CN101718409A - 照明装置和具有该照明装置的显示装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种照明装置，包括适合于发射蓝色光束的蓝色发光元件；和与蓝色发光元件分离布置的，能够起光扩散层作用的绿色荧光体层，所述绿色荧光体层包括当被蓝色光束激发时，适合于发射绿色荧光的绿色荧光体，所述绿色荧光体具有1.49以上的折射率和79％以上的量子效率。

Description

照明装置和具有该照明装置的显示装置
技术领域
本发明涉及一种具有蓝光发光元件和绿色荧光体层的照明装置，更具体地说，涉及由于即使使用任意绿色荧光体，其可靠性仍然较高，因而用在诸如液晶电视机之类显示装置中的照明装置。
背景技术
近年来，液晶电视机用背光的开始极其活跃。背光方案可被粗略分成两种种类：(1)通过用把适合于发射蓝色光束的黄色或绿色荧光体，以及红色荧光体分散于其中的透明树脂灌封蓝色LED而获得的白色LED(发光二极管)，和(2)利用蓝色、绿色和红色LED的三色LED。
归入种类(1)的白色LED的特征在于能够实现简单的驱动器系统，因为通过驱动适合于发射蓝色光束的蓝色LED元件，能够形成背光。归入种类(2)的三色LED的特征在于能够提供具有极好色纯度的液晶电视机，因为来自发射蓝色、绿色和红色光束的LED的发射谱线宽度较窄。不过，就种类(1)来说，为了获得宽的色范围，必须使自红色荧光体的光发射的波长变长。不过，使光发射的波长变长会导致亮度显著降低。另一方面，由于白光的效率低，种类(2)存在问题，白光的低效率可归因于绿色LED的低效率。
在发明名称为“Surface-Illuminated Display Device”的日本专利特许公开No.Hei 11-249604(段落0019，段落0033-0083，段落0091-0093，图4和5)中记载了下述内容。
面照射显示装置通过照射指定的显示面实现显示，包括(a)具有适合于发射第一波长的光束的第一发光物质，和适合于发射波长不同于第一波长的光束的第二发光物质的光源，和(b)具有入射面和发射面的荧光板。入射面接收来自光源的光束。发射面面对显示面。荧光板把第一波长的部分光束会聚成第二波长的光束，第二波长大于第一波长。
在发明名称为“White Light-Emitting Device”的日本专利特许公开No.2005-72479(段落0021-0022，段落0056-0058，图9)中记载了下述内容。
白色发光装置可包括两个LED。这两个LED之一至少包括至少包含Au或Cu作为激发剂的荧光体ZnSxSe1-x(0.7≤x≤0.9)，和包含Ag作为激发剂的荧光体ZnSxSe1-x(0.5≤x≤0.8)之一作为荧光体ZnSxSe1-x(0＜x＜1)，并发射波长在410纳米-490纳米范围中的光束。
在这种构造中，荧光体之一负责绿色(G)，从而便于蓝色和红色LED形成RGB白色发光元件。于是，该文献声称能够产生毫无问题地适合于包括红色光束在内的所有应用的白色光束。
在发明名称为“White LED for Backlight Having a PhosphorPlate”的日本专利特许公开No.2007-273998(段落0014，段落0022-0023，图2)中记载了下述内容。
该文献声称适合于从背后照亮LCD(液晶显示器)的白色LED包括添加预制的红色和绿色荧光体薄片的蓝色LED。
在发明名称为“Surface Light Source Device and Color LiquidCrystal Display Device Assembly”的日本专利特许公开No.2007-4099(段落0014-0015，段落0055-0064，段落0071，段落0078-0085，图2和3)(下面称为专利文献1)中记载了下述内容。
按照专利文献1中的发明的第一实施例的面光源装置是从后面板侧照亮透射式彩色液晶显示装置的面光源装置(更具体地说，直下式面光源装置)。该液晶显示装置包括(a)具有第一透明电极的前面板，(b)具有第二电极的后面板，(c)设置在前面板和后面板之间的液晶材料。面光源装置包括(A)光源，(B)支持件，(C)第二原色发光层和(D)第三原色发光层。光源被布置成与后面板相对，发射与光的包括第一到第三原色的三原色中的第一原色相关的第一原色光束。支持件被设置在后面板和光源之间。第二原色发光层形成于支持件的与适合于发射第二原色光束的子像素相关的区域上，所述第二原色光束对应于彩色液晶显示装置的第二原色。第二原色发光层包括适合于发射第二原色光束的第二原色发光颗粒。第二原色发光层由来自光源的能量辐射激发，从而发射第二原色光束。第三原色发光层形成于支持件的与适合于发射第三原色光束的子像素相关的区域上，所述第三原色光束对应于彩色液晶显示装置的第三原色。第三原色发光层包括适合于发射第三原色光束的第三原色发光颗粒。第三原色发光层由来自光源的能量辐射激发，从而发射第三原色光束。
在发明名称为“Planar Light-Emitting Device”的日本专利特许公开No.2008-117879(段落0010，段落0032-0033，图5)(下面称为专利文献2)中记载了下述内容。
该发明提供一种平面发光装置。所述平面发光装置包括扩散板，多个第一发光元件和波长变换片。扩散板具有主面和背面，使从背面进入的入射光束的强度分布变均匀，发出具有均匀强度分布的光束。第一发光元件以二维方式排列在扩散板的背面一侧，每个第一发光元件发射蓝色光束。波长变换片设置在扩散板的主面或背面一侧，包括适合于吸收来自第一发光元件的光束，发射绿色光束的波长变换材料。
