KR100910140B1 - 발광 장치, 백색 발광 장치, 조명 장치 및 화상 표시 장치 - Google Patents

발광 장치, 백색 발광 장치, 조명 장치 및 화상 표시 장치 Download PDF

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히데아키 가네다
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Abstract

높은 휘도를 갖고, 자연광에 보다 가까우며, 발광 광량 증감에 수반하는 발광색의 어긋남이 적은 발광 장치를 실현하기 위해서, 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치에 있어서, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때, 식 (D) 및 식 (E) 를 만족하도록 한다.
-0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
-0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
발광 장치, 조명 장치, 화상 표시 장치

Description

발광 장치, 백색 발광 장치, 조명 장치 및 화상 표시 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE, WHITE LIGHT-EMITTING DEVICE, ILLUMINATOR, AND IMAGE DISPLAY}
본 발명은 발광 장치 및 백색 발광 장치, 그리고, 그것을 이용한 조명 장치 및 화상 표시 장치에 관한 것이다. 그 중에서도, 발광 다이오드 (LED) 나 레이저 다이오드 (LD) 등의 광원과, 이 광원으로부터의 광을 흡수하여 상이한 파장의 광을 발하는 형광체 등의 파장 변환 재료를 조합하여 이루어지는 발광 장치 및 백색 발광 장치, 그리고, 그것을 이용한 조명 장치 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래부터, 질화갈륨 (GaN) 계 발광 다이오드 (LED) 등의 반도체 발광 소자와, 파장 변환 재료로서의 형광체를 조합하여 구성되는 백색 발광의 발광 장치가, 소비 전력이 작고 장수명이라는 것이 알려져 있다.
그러나, 이 발광 장치에서는, 적색 영역 (600㎚ 이상) 의 광량이 적은 점, 및 청록색 영역 (480㎚ ∼ 510㎚) 의 광량이 적고 연색성이 낮은 점이 지적되고 있다. 또, 이 발광 장치는 높은 광량을 얻기 위해서 발광 장치에 흘리는 전류를 증가시키면, 발광 장치에서 발해지는 열에 의해 형광체의 온도가 상승하는 것에 수반하여 형광체의 형광 강도가 저하되는, 소위 온도 소광 현상이 현저해진다. 이 때문에, 이 발광 장치를 사용하는 경우, 청색 LED 로부터의 청색광과 형광체로부터의 황색광의 혼합색 밸런스가 어긋나, 백색 발광 장치의 발광색이 현저하게 어긋나는 경우 등이 있었다. 또한, 발광 장치의 평균 연색 평가수 Ra 가 낮고, 또, 발광 장치를 사용할 때의 발광색의 변이가 커져 안정적인 발광색이 잘 얻어지지 않는 경우도 있어, 더욱 개량이 요구되고 있었다.
발광 장치의 연색성이 낮다는 점을 개량하기 위해, 특허 문헌 1 에서는, (Y1-a-bGdaCeb)3(Al1-cGac)5O12 계 녹색 형광체의 발광색에 추가로, 적색 성분을 증대시키기 위해서 (Ca1 -a- bSraEub)S : Eu2 + 계 적색 형광체를 사용하는 것, 및, 이들 형광체를 청색 LED 로 여기함으로써 백색 합성광을 발하는 발광 장치가 얻어지는 것을 개시하고 있다.
또, 비특허 문헌 1 에는, 녹색 형광체로서 SrGa2S4 : Eu2 +, 적색 형광체로서 ZnCdS : Ag,Cl 을 사용한 백색 발광 장치가 개시되어 있고, 특허 문헌 2 에서는, 녹색 형광체로서 (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4 : Eu2 +, 적색 형광체로서 (Ca,Sr)S : Eu2 + 를 사용한 백색 발광 장치가 개시되어 있다.
또한, 특히 백색 발광 장치에 관해서 말하면, 종래, 조명이나 액정 디스플레이용 백 라이트 등의 광원으로서, 냉음극관 등이 사용되고 있었다. 그런데 최근, 이것을 대신하는 광원으로서, 청색광을 발하는 발광 소자와 청색광을 흡수하여 황색광을 발하는 파장 변환 재료를 조합한 백색 발광 장치가 개발되었다. 이 백색 발광 장치에 있어서는, 예를 들어, 청색광을 발하는 발광 소자로는 InGaN 계의 발광 다이오드 (LED) 가, 황색광을 발하는 파장 변환 재료로는 세륨을 첨가한 알루민산이트륨이 이용되고 있다. 그러나, 종래의 백색 발광 장치가 발하는 광의 스펙트럼에는 본질적으로 청록색 광성분 및 적색 광성분이 부족하여, 이 때문에, 종래의 백색 발광 장치는 연색성이 낮고, 또, 색재현성도 낮았다.
이것을 해결하기 위해서, 알루민산이트륨 (황색광을 발하는 파장 변환 재료) 의 성분을 조정하여 황녹색광을 발하도록 개량하고, 또한, 여기에 추가로 청색광을 흡수하여 적색광을 발하는 물질을 알루민산이트륨에 추가함으로써, 백색 발광 장치가 발하는 광의 적색 성분의 부족을 보충하여, 연색성 및 색재현성을 개선하는 것이 제안되어 있다.
또, 비특허 문헌 1 에서는, 상기와 같이, 파장 변환 재료로서, 녹색 형광체인 SrGa2S4 : Eu2 + 와 적색 형광체인 ZnCdS : Ag, Cl 을 사용한 백색 발광 장치가 제안되어 있다.
그 이외에, 비특허 문헌 2 나 특허 문헌 3 등에 있어서도 발광 소자와 파장 변환 재료를 조합한 백색 발광 장치가 제안되어 있다.
또한, 화상 표시 장치에 관해서 말하면, 종래, 간판이나 광고탑에 이용되는 대형 디스플레이로서, LED (발광 다이오드) 를 이용한 컬러 디스플레이가 이용되고 있다 (특허 문헌 4). 또, 투영면에 이미지를 투영하여 표시하는 프로젝터형 컬러 디스플레이로서도, LED 를 이용하는 것이 제안되어 있다 (특허 문헌 5). 이 러한 컬러 디스플레이 등의 화상 표시 장치에서는, 화소로서 LED 를 이용하여 각 LED 로부터 적색, 청색, 녹색 등의 화소에 대응된 색의 광을 발하도록 하여 이미지를 표시시키고 있었다.
또한, 이러한 화상 표시 장치에 이용되는 LED 로는, 통상, 청색 및 녹색 화소용으로는 InGaN 계의 LED 가 사용되고, 또, 적색 화소용으로는 InAlGaP 계의 LED 가 사용되고 있었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-243715호
특허 문헌 2 : 일본 특허공표공보 2002-531956호
특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2004-71726호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평7-288341호
특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 2004-184852호
비특허 문헌 1 : J. Electrochem. Soc. Vol.150 (2003) pp.H57-H60
비특허 문헌 2 : 반도 칸치 월간 디스플레이 2003년 4월호 pp.20-26 (2003)
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 종래 기술에 의하면, 이들 형광체의 조합에 의해 백색 발광 장치의 연색성은 개선되지만, 조합하는 형광체 모두가 온도 소광 현상을 현저하게 나타내는 물질로서, 백색 발광 장치에 흘리는 전류값을 높게 하면 이 발광 장치로부터 발해지는 광속이 낮아짐과 함께 발광색이 크게 변이된다는 과제가 있었다.
또, 사용되는 적색 형광체가 내습성이 낮은 황화물계 적색 형광체이기 때문에 열화되기 쉽고, 추가로 그 합성이 곤란하기 때문에 제조 비용이 비싸고, 이것을 사용하여 얻어지는 백색 발광 장치는 내구성이 낮아 고가격이 된다는 과제도 있었다. 또한, 사용되는 녹색 형광체의 발광색이 황색으로 치우쳐 있기 때문에 청록색 영역의 발광이 부족하여 연색성이 뒤떨어진다는 과제도 있었다.
또한, 비특허 문헌 1 이나 특허 문헌 2 에 기재된 종래 기술에서는, 이들 형광체의 조합에 의해서도 충분한 광속과 연색성이 얻어지지 않는 점, 황화물이 백색 발광 장치의 사용시에 열화되기 쉽고, 또, 이들 중 어느 형광체도 온도 소광이 현저하게 관찰되는 물질이기 때문에, 백색 발광 장치에 대한 전류 증가시에 발광색이 크게 변이된다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 서술한 종래 기술의 과제를 해결하여, 휘도 및 연색성이 높고, 발광색의 색 어긋남이 적은 발광 장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 높은 휘도를 갖고, 자연광에 보다 가깝고, 발광 광량 증감에 수반하는 발광색의 어긋남이 적은 발광 장치, 및, 그 발광 장치를 광원으로 하는 화상 표시 장치 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
또, 본 발명은 상기 서술한 종래 기술의 과제를 해결하여, 발광 효율 및 연색성이 높고, 발광색의 색 어긋남이 적은 발광 장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 높은 휘도를 갖고, 자연광에 보다 가깝고, 발광 광량 증감에 수반하는 발광색의 어긋남이 적은 발광 장치, 및, 그 발광 장치를 광원으로 하는 조명 장치와, 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
또, 비특허 문헌 1, 2 나 특허 문헌 3 에 기재된 백색 발광 장치를 비롯하여, 종래의 백색 발광 장치의 연색성은 여전히 충분히 높은 것은 아니었다.
본 발명은 상기 과제에도 감안하여 창안된 것으로, 종래보다 연색성을 향상시킨, 발광 소자 등의 광원과 파장 변환 재료를 구비하는 백색 발광 장치, 그리고, 그것을 이용한 조명 장치를 제공하는 것을 제 3 의 목적으로 한다.
또, 종래의 LED 식의 컬러 디스플레이 등의 화상 표시 장치에 있어서는, 적색 화소로서 사용되는 LED (InAlGaP 계 LED 등) 의 온도 상승에 의한 발광 강도 저하율이, 녹색이나 청색 등의 비적색 화소에 사용되는 LED (InGaN 계 LED 등) 의 온도 상승에 의한 발광 강도 저하율보다 컸다. 따라서, 종래의 LED 식의 화상 표시 장치는, 기온이 변화하거나 점등 후에 경시에 수반하여 LED 가 발열하거나 한 경우에, 표시되는 이미지의 색조가 변화하여 색 어긋남이 발생하는 과제가 있었다.
예를 들어, 「월간 디스플레이 2003년 4월호, PP.42 ∼ 46」에 의하면, InGaN 계 청색 LED 의, 25℃ 에서의 발광 강도 I(B,25) 에 대한 100℃ 에서의 발광 강도 I(B,100) 의 비 I(B,100) / I(B,25) 는 95 정도이다. 또, InGaN 계 녹색 LED 의, 25℃ 에서의 발광 강도 I(G,25) 에 대한 100℃ 에서의 발광 강도 I(G,100) 의 비 I(G,100) / I(G,25) 는 70 정도이다. 이에 반해, AlInGaP 계 적색 LED 의 25℃ 에서의 발광 강도 I(R,25) 에 대한 100℃ 에서의 발광 강도 I(R,100) 의 비 I(R,100) / I(R,25) 는 45 정도이다. 이와 같이, 종래의 LED 식의 컬러 디스플레이 등의 화상 표시 장치에서는, 적색 LED 를 이용한 적색 화소는 비적색 화소보다 발광 강도가 크게 저하되어, 화상 표시 장치의 색조 변화가 발생하여 색 어긋남이 발생하고 있었다.
상기와 같은 색조 변화를 방지하기 위해, 발광색이나 LED 의 온도를 측정하여 피드백 제어함으로써 색조의 변화를 보정한다는 기술도 개발되어 있지만, 온도 등의 측정을 위한 센서나 피드백 회로는 번잡하고, 게다가 필요로 하는 비용이 크기 때문에, 컬러 디스플레이 등의 화상 표시 장치의 가격을 내리는 것이 어려웠다.
본 발명은 상기 과제에도 감안하여 창안된 것으로, 온도 변화에 의한 색 어긋남이 적은 화상 표시 장치를 제공하는 것을 제 4 의 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 첫째로, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 두 개의 상이한 특정 온도에서의 청색광에서의 여기에 의한 휘도의 비율이 소정 범위이고, 또한 그 특정 온도에서의 색도 좌표값의 어긋남이 소정 범위 내에 있는 형광체 혼합물을 이용함으로써, 휘도가 높고, 연색성이 높으며, 광량 변화에 수반하는 색 어긋남이 적은 발광 장치가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.
둘째로, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 하기 세 가지의 특성을 모두 만족하는 발광 장치가 상기 서술한 바람직한 발광 장치인 것을 발견하였다.
제 1 은 발광 장치의 발광 효율이 32㏐/W 이상인 것.
제 2 는 평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상인 것.
제 3 은 두 개의 상이한 구동 전류값 17.5A/㎠ 와 70A/㎠ 에 있어서의 색도 좌표값의 어긋남이 하기 (F) 및 (G) 의 범위 내에 있는 것.
-0.01 ≤ x1(17.5)- x1(70) ≤ 0.01 (F)
-0.01 ≤ y1(17.5)- y1(70) ≤ 0.01 (G)
이들 조건을 만족함으로써 발광 효율이 높고, 연색성이 높으며, 광량 변화에 수반하는 색 어긋남이 적은 발광 장치가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.
셋째로, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 백색 발광 장치가 발하는 백색광의 발광 스펙트럼 형상을 500㎚ 내지 650㎚ 의 범위에서 종래보다 평탄하게 함으로써, 백색 발광 장치의 연색성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
넷째로, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 적색 화소로서, InAlGaP 계 LED 대신에, 발광 소자와, 발광 소자가 발하는 광을 흡수하여 적색에 발광하는 고특성의 형광체 (파장 변환 재료) 를 조합하여 구성한 적색 화소용 소자를 이용함으로써, 적색, 청색 및 녹색의 3 색 화소의 발광 강도의 온도 의존성을 일치시킬 수 있어, 색조의 변동이 적고 색 편차가 작은 컬러 디스플레이를 제공하는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 또, 여기서 말하는 고특성의 형광체로는, 온도 상승에 의한 발광 효율의 저하가 적고, 또한, 양자 수율이 높은 형광체가 바람직하며, 추가로, 형광체로서 사용하는 것에 의한 열화가 작은 것이 보다 바람직하다.
즉, 본 발명의 요지는 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 그 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때, 하기 식 (D) 및 식 (E) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치에 있다 (청구항 1).
-0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
-0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
본 발명의 다른 요지는, 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 그 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서, 그 발광 장치의 효율이 32㏐/W 이상이고, 평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상이며, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), y 를 y1(70) 로 했을 때, 색도 좌표값 x 및 y 의 어긋남량, [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 이 하기 식 (F) 및 (G) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치에 있다 (청구항 2).
-0.01 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.01 (F)
-0.01 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.01 (G)
이 때, 특수 연색 평가수 R9 는 64 이상인 것이 바람직하다 (청구항 3).
또, 그 파장 변환 재료로서, 2 종류 이상의 형광체의 혼합물로서, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(25), 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고, 125℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(125), 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 했을 때, 하기 식 (A), (B) 및 (C) 를 만족하는 형광체 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다 (청구항 4).
0.85 ≤ BR(125) / BR(25) ≤ 1.15 (A)
-0.03 ≤ x2(25) - x2(125) ≤ 0.03 (B)
-0.03 ≤ y2(25) - y2(125) ≤ 0.03 (C)
또한, 파장 변환 재료로서, 500㎚ ∼ 550㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형광체의 적어도 1 종을 함유하는 것이 바람직하다 (청구항 5).
또, 파장 변환 재료로서, 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체의 적어도 1 종을 함유하는 것도 바람직하다 (청구항 6).
본 발명의 또 다른 요지는, 상기 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치에 있다 (청구항 7).
본 발명의 또 다른 요지는, 상기 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치에 있다 (청구항 8).
본 발명의 또 다른 요지는, 광원과, 그 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하고, 그 파장 변환 재료가 발하는 광을 함유하는 백색광을 발하는 백색 발광 장치로서, 상기 백색광의 발광 스펙트럼의, 500㎚ 내지 650㎚ 의 소정 파장 범위에서의 최대 발광 강도가, 상기 소정 파장 범위에서의 최소 발광 강도의 150％ 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치에 있다 (청구항 9).
이 때, 그 파장 변환 재료의 100℃ 에서의 휘도가, 그 파장 변환 재료의 25℃ 에서의 휘도의 80％ 이상인 것이 바람직하다 (청구항 10).
또, 그 백색 발광 장치는 그 광원의 발광 피크 파장의 광에 대한, 그 파장 변환 재료의 흡광도가 50％ 이상이고, 또한, 그 파장 변환 재료의 내부 양자 효율이 40％ 이상인 것이 바람직하다 (청구항 11).
본 발명의 또 다른 요지는, 상기 백색 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치에 있다 (청구항 12).
본 발명의 또 다른 요지는, 적색 화소와, 적어도 1 개의 비적색 화소를 구비한 화상 표시 장치로서, 그 적색 화소가, 적색 화소용 발광 소자, 및, 휘도 유지율이 85 이상인 적색 형광체를 갖는 적색 발광 장치를 구비하고, 그 비적색 화소가, 청색 화소용 발광 소자를 구비하는 청색 화소, 및/또는, 녹색 화소용 발광 소자, 및, 휘도 유지율이 85 이상인 녹색 형광체를 갖는 녹색 화소를 구비하고, 그 적색 화소의 25℃ 에서의 발광 강도를 I(R,25), 100℃ 에서의 발광 강도를 I(R,100) 로 하여, 그 비적색 화소의 25℃ 에서의 발광 강도를 I(N,25), 100℃ 에서의 발광 강도를 I(N,100) 로 한 경우에, I(R,100) / I(R,25) 에 대한 I(N,100) / I(N,25) 의 비율이 90％ 이상인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치에 있다 (청구항 13).
발명의 효과
본 발명에 의하면, 이하의 효과 중 적어도 1 개를 얻을 수 있다.
즉, 첫째로, 본 발명의 휘도 및 색도 좌표값에 관한 소정의 관계식을 만족하는 특성을 갖는 형광체 혼합물을 사용함으로써, 휘도와 연색성이 높고 광량 증감에 수반하는 색 어긋남이 적은 발광 장치를 얻을 수 있고, 또 그 발광 장치를 광원으로 하여, 발광색역에서의 색재현성이 우수하고, 충분한 밝기를 갖는 화상 표시 장치 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
둘째로, 본 발명에 의하면, 높은 휘도를 갖고, 자연광에 보다 가까우며, 발광 광량 증감에 수반하는 발광색의 어긋남이 적은 발광 장치, 그리고, 그 발광 장치를 광원으로 하는 조명 장치 및 화상 표시 장치가 제공된다.
셋째로, 본 발명에 의하면, 연색성이 우수한 백색 발광 장치, 그리고, 그것을 이용한 조명 장치를 얻을 수 있다.
넷째로, 본 발명의 화상 표시 장치에 의하면, 온도 변화에 의한 색 편차를 적게할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 발광 장치에 관한 도면으로서, 파장 변환 재료로서의 본 발명의 형광체 혼합물과, 반도체 발광 소자로 구성되는 발광 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 발광 장치에 관한 도면으로서, 도 1 에 나타내는 발광 장치를 장착한 면 발광 조명 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 2 발광 장치에 관한 도면으로서, 본 발명의 제 2 발광 장치의 제 1 실시형태로서의 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 발광 장치에 관한 도면으로서, 본 발명의 제 2 발광 장치의 제 2 실시형태로서의 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 제 2 발광 장치에 관한 도면으로서, 도 3 에 나타내는 발광 장치를 장착한 면 발광 조명 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태로서의 백색 발광 장치의 모식적인 단면도이다.
도 7 은, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태로서의 백색 발광 장치의 모식적인 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태로서의 백색 발광 장치의 모식적인 단면도이다.
도 9 는, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태로서의 면 발광 조명 장치의 모식적인 단면도이다.
도 10 은, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태로서의 백색 발광 장치를 이용한 표시 장치의 모식적인 단면도이다.
도 11 은, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태로서의 컬러 디스플레이 요부의 구조를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 12 는, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하는 것으로, 적색 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13 은, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하는 것으로, 본 실시형태에 관계되는 비적색 화소의 하나인 녹색 화소로서 이용하는 녹색 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14 는, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하는 것으로, 본 실시형태에 관계되는 비적색 화소의 하나인 청색 화소로서 이용하는 청색 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 15 는, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태로서의 프로젝터형 컬러 디스플레이의 요부를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 16 은, 응용예의 화상 표시 장치의 제 1 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다.
도 17 은, 응용예의 화상 표시 장치의 제 2 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다.
도 18 은, 응용예의 화상 표시 장치의 제 3 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다.
도 19 는, 실시예 1-1 의 형광체 혼합물과 종래의 제품인 의(擬)백색 발광 장치에 장착되어 있는 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체 (Y,Gd)3Al5O12 : Ce 의 형광 휘도의 온도 의존성을 나타낸다. 도면 중, 실선은 실시예 1-1 의 형광체 혼합물, 점선은 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체를 나타낸다.
도 20 은, 실시예 2-1 의 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 21 은, 실시예 2-2 의 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 22 는, 비교예 2-1 의 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 23 은, 실시예 3-1 에서 측정한, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터 발해진 발광 스펙트럼이다.
도 24 는, 실시예 3-2 에서 측정한, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터 발해진 광의 발광 스펙트럼이다.
도 25 는, 비교예 3-1 에서 측정한, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터 발해 진 광의 발광 스펙트럼이다.
도 26 은, 실시예 4-1 에서 측정한, 적색 발광 장치의 발광 스펙트럼이다.
도 27 은, 실시예 4-1 에서 측정한, 녹색 발광 장치의 발광 스펙트럼이다.
도 28 은, 실시예 4-1 에서 측정한, 청색 발광 장치의 발광 스펙트럼이다.
도 29 는, 실시예 4-2 에서 측정한, 풀 컬러 표시 장치를 구성하는 적색 발광 장치, 녹색 발광 장치 및 청색 발광 장치의 발광 스펙트럼이다.
도 30 은, 실시예 5-1 및 비교예 5-1 에서 측정한 형광체의 휘도 유지율을 나타내는 그래프이다.
도 31 은, 실시예 5-2 및 비교예 5-2 에서 측정한 형광체의 휘도 유지율을 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
1 발광 장치
2 마운트 리드
3 이너 리드
4 반도체 발광 소자
5 형광체 함유 수지부
6 도전성 와이어
7 몰드 부재
8 면 발광 조명 장치
9 확산판
10 유지 케이스
101,110 발광 장치
102,112 프레임
103,113 청색 LED
104,114 형광 발광부
105,115 은 페이스트
109 면 발광 조명 장치
109A 유지 케이스
109B 확산판
201 백색 발광 장치
202 발광 소자
203,204 파장 변환 재료
205 프레임
205A 오목부
206,207 도전성 단자
208 와이어
209,209a,209B 바인더
210 빔
211 면 발광 조명 장치
212 유지 케이스
213 확산판
221 표시 장치
222 도광판
223 반사 필름
224 확산판
225 이미지 형성 유닛
301 적색 화소
302 녹색 화소 (비적색 화소)
303 청색 화소 (비적색 화소)
311 적색 발광 장치
312,322,332 프레임
313 적색 화소용 발광 소자
314 적색 형광체
315,316,325,326,335,336 도전성 단자
317,327,337 와이어
318,328 바인더
321 녹색 발광 장치
323 녹색 화소용 발광 소자
324 녹색 형광체
331 청색 발광 장치
333 청색 화소용 발광 소자
338,403 몰드
400,507 단위 화소
401,501 기판
402 커버 부재
502 광 분배 렌즈
503 중첩 렌즈
504 투과형 LCD
505 투영 렌즈
506 스크린
601,601´,601˝ 표시 장치
602 광원
603R,603G 형광체부
603B 광 투과부
604 프레임
605 편광자
606 광 셔터
607 검광자
631 투명 기판
632 블랙 매트릭스
661,663 투명 전극
662 액정층
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[I. 제 1 발광 장치에 관한 설명]
이하, 본 발명의 제 1 발광 장치에 대하여 설명한다. 단, 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 제 1 발광 장치의 실시형태의 대표적인 일례로서, 본 발명의 제 1 발광 장치는 이들 내용에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 발광 장치는 광원과, 그 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치이다.
여기서, 광원으로는, 구동 전류를 유통시킨 경우에 발광하는 것이면 임의의 광원을 사용할 수 있다. 예를 들어, 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자, 예를 들어 LED 나 LD 등의 반도체 발광 소자를 사용할 수 있다.
또, 본 발명의 제 1 발광 장치에 이용하는 파장 변환 재료는, 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여, 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 것이면 임의의 파장 변환 재료를 이용할 수 있다. 통상, 파장 변환 재료로는, 형광체를 적어도 2 종류 함유하는 형광체 혼합물을 사용한다.
또한, 본 발명의 제 1 발광 장치는 반도체 발광 소자 등의 광원이 발하는 가시광을 흡수하여, 보다 장파장의 가시광을 발하는 파장 변환 재료를 구비한, 고휘도로 연색성이 높고 광량 증감에 수반하는 색 어긋남이 적은 발광 장치이다. 그 때문에, 이러한 특성을 갖는 본 발명의 제 1 발광 장치는, 컬러 액정 디스플레이 등의 화상 표시 장치나 면 발광 등의 조명 장치 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
[I-1. 제 1 발광 장치의 특성]
본 발명의 제 1 발광 장치는 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70) 로 했을 때, 하기 식 (D) 를 만족하는 발광 장치이다.
-0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
또한, 본 발명의 제 1 발광 장치는 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때, 하기 식 (E) 를 만족하는 발광 장치이다.
-0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
즉, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 와 색도 좌표값 y 에 대한 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 와 색도 좌표값 y 의 어긋남량, 즉 색도 좌표값의 어긋남 [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 의 양방이 ±0.006 이내인 것이 바람직한 것이다. 구동 전류 밀도의 변화에 수반하는 발광의 색도 좌표값의 어긋남이 ±0.006 보다 큰 경우 에는, 발광 광량을 제어하기 위해서 구동 전류 밀도를 변화시키면 색 편차가 커져, 발광색이 불안정해져 버리는 경우가 있다.
이 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 의 어긋남량은 적을수록 좋고, 그 어긋남량 [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 의 적어도 어느 일방이 ±0.005 이내인 것이 보다 바람직하고, ±0.004 이내인 것이 보다 한 층 바람직하며, ±0.003 이내인 것이 더욱 바람직하다. 또, 그 어긋남량 [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 의 양자가 ±0.006 이내인 것이 바람직하고, ±0.005 이내인 것이 보다 바람직하고, ±0.004 이내인 것이 보다 한 층 바람직하며, ±0.003 이내인 것이 더욱 바람직하다.
[I-2. 제 1 발광 장치의 구체적 구성의 예]
본 발명의 제 1 발광 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은, 파장 변환 재료로서의 형광체와, 광원으로서의 반도체 발광 소자로 구성되는 제 1 발광 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이며, 도 2 는, 도 1 에 나타내는 제 1 발광 장치를 장착한 면 발광 조명 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다. 도 1 및 도 2에 있어서, 1 은 제 1 발광 장치, 2 는 마운트 리드, 3 은 이너 리드, 4 는 반도체 발광 소자, 5 는 형광체 함유 수지부, 6 은 도전성 와이어, 7 은 몰드 부재, 8 은 면 발광 조명 장치, 9 는 확산판, 10 은 유지 케이스이다.
본 발명의 제 1 발광 장치 (1) 는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 일반적인 포탄형의 형태를 이루고, 마운트 리드 (2) 의 상부 컵 내에는, GaN 계 청색 발광 다 이오드 등으로 이루어지는 반도체 발광 소자 (4) 가, 그 위가 형광체 함유 수지부 (5) 로 피복됨으로써 고정되어 있다. 이 형광체 함유 수지부 (5) 는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료를 에폭시 수지나 아크릴 수지 등의 바인더에 혼합, 분산시키고, 컵 내에 흘려 넣음으로써 형성된다. 한편, 반도체 발광 소자 (4) 와 마운트 리드 (2) 는 은 페이스트 등의 마운트 부재에 의해 도통되어 있고, 반도체 발광 소자 (4) 와 이너 리드 (3) 는 도전성 와이어 (6) 과 도통되어 있으며, 이들 전체가 에폭시 수지 등에 의한 몰드 부재 (7) 에 의해 피복, 보호된다.
도 2 는, 이 발광 장치 (1) 를 장착한 면 발광 조명 장치 (8) 를 나타내는데, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치 내면을 백색의 평활면 등의 광불투과성으로 된 사각형의 유지 케이스 (10) 저면에 다수의 발광 장치 (1) 를, 그 외측에 발광 장치 (1) 를 구동시키기 위한 전원 및 회로 등 (도시 생략) 을 형성하여 배치하고, 유지 케이스 (10) 의 덮개부에 상당하는 지점에, 의백색으로 된 아크릴판 등의 확산판 (9) 을 발광의 균일화를 위해서 고정시켜 이루어진다.
그리고, 면 발광 조명 장치 (8) 를 구동하여, 발광 장치 (1) 의 반도체 발광 소자 (4) 에 전압을 인가함으로써 청색광 등을 발광시키고, 그 발광의 일부를, 형광체 함유 수지부 (5) 에 있어서의 파장 변환 재료로서의 형광체 혼합물이 흡수하여, 보다 장파장인 광을 발광하고, 한편, 형광체에 흡수되지 않았던 청색광 등과의 혼색에 의해 연색성이 높은 발광이 얻어지고, 이 광이 확산판 (9) 을 투과하여, 도 면 상방에 출사되고, 유지 케이스 (10) 의 확산판 (9) 면 내에 있어서 균일한 밝기의 조명광이 얻어지게 된다.
마찬가지로, 본 발명의 제 1 발광 장치는 컬러 액정 디스플레이 등의 화상 표시 장치의 광원으로서 장착될 수 있다.
[I-3. 제 1 발광 장치의 구성 요소]
여기서, 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용되는 광원 및 파장 변환 재료에 대하여 설명한다. 단, 본 발명의 제 1 발광 장치는 광원 및 파장 변환 재료 이외의 부재를 구비하고 있어도 상관없다.
[I-3-1. 제 1 발광 장치의 광원]
광원으로는, 구동 전류를 유통시키면 발광하는 것이면, 특별히 제한되지 않지만, 자외로부터 가시광 영역에 발광 피크 파장을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 광원의 발광 피크 파장으로는, 통상 370㎚ 이상, 바람직하게는 380㎚ 이상, 또, 통상 500㎚ 이하, 바람직하게는 480㎚ 이하의 범위가 바람직하다. 이 범위의 상한을 상회하는 경우나 하한을 하회하는 경우에는, 발광 효율이 높은 발광 장치를 얻는 것이 어려워진다.
이 범위에 발광 피크 파장을 갖는 여기 광원이면, 반도체 발광 소자, 램프, 전자 빔, 플라즈마, 일렉트로루미네선스 소자 등을 사용할 수 있지만, 특히 발광 다이오드 (LED) 또는 레이저 다이오드 (LD) 등의 반도체 발광 소자를 이용하는 것이 바람직하다.
자외로부터 가시광 영역에 발광 피크 파장을 갖는 반도체 발광 소자의 재료로는, 예를 들어, 질화붕소 (BN), 실리콘카바이드 (SiC), ZnSe 나 GaN, InGaN, InAlGaN, AlGaN, BAlGaN, BInAlGaN 등 각종의 반도체를 들 수 있다. 또, 이들 원소에 불순물 원소로서 Si 나 Zn 등을 함유시켜 발광 중심으로 할 수도 있다. 그 중에서도, InXAlYGa1 -x- yN (식 중, 0 ＜ X ＜ 1, 0 ＜ Y ＜ 1, X + Y ≤ 1) 로 표시되는, Al 이나 Ga 를 함유하는 질화물 반도체, 또는 In 이나 Ga 를 함유하는 질화물 반도체 (이하, 「(In,Al,Ga)N 계 화합물 반도체」라고 하는 경우가 있다) 는, 자외 영역으로부터 가시광의 단파장을 효율적으로 발광 가능하고, 사용시의 온도나 구동 전류의 변화에 대해서도 안정적으로 발광 가능하기 때문에 발광층의 재료로서 바람직하다.
또, 반도체 발광 소자의 바람직한 구조로는, MIS 접합, PIN 접합이나 pn 접합 등을 갖는 호모 구조, 헤테로 구조 또는 더블 헤테로 구성인 것을 들 수 있다. 반도체 발광 소자에서는, 반도체층의 재료나 그 혼정비에 의해 발광 파장을 각종 선택할 수 있다. 또, 활성층을 양자 효과가 발생하는 박막에 형성시킨 단일 양자 우물 구조나 다중 양자 우물 구조로 함으로써 보다 출력을 향상시킬 수도 있다.
이들 중 (In,Al,Ga)N 계 화합물 반도체를 사용한 (In,Al,Ga)N 계 LED 나 LD 가 바람직하다. 왜냐하면, (In,Al,Ga)N 계 LED 등은, 이 영역의 광을 발하는 SiC 계 LED 등에 비해, 발광 출력이나 외부 양자 효율이 현격히 크고, 상기 형광체 등의 파장 변환 재료와 조합함으로써, 매우 저전력으로 매우 밝은 발광이 얻어지기 때문이다. 예를 들어, 20㎃ 의 전류 부하에 대하여, 통상 (In,Al,Ga)N 계는 SiC 계의 100 배 이상의 발광 강도를 갖고, 또 GaAs 계보다 사용시의 온도나 구동 전류의 변화에 대해서 안정적으로 발광 가능하다. (In,Al,Ga)N 계 LED 등에 있어서는, AlX'GaY'N 발광층, GaN 발광층, 또는 InX'GaY'N 발광층을 갖고 있는 것이 바람직하다. GaN 계 LED 에 있어서는, 그들 중에서 InXGaYN 발광층을 갖는 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에, 특히 바람직하고, (In,Al,Ga)N 계 LD 에 있어서는, InXGaYN 층과 GaN 층의 다중 양자 우물 구조인 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에, 특히 바람직하다.
또한, 상기에 있어서 X + Y 의 값은 통상 0.8 ∼ 1.2 의 범위의 값이다. (In,Al,Ga)N 계 LED 에 있어서, 이들 발광층에 Zn 나 Si 를 도프한 것이나 도펀트가 없는 것이 발광 특성을 조절하는데 있어서 바람직한 것이다.
(In,Al,Ga)N 계 LED 는 이들 발광층, p 층, n 층, 전극, 및 기판을 기본 구성 요소로 한 것으로, 발광층을 n 형과 p 형의 AlXGaYN 층, GaN 층, 또는 InXGaYN 층 등으로 샌드위치한 헤테로 구조를 갖는 것이 발광 효율이 높기 때문에 바람직하며, 나아가서는 헤테로 구조를 양자 우물 구조로 한 것이 발광 효율이 더욱 높기 때문에 보다 바람직하다. 기판으로는, 사파이어, 스피넬, SiC, Si, ZnO, GaAs, GaN 등의 재료가 바람직하게 이용되고, 특히, 사파이어, ZnO, GaN 등이 바람직하게 이용된다.
반도체 발광 소자의 형상이나 크기는 특별히 한정되지 않지만, 구동 전류의 유통 방향에 수직인 면이, 한 변이 통상 100㎛ 이상, 바람직하게는 200㎛ 이상의 사각형인 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, EPISTAR 사 제조 「ES-CEBL912」, Cree 사 제조 「C460MB」등을 이용할 수 있다.
또, 반도체 발광 소자는 1 개를 단독으로 이용해도 되고, 2 개 이상의 반도체 발광 소자를 병용해도 된다. 또한, 반도체 발광 소자는 1 종류만으로 이용해도 되고, 2 종류 이상의 것을 병용해도 된다.
광원의 구동 전류 밀도는, 구동 전류의 유통 방향에 수직인 면의 단위 면적당 구동 전류로, 광원에 유통시키는 구동 전류의 값을 구동 전류의 유통 방향에 수직인 면의 면적에서 뺌으로써 구할 수 있다. 2 개 이상의 반도체 발광 소자를 병렬로 접속하여 이용하는 경우에는, 광원에 유통시키는 구동 전류의 값을 구동 전류의 유통 방향에 수직인 면의 면적의 합에서 뺌으로써 구할 수 있다.
또, 광원은 필요에 따라, 히트싱크를 형성하는, 패키지를 연구하는 등에 의해 열을 효율적으로 빼낼 수 있는 구조로 할 수 있다.
[I-3-2. 제 1 발광 장치의 파장 변환 재료]
본 발명의 제 1 발광 장치에 이용하는 파장 변환 재료는, 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여, 흡수된 광과는 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 파장 변환 재료를 임의의 이용할 수 있다. 어떠한 파장 변환 재료를 사용할지는, 제 1 발광 장치의 용도 등에 따라 임의이다. 단, 통상적으로는 이하에 설명하는 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물을 파장 변환 재료로서 사용한다.
본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은, 적어도 2 종류 이상의 형광체를 함유하는 형광체 혼합물로서, 그 형광체 혼합물을, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색 광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(25), 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고, 125℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(125), 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 했을 때, 하기 식 (A), (B) 및 (C) 를 만족하는 형광체 혼합물이다.
0.85 ≤ BR(125) / BR(25) ≤ 1.15 (A)
-0.03 ≤ x2(25) - x2(125) ≤ 0.03 (B)
-0.03 ≤ y2(25) - y2(125) ≤ 0.03 (C)
즉, 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도 [BR(25)] 에 대한, 125℃ 에서 그 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도 [BR(125)] 의 비율 [BR(125) / BR(25)] 은 상기 식 (A) 를 만족한다. 이 비율이 0.85 미만인 경우나 1.15 보다 큰 경우에는, 그러한 형광체 혼합물을 이용한 백색 발광 장치 등에서, 그것으로부터 얻어지는 광량을 변화시키기 위해서 청색 LED 에 흘리는 전류값을 증감하면, 얻어지는 발광색이 크게 변화하여 안정적인 발광색을 얻을 수 없을 우려가 있다.
이것은, 청색 LED 에 흘리는 전류량을 증감시켜 청색광의 광량을 증감시킨 경우에, 청색 LED 로부터 발생하는 발열량의 증감에 의해, 청색 LED 의 근방에 놓여지는 형광체의 온도가 상하 변화하여, 형광체로부터의 형광 강도가, 청색 LED 의 광량에서 기대되는 형광 강도로부터 크게 어긋나 버리기 때문이다. 즉, 백색 발광 장치의 광량의 증감을 도모하고자 청색 LED 에 통전하는 전류량을 증감하면, 청색 LED 로부터의 발광 강도와 형광체로부터의 형광 강도의 혼색 밸런스가 무너져, 얻어지는 백색 발광 장치의 발광색이 크게 변화되어 버리는 것이다.
따라서, 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은 그 휘도의 비율 [BR(125) / BR(25)] 이 통상 0.85 이상, 바람직하게는 0.9 이상, 또, 통상 1.15 이하, 바람직하게는 1.1 이하, 보다 바람직하게는 1.05 이하이다. 이러한 휘도의 비율을 얻기 위해서는, 형광체 혼합물을 구성하는 형광체로는, 형광체의 온도 상승에 수반하여 형광 강도가 저하되는 이른바 온도 소광 현상의 정도가 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고, 125℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 했을 때, 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 는, 식 (B) 로 표시되는 -0.03 ≤ x2(25) - x2(125) ≤ 0.03, 및, 식 (C) 으로 표시되는 -0.03 ≤ y2(25) - y2(125) ≤ 0.03 을 각각 만족한다. 이 색도 좌표값 x 또는 색도 좌표값 y 의 차가 -0.03 미만인 경우나 0.03 보다 큰 경우에는, 이 형광체 혼합물을 사용한 백색 발광 장치의 광량 증감에 수반하여 현저한 색 어긋남을 일으킬 우려가 있다.
이 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 는, 형광체 혼합물 중에 함유되는 2 종류 이상의 형광체 각각의 온도 소광의 정도가 크게 상이함으로써 야기된다. 즉, 발광색이 상이한 2 종류 이상의 형광체를 함유하는 혼합물에 있어서, 형광체의 온도 소광의 정도가 상이한 경우, 예를 들어, 온도 상승에 수반하는 형광 강도의 저하가 하나의 형광체는 작고, 또 하나의 형광체는 크다고 하면, 그들의 상이한 발광 강도를 더한 경우에는, 온도 상승에 수반하여 발광색이 변화하여 상이해진다.
따라서, 형광체 혼합물의 온도 변화에 수반하는 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 는 각각 작을수록, 즉 제로에 가까울수록 바람직하고, 통상적으로는 -0.03 이상, 바람직하게는 -0.02 이상, 보다 바람직하게는 -0.015 이상, 또, 통상 0.03 이하, 바람직하게는 0.02 이하, 보다 바람직하게는 0.015 이하이다.
이러한 온도 변화에 수반하는 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 의 차가 작은 형광체 혼합물을 얻기 위해서는, 혼합물을 구성하는 형광색이 상이한 복수의 형광체는, 그 온도 소광에 의한 형광 강도의 변화율이 거의 일치하고 있는 것이 바람직하다. 온도 소광에 의한 형광 강도의 변화율이 거의 동일한 형광체를 조합했을 때에는, 각 형광체의 형광 강도를 더하여 얻어지는 백색 등의 혼합색이 온도 변화에 관계없이 거의 동일해져, 발광 장치의 광량 변화에 수반하는 온도 변화에 의한 발광색의 어긋남을 적게 하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 1 발광 장치의 설명에 있어서, 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 형광체 혼합물을 여기하여 얻어지는 휘도와 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 를 측정할 때에는, 펠티에 소자에 의한 냉각 기구와 히터에 의한 가열 기구를 구비하고, 감도 보정이나 파장 보정을 실시한 정밀도가 높은 더블 모노크로메이터를 장비한 형광 분광 광도계를 사용한다. 그리고, 냉각·가열 기구에 의해 제어하여, 미리 25℃ 또는 125℃ 에서 형광체의 표면 온도가 일정해지는 것을 방사 온도계에 의해 확인할 수 있을 때까지 충분한 시간을 유지한 후에, 휘도와 색도 좌표값을 측정한다. 또, 여기광인 청색광의 영향을 최소한으로 억제하기 위해서, 여기광의 반값폭을 20㎚ 이하로 좁힘과 함께, 470㎚ 미만의 형광 스펙트럼을 사용하지 않고, 470㎚ 이상의 형광 스펙트럼만을 사용하여, JIS Z 8724 에서 정하는 3 자극값을 이용하여 휘도 Y 와 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 를 산출한다.
