JP6702481B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
また一般的に、高い色再現範囲を実現しようとカラーフィルターを調整すると、バックライト光源の発光の大部分がカットされ、輝度が著しく低下するという問題があった。
420nm以上480nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、下記式(I):
(Sr1−x−y,M1 y,Eux)Ga2S4 (I)
(式中、M1は、Be、Mg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、x及びyは、0.03≦x≦0.25、0≦y<0.97及びx+y<1を満たす。)
で表される組成を有し、前記発光素子からの光に励起されて525nm以上549nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第一蛍光体と、前記発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第二蛍光体とを含む発光装置と、
赤色画素、緑色画素及び青色画素を有するカラーフィルターと、
光透過制御部材と、
を備え
下記式(1):
で与えられる積分値が、前記第一蛍光体の発光ピーク波長が525nm以上540nm未満の範囲にある場合に3.0未満であり、前記第一蛍光体の発光ピーク波長が540nm以上549nm以下の範囲にある場合に5.5未満である画像表示装置である。
また蛍光体の平均粒径は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバー(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)と呼ばれる数値であり、空気透過法を用いて測定される。
蛍光体の半値幅は、発光スペクトルにおいて、最大発光強度の50%の発光強度を示す発光スペクトルの波長幅を意味する。
本実施形態に係る画像表示装置は、420nm以上480nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、下記式(I)で表される組成を有し、前記発光素子からの光に励起されて525nm以上549nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第一蛍光体と、前記発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第二蛍光体とを含む発光装置と、赤色画素、緑色画素及び青色画素を有するカラーフィルターと、光透過制御部材とを備え、下記式(1)で与えられる積分値が、発光装置に含まれる第一蛍光体の発光ピーク波長が525nm以上540nm未満の範囲にある場合に3.0未満であり、第一蛍光体の発光ピーク波長が540nm以上549nm以下の範囲にある場合に5.5未満である。
式(I)において、M1は、Be、Mg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表す。x及びyは、0.03≦x≦0.25、0≦y<0.97及びx+y<1を満たす。
TR(λ)はカラーフィルターの赤色画素の波長λnmにおける相対分光透過率であり、カラーフィルターを構成する赤色画素の分光透過率曲線における最大分光透過率を1とした場合の波長λにおける分光透過率を意味する。
なお、NTSC比とは、アメリカテレビジョン標準化委員会(National Television Standards Committee)によりCIE1931 XYZ表色系の色度(x,y)にて定められた標準方式の3原色、赤(0.670,0.330)、緑(0.210,0.710)、青(0.140,0.080)を結ぶ三角形を基準として、画像表示装置の赤・緑・青単色の色度を結んで得られる三角形を比較した面積比のことである。この面積比が即ち色再現範囲として定義され、その比率が高いほど色再現性が良好と判定される。
なお、DCI規格とは、米国の7つの映画スタジオが作った団体(Digital Cinema Initiative,LCC)が規定するデジタルシネマの規格である。
また、DCI規格の色域は、CIE1931 XYZ表色系のxy色度図において、青色座標(x,y)=(0.150,0.060)、緑色座標(x,y)=(0.265,0.690)、赤色座標(x,y)=(0.680,0.320)の三点を結んだ三角形で示される領域をいう。そしてDCI包含率は、DCI規格の全色域の面積に対する、画像表示装置の色再現域と重複するDCI規格の色域の面積比率を意味する。
画像表示装置を構成する発光装置は、420nm以上480nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、式(I)で表される組成を有し、発光素子からの光に励起されて525nm以上549nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第一蛍光体と、発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第二蛍光体とを含む。
発光素子の発光ピーク波長は、420nm以上480nm以下の範囲にあり、発光効率の観点から、445nm以上455nm以下の範囲にあることが好ましい。この範囲に発光ピーク波長を有する発光素子を励起光源として用いることにより、発光素子からの光と蛍光体からの蛍光との混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。さらに、発光素子から外部に放射される光を有効に利用することができるため、発光装置から出射される光の損失を少なくすることができ、高効率な発光装置を得ることができる。
