本发明涉及具备发光元件和波长转换部件的发光装置以及具备该发光装置的图像显示装置。
背景技术:
近年来,正在开发将(i)发光二极管(lightemittingdiode,led)等发光元件和(ii)将来自该发光元件的激发光转换为荧光的波长转换部件(例如,使荧光体粒子分散于树脂中而形成的部件)组合起来的发光装置。该发光装置具有小型且耗电比白炽灯少这样的优点。因此,该发光装置作为各种图像显示装置或照明装置的光源被实用化。
作为这样的发光装置,通常使用组合了蓝色led和黄色荧光体的装置。作为黄色荧光体,因发光效率高而广泛应用ce激活yag(钇铝石榴石)荧光体。
此外,在将发光装置作为图像显示装置的背光源使用的情况下,随着荧光体的发光光谱的半值宽度变窄,图像显示装置的色再现域扩大。然而,ce激活yag荧光体的发光光谱的半值宽度较宽,为100nm左右。因此,将使用ce激活yag荧光体作为黄色荧光体的方式的发光装置作为图像显示装置的液晶背光源的情况下,色再现域的大小不充分。
具体而言,上述图像显示装置能够覆盖crt(cathoderaytube:阴极射线管)中使用的色域即srgb的色域的几乎全域。但是,对于广色域液晶显示器中使用的比srgb大的色域即ntsc(nationaltelevisionsystemcommittee:国家电视系统委员会)规定的ntsc的色域或adobergb的色域,覆盖率显著降低。
更具体而言,将使用ce激活yag黄色荧光体的方式的发光装置用作液晶背光源的图像显示装置的色域,对于ntsc、adobergb的色域,限于70%左右的覆盖率。因此,上述发光装置不适合用于广色域液晶显示器。
在此,srgb的色域是指在cie(commissioninternationaledel'eclairage:国际照明委员会)1931色度坐标上,由(ciex,ciey)=(0.640,0.330)、(0.300,0.600)、(0.150,0.060)这3点色度点包围的三角形所定义的色域。
另一方面,ntsc的色域是指在cie1931色度坐标上,由(ciex,ciey)=(0.670,0.330)、(0.210,0.710)、(0.140,0.080)这3点色度点包围的三角形所定义的色域。另外,adobergb的色域是指在cie1931色度坐标上,由(ciex,ciey)=(0.640,0.330)、(0.210,0.710)、(0.150,0.060)这3点色度点包围的三角形所定义的色域。当将srgb的色域、ntsc或adobergb的色域进行比较时,ntsc及adobergb的色域中,绿色的色再现域大幅扩展。
作为用作与ntsc或adobergb对应的广色域液晶显示器的背光源的发光装置,适合使用将绿色荧光体和红色荧光体这2种颜色的荧光体组合使用的结构。而且,优选这些荧光体的发光光谱的半值宽度窄。
例如,专利文献1中公开有作为荧光体组合使用eu激活βsialon荧光体(绿色荧光体)和mn4+激活氟化物配位化合物(红色荧光体)的发光装置。根据该组合,与现有一般的作为荧光体使用了黄色荧光体的结构比较,在构成图像显示装置的情况下,可实现广的色再现域。这是由于eu激活βsialon荧光体的发光光谱的半值宽度、mn4+激活氟配位化合物荧光体的半值宽度都比ce激活yag荧光体的半值宽度窄。具体而言,eu激活βsialon荧光体的发光光谱的半值宽度为55nm以下。另外,mn4+激活氟配位化合物荧光体的半值宽度为10nm以下。
另外,作为可实现比专利文献1的发光装置广的色再现域的结构,例如,专利文献2公开有作为荧光体组合使用mn激活γ-alon荧光体(绿色荧光体)和mn4+激活氟化物配位化合物(红色荧光体)的发光装置。专利文献2中公开了绿色荧光体的发光光谱的峰值波长为510nm~550nm,该发光光谱的半值宽度为55nm以下(优选为45nm以下)。而且,作为绿色荧光体的制造例,列举了上述峰值波长为515nm及上述半值宽度为33nm的mn激活γ-alon荧光体。
另外,专利文献3中公开了作为绿色荧光体使用mn激活氧化物荧光体或mn激活氮氧化物荧光体的发光装置。具体而言,公开了作为荧光体将上述绿色荧光体和eu激活荧光体(红色荧光体)组合使用的发光装置。公开了上述绿色荧光体的发光光谱的半值宽度为40nm以下。另外,与专利文献2同样,作为绿色荧光体的制造例,列举了上述峰值波长为515nm及上述半值宽度为33nm的mn激活γ-alon荧光体。
另外,近年来,要求更小型薄型的液晶显示装置。因此,对于液晶显示装置的背光源用的发光二极管,要求不仅扩大液晶显示装置的色彩再现性,而且如非专利文献1所示,发光二极管的封装的厚度还为1mm以下的小型发光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:wo2009/110285号公报(2009年9月11日公开)
专利文献2:日本公开专利公报“特开2010-93132号公报(2010年4月22日公开)”
专利文献3:日本公开专利公报“特开2009-218422号公报(2009年9月24日公开)”
非专利文献
非专利文献1:sharptechnicaldatasheet,“specificationssurfacemountledgm5fxxxx10a”,2015年7月24日
技术实现要素:
发明所要解决的技术问题
例如,有如专利文献2及3那样,为了扩大色彩再现性,作为绿色荧光体使用mn激活γ-alon荧光体(mn2+激活γ-alon荧光体)的情况,但mn2+激活γ-alon荧光体的激发光的吸收效率低。因此,特别是在上述小型的发光装置中,为了提高激发光的吸收效率,需要增加mn2+激活γ-alon荧光体的量。
然而,过于增加mn2+激活γ-alon荧光体的量时,分散材料的流动性有可能降低。该情况下,在涂敷分散有mn2+激活γ-alon荧光体的分散材料的分配器中有可能产生堵塞。另外,从所制造的各发光装置射出的光的色度有可能产生偏差。像这样,随着分散材料的流动性的降低,发光装置的成品率有可能降低,进而品质稳定的发光装置的批量生产性有可能降低。
在此,在专利文献1的结构中,作为绿色荧光体,使用eu激活βsialon荧光体而不是mn2+激活γ-alon荧光体。另外,非专利文献1中没有对于绿色荧光体的种类的具体公开。
专利文献2及3中作为绿色荧光体,公开了mn激活γ-alon荧光体,但没有公开用于抑制如上述那样小型的发光装置的分散材料的流动性降低的对策,也没有对此进行研究。
因此,本发明的目的在于,提供在作为绿色荧光体使用mn2+激活γ-alon荧光体的情况下能够抑制成品率降低的发光装置及具备该发光装置的图像显示装置。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题,本发明的一个方式的发光装置包括:发出蓝色光的发光元件;由所述蓝色光激发而发出绿色光的mn2+激活γ-alon荧光体;和使所述mn2+激活γ-alon荧光体分散的分散材料,所述mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%以上,透射所述分散材料时形成的上述蓝色光的光程的最短距离为1mm以下。
发明效果
根据本发明的一个方式,能够获得能够提高发光装置的成品率这样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的发光装置的剖面图。
图2是表示绿色荧光体的发光光谱及激发光谱的曲线图,(a)是表示比较制造例的绿色荧光体的发光光谱及激发光谱的曲线图,(b)~(e)是表示本发明的实施方式1的各制造例的绿色荧光体的发光光谱及激发光谱的曲线图。
图3是表示上述比较制造例及各制造例的绿色荧光体的原料粉末的混合比率和测定结果的表。
图4是本发明的实施方式1的发光装置的发光光谱,(a)是表示比较例的发光装置的发光光谱的曲线图,(b)~(e)是表示各实施例的发光装置的发光光谱的曲线图。
图5是表示本发明的实施方式1的各实施例及比较例的发光装置的分散材料(树脂)与绿色荧光体的混合比率以及测定结果的表。
图6是表示人类的视觉灵敏度曲线(单位lm/w)的曲线图。
图7是表示本发明的实施方式2的发光装置的剖面图。
图8是表示本发明的实施方式2的制造例的红色荧光体的发光光谱及激发光谱的曲线图。
图9是本发明的实施方式2的发光装置的发光光谱,(a)是表示比较例的发光装置的发光光谱的曲线图,(b)~(e)是表示各实施例的发光装置的发光光谱的曲线图。
图10是表示本发明的实施方式2的各实施例及比较例的发光装置的分散于分散材料(树脂)的内部的绿色荧光体和红色荧光体的混合比率、分散材料与绿色荧光体及红色荧光体的混合比率以及测定结果的表。
图11的(a)是本发明的实施方式3的图像显示装置的分解立体图,(b)是(a)所示的图像显示装置具备的液晶显示装置的分解立体图。
