JP6670804B2 - 発光装置及び画像表示装置 - Google Patents

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Description

以下の開示は、発光装置及び当該発光装置を備えた画像表示装置に関する。
近年、(i)発光ダイオード(Light Emitting Diode,LED)などの半導体発光素子と、(ii)当該半導体発光素子からの励起光を蛍光に変換する波長変換部材(例えば、蛍光体粒子を樹脂からなる分散材中に分散させた部材)と、を組み合わせた発光装置が開発されている。当該発光装置は、小型であり、かつ、消費電力が白熱電球よりも少ないという利点を有している。それゆえ、当該発光装置は、各種画像表示装置又は照明装置の光源として実用化されている。
このような発光装置としては、青色LEDと緑色蛍光体及び赤色蛍光体の2色の蛍光体とを組み合わせて用いる構成のものが知られている。
ところで、発光装置を画像表示装置として用いる場合、画像表示装置の色域の広さは、画像表示装置としての実用性を評価する重要な指標である。
この色域について、これまで、NTSC〔National Television System Committee〕、AdobeRGB等の色域規格が採用されてきたが、2020年に開始される8K放送には、自然界の色をほぼすべて表現可能なBT.2020〔Broadcasting service (television)2020〕という色域規格が新たに採用される。BT.2020の色域規格を満たすには、従来の色域規格であるNTSC、AdobeRGBより遥かに広い色域を表示することが求められる。
ここで、BT.2020の色域とは、CIE〔Commission international de l’eclairage〕1931色度座標上において、(CIEx,CIEy)=(0.708,0.292)、(0.170,0.797)、(0.131,0.046)である3点の色度点で囲まれた三角形により定義された色域である。一方、NTSCの色域とは、CIE1931色度座標上において、(CIEx,CIEy)=(0.670,0.330)、(0.210,0.710)、(0.140,0.080)である3点の色度点で囲まれた三角形により定義された色域である。また、AdobeRGBの色域とは、CIE1931色度座標上において、(CIEx,CIEy)=(0.640,0.330)、(0.210,0.710)、(0.150,0.060)である3点の色度点で囲まれた三角形により定義された色域である。画像表示装置としての実用性を評価するには、上記色域の三角形をどれだけカバーしているかという、カバー率という指標が重要となる。
特許文献1には、青色LED、緑色蛍光体であるEu2+賦活βサイアロン蛍光体及び赤色蛍光体であるMn4+賦活フッ素錯体蛍光体を用いる白色照明素子と、改良されたカラーフィルタとの組み合わせで、AdobeRGBより大幅に色域の広い画像表示装置(AdobeOver)が開示されている。しかしながら、この画像表示装置の色域からBT.2020の色域に対するカバー率を計算すると、80%未満にとどまる。
一方、特許文献2には、緑色蛍光体であるMn2+賦活γ−AlON蛍光体と、赤色蛍光体であるMn4+賦活フッ素錯体蛍光体とを用いて、広い色域を実現する技術が開示されている。特許文献2に示される画像表示装置の色域のBT.2020の色域に対するカバー率は、82.7%に達する。
WO2016/056485号公報(2016年4月14日公開) 特開2017−050525号公報(2017年3月9日公開)
しかしながら、特許文献2に開示される画像表示装置は、後述するように、発光装置の発光効率が低いという問題を有し、画像表示装置の性能を向上させるための工夫点について、なお改善の余地がある。
そこで、本開示の一態様は、広い色域と高い発光効率との両立を実現できる発光装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る発光装置は、青色光を発する発光素子と、上記青色光により励起されて緑色光を発するMn2+賦活γ−AlON蛍光体及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体と、上記青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体と、を備え、上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体との重量比率は、(Mn2+賦活γ―AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率で20以上75以下の範囲である。
本開示の一態様によれば、広い色域と高い発光効率との両立を実現できる発光装置を提供することができる。
実施形態1に係る発光装置を示す断面図である。 比較例D1に係る発光装置を示す断面図である。 カラーフィルタの透過スペクトルを示すグラフである。 製造例G1に係る緑色蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示すグラフである。 製造例G2に係る緑色蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示すグラフである。 製造例R1に係る赤色蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示すグラフである。 実施形態1に係る発光装置の発光スペクトルを示すであり、(a)〜(d)は各実施例に係る発光装置の発光スペクトルを示すグラフであり、(e)及び(f)は各比較例に係る発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。 実施形態1に係る各実施例及び比較例の発光装置における2種類の緑色蛍光体の混合比率、緑色蛍光体と赤色蛍光体との混合比率、蛍光体総量と分散材(樹脂)との混合比率、及び、発光装置の光束(相対値)の測定結果を示す表である。 (a)は、実施形態2に係る画像表示装置の分解斜視図であり、(b)は、(a)に示されている画像表示装置が備える液晶表示装置の分解斜視図である。 実施形態2に係る各実施例及び比較例の画像表示装置のカバー率、面積比率及び色度座標を示す表である。 実施形態3に係る各実施例の発光装置における発光素子のピーク波長、2種類の緑色蛍光体の混合比率、緑色蛍光体と赤色蛍光体との混合比率、蛍光体総量と分散材(樹脂)との混合比率、及び、発光装置の光束(相対値)の測定結果を示す表である。
〔実施形態1〕
本開示の実施形態1について以下、図1〜図8を参照して説明する。本実施形態では、青色光により励起されて緑色光を発する緑色蛍光体として、2種類の緑色蛍光体12a及び12bを組み合わせて用いることにより、広い色域と高い発光効率との両立を実現できる発光装置10について説明する。
<発光装置10>
図1は、発光装置10を示す断面図である。図1に示すように、発光装置10は、青色光を発する発光素子11と、青色光により励起されて緑色光を発する2種類の緑色蛍光体12a及び12bと、青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体13と、緑色蛍光体12a、12b及び赤色蛍光体13を分散させる分散材14と、樹脂枠15と、プリント配線基板16とを備える。
このような発光装置10において、緑色蛍光体12aとしてMn2+賦活γ−AlON蛍光体が用いられ、緑色蛍光体12bとしてEu2+賦活βサイアロン蛍光体が用いられる。上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体の重量比率は、(Mn2+賦活γ−AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率で20以上75以下である。さらには、分散材に対する蛍光体の分散量を減らして発光装置の量産性を高めるためには、該重量比率は20以上40以下であることがより好ましく、十分に広い色域を一層安定して確保するためには、45以上75以下であることがより好ましい。
ここで、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光元素であるMn2+は、発光及び吸収の遷移がスピン、パリティ共に禁制遷移であり、その遷移確率はEu2+等の許容遷移の発光元素と比較すると著しく低い。そのような遷移確率の低いMn2+賦活γ−AlON蛍光体のみを緑色蛍光体として用いると、十分な光吸収率を確保するためには、分散材中に多量の蛍光体を分散させる必要がある。しかしながら、分散材に対する蛍光体粒子の比率が高すぎると、蛍光体粒子による光の過剰な散乱等の光ロスにより光の取り出し効率が低下し、発光装置の発光効率が低下してしまう。そこで、本実施形態のように、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体と、遷移確率の高いEu2+賦活βサイアロン蛍光体とを混合する構成にすることにより、Mn2+賦活γ―AlON蛍光体を単独で用いる場合と比較して、蛍光体の使用量を効果的に低減することができる。このため、光の過剰な散乱が抑制されて光ロスが低減し、発光装置の発光効率が改善する。
