JP2007081159A - 発光装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高出力の緑色光を放つ発光装置及びそれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 ３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子１１と、発光素子１１が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光１６を放つ蛍光物質１５とを含み、実質的に、緑色光１６のみを放つ発光装置１０とする。発光素子１１は、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含む固体発光素子であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶画像表示装置用のバックライト（ＢＬ：Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ）光源やビデオプロジェクションシステム（ＶＰＳ：Ｖｉｄｅｏ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）用の光源システムなどに広く応用可能な、少なくとも緑色光を放つ発光装置と、その発光装置を用いた表示装置に関する。

従来から、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫〜青色の光を放つ発光素子と、この発光素子が放つ光を吸収して可視光を放つ蛍光物質とを組み合わせ、上記発光素子が放つ光と上記蛍光物質が放つ光の混色光を放つよう構成した発光装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺などの蛍光体が放つ青色光の一部を、緑色波長変換材料と赤色波長変換材料によって波長変換して緑色光と赤色光を得て、さらに、青色の未変換光と合わせて、赤緑青の多色光を放つよう構成した無機薄膜エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子も知られている（例えば、非特許文献１参照）。

一方で、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ緑色発光素子として、例えば、ＧａＰなどのＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層とする固体発光素子が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
特開平１０−２４２５１３号公報（特許第２９２７２７９号公報） Ｘ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ．、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ（ＩＤＷ‘０３：２００３年、Ｆｕｋｕｏｋａ）、ｐｐ．１１０９−１１１２ 松本正一編、「電子ディスプレイデバイス」、オーム社

しかしながら、従来の、例えば、ＧａＰなどのＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層とする緑色固体発光素子は、青色や赤色の固体発光素子に比較して発光効率が大幅に低く、緑色光の光出力が低い問題があった。

例えば、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体（赤色、ピーク波長：約６２０ｎｍ）、ＧａＮ系化合物半導体（緑色、ピーク波長：約５３０ｎｍ）、ＩｎＧａＮ系化合物半導体（青色、ピーク波長：約４７０ｎｍ）をそれぞれ発光層とする発光ダイオードなど固体発光素子の外部量子効率は、赤色固体発光素子では約５０％、緑色固体発光素子では約２０％、青色固体発光素子では約５０％であり、緑色固体発光素子の効率は、赤色や青色の固体発光素子の効率の約２／５である。

また、表示装置用の緑色としては、高い白色ピーク輝度を得る目的で、視感度の高い５５０ｎｍ付近の光が好まれるが、この波長領域にピークを有する緑色光を、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層とする緑色固体発光素子で得ようとした場合には、発光層材料としてＧａＰ系化合物半導体を用いる固体発光素子に限られ、この緑色固体発光素子の外部量子効率は約５％となり、赤色や青色の固体発光素子の外部量子効率の約１／１０に低下する。

さらに、上記緑色固体発光素子の発光効率が低いために、例えば、緑色固体発光素子と、赤色固体発光素子と、青色固体発光素子とを組み合わせて構成した、赤、緑、青の光を放つ表示装置用の光源、光源システム、表示装置では、高光束又は高輝度の白色光や白色表示を得ることが困難である問題や、色バランスを取ることが難しい問題もあった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、発光効率が高く、高出力の緑色光を放つ発光装置及びその発光装置を用いた表示装置を提供するものである。

さらに、本発明は、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色光や白色表示を得ることができる発光装置及びその発光装置を用いた表示装置を提供するものである。

本発明の発光装置は、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子と、前記発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含む発光装置であって、実質的に、前記緑色光のみを放つことを特徴とする。

また、本発明の表示装置は、上記本発明の発光装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、高出力の緑色光を放つ発光装置を提供できる。また、本発明によれば、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色光や白色表示が可能な発光装置及び表示装置を提供できる。

本発明の発光装置は、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子と、この発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含み、上記発光装置は、実質的に、上記緑色光のみを放つ。これにより、発光素子が放つ光を、蛍光物質によって高い量子変換効率で波長変換して緑色光を得ることができるので、発光効率が高く、高出力の緑色光を放つ発光装置を提供できる。

本明細書において「実質的に緑色光のみを放つ」とは、緑色光以外の光の分光分布のピーク高さが、緑色光の分光分布のピーク高さに対して３０％以下であることを意味する。また、後述する「実質的に赤色光のみを放つ」とは、赤色光以外の光の分光分布のピーク高さが、赤色光の分光分布のピーク高さに対して３０％以下であることを意味し、「実質的に青色光のみを放つ」とは、青色光以外の光の分光分布のピーク高さが、青色光の分光分布のピーク高さに対して３０％以下であることを意味する。

