CN101442097B - 发光装置、白光发光装置、照明装置及图像显示装置 - Google Patents

发光装置、白光发光装置、照明装置及图像显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供发光装置、白光发光装置、照明装置及图像显示装置。所述发光装置具有高辉度、发出的光更接近自然光、随着发光光量增减而产生的发光色的色差少,所述发光装置具有在流通驱动电流时发光的光源和吸收从光源发出的光的至少一部分并发出具有与上述光的波长不同的光的至少一种波长转换材料,对于所述发光装置,当将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)、色度坐标值y记作y1(17.5),并且将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)、色度坐标值y记作y1(70)时,所述x1(17.5)、y1(17.5)、x1(70)及y1(70)满足式(D)和式(E)。-0.006≤x1(17.5)-x1(70)≤0.006 (D)-0.006≤y1(17.5)-y1(70)≤0.006 (E)。

Description

发光装置、白光发光装置、照明装置及图像显示装置
本申请是分案申请,其原申请的申请号为200680008622.2,申请日为2006年3月17日,发明名称为“发光装置、白光发光装置、照明装置及图像显示装置”。
技术领域
本发明涉及发光装置、白光发光装置以及使用上述装置的照明装置和图像显示装置。特别是涉及将发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等光源与吸收从该光源发出的光并发出波长与之不同的光的荧光体等波长转换材料组合而成的发光装置、白光发光装置、以及使用上述装置的照明装置和图像显示装置。
背景技术
以往已知,组合氮化镓(GaN)类发光二极管(LED)等半导体发光元件和作为波长转换材料的荧光体而构成的白色发光的发光装置的耗电少且寿命长。
但是,该发光装置被指出其红色区域(600nm以上)的光量少,蓝绿色区域(480nm~510nm)的光量少,从而显色性低。另外,对于该发光装置来说,为了得到高光量而增加在该发光装置流动的电流时,温度消光现象变得显著,所谓温度消光现象是指,由于发光装置发热,荧光体的温度升高,与此相伴,荧光体的荧光强度下降。因此,使用该发光装置的情况下,从蓝色LED发出的蓝色光和从荧光体发出的黄色光的混色平衡出现偏差,有时白光发光装置的发光色明显有色差等。另外,其还存在发光装置的平均显色指数Ra低,并且,使用发光装置时的发光色的波动变大,有时难以得到稳定的发光色的问题,所以需要进一步的改良。
为了改良发光装置的显色性低这一问题,专利文献1中公开了如下内容:通过使用(Ca1-a-bSraEub)S:Eu2+系红色荧光体以在(Y1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12系绿色荧光体的发光色的基础上增加红色成分以及通过用蓝色LED激发这些荧光体来得到发出白色合成光的发光装置。
另外,非专利文献1中公开了使用SrGa2S4:Eu2+作为绿色荧光体、使用ZnCdS:Ag,Cl作为红色荧光体的白光发光装置,专利文献2中公开了使用(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2+作为绿色荧光体、使用(Ca,Sr)S:Eu2+作为红色荧光体的白光发光装置。
另外,特别是关于白光发光装置,以往冷阴极管等被用作照明或液晶显示器用背光等的光源。但是,近年开发了组合发出蓝色光的发光元件和吸收蓝色光并发出黄色光的波长转换材料的白光发光装置作为代替冷阴极管的光源。该白光发光装置中,使用了例如InGaN系发光二极管(LED)作为发出蓝色光的发光元件,使用添加有铈的铝酸钇作为发出黄色光的波长转换材料。但是,现有的白光发光装置发出的光的光谱中本质上缺少蓝绿色光成分和红色光成分,因此,现有的白光发光装置的显色性低,且色彩重现性也低。
为了解决这个问题,提出了通过调整铝酸钇(发出黄色光的波长转换材料)成分从而发出黄绿色光来进行改良,并在铝酸钇中追加吸收蓝色光而发出红色光的物质,由此弥补白光发光装置发出的光中红色成分的不足,改善显色性和色彩重现性。
另外,非专利文献1中提出了一种白光发光装置,其中,如上所述,使用绿色荧光体SrGa2S4:Eu2+和红色荧光体ZnCdS:Ag,Cl作为波长转换材料。
此外,非专利文献2和专利文献3等中也提出了组合了发光元件和波长转换材料的白光发光装置。
另外,关于图像显示装置,以往使用LED(发光二极管)的彩色显示器被用作在广告板和广告塔中使用的大型显示器(专利文献4)。另外,在将图像投影到投影面进行显示的投影仪型彩色显示器方面,也提出了使用LED(专利文献5)。这种彩色显示器等图像显示装置中,使用LED作为像素,显示图像时,从各LED发出与红色像素、蓝色像素、绿色像素等像素对应的颜色的光。
另外,作为这种用于图像显示装置的LED,通常蓝色和绿色像素用途中使用InGaN系LED,而红色像素用途中使用InAlGaP系LED。
专利文献1:特开2003-243715号公报
专利文献2:特表2002-531956号公报
专利文献3:特开2004-71726号公报
专利文献4:特开平7-288341号公报
专利文献5:特开2004-184852号公报
非专利文献1:J.Electrochem.Soc,Vol.150(2003),pp.H57-H60
非专利文献2:板东完治  显示器月刊  2003年4月号pp.20-26(2003)
但是,根据专利文献1记载的现有技术,通过这些荧光体的组合,虽然改善了白光发光装置的显色性,但是还存在下述课题:组合的荧光体均是明显表现出温度消光现象的物质,提高在白光发光装置流动的电流值时,该发光装置发出的光通量降低,同时发光色发生大的偏差。
另外,所使用的红色荧光体是耐湿性低的硫化物系红色荧光体,所以容易老化,并且其合成困难,所以其制造成本高,使用该红色荧光体得到的白光发光装置也存在耐久性低且价格高的问题。另外,所使用的绿色荧光体的发光色偏黄色,所以其还存在蓝绿色区域发光不足,显色性差的问题。
另外,非专利文献1和专利文献2中记载的现有技术中,存在如下课题:通过这些荧光体的组合也不能得到充分的光通量和显色性,硫化物在白光发光装置的使用时容易老化,并且这些荧光体均是明显表现出温度消光的物质,所以向白光发光装置的电流增加时发光色发生大的偏差。
发明内容
为了解决上述现有技术的课题,本发明的第一目的是提供一种发光装置,其辉度和显色性高,发光色的色差少。即,本发明提供一种发光装置以及使用该发光装置作为光源的图像显示装置和照明装置,所述发光装置具有高的辉度、发光色更接近自然光、随发光光量增减发生的发光色的波动少。
另外,为了解决上述现有技术的问题,本发明的第二目的是提供一种发光装置,其发光效率和显色性高,发光色的色差少。即,本发明提供一种发光装置以及使用该发光装置作为光源的照明装置和图像形成装置,所述发光装置具有高的辉度,发光色更接近自然光,随发光光量增减发生的发光色的色差少。
另外,非专利文献1、2和专利文献3中记载的白光发光装置为代表的现有白光发光装置的显色性尚不十分高。
本发明是鉴于上述课题提出的,其第三目的是提供具有发光元件等光源和波长转换材料的白光发光装置和使用了该白光发光装置的照明装置,本发明的白光发光装置与现有的白光发光装置相比,显色性得到了提高。
另外,现有的LED式彩色显示器等图像显示装置中,被用作红色像素的LED(InAlGaP系LED等)随温度上升发生的发光强度的下降率比用于绿色或蓝色等非红色像素的LED(InGaN系LED等)随温度上升发生的发光强度的下降率大。所以,现有的LED式图像显示装置在气温发生变化时,或者在点亮后随着时间的推移LED发热时,所显示的图像的色调发生变化,存在产生色差的课题。
例如,根据“显示器月刊,2003年4月号,PP.42~46”,InGaN系蓝色LED在100℃的发光强度I(B,100)相对于在25℃的发光强度I(B,25)的比I(B,100)/I(B,25)为95左右。另外,InGaN系绿色LED在100℃的发光强度I(G,100)相对于在25℃的发光强度I(G,25)的比I(G,100)/I(G,25)为70左右。与此相对,AlInGaP系红色LED在100℃的发光强度I(R,100)相对于在25℃的发光强度I(R,25)的比I(R,100)/I(R,25)为45左右。如此,现有的LED式彩色显示器等图像显示装置中,与非红色的像素相比,使用红色LED的红色的像素的发光强度大幅下降,图像显示装置的色调发生变化,产生色差。
为了防止上述这种色调变化,还开发了一种技术(参见非专利文献5),其中,测定发光色和LED的温度,通过进行反馈控制,校正色调的变化。但是,用于测定温度等的传感器或反馈电路复杂,所需的费用大,所以难以降低彩色显示器等图像显示装置的价格。
本发明是鉴于上述课题提出的,其第四目的是提供温度变化所致的色差少的图像显示装置。
本发明的发明人等为解决上述课题进行了深入研究,结果发现了如下的认识,从而完成了本发明。
即,第一,本发明的发明人等为解决上述课题进行了深入研究,结果发现,通过使用如下荧光体混合物,可以得到辉度高、显色性高、随光量变化产生的色差少的发光装置,从而实现了本发明,所述荧光体混合物在两个不同的特定温度下以蓝色光激发得到的辉度的比例在规定范围且该特定温度下的色度坐标值的差在规定范围内。
第二,本发明的发明人等为解决上述课题进行了深入研究,结果发现,满足全部下述三个特性的发光装置是上述优选的发光装置。
第1,发光装置的发光效率为32lm/W以上。
第2,平均显色指数Ra为85以上。
第3,两个不同的驱动电流值17.5A/cm2和70A/cm2下的色度坐标值的差在下述(F)和(G)的范围内。
-0.01≤x1(17.5)-x1(70)≤0.01    (F)
-0.01≤y1(17.5)-y1(70)≤0.01    (G)
本发明的发明人发现,通过满足这些条件,可以得到发光效率高、显色性高、随光量变化产生的色差少的发光装置,从而实现了本发明。
第三,本发明的发明人等为解决上述课题进行了深入研究,结果发现,通过使白光发光装置发出的白色光的发光光谱形状在500nm~650nm的范围比以往平坦,可以提高白光发光装置的显色性,从而完成了本发明。
第四,本发明的发明人等为解决上述课题进行了深入研究,结果发现,作为红色的像素,使用组合发光元件和吸收发光元件发出的光转而发出红色光的高特性荧光体(波长转换材料)而构成的红色像素用元件代替InAlGaP系LED,可以使红色、蓝色和绿色这三种颜色的像素的发光强度的温度依赖性一致,提供色调变动少且色差小的彩色显示器,从而完成了本发明。另外,作为此处所称的高特性荧光体,优选因温度上升引发的发光效率的降低少且量子收率高的荧光体,更优选因作为荧光体使用而导致的老化较小的荧光体。
即,本发明的要旨在于下述的发光装置,其是具有使驱动电流流通时发光的光源和吸收从该光源发出的光的至少一部分并发出具有与之不同的波长的光的至少一种波长转换材料的发光装置,其特征在于,当将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)、色度坐标值y记作y1(17.5),并将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)、色度坐标值y记作y1(70)时,所述x1(17.5)、y1(17.5)、x1(70)及y1(70)满足下式(D)和式(E)(权利要求1)。
-0.006≤x1(17.5)-x1(70)≤0.006    (D)
-0.006≤y1(17.5)-y1(70)≤0.006    (E)
本发明的另一个要旨在于下述的发光装置,其是具有使驱动电流流通时发光的光源和吸收从该光源发出的光的至少一部分并发出具有与之不同的波长的光的至少一种波长转换材料的发光装置,其特征在于,该发光装置的效率为32lm/W以上,平均显色指数Ra为85以上,并且当将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)、y记作y1(17.5),并将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)、y记作y1(70)时,色度坐标值x以及y各自的差值[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]满足下式(F)和(G)(权利要求2)。
-0.01≤x1(17.5)-x1(70)≤0.01    (F)
-0.01≤y1(17.5)-y1(70)≤0.01    (G)
此时,特殊显色指数R9优选为64以上(权利要求3)。
另外,作为该波长转换材料,优选使用两种以上的荧光体的混合物,对于所使用的荧光体混合物,当将在25℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(25)、色度坐标值x记作x2(25)、色度坐标值y记作y2(25),并且将该荧光体混合物在125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(125)、色度坐标值x记作x2(125)、色度坐标值y记作y2(125)时,所述BR(25)、x2(25)、y2(25)以及BR(125)、x2(125)、y2(125)满足下式(A)、(B)和(C)(权利要求4)。
0.85≤BR(125)/BR(25)≤1.15     (A)
-0.03≤x2(25)-x2(125)≤0.03    (B)
-0.03≤y2(25)-y2(125)≤0.03    (C)
另外,作为波长转换材料,优选含有至少一种在500nm~550nm的波长范围具有荧光强度的峰值的绿色系荧光体(权利要求5)。
另外,作为波长转换材料,还优选含有至少一种在610nm~680nm的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体(权利要求6)。
本发明的另一个其他要旨在于一种照明装置,其特征在于,其具有上述的发光装置(权利要求7)。
本发明的另一个其他要旨在于一种图像显示装置,其特征在于,其具有上述的发光装置(权利要求8)。
本发明的另一个其他要旨在于一种白光发光装置,其具有光源和吸收从该光源发出的光的至少一部分并发出具有与之不同的波长的光的至少一种波长转换材料,是发出含有该波长转换材料发出的光的白色光的白光发光装置,该白光发光装置的特征在于,上述白色光的发光光谱中500nm~650nm的规定波长范围的最大发光强度为上述规定波长范围中最小发光强度的150%以下(权利要求9)。
此时,优选该波长转换材料在100℃的辉度为该波长转换材料在25℃的辉度的80%以上(权利要求10)。
另外,对于该白光发光装置,优选该波长转换材料对该光源的发光峰值波长的光的吸光度为50%以上,且该波长转换材料的内部量子效率为40%以上(权利要求11)。
本发明另一个其他要旨在于一种照明装置,其特征在于,其具有上述的白光发光装置(权利要求12)。
本发明的另一个其他要旨在于一种图像显示装置,其是具有红色的像素和至少一个非红色的像素的图像显示装置,其特征在于,该红色的像素具有红色发光装置,该红色发光装置具有红色像素用发光元件和荧光体温度依赖系数为85以上的红色荧光体,该非红色的像素包括蓝色的像素和/或绿色的像素,所述蓝色的像素具有蓝色像素用发光元件,所述绿色的像素具有绿色像素用发光元件和荧光体温度依赖系数为85以上的绿色荧光体,当将该红色的像素在25℃的发光强度记作I(R,25)、在100℃的发光强度记作I(R,100),且将该非红色的像素在25℃的发光强度记作I(N,25)、在100℃的发光强度记作I(N,100)时,I(N,100)/I(N,25)与I(R,100)/I(R,25)的比为90%以上(权利要求13)。
根据本发明,可以得到下述效果中的至少一个效果。
即,第一,通过使用本发明的具有满足关于辉度和色度坐标值的规定关系式的特性的荧光体混合物,可以得到辉度和显色性高、且随光量增减产生的色差少的发光装置,并可提供以该发光装置为光源的图像显示装置和照明装置,这种图像显示装置和照明装置在发光色域的色彩重现性优异且具有充分的明亮度。
第二,根据本发明,可提供具有高辉度、发光接近自然光、随发光光量增减产生的发光色的色差少的发光装置,以及提供以该发光装置为光源的照明装置和图像显示装置。
第三,根据本发明,可得到显色性优异的白光发光装置和使用该白光发光装置的照明装置。
第四,根据本发明的图像显示装置,可减少温度变化引起的色差。
附图说明
图1是关于本发明的第一发光装置的图,是说明由作为波长转换材料的本发明的荧光体混合物和半导体发光元件构成的发光装置的一个实施例的示意截面图。
图2是关于本发明的第一发光装置的图,是说明安装有图1所示的发光装置的面发光照明装置的一个实施例的示意截面图。
图3是关于本发明的第二发光装置的图,是示意说明作为本发明的第二发光装置的第一实施方式的发光装置的要部的截面图。
图4是关于本发明的第二发光装置的图,是示意说明作为本发明的第二发光装置的第二实施方式的发光装置的要部的截面图。
图5是关于本发明的第二发光装置的图,是说明安装有图3所示的发光装置的面发光照明装置的一个实施例的示意截面图。
图6是作为本发明的白光发光装置的一个实施方式的白光发光装置的示意截面图。
图7是作为本发明的白光发光装置的一个实施方式的白光发光装置的示意截面图。
图8是作为本发明的白光发光装置的一个实施方式的白光发光装置的示意截面图。
图9是作为本发明的白光发光装置的一个实施方式的面发光照明装置的示意截面图。
图10是使用了作为本发明的白光发光装置的一个实施方式的白光发光装置的显示装置的示意截面图。
图11是说明作为本发明的图像显示装置的一个实施方式的彩色显示器的要部的结构的示意截面图。
图12是说明本发明的图像显示装置的一个实施方式的图,是示意说明红色发光装置的要部的截面图。
图13是说明本发明的图像显示装置的一个实施方式的图,是示意说明用作本实施方式所涉及的非红色像素之一的绿色像素的绿色发光装置的要部的截面图。
图14是说明本发明的图像显示装置的一个实施方式的图,是示意说明用作本实施方式所涉及的非红色像素之一的蓝色像素的蓝色发光装置的要部的截面图。
图15是示意说明作为本发明的图像显示装置的一个实施方式的投影仪型彩色显示器的要部的图。
图16是示意说明作为应用例的图像显示装置的第一实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。
图17示意说明作为应用例的图像显示装置的第二实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。
图18示意说明作为应用例的图像显示装置的第三实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。
图19说明实施例1-1的荧光体混合物与作为现有产品的拟白光发光装置中安装的钇铝石榴石系荧光体(Y,Gd)3Al5O12:Ce的、荧光的辉度的温度依赖性。图中,实线表示实施例1-1的荧光体混合物,虚线表示钇铝石榴石系荧光体。
图20是说明实施例2-1的发光装置的发光光谱的图。
图21是说明实施例2-2的发光装置的发光光谱的图。
图22是说明比较例2-1的发光装置的发光光谱的图。
图23是实施例3-1测定的从表面实装型白光发光装置发出的光的发光光谱。
图24是实施例3-2测定的从表面实装型白光发光装置发出的光的发光光谱。
图25是比较例3-1测定的从表面实装型白光发光装置发出的光的发光光谱。
图26是实施例4-1测定的红色发光装置的发光光谱。
图27是实施例4-1测定的绿色发光装置的发光光谱。
图28是实施例4-1测定的蓝色发光装置的发光光谱。
图29是实施例4-2测定的构成全色显示装置的红色发光装置、绿色发光装置和蓝色发光装置的发光光谱。
图30是说明实施例5-1和比较例5-1测定的荧光体的辉度维持率的曲线图。
图31是说明实施例5-2和比较例5-2测定的荧光体的辉度维持率的曲线图。
符号说明
1发光装置
2安装引线
3内引线
4半导体发光元件
5含荧光体树脂部
6导电性连接线
7模塑部件
8面发光照明装置
9扩散板
10支持壳体
101,110发光装置
102,112框
103,113蓝色LED
104,114荧光发光部
105,115银膏
109面发光照明装置
109A支持壳体
109B扩散板
201白光发光装置
202发光元件
203,204波长转换材料
205框
205A凹部
206,207导电性端子
208连接线
209,209a,209B粘合剂
210梁
211面发光照明装置
212支持壳体
213扩散板
221显示装置
222导光板
223反射膜
224扩散板
225成像单元
301红色的像素
302绿色的像素(非红色的像素)
303蓝色的像素(非红色的像素)
311红色发光装置
312,322,332框
313红色像素用发光元件
314红色荧光体
315,316,325,326,335,336导电性端子
317,327,337连接线
318,328粘合剂
321绿色发光装置
323绿色像素用发光元件
324绿色荧光体
331蓝色发光装置
333蓝色像素用发光元件
338,403模制物
400,507单位像素
401,501基板
402罩部件
502光分配透镜
503叠加透镜
504透射型LCD
505投影透镜
506屏幕
601,601′,601″显示装置
602光源
603R,603G荧光体部
603B光透射部
604框
605起偏镜
606光栅
607检偏镜
631透明基板
632黑矩阵(black matrix)
661,663透明电极
662液晶层
具体实施方式
[I.关于第一发光装置的说明]
下面对本发明的第一发光装置进行说明。但是下文记载的对构成要件的说明是本发明的第一发光装置的实施方式的一个代表性的例子,本发明的第一发光装置并未被限定于这些内容。
本发明的第一发光装置是具有光源和吸收从该光源发出的光的至少一部分并发出具有与之不同的波长的光的至少一种波长转换材料的发光装置。
此处,作为光源,只要其在流通驱动电流的情况下发光,可以使用任意的光源。例如可以使用发出可见光的半导体发光元件,该半导体发光元件例如为LED或LD等半导体发光元件。
另外,对于本发明的第一发光装置中使用的波长转换材料,只要其吸收从光源发出的光的至少一部分转而发出具有与之不同的波长的光,可以使用任意的波长转换材料。通常,使用含有至少两种荧光体的荧光体混合物作为波长转换材料。
另外,本发明的第一发光装置具有吸收从半导体发光元件等光源发出的可见光转而发出更长波长的可见光的波长转换材料,该发光装置辉度高、显色性高、随光量增减产生的色差少。因此,具有这种特性的本发明的第一发光装置能够适合用于彩色液晶显示器等图像显示装置和面发光等照明装置等。
[I-1.第一发光装置的特性]
本发明的第一发光装置是将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)且将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)时满足下式(D)的发光装置。
-0.006≤x1(17.5)-x1(70)≤0.006    (D)
另外,本发明的第一发光装置是将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值y记作y1(17.5)且将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值y记作y1(70)时满足下式(E)的发光装置。
-0.006≤y1(17.5)-y1(70)≤0.006    (E)
也就是说,优选在70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x和色度坐标值y各自相对于在17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x和色度坐标值y的差值,即色度坐标值的差[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]这两差值均在±0.006以内。随驱动电流密度的变化产生的发光的色度坐标值的偏差大于±0.006时,改变驱动电流密度来控制发光光量时,色差变大,有时发光色不稳定。
该色度坐标值x和色度坐标值y的偏移量越少越好,更优选该偏移量[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]中至少有一个在±0.005以内,进一步优选至少有一个在±0.004以内,进一步更优选至少有一个在±0.003以内。另外,优选该偏移量[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]两个均在±0.006以内,更优选均在±0.005以内,进一步优选均在±0.004以内,更进一步优选均在±0.003以内。
[I-2.第一发光装置的具体构成的例子]
下面,基于附图对本发明的第一发光装置进行说明。图1是说明第一发光装置的一个实施例的示意截面图,其中,所述第一发光装置由作为波长转换材料的荧光体和作为光源的半导体发光元件构成;图2是说明安装有图1所示的第一发光装置的面发光照明装置的一个实施例的示意截面图。图1和图2中,1是第一发光装置、2是安装引线、3是内引线、4是半导体发光元件、5是含荧光体树脂部、6是导电性连接线、7是模塑部件、8是面发光照明装置、9是扩散板、10是支持壳体。
如图1所示,本发明的第一发光装置1形成通常的炮弹型的形态,由GaN系蓝色发光二极管等构成的半导体发光元件4的上部被含荧光体树脂部5覆盖,由此将其固定在安装引线2的上部杯内。该含荧光体树脂部5是通过将荧光体混合物等波长转换材料混合分散在环氧树脂、丙烯酸树脂等粘合剂中后浇入杯内形成的。另一方面,半导体发光元件4和安装引线2由银膏等安装部材导通,半导体发光元件4和内引线3由导电性连接线6导通,并且这些部件整体通过由环氧树脂等形成的模塑部件7覆盖、保护。
图2说明的是安装有该发光装置1的面发光照明装置8,如图2所示,在照明装置内面设置成白色平滑面等不透光性的方形支持壳体10的底面设置有大量的发光装置1,在其外侧设置有驱动发光装置1的电源和电路等(未图示),在相当于支持壳体10的盖部处固定乳白色的丙烯酸板等扩散板9,以使发光均匀。
于是,驱动面发光照明装置8,通过对发光装置1的半导体发光元件4施加电压,使之发出蓝色光等,含荧光体树脂部5中作为波长转换材料的荧光体混合物吸收该发出的光的一部分,转而发出更长波长的光,另一方面,发出的更长波长的光与没有被荧光体吸收的蓝色光等混色,由此得到显色性高的发光,该光透射过扩散板9,在图的上部射出,得到在支持壳体10的扩散板9面内均匀明亮的照明光。
同样,本发明的第一发光装置可以作为彩色液晶显示器等图像显示装置的光源进行安装。
[I-3.第一发光装置的构成要素]
此处,对本发明的第一发光装置使用的光源和波长转换材料进行说明。但是,本发明的第一发光装置还可以具有光源和波长转换材料以外的部件。
[I-3-1.第一发光装置的光源]
作为光源,只要流通驱动电流时发光,则没有特别限制,但优选使用在紫外~可见光区域具有发光峰值波长的光源。作为光源的发光峰值波长,其通常为370nm以上,优选为380nm以上,并且通常为500nm以下,优选为480nm以下。大于该范围的上限或小于该范围的下限时,难以得到发光效率高的发光装置。
只要是在该范围具有发光峰值波长的激发光源,可以使用半导体发光元件、灯、电子束、等离子体、电致发光元件等,但特别优选使用发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等半导体发光元件。
作为在紫外~可见光区域具有发光峰值波长的半导体发光元件的材料,可以举出例如氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、ZnSe、GaN、InGaN、InAlGaN、AlGaN、BAlGaN、BInAlGaN等各种半导体。另外,还可以在这些元素中含有作为杂质元素的Si和Zn等作为发光中心。其中,以InXAlYGa1-X-YN(式中,0<X<1、0<Y<1、X+Y≤1)表示的含Al和Ga的氮化物半导体或含In和Ga的氮化物半导体(以下有时称为“(In,Al,Ga)N系化合物半导体”)能高效地发出紫外区域~可见光的短波长光,并且即使使用时的温度和/或驱动电流变化也能稳定发光,所以适合作为发光层的材料。
另外,作为半导体发光元件的优选的结构,可以举出具有MIS结、PIN结、pn结等的同质结构、异质结构或双异质结构。对于半导体发光元件来说,可根据半导体层的材料和/或其混晶比来选择发光波长。另外,还可通过将活性层制成形成在产生量子效果的薄膜上的单量子阱结构或多量子阱结构来提高功率。
这些之中,优选使用(In,Al,Ga)N系化合物半导体的(In,Al,Ga)N系LED或LD。其原因在于,与发出该区域的光的SiC系LED等相比,(In,Al,Ga)N系LED等的发光功率和外部量子效率远远要大,通过与上述荧光体等波长转换材料组合,可以在非常低的电力下得到非常明亮的发光。例如,对于20mA的电流负荷,通常(In,Al,Ga)N系具有SiC系100倍以上的发光强度,并且与GaAs系相比,其相对于使用时温度和驱动电流的变化可稳定地进行发光。(In,Al,Ga)N系LED等中,优选具有AlX’GaY’N发光层、GaN发光层或InX’GaY’N发光层的LED。GaN系LED中,在这些之中具有InXGaYN发光层的LED的发光强度非常强,所以是特别优选的,(In,Al,Ga)N系LD中,InXGaYN层和GaN层的多量子阱结构的LD的发光强度非常强,所以是特别优选的。
另外,上述中,X+Y的值通常为0.8~1.2范围的值。(In,Al,Ga)N系LED中,这些发光层中掺杂有Zn和/或Si的LED或无掺杂的LED在调节发光特性方面是优选的。
(In,Al,Ga)N系LED以这些发光层、p层、n层、电极以及基板为基本构成要素,并且具有发光层插在n型与p型的AlXGaYN层、GaN层或InXGaYN层等之间的异质结构的LED的发光效率高,所以是优选的,而且将异质结构制成量子阱结构的LED的发光效率更高,所以更优选。作为基板,优选使用蓝宝石、尖晶石、SiC、Si、ZnO、GaAs、GaN等材料,特别优选使用蓝宝石、ZnO、GaN等。
对半导体发光元件的形状或大小没有特别限制,可以使用垂直于驱动电流的流通方向的面为方形的半导体发光元件,该方形的一边通常为100μm以上,优选为200μm以上。例如可以使用EPISTAR社生产的“ES-CEBL912”、Cree社生产的“C460MB”等。
另外,半导体发光元件可以单独使用一个,也可合用两个以上的半导体发光元件。另外,半导体发光元件可以仅用一类半导体发光元件,也可以合用两类以上的半导体发光元件。
光源的驱动电流密度是垂直于驱动电流的流通方向的面上每单位面积的驱动电流,可通过用流通于光源的驱动电流的值除以垂直于驱动电流的流通方向的面的面积来求得。将两个以上的半导体发光元件并联使用时,可以用流通于光源的驱动电流的值除以垂直于驱动电流的流通方向的面的面积的和来求出光源的驱动电流密度。
另外,根据需要,光源可通过设置散热片、改良外壳等来制成能够有效散热的结构。
[I-3-2.第一发光装置的波长转换材料]
本发明的第一发光装置中使用的波长转换材料可以使用任意的吸收从光源发出的光的至少一部分转而发出具有与吸收的光不同波长的光的波长转换材料。对应于第一发光装置的用途等,使用哪种波长转换材料是任意的。但是,通常使用下文说明的本发明涉及的荧光体混合物作为波长转换材料。