(Mn2+賦活γ−AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率が75を超えると、Mn2+賦活γ−AlONの使用量を効果的に削減できず、発光装置の発光効率が向上しない。また、(Mn2+賦活γ−AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率が20未満であると、画像表示装置の色域が狭くなってしまう。
なお、発光装置の小型化を図る観点から、本実施例の発光装置の樹脂枠15の深さ(図1のL)は1mm未満であることが好ましい。樹脂枠15の深さが1mm未満であると、発光装置の製造コストを削減することができ、かつ、画像表示装置に用いる場合に画像表示装置の光学設計の自由度を向上させることができる。
ただし、このような小型の発光装置は、より大型の発光装置に比して、歩留まりが低下し易く、安定した品質で量産性を確保しにくい。これに対し、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体とを併用し、分散材中に添加する蛍光体の総量を低減して分散材の流度を低くすることにより、歩留まりの低下を防ぐことができる。その結果、樹脂枠の深さが1mm未満といった小型の発光装置であっても、安定した品質で量産性を確保することが可能である。
本実施形態では、例えば、L=0.9mmである。また、発光素子11の高さをHとすると、H=0.1mmとなる。この場合、発光装置10において、発光素子11から発せられる青色光が分散材14を透過するときに形成する光路長の最短距離は、0.8mmであると計算される。このように、本実施形態の発光装置10では、分散材14中を透過するときに形成される青色光の光路長の最短距離は1mm以下である。すなわち、発光装置10は、当該最短距離が1mm以下の小型の発光装置として実現される。
(発光素子11)
発光素子11は、青色光を発する発光素子である。発光素子11としては、蛍光体に吸収されて蛍光が生じる青色光からなる一次光(励起光)を発するものであれば、特に限定されない。発光素子11として、例えば窒化ガリウム(GaN)系半導体を用いることができる。
発光素子11から発せられる一次光(励起光)のピーク波長は、440nm以上かつ460nm以下であることが好ましく、440nm以上かつ450nm以下であることがより好ましい。発光素子11から発せられる一次光(励起光)のピーク波長が440nm以上かつ460nm以下である場合、緑色蛍光体12a(Mn2+賦活γ−AlON蛍光体)及び12b(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の励起効率を高くすることが可能となる。そのため、発光素子11の発光効率が高く、かつ図3及び図9(b)に示す青色カラーフィルタ126bの透過スペクトルと一次光の発光スペクトルとの波長整合性がよいため、本開示の一態様に係る画像表示装置において実現され得る所望の発光効率を実現できる程度に、発光装置10の発光効率を向上させることができる。
また、上記波長範囲の場合、緑色蛍光体12aの励起効率を高くすることが可能となるため、発光装置10に用いる緑色蛍光体12aの量を少なくすることが可能となる。それゆえ、上述した光の過剰な散乱による発光装置10の発光効率の低下を抑制することができる。また、分散材14の流動性の低下に伴う発光装置10の歩留まり及び量産性の低下を抑制することができる。
また、上記ピーク波長が440nm以上かつ450nm以下である場合、緑色蛍光体12aの励起効率がさらに高まり、発光装置10の発光効率をさらに向上させることができる。
また、上記ピーク波長が440nm以上かつ460nm以下、好ましくは440nm以上かつ450nm以下である場合、一次光の発光スペクトルは、図4に示す緑色蛍光体12a及び図6に示す赤色蛍光体13の励起スペクトル及び図3に示す青色カラーフィルタ126bの透過スペクトルとの波長整合性がよい。そのため、上記ピーク波長が440nm以上かつ460nm以下、好ましくは440nm以上かつ450nm以下であることは、白色光を発する発光装置10の発光効率を向上させる観点からも好ましいといえる。
(緑色蛍光体12a:Mn2+賦活γ−AlON蛍光体)
本実施形態で緑色蛍光体12aとして用いられるMn2+賦活γ−AlON蛍光体は、組成式MAl(MはMn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、GD、Tb、Dy、Tm、YbのうちMnを少なくとも含む1種以上の金属元素であり、AはM、Al以外の1種以上の金属元素であり、式中a+b+c+d+e=1とする)で示される。Mn2+賦活γ−AlON蛍光体としては、以下の(1)〜(5)、すなわち
0.00001≦a≦0.1 (1)
0≦b≦0.40 (2)
0.10≦c≦0.48 (3)
0.25≦d≦0.60 (4)
0.02≦e≦0.35 (5)
の条件を全て満たす組成を示すものが好適に用いられる。
Mn2+賦活γ−AlON蛍光体において、励起光の吸収及び発光はMn2+が担っている。しかし、Mn2+の吸収及び発光遷移はスピン、パリティ共に禁制遷移であるために遷移確率が低い。そのため、緑色蛍光体としてMn2+賦活γ−AlON蛍光体のみを用いる場合は、発光装置として白色光を発するために、青色光及び赤色光との兼ね合いから、多量のMn2+賦活γ−AlON蛍光体を分散材中に分散させる必要がある。しかしながら、分散材中に分散させる蛍光体の量が多すぎると、蛍光体粒子による光の過剰な散乱により、光が周囲に分散して逃げる光ロスが生じてしまう。その結果、発光装置の発光効率が著しく低下するという問題が生じる。
また、蛍光体の量が多すぎることの別の問題として、分散材の流動性が低下する可能性がある。この場合、蛍光体が分散された分散材を塗布するディスペンサにおいて目詰まりが生じてしまう可能性がある。また、製造された各発光装置から出射された光の色度にばらつきが生じる可能性がある。このように、分散材の流動性の低下に伴い、発光装置の歩留まりが低下してしまう可能性があり、ひいては品質が安定した発光装置の量産性が低下し得る。
すなわち、発光装置の発光効率を向上させ、また歩留まりよく生産するためには、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の分散材に対する分散量を低減させる技術開発が必要となる。このような、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の分散量を低減させる一つの方法として、γ−AlON結晶中により多くのMnを安定的に取り込むことが重要である。
Mn2+賦活γ−AlON蛍光体を発光措置に用いる場合、各γ−AlON結晶におけるMn濃度は1.5重量%以上かつ4.6重量%以下であることが好ましい。Mn濃度が1.5重量%より少ないと、緑色光が不足するので一般的なLEDパッケージで白色光を発することが困難となる。γ−AlON結晶中にMnを安定的により多く取り込むためには、上記組成式MAlのAとして、Mg、Zn、Ca等の2価の金属元素を添加することが好ましく、その中でもMgが特に好ましい。Mn2+賦活γ−AlON蛍光体にMgが含まれていることにより、γ−AlON結晶の結晶構造が安定化して結晶中にMnが取り込まれやすくなる。そのため、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の吸収率や発光効率をより向上させることが可能となる。しかしながら、Mnの濃度4.6重量%より高くなると、濃度消光又は結晶性の低下等により、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光効率は低下し得る。
また、Mn濃度が高くなった場合の別の問題として、Mn濃度が高くなると発光スぺクトルの半値幅が広くなる傾向がある、という問題がある。BT.2020カバー率を十分に高めるには、発光スペクトルの半値幅が35nm以上かつ45nm以下のMn2+賦活γ−AlON蛍光体を用いることが有効である。
Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルの半値幅をこの範囲とする手法は特に限定されないが、例えばγ−AlON結晶中に含まれるMnの濃度を1.5重量%以上かつ4.6重量%以下、さらには3重量%以下に制御することでも実現できる。
