JP2007308537A - 発光組成物、光源装置、及び表示装置 - Google Patents

発光組成物、光源装置、及び表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】蛍光体の特性劣化の抑制が図られた発光組成物を提供する。
【解決手段】蛍光体23の表面に形成されたガラス層22によって、蛍光体が露出する露出領域23a及び23bを非連続とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、蛍光体を含む発光組成物と、この発光組成物を有する光源装置と、この光源装置によって構成される表示装置と、に関する。
蛍光体は、構成元素の種類や組成比に応じて発光波長帯が変化するという特徴を有するため、幅広い波長範囲から所望の発光波長帯を選択することが可能な発光材料として注目されている。
一方、このような特徴を有する蛍光体については、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、及び有機EL(Electro Luminescence;電界発光)ディスプレイなどの、所謂FPD(Flat Panel Display)と呼称される薄型の表示装置への応用も、期待されている。
このような注目や期待は、青色光で励起されるYAG:Ce蛍光体と青色光源となるLED(Light Emitting Diode)との組み合わせによって白色光を得る構成(例えば特許文献1参照)が提案されて以来、特に青色光で励起される蛍光体に対して強まっている。
この、青色光で励起される蛍光体と青色光源との組み合わせによる構成は、表示装置を構成する光源装置(例えば液晶ディスプレイにおけるバックライト)に適していると考えられている(例えば特許文献2参照)。
すなわち、この組み合わせによる構成は、青,緑,赤の各色すべてをLED等の直接駆動型光源によって得る構成に比べて、駆動回路を簡潔にできる。また、この組み合わせによる構成は、近紫外域の光を励起光源として用いる構成に比べて、周辺部材(樹脂やLEDチップ等)の劣化を抑制できる。このような利点を有するため、青色光源と蛍光体との組み合わせは、表示装置の光源装置に適していると考えられている。
しかしながら、青色光で励起される蛍光体の殆どは、耐湿性が低く、空気(雰囲気)中に含まれる水分によって特性が劣化してしまうという欠点を有している。
一般に、光源装置は、常温常湿での信頼性試験に加えて、より厳しい条件下(例えば温度40℃以上かつ湿度90%RH(Relative Humidity)以上)での信頼性試験をクリアする必要がある。しかし、青色光で励起される蛍光体は、耐湿性が低いために、この信頼性試験をクリアすることができない。例えば、特許文献2に記載の蛍光体であるアルカリ土類金属硫化物(CaS:Eu)を、エポキシ樹脂と混合して青色LEDにポッティングし、45℃,95%RHの条件下で信頼性試験を行った場合、図5に示すように、173時間で発光強度が約60%低下してしまう。製品における長期信頼性としては、不十分である。
このような、蛍光体における耐湿性の問題に対し、蛍光体の表面にガラスを付着させることによって耐湿性の向上を図る手法が提案されている(例えば特許文献3参照)。
しかしながら、本発明者らは、単にガラスを付着させれば蛍光体の耐湿性が図られるとは限らないことを見出した。すなわち、本発明者らは、ガラスの付着が蛍光体に及ぼす影響が付着の状態や程度によって変化すること、及び、ガラスの付着量が少ない場合(蛍光体表面に点々とガラスが付着された場合)には、耐湿性がかえって低下してしまうおそれすらあることを、見出した。
本発明者らは、具体的な検討として、蛍光体の表面に、点々と(島状に)ガラスを付着させた蛍光体に対して、25℃,75%RHの条件下で環境試験を行った。
この検討では、前述した信頼性試験に比べて穏やかな条件であるにもかかわらず、図6に示すように、ガラスの付着の有無に関らず、蛍光体の発光強度特性の劣化が確認された。更に、ガラスを付着させていないサンプル(実線x)よりも、むしろ点々とガラスを付着させたサンプル(破線y)において、蛍光体の劣化が著しく進行する結果が得られた。
特許第2927279号公報 特表2004-505172号公報 特開2006-52354号公報
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、蛍光体を含む発光組成物として、特に耐湿性に優れた発光組成物と、この発光組成物を有する光源装置、及びこの光源装置によって構成される表示装置を提供することにある。
本発明に係る発光組成物は、 蛍光体を含む発光組成物であって、上記蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層を有し、上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、第1発光組成物と、第2発光組成物と、青色光源と、を有する光源装置であって、上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、上記青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることを特徴とする。
本発明に係る表示装置は、第1発光組成物と、第2発光組成物と、青色光源と、を有する光源装置と、この光源装置からの光に対して所定の変調を施し、所定の出力光を出力する光学装置と、を有する表示装置であって、上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、上記青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることを特徴とする。
