JP2006126731A - 発光装置、液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少数の光源を用いて、所定の範囲を均一に照射することのできる発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＬＥＤなどの光を発する発光素子１０からの光を、光導波路１１の端部から入力する。光導波路１１は、発光素子１０から入射された光により発光する蛍光材料を含有している。例えば、ＹＡＧ蛍光体、紫外励起蛍光材料などの蛍光材料である。この蛍光材料に発光素子１０からの光が照射されることで蛍光材料から発光した光は、光導波路１１の側面から出射され、これにより広い範囲にわたって、その輝度を均一にして照射することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの指向性のある光源を用いた発光装置、液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置に関する。

液晶ディスプレイに使用されるバックライトとしてＬＥＤを用いたものが考えられている。ここで、ＬＥＤは、指向性をもって放射状に発光するものであるため、ＬＥＤの近傍では発光強度が強く、離れるにしたがって発光強度は弱くなる、という特性を有している。また、ＬＥＤから発光される方向の光の強度と、この方向と垂直な方向の光の強度とでは、その強度の差は顕著である特性を有している。これらＬＥＤの特性を考慮した発光装置として、例えば、特許文献１に記載の発光装置がある。この発光装置は、側面から入射された光を上面に出射する導光板を備え、この導光板の側面にＬＥＤを配置している。
特開２００４−１２７９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発光装置は、導光板に入射させる光を発光するＬＥＤ（光源）を多数必要としており、コスト増加の要因となっている。

そこで、本発明は、少数の光源を用いて、所定の範囲を均一に照射することのできる発光装置、液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、光を発する発光素子と、前記発光素子から発光される光を入射して伝搬させる光導波路と、を備え、前記光導波路は、前記発光素子から入射された光により可視光域の光を発光する蛍光材料を含有しているよう構成されている。

この発明によれば、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬している光が光導波路に含有されている蛍光材料を照射した場合、この照射に応じて蛍光材料は可視光域の光を発光することになる。発光した光は光導波路の側面から出射されることになり、光導波路が発光することになる。これにより、少ない発光素子を用いて広範囲を、輝度を均一にして、照らすことができる。

また、本発明は、前記光導波路を伝搬する光を前記光導波路の側面に向けて反射させる反射面が光導波路内で形成されていることが好ましい。

この発明によれば、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬した光が光導波路に含有されている蛍光材料を照射すると、この照射に応じて蛍光材料は発光することになる。また、光導波路を伝搬している光は、反射面で反射することにより光導波路の側面が発光することになる。これにより、蛍光材料が発光する光と、発光素子の光と、が光導波路外に合成されて出射されることになり、光導波路側面で発光することができ、広範囲を照らすことができる。ここで、蛍光材料が発光した光を黄色光とし、発光素子が発光した光を青色光とした場合、これら黄色光と青色光とが合わさると、白色光として表されることになり、照明として適切な色にすることができる。

また、本発明は、前記光導波路に隣接して一面を向けて配置され、前記光導波路からの光を入射し、他面から光を出射する導光板を備え、前記導光板は、前記光導波路から入射された光を前記他面に向けて反射させる反射面が形成されていることが好ましい。

この発明によれば、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬した光が光導波路に含有されている蛍光材料を照射すると、この照射に応じて蛍光材料は発光することになる。また、光導波路を伝搬している光は、反射部材である導光板に形成されている反射面で反射することにより光導波路の側面から出射することになる。これにより、蛍光材料が発光する光と、発光素子の光と、が導光板の上面から出射されることになり、広範囲を照らすことができる。

また、本発明の上記反射面は前記光導波路を伝搬する光の伝搬方向と交差するように複数形成され、前記光導波路と前記導光板との屈折率を同じにするとともに、前記導光板と前記光導波路とが接触していることが好ましい。

この発明によれば、光導波路を伝搬する光が、導光板に形成されている複数の反射面によって効率よく反射される。これにより、少ない発光素子で発光装置を実現することができる。

