JP2014029928A - Phosphor substrate, light emitting device using the same, display device, lighting device, and solar cell module - Google Patents

Phosphor substrate, light emitting device using the same, display device, lighting device, and solar cell module Download PDF

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秀次 松清
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently radiate light emitted from a phosphor layer to the exterior.SOLUTION: A phosphor layer 102 is composed of a number of phosphor particles 103 made of a phosphor material and gaps 104 respectively maintained at areas between the phosphor particles 103. Adhesive layers (members) 106, which cause the phosphor particles 103 to adhere to each other, are formed in at least parts of portions of the phosphor particles 103 which contact with each other.

Description

本発明は、蛍光体層から発した光を効率よく外部に出射させることが可能な蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、照明装置、および太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a phosphor substrate, a light emitting device, a display device, a lighting device, and a solar cell module that can efficiently emit light emitted from a phosphor layer to the outside.

近年、社会の高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイ(FPD)のニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイの課題として、光利用効率の高効率化が求められている。光利用効率の高効率化を達成するために、例えば、紫外から近紫外波長域の励起光源と、TFTアクティブマトリックス構成の液晶画素を用いて励起光を通過させ、画素に対向するように配置されてなる蛍光体に紫外線を照射させて発光させる液晶表示モジュールが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。   In recent years, the need for flat panel displays (FPDs) has increased with the advancement of sophistication in society. As a problem of flat panel displays, there is a demand for higher light utilization efficiency. In order to achieve high efficiency of light utilization, for example, an excitation light source in the ultraviolet to near-ultraviolet wavelength region and a liquid crystal pixel with a TFT active matrix configuration are used to pass the excitation light and be arranged to face the pixel. There is known a liquid crystal display module that emits light by irradiating the phosphor with ultraviolet rays (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、青色域から青緑色域の光を発する照明装置と、青色域から青緑色域の光を励起光として、赤色光、緑色光、および青色域から青緑色域以外の光をカットするカラーフィルターと、を備えたカラー表示装置が知られている(例えば、特許文献3、4、5参照)。 In addition, an illumination device that emits light from the blue range to the blue-green range, and a color filter that cuts red light, green light, and light from the blue range other than the blue-green range using the light from the blue range to the blue-green range as excitation light Are known (see, for example, Patent Documents 3, 4, and 5).

特開昭60−50578号公報JP 60-50578 A 特開平7−253576号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-253576 特開2000−131683号公報JP 2000-131683 A 特開2006−309225号公報JP 2006-309225 A 特開2008−10298号公報JP 2008-10298 A

上述した特許文献1〜5に記載の表示装置では、液晶表示素子は励起光を選択的に通過させる光シャッターとして機能し、励起光が通過した画素に配置した蛍光体の蛍光により表示が行われる。蛍光色は蛍光体の特性により決まり、赤、緑、青それぞれ色鮮やかな色彩表示が可能なため、カラーフィルターによる光の吸収が無く、光利用効率の改善が期待できる。
これら特許文献1〜5に記載の表示装置における蛍光体基板の蛍光体層は、蛍光体を樹脂などのバインダー材料中に分散、または溶解させて形成している。
In the display devices described in Patent Documents 1 to 5 described above, the liquid crystal display element functions as an optical shutter that selectively allows excitation light to pass therethrough, and display is performed by fluorescence of a phosphor disposed in a pixel through which excitation light has passed. . The fluorescent color is determined by the characteristics of the phosphor, and each of the red, green, and blue colors can be displayed vividly. Therefore, there is no light absorption by the color filter, and an improvement in light utilization efficiency can be expected.
The phosphor layer of the phosphor substrate in the display devices described in Patent Documents 1 to 5 is formed by dispersing or dissolving the phosphor in a binder material such as a resin.

しかしながら、一般的に基板材料(ガラス基板等)とバインダー樹脂の屈折率は近いために、蛍光体層と基板界面では入射角θiと屈折角θrの差異は小さい。一方で、基板と空気(外気)との界面において大きな屈折率差を有するため、両者の屈折率差により決まる全反射角より大きな角度の発光は全反射されて基板中を導光してしまうため、発光を効率よく基板の外側に出射させることができなかった。   However, since the refractive index of the substrate material (glass substrate or the like) and the binder resin are generally close, the difference between the incident angle θi and the refractive angle θr is small at the phosphor layer and the substrate interface. On the other hand, since there is a large difference in refractive index at the interface between the substrate and air (outside air), light emitted at an angle larger than the total reflection angle determined by the difference in refractive index between the two is totally reflected and guided through the substrate. The emitted light could not be efficiently emitted outside the substrate.

また、蛍光体基板を表示装置として用いた場合には、蛍光体を樹脂中に分散させて蛍光体層を構成しているため、蛍光体層からの発光が基板と空気(外気)との屈折率界面で反射され、反射された発光が隣接する画素に侵入し、本来発光すべきではない画素から発光が観測され、表示品位の低下、例えば色滲みが発生するという課題があった。  In addition, when the phosphor substrate is used as a display device, the phosphor is dispersed in the resin to constitute the phosphor layer, so that light emitted from the phosphor layer is refracted between the substrate and air (outside air). There is a problem in that the light emission reflected at the rate interface enters the adjacent pixel, the light emission is observed from the pixel that should not emit light originally, and the display quality deteriorates, for example, color blur occurs.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、蛍光体層から発した光を効率よく外部に出射させることが可能な蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、照明装置、および太陽電池モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a phosphor substrate, a light-emitting device, a display device, a lighting device, and the like that can efficiently emit light emitted from the phosphor layer to the outside. And it aims at providing a solar cell module.

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような蛍光体基板、及びそれを用いた発光デバイス、表示装置、照明装置、および太陽電池モジュールを提供した。
即ち、本発明の蛍光体基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に重ねて形成された蛍光体層と、該蛍光体層に重ねて形成された波長選択膜と、
を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記蛍光体層は励起光によって発光し、
前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、該蛍光体粒子どうしの間に保たれた空隙とからなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, some aspects of the present invention provide the following phosphor substrate, and a light emitting device, a display device, a lighting device, and a solar cell module using the phosphor substrate.
That is, the phosphor substrate of the present invention includes a light transmissive substrate, a phosphor layer formed on one surface of the substrate, a wavelength selection film formed on the phosphor layer,
A phosphor substrate comprising at least
The phosphor layer emits light by excitation light,
The phosphor layer includes a large number of phosphor particles and voids maintained between the phosphor particles.

前記励起光は、波長が400nm以上、1500nm以下の波長範囲であることを特徴とする。   The excitation light has a wavelength range of 400 nm to 1500 nm.

前記空隙の平均寸法は前記蛍光体層で発した光の主波長以上であることを特徴とする。   The average dimension of the voids is greater than or equal to the dominant wavelength of light emitted from the phosphor layer.

前記空隙には、低屈折媒質が満たされていることを特徴とする。   The gap is filled with a low refractive medium.

前記低屈折媒質は気体であることを特徴とする。   The low refractive medium is a gas.

前記気体は空気、窒素、アルゴン、またはこれらの混合ガスであることを特徴とする。   The gas is air, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof.

前記空隙には、前記蛍光体粒子とは異なる材質の部材が配されていることを特徴とする。   A member made of a material different from that of the phosphor particles is disposed in the gap.

前記基板の一面から立ち上がり、前記蛍光体層の厚み方向に沿った側面を囲む隔壁が更に形成され、該隔壁の少なくとも前記蛍光体層に臨む領域は、光散乱性または光反射性を有することを特徴とする。   A partition that rises from one surface of the substrate and surrounds a side surface in the thickness direction of the phosphor layer is further formed, and at least a region of the partition facing the phosphor layer has light scattering or light reflectivity. Features.

前記隔壁は、前記蛍光体層を複数の領域に区画することを特徴とする。   The partition wall divides the phosphor layer into a plurality of regions.

前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第一の蛍光体粒子の発光主波長は500〜560nmであることを特徴とする。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of mutually different phosphor materials, and the emission main wavelength of the first phosphor particles is 500 to 560 nm among the plurality of types of phosphor particles. It is characterized by.

前記複数の領域の区画のうち、第一の区画には、前記第一の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする。   Of the plurality of regions, only the first phosphor particles are accommodated in the first region.

前記第一の蛍光体粒子は、500〜560nmの範囲内で互いに発光主波長の異なる複数種の蛍光体粒子からなることを特徴とする。   Said 1st fluorescent substance particle consists of several types of fluorescent substance particles from which emission main wavelengths mutually differ in the range of 500-560 nm.

前記第一の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、500〜560nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、500〜560nmの波長域の光の透過率が、430〜490nmおよび600〜650nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 1st division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 500-560 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 500-560 nm is 430- It is further characterized by further comprising a filter layer having a larger transmittance than that of light in each wavelength region of 490 nm and 600 to 650 nm.

前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第二の蛍光体粒子の発光主波長は600〜650nmであることを特徴とする。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the second phosphor particles is 600 to 650 nm. It is characterized by.

前記複数の領域の区画のうち、第二の区画には、前記第二の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする。   Of the plurality of regions, the second compartment contains only the second phosphor particles.

前記第二の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、600〜650nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、600〜650nmの波長域の光の透過率が、430〜490nmおよび500〜560nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 2nd division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 600-650 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 600-650 nm is 430-300. It is further characterized by further comprising a filter layer that is larger than the maximum transmittance of light in each wavelength region of 490 nm and 500 to 560 nm.

前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第三の蛍光体粒子の発光主波長は430〜490nmであることを特徴とする。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the third phosphor particles is 430 to 490 nm. It is characterized by.

前記複数の領域の区画のうち、第三の区画には、前記第三の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする。   Of the plurality of regions, the third region contains only the third phosphor particles.

前記第三の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、430〜490nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、430〜490nmの波長域の光の透過率が、500〜560nmおよび600〜650nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 3rd division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 430-490 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 430-490 nm is 500- It is further characterized by further comprising a filter layer that is larger than the maximum transmittance of light in each wavelength region of 560 nm and 600 to 650 nm.

前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第四の蛍光体粒子の発光主波長は560〜590nmであることを特徴とする。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the fourth phosphor particles is 560 to 590 nm. It is characterized by.

前記複数の領域の区画のうち、第四の区画には、前記第四の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする。   Of the plurality of regions, the fourth compartment contains only the fourth phosphor particles.

前記蛍光体層は前記基板と前記波長選択膜との間に形成され、前記波長選択膜は前記励起光を透過させ、かつ、前記発光を反射させることを特徴とする。   The phosphor layer is formed between the substrate and the wavelength selection film, and the wavelength selection film transmits the excitation light and reflects the light emission.

また、本発明の蛍光体基板は、光透過性の基板と、該基板の一面に重ねて形成された蛍光体層と、該蛍光体層に重ねて形成された波長選択膜と、を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記蛍光体層は励起光によって発光し、
前記波長選択膜は、前記励起光を透過させ、かつ、前記発光を反射させ、
前記蛍光体層からの発光が前記基板を透過し取り出される発光取出効率が55%以上であることを特徴とする蛍光体基板。
前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、該蛍光体粒子どうしの間に保たれた空隙とからなることを特徴とする。
The phosphor substrate of the present invention comprises at least a light-transmitting substrate, a phosphor layer formed on one surface of the substrate, and a wavelength selection film formed on the phosphor layer. A phosphor substrate,
The phosphor layer emits light by excitation light,
The wavelength selective film transmits the excitation light and reflects the emission;
A phosphor substrate having a light emission extraction efficiency of 55% or more by which light emitted from the phosphor layer is transmitted through and extracted from the substrate.
The phosphor layer includes a large number of phosphor particles and voids maintained between the phosphor particles.

前記励起光は、波長が400nm以上、1500nm以下の波長範囲であることを特徴とする。   The excitation light has a wavelength range of 400 nm to 1500 nm.

本発明の発光デバイスは、前記各項記載の蛍光体基板と、前記励起光を発する光源と、を備えたことを特徴とする。   A light-emitting device of the present invention includes the phosphor substrate described in each of the above items and a light source that emits the excitation light.

前記光源はLED素子であることを特徴とする。   The light source is an LED element.

前記光源は有機EL素子であることを特徴とする。   The light source is an organic EL element.

前記蛍光体基板と前記光源との間に、前記励起光の入射を制御する液晶層が更に配されたことを特徴とする。   A liquid crystal layer for controlling the incidence of the excitation light is further disposed between the phosphor substrate and the light source.

本発明の表示装置は、前記各項記載の発光デバイスを備えたことを特徴とする。   A display device according to the present invention includes the light-emitting device described in each item.

本発明の照明装置は、前記各項記載の発光デバイスを備えたことを特徴とする。   The illuminating device of this invention was equipped with the light-emitting device as described in said each item.

本発明の太陽電池モジュールは、前記各項記載の蛍光体基板と、光電変換素子と、を備えたことを特徴とする。   A solar cell module according to the present invention includes the phosphor substrate described in each of the above items and a photoelectric conversion element.

前記太陽電池モジュールは、前記蛍光体層の発光スペクトルのピーク波長が、前記光電変換素子の光電変換効率が最大となる光の波長よりも短波長であることを特徴とする。   The solar cell module is characterized in that a peak wavelength of an emission spectrum of the phosphor layer is shorter than a wavelength of light that maximizes a photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element.

本発明によれば、蛍光体層から発した光を効率よく外部に出射させることが可能な蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、照明装置、および太陽電池モジュールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a phosphor substrate, a light emitting device, a display device, a lighting device, and a solar cell module capable of efficiently emitting light emitted from the phosphor layer to the outside.

本発明の第1実施形態の蛍光体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the phosphor substrate of 1st Embodiment of this invention. 本発明および従来の蛍光体基板の作用を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the effect | action of this invention and the conventional phosphor substrate. 空隙寸法の測定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measuring method of a space | gap dimension. 本発明および従来の蛍光体基板の効果を示す画像である。It is an image which shows the effect of the present invention and the conventional phosphor substrate. 本発明の第2実施形態の蛍光体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluorescent substance substrate of 2nd Embodiment of this invention. 緑色蛍光体粒子の発光スペクトルと緑色フィルターの透過スペクトルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the emission spectrum of a green fluorescent substance particle, and the transmission spectrum of a green filter. 本発明の第2実施形態の変形例の蛍光体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluorescent substance substrate of the modification of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の蛍光体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluorescent substance substrate of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の発光デバイスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light-emitting device of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の変形例の発光デバイスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light-emitting device of the modification of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態の太陽電池モジュール示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell module of 5th Embodiment of this invention. 太陽電池素子における光の波長に対する光電変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship with the photoelectric conversion efficiency with respect to the wavelength of the light in a solar cell element. 太陽電池に蛍光体基板を適用した効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect which applied the fluorescent substance substrate to the solar cell. 赤色蛍光体の吸収スペクトル、発光スペクトル、太陽光のスペクトル、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component which a red fluorescent substance absorbs among the absorption spectrum of a red fluorescent substance, an emission spectrum, the spectrum of sunlight, and the spectrum of sunlight. 赤色蛍光体の発光スペクトル、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分、結晶シリコン太陽電池の光電力変換効率を示すグラフである。It is a graph which shows the light power conversion efficiency of the component which a red fluorescent substance absorbs among the emission spectrum of a red fluorescent substance, the spectrum of sunlight, and a crystalline silicon solar cell. 別な構成の赤色蛍光体の吸収スペクトル、発光スペクトル、太陽光のスペクトル、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component which a red fluorescent substance absorbs among the absorption spectrum of the red fluorescent substance of another structure, an emission spectrum, the spectrum of sunlight, and the spectrum of sunlight. 別な構成の赤色蛍光体の発光スペクトル、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分、GaAs太陽電池の光電力変換効率を示すグラフである。It is a graph which shows the light power conversion efficiency of the component which a red fluorescent substance absorbs among the emission spectrum of the red fluorescent substance of another structure, and the spectrum of sunlight, and a GaAs solar cell. カラーフィルターの主透過波長域を示すグラフである。It is a graph which shows the main transmissive wavelength range of a color filter. 本発明の表示装置を示す平面図である。It is a top view which shows the display apparatus of this invention. 本発明の照明装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the illuminating device of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係る蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、照明装置、および太陽電池モジュールについて説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a phosphor substrate, a light emitting device, a display device, a lighting device, and a solar cell module according to the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are specifically described for better understanding of the gist of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for the sake of convenience. Not necessarily.