発光素子にはLEDなどの半導体発光素子を用いることが好ましい。光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、ここでX及びYは、0≦X、0≦Y、X+Y≦1を満たす)を用いた青色、緑色等に発光する半導体発光素子を用いることができる。
発光装置は、式(I)で表される組成を有し、発光素子からの光に励起されて525nm以上549nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第一蛍光体と、発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する第二蛍光体とを含む。第一蛍光体及び第二蛍光体(併せて、単に「蛍光体」ともいう。)は例えば、発光素子を被覆する蛍光部材に含まれて発光装置を構成する。
第一蛍光体の組成を表す式(I)において、M1はBe、Mg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、Ca及びBaからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。x及びyは、0.03≦x≦0.25、0≦y<0.97及びx+y<1を満たす。発光輝度の観点から、xは0.03以上0.17以下であることが好ましく、0.11以上0.14以下であることがより好ましい。yは0以上0.9以下が好ましく、0以上0.8以下がより好ましい。
第一蛍光体の発光ピーク波長は、式(I)で表される組成を適宜変更することで525nm以上549nm以下の範囲に調整することができる。
発光ピーク波長よりも短波長側の範囲で最大発光強度に対して20%の発光強度を示す波長をW20% Sとすると長波長側と短波長側の波長差の比(W20% L−Wmax)/(Wmax−W20% S)は、例えば1.3以上1.5以下が好ましい。
第二蛍光体は発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発するものであれば特に制限されず、公知の蛍光体から適宜選択して用いることができる。
第二蛍光体の発光スペクトルにおける発光ピーク波長は、600nm以上680nm以下の範囲にあるが、610nm以上670nm以下の範囲にあることが好ましく、620nm以上660nm以下の範囲にあることがより好ましい。第二蛍光体の半値幅は例えば30nm以下であり、10nm以下が好ましい。また第二蛍光体の半値幅は例えば1nm以上であり、2nm以上が好ましい。第二蛍光体の最大励起波長は例えば、430nm以上470nm以下の範囲にあり、440nm以上460nm以下の範囲にあることが好ましい。
第二蛍光体の発光ピーク波長が特定の範囲にあり、半値幅が特定の値であることで、より優れた色再現性を達成することができる。
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn4+ (IIa)
M2 2[M1−aMn4+ aF6] (IIb)
式(IIb)において、M2は、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選択され、K+を含む少なくとも1種の陽イオンであることが好ましく、K+を主成分とするアルカリ金属等の陽イオンであることがより好ましい。ここで「K+を主成分とする」とは、式(IIb)のM2におけるK+の含有率が80モル%以上であることを意味し、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましい。
Mがケイ素(Si)、又はケイ素(Si)及びゲルマニウム(Ge)を含む場合、Si及びGeの少なくとも一方の一部が、Ti、Zr及びHfを含む第4族元素、並びにC及びSnを含む第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい。その場合、MにおけるSi及びGeの総含有率は特に制限されず、例えば、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましい。
また蛍光部材における第一蛍光体の含有量に対する第二蛍光体の含有量の比は特に制限されず、例えば、4以上99以下であり、9以上49以下が好ましい。
発光装置100は、可視光の短波長側(例えば、380nm以上485nm以下の範囲)の光を発し、発光ピーク波長が430nm以上470nm以下の範囲にある窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10と、発光素子10を載置する成形体40と、を有する。成形体40は、第1のリード20及び第2のリード30と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が一体的に成形されてなるものである。成形体40は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子10が載置されている。発光素子10は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極はそれぞれ第1のリード20及び第2のリード30とワイヤ60を介して電気的に接続されている。発光素子10は蛍光部材50により被覆されている。蛍光部材50はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。蛍光部材50は例えば、発光素子10からの光を波長変換する蛍光体70として第一蛍光体71及び第二蛍光体72と樹脂とを含有してなる。