上記発光素子としては、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層として含む固体発光素子、又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含む固体発光素子を使用することが好ましい。発光効率の高い固体発光素子を用いることにより、発光装置の光出力を高めることができる。

ここで、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体とは、ＩＩＩｂ族に属する元素とＶｂ族に属する元素とを含む化合物からなる半導体をいう。また、ＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体とは、ＩＩｂ族に属する元素とＶＩｂ族に属する元素とを含む化合物からなる半導体をいう。

上記固体発光素子としては、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する紫色光、又は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光のいずれかの光を放つものを使用することが好ましい。これにより、固体発光素子の光出力をより高めることができる。

上記蛍光物質としては、Ｅｕ²⁺又はＣｅ³⁺のいずれかを発光中心イオンとして含む無機蛍光体であることが好ましい。無機蛍光体は、発光信頼性が高く、量子変換効率も高いからである。

上記緑色光は、５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有することが好ましい。これにより、視感度の高い緑色光を得ることができるとともに、色域面積の広い発光装置を提供できる。

上記発光装置は、上記発光素子が放つ光を遮断し、且つ上記蛍光物質が放つ緑色光を透過するフィルターをさらに含むことが好ましい。これにより、有害な紫外線や紫〜青色光などを含まず、色純度の良好な緑色光を放つ発光装置を提供できる。

また、上記発光装置は、さらに、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光とを放つ構成とすることができる。これにより、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色光を得ることができる発光装置を提供できる。

上記青色光及び上記赤色光としては、いずれも、化合物半導体を発光層として含む固体発光素子が放つ光を利用することが好ましい。これにより、発光効率が高く、高出力の青色光及び赤色光を得ることができる。

また、本発明の発光装置は、（１）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第１の固体発光素子と、（２）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第２の固体発光素子と、この第２の固体発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的にこの緑色光のみを放つ緑色発光素子と、（３）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第３の固体発光素子と、この第３の固体発光素子が放つ光を吸収して６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的にこの赤色光のみを放つ赤色発光素子とを含み、上記発光装置は、上記青色光、上記緑色光及び上記赤色光を放つように構成してもよい。これにより、青色光、緑色光及び赤色光のすべてを、固体発光素子が放つ青色光を利用して得ることができるため、投入電力の変化が生じても、青色光、緑色光及び赤色光の光出力変化が小さい発光装置を提供できる。

また、上記第１〜第３の固体発光素子を、３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ固体発光素子に置き換えることもできる。この場合には、上記発光装置は、（１）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第１の固体発光素子と、この第１の固体発光素子が放つ光を吸収して４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的に上記青色光のみを放つ青色発光素子と、（２）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第２の固体発光素子と、この第２の固体発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的にこの緑色光のみを放つ緑色発光素子と、（３）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第３の固体発光素子と、この第３の固体発光素子が放つ光を吸収して６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的に上記赤色光のみを放つ赤色発光素子とを含み、上記発光装置は、上記青色光、上記緑色光及び上記赤色光を放つように構成される。

また、上記青色光を放つ固体発光素子は、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含むことが好ましい。発光効率の高い固体発光素子を用いることにより、発光装置全体の光出力を高めることができる。

また、本発明の表示装置は、上述した本発明の発光装置を用いた表示装置である。本発明の発光装置を用いて表示装置を構成することにより、発光効率が高く、高出力の表示装置を提供できるとともに、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色表示を得ることができる表示装置を提供できる。

次に、本発明の基本概念を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の発光装置の基本概念を示す断面図である。図１において、発光装置１０は、発光素子１１と蛍光体層１２とを備えている。発光素子１１は、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫〜青色の光１３を放つ発光素子である。また、蛍光体層１２は、樹脂やガラスなどの透光性を有する母材１４と、その母材１４の中に分散された蛍光物質１５とから形成されている。蛍光物質１５は、発光素子１１が放つ光１３を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光１６を放つ蛍光物質である。

蛍光体層１２から放たれる光には、緑色光１６以外にも、発光素子１１から放たれた光１３が蛍光物質１５に吸収されずに蛍光体層１２を通り抜けた透過光１７も含まれる。但し、発光装置１０は、実質的に緑色光１６のみを放つように構成されている。即ち、透過光１７の分光分布のピーク高さが、緑色光１６の分光分布のピーク高さの３０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは３％以下になるように構成されている。これにより、色純度の高い緑色光を提供できる。

