JP2008111035A - 蛍光体、光源装置、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光強度の向上が図られた蛍光体と、この蛍光体を有する光源装置及び表示装置の提供。
【解決手段】Ｅｕと、Ｃａ等の２価の金属元素からなる群から選ばれる１種以上のＡ元素と、Ｓｉ等の４価の金属元素からなる群から選ばれる１種以上のＢ元素と、Ａｌ等の３価の金属元素からなる群から選ばれる１種以上のＥ元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種以上の元素とを含む蛍光体であって、Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれる構成とする。該蛍光体は、６５０〜６７０ｎｍの間に発光中心波長を有し、光源装置及び表示装置に用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、蛍光体と、この蛍光体を含む光源装置、及びこの光源装置を備えた表示装置に関する。

液晶ディスプレイをはじめとする、所謂フラットパネルディスプレイと呼称される表示装置においては、光出力に寄与する光学素子（液晶素子など）が、自発光素子ではなく、外部から与えられる光を変調する受動型素子であるため、この光学素子とは別に、バックライトとなる光源装置が設けられている。
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。

このバックライトとしては、冷陰極管を用いる構成が一般的とされてきた。しかし、近年、発光効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発され、これをバックライトの光源に用いる研究が進められている。
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）。

また、青色域以外の可視光域を黄色でカバーする構成では、特に赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に対する要求が厳しいディスプレイ用途において、所望の特性を得ることが難しい。ここでの特性とは、輝度や、ＲＧＢの各色における色度である。
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）。

従来、例えば単純な照明などの用途であれば、蛍光体の発光スペクトルは広い範囲に渡って連続的でありさえすればよいため、特定波長の発光強度が低いことは、必ずしも問題とはならなかった。
しかし、ディスプレイにおいては、例えば赤色光と緑色光の境界が曖昧であると、本来独立すべき赤色画素と緑色画素の色が互いに混ざることにより目的とする色の表現が困難となるなど、かえって特性が下がってしまう。したがって、ディスプレイにおいては、適切な色表現と、十分な発光強度を得るために、特定波長の発光強度を選択的に向上させる必要がある。

従来は、蛍光体の発光が単純な照明用途を念頭に置いて検討されていたため、蛍光体の発光中心となる元素（例えばＥｕ）は、蛍光体結晶中に０．８ｍｏｌ〜１．６％の割合で含まれることが最適と考えられていた（例えば非特許文献１参照）。
しかしながら、前述したように、ディスプレイにおいては蛍光体に対する要求が特殊であるため、より適切な組成を検討することが求められていた。
特開平０８−００７６１４号公報 特開２００４−３２７４９２号公報 第３０５回蛍光体同学会講演予稿，上田恭太ほか，ｐｐ．３７−４７

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発光強度の向上が図られた蛍光体と、この蛍光体を有する光源装置及び表示装置とを提供することにある。

本発明に係る蛍光体は、少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含む蛍光体であって、前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることを特徴とする。
なお、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素とする。

本発明に係る光源装置は、蛍光体を有する光源装置であって、前記蛍光体が、少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含み、前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることを特徴とする。
なお、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素とする。

本発明に係る表示装置は、蛍光体を有する光源装置を備えた表示装置であって、前記蛍光体が、少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含み、前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることを特徴とする。
なお、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素とする。

本発明に係る蛍光体によれば、Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることから、発光強度の向上を図ることが可能となる。

本発明に係る光源装置によれば、蛍光体において、Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることから、より優れた光源装置を構成することが可能となる。

本発明に係る表示装置によれば、蛍光体において、Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることから、より優れた表示装置を構成することが可能となる。

本発明の実施の形態を説明する。

＜蛍光体の実施の形態＞
本発明に係る蛍光体は、少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含む蛍光体であって、前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれることを特徴とする。
ここで、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素とする。

