JP5076446B2 - 発光組成物、光源装置、表示装置、発光組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
バックライトには、一般に、直下(ダイレクト)方式と、エッジライト(サイドライト)方式との2種類がある。
既に知られているバックライトのLED光源としては、青色を発光するLEDの周囲に黄色光に変換する蛍光体(黄色蛍光体)を分散配置し、青色と黄色の合成で白色を得る、いわゆる白色LEDが挙げられる。また、黄色蛍光体を、導光板や反射シート及び光学フィルム等に分散させ、離れた位置にあるこれらの黄色蛍光体に対して青色LEDの青色光が照射される構成によって白色光を得る手法も提案されている(例えば特許文献1参照)。
これに対して、ディスプレイ用途における要求に応じて、青色光を緑色光に変換する蛍光体(緑色蛍光体)と、青色光または緑色光を赤色光に変換する蛍光体(赤色蛍光体)とをそれぞれ選び分けることにより、所望の特性により近づけようとする手法も提案されている(例えば特許文献2参照)。
このため、蛍光体を利用した光源装置や表示装置では、蛍光体が分散配置される蛍光部において2次粒子が多量に発生すると、大幅に特性が低下してしまう。
まず、本発明に係る発光組成物の製造方法の実施の形態について説明する。
なお、蛍光体の原料として、少なくとも、Euと、A元素と、D元素と、E元素と、窒素とを用いることにより、最終的に得る蛍光体を、少なくとも一部がCaAlSiN3と同一の結晶構造を有する蛍光体として製造することが好ましい。ここで、Aは、M元素以外の2価の金属元素からなる群から選ばれる1種または2種以上の元素、Dは、4価の金属元素からなる群から選ばれる1種または2種以上の元素、Eは、3価の金属元素からなる群から選ばれる1種または2種以上の元素である。
本実施形態では、A元素がCa、D元素がSi、E元素Alである場合を例として説明を行う。
また、有機化合物の添加(混入)は、直接添加しても良いが、特に好適な物質(例えばメラミンつまり2,4,6−トリアミノ−1,3,5−トリアジン)を形成しやすい物質(例えばジシアンジアミドなど)を添加することによって、後の焼成工程におけるメラミンの生成を図っても良い。
また、有機化合物としては、炭素(C),窒素(N),水素(H)のみからなるものが、特に好ましいと考えられる。酸素(O)が混入してしまうと、本来発光中心となるべきEu2+がEu3+となって、目的とする蛍光体が得られなくなるおそれが生じるためである。前述のメラミンやジシアンジアミドは酸素を含まないため、蛍光体の製造に用いるにあたっては、例えばメラミンの製造に用いられてきた尿素などよりも、好ましいと考えられる。
なお、最終的に得る発光組成物に含まれる炭素量は、この秤量した炭素粉末の量と、有機化合物の添加量と、後述する焼成工程における焼成条件(温度,圧力,ガスの種類など)によって増減する。また、この炭素粉末の秤量、及び混合物への添加は、目的とする発光組成物の性質などに応じて、省略することもできる。
得られた中間体を、混合した粉末をボロンナイトライド(BN)製の円筒形坩堝に挿入する。坩堝に挿入した混合粉末を、窒素ガス(N2)と水素ガス(H2)の混合ガス雰囲気中、1気圧、1700℃の条件で、2時間焼成して発光組成物を作製した。
なお、焼成条件(温度,圧力,ガスの種類など)は適宜選定し得るが、ガスとしては、窒素ガスや水素ガスのほか、アンモニアなどを用いることができる。
すなわち、本実施形態に係る発光組成物によれば、蛍光体の結晶格子中か、或いは蛍光体が分散される媒体中にメラミンが含有されることにより、優れた発光特性を有する発光組成物が構成される。したがって、後述する実施例で示すように、蛍光体の粒子径の増大が抑制され、各蛍光体粒子の表面積の低下が抑制される。
図2は、本実施形態に係る光源装置と、この光源装置をバックライトとして備えた本実施形態に係る表示装置の、概略構成図である。
この、本実施形態に係る表示装置1は、光源装置2及び光学装置3を有する。
この光源装置2の、樹脂による導光部7内には、例えば青色LEDによる青色光源の表面に、複数の発光体6が設けられている。発光体6の形状は、例えばLEDであればサイドエミッタータイプや砲弾タイプなど、様々な種類のものから適宜選択して用いることができる。
ここで、蛍光体が分散される媒体とは、青色発光LEDの周囲に直接形成される樹脂(白色LEDの一部)でも良いし、導光板,反射シート,光学フィルム等のように青色発光LEDから離れた位置にあるものでも、蛍光体が分散配置される媒体であれば良い。