图9是专利文献2中所示的图5，是按照在专利文献2中所公开发明的第三实施例的平面发光装置的示意透视图。
在该具体例子中，红色和蓝色发光元件102和103以二维方式被排列位于具有主面和背面的扩散板110的背面一侧的基体101上。在发光元件102及103和扩散板110之间可以设置空间或者诸如树脂之类的透光材料。
另外在这种情况下，可粗略以1∶2的比例在基体上设置红色和蓝色发光元件102和103。在本实施例中，低效的绿色发光元件也被省略。改为在扩散板110的表面上设置波长变换片130。波长变换片130包括与LCD滤色片匹配的绿色波长变换材料。专利文献2声称第三实施例可降低总成本，并且与第一和第二实施例的情况一样，由于省略了低效率的绿色LED，防止了效率降低。
在名为“Lighting Device”的JP-T-2003-529889(段落0012，段落0021-0022，图1)(下面称为专利文献3)中记载了下述内容。
按照在专利文献3中公开的发明的第一原理的照明装置的一个极佳实施例的特征在于至少两个发光二极管包括一个蓝色发光二极管和至少一个红色发光二极管，并且转换装置包括适合于把来自蓝色发光二极管的部分光束转换成绿色光束的发光材料。
应注意例如在日本专利特许公开No.2004-161808(段落0067-0068，图1)，日本专利特许公开No.2005-77448(段落0068)(下面称为专利文献4)，日本专利特许公开No.2006-126109(段落0157)，日本专利特许公开No.2007-85797(段落0065-0070，段落0077-0078)，和日本专利特许公开No.2008-50593(段落0006-0010，段落0066，段落0085-0086，图3)中给出了关于荧光体薄片的描述。
发明内容
当利用荧光体和LED一起制造照明装置时，和树脂捏合的荧光体被直接灌封在蓝色LED芯片上。在制造诸如背光之类的照明装置时，强烈需要一种利用可用的最高性能的蓝色LED和荧光体(就发射效率和色纯度来说)的高性能背光。当利用蓝色LED芯片和荧光体制造照明装置时，照明装置的可靠性和效率较大地取决于包括蓝色LED芯片的构造和结构，荧光体种类和封装结构在内的各种因素。
适合于发射蓝色光束的绿色荧光体可被粗略分成氧化物、硫化物、氮化物和氮氧化物。尽管未报道氮化物绿色荧光体和氮氧化物绿色荧光体具有高效率，不过氮氧化物和氮化物通常非常可靠。当结合蓝色LED和荧光体的照明装置(白色LED)被用作液晶装置的背光时，从生产率、成本、性能等观点来看，任何种类的荧光体最好应是可用的。此外，荧光体最好应具有高的量子效率。
例如，在专利文献2中公开的通过向ZnS添加Cu和Al而获得的荧光体，和通过向(Ba.Mg)Al11O17添加Eu和Mn而获得的另一荧光体最初分别是为用在CRT和灯中而设计的。这些荧光体由电子辐射和波长253.7纳米的光束激发。本发明的发明人测得借助蓝光激发(450纳米)，上述荧光体的内部量子效率分别为51％和42％。目前广泛用于白色LED的YAG荧光体的内部量子效率为79％。从而，可以确定这些荧光体的量子效率低。如上所述，由于它们的内部量子效率低，上述荧光体不适于实际用作结合蓝色LED和荧光体的照明装置(白色LED)中的荧光体。
如果使用大量的LED，并供给高的电力，那么尽管荧光体量子效率低，也可以使用该荧光体。不过，除非采取一些预防可靠性差的措施，否则不能使用可靠性差的荧光材料，比如包含硫原子的荧光材料。此外，量子效率低的荧光体不能在目前的必须生态友好的电器中获得应用。
白色LED通常包括用其中有分散荧光体的有机树脂包埋的LED。不过，受诸如湿气之类外部气氛的影响，有机树脂可能退化。此外，取决于其种类，荧光体可能劣化，从而改变其量子效率，缩短白色LED的寿命。为此，白色LED可包括波长变换元件和蓝色LED的组合。波长变换元件是通过把荧光体分散在玻璃中形成的。不过，在其形成过程中，波长变换元件需要高温处理。这会由于加热而劣化荧光体。从而，这种方法不适合于各种各样的任意荧光体。
在液晶电视机中使用适合均匀扩散光的光学板(称为扩散板)。例如，如专利文献4中公开的一样，该扩散板具有涂敷以作为光扩散剂的树脂或无机物颗粒的光学PET膜。折射率越高，光扩散能力越高。于是，最好应使用折射率高的光扩散剂。不过，专利文献4没有考虑光扩散剂的折射率。
鉴于上面所述，做出本发明的实施例，本发明的实施例的目的在于提供一种高度可靠，并且高效的照明装置，而不管蓝色LED芯片的构造和结构以及荧光体种类，和具有所述照明装置的显示装置。
即，本发明的实施例涉及一种照明装置。所述照明装置包括适合于发射蓝色光束的蓝色发光元件(例如，后面说明的实施例中的蓝色LED 50B)。所述照明装置还包括与蓝色发光元件分离布置的，能够起光扩散层作用的绿色荧光体层(例如，后面说明的实施例中的绿色荧光体层53)。所述绿色荧光体层包括绿色荧光体。当被蓝色光束激发时，绿色荧光体发射绿色荧光。所述绿色荧光体具有1.49以上的折射率和79％以上的量子效率。
本发明的实施例还涉及以所述照明装置作为背光的显示装置。
按照本发明的实施例的照明装置包括适合于发射蓝色光束的蓝色发光元件。所述照明装置还包括绿色荧光体层。绿色荧光体层被布置成与蓝色发光元件分离，能够起光扩散层作用。所述绿色荧光体层包括当被蓝色光束激发时，适合于发射绿色荧光的绿色荧光体。所述绿色荧光体具有1.49以上的折射率和79％以上的量子效率。于是，即使使用具有任意结构的蓝色发光元件和任意绿色荧光体，本发明的实施例也能够提供一种高度可靠、高效的照明装置，而与蓝色发光元件的构造和结构以及绿色荧光体的种类无关。
