JP7815946B2 - Display device and wavelength conversion substrate - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置に関する。この表示装置に好適に使用できる波長変換基板についても言及する。 The present invention relates to a display device. It also describes a wavelength conversion substrate that can be suitably used in this display device.
近年、マイクロLED(Light Emitting Diode)ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス(以降、「有機EL」とも称する)表示装置のような自発光表示装置の開発が盛んとなっている。マイクロLEDディスプレイとは、およそ2μmから50μmサイズのLED素子をマトリクス状に配列した構造を有し、複数のLED素子の各々を個別駆動することによって表示を行う表示装置である。このような自発光表示装置は、光の透過・非透過を切り替える表示機能層としての液晶を用いずに表示を行うことができるため、黒表示時に光漏れが生じることが課題となっていた液晶表示装置と比較して、特に暗所での視認性に優れている。 In recent years, there has been active development of self-luminous display devices such as micro LED (Light Emitting Diode) displays and organic electroluminescence (hereinafter also referred to as "organic EL") displays. Micro LED displays are display devices that have a structure in which LED elements approximately 2 μm to 50 μm in size are arranged in a matrix, and display is achieved by individually driving each of the multiple LED elements. Such self-luminous display devices can display without using liquid crystal as a display functional layer that switches between light transmission and non-transmission, and therefore have superior visibility, especially in dark places, compared to liquid crystal display devices, which have the issue of light leakage when displaying black.
マイクロLEDディスプレイは、赤色発光、緑色発光、青色発光の3種類のLED素子を用いる方式と、青色から近紫外の波長域の光を発する単色発光LED素子のみを用いる方式とに大別される。マイクロLEDディスプレイにおいては、個々のLED素子が表示機能層の役割を果たす。赤色発光、緑色発光、青色発光の3種類のLED素子を用いる方式では、輝度や寿命に優れている。一方、LED素子の実装プロセスが増えることによるコスト増や、駆動電圧がLED素子ごとに異なることによる制御の難しさが課題であり、これらを解決するための取り組みが多くなされている。 Micro LED displays can be broadly divided into those that use three types of LED elements (red, green, and blue light), and those that use only single-color LED elements that emit light in the blue to near-ultraviolet wavelength range. In micro LED displays, each LED element serves as the display function layer. Systems that use three types of LED elements (red, green, and blue light) offer superior brightness and lifespan. However, issues include increased costs due to the additional LED element mounting process and difficulty in control due to the different driving voltages for each LED element, and many efforts are being made to resolve these issues.
対策の一つが、単色発光LED素子を用いる方式である。この方式では、使用するLED素子を1種類として製造プロセスを簡素にしつつ、LED素子から発せられた光の波長を赤色、緑色、および青色に変換する波長変換層を積層することで、カラー表示を実現している。波長変換層としては、例えば量子ドットや無機蛍光体などが分散した層が用いられる。
特許文献1には、紫外光を発する単色光源と、この光源から発せられた光を赤色、緑色、および青色に変換する色変換層あるいは蛍光体層とを用いることが開示されている。
One solution is to use monochromatic LED elements. This method simplifies the manufacturing process by using only one type of LED element, and achieves color display by stacking a wavelength conversion layer that converts the wavelength of light emitted from the LED element into red, green, and blue. The wavelength conversion layer can be, for example, a layer in which quantum dots or inorganic phosphors are dispersed.
Patent Document 1 discloses the use of a monochromatic light source that emits ultraviolet light and a color conversion layer or phosphor layer that converts the light emitted from this light source into red, green, and blue.
LEDや有機ELなどの発光素子からの出射光を有効に活用するために、蛍光体層を複数積層する技術が、特許文献2に開示されている。
特許文献2では、発光素子からの出射光の変換効率を最大化する目的で、フォトリソグラフィにより2層以上の蛍光体層をパターニングしつつ積層している。発光素子の出射光は、まず下側蛍光体層に吸収され、下側蛍光体層の発光を上側蛍光体層が吸収し再発光する。このような出射光波長のダウンコンバージョンにより変換効率が向上される。
Patent Document 2 discloses a technique for laminating a plurality of phosphor layers in order to effectively utilize light emitted from light-emitting elements such as LEDs and organic EL devices.
In Patent Document 2, two or more phosphor layers are patterned and stacked by photolithography to maximize the conversion efficiency of light emitted from a light-emitting element. Light emitted from the light-emitting element is first absorbed by the lower phosphor layer, and the light emitted from the lower phosphor layer is absorbed by the upper phosphor layer and re-emitted. This down-conversion of the wavelength of the emitted light improves the conversion efficiency.
LEDなどの発光素子からの出射光を有効に活用するために、蛍光体を混合する技術が、特許文献3に開示されている。
特許文献3には、Mn2+賦活蛍光体とEu2+蛍光体を適切な重量比率で混合した波長変換層により、広い色域と高い発光効率とを両立することが記載されている。
Patent Document 3 discloses a technique for mixing phosphors in order to effectively utilize light emitted from a light emitting element such as an LED.
Patent Document 3 describes that a wavelength conversion layer in which a Mn 2+ -activated phosphor and a Eu 2+ phosphor are mixed in an appropriate weight ratio achieves both a wide color gamut and high luminous efficiency.
詳細は後述するが、特許文献2の技術は、ダウンコンバージョンの効率が十分でない点や生産性の点等において改善の余地がある。
特許文献3の技術に関して、発明者は、特許文献3に記載されていなかった新たな課題を見出して解決し、本発明を完成させた。
Although the details will be described later, the technology of Patent Document 2 has room for improvement in terms of insufficient down-conversion efficiency and productivity.
With respect to the technology of Patent Document 3, the inventors have discovered and solved new problems not described in Patent Document 3, and have completed the present invention.
上記事情に鑑み、本発明は、高い発光効率と高い生産性とを実現できる表示装置を提供することを目的とする。 In light of the above circumstances, the present invention aims to provide a display device that can achieve high luminous efficiency and high productivity.
本発明の第一の態様は、基板上に近紫外LEDおよび青色LEDのいずれかのみが複数配置されたLED部と、平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ開口内に近紫外LEDまたは青色LEDが位置するように配置された隔壁と、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有し、赤フィルタ、緑フィルタ、および青フィルタが、平面視において、開口と重なるように配置されたカラーフィルタ部と、LED部とカラーフィルタ部との間に設けられ、平面視において開口内に位置し、ベース樹脂にEu2+賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層とを備える表示装置である。
蛍光発光層は、蛍光体としてEu2+賦活蛍光体のみを有し、蛍光発光層の少なくとも一部は赤色変換層であり、Eu2+賦活蛍光体として、LED部から発せられる光を励起光とする第1の蛍光体と、第1の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第2の蛍光体とを含み、かつ前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との質量比が、2:1~1:2の範囲内である。
A first aspect of the present invention is a display device comprising: an LED section in which a plurality of either near-ultraviolet LEDs or blue LEDs are arranged on a substrate; a partition wall having a lattice shape with a plurality of openings in a planar view and arranged so that the near-ultraviolet LEDs or the blue LEDs are located within the openings; a color filter section having red filters, green filters, and blue filters arranged so that the red filters, green filters, and blue filters overlap with the openings in a planar view; and a fluorescent light-emitting layer provided between the LED section and the color filter section, located within the openings in a planar view, and having a Eu 2+ -activated phosphor dispersed in a base resin.
The fluorescent-emitting layer has only a Eu 2+ -activated phosphor as a phosphor, and at least a portion of the fluorescent-emitting layer is a red conversion layer. The Eu 2+ -activated phosphor includes a first phosphor that uses light emitted from the LED section as excitation light and a second phosphor that uses fluorescence emitted by the first phosphor as excitation light, and the mass ratio of the first phosphor to the second phosphor is within a range of 2:1 to 1:2 .