[I-3-2-1. 녹색계 형광체]
색 어긋남이 적은 발광 장치 중에서도 특히 연색성이 높은 발광 장치를 얻기 위해서는, 본 발명의 제 1 발광 장치에 이용하는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료는, 500㎚ ∼ 550㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형광체의 적어도 1 종을 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형광체를 사용함으로써, 청록색, 녹색, 황녹색 등의 녹색역 에 대한 색재현성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있고, 나아가서는 이 발광 장치를 이용함으로써 그 녹색역에서의 색재현성이 우수한 디스플레이용 백 라이트, 화상 표시 장치 (디스플레이) 나 조명 장치를 얻는 것이 가능해진다. 녹색 형광체의 형광 강도의 피크값이 500㎚ 보다 단파장인 경우나 550㎚ 보다 장파장인 경우에는, 청색 LED 와 조합하여 사용할 때에 녹색역의 색재현성이 낮아져 바람직하지 않다.
본 발명에 관련되는 파장 변환 재료가 함유할 수 있는 적어도 1 종의 500㎚ ∼ 550㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형광체로는, 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료로 한 경우에, 바람직하게는 상기 식 (A) ∼ (C) 를 만족하는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 산화물, 질화물, 산질화물이 열안정성이 좋기 때문에 바람직하다. 예를 들어, MSi2N2O2 : Eu, M-Si-Al-O-N : Ce, M-Si-Al-O-N : Eu (단 M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속을 나타낸다), 바람직하게는 SrSi2N2O2 : Eu, Ca-Si-Al-O-N : Ce, Ca-Si-Al-O-N : Eu 등을 들 수 있다. 또, 다른 예로는 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에, 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체가, 휘도가 높고, 녹색역에서의 형광 강도가 높으며, 온도 소광이 작기 때문에 바람직하다.
M1 aM2 bM3 cOd (1)
여기서, M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
2.7 ≤ a ≤ 3.3
1.8 ≤ b ≤ 2.2
2.7 ≤ c ≤ 3.3
11.0 ≤ d ≤ 13.0
M4 eM5 fOg (2)
여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
0.9 ≤ e ≤ 1.1
1.8 ≤ f ≤ 2.2
3.6 ≤ g ≤ 4.4
이하, 일반식 (1) 에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용되는 바람직한 녹색 형광체는, 하기 일반식 (1) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 것으로, 식 중 M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타낸다.
M1 aM2 bM3 cOd (1)
상기 일반식 (1) 에 있어서의 M1 은 2 가의 금속 원소를 나타내지만, 발광 효율 등의 면에서, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Mg, Ca, 및 Zn 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어 도 1 종인 것이 더욱 바람직하며, Ca 가 특히 바람직하다. 이 경우, Ca 는 단독계이어도 되고, Mg 와의 복합계이어도 된다. M1 은 기본적으로는, 여기에 예시된 바람직하다고 여겨지는 원소에서 선택되는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서, 다른 2 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또, 일반식 (1) 에 있어서의 M2 는 3 가의 금속 원소이지만, 상기와 마찬가지로 발광 효율 등의 면에서, Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Al, Sc, Y, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 더욱 바람직하며, Sc 가 특히 바람직하다. 이 경우, Sc 는 단독계이어도 되고, Y 또는 Lu 와의 복합계이어도 된다. M2 는 기본적으로는, 여기에 예시된 바람직하다고 여겨지는 원소에서 선택되는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서, 다른 3 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
일반식 (1) 에 있어서의 M3 은 4 가의 금속 원소이지만, 발광 효율 등의 면에서, 적어도 Si 를 함유하는 것이 바람직하고, 통상, M3 으로 표시되는 4 가의 금속 원소의 50 몰％ 이상이 Si 이며, 바람직하게는 70 몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 80 몰％ 이상, 특히 90 몰％ 이상이 Si 인 것이 바람직하다. M3 의 Si 이외의 4 가의 금속 원소로는, Ti, Ge, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Ti, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 보다 바람직하며, Sn 인 것이 특히 바람직하다. 특히, M3 이 Si 인 것이 바람직하다. M3 은 기본적으로는, 여기에 예시된 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서, 다른 4 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또한, 여기서, 성능을 저해하지 않는 범위에서 함유한다는 것은, 상기 M1, M2 및 M3 각각의 금속 원소에 대하여, 타원소를 통상 10 몰％ 이하, 바람직하게는 5 몰％ 이하, 보다 바람직하게는 1 몰％ 이하로 함유하는 것을 말한다.
상기 일반식 (1) 에 있어서, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
2.7 ≤ a ≤ 3.3
1.8 ≤ b ≤ 2.2
2.7 ≤ c ≤ 3.3
11.0 ≤ d ≤ 13.0
본 발명에 바람직하게 이용되는 녹색 형광체는, 상기 일반식 (1) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온 원소로서 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 중심 이온 원소가 M1, M2, M3 의 어느 하나의 금속 원소의 결정 격자의 위치로 치환되거나, 또는, 결정 격자 사이의 간극에 배치되는 등에 의해, a ∼ d 의 값은 상기 범위 중에서 변동되지만, 본 형광체의 결정 구조는 가닛 결정 구조로서, a = 3, b = 2, c = 3, d = 12 의 체심입방격자의 결정 구조를 취하는 것이 일반적이다.
또, 이 결정 구조의 화합물 모체 내에 함유되는 발광 중심 이온 원소로는, 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 특성의 미세 조정을 위해서 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 가 ∼ 4 가의 원소를 함유시키는 것도 가능하다. 특히, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 가 ∼ 4 가의 원소를 함유시키는 것이 가능하고, 2 가의 Mn, 2 가 ∼ 3 가의 Eu, 3 가의 Tb, 또는 3 가의 Pr 을 바람직하게 함유시킬 수 있다.
발광 중심 이온 (부활제 또는 활성제) 으로서의 Ce 의 첨가량은 적절히 조절하는 것이 바람직하다. Ce 첨가량이 지나치게 작으면 발광되는 이온이 지나치게 적어 발광 강도가 낮고, 지나치게 크면 농도 소광이 커져 발광 강도가 내려간다. 발광 강도의 관점에서, Ce 의 농도는 상기 일반식 (1) 로 표시되는 모체 결정 1 몰에 대하여 몰비로 0.0001 이상, 0.3 이하의 범위가 바람직하고, 0.001 이상, 0.1 이하의 범위가 보다 바람직하며, 0.005 이상, 0.05 이하의 범위가 더욱 바람직하다.
또한, 일반식 (1) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체는, 통상 420㎚ ∼ 480㎚ 의 광으로 여기된다. 발광 스펙트럼은 500㎚ ∼ 550㎚ 에 피크를 갖고, 450㎚ ∼ 650㎚ 의 파장 성분을 갖는다.
다음으로, 일반식 (2) 에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 녹색 형광체는, 하기 일반식 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 것으로, 여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타낸다.
M4 eM5 fOg (2)
또, 상기 일반식 (2) 에 있어서의 M4 는 2 가의 금속 원소이지만, 발광 효율 등의 면에서, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Mg, Sr,Ca, 및 Zn 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 더욱 바람직하고, Sr 또는 Ca 가 보다 바람직하며, Ca 가 특히 바람직하다. 이 경우, Ca 는 단독계이어도 되고, Mg 와의 복합계이어도 된다. M4 는 기본적으로는 여기에 예시된 바람직하다고 여겨지는 원소에서 선택되는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서, 다른 2 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또, 일반식 (2) 에 있어서의 M5 는 3 가의 금속 원소이지만, 발광 효율 등의 면에서, Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Al, Sc, Y, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 더욱 바람직하고, Sc 가 특히 바람직하다. 이 경우, Sc 는 단독계이어도 되고, Y 또는 Lu 와의 복합계이어도 된다. M5 는 기본적으로는, 여기에 예시된 바람직하다고 여겨지는 원소에서 선택되는 것이 바람직하지만, 성능 을 저해하지 않는 범위에서, 다른 3 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또한, 여기서, 성능을 저해하지 않는 범위에서 함유한다는 것은, 상기 M4, M5 각각의 금속 원소에 대하여, 타원소를 통상 10 몰％ 이하, 바람직하게는 5 몰％ 이하, 보다 바람직하게는 1 몰％ 이하로 함유하는 것을 말한다.
상기 일반식 (2) 에 있어서, e, f, g 로 표시되는 원소비는, 각각 하기 범위의 수인 것이 발광 특성의 면에서 바람직하다.
0.9 ≤ e ≤ 1.1
1.8 ≤ f ≤ 2.2
3.6 ≤ g ≤ 4.4
본 발명에 바람직하게 이용되는 녹색 형광체는, 상기 일반식 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온 원소로서 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 중심 이온 원소가 M4, M5 의 어느 하나의 금속 원소의 결정 격자의 위치에 치환되거나, 또는, 결정 격자 사이의 간극에 배치되는 등에 의해, e ∼ g 의 값은 상기 범위 중에서 변동되지만, e = 1, f = 2, g = 4 인 것이 바람직하다.
또, 이 결정 구조의 화합물 모체 내에 함유되는 발광 중심 이온 원소로는, 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 특성의 미세 조정을 위해서 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 가 ∼ 4 가의 원소를 함유시키는 것도 가능하고, 특히, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 가 ∼ 4 가의 원소를 함유시키는 것이 가능하며, 2 가의 Mn, 2 가 ∼ 3 가의 Eu, 3 가의 Tb, 또는 3 가의 Pr 를 바람직하게 첨가할 수 있다.
발광 중심 이온 (부활제 또는 활성제) 으로서의 Ce 의 첨가량은 적절히 조절하는 것이 바람직하다. Ce 첨가량이 지나치게 작으면 발광되는 이온이 지나치게 적어 발광 강도가 낮고, 지나치게 크면 농도 소광이 커져 발광 강도가 내려간다. 발광 강도의 관점에서, Ce 의 농도는 상기 일반식 (2) 로 표시되는 모체 결정 1 몰에 대하여 몰비로 0.0001 이상, 0.3 이하의 범위가 바람직하고, 0.001 이상, 0.1 이하의 범위가 보다 바람직하며, 0.005 이상, 0.05 이하의 범위가 더욱 바람직하다.
일반식 (1) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체 중에서는, 특히 Ca3Sc2Si3O12 : Ce, Mg 를 첨가한 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 가 바람직하다.
이들 중에서도, Mg 를 첨가한 것이 바람직하고, 특히 Mg 의 농도가 모체 결정 1 몰에 대하여 0.001 이상, 바람직하게는 0.01 이상, 또, 0.5 이하, 바람직하게는 0.3 이하인 것이 바람직하다. 이러한 형광체로는, 예를 들어, Ca2.97Ce0.03Sc1.97Mg0.03Si3O12, Ca2 .97Ce0 .03Sc1 .94Mg0 .06Si3O12, Ca2 .94Ce0 .03Sc1 .94Mg0 .06Si3O12, Ca2.94Ce0.06Sc1.97Mg0.03Si3O12, Ca2 .94Ce0 .06Sc1 .94Mg0 .06Si3O12, Ca2 .94Ce0 .06Sc1 .9Mg0 .1Si3O12, Ca2.9Ce0.1Sc1.97Mg0.03Si3O12, Ca2 .9Ce0 .1Sc1 .94Mg0 .06Si3O12 등을 들 수 있다.
또, 일반식 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체 중에서는, 특히 Ce0 .01Ca0 .99Sc2O4, Ce0 .007Ca0 .993Sc2O4, Ce0.013Ca0.987Sc2O4 가 바람직하다. Ca 의 일부를 Sr 로 치환한 Ce0.01Ca0.94Sr0.05Sc2O4, Ce0 .01Ca0 .89Sr0 .1Sc2O4, Ce0 .01Ca0 .84Sr0 .15Sc2O4 도 바람직한 형광체의 예이다. 또, Sr 를 증가시킴으로써 녹색의 색순도를 향상시킬 수 있기 때문에 화상 표시 장치로서 사용하는 경우에 바람직하다.
이들 형광체는 발광 피크 파장이 비교적 장파장이고, 또 휘도가 높기 때문에 바람직하다.
또한, 이들 형광체는 1 종류를 단독으로 이용해도 되고, 2 종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
[I-3-2-2. 적색계 형광체]
본 발명의 제 1 발광 장치에 있어서, 색 어긋남이 적은 발광 장치 중에서도 특히 연색성이 높은 발광 장치를 얻기 위해서는, 발광 장치에 이용하는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료가, 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체를 적어도 1 종 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체를 사용함으로써, 등색, 적색, 심적색 등의 적색역에 대한 색재현성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있고, 나아가서는 이 발광 장치를 이용함으로써 그 적색역에서의 색재현성이 우수한 디스플레이용 백 라이트, 화상 표시 장치 (디스플레이) 나 조명 장치를 얻는 것이 가능해진다. 형광 강도의 피크값이 610㎚ 보다 단파장인 경우에는, 청색 LED 와 조합하 여 사용할 때에 적색역의 색재현성이 낮아지고, 680㎚ 보다 장파장인 경우에는 연색성은 높아지지만, 휘도가 낮아지는 경향이 있다.
본 발명에 관련되는 파장 변환 재료를 함유할 수 있는 적어도 1 종의 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체로는, 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료로 했을 때에, 바람직하게는 상기 식 (A) ∼ (C) 를 만족하는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 산화물, 질화물, 산질화물이, 열안정성이 좋기 때문에 바람직하다. 예를 들어, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu, (단, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속을 나타낸다), 바람직하게는 BaSi7N10 : Eu, (Ca,Ba,Sr)2Si5N8 : Eu 등을 들 수 있다. 또, 다른 예로는, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로서, 그 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료는 이 형광체를 함유함으로써 휘도가 높고, 적색역에서의 형광 강도가 높으며, 온도 소광이 작기 때문에 바람직하다.
MaAbDcEdXe … 식 (3)
상기 일반식 (3) 에 있어서, M 은, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소로서, A 는, M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, D 는, 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, E 는, 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, X 는, O, N, F 로 이루 어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시한다.
또, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
0.00001 ≤ a ≤ 0.1
a + b = 1
0.5 ≤ c ≤ 4
0.5 ≤ d ≤ 8
0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d)
상기 일반식 (3) 에 있어서, M 은, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도, Mn, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy, Er, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, 적어도 Eu 를 함유하는 것인 것이 더욱 바람직하다.
또, 상기 일반식 (3) 에 있어서, A 는, M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도, Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Ca 인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (3) 에 있어서, D 는, 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바 람직하고, Si 인 것이 더욱 바람직하다.
또, 상기 일반식 (3) 에 있어서, E 는, 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도, B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Al 인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (3) 에 있어서, X 는, O, N, 및 F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도, N, 또는 N 과 O 로 이루어지는 것이 바람직하다. X 가 N 과 O 로 이루어지는 경우, 형광체 중의 O 와 (O + N) 의 비가 0 ＜ ｛(O 의 원자수) / (O 의 원자수 + N 의 원자수)｝ ≤ 0.5 가 바람직하다. 이 값이, 이 범위를 초과하여 지나치게 크면 발광 강도가 낮아질 우려가 있다. 발광 강도의 관점에서는, 이 값은 0.3 이하가 보다 바람직하고, 0.1 이하가 발광 파장 640㎚ ∼ 660㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 색순도가 좋은 적색 형광체가 되기 때문에 더욱 바람직하다. 또, 이 값을 0.1 ∼ 0.3 으로 함으로써 발광 피크 파장을 600㎚ ∼ 640㎚ 로 조정할 수 있어, 인간의 시감도가 높은 파장역에 가까워지기 때문에 휘도가 높은 발광 장치가 얻어지기 때문에, 다른 관점에서 바람직하다.
또, 상기 일반식 (3) 에 있어서, A 는 발광 중심이 되는 원소 M 의 함유량을 표시하고, 형광체 내의 M 과 (M + A) 의 원자수의 비 a｛단, a = (M 의 원자수) / (M 의 원자수 + A 의 원자수)｝가 0.00001 이상 0.1 이하가 되도록 하는 것이 좋다. a 값이 0.00001 보다 작으면 발광 중심이 되는 M 의 수가 적기 때문에 발 광 휘도가 저하될 우려가 있다. a 값이 0.1 보다 크면 M 이온간의 간섭에 의해 농도 소광을 일으켜 휘도가 저하될 우려가 있다. 그 중에서도, M 이 Eu 인 경우에는 발광 휘도가 높아지는 점에서, a 값이 0.002 이상 0.03 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (3) 에 있어서, c 는 Si 등의 D 원소의 함유량이며, 0.5 ≤ c ≤ 4 로 나타내어지는 양이다. 바람직하게는 0.5 ≤ c ≤ 1.8, 더욱 바람직하게는 c = 1 이 좋다. c 가 0.5 보다 작은 경우 및 4 보다 큰 경우에는, 발광 휘도가 저하될 우려가 있다. 또, 0.5 ≤ c ≤ 1.8 의 범위는 발광 휘도가 높고, 그 중에서도 c = 1 이 특히 발광 휘도가 높다.
또한, 상기 일반식 (3) 에 있어서, D 는 Al 등의 E 원소의 함유량이며, 0.5 ≤ d ≤ 8 로 나타내어지는 양이다. 바람직하게는, 0.5 ≤ d ≤ 1.8, 더욱 바람직하게는 d = 1 이 좋다. d 값이 0.5 보다 작은 경우 및 8 보다 큰 경우에는 발광 휘도가 저하될 우려가 있다. 또, 0.5 ≤ d ≤ 1.8 의 범위에는 발광 휘도가 높고, 그 중에서도 d = 1 이 특히 발광 휘도가 높다.
또한, 상기 일반식 (3) 에 있어서, e 는 N 등의 X 원소의 함유량이며, 0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) 이상 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) 이하로 나타내어지는 양이다. 더욱 바람직하게는 e = 3 이 좋다. e 의 값이 상기 범위 밖이 되면, 발광 휘도가 저하될 우려가 있다.
이상의 조성 중에서, 발광 휘도가 높고 바람직한 조성은, 적어도 M 원소에 Eu 를 함유하고, A 원소에 Ca 를 함유하고, D 원소에 Si 를 함유하고, E 원소에 Al 를 함유하며, X 원소에 N 을 함유하는 것이다. 그 중에서도, M 원소가 Eu 이고, A 원소가 Ca 이고, D 원소가 Si 이고, E 원소가 Al 이고, X 원소가 N 또는 N 과 O 의 혼합물인 무기 화합물이 바람직하다.
이 형광체는 적어도 580㎚ 이하의 광으로 여기되고, 특히 400㎚ ∼ 550㎚ 에서 가장 효율이 좋다. 발광 스펙트럼은 580㎚ ∼ 720㎚ 에 피크를 갖는다.
또, 적색계 형광체로는 최밀 충전 구조에 가까운 결정인 것이, 열안정성이 좋기 때문에 바람직하다. 또한 적색계 형광체에 함유되는 질소 원자로서 3 배위의 질소 원자를 함유하는 것이, 열안정성이 좋기 때문에 바람직하다. 적색계 형광체에 함유되는 질소 원자 중, 3 배위의 질소 원자의 함유량이 20％ 이상, 바람직하게는 40％ 이상, 특히 60％ 이상인 것이 바람직하다. 여기서, M2Si5N8 : Eu (단, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속을 나타낸다) 는 3 배위의 질소 원자의 함유량이 50％ 이며, 상기 식 (3) 으로 표시되는 형광체, 예를 들어 : (Ca,Sr)AlSiN3 : Eu 는 3 배위의 질소 원자의 함유량이 66％ 이다.
또한, 이들 형광체는 1 종류를 단독으로 이용해도 되고, 2 종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
상기 형광체의 입경은 통상 150㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 상회하면, 백색 발광 장치로 한 경우에 발광색의 편차가 커짐과 함께, 형광체와 바인더 (봉지제) 를 혼합한 경우에는 형광체를 균일하게 분산시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, 입경의 하한은 통상 1㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 하회하면, 발광 효율이 저하될 우려가 있다. 또, 형광체의 입도 분포는 비교적 좁은 것이 바람직하다.
또한, 녹색계 형광체와 적색계 형광체의 발광 효율의 밸런스나, 적색계 형광체가 어느 정도 녹색계 형광체로부터의 발광을 흡수하는가에 따라서도 다르지만, 상기 녹색계 형광체와 상기 적색계 형광체를 혼합하여 이용하는 경우에는, 녹색계 형광체와 적색계 형광체의 합계 중량에 대하여, 녹색계 형광체를 중량 백분율로, 통상 65％ 이상, 바람직하게는 70％ 이상, 보다 바람직하게는 80％ 이상, 특히 바람직하게는 85％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 녹색계 형광체의 중량 백분율이 이 범위보다 작은 경우에는, 고휘도로 연색성이 높고 바람직한 백색을 나타내는 백색 발광 장치를 얻을 수 없고, 적색이 강한 백색 발광 장치가 될 우려가 있다. 또, 백색 발광 장치로 하기 위해서는, 녹색계 형광체의 중량 백분율은, 통상 99％ 이하, 바람직하게는 98％ 이하, 보다 바람직하게는 97％ 이하이다.
또, 반도체 발광 소자로부터의 발광 파장에 있어서의 적색계 형광체의 흡수 효율이, 녹색계 형광체의 발광 피크 파장에 있어서의 적색계 형광체의 흡수 효율보다 큰 것이 바람직하고, 이 경우에는, 반도체 발광 소자로부터의 발광이 적색계 형광체에 흡수되어 적색계 형광체가 여기되어 발광될 확률이, 녹색계 형광체로부터의 발광이 적색계 형광체에 흡수되어 적색계 형광체가 여기되어 발광될 확률보다 높아져, 발광 효율이 보다 높은 발광 소자를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
[I-3-2-3. 형광체의 발광 효율]
본 발명에 관련되는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료를 구성하는 형광체는, 그 발광 효율이 20％ 이상인 것이 바람직하고, 30％ 이상이 보다 바람직하고, 40％ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 발광 효율은 높을수록 좋다. 형광체의 발광 효율이 20％ 보다 낮으면 휘도가 높은 발광 장치가 얻어지지 않는다. 또한, 발광 효율은 형광체에 조사된 광의 양자수에 대한 형광체로부터 발해지는 광의 양자수로서 정의한다.
이하에, 본 발명의 제 1 발광 장치에 있어서 정의되는 형광체의 발광 효율을, 양자 흡수 효율 αq 와 내부 양자 효율 ηi 의 곱에 의해 구하는 방법을 설명한다.
먼저, 측정 대상이 되는 형광체 샘플 (예를 들어, 분말 형상 등) 을, 측정 정밀도가 유지되도록 충분히 표면을 평활하게 하여 셀에 채워 넣고, 적분구 등의 집광 장치에 부착한다. 적분구 등의 집광 장치를 이용하는 것은, 샘플에서 반사된 포톤 및 샘플로부터 포토루미네선스로 방출된 포톤을 모두 계상할 수 있도록, 즉, 계상되지 않고 측정계 밖으로 날아가 버리는 포톤을 없애기 위해서이다.
이 적분구 등에 형광체를 여기하는 발광원을 부착한다. 이 발광원은 예를 들어 Xe 램프 등이며, 발광 피크 파장이 예를 들어 455㎚ 가 되도록 필터나 모노크로메이터 등을 이용하여 조정이 이루어진다. 이 455㎚ 의 파장 피크를 갖도록 조정된 발광원으로부터의 광을, 측정하고자 하는 샘플에 조사하여, 그 발광 스펙트럼을 분광 측정 장치, 예를 들어 오오츠카 전자 주식회사 제조 MCPD2000 등을 이용하여 측정한다. 이 측정 스펙트럼에는, 실제로는 여기 발광 광원으로부 터의 광 (이하에서는 간단히 여기광이라고 기입한다) 에서 포토루미네선스에 의해 샘플로부터 방출된 포톤 이외에, 샘플에서 반사된 여기광분의 포톤의 기여가 중첩되어 있다.
흡수 효율 αq 는 샘플에 의해 흡수된 여기광의 포톤수 Nabs 를 여기광의 전체 포톤수 N 으로 나눈 값이다.
먼저, 후자의 여기광의 전체 포톤수 N 을, 다음과 같이 하여 구한다. 즉, 여기광에 대하여 거의 100％ 의 반사율 R 을 갖는 물질, 예를 들어 Labsphere 제조 「Spectralon」 (450㎚ 의 여기광에 대하여 98％ 의 반사율을 갖는다) 등의 반사판을, 측정 대상으로서 그 분광 광도계에 부착하여, 반사 스펙트럼 Iref(λ) 를 측정한다. 여기서 이 반사 스펙트럼 Iref(λ) 로부터 하기 (식I) 로 구해진 수치는 N 에 비례한다.
Figure 112007074674526-pct00001
여기서, 적분 구간은 실질적으로 Iref(λ) 가 유의한 값을 갖는 구간에서만 실시된 것이면 된다.
전자의 샘플에 의해 흡수된 여기광의 포톤수 Nabs 는 하기 (식Ⅱ) 로 구해지는 양에 비례한다.
Figure 112007074674526-pct00002
여기서, I(λ) 는 흡수 효율 αq 를 구하고자 하는 대상 샘플을 부착하였을 때의 반사 스펙트럼이다. (식Ⅱ) 의 적분 범위는 (식I) 에서 정한 적분 범위와 동일하게 한다. 이와 같이 적분 범위를 한정함으로써, (식Ⅱ) 의 제 2 항은 대상 샘플이 여기광을 반사함으로써 발생한 포톤수에 대응된 것, 즉, 대상 샘플로부터 발생하는 전체 포톤 중 여기광에 의한 루미네선스에서 발생한 포톤을 뺀 것에 대응된 것이 된다. 실제의 스펙트럼 측정값은, 일반적으로는 λ 에 관한 어느 유한의 밴드폭에 의해 구분된 디지털 데이터로서 얻어지기 때문에, (식I) 및 (식Ⅱ) 의 적분은, 그 밴드폭에 기초한 유한합에 의해 구해진다.
이상으로부터,αq = Nabs / N = (식Ⅱ) / (식I) 로 구해진다.
다음으로, 내부 양자 효율 ηi 를 구하는 방법을 설명한다. ηi 는, 포토루미네선스에 의해 발생한 포톤의 수 NPL 을 샘플이 흡수한 포톤의 수 Nabs 로 나눈 값이다.
여기서, NPL 은 하기 (식Ⅲ) 으로 구해지는 양에 비례한다.
Figure 112007074674526-pct00003
이 때, 적분 구간은 샘플로부터 포토루미네선스에 의해 발생한 포톤이 갖는 파장역으로 한정한다. 샘플로부터 반사된 포톤의 기여를 I(λ) 로부터 빼기 위 해서이다. 구체적으로 (식Ⅲ) 의 적분의 하한은, (식I) 의 적분의 상단을 취하고, 포토루미네선스 유래의 스펙트럼을 함유하는데 바람직한 범위를 상단으로 한다.
이상에 의해, ηi = (식Ⅲ) / (식Ⅱ) 로 구해진다.
또한, 디지털 데이터가 된 스펙트럼으로부터 적분을 실시하는 것에 관해서는, αq 를 구한 경우와 동일하다.
그리고, 상기와 같이 하여 구한 양자 흡수 효율 αq 와 내부 양자 효율 ηi 를 곱함으로써, 본 발명에서 정의되는 발광 효율을 구한다.
본 발명에서 이용되는 형광체는 일반적인 고상 반응법에 따라 합성할 수 있다. 예를 들어, 형광체를 구성하는 금속 원소원이 되는 원료 화합물을, 건식법 또는 습식법에 따라, 분쇄·혼합하여 분쇄 혼합물을 조제하고, 얻어진 분쇄 혼합물을 가열 처리하여 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
또, 질화물 또는 산질화물 형광체의 경우에는, 예를 들어, 형광체를 구성하는 금속 원소를 적어도 2 종류 이상 함유하는 합금, 바람직하게는 형광체를 구성 하는 금속 원소를 모두 함유하는 합금을 제작하여, 얻어진 합금을 질소 함유 분위기 중, 가압 하에서 가열 처리함으로써 제조할 수 있다. 추가로, 예를 들어, 형광체를 구성하는 금속 원소의 일부를 함유하는 합금을 제조하여, 얻어진 합금을 질소 함유 분위기 중, 가압 하에서 가열 처리한 후, 추가로 형광체를 구성하는 나머지의 금속 원소원이 되는 원료 화합물과 혼합, 가열 처리함으로써 제조할 수도 있다. 이와 같이 합금을 거쳐 제조된 형광체는 불순물이 적고, 휘도가 높은 형 광체가 된다.
[Ⅱ. 제 2 발광 장치에 관한 설명]
이하에 본 발명의 제 2 발광 장치의 실시형태를 상세하게 설명하지만, 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은 본 발명의 제 2 발광 장치의 실시형태의 일례 (대표예) 로서, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 한, 이들 내용에 한정되지는 않는다.
본 발명의 제 2 발광 장치는 광원과, 그 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종의 파장 변환 재료 (통상적으로는 형광체) 를 구비하는 발광 장치로서, 그 발광 장치의 효율이 32㏐/W 이상이고, 평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상이며, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때, 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 의 어긋남량, [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 이 하기 식 (F) 및 (G) 를 만족하는 것이다.
-0.01 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.01 (F)
-0.01 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.01 (G)
여기서 발광 장치의 효율은 JIS Z 8113 「조명 용어」에어서 정의되어 있는 것으로서, 광원이 발하는 전체 광속을, 그 광원의 소비 전력에서 뺀 값으로, 단위 는「lm/W」이다. 본 발명에 있어서, 그 구체적인 측정 방법은 JIS Z 8724 「색의 측정 방법-광원색」에 준하였다.
종래, 발광 효율이 30㏐/W 이하인 발광 장치는 알려져 있었지만, 조명 용도 등 대전력을 소비하는 경우에는 발열량의 경감을 위해, 발광 효율이 높은 것이 요망되고 있다. 본 발명자들은 예의 검토를 거듭하여 32㏐/W 이상의 종래에 없는 고효율의 발광 장치를 실현하였다.
본 발명의 제 2 발광 장치에 있어서, 평균 연색 평가수 Ra 및 특수 연색 평가수 R9 는 JIS Z 8726 「광원의 연색성 평가 방법」에 준하여 측정하였다. 연색 평가수는 JIS Z 9112 「형광 램프의 광원색 및 연색성에 의한 구분」에 의하면, 보통형, 고연색형으로 구분된다. 본 발명의 제 2 발광 장치는 적어도 평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상이고, 재료나, 발광 장치의 구조를 선택하면, 특수 연색 평가수 R9 에 있어서 온백색 연색 AA 의 최저값 64 이상, 나아가서는, 주광색 연색 AAA 의 요구값 88 을 만족하는 것도 가능하다.
본 발명의 제 2 발광 장치에 사용하는 광원은, 구동 전류를 유통시키면 발광되는 것이면 특별히 제한되지 않고, 제 1 발광 장치에 사용하는 광원과 동일한 것을 사용할 수 있다.
여기까지, In 첨가 GaN 계 청색 LED 와, Ce 부활 이트륨 알루미늄 가닛계 황색 형광체를 조합한 백색 발광 장치가 널리 사용되어 왔지만, 상기 서술한 바와 같은 연색성이 낮다는 결점을 갖는다. 이 과제를 해결하기 위해, 다음의 <1> ∼ <3> 의 방식으로 광원과 적어도 1 종 이상의 형광체와 병용함으로써, 원하는 색을 발하는 발광 장치를 구성하는 것이 제안되어 있다.
<1> 파장 330㎚ ∼ 420㎚ 의 자외 LED 발광 장치와 이 파장으로 여기되어 420㎚ 이상 480㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 형광을 발하는 청색 형광체와, 500㎚ 이상 550㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 형광을 발하는 녹색 형광체와, 550㎚ 이상 700㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 적색 형광체의 조합. 이 구성에서는, LED 가 발하는 자외선이 형광체에 조사되면, 빨강, 초록, 파랑의 3 색의 광이 발해지고, 이것의 혼합에 의해 백색의 발광 장치가 된다.
<2> 파장 420㎚ ∼ 500㎚ 의 청색 LED 와 이 파장으로 여기되어 550㎚ 이상 600㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 형광을 발하는 황색 내지 적색 발광 형광체와의 조합. 이 구성에서는, LED 가 발하는 청색광이 형광체에 조사되면, 빨강, 황색의 2 색의 광이 발해지고, 이들과 LED 자체의 청색광이 혼합되어 백색 또는 적색을 띤 전구색의 발광 장치가 된다.
<3> 파장 420㎚ ∼ 500㎚ 의 청색 LED 와 이 파장으로 여기되어 500㎚ 이상 550㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 형광을 발하는 녹색 형광체 및 610㎚ 이상 680㎚ 이하의 파장에 발광 피크를 갖는 형광을 발하는 적색 발광 형광체와의 조합. 이 구성에서는, LED 가 발하는 청색광이 형광체에 조사되면, 빨강, 초록의 2 색의 광이 발해지고, 이들과 LED 자체의 청색광이 혼합되고. 백색의 발광 장치가 된다.
본 발명의 제 2 발광 장치에서는, 상기 <1> 내지 <3> 의 어느 하나의 구성을 채용할 수도 있지만, 어느 경우라도, 본 발명의 제 2 발광 장치는, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1 (17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(0), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 한 경우, 하기 식 (F) 및 (G) 를 만족하는 발광 장치인 것을 특징으로 한다.
-0.01 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.01 (F)
-0.01 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.01 (G)
즉, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 와 색도 좌표값 y 에 대한, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 와 색도 좌표값 y 의 어긋남량에 상당하는 색도 좌표값의 어긋남 [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 이 ±0.01 이내이다. 구동 전류 밀도의 변화에 수반하는 발광의 색도 좌표값의 어긋남이 ±0.01 보다 큰 경우에는, 발광 광량을 제어하기 위해서 구동 전류 밀도를 변화시키면 색 어긋남이 커져, 발광색이 불안정해져 버린다.
이 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 의 어긋남량은 적을수록 바람직하다.
즉, 어긋남량 [x1(17.5) - x1(70)] 은 통상 -0.005 이상, 바람직하게는 -0.004 이상, 보다 바람직하게는 -0.003 이상, 또, 통상 0.005 이하, 바람직하게는 0.004 이하, 보다 바람직하게는 0.003 이하이다. 또한, 어긋남량 [y1(17.5) - y1(70)] 도 통상 -0.005 이상, 바람직하게는 -0.004 이상, 보다 바람직하게는 -0.003 이상, 또, 통상 0.005 이하, 바람직하게는 0.004 이하, 보다 바람직하게는 0.003 이하이다.
이러한 본 발명의 제 2 발광 장치를 실현하기 위해서, 사용하는 형광체 등의 파장 변환 재료에 대하여 특별한 제한은 존재하지 않는다. 단, 제 1 발광 장치에 있어서 설명한 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제 2 발광 장치에 있어서, 파장 변환 재료로는, 2 종류 이상의 형광체의 혼합물로서, 그 형광체 혼합물을, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(25), 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고, 125℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(125), 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 한 경우, 하기 식 (A), (B) 및 (C) 를 만족하는 형광체 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다.
0.85 ≤ BR(125) / BR(25) ≤ 1.15 (A)
-0.03 ≤ x2(25) - x2(125) ≤ 0.03 (B)
-0.03 ≤ y2(25) - y2(125) ≤ 0.03 (C)
본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도 [BR(25)] 에 대한, 125℃ 에서 그 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도 [BR(125)] 의 비율 [BR(125) / BR(25)] 이, 0.85 미만인 경우나 1.15 보다 큰 경우에는, 그러한 형광체 혼합물을 이용한 백색 발광 장치 등에 있어서, 그것으로부터 얻어지는 광량을 변화시키기 위해서 청색 LED 에 흘리는 전류값을 증감하면, 얻어지는 발광색이 크게 변화하여 안정적인 발광색을 얻을 수 없을 우려가 있다.
이러한 경우에는, 청색 LED 에 흘리는 전류량을 증감시켜 청색광의 광량을 증감시킨 경우에, 청색 LED 로부터 발생하는 발열량의 증감에 의해, 청색 LED 의 근방에 놓여지는 형광체의 온도가 상하 변화하여, 형광체로부터의 형광 강도가, 청색 LED 의 광량에서 기대되는 형광 강도로부터 크게 어긋나 버리기 때문이다. 즉, 백색 발광 장치의 광량의 증감을 도모하고자 청색 LED 에 통전하는 전류량을 증감시키면, 청색 LED 로부터의 발광 강도와 형광체로부터의 형광 강도의 혼색 밸런스가 무너져, 얻어지는 백색 발광 장치의 발광색이 크게 변화되어 버린다.
따라서, 그 휘도의 비율 [BR(125) / BR(25)] 이 통상 0.85 이상, 바람직하게는 0.9 이상, 또, 통상 1.15 이하, 바람직하게는 1.1 이하, 보다 바람직하게는 1.05 이하이다. 이러한 휘도의 비율을 얻기 위해서는, 형광체 혼합물을 구성하는 형광체로는, 형광체의 온도 상승에 수반하여 형광 강도가 저하되는 이른바 온도 소광 현상의 정도가 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관련되는 형광체 혼합물은, 25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고, 125℃ 에서 동일한 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 했을 때, 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 가, -0.03 미만인 경우나 0.03 보다 큰 경우에는, 이 형광체 혼합물을 사용한 백색 발광 장치의 광량 증감에 수반하여 현저한 색 편차를 일으킬 우려가 있다.
이 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 는, 형광체 혼합물 중에 함유되는 2 종류 이상의 형광체 각각의 온도 소광의 정도가 크게 상이함으로써 야기된다. 즉, 발광색이 상이한 2 종류 이상의 형광체를 함유하는 혼합물에 있어서, 형광체의 온도 소광의 정도가 상이한 경우, 예를 들어, 온도 상승에 수반하는 형광 강도의 저하가 하나의 형광체는 작고, 또 하나의 형광체는 크다고 하면, 그들의 상이한 발광 강도를 더한 경우에는, 온도 상승에 수반하여 발광색이 변화하여 색 어긋남을 일으키게 된다.
따라서, 형광체 혼합물의 온도 변화에 수반하는 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 및 색도 좌표값 y 의 차 [y2(25) - y2(125)] 는 작을수록 바람직하고, 통상 -0.03 이상, 바람직하게는 -0.02 이상, 보다 바람직하게는 -0.015 이상, 또, 통상 0.03 이하, 바람직하게는 0.02 이하, 보다 바람직하게는 0.015 이하이다.
이러한 온도 변화에 수반하는 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 의 차가 작은 형광체 혼합물을 얻기 위해서는, 혼합물을 구성하는 형광색이 상이한 복수의 형광체는, 그 온도 소광에 의한 형광 강도의 변화율이 거의 일치하고 있는 것이 바람직하다. 온도 소광에 의한 형광 강도의 변화율이 거의 동일한 형광체를 조합했을 때에는, 각 형광체의 형광 강도를 더하여 얻어지는 백색 등의 혼합색이 온도 변화에 관계없이 거의 동일해져, 발광 장치의 광량 변화에 수반하는 온도 변화에 의한 발광색의 어긋남을 적게 하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 발광 장치의 설명에 있어서, 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 형광체 혼합물을 여기하여 얻어지는 휘도와 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 를 측정할 때에는, 예를 들어, 펠티에 소자에 의한 냉각 기구와 히터에 의한 가열 기구를 구비하고, 감도 보정이나 파장 보정을 실시한 정밀도가 높은 더블 모노크로메이터를 장비한 형광 분광 광도계를 사용한다. 그리고, 냉각·가열 기구에 의해 제어하여, 미리 25℃ 또는 125℃ 에서 형광체의 표면 온도가 일정해지는 방사 온도계에 의해 확인할 수 있을 때까지 충분한 시간을 유지한 후에, 휘도와 색도 좌표값을 측정한다. 또, 여기광인 청색광의 영향을 최소한으로 억제하기 위해서, 여기광의 반값폭을 20㎚ 이하로 좁힘과 함께, 470㎚ 미만의 형광 스펙트럼을 사용하지 않고, 470㎚ 이상의 형광 스펙트럼만을 사용하여, JIS Z 8724 에서 정하는 3 자극값을 이용하여 휘도 Y 와 색도 좌표값 x 및 색도 좌표값 y 를 산출한다.
[녹색계 형광체]
본 발명의 제 2 발광 장치에 관련되는 파장 변환 재료가 함유할 수 있는 적어도 1 종의 500㎚ ∼ 550㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형 광체로는, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 녹색계 형광체를 이용할 수 있다.
[적색계 형광체]
본 발명의 제 2 발광 장치에 있어서, 색 어긋남이 적은 발광 장치 중에서도 특히 연색성이 높은 발광 장치를 얻기 위해서는, 발광 장치에 이용하는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료가, 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체를 적어도 1 종 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체를 사용함으로써, 등색, 적색, 심적색 등의 적색역에 대한 색재현성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있고, 나아가서는 이 발광 장치를 이용함으로써 그 적색역에서의 색재현성이 우수한 디스플레이용 백 라이트, 화상 형성 장치 (디스플레이) 나 조명 장치를 얻는 것이 가능해진다. 형광 강도의 피크값이 610㎚ 보다 단파장인 경우에는, 청색 LED 와 조합하여 사용할 때에 적색역의 색재현성이 낮아지고, 680㎚ 보다 장파장인 경우에는 연색성은 높아지지만, 휘도가 낮아지는 경향이 있다.
본 발명에 관련되는 파장 변환 재료가 함유할 수 있는 적어도 1 종의 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체로는, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 적색계 형광체를 이용할 수 있다.