本发明的实施例还提供一种以所述照明装置作为背光的高度可靠、高效的显示装置。
附图说明
图1A和1B是描述按照本发明的实施例的照明装置的示意构造的透视图；
图2是描述按照本发明实施例的使用直下式背光的液晶显示装置的示意构造的横截面图；
图3是描述按照本发明实施例的使用直下式背光的液晶显示装置的示意构造的横截面图；
图4是描述在按照本发明实施例的应用例子中，荧光体劣化测试的结果的示图；
图5是描述在按照本发明实施例的应用例子中，照明装置中的荧光体劣化测试的结果的示图；
图6A-6C是描述在按照本发明实施例的应用例子中，使用LED元件的照明装置的劣化的示图；
图7是描述在按照本发明实施例的应用例子中，照明装置的劣化测试的结果的示图；
图8A和8B是描述比较例中的照明装置的示意构造的透视图；
图9是描述按照现有技术的平面发光装置的视图。
具体实施方式
在按照本发明的实施例的照明装置中，绿色荧光体层最好应形成于透明支持板或光扩散板上。这种构造便于借助普通方法，在透明支持板或光扩散板的表面上形成绿色荧光体层，并且允许绿色荧光体层起光扩散层作用。在光扩散板上形成绿色荧光体层确保更可取的光扩散。
此外，照明装置最好应包括适合于发射红色光束的红色发光元件。红色发光元件最好应与蓝色发光元件并排布置，以致蓝色、绿色和红色光束被混合在一起，从而发射白色光束。这种构造提供发射白色光束的高效照明装置。
此外，绿色荧光体层最好应被设置在蓝色发光元件之上。这种构造使得能够在蓝色发光元件之上和附近形成绿色荧光体层，从而保证增强用蓝色光束激发绿色荧光体层的效率。
此外，蓝色和红色发光元件最好应是LED。这种构造提供高度可靠、长寿命并且高效的发射白色光束的照明装置。
此外，绿色荧光体最好应由SrGa2S4:Eu或(Sr，Ba)2SiO4构成。SrGa2S4:Eu和(Sr，Ba)2SiO4的内部量子效率分别为86％和81％，高于YAG荧光体的为79％的内部量子效率。这种构造提供高度可靠、高效的照明装置。
在按照本发明的实施例的显示装置中，绿色荧光体层最好应被设置在背光的光发射侧或者显示面板的光入射侧。这种构造带来设计显示装置的高自由度。
此外，显示面板最好应为液晶面板。这种构造使具有液晶面板的液晶显示装置适合于用作电视机和PC的显示装置。
此外，显示装置最好应具有与背光的点亮和熄灭同步开启和关闭的像素部分。黑色图像数据被插入帧的一部分中(其中插入黑色图像数据的区域被称为“黑色插入区”)。当显示黑色图像时，位于与黑色插入区相关的位置的蓝色和红色发光元件与黑色插入区的移动同步地被关闭。即，位于与除黑色插入区之外的区域相关的位置的蓝色和红色发光元件被开启，而位于与黑色插入区相关的位置的那些蓝色和红色发光元件被关闭。这种构造有助于改善运动图像特性和色质，从而提供能够快速移动图像显示的显示装置。
当被蓝色光束激发时，构成按照本发明实施例的照明装置的绿色荧光体层发射绿色光束。绿色荧光体层是用折射率为1.49以上，最好为2以上的荧光体形成的。绿色荧光体层起适合于通过扩散蓝色光束(即，激发光)和由蓝色光束的激发产生的绿色光束，产生扩散光束的光扩散层的作用。由蓝光激发产生的绿色荧光体层的内部量子效率越高越好。例如，从发射效率的观点看，绿色荧光体层最好应具有比YAG荧光体的内部量子效率或79％高的内部量子效率。
绿色荧光体层被设置在离光源，比如适合于发射蓝色光束的LED一定距离的位置，以便不会与发射蓝色光束的LED直接接触，从而扩散来自光源和荧光体层的光束。这提供高度可靠、高效的照明装置，而与光源结构和荧光体种类无关。
例如，SrGa2S4:Eu或(Sr，Ba)2SiO4可用作绿色荧光体。不过，与荧光体种类无关，本发明的实施例提供利用任意结构的蓝色LED芯片作为激发源的照明装置。这种照明装置呈现高可靠性和高效率，使其适合于用作液晶显示装置的背光。
下面参考附图，详细说明本发明的一个优选实施例。
<实施例>
[照明装置的示意构造]
图1A和1B是描述按照本发明的实施例的照明装置的示意构造的透视图。
图1A是图解说明照明装置的内部示意构造的透视图。图1B是图解说明照明装置的外观的透视图。
如图1A和1B中所示，照明装置2包括排列在光源腔52的内底面上的多个发光元件，所述光源腔具有反光内表面。照明装置2还包括与光源腔52热接触的散热件51。照明装置2还包括构成光源腔52的腔盖部分的绿色荧光体层53。
例如，发光元件包括蓝色LED 50B和红色LED 50R。绿色荧光体层53构成腔盖部分，同时，起当被蓝色LED 50B激发时，适合于发射绿色光束的发光源，以及光扩散层的作用。各种种类的LED可被用作蓝色LED 50B和红色LED 50R。
应注意在图1A和1B中，为了简化起见，省略了LED驱动电路和与之连接的配线，并且只表示了三个蓝色LED 50B和一个红色LED50R。两个蓝色LED 50B和一个红色LED 50R可被组合成一组，并按照一维或二维方式排列。构成照明装置的LED的数目及其排列并不局限于图1的例子中所示的数目和排列。
绿色荧光体层53可用公知的方法制造。为了制造绿色荧光体层53，把绿色荧光体颗粒分散在溶于溶剂中的有机树脂中。随后，利用公知的涂敷方法把该溶液涂到由有机或无机材料制成的薄透明基体上，从而形成绿色荧光体层。最后，使溶剂挥发以固化树脂，从而制得绿色荧光体层。例如，SrGa2S4:Eu或(Sr，Ba)2SiO4可用作绿色荧光体。
应注意除了绿色荧光体颗粒之外，绿色荧光体层还可包括由光扩散有机或无机材料制成的颗粒。
下面说明本实施例中使用的绿色荧光体的有利特性。
[绿色荧光体的有利特性]
