることで、予め発光部３０を形成し、成形した発光部３０をカバー部材４０の一方の表面に、屈折率を調整した接着剤を用いて接着させてもよい。このようにすることで、同じ形状の発光部３０を大量生産することができ、発光部の厚み等の形状による色調のばらつきを抑えることができる。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 発光デバイス
１０ 実装基板
１１ 第１の部材
１１ａ、１１ｂ ランド
１１ｃ、１１ｄ ビアホール電極
１１ｅ、１１ｆ 端子電極
１２ 第２の部材
１２ａ 貫通孔
１３ 凹部
１３ａ 側壁
１３ｂ 底壁
２０ 光源
３０ 発光部
４０ カバー部材
５０ 封止空間
６０ セル
７０ 樹脂
１０ 実装基板
１１ 第１の部材
１１ａ、１１ｂ ランド
１１ｃ、１１ｄ ビアホール電極
１１ｅ、１１ｆ 端子電極
１２ 第２の部材
１２ａ 貫通孔
１３ 凹部
１３ａ 側壁
１３ｂ 底壁
２０ 光源
３０ 発光部
４０ カバー部材
５０ 封止空間
６０ セル
７０ 樹脂
Claims (7)
- 量子ドットを含む発光部と、
前記発光部に対して、前記量子ドットの励起波長の光を出射する光源と、
を備え、
前記光源のうち、前記発光部とは反対側の部分における発光強度が、前記発光部側の部分における発光強度よりも高い、発光デバイス。 - 前記光源に対して前記発光部とは反対側に位置しており、前記光源が実装された実装基板をさらに備え、
前記光源は、前記実装基板にフリップチップ実装されている、請求項１に記載の発光デバイス。 - 前記発光部は、前記光源とは離間して設けられている、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
- 前記光源に対して前記発光部とは反対側に位置しており、前記光源が実装された実装基板をさらに備え、
前記実装基板は、前記光源及び前記発光部を収容している凹部を有し、
前記凹部を塞ぐカバー部材をさらに備え、
前記発光部は、前記カバー部材の前記凹部側の表面の上に設けられている、請求項３に記載の発光デバイス。 - 前記光源の上方に配されており、前記発光部を封止するセルをさらに備える、請求項３に記載の発光デバイス。
- 前記光源は、ＬＥＤ素子により構成されている、請求項１〜５のいずれか一項の記載に発光デバイス。
- 前記光源に対して前記発光部とは反対側に位置しており、前記光源が実装された実装基板をさらに備え、
前記発光部は、前記量子ドットの分散媒をさらに含み、
前記分散媒の熱伝導率が、前記実装基板の熱伝導率よりも低い、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光デバイス。
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