本発明の第二の態様は、透明な基板と、基板上に設けられ、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有するカラーフィルタと、平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ開口内に赤フィルタ、緑フィルタ、および青フィルタのいずれかが位置するように配置された隔壁と、平面視において開口内に位置し、ベース樹脂にEu2+賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層とを備える波長変換基板である。
蛍光発光層は、蛍光体としてEu2+賦活蛍光体のみを有し、蛍光発光層の少なくとも一部は赤色変換層であり、Eu2+賦活蛍光体として、第一の蛍光体と、第一の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第二の蛍光体とを含み、かつ前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との質量比が、2:1~1:2の範囲内である。
A second aspect of the present invention is a wavelength conversion substrate comprising: a transparent substrate; a color filter provided on the substrate and having a red filter, a green filter, and a blue filter; partition walls having a lattice shape with a plurality of openings in a planar view and arranged so that any one of the red filter, the green filter, and the blue filter is located within the opening; and a fluorescent-emitting layer located within the opening in a planar view and having a Eu 2+ -activated phosphor dispersed in a base resin.
The fluorescent-emitting layer has only a Eu 2+ -activated phosphor as a phosphor, and at least a portion of the fluorescent-emitting layer is a red conversion layer, and the Eu 2+ -activated phosphor includes a first phosphor and a second phosphor that uses the fluorescence emitted by the first phosphor as excitation light, and the mass ratio of the first phosphor to the second phosphor is within a range of 2:1 to 1:2 .
本発明によれば、高い発光効率と高い生産性とを実現できる表示装置を提供できる。 The present invention provides a display device that can achieve high luminous efficiency and high productivity.
以下、本発明の第一実施形態について、図1および図2を参照しながら説明する。
以降の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、あるいは、必要な場合のみ説明を行う。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
In the following description, the same or substantially the same functions and components are denoted by the same reference numerals, and their description will be omitted or simplified, or will be described only when necessary.
本明細書中において、「平面視」とは、後述する表示装置や波長変換基板等の面を、観察者が法線方向に見た状態を意味する。
各構成における「第一」や「第二」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、序列や数量を特定しない。
本発明に使用されるLEDには、例えば、アルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)、ガリウムヒ素リン(GaAsP)、インジウム窒化ガリウム(InGaN)/窒化ガリウム(GaN)/アルミニウム窒化ガリウム(AlGaN)、リン化ガリウム(GaP)、セレン化亜鉛(ZnSe)、アルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)等の化合物が用いられている。単色発光のLEDとして後述する青色LEDや近紫外LEDには、主に窒化ガリウム(GaN)が用いられている。
In this specification, the term "planar view" refers to a state in which an observer views the surface of a display device, a wavelength conversion substrate, or the like, which will be described later, in the normal direction.
Ordinal numbers such as "first" and "second" in each structure are used to avoid confusion of the components and do not specify the order or quantity.
The LEDs used in the present invention include compounds such as aluminum gallium arsenide (AlGaAs), gallium arsenide phosphide (GaAsP), indium gallium nitride (InGaN)/gallium nitride (GaN)/aluminum gallium nitride (AlGaN), gallium phosphide (GaP), zinc selenide (ZnSe), and aluminum indium gallium phosphide (AlGaInP). Gallium nitride (GaN) is mainly used for blue LEDs and near-ultraviolet LEDs, which will be described later as monochromatic LEDs.
図1は、本実施形態に係る表示装置100の部分断面図である。図1に示すように、表示装置100は、LED部110と、カラーフィルタ部120とを備えている。 Figure 1 is a partial cross-sectional view of a display device 100 according to this embodiment. As shown in Figure 1, the display device 100 includes an LED section 110 and a color filter section 120.
LED部110は、基板111上に複数のLED素子112がマトリクス状に配置された基本構造を有する。基板111上に配置されたLED素子は1種類である。本実施形態のLED素子112は、紫外波長帯の光を出射するものであり、例えば2μm~50μm程度の寸法のマイクロLEDである。
LED素子112の構造に特に制限はなく、n側電極とp側電極が同じ側にある水平型LED、n側電極とp側電極が厚み方向に発光部を挟む垂直型LEDのいずれも使用できる。図1には、垂直型LEDを示している。
The LED section 110 has a basic structure in which a plurality of LED elements 112 are arranged in a matrix on a substrate 111. One type of LED element is arranged on the substrate 111. The LED elements 112 in this embodiment emit light in the ultraviolet wavelength band and are, for example, micro LEDs with dimensions of approximately 2 μm to 50 μm.
There are no particular limitations on the structure of the LED element 112, and either a horizontal LED in which the n-side electrode and the p-side electrode are on the same side, or a vertical LED in which the n-side electrode and the p-side electrode sandwich the light-emitting portion in the thickness direction, can be used. Figure 1 shows a vertical LED.
LED素子112は、近紫外光を出射する単色発光の近紫外LEDである。本明細書において、「単色発光」とは、出射光の半値幅が70nm以下であり、かつ出射光の波長範囲内に1つの発光ピークを有することを意味する。LED素子112の半値幅は、小さい方が好ましい。また、近紫外光とは波長300nm以上410nm未満の範囲の光を指す。近紫外LEDとは、波長300nm以上410nm未満の範囲内に発光ピークを有するLEDである。 The LED element 112 is a monochromatic near-ultraviolet LED that emits near-ultraviolet light. In this specification, "monochromatic emission" means that the half-width of the emitted light is 70 nm or less and that the emitted light has one emission peak within its wavelength range. The smaller the half-width of the LED element 112, the better. Furthermore, near-ultraviolet light refers to light with a wavelength in the range of 300 nm or more and less than 410 nm. A near-ultraviolet LED is an LED that has an emission peak in the wavelength range of 300 nm or more and less than 410 nm.
基板111上には、隔壁6が形成されている。LED部110の平面視において、隔壁6は格子状であり、各LED素子112を一つずつ取り囲んで他のLED素子と隔絶している。
隔壁6は、カーボンを含有し、光を吸収する特性を有する。カーボンとしては、可視光の波長選択性が低いものが好適である。「可視光の波長選択性が低い」とは、波長400nmから700nmの範囲の光に対して、吸収もしくは反射した光の着色がほぼなく、目視において、黒またはグレーの色彩を呈することを意味する。
隔壁6を樹脂のカーボン分散体で形成する場合、フォトリソグラフィの手法を適用できる。隔壁6をフォトリソグラフィの手法で形成する場合、アルカリ可溶な感光性樹脂を使用できる。
The partition walls 6 are formed on the substrate 111. In a plan view of the LED section 110, the partition walls 6 are in a lattice shape, and surround each of the LED elements 112 to isolate them from each other.
The partition walls 6 contain carbon and have the property of absorbing light. Carbon having low wavelength selectivity for visible light is preferable. "Low wavelength selectivity for visible light" means that there is almost no coloring of absorbed or reflected light in the wavelength range of 400 nm to 700 nm, and the color appears black or gray to the naked eye.
When the partition walls 6 are formed by a carbon dispersion in a resin, a photolithography technique can be applied. When the partition walls 6 are formed by a photolithography technique, an alkali-soluble photosensitive resin can be used.
隔壁6は、光吸収性のものに限られず、光反射性のものでもよい。光反射性の隔壁は、例えば樹脂製のコアの表面を金属薄膜が覆った構成とできる。
コアは、アルカリ可溶な感光性樹脂を周知のフォトリソグラフィの手法でパターニングしたり、熱硬化性樹脂の層をドライエッチングの手法でパターニングしたりすることにより形成できる。
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する(メタ)アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、(メタ)アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入した樹脂を例示できる。
The partition walls 6 are not limited to being light-absorbing, but may be light-reflective. The light-reflective partition walls may be configured, for example, by covering the surface of a resin core with a metal thin film.
The core can be formed by patterning an alkali-soluble photosensitive resin by a well-known photolithography technique, or by patterning a thermosetting resin layer by a dry etching technique.
Examples of photosensitive resins include resins obtained by reacting a linear polymer having a reactive substituent such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group with a (meth)acrylic compound or cinnamic acid having a reactive substituent such as an isocyanate group, an aldehyde group, or an epoxy group, to introduce a photocrosslinkable group such as a (meth)acryloyl group or a styryl group into the linear polymer.