图12是表示彩色滤光片的透射光谱的曲线图。
图13是表示本发明的实施方式3的各实施例的图像显示装置的覆盖率、面积比率及色度坐标的表。
图14是表示在本发明的实施方式2、4及5的各实施例的发光装置中,分散于分散材料(树脂)的内部的绿色荧光体和红色荧光体的混合比率、分散材料与绿色荧光体及红色荧光体的混合比率以及测定结果的表。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。本发明的一个方式的发光装置10及10a具备发蓝色光的发光元件11、由蓝色光激发而发出绿色光的绿色荧光体12和使绿色荧光体12分散的分散材料13。发光装置10及10a中,在分散材料13中透射的蓝色光的光程的最短距离为1mm以下。而且,在这种发光装置10及10a中,作为绿色荧光体12使用mn2+激活γ-alon荧光体,上述mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%以上。
本发明的发明人深入研究后发现,在上述最短距离为1mm以下这样的小型发光装置中,在上述荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%以上的情况下,能够抑制分散材料13的流动性的降低,其结果是提高发光装置的成品率,提高发光装置的批量生产性。另外,发现通过使上述mn的浓度为2.5wt%以上,并且适当控制该mn的浓度的上限值、绿色荧光体12(及红色荧光体16)与分散材料13的重量比率以及绿色荧光体12的平均粒径,在小型的发光装置中能够提高发光效率。以下,详细地进行说明。
〔实施方式1〕
基于图1~图6对本发明的实施方式1进行说明如下。本实施方式中,对至少能够提高成品率的发光装置10进行说明。
<发光装置10>
图1是表示发光装置10的剖面图。如图1所示,发光装置10包括发光元件11、绿色荧光体12、分散有绿色荧光体12的分散材料13、印刷配线基板14和树脂框15。
由于发光装置具备的图像显示装置的薄型化要求的增强,发光装置10的大小优选为小,发光装置10的大小由蓝色光透射分散材料13时形成的光程的最短距离决定。
本实施方式中,如图1所示,将树脂框15的深度设为l,l=0.9mm,将发光元件11的高度设为h,h=0.1mm。该情况下,在发光装置10中,计算出从发光元件11发出的蓝色光透射分散材料13时形成的光程的最短距离为0.8mm。像这样,在本实施方式的发光装置10中,在分散材料13中透射时形成的蓝色光的光程的最短距离为1mm以下。即,发光装置10被实现为该最短距离为1mm以下的小型发光装置。
在此,所谓上述光程的最短距离是指,发光元件11的射出蓝色光的射出面11a与分散材料13的射出从绿色荧光体12发出的绿色光的射出面13a的最短距离(作为射出面11a与射出面13a之间的实际长度的最短距离)。此外,射出面11a为与印刷配线基板14相对的表面的相反侧的表面,射出面13a是距印刷配线基板14最远的位置的表面。
<发光元件11>
发光元件11是发出蓝色光的发光元件。作为发光元件11,只要是发出包含被绿色荧光体12即mn2+激活γ-alon荧光体吸收而产生荧光的蓝色光的一次光(激发光)的元件,就没有特别限定。作为发光元件11,例如可以使用氮化镓(gan)类半导体。
优选从发光元件11发出的一次光(激发光)的峰值波长为440nm以上460nm以下。在从发光元件11发出的一次光(激发光)的峰值波长为440nm以上460nm以下的情况下,能够提高绿色荧光体12的激发效率。因此,发光元件11的发光效率高,且图11所示的蓝色滤光片126b的透射光谱与一次光的发光光谱的波长匹配性好,因此,能够使发光装置10的发光效率提高到能够实现本申请的图像显示装置中可实现的期望发光效率(即,将发光装置10用于本申请的图像显示装置时被希望且可实现的发光效率)的程度。
另外,在上述波长范围的情况下,能够提高绿色荧光体12的激发效率,因此,能够减少用于发光装置10的绿色荧光体12的量。因此,能够抑制与上述的分散材料13的流动性的降低相伴的发光装置10的成品率及批量生产性的降低。
此外,更优选上述峰值波长为440nm以上450nm以下。该情况下,绿色荧光体12的激发效率更高,能够进一步提高发光装置10的发光效率。
另外,在上述峰值波长为440nm以上460nm以下,优选为440nm以上450nm以下的情况下,一次光的发光光谱与图7所示的发光装置10a的红色荧光体16的激发光谱及图11所示的蓝色滤光片126b的透射光谱的波长匹配性高。因此,可以说上述峰值波长为440nm以上460nm以下,更优选为440nm以上450nm以下,从提高发出白色光的发光装置10a的发光效率的观点来看也优选。
<绿色荧光体12>
绿色荧光体12是由发光元件11发出的蓝色光激发而发出绿色光的波长转换部件,是mn2+激活γ-alon荧光体。
本实施方式中,用作绿色荧光体12的mn2+激活γ-alon由组成式maabalcodne(m是mn、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、tm、yb中至少含有mn的一种以上的金属元素,a是m、al以外的一种以上的金属元素,式中a+b+c+d+e=1)表示。作为mn2+激活γ-alon,优选使用示出以下组成的荧光体,该组成是从全部满足以下的(1)~(5)的条件的值中选择的范围的组成。
0.00001≤a≤0.1(1),
0≤b≤0.40(2),
0.10≤c≤0.48(3),
0.25≤d≤0.60(4),
0.02≤e≤0.35(5)。
而且,用作绿色荧光体12的mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%(重量%)以上。像这样,通过控制mn的浓度,能够提高本来激发光的吸收效率低的mn2+激活γ-alon荧光体的该吸收效率。因此,在如发光装置10那样小型化后的发光装置中,能够抑制为了提高发光效率实现适于图像显示的色度点而使用过量的mn2+激活γ-alon荧光体所导致的分散材料13的流动性的降低。
另外,在小型的发光装置中,如果过量含有mn2+激活γ-alon荧光体,则反而有可能因产生不必要的散射而使发光效率降低,但通过如上述那样控制mn的浓度,能够控制该发光效率的降低。特别是通过适当控制上述mn的浓度、分散材料13与绿色荧光体12的重量比率及绿色荧光体12的平均粒径,能够控制发光装置10的发光效率的降低。
例如,如果mn的浓度过度增加,则mn2+激活γ-alon荧光体的发光效率因浓度猝灭或结晶性的降低等而处于降低的趋势。特别是mn的浓度超过4.6wt%时,有可能比在本申请的图像显示装置中可实现的期望发光效率低。考虑到这一点,为了抑制发光装置10的发光效率的降低,优选mn的浓度为4.6wt%以下。
另外,通常,如果荧光体的粒径减小,则分配器不易产生堵塞,因此,发光装置的成品率(批量生产性)得到改善,但发光装置的发光效率处于降低的趋势。另一方面,如果荧光体的粒径增大,则虽然发光装置的发光效率得到改善,但发光装置的成品率处于降低的趋势。因此,为了同时实现改善发光装置的成品率及抑制发光效率的降低这两者,适当控制绿色荧光体12的粒径也是重要的。此外,在此所说的抑制发光效率的降低是指,例如在将发光装置应用于与本申请的图像显示装置不同的图像显示装置(色彩再现性比本申请的图像显示装置低的图像显示装置等)或图像显示装置以外的装置(例如照明装置)的情况下,使该发光装置的发光效率为这些装置所要求的程度的发光效率。
从上述观点来看,用作绿色荧光体12的mn2+激活γ-alon荧光体的优选粒径范围以平均粒径计,被控制在5μm以上40μm以下,更优选被控制在10μm以上30μm以下。此外,绿色荧光体12与分散材料13的重量比率将在后文叙述。
另外,在上述mn的浓度至少为2.5wt%以上的情况下,为了将mn更多地捕获到γ-alon结晶中,作为上述组成式maabalcodne的a,优选添加mg、zn、ca等2价金属元素,其中特别优选mg。
因在mn2+激活γ-alon荧光体中含有mg,γ-alon结晶的结晶构造稳定,mn容易被捕获到结晶中。因此,能够进一步提高mn2+激活γ-alon的发光效率。
在此,被捕获到上述结晶中的mn的浓度这种指标,是与根据原料粉末的混合比率算出的设计组成中的mn的浓度不同的指标。即,mn2+激活γ-alon荧光体中含有的mn的浓度是指,被捕获到作为(最终)生成物的mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中的mn的浓度。
