JP2007243135A - 照明装置及びこれを備える表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】青色励起で緑色光と赤色光にそれぞれ変換する二種類の蛍光体を用いて白色光を得る構成の照明装置で、高い発光効率と長寿命を実現する。
【解決手段】本発明の照明装置は、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体１を、青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体２と青色発光素子３との間の光路中に、第二の色変換体とは分離して設けた構成である。例えば、青色ＬＥＤを封止する樹脂に赤色蛍光体を混合して、紫色光（青色光＋赤色光）を出射させる。さらに、緑色蛍光体を含んだ樹脂を紫色光の光路上に設置する。これにより、三色の加法混色による白色光が高い発光効率で実現できる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の照明装置は、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体１を、青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体２と青色発光素子３との間の光路中に、第二の色変換体とは分離して設けた構成である。例えば、青色ＬＥＤを封止する樹脂に赤色蛍光体を混合して、紫色光（青色光＋赤色光）を出射させる。さらに、緑色蛍光体を含んだ樹脂を紫色光の光路上に設置する。これにより、三色の加法混色による白色光が高い発光効率で実現できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、非自発光型の表示素子を照明する照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる液晶表示装置、及び表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。
近年の携帯電話やモバイルコンピュータなどに用いられる表示装置には、高精彩カラー画像が少ない消費電力で得られる液晶表示装置が多く用いられている。液晶表示装置に用いられる液晶素子は非自発光型であるため、高輝度の白色ＬＥＤを光源とする照明装置を用いて液晶素子を照明している。
特に携帯電話においては、開口が大きく明るい反射型液晶表示装置や、表裏両面から画像情報を表示することが可能な両面可視型液晶表示装置が用いられている。これらの表示素子の照明に用いられている白色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系等の青色ＬＥＤの発光面の直前に黄色蛍光体を分散した樹脂が設けられた構成である。この構成によれば、黄色光と元の青色光とを混色させて白色光を得ることができる。青色光を黄色光に変換する蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）に希土類元素をドープしたＹＡＧ蛍光体が良く知られている。また、ＹＡＧ蛍光体の代わりに赤色と緑色発光蛍光体を調合し、青と赤と緑の加法混色により白色光を作る手法も知られている（例えば、特許文献１を参照）。青色光を緑色光や赤色光に比較的高効率に変換する蛍光体としては希土をドープしたカルコゲナイド系蛍光体や窒化物蛍光体が良く知られている。また、回路を形成した任意の形状および面積のプリント基板上に青色光の波長以下の波長の光を発光する複数の発光素子を配置し、各発光素子を波長変換材料が含有された透光性樹脂で被覆したＬＥＤ表示用デバイスが開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開平１０−１６３５３５号公報（第３、４頁、図２）
特開平１１−１２１８０２号公報（第２、３頁、図１）
しかしながら、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体の二色の加法混色（擬似白色ＬＥＤ）では、６００ｎｍ以上の波長領域の光成分は少ない。そのため、高い色再現性を有するＬＣＤモジュールが実現できない。一般的に、現在のカラーフィルタでは、擬似白色ＬＥＤを光源とする場合、ＮＴＳＣ比率１００％を超えることは非常に困難とされている。また、特許文献１のように、青色励起で緑色光と赤色光のそれぞれに変換する二種類の蛍光体を青色ＬＥＤの発光面に滴下する構成によれば、三色の加法混色（三波長白色ＬＥＤ）が可能になり、高い色再現性を有するＬＣＤモジュールが実現できる。しかし、希土類元素をドープしたカルコゲナイド系蛍光体の場合、ＬＥＤ内部の反射膜の化学反応を起こし、反射特性を劣化させる不具合を生じる事が多い。また、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合し、この混合体で青色を励起して白色光を作る際、赤色蛍光体として窒化物蛍光体やカルコゲナイド系蛍光体を用いる場合がある。これらの蛍光体には、緑色蛍光体で発光する緑色光も励起波長に含んでいるため、輝度効率が低いという課題がある。