隔壁6によって区切られた各区画には、LED素子112を覆うように蛍光発光層1が設けられている。蛍光発光層1は、透明のベース樹脂に粒状の蛍光体が分散された基本構造を有する。
ベース樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリノルブルネン樹脂、これらの変性樹脂、ハイブリッド樹脂等を例示できる。中でも、耐熱性および耐光性に優れるシリコーン樹脂が好ましい。
In each section separated by the partition walls 6, a fluorescent-emitting layer 1 is provided so as to cover the LED elements 112. The fluorescent-emitting layer 1 has a basic structure in which granular fluorescent material is dispersed in a transparent base resin.
Examples of the base resin include silicone resin, epoxy resin, phenol resin, polycarbonate resin, acrylic resin, polynorbulmene resin, modified resins thereof, hybrid resins, etc. Among these, silicone resin is preferred because of its excellent heat resistance and light resistance.
本実施形態において、蛍光発光層1は、青色変換層1Aと、緑色変換層1Bと、赤色変換層1Cとの3つの変換層からなる。
青色変換層1Aは、紫外光を吸収して青い蛍光を発する第一蛍光体2がベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、青色変換層1Aは、1種類の蛍光体を含む。
緑色変換層1Bは、第一蛍光体2と、青色の光を吸収して緑色の蛍光を発する第二蛍光体3とがベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、緑色変換層1Bは、2種類の蛍光体を含む。
赤色変換層1Cは、第二蛍光体3と、緑色の光を吸収して赤色の蛍光を発する第三蛍光体4とがベース樹脂に分散された構成を有する。すなわち、赤色変換層1Cは、2種類の蛍光体を含む。
第一蛍光体2、第二蛍光体3、および第三蛍光体4は、いずれもEu2+賦活蛍光体である。詳細については後述する。
各蛍光体の粒子径は、0.1μm以上15μm以下が好ましい。本明細書においては、光子相関法によって求めた粒度分布における積算値50%における粒径を「粒子径」と定義し、簡易的には、蛍光発光層1の断面の所定範囲を走査顕微鏡で観察し、確認された蛍光体粒子の径の算術平均値とできる。
In this embodiment, the fluorescent light-emitting layer 1 is made up of three conversion layers: a blue conversion layer 1A, a green conversion layer 1B, and a red conversion layer 1C.
The blue conversion layer 1A has a configuration in which a first phosphor 2 that absorbs ultraviolet light and emits blue fluorescence is dispersed in a base resin. That is, the blue conversion layer 1A includes one type of phosphor.
Green conversion layer 1B has a configuration in which first phosphor 2 and second phosphor 3 that absorbs blue light and emits green fluorescence are dispersed in a base resin. That is, green conversion layer 1B includes two types of phosphors.
The red conversion layer 1C has a configuration in which a second phosphor 3 and a third phosphor 4 that absorbs green light and emits red fluorescence are dispersed in a base resin. That is, the red conversion layer 1C includes two types of phosphors.
The first phosphor 2, the second phosphor 3, and the third phosphor 4 are all Eu 2+ -activated phosphors, as will be described in detail later.
The particle diameter of each phosphor is preferably 0.1 μm or more and 15 μm or less. In this specification, the particle diameter at 50% of the integrated value in the particle size distribution obtained by photon correlation spectroscopy is defined as the "particle diameter." In simple terms, this can be defined as the arithmetic mean value of the diameters of the phosphor particles observed by observing a predetermined area of the cross section of the fluorescent-emitting layer 1 with a scanning microscope.
蛍光発光層1は、感光性樹脂をベース樹脂として所定の蛍光体を分散させた分散液を塗布し、フォトリソグラフィの手法でパターニングすることにより簡便に作製できる。蛍光発光層1の厚さは、1μm以上50μm以下とできる。50μmより厚く形成してもよいが、厚すぎると形成時の工程負荷、例えば塗布・乾燥などの作業時間に無駄を発生しやすい。蛍光発光層1の厚みが1μm以上50μm以下であれば、隔壁6と高さを揃えやすい。
蛍光発光層1の厚みは、隔壁6の高さ以下であることが好ましい。蛍光発光層1の厚みが隔壁6の高さより大きいと、蛍光発光層1の光が隣接画素へ漏れる可能性がある。
ベース樹脂は、熱で劣化しにくく、例えば150℃で500時間熱処理した後でもLED素子112から出射される光の透過率が変化しにくい材質が好ましい。例えば、150℃で500時間の熱処理前後の透過率の変化率が、LEDの発光ピーク波長385nmにおいて5%以下であることが好ましい。
The fluorescent-emitting layer 1 can be easily fabricated by applying a dispersion liquid in which a predetermined phosphor is dispersed in a photosensitive resin as a base resin, and then patterning the layer using a photolithography technique. The thickness of the fluorescent-emitting layer 1 can be 1 μm or more and 50 μm or less. It may be formed to a thickness greater than 50 μm, but if it is too thick, it is likely to increase the process load during formation, such as wasted work time during coating and drying. If the thickness of the fluorescent-emitting layer 1 is 1 μm or more and 50 μm or less, it is easy to align the height with that of the partition walls 6.
The thickness of the fluorescent-emitting layer 1 is preferably equal to or less than the height of the partition walls 6. If the thickness of the fluorescent-emitting layer 1 is greater than the height of the partition walls 6, the light from the fluorescent-emitting layer 1 may leak into adjacent pixels.
The base resin is preferably made of a material that is resistant to heat degradation and that is unlikely to change in transmittance of light emitted from the LED element 112 even after heat treatment for 500 hours at 150° C. For example, it is preferable that the rate of change in transmittance before and after heat treatment for 500 hours at 150° C. be 5% or less at the LED's emission peak wavelength of 385 nm.
隔壁6および蛍光発光層1は、透明樹脂層7により覆われている。LED部110の上面は、透明樹脂層7により平坦化されている。 The partition wall 6 and the fluorescent-emitting layer 1 are covered with a transparent resin layer 7. The upper surface of the LED section 110 is flattened by the transparent resin layer 7.
カラーフィルタ部120の基本構成は公知であり、ブラックマトリクス(以下、「BM」と称することがある。)121と、複数の色フィルタとを有する。カラーフィルタ部における色フィルタの数および組み合わせは、用途等に応じて適宜設定できる。本実施形態のカラーフィルタ部120は、赤フィルタR、緑フィルタG、および青フィルタBの3種の色フィルタを有する。 The basic configuration of the color filter section 120 is well known and includes a black matrix (hereinafter sometimes referred to as "BM") 121 and multiple color filters. The number and combination of color filters in the color filter section can be set appropriately depending on the application, etc. The color filter section 120 of this embodiment has three types of color filters: a red filter R, a green filter G, and a blue filter B.
ブラックマトリクス121は、透明樹脂層7と接して形成されている。ブラックマトリクス121は、平面視において複数の開口を有する格子状パターンを形成しており、この格子状パターンは、表示装置100の平面視において、隔壁6の格子状パターンと重なっている。
ブラックマトリクス121の形成方法は特に制限されないが、遮光性を有するカーボンが分散した、アルカリに可溶な感光性レジストを用いると、公知のフォトリソグラフィにより格子状パターンを簡便に形成できる。
The black matrix 121 is formed in contact with the transparent resin layer 7. The black matrix 121 forms a lattice pattern having a plurality of openings in a plan view, and this lattice pattern overlaps the lattice pattern of the partition walls 6 in a plan view of the display device 100.
The method for forming the black matrix 121 is not particularly limited, but if an alkali-soluble photosensitive resist in which light-shielding carbon is dispersed is used, a grid pattern can be easily formed by known photolithography.
各色フィルタR、G、Bは、対応する色彩の有機顔料が樹脂に分散された分散体を使用して形成できる。樹脂としては、アクリル等を例示できる。 Each color filter R, G, and B can be formed using a dispersion in which an organic pigment of the corresponding color is dispersed in a resin. Examples of resins include acrylic.
