JP2017016792A - Wavelength conversion element, light-emitting device, display device and illuminating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換素子、発光装置、表示装置および照明装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light emitting device, a display device, and a lighting device.
表示装置等に用いる発光素子の一つとして、有機エレクトロルミネッセンス素子が従来から知られている。エレクトロルミネッセンス(Electro-Luminescence)を以下、「EL」と略記する。波長変換を用いた有機EL素子の一例として、下記の特許文献1に、有機EL材料部と蛍光材料部とを備え、有機EL材料部が発する青色光の一部を蛍光材料部の蛍光発光により緑色光または赤色光に変換し、青、緑、赤の多色発光を実現した「有機EL素子」が開示されている。
As one of light-emitting elements used for display devices and the like, an organic electroluminescence element is conventionally known. Hereinafter, electroluminescence is abbreviated as “EL”. As an example of an organic EL element using wavelength conversion, the following
この種の発光を利用した有機EL素子において、発光効率を向上させて強度の高い光を得る手段として、下記の特許文献2に、青色光を発する発光層と、青色光を受けて赤色光を生じる色変換層、青色光を受けて緑色光を生じる色変換層、および青色光を透過させる透過層と、を備えた「有機EL素子」が開示されている。この有機EL素子では、色変換層および透過層に表面プラズモン現象を発現する金属ナノ粒子を含有させている。特許文献2によれば、色変換層に金属ナノ粒子を含有させることにより光変換が増強される、という効果が得られる。
In an organic EL element using this type of light emission, as means for improving light emission efficiency and obtaining high intensity light,
特許文献2には、複数の金属ナノ粒子を凝集させた構成が開示されている。ここでは、複数の金属ナノ粒子を凝集させることによってプラズモンが増強される場合がある、と記載されている。しかしながら、この構成を用いたとしても、十分高い発光強度が得られない、という問題がある。
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、外部からの励起光の照射によって高い強度の光が得られる波長変換素子を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、高い強度の光が得られる発光装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の発光装置を用いることで明るい表示が可能な表示装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の発光装置を用いることで明るい照明装置を提供することを目的の一つとする。 One aspect of the present invention is made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a wavelength conversion element that can obtain high-intensity light by external excitation light irradiation. . An object of one embodiment of the present invention is to provide a light-emitting device from which high-intensity light can be obtained. An object of one embodiment of the present invention is to provide a display device capable of performing bright display by using the above light-emitting device. An object of one embodiment of the present invention is to provide a bright lighting device by using the above light-emitting device.
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の波長変換素子は、基板と、前記基板の一面に設けられた波長変換層と、を備え、前記波長変換層は、励起光の照射により光を発する発光体を有する発光体層と、前記基板の前記一面に設けられた金属膜と、前記金属膜に少なくとも一部が接触する複数の波長変換粒子と、を備え、前記波長変換粒子は、金属ナノ粒子と、前記金属ナノ粒子の表面を被覆する誘電体層と、前記誘電体層に含有され、前記励起光の照射により光を発する発光体と、を備える。 In order to achieve the above object, a wavelength conversion element according to one aspect of the present invention includes a substrate and a wavelength conversion layer provided on one surface of the substrate, and the wavelength conversion layer is irradiated with excitation light. A light emitting layer having a light emitting body that emits light, a metal film provided on the one surface of the substrate, and a plurality of wavelength conversion particles at least partially in contact with the metal film, the wavelength conversion particles Comprises a metal nanoparticle, a dielectric layer covering the surface of the metal nanoparticle, and a light emitter that is contained in the dielectric layer and emits light when irradiated with the excitation light.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記発光体層に含まれる前記発光体と、前記波長変換粒子に含まれる前記発光体と、は同じ波長域の光を発するものであってもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the light emitter included in the light emitter layer and the light emitter included in the wavelength conversion particle may emit light in the same wavelength range. .
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記発光体層に含まれる前記発光体と、前記波長変換粒子に含まれる前記発光体と、は異なる波長域の光を発するものであってもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the light emitter included in the light emitter layer and the light emitter included in the wavelength conversion particle may emit light in different wavelength ranges. .
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記金属膜における前記基板との界面とは反対側の界面から前記波長変換粒子の中心までの距離は、前記波長変換粒子の粒径の1/2以下であってもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the distance from the interface on the metal film opposite to the interface with the substrate to the center of the wavelength conversion particle is ½ of the particle diameter of the wavelength conversion particle. It may be the following.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記複数の波長変換粒子は、前記波長変換粒子の一部が前記金属膜に埋め込まれた状態で1層に並んでいてもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the plurality of wavelength conversion particles may be arranged in one layer in a state where a part of the wavelength conversion particles are embedded in the metal film.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記発光体層は、金属ナノ粒子を含んでいてもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the phosphor layer may contain metal nanoparticles.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記金属ナノ粒子の材質は、金、銀、アルミニウム、白金、銅のいずれかを含み、前記金属ナノ粒子の構成は、金属単体からなる球もしくはロッド、金属で被覆された誘電体球、2個以上の粒子の集合体のいずれかを含んでいてもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the material of the metal nanoparticles includes any one of gold, silver, aluminum, platinum, and copper, and the configuration of the metal nanoparticles includes a sphere or rod made of a single metal. Or a dielectric sphere coated with metal, or an aggregate of two or more particles.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記金属膜の単位面積あたりの前記複数の波長変換粒子の面積占有率は、0.3以上、0.9以下であってもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, an area occupation ratio of the plurality of wavelength conversion particles per unit area of the metal film may be 0.3 or more and 0.9 or less.
本発明の一つの態様の波長変換素子は、前記励起光を反射または透過して前記光を透過または反射する波長選択部を備えていてもよい。 The wavelength conversion element according to one aspect of the present invention may include a wavelength selection unit that reflects or transmits the excitation light and transmits or reflects the light.
本発明の一つの態様の波長変換素子において、前記金属膜は、第1の領域と、前記励起光の透過率が前記第1の領域よりも大きい第2の領域と、を有していてもよい。この場合、前記金属膜を法線方向から見たときに、前記波長変換粒子が存在する領域が前記第1の領域に重なり、前記波長変換粒子が存在しない領域が前記第2の領域に重なっていてもよい。 In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the metal film may include a first region and a second region in which the transmittance of the excitation light is larger than the first region. Good. In this case, when the metal film is viewed from the normal direction, the region where the wavelength conversion particles exist overlaps the first region, and the region where the wavelength conversion particles do not exist overlaps the second region. May be.
本発明の一つの態様の発光装置は、前記励起光を射出する励起光源部と、本発明の一つの態様の波長変換素子と、を備える。 A light emitting device according to one aspect of the present invention includes the excitation light source unit that emits the excitation light, and the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention.
本発明の一つの態様の発光装置において、前記励起光は、前記波長変換層の前記金属膜側の面から入射し、前記光は、前記波長変換層の前記金属膜とは反対側の面から射出する構成であってもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the excitation light is incident from a surface of the wavelength conversion layer on the metal film side, and the light is from a surface of the wavelength conversion layer opposite to the metal film. The structure which injects may be sufficient.
本発明の一つの態様の発光装置において、前記励起光は、前記波長変換層の前記金属膜とは反対側の面から入射し、前記光は、前記波長変換層の前記金属膜とは反対側の面から射出する構成であってもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the excitation light is incident from a surface of the wavelength conversion layer opposite to the metal film, and the light is opposite to the metal film of the wavelength conversion layer. The structure which injects from the surface may be sufficient.
本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の一つの態様の発光装置を備える。 A display device according to one aspect of the present invention includes the light-emitting device according to one aspect of the present invention.
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の発光装置を備える。 An illumination device according to one aspect of the present invention includes the light-emitting device according to one aspect of the present invention.
本発明の一つの態様によれば、外部からの励起光の照射によって高い強度の光が得られる波長変換素子が実現できる。本発明の一つの態様によれば、高い強度の光が得られる発光装置が実現できる。本発明の一つの態様によれば、高い強度の光が得られる発光装置を用いた表示装置が実現できる。本発明の一つの態様によれば、高い強度の光が得られる発光装置を用いた照明装置が実現できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize a wavelength conversion element that can obtain high intensity light by irradiation with excitation light from the outside. According to one aspect of the present invention, a light emitting device capable of obtaining high intensity light can be realized. According to one embodiment of the present invention, a display device using a light emitting device capable of obtaining high intensity light can be realized. According to one embodiment of the present invention, an illumination device using a light emitting device capable of obtaining high intensity light can be realized.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図17を用いて説明する。
図1は、第1実施形態の発光装置を示す断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the light emitting device of the first embodiment.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
[全体構成]
図1に示すように、本実施形態の発光装置1は、励起光源部2と、波長変換部3と、を備える。励起光源部2は、波長変換部3の発光体粒子14R,14Gを励起させるための励起光を射出する。励起光源部2は、波長変換部3の第1面3a(図1における下側の面)に対向して設けられている。波長変換部3は、励起光の照射により光を生じる発光体粒子14R,14Gを含む。波長変換部3では、発光体粒子14R,14Gが励起光を吸収し、励起光とは異なる波長域(色)の光を発する。言い換えると、励起光源部2から射出された励起光の波長域(色)は、波長変換部3によって変換される。励起光源部2は、第1基板5と、発光部6と、第2基板7と、を備える。波長変換部3は、第3基板8と、波長変換層4と、第4基板12と、を備える。また、波長変換層4は、金属膜9と、複数の波長変換粒子10R,10Gと、発光体層11R,11Gと、を備える。
励起光源部2および波長変換部3の詳細な構成については後述する。
[overall structure]
As shown in FIG. 1, the
Detailed configurations of the excitation
本実施形態の発光装置1は、表示装置として用いることを想定している。したがって、発光装置1は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。画素は、赤色の表示を行う赤色サブ画素15Rと、緑色の表示を行う緑色サブ画素15Gと、青色の表示を行う青色サブ画素15Bと、から構成されている。図1においては、複数の画素のうち、赤色サブ画素15Rと緑色サブ画素15Gと青色サブ画素15Bとからなる一つの画素のみを代表して図示している。
The
[励起光源部]
第1基板5としては、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等を含むプラスティック基板、アルミナ等を含むセラミックス基板等の絶縁性基板、もしくは、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等を含む金属基板、または、基板上に酸化シリコン(SiO2)、有機絶縁材料等を含む絶縁物を表面にコーティングした基板、Al等を含む金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した基板等を挙げることができる。しかし、本実施形態で使用できる基板は、これらの基板に限定されるものではない。例えば基板の材料をガラスとした場合、高温プロセスによっても変形が起こらず、水分を透過させないため、有機EL素子の劣化が抑えられる点で好適である。第2基板7についても、第1基板5と同様の基板を用いることができる。
[Excitation light source]
As the
図1では図示を省略したが、第1基板5の第2基板7と対向する側の面にTFT回路が設けられている。TFT回路は、励起光源部のスイッチング用素子および駆動用素子として機能する。TFT回路の具体的な構成としては、公知のTFT回路を用いることができる。
Although not shown in FIG. 1, a TFT circuit is provided on the surface of the
励起光源部2は、陰極17と、陽極18と、陰極17と陽極18との間に挟持された有機発光層19と、を備える。有機発光層19は、例えば電子注入層20、電子輸送層21、正孔防止層22、発光体層23、正孔輸送層24、正孔注入層25が陰極17側からこの順に積層された構成を有する。発光体層23は、青色光を発光する。
The excitation
有機発光層19は、本実施形態の構成に限定されず、発光体層23の単層構造でもよいし、発光体層23と正孔輸送層24、電子輸送層21等を含む多層構造でもよい。例えば、下記の9種類の構成が挙げられるが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
(1)発光体層
(2)発光体層/正孔輸送層
(3)電子輸送層/発光体層
(4)電子輸送層/発光体層/正孔輸送層
(5)電子輸送層/発光体層/正孔輸送層/正孔注入層
(6)電子注入層/電子輸送層/発光体層/正孔輸送層/正孔注入層
(7)電子輸送層/正孔防止層/発光体層/正孔輸送層/正孔注入層
(8)電子注入層/電子輸送層/正孔防止層/発光体層/正孔輸送層/正孔注入層
(9)電子注入層/電子輸送層/正孔防止層/発光体層/電子防止層/正孔輸送層/正孔注入層
ここで、発光体層、正孔注入層、正孔輸送層、正孔防止層、電子防止層、電子輸送層および電子注入層の各層は、単層構造でも多層構造でもよい。
The organic
(1) Light emitter layer
(2) Light emitter layer / hole transport layer (3) Electron transport layer / light emitter layer (4) Electron transport layer / light emitter layer / hole transport layer (5) Electron transport layer / light emitter layer / hole transport Layer / hole injection layer (6) electron injection layer / electron transport layer / light emitter layer / hole transport layer / hole injection layer (7) electron transport layer / hole prevention layer / light emitter layer / hole transport layer / Hole injection layer (8) electron injection layer / electron transport layer / hole prevention layer / light emitter layer / hole transport layer / hole injection layer (9) electron injection layer / electron transport layer / hole prevention layer / Light emitter layer / electron prevention layer / hole transport layer / hole injection layer Here, light emitter layer, hole injection layer, hole transport layer, hole prevention layer, electron prevention layer, electron transport layer and electron injection layer Each of these layers may have a single layer structure or a multilayer structure.
励起光源部2は、マイクロキャビティ効果を発現する構造であってもよい。マイクロキャビティ効果を発現するためには、例えば有機発光層19の厚さを、増強したい光の波長に合致するように設定することが望ましい。有機EL素子においては、一対の電極で有機発光層19が挟持されている。そのうち、一方の電極を鏡面の全反射素材とし、他方の電極を誘電体ミラー等の半透過素材とし、さらに有機発光層19の厚みを例えば青色光の波長域に合わせて形成する。これにより、発光体層23で発光した光が一対の電極間で多重反射を繰り返し、共振することで所望の波長に増強されて出力される。また、この構造により、発光体層23からの光に指向性を持たせることができ、正面での発光効率を高めることができる。このようにして、光をより効率良く波長変換部3に供給することができ、正面輝度を高めることができる。また、干渉効果により発光スペクトルの調整が可能となる。これにより、赤色発光体、緑色発光体をより効果的に励起できるスペクトルに制御できるとともに、青色サブ画素15Bの色純度を向上させることができる。
The excitation
発光体層23は、以下に例示する有機発光材料のみから構成されていてもよく、発光性のドーパントおよびホスト材料の組み合わせから構成されていてもよく、任意に正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。発光効率および発光寿命の観点からは、ホスト材料中に発光性のドーパントが分散されたものが好ましい。
The
有機発光材料としては、有機EL用の公知の発光材料を挙げることができる。この種の発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料等に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。有機発光材料として、蛍光材料、燐光材料等に分類されるものでもよく、低消費電力化の観点で、発光効率の高い燐光材料であることが好ましい。 Examples of the organic light emitting material include known light emitting materials for organic EL. This type of light-emitting material is classified into low-molecular light-emitting materials, polymer light-emitting materials, and the like. Specific examples of these compounds are given below, but the present invention is not limited to these materials. The organic light emitting material may be classified into a fluorescent material, a phosphorescent material, and the like, and is preferably a phosphorescent material with high light emission efficiency from the viewpoint of reducing power consumption.
