JP2023153574A - 表示装置および波長変換基板 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発光効率と高い生産性とを実現できる表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１００は、基板１１１上に近紫外ＬＥＤおよび青色ＬＥＤのいずれかのみが複数配置されたＬＥＤ部１１０と、平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ開口内にＬＥＤが位置するように配置された隔壁６と、赤フィルタＲと緑フィルタＧと青フィルタＢとを有し、各フィルタが平面視において開口と重なるように配置されたカラーフィルタ部１２０と、ＬＥＤ部とカラーフィルタ部との間に設けられ、平面視において開口内に位置し、ベース樹脂にＥｕ２＋賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層１とを備える。蛍光発光層は、蛍光体としてＥｕ２＋賦活蛍光体のみを有し、蛍光発光層の少なくとも一部は、Ｅｕ２＋賦活蛍光体として、ＬＥＤ部から発せられる光を励起光とする第１の蛍光体と、第１の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第２の蛍光体とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。この表示装置に好適に使用できる波長変換基板についても言及する。

近年、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス（以降、「有機ＥＬ」とも称する）表示装置のような自発光表示装置の開発が盛んとなっている。マイクロＬＥＤディスプレイとは、およそ２μｍから５０μｍサイズのＬＥＤ素子をマトリクス状に配列した構造を有し、複数のＬＥＤ素子の各々を個別駆動することによって表示を行う表示装置である。このような自発光表示装置は、光の透過・非透過を切り替える表示機能層としての液晶を用いずに表示を行うことができるため、黒表示時に光漏れが生じることが課題となっていた液晶表示装置と比較して、特に暗所での視認性に優れている。

マイクロＬＥＤディスプレイは、赤色発光、緑色発光、青色発光の３種類のＬＥＤ素子を用いる方式と、青色から近紫外の波長域の光を発する単色発光ＬＥＤ素子のみを用いる方式とに大別される。マイクロＬＥＤディスプレイにおいては、個々のＬＥＤ素子が表示機能層の役割を果たす。赤色発光、緑色発光、青色発光の３種類のＬＥＤ素子を用いる方式では、輝度や寿命に優れている。一方、ＬＥＤ素子の実装プロセスが増えることによるコスト増や、駆動電圧がＬＥＤ素子ごとに異なることによる制御の難しさが課題であり、これらを解決するための取り組みが多くなされている。

対策の一つが、単色発光ＬＥＤ素子を用いる方式である。この方式では、使用するＬＥＤ素子を１種類として製造プロセスを簡素にしつつ、ＬＥＤ素子から発せられた光の波長を赤色、緑色、および青色に変換する波長変換層を積層することで、カラー表示を実現している。波長変換層としては、例えば量子ドットや無機蛍光体などが分散した層が用いられる。
特許文献１には、紫外光を発する単色光源と、この光源から発せられた光を赤色、緑色、および青色に変換する色変換層あるいは蛍光体層とを用いることが開示されている。

ＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子からの出射光を有効に活用するために、蛍光体層を複数積層する技術が、特許文献２に開示されている。
特許文献２では、発光素子からの出射光の変換効率を最大化する目的で、フォトリソグラフィにより２層以上の蛍光体層をパターニングしつつ積層している。発光素子の出射光は、まず下側蛍光体層に吸収され、下側蛍光体層の発光を上側蛍光体層が吸収し再発光する。このような出射光波長のダウンコンバージョンにより変換効率が向上される。

ＬＥＤなどの発光素子からの出射光を有効に活用するために、蛍光体を混合する技術が、特許文献３に開示されている。
特許文献３には、Ｍｎ^２＋賦活蛍光体とＥｕ^２＋蛍光体を適切な重量比率で混合した波長変換層により、広い色域と高い発光効率とを両立することが記載されている。

国際公開第２０１９／１５９７０２号 国際公開第２０１３／１３３１３９号 特開２０１９－２９５８４号公報

詳細は後述するが、特許文献２の技術は、ダウンコンバージョンの効率が十分でない点や生産性の点等において改善の余地がある。
特許文献３の技術に関して、発明者は、特許文献３に記載されていなかった新たな課題を見出して解決し、本発明を完成させた。