カラーフィルターは着色画素として、赤色画素、緑色画素及び青色画素を少なくとも有する。カラーフィルターの着色画素は、式(1)で与えられる積分値が所定の範囲となる限り特に制限されず、通常用いられる着色画素から適宜選択して用いることができる。中でもカラーフィルターの着色画素は以下の構成を備えることが好ましい。
また赤色画素は、最大透過率を100%とする分光透過曲線における透過率が50%となる波長λ50%を605nm以下の範囲に有することが好ましく、600nm以下の範囲に有することがより好ましい。波長λ50%の下限値は、例えば570nm以上であり、575nm以上である。
基板上には遮光パターンを形成してもよい。遮光パターンとしては、あらかじめ基板上にクロム等の金属薄膜や遮光性樹脂組成物によるパターンを公知の方法で形成したものを用いればよい。
着色画素の配置は特に制限されず、例えば、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型、4画素配置型等の一般的な配列とすることができる。また、着色画素の幅、面積等は任意に設定することができる。着色画素の厚みは、通常、1μm〜5μmの範囲である。
画像表示装置は、光透過制御部材を備える。光透過制御部材は、発光装置からの光を表示すべき画像に応じて透過又は非透過することでカラーフィルターに入射する光を制御する。光透過制御部材は通常用いられる部材から適宜選択され、例えば液晶層を有する液晶セルを用いることができる。
緑色蛍光体1:(Sr0.68,Ba0.20,Eu0.12)Ga2S4
緑色蛍光体2:(Sr0.88,Eu0.12)Ga2S4
緑色蛍光体3:(Sr0.68,Ca0.20,Eu0.12)Ga2S4
緑色蛍光体4:(Sr0.58,Ca0.30,Eu0.12)Ga2S4
Si6−zAlzOzN8−z:Eu (III)
(0<z≦4.2)
K2[Si1−aMn4+ aF6] (IIa)
(0.01<a<0.20)
発光波長451nmの青色発光LED(発光素子)に、緑色蛍光体1と赤色蛍光体1とを組み合わせて、以下のようにして発光装置を作製した。
発光装置が発する混色光のカラーフィルター透過後の色度座標がx=0.285、y=0.265付近となるように配合した蛍光体をシリコーン樹脂に添加し、混合分散した後、更に脱泡することにより蛍光体含有樹脂組成物を得た。次にこの蛍光体含有樹脂組成物を発光素子の上に注入、充填し、さらに加熱することで樹脂組成物を硬化させた。このような工程により発光装置1を作製した。
緑色蛍光体1の代わりに緑色蛍光体2を用いたこと以外は上記と同様にして発光装置2を作製した。
緑色蛍光体1の代わりに緑色蛍光体3を用いたこと以外は上記と同様にして発光装置3を作製した。
緑色蛍光体1の代わりに緑色蛍光体4を用いたこと以外は上記と同様にして発光装置4を作製した。
緑色蛍光体1の代わりに緑色蛍光体C1を用いたこと以外は上記と同様にして発光装置C1を作製した。
緑色蛍光体1の代わりに緑色蛍光体C2を用いたこと以外は上記と同様にして発光装置C2を作製した。
上記で得られた発光装置1と図3に示す透過スペクトルを有するカラーフィルターとを組合せて画像表示装置1が構成される。
画像表示装置1について、発光装置1からの光を、図3に示す透過スペクトルを有するカラーフィルターを透過させた後の透過光のスペクトルをシミュレーションにより得た。得られた透過光スペクトルを図4Aに示す。
発光装置1の代わりに発光装置2を用いて画像表示装置2が構成される。実施例1と同様にして得られた画像表装置2についての透過光スペクトルを図4Aに示す。
発光装置1の代わりに発光装置3を用いて画像表示装置3が構成される。実施例1と同様にして得られた画像表装置3についての透過光スペクトルを図4Cに示す。
発光装置1の代わりに発光装置4を用いて画像表示装置4が構成される。実施例1と同様にして得られた画像表装置4についての透過光スペクトルを図4Cに示す。
発光装置1の代わりに発光装置C1を用いて画像表示装置C1が構成される。実施例1と同様にして得られた画像表装置C1についての透過光スペクトルを図4Cに示す。
発光装置1の代わりに発光装置C2を用いて画像表示装置C2が構成される。実施例1と同様にして得られた画像表装置C2についての透過光スペクトルを図4Aに示す。
また、緑色蛍光体の発光ピーク波長が540nm以上549nm以下の実施例3、4及び比較例1において、緑色蛍光体が式(I)で表される組成を有する実施例3及び4では積分値が5.5未満であるのに対して、緑色蛍光体の組成が異なる比較例1では積分値が5.5以上となっている。
また更にカラーフィルター透過後の発光スペクトルにおける490nm以上570nm以下の発光強度の積分値IGに対する570nm以上600nm以下の発光強度の積分値IYの比を積分比IY/IGとして算出した。
比較例2は比較例1と比較しNTSC比及びDCI包含率は大幅に高いが、相対輝度が低下する。また、発光ピーク波長が同じである(533nm)実施例1と比較すると相対輝度、NTSC比及びDCI包含率のいずれもが低くなっている。