具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの化合物に限定されるものではない。
低分子有機発光材料としては、例えば、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)等の芳香族ジメチリデン化合物、5−メチル−2−[2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−t−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、フルオレノン誘導体等の発光性有機材料等が挙げられる。
Specific compounds are exemplified below, but the present invention is not limited to these compounds.
Examples of the low-molecular organic light-emitting material include aromatic dimethylidene compounds such as 4,4′-bis (2,2′-diphenylvinyl) -biphenyl (DPVBi), 5-methyl-2- [2- [4- ( Oxadiazole compounds such as 5-methyl-2-benzoxazolyl) phenyl] vinyl] benzoxazole, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5-t-butylphenyl-1,2,4- Examples include triazole derivatives such as triazole (TAZ), styrylbenzene compounds such as 1,4-bis (2-methylstyryl) benzene, and luminescent organic materials such as fluorenone derivatives.
高分子発光材料としては、例えば、ポリ(2−デシルオキシ−1,4−フェニレン)(DO−PPP)、等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(PDAF)等のポリスピロ誘導体が挙げられる。 Examples of the polymer light-emitting material include polyphenylene vinylene derivatives such as poly (2-decyloxy-1,4-phenylene) (DO-PPP), and polyspiro derivatives such as poly (9,9-dioctylfluorene) (PDAF). Can be mentioned.
発光体層23に任意に含まれる発光性のドーパントとしては、有機EL素子用の公知のドーパント材料を挙げることができる。このようなドーパント材料として、例えば、スチリル誘導体等の発光材料、ビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネートイリジウム(III)(FIrpic)、ビス(4’,6‘−ジフルオロフェニルポリジナト)テトラキス(1−ピラゾイル)ボレートイリジウム(III)(FIr6)等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。
Examples of the light-emitting dopant that is optionally contained in the light-emitting
ドーパントを使用する際のホスト材料としては、有機EL素子用の公知のホスト材料を挙げることができる。このようなホスト材料としては、上述した低分子発光材料、高分子発光材料、4,4’−ビス(カルバゾール)ビフェニル、9,9−ジ(4−ジカルバゾール−ベンジル)フルオレン(CPF)、3,6−ビス(トリフェニルシリル)カルバゾール(mCP)、(PCF)等のカルバゾール誘導体、4−(ジフェニルフォスフォイル)−N,N−ジフェニルアニリン(HM−A1)等のアニリン誘導体、1,3−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(mDPFB)、1,4−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(pDPFB)等のフルオレン誘導体等が挙げられる。 Examples of the host material when using the dopant include known host materials for organic EL elements. As such a host material, the above-described low molecular light emitting material, polymer light emitting material, 4,4′-bis (carbazole) biphenyl, 9,9-di (4-dicarbazole-benzyl) fluorene (CPF), 3 , 6-bis (triphenylsilyl) carbazole (mCP), carbazole derivatives such as (PCF), aniline derivatives such as 4- (diphenylphosphoyl) -N, N-diphenylaniline (HM-A1), 1,3- And fluorene derivatives such as bis (9-phenyl-9H-fluoren-9-yl) benzene (mDPFB) and 1,4-bis (9-phenyl-9H-fluoren-9-yl) benzene (pDPFB).
電荷は、正孔と電子とを含む。陰極17から発光体層23への電子の注入および輸送をより効率良く行なう目的で、電子注入層20および電子輸送層21が用いられる。陽極18から発光体層23への正孔の注入および輸送をより効率良く行なう目的で、正孔注入層25および正孔輸送層24が用いられる。これらの層は、以下に例示する電荷注入・輸送材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。
The electric charge includes holes and electrons. The
電荷注入・輸送材料としては、有機EL素子用、有機光導電体用の公知のものを使用することができる。このような電荷注入輸送材料は、正孔注入・輸送材料および電子注入・輸送材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。 As the charge injection / transport material, known materials for organic EL devices and organic photoconductors can be used. Such charge injection / transport materials are classified into hole injection / transport materials and electron injection / transport materials. Specific examples of these compounds are given below, but the present invention is not limited to these materials. Absent.
正孔注入層25および正孔輸送層24の材料としては、例えば、酸化バナジウム(V2O5)、酸化モリブデン(MoO2)等の酸化物、無機p型半導体材料、ポルフィリン化合物、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(NPD)等の芳香族第三級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチリルアミン化合物等の低分子材料、ポリアニリン(PANI)、ポリアニリン−樟脳スルホン酸(PANI−CSA)、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネイト(PEDOT/PSS)、ポリ(トリフェニルアミン)誘導体(Poly−TPD)、ポリビニルカルバゾール(PVCz)、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、ポリ(p−ナフタレンビニレン)(PNV)等の高分子材料等が挙げられる。
Examples of materials for the
陽極18からの正孔の注入および輸送をより効率良く行なうという観点から、正孔注入層25の材料として、正孔輸送層24の材料よりも最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギー準位が低い材料を用いることが好ましい。また、正孔輸送層24の材料は、正孔注入層25の材料よりも正孔の移動度が高いことが好ましい。
From the viewpoint of more efficient injection and transport of holes from the
正孔の注入性および輸送性をより向上させるため、材料にアクセプターをドープすることが好ましい。アクセプターとしては、有機EL素子用の公知のアクセプター材料を使用することができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。 In order to further improve the hole injecting property and transporting property, the material is preferably doped with an acceptor. As an acceptor, the well-known acceptor material for organic EL elements can be used. Although these specific compounds are illustrated below, this invention is not limited to these materials.
アクセプター材料としては、Au、Pt、W,Ir、POCl3、AsF6、Cl、Br、I、酸化バナジウム(V2O5)、酸化モリブデン(MoO2)等の無機材料、TCNQ(7,7,8,8,−テトラシアノキノジメタン)、TCNQF4(テトラフルオロテトラシアノキノジメタン)、TCNE(テトラシアノエチレン)、HCNB(ヘキサシアノブタジエン)、DDQ(ジシクロジシアノベンゾキノン)等のシアノ基を有する化合物、TNF(トリニトロフルオレノン)、DNF(ジニトロフルオレノン)等のニトロ基を有する化合物、フルオラニル、クロラニル、ブロマニル等の有機材料が挙げられる。このうち、TCNQ、TCNQF4、TCNE、HCNB、DDQ等のシアノ基を有する化合物は、キャリア濃度を効果的に増加させることができるため、より好ましい。 Acceptor materials include Au, Pt, W, Ir, POC 13 , AsF 6 , Cl, Br, I, vanadium oxide (V 2 O 5 ), molybdenum oxide (MoO 2 ) and other inorganic materials, TCNQ (7, 7 , 8,8, -tetracyanoquinodimethane), TCNQF 4 (tetrafluorotetracyanoquinodimethane), TCNE (tetracyanoethylene), HCNB (hexacyanobutadiene), DDQ (dicyclodicyanobenzoquinone) and the like. And compounds having a nitro group such as TNF (trinitrofluorenone) and DNF (dinitrofluorenone), and organic materials such as fluoranyl, chloranil and bromanyl. Among these, compounds having a cyano group such as TCNQ, TCNQF 4 , TCNE, HCNB, DDQ and the like are more preferable because they can effectively increase the carrier concentration.
電子注入層20および電子輸送層21の材料としては、例えば、n型半導体である無機材料、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、ベンゾジフラン誘導体等の低分子材料;ポリ(オキサジアゾール)(Poly−OXZ)、ポリスチレン誘導体(PSS)等の高分子材料等が使用される。特に電子注入層20の材料には、フッ化リチウム(LiF)、フッ化バリウム(BaF2)等のフッ化物、酸化リチウム(Li2O)等の酸化物等が挙げられる。
Examples of materials for the
陰極17からの電子の注入・輸送をより効率良く行なうという観点から、電子注入層20の材料としては、電子輸送層21の材料よりも最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位が高い材料が好ましく、電子輸送層21の材料としては、電子注入層20の材料よりも電子移動度が高い材料が好ましい。
From the viewpoint of performing electron injection / transport from the
電子の注入効率および電子の輸送性をより向上させるため、電子注入層20および電子輸送層21の材料に、ドナーをドープすることが好ましい。ドナーとしては、有機EL素子用の公知のドナー材料を使用することができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
In order to further improve the electron injection efficiency and the electron transport property, the material of the
ドナー材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Al、Ag、Cu、In等の無機材料、アニリン類、フェニレンジアミン類、ベンジジン類(N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジン、N,N’−ビス−(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス−(フェニル)−ベンジジン、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン等)、トリフェニルアミン類(トリフェニルアミン、4,4’,4“−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’,4”−トリス(N−3−メチルフェニル−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’,4”−トリス(N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン等)、トリフェニルジアミン類(N,N’−ジ−(4−メチル−フェニル)−N,N’−ジフェニル−1,4−フェニレンジアミン)等の芳香族3級アミンを骨格にもつ化合物、フェナントレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン等の縮合多環化合物(ただし、縮合多環化合物は置換基を有してもよい)、TTF(テトラチアフルバレン)類、ジベンゾフラン、フェノチアジン、カルバゾール等の有機材料がある。このうち、芳香族3級アミンを骨格にもつ化合物、縮合多環化合物、アルカリ金属は、キャリア濃度を効果的に増加させることができるため、より好ましい。 Donor materials include inorganic materials such as alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, Al, Ag, Cu, and In, anilines, phenylenediamines, benzidines (N, N, N ′, N′-tetraphenyl) Benzidine, N, N′-bis- (3-methylphenyl) -N, N′-bis- (phenyl) -benzidine, N, N′-di (naphthalen-1-yl) -N, N′-diphenyl- Benzidine, etc.), triphenylamines (triphenylamine, 4,4 ', 4 "-tris (N, N-diphenyl-amino) -triphenylamine, 4,4', 4" -tris (N-3- Methylphenyl-N-phenyl-amino) -triphenylamine, 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino) -triphenylamine, etc.), triphenyldia Compounds having an aromatic tertiary amine skeleton such as N (N, N′-di- (4-methyl-phenyl) -N, N′-diphenyl-1,4-phenylenediamine), phenanthrene, pyrene, perylene Organic materials such as condensed polycyclic compounds such as anthracene, tetracene and pentacene (however, the condensed polycyclic compounds may have a substituent), TTF (tetrathiafulvalene), dibenzofuran, phenothiazine and carbazole. Among these, compounds having an aromatic tertiary amine in the skeleton, condensed polycyclic compounds, and alkali metals are more preferable because the carrier concentration can be effectively increased.
本実施形態の場合、発光体層23は、380〜480nmの青色波長領域の光を発光する。具体的には、発光材料として、中心発光波長が450nm付近に存在するFIrPic[ビス(3,5−ジフルオロ−2−(2−ピリジルフェニル−(2−カルボキシピリジル)イリジウム(III)]を用いる。
In the case of this embodiment, the
正孔注入層25、正孔輸送層24、発光体層23、電子輸送層21、電子注入層20等を含む有機発光層19は、上述したこれらの層の材料を溶剤に溶解、分散させた発光層形成用塗液を用いて形成できる。このとき、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、または、レーザー転写法等が用いられる。なお、ウエットプロセスにより有機発光層19を形成する場合、発光層形成用塗液は、レベリング剤、粘度調整剤等の塗液の物性を調整するための添加剤を含んでいてもよい。
The organic
上記各層の膜厚は、例えば1〜1000nm程度であるが、10〜200nmが好ましい。膜厚が10nm未満であると、本来必要とされる物性(電荷の注入特性、輸送特性、閉じ込め特性)が得られない。また、ゴミ等の異物による画素欠陥が生じるおそれがある。また、膜厚が200nmを超えると発光層の抵抗成分により駆動電圧の上昇が生じ、消費電力の上昇に繋がる。 The film thickness of each of the layers is, for example, about 1 to 1000 nm, but preferably 10 to 200 nm. If the film thickness is less than 10 nm, the physical properties (charge injection characteristics, transport characteristics, confinement characteristics) that are originally required cannot be obtained. In addition, pixel defects due to foreign matters such as dust may occur. On the other hand, if the film thickness exceeds 200 nm, the driving voltage increases due to the resistance component of the light emitting layer, leading to an increase in power consumption.