上記事情に鑑み、本発明は、高い発光効率と高い生産性とを実現できる表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、基板上に近紫外ＬＥＤおよび青色ＬＥＤのいずれかのみが複数配置されたＬＥＤ部と、平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ開口内に近紫外ＬＥＤまたは青色ＬＥＤが位置するように配置された隔壁と、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有し、赤フィルタ、緑フィルタ、および青フィルタが、平面視において、開口と重なるように配置されたカラーフィルタ部と、ＬＥＤ部とカラーフィルタ部との間に設けられ、平面視において開口内に位置し、ベース樹脂にＥｕ^２＋賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層とを備える表示装置である。
蛍光発光層は、蛍光体としてＥｕ^２＋賦活蛍光体のみを有し、蛍光発光層の少なくとも一部は、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体として、ＬＥＤ部から発せられる光を励起光とする第１の蛍光体と、第１の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第２の蛍光体とを含む。

本発明の第二の態様は、透明な基板と、基板上に設けられ、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有するカラーフィルタと、平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ開口内に赤フィルタ、緑フィルタ、および青フィルタのいずれかが位置するように配置された隔壁と、平面視において開口内に位置し、ベース樹脂にＥｕ^２＋賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層とを備える波長変換基板である。
蛍光発光層は、蛍光体としてＥｕ^２＋賦活蛍光体のみを有し、蛍光発光層の少なくとも一部は、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体として、第一の蛍光体と、第一の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第二の蛍光体とを含む。

本発明によれば、高い発光効率と高い生産性とを実現できる表示装置を提供できる。

本発明の第一実施形態に係る表示装置の模式断面図である。 同表示装置の変形例を示す模式断面図である。 本発明の第二実施形態に係る表示装置の模式断面図である。 同表示装置に係る波長変換基板を示す模式断面図である。 同表示装置の変形例を示す模式断面図である。 変形例の表示装置に係る波長変換基板を示す模式断面図である。 実験例に係る第一蛍光体の励起スペクトルと蛍光スペクトルを示す図である。 実験例に係る第二蛍光体の励起スペクトルと蛍光スペクトルを示す図である。 実験例に係る第三蛍光体の励起スペクトルと蛍光スペクトルを示す図である。 実験例におけるサンプルの発光スペクトルを示す図である。 実験例におけるサンプルの発光スペクトルを示す図である。 実験例におけるサンプルの発光スペクトルを示す図である。 実験例におけるサンプルの蛍光寿命スペクトルを示す図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
以降の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、あるいは、必要な場合のみ説明を行う。

本明細書中において、「平面視」とは、後述する表示装置や波長変換基板等の面を、観察者が法線方向に見た状態を意味する。
各構成における「第一」や「第二」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、序列や数量を特定しない。
本発明に使用されるＬＥＤには、例えば、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）／窒化ガリウム（ＧａＮ）／アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）等の化合物が用いられている。単色発光のＬＥＤとして後述する青色ＬＥＤや近紫外ＬＥＤには、主に窒化ガリウム（ＧａＮ）が用いられている。

図１は、本実施形態に係る表示装置１００の部分断面図である。図１に示すように、表示装置１００は、ＬＥＤ部１１０と、カラーフィルタ部１２０とを備えている。

ＬＥＤ部１１０は、基板１１１上に複数のＬＥＤ素子１１２がマトリクス状に配置された基本構造を有する。基板１１１上に配置されたＬＥＤ素子は１種類である。本実施形態のＬＥＤ素子１１２は、紫外波長帯の光を出射するものであり、例えば２μｍ～５０μｍ程度の寸法のマイクロＬＥＤである。
ＬＥＤ素子１１２の構造に特に制限はなく、ｎ側電極とｐ側電極が同じ側にある水平型ＬＥＤ、ｎ側電極とｐ側電極が厚み方向に発光部を挟む垂直型ＬＥＤのいずれも使用できる。図１には、垂直型ＬＥＤを示している。

ＬＥＤ素子１１２は、近紫外光を出射する単色発光の近紫外ＬＥＤである。本明細書において、「単色発光」とは、出射光の半値幅が７０ｎｍ以下であり、かつ出射光の波長範囲内に１つの発光ピークを有することを意味する。ＬＥＤ素子１１２の半値幅は、小さい方が好ましい。また、近紫外光とは波長３００ｎｍ以上４１０ｎｍ未満の範囲の光を指す。近紫外ＬＥＤとは、波長３００ｎｍ以上４１０ｎｍ未満の範囲内に発光ピークを有するＬＥＤである。