本発明に係る発光組成物によれば、蛍光体の表面に形成されたガラス層によって、蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることから、蛍光体の特性劣化を抑制することができる。
本発明に係る光源装置によれば、第1発光組成物及び第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、第1発光組成物及び第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、このガラス層によって、蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることから、光源装置の特性劣化を抑制することができる。
本発明に係る表示装置によれば、第1発光組成物及び第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、第1発光組成物及び第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、このガラス層によって、蛍光体が露出する露出領域が非連続とされていることから、表示装置の特性劣化を抑制することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態においては、発光組成物が、表示装置(例えば液晶ディスプレイ)の光源装置(例えばバックライト装置)を構成する場合を例として説明を行う。
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。
本実施形態において、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。
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、多数の蛍光体を含む樹脂が塗布されて構成される、発光体6が設けられている。
また、本実施形態において、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。
なお、本実施形態に係る光源装置2において、導光部7を構成する樹脂は、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。また、発光体6を構成する青色光源の形状も、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。
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。
そして、本実施形態に係る光源装置2においては、更に、発光体6を構成する蛍光体のうち、緑色域の光を発光する第1蛍光体(青緑色蛍光体または緑色蛍光体)の各粒子が、それぞれ、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層を表面に有している。本実施形態においては、表面にガラス層が形成されたこの第1蛍光体を、本発明に係る発光組成物の第1の例である第1発光組成物とする。なお、青色光によって励起される第1蛍光体の例としては、SrGa:Euなどが挙げられる。
また、発光体6を構成する蛍光体のうち、赤色域の光を発光する第2蛍光体(黄色蛍光体や赤色蛍光体)の各粒子も、それぞれ、第1蛍光体と同様にガラス層を表面に有している。本実施形態においては、表面にガラス層が形成されたこの第2蛍光体を、本発明に係る発光組成物の第2の例である第2発光組成物とする。なお、青色光によって励起される第2蛍光体の例としては、 アルカリ土類金属硫化物にEu2+を固溶させた蛍光体として、CaS:Eu、及びSrS:Euなどが挙げられる。
この構成による光源装置2においては、青色光源と第1蛍光体及び第2蛍光体とによって、光源装置2全体の白色色度が規定され、目的とする色に対応する光の出力が可能とされる。
この、本実施形態においては第1発光組成物及び第2発光組成物に共通となる、蛍光体とガラス層との関係を、図2Aを参照して説明する。図2Aは、本実施形態に係る発光組成物の一部を拡大して図示した模式図である。
図2Aに示すように、本実施形態に係る発光組成物21においては、ガラス層22によって、蛍光体23が露出する露出領域23aと23bとが、互いに分断されて非連続とされている。このように、ガラス層22が、蛍光体23の表面に連続的に設けられることにより、蛍光体23と空気中の水分との接触面積を十分に低減させることができる。したがって、この構成によれば、蛍光体23の耐湿性向上が図られる。
また、特に、ガラス層22が、蛍光体23の露出領域をとり囲むように、つまり蛍光体23の露出領域に比して十分に広い面積を有して設けられることにより、ガラス層22に吸着された水分が蛍光体に23に影響を及ぼすことも低減できる。したがってこの場合には、より確実に、蛍光体23の耐湿性向上を図ることができる。
なお、図2Bに示すような従来の発光組成物121においては、蛍光体123の表面にガラス粒子122が付着しているものの、ガラスは、付着量が不十分であるために、層として連続的に形成されるには至らない。レーザアブレーションなどによってガラスを付着させたこの構成では、本実施形態に係る発光組成物とは逆に、ガラス粒子122が蛍光体の露出領域123にとり囲まれるように点々と存在しているに過ぎないため、前述したように耐湿性がかえって低下してしまうおそれがあった。
これに対して、本実施形態に係る発光組成物によれば、前述したように、図2Aに示したような構成を有することにより、従来の発光組成物で生じていた前述のおそれを回避することが可能となる。すなわち、本実施形態に係る発光組成物によれば、耐湿性に優れた蛍光体を含む、長期信頼性の高い発光組成物を構成することができる。
次に、本実施形態に係る発光組成物の作製手順について、説明する。
本実施形態に係る発光組成物の作製は、蛍光体に対してゾルゲル法を施すことによって行った。