[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の蛍光体基板を示す断面模式図である。
本実施形態に係る蛍光体基板100は、光透過性の基板101と、この基板101の一面101aに重ねて配された蛍光体層102とを備えている。蛍光体基板100は、蛍光体層102の基板101と対向する面とは反対側が、蛍光体層102を励起させる励起光FLを入射させる励起光入射面Efとなる。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the phosphor substrate of the first embodiment.
The phosphor substrate 100 according to the present embodiment includes a light-transmitting substrate 101 and a phosphor layer 102 that is disposed on one surface 101 a of the substrate 101. In the phosphor substrate 100, the side opposite to the surface facing the substrate 101 of the phosphor layer 102 is an excitation light incident surface Ef on which the excitation light FL that excites the phosphor layer 102 is incident.

励起光FLは、例えば青色LEDなどの励起光源(図示略)によって出射されればよく、この励起光FLが励起光入射面Efから蛍光体層102に入射することによって、蛍光体層102が励起されて発光する。励起光FLは、近紫外線領域よりも長波長側の400nm以上の光が用いられる。蛍光体層102は、こうした400nm以上の波長の励起光によって励起される。   The excitation light FL may be emitted by an excitation light source (not shown) such as a blue LED. The excitation light FL is incident on the phosphor layer 102 from the excitation light incident surface Ef, thereby exciting the phosphor layer 102. Is emitted. As the excitation light FL, light having a wavelength of 400 nm or more longer than the near ultraviolet region is used. The phosphor layer 102 is excited by such excitation light having a wavelength of 400 nm or more.

また、蛍光体層102の励起光入射面Efには、更に、バンドパスフィルター層105が形成されていることが好ましい。バンドパスフィルター層105は、励起光FLを透過させ、かつ、この励起光FLによって蛍光体層102に生じた発光を反射させる。   Further, it is preferable that a band pass filter layer 105 is further formed on the excitation light incident surface Ef of the phosphor layer 102. The band-pass filter layer 105 transmits the excitation light FL and reflects the light emitted from the phosphor layer 102 by the excitation light FL.

蛍光体層102は、蛍光体材料からなる多数の蛍光体粒子103と、この蛍光体粒子103どうしの間に保たれた空隙104とから構成されている。また、蛍光体粒子103どうしが接触している部分の少なくとも一部には、互いの蛍光体粒子103を接着する接着層(部材)106が形成されている。   The phosphor layer 102 is composed of a large number of phosphor particles 103 made of a phosphor material and voids 104 held between the phosphor particles 103. Further, an adhesive layer (member) 106 that adheres the phosphor particles 103 to each other is formed on at least a part of the portion where the phosphor particles 103 are in contact with each other.

蛍光体粒子103は、有機蛍光体、無機蛍光体に関わらず、球形や不定形の粒状体に形成したものであればよく、それぞれの蛍光体粒子103は、互いに異なる形状であっても、同じ形状であっても良い。また、それぞれの蛍光体粒子103は、互いに異なる寸法であっても、同じ寸法であっても良い。   The phosphor particles 103 may be formed in a spherical or irregular shape regardless of whether they are organic phosphors or inorganic phosphors. The phosphor particles 103 are the same even if they have different shapes. It may be a shape. In addition, the phosphor particles 103 may have different dimensions or the same dimensions.

以下、本実施形態の蛍光体基板100を構成する各要素の構成材料例を列記するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
光透過性の基板101としては、蛍光体粒子で発した光を基板101の蛍光出射面Ffから取り出す必要が有ることから、基板101は蛍光体粒子からの発光に対して、透過性である必要がある。例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等からなるプラスティック基板等が挙げられる。
Hereinafter, although the constituent material examples of each element constituting the phosphor substrate 100 of the present embodiment are listed, the present invention is not limited to these.
Since the light-transmitting substrate 101 needs to take out the light emitted from the phosphor particles from the fluorescence emission surface Ff of the substrate 101, the substrate 101 needs to be transparent to the light emission from the phosphor particles. There is. For example, an inorganic material substrate made of glass, quartz or the like, a plastic substrate made of polyethylene terephthalate, polycarbazole, polyimide, or the like can be given.

接着層(部材)14を構成する接着材の種類としては、種々の接着剤が採用可能であるが、例えば、ケイ酸重合(Si−O−Si−架橋)、リン酸結合(P−O−P−)等を利用した接着剤が挙げられる。また、PVA(ポリビニルアルコール)を利用した接着剤も用いる事ができる。   Various types of adhesives can be used as the type of adhesive constituting the adhesive layer (member) 14, and examples thereof include silicic acid polymerization (Si—O—Si—crosslinking), phosphoric acid bonding (PO— Examples thereof include an adhesive using P-). An adhesive using PVA (polyvinyl alcohol) can also be used.

バンドパスフィルター層15としては、励起光の波長のみを透過させる特性を持つことが好ましい。例えば、励起光の波長が青色(波長450nm)の場合は、青色領域の光(波長435〜480nmの範囲内の光)を透過し、緑色から近赤外領域までの光(青色領域の波長の範囲外の光)を反射する機能を有する。例えば金や銀等の薄膜、あるいは誘電体多層膜によって構成されていればよい。   The bandpass filter layer 15 preferably has a characteristic of transmitting only the wavelength of the excitation light. For example, when the wavelength of the excitation light is blue (wavelength 450 nm), light in the blue region (light in the wavelength range of 435 to 480 nm) is transmitted and light from green to the near infrared region (wavelength in the blue region). It has a function of reflecting light outside the range. For example, it may be composed of a thin film such as gold or silver, or a dielectric multilayer film.

蛍光体粒子103を構成する蛍光体材料としては、有機系蛍光体材料の場合、青色蛍光色素として、例えば、スチルベンゼン系色素:1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン、トランス−4,4‘−ジフェニルスチルベンゼン、クマリン系色素:7−ヒドロキシ−4−メチルクマリン、2,3,6,7−テトラヒドロ−11−オキソ−1H,5H,11H−[1]ベンゾピラノ[6,7,8−ij]キノリジン−10−カルボン酸エチル(クマリン314)、10−アセチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H,11H−[1]ベンゾピラノ[6,7,8−ij]キノリジン−11−オン(クマリン334)、アントラセン系色素:9,10ビス(フェニルエチニル)アントラセン、ペリレン等が挙げられる。   As the phosphor material constituting the phosphor particle 103, in the case of an organic phosphor material, as a blue fluorescent dye, for example, stilbenzene dye: 1,4-bis (2-methylstyryl) benzene, trans-4, 4'-diphenylstilbenzene, coumarin dye: 7-hydroxy-4-methylcoumarin, 2,3,6,7-tetrahydro-11-oxo-1H, 5H, 11H- [1] benzopyrano [6,7,8 -Ij] ethyl quinolidine-10-carboxylate (coumarin 314), 10-acetyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H, 5H, 11H- [1] benzopyrano [6,7,8-ij] quinolidine- 11-one (coumarin 334), anthracene dyes: 9,10 bis (phenylethynyl) anthracene, perylene and the like.

また、有機系蛍光体材料の緑色蛍光色素として、例えば、クマリン系色素:2,3,5,6−1H、4H−テトラヒドロ−8−トリフロメチルキノリジン(9,9a、1−gh)クマリン(クマリン153)、3−(2′−ベンゾチアゾリル)―7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2′−ベンゾイミダゾリル)―7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、10‐(ベンゾチアゾール‐2‐イル)‐2,3,6,7‐テトラヒドロ‐1H,5H,11H‐[1]ベンゾピラノ[6,7,8‐ij]キノリジン‐11‐オン(クマリン545)、クマリン545T、クマリン545P、ナフタルイミド系色素:ベーシックイエロー51、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー98、ソルベントイエロー116、ソルベントイエロー43、ソルベントイエロー44、ペリレン系色素:ルモゲンイエロー、ルモゲングリーン、ソルベントグリーン5、フルオレセイン系色素、アゾ系色素、フタロシアニン系色素、アントラキノン系色素、キナクリドン系色素、イソインドリノン系色素、チオインジゴ系色素、ジオキサジン系色素等が挙げられる。   In addition, as a green fluorescent dye of an organic phosphor material, for example, a coumarin dye: 2,3,5,6-1H, 4H-tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9,9a, 1-gh) coumarin (Coumarin 153), 3- (2'-benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 6), 3- (2'-benzimidazolyl) -7-N, N-diethylaminocoumarin (coumarin 7), 10- (benzothiazole -2-yl) -2,3,6,7-tetrahydro-1H, 5H, 11H- [1] benzopyrano [6,7,8-ij] quinolizin-11-one (coumarin 545), coumarin 545T, coumarin 545P , Naphthalimide dyes: basic yellow 51, solvent yellow 11, solvent yellow 98, solvent yellow 116 Solvent Yellow 43, Solvent Yellow 44, Perylene dyes: Lumogen Yellow, Lumogen Green, Solvent Green 5, fluorescein dye, azo dye, phthalocyanine dye, anthraquinone dye, quinacridone dye, isoindolinone dye, Examples include thioindigo dyes and dioxazine dyes.

また、有機系蛍光体材料の赤色蛍光色素としては、例えば、シアニン系色素:4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチルリル)−4H−ピラン(DCM)、DCM−2、DCJTB、ピリジン系色素:1−エチル−2−[4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル]−ピリジニウム−パークロレート(ピリジン1)、及びキサンテン系色素:ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、ベーシックバイオレット11、スルホローダミン101、ベーシックバイオレット11、ベーシックレッド2、ペリレン系色素:ルモゲンオレンジ、ルモゲンピンク、ルモゲンレッド、ソルベントオレンジ55、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、クマリン系色素、スチルベン系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が挙げられる。   Examples of red fluorescent dyes for organic phosphor materials include cyanine dyes: 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM), DCM-2. DCJTB, pyridine dye: 1-ethyl-2- [4- (p-dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl] -pyridinium-perchlorate (pyridine 1), and xanthene dye: rhodamine B, rhodamine 6G , Rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110, basic violet 11, sulforhodamine 101, basic violet 11, basic red 2, perylene dye: lumogen orange, lumogen pink, rumogen red, solvent orange 55, oxazine dye, chrysene dye, Thiofurabi Dye, pyrene dye, anthracene dye, acridone dye, acridine dye, fluorene dye, terphenyl dye, ethene dye, butadiene dye, hexatriene dye, oxazole dye, coumarin dye, stilbene And dyes such as di- and triphenylmethane dyes, thiazole dyes, thiazine dyes, naphthalimide dyes and anthraquinone dyes.

各色蛍光体として有機蛍光体材料を用いる場合には、バックライトの青色光または紫外光や外光によって劣化しにくい色素を用いることが望ましい。この点において、耐光性に優れ、高い量子収率を有するペリレン系色素を用いることが特に好ましい。   When an organic phosphor material is used as each color phosphor, it is desirable to use a dye that is not easily degraded by blue light, ultraviolet light, or external light of the backlight. In this respect, it is particularly preferable to use a perylene dye having excellent light resistance and a high quantum yield.

無機系蛍光体材料の場合、青色蛍光体として、Sr:Sn+、SrAl1425:Eu2+、BaMgAl1017:Eu2+、SrGa:Ce3+、CaGa:Ce3+、(Ba、Sr)(Mg、Mn)Al1017:Eu2+、(Sr、Ca、Ba、0 Mg)10(POl2:Eu2+、BaAlSiO:Eu2+、Sr:Eu2+、Sr(POCl:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)(POCl:Eu2+、BaMgAl1627:Eu2+、(Ba,Ca)(POCl:Eu2+、BaMgSi:Eu2+、SrMgSi:Eu2+などが挙げられる In the case of an inorganic phosphor material, as a blue phosphor, Sr 2 P 2 O 7 : Sn 4 +, Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , SrGa 2 S 4 : Ce 3+ , CaGa 2 S 4 : Ce 3+ , (Ba, Sr) (Mg, Mn) Al 10 O 17 : Eu 2+ , (Sr, Ca, Ba 2 , 0 Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu 2+ , BaAl 2 SiO 8 : Eu 2+ , Sr 2 P 2 O 7 : Eu 2+ , Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , (Sr, Ca, Ba) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , BaMg 2 Al 16 O 27: Eu 2+, ( Ba, Ca) 5 (PO 4) 3 Cl: Eu 2+, Ba 3 MgSi 2 O 8: Eu 2+, Sr 3 MgSi 2 O 8: Eu 2+ , etc. And the like

また、無機系蛍光体材料の緑色蛍光体としては、(BaMg)Al1627:Eu2+,Mn2+、SrAl1425:Eu2+、(SrBa)Al12Si:Eu2+、(BaMg)SiO:Eu2+、YSiO:Ce3+,Tb3+、Sr7−Sr:Eu2+、(BaCaMg)(POCl:Eu2+、SrSi−2SrCl:Eu2+、ZrSiO、MgAl1119:Ce3+,Tb3+、BaSiO:Eu2+、SrSiO:Eu2+、(BaSr)SiO:Eu2+、(Si,Al)(O,N):Eu2+、Ca(Sc,Mg)Si12:Ce3+、SrSi(O,Cl): Eu2+等が挙げられる。 In addition, as the green phosphor of the inorganic phosphor material, (BaMg) Al 16 O 27 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , (SrBa) Al 12 Si 2 O 8 : Eu 2+ , (BaMg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ , Sr 2 P 2 O 7 -Sr 2 B 2 O 5 : Eu 2+ , (BaCaMg) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 8 -2SrCl 2 : Eu 2+ , Zr 2 SiO 4 , MgAl 11 O 19 : Ce 3+ , Tb 3+ , Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , (BaS ) SiO 4: Eu 2+, ( Si, Al) 6 (O, N) 8: Eu 2+, Ca 3 (Sc, Mg) 2 Si 3 O 12: Ce 3+, SrSi (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ and the like.

また、無機系蛍光体材料の赤色蛍光体としては、YS:Eu3+、YAlO:Eu3+、Ca(SiO:Eu3+、LiY(SiO:Eu3+、YVO:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd:Eu3+、GdS:Eu3+、Y(P,V)O:Eu3+、MgGeO.5F:Mn4+、MgGeO:Mn4+、KEu2.5(WO6.25、NaEu2.5(WO6.25、KEu2.5(MoO6.25、NaEu2.5(MoO6.25、(Sr,Ca)AlSiN:Eu2+、CaAlSiN:Eu2+、SrSiN:Eu2+、SrAlSiN:Eu2+、CaSi:Eu2+、SrSi:Eu2+、BaAlSi:Eu2+、SrSi:Eu2+、SrSiAl:Eu2+、SrSc:Eu2+、(Sr,Ba)SiO:Eu2+、MgTiO:Mn2+等が挙げられる。 As red phosphors of inorganic phosphor materials, Y 2 O 2 S: Eu 3+ , YAlO 3 : Eu 3+ , Ca 2 Y 2 (SiO 4 ) 6 : Eu 3+ , LiY 9 (SiO 4 ) 6 O 2 : Eu 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , CaS: Eu 3+ , Gd 2 O 3 : Eu 3+ , Gd 2 O 2 S: Eu 3+ , Y (P, V) O 4 : Eu 3+ , Mg 4 GeO 5 . 5F: Mn 4+ , Mg 4 GeO 6 : Mn 4+ , K 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , K 5 Eu 2.5 (MoO 4 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 , (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu 2+ , CaAlSiN 3 : Eu 2+ , SrSiN 2 : Eu 2+ , SrAlSiN 3 : Eu 2+ , Ca 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , Sr 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , Ba 2 AlSi 5 N 8 : Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 2 N 4 : Eu 2+ , Sr 2 Si 3 Al 2 O 2 N 6 : Eu 2+ , SrSc 2 O 4 : Eu 2+ , (Sr, Ba) 3 SiO 5 : Eu 2+ , Mg 2 TiO 4 : Mn 2+ and the like.

無機系蛍光体材料は、必要に応じて表面改質処理を施してもよく、その方法としてはシランカップリング剤等の化学的処理によるものや、サブミクロンオーダーの粒子等の添加による物理的処理によるもの、更にそれらの併用によるもの等が挙げられる。励起光による劣化、発光による劣化等の安定性を考慮すると、一般的には無機材料を使用する方が好ましい。   The inorganic phosphor material may be subjected to a surface modification treatment as necessary. The method may be a chemical treatment such as a silane coupling agent or a physical treatment by adding submicron order particles. And those using a combination thereof. In consideration of stability such as deterioration due to excitation light and deterioration due to light emission, it is generally preferable to use an inorganic material.

これら蛍光体の屈折率は、無機蛍光体の場合、屈折率=1.8またはそれ以上の高い屈折率を有するものが一般的である。例えば、YAG:Ce,TAG:Ce,Al:Ceの屈折率=約1.8などである。また、有機蛍光体の場合、屈折率=約1.7またはそれ以上の高い屈折率を有するものが一般的である。例えば、C2018S(クマリン6)の屈折率=約1.69などである。 In the case of inorganic phosphors, these phosphors generally have a refractive index = 1.8 or higher. For example, the refractive index of YAG: Ce, TAG: Ce, Al 2 O 3 : Ce is about 1.8. In the case of organic phosphors, those having a high refractive index of about 1.7 or more are generally used. For example, the refractive index of C 20 H 18 N 2 O 2 S (coumarin 6) is about 1.69.