ここで、上記結晶中に取り込まれたMnの濃度という指標は、原料粉体の混合比率から算出される設計組成におけるMnの濃度とは異なる指標である。すなわち、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体に含まれているMnの濃度とは、最終製品としてのMn2+賦活γ−AlON蛍光体の結晶中に取り込まれているMnの濃度を指す。Mnは揮発性が高いので、高温の焼成プロセス中に容易に揮発してγ−AlON結晶外のガラス相又は異相に取り込まれやすい。そのため、γ−AlON結晶中に実際に取り込まれ、かつ発光に寄与するMnの濃度については、設計組成より算出した値を上記指標とするのではなく、例えば、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の結晶の断面におけるMnの濃度を直接測定した値を上記指標とすることが好ましい。すなわち、上記指標としては、実際に結晶中に取り込まれているMnの濃度を算出したものを用いることが好ましい。
なお、緑色蛍光体の結晶中に含まれるMnの濃度は、例えば以下のように算出することができる。まず、エポキシ樹脂(日本電子(株)製:G−2)中に、蛍光体粉末を分散させる。次に、断面加工装置(日本電子(株)製:SM−09010)を用いて、蛍光体粉末を分散させたエポキシ樹脂にArイオンビームを照射することによって、エポキシ樹脂中に埋め込まれた蛍光体粒子を切断する。次いで、複数(例えば50個以上)の蛍光体粒子の切断面について、SEM装置に付属のEDX(Energy dispersive X-ray spectrometry)検出器(エネルギー分散型X線分析装置;アメテック(株)製:G−XM2)を用いてMnの濃度を測定し、その平均値をMnの濃度として算出する。
また、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルのピーク波長は、520nm以上かつ527nm以下であることが好ましい。発光装置10において、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルのピーク波長がこの範囲であることにより、BT.2020の色域に対するカバー率が向上し易く、画像表示装置の色再現域を拡張し得る。
(緑色蛍光体12b:Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)
本実施形態で緑色蛍光体12bとして用いられるEu2+賦活βサイアロン蛍光体としては、一般式Si6−zAl8−z(0<z<4.2)で示される母体材料に、Euが4重量%以下の濃度で賦活(ドープ)されたものを好適に用いることができる。ここで、蛍光体の発光効率を高める観点より、Euの濃度は2重量%以下であることがより好ましい。
上で述べたように、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光元素であるEu2+は許容遷移であるために、Mn2+賦活γ−AlONと比較してはるかに少ない使用量(混合量)で励起光を効率的に吸収できる。よって、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体とを混合して用いることにより、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体を単独で用いる場合に生じる、蛍光体の使用量(混合量)の増加に伴う発光装置の発光効率の低下という課題が解決される。
ここで、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体は、両者の発光スペクトルの形状ができるだけ近似していることが好ましい。具体的には、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルは、ピーク波長が525nm以上かつ535nm以下、より好ましくは530nm以下であり、半値幅が45nm以上かつ52nm以下であるEu2+賦活βサイアロン蛍光体を好適に用いることができる。
Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルは、上記一般式中のz値を変化させることで制御でき、そのzの値は0.1未満がより好ましい。これは、zが0.1未満のEu2+賦活βサイアロン蛍光体では、発光スペクトルのピーク波長が短波長となり、短波長側の発光スペクトルの形状がMn2+賦活γAlON蛍光体とより近くなる為である。
zが0.1以上、たとえば0.24の場合は、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルは、そのピーク波長が540nmであり、Mn2+賦活γAlON蛍光体より大幅に長波長になってしまう。この場合、Mn2+賦活γAlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体との発光スペクトル形状が大きく異なる為、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体とEu2+賦活βサイアロン蛍光体とを混合しても、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の使用量を効果的に低減することと、画像表示装置の色域を広くすることとを十分に両立することが難しい。
(赤色蛍光体13)
赤色蛍光体13は、発光素子11が発する青色光により励起されて赤色光を発する波長変換部材である。このような赤色蛍光体として、Mn4+賦活蛍光体を好適に用いることができる。Mn4+賦活蛍光体としては、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体、Mn4+賦活酸化物蛍光体、Mn4+賦活酸フッ化物蛍光体等から適宜選択できるが、その中でもMn4+賦活フッ素錯体蛍光体が好ましい。Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が発する赤色光の発光スペクトルの半値幅は例えば10nm以下と狭く、赤色領域の色再現性に優れているためである。また、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体は、青色光に対する励起効率が高いためである。
また、ここで用いている発光元素Mn4+は、緑色蛍光体12aのMn2+と元素は同じMnであるが、価数が異なるために発光原理は異なる。具体的には、Mn2+は上述のようにスピン、パリティ共に禁制遷移である。他方、Mn4+の場合、パリティは禁制であるが、吸収遷移のみスピン許容の遷移となる。よってMn4+を賦活した蛍光体は、例えばEu2+を賦活した蛍光体(スピン、パリティ共に許容遷移)と比較すると蛍光体の使用量は多くなるが、Mn2+と比べるとはその使用量は少なくなる。
赤色蛍光体13として用いるMn4+賦活フッ素錯体蛍光体としては、例えば、以下の一般式(A)又は一般式(B)で表わされる蛍光体を用いることができる。Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体は、一般式(A)及び一般式(B)のいずれの式で示されるものであっても、上記した通り、発光スペクトルの半値幅は10nm以下と極めて狭い。これは、発光イオンであるMn4+の性質に起因するものである。
一般式(A):MI(MII1−hMn)F
上記一般式(A)において、MIはLi、Na、K、Rb及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属元素である。MIIはGe、Si、Sn、Ti及びZrからなる群より選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素である。また、0.001≦h≦0.1であることが好ましい。
一般式(A)において、発光強度の高さ、及び蛍光体結晶の安定性が高いことから、MIはKであることが好ましい。また、同様の理由から、MIIはTi又はSiを含むことが好ましい。
また、一般式(A)において、hの値はMnの組成比(濃度)、すなわちMn4+の濃度を示す。hの値が0.001未満である場合には、発光イオンであるMn4+の濃度が足りず、十分な明るさが得られないという不具合がある。一方、hの値が0.1を超える場合には、濃度消光などにより、明るさが大きく低下するという不具合がある。
すなわち、一般式(A)で表されるMn4+賦活フッ素錯体蛍光体は、K(Ti1−hMn)F又はK(Si1−hMn)Fであり、hは0.001以上かつ0.1以下であることが好ましい。