本发明涉及的荧光体混合物是含有至少两种荧光体的荧光体混合物,将该荧光体混合物在25℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(25)、色度坐标值x记作x2(25)、色度坐标值y记作y2(25),并且将其在125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(125)、色度坐标值x记作x2(125)、色度坐标值y记作y2(125),此时,该荧光体混合物满足下式(A)、(B)和(C)。
0.85≤BR(125)/BR(25)≤1.15     (A)
-0.03≤x2(25)-x2(125)≤0.03    (B)
-0.03≤y2(25)-y2(125)≤0.03    (C)
即,本发明涉及的荧光体混合物在125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度[BR(125)]与在25℃用该蓝色光激发得到的荧光的辉度[BR(25)]的比例[BR(125)/BR(25)]满足上式(A)。该比例小于0.85或者大于1.15的情况下,当为了改变从该白光发光装置等得到的光量而增减在蓝色LED流动的电流值时,使用这种荧光体混合物的白光发光装置等得到的发光色的变化大,有可能得不到稳定的发光色。
这是因为,通过增减在蓝色LED流动的电流量来增减蓝色光的光量的情况下,随着由蓝色LED产生的发热量的增减,设置在蓝色LED附近的荧光体的温度发生变化,从荧光体发出的荧光强度与根据蓝色LED的光量期待的荧光强度出现大的偏差。也就是说,为了增减白光发光装置的光量而增减对蓝色LED通电的电流量时,从蓝色LED发出的发光强度和从荧光体发出的荧光强度的混色平衡被破坏,得到的白光发光装置的发光色发生了大的变化。
因此,对于本发明涉及的荧光体混合物,该辉度的比例[BR(125)/BR(25)]通常为0.85以上,优选为0.9以上,并且通常为1.15以下,优选为1.1以下,更优选为1.05以下。为了得到这样的辉度的比例,作为构成荧光体混合物的荧光体,优先选择温度消光现象的程度小的荧光体。这里所谓温度消光现象是指荧光强度随荧光体的温度的上升而下降的现象。
另外,对于本发明涉及的荧光体混合物,在将25℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的色度坐标值x记作x2(25)、色度坐标值y记作y2(25),且将125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的色度坐标值x记作x2(125)、色度坐标值y记作y2(125)时,色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]分别满足式(B)表示的-0.03≤x2(25)-x2(125)≤0.03以及式(C)表示的-0.03≤y2(25)-y2(125)≤0.03。该色度坐标值x或色度坐标值y的差小于-0.03或者大于0.03的情况下,随着使用该荧光体混合物的白光发光装置的光量增减,有可能出现明显的色差。
该色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]是由于荧光体混合物中含有的两种以上的荧光体各自的温度消光的程度存在大的差异而引起的。也就是说,含有发光色不同的两种以上荧光体的混合物中,荧光体的温度消光的程度不同的情况下,例如一个荧光体随温度上升产生的荧光强度的下降小,另一个荧光体随温度的上升产生的荧光强度的下降大时,这些不同的发光强度发生加合的情况下,随温度的上升发光色发生变化,形成不同的发光色。
所以,随荧光体混合物的温度变化产生的色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]均越小越理想,即越接近零越理想,该差值通常为-0.03以上,优选为-0.02以上,更优选为-0.015以上,并且通常为0.03以下,优选为0.02以下,更优选为0.015以下。
为了得到这种温度变化引起的色度坐标值x的差以及坐标值y的差小的荧光体混合物,优选构成混合物的多个荧光色不同的荧光体的这种温度消光引起的荧光强度的变化率基本一致。组合温度消光引起的荧光强度的变化率基本相等的荧光体时,加合各荧光体的荧光强度得到的白色等混合色基本相同,与温度变化无关,可以减少因随发光装置的光量变化而发生的温度的变化引起的发光色的色差。
本发明的第一发光装置的说明中,测定以峰值波长455nm的蓝色光激发荧光体混合物而得到的辉度和色度坐标值x以及色度坐标值y时,使用荧光分光光度计,所使用的荧光分光光度计具有利用珀尔帖元件的冷却机构和利用加热元件的加热机构,并且,装备了经感度校正和/或波长校正的高精度双单色仪。这样,通过冷却-加热机构进行控制,预先在25℃或125℃保持足够的时间,直至利用辐射温度计能够确认荧光体的表面温度恒定,然后,测定辉度和色度坐标值。另外,为了将作为激发光的蓝色光的影响控制在最小限度,将激发光的半峰宽缩小到20nm以下,同时仅使用470nm以上的荧光光谱,不使用小于470nm的荧光光谱,使用JIS Z 8724规定的三刺激值算出辉度Y和色度坐标值x以及色度坐标值y。
[I-3-2-1.绿色系荧光体]
为了在色差少的发光装置中也得到显色性特别高的发光装置,本发明的第一发光装置中使用的荧光体混合物等的波长转换材料优选含有至少一种在500nm~550nm的波长范围具有荧光强度的峰值的绿色系荧光体。通过使用在这样的波长范围具有荧光强度的峰值的绿色系荧光体,可以得到对蓝绿色、绿色、黄绿色等绿色域的色彩重现性高的发光装置,并通过使用该发光装置可得到在该绿色域的色彩重现性优异的显示器用背光、图像显示装置(显示器)或照明装置。绿色荧光体的荧光强度的峰值小于500nm或者大于550nm的情况下,与蓝色LED组合使用时,绿色域的色彩重现性变低,所以不是优选的。
作为本发明涉及的波长转换材料可以含有的至少一种在500nm~550nm的波长范围具有荧光强度的峰值的绿色系荧光体,只要在制成荧光体混合物等波长转换材料后优选满足上述式(A)~(C),则没有特别的限制,但是,由于氧化物、氮化物、氧氮化物的热稳定性好,所以是优选的。例如可以举出MSi2N2O2:Eu、M-Si-Al-O-N:Ce、M-Si-Al-O-N:Eu(其中M表示一种或两种以上的碱土金属),优选SrSi2N2O2:Eu、Ca-Si-Al-O-N:Ce、Ca-Si-Al-O-N:Eu等。另外,作为其他例子,在下述通式(1)或(2)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子的荧光体的辉度高、绿色域的荧光强度高、温度消光小,所以是优选的。
M1 aM2 bM3 cOd    (1)
此处,M1表示二价的金属元素、M2表示三价的金属元素、M3表示四价的金属元素,a、b、c、d分别是下述范围的数。
2.7≤a≤3.3
1.8≤b≤2.2
2.7≤c≤3.3
11.0≤d≤13.0
M4 eM5 fOg      (2)
此处,M4表示二价的金属元素、M5表示三价的金属元素,e、f、g分别是下述范围的数。
0.9≤e≤1.1
1.8≤f≤2.2
3.6≤g≤4.4
下面对通式(1)进行更详细的说明。
本发明中使用的优选的绿色荧光体是在下述通式(1)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子的荧光体,式中,M1表示二价的金属元素、M2表示三价的金属元素、M3表示四价的金属元素。
M1 aM2 bM3 cOd    (1)
上述通式(1)中的M1表示二价的金属元素,从发光效率等方面考虑,优选其是选自由Mg、Ca、Zn、Sr、Cd和Ba组成的组的至少一种二价金属元素,更优选是选自由Mg、Ca和Zn组成的组的至少一种二价金属元素,特别优选为Ca。这种情况下,Ca可以是单一体系,也可以是与Mg的复合体系。M1优选基本上选自此处举出的优选的元素,但是,也可以在不损害性能的范围内含有其他二价金属元素。
另外,通式(1)中的M2表示三价的金属元素,与上述同样,从发光效率等方面考虑,优选M2是选自由Al、Sc、Ga、Y、In、La、Gd和Lu组成的组的至少一种三价金属元素,更优选是选自由Al、Sc、Y和Lu组成的组的至少一种三价金属元素,特别优选Sc。这种情况下,Sc可以是单一体系,也可以是与Y或Lu的复合体系。M2优选基本上为选自此处举出的优选的元素,但是,也可以在不损害性能的范围内含有其他三价金属元素。
通式(1)中的M3表示四价的金属元素,从发光效率等方面考虑,优选至少含有Si,通常,优选M3表示的四价金属元素的50摩尔%以上是Si,优选70摩尔%以上、更优选80摩尔%以上、特别优选90摩尔%以上是Si。作为M3中除了Si以外的四价金属元素,优选选自Ti、Ge、Zr、Sn和Hf组成的组的至少一种四价金属元素,更优选选自Ti、Zr、Sn和Hf组成的组的至少一种四价金属元素,特优选Sn。特别优选M3是Si。M3优选基本上为选自此处举出的优选的元素,但是,也可以在不损害性能的范围内含有其他四价金属元素。
另外,此处,所谓“在不损害性能的范围内含有”是指相对于上述M1、M2和M3各自的金属元素,含有通常10摩尔%以下、优选5摩尔%以下、更优选1摩尔%以下的其他元素。
上述通式(1)中,a、b、c、d分别是下述范围的数。
2.7≤a≤3.3
1.8≤b≤2.2
2.7≤c≤3.3
11.0≤d≤13.0
本发明中优选使用的绿色荧光体在上述通式(1)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子元素,发光中心离子元素取代在M1、M2、M3任一金属元素的晶格的位置或者位于晶格间的间隙等,所以a~d的值在上述范围内变动,但本荧光体的结晶结构是石榴石结晶结构,通常采取a=3、b=2、c=3、d=12的体心立方晶格的结晶结构。
另外,该结晶结构的化合物母体内含有的发光中心离子元素至少含有Ce,为了对发光特性进行微调,还可以含有选自由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组的一种以上的二价~四价元素。特别是可以含有选自由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy和Yb组成的组的一种以上的二价~四价元素,可以含有二价的Mn、二价~三价的Eu、三价的Tb或三价的Pr。
优选适宜调节作为发光中心离子(赋活剂)的Ce的添加量。Ce添加量过少时,发光的离子过少,发光强度低,而Ce添加量过大时,浓度消光变大,发光强度降低。从发光强度的角度出发,Ce的浓度如下:相对于1摩尔上述通式(1)表示的母体结晶,以摩尔比计,其浓度优选在0.0001~0.3的范围,更优选在0.001~0.1的范围,进一步优选在0.005~0.05的范围。
另外,通式(1)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子的荧光体通常被420nm~480nm的光激发。发光光谱在500nm~510nm具有峰,并具有450nm~650nm的波长成分。
接着,对通式(2)进行更详细的说明。
本发明优选的绿色荧光体在下述通式(2)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子,此处,M4表示二价的金属元素、M5表示三价的金属元素。
M4 eM5 fOg    (2)
另外,上述通式(2)中的M4表示二价的金属元素,从发光效率等方面考虑,优选其是选自由Mg、Ca、Zn、Sr、Cd和Ba组成的组的至少一种二价金属元素,更优选是选自由Mg、Sr、Ca和Zn组成的组的至少一种二价金属元素,进一步优选是Sr或Ca,特别优选是Ca。这种情况下,Ca可以是单一体系,也可以是与Mg的复合体系。M4优选基本上为选自此处举出的优选的元素,但是,也可以在不损害性能的范围内含有其他二价金属元素。
另外,通式(2)中的M5表示三价的金属元素,从发光效率等方面考虑,优选是选自由Al、Sc、Ga、Y、In、La、Gd和Lu组成的组的至少一种三价金属元素,更优选是选自由Al、Sc、Y和Lu组成的组的至少一种三价的金属元素,特别优选是Sc。这种情况下,Sc可以是单一体系,也可以是与Y或Lu的复合体系。M5优选基本上为选自此处举出的优选的元素,但是,也可以在不损害性能的范围内含有其他三价金属元素。
另外,此处,所谓“在不损害性能的范围内含有”是指相对于上述M4和M5各自的金属元素,含有通常10摩尔%以下、优选5摩尔%以下、更优选1摩尔%以下的其他元素。
在发光特性方面,上述通式(2)中,e、f、g表示的元素比优选分别是下述范围的数。
0.9≤e≤1.1
1.8≤f≤2.2
3.6≤g≤4.4
本发明中优选使用的绿色荧光体在上述通式(2)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子元素,发光中心离子元素取代在M4、M5中任一金属元素的晶格的位置或者位于晶格间的间隙等,所以e~g的值在上述范围内变动,但优选e=1、f=2、g=4。
另外,该结晶结构的化合物母体内含有的发光中心离子元素至少含有Ce,为了对发光特性进行微调,还可以含有选自由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组的一种以上的二价~四价元素,特别是可以含有选自由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy和Yb组成的组的一种以上的二价~四价元素,优选添加二价的Mn、二价~三价的Eu、三价的Tb或三价的Pr。
优选适宜调节作为发光中心离子(赋活剂)的Ce的添加量。Ce添加量过少时,发光的离子过少,发光强度低,而Ce添加量过大时,浓度消光变大,发光强度降低。从发光强度的角度出发,Ce的浓度如下:相对于1摩尔上述通式(2)表示的母体结晶,以摩尔比计,其浓度优选在0.0001~0.3的范围,更优选在0.001~0.1的范围,进一步优选在0.005~0.05的范围。
通式(1)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子的荧光体中,特别优选Ca3Sc2Si3O12:Ce、添加有Mg的Ca3Sc2Si3O12:Ce。
这些之中,优选添加有Mg的荧光体,特别优选相对于1摩尔母体结晶,Mg的浓度为0.001以上、优选为0.01上、并且为0.5以下、优选为0.3以下的荧光体。作为这种荧光体,可以举出例如Ca2.97Ce0.03Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.97Ce0.03Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.03Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.9Mg0.1Si3O12、Ca2.9Ce0.1Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.9Ce0.1Sc1.94Mg0.06Si3O12等。
另外,通式(2)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心离子的荧光体中,特别优选Ce0.01Ca0.99Sc2O4、Ce0.007Ca0.993Sc2O4、Ce0.013Ca0.987Sc2O4。Ca的一部分被Sr取代的Ce0.01Ca0.94Sr0.05Sc2O4、Ce0.01Ca0.89Sr0.1Sc2O4、Ce0.01Ca0.84Sr0.15Sc2O4也是优选的荧光体的例子。另外,由于通过增加Sr能提高绿色的色纯度,所以在用作图像显示装置时,优选用上述的荧光体。
这些荧光体的发光峰值波长是比较长的波长,且辉度高,所以是优选的。
另外,这些荧光体可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
[I-3-2-2.红色系荧光体]
对于本发明的第一发光装置,为了在色差少的发光装置中也得到显色性特别高的发光装置,优选发光装置中使用的荧光体混合物等波长转换材料含有至少一种在610nm~680nm的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体。通过使用在这样的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体,可以得到对橙色、红色、深红色等红色域的色彩重现性高的发光装置,进而通过使用该发光装置可得到在该红色域的色彩重现性优异的显示器用背光、图像显示装置(显示器)或照明装置。红色荧光体的荧光强度的峰值小于610nm时,与蓝色LED组合使用时,红色域的色彩重现性降低,红色荧光体的荧光强度的峰值大于680nm时,虽然显色性增高,但辉度却趋于降低。
本发明涉及的波长转换材料可以含有的至少一种在610nm~680nm的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体只要在制成荧光体混合物等波长转换材料后优选满足上述式(A)~(C),则没有特别的限制,但由于氧化物、氮化物、氧氮化物的热稳定性好,所以是优选的。例如可以举出MSi7N10:Eu、M2Si5N8:Eu(其中M表示一种或两种以上的碱土金属),优选BaSi7N10:Eu、(Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Eu等。另外,其他例子是以下述通式(3)表示的荧光体,该荧光体混合物等波长转换材料通过含有该荧光体,辉度高、红色域的荧光强度高、温度消光小,所以是优选的。
MaAbDcEdXe    …式(3)
上述通式(3)中,M是选自由Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组的一种或两种以上的元素,A表示选自由M元素以外的二价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,D表示选自由四价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,E表示选自由三价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,X表示选自由O、N、F组成的组的一种或两种以上的元素。
另外,上述通式(3)中,a、b、c、d和e分别是下述范围的数。
0.00001≤a≤0.1
a+b=1
0.5≤c≤4
0.5≤d≤8
0.8×(2/3+4/3×c+d)≤e
e≤1.2×(2/3+4/3×c+d)
上述通式(3)中,M是选自由Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组的一种或两种以上的元素,其中优选为选自由Mn、Ce、Sm、Eu、Tb、Dy、Er和Yb组成的组的一种或两种以上的元素,更优选至少含有Eu。
另外,上述通式(3)中,A是选自由M元素以外的二价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,其中,优选是选自由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组的一种或两种以上的元素,更优选是Ca。
另外,上述通式(3)中,D是选自由四价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,其中,优选是选自由Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf组成的组的一种或两种以上的元素,更优选是Si。
另外,上述通式(3)中,E是选自由三价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,其中优选是选自由B、Al、Ga、In、Sc、Y、La、Gd和Lu组成的组的一种或两种以上的元素,更优选是Al。
另外,上述通式(3)中,X是选自由O、N和F组成的组的一种或两种以上的元素,其中,优选是N或N和O。X是N和O时,荧光体中的O和(O+N)的比优选0<{(O的原子数)/(O的原子数+N的原子数)}≤0.5。该值超出该范围而过大时,发光强度可能降低。从发光强度的角度出发,该值更优选为0.3以下,并且该值为0.1以下时,该荧光体是在发光波长640nm~660nm具有发光峰值波长且色纯度好的红色荧光体,所以进一步优选该值为0.1以下。另外,通过将该值控制在0.1~0.3,可以将发光峰值波长调整到600nm~640nm,因为人类视觉度接近高波长域,所以得到了辉度高的发光装置,因而从其他角度出发是优选的。
另外,上述通式(3)中,a表示作为发光中心的元素M的含量,荧光体中的M与(M+A)的原子数之比a{其中a=(M的原子数)/(M的原子数+A的原子数)}可以控制在0.00001~0.1。a值小于0.00001时,作为发光中心的M的数量少,发光辉度可能降低。a值大于0.1时,M离子间的干扰引起浓度消光,辉度有可能下降。其中,M是Eu时,从发光辉度变高的角度出发,a值优选为0.002~0.03。
另外,上述通式(3)中,c是Si等D元素的含量,是0.5≤c≤4之间的量。优选0.5≤c≤1.8,更优选c=1。c小于0.5以及大于4时,发光辉度有可能下降。另外,c在0.5≤c≤1.8的范围时,发光辉度高,其中c=1时,发光辉度特别高。
另外,上述通式(3)中,d是Al等E元素的含量,是0.5≤d≤8之间的量。优选0.5≤d≤1.8,更优选d=1。d值小于0.5时以及大于8时,发光辉度有可能下降。另外,d在0.5≤d≤1.8的范围时,发光辉度高,其中d=1时,发光辉度特别高。
另外,上述通式(3)中,e是N等X元素的含量,是0.8×(2/3+4/3×c+d)~1.2×(2/3+4/3×c+d)之间的量。更优选e=3。e值在上述范围外时,发光辉度有可能下降。
上述的组成中,发光辉度高的优选组成是至少M元素含有Eu、A元素含有Ca、D元素含有Si、E元素含有Al、X元素含有N。其中,优选M元素是Eu、A元素是Ca、D元素是Si、E元素是Al、X元素是N或N和O的混合物的无机化合物。
用波长最大为580nm以下的光激发该荧光体,特别是用400nm~550nm的光激发是最有效的。发光光谱在580nm~720nm有峰。
另外,作为红色系荧光体,接近于最密充填结构的结晶的热稳定性好,所以是优选的。另外,作为红色系荧光体含有的氮原子,含有3配位的氮原子时,热稳定性好,所以是优选的。优选红色系荧光体含有的氮原子中3配位的氮原子的含量为20%以上,优选为40%以上,特别优选为60%以上。此处,M2Si5N8:Eu(其中M表示一种或两种以上的碱土金属)的3配位氮原子的含量为50%,以上述式(3)表示的荧光体例如(Ca,Sr)AlSiN3:Eu的3配位氮原子的含量为66%。
另外,这些荧光体可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
上述荧光体的粒径通常为150μm以下,优选为50μm以下,更优选为30μm以下。粒径超过该范围时,制成白光发光装置的情况下,发光色的波动大,并且,将荧光体和粘合剂(密封剂)混合时,难以使荧光体均匀分散。并且,粒径的下限通常为1μm以上,优选为5μm以上。粒径低于该范围时,发光效率有可能降低。另外,优选荧光体的粒度分布较窄。
另外,将上述绿色系荧光体和上述红色系荧光体混合使用的情况下,上述荧光体的含量与绿色系荧光体和红色系荧光体的发光效率的平衡和红色系荧光体多大程度地吸收绿色系荧光体发的光有关,但相对于绿色系荧光体和红色系荧光体的合计重量,以重量百分率计,优选含有通常65%以上、优选70%以上、更优选80%以上、特别优选85%以上的绿色系荧光体。绿色系荧光体的重量百分率比该范围小的情况下,不能得到辉度高、显色性高且显示出优选的白色的白光发光装置,有可能形成红色强的白光发光装置。另外,为了制成白光发光装置,绿色系荧光体的重量百分率通常为99%以下,优选为98%以下,更优选为97%以下。
另外,优选半导体发光元件发出的发光波长下红色系荧光体的吸收效率比绿色系荧光体的发光峰值波长下红色系荧光体的吸收效率大,这种情况下,半导体发光元件发出的光被红色系荧光体吸收而激发红色系荧光体发光的几率比绿色系荧光体发出的光被红色系荧光体吸收而激发红色系荧光体发光的几率高,能得到发光效率更高的发光元件,所以是优选的。
[I-3-2-3.荧光体的发光效率]
构成本发明涉及的荧光体混合物等波长转换材料的荧光体的发光效率优选为20%以上,更优选为30%以上,进一步优选为40%以上,发光效率越高越好。荧光体的发光效率低于20%时,得不到辉度高的发光装置。另外,发光效率的定义是从荧光体发出的光的量子数与照射到荧光体的光的量子数的比。
下面,说明根据量子吸收效率αq和内部量子效率ηi的积计算本发明的第一发光装置中定义的荧光体的发光效率的方法。
首先将作为测定对象的荧光体样品(例如粉末状等)填充到测试皿中,使表面足够平滑以确保测定精度,然后将其安装在积分球等聚光装置上。使用积分球等聚光装置是为了能够全面计算样品反射的光量子和从样品光致激发放出的光量子,也就是说,使用积分球等聚光装置是为了消除未计算的飞向测定系统外的光量子。
将激发荧光体的发光源安装于该积分球等上。该发光源例如是Xe灯等,并使用滤光器或单色仪等将发光峰值波长调整为例如455nm。将从该已调整为具有455nm波长峰的光源发出的光照射到要测定的样品上,使用分光测定装置(例如大塚电子株式会社生产的MCPD2000等)测定其发光光谱。该测定光谱中,实际上除了因从激发发光光源发出的光(以下简记为激发光)引起的光致发光而从样品放出的光量子以外,还有样品反射的激发光的光量子的贡献叠加在该测定光谱中。
吸收效率αq是被样品吸收的激发光的光量子数Nabs除以激发光的全部光量子数N得到的值。
首先,如下计算后者的激发光的全部光量子数N。也就是说,以具有对激发光大致为100%的反射率R的物质、例如Labsphere生产的“Spectralon”(具有对450nm的激发光为98%的反射率)等反射板作为测定对象安装在该分光光度计上,测定反射光谱Iref(λ)。此处,利用下述(式I)由该反射光谱Iref(λ)求出的数值与N成比例。
1 R ∫ λ · I ref ( λ ) dλ (式I)
此处,积分区间实质上可以仅在Iref(λ)具有有意义的值的区间进行。
被前者的样品吸收的激发光的光量子数Nabs与下述(式II)求出的量成比例。
1 R ∫ λ · I ref ( λ ) dλ - ∫ λ · I ( λ ) dλ (式II)
此处,I(λ)是安装了要计算吸收效率αq的对象样品后的反射光谱。(式II)的积分范围与(式I)规定的积分范围相同。通过如此限定积分范围,(式II)的第二项与对象样品反射激发光而产生的光量子数对应,也就是说,对应于对象样品产生的全部光量子中除了激发光引起的光致发光产生的光量子之外的光量子数。实际的光谱测定值通常以用与λ有关的某个有限的带宽划分的数字数据的形式得到,所以(式I)和(式II)的积分可通过基于该带宽的有限和来进行计算。
基于上述理由,得出αq=Nabs/N=(式II)/(式I)。
接着,说明计算内部量子效率ηi的方法。ηi是用由光致发光产生的光量子的数量NPL除以样品吸收的光量子的数量Nabs得到的值。
此处,NPL与下述(式III)求出的量成比例。
∫λ·I(λ)dλ    (式III)
此时,积分区间限定在样品通过光致发光产生的光量子具有的波长域。这是为了从I(λ)中除去样品反射的光量子的影响。具体地说,(式III)的积分下限取(式I)的积分的上端,并且以适合包括光致发光形成的光谱的范围为上端。
基于上述理由,得出ηi=(式III)/(式II)。
另外,从作为数值数据的光谱进行积分时,与计算αq的情况相同。
这样,取按上述求得的量子吸收效率αq和内部量子效率ηi的积,以此计算出本发明定义的发光效率。
本发明使用的荧光体可通过普通的固相反应法来合成。例如将作为构成荧光体的金属元素源的原料化合物用干式方法或湿式方法进行粉碎-混合,制备粉碎混合物后对得到的粉碎混合物进行加热处理,使其发生反应,由此可以制造本发明使用的荧光体。
另外,本发明使用的荧光体是氮化物或氧氮化物荧光体的情况下,通过制作例如含有至少两种以上的构成荧光体的金属元素的合金、优选含有构成荧光体的全部金属元素的合金,将得到的合金在含有氮的氛围气中,于加压下进行热处理,从而可以制作本发明使用的荧光体。另外,例如制作含有构成荧光体的部分金属元素的合金,将得到的合金在含有氮的氛围气中,于加压下进行热处理,然后将其与作为构成荧光体的其他金属元素的源的原料化合物混合,并进行加热处理,由此可以制造本发明使用的荧光体。如此经合金制造的荧光体的杂质少,是辉度高的荧光体。
[II.关于第二发光装置的说明]
下面详细说明本发明的第二发光装置的实施方式,但对下文记载的构成要素的说明是本发明的第二发光装置的实施方式的一个例子(代表例),在不超出本发明的要点的范围内,本发明不限于这些内容。
本发明的第二发光装置是具有光源和至少一种吸收从该光源发出的光的至少一部分转而发出具有与之不同的波长的光的波长转换材料(通常为荧光体)的发光装置,该发光装置的效率为32lm/W以上,平均显色指数Ra为85以上,当将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)、色度坐标值y记作y1(17.5),并且将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)、色度坐标值y记作y1(70)时,色度坐标值x的差值和色度坐标值y的差值[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]满足下式(F)和(G)。
-0.01≤x1(17.5)-x1(70)≤0.01    (F)
-0.01≤y1(17.5)-y1(70)≤0.01    (G)
此处,发光装置的效率是JISZ8113“照明术语”中定义的发光装置的效率,是用光源发出的全部光通量除以该光源的耗电得到的值,其单位是“lm/W”。本发明中,其具体的测定方法以JISZ8724“色的测定方法-光源色”为标准。
以往,发光效率为30lm/W以下的发光装置是已知的,但对于照明用途等耗电大的情况来说,为了减少发热量,希望发光装置的发光效率高,本发明的发明人等反复进行了深入研究,实现了发光效率为32lm/W以上的以往没有的高效率发光装置。
本发明的第二发光装置中,平均显色指数Ra和特殊显色指数R9基于JISZ8726“光源的显色性评价方法”进行测定。显色指数根据JISZ9112“荧光灯按光源色和显色性的区分”分为普通型、高显色型。本发明的第二发光装置至少平均显色指数Ra为85以上,对材料和发光装置的结构进行选择时,特殊显色指数R9中,可以满足温白色显色AA的最低值为64以上,甚至满足昼光色显色AAA的要求值88。
本发明的第二发光装置中使用的光源只要是在流通驱动电流时发光的光源,则没有特别限制,可以使用与第一发光装置中使用的光源相同的光源。
迄今,一直广泛使用组合了添加有In的GaN系蓝色LED和Ce赋活的钇铝石榴石系黄色荧光体的白光发光装置,但是如上所述其具有显色性低的缺点。为了解决该课题,提出了通过以下述的<1>~<3>的方式将光源和至少一种以上的荧光体合用来构成发出所需颜色的发光装置的方案。
<1>波长330nm~420nm的紫外LED发光装置、被该波长激发转而发出在420nm~480nm的波长具有发光峰的荧光的蓝色荧光体、发出在500nm~550nm的波长具有发光峰的荧光的绿色荧光体、在550nm~700nm的波长具有发光峰的红色荧光体的组合。通过该构成形成白光的发光装置,其中,LED发出的紫外线照射到荧光体上时,荧光体发出红、绿、蓝三色光,这三色光混合,得到白色光。