発光装置１０が実質的に緑色光１６のみを放つように構成する手段は特に限定されず、発光素子１１が放つ光１３の大部分が、蛍光物質１５に吸収されるように構成すればよく、例えば、1)母材１４中の蛍光物質１５の割合（蛍光体濃度）の制御、2)蛍光体層１２の厚さの制御、上記1)及び2)の併用などの手段により行うことができる。

発光素子１１としては、投入電力を高いエネルギー変換効率で上記近紫外〜紫〜青色の光に変換可能な発光素子が使用でき、蛍光物質１５としては、発光素子１１が放つ上記近紫外〜紫〜青色の光を、光子数を殆ど損失することがない高い量子変換効率で緑色光１６に変換可能な蛍光物質が使用できる。これにより、発光装置１０は、投入電力を高いエネルギー変換効率で緑色光１６に変換可能な発光装置となる。

発光素子１１としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの固体発光素子が使用できる。特に、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体のいずれかを発光層とする固体発光素子を使用することが好ましい。これらは特に発光効率が高いからである。ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体としては、例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体などが使用でき、また、ＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）系化合物半導体などが使用できる。

発光素子１１は、より高い光出力を得るためには、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満、特に、３９５ｎｍ以上４１５ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する紫色光、又は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満、特に、４４５ｎｍ以上４７５ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光のいずれかの光を放つ固体発光素子であることが好ましい。

また、発光素子１１は、高いエネルギー変換効率を得るためには、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満、特に４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の光を放つ固体発光素子であることが好ましい。

蛍光物質１５は、有機蛍光物質又は無機蛍光物質の中から量子変換効率の良好なものを適宜選択して用いればよく、例えば、発光素子１１が放つ光１３の励起下で、絶対内部量子効率が８０％以上、好ましくは９０％以上の蛍光物質を用いることが望ましい。

一方、発光装置１０の信頼性を高めるためには、蛍光物質１５は無機蛍光物質であることが好ましく、特に、Ｅｕ²⁺又はＣｅ³⁺のいずれかを発光中心イオンとして含む無機蛍光体は、信頼性及び量子変換効率の面で良好なものが多く、蛍光物質１５として好ましい。

上記Ｅｕ²⁺又はＣｅ³⁺のいずれかを発光中心イオンとして含む無機緑色蛍光体としては、例えば、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体、アルカリ土類金属チオガレート系蛍光体、アルカリ土類金属オルト珪酸塩系蛍光体、アルカリ土類金属酸窒化物系蛍光体、アルカリ土類金属窒化物系蛍光体、α型又はβ型の結晶構造を有するサイアロン系蛍光体、ガーネット構造を有する酸化物系蛍光体などがある。より具体的には、ＣａＳ：Ｃｅ³⁺、ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺、（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、ＢａＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺、Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｃｅ³⁺、Ｓｒ_1.5Ａｌ₃Ｓｉ₉Ｎ₁₆：Ｅｕ²⁺、β−Ｓｉ₃Ｎ₄：Ｅｕ²⁺、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、ＢａＹ₂ＳｉＡｌ₄Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、Ｃａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺などの無機緑色蛍光体が使用できる。

また、蛍光物質１５が８０〜２００℃程度の高温雰囲気に曝される場合には、上記アルカリ土類金属酸窒化物系蛍光体、アルカリ土類金属窒化物系蛍光体、α型又はβ型の結晶構造を有するサイアロン系蛍光体の中から適当なものを適宜選択して用いることが好ましい。これら窒化物系蛍光体は、温度消光をしにくいものが多く、高温雰囲気下でも高出力の緑色光を保持できるからである。

また、視感度の高い緑色光１６を得るために、蛍光物質１５は、５３０ｎｍ以上５７０ｎｍ未満、特に５４０ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質であることが好ましい。また、色表現範囲の広い表示装置や色域面積の広い光源を得るために、蛍光物質１５は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満、特に５０８ｎｍ以上５３５ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質であることが好ましい。さらに、両者を兼ね備え、視感度の高い緑色光を放つ、色表現範囲の広い表示装置や色域面積の広い光源を得るために、蛍光物質１５は、５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満、特に５３０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質であることが好ましい。