また、本発明の前記発光素子は、青色光を発光し、前記蛍光材料は、ＹＡＧ蛍光体である、ことが好ましい。この発明によれば、発光素子は青色光を発光し、この青色光によりＹＡＧ蛍光体は黄色に発光することになる。よって、光導波路の側面から放射された青色光および黄色光は、光導波路外で合成され白色光として周囲を照らすことができ、適切な色に発光する発光装置を実現することができる。

また、本発明の前記発光素子は、紫外光を発光し、前記蛍光材料は、紫外励起蛍光材料である、ことが好ましい。この発明によれば、発光素子は紫外光を発光し、この紫外光により紫外励起蛍光材料は発光することになり、発光素子からの発光を用いることなく、光導波路の側面から光を発光することができ、発光装置を実現することができる。

また、本発明の前記光導波路は、断面円形状をなしている、ことが好ましい。この発明によれば、例えば光ファイバを用いることができ、低コストで発光装置を実現することができる。なお、ここでいう光ファイバは、コア及びクラッドからなる一般的な光ファイバに加えて、コアのみからなるものを含んでいる。

また、本発明の前記光導波路は、径が５０μｍ以上であることが好ましい。この発明によれば、光導波路の径を５０μｍ以上にすることにより、発光素子との結合を容易にすることができる。

また、本発明の前記光導波路は、前記光導波路は、断面矩形状をなしている、ことが好ましい。この発明によれば、例えば平面導波路を適用することができ、その成型を容易にすることができる。

また、本発明の前記光導波路は、成型樹脂部材であることが好ましい。この発明によれば、光導波路を成形樹脂で形成することにより、その構成を簡易にすることができる。

また、本発明の前記光導波路は、ジグザグ状に延びるように形成されていることが好ましい。この発明によれば、光導波路を例えば基板に配置することにより、平面状に形成することができる。これにより、少ない発光素子で面状の発光装置を実現することができる。

また、本発明の液晶バックライト装置は、上記発光装置を備えている。この発明によれば、少ない発光素子を用いて広範囲を、輝度を均一にして、照らすことができる液晶バックライト装置を実現することができる。

また、本発明の液晶ディスプレイ装置は、情報を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルの背面側に配置される上記液晶バックライト装置とを備えている。この発明によれば、少ない発光素子を用いて広範囲を、輝度を均一にして情報の表示を行うことのできる液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

本発明は、発光素子で発光した光は光導波路を伝搬し、伝搬している光が光導波路に含有されている蛍光材料を照射した場合、この照射に応じて蛍光材料は発光することになる。発光した光は光導波路の側面から出射されることになり、光導波路が発光することになる。これにより、少ない発光素子を用いて、広範囲を、輝度を均一にして照らすことができる。

本発明は、一実施の形態のために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の発光装置の斜視図である。図１（ａ）は、発光素子１０と光導波路１１とから構成され、光導波路１１を光ファイバ（コア部のみからなる）とした発光装置１を示している。

この発光素子１０は、指向性のあるＬＥＤからなる光源であり、光導波路１１の端部に配置されている。この光導波路１１は、外部（周囲）より屈折率の高い素材で構成されており、光導波路１１の端部から入射された発光素子１０が発光した光は、光導波路１１内を全反射しながら伝搬する。なお、光導波路１１の断面の径は、発光素子１０との結合を容易にするために５０μｍ以上であることが好ましく、１２５μｍ以上であることが特に好ましい。

このように入射された光により光導波路１１の側面が発光するように、この光導波路１１は、蛍光材料を含有して構成されている。この蛍光材料は、発光素子１０から入射された光が照射されると、可視光域の光を発する物質であり、例えば、ＹＡＧ蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ＝（Ｙ_１−ＸＧｄ_Ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋：セリウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、またはハロリン酸塩などの紫外励起蛍光材料である。なお、可視光域の光とは、広義には、波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの光であり、狭義には、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの光をいう。