mn挥发性高,因此,在高温的烧制工艺中容易挥发,容易被捕获到γ-alon结晶外的玻璃相或异相中。因此,就实际上被捕获到γ-alon结晶中且有助于发光的mn的浓度而言,不是将根据设计组成算出的值作为上述指标,而是优选例如将直接测定mn2+激活γ-alon的结晶的截面中的mn的浓度而得到的值作为上述指标。即,作为上述指标,优选使用算出实际上被捕获到结晶中的mn的浓度而得到的值。
<分散材料13>
分散材料13是使作为绿色荧光体12的mn2+激活γ-alon荧光体分散的材料,本实施方式中充填于树脂框15的内侧。如图1所示,在分散材料13中至少分散有由mn2+激活γ-alon荧光体构成的绿色荧光体12,发光元件11被分散有绿色荧光体12的分散材料13密封。此外,如在实施方式2中说明的那样,为了以蓝色、绿色与红色的混色发出白色光,除绿色荧光体12外,也可以在分散材料13中分散有红色荧光体16。
分散材料13的材质没有特别限定,例如可以适当使用甲基类硅酮树脂、苯基类硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等具有透光性的树脂材料、低融点玻璃等玻璃材料、有机无机杂化玻璃等。特别是分散材料13由树脂材料构成的情况下,因分散材料13制造时的温度与其它的材料相比为低温,所以优选。
本实施方式中,在上述光程的最短距离为1mm以下的小型发光装置10中,使用了发光及吸收跃迁概率低的mn2+作为发光元素被激活的mn2+激活γ-alon荧光体。因此,如上所述,如果不适当控制激活剂即mn的浓度,则绿色荧光体12在分散材料13中的分散量过多,包含绿色荧光体12的分散材料13(绿色荧光体12和分散材料13的混合物)的流动性有可能降低。
从上述观点来看,至少为了抑制分散材料13的流动性的降低,优选绿色荧光体12的重量与分散材料13的重量的重量比率为1.2以下。换言之,优选(绿色荧光体12的重量)/(分散材料13的重量)≤1.2。该情况下,能够抑制分散有绿色荧光体12的分散材料13的流动性的降低,能够提高发光装置10的成品率及批量生产性。
另外,更优选重量比率为1.0以下。换言之,更优选(绿色荧光体12的重量)/(分散材料13的重量)≤1.0。该情况下,能够进一步抑制上述流动性的降低。
另外,优选上述重量比率比0.5大。即,优选(绿色荧光体12的重量)/(分散材料13的重量)>0.5。在比0.5大的情况下,能够将从发光装置10发出的光(例如白色光)的色度点控制在使得发光装置10适宜在本申请的图像显示装置中使用的范围内。
<构成发光装置10的其它部件>
印刷配线基板14是载置发光元件11并且形成有驱动发光元件11的电路的基板。树脂框15是载置于印刷配线基板14上的树脂制的框。
<绿色荧光体12的制作>
接着,使用图2及图3对绿色荧光体12的制造例及其比较例进行说明。
图2的(a)是表示比较制造例p0的绿色荧光体的发光光谱及激发光谱的曲线图,图2的(b)~(e)是表示各制造例p1~p4的绿色荧光体12的发光光谱及激发光谱的曲线图。在此,制造例p5及p6的绿色荧光体12的发光光谱及激发光谱与制造例p1相同。
图3是表示比较制造例p0的绿色荧光体12与各制造例p1~p6的绿色荧光体12的原料粉末的混合比率和测定结果的表。具体而言,图3中作为测定结果,示出:上述各发光光谱的半值宽度、峰值波长及色度坐标;被捕获到上述各绿色荧光体的结晶中的mn的浓度;和上述各绿色荧光体的平均粒径。
(比较制造例p0:mn2+激活γ-alon荧光体的制备)
(烧制工序)
首先,参照图2的(a)及图3说明用于与本实施方式的绿色荧光体12比较的绿色荧光体12的制造例(比较制造例p0)。
为了制作比较制造例p0的mn2+激活γ-alon荧光体,以图3所示的混合比率混合氮化铝粉末、氧化铝粉末、氧化镁粉末及氟化锰粉末。
即,首先,秤量规定量使得成为氮化铝粉末10.70质量%、氧化铝粉末79.86质量%、氧化镁粉末4.68质量%及氟化锰粉末4.76质量%的组成。接着,使用氮化硅烧结体制的研钵和研杵混合10分钟以上,得到粉末凝集体。然后,使该粉末凝集体自然落下而装入直径20mm、高度20mm的大小的氮化硼制的坩埚内。
接着,将该坩埚放置在石墨电阻加热方式的加压电炉中。然后,向该加压电炉内导入纯度为99.999体积%的氮,将该加压电炉内的压力设定为0.5mpa后,以每小时500℃的温度上升率升温至1800℃。然后,在该加压电炉内,在1800℃保持上述坩埚2小时,得到荧光体试料。
(粉碎分级工序)
在所得的荧光体试料中加入少量的纯水的状态下,使用玛瑙研钵进行湿式粉碎,通过反复进行多次利用开口48μm的筛子去除粗大粉的操作,边粉碎荧光体试料边去除粗大粉。之后,使去除了粗大粉的荧光体试料分散于在纯水中溶解六偏磷酸0.1wt%而得到的水溶液之中,放置一定时间后,通过去除上清液来去除微细粉,得到调整了粒径的荧光体粉末。
(测定工序)
对于所得的荧光体粉末,进行使用了cu的kα线的粉末x射线衍射测定(xrd;x-raydiffraction)。其结果,从该荧光体粉末得到的曲线图全部确认了该荧光体粉末示出γ―alon构造。另外,确认了向该荧光体粉末照射波长365nm的光的结果是呈绿色发光。即,经过上述的工序,得到比较制造例p0的mn2+激活γ-alon荧光体粉末。
之后,对于所得的比较制造例p0的绿色荧光体照射445nm的光,由此得到图2的(a)所示的发光光谱。具体而言,该发光光谱是使用分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000)通过对上述绿色荧光体照射445nm的光激发该绿色荧光体而测定的。另外,激发光谱是监视发光光谱的峰值波长而得的光谱。
解析图2的(a)所示的发光光谱的结果是,如图3所示,比较制造例p0的绿色荧光体的发光光谱的峰值波长为522nm,半值宽度为38nm。另外,根据上述发光光谱计算色度坐标,在cie1931色度坐标中为(ciex,ciey)=(0.204,0.721)。
接着,对于所得的荧光体试料测定平均粒径。使用通过sem(scanningelectronmicroscope:扫描电子显微镜)装置(基恩士(keyence)制:ve-8800)获得的电子显微镜像测定平均粒径,为13.5μm。
另外,测定被捕获到比较制造例p0的绿色荧光体的结晶中的mn的浓度。
在此,被捕获到绿色荧光体的结晶中的mn的浓度如以下那样算出。即,首先,在环氧树脂(日本电子制:g2)中分散经上述的工序得到的荧光体粉末。接着,使用截面加工装置(日本电子制:sm-09010),通过向分散有荧光体粉末的环氧树脂照射ar离子束,切断埋入环氧树脂的荧光体的结晶。之后,对于多个切断面,使用附属于sem装置的edx(energydispersivex-rayspectrometry)检测器(能量分散型x射线分析装置;阿美特克(ametek)制:g-xm2)测定mn的浓度,算出其平均值作为mn的浓度。
通过上述的方法算出的被捕获到比较制造例p0的绿色荧光体的结晶中的mn的浓度如图3所示,为2.4wt%。
另外,如图3所示,比较制造例p0的绿色荧光体的激发光谱的445nm附近的峰值的半值宽度为23nm。
(制造例p1~p4:mn2+激活γ-alon荧光体的制备)
接着,参照图2的(b)~(e)及图3说明本实施方式的绿色荧光体12的制造例。
制造例p1~p4的mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体12)经与比较制造例p0同样的工序制作。即,本制造例的绿色荧光体12以图3所示的混合比率混合氮化铝粉末、氧化铝粉末、氧化镁粉末及氟化锰粉末而制作。
之后,通过对所得的制造例p1~p4的绿色荧光体12分别照射445nm的光,得到图2的(b)~(e)所示的发光光谱。具体而言,该发光光谱与比较制造例p0一样,使用分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000),通过向上述绿色荧光体照射445nm的光激发该绿色荧光体来测定。另外,激发光谱是监视发光光谱的峰值波长而得的光谱。另外,对于被捕获到制造例p1~p4的绿色荧光体12的结晶中的mn的浓度及平均粒径,也利用与比较制造例p0一样的方法算出。
在制造例p1~p4的绿色荧光体12中,色度坐标及平均粒径得到图3所示的值。特别是,可知在制造例p1~p4的绿色荧光体12中,与比较制造例p0不同,被捕获到结晶中的mn的浓度为2.5wt%以上。此外,制造例p1~p4的绿色荧光体12的激发光谱中的445nm附近的峰值的半值宽度分别为25nm、25nm、26nm及28nm。
(制造例p5:mn2+激活γ-alon荧光体的制备)
如下仅变更制造例p1的粉碎分级工序,得到制造例p5的mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体12)。
(粉碎分级工序)