基板１１１上には、隔壁６が形成されている。ＬＥＤ部１１０の平面視において、隔壁６は格子状であり、各ＬＥＤ素子１１２を一つずつ取り囲んで他のＬＥＤ素子と隔絶している。
隔壁６は、カーボンを含有し、光を吸収する特性を有する。カーボンとしては、可視光の波長選択性が低いものが好適である。「可視光の波長選択性が低い」とは、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲の光に対して、吸収もしくは反射した光の着色がほぼなく、目視において、黒またはグレーの色彩を呈することを意味する。
隔壁６を樹脂のカーボン分散体で形成する場合、フォトリソグラフィの手法を適用できる。隔壁６をフォトリソグラフィの手法で形成する場合、アルカリ可溶な感光性樹脂を使用できる。

隔壁６は、光吸収性のものに限られず、光反射性のものでもよい。光反射性の隔壁は、例えば樹脂製のコアの表面を金属薄膜が覆った構成とできる。
コアは、アルカリ可溶な感光性樹脂を周知のフォトリソグラフィの手法でパターニングしたり、熱硬化性樹脂の層をドライエッチングの手法でパターニングしたりすることにより形成できる。
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入した樹脂を例示できる。

隔壁６によって区切られた各区画には、ＬＥＤ素子１１２を覆うように蛍光発光層１が設けられている。蛍光発光層１は、透明のベース樹脂に粒状の蛍光体が分散された基本構造を有する。
ベース樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリノルブルネン樹脂、これらの変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を例示できる。中でも、耐熱性および耐光性に優れるシリコーン樹脂が好ましい。

本実施形態において、蛍光発光層１は、青色変換層１Ａと、緑色変換層１Ｂと、赤色変換層１Ｃとの３つの変換層からなる。
青色変換層１Ａは、紫外光を吸収して青い蛍光を発する第一蛍光体２がベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、青色変換層１Ａは、１種類の蛍光体を含む。
緑色変換層１Ｂは、第一蛍光体２と、青色の光を吸収して緑色の蛍光を発する第二蛍光体３とがベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、緑色変換層１Ｂは、２種類の蛍光体を含む。
赤色変換層１Ｃは、第二蛍光体３と、緑色の光を吸収して赤色の蛍光を発する第三蛍光体４とがベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、赤色変換層１Ｃは、２種類の蛍光体を含む。
第一蛍光体２、第二蛍光体３、および第三蛍光体４は、いずれもＥｕ^２＋賦活蛍光体である。詳細については後述する。
各蛍光体の粒子径は、０.１μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。本明細書においては、光子相関法によって求めた粒度分布における積算値５０％における粒径を「粒子径」と定義し、簡易的には、蛍光発光層１の断面の所定範囲を走査顕微鏡で観察し、確認された蛍光体粒子の径の算術平均値とできる。

蛍光発光層１は、感光性樹脂をベース樹脂として所定の蛍光体を分散させた分散液を塗布し、フォトリソグラフィの手法でパターニングすることにより簡便に作製できる。蛍光発光層１の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下とできる。５０μｍより厚く形成してもよいが、厚すぎると形成時の工程負荷、例えば塗布・乾燥などの作業時間に無駄を発生しやすい。蛍光発光層１の厚みが１μｍ以上５０μｍ以下であれば、隔壁６と高さを揃えやすい。
蛍光発光層１の厚みは、隔壁６の高さ以下であることが好ましい。蛍光発光層１の厚みが隔壁６の高さより大きいと、蛍光発光層１の光が隣接画素へ漏れる可能性がある。
ベース樹脂は、熱で劣化しにくく、例えば１５０℃で５００時間熱処理した後でもＬＥＤ素子１１２から出射される光の透過率が変化しにくい材質が好ましい。例えば、１５０℃で５００時間の熱処理前後の透過率の変化率が、ＬＥＤの発光ピーク波長３８５ｎｍにおいて５％以下であることが好ましい。

隔壁６および蛍光発光層１は、透明樹脂層７により覆われている。ＬＥＤ部１１０の上面は、透明樹脂層７により平坦化されている。

カラーフィルタ部１２０の基本構成は公知であり、ブラックマトリクス（以下、「ＢＭ」と称することがある。）１２１と、複数の色フィルタとを有する。カラーフィルタ部における色フィルタの数および組み合わせは、用途等に応じて適宜設定できる。本実施形態のカラーフィルタ部１２０は、赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、および青フィルタＢの３種の色フィルタを有する。