<2>波长420nm~500nm的蓝色LED和被该波长激发转而发出在550nm~600nm的波长具有发光峰的荧光的黄色或红色发光荧光体的组合。通过该构成形成白色或带红色的灯泡色的发光装置,其中,LED发出的蓝色光照射到荧光体上时,荧光体发出红、黄两色光,这些光与LED本身的蓝色光混合,得到白色或带红色的灯泡色光。
<3>波长420nm~500nm的蓝色LED和被该波长激发转而发出在500nm~550nm的波长具有发光峰的荧光的绿色荧光体和发出在610nm~680nm的波长具有发光峰的荧光的红色发光荧光体的组合。通过该构成形成白光的发光装置,其中,LED发出的蓝色光照射到荧光体上,荧光体发出红、绿两色光,这些光与LED本身的蓝色光混合,得到白色光。
本发明的第二发光装置中,可以采用上述<1>~<3>中的任一构成,并且,无论那种情况下,本发明的第二发光装置的特征在于,当将以17.5A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(17.5)、色度坐标值y记作y1(17.5),并且将以70A/cm2的驱动电流密度得到的发光的色度坐标值x记作x1(70)、色度坐标值y记作y1(70)时,满足下式(F)和(G)。
-0.01≤x1(17.5)-x1(70)≤0.01    (F)
-0.01≤y1(17.5)-y1(70)≤0.01    (G)
也就是说,与70A/cm2的驱动电流密度下得到的发光的色度坐标值x和色度坐标值y分别相对于17.5A/cm2的驱动电流密度下得到的发光的色度坐标值x和色度坐标值y的偏移量相当的色度坐标值的差[x1(17.5)-x1(70)]和[y1(17.5)-y1(70)]在±0.01以内。随驱动电流密度的变化产生的发光的色度坐标值的偏移量大于±0.01的情况中,为了控制发光光量而改变驱动电流密度时,色差变大,发光色变得不稳定。
该色度坐标值x的偏移量和色度坐标值y的偏移量越少越理想。
即,偏移量[x1(17.5)-x1(70)]通常为-0.005以上,优选为-0.004以上,更优选为-0.003以上,并且通常为0.005以下,优选为0.004以下,更优选为0.003以下。另外,偏移量[y1(17.5)-y1(70)]也通常为-0.005以上,优选为-0.004以上,更优选为-0.003以上,并且通常为0.005以下,优选为0.004以下,更优选为0.003以下。
对于为实现这种本发明的第二发光装置而使用的荧光体等波长转换材料没有特别的限制。但是,优选使用在第一发光装置已说明的本发明涉及的荧光体混合物。
即,本发明的第二发光装置中,作为波长转换材料,优选使用两种以上的荧光体的混合物,并且将该荧光体混合物在25℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(25)、色度坐标值x记作x2(25)、色度坐标值y记作y2(25),将在125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度记作BR(125)、色度坐标值x记作x2(125)、色度坐标值y记作y2(125)时,满足下式(A)、(B)和(C)。
0.85≤BR(125)/BR(25)≤1.15     (A)
-0.03≤x2(25)-x2(125)≤0.03    (B)
-0.03≤y2(25)-y2(125)≤0.03    (C)
本发明涉及的荧光体混合物在125℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的辉度[BR(125)]与在25℃用该蓝色光激发得到的荧光的辉度[BR(25)]的比[BR(125)/BR(25)]小于0.85或者大于1.15的情况中,使用这种荧光体混合物的白光发光装置等在为了改变从该装置得到的光量而增减在蓝色LED流通的电流值时,得到的发光色的变化大,有可能不能得到稳定的发光色。
这是因为,这种情况下,增减在蓝色LED流通的电流量而增减蓝色光的光量时,随着由蓝色LED产生的发热量的增减,设置在蓝色LED附近的荧光体的温度上下变动,从荧光体发出的荧光强度与根据蓝色LED的光量所期待的荧光强度出现大的偏差。也就是说,为了增减白光发光装置的光量而增减对蓝色LED通电的电流量时,从蓝色LED发出的发光强度和从荧光体发出的荧光强度的混色平衡被破坏,得到的白光发光装置的发光色发生了大的变化。
因此,该辉度的比例[BR(125)/BR(25)]通常为0.85以上,优选为0.9以上,并且通常为1.15以下,优选为1.1以下,更优选为1.05以下。为了得到这种辉度的比例,作为构成荧光体混合物的荧光体,优选选自温度消光现象的程度小的荧光体,所谓温度消光现象是指荧光强度随荧光体的温度的上升而下降的现象。
另外,对于本发明涉及的荧光体混合物,在将在25℃用峰值波长455nm的蓝色光激发得到的荧光的色度坐标值x记作x2(25)、色度坐标值y记作y2(25),且将在125℃用相同的蓝色光激发得到的荧光的色度坐标值x记作x2(125)、色度坐标值y记作y2(125)时,色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]小于-0.03或者大于0.03的情况下,随着使用该荧光体混合物的白光发光装置的光量增减,有可能出现明显的色差。
该色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]是由于荧光体混合物中含有的两种以上荧光体各自的温度消光的程度存在大的差异而引起的。也就是说,含有发光色不同的两种以上荧光体的混合物中,荧光体的温度消光的程度不同的情况下,例如一荧光体随温度上升发生荧光强度的下降小,另一荧光体随温度的上升发生的荧光强度的下降大时,这些不同的发光强度发生加合的情况下,随温度的上升发光色发生变化,引起色差。
所以,随荧光体混合物的温度变化产生的色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]和色度坐标值y的差[y2(25)-y2(125)]均越小越理想,所述差值通常为-0.03以上,优选为-0.02以上,更优选为-0.015以上,并且通常为0.03以下,优选为0.02以下,更优选为0.015以下。
为了得到这种温度变化引起的色度坐标值x的差以及坐标值y的差小的荧光体混合物,优选荧光色不同的构成混合物的多个荧光体的这种温度消光引起的荧光强度的变化率基本一致。组合温度消光引起的荧光强度的变化率基本相等的荧光体时,加合各荧光体的荧光强度得到的白色等混合色基本相同,与温度变化无关,可以减少因温度随发光装置的光量变化而发生的变化引起的发光色的波动。
本发明的第二发光装置的说明中,测定以峰值波长455nm的蓝色光激发荧光体混合物而得到的辉度和色度坐标值x以及色度坐标值y时,例如使用荧光分光光度计,所使用的荧光分光光度计具有利用珀尔帖元件的冷却机构和利用加热元件的加热机构,并且,装备了经感度校正和/或波长校正的高精度双单色仪。这样,通过冷却-加热机构进行控制,预先在25℃或125℃保持足够的时间,直至利用辐射温度计能够确认荧光体的表面温度恒定,然后,测定辉度和色度坐标值。另外,为了将作为激发光的蓝色光的影响控制在最小限度,将激发光的半峰宽缩小到20nm以下,同时仅使用470nm以上的荧光光谱,不使用小于470nm的荧光光谱,使用JIS Z 8724规定的三刺激值算出辉度Y和色度坐标值x以及色度坐标值y。
[绿色系荧光体]
本发明的第二发光装置涉及的波长转换材料可以含有的至少一种在500nm~550nm的波长范围具有荧光强度的峰值的绿色系荧光体可以使用上述本发明的第一发光装置中使用的绿色系荧光体。
[红色系荧光体]
对于本发明的第二发光装置,为了在色差少的发光装置中也得到显色性特别高的发光装置,优选发光装置中使用的荧光体混合物等波长转换材料含有至少一种在610nm~680nm的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体。通过使用在这样的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体,可以得到对橙色、红色、深红色等红色域的色彩重现性高的发光装置,进而通过使用该发光装置可得到在该红色域的色彩重现性优异的显示器用背光、图像显示装置(显示器)或照明装置。红色荧光体的荧光强度的峰值小于610nm时,与蓝色LED组合使用时,红色域的色彩重现性降低,红色荧光体的荧光强度的峰值大于680nm时,虽然显色性增高,但辉度却趋于降低。
本发明涉及的波长转换材料可以含有的至少一种在610nm~680nm的波长范围具有荧光强度的峰值的红色系荧光体可以使用上述本发明的第一发光装置中使用的红色系荧光体。
[荧光体的发光效率]
构成本发明涉及的荧光体混合物等波长转换材料的荧光体的发光效率与上述本发明的第一发光装置中使用的荧光体相同。
[实施方式]
本发明的第二发光装置使用例如作为波长转换材料的含有至少两种荧光体的荧光体混合物和发出可见光的半导体发光装置(例如LED或LD等半导体发光装置)构成,实现了吸收半导体发光装置发出的可见光转而发出更长波长的可见光的发光装置,其辉度高、显色性高、随光量增减的色差少。因此,具有这种特性的本发明的第二发光装置适合作为彩色液晶显示器等显示器用背光和面发光等照明装置等的光源。
下面参照附图更具体地说明本发明的第二发光装置的实施方式,但本发明的第二发光装置并不限于下述的实施方式,实施时可以在不超出本发明的要点的范围进行任意改变。
(1)第一实施方式
图3是示意说明作为本发明的第二发光装置的第一实施方式的发光装置的要部的图。
本实施方式的发光装置101主要由框102、作为光源的蓝色LED(蓝色发光部)103、吸收从蓝色LED103发出的光的一部分转而发出具有与之不同的波长的光的荧光发光部104构成。
框102是树脂制的基部,用来保持蓝色LED103、荧光发光部104。框102的上面形成有在图中上侧开口的截面为梯形的凹部(槽)102A。由此,框102形成杯状,所以从发光装置101放出的光可以具有指向性,能够有效利用放出的光。
另外,框102的凹部102A的内面经镀覆银等金属提高了其对可见光域全部的光的反射率,由此,照到框102的凹部102A内面的光也可以从发光装置101向规定方向放出。
在框102的凹部102A的底部设置有作为光源的蓝色LED103。蓝色LED103是通过供电而发出蓝色光的LED。从该蓝色LED103发出的蓝色光的一部分被荧光发光部104内的发光物质(波长转换材料;此处是荧光物质)作为激发光吸收,另一部分从发光装置101向规定方向放出。
另外,如上所述,蓝色LED103被设置在框102的凹部102A的底部,此处,框102与蓝色LED103之间是利用银膏(粘结剂中混合有银粒子的物质)105粘结的,由此,蓝色LED103被设置于框102中。另外,该银膏105还起到将蓝色LED103产生的热高效地散逸到框102的作用。
框102上安装有用于向蓝色LED103供电的金制连接线106,并通过引线连接法用连接线106将蓝色LED103和设置在蓝色LED103的上面的电极(省略图示)连接。对该连接线106通电,从而蓝色LED103得到供电,蓝色LED103发出蓝色光。另外,结合蓝色LED103的结构,安装一根或几根连接线106。
框102的凹部102A设有吸收从蓝色LED103发出的光的一部分转而发出具有与之不同的波长的光的荧光发光部104。荧光发光部104由荧光体和透明树脂形成。荧光体是被蓝色LED103发出的蓝色光激发而发出比蓝色光更长波长的光的物质(波长转换材料)。构成荧光发光部104的荧光体可以是一种,也可以是几种荧光体的混合物,可以进行选择,使蓝色LED103发出的光与荧光体发光部104发出的光的总和实现所需颜色,但本发明的第二发光装置中,优选使用满足上述式(A)~(C)的荧光体混合物。颜色不仅是白色,还可以是黄色、橙色、粉色、紫色、蓝绿色等。另外,还可以是这些颜色与白色之间的中间色。另外,透明树脂是荧光发光部104的粘合剂,此处,使用环氧树脂,其是能够在整个可见光范围透射的合成树脂。
模塑部108从外部保护蓝色LED103、荧光发光部104、连接线106等,同时其具有控制配光特性的透镜的功能。模塑部108主要使用环氧树脂等树脂。
(2)第二实施方式
图4是示意说明作为本发明的第二发光装置的第二实施方式的发光装置的要部的图。
本实施方式的发光装置110主要由框112、作为光源的蓝色LED(蓝色发光部)113、吸收从蓝色LED113发出的光的一部分转而发出具有与之不同的波长的光的荧光发光部114构成。
框112是树脂制基部,用于保持蓝色LED113、荧光发光部114。框112的上面形成有在图中上侧开口的截面为梯形的凹部(槽)112A。由此,框112形成杯状,所以可以使从发光装置110发出的光具有指向性,能有效利用放出的光。
另外,凹部112A的底部设有从发光装置110的外部向该电极供电的未图示的电极,从而可以从该电极向蓝色LED113供电。
框112的凹部112A的内面由对可见光域全部的光的反射率高的材质形成。由此,照射到框112的凹部112A内面的光也可从发光装置110向规定方向放出。并且,电极被实施了金属镀覆,所镀覆的金属对可见光域全部的光的反射率高。
框112的凹部112A的底部设置有作为光源的蓝色LED113。蓝色LED113是通过供电而发出蓝色光的LED。从该蓝色LED113发出的蓝色光的一部分被荧光发光部114内的发光物质(此处是荧光物质)作为激发光吸收,另一部分从发光装置110向规定方向放出。
被设置在框112的凹部112A的底部的蓝色LED113与框112之间利用银膏(粘结剂中混合有银粒子的物质)115粘结,由此,蓝色LED113被设置于框112。另外,该银膏115还起到将蓝色LED113产生的热高效地散逸到框112的作用。
框112上安装有用于向蓝色LED113供电的金制连接线116,并通过引线连接法用连接线116将蓝色LED113和设置在框112的凹部112A的底部的电极(省略图示)连接。对该连接线116通电,从而蓝色LED113得到供电,蓝色LED113发出蓝色光。另外,结合蓝色LED113的结构,安装一根或几根连接线116。
在框112的凹部112A设有吸收从蓝色LED113发出的光的一部分转而发出具有与之不同的波长的光的荧光发光部114。荧光发光部114由荧光体和透明树脂形成。荧光体是被蓝色LED113发出的蓝色光激发而发出比蓝色光更长波长的光的物质(波长转换材料)。构成荧光发光部114的荧光体可以是一种,也可以是几种荧光体的混合物,可以进行选择,使蓝色LED113发出的光与荧光体发光部114发出的光的总和实现所需颜色,但本发明的第二发光装置中,优选使用满足上述式(A)~(C)的荧光体混合物。颜色不仅是白色,还可以是黄色、橙色、粉色、紫色、蓝绿色等。另外,还可以是这些颜色与白色之间的中间色。另外,透明树脂是荧光发光部114的粘合剂,此处,使用环氧树脂或硅树脂,其是能够在整个可见光范围透射的合成树脂。
图5示出安装了图3给出的发光装置101的面发光照明装置109,如图5所示,在照明装置内面为白色平滑面等不透光性的方形支持壳体109A的底面设置大量的发光装置101,并在其外侧设置用于驱动发光装置101的电源和电路等(未图示),在相当于支持壳体109A的盖部的位置,固定白色的丙烯酸树脂板等扩散板109B,以使发光均一化。
于是,驱动面发光照明装置109,通过在发光装置101的蓝色LED103上施加电压,使之发出蓝色光等时,荧光发光部104中作为波长转换材料的荧光体混合物吸收该发光的一部分,转而发出更长波长的光,另一方面,该更长波长的光与未被荧光体吸收的蓝色光等混色,得到显色性高的发光,该光透射过扩散板109B,在图面上方射出,在支持壳体109A的扩散板109B面内得到均匀明亮的照明光。
同样,本发明的第二发光装置还可以作为彩色液晶显示器等显示器的光源即背光进行安装。
[III.关于白光发光装置的说明]
下面对本发明的白光发光装置的一个实施方式进行说明,但本发明的白光发光装置并不限于下述的实施方式,实施时,可以在不超出本发明的要点的范围任意进行变化。
本实施方式的白光发光装置(白光发光元件)具有产生光(下面为了方便起见称作“一次光”)的光源(发光元件等)、吸收从该光源发出的光的至少一部分转而发出与一次光波长不同的光(下面为了方便起见称作“二次光”)的至少一种波长转换材料,并且该白光发光装置发出包括波长转换材料发出的二次光的白色光。此处,白色光可以以一次光和二次光的合成光、两种以上的二次光的合成光等合成的光的形式得到。
另外,本实施方式的白光发光装置中,上述白色光的发光光谱在500nm~650nm的波长范围(下面为了方便起见将该波长范围记作“规定波长范围”)中的最大发光强度为上述规定波长范围中的最小发光强度的150%以下。
[III-1.白色光]
[III-1-1.发光光谱平坦的方面]
白光发光装置主要用于照明,并希望能忠实地重现物体的颜色(即发出的白色光的显色性高)。为了实现这个目的,优选白光发光装置发出的白色光含有自然光所包含的全部可见光成分。特别是发光光谱的500nm~650nm的规定波长范围是视觉度高、含有从蓝绿到红色的主要光成分的波长范围,均匀地含有该波长范围的可见光成分即发光光谱平坦与良好的显色性有关。
特别是相关色温5000K附近的昼白色的和相关色温6500K附近的昼光色的白光照明是占国内外使用的白光照明的大部分的照明色调,这些相关色温下的完全辐射体的发光光谱在上述的规定波长范围内基本平坦。所以,将白光发光装置用作照明装置时也同样优选本实施方式的白光发光装置发出的白色光在上述的规定波长范围具有平坦的光谱。
再者,波长大于650nm的波长范围的光的视觉度特别低,产生该波长范围的光时有时可能导致白光发光装置整体的效率降低。因此,本实施方式的白光发光装置发出的白色光优选波长大于650nm的波长范围即波长大于规定波长范围中的值的波长范围的光成分的发光强度小。
另一方面,对于波长小于500nm的波长范围的光来说,与规定波长范围的光同样,优选是平坦的。但是,现在可获得的发光元件等一次光光源通常其发光半峰宽小。因此,在波长小于500nm的波长范围中,本实施方式的白光发光装置发出的白色光不得不采取在特定波长的光强而接近该特定波长的波长域的光少的状况。但是,与波长大于650nm的波长范围的光同样,在波长小于500nm的从蓝色到蓝紫色的区域的光的视觉度也低,所以波长小于500nm的波长范围即波长小于规定波长范围的值的波长范围的光成分的发光光谱即使不平坦,显色性等特性也不大幅下降。
上述的规定波长范围中的发光光谱的平坦程度可用如下求出的指标I(ratio)进行表示。
测定规定波长范围中的发光光谱的最小发光强度I(min)与最大发光强度I(max),两者的百分比形式的比例为I(ratio)。该I(ratio)可利用下式(i)进行计算。
I(ratio)={I(max)/I(min)}×100    (i)
I(ratio)在定义上是100%以上的值,本实施方式的白光发光装置发出的白色光中,该I(ratio)通常为150%以下,优选为140%以下,更优选为135%以下,进一步优选为130%以下。即,上述规定波长范围中的白色光的发光光谱的最大发光强度相对于最小发光强度在上述范围的大小即可。I(ratio)越接近100%,发光光谱就越平坦,所以I(ratio)越小就越理想。
[III-1-2.白色光的相关色温]
本实施方式的白光发光装置发出的白色光的相关色温只要不明显影响本发明的效果,可以是任意值,但优选是基于有关现有荧光灯的光源色的JIS标准(Z 9112)中的昼白色(记号N)或昼光色(记号D)的发光色。昼白色的相关色温相当于4600K~5400K,昼光色的相关色温相当于5700K~7100K。相关色温的范围更优选的是昼白色中的4800K~5200K的范围和昼光色中的6000K~6800K的范围,更优选昼白色尽可能接近5000K,昼光色尽可能接近6500K。另外,相关色温是基于JIS Z 8725求出的,优选调节发光色,使距黑体辐射轨迹的距离小。
[III-1-3.白色光的色]
本实施方式的白光发光装置发出的白色光的颜色可以根据其用途等进行任意设定。再者,说明书中,白色是指JIS Z8110的色区分中规定的白色。另外,白色光的颜色可利用色彩辉度计、辐射辉度计等进行测定。
另外,就与CIE色度图的关系而言,白色光的颜色以CIE色度图色度坐标(x,y)为(0.33,0.33)的普通的白色光为基础,可以是例如色坐标(x,y)为(0.28,0.25)、(0.25,0.28)、(0.34,0.40)和(0.40,0.34)围起来的区域内的颜色。
[III-1-4.白色光的发光效率]
本实施方式的白光发光装置中,白色光的发光效率通常为20lm/W以上,优选为30lm/W以上,更优选为40lm/W以上。虽然通过使用大量小于该范围下限的元件也可以得到必要的明亮度,但这要消耗大量的能量,所以不是优选的。再者,白光发光装置的发光效率可以通过将例如用积分球测定的白色光的光通量除以供电来测定。
[III-1-5.白色光的显色性]
利用本实施方式的白光发光装置,可以提高白色光的显色性。虽然对具体的值没有特别限制,但JIS-Z8726规定的显色指数R1~R8的平均值Ra的值通常为80以上,优选为85以上,更优选为90以上。
[III-2.构成]
下面在图6给出本实施方式的白光发光装置的示意截面图,说明白光发光装置的构成。图6所示的白光发光装置是本发明的白光发光装置的一个例子,本发明的白光发光装置并不限于下述的实施方式。
如图6所示,本实施方式的白光发光装置201具有作为发出一次光的光源的发光元件202、吸收一次光转而发出二次光的至少一种波长转换材料203,204。另外,通常,白光发光装置201具有框205作为基部,用于保持发光元件202和波长转换材料203,204。
再者,本实施方式的白光发光装置201发出的白色光在规定波长范围的发光光谱是平坦的,相关色温、颜色、强度和发光效率在上述的范围。
[III-2-1.框]
框205是用于保持发光元件202和波长转换材料203,204的基部,其形状和材质等是任意的。
作为框205的形状的具体例子,可以根据其用途制成板状、杯状等适当的形状。另外,例示的形状中,杯状的框可以使白色光的射出方向具有指向性,能有效利用白光发光装置放出的光,所以优选杯状的框。
另外,作为框205的材质的具体例子,可根据用途使用金属、合金、玻璃、碳等无机材料;合成树脂等有机材料等适当的材质。
但是,优选提高从发光元件202和/或波长转换材料203,204发出的光(例如一次光和/或二次光)照射到的框205的面对照射到的光的反射率,特别是更优选提高其对可见光域全部的光的反射率。因此,优选至少光照射到的面由反射率高的材料形成。作为其具体例子,可以举出使用含有玻璃纤维、氧化铝粉、氧化钛粉等高反射率的物质的材料(注射成型用树脂等)形成框205的全部或框205的表面。
另外,提高框205的表面的反射率的具体方法是任意的,除了上述那样选择框205自身的材料之外,还可以通过用例如银、铂、铝等高反射率的金属或合金进行镀覆或蒸镀处理来提高对光的反射率。
另外,提高反射率的部分可以是框205的全部,也可以是其一部分,通常优选提高从发光元件202和/或波长转换材料203,204发出的光照射到的部分的全部表面的反射率。
另外,通常在框205设置用于对发光元件202供电的电极和端子等。
本实施方式中,设计成杯状的框205的凹部205A的底部形成有向发光元件202供电的导电性端子206,207,而导电性端子206,207被连接于外部的电源(省略图示)。
[III-2-2.发光元件]
发光元件202发出一次光作为波长转换材料203,204的激发光,具有光源的作用。另外,一次光的一部分还用作白光发光装置201放出的白色光的一成分,这种情况下,合成一次光和二次光得到的合成光作为白色光从白光发光装置201发出。即,从发光元件202发出的一次光中的一部分被波长转换材料203,204作为激发光吸收,而另一部分从白光发光装置201发出。值得注意的是,白色光不一定含有一次光,例如本实施方式的白光发光装置201还可以以两种以上二次光的合成光的形式发出白色光。
发光元件202的种类是任意的,可根据白光发光装置201的用途或构成选择适当的种类。作为发光元件202的例子,可以举出发光二极管(即LED)、端面发光型或面发光型的激光二极管(即LD)、电致发光元件等。其中通常优选价格低的LED。
另外,发光元件202发出的一次光的发光波长也是任意的,可根据白光发光装置201放出的白色光使用发出适当发光波长的一次光的发光元件。通常,优选使用发出近紫外光到蓝色光作为一次光的发光元件。如果列举一次光的具体的波长范围,通常为370nm以上,优选为380nm以上,并且通常为500nm以下,优选为480nm以下。一次光的波长大于该范围的上限时,难以得到发光效率高的发光装置,并且一次光是发光波长为480nm以上的比蓝绿色波长更大的光的情况下,极难将其有效地转换为蓝色的光,因而可能形成不含蓝色的光的发光装置,不能得到白光发光装置。另外,一次光的波长小于下限时,也极难得到发光效率高的发光装置。
作为发光元件202的具体例子,可以举出使用在碳化硅、蓝宝石、氮化镓等基板上以MOCVD法等方法结晶成长有InGaN系、GaAlN系、InGaAlN系、ZnSeS系半导体等的LED等。其中,优选使用以(In,Ga)N为主成分的LED。
另外,发光元件202可以单独使用一个,也可以合用两个以上的发光元件202。另外,发光元件202可以仅使用一种,也可以合用两种以上。
另外,将发光元件202向框205安装时,其具体的方法是任意的,例如可以使用焊料进行安装。焊料的种类是任意的,例如可以使用AuSn、AgSn等。另外,使用焊料时,还可以实现能通过焊料由形成在框205的电极、端子206,207等进行供电。特别是使用散热性重要的大电流型LED和激光二极管等作为发光元件202时,焊料发挥优异的散热性,所以使用焊料设置发光元件202是有效的。
另外,通过焊料以外的手段将发光元件202向框205安装时,可以使用例如环氧树脂、酰亚胺树脂、丙烯酸树脂等粘结剂。这种情况下,通过使用在粘结剂中混合银粒子、碳粒子等导电性填料而形成膏状的物质可以像使用焊料时那样,能够实现通过对粘结剂通电来向发光元件202供电。另外,混合这些导电性填料还能提高散热性,所以是优选的。
另外,向发光元件202供电的方法也是任意的,除了对上述的焊料或粘结剂通电之外,还可将发光元件202与电极或端子206,207等通过引线连接法连接来进行供电。对此时使用的连接线没有限制,其材料和尺寸等是任意的。例如,作为连接线的材料,可以使用金、铝等金属,并且,其粗度通常设定为20μm~40μm,但连接线并不限于此。
另外,作为向发光元件供电的其他方法的例子,可以举出通过使用凸点(bump)的倒装芯片(flip chip)实装来向发光元件202供电的方法。
本实施方式中,使用LED作为发光元件202,该发光元件202被设置在框205的凹部205A的底部。并且,发光元件202被直接连接于导电性端子206,通过引线连接法经连接线208与导电性端子207连接,从而实现供电。
但是,还可以使用上述发光元件以外的光源。
[III-2-3.波长转换材料]
波长转换材料203,204吸收发光元件202发出的一次光的至少一部分转而发出与吸收的一次光波长不同的二次光。于是,通过适当选择波长转换材料203,204,可以以一次光和二次光的合成光或两种以上的二次光的合成光的形式得到白色光。
对于波长转换材料203,204,在不明显损害本发明的效果的前提下,可以根据白光发光装置201的用途适当选择使用公知的波长转换材料。另外,波长转换材料203,204的发光本身没有限制,可通过荧光、磷光等任何的机制进行发光。另外,在不超出本发明的要点的范围内,波长转换材料203,204可以单独使用一种,但从上述那样减小I(ratio)的角度出发,优选使用两种以上发光波长不同的波长转换材料203,204。进而,当使用两种以上波长转换材料203,204时,其组合和比例是任意的。
另外,波长转换材料203,204在作为激发光吸收的光(通常为一次光)的波长或发出的光(即二次光)的波长方面没有限制,在不明显损害本发明的效果的前提下,所述波长是任意的。这些光的优选的波长范围如下:波长转换材料203,204的激发光的波长范围通常为350nm以上,优选为400nm以上,更优选为430nm以上,并且通常为600nm以下,优选为570nm以下,更优选为550nm以下。另一方面,波长转换材料发出的光的波长通常为400nm以上,优选为450nm以上,更优选为500nm以上,并且通常为750nm以下,优选为700nm以下,更优选为670nm以下。
另外,使用两种波长转换材料203,204时,优选合用满足下述特征的第一波长转换材料和第二波长转换材料。
第一波长转换材料优选吸收波长通常为350nm以上、优选为400nm以上、更优选为430nm以上、并且通常为520nm以下,优选为500nm以下、更优选为480nm以下的光作为激发光的波长转换材料。
另外,第一波长转换材料优选发出的光的波长通常为400nm以上,优选为450nm以上,更优选为500nm以上,并且通常为600nm以下,优选为570nm以下,更优选为550nm以下的波长转换材料。
另一方面,第二波长转换材料优选吸收波长通常为400nm以上、优选为450nm以上、更优选为500nm以上、并且通常为600nm以下、优选为570nm以下、更优选为550nm以下的光作为激发光的波长转换材料。
另外,第二波长转换材料优选发出的光的波长通常为550nm以上,优选为580nm以上,更优选为600nm以上,并且通常为750nm以下,优选为700nm以下,更优选为670nm以下的波长转换材料。
通过使用吸收上述波长范围的激发光转而发出上述波长范围的光的波长转换材料,可以得到发出全部可见光区域的波长的光的发光装置,特别是可以得到能发出500nm~650nm范围的全部波长的光的优点。另外,波长转换材料是一种时,只要能够满足本发明的要点,则也是允许的。
另外,构成本实施方式的白光发光装置201时,通过使用适当的材料作为波长转换材料203,204,可以得到特性更优异的白光发光装置201。作为波长转换材料203,204应该具有的特性,可以举出例如因温度的上升而发生的发光强度的变化小、内部量子效率高、吸光度大等。
·因温度上升而发生的发光强度的变化小
波长转换材料203,204优选因温度上升而发生的发光强度的变化小。也就是说,优选发光强度的温度依赖性小。使用温度依赖性大的物质作为波长转换材料203,204时,对于不同的温度条件,二次光的强度发生变化,一次光和二次光的强度的平衡和二次光之间的强度的平衡发生变化,白色光的色调有可能变化。其具体例子可以举出使用例如LED等伴随发光而发热的器件作为发光元件202,这种情况下,持续点亮时,由于发光元件202的发热,白光发光装置201的温度随时间推移而升高,与此同时,波长转换材料203,204发出的二次光的强度发生变化,点亮后不久和持续点亮时的白色光的色调可能发生变化。但是,通过使用温度依赖性小的波长转换材料203,204,可以抑制上述的色调变化。
因温度上升而发生的发光强度的变化可以用100℃时的辉度与25℃时的辉度的比例(为了方便起见,以下称作“辉度维持率”)TR(%)来表示。具体地说,辉度维持率TR通常为80%以上,优选为90%以上,更优选为95%以上。
另外,TR可以如下进行测定。
首先,使用向洋电子生产的温度特性评价装置,在直径8mm的粉体用容器(ホルダ一)中填装约100mg测定样品粉(波长转换材料),然后将其置于装置内。其后,分别在保持25℃和100℃的状态下,使用TOPCON生产的色彩辉度计BM5A,于大气中,测定照射460nm激发光(150W氙灯的光经衍射光栅分光器分出的光)状态下的辉度。然后计算100℃时的辉度与25℃时的辉度的比,以此作为辉度维持率TR(%)。
另外,与此相关的是,波长转换材料203,204优选硫含量少。硫有时是波长转换材料203,204热老化的原因,所以通过使用硫少、优选不含硫的波长转换材料203,204,可以得到特性好的白光发光装置。具体地说,波长转换材料203,204优选不含以含硫的化合物为母体的物质,即优选不含硫化物、氧硫化物、硫酸盐等。
·内部量子效率高