赤フィルタRに適用できる赤色の有機顔料として、C.I.Pigment Red 7、14、41、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、81:4、146、168、177、178、179、184、185、187、200、202、208、210、246、254、255、264、270、272、279等を例示できる。
これら赤色顔料に、黄色顔料や橙色顔料が混合されてもよい。適用できる黄色の有機顔料として、C.I.Pigment Yellow 1、2、3、4、5、6、10、12、13、14、15、16、17、18、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、126、127、128、129、147、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、187、188、193、194、199、198、213、214等を例示できる。
赤フィルタRとしては、380nm以上580nm以下の波長の光の透過率が5%以下であるものが好ましい。
Examples of red organic pigments that can be used in the red filter R include C.I. Pigment Red 7, 14, 41, 48:2, 48:3, 48:4, 81:1, 81:2, 81:3, 81:4, 146, 168, 177, 178, 179, 184, 185, 187, 200, 202, 208, 210, 246, 254, 255, 264, 270, 272, and 279.
These red pigments may be mixed with yellow pigments or orange pigments. Applicable yellow organic pigments include C.I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 16 Examples include 17, 118, 119, 120, 123, 126, 127, 128, 129, 147, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 187, 188, 193, 194, 199, 198, 213, and 214.
The red filter R preferably has a transmittance of 5% or less for light with a wavelength of 380 nm or more and 580 nm or less.
緑フィルタGに適用できる緑色顔料として、C.I.Pigment Green 7、10、36、37等を例示できる。これら緑色顔料に、上述の黄色顔料が混合されてもよい。他に、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料やハロゲン化アルミニウムフタロシアニン緑色顔料も好適に使用できる。
緑フィルタGとしては、380nm以上480nm以下の波長の光の透過率が5%以下であるものが好ましい。
Examples of green pigments that can be used for the green filter G include C.I. Pigment Green 7, 10, 36, and 37. These green pigments may be mixed with the above-mentioned yellow pigment. Additionally, halogenated zinc phthalocyanine green pigments and halogenated aluminum phthalocyanine green pigments can also be suitably used.
The green filter G preferably has a transmittance of 5% or less for light with a wavelength of 380 nm or more and 480 nm or less.
青フィルタBに適用できる青色顔料として、C.I.Pigment Blue 15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64等を例示できる。
これら青色顔料に、紫色顔料が混合されてもよい。紫色顔料として、C.I.Pigment Violet 1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50等を例示できる。
Examples of blue pigments that can be used in the blue filter B include C.I. Pigment Blue 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, and the like.
These blue pigments may be mixed with a violet pigment, such as C.I. Pigment Violet 1, 19, 23, 27, 29, 30, 32, 37, 40, 42, or 50.
上述した各顔料は、有機溶剤や分散剤とともに透明樹脂に分散して用いる。透明樹脂は、可視域の透過率が90%以上の透明樹脂であることが望ましく、樹脂の前駆体を含むアルカリ可溶性の感光性樹脂であることが望ましい。顔料は、樹脂に対し、15質量%から65質量%の範囲内で含有させることができる。
感光性樹脂として、水酸基、カルボキシ基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基、シラノール基等の反応性置換基を有する(メタ)アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、(メタ)アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を線状高分子に導入したポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等を例示できる。前駆体であるモノマーおよびオリゴマーとしては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、メラミン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート等の各種アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。波長365nmなどの紫外線照射により感光性樹脂を硬化する場合には、感光性樹脂に光重合開始剤等が添加されてもよい。
The pigments described above are dispersed in a transparent resin together with an organic solvent and a dispersant. The transparent resin is preferably a transparent resin having a visible transmittance of 90% or more, and is preferably an alkali-soluble photosensitive resin containing a resin precursor. The pigment content of the resin can be in the range of 15% to 65% by mass.
Examples of photosensitive resins include polyimide resins, epoxy resins, acrylic resins, melamine resins, phenolic resins, oxetane resins, siloxane resins, benzoxazine resins, and the like, which are obtained by reacting a linear polymer having a reactive substituent such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group with a (meth)acrylic compound or cinnamic acid having a reactive substituent such as an isocyanate group, an aldehyde group, an epoxy group, or a silanol group, to introduce a photocrosslinkable group such as a (meth)acryloyl group or a styryl group into the linear polymer. Precursor monomers and oligomers include various acrylic acid esters and methacrylic acid esters such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, tricyclodecanyl (meth)acrylate, melamine (meth)acrylate, and epoxy (meth)acrylate, as well as (meth)acrylic acid, styrene, vinyl acetate, (meth)acrylamide, N-hydroxymethyl (meth)acrylamide, and acrylonitrile. These may be used alone or in combination of two or more. When the photosensitive resin is cured by irradiation with ultraviolet light at a wavelength of 365 nm or the like, a photopolymerization initiator or the like may be added to the photosensitive resin.
各色フィルタR、G、Bは、平面視においていずれかがブラックマトリクス121の開口と重なるように配置されている。表示装置100の平面視において、各色フィルタR、G、Bは、それぞれ赤色変換層1C、緑色変換層1B、および青色変換層1Aと重なっている。赤フィルタR、緑フィルタG、および青フィルタBは、互いに接触して配置されてもよいし、離間して配置されてもよい。 Each of the color filters R, G, and B is arranged so that one of them overlaps an opening in the black matrix 121 in a planar view. In a planar view of the display device 100, each of the color filters R, G, and B overlaps with the red conversion layer 1C, green conversion layer 1B, and blue conversion layer 1A, respectively. The red filter R, green filter G, and blue filter B may be arranged in contact with each other or spaced apart.
上記のように構成された表示装置100の使用時の動作について説明する。
表示装置100においては、隣接する赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBの組が1画素を構成する。各画素においては、入力された映像信号に応じて赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBに対応するLED素子122が駆動され、画素の色彩や明度が変化する。
The operation of the display device 100 configured as above when in use will be described.
In the display device 100, a set of adjacent red filters R, green filters G, and blue filters B constitutes one pixel. In each pixel, the LED elements 122 corresponding to the red filters R, green filters G, and blue filters B are driven in accordance with the input video signal, changing the color and brightness of the pixel.
LED素子122から出射された励起光は、カラーフィルタ部120に到達する前に蛍光発光層1に入射する。
青色変換層1Aに入射した励起光は、第一蛍光体2で青色の蛍光に波長変換されて青フィルタBに入射する。
緑色変換層1Bに入射した励起光の多くは第一蛍光体2で青色の蛍光に波長変換される。この青色蛍光の一部は、第二蛍光体3で緑色の蛍光に波長変換されて緑フィルタGに入射する。
赤色変換層1Cに入射した励起光の多くは第二蛍光体3で緑色の蛍光に波長変換される。この緑色蛍光の一部は、第三蛍光体4で赤色の蛍光に波長変換されて赤フィルタRに入射する。
The excitation light emitted from the LED element 122 is incident on the fluorescent light-emitting layer 1 before reaching the color filter section 120 .
The excitation light incident on the blue conversion layer 1A is wavelength-converted into blue fluorescence by the first phosphor 2 and then incident on the blue filter B.
Most of the excitation light incident on the green conversion layer 1B is wavelength-converted into blue fluorescence by the first phosphor 2. A part of this blue fluorescence is wavelength-converted into green fluorescence by the second phosphor 3 and then incident on the green filter G.
Most of the excitation light incident on the red conversion layer 1C is wavelength-converted into green fluorescence by the second phosphor 3. A part of this green fluorescence is wavelength-converted into red fluorescence by the third phosphor 4 and then incident on the red filter R.
本実施形態で使用される蛍光体2、3、4は、いずれもEu2+賦活蛍光体である。本発明において、「Eu2+賦活蛍光体」とは、Eu2+のみにより賦活される蛍光体を指し、Eu2+に加えて他のイオンによっても賦活されるEu2+,Mn2+共賦活BaMgAlO蛍光体等は含まれない。
Eu2+賦活蛍光体は、Eu2+を発光中心に持ち、蛍光体に励起光を照射すると、発光イオン(Eu2+)が励起光を吸収して基底準位の電子が励起準位へと励起される。この励起電子が再び基底準位に戻るとき,その差分のエネルギーが蛍光として放出される。発光イオンであるEu2+は、発光および吸収の遷移が許容遷移のため、遷移確率は高い。一方、Mn2+賦活蛍光体は、Mn2+を発光イオンに持ち、発光および吸収の遷移が禁制遷移である。そのため遷移確率は低いものの、狭いスペクトルを有する発光が得られ色再現性を向上させることができるという特徴を持つ。
Phosphors 2, 3, and 4 used in this embodiment are all Eu 2+ -activated phosphors. In the present invention, the term "Eu 2+ -activated phosphor" refers to a phosphor activated only by Eu 2+ , and does not include Eu 2+ and Mn 2+ -coactivated BaMgAlO phosphors that are activated by other ions in addition to Eu 2+ .