図２は、図１の発光装置にさらにフィルターを加えた構成の断面図である。図２では、図１と同一の部分には同一の符号を付け、その説明は省略する。

図２において、フィルター１８は、透過光１７を吸収して遮断し、緑色光１６を透過して、フィルター透過光１９を外部に放射する機能を有する。これにより、蛍光体層１２を通り抜けて放射される近紫外、紫色、又は青色の透過光１７が、フィルター１８によって除去され、紫外線、紫色光、青色光を含まず、色純度の良好なフィルター透過光１９（緑色光）を放つ発光装置を提供できる。

発光装置１０は、さらに、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光とを放つよう構成することもできる。これにより、光の三原色である赤、緑、青の光成分を放つことができるので、これらを適宜混色することによって、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色光を得ることができるとともに、表示装置のフルカラー表示に必要な光源を得ることができる。

上記青色光と上記赤色光は、いずれも、化合物半導体、特に、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層とする固体発光素子が放つ光を利用することが好ましい。例えば、ＩｎＧａＮ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体などを発光層とする固体発光素子は、発光効率が高く、高出力の青色光又は赤色光を放つことが可能であるので、このような青色光及び赤色光を利用することにより、高出力の赤、緑、青の光を放つ発光装置を得ることができ、表示装置などに適する光源、光源システムなどを提供できる。

また、発光装置１０は、（１）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第１の固体発光素子と、（２）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第２の固体発光素子と、この第２の固体発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ緑色蛍光物質とを含み、実質的にこの緑色光のみを放つ緑色発光素子と、（３）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第３の固体発光素子と、この第３の固体発光素子が放つ光を吸収して６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光を放つ赤色蛍光物質とを含み、実質的にこの赤色光のみを放つ赤色発光素子とを含み、上記青色光の一部を、上記緑色蛍光物質及び上記赤色蛍光物質を用いて、各々波長変換する、上記緑色発光素子及び赤色発光素子によって、緑色光と赤色光とを出力するとともに、上記青色光を波長変換せずに出力する構成とすることもできる。これにより、青色光、緑色光及び赤色光のすべてを、上記固体発光素子が放つ青色光を利用して得ることができるため、投入電力の変化に伴う、青色光、緑色光及び赤色光の光出力変化を抑制した発光装置を提供できる。

また、上記発光装置１０において、上記第１〜第３の固体発光素子を、３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ固体発光素子に置き換えることもできる。この場合には、上記発光装置１０は、（１）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第１の固体発光素子と、この第１の固体発光素子が放つ光を吸収して４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的にこの青色光のみを放つ青色発光素子と、（２）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第２の固体発光素子と、この第２の固体発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的に上記緑色光のみを放つ緑色発光素子と、（３）３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫色光を放つ第３の固体発光素子と、この第３の固体発光素子が放つ光を吸収して６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的にこの赤色光のみを放つ赤色発光素子とを含み、上記発光装置は、上記青色光、上記緑色光及び上記赤色光を放つように構成される。これにより、青色光、緑色光及び赤色光のすべてを、上記固体発光素子が放つ近紫外〜紫色光を利用して得ることができるため、投入電力の変化に伴う、青色光、緑色光及び赤色光の光出力変化を抑制した発光装置を提供できる。

また、上記固体発光素子は、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含むことが好ましい。これにより、発光装置全体の光出力を高めることができる。

また、発光装置１０を用いて表示装置を構成することもできる。これにより、発光効率が高く、高出力の表示装置を提供できる。また、発光装置１０を、青色光、緑色光及び赤色光を放射できる構成とすることにより、色バランスが取れた、高光束又は高輝度の白色表示を得ることができる表示装置を提供できるとともに、フルカラー表示が可能な表示装置を提供できる。

以上説明したように、本発明の発光装置は、半導体発光装置、光源、光源システム、及びそれを用いた表示装置などとして応用可能である。なかでも、本発明の発光装置が光源である場合、高出力の緑色光を放つことが可能であるので、表示装置用の光源、特に、液晶画像表示装置用のＢＬやＶＰＳ用の光源システムなどに広く応用可能な高出力光源となる。

また、本発明の発光装置を用いた液晶画像表示装置やＶＰＳなどの表示装置は、例えば、従来の緑色ＬＥＤを緑色光源として用いた表示装置に比較して、高い白色輝度を得ることが可能となるとともに、色バランスの取れたフルカラー表示が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。但し、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