まず、蛍光体2gをエタノール50mlに分散させ、70℃まで加熱する。
続いて、テトラエトキシシラン(TEOS;Si(OC))を1ml〜100ml添加し、攪拌する。
その後、加水分解用のHOを1ml〜40ml添加し攪拌、その後2時間加熱攪拌する。
その後、この混合物をろ過し、得られた残渣を50℃〜200℃で1h〜48h乾燥させる。
このようにして、本実施形態に係る発光組成物を得る。なお、蛍光体に対するガラス層のコーティング状態(コーティングの量及び厚さ)はTEOSの量で適宜調整するが、TEOSのモル数の4倍だけHOを加える割合とすることが、つまりガラスの化学両論比に対応させて添加することが、最適と考えられる。
<実施例>
本発明の実施例について説明する。
本実施例では、前述した実施形態に係る発光組成物を、以下の手順にて作製し、得られた発光組成物に対して、観察及び信頼性試験を行った。
まず、本実施例に係る発光組成物の作製について、説明する。
蛍光体として、CaS:Euを2g用意し、この蛍光体をエタノール50mlに分散させ、70℃まで加熱した。
続いて、TEOSを30ml添加し、攪拌した。
その後、加水分解用のHOを9.6ml添加し攪拌、続いて2時間加熱攪拌した。
その後、この混合物をろ過し、得られた残渣を50℃〜200℃で1h〜48h乾燥させた。
得られた発光組成物の、TEM(透過型電子顕微鏡)による観察結果(断面写真)を、図3に示す。蛍光体(図中黒色部分)の表面に、ほぼ均一に薄膜が形成されていることがわかる。この薄膜は、蛍光体単体での観察ではみられなかったため、前述したゾルゲル法によって形成された、ケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層であると考えられた。
この薄膜について、EDX(エネルギー分散型X線スペクトロスコピー)による組成分析したところ、元素としてSi及びOが検出されたため、薄膜がSiO(主にSiO)によるガラス層であることが確認できた。
図3の観察結果から、本実施例に係る発光組成物は、表面にガラス層が連続的にコーティングされていることが確認できた。
次に、ガラス層の膜厚を変化させて、25℃,75%RHの条件で信頼性試験を行った。試験結果を図4に示す。
なお、ガラス層の膜厚は、蛍光体または発光組成物をTEMにより観察して、各々厚さを10箇所測定した平均値を採用した。
図4の結果から、蛍光体単体の場合(図中a)に比べて、蛍光体の表面にガラス層を設けた発光組成物(図中b〜i)では、耐湿性が向上して発光強度が維持される傾向が強まることが確認できた。
また、ガラス層の厚さが2.2nm(図中b)、5.1nm(図中c)、11nm(図中d)である場合に比べて、厚さが21nm(図中e)、50nm(図中f)、72nm(図中g)、102nm(図中h)、155nm(図中i)の場合は、高湿条件下でも300時間以上、発光強度を維持できる結果が得られた。
より詳細に検討した結果、ガラス層の厚さが20nm以上であれば、300時間以上の長時間に渡って発光強度が維持できることが確認できた。なお、ガラス層の厚さは、蛍光体の粒子の半径以下とすることが好ましい。この値より大きいと、ガラスが単独で析出してしまい、蛍光体表面に形成されないと考えられるためである。蛍光体の粒子径を一律に制御することは難しいが、径が比較的大きな蛍光体の粒子の場合でも、例えば500μm以下とすることが好ましいと考えられる。
なお、図示しないが、他のアルカリ土類金属硫化物についても、同様にガラス層によるコーティングを施したところ、耐湿性が向上することが確認できた。この結果より、アルカリ土類金属硫化物以外の蛍光体においても、連続的なガラス層のコーティングにより、つまり本実施形態に係る発光組成物の構成をとることにより、耐湿性の向上が期待できると考えられる。
以上の実施の形態及び実施例で説明したように、本実施形態に係る発光組成物によれば、蛍光体の露出領域がガラス層によって非連続とされていることにより、つまり連続的にガラスがコーティングされていることにより、耐湿性の向上が図られる。
この、耐湿性の向上が図られた発光組成物によれば、表示装置を構成する光源装置などを構成することにより、これらのデバイス(装置)に、高温高湿の信頼性試験に十分耐える信頼性を付与することが可能となる。
なお、このように蛍光体の露出領域がガラス層によって非連続とされた発光組成物の構成は、ゾルゲル法(液相法)によって特に形成されやすいと考えられる。ゾルゲル法においては、発光組成物の作製において、蛍光体の粒子に対して全面的に、均一性の高い(厚みむらの少ない)SiOxのゾルが析出した後、このゾルが同様に均一性の高いゲルに変化するため、ガラス層が蛍光体表面で連続的かつ広範囲に形成されると考えられるからである。
これに対して、他の手法、例えばスパッタ等の気相法によって、蛍光体の表面にガラス層の形成を図った場合には、粒状のガラスが付着するため、その粒が各々成長して互いに隣接する状態に至ったとしても、粒の成長によるのみでは覆いきれない蛍光体の露出領域が多数残ることになると考えられる。これでは、耐湿性の向上は殆ど期待できず、互いに隣接した状態でも2次粒子的に形成されたことによる粒界が残存すると考えられる。
したがって、本実施形態に係る発光組成物が特にゾルゲル法によってガラス層が形成されている場合には、その作製において、液相でゾルが析出する初期に、このゾルが蛍光体の表面を連続的かつ広範囲に渡って覆うため、粒の成長によらなくとも、より確実に、得られる蛍光体の耐湿性を向上させることができると考えられる。
また、本実施形態に係る発光組成物においては、ガラス層の膜厚を、特に20nm以上に選定することにより、更に耐湿性を向上させることができる。膜厚を十分に厚く選定することにより、水分子がガラス層中を浸透することによる蛍光体の劣化をも抑制できると考えられる。