そこで、本発明は、三色の加法混色で高い色再現性を得ると同時に輝度効率及び信頼性の高い照明装置を実現することを目的とする。すなわち、本発明の照明装置は、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体を、青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体と青色発光素子との間の光路中に、第二の色変換体とは分離して設けた構成である。このような構成により、青色発光素子の青色発光と第一の色変換体により変換された赤色光が混色して紫色光になり、さらに、青色励起で第二の色変換体に変換された緑色光と混色して白色光が得られる。このような変換順で発光素子からの光が白色になるため、第二の色変換体に含まれる緑色蛍光体からの発光が第一の色変換体に含まれる赤色蛍光体に届くことがなく、照明装置の発光効率が上昇する。また、青色発光素子と緑色蛍光体が完全に分離されているので、緑色蛍光体が発光素子に科学的影響を与えること、または受けることがなく、信頼性が向上する。
また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、を備えている。
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子と、非自発光型の表示素子と、青色発光素子から入射された光を出光面から表示素子に向けて出射する導光体と、青色発光素子と表示素子の間の光路中に設けられた赤色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体と表示素子の間の光路中に設けられた緑色発光蛍光体を備えている。
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子の発光を用いて非自発光型の表示素子を照明する表示装置であって、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体と、青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体を備えるとともに、第一の色変換体と第二の色変換体が青色発光素子と表示素子の間の光路中に分離して設けられている。
本発明の照明装置は、第二色変換体から発光された緑色光が第一色変換体の励起光となることなく、青色と赤色と緑色の三色の加法混色による白色光を得ることができる。そのため、発光効率の高い照明装置が実現できる。また、ＬＥＤ素子と第二色変換体を分離しているのでＬＥＤパッケージ内部の反射特性の劣化を起こすこともない。そのため、長寿命の照明装置が実現できる。さらに、本発明の照明装置をＬＣＤパネルと組み合わせることで、色再現性が高く、高輝度で長寿命の液晶表示装置が実現できる。
本発明の照明装置は、青色発光素子、青色励起で赤色光に変換する第一色変換体、青色励起で緑色光に変換する第二色変換体を備えており、第一色変換体は、青色発光素子と第二色変換体の間の光路中に第二色変換体とは分離して設けられている。このような構成を図１に模式的に示す。すなわち、第一色変換体１と第二色変換体２は照明装置の光路中に分離して設けられている。図１では、青色発光素子からの光を導いて出光面から出射する導光体４が第一色変換体１と第二色変換体２の間に設けられており、青色発光素子１と導光体４の間に第一色変換体１が設けられている。このような構成により、青色発光素子３の青色発光と第一色変換体１により変換された赤色光が混色された後、さらに、第二色変換体により変換された緑色光と混色して白色光が得られる。このような変換順で白色が作製されるので、第二色変換体に含まれる緑色蛍光体からの発光が第一色変換体に含まれる赤色蛍光体の励起光となることがなく、照明装置としての発光効率が上昇する。また、青色発光素子と第二色変換体に含まれる緑色蛍光体が完全に分離されているので、緑色蛍光体が発光素子に科学的影響を与えることも受けることもなく、温度−輝度特性や信頼性が向上する。
さらに、本発明の照明装置は、青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備えている。そして、第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含んでおり、第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含んでいる。ここで、緑色蛍光体は、青色発光素子と赤色蛍光体から分離していればよい。すなわち、緑色蛍光体は導光体中に存在しても、導光体の出光面側に設けられてもよい。後者の場合、導光体の出光面に設けられた樹脂中やフィルム中に存在する構成、あるいは、導光体の出光面側にフィルムを設け、このフィルム上に形成された樹脂中に存在する構成等が例示できる。