蛍光材料がＹＡＧ蛍光体である場合は、発光素子１０は青色光を出力する青色ＬＥＤであることが好ましい。この場合は、ＹＡＧ蛍光体が発光する黄色光と発光素子１０が発光する青色光とが合成することにより白色に発光することになり、照明として適切な色にすることができる。なお、この効果を得る場合には、光導波路１１を伝搬する光である発光素子１０が発光した光を光導波路１１の側面に向けて反射させることが必要である。例えば、光導波路１１内に、例えば断面三角形状の凹凸を形成して、光を反射させる反射面を形成したり、光導波路１１と実質的に同じ屈折率をもつ反射部材（例えば、導光板）を接触させ（または、実質的に同じ屈折率を有する接着剤で接着させ）、当該反射部材を用いて光導波路１１外に反射させたり、することが必要である。ここで実質的に同じ屈折率とは、両者の屈折率差が±０．１の範囲内であることを意味する。

また、蛍光材料が紫外励起蛍光体である場合は、発光素子１０は紫外線光を出力するＬＥＤであることが好ましい。この場合は、光導波路１１を、紫外線を伝搬することのできる紫外線用ファイバであることが必要である。紫外線用ファイバとは、紫外線を伝搬させることによりファイバ自体に生じる劣化を抑えることのできる、専用のファイバである。これにより、発光素子からの光を用いることなく、光導波路の側面を発光させることができ、発光装置を実現することができる。

なお、光導波路１１は、図１（ａ）に示すように、断面円形状の光ファイバ（コア部のみからなる）としてもよいし、図１（ｂ）に示すように、光導波路１１ａの断面が矩形に形成された平面光導波路とした発光装置１ａとしてもよい。図１（ａ）のように光ファイバを採用した場合は、市販の光ファイバ（コア部のみ）を採用することができ、例えば、石英ガラスファイバーや、ポリマークラッドファイバーや、プラスチックファイバーであることが好ましい。これらファイバを本実施形態に適用した形に加工することで（例えば、少なくとも光が伝搬する面のクラッド部分を削るなど）、低コストな発光装置を実現できる。さらに、後述するように平面状に光導波路を配置する場合には、その配列、調整などを自由に行うことができ、発光装置の設計を容易にする。また、図１（ｂ）に示すように平面光導波路を採用した場合は、この光導波路１１ａを成形樹脂部材で形成すると、光導波路の成型を容易とすることができる。

さらに、光導波路の断面を同軸二重構造として、その中心部分（コア部）の屈折率を高くし、外側部分（クラッド部分）の屈折率を低くし、外周部分にのみ上述蛍光材料を含有させるようにしてもよい。これにより、中心部分を伝搬する光が中心部分から外側部分に染み出し、染み出された光により外側部分に含有されている蛍光材料が発光することになり、この蛍光材料の発光により照明として機能することができる。

また、中心部分の屈折率を高く、外側部分の屈折率を低くした同軸二重構造とした光導波路において、その中心部分にのみ上述蛍光材料を含有させるようにしてもよい。これにより、中心部分を伝搬する光に基づいて蛍光材料が発光することになる。

以上の同軸二重構造をとる光導波路においては、その光導波路の中心部分に凹凸（反射面）を設けて発光素子１０からの光を外側部分に伝搬するよう反射させることが好ましい。これにより、中心部分を伝搬する光（励起光）は中心部分から外部部分に反射され発光することにより、照明として機能することができる発光装置を実現することができる。

次に、発光素子１０が発光した光に基づいて蛍光材料が発光するときの様子について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、光導波路１１を模式的に表した断面図であり、図２（ｂ）は、光導波路１１を模式的に表した側断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、光導波路１１は蛍光材料１２を含有しており、この蛍光材料１２が光導波路１１内のいたるところに含まれている。

そして、図２（ｂ）に示すように、発光素子１０からの光が蛍光材料１２に照射されると、この照射に応じて蛍光材料１２は発光する。発光する向きは点線で示すとおり放射状に発光され、蛍光材料１２が発光した方向によっては、光導波路１１内で反射されることなく、蛍光材料１２による光は光導波路１１の側面から光導波路１１の外部に出射される。