Eu 2+ -activated phosphors have Eu 2+ as the luminescent center, and when the phosphor is irradiated with excitation light, the luminescent ion (Eu 2+ ) absorbs the excitation light, and the electrons at the ground level are excited to the excited level. When these excited electrons return to the ground level, the difference in energy is emitted as fluorescence. The luminescent ion Eu 2+ has a high transition probability because the transitions of emission and absorption are allowed transitions. On the other hand, Mn 2+ -activated phosphors have Mn 2+ as the luminescent ion, and the transitions of emission and absorption are forbidden transitions. Therefore, although the transition probability is low, they have the characteristic of being able to obtain emission with a narrow spectrum and improve color reproducibility.
発明者は、Eu2+賦活蛍光体とMn2+賦活蛍光体とを併用した表示装置において、表示映像に色が付いて見える現象や、3D表示時に左右映像が混ざって見えるいわゆるクロストーク現象等の不具合が発生することを見出した。発明者は、この原因について検討し、Mn2+賦活蛍光体が関係していることを突き止めた。
KSF蛍光体等のMn2+賦活蛍光体は、CASN蛍光体やSCASN蛍光体等のEu2+賦活蛍光体よりもピーク波長の波長幅が広く、色再現性に優れる。その反面、LED素子の光が消えた後に蛍光の発光強度が1/e(eは自然対数の底)となるまでに要する時間である残光時間が10ミリ秒程度と、Eu2+賦活蛍光体の1~10マイクロ秒より100~1000倍も長いことが分かった。
Mn2+賦活蛍光体の残光により生じるクロストークは、例えば、画面上をテロップ文字が流れる映像などにおいて顕著に発生し、表示品質を低下させる。
The inventors have found that display devices using a combination of an Eu 2+ -activated phosphor and an Mn 2+ -activated phosphor suffer from problems such as a phenomenon in which the displayed image appears colored and a so-called crosstalk phenomenon in which the left and right images appear mixed during 3D display. The inventors have investigated the cause of these problems and have found that the Mn 2+ -activated phosphor is involved.
Mn 2+ -activated phosphors such as KSF phosphors have a wider wavelength range of peak wavelengths and are superior in color reproducibility than Eu 2+ -activated phosphors such as CASN phosphors and SCASN phosphors. On the other hand, their decay time, which is the time it takes for the fluorescent light intensity to reach 1/e (e is the base of the natural logarithm) after the light from the LED element has gone out, is about 10 milliseconds, which is 100 to 1000 times longer than the 1 to 10 microseconds of Eu 2+ -activated phosphors.
Crosstalk caused by the afterglow of the Mn 2+ -activated phosphor is particularly noticeable in, for example, an image in which telop characters flow on the screen, and reduces the display quality.
発明者は、上記知見を踏まえ、蛍光発光層からMn2+賦活蛍光体を排除し、Eu2+賦活蛍光体のみを用いて構成した。さらに、これにより生じる若干の色再現性の低下を、カラーフィルタ部120を設けることによりカバーした。
本実施形態に係る表示装置100においては、上記構成により、残光の抑制された高い表示品質と、充分な色再現性とが両立されている。
さらに、LED部に配置されるLED素子が1種類のみの単色発光構成であるため、製造プロセスが簡素であり、生産性にも優れている。
Based on the above findings, the inventors eliminated the Mn 2+ -activated phosphor from the fluorescent-emitting layer and configured it using only the Eu 2+ -activated phosphor, and further compensated for the slight degradation in color reproducibility that would result from this by providing a color filter unit 120.
In the display device 100 according to this embodiment, the above-described configuration achieves both high display quality with suppressed afterglow and sufficient color reproducibility.
Furthermore, since the LED element arranged in the LED section is of a single type and emits light of a single color, the manufacturing process is simple and the productivity is excellent.
緑色変換層1Bおよび赤色変換層1Cにおいては、発する蛍光の色彩が異なる蛍光体が混合されていることにより、フェルスター機構によるエネルギー移動現象が起きる。フォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、ある蛍光体から放射された蛍光が他の蛍光体の励起エネルギーとして利用されることにより生じる。フェルスター機構は、このような光の発光および吸収のプロセスを経ずに、近接した2つの蛍光体の間で励起エネルギーが電子の共鳴により直接移動するものである。フェルスター機構による蛍光体間のエネルギー移動は、光の発光および吸収のプロセスを介さずに行われるため、最適条件ではエネルギーのロスが小さい。 In the green conversion layer 1B and red conversion layer 1C, phosphors that emit fluorescent light of different colors are mixed, which causes an energy transfer phenomenon via the Förster mechanism. Energy transfer via photoluminescence occurs when fluorescence emitted from one phosphor is used as excitation energy for another phosphor. The Förster mechanism involves the direct transfer of excitation energy between two nearby phosphors through electron resonance, without going through the processes of light emission and absorption. Because energy transfer between phosphors via the Förster mechanism occurs without going through the processes of light emission and absorption, there is little energy loss under optimal conditions.
エネルギー移動により輝度を向上させるためには、異色蛍光体どうしが近距離にあることや、異色蛍光体のうち、LED素子から放出される励起光を吸収して発光する蛍光体の発光波長が、もう一方の蛍光体の最大吸収波長と近しいことが必要である。本実施形態に係る蛍光発光層1のうち緑色変換層1Bおよび赤色変換層1Cにおいては、2種類の蛍光体を混合しつつ分散させることにより、2種類の蛍光体のそれぞれを含む層を積層するよりも蛍光体間の距離が短くなる。その結果、エネルギー移動効率を向上させることができる。 In order to improve brightness through energy transfer, the different color phosphors must be located close to each other, and the emission wavelength of one of the different color phosphors that absorbs the excitation light emitted from the LED element and emits light must be close to the maximum absorption wavelength of the other phosphor. In the green conversion layer 1B and red conversion layer 1C of the fluorescent-emitting layer 1 according to this embodiment, by mixing and dispersing two types of phosphors, the distance between the phosphors is shorter than if layers containing each of the two types of phosphors were stacked. As a result, energy transfer efficiency can be improved.
本実施形態に係る表示装置の変形例を図2に示す。図2に示す表示装置200は、LED素子112に代えて、青色光を出射する青色LED素子112Aを有する。
本明細書において、青色光とは波長410nm以上490nm未満の範囲の光を指し、青色LEDとは、波長410nm以上490nm未満の範囲内に発光ピークを有するLEDである。
A modified example of the display device according to this embodiment is shown in Fig. 2. The display device 200 shown in Fig. 2 has blue LED elements 112A that emit blue light instead of the LED elements 112.
In this specification, blue light refers to light having a wavelength in the range of 410 nm or more and less than 490 nm, and a blue LED is an LED having an emission peak in the wavelength range of 410 nm or more and less than 490 nm.
表示装置200のLED部110Aは、青色変換層1Aに代えて散乱層1Dを有し、緑色変換層1Bに代えて緑色変換層1bを有する。
散乱層1Dは、上述のベース樹脂に透明な光散乱粒子5が分散配置された構成を有する。
緑色変換層1bは、蛍光体として第二蛍光体3のみを含有し、第一蛍光体2を含まない。
カラーフィルタ部120Aは、青フィルタBに代えて透明層CLを有する。透明層CLの材料は、透明樹脂層7と同一とできる。
表示装置200では、青色LED素子112Aを用いることにより、LED素子112Aの光を波長変換せずに青色として使用する構成となっているが、赤色変換層1Cにおいては、表示装置100と概ね同様の波長変換が行われるため、同様の効果を奏する。
The LED section 110A of the display device 200 has a scattering layer 1D instead of the blue conversion layer 1A, and a green conversion layer 1b instead of the green conversion layer 1B.