（実施形態１）
図３は、本発明の発光装置の一例である半導体発光装置を示す断面図である。図３において、半導体発光装置２０は、ＬＥＤベアチップ２１と、ＬＥＤベアチップ２１の主光取り出し面を覆う蛍光体層２２とを備えている。ＬＥＤベアチップ２１は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ固体発光素子である。また、蛍光体層２２は、樹脂やガラスなどの透光性を有する母材２３と、その母材２３の中に分散された緑色蛍光体２４とから形成されている。緑色蛍光体２４は、ＬＥＤベアチップ２１が放つ青色光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質である。また、ＬＥＤベアチップ２１は、バンプ２５を介して、サブマウント基板２６の導体パターン２７にフリップチップ実装されている。半導体発光装置２０により、高出力の緑色光を得ることができる。

なお、上記青色光を放つＬＥＤベアチップ２１は、近紫外光又は紫色光を放つＬＥＤベアチップと置き換えることも可能である。

（実施形態２）
図４は、本発明の発光装置の他の一例である液晶画像表示用のＢＬ光源の平面図Ａと断面図Ｂである。なお、図４Ｂでは、図面を見やすくするために断面にハッチングを付けていない。

図４Ａ、Ｂにおいて、ＢＬ光源３０は、基板３１を備え、基板３１の上には、青色ＬＥＤベアチップ３２と、赤色ＬＥＤベアチップ３３と、実施形態１で用いたＬＥＤベアチップ２１と蛍光体層２２とからなる緑色光を放つ緑色半導体発光素子３４とがそれぞれ複数個実装されている。ＢＬ光源３０により、青色ＬＥＤベアチップ３２が放つ青色光と、赤色ＬＥＤベアチップ３３が放つ赤色光と、緑色半導体発光素子３４が放つ緑色光との混色により、高い輝度を有する白色光を得ることができる。

なお、青色ＬＥＤベアチップ３２、赤色ＬＥＤベアチップ３３、緑色半導体発光素子３４の配置の仕方、個数、青／赤／緑の個数割合、形状などについては、特に限定されるものではなく、図４Ａ、Ｂ以外の配置、個数、個数割合、形状であっても構わない。

（実施形態３）
図５は、本発明の発光装置の他の一例であるＶＰＳ光源の概略図である。図５において、ＶＰＳ光源４０は、青色ＬＥＤベアチップ（図示せず。）が単数又は複数配置された青色ＬＥＤアレイ４１と、赤色ＬＥＤベアチップ（図示せず。）が単数又は複数配置された赤色ＬＥＤアレイ４２と、実施形態２で用いた緑色半導体発光素子（図示せず。）が単数又は複数配置された緑色ＬＥＤアレイ４３とを備えている。青色ＬＥＤアレイ４１、赤色ＬＥＤアレイ４２、緑色ＬＥＤアレイ４３は、ダイクロイックミラー４４の周囲に配置されている。また、青色ＬＥＤアレイ４１、赤色ＬＥＤアレイ４２及び緑色ＬＥＤアレイ４３と、ダイクロイックミラー４４との間には、それぞれ光変調素子４５が配置されている。青色ＬＥＤアレイ４１及び赤色ＬＥＤアレイ４２から放射され、光変調素子４５を透過した変調光４１ａ、４２ａは、それぞれダイクロイックミラー４４で反射して、ＶＰＳ光源４０の前方に放射される。また、緑色ＬＥＤアレイ４３から放射され、光変調素子４５を透過した変調光４３ａは、ダイクロイックミラー４４を透過して、ＶＰＳ光源４０の前方に放射される。これにより、変調光４１ａ、４２ａ、４３ａは混合されて、混合色を得ることができる。

次に、実施例に基づき本発明を説明する。本発明の発光装置の一実施例として、４７０ｎｍ付近に発光ピークを有するＩｎＧａＮ系化合物半導体（ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体）を発光層とするＬＥＤベアチップの主光取出し面上に、４７０ｎｍ青色光励起下での絶対内部量子効率が９２％の（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺緑色蛍光体（発光ピーク波長：５４５ｎｍ、中心粒径：１７μｍ）をエポキシ樹脂中に分散させることによって形成した蛍光体層（厚み：５００μｍ、蛍光体濃度＝蛍光体重量／（蛍光体重量＋樹脂重量）：６０ｗｔ％）を形成し、本実施例の緑色光を放つ発光装置を作製した。