在所得的荧光体试料中添加少量的纯水的状态下,使用玛瑙的研钵进行湿式粉碎,通过反复多次利用开口85μm的筛子去除粗大粉的操作,边粉碎荧光体试料边去除物粗大粉。之后,使去除了粗大粉的荧光体试料分散于在纯水中溶解了六偏磷酸0.1wt%而得到的水溶液之中,放置一定时间后,通过去除上清液来去除微细粉,得到调整了粒径的荧光体粉末。
(测定工序)
与制造例p1同样地对所得的荧光体试料进行各种测定后得知,与制造例p1比较,仅平均粒径不同。具体而言,平均粒径为25.1μm。
(制造例p6:mn2+激活γ-alon荧光体的制备)
如下仅变更制造例p1的粉碎分级工序,得到制造例p6的mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体12)。
(粉碎分级工序)
在所得的荧光体试料中添加少量的纯水的状态下,使用玛瑙的研钵进行湿式粉碎,通过反复多次利用开口20μm的筛子去除粗大粉的操作,边粉碎荧光体试料边去除粗大粉。之后,使去除了粗大粉的荧光体试料分散于在纯水中溶解了六偏磷酸0.1wt%而得到的水溶液之中,放置一定时间后,通过去除上清液来去除微细粉,得到调整了粒径的荧光体粉末。
(测定工序)
与制造例p1同样地对所得的荧光体试料进行各种测定后得知,与制造例p1比较,仅平均粒径不同。具体而言,平均粒径为7.6μm。
<发光装置的实施例及比较例>
接着,使用图4及图5对作为实施例的发光装置10及作为其比较例的发光装置进行说明。图4的(a)是表示比较例dg0的发光装置的发光光谱的曲线图,图4的(b)~(e)是表示各实施例dg1~dg4的发光装置10的发光光谱的曲线图。在此,实施例dg5及dg6的发光光谱与实施例dg1相同。另外,图4的曲线图中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。
图5是表示在各实施例dg1~dg6的发光装置10和比较例dg0的发光装置中,分散材料(树脂)与mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体)的混合比率及测定结果的表。作为测定结果,示出:(1)各发光装置的理论极限光视效率(theoreticallimitofluminousefficiency:tlle);(2)实施例dg3的发光装置10射出的光的光束为100时的其它的各发光装置射出的光的光束(相对值);(3)发光装置10的批量生产性是否良好;和(4)透射液晶面板(相当于液晶显示部120)后的从各发光装置射出的光的色度坐标。此外,图5(图10也同样)中,将发光装置的批量生产性良(即适于批量生产)的情况设定为“良好”,将批量生产性差(即不适于批量生产)的情况设定为“不可”,将发光装置的批量生产性一定程度良,可批量生产的情况设定为“可”。
此外,调整荧光体的量,使得各发光装置的色度坐标如图5所示为ciey=0.150附近。该ciey的值是除了上述绿色荧光体外还将后述的红色荧光体到分散材料中的情况下,考虑将来自发光元件的蓝色光、来自上述绿色荧光体的绿色光及来自上述红色荧光体的红色光混色得到的白色光而算出的值。具体而言,上述ciey的值是根据假定发光装置发出适于图像显示装置的白色光时包含于该白色光的蓝色光与绿色光的峰值强度的比率算出的值。
(比较例dg0)
首先,参照图4(a)及图5说明用于与本实施方式的发光装置10比较的发光装置的制造例(比较例dg0)。
比较例dg0的发光装置具有与具备图1所示的构造的发光装置10同样的构造。在比较例dg0的发光装置中,发光元件是发光峰值波长445nm的蓝色led(科锐(cree)公司制)。绿色荧光体是上述比较制造例p0中所得的mn2+激活γ-alon荧光体,分散材料是硅酮树脂(信越化学工业(株)制:ker-2500)。
首先,使比较制造例p0的mn2+激活γ-alon荧光体分散于硅酮树脂中,得到荧光体分散树脂。具体而言,该荧光体分散树脂通过以1.33:1的重量比率混合上述mn2+激活γ-alon荧光体和硅酮树脂而得到。接着,将所得的荧光体分散树脂使用自转公转搅拌器(日新基(thinky)公司制:ar-100)进行混揉,使用针状的治具通过手动作业在树脂框之中涂敷混揉后的荧光体分散树脂,通过150℃的加热处理使硅酮树脂固化,由此得到发光装置。
之后,以驱动电流20ma驱动所得的发光装置,利用分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000)测定发光光谱,得到图4的(a)所示的发光光谱。此外,在比较例dg0中,mn2+激活γ-alon荧光体的分散量如上所述被调整使得发光装置的发光光谱的色度坐标为ciey=0.150附近。
(实施例dg1~dg6)
接着,参照图4的(b)~(e)及图5说明本实施方式的发光装置10的制造例(实施例dg1~dg6)。
各实施例dg1~dg6的发光装置10具有图1所示的构造。在各实施例dg1~dg6的发光装置10中,发光元件11是发光峰值波长445nm的蓝色led。绿色荧光体12是上述各制造例p1~p6所得的mn2+激活γ-alon荧光体,分散材料13是硅酮树脂(信越化学工业(株)制:ker-2500)。
以图5所示的重量比率将上述各制造例p1~p6的mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体12)与分散材料13混合。此外,发光装置10的制造工序与比较例dg0同样。
(发光装置的评价:批量生产性)
对比较例dg0的发光装置及实施例dg1~dg6的发光装置10的批量生产性(成品率)进行验证。
如图5所示,在实施例dg1~dg6的发光装置中,可知绿色荧光体12的重量与分散材料13的重量的重量比率为1.2以下,即,(绿色荧光体12的重量)/(分散材料13的重量)≤1.2。
在此,在实施例dg1~dg6及比较例dg0的发光装置的制造中,通过手动作业涂敷荧光体分散树脂,为了评价发光装置的批量生产性,使用适于发光装置的批量生产的分配器进行涂敷荧光体分散树脂的工序。具体而言,对于荧光体分散树脂,使用发光装置批量生产用的分配器(dispenser)(musashiengineering(武蔵エンジニアリング)公司:superσcmii)及涂敷装置(musashiengineering公司:shotmaster(注册商标)300)对100个发光装置连续进行荧光体分散树脂的涂敷。
其结果是,在实施例dg1~dg6的发光装置10中,能够100个连续地进行荧光体分散树脂的涂敷。另外,在实施例dg1的发光装置10中,从所制造的100个发光装置10分别射出的光的色度偏差在ciey落入±0.02的范围。同样,在实施例dg2、dg3、dg6的发光装置10中,从各实施例制造的100个发光装置10射出的光的色度的偏差在ciey中落入±0.02的范围。另外,在实施例dg4、dg5的发光装置10中,从各实施例制造的100个发光装置10射出的光的色度偏差在ciey落入±0.04的范围。该值表示在实施例dg1~dg6的发光装置10中上述色度的偏差小到可用作实施品的程度。即,可以说上述值表示实施例dg1~dg6的发光装置10的批量生产性良。
另一方面,在比较例dg0的发光装置中,在连续100个涂敷荧光体分散树脂的中途,在分配器中产生堵塞。即,在比较例dg0的发光装置中,不能进行连续100个的涂敷。另外,在比较例dg0的发光装置中,在涂敷了规定量的荧光体分散树脂的发光装置之间,色度的偏差也大,在ciey高于±0.05。这可以认为是因为在比较例dg0的发光装置中,上述mn的浓度为2.4wt%,未控制在2.5wt%以上,所以为了抑制发光效率的降低,绿色荧光体在分散材料中的分散量过多,荧光体分散树脂的流动性明显降低。
根据以上的结果,实施例dg1~dg6的发光装置与比较例dg0的发光装置比较,可以说成品率高,进而批量生产性良。
另外,实施例dg1、dg2及dg6所示的发光装置10满足(绿色荧光体12的重量)/(分散材料13的重量)≤1.0,在该情况下,可知发光装置10的批量生产性特别优异。此外,可知如实施例dg3那样,即使在绿色荧光体12的重量与分散材料13的重量的重量比率比1.0大的情况下,如果是1.0附近的值,则与实施例dg1等同样,发光装置10的批量生产性可以说特别优异。
(发光装置的评价:发光效率)
对于比较例dg0及实施例dg1~dg6的发光装置,根据发光光谱的形状估算发光装置的发光效率。图6是表示人类的视觉灵敏度曲线(单位lm/w)的曲线图。
在上述估算中,将波长设为λ(单位nm),将图4所示的各发光装置的发光光谱所示的值设为led(λ),将图6所示的视觉灵敏度曲线所示的值设为v(λ),将激发光即蓝色光的峰值波长设为λex(=445nm),通过以下式子,求出上述比较例dg0及实施例dg1~dg6所示的发光装置的理论极限光视效率(tlle)。