The scattering layer 1D has a configuration in which transparent light scattering particles 5 are dispersed in the above-mentioned base resin.
The green color conversion layer 1 b contains only the second phosphor 3 as a phosphor, and does not contain the first phosphor 2 .
The color filter section 120A has a transparent layer CL instead of the blue filter B. The transparent layer CL may be made of the same material as the transparent resin layer 7.
In the display device 200, by using a blue LED element 112A, the light from the LED element 112A is used as blue light without wavelength conversion, but in the red conversion layer 1C, wavelength conversion is performed in a manner roughly similar to that of the display device 100, and therefore the same effect is achieved.
本発明の第二実施形態について、図3から図6を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 3 to 6. In the following description, components that are common to those already described will be assigned the same reference numerals and duplicate descriptions will be omitted.
図3は、本実施形態に係る表示装置300を示す模式断面図である。表示装置300は、LED部310と、波長変換基板320とを備えている。LED部310は、第一実施形態のLED部110から隔壁6および蛍光発光層1を除いた構成を有する。 Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing a display device 300 according to this embodiment. The display device 300 includes an LED section 310 and a wavelength conversion substrate 320. The LED section 310 has a configuration similar to that of the LED section 110 of the first embodiment, except that the partition wall 6 and the fluorescent-emitting layer 1 are removed.
図4に、波長変換基板320を示す。波長変換基板320は、透明基板321上に、ブラックマトリクス121、色フィルタR、G、Bが順次形成され、その上にさらに隔壁6および蛍光発光層1が設けられた構成を有する。
表示装置300は、LED部310のLED素子122を覆うように透明な粘着層11を配置し、波長変換基板320の隔壁6側を粘着層11に接合してLED部310と波長変換基板320とを貼り合わせることにより作製できる。
4 shows the wavelength conversion substrate 320. The wavelength conversion substrate 320 has a configuration in which a black matrix 121 and color filters R, G, and B are formed in this order on a transparent substrate 321, and partition walls 6 and a fluorescent-emitting layer 1 are further formed thereon.
The display device 300 can be produced by placing a transparent adhesive layer 11 so as to cover the LED elements 122 of the LED section 310, and bonding the partition wall 6 side of the wavelength conversion substrate 320 to the adhesive layer 11 to bond the LED section 310 and the wavelength conversion substrate 320 together.
表示装置300は、ブラックマトリクス121の位置関係が第一実施形態の表示装置100と若干異なるものの、蛍光発光層1によるLED素子112から発せられた光の波長変換は概ね表示装置100と同様に行われるため、同様の効果を奏する。
本実施形態に係る波長変換基板320は、残光の抑制された高い表示品質と充分な色再現性とが両立された表示装置を効率よく製造することに貢献できる。
Although the positional relationship of the black matrix 121 in the display device 300 is slightly different from that in the display device 100 of the first embodiment, the wavelength conversion of the light emitted from the LED element 112 by the fluorescent light-emitting layer 1 is performed in roughly the same way as in the display device 100, and therefore the same effect is achieved.
The wavelength conversion substrate 320 according to this embodiment can contribute to the efficient manufacture of a display device that achieves both high display quality with suppressed afterglow and sufficient color reproducibility.
本実施形態の変形例を図5および図6に示す。図5に示す変形例の表示装置400は、LED部310Aと波長変換基板320Aとを、粘着層11を介して接合することにより形成されている。
LED部310Aは、LED素子112に代えて青色LED素子112Aを有する点を除き、LED部310と同一の構造を有する。波長変換基板320Aは、青色変換層1A、緑色変換層1B、および青フィルタBに代えて、散乱層1D、緑色変換層1b、および透明層CLを有する点を除き、波長変換基板320と同一の構造を有する。
すなわち、表示装置400は、単色発光光源が青色光を発する構成であり、上述した表示装置200と概ね同様の作用効果を奏する。
Modifications of this embodiment are shown in Figures 5 and 6. A display device 400 of the modification shown in Figure 5 is formed by bonding an LED section 310A and a wavelength conversion substrate 320A via an adhesive layer 11.
The LED section 310A has the same structure as the LED section 310, except that it has a blue LED element 112A instead of the LED element 112. The wavelength conversion substrate 320A has the same structure as the wavelength conversion substrate 320, except that it has a scattering layer 1D, a green conversion layer 1b, and a transparent layer CL instead of the blue conversion layer 1A, the green conversion layer 1B, and the blue filter B.
That is, the display device 400 has a configuration in which the monochromatic light source emits blue light, and provides substantially the same effects as the display device 200 described above.
発明者は、蛍光発光層に含有される複数種類のEu2+賦活蛍光体には、好適な混合比率があることを見出した。以下では、この点について、実験例を用いて説明する。 The inventors have found that there is a suitable mixing ratio for the multiple types of Eu 2+ -activated phosphors contained in the fluorescent-emitting layer, which will be described below using experimental examples.
(実験例1:紫外光LEDを用いた検討)
LED素子として、発光ピーク波長385nmの紫外光LEDを用いた。
蛍光発光層に使用した材料は以下の通りである。
ベース樹脂:シリコーン樹脂(信越化学工業社製)
第一蛍光体:Eu2+賦活アパタイト蛍光体(粒子径3.7μm)
第二蛍光体:Eu2+賦活(Ba,Sr)GaS蛍光体(粒子径4.6μm)
第三蛍光体:Eu2+賦活SCASN蛍光体(粒子径5.4μm)
第一蛍光体、第二蛍光体、第三蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを、それぞれ図7、図8、図9に示す。上記紫外光LEDの発光ピーク波長が第一蛍光体の励起スペクトルの範囲内であり、第一蛍光体の蛍光スペクトルのピーク帯域が第二蛍光体の励起スペクトルのピーク帯域に近く、第二蛍光体の蛍光スペクトルのピーク帯域が第三蛍光体の励起スペクトルのピーク帯域に近いことが図7から図9よりわかる。
(Experimental Example 1: Study using ultraviolet LED)
The LED element used was an ultraviolet LED with an emission peak wavelength of 385 nm.
The materials used in the fluorescent-emitting layer are as follows:
Base resin: Silicone resin (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
First phosphor: Eu 2+ activated apatite phosphor (particle diameter 3.7 μm)
Second phosphor: Eu 2+ activated (Ba, Sr)GaS phosphor (particle diameter 4.6 μm)
Third phosphor: Eu 2+ activated SCASN phosphor (particle diameter 5.4 μm)
The excitation spectra and fluorescence spectra of the first phosphor, second phosphor, and third phosphor are shown in Figures 7, 8, and 9, respectively. It can be seen from Figures 7 to 9 that the emission peak wavelength of the above-mentioned ultraviolet LED is within the range of the excitation spectrum of the first phosphor, that the peak band of the fluorescence spectrum of the first phosphor is close to the peak band of the excitation spectrum of the second phosphor, and that the peak band of the fluorescence spectrum of the second phosphor is close to the peak band of the excitation spectrum of the third phosphor.
(1-1:赤色変換層)
上述のベース樹脂と、粉砕して粒径を整えた第二蛍光体および第三蛍光体とを用いて、赤色変換層を作製した。第三蛍光体の量を、ベース樹脂100質量部に対して20質量部に固定し、第二蛍光体の量を異ならせて、以下の4つの組成物を作製した。
組成物1:5部
組成物2:10部
組成物3:20部
組成物4:30部
各組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した赤フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板320に類似した構造を有するサンプル1~4を得た。サンプル1~4は、それぞれ組成物1~4を用いて形成した赤色変換層を備える。
各サンプルを、赤色変換層をLED素子側に向けて配置し、LED素子を発光させて、赤フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。
(1-1: Red color conversion layer)
The red conversion layer was prepared using the above-mentioned base resin and the second and third phosphors, which had been pulverized to a uniform particle size. The amount of the third phosphor was fixed at 20 parts by mass per 100 parts by mass of the base resin, and the amount of the second phosphor was varied to prepare the following four compositions.