波长转换材料203,204优选其内部量子效率通常为40%以上,优选为50%以上。内部量子效率小于该范围的下限的材料会降低白光发光装置的发光效率,所以不是优选的。其中关于发出500nm~600nm的波长的光的波长转换材料203,204,其产生视觉度特别高的区域的光作为二次光,所以更优选内部量子效率更高,具体地说,更优选内部量子效率为60%以上。
·吸光度高
波长转换材料203,204的吸光度通常为50%,优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为75%以上。吸光度小于该范围的下限时,仍然存在不能使白光发光装置的发光效率充分高的可能。
另外,上述的内部量子效率和吸光度是对发光元件202的发光波长的光的内部量子效率和吸光度,具体地说,是由发光元件202发出的光的发光峰值波长的光(为了方便起见,以下简称为“发光元件202的发光峰值波长的光”)激发时的内部量子效率和吸光度,可如下计算内部量子效率和吸光度。
首先,将发光元件的发光峰值波长的光向反射率为0.97的白色扩散板射入,并在白色扩散板进行反射,用积分球收集白色扩散板反射的光,并用多通道光检测器捕捉积分球收集的光,测定发光元件的发光峰值波长的光被白色扩散板反射的反射光强度RW。
接着,将发光元件的发光峰值波长的光入射到波长转换材料,用积分球收集波长转换材料反射的光和被波长转换材料吸收后经波长转换发出的光,与反射光强度RW的测定同样地用多通道光检测器捕捉积分球收集的光。用多通道光检测器测定后,测定发光元件的发光峰值波长的光被波长转换材料反射的反射光强度RP。
然后,根据下式(ii),算出被波长转换材料吸收的吸收光强度AP,用该吸收光强度AP乘以发光元件的发光峰值波长的光的波长,换算成与吸收光光量子数对应的值PA。
吸收光强度AP={(反射光强度RW)/0.97}-(反射光强度RP)  (ii)
另外,对于反射光强度RW,同样地乘以波长,换算成与反射光光量子数对应的值RWA。
其后,对于在反射光强度RP的测定中捕捉到的发光元件的发光峰值波长的光入射到波长转换材料而由积分球收集的光,加合观测到的光的波长成分中不含反射光的波长范围(即波长转换材料发出的光的波长范围)内的光的强度与波长的积,换算成与发光光量子数对应的值PP。
最后,根据“内部量子效率=(与发光光量子数对应的值PP)/(与吸收光光量子数对应的值PA)”,算出内部量子效率。
另外,根据“吸光度=(与吸收光光量子数对应的值PA)/{(与反射光光量子数对应的值RWA)/0.97}”,算出吸光度。
另外,上述的内部量子效率高和吸光度大是优选的,更优选兼具这两种特性。
作为满足上述特性的波长转换材料203,204,可以使用例如Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce等绿色发光材料和CaAlSiN3:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、SrAlSiN3:Eu2+等红色发光材料以适当比例混合的材料,但只要满足上述条件,其并不限于这些材料。
下面,作为本实施方式的白光发光装置使用的优选的波长转换材料203,204的例子,可以举出上述的第一波长转换材料和第二波长转换材料的具体例子。但是,波长转换材料203,204并不限于下面例示的材料。
(第一波长转换材料的例子)
作为第一波长转换材料的第一个例子,可以举出上述本发明的第一发光装置中使用的绿色系荧光体。
(第一波长转换材料的其他例子)
作为第一波长转换材料的其他例子,可以举出(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu、(Ba,Mg,Ca,Sr)5(PO)4Cl:Eu、(Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8:Eu等在400nm~500nm具有发光峰的物质;(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu,Mn、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu,Mn、(Ca,Sr)Al2O4:Eu、通式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(其中,0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≤n<1.5)表示的经Eu赋活的α赛隆(silon)等在500nm~600nm具有发光峰的物质,但不限于这些。另外,还可以使用多种上述的荧光体。
(第二波长转换材料的例子)
作为第二波长转换材料的第一个例子,可以举出上述本发明的第一发光装置使用的红色系荧光体。
(第二波长转换材料的其他例子)
作为第二波长转换材料的其他例子,只要其发出的光与发光元件发出的一次光或第一波长转换材料发出的二次光合成形成白色光,则没有特别限制,例如可以使用以通式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(其中,0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≤n<1.5)表示的经Eu赋活的α赛隆、Ca2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu、(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、CaSi7N10:Eu、发出荧光的铕配位化合物等。另外,还可以使用多种上述的荧光体。
另外,组合上述的第一波长转换材料和第二波长转换材料使用时,在不明显损害本发明的效果的前提下,两者的使用量的比例是任意的,但优选第二波长转换材料对第一波长转换材料的体积比通常为0.05以上,优选为0.1以上,更优选为0.2以上,并且通常为1以下,优选为0.8以下,更优选为0.5以下。该比例过大或过小均难以得到理想的白色光。
另外,波长转换材料203,204通常以粒状使用。此时,波长转换材料203,204的粒子的粒径是任意的,但通常为150μm以下,优选为50μm以下,更优选为30μm以下。粒径大于该范围时,白光发光装置1的发光色的波动变大,同时,将波长转换材料202和粘合剂(密封剂)混合的情况下,有可能难以均匀涂布波长转换材料203,204。另外,粒径的下限通常为1μm以上,优选为5μm以上。粒径小于该范围时,发光效率有可能下降。
另外,在不明显损害本发明的白光发光装置的效果的前提下,波长转换材料203,204的存在状态是任意的。例如可以使用粘合剂209将其保持于框205,或者不使用粘合剂209而将其固定于框205。
粘合剂209通常用于将粉末状或粒状的波长转换材料203,204聚集并粘着在框205。对本实施方式的白光发光装置201中使用的粘合剂209没有限制,可以任意使用公知的粘合剂。
其中,将白光发光装置201构成为透射型的情况下,即一次光和二次光等透射过粘合剂209放出到白光发光装置201的外部的情况下,理想的是选择能使白光发光装置201发出的光的各成分透过的粘合剂作为粘合剂209。
列举粘合剂209的例子时,除了树脂等之外,还可以使用玻璃等无机材料。列举其具体例子时,作为树脂,可以举出环氧树脂、硅树脂等有机合成树脂,还可以举出聚硅氧烷凝胶;玻璃等无机材料等。
另外,使用树脂作为粘合剂209的情况下,该树脂的粘度是任意的,优选根据所使用的波长转换材料203,204的粒径和比重特别是单位表面积的比重来使用具有适当粘度的粘合剂209。例如,将环氧树脂用于粘合剂209时,波长转换材料203,204的粒径为2μm~5μm且其比重为2~5的情况下,通常如果使用1Pas~10Pas粘度的环氧树脂,能够很好地分散波长转换材料203,204的粒子,所以是优选的。
另外,粘合剂209可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
另外,波长转换材料203,204中还可以同时存在其他成分。对其他成分没有特别限制,可以任意地使用公知的添加剂。
列举具体例子时,例如进行白光发光装置201的配光特性和/或混色的控制的情况下,作为其他成分,优选使用氧化铝、氧化钇等扩散剂。
另外,例如将波长转换材料203,204高密度地填充的情况下,作为其他成分,优选使用焦磷酸钙、硼酸钡钙等结合剂。
另外,不使用粘合剂209的情况下也可将波长转换材料保持于框。例如,将波长转换材料进行烧制,制成烧制体,可以将该烧制体直接安装于框。例如,还可将波长转换材料制成玻璃后安装于框,或者将对波长转换材料的单晶进行加工得到的物质安装于框。
另外,使用粘合剂209的情况下,可以将上述的其他成分分散在粘合剂209中,但不使用粘合剂209的情况下,也可以使添加剂等其他成分共存于波长转换材料。
本实施方式中,作为波长转换材料203,204,使用上述的属于第一波长转换材料的波长转换材料203和属于第二波长转换材料的波长转换材料204,这些波长转换材料203,204以分散在粘合剂209中的状态保持在框205的凹部205A。
另外,本实施方式使用的波长转换材料203,204使用因温度上升而发生的发光强度的变化小、内部量子效率高、且吸光度也高的物质。另外,粘合剂209可以透射发光元件202发出的一次光和波长转换材料203,204发出的二次光,由此,可以以一次光和二次光的合成光的形式发出白色光。
[III-2-4.制造方法]
对白光发光装置201的制造方法没有限制,该方法是任意的,例如将波长转换材料203,204以及适当使用的粘合剂209和其他成分分散在分散介质中,配制浆料,将配制好的浆料涂布于安装有发光元件202的框205后,使浆料干燥,由此可以形成白光发光装置201。另外,有时也可以在涂布浆料时或涂布浆料后将发光元件202安装于框205。
通过将波长转换材料203,204和适当使用的粘合剂209以及添加剂等其他成分混合在分散介质中来进行浆料的配制。另外,根据粘合剂209的种类,有时浆料可能改称为糊、颗粒等,本发明的白光发光装置的说明中,所称浆料包括这些称呼。
对浆料的配制中使用的分散介质没有限制,可以任意使用公知的分散介质。作为其具体例子,可以举出正己烷、正庚烷、SOLVESSO等链烃;甲苯、二甲苯等芳香烃;三氯乙烯、全氯乙烯等卤代烃;甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等醇类;丙酮、丁酮、甲基异丁酮等酮类;乙酸乙酯、乙酸正丁酯等酯类;溶纤剂、丁基溶纤剂、乙酸溶纤剂等醚类;水、任意的水溶液等水系溶剂等。
接着,将配制好的浆料涂布于框205等基材。涂布方法是任意的,例如可以利用涂布器、浇注等方法。
涂布后,使分散介质干燥,使波长转换材料203,204固定于框205。干燥方法是任意的,例如可以采用自然干燥、加热干燥、真空干燥、烘焙、紫外线照射、电子射线照射等方法。其中,在几十℃~一百几十℃的温度的烘干用价格低的设备可简单确实地除去分散介质,所以是优选的。
另外,基于制造反射型的白光发光装置(后述)的目的进行波长转换材料203,204的高密度化的情况下,优选在浆料中混合结合剂作为其他成分。另外,涂布混合有结合剂的浆料时,优选采用丝网印刷式或喷墨印刷等涂布方法。这是因为,这样可以容易地进行浆料的分次涂布(涂りゎけ)等。当然,使用结合剂的情况下,也可以利用普通的涂布方法进行涂布。
另外,还有不使用浆料的方法。例如,将波长转换材料203,204与适当使用的粘合剂209和其他成分混合,通过进行混炼成型,将波长转换材料203,204安装于框205,这样也可以制造白光发光装置201。另外,进行成型时,例如还可以通过进行压制成型、挤出成型(T型模挤出、中空挤出、吹制成型、熔融纺丝、异形挤出等)、注射成型等来进行成型。
另外,粘合剂209是环氧树脂或硅树脂等热固性粘合剂的情况下,将固化前的粘合剂209、波长转换材料203,204和适当使用的其他成分混合,进行成型,其后通过加热使粘合剂209固化,将波长转换材料203,204安装于框205,这样也可以制造白光发光装置201。另外,粘合剂209是UV(紫外线)固化型粘合剂的情况下,通过照射UV光代替上述方法中的加热,使粘合剂209固化,将波长转换材料203,204安装于框205,这样也可以制造白光发光装置201。
另外,波长转换材料203,204可以在白光发光装置201的制造时的一系列步骤中制作,也可以预先另外准备含有波长转换材料203,204的部件,后续安装于框205等来完成白光发光装置201。
[III-3.作用]
本实施方式的白光发光装置201是如上构成的,所以使用时,向发光元件202供电后,使发光元件202发光。发光元件202因被供电而发出一次光。一次光的一部分被分散在粘合剂209的波长转换材料203,204吸收,由此,波长转换材料203,204各自发出荧光作为二次光。如此,未被波长转换材料203,204吸收的一次光和波长转换材料203,204发出的二次光透射过粘合剂209,从白光发光装置201以一次光和二次光的合成光的形式发出白色光。
本实施方式的白光发光装置201发出的白色光在上述的规定波长范围具有平坦的发光光谱,所以显色性优异。
另外,本实施方式的白光发光装置201中,所使用的是发光强度的温度依赖性小的波长转换材料203,204,所以,能够抑制以往那样的在点亮后白色光随时间推移色调发生变化的现象。
另外,本实施方式的白光发光装置201中,使用的是对与发光元件202发出的一次光同样波长的光的内部量子效率高且吸光度高的波长转换材料203,204,所以可以使白光发光装置201发出的白色光的强度比以往高,进而可以提高白光发光装置201的发光效率。
另外,本实施方式中,白色光举出的是含有一次光成分的白色光,但不含一次光的白色光也可以得到同样的优点。
[III-4.其他]
上面,对本发明的白光发光装置的一个实施方式进行了说明,但本发明的白光发光装置并不限于上述的实施方式,只要不超出本发明的要点,实施时可以任意地变化。
例如,还可以将白光发光装置201制成反射型。作为其具体例子,如图7所示,可以采取从发光元件202发出的一次光在框205的表面等反射后发射到外部的结构。另外,图7中,以与图6同样的符号表示的部位表示与图6中同样的意义。
图7的构成中,利用梁210,发光元件202被远离框205设置,并且,波长转换材料203,204以分散在粘合剂209中的状态被涂布形成在框205的凹部205A的表面。
另外,导电性端子206,207被设置在梁210上,以便能向发光元件202供电。此外,图7的白光发光装置201与上述实施方式同样地构成。
这种情况下,从发光元件202发出的一次光的一部分在框205的表面等发生反射并作为白色光的一成分向白光发光装置201的外部发射,另一部分被波长转换材料203,204吸收。于是,固定在凹部205A的表面的波长转换材料203,204吸收一次光后被激发,发出二次光。由此,白光发光装置201能够以一次光和二次光的合成光的形式发出白色光。
即使白光发光装置201如此地构成为反射型的情况下,通过设置成白色光在上述的规定波长范围具有平坦的发光光谱,也能提高白色光的显色性,并且,通过使用发光强度的温度依赖性小的波长转换材料203,204,能够抑制点亮后白色光的色调随时间推移发生变化的情况,进而,通过使用对与发光元件202发出的一次光同样波长的光的内部量子效率高且吸光度高的波长转换材料203,204,能够提高白色光的强度,进而提高白光发光装置201的发光效率。
另外,例如,除了如上述实施方式那样混合波长转换材料203,204后使用之外,还可以根据波长转换材料203,204的性质、种类等,有区别地将其配置于不同的部位或部件。    
作为具体例子,可以如图8所示那样,在框205的凹部205A内的一部分,将波长转换材料203分散于粘合剂209A,在凹部205A的剩余部分,将波长转换材料204分散于粘合剂209B。另外,图8中,以与图6,7同样的符号表示的部位表示与图6,7同样的部位。另外,粘合剂209A和粘合剂209B可以是同种物质,也可以是不同物质。
图8的构成中,从发光元件202发出的一次光的一部分作为白色光的一成分向白光发光装置201的外部发射,另一部分被波长转换材料203,204吸收。于是,分散在粘合剂209A内的波长转换材料203和分散在粘合剂209B内的波长转换材料204分别被一次光激发而发出二次光,由此,白光发光装置201可以以一次光和二次光的合成光的形式发出白色光。
即使将白光发光装置201如图8所示那样根据波长转换材料203,204的性质、种类等有区别地配置于不同的部位或部件的情况下,通过设置成白色光在上述的规定波长范围具有平坦的发光光谱,也能提高白色光的显色性,并且,通过使用发光强度的温度依赖性小的波长转换材料203,204,能够抑制点亮后白色光的色调随时间推移发生变化的情况,进而,通过使用对与发光元件202发出的一次光同样波长的光的内部量子效率高且吸光度高的波长转换材料203,204,能够提高白色光的强度,进而提高白光发光装置201的发光效率。
另外,可以进一步改变图8的白光发光装置201,其中,根据波长转换材料203,204,将不同的凹部205A设置于框205,根据波长转换材料203,204的性质和种类等,将波长转换材料203,204配置于不同的凹部205A。
[III-5.照明装置]
上述的白光发光装置201可以用于照明装置。该照明装置如果具有上述的白光发光装置201,则没有其他限制,通常该照明装置的构成中适当组合有透镜等配光元件、保护罩、防反射膜、视野扩大膜、提高辉度膜、透镜片、散热板等其他结构部件。
作为实例,例如使用白光发光装置201可以构成图9所示的面发光照明装置211。该面发光照明装置211中,在支持壳体212内平行布置了大量的上述的白光发光装置201,支持壳体212是在上面部分开口的筐体,白光发光装置201向支持壳体212的开口部分212A发出白色光。此处,白光发光装置201是将与上述实施方式中说明的白光发光装置相同的白光发光装置用模塑部件覆盖而得到的白光发光装置。另外,可以从电源、电路(省略图示)向各白光发光装置201供电。进而,在支持壳体212的开口部分212A设置有丙烯酸树脂板等扩散板213,从白光发光装置201发出的一次光和二次光在扩散板213内扩散,无不平衡的均匀的白色光从扩散板213向外部发出。
通过上述那样使用白光发光装置201构成照明装置,能得到与白光发光装置201同样的优点,例如提高显色性、抑制点亮后白色光随时间的推移色调发生变化的情况、提高白色光的强度以及提高白光发光装置201的发光效率等。
另外,利用图9进行说明的面发光照明装置211是本发明的照明装置的一个例子,只要不超出本发明的要点,本发明的照明装置在实施时可以任意地进行变化。
[III-6.显示装置]
上述的白光发光装置201可以用于显示装置(图像显示装置)中。该显示装置如果具有上述的白光发光装置201,则没有其他限制,通常该显示装置的构成中适当组合有形成图像的成像单元、与照明装置同样的其他结构部件等。
举例的话,例如,使用白光发光装置201可构成图10所示的显示装置221。该显示装置221具有白光发光装置201、导光板222、反射膜223、扩散板224和成像单元225。
白光发光装置201是与上述的发光装置同样地形成的,所以可以用作从背面照射成像单元225的背光单元。
另外,导光板222是用于将从白光发光装置201发出的白色光向成像单元225引导的部件,可以使用任意的公知导光板,常见的有利用反射镜、棱镜、透镜、光纤等的导光板。要使用导光板222时,可以将白光发光装置201设置在相对于成像单元225为任意的位置,能提高显示装置221的设计自由度。
本实施方式中,制作使用棱镜作为导光板的显示装置。
另外,反射膜223是将从白光发光装置201发出的白色光反射的部件,其被设置在导光板222的背面。由此,从设置在导光板222的图中横向上的白光发光装置201发出的白色光被反射膜223反射,经图中上部设置的扩散板224可以向造型性单元225引导。
另外,扩散板224是使从白光发光装置201发出的光扩散的部件,从白光发光装置201发出的光在扩散板224的内部发生扩散,形成无不平衡的均匀的白色光,向成像单元225射出。
对扩散板224的具体构成没有限制,其形状、材料、尺寸等是任意的,例如还可以使用在表里两侧具有凹凸的片、在合成树脂等粘合剂中分散有合成树脂、玻璃等微粒的结构物。本实施方式中,显示装置使用了在粘合剂中分散有微粒的形式的扩散板224。
另外,成像单元225是白光发光装置201发出的白色光照射在其背面侧(图中下侧),并在其表面侧(图中上侧)形成映像的部件。如果能形成某种像,并且能使照射到的白色光的至少一部分透射,则对成像单元没有其他限制,可以使用具有任意的形状、尺寸、材料等的公知的部件。
如果列举成像单元225的具体例子的话,可以举出液晶显示器等中使用的液晶单元、内部照明标识等中使用的标识等。
例如,作为液晶单元的一个例子,可以举出滤色器、透明电极、取向膜、液晶、取向膜、透明电极按上述顺序叠置的液晶层被保持在其表里两侧安装有偏光膜的玻璃皿等容器的结构的液晶单元。这种情况下,液晶单元中,通过施加在透明电极上的电极控制液晶的分子排列,从而形成像,此时,上述的白光发光装置201从背面用白色光(背光)照射液晶单元,由此可在液晶单元的表面侧清楚地显示形成在液晶单元的像。
另外,显示装置显示形成于成像单元的像的位置只要在成像单元的表面侧即可,并且,除了在成像单元的表面侧直接显示映像之外,还可以将像投影在某个投影面来进行显示。作为这种显示装置的例子,可以举出例如液晶投影仪等。
另外,例如使用标识作为成像单元的情况下,上述的白光发光装置201从背面用白色光照射标识,由此能够清楚地在标识的表面侧显示形成于标识的像。
另外,在成像单元225形成的像是任意的,可以是文字,也可以是图像。
本实施方式中,作为成像单元225,使用在表面显示直接像的液晶单元。
如上述那样构成显示装置时,从白光发光装置201发出白色光,从背面照射成像单元225,由此能够清楚地在成像单元225的表面映出在成像单元225形成的像。
此时,上述那样使用白光发光装置201构成显示装置221时,能够通过提高显色性来提高显示的像的色彩重现性,此外,还可以得到与白光发光装置201同样的优点,例如抑制点亮后白色光随时间的推移色调发生变化的情况、提高白色光的强度以及提高白光发光装置201的发光效率等。
另外,利用图10所说明的显示装置221是本发明的显示装置的一个例子,只要不超出本发明的要点,本发明的显示装置在实施时可以任意地进行变化。
[IV.关于图像显示装置的说明]
下面,给出实施方式详细对本发明的图像显示装置进行说明,但本发明的图像显示装置并不限于下述的实施方式,只要不超出本发明的要点,实施时可以任意地进行变化。
图11是说明作为本发明的图像显示装置的一个实施方式的彩色显示器的要部的结构的示意截面图。
如图11所示,本实施方式的彩色显示器具有红色的像素(为了方便起见,以下称作“红色像素”)301和至少一个非红色的像素302,303。
此处,对非红色的像素302,303没有限制,可以使用发出红色以外的颜色的光的任意光源作为非红色的像素302,303,通常,彩色显示器301中,使用绿色的像素(为了方便起见,以下称作“绿色像素”)302和蓝色的像素(为了方便起见,以下称作“蓝色像素”)303作为非红色的像素302,303,使这些红色、绿色和蓝色的像素组合,合成任意的颜色。
另外,本实施方式中,上述的红色像素301的构成中具有红色发光装置(红色发光元件)311,该红色发光装置311具有红色像素用发光元件313和荧光体温度依赖系数为85以上的红色荧光体314。
[IV-1.红色的像素]
图12是示意说明本实施方式涉及的红色发光装置311的要部的截面图。但是,红色发光装置的构成不限于图12所示的结构。
本实施方式涉及的红色像素301的结构中具有红色发光装置311,该红色发光装置311具有红色像素用发光元件313和作为波长转换材料的红色荧光体314,红色荧光体314受到红色像素用发光元件313发出的光的激发,从红色荧光体314发出红色的光,该红色的光以红色光的形式从红色像素301发出。另外还可以是,红色像素用发光元件313发出的光的一部分未被红色荧光体314作为激发光吸收,而是作为红色像素301发出的红色光的一成分与红色荧光体314发出的红色光一同发射到彩色显示器的外部。
另外,红色像素301发出的红色光的峰值波长可根据彩色显示器的使用状态、目的等任意设定,但通常为580nm以上,优选为600nm以上,并且通常为680nm以下,优选为660nm以下。
另外,红色像素301具有的红色发光装置311通常具有框312作为用于保持红色像素用发光元件313和红色荧光体314的基部。
[IV-1-1.框]
框312是用于保持红色像素用发光元件313和红色荧光体314的基部,其形状和材质等是任意的。
作为框312的形状的具体例子,可以根据用途制成板状、杯状等适当的形状。另外,举出的形状中,杯状的框可以使白色光的射出方向具有指向性,能有效利用红色发光装置311放出的光,所以优选杯状的框。
另外,作为框312的材质的具体例子,可根据用途使用金属、合金、玻璃、碳等无机材料;合成树脂等有机材料等适当的材质。
但是,优选提高从红色像素用发光元件313和/或红色荧光体314发出的光照射到的框312的面对照射到的光的反射率,特别是更优选提高其对可见光域全部的光的反射率。因此,优选至少光照射到的面由反射率高的材料形成。作为其具体例子,可以举出使用含有玻璃纤维、氧化铝粉、二氧化钛粉等高反射率的物质的材料(注射成型用树脂等)形成框312的全部或框312的表面。
另外,提高框312的表面的反射率的具体方法是任意的,除了上述那样选择框312自身的材料之外,还可以通过用例如银、铂、铝等高反射率的金属或合金进行镀覆或蒸镀处理来提高对光的反射率。
另外,提高反射率的部分可以是框312的全部,也可以是其一部分,通常优选提高从红色像素用发光元件313和/或红色荧光体314发出的光照射到的部分的全部表面的反射率。
另外,通常在框312设置用于对红色像素用发光元件313供电的电极和端子等。
本实施方式中,设计成杯状的框312的凹部312A的底部形成有向红色像素用发光元件313供电的导电性端子315,316,导电性端子315,316被连接于外部的电源(省略图示)。
[IV-1-2.红色像素用发光元件]
红色像素用发光元件313发出红色荧光体314的激发光。
红色像素用发光元件313的种类是任意的,例如可以举出发光二极管(即“LED”)、端面发光型或面发光型激光二极管(即“LD”)、电致发光元件等。其中通常优选价格低的LED。
另外,红色像素用发光元件313发出的光的发光波长也是任意的,作为红色像素,可对应于红色发光装置311发出的红色光使用发出适当发光波长的光的发光元件。通常,优选使用发出近紫外到蓝绿色的光作为激发光的发光元件。如果列举红色像素用发光元件313发出的光的具体的波长范围,通常为370nm以上,优选为380nm以上,并且通常为500nm以下,优选为480nm以下。在该范围之外的情况下,难以制造高效率的LED。
作为红色像素用发光元件313的具体例子,可以举出在碳化硅、蓝宝石、氮化镓等基板上以MOCVD法等方法形成InGaN系、GaAlN系、InGaAlN系、ZnSeS系半导体等作为发光层的发光元件等。作为半导体的结构,可以举出具有MIS结、PIN结和/或PN结等的同质结构、异质结构或双异质结构等。另外,还可通过将半导体活性层制成形成在产生量子效果的薄膜上的单量子阱结构或多量子阱结构。另外,活性层中有时掺杂有Si、Ge等调色剂杂质和/或Zn、Mg等受主杂质。其中,优选使用以(In,Ga)N为主成分的(In,Ga)N系发光元件。特别优选(In,Ga)N系LED。
另外,红色像素用发光元件313可以单独使用一个,也可合用两个以上的红色像素用发光元件313。另外,红色像素用发光元件313可以仅用一种,也可以合用两种以上。
另外,将红色像素用发光元件313向框312安装时,其具体的方法是任意的,例如可以使用焊料进行安装。焊料的种类是任意的,例如可以使用AuSn、AgSn等。另外,使用焊料时,还可以实现能通过焊料由形成在框312的电极、端子315,316等进行供电。特别是使用散热性重要的大电流型LED和激光二极管等作为红色像素用发光元件313时,焊料发挥优异的散热性,所以使用焊料设置红色像素用发光元件313是有效的。
另外,通过焊料以外的物质将红色像素用发光元件313向框312安装时,可以使用例如环氧树脂、酰亚胺树脂、丙烯酸树脂等粘结剂。这种情况下,通过使用在粘结剂中混合银粒子、碳粒子等导电性填料而形成膏状的物质可以像使用焊料时那样,能够实现通过对粘结剂通电来向红色像素用发光元件313供电力。另外,混合这些导电性填料还能提高散热性,所以是优选的。
另外,向红色像素用发光元件313供电的方法也是任意的,除了对上述的焊料或粘结剂通电之外,还可将红色像素用发光元件313与电极或端子315,316等通过引线连接法连接来进行供电。对此时使用的连接线没有限制,其材料和尺寸等是任意的。例如,作为连接线的材料,可以使用金、铝等金属,并且,其粗度通常设定为20μm~40μm,但连接线并不限于此。
另外,作为向红色像素用发光元件313供电的其他方法的例子,可以举出通过使用凸点的倒装芯片实装来向红色像素用发光元件313供电的方法。
本实施方式中,使用发出近紫外~蓝绿色的光的(In,Ga)N系LED作为红色像素用发光元件313,该红色像素用发光元件313被设置在框312的凹部312A的底部。另外,红色像素用发光元件313被直接连接于导电性端子315,通过引线连接法经连接线317与导电性端子316连接,从而实现供电。
[IV-1-3.红色荧光体]
红色荧光体314吸收从红色像素用发光元件313发出的光转而发出红色光。因此,红色荧光体314作为转换从红色像素用发光元件313发出的光的波长并形成红色光的波长转换材料发挥作用。
本实施方式中,作为红色荧光体314,使用荧光体温度依赖系数TR通常为85以上、优选为90以上、更优选为95以上的红色荧光体。
荧光体温度依赖系数TR以百分比为单位表示荧光体100℃时的辉度与25℃时的辉度的比。因此,荧光体温度依赖系数TR在上述的范围内表示红色荧光体314因温度升高而发生的发光强度的变化小。即表示红色荧光体314的发光强度的温度依赖性小。
以往的彩色显示器中,使用像红色发光LED等那样温度依赖性大的红色像素。但是,这种情况下,与非红色的像素发出的光相比,红色像素发出的红色光因温度条件发生的强度的变化大,各像素发出的光的强度的平衡发生变化,彩色显示器显示的像的色调发生变化。与此相对,本实施方式中,红色像素具有红色发光装置311,其中所述红色发光装置311具有红色像素用发光元件313和红色荧光体314;同时,通过使用荧光体温度依赖系数TR大的红色荧光体314,能够抑制上述的色调变化,并能防止彩色显示器因温度变化产生的色差。
另外,荧光体温度依赖系数TR例如可以如下进行测定。
首先,使用向洋电子生产的温度特性评价装置,在直径8mm的粉体用容器(ホルダ一)中填装约100mg测定样品粉(荧光体),然后将其置于装置内。其后,分别在保持25℃和100℃的状态下,使用TOPCON生产的色彩辉度计BM5A,于大气中,测定照射460nm激发光(150W氙灯的光经衍射光栅分光器分出的光)状态下的辉度。然后计算100℃时的辉度与25℃时的辉度的比,以此作为荧光体温度依赖系数TR(%)。
另外,与此相关的是,红色荧光体314优选母体化合物的结构成分不含硫。硫有时是红色荧光体314热老化的原因,所以通过使用不含硫的红色荧光体,例如使用硫化物、硫酸盐等以外的红色荧光体314,可以减小红色荧光体314的温度依赖性。
另外,作为本实施方式使用的红色荧光体314,优选有效吸收从红色像素用发光元件313发出的光的红色荧光体,进一步优选发光效率高的红色荧光体。
具体地说,红色荧光体314优选其内部量子效率通常为40%以上,优选为50%以上,更优选为60%以上。小于该范围的下限时,有可能不能得到发光效率高的显示器。