なお、光導波路１１に含有されている蛍光材料１２は発光素子１０からの距離が長くなるに連れて、蛍光材料１２の含有率を高くすることが好ましい。これにより、発光素子１０からの距離が長く発光の強度が弱くなった光導波路における位置では、蛍光材料１２の含有率が高いため、その位置における輝度を高くすることができる。よって、発光素子１０からの距離が短く発光の強度が高い光導波路１１における位置と比べて、蛍光材料１２の発光による輝度を同じ程度にすることができ、光導波路１１の全体の輝度を均一にすることができる。

また、図２に示す蛍光材料１２は、模式的なものであり、実際はこのような粒状に目視できるものではない。

以上説明したように、発光素子１０から発光した光は光導波路１１を伝搬し、伝搬した光により、光導波路１１に含有されている蛍光材料１２は、発光することになる。このため、一つの発光素子１０で、発光素子１つ分より広い範囲にわたって、その輝度を均一にして、発光することができ、照明として機能することができる。

次に、この発光装置の変形例について説明する。図３は、上記のような蛍光材料が含有された光導波路を平面状に形成した発光装置の斜視図である。図３（ａ）に示す発光装置２のように、上述した直線状の光導波路１１を複数回折り返してジグザグ状に形成することにより、例えば平面状の光導波路１１ｂを形成することができる。この様に構成することにより面状に発光することができる。なお、発光装置２の光導波路１１ｂは、断面円形状を有しても良いし、断面矩形状を有しても良い。また、このジグザグ状に延びるように形成された光導波路１１ｂは、互いに平行な部分を持つように折り返されることが好ましい。

さらに、平行に折り返した光導波路１１ｂの上面には、光導波路１１ｂ側に反射面が形成された導光板（図５のプリズム板１０４を参照）が配置されて構成されても良い。この導光板に形成されている反射面は、好ましくは光導波路１１ｂを上から平面視した際に光導波路１１ｂを伝搬する光の方向に対して直角に交差して、導光板の上面側（反射面が形成されている面の反対側）に光を反射させる方向に形成されている。このように構成することで、光が反射面にあたる面積をより多くとることができ、光の取り出しを効率よく行うことができる。

また、図３（ｂ）に示す発光装置２ａのように、ジグザグ状の光導波路１１ｃを基板１１ｄ上に形成することもできる。この場合、光導波路１１ｃと基板１１ｄとを一体に形成した、いわゆるリッジ型の光導波路としてもよい。これにより、光導波路１１ｃ（基板１１ｄを含む）の成型を容易にすることができる。なお、発光装置２ａの光導波路１１ｃは、平面光導波路である。あるいは発光装置が使用される形態に応じて曲面状に光導波路を形成してもよい。

以上のように、面状に光導波路を形成した場合は、より少ない発光素子で広範囲を照らすことができる発光装置を実現することができる。

以上説明した発光装置を用いた液晶ディスプレイ装置について説明する。図４は、図１に示した発光装置１（または発光装置１ａ）を用いた液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。図４に示すように、液晶ディスプレイ装置１００は、発光装置１（または発光装置１ａ）の光導波路１１（または光導波路１１ａ）の部分を、照射側を開口した状態で包むように反射板１０１を配置し、その開口した側に導光板１０２の側面が接するように（または近接させて）配置して構成している。また、導光板１０２の上部には、情報を表示する液晶パネル１０３を配置し、導光板１０２が液晶パネル１０３のバックライトとして機能するようにしている。

このように各構成が配置された液晶ディスプレイ装置１００において、光導波路１１から発光した光は導光板１０２の側面に入射される。導光板１０２は、図４の中で矢印を用いて示すように、側面から入射した光を上面から出射する特性を有しているものであり、光導波路１１が発光した光を液晶パネル１０３の下面から照射させることで、バックライトとして機能する。

これにより、少ない発光素子を用いて、広範囲を均一な輝度で照射することのできる液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

