JP6768093B2 - Ledパッケージ、バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
LEDパッケージに実装されるLEDは、一般に、p型半導体とn型半導体とがpn接合された半導体であり、半導体として使用する化合物の種類によって放出される光の波長を制御することができる。
一方、近年、有機ELディスプレイの実用化に伴い、液晶表示装置の色再現性の向上が重要となってきている。液晶表示装置のカラー表示は、白色光源から放出された光をカラーフィルターによって一部の波長領域の光を吸収させることによって実現されている。液晶表示装置の色再現性を向上させるためには、カラーフィルターを透過する光の波長領域を狭くすることが有効であるが、その一方で光の利用効率が低下するという問題が生じる。この問題を解決するためには、光の三原色に対応する狭い波長範囲の光を光源から放出させ、それらの波長領域とカラーフィルターが透過する波長領域とを一致させることが必要である。
上記の様な背景を受けて、最近では、LEDと組み合わせる蛍光体として、量子ドット(QD)を用いることも知られている(例えば、特許文献3)。
しかしながら、量子ドットは、水分又は酸素の存在下でLEDからの光を受けると、短時間で劣化するという問題がある。また、量子ドットが、励起源のLEDの近傍に存在する場合、高光量及び高温の環境下で量子ドットの劣化が加速する。
また、本発明は、上記のような特徴を有するLEDパッケージを備えることにより、色再現範囲を大幅に向上させたバックライトユニット及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、LEDが実装されたフレームと、前記LEDの上部に配置されたガラスセルであって、樹脂又は有機溶媒中に分散された量子ドットを内包するガラスセルとを有することを特徴とするLEDパッケージである。
さらに、本発明は、前記バックライトユニットを有することを特徴とする液晶表示装置である。
また、本発明によれば、上記のような特徴を有するLEDパッケージを備えることにより、色再現範囲を大幅に向上させたバックライトユニット及び液晶表示装置を提供することができる。
図1(a)及び(b)は、本発明のLEDパッケージを示す断面模式図である。図1(a)及び(b)において、本発明のLEDパッケージ1は、フレーム2と、フレーム2に実装されたLED3と、LED3の上部に配置されたガラスセル4とを有する。
フレーム2の材質としては、特に限定されないが、一般に、ポリカーボネート、ポリフタルアミド、ナイロン(登録商標)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、PC(ポリカーボネート)/ABSアロイなどの樹脂を用いることができる。
フレーム2の形状としては、特に限定されないが、パッケージ化及び発光効率の観点から、凹部を有することが好ましい。特に、上部直径が下部直径よりも大きく且つ側面が傾斜した凹部を形成することにより、発光効率を高めることができる。このような形状を有するフレーム2は、射出成形などの当該技術分野において公知の方法を用いて作製することができる。
ここで、本明細書において「ガラスセル4」とは、量子ドット6を分散した樹脂又は有機溶媒5を層状に充填することが可能な内部空間を有するガラス製の部材を意味する。具体的には、ガラスセル4は、少なくとも2つのガラス板を有し、2つのガラス板の間に層状の内部空間が形成された構造を有する。例えば、ガラスセル4は、図2に示すような、2つのガラス板10がガラス壁11を介して間隔をおいて対向した構造を有する。なお、ガラス板10は、平面状に限定されず、曲面状であってもよい。
また、本明細書において「量子ドット6」とは、量子力学に従う独特の光学特性を有するナノスケールの材料であり、粒子径が一般に1nm〜100nm、好ましくは1nm〜50nm、より好ましくは1nm〜20nmの非常に小さな半導体粒子のことを意味する。量子ドット6は、バンドキャップ(価電子帯及び伝導帯のエネルギー差)よりも大きなエネルギーの光子を吸収し、その粒子径に応じた波長の光を放出する。したがって、量子ドット6は、一定以下の波長の光を吸収する性質を持ち、粒子径を制御することで様々な波長の光を発生させることができる。
量子ドット6の分散に用いられる有機溶媒としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。有機溶媒としては、量子ドット6の分散性が良い高沸点(沸点が好ましくは100℃以上)の有機溶媒であることが好ましい。有機溶媒の例としては、トルエン、スチレン、キシレンなどが挙げられる。
また、ガラスセル4は、図1a)に示すようにフレーム2の凹部の内部に配置されていても、図1b)に示すようにフレーム2の凹部の上部に配置されていてもよい。
また、粒子を分散させた封止樹脂をスペース7に充填してもよい。微粒子を分散させた封止樹脂を用いることにより、LED3からの光を分散させることができるため、量子ドット6に均一に光が照射され、量子ドット6からの均一な発光を実現することができる。粒子としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
(実施例1)