另外,红色荧光体314的吸光度通常为50%,优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为75%以上。吸光度小于该范围的下限时,有可能得不到发光效率高的显示器。
另外,上述的内部量子效率和吸光度是对红色像素用发光元件313的发光波长的光的内部量子效率和吸光度,具体地说,是由红色像素用发光元件313发出的光的发光峰值波长的光(为了方便起见,以下简称为“红色像素用发光元件的发光峰值波长的光”)激发时的内部量子效率和吸光度,可如下计算内部量子效率和吸光度。
首先,将红色像素用发光元件的发光峰值波长的光向反射率为0.97的白色扩散板射入,并在白色扩散板进行反射,用积分球收集白色扩散板反射的光,并用多通道光检测器捕捉积分球收集的光,测定红色像素用发光元件的发光峰值波长的光被白色扩散板反射的反射光强度RW。
接着,将红色像素用发光元件的发光峰值波长的光入射到红色荧光体,用积分球收集红色荧光体反射的光和红色荧光体吸收后经波长转换发出的光,与反射光强度RW的测定同样地用多通道光检测器捕捉积分球收集的光。用多通道光检测器测定后,测定红色像素用发光元件的发光峰值波长的光被红色荧光体反射的反射光强度RP。
然后,根据下式(iii),算出被红色荧光体吸收的吸收光强度AP,用该吸收光强度AP乘以红色像素用发光元件的发光峰值波长的光的波长,换算成与吸收光光量子数对应的值PA。
吸收光强度AP={(反射光强度RW)/0.97}-(反射光强度RP)(iii)
另外,对于反射光强度RW,同样地乘以波长,换算成与反射光光量子数对应的值RWA。
其后,对于在反射光强度RP测定中捕捉到的红色像素用发光元件的发光峰值波长的光入射到入射到红色荧光体而由积分球收集的光,加合观测到的光的波长成分中不含反射光的波长范围(即红色荧光体发出的光的波长范围)内的光的强度与波长的积,换算成与发光光量子数对应的值PP。
最后,根据“内部量子效率=(与发光光量子数对应的值PP)/(与吸收光光量子数对应的值PA)”,算出内部量子效率。
另外,根据“吸光度=(与吸收光光量子数对应的值PA)/{(与反射光光量子数对应的值RWA)/0.97}”算出吸光度。
另外,红色荧光体314优选兼具上述的内部量子效率高的特性和吸光度大的特性。
另外,在不超出本发明的要点的前提下,可以使用任意的红色荧光体314。另外,红色荧光体314可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
另外,优选在xy色度图中,红色荧光体314发出的光的色度的x通常为0.50以上,优选为0.60以上,更优选为0.63以上。另外,y通常为0.2以上,优选为0.3以上,并且通常为0.35以下。
(红色荧光体的例子)
能在本发明的图像显示装置中使用的红色荧光体314例如可以使用上述本发明的第一发光装置中使用的红色系荧光体,但不限于此。
(红色荧光体的其他例子)
作为红色荧光体314的其他例子,可以举出例如以通式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(其中,0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≤n<1.5)表示的经Eu赋活的α赛隆、Ca2Si5N8:Eu、CaSi7N10:Eu、CaSiN2:Eu、发出荧光的铕配位化合物等。另外,还可以使用多种上述的荧光体。
其中,从良好地兼具上述的荧光体温度依赖系数、吸光度、内部量子效率等的角度出发,作为特别优选的例子,可以举出MSiAlN3:Eu2+(此处,M是选自Ca、Sr的至少一种金属)等。
另外,红色荧光体314通常以粒状使用。此时,红色荧光体314的粒子的粒径是任意的,但粒径通常为150μm以下,优选为50μm以下,更优选为30μm以下。大于该范围时,红色发光装置311的发光色的波动有可能大,同时,将红色荧光体14和粘合剂(密封剂)混合时,有可能难以均匀涂布红色荧光体14。另外,粒径的下限通常为1μm以上,优选为5μm以上。小于该范围时,发光效率有可能下降。
另外,在不明显损害本发明的图像显示装置的效果的前提下,红色荧光体314的存在状态是任意的。例如可以使用粘合剂318将其保持于框312,也可不使用粘合剂318而将其固定于框312。
粘合剂318通常用于将粉末状或粒状的红色荧光体314聚集并粘着在框312。对本实施方式中使用的粘合剂318没有限制,可以任意使用公知的粘合剂。
其中,将红色发光装置311构成为透射型的情况下,即红色光透射过粘合剂318射出到红色发光装置311的外部的情况下,理想的是选择能使红色光的各成分透射的粘合剂作为粘合剂318。
列举粘合剂318的例子时,除了树脂等之外,还可以使用玻璃等无机材料。列举其具体例子时,作为树脂,可以举出环氧树脂、硅树脂等有机合成树脂,还可以举出聚硅氧烷凝胶;玻璃等无机材料等。
另外,使用树脂作为粘合剂318的情况下,该树脂的粘度是任意的,优选根据所使用的红色荧光体314的粒径和比重特别是单位表面积的比重来使用具有适当粘度的粘合剂318。例如,将环氧树脂用于粘合剂318时,红色荧光体314的粒径为2μm~5μm且其比重为2~5的情况下,通常如果使用1Pas~10Pas粘度的环氧树脂,能够很好地分散红色荧光体314的粒子,所以是优选的。
另外,粘合剂318可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
另外,红色荧光体314中还可以同时存在其他成分。对其他成分没有特别限制,可以任意地使用公知的添加剂。
列举具体例子时,例如进行红色发光装置311的配光特性和/或混色的控制的情况下,作为其他成分,优选使用氧化铝、氧化钇等扩散剂。
另外,例如将红色荧光体314高密度地填充的情况下,作为其他成分,优选使用焦磷酸钙、硼酸钡钙等结合剂。
另外,不使用粘合剂318的情况下也可将红色荧光体保持于框312。例如,将红色荧光体进行烧制,制成烧制体,可以将该烧制体直接安装于框312。例如,还可将以红色荧光体制成玻璃后安装于框,或者将对红色荧光体的单晶进行加工得到的物质安装于框312。
另外,使用粘合剂318的情况下,可以将上述的其他成分分散在粘合剂318中,但不使用粘合剂318的情况下,也可以使添加剂等其他成分共存于波长转换材料。
本实施方式中,作为红色荧光体314,使用上述的以CaSiAlN3:Eu2+表示的红色荧光体314,这些红色荧光体314以分散在粘合剂318中的状态保持在框312的凹部312A。
另外,本实施方式使用的红色荧光体314的荧光体温度依赖系数、吸光度和内部量子效率在上述的优选范围内。另外,粘合剂318能够透射红色像素用发光元件313发出的激发光和红色荧光体314发出的红色光。
[IV-1-4.红色发光装置的制作方法]
对红色发光装置311的制造方法没有限制,该方法是任意的,例如将红色荧光体314以及适当使用的粘合剂318和其他成分分散在分散介质中,配制浆料,将配制好的浆料涂布于安装有红色像素用发光元件313的框312后,使浆料干燥,由此可以形成红色发光装置311。另外,有时也可以在涂布浆料时或涂布浆料后将红色像素用发光元件313安装于框312。
通过将红色荧光体314和适当使用的粘合剂318以及添加剂等其他成分混合在分散介质中来进行浆料的配制。另外,根据粘合剂318的种类,有时浆料可能改称为糊、颗粒等,本实施方式中,所称浆料包括这些称呼。
对浆料的配制中使用的分散介质没有限制,可以任意使用公知的分散介质。作为其具体例子,可以举出正己烷、正庚烷、SOLVESSO等链烃;甲苯、二甲苯等芳香烃;三氯乙烯、全氯乙烯等卤代烃;甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等醇类;丙酮、丁酮、甲基异丁酮等酮类;乙酸乙酯、乙酸正丁酯等酯类;溶纤剂、丁基溶纤剂、乙酸溶纤剂等醚类;水、任意的水溶液等水系溶剂等。
接着,将配制好的浆料涂布于框312等基材。涂布方法是任意的,例如可以利用涂布器、浇注等方法。
涂布后,使分散介质干燥,使红色荧光体314固定于框312。干燥方法是任意的,例如可以采用自然干燥、加热干燥、真空干燥、烘焙、紫外线照射、电子射线照射等方法。其中,在几十℃~一百几十℃的温度的烘干用价格低的设备可简单确实地除去分散介质,所以是优选的。
另外,基于制造反射型的红色发光装置的目的进行红色荧光体314的高密度化的情况下,优选在浆料中混合结合剂作为其他成分。另外,涂布混合有结合剂的浆料时,优选采用丝网印刷式或喷墨印刷等涂布方法。这是因为,这样可以容易地进行浆料的分次涂布(涂りわけ)等。当然,使用结合剂的情况下,也可以利用普通的涂布方法进行涂布。
另外,还有不使用浆料的方法。例如,将红色荧光体314和适当使用的粘合剂318以及其他成分混合,通过进行混炼成型,将红色荧光体314安装于框312,这样也可以制造红色发光装置311。另外,进行成型时,例如还可以通过进行压制成型、挤出成型(T型模挤出、中空挤出、吹制成型、熔融纺丝、异形挤出等)、注射成型等来进行成型。
另外,粘合剂318是环氧树脂或硅树脂等热固性粘合剂的情况下,将固化前的粘合剂318、红色荧光体314和适当使用的其他成分混合,进行成型,其后通过加热使粘合剂318固化,将红色荧光体314安装于框312,这样也可以制造红色发光装置311。另外,粘合剂318是UV固化型粘合剂的情况下,通过照射UV光代替上述方法中的加热,使粘合剂318固化,将红色荧光体314安装于框312,这样也可以制造红色发光装置311。
另外,红色荧光体314可以在红色发光装置311的制造时的一系列步骤中制作,也可以预先另外准备含有红色荧光体314的部件,后续安装于框312等来完成红色发光装置311。
[IV-2.绿色的像素]
图13是示意说明用作本实施方式所涉及的非红色的像素之一的绿色像素302的绿色发光装置(绿色发光元件)321的要部的截面图。
对本实施方式使用的绿色像素302没有限制,在不明显损害本发明的图像显示装置的效果的前提下,可以使用发出绿色的光的任意光源。所以,也可以使用以往一直使用的绿色发光LED作为本实施方式涉及的绿色像素302,但与红色光源301的情况相同,从减小温度依赖性,抑制因温度变化产生的色调变化的角度出发,优选绿色像素的结构中具有绿色发光装置321,并且所述绿色发光装置321具有绿色像素用发光元件323和作为波长转换材料的绿色荧光体324。
本实施方式中,如图13所示,绿色像素302具有绿色发光装置321,并且绿色发光装置321具有绿色像素用发光元件323和绿色荧光体324,绿色荧光体324受到绿色像素用发光元件323发出的光的激发,从绿色荧光体324发出绿色的光,该绿色的光以绿色光的形式从绿色像素302发出。另外还可以与红色发光装置311的情况相同,绿色像素用发光元件323发出的光的一部分未被绿色荧光体324作为激发光吸收,而是作为绿色像素302发出的绿色光的一成分与绿色荧光体324发出的绿色光一同发射到彩色显示器的外部。
另外,绿色像素302发出的绿色光的峰值波长可根据彩色显示器的使用状态、目的等任意设定,但通常为490nm以上,优选为500nm以上,并且通常为570nm以下,优选为550nm以下。
另外,绿色像素302具有的绿色发光装置321通常也具有框322作为用于保持绿色像素用发光元件323和绿色荧光体324的基部。
[IV-2-1.框]
绿色发光装置321中使用的框322与红色发光装置311中使用的框312同样。
本实施方式中,设计成杯状的框322的凹部322A的底部形成有向绿色像素用发光元件323供电的导电性端子325,326,导电性端子325,326被连接于外部的电源(省略图示)。
[IV-2-2.绿色像素用发光元件]
绿色像素用发光元件323发出绿色荧光体324的激发光。
对绿色像素用发光元件323的种类没有限制,可以使用发出绿色荧光体324的激发光的任意的发光元件,例如可以使用与作为红色像素用发光元件313说明的例子相同的例子。另外,对于将绿色像素用发光元件323安装于框322的方法等,也与在红色像素用发光元件313中说明的情况相同。
本实施方式中,使用发出近紫外~蓝绿色的光的(In,Ga)N系LED作为绿色像素用发光元件323,该绿色像素用发光元件323被设置在框322的凹部322A的底部。另外,绿色像素用发光元件323被直接连接于导电性端子325,并通过引线连接法经连接线327与导电性端子326连接,从而实现供电。
[2-3.绿色荧光体]
绿色荧光体324吸收从绿色像素用发光元件323发出的光转而发出绿色光。因此,绿色荧光体324作为转换从绿色像素用发光元件323发出的光的波长并形成绿色光的波长转换材料发挥作用。
本实施方式中,作为绿色荧光体324,与红色荧光体314同样,优选使用荧光体温度依赖系数TR通常为85以上、优选为90以上、更优选为95以上的绿色荧光体。借此,可以减小绿色荧光体324的发光强度的温度依赖性,抑制彩色显示器显示的像的色调变化,防止彩色显示器因温度变化产生色差。
另外,绿色荧光体324的荧光体温度依赖系数TR可以与红色荧光体314的情况同样地进行测定。
另外,与此相关的是,与红色荧光体314同样,绿色荧光体324优选母体化合物的结构成分不含硫。
另外,作为本实施方式使用的绿色荧光体324,优选有效吸收从绿色像素用发光元件323发出的光的绿色荧光体,进一步优选发光效率高的绿色荧光体。
具体地说,绿色荧光体324优选其内部量子效率通常为40%以上,优选为50%以上,更优选为60%以上。内部量子效率小于该范围的下限时,有可能不能得到发光效率高的显示器。
另外,绿色荧光体324的吸光度通常为50%,优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为75%以上。吸光度小于该范围的下限时,有可能得不到发光效率高的显示器。
另外,上述的内部量子效率和吸光度是对绿色像素用发光元件323的发光波长的光的内部量子效率和吸光度,具体地说,是由绿色像素用发光元件323发出的光的发光峰值波长的光(为了方便起见,以下简称为“绿色像素用发光元件的发光峰值波长的光”)激发时的内部量子效率和吸光度,这些可以与红色荧光体314同样地进行测定,其中,使用绿色像素用发光元件323代替红色像素用发光元件313,使用绿色荧光体324代替红色荧光体314。
另外,在不超出本发明的要点的前提下,该绿色荧光体324可以使用任意的物质。另外,绿色荧光体324可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
另外,优选在xy色度图中,绿色荧光体324发出的光的色度的x通常为0.18~0.4。另外,y通常为0.45以上,优选为0.5以上,更优选为0.55以上。
(绿色荧光体的例子)
本发明的图像显示装置中可以使用的绿色荧光体324例如可以使用上述本发明的第一发光装置中使用的绿色系荧光体,但不限于此。
(绿色荧光体的其他例子)
作为绿色荧光体的其他例子,可以举出(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu、(Ba,Mg,Ca,Sr)5(PO)4Cl:Eu、(Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8:Eu等在400nm~500nm具有发光峰的物质;(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu,Mn、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu,Mn、(Ca,Sr)Al2O4:Eu、通式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(其中,0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≤n<1.5)表示的经Eu赋活的α赛隆等在500nm~600nm具有发光峰的物质,但不限于这些。另外,还可以使用多种上述的荧光体。
其中,从良好地兼具上述的荧光体温度依赖系数、吸光度、内部量子效率等的角度出发,作为特别优选的例子,可以举出Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12等。
另外,与红色荧光体314同样,绿色荧光体324也通常以粒状使用,并且其粒子的粒径与红色荧光体314同样。
另外,在不明显损害本发明的图像显示装置的效果的前提下,绿色荧光体324的存在状态是任意的,通常与红色荧光体314同样,可以使用粘合剂328安装于框,或者烧制绿色荧光体制作烧制体后将该烧制体直接安装于框,或者用绿色荧光体制作玻璃后安装于框,或者将对绿色荧光体的单晶进行加工得到的物质安装于框。
另外,与红色荧光体314同样,绿色荧光体324中还可以共存有其他成分。
并且,绿色发光装置321的制作方法也与红色发光装置311的制作方法相同。
本实施方式中,作为绿色荧光体324,使用上述的以Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12表示的绿色荧光体324,这些绿色荧光体324以分散在粘合剂328的状态保持在框322的凹部322A。
另外,本实施方式使用的绿色荧光体324的荧光体温度依赖系数、吸光度和内部量子效率在上述的优选范围内。另外,粘合剂328能够透射绿色像素用发光元件323发出的激发光和绿色荧光体324发出的绿色光。
[IV-3.蓝色的像素]
图14是示意说明用作本实施方式所涉及的非红色的像素之一的蓝色像素303的蓝色发光装置(蓝色发光元件)331的要部的截面图。
对本实施方式使用的蓝色像素303没有限制,在不明显损害本发明的图像显示装置的效果的前提下,可以使用发出蓝色的光的任意光源。
本实施方式中,如图14所示,蓝色像素303具有蓝色发光装置331,并且蓝色发光装置331具有蓝色像素用发光元件333,蓝色像素用发光元件333发出的蓝色光自身以蓝色光的形式从蓝色像素303发出。
另外,蓝色像素303发出的蓝色光的峰值波长可根据彩色显示器的使用状态、目的等任意设定,但通常为420nm以上,优选为440nm以上,并且通常为480nm以下,优选为460nm以下。
另外,蓝色像素303具有的蓝色发光装置331通常也具有框332作为保持蓝色像素用发光元件333的基部。
[IV-3-1.框]
蓝色发光装置331中使用的框332与红色发光装置311中使用的框312同样。
本实施方式中,设计成杯状的框332的凹部332A的底部形成有向蓝色像素用发光元件333供电的导电性端子335,336,导电性端子335,336被连接于外部的电源(省略图示)。
[IV-3-2.蓝色像素用发光元件]
蓝色像素用发光元件333发出蓝色像素303所发出的蓝色光。
对蓝色像素用发光元件333的种类没有限制,可以使用发出蓝色光的任意的发光元件,例如可以使用与作为红色像素用发光元件313说明的例子相同的例子。另外,对于将蓝色像素用发光元件333安装于框332的方法等,也与在红色像素用发光元件313中说明的情况相同。
本实施方式中,使用发出蓝色的光的(In,Ga)N系LED作为蓝色像素用发光元件333,该蓝色像素用发光元件333被设置在框332的凹部332A的底部。另外,蓝色像素用发光元件333被直接连接于导电性端子335,并通过引线连接法经连接线337与导电性端子336连接,从而实现供电。另外,凹部332A内利用与粘合剂318,328同样的粘合剂填充有模制物338,从蓝色像素用发光元件333发出的蓝色光透射过模制物338向外部发出。另外,模制物338中优选含有例如TiO2、BaSO4等扩散剂。
[IV-4.像素间的关系]
另外,当上述的红色像素301以及非红色的像素302,303在25℃的发光强度分别记作I(R,25)和I(N,25),红色像素301以及非红色的像素302,303在100℃的发光强度分别记作I(R,100)和I(N,100)时,I(N,100)/I(N,25)相对于I(R,100)/I(R,25)的比例如下:对于红色像素1和非红色的像素302,303中的任一组合,该比例通常为90%以上,优选为92%以上,更优选为95%以上。
所以,上述的实施方式中,绿色像素302和蓝色像素303在25℃的发光强度分别记作I(G,25)和I(B,25)且绿色像素302和蓝色的像素303在100℃的发光强度分别记作I(G,100)和I(B,100)时,优选I(G,100)/I(G,25)和I(B,100)/I(B,25)相对于I(R,100)/I(R,25)的比例均在上述的范围。
由此,能够得到能减小元件因温度变化产生的色调的变化(色差)的优点。
[IV-5.其他结构]
彩色显示器等图像显示装置如果具有上述的红色像素301、绿色像素302和蓝色像素303,则其具体的结构可以是任意的。
如果举例的话,如图11所示,分别发挥红色像素301、绿色像素302和蓝色像素303的功能的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331被载放在基板401上,这些红色像素301、绿色像素302和蓝色像素303总起来构成彩色显示器的单位像素400。
另外,基板401使用印刷有导电体层(省略图示)的印刷基板。另外,通常可以举出在印刷基板上叠层了在被称作绿片的陶瓷基板的表面形成有导电体层的基板的层压基板、单一地在绝缘性基板上印刷有导电体层的基板等,这些均可以使用。
另外,上述的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的各导电性端子315,316,325,326,335,336分别电连接于基板401的表面的导电体层。
另外,可通过设置在彩色显示器的控制部(未图示)分别控制向红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的供电时间和供电量,由此可控制使红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331中任一装置多大程度地发光。
另外,红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的周围全部用由树脂或陶瓷等形成的罩部件402包围。另外,与框312,322,332等同样,该罩部件402的内侧表面优选制成能够反射可见光。
另外,罩部件402的内侧注入有树脂等的模制物403,从而可以通过模制物403保护红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331。另外,模制物403中可以分散有扩散剂,以使从红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331发出的红色光、绿色光和蓝色光混合均匀。
本实施方式的彩色显示器中设置有大量如上构成的单位像素400。
[IV-6.作用]
本实施方式的彩色显示器是如上构成的,所以,在显示某个像的情况下,控制部控制对红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331各自的供电量,以便能够从规定位置的单位像素400发出目的颜色的光。由此,从彩色显示器上的单位像素400具有的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331发出与欲形成的像对应的红色光、绿色光和蓝色光,从而能形成目的的像。于是,观察者通过观察这些单位像素400,能够看见在彩色显示器上形成的像。
此时,由于作为红色像素301使用了具有红色像素用发光元件313和荧光体温度依赖系数为85以上的红色荧光体314的红色发光装置311,所以能够抑制彩色显示器发出的光的色调因温度变化而发生变化的情况,能够减少在彩色显示器形成的像的色差。    
另外,由于增大I(N,100)/I(N,25)相对于I(R,100)/I(R,25)的比例使其在上述的范围内,所以能够得到能减小元件随温度变化发生的色调的变化(色差)的优点。
另外,由于作为红色像素用发光元件313使用了(In,Ga)N系发光元件,所以能够获得得到效率高且温度依赖性小的发光装置的优点。
另外,由于作为非红色的像素的绿色像素302、蓝色像素303采取了具有(In,Ga)N系发光元件的构成,所以能够得到能全色彩显示的优点。另外,使非红色的像素中的至少之一具有(In,Ga)N系发光元件即可,但非红色像素中全部具有(In,Ga)N系发光元件时,能够更确实地得到上述优点。
另外,具有蓝色的像素303和绿色像素302作为非红色的像素,并且所述蓝色的像素303具有蓝色像素用发光元件333,所述绿色像素302具有绿色像素用发光元件323和荧光体温度依赖系数为85以上的绿色荧光体324,以此能够得到能减小元件因温度变化产生的色调的变化(色差)的优点。
[IV-7.其他]
上面,对本发明的图像显示装置的一个实施方式进行了说明,但本发明的图像显示装置并不限于上述的实施方式,在不超出本发明的要点的范围内,实施时可以任意地变化。
例如,本发明的图像显示装置除了通过像素301,302,303,400自身成像之外,本发明的图像显示装置还可以用于投影仪型图像显示装置,其中,将光从像素301,302,303,400照射到屏幕等投影面,使像形成在投影面上。
如果举出其具体例子的话,可以举出图15所示的投影仪型的彩色显示器。另外,图15中,以与图11~图14同样的符号表示的部位表示与图11~图14中同样的部位。另外,图15中,点划线和框箭头表示光。
图15所示的彩色显示器中,与上述实施方式同样的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331分别作为红色像素301、绿色像素302和蓝色像素303安装在基板501上。基板501是与上述的基板401同样的印刷基板,红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的各导电性端子315,316,325,326,335,336分别电连接于基板501的表面的导电体层(省略图示)。
另外,通过设置在彩色显示器的控制部(未图示)分别控制向红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的供电时间和供电量,由此可控制使红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331中任一装置多大程度地发光,这也与上述实施方式的彩色显示器相同。
另外,红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的正面各自对应地设置有作为聚光光学系统的光分配透镜502,并且在其更远端,设置有红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331的共同的叠加透镜503。
另外,叠加透镜503的远端设置有作为光调制元件的透射型LCD504、投影透镜505和作为投影面(显示面)的屏幕506,投影透镜505用于将在透射型LDE504形成的图像放大投影在屏幕506。
另外,该彩色显示器中以单位像素507的形式大量设置了上述的红色发光装置311、绿色发光装置321、蓝色发光装置331、光分配透镜502和叠加透镜503。
所以,使用该投影仪型的彩色显示器显示图像时,控制部控制对红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331各自的供电量,以便能够从规定位置的单位像素507发出目的颜色的光。由此,从彩色显示器上的单位像素507具有的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331发出与欲形成的图像对应的红色光、绿色光和蓝色光。
从红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331发出的光通过各自对应的光分配透镜502取出,经叠加透镜503在光调制元件304上重叠。于是,从红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331发出的光被重叠,在透射型LCD504显示出图像,该图像经投影透镜505放大投影在屏幕506面上。
根据本发明的图像显示装置,这种投影仪型图像显示装置除了能减少形成的像的色差之外,还可以得到与上述实施方式同样的优点。
另外,还可以分别独立地对红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331等进行模制,而不像上述那样将红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331模制成一体,独立地模制后将其规则地排列,将形成各像素的发光装置311,321,331作为各自的像素制成图像显示装置。
另外,例如将红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331等发光装置规则地排列,合并全部的光形成白色的光源,还可以以通过液晶等控制透射率的机构和红色以及非红色的滤色器来控制图像的装置的形式构成图像显示装置。
另外,例如将红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331作为各自的光源,可以以通过液晶面板或镜面偏向型光调制器(商标名:デジタルマイクロミラ一デバイス)来形成、投影各个颜色的图像从而显示图像的装置的形式构成图像显示装置。
另外,还可以以通过矩阵排列的各色的发光装置311,321,331来彩色显示文字信息的装置的形式构成图像显示装置。
根据本发明的图像显示装置,这些各种形式的图像显示装置除了可以减少形成的像的色差之外,还可得到与上述方式同样的优点。
另外,上述实施方式等说明的部件可以任意地组合使用。
另外,可以将红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331等的各框312,322,332与适当的基板401,501一体化。
另外,上述的红色像素301、绿色像素302和蓝色像素303还可以各自独立地具有红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331以外的部件。
另外,上述的红色发光装置311、绿色发光装置321和蓝色发光装置331等可以是反射型的发光装置,例如采取激发光在框312,322,332表面等发生反射后发射到外部的构成。
另外,在不明显损害本发明的图像显示装置的效果的前提下,还可组合上述没有说明的部件和结构等实施本发明。
[V.上述的图像显示装置的应用例的说明]
关注荧光体的温度依赖性的情况下,应用上述的图像显示装置还可实现下述实施方式的图像显示装置。
本应用例的图像显示装置是具有下述特征的图像显示装置,其具有光源和荧光体部,所述光源发出通常在370nm以上、优选在380nm以上、更优选在390nm以上且通常在700nm以下、优选在500nm以下、更优选在480nm以下的波长范围具有发光峰的光,所述荧光体部含有吸收从该光源发出的光转而发出可见光的荧光体等波长转换材料,并且所述波长转换材料在150℃的辉度维持率为70%以上。
近年来,液晶显示装置和等离子体显示装置等平面型显示装置得到快速普及。与以往的CRT(冷阴极管)显示器相比,平面型显示装置具有厚度薄、质量轻的特征,特别是在大型显示装置的领域中,大多的图像显示装置是平面型。其中,液晶显示装置较为普遍。
另外,中型显示装置的领域中,平面型也得到了快速的普及,平面型中,液晶显示装置特别广泛地得到普及。
但是,现有的液晶显示装置限制背光的通过角,所以通过的光的可见角受到了很大的限制,因可见角的原因产生了可见角问题即黑白对比度的下降或反转。为了解决可见角的问题,例如提出了使分开的像素带有不同的电压-透射率特性的像素分割法、使用光学补偿板的方法等。但是,这些方法会导致制造成本和部件成本的增大,妨碍液晶显示装置的普及。
另外,为了彩色化,现有的图像显示装置中,使用在红-绿-蓝等各像素排列有滤色器的微型滤色器。但是,微型滤色器的价格高,所以其也妨碍液晶显示装置的普及。
