JP2000123620A - 面状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 青色発光ダイオ―ドを用いた白色可能な面状
光源を実現し、均一な白色発光を観測できる面状光源を
提供する。 【解決手段】 透明な導光板２の端面に発光ダイオード
１が光学的に接続されており、さらに前記導光板２の主
面のいずれか一方に、蛍光を散乱させる白色粉末が塗布
された散乱層３を有し、前記散乱層３と反対側の導光板
２の主面側には透明なフィルム６が設けられており、そ
のフィルム６には前記発光ダイオ―ド１の発光により励
起されて蛍光を発する蛍光物質が具備されており、さら
に、フィルム６の導光板２と接する表面に微細な凹凸を
施している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスプレイのバックラ
イト、照光式操作スイッチ等に使用される面状の光源に
係り、特に液晶ディスプレイのバックライトとして好適
に用いることができる面状光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にノート型パソコン、ワープロ等に
使用される液晶のディスプレイのバックライト用の面状
光源には、例えばＥＬ、冷陰極管が使用されている。Ｅ
Ｌはそれ自体が面状光源であり、冷陰極管は拡散板を用
いて面状光源とされ、現在それらのバックライトの発光
色はほとんどが白色とされている。

【０００３】一方発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）
もバックライト用光源として一部利用されている。しか
しＬＥＤを用いて白色発光を得る場合、従来では青色Ｌ
ＥＤの発光出力が数十μＷほどしかないため、他の赤色
ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを用いて白色発光を実現させるに
は、それら各色発光ＬＥＤの特性を合致させにくく色変
化が大きいという欠点がある。また、三原色のＬＥＤを
集合させて、同一平面上に幾何学的に同じ位置に配置し
ても、バックライトとしてはそれらのＬＥＤを接近した
位置で視認するため、均一な白色光源にすることは不可
能であった。従って現在白色の液晶バックライトの面状
光源には、大型では冷陰極管、小型〜中型にはＥＬと使
い分けられているのが現状で、ＬＥＤを用いた白色発光
のバックライトはほとんど知られていない。

【０００４】また、白色発光、あるいはモノクロの光源
として、一部では青色ＬＥＤチップの周囲を蛍光物質を
含む樹脂で包囲して色変換する試みもあるが、チップ周
辺は太陽光よりも強い放射強度の光線にさらされるた
め、蛍光物質の劣化が問題となり、特に有機蛍光顔料で
顕著である。更にイオン性の有機染料はチップ近傍では
直流電界により電気泳動を起こし、色調が変化する可能
性がある。また従来の青色ＬＥＤは蛍光物質で色変換す
るには十分な出力を有しておらず、たとえ色変換したと
しても実用できるものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような欠
点を解決するために成されたもので、その目的とすると
ころは、ＬＥＤを用い、主としてバックライトとして利
用できる白色発光可能な面状光源を実現すると共に、均
一な白色発光を観測できる面状光源を提供することにあ
り、さらには白色以外の任意色の発光が可能な面状光源
を提供し、信頼性に優れたＬＥＤの特性を利用し、各種
操作スイッチ等に利用することにある。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明の面状光源は、透明
な導光板２の端面の少なくとも一箇所に青色発光ダイオ
ード１が光学的に接続されており、さらに前記導光板２
の主面のいずれか一方に白色粉末が塗布された散乱層３
（以下、散乱層側の主面を第二の主面という。）を有
し、前記散乱層３と反対側の導光板２の主面（以下、第
一の主面という。）側には、透明なフィルム６が設置さ
れており、そのフィルム６の表面あるいは内部には前記
青色発光ダイオード１の発光により励起されて蛍光を発
する蛍光物質が具備されており、さらに、フィルムの導
光板と接する表面に微細な凹凸を施していることを特徴
とする。

【０００７】図１は本発明の面状光源の導光板２を第二
の主面側から見た平面図である。導光板２は例えばアク
リル、硝子等の透明な材料よりなり、その導光板２の端
面に青色ＬＥＤ１が埋設されることにより、導光板２と
青色ＬＥＤ１とが光学的に接続されている。なお本発明
において、青色ＬＥＤ１と導光板２の端面とが光学的に
接続されているとは、簡単に言えば、導光板２の端面か
ら青色ＬＥＤの光を導入することをいい、例えばこの図
に示すように青色ＬＥＤ１を埋設することはもちろんの
こと、青色ＬＥＤを接着したり、また、光フィバー等を
用いて導光板２の端面に青色ＬＥＤの発光層を導くこと
によって実現可能である。