ブラックマトリクス１２１は、透明樹脂層７と接して形成されている。ブラックマトリクス１２１は、平面視において複数の開口を有する格子状パターンを形成しており、この格子状パターンは、表示装置１００の平面視において、隔壁６の格子状パターンと重なっている。
ブラックマトリクス１２１の形成方法は特に制限されないが、遮光性を有するカーボンが分散した、アルカリに可溶な感光性レジストを用いると、公知のフォトリソグラフィにより格子状パターンを簡便に形成できる。

各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂは、対応する色彩の有機顔料が樹脂に分散された分散体を使用して形成できる。樹脂としては、アクリル等を例示できる。

赤フィルタＲに適用できる赤色の有機顔料として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、１４、４１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、８１：４、１４６、１６８、１７７、１７８、１７９、１８４、１８５、１８７、２００、２０２、２０８、２１０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７０、２７２、２７９等を例示できる。
これら赤色顔料に、黄色顔料や橙色顔料が混合されてもよい。適用できる黄色の有機顔料として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１４７、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、１９８、２１３、２１４等を例示できる。
赤フィルタＲとしては、３８０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長の光の透過率が５％以下であるものが好ましい。

緑フィルタＧに適用できる緑色顔料として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、１０、３６、３７等を例示できる。これら緑色顔料に、上述の黄色顔料が混合されてもよい。他に、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料やハロゲン化アルミニウムフタロシアニン緑色顔料も好適に使用できる。
緑フィルタＧとしては、３８０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長の光の透過率が５％以下であるものが好ましい。

青フィルタＢに適用できる青色顔料として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４等を例示できる。
これら青色顔料に、紫色顔料が混合されてもよい。紫色顔料として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等を例示できる。

上述した各顔料は、有機溶剤や分散剤とともに透明樹脂に分散して用いる。透明樹脂は、可視域の透過率が９０％以上の透明樹脂であることが望ましく、樹脂の前駆体を含むアルカリ可溶性の感光性樹脂であることが望ましい。顔料は、樹脂に対し、１５質量％から６５質量％の範囲内で含有させることができる。
感光性樹脂として、水酸基、カルボキシ基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基、シラノール基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を線状高分子に導入したポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等を例示できる。前駆体であるモノマーおよびオリゴマーとしては、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート等の各種アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、（メタ）アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル（メタ）アクリルアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。波長３６５ｎｍなどの紫外線照射により感光性樹脂を硬化する場合には、感光性樹脂に光重合開始剤等が添加されてもよい。

各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂは、平面視においていずれかがブラックマトリクス１２１の開口と重なるように配置されている。表示装置１００の平面視において、各色フィルタＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色変換層１Ｃ、緑色変換層１Ｂ、および青色変換層１Ａと重なっている。赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、および青フィルタＢは、互いに接触して配置されてもよいし、離間して配置されてもよい。

上記のように構成された表示装置１００の使用時の動作について説明する。
表示装置１００においては、隣接する赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、青フィルタＢの組が１画素を構成する。各画素においては、入力された映像信号に応じて赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、青フィルタＢに対応するＬＥＤ素子１２２が駆動され、画素の色彩や明度が変化する。

ＬＥＤ素子１２２から出射された励起光は、カラーフィルタ部１２０に到達する前に蛍光発光層１に入射する。
青色変換層１Ａに入射した励起光は、第一蛍光体２で青色の蛍光に波長変換されて青フィルタＢに入射する。
緑色変換層１Ｂに入射した励起光の多くは第一蛍光体２で青色の蛍光に波長変換される。この青色蛍光の一部は、第二蛍光体３で緑色の蛍光に波長変換されて緑フィルタＧに入射する。
赤色変換層１Ｃに入射した励起光の多くは第二蛍光体３で緑色の蛍光に波長変換される。この緑色蛍光の一部は、第三蛍光体４で赤色の蛍光に波長変換されて赤フィルタＲに入射する。