[형광체의 발광 효율]
본 발명에 관련되는 형광체 혼합물 등의 파장 변환 재료를 구성하는 형광체의 발광 효율은, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 형광체와 동일하다.
[실시형태]
본 발명의 제 2 발광 장치는 예를 들어, 파장 변환 재료로서의 형광체를 적어도 2 종류 함유하는 형광체 혼합물과, 가시광을 발광하는 반도체 발광 장치, 예를 들어 LED 나 LD 등의 반도체 발광 장치를 이용하여 구성되고, 반도체 발광 장치가 발하는 가시광을 흡수하여 보다 장파장의 가시광을 발하는 고휘도로 연색성이 높으며 광량 증감에 수반하는 색 어긋남이 적은 발광 장치를 실현한다. 그 때문에, 이러한 특성을 갖는 본 발명의 제 2 발광 장치는, 컬러 액정 디스플레이 등의 디스플레이용 백 라이트나 면 발광 등의 조명 장치등의 광원으로서 바람직하다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 제 2 발광 장치의 실시형태를 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 제 2 발광 장치는 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
(1) 제 1 실시형태
도 3 은 본 발명의 제 2 발광 장치의 제 1 실시형태로서의 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 실시형태의 발광 장치 (101) 는 프레임 (102) 과, 광원인 청색 LED (청색 발광부) (103) 와, 청색 LED (103) 로부터 발해지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 형광 발광부 (104) 로 주로 구성된다.
프레임 (102) 은 청색 LED (103), 형광 발광부 (104) 를 유지시키기 위한 수지제의 기부이다. 프레임 (102) 의 상면에는, 도면 중 상측에 개구된 단면 사 다리꼴 형상의 오목부 (패임) (102A) 가 형성되어 있다. 이로써, 프레임 (102) 은 컵 형상으로 되어 있기 때문에, 발광 장치 (101) 로부터 방출되는 광에 지향성을 갖게 할 수 있어, 방출되는 광을 유효하게 이용할 수 있도록 되어 있다.
또한, 프레임 (102) 의 오목부 (102A) 의 내면은, 은 등의 금속 도금에 의해, 가시광역 전반의 광의 반사율이 높아져 있어, 이로써, 프레임 (102) 의 오목부 (102A) 내면에 닿은 광도, 발광 장치 (101) 로부터 소정 방향을 향해 방출될 수 있도록 되어 있다.
프레임 (102) 의 오목부 (102A) 의 저부에는, 광원으로서 청색 LED (103) 가 설치되어 있다. 청색 LED (103) 는 전력을 공급받음으로써 청색의 광을 발하는 LED 이다. 이 청색 LED (103) 로부터 발해진 청색광의 일부는 형광 발광부 (104) 내의 발광 물질 (파장 변환 재료 ; 여기에서는, 형광 물질) 에 여기광으로서 흡수되고, 또 다른 일부는 발광 장치 (101) 로부터 소정 방향을 향해 방출되도록 되어 있다.
또, 상기와 같이, 청색 LED (103) 는 프레임 (102) 의 오목부 (102A) 의 저부에 설치되어 있는 것이지만, 여기에서는, 프레임 (102) 과 청색 LED (103) 사이는 은 페이스트 (접착제에 은 입자를 혼합한 것) (105) 에 의해 접착되고, 이로써 청색 LED (103) 는 프레임 (102) 에 설치되어 있다. 또한, 이 은 페이스트 (105) 는 청색 LED (103) 에서 발생한 열을 프레임 (102) 에 효율적으로 방열하는 역할도 하고 있다.
프레임 (102) 에는, 청색 LED (103) 에 전력을 공급하기 위한 금제의 와이어 (106) 가 부착되어 있고, 청색 LED (103) 와 청색 LED (103) 의 상면에 형성된 전극 (도시 생략) 이, 와이어 (106) 를 이용한 와이어 본딩에 의해 결선되어 있다. 이 와이어 (106) 를 통전함으로써 청색 LED (103) 에 전력이 공급되고, 청색 LED (103) 가 청색광을 발하도록 되어 있다. 또한, 와이어 (106) 는 청색 LED (103) 의 구조에 맞춰 1 개 또는 복수 개가 부착된다.
프레임 (102) 의 오목부 (102A) 에는, 청색 LED (103) 로부터 발해지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 형광 발광부 (104) 가 형성되어 있다. 형광 발광부 (104) 는 형광체와 투명 수지로 형성되고 있다. 형광체는, 청색 LED (103) 가 발하는 청색광에 의해 여기되어, 청색광보다 장파장의 광인 광을 발하는 물질 (파장 변환 재료) 이다. 형광 발광부 (104) 를 구성하는 형광체는 1 종류이어도 되고, 복수로 이루어지는 혼합물이어도 되며, 청색 LED (103) 가 발하는 광과 형광체 발광부 (104) 가 발하는 광의 총합이 원하는 색이 되도록 선택하면 되지만, 본 발명의 제 2 발광 장치에서는, 바람직하게는, 상기 서술한 식 (A) ∼ (C) 를 만족하는 형광체 혼합물을 이용한다. 색은 백색뿐만 아니라, 황색, 오렌지, 핑크, 보라, 청록 등이어도 된다. 또, 이들 색과 백색 사이의 중간적인 색이어도 된다. 또, 투명 수지는 형광 발광부 (104) 의 바인더로서, 여기에서는 가시광을 전체 파장 영역에 걸쳐 투과시킬 수 있는 합성 수지로서 에폭시 수지가 이용되고 있다.
몰드부 (108) 는 청색 LED (103), 형광 발광부 (104), 와이어 (106) 등을 외부로부터 보호함과 함께, 배광 특성을 제어하기 위한 렌즈로서의 기능을 갖는다. 몰드부 (108) 에는 주로 에폭시 수지 등의 수지가 이용된다.
(2) 제 2 실시형태
도 4 는 본 발명의 제 2 발광 장치의 제 2 실시형태로서의 발광 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 실시형태의 발광 장치 (110) 는 프레임 (112) 과, 광원인 청색 LED (청색 발광부) (113) 와, 청색 LED (113) 로부터 발해지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 형광 발광부 (114) 로 주로 구성된다.
프레임 (112) 은 청색 LED (113), 형광 발광부 (114) 를 유지시키기 위한 수지제의 기부이다. 프레임 (112) 의 상면에는, 도면 중 상측에 개구된 단면 사다리꼴 형상의 오목부 (패임) (112A) 가 형성되어 있다. 이로써, 프레임 (112) 은 컵 형상으로 되어 있기 때문에, 발광 장치 (110) 로부터 방출되는 광에 지향성을 갖게 할 수 있어, 방출되는 광을 유효하게 이용할 수 있도록 되어 있다.
또, 오목부 (112A) 의 저부에는, 발광 장치 (110) 의 외부로부터 전력이 공급되는 도시하지 않은 전극이 형성되어 있고, 이 전극으로부터, 청색 LED (113) 에 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다.
프레임 (112) 의 오목부 (112A) 의 내면은, 가시광역 전반의 광의 반사율이 높은 재질로 이루어진다. 이로써, 프레임 (112) 의 오목부 (112A) 내면에 닿은 광도, 발광 장치 (110) 로부터 소정 방향을 향해 방출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전극은 가시광역 전반의 광의 반사율이 높은 금속 도금이 행해진다.
프레임 (112) 오목부 (112A) 의 저부에는, 광원으로서 청색 LED (113) 가 설 치되어 있다. 청색 LED (113) 는 전력을 공급받음으로써 청색의 광을 발하는 LED 이다. 이 청색 LED (113) 로부터 발해진 청색광의 일부는 형광 발광부 (114) 내의 발광 물질 (여기에서는, 형광 물질) 에 여기광으로서 흡수되고, 또 다른 일부는, 발광 장치 (110) 로부터 소정 방향을 향해 방출되도록 되어 있다.
프레임 (112) 오목부 (112A) 의 저부에 설치된 청색 LED (113) 와 프레임 (112) 사이는 은 페이스트 (접착제에 은 입자를 혼합한 것) (115) 에 의해 접착되고, 이로써, 청색 LED (113) 는 프레임 (112) 에 설치되어 있다. 또한, 이 은 페이스트 (115) 는 청색 LED (113) 에서 발생한 열을 프레임 (112) 에 효율적으로 방열하는 역할도 하고 있다.
프레임 (112) 에는, 청색 LED (113) 에 전력을 공급하기 위한 금제의 와이어 (116) 가 부착되어 있고, 청색 LED (113) 와 프레임 (112) 오목부 (112A) 의 저부에 형성된 전극 (도시 생략) 이, 와이어 (116) 를 이용하여 와이어 본딩에 의해 결선되어 있어, 이 와이어 (116) 를 통전함으로써 청색 LED (113) 에 전력이 공급되고, 청색 LED (113) 가 청색광을 발하도록 되어 있다. 또한, 와이어 (116) 는 청색 LED (113) 의 구조에 맞춰 1 개 또는 복수 개가 부착된다.
프레임 (112) 의 오목부 (112A) 에는, 청색 LED (113) 로부터 발해지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 형광 발광부 (114) 가 형성되어 있다. 형광 발광부 (114) 는 형광체와 투명 수지로 형성되어 있다. 형광체는 청색 LED (113) 가 발하는 청색광에 의해 여기되어, 청색광보다 장파장의 광인 광을 발하는 물질 (파장 변환 재료) 이다. 형광 발광부 (114) 를 구성하는 형 광체는 1 종류이어도 되고, 복수로 이루어지는 혼합물이어도 되며, 청색 LED (113) 가 발하는 광과 형광체 발광부 (114) 가 발하는 광의 총합이 원하는 색이 되도록 선택하면 되지만, 본 발명의 제 2 발광 장치에서는, 바람직하게는, 상기 서술한 식 (A) ∼ (C) 를 만족하는 형광체 혼합물을 이용한다. 색은 백색뿐만 아니라, 황색, 오렌지, 핑크, 보라, 청록 등이어도 된다. 또, 이들 색과 백색 사이의 중간적인 색이어도 된다. 또, 투명 수지는 형광 발광부 (114) 의 바인더로서, 여기에서는, 가시광을 전체 파장 영역에 걸쳐 투과시킬 수 있는 합성 수지인 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 이용되고 있다.
도 5 는, 도 3 에 나타내는 발광 장치 (101) 를 장착한 면 발광 조명 장치 (109) 를 나타내지만, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치 내면을 백색의 평활면 등의 광불투과성으로 한 사각형의 유지 케이스 (109A) 의 저면에, 다수의 발광 장치 (101) 를, 그 외측에 발광 장치 (101) 를 구동시키기 위한 전원 및 회로 등 (도시 생략) 을 형성하여 배치하고, 유지 케이스 (109A) 의 덮개부에 상당하는 지점에, 백색으로 된 아크릴판 등의 확산판 (109B) 을 발광의 균일화를 위해서 고정시켜 이루어진다.
그리고, 면 발광 조명 장치 (109) 를 구동하여, 발광 장치 (101) 의 청색 LED (103) 에 전압을 인가함으로써 청색광 등을 발광시키고, 그 발광의 일부를, 형광 발광부 (104) 에 있어서의 파장 변환 재료로서의 형광체 혼합물이 흡수하여, 보다 장파장인 광을 발광하고, 한편, 형광체에 흡수되지 않았던 청색광 등과의 혼합색에 의해 연색성이 높은 발광이 얻어지고, 이 광이 확산판 (109B) 을 투과하여, 도면 상방에 출사되어, 유지 케이스 (109A) 의 확산판 (109B) 면 내에 있어서 균일한 밝기의 조명광이 얻어지게 된다.
마찬가지로, 본 발명의 제 2 발광 장치는 컬러 액정 디스플레이 등의 디스플레이의 광원, 즉 백 라이트로서 장착할 수도 있다.
[Ⅲ. 백색 발광 장치에 관한 설명]
이하, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하지만, 본 발명의 백색 발광 장치는 이하의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
본 실시형태의 백색 발광 장치 (백색 발광 소자) 는, 광 (이하 적절하게, 「1 차 광」이라고 한다) 을 발생하는 광원 (발광 소자 등) 과, 이 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여, 1 차 광과는 파장이 상이한 광 (이하 적절하게, 「2 차 광」이라고 한다) 을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하여, 파장 변환 재료가 발하는 2 차 광을 함유하는 백색광을 발하도록 되어 있다. 여기서, 백색광은 1 차 광과 2 차 광의 합성광, 2 이상의 2 차 광의 합성광 등으로서 합성된 광으로서 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태의 백색 발광 장치에 있어서는, 상기 백색광의 발광 스펙트럼의, 500㎚ 내지 650㎚ 의 파장 범위 (이하 적절하게, 이 파장 범위를 「소정 파장 범위」라고 한다) 에 있어서의 최대 발광 강도가, 상기 소정 파장 범위에서의 최소 발광 강도의 150％ 이하이다.
[Ⅲ-1. 백색광]
[Ⅲ-1-1. 발광 스펙트럼이 평탄한 점]
백색 발광 장치는 주로 조명에 사용되고, 물체의 색이 충실히 재현되는 것 (즉, 발하는 백색광의 연색성이 높은 것) 이 바람직하다. 이것을 실현하기 위해서는, 백색 발광 장치가 발하는 백색광이, 자연광에 함유되는 가시광 성분을 모두 함유하고 있는 것이 바람직하다. 특히, 발광 스펙트럼의 500㎚ 내지 650㎚ 의 소정 파장 범위는 시감도가 높고, 청록으로부터 적색의 주요한 광성분을 함유하는 파장 범위로서, 이 파장 범위의 가시광 성분을 균등하게 함유하는 것, 즉, 발광 스펙트럼이 평탄한 것은, 양호한 연색성으로 연결된다.
그 중에서도, 상관색 온도 5000K 부근의 주백색, 및, 상관색 온도 6500K 부근의 주광색의 백색 조명은, 국내외에서 사용되는 백색 조명의 대부분을 차지하는 조명 색조로서, 이들 상관색 온도에서의 완전 방사체의 발광 스펙트럼은, 상기 서술한 소정 파장 범위에서 거의 평탄하다. 따라서, 백색 발광 장치를 조명 장치로서 사용하는 경우에도, 마찬가지로, 본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광은, 상기 소정 파장 범위에서 평탄한 스펙트럼을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 650㎚ 보다 큰 파장 범위의 광은 특히 시감도가 낮고, 이 파장 범위의 광을 발생시키는 것은 백색 발광 장치 전체의 효율 저하로 연결될 우려가 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광은, 650㎚ 보다 큰 파장 범위, 즉, 소정 파장 범위보다 큰 파장 범위의 광성분의 발광 강도는 작아도 된다.
한편, 500㎚ 미만의 파장 범위의 광에 대해서는, 소정 파장 범위의 광과 마 찬가지로 평탄한 것이 바람직하다. 단, 발광 소자 등의 1 차 광의 광원에서 현재 입수할 수 있는 것은, 통상적으로 발광의 반값폭이 작다. 이 때문에, 500㎚ 미만의 파장 범위에서는, 본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광은, 특정 파장의 광이 강하고, 거기에 가까운 파장역의 광이 적은 상황이 될 수 있다. 그러나, 500㎚ 미만의 청색 내지 청자색의 영역도, 650㎚ 보다 큰 파장 범위의 광과 마찬가지로 시감도가 낮기 때문에, 500㎚ 미만의 파장 범위, 즉, 소정 파장 범위 미만의 파장 범위의 광성분의 발광 스펙트럼이 평탄하지 않아도, 연색성 등의 특성이 크게 저하되는 경우는 없다.
상기 소정 파장 범위에서의 발광 스펙트럼의 평탄의 정도는, 다음과 같이 구해지는 지표 I(ratio) 에 의해 표시할 수 있다.
소정 파장 범위에서의 발광 스펙트럼의 최소 발광 강도 I(min) 와 최대 발광 강도 I(max) 를 측정하여, 그 비율을 ％ 단위로 표시한 것을 I(ratio) 로 한다. 이 I(ratio) 는 이하의 식 (i) 로 계산된다.
I(ratio) = ｛I(max) / I(min)｝× 100 (i)
I(ratio) 는 정의상 100％ 이상의 값이 되지만, 본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광에 있어서는, 이 I(ratio) 가 통상 150％ 이하, 바람직하게는 140％ 이하, 보다 바람직하게는 135％ 이하, 더욱 바람직하게는 130％ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 소정 파장 범위에서의 백색광의 발광 스펙트럼의 최대 발광 강도가 최소 발광 강도에 대하여 상기 범위의 크기가 되도록 하면 된다. I(ratio) 가 100％ 에 가까울수록 발광 스펙트럼이 평탄한 것이 되기 때문에, I(ratio) 는 작을수록 바람직한 것이다.
[Ⅲ-1-2. 백색광의 상관색 온도]
본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광의 상관색 온도는, 본 발명의 효과를 현저하게 저해하지 않는 범위에서 임의이지만, 종래의 형광 램프의 광원색에 관한 JIS 규격 (Z 9112) 에 있어서의 주백색 (기호 N), 또는, 주광색 (기호 D) 에 준한 발광색인 것이 바람직하다. 주백색은 상관색 온도가 4600K 이상, 5400K 이하에 상당하고, 주광색은 상관색 온도가 5700K 이상, 7100K 이하에 상당한다. 상관색 온도의 범위로서 더욱 바람직한 것은, 주백색에 있어서의 4800K 이상, 5200K 이하의 범위와, 주광색과에 있어서의 6000K 내지 6800K 의 범위이며, 주백색으로는 5000K 에, 주광색으로는 6500K 에 가능한 한 가까운 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상관색 온도는 JIS Z 8725 에 준하여 구하는 것으로, 흑체 방사 궤적으로부터의 거리가 작아지도록 발광색을 조절하는 것이 바람직하다.
[Ⅲ-1-3. 백색광의 색]
본 실시형태의 백색 발광 장치가 발하는 백색광의 색은, 그 용도 등에 따라 임의로 설정할 수 있다. 또한, 명세서에 있어서, 백색이란 JIS Z8110 의 색 구분에서 규정하는 백색의 것을 가리킨다. 또, 백색광의 색은, 색채 휘도계, 방사 휘도계 등으로 측정할 수 있다.
또한, CIE 색도도와의 관계에서 말하면, 백색광의 색은 CIE 색도도에 있어서, 색도 좌표 (x, y) 가 (0.33, 0.33) 인 통상의 백색광은 물론, 예를 들어, 색좌표 (x, y) 가 (0.28, 0.25), (0.25, 0.28), (0.34, 0.40) 및 (0.40, 0.34) 로 둘러 싸인 영역 내가 되는 색으로 하여 이용해도 된다.
[Ⅲ-1-4. 백색광의 발광 효율]
본 실시형태의 백색 발광 장치에 있어서, 백색광의 발광 효율은, 통상 20㏐/W 이상, 바람직하게는 30㏐/W 이상, 보다 바람직하게는 40㏐/W 이상이다. 이 범위의 하한을 하회하는 소자를 다수 사용함으로써도 필요한 밝기를 얻을 수 있지만, 에너지를 많이 소비하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 백색 발광 장치의 발광 효율은, 예를 들어, 적분구로 측정한 백색광의 광속을 공급 전력으로 나눔으로써 측정할 수 있다.
[Ⅲ-1-5. 백색광의 연색성]
본 실시형태의 백색 발광 장치에 의하면, 백색광의 연색성을 높일 수 있다. 구체적인 값으로는 특별히 제한되지 않지만, JIS-Z8726 에서 규정된 연색성 평가수 R1 ∼ R8 의 평균값 Ra 의 값으로서, 통상 80 이상, 바람직하게는 85 이상, 보다 바람직하게는 90 이상이다.
[Ⅲ-2. 구성]
이하, 도 6 에 본 실시형태의 백색 발광 장치의 모식적인 단면도를 나타내어 백색 발광 장치의 구성을 설명하지만, 도 6 에 나타낸 백색 발광 장치는 본 발명의 백색 발광 장치의 일례로서, 본 발명의 백색 발광 장치는 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 는, 1 차 광을 발하는 광원으로서의 발광 소자 (202) 와, 1 차 광을 흡수하여 2 차 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료 (203,204) 를 구비한다. 또, 통상, 백색 발광 장치 (201) 는 발광 소자 (202) 및 파장 변환 재료 (203,204) 를 유지시키기 위한 기부로서 프레임 (205) 을 구비하고 있다.
또한, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 는, 발하는 백색광이, 소정 파장 범위에서 발광 스펙트럼이 평탄하고, 상관색 온도, 색, 강도 및 발광 효율이 상기 서술한 범위가 되도록 되어 있는 것으로 한다.
[Ⅲ-2-1. 프레임]
프레임 (205) 은 발광 소자 (202) 및 파장 변환 재료 (203,204) 를 유지하는 기부로서, 그 형상 및 재질 등은 임의이다.
프레임 (205) 형상의 구체예로는, 판상, 컵상 등, 그 용도에 따라 적당한 형상으로 할 수 있다. 또, 예시한 형상 중에서도, 컵상의 프레임은 백색광의 출사 방향으로 지향성을 갖게 할 수 있어, 백색 발광 장치가 방출하는 광을 유효하게 이용할 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 프레임 (205) 재질의 구체예로는, 금속, 합금, 유리, 카본 등의 무기 재료, 합성 수지 등의 유기 재료 등, 용도에 따라 적당한 것을 이용할 수 있다.
단, 발광 소자 (202) 나 파장 변환 재료 (203,204) 로부터 발해지는 광 (예를 들어, 1 차 광이나 2 차 광) 이 닿는 프레임 (205) 의 면은, 닿은 광의 반사율이 높은 바람직하고, 특히, 가시광역 전반의 광의 반사율이 높은 것이 보다 바람직하다. 따라서, 적어도 광이 닿는 면은, 반사율이 높은 소재에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체예로는, 유리 섬유, 알루미나 가루, 티타니아 가루 등의 높은 반사율을 갖는 물질을 함유한 소재 (사출 성형용 수지 등) 로 프레임 (205) 의 전체 또는 프레임 (205) 의 표면을 형성하는 것을 들 수 있다.
또, 프레임 (205) 표면의 반사율을 높이는 구체적인 방법은 임의이며, 상기와 같이 프레임 (205) 자체의 재료를 선택하는 것 이외에, 예를 들어, 은, 백금, 알루미늄 등의 고반사율을 갖는 금속이나 합금으로 도금, 또는 증착 처리함으로써, 광의 반사율을 높일 수도 있다.
또한, 반사율을 높이는 부분은, 프레임 (205) 의 전체이어도 되고 일부이어도 되지만, 통상적으로는, 발광 소자 (202) 나 파장 변환 재료 (203,204) 로부터 발해지는 광이 닿는 부분의 전체 표면의 반사율이 높아져 있는 것이 바람직하다.
또한, 통상적으로는, 프레임 (205) 에는 발광 소자 (202) 에 대하여 전력을 공급하기 위한 전극이나 단자 등이 형성된다.
본 실시형태에 있어서는, 컵상으로 형성된 프레임 (205) 의 오목부 (205A) 의 바닥에, 발광 소자 (202) 에 전력을 공급하기 위한 도전성 단자 (206,207) 가 형성되고 있어, 도전성 단자 (206,207) 는 외부의 전원 (도시 생략) 에 접속되도록 되어 있다.
[Ⅲ-2-2. 발광 소자]
발광 소자 (202) 는 파장 변환 재료 (203,204) 의 여기광으로서 1 차 광을 발하는 것으로, 광원으로서 기능한다. 또, 1 차 광의 일부는 백색 발광 장치 (201) 가 방출하는 백색광의 한 성분으로서 이용되는 경우도 있고, 이 경우, 1 차 광과 2 차 광을 합성한 합성광이 백색광으로서 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해지게 된다. 즉, 발광 소자 (202) 로부터 발해지는 1 차 광 중 일부는 파장 변환 재료 (203,204) 에 여기광으로서 흡수되고, 또 다른 일부는, 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해지게 된다. 또한, 백색광은 반드시 1 차 광을 포함할 필요는 없고, 예를 들어, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 가 2 종 이상의 2 차 광의 합성광으로서 백색광을 발하도록 해도 된다.
발광 소자 (202) 의 종류는 임의이며, 백색 발광 장치 (201) 의 용도나 구성 에 따라 적당한 것을 선택할 수 있다. 발광 소자 (202) 의 예로는, 발광 다이오드 (즉, LED), 단면 발광형 또는 면 발광형의 레이저 다이오드 (즉, LD), 일렉트로루미네선스 소자 등을 들 수 있다. 그 중에서도 통상적으로는, 저가의 LED 가 바람직하다.
또, 발광 소자 (202) 가 발하는 1 차 광의 발광 파장도 임의이며, 백색 발광 장치 (201) 에 방출시키는 백색광에 따라 적당한 발광 파장의 1 차 광을 발하는 발광 소자를 이용하면 된다. 통상적으로는, 근자외로부터 청색의 광을 1 차 광으로서 발하는 발광 소자를 이용하는 것이 바람직하다. 1 차 광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 통상 370㎚ 이상, 바람직하게는 380㎚ 이상, 또, 통상 500㎚ 이하, 바람직하게는 480㎚ 이하가 바람직하다. 이 범위의 상한을 상회하는 경우에는, 발광 효율이 높은 발광 장치를 얻는 것이 어렵고, 또, 1 차 광의 발광 파장이 480㎚ 이상이라는 청록색보다 파장이 긴 광으로 한 경우, 그것을 청색의 광으로 효율적으로 변환하는 것은 매우 어렵기 때문에, 청색의 광을 함유하지 않는 발 광 장치가 되어 버려 백색 발광 장치를 얻는 것이 어려워질 우려가 있다. 또, 하한을 하회하는 경우에도 발광 효율이 높은 발광 장치를 얻는 것이 매우 어려워진다.
발광 소자 (202) 의 구체예로는, 실리콘카바이드, 사파이어, 질화갈륨 등의 기판에, MOCVD 법 등의 방법으로 결정 성장된 InGaN 계, GaAlN 계, InGaAlN 계, ZnSeS 계 반도체 등을 이용한 LED 등을 들 수 있다. 그 중에서도, (In,Ga)N 을 주성분으로 하는 LED 를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자 (202) 는 1 개를 단독으로 이용해도 되고, 2 개 이상의 발광 소자 (202) 를 병용해도 된다. 추가로, 발광 소자 (202) 는 1 종만으로 이용해도 되고, 2 종 이상의 것을 병용해도 된다.
또, 발광 소자 (202) 를 프레임 (205) 에 부착하는 경우, 그 구체적 방법은 임의이지만, 예를 들어, 땜납을 이용하여 부착할 수 있다. 땜납의 종류는 임의이지만, 예를 들어, AuSn, AgSn등을 이용할 수 있다. 또, 땜납을 이용하는 경우, 땜납을 통해서 프레임 (205) 에 형성된 전극이나 단자 (206,207) 등으로부터 전력을 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 특히, 방열성이 중요해지는 대전류 타입의 LED 나 레이저 다이오드 등을 발광 소자 (202) 로서 이용하는 경우, 땜납은 우수한 방열성을 발휘하기 때문에, 발광 소자 (202) 의 설치에 땜납을 이용하는 것은 유효하다.
또, 땜납 이외의 수단에 의해 발광 소자 (202) 를 프레임 (205) 에 부착하는 경우에는, 예를 들어, 에폭시 수지, 이미드 수지, 아크릴 수지 등의 접착제를 이용 해도 된다. 이 경우, 접착제에 은 입자, 탄소 입자 등의 도전성 필러를 혼합시켜 페이스트 형상으로 한 것을 이용함으로써, 땜납을 이용하는 경우와 같이, 접착제를 통전시켜 발광 소자 (202) 에 전력 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 또한, 이들 도전성 필러를 혼합시키면, 방열성이 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 발광 소자 (202) 에 대한 전력 공급 방법도 임의이며, 상기 서술한 땜납이나 접착제를 통전시키는 것이, 발광 소자 (202) 와 전극이나 단자 (206,207) 등을 와이어 본딩에 의해 결선하여 전력 공급하도록 해도 된다. 이 때 이용하는 와이어에 제한은 없고, 소재나 치수 등은 임의이다. 예를 들어, 와이어의 소재로는 금, 알루미늄 등의 금속을 이용할 수 있고, 또, 그 굵기는 통상 20㎛ ∼ 40㎛ 로 할 수 있지만, 와이어는 여기에 한정되는 것은 아니다.
또, 발광 소자에 전력을 공급하는 다른 방법의 예로는, 범프를 이용한 플립 칩 실장에 의해 발광 소자 (202) 에 전력을 공급하는 방법을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 발광 소자 (202) 로서 LED 를 이용하여, 이 발광 소자 (202) 가 프레임 (205) 의 오목부 (205A) 의 저부에는 설치되어 있다. 또한, 발광 소자 (202) 는 도전성 단자 (206) 와 직접 접속되고, 또, 도전성 단자 (207) 와 와이어 (208) 를 개재하여 와이어 본드에 의해 접속되어, 전력이 공급되도록 되어 있다.
단, 광원으로는, 상기 서술한 발광 소자 이외의 것을 사용해도 된다.
[Ⅲ-2-3. 파장 변환 재료]
파장 변환 재료 (203,204) 는 발광 소자 (202) 로부터 발해지는 1 차 광의 적어도 일부를 흡수하고, 흡수한 1 차 광과는 파장이 상이한 2 차 광을 발하는 것이다. 그리고, 파장 변환 재료 (203,204) 를 적절히 선택함으로써, 1 차 광과 2 차 광의 합성광이나, 2 종 이상의 2 차 광의 합성광으로서 백색광이 얻어진다.
파장 변환 재료 (203,204) 는 본 발명의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한, 백색 발광 장치 (201) 의 용도에 따라 공지된 것을 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 또, 파장 변환 재료 (203,204) 의 발광 자체는, 형광, 인광 등, 어떠한 메카니즘에 의해 발광이 실시되는 것이라도 제한은 없다. 추가로, 파장 변환 재료 (203,204) 는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위이면 1 종을 단독으로 이용해도 되지만, 상기와 같이 I(ratio) 를 작게 하는 관점에서는, 발광 파장이 상이한 파장 변환 재료 (203,204) 를 2 종 이상 사용하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 파장 변환 재료 (203,204) 를 2 종 이상 이용하는 경우, 그 조합 및 비율은 임의이다.
또, 파장 변환 재료 (203,204) 는 여기광으로서 흡수하는 광 (통상적으로는, 1 차 광) 의 파장이나, 발광하는 광 (즉, 2 차 광) 의 파장에 제한은 없고, 본 발명의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이다. 이들 광의 바람직한 파장 범위를 들면, 파장 변환 재료 (203,204) 의 여기광의 파장 범위는 통상 350㎚ 이상, 바람직하게는 400㎚ 이상, 보다 바람직하게는 430㎚ 이상, 또, 통상 600㎚ 이하, 바람직하게는 570㎚ 이하, 보다 바람직하게는 550㎚ 이하가 바람직하다. 한편, 파장 변환 재료가 발하는 광의 파장은 통상 400㎚ 이상, 바람직하게는 450㎚ 이상, 보다 바람직하게는 500㎚ 이상, 또, 통상 750㎚ 이하, 바람직하게는 700㎚ 이하, 보다 바람직하게는 670㎚ 이하가 바람직하다.
또한, 2 종류의 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용하는 경우에는, 이하의 특징을 만족하는 제 1 파장 변환 재료 및 제 2 파장 변환 재료를 병용하는 것이 바람직하다.
제 1 파장 변환 재료는 여기광으로서 파장이 통상 350㎚ 이상, 바람직하게는 400㎚ 이상, 보다 바람직하게는 430㎚ 이상, 또, 통상 520㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하, 보다 바람직하게는 480㎚ 이하의 광을 흡수하는 것이 바람직하다.
또, 제 1 파장 변환 재료는 발하는 광의 파장이 통상 400㎚ 이상, 바람직하게는 450㎚ 이상, 보다 바람직하게는 500㎚ 이상, 또, 통상 600㎚ 이하, 바람직하게는 570㎚ 이하, 보다 바람직하게는 550㎚ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 제 2 파장 변환 재료는 여기광으로서, 파장이 통상 400㎚ 이상, 바람직하게는 450㎚ 이상, 보다 바람직하게는 500㎚ 이상, 또, 통상 600㎚ 이하, 바람직하게는 570㎚ 이하, 보다 바람직하게는 550㎚ 이하의 광을 흡수하는 것이 바람직하다.
또, 제 2 파장 변환 재료는 발하는 광의 파장이 통상 550㎚ 이상, 바람직하게는 580㎚ 이상, 보다 바람직하게는 600㎚ 이상, 또, 통상 750㎚ 이하, 바람직하게는 700㎚ 이하, 보다 바람직하게는 670㎚ 이하인 것이 바람직하다.
상기와 같은 파장 범위의 여기광을 흡수하고, 상기와 같은 파장 범위의 광을 발하는 파장 변환 재료를 이용함으로써, 가시광 영역의 모든 파장의 광을 발하는 발광 장치로 할 수 있고, 특히 500㎚ 내지 650㎚ 의 범위의 모든 파장의 광을 발할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 또한, 파장 변환 재료 1 종류라도 본 발명의 요건을 만족할 수 있는 것이면, 그것으로 충분하다.
또한, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 를 구성함에 있어서는, 파장 변환 재료 (203,204) 로서 적절한 재료를 이용함으로써, 보다 특성이 우수한 백색 발광 장치 (201) 를 얻는 것이 가능해진다. 파장 변환 재료 (203,204) 로서 구비해야할 특성으로는, 예를 들어, 온도 상승에 의한 발광 강도의 변화가 작은 것, 내부 양자 효율이 높은 것, 흡광도가 큰 것 등을 들 수 있다.
·온도 상승에 의한 발광 강도의 변화가 작은 것
파장 변환 재료 (203,204) 는 온도 상승에 의한 발광 강도의 변화가 작은 것이 바람직하다. 즉, 발광 강도의 온도 의존성이 작은 것이 바람직하다. 파장 변환 재료 (203,204) 로서 온도 의존성이 큰 것을 이용하면, 온도 조건에 의해 2 차 광의 강도가 변화하여, 1 차 광과 2 차 광의 강도의 밸런스나 2 차 광끼리의 강도의 밸런스가 변화하여, 백색광의 색조가 변화될 우려가 있다. 구체예를 들면, 발광 소자 (202) 로서 예를 들어 LED 등과 같이 발광에 수반하여 발열하는 것을 이용한 경우에는, 점등을 계속하면 발광 소자 (202) 의 발열에 의해 백색 발광 장치 (201) 의 온도가 경시적으로 상승하고, 거기에 수반하여 파장 변환 재료 (203,204) 가 발하는 2 차 광의 강도가 변화하여, 점등 직후와 계속 점등시에서 백색광의 색조가 변화될 우려가 있다. 그러나, 파장 변환 재료 (203,204) 의 온도 의존성이 작은 것을 이용함으로써, 상기 서술한 색조 변화를 억제하는 것이 가능해진다.
온도 상승에 의한 발광 강도의 변화는, 25℃ 에서의 휘도에 대한 100℃ 에서의 휘도의 비율 (이하 적절하게, 「휘도 유지율」이라고 한다) TR (％) 에 의해 표시할 수 있다. 구체적으로는, 휘도 유지율 TR 이 통상 80％ 이상, 바람직하게는 90％ 이상, 보다 바람직하게는 95％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, TR 은 예를 들어, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
먼저, 코요 전자 제조 온도 특성 평가 장치를 이용하여, 직경 8㎜ 의 분체용 홀더에 약 100㎎ 의 측정 샘플 가루 (파장 변환 재료) 를 채워 넣고, 장치 내에 세팅한다. 그 후, 25℃ 그리고 100℃ 로 유지시킨 상태에서, 대기 중, TOPCON 제조 색채 휘도계 BM5A 를 이용하여, 460㎚ 의 여기광 (150W 크세논 램프의 광을 회절 격자 분광기로 분광한 광) 을 조사한 상태에서의 휘도를 측정한다. 그리고, 25℃ 에서의 휘도에 대한, 100℃ 에서의 휘도의 비율을 계산하여, 휘도 유지율 TR (％) 로 한다.
또, 이것과 관련하여, 파장 변환 재료 (203,204) 는 황의 함유량이 적은 것이 바람직하다. 황은 파장 변환 재료 (203,204) 의 열에 의한 열화의 원인이 되는 경우가 있기 때문에, 황이 적은, 바람직하게는 황을 함유하지 않는 파장 변환 재료 (203,204) 를 사용함으로써, 특성이 좋은 백색 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 파장 변환 재료 (203,204) 로서, 황을 함유하는 화합물을 모체로 하는 것을 함유하지 않는 것, 즉, 황화물, 산황화물, 황산염 등을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
·내부 양자 효율이 높은 것
파장 변환 재료 (203,204) 는 그 내부 양자 효율이 통상 40％ 이상, 바람직하게는 50％ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하는 재료는 백색 발광 장치의 발광 효율을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 또, 그 중에서도 500㎚ 내지 600㎚ 의 파장의 광을 발하는 파장 변환 재료 (203,204) 에 관해서는, 시감도가 특히 높은 영역의 광을 2 차 광으로서 발생하기 때문에, 내부 양자 효율은 더욱 높은 것이 보다 바람직하고, 구체적으로는 60％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
·흡광도가 높은 것
파장 변환 재료 (203,204) 의 흡광도는 통상 50％ 이며, 60％ 이상인 것이 바람직하고, 70％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 75％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하면, 역시, 백색 발광 장치의 발광 효율을 충분히 높게 할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 상기 내부 양자 효율 및 흡광도는, 발광 소자 (202) 의 발광 파장의 광에 대한 내부 양자 효율 및 흡광도, 상세하게는 발광 소자 (202) 가 발하는 광의 발광 피크 파장의 광 (이하 적절하게, 간단히 「발광 소자 (202) 의 발광 피크 파장의 광」이라고 한다) 에 의해 여기된 경우의 내부 양자 효율 및 흡광도로서, 이들은, 예를 들어 이하와 같이 하여 구해진다.
먼저, 반사율 0.97 의 백색 확산판에 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여 백색 확산판에서 반사시키고, 백색 확산판에서 반사된 광을 적분구에서 모으고, 적분구에서 모은 광을 멀티 채널 포토 디텍터에서 검출하여, 발광 소자의 발 광 피크 파장의 광이 백색 확산판에서 반사된 반사광 강도 RW 를 측정한다.
다음으로, 파장 변환 재료에 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여, 파장 변환 재료에 반사된 광, 및, 파장 변환 재료에 의해 흡수되어 파장 변환되어 발생한 광을 적분구에서 모으고, 적분구에서 모은 광을 반사광 강도 RW 의 측정과 동일하게 하여, 멀티 채널 포토 디텍터에서 검출한다. 멀티 채널 포토 디텍터의 측정 중, 발광 소자의 발광 피크 파장의 광이 파장 변환 재료에서 반사된 반사광 강도 RP 를 측정한다.
그리고, 하기 식 (ⅱ) 에 의해, 파장 변환 재료에 흡수된 흡수광 강도 AP 를 산출하고, 이 흡수광 강도 AP 에 발광 소자의 발광 피크 파장의 광 파장을 곱해 흡수광 포톤수 대응값 PA 로 환산한다.
흡수광 강도 AP = ｛(반사광 강도 RW) / 0.97｝- (반사광 강도 RP) (ⅱ)
또, 반사광 강도 RW 에 대해서도 마찬가지로, 파장을 곱해 반사광 포톤수 대응값 RWA 로 환산한다.
그 후에, 반사광 강도 RP 의 측정에 있어서 검출한, 파장 변환 재료에 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여 적분구에서 모은 광에 대하여, 관측된 광의 파장 성분 중, 반사광을 포함하지 않는 파장 범위 (즉, 파장 변환 재료가 발한 광의 파장 범위) 에 있어서, 광의 강도와 파장의 곱을 합계하여, 발광 포톤수 대응값 PP 로 환산한다.
마지막으로, 「내부 양자 효율 = (발광 포톤수 대응값 PP) / (흡수광 포톤수 대응값 PA)」에 의해, 내부 양자 효율을 산출한다.
또, 흡광도는 「흡광도 = (흡수광 포톤수 대응값 PA) /｛(반사광 포톤수 대응값 RWA) / 0.97｝」에 의해 산출한다.
또한, 상기 내부 양자 효율이 높은 것, 및, 흡광도가 큰 것이 바람직하고, 양 특성을 모두 구비하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 특성을 만족하는 파장 변환 재료 (203,204) 로는, 예를 들어, Ca3Sc2Si3O12 : Ce, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12 : Ce, CaSc2O4 : Ce 등의 녹색 발광 재료와, CaAlSiN3 : Eu2 +, (Sr,Ca)AlSiN3 : Eu2 +, SrAlSiN3 : Eu2 + 등의 적색 발광 재료를 적절한 비율로 혼합한 재료를 사용할 수 있지만, 상기 서술한 조건을 만족하기만 하면 특별히 이것에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 실시형태의 백색 발광 장치에 이용하여 바람직한 파장 변환 재료 (203,204) 의 예로서, 상기 제 1 파장 변환 재료 및 제 2 파장 변환 재료의 구체예를 든다. 단, 파장 변환 재료 (203,204) 는 이하의 예시물에 한정되는 것은 아니다.
(제 1 파장 변환 재료의 예)
제 1 파장 변환 재료의 제 1 예로는, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 녹색계 형광체를 들 수 있다.
(제 1 파장 변환 재료의 그 이외의 예)
제 1 파장 변환 재료의 그 이외의 예로는, (Ba,Ca,Sr)MgAl10O17 : Eu 나, (Ba, Mg,Ca,Sr)5(PO)4Cl : Eu, (Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8 : Eu 등의 400㎚ ∼ 500㎚ 에 발광 피크를 갖는 물질이나, (Ba,Ca,Sr)MgAl10O17 : Eu,Mn, (Ba,Ca,Sr)Al2O4 : Eu, (Ba,Ca,Sr)Al2O4 : Eu,Mn, (Ca,Sr)Al2O4 : Eu, 일반식 CaxSi12 -(m+n)Al(m+n)OnN16 -n : Eu (단, 0.3 ＜ x ＜ 1.5, 0.6 ＜ m ＜ 3, 0 ≤ n ＜ 1.5) 로 표시되는 Eu 에 의해 부활된 α 사이알론 등의 500㎚ ∼ 600㎚ 에 발광 피크를 갖는 물질을 들 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다. 또, 상기 서술한 형광체를 복수 이용해도 된다.