蛍光体粒子103の平均粒径(d50)は、無機蛍光体、有機蛍光体に関わらず、粒径は1μm〜20μm程度である事が望ましい。平均粒径が1μm以下であると、蛍光体層11の発光効率が急激に低下する場合がある。粒径が小さいと十分に励起光を吸収できない。また、平均空隙寸法も粒径に伴い小さくなると想定され、平均空隙寸法が発光主波長より小さくなると、蛍光体層からの光取出し効率が低下するおそれがある。   The average particle diameter (d50) of the phosphor particles 103 is preferably about 1 μm to 20 μm regardless of whether the phosphor is an inorganic phosphor or an organic phosphor. If the average particle size is 1 μm or less, the luminous efficiency of the phosphor layer 11 may be rapidly reduced. If the particle size is small, the excitation light cannot be sufficiently absorbed. In addition, it is assumed that the average void size also decreases with the particle size, and if the average void size is smaller than the emission main wavelength, the light extraction efficiency from the phosphor layer may be reduced.

一方、蛍光体粒子103の平均粒径(d50)が20μm以上であると、次のような問題点がある。まず、透明基板上に形成された蛍光膜に対して、その蛍光膜側から励起光源で蛍光体を励起し、蛍光体層からの発光が透明基板を通して取り出される構造を透過型蛍光体基板と定義すると、蛍光体粒子が多数積み重なっている場合には、蛍光体層のより励起光側にある蛍光体粒子からの発光が、蛍光体層のより基板側の蛍光体粒子により、反射、散乱されることで遮断される。即ち、蛍光体層からの光取出し効率を低下させることになる。   On the other hand, when the average particle diameter (d50) of the phosphor particles 103 is 20 μm or more, there are the following problems. First, for a phosphor film formed on a transparent substrate, a structure in which the phosphor is excited by an excitation light source from the phosphor film side and light emitted from the phosphor layer is extracted through the transparent substrate is defined as a transmissive phosphor substrate Then, when a large number of phosphor particles are stacked, light emitted from the phosphor particles on the excitation light side of the phosphor layer is reflected and scattered by the phosphor particles on the substrate side of the phosphor layer. It is interrupted by. That is, the light extraction efficiency from the phosphor layer is reduced.

一方で蛍光体粒子が十分に積み重なっていない場合には、蛍光体層が十分に励起光を吸収できないため蛍光体層からの発光量が減少し、その結果、蛍光体層からの発光量を低下させる。
したがって、後述する膜厚と関係して透過型蛍光体基板の場合、3〜4蛍光体粒子層積み重なっている場合が最も取出し効率が向上する。
On the other hand, when the phosphor particles are not sufficiently stacked, the phosphor layer cannot absorb the excitation light sufficiently, so the amount of light emitted from the phosphor layer is decreased, and as a result, the amount of light emitted from the phosphor layer is decreased. Let
Therefore, in the case of a transmissive phosphor substrate, the extraction efficiency is most improved when 3 to 4 phosphor particle layers are stacked in relation to the film thickness described later.

蛍光体粒子の平均粒径が20μm以上であると、3〜4粒子層積層した場合には蛍光体層の層厚が60〜80μmとなり、材料の員数が増加し材料コストのアップに繋がる。また、表示装置用途を想定した場合、高解像度にパターニングすることが困難になる。
例えば、60インチのFHD(1920×1080ピクセル)のRGB3色の表示装置を考えた場合、RGB各1画素のサイズは約210×210μmとなる。蛍光体粒子の平均粒径が20μm以上であると、一平面に隙間無く並べられる蛍光体粒子数は10×10個以下である。
When the average particle diameter of the phosphor particles is 20 μm or more, when 3 to 4 particle layers are laminated, the layer thickness of the phosphor layer becomes 60 to 80 μm, which increases the number of materials and leads to an increase in material cost. In addition, when a display device application is assumed, it becomes difficult to perform patterning at a high resolution.
For example, when considering a 60-inch FHD (1920 × 1080 pixels) RGB three-color display device, the size of each pixel of RGB is about 210 × 210 μm. When the average particle diameter of the phosphor particles is 20 μm or more, the number of phosphor particles arranged on one plane without any gap is 10 × 10 or less.

40インチのFHD(1920×1080ピクセル)のRGB3色の表示装置を考えた場合、RGB各1画素のサイズは約130×130μmとなる。蛍光体粒子の平均粒径が20μm以上であると、一平面に隙間無く並べられる蛍光体粒子数は6×6個以下である。   Considering a 40 inch FHD (1920 × 1080 pixels) RGB three-color display device, the size of each RGB pixel is about 130 × 130 μm. When the average particle diameter of the phosphor particles is 20 μm or more, the number of phosphor particles arranged in a single plane without a gap is 6 × 6 or less.

表示装置に限定した場合、後述する所望の画素位置に蛍光体粒子を塗布する方法を鑑みると、蛍光体粒子に対して十分に広くない領域に塗布することは非常に難しい。塗布量が多いと画素からの蛍光体層のはみ出しが容易に生じ、また、後述するが、不必要に膜厚が厚くなり発光の取出し効率を低下させる。逆に塗布量が少ないと蛍光体層中の蛍光体粒子が疎な領域が生じる。したがって、表示装置における十分な品質を確保できない虞がある。   In the case of limiting to a display device, it is very difficult to apply to a region that is not sufficiently wide with respect to the phosphor particles in view of a method of applying the phosphor particles to a desired pixel position described later. When the coating amount is large, the phosphor layer protrudes easily from the pixel, and as will be described later, the film thickness becomes unnecessarily thick and the light extraction efficiency decreases. On the contrary, when the coating amount is small, a region in which the phosphor particles in the phosphor layer are sparse occurs. Therefore, there is a possibility that sufficient quality in the display device cannot be ensured.

蛍光体層102の膜厚は、通常100nm〜100μm程度であるが、1μm〜100μmが好ましい。蛍光体層102の膜厚が100nm未満であると、光源から発した励起光を十分吸収することが難しくなる為、発光効率の低下、必要とされる色に励起光の透過光が混じる事による色純度の悪化といった問題が生じる。更にこの光源からの発光の吸収を高め、色純度の悪影響を及ぼさない程度に励起光の透過光を低減する為には、膜厚として、1μm以上とする事が好ましい。また、蛍光体層102の膜厚が100μmを超えると光源からの発光を既に十分吸収する事から、効率の上昇には、繋がらず材料を消費するだけに留まり、材料コストのアップに繋がる。   The film thickness of the phosphor layer 102 is usually about 100 nm to 100 μm, but preferably 1 μm to 100 μm. If the thickness of the phosphor layer 102 is less than 100 nm, it becomes difficult to sufficiently absorb the excitation light emitted from the light source, so that the emission efficiency is lowered, and the transmitted light of the excitation light is mixed with the required color. Problems such as deterioration of color purity arise. Further, in order to increase the absorption of light emitted from the light source and reduce the transmitted light of the excitation light to such an extent that the color purity is not adversely affected, the film thickness is preferably 1 μm or more. Further, if the thickness of the phosphor layer 102 exceeds 100 μm, the light emitted from the light source is already sufficiently absorbed. Therefore, the efficiency is not increased, but only the material is consumed and the material cost is increased.

蛍光体層102の膜厚は、更に1μm〜80μmが好ましい。その理由は、粒径サイズ(1〜20μm)×3,4粒子層が好ましい為である。ただし、蛍光体の光の吸収係数、粒径に応じて、さらに限定された膜厚範囲を設定することも好ましい。その理由は以下の通りである。   The film thickness of the phosphor layer 102 is further preferably 1 μm to 80 μm. The reason is that a particle size (1 to 20 μm) × 3,4 particle layer is preferable. However, it is also preferable to set a more limited film thickness range according to the light absorption coefficient and particle size of the phosphor. The reason is as follows.

有機蛍光体と無機蛍光体とを比較すると、一般に有機蛍光体の方が吸収係数が高い。したがって、無機蛍光体と比較して有機蛍光体の方が、粒径が小さく蛍光体層厚が小さくても励起光を十分に吸収できることから、無機蛍光体と比較して有機蛍光体の方が小粒径、小膜厚の範囲に好ましい粒径範囲、膜厚範囲が設定される。このように、蛍光体の光の吸収係数、粒径に応じて、さらに限定された膜厚範囲を設定することが好ましい。   Comparing the organic phosphor and the inorganic phosphor, the organic phosphor generally has a higher absorption coefficient. Therefore, since organic phosphors can sufficiently absorb excitation light even when the particle size is small and the phosphor layer thickness is small compared to inorganic phosphors, organic phosphors are better than inorganic phosphors. A preferable particle size range and film thickness range are set in the range of small particle size and small film thickness. Thus, it is preferable to set a more limited film thickness range according to the light absorption coefficient and particle size of the phosphor.

蛍光体粒子103どうしの間に形成される空隙104は、低屈折媒質が満たされている。この低屈折媒質としては気体であればよく、一例として空気、窒素、アルゴン、またはこれらの混合ガスが挙げられる。   A gap 104 formed between the phosphor particles 103 is filled with a low refractive medium. The low refractive medium may be a gas, and examples thereof include air, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof.

また、空隙104は真空であっても良い。例えば、JIS規格による低真空:真空度が100パスカル以上、中真空:真空度が0.1〜100パスカル、高真空:真空度が10−5〜0.1パスカル、超高真空:真空度が10−5パスカル以下など、いずれの真空状態であってもよい。 The gap 104 may be a vacuum. For example, low vacuum according to JIS standard: degree of vacuum is 100 Pascal or higher, medium vacuum: degree of vacuum is 0.1 to 100 Pascal, high vacuum: degree of vacuum is 10 −5 to 0.1 Pascal, ultrahigh vacuum: degree of vacuum is Any vacuum state such as 10 −5 Pascal or less may be used.

このような低屈折媒質が満たされた空隙104の形成方法としては、蛍光体粒子103および接着層(部材)106を構成する接着材を含む蛍光体層形成用の分散液を作製し、基板10の一面10a上に塗布する。その後、400〜500℃/1時間の熱処理することで、分散液が揮発し、揮発部分に図1に示すような空隙104が形成される。   As a method of forming the void 104 filled with such a low refractive medium, a dispersion liquid for forming a phosphor layer containing the phosphor particles 103 and an adhesive constituting the adhesive layer (member) 106 is prepared, and the substrate 10 is formed. It is applied on one surface 10a. Thereafter, the dispersion is volatilized by heat treatment at 400 to 500 ° C./1 hour, and voids 104 as shown in FIG. 1 are formed in the volatilized portion.

このような低屈折媒質が満たされた空隙13の形成方法の一例を挙げる。まず、蛍光体粒子12、接着層(部材)14を構成する部材の原料となる熱分解性の樹脂、及び溶媒を含む蛍光体層形成用の分散液を作製し、基板10の一面10a上に塗布する。その後、熱処理することで、分散液中の溶媒が揮発し、分散液中の熱分解性の樹脂が分解し体積が縮小することで、蛍光体間に空隙13が形成される。また蛍光体粒子間にわずかに残った樹脂成分が接着剤の役割を果たし、接着部材14となる。   An example of a method for forming the gap 13 filled with such a low refractive medium will be given. First, a phosphor layer forming dispersion liquid containing phosphor particles 12, a thermally decomposable resin that is a raw material of a member constituting the adhesive layer (member) 14, and a solvent is prepared, and is formed on one surface 10 a of the substrate 10. Apply. Thereafter, heat treatment volatilizes the solvent in the dispersion liquid, decomposes the thermally decomposable resin in the dispersion liquid, and reduces the volume, thereby forming voids 13 between the phosphors. In addition, the resin component that remains slightly between the phosphor particles serves as an adhesive and becomes the adhesive member 14.

熱処理温度は、蛍光体の熱耐性の観点から、無機蛍光体の場合は400〜500℃/約1〜3時間の熱処理が望ましい。一方、有機蛍光体の場合は一般的に熱耐性が200℃以下であるので、有機蛍光体の熱処理温度は200℃以下であることが望ましい。したがって有機蛍光体に用いる熱分解性樹脂の分解温度も200℃以下のものを用いる事が望ましい。
また、有機蛍光体の場合には、不溶性の溶媒に分散することで、熱処理後、有機蛍光体粒子として蛍光膜を形成できる。
In the case of an inorganic phosphor, the heat treatment temperature is preferably 400 to 500 ° C./about 1 to 3 hours from the viewpoint of heat resistance of the phosphor. On the other hand, in the case of an organic phosphor, the heat resistance is generally 200 ° C. or lower, and therefore, the heat treatment temperature of the organic phosphor is desirably 200 ° C. or lower. Therefore, it is desirable to use a decomposition temperature of the thermally decomposable resin used for the organic phosphor of 200 ° C. or less.
In the case of an organic phosphor, a phosphor film can be formed as organic phosphor particles after heat treatment by dispersing in an insoluble solvent.

蛍光体層形成用の分散液の基板101への塗布方法としては、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセスなどが好ましく採用できる。   As a method for applying the dispersion liquid for forming the phosphor layer to the substrate 101, spin coating method, dipping method, doctor blade method, discharge coating method, spray coating method and other coating methods, ink jet method, letterpress printing method, intaglio printing A known wet process such as a printing method such as a printing method, a screen printing method or a micro gravure coating method can be preferably employed.

蛍光体層102において、空隙104の空隙の考え方について、空隙寸法の測定方法の一例を示しつつ説明する。
図3(a)は、蛍光体層102の断面の走査型電子顕微鏡像(SEM像)である。蛍光体層102の断面は、蛍光体基板1を蛍光体層102の厚み方向に対して垂直にへき開することで得られる。走査型電子顕微鏡は、日立ハイテク製型番SU8020を用いたが、同等の性能を有する走査型電子顕微鏡であればよく、限定されるものではない。
The concept of the gap 104 in the phosphor layer 102 will be described with an example of a method for measuring the gap dimension.
FIG. 3A is a scanning electron microscope image (SEM image) of the cross section of the phosphor layer 102. The cross section of the phosphor layer 102 is obtained by cleaving the phosphor substrate 1 perpendicular to the thickness direction of the phosphor layer 102. As the scanning electron microscope, model number SU8020 manufactured by Hitachi High-Tech was used. However, the scanning electron microscope is not limited as long as it is a scanning electron microscope having equivalent performance.

また、図3(a)と同一の箇所における図3(a)に示された断面に対して90度垂直、かつ蛍光体層102の厚み方向上方から撮像したSEM像も取得する。
図3(a)、及び図3(a)に対して90度垂直から撮像したSEM像より、断面位置での蛍光体領域と空隙領域を定義付けする。図3(b)は蛍光体領域を定義した図である。蛍光体領域901を黒線で囲んで示している。そして、図3(c)は、前述した断面位置での蛍光体領域と空隙領域をそれぞれ二値化し、蛍光体領域902を黒色、空隙領域903を白色で示している。
In addition, an SEM image obtained from 90 ° perpendicular to the cross section shown in FIG. 3A at the same location as FIG. 3A and taken from above the thickness direction of the phosphor layer 102 is also acquired.
The phosphor region and the void region at the cross-sectional position are defined from the SEM image captured from 90 ° perpendicular to FIG. 3 (a) and FIG. 3 (a). FIG. 3B is a diagram in which the phosphor region is defined. The phosphor region 901 is surrounded by a black line. FIG. 3C binarizes the phosphor region and the void region at the above-described cross-sectional position, and shows the phosphor region 902 in black and the void region 903 in white.

そして、図3(c)にて定義した空隙領域を埋めるように点線で示した円領域904を充填する。この時、大きな円領域904を先に充填し、次に小さな円領域904を充填する。こうして点線で示した円領域904を充填した様子を図3(d)に示す。この図3(d)に図示したそれぞれの円領域904の直径を蛍光体基板(蛍光体層102)における空隙104の寸法と定義する。   Then, a circular area 904 indicated by a dotted line is filled so as to fill the void area defined in FIG. At this time, the large circular area 904 is filled first, and then the small circular area 904 is filled. FIG. 3D shows a state in which the circular region 904 indicated by the dotted line is filled in this way. The diameter of each circular region 904 illustrated in FIG. 3D is defined as the dimension of the gap 104 in the phosphor substrate (phosphor layer 102).

