JP6817451B2 - 量子構造発光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、量子構造発光モジュールに関し、特にハロゲン化セシウム鉛及びハロゲン化有機アンモニウム鉛のいずれか一種で作成された多重量子構造を備えた量子構造発光モジュールに関する。
従来の量子構造発光モジュールは、発光ユニットと、複数の量子ドットを具えた量子構造薄膜と、を備えている。前記発光ユニットは、第１の光を発して、前記量子構造薄膜を励起して第２の光を発光させ、そこで該第２の光は前記第１の光と混合して所望の出力光を形成する。例えば、青の発光ユニットが青い光を発し、前記量子ドットを励起して赤い光と緑の光を発光させ、それらは前記青い光と混合して白い光を形成する。前記量子ドットの光反応の性質は、それらの量子ドットのサイズまたは材料を変更することで調整できる。
前記量子構造発光モジュールは、表示装置のバックライトモジュールに使用されることができる。前記量子構造発光モジュールを備えた前記表示装置は、上質の色レベルと、色度と、色域と、彩度とを有する。
従来、カドミウムを含んだ半導体材料、例えば硫化カドミウムや、セレン化カドミウムや、テルル化カドミウムなどが、量子ドットを製造するために広く使われている。しかしながら、カドミウムを含んだ半導体材料の毒性によって、科学者は、例えばＣｓＰｂＸ３など別の材料を求めるようになっており、ここでＸは、フッ素、臭素、ヨウ素、またはそれらの組み合わせであってもよい。量子ドットにより発した光は、フッ素と臭素とヨウ素との比例を変えること、またはそれらの量子ドットのサイズを変えることで変更できる。青の発光ユニットは、ＣｓＰｂＸ３の量子ドットを励起して赤い光及び緑の光を得るためによく使われている。しかしながら、このような励起機構には、赤の光量が不足して、該表示装置の色域を低下させてしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの欠点を解消できる量子構造発光モジュールを提供することにある。
本開示の1つの態様によれば、量子構造発光モジュールは、量子構造薄膜と、発光ユニットとを備えている。
前記量子構造薄膜は、第１の基板と、第２の基板と、励起レイヤーとを具えている。前記第１の基板は、第１の表面及び前記第１の表面とは反対の入射面とを有する。前記第２の基板は、前記第１の基板から離間すると共に、該第１の基板の前記第１の表面に面する第２の表面と、前記第２の表面とは反対の出光面とを有する。前記励起レイヤーは、前記第１の基板の前記第１の表面と前記第２の基板の前記第２の表面との間に設置されると共に、複数の量子構造を有する。前記量子構造は、量子ドット及び量子ロッドのいずれか一方であり、且つハロゲン化セシウム鉛及びハロゲン化有機アンモニウム鉛のいずれか一方で作成されるものである。
前記発光ユニットは、前記量子構造薄膜から離間すると共に、青い光を発する第１の発光素子と赤い光を発する第２の発光素子とを有する。
前記第１の発光素子から発する青い光及び前記第２の発光素子から発する赤い光は、前記第１の基板を通過して前記励起レイヤーに進入する。該青い光は前記量子構造を励起して緑の光を発光させる。前記赤い光と前記青い光と前記緑の光とは混合されて前記第２の基板の前記出光面から出る。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明において明白になるであろう。
本開示に係る量子構造発光モジュールの第１の実施形態を示す一部側面断面図である。 本開示に係る量子構造発光モジュールの第２の実施形態を示す一部側面断面図である。 本開示に係る量子構造発光モジュールの第３の実施形態を示す一部側面断面図である。 本開示に係る量子構造発光モジュールの第３の実施形態の一部概略図であり、発光ユニットと光案内板との相対位置を示す一部側面概念図である。 本開示に係る量子構造発光モジュールの第４の実施形態を示す一部側面断面図である。
本発明をより詳細に説明する前に、適切と考えられる場合において、符号又は符号の末端部は、同様の特性を有し得る対応の又は類似の要素を示すために各図面間で繰り返し用いられることに留意されたい。
図１を参照すると、本開示に係る量子構造発光モジュールの第１の実施形態は、量子構造薄膜１０と、発光ユニット４とを備えている。本開示に係る量子構造発光モジュールは、表示装置（図示せず）に使用されることができる。