在形成白色LED时，YAG荧光体(与蓝色LED结合使用的最有名的荧光体)的内部量子效率被测得为79％。使用YAG荧光体的白色LED已经商业化。于是，可以确定荧光体由蓝色LED激发的白色LED适合于实际应用，只要用于形成白色LED的荧光体的量子效率为79％以上。
测得的SrGa2S4:Eu和(Sr，Ba)2SiO4(其组成为(Sr0.97Ba0.97)SiO4:Eu0.06)的内部量子效率分别为86％和81％。由于测得的效率高于79％，因此当与蓝色LED结合使用时，绿色荧光体提供适于实际应用的高度可靠和高效的照明装置。
应注意荧光体的内部量子效率被定义为从荧光体发射的(发光的)光子的数目与被荧光体吸收的激发光的光子数目的比值。为了测量内部量子效率，首先用荧光体粉末充满测试盒，从而形成光滑表面。其次，把测试盒放在积分球上的适当位置。最后，利用FP-6500型荧光分光光度计(JASCO制造)测量内部量子效率。
由于荧光体呈颗粒状，因此它散射光。于是，荧光体颗粒还起光扩散剂的作用。对于光扩散剂来说，为了提供高的光扩散能力，或许光扩散剂应具有高的折射率。用作光扩散剂的丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯或者说PMMA)的折射率(n)为1.49。只要其折射率(n)等于或大于1.49，或许荧光体就会适当地起光扩散剂的作用。本实施例中使用的绿色荧光体具有1.49以上，最好2以上的折射率(n)。
例如，荧光体是硫化物荧光体SrGa2S4:Eu或荧光体(Sr，Ba)2SiO4(其组成为(Sr0.97Ba0.97)SiO4:Eu0.06)。测得的这些荧光体的折射率(n)分别为2.28和1.628。应注意这些折射率是用其中在显微镜下观察浸没的荧光体颗粒的浸没法(贝克线法)测量的。
当用蓝光激发时，硫化物荧光体SrGa2S4:Eu或荧光体(Sr，Ba)2SiO4:Eu呈现80％以上的量子效率。此外，这些荧光体呈现1.49以上的折射率，使它们作为荧光体和能够扩散光的光扩散剂都极好。如果照明装置(发光装置)使其包含这些荧光体之一的荧光体层设置在离光源，比如蓝色LED一定距离的位置，以便不与光源直接直接，以致来自光源和荧光体层的光束被扩散，那么能够形成高度可靠、高效的照明装置，而与荧光体种类无关。
下面说明绿色荧光体层53的概要。
[透明基体]
具有高透光率的塑料膜和玻璃是用作透明基体的材料的例子，所述透明基体起保持绿色荧光体层的支持物的作用。可以使用诸如聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、三乙酰基纤维素和聚氯乙烯膜之类的薄膜。
[适合于分散荧光体的树脂]
该树脂是适合于分散绿色荧光体的光学透明性极好的成膜树脂(binder resin)。例如，可以使用聚酯基树脂、氨基甲酸脂基树脂、丙烯酰基树脂、聚碳酸酯基树脂、环氧基树脂、聚丙烯基树脂、有机硅树脂和氟基树脂。
[荧光体]
应注意具有在绿色到橙色区域中的发光颜色的绿色无机荧光体适合用作在图1A和1B中所示的荧光体层中使用的荧光体。
可用作绿色无机荧光体的荧光体是具有石榴石结构的稀土铝酸盐基荧光体，碱土金属铝酸盐荧光体，碱土金属硅酸盐荧光体，碱土金属氧氮化硅荧光体和碱土金属硫化镓荧光体。这些荧光体至少由Eu或Ce激发。供使用的绿色荧光体种类的选择使得能够从照明装置产生具有希望的色纯度的白色光束。此外，多种不同种类的绿色荧光体可被混合在一起，从而从照明装置产生具有希望的色纯度的白色光束。
更具体地说，下述是可用作绿色无机荧光体的一些荧光体，即，SrGa2S4:Eu，(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4:Eu，(Ca，Sr，Ba)Ga2S4:Eu，BaAl2O4:Eu，SrAl2O4:Eu，(Ba，Sr)Al2O4:Eu，CaAl2O4:Eu，Sr4Al4O25:Eu，Ba2SiO4:Eu，(Sr，Ba，Mg)2SiO4:Eu，(Ba，Sr)2SiO4:Eu，Ba2MgSi2O7:Eu，Ca3(1-x)Mg3Si4O28:Eux，Ba2(Mg，Zn)Si2O7:Eu，BaSi2O2N2:Eu，(Sr，Ca)Si2O2N2:Eu，β-SiAlON:Eu，Lu3Al5O12:Ce，Y3Al5O12:Ce，Y3(Al，Ga)5O12:Ce，(Y，Gd)3Al5O12:Ce，和Ca3Sc2Si3O12:Ce。
荧光体层最好应具有高的光扩散能力和光透射能力，以便适当地起光扩散层的作用。于是，用于形成荧光体层的荧光体颗粒的直径必须等于或大于绿色光束的发射波长。由于绿色范围中的波长为0.5微米以上，因此颗粒直径必须为0.5微米以上。此外，为了来自光源的光束进入扩散层，并被荧光体有效扩散，荧光体必须至少具有比成膜树脂的折射率大的折射率。假定用于形成荧光体层的成膜树脂的折射率用nR表示，荧光体的折射率用nF表示，那么这两个折射率之间的比值最好应为1≤(nF/nR)。另一方面，荧光体层的厚度和混合在一起的不同荧光体的数量随液晶电视机的白色色度而变化，不是随意指定的。
按照本发明的实施例的照明装置适用于包括天花板照明器具在内的一般照明和各种其它应用。
例如，在图1A和1B中描述的照明装置可用作诸如液晶电视机之类显示装置的背光，例如可被适当地用作诸如适合于显示快速移动图像的液晶电视机之类显示装置的背光。
下面说明把按照本发明的实施例的照明装置用作其背光的显示装置。
[利用直下式背光的液晶显示装置]
图2是描述按照本发明实施例的使用直下式背光的液晶显示装置的示意构造的横截面图。
