波長変換部材、発光装置および画像表示装置ならびに波長変換部材の製造方法

【課題】高い発光効率を有する波長変換部材を提供する。
【解決手段】波長変換部材１０Ａは、励起光１００が入射する入射面１１および波長変換光２００が出射する出射面１２を含む光透過性部材１３と、この光透過性部材１３の内部に分散配置され、励起光１００を吸収して波長変換して発光する半導体微粒子蛍光体１４とを備える。入射面１１と出射面１２とを結ぶ方向である光の進行方向に平行な方向における半導体微粒子蛍光体１４の分散濃度は、上記光の進行方向と直交する方向における半導体微粒子蛍光体１４の分散濃度に比べて低い。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する入射面および光が出射する出射面を含む光透過性部材と、
前記光透過性部材の内部に分散配置され、励起光を吸収して波長変換して発光する半導体微粒子蛍光体とを備えた波長変換部材であって、
前記入射面と前記出射面とを結ぶ方向である光の進行方向に平行な方向における前記半導体微粒子蛍光体の分散濃度が、前記光の進行方向と直交する方向における前記半導体微粒子蛍光体の分散濃度に比べて低い、波長変換部材。
【請求項２】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において規則的に配列されている、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において六方格子状に充填されている、請求項２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において正方格子状に充填されている、請求項２に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光透過性部材の前記入射面側または前記出射面側のいずれかにのみ局在している、請求項１ないし４のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記半導体微粒子蛍光体として、発光波長の異なる複数種類の半導体微粒子蛍光体を含んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記発光波長の異なる複数種類の半導体微粒子蛍光体が、種類毎に分離されて前記光の進行方向に沿って層状に配置されている、請求項６に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記種類毎に分離されて層状に配置されてなる複数種類の半導体微粒子蛍光体の各々の層が、当該層に含まれる半導体微粒子蛍光体の発光波長が前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて短波長になるように配列されている、請求項７に記載の波長変換部材。
【請求項９】
前記種類毎に分離されて層状に配置されてなる複数種類の半導体微粒子蛍光体の各々の層が、当該層に含まれる半導体微粒子蛍光体の粒子径が前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて小さくなるように配列されている、請求項７に記載の波長変換部材。
【請求項１０】
前記半導体微粒子蛍光体が、励起光を吸収して波長変換することで可視光を発する、請求項１から９のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１１】
前記光の進行方向に沿っての１μｍあたりの吸光度が、０．０２以上である、請求項１から１０のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１２】
前記光の進行方向に沿っての厚みが、０．５ｎｍ以上５０μｍ以下であり、
入射した励起光の９０％以上を吸収して波長変換する、請求項１から１１のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１３】
前記半導体微粒子蛍光体が、半導体材料からなるコア部と、当該コア部を覆い、当該コア部とは異なる材料からなるシェル部とを有している、請求項１から１２のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１４】
前記コア部が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなる、請求項１３に記載の波長変換部材。
【請求項１５】
前記コア部が、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＰの混晶およびＩｎＮの混晶のうちから選択されるいずれかの材料からなる、請求項１３に記載の波長変換部材。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子とを備えた、発光装置。
【請求項１７】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記発光素子の発光スペクトルが、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項１６または１７に記載の発光装置。
【請求項１９】
前記発光素子の発光スペクトルが、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項１６または１７に記載の発光装置。
【請求項２０】
画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に後方から光を照射する照射部とを備え、
前記画像表示部は、請求項１から１５のいずれかに記載の波長変換部材を含み、
前記照射部は、前記波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子を含んでいる、画像表示装置。
【請求項２１】
画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に後方から光を照射する照射部とを備え、
前記照射部は、請求項１から１５のいずれかに記載の波長変換部材と、当該波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子とを含んでいる、画像表示装置。
【請求項２２】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項２０または２１に記載の画像表示装置。
【請求項２３】
前記発光素子の発光スペクトルが、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項２０から２２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記発光素子の発光スペクトルが、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項２０から２２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項２５】
請求項１から１５のいずれかに記載の波長変換部材を製造するための方法であって、
前記半導体微粒子蛍光体を製作する工程と、
前記半導体微粒子蛍光体を液中に分散させた分散液を作製する工程と、
前記分散液中において前記半導体微粒子蛍光体を凝集および沈殿させて自己組織化させる工程とを備えた、波長変換部材の製造方法。
【請求項２６】
前記分散液を作製する工程において、前記半導体微粒子蛍光体を分散させる液として揮発性溶剤を用い、
前記半導体微粒子蛍光体を自己組織化させた後に、前記揮発性溶剤を揮発させ、その後自己組織化した前記半導体微粒子蛍光体を光透過性樹脂にて封止する工程をさらに備えた、請求項２５に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項２７】