量子構造薄膜１０は、第１の基板１と、第２の基板２と、励起レイヤー３とを具えている。第１の基板１は、第１の表面１１、及び該第１の表面１１とは反対の入射面１２とを有する。第２の基板２は、第１の基板１から離間すると共に、該第１の基板１の第１の表面１１に面する第２の表面２１と、該第２の表面とは反対の出光面２２とを有する。第１の基板１と第２の基板２はそれぞれ、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィン共重合体、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、またはそれらの組み合わせで作成されたものである。
励起レイヤー３は、第１の基板１の第１の表面１１と第２の基板２の第２の表面２１との間に設置されると共に、本体３２と、該本体３２内に分布される複数の量子構造３１を有する。各量子構造３１は、青い光に励起されて緑の光を発することができる。各量子構造３１は、量子ドット及び量子ロッドのいずれか一方である。各量子構造３１が量子ドットである場合、各量子構造３１はそれぞれ９ｎｍ〜１３ｎｍの範囲の寸法を有するので、それらの量子構造３１により発する緑の光は原色に近く、前記表示装置は上質の色域を有するようになる。各量子構造３１は、ハロゲン化セシウム鉛及びハロゲン化有機アンモニウム鉛のいずれか一方で作成されるものである。本実施形態において、ハロゲン化セシウム鉛はＣｓＰｂＢｒ３であり、そしてハロゲン化有機アンモニウム鉛はＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３である。上記のペロブスカイト材料を利用することで、各量子構造３１は、カドミウムを含まず、環境に優しいものとなる。
ある実施形態において、第１の基板１と第２の基板２とのそれぞれの表面には、水分が第１の基板１と第２の基板２とを浸透して励起レイヤー３に影響を与えてしまうことを防止できる、耐水薄膜が形成されてもよい。
励起レイヤー３を製造する際、各量子構造３１は、所望の寸法を有する量子構造３１になるよう、所定の時間において、所定の濃度があるオレイン酸の溶液、またはオレイルアミンの溶液に浸漬される。前記オレイン酸の溶液、または前記オレイルアミンの溶液は、各量子構造３１による光の安定性をも向上させてくれる。その後、処理を経た各量子構造３１は、コロイド系中に分布され、該コロイド系は、光伝導可能な樹脂で作成されることができ、そして光ホモジナイザーとして機能できる。それから量子構造３１を有する前記コロイド系は、第１の基板１の第１の表面１１、または第２の基板２の第２の表面２１に塗布されて、それらの量子構造３１が分布する本体３２を形成してもよい。実際の需要に基づいて、励起レイヤー３は、バンドギャップを変更して量子構造３１の不良率を減らすことで該励起レイヤー３の光効率を向上させるべく、焼きなましを受けてもよい。
発光ユニット４は、量子構造薄膜１０から離間すると共に、回路基板４３を具えている。更に発光ユニット４は、回路基板４３上に交互配置されている、複数の第１の発光素子４１と複数の第２の発光素子４２とを有する。各第１の発光素子４１は、青い光を発することが可能な青の発光ダイオートであってもよい。各第２の発光素子４２は、赤い光を発することが可能な赤の発光ダイオートであってもよい。ある実施形態において、各第２の発光素子４２は、フルオロケイ酸カリウム蛍光体を含んでもよい。具体的には、各第２の発光素子４２は、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋蛍光体を具えてもよく、これにより第２の発光素子４２は、狭い半値全幅、高エネルギーを有する赤い光を発することができ、前記表示装置の色域を改良できる。
第１の発光素子４１から発する青い光及び第２の発光素子４２から発する赤い光は、第１の基板１を通過して励起レイヤー３に進入する。該青い光は、量子構造３１を励起して緑の光を発光させる。前記赤い光と前記青い光と前記緑の光とは、混合されて第２の基板２の出光面２２から出る。前記緑の光は、５２０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲の主波長を有することができる。