次に、図３に示した発光装置を用いた液晶ディスプレイ装置について説明する。図５は、図３に示した発光装置２（または発光装置２ａ）を用いた液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。図５に示すように、液晶ディスプレイ装置２００は、発光装置２（または発光装置２ａ）の上面に、光導波路１１ｂ内を伝搬する光を抽出するためのプリズム板１０４を配置している。プリズム板１０４は、光導波路１１ｂと実質的に同一の屈折率を有する部材からなり、その下部には光を反射するための凹凸状（例えば断面台形状、または断面三角形状）の複数の反射面が形成されている。この反射面は光導波路１１ｂを伝搬する光の方向と交差するように形成されている。そして、プリズム板１０４は、光導波路１１ｂに対して、接着剤１０５を用いて接着されている。接着剤１０５は、光導波路１１ｂと実質的に同一の屈折率を有する物質からなるものである。そして、このプリズム板１０４の上部に、情報を表示する液晶パネル１０３が配置され、プリズム板１０４（発光素子１０および光導波路１１ｂを含む）は液晶バックライト装置として機能する。

このように各構成が配置された液晶ディスプレイ装置２００において、発光素子１０から発光した光は光導波路１１ｂを伝搬する。光導波路１１ｂの上面に、実質的に同一の屈折率を持つプリズム板１０４および接着剤１０５が配置されているため、光は接着剤１０５およびプリズム板１０４内に伝搬していく。プリズム板１０４には反射面が形成されているため、この反射面によって光は、矢印で示すごとく反射され、プリズム板１０４の上面から光が出射される。この出射された光は、液晶パネル１０３の下面に照射され、バックライトとして機能する。

これにより、少ない発光素子を用いて、広範囲を均一な輝度で照射することのできる液晶バックライト装置および液晶ディスプレイ装置を実現することができる。

なお、プリズム板１０４を用いずに、光導波路１１ｂ内を通る光をそのまま液晶パネル１０３の下面に照射するようにしても良い。

本実施形態の発光装置の斜視図である。 光導波路１１を模式的に表した断面図および側断面図である。 光導波路を平面状に形成した発光装置の斜視図である。 発光装置１（または発光装置１ａ）を用いた液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。 発光装置２（または発光装置２ａ）を用いた液晶ディスプレイ装置の概略側面図である。

符号の説明

１、１ａ、２、２ａ…発光装置、１０…発光素子、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…光導波路、１１ｄ…基板、１２…蛍光材料、１００…液晶ディスプレイ装置、１０１…反射板、１０２…導光板、１０３…液晶パネル、１０４…プリズム板、１０５…接着剤、２００…液晶ディスプレイ装置。

Claims (13)

1. 光を発する発光素子と、
   前記発光素子から発光される光を入射して伝搬させる光導波路と、
   を備え、前記光導波路は、前記発光素子から入射された光により可視光域の光を発光する蛍光材料を含有していることを特徴とする発光装置。
2. 前記光導波路を伝搬する光を前記光導波路の側面に向けて反射させる反射面が前記光導波路内で形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記光導波路に隣接して一面を向けて配置され、前記光導波路からの光を入射し、他面から出射する導光板を備え、
   前記導光板は、前記光導波路から入射された光を前記他面に向けて反射させる反射面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記反射面は、前記光導波路を伝搬する光の伝搬方向と交差するように複数形成され、
   前記導光板は、前記光導波路と屈折率を同じにするとともに、前記光導波路に接触していることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記発光素子は、青色光を発光し、
   前記蛍光材料は、ＹＡＧ蛍光体である、
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記発光素子は、紫外光を発光し、
   前記蛍光材料は、紫外励起蛍光材料である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記光導波路は、断面円形状をなしている、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記光導波路は、径が５０μｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 前記光導波路は、断面矩形状をなしている、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
10. 前記光導波路は、成型樹脂部材である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
11. 前記光導波路は、ジグザグ状に延びるように形成されている、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発光装置を備える液晶バックライト装置。
13. 情報を表示する液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面側に配置される請求項１２に記載の液晶バックライト装置と、
    を備える液晶ディスプレイ装置。

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