図1(a)の構造を有するLEDパッケージを作製した。このLEDパッケージでは、LEDとして青色LED、量子ドットとして青色光によって励起されて(青色光を吸収して)緑色光を発光する第1の量子ドット及び赤色光を発光する第2の量子ドットを混合したものを用いた。また、量子ドットを分散させる樹脂としてシリコーン樹脂を用いた。なお、第1の量子ドット及び第2の量子ドットは、青色LEDからの青色光と、第1の量子ドットからの緑色光と、第2の量子ドットからの赤色光との組み合わせで白色光が得られるような割合で混合されている。
次に、得られたLEDパッケージについて信頼性試験を行った。信頼性試験は、温度60℃、相対湿度90%の条件に設定された恒温恒湿槽内に上記LEDパッケージを設置し、LEDに20mAの電流を流し、1026時間点灯させ、その際のLEDの全光束及び色度の変化を測定することにより行った。その結果、初期値に対する1026時間後の全光束の変化は+1%で、色度の変化はCxが−0.012、Cyは−0.001であった。
密閉容器10の上部のガラス板を除いたものを用いたこと以外は実施例1と同様の構造を有するLEDパッケージを作製した。
次に、得られたLEDパッケージについて信頼性試験を行った。信頼性試験は、温度60℃、相対湿度90%の条件に設定された恒温恒湿槽内に上記LEDパッケージを設置し、LEDに20mAの電流を流し、1010時間点灯させ、実施例1と同様にその際のLEDの全光束及び色度の変化を測定することにより行った。その結果、初期値に対する1010時間後の全光束の変化は−8%で、色度の変化はCxが−0.075、Cyは−0.117であった。
10-2(g/m2・day)オーダーのバリア性能を有する2枚のバリアーフィルム間に樹脂に分散された量子ドットを包み込むことにより形成されたシートをエッジライト型バックライト上に配置し、信頼性試験を行った。信頼性試験は、温度65℃、相対湿度75%の条件に設定された恒温恒湿槽内に上記のシートを配置したバックライトを設置し、上記量子ドットが内包されたシートに青色光を1013時間照射することにより行った。なお、青色光の照射量は、12,000cd/m2とした。信頼性試験の結果、初期値に対する1013時間経過後の輝度変化は−68%、色度の変化はCxが−0.115、Cyが−0.351であった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、樹脂又は有機溶媒中に分散された量子ドットを内包したガラスセルを用いることにより、量子ドットの劣化を抑制し、所望の発光色を有し、高輝度で発光スペクトルの半値幅が狭い長寿命のLEDパッケージを提供することができる。また、上記LEDパッケージをバックライト光源として用いることで、従来の液晶表示装置に比べて色再現範囲を大幅に拡大することができる。
Claims (9)
- LEDが実装されたフレームと、
前記LEDの上部に配置されたガラスセルであって、樹脂又は有機溶媒中に分散された量子ドットを内包するガラスセルとを有し、
前記フレームと前記ガラスセルとによって形成されるスペースには不活性ガスが充填され、
前記ガラスセルの全体は、前記ガラスセルの最上面が前記フレームの側壁の最上面と同一面となるように前記フレームの凹部内に配置され、
前記有機溶媒はスチレンを含み、
前記量子ドットが分散される前記樹脂が、ユリア樹脂を含み、
前記ガラスセル上に反射性の偏光板が設けられ、
前記フレームが反射性のフレームであり、又は前記LEDが実装される側の前記フレームの表面上に反射板が設けられていることを特徴とするLEDパッケージ。 - 前記ガラスセルは、前記LEDと直接接触していないことを特徴とする請求項1に記載のLEDパッケージ。
- 前記凹部の底面に前記LEDが実装されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のLEDパッケージ。
- 前記ガラスセルの下端は、前記ガラスセルの下端の全体が前記フレーム及び前記ガラスセルによって形成されたスペースに露出されるように、前記フレームの前記凹部の垂直部及び傾斜部の接続点に配置されている請求項1に記載のLEDパッケージ。
- 前記量子ドットは、発光波長が異なる2種以上の量子ドットであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のLEDパッケージ。
- 前記LEDは青色光を放出し、且つ前記量子ドットは、前記青色光によって励起されて510〜610nmにピーク中心波長を有する第1の量子ドットと、前記青色光によって励起されて600〜700nmにピーク中心波長を有する第2の量子ドットとを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のLEDパッケージ。
- 前記ガラスセルは、2つのガラス板がガラス壁を介し、間隔をおいて対向した構造を有し、
前記ガラス板は曲面状であることを特徴とする請求項1に記載のLEDパッケージ。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のLEDパッケージを有することを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項8に記載のバックライトユニットを有することを特徴とする液晶表示装置。
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