さらに、第二色変換体に透明ビーズを混入させることにより、赤色成分が透過しやすくなるため、輝度が上昇するという効果がある。さらに、第二色変換体よりも観測者側に、アクリルやシリカの透明拡散ビーズを含んだ樹脂層を設けてもよい。
また、赤色蛍光体は、青色発光素子と導光体の間に設けられた樹脂に設けても、青色発光素子をポッティングする樹脂に設けてもよい。
また、青色で光を励起する第三の蛍光体を、緑色蛍光体に対して重量比３０％以下の割合で第二色変換体に混合することとした。第三の蛍光体としては、青色励起で赤色光に変換する第二の赤色蛍光体、青色励起で橙色光に変換する蛍光体、青色励起で黄色光に変換する蛍光体を用いることができる。ここで、第二の赤色蛍光体を第一色変換体に用いた赤色蛍光体と同一の物質としてもよい。
あるいは、上述のいずれかの構成の第二色変換体を二枚の非通水性透明基材の間に設けてもよい。
あるいは、本発明の照明装置は、青色発光素子と、青色励起で赤色光に変換する第一色変換体と、青色励起で緑色光に変換する第二色変換体を備えており、第一色変換体と第二色変換体は分離して設けられている。このとき、第一色変換体は青色励起で赤色光に変換する赤色発光蛍光体を含有し、第二色変換体は青色励起で緑色光に変換する緑色発光蛍光体を含有しており、この第二色変換体には、青色で光を励起する第三の蛍光体が緑色発光蛍光体に対する重量比で３０％以下の割合で混合されている。この第三の蛍光体として、青色励起で赤色光に変換する赤色発光蛍光体、青色励起で橙色光に変換する色蛍光体、あるいは、青色励起で黄色光に変換する色蛍光体が例示できる。第三の蛍光体が赤色発光蛍光体である場合には、第一色変換体に含まれる赤色発光蛍光体と同一の物質でも、異なる物質でもよい。
そして、本発明の表示装置は、前述のいずれかの構成の照明装置と、照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えている。
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子の発光を用いて非自発光型の表示素子を照明する表示装置であって、青色励起で赤色光に変換する第一色変換体と、青色励起で緑色光に変換する第二色変換体を備えるとともに、第二色変換体は、第一色変換体と表示素子の間の光路中に、第一色変換体とは分離して設けられている。このような構成の表示装置は高輝度で色再現性が高く、優れた表示品質が得られる。
上述した表示装置がカラー表示のためのカラーフィルタを備えている場合には、このカラーフィルタの緑着色部は、４７０ｎｍ以下の光の透過率が５３５ｎｍ近辺の透過率の２０％以下の特性を持つことが望ましい。あるいは、このカラーフィルタの緑着色部は、６００ｎｍ以上の光の透過率が５３５ｎｍ近辺の透過率の２０％以下の特性を持つことが望ましい。両方の特性を備えていると緑色の純度がさらに向上することとなる。
さらに、第一色変換体は青色励起で赤色光に変換する赤色蛍光体を含有し、第二色変換体は青色励起で緑色光に変換する緑色蛍光体を含有するとともに、青色光で励起して光を発光する第三の蛍光体を、緑色蛍光体に対して重量比３０％以下の割合で第二色変換体に混合することとした。
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子で発光した光を導いて面発光する導光体を備え、第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、緑色蛍光体を導光体に設けることとした。
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備え、第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、第二色変換体が導光体の出光面側に設けられた構成とした。
さらに、第二色変換体には透明ビーズを混入することとした。これにより、赤色成分の透過率が上がるため、色の再現性や輝度が上昇するという効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本実施例の照明装置を図面に基づいて説明する。図２は、本実施例の照明装置の概要を模式的に示す外観図である。発光ダイオードパッケージ１１からの光が導光体４に入射するように構成され、導光体４の出光面から出た光が第二色変換体２に入射するように構成されている。また、導光体４の出光面の反対側には反射板９が配置されている。ここで、発光ダイオードパッケージ１１は赤色蛍光体粒子が分散された樹脂で青色ＬＥＤ素子をポッティングした構成である。この赤色蛍光体粒子を含んだ樹脂が第一色変換体に相当している。また、照射面積に応じた個数の発光ダイオードパッケージ１１が回路基板８に実装されている。ここで、導光体４の材料としてはポリカーボネートやアクリル等が例示できる。