複数の空隙104の寸法を測定して度数分布を求める。度数分布から求まる中央値(メディアン)を空隙104の平均寸法と定義する。
上述した測定方法によって、5箇所の蛍光体層102の断面SEM像を撮像し、合計50個の空隙104の寸法を測定して度数分布を求めた。度数分布から求めた中央値(メディアン)で定義される空隙104の平均寸法は約12μmであった。
The frequency distribution is obtained by measuring the dimensions of the plurality of gaps 104. The median value obtained from the frequency distribution (median) is defined as the average dimension of the air gap 104.
The cross-sectional SEM images of the five phosphor layers 102 were taken by the measurement method described above, and the frequency distribution was obtained by measuring the dimensions of a total of 50 voids 104. The average dimension of the air gap 104 defined by the median value (median) obtained from the frequency distribution was about 12 μm.

以上のような構成の本実施形態の蛍光体基板の作用を、従来の蛍光体基板(従来例1、従来例2)と比較しつつ説明する。
図2(a)は、従来例1の蛍光体基板の作用を示す断面図である。
図2(b)は、従来例2の蛍光体基板の作用を示す断面図である。
図2(c)は、本実施形態の蛍光体基板の作用を示す断面図である。
図2(a):従来例1に示すように、蛍光体基板200は、透明な基板201の一面に蛍光体層202を形成し、この蛍光体層202は、封止樹脂204の中に無機蛍光体203が分散されている。また、蛍光体層の上部(透明な基板201の反対側)に波長選択層205が形成されている。
無機蛍光体層203にはSrSi(O,Cl): Eu2+を使用した。封止樹脂204にはポリスチレンを使用した。無機蛍光体203(SrSi(O,Cl): Eu2+)の粒径は約15μmであった。蛍光体層202の膜厚は約45μmであった
The operation of the phosphor substrate of the present embodiment having the above configuration will be described in comparison with conventional phosphor substrates (Conventional Example 1 and Conventional Example 2).
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the operation of the phosphor substrate of Conventional Example 1. FIG.
FIG. 2B is a cross-sectional view showing the operation of the phosphor substrate of Conventional Example 2.
FIG. 2C is a cross-sectional view showing the operation of the phosphor substrate of the present embodiment.
FIG. 2A: As shown in Conventional Example 1, the phosphor substrate 200 has a phosphor layer 202 formed on one surface of a transparent substrate 201, and this phosphor layer 202 is inorganic in the sealing resin 204. The phosphor 203 is dispersed. A wavelength selection layer 205 is formed on the phosphor layer (on the opposite side of the transparent substrate 201).
SrSi 2 (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ was used for the inorganic phosphor layer 203. Polystyrene was used for the sealing resin 204. The particle size of the inorganic phosphor 203 (SrSi 2 (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ ) was about 15 μm. The thickness of the phosphor layer 202 was about 45 μm.

図2(b):従来例2に示すように、蛍光体基板200は、透明な基板201の一面に蛍光体層202を形成し、この蛍光体層202は、封止樹脂204の中に有機蛍光体203が溶解されている。また、蛍光体層の上部(透明な基板201の反対側)に波長選択層205が形成されている。有機蛍光体層203にはクマリン6を使用した。封止樹脂204にはポリスチレンを使用した。
蛍光体層202の膜厚は約27μmであった。
FIG. 2B: As shown in Conventional Example 2, the phosphor substrate 200 has a phosphor layer 202 formed on one surface of a transparent substrate 201, and this phosphor layer 202 is organic in a sealing resin 204. The phosphor 203 is dissolved. A wavelength selection layer 205 is formed on the phosphor layer (on the opposite side of the transparent substrate 201). Coumarin 6 was used for the organic phosphor layer 203. Polystyrene was used for the sealing resin 204.
The film thickness of the phosphor layer 202 was about 27 μm.

図2(c):本実施形態に示すように、蛍光体基板100は、透明な基板101の一面に蛍光体層102を形成し、この蛍光体層102は、複数の蛍光体粒子から成り、蛍光体粒子と蛍光体粒子の間に空隙104が形成されている。空隙104には空気が満たされている。また、蛍光体層の上部(透明な基板101の反対側)に波長選択層105が形成されている。無機蛍光体層103にはSrSi(O,Cl): Eu2+を使用した。
無機蛍光体103(SrSi(O,Cl): Eu2+)の粒径は約15μmであった。蛍光体層102の膜厚は約48μmであった。
FIG. 2 (c): As shown in this embodiment, the phosphor substrate 100 has a phosphor layer 102 formed on one surface of a transparent substrate 101, and the phosphor layer 102 is composed of a plurality of phosphor particles. A void 104 is formed between the phosphor particles. The air gap 104 is filled with air. A wavelength selection layer 105 is formed on the phosphor layer (on the opposite side of the transparent substrate 101). SrSi 2 (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ was used for the inorganic phosphor layer 103.
The particle size of the inorganic phosphor 103 (SrSi 2 (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ ) was about 15 μm. The film thickness of the phosphor layer 102 was about 48 μm.

図2(a)に示す従来の蛍光体基板200のような構成では、透明(ガラス)基板101と空気(外気)Arとの界面201bにて、その屈折率差により決まる全反射角より小さな角度をもつ蛍光207aは空気側に取り出される。一方、その屈折率差により決まる全反射角より大きな角度をもつ発光207b、発光208は全反射し、透明(ガラス)基板101中を導光する。したがって、発光を効率よく基板の外側に取り出す事ができない。   In the configuration of the conventional phosphor substrate 200 shown in FIG. 2A, an angle smaller than the total reflection angle determined by the difference in refractive index at the interface 201b between the transparent (glass) substrate 101 and air (outside air) Ar. The fluorescent light 207a having is taken out to the air side. On the other hand, the light emission 207 b and the light emission 208 having an angle larger than the total reflection angle determined by the refractive index difference are totally reflected and guided through the transparent (glass) substrate 101. Therefore, the emitted light cannot be efficiently extracted outside the substrate.

また、界面201bにて、全反射した発光207b、発光208の一部の発光207bは全反射後再び蛍光体層202に侵入し、無機蛍光体203により散乱され、反射角度が変わることで、再び全反射角より小さな角度にて界面201bに侵入し、空気側に取り出される。   Further, the light emission 207b totally reflected at the interface 201b and a part of the light emission 207b of the light emission 208 enter the phosphor layer 202 again after total reflection, and are scattered by the inorganic phosphor 203, and the reflection angle is changed again. It enters the interface 201b at an angle smaller than the total reflection angle and is taken out to the air side.

図2(b)に示す従来の蛍光体基板200のような構成では、透明(ガラス)基板101と空気(外気)Arとの界面201bにて、その屈折率差により決まる全反射角より小さな角度をもつ発光207は空気側に取り出される。一方、その屈折率差により決まる全反射角より大きな角度をもつ発光209は全反射し、透明(ガラス)基板101、及び蛍光体層202中を導光する。図2(b)に示す従来例2では蛍光体層202中に有機蛍光体が溶解しており、蛍光体層202中を導光する光は散乱されない。したがって、一度、界面201bにて全反射した発光209は界面201bと波長選択層205の間を導光し、基板の外側に取り出されない。   In the configuration of the conventional phosphor substrate 200 shown in FIG. 2B, an angle smaller than the total reflection angle determined by the difference in refractive index at the interface 201b between the transparent (glass) substrate 101 and air (outside air) Ar. The light emission 207 having is taken out to the air side. On the other hand, the light emission 209 having an angle larger than the total reflection angle determined by the refractive index difference is totally reflected and guided through the transparent (glass) substrate 101 and the phosphor layer 202. In the conventional example 2 shown in FIG. 2B, the organic phosphor is dissolved in the phosphor layer 202, and the light guided through the phosphor layer 202 is not scattered. Therefore, the light emission 209 once totally reflected at the interface 201b is guided between the interface 201b and the wavelength selection layer 205 and is not extracted outside the substrate.

図2(c)に示す本実施形態の蛍光体基板100のような構成では、蛍光体粒子から射出した発光107は一度、空隙104に入射した後に透明(ガラス)基板101に入射される。このような発光107は空気(外気)Arとの界面101bにて必ず全反射角より小さくなる事は自明である。したがって発光107は必ず基板の外側に取り出される。   In the configuration of the phosphor substrate 100 of the present embodiment shown in FIG. 2C, the light emission 107 emitted from the phosphor particles once enters the gap 104 and then enters the transparent (glass) substrate 101. It is obvious that such light emission 107 is always smaller than the total reflection angle at the interface 101b with air (outside air) Ar. Therefore, the light emission 107 is always extracted outside the substrate.

例外として、蛍光体粒子と基板101が接している箇所から直接基板101に入射された蛍光体粒子からの発光のうち、透明(ガラス)基板101と空気(外気)Arとの界面101bにて、その屈折率差により決まる全反射角より大きな角度をもつ発光108aは基板101中を導光するが、その割合は非常に少ない。   As an exception, out of the light emitted from the phosphor particles that are directly incident on the substrate 101 from the position where the phosphor particles and the substrate 101 are in contact, at the interface 101b between the transparent (glass) substrate 101 and air (outside air) Ar, The light emission 108a having an angle larger than the total reflection angle determined by the refractive index difference is guided through the substrate 101, but the ratio is very small.

従って、この空隙104から基板101に入射した蛍光107は必ず基板101から空気(外気)Arに向けて出射できる。これによって、本実施形態の蛍光体基板100においては、従来の蛍光体基板200と比較して、蛍光体層で生じた発光をより多く空気(外気)Arに向けて出射させることが可能になり、蛍光体基板の蛍光出射効率を高めることが可能になる。   Therefore, the fluorescence 107 incident on the substrate 101 from the gap 104 can be emitted from the substrate 101 toward the air (outside air) Ar. Thereby, in the phosphor substrate 100 of the present embodiment, it is possible to emit more light emitted from the phosphor layer toward the air (outside air) Ar as compared with the conventional phosphor substrate 200. It becomes possible to increase the fluorescence emission efficiency of the phosphor substrate.

表1に、上述した従来例1(図2(a))、従来例2(図2(b))および本実施形態(図2(c))における発光の外部取り出し効率を測定した測定結果を示す。測定は以下の手順によった。
A.蛍光体基板を全光束測定システム(大塚電子製積分半球QE−1100)の積分球内に設置し全発光量を測定する。
B.次に積分球QE−1100に設けられた蛍光体基板と同サイズの窓に、基板を透過してきた発光が積分球内に入る向きで、蛍光体基板を貼り付け、基板を透過してきた発光量を測定する。
C.取出し効率=A/Bで定義する。
Table 1 shows measurement results obtained by measuring the external extraction efficiency of light emission in the above-described conventional example 1 (FIG. 2A), conventional example 2 (FIG. 2B), and the present embodiment (FIG. 2C). Show. The measurement was performed according to the following procedure.
A. A phosphor substrate is placed in an integrating sphere of a total luminous flux measurement system (integrated hemisphere QE-1100 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the total light emission amount is measured.
B. Next, the phosphor substrate is attached to a window of the same size as the phosphor substrate provided in the integrating sphere QE-1100 in such a direction that the light transmitted through the substrate enters the integrating sphere, and the amount of light transmitted through the substrate. Measure.
C. The extraction efficiency is defined as A / B.

発光の外部取り出し効率を測定した測定結果を示す表1によれば、発光の外部取り出し効率が従来例1の構成では54%、従来例2の構成では25%に留まるのに対して、本実施形態では外部取り出し効率が80%と、極めて高い発光の外部取り出し効率を実現できることが確認できた。   According to Table 1 showing the measurement results of the external extraction efficiency of light emission, the external extraction efficiency of light emission is 54% in the configuration of Conventional Example 1 and 25% in the configuration of Conventional Example 2, whereas In the embodiment, it was confirmed that the external extraction efficiency of 80%, which is very high emission, can be realized.

また、本実施形態の蛍光体基板では、出射した発光の滲みを軽減できる効果もある。
図4は、本実施形態および従来の蛍光体基板の作用を示す写真である。
図4(a)は、図2(a)に示す従来の蛍光体基板、図4(b)は、図2(c)に示す本実施形態の蛍光体基板の発光の様子を透明基板側から撮像した写真である。励起光源として発光波長450nmの青色LEDと5mm角のマスクウィンドウを用いて、波長選択膜(バンドパスフィルター)側から中心5mm角のみを照射した。
In addition, the phosphor substrate of this embodiment has an effect of reducing bleeding of emitted light.
FIG. 4 is a photograph showing the operation of the present embodiment and the conventional phosphor substrate.
4A shows the conventional phosphor substrate shown in FIG. 2A, and FIG. 4B shows the state of light emission of the phosphor substrate of this embodiment shown in FIG. 2C from the transparent substrate side. It is a photograph taken. Using a blue LED with an emission wavelength of 450 nm and a 5 mm square mask window as an excitation light source, only the central 5 mm square was irradiated from the wavelength selection film (bandpass filter) side.

図2(a)に示す従来の蛍光体基板では、基板中を導波する発光の成分割合が大きく、その一部は基板で散乱されるため、基板中をしばらく導波後、基板の外部(外気)に取り出される。このため、図4(a)に示すように、出射した発光を本来は矩形であるにもかかわらず、その輪郭がぼやけて滲んでいる。   In the conventional phosphor substrate shown in FIG. 2 (a), the ratio of the component of emitted light that is guided through the substrate is large, and a part of the component is scattered by the substrate. Outside air). For this reason, as shown in FIG. 4A, although the emitted light is originally rectangular, its outline blurs and blurs.

一方、図2(c)に示す本実施形態の蛍光体基板では、空隙から基板に入射した蛍光は必ず基板から空気(外気)に向けて出射できるので、基板を伝播する蛍光成分が少ない。このため、図4(b)に示すように、矩形の発光が殆ど滲むことなく鮮明な輪郭で出射される。従って、このような本実施形態の蛍光体基板を表示装置に適用すれば、滲みの少ない鮮明な映像を映し出すことが可能になる。   On the other hand, in the phosphor substrate of this embodiment shown in FIG. 2C, the fluorescence incident on the substrate from the gap can always be emitted from the substrate toward the air (outside air), so that there are few fluorescent components propagating through the substrate. For this reason, as shown in FIG.4 (b), rectangular light emission is radiate | emitted with a clear outline, almost without bleeding. Therefore, if such a phosphor substrate of this embodiment is applied to a display device, it is possible to project a clear image with little blur.

[第2実施形態]
図5は、第2実施形態の蛍光体基板を備えた表示装置を示す断面模式図である。
本実施形態に係る表示装置500は、蛍光体基板520、励起光源514、および液晶層515を備えている。励起光源514は、例えば波長が405nmの励起光FLを出射する光源装置である。液晶層515は、励起光FLの蛍光体基板520への入射を制御する公知の液晶層であればよい。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a display device including the phosphor substrate according to the second embodiment.
A display device 500 according to this embodiment includes a phosphor substrate 520, an excitation light source 514, and a liquid crystal layer 515. The excitation light source 514 is a light source device that emits excitation light FL having a wavelength of 405 nm, for example. The liquid crystal layer 515 may be a known liquid crystal layer that controls the incidence of the excitation light FL on the phosphor substrate 520.

蛍光体基板520は、光透過性の基板501と、この基板501の一面501aに重ねて配された蛍光体層502とを備えている。蛍光体基板520は、蛍光体層502の基板501と対向する面とは反対側が、蛍光体層502を励起させる励起光FLを入射させる励起光入射面Efとなる。   The phosphor substrate 520 includes a light-transmitting substrate 501 and a phosphor layer 502 placed on one surface 501 a of the substrate 501. In the phosphor substrate 520, the side opposite to the surface facing the substrate 501 of the phosphor layer 502 is an excitation light incident surface Ef on which the excitation light FL that excites the phosphor layer 502 is incident.

蛍光体層502の励起光入射面Efには、更に、バンドパスフィルター層505が形成されていることが好ましい。バンドパスフィルター層505は、励起光FLを透過させ、かつ、この励起光FLによって蛍光体層502に生じた発光を反射させる。   It is preferable that a band pass filter layer 505 is further formed on the excitation light incident surface Ef of the phosphor layer 502. The band-pass filter layer 505 transmits the excitation light FL and reflects light emitted from the phosphor layer 502 by the excitation light FL.

蛍光体層502は、蛍光体材料からなる多数の蛍光体粒子503と、この蛍光体粒子503どうしの間に保たれた空隙504とから構成されている。空隙504には窒素ガスが満たされている。蛍光体層502は、基板501の一面501aから立ち上がり、蛍光体層502の厚み方向に沿った側面を囲む隔壁512によって所定の領域毎に区画(第一〜第三の区画)されている。隔壁512の少なくとも蛍光体粒子503に臨む領域は、光散乱性または光反射性を有している。また、それぞれの隔壁512の底部と基板501との間には、更に遮光層511が形成されていることが好ましい。   The phosphor layer 502 includes a large number of phosphor particles 503 made of a phosphor material and voids 504 held between the phosphor particles 503. The gap 504 is filled with nitrogen gas. The phosphor layer 502 rises from one surface 501a of the substrate 501 and is partitioned (first to third partitions) for each predetermined region by partition walls 512 surrounding the side surfaces along the thickness direction of the phosphor layer 502. A region of the partition 512 facing at least the phosphor particles 503 has light scattering properties or light reflection properties. Further, it is preferable that a light shielding layer 511 is further formed between the bottom of each partition wall 512 and the substrate 501.