Composition 1: 5 parts Composition 2: 10 parts Composition 3: 20 parts Composition 4: 30 parts Each composition was applied and patterned on a red filter formed using a color resist manufactured by Toyo Visual Solutions Co., Ltd. This resulted in samples 1 to 4 having a structure similar to the wavelength conversion substrate 320. Samples 1 to 4 each had a red conversion layer formed using compositions 1 to 4, respectively.
Each sample was placed with the red color conversion layer facing the LED element, and the LED element was made to emit light, and the emission spectrum was measured from the red filter side using a front luminance meter.
サンプル1~4の発光スペクトルを図10に示す。いずれのサンプルも、赤フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。サンプル2~4の結果が特に良好であったことから、第三蛍光体と第二蛍光体との比率として4:2~2:4程度が好ましいと考えられた。 The emission spectra of Samples 1 to 4 are shown in Figure 10. The emission intensity at the peak wavelength was increased for all samples compared to when only the red filter was used. Since the results for Samples 2 to 4 were particularly good, it was considered that a ratio of the third phosphor to the second phosphor of approximately 4:2 to 2:4 is preferable.
(1-2:緑色変換層)
ベース樹脂と、粉砕して粒径を整えた第一蛍光体および第二蛍光体とを用いて、緑色変換層を作製した。第二蛍光体の量を、ベース樹脂100質量部に対して20質量部に固定し、第一蛍光体の量を異ならせて、以下の4つの組成物を作製した。
組成物5:5部
組成物6:10部
組成物7:20部
組成物8:30部
各組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した緑フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板320に類似した構造を有するサンプル5~8を得た。サンプル5~8は、それぞれ組成物5~8を用いて形成した緑色変換層を備える。
各サンプルを、緑色変換層をLED素子側に向けて配置し、LED素子を発光させて、緑フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。
(1-2: Green color conversion layer)
A green color conversion layer was prepared using a base resin and the first and second phosphors, each of which had been pulverized to a uniform particle size. The amount of the second phosphor was fixed at 20 parts by mass per 100 parts by mass of the base resin, and the amount of the first phosphor was varied to prepare the following four compositions.
Composition 5: 5 parts Composition 6: 10 parts Composition 7: 20 parts Composition 8: 30 parts Each composition was applied and patterned on a green filter formed using a color resist manufactured by Toyo Visual Solutions Co., Ltd. This resulted in samples 5 to 8 having a structure similar to the wavelength conversion substrate 320. Samples 5 to 8 each had a green conversion layer formed using compositions 5 to 8, respectively.
Each sample was placed with the green color conversion layer facing the LED element, and the LED element was made to emit light, and the emission spectrum was measured from the green filter side using a front luminance meter.
サンプル5~8の発光スペクトルを図11に示す。いずれのサンプルも、緑フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。 The emission spectra of samples 5 to 8 are shown in Figure 11. The emission intensity at the peak wavelength was increased for all samples compared to when only the green filter was used.
(実験例2:青色LEDを用いた検討)
LED素子として、発光ピーク波長450nmの青色LEDを用いた。
実験例1-1で用いたサンプル1~4を、赤色変換層をLED素子側に向けて配置し、LED素子を発光させて、赤フィルタ側から正面輝度計にて発光スペクトルを測定した。
(Experimental Example 2: Study using blue LED)
A blue LED with a peak emission wavelength of 450 nm was used as the LED element.
Samples 1 to 4 used in Experimental Example 1-1 were arranged with the red color conversion layer facing the LED element side, and the LED element was made to emit light, and the emission spectrum was measured from the red filter side using a front luminance meter.
実験例2におけるサンプル1~4の発光スペクトルを図12に示す。いずれのサンプルも、赤フィルタのみの場合に比べ、ピーク波長の発光強度が増加していた。実験例1-1同様、第三蛍光体と第二蛍光体との比率として4:2~2:4程度が好ましいと考えられた。 Figure 12 shows the emission spectra of Samples 1 to 4 in Experimental Example 2. The emission intensity at the peak wavelength was increased for all samples compared to when only the red filter was used. As with Experimental Example 1-1, a ratio of the third phosphor to the second phosphor of approximately 4:2 to 2:4 was considered preferable.
(実験例3:蛍光体による残光時間の検討)
緑色変換層に用いられる蛍光体が残光時間に及ぼす影響について検討した。実験に供した緑色変換層1および2の組成を以下に示す。
緑色変換層1
ベース樹脂:シリコーン樹脂(信越化学工業社製) 100部
蛍光体:Eu2+賦活(Ba,Sr)GaS蛍光体(粒子径4.6μm) 30部
緑色変換層2
ベース樹脂:緑色変換層1と同一 100部
蛍光体:Eu2+,Mn2+共賦活BaMgAlO蛍光体(粒子径3.9μm) 30部
各変換層に係る組成物を、東洋ビジュアルソリューションズ社製カラーレジストを用いて形成した緑フィルタ上に塗布してパターニングした。これにより、波長変換基板320に類似した構造を有するサンプル9および10を得た。サンプル9および10は、それぞれ緑色変換層1および緑色変換層2を備える。
各サンプルを、緑色変換層を光源側に向けて配置し、パルス光を照射して励起発光させた。パルス光を消灯してから実際にスペクトルを測定し始めるまでの時間t(遅延時間と称する)を0.05ms~20msの範囲で変更しつつ、蛍光の発光強度を複数回測定した。
(Experimental Example 3: Study of decay time by phosphor)
The influence of the phosphors used in the green conversion layer on the decay time was examined. The compositions of the green conversion layers 1 and 2 used in the experiment are shown below.
Green color conversion layer 1
Base resin: Silicone resin (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 100 parts Phosphor: Eu 2+ activated (Ba, Sr)GaS phosphor (particle diameter 4.6 μm) 30 parts Green color conversion layer 2
Base resin: 100 parts of the same as green conversion layer 1 Phosphor: Eu 2+ ,Mn 2+ co-activated BaMgAlO phosphor (particle diameter 3.9 μm) 30 parts The compositions for each conversion layer were applied and patterned on a green filter formed using a color resist manufactured by Toyo Visual Solutions Co., Ltd. This resulted in samples 9 and 10 having a structure similar to wavelength conversion substrate 320. Samples 9 and 10 each comprise green conversion layer 1 and green conversion layer 2.
Each sample was placed with the green color conversion layer facing the light source and irradiated with pulsed light to cause excitation and emission. The fluorescence emission intensity was measured multiple times while changing the time t (referred to as delay time) from when the pulsed light was turned off until the actual measurement of the spectrum began in the range of 0.05 ms to 20 ms.
サンプル9~10の蛍光寿命スペクトルを図13に示す。図13には、遅延時間t=0における蛍光発光強度も併せて示している。
サンプル9においては、最も短い遅延時間であるt=0.05msにおいて信号が観測されず、かつ全範囲において発光が検出されなかった。したがって、サンプル9においては、蛍光の発光が0.05ms以内に消失していると推測され、上述した定義に基づく残光時間は0.05ms未満であると考えられた。
一方、サンプル10においては、t=0.05msにおいて信号が観測され、その後発光強度が指数関数的に減少する減衰曲線が得られた。上述した定義に基づく残光時間は3.6msであった。
以上より、Eu2+賦活蛍光体を用いた変換層の残光時間はサブミリ秒オーダーであり、Eu2+,Mn2+共賦活蛍光体を用いた変換層の残光時間はミリ秒オーダーであったことから、Eu2+賦活蛍光体を用いた変換層の優位性が示された。
The fluorescence lifetime spectra of Samples 9 and 10 are shown in Figure 13. Figure 13 also shows the fluorescence emission intensity at the delay time t=0.
In Sample 9, no signal was observed at the shortest delay time, t = 0.05 ms, and no emission was detected over the entire range. Therefore, in Sample 9, it was estimated that the fluorescence emission disappeared within 0.05 ms, and the decay time based on the above definition was considered to be less than 0.05 ms.
On the other hand, in Sample 10, a signal was observed at t = 0.05 ms, and then a decay curve in which the emission intensity exponentially decreased was obtained. The decay time based on the above definition was 3.6 ms.
From the above, it was found that the decay time of the conversion layer using the Eu 2+ -activated phosphor was on the order of submilliseconds, while the decay time of the conversion layer using the Eu 2+ -Mn 2+ co-activated phosphor was on the order of milliseconds, demonstrating the superiority of the conversion layer using the Eu 2+ -activated phosphor.