(제 2 파장 변환 재료의 예)
제 2 파장 변환 재료의 제 1 예로는, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 적색계 형광체를 들 수 있다.
(제 2 파장 변환 재료의 그 이외의 예)
제 2 파장 변환 재료의 그 이외의 예로는, 발광 소자가 발하는 1 차 광이나 제 1 파장 변환 재료가 발하는 2 차 광과 합성되어 백색광이 되는 파장의 광을 발하는 것이면 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 일반식 CaxSi12 -(m+n)Al(m+n)OnN16 -n : Eu (단, 0.3 ＜ x ＜ 1.5, 0.6 ＜ m ＜ 3, 0 ≤ n ＜ 1.5) 로 표시되는 Eu 에 의해 부활된α 사이알론, Ca2Si5N8 : Eu, Sr2Si5N8 : Eu, (Ca,Sr)2Si5N8 : Eu, CaSi7N10 : Eu, 형광을 발하는 유로퓸 착물 등을 이용할 수 있다. 또, 상기 서술한 형광체를 복수 이용해도 된다.
또한, 상기 서술한 제 1 파장 변환 재료와 제 2 파장 변환 재료를 조합하여 사용하는 경우, 양자의 사용량의 비율은 본 발명의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이지만, 제 1 파장 변환 재료에 대한 제 2 파장 변환 재료의 체적비는 통상 0.05 이상, 바람직하게는 0.1 이상, 보다 바람직하게는 0.2 이상, 또, 통상 1 이하, 바람직하게는 0.8 이하, 보다 바람직하게는 0.5 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 비가 지나치게 커도 지나치게 작아도 바람직한 백색광을 얻는 것이 어려워진다.
또한, 파장 변환 재료 (203,204) 는 통상적으로는 입자상으로 이용된다. 이 때, 파장 변환 재료 (203,204) 의 입자의 입경은 임의이지만, 통상 150㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 상회하면, 백색 발광 장치 (1) 의 발광색의 편차가 커짐과 함께, 파장 변환 재료 (202) 와 바인더 (봉지제) 를 혼합한 경우에는 파장 변환 재료 (203,204) 를 균일하게 도포하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, 입경의 하한은 통상 1㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 하회하면, 발광 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 파장 변환 재료 (203,204) 의 존재 상태는 본 발명의 백색 발광 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 범위에서 임의이다. 예를 들어, 바인더 (209) 를 이용하여 프레임 (205) 으로 유지하도록 해도 되고, 또, 바인더 (209) 를 이용하지 않고 프레임 (205) 에 고정되도록 해도 된다.
바인더 (209) 는 통상, 분말상이나 입자상의 파장 변환 재료 (203,204) 를 모으거나, 프레임 (205) 에 첨착시키거나 하기 위해서 이용한다. 본 실시형태 의 백색 발광 장치 (201) 에 이용하는 바인더 (209) 에 대하여 제한은 없고, 공지된 것을 임의로 이용할 수 있다.
단, 백색 발광 장치 (201) 를 투과형, 즉, 1 차 광이나 2 차 광 등이 바인더 (209) 를 투과하여 백색 발광 장치 (201) 의 외부로 방출되도록 구성한 경우, 바인더 (209) 로는, 백색 발광 장치 (201) 가 발하는 광의 각 성분을 투과시키는 것을 선택하는 것이 바람직하다.
바인더 (209) 의 예를 들면, 수지 등의 이외에, 유리 등의 무기 재료도 이용할 수 있다. 그 구체예를 들면, 수지로는, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 유기 합성 수지, 폴리실록산 겔이나 유리 등의 무기 재료 등을 들 수 있다.
또, 바인더 (209) 로서 수지를 이용하는 경우, 그 수지의 점도는 임의이지만, 사용하는 파장 변환 재료 (203,204) 의 입경과 비중, 특히, 표면적당 비중에 따라, 적당한 점도를 갖는 바인더 (209) 를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에폭시 수지를 바인더 (209) 에 사용할 때에는, 파장 변환 재료 (203,204) 의 입경이 2㎛ ∼ 5㎛, 그 비중이 2 ∼ 5 인 경우에는, 통상, 1 ∼ 10Pas 의 점도의 에폭시 수지를 이용하면, 파장 변환 재료 (203,204) 의 입자를 잘 분산시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 바인더 (209) 는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또한, 파장 변환 재료 (203,204) 에 그 이외의 성분을 공존시키는 것도 가능하다. 그 이외의 성분에 특별히 제한은 없고, 공지된 첨가제를 임의로 사용할 수 있다.
구체예를 들면, 예를 들어, 백색 발광 장치 (201) 의 배광 특성이나 혼색의 제어를 실시하는 경우에는, 그 이외의 성분으로서, 알루미나 또는 이트리아 등의 확산제를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 예를 들어, 파장 변환 재료 (203,204) 를 고밀도로 충전하는 경우에는, 그 이외의 성분으로서, 피롤린칼슘이나 붕산바륨칼슘 등의 결착제를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 바인더 (209) 를 이용하지 않고 파장 변환 재료를 프레임에 유지시키고자 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 파장 변환 재료를 소성하여 소성체를 제작하고, 그 소성체를 그대로 프레임에 부착하도록 할 수 있다. 또, 예를 들어 파장 변환 재료로 유리를 제작하거나, 파장 변환 재료의 단결정을 가공한 것을 프레임에 부착하거나 해도 된다.
또한, 바인더 (209) 를 이용하는 경우에는, 상기 그 이외의 성분은 바인더 (209) 중에 분산시키도록 하면 되지만, 바인더 (209) 를 이용하지 않는 경우에도 첨가제 등의 그 이외의 성분을 파장 변환 재료에 공존시키는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 파장 변환 재료 (203,204) 로서, 상기 서술한 제 1 파장 변환 재료에 속하는 파장 변환 재료 (203) 와, 제 2 파장 변환 재료에 속하는 파장 변환 재료 (204) 를 이용하여, 이들 파장 변환 재료 (203,204) 는 바인더 (209) 에 분산시킨 상태에서 프레임 (205) 의 오목부 (205A) 에 유지시키도록 되어 있다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 파장 변환 재료 (203,204) 는, 온도 상승에 의한 발광 강도의 변화가 작고, 내부 양자 효율이 높으며, 흡광도도 높은 것을 이용하고 있다. 또한, 바인더 (209) 는 발광 소자 (202) 가 발하는 1 차 광이나 파장 변환 재료 (203,204) 가 발하는 2 차 광을 투과할 수 있도록 되어 있어, 이로써, 1 차 광과 2 차 광의 합성광으로서 백색광이 발해지도록 되어 있는 것으로 한다.
[Ⅲ-2-4. 제조 방법]
백색 발광 장치 (201) 의 제조 방법에 제한은 없고 임의이지만, 예를 들어, 파장 변환 재료 (203,204) 그리고 적절하게 이용되는 바인더 (209) 및 그 이외의 성분을 분산매에 분산시켜 슬러리를 조제하고, 조제한 슬러리를 발광 소자 (202) 를 부착한 프레임 (205) 에 도포한 후, 슬러리를 건조시켜 형성할 수 있다. 또한, 적절하게, 발광 소자 (202) 는 슬러리의 도포시나 도포 후에 프레임 (205) 에 부착되도록 해도 된다.
슬러리의 조제는 파장 변환 재료 (203,204) 와, 적절하게 이용되는 바인더 (209) 및 첨가제 등 그 이외의 성분을, 분산매에 혼합함으로써 실시한다. 또한, 슬러리는 바인더 (209) 의 종류에 따라서는 페이스트, 펠릿 등으로 호칭이 바뀌는 경우가 있지만, 본 발명의 백색 발광 장치의 설명에서는 이들을 포함하여 슬러리라고 부르기로 한다.
슬러리 조제에 이용하는 분산매에 제한은 없고, 공지된 분산매를 임의로 이용할 수 있다. 그 구체예로는, n-헥산, n-헵탄, 소르벳소 등의 고리상 탄화수소, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소, 트리클로로에틸렌, 퍼클로로에틸렌등의 할로겐화 탄화수소, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올 등의 알코올류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류, 아세트산에틸, 아세트산n-부틸 등의 에스테르류, 셀로솔브, 부틸솔브, 셀로솔브아세테이트 등의 에테르류, 물이나 임의의 수용액 등의 수계 용제 등을 들 수 있다.
다음으로, 조제한 슬러리를 프레임 (205) 등의 기재에 도포한다. 도포 방법은 임의이지만, 예를 들어, 디스펜스, 폿팅 등의 수법을 이용할 수 있다.
도포 후, 분산매를 건조시키고, 파장 변환 재료 (203,204) 를 프레임 (205) 에 고정시킨다. 건조 방법은 임의이며, 예를 들어, 자연 건조, 가열 건조, 진공 건조, 번(burn), 자외선 조사, 전자선 조사 등의 방법을 이용하면 된다. 그 중에서도, 수십 ℃ ∼ 백수십 ℃ 의 온도에서의 베이킹은, 저가의 설비로 간단하게, 확실하게 분산매를 제거할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 반사형의 백색 발광 장치 (후술) 를 제조하는 목적으로 파장 변환 재료 (203,204) 의 고밀도화를 실시하는 경우에는, 슬러리에 그 이외의 성분으로서 결착제를 혼합하는 것이 바람직하다. 또, 결착제를 혼합한 슬러리를 도포하는 경우에는, 스크린 인쇄식이나 잉크젯 인쇄 등의 도포 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 슬러리의 분리 도포 등을 용이하게 실시할 수 있기 때문이다. 물론, 결착제를 사용하는 경우에 통상의 도포 방법에 따라 도포를 실시해도 된다.
또, 슬러리를 이용하지 않는 방법도 있다. 예를 들어, 파장 변환 재료 (203,204) 와, 적절하게 사용되는 바인더 (209) 나 그 이외의 성분을 혼합하여, 혼 련 성형함으로써 파장 변환 재료 (203,204) 를 프레임 (205) 에 부착하도록 하여 백색 발광 장치 (201) 를 제조할 수도 있다. 또한, 성형할 때에는, 예를 들어, 프레스 성형, 압출 성형 (T-다이 압출, 인플레이션 압출, 블로우 성형, 용융 방사, 이형 압출 등), 사출 성형 등을 실시함으로써 성형할 수도 있다.
또한, 바인더 (209) 가 에폭시 수지나 실리콘 수지 등의 열경화성인 것인 경우에는, 경화 전의 바인더 (209) 와 파장 변환 재료 (203,204) 와 적절하게 이용되는 그 이외의 성분을 혼합, 성형하고, 그 후, 가열에 의해 바인더 (209) 를 경화시켜 파장 변환 재료 (203,204) 를 프레임 (205) 에 부착하도록 하여 백색 발광 장치 (201) 를 제조할 수도 있다. 또, 바인더 (209) 가 UV (자외선) 경화성인 경우에는, 상기 방법의 가열 대신에 UV 광을 조사함으로써 바인더 (209) 를 경화시켜 파장 변환 재료 (203,204) 를 프레임 (205) 에 부착하도록 하여 백색 발광 장치 (201) 를 제조할 수도 있다.
그런데, 파장 변환 재료 (203,204) 는, 백색 발광 장치 (201) 의 제조시에 일련의 공정 중에서 제작해도 되지만, 미리 파장 변환 재료 (203,204) 를 포함하는 부재를 별도로 준비해 두고, 프레임 (205) 등에 나중에 장착하여 백색 발광 장치 (201) 를 완성시키도록 해도 된다.
[Ⅲ-3.작용]
본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 는 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 사용시에는, 발광 소자 (202) 에 전력을 공급하여 발광 소자 (202) 를 발광시킨다. 발광 소자 (202) 는 전력의 공급에 의해 1 차 광을 발한다. 1 차 광의 일부 는 바인더 (209) 에 분산된 파장 변환 재료 (203,204) 에 흡수되고, 이로써, 파장 변환 재료 (203,204) 는 각각 2 차 광으로서 형광을 발한다. 이상과 같이 하여, 파장 변환 재료 (203,204) 에 흡수되지 않았던 1 차 광과, 파장 변환 재료 (203,204) 가 발한 2 차 광이 바인더 (209) 를 투과하여, 백색 발광 장치 (201) 로부터 1 차 광과 2 차 광의 합성광으로서 백색광이 발해진다.
본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 가 발하는 백색광은, 상기 소정 파장 범위에서 평탄한 발광 스펙트럼을 갖고 있기 때문에, 연색성이 우수하다.
또, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 에서는, 발광 강도의 온도 의존성이 작은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용하고 있기 때문에, 종래와 같은 점등 후의 백색광의 경시적인 색조 변화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 백색 발광 장치 (201) 에서는, 발광 소자 (202) 가 발하는 1 차 광과 동일한 파장의 광에 대하여, 내부 양자 효율이 높고, 또한, 흡광도가 높은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용하고 있기 때문에, 백색 발광 장치 (201) 가 발하는 백색광의 강도를 종래보다 높여, 백색 발광 장치 (201) 의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 백색광이 1 차 광을 성분으로서 함유하는 것을 들었지만, 백색광이 1 차 광을 함유하지 않는 것도 동일한 이점을 얻을 수 있다.
[Ⅲ-4. 기타]
이상, 본 발명의 백색 발광 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 백색 발광 장치는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지 를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 백색 발광 장치 (201) 를 반사형으로 형성해도 된다. 구체예를 들면, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 (202) 로부터 발해진 1 차 광이 프레임 (205) 의 표면 등에서 반사되어 외부로 발해지는 구성으로 해도 된다. 또한, 도 7 에 있어서, 도 6 과 동일한 부호로 나타내는 부위는, 도 6 과 동일한 것을 표시한다.
도 7 의 구성에서는, 발광 소자 (202) 는 빔 (210) 에 의해 프레임 (205) 으로부터 떨어져 형성되고, 또, 파장 변환 재료 (203,204) 는 바인더 (209) 에 분산된 상태에서 프레임 (205) 의 오목부 (205A) 표면에 도포 형성되어 있다.
또, 도전성 단자 (206,207) 는 발광 소자 (202) 에 전력을 공급할 수 있도록 빔 (210) 에 형성되어 있다. 이 이외에는, 도 7 의 백색 발광 장치 (201) 는, 상기 실시형태와 동일하게 구성되어 있다.
이 경우, 발광 소자 (202) 로부터 발해진 1 차 광의 일부는 프레임 (205) 의 표면 등에서 반사되어 백색광의 한 성분으로서 백색 발광 장치 (201) 의 외부를 향해 발해지고, 다른 일부는 파장 변환 재료 (203,204) 에 흡수된다. 그리고, 오목부 (205A) 의 표면에 고정된 파장 변환 재료 (203,204) 는 1 차 광을 흡수하고 여기되어 2 차 광을 발한다. 이로써, 백색 발광 장치 (201) 는 1 차 광과 2 차 광의 합성광으로서 백색광을 발할 수 있도록 되어 있다.
백색 발광 장치 (201) 를 이와 같이 반사형으로 구성한 경우라도, 백색광이 상기 소정의 파장 범위에서 평탄한 발광 스펙트럼을 갖도록 함으로써 백색광의 연 색성을 향상시킬 수 있고, 또, 발광 강도의 온도 의존성이 작은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용함으로써 점등 후의 백색광의 경시적인 색조 변화를 억제할 수 있으며, 또한, 발광 소자 (202) 가 발하는 1 차 광과 동일한 파장의 광에 대하여, 내부 양자 효율이 높고, 또한, 흡광도가 높은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용함으로써 백색광의 강도를 향상시켜 백색 발광 장치 (201) 의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 예를 들어, 상기 실시형태와 같이 파장 변환 재료 (203,204) 를 혼합하여 이용하는 것 이외에, 파장 변환 재료 (203,204) 의 성질이나 종류 등에 따라 각각의 부위나 부재에 구별하여 배치하도록 해도 된다.
구체예를 들면, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 프레임 (205) 의 오목부 (205A) 내의 일부에 있어서 파장 변환 재료 (203) 를 바인더 (209A) 에 분산시키고, 오목부 (205A) 의 나머지의 부분에 있어서 파장 변환 재료 (204) 를 바인더 (209B) 에 분산시키도록 해도 된다. 또한, 도 8 에 있어서, 도 6, 7 과 동일한 부호로 나타내는 부위는, 도 6, 7 과 동일한 것을 표시한다. 또한, 바인더 (209A) 와 바인더 (209B) 는, 동종의 것이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.
도 8 의 구성에서는, 발광 소자 (202) 로부터 발해진 1 차 광의 일부는 백색광의 한 성분으로서 백색 발광 장치 (201) 의 외부를 향해 발해지고, 다른 일부는 파장 변환 재료 (203,204) 에 흡수된다. 그리고, 바인더 (209A) 내에 분산된 파장 변환 재료 (203), 및, 바인더 (209B) 내에 분산된 파장 변환 재료 (204) 각각이 1 차 광에 의해 여기되어 2 차 광을 발하고, 이로써, 백색 발광 장치 (201) 는 1 차 광과 2 차 광의 합성광으로서 백색광을 발할 수 있도록 되어 있다.
백색 발광 장치 (201) 를, 도 8 과 같이 파장 변환 재료 (203,204) 의 성질이나 종류 등에 따라 각각의 부위나 부재로 구별하여 배치한 경우라도, 백색광이 상기 소정의 파장 범위에서 평탄한 발광 스펙트럼을 갖도록 함으로써 백색광의 연색성을 향상시킬 수 있고, 또, 발광 강도의 온도 의존성이 작은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용함으로써 점등 후의 백색광의 경시적인 색조 변화를 억제할 수 있으며, 또한, 발광 소자 (202) 가 발하는 1 차 광과 동일한 파장의 광에 대하여, 내부 양자 효율이 높고, 또한, 흡광도가 높은 파장 변환 재료 (203,204) 를 이용하고 있음으로써 백색광의 강도를 향상시켜 백색 발광 장치 (201) 의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 8 의 백색 발광 장치 (201) 를 추가로 변형시켜, 파장 변환 재료 (203,204) 에 따라 각각의 오목부 (205A) 를 프레임 (205) 에 형성하여, 파장 변환 재료 (203,204) 를 성질이나 종류 등에 따라 각각의 오목부 (205A) 에 배치하도록 해도 된다.
[Ⅲ-5. 조명 장치]
상기 백색 발광 장치 (201) 는 조명 장치에 이용할 수 있다. 이 조명 장치는 상기 백색 발광 장치 (201) 를 구비하고 있으면 다른 제한은 없지만, 통상, 렌즈 등의 배광 소자나, 보호 커버, 반사 방지 필름, 시야 확대 필름, 휘도 향상 필름, 렌즈 시트, 방열판 등의 다른 구성 부재를 적절하게 조합하여 구성된다.
예를 들면, 가령, 백색 발광 장치 (201) 를 이용하여, 도 9 에 나타내는 면 발광 조명 장치 (211) 를 구성할 수 있다. 이 면 발광 조명 장치 (211) 에서는, 상면 부분이 개구된 케이싱인 유지 케이스 (212) 내에, 상기 백색 발광 장치 (201) 가 나열되어 다수 배치 형성되어 있고, 유지 케이스 (212) 의 개구 부분 (212A) 을 향해 백색 발광 장치 (201) 가 백색광을 발하도록 되어 있다. 여기서, 백색 발광 장치 (201) 는 상기 실시형태에서 설명한 바와 동일한 것을, 몰드 부재로 덮은 것이다. 또, 각 백색 발광 장치 (201) 에는, 전원이나 회로 (도시 생략) 로부터 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 유지 케이스 (212) 의 개구 부분 (212A) 에는 아크릴판 등의 확산판 (213) 이 형성되어 있고, 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해진 1 차 광 및 2 차 광이 확산판 (213) 내에서 확산되어 편향되지 않은 균일한 백색광이 확산판 (213) 으로부터 외부를 향해 발해지도록 되어 있다.
상기와 같이 백색 발광 장치 (201) 를 이용하여 조명 장치를 구성함으로써, 연색성의 향상, 점등 후의 백색광의 경시적인 색조 변화의 억제, 백색광의 강도의 향상 및 백색 발광 장치 (201) 의 발광 효율의 향상 등, 백색 발광 장치 (201) 와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 도 9 를 이용하여 나타낸 면 발광 조명 장치 (211) 는 본 발명의 조명 장치의 일례로서, 본 발명의 조명 장치는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
[Ⅲ-6. 표시 장치]
상기 백색 발광 장치 (201) 는 표시 장치 (화상 표시 장치) 에 이용할 수 있 다. 이 표시 장치는 상기 백색 발광 장치 (201) 를 구비하고 있으면 다른 제한은 없지만, 통상, 화상을 형성시키는 이미지 형성 유닛이나, 조명 장치와 동일한 다른 구성 부재 등을 적절하게 조합하여 구성된다.
예를 들면, 가령, 백색 발광 장치 (201) 를 이용하여, 도 10 에 나타내는 표시 장치 (221) 를 구성할 수 있다. 이 표시 장치 (221) 는 백색 발광 장치 (201) 와, 도광판 (222) 과, 반사 필름 (223) 과, 확산판 (224) 과, 이미지 형성 유닛 (225) 를 구비하고 있다.
백색 발광 장치 (201) 는 상기 서술한 바와 동일하게 형성된 것으로, 이미지 형성 유닛 (225) 을 배면으로부터 비추기 위한 백 라이트 유닛으로서 이용되도록 되어 있다.
또, 도광판 (222) 은 백색 발광 장치 (201) 로부터의 백색광을 이미지 형성 유닛 (225) 에 안내하기 위한 부재로서, 거울, 프리즘, 렌즈, 광섬유 등을 이용한 것을 비롯하여, 공지된 도광판을 임의로 이용할 수 있다. 도광판 (222) 을 이용하도록 하면, 이미지 형성 유닛 (225) 에 대하여 임의의 위치에 백색 발광 장치 (201) 를 배치 형성하는 것이 가능해져, 표시 장치 (221) 의 설계의 자유도를 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 도광판으로서 프리즘을 이용하고 있는 것으로 한다.
또한, 반사 필름 (223) 은 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해진 백색광을 반사하는 부재로서, 도광판 (222) 의 배면에 형성되어 있다. 이로써, 도광판 (222) 의 도면 중 가로로 형성된 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해진 백색광을, 반사 필름 (223) 에서 반사시키고, 도면 중 위에 배치 형성된 확산판 (224) 을 개재하여 조형성 유닛 (225) 에 안내할 수 있도록 되어 있다.
또, 확산판 (224) 은 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해진 광을 확산시키는 부재로서, 백색 발광 장치 (201) 로부터 발해진 광은 확산판 (224) 의 내부에서 확산되어, 편향되지 않은 균일한 백색광이 되어 이미지 형성 유닛 (225) 으로 방출되도록 되어 있다.
확산판 (224) 의 구체적인 구성에 제한은 없고, 형상, 재료, 치수 등은 임의이며, 예를 들어, 표리에 요철을 갖는 시트나, 합성 수지 등의 바인더 중에 합성 수지나 유리 등의 미립자가 분산된 구조물을 이용할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 바인더 중에 미립자가 분산된 타입의 확산판 (224) 을 이용하고 있는 것으로 한다.
또한, 이미지 형성 유닛 (225) 은 백색 발광 장치 (201) 가 발한 백색광을 배면측 (도면 중 하측) 에 조사되어, 표면측 (도면 중 상측) 에 영상을 형성하는 부재이다. 어떠한 이미지를 형성하여, 조사된 백색광의 적어도 일부를 투과시킬 수 있는 것이면 다른 제한은 없고, 임의의 형상, 치수, 재료 등을 갖는 공지된 부재를 이용할 수 있다.
이미지 형성 유닛 (225) 의 구체예를 들면, 액정 디스플레이 등에 이용되는 액정 유닛이나, 내부 조명 표지 등에 이용되는 표지 등을 들 수 있다.
예를 들어, 액정 유닛의 일례로는, 컬러 필터, 투명 전극, 배향막, 액정, 배향막, 투명 전극이 상기 순서로 중첩된 액정층이, 표리에 편광 필름이 부착된 유리 셀 등의 용기에 유지된 구조인 것을 들 수 있다. 이 경우, 액정 유닛에서는 투명 전극에 인가하는 전극에 의해 액정의 분자 배열을 제어하여 이미지를 형성하도록 되어 있지만, 이 때, 상기 서술한 백색 발광 장치 (201) 가 배면으로부터 백색광 (백 라이트) 에 의해 액정 유닛을 비춤으로써, 액정 유닛에 형성된 이미지를 액정 유닛의 표면측에 명료하게 표시할 수 있다.
또한, 표시 장치가 이미지 형성 유닛에 형성된 이미지를 표시하는 위치는, 이미지 형성 유닛의 표면측이면 되고, 이미지 형성 유닛의 표면측에 직접 영상을 표시하는 것 이외에, 어떠한 투영면에 이미지를 투영하여 표시하도록 해도 된다. 이와 같은 것의 예로는, 예를 들어, 액정 프로젝터 등을 들 수 있다.
또, 예를 들어 이미지 형성 유닛으로서 표지를 이용하는 경우에는, 상기 서술한 백색 발광 장치 (201) 가 배면으로부터 백색광에 의해 표지를 비춤으로써, 표지에 형성된 이미지를 표지의 표면측에 명료하게 표시할 수 있다.
또한, 이미지 형성 유닛 (225) 에 형성되는 이미지는 임의이며, 문자이어도 되고 화상이어도 된다.
본 실시형태에서는 이미지 형성 유닛 (225) 으로서, 표면에 직접 이미지를 표시하는 액정 유닛을 이용하고 있는 것으로 한다.
상기와 같이 표시 장치를 구성하면, 백색 발광 장치 (201) 로부터 백색광을 발하여 이미지 형성 유닛 (225) 을 배면으로부터 비추도록 함으로써, 이미지 형성 유닛 (225) 에 형성되어 있는 이미지를 이미지 형성 유닛 (225) 의 표면에 명료하게 비출 수 있다.
이 때, 상기와 같이 백색 발광 장치 (201) 를 이용하여 표시 장치 (221) 를 구성함으로써, 연색성의 향상에 의해 표시되는 이미지의 색재현성을 향상시킬 수 있는 것 이외에, 점등 후의 백색광의 경시적인 색조 변화의 억제, 백색광의 강도의 향상 및 백색 발광 장치 (201) 의 발광 효율의 향상 등, 백색 발광 장치 (201) 와 동일한 이점을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도 10 을 이용하여 나타낸 표시 장치 (221) 는 본 발명의 표시 장치의 일례로서, 본 발명의 표시 장치는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
[Ⅳ. 화상 표시 장치에 관한 설명]
이하, 본 발명의 화상 표시 장치에 대하여 실시형태를 나타내어 상세하게 설명하지만, 본 발명의 화상 표시 장치는 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
도 11 은, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태로서의 컬러 디스플레이의 요부의 구조를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 컬러 디스플레이는, 적색 화소 (이하 적절하게, 「적색 화소」라고 한다) (301) 와, 적어도 1 개의 비적색 화소 (302,303) 를 구비한다.
여기서, 비적색 화소 (302,303) 에 제한은 없고, 적색 이외의 색의 광을 발하는 것이면 임의의 광원을 비적색 화소 (302,303) 로서 이용할 수 있는데, 통상, 컬러 디스플레이 (301) 에 있어서는, 비적색 화소 (302,303) 로서, 녹색의 화소 (이하 적절하게, 「녹색 화소」라고 한다) (302) 와, 청색의 화소 (이하 적절하게, 「청색 화소」라고 한다) (303) 를 이용하여, 이들 적색, 녹색 및 청색 화소를 조합하여 임의의 색을 합성하도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 상기 적색 화소 (301) 가, 적색 화소용 발광 소자 (313), 및, 휘도 유지율이 85 이상인 적색 형광체 (314) 를 갖는 적색 발광 장치 (적색 발광 소자) (311) 를 구비하여 구성되어 있다.
[Ⅳ-1. 적색 화소]
도 12 는, 본 실시형태에 관계되는 적색 발광 장치 (311) 의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 단, 적색 발광 장치의 구성은 도 12 에 나타내는 것에 한정되지 않는다.
본 실시형태에 관계되는 적색 화소 (301) 는, 적색 화소용 발광 소자 (313) 와, 파장 변환 재료인 적색 형광체 (314) 를 갖는 적색 발광 장치 (311) 를 구비하여 구성되어 있고, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로부터 발해진 광에 의해 적색 형광체 (314) 가 여기되어 적색 형광체 (314) 로부터 적색의 광이 발해지고, 이 적색의 광이 적색 화소 (301) 로부터 적색광으로서 발해지도록 되어 있다. 또, 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 발하는 광의 일부는, 적색 형광체 (314) 에 여기광으로서 흡수되지 않고, 적색 형광체 (314) 가 발하는 적색광과 함께, 적색 화소 (301) 가 발하는 적색광의 한 성분으로서 컬러 디스플레이의 외부로 발해지도록 해도 된다.
또한, 적색 화소 (301) 로부터 발해지는 적색광의 피크 파장은 컬러 디스플 레이의 사용 상태나 목적 등에 따라 임의로 설정할 수 있지만, 통상 580㎚ 이상, 바람직하게는 600㎚ 이상, 또, 통상 680㎚ 이하, 바람직하게는 660㎚ 이하이다.
또한, 적색 화소 (301) 를 구비하는 적색 발광 장치 (311) 는 통상, 적색 화소용 발광 소자 (313) 및 적색 형광체 (314) 를 유지시키기 위한 기부로서 프레임 (312) 을 구비하고 있다.
[Ⅳ-1-1. 프레임]
프레임 (312) 은 적색 화소용 발광 소자 (313) 및 적색 형광체 (314) 를 유지하는 기부로서, 그 형상 및 재질 등은 임의이다.
프레임 (312) 형상의 구체예로는, 판상, 컵상 등, 그 용도에 따라 적당한 형상으로 할 수 있다. 또, 예시한 형상 중에서도, 컵상의 프레임은 백색광의 출사 방향에 지향성을 갖게 할 수 있어, 적색 발광 장치 (311) 가 방출하는 광을 유효하게 이용할 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 프레임 (312) 재질의 구체예로는, 금속, 합금, 유리, 카본 등의 무기 재료, 합성 수지 등의 유기 재료 등, 용도에 따라 적당한 것을 이용할 수 있다.
단, 적색 화소용 발광 소자 (313) 나 적색 형광체 (314) 로부터 발해지는 광이 닿는 프레임 (312) 의 면은, 닿은 광의 반사율이 높아져 있는 것이 바람직하고, 특히, 가시광역 전반의 광의 반사율이 높아져 있는 것이 보다 바람직하다. 따라서, 적어도 광이 닿는 면은, 반사율이 높은 소재에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체예로는, 유리 섬유, 알루미나 가루, 티타니아 가루 등의 높은 반사율을 갖는 물질을 함유한 소재 (사출 성형용 수지 등) 로 프레임 (312) 의 전체 또는 프레임 (312) 의 표면을 형성하는 것을 들 수 있다.
또, 프레임 (312) 표면의 반사율을 높이는 구체적인 방법은 임의이며, 상기와 같이 프레임 (312) 자체의 재료를 선택하는 것 이외에, 예를 들어, 은, 백금, 알루미늄 등의 고반사율을 갖는 금속이나 합금으로 도금, 또는 증착 처리함으로써, 광의 반사율을 높일 수도 있다.
또한, 반사율을 높이는 부분은, 프레임 (312) 의 전체이어도 되고 일부이어도 되지만, 통상적으로는, 적색 화소용 발광 소자 (313) 나 적색 형광체 (314) 로부터 발해지는 광이 닿는 부분의 전체 표면의 반사율이 높아져 있는 것이 바람직하다.
또한, 통상적으로는, 프레임 (312) 에는 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 대하여 전력을 공급하기 위한 전극이나 단자 등이 형성된다.
본 실시형태에 있어서는, 컵상으로 형성된 프레임 (312) 의 오목부 (312A) 의 바닥에, 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 전력을 공급하기 위한 도전성 단자 (315,316) 가 형성되어 있고, 도전성 단자 (315,316) 는 외부의 전원 (도시 생략) 에 접속되도록 되어 있는 것으로 한다.
[Ⅳ-1-2. 적색 화소용 발광 소자]
적색 화소용 발광 소자 (313) 는 적색 형광체 (314) 의 여기광을 발하는 것이다.
적색 화소용 발광 소자 (313) 의 종류는 임의이지만, 예를 들어, 발광 다이오드 (즉,「LED」), 단면 발광형 또는 면 발광형의 레이저 다이오드 (즉,「LD」), 일렉트로루미네선스 소자 등을 들 수 있다. 그 중에서도 통상적으로는, 저가의 LED 가 바람직하다.
또, 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 발하는 광의 발광 파장도 임의이며, 적색 화소로서 적색 발광 장치 (311) 가 발하는 적색광에 따라 적당한 발광 파장의 광을 발하는 발광 소자를 이용하면 된다. 통상적으로는, 근자외로부터 청록색의 광을 여기광으로서 발하는 발광 소자를 이용하는 것이 바람직하다. 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 발하는 광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 통상 580㎚ 이상, 바람직하게는 600㎚ 이상, 또, 통상 680㎚ 이하, 바람직하게는 660㎚ 이하가 바람직하다. 이 범위 이외의 경우에는, 고효율의 LED 를 제조하는 것이 어려워질 우려가 있다.
적색 화소용 발광 소자 (313) 의 구체예로는, 실리콘카바이드, 사파이어, 질화갈륨 등의 기판에, MOCVD 법 등의 방법으로 InGaN 계, GaAlN 계, InGaAlN 계, ZnSeS 계 등의 반도체를 발광층으로서 형성시킨 발광 소자 등을 들 수 있다. 반도체의 구조로는, MIS 접합, PIN 접합이나 PN 접합 등을 갖는 호모 구조, 헤테로 결합 또는 더블 헤테로 결합인 것 등을 들 수 있다. 또, 반도체 활성층을 양자효과가 발생하는 박막에 형성시킨 단일 양자 우물 구조나 다중 양자 우물 구조로 할 수도 있다. 또, 활성층에는 Si, Ge 등의 도너 불순물 및/또는 Zn, Mg 등의 억셉터 불순물이 도프되는 경우도 있다. 그 중에서도, (In,Ga)N 을 주성분으로 하는 (In,Ga)N 계 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, (In,Ga)N 계 LED 가 바람직하다.
또한, 적색 화소용 발광 소자 (313) 는 1 개를 단독으로 이용해도 되고, 2 개 이상의 적색 화소용 발광 소자 (313) 를 병용해도 된다. 또한, 적색 화소용 발광 소자 (313) 는 1 종만으로 이용해도 되고, 2 종 이상의 것을 병용해도 된다.
또, 적색 화소용 발광 소자 (313) 를 프레임 (312) 에 부착하는 경우, 그 구체적 방법은 임의이지만, 예를 들어, 땜납을 이용하여 부착할 수 있다. 땜납의 종류는 임의이지만, 예를 들어, AuSn, AgSn 등을 이용할 수 있다. 또, 땜납을 이용하는 경우, 땜납을 통해 프레임 (312) 에 형성된 전극이나 단자 (315,316) 등으로부터 전력을 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 특히, 방열성이 중요해지는 대전류 타입의 LED 나 레이저 다이오드 등을 적색 화소용 발광 소자 (313) 로서 이용하는 경우, 땜납은 우수한 방열성을 발휘하기 때문에, 적색 화소용 발광 소자 (313) 의 설치에 땜납을 이용하는 것은 유효하다.
또, 땜납 이외의 수단에 의해 적색 화소용 발광 소자 (313) 를 프레임 (312) 에 부착하는 경우에는, 예를 들어, 에폭시 수지, 이미드 수지, 아크릴 수지 등의 접착제를 이용해도 된다. 이 경우, 접착제에 은 입자, 탄소 입자 등의 도전성 필러를 혼합시켜 페이스트 형상으로 한 것을 이용함으로써, 땜납을 이용하는 경우와 같이, 접착제를 통전시켜 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 전력 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 또한, 이들 도전성 필러를 혼합시키면, 방열성도 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 대한 전력 공급 방법도 임의이며, 상기 서술한 땜납이나 접착제를 통전시키는 것 이외에, 적색 화소용 발광 소자 (313) 와 전극이나 단자 (315,316) 등을 와이어 본딩에 의해 결선하여 전력 공급하도록 해도 된다. 이 때 이용하는 와이어에 제한은 없고, 소재나 치수 등은 임의이다. 예를 들어, 와이어의 소재로는 금, 알루미늄 등의 금속을 이용할 수 있고, 또, 그 굵기는 통상 20㎛ ∼ 40㎛ 로 할 수 있지만, 와이어는 여기에 한정되는 것은 아니다.
또, 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 전력을 공급하는 다른 방법의 예로는, 범프를 이용한 플립 칩 실장에 의해 적색 화소용 발광 소자 (313) 에 전력을 공급하는 방법을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로서 근자외로부터 청록색의 광을 발하는 (In,Ga)N 계 LED 를 이용하여, 이 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 프레임 (312) 의 오목부 (312A) 저부에는 설치되어 있다. 또한, 적색 화소용 발광 소자 (313) 는, 도전성 단자 (315) 와 직접 접속되고, 또, 도전성 단자 (316) 와 와이어 (317) 를 개재하여 와이어 본드에 의해 접속되어, 전력이 공급되도록 되어 있다.
[Ⅳ-1-3. 적색 형광체]
적색 형광체 (314) 는 적색 화소용 발광 소자 (313) 로부터 발해지는 광을 흡수하여, 적색광을 발하는 것이다. 따라서, 적색 형광체 (314) 는 적색 화소용 발광 소자 (313) 로부터 발해진 광의 파장을 변환하여 적색광으로 하는 파장 변환 재료로서 기능하는 것이다.
본 실시형태에 있어서는, 적색 형광체 (314) 로서, 휘도 유지율 TR 이 통상 85 이상, 바람직하게는 90 이상, 보다 바람직하게는 95 이상인 것을 이용한다.
휘도 유지율 TR 은 형광체의, 25℃ 에서의 휘도에 대한 100℃ 에서의 휘도의 비율을 ％ 단위로 표시한 것이다. 따라서, 휘도 유지율 TR 이 상기 범위 내가 되는 것은, 온도 상승에 의한 적색 형광체 (314) 의 발광 강도의 변화가 작은 것을 표시한다. 즉, 적색 형광체 (314) 의 발광 강도의 온도 의존성이 작은 것을 표시한다.
종래의 컬러 디스플레이에 있어서는, 적색 화소로서 적색 발광 LED 등과 같이 온도 의존성이 큰 것 등을 이용하고 있었다. 그러나, 그 경우에는, 온도 조건에 의해 적색 화소로부터 발해지는 적색광의 강도가 비적색 화소로부터 발해지는 광에 비해 크게 변화되고, 각 화소로부터 발해지는 광의 강도의 밸런스가 변화되어, 컬러 디스플레이가 표시하는 이미지의 색조가 변화되어 있었다. 이에 비해, 본 실시형태와 같이, 적색 화소용 발광 소자 (313) 와 적색 형광체 (314) 를 갖는 적색 발광 장치 (311) 를 적색 화소에 구비시킴과 함께, 적색 형광체 (314) 로서 휘도 유지율 TR 이 큰 것을 이용함으로써, 상기 서술한 색조 변화를 억제하여, 컬러 디스플레이의 온도 변화에 의한 색 어긋남을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 휘도 유지율 TR 은 예를 들어, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
먼저, 코요 전자 제조 온도 특성 평가 장치를 이용하여, 직경 8㎜ 의 분체용 홀더에 약 100㎎ 의 측정 샘플 가루 (형광체) 를 채워 넣고 장치 내에 세팅한다. 그 후, 25℃ 그리고 100℃ 로 유지시킨 상태에서, 대기 중, TOPCON 제조 색채 휘도계 BM5A 를 이용하여, 460㎚ 의 여기광 (150W 크세논 램프의 광을 회절 격자 분광기로 분광한 광) 을 조사한 상태에서의 휘도를 측정한다. 그리고, 25℃ 에서의 휘도에 대한, 100℃ 에서의 휘도를 계산하여, 휘도 유지율 TR (％) 로 한다.
또, 이와 관련하여, 적색 형광체 (314) 는 모체 화합물의 구조 성분으로서 황을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 황은 적색 형광체 (314) 의 열에 의한 열화의 원인이 되는 경우가 있기 때문에, 이러한 황을 함유하지 않는 적색 형광체, 예를 들어, 황화물, 황산염 등 이외의 적색 형광체 (314) 를 사용함으로써, 적색 형광체 (314) 의 온도 의존성을 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 이용하는 적색 형광체 (314) 로는, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로부터 발해지는 광을 효율적으로 흡수하는 것이 바람직하고, 또한, 그 발광 효율이 높은 것이 바람직하다.
구체적으로는, 적색 형광체 (314) 는 그 내부 양자 효율이, 통상 40％ 이상, 바람직하게는 50％ 이상, 보다 바람직하게는 60％ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하면, 발광 효율이 높은 디스플레이가 얻어지지 않을 우려가 있다.
또한, 적색 형광체 (314) 의 흡광도는 통상 50％ 이며, 60％ 이상인 것이 바람직하고, 70％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 75％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하면, 발광 효율이 높은 디스플레이가 얻어지지 않을 우려가 있다.
또한, 상기 내부 양자 효율 및 흡광도는, 적색 화소용 발광 소자 (313) 의 발광 파장의 광에 대한 내부 양자 효율 및 흡광도, 상세하게는 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 발하는 광의 발광 피크 파장의 광 (이하 적절하게, 간단히 「적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광」이라고 한다) 에 의해 여기된 경우의 내부 양자 효율 및 흡광도로서, 이들은, 예를 들어 이하와 같이 하여 구해진다.