一般式(B):MIII(MII1−hMn)F
上記一般式(B)において、MIIIはMg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素である。MIIはGe、Si、Sn、Ti及びZrからなる群より選ばれる、少なくとも1種の4価の金属元素である。また、0.001≦h≦0.1であることが好ましい。
一般式(B)において、蛍光体の発光効率が高く、熱及び外力により劣化しにくいことから、MIIIは少なくともBaを含むことが好ましい。同様の理由で、MIIはTi又はSiを含むことが好ましい。
特に、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が一般式(A)及び(B)のいずれの形で表される場合であっても、MIIがSiであれば、蛍光体の水に対する溶解度が低く、蛍光体の耐水性が高くなるため、より好ましい。また、一般式(B)において、Mnの組成比(濃度)を示すhの値は、上述した一般式(A)におけるhと同じく0.001≦h≦0.1であることが好ましい。
(分散材14)
分散材14は、蛍光体を分散させるものであり、本実施形態では樹脂枠15の内側に充填されている。図1に示すように、分散材14にはMn2+賦活γ-AlON蛍光体からなる緑色蛍光体12aとEu2+賦活βサイアロン蛍光体からなる緑色蛍光体12bと赤色蛍光体13とが少なくとも分散しており、発光素子11は、各蛍光体を分散させた分散材14によって封止されている。
分散材14の材質は、特に限定されないが、例えばメチル系シリコーン樹脂、フェニル系シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの透光性を有する樹脂材料、低融点ガラスなどのガラス材料、有機無機ハイブリッドガラスなどを適宜用いることができる。特に、分散材14が樹脂材料で構成される場合、分散材14の製造時の温度が、他の材料に比べて低温であるため好ましい。
本実施形態の好ましい構成では、上記光路長の最短距離〔すなわち、(樹脂枠15の深さL)−(発光素子11の高さH)〕が1mm以下である小型の発光装置10において、発光及び吸収遷移確率の低いMn2+が発光元素として賦活されたMn2+賦活γ-AlON蛍光体を用いている。そのため、上述したように、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の混合量を適切に制御しないと、各蛍光体を含む分散材14の流動性が低下する可能性がある。
上記観点から、少なくとも分散材14の流動性の低下を抑制するためには、分散材14の重量に対する各蛍光体の総重量(各蛍光体の重量の和)の重量比率は1.2以下であることが好ましい。換言すれば、(各蛍光体の総重量)/(分散材14の重量)≦1.2であることが好ましい。この場合、蛍光体が分散した分散材14の流動性の低下を抑制することが可能となり、発光装置10の歩留まり及び量産性を向上させることができる。
また、重量比率は1.0以下であることがより好ましい。換言すれば、(各蛍光体の総重量)/(分散材14の重量)≦1.0であることがより好ましい。この場合、上記流動性の低下をさらに抑制することが可能となる。
また、上記重量比率は0.3より大きいことが好ましい。すなわち、(各蛍光体の総重量)/(分散材14の重量)>0.3であることが好ましい。0.3より大きい場合、発光装置10から発せられる光(例えば白色光)の色度点を、本開示の一態様に係る画像表示装置として好適な範囲内に制御することが可能となる。
(発光装置10を構成する他の部材)
プリント配線基板16は、発光素子11が載置されるとともに、発光素子11を駆動させる電気回路が形成されている基板である。樹脂枠15は、プリント配線基板16上に載置された、樹脂製の枠である。
<各蛍光体の製造>
(製造例G1:Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の製造例)
Mn2+賦活γ−AlON蛍光体を作製するために、窒化アルミニウム粉末10.70重量%、酸化アルミニウム粉末79.86重量%、酸化マグネシウム粉体4.68重量%及びフッ化マンガン粉末4.76重量%となるように所定量秤量した。次に、窒化ケイ素焼結体製の乳鉢と乳棒とを用いて10分以上混合し、粉体凝集体を得た。そして、この粉体凝集体を、直径20mm、高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製のるつぼに自然落下させて入れた。
次に、該るつぼを、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットした。そして、当該加圧電気炉に純度が99.999体積%の窒素を導入し、当該加圧電気炉内の圧力を0.5MPaとした後、毎時500℃の温度上昇率で1800℃まで昇温した。そして、上記るつぼを当該加圧電気炉内に1800℃で2時間保持して、蛍光体試料を得た。
得られた蛍光体試料に少量の純水を加えた状態でメノウの乳鉢を用いて湿式粉砕し、開口48μmのふるいを複数回通過させることにより、蛍光体試料を粉砕しながら粗大粉を除去した。その後、粗大粉を除去した蛍光体試料を、純水にヘキサメタリン酸0.1重量%を溶解した水溶液の中に分散させ一定時間放置した後、上澄み液を除去することにより微細粉を除去し、粒径が調整された蛍光体粉末を得た。
得られた蛍光体粉末について、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定(XRD;X-ray diffraction)を行った。その結果、当該蛍光体粉末から得られたチャートは全て、当該蛍光体粉末がγ―AlON構造を示していることを確認できた。また、当該蛍光体粉末に、波長365nmの光を照射した結果、緑色に発光することを確認できた。すなわち、上記の工程を経て、製造例G1に係るMn2+賦活γ−AlON蛍光体粉末を得た。
その後、得られた製造例G1に係るMn2+賦活γ−AlON蛍光体に対して445nmの光を照射することにより、図4に示す発光スペクトルが得られた。また、図4に示す励起スペクトルは、発光スペクトルのピーク波長をモニタして得られたものである。図4において縦軸は発光強度(任意単位)、横軸は波長(nm)である。図4に示す発光スペクトルのピーク波長は522nm、半値幅は38nm、色度座標は(CIEx,CIEy)=(0.204,0.721)であった。また、MCPD−7000(大塚電子製)と積分球を組み合わせた測定系により測定した、本製造例G1に係るMn2+賦活γ−AlON蛍光体の内部量子効率は60%であった。
(製造例G2:Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の製造例)
Si6−zAl8−zで表される組成式において、z=0.05のものにEuが0.7重量%賦活されたEu2+賦活βサイアロン蛍光体を、以下の手順により得た。まず、45μmの篩を通した金属Si粉末93.59重量%、窒化アルミニウム粉末5.02重量%及び酸化ユーロピウム粉末1.39重量%の組成となるように所定量秤量し、窒化ケイ素焼結体製の乳鉢と乳棒とを用い、10分以上混合し粉体凝集体を得た。この粉体凝集体を直径20mm、高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製のるつぼに自然落下させて入れた。
次に、該るつぼを、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットし、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して圧力を0.5MPaとした。そして、毎時500℃で1300℃まで昇温し、その後毎分1℃で1600℃まで昇温し、その温度で8時間保持した。合成した試料をメノウ製乳鉢によって粉末に粉砕し、粉末試料を得た。
次に、これらの粉末に再度加熱処理を施した。1600℃で焼成した粉末を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒を用いて粉砕した後に、直径20mm、高さ20mmの大きさの窒化ホウ素製のるつぼに自然落下させて入れた。
該るつぼを、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットし、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から800℃まで毎時500℃の速度で加熱し、800℃で純度が99.999体積%の窒素を導入して圧力を1MPaとした後、毎時500℃で1900℃まで昇温し、更にその温度で8時間保持して、蛍光体試料を得た。得られた蛍光体試料をメノウ製乳鉢によって粉砕し、更に50%フッ化水素酸と70%硝酸の1:1混酸中、60℃で処理した後、純水にヘキサメタリン酸0.1重量%を溶解した水溶液の中に分散させ一定時間放置した後、上澄み液を除去することにより微細粉を除去し、粒径が調整された蛍光体粉末を得た。