陰極17および陽極18のうち、光を取り出す側の電極は、発光体層23から発せられる光の少なくとも一部を透過させるものでなければならない。本実施形態では、発光体層23から発せられた光を陽極18側から取り出す。なお、積層順を本実施形態とは逆にして、陰極17から光を取り出し、陽極18は光を反射させるものであってもよい。
Of the
陰極17および陽極18を形成する電極材料としては、公知の電極材料を使用することができる。陽極18を形成する電極材料としては、有機発光層19への正孔の注入をより効率良く行なえる観点から、仕事関数が4.5eV以上の金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等の金属、および、インジウム(In)および錫(Sn)を含む酸化物(ITO)、錫(Sn)の酸化物(SnO2)、インジウム(In)および亜鉛(Zn)を含む酸化物(IZO)等が透明電極材料として挙げられる。陰極17を形成する電極材料としては、有機発光層19への電子の注入をより効率良く行なえる観点から、仕事関数が4.5eV以下のリチウム(Li)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)等の金属、または、これらの金属を含有するMg:Ag合金、Li:Al合金等の合金が挙げられる。
As an electrode material for forming the
封止層27は、有機発光層19の側面を封止する。封止層27は、任意の絶縁材料を用いて形成することができる。絶縁材料は、有機材料、無機材料のいずれであってもよい。
なお、励起光源部2は、必ずしもOLEDに限らず、LED、蛍光灯等によって構成されていてもよい。
The
The excitation
[波長変換部]
図1に示すように、波長変換部3は、第3基板8と、波長変換層4と、第4基板12と、を備える。また、波長変換層4は、金属膜9と、複数の波長変換粒子10R,10Gと、発光体層11R,11Gと、光透過層29と、第4基板12と、ブラックマトリクス30と、を備える。金属膜9、複数の波長変換粒子10R,10G、発光体層11R,11G、および光透過層29は、第3基板8と第4基板12との間に挟持されている。第3基板8は、励起光源部2と対向するように配置されている。第4基板12は、励起光源部2とは反対側に配置されている。
[Wavelength converter]
As shown in FIG. 1, the
第3基板8として、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等を含むプラスティック基板等の光透過率が高い材料からなる基板が好適に用いられる。ただし、本実施形態で用いられる基板は、これらの基板に限定されるものではない。第4基板12についても、第3基板8と同様の材料からなる基板を用いることができる。
As the
金属膜9は、発光体層11R,11Gの第1面11a(第3基板8が設けられた側の面)に設けられている。金属膜9は、3個のサブ画素のうち、赤色サブ画素15Rと緑色サブ画素15Gとに設けられ、青色サブ画素15Bには設けられていない。金属膜9としては、金、銀、アルミニウム等を用いることが望ましく、本実施形態では銀を用いることとする。金属膜9の膜厚は、1nm〜200nmの範囲とすることが望ましい。本実施形態の場合、金属膜9は、励起光源部2から射出された励起光を発光体層11R,11Gに向けて透過させる必要がある。そのため、金属膜9の膜厚は、ある程度薄い必要があり、例えば45nmとする。
The
波長変換層4は、発光体層11Rおよび発光体層11Gの2つの発光体層と、1つの光透過層29と、を有する。発光体層11Rは、赤色サブ画素15Rに対応して設けられている。発光体層11Gは、緑色サブ画素15Gに対応して設けられている。光透過層29は、青色サブ画素15Bに対応して設けられている。光透過層29は、青色光を透過させつつ、透過した青色光の配光状態を調整する機能を有する。また、隣り合う2つの発光体層11R,11G間、および発光体層11R,11Gと光透過層29との間には、ブラックマトリクス30が形成されている。なお、本実施形態で言う発光体層は、必ずしも発光体層の全てが発光体材料で構成されている必要はなく、少なくとも発光体層の一部に発光体材料が含まれているものであればよい。また、発光体材料としては、蛍光体材料が用いられてもよいし、燐光体材料が用いられてもよい。
The wavelength conversion layer 4 includes two light emitter layers, a
本実施形態の発光装置1において、励起光源部2から射出された青色光は、波長変換部3に入射する。発光体層11Rに入射した青色光は、赤色光に変換されて射出される。発光体層11Gに入射した青色光は、緑色光に変換されて射出される。光透過層29に入射した青色光は、配光状態が調整され、青色光のまま射出される。
In the
発光体層11Rおよび発光体層11Gは、以下に例示する発光体材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。また、発光体材料は、蛍光体材料に限定されず、燐光体材料等であってもよい。
The
本実施形態の発光体層11Rおよび発光体層11Gは、透明樹脂中に複数の発光体粒子14R,14Gが分散された構成を有する。発光体粒子14R,14Gは、励起光の照射により光を生じるものである。ここでは、励起光の波長域は青色域に対応し、励起光の照射によって発する光の波長域は個々のサブ画素毎の色域に対応する。すなわち、赤色サブ画素15Rの発光体層11Rに用いられる発光体粒子14Rは、青色域の励起光の照射により赤色域の光を生じる。緑色サブ画素15Gの発光体層11Gに用いられる発光体粒子14Gは、青色域の励起光の照射により緑色域の光を生じる。発光体層11R,11Gの厚さは、例えば7μmである。
The
本実施形態の発光体粒子14R,14Gには、公知の発光体材料を使用することができる。このような発光体材料は、有機系蛍光体材料、無機系蛍光体材料、有機系燐光体材料、無機系燐光体材料等に分類される。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
A known phosphor material can be used for the
有機系蛍光体材料としては、青色の励起光を緑色光に変換する蛍光色素として、クマリン系色素:2,3,5,6−1H、4H−テトラヒドロ−8−トリフロメチルキノリジン(9,9a、1−gh)クマリン(クマリン153)、3−(2′−ベンゾチアゾリル)―7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2′−ベンゾイミダゾリル)―7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、ナフタルイミド系色素:ベーシックイエロー51、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116,フルオレセイン系色素等が挙げられる。 As an organic fluorescent material, as a fluorescent dye that converts blue excitation light into green light, coumarin dyes: 2,3,5,6-1H, 4H-tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9, 9a, 1-gh) Coumarin (coumarin 153), 3- (2'-benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 6), 3- (2'-benzimidazolyl) -7-N, N-diethylaminocoumarin (coumarin 7) ), Naphthalimide dyes: basic yellow 51, solvent yellow 11, solvent yellow 116, fluorescein dye, and the like.
青色の励起光を赤色光に変換する蛍光色素として、シアニン系色素:4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチルリル)−4H−ピラン、ピリジン系色素:1−エチル−2−[4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル]−ピリジニウム−パークロレート、およびローダミン系色素:ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、ベーシックバイオレット11、スルホローダミン101等が挙げられる。
As fluorescent dyes that convert blue excitation light into red light, cyanine dyes: 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran, pyridine dyes: 1-ethyl- 2- [4- (p-dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl] -pyridinium-perchlorate and rhodamine dyes: rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110,
無機系蛍光体材料としては、青色の励起光を緑色光に変換する蛍光体として、(BaMg)Al16O27:Eu2+,Mn2+、Sr4Al14O25:Eu2+、(SrBa)Al12Si2O8:Eu2+、(BaMg)2SiO4:Eu2+、Y2SiO5:Ce3+,Tb3+、Sr2P2O7−Sr2B2O5:Eu2+、(BaCaMg)5(PO4)3Cl:Eu2+、Sr2Si3O8−2SrCl2:Eu2+、Zr2SiO4、MgAl11O19:Ce3+,Tb3+、Ba2SiO4:Eu2+、Sr2SiO4:Eu2+、(BaSr)SiO4:Eu2+等が挙げられる。 Inorganic phosphor materials include (BaMg) Al 16 O 27 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , (SrBa) Al as phosphors that convert blue excitation light into green light. 12 Si 2 O 8 : Eu 2+ , (BaMg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ , Sr 2 P 2 O 7 -Sr 2 B 2 O 5 : Eu 2+ , (BaCaMg) 5 (PO 4 ) 3Cl: Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 8 -2SrCl 2 : Eu 2+ , Zr 2 SiO 4 , MgAl 11 O 19 : Ce 3+ , Tb 3+ , Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , (BaSr) SiO 4 : Eu 2+ and the like.
青色の励起光を赤色光に変換する蛍光体として、Y2O2S:Eu3+、YAlO3:Eu3+、Ca2Y2(SiO4)6:Eu3+、LiY9(SiO4)6O2:Eu3+、YVO4:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd2O3:Eu3+、Gd2O2S:Eu3+、Y(P,V)O4:Eu3+、Mg4GeO5.5F:Mn4+、Mg4GeO6:Mn4+、K5Eu2.5(WO4)6.25、Na5Eu2.5(WO4)6.25、K5Eu2.5(MoO4)6.25、Na5Eu2.5(MoO4)6.25等が挙げられる。 As phosphors that convert blue excitation light into red light, Y 2 O 2 S: Eu 3+ , YA 1 O 3 : Eu 3+ , Ca 2 Y 2 (SiO 4 ) 6: Eu 3+ , LiY 9 (SiO 4 ) 6 O 2 : Eu 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , CaS: Eu 3+ , Gd 2 O 3 : Eu 3+ , Gd 2 O 2 S: Eu 3+ , Y (P, V) O 4 : Eu 3+ , Mg 4 GeO 5 . 5 F: Mn 4+ , Mg 4 GeO 6 : Mn 4+ , K 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , K 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25, and the like.
有機系燐光体材料として、青色の励起光を赤色光及び緑色光に変換するホスト材料には、有機金属錯体、オキサジアゾール系化合物、フェナントロリン系化合物、トリアジン系化合物、トリアゾール系化合物、及びスピロフルオレン系化合物よりなる群から選択された一つ以上が用いられることが望ましい。
青色の励起光を赤色光及び緑色光に変換する燐光ドーパントには、ビスチエニルピリジンアセチルアセトネートイリジウム、ビス(ベンゾチエニルピリジン)アセチルアセトネートイリジウム、ビス(2−フェニルベンゾチアゾール)アセチルアセトネートイリジウム、ビス(1−フェニルイソキノリン)イリジウムアセチルアセトネート、トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム、及びトリス(2−フェニルピリジン)イリジウムよりなる群から選択された一つ以上が用いられることが望ましい。
Host materials that convert blue excitation light into red light and green light as organic phosphor materials include organometallic complexes, oxadiazole compounds, phenanthroline compounds, triazine compounds, triazole compounds, and spirofluorenes It is desirable to use one or more selected from the group consisting of system compounds.
Phosphorescent dopants that convert blue excitation light into red and green light include bisthienylpyridine acetylacetonate iridium, bis (benzothienylpyridine) acetylacetonate iridium, bis (2-phenylbenzothiazole) acetylacetonate iridium, It is desirable to use one or more selected from the group consisting of bis (1-phenylisoquinoline) iridium acetylacetonate, tris (1-phenylisoquinoline) iridium, and tris (2-phenylpyridine) iridium.
無機系燐光体材料として、青色の励起光を赤色光及び緑色光に変換する材料には、CaS:Eu2+ ,Mn2+ 、SrS:Eu2+ 、(Zn,Cd)S:Ag;M g 4GeO5.5F:MN4+ 、ZnSe:Cu、又はZnSeS:Cu,Cl及びZnS:Cu+ 、SrGa2S4:Eu2+ 、YAG:Ce3+ 、BaSrGa4S7: Euが用いられることが望ましい。 Examples of inorganic phosphor materials that convert blue excitation light into red light and green light include CaS: Eu 2+ , Mn 2+ , SrS: Eu 2+ , (Zn, Cd) S: Ag; M g 4 GeO 5.5 F: MN 4+ , ZnSe: Cu, or ZnSeS: Cu, Cl and ZnS: Cu + , SrGa 2 S 4 : Eu 2+ , YAG: Ce 3+ , BaSrGa 4 S 7 : Eu are preferably used.
また、発光体層11Rおよび発光体層11Gは、上記の発光体材料と樹脂材料とを溶剤に溶解、分散させた発光体層形成用塗液を用いて形成することができる。このとき、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、または、レーザー転写法等が用いられる。
In addition, the
発光体層11Rおよび発光体層11Gを構成する透明樹脂には、例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)、PVA(ポリビニルアルコール)等の材料が用いられる。赤色サブ画素15Rの発光体層11Rに用いられる発光体粒子14Rには、例えばルモゲンレッドが用いられる。ルモゲンレッドの吸収・発光スペクトルを図2(A)に示す。これより、ルモゲンレッドの吸収極大波長は570nmであり、発光極大波長は600nmであることが分かる。緑色サブ画素15Gの発光体層11Gに用いられる発光体粒子14Gには、例えばクマリン6が用いられる。クマリン6の吸収・発光スペクトルを図2(B)に示す。これより、クマリン6の吸収極大波長は450nmであり、発光極大波長は500nmであることが分かる。
A material such as PMMA (polymethyl methacrylate), PVA (polyvinyl alcohol), or the like is used for the transparent resin constituting the
複数の波長変換粒子10R,10Gは、各波長変換粒子10R,10Gの下側の一部が金属膜9に埋め込まれる形態で設けられている。本実施形態の場合、波長変換粒子10R,10Gの粒径は、金属膜9の膜厚よりも大きい。複数の波長変換粒子10R,10Gは、基本的には積層されることなく、略1層に並んでいる。ただし、複数の波長変換粒子10R,10Gは、完全に1層に並ぶことが理想的であるが、複数の波長変換粒子10R,10Gのうちの一部が凝集し、積層された箇所がわずかに存在していてもよい。波長変換粒子10R,10Gは略球形であり、波長変換粒子10R,10Gの直径は、例えば、0.01μm〜1μm(10nm〜1000nm)の範囲が好ましく、0.01μm〜0.1μm(10nm〜100nm)の範囲がより好ましい。本実施形態では、波長変換粒子10R,10Gの直径は、例えば70nm程度である。波長変換粒子10R,10Gは、金属ナノ粒子32と、金属ナノ粒子32の表面を被覆する誘電体層33と、誘電体層33に含有された複数の発光体粒子14R,14Gと、を含んでいる。
The plurality of
金属ナノ粒子32の具体例は、以下に示すものを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。金属ナノ粒子32は、表面プラズモン現象を誘起できるものであればよい。「表面プラズモン現象」とは、金属ナノ粒子32中の電子が光の電界に共鳴する状態をいう。表面プラズモン現象は、屈折率の大きい物質から屈折率の小さい物質へ光が臨界角以下で入射して全反射し、屈折率の小さい物質へ浸み出す場合、または、光の波長より径が小さい開口部に光が入射したときにその開口部から浸み出す場合の近接場光(エバネッセント光)に金属粒子等の電子が共鳴することによっても励起される。
Specific examples of the
さらに、表面プラズモンによって発光体粒子の光強度が高くなる原理は、2通り存在し、簡単に次のように説明できる。第一に、励起光が金属ナノ粒子に照射されたとき、金属ナノ粒子の近傍に増強電界が形成され、この増強電界が、金属ナノ粒子の近傍に存在する発光体粒子に作用(双極子共鳴)することで、発光体粒子から高い強度の光が得られる。この効果を高めるには、発光体粒子の吸収波長域内に、プラズモンの共鳴波長が存在する必要がある。
第二に、励起光が発光体粒子に照射されたとき、発光体粒子の近傍に金属ナノ粒子が存在すれば、発光体粒子が授受したエネルギーを金属ナノ粒子へ移動させることで、金属ナノ粒子から高い強度の光が得られる。この効果を高めるには、発光体粒子の発光波長域内に、プラズモンの共鳴波長が存在する必要がある。
Furthermore, there are two principles for increasing the light intensity of the luminescent particles due to surface plasmons, and can be simply explained as follows. First, when the excitation light is irradiated to the metal nanoparticles, an enhanced electric field is formed in the vicinity of the metal nanoparticles, and this enhanced electric field acts on the phosphor particles existing in the vicinity of the metal nanoparticles (dipole resonance). ), High intensity light can be obtained from the phosphor particles. In order to enhance this effect, the plasmon resonance wavelength needs to exist within the absorption wavelength range of the phosphor particles.
Second, when the phosphor particles are irradiated with the excitation light, if the metal nanoparticles are present in the vicinity of the phosphor particles, the energy transferred by the phosphor particles is transferred to the metal nanoparticles, thereby the metal nanoparticles. Therefore, high intensity light can be obtained. In order to enhance this effect, the plasmon resonance wavelength needs to exist within the emission wavelength region of the phosphor particles.