本実施形態で使用される蛍光体２、３、４は、いずれもＥｕ^２＋賦活蛍光体である。本発明において、「Ｅｕ^２＋賦活蛍光体」とは、Ｅｕ^２＋のみにより賦活される蛍光体を指し、Ｅｕ^２＋に加えて他のイオンによっても賦活されるＥｕ^２＋,Ｍｎ^２＋共賦活ＢａＭｇＡｌＯ蛍光体等は含まれない。
Ｅｕ^２＋賦活蛍光体は、Ｅｕ^２＋を発光中心に持ち、蛍光体に励起光を照射すると、発光イオン（Ｅｕ^２＋）が励起光を吸収して基底準位の電子が励起準位へと励起される。この励起電子が再び基底準位に戻るとき，その差分のエネルギーが蛍光として放出される。発光イオンであるＥｕ^２＋は、発光および吸収の遷移が許容遷移のため、遷移確率は高い。一方、Ｍｎ^２＋賦活蛍光体は、Ｍｎ^２＋を発光イオンに持ち、発光および吸収の遷移が禁制遷移である。そのため遷移確率は低いものの、狭いスペクトルを有する発光が得られ色再現性を向上させることができるという特徴を持つ。

発明者は、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体とＭｎ^２＋賦活蛍光体とを併用した表示装置において、表示映像に色が付いて見える現象や、３Ｄ表示時に左右映像が混ざって見えるいわゆるクロストーク現象等の不具合が発生することを見出した。発明者は、この原因について検討し、Ｍｎ^２＋賦活蛍光体が関係していることを突き止めた。
ＫＳＦ蛍光体等のＭｎ^２＋賦活蛍光体は、ＣＡＳＮ蛍光体やＳＣＡＳＮ蛍光体等のＥｕ^２＋賦活蛍光体よりもピーク波長の波長幅が広く、色再現性に優れる。その反面、ＬＥＤ素子の光が消えた後に蛍光の発光強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）となるまでに要する時間である残光時間が１０ミリ秒程度と、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体の１～１０マイクロ秒より１００～１０００倍も長いことが分かった。
Ｍｎ^２＋賦活蛍光体の残光により生じるクロストークは、例えば、画面上をテロップ文字が流れる映像などにおいて顕著に発生し、表示品質を低下させる。

発明者は、上記知見を踏まえ、蛍光発光層からＭｎ^２＋賦活蛍光体を排除し、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体のみを用いて構成した。さらに、これにより生じる若干の色再現性の低下を、カラーフィルタ部１２０を設けることによりカバーした。
本実施形態に係る表示装置１００においては、上記構成により、残光の抑制された高い表示品質と、充分な色再現性とが両立されている。
さらに、ＬＥＤ部に配置されるＬＥＤ素子が１種類のみの単色発光構成であるため、製造プロセスが簡素であり、生産性にも優れている。

緑色変換層１Ｂおよび赤色変換層１Ｃにおいては、発する蛍光の色彩が異なる蛍光体が混合されていることにより、フェルスター機構によるエネルギー移動現象が起きる。フォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、ある蛍光体から放射された蛍光が他の蛍光体の励起エネルギーとして利用されることにより生じる。フェルスター機構は、このような光の発光および吸収のプロセスを経ずに、近接した２つの蛍光体の間で励起エネルギーが電子の共鳴により直接移動するものである。フェルスター機構による蛍光体間のエネルギー移動は、光の発光および吸収のプロセスを介さずに行われるため、最適条件ではエネルギーのロスが小さい。

エネルギー移動により輝度を向上させるためには、異色蛍光体どうしが近距離にあることや、異色蛍光体のうち、ＬＥＤ素子から放出される励起光を吸収して発光する蛍光体の発光波長が、もう一方の蛍光体の最大吸収波長と近しいことが必要である。本実施形態に係る蛍光発光層１のうち緑色変換層１Ｂおよび赤色変換層１Ｃにおいては、２種類の蛍光体を混合しつつ分散させることにより、２種類の蛍光体のそれぞれを含む層を積層するよりも蛍光体間の距離が短くなる。その結果、エネルギー移動効率を向上させることができる。

本実施形態に係る表示装置の変形例を図２に示す。図２に示す表示装置２００は、ＬＥＤ素子１１２に代えて、青色光を出射する青色ＬＥＤ素子１１２Ａを有する。
本明細書において、青色光とは波長４１０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の範囲の光を指し、青色ＬＥＤとは、波長４１０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の範囲内に発光ピークを有するＬＥＤである。