得られた蛍光体粉末について、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、当該蛍光体粉末から得られたチャートは全て、当該蛍光体粉末がβ型サイアロン構造を有することを示していることを確認できた。また、当該蛍光体粉末に、波長365nmの光を発するランプで照射した結果、緑色に発光することを確認した。
得られたEu2+賦活βサイアロン蛍光体の粉末の発光スペクトルを測定した結果、図5に示される発光スペクトルが得られた。また、図5に示す励起スペクトルは、発光スペクトルのピーク波長をモニタして得られたものである。図5において縦軸は発光強度(任意単位)、横軸は波長(nm)である。図5に示す発光スペクトルの色度座標は(CIEx,CIEy)=(0.280,0.676)、ピーク波長は527nm、半値幅は47nmであった。また、MCPD−7000と積分球を組み合わせた測定系により測定した、本製造例G2に係るEu2+賦活βサイアロン蛍光体の内部量子効率は56%であった。
(製造例R1:Mn4+賦活KSiF蛍光体の調製)
上記のMI(MII1−hMn)Fで表わされる組成式(A)において、MIがKであり、MIIがSiであり、h=0.06となるMn4+賦活フッ素錯体蛍光体を、以下の手順により調製した。
まず、塩化ビニル樹脂製の反応槽の中央に、フッ素樹脂系イオン交換膜の仕切り(隔膜)を設け、イオン交換膜を挟む2室の各々に、いずれも白金板からなる陽極と陰極とを設置した。反応槽の陽極側に、フッ化マンガン(II)を溶解させたフッ化水素酸水溶液、陰極側にフッ化水素酸水溶液を入れた。
上記陽極及び陰極を電源につなぎ、電圧3V、電流0.75Aで電解を行った。電解を終えた後、陽極側の反応液に、フッ化水素酸水溶液に飽和させたフッ化カリウムの溶液を過剰に加えると、KMnFが黄色の固体生成物として生成された。生成された黄色の固体生成物をろ別、回収することで、KMnFを得た。
次に、4.8gの二酸化ケイ素を、100cmの48重量%フッ化水素酸水溶液に溶解させ、フッ化ケイ素を含む水溶液を調製した。当該水溶液を室温まで放冷した後、ふた付きの樹脂容器に入れ、70℃に保った水浴中で1時間以上保持し、加温した。このフッ化ケイ素を含む水溶液に、上記の調製したKMnF粉末を1.19g加えて撹拌して溶解させ、フッ化ケイ素とKMnFを含む水溶液(第1溶液)を調製した。
また、13.95gのフッ化カリウムを、40cmの48重量%フッ化水素酸水溶液に溶解させ、室温まで放冷し、フッ化カリウムを含む水溶液(第2溶液)を調製した。
その後、撹拌した第1溶液に、第2溶液を約2.5分間かけて少しずつ加え、10分間程度撹拌すると、淡橙色の固体が生成された。この固体生成物をろ別し、ろ別した固体生成物を、少量の20重量%フッ化水素酸水溶液で洗浄した。その後、固体生成物をさらにエタノールで洗浄した上で、真空乾燥した。その結果、製造例R1に係るMn4+賦活KSiF蛍光体粉末が得られた。
得られた蛍光体粉末について、CuのKα線を用いた粉末X線回折測定を行った。その結果、当該蛍光体粉末から得られたチャートは全て、当該蛍光体粉末がKSiF構造を示していることを確認できた。また、当該蛍光体粉末に、波長365nmの光を照射した結果、赤色に発光することを確認できた。
その後、得られた製造例R1に係る赤色蛍光体13に対して445nmの光を照射することにより、図6に示す発光スペクトルを得た。また、図6に示す励起スペクトルは、発光スペクトルのピーク波長をモニタして得られたものである。具体的には、この発光スペクトルは、分光光度計を用いて、上記赤色蛍光体13に445nmの光を照射して、当該赤色蛍光体を励起することにより測定された。図6に示す発光スペクトルのピーク波長は630nm、半値幅は8nmであった。また、上記発光スペクトルから色度座標を計算したところ、CIE1931色度座標で(CIEx,CIEy)=(0.691,0.307)であった。
(実施例D1〜D4)
まず、本実施形態に係る発光装置10の製造例(実施例D1〜D4)を、図1、図7の(a)〜(d)及び図8を参照して説明する。
各実施例D1〜D4に係る発光装置10は、図1に示す構造を有する。各実施例D1〜D4に係る発光装置10において、発光素子11は、発光ピーク波長445nmの青色LED(Cree製)である。緑色蛍光体12aは、上記製造例G1で得られたMn2+賦活γ−AlON蛍光体であり、緑色蛍光体12bは、上記製造例G2で得られたEu2+賦活βサイアロン蛍光体である。分散材14は、シリコーン樹脂(信越化学工業(株)製:KER−2500)である。赤色蛍光体13は、上記製造例R1で得られたMn4+賦活KSiF蛍光体である。
シリコーン樹脂に分散させる蛍光体として、上記製造例R1のMn4+賦活KSiF蛍光体、上記製造例G1のMn2+賦活γ−AlON蛍光体、及び上記製造例G2のEu2+賦活βサイアロン蛍光体を図8に示す重量比率で混合し、蛍光体混合物を得た。
次に、この蛍光体混合物をシリコーン樹脂中に分散させて、蛍光体分散樹脂を得た。具体的には、この蛍光体分散樹脂は、上記蛍光体混合物とシリコーン樹脂とを図8に示す重量比率で混合することにより得られた。
図8は、シリコーン樹脂(分散材14)の重量に対する蛍光体の総重量(すなわち、緑色蛍光体12a、12b及び赤色蛍光体13の重量の合計)の比率を示している。次に、得られた蛍光体分散樹脂を、自転公転ミキサー(シンキー社製:AR−100)を用いて混錬した。そして、混錬した蛍光体分散樹脂を樹脂枠の中に針状の治具を用いて手作業で塗布し、150℃での加熱処理によりシリコーン樹脂を硬化させることにより、発光装置を得た。
その後、得られた発光装置を駆動電流30mAで駆動させ、分光光度計(MCPD−7000)により発光スペクトルを測定したところ、図7の(a)〜(d)に示す発光スペクトルが得られた。なお、各実施例D1〜D4において、Mn4+賦活KSiF蛍光体、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体の分散量は、図8に示すように、図7の(a)〜(d)に示す発光スペクトルを有する光が液晶パネルを透過した時に、白色点を示す色度点が(CIEx,CIEy)=(0.281,0.288)付近の色温度10,000Kの白色となるように調整されている。なお、白色点とは、液晶パネルを透過する光をすべて同時に表示させた場合のディスプレイ上(画面上)の色度点である。
(比較例D1)
次に、本実施形態に係る発光装置10と比較するための発光装置の製造例(比較例D1)を、図2、図7の(e)及び図8を参照して説明する。
比較例D1に係る発光装置は、図2に示す構造を有する発光装置10Vと同様の構造を有する。発光装置10Vは、発光装置10から緑色蛍光体12b(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)を取り除いた構成である。
比較例D1に係る発光装置において、発光素子は、発光ピーク波長445nmの青色LEDである。緑色蛍光体は、上記製造例G1で得られたMn2+賦活γ−AlON蛍光体のみであり、分散材14は、シリコーン樹脂(KER−2500)である。赤色蛍光体13は、上記製造例R1で得られたMn4+賦活KSiF蛍光体である。
まず、シリコーン樹脂に分散させる蛍光体として、上記製造例R1のMn4+賦活KSiF蛍光体と上記製造例G1のMn2+賦活γ−AlON蛍光体とを図8に示す重量比率で混合し、蛍光体混合物を得た。
次に、この蛍光体混合物を図8に示す比率でシリコーン樹脂中に分散させて、蛍光体分散樹脂を得た。そして、上記実施例と同様にして手作業で蛍光体分散樹脂の塗布作業を行うことにより、発光装置を得た。
その後、得られた発光装置を駆動電流30mAで駆動させ、分光光度計(MCPD−7000)により発光スペクトルを測定したところ、図7の(e)に示す発光スペクトルが得られた。なお、比較例D1において、Mn4+賦活KSiF蛍光体及びMn2+賦活γ−AlON蛍光体の分散量は、図7の(e)に示す発光スペクトルを有する光が液晶パネルを透過した時に、白色点を示す色度点が(CIEx,CIEy)=(0.281,0.288)付近の色温度10,000Kの白色となるように調整されている。図8に示すように、比較例D1に係る発光装置が出射した光の白色点の色度座標は、(CIEx,CIEy)=(0.281,0.288)である。
(各発光装置の評価)
上記実施例D1〜D4及び比較例D1に係る発光装置が出射した光の光束の相対値(明るさ)、及び当該発光装置の量産性を、図8を参照して比較する。白色点を示す色度点が等しくなるように調製されている発光装置において、光束の相対値が高いほど、発光効率が高いことを意味する。