如图2中所示，液晶显示装置1a包括液晶面板3和设置在液晶面板3的背面(与图像观察侧相反的一侧)的照明装置2a。照明装置2a作为背光被布置在液晶面板3的背面，并直接在液晶面板3之下。即，液晶显示装置1a是透射式显示装置，并被构造成利用来自照明装置2a的白色光束WL，把显示光束LO射到液晶面板2的显示面上。显示光束LO由红、绿和蓝色光束LOr、LOg和LOb构成。
在图2中所示的照明装置2a的构造中，多个LED 50二维排列在光源腔52的底面上。每个LED 50包括三个蓝色LED 50B和一个红色LED 50R，如图1A的照明装置2中所示。扩散层23被布置在光源腔52之上，以覆盖光源腔52。扩散层23包括扩散板16和绿色荧光体层18。扩散板16形成于绿色荧光体层18之上。
在图2中所示的构造中，扩散层23可被布置在棱镜板24之上，这种情况下不设置扩散层25。另一方面，绿色荧光体层18可被布置在棱镜板24之下，这种情况下，不设置扩散层23。
白色光束WL由不同颜色的光束，即来自照明装置2a的蓝色和红色LED 50B和50R的红色和蓝色光束，以及作为用蓝色光束激发的结果、来自绿色荧光体层18的绿色光束的混合色产生。
扩散层23和25用于扩散射向液晶面板3的白色光束WL，从而提供不均匀性减小的亮度。另一方面，棱镜板24用于引导白色光束WL。
液晶面板3具有分层结构，其中在一对玻璃基体32A和32B(位于照明装置2a一侧的玻璃基体32A和位于观察侧的玻璃基体32B)之间设置多层膜。从照明装置2a一侧开始，所述多层膜顺序包括透明像素电极33，液晶层34，透明电极35，滤色片36和黑色矩阵37。为每个像素提供透明像素电极33。作为所有像素的公共电极设置透明电极35。滤色片36均与像素之一关联。在每两个滤色片36之间设置一个黑色矩阵37。此外，分别在位于液晶层34的对边的玻璃基体32A和32B的表面上形成偏光板31A和31B。
偏光板31A和31B是一种光学快门，用于仅仅通过沿特定方向振荡的光(偏振光)。偏光板31A和31B被布置成以致其偏光轴彼此相差90°，从而便于液晶层34透过或阻挡来自照明装置2a的白色光束WL。
玻璃基体32A和32B通常对可见光来说是透明的。于是，基体32A和32B并不局限于玻璃基体，只要它们对可见光来说是透明的，不过也可使用透明的树脂基体。应注意驱动电路(未示出)形成于玻璃基体32A中。这些电路包括TFT(薄膜晶体管)和配线。TFT与透明像素电极33电连接，起驱动元件的作用。
例如，透明像素电极33由ITO(氧化铟锡)制成，起像素的像素电极作用。透明电极35也由例如ITO制成，起公共的对置电极的作用。
例如，液晶层34由TN(扭曲向列)或STN(超扭曲向列)式液晶制成。液晶层34按照由未示出的驱动电路施加的电压，利用像素透过或阻挡来自照明装置2a的白色光束WL。
每两个滤色片36之间设置一个黑色矩阵37。黑色矩阵37阻挡来自照明装置2a的白色光束WL，从而防止白色光束WL被射到液晶面板3的观察侧。
滤色片36把来自照明装置2a的白色光束WL分离成红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色。滤色片36包括红、绿和蓝滤色片。红、绿和蓝滤色片分别有选择地透过在红、绿和蓝波长范围中的光线。
在按照本实施例的液晶显示装置中，来自照明装置2a的蓝色和红色LED 50B和50R的蓝色和红色光束被射到绿色荧光体层18。作为用蓝色光束激发的结果，来自绿色荧光体层18的绿色光束与蓝色和红色光束混合，并被射到扩展板16。绿色、红色和蓝色光束的混合产生白色光束WL。白色光束WL的亮度不均匀性被扩散层23减小，白色光束WL由棱镜板24引导。
入射到液晶面板3的白色光束WL由基于视频信号，在透明像素电极33和透明电极35之间施加的电压调制，并由与相应颜色相关的滤色片36分离。这导致由红色、绿色和蓝色光束LOr、LOg和LOb构成的显示光束LO被射到位于液晶面板2的观察侧的显示面上，从而允许显示彩色图像。
在按照本实施例的液晶显示装置中，施加于构成像素部分的透明像素电极33的电压的开启和关闭由与透明像素电极33电连接的驱动元件(TFT)控制。与构成液晶显示装置1a的蓝色和红色LED 50B和50R的点亮和熄灭同步地开启和关闭施加于透明像素电极33的电压。
在液晶显示装置中，提供图像显示期间和黑色显示期间。在图像显示期间中，驱动元件被开启。在黑色显示期间中，插入适合于关闭驱动元件的黑色图像数据。黑色图像数据被插入帧的一部分，即，单一或多条扫描线中。当显示黑色图像时，位于与黑色插入区(其中插入黑色图像数据的区域被称为“黑色插入区”)相关的位置的、构成照明装置2a的LED元件(蓝色和红色LED)与黑色插入区的移动同步地被关闭。
即，位于与除黑色插入区之外的区域相关的位置的蓝色和红色发光元件被开启，而位于与黑色插入区相关的位置的那些蓝色和红色发光元件被关闭。这种控制实现伪脉冲控制，从而提供增强的运动图像可视性，并有助于改善快速移动图像显示的特性和色质。
在图2中所示的构造中，分别来自蓝色和红色LED 50B和50R的蓝色和红色光束顺序射到绿色荧光体层18和扩散板16。不过，另一方面，来自蓝色和红色LED 50B和50R的光束可顺序射到扩散板16和绿色荧光体层18。
另一方面，可以不使用扩散层23，可不在扩散板16的表面上形成绿色荧光体层18。改为可在光入射侧的棱镜板24、扩散层25或偏光板31A的表面上形成绿色荧光体层18。另一方面，作为光扩散颗粒，树脂微粒，比如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒或交联的聚苯乙烯(PS)颗粒或者由无机材料制成的各种公知微粒可以和绿色荧光体一起捏合并分散在粘结料(粘合剂)中，从而形成光扩散能力增强的绿色荧光体层(光扩散层)。该绿色荧光体层18可以用作图2中所示的扩散板16，这种情况下，可以省略图2中所示的绿色荧光体层18。