另一方面,以CRT显示器、等离子体显示装置和电致发光显示器等为代表的自发光型显示装置不存在液晶显示装置中出现的这种可见角的问题。但是,CRT显示器又重又大,所以需要大的设置场所。另外,等离子体显示装置的驱动需要使用高电压,所以需要特殊的电路,因而等离子体显示装置的价格高。并且,等离子体显示装置因为产生等离子体,所以不能将各像素的尺寸制得太小,特别是对于中型尺寸的图像显示装置难以高精细化。另外,电致发光显示器在耐环境特性和寿命方面存在问题。特别是对于环境特性,需要通常在70℃~80℃也可工作的显示器。
因此,提出了一种荧光自发光型液晶显示装置,其中,利用使用了寿命和耐久性优异的液晶的电光学元件调整透射光量,从而调整辉度,同时以对应各像素的形状设置3原色的荧光体部,使用在380nm~420nm的波长区域具有主发光区域的背光激发荧光体部内的荧光体,使之发光(特开平8-62602号公报、特开2004-348096号公报)。
但是,使用特开平8-62602号公报和特开2004-348096号公报记载的这种荧光体的情况下,由于红色区域的发光强度特别弱,所以,图像显示装置的色彩重现区域窄。并且用在380nm~420nm的波长区域具有主发光区域的近紫外光激发荧光体的情况下,荧光体部内的树脂发生光老化而带有颜色。
与此相对,美国发明第6844903号说明书、特开平10-207395号公报和特开平8-63119号公报公开了一种技术,其中利用可见光代替特开平8-62602号公报和特开2004-348096号公报中那样的近紫外光来进行荧光体的激发。
但是,像美国发明第6844903号说明书和特开平10-207395号公报那样用可见光激发荧光体的情况下,所用的荧光体的发光辉度的温度依赖性大,荧光体发出的光的颜色波动,其结果是,因温度条件而使所显示的图像发出的颜色与要发出的颜色有偏差。
本应用例可以解决上述课题,根据本应用例,能够实现使用发光辉度的温度依赖性得到了降低的荧光体的图像显示装置。
下面,对本应用例的图像显示装置进行详细说明。
本应用例的图像显示装置具有发出在390nm~700nm的波长范围具有发光峰的光的光源。另外,本应用例的图像显示装置具有荧光体部,该荧光体部具有150℃时的辉度维持率为70%以上的荧光体(为了方便起见,以下称作“辉度维持荧光体”)作为吸收从光源发出的光转而发出可见光的荧光体。另外,荧光体(包括辉度维持荧光体)是波长转换材料。
[V-1.辉度维持荧光体]
对辉度维持荧光体没有限制,以150℃时的辉度维持率即相同强度的激发光激发的情况下,如果荧光体150℃时的发光辉度与常温(25℃)时的发光辉度的强度的比例通常为70%以上,优选为75%以上,更优选为80%以上,则只要能发出可见光,可以使用任意的荧光体。
另外,辉度维持荧光体可以单独使用一种,也可以合用两种以上。进而,合用两种以上的辉度维持荧光体的情况下,各辉度维持荧光体可被含在同一荧光体部,也可以分别被含在不同的荧光部。
作为辉度维持荧光体,例如可以使用上述本发明的第一发光装置中使用的红色系荧光体或绿色系荧光体,但不限于此。另外,作为上述的辉度维持荧光体,可以适当使用例如CaAlSiN3:Eu或Ca3Sc2Si3O12:Ce。
[CaAlSiN3:Eu]
首先,对本应用例的图像显示装置中适合用作辉度维持荧光体的CaAlSiN3:Eu进行说明。
CaAlSiN3:Eu是发出红色的荧光的荧光体。
CaAlSiN3:Eu的激发中可以使用的激发光的波长范围为350nm~500nm。
另外,CaAlSiN3:Eu发出的荧光的发光峰的波长范围为550nm~700nm。
另外,室温(25℃)下,CaAlSiN3:Eu的内部量子效率通常为50%以上。此处,内部量子效率是以下式(iv)表示的参数。
内部量子效率(%)=
{(发光的全部光量子数)/(吸收的全部光量子数)}×100(iv)
另外,CaAlSiN3:Eu的发光辉度的温度依赖性低。具体地说,即使温度条件发生变化,辉度也不易发生变化,并且,经温度变化后又返回到原来的温度状态的情况下,能够以与经历温度变化前同样的辉度发光。例如,从常温加热到150℃的情况下,发光辉度的变化量小,并且加热后再次冷却到常温的情况下,其发光辉度与加热前相比也没有下降。如果举出具体的性质的话,CaAlSiN3:Eu具有辉度维持荧光体应具有的优选的在150℃下的辉度维持率。所以,CaAlSiN3:Eu适合用于本应用例的图像显示装置。
[Ca3Sc2Si3O12:Ce]
下面,对本应用例的图像显示装置中适合作为辉度维持荧光体的Ca3Sc2Si3O12:Ce进行说明。
Ca3Sc2Si3O12:Ce是发出绿色的荧光的荧光体。
Ca3Sc2Si3O12:Ce的激发中可以使用的激发光的波长范围为350nm~500nm。
另外,Ca3Sc2Si3O12:Ce发出的荧光的发光峰的波长范围为470nm~550nm。
再者,室温(25℃)下,Ca3Sc2Si3O12:Ce的内部量子效率通常为60%以上。
该Ca3Sc2Si3O12:Ce的发光辉度的温度依赖性低。详细来说,即使温度条件发生变化,辉度也不易发生变化,并且,经温度变化后又返回到原来的温度状态的情况下,能够以与经历温度变化前同样的辉度发光。例如,与CaAlSiN3:Eu同样,从常温加热到150℃的情况下,发光辉度的变化量小,并且加热后再次冷却到常温的情况下,其发光辉度与加热前相比也没有下降。如果举出具体的性质的话,Ca3Sc2Si3O12:Ce具有辉度维持荧光体应具有的优选的在150℃下的辉度维持率。所以,Ca3Sc2Si3O12:Ce也适合用于本应用例的图像显示装置。
[V-2.实施方式]
以下,举出实施方式对本应用例进行详细地说明,但本应用例不限于下述的实施方式。
[V-2-1.第一实施方式]
图16是示意说明作为本应用例的第一实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。例如,图16所示的图像显示装置是观察者从图中右侧观察图像显示装置显示的图像时的图像显示装置。
如图16所示,本实施方式的图像显示装置601具有光源602、含有吸收从光源602发出的光转而发出可见光的荧光体的荧光体部(第一荧光体部)603R和荧光体部(第二荧光体部)603G、使光源602发出的光透射到前方的光透射部603B。
下面对各部件进行说明。
[V-2-1-1.框]
框604是基部,用于保持构成图像显示装置601的光源602等部件,其形状是任意的。
另外,框604的材质也是任意的,例如可以根据用途适当使用金属、合金、玻璃、碳等无机材料;合成树脂等有机材料等。
但是,从有效利用从光源602发出的光来改善图像显示装置601的发光效率的角度出发,优选提高光源602发出的光照射到的框604的面对照射到的光的反射率。所以,至少光照射到的面由反射率高的材料形成。作为其具体例子,可以举出使用含有玻璃纤维、氧化铝粉、二氧化钛粉等高反射率的物质的材料(注射成型用树脂等)形成框604的全部或框604的表面。
另外,提高框604的表面的反射率的具体方法是任意的,除了上述那样选择框604自身的材料之外,还可以通过用例如银、铂、铝等高反射率的金属和/或合金进行镀覆或蒸镀处理来提高对光的反射率。
另外,提高反射率的部分可以是框604的全部,也可以是其一部分,通常优选提高从光源602发出的光照射到的部分的全部表面的反射率。
另外,通常在框604设置对光源602供电的电极和端子等。此时,将电极和/或端子与光源602连接的方法是任意的,例如可以通过引线连接法将光源602与电极和/或端子连接,从而进行供电。对所用的连接线没有限制,其材料和大小等是任意的。例如作为连接线的材料,可以使用金、铝等金属,另外,其粗细通常可以控制在20μm~40μm,但连接线不限于此。
另外,作为向光源602供电的其他方法,可以举出通过使用凸点的倒装芯片实装来向光源602供电的方法。
再者,向光源602供电的情况下,可以使用焊料。这是因为,焊料具有优异的散热性,所以以散热性重要的大电流型发光二极管(即“LED”)或激光二极管(即“LD”)等作为光源602使用的情况下,使用焊料可以提高图像显示装置601的散热性。焊料的种类是任意的,例如可以使用AuSn、AgSn等。
另外,除了连接电极或端子用于供电的路径中之外,焊料还可以用来简单地将光源602设置于框604。
另外,通过焊料以外的物质将光源602安装于框604的情况下,可以使用例如环氧树脂、酰亚胺树脂、丙烯酸树脂等粘结剂。这种情况下,通过使用在粘结剂中混合银粒子、碳粒子等导电性填料而形成膏状的物质可以像使用焊料时那样,能够实现通过对粘结剂通电来向光源602供电。另外,混合这些导电性填料还能提高散热性,所以是优选的。
本实施方式中,使用表面的反射率高的平板状框604,其表面设有向光源602供电的端子(省略图示)。
另外,由电源(省略图示)向该端子供电。
[V-2-1-2.光源]
光源602发出激发荧光体部603R,603G含有的荧光体的激发光。另外,本实施方式中,光源602发出的光经光透射部603B发射到图像显示装置601的外部,以使图像显示装置601的观察者能够看到。即,从光源602发出的光就是像素发出的光本身。
光源602发出的光只要是在能够激发荧光体CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3Ol2:Ce的可见光区域具有发光波长的光即可。
具体地说,光源602发出的光通常在390nm以上、优选为440nm以上、并且通常为700nm以下、优选为500nm以下的波长范围具有发光峰。这是因为,小于该范围的下限时,使用液晶光栅作为图像显示装置601的情况下,光源602发出的光(此时为紫外线)有可能破坏液晶物质本身。另一方面,波长超出上述范围的上限时,荧光体的发光效率降低,有可能引起像素的辉度下降,或色彩重现范围变窄,所以不是优选的。
另外,光源602具有两个以上发光峰的情况下,只要在上述的范围具有至少一个峰即可。即在上述波长的范围中,具有能够激发CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce中的至少之一的荧光体的峰即可。
光源602可以使用在电能的作用下发出用于激发荧光体部603R,603G中含有的荧光体的上述的波长范围的光的任意元件。作为光源602的例子,可以举出例如卤灯、汞灯、氢放电管、氖灯、氙灯、低压钠灯、荧光灯(冷阴极管或热阴极管等)等灯;无机半导体LED等LED;有机EL元件等电致发光光源等。其中,通常优选LED和荧光灯。
特别是利用由水银的低压放电产生的紫外光来使荧光体发光的荧光灯,通过选择荧光体,能得到各种的波长光谱,所以自由度大,耗电较少,并且体积小,所以这种荧光灯是特别优选的。另外,荧光灯可以使用以往使用的冷阴极管、热阴极管,使用白色光时,会在蓝、绿、红色的发光区域混入其他色光,所以优选使用滤色器等仅取出白色光中的蓝色区域。其中特别优选的是使用仅涂布蓝色荧光体的荧光灯,这样对降低耗电是有效的。
另一方面,LED方面,由于高辉度的蓝色或白色的无机半导体LED最近也能够获得了,所以,也可以使用这些光源。特别是蓝色发光无机半导体LED,由于其能够选择性放出本应用例中理想的波长区域的光,所以适于使用蓝色发光无机半导体LED。
另外,LED或荧光灯等光源602优选配置成阵列状。即,光源602优选整体上排列成行和列,并且各自能够单个地指定能够在其上形成图像的区域。由此,能够将荧光体部603R,603G和光透射部603B配置成阵列状,能够形成适合图像显示装置601的全彩色图像。
另外,从光源602向荧光体部603R,603G或光透射部603B照射光的情况下,还可以将光直接入射到荧光体部603R,603G或光透射部603B,并且还可以设置反射板,先发射后,再入射到荧光体部603R,603G或光透射部603B。另外,使用具有高反射率的框604,并在光源602的背面(与观察者相反的一侧)设置反射板,这样能够提高光源602发出的光的利用效率。
另外,对光源602的尺寸没有限制。
另外,将光源602设置于框604时,对其设置方法没有限制,可以使用公知的任意方法。所以,如上所述,例如可以使用焊料等将光源602设置于框604。
本实施方式中,将作为光源602的发蓝色的光的LED(发光元件)设置于每个荧光体部603R,603G和光透射部603B,利用从该光源602发出的光,激发荧光体部603R,603G内含有的CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce等荧光体。另外,光源602发出的光的一部分透过光透射部603B,被观察者作为蓝色的像素的光看到。另外,向光源602供电时,使用相互连接的电路和连接线等,通过将框604上的端子与光源602的电极电连接来进行供电。其中,对应要显示的图像,通过未图示的控制部,控制供给到各光源602中每一个光源的电力大小。
[V-2-1-3.荧光体部和光透射部]
荧光体部603R,603G是含有荧光体的部分,所述荧光体吸收光源602发出的激发光转而发出用于形成图像显示装置601显示的图像的可见光。本应用例中,荧光体部603R,603G中至少之一含有辉度维持荧光体(例如CaAlSiN3:Eu、Ca3Sc2Si3O12:Ce)中的至少任意一种作为荧光体。另外,荧光体部603R,603G通常被一个一个地对应像素设置,实现图像显示装置601的像素产生光而发出。
另外,与荧光体部603R,603G同样,光透射部603B要设置在每个像素,其是为了将光源602的光用作像素的光的一部分而使其向前方透射的部分。除了不含荧光体之外,通常,光透射部603B与荧光体部603R,603G同样地设置。
所以,本实施方式中,观察者看到该荧光体部603R,603G发出的荧光和经过光透射部603B后放出的光源602发出的光,从而识别到图像。
(i.荧光体部)
本实施方式中,荧光体部603R以对应红色的像素发出红色的荧光的方式形成,其含有CaAlSiN3:Eu作为辉度维持荧光体。
另一方面,荧光体部603G以对应绿色的像素发出绿色的荧光的方式形成,其含有Ca3Sc2Si3O12:Ce作为辉度维持荧光体。
通过使荧光部含有这些发光辉度的温度依赖性低的荧光体CaAlSiN3:Eu和/或Ca3Sc2Si3O12:Ce,能够抑制图像显示装置601自身的温度依赖性,防止不同温度条件下显示的图像的颜色与目的颜色出现偏差。
另外,还可以合用上述CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce等辉度维持荧光体以外的荧光体,并使荧光体部603R,603G适当含有这些合用的荧光体(为了方便起见,以下称作“合用荧光体”)。
对合用荧光体没有限制,在不明显损害本应用例的效果的前提下,其是任意的。根据其用途,合用荧光体的发光色有适当的颜色,并不限于特定的颜色,例如制作全彩色显示器的情况下,优选使用色纯度高的蓝、绿、红色发光体。其适当颜色的表现方法不止一个方法,简单的是使用发光的发光峰值波长或CIE色度坐标等。另外,光波长转换机构是单色显示或多彩色显示时,优选含有发出紫、蓝紫、黄绿、黄色、橙色的荧光体。另外,合用合用荧光体,而将两种以上荧光体混合用于荧光体部603R,603G时,能进行色纯度高的发光,或者进行中间色或白色的发光。
对合用荧光体的发光的发光峰值波长而言,例如,举出发出红色的荧光的合用荧光体发出的荧光的具体波长范围的话,发光峰值波长通常为370nm以上,优选为380nm以上,并且通常为500nm以下,优选为480nm以下。
另外,例如举出发出绿色的荧光的合用荧光体发出的荧光的具体波长范围的话,发光峰值波长通常为490nm以上,优选为500nm以上,并且通常为570nm以下,优选为550nm以下。
再者,例如举出发出蓝色荧光的合用荧光体发出的荧光的具体波长范围的话,发光峰值波长通常为420nm以上,优选为440nm以上,并且通常为480nm以下,优选为470nm以下。
并且,对合用荧光体的组成没有特别限制,但是优选在作为结晶母体的以Y2O3、Zn2SiO4等为代表的金属氧化物、以Ca5(PO4)3Cl等为代表的磷酸盐和以ZnS、SrS、CaS等为代表的硫化物中组合有Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等稀土金属的离子或Ag、Al、Mn、Sb等金属的离子作为赋活剂或共赋活剂。
作为结晶母体的优选的例子,可以举出例如ZnS、Y2O2S、(Y,Gd)3Al5O12、YAlO3、BaAl2Si2O8、Y3Al5O12、Y2SiO5、Zn2SiO4、Y2O3、BaMgAl10O17、BaAl12O19、(Ba,Sr,Mg)O·αAl2O3、(Y,Gd)BO3、Y2O3、(Zn,Cd)S、SrGa2S4、SrS、SnO2、Ca10(PO4)6(F,Cl)2、(Ba,Sr)(Mg,Mn)Al10O17、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2、(La,Ce)PO4、CeMgAl11O19、GdMgB5O10、Sr2P2O7、Sr4Al14O25、(Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn,Mn)Al10O17等。
其中,上述的结晶母体以及赋活剂或共赋活剂在元素组成方面没有特别限制,其中的元素可以用其同族元素替换一部分,并且优选得到的荧光体吸收从光源602发出的光转而发出可见光。下面举出可以使用的合用荧光体的例子。但是,本实施方式的图像显示装置601使用的荧光体并不限于以下所示的例子。
·红色的合用荧光体:
本实施方式中,作为可以使用的能发红色光的合用红色荧光体,可以举出例如以(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu表示的铕赋活碱土类氮化硅系荧光体,其由具有红色断裂面的断裂粒子构成,进行红色区域的发光;以(Y,La,Gd,Lu)2O2S:Eu表示的铕赋活稀土类氧硫化物(氧硫化物,オキシカルユゲナイト)系荧光体,其由作为规整的结晶成长形状的具有大致球状的成长粒子构成,进行红色区域的发光;等。
另外,特开2004-300247号公报记载的荧光体在本实施方式中也可以用作合用荧光体,其是含有选自由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W和Mo组成的组的至少一种元素的氧氮化物和/或氧硫化物的荧光体,并且该荧光体含有的氧氮化物具有部分或全部Al元素被Ga元素取代的α赛隆结构。另外,这些是含有氧氮化物和/或氧硫化物的荧光体。
此外,作为红色的合用荧光体,还可以使用Y2O2S:Eu3+、(BaMg)2SiO4:Eu3+、(BaCaMg)5(PO4)3Cl:Eu3+、YVO4:Eu3+、CaS:Eu3+、YAlO3:Eu3+、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu3+、LiY9(SiO4)6O2:Eu3+、(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+、(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、CaSiN2:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mn、(Ba3Mg)Si2O8:Eu,Mn等。
·绿色的合用荧光体:
作为本实施方式中可以使用的能发绿色光的合用荧光体,可以举出例如由具有断裂面的断裂粒子构成并进行绿色区域的发光的以(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu表示的铕赋活碱土类氧氮化硅系荧光体、由具有断裂面的断裂粒子构成并进行绿色区域的发光的以(Ba,Ca,Sr)2SiO4:Eu表示的铕赋活碱土类硅酸镁系荧光体等。
此外,作为绿色的合用荧光体,还可以使用BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+、Sr4Al14O25:Eu2+、(SrBa)Al2Si2O8:Eu2+、(BaMg)2SiO4:Eu2+、Y2SiO5:Ce3+,Tb3+、Sr2P2O7-Sr2B2O5:Eu2+、(BaCaMg)10(PO4)6Cl:Eu2+、Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu2+、Zr2SiO4,MgAl11O19:Ce3+,Tb3+、Ba2SiO4:Eu2+、Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb3+、Y3Al5O12:Tb3+、La3Ga5SiO14:Tb3+、SrGa2S4:Eu2+,Tb3+,Sm2+、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、SrSi2O2N2:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mn、SrAl2O4:Eu等。
另外,上述的合用荧光体可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
但是,基于确实得到本应用例的效果的观点,使用合用荧光体的情况下,也优选辉度维持荧光体相对于全部荧光体的使用量的比例大,更优选全部的荧光体是辉度维持荧光体。
再者,为了在来自外部环境的外力或水分等下保护荧光体,荧光体部603R,603G中通常使用粘合剂。具体地说,利用在粘合剂中分散有荧光体的成型体构成荧光体部603R,603G。
对本实施方式中使用的粘合剂没有限制,在不明显损害本应用例的效果的前提下,可以使用任意的粘合剂,但通常优选使用无色透明的材料,从而使荧光和激发光充分透射。
另外,粘合剂可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
其中,通常优选使用非芳香族环氧树脂。这是因为非芳香族环氧树脂的高耐光性和透明性优异。特别优选能够将无机氯含量控制为1ppm以下、有机氯含量控制为5ppm以下的非芳香族环氧树脂。特别更优选由蒸馏生成而完全不含氯成分的非芳香族环氧树脂。本实施方式中,ppm表示基于重量的比例。
如果举出优选的非芳香族环氧树脂的具体例子的话,可以举出以3,4环氧环己基甲基-3′,4′环氧环己基羧酸酯为代表的脂环式环氧树脂;以脂环式环氧树脂为主体的由六氢邻苯二甲酸二缩水甘油基酯、氢化双酚A二缩水甘油醚等环己烷衍生物与表氯醇构成的环氧树脂;由双酚A二缩水甘油醚构成的液态或固态的环氧树脂;三缩水甘油基异氰脲酸酯等含氮环氧树脂等。
另外,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂的情况下,可以适宜混合下述的固化剂、催化助剂、固化促进剂。
固化剂用于使非芳香族环氧树脂固化。作为固化剂,可以举出优选的酸酐。由于粘合剂中的物质要求耐光性,所以酸酐中优选非芳香族的、化学上不具有碳碳双键的多元羧酸的酸酐。具体地说,可以举出六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、三烷基四氢邻苯二甲酸酐、氢化甲基降冰片烯二酸酐等。其中,由于固化反应性和耐湿性的平衡好,因而优选甲基六氢邻苯二甲酸酐。
另外,固化剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和比例使用两种以上。
另外,对固化剂的用量没有限制,相对非芳香族环氧树脂为100重量份,固化剂的用量通常为50重量份以上,优选为80重量份以上,并且通常为150重量份以下,优选为130重量份以下。
另外,催化助剂用于赋予非芳香族环氧树脂的固化物(包括荧光体部603R,603G和光透射部603B。下同)可挠性,提高其剥离粘结力。催化助剂中,醇-多元醇类还可发挥固化促进剂的相溶化剂的功能,所以是优选的催化助剂。由于粘合剂中的物质要求耐光性,所以醇-多元醇类中,优选使用非芳香族的、在化学结构上不具有碳碳双键的碳原子数为2~12的直链型、支链型、脂环型、含醚基型中任意一种的醇-多元醇类。具体地说,可以举出丙醇、异丙醇、甲基环己醇、乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、乙二醇单甲醚等。其中,优选乙二醇等低分子量二醇。
另外,催化助剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和比例使用两种以上。
另外,如上所述,醇-多元醇类还可以发挥固化促进剂的相容化剂的功能,所以受固化促进剂的化学结构和添加量的影响。
另外,对催化助剂的用量没有限制,但是,相对非芳香族环氧树脂为100重量份,催化助剂的用量通常为1重量份以上,优选为5重量份以上,并且通常为30重量份以下,优选为15重量份以下。
另外,固化促进剂用于促进非芳香族环氧树脂的固化。作为固化促进剂,可以举出例如:
〔1〕叔胺类或咪唑类和/或它们的有机羧酸盐、
〔2〕膦类和/或其季盐、
〔3〕有机羧酸金属盐、
〔4〕金属-有机螯合物、
〔5〕芳香族锍盐等。
此外,固化促进剂可以单独使用一种,也可以以任意组合和比例使用两种以上。
下面,对上述举出的固化促进剂分别进行说明。
〔1〕叔胺类或咪唑类和/或它们的有机羧酸盐:
作为叔胺类或咪唑类和/或它们的有机羧酸盐,可以举出例如2,4,6-三(二氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑、1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7(为了方便起见,以下称作“DBU”)和其辛酸盐等。其中,由于能提高非芳香族环氧树脂的固化物的透光性而优选DBU辛酸盐。
另外,使用叔胺类或咪唑类和/或它们的有机羧酸盐作为固化促进剂的情况下,对固化促进剂的用量没有限制,从图像显示装置601的耐湿特性的角度出发,相对于非芳香族环氧树脂为100重量份,固化促进剂的用量通常为0.01重量份以上,优选为0.1重量份以上,并且通常为1重量份以下,优选为0.5重量份以下。
〔2〕膦类和/或其季盐:
作为膦类和/或其季盐,可以举出例如三苯基膦、三丁基膦、苄基三苯基溴化鏻、苄基三丁基溴化鏻等。其中,因为能提高非芳香族环氧树脂的固化物的透光性而优选苄基三苯基溴化鏻。
另外,使用膦类和/或其季盐作为固化促进剂的情况下,对固化促进剂的用量没有限制,从图像显示装置1的耐湿特性的角度出发,相对于非芳香族环氧树脂为100重量份,固化促进剂通常为0.01重量份以上,优选为0.1重量份以上,并且通常为1重量份以下,优选为0.5重量份以下。
〔3〕有机羧酸金属盐:
作为有机羧酸金属盐,例如可以举出不具有耐光性差的碳碳双键的辛酸锌、月桂酸锌、硬脂酸锌、辛酸锡等。另外,有机羧酸金属盐在非芳香族环氧树脂中的溶解性相对于有机羧酸成分的碳原子数的增加成比例地下降。但是,辛酸锌在添加量方面范围最大,并且其是液态,所以分散溶解不需要时间。因此,从固化性的角度出发,有机羧酸金属盐中特别优选辛酸锌。
另外,使用有机羧酸金属盐作为固化促进剂的情况下,对固化促进剂的用量没有限制,从提高非芳香族环氧树脂的固化物的透光性的角度出发,相对于非芳香族环氧树脂为100重量份,固化促进剂的用量通常为1重量份以上,并且通常为10重量份以下,优选为5重量份以下。
〔4〕金属-有机螯合物:
作为金属-有机螯合物,可以举出不影响透明性的锌与β-二酮构成的乙酰丙酮络锌、苯甲酰丙酮络锌、二苯甲酰甲烷络锌、乙酰乙酸乙酯络锌等。其中,使用锌螯合物的情况下,能够赋予非芳香族环氧树脂优异的耐光性/耐热性。另外,锌螯合物具有选择性地且温和地促进非芳香族环氧树脂固化的作用,所以即使以脂环式环氧树脂这样的低分子量单体为主体,也能实现低应力粘结。
另外,锌螯合物中,从容易处理的程度等方面出发,优选以乙酰丙酮为螯合剂成分的双(乙酰丙酮)水合锌(2)[Zn(C5H7O2)2(H2O)]。
另外,使用金属-有机螯合物作为固化促进剂的情况下,对固化促进剂的用量没有限制,从在非芳香族环氧树脂中的溶解性的角度出发,相对于非芳香族环氧树脂为100重量份,固化促进剂的用量通常为1重量份以上,并且通常为10重量份以下,优选为5重量份以下。
〔5〕芳香族锍盐:
芳香族锍盐通常在非芳香族环氧树脂中不含作为固化剂的酸酐的非芳香族环氧树脂单一组成时使用。
另外,使用芳香族锍盐的情况下,芳香族锍盐在热和/或360nm以下的紫外光作用下分解,产生阳离子,能够得到非芳香族环氧树脂阳离子聚合固化物。该得到的固化物以醚交联,所以无论是物理上还是化学上均比经固化剂固化得到的固化物更稳定。
作为芳香族锍盐,可以举出例如三苯基锍六氟锑盐、三苯基锍六氟磷盐等。其中,三苯基锍六氟锑盐因固化速度快且添加少量即可进行充分固化而优选。
另外,使用芳香族锍盐作为固化促进剂的情况下,对固化促进剂的用量没有限制,从防止因连锁聚合发热导致非芳香族环氧树脂的固化物变色的角度出发,相对于非芳香族环氧树脂为100重量份,固化促进剂通常为0.01重量份以上,优选为0.05重量份以上,并且通常为0.5重量份以下,优选为0.3重量份以下。
另外,还可以使用上述的非芳香族环氧树脂以外的粘合剂。作为粘合剂,可以举出以例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素聚苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚氯乙烯、纤维素乙酸丁酸酯、纤维素丙酸酯、聚α-萘基甲基丙烯酸酯、聚乙烯基萘、聚甲基丙烯酸正丁酯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸环己酯、聚(4-甲基戊烯)、环氧、聚砜、聚醚酮、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、环烯烃聚合物、聚硅氧烷、苯并环丁烷聚合物、水玻璃、氧化硅、二氧化钛、环氧树脂等为成分的物质。
另外,荧光体部603R,603G中,粘合剂在荧光体部603R,603G内所占的比例在不明显损害本应用例的效果的前提下是任意的,但通常为5重量%以上,优选为10重量%以上,并且通常为95重量%以下,优选为90重量%以下。
另外,与此相关的是,荧光体部603R,603G中,荧光体(即CaAlSiN3:Eu、Ca3Sc2Si3O12:Ce、合用荧光体等)与粘合剂的比例在不明显损害本应用例的效果的前提下也是任意的,但粘合剂相对于荧光体和粘合剂的总重量的比例通常为5重量%以上,优选为10重量%以上,并且通常为95重量%以下,优选为90重量%以下。粘合剂的比例小于该范围的下限时,辉度有可能下降,粘合剂的比例大于上限时,荧光体部603R,603G变脆,有可能不能保证机械强度。另外,在一个荧光体部使用两种以上荧光体的情况下,优选所用的荧光体的总量在上述范围内。
另外,荧光体部603R,603G还可以含有粘合剂和荧光体以外的添加剂。作为添加剂,除了上述的固化剂、催化助剂、固化促进剂之外,还可以含有例如扩散剂以进一步增加可视角。作为具体的扩散剂,可以举出钛酸钡、二氧化钛、氧化铝、氧化硅等。另外,例如基于截止所需以外的波长的目的,还可以含有有机和/或无机的着色染料和/或着色颜料作为添加材料。另外,这些添加剂分别可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比例合用两种以上。
另外,荧光体部603R,603G可以用公知的任意方法进行制作。例如,可以将含有粘合剂、荧光体和溶剂的混合物(涂布液)通过丝网印刷法以与像素对应的间隔在透明基板631上形成镶嵌状、阵列状或条纹状,从而制作荧光体部603R,603G。
另外,各荧光体部603R,603G之间,还可形成黑矩阵层632以吸收外部光。黑矩阵层632可在玻璃等透明基板63 1上利用感光性树脂的感光原理通过制作由炭黑形成的光吸收膜的步骤来形成,也可以将含有树脂、炭黑和溶剂的混合物以丝网印刷法叠层在其上来形成。