【数学式1】
在此,tlle是根据发光装置射出的光的发光光谱的形状,作为能量损失仅考虑理论上不可避的损失即伴随波长转换的斯托克斯损失地计算得到的发光装置的发光效率的理论极限值。
如图5所示,可知实施例dg1~dg6的发光装置10与比较例dg0的发光装置比较,呈现出较高的tlle。该结果起因于各实施例dg1~dg6的发光装置10的绿色荧光体12的发光光谱的形状与比较例dg0的发光装置的绿色荧光体的发光光谱的形状相比,与图6所示的视觉灵敏度曲线的波长匹配性高。因此,在发光效率的估算时,实施例dg1~dg6的发光装置10和比较例dg0的发光装置之间,在mn2+激活γ-alon荧光体的发光效率是相同水准的情况下,可以说实施例dg1~dg6的发光装置10呈现出比比较例dg0的发光装置高的发光效率或与比较例dg0的发光装置几乎同等的发光效率。
接着,在各发光装置中,对表示发光装置的明亮度的指标即发光装置的光束进行比较时,如图5所示,可知实施例dg1、dg2、dg5的发光装置10与比较例dg0的发光装置相比,呈现高的光束。即,可知实施例dg1、dg2、dg5的发光装置10的发光效率比比较例dg0的发光装置高。
该结果是因为实施例dg1、dg2、dg5的发光装置10与比较例dg0的发光装置相比,mn2+激活γ-alon荧光体的发光光谱与图6所示的视觉灵敏度曲线的波长匹配性好。
另外,如图3所示,实施例dg1~dg6的发光装置10的上述mn的浓度为2.5wt%以上,另一方面,比较例dg0的发光装置10的上述mn的浓度为2.4wt%。因此,在比较例dg0的发光装置中,与实施例dg1~dg6的发光装置10相比,需要增加mn2+激活γ-alon荧光体的量。其结果是,容易产生与发生不需要的散射相伴的光损失,从发光装置的光输出效率有可能降低。因此,从该观点来看的情况下,也可以说如后所述,通过适当控制上述mn的浓度的上限值和mn2+激活γ-alon荧光体的平均粒径,至少实施例dg1、dg2、dg5的发光装置10,与比较例dg0的发光装置相比,发光效率提高。
在此,例如在比较例dg0的发光装置和实施例dg1、dg2的发光装置10的比较中,可以考虑将绿色荧光体的使用量控制在例如(绿色荧光体的重量)/(分散材料的重量)<0.5。在该情况下,如果对于从图像显示装置射出的光的白色点,在ciex及ciey中的至少任一者取比(ciex,ciey)=(0.281,0.288)小的值的区域比较各发光装置的发光效率,则能够降低由绿色荧光体产生的光散射的影响。因此,(绿色荧光体的重量)/(分散材料的重量)<0.5的情况下,从比较例dg0的发光装置射出的光的光束与从实施例dg1或dg2的发光装置10射出的光的光束有可能同等。然而,从该情况下的图像显示装置射出的光的色度点大幅脱离希望的白色点,因此在图像显示装置的实用上不优选控制在(绿色荧光体的重量)/(分散材料的重量)<0.5。
另外,从图5所示的实施例dg3的发光装置10射出的光的光束的值是能够获得在本申请的图像显示装置中可以实现的希望的发光效率的值。从实施例dg4的发光装置射出的光的光束比从实施例dg3的发光装置10射出的光的光束低,因此可以说得不到在本申请的图像显示装置可以实现的希望的发光效率。在此,如图3所示,实施例dg3的上述mn的浓度为4.56wt%,实施例dg4的上述mn的浓度为4.7wt%。即,可以说为了实现批量生产性优异且满足在本申请的图像显示装置中可以实现的希望的发光效率的发光装置10,优选上述mn的浓度为4.6wt%以下。
不过,实施例dg4的发光装置10至少批量生产性优异,例如在将该发光装置10应用于与本申请的图像显示装置不同的图像显示装置或图像显示装置以外的装置(例如照明装置)的情况下,有可能能够维持这些装置所要求的发光效率。
另外,实施例dg6的发光装置10的上述mn的浓度如图3所示,与实施例dg1的发光装置10相同,但实施例dg6的发光装置10的发光效率如图5所示,低于实施例dg1的发光装置10。可以认为该结果是因为由于实施例dg6中含有的绿色荧光体12的平均粒径较小为7.6μm(参照图3),所以过多发生光散射。然而,实施例dg6的发光装置10与实施例dg4的发光装置10同样,例如有可能能够维持与本申请的图像显示装置不同的图像显示装置或照明装置所要求的发光效率。
像这样,可知为了提高发光装置的发光效率和批量生产性这两者,特别需要适当控制绿色荧光体12的发光元素即mn的浓度和平均粒径。mn2+激活γ-alon荧光体由于激发光的吸收效率低,所以与历来作为绿色荧光体使用的eu2+激活荧光体比较,上述发光元素的浓度及粒径的控制特别重要。
〔实施方式2〕
基于图7~图10对本发明的作为另一个实施方式的实施方式2进行说明如下。本实施方式中,对于在实施方式1中说明的发光装置10的另一个实施方式的发光装置10a进行说明。此外,为了方便说明,对与前述实施方式中说明的部件具有相同的功能的部件,标记相同的附图标记,省略其说明。
<发光装置10a>
如图7所示,发光装置10a包括发光元件11、绿色荧光体12、分散材料13、印刷配线基板14、树脂框15和红色荧光体16。即,本实施方式的发光装置10a在包含红色荧光体16这一点上与实施方式1的发光装置10不同。发光装置10a通过来自发光元件11的蓝色光、来自绿色荧光体12的绿色光及来自红色荧光体16的红色光的混色能够发出白色光。在此,发出白色光既可以意味着发光装置10a自身发出白色光,也可以意味着后述的图像显示装置发出白色光。
<红色荧光体16>
红色荧光体16是由发光元件11发出的蓝色光激发而发出红色光的波长转换部件,是mn4+激活荧光体。
作为mn4+激活荧光体,可以从mn4+激活氟配位化合物荧光体、mn4+激活氧化物荧光体、mn4+激活氟氧化物荧光体等中适宜选择,其中,优选mn4+激活氟配位化合物荧光体。这是因为mn4+激活氟配位化合物荧光体发出的红色光的发光光谱的半值宽度例如窄至10nm以下,红色区域的色彩再现性优异。另外,是因为mn4+激活氟配位化合物荧光体对于蓝色光的激发效率高。
作为用作红色荧光体16的mn4+激活氟配位化合物荧光体,例如可以使用由以下的通式(a)或通式(b)表示的荧光体。mn4+激活氟配位化合物荧光体是由通式(a)及通式(b)中的任一式所示的荧光体,如上所述,发光光谱的半值宽度极窄为10nm以下。这起因于作为发光离子的mn4+的性质。
通式(a):mi2(mii1-hmnh)f6
在上述通式(a)中,mi是选自li、na、k、rb及cs中的至少一种碱金属元素。mii是选自ge、si、sn、ti及zr中的至少一种4价金属元素。另外,优选0.001≤h≤0.1。
在通式(a)中,因发光强度的高度及荧光体结晶的稳定性高,优选mi为k。另外,根据同样的理由,优选mii含有ti或si。
另外,在通式(a)中,h的值表示mn的组成比(浓度),即mn4+的浓度。h的值小于0.001的情况下,作为发光离子的mn4+的浓度不足,有得不到充分的明亮度这种不良情况。另一方面,h的值超过0.1的情况下,有因浓度猝灭等,明亮度大幅度降低这种不良情况。
即,优选由通式(a)表示的mn4+激活氟配位化合物荧光体是k2(ti1-hmnh)f6或k2(si1-hmnh)f6,h为0.001以上且0.1以下。
通式(b):miii(mii1-hmnh)f6
在上述通式(b)中,miii是选自mg、ca、sr及ba中的至少一种的碱土类金属元素。mii是选自ge、si、sn、ti及zr中的至少一种4价金属元素。另外,优选0.001≤h≤0.1。
在通式(b)中,由于荧光体的发光效率高,且难以因热及外力而劣化,所以优选miii至少含有ba。根据同样的理由,优选mii包含ti或si。
特别是,即使是mn4+激活氟配位化合物荧光体由通式(a)及(b)中的任一形式表示的情况,如果mii是si,则荧光体对水的溶解度低,荧光体的耐水性提高,所以更优选。另外,优选在通式(b)中,表示mn的组成比(浓度)的h的值与上述的通式(a)的h相同,为0.001≤h≤0.1。
<红色荧光体16的制作>
接着,使用图8对红色荧光体16进行说明。图8是表示制造例r1的红色荧光体16的发光光谱及激发光谱的曲线图。制造例r1中作为红色荧光体16制作mn4+激活k2sif6荧光体。
(制造例r1:mn4+激活k2sif6荧光体的制备)
在由上述的mi2(mii1-hmnh)f6表示的组成式(a)中,mi是k,mii是si,通过以下的顺序制备h=0.06的mn4+激活氟配位化合物荧光体。
首先,在氯乙烯树脂制的反应槽的中央设置氟树脂类离子交换膜的分割物(隔膜),在隔着离子交换膜的2个室分别设置均由铂板构成的阳极和阴极。在反应槽的阳极侧装入溶解有氟化锰(ii)的氢氟酸水溶液,在阴极侧装入氢氟酸水溶液。