図２を参照すると、本開示に係る量子構造発光モジュールの第２の実施形態は、前記第１の実施形態から変更された構造を有する。第２の実施形態において、第１の基板１は、入射面１２上に形成される複数の第１の微細構造１３を更に有しており、そして第２の基板２は、出光面２２上に形成される複数の第２の微細構造２３を更に有する。第１の微細構造１３と第２の微細構造２３は、該第２の実施形態の光拡散及び光均質化を改善でき、そしてポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、シリコーン、またはそれらの組み合わせにより作成されてもよい。各第１の微細構造１３及び各第２の微細構造２３の形状は、同じであっても、互いに異なってもよく、そして錐形、半円形、六角形、もしくは不規則であってもよい。第１の微細構造１３は、入射光を屈折させることで、励起レイヤー３内において青い光の光学経路の数量を増やして、より効率的に量子構造３１を励起するので、該表示装置には改良された色域や彩度を得られる。第２の微細構造２３は、射出光の全反射を解消することで、第２の実施形態の光抽出効率を向上させる。
前記第１の実施形態及び前記第２の実施形態の設計は、直接式（Ｄｉｒｅｃｔ−ｌｉｔ）として知られており、第１の発光素子４１と第２の発光素子４２は、第１の基板１の入射面１２に面していることに留意されたい。図３と図４を参照すると、本開示に係る量子構造発光モジュールの第３の実施形態は、前記第１の実施形態から変更された構造を有する。第３の実施形態は、エッジ式（Ｅｄｇｅ−ｌｉｔ）の設計であり、そして第１の基板１の入射面１２側に設置される光案内板５を更に備えている。光案内板５は、第１の基板１の入射面１２に面する出光光案内面５１と、出光光案内面５１とは反対の反射光案内面５２と、出光光案内面５１と反射光案内面５２を交互接続する入射光案内面５３と、を有する。反射光案内面５２には、ドットアレイ構造が形成されてもよく、光反射可能になっている。本実施形態において、第１の発光素子４１及び第２の発光素子４２は、光案内板５の入射光案内面５３の長手側に沿って交互配置され（図４を参照）、そして入射光案内面５３に面している。各第１の発光素子４１により発する青い光と、各第２の発光素子４２により発する赤い光とは、光案内板５の入射光案内面５３を通過し、反射光案内面５２によって出光光案内面５１に向けられ、そして該出光光案内面５１から出て量子構造薄膜１０の第１の基板１の入射面１２に向かうことになる。
図５を参照すると、本開示に係る量子構造発光モジュールの第４の実施形態は、前記第１の実施形態から変更された構造を有する。第４の実施形態において、量子構造薄膜１０は、第１の基板１と励起レイヤー３との間、及び、第２の基板２と励起レイヤー３との間にそれぞれ設置される、２つの耐水ユニット６を更に具えている。各耐水ユニット６は、耐水レイヤー６１と、結合レイヤー６２とを具えている。
各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１は、第１の基板１の第１の表面１１と、第２の基板２の第２の表面２１とにそれぞれ形成されている。各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１は、有機材料及び無機材料で作成され、且つ不透水である。前記有機材料は、ヘキサメチルジシロキサンであってもよい。前記無機材料は、窒化金属と、酸化金属と、窒素酸化金属とのいずれか一種であってもよい。各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１は、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さを有し、そして水分が第１の基板１と第２の基板２とを浸透して励起レイヤー３に影響を与えてしまうことを防止できる。
各耐水ユニット６の結合レイヤー６２は、その耐水ユニット６の耐水レイヤー６１と励起レイヤー３との間に設置され、且つ有機材料で作成されるものである。ある実施形態において、各耐水ユニット６の結合レイヤー６２は、メチルメタクリレート、エポキシメタクリレート、エポキシアクリレート、ジメタクリル酸ビスフェノールＡエトキシレート、ジアクリル酸ヘキサンジオール、ビスフェノールＡエポキシアクリレート、またはそれらの組み合わせにより作成されるものである。各耐水ユニット６の結合レイヤー６２は、各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１と励起レイヤー３との間の粘着度を増加させると共に、水分が第１の基板１及び第２の基板２を浸透することも防止できるよう機能する。各耐水ユニット６の結合レイヤー６２は、約１μｍの厚さを有する。