光が入射する入射面および光が出射する出射面を含む波長変換層と、
前記波長変換層に位置し、励起光を吸収して波長変換して発光する半導体微粒子蛍光体とを備えた波長変換部材であって、
前記波長変換層が、前記半導体微粒子蛍光体の凝集体にて構成され、
前記入射面と前記出射面とを結ぶ方向である光の進行方向に平行な方向における前記半導体微粒子蛍光体の粒子数が、前記光の進行方向と直交する方向における前記半導体微粒子蛍光体の粒子数に比べて少ない、波長変換部材。
【請求項２８】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と平行な方向に複数個積み重なっている、請求項２７に記載の波長変換部材。
【請求項２９】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において規則的に配列されている、請求項２８に記載の波長変換部材。
【請求項３０】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において六方格子状に充填されている、請求項２９に記載の波長変換部材。
【請求項３１】
前記半導体微粒子蛍光体が、前記光の進行方向と直交する面内において正方格子状に充填されている、請求項２９に記載の波長変換部材。
【請求項３２】
前記半導体微粒子蛍光体として、発光波長の異なる複数種類の半導体微粒子蛍光体を含んでいる、請求項２７から３１のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項３３】
前記発光波長の異なる複数種類の半導体微粒子蛍光体が、種類毎に分離されて前記光の進行方向に沿って層状に配置されている、請求項３２に記載の波長変換部材。
【請求項３４】
前記種類毎に分離されて層状に配置されてなる複数種類の半導体微粒子蛍光体の各々の層が、当該層に含まれる半導体微粒子蛍光体の発光波長が前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて短波長になるように配列されている、請求項３３に記載の波長変換部材。
【請求項３５】
前記種類毎に分離されて層状に配置されてなる複数種類の半導体微粒子蛍光体の各々の層が、当該層に含まれる半導体微粒子蛍光体の粒子径が前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて小さくなるように配列されている、請求項３３に記載の波長変換部材。
【請求項３６】
前記半導体微粒子蛍光体が、励起光を吸収して波長変換することで可視光を発する、請求項２７から３５のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項３７】
前記光の進行方向に沿っての１μｍあたりの吸光度が、０．０２以上である、請求項２７から３６のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項３８】
前記光の進行方向に沿っての厚みが、０．５ｎｍ以上５０μｍ以下であり、
入射した励起光の９０％以上を吸収して波長変換する、請求項２７から３７のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項３９】
前記半導体微粒子蛍光体が、半導体材料からなるコア部と、当該コア部を覆い、当該コア部とは異なる材料からなるシェル部とを有している、請求項２７から３８のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項４０】
前記コア部が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなる、請求項３９に記載の波長変換部材。
【請求項４１】
前記コア部が、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＰの混晶およびＩｎＮの混晶のうちから選択されるいずれかの材料からなる、請求項３９に記載の波長変換部材。
【請求項４２】
前記入射面および前記出射面を覆うように前記半導体微粒子蛍光体の凝集体にて構成された前記波長変換層が一対の光透過性部材によって挟み込まれている、請求項２７から４１のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項４３】
請求項２７から４２のいずれかに記載の波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子とを備えた、発光装置。
【請求項４４】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項４３に記載の発光装置。
【請求項４５】
前記発光素子の発光スペクトルが、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項４３または４４に記載の発光装置。
【請求項４６】
前記発光素子の発光スペクトルが、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項４３または４４に記載の発光装置。
【請求項４７】
画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に後方から光を照射する照射部とを備え、
前記画像表示部は、請求項２７から４２のいずれかに記載の波長変換部材を含み、
前記照射部は、前記波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子を含んでいる、画像表示装置。
【請求項４８】
画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に後方から光を照射する照射部とを備え、
前記照射部は、請求項２７から４２のいずれかに記載の波長変換部材と、当該波長変換部材の前記入射面に励起光を照射する発光素子とを含んでいる、画像表示装置。
【請求項４９】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子あるいは有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項４７または４８に記載の画像表示装置。
【請求項５０】
前記発光素子の発光スペクトルが、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項４７から４９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５１】
前記発光素子の発光スペクトルが、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下のピーク波長を有している、請求項４７から４９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５２】
請求項２７から４２のいずれかに記載の波長変換部材を製造するための方法であって、
前記半導体微粒子蛍光体を製作する工程と、
前記半導体微粒子蛍光体を液中に分散させた分散液を作製する工程と、
前記分散液中において前記半導体微粒子蛍光体を凝集および沈殿させて自己組織化させる工程とを備えた、波長変換部材の製造方法。
【請求項５３】
前記分散液を作製する工程において、前記半導体微粒子蛍光体を分散させる液として揮発性溶剤を用い、
前記半導体微粒子蛍光体を自己組織化させた後に前記揮発性溶剤を揮発させることにより、前記半導体微粒子蛍光体の凝集体にて構成された前記波長変換層を製作する工程をさらに備えた、請求項５２に記載の波長変換部材の製造方法。

【図１】