金属ナノ粒子32としては、例えばAu、Ag、Al、Pt、Cu、Mn、Mg、Ca、Li、Yb、Eu、Sr、Ba、Na等、およびこれらの金属の中から2種類以上の金属を適宜選んで形成された合金、例えば、Mg:Ag,Al:Li,Al:Ca,Mg:Liが用いられる。上記の中でも、金属ナノ粒子32としては、金属膜9と同様、金、銀、アルミニウム等を用いることが望ましく、本実施形態では銀を用いることとする。銀は、青色の励起光を効率良く吸収できるため、金属ナノ粒子32の材料に好適である。金属ナノ粒子32の形状は、球状、ロッド状、誘電体球を金属で被覆した形状、2個以上の集合体等が好ましく、本実施形態では球状とする。金属ナノ粒子32の大きさは、可視域の光によってプラズモン共鳴が発現する寸法である必要がある。金属ナノ粒子32の直径は、0.01μm〜1μm(10nm〜1000nm)の範囲が好ましく、0.01μm〜0.1μm(10nm〜100nm)の範囲がより好ましい。本実施形態では、金属ナノ粒子32の直径は、例えば60nmとする。
As the
誘電体層33は、球状の金属ナノ粒子32の表面を略一定の厚さで覆っている。誘電体層33としては、酸化シリコン、酸化チタン等の透明材料が好ましく、本実施形態では酸化シリコンを用いる。誘電体層33の厚さは、金属ナノ粒子32と金属膜9とのギャップに相当する。したがって、誘電体層33の厚さを制御することは、金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップを制御することと等価である。金属ナノ粒子32と金属膜9との間で強いプラズモン共鳴を発生させるためには、金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップを金属ナノ粒子32の直径以下とする必要がある。本実施形態では、金属ナノ粒子32の直径を60nmとしているため、誘電体層33の厚さ(金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップ)は、60nm以下であることが好ましい。そのため、本実施形態では誘電体層33の厚さを例えば5nmとした。これより、プラズモン共鳴波長は、約450nmとなる。
The
本実施形態では、誘電体層33の内部に、複数の発光体粒子14R,14Gが分散している。誘電体層33に含有された発光体粒子14R,14Gは、発光体層11R,11G中に含有された発光体粒子14R,14Gと同一のものを用いている。すなわち、赤色サブ画素15Rに存在する波長変換粒子10Rの誘電体層33中の発光体粒子14Rおよび発光体層11R中に含有された発光体粒子14Rは、青色域の励起光の照射によって赤色域の光を生じる。緑色サブ画素15Gに存在する波長変換粒子10Gの誘電体層33中の発光体粒子14Gおよび発光体層11G中に含有された発光体粒子14Gは、青色域の励起光の照射によって緑色域の光を生じる。
In the present embodiment, a plurality of
本実施形態の赤色サブ画素15Rでは、発光体粒子14Rとしてルモゲンレッド(吸収極大波長570nm/発光極大波長:600nm)を用いる。緑色サブ画素15Gでは、発光体粒子14Gとしてクマリン6(吸収極大波長450nm/発光極大波長:500nm)を用いる。
In the
図2(A), (B)のルモゲンレッドおよびクマリン6の吸収・発光スペクトルを用いて、波長変換粒子10R, 10Gの光変換原理を述べると次の通りとなる。
まず、青色域の励起光(発光極大波長450nm)が波長変換粒子10R, 10Gに照射されると、金属ナノ粒子32の近傍で増強電界が形成される。このとき、形成される増強電界はプラズモン共鳴波長で最も強く、その波長は約450nmに対応する。形成された増強電界は、吸収波長450nmにおいてルモゲンレッドまたはクマリン6に作用することにより、ルモゲンレッドまたはクマリン6から発光極大波長600nmまたは500nmを有する光が発する。
さらに、波長変換粒子10R, 10Gで吸収しきれなかった青色域の励起光(発光極大波長450nm)は、赤色サブ画素15R, 15Bの内部の発光体層11R, 11Gのルモゲンレッドまたはクマリン6で吸収され、各々、発光極大波長600nmまたは500nmを有する光が発せられる。すなわち、波長変換粒子10R, 10Gから発せられる光と、発光体層内部の発光体粒子14R,14Gから発せられる光と、を足し合せた強度の高い光が外部へ射出される。
The light conversion principle of the
First, when the
Further, the blue region excitation light (light
ただし、波長変換粒子10R,10Gの誘電体層33中の発光体粒子14R,14Gの発光波長域と発光体層11R,11G中の発光体粒子14R,14Gの発光波長域とは、一致していなくてもよい。すなわち、波長変換粒子10R,10Gの誘電体層33中の発光体材料と、発光体層11R,11G中の発光体材料と、は異なっていてもよい。
However, the emission wavelength region of the
光透過層29は、青色サブ画素15Bに対応して設けられている。青色サブ画素15Bについては、励起光源部2から射出された青色光を、波長変換することなく透過させればよいため、光透過層29が設けられている。光透過層29は、例えばPMMA、PVA等の透明樹脂材料が用いられる。
The
ブラックマトリクス30は、隣り合うサブ画素間を区画するように格子状に設けられている。ブラックマトリクス30には、公知の遮光性材料が用いられる。サブ画素の寸法は、例えば51μm×13μmである。この場合、表示装置としての解像度は、440ppiとなる。
The
本実施形態では、波長選択部(不図示)を含む構成ではないが、波長選択部を波長変換層4の片面または両面に備えていてもよい。例えば、波長変換層4の第3の基板8側には、青色域の光を透過し、青色域以外の光を反射するダイクロイックフィルタ、第4の基板12側には、青色域の光を反射し、青色域以外の光を透過するダイクロイックミラーを、各々、波長選択部として用いることができる。
このとき、励起光源部2から出射した青色域の光は、波長選択部が無いときよりも、波長変換層4の内部での光路長が長いことから、発光体粒子は効率良く吸収および発光することができる。発光した光は、波長変換層4の第4の基板12側の波長選択部を透過して射出される。
In this embodiment, although it is not the structure containing a wavelength selection part (not shown), you may provide the wavelength selection part in the single side | surface or both surfaces of the wavelength conversion layer 4. FIG. For example, a dichroic filter that transmits blue light and reflects light outside the blue region is reflected on the
At this time, since the light in the blue region emitted from the excitation
以下、図3(A)、(B)を用いて、金属ナノ粒子32のプラズモン共鳴による電界増強作用について説明する。
図3(A)は、従来の構造における金属ナノ粒子32の作用を説明するための図である。図3(B)は、本実施形態における金属ナノ粒子32の作用を説明するための図である。
Hereinafter, the electric field enhancing action by the plasmon resonance of the
FIG. 3A is a diagram for explaining the action of the
図3(A)に示すように、従来の構造においては、直径D1(D1は例えば60nm)の2個の金属ナノ粒子32が対となり、金属ナノ粒子対の形で存在する。励起光Lrがこの金属ナノ粒子対に入射すると、金属ナノ粒子間の幅S1(S1は例えば5nm)のギャップ領域で強い吸収が生じ、それに伴う増強電界がギャップ領域で形成される。すなわち、幅が狭い金属ナノ粒子間ギャップ領域に発光体粒子14が存在したとき、ギャップ領域で生じた増強電界が発光体粒子と作用(双極子共鳴)するために、高い強度の光が発光体粒子から発せられる。このように、従来構造においては、増強電界が形成される領域は、極めて限定された狭い領域(符号R1の破線で囲んだ領域)である。
As shown in FIG. 3A, in the conventional structure, two
これに対し、図3(B)に示すように、本実施形態において、直径D2(D2は例えば60nm)の金属ナノ粒子32の表面が発光体粒子14を含む厚さS2(S2は例えば5nm)の誘電体層33により被覆された状態で、波長変換粒子10の一部が金属膜9に埋め込まれている。この構造により、金属ナノ粒子32と金属膜9とが誘電体層33を介して対向することでギャップ領域が形成され、金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップ領域に多くの発光体粒子14が存在する。このように、本実施形態の構造においては、増強電界が形成される領域は、従来よりも広い領域(符号R2の2点鎖線で囲んだ領域)となり、増強電界の形成領域に存在する発光体粒子14の数を従来よりも多くできる。これにより、発光の強度を従来よりも高めることができる。さらに、波長変換粒子10が金属膜9に埋め込まれる深さを所定の範囲内で大きくすると、増強電界の形成領域がより広がり、単位体積あたりの電界強度を高くすることができる。その結果、ギャップ領域で生じた増強電界が、従来よりも多くの発光体粒子と作用できるために、より高い強度の光が発光体粒子から発せられる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the present embodiment, the thickness S2 (S2 is, for example, 5 nm) in which the surface of the
本発明者らは、従来の構造と本実施例の構造とで発光強度のシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図4(A)、(B)は、従来技術における発光強度のシミュレーションモデルを示す。図4(A)は波長変換部の平面図であり、図4(B)は図4(A)のA−A’線に沿う断面図である。
図5(A)、(B)は、本実施例における発光強度のシミュレーションモデルを示す。図5(A)は波長変換部の平面図であり、図5(B)は図5(A)のB−B’線に沿う断面図である。
The inventors of the present invention performed a simulation of light emission intensity with the conventional structure and the structure of this example. The result will be described.
4A and 4B show simulation models of light emission intensity in the prior art. 4A is a plan view of the wavelength conversion unit, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 4A.
FIGS. 5A and 5B show simulation models of light emission intensity in this example. FIG. 5A is a plan view of the wavelength conversion unit, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
垂直方向の寸法Lが51μm、水平方向の寸法Wが13μmの緑色サブ画素15Gを想定する。従来の金属(銀)ナノ粒子32の直径D1を60nmとし、従来の金属ナノ粒子32間のギャップS1を5nmとする。本実施例の金属ナノ粒子32の直径D2を60nmとし、波長変換粒子10の誘電体層33の厚さS2(金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップ)を5nmとした。発光体層(図4(A)、(B)および図5(A)、(B)では図示略)は、PMMAからなる透明樹脂中に発光体としてクマリン6を分散させたものを用いた。発光体層に存在する発光体(クマリン6)粒子の数は、2.8×109個とした。
Assume a
従来の構造として、図4(A)、(B)に示すように、ガラス基板35上に金属ナノ粒子対32Pを配列したものを想定した。なお、隣り合う2つの金属ナノ粒子対32Pの間に存在する発光体粒子14も考慮した。これに対し、本実施例の構造として、図5(A)、(B)に示すように、ガラス基板35上に銀からなる金属膜9を形成し、金属膜9中に一部が埋め込まれるように波長変換粒子10を配列したものを想定した。従来、本実施例ともに、複数の金属ナノ粒子32および波長変換粒子10は、重なることなく、1層に並んでいるものとした。
As a conventional structure, as shown in FIGS. 4A and 4B, a structure in which metal nanoparticle pairs 32P are arranged on a
ここで、発光強度の算出に用いるパラメーターとして、単位面積当たりの粒子(金属ナノ粒子32もしくは波長変換粒子10)の占有面積率Φを、下記の(1)式もしくは(2)式で定義する。
従来構造の場合、
Φ=(金属ナノ粒子対32Pの投影面積)×(ユニット数)/(画素面積) …(1)
本実施例の場合、
Φ=(波長変換粒子10の投影面積)×(ユニット数)/(画素面積) …(2)
(1)式中のユニット数は、一対の金属ナノ粒子対32Pの数である。(2)式中のユニット数は、波長変換粒子10の数である。
Here, as a parameter used for calculating the emission intensity, the occupation area ratio Φ of the particles (
For the conventional structure,
Φ = (projected area of
In this example,
Φ = (projected area of wavelength converting particle 10) × (number of units) / (pixel area) (2)
(1) The number of units in the formula is the number of a pair of metal nanoparticles 32P. (2) The number of units in the formula is the number of
本発明者らは、粒子の面積占有率Φを0.3,0.4,0.9と3種類に変えたときの金属膜厚と発光ピーク強度との関係を従来構造と本実施例とで比較した。
比較結果を図6〜図8に示す。なお、従来構造には金属膜が存在しないため、発光ピーク強度を一定値で示した。
図6は、粒子の面積占有率Φが0.3のときの金属膜厚と発光ピーク強度との関係を示すグラフである。図7は、粒子の面積占有率Φが0.4のときの金属膜厚と発光ピーク強度との関係を示すグラフである。図8は、粒子の面積占有率Φが0.9のときの金属膜厚と発光ピーク強度との関係を示すグラフである。
いずれのグラフにおいても、横軸は金属膜厚[nm]であり、縦軸は発光ピーク強度[a.u.]である。
The inventors of the present invention have shown the relationship between the metal film thickness and the emission peak intensity when the area occupancy Φ of the particles is changed to three types of 0.3, 0.4, 0.9 and the conventional structure and this example. Compared.
The comparison results are shown in FIGS. In addition, since there is no metal film in the conventional structure, the emission peak intensity is shown as a constant value.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the metal film thickness and the emission peak intensity when the particle area occupation ratio Φ is 0.3. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the metal film thickness and the emission peak intensity when the particle area occupation ratio Φ is 0.4. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the metal film thickness and the emission peak intensity when the particle area occupation ratio Φ is 0.9.
In any graph, the horizontal axis represents the metal film thickness [nm], and the vertical axis represents the emission peak intensity [a. u. ].
本実施例の発光ピーク強度の算出には、(1)励起光が金属膜9を透過して発光体層中の発光体粒子に照射され、この発光体粒子から発光が生じるモデル、(2)励起光が波長変換粒子10に照射されると、金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップ領域で増強電界が形成され、増強電界が発光体粒子と作用するために、この発光体粒子から発光が生じるモデル、の2つのモデルを想定した。
図6〜図8において、モデル(1)に由来する発光ピーク強度を符号Aの曲線で示し、モデル(2)に由来する発光ピーク強度を符号Bの曲線で示し、双方の発光ピーク強度の合計(全発光ピーク強度)を符号Cの曲線で示した。従来構造における発光ピーク強度を符号Fの破線で示した。
For the calculation of the emission peak intensity in this example, (1) a model in which excitation light passes through the
6 to 8, the emission peak intensity derived from the model (1) is indicated by a curve of A, the emission peak intensity derived from the model (2) is indicated by a curve of B, and the total of both emission peak intensities is shown. The (total emission peak intensity) is indicated by the curve indicated by symbol C. The emission peak intensity in the conventional structure is indicated by a broken line F.
符号Aの曲線で示すように、モデル(1)に由来する発光については、金属膜厚が厚くなる程、励起光が金属膜を透過しにくく、発光体層中の発光体に照射される励起光の量が減るため、発光ピーク強度は減少する。符号Bの曲線で示すように、モデル(2)に由来する発光については、金属膜厚が0から厚くなっていくと、図3に示したプラズモン共鳴による増強電界の形成領域が増えるため、発光ピーク強度は上昇する。ところが、金属膜厚が厚くなり過ぎると、励起光が金属膜を透過しにくくなるため、発光ピーク強度は減少する。 As shown by the curve of symbol A, for light emission derived from the model (1), as the metal film thickness increases, the excitation light is less likely to pass through the metal film, and the light emitter in the light emitter layer is irradiated. As the amount of light decreases, the emission peak intensity decreases. As indicated by the curve indicated by the symbol B, with respect to the light emission derived from the model (2), as the metal film thickness increases from 0, the formation region of the enhanced electric field due to the plasmon resonance shown in FIG. The peak intensity increases. However, if the metal film thickness becomes too thick, the excitation light becomes difficult to transmit through the metal film, and the emission peak intensity decreases.