各耐水ユニット６の結合レイヤー６２は、塗布と熱硬化により形成されたものである。各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１は、スパッタリング技術で形成されたものである。なお、スパッタリングの途中、前記有機材料と前記無機材料との間で形成した結合は、各耐水レイヤー６１に亀裂が生じ難くなるよう確保できるので、上質な耐水性が提供される。
水分は、該量子構造発光モジュールの耐用年数に悪影響を及ぼす恐れがある。水分中に長く曝されると、励起レイヤー３の効率は、亀裂により低減してしまう恐れがある。各耐水ユニット６の耐水レイヤー６１及び結合レイヤー６２は、励起レイヤー３にしっかり取り付けられているだけではなく、その励起レイヤー３に耐水性をもたらすことになる。また、各耐水ユニット６の全体的厚さは、該量子構造発光モジュールの体積が増え過ぎないよう、制御されている。
実際の需要に基づいて、各耐水ユニット６のうちの１つは省略されてもよいことに留意されたい。各耐水ユニット６は、前記第２の実施形態に適用されてもよく、そこで各耐水ユニット６は、各第１の微細構造１３と励起レイヤー３との間、及び、各第２の微細構造２３と励起レイヤー３との間とにそれぞれ設置されてもよい。
総括すると、本開示の量子構造発光モジュールは、第１の発光素子４１により発する青い光を利用して、量子構造３１を励起して緑の光を発光させる。前記青い光及び前記緑の光は、前記第２の発光素子４２により発する赤い光と混合されて、白い光を生成する。従来の量子構造発光モジュールは、青い光の励起を利用して赤い光を生成する。本開示の量子構造発光モジュールは、より強い赤の光強度を有するので、該量子構造発光モジュールを備えた前記表示装置には、上質な色域や、彩度や、白の光強度を有する。各第２の発光素子４２がＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋蛍光体を具えた場合、前記表示装置の色域及び彩度は更に向上する。
上記においては、本発明の全体的な理解を促すべく、多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものである。
以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

Claims (17)

  1. 量子構造薄膜と、発光ユニットとを備え、
    前記量子構造薄膜は、
    第１の表面と、前記第１の表面とは反対の入射面と、前記入射面に形成された複数の第１の微細構造とを有する第１の基板であって、前記第１の微細構造の各々は、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、シリコーン、及びそれらの組み合わせから選択された材料により形成されている、第１の基板と、
    前記第１の基板から離間すると共に、該第１の基板の前記第１の表面に面する第２の表面と、前記第２の表面とは反対の出光面とを有する第２の基板と、
    前記第１の基板の前記第１の表面と前記第２の基板の前記第２の表面との間に設置されると共に、複数の量子構造を有する励起レイヤーであって、前記量子構造は、各々が９ｎｍ〜１３ｎｍの範囲の寸法を有する量子ドットであり、且つハロゲン化セシウム鉛及びハロゲン化有機アンモニウム鉛のいずれか一方で作成されたものである、励起レイヤーと、
    を含んでおり、
    前記発光ユニットは、前記量子構造薄膜から隙間を空けて離間すると共に、青い光を発する第１の発光素子と赤い光を発する第２の発光素子とを有しており、
    前記第１の発光素子から発する青い光及び前記第２の発光素子から発する赤い光は、前記第１の基板を通過して前記励起レイヤーに進入し、該青い光は前記量子構造を励起して緑の光を発光させ、前記赤い光と前記青い光と前記緑の光とは混合されて前記第２の基板の前記出光面から出る、量子構造発光モジュール。
  2. 前記ハロゲン化セシウム鉛は、ＣｓＰｂＢｒ３であり、