図5Aに示すように、実施例1及び2に係る第一蛍光体(緑色蛍光体1及び2)は、比較例1のβサイアロン蛍光体(緑色蛍光体C2)より、粉体の発光スペクトルにおいて発光ピーク波長より長波側の波長領域つまり黄色領域の発光強度が低く、図5Bに示すように、実施例3及び4に係る第一蛍光体(緑色蛍光体3及び4)は、比較例2のβサイアロン蛍光体(緑色蛍光体C1)より、粉体の発光スペクトルにおいて発光ピーク波長より長波側の波長領域つまり黄色領域の発光強度が低くなっており、NTSC比、DCI包含率には有利である。これは赤色画素透過後における緑色蛍光体に由来する黄色発光成分が赤色蛍光体からの発光へ混色することが少なくなり、これは赤色の色純度が高くなることを意味する。
つまり、βサイアロン蛍光体よりピーク波長が長波の式(I)の組成を有するチオガレート蛍光体で同等のNTSC比、DCI包含率が得られるので、高輝度を得ることが出来る。
Claims (10)
- 420nm以上480nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、半値幅が30nm以下である発光素子と、
前記発光素子からの光に励起されて525nm以上549nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発するチオガレート蛍光体であって、発光スペクトルにおいて、発光ピーク波長よりも長波長側で最大発光強度に対して20%の発光強度を示す波長と、発光ピーク波長との差が50nm以下である第一蛍光体と、
前記発光素子からの光に励起されて600nm以上680nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、半値幅が30nm以下である光を発する第二蛍光体、及び樹脂を含む蛍光部材とを含む発光装置と、
分光透過曲線における透過率が80%となる波長を615nm以下の範囲に有する赤色画素、分光透過曲線における波長460nm以上640nm以下の範囲の積分値に対する波長550nm以上640nm以下の範囲の積分値の比率が25%以上である緑色画素及び青色画素を有するカラーフィルターと、
光透過制御部材と、
を備え、
下記式(1):
(式中、λは波長(nm)を表し、I(λ)は、前記第一蛍光体の波長λnmにおける相対発光強度を表し、TR(λ)は、前記カラーフィルターの赤色画素の波長λnmにおける相対分光透過率を表す。)
で与えられる積分値が、前記第一蛍光体の発光ピーク波長が525nm以上540nm未満の範囲にある場合に3.0未満であり、前記第一蛍光体の発光ピーク波長が540nm以上549nm以下の範囲にある場合に5.5未満であり、
前記発光装置からの光を、前記カラーフィルターを通過させて得られる発光スペクトルにおいて、490nm以上570nm以下の発光強度の積分値に対する570nm以上600nm以下の発光強度の積分値の比が、前記第一蛍光体の発光ピーク波長が525nm以上540nm未満の範囲にある場合に0.15未満であり、540nm以上549nm以下の範囲にある場合に0.22未満である画像表示装置。 - xが、0.11以上0.14以下である請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記第一蛍光体の平均粒径が1μm以上30μm以下である請求項1又は2に記載の画像表示装置。
- 前記第二蛍光体は、発光ピーク波長が610nm以上670nm以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記第二蛍光体は、下記式(IIa)で表される組成を有する蛍光体及び下記式(IIb)で表される組成を有する蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の画像表示装置。
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn4+ (IIa)
M2 2[M1−aMn4+ aF6] (IIb)
(式中、M2は、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選択される少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を示し、aは0.01<a<0.20を満たす。) - 前記カラーフィルターの緑色画素は、分光透過曲線における波長460nm以上640nmの範囲の積分値に対する波長560nm以上640nm以下の範囲の積分値の比率が15%以上である請求項1から5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記カラーフィルターの赤色画素は、分光透過曲線における透過率が50%となる波長を605nm以下の範囲に有する請求項1から6のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記蛍光部材中の第一蛍光体の含有量が、前記樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下である請求項1から7のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記蛍光部材中の第二蛍光体の含有量が、前記樹脂100質量部に対して、80質量部以上99質量部以下である請求項1から8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記蛍光部材における前記第一蛍光体の含有量に対する第二蛍光体の含有量の比が、4以上99以下である請求項1から9のいずれか1項に記載の画像表示装置。
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