図6に示すように、粒子の面積占有率Φが0.3の場合、本実施例では、波長変換粒子10の量が未だ少ないため、特に金属膜厚が薄い領域では、符号Cの曲線で示す全発光ピーク強度のうち、モデル(1)に由来する発光が支配的となる。金属膜厚tが15nmのときに全発光ピーク強度は最大値を示すが、全発光ピーク強度が最大となっても、符号Fの直線で示す従来構造における発光ピーク強度を上回ることはない。
As shown in FIG. 6, when the area occupancy Φ of the particles is 0.3, the amount of the
これに対し、図7に示すように、粒子の面積占有率Φが0.4に増加すると、波長変換粒子10の量がある程度増え、増強電界の効果が発揮されることにより、符号Cの曲線で示す全発光ピーク強度のうち、モデル(2)に由来する発光が支配的となる。金属膜厚tが45nmのときに全発光ピーク強度は最大値を示し、金属膜厚tが5nm〜60nmの範囲内で、従来の1〜1.3倍程度の発光ピーク強度が得られた。図8に示すように、粒子の面積占有率Φが0.9とさらに増加すると、モデル(2)に由来する発光が全発光のうちの大部分を占める。金属膜厚tが45nmのときに全発光ピーク強度は最大となり、金属膜厚tが少なくとも5nm〜70nmの範囲内で従来の1〜4.5倍程度の発光ピーク強度が得られた。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the area occupancy Φ of the particles is increased to 0.4, the amount of the
以上の結果から、面積占有率Φが少なくとも0.4≦Φ≦0.9を満たすとき、金属膜厚tが5nm〜60nmの範囲において、本実施例の波長変換部は従来の波長変換部と比べて発光ピーク強度が高くなることが判った。特に金属膜厚tが45nmのときに発光ピーク強度が最大値を示した。 From the above results, when the area occupancy Φ satisfies at least 0.4 ≦ Φ ≦ 0.9, the wavelength conversion unit of the present embodiment is different from the conventional wavelength conversion unit in the range where the metal film thickness t is 5 nm to 60 nm. It was found that the emission peak intensity was higher than that. In particular, the emission peak intensity showed the maximum value when the metal film thickness t was 45 nm.
以下、本実施例において、金属膜厚tが45nmのときに発光ピーク強度が最大となる理由を推察する。
図9は、励起光強度および発光体粒子数と金属膜厚との関係を示すグラフである。グラフの横軸は金属膜厚[nm]であり、グラフの左側の縦軸は金属ナノ粒子部に照射される励起光強度[a.u.]であり、グラフの右側の縦軸は増強電界が作用する発光体(クマリン6)の数である。
図10は、発光体粒子からの光取り出し効率および発光ピーク強度と金属膜厚との関係を示すグラフである。グラフの横軸は金属膜厚[nm]であり、グラフの左側の縦軸は発光体粒子からの光取り出し効率[a.u.]であり、グラフの右側の縦軸は発光ピーク強度[a.u.]である。
なお、図9、図10においては、波長変換粒子を金属膜上に六方最密充填で配置した場合を想定する。このとき、金属膜の単位面積当たりの波長変換粒子の面積占有率Φは0.9である。
Hereinafter, in this example, the reason why the emission peak intensity becomes maximum when the metal film thickness t is 45 nm is presumed.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the excitation light intensity, the number of luminescent particles, and the metal film thickness. The horizontal axis of the graph is the metal film thickness [nm], and the vertical axis on the left side of the graph is the intensity of the excitation light [a. u. The vertical axis on the right side of the graph is the number of illuminants (coumarin 6) on which the enhanced electric field acts.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the light extraction efficiency from the phosphor particles, the emission peak intensity, and the metal film thickness. The horizontal axis of the graph is the metal film thickness [nm], and the vertical axis on the left side of the graph is the light extraction efficiency [a. u. The vertical axis on the right side of the graph represents the emission peak intensity [a. u. ].
In FIGS. 9 and 10, it is assumed that the wavelength conversion particles are arranged on the metal film in a hexagonal close-packed manner. At this time, the area occupancy Φ of the wavelength conversion particles per unit area of the metal film is 0.9.
発光ピーク強度は、下記の(3)式の関係を用いて算出した。
(発光強度) ∝ ((A)波長変換層中の金属ナノ粒子部に照射される励起光強度)
×((B)増強電界が作用を及ぼすギャップ間発光体粒子の数)
×((C)発光体からの発光取出し効率) … (3)
The emission peak intensity was calculated using the relationship of the following formula (3).
(Emission intensity) ∝ ((A) Excitation light intensity irradiated to the metal nanoparticle part in the wavelength conversion layer)
× ((B) Number of inter-gap phosphor particles on which the enhanced electric field acts)
× ((C) Luminescence extraction efficiency from illuminant) (3)
(3)式中の(A)について考察すると、図9に実線で示すように、励起光を金属ナノ粒子部に照射することで生じる金属ナノ粒子−金属膜間の増強電界を発光体粒子に作用させる場合、金属膜厚tが増えるにつれて、波長変換層中の金属ナノ粒子部に照射される励起光の強度は、金属膜による吸収で幾分かは減少する。
(B)について考察すると、図9に破線で示すように、励起光を金属ナノ粒子部に照射することで生じる金属ナノ粒子−金属膜間の増強電界を発光体粒子に作用させる場合、金属膜厚tが増えるにつれて、増強電界が作用を及ぼすギャップ間発光体粒子の数は増加する。
(C)について考察すると、図10に示すように、金属膜厚tが0(ゼロ)から増えても、発光体粒子からの発光取り出し効率は略一定であるが、金属膜厚tが35nmを超えると、発光体粒子から発せられた光の透過率が減少するため、発光体からの光取り出し効率は減少する。
Considering (A) in the formula (3), as shown by the solid line in FIG. 9, the enhanced electric field between the metal nanoparticle and the metal film generated by irradiating the metal nanoparticle part with excitation light is applied to the phosphor particles. When acting, as the metal film thickness t increases, the intensity of the excitation light irradiated to the metal nanoparticle part in the wavelength conversion layer is somewhat reduced by absorption by the metal film.
Considering (B), as shown by a broken line in FIG. 9, when an enhanced electric field between the metal nanoparticle and the metal film generated by irradiating the metal nanoparticle part with excitation light is applied to the phosphor particles, the metal film As the thickness t increases, the number of inter-gap phosphor particles that the enhanced electric field acts on increases.
Considering (C), as shown in FIG. 10, even if the metal film thickness t increases from 0 (zero), the light emission efficiency from the phosphor particles is substantially constant, but the metal film thickness t is 35 nm. If it exceeds, the transmittance of the light emitted from the luminescent particles will decrease, and the light extraction efficiency from the luminescent material will decrease.
上記の(A)〜(C)の3つの要因を掛け合わせると、図10の実線のグラフに示すように、金属膜厚tが45nmのときに、発光ピーク強度は最大値を示す。
その理由は、(a)金属膜厚tが45nmよりも薄い場合、増強電界が作用するギャップ間発光体粒子の数が減少し、(b)金属膜厚tが45nmよりも厚い場合、金属ナノ粒子−金属膜間での励起光強度が減少し、かつ発光体層からの光取出し効率が減少するからである。
When the above three factors (A) to (C) are multiplied, as shown in the solid line graph of FIG. 10, the emission peak intensity shows the maximum value when the metal film thickness t is 45 nm.
The reason is that (a) when the metal film thickness t is less than 45 nm, the number of inter-gap phosphor particles on which the enhanced electric field acts decreases, and (b) when the metal film thickness t is thicker than 45 nm, This is because the excitation light intensity between the particles and the metal film is reduced, and the light extraction efficiency from the light emitting layer is reduced.
以上のまとめとして、従来構造と本実施例の構造において、単位面積当たりの発光体粒子の面積占有率と発光ピーク強度との関係を示したグラフが図11である。図11において、グラフの横軸は単位面積当たりの発光体粒子の面積占有率であり、グラフの縦軸は発光ピーク強度[a.u.]である。符号Fは従来構造のグラフであり、符号Dは本実施例の構造のグラフである。 As a summary of the above, FIG. 11 is a graph showing the relationship between the area occupancy rate of the phosphor particles per unit area and the emission peak intensity in the conventional structure and the structure of this example. In FIG. 11, the horizontal axis of the graph represents the area occupancy rate of the phosphor particles per unit area, and the vertical axis of the graph represents the emission peak intensity [a. u. ]. Reference symbol F is a graph of the conventional structure, and reference symbol D is a graph of the structure of the present embodiment.
従来構造の場合、図4(A)に示すように、発光体粒子14を挟む金属ナノ粒子対32Pが順次隣り合うように並んでいるため、図11の符号Fで示すように、発光ピーク強度は、金属ナノ粒子対の増加に伴って線形的に緩やかに増加する。これに対して、本実施例の構成の場合、発光体粒子の面積占有率Φが小さい領域では金属膜の存在が支配的となり、発光ピーク強度は従来よりも小さくなる。ところが、発光体粒子の面積占有率Φが大きい領域では波長変換粒子の存在が支配的となり、発光ピーク強度は従来よりも大きく増加する。具体的には、発光体粒子の面積占有率Φが0.34以上、0.9以下の範囲(0.34≦Φ≦0.9)では、本実施形態の発光ピーク強度は従来構造の発光ピーク強度よりも高くなる。
In the case of the conventional structure, as shown in FIG. 4 (A), the metal nanoparticle pairs 32P sandwiching the
次に、本実施例において金属膜厚を変化させたときの単位面積当たりの発光体粒子の面積占有率と発光ピーク強度との関係を示したグラフが図12である。図12において、グラフの横軸は単位面積当たりの発光体粒子の面積占有率であり、グラフの縦軸は発光ピーク強度[a.u.]である。金属膜厚tは、5nm、15nm、20nm、45nmの4種類で変化させた。図12中には、従来構造のデータも併記した。符号Aは金属膜厚tが5nmのグラフであり、符号Bは金属膜厚tが15nmのグラフであり、符号Cは金属膜厚tが20nmのグラフであり、符号Dは金属膜厚tが45nmのグラフであり、符号Fは従来構造のグラフである。 Next, FIG. 12 is a graph showing the relationship between the area occupancy rate of the phosphor particles per unit area and the emission peak intensity when the metal film thickness is changed in this example. In FIG. 12, the horizontal axis of the graph represents the area occupancy of the phosphor particles per unit area, and the vertical axis of the graph represents the emission peak intensity [a. u. ]. The metal film thickness t was changed in four types of 5 nm, 15 nm, 20 nm, and 45 nm. In FIG. 12, data of a conventional structure is also shown. Symbol A is a graph with a metal film thickness t of 5 nm, Symbol B is a graph with a metal film thickness t of 15 nm, Symbol C is a graph with a metal film thickness t of 20 nm, and Symbol D is a graph with a metal film thickness t. It is a graph of 45 nm, and the symbol F is a graph of a conventional structure.
上述したように、金属膜厚tが45nmのとき、発光体粒子の面積占有率Φが0.34以上、0.9以下の範囲(0.34≦Φ≦0.9)で、本実施形態の発光ピーク強度は従来構造の発光ピーク強度よりも高くなる。しかしながら、図12に示すように、金属膜厚tを15nmもしくは20nmと薄くすると、本実施形態の発光ピーク強度が従来の発光ピーク強度を超える面積占有率Φの範囲を、0.31以上、0.9以下(0.31≦Φ≦0.9)に広げることができる。この理由は、金属膜厚tを薄くすると、励起光が金属膜を透過しやすくなり、発光体層中の発光体で吸収される割合が増えるからである、と考えられる。 As described above, when the metal film thickness t is 45 nm, the area occupancy Φ of the phosphor particles is in the range of 0.34 to 0.9 (0.34 ≦ Φ ≦ 0.9). The emission peak intensity of is higher than the emission peak intensity of the conventional structure. However, as shown in FIG. 12, when the metal film thickness t is reduced to 15 nm or 20 nm, the range of the area occupation ratio Φ in which the emission peak intensity of the present embodiment exceeds the conventional emission peak intensity is 0.31 or more, 0 .9 or less (0.31 ≦ Φ ≦ 0.9). The reason for this is considered to be that when the metal film thickness t is reduced, the excitation light is likely to pass through the metal film, and the ratio of absorption by the light emitter in the light emitter layer is increased.
以上、本実施例では緑色サブ画素を想定し、発光ピーク強度が増加する効果について考察したが、赤色サブ画素についても同様の効果が得られる。赤色サブ画素の場合、緑色サブ画素の場合よりも金属ナノ粒子−金属膜間のギャップを大きくする、もしくは周囲の媒質の屈折率を大きくすればよい。 As described above, in this embodiment, the effect of increasing the emission peak intensity is considered assuming the green sub-pixel, but the same effect can be obtained for the red sub-pixel. In the case of the red subpixel, the gap between the metal nanoparticle and the metal film may be increased or the refractive index of the surrounding medium may be increased as compared with the case of the green subpixel.
以下、本実施例で用いた緑色サブ画素の波長変換部3の製造方法の第1の例を、図13(A)〜(E)および図14(A)〜(D)を用いて説明する。
図13(A)〜(E)は、波長変換部3の製造方法を、工程順を追って示す断面図である。図14(A)〜(D)は、波長変換部3の製造方法を、工程順を追って示す平面図である。
Hereinafter, a first example of the method for manufacturing the
13A to 13E are cross-sectional views showing the method of manufacturing the
最初に、図13(A)および図14(A)に示すように、ガラス基板35の一面に、ポリジメチルシロキサン(PDMS)膜37を形成する。一方、複数の半球状の構造体38rを形成したマスターモールド38を作製する。例えば、基板上にポリスチレンを自己組織化させることにより複数の構造体38rを形成することができる。構造体38rの直径は例えば90nmとし、構造体38rの高さは例えば45nmとする。
First, as shown in FIGS. 13A and 14A, a polydimethylsiloxane (PDMS)
次に、マスターモールド38の構造体38rが形成された面をPDMS膜37に押し付けた後、マスターモールド38をPDMS膜37から剥離することにより、構造体38rの形状をPDMS膜37に転写する。これにより、ガラス基板35上に、複数の半球状の凹部37dを有するPDMS膜37を形成する。凹部37dの直径は例えば90nmとなり、凹部37dの深さは例えば45nmとなる。
Next, after the surface of the master mold 38 on which the
次に、図13(B)および図14(B)に示すように、ガラス基板35の一面に、例えば蒸着法により金属膜39(銀膜)を形成する。金属膜39(銀膜)の膜厚は例えば10nmとする。例えば蒸着法で成膜することにより、金属膜39は、PDMS膜37の表面と凹部37dの内壁面とに沿って形成される。
Next, as shown in FIGS. 13B and 14B, a metal film 39 (silver film) is formed on one surface of the
次に、図13(C)に示すように、PDMS膜37の表面および凹部37dの内壁面に金属膜39を形成したガラス基板35を、アミノアルカンチオール(H2N-CnH2n+1-SH(n=2))溶液中に含浸させる。このとき、銀の表面側にチオールが吸着する。これにより、正帯電のアミノ基(NH2 +)が末端となる。
Next, as shown in FIG. 13C, the
次に、金属膜39を形成したガラス基板35の上に、発光体粒子14(クマリン6)を含有した誘電体層33(酸化シリコン)で被覆された金属ナノ粒子32(銀ナノ粒子)、いわゆる波長変換粒子10の溶液を滴下し、一晩静置させる。このとき、NH2 +(金属膜表面)とO-(波長変換粒子表面)とが静電相互作用を及ぼすことにより、図13(D)および図14(C)に示すように、波長変換粒子10と金属膜39の凹部表面とが互いに吸着する。
Next, metal nanoparticles 32 (silver nanoparticles) covered with a dielectric layer 33 (silicon oxide) containing phosphor particles 14 (coumarin 6) on a
その後、ガラス基板35を溶液から引き上げると、1層分の波長変換粒子10が吸着し、静電相互作用が及ばなかった波長変換粒子10は溶液中に残る。このようにして、1層分の波長変換粒子10を埋め込んだ金属膜39(クマリン6/銀ナノ粒子構造体)を形成する。波長変換粒子10間の間隔は、マスターモールド38の構造体38rの高さ、構造体38r間の間隔によって決まるため、自由に調整することが可能である。
Thereafter, when the
ここで、波長変換粒子溶液の製造方法について、図15(A)〜(D)を用いて説明する。酸化シリコンの形成手段として、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)の加水分解・重縮合反応を用いた。 Here, the manufacturing method of a wavelength conversion particle solution is demonstrated using FIG. 15 (A)-(D). As a means for forming silicon oxide, hydrolysis / polycondensation reaction of TEOS (Tetraethyl orthosilicate) was used.