蛍光体粒子503は、隔壁512によって区画された領域ごとに、第一の区画に配された緑色蛍光体粒子503G、第二の区画に配された赤色蛍光体粒子503R、および第三の区画に配された青色蛍光体粒子503Bがそれぞれ充填されている。蛍光体粒子503のうち、緑色蛍光体粒子503G(第一の蛍光体粒子)の発光主波長(ピーク波長域)は500〜560nmである。また、赤色蛍光体粒子503R(第二の蛍光体粒子)の発光主波長(ピーク波長域)は600〜650nmである。また、青色蛍光体粒子503B(第三の蛍光体粒子)の発光主波長(ピーク波長域)は430〜490nmである。   The phosphor particles 503 are divided into green phosphor particles 503G arranged in the first compartment, red phosphor particles 503R arranged in the second compartment, and third compartments for each region divided by the partition 512. The arranged blue phosphor particles 503B are filled. Of the phosphor particles 503, the emission main wavelength (peak wavelength region) of the green phosphor particles 503G (first phosphor particles) is 500 to 560 nm. The emission main wavelength (peak wavelength range) of the red phosphor particles 503R (second phosphor particles) is 600 to 650 nm. The emission main wavelength (peak wavelength range) of the blue phosphor particles 503B (third phosphor particles) is 430 to 490 nm.

また、これら赤色蛍光体粒子503R、緑色蛍光体粒子503G、青色蛍光体粒子503Bと基板501との間には、それぞれ遮光層511で区画されたカラーフィルター513である赤色フィルター513R、緑色フィルター513G、青色フィルター513Bが形成されている。   Further, between these red phosphor particles 503R, green phosphor particles 503G, blue phosphor particles 503B and the substrate 501, a red filter 513R, a green filter 513G, which is a color filter 513 partitioned by a light shielding layer 511, respectively. A blue filter 513B is formed.

第一の区画に配された緑色フィルター513Gは、500〜560nm(緑色光)の波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、500〜560nm(緑色光)の波長域の光の透過率が、430〜490nm(青色光)および600〜650nm(赤色光)の各波長域の光の最大透過率より大きいフィルターである。   The green filter 513G arranged in the first section has a maximum transmittance in a wavelength range of 500 to 560 nm (green light), and has a light transmittance in a wavelength range of 500 to 560 nm (green light). , 430 to 490 nm (blue light) and 600 to 650 nm (red light).

第二の区画に配された赤色フィルター513Rは、600〜650nm(赤色光)の波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、600〜650nm(赤色光)の波長域の光の透過率が、430〜490nm(青色光)および500〜560nm(緑色光)の各波長域の光の最大透過率より大きいフィルターである。   The red filter 513R arranged in the second section has a maximum transmittance in the wavelength region of 600 to 650 nm (red light), and has a light transmittance in the wavelength region of 600 to 650 nm (red light). , 430 to 490 nm (blue light) and 500 to 560 nm (green light).

第一の区画に配された緑色フィルター513Bは、430〜490nm(青色光)の波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、430〜490nm(青色光)の波長域の光の透過率が、500〜560nm(緑色光)および600〜650nm(赤色光)の各波長域の光の最大透過率より大きいフィルターである。   The green filter 513B arranged in the first section has a maximum transmittance in the wavelength region of 430 to 490 nm (blue light), and has a light transmittance in the wavelength region of 430 to 490 nm (blue light). , 500 to 560 nm (green light) and 600 to 650 nm (red light).

図18に、赤色フィルター513R、緑色フィルター513G、および青色フィルター513Bのそれぞれの透過波長領域を測定したグラフを示す。このグラフにおいて、例えば、透過率が50%以上となる波長域の光を中心とした透過率が最大となる波長範囲を各フィルターの主透過波長領域として、赤色フィルター513Rは600〜650nm、緑色フィルター513Gは500〜560nm、そして青色フィルター513Bは430〜490nmの波長域の光を中心に透過させる。   FIG. 18 shows a graph in which the transmission wavelength regions of the red filter 513R, the green filter 513G, and the blue filter 513B are measured. In this graph, for example, the red filter 513R is 600 to 650 nm, the green filter, with the wavelength range having the maximum transmittance centered on light in the wavelength range where the transmittance is 50% or more as the main transmission wavelength region of each filter. 513G transmits light in the wavelength range of 500 to 560 nm, and the blue filter 513B transmits light in the wavelength range of 430 to 490 nm.

表2に、それぞれのフィルターにおける赤色光、緑色光、および青色光の最大透過率(%)、及び最小透過率(%)を示す。   Table 2 shows the maximum transmittance (%) and the minimum transmittance (%) of red light, green light, and blue light in each filter.

カラーフィルター513としては、公知のカラーフィルターを用いることが可能である。ここで、カラーフィルターを設けることによって、隔壁512で区画された赤色画素PR、緑色画素PG、青色画素PBの色純度を高める事が可能となり、表示装置500の色再現範囲を拡大する事ができる。   As the color filter 513, a known color filter can be used. Here, by providing the color filter, the color purity of the red pixel PR, the green pixel PG, and the blue pixel PB partitioned by the partition wall 512 can be increased, and the color reproduction range of the display device 500 can be expanded. .

図6に第一の区画に配された緑色蛍光体粒子503G(SrSi(O,Cl): Eu2+)の発光スペクトルと第一の区画に配された緑色フィルター513Gの透過スペクトルの一例を示す。緑色蛍光体粒子503Gの発光スペクトルは540nm程度に発光ピークを有するものの、波長650nm程度まで裾を引いており、有意な赤色成分を有している。しかしながら、緑色フィルター513Gを透過した緑色蛍光体粒子503Gの発光スペクトルは、緑色蛍光体粒子503Gの発光スペクトルに緑色フィルター513Gの透過スペクトルを乗じたものであるから、より先鋭なスペクトルとなり、色純度を高めることができる。 FIG. 6 shows the emission spectrum of the green phosphor particles 503G (SrSi 2 (O, Cl) 2 N 2 : Eu 2+ ) arranged in the first section and the transmission spectrum of the green filter 513G arranged in the first section. An example is shown. Although the emission spectrum of the green phosphor particles 503G has an emission peak at about 540 nm, it has a tail to a wavelength of about 650 nm and has a significant red component. However, the emission spectrum of the green phosphor particles 503G that has passed through the green filter 513G is obtained by multiplying the emission spectrum of the green phosphor particles 503G by the transmission spectrum of the green filter 513G. Can be increased.

また、青色蛍光体粒子503Bと対向する青色フィルター513B、緑色蛍光体粒子503Gと対向する緑色フィルター513G、赤色蛍光体粒子503Rと対向する赤色フィルター513Rにより、蛍光体粒子503R,503G,503Bにより吸収されず、透過してしまう励起光が外部に漏れ出す事を防止できるため、蛍光体粒子503R,503G,503Bからの発光と励起光による混色による発光の色純度の低下を防止する事が可能となる。   Further, it is absorbed by the phosphor particles 503R, 503G, and 503B by the blue filter 513B facing the blue phosphor particles 503B, the green filter 513G facing the green phosphor particles 503G, and the red filter 513R facing the red phosphor particles 503R. In addition, since the transmitted excitation light can be prevented from leaking to the outside, it is possible to prevent a decrease in color purity of light emission due to light emission from the phosphor particles 503R, 503G, and 503B and color mixture by the excitation light. .

また、青色蛍光体粒子503Bと対向する青色フィルター513B、緑色蛍光体粒子503Gと対向する緑色フィルター513G、赤色蛍光体粒子503Rと対向する赤色フィルター513Rにより、外光(基板の外側から入射する光)を吸収する事ができるため、外光による意図しない画素中の蛍光体粒子513R,513G,513Bの発光を低減・防止することが可能となり、コントラストの低下を低減・防止する事ができる。   Further, external light (light incident from the outside of the substrate) is generated by the blue filter 513B facing the blue phosphor particles 503B, the green filter 513G facing the green phosphor particles 503G, and the red filter 513R facing the red phosphor particles 503R. Therefore, it is possible to reduce or prevent light emission of the phosphor particles 513R, 513G, and 513B in the unintended pixel due to external light, and it is possible to reduce or prevent a decrease in contrast.

隔壁512は、例えば、樹脂と光散乱性粒子とを含む材料で形成されている。例えば、低屈折率の樹脂中に樹脂よりも高屈折率の光散乱粒子を分散するものであることが好ましい。また、青色光が光散乱性の隔壁によって効果的に散乱するためには、光散乱性粒子の粒径がミー散乱の領域にあることが必要であるので、光散乱性粒子の粒径として100nm〜500nm程度が好ましい。   The partition 512 is made of a material containing, for example, a resin and light scattering particles. For example, it is preferable that light scattering particles having a higher refractive index than the resin are dispersed in a resin having a low refractive index. Further, in order for blue light to be effectively scattered by the light-scattering partition walls, the particle size of the light-scattering particles needs to be in the Mie scattering region. About -500 nm is preferable.

隔壁512を構成する樹脂材料としては、透光性の樹脂であることが好ましい。樹脂材料の具体例としては、アクリル樹脂(屈折率:1.49)、メラミン樹脂(屈折率:1.57)、ナイロン(屈折率:1.53)、ポリスチレン(屈折率:1.60)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、ポリカーボネート(屈折率:1.57)、ポリ塩化ビニル(屈折率:1.60)、ポリ塩化ビニリデン(屈折率:1.61)、ポリ酢酸ビニル(屈折率:1.46)、ポリエチレン(屈折率:1.53)、ポリメタクリル酸メチル(屈折率:1.49)、ポリMBS(屈折率:1.54)、中密度ポリエチレン(屈折率:1.53)、高密度ポリエチレン(屈折率:1.54)、テトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)、ポリ三フッ化塩化エチレン(屈折率:1.42)、ポリテトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)等が挙げられる。   The resin material forming the partition wall 512 is preferably a light-transmitting resin. Specific examples of the resin material include acrylic resin (refractive index: 1.49), melamine resin (refractive index: 1.57), nylon (refractive index: 1.53), polystyrene (refractive index: 1.60), Melamine beads (refractive index: 1.57), polycarbonate (refractive index: 1.57), polyvinyl chloride (refractive index: 1.60), polyvinylidene chloride (refractive index: 1.61), polyvinyl acetate (refractive) Ratio: 1.46), polyethylene (refractive index: 1.53), polymethyl methacrylate (refractive index: 1.49), poly MBS (refractive index: 1.54), medium density polyethylene (refractive index: 1. 53), high density polyethylene (refractive index: 1.54), tetrafluoroethylene (refractive index: 1.35), poly (trifluoroethylene chloride) (refractive index: 1.42), polytetrafluoroethylene (refractive index: 1.3 ), And the like.

隔壁512を構成する光散乱粒子として、無機材料を用いる場合には、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫、およびアンチモンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物を主成分とした粒子等が挙げられる。   When an inorganic material is used as the light scattering particles constituting the partition wall 512, for example, an oxide of at least one metal selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, aluminum, indium, zinc, tin, and antimony And the like.

無機材料により構成された粒子(無機粒子)を隔壁512に用いる場合には、例えば、シリカビーズ(屈折率:1.44)、アルミナビーズ(屈折率:1.63)、酸化チタンビーズ(屈折率 アナタース型:2.50、ルチル型:2.70)、酸化ジルコニアビーズ(屈折率:2.05)、酸化亜鉛ビーズ(屈折率:2.00)、チタン酸バリウム(BaTiO3)(屈折率:2.4)等が挙げられる。   In the case where particles (inorganic particles) made of an inorganic material are used for the partition walls 512, for example, silica beads (refractive index: 1.44), alumina beads (refractive index: 1.63), titanium oxide beads (refractive index). Anatase type: 2.50, rutile type: 2.70), zirconia oxide beads (refractive index: 2.05), zinc oxide beads (refractive index: 2.00), barium titanate (BaTiO3) (refractive index: 2) .4).

有機材料により構成された粒子(有機粒子)を隔壁512に用いる場合には、例えば、ポリメチルメタクリレートビーズ(屈折率:1.49)、アクリルビーズ(屈折率:1.50)、アクリル−スチレン共重合体ビーズ(屈折率:1.54)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、高屈折率メラミンビーズ(屈折率:1.65)、ポリカーボネートビーズ(屈折率:1.57)、スチレンビーズ(屈折率:1.60)、架橋ポリスチレンビーズ(屈折率:1.61)、ポリ塩化ビニルビーズ(屈折率:1.60)、ベンゾグアナミン−メラミンホルムアルデヒドビーズ(屈折率:1.68)、シリコーンビーズ(屈折率:1.50)等が挙げられる。   When particles (organic particles) made of an organic material are used for the partition walls 512, for example, polymethyl methacrylate beads (refractive index: 1.49), acrylic beads (refractive index: 1.50), acrylic-styrene Polymer beads (refractive index: 1.54), melamine beads (refractive index: 1.57), high refractive index melamine beads (refractive index: 1.65), polycarbonate beads (refractive index: 1.57), styrene beads (Refractive index: 1.60), crosslinked polystyrene beads (refractive index: 1.61), polyvinyl chloride beads (refractive index: 1.60), benzoguanamine-melamine formaldehyde beads (refractive index: 1.68), silicone beads (Refractive index: 1.50).

隔壁512の材料の構成樹脂としてアルカリ可溶性樹脂を選択し、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶剤を添加することによって、隔壁材料をフォトレジスト化することができ、フォトリソグラフィーによってパターニングして隔壁512を形成することが可能となる。   By selecting an alkali-soluble resin as a constituent resin of the material of the partition wall 512 and adding a photopolymerizable monomer, a photopolymerization initiator, and a solvent, the partition wall material can be made into a photoresist, and patterned by photolithography. 512 can be formed.

隔壁512の遮光層511で区画された開口部(蛍光体層の一区画分)の縦横サイズは、20μm×20μm程度〜500μm×500μm程度が好ましい。また、隔壁512は、CIE1976L*a*b表示系において80%以上の反射率を有することが好ましい。   The vertical and horizontal size of the opening section (one section of the phosphor layer) partitioned by the light shielding layer 511 of the partition wall 512 is preferably about 20 μm × 20 μm to about 500 μm × 500 μm. The partition 512 preferably has a reflectance of 80% or more in the CIE 1976 L * a * b display system.

従来通りコントラスト向上を目的として、光散乱性の隔壁512の光取出し方向側に0.01μmから3μm程度の光散乱性の隔壁に比べて薄い黒色隔壁層を挿入しても良い。更に、ある画素に進入するように設計された励起光が隣接画素に漏れて混色がおきるのを防止するために、隣接画素に進入しようとする光を吸収する目的で、光散乱性隔壁の光取出し方向とは反対側に0.01μmから3μm程度の光散乱性の隔壁に比べて薄い黒色隔壁層を挿入しても良い。   For the purpose of improving the contrast as usual, a thin black barrier rib layer may be inserted on the light extraction direction side of the light scattering barrier 512 in comparison with the light scattering barrier of about 0.01 μm to 3 μm. Furthermore, in order to prevent excitation light designed to enter a certain pixel from leaking to adjacent pixels and causing color mixing, the light of the light-scattering partition wall is absorbed for the purpose of absorbing the light entering the adjacent pixels. A thin black barrier rib layer may be inserted on the side opposite to the take-out direction as compared with a light-scattering barrier rib of about 0.01 μm to 3 μm.