将上述阳极及阴极与电源连接,以电压3v、电流0.75a进行电解。完成电解后,在阳极侧的反应液中过量添加使氟化钾在氢氟酸水溶液中饱和而得到的溶液时,作为黄色的固体生成物生成k2mnf6。通过对生成的黄色的固体生成物进行过滤、回收,得到k2mnf6。
接着,使4.8g的二氧化硅溶解于100cm3的48质量%氢氟酸水溶液,制备含有氟化硅的水溶液。将该水溶液冷却至室温后,装入带盖的树脂容器中,在保持于70℃的水浴中保持1小时以上,进行加温。在该包含氟化硅的水溶液中加入1.19g上述制备的k2mnf6粉末进行搅拌使其溶解,制备含有氟化硅和k2mnf6的水溶液(第一溶液)。
另外,使13.95g的氟化钾溶解于40cm3的48质量%氢氟酸水溶液,放冷至室温,制备含有氟化钾的水溶液(第二溶液)。
然后,花约2.5分钟在搅拌后的第一溶液中一点一点地加入第二溶液,搅拌10分钟左右时,生成淡橙色的固体。对该固体生成物进行过滤,将过滤得到的固体生成物用少量的20质量%氢氟酸水溶液清洗。然后,进一步用乙醇对固体生成物进行清洗之后,进行真空干燥。其结果,得到制造例r1的mn4+激活k2sif6荧光体粉末。
对所得的荧光体粉末,使用cu的kα射线进行粉末x射线衍射测定(xrd)。其结果,从该荧光体粉末得到的曲线图全部确认了该荧光体粉末示出k2sif6构造。另外,确认了向该荧光体粉末照射波长365nm的光的结果是呈红色发光。
然后,通过对所得的制造例r1的红色荧光体16照射445nm的光,得到图8所示的发光光谱。具体而言,该发光光谱是使用分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000),通过向上述红色荧光体16照射445nm的光激发该红色荧光体而测定的。另外,激发光谱是监视发光光谱的峰值波长而得到的。
由图8可知,制造例r1的红色荧光体16的发光光谱与图11所示的红色滤光片126r波长匹配性良好。另外,解析图8所示的发光光谱的结果是,制造例r1的红色荧光体16的发光光谱的峰值波长为630nm,半值宽度为8nm。另外,根据上述发光光谱计算色度坐标,在cie1931色度坐标中(ciex,ciey)=(0.691,0.307)。
<发光装置的实施例及比较例>
接着,使用图9及图10对作为实施例的发光装置10a及作为其比较例的发光装置进行说明。图9的(a)是表示比较例dw0的发光装置的发光光谱的曲线图,图9的(b)~(e)是表示各实施例dw1~dw4的发光装置10a的发光光谱的曲线图。在图9的曲线图中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。在此,实施例dw5及dw6的发光光谱与实施例dw1相同。另外,图10是表示在比较例dw0及各实施例dw1~dw6的发光装置中,分散在分散材料(树脂)的内部的红色荧光体和绿色荧光体的混合比率、分散材料与红色荧光体及绿色荧光体的混合比率以及测定结果的表。具体而言,图10中作为测定结果表示:(1)实施例dw3的发光装置10a射出的光的光束设为100时从其它的各发光装置射出的光的光束(相对值);(2)发光装置的批量生产性是否良好;及(3)透射液晶面板(相当于液晶显示部120)后从各发光装置射出的光的白色点的色度坐标。
(比较例dw0)
首先,参照图9的(a)及图10说明用于与本实施方式的发光装置10a比较的发光装置的制造例(比较例dw0)。
比较例dw0的发光装置具备与具有图7所示的构造的发光装置10a同样的构造。在比较例dw0的发光装置中,发光元件是发光峰值波长445nm的蓝色led(科锐(cree)公司制)。绿色荧光体是上述比较制造例p0所得的mn2+激活γ-alon荧光体,分散材料13是硅酮树脂(信越化学工业(株)制:ker-2500)。红色荧光体16是在上述制造例r1中得到的mn4+激活k2sif6荧光体。
首先,作为分散在硅酮树脂的荧光体,以1:19.9的重量比率混合上述制造例r1的mn4+激活k2sif6荧光体和上述比较制造例p0的mn2+激活γ-alon荧光体,得到荧光体混合物。
接着,使该荧光体混合物分散在硅酮树脂中,得到荧光体分散树脂。具体而言,该荧光体分散树脂通过以1:1.42的重量比率混合上述硅酮树脂和荧光体混合物而得到。而且,与上述比较例dg0同样,通过用手动作业进行荧光体分散树脂的涂敷作业,得到发光装置。
然后,以驱动电流20ma驱动所得的发光装置,通过分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000)测定发光光谱,得到图9的(a)所示的发光光谱。此外,在比较例dw0中,mn4+激活k2sif6荧光体及mn2+激活γ-alon荧光体的分散量被调整为在具有图9的(a)所示的发光光谱的光透射液晶面板时,表示白色点的色度点为(ciex,ciey)=(0.281,0.288)附近的色温10,000k的白色。如图10所示,比较例dw0的发光装置射出的光的白色点的色度坐标为(ciex,ciey)=(0.280,0.288)。
(实施例dw1~dw6)
接着,参照图9的(b)~(e)及图10说明本实施方式的发光装置10a的制造例(实施例dw1~dw6)。
各实施例dw1~dw6的发光装置10a具有图7所示的构造。在各实施例dw1~dw6的发光装置10a中,发光元件11是发光峰值波长445nm的蓝色led。绿色荧光体12是在上述各制造例p1~p6中得到的mn2+激活γ-alon荧光体,分散材料13是硅酮树脂(信越化学工业(株)制:ker-2500)。红色荧光体16是在上述制造例r1中得到的mn4+激活k2sif6荧光体。
与比较例dw0同样,作为分散在硅酮树脂中的荧光体,以图10所示的重量比率混合上述制造例r1的mn4+激活k2sif6荧光体及上述各制造例p1~p6的mn2+激活γ-alon荧光体,得到荧光体混合物。
图10表示绿色荧光体12与红色荧光体16的重量比率。例如,在实施例dw1中,以1:16.0的重量比率混合制造例r1的mn4+激活k2sif6荧光体和制造例p1的mn2+激活γ-alon荧光体。
接着,使该荧光体混合物分散在硅酮树脂中,得到荧光体分散树脂。具体而言,该荧光体分散树脂通过以图10所示的重量比率混合上述荧光体混合物和硅酮树脂而得到。
图10表示绿色荧光体12及红色荧光体16与硅酮树脂(分散材料13)的重量比率。例如,在实施例dw1中通过以1:0.94的重量比率混合上述硅酮树脂和制造例r1的mn4+激活k2sif6荧光体及制造例p1的mn2+激活γ-alon荧光体而得到。而且,通过与上述比较例dg0同样地利用手动作业进行荧光体分散树脂的涂敷作业,得到发光装置。
然后,以驱动电流20ma驱动所得的发光装置,通过分光光度计(大塚电子制:mcpd-7000)测定发光光谱,得到图9的(b)~(e)所示的发光光谱。如上所述,实施例dw5、dw6的发光光谱与实施例dw1相同。此外,在各实施例dw1~dw6中与比较例dw0同样,mn4+激活k2sif6荧光体及mn2+激活γ-alon荧光体的分散量被调整为如图10所示,在具有图9的(b)~(e)所示的发光光谱的光透射液晶面板时,表示白色点的色度点为(ciex,ciey)=(0.281,0.288)附近的色温10,000k的白色。
(发光装置的评价)
在此,参照图10比较发出上述白色光的发光装置射出的光的光束(明亮度)及该发光装置的批量生产性。如图10所示,实施例dw1~dw6的发光装置10a也满足0.5<(绿色荧光体12及红色荧光体16的重量)/(分散材料13的重量)≤1.2。另外,用于实施例dw1~dw6的绿色荧光体12(制造例p1~p6)的上述mn的浓度如图3所示,控制在2.5wt%以上。该情况如图10所示,可知发光装置10a的批量生产性优异。
另外,与实施方式1的发光装置10同样,实施例dw1、dw2及dw6所示的发光装置10a满足(绿色荧光体12及红色荧光体16的重量)/(分散材料13的重量)≤1.0,该情况下,可知发光装置10a的批量生产性尤其优异。此外,可知如实施例dw3那样,在绿色荧光体12及红色荧光体16的重量与分散材料13的重量的重量比率即使比1.0大的情况下,如果是1.0附近的值,则与实施例dw1等同样,可以说发光装置10a的批量生产性特别优异。
此外,可知如果与实施方式1同样,包含绿色荧光体12的荧光体整体与分散材料13的重量比率为1.2以下,优选为1.0以下,则能够提高发光装置10a的成品率,进而能够提高批量生产性。另外,包含绿色荧光体12的荧光体整体与分散材料13的重量比率大于0.5的情况下,能够将从发光装置10a发出的白色光的色度点控制在发光装置10a适宜在本申请的图像显示装置中使用的范围内。