图3是描述按照本发明的实施例的使用直下式背光的液晶显示装置1a′的示意构造的横截面图。
在图3中所示的构造中，使用扩散膜19，而不是图2中所示的在扩散板16的表面上形成绿色荧光体层18的扩散层23。扩散膜9具有在透明的支持板6上形成的绿色荧光体层(光扩散层)8。
如图3中所示，液晶显示装置1a′包括液晶面板3和设置在液晶面板3的背面(与图像观察侧相反的一侧)的照明装置2a。照明装置2a作为背光被布置在液晶面板3的背面，并直接在液晶面板3之下。即，液晶显示装置1a′是透射式显示装置，并被构造成利用来自照明装置2a的白色光束WL，把显示光束LO射到液晶面板2的显示面上。显示光束LO由红、绿和蓝色光束LOr、LOg和LOb构成。
在图3中所示的照明装置2a的构造中，多个LED 50二维排列在光源腔52的底面上，图2中所示构造的情况一样。每个LED 50包括三个蓝色LED 50B和一个红色LED 50R。棱镜板24被布置在光源腔52之上，以覆盖光源腔52。在棱镜板24之上再布置扩散膜9。扩散膜9包括形成于透明支持基体6上的绿色荧光体层(光扩散层)8。应注意扩散膜9可被布置在棱镜板24之下。
分别来自蓝色和红色LED 50B和50R的蓝色和红色光束与作为用蓝色光束激发的结果，来自绿色荧光体层(光扩散层)8的绿色光束的混合，从而产生白色光束WL。
扩散膜(板)9用于扩散射向液晶面板3的白色光束WL，从而提供不均匀性减小的亮度。另一方面，棱镜板24用于引导来自蓝色和红色LED 50B和50R的光束。
图3中的液晶面板3的构造和图2中的液晶面板3的构造相同，从而其说明将被省略。
在按照本实施例的液晶显示装置中，来自蓝色和红色LED 50B和50R的光束由棱镜板24引导，并被射到绿色荧光体层(光扩散层)8上。作为用来自蓝色LED 50B的蓝色光束激发的结果，来自绿色荧光体层(光扩散层)8的绿色光束与来自蓝色和红色LED 50B和50R的蓝色和红色光束混合，从而产生亮度不均匀性被减小的白色光束WL。
在图3中所示的构造中，来自蓝色和红色LED 50B和50R的光束顺序射到绿色荧光体层(光扩散层)8和透明支持板6上。不过，另一方面，来自蓝色和红色LED 50B和50R的光束可顺序射到透明支持基体6和绿色荧光体层(光扩散层)8上。
另一方面，可以不使用扩散膜9，可不在透明支持基体6的表面上形成绿色荧光体层(光扩散层)8。改为可在光入射侧的偏光板31A的表面上形成绿色荧光体层(光扩散层)8。
在上面说明的照明装置2a中，绿色荧光体层(光扩散层)8可包括任意各种公知的光扩散剂。除了绿色荧光体之外，绿色荧光体层(光扩散层)8还可包括树脂微粒，比如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒或者由无机材料制成的微粒，作为适合于增强光扩散能力的光扩散颗粒。可以使用各种粘结料(粘合剂)来形成绿色荧光体层(光扩散层)8。
<应用例子>
下面首先说明其中研究在照明装置中使用的荧光体的劣化的应用例子。
[荧光体劣化测试]
氮化物和氮氧化物荧光体被认为非常可靠。于是，测试公知的氧化物荧光体(Sr，Ba)2SiO4:Eu和公知的硫化物荧光体SrGa2S4:Eu的可靠性。
图4是描述在本发明的应用例子中，荧光体劣化测试的结果的示图。
图4关于放在温度60℃，湿度90％的环境测试器中的绿色荧光体，图解说明过去的停留时间(荧光体被单独留在测试器中的时间)与当在每个过去的停留时间之后，从测试器中取出荧光体并用蓝色光束激发时，绿色荧光体发射的绿色荧光的亮度随着时间的变化的关系曲线。在图4中，水平轴表示过去的时间，垂直轴表示由当过去时间为0时的亮度标准化的亮度维持率(％)。
如图4中所示，已发现(Sr，Ba)2SiO4:Eu和SrGa2S4:Eu它们本身几乎不表现出任何亮度降低。
下面说明通过用其中分散有绿色荧光体的树脂包埋LED元件而制造的照明装置的劣化测试。
[利用LED元件的照明装置中的荧光体劣化测试]
制备照明装置，一个照明装置是通过用其中捏合氧化物荧光体(Sr，Ba)2SiO4:Eu的透明有机硅树脂灌封蓝色LED芯片封装而制备的，另一个照明装置是通过用其中捏合硫化物荧光体SrGa2S4:Eu的透明有机硅树脂灌封蓝色LED芯片封装而制备的。使用所谓的侧发射极LED元件。这种LED元件借助高的发射方向性，在LED芯片正上方提供较低的亮度，在LED芯片的两侧提供较高的亮度。该LED元件具有20mA的额定电流。
图5是描述在本实施例的应用例子中的照明装置中，荧光体劣化测试的结果的示图。
图5关于放在温度60℃，湿度90％的环境测试器中的照明装置，图解说明过去的停留时间(均包括用其中分散有绿色荧光体的有机硅树脂包埋的LED元件的照明装置被单独留在测试器中的时间)与当在每个过去的停留时间之后，从测试器中取出照明装置并用蓝色光束激发绿色荧光体时，绿色荧光体发射的绿色荧光的亮度随着时间的变化的关系曲线。在图5中，水平轴表示过去的时间，垂直轴表示由当过去时间为0时的亮度标准化的亮度维持率(％)。
如图5中所示，已发现氧化物荧光体(Sr，Ba)2SiO4:Eu亮度没有变化。不过，当单独测试时不表现出任何亮度劣化的硫化物荧光体SrGa2S4:Eu表现出亮度劣化。
[硫化物荧光体的亮度劣化的原因]
为了研究硫化物荧光体SrGa2S4:Eu的亮度劣化，通过切割照明装置，观察LED元件的横截面图像。
图6A-6C是描述在本发明的应用例子中，使用LED元件的照明装置的劣化的示图。