蛍光体層502をディスペンサー法、インクジェット法などによってパターニングする場合、隔壁512より蛍光体溶液が溢れ出て隣接画素間での混色を防止するために、隔壁512に撥液性を付与することが必須である。隔壁512に撥液性を付与する方法としては例えば以下のような方法がある。
(1)フッ素プラズマ処理
例えば、特開2000−76979号公報に開示されているように、隔壁を形成した基板に対して導入ガスをフッ素系とした条件下でプラズマ処理を行うことによって隔壁に撥液性を付与することができる。
(2)フッ素系表面改質剤の添加
光散乱性隔壁の材料にフッ素系表面改質剤を添加することによって隔壁に撥液性を付与することができる。フッ素系表面改質剤としては、例えばUV硬化型表面改質剤ディフェンサ(DIC株式会社製)やメガファックなどが使用できる。
When patterning the phosphor layer 502 by a dispenser method, an ink jet method, or the like, it is essential to impart liquid repellency to the partition 512 in order to prevent the phosphor solution from overflowing from the partition 512 and mixing colors between adjacent pixels. It is. Examples of a method for imparting liquid repellency to the partition 512 include the following methods.
(1) Fluorine plasma treatment For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-76979, a plasma treatment is performed on a substrate on which a partition wall is formed under a condition where the introduced gas is a fluorine-based gas, thereby repelling the partition wall. Liquidity can be imparted.
(2) Addition of fluorinated surface modifier A liquid repellency can be imparted to the partition walls by adding a fluorinated surface modifier to the light scattering partition material. As the fluorine-based surface modifier, for example, a UV curable surface modifier Defenser (manufactured by DIC Corporation), Mega Fuck, or the like can be used.

隔壁512の形状としては、励起光が本来入射すべき画素の隣接画素に入射しないように、励起光の出射側よりも入射側で隔壁512の開口部が広くなるような、テーパー形状に形成されることが望ましい。
また、基板501と隔壁512との密着性を十分に高めるためには、隔壁512の横幅に対する隔壁512の高さの比率(アスペクト比)が1以上であることが望ましい。
The shape of the partition wall 512 is such that the opening of the partition wall 512 is wider on the incident side than the emission side of the excitation light so that the excitation light does not enter the adjacent pixel of the pixel that should originally be incident. It is desirable.
In order to sufficiently improve the adhesion between the substrate 501 and the partition 512, the ratio of the height of the partition 512 to the lateral width of the partition 512 (aspect ratio) is preferably 1 or more.

図3(a)に示す従来構造の蛍光体基板を用いた表示装置の蛍光取出効率が31%であったのに対して、図5に示す本実施形態の表示装置によれば、蛍光取出効率が51%まで向上した。これによって、明るく、かつ鮮明なフルカラー表示装置を実現することが可能になる。   While the fluorescence extraction efficiency of the display device using the phosphor substrate having the conventional structure shown in FIG. 3A is 31%, according to the display device of this embodiment shown in FIG. Improved to 51%. This makes it possible to realize a bright and clear full-color display device.

[第2実施形態の変形例]
図5に示す表示装置500では、隔壁512で仕切られた1つの区画には、それぞれ1種類の蛍光体粒子503が配されているが、1つの区画に2種類以上の蛍光体粒子503を配しても良い。例えば、図7に示す第2実施形態の変形例においては、蛍光体層502の第二の区画に、3種類の緑色蛍光体粒子503G1、503G2、503G3を配した。この3種類の緑色蛍光体粒子503G1、503G2、503G3は、発光主波長(ピーク波長域)が500〜560nmの範囲で互いに異なる発光主波長を持っている。また、1つの区画に配する蛍光体粒子を、互いに平均粒径が異なる複数種類の蛍光体粒子としてもよい。
[Modification of Second Embodiment]
In the display device 500 shown in FIG. 5, one type of phosphor particle 503 is arranged in each section partitioned by the partition 512, but two or more types of phosphor particles 503 are arranged in one section. You may do it. For example, in the modification of the second embodiment shown in FIG. 7, three types of green phosphor particles 503G1, 503G2, and 503G3 are arranged in the second section of the phosphor layer 502. The three types of green phosphor particles 503G1, 503G2, and 503G3 have emission main wavelengths different from each other in the emission main wavelength (peak wavelength region) range of 500 to 560 nm. The phosphor particles arranged in one section may be a plurality of types of phosphor particles having different average particle diameters.

[第3実施形態]
図8は、第3実施形態の蛍光体基板を備えた表示装置を示す断面模式図である。
本実施形態に係る表示装置600は、蛍光体基板650、励起光源614、および液晶層615を備えている。励起光源614は、例えば波長が450nmの励起光FLを出射する光源装置である。液晶層615は、励起光FLの蛍光体基板650への入射を制御する公知の液晶層であればよい。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a display device including the phosphor substrate according to the third embodiment.
A display device 600 according to this embodiment includes a phosphor substrate 650, an excitation light source 614, and a liquid crystal layer 615. The excitation light source 614 is a light source device that emits excitation light FL having a wavelength of 450 nm, for example. The liquid crystal layer 615 may be a known liquid crystal layer that controls the incidence of the excitation light FL on the phosphor substrate 650.

蛍光体基板650は、光透過性の基板601と、この基板601の一面601aに重ねて配された蛍光体層602とを備えている。蛍光体基板650は、蛍光体層602の基板601と対向する面とは反対側が、蛍光体層602を励起させる励起光FLを入射させる励起光入射面Efとなる。   The phosphor substrate 650 includes a light-transmitting substrate 601 and a phosphor layer 602 disposed so as to overlap one surface 601a of the substrate 601. The phosphor substrate 650 has an excitation light incident surface Ef on which the excitation light FL for exciting the phosphor layer 602 is incident on the opposite side of the phosphor layer 602 from the surface facing the substrate 601.

蛍光体層602の励起光入射面Efには、更に、バンドパスフィルター層605が形成されていることが好ましい。バンドパスフィルター層605は、励起光FLを透過させ、かつ、この励起光FLによって蛍光体層602に生じた発光を反射させる。   It is preferable that a band pass filter layer 605 is further formed on the excitation light incident surface Ef of the phosphor layer 602. The band-pass filter layer 605 transmits the excitation light FL and reflects light emitted from the phosphor layer 602 by the excitation light FL.

蛍光体層602は、蛍光体材料からなる多数の蛍光体粒子603と、この蛍光体粒子603どうしの間に保たれた空隙604とから構成されている。空隙604にはアルゴンガスが満たされている。蛍光体層602は、基板601の一面601aから立ち上がり、蛍光体層602の厚み方向に沿った側面を囲む隔壁612によって所定の領域毎に区画されている。隔壁612の少なくとも蛍光体粒子603に臨む領域は、光散乱性または光反射性を有している。また、それぞれの隔壁612の底部と基板601との間には、更に遮光層611が形成されていることが好ましい。   The phosphor layer 602 includes a large number of phosphor particles 603 made of a phosphor material and voids 604 maintained between the phosphor particles 603. The gap 604 is filled with argon gas. The phosphor layer 602 rises from one surface 601a of the substrate 601 and is partitioned for each predetermined region by a partition wall 612 surrounding the side surface along the thickness direction of the phosphor layer 602. A region of the partition 612 facing at least the phosphor particles 603 has light scattering property or light reflecting property. Further, it is preferable that a light shielding layer 611 is further formed between the bottom of each partition wall 612 and the substrate 601.

蛍光体粒子603は、隔壁612によって区画された領域ごとに、赤色蛍光体粒子603R、緑色蛍光体粒子603G、散乱体粒子603Sがそれぞれ充填されている。蛍光体粒子503のうち、緑色蛍光体粒子503G(第一の蛍光体粒子)の発光主波長は500〜560nmである。また、散乱体粒子603Sは400nm以上の波長域の光(蛍光)を散乱させる。   The phosphor particles 603 are filled with red phosphor particles 603R, green phosphor particles 603G, and scatterer particles 603S for each region partitioned by the partition 612. Of the phosphor particles 503, the emission main wavelength of the green phosphor particles 503G (first phosphor particles) is 500 to 560 nm. Further, the scatterer particles 603S scatter light (fluorescence) in a wavelength region of 400 nm or more.

また、これら赤色蛍光体粒子603R、緑色蛍光体粒子603G、散乱体粒子603Sと基板601との間には、それぞれ遮光層611で区画されたカラーフィルター613である赤色フィルター613R、緑色フィルター613G、青色フィルター613Bが形成されている。赤色フィルター613Rは、600〜650nmの波長域の光を主波長として透過させる。緑色フィルター613Gは、500〜560nmの波長域の光を主波長として透過させる。そして、青色フィルター613Bは、430〜490nmの波長域の光を主波長として透過させる。   Further, between the red phosphor particles 603R, the green phosphor particles 603G, the scatterer particles 603S, and the substrate 601, a red filter 613R, a green filter 613G, which is a color filter 613 partitioned by a light shielding layer 611, and a blue color, respectively. A filter 613B is formed. The red filter 613R transmits light having a wavelength region of 600 to 650 nm as a main wavelength. The green filter 613G transmits light having a wavelength region of 500 to 560 nm as a main wavelength. The blue filter 613B transmits light having a wavelength region of 430 to 490 nm as a main wavelength.

散乱体粒子603Sは、有機材料により構成されていてもよいし、無機材料により構成されていてもよいが、無機材料により構成されていることが好ましい。これにより、外部(例えば発光素子)からの指向性を有する光を、より等方的に効果的に拡散または散乱させることが可能となる。また、無機材料を使用することにより、光および熱に安定な光散乱層を提供することが可能となる。また、散乱体粒子603Sとしては、透明度が高いものであることが好ましい。また、低屈折率の母材中に母材よりも高屈折率の粒子を分散するものであることが好ましい。また、青色光が散乱体粒子603Sによって効果的に散乱するためには、散乱体粒子603Sの粒径がミー散乱の領域にあることが必要であるので、散乱体粒子603Sの粒径として100nm〜500nm程度が好ましい。   The scatterer particle 603S may be made of an organic material or an inorganic material, but is preferably made of an inorganic material. This makes it possible to diffuse or scatter light having directivity from the outside (for example, a light emitting element) more isotropically and effectively. Further, by using an inorganic material, it is possible to provide a light scattering layer that is stable to light and heat. Moreover, it is preferable that the scatterer particles 603S have high transparency. Further, it is preferable that particles having a higher refractive index than the base material are dispersed in the low refractive index base material. Further, in order for blue light to be effectively scattered by the scatterer particles 603S, the particle size of the scatterer particles 603S needs to be in the Mie scattering region. About 500 nm is preferable.

散乱体粒子603Sとして、無機材料を用いる場合には、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫、およびアンチモンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物を主成分とした粒子等が挙げられる。   When an inorganic material is used as the scatterer particle 603S, for example, an oxide of at least one metal selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, aluminum, indium, zinc, tin, and antimony is used as a main component. Particles and the like.

また、散乱体粒子603S、無機材料により構成された粒子(無機粒子)を用いる場合には、例えば、シリカビーズ(屈折率:1.44)、アルミナビーズ(屈折率:1.63)、酸化チタンビーズ(屈折率 アナタース型:2.50、ルチル型:2.70)、酸化ジルコニアビーズ(屈折率:2.05)、酸化亜鉛ビーズ(屈折率:2.00)、チタン酸バリウム(BaTiO3)(屈折率:2.4)等が挙げられる。   In the case of using the scatterer particles 603S and particles (inorganic particles) made of an inorganic material, for example, silica beads (refractive index: 1.44), alumina beads (refractive index: 1.63), titanium oxide. Beads (refractive index anatase type: 2.50, rutile type: 2.70), zirconia bead (refractive index: 2.05), zinc oxide beads (refractive index: 2.00), barium titanate (BaTiO3) ( Refractive index: 2.4) etc. are mentioned.

散乱体粒子603Sとして、有機材料により構成された粒子(有機粒子)を用いる場合には、例えば、ポリメチルメタクリレートビーズ(屈折率:1.49)、アクリルビーズ(屈折率:1.50)、アクリル−スチレン共重合体ビーズ(屈折率:1.54)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、高屈折率メラミンビーズ(屈折率:1.65)、ポリカーボネートビーズ(屈折率:1.57)、スチレンビーズ(屈折率:1.60)、架橋ポリスチレンビーズ(屈折率:1.61)、ポリ塩化ビニルビーズ(屈折率:1.60)、ベンゾグアナミン−メラミンホルムアルデヒドビーズ(屈折率:1.68)、シリコーンビーズ(屈折率:1.50)等が挙げられる。   When particles (organic particles) made of an organic material are used as the scatterer particles 603S, for example, polymethyl methacrylate beads (refractive index: 1.49), acrylic beads (refractive index: 1.50), acrylic -Styrene copolymer beads (refractive index: 1.54), melamine beads (refractive index: 1.57), high refractive index melamine beads (refractive index: 1.65), polycarbonate beads (refractive index: 1.57) Styrene beads (refractive index: 1.60), crosslinked polystyrene beads (refractive index: 1.61), polyvinyl chloride beads (refractive index: 1.60), benzoguanamine-melamine formaldehyde beads (refractive index: 1.68) And silicone beads (refractive index: 1.50).

散乱体粒子603Sと混合して用いる樹脂材料としては、透光性の樹脂であることが好ましい。また、樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂(屈折率:1.49)、メラミン樹脂(屈折率:1.57)、ナイロン(屈折率:1.53)、ポリスチレン(屈折率:1.60)、メラミンビーズ(屈折率:1.57)、ポリカーボネート(屈折率:1.57)、ポリ塩化ビニル(屈折率:1.60)、ポリ塩化ビニリデン(屈折率:1.61)、ポリ酢酸ビニル(屈折率:1.46)、ポリエチレン(屈折率:1.53)、ポリメタクリル酸メチル(屈折率:1.49)、ポリMBS(屈折率:1.54)、中密度ポリエチレン(屈折率:1.53)、高密度ポリエチレン(屈折率:1.54)、テトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)、ポリ三フッ化塩化エチレン(屈折率:1.42)、ポリテトラフルオロエチレン(屈折率:1.35)等が挙げられる。   The resin material used by mixing with the scatterer particles 603S is preferably a translucent resin. Examples of the resin material include acrylic resin (refractive index: 1.49), melamine resin (refractive index: 1.57), nylon (refractive index: 1.53), polystyrene (refractive index: 1.60). , Melamine beads (refractive index: 1.57), polycarbonate (refractive index: 1.57), polyvinyl chloride (refractive index: 1.60), polyvinylidene chloride (refractive index: 1.61), polyvinyl acetate ( Refractive index: 1.46), polyethylene (refractive index: 1.53), polymethyl methacrylate (refractive index: 1.49), poly MBS (refractive index: 1.54), medium density polyethylene (refractive index: 1) .53), high density polyethylene (refractive index: 1.54), tetrafluoroethylene (refractive index: 1.35), poly (trifluoroethylene chloride) (refractive index: 1.42), polytetrafluoroethylene (refractive index) : .35), and the like.

なお、蛍光体基板650の蛍光体層602を励起させる励起光源614としては、有機EL素子を用いた照明装置を励起光源として用いることもできる。有機EL素子としては、公知の有機EL素子を適用可能である。   Note that as the excitation light source 614 for exciting the phosphor layer 602 of the phosphor substrate 650, an illumination device using an organic EL element can also be used as the excitation light source. As the organic EL element, a known organic EL element can be applied.

[第4実施形態]
図9は、第4実施形態の蛍光体基板を備えた発光デバイスを示す断面模式図である。
本実施形態の発光デバイス700は、蛍光体基板710と、光源711とを備えている。蛍光体基板710は、基板701と、この基板701の一面701aに形成された蛍光体層702とを有する。蛍光体層702は、蛍光体材料からなる多数の蛍光体粒子703と、この蛍光体粒子703どうしの間に保たれた空隙704とから構成されている。空隙704には空気が満たされている。また、蛍光体粒子703は、例えば、光源711から発した励起光によって赤色に発光する赤色蛍光体粒子703Rと、緑色に発光する緑色蛍光体粒子703Gとを混合したものであればよい。また蛍光体層702の光源711側には、更にバンドパスフィルター層705が形成されていることが好ましい。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device including the phosphor substrate according to the fourth embodiment.
The light emitting device 700 of this embodiment includes a phosphor substrate 710 and a light source 711. The phosphor substrate 710 includes a substrate 701 and a phosphor layer 702 formed on one surface 701a of the substrate 701. The phosphor layer 702 is composed of a large number of phosphor particles 703 made of a phosphor material, and voids 704 held between the phosphor particles 703. The air gap 704 is filled with air. Further, the phosphor particles 703 may be any mixture of red phosphor particles 703R that emit red light by excitation light emitted from the light source 711 and green phosphor particles 703G that emit green light, for example. Further, it is preferable that a band pass filter layer 705 is further formed on the phosphor layer 702 on the light source 711 side.

光源711は、LEDチップ712を配した基材713、LEDチップ712を基材713に封止する透明な封止樹脂714、LEDチップ712や封止樹脂714の周囲を囲むように形成されたリフレクター715、および基材713の周面に沿って形成されたLEDチップ712の引出配線716、LEDチップ712と引出配線716とを接続するワイヤ717等を備えている。   The light source 711 includes a base material 713 provided with an LED chip 712, a transparent sealing resin 714 that seals the LED chip 712 to the base material 713, and a reflector formed so as to surround the LED chip 712 and the sealing resin 714. 715, a lead wire 716 of the LED chip 712 formed along the peripheral surface of the base 713, a wire 717 for connecting the LED chip 712 and the lead wire 716, and the like.