    前記ハロゲン化有機アンモニウム鉛は、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３である、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  3. 前記第２の発光素子は、フルオロケイ酸カリウム蛍光体を含む赤の発光ダイオードである、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  4. 前記量子構造により発する前記緑の光は、５２０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲の主波長を有するものである、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  5. 前記第２の基板は、前記出光面上に形成される複数の第２の微細構造を更に有する、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  6. 前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は、前記第１の基板の前記入射面に面する、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  7. 前記第１の基板の前記入射面側に設置される光案内板を更に備えており、
    前記光案内板は、
    前記第１の基板の前記入射面に面する出光光案内面と、
    前記出光光案内面とは反対の反射光案内面と、
    前記出光光案内面と前記反射光案内面を交互接続する入射光案内面と、
    を有しており、
    前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は、前記入射光案内面に面する、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  8. 前記量子構造薄膜は、前記第１の基板と前記励起レイヤーとの間及び前記第２の基板と前記励起レイヤーとの間のいずれか一方に設置される、少なくとも１つの耐水ユニットを更に具えており、
    前記耐水ユニットは、有機材料及び無機材料で作成され且つ不透水の耐水レイヤーを具えている、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  9. 前記耐水レイヤーの前記有機材料は、ヘキサメチルジシロキサンであり、
    前記耐水レイヤーの前記無機材料は、窒化金属、酸化金属、及び窒素酸化金属のうちのいずれかである、請求項８に記載の量子構造発光モジュール。
  10. 前記耐水ユニットは、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項８に記載の量子構造発光モジュール。
  11. 前記耐水ユニットは、前記耐水レイヤーと前記励起レイヤーとの間に設置され且つ有機材料で作成される結合レイヤーを更に具えている、請求項８に記載の量子構造発光モジュール。
  12. 前記結合レイヤーは、メチルメタクリレート、エポキシメタクリレート、エポキシアクリレート、ジメタクリル酸ビスフェノールＡエトキシレート、ジアクリル酸ヘキサンジオール、ビスフェノールＡエポキシアクリレート、またはそれらの組み合わせにより作成されるものである、請求項１１に記載の量子構造発光モジュール。
  13. 前記量子構造薄膜は、前記第１の基板と前記励起レイヤーとの間、及び、前記第２の基板と前記励起レイヤーとの間にそれぞれ設置される２つの耐水ユニットを更に具えており、
    前記耐水ユニットの各々は、有機材料及び無機材料で作成され且つ不透水の耐水レイヤーを具えている、請求項１に記載の量子構造発光モジュール。
  14. 前記耐水ユニット各々の前記耐水レイヤーの前記有機材料は、ヘキサメチルジシロキサンであり、
    前記耐水ユニット各々の前記耐水レイヤーの前記無機材料は、窒化金属と酸化金属と窒素酸化金属のうちのいずれかである、請求項１３に記載の量子構造発光モジュール。
  15. 前記耐水ユニット各々の前記耐水レイヤーは、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１３に記載の量子構造発光モジュール。
  16. 前記耐水ユニット各々は、前記耐水ユニットの前記耐水レイヤーと前記励起レイヤーとの間に設置され且つ有機材料で作成される結合レイヤーを更に具えている、請求項１３に記載の量子構造発光モジュール。
  17. 前記耐水ユニット各々の前記結合レイヤーは、メチルメタクリレート、エポキシメタクリレート、エポキシアクリレート、ジメタクリル酸ビスフェノールＡエトキシレート、ジアクリル酸ヘキサンジオール、ビスフェノールＡエポキシアクリレート、またはそれらの組み合わせにより作成されるものである、請求項１６に記載の量子構造発光モジュール。
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