图6A是图解说明照明装置中，包括LED元件的部分横截面的横截面图。照明装置包括用其中分散绿色荧光体的树脂包埋的LED元件。图6B是图6A中所示的部分′a′的光学图像(放大倍数350×)。图6C是图6A中所示的部分′b′的扫描电子显微镜图像。
如图6A中所示，侧发射极LED元件60通过丝焊63结合在引线框62上。此外，在LED元件周围提供封装树脂64。无机颗粒分散在封装树脂64中，从而获得较高的折射率。用其中分散有绿色荧光体的透明有机硅树脂包埋LED元件60。
如图6B中所示，在引线框62的电极区中出现变黑的部分66。变黑的部分66被认为可归因于荧光体劣化。在LED封装中，Ag薄膜常被用作反射板，Ag膏用作粘结剂。扩散的Ag与硫化物荧光体的硫原子反应形成硫化银，从而使荧光体劣化。
图6C图解说明引线框62的横截面的扫描电子显微镜图像，以及用X射线能量色散谱得到的元素分析结果。在引线框62的电极上可观察到Ag薄膜的存在。电极由包含Cu和Fe的材料制成。确认Ag薄膜既被用作电极又被用作反射板，并且发现变黑的部分66可归因于硫化银的产生。
尽管一些可从市场获得的LED不包含Ag，不过最好能够获得高度可靠的照明装置，和具有所述照明装置的显示装置，包括背光和具有所述照明装置的液晶电视机，而不依赖于LED供应商以及LED结构和构造。诸如能够适应任意结构和构造的LED的背光系统之类的照明装置极其有用。
下面说明其中研究以上面说明的本发明的实施例为基础的照明装置的特性劣化的应用例子。
[照明装置结构]
作为具有远离LED封装设置的绿色荧光体的照明装置结构的一个例子，利用如图1中所示的四个LED元件制备简单构造的照明装置，以研究亮度劣化。该照明装置使用通过仅仅用绿色荧光体涂覆树脂片材而制备的绿色荧光体层。该照明装置是如下制备的。
如图5中所示表现出明显劣化的硫化物荧光体SrGa2S4:Eu被用作荧光体。通过把30g  基纤维素(一级品，Kanto Chemical，100cp)溶解在醋酸丁酯(一级品，Kanto Chemical)中制备树脂。以重量比100∶40混合和分散该树脂和荧光体SrGa2S4:Eu。随后，借助印刷方法把该混合物涂到188微米厚的PET片材上，从而制造10微米厚的绿色荧光体层53。应注意有机硅树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂也可用作其中分散荧光体的树脂。
都使用Ag的三个蓝色LED(LUMILEDS的LUMILEDSLXK2-PR12-M00)和一个红色LED(LUMILEDS的LUMILEDSLXK2-PD12-Q00)被用作LED。这些LED是侧发射极LED。蓝色和红色LED都具有350mA的额定电流。
如上所述，制备了如图1中图解说明的照明装置2。照明装置2包括适合于发射蓝色光束的蓝色LED 50B，适合于发射红色光束的红色LED 50R和具有形成于树脂片材上的绿色荧光体层的绿色荧光体层53。在照明装置2中，用蓝色光束激发绿色荧光体层，从而发射绿色光束，所述绿色光束随后与蓝色和红色光束混合，从而发出白色光束。
下面说明照明装置的特性劣化测试。
[照明装置的劣化测试]
图7是描述在本发明的应用例子中，照明装置的劣化测试的结果的示图。
图7关于放置在温度60℃和湿度90％的环境测试器中的，具有彼此分离设置的蓝色LED元件和绿色荧光体层的照明装置，图解说明过去的停留时间(照明装置被单独留在测试器中的时间)与当在每个过去的停留时间之后，从测试器中取出照明装置并用蓝色光束激发绿色荧光体时，绿色荧光体发射的绿色荧光的亮度随着时间的变化的关系曲线。在图7中，水平轴表示过去的时间，垂直轴表示由当过去时间为0时的亮度标准化的亮度维持率(％)。
如图7中所示，和图5中所示的结果不同，荧光体未表现出任何亮度劣化。此外，为了便于确认，利用(Sr，Ba)2SiO4:Eu(该荧光体的折射率为1.628)制备荧光体层，并对其进行和上面所述相同的劣化测试。结果发现尽管和上述照明装置的情况一样，蓝色LED使用Ag，不过，荧光体层未表现出任何亮度劣化。
如上所述，当相互分离地设置LED元件和绿色荧光体层时，即使使用硫化物荧光体，也能够获得性能与无亮度劣化的非硫化物荧光体类似的照明装置。使荧光体和LED分隔设置的这种构造提供使用任意LED，而不考虑LED的构造和结构，并且不仅使用硫化物荧光体，而且使用任意种类的荧光体的照明装置。
下面说明具有不同构造的白色照明装置之间的比较结果。
下面把构造与用于获得图7中所示劣化测试结果的构造相同的照明装置称为单荧光体层双色LED激发照明装置。该照明装置包括由硫化物荧光体SrGa2S4:Eu制成的绿色荧光体层，三个蓝色LED和一个红色LED。
下面，包括适合于发射蓝色光束的一个蓝色LED，适合于发射绿色光束的两个绿色LED和适合于发射红色光束的一个红色LED的白色照明装置将被简称为三色LED照明装置，并被称为比较例1。在该照明装置中，蓝色、绿色和红色光束被混合在一起，从而射出白色光束。
下面，把包括适合于发射蓝色光束的蓝色LED，和绿色及红色荧光体层的照明装置简称为双荧光体层单色LED激发照明装置，并被称为比较例2。在该照明装置中，通过用蓝色光束激发绿色和红色荧光体层，分别发射绿色和红色光束，蓝色、绿色和红色光束被混合在一起，从而射出白色光束。
[单荧光体层双色LED激发照明装置]
这种单荧光体层双色LED激发照明装置的构造和用于获得图7中所示的劣化测试结构的构造相同。照明装置使用由硫化物荧光体SrGa2S4:Eu制成的绿色荧光体层，三个蓝色LED和一个红色LED。于是，其描述将被省略。