最初に、図15(A)に示すように、クエン酸塩付銀ナノ粒子水溶液41(銀ナノ粒子42の粒径:60nm、銀ナノ粒子42の濃度:1.7×1010個/mL:シグマアルドリッチ製)に対し、H2O/EtOH混合液を投入する。
First, as shown in FIG. 15 (A), a silver nanoparticle
次に、前の工程で作製した溶液43に対して、図15(B)に示すように、発光体材料としてクマリン6(0.2ml,1.0×10−2M in EtOH)を投入し、回転子44を用いて十分攪拌する。その後、TEOS(0.2ml,1.0×10−3M in EtOH)を添加し、十分攪拌する。このとき、ウォータバスの温度を35℃で一定とする。
TEOSを投入して15分後、塩基触媒NaOH(0.2ml、0.1M)を添加し、溶液43を攪拌しながら約6時間反応させる。このとき、エタノールに対する水の濃度を55.6mol/lとする。また、作製溶液の体積は2mLとする。
Next, as shown in FIG. 15B, coumarin 6 (0.2 ml, 1.0 × 10 −2 M in EtOH) is added as a luminescent material to the
15 minutes after adding TEOS, base catalyst NaOH (0.2 ml, 0.1 M) is added and the
反応後、図15(C)に示すように、クマリン6を含有した酸化シリコン被覆銀ナノ粒子、いわゆる波長変換粒子10の溶液45ができる。ただし、不純物として過剰なクマリン6、NaOH等が存在するため、以下の工程を実行する。
After the reaction, as shown in FIG. 15C, a
前の工程で作製した溶液45を遠心分離することにより、溶液45中に存在する過剰なクマリン6を取り除く。すなわち、遠心分離により沈殿物(反応物)と上澄み液とが分離するため、上澄み液を採取した後、沈殿物を水で希釈する。この作業を数回繰返し行うことで、過剰なクマリン6を除去することができる。酸化シリコン33の厚さが5nmの銀ナノ粒子32(最終形成物)を作製する。銀ナノ粒子32が水中に分散されていると、酸化シリコン33表面のOH基の脱プロトン反応が生じ、図15(D)に示すように、O-と負に帯電する。なお、前の工程で作製した粒子は、DLS(Dynamic Light Scattering)測定によって、酸化シリコン被覆前後の粒径分布を計測できる。そのため、得られた粒子の粒径の最頻値を把握できる。
以上の工程により、波長変換粒子溶液を製造することができる。
A wavelength conversion particle solution can be manufactured by the above process.
次に、図13(E)および図14(D)に示すように、波長変換粒子10を吸着させたガラス基板35上に、クロロホルム溶媒にPMMA、クマリン6(PMMAに対する重量比1.0wt%)を分散させた溶液を塗布することにより、厚さ7μmの緑色サブ画素の発光体層11Gを形成する。なお、クマリン6の混合割合は、PMMAに対する重量比で1.0wt%とする。これ以上濃度を高くすることは、溶媒に溶解しなくなるため、現実的でない。
なお、用いる色素を、クマリン6からルモゲンレッド305に変えることにより、赤色サブ画素の発光体層も同様の手順で作製できる。
Next, as shown in FIGS. 13 (E) and 14 (D), PMMA and coumarin 6 (weight ratio of 1.0 wt% with respect to PMMA) are used as the chloroform solvent on the
Note that the light emitting layer of the red sub-pixel can be produced in the same procedure by changing the dye to be used from
次に、以上の手順によって作製した波長変換層を有するガラス基板と透明基材とを貼り合わせ、波長変換部3を作製する。その後、別途作製した励起光源部2と波長変換部3と貼り合わせる。
以上の工程により、本実施例の発光装置1が完成する。
Next, the glass substrate having a wavelength conversion layer prepared by the above procedure and a transparent base material are bonded together to manufacture the
Through the above steps, the
以下、本実施例の波長変換部の製造方法の第2の例を、図16(A)〜(D)を用いて説明する。
最初に、ガラス基板を塩化パラジウム溶液に浸漬させる。これにより、ガラス基板の表面に触媒金属を付与する。
次に、触媒金属を付与したガラス基板を、無電解銅めっき浴(硝酸銅等、浴温度:50℃、pH11.5)に浸漬させる。これにより、図16(A)に示すように、ガラス基板35の表面に膜厚5nmの銅膜46を成膜する。銅膜46は、後で形成する銀とガラス基板35との間の密着性向上に寄与する。
その後、銅膜46を形成したガラス基板35を電気炉内に投入し、温度400℃で30分間保持する。
Hereinafter, a second example of the method for manufacturing the wavelength conversion unit of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the glass substrate is immersed in a palladium chloride solution. Thereby, a catalyst metal is provided to the surface of the glass substrate.
Next, the glass substrate provided with the catalytic metal is immersed in an electroless copper plating bath (copper nitrate or the like, bath temperature: 50 ° C., pH 11.5). As a result, a
Thereafter, the
次に、ガラス基板35の表面の銅膜46の表面をアミノアルカンチオール(H2N-CnH2n+1-SH(n=2))で修飾する。その後、ガラス基板35をクマリン6含有シリカ被覆銀ナノ粒子(波長変換粒子)水溶液に一晩浸漬させる。これにより、図16(B)に示すように、銅膜46の表面に波長変換粒子10を吸着させる。
Next, the surface of the
次に、波長変換粒子10を吸着させたガラス基板35を、無電解銅めっき浴(シアン化銀等、浴温度30℃)に浸漬させる。これにより、図16(C)に示すように、銅膜46上に銀膜47を形成し、波長変換粒子10の一部が銀膜47に埋め込まれた状態とする。銀膜47の膜厚は、例えば45nmである。
Next, the
次に、波長変換粒子10および銀膜47の上に、先に説明した第1の例と同様の手法により、図16(D)に示すように、クマリン6を含有したPMMAからなる発光体層11Gを形成する。以上の工程により、緑色サブ画素の波長変換層が完成する。
Next, on the
以下、本実施例の波長変換部の製造方法の第3の例を、図17(A)〜(D)を用いて説明する。
最初に、ガラス基板上に蒸着法等により銀膜を成膜する。その後、ガラス基板上に形成した銀膜を窒素雰囲気下でアニーリング(温度:200℃、時間:40分間)する。これにより、図17(A)に示すように、ガラス基板35の表面に、銀が孤立して存在する銀アイランド膜48を形成する。
Hereinafter, a third example of the method for manufacturing the wavelength conversion unit of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, a silver film is formed on a glass substrate by vapor deposition or the like. Thereafter, the silver film formed on the glass substrate is annealed (temperature: 200 ° C., time: 40 minutes) in a nitrogen atmosphere. Thereby, as shown in FIG. 17A, a
次に、銀アイランド膜48が形成されたガラス基板35を、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)のエタノール溶液中に一晩含浸させる。これにより、図17(B)に示すように、銀アイランド膜48の表面以外のガラス基板35の表面は、正に帯電したアミノ基(NH2 +)で修飾される。
Next, the
次に、表面をアミノ基で修飾したガラス基板35をエタノール溶液中から取り出す。その後、そのガラス基板35をクマリン6含有シリカ被覆銀ナノ粒子(波長変換粒子)水溶液に一晩浸漬させる。これにより、図17(C)に示すように、銀アイランド膜48の表面と波長変換粒子10とを静電吸着させる。その後、このガラス基板35をオーブンで乾燥させる。
Next, the
波長変換粒子10を静電吸着させたガラス基板35上に、先に説明した第1の例と同様の手法により、図17(D)に示すように、クマリン6を含有したPMMAからなる発光体層11Gを形成する。以上の工程により、緑色サブ画素の波長変換層が完成する。
A phosphor made of
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図18〜図23を用いて説明する。
第2実施形態の発光装置の基本構成は第1実施形態の発光装置と同様であり、波長変換粒子の一部を埋め込む金属膜の構成が第1実施形態と異なる。
図18は、第2実施形態の発光装置の断面図である。
図18において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the light emitting device of the second embodiment is the same as that of the light emitting device of the first embodiment, and the configuration of the metal film that embeds part of the wavelength conversion particles is different from that of the first embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the light emitting device of the second embodiment.
18, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as drawing used in 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
図18に示すように、第2実施形態の発光装置51において、波長変換層53の一部を構成する金属膜52は、励起光の透過率が第2の領域よりも小さい第1の領域52aと、励起光の透過率が第1の領域よりも大きい第2の領域52bと、を有している。第2実施形態の場合、第1の領域52aは、銀等の金属膜自体が存在している領域である。第2の領域52bは、金属膜が存在せず、金属膜の開口に金属膜よりも励起光の透過率が大きな物質が充填された領域である。銀等の金属膜よりも励起光の透過率が大きな物質の例として、例えば空気、任意の光透過性材料、上層の発光体層材料などが挙げられる。
As shown in FIG. 18, in the
金属膜52を法線方向から見たときに、波長変換粒子10R,10Gが存在する領域、すなわち波長変換粒子10R,10Gの外形形状を金属膜52上に投影した円形の領域が第1の領域52aに略一致する。波長変換粒子10R,10Gが存在しない領域、すなわち上記円形の領域以外の領域が第2の領域52bに略一致する。ただし、必ずしも円形の領域が第1の領域52aに完全に一致し、円形の領域以外の領域が第2の領域52bに完全に一致していなくてもよい。円形の領域の少なくとも一部が第1の領域52aに重なり、円形の領域以外の領域の少なくとも一部が第2の領域52bに重なっていればよい。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
When the
第2実施形態の構成においても、第1実施形態と同様、金属ナノ粒子32−金属膜52間のギャップ領域における電界増強効果により、従来よりも多くの発光体粒子14R,14Gが高い強度で発光する。さらに本実施形態の場合、波長変換粒子10R,10Gが存在しない領域は、金属膜52が存在せず、励起光の透過率が大きい第2の領域52bである。したがって、第2の領域52bに入射した励起光の減衰量(金属膜52による吸収量)は第1実施形態よりも少なく、励起光は、波長変換粒子10R,10Gが存在しない第2の領域52bを通って発光体層11R,11G中の発光体粒子14R,14Gに強度を保ったまま照射される。そのため、発光体層11R,11G中の発光体粒子14R,14Gで発光する光の強度は、第1実施形態よりも大きくなる。
Also in the configuration of the second embodiment, as in the first embodiment,
図19は、波長変換粒子10R,10Gの面積占有率と発光ピーク強度との関係を、従来例、第1実施形態、第2実施形態で比較したグラフである。グラフの横軸は、金属膜の単位面積あたりの波長変換粒子の面積占有率Φである。グラフの縦軸は、発光ピーク強度[a.u.]である。符号Aで示すグラフは、第1実施形態の発光装置のデータである。符号Bで示すグラフは、第2実施形態の発光装置のデータである。符号Fで示すグラフは、従来の発光装置のデータである。銀(金属膜)の膜厚は45nmとした。
FIG. 19 is a graph comparing the relationship between the area occupancy of the
図19に示すように、第1実施形態のグラフAと第2実施形態のグラフBを比較すると、特に波長変換粒子の面積占有率Φが小さい領域では、波長変換粒子が存在しない第2の領域に入射した励起光の減衰量が少なくなる、という第2実施形態の効果が顕著に現れる。その結果、第2実施形態の発光ピーク強度は第1実施形態の発光ピーク強度よりも大きくなる。第1実施形態の場合、発光体粒子の面積占有率Φが0.34以上、0.9以下の範囲(0.34≦Φ≦0.9)で従来構造の発光ピーク強度よりも高くなるのに対し、第2実施形態の場合、発光体粒子の面積占有率Φが0.20以上、0.9以下の範囲(0.20≦Φ≦0.9)で従来構造の発光ピーク強度よりも高くなる。このように、第2実施形態の発光装置によれば、従来よりも発光ピーク強度を高められる発光体粒子の面積占有率Φの範囲を広げることができる。 As shown in FIG. 19, when comparing the graph A of the first embodiment and the graph B of the second embodiment, particularly in a region where the area occupancy Φ of the wavelength conversion particles is small, the second region where no wavelength conversion particles are present. The effect of the second embodiment that the amount of attenuation of the excitation light incident on the light source decreases becomes significant. As a result, the emission peak intensity of the second embodiment is greater than the emission peak intensity of the first embodiment. In the case of the first embodiment, the area occupancy Φ of the phosphor particles is higher than the emission peak intensity of the conventional structure in the range of 0.34 to 0.9 (0.34 ≦ Φ ≦ 0.9). On the other hand, in the case of the second embodiment, the area occupancy Φ of the phosphor particles is in the range of 0.20 or more and 0.9 or less (0.20 ≦ Φ ≦ 0.9) than the emission peak intensity of the conventional structure. Get higher. As described above, according to the light emitting device of the second embodiment, the range of the area occupancy Φ of the luminescent particles that can increase the emission peak intensity more than before can be expanded.