第1蛍光部8aを構成する第1蛍光体としては、赤色蛍光体として例えばCaS:Euを挙げることができる。この場合には、450nm近傍にピークを有する励起スペクトルに対応する波長帯(励起波長帯)の光照射に基づいて、発光中心波長654nm,主たる発光波長帯600nm〜750nmのスペクトルを有する蛍光を得ることができる。なお、赤色域の発光を得るために、第1蛍光体の発光波長帯は、610nm〜670nmの少なくとも一部を含むことが好ましい。
また、第2蛍光部8bを構成する第2蛍光体は、緑色蛍光体として例えば(Sr1-x-yCaxBay)Ga2S4:Euを挙げることができる(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)。一例としてSrGa2S4:Euを用いた場合には、450nm近傍にピークを有する励起スペクトルに対応する波長帯の光照射に基づいて、発光中心波長532nm,主たる発光波長帯490nm〜600nmのスペクトルを有する蛍光を得ることができる。なお、緑色域の発光を得るために、第2蛍光体の発光波長帯は、510nm〜550nmの少なくとも一部を含むことが好ましい。
本実施形態に係る光源装置2においては、第1の発光組成物と第2の発光組成物とのうち、少なくとも一方が、前述した本実施形態に係る発光組成物である。
樹脂としては、エポキシ、シリコーン、ウレタンのほか、様々な透明樹脂を用いることができる。
なお、光源装置2は、図2に示すように、導光部7の側面に発光体6が配置された方式としてもよい。すなわち、発光体6からの光が導光部7の後部斜面で光が反射され、第1のプリズムシート21及び第2のプリズムシート22を経て拡散シート9に至る、所謂エッジライト(サイドライト)方式としても良い。この構成において、蛍光部8は、図示しないが、発光体6と導光部7との間、或いは導光部7とリフレクタ4及び5との間、或いは導光部7と第一のプリズムシート21との間の、いずれかの位置に設けられる。
この光学装置3においては、光源装置2に近い側から、偏向板10と、TFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)用のガラス基板11及びその表面のドット状電極12と、液晶層13及びその表裏に被着された配向膜14と、電極15と、電極15上の複数のブラックマトリクス16と、このブラックマトリクス16間に設けられる画素に対応した第1(赤色)カラーフィルタ17a,第2(緑色)カラーフィルタ17b,第3(青色)カラーフィルタ17cと、ブラックマトリクス16及びカラーフィルタ17a〜17cとは離れて設けられるガラス基板18と、偏向板19とが、この順に配置されている。
ここで、偏向板10及び19は、特定の方向に振動する光を形成するものである。また、TFTガラス基板11とドット電極12及び電極15は、特定の方向に振動している光のみを透過する液晶層13をスイッチングするために設けられるものであり、配向膜14が併せて設けられることにより、液晶層13内の液晶分子の傾きが一定の方向に揃えられる。また、ブラックマトリクス16が設けられていることにより、各色に対応するカラーフィルタ17a〜17cから出力される光のコントラストの向上が図られている。これらのブラックマトリクス16及びカラーフィルタ17a及び17cは、ガラス基板18に取着される。
特性向上の具体例としては、蛍光体粒子同士の結合の低減による、粒子径の増大が抑制が挙げられる。この場合、各蛍光体粒子の表面積の低下が抑制され、励起光(例えば青色光)の取り込み効率の低下を抑制することが可能となる。
本発明の実施例について、説明する。
本実施例では、前述した製造方法によって発光組成物を製造し、得られた発光組成物について具体的に検討を行った結果について、説明する。
本実施例に係る発光組成物は、蛍光体の粒子径が7μm〜10μm以下であり、図3Bに示す従来の蛍光体(二次粒子の粒子径数十μm)に比べて、大幅に粒子径が抑制されていることが確認できた。
本実施例に係る発光組成物によれば(図中x´)、従来の蛍光体(図中x)に比べて、発光強度の向上が図られることが確認できた。なお、Euが2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれる範囲で、特に高い発光強度が得られた。