먼저, 반사율 0.97 의 백색 확산판에 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여 백색 확산판에서 반사시키고, 백색 확산판에서 반사된 광을 적분구에서 모으고, 적분구에서 모은 광을 멀티 채널 포토 디텍터에서 검출하여, 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광이 백색 확산판에서 반사된 반사광 강도 RW 를 측정한다.
다음으로, 적색 형광체에 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여, 적색 형광체에 반사된 광, 및, 적색 형광체에 의해 흡수되어 파장 변환되어 발생한 광을 적분구에서 모으고, 적분구에서 모은 광을 반사광 강도 RW 의 측정과 동일하게 하여, 멀티 채널 포토 디텍터에서 검출한다. 멀티 채널 포토 디텍터의 측정 중, 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광이 적색 형광체에서 반사된 반사광 강도 RP 를 측정한다.
그리고, 하기 식 (ⅲ) 에 의해, 적색 형광체에 흡수된 흡수광 강도 AP 를 산출하여, 이 흡수광 강도 AP 에 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광 파장 을 곱해 흡수광 포톤수 대응값 PA 로 환산한다.
흡수광 강도 AP = ｛(반사광 강도 RW) / 0.97｝- (반사광 강도 RP) (ⅲ)
또, 반사광 강도 RW 에 대해서도 마찬가지로, 파장을 곱해 반사광 포톤수 대응값 RWA 로 환산한다.
그 후에, 반사광 강도 RP 의 측정에 있어서 검출한, 적색 형광체에 적색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광을 입사하여 적분구에서 모은 광에 대하여, 관측된 광의 파장 성분 중, 반사광을 포함하지 않는 파장 범위 (즉, 적색 형광체가 발한 광의 파장 범위) 에 있어서, 광의 강도와 파장의 곱을 합계하여, 발광 포톤수 대응값 PP 로 환산한다.
마지막으로, 「내부 양자 효율 = (발광 포톤수 대응값 PP) / (흡수광 포톤수 대응값 PA)」에 의해, 내부 양자 효율을 산출한다.
또, 흡광도는 「흡광도 = (흡수광 포톤수 대응값 PA) /｛(반사광 포톤수 대응값 RWA) / 0.97｝」에 의해 산출한다.
또한, 적색 형광체 (314) 는 상기 내부 양자 효율이 높다는 특성과, 흡광도가 크다는 특성을 모두 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또, 이 적색 형광체 (314) 는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의의 것을 이용할 수 있다. 또한, 적색 형광체 (314) 는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또, 적색 형광체 (314) 는 발하는 광의 색도가, xy 색도도에 있어서, x 가 통상 0.50 이상, 바람직하게는 0.60 이상, 보다 바람직하게는 0.63 이상인 것이 바람직하다. 또한, y 는 통상 0.2 이상, 바람직하게는 0.3 이상, 또, 통상 0.35 이하인 것이 바람직하다.
(적색 형광체의 예)
본 발명의 화상 표시 장치에서 이용할 수 있는 적색 형광체 (314) 는, 예를 들어, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 적색계 형광체를 이용할 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
(적색 형광체의 그 이외의 예)
적색 형광체 (314) 의 그 이외의 예로는, 예를 들어, 일반식 CaxSi12 -(m+n)Al(m+n)OnN16-n : Eu (단, 0.3 ＜ x ＜ 1.5, 0.6 ＜ m ＜ 3, 0 ≤ n ＜ 1.5) 로 표시되는 Eu 에 의해 부활된 α 사이알론, Ca2Si5N8 : Eu, CaSi7N10 : Eu, CaSiN2 : Eu, 형광을 발하는 유로퓸 착물 등을 이용할 수 있다. 또, 상기 서술한 형광체를 복수 이용해도 된다.
그 중에서도, 상기 휘도 유지율, 흡광도, 내부 양자 효율 등을 양호하게 겸비하는 면에서, MSiAlN3 : Eu2+ (여기서, M 은, Ca, Sr 에서 선택되는 적어도 하나의 금속) 등을 특히 바람직한 것으로서 들 수 있다.
또한, 적색 형광체 (314) 는 통상적으로는 입자상으로 이용된다. 이 때, 적색 형광체 (314) 의 입자의 입경은 임의이지만, 통상 150㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 상회하면, 적색 발광 장치 (311) 의 발광색의 편차가 커질 우려가 있음과 함께, 적색 형광체 (314) 와 바인더 (봉지제) 를 혼합한 경우에 적색 형광체 (314) 를 균일하게 도포하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또, 입경의 하한은 통상 1㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 범위를 하회하면, 발광 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 적색 형광체 (314) 의 존재 상태는 본 발명의 화상 표시 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 범위에서 임의이다. 예를 들어, 바인더 (318) 를 이용하여 프레임 (312) 로 유지하도록 해도 되고, 또, 바인더 (318) 를 이용하지 않고 프레임 (312) 에 고정되도록 해도 된다.
바인더 (318) 는 통상, 분말상이나 입자상의 적색 형광체 (314) 를 모으거나, 프레임 (312) 에 첨착시키거나 하기 위해서 이용한다. 본 실시형태에 이용하는 바인더 (318) 에 대하여 제한은 없고, 공지된 것을 임의로 이용할 수 있다.
단, 적색 발광 장치 (311) 를 투과형, 즉, 적색광이 바인더 (318) 을 투과하여 적색 발광 장치 (311) 의 외부로 방출되도록 구성한 경우, 바인더 (318) 로는, 적색광의 각 성분을 투과시키는 것을 선택하는 것이 바람직하다.
바인더 (318) 의 예를 들면, 수지 등의 이외에, 유리 등의 무기 재료도 이용할 수 있다. 그 구체예를 들면, 수지로는, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 유기 합성 수지, 폴리실록산 겔이나 유리 등의 무기 재료 등을 들 수 있다.
또, 바인더 (318) 로서 수지를 이용하는 경우, 그 수지의 점도는 임의이지 만, 사용하는 적색 형광체 (314) 의 입경과 비중, 특히, 표면적당 비중에 따라, 적당한 점도를 갖는 바인더 (318) 를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에폭시 수지를 바인더 (318) 에 사용할 때에, 적색 형광체 (314) 의 입경이 2㎛ ∼ 5㎛, 그 비중이 2 ∼ 5 인 경우에는, 통상, 1 ∼ 10Pas 의 점도의 에폭시 수지를 이용하면, 적색 형광체 (314) 의 입자를 잘 분산시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 바인더 (318) 는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또한, 적색 형광체 (314) 에 그 이외의 성분을 공존시키는 것도 가능하다. 그 이외의 성분에 특별히 제한되지 않고, 공지된 첨가제를 임의로 사용할 수 있다.
구체예를 들면, 예를 들어, 적색 발광 장치 (311) 의 배광 특성이나 혼색의 제어를 실시하는 경우에는, 그 이외의 성분으로서 알루미나나 이트리아 등의 확산제를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 예를 들어, 적색 형광체 (314) 를 고밀도로 충전하는 경우에는, 그 이외의 성분으로서, 피롤린산칼슘이나 붕산바륨칼슘 등의 결착제를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 바인더 (318) 를 이용하지 않고 적색 형광체를 프레임 (312) 에 유지시키고자 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 적색 형광체를 소성하여 소성체를 제작하고, 그 소성체를 그대로 프레임 (312) 에 부착하도록 할 수 있다. 또, 예를 들어 적색 형광체로 유리를 제작하거나, 적색 형광체의 단결정을 가공한 것을 프레임 (312) 에 부착하거나 해도 된다.
또한, 바인더 (318) 를 이용하는 경우에는, 상기 그 이외의 성분은 바인더 (318) 중에 분산시키도록 하면 되지만, 바인더 (318) 를 이용하지 않는 경우에도 첨가제 등의 그 이외의 성분을 파장 변환 재료에 공존시키는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 적색 형광체 (314) 로서, 상기 서술한 CaSiAlN3 : Eu2+ 로 표시되는 적색 형광체 (314) 를 이용하여, 이들 적색 형광체 (314) 는 바인더 (318) 에 분산시킨 상태에서 프레임 (312) 의 오목부 (312A) 에 유지시키도록 되어 있다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 적색 형광체 (314) 는, 휘도 유지율, 흡광도 및 내부 양자 효율이 상기 바람직한 범위로 되어 있는 것으로 한다. 또한, 바인더 (318) 는 적색 화소용 발광 소자 (313) 가 발하는 여기광이나 적색 형광체 (314) 가 발하는 적색광을 투과할 수 있도록 되어 있다.
[Ⅳ-1-4. 적색 발광 장치의 제작 방법]
적색 발광 장치 (311) 의 제조 방법에 제한은 없고 임의이지만, 예를 들어, 적색 형광체 (314) 그리고 적절하게 이용되는 바인더 (318) 및 그 이외의 성분을 분산매에 분산시켜 슬러리를 조제하고, 조제한 슬러리를 적색 화소용 발광 소자 (313) 를 부착한 프레임 (312) 에 도포한 후, 슬러리를 건조시켜 형성할 수 있다. 또한, 적절하게, 적색 화소용 발광 소자 (313) 는 슬러리의 도포시나 도포 후에 프레임 (312) 에 부착하도록 해도 된다.
슬러리의 조제는, 적색 형광체 (314) 와, 적절하게 이용되는 바인더 (318) 및 첨가제 등 그 이외의 성분을 분산매에 혼합함으로써 실시한다. 또한, 슬러리는 바인더 (318) 의 종류에 따라서는 페이스트, 펠릿 등으로 호칭이 바뀌는 경우가 있지만, 본 실시형태에서는 이들을 포함하여 슬러리라고 부르기로 한다.
슬러리 조제에 이용하는 분산매에 제한은 없고, 공지된 분산매를 임의로 이용할 수 있다. 그 구체예로는, n-헥산, n-헵탄, 소르벳소 등의 고리상 탄화수소, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소, 트리클로로에틸렌, 퍼클로로에틸렌 등의 할로겐화 탄화수소, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올 등의 알코올류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류, 아세트산에틸, 아세트산n-부틸 등의 에스테르류, 셀로솔브, 부틸솔브, 셀로솔브아세테이트 등의 에테르류, 물이나 임의의 수용액 등의 수계 용제 등을 들 수 있다.
다음으로, 조제한 슬러리를 프레임 (312) 등의 기재에 도포한다. 도포 방법은 임의이지만, 예를 들어, 디스펜스, 폿팅 등의 수법을 이용할 수 있다.
도포 후, 분산매를 건조시켜, 적색 형광체 (314) 를 프레임 (312) 에 고정시킨다. 건조 방법은 임의이지만, 예를 들어, 자연 건조, 가열 건조, 진공 건조, 번, 자외선 조사, 전자선 조사 등의 방법을 이용하면 된다. 그 중에서도, 수십 ℃ ∼ 백 수십 ℃ 의 온도에서의 베이킹은, 저가의 설비로 간단하게, 확실하게 분산매를 제거할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 반사형의 적색 발광 장치를 제조하는 목적으로 적색 형광체 (314) 의 고밀도화를 실시하는 경우에는, 슬러리에 그 이외의 성분으로서 결착제를 혼합하는 것이 바람직하다. 또, 결착제를 혼합한 슬러리를 도포하는 경우에는, 스크린 인쇄식이나 잉크젯 인쇄 등의 도포 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 슬러리의 분리 도포 등을 용이하게 실시할 수 있기 때문이다. 물론, 결착제를 사용하는 경우에 통상의 도포 방법에 따라 도포를 실시해도 된다.
또, 슬러리를 이용하지 않는 방법도 있다. 예를 들어, 적색 형광체 (314) 와, 적절하게 사용되는 바인더 (318) 나 그 이외의 성분을 혼합하고, 혼련 성형함으로써 적색 형광체 (314) 를 프레임 (312) 에 부착하도록 하여 적색 발광 장치 (311) 를 제조할 수도 있다. 또한, 성형할 때에는, 예를 들어, 프레스 성형, 압출 성형 (T-다이 압출, 인플레이션 압출, 블로우 성형, 용융 방사, 주형 압출 등), 사출 성형 등을 실시함으로써 성형할 수도 있다.
또한, 바인더 (318) 가 에폭시 수지나 실리콘 수지 등의 열경화성인 경우에는, 경화 전의 바인더 (318) 와 적색 형광체 (314) 와 적절하게 이용되는 그 이외의 성분을 혼합, 성형하고, 그 후, 가열에 의해 바인더 (318) 를 경화시켜 적색 형광체 (314) 를 프레임 (312) 에 부착하도록 하여 적색 발광 장치 (311) 를 제조할 수도 있다. 또, 바인더 (318) 가 UV 경화성인 경우에는, 상기 방법의 가열 대신에 UV 광을 조사함으로써 바인더 (318) 를 경화시켜 적색 형광체 (314) 를 프레임 (312) 에 부착하도록 하여 적색 발광 장치 (311) 를 제조할 수도 있다.
그런데, 적색 형광체 (314) 는 적색 발광 장치 (311) 의 제조시에 일련의 공정 중에서 제작해도 되지만, 미리 적색 형광체 (314) 를 포함하는 부재를 별도로 준비해 두고, 프레임 (312) 등에 나중에 장착하여 적색 발광 장치 (311) 를 완성시 키도록 해도 된다.
[Ⅳ-2. 녹색 화소]
도 13 은, 본 실시형태에 관계되는 비적색 화소의 하나인 녹색 화소 (302) 로서 이용하는 녹색 발광 장치 (녹색 발광 소자) (321) 의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
본 실시형태에서 이용하는 녹색 화소 (302) 에 제한은 없고, 본 발명의 화상 표시 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 녹색의 광을 발하는 임의의 광원을 이용할 수 있다. 따라서, 종래 이용되어 온 녹색 발광 LED 를 본 실시형태에 관계되는 녹색 화소 (302) 로서 이용하는 것도 가능하지만, 적색 광원 (301) 의 경우와 마찬가지로, 온도 의존성을 작게 하여 온도 변화에 의한 색조 변화를 억제하는 관점에서는, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 와, 파장 변환 재료인 녹색 형광체 (324) 를 갖는 녹색 발광 장치 (321) 를 구비하여 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서도, 녹색 화소 (302) 는 도 13 에 나타내는 녹색 화소용 발광 소자 (323) 와 녹색 형광체 (324) 를 갖는 녹색 발광 장치 (321) 를 구비하고 있어, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 로부터 발해진 광에 의해 녹색 형광체 (324) 가 여기되어 녹색 형광체 (324) 로부터 녹색의 광이 발해지고, 이 녹색의 광이 녹색 화소 (302) 로부터 녹색광으로서 발해지도록 되어 있다. 또, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 가 발하는 광의 일부는, 적색 발광 장치 (311) 의 경우와 마찬가지로, 녹색 형광체 (324) 에 여기광으로서 흡수되지 않고, 녹색 형광체 (324) 가 발하는 녹색광과 함께, 녹색 화소 (302) 가 발하는 녹색광의 한 성분으로서 컬 러 디스플레이의 외부로 발해지도록 해도 된다.
또한, 녹색 화소 (302) 로부터 발해지는, 녹색광의 피크 파장은 컬러 디스플레이의 사용 상태나 목적 등에 따라 임의로 설정할 수 있지만, 통상 490㎚ 이상, 바람직하게는 500㎚ 이상, 또, 통상 570㎚ 이하, 바람직하게는 550㎚ 이하이다.
또한, 녹색 화소 (302) 가 구비하는 녹색 발광 장치 (321) 도, 통상, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 및 녹색 형광체 (324) 를 유지시키기 위한 기부로서 프레임 (322) 를 구비하고 있다.
[Ⅳ-2-1. 프레임]
녹색 발광 장치 (321) 에 이용되는 프레임 (322) 은, 적색 발광 장치 (311) 에 이용되는 프레임 (312) 과 동일하다.
본 실시형태에 있어서는, 컵상으로 형성된 프레임 (322) 의 오목부 (322A) 바닥에, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 에 전력을 공급하기 위한 도전성 단자 (325,326) 이 형성되어 있어, 도전성 단자 (325,326) 는 외부의 전원 (도시 생략) 에 접속되도록 되어 있는 것으로 한다.
[Ⅳ-2-2. 녹색 화소용 발광 소자]
녹색 화소용 발광 소자 (323) 는 녹색 형광체 (324) 의 여기광을 발하는 것이다.
녹색 화소용 발광 소자 (323) 의 종류에 제한은 없고, 녹색 형광체 (324) 의 여기광을 발하는 것인 한 임의의 것을 이용할 수 있는데, 예를 들어, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로서 설명한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다. 또, 녹색 화 소용 발광 소자 (323) 를 프레임 (322) 에 부착하는 방법 등에 대해서도, 적색 화소용 발광 소자 (313) 에서 설명한 것과 동일하다.
본 실시형태에 있어서는, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 로서 근자외로부터 청록색의 광을 발하는 (In,Ga)N 계 LED 를 이용하여, 이 녹색 화소용 발광 소자 (323) 가 프레임 (322) 의 오목부 (322A) 저부에는 설치되어 있다. 또한, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 는 도전성 단자 (325) 와 직접 접속되고, 또, 도전성 단자 (326) 와 와이어 (327) 를 개재하여 와이어 본드에 의해 접속되어, 전력이 공급되도록 되어 있다.
[2-3. 녹색 형광체]
녹색 형광체 (324) 는 녹색 화소용 발광 소자 (323) 로부터 발해지는 광을 흡수하여, 녹색광을 발하는 것이다. 따라서, 녹색 형광체 (324) 는 녹색 화소용 발광 소자 (323) 로부터 발해진 광의 파장을 변환하여 녹색광으로 하는 파장 변환 재료로서 기능하는 것이다.
본 실시형태에서는, 녹색 형광체 (324) 로서, 적색 형광체 (314) 와 마찬가지로, 휘도 유지율 TR 이 통상 85 이상, 바람직하게는 90 이상, 보다 바람직하게는 95 이상인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이로써, 녹색 형광체 (324) 의 발광 강도의 온도 의존성을 작게 하고, 컬러 디스플레이가 표시하는 이미지의 색조 변화를 억제하여, 컬러 디스플레이의 온도 변화에 의한 색 어긋남을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 녹색 형광체 (324) 의 휘도 유지율 TR 은, 적색 형광체 (314) 의 경우와 동일하게 하여 측정할 수 있다.
또, 이와 관련하여, 녹색 형광체 (324) 는 적색 형광체 (314) 와 마찬가지로, 모체 화합물의 구조 성분으로서 황을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서 이용하는 녹색 형광체 (324) 로는, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 로부터 발해지는 광을 효율적으로 흡수하는 것이 바람직하고, 또한, 그 발광 효율이 높은 것이 바람직하다.
구체적으로는, 녹색 형광체 (324) 는 그 내부 양자 효율이 통상 40％ 이상, 바람직하게는 50％ 이상, 보다 바람직하게는 60％ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하면, 발광 효율이 높은 디스플레이가 얻어지지 않을 우려가 있다.
또한, 녹색 형광체 (324) 의 흡광도는 통상 50％ 이며, 60％ 이상인 것이 바람직하고, 70％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 75％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위의 하한을 하회하면, 발광 효율이 높은 디스플레이가 얻어지지 않을 우려가 있다.
또한, 상기 내부 양자 효율 및 흡광도는, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 의 발광 파장의 광에 대한 내부 양자 효율 및 흡광도, 상세하게는 녹색 화소용 발광 소자 (323) 가 발하는 광의 발광 피크 파장의 광 (이하 적절하게, 간단히 「녹색 화소용 발광 소자의 발광 피크 파장의 광」이라고 한다) 에 의해 여기된 경우의 내부 양자 효율 및 흡광도로서, 이들은, 적색 화소용 발광 소자 (313) 대신에 녹색 화소용 발광 소자 (323) 를 이용하여, 적색 형광체 (314) 대신에 녹색 형광체 (324) 를 이용하는 것 이외에는, 적색 형광체 (314) 의 경우와 동일하게 하여 측정 할 수 있다.
또, 이 녹색 형광체 (324) 는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의의 것을 이용할 수 있다. 또한, 녹색 형광체 (324) 는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또, 녹색 형광체 (324) 는 발하는 광의 색도가, xy 색도도에 있어서, x 는, 통상 0.18 이상 0.4 이하인 것이 바람직하다. 또, y 는, 통상 0.45 이상, 바람직하게는 0.5 이상, 보다 바람직하게는 0.55 이상인 것이 바람직하다.
(녹색 형광체의 예)
본 발명의 화상 표시 장치에서 이용할 수 있는 녹색 형광체 (324) 는, 예를 들어, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하는 녹색계 형광체를 이용할 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
(녹색 형광체의 그 이외의 예)
녹색 형광체의 그 이외의 예로는, (Ba,Ca,Sr)MgAl10O17 : Eu 나, (Ba,Mg,Ca,Sr)5(PO)4Cl : Eu, (Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8 : Eu 등의 400㎚ ∼ 500㎚ 에 발광 피크를 갖는 물질이나, (Ba,Ca,Sr)MgAl10O17 : Eu,Mn, (Ba,Ca,Sr)Al2O4 : Eu, (Ba,Ca,Sr)Al2O4 : Eu,Mn, (Ca,Sr)Al2O4 : Eu, 일반식 CaxSi12 -(m+n)Al(m+n)OnN16 -n : Eu (단, 0.3 ＜ x ＜ 1.5, 0.6 ＜ m ＜ 3, 0 ≤ n ＜ 1.5) 로 표시되는 Eu 에 의해 부활된 α 사이알론 등의 500㎚ ∼ 600㎚ 에 발광 피크를 갖는 물질을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또, 상기 서술한 형광체를 복수 이용해도 된다.
그 중에서도, 상기 휘도 유지율, 흡광도, 내부 양자 효율 등을 양호하게 겸비하는 면에서, Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12 등을 특히 바람직한 것으로서 들 수 있다.
또한, 녹색 형광체 (324) 도, 적색 형광체 (314) 와 마찬가지로 통상적으로는 입자상으로 이용되고, 그 입자의 입경은 적색 형광체 (314) 와 동일하다.
또, 녹색 형광체 (324) 의 존재 상태는 본 발명의 화상 표시 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 범위에서 임의이지만, 통상적으로는, 적색 형광체 (314) 와 마찬가지로, 바인더 (328) 를 이용하거나, 녹색 형광체를 소성하여 소성체를 제작하여 그 소성체를 그대로 프레임에 부착하거나, 또, 녹색 형광체로 유리를 제작하거나, 녹색 형광체의 단결정을 가공한 것을 프레임에 부착하도록 할 수 있다.
또한, 녹색 형광체 (324) 에는, 적색 형광체 (314) 와 마찬가지로, 그 이외의 성분을 공존시키는 것도 가능하다.
또, 녹색 발광 장치 (321) 의 제작 방법은, 적색 발광 장치 (311) 와 동일하다.
본 실시형태에 있어서는, 녹색 형광체 (324) 로서, 상기 서술한 Ca2.97Ce0.03Sc2Si3O12 로 표시되는 녹색 형광체 (324) 를 이용하여, 이들 녹색 형광체 (324) 는 바인더 (328) 에 분산시킨 상태에서 프레임 (322) 의 오목부 (322A) 에 유지시키도록 되어 있다.
또, 본 실시형태에서 이용하는 녹색 형광체 (324) 는, 휘도 유지율, 흡광도 및 내부 양자 효율이 상기 바람직한 범위로 되어 있는 것으로 한다. 또한, 바인더 (328) 는 녹색 화소용 발광 소자 (323) 가 발하는 여기광이나 녹색 형광체 (324) 가 발하는 녹색광을 투과할 수 있도록 되어 있다.
[Ⅳ-3. 청색 화소]
도 14 는, 본 실시형태에 관계되는 비적색 화소의 하나인 청색 화소 (303) 로서 이용하는 청색 발광 장치 (청색 발광 소자) (331) 의 요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
본 실시형태에서 이용하는 청색 화소 (303) 에 제한은 없고, 본 발명의 화상 표시 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 청색의 광을 발하는 임의의 광원을 이용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 청색 화소 (303) 는 도 14 에 나타내는 청색 화소용 발광 소자 (333) 를 갖는 청색 발광 장치 (331) 를 구비하고 있어, 청색 화소용 발광 소자 (333) 로부터 발해진 청색광 자체가 청색 화소 (303) 로부터 청색광으로서 발해지도록 되어 있다.
또한, 청색 화소 (303) 로부터 발해지는, 청색광의 피크 파장은 컬러 디스플레이의 사용 상태나 목적 등에 따라 임의로 설정할 수 있지만, 통상 420㎚ 이상, 바람직하게는 440㎚ 이상, 또, 통상 480㎚ 이하, 바람직하게는 460㎚ 이하이다.
또한, 청색 화소 (303) 가 구비하는 청색 발광 장치 (331) 도, 통상, 청색 화소용 발광 소자 (333) 를 유지시키기 위한 기부로서 프레임 (332) 을 구비하고 있다.
[Ⅳ-3-1. 프레임]
청색 발광 장치 (331) 에 이용되는 프레임 (332) 은, 적색 발광 장치 (311) 에 이용되는 프레임 (312) 과 동일하다.
본 실시형태에 있어서는, 컵상으로 형성된 프레임 (332) 의 오목부 (332A) 바닥에, 청색 화소용 발광 소자 (333) 에 전력을 공급하기 위한 도전성 단자 (335,336) 가 형성되고 있어, 도전성 단자 (335,336) 는 외부의 전원 (도시 생략) 에 접속되도록 되어 있는 것으로 한다.
[Ⅳ-3-2. 청색 화소용 발광 소자]
청색 화소용 발광 소자 (333) 는 청색 화소 (303) 가 발하는 청색광을 발하는 것이다.
청색 화소용 발광 소자 (333) 의 종류에 제한은 없고, 청색광을 발하는 것인 한 임의의 것을 이용할 수 있지만, 예를 들어, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로서 설명한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다. 또, 청색 화소용 발광 소자 (333) 를 프레임 (332) 에 부착하는 방법 등에 대해서도, 적색 화소용 발광 소자 (313) 에서 설명한 것과 동일하다.
본 실시형태에 있어서는, 청색 화소용 발광 소자 (333) 로서 청색의 광을 발하는 (In,Ga)N 계 LED 를 이용하여, 이 청색 화소용 발광 소자 (333) 가 프레임 (332) 의 오목부 (332A) 저부에는 설치되어 있다. 또한, 청색 화소용 발광 소자 (333) 는 도전성 단자 (335) 와 직접 접속되고, 또, 도전성 단자 (336) 와 와이 어 (337) 를 개재하여 와이어 본드에 의해 접속되어, 전력이 공급되도록 되어 있다. 또, 오목부 (332A) 내에는 바인더 (318,328) 와 동일한 바인더에 의해 몰드 (338) 가 충전되어 있어, 청색 화소용 발광 소자 (333) 로부터 발해진 청색광은 몰드 (338) 를 투과하여 외부로 발해지도록 되어 있다. 또한, 몰드 (338) 에는, 예를 들어, TiO2, BaSO4 등의 확산제를 함유시키는 것이 바람직하다.
[Ⅳ-4. 화소 사이의 관계]
또한, 상기 적색 화소 (301) 및 비적색 화소 (302,303) 각각의 25℃ 에서의 발광 강도를 I(R,25) 및 I(N,25) 로 하고, 적색 화소 (301) 및 비적색 화소 (302,303) 각각의 100℃ 에서의 발광 강도를 I(R,100) 및 I(N,100) 로 한 경우에, I(R,100) / I(R,25) 에 대한 I(N,100) / I(N,25) 의 비율은, 어느 하나의 적색 화소 (1) 와 비적색 화소 (302,303) 에 대해서도 통상 90％ 이상, 바람직하게는 92％ 이상, 보다 바람직하게는 95％ 이상이다.
따라서, 상기 실시형태에 있어서는, 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 각각의 25℃ 에서의 발광 강도를 I(G,25) 및 I(B,25) 로 하고, 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 각각의 100℃ 에서의 발광 강도를 I(G,100) 및 I(B,100) 로 한 경우에, I(R,100) / I(R,25) 에 대한 I(G,100) / I(G,25) 및 I(B,100) / I(B,25) 의 비율은, 모두 상기 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이로써, 소자의 온도 변화에 수반하는 색조의 변화 (색 어긋남) 를 작게 할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
[Ⅳ-5. 그 이외의 구성]
컬러 디스플레이 등의 화상 표시 장치는, 상기 적색 화소 (301), 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 를 구비하고 있으면 그 구체적인 구성은 임의이다.
예를 들면, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 적색 화소 (301), 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 로서 각각 기능하는 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 가 기판 (401) 에 재적되어 있어, 이들 적색 화소 (301), 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 가 전체적으로 컬러 디스플레이의 단위 화소 (400) 를 구성하고 있다.
또, 기판 (401) 에는 도전체층 (도시 생략) 이 인쇄된 프린트 기판이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로, 프린트 기판에는 그린 시트라고 불리는 세라믹 기판의 표면에 도전체층이 형성된 기판을 적층한 적층 기판이나, 단일한 절연성 기판에 도전체층이 인쇄된 기판 등을 들 수 있는데, 모두 이용할 수도 있다.
또, 상기 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 의 각 도전성 단자 (315,316,325,326,335,336) 는, 각각 기판 (401) 표면의 도전체층에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 중 어느 하나를 얼마나 발광시킬지는, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 각각에 전력을 공급하는 시기 및 공급량을, 컬러 디스플레이에 형성된 제어부 (도시 생략) 에 의해 제어함으로써 제어되어 있는 것으로 한다.
또, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 의 주위는 전체적으로 수지나 세라믹 등으로 형성된 커버 부재 (402) 에 의해 포위되어 있다. 또한, 이 커버 부재 (402) 의 내측 표면은, 프레임 (312,322,332) 등과 마찬가지로, 가시광을 반사할 수 있도록으로 해 두는 것이 바람직하다.
또한, 커버 부재 (402) 의 내측에는 수지 등의 몰드 (403) 가 주입되어 있어, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 를 몰드 (403) 에 의해 보호할 수 있도록 되어 있다. 또한, 몰드 (403) 에는, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 로부터 발해진 적색광, 녹색광 및 청색광을 균일하게 혼합하는 목적으로 확산제를 분산시키도록 해도 된다.
본 실시형태의 컬러 디스플레이에는, 상기와 같이 구성된 단위 화소 (400) 가 다수 설치되어 있다.
[Ⅳ-6. 작용]
본 실시형태의 컬러 디스플레이는 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 어떠한 이미지를 표시하는 경우에는, 제어부가, 소정의 위치에 있는 단위 화소 (400) 로부터 목적으로 하는 색의 광을 발할 수 있도록 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 각각에 공급하는 전력의 양을 제어한다. 이로써, 컬러 디스플레이 상의 단위 화소 (400) 가 갖는 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 로부터 형성하고자 하는 이미지에 따른 적색광, 녹색광 및 청색광이 발해져, 목적으로 하는 이미지를 형성할 수 있다. 그리고, 관찰자는 이들 단위 화소 (400) 를 봄으로써, 컬러 디스플레이에 형성된 이미지를 볼 수 있다.
이 때, 적색 화소 (301) 로서, 적색 화소용 발광 소자 (313) 및 휘도 유지율이 85 이상인 적색 형광체 (314) 를 갖는 적색 발광 장치 (311) 를 이용했기 때문에, 온도 변화에 의해 컬러 디스플레이로부터 발해지는 광의 색조가 변화하는 것을 억제하여, 컬러 디스플레이에 형성되는 이미지의 색 어긋남을 적게할 수 있다.
또, I(R,100) / I(R,25) 에 대한 I(N,100) / I(N,25) 의 비율을 크게 하여 상기 범위에 들어가도록 하였기 때문에, 소자의 온도 변화에 수반하는 색조의 변화 (색 어긋남) 를 작게 할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 적색 화소용 발광 소자 (313) 로서 (In,Ga)N 계 발광 소자를 이용하였기 때문에, 고효율로 온도 의존성이 작은 발광 장치가 얻어진다는 이점을 얻을 수 있다.
또, 비적색 화소인 녹색 화소 (302) 나 청색 화소 (303) 가 (In,Ga)N 계 발광 소자를 구비하도록 구성하였기 때문에, 풀 컬러 표시를 할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 또한, (In,Ga)N 계 발광 소자는 비적색 화소 중 적어도 1 개에 구비시키도록 하면 되지만, 그 전부에 구비시킴으로써, 상기 이점을 보다 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 비적색 화소로서, 청색 화소용 발광 소자 (333) 를 구비하는 청색 화소 (303) 와, 녹색 화소용 발광 소자 (323) 및 휘도 유지율이 85 이상인 녹색 형광체 (324) 를 갖는 녹색 화소 (302) 를 구비함으로써, 소자의 온도 변화에 수반하는 색조의 변화 (색 어긋남) 를 작게 할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
[Ⅳ-7. 기타]
이상, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 화상 표시 장치는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 화상 표시 장치는 화소 (301,302,303,400) 자체에 의해 이미지를 형성하는 것 이외에, 화소 (301,302,303,400) 로부터 스크린 등의 투영면에 광을 조사하여, 투영면 상에 이미지를 형성시키는 프로젝터형 화상 표시 장치에 이용해도 된다.
구체예를 들면, 도 15 에 나타내는 프로젝터형 컬러 디스플레이를 들 수 있다. 또한, 도 15 에 있어서, 도 11 ∼ 도 14 와 동일한 부호로 나타내는 부위는, 도 11 ∼ 도 14 와 동일한 것을 표시한다. 또, 도 15 에 있어서, 1 점 쇄선 및 블록 화살표는 광을 표시한다.
도 15 에 나타내는 컬러 디스플레이에서는, 상기 실시형태와 동일한 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 가 적색 화소 (301), 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 로서 기판 (501) 에 부착되어 있다. 기판 (501) 은 상기 기판 (401) 과 동일한 프린트 기판이며, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 의 각 도전성 단자 (315,316,325,326,335,336) 는, 각각 기판 (501) 표면의 도전체층 (도시 생략) 에 전기적으로 접속되어 있다.
또, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 중 어느 하나를 얼마나 발광시킬지는, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 각각에 전력을 공급하는 시기 및 공급량을, 컬러 디스플레이에 형성된 제어부 (도시 생략) 에 의해 제어함으로써 제어되는 점도, 상기 실시형태의 컬러 디스플레이와 동일하다.
또, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 의 정면에는, 각각에 대응된 집광 광학계인 광 분배 렌즈 (502) 가 형성되고, 또, 추가로 그 반대편에는, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 에 공통된 중첩 렌즈 (503) 가 형성되어 있다.
또한, 중첩 렌즈 (503) 의 반대편에는 광변조 소자인 투과형 LCD (504), 투과형 LCD (504) 에 형성된 화상을 스크린 (506) 에 확대 투영하기 위한 투영 렌즈 (505), 및 투영면 (표시면) 인 스크린 (506) 이 형성되어 있다.
또한, 이 컬러 디스플레이에는, 상기 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321), 청색 발광 장치 (331), 광 분배 렌즈 (502) 및 중첩 렌즈 (503) 가 단위 화소 (507) 로서 다수 형성되어 있다.
따라서, 이러한 프로젝터형 컬러 디스플레이를 이용하여 화상을 표시하는 경우에는, 제어부가 소정의 위치에 있는 단위 화소 (507) 로부터 목적으로 하는 색의 광을 발할수 있도록 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 각각에 공급하는 전력의 양을 제어한다. 이로써, 컬러 디스플레이 상 의 단위 화소 (507) 가 갖는 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 로부터, 형성하고자 하는 화상에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광이 발해진다.
적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 로부터 발해진 광은, 각각에 대응된 광 분배 렌즈 (502) 에 의해 꺼내져, 중첩 렌즈 (503) 에 의해 투과형 LCD (504) 상에 중첩시킨다. 그리고, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 로부터 발해진 광이 중첩 되어 투과형 LCD (504) 에 화상이 표시되어, 이 화상이 투영 렌즈 (505) 에 의해 스크린 (506) 면 상에 확대 투영되도록 되어 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에 의하면, 이러한 프로젝터형 화상 표시 장치에 있어서도, 형성되는 이미지의 색 어긋남을 줄일 수 있는 것 이외에, 상기 실시형태와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기와 같이 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 를 일체로서 몰드하지 않고, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 등을 각각 독립적으로 몰드하고, 그것을 규칙적으로 나열하여, 각각의 화소를 형성하는 발광 장치 (311,321,331) 를 각각의 화소로서 화상 표시 장치를 구성하는 것도 가능하다.
또, 예를 들어, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 등의 발광 장치를 규칙적으로 배열하고, 모든 광을 모아 백색의 광원으로 하여, 액정 등의 투과율 제어 기구와 적색 및 비적색 컬러 필터에 의해 화상을 제어하는 장치로서 화상 표시 장치를 구성해도 된다.
또한, 예를 들어, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 를 각각의 광원으로 하여, 각각의 색의 화상을 액정 패널이나 경면 편향형 광변조기 (상표명 : 디지털 마이크로 미러 디바이스) 에 의해 형성하여, 투영함으로써 화상을 표시하는 장치로서 화상 표시 장치를 구성해도 된다.
또, 매트릭스 배열된 각 색의 발광 장치 (311,321,331) 에 의해 문자 정보를 컬러 표시하는 장치로서 화상 표시 장치를 구성해도 된다.
본 발명의 화상 표시 장치에 의하면, 이와 같이 여러가지 타입의 화상 표시 장치에 있어서도, 형성되는 이미지의 색 어긋남을 적게 할 수 있는 것 이외에, 상기 실시형태와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시형태 등에서 설명한 부재는 각각 임의로 조합하여 이용할 수 있다.
또, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 등의 각 프레임 (312,322,332) 은, 적절하게 기판 (401,501) 과 일체화시켜도 된다.
또한, 상기 적색 화소 (301), 녹색 화소 (302) 및 청색 화소 (303) 는, 각각 독립적으로, 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 이외의 부재를 구비하고 있어도 된다.
또, 상기 적색 발광 장치 (311), 녹색 발광 장치 (321) 및 청색 발광 장치 (331) 등은, 반사형의 발광 장치, 예를 들어, 여기광이 프레임 (312,322,332) 의 표면 등에서 반사되고 나서 외부로 발해지도록 구성해도 된다.
또한, 본 발명의 화상 표시 장치의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한, 상기에서 설명하지 않은 부재나 구성 등을 조합하여 본 발명을 실시해도 된다.
[V. 상기 화상 표시 장치의 응용예의 설명]
형광체의 온도 의존성에 주목한 경우, 상기 서술한 화상 표시 장치를 응용하여, 이하와 같은 형태의 화상 표시 장치를 실시하는 것도 가능하다.
본 응용예의 화상 표시 장치는 통상 370㎚ 이상, 바람직하게는 380㎚ 이상, 보다 바람직하게는 390㎚ 이상, 또 통상 700㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하, 보다 바람직하게는 480㎚ 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 광을 발하는 광원과, 그 광원으로부터 발해진 광을 흡수하여 가시광을 발하는, 150℃ 에서의 휘도 유지율이 70％ 이상인 형광체 등의 파장 변환 재료를 함유하는 형광체부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치이다.
최근, 액정 표시 장치나 플라즈마 표시 장치 등의 평면형 표시 장치가 급속히 보급되고 있다. 종래의 CRT (냉음극관) 디스플레이와 비해 평면형 표시 장치는 박형 경량의 특징을 갖고, 특히 대형 표시 장치의 분야에서는, 대부분의 화상 표시 장치가 평면형이다. 그 중에서도, 액정 표시 장치가 보급되고 있다.
또, 중형 표시 장치의 분야에도 평면형이 급속히 보급되고 있어, 평면형 중에서도 액정 표시 장치가 특히 널리 보급되고 있다.
그러나, 종래의 액정 표시 장치는 백 라이트 광의 통과각을 제한하고 있어, 통과된 광의 시야각이 매우 한정되어, 시야각에 의해서는 흑백의 콘트라스트 저하 나 반전이 일어난다는 시야각 문제가 발생하고 있었다. 시야각 문제를 해결하기 위해서, 예를 들어, 분할된 화소에 상이한 전압-투과율 특성을 갖게 하는 화소 분할법, 광학 보상판을 이용하는 방법 등이 제안되어 있다. 그러나, 이들 방법은, 제조 비용이나 부재 비용의 증대로 연결되어, 액정 표시 장치의 보급의 방해가 되고 있었다.
또, 컬러화를 위해서, 종래의 화상 표시 장치에 있어서는, 적·녹·청의 각 화소에 컬러 필터를 배열한 마이크로 컬러 필터가 사용되고 있었다. 그러나, 마이크로 컬러 필터는 고가이기 때문에, 이것도 액정 표시 장치의 보급의 방해가 되고 있다.
한편, CRT 디스플레이나 플라즈마 표시 장치, 일렉트로루미네선스 디스플레이 등으로 대표되는 자발광형 표시 장치에는, 액정 표시 장치에서 보여지는 시야각 문제는 없다. 그러나, CRT 디스플레이는 무겁고 크기 때문에, 넓은 설치 장소가 필요해진다. 또, 플라즈마 표시 장치는 구동시키기 위해서 고전압을 이용할 필요가 있기 때문에, 특별한 회로를 필요로 하여 고가가 된다. 또한, 플라즈마 표시 장치는 플라즈마를 발생시키기 위해, 각 화소의 크기를 지나치게 작게 하지 못하고, 특히 중형 사이즈의 화상 표시 장치에서는 고정밀화가 어렵다. 또, 일렉트로루미네선스 디스플레이에는, 내환경 특성이나 수명에 과제가 있다. 특히, 대환경 특성에 대해서는, 통상 70℃ ∼ 80℃ 에서도 동작 가능한 디스플레이가 요구되고 있다.
그래서, 수명 및 내구성이 우수한 액정을 이용한 전기 광학 소자에 의해 투 과 광량을 조절하여 휘도를 조정함과 함께, 각각의 화소에 대응된 형상으로 3 원색의 형광체부를 형성하여, 380㎚ 내지 420㎚ 의 파장 영역에 주발광 영역을 갖는 백 라이트를 이용하여 형광체부 내의 형광체를 여기하여 발광시키는 형광 자발광형 액정 표시 장치가 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 평8-62602호, 일본 공개특허공보 2004-348096호).