図20は、第2実施形態の発光装置において銀(金属膜)の膜厚を変えたときの波長変換粒子の面積占有率Φと発光ピーク強度との関係を、図19のデータに加えたものである。グラフの横軸は、金属膜の単位面積あたりの波長変換粒子の面積占有率Φである。グラフの縦軸は、発光ピーク強度[a.u.]である。符号Aで示すグラフは、第1実施形態の発光装置のデータである。符号Bで示すグラフは、第2実施形態において銀(金属膜)の膜厚を5nmとしたときのデータである。符号Cで示すグラフは、第2実施形態において銀(金属膜)の膜厚を15nmとしたときのデータである。符号Dで示すグラフは、第2実施形態において銀(金属膜)の膜厚を20nmとしたときのデータである。符号Eで示すグラフは、第2実施形態において銀(金属膜)の膜厚を45nmとしたときのデータである。符号Fで示すグラフは、従来の発光装置のデータである。 FIG. 20 shows the relationship between the area occupancy Φ of the wavelength conversion particles and the emission peak intensity when the film thickness of silver (metal film) is changed in the light emitting device of the second embodiment added to the data of FIG. It is. The horizontal axis of the graph represents the area occupancy Φ of the wavelength conversion particles per unit area of the metal film. The vertical axis of the graph represents the emission peak intensity [a. u. ]. The graph indicated by the symbol A is data of the light emitting device of the first embodiment. The graph indicated by symbol B is data when the film thickness of silver (metal film) is 5 nm in the second embodiment. The graph indicated by symbol C is data when the film thickness of silver (metal film) is 15 nm in the second embodiment. The graph indicated by the symbol D is data when the film thickness of silver (metal film) is 20 nm in the second embodiment. The graph indicated by symbol E is data when the film thickness of silver (metal film) is 45 nm in the second embodiment. A graph indicated by a symbol F is data of a conventional light emitting device.
符号Eのグラフに示すように、第2実施形態において、銀(金属膜)の膜厚が45nmのとき、発光体粒子の面積占有率Φが0.20以上、0.9以下の範囲(0.20≦Φ≦0.9)で従来構造の発光ピーク強度よりも高くなる。図20のデータから、銀(金属膜)の膜厚が45nmのとき、発光ピーク強度が従来よりも高くなる発光体粒子の面積占有率Φの範囲が最も広いことが判った。 As shown in the graph of symbol E, in the second embodiment, when the film thickness of silver (metal film) is 45 nm, the area occupation ratio Φ of the phosphor particles is in the range of 0.20 or more and 0.9 or less (0 .20 ≦ Φ ≦ 0.9), which is higher than the emission peak intensity of the conventional structure. From the data in FIG. 20, it was found that when the film thickness of silver (metal film) is 45 nm, the range of the area occupancy Φ of the phosphor particles where the emission peak intensity is higher than the conventional one is the widest.
以下、第2実施形態の波長変換部の製造方法の一例を、図21(A)〜(D)および図22(A)〜(D)を用いて説明する。
最初に、ガラス基板をパターンマスクで覆い、そのガラス基板を塩化パラジウム溶液に浸漬させる。これにより、ガラス基板の表面のパターンマスクの開口部に対応する領域に触媒金属を付与する。
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the wavelength conversion part of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. 21 (A)-(D) and FIG. 22 (A)-(D).
First, a glass substrate is covered with a pattern mask, and the glass substrate is immersed in a palladium chloride solution. Thereby, a catalyst metal is provided to the region corresponding to the opening of the pattern mask on the surface of the glass substrate.
次に、表面の一部に触媒金属を付与したガラス基板を、無電解銅めっき浴(硝酸銅等:浴温度50℃、pH11.5)に浸漬させる。これにより、ガラス基板の表面に膜厚5nmの銅膜を成膜する。銅膜を形成する理由は、銀−ガラス基板間の密着性向上のためである。
その後、銅膜を形成したガラス基板を電気炉内に投入し、温度400℃で30分間保持する。そして、図21(A)に示すように、パターンマスク54をガラス基板35から剥離する。これにより、ガラス基板35の表面にパターニングされた銅膜55が形成される。
Next, the glass substrate provided with a catalytic metal on a part of the surface is immersed in an electroless copper plating bath (such as copper nitrate:
Thereafter, the glass substrate on which the copper film is formed is put into an electric furnace and held at a temperature of 400 ° C. for 30 minutes. Then, as shown in FIG. 21A, the
次に、ガラス基板35上の銅膜55の表面をアミノアルカンチオール(H2N-CnH2n+1-SH(n=2))で修飾する。その後、緑色サブ画素15Gの波長変換部に対しては、ガラス基板をクマリン6含有シリカ被覆銀ナノ粒子(波長変換粒子)水溶液、赤色サブ画素15Rの波長変換部に対しても同様に、ガラス基板をクマリン6含有シリカ被覆銀ナノ粒子(波長変換粒子)水溶液に、各々、一晩浸漬させる。これにより、図21(B)および図22(B)に示すように、波長変換粒子10を銅膜55の表面に吸着させる。
Next, the surface of the
次に、波長変換粒子10を吸着させたガラス基板35を、無電解銀めっき浴(シアン化銀等:浴温度30℃)に浸漬させる。これにより、図21(C)および図22(C)に示すように、波長変換粒子10の下側が銀膜47に埋没した状態で銀膜47が形成される。ただし、第2実施形態では、銀膜47はパターニングされた銅膜55上に選択的に形成される。銀膜47の膜厚は、例えば45nmである。
Next, the
次に、銀膜47を形成したガラス基板35上に、第1実施形態と同様の手法により、図21(D)および図22(D)に示すように、緑色サブ画素15Gの波長変換部に対しては、クマリン6を含有したPMMAからなる発光体層11Gを、赤色サブ画素15Rの波長変換部に対しては、ローダミン101を含有したPMMAからなる発光体層11Rを、各々形成する。これにより、緑色サブ画素15Gおよび赤色サブ画素15Rの波長変換層が完成する。この製造方法を用いた場合、第2の領域52bには、銀膜よりも励起光の透過率が大きい発光体層材料が存在することになる。
Next, on the
図23には、クマリン6およびローダミン101の吸収・発光スペクトルを示す。これより、クマリン6は、吸収極大波長450nm/発光極大波長:500nmであり、ローダミン101は、吸収極大波長570nm/発光極大波長:590nmであることが分かる。
FIG. 23 shows absorption / emission spectra of
この結果を用い、赤色サブ画素15Rの波長変換層の色変換原理について説明する。
まず、波長変換層に対し、青色域の励起光(発光極大波長:450nm)を照射することによって、金属ナノ粒子32(共鳴波長:450nm)の近傍に増強電界が形成される。その後、金属ナノ粒子32の増強電界は、ローダミン101(吸収極大波長570nm/発光極大波長:590nm)と比べて青色域の吸光度の高いクマリン6(吸収極大波長450nm/発光極大波長:500nm)に作用する。これは、クマリン6は、ローダミン101よりも効率的に励起光のエネルギーを授受できることを意味する。このとき、クマリン6の近傍に分散された発光体層中のローダミン101に対しては、クマリン6−ローダミン101間のフェルスター・エネルギー移動によってエネルギーが移動する。その結果、ローダミン101を通して高い強度の光(発光極大波長:590nm)が射出される。因みに、エネルギー移動効率は、クマリン6の発光スペクトル、ローダミン101の吸収スペクトルの重なりが大きいことから、十分に高い。
このように、波長変換粒子10Rの誘電体層33に含有する発光体粒子と、発光体層11Rに含有する発光体粒子を異ならせて選択することにより、青から赤色への変換効率を高くすることができる。
Using this result, the color conversion principle of the wavelength conversion layer of the
First, an irradiating electric field is formed in the vicinity of the metal nanoparticles 32 (resonance wavelength: 450 nm) by irradiating the wavelength conversion layer with excitation light in the blue region (emission maximum wavelength: 450 nm). Thereafter, the enhanced electric field of the
As described above, the phosphor particles contained in the
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図24〜図26を用いて説明する。
第3実施形態の発光装置の基本構成は第1実施形態の発光装置と同様であるが、波長変換部の一方の面から励起光を入射させ、同じ面から光を射出させる点が第1実施形態と異なる。
図24は、第3実施形態の発光装置の断面図である。
図24において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the light emitting device of the third embodiment is the same as that of the light emitting device of the first embodiment, but the first embodiment is that excitation light is incident from one surface of the wavelength conversion unit and light is emitted from the same surface. Different from form.
FIG. 24 is a cross-sectional view of the light emitting device of the third embodiment.
In FIG. 24, the same components as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図24に示すように、第3実施形態の発光装置61は、励起光源部62と、波長変換部63と、ダイクロイックミラー64と、を備える。第1実施形態において、励起光源部は、波長変換部の第1面(図1における下側の面)に対向して設けられていた。これに対して、第3実施形態において、励起光源部62は、波長変換部63の第2面63b(図24における上側の面)に対向して設けられている。
As illustrated in FIG. 24, the
励起光源部62において、陰極(図示略)の構成材料は第1実施形態と異なる。第1実施形態では、陰極の構成材料として、Li、Ca、Ce、Ba、Al等の金属、または、これらの金属を含有するMg:Ag合金、Li:Al合金等の合金が用いられていた。これに対し、第3実施形態においては、陰極の構成材料として、ITO、IZO等の透明導電性材料が用いられる。第3実施形態では、青色光に対する光透過率が高いIZOが用いられる。IZOは、例えばスパッタ法により形成される。IZOの光透過率は、波長450nmの青色光に対して80%程度である。これにより、第3実施形態では、励起光源部62の全体が可視域の略全体にわたって光透過性を有する。陰極以外の構成要素は、第1実施形態と同様である。
In the excitation
波長変換部63において、波長変換層66の一部を構成する金属膜65の膜厚t3は、第1実施形態の金属膜の膜厚よりも厚い。第1実施形態では、金属膜の膜厚は45nm程度であった。これに対し、第3実施形態においては、金属膜65の膜厚t3は、例えば200nm程度である。これにより、金属膜65は可視光を十分に反射できるだけの膜厚となり、波長400〜800nmの光に対する反射率が95%以上となる。赤色サブ画素15Rおよび緑色サブ画素15Gにおいて、金属膜65は、第3基板8の第2面8bに設けられている。青色サブ画素15Bにおいて、金属膜65は、第4基板12の第1面12aに設けられている。金属膜65以外の構成要素は、第1実施形態と同様である。
In the
波長変換層66の発光体層11R, 11G中には、発光体粒子14R, 14Gに加えて、金属ナノ粒子40を分散させている。本実施形態では、金属ナノ粒子40の材質は、銀で被覆されたシリカ球が用いられる。その大きさは、各々、(内径, 外径)=(30, 50),(10, 50)(単位は、[nm])とした。このとき、プラズモンによる散乱強度スペクトルは、図25(A), (B)に示す通りとなる。これより、プラズモンの共鳴波長は、各々600, 500nm、それらのスペクトルの半値幅は、各々10, 20nmとなる。他方、発光体粒子14R, 14G、すなわち、ルモゲンレッド, クマリン6の発光極大波長は、各々600, 500nm、それらのスペクトル半値幅は、各々、50, 60nmである。
In the phosphor layers 11R and 11G of the
なお、プラズモン共鳴に起因する散乱および吸収との比{(散乱)/(吸収+散乱)}は、金属で被覆された誘電体球の場合、同粒径の金属球と比べ大きく増加する傾向があり、一例として、図26に、銀で被覆されたシリカ球(内径, 外径)=(10, 50)の吸収・散乱スペクトルを示す。これより、共鳴波長では、{(散乱)/(吸収+散乱)}比が約0.91となることが分かる。この意味は、銀近傍に存在するルモゲンレッドは、励起光を吸収したとき近傍に存在する銀で被覆されたシリカ粒子へエネルギーを移動させ、銀で被覆されたシリカ粒子から、吸収したエネルギーの約91%を共鳴散乱として光を発することになる。 Note that the ratio {(scattering) / (absorption + scattering)} of scattering and absorption due to plasmon resonance tends to increase greatly in the case of a metal-coated dielectric sphere compared to a metal sphere of the same particle size. As an example, FIG. 26 shows an absorption / scattering spectrum of a silica sphere coated with silver (inner diameter, outer diameter) = (10, 50). From this, it is understood that the {(scattering) / (absorption + scattering)} ratio is about 0.91 at the resonance wavelength. This means that rumogen red present in the vicinity of silver transfers energy to the silica particles coated with silver present in the vicinity when the excitation light is absorbed, and about 91% of the absorbed energy from the silica particles coated with silver. % Is emitted as resonance scattering.