【０００８】次に、散乱層３は、白色顔料で光を導光板
２内に散乱させている。特に図１では前記散乱層３をス
トライプ状とし、第一の主面側の表面輝度が一定となる
ように、ＬＥＤ１に接近するにつれて、第二の主面側の
単位面積あたりの散乱層３の面積を減じるようなパター
ンとし、さらにはＬＥＤ１と最も離れた第二の主面の端
部の面積はやや最大面積に比して小さくしている。ここ
で、図１中の■は散乱層３のパターンを表している。図
１では青色ＬＥＤを一つの端面に六個配した構造として
いるが、導光板が四角形であれば四方の端面全てにＬＥ
Ｄを接続してもよいことはいうまでもなく、ＬＥＤの個
数も限定するものではない。さらに、ＬＥＤの配置状況
により、第一の主面側から観測する発光を面状均一とす
るように散乱層３の塗布形状、塗布状態を適宜変更する
ことができる。

【０００９】

【作用】図２は本発明の面状光源を例えば液晶パネルの
バックライトとして実装した場合の模式断面図である。
これは図１に示す面状光源の第二の主面側に、例えばチ
タン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等によ
りなる散乱反射層７と、例えばＡｌよりなるベース８と
が積層された反射板を設置し、第一の主面側には表面に
微細な凹凸が施された透明なフィルム６が設置され、こ
のフィルム６の凹凸が施された表面上には青色ＬＥＤ１
の発光により励起されて蛍光を発する蛍光物質が塗布さ
れている。

【００１０】まず図２の矢印で示すように、青色ＬＥＤ
１から出た光は、チップ近傍で一部導光板２以外の外部
に放射されるが、大部分の光は、導光板２の中を全反射
を繰り返しながら、導光板２の端面に達する。端面に達
した光は端面全てに形成された反射膜４に反射されて、
全反射を繰り返す。この時、導光板２の第二の主面側に
設けられた散乱層３により光は散乱され、散乱された光
の一部は蛍光層５により吸収され同時に波長変換されて
放射され、導光板２の第一の主面側から観測する発光色
はこれらの光を合成した光が観測できる。例えば橙色の
蛍光顔料からなる蛍光層５を設けた面状光源では、先に
述べた作用により、青色ＬＥＤ１からの発光色が白色と
なって観測できる。

【００１１】特に本発明では１つの青色ＬＥＤの発光波
長はその主発光ピークが５００ｎｍよりも短く、その発
光出力は２００μＷ以上、更に好ましくは３００μＷ以
上の出力が必要である。なぜなら発光波長が５００ｎｍ
以上であると全ての色が実現しにくくなり、またその発
光出力が２００μＷよりも少ないと、たとえ導光板の端
面に光学的に接続する青色ＬＥＤの数を増やしても、充
分な明るさの均一な面状発光の光源が得られにくい傾向
にあるからである。

【００１２】また本発明者は特願平５−３１８２６７号
で、発光観測面と反対側の導光板の主面側に蛍光散乱層
を形成することにより、均一な白色発光が可能な面状光
源を提案した。しかしこの方法では、得られた面状光源
において、色調を変えるには導光板に形成された蛍光散
乱層を剥して、再び目的の色調となるような蛍光散乱層
を印刷しなければならなかった。ところが本発明では、
蛍光層５と散乱層３がそれぞれ独立し、特に色調を決め
る蛍光層５が脱着可能なフィルム上に形成されているた
め、蛍光層５が形成されたフィルムを変えるだけで簡単
に色調を変化させることができる。また、同時に複数の
色を分割発光させることもできる。

【００１３】しかもフィルム６の第一の主面側と接する
表面には凹凸が施されている為、発光された光を散乱さ
せるのに非常に有用であり、またフィルム６が導光板２
に張り付いて干渉縞ができるのを防ぐことができる。

【００１４】

【実施例】［実施例１］厚さ２ｍｍのアクリル板の片面
に、図１に示すストライプ状のパターンで、散乱層３を
スクリーン印刷により形成した。散乱層３はチタン酸バ
リウムよりなる白色物質をアクリル系バインダー中に分
散したものを印刷して形成した。

【００１５】上記のようにして散乱層３が形成されたア
クリル板を、所望のパターンに従って切断し、アクリル
板の端面（切断面）を全て研磨した後、研磨面にＡｌよ
りなる反射層４を形成することにより、散乱層３が形成
された導光板２を得た。