그러나, 일본 공개특허공보 평8-62602호나 일본 공개특허공보 2004-348096호에 기재되어 있는 형광체를 이용한 경우, 특히 적색 영역의 발광 강도가 약하기 때문에, 화상 표시 장치의 색재현 영역이 좁았다. 또, 380㎚ 내지 420㎚ 의 파장 영역에 주발광 영역을 갖는 근자외광으로 형광체를 여기한 경우, 형광체부 내의 수지가 광열화 되어 착색되는 경우가 있었다.
이에 반해, 미국 특허 제6844903호 명세서, 일본 공개특허공보 평10-207395호 및 일본 공개특허공보 평8-63119호에는, 일본 공개특허공보 평8-62602호나 일본 공개특허공보 2004-348096호와 같은 근자외광 대신에, 가시광에 의해 형광체의 여기를 실시하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 미국 특허 제6844903호 명세서나 일본 공개특허공보 평10-207395호와 같이 가시광에 의해 형광체를 여기하도록 한 경우라도, 사용하고 있는 형광체는 발광 휘도의 온도 의존성이 높아, 형광체가 발하는 광의 색이 불규칙하고, 그 결과, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 경우가 있었다.
본 응용예는 상기 과제를 해결할 수 있는 것으로, 이것에 의하면, 발광 휘도 의 온도 의존성을 저감한 형광체를 이용한 화상 표시 장치를 실현하는 것이 가능하다.
이하, 본 응용예의 화상 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
본 응용예의 화상 표시 장치는 390㎚ 이상 700㎚ 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 광을 발하는 광원을 구비한다. 또한, 본 응용예의 화상 표시 장치는 광원으로부터 발해진 광을 흡수하여 가시광을 발하는 형광체로서, 150℃ 에서의 휘도 유지율이 70％ 이상인 형광체 (이하 적절하게, 「휘도 유지 형광체」 라고 한다) 를 갖는 형광체부를 구비한다. 또한, 휘도 유지 형광체를 함유하며, 형광체는 파장 변환 재료이다.
[V-1. 휘도 유지 형광체]
휘도 유지 형광체에 제한은 없고, 150℃ 에서의 휘도 유지율, 즉, 동일한 힘의 여기광으로 여기한 경우에 있어서의, 상온 (25℃) 에서의 발광 휘도에 대한 150℃ 에서의 발광 휘도의 힘의 비율이 통상 70％ 이상, 바람직하게는 75％ 이상, 보다 바람직하게는 80％ 이상인 형광체이면, 가시광을 발하는 한, 임의의 형광체를 이용할 수 있다.
또한, 휘도 유지 형광체는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 또한, 2 종 이상의 휘도 유지 형광체를 병용하는 경우에는, 각 휘도 유지 형광체는 동일한 형광체부에 함유되어 있어도 되고, 각각 다른 형광체부에 함유되어 있어도 된다.
휘도 유지 형광체로는, 예를 들어, 상기 본 발명의 제 1 발광 장치에 사용하 는 적색계 형광체나 녹색계 형광체를 이용할 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 또, 상기 휘도 유지 형광체로는, 예를 들어, CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 바람직하게 이용할 수 있다.
[CaAlSiN3 : Eu]
먼저, 본 응용예의 화상 표시 장치에 있어서 휘도 유지 형광체로서 바람직하게 이용되는 CaAlSiN3 : Eu 에 대하여 설명한다.
CaAlSiN3 : Eu 는, 적색의 형광을 발하는 형광체이다.
CaAlSiN3 : Eu 의 여기에 이용할 수 있는 여기광의 파장 범위는, 350㎚ 이상 500㎚ 이하이다.
또, CaAlSiN3 : Eu 가 발하는 형광의 발광 피크의 파장 범위는, 550㎚ 이상 700㎚ 이하이다.
또한, CaAlSiN3 : Eu 의 내부 양자 효율은, 실온 (25℃) 에서 통상 50％ 이상이다. 여기서, 내부 양자 효율은 다음의 식 (ⅳ) 로 표현되는 것이다.
내부 양자 효율 (％)
= ｛(발광한 전체 포톤수) / (흡수한 전체 포톤수)｝× 100 (ⅳ)
또, CaAlSiN3 : Eu 는 발광 휘도의 온도 의존성이 낮다. 상세하게는 온도 조건이 변화해도 휘도가 잘 변화하지 않고, 또, 온도 변화에 노출된 후에 원래의 온도 상태로 돌아온 경우에 온도 변화에 노출되기 전과 동일한 휘도로 빛날 수 있다. 예를 들어, 상온에서 150℃ 로 가열한 경우에 발광 휘도의 변화량이 작고, 또한, 가열 후에 재차 상온으로 식힌 경우라도, 그 발광 휘도는 가열 전에 비해 저하되지 않는다. 구체적인 성질을 들면, CaAlSiN3 : Eu 는 휘도 유지 형광체가 갖아야 할 바람직한 150℃ 에서의 휘도 유지율을 구비하고 있다. 따라서, CaAlSiN3 : Eu 는 본 응용예의 화상 표시 장치에 이용하여 바람직하다.
[Ca3Sc2Si3O12 : Ce]
다음으로, 본 응용예의 화상 표시 장치에 있어서 휘도 유지 형광체로서 바람직하게 이용되는 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 에 대하여 설명한다.
Ca3Sc2Si3O12 : Ce 는 녹색의 형광을 발하는 형광체이다.
Ca3Sc2Si3O12 : Ce 의 여기에 이용할 수 있는 여기광의 파장 범위는 350㎚ 이상 500㎚ 이하이다.
또, Ca3Sc2Si3O12 : Ce 가 발하는 형광의 발광 피크의 파장 범위는 470㎚ 이상 550㎚ 이하이다.
또한, Ca3Sc2Si3O12 : Ce 의 내부 양자 효율은, 실온 (25℃) 에서 통상 60％ 이상이다.
이 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 는 발광 휘도의 온도 의존성이 낮다. 상세하게는, 온도 조건이 변화해도 휘도가 잘 변화하지 않고, 또, 온도 변화에 노출된 후에 원래의 온도 상태로 돌아온 경우에 온도 변화에 노출되기 전과 동일한 휘도로 빛날 수 있다. 예를 들어, CaAlSiN3 : Eu 와 마찬가지로, 상온에서 150℃ 로 가열한 경우에 발광 휘도의 변화량이 작고, 또한, 가열 후에 재차 상온으로 식힌 경우라도, 그 발광 휘도는 가열 전에 비해 저하되지 않는다. 구체적인 성질을 들면, Ca3Sc2Si3O12 : Ce 는 휘도 유지 형광체가 갖아야 할 바람직한 150℃ 에서의 휘도 유지율을 구비하고 있다. 따라서, Ca3Sc2Si3O12 : Ce 도, 본 응용예의 화상 표시 장치에 이용하여 바람직하다.
[V-2. 실시형태]
이하, 본 응용예에 대하여 실시형태를 나타내어 상세하게 설명하지만, 본 응용예는 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
[V-2-1. 제 1 실시형태]
도 16 은, 본 응용예의 제 1 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다. 또한, 도 16 에 나타내는 화상 표시 장치에 있어서는, 관찰자는 도면 중 우측으로부터 화상 표시 장치가 표시하는 화상을 보도록 되어 있는 것으로 한다.
도 16 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601) 는, 광원 (602) 과 광원 (602) 으로부터 발해진 광을 흡수하여 가시광을 발하는 형광체를 함유하는 형광체부 (제 1 형광체부) (603R) 및 형광체부 (제 2 형광체부) (603G) 와, 광원 (602) 이 발한 광을 전방으로 투과시키는 광 투과부 (603B) 를 구비한다.
이하, 각 부재에 대하여 설명한다.
[V-2-1-1. 프레임]
프레임 (604) 은 화상 표시 장치 (601) 를 구성하는 광원 (602) 등의 부재를 유지하는 기부로서, 그 형상은 임의이다.
또, 프레임 (604) 의 재질도 임의이며, 예를 들어, 금속, 합금, 유리, 카본등의 무기 재료, 합성 수지 등의 유기 재료 등, 용도에 따라 적당한 것을 이용할 수 있다.
단, 광원 (602) 으로부터 발해진 광을 유효하게 활용하여, 화상 표시 장치 (601) 의 발광 효율을 개선하는 관점에서는, 광원 (602) 으로부터 발해진 광이 닿는 프레임 (604) 의 면은, 닿은 광의 반사율이 높아져 있는 것이 바람직하다. 따라서, 적어도 광이 닿는 면은, 반사율이 높은 소재에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체예로는, 유리 섬유, 알루미나 가루, 티타니아 가루 등의 높은 반사율을 갖는 물질을 함유한 소재 (사출 성형용 수지 등) 로 프레임 (604) 의 전체 또는 프레임 (604) 의 표면을 형성하는 것을 들 수 있다.
또, 프레임 (604) 표면의 반사율을 높이는 구체적인 방법은 임의이며, 상기와 같이 프레임 (604) 자체의 재료를 선택하는 것 이외에, 예를 들어, 은, 백금, 알루미늄 등의 고반사율을 갖는 금속이나 합금으로 도금, 또는 증착 처리함으로써, 광의 반사율을 높일 수도 있다.
또한, 반사율을 높이는 부분은, 프레임 (604) 의 전체이어도 되고 일부이어 도 되지만, 통상적으로는, 광원 (602) 으로부터 발해지는 광이 닿는 부분의 전체 표면의 반사율이 높아져 있는 것이 바람직하다.
또한, 통상적으로는, 프레임 (604) 에는 광원 (602) 에 대하여 전력을 공급하기 위한 전극이나 단자 등이 형성된다. 이 때, 전극이나 단자와 광원 (602) 을 접속하는 수단은 임의이며, 예를 들어, 광원 (602) 과 전극이나 단자를 와이어 본딩에 의해 결선하여 전력 공급할 수 있다. 이용하는 와이어에 제한은 없고, 소재나 치수 등은 임의이다. 예를 들어, 와이어의 소재로는 금, 알루미늄 등의 금속을 이용할 수 있고, 또, 그 굵기는 통상 20㎛ ∼ 40㎛ 로 할 수 있지만, 와이어는 여기에 한정되는 것은 아니다.
또, 광원 (602) 에 전력을 공급하는 다른 방법의 예로는, 범프를 이용한 플립 칩 실장에 의해 광원 (602) 에 전력을 공급하는 방법을 들 수 있다.
또한, 광원 (602) 에 전력을 공급하는 경우에는, 땜납을 이용하도록 해도 된다. 땜납은 우수한 방열성을 발휘하기 때문에, 방열성이 중요해지는 대전류 타입의 발광 다이오드 (즉, 「LED」) 나 레이저 다이오드 (즉, 「LD」) 등을 광원 (602) 으로서 이용한 경우에, 화상 표시 장치 (601) 의 방열성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 땜납의 종류는 임의이지만, 예를 들어, AuSn, AgSn 등을 이용할 수 있다.
또, 전극이나 단자에 접속하여 전력의 공급 경로에 이용하는 것 이외에, 땜납은 단순하게 프레임 (604) 에 광원 (602) 을 설치하기 위해 이용하도록 해도 된다.
또한, 땜납 이외의 수단에 의해 광원 (602) 을 프레임 (604) 에 부착하는 경우에는, 예를 들어, 에폭시 수지, 이미드 수지, 아크릴 수지 등의 접착제를 이용해도 된다. 이 경우, 접착제에 은 입자, 탄소 입자 등의 도전성 필러를 혼합시켜 페이스트 형상으로 한 것을 이용함으로써, 땜납을 이용하는 경우와 같이, 접착제를 통전시켜 광원 (602) 에 전력 공급할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 또한, 이들 도전성 필러를 혼합시키면, 방열성도 향상되기 때문에 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 표면의 반사율을 높인 편판상의 프레임 (604) 을 이용하여, 그 표면에는 광원 (602) 에 전력을 공급하기 위한 단자 (도시 생략) 가 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 그 단자에는, 전원 (도시 생략) 으로부터 전력이 공급되도록 되어 있는 것으로 한다.
[V-2-1-2. 광원]
광원 (602) 은 형광체부 (603R,603G) 에 함유되는 형광체를 여기하는 여기광을 발하는 것이다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 광원 (602) 이 발하는 광은 광 투과부 (603B) 를 개재하여 화상 표시 장치 (601) 의 외부로 발해져, 화상 표시 장치 (601) 의 관찰자가 보도록도 되어 있다. 즉, 광원 (602) 으로부터 발해진 광은 화소가 발하는 광자체이기도 하다.
광원 (602) 이 발하는 광은, 형광체인 CaAlSiN3 : Eu, 및, Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 여기할 수 있는 가시 영역에 발광 파장을 갖는 것이면 된다.
구체적으로는, 광원 (602) 이 발하는 광은, 통상 390㎚ 이상, 바람직하게는 440㎚ 이상, 또, 통상 700㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 것이다. 이 범위의 하한을 하회하면, 화상 표시 장치 (601) 로서, 액정 광 셔터를 이용한 경우에, 광원 (602) 이 발하는 광 (이 경우에는 자외선) 에 의해 액정 물질 자체가 파괴될 우려가 있기 때문이다. 한편, 상기 범위의 상한을 초과하면, 형광체의 발광 효율이 낮아져 화소의 휘도의 저하가 일어나거나 색재현 범위가 좁아지거나 할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 광원 (602) 이 발광의 피크를 2 이상 갖는 경우, 상기 범위 내에 적어도 1 개의 피크를 갖고 있으면 된다. 즉, 상기 파장의 범위에서, CaAlSiN3 : Eu 및 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 의 적어도 어느 일방의 형광체를 여기할 수 있는 피크를 갖고 있으면 되는 것이다.
광원 (602) 은 전기 에너지에 의해, 형광체부 (603R,603G) 에 함유되는 형광체를 광 여기하기 위한 상기 파장 범위의 광을 발하는 소자이면 임의의 것을 이용할 수 있다. 광원 (602) 의 예로는, 예를 들어, 할로겐 램프, 수은 램프, 수소 방전관, 네온 램프, 크세논 램프, 저압 나트륨 램프, 형광 램프 (냉음극관이나 열음극관 등) 등의 램프 ; 무기 반도체 LED 등의 LED 나 유기 EL 소자 등의 일렉트로루미네선스 광원 ; 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 통상적으로는 LED 나 형광 램프가 바람직하다.
특히, 수은의 저압 방전으로부터 발생하는 자외광에 의해 형광체를 발광시키 는 형광 램프는, 형광체를 선택함으로써 여러가지 파장 스펙트럼이 얻어지기 때문에 자유도가 크고, 비교적 전력 소비가 적고, 또한 소형이기 때문에, 특히 바람직하다. 또, 형광 램프는 종래 사용되고 있는 냉음극관, 열음극관을 사용할 수 있는데, 백색광을 사용하면 파랑, 초록, 빨강의 발광 영역에 다른 색이 혼입되기 때문에, 필터 등을 사용하여 백색광 중의 청색 영역만을 꺼내는 것이 바람직하다. 그 중에서도 특히 바람직하게는, 청색 형광체만을 도포한 형광 램프를 사용하면 소비 전력 저감에 효과적이다.
한편, LED 로는, 최근에는 고휘도의 청색이나 백색의 무기 반도체 LED 도 입수할 수 있기 때문에, 이들 광원을 사용하는 것도 가능하다. 특히 청색 발광 무기 반도체 LED 는, 선택적으로 본 응용예에 바람직한 파장 영역에서의 광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하게 이용할 수 있다.
또, LED 나 형광 램프 등의 광원 (602) 은, 어레이상으로 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 광원 (602) 은 각각, 그 위에 화상을 형성할 수 있는 영역을 개별적으로 지정할 수 있도록, 전체적으로 행 및 열상으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 를 어레이상으로 배치하는 것이 가능해져, 화상 표시 장치 (601) 에 적절히 풀 컬러 화상을 형성시키는 것이 가능해진다.
또한, 광원 (602) 으로부터 형광체부 (603R,603G) 나 광 투과부 (603B) 에 광을 조사하는 경우, 광을 직접 형광체부 (603R,603G) 나 광 투과부 (603B) 로 입사시키도록 해도 되고, 또, 반사판을 설치하여 한 번 반사시키고 나서 형광체부 (603R,603G) 나 광 투과부 (603B) 로 입사시키도록 해도 된다. 또한, 프레임 (604) 으로서 높은 반사율을 갖는 것을 이용한 것과 같이, 광원 (602) 의 배면 (관찰자와는 반대측) 에 반사판을 형성하도록 하면, 광원 (602) 으로부터 발해지는 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
또, 광원 (602) 의 치수에 제한은 없다.
또한, 광원 (602) 을 프레임 (604) 에 설치할 때, 그 설치 수단에 제한은 없고, 공지된 임의의 수단을 이용할 수 있다. 따라서, 상기 서술한 바와 같이, 예를 들어, 광원 (602) 을 땜납 등을 이용하여 프레임 (604) 에 설치할 수 있다.
본 실시형태에서는, 광원 (602) 으로서 청색의 광을 발광하는 LED (발광 소자) 를 각 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 마다 형성하고 있어, 이 광원 (602) 으로부터의 광에 의해, 형광체부 (603R,603G) 내에 함유되는 CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 등의 형광체를 여기하도록 되어 있다. 또, 광원 (602) 이 발한 광의 일부는 광 투과부 (603B) 를 투과하여, 청색 화소의 광으로서 관찰자가 볼 수 있도록 되어 있다. 또한, 광원 (602) 에 대한 전력 공급은, 상호 접속 회로나 와이어 등을 이용하여, 프레임 (604) 상의 단자와 광원 (602) 의 전극을 전기적으로 접속함으로써 실시되어 있다. 단, 각 광원 (602) 에 공급되는 전력의 크기는 도시하지 않은 제어부에 의해, 표시하고자 하는 화상에 따라 각 광원 (602) 마다 제어되어 있는 것으로 한다.
[V-2-1-3. 형광체부 그리고 광 투과부]
형광체부 (603R,603G) 는 광원 (602) 이 발한 여기광을 흡수하여, 화상 표시 장치 (601) 가 표시하는 화상을 형성하기 위한 가시광을 발하는 형광체를 함유하는 부분이다. 본 응용예에 있어서는, 형광체부 (603R,603G) 의 적어도 일방이, 형광체로서 휘도 유지 형광체 (예를 들어 CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce) 중 적어도 어느 1 종을 함유하도록 한다. 또, 형광체부 (603R,603G) 는 화소에 대응되여 통상 1 개씩 형성되어, 화상 표시 장치 (601) 의 화소가 발하게 되는 광이 발생하도록 되어 있다.
또한, 광 투과부 (603B) 는 형광체부 (603R,603G) 와 마찬가지로 화소마다 형성된 것으로, 광원 (602) 의 광을 화소의 광의 일부로서 이용하기 위해서 전방으로 투과시키는 부분이다. 통상, 광 투과부 (603B) 는 형광체를 함유하지 않는 것 이외에는 형광체부 (603R,603G) 와 동일하게 형성된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 관찰자는 이 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 형광, 및, 광 투과부 (603B) 를 개재하여 방출되는 광원 (602) 이 발하는 광을 보고 화상을 인식하도록 되어 있다.
(i. 형광체부)
본 실시형태에 있어서는, 형광체부 (603R) 는 적색 화소에 대응되여 적색의 형광을 발하도록 형성된 것으로, 휘도 유지 형광체로서 CaAlSiN3 : Eu 를 함유하고 있다.
한편, 형광체부 (603G) 는 녹색 화소에 대응되여 녹색의 형광을 발하도록 형 성된 것으로, 휘도 유지 형광체로서 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 함유하고 있다.
이들 발광 휘도의 온도 의존성이 낮은 형광체인 CaAlSiN3 : Eu 및/또는 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 함유시킴으로써, 화상 표시 장치 (601) 자체의 온도 의존성을 억제하여, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 것을 방지하는 것도 가능하다.
또한, 상기 CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 등의 휘도 유지 형광체 이외의 형광체를 병용하여, 형광체부 (603R,603G) 에 그들의 병용하는 형광체 (이하 적절하게, 「병용 형광체」라고 한다) 를 적절하게 함유시켜도 된다.
병용 형광체에 제한은 없고, 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이다. 병용 형광체의 발광색은, 그 용도에 따라 적절한 색이 있기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 풀 컬러 디스플레이를 제작하는 경우에는, 색 순도가 높은 파랑, 초록, 빨강 발광체가 바람직하게 이용된다. 그 적절한 색의 표현 방법에 대해서는 몇 개의 방법이 있지만, 간편하게는 발광의 발광 피크 파장이나 CIE 색도 좌표 등이 사용된다. 또, 광파장 변환 기구가 흑백 표시나 멀티 컬러 표시일 때에는, 보라, 청자, 황록, 황색, 오렌지색에 발색하는 형광체를 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 병용 형광체를 병용하여, 형광체를 2 개 이상을 혼합하여 형광체부 (603R,603G) 에 이용하도록 하면, 색 순도가 높은 발광을 실시하거나 중간색이나 백색의 발광을 실시하거나 하는 것이 가능해진다.
병용 형광체의 발광의 발광 피크 파장에 관해서 말하면, 예를 들어, 적색의 형광을 발하는 병용 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 발광 피크 파장이 통상 370㎚ 이상, 바람직하게는 380㎚ 이상, 또, 통상 500㎚ 이하, 바람직하게는 480㎚ 이하가 바람직하다.
또, 예를 들어, 녹색의 형광을 발하는 병용 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 발광 피크 파장이 통상 490㎚ 이상, 바람직하게는 500㎚ 이상, 또, 통상 570㎚ 이하, 바람직하게는 550㎚ 이하가 바람직하다.
또한, 예를 들어, 청색의 형광을 발하는 병용 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 발광 피크 파장이 통상 420㎚ 이상, 바람직하게는 440㎚ 이상, 또, 통상 480㎚ 이하, 바람직하게는 470㎚ 이하가 바람직하다.
또, 병용 형광체의 조성에는 특별히 제한은 없지만, 결정 모체인 Y2O3, Zn2SiO4 등으로 대표되는 금속 산화물, Ca5(PO4)3Cl 등으로 대표되는 인산염 및 ZnS, SrS, CaS 등으로 대표되는 황화물에, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 등의 희토류 금속의 이온이나 Ag, Al, Mn, Sb 등의 금속의 이온을 부활제 (활성제) 또는 공부활제로서 조합한 것이 바람직하다.
결정 모체의 바람직한 예로는, 예를 들어, ZnS, Y2O2S, (Y,Gd)3Al5O12, YAlO3, BaAl2Si2O8, Y3Al5O12, Y2SiO5, Zn2SiO4, Y2O3, BaMgAl10O17, BaAl12O19, (Ba,Sr,Mg)O·αAl2O3, (Y,Gd)BO3, Y2O3, (Zn,Cd)S, SrGa2S4, SrS, SnO2, Ca10(PO4)6(F,Cl)2, (Ba,Sr)(Mg,Mn)Al10O17, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2, (La,Ce)PO4, CeMgAl11O19, GdMgB5O10, Sr2P2O7, Sr4Al14O25, (Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn,Mn)Al10O17 등을 들 수 있다.
단, 상기 결정 모체 및 부활제 또는 공부활제는, 원소 조성에는 특별히 제한은 없고, 동족의 원소와 일부 치환할 수도 있고, 얻어진 형광체는 광원 (602) 으로부터의 광을 흡수하여 가시광을 발하는 것이 바람직하다. 이하, 사용할 수 있는 병용 형광체의 예를 든다. 단, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601) 에 사용되는 형광체는 이하에 예시한 것에 한정되는 것은 아니다.
·적색의 병용 형광체 :
본 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 적색 발광이 가능한 병용 적색 형광체로는, 예를 들어, 적색 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리콘 나이트라이드 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 구 형상을 갖는 성장 입자로 구성되며, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Y,La,Gd,Lu)2O2S : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 희토류 옥시카르코게나이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또한, 일본 공개특허공보 2004-300247호에 기재된, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, 및 Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 산질화물 및/또는 산황화물을 함유하는 형광체로서, Al 원소의 일부 또는 전부가 Ga 원소로 치환된 알파 사이알론 구조를 갖는 산질화물을 함유하는 형광체도, 본 실시형태에 있어서 병용 형광체로서 이용할 수 있다. 또한, 이들은 산질화물 및/또는 산황화물을 함유하는 형광체이다.
또, 그 이외에, 적색의 병용 형광체로는, Y2O2S : Eu3 +, (BaMg)2SiO4 : Eu3 +, (BaCaMg)5(PO4)3Cl : Eu3 +, YVO4 : Eu3 +, CaS : Eu3 +, YAlO3 : Eu3 +, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Eu3+, LiY9(SiO4)6O2 : Eu3 +, (Y,Gd)3Al5O12 : Ce3 +, (Ca,Sr)2Si5N8 : Eu, CaSiN2 : Eu, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu,Mn, (Ba3Mg)Si2O8 : Eu,Mn 등을 이용하는 것도 가능하다.
·녹색의 병용 형광체 :
본 실시형태에 있어서 사용할 수 있는 녹색 발광이 가능한 병용 형광체로서, 예를 들어, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활(賦活) 알칼리 토류 실리콘옥시 나이트라이드 형광체, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되며, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Ba,Ca,Sr)2SiO4 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 마그네슘실리케이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또, 그 이외에, 녹색의 병용 형광체로는, BaMgAl10O17 : Eu2 +,Mn2 +, Sr4Al14O25 : Eu2+, (SrBa)Al2Si2O8 : Eu2 +, (BaMg)2SiO4 : Eu2 +, Y2SiO5 : Ce3 +,Tb3 +, Sr2P2O7-Sr2B2O5 : Eu2+, (BaCaMg)10(PO4)6Cl : Eu2 +, Sr2Si3O8-2SrCl2 : Eu2 +, Zr2SiO4, MgAl11O19 : Ce3+,Tb3+, Ba2SiO4 : Eu2 +, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Tb3 +, Y3Al5O12 : Tb3 +, La3Ga5SiO14 : Tb3 +, SrGa2S4 : Eu2 +, Tb3 +, Sm2 +, Y3(Al,Ga)5O12 : Ce, SrSi2O2N2 : Eu, BaMgAl10O17 : Eu,Mn, SrAl2O4 : Eu 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 병용 형광체는 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
단, 본 응용예의 효과를 확실하게 얻는 관점에서는, 병용 형광체를 이용하는 경우라도 형광체 전체의 사용량에 대한 휘도 유지 형광체의 비율은 클수록 바람직하고, 모든 형광체를 휘도 유지 형광체로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 형광체부 (603R,603G) 에는 외부 환경으로부터의 외력이나 수분 등으로부터 형광체를 보호하기 위해, 통상, 바인더를 이용한다. 구체적으로는, 바인더 중에 형광체를 분산시킨 성형체에 의해, 형광체부 (603R,603G) 를 구성한다.
본 실시형태에 있어서 사용하는 바인더에 제한은 없고, 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 범위에서 임의의 것을 이용할 수 있지만, 통상적으로는, 형광이나 여기광을 적절히 투과시키기 위해, 무색 투명의 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 바인더는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
단, 통상적으로는, 비방향족 에폭시 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 비방향족 에폭시 수지는, 고내광성 및 투명성이 우수하기 때문이다. 그 중에서도, 무기 염소 함유량을 1ppm 이하, 유기 염소 함유량을 5ppm 이하로 할 수 있는 비방향족 에폭시 수지가 바람직하다. 특히, 증류 생성되어 염소 성분을 전혀 함유하지 않는 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, ppm 은 중량에 기초하는 비율을 나타낸다.
바람직한 비방향족 에폭시 수지의 구체예를 들면, 3,4에폭시시클로헥실메틸-3´,4´에폭시시클로헥실카르복실레이트로 대표되는 지환식 에폭시 수지 ; 지환식 에폭시 수지를 주체에 헥사히드로푸탈산디글리시딜에스테르, 수소화비스페놀A디글리시딜에테르 등의 시클로헥산 유도체와 에피크롤히드린으로 이루어지는 에폭시 수지 ; 비스페놀A디글리시딜에테르로 이루어지는 액상 또는 고형의 에폭시 수지 ; 트리글리시딜 이소시아눌레이트 등의 질소 함유 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
또, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하는 경우, 하기 경화제, 조촉매, 경화 촉진제를 적절하게 혼합시킬 수 있다.
경화제는 비방향족 에폭시 수지를 경화시키는 것이다. 경화제로는, 예를 들어, 산무수물을 바람직한 것으로서 들 수 있다. 산무수물 중에서도, 바인더 중의 물질에는 내광성이 요구되기 때문에, 비방향족 또한 탄소 이중 결합을 화학적으로 갖지 않는 다염기산카르복실산 무수물이 바람직하다. 구체적으로는, 헥사 히드로 무수 푸탈산, 메틸헥사히드로 무수 푸탈산, 트리알킬테트라히드로 무수 푸탈산, 수소화메틸나딕산 무수물 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 경화 반응성과 내습성의 밸런스가 좋기 때문에, 메틸헥사히드로 무수 푸탈산이 바람직하다.
또한, 경화제는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또, 경화제의 사용량에 제한은 없지만, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 50 중량부 이상, 바람직하게는 80 중량부 이상, 또, 통상 150 중량부 이하, 바람직하게는 130 중량부 이하 이용하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 조촉매는 비방향족 에폭시 수지의 경화물 (형광체부 (603R,603G) 나 광 투과부 (603B)) 을 포함한다. 이하 동일) 에 가요성을 부여하여, 박리 접착력을 향상시키는 것이다. 조촉매 중에서도, 알코올·폴리올류는 경화 촉진제의 상용화제로서도 기능할 수 있어 바람직하다. 알코올·폴리올류 중에서도, 바인더 중의 물질에는 내광성이 요구되기 때문에, 비방향족 그리고 탄소 이중 결합을 화학 구조적으로 갖지 않는 탄소수 2 ∼ 12 의 직쇄형, 분기형, 지환형, 에테르기 함유형의 어느 하나로 이루어지는 알코올·폴리올류가 바람직하게 이용된다. 구체적으로는, 프로판올, 이소프로판올, 메틸시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 에틸렌글리콜 등의 저분자량 디올이 바람직하다.
또한, 조촉매는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또, 알코올·폴리올류는 상기와 같이 경화 촉진제의 상용화제로서도 기능하기 때문에, 경화 촉진제의 화학 구조와 배합량에 영향을 받는다.
또한, 조촉매의 사용량에 제한은 없지만, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부 에 대하여, 통상 1 중량부 이상, 바람직하게는 5 중량부 이상, 또, 통상 30 중량부 이하, 바람직하게는 15 중량부 이하가 바람직하다.
또, 경화 촉진제는 비방향족 에폭시 수지의 경화를 촉진하는 것이다. 경화 촉진재로는, 예를 들어,
〔1〕제 3 급 아민류 또는 이미다졸류 및/또는 그들의 유기 카르복실산염,
〔2〕포스핀류 및/또는 그들의 제 4 급 염,
〔3〕유기 카르복실산 금속염,
〔4〕금속-유기 킬레이트 화합물,
〔5〕방향족 술포늄염
등을 들 수 있다.
또한, 경화 촉진제는 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
이하, 경화 촉진제로서 예시한 것에 대하여, 각각 설명한다.
〔1〕제 3 급 아민류 또는 이미다졸류 및/또는 그들의 유기 카르복실산염 : 제 3 급 아민류 또는 이미다졸류 및/또는 그들의 유기 카르복실산 염으로는, 예를 들어, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1,8-디아자비스시클로(5,4,0)운데센-7 (이하 적절하게, 「DBU」 라고 한다) 과 그 옥틸산염 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 비방향족 에폭시 수지 경화물의 투광성을 높일 수 있기 때문에, DBU 옥틸산염이 바람직하다.
또한, 경화 촉진제로서 제 3 급 아민류 또는 이미다졸류 및/또는 그들의 유 기 카르복실산염을 이용하는 경우, 경화 촉진제의 사용량에 제한은 없지만, 화상 표시 장치 (601) 의 내습 특성의 관점에서, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 0.01 중량부 이상, 바람직하게는 0.1 중량부 이상, 또, 통상 1 중량부 이하, 바람직하게는 0.5 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
〔2〕포스핀류 및/또는 그들의 제 4 급염 :
포스핀류와 그 제 4 급 염으로는, 예를 들어, 트리페닐포스핀, 트리부틸포스핀, 벤질트리페닐포스포늄브롬염, 벤질트리부틸포스포늄브롬염 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 비방향족 에폭시 수지 경화물의 투광성을 높일 수 있기 때문에, 벤질트리페닐포스포늄브롬염이 바람직하다.
또한, 경화 촉진제로서 포스핀류 및/또는 그들의 제 4 급 염을 이용하는 경우, 경화 촉진제의 사용량에 제한은 없지만, 화상 표시 장치 (1) 의 내습 특성의 관점에서, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 0.01 중량부 이상, 바람직하게는 0.1 중량부 이상, 또, 통상 1 중량부 이하, 바람직하게는 0.5 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
〔3〕유기 카르복실산 금속염 :
유기 카르복실산 금속염으로는, 예를 들어, 내광성이 떨어지는 탄소 이중 결합을 갖지 않는 옥틸산아연, 라우르산아연, 스테아르산아연, 옥틸산주석 등을 들 수 있다. 또, 유기 카르복실산 금속염은 유기 카르복실산 성분의 탄소수 증가와 비례하여, 비방향족 에폭시 수지에 대한 용해성이 저하된다. 그러나, 옥틸산아연은 배합량에 가장 폭을 갖고 있고, 또한, 액상이기 때문에, 분산 용해에 시 간을 필요로 하지 않다. 따라서, 경화성의 관점에서, 유기 카르복실산 금속염 중에서도 옥틸산아연이 특히 바람직하다.
또한, 경화 촉진제로서 유기 카르복실산 금속염을 이용하는 경우, 경화 촉진제의 사용량에 제한은 없지만, 비방향족 에폭시 수지 경화물의 투광성을 높이는 관점에서는, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 중량부 이상, 또, 통상 10 중량부 이하, 바람직하게는 5 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
〔4〕금속-유기 킬레이트 화합물 :
금속-유기 킬레이트 화합물로는, 투명성에 영향이 없는 아연과 β-디케톤으로 이루어지는 아세틸아세톤아연킬레이트, 벤조일아세톤아연킬레이트, 디벤조일메탄아연킬레이트, 아세토아세트산에틸아연킬레이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 아연킬레이트 화합물을 이용한 경우에는, 우수한 내광성·내열성을 비방향족 에폭시 수지에 부여할 수 있다. 또, 아연킬레이트 화합물은 비방향족 에폭시 수지에 대한 선택적 또한 온화한 경화 촉진 작용을 갖기 때문에, 지환식 에폭시 수지와 같은 저분자량 모노머를 주체로 하여도 저응력 접착이 가능해진다.
또한, 아연킬레이트 화합물 중에서도, 취급 용이성 등에서, 아세틸아세톤을 킬레이트 성분으로 한 비스(아세틸아세토나토)아쿠아아연 (2) [Zn(C5H7O2)2(H2O)] 이 바람직하다.
또한, 경화 촉진제로서 금속-유기 킬레이트 화합물을 이용하는 경우, 경화 촉진제의 사용량에 제한은 없지만, 비방향족 에폭시 수지에 대한 용해성의 관점에 서는, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 1 중량부 이상, 또, 통상 10 중량부 이하, 바람직하게는 5 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
〔5〕방향족 술포늄염 :
방향족 술포늄염은 통상, 비방향족 에폭시 수지 중에 경화제인 산무수물을 함유하지 않는 비방향족 에폭시 수지 단독 조성으로 사용된다.
또, 방향족 술포늄염을 이용한 경우에는, 열 및/또는 360㎚ 이하의 자외광에 의해 분해되어, 양이온을 발생하여, 비방향족 에폭시 수지 양이온 중합 경화물을 얻을 수 있다. 이 얻어진 경화물은 에테르 가교되어 있어, 경화제로 경화한 것보다 물리적, 화학적으로 보다 안정적이다.
방향족 술포늄염으로는, 예를 들어, 트리페닐술포늄6불화안티몬염, 트리페닐술포늄6불화인염 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 트리페닐술포늄6불화안티몬염은 경화 속도가 빠르고 소량 배합으로도 충분히 경화되기 때문에 바람직하다.
또한, 경화 촉진제로서 방향족 술포늄염을 이용하는 경우, 경화 촉진제의 사용량에 제한은 없지만, 연쇄 중합 발열에 의한 비방향족 에폭시 수지의 경화물의 변색을 방지하는 관점에서는, 비방향족 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 통상 0.01 중량부 이상, 바람직하게는 0.05 중량부 이상, 또, 통상 0.5 중량부 이하, 바람직하게는 0.3 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비방향족 에폭시 수지 이외의 바인더를 이용하는 것도 가능하다. 바인더로는, 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메 틸셀룰로오스폴리스티렌, 스티렌·무수 말레산 공중합체, 스티렌·아크릴로니트릴 공중합체, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트, 셀룰로오스프로피오네이트, 폴리α-나프틸메타크릴레이트, 폴리비닐나프탈렌, 폴리n-부틸메타크릴레이트, 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 폴리(4-메틸펜텐), 에폭시, 폴리술폰, 폴리에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 고리상 올레핀 중합체, 폴리실록산, 벤조시클로부탄 중합체, 물 유리, 실리카, 산화티탄, 에폭시 수지 등을 성분으로 하는 것을 들 수 있다.
또, 형광체부 (603R,603G) 에 있어서, 형광체부 (603R,603G) 내에 차지하는 바인더의 비율은 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이지만, 통상 5 중량％ 이상, 바람직하게는 10 중량％ 이상, 또, 통상 95 중량％ 이하, 바람직하게는 90 중량％ 이하이다.
또한, 이와 관련하여, 형광체부 (603R,603G) 에 있어서, 형광체 (즉, CaAlSiN3 : Eu, Ca3Sc2Si3O12 : Ce, 병용 형광체 등) 와 바인더의 비율도 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이지만, 형광체와 바인더의 합계 중량에 대한 바인더의 비율이, 통상 5 중량％ 이상, 바람직하게는 10 중량％ 이상, 또, 통상 95 중량％ 이하, 바람직하게는 90 중량％ 이하이다. 이 범위의 하한을 하회하면, 휘도가 저하될 우려가 있고, 상한을 상회하면, 형광체부 (603R,603G) 가 취약해져, 기계적 강도를 유지할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 형광체를 1 개의 형광체부에 있어서 2 종 이상 이용하는 경우에는, 이용하는 형광체의 합계가 상기 범위에 들어가도록 하는 것이 바람직하다.
또, 형광체부 (603R,603G) 에는, 바인더나 형광체 이외의 첨가제를 함유시켜도 된다. 첨가제로는, 상기 경화제, 조촉매, 경화 촉진제 이외에, 예를 들어, 시야각을 더욱 늘리기 위해서 확산제를 함유시켜도 된다. 구체적인 확산제로는, 티탄산바륨, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화규소 등을 들 수 있다. 또, 첨가재로는, 예를 들어, 원하는 것 이외의 파장을 커트하는 목적으로 유기나 무기의 착색 염료나 착색 안료를 함유시킬 수도 있다. 또한, 이들 첨가제는 각각 1 종을 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
또한, 형광체부 (603R,603G) 는 공지된 임의의 방법으로 제작할 수 있다. 예를 들어, 형광체부 (603R,603G) 는 바인더와 형광체와 용제로 이루어지는 혼합물 (도포액) 을, 스크린 인쇄법에 따라, 화소에 대응되는 간격으로 모자이크상, 어레이상, 또는 스트라이프상으로, 투명 기판 (631) 상에 형성할 수 있다.
또, 각 형광체부 (603R,603G) 사이에, 외광의 흡수를 위해서 블록 매트릭스 층 (632) 을 형성해도 된다. 블랙 매트릭스층 (632) 은 유리 등의 투명 기판 (631) 상에, 감광성 수지의 감광 원리를 이용하여 카본 블랙으로 이루어지는 광 흡수막을 제조하는 공정에 의해 형성해도 되고, 수지와 카본 블랙과 용제로 이루어지는 혼합물을 스크린 인쇄법으로 적층하여 형성해도 된다.
또, 형광체부 (603R,603G) 의 형상은 임의이다. 예를 들어, 화상 표시 장치 (601) 를 멀티 컬러 표시로 하는 경우, 형광체부 (603R,603G) 등의 발광 영역 에는, 픽셀 (화소) 형상에 맞춰, 정해진 색으로 발광하는 형광체를 배치하게 되지만, 그 형광체부 (603R,603G) 의 형상으로는, 정보 표시에 필요한 세그먼트 형상, 매트릭스 형상을 들 수 있고, 매트릭스 형상 중에서는, 스트라이프 구조, 델타 구조 등을 바람직한 형태로서 들 수 있다. 또한, 흑백 표시의 경우에는, 상기 형상 이외에, 균일하게 형광체를 도포한 것으로도 가능하다.
또한, 형광체부 (603R,603G) 의 치수도 임의이다. 예를 들어, 그 두께는 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이지만, 통상, 1㎝ 이하로 하면 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 박형, 경량화가 요구되는 플랫 패널 디스플레이에 있어서는, 2㎜ 이하의 두께로 하는 것이 보다 바람직하다. 발광 광선의 출사 비율과의 밸런스를 고려하면, 통상 1㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상, 또, 통상 1000㎛ 이하, 바람직하게는 500㎛ 이하, 보다 바람직하게는 200㎛ 이하이다.
(ⅱ. 광 투과부)
본 실시형태에 있어서, 광 투과부 (603B) 는 청색 화소에 대응되여 광원 (602) 으로부터의 광을 전방으로 투과시킬 수 있는 부재이다. 이로써, 화상 표시 장치 (601) 의 광원 (602) 으로부터는 청색광의 가시광이 발해지도록 되어 있기 때문에, 이 광원 (602) 으로부터 발해지는 가시광은, 화소가 발하는 광으로서 이용되도록 되어 있는 것이다.
