白色LEDの蛍光体とは?ブラウン管テレビと冷陰極管にも使用?

蛍光体

白色LEDには赤・緑・青(RGB)のLEDを組み合わせる方式と青色LEDと蛍光体を組み合わせる方式があります。現在、ほとんどの白色LEDは後者の蛍光体方式です。ところでこの「蛍光体」とはどのようなものなのでしょうか?以下に紹介します。

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白色LEDの蛍光体とは?

蛍光体とは、励起光を吸収して蛍光を放出する特性を有する物質で、一般に希土類イオンなどを含む無機の結晶です。微量の付活剤も含ませているものも多く、粒径が数ミクロンの粉体状であるものがほとんどです。励起光を結晶が吸収し、エネルギーを希土類イオンなどに移動させ、蛍光を放出します。

もっとも広く使われているのは、日亜化学の黄色蛍光体で、YAG結晶にCe3+イオンを添加したものです。青色LEDから放出される波長460nmの光でCe3+イオンを励起し、波長555nmにピークを持つ約500nmから約700nmまでの広い波長域の蛍光を放出します。これが青色LEDの光と混ざり合うことで白色光になります。

この蛍光体は赤色の光が弱いため、一般照明として使用した時に、自然光とは異なる色になりやすく、演色性が十分ではありません。そのため、現在は、赤色の蛍光を放出する希土類イオンのEu3+イオンなどを添加した他の結晶系の開発も進められています。同じ希土類イオンを添加する場合でも、結晶の成分を変えることである程度発光波長を制御することが可能です。

ブラウン管テレビにも蛍光体が使われていた

蛍光体はブラウン管テレビでも使用されていました。ブラウン管の場合は、画面のガラスの内側にRGBの蛍光体がストライプ状に塗られています。これを電子銃から照射される電子線で励起することにより、それぞれの色の蛍光を放出します。

赤にY2O2S:Eu+Pigment、緑にZnS:Cu,Al、青にZnS:Ag+Pigmentなどの蛍光体と顔料が用いられていました。顔料は蛍光体に付着させ、コントラスト改良や外光反射の抑制などの効果があります。

液晶テレビの登場により、ブラウン管テレビは生産終了となり、画面に塗られていてた蛍光体は使用されなくなりましたが、次項の冷陰極管の蛍光体や前述の白色LEDの蛍光体として、異なるタイプの蛍光体が使用されています。蛍光体の役割は大きいことが分かります。

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冷陰極管にも蛍光体が使われていた

冷陰極管(CCFL)とは、蛍光灯を細くしたようなランプです。電源を入れると電極から電子が放出され、水銀蒸気に衝突し、紫外線を放出します。これがガラス管内面に塗布された蛍光体を励起し、RGBの蛍光を放出します。

赤にはY2O3:Eu、緑にはLaPO4:Ce,Tb、青にはBaMgAl10O17:Euなどの蛍光体が用いられています。

冷陰極管は、かつてはほとんんどすべての液晶ディスプレイ用バックライトに使用されていましたが、白色LEDの登場とともに徐々に代替され、現在はほとんど使用されていません。白色LEDの方が効率が高く、コンパクトで、衝撃などにも強いためです。また冷陰極管では水銀を使用していましたが、白色LEDでは水銀を使用していないことも大きな長所です。

まとめ

白色LED、ブラウン管テレビ、冷陰極管に使用されている蛍光体について紹介しました。

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