ワイヤ717は導電性金属合金であればよいが、LEDチップ712や電極材料との合金化し易さの観点から、主には金、金合金、アルミ、銅、銀等が用いられる。なお、図8においてはワイヤボンディングしたものを示しているが、LEDチップ712をフリップチップ実装したものであってもよい。また、静電特性を向上させる目的で、静電保護素子(例えばツェナーダイオードや抵抗素子)をLEDチップ712と並列に接続しても構わない。   The wire 717 may be a conductive metal alloy, but gold, gold alloy, aluminum, copper, silver, or the like is mainly used from the viewpoint of easy alloying with the LED chip 712 or the electrode material. In addition, although what was wire-bonded is shown in FIG. 8, what mounted the flip chip mounting of LED chip 712 may be sufficient. Further, for the purpose of improving electrostatic characteristics, an electrostatic protection element (for example, a Zener diode or a resistance element) may be connected in parallel with the LED chip 712.

LEDチップ712は、例えば、青色光(励起光)を発するGaNを含むLEDチップであればよい。リフレクター715は、成型樹脂として、ナイロン系のポリフタルアミド(PPA)や、シリコーン系樹脂を用い、この成型樹脂中に光散乱性を発現させるためのフィラー、例えば、TiO, SiO, アルミナ, 窒化アルミニウム, ムライト等を分散させたものから構成される。 The LED chip 712 may be an LED chip containing GaN that emits blue light (excitation light), for example. The reflector 715 uses nylon-based polyphthalamide (PPA) or a silicone-based resin as a molding resin, and a filler for expressing light scattering in the molding resin, such as TiO 2 , SiO 2 , alumina, Consists of dispersed aluminum nitride, mullite, etc.

封止樹脂714としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ポリアミド、ガラス等によって構成されればよい。
蛍光体粒子としては、赤色蛍光体粒子703Rと緑色蛍光体粒子703Gとを混合させる以外にも、例えば、黄色に発光する黄色蛍光体粒子を用いることも好ましい。
The sealing resin 714 may be made of epoxy resin, urea resin, silicone resin, modified epoxy resin, modified silicone resin, polyamide, glass, or the like.
As the phosphor particles, in addition to mixing the red phosphor particles 703R and the green phosphor particles 703G, for example, it is also preferable to use yellow phosphor particles that emit yellow light.

本実施形態の発光デバイス700のように、LEDチップ712に対して蛍光体基板710を用いることにより、発光輝度の向上、LEDチップ712と蛍光体基板710の組み合わせによる製造上の品質のバラツキの抑制、熱を発するLEDチップ712と蛍光体粒子703とを離間させることによる、蛍光体粒子703の劣化抑制、などの効果を得ることができる。   Like the light emitting device 700 of this embodiment, the phosphor substrate 710 is used for the LED chip 712, thereby improving the light emission luminance and suppressing the variation in manufacturing quality due to the combination of the LED chip 712 and the phosphor substrate 710. The effect of suppressing the deterioration of the phosphor particles 703 by separating the LED chip 712 that emits heat and the phosphor particles 703 can be obtained.

[第4実施形態の変形例]
図10は、第4実施形態の蛍光体基板を備えた発光デバイスを示す断面模式図である。
図9に示した発光デバイス700においては、基材713の一面に1つのLEDチップ712を配した構成の光源711を用いているが、図10に示す第4実施形態の変形例では、基材713の一面に複数のLEDチップ712,712・・・を配している。こうしたLEDチップ712,712・・・は、互いに直列に接続して広い範囲を照明する面光源として用いることができる。なお、LEDチップ712は直列接続、並列接続の何れであってもよい。
[Modification of Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device including the phosphor substrate according to the fourth embodiment.
In the light emitting device 700 shown in FIG. 9, the light source 711 having a configuration in which one LED chip 712 is arranged on one surface of the base material 713 is used. However, in the modification of the fourth embodiment shown in FIG. A plurality of LED chips 712, 712,... These LED chips 712, 712,... Can be used as surface light sources that are connected in series to illuminate a wide range. The LED chip 712 may be connected in series or in parallel.

[第5実施形態]
図11は、第5実施形態の蛍光体基板を備えた太陽電池モジュールを示す断面模式図である。
本実施形態の太陽電池モジュール800は、蛍光体基板810と、光電変換素子817とが重ねて形成されている。
蛍光体基板810は、光透過性の基板801と、この基板801の一面801aに重ねて配された蛍光体層802とを備えている。蛍光体層802は、蛍光体材料からなる多数の蛍光体粒子803と、この蛍光体粒子803どうしの間に保たれた空隙804とから構成されている。空隙804には空気が満たされている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11: is a cross-sectional schematic diagram which shows the solar cell module provided with the fluorescent substance substrate of 5th Embodiment.
In the solar cell module 800 of this embodiment, a phosphor substrate 810 and a photoelectric conversion element 817 are formed so as to overlap each other.
The phosphor substrate 810 includes a light-transmitting substrate 801 and a phosphor layer 802 arranged so as to overlap one surface 801a of the substrate 801. The phosphor layer 802 includes a large number of phosphor particles 803 made of a phosphor material and voids 804 held between the phosphor particles 803. The air gap 804 is filled with air.

光電変換素子817は、例えば、シリコン太陽電池、GaAs太陽電池、CuInGaSe系混晶太陽電池(ClGS太陽電池)などが挙げられる。光電変換素子817としては、上述したもの以外にも、例えば、InGaP,InGaAs,AlGaAs, Cu(In,Ga)Se,Cu(In,Ga)(Se,S), CuInS,CdTe, CdS等を用いることもできる。更に、量子ドット太陽電池など他の構造の太陽電池を光電変換素子として用いることも好ましい。 Examples of the photoelectric conversion element 817 include a silicon solar cell, a GaAs solar cell, a CuInGaSe mixed crystal solar cell (ClGS solar cell), and the like. The photoelectric conversion element 817, in addition to those described above, for example, InGaP, InGaAs, AlGaAs, Cu (In, Ga) Se 2, Cu (In, Ga) (Se, S) 2, CuInS 2, CdTe, CdS Etc. can also be used. Furthermore, it is also preferable to use a solar cell having another structure such as a quantum dot solar cell as the photoelectric conversion element.

図12に示すように、結晶シリコン太陽電池、GaAs太陽電池、ClGS太陽電池のいずれも、光電力変換効率φは各太陽電池素子の材料のバンドギャップで決まる波長で変換効率φが最大となる。そして、それよりも長波長側は、急峻に低下し、それよりも短波長側は変換効率が緩慢に低下する。   As shown in FIG. 12, in any of the crystalline silicon solar cell, the GaAs solar cell, and the ClGS solar cell, the optical power conversion efficiency φ is the maximum at the wavelength determined by the band gap of the material of each solar cell element. Then, the longer wavelength side is steeply lowered, and the conversion efficiency is slowly lowered on the shorter wavelength side.

一方で、図13に示すように、太陽光のスペクトル(エアマス1.5)は、波長300nm程度から急峻に立ち上がり、波長460nm程度で最大となり、それより長波長側は強度が緩慢に低下する。   On the other hand, as shown in FIG. 13, the spectrum of sunlight (air mass 1.5) rises steeply from a wavelength of about 300 nm, reaches a maximum at a wavelength of about 460 nm, and the intensity gradually decreases on the longer wavelength side.

したがって、太陽光の短波長側の光を蛍光体基板810により、より太陽電池素子の光電力変換効率φが高い波長の光に変換すれば、太陽電池モジュール全体の光電変換効率を向上させることが可能になる。
一方で、蛍光体基板810により変換された光の波長が太陽電池素子の光電力変換効率φの最大値より長波長の場合、太陽電池モジュール全体の光電変換効率は低下する。
Therefore, if the light on the short wavelength side of sunlight is converted by the phosphor substrate 810 into light having a higher photovoltaic power conversion efficiency φ of the solar cell element, the photoelectric conversion efficiency of the entire solar cell module can be improved. It becomes possible.
On the other hand, when the wavelength of the light converted by the phosphor substrate 810 is longer than the maximum value of the photoelectric conversion efficiency φ of the solar cell element, the photoelectric conversion efficiency of the entire solar cell module is lowered.

図13に、光電変換素子817に対して蛍光体基板810を組み合わせたことによる効果をグラフで示す。蛍光体基板810を構成する蛍光体粒子803として赤色蛍光体CaAlSiN:Eu2+を用いた場合の「太陽光のスペクトルの内、蛍光体粒子803が吸収する成分(図18参照)」(以下、スペクトルIと称する)、「蛍光体基板810の発光スペクトル(図18参照)」(以下、スペクトルIIと称する)、「太陽光のスペクトル(エアマス1.5)」(以下、スペクトルIIIと称する)、「蛍光体粒子803を透過する太陽光のスペクトル」(以下、スペクトルIVと称する)、「結晶シリコン太陽電池の光電力変換効率φスペクトル(図18参照)」(以下、スペクトルVと称する)、を重ねて示す。この図14によれば、長波長側に向かって光電変換効率が一様に増加していく特性の結晶シリコン太陽電池に対して、短波長側にピークがある太陽光を、蛍光体基板810によって長波長側に変換することができ、それによって、太陽光による光電変換素子817の光電変換効率を向上させることが可能であることを示している。 FIG. 13 is a graph showing the effect of combining the phosphor substrate 810 with the photoelectric conversion element 817. “Components absorbed by phosphor particles 803 in the spectrum of sunlight (see FIG. 18)” when red phosphor CaAlSiN 3 : Eu 2+ is used as phosphor particles 803 constituting phosphor substrate 810 (refer to FIG. 18 below). (Referred to as spectrum I), “emission spectrum of phosphor substrate 810 (see FIG. 18)” (hereinafter referred to as spectrum II), “sunlight spectrum (air mass 1.5)” (hereinafter referred to as spectrum III), “Spectrum of sunlight passing through phosphor particles 803” (hereinafter referred to as spectrum IV), “Optical power conversion efficiency φ spectrum of crystalline silicon solar cell (see FIG. 18)” (hereinafter referred to as spectrum V), Shown again. According to FIG. 14, sunlight with a peak on the short wavelength side is emitted by the phosphor substrate 810 with respect to the crystalline silicon solar cell having the characteristic that the photoelectric conversion efficiency increases uniformly toward the long wavelength side. This indicates that the light can be converted to the longer wavelength side, whereby the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 817 by sunlight can be improved.

さらに詳細に述べると、蛍光体基板810に波長選択膜側から太陽光が照射されると、蛍光体基板810がスペクトルIを吸収し、スペクトルIIに波長変換して光電変換素子817側に光が取り出される。また、蛍光体基板810を透過したスペクトルIVも電変換素子817に照射される。   More specifically, when the phosphor substrate 810 is irradiated with sunlight from the wavelength selection film side, the phosphor substrate 810 absorbs the spectrum I, converts the wavelength into the spectrum II, and the light is incident on the photoelectric conversion element 817 side. It is taken out. In addition, the spectrum IV transmitted through the phosphor substrate 810 is also irradiated to the electric conversion element 817.

図13より数値を読み取ると、スペクトルIの波長領域、より具体的には約300nm〜約600nmの光電変換素子817の光電力変換効率φは7%〜19%である。スペクトルIIの波長領域、より具体的には約600nm〜約750nmの光電変換素子817の光電力変換効率φは19%〜25%である。両者を比較して、スペクトルIIの波長領域の方が、光電変換素子817の光電力変換効率φが高いことが分かる。   When the numerical values are read from FIG. 13, the optical power conversion efficiency φ of the photoelectric conversion element 817 having a wavelength region of spectrum I, more specifically, about 300 nm to about 600 nm, is 7% to 19%. The optical power conversion efficiency φ of the photoelectric conversion element 817 in the wavelength region of the spectrum II, more specifically, about 600 nm to about 750 nm is 19% to 25%. Comparing the both, it can be seen that the photoelectric power conversion efficiency φ of the photoelectric conversion element 817 is higher in the wavelength region of the spectrum II.

ここでさらに、
(左辺)[スペクトルI×太陽電池の光電力変換効率φ(スペクトルV)]
Λ
(右辺)[スペクトルII×蛍光体の量子効率×取出し効率×太陽電池の光電力変換効率φ(スペクトルV)]
の場合には、太陽電池モジュール全体の光電変換効率を向上させることが可能になる
上記(左辺)は蛍光体基板810を適用せず、太陽光を直接光電変換素子817に入射した場合の発電量である。図13のスペクトルIとスペクトルVが重なった面積に比例する。
Here further,
(Left side) [Spectrum I × Photoelectric power conversion efficiency of solar cell φ (Spectrum V)]
Λ
(Right side) [Spectrum II × Quantum efficiency of phosphor × Extraction efficiency × Photoelectric power conversion efficiency of solar cell φ (Spectrum V)]
In this case, the photoelectric conversion efficiency of the entire solar cell module can be improved. The above (left side) does not apply the phosphor substrate 810, and the amount of power generated when sunlight directly enters the photoelectric conversion element 817. It is. The spectrum I and the spectrum V in FIG. 13 are proportional to the overlapping area.

一方、上記(右辺)は蛍光体基板810を直接光電変換素子817に適用した本実施形態の太陽電池モジュール800に太陽光が入射した場合の発電量である。蛍光体基板810がスペクトルIを吸収し、スペクトルIIを光電変換素子817に放射する際に、蛍光体粒子803の量子効率と蛍光体基板810の取出し効率を乗じた光強度に減少する。したがって、スペクトルIIに蛍光体の量子効率と取出し効率を乗じたスペクトルにスペクトルVを乗じた量が本実施形態の太陽電池モジュール800の発電量となる。本実施形態の太陽電池モジュール800の発電量は、図134のスペクトルIIとスペクトルVが重なった面積に蛍光体の量子効率と取出し効率を乗じた量に比例する。   On the other hand, the above (right side) is the amount of power generated when sunlight is incident on the solar cell module 800 of this embodiment in which the phosphor substrate 810 is directly applied to the photoelectric conversion element 817. When the phosphor substrate 810 absorbs the spectrum I and emits the spectrum II to the photoelectric conversion element 817, the light intensity is reduced by multiplying the quantum efficiency of the phosphor particles 803 and the extraction efficiency of the phosphor substrate 810. Therefore, the amount obtained by multiplying the spectrum obtained by multiplying the spectrum II by the quantum efficiency and the extraction efficiency of the phosphor by the spectrum V is the power generation amount of the solar cell module 800 of the present embodiment. The power generation amount of the solar cell module 800 of this embodiment is proportional to the amount obtained by multiplying the area where the spectrum II and the spectrum V of FIG. 134 overlap with the quantum efficiency and the extraction efficiency of the phosphor.

したがって、太陽電池モジュール全体の発電量を向上させるためには、蛍光体基板810の光取出し効率が十分に高い事が必要となる。光電変換素子817に対して、高い取り出し効率が期待できる本発明構成の蛍光体基板810を適用することで、上記(左辺)(右辺)からなる式を満たすことが容易となる。
また、蛍光体基板810により光電力変換効率φが高い波長域に波長変換して光電変換素子817に光を入射させることで、光電変換素子817の温度上昇が抑制でき、光電変換素子817の光電力変換特性の劣化を防止できる。
上記(左辺)
Therefore, in order to improve the power generation amount of the entire solar cell module, the light extraction efficiency of the phosphor substrate 810 needs to be sufficiently high. By applying the phosphor substrate 810 having the configuration of the present invention, which can be expected to have high extraction efficiency, to the photoelectric conversion element 817, it becomes easy to satisfy the above formula (left side) (right side).
Further, the phosphor substrate 810 converts the wavelength into a wavelength region where the optical power conversion efficiency φ is high and makes light incident on the photoelectric conversion element 817, so that the temperature rise of the photoelectric conversion element 817 can be suppressed, and the light of the photoelectric conversion element 817 can be suppressed. Degradation of power conversion characteristics can be prevented.
Above (left side)

なお、図14には、蛍光体基板810を構成する赤色蛍光体(CaAlSiN:Eu2+)の吸収スペクトル(吸収率)および発光スペクトル(光強度)と太陽光のスペクトル(エアマス1.5)、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分を示す。 In FIG. 14, the absorption spectrum (absorption rate) and emission spectrum (light intensity) of the red phosphor (CaAlSiN 3 : Eu 2+ ) constituting the phosphor substrate 810 and the spectrum of sunlight (air mass 1.5), The component which a red fluorescent substance absorbs in the spectrum of sunlight is shown.