つまり、蛍光体表面を広範囲に渡って連続的に覆うのみならず、厚さが20nm以上あるコーティングを施すことにより、例えば500時間経過しても劣化しないなど、所定の基準よりも優れた長期信頼性を付与して、発光組成物、光源装置、表示装置を構成することができる。
以上、本発明に係る発光組成物、光源装置、及び表示装置の実施の形態を説明したが、こ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、前述の実施形態及び実施例では、ガラス層形成の原料として、ゾルゲル法での使用に適しているとされ、かつ比較的安価であるTEOSを使用したが、他のSi系有機金属化合物を原料に使用することも可能であるし、ガラス層が連続的な膜として形成できる限り、原料は適宜選定しうる。
また、前述の実施形態及び実施例では、ゾルゲル法における触媒として酸やアルカリを添加していないが、これは蛍光体であるCaS:Euが溶媒のpHをアルカリ側にシフトさせるためであり、蛍光体の種類などに応じて、必要な酸やアルカリ(塩酸やアンモニア等)を添加して発光組成物の作製を行うこともできる。
また、例えば、前述の実施例では、蛍光体としてCaS:Euを用いる例について説明したが、他のアルカリ土類金属硫化物として、例えば(CaSr1−x)S:Eu(ただし0≦x≦1)や(Ba,Sr,Ca(1−x−y))Ga:Eu(ただし0≦x,y≦1、x+y<1)を用いることもできる。
更に、蛍光体自体の種類も、サヨガレート系やアルカリ土類金属硫化物に限られない。すなわち、蛍光体単体で耐湿性が不十分な蛍光体に関する限り、本実施形態に係る発光組成物構成をとることによって、特性劣化の抑制を図ることができる。
更に、表示装置の構成も、前述したものに限られず、例えばエッジライト型の装置構成とすることもできるなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。
本発明に係る光源装置の一例によって構成される、本発明に係る表示装置の一例を示す概略図である。 A,B それぞれ、本発明に係る発光組成物の一例の模式図と、従来の発光組成物の模式図である。 本発明に係る発光組成物の一例における、断面のTEM像である。 本発明に係る発光組成物の一例における、信頼性試験結果を示す模式図である。 従来の発光組成物の説明に供する模式図である。 従来の発光組成物における、信頼性試験結果を示す模式図である。
符号の説明
1・・・表示装置、2・・・光源装置、3・・・光学装置、4・・・リフレクタ、5・・・リフレクタ、6・・・発光体、7・・・導光部、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・・・発光組成物、22・・・ガラス層、23・・・蛍光体、23a,23b・・・露出領域、121・・・従来の発光組成物、122・・・ガラス粒子、123・・・蛍光体

Claims (8)

  1. 蛍光体を含む発光組成物であって、
    上記蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層を有し、
    上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされている
    ことを特徴とする発光組成物。
  2. 上記ガラス層の平均厚さが、20nm以上である
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光組成物。
  3. 上記蛍光体が、アルカリ土類金属硫化物を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光組成物。
  4. 上記蛍光体が、青色光によって励起される
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光組成物。
  5. 第1発光組成物と、第2発光組成物と、青色光源と、を有する光源装置であって、
    上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、上記青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、
    上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされている
    ことを特徴とする光源装置。
  6. 上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物は、それぞれ、上記青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含む
    ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
  7. 第1発光組成物と、第2発光組成物と、青色光源と、を有する光源装置と、
    この光源装置からの光に対して所定の変調を施し、所定の出力光を出力する光学装置と、
    を有する表示装置であって、
    上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、上記青色光源からの青色光によって励起される蛍光体を含み、
    上記第1発光組成物及び上記第2発光組成物のうち、少なくとも一方は、蛍光体の表面に、少なくともケイ素(Si)及び酸素(O)を含むガラス層が形成され、上記ガラス層によって、上記蛍光体が露出する露出領域が非連続とされている
    ことを特徴とする表示装置。
  8. 上記第1発光組成物が、緑色域の光を発光する蛍光体を含み、上記第2発光組成物が、赤色域の光を発光する蛍光体を含む
    ことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
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