另外,如果在各发光装置中比较发光装置的光束,则如图10所示,可知实施例dw1、dw2、dw5的发光装置10a与比较例dw0的发光装置相比呈现高的光束。即,可知实施例dw1、dw2、dw5的发光装置10a与比较例dw0的发光装置相比发光效率高。其结果与实施方式1同样,是因为实施例dw1、dw2、dw5的发光装置10a与比较例dw0的发光装置比较,mn2+激活γ-alon荧光体的发光光谱与视觉灵敏度曲线(参照图6)的波长匹配性良好。
另外,也如实施方式1中所述,比较例dw0的发光装置10的上述mn的浓度为2.4wt%(即不是2.5wt%以上)。因此,在比较例dw0的发光装置中,需要增加mn2+激活γ-alon荧光体的量,来自发光装置的光输出效率有可能降低。因此,在从该观点来看的情况下,也可以说如后所述,通过适当控制上述mn的浓度的上限值、绿色荧光体12及红色荧光体16与分散材料13的重量比率、mn2+激活γ-alon荧光体的平均粒径,至少实施例dw1、dw2、dw5的发光装置10a与比较例dw0的发光装置相比,发光效率提高。
在此,例如可以考虑在比较例dw0的发光装置和实施例dw1、dw2的发光装置10a的比较中,将绿色荧光体及红色荧光体的使用量例如控制在(绿色荧光体及红色荧光体的重量)/(分散材料的重量)<0.5。然而,如实施方式1中所述,从图像显示装置射出的光的色度点大幅脱离希望的白色点,因此在图像显示装置的实用上不优选控制在(绿色荧光体及红色荧光体的重量)/(分散材料的重量)<0.5。
另外,从图10所示的实施例dw3的发光装置10a射出的光的光束的值是得到在本申请的图像显示装置可以实现的希望的发光效率的值。从实施例dw4的发光装置射出的光的光束比实施例dw3的发光装置10a射出的光的光束低,可以说得不到在本申请的图像显示装置中可以实现的希望的发光效率。在此,如图3所示,实施例dw3的上述mn的浓度为4.56wt%,实施例dw4的上述mn的浓度是4.7wt%。即,为了实现批量生产性优异且满足在本申请的图像显示装置中可以实现的希望的发光效率的发光装置10a,可以说优选上述mn的浓度为4.6wt%以下。
但是,实施例dw4的发光装置10a至少批量生产性优异,有可能能够维持与上述的本申请的图像显示装置不同的图像显示装置或照明装置所要求的发光效率。
另外,实施例dw6的发光装置10a的上述mn的浓度如图3所示与实施例dw1的发光装置10a相同,实施例dw6的发光装置10a的发光效率如图10所示,比实施例dw1的发光装置10a低。认为其结果起因于由于实施例dw6中含有的绿色荧光体12的平均粒径较小,为7.6μm(参照图3),所以过度发生光散射。然而,实施例dw6的发光装置10a至少批量生产性优异,例如有可能能够维持与本申请的图像显示装置不同的图像显示装置或照明装置所要求的发光效率。
〔实施方式3〕
基于图11~图13对实施方式3进行说明如下。本实施方式中对具备实施方式2的发光装置10a的图像显示装置100进行说明。此外,为了便于说明,对具有与在前述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标注相同的附图标记,省略其说明。
此外,在本实施方式中,对图像显示装置100具备发光装置10a的情况进行说明,但不限于此,代替发光装置10a,也可以具有实施方式1的发光装置10。该情况下,不一定需要具备红色滤光片126r。
<图像显示装置100>
图11的(a)是本实施方式的图像显示装置的一例即图像显示装置100的分解立体图。图11的(b)是图11的(a)所示的图像显示装置100具备的液晶显示装置120a的分解立体图。图12是表示图像显示装置100具备的彩色滤光片的透射光谱的曲线图。
如图11的(a)所示,图像显示装置100包括发光装置10a、导光板110和液晶显示部120。导光板110是透明或半透明的导光板。液晶显示部120是显示图像的显示部,包括多个液晶显示装置120a。
在图像显示装置100中,以与导光板110的与液晶显示部120相对的表面的相反侧的表面相对的方式配置有多个发光装置10a。本实施方式中如图11的(a)所示,多个发光装置10a矩阵状配置。另外,与导光板110相邻地设置有由多个液晶显示装置120a构成的液晶显示部120。来自发光装置10a的射出光130在导光板110内散射,作为散射光140向液晶显示部120的整个面照射。
<液晶显示装置120a>
如图11的(b)所示,构成液晶显示部120的液晶显示装置120a通过依次层叠偏光板121、透明导电膜123a(具有薄膜晶体管122)、取向膜124a、液晶层125、取向膜124b、上部薄膜电极123b、用于显示彩色像素的彩色滤光片126和上部偏光板127而形成。
彩色滤光片126被分割成与透明导电膜123a的各像素对应的大小的部分。另外,彩色滤光片126具备透射红色光的红色滤光片126r、透射绿色光的绿色滤光片126g及透射蓝色光的蓝色滤光片126b。
本实施方式的图像显示装置100如图11的(b)所示的彩色滤光片126那样,优选具备分别透射红色光、绿色光、蓝色光的滤光片。该情况下,各色滤光片例如能够优选使用呈现图12所示的透射光谱的滤光片。在后述的实施例中,也使用呈现图12所示的透射光谱的彩色滤光片。
在此,本实施方式的绿色滤光片126g的透射率比一般用于广色域液晶显示器的绿色滤光片的透射率高。更具体而言,绿色滤光片126g的520nm以上540nm以下的波段的光的透射率为80%以上。
通常,如上所述在绿色滤光片的透射率高的情况下,绿色的色彩再现性会降低。另一方面,在本实施方式的图像显示装置100具备的发光装置10a中,作为绿色荧光体12使用上述的mn2+激活γ-alon荧光体。因此,即使在如上所述使用透射率高的绿色滤光片作为绿色滤光片126g的情况下,也能够扩大图像显示装置100的色再现域。另外,作为绿色滤光片126g能够使用透射率高的绿色滤光片,所以能够提高图像显示装置100的亮度。即,在图像显示装置100中,能够实现图像显示装置100显示的图像的明亮度和广色再现域这两者。
<图像显示装置的实施例>
接着,使用图13对图像显示装置100的实施例进行说明。图13是表示本实施方式的各实施例dis1~dis3的图像显示装置100的覆盖率、面积比率及色度坐标的表。
(实施例dis1)
实施例dis1的图像显示装置是具有图11所示的构造的图像显示装置100。在实施例dis1的图像显示装置100中,作为背光源使用实施例dw1的发光装置10a。另外,在实施例dis1的图像显示装置100中,作为彩色滤光片,使用具有图12所示的透射光谱的滤光片。即,使用具备红色滤光片126r、绿色滤光片126g及蓝色滤光片126b的彩色滤光片126。
(实施例dis2、dis3)
实施例dis2、dis3的图像显示装置是具有图11所示的构造的图像显示装置100。在实施例dis2、dis3的图像显示装置100中,作为背光源,分别使用实施例dw2、dw3的发光装置10a。另外,作为彩色滤光片,使用具有图12所示的透射光谱的彩色滤光片126。
(图像显示装置的评价)
如图13所示,可知实施例dis1~dis3的图像显示装置100相对于ntsc、adobergb的色域具有较高的面积比率及覆盖率。特别是可知,实施例dis1、dis2所示的图像显示装置100具有ntsc覆盖率为90%以上、adobergb覆盖率为95%以上这样的作为广色域显示器适宜的色域。
这样,发光装置10a不仅批量生产性和/或发光效率良好,还可实现色彩再现性高的图像显示装置100。
〔实施方式4〕
基于图14对实施方式4进行说明如下。本实施方式的发光装置10a表示实施方式2的发光装置10a的另一种形式,对于发光元件11以外的结构,因与实施方式2的发光装置10a具备的各结构相同,所以省略其说明。
图14是表示绿色荧光体12和红色荧光体16的混合比率、分散材料13与绿色荧光体12及红色荧光体16的混合比率以及作为测定结果的从发光装置射出的光的光束(相对值)的表。
如图14所示,在实施方式2的发光装置10a中,从发光元件11发出的一次光(激发光)的峰值波长为445nm,另一方面,在本实施方式的发光装置10a中该峰值波长为460nm。
另外,在上述两个发光装置10a中,作为绿色荧光体12使用制造例p1中制造的荧光体,绿色荧光体12及红色荧光体16以图14所示的混合比率分散于分散材料13中。图14中实施方式2的发光装置10a是上述的实施例dw1。另一方面,实施方式4的发光装置10a作为实施例dw7。在实施例dw7的发光装置10a中,绿色荧光体12、红色荧光体16及分散材料13(树脂)的混合量被调整为从该发光装置10a射出的光透射液晶面板时,表示白色点的色度点为(ciex,ciey)=(0.281,0.288)附近的色温10,000k的白色。