另外,荧光体部603R,603G的形状是任意的。例如,图像显示装置601制成多彩色显示的情况下,结合像素形状,在荧光体部603R,603G等的发光区域配置发出规定颜色的光的荧光体,作为该荧光体部603R,603G的形状,可以举出信息显示所必须的片段形状、矩阵形状,矩阵形状中,其优选的形式可以举出条纹结构、δ结构等。另外,单色显示的情况下,除了上述的形状之外,还可以均匀地涂布荧光体形成荧光体部603R,603G。
另外,荧光体部603R,603G的尺寸也是任意的。例如在不明显损害本应用例的效果的前提下,其厚度是任意的,但通常控制在1cm以下时,能够很好地进行使用。另外,对于要求薄、轻的平板显示器,更优选控制在2mm以下的厚度。若考虑与发光光线的出射率的平衡,其厚度通常为1μm以上,优选为5μm以上,更优选为10μm以上,并且通常为1000μm以下,优选为500μm以下,更优选为200μm以下。
(ii.光透射部)
本实施方式中,光透射部603B是对应蓝色的像素能使从光源602发出的光向前方透射的部件。由此,从图像显示装置601的光源602发出蓝色光的可见光,所以该光源602发出的可见光被用作像素发出的光。
对光透射部603B的构成没有限制,其构成是任意的,通常,除了不含荧光体之外,其与荧光体部603R,603G同样构成。因此,光透射部603B不必含有发出与对应该可见光的光相同颜色的荧光的荧光体。
即从光源602发出的可见光发射到图像显示装置601的外部时,不必在全部的像素使用荧光。但是,为了有效地将光源602发出的可见光放出或散射到外部,或者截止所需以外的波长的光,优选使光源602发出的可见光透射过粘合剂中含有添加剂而成的光透射部603B。
另外,光透射部603B还可以含有用于调整颜色的染料、颜料。
本实施方式中,红色荧光部603R使用辉度维持荧光体CaAlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,将该红色荧光体分散于粘合剂中后形成在透明基板631上。另外,对应红色的像素,设置多个荧光体部603R。
另外,本实施方式中,绿色荧光部603G使用辉度维持荧光体Ca3Sc2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,将该绿色荧光体分散于粘合剂中后形成在透明基板631上,并且对应绿色的像素,设置多个这样的荧光体部603G。
另外,本实施方式中,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,以将扩散剂分散于粘合剂中的形式形成光透射部603B,并且对应蓝色的像素,在透明基板631上设置多个这样的光透射部603B。
另外,设有该荧光体部603R,603G和光透射部603B的透明基板631被设置在与光源602对置的位置。由此,荧光体部603R受到从光源602发出的光后发出红色光,荧光体部603G受到从光源602发出的光后发出绿色光,光透射部603B将光源602发出的蓝色光用扩散剂进行扩散并同时使其向前方透射。另外,各荧光体部603R,603G和光透射部603B之间分别通过黑矩阵层632隔开。
[V-2-1-4.作用]
本实施方式的图像显示装置601是如上述那样构成的,所以使用时以规定的强度使光源602发光。此时,根据未图示的控制部的控制,对应图像显示装置601要显示的图像,从各光源602向各像素(即荧光体部603R,603G和光透射部603B)发出强度分别进行了调整的光。该光源602发出的光分别入射到对应的荧光体部603R,603G和光透射部603B。
荧光体部603R中,荧光体部603R内分散的红色荧光体(CaAlSiN3:Eu)吸收入射光转而发出红色的荧光。另外,荧光体部3G中,荧光体部603G内分散的绿色荧光体(Ca3Sc2Si3O12:Ce)吸收入射光转而发出绿色的荧光。另外,光透射部603B中,光透射部603B内分散的扩散剂使入射光发生散射,结合与荧光体部603R、603G发出的荧光的配光特性,使入射来的蓝色的光向前方透射。
此时,对应要形成的图像,用控制部调整对每个像素入射的光的光量,所以各荧光体部603R,603G发出的荧光(可见光)的光量也是被按每个像素调整的,所以形成了所需的图像。
如此产生的红色和绿色的荧光以及透射光透射部603B而射出的从光源602发出的蓝色的光经透明基板631发射到图像显示装置601的外部(图中右侧)。观察者见到该透明基板631的表面发出的光,从而识别到图像。
此时,荧光体部603R,603G的荧光体分别使用辉度维持荧光体CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce,所以能抑制图像显示装置601自身的发光辉度的温度依赖性,由此,能够防止不同温度条件下显示的图像的颜色与目的颜色出现偏差,对实际应用非常有用。
[V-2-2.第二实施方式]
图17是示意说明作为本应用例的第二实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。值得注意的是,图17所示的图像显示装置是观察者从图中右侧观察图像显示装置显示的图像时的图像显示装置。图17中使用与图16同样的符号表示的部位表示与图16中同样的部位。
如图17所示,本实施方式的图像显示装置601′除了通过光栅606调整光源602发出的光的强度这一点之外,与第一实施方式的图像显示装置601的构成相同。即其具有光源602、含有吸收从光源602发出的光转而发出可见光的荧光体的荧光体部(第一荧光体部)603R和荧光体部(第二荧光体部)603G、使光源602发出的光透射到前方的光透射部603B。另外,图像显示装置601′还具有框604、起偏镜605、光栅606、检偏镜607。
下面对各部件进行说明。
[V-2-2-1.框]
框604与第一实施方式中说明的相同。
[V-2-2-2.光源]
作为光源602,可以使用与第一实施方式中说明的光源相同的光源。
另外,在第一实施方式说明的构成的基础上使用光栅606的本实施方式这种图像显示装置中,以图像显示装置601′构成平板显示器的情况下,发出均匀的面状光的光源602是有用的。这种情况下,光源602中,不仅包括其本身是由一个以上的面状发光元件形成的形成光源602的元件,还包括模拟面状发光元件,所述模拟面状发光元件使用导光、扩散、反射等适当的方法将从一个以上任意形状的元件获取的光转换成面状光。另外,还可以使用组合了这些单元的元件作为光源602。
能够面状发光的光源602的例子中,作为其自身能面状发光的面状发光元件的例子,可以举出无机本性EL元件、有机EL元件、小型平面荧光灯、利用无机半导体的面发光LED等。
另一方面,如果举出模拟面状发光元件的例子的话,可以举出例如组合某个发光元件与将从该发光元件获取的光转换成面状光的转换机构而成的元件。此时,作为发光元件,可以使用上面作为光源602的例子举出的任意的光源。另外,作为转换机构,可以使用例如将石英板、玻璃板、丙烯酸树脂板等导光板;Al片、各种金属蒸镀膜等反射机构;以及使用TiO2系化合物的图案、光扩散片、光扩散棱镜等光扩散机构单独或优选几个组合而成的转换机构。特别是使用导光板、反射板、扩散板等将光源602面发光体化而将光转换成面状光的转换机构适合用于本实施方式。另外,还可以很好地使用例如液晶显示装置用途等中使用的转换机构。
另外,与第一实施方式同样,对光源602的尺寸没有限制,使用面发光元件和/或模拟面发光元件作为光源602的情况下,从平板显示器的实用性的角度出发,优选其通常以5cm以下,优选5mm以下的厚度形成。
本实施方式中,使用发出面状蓝色的光的面发光元件作为光源602,利用从该光源602发出的光激发荧光体部603R,603G内含有的CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce等荧光体。另外,光源602发出的光的一部分透射过光透射部603B,以蓝色的像素的光的形式为观察者所见。另外,向光源602供电时,使用相互连接电路或连接线等将框604上的端子与光源602的电极电连接,由此进行向光源602的供电。
[V-2-2-3.起偏镜]
优选在光源602的前方(图中右侧)具体地说是光源602与光栅606之间设置起偏镜605。起偏镜605仅选择从光源602发出的光中具有规定的偏光面的光使其透射。本实施方式中,将起偏镜605设置在光源602与光栅606之间。
[V-2-2-4.光栅]
本实施方式中,光栅606在调整光量后使照射到的光透射。具体地说,对应显示的图像,调整每个像素照射到背面光的光量,使其透射到前方。本实施方式的情况下,光栅606按各像素中每一个像素调整从光源602向荧光体部603R,603G和光透射部603B发出的光的光量,使其透射到前方。
具体地说明的话,以多彩色或全彩色显示器的形式构成图像显示装置601′的情况下,将上述的荧光体配置在2种以上独立作为光波长转换机构确定的区域(即荧光体部603R,603G)。本实施方式中,通过光栅606分别调整照射到这些荧光体部603R,603G和光透射部603B的光的光量,从而调整从荧光体部603R,603G和光透射部603B放出的光的光量,由此能够在图像显示装置601′以多色发光显示所希望的图像。
另外,根据光栅606的种类,有的光栅能仅对特定波长区域的光调整光量。所以,作为光栅606,使用在光源602发出的光的波长区域调整光的光量能进行光的切换的光栅。另外,根据图像显示装置601′的构成,还可以用光栅606调整不是从光源602发出的光而是从荧光体部603R,603G发出的荧光的光量,这种情况下,使用在荧光体部603R,603G发出的荧光的光波长区域也能调整光的光量进行光的切换的光栅。通常,光源602发出的光或荧光体部603R,603G中荧光体发出的荧光的发光峰值波长通常为380nm以上,优选为420nm以上,并且通常为780nm以下,优选为500nm以下,所以光栅606优选能够调整该波长域的光的光量。
另外,光栅606的机构通常由几个像素的集合体构成。但是,根据画面尺寸、显示方式、用途等,像素的数量和尺寸以及排列方式有变化,不特别地限于恒定的值。所以对光栅606的像素的尺寸没有限制,在不明显损害本应用例的效果的前提下,其是任意的。
例如,通常的显示器用途中,一个像素的尺寸优选为500μm以下见方。另外,作为优选的像素尺寸,现在得到实用的液晶显示器的值是像素数为640×3×480,单色一个像素的尺寸更优选为100×300μm左右。
另外,对光栅606自身的数量和尺寸也没有限制,在不明显损害本应用例的效果的前提下,其是任意的。例如,通常厚度在5cm以下的光栅606是有用的,考虑薄型化和轻质化时,优选厚度为1cm以下。
另外,将图像显示装置601′制成平面型显示装置的情况下,为了可以灰度显示(assigning intensity level),可以优选使用通过电控制来将像素的光透射率改变为任意的值的光栅606。光透射率的绝对值、其变化的对比以及速度应答性越高越优选。
作为满足这些要件的光栅606的例子,可以举出使用TFT(Thin FilmTransistor)、STN(Super Twisted Nematic liquid crystal)、铁电体、反铁电体、二色性色素的宾主光栅(ゲストホスト)、聚合物分散型PDN(PolymerDispersed Network)方式等的透射型液晶光栅;以氧化钨、氧化铱、普鲁士兰、紫罗碱衍生物、四硫富瓦烯(TTF)-聚苯乙烯、稀土类金属-二酞菁络合物、聚噻吩、聚苯胺等为代表的电致发光化合物、化学发光化合物等。其中,液晶光栅具有薄、轻、耗电少的特点,具有实用上的耐久性,并且可以片段的高密度化,因此非常适合使用。其中特别优选的光栅是使用了TFT有源矩阵驱动或PDN方式的液晶光栅。其理由是,使用了扭曲向列液晶的有源矩阵是由于对应动画的高速应答性和不发生串音的特点,使用PDN方式是由于不需要起偏镜605或检偏镜607,光源602和荧光体部603R,603G发出的光的衰减少,能高辉度发光。
另外,在图像显示装置601′中通常设置控制光栅606以对应图像显示装置601′显示的图像分别调整每个像素的光量的控制部(省略图示)。光栅606根据该控制部的控制调整各像素发出的可见光的光量,由此使得所需的图像被图像显示装置601′显示出来。
通过光栅606调整像素的辉度,图像显示装置601′能更简单地形成控制部的控制电路。例如,如第一实施方式所示,使用LED作为光源602,通过控制该LED的发光强度等来调整像素的辉度的情况下,LED的电流-辉度特性随时间推移发生变化,控制显示的像的控制电路可能变得复杂。与此相对,如本实施方式所示,设置调整从光源602发出的光的光量的光栅606部分,通过光栅606来调整像素的辉度时,液晶光栅等光栅大多是电压控制,所以能够以简单的控制电路来调整辉度。
本实施方式中,使用背面电极661、液晶层662和前面电极663按上述顺序叠置的液晶光栅作为光栅606,光栅606被设置在起偏镜605的前方(图中右方)。另外,背面电极661和前面电极663由不吸收图像显示装置601′中使用的光的透明电极构成。于是,该液晶光栅在施加在背面电极661和前面电极663的电压的作用下,控制液晶层662内的液晶的分子排列,利用该分子排列,对照射到背面侧的光的各自的光量按各像素中的每一个(即荧光体部603R,603G和光透射部603B中的每一个)进行调整。
[V-2-2-5.检偏镜]
光栅606的前方适当设置有接受透射光栅606时光量被调整了的光的检偏镜607。检偏镜607仅透射通过光栅606中具有特定偏光面的光,从而调整发光强度。
本实施方式中,光栅606的前方、具体地说是光栅606与荧光体部603R,603G和光透射部603B之间设有检偏镜607。
[V-2-2-6.荧光体部以及光透射部]
荧光体部603R,603G与第一实施方式中相同,是含有吸收光源602发出的激发光转而发出形成图像显示装置601′显示的图像的可见光的荧光体的部分。本实施方式中,荧光体部603R,603G中至少之一含有辉度维持荧光体中的至少任意一种作为荧光体。另外,通常对应光栅606的像素一个一个地设置荧光体部603R,603G,以实现图像显示装置601′的像素产生发光。
另外,光透射部603B与第一实施方式中相同,与荧光体部603R,603G同样地按光栅606的每个像素进行设置,是使光源602的光向前方透射而用作像素的光的一部分的部分。通常,光透射部603B除了不含荧光体之外,与荧光体部603R,603G同样地设置。
所以,本实施方式中,观察者看到该荧光体部603R,603G发出的荧光和经光透射部603B放出的光源602发出的光,从而识别到图像。
其中,如本实施方式所示,使用光栅606的图像显示装置601′的情况下,除了第一实施方式的构成之外,例如荧光体部603R,603G还可以将含有粘合剂、荧光体和溶剂的混合物(涂布液)通过丝网印刷法以对应光栅606的像素的间隔在透明基板631上形成镶嵌状、阵列状或条纹状。
另外,如本实施方式所示,使用光栅606的图像显示装置601′的情况下,例如在将图像显示装置601′制成多彩色表示时,结合光栅机构的像素的形状,在荧光体部603R,603G等发光区域设置发出规定颜色的光的荧光体。
另外,本实施方式中,红色荧光部603R使用辉度维持荧光体CaAlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,将该红色荧光体分散于粘合剂中后形成在透明基板631上。另外,对应红色的像素,设置几个荧光体部603R。
另外,本实施方式中,绿色荧光部603G使用辉度维持荧光体Ca3Sc2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,将该绿色荧光体分散于粘合剂中后形成在透明基板631上。对应绿色的像素,设置几个这样的荧光体部603G。
另外,本实施方式中,光透射部603B使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,以扩散剂分散于粘合剂中的形式形成,并且对应蓝色的像素,在透明基板631上设置几个这样的光透射部603B。
另外,设有该荧光体部603R,603G和光透射部603B的透明基板631被设置在检偏镜607的前方(图中右方)对向光栅606的位置。由此,荧光体部603R受到从光源602发出经光栅606调整了光量的光后发出红色光,荧光体部603G受到从光源602发出经光栅606调整了光量的光后发出绿色光,光透射部603B将从光源602发出经光栅606调整了光量的蓝色光用扩散剂扩散的同时使其向前方透射。另外,各荧光体部603R,603G和光透射部603B之间分别通过黑矩阵层632隔开。
[V-2-2-7.作用]
本实施方式的图像显示装置601′是如上述那样构成的,所以使用时以规定的强度使光源602发光。从光源602发出的光经起偏镜605使其偏光面一致后,入射到光栅606。
根据控制部(省略图示)的控制,光栅606对应要显示的图像按每个像素调整从背面侧入射来的光的光量,使其透射到前方。具体地说,通过控制施加在透明电压661,663的电压,调整对应各像素的部位的液晶的取向性,由此调整使每个像素透射多大强度的光,并使背面受到的光向前方透射。
通过光栅606的光经检偏镜607分别入射到对应的荧光体部603R,603G和光透射部603B。
荧光体部603R中,荧光体部603R内分散的红色荧光体(CaAlSiN3:Eu)吸收入射光,发出红色的荧光。另外,荧光体部603G中,荧光体部603G内分散的绿色荧光体(Ca3Sc2Si3O12:Ce)吸收入射光,发出绿色的荧光。另外,光透射部603B中,光透射部603B内分散的扩散剂使入射光散射,结合与荧光体部603R、603G发出的荧光的配光特性,使入射的蓝色的光向前方透射。
此时,对应要形成的图像,用光栅606对每个像素调整入射光的光量,因而各荧光体部603R,603G发出的荧光(可见光)的光量也是被按每个像素调整的,由此形成了所需的图像。
如此产生的红色和绿色的荧光以及透射光透射部603B而出的从光源602发出的蓝色的光经透明基板631发射到图像显示装置601′的外部(图中右侧)。观察者见到该透明基板631的表面发出的光,从而识别到图像。
此时,荧光体部603R,603G的荧光体分别使用辉度维持荧光体CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce,所以能抑制图像显示装置601′自身的发光辉度的温度依赖性,由此,能够防止不同温度条件下显示的图像的颜色与目的颜色出现偏差,对实际应用非常有用。
另外,与以往使用液晶光栅的图像显示装置不同,利用本实施方式的图像显示装置601′能够防止像素由于可视角的原因发生辉度下降或颜色变化。
[V-2-3.第3实施方式]
[V-2-3-1.构成]
图18是示意说明作为本应用例的第三实施方式的图像显示装置的要部的分解截面图。值得注意的是,图18所示的图像显示装置是观察者从图中右侧观察图像显示装置显示的图像时的图像显示装置。图18中使用与图16、图17同样的符号表示的部位表示与图16、图17中同样的部位。
如图18所示,本实施方式的图像显示装置601″除了构成部件的配置顺序是从背面侧开始依次为基板604、光源602、荧光体部603R,603G和光透射部603B、起偏镜605、光栅606、检偏镜607的顺序,光栅606的像素间设有黑矩阵(省略图示)之外,与第二实施方式中说明的图像显示装置601′的构成相同。
光栅606的像素之间优选存在称作黑矩阵的黑色区域以提高对比度。黑矩阵具有使像素间的空隙黑从而容易看清图像的作用。至于黑矩阵的材质,例如可以使用铬、碳、或者分散有碳或其他黑色物质的树脂,但不限于此。本实施方式中,为了使观察者看到透射过光栅606的光,在光栅设置该黑矩阵(省略图示)。
另外,本实施方式的图像显示装置601″中,如上述那样对构成部件的配置顺序进行了改变,所以光栅606对各像素的每一个调整荧光体部603R,603G发出的光和透射过光透射部603B的光的光量,使其向前方透射。即,红色和绿色的像素中,使从光源602发出的光入射到荧光体部603R,603G,光栅606对每个像素调整荧光体部603R,603G内荧光体发出的光的光量,使其向前方透射。另外,蓝色的像素中,从光源602发出的光被光透射部603B内的扩散剂散射并透射过光透射部603B,光栅606对每个像素调整透射过光透射部603B的光的光量,使其向前方透射。这样,利用经光栅606调整了光量的红色、绿色和蓝色的光,能够以多色发光在图像显示装置601显示所需的图像。
所以,第二实施方式中,作为光栅606使用的是能在光源602发出的光的波长区域调整光的光量的光栅,而本实施方式中,使用在荧光体部603R,603G发出的光的波长区域也能调整光的光量的光栅。具体地说,本实施方式的光栅606通过施加在背面电极661和前面电极663的电压控制液晶层662内的液晶的分子排列,通过该分子排列对各像素的每一个调整照射到背面侧的光的各自的光量。
另外,本实施方式中也与第二实施方式相同,荧光体部603R使用CaAlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂,并且,绿色荧光部603G使用Ca3Sc2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用非芳香族环氧树脂作为粘合剂。
[V-2-3-2.作用]
本实施方式的图像显示装置601″是如上述那样构成的,所以使用时以规定的强度使光源602发光。从光源602发出的光分别入射到对应的荧光体部603R,603G和光透射部603B。
荧光体部603R中,荧光体部603R内分散的红色荧光体(CaAlSiN3:Eu)吸收入射光,发出红色的荧光。另外,荧光体部603G中,荧光体部603G内分散的绿色荧光体(Ca3Sc2Si3O12:Ce)吸收入射光,发出绿色的荧光。另外,光透射部603B中,光透射部603B内分散的扩散剂使入射光散射,结合与荧光体部603R、603G发出的荧光的配光特性,使入射的蓝色的光向前方透射。
如此发出的红色和绿色的荧光以及蓝色的光在经起偏镜605使其偏光性一致后,入射到光栅606。
根据控制部(省略图示)的控制,光栅606对应要显示的图像对每个像素调整从背面侧入射来的红色光、绿色光和蓝色光的光量,使其透射到前方。具体地说,通过控制施加在透明电压661,663的电压,调整对应各像素的部位的液晶的取向性,由此调整使每个像素透射多大强度的光,并使背面受到的光向前方透射。
通过光栅606的光被照射到检偏镜607。此时,荧光体部603R,603G发出的荧光和透射过光透射部603B的光的光量是经光栅606对每个像素进行了调整的,所以照射到检偏镜607的光形成了所需的图像。于是,观察者看到该检偏镜607的表面发出的光,从而识别到图像。
此时,荧光体部603R,603G的荧光体分别使用辉度维持荧光体CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce,所以能抑制图像显示装置601″自身的发光辉度的温度依赖性,由此,能够防止不同温度条件下显示的图像的颜色与目的颜色出现偏差,对实际应用非常有用。
另外,与以往使用液晶光栅的图像显示装置不同,利用本实施方式的图像显示装置601″能消除荧光体部603R,603G内的荧光体的残光特性带来的影响。荧光体在停止光的照射后也可在规定的时间发出荧光,这种光照射停止后发出荧光的时间称作残光特性。不同的荧光体,其残光特性是不同的,所以以往图像显示装置显示的图像中有某种特定的颜色被强调的倾向,残光特性成为成本的提高和控制的复杂化的一个原因。但是,利用本实施方式的图像显示装置601″,能够消除上述的残光特性的影响,从而防止图像的特定颜色被强调。
另外,与第二实施方式相同,本实施方式可更简单地制作控制部的控制电路。
[V-3.其他]
上面对本应用例的实施方式进行了说明,但本应用例不限于上述的实施方式,只要不超出本应用例的要点,实施时可以任意改变。
例如,上述的实施方式中,对使用红色、绿色和蓝色这三种光显示图像的情况进行了说明,但是,也可以使用上述的红色、绿色和蓝色以外的光来进行图像显示,还可以使用两种或者四种以上的光进行图像显示。
另外,例如在一部分的像素中,可以将光源602发出的光直接用作像素的光。
另外,除了透射荧光体部603R,603G以外,还可采用从光源602发出的光在荧光体部603R,603G发生反射的反射型构成。具体地说,例如,第一实施方式的构成中,可以将光源2设置在荧光体部603R,603G的前方来构成图像显示装置601。
另外,还可以合用没有任何CaAlSiN3:Eu或Ca3Sc2Si3O12:Ce等辉度维持荧光体的荧光体部作为荧光体部。
另外,作为辉度维持荧光体,还可以使用CaAlSiN3:Eu和Ca3Sc2Si3O12:Ce以外的辉度维持荧光体。
并且,上述的光源602、荧光体部603R,603G、框604、起偏镜605、光栅606、检偏镜607等部件可以在不超出本应用例的要点的范围任意组合使用。
另外,图像显示装置601,601′,601″中还可以组合其他构成部件。
并且,上述的第一发光装置、第二发光装置、白光发光装置和图像显示装置也可以任意组合实施。
另外,上述的第一发光装置、第二发光装置、白光发光装置和图像显示装置可以在不损害其效果的范围内含有下述的荧光体作为波长转换材料。
具体地说,可以使用下述举出的物质作为荧光体,但这些也只是例子,荧光体不限于这些。值得注意的是,下述的例子中,适当省略了仅结构的一部分不同的荧光体。例如“Y2SiO5:Ce3+”、“Y2SiO5:Tb3+”和“Y2SiO5:Ce3+,Tb3+”归纳表示为“Y2SiO5:Ce3+,Tb3+”,“La2O2S:Eu”、“Y2O2S:Eu”和“(La,Y)2O2S:Eu”归纳表示为“(La,Y)2O2S:Eu”。省略之处用逗号(,)隔开表示。
·红色荧光体:
作为红色荧光体,可以举出例如以(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu表示的铕赋活碱土类氮化硅系荧光体,其由具有红色断裂面的断裂粒子构成,进行红色区域的发光;以(Y,La,Gd,Lu)2O2S:Eu表示的铕赋活稀土类氧硫化物系荧光体,其由作为规整的结晶成长形状的具有大致球状的成长粒子构成,进行红色区域的发光;等。
另外,特开2004-300247号公报记载的荧光体也可以用作本实施方式的荧光体,其是含有选自由Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W和Mo组成的组的至少一种元素的氧氮化物和/或氧硫化物的荧光体,并且该荧光体含有的氧氮化物具有部分或全部Al元素被Ga元素取代的α赛隆结构。值得注意的是,这些是含有氧氮化物和/或氧硫化物的荧光体。
此外,作为其它的红色荧光体,还可以使用(La,Y)2O2S:Eu等Eu赋活氧硫化物荧光体、Y(V,P)O4:Eu、Y2O3:Eu等Eu赋活氧化物荧光体、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu,Mn、(Ba,Mg)2SiO4:Eu,Mn等Eu,Mn赋活硅酸盐荧光体、(Ca,Sr)S:Eu等Eu赋活硫化物荧光体、YAlO3:Eu等Eu赋活铝酸盐荧光体、LiY9(SiO4)6O2:Eu、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu、(Sr,Ba,Ca)3SiO5:Eu、Sr2BaSiO5:Eu等Eu赋活硅酸盐荧光体、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce等Ce赋活铝酸盐荧光体、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu等Eu赋活氮化物荧光体、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Ce等Ce赋活氮化物荧光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mn等Eu,Mn赋活卤磷酸(ハロリン酸)盐荧光体、(Ba3Mg)Si2O8:Eu,Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8:Eu,Mn等Eu,Mn赋活硅酸盐荧光体、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn等Mn赋活锗烷盐荧光体、Eu赋活α赛隆等Eu赋活氧氮化物荧光体、(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu,Bi等Eu,Bi赋活氧化物荧光体、(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu,Bi等Eu,Bi赋活氧硫化物荧光体、(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu,Bi等Eu,Bi赋活钒酸盐荧光体、SrY2S4:Eu,Ce等Eu,Ce赋活硫化物荧光体、CaLa2S4:Ce等Ce赋活硫化物荧光体、(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu,Mn等Eu,Mn赋活磷酸盐荧光体、(Y,Lu)2WO6:Eu,Mo等Eu,Mo赋活钨酸盐荧光体、(Ba,Sr,Ca)xSiyNz:Eu,Ce(其中,x、y、z为1以上的整数)等Eu,Ce赋活氮化物荧光体、(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH):Eu,Mn等Eu,Mn赋活卤磷酸盐荧光体、((Y,Lu,Gd,Tb)1-xScxCey)2(Ca,Mg)1-r(Mg,Zn)2+rSiz-qGeqO12+δ等Ce赋活硅酸盐荧光体等。
作为红色荧光体,还可以使用由以β-二酮酸盐、β-二酮、芳香族羧酸或布朗斯台德酸等的阴离子为配体的稀土类元素离子络合物形成的红色有机荧光体、二萘嵌苯系颜料(例如,二苯并{[f,f’]-4,4’,7,7’-四苯基}二茚并[1,2,3-cd:1’,2’,3’-lm]二萘嵌苯)、蒽醌系颜料、色淀系颜料、偶氮系颜料、喹吖啶酮系颜料、蒽系颜料、异二氢吲哚系颜料、异二氢吲哚酮系颜料、酞菁系颜料、三苯甲烷系碱性染料、阴丹酮系颜料、靛酚系颜料、花青系颜料、二噁嗪系颜料。
·绿色荧光体:
作为绿色荧光体,可以举出例如由具有断裂面的断裂粒子构成并进行绿色区域的发光的以(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu表示的铕赋活碱土类氧氮化硅系荧光体、由具有断裂面的断裂粒子构成并进行绿色区域的发光的以(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu表示的铕赋活碱土类硅酸系荧光体等。