各発光装置において発光装置の光束を比較すると、図8に示すように、実施例D1〜D4に係る発光装置10は比較例D1に係る発光装置10Vより高い光束を示していることが分かる。すなわち、実施例D1〜D4に係る発光装置10は、比較例D1に係る発光装置10Vよりも発光効率が高くなっていることが分かる。実施例の発光装置10と比較例の発光装置10Vとを比較すると、実施例の発光装置10は緑色蛍光体としてEu2+賦活βサイアロンが含まれている点が異なる。
ここで、製造例G1のMn2+賦活γ−AlON蛍光体と製造例G2のEu2+賦活βサイアロン蛍光体の内部量子効率は、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体が60%であり、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体が56%であり、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の方が内部量子効率は高くなっている。すなわち、内部量子効率のみを単純に比較すれば、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の方がEu2+賦活βサイアロン蛍光体より励起光を緑色光に変換する効率が高いはずである。したがって、緑色蛍光体としてMn2+賦活γ−AlON蛍光体のみを用いた比較例D1の発光装置10Vと、第2の緑色蛍光体としてEu2+賦活βサイアロン蛍光体を加えた実施例D1〜D4の発光装置10とを比較すると、比較例D1の発光装置10Vの方が実施例D1〜D4の発光装置10より発光効率が高くなるはずである。
しかしながら、実際には、図8に示すように、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体を含む実施例の発光装置10は、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体を含まない比較例の発光装置10Vと比較して、発光効率が高くなっている。これは、実施例D1〜D4の発光装置10は、比較例D1の発光装置10Vと比較して、蛍光体の使用量が低減しているため、蛍光体による光の過剰な散乱による光ロスが低減した為と推定される。
また、図8に示すように、特に、実施例D2〜D4に係る発光装置10において、分散材と蛍光体混合物との重量比は、0.3<(各蛍光体の総重量)/(分散材14の重量)≦1.2を満たしている。したがって、これらの発光装置10においては、蛍光体分散樹脂の流動性が十分に低く確保されており、量産性が優れている。さらには、実施例D3・D4に係る発光装置10は、(各蛍光体の総重量)/(分散材14の重量)≦1.0を満たしており、この場合には特に、発光装置10の量産性が優れている。
〔実施形態2〕
実施形態2について、図3、図7、図9〜図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、実施形態2に係る発光装置10aを備える画像表示装置100について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
<画像表示装置100>
図9の(a)は、本実施形態に係る画像表示装置の一例である画像表示装置100の分解斜視図である。図9の(b)は、図9の(a)に示されている画像表示装置100が備える液晶表示装置120aの分解斜視図である。図3は、画像表示装置100が備えるカラーフィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
図9の(a)に示すように、画像表示装置100は、発光装置10aと、導光板110と、液晶表示部120とを備える。導光板110は、透明又は半透明の導光板である。液晶表示部120は、画像を表示する表示部であり、複数の液晶表示装置120aを備える。発光装置10aは、発光装置10と同様の発光装置である。
画像表示装置100では、導光板110の、液晶表示部120と対向する表面とは反対側の表面に対向するように、発光装置10aが複数配置されている。本実施形態では、図9の(a)に示すように、複数個の発光装置10aがマトリックス状に配置されている。また、導光板110に隣接して、複数の液晶表示装置120aで構成された液晶表示部120が設けられている。発光装置10aからの出射光130は、導光板110内で散乱され、散乱光140として液晶表示部120の全面に照射されるように構成されている。
<液晶表示装置120a>
図9の(b)に示すように、液晶表示部120を構成する液晶表示装置120aは、偏光板121と、透明導電膜123a(薄膜トランジスタ122を有する)と、配向膜124aと、液晶層125と、配向膜124bと、上部薄膜電極123bと、色画素を表示するためのカラーフィルタ126と、上部偏光板127とが順次積層されてなる。
カラーフィルタ126は、透明導電膜123aの各画素に対応する大きさの部分に分割されている。また、カラーフィルタ126は、赤色光を透過する赤色カラーフィルタ126r、緑色光を透過する緑色カラーフィルタ126g及び青色光を透過する青色カラーフィルタ126bを備えている。
本実施形態に係る画像表示装置100は、図9の(b)に示すカラーフィルタ126のように、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を透過するフィルタを備えることが好ましい。
この場合、各色カラーフィルタは、例えば図3に示した透過スペクトルを示すものを好適に用いることができる。
各色カラーフィルタとしては、一般的に画像表示装置に用いられる任意の透過率のカラーフィルタを用いることができるが、特に、緑色カラーフィルタ126gとして、600nm以上680nm以下の波長域の光の透過率が10%以下であり、かつ透過スペクトルの半値幅が90nm以下のものを好適に使用することができる。
同様に、青色カラーフィルタ126bとして、520nm以上680nm以下の波長域の光の透過率が10%以下であり、かつ透過スペクトルの半値幅が100nm以下のものを好適に使用することができる。
このような透過率及び透過スペクトルの特性を有するカラーフィルタを用いることにより、BT.2020の色域に対して高いカバー率を示す画像表示装置を実現することができる。このようなカラーフィルタは、従来公知の方法で作製することができ、例えば特許文献:特開2015−87527号公報にその作製方法が記載されている。
<画像表示装置の実施例及び比較例>
次に、画像表示装置100の実施例及びその比較例について、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態の各実施例DIS1〜DIS4及び比較例DIS2に係る画像表示装置100のカバー率、面積比率及び色度座標を示す表である。
(実施例DIS1〜DIS4)
実施例DIS1〜DIS4に係る画像表示装置は、図9に示す構造を有する画像表示装置100である。実施例DIS1〜DIS4に係る画像表示装置100において、バックライトとしては、それぞれ実施例D1〜D4に係る発光装置10を用いた。また、実施例DIS1〜DIS4に係る画像表示装置100において、カラーフィルタとしては、図3に示す透過率を有するものを用いた。すなわち、赤色カラーフィルタ126r、緑色カラーフィルタ126g及び青色カラーフィルタ126bを備えるカラーフィルタ126を用いた。
(比較例D2)
上記実施例にかかる画像表示装置DIS1〜DIS4と比較するための画像表示装置(比較例DIS2)を製造するにあたり、これに用いる発光装置(比較例D2)の製造例を、図7の(f)を参照して説明する。
比較例D2に係る発光装置は、実施例D1に係る発光装置10と同様の構造を有するが、緑色蛍光体12a(製造例G1のMn2+賦活γ−AlON蛍光体)/緑色蛍光体12b(製造例G2のEu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率を11.9とし、緑色蛍光体/赤色蛍光体13(製造例R1のMn4+賦活KSiF蛍光体)の重量比率を5.3とし、蛍光体/分散材(シリコーン樹脂)の重量比率を0.55とした。
その後、得られた発光装置を駆動電流30mAで駆動させ、分光光度計(MCPD−7000)により発光スペクトルを測定したところ、図7の(f)に示す発光スペクトルが得られた。なお、比較例D2において、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の分散量は、図7の(f)に示す発光スペクトルを有する光が液晶パネルを透過した時に、白色点を示す色度点が(CIEx,CIEy)=(0.281,0.288)付近の色温度10,000Kの白色となるように調整されている。