【００１６】次に、表面に微細な凹凸が施されたフィル
ム６に蛍光層５を形成した。蛍光層５は、赤色蛍光顔料
であるシンロイヒ化学製ＦＡ−００１と緑色蛍光顔料で
ある同社製ＦＡ−００５とを等量に混合した蛍光顔料を
アクリル系バインダー中に分散したものを塗布して形成
した。

【００１７】前記導光板２の端面に六箇所、穴を設け、
その穴に発光波長４８０ｎｍ、発光出力１２００μＷを
有する窒化ガリウム系化合物半導体よりなる青色ＬＥＤ
１をそれぞれ１個づつ埋め込んだ。続いて、発光観測面
側には上記のように蛍光層５が形成されたフィルム６
を、散乱層３側にはＡｌベース８上にチタン酸バリウム
層７が塗布された反射板を設置して、バックライト用光
源としたところ、第一の主面側から完全に面状均一な白
色発光が得られた。輝度は５５ｃｄ／ｍ^２であった。

【００１８】［実施例２］黄色蛍光染料としてＢＡＳＦ
社のＬｕｍｏｇｅｎＦ Ｙｅｌｌｏｗ−０８３と橙色蛍
光染料として同社製Ｏｒｅｎｇｅ−２４０とをほぼ等量
混合し、それらとアクリル樹脂をブチルカルビトールア
セテートに溶解した蛍光染料を微細な凹凸が施されたフ
ィルム６上に塗布した。それ以外は実施例１と同様にし
て本発明の面状光源を得たところ、ほぼ均一な面状発光
が観測された。さらに同様にしてバックライト用光源と
したところ、完全に均一な面状発光が観測された。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面状光源
は、青色ＬＥＤを用い、しかも導光板の一方の主面側に
は白色粉末が塗布された散乱層を有し、さらにもう一方
の主面側には青色ＬＥＤにより波長変換できる蛍光物質
が塗布された透明なフィルムを設置することにより、信
頼性に優れたＬＥＤによる面状光源を実現することが可
能となった。しかも散乱層の白色粉末は青色ＬＥＤの発
光を、反射、拡散させる作用があるため、使用する蛍光
物質の使用量が少なくて済む。更にフィルムに微細な凹
凸を形成することにより、光を散乱させる作用を高め、
フィルムが導光板に張り付いて干渉縞ができるのを防ぐ
ことができる。更に好都合なことには、ＬＥＤチップと
蛍光物質とが直接接することがないので、蛍光物質の劣
化が少なく、長期間に渡って面状光源の色調変化を起こ
すことがない。また色調に関しては、蛍光層の蛍光物質
の種類により、白色を含め任意の色調を提供することが
でき、また蛍光物質はフィルムに具備されている為、フ
ィルムを変えるだけで簡単に面状光源の色調を変化させ
ることができる。

【００２０】一方蛍光層を励起する側として、最も好ま
しくは使用する青色ＬＥＤの発光出力が２００μＷ以上
のものとすることにより、蛍光物質により効率的に波長
変換され大きな面積の明るい面状光源を実現することが
できる。このように、本発明の面状光源は、バックララ
イト用光源としてだけでなく、蛍光物質を利用した照光
式操作スイッチ等に利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の面状光源の導光板を散乱
層側から見た平面図。

【図２】 本発明の一実施例の面状光源をバックライト
として実装した場合の模式断面図。

【符号の説明】

１・・・・・青色ＬＥＤ ２・・・・・導光板 ３・・・・・散乱層 ４・・・・・反射層 ５・・・・・蛍光層 ６・・・・・フィルム ７・・・・・散乱反射層 ８・・・・・Ａｌベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な導光板(2)の端面の少なくとも一
   箇所に青色発光ダイオード(1)が光学的に接続されてお
   り、さらに前記導光板(2)の主面のいずれか一方に白色
   粉末が塗布された散乱層(3)を有し、前記散乱層(3)と反
   対側の導光板(2)の主面側には、透明なフィルム(6)が設
   けられており、そのフィルム(6)の表面あるいは内部に
   は前記青色発光ダイオード(1)の発光により励起されて
   蛍光を発する蛍光物質が具備されており、さらに、上記
   フィルムの導光板と接する表面に微細な凹凸が施されて
   いることを特徴とする面状光源。