表示装置２００のＬＥＤ部１１０Ａは、青色変換層１Ａに代えて散乱層１Ｄを有し、緑色変換層１Ｂに代えて緑色変換層１ｂを有する。
散乱層１Ｄは、上述のベース樹脂に透明な光散乱粒子５が分散配置された構成を有する。
緑色変換層１ｂは、蛍光体として第二蛍光体３のみを含有し、第一蛍光体２を含まない。
カラーフィルタ部１２０Ａは、青フィルタＢに代えて透明層ＣＬを有する。透明層ＣＬの材料は、透明樹脂層７と同一とできる。
表示装置２００では、青色ＬＥＤ素子１１２Ａを用いることにより、ＬＥＤ素子１１２Ａの光を波長変換せずに青色として使用する構成となっているが、赤色変換層１Ｃにおいては、表示装置１００と概ね同様の波長変換が行われるため、同様の効果を奏する。

本発明の第二実施形態について、図３から図６を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図３は、本実施形態に係る表示装置３００を示す模式断面図である。表示装置３００は、ＬＥＤ部３１０と、波長変換基板３２０とを備えている。ＬＥＤ部３１０は、第一実施形態のＬＥＤ部１１０から隔壁６および蛍光発光層１を除いた構成を有する。

図４に、波長変換基板３２０を示す。波長変換基板３２０は、透明基板３２１上に、ブラックマトリクス１２１、色フィルタＲ、Ｇ、Ｂが順次形成され、その上にさらに隔壁６および蛍光発光層１が設けられた構成を有する。
表示装置３００は、ＬＥＤ部３１０のＬＥＤ素子１２２を覆うように透明な粘着層１１を配置し、波長変換基板３２０の隔壁６側を粘着層１１に接合してＬＥＤ部３１０と波長変換基板３２０とを貼り合わせることにより作製できる。

表示装置３００は、ブラックマトリクス１２１の位置関係が第一実施形態の表示装置１００と若干異なるものの、蛍光発光層１によるＬＥＤ素子１１２から発せられた光の波長変換は概ね表示装置１００と同様に行われるため、同様の効果を奏する。
本実施形態に係る波長変換基板３２０は、残光の抑制された高い表示品質と充分な色再現性とが両立された表示装置を効率よく製造することに貢献できる。

本実施形態の変形例を図５および図６に示す。図５に示す変形例の表示装置４００は、ＬＥＤ部３１０Ａと波長変換基板３２０Ａとを、粘着層１１を介して接合することにより形成されている。
ＬＥＤ部３１０Ａは、ＬＥＤ素子１１２に代えて青色ＬＥＤ素子１１２Ａを有する点を除き、ＬＥＤ部３１０と同一の構造を有する。波長変換基板３２０Ａは、青色変換層１Ａ、緑色変換層１Ｂ、および青フィルタＢに代えて、散乱層１Ｄ、緑色変換層１ｂ、および透明層ＣＬを有する点を除き、波長変換基板３２０と同一の構造を有する。
すなわち、表示装置４００は、単色発光光源が青色光を発する構成であり、上述した表示装置２００と概ね同様の作用効果を奏する。

発明者は、蛍光発光層に含有される複数種類のＥｕ^２＋賦活蛍光体には、好適な混合比率があることを見出した。以下では、この点について、実験例を用いて説明する。

（実験例１：紫外光ＬＥＤを用いた検討）
ＬＥＤ素子として、発光ピーク波長３８５ｎｍの紫外光ＬＥＤを用いた。
蛍光発光層に使用した材料は以下の通りである。
ベース樹脂：シリコーン樹脂（信越化学工業社製）
第一蛍光体：Ｅｕ^２＋賦活アパタイト蛍光体（粒子径３．７μｍ）
第二蛍光体：Ｅｕ^２＋賦活（Ｂａ，Ｓｒ）ＧａＳ蛍光体（粒子径４．６μｍ）
第三蛍光体：Ｅｕ^２＋賦活ＳＣＡＳＮ蛍光体（粒子径５．４μｍ）
第一蛍光体、第二蛍光体、第三蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを、それぞれ図７、図８、図９に示す。上記紫外光ＬＥＤの発光ピーク波長が第一蛍光体の励起スペクトルの範囲内であり、第一蛍光体の蛍光スペクトルのピーク帯域が第二蛍光体の励起スペクトルのピーク帯域に近く、第二蛍光体の蛍光スペクトルのピーク帯域が第三蛍光体の励起スペクトルのピーク帯域に近いことが図７から図９よりわかる。