광 투과부 (603B) 의 구성에 제한은 없고 임의이지만, 통상적으로는, 형광체를 함유하지 않는 것 이외에는, 형광체부 (603R,603G) 와 동일하게 구성된다. 따라서, 광 투과부 (603B) 에는, 당해 가시광에 대응된 광과 동일한 색의 형광을 발하는 형광체는 필수는 아니다.
즉, 광원 (602) 으로부터 발해진 가시광이 화상 표시 장치 (601) 의 외부로 발해지도록 하면, 반드시 모든 화소에 있어서 형광체를 이용하지 않아도 되는 것이다. 단, 광원 (602) 이 발하는 가시광을 효율적으로 외부에 방출시키거나, 산란시키거나, 원하는 것 이외의 파장의 광을 컷하거나 하기 위해서, 광원 (602) 이 발한 가시광에는, 바인더에 첨가제를 함유시킨 광 투과부 (603B) 를 투과시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 광 투과부 (603B) 에는 색 조정용 염 안료를 함유시켜도 된다.
본 실시형태에 있어서는, 적색 형광부 (603R) 는 적색 형광체로서 휘도 유지 형광체인 CaAlSiN3 : Eu 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하며, 이 적색 형광체를 바인더에 분산시킨 것으로서 투명 기판 (631) 에 형성되어 있다. 또, 형광체부 (603R) 는 적색 화소에 대응되여 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 본 실시형태에 있어서, 녹색 형광부 (603G) 는 녹색 형광체로서 휘도 유지 형광체인 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하며, 이 녹색 형광체를 바인더에 분산시킨 것으로서 투명 기판 (631) 에 형성되어 있고, 이 형광체부 (603G) 는 녹색 화소에 대응되여 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 광 투과부 (603B) 는 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하여, 확산제를 바인더에 분산시킨 것으로서 형성되어 있어, 이 광 투과부 (603B) 는 청색 화소에 대응되여 투명 기판 (631) 에 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 이 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 를 형성한 투명 기판 (631) 은, 광원 (602) 에 대향한 위치에 형성되어 있다. 이로써, 형광체부 (603R) 는 광원 (602) 으로부터의 광을 받아 적색광을 발하고, 형광체부 (603G) 는 광원 (602) 으로부터의 광을 받아 녹색광을 발하며, 광 투과부 (603B) 는 광원 (602) 이 발한 청색광을 확산제로 확산시키면서 전방으로 투과시키도록 되어 있다. 또, 각 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 사이는, 각각 블랙 매트릭스층 (632) 에 의해 나누어져 있는 것으로 한다.
[V-2-1-4. 작용]
본 실시형태의 화상 표시 장치 (601) 는 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 사용시에는, 광원 (602) 을 소정의 강도로 발광시킨다. 이 때, 도시하지 않는 제어부의 제어에 따라, 각 광원 (602) 으로부터는, 화상 표시 장치 (601) 가 표시하고자 하는 화상에 따라, 각 화소 (즉, 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B)) 마다 강도가 조절된 광이 발해진다. 이 광원 (602) 으로부터 발해진 광은 각각, 대응되는 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 로 입사된다.
형광체부 (603R) 에서는, 형광체부 (603R) 내에 분산된 적색 형광체 (CaAlSiN3 : Eu) 가 입사광을 흡수하여, 적색의 형광을 발한다. 또, 형광체부 (603G) 에서는, 형광체부 (603G) 내에 분산된 녹색 형광체 (Ca3Sc2Si3O12 : Ce) 가 입사광을 흡수하여, 녹색의 형광을 발한다. 또한, 광 투과부 (603B) 에서는, 광 투과부 (603B) 내에 분산된 확산제가 입사광을 산란시키고, 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 형광과의 배광 특성을 맞추면서, 입사된 청색의 광을 전방으로 투과시킨다.
이 때, 입사광의 광량이, 형성하고자 하는 화상에 따라 제어부에 의해 화소마다 조절되어 있기 때문에, 각 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 형광 (가시광) 의 광량도 화소마다 조절되어, 원하는 화상이 형성된다.
이렇게 하여 발생한 적색 및 녹색의 형광, 그리고, 광 투과부 (603B) 를 투과하여 출사된 광원 (602) 으로부터의 청색의 광은, 투명 기판 (631) 을 개재하여 화상 표시 장치 (601) 의 외부 (도면 중 우측) 에 발해진다. 관찰자는 이 투명 기판 (631) 의 표면으로부터 발해지는 광을 보고 화상을 인식한다.
이 때, 형광체부 (603R,603G) 의 형광체로서 각각 휘도 유지 형광체인, CaAlSiN3 : Eu 및 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용했기 때문에, 화상 표시 장치 (601) 자체의 발광 휘도의 온도 의존성을 억제할 수 있고, 이로써, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 것을 방지하는 것이 가능하여, 실용상 매우 유용하다.
[V-2-2. 제 2 실시형태]
도 17 은, 본 응용예의 제 2 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다. 또한, 도 17 에 나타내는 화상 표시 장치에 있어서는, 관찰자는 도면 중 우측으로부터 화상 표시 장치가 표시하는 화상을 보도록 되어 있는 것으로 한다. 또, 도 17 에 있어서, 도 16 과 동일한 부호를 이용하여 나타내는 부위는, 도 16 과 동일한 것을 표시한다.
도 17 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601´) 는 광 셔터 (606) 에 의해 광원 (602) 이 발한 광의 강도를 조절하도록 되어 있는 점이 이외에는, 제 1 실시형태의 화상 표시 장치 (601) 와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 광원 (602) 과, 광원 (602) 으로부터 발해진 광을 흡수하여 가시광을 발하는 형광체를 함유하는 형광체부 (제 1 형광체부) (603R) 및 형광체부 (제 2 형광체부) (603G) 와, 광원 (602) 이 발한 광을 전방으로 투과시키는 광 투과부 (603B) 를 구비한다. 또, 화상 표시 장치 (601´) 는 프레임 (604), 편광자 (605), 광 셔터 (606), 검광자 (607) 를 구비하고 있다.
이하, 각 부재에 대하여 설명한다.
[V-2-2-1. 프레임]
프레임 (604) 은 제 1 실시형태에서 설명한 것과 동일하다.
[V-2-2-2. 광원]
광원 (602) 으로는, 제 1 실시형태에서 설명한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서 설명한 구성에 추가로, 본 실시형태와 같은 광 셔 터 (606) 를 이용한 화상 표시 장치에 있어서는, 화상 표시 장치 (601´) 를 플랫 패널 디스플레이로서 구성하는 경우, 광원 (602) 으로는, 균일한 면상 광을 발하는 것이 유용하다. 이 경우, 광원 (602) 은 광원 (602) 을 형성하는 소자 그 것이 1 개 이상의 면상 발광 소자로 형성되어 있는 것뿐만 아니라, 1 개 이상의 임의의 형상의 소자로부터 꺼내진 광을, 도광이나 확산, 반사 등이 적당한 수법을 이용하여 면상 광으로 변환하는 의사 면상 발광 소자도 포함된다. 또, 이들 수법을 조합한 소자를 광원 (602) 으로서 사용할 수도 있다.
면상 발광할 수 있는 광원 (602) 의 예 중, 그 자체가 면상으로 발광할 수 있는 면상 발광 소자의 예로는, 무기 진성 EL 소자, 유기 EL 소자, 소형 평면 형광 램프, 무기 반도체를 이용한 면 발광 LED 등을 들 수 있다.
한편, 의사 면상 발광 소자의 예를 들면, 예를 들어, 어떠한 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 꺼내진 광을 면상 광으로 변환하는 변환 기구를 조합한 것을 들 수 있다. 이 때, 발광 소자로는, 광원 (602) 의 예로서 앞에서 든 임의의 광원을 이용할 수 있다. 또, 변환 기구로는, 예를 들어, 석영판, 유리판, 아크릴판 등의 도광판과, Al 시트, 각종 금속 증착막 등 반사 기구와, TiO2 계 화합물을 이용한 패턴, 광확산 시트, 광확산 프리즘 등의 광확산 기구가, 단독 바람직하게는 복수 조합된 것을 이용할 수 있다. 특히, 도광판, 반사판, 확산판 등을 이용하여 광원 (602) 을 면 발광체화하여 광을 면상 광으로 변환하는 변환 기구는, 본 실시형태에 있어서 바람직하게 이용된다. 또, 예를 들어, 액정 표시 장치 용도 등으로 사용되고 있는 변환 기구도 바람직하게 사용할 수 있다.
또, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 광원 (602) 의 치수에 제한은 없지만, 광원 (602) 으로서 면 발광 소자나 의사면 발광 소자를 이용하는 경우에는, 플랫 패널 디스플레이의 실용적 견지에서, 통상 5㎝ 이하, 바람직하게는 5㎜ 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 광원 (602) 로서 청색의 광을 면상 발광하는 면 발광 소자를 이용하고 있고, 이 광원 (602) 으로부터의 광에 의해, 형광체부 (603R,603G) 내에 함유되는 CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 등의 형광체를 여기하도록 되어 있다. 또, 광원 (602) 이 발한 광의 일부는 광 투과부 (603B) 를 투과하여, 청색 화소의 광으로서 관찰자가 볼 수 있도록 되어 있다. 또한, 광원 (602) 에 대한 전력 공급은 상호 접속 회로나 와이어 등을 이용하여, 프레임 (604) 상의 단자와 광원 (602) 의 전극을 전기적으로 접속함으로써 실시되어 있는 것으로 한다.
[V-2-2-3. 편광자]
광원 (602) 의 전방 (도면 중 우측), 상세하게는 광원 (602) 과 광 셔터 (606) 사이에는, 편광자 (605) 를 형성하는 것이 바람직하다. 편광자 (605) 는 광원 (602) 으로부터 발해진 광 중 소정의 편광면을 갖는 광만을 선택하여 투과시키는 것이다. 본 실시형태에 있어서도, 편광자 (605) 를 광원 (602) 과 광 셔터 (606) 사이에 설치되어 있는 것으로 한다.
[V-2-2-4. 광 셔터]
본 실시형태에 있어서, 광 셔터 (606) 는 조사된 광을, 광량을 조절하여 투과시키는 것이다. 상세하게는, 배면에 조사된 광을 표시하는 화상에 대응되여, 화소마다 광량을 조절하여 전방으로 투과시키는 부재이다. 본 실시형태의 경우, 광 셔터 (606) 는 광원 (602) 으로부터 형광체부 (603R,603G) 나 광 투과부 (603B) 로 발해지는 광의 광량을, 각 화소마다 조절하여 전방으로 투과시키도록 되어 있다.
상세하게 설명하면, 화상 표시 장치 (601´) 를 멀티 컬러 또는 풀 컬러 디스플레이로서 구성하는 경우에는, 상기 형광체를 2 종류 이상, 독립적으로 광파장 변환 기구로서 정해진 영역 (즉, 형광체부 (603R,603G)) 에 배치한다. 본 실시형태에 있어서는, 이들 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 에 조사하는 광의 광량을 각각 광 셔터 (606) 에 의해 조절하여 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 로부터 방출되는 광의 광량을 조절하여, 화상 표시 장치 (601´) 에 원하는 화상을 다색 발광으로 표시시킬 수 있도록 되어 있다.
또, 광 셔터 (606) 의 종류에 따라서는, 특정한 파장 영역의 광에 대해서만, 광량의 조절이 가능한 것이 있다. 따라서, 광 셔터 (606) 로는, 광원 (602) 이 발하는 광의 파장 영역에 있어서, 광의 광량을 조절하여 광의 스위칭이 가능한 것을 이용하도록 한다. 또한, 화상 표시 장치 (601´) 의 구성에 의해서는, 광원 (602) 으로부터의 광이 아니라 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 형광을 광 셔터 (606) 에 광량 조절시키는 경우도 있지만, 그 경우에는, 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 형광의 광파장 영역에 있어서도, 광의 광량을 조절하여 광의 스위칭이 가능한 것을 이용하도록 한다. 통상, 광원 (602) 이 발하는 광이나 형광체부 (603R,603G) 중의 형광체가 발하는 형광의 발광 피크 파장은, 통상 380㎚ 이상, 바람직하게는 420㎚ 이상, 또, 통상 780㎚ 이하이기 때문에, 광 셔터 (606) 는 이 파장역의 광의 광량을 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 광 셔터 (606) 의 기구는 통상, 복수의 화소 (픽셀) 의 집합체 로 이루어진다. 단, 화면 사이즈, 표시 방식, 용도 등에 의해, 화소의 수량 및 사이즈 그리고 배열 방식은 변화하며, 특별히 일정한 값으로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 광 셔터 (606) 의 화소의 치수에 제한은 없고, 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이다.
예를 들어, 통상의 디스플레이 용도로는, 1 화소의 사이즈는 가로세로 500㎛각 이하가 바람직하다. 또한, 바람직한 화소 사이즈로서 현재 실용화되어 있는 액정 디스플레이의 값으로서, 화소수를 640 × 3 × 480, 단색 1 화소 사이즈가 100 × 300㎛ 정도로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 광 셔터 (606) 자체의 수량이나 치수에도 제한은 없고, 본 응용예의 효과를 현저하게 저해하지 않는 한 임의이다. 예를 들어, 광 셔터 (606) 의 두께는 통상 5㎝ 이하인 것이 유용하고, 박형화 및 경량화를 고려하면 1㎝ 이하인 것이 바람직하다.
또, 화상 표시 장치 (601´) 를 평면형 표시 장치로 하는 경우에 있어서는, 계조 표시를 가능과 하기 위해서, 전기적 제어에 의해 화소의 광 투과율을 임의의 값으로 변화시키는 광 셔터 (606) 를 바람직하게 이용할 수 있다. 광 투과율의 절대값이나, 그 변화의 콘트라스트 및 속도 응답성은 높을수록 바람직하다.
이들 요건을 만족하는 광 셔터 (606) 의 예로는, TFT (Thin Film Transistor), STN (Super Twisted Nematic liquid crystal), 강유전, 반강유전, 2색성 색소를 이용한 게스트 호스트, 폴리머 분산형인 PDN (Polymer Dispersed Network) 방식 등의 투과형 액정 광 셔터 ; 산화텅스텐, 산화이리듐, 프러시안 블루, 비올로겐 유도체, 테트라티아풀발렌(TTF)-폴리스티렌, 희토류 금속-디프탈로시아닌 착물, 폴리티오펜, 폴리아닐린 등으로 대표되는 일렉트크로믹, 케미칼크로믹 등을 들 수 있다. 그 중에서도 액정 광 셔터는 박형, 경량, 저소비 전력을 특징으로 하고, 실용적인 내구성이 있어 세그먼트의 고밀도화도 가능하기 때문에 바람직하게 이용된다. 이 중에서 특히 바람직한 것은, TFT 액티브 매트릭스 구동이나 PDN 방식을 이용한 액정 광 셔터이다. 그 이유는 비틀림 네마틱 액정을 사용한 액티브 매트릭스에서는, 동화에 대응된 고속 응답성이나 크로스토크가 일어나지 않는 것, PDN 방식에서는 편광자 (605) 나 검광자 (607) 가 필요없기 때문에, 광원 (602) 이나 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 광의 감쇠가 적어 고휘도인 발광이 가능해지기 때문이다.
또, 화상 표시 장치 (601´) 에는, 통상, 화상 표시 장치 (601´) 에 표시시키는 화상에 따라 화소마다 광량의 조절을 실시하도록 광 셔터 (606) 를 제어하는 제어부 (도시 생략) 를 형성한다. 광 셔터 (606) 는 이 제어부의 제어에 따라 각 화소로부터 발해지는 가시광의 광량을 조절하고, 이로써, 원하는 화상이 화상 표시 장치 (601´) 에 의해 표시되도록 되어 있다.
광 셔터 (606) 에 의해 화소의 휘도를 조정하도록 함으로써, 화상 표시 장치 (601´) 는 제어부의 제어 회로를 보다 간단히 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 실시형태와 같이, 광원 (602) 으로서 LED 를 이용하여, 그 LED 의 발광 강도 등을 제어함으로써 화소의 휘도 조정을 실시하는 경우에는, LED 의 전류-휘도 특성이 경시적 변화하기 때문에, 표시하는 이미지를 제어하는 제어 회로가 복잡해질 우려가 있다. 이에 반해, 본 실시형태와 같이 광원 (602) 으로부터 발해진 광의 광량을 조절하는 광 셔터 (606) 부분을 형성하여, 광 셔터 (606) 에 의해 화소의 휘도를 조정하도록 하면, 액정 광 셔터 등의 광 셔터의 상당수는 전압 제어이기 때문에, 간단한 제어 회로로 휘도를 조정할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 배면 전극 (661), 액정층 (662), 및 전면 전극 (663) 이 상기 순서로 중첩된 액정 광 셔터를 광 셔터 (606) 로서 이용하고 있어, 광 셔터 (606) 는 편광자 (605) 의 전방 (도면 중 우측) 에 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 배면 전극 (661) 및 전면 전극 (663) 은 화상 표시 장치 (601´) 에 이용하는 광을 흡수하지 않는 투명 전극으로 구성되어 있는 것으로 한다. 그리고, 이 액정 광 셔터에서는, 배면 전극 (661) 및 전면 전극 (663) 에 인가하는 전압에 의해 액정층 (662) 내의 액정의 분자 배열이 제어되어, 이 분자 배열에 의해 배면측에 조사되는 광 각각의 광량을, 각 화소마다 (즉, 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 마다) 로 조절되도록 되어 있다.
[V-2-2-5. 검광자]
광 셔터 (606) 의 전방에는, 적절하게, 광 셔터 (606) 를 투과하여 광량이 조절된 광을 받아들이는 검광자 (607) 가 형성된다. 검광자 (607) 는 광 셔터 (606) 를 통과한 특정의 편광면을 갖는 광만을 투과시켜, 발광 강도를 조정하는 것이다.
본 실시형태에 있어서도, 광 셔터 (606) 의 전방, 상세하게는 광 셔터 (606) 와 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 사이에는 검광자 (607) 가 형성되어 있는 것으로 한다.
[V-2-2-6. 형광체부 그리고 광 투과부]
형광체부 (603R,603G) 는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 광원 (602) 이 발한 여기광을 흡수하여, 화상 표시 장치 (601´) 가 표시하는 화상을 형성하기 위한 가시광을 발하는 형광체를 함유하는 부분이다. 본 실시형태에 있어서도, 형광체부 (603R,603G) 의 적어도 일방이, 형광체로서 휘도 유지 형광체 중 적어도 어느 1 종을 함유하도록 한다. 또, 형광체부 (603R,603G) 는 광 셔터 (606) 의 화소에 대응되여 통상 1 개씩 형성되고, 화상 표시 장치 (601´) 의 화소가 발하게 되는 광을 발생하도록 되어 있다.
또한, 광 투과부 (603B) 는 제 1 실시형태 마찬가지로, 형광체부 (603R,603G) 와 동일하게 광 셔터 (606) 의 화소마다 형성된 것으로, 광원 (602) 의 광을 화소의 광의 일부로서 이용하기 위해서 전방으로 투과시키는 부분이다. 통상, 광 투과부 (603B) 는 형광체를 함유하지 않는 것 이외에는 형광체부 (603R,603G) 와 동일하게 형성된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 관찰자는 이 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 형광, 및, 광 투과부 (603B) 를 개재하여 방출되는 광원 (602) 이 발하는 광을 보고 화상을 인식하도록 되어 있다.
단, 본 실시형태와 같이 광 셔터 (606) 를 이용한 화상 표시 장치 (601´) 의 경우, 제 1 실시형태의 구성 이외에, 예를 들어, 형광체부 (603R,603G) 는 바인더와 형광체와 용제로 이루어지는 혼합물 (도포액) 을, 스크린 인쇄법에 따라, 광 셔터 (606) 의 화소에 대응되는 간격으로 모자이크상, 어레이상, 또는 스트라이프상으로, 투명 기판 (631) 상에 형성할 수도 있다.
또, 본 실시형태와 같이 광 셔터 (606) 를 이용한 화상 표시 장치 (601´) 의 경우, 예를 들어, 화상 표시 장치 (601´) 를 멀티 컬러 표시로 할 때에는, 형광체부 (603R,603G) 등의 발광 영역에는, 광 셔터 기구의 픽셀 형상에 맞춰, 정해진 색에 발광하는 형광체를 배치하게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 적색 형광부 (603R) 는 적색 형광체로서, 휘도 유지 형광체인 CaAlSiN3 : Eu 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하여, 이 적색 형광체를 바인더에 분산시킨 것으로서 투명 기판 (631) 에 형성되어 있다. 또, 형광체부 (603R) 는 적색 화소에 대응되여 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 본 실시형태에 있어서도, 녹색 형광부 (603G) 는 녹색 형광체로서 휘도 유지 형광체인 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하여, 이 녹색 형광체를 바인더에 분산시킨 것으로서 투명 기판 (631) 에 형성되어 있어, 이 형광체부 (603G) 는 녹색 화소에 대응되여 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 광 투과부 (603B) 는 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하여, 확산제를 바인더에 분산시킨 것으로서 형성되어 있고, 이 광 투과부 (603B) 는 청색 화소에 대응되여 투명 기판 (631) 에 복수 형성되어 있는 것으로 한다.
또, 이 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 를 형성한 투명 기판 (631) 은 검광자 (607) 의 전방 (도면 중 우측) 에, 광 셔터 (606) 에 대향한 위치에 형성되어 있다. 이로써, 형광체부 (603R) 는 광 셔터 (606) 에 의해 광량이 조절된 광원 (602) 으로부터의 광을 받아 적색광을 발하고, 형광체부 (603G) 는 광 셔터 (606) 에 의해 광량이 조절된 광원 (602) 으로부터의 광을 받아 녹색광을 발하며, 광 투과부 (603B) 는 광원 (602) 을 발하여 광 셔터 (606) 에 의해 광량이 조절된 청색광을 확산제로 확산시키면서 전방으로 투과시키도록 되어 있다. 또, 각 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 사이는, 각각 블랙 매트릭스층 (632) 에 의해 나누어져 있는 것으로 한다.
[V-2-2-7. 작용]
본 실시형태의 화상 표시 장치 (601´) 는 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 사용시에는 광원 (602) 을 소정의 강도로 발광시킨다. 광원 (602) 으로부터 발해진 광은, 편광자 (605) 로 편광면을 일시시킨 후, 광 셔터 (606) 로 입사한 다.
광 셔터 (606) 는 제어부 (도시 생략) 의 제어에 따라, 표시하고자 하는 화상에 따라 배면측으로부터 입사된 광의 광량을 화소마다 조절하여 전방으로 투과시킨다. 구체적으로는, 투명 전압 (661,663) 에 인가하는 전압을 제어함으로써, 각 화소에 대응되는 부위의 액정 배향성을 조정하고, 이로써, 화소마다 어느 정도의 힘의 광을 투과시키는지 조절하면서, 배면에 수광된 광을 전방으로 투과시킨다
광 셔터 (606) 를 통과한 광은 검광자 (607) 를 개재하여, 각각, 대응되는 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 로 입사된다.
형광체부 (603R) 에서는, 형광체부 (603R) 내에 분산된 적색 형광체 (CaAlSiN3 : Eu) 가 입사광을 흡수하여, 적색의 형광을 발한다. 또, 형광체부 (603G) 에서는, 형광체부 (603G) 내에 분산된 녹색 형광체 (Ca3Sc2Si3O12 : Ce) 가 입사광을 흡수하여, 녹색의 형광을 발한다. 또한, 광 투과부 (603B) 에서는, 광 투과부 (603B) 내에 분산된 확산제가 입사광을 산란시켜, 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 형광과의 배광 특성을 맞추면서, 입사된 청색의 광을 전방으로 투과시킨다.
이 때, 입사광의 광량이, 형성하고자 하는 화상에 따라 광 셔터 (606) 에 의해 화소마다 조절되어 있기 때문에, 각 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 형광 (가시광) 의 광량도 화소마다 조절되어, 원하는 화상이 형성된다.
이렇게 하여 발생된 적색 및 녹색의 형광, 그리고, 광 투과부 (603B) 를 투 과하여 출사된 광원 (602) 으로부터의 청색의 광은, 투명 기판 (631) 을 개재하여 화상 표시 장치 (601´) 의 외부 (도면 중 우측) 로 발해진다. 관찰자는 이 투명 기판 (631) 의 표면으로부터 발해지는 광을 보고 화상을 인식한다.
이 때, 형광체부 (603R,603G) 의 형광체로서, 각각 휘도 유지 형광체인, CaAlSiN3 : Eu 및 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용하였기 때문에, 화상 표시 장치 (601´) 자체의 발광 휘도의 온도 의존성을 억제할 수 있고, 이로써, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 것을 방지하는 것이 가능해져, 실용상 매우 유용하다.
또, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601´) 에 의하면, 종래의 액정 광 셔터를 이용한 화상 표시 장치와는 달리, 시야각에 의해 화소의 휘도가 저하되거나 색이 변화하거나 하는 것을 방지할 수 있다.
[V-2-3. 제 3 실시형태]
[V-2-3-1. 구성]
도 18 은, 본 응용예의 제 3 실시형태로서의 화상 표시 장치의 요부를 모식적으로 나타내는 분해 단면도이다. 또한, 도 18 에 나타내는 화상 표시 장치에 있어서는, 관찰자는 도면 중 우측으로부터 화상 표시 장치가 표시하는 화상을 보도록 되어 있는 것으로 한다. 또, 도 18 에 있어서, 도 16, 도 17 과 동일한 부호를 이용하여 나타내는 부위는, 도 16, 도 17 과 동일한 것을 표시한다.
도 18 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601˝) 는 구 성 부재의 배치 순서가, 배면측으로부터 기판 (604), 광원 (602), 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B), 편광자 (605), 광 셔터 (606), 검광자 (607) 라는 순서로 되어 있어, 광 셔터 (606) 의 화소 사이에 블랙 매트릭스 (도시 생략) 가 형성되어 있는 것 이외에는, 제 2 실시형태에서 설명한 화상 표시 장치 (601´) 와 동일한 구성으로 되어 있다.
광 셔터 (606) 의 화소의 사이에는, 콘트라스트를 높이기 위해서 블랙 매트릭스라는 흑색 영역이 존재하는 것이 바람직하다. 블랙 매트릭스는 화소 사이의 틈을 검게 하여, 화상을 보기 쉽게 하는 작용을 갖는다. 블랙 매트릭스의 재질로는, 예를 들어, 크롬, 탄소, 또는 탄소 또는 그 이외에 흑색 물질을 분산시킨 수지가 이용되지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 실시형태에 있어서는, 광 셔터 (606) 를 투과한 광을 관찰자가 보게 되기 때문에, 광 셔터에, 이 블랙 매트릭스 (도시 생략) 를 형성하고 있다.
또, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601˝) 에 있어서는, 상기와 같이 구성 부재의 배치 순서를 변경하였기 때문에, 광 셔터 (606) 는 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 광 그리고 광 투과부 (603B) 를 투과한 광의 광량을, 각 화소마다 조절하여 전방으로 투과시키도록 되어 있다. 즉, 적색 및 녹색 화소에 있어서는, 광원 (602) 으로부터 발해진 광을 형광체부 (603R,603G) 로 입사시키고, 형광체부 (603R,603G) 내의 형광체가 발한 광의 광량을, 화소마다 광 셔터 (606) 가 조절하여 전방으로 투과시키도록 되어 있다. 또, 청색 화소에 있어서는, 광원 (602) 으로부터 발해진 광이 광 투과부 (603B) 내의 확산제에 의해 산란되면서 광 투과부 (603B) 를 투과하고, 광 투과부 (603B) 를 투과한 광의 광량을, 화소마다 광 셔터 (606) 가 조절하여 전방으로 투과시키도록 되어 있다. 그리고, 광 셔터 (606) 에 의해 광량이 조절된 적색, 녹색 및 청색의 광에 의해, 화상 표시 장치 (601˝) 에 원하는 화상을 다색 발광으로 표시시킬 수 있도록 되어 있다.
따라서, 제 2 실시형태에 있어서는, 광 셔터 (606) 로서, 광원 (602) 이 발하는 광의 파장 영역에 있어서 광의 광량을 조절할 수 있는 것을 이용하도록 하였지만, 본 실시형태에 있어서는, 형광체부 (603R,603G) 가 발하는 광의 파장 영역에 있어서도 광의 광량을 조절할 수 있는 것을 이용하도록 한다. 상세하게는, 본 실시형태의 광 셔터 (606) 에서는, 배면 전극 (661) 및 전면 전극 (663) 에 인가하는 전압에 의해 액정층 (662) 내의 액정의 분자 배열이 제어되고, 이 분자 배열에 의해 배면측에 조사되는 광 각각의 광량이 각 화소마다 조절되도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 형광체부 (603R) 는 적색 형광체로서 CaAlSiN3 : Eu 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하고 있고, 또, 녹색 형광부 (603G) 는 녹색 형광체로서 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용하고, 바인더로서 비방향족 에폭시 수지를 이용하고 있다.
[V-2-3-2. 작용]
본 실시형태의 화상 표시 장치 (601˝) 는 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 사용시에는, 광원 (602) 을 소정의 강도로 발광시킨다. 광원 (602) 로부터 발해진 광은, 각각, 대응되는 형광체부 (603R,603G) 및 광 투과부 (603B) 로 입사 된다.
형광체부 (603R) 에서는, 형광체부 (603R) 내에 분산된 적색 형광체 (CaAlSiN3 : Eu) 가 입사광을 흡수하여 적색의 형광을 발한다. 또, 형광체부 (603G) 에서는, 형광체부 (603G) 내에 분산된 녹색 형광체 (Ca3Sc2Si3O12 : Ce) 가 입사광을 흡수하여 녹색의 형광을 발한다. 또한, 광 투과부 (603B) 에서는, 광 투과부 (603B) 내에 분산된 확산제가 입사광을 산란시키고, 형광체부 (603R,603G) 로부터 발해지는 형광과의 배광 특성을 맞추면서, 입사된 청색의 광을 전방으로 투과시킨다.
이렇게 하여 발해진 적색 및 녹색의 형광, 그리고 청색의 광은, 편광자 (605) 에 의해 편광성이 일치된 후, 광 셔터 (606) 로 입사된다.
광 셔터 (606) 는 제어부 (도시 생략) 의 제어에 따라, 표시하고자 하는 화상에 따라 배면측으로부터 입사된 적색광, 녹색광 및 청색광의 광량을 화소마다 조절하여 전방으로 투과시킨다. 구체적으로는, 투명 전압 (661,663) 에 인가하는 전압을 제어함으로써, 각 화소에 대응되는 부위의 액정의 배향성을 조정하여, 이로써, 화소마다 어느 정도의 강도의 광을 투과시키는지 조절하면서, 배면에 수광된 광을 전방으로 투과시킨다.
광 셔터 (606) 를 통과한 광은 검광자 (607) 에 조사된다. 이 때, 형광체부 (603R,603G) 가 발한 형광이나 광 투과부 (603B) 를 투과한 광의 광량은, 광 셔터 (606) 에 의해 화소마다 조절되어 있기 때문에, 검광자 (607) 에 조사된 광은 원하는 화상을 형성하게 된다. 그리고, 관찰자는 이 검광자 (607) 의 표면으로부터 발해지는 광을 보고 화상을 인식한다.
이 때, 형광체부 (603R,603G) 의 형광체로서, 각각 휘도 유지 형광체인 CaAlSiN3 : Eu 및 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 를 이용했기 때문에, 화상 표시 장치 (601˝) 자체의 발광 휘도의 온도 의존성을 억제할 수 있고, 이로써, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 것을 방지하는 것이 가능하여, 실용상 매우 유용하다.
또한, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601˝) 에 의하면, 종래의 액정 광 셔터를 이용한 화상 표시 장치와는 달리, 형광체부 (603R,603G) 내의 형광체의 잔광 특성에 의한 영향을 배제할 수 있다. 형광체는 광의 조사를 멈춘 후에도 소정의 시간만큼 형광을 발하는 경우가 있고, 이 광조사 정지 후에 형광이 발해지는 시간을 잔광 특성이라고 한다. 잔광 특성은 형광체에 의해 상이하기 때문에, 종래, 화상 표시 장치에 표시되는 화상에 있어서는 어느 특정의 색이 강조되는 경향이 있어, 고비용이나 제어의 복잡화의 한 요인으로 되어 있었다. 그러나, 본 실시형태의 화상 표시 장치 (601˝) 에 의하면 상기 잔광 특성의 영향을 배제하여, 화상의 특정한 색이 강조되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 제어부의 제어 회로를 보다 간단히 하는 것도 가능하다.
[V-3. 기타]
이상, 본 응용예의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 응용예는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 응용예의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는 적색, 녹색 및 청색의 3 종의 광을 이용하여 화상을 표시하는 경우를 설명하였지만, 상기 적색, 녹색 및 청색 이외의 광을 이용하여 화상 표시를 실시하도록 해도 되고, 또한, 2 종, 또는, 4 종 이상의 광을 이용하여 화상 표시를 실시하도록 해도 된다.
또, 예를 들어, 일부의 화소에 있어서는, 광원 (602) 이 발하는 광을 직접적으로, 화소의 광으로서 이용하도록 해도 된다.
또한, 형광체부 (603R,603G) 를 투과하는 것 이외에도, 광원 (602) 으로부터 발해진 광이 형광체부 (603R,603G) 에서 반사되는 반사형의 구성을 적용해도 된다. 구체적으로는, 예를 들어, 제 1 실시형태의 구성에 있어서, 광원 (2) 을 형광체부 (603R,603G) 보다 전방에 설치하여 화상 표시 장치 (601) 를 구성하는 것도 가능하다.
또, 형광체부로서 CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 등의 휘도 유지 형광체를 어느 것도 갖지 않는 형광체부를 병용하도록 해도 된다.
또한, 휘도 유지 형광체로는, CaAlSiN3 : Eu 나 Ca3Sc2Si3O12 : Ce 이외의 것을 이용하도록 해도 된다.
또, 상기 서술한 광원 (602), 형광체부 (603R,603G), 프레임 (604), 편광자 (605), 광 셔터 (606), 검광자 (607) 등의 부재는, 본 응용예의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 임의로 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 화상 표시 장치 (601,601´,601˝) 에는 추가로 다른 구성 부재를 조합하여 이용해도 된다.
또한, 상기 서술한 제 1 발광 장치, 제 2 발광 장치, 백색 발광 장치 및 화상 표시 장치는, 임의로 조합하여 실시하는 것도 가능하다.
또, 상기 서술한 제 1 발광 장치, 제 2 발광 장치, 백색 발광 장치 및 화상 표시 장치는, 그 효과를 저해하지 않는 범위이면, 파장 변환 재료로서 이하의 형광체를 함유시켜도 된다.
구체적으로는, 형광체로서 이하에 드는 것을 이용하는 것이 가능하지만, 이들은 어디까지나 예시이며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 예시에서는, 구조의 일부만이 상이한 형광체를 적절하게 생략하여 나타내고 있다. 예를 들어, 「Y2SiO5 : Ce3 +」,「Y2SiO5 : Tb3 +」및「Y2SiO5 : Ce3 +,Tb3 +」를「Y2SiO5 : Ce3+,Tb3+」와,「La2O2S : Eu」,「Y2O2S : Eu」및「(La,Y)2O2S : Eu」를「(La,Y)2O2S : Eu」로 정리하여 나타내고 있다. 생략 지점는 콤마 (,) 로 구분하여 나타낸다.
·적색 형광체 :
적색 형광체로는, 예를 들어, 적색 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알 칼리 토류 실리콘 나이트라이드 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 구형장을 갖는 성장 입자로 구성되고, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Y,La,Gd,Lu)2O2S : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 희토류 옥시카르코게나이드계 형광체 등을 들 수 있다
또한, 일본 공개특허공보 2004-300247호에 기재된, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, 및 Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 산질화물 및/또는 산황화물을 함유하는 형광체나, Al 원소의 일부 또는 모두가 Ga 원소로 치환된 알파 사이알론 구조를 갖는 산질화물을 함유하는 형광체도, 본 실시형태에 있어서 이용할 수 있다. 또한, 이들은 산질화물 및/또는 산황화물을 함유하는 형광체이다.
또, 그 이외에, 적색 형광체로는, (La,Y)2O2S : Eu 등의 Eu 부활 산황화물 형광체, Y(V,P)O4 : Eu, Y2O3 : Eu 등의 Eu 부활 산화물 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4 : Eu,Mn, (Ba,Mg)2SiO4 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 규산염 형광체, (Ca,Sr)S : Eu 등의 Eu 부활 황화물 형광체, YAlO3 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, LiY9(SiO4)6O2 : Eu, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Eu, (Sr,Ba,Ca)3SiO5 : Eu, Sr2BaSiO5 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, (Y,Gd)3Al5O12 : Ce, (Tb,Gd)3Al5O12 : Ce 등의 Ce 부활 알루민산염 형광체, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 : Eu, (Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2 : Eu, (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3 : Eu 등의 Eu 부활 질화물 형광체, (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3 : Ce 등의 Ce 부활 질화물 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로린산염 형광체, (Ba3Mg)Si2O8 : Eu,Mn, (Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 규산염 형광체, 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2 : Mn 등의 Mn 부활 게르만산염 형광체, Eu 부활 α 사이알론 등의 Eu 부활 산질화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)2O3 : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 산화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)2O2S : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 산황화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)VO4 : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 바나딘산염 형광체, SrY2S4 : Eu,Ce 등의 Eu,Ce 부활 황화물 형광체, CaLa2S4 : Ce 등의 Ce 부활 황화물 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgP2O7 : Eu,Mn, (Sr,Ca,Ba, Mg,Zn)2P2O7 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 인산염 형광체, (Y,Lu)2WO6 : Eu,Mo 등의 Eu,Mo 부활 텅스텐산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)xSiyNz : Eu,Ce (단, x, y, z 는, 1 이상의 정수) 등의 Eu,Ce 부활 질화물 형광체, (Ca,Sr,Ba, Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH) : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로린산염 형광체, ((Y,Lu,Gd,Tb)1- xScxCey)2(Ca,Mg)1-r(Mg,Zn)2+ rSiz - qGeqO12 +δ 등의 Ce 부활 규산염 형광체 등을 이용하는 것도 가능하다.
적색 형광체로는, β-디케토네이트, β-디케톤, 방향족 카르복실산, 또는, 브렌스테드산 등의 음이온을 배위자로 하는 희토류 원소 이온 착물로 이루어지는 적색 유기 형광체, 페릴렌계 안료 (예를 들어, 디벤조｛[f,f']-4,4',7,7'-테트라페 닐｝디인데노[1,2,3-cd : 1',2',3'-lm]페릴렌), 안트라퀴논계 안료, 레이크계 안료, 아조계 안료, 퀴나클리돈계 안료, 안트라센계 안료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 트리페닐메탄계 염기성 염료, 인단트론계 안료, 인도페놀계 안료, 시아닌계 안료, 디옥사딘계 안료를 이용하는 것도 가능하다.
·녹색 형광체 :
녹색 형광체로서,예를 들어, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리콘옥시나이트라이드 형광체, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Ba,Ca,Sr, Mg)2SiO4 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리케이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또, 그 이외에, 녹색 형광체로는, Sr4Al14O25 : Eu, (Ba,Sr,Ca)Al2O4 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, (Sr,Ba)Al2Si2O8 : Eu, (Ba,Mg)2SiO4 : Eu, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4 : Eu, (Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, Y2SiO5 : Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 규산염 형광체, Sr2P2O7-Sr2B2O5 : Eu 등의 Eu 부활 붕산인산염 형광체, Sr2Si3O8-2SrCl2 : Eu 등의 Eu 부활 할로규산염 형광체, Zn2SiO4 : Mn 등의 Mn 부활 규산염 형광체, CeMgAl11O19 : Tb, Y3Al5O12 : Tb 등의 Tb 부활 알루민산염 형광체, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Tb, La3Ga5SiO14 : Tb 등의 Tb 부활 규산염 형광체, (Sr,Ba,Ca)Ga2S4 : Eu,Tb,Sm 등의 Eu,Tb,Sm 부활 티오갈레이트 형광체, Y3(Al,Ga)5O12 : Ce, (Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12 : Ce 등의 Ce 부활 알루민산염 형광체, Ca3Sc2Si3O12 : Ce, Ca3(Sc, Mg,Na,Li)2Si3O12 : Ce 등의 Ce 부활 규산염 형광체, CaSc2O4 : Ce 등의 Ce 부활 산화물 형광체, SrSi2O2N2 : Eu, (Sr,Ba,Ca)Si2O2N2 : Eu, Eu 부활 β 사이알론, Eu 부활 α 사이알론 등의 Eu 부활 산질화물 형광체, BaMgAl10O17 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 알루민산염 형광체, SrAl2O4 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, (La,Gd,Y)2O2S : Tb 등의 Tb 부활 산황화물 형광체, LaPO4 : Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 인산염 형광체, ZnS : Cu,Al, ZnS : Cu,Au,Al 등의 황화물 형광체, (Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3 : Ce,Tb, Na2Gd2B2O7 : Ce,Tb, (Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6 : K,Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 붕산염 형광체, Ca8Mg(SiO4)4Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로규산염 형광체, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4 : Eu 등의 Eu 부활 티오 알루미네이트 형광체나 티오갈레이트 형광체, (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로규산염 형광체 등을 이용하는 것도 가능하다.
또, 녹색 형광체로는, 피리딘-프탈이미드 축합 유도체, 벤조옥사디논계, 퀴나졸리논계, 쿠마린계, 퀴노프탈론계, 나프탈산이미드계 등의 형광 색소, 테르븀 착물 등의 유기 형광체를 이용하는 것도 가능하다.