此外,作为绿色荧光体,还可以使用Sr4Al14O25:Eu、(Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu等Eu赋活铝酸盐荧光体、(Sr,Ba)Al2Si2O8:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu等Eu赋活硅酸盐荧光体、Y2SiO5:Ce,Tb等Ce,Tb赋活硅酸盐荧光体、Sr2P2O7-Sr2B2O5:Eu等Eu赋活硼酸磷酸盐荧光体、Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu等Eu赋活卤硅酸(ハロ硅酸)盐荧光体、Zn2SiO4:Mn等Mn赋活硅酸盐荧光体、CeMgAl11O19:Tb、Y3Al5O12:Tb等Tb赋活铝酸盐荧光体、Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb、La3Ga5SiO14:Tb等Tb赋活硅酸盐荧光体、(Sr,Ba,Ca)Ga2S4:Eu,Tb,Sm等Eu,Tb,Sm赋活硫镓酸盐(チオガレ一ト)荧光体、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、(Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce等Ce赋活铝酸盐荧光体、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg,Na,Li)2Si3O12:Ce等Ce赋活硅酸盐荧光体、CaSc2O4:Ce等Ce赋活氧化物荧光体、SrSi2O2N2:Eu、(Sr,Ba,Ca)Si2O2N2:Eu、Eu赋活β赛隆、Eu赋活α赛隆等Eu赋活氧氮化物荧光体、BaMgAl10O17:Eu,Mn等Eu,Mn赋活铝酸盐荧光体、SrAl2O4:Eu等Eu赋活铝酸盐荧光体、(La,Gd,Y)2O2S:Tb等Tb赋活氧硫化物荧光体、LaPO4:Ce,Tb等Ce,Tb赋活磷酸盐荧光体、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,Au,Al等硫化物荧光体、(Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3:Ce,Tb、Na2Gd2B2O7:Ce,Tb、(Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6:K,Ce,Tb等Ce,Tb赋活硼酸盐荧光体、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu,Mn等Eu,Mn赋活卤硅酸盐荧光体、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu等Eu赋活硫铝酸盐荧光体或硫镓酸盐(チオガレ一ト)荧光体、(Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu,Mn等Eu,Mn赋活卤硅酸盐荧光体等。
另外,作为绿色荧光体,还可以使用吡啶-邻苯二甲酰亚胺缩合衍生物、苯并噁嗪酮系、喹唑啉酮系、香豆素系、喹酞酮系、萘二甲酰亚胺系等荧光色素、铽络合物等有机荧光体。
·蓝色荧光体:
作为蓝色荧光体,可以举出以BaMgAl10O17:Eu表示的铕赋活铝酸钡镁系荧光体,其由作为规整的结晶成长形状的具有大致六边形的成长粒子构成,进行蓝色区域的发光;以(Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu表示的铕赋活卤磷酸钙系荧光体,其由作为规整的结晶成长形状的具有大致球状的成长粒子构成,进行蓝色区域的发光;以(Ca,Sr,Ba)2B5O9Cl:Eu表示的铕赋活碱土类氯硼酸盐系荧光体,其由作为规整的结晶成长形状的具有大致立方体形状的成长粒子构成,进行蓝色区域的发光;以(Sr,Ca,Ba)Al2O4:Eu或(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Eu表示的铕赋活碱土类铝酸盐系荧光体,其由具有断裂面的断裂粒子构成,进行蓝绿色区域的发光;等。
此外,作为蓝色荧光体,还可以使用Sr2P2O7:Sn等Sn赋活磷酸盐荧光体、Sr4Al14O25:Eu、BaMgAl10O17:Eu、BaAl8O13:Eu等Eu赋活铝酸盐荧光体、SrGa2S4:Ce、CaGa2S4:Ce等Ce赋活硫镓酸盐荧光体、(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Tb,Sm等Eu赋活铝酸盐荧光体、(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu,Mn等Eu,Mn赋活铝酸盐荧光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、(Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu,Mn,Sb等Eu赋活卤磷酸盐荧光体、BaAl2Si2O8:Eu、(Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu等Eu赋活硅酸盐荧光体、Sr2P2O7:Eu等Eu赋活磷酸盐荧光体、ZnS:Ag、ZnS:Ag,Al等硫化物荧光体、Y2SiO5:Ce等Ce赋活硅酸盐荧光体、CaWO4等钨酸盐荧光体、(Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu,Mn、(Sr,Ca)10(PO4)6·nB2O3:Eu、2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3:Eu等Eu,Mn赋活硼酸磷酸盐荧光体、Sr2Si3O8·2SrCl2:Eu等Eu赋活卤硅酸盐荧光体等。
另外,作为蓝色荧光体,还可以使用例如萘二甲酰亚胺系、苯并噁唑系、苯乙烯基系、香豆素系、吡唑啉(ピラリゾン)类、三唑系化合物的荧光色素、铥络合物等有机荧光体等。
另外,荧光体可以单独使用1类,也可以以任意的组合和比例使用两类以上。
【实施例】
下面举出实施例对本发明进行更具体地说明,但本发明不限于下述的实施例,实施时在不超出本发明的要点的范围内可以任意地变化。
[I.关于第一发光装置的实施例]
[实施例1-1]
混合以得到第一荧光体的重量百分率为94%、第二荧光体重量百分率为6%的荧光体混合物。此处,第一荧光体使用下述的氧化物荧光体,其用波长455nm的光激发时的发光效率为46%,含有0.06摩尔(相对化学组成式中1摩尔Ca为0.02摩尔)Ce作为赋活剂,具有Ca3Sc2Si3O12的化学组成,在505nm具有发光峰值波长。第二荧光体使用下述的氮化物荧光体,其用波长455nm的光激发时的发光效率为54%,含有0.008摩尔Eu作为赋活剂,具有CaAlSiN3的化学组成,在650nm具有发光峰值波长。
在160℃以内,在阶段性地保持荧光体混合物的温度恒定下,测定以峰值波长455nm的蓝色光激发得到的辉度和色度坐标值x。辉度的测定结果见图19。其结果如下:将25℃时的辉度[BR(25)]设为1时,125℃时的辉度[BR(125)]为0.92,该辉度的比例[BR(125)/BR(25)]为0.92。另外,25℃时的色度坐标值x[x2(25)]为0.404,125℃时的色度坐标值x[x2(125)]为0.418,该色度坐标值x的差[x2(25)-x2(125)]为-0.014。另外,辉度和色度坐标值x的测定时,不计入从荧光体混合物发出的不足470nm的荧光光谱,仅利用470nm以上的荧光光谱进行计算,以免受到波长455nm的激发光的影响。
另外,以下述顺序制作炮弹型白光发光装置。首先使用导电性安装部件银膏在炮弹型LED用框的杯部安装以460nm的波长发光的LED(Cree社生产的“C460MB”)。接着,使用Au线焊接LED的电极和内引线。然后,将以1g上述的荧光体混合物对10g环氧树脂的比例充分混合得到的荧光体与树脂的混合物(以下称作荧光体糊)注入安装了LED的框的杯部分。将其在120℃保持一小时,使环氧树脂固化。接着,在流入了环氧树脂的炮弹型的模具中插入上述得到的安装有LED和荧光体的框,在120℃保持一小时。使树脂固化后,从模具中取出,得到炮弹型白光发光装置。
在室温(约24℃),以电流10mA~40mA在电流密度17.5A/cm2~70A/cm2的范围驱动如此得到的白光发光装置,用积分球接受从白光发光装置发出的全部的光,并经光纤导入分光器,测定发光光谱。发光光谱的数据为在从380nm~780nm的范围记录每5nm的发光强度的数值。其结果是,该白光发光装置在电流10mA的驱动下,色度坐标值x、y分别为0.288、0.308,在电流40mA的驱动下,色度坐标值x、y分别为0.291、0.309。这表明,对于在蓝色LED的10mA~40mA的范围的驱动电流、即在17.5A/cm2~70A/cm2范围内的电流密度的变化,色度坐标值的差值[x1(17.5)-x1(70)]、[y1(17.5)-y1(70)]极小,分别为0.003、0.001,随驱动电流的增减产生的发光光量的变化引起的色差非常小。
另外,利用JIS Z 8726规定的方法计算该白光发光装置的平均显色指数Ra时,该白光发光装置表现出良好的显色性,Ra为90。与现有产品中组合蓝色LED与钇铝石榴石系荧光体的拟白光发光装置相比,该白光发光装置的平均显色指数明显高,表现出良好的发光。
另外,为了与本发明的第一发光装置比较,测定现有产品中组合蓝色LED和钇铝石榴石系荧光体得到的拟白光发光装置的发光强度,求出其色度坐标值。其结果如下:在电流10mA驱动下,色度坐标值x、y分别为0.321、0.314,在电流40mA驱动下,色度坐标值x、y分别为0.314、0.306,对于在蓝色LED的10mA~40mA的范围的驱动电流、即在17.5A/cm2~70A/cm2范围内的电流密度的变化,色度坐标值的差值[x1(17.5)-x1(70)]、[y1(17.5)-y1(70)]大,分别为-0.007、-0.008,与本发明的第一发光装置相比,随驱动电流的增减产生的发光光量的变化引起的色差非常大。
另外在将钇铝石榴石系荧光体加热到160℃的过程中测定以峰值波长455nm的蓝色光激发得到的辉度和色度坐标值x。辉度的结果见图19。其结果是,将25℃时的辉度[BR(25)]设为1时,125℃时的辉度[BR(125)]为0.68,该辉度的比例[BR(125)/BR(25)]为0.68,温度消光大。因此,钇铝石榴石系荧光体的温度消光是随白光发光装置的驱动电流的增减产生的发光光量的变化引起的色差大的原因之一。并且,该现有产品的平均显色指数Ra低,Ra为79。
由以上结果可知,与现有产品相比,使用本发明的第一发光装置能得到随驱动电流的增减产生的发光光量变化引起的色差小且具有稳定的色彩重现性的图像显示装置以及显色性高且环境温度和发光光量的变化引起的色差少的照明装置。
[II.关于第二发光装置的实施例]
下面举出实施例和比较例更具体地说明本发明的第二发光装置。
下面制作与上述的本发明的第二发光装置的第一实施方式的发光装置同样构成的发光装置,评价其发光效率和显色性。值得注意的是,下文的实施例和比较例的各构成要素中,为了方便起见,对于对应图3的部分,将其符号加括号表示。
[实施例2-1]
准备具有杯状凹部(102A)的框(102),用银膏(105)作为粘结剂,在该凹部(102A)的底部小片焊接(ダイボンデイング)作为以波长450nm~470nm发光的光源的蓝色LED(103)。此时,考虑蓝色LED(103)产生的热的散热性,均匀涂布小片焊接中使用的银膏(105)。在150℃加热两小时,使银膏固化后,用连接线将蓝色LED(103)与框(102)的电极连接。连接线(106)使用直径25μm的金线。
蓝色LED(103)使用EPISTAR社生产的“ES-CEBL912”。
作为荧光发光部(104)的发光物质,使用发出大约波长470nm~690nm的光的以Ca2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12(称作荧光体A)表示的荧光体和发出大约波长520nm~760nm的光的Sr0.8Ca0.192Eu0.008AlSiN3(称作荧光体B)的混合物。
荧光发光部(104)的荧光体混合物中荧光体A和B的比例为90∶10(重量比)。另外,将荧光体混合物的重量与环氧树脂的重量之比设定为25∶75,制作荧光体浆料。
在框(102)的凹部(102A)注入该荧光体浆料,加热使其固化。
接着,用环氧树脂对框整体进行浇注。模制部的形成中使用杯状的模具。
通过对蓝色LED(103)供电,使该发光装置(101)发光(驱动电流20mA、驱动电流密度17.5A/cm2、温度20℃)。此时,用积分球测定发光装置(101)发出的光的发光光谱,由此研究全部光通量、色度、显色性和将蓝色LED(103)的驱动电流改为80mA、驱动电流密度改为70A/cm2时色度的变化。结果见表1。另外,显色性以按照JISZ8726算出的R1~R15和R1~R8的平均值Ra进行评价。
表1中,色度(x/y)表示色坐标。
【表1】
  全部光通量   2.4lm
  发光效率   34lm/W
  x   0.301
  y   0.312
  Ra   88
  R<sub>1</sub>   94
  R<sub>2</sub>   94
  R<sub>3</sub>   90
  R<sub>4</sub>   79
  R<sub>5</sub>   88
  R<sub>6</sub>   91
  R<sub>7</sub>   83
  R<sub>8</sub>   82
  R<sub>9</sub>   76
  R<sub>10</sub>   89
  R<sub>11</sub>   83
  R<sub>12</sub>   63
  R<sub>13</sub>   97
  全部光通量   2.4lm
  R<sub>14</sub>   95
  R<sub>15</sub>   90
  色差
  x<sub>1</sub>(17.5)-x<sub>1</sub>(70)   0.004
  y<sub>1</sub>(17.5)-y<sub>1</sub>(70)   0.005
另外,图20给出了本发光装置的发光光谱。
另外,所用的荧光体A和荧光体B的混合物的温度特性如下:
BR(125)/BR(25)=0.998
|x2(25)-x2(125)|=0.012
|y2(25)-y2(125)|=0.000。
[实施例2-2]
除了将荧光体A和荧光体B的混合比例改为91∶9以外,与实施例2-1同样地制作发光装置,并同样地评价其特性,结果见表2。并且图21给出了本发光装置的发光光谱。
另外,所用的荧光体A和荧光体B的混合物的温度特性如下:
BR(125)/BR(25)=0.998
|x2(25)-x2(125)|=0.012
|y2(25)-y2(125)|=0.000。
【表2】
  全部光通量   2.6lm
  发光效率   37lm/W
  x   0.294
  y   0.319
  Ra   86
  R<sub>1</sub>   90
  R<sub>2</sub>   97
  R<sub>3</sub>   89
  全部光通量   2.6lm
  R<sub>4</sub>   75
  R<sub>5</sub>   86
  R<sub>6</sub>   94
  R<sub>7</sub>   82
  R<sub>8</sub>   76
  R<sub>9</sub>   50
  R<sub>10</sub>   96
  R<sub>11</sub>   78
  R<sub>12</sub>   60
  R<sub>13</sub>   95
  R<sub>14</sub>   94
  R<sub>15</sub>   84
  色差
  x<sub>1</sub>(17.5)-x<sub>1</sub>(70)   0.006
  y<sub>1</sub>(17.5)-y<sub>1</sub>(70)   0.009
[比较例2-1]
蓝色LED(103)使用Cree社生产的“C460MB”,荧光发光部(104)的荧光体使用发出大约波长480nm~720nm的光的以YAG:Ce表示的荧光体,除此以外,与实施例2-1同样地制成发光装置,并同样地评价其特性,结果见表3。另外,图22给出了本发光装置的发光光谱。
【表3】
  全部光通量   2.6lm
  发光效率   37lm /W
  全部光通量   2.6lm
  x   0.280
  y   0.310
  Ra   74
  R<sub>1</sub>   86
  R<sub>2</sub>   90
  R<sub>3</sub>   73
  R<sub>4</sub>   51
  R<sub>5</sub>   78
  R<sub>6</sub>   93
  R<sub>7</sub>   65
  R<sub>8</sub>   59
  R<sub>9</sub>   22
  R<sub>10</sub>   81
  R<sub>11</sub>   53
  R<sub>12</sub>   59
  R<sub>13</sub>   93
  R<sub>14</sub>   85
  R<sub>15</sub>   74
  色差
  x<sub>1</sub>(17.5)-x<sub>1</sub>(70)   0.002
  y<sub>1</sub>(17.5)-y<sub>1</sub>(70)   0.051
[III.关于白光发光装置的实施例]
下述的实施例中,LED表示发光二极管。
[实施例3-1]
按下述的顺序制作表面实装型白光发光装置,并进行对其的评价。
首先,使用银膏(导电性安装部件)将以460nm的波长发光的LED(Epistar社生产:ES-CEBL912X10X)焊接至表面实装型LED用的框的杯部(凹部)的端子。
接着,使用20μm粗的Au线(导电性连接线)将LED的电极与框的端子连接。
作为波长转换材料,混合使用以Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12表示的第一荧光体和以Ca0.992AlSiEu0.008N2.85O0.15表示的第二荧光体。混合比例(重量比)为第一荧光体∶第二荧光体=93∶7。这些荧光体吸收LED发出的光(一次光),分别放出波长470nm~690nm的光和波长540nm~760nm的光。
以1g波长转换材料对10g作为粘合剂的硅树脂的比例进行充分混合,然后将该荧光体和硅树脂的混合物注入焊接有LED的框的杯部分。将其在150℃保持两小时,使硅树脂固化,由此在杯部分形成含荧光体树脂部,得到表面实装型白光发光装置。
驱动上述得到的表面实装型白光发光装置,使其发出白色光,测定该白色光的发光光谱,根据JIS-Z8726,由该发光光谱算出显色指数R1~R8,计算其平均值Ra。其中,在室温(约24℃)以20mA驱动表面实装型白光发光装置。
另外,用积分球接受从表面实装型白光发光装置发出的全部的光,然后经光纤导入分光器,测定表面实装型白光发光装置发出的光的发光光谱。测定的发光光谱见图23。
另外,由上述的白色光以及全部的光的发光光谱,分别测定所用的各波长转换材料对LED发出的光的内部量子效率和吸光度,并测定100℃时的辉度相对于25℃时的辉度的辉度维持率TR(%)、白光发光装置发出的白色光在上述规定波长范围内的平坦度[T(ratio)]和相关色温。这些特性见表4。
[实施例3-2]
除了将波长转换材料的种类改为Ca2.97Ce0.03Sc1.94Mg0.06Si3O12以外,与实施例3-1同样地制造表面实装型白光发光装置,测定表面实装型白光发光装置发出的白色光以及全部的光的发光光谱,与实施例3-1同样地测定各特性,该特性见表4。另外,从表面实装型白光发光装置发出的全部的光的发光光谱见图24。
[比较例3-1]
除了将波长转换材料的种类改为(Y,Gd,Ce)3Al5O12以外,与实施例3-1同样地制造表面实装型白光发光装置,测定表面实装型白光发光装置发出的白色光以及全部的光的发光光谱,与实施例3-1同样地测定各特性,该特性见表4。另外,从表面实装型白光发光装置发出的全部的光的发光光谱见图25。
[表4]
Figure G2008101893200D01181
由表4可知,通过使500nm~650nm的规定波长范围内的发光光谱平坦、并使平坦度[T(ratio)]为150%以下,能提高白光发光装置发出的白色光的显色性。
另外,实施例3-1、3-2使用的波长转换材料的辉度维持率均高达80%以上,因此,实施例3-1、3-2制作的白光发光装置在点亮后因LED的发热而产生白色光的强度随时间推移发生下降的顾虑小。
另外,实施例3-1、3-2使用的波长转换材料对LED的发光波长的光的吸光度高达70%以上,并且波长转换材料的内部量子效率高达40%以上,所以白光发光装置发出的光的强度比比较例3-1的高,白光发光装置的发光效率优异。
另外,比较例3-1的白光发光装置比实施例3-1、3-2的白光发光装置的发光效率高,但是显色性差,所使用的波长转换材料的辉度维持率低,所以有可能因温度变化而发生色调的变化。
[IV.关于图像显示装置的实施例]
[实施例4-1]
构成红色的像素的发光装置由(In,Ga)N系蓝色LED和红色荧光体构成。红色荧光体使用以Ca0.992AlSiEu0.008N3表示的红色荧光体。该红色荧光体吸收(In,Ga)N系蓝色LED发出的光转而发出波长540nm~760nm的光。
另外,以规定的比例充分混合氮化硅、氮化铝、氮化钙粉末、氮化铕,用石墨电阻加热方式的电炉在氮氛围气中进行两小时的加热处理,其中压力为1MPa、温度为1800℃,由此合成上述的红色荧光体。
另外,与上述实施方式中说明的荧光体温度依赖系数TR的测定方法同样地在改变温度下对该红色荧光体测定发光强度,其结果是,发光强度没有随温度上升发生下降,100℃时的发光强度相对25℃时的发光强度的比例(荧光体温度依赖系数TR)为109%。
使用该红色荧光体,按下述顺序制作与图12所示同样的红色发光固体发光装置。值得注意的是,下述的说明中,括号“〔〕”内所示的符号是表示图12对应的部位的符号。
首先,使用银膏(导电性安装部件)将以460nm的波长发光的LED(Cree社生产的C460-MB290-S0100;MB级、光功率9mW~10mW)〔313〕焊接至表面实装型LED用的框〔312〕的杯部〔312A〕的端子〔315〕。
接着,使用20μm粗的Au线(导电性连接线)〔317〕将LED〔313〕的电极(省略图示)与框〔312〕的端子〔316〕连接。
以1g上述红色荧光体〔314〕对5g硅树脂(粘合剂)〔318〕的比例充分混合,将该荧光体和硅树脂的混合物注入焊接有LED〔313〕的框〔312〕的杯部分〔312A〕。
将其在150℃保持两小时,使硅树脂〔318〕固化,由此形成含荧光体树脂部,得到表面实装型红色发光装置〔311〕。
测定如上得到的表面实装型红色发光装置〔311〕的发光光谱。其中,在室温(约24℃)以20mA驱动表面实装型红色发光装置〔311〕。具体地说,用积分球接受从表面实装型红色发光装置〔311〕发出的全部的光,然后经光纤导入分光器,测定发光光谱和全部光通量。
该红色发光装置〔311〕的发光光谱见图26。
另外,发光光谱的测定结果中,基于波长380nm~780nm的范围的发光强度的数值,计算CIE色度坐标值x和y,其结果为x=0.68,y=0.31。
另外,基于发光光谱的测定结果,计算红色荧光体的内部量子效率,其结果为56%。
另外,通过与红色发光装置〔311〕情况下同样的处理,使用蓝色LED和绿色荧光体Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12制造构成绿色的像素的绿色发光装置。
其中,绿色荧光体按如下顺序进行制造。将CaCO3、Sc2O3、SiO2、CeO2以规定的比例与少量的乙醇一同装入玛瑙乳钵,进行充分混合后,使其干燥,接着,将经干燥的原料混合物包入铂箔,在流通含有4重量%氢的氮气下,于1500℃加热三小时,由此得到绿色荧光体。对得到的绿色荧光体进行洗涤、粉碎和分级处理。
与红色发光装置同样地测定上述得到的绿色发光装置的发光光谱。绿色发光装置的发光光谱见图27。
另外,发光光谱的测定结果中,基于波长380nm~780nm的范围的发光强度的数值,计算CIE色度坐标值x和y,其结果为x=0.29,y=0.50。
另外,在改变温度下测定该绿色荧光体的发光强度,其结果为100℃时的发光强度相对25℃时的发光强度的比例(荧光体温度依赖系数TR)为93%。
另外,使用作为扩散剂的白色微粉TiO2代替红色荧光体,除此以外与红色发光装置〔311〕同样地制造蓝色发光装置。与红色发光装置同样地测定得到的蓝色发光装置的发光光谱。蓝色发光装置的发光光谱见图28。
将上述那样制造的红、绿、蓝的像素排列在平面上,通过形成布线和点亮控制电路,能够制造全色显示装置(显示器)。另外,如此制造的全色显示装置使用荧光体温度依赖系数TR高的荧光体来制作红色像素和绿色像素,因而推测其能够减少因温度变化产生的色差。
[实施例4-2]
除了组合使用(In,Ga)N系绿色发光元件和扩散剂代替实施例4-1中构成绿色像素的绿色发光装置之外,采用与实施例4-1同样的顺序制造全色显示装置。
测定该显示装置的三色光的发光光谱,结果见图29。
如此制造的全色显示装置由于使用荧光体温度依赖系数TR高的荧光体来制作红色像素和绿色像素,因而推测其能够减少因温度变化产生的色差。
[V.关于上述图像显示装置的应用例的实施例]
[关于绿色的荧光体]
[实施例5-1]
在160℃内,阶段性地升温到规定的温度(升温速度:10℃/分钟),在将温度恒定保持在规定温度下(20秒),测定氧化物荧光体以峰值波长455nm的蓝色光激发得到的辉度,其中,所述氧化物荧光体含有0.06摩尔(相对于化学组成式中1摩尔Ca为0.02摩尔)Ce作为赋活剂,具有Ca3Sc2Si3O12的化学组成,在505nm具有发光峰值波长。各温度下的相对辉度(辉度维持率,以25℃时的辉度为100%)见图30。图30中以四边形表示的曲线表示实施例5-1的结果。
另外,关于辉度的测定,不计入从荧光体混合物发出的不足470nm的荧光光谱,仅利用470nm以上的荧光光谱进行计算,以免受到波长455nm的激发光的影响。
[比较例5-1]
除了使用YAG:Ce作为荧光体之外,与实施例5-1同样操作,测定荧光体的辉度维持率。各温度下的相对辉度(辉度维持率,以25℃的辉度为100%)的结果见图30。
另外,图30中以圆形表示的曲线表示比较例5-1的结果。
[关于红色的荧光体]
[实施例5-2]
除了使用含有0.8摩尔%(化学组成式中相对于1摩尔Ca含有0.008摩尔)Eu且具有CaAlSiN3的化学组成的荧光体之外,与实施例5-1同样操作,测定荧光体的辉度维持率。各温度下的相对辉度(辉度维持率,以25℃时的辉度为100%)见图31。图31中以四边形表示的曲线表示实施例5-2的结果。
[比较例5-2]
除了使用含有0.8摩尔%(化学组成式中相对于1摩尔Ca含有0.008摩尔)Eu且具有Ca2Si5N8的化学组成的荧光体之外,与实施例5-1同样操作,测定荧光体的辉度维持率。各温度下的相对辉度(辉度维持率,以25℃时的辉度为100%)见图31。图31中以圆形表示的曲线表示比较例5-2的结果。
[总结]
由图30可知,实施例5-1的荧光体Ca3Sc2Si3O12的温度依赖性比比较例5-1的荧光体YAG:Ce的温度依赖性小。另外,由图31可知,实施例5-2的荧光体CaAlSiN3的温度依赖性比比较例5-2荧光体Ca2Si5N8的温度依赖性小。也就是说,150℃时的辉度相对于25℃时的辉度的辉度维持率高。所以据推测,使用了这些辉度维持荧光体的显示装置中荧光体发出的光对温度的色波动小,能够防止不同温度条件下显示的图像的颜色与目的颜色有偏差。
产业上的可利用性
本发明可以用于产业上的任意领域,特别适合用于使用LED等发光元件的室内和室外用照明、全彩色显示器等图像形成装置等。
上面利用特定的方式详细说明了本发明,但本领域技术人员可知,在不脱离本发明的意图和范围的情况下,可以进行各种变化。
另外,本申请以2005年3月18日提交的日本专利申请(特愿2005-080033)、2005年3月28日提交的日本专利申请(特愿2005-092976)、2005年3月31日提交的日本专利申请(特愿2005-103148)、2005年5月24日提交的日本专利申请(特愿2005-151175)和2005年6月17日提交的日本专利申请(特愿2005-178377)为基础,并通过引用这些全部的内容支持本申请。

Claims (10)

1.一种白光发光装置,其具有光源和吸收从所述光源发出的光的至少一部分并发出具有与上述光的波长不同的光的至少一种波长转换材料,该白光发光装置发出含有所述波长转换材料发出的光的白色光,所述白光发光装置的特征在于,
所述波长转换材料含有绿色系荧光体和/或红色系荧光体,所述绿色系荧光体为选自由MSi2N2O2:Eu、M-Si-Al-O-N:Ce、M-Si-Al-O-N:Eu以及下述通式(1)或(2)表示的母体结晶内至少含有Ce作为发光中心粒子的荧光体组成的组中的荧光体,其中M表示一种或两种以上的碱土金属,
M1 aM2 bM3 cOd                                  (1)
其中,M1表示二价的金属元素、M2表示三价的金属元素、M3表示四价的金属元素,a、b、c、d分别是下述范围的数,
2.7≤a≤3.3
1.8≤b≤2.2
2.7≤c≤3.3
11.0≤d≤13.0
M4 eM5 fOg                                     (2)
其中,M4表示二价的金属元素、M5表示三价的金属元素,e、f、g分别是下述范围的数,
0.9≤e≤1.1
1.8≤f≤2.2
3.6≤g≤4.4
所述红色系荧光体为选自由MSi7N10:Eu、M2Si5N8:Eu以及以下述通式(3)表示的荧光体组成的组中的荧光体,在MSi7N10:Eu和M2Si5N8:Eu中,M表示一种或两种以上的碱土金属,
MaAbDcEdXe              …式(3)
上述通式(3)中,M是选自由Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组的一种或两种以上的元素,A表示选自由M元素以外的二价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,D表示选自由四价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,E表示选自由三价金属元素组成的组的一种或两种以上的元素,X表示选自由O、N、F组成的组的一种或两种以上的元素,a、b、c、d和e分别是下述范围的数,
0.00001≤a≤0.1
a+b=1
0.5≤c≤4
0.5≤d≤8
0.8×(2/3+4/3×c+d)≤e
e≤1.2×(2/3+4/3×c+d)
所述白色光的发光光谱中500nm~650nm的规定波长范围的最大发光强度为所述规定波长范围中最小发光强度的150%以下。
2.如权利要求1所述的白光发光装置,其特征在于,所述绿色系荧光体含有通式(2)表示的荧光体。
3.如权利要求1所述的白光发光装置,其特征在于,所述红色系荧光体含有通式(3)表示的荧光体,其中A包含Ca和Sr。
4.如权利要求1所述的白光发光装置,其特征在于,所述波长转换材料在100℃的辉度为所述波长转换材料在25℃的辉度的80%以上。
5.如权利要求1或4所述的白光发光装置,其特征在于,所述波长转换材料对所述光源的发光峰值波长的光的吸光度为50%以上,且所述波长转换材料的内部量子效率为40%以上。
6.如权利要求1或4所述的白光发光装置,其特征在于,所述光源的发光峰值波长为370nm以上且500nm以下。
7.如权利要求1或4所述的白光发光装置,其特征在于,所述波长转换材料含有所述绿色系荧光体和所述红色系荧光体,相对于所述绿色系荧光体和所述红色系荧光体的合计重量,所述绿色系荧光体的重量百分率为65%以上且99%以下。
8.如权利要求1或4所述的白光发光装置,其特征在于,所述发光装置包含波长330nm~420nm的紫外LED发光装置、被该波长激发转而发出在420nm~480nm的波长具有发光峰的荧光的蓝色荧光体、发出在500nm~550nm的波长具有发光峰的荧光的绿色荧光体、在550nm~700nm的波长具有发光峰的红色荧光体的组合。
9.如权利要求1或4所述的白光发光装置,其特征在于,作为所述波长转换材料包含第一波长转换材料和第二波长转换材料,其中所述第二波长转换材料对所述第一波长转换材料的体积比为0.05以上且1以下。
10.一种照明装置,其特征在于,其具有权利要求1~9任一项所述的白光发光装置。
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