由图10及图14可知,实施方式4(实施例dw7)的发光装置10a的发光效率比实施例dw1的发光装置10a的发光效率低,但比实施例dw3的发光装置10a的发光效率高。即,可知如实施例dw7的发光装置10a那样,一次光的峰值波长即使是460nm,也满足本申请的图像显示装置所要求的发光效率。即,在具备发出峰值波长460nm的一次光的发光元件11的发光装置10a中,也能够提高批量生产性及发光效率。
此外,实施例dw1的发光装置10a的发光效率比实施例dw7的发光装置10a的发光效率高。另外,在实施例dw1的发光装置10a中,与实施例dw7的发光装置10a相比,绿色荧光体12及红色荧光体16与分散材料13的重量比率低。即,在实施例dw1中,与实施例dw7相比,绿色荧光体12及红色荧光体16的使用量少。因此,可以说实施例dw1的发光装置10a与实施例dw7的发光装置10a相比,因能够抑制分散材料13的流动性的降低,所以批量生产性更优异。这些结果起因于(i)一次光的发光光谱与(ii)绿色荧光体12及红色荧光体16的激发光谱以及蓝色滤光片的透射光谱的波长匹配性良好。
〔实施方式5〕
与实施方式4同样地基于图14对实施方式5进行说明如下。本实施方式的发光装置10a表示实施方式2及实施方式4的发光装置10a的另一种形式,发光元件11以外的结构因与实施方式2的发光装置10a具备的各结构相同,所以省略其说明。
如图14所示,在本实施方式中,从发光元件11发出的一次光(激发光)的峰值波长为440nm。另外,作为绿色荧光体12使用在制造例p1所制造的荧光体,绿色荧光体12及红色荧光体16以图14所示的混合比率分散于分散材料13中。在图14中,实施方式5的发光装置10a作为实施例dw8。在实施例dw8的发光装置10a中,绿色荧光体12、红色荧光体16及分散材料13(树脂)的混合量与实施方式4同样地调整。
从图10及图14可知,本实施方式(实施例dw8)的发光装置10a的发光效率比实施例dw3的发光装置10a的发光效率高。即,可知如实施例dw8的发光装置10a那样,一次光的峰值波长即使是440nm,也满足本申请的图像显示装置所要求的发光效率。即,在具备发出峰值波长440nm的一次光的发光元件11的发光装置10a中,也能够提高批量生产性及发光效率。
此外,可以说实施例dw1的发光装置10a与实施例dw8的发光装置10a相比发光效率高,而且批量生产性优异。该结果是由于与在实施例dw1与实施例dw7的比较中叙述的理由同样的理由。
〔总结〕
本发明的方式1的发光装置(10、10a)包括:发出蓝色光的发光元件(11);由上述蓝色光激发而发出绿色光的mn2+激活γ-alon荧光体(绿色荧光体12);和使上述mn2+激活γ-alon荧光体分散的分散材料(13),上述mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%以上,透射上述分散材料时形成的上述蓝色光的光程的最短距离为1mm以下。
根据上述结构,上述一个方式的发光装置实现上述光程的最短距离为1mm以下这样的小型发光装置。另外,在上述一个方式的发光装置中,使用由蓝色光激发而发出绿色光的mn2+激活γ-alon荧光体。
通常,在小型的发光装置中使用了激发光的吸收效率低的mn2+激活γ-alon荧光体的情况下,如果为了提高发光装置的发光效率而过多增加mn2+激活γ-alon荧光体的量,则分散材料的流动性有可能降低。如上所述,该流动性的降低使从发光装置射出的光的色度产生偏差,有可能引起发光装置的成品率的降低。而且,有可能引起品质稳定的发光装置的批量生产性的降低。
本发明的发明人深入研究后发现,如果使mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为2.5wt%以上,则能够抑制分散材料的流动性的降低。
上述一个方式的发光装置中上述光程的最短距离为1mm以下,上述mn的浓度为2.5wt%以上,因此能够抑制mn2+激活γ-alon荧光体的量。因而,能够抑制与该量的增加相伴的分散材料的流动性的降低。因而,能够减少上述那样的色度的偏差的产生,能够提高发光装置的成品率。而且,能够抑制品质稳定的发光装置的批量生产性的降低。
在本发明的方式2的发光装置中,在方式1的基础上,优选0.5<(上述mn2+激活γ-alon荧光体的重量)/(上述分散材料的重量)≤1.2。
根据上述结构,由于mn2+激活γ-alon荧光体的重量与分散材料的重量的比率(重量比率)被控制得比0.5大,因此能够将从发光装置发出的光的色度点控制在作为本申请的图像显示装置适宜的范围内。
另外,由于上述重量比率被控制在1.2以下,所以相对于分散材料,不会过多增加mn2+激活γ-alon荧光体。因此,能够抑制分散材料的流动性的降低。
在本发明的方式3的发光装置中,在方式1或2的基础上,优选上述mn2+激活γ-alon荧光体的平均粒径为40μm以下。
在平均粒径比40μm大的情况下,分散材料的流动性有可能降低,在上述一个方式的发光装置中,上述平均粒径为40μm以下。因此,能够抑制分散材料的流动性的降低。
在本发明的方式4的发光装置中,在方式1~3中任一方式的基础上,优选上述mn2+激活γ-alon荧光体的结晶中含有的mn的浓度为4.6wt%以下。
在上述mn的浓度比4.6wt%大的情况下,发光装置的发光效率有可能降低到在本申请的图像显示装置中不能实现适宜的发光效率的程度。另一方面,在上述一个方式的发光装置中,上述mn的浓度为4.6wt%以下,因此能够实现在本申请的图像显示装置中可实现适宜的发光效率的程度的发光装置的发光效率。
在本发明的方式5的发光装置中,在方式1~4中任一方式的基础上,优选上述蓝色光的峰值波长为440nm以上460nm以下。
根据上述结构,能够提高mn2+激活γ-alon荧光体的激发效率。另外,蓝色光与透射该蓝色光的蓝色滤光片的波长匹配性良好。因而,能够提高发光装置的发光效率。另外,能够提高具备该发光装置的图像显示装置的亮度(显示的明亮度)。
在本发明的方式6的发光装置中,在方式1~5中任一方式的基础上,优选上述蓝色光的峰值波长为440nm以上450nm以下。
根据上述结构,与上述方式5的发光装置相比,能够提高mn2+激活γ-alon荧光体的激发效率,因此能够进一步提高发光装置的发光效率。
在本发明的方式7的发光装置中,在方式1~6中任一方式的基础上,优选上述mn2+激活γ-alon荧光体含有mg。
根据上述结构,因为mn2+激活γ-alon荧光体含有mg,所以γ-alon结晶的结晶构造稳定化。因此,能够容易地将mn捕获到该荧光体内。因此,能够容易地提高mn2+激活γ-alon荧光体中的mn的浓度,所以能够提高上述一个方式的发光装置的发光效率。
在本发明的方式8的发光装置(10a)中,在方式1~7中任一方式的基础上,优选还包括由上述蓝色光激发而发出红色光的红色荧光体(16)。
根据上述结构,上述一个方式的发光装置通过来自发光元件的蓝色光、来自mn2+激活γ-alon荧光体的绿色光及来自红色荧光体的红色光的混色,能够发出白色光。
在本发明的方式9的发光装置中,在方式8的基础上,优选上述红色荧光体是mn4+激活氟配位化合物荧光体。
根据上述结构,mn4+激活氟配位化合物荧光体发出的红色光的发光光谱的半值宽度窄,蓝色光的激发效率高。因而,能够提高上述一个方式的发光装置的发光效率。
在本发明的方式10的发光装置中,在方式9的基础上,优选上述mn4+激活氟配位化合物荧光体是k2(ti1-hmnh)f6或k2(si1-hmnh)f6,h是0.001以上且0.1以下。
根据上述结构,mn4+激活氟配位化合物荧光体是k2(ti1-hmnh)f6或k2(si1-hmnh)f6,h是0.001以上且0.1以下的情况下,mn4+激活氟配位化合物荧光体的发光强度高,另外,荧光体结晶的稳定性高。因此,能够提高上述一个方式的发光装置的发光效率及可靠性。
本发明的方式11的发光装置中,在方式9或10的基础上,优选上述mn4+激活氟配位化合物荧光体是mn4+激活k2sif6荧光体。
根据上述结构,mn4+激活k2sif6荧光体的稳定性(耐水性)高。因此,能够提高上述一个方式的发光装置的可靠性。
本发明的方式12的图像显示装置(100)包括方式1~11中任一方式的发光装置。
根据上述结构,能够提供使发光效率提高的图像显示装置。
〔附记事项〕
本发明不限定于上述的各实施方式,在权利要求所示范围内可进行各种变更,将不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合的实施方式也包含在本发明的技术范围内。另外,通过组合在各实施方式中分别公开的技术手段,能够形成新的技术特征。
附图标记说明
10发光装置
10a发光装置
11发光元件
12绿色荧光体(mn2+激活γ-alon荧光体)
13分散材料
16红色荧光体
100图像显示装置