[三色LED照明装置(比较例1)]
图8A和8B是描述比较例中的三色照明装置的示意构造的透视图。图8A是图解说明该照明装置的内部示意构造的透视图。图8B是图解说明其外观的透视图。
如图8A和8B中所示，三色LED照明装置2′包括四个LED和一个扩散板56。Sumitomo Chemical的SUMIPEX E RM800被用作扩散板56。一个蓝色LED 50B(LUMILEDS的LUMILEDSLXK2-PR12-M00)，两个绿色LED 50G(LUMILEDS的LUMILEDSLXK2-PM12-R00)，和一个红色LED 50R(LUMILEDS的LUMILEDSLXK2-PD12-Q00)被用作LED。红色LED 50R具有350mA的额定电流，和(0.703，0.294)的色度。
[双荧光体层单色LED激发照明装置(比较例2)]
双荧光体层单色LED激发照明装置不具有在图1中所示的照明装置中使用的红色LED 50R。该照明装置改为包括用由硫化物荧光体CaS:Eu制成的红色荧光体和另一硫化物荧光体SrGa2S4:Eu的混合物印刷的PET片材，所述混合物中，红色荧光体和硫化物荧光体SrGa2S4:Eu的重量比为20∶80。硫化物荧光体CaS:Eu提供81％的极高内部量子效率，和高的色纯度。在图1中，所有四个LED都是蓝色LED。
比较获得相同亮度所需的能耗，发现单荧光体层双色LED激发照明装置的能耗为三色LED照明装置(比较例1)的能耗的70％。尽管三色LED照明装置(比较例1)的发射效率为46(lm(lumen)/W)，不过单荧光体层双色LED激发照明装置的发射效率为72(lm(lumen)/W)。发射效率的这种差异可归因于绿色LED和使用蓝色LED的绿色荧光体之间发射效率的差异。另一方面，双荧光体层单色LED激发照明装置的能耗为单荧光体层双色LED激发照明装置的能耗的51％。这可归因于红色LED和通过用蓝色LED激发红色荧光体的红光发射之间的效率差异。下面说明这种差异。
在三色LED照明装置(比较例1)中，红色LED的发射效率为35.8(lm/W)。此外，使用的红色荧光体层的厚度约为34微米。这样做是为了便于比较，以保证来自蓝色LED的蓝色光束主要被红色荧光体层吸收，而不通过红色荧光体层。用蓝色LED激发红色荧光体层，以测量红光发射效率。发现发射效率为6.59(lm/W)，色度为(0.704，0.296)。
根据上面所述，在相同的色度点(0.70，0.3)，红色LED产生与通过和蓝色LED激发红色荧光体，由红光发射获得的发射效率相比，明显更高的发射效率。显然由于作为整体的白光的发射效率的显著降低，重要的是在使用红色荧光体的双荧光体层单色LED激发照明装置(比较例2)中，仅仅使用绿色荧光体层作为荧光体层。这就是在本发明的实施例中，为什么只使用绿色荧光体层作为荧光体层的原因。
应注意在按照本发明的实施例的照明装置中，绿色荧光体层并不局限于以绿色荧光体层53的形式形成的荧光体层。绿色荧光体层只需要被设置成与蓝色和红色LED封装分离。于是，例如，如果电视机被看作显示装置，那么通过用绿色荧光体涂敷液晶面板的背面，可形成荧光体层。即使在这种情况下，由于绿色荧光体的高折射率，光线也被扩散。
如上所述，即使使用任意构造和结构的蓝色LED芯片和任意荧光体，本发明的实施例也能获得高度可靠、高效的照明装置，和具有该照明装置的显示装置。
尽管上面说明了本发明的优选实施例，不过本发明并不局限于上述实施例或应用例子，相反可根据本发明的技术原理以各种方式修改本发明。
如上所述，即使使用任意构造和结构的蓝色LED芯片和任意荧光体，本发明的实施例仍能提供高度可靠、高效的照明装置。
本申请包含与在2008年10月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2008-261285中公开的主题相关的主题，该专利申请的整个内容在此引为参考。

Claims (10)

1.一种照明装置，包括：
适合于发射蓝色光束的蓝色发光元件；和
与蓝色发光元件分离布置的、能够起光扩散层作用的绿色荧光体层，所述绿色荧光体层包括
当被蓝色光束激发时，适合于发射绿色荧光的绿色荧光体，所述绿色荧光体具有1.49以上的折射率和79％以上的量子效率。
2.按照权利要求1所述的照明装置，其中
绿色荧光体层形成于透明支持板或光扩散板的表面上。
3.按照权利要求1所述的照明装置，包括：
与蓝色发光元件并排排列的、适合于发射红色光束的红色发光元件，其中
蓝色、绿色和红色光束被混合在一起，从而射出白色光束。
4.按照权利要求3所述的照明装置，其中
绿色荧光体层设置在蓝色发光元件之上。
5.按照权利要求3所述的照明装置，其中
蓝色发光元件和红色发光元件是发光二极管。
6.按照权利要求3所述的照明装置，其中
绿色荧光体由SrGa2S4:Eu或(Sr，Ba)2SiO4构成。
7.一种以照明装置作为背光的显示装置，
所述照明装置包括适合于发射蓝色光束的蓝色发光元件，和
与蓝色发光元件分离布置的、能够起光扩散层作用的绿色荧光体层，所述绿色荧光体层包括
当被蓝色光束激发时，适合于发射绿色荧光的绿色荧光体，所述绿色荧光体具有1.49以上的折射率和79％以上的量子效率。
8.按照权利要求7所述的显示装置，其中
绿色荧光体层设置在背光的光发射侧或显示面板的光入射侧。
9.按照权利要求8所述的显示装置，其中
显示面板是液晶面板。
10.按照权利要求7所述的显示装置，包括：
与背光的点亮和熄灭同步地开启和关闭的像素部分。
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