また、比較例として、５３０ｎｍ付近に発光ピークを有するＧａＮ系化合物半導体（ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体）を発光層とする従来の緑色ＬＥＤベアチップＡ、及び、５５０ｎｍ付近に発光ピークを有するＧａＰ系化合物半導体（ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体）を発光層とする従来の緑色ＬＥＤベアチップＢとを準備した。

次に、本実施例の発光装置と、上記緑色ＬＥＤベアチップＡ、Ｂとを用いて、同一投入電力下（６．０Ｗ）において、放出される光子数を比較評価した。その結果、本実施例の発光装置から放出された光子数は、緑色ＬＥＤベアチップＡから放出された光子数に対して１．３〜１．７倍と多くなった。また、本実施例の発光装置から放出された光子数は、緑色ＬＥＤベアチップＢから放出された光子数に対して５〜７倍と多くなった。

本発明の発光装置は、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する近紫外〜紫〜青色の光を放つ発光素子、特にＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体を発光層とする発光素子と、この発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質、特に絶対内部量子効率が８０％以上の無機蛍光体とを組み合わせて構成し、この発光装置は、実質的に、上記緑色光のみを放つように構成したので、高出力の緑色光を必要とする半導体発光装置、高光束の白色光を得るために緑色光源を用いる光源や光源システム、高輝度の白色表示を得るために緑色光源を用いる表示装置などに広く応用可能である。

本発明の発光装置の基本概念を示す断面図である。 図１の発光装置にさらにフィルターを加えた構成の断面図である。 本発明の発光装置の一例である半導体発光装置を示す断面図である。 本発明の発光装置の他の一例である液晶画像表示用のＢＬ光源の平面図Ａと断面図Ｂである。 本発明の発光装置の他の一例であるＶＰＳ光源の概略図である。

符号の説明

１０ 発光装置
１１ 発光素子
１２ 蛍光体層
１３ 近紫外〜紫〜青色の光
１４ 母材
１５ 蛍光物質
１６ 緑色光
１７ 透過光
１８ フィルター
１９ フィルター透過光
２０ 半導体発光装置
２１ ＬＥＤベアチップ
２２ 蛍光体層
２３ 母材
２４ 緑色蛍光体
２５ バンプ
２６ サブマウント基板
２７ 導体パターン
３０ ＢＬ光源
３１ 基板
３２ 青色ＬＥＤベアチップ
３３ 赤色ＬＥＤベアチップ
３４ 緑色半導体発光素子
４０ ＶＰＳ光源
４１ 青色ＬＥＤアレイ
４２ 赤色ＬＥＤアレイ
４３ 緑色ＬＥＤアレイ
４４ ダイクロイックミラー
４５ 光変調素子

Claims (11)

1. ３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する光を放つ発光素子と、前記発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含む発光装置であって、
   実質的に、前記緑色光のみを放つことを特徴とする発光装置。
2. 前記発光素子は、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含む固体発光素子である請求項１に記載の発光装置。
3. 前記固体発光素子は、３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する紫色光、又は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光のいずれかの光を放つ請求項２に記載の発光装置。
4. 前記蛍光物質は、Ｅｕ²⁺又はＣｅ³⁺のいずれかを発光中心イオンとして含む無機蛍光体である請求項１に記載の発光装置。
5. 前記緑色光は、５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する請求項１に記載の発光装置。
6. 前記発光素子が放つ光を遮断し、且つ前記蛍光物質が放つ緑色光を透過するフィルターをさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
7. さらに、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光と、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光とを放つ請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記青色光及び前記赤色光は、いずれも、化合物半導体を発光層として含む固体発光素子が放つ光である請求項７に記載の発光装置。
9. （１）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第１の固体発光素子と、
   （２）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第２の固体発光素子と、前記第２の固体発光素子が放つ光を吸収して５００ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する緑色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的に前記緑色光のみを放つ緑色発光素子と、
   （３）４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する青色光を放つ第３の固体発光素子と、前記第３の固体発光素子が放つ光を吸収して６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満の波長領域に発光ピークを有する赤色光を放つ蛍光物質とを含み、実質的に前記赤色光のみを放つ赤色発光素子と、
   を含むことを特徴とする発光装置。
10. 前記固体発光素子は、ＩＩＩｂ−Ｖｂ族系化合物半導体又はＩＩｂ−ＶＩｂ族系化合物半導体を発光層として含む請求項９に記載の発光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の発光装置を用いたことを特徴とする表示装置。

Images