（１－１：赤色変換層）
上述のベース樹脂と、粉砕して粒径を整えた第二蛍光体および第三蛍光体とを用いて、赤色変換層を作製した。第三蛍光体の量を、ベース樹脂１００質量部に対して２０質量部に固定し、第二蛍光体の量を異ならせて、以下の４つの組成物を作製した。
組成物１：５部
組成物２：１０部
組成物３：２０部
組成物４：３０部
各組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した赤フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板３２０に類似した構造を有するサンプル１～４を得た。サンプル１～４は、それぞれ組成物１～４を用いて形成した赤色変換層を備える。
各サンプルを、赤色変換層をＬＥＤ素子側に向けて配置し、ＬＥＤ素子を発光させて、赤フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。

サンプル１～４の発光スペクトルを図１０に示す。いずれのサンプルも、赤フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。サンプル２～４の結果が特に良好であったことから、第三蛍光体と第二蛍光体との比率として４：２～２：４程度が好ましいと考えられた。

（１－２：緑色変換層）
ベース樹脂と、粉砕して粒径を整えた第一蛍光体および第二蛍光体とを用いて、緑色変換層を作製した。第二蛍光体の量を、ベース樹脂１００質量部に対して２０質量部に固定し、第一蛍光体の量を異ならせて、以下の４つの組成物を作製した。
組成物５：５部
組成物６：１０部
組成物７：２０部
組成物８：３０部
各組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した緑フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板３２０に類似した構造を有するサンプル５～８を得た。サンプル５～８は、それぞれ組成物５～８を用いて形成した緑色変換層を備える。
各サンプルを、緑色変換層をＬＥＤ素子側に向けて配置し、ＬＥＤ素子を発光させて、緑フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。

サンプル５～８の発光スペクトルを図１１に示す。いずれのサンプルも、緑フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。

（実験例２：青色ＬＥＤを用いた検討）
ＬＥＤ素子として、発光ピーク波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを用いた。
実験例１－１で用いたサンプル１～４を、赤色変換層をＬＥＤ素子側に向けて配置し、ＬＥＤ素子を発光させて、赤フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。

実験例２におけるサンプル１～４の発光スペクトルを図１２に示す。いずれのサンプルも、赤フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。実験例１－１同様、第三蛍光体と第二蛍光体との比率として４：２～２：４程度が好ましいと考えられた。

（実験例３：蛍光体による残光時間の検討）
緑色変換層に用いられる蛍光体が残光時間に及ぼす影響について検討した。実験に供した緑色変換層１および２の組成を以下に示す。
緑色変換層１
ベース樹脂：シリコーン樹脂（信越化学工業社製） １００部
蛍光体：Ｅｕ^２＋賦活（Ｂａ，Ｓｒ）ＧａＳ蛍光体（粒子径４．６μｍ） ３０部
緑色変換層２
ベース樹脂：緑色変換層１と同一 １００部
蛍光体：Ｅｕ^２＋,Ｍｎ^２＋共賦活ＢａＭｇＡｌＯ蛍光体（粒子径３．９μｍ） ３０部
各変換層に係る組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した緑フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板３２０に類似した構造を有するサンプル９および１０を得た。サンプル９および１０は、それぞれ緑色変換層１および緑色変換層２を備える。
各サンプルを、緑色変換層を光源側に向けて配置し、パルス光を照射して励起発光させた。パルス光を消灯してから実際にスペクトルを測定し始めるまでの時間ｔ（遅延時間と称する）を０．０５ｍｓ～２０ｍｓの範囲で変更しつつ、蛍光の発光強度を複数回測定した。

サンプル９～１０の蛍光寿命スペクトルを図１３に示す。図１３には、遅延時間ｔ＝０における蛍光発光強度も併せて示している。
サンプル９においては、最も短い遅延時間であるｔ＝０．０５ｍｓにおいて信号が観測されず、かつ全範囲において発光が検出されなかった。したがって、サンプル９においては、蛍光の発光が０．０５ｍｓ以内に消失していると推測され、上述した定義に基づく残光時間は０．０５ｍｓ未満であると考えられた。
一方、サンプル１０においては、ｔ＝０．０５ｍｓにおいて信号が観測され、その後発光強度が指数関数的に減少する減衰曲線が得られた。上述した定義に基づく残光時間は３．６ｍｓであった。
以上より、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体を用いた変換層の残光時間はサブミリ秒オーダーであり、Ｅｕ^２＋,Ｍｎ^２＋共賦活蛍光体を用いた変換層の残光時間はミリ秒オーダーであったことから、Ｅｕ^２＋賦活蛍光体を用いた変換層の優位性が示された。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。