·청색 형광체 :
청색 형광체로는, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 육각 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 BaMgAl10O17 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 바륨마그네슘알루미네이트계 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 구 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 할로인산칼슘계 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 입방체 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 (Ca,Sr,Ba)2B5O9Cl : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 클로로보레이트계 형광체, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 청록색 영역의 발광을 실시하는 (Sr,Ca,Ba)Al2O4 : Eu 또는 (Sr,Ca,Ba)4Al14O25 : Eu 로 표시되는 유로퓸 부활 알칼리 토류 알루미네이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또, 그 이외에, 청색 형광체로는, Sr2P2O7 : Sn 등의 Sn 부활 인산염 형광체, Sr4Al14O25 : Eu, BaMgAl10O17 : Eu, BaAl8O13 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, SrGa2S4 : Ce, CaGa2S4 : Ce 등의 Ce 부활 티오갈레이트 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17 : Eu, BaMgAl10O17 : Eu,Tb,Sm 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 알루민산염 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu, (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH) : Eu,Mn,Sb 등의 Eu 부활 할로인산염 형광체, BaAl2Si2O8 : Eu, (Sr,Ba)3MgSi2O8 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, Sr2P2O7 : Eu 등의 Eu 부활 인산염 형광체, ZnS : Ag, ZnS : Ag,Al 등의 황화물 형광체, Y2SiO5 : Ce 등의 Ce 부활 규산염 형광체, CaWO4 등의 텅스텐산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)BPO5 : Eu,Mn, (Sr,Ca)10(PO4)6·nB2O3 : Eu, 2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3 : Eu 등의 Eu,Mn 부활 붕산인산염 형광체, Sr2Si3O8·2SrCl2 : Eu 등의 Eu 부활 할로규산염 형광체 등을 이용하는 것도 가능하다.
또, 청색 형광체로는, 예를 들어, 나프탈산이미드계, 벤조옥사졸계, 스티릴계, 쿠마린계, 피라리존계, 트리아졸계 화합물의 형광 색소, 툴륨 착물 등의 유기 형광체 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 형광체는 1 종류를 단독으로 이용해도 되고, 2 종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
이하, 실시예를 나타내어 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
[I. 제 1 발광 장치에 관한 실시예]
[실시예 1-1]
제 1 형광체의 중량 백분율이 94％, 제 2 형광체의 중량 백분율이 6％ 가 되도록 혼합하여 형광체 혼합물을 얻었다. 여기서, 제 1 형광체로서, 파장 455㎚ 의 광으로 여기한 경우의 발광 효율이 46％ 이며, 부활제로서 Ce 를 0.06 몰 (화학 조성식 Ca1 몰에 대하여 0.02 몰) 함유하고, Ca3Sc2Si3O12 의 화학 조성을 갖으며, 505㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 산화물 형광체를 이용하였다. 제 2 형광체로서, 파장 455㎚ 의 광으로 여기한 경우의 발광 효율이 54％ 이며, 부활제로서 Eu 를 0.008 몰 함유하고, CaAlSiN3 의 화학 조성을 갖으며, 650㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 질화물 형광체를 이용하였다.
이 형광체 혼합물을 160℃ 까지 단계적으로 온도가 일정하게 유지되도록 온도를 제어하면서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 휘도와 색도 좌표값 x 를 측정하였다. 휘도의 측정 결과를 도 19 에 나타낸다. 그 결과, 25℃ 에서의 휘도 [BR(25)] 를 1 로 한 경우에, 125℃ 에서의 휘도 [BR(125)] 는 0.92 이며, 그 휘도의 비율 [BR(125) / BR(25)] 은 0.92 이었다. 또, 25℃ 에서의 색도 좌표값 x[x2(25)] 는 0.404 이고, 125℃ 에서의 색도 좌표값 x[x2(125)] 는 0.418 이며, 그 색도 좌표값 x 의 차 [x2(25) - x2(125)] 는 -0.014 이었다. 또한, 휘도와 색도 좌표값 x 의 측정에 관해서는, 파장 455㎚ 의 여기광의 영향을 받지 않도록, 형광체 혼합물로부터의 470㎚ 미만의 형광 스펙트럼을 산입하지 않고, 470㎚ 이상의 형광 스펙트럼만을 이용하여 산출하였다.
또, 이하의 순서로 포탄형 백색 발광 장치를 제작하였다. 먼저, 포탄형 LED 용 프레임의 컵부에, 460㎚ 의 파장으로 발광하는 LED (Cree 사 제조 「C460MB」) 를, 은 페이스트의 도전성 마운트 부재를 사용하여 마운트하였다. 다음으로, Au 선을 사용하여 LED 의 전극과 이너 리드를 본딩하였다. 그리고, 상기 형광체 혼합물 1g 에 대하여 에폭시 수지를 10g 의 비율로 잘 혼합하여 얻어진 형광체와 수지의 혼합물 (이하, 형광체 페이스트라고 한다) 을, LED 를 마운트한 프레임의 컵 부분에 부었다. 이것을 120℃ 에서 1 시간 유지시켜, 에폭시 수지를 경화시켰다. 다음으로, 에폭시 수지를 부은 포탄형의 형에, 상기 서술한 바와 같이 하여 LED 및 형광체를 장착한 프레임을 삽입하고, 120℃ 에서 1 시간 유지시켰다. 수지를 경화시킨 후, 형으로부터 떼어내어, 포탄형 백색 발광 장치를 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 백색 발광 장치를 실온 (약 24℃) 에 있어서 전류 10㎃ ∼ 40㎃ 로 전류 밀도 17.5A/㎠ ∼ 70A/㎠ 의 범위에서 구동시켜, 백색 발광 장치로부터의 모든 발광을 적분구에서 받아 광 섬유에 의해 분광기에 도입되어 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 데이터는 380㎚ 내지 780㎚ 의 범위에서 5㎚ 간격으로 발광 강도의 수치를 기록하였다. 그 결과, 이 백색 발광 장치는 전류 10㎃ 로 구동시킨 경우에 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.288, 0.308 이 되고, 전류 40㎃ 로 구동한 경우에 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.291, 0.309 가 되었다. 이것은, 청색 LED 의 10㎃ ∼ 40㎃ 의 범위에서의 구동 전류, 즉 17.5A/㎠ ∼ 70A/㎠ 의 전류 밀도의 범위 내에서의 변화에 대하여 색도 좌표값의 어긋남량 [x1(17.5) - x1(70)], [y1(17.5) - y1(70)] 이 각각 0.003, 0.001 로 매우 작고, 구동 전류의 증감에 수반하는 발광 광량의 변화에 대하여 색 어긋남이 매우 작은 것을 나타낸다.
또, 이 백색 발광 장치의 JIS Z 8726 에서 정한 방법에 따라 평균 연색 평가수 Ra 를 구한 결과, Ra 가 90 으로 양호한 연색성을 나타내었다. 이 백색 발광 장치는, 종래의 제품인 청색 LED 와 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체를 조합한 의백색 발광 장치와 비교하여, 평균 연색 평가수가 현저하게 양호한 발광을 나타내었다.
또, 본 발명의 제 1 발광 장치와 대비하기 위해서, 종래의 제품인 청색 LED와 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체를 조합한 의백색 발광 장치에 대하여 발광 강도를 측정하여, 색도 좌표값을 구하였다. 그 결과, 전류 10㎃ 로 구동한 경우에 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.321, 0.314 가 되고, 전류 40㎃ 로 구동한 경우에 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.314, 0.306 이 되어, 청색 LED 의 10㎃ ∼ 40㎃ 의 범위에서의 구동 전류, 즉 전류 밀도 17.5A/㎠ ∼ 70A/㎠ 의 범위에서의 변화에 대하여 색도 좌표값의 어긋남량 [x1(17.5) - x1(70)], [y1(17.5) - y1(70)] 이 각각 -0.007, -0.008 로 크고, 구동 전류의 증감에 수반하는 발광 광량의 변화에 대하여 색 어긋남이 본 발명의 제 1 발광 장치와 비교하여 매우 컸다.
또한, 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체를 160℃ 까지 가열하면서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 휘도와 색도 좌표값 x 를 측정하였다. 휘도의 결과를 도 19 에 나타낸다. 이 결과, 25℃ 에서의 휘도 [BR(25)] 를 1 로 한 경우에, 125℃ 에서의 휘도 [BR(125)] 는 0.68 이며, 그 휘도의 비율 [BR(125) / BR(25)] 은 0.68 이 되어, 온도 소광이 컸다. 이와 같이, 이트륨 알루미늄 가닛계 형광체의 온도 소광이 백색 발광 장치의 구동 전류의 증감에 수반하는 발광 광량의 변화에 대하여 색 어긋남이 큰 원인의 하나로 되어 있다. 또, 이 종래 제품의 평균 연색 평가수 Ra 는 79 로 낮았다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 제 1 발광 장치를 사용함으로써, 종래의 제품과 비교하여, 구동 전류의 증감에 수반하는 발광 광량 변화에 대하여 색 어긋남이 작고, 안정적인 색재현성을 갖는 화상 표시 장치나, 연색성이 높고 환경 온도나 발광 광량의 변화에 대하여 색 어긋남이 적은 조명 장치를 얻을 수 있는 것이 분명하다.
[Ⅱ. 제 2 발광 장치에 관한 실시예]
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 제 2 발광 장치를 보다 구체적으로 설명한다.
이하에 있어서는, 상기 서술한 본 발명의 제 2 발광 장치의 제 1 실시형태의 발광 장치와 동일한 구성의 발광 장치를 제작하고, 그 발광 효율 및 연색성을 평가하였다. 또한, 이하의 실시예 및 비교예의 각 구성 요소 중, 도 3 에 대응되는 부분에 대해서는, 적절하게, 그 부호를 괄호로 나타낸다.
[실시예 2-1]
컵 형상의 오목부 (102A) 를 갖는 프레임 (102) 을 준비하고, 그 오목부 (102A) 의 바닥에, 파장 450㎚ ∼ 470㎚ 으로 발광하는 광원으로서의 청색 LED (103) 를, 접착제로서 은 페이스트 (105) 를 이용하여 다이 본딩하였다. 이 때, 청색 LED (103) 에서 발생하는 열의 방열성을 고려하여, 다이 본딩에 사용하는 은 페이스트 (105) 는 얇고 균일하게 칠하였다. 150℃ 에서 2 시간 가열하여, 은 페이스트를 경화시킨 후, 청색 LED (103) 와 프레임 (102) 의 전극을 와이어 본딩하였다. 와이어 (106) 에는 직경 25㎛ 의 금선을 이용하였다.
청색 LED (103) 로는 EPISTAR 사 제조 「ES-CEBL912」를 이용하였다.
형광 발광부 (104) 의 발광 물질로는, 대략 파장 470㎚ ∼ 690㎚ 의 광을 발광하는 Ca2 .94Ce0 .06Sc1 .94Mg0 .06Si3O12 (형광체 A 라고 한다) 로 표시되는 형광체와, 대략 파장 520㎚ ∼ 760㎚ 의 광을 발광하는 Sr0 .8Ca0 .192Eu0 .008AlSiN3 (형광체 B 라고 한다) 의 혼합물을 이용하였다.
형광 발광부 (104) 의 형광체 혼합물의 형광체 A 및 B 의 비율은 90 : 10 (중량비) 로 하였다. 또, 형광체 혼합물의 중량과 에폭시 수지의 중량의 비는 25 : 75 로 하여, 형광체 슬러리를 제조하였다.
프레임 (102) 의 오목부 (102A) 에 이 형광체 슬러리를 주입하고, 가열하여 경화시켰다.
다음으로 프레임 전체를 에폭시 수지로 몰딩하였다. 몰드부의 형성에는 컵상의 형을 이용하였다.
이 발광 장치 (101) 를, 청색 LED (103) 에 전력을 공급함으로써 발광시켰다 (구동 전류 20㎃, 구동 전류 밀도 17.5A/㎠, 온도 20℃). 이 때에 발광 장치 (101) 로부터 발해지는 광의 발광 스펙트럼을 적분구을 이용하여 측정함으로써, 전체 광속, 색도, 연색성, 및 청색 LED (103) 의 구동 전류를 80㎃, 구동 전류 밀도를 70A/㎠ 로 변화시켰을 때의 색도의 변화를 조사하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 연색성은 JIS Z 8726 에 따라 산출한 R1 ∼ R15 와, R1 ∼ R8 의 평균값 Ra 로 평가하였다.
표 1 에 있어서, 색도 (x / y) 는 색 좌표를 표시한다.
Figure 112007074674526-pct00004
또, 도 20 에 본 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
또한, 이용한 형광체 A 및 형광체 B 의 혼합물의 온도 특성은,
BR(125) / BR(25) = 0.998
｜x2(25) - x2(125)｜ = 0.012
｜y2(25) - y2(125)｜ = 0.000
이었다.
[실시예 2-2]
형광체 A 와 형광체 B 의 혼합 비율을 91 : 9 로 한 것 이외에는 실시예 2-1 과 마찬가지로 발광 장치를 제조하고, 동일하게 그 특성을 평가하여, 결과를 표 2 에 나타내었다. 또, 도 21 에 본 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
또한, 이용한 형광체 A 및 형광체 B 의 혼합물의 온도 특성은,
BR(125) / BR(25) = 0.998
｜x2(25) - x2(125)｜ = 0.012
｜y2(25) - y2(125)｜ = 0.000
이었다.
Figure 112007074674526-pct00005
[비교예 2-1]
청색 LED (103) 로서 Cree 사 제조 「C460MB」를 이용하고, 형광 발광부 (104) 의 형광체로는, 대략 파장 480㎚ ∼ 720㎚ 의 광을 발광하는 YAG : Ce 로 표시되는 형광체를 이용한 것 이외에는, 실시예 2-1 과 마찬가지로 발광 장치를 제조하고, 동일하게 그 특성을 평가하여, 결과를 표 3 에 나타내었다. 또, 도 22 에 본 발광 장치의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
Figure 112007074674526-pct00006
[Ⅲ. 백색 발광 장치에 관한 실시예]
이하의 실시예에 있어서, LED 는 발광 다이오드를 표시한다.
[실시예 3-1]
이하의 순서로 표면 실장형 백색 발광 장치를 제작하여, 그 평가를 실시하였다.
먼저, 표면 실장형 LED 용 프레임의 컵부 (오목부) 의 단자에, 460㎚ 의 파장으로 발광하는 LED (Epistar 사 제조 : ES-CEBL912X10X) 를, 은 페이스트 (도전성 마운트 부재) 를 사용하여 본딩하였다.
다음으로, 굵기 20㎛ 의 Au 선 (도전성 와이어) 을 사용하여 LED 의 전극과 프레임의 단자를 결선하였다.
파장 변환 재료로는, Ca2 .97Ce0 .03Sc2Si3O12 로 표시되는 제 1 형광체와 Ca0.992AlSiEu0.008N2.85O0.15 로 표시되는 제 2 형광체를 혼합하여 이용하였다. 혼합 비율 (중량비) 은 제 1 형광체 : 제 2 형광체 = 93 : 7 로 하였다. 이들 형광체는 LED 가 발하는 광 (1 차 광) 을 흡수하여, 각각, 파장 470㎚ ∼ 690㎚ 의 광과 파장 540㎚ ∼ 760㎚ 의 광을 방출하는 것이다.
파장 변환 재료 1g 에 대하여, 바인더로서 실리콘 수지를 10g 의 비율로 잘 혼합하여, 이 형광체와 실리콘 수지와의 혼합물을, LED 를 본딩한 프레임의 컵 부분에 부었다. 이것을 150℃ 에서 2 시간 유지하여, 실리콘 수지를 경화시킴으로써, 형광체 함유 수지부를 컵 부분에 형성하여 표면 실장형 백색 발광 장치를 얻었다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 표면 실장형 백색 발광 장치를 구동시켜 백색광을 발생시키고, 그 백색광의 발광 스펙트럼을 측정하여, 이 발광 스펙트럼으로부터 JIS-Z8726 에 따라 산출한 연색성 평가수 R1 ∼ R8 의 평균값 Ra 를 산출하였다. 또한, 표면 실장형 백색 발광 장치는, 실온 (약 24℃) 에서 20㎃ 로 구동시켰다.
또, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터의 모든 발광을 적분구에서 받고, 추가로 광섬유에 의해 분광기에 도입하여, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터 발해진 광의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정한 발광 스펙트럼을 도 23 에 나타낸다.
또한, 상기 백색광 및 모든 광의 발광 스펙트럼으로부터, 사용한 파장 변환 재료 각각에 대하여, LED 가 발하는 광에 대한 내부 양자 효율 및 흡광도 그리고 25℃ 에서의 휘도에 대한 100℃ 에서의 휘도의 휘도 유지율 TR (％) 과, 백색 발광 장치가 발한 백색광의 상기 소정 파장 범위 내에 있어서의 평탄도 [I (ratio)] 및 상관색 온도를 측정하였다. 이들 특성을 표 4 에 나타낸다.
[실시예 3-2]
파장 변환 재료의 종류를 Ca2 .97Ce0 .03Sc1 .94Mg0 .06Si3O12 로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1 과 동일하게 하여, 표면 실장형 백색 발광 장치를 제조하여, 표면 실장형 백색 발광 장치가 발한 백색광 및 모든 광의 발광 스펙트럼을 측정하고, 실시예 3-1 과 각 특성을 측정하여, 이 특성을 표 4 에 나타내었다. 또, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터의 모든 발광의 발광 스펙트럼을 도 24 에 나타내었다.
[비교예 3-1]
파장 변환 재료의 종류를 (Y,Gd,Ce)3Al5O12 로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1 과 동일하게 하여, 표면 실장형 백색 발광 장치를 제조하여, 표면 실장형 백색 발광 장치가 발한 백색광 및 모든 광의 발광 스펙트럼을 측정하고, 실시예 3-1 과 동일하게 각 특성을 측정하여, 이 특성을 표 4 에 나타내었다. 또, 표면 실장형 백색 발광 장치로부터의 모든 발광의 발광 스펙트럼을 도 25 에 나타내었다.
Figure 112007074674526-pct00007
표 4 로부터, 500㎚ 내지 650㎚ 의 소정 파장 범위 내에 있어서의 발광 스펙트럼을 평탄하게 하여, 평탄도 [I (ratio)] 를 150％ 이하로 함으로써, 백색 발광 장치로부터 발해지는 백색광의 연색성을 높이는 것이 가능해지는 것이 확인되었다.
또, 실시예 3-1, 3-2 에서 이용한 파장 변환 재료는, 모두 휘도 유지율이 80％ 이상으로 높고, 그 때문에, 실시예 3-1, 3-2 에서 제작한 백색 발광 장치는 점등 후에 LED 의 발열에 의해 백색광의 강도가 경시적으로 저하될 우려는 작다.
또한, 실시예 3-1, 3-2 에서 이용한 파장 변환 재료는, LED 의 발광 파장의 광에 대한 흡광도가 70％ 이상으로 높고, 또한, 파장 변환 재료의 내부 양자 효율이 40％ 이상으로 높기 때문에, 백색 발광 장치가 발하는 광의 강도를 비교예 3-1 보다 높여, 백색 발광 장치의 발광 효율이 우수한 것으로 추찰된다.
또, 비교예 3-1 의 백색 발광 장치는 실시예 3-1, 3-2 의 백색 발광 장치보다 발광 효율이 높지만, 연색성이 떨어져, 사용한 파장 변환 재료의 휘도 유지율이 낮기 때문에 온도 변화에 의한 색조 변화의 발생이 염려된다.
[Ⅳ. 화상 표시 장치에 관한 실시예]
[실시예 4-1]
적색 화소를 구성하는 발광 장치를 (In,Ga)N 계 청색 LED 와 적색 형광체에 의해 구성되었다. 적색 형광체로는, Ca0 .992AlSiEu0 .008N3 으로 표시되는 적색 형광체를 이용하였다. 이 적색 형광체는 (In,Ga)N 계 청색 LED 가 발하는 광을 흡수하여, 파장 540㎚ ∼ 760㎚ 의 광을 방출하는 것이다.
또한, 상기 적색 형광체는 질화규소, 질화알루미늄, 질화칼슘 분말, 질화유로퓸을 소정 비율로 충분히 혼합하여, 흑연 저항 가열 방식의 전기로에서 질소 분위기, 압력 1MPa, 1800℃ 에서 2 시간 가열 처리함으로써 합성하였다.
또, 상기 실시형태에 있어서 설명한 휘도 유지율 TR 의 측정 방법와 동일하게 하여, 이 적색 형광체에 대하여 온도를 변화시키면서 발광 강도를 측정한 결과, 온도 상승에 수반하는 발광 강도 저하가 없고, 100℃ 에서의 발광 강도의, 25℃ 에서의 발광 강도에 대한 비율 (휘도 유지율 TR) 은 109％ 이었다.
이 적색 형광체를 이용하여, 이하와 같은 순서에 따라, 도 12 에 나타낸 것과 동일한 적색 발광 고체 발광 장치를 제조하였다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 괄호 「〔 〕」 내에 나타낸 부호는, 도 12 의 대응된 부위를 나타내는 부호이다.
먼저, 표면 실장형 LED 용 프레임〔312〕의 컵부〔312A〕의 단자〔315〕에, 460㎚ 의 파장으로 발광하는 LED (Cree 사 제조 C460-MB290-S0100 ; MB 그레이드, 광출력 9mW ∼ 10mW)〔313〕를, 은 페이스트 (도전성 마운트 부재) 를 사용하여 본딩하였다.
다음으로, 굵기 20㎛ 의 Au 선 (도전성 와이어)〔317〕을 사용하여 LED〔313〕의 전극 (도시 생략) 과 프레임〔312〕의 단자〔316〕를 결선하였다.
상기 적색 형광체〔314〕1g 에 대하여, 실리콘 수지 (바인더)〔318〕를 5g 의 비율로 잘 혼합하여, 이 적색 형광체와 실리콘 수지의 혼합물을, LED〔313〕를 본딩한 프레임〔312〕의 컵 부분〔312A〕에 부었다.
이것을 150℃ 에서 2 시간 유지하고, 실리콘 수지〔318〕를 경화시킴으로써, 형광체 함유 수지부를 형성하여 표면 실장형 적색 발광 장치〔311〕를 얻었다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 표면 실장형 적색 발광 장치〔311〕의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 표면 실장형 적색 발광 장치〔311〕는, 실온 (약 24℃) 에서, 20㎃ 로 구동시켰다. 구체적으로는, 표면 실장형 적색 발광 장치〔311〕로부터의 모든 발광을 적분구에서 받고, 추가로 광섬유에 의해 분광기에 도입하여, 발광 스펙트럼과 전체 광속을 측정하였다.
이 적색 발광 장치〔311〕의 발광 스펙트럼을 도 26 에 나타낸다.
또, 발광 스펙트럼의 측정 결과 중, 파장 380㎚ 내지 780㎚ 의 범위의 발광 강도의 수치를 기초로, CIE 색도 좌표값 x, 및 y 를 구한 결과, x = 0.68, y = 0.31 이었다.
또한, 발광 스펙트럼의 측정 결과를 기초로 적색 형광체의 내부 양자 효율을 구한 결과 56％ 이었다.
또, 적색 발광 장치〔311〕의 경우와 동일한 처리에 의해, 청색 LED 와 녹색 형광체 Ca2 .97Ce0 .03Sc2Si3O12 를 이용하여, 녹색 화소를 구성하기 위한 녹색 발광 장치를 제조하였다.
또한, 녹색 형광체는 다음과 같은 순서로 제조하였다. CaCO3, Sc2O3, SiO2, CeO2 를 소정의 비율로 소량의 에탄올과 함께 마노 막자사발에 넣고 잘 혼합한 후, 건조시키고, 이어서, 건조시킨 원료 혼합물을 백금박으로 싸서, 수소를 4 중량％ 함유하는 질소 가스를 유통시키면서, 1500℃ 에서 3 시간 가열함으로써 녹색 형광체를 얻었다. 얻어진 녹색 형광체는 세정, 분쇄, 및, 분급 처리를 실시하였다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 녹색 발광 장치의 발광 스펙트럼을, 적색 발광 장치와 동일하세 측정하였다. 녹색 발광 장치의 발광 스펙트럼을 도 27 에 나타낸다.
또, 발광 스펙트럼의 측정 결과 중, 파장 380㎚ 내지 780㎚ 의 범위의 발광 강도의 수치를 기초로, CIE 색도 좌표값 x 및 y 를 구한 결과, x = 0.29, y = 0.50 이었다.
또한, 이 녹색 형광체에 대하여 온도를 변화시키면서 발광 강도를 측정한 결과, 100℃ 에서의 발광 강도의, 25℃ 에서의 발광 강도에 대한 비율 (휘도 유지율 TR) 은 93％ 이었다.
또한, 적색 형광체 대신에 확산제가 되는 백색 미분말 TiO2 를 사용한 것 이외에는 적색 발광 장치〔311〕와 동일하게 하여, 청색 발광 장치를 제조하였다. 얻어진 청색 발광 장치의 발광 스펙트럼을, 적색 발광 장치와 동일하게 측정하였다. 청색 발광 장치의 발광 스펙트럼을 도 28 에 나타낸다.
이상과 같이 제조한, 빨강, 초록, 파랑의 화소를 평면 상에 배열하여, 배선과 점등 제어 회로를 형성함으로써, 풀 컬러 표시 장치 (디스플레이) 를 제조할 수 있다. 또, 이와 같이 하여 제조되는 풀 컬러 표시 장치는, 휘도 유지율 TR 이 높은 형광체를 이용하여 적색 화소나 녹색 화소를 제작하고 있기 때문에, 온도 변화에 의한 색 어긋남을 적게 할 수 있는 것으로 추찰된다.
[실시예 4-2]
실시예 4-1 의 녹색 화소를 구성하는 녹색 발광 장치 대신에, (In,Ga)N 계 녹색 발광 소자와 확산제의 조합을 사용한 것 이외에는, 실시예 4-1 과 동일한 순서를 취함으로써, 풀 컬러 표시 장치를 제조하였다.
이 표시 장치의 3 색의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 29 에 나타낸다.
이와 같이 하여 제조되는 풀 컬러 표시 장치는, 휘도 유지율 TR 이 높은 형광체를 이용하여 적색 화소를 제작하고 있기 때문에, 온도 변화에 의한 색 어긋남을 적게할 수 있는 것으로 추찰된다.
[V. 상기 화상 표시 장치의 응용예에 관한 실시예]
[녹색 형광체에 대하여]
[실시예 5-1]
부활제로서 Ce 를 0.06 몰％ (화학 조성식 Ca1 몰에 대하여 0.02몰) 함유하고, Ca3Sc2Si3O12 의 화학 조성을 갖으며, 505㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 산화물의 형광체를, 160℃ 까지 소정 온도까지 단계적으로 승온하여 (승온 속도 : 10℃／분), 소정 온도에서 온도가 일정하게 유지되도록 제어하면서 (20 초간) 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 휘도를 측정하고, 25℃ 에서의 휘도를 100％ 로 한 경우의 각 온도에서의 상대 휘도 (휘도 유지율) 를 도 30 에 나타내었다. 도 30 의 사각형으로 나타내는 플롯이, 실시예 5-1 의 결과를 나타내는 것이다.
또한, 휘도의 측정에 관해서는, 파장 455㎚ 의 여기광의 영향을 받지 않도록, 형광체 혼합물로부터의 470㎚ 미만의 형광 스펙트럼을 산입하지 않고, 470㎚ 이상의 형광 스펙트럼만을 이용하여 산출하였다.
[비교예 5-1]
형광체로서 YAG : Ce 를 이용한 것 이외에는 실시예 5-1 와 동일하게 하여, 형광체의 휘도 유지율을 측정하였다. 결과를, 25℃ 에서의 휘도를 100％로 한 경우의 각 온도에서의 상대 휘도 (휘도 유지율) 로서 도 30 에 나타낸다.
또한, 도 30 에서 원형으로 나타내는 플롯이, 비교예 5-1 의 결과를 나타내는 것이다.
[적색의 형광체에 대하여]
[실시예 5-2]
부활제로서 Eu 를 0.8 몰％ (화학 조성식 Ca1 몰에 대하여 0.008 몰) 함유하고, CaAlSiN3 의 화학 조성을 갖는 형광체를 이용한 것 이외에는 실시예 5-1 과 동일하게 하여, 형광체의 휘도 유지율을 측정하였다. 25℃ 에서의 휘도를 100％ 로 한 경우의 각 온도에서의 상대 휘도 (휘도 유지율) 를 도 31 에 나타낸다. 도 31 의 사각형으로 나타내는 플롯이 실시예 5-2 의 결과를 나타내는 것이다.
[비교예 5-2]
부활제로서 Eu 를 0.8 몰％ (화학 조성식 Ca1 몰에 대하여 0.008 몰) 함유하고, Ca2Si5N8 의 화학 조성을 갖는 형광체를 이용한 것 이외에는 실시예 5-1 과 동일하게 하여, 형광체의 휘도 유지율을 측정하였다. 25℃ 에서의 휘도를 100％로 한 경우의 각 온도에서의 상대 휘도 (휘도 유지율) 를 도 31 에 나타낸다. 도 31 의 원형으로 나타내는 플롯이 비교예 5-2 의 결과를 나타내는 것이다.
[정리]
도 30 에서 알 수 있듯이, 실시예 5-1 의 형광체 Ca3Sc2Si3O12 는, 비교예 5-1 의 형광체 YAG : Ce 보다 온도 의존성이 작다. 또, 도 31 에서 알 수 있듯이, 실시예 5-2 의 형광체 CaAlSiN3 은, 비교예 5-2 의 형광체 Ca2Si5N8 보다 온도 의존성이 작다. 구체적으로는, 25℃ 에서의 휘도에 대한 150℃ 에서의 휘도 유지율이 높다. 따라서, 이들 휘도 유지 형광체를 이용한 표시 장치는, 형광체가 발하는 광의 온도에 의한 색의 편차가 작고, 온도 조건에 의해 표시되는 화상의 발색이 의도한 색에서 어긋나는 것을 방지할 수 있도록 되는 것으로 추찰된다.
본 발명은 산업상의 임의의 분야에서 이용할 수 있지만, 그 중에서도 LED 등 의 발광 소자를 이용한 옥내 및 옥외용 조명, 풀 컬러 디스플레이 등의 화상 형성 장치 등에 이용하여 바람직하다.
본 발명을 특정한 양태를 이용하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
또한 본 출원은 2005년 3월 18일부로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-080033), 2005년 3월 28일부로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-092976), 2005년 3월 31일부로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-103148), 2005년 5월 24일부로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-151175), 및, 2005년 6월 17일부로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-178377) 에 기초하고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims (41)

  1. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370㎚ 이상 500㎚ 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 녹색계 형광체를 포함하고, 상기 녹색계 형광체는, MSi2N2O2 : Eu, M-Si-Al-O-N : Ce, M-Si-Al-O-N : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에, 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    M1 aM2 bM3 cOd 일반식 (1)
    (여기서, M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
    2.7 ≤ a ≤ 3.3
    1.8 ≤ b ≤ 2.2
    2.7 ≤ c ≤ 3.3
    11.0 ≤ d ≤ 13.0 )
    M4 eM5 fOg 일반식 (2)
    (여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.9 ≤ e ≤ 1.1
    1.8 ≤ f ≤ 2.2
    3.6 ≤ g ≤ 4.4 ),
    상기 발광 장치는, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고,
    70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때,
    하기 식 (D) 및 식 (E) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
    -0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
  2. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370nm 이상 500nm 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 녹색계 형광체를 포함하고, 상기 녹색계 형광체는, MSi2N2O2 : Eu, M-Si-Al-O-N : Ce, M-Si-Al-O-N : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에, 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    M1 aM2 bM3 cOd 일반식 (1)
    (여기서, M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
    2.7 ≤ a ≤ 3.3
    1.8 ≤ b ≤ 2.2
    2.7 ≤ c ≤ 3.3
    11.0 ≤ d ≤ 13.0 )
    M4 eM5 fOg 일반식 (2)
    (여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.9 ≤ e ≤ 1.1
    1.8 ≤ f ≤ 2.2
    3.6 ≤ g ≤ 4.4 ),
    상기 발광 장치의 효율이 32㏐/W 이상이고,
    평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상이며,
    17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), y 를 y1(17.5) 로 하고,
    70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), y 를 y1(70) 로 했을 때,
    색도 좌표값 x 및 y 의 어긋남량, [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 이 하기 식 (F) 및 (G) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.01 ≤ x1(17.5)- x1(70) ≤ 0.01 (F)
    -0.01 ≤ y1(17.5)- y1(70) ≤ 0.01 (G)
  3. 제 2 항에 있어서,
    특수 연색 평가수 R9 가 64 이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료로서, 2 종류 이상의 형광체의 형광체 혼합물로서,
    25℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도를 BR(25), 색도 좌표값 x 를 x2(25), 색도 좌표값 y 를 y2(25) 로 하고,
    125℃ 에서 피크 파장 455㎚ 의 청색광으로 여기하여 얻어지는 형광의 휘도 를 BR(125), 색도 좌표값 x 를 x2(125), 색도 좌표값 y 를 y2(125) 로 했을 때,
    하기 식 (A), (B) 및 (C) 를 만족하는 형광체 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    0.85 ≤ BR(125) / BR(25) ≤ 1.15 (A)
    -0.03 ≤ x2(25) - x2(125) ≤ 0.03 (B)
    -0.03 ≤ y2(25) - y2(125) ≤ 0.03 (C)
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 변환 재료로서, 500㎚ ∼ 550㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 녹색계 형광체의 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 변환 재료로서, 610㎚ ∼ 680㎚ 의 파장 범위에 형광 강도의 피크값을 갖는 적색계 형광체의 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  9. 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하고, 상기 파장 변환 재료가 발하는 광을 함유하는 백색광을 발하는 백색 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370nm 이상 500nm 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 녹색계 형광체를 포함하고, 상기 녹색계 형광체는, MSi2N2O2 : Eu, M-Si-Al-O-N : Ce, M-Si-Al-O-N : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에, 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    M1 aM2 bM3 cOd 일반식 (1)
    (여기서, M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
    2.7 ≤ a ≤ 3.3
    1.8 ≤ b ≤ 2.2
    2.7 ≤ c ≤ 3.3
    11.0 ≤ d ≤ 13.0 )
    M4 eM5 fOg 일반식 (2)
    (여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.9 ≤ e ≤ 1.1
    1.8 ≤ f ≤ 2.2
    3.6 ≤ g ≤ 4.4 ),
    상기 백색광의 발광 스펙트럼의, 500㎚ 내지 650㎚ 의 파장 범위에서의 최대 발광 강도가, 상기 파장 범위에서의 최소 발광 강도의 150％ 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료의 100℃ 에서의 휘도가, 상기 파장 변환 재료의 25℃ 에서의 휘도의 80％ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 광원의 발광 피크 파장의 광에 대한, 상기 파장 변환 재료의 흡광도가 50％ 이상이고, 또한, 상기 파장 변환 재료의 내부 양자 효율이 40％ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 백색 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 삭제
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (1) 로 표시되고, 상기 일반식 (1) 의 M1 이 Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이고, M2 가 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이며, M3 이 Si, Ti, Ge, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 일반식 (1) 로 표시되고, 상기 일반식 (1) 의 M1 이 적어도 Ca 를 포함하는 2 가의 금속 원소이며, M2 가 적어도 Sc 를 포함하는 3 가의 금속 원소이며, M3 이 적어도 Si 를 포함하는 4 가의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (1) 로 표시되고, 상기 일반식 (1) 의 M1 이 Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이며, M2 가 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이며, M3 이 Si, Ti, Ge, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (1) 로 표시되고, 상기 일반식 (1) 의 M1 이 적어도 Ca 를 포함하는 2 가의 금속 원소이며, M2 가 적어도 Sc 를 포함하는 3 가의 금속 원소이며, M3 이 적어도 Si 를 포함하는 4 가의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (2) 로 표시되고, 상기 일반식 (2) 의 M4 가 Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이며, M5 가 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Cd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (2) 로 표시되고, 상기 일반식 (2) 의 M4 가 적어도 Ca 를 포함하는 2 가의 금속 원소이며, M5 가 적어도 Sc 를 포함하는 3 가의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  20. 제 9 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (2) 로 표시되고, 상기 일반식 (2) 의 M4 가 Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이며, M5 가 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  21. 제 9 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체가 상기 일반식 (2) 로 표시되고, 상기 일반식 (2) 의 M4 가 적어도 Ca 를 포함하는 2 가의 금속 원소이며, M5 가 적어도 Sc 를 포함하는 3 가의 금속 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  22. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370nm 이상 500nm 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    MaAbDcEdXe … 일반식 (3)
    (여기서, M 은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ),
    상기 발광 장치는, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때,
    하기 식 (D) 및 식 (E) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
    -0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
  23. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370nm 이상 500nm 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    MaAbDcEdXe … 일반식 (3)
    (여기서, M 은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ),
    상기 발광 장치의 효율이 32㏐/W 이상이고,
    평균 연색 평가수 Ra 가 85 이상이며,
    17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), y 를 y1(17.5) 로 하고, 70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), y 를 y1(70) 로 했을 때,
    색도 좌표값 x 및 y 의 어긋남량, [x1(17.5) - x1(70)] 과 [y1(17.5) - y1(70)] 이 하기 식 (F) 및 (G) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.01 ≤ x1(17.5)- x1(70) ≤ 0.01 (F)
    -0.01 ≤ y1(17.5)- y1(70) ≤ 0.01 (G)
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 A 가 Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, D 가 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, E 가 B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  25. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 M 이 Eu 를 포함하고, A 가 Ca 를 포함하고, D 가 Si 를 포함하고, E 가 Al 을 포함하고, X 가 N 을 포함하는 것임을 특징으로 하는 발광 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하는, 발광 장치.
    MaAbDcEdXe … 일반식 (3)
    (여기서, M 은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) )
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체에 대한 상기 적색계 형광체의 체적비가 0.05 이상 1 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체와 상기 적색계 형광체의 합계 중량에 대한 상기 녹색계 형광체의 중량 백분율이 65% 이상 99% 이하인, 발광 장치.
  29. 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하고, 상기 파장 변환 재료가 발하는 광을 함유하는 백색광을 발하는 백색 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 370nm 이상 500nm 이하이고,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    MaAbDcEdXe … 일반식 (3)
    (여기서, M 은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ),
    상기 백색광의 발광 스펙트럼의, 500㎚ 내지 650㎚ 의 파장 범위에서의 최대 발광 강도가, 상기 파장 범위에서의 최소 발광 강도의 150％ 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 A 가 Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, D 가 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, E 가 B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 M 이 Eu 를 포함하고, A 가 Ca 를 포함하고, D 가 Si 를 포함하고, E 가 Al 을 포함하고, X 가 N 을 포함하는 것임을 특징으로 하는 발광 장치.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 A 가 Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, D 가 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, E 가 B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 M 이 Eu 를 포함하고, A 가 Ca 를 포함하고, D 가 Si 를 포함하고, E 가 Al 을 포함하고, X 가 N 을 포함하는 것임을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  34. 제 9 항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하는, 백색 발광 장치.
    MaAbDcEdXe … 일반식 (3)
    (여기서, M 은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 표시하고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) )
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 A 가 Mg, Ca, Sr, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, D 가 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이며, E 가 B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 적색계 형광체가 상기 일반식 (3) 으로 표시되고, 상기 일반식 (3) 의 M 이 Eu 를 포함하고, A 가 Ca 를 포함하고, D 가 Si 를 포함하고, E 가 Al 을 포함하고, X 가 N 을 포함하는 것임을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체에 대한 상기 적색계 형광체의 체적비가 0.05 이상 1 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 녹색계 형광체와 상기 적색계 형광체의 합계 중량에 대한 상기 녹색 형광체의 중량 백분율이 65% 이상 99% 이하인, 백색 발광 장치.
  39. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 발광 피크 파장은 330㎚ ~ 420㎚ 이고,
    상기 파장 변환 재료는 녹색계 형광체를 포함하고, 상기 녹색계 형광체는, MSi2N2O2 : Eu, M-Si-Al-O-N : Ce, M-Si-Al-O-N : Eu (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 이고, 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에, 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하며,
    M1 aM2 bM3 cOd 일반식 (1)
    (여기서, M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
    2.7 ≤ a ≤ 3.3
    1.8 ≤ b ≤ 2.2
    2.7 ≤ c ≤ 3.3
    11.0 ≤ d ≤ 13.0 )
    M4 eM5 fOg 일반식 (2)
    (여기서, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.9 ≤ e ≤ 1.1
    1.8 ≤ f ≤ 2.2
    3.6 ≤ g ≤ 4.4 ),
    상기 발광 장치는, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), 색도 좌표값 y 를 y1(17.5) 로 하고,
    70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때,
    하기 식 (D) 및 식 (E) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.006 ≤ x1(17.5) - x1(70) ≤ 0.006 (D)
    -0.006 ≤ y1(17.5) - y1(70) ≤ 0.006 (E)
  40. 구동 전류를 유통시키면 발광하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광의 적어도 일부를 흡수하여 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 적어도 1 종류의 파장 변환 재료를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 파장이 330nm ~ 420nm 이며,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu, (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다), 그리고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하고,
    MaAbDcEdXe 일반식 (3)
    (여기서, M 은, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는, M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는, 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는, 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는, O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타내고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ),
    상기 발광 장치는, 17.5A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(17.5), y 를 y1(17.5) 로 하고,
    70A/㎠ 의 구동 전류 밀도로 얻어지는 발광의 색도 좌표값 x 를 x1(70), 색도 좌표값 y 를 y1(70) 로 했을 때,
    하기 식 (D) 및 (E) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    -0.006 ≤ x1(17.5)- x1(70) ≤ 0.006 (D)
    -0.006 ≤ y1(17.5)- y1(70) ≤ 0.006 (E)
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료는 적색계 형광체를 포함하고, 상기 적색계 형광체는, MSi7N10 : Eu, M2Si5N8 : Eu, (여기서, M 은 1 종 또는 2 종 이상의 알칼리 토금속 원소를 나타낸다), 그리고, 하기 일반식 (3) 으로 표시되는 형광체로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
    MaAbDcEdXe 일반식 (3)
    (여기서, M 은, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, A 는, M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는, 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는, 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는, O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 나타내고, 상기 일반식 (3) 중, a, b, c, d, 및 e 는 각각 하기 범위의 수이다.
    0.00001 ≤ a ≤ 0.1
    a + b = 1
    0.5 ≤ c ≤ 4
    0.5 ≤ d ≤ 8
    0.8 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) ≤ e
    e ≤ 1.2 × (2 / 3 + 4 / 3 × c + d) )
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