本実施形態に係る蛍光体によれば、蛍光体の結晶格子中に含まれるＥｕの濃度が、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下であることから、後述する実施例で示すように、発光強度の向上が図られる。特に、２．５ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下では、この発光強度の向上が特に顕著となる。

ここで、このような本発明に係る蛍光体を得るための製造方法の具体例について、説明する。
本実施形態における蛍光体の製造においては、まず、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、Ｃａ_３Ｎ_２、及びＥｕＮを、モル比で１：３：０．９５〜０．９９：０．０３〜０．１５となる割合で混合する。
そして、この混合物の中から１０ｇを秤量する。

続いて、窒素雰囲気のグローブボックス中で、メノウ乳鉢を用いて混ぜ合わせ、中間体を作製する。
得られた中間体を、混合した粉末をＢＮ製の円筒形坩堝に挿入した。坩堝に挿入した混合粉末を窒素ガス（Ｎ_２）と水素ガス（Ｈ_２）の混合ガス雰囲気中、１７００℃の温度で２時間保持（焼成）し、本実施形態に係る蛍光体を作製する。

このようにして、本実施形態に係る蛍光体を得る。

＜光源装置の実施の形態、及び表示装置の実施の形態＞

図１に、本実施形態に係る光源装置を有する表示装置の概略構成図を示す。
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。

本実施形態に係る光源装置２は、液晶装置を有する光学装置３に対する、バックライト装置である。本実施形態において、表示装置１は、直下方式とされている。
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。

蛍光部８には、前述した蛍光体が、例えば樹脂による媒体中に分散配置されている。
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。

本実施形態において、蛍光部８は、互いに異なる発光波長帯を有する、第１蛍光体による第１蛍光部８ａと、第２蛍光体による第２蛍光部８ｂとから構成される。
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(Sr_1-x-yCa_xBa_y)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。
なお、本実施形態に係る光源装置２においては、第１蛍光体及び第２蛍光体のうち、少なくとも一方が、前述した本実施形態に係る蛍光体である。

光源装置２の、光学装置３に対向する最近接部には、拡散シート９が設けられている。この拡散シート９は、青色光源や各蛍光体からの光を、光学装置３側へ面状に均一に導くものである。光源装置２の裏面側には、リフレクタ４が設けられている。また、必要に応じて、リフレクタ４と同様のリフレクタ５が、導光部７の側面にも設けられる。
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。

一方、本実施形態において、光学装置３は、光源装置２からの光に対して変調を施すことにより所定の出力光を出力する液晶装置である。
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。

本実施形態に係る光源装置及び表示装置によれば、光源装置２内の蛍光部８において、第１蛍光体及び第２蛍光体の少なくとも一方が、蛍光体の結晶格子中に含まれるＥｕの濃度を２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下に選定されていることから、後述するように、発光強度の向上が図られる。

＜実施例＞

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蛍光体を製造し、得られた蛍光体について具体的に検討を行った結果について、説明する。

図３は、本実施例に係る蛍光体における、Ｅｕの濃度（ｍｏｌ％）の変化に応じた発光強度の変化について検討した結果である。
発光強度の測定は、分光光度計（ＳＰＥＸ社製ＦＬＵＯＲＯＬＯＧ−３）を用いて行った。この分光光度計を用い、各蛍光体に対して発光中心波長４６０ｎｍの青色光を照射し、この青色光の励起によって蛍光体から生じる発光スペクトルを、５００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲について測定した。

図３の結果より、Ｅｕが２．０ｍｏｌ％以上で、高い発光強度が得られることが確認できた。なお、２．５ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれる範囲では、特に高い発光強度が得られることが確認できた。なお、この範囲では、平均値（図中曲線ｘ）に比べても、特に高い発光強度が得られている。

図４は、本実施例に係る蛍光体における、Ｅｕの濃度（ｍｏｌ％）の変化に応じた発光中心波長の変化について検討した結果である。
図４の結果より、Ｅｕの濃度とともに長波長化が図られることが確認できた。この範囲では、平均値（図中直線ｙ）に比べても、特に大幅な長波長化が進んでいる。