(比較例DIS2)
比較例DIS2に係る画像表示装置は、図9に示す構造を有する画像表示装置100である。比較例DIS2に係る画像表示装置100において、バックライトとしては、比較例D2に係る発光装置用いた。また、カラーフィルタとしては、図3に示す透過率を有する赤色カラーフィルタ126r、緑色カラーフィルタ126g及び青色カラーフィルタ126bを備えるカラーフィルタ126を用いた。
(各画像表示装置の評価)
上記実施例DIS1〜DIS4及び比較例DIS2に係る画像表示装置100における、(1)ディスプレイ上(画面上)表示光のCIE1931色度座標での赤色点、緑色点、青色点の色度座標、並びに(2)BT.2020カバー率及び面積比率を、図10に示す。
ここで、赤色点、緑色点、青色点とは、ディスプレイ上にそれぞれ赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタを透過する光のみを表示させた場合のディスプレイ上の色度点である。BT.2020カバー率とは、BT.2020の色域の面積に対する、上記赤色点、緑色点、青色点で囲まれる色域がカバーする面積の割合である。BT.2020面積比率とは、BT.2020の色域の面積に対する、上記赤色点、緑色点、青色点で囲まれる色域の面積の割合である。
なお、図10に示される色度点、BT.2020カバー率及びBT.2020面積比率は、大塚電子製MCPD−7000を用いて測定したスペクトルデータから計算した。
図10に示すように、実施例DIS1〜DIS4に係る画像表示装置100は、BT.2020の色域に対して、80%以上の高いカバー率を有することが分かる。このように、発光装置10は、発光効率と量産性が良いだけではなく、色再現性が高い画像表示装置100を実現する。対して、比較例DIS2に係る画像表示装置は、BT.2020面積比率は80%を上回るものの、カバー率は80%を下回る。これは、緑色蛍光体12b(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率が大きくなりすぎたために、画像表示装置の色域が狭くなったためと推定される。
なお、画像表示装置の色再現域には、実用上、面積比率よりもカバー率の数値の影響が大きい。すなわち、画像表示装置をBT.2020の企画に準拠した表示装置として用いた場合に、実際に画像表示装置の色再現域を向上させるには、BT.2020の色域に対するカバー率を向上させることが重要になる。
〔実施形態3〕
実施形態3について説明する。実施形態3は、実施形態1で説明した発光装置の別実施形態である。本実施形態に係る発光装置は、発光素子11以外については発光装置10と同じであるため、説明を省略する。
本実施形態に係る発光装置において、発光素子から発せられる一次光(励起光)のピーク波長は、420nm以上かつ440nm以下である。このようなピーク波長の一次光(励起光)を発する発光素子によっても、色再現域の広い画像表示装置を実現できる発光装置を提供することができる。
ただし、実施形態1の発光装置10は、上述した通り、一次光(励起光)のピーク波長と、緑色蛍光体12a及び赤色蛍光体13の励起スペクトル並びに青色カラーフィルタ126bの透過スペクトルとの波長整合性がよいため、本実施形態の発光装置より発光効率が高い。
(一次光のピーク波長と発光効率との関係)
ここで、一次光のピーク波長と発光効率の関係について、図11を用いて説明する。図11は、本実施形態の実施例D5及びD6に係る発光装置10の、分散材14に分散させる2種類の緑色蛍光体(Mn2+賦活γ−AlON蛍光体及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体)の混合比率、緑色蛍光体と赤色蛍光体との混合比率、蛍光体総量と分散材(樹脂)との混合比率、及び、発光装置の光束(相対値)の測定結果を示す表である。なお、発光効率の比較の為に、図11では、実施形態1の実施例D1に係る発光装置10のデータについても示している。そして、図11には、実施例D1に係る発光装置10の光束値(発光効率)を100としたときの、各実施例に係る発光装置の光束値(相対値)が示されている。
図11に示すように、本実施形態の実施例D5では、発光素子11から発せられる一次光(励起光)のピーク波長は430nmである。本実施形態の実施例D6では、一次光のピーク波長は440nmである。また、本実施形態の実施例D5及びD6では、実施例D1と同様、緑色蛍光体12aとして製造例G1で製造されたものを、緑色蛍光体12bとして製造例G2で製造されたものを、赤色蛍光体13として製造例R1で製造されたものを使用しており、図11に示すような混合比率で赤色蛍光体13、緑色蛍光体12a及び12bが分散材14に分散している。また、実施例D5及びD6の赤色蛍光体13、緑色蛍光体12a及び12b、分散材14の混合比率は、上記実施例D1〜D4と同様に、図3に示す透過スペクトルのカラーフィルタを含む液晶パネルを透過した時に、白色点を示す色度点が(CIEx,CIEy)=(0.281,0.288)付近の色温度10,000Kの白色となるように調整されている。
図11に示すように、実施例D5(発光素子11のピーク波長:430nm)の発光効率は、実施例D1(発光素子11のピーク波長:445nm)の発光効率を100とした場合において83である。このように、実施例D5の発光効率は、上述のように実施例D1の発光効率よりも低くなっている。しかしながら、実施例D5の発光効率は、本開示の一態様に係る画像表示装置において実現され得る所望の発光効率を実現できる程度のものであるといえる。
また、実施例D6(発光素子11のピーク波長:440nm)の発光効率は、実施例D1の発光効率を100とした場合において97である。このように、実施例D6の発光効率は、実施例D1と同程度の発光効率を実現しているといえる。
図11の結果から、420nm以上かつ440nm以下のピーク波長を有する一次光を発する発光素子を用いる本実施形態に係る発光装置10についても、その発光効率は、本開示の一態様に係る画像表示装置において実現され得る所望の発光効率を実現できる程度のものである。そのため、本実施形態に係る発光装置10を当該画像表示装置に好適に使用することができる。
〔まとめ〕
本開示の態様1に係る発光装置(10)は、青色光を発する発光素子(11)と、上記青色光により励起されて緑色光を発するMn2+賦活γ−AlON蛍光体(12a)及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体(12b)と、上記青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体(13)と、を備え、上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体と上記Eu2+賦活βサイアロン蛍光体との重量比率は、(Mn2+賦活γ―AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率で20以上かつ75以下の範囲である。
上記の構成によれば、2種類の緑色蛍光体を組み合わせて用いることにより、広い色域と高い発光効率とが両立する発光装置を実現できる。その結果、当該発光装置を用いて、広い色域と高い発光効率とが両立する画像表示装置を実現できる。また、分散材中に分散される蛍光体の総量を低減させて、分散材の流動性の低下を抑制することが可能になる。このため、発光装置の歩留まりの低下を防ぎ、安定した品質で量産性を確保することができるという効果を奏する。
本開示の態様2に係る発光装置は、上記態様1において、上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、35nm以上かつ45nm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、本発明に係る発光装置を備える画像表示装置の色域が広がり、色再現性が向上するという効果を奏する。
本開示の態様3に係る発光装置は、上記態様1又は2において、上記Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、45nm以上かつ52nm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、本発明に係る発光装置を備える画像表示装置の色再現性が向上すると共に、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の使用量を効果的に低減させることにより、発光効率が向上するという効果を奏する。