本実施例に係る発光組成物によれば(図中y´)、従来の蛍光体(図中y)に比べて、全般的に長波長化しており、従来の蛍光体とは異なる波長帯を確保できることが確認できた。なお、Euが、2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれる範囲で、平均値(図中破線)よりも大幅に長波長化できることも確認できた。
また、本実施形態に係る発光組成物の製造方法によれば、蛍光体の原料と有機化合物とを混合する混合物作製工程と、焼成工程とを有することから、蛍光体の径の増大を抑制して、優れた発光組成物を得ることが可能となる。
また、特に本実施形態に係る発光組成物、光源装置、及び表示装置によれば、発光組成物の製造において、メラミンをはじめとする有機化合物が添加されることにより、輝度の向上及び発光中心波長の長波長化が図られる。
Claims (12)
- Eu2+を発光中心とする、結晶構造がCaAlSiN 3 と同一の蛍光体を有する発光組成物であって、
少なくとも、EuNと、Ca 3 N 2 と、Si 3 N 4 と、AlNとを用いた前記蛍光体の原料と、メラミン、ジシアンジアミドのいずれかとを混合して混合物を得る、混合物作製工程と、
前記混合物を焼成することにより、前記原料から蛍光体を形成して発光組成物を得る焼成工程とを経て製造された
発光組成物。 - 前記蛍光体中に、Euが、2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれている請求項1に記載の発光組成物。
- 発光組成物を有する光源装置であって、
前記発光組成物が、
Eu2+を発光中心とする、結晶構造がCaAlSiN 3 と同一の蛍光体を有する発光組成物であり、
少なくとも、EuNと、Ca 3 N 2 と、Si 3 N 4 と、AlNとを用いた前記蛍光体の原料と、メラミン、ジシアンジアミドのいずれかとを混合して混合物を得る、混合物作製工程と、
前記混合物を焼成することにより、前記原料から蛍光体を形成して発光組成物を得る焼成工程とを経て製造された
光源装置。 - 前記蛍光体とは別に、少なくとも1種類以上の蛍光体を有する
請求項3に記載の光源装置。 - 前記Eu2+を発光中心とする蛍光体中に、Euが、2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれている請求項3又は請求項4に記載の光源装置。
- 発光組成物を有する光源装置を備えた表示装置であって、
前記発光組成物が、
Eu2+を発光中心とする、結晶構造がCaAlSiN 3 と同一の蛍光体を有する発光組成物であり、
少なくとも、EuNと、Ca 3 N 2 と、Si 3 N 4 と、AlNとを用いた前記蛍光体の原料と、メラミン、ジシアンジアミドのいずれかとを混合して混合物を得る、混合物作製工程と、
前記混合物を焼成することにより、前記原料から蛍光体を形成して発光組成物を得る焼成工程とを経て製造された
表示装置。 - 前記蛍光体とは別に、少なくとも1種類以上の蛍光体を有する
請求項6に記載の表示装置。 - 前記Eu2+を発光中心とする蛍光体中に、Euが、2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれている請求項6又は請求項7に記載の表示装置。
- Eu2+を発光中心とする、結晶構造がCaAlSiN 3 と同一の蛍光体を有する発光組成物の製造方法であって、
前記蛍光体の原料と、有機化合物とを混合して混合物を得る、混合物作製工程と、
前記混合物を焼成することにより、前記原料から蛍光体を形成して発光組成物を得る焼成工程とを有し、
前記蛍光体の原料として、少なくとも、EuNと、Ca 3 N 2 と、Si 3 N 4 と、AlNとを用い、
前記有機化合物が、メラミン、ジシアンジアミドのいずれかである
発光組成物の製造方法。 - 前記蛍光体中に、Euが、2.0mol%以上5.0mol%以下の割合で含まれる
請求項9に記載の発光組成物の製造方法。 - 前記メラミン、ジシアンジアミドのいずれかの添加量が、前記原料に対して、5mol%以上200mol%以下である
請求項9又は請求項10に記載の発光組成物の製造方法。 - 焼成工程に先立って、前記混合物の組成及び量に基づく炭素粉末を、前記混合物に添加する工程を有する
請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載の発光組成物の製造方法。
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