以上の結果から、本実施例に係る蛍光体によれば、Ｅｕの濃度が２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の範囲において、発光強度の向上と、発光中心波長の長波長化とが図られる。
なお、図示しないが、Ｅｕの濃度が５．０ｍｏｌ％の試料の輝度は、１．０〜４．０ｍｏｌ％の試料より２０％以上低いことが確認できた。したがって、２．５ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下では、特に高輝度化も図られると考えられる。

以上の実施の形態で説明したように、本実施形態に係る蛍光体、光源装置、及び表示装置によれば、蛍光体の結晶格子中に含まれるＥｕの濃度が、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下であることから、発光強度の向上が図られる。

また、特に本実施形態に係る蛍光体によれば、必要に応じて短波長化や長波長化などによる波長帯の確保選定が可能となる。具体例としては、赤色蛍光体における長波長化が挙げられ、この長波長化された赤色によれば、緑色と混ざり合って互いにノイズを及ぼすことを抑制することができる。したがって、本実施形態に係る蛍光体によれば、光源装置及び表示装置の特性を、より所望のものとすることができる。

なお、以上の実施の形態の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

例えば、前述の実施形態では、発光体６がＬＥＤである場合を例として説明を行ったが、発光体６を陰極管として、蛍光部８と一体的に設けた構成としても良い。また、発光体の発光波長帯（励起光の波長帯）も青色域に限られず、紫外域（近紫外域など）でも良いなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。

本発明に係る蛍光体を有する光源装置及び表示装置の、一例を示す概略構成図である。 本発明に係る蛍光体を有する光源装置の、他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る蛍光体の説明に供する説明図である。 本発明に係る蛍光体の説明に供する説明図である。

符号の説明

１・・・表示装置、２・・・光源装置（バックライト装置）、３・・・光学装置（液晶装置）、４・・・リフレクタ（反射シート）、５・・・リフレクタ、６・・・発光体、７・・・導光部、８・・・蛍光部、８ａ・・・第１蛍光部、８ｂ・・・第２蛍光部、９・・・拡散シート、１０・・・偏向板、１１・・・ＴＦＴガラス基板、１２・・・ドット電極、１３・・・液晶層、１４・・・配向膜、１５・・・電極、１６・・・ブラックマトリクス、１７ａ・・・第１カラーフィルタ、１７ｂ・・・第２カラーフィルタ、１７ｃ・・・第３カラーフィルタ、１８・・・ガラス基板、１９・・・偏向板、２１・・・第１のプリズムシート、２２・・・第２のプリズムシート

Claims (8)

1. 少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含む蛍光体であって、
   前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれる
   ことを特徴とする蛍光体。
   （ただし、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素。）
2. 前記Ａ元素が、Ｃａであり、前記Ｄ元素が、Ｓｉであり、前記Ｅ元素が、Ａｌである
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
3. 前記蛍光体が、少なくとも一部、ＣａＡｌＳｉＮ₃と同一の結晶構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
4. 前記割合が、２．５ｍｏｌ％以上４．０ｍｏｌ％以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
5. 蛍光体を有する光源装置であって、
   前記蛍光体が、
   少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含み、
   前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれる
   ことを特徴とする光源装置。
   （ただし、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素。）
6. 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
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 蛍光体を有する光源装置を備えた表示装置であって、
   前記蛍光体が、
   少なくとも、Ｅｕと、Ａ元素と、Ｄ元素と、Ｅ元素と、Ｘ元素とを含み、
   前記Ｅｕが、２．０ｍｏｌ％以上５．０ｍｏｌ％以下の割合で含まれる
   ことを特徴とする表示装置。
   （ただし、Ａは、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、Ｘは、Ｎ、Ｃ、Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上の元素。）
8. 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
   ことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。

Images