波長変換粒子10R,10Gの粒径D3は、第1実施形態と同様、例えば60nmであり、金属膜65の膜厚t3よりも小さい。ただし、波長変換粒子10R,10Gは、金属膜65の内部に完全に埋没しないことが好ましい。具体的には、発光体層11R,11Gの第1面11Ra,11Gaから波長変換粒子10R,10Gの中心までの距離をrとしたとき、r≦1/2×D3を満たすことが好ましい。上記の条件を満たす場合、波長変換粒子10R,10Gは、波長変換粒子10R,10Gが金属膜65に接触した位置から、金属膜65に埋没し、かつ波長変換粒子10R,10Gの上部には金属膜65が存在しない位置まで、の間のどこかに存在することになる。
The particle diameter D3 of the
上記の条件が好ましい理由は、波長変換粒子10R,10Gは、金属膜65に接触していないと、金属ナノ粒子32−金属膜65間のギャップ領域における電界増強効果が得られないからである。また、波長変換粒子10R,10Gが金属膜65中に深く埋没し過ぎ、波長変換粒子10R,10Gの上方に金属膜65が存在すると、励起光が金属膜65に吸収されて波長変換粒子10R,10Gに届きにくくなり、電界増強効果が弱まるからである。
The reason why the above conditions are preferable is that the
本実施形態の波長選択部には、ダイクロイックミラー64を用いた。ダイクロイックミラー64は、励起光源部62の波長変換部63が設けられた側とは反対側の面(図24における励起光源部62の上面)に設けられている。ダイクロイックミラー64は、赤色サブ画素15Rおよび緑色サブ画素15Gに設けられ、青色サブ画素15Bには設けられていない。ダイクロイックミラー64は、青色域の光を反射し、青色域以外の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー64は、例えば波長450nmの光に対する反射率が95%であり、波長500nmの光に対する透過率が70%である。
A
以上の構成により、第3実施形態の発光装置61は、波長変換部63の一方の面から励起光を入射させ、同じ面から光を射出させる反射型の発光装置となる。すなわち、図24に示すように、赤色サブ画素15Rおよび緑色サブ画素15Gにおいては、励起光源部62から波長変換部63に向かって進む励起光L1は、波長変換部63の第4基板12を透過して発光体層11R,11Gに入射する。また、励起光源部62から波長変換部63とは反対側に向かって進む励起光L2は、ダイクロイックミラー64で反射した後、波長変換部63の第4基板12を透過して発光体層11R,11Gに入射する。
With the above configuration, the light-emitting
発光体層11R,11Gに入射した励起光(発光極大波長:450nm)の一部は、発光体粒子14R,14Gに吸収され、発光体粒子14R,14Gから光が発生する。このとき、励起光を吸収した発光体粒子11R, 11Gの大部分は、発光体粒子11R, 11Gの近傍に存在する金属ナノ粒子40にエネルギーを移すことになるため、各々の共鳴波長600nm, 500nmで金属ナノ粒子40から(共鳴散乱による)光を発する。すなわち、赤および緑色光の発光スペクトルは、発光体粒子14Rおよび14Gから発する一部の光と、金属ナノ粒子を通じて発する大部分の光の重ね合せとなるが、前者の影響は後者より小さく、プラズモン共鳴特有の狭波長域な光が発生する。
A part of the excitation light (light emission maximum wavelength: 450 nm) incident on the light emitter layers 11R and 11G is absorbed by the
発光体層11R,11Gに入射した励起光のうち、他の励起光L3は、波長変換粒子10R,10Gにおける金属ナノ粒子32−金属膜65間のギャップ領域の発光体粒子14R,14Gに吸収され、発光体粒子14R,14Gから光が発生する。発光体粒子14R,14Gは等方発光するが、第3実施形態では金属膜65が十分に厚いため、等方発光した光のうち、下側に向かって進む光は金属膜65で反射し、上側に向かって進む。波長変換部63から射出された光L4は、励起光源部62、ダイクロイックミラー64を順次透過し、視認側(図24の上方)に射出される。
Of the excitation light incident on the illuminant layers 11R and 11G, the other excitation light L3 is absorbed by the
青色サブ画素15Bにおいては、励起光源部62から波長変換部63に向かって進む励起光L5は、波長変換部63の金属膜65で反射して励起光源部62を透過し、視認側(図24の上方)に射出される。また、励起光源部62から波長変換部63とは反対側に向かって進む励起光は、そのまま視認側(図24の上方)に射出される。
In the
第3実施形態の発光装置61においても、第1実施形態と同様、金属ナノ粒子32−金属膜65間のギャップ領域における電界増強効果により、従来よりも多くの発光体粒子14R,14Gが高い強度で発光する。さらに本実施形態の場合、励起光が発光体層11R,11Gの第2面11Rb,11Gbから入射し、発光体層11R,11Gを膜厚方向に1回進んだときに吸収しきれなかった励起光は、金属膜65で反射し、発光体層11R,11G内を再度進行する。すなわち、発光体層11R,11G内を通る励起光の光路長は、従来および第1実施形態よりも長くなる。したがって、第3実施形態での発光体粒子14R,14Gによる励起光の吸収量は約2倍に増加する。その結果、第3実施形態の発光装置61によれば、第1実施形態および第2実施形態の発光装置と比べて、さらに高い強度の光が得られる。
Also in the
さらに、発光体粒子14R,14Gの近傍に存在する金属ナノ粒子40は、励起光を吸収した発光体粒子14R,14Gから金属ナノ粒子40にエネルギーを移し、金属ナノ粒子40を通じて光を発することができる。そのため、本実施形態では、色純度が向上する効果も得られる。
Furthermore, the
[第4実施形態:照明装置]
以下、本発明の第4実施形態の照明装置について、図27〜図29を用いて説明する。
図27は、第4実施形態の照明装置を示す斜視図である。図28は、図27のC−C’線に沿う断面図である。図29(A)〜(C)は、照明装置の使用方法を説明するための図である。
図27〜図29において、以前の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fourth Embodiment: Lighting Device]
Hereinafter, the illuminating device of 4th Embodiment of this invention is demonstrated using FIGS. 27-29.
FIG. 27 is a perspective view showing the illumination device of the fourth embodiment. FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. FIGS. 29A to 29C are diagrams for explaining how to use the lighting device.
27 to 29, the same reference numerals are given to the same components as those used in the previous embodiment, and the description thereof is omitted.
図27に示すように、第4実施形態の照明装置71は、円筒を円筒の中心軸と平行な平面で切断した形状を有する。照明光が射出される面71aは内側に湾曲した湾曲面であり、円筒が開いた側に向かって照明光LOが射出される。照明装置71を例えば40型サイズの蛍光管と同等の大きさとする場合、照明装置71の長さAは例えば120cm程度であり、幅B(外径)は例えば3cm程度であればよい。
As shown in FIG. 27, the
図28に示すように、照明装置71は、励起光源部72と、波長変換部73と、を備える。照明装置71は、第1透明基材74と、第2透明基材75と、第3透明基材76と、を備える。第1透明基材74、第2透明基材75および第3透明基材76は、ともに可撓性を有するプラスチックフィルムで構成されている。これにより、使用者は、使用時にこの照明装置71を自在に曲げることができる。3枚の透明基材のうち、中央に位置する第2透明基材75は、励起光源部72の基材と波長変換部73の基材とを兼ねている。
As illustrated in FIG. 28, the
励起光源部72は、青色の励起光L1を射出する。励起光源部72には、例えば第1実施形態と同様の励起光源部2を用いることができるため、詳細な説明は省略する。波長変換層77の一部を構成する発光体層11Yおよび波長変換粒子10Y中の発光体粒子14Yは、青色の励起光の一部を吸収して、波長変換部73から白色の光を発光する組合せが選ばれる。第4実施形態では、発光体層11Yおよび波長変換粒子10Y中の発光体粒子14Yとして、各々、クマリン6(吸収極大波長450nm/発光極大波長:500nm)およびローダミン101(吸収極大波長570nm/発光極大波長:590nm)が用いられる。
The excitation
励起光源部72から射出された励起光L1の一部は、波長変換部73において発光体層11Yおよび発光体粒子14Yに吸収されて、緑色および赤色光(=黄色光LY)に波長変換され、緑色および赤色光(=黄色光LY)(波長:500nmから590nm)が波長変換部73から射出される。励起光源部72から射出された励起光L1の他の一部は、発光体層11Yおよび発光体粒子14Yに吸収されず、青色光LB(発光極大波長:450nm)が波長変換部73から射出される。その結果、本実施形態の照明装置71から、緑色および赤色光(=黄色光LY)と青色光LBとが合成された白色光が射出される。この時、波長域450〜590nm、すなわち波長変換部73から発する光は、青から赤色までと幅広くなることから、広い波長域を有する白色の光を発生できる。
A part of the excitation light L1 emitted from the excitation
第4実施形態の照明装置71においては、金属ナノ粒子32−金属膜9間のギャップ領域における電界増強効果によって多くの発光体粒子14Yが高い強度で発光する。さらに本実施形態の場合、照明装置71が湾曲しているため、励起光L1のうちの一部の光L1’は、発光体粒子14Yに吸収されずに波長変換部73の特定箇所から射出されたとしても、特定箇所と対向する領域の波長変換部73に再度入射する。これにより、発光体層11Y内を通る励起光L1の光路長が長くなる。したがって、第4実施形態の照明装置71では、発光体粒子14Yによる励起光L1の吸収量は照明装置が湾曲していない場合に比べて大きく増加する。その結果、第4実施形態の照明装置71によれば、高強度の白色光が得られる。
In the
図29(A)〜(C)に示すように、照明装置71の曲げ方を変えることにより、照明の仕方を変えることができる。
図29(A)に示すように、照明装置71を内向きに曲げることによって、例えばスポット照明のように、照明装置71の直下を集中的に明るくしたい用途に利用できる。図29(B)に示すように、照明装置71を平坦にすることによって、部屋全体を均一に照明するための照明装置として用いることができる。図29(C)に示すように、照明装置71を外向きに曲げることによって、部屋をより広範囲に明るくしたい用途に利用できる。
As shown in FIGS. 29A to 29C, the way of lighting can be changed by changing the way the
As shown in FIG. 29A, by bending the
[第5実施形態:照明装置]
以下、本発明の第5実施形態の照明装置について、図30を用いて説明する。
第5実施形態の照明装置の基本構成は第4実施形態の照明装置と同様であり、励起光源部の構成が異なる。
図30は、第5実施形態の照明装置の断面図である。
図30において、第4実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fifth Embodiment: Lighting Device]
Hereinafter, the illuminating device of 5th Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
The basic configuration of the illumination device of the fifth embodiment is the same as that of the illumination device of the fourth embodiment, and the configuration of the excitation light source unit is different.
FIG. 30 is a cross-sectional view of the illumination device of the fifth embodiment.
In FIG. 30, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as drawing used in 4th Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
第4実施形態の照明装置は、励起光源部として有機EL素子が用いられていた。これに対して、第5実施形態の照明装置81は、励起光源部82として、導光板83と発光ダイオード84(LED)とが用いられている。導光板83は、例えば可撓性を有するアクリル樹脂で構成されている。導光板83の端面83aには、青色光を射出する複数のLED84が設けられている。導光板83と第2透明基材75との間に、入射光を拡散させる拡散フィルム85が設けられている。この例では、複数のLED84は、導光板83の端面83aに設けられているが、導光板83の湾曲面83bに設けられていてもよい。波長変換部73の構成は、第4実施形態と同様である。
In the illumination device of the fourth embodiment, an organic EL element is used as the excitation light source unit. On the other hand, the illuminating
第5実施形態の照明装置81の場合、LED84から射出された青色光LB(励起光)は、導光板83の内部を導光しつつ、一部の光が拡散フィルム85によって拡散されて第2透明基材75を透過し、波長変換部73に向けて等方的に射出される。その後、第4実施形態の照明装置と同様、励起光源部82から射出された励起光L1の一部は、波長変換部73において発光体粒子14Yに吸収されて黄色光LYに波長変換され、黄色光LYが波長変換部73から射出される。励起光源部82から射出された励起光L1のうち、他の一部の光は、発光体粒子14Yに吸収されず、青色光LBがそのまま波長変換部73から射出される。その結果、照明装置81から、黄色光LYと青色光LBとが合成された白色光が射出される。
In the case of the
第5実施形態においても、高強度の白色光が得られる照明装置を実現できる、という第4実施形態と同様の効果が得られる。さらに本実施形態の場合、市販のLED照明装置に対して波長変換部73を接着するだけで、高い強度の照明光を得ることができる。
Also in the fifth embodiment, an effect similar to that of the fourth embodiment can be obtained, that is, an illuminating device that can obtain high-intensity white light can be realized. Furthermore, in the case of this embodiment, high intensity | strength illumination light can be obtained only by adhere | attaching the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、一つの金属ナノ粒子の周囲が発光体粒子を含む誘電体層で被覆された波長変換粒子の例であり、球状の金属ナノ粒子の周囲に誘電体層が設けられているため、誘電体層の膜厚、すなわち金属ナノ粒子−金属膜間のギャップは一定である。例えば、金属ナノ粒子−金属膜間のギャップは約5nmで統一されていた。
他方、図31に示す波長変換粒子90のように、複数個の金属ナノ粒子32と複数の発光体粒子14とが誘電体層33中に分散された波長変換粒子90を用いてもよい。この場合、金属ナノ粒子32−金属膜9間、および金属ナノ粒子32−金属ナノ粒子32間のギャップは、一定でなく、G1、G2等のように異なる。その結果、G1、G2内に存在する発光体粒子14に対し、プラズモンの共鳴波長が異なる増強電界が各々作用する。したがって、この構造の場合、金属−金属間のギャップは、例えば1nm〜5nmの範囲を有することから、幅広い波長範囲の励起光を効率良く吸収することが可能となる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the above embodiment is an example of wavelength conversion particles in which the periphery of one metal nanoparticle is coated with a dielectric layer containing phosphor particles, and the dielectric layer is provided around the spherical metal nanoparticle. Therefore, the film thickness of the dielectric layer, that is, the gap between the metal nanoparticle and the metal film is constant. For example, the gap between the metal nanoparticle and the metal film was unified at about 5 nm.
On the other hand,
したがって、図31の波長変換粒子90を用いることにより、例えば波長450nmの青色光だけでなく、波長450nmの青色光から波長550nmの緑色光にわたる広い波長範囲の励起光を、発光体粒子14の発光波長の光に効率良く波長変換することができる。この波長変換粒子90を例えば太陽電池モジュールの導光板に用いることによって、太陽光を無駄にすることなく、幅広い波長の光を太陽光発電に利用することができる。
Therefore, by using the
上述したように、本発明で用いた波長変換粒子は、表示装置や照明装置のみならず、太陽電池モジュールに用いることもできる。本発明の波長変換粒子を太陽電池モジュールに用いた場合、太陽光が発光体粒子に直接照射、吸収された際に発光体粒子から生じる光、太陽光が波長変換粒子に照射、吸収された際に波長変換粒子から生じる光、の双方を太陽光発電に利用できる。 As described above, the wavelength conversion particles used in the present invention can be used not only for display devices and illumination devices but also for solar cell modules. When the wavelength conversion particle of the present invention is used in a solar cell module, when sunlight is directly irradiated to and absorbed by the luminescent particles, light generated from the luminescent particles, when sunlight is irradiated and absorbed by the wavelength converted particles Both light generated from the wavelength conversion particles can be used for photovoltaic power generation.
本発明は、有機ELディスプレイ等の各種表示装置、もしくは照明装置などに利用が可能である。 The present invention can be used for various display devices such as an organic EL display or a lighting device.
1,51,61…発光装置(表示装置)、2,72…励起光源部、3,73…波長変換部、4,53,66,77…波長変換層、9,52,65…金属膜、10,10R,10G,10Y,90…波長変換粒子、11,11R,11G,11Y…発光体層、14,14R,14G,14Y…発光体粒子、32,40…金属ナノ粒子、33…誘電体層、52a…第1の領域、52b…第2の領域、64…ダイクロイックミラー、71,81…照明装置。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記基板の一面に設けられた波長変換層と、を備え、
前記波長変換層は、励起光の照射により光を発する発光体を有する発光体層と、
前記基板の前記一面に設けられた金属膜と、
前記金属膜に少なくとも一部が接触する複数の波長変換粒子と、を備え、
前記波長変換粒子は、
金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子の表面を被覆する誘電体層と、
前記誘電体層に含有され、前記励起光の照射により光を発する発光体と、
を備えた、波長変換素子。 A substrate,
A wavelength conversion layer provided on one surface of the substrate,
The wavelength conversion layer includes a light emitter layer that has a light emitter that emits light when irradiated with excitation light; and
A metal film provided on the one surface of the substrate;
A plurality of wavelength conversion particles at least partially in contact with the metal film,
The wavelength converting particles are:
Metal nanoparticles,
A dielectric layer covering the surface of the metal nanoparticles;
A phosphor that is contained in the dielectric layer and emits light when irradiated with the excitation light;
A wavelength conversion element comprising:
前記金属膜を法線方向から見たときに、前記波長変換粒子が存在する領域が前記第1の領域に重なり、前記波長変換粒子が存在しない領域が前記第2の領域に重なる、請求項1に記載の波長変換素子。 The metal film has a first region and a second region in which the transmittance of the excitation light is larger than the first region,
The region where the wavelength converting particles are present overlaps the first region and the region where the wavelength converting particles are not present overlaps the second region when the metal film is viewed from the normal direction. The wavelength conversion element as described in 2.
請求項1に記載の波長変換素子と、を備えた、発光装置。 An excitation light source unit for emitting the excitation light;
A light-emitting device comprising the wavelength conversion element according to claim 1.
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