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。 Each embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configurations are not limited to these embodiments, and modifications and combinations of configurations that do not depart from the gist of the present invention are also included.
例えば、本発明においては、以下のような変更が可能である。
・蛍光発光層の各層に光散乱粒子5を含有させる
・赤色変換層1Cに第一蛍光体2を含有させる
・表示装置200および波長変換基板320Aにおいて、青色変換層1Aおよび青フィルタBを用いる
For example, the present invention allows the following modifications.
Each fluorescent light-emitting layer contains light-scattering particles 5. The red conversion layer 1C contains the first phosphor 2. The display device 200 and the wavelength conversion substrate 320A use the blue conversion layer 1A and the blue filter B.
本発明に係るカラーフィルタ部や波長変換基板には、透過率調整層や反射防止層等の、所望の特性を付与するための層が設けられてもよい。 The color filter section and wavelength conversion substrate according to the present invention may be provided with layers to impart desired properties, such as a transmittance adjustment layer or an anti-reflection layer.
蛍光発光層は、量子ドットを含有してもよい。量子ドットとは、量子閉じ込め効果を持つナノメートルサイズの半導体微粒子であり、蛍光発光層に添加することにより、波長変換を補助できる。
量子ドットの添加量は蛍光体の質量の0.5%~10%程度とできる。量子ドットは蛍光体に比して耐熱性や耐光性に劣るため、量子ドットの添加量が多すぎると、表示装置や波長変換基板の信頼性が低下する可能性がある。
蛍光発光層の耐熱性は、150℃のオーブンに500時間投入し、発光特性の変化を測定することで評価できる。耐光性は、温度40℃、湿度70%の条件下でキセノンランプを200時間照射し、発光特性の変化を測定することで測定できる。表示装置を構成した際の信頼性の観点からは、耐熱性試験や耐光性試験後の蛍光発光層の発光特性変化率が10%以下であることが好ましい。
指標とする発光特性としては、「内部量子収率」、「メインピーク波長の発光強度」、「メインピーク波長の半値幅」、「光学濃度」等から1つ以上を選択できる。
The fluorescent-emitting layer may contain quantum dots, which are nanometer-sized semiconductor particles that exhibit quantum confinement effects and can assist wavelength conversion when added to the fluorescent-emitting layer.
The amount of quantum dots added can be about 0.5% to 10% of the mass of the phosphor. Because quantum dots have poorer heat resistance and light resistance than phosphors, adding too much quantum dots may reduce the reliability of the display device or wavelength conversion substrate.
The heat resistance of the fluorescent-emitting layer can be evaluated by placing it in an oven at 150°C for 500 hours and measuring the change in its luminescence characteristics. The light resistance can be measured by irradiating it with a xenon lamp for 200 hours under conditions of a temperature of 40°C and a humidity of 70%, and measuring the change in its luminescence characteristics. From the viewpoint of reliability when a display device is constructed, it is preferable that the rate of change in the luminescence characteristics of the fluorescent-emitting layer after the heat resistance test or the light resistance test be 10% or less.
The luminescence characteristics to be used as an index can be selected from one or more of "internal quantum yield,""luminescence intensity at the main peak wavelength,""half width at the main peak wavelength,""opticaldensity," and the like.
1 蛍光発光層
2 第一蛍光体
3 第二蛍光体
4 第三蛍光体
6 隔壁
100、200、300、400 表示装置
110、110A、310、310A LED部
111 基板
112、112A LED素子
120、120A カラーフィルタ部
320、320A 波長変換基板
B 青フィルタ
G 緑フィルタ
R 赤フィルタ
321 透明基板
1 Fluorescent light-emitting layer 2 First phosphor 3 Second phosphor 4 Third phosphor 6 Partition wall 100, 200, 300, 400 Display device 110, 110A, 310, 310A LED section 111 Substrate 112, 112A LED element 120, 120A Color filter section 320, 320A Wavelength conversion substrate B Blue filter G Green filter R Red filter 321 Transparent substrate
Claims (6)
平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ前記開口内に前記近紫外LEDまたは前記青色LEDが位置するように配置された隔壁と、
赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有し、前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、および前記青フィルタが、平面視において、前記開口と重なるように配置されたカラーフィルタ部と、
前記LED部と前記カラーフィルタ部との間に設けられ、平面視において前記開口内に位置し、ベース樹脂にEu2+賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層と、
を備え、
前記蛍光発光層は、蛍光体として前記Eu2+賦活蛍光体のみを有し、
前記蛍光発光層の少なくとも一部は赤色変換層であり、前記Eu2+賦活蛍光体として、前記LED部から発せられる光を励起光とする第1の蛍光体と、前記第1の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第2の蛍光体とを含み、かつ前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との質量比が、2:1~1:2の範囲内である、
表示装置。 an LED section in which a plurality of near-ultraviolet LEDs or a plurality of blue LEDs are arranged on a substrate;
a partition wall having a lattice shape in plan view with a plurality of openings, the near-ultraviolet LEDs or the blue LEDs being positioned within the openings;
a color filter section including a red filter, a green filter, and a blue filter, the red filter, the green filter, and the blue filter being arranged so as to overlap with the opening in a plan view;
a fluorescent-emitting layer provided between the LED section and the color filter section, positioned within the opening in a plan view, and including a base resin and a Eu 2+ -activated phosphor dispersed therein;
Equipped with
the fluorescent-emitting layer contains only the Eu 2+ -activated phosphor as a phosphor,
At least a part of the fluorescent-emitting layer is a red conversion layer, and the Eu 2+ -activated phosphor includes a first phosphor that uses light emitted from the LED section as excitation light and a second phosphor that uses fluorescence emitted from the first phosphor as excitation light, and a mass ratio of the first phosphor to the second phosphor is within a range of 2:1 to 1:2.
Display device.
請求項1に記載の表示装置。 The particle size of the Eu 2+ -activated phosphor is 0.1 μm or more and 15 μm or less.
The display device according to claim 1 .
請求項1に記載の表示装置。 the fluorescent-emitting layer has a change rate of 10% or less in light-emitting characteristics after 200 hours of irradiation with a xenon lamp;
The display device according to claim 1 .
請求項1に記載の表示装置。 the thickness of the fluorescent-emitting layer is 1 μm or more and 50 μm or less;
The display device according to claim 1 .
請求項1に記載の表示装置。 the fluorescent-emitting layer contains quantum dots;
The display device according to claim 1 .
前記基板上に設けられ、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを有するカラーフィルタと、
平面視において複数の開口を有する格子状であり、かつ前記開口内に前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、および前記青フィルタのいずれかが位置するように配置された隔壁と、
平面視において前記開口内に位置し、ベース樹脂にEu2+賦活蛍光体が分散して配置された蛍光発光層と、
を備え、
前記蛍光発光層は、蛍光体として前記Eu2+賦活蛍光体のみを有し、
前記蛍光発光層の少なくとも一部は赤色変換層であり、前記Eu2+賦活蛍光体として、第1の蛍光体と、前記第1の蛍光体が発する蛍光を励起光とする第2の蛍光体とを含み、かつ前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体との質量比が、2:1~1:2の範囲内である、
波長変換基板。 A transparent substrate,
a color filter provided on the substrate and having a red filter, a green filter, and a blue filter;
a partition wall having a lattice shape in plan view with a plurality of openings, the partition wall being arranged so that any one of the red filter, the green filter, and the blue filter is located within the opening;
a fluorescent-emitting layer located within the opening in a plan view, the fluorescent layer including a base resin and a Eu 2+ -activated phosphor dispersed therein;
Equipped with
the fluorescent-emitting layer contains only the Eu 2+ -activated phosphor as a phosphor,
At least a part of the fluorescent-emitting layer is a red conversion layer, and the Eu 2+ -activated phosphor includes a first phosphor and a second phosphor that uses the fluorescence emitted by the first phosphor as excitation light, and the mass ratio of the first phosphor to the second phosphor is within a range of 2:1 to 1:2.
Wavelength conversion substrate.
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