本開示の態様4に係る発光装置は、上記態様1から3のいずれかにおいて、上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が、520nm以上かつ527nm以下であり、上記Eu2+賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が、525nm以上かつ535nm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、態様3と同様の効果を奏する。
本開示の態様5に係る発光装置は、上記態様1から4のいずれかにおいて、上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体が、Mgを含んでいることが好ましい。
上記の構成によれば、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体におけるγ−AlON結晶の結晶構造が安定化する。そのため、当該蛍光体内にMnを取り込みやすくすることができる。それゆえ、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体におけるMnの濃度を高めやすくすることが可能となるため、上記一態様に係る発光装置の発光効率を向上させることができる。
本開示の態様6に係る発光装置は、上記態様1から5のいずれかにおいて、上記赤色蛍光体が、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体であることが好ましい。
上記の構成によれば、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が発する赤色光の発光スペクトルの半値幅は狭く、青色光の励起効率が高い。それゆえ、上記一態様に係る発光装置の発光効率を向上させることができる。また、色域を赤色側に広げることが可能となるため、赤色領域の色再現性に優れた発光装置を実現することができる。
本開示の態様7に係る発光装置は、上記態様6において、上記Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が、一般式K(Ti1−hMn)F又は一般式K(Si1−hMn)Fで表され、上記一般式において、hは0.001以上かつ0.1以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体がK(Ti1−hMn)F又はK(Si1−hMn)Fであり、hが0.001以上かつ0.1以下である場合、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体の発光強度が高く、また蛍光体結晶の安定性が高い。そのため、上記一態様に係る発光装置の発光効率及び信頼性を向上させることができる。
本開示の態様8に係る発光装置は、上記態様6又は7において、上記Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が、Mn4+賦活KSiF蛍光体であることが好ましい。
上記の構成によれば、Mn4+賦活KSiF蛍光体は、安定性(耐水性)が高い。そのため、上記一態様に係る発光装置の信頼性を向上させることができる。
本開示の態様9に係る発光装置は、上記態様1から8のいずれかにおいて、上記青色光のピーク波長が、440nm以上かつ460nm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、Mn2+賦活γ−AlON蛍光体、Eu2+賦活βサイアロン蛍光体、及び赤色蛍光体の励起効率を高めることができる。また、青色光を透過する青色カラーフィルタとの波長整合性が良好である。それゆえ、発光装置の発光効率を向上させることができる。また、当該発光装置を備えた画像表示装置の輝度(表示の明るさ)を向上させることができる。
本開示の態様10に係る画像表示装置(100)は、上記態様1から9のいずれか1つに係る発光装置を備えていることが好ましい。
上記の構成によれば、本発明の一態様に係る発光装置と同様の効果を奏する。
本開示の態様11に係る画像表示装置は、上記態様10において、緑色光を透過する緑色カラーフィルタ(126g)と、青色光を透過する青色カラーフィルタ(126b)とを備え、上記緑色カラーフィルタの、600nm以上かつ680nm以下の波長域の光の透過率は10%以下であり、かつ当該緑色カラーフィルタの透過スペクトルの半値幅は90nm以下であり、上記青色カラーフィルタの、520nm以上かつ680nm以下の波長域の光の透過率は10%以下であり、かつ当該青色カラーフィルタの透過スペクトルの半値幅は100nm以下であることが好ましい。
上記の構成によれば、画像表示装置の色域をさらに広くすることができる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
10、10a 発光装置
11 発光素子
12a Mn2+賦活γ−AlON蛍光体
12b Eu2+賦活βサイアロン蛍光体
13 赤色蛍光体
100 画像表示装置
110 導光板
120 液晶表示部
120a 液晶表示装置
126 カラーフィルタ
126b 青色カラーフィルタ
126g 緑色カラーフィルタ
126r 赤色カラーフィルタ

Claims (8)

  1. 青色光を発する発光素子と、
    上記青色光により励起されて緑色光を発するMn2+賦活γ−AlON蛍光体及びEu2+賦活βサイアロン蛍光体と、
    上記青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体と、を備え、
    上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体と上記Eu2+賦活βサイアロン蛍光体との重量比率は、(Mn2+賦活γ―AlON蛍光体)/(Eu2+賦活βサイアロン蛍光体)の重量比率で20以上75以下の範囲であり、
    上記Mn 2+ 賦活γ−AlON蛍光体、上記Eu 2+ 賦活βサイアロン蛍光体及び上記赤色蛍光体が分散材中に分散されており、
    上記分散材の重量に対する各蛍光体の総重量の重量比率が、0.3より大きく、かつ、1.2以下であり、
    上記Mn 2+ 賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、35nm以上かつ45nm以下であり、
    上記Eu 2+ 賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルの半値幅が、45nm以上かつ52nm以下であり、
    上記Mn 2+ 賦活γ−AlON蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が、520nm以上かつ527nm以下であり、
    上記Eu 2+ 賦活βサイアロン蛍光体の発光スペクトルのピーク波長が、525nm以上かつ535nm以下であることを特徴とする発光装置。
  2. 上記Mn2+賦活γ−AlON蛍光体が、Mgを含んでいることを特徴とする請求項に記載の発光装置。
  3. 上記赤色蛍光体が、Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 上記Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が、一般式K(Ti1−hMn)F又は一般式K(Si1−hMn)Fで表され、
    上記一般式において、hは0.001以上かつ0.1以下であることを特徴とする請求項に記載の発光装置。
  5. 上記Mn4+賦活フッ素錯体蛍光体が、Mn4+賦活KSiF蛍光体であることを特徴とする請求項3又は4に記載の発光装置。
  6. 上記青色光のピーク波長が、440nm以上かつ460nm以下であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 請求項1からのいずれか1項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする画像表示装置。
  8. 緑色光を透過する緑色カラーフィルタと、
    青色光を透過する青色カラーフィルタと、を備え、
    上記緑色カラーフィルタの、600nm以上680nm以下の波長域の光の透過率は10%以下であり、かつ当該緑色カラーフィルタの透過スペクトルの半値幅は90nm以下であり、
    上記青色カラーフィルタの、520nm以上680nm以下の波長域の光の透過率は10%以下であり、かつ当該青色カラーフィルタの透過スペクトルの半値幅は100nm以下であることを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。
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