例えば、本発明においては、以下のような変更が可能である。
・蛍光発光層の各層に光散乱粒子５を含有させる
・赤色変換層１Ｃに第一蛍光体２を含有させる
・表示装置２００および波長変換基板３２０Ａにおいて、青色変換層１Ａおよび青フィルタＢを用いる

本発明に係るカラーフィルタ部や波長変換基板には、透過率調整層や反射防止層等の、所望の特性を付与するための層が設けられてもよい。

蛍光発光層は、量子ドットを含有してもよい。量子ドットとは、量子閉じ込め効果を持つナノメートルサイズの半導体微粒子であり、蛍光発光層に添加することにより、波長変換を補助できる。
量子ドットの添加量は蛍光体の質量の０．５％～１０％程度とできる。量子ドットは蛍光体に比して耐熱性や耐光性に劣るため、量子ドットの添加量が多すぎると、表示装置や波長変換基板の信頼性が低下する可能性がある。
蛍光発光層の耐熱性は、１５０℃のオーブンに５００時間投入し、発光特性の変化を測定することで評価できる。耐光性は、温度４０℃、湿度７０％の条件下でキセノンランプを２００時間照射し、発光特性の変化を測定することで測定できる。表示装置を構成した際の信頼性の観点からは、耐熱性試験や耐光性試験後の蛍光発光層の発光特性変化率が１０％以下であることが好ましい。
指標とする発光特性としては、「内部量子収率」、「メインピーク波長の発光強度」、「メインピーク波長の半値幅」、「光学濃度」等から１つ以上を選択できる。

１ 蛍光発光層
２ 第一蛍光体
３ 第二蛍光体
４ 第三蛍光体
６ 隔壁
１００、２００、３００、４００ 表示装置
１１０、１１０Ａ、３１０、３１０Ａ ＬＥＤ部
１１１ 基板
１１２、１１２Ａ ＬＥＤ素子
１２０、１２０Ａ カラーフィルタ部
３２０、３２０Ａ 波長変換基板
Ｂ 青フィルタ
Ｇ 緑フィルタ
Ｒ 赤フィルタ
３２１ 透明基板

Claims (7)

1. 基板上に近紫外ＬＥＤおよび青色ＬＥＤのいずれかのみが複数配置されたＬＥＤ部と、
   平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ前記開口内に前記近紫外ＬＥＤまたは前記青色ＬＥＤが位置するように配置された隔壁と、
   赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有し、前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、および前記青フィルタが、平面視において、前記開口と重なるように配置されたカラーフィルタ部と、
   前記ＬＥＤ部と前記カラーフィルタ部との間に設けられ、平面視において前記開口内に位置し、ベース樹脂にＥｕ^２＋賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層と、
   を備え、
   前記蛍光発光層は、蛍光体として前記Ｅｕ^２＋賦活蛍光体のみを有し、
   前記蛍光発光層の少なくとも一部は、前記Ｅｕ^２＋賦活蛍光体として、前記ＬＥＤ部から発せられる光を励起光とする第１の蛍光体と、前記第１の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第２の蛍光体とを含む、
   表示装置。
2. 前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体との質量比が、２：１～１：２の範囲内である、
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記Ｅｕ^２＋賦活蛍光体の粒子径が０.１μｍ以上１５μｍ以下である、
   請求項１に記載の表示装置。
4. 前記蛍光発光層は、キセノンランプ２００時間照射後の発光特性変化率が１０％以下である、
   請求項１に記載の表示装置。
5. 前記蛍光発光層の厚さが１μｍ以上５０μｍ以下である、
   請求項１に記載の表示装置。
6. 前記蛍光発光層が量子ドットを含有する、
   請求項１に記載の表示装置。
7. 透明な基板と、
   前記基板上に設けられ、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有するカラーフィルタと、
   平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ前記開口内に前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、および前記青フィルタのいずれかが位置するように配置された隔壁と、
   平面視において前記開口内に位置し、ベース樹脂にＥｕ^２＋賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層と、
   を備え、
   前記蛍光発光層は、蛍光体として前記Ｅｕ^２＋賦活蛍光体のみを有し、
   前記蛍光発光層の少なくとも一部は、前記Ｅｕ^２＋賦活蛍光体として、第１の蛍光体と、前記第１の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第２の蛍光体とを含む、
   波長変換基板。

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