図15には、同じく蛍光体基板810を構成する赤色蛍光体(CaAlSiN:Eu2+)の発光スペクトル(光強度)と結晶シリコン太陽電池の光電力変換効率φを示す。
このような特性を持つ赤色蛍光体によれば、太陽光のスペクトルを長波長側に変換することができ、光電変換素子817の光電変換効率を向上させることが可能となる。
FIG. 15 shows the emission spectrum (light intensity) of the red phosphor (CaAlSiN 3 : Eu 2+ ) that also constitutes the phosphor substrate 810 and the optical power conversion efficiency φ of the crystalline silicon solar cell.
According to the red phosphor having such characteristics, the spectrum of sunlight can be converted to the long wavelength side, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 817 can be improved.

別の構成として、図16には、蛍光体基板810を構成する赤色蛍光体(ペリレン系色素ルモゲンレッド)の吸収スペクトル(吸収率)および発光スペクトル(光強度)と太陽光のスペクトル(エアマス1.5)、太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分を示す。   As another configuration, FIG. 16 shows the absorption spectrum (absorption rate), emission spectrum (light intensity) and spectrum of sunlight (air mass 1.5) of the red phosphor (perylene dye lumogen red) constituting the phosphor substrate 810. ), A component absorbed by the red phosphor in the sunlight spectrum.

図17には、同じく蛍光体基板810を構成する赤色蛍光体(ペリレン系色素ルモゲンレッド)の発光スペクトル(光強度)と太陽光のスペクトルの内、赤色蛍光体が吸収する成分、結晶シリコン太陽電池の光電力変換効率φを示す。
このような特性を持つ赤色蛍光体においても、太陽光のスペクトルを長波長側に変換することができ、光電変換素子817の光電変換効率を向上させることが可能となる。
FIG. 17 shows the components absorbed by the red phosphor in the emission spectrum (light intensity) and sunlight spectrum of the red phosphor (perylene dye lumogen red) that also constitutes the phosphor substrate 810, and the crystalline silicon solar cell. The optical power conversion efficiency φ is shown.
Even in a red phosphor having such characteristics, the spectrum of sunlight can be converted to the longer wavelength side, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 817 can be improved.

上記の実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスは、電子機器として、例えば図19(A)に示すように、携帯電話1000に適用できる。図19(A)に示す携帯電話1000は、音声入力部1003、音声出力部1004、アンテナ1005、操作スイッチ1006、表示部1002、及び筐体1001等を備えている。そして、表示部1002として上記実施形態の蛍光体基板、発光デバイスが好適に適用できる。上記実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスを携帯電話1000の表示部1002に適用することにより、低消費電力で高いコントラストの映像を表示することができる。   The phosphor substrate and the light emitting device according to the above embodiment can be applied to a mobile phone 1000 as an electronic apparatus, for example, as shown in FIG. A cellular phone 1000 illustrated in FIG. 19A includes a voice input portion 1003, a voice output portion 1004, an antenna 1005, an operation switch 1006, a display portion 1002, a housing 1001, and the like. The phosphor substrate and the light emitting device of the above embodiment can be suitably applied as the display unit 1002. By applying the phosphor substrate and the light emitting device according to the above embodiment to the display portion 1002 of the mobile phone 1000, a high contrast image can be displayed with low power consumption.

上記の実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスは、電子機器として、例えば図19(B)に示すように、薄型テレビジョン1100に適用できる。図19(B)に示す薄型テレビジョン1100は、表示部1102、スピーカー1103、キャビネット1101、およびスタンド1104等を備えている。そして、表示部1102として上記実施形態の蛍光体基板、発光デバイスが好適に適用できる。上記実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスを薄型テレビジョン1100の表示部1102に適用することにより、低消費電力で高いコントラストの映像を表示することができる。     The phosphor substrate and the light emitting device according to the above embodiment can be applied to a thin television 1100 as an electronic apparatus, for example, as shown in FIG. A thin television 1100 illustrated in FIG. 19B includes a display portion 1102, a speaker 1103, a cabinet 1101, a stand 1104, and the like. The phosphor substrate and the light emitting device of the above embodiment can be suitably applied as the display unit 1102. By applying the phosphor substrate and the light-emitting device according to the above embodiment to the display portion 1102 of the thin television 1100, a high-contrast image can be displayed with low power consumption.

上記実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスは、照明装置として、例えば図20(A)に示すように、シーリングライト1400に適用できる。図20(A)に示すシーリングライト1400は、発光部1401、吊下線1402、および電源コード1403等を備えている。そして、発光部1401として上記実施形態の蛍光体基板、発光デバイスが好適に適用できる。上記実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスをシーリングライト1400の発光部1401に適用することにより、少ない消費電力で自在な色調の照明光を得ることができ、光演出性の高い照明器具を実現することができる。また、均一な照度で色純度の高い面発光が可能な照明器具を実現することができる。     The phosphor substrate and the light emitting device according to the above embodiment can be applied to a ceiling light 1400 as a lighting device, for example, as shown in FIG. A ceiling light 1400 illustrated in FIG. 20A includes a light emitting portion 1401, a suspended line 1402, a power cord 1403, and the like. The phosphor substrate and light emitting device of the above embodiment can be suitably applied as the light emitting unit 1401. By applying the phosphor substrate and the light-emitting device according to the above embodiment to the light-emitting portion 1401 of the ceiling light 1400, it is possible to obtain illumination light of a free color tone with low power consumption, and realize a lighting device with high light performance. can do. In addition, it is possible to realize a lighting fixture capable of emitting surface light with high color purity with uniform illuminance.

上記の実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスは、照明装置として、例えば図20(B)に示すように、照明スタンド1500に適用できる。図20(B)に示す照明スタンド1500は、発光部1501、スタンド1502、メインスイッチ1503、および電源コード1504等を備えている。そして、発光部1501として上記実施形態の蛍光体基板、発光デバイスが好適に適用できる。上記実施形態に係る蛍光体基板、発光デバイスを照明スタンド1500の発光部1501に適用することによって、少ない消費電力で自在な色調の照明光を得ることができ、光演出性の高い照明器具を実現することができる。また、均一な照度で色純度の高い面発光が可能な照明器具を実現することができる。     The phosphor substrate and the light emitting device according to the above embodiment can be applied to a lighting stand 1500 as a lighting device, for example, as shown in FIG. A lighting stand 1500 illustrated in FIG. 20B includes a light-emitting portion 1501, a stand 1502, a main switch 1503, a power cord 1504, and the like. The phosphor substrate and light emitting device of the above embodiment can be suitably applied as the light emitting unit 1501. By applying the phosphor substrate and the light-emitting device according to the above embodiment to the light-emitting portion 1501 of the lighting stand 1500, it is possible to obtain illumination light of a free color tone with low power consumption, and realize a lighting device with high light performance. can do. In addition, it is possible to realize a lighting fixture capable of emitting surface light with high color purity with uniform illuminance.

100 蛍光体基板、101 基板、102 蛍光体層、103 蛍光体粒子、104 空隙、106 接着層(部材)、105 バンドパスフィルター層。   100 phosphor substrate, 101 substrate, 102 phosphor layer, 103 phosphor particle, 104 void, 106 adhesive layer (member), 105 band pass filter layer.

Claims (32)

光透過性の基板と、該基板の一面に重ねて形成された蛍光体層と、該蛍光体層に重ねて形成された波長選択膜と、
を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記蛍光体層は励起光によって発光し、
前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、該蛍光体粒子どうしの間に保たれた空隙とからなることを特徴とする蛍光体基板。
A light transmissive substrate, a phosphor layer formed on one surface of the substrate, a wavelength selective film formed on the phosphor layer,
A phosphor substrate comprising at least
The phosphor layer emits light by excitation light,
The phosphor layer is composed of a large number of phosphor particles and voids kept between the phosphor particles.
前記励起光は、波長が400nm以上、1500nm以下の波長範囲であることを特徴とする請求項1記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 1, wherein the excitation light has a wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less. 前記空隙の平均寸法は前記蛍光体層で発した光の主波長以上であることを特徴とする請求項1または2記載の蛍光体基板。   3. The phosphor substrate according to claim 1, wherein an average dimension of the voids is equal to or greater than a dominant wavelength of light emitted from the phosphor layer. 前記空隙には、低屈折媒質が満たされていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の蛍光体基板。   4. The phosphor substrate according to claim 1, wherein the gap is filled with a low refractive medium. 前記低屈折媒質は気体であることを特徴とする請求項4記載の蛍光体基板。   5. The phosphor substrate according to claim 4, wherein the low refractive medium is a gas. 前記気体は空気、窒素、アルゴン、またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項5記載の蛍光体基板。   6. The phosphor substrate according to claim 5, wherein the gas is air, nitrogen, argon, or a mixed gas thereof. 前記空隙には、前記蛍光体粒子とは異なる材質の部材が配されていることを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 1, wherein a member made of a material different from that of the phosphor particles is disposed in the gap. 前記基板の一面から立ち上がり、前記蛍光体層の厚み方向に沿った側面を囲む隔壁が更に形成され、該隔壁の少なくとも前記蛍光体層に臨む領域は、光散乱性または光反射性を有することを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載の蛍光体基板。   A partition that rises from one surface of the substrate and surrounds a side surface in the thickness direction of the phosphor layer is further formed, and at least a region of the partition facing the phosphor layer has light scattering or light reflectivity. The phosphor substrate according to any one of claims 1 to 7, characterized in that: 前記隔壁は、前記蛍光体層を複数の領域に区画することを特徴とする請求項8記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 8, wherein the partition wall partitions the phosphor layer into a plurality of regions. 前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第一の蛍光体粒子の発光主波長は500〜560nmであることを特徴とする請求項1ないし9いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of mutually different phosphor materials, and the emission main wavelength of the first phosphor particles is 500 to 560 nm among the plurality of types of phosphor particles. The phosphor substrate according to claim 1, wherein: 前記複数の領域の区画のうち、第一の区画には、前記第一の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする請求項10記載の蛍光体基板。   11. The phosphor substrate according to claim 10, wherein only the first phosphor particles are accommodated in the first compartment among the compartments of the plurality of regions. 前記第一の蛍光体粒子は、500〜560nmの範囲内で互いに発光主波長の異なる複数種の蛍光体粒子からなることを特徴とする請求項10または11記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 10 or 11, wherein the first phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles having different emission main wavelengths within a range of 500 to 560 nm. 前記第一の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、500〜560nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、500〜560nmの波長域の光の透過率が、430〜490nmおよび600〜650nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする請求項11または12記載の蛍光体基板。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 1st division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 500-560 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 500-560 nm is 430- The phosphor substrate according to claim 11, further comprising a filter layer having a larger transmittance than the maximum transmittance of light in each wavelength region of 490 nm and 600 to 650 nm. 前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第二の蛍光体粒子の発光主波長は600〜650nmであることを特徴とする請求項1ないし13いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the second phosphor particles is 600 to 650 nm. The phosphor substrate according to claim 1, wherein: 前記複数の領域の区画のうち、第二の区画には、前記第二の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする請求項14記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 14, wherein only the second phosphor particles are accommodated in a second compartment among the plurality of regions. 前記第二の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、600〜650nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、600〜650nmの波長域の光の透過率が、430〜490nmおよび500〜560nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする請求項15記載の蛍光体基板。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 2nd division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 600-650 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 600-650 nm is 430-300. The phosphor substrate according to claim 15, further comprising a filter layer having a larger transmittance than that of light in each wavelength region of 490 nm and 500 to 560 nm. 前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第三の蛍光体粒子の発光主波長は430〜490nmであることを特徴とする請求項1ないし16いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the third phosphor particles is 430 to 490 nm. The phosphor substrate according to claim 1, wherein: 前記複数の領域の区画のうち、第三の区画には、前記第三の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする請求項17記載の蛍光体基板。   18. The phosphor substrate according to claim 17, wherein only the third phosphor particles are accommodated in a third section among the sections of the plurality of regions. 前記第三の区画における前記基板と前記蛍光体層との間に、430〜490nmの波長域に透過率の最大値を持ち、なおかつ、430〜490nmの波長域の光の透過率が、500〜560nmおよび600〜650nmの各波長域の光の最大透過率より大きいフィルター層を更に備えたことを特徴とする請求項18記載の蛍光体基板。   Between the said board | substrate and the said fluorescent substance layer in said 3rd division, it has the maximum value of the transmittance | permeability in the wavelength range of 430-490 nm, and also the transmittance | permeability of the light of the wavelength range of 430-490 nm is 500- The phosphor substrate according to claim 18, further comprising a filter layer having a larger transmittance than the maximum transmittance of light in each wavelength region of 560 nm and 600 to 650 nm. 前記蛍光体粒子は、互いに異なる蛍光体材料からなる複数種類の蛍光体粒子から構成され、該複数種類の蛍光体粒子のうち、第四の蛍光体粒子の発光主波長は560〜590nmであることを特徴とする請求項1ないし18いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor particles are composed of a plurality of types of phosphor particles made of different phosphor materials, and among the plurality of types of phosphor particles, the emission main wavelength of the fourth phosphor particles is 560 to 590 nm. The phosphor substrate according to claim 1, wherein: 前記複数の領域の区画のうち、第四の区画には、前記第四の蛍光体粒子だけが収容されていることを特徴とする請求項20記載の蛍光体基板。   21. The phosphor substrate according to claim 20, wherein only the fourth phosphor particles are accommodated in a fourth compartment among the plurality of regions. 前記蛍光体層は前記基板と前記波長選択膜との間に形成され、前記波長選択膜は前記励起光を透過させ、かつ、前記発光を反射させることを特徴とする請求項1ないし21いずれか1項記載の蛍光体基板。   The phosphor layer is formed between the substrate and the wavelength selection film, and the wavelength selection film transmits the excitation light and reflects the light emission. The phosphor substrate according to 1. 光透過性の基板と、該基板の一面に重ねて形成された蛍光体層と、該蛍光体層に重ねて形成された波長選択膜と、
を少なくとも備えた蛍光体基板であって、
前記蛍光体層は励起光によって発光し、
前記波長選択膜は、前記励起光を透過させ、かつ、前記発光を反射させ、
前記蛍光体層からの発光が前記基板を透過し取り出される発光取出効率が55%以上であることを特徴とする蛍光体基板。
前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、該蛍光体粒子どうしの間に保たれた空隙とからなることを特徴とする蛍光体基板。
A light transmissive substrate, a phosphor layer formed on one surface of the substrate, a wavelength selective film formed on the phosphor layer,
A phosphor substrate comprising at least
The phosphor layer emits light by excitation light,
The wavelength selective film transmits the excitation light and reflects the emission;
A phosphor substrate having a light emission extraction efficiency of 55% or more by which light emitted from the phosphor layer is transmitted through and extracted from the substrate.
The phosphor layer is composed of a large number of phosphor particles and voids kept between the phosphor particles.
前記励起光は、波長が400nm以上、1500nm以下の波長範囲であることを特徴とする請求項23記載の蛍光体基板。   The phosphor substrate according to claim 23, wherein the excitation light has a wavelength range of 400 nm or more and 1500 nm or less. 請求項1ないし24いずれか1項記載の蛍光体基板と、前記励起光を発する光源と、を備えたことを特徴とする発光デバイス。   25. A light emitting device comprising: the phosphor substrate according to claim 1; and a light source that emits the excitation light. 前記光源はLED素子であることを特徴とする請求項25記載の発光デバイス。   26. The light emitting device according to claim 25, wherein the light source is an LED element. 前記光源は有機EL素子であることを特徴とする請求項25記載の発光デバイス。   26. The light emitting device according to claim 25, wherein the light source is an organic EL element. 前記蛍光体基板と前記光源との間に、前記励起光の入射を制御する液晶層が更に配されたことを特徴とする請求項25ないし27いずれか1項記載の発光デバイス。   28. The light-emitting device according to claim 25, further comprising a liquid crystal layer for controlling the incidence of the excitation light between the phosphor substrate and the light source. 請求項25ないし28いずれか1項記載の発光デバイスを備えたことを特徴とする表示装置。   A display device comprising the light-emitting device according to claim 25. 請求項25ないし28いずれか1項記載の発光デバイスを備えたことを特徴とする照明装置。   An illumination apparatus comprising the light emitting device according to any one of claims 25 to 28. 請求項1ないし24いずれか1項記載の蛍光体基板と、光電変換素子と、を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the phosphor substrate according to any one of claims 1 to 24 and a photoelectric conversion element. 前記太陽電池モジュールは、前記蛍光体層の発光スペクトルのピーク波長が、前記光電変換素子の光電変換効率が最大となる光の波長よりも短波長であることを特徴とする請求項31記載の太陽電池モジュール。
32. The sun according to claim 31, wherein in the solar cell module, the peak wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is shorter than the wavelength of light that maximizes the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element. Battery module.
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