このような構成によれば、青色ＬＥＤ素子が発光した光（青色光）は、その一部が赤色に変換され、残りは青色のまま導光体４に入射される。すなわち、発光ダイオードパッケージ１１は４５０ｎｍ〜４８０ｎｍと６００ｎｍ〜６８０ｎｍの２つの波長をピークとするスペクトルを有する光（紫光）を出光する。そして、この紫光が導光体４に入射されることになる。導光体４に入射した紫光は、導光体４と反射板９の間で反射と屈折を繰り返し、導光体４の出光面から均一に出射されて、緑色蛍光体粒子を含んだ第二色変換体に届く。第二色変換体に入射した光のうち、一部の光はそのまま（青色光と赤色光のまま）通過し、一部の光は緑色蛍光体粒子で緑色光に変換されて通過する。このとき、緑色蛍光体粒子に届いた赤色成分の光の多くは反射することになる。このように、通過した紫色光と緑色光が混色して白色光が得られることになる。すなわち、導光体４の出光面から出射された光は第二色変換体２を通ることで加法混色し白色光となる。
以下に、本実施例の構成要素である、発光ダイオードパッケージ、第二色変換体、及び反射板について、より詳細に説明する。これらの各構成を単独または組み合わせて図２で示したような照明装置を作製することができる。
（反射板について）
従来の照明装置には、透明フィルムに銀やアルミニウム層を設けた構成の反射板９を用いていた。しかしながら、銀は青色光を吸収する性質があり、またアルミニウムは反射特性が高くないため、本実施例の反射板としてこれを使用すると、結果的に輝度の低下を招く。そのため、可視光範囲において高い反射率を有する反射シートを用いることが好ましい。例えば、白ＰＥＴフィルム、または、青色成分の反射率の高いポリエステル系樹脂を用いた多層膜フィルムの使用が好ましい。これにより、反射時の損失が小さく、光源を有効活用し画面輝度の大幅な向上が可能になる。この用途に適した市販品には、バックライトの導光板下反射シート用に開発された住友３Ｍ社製のＥＳＲ反射フィルムがある。
（発光ダイオードパッケージについて）
図３は発光ダイオードパッケージ１１の構成を模式的に示す断面図である。図示するように、発光ダイオードパッケージ１１は青色ＬＥＤ素子１０を赤色蛍光体粒子５が分散された樹脂１６でポッティングした構成である。青色ＬＥＤ素子１０を駆動するための電極端子１３と第二電極端子１４が回路基板８上に形成されている。ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０が導電性ペーストによって導電性台座１２に電気的に接合されている。この導電性台座１２は青色ＬＥＤ素子１０と電極端子１３との電気的接合性を向上させたり、熱伝導性を向上させたり、回路基板８からの高さを調節したりするために用いられている。これらの条件が満足されている環境では必ずしも必要ではない。青色ＬＥＤ素子１０には図示されていない電流注入用の二つの電極が形成されており、一方の電極が導電性台座１２を介して電極端子１３と電気的に接合され、他方の電極はワイヤー１５で第二電極端子１４と電気的に接合されている。導電性台座１１を用いない場合には、両電極ともにワイヤー１５を用いてそれぞれの電極端子に電気的に接合すればよい。このワイヤー１５には、通常のワイヤーボンディングで用いられる金ワイヤーなどを用いることができる。回路基板８には、導通部である電極端子を除いて絶縁膜等の保護膜が設けられている。回路基板８としてフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板を用いることができる。
（反射板について）
従来の照明装置には、透明フィルムに銀やアルミニウム層を設けた構成の反射板９を用いていた。しかしながら、銀は青色光を吸収する性質があり、またアルミニウムは反射特性が高くないため、本実施例の反射板としてこれを使用すると、結果的に輝度の低下を招く。そのため、可視光範囲において高い反射率を有する反射シートを用いることが好ましい。例えば、白ＰＥＴフィルム、または、青色成分の反射率の高いポリエステル系樹脂を用いた多層膜フィルムの使用が好ましい。これにより、反射時の損失が小さく、光源を有効活用し画面輝度の大幅な向上が可能になる。この用途に適した市販品には、バックライトの導光板下反射シート用に開発された住友３Ｍ社製のＥＳＲ反射フィルムがある。
（発光ダイオードパッケージについて）
図３は発光ダイオードパッケージ１１の構成を模式的に示す断面図である。図示するように、発光ダイオードパッケージ１１は青色ＬＥＤ素子１０を赤色蛍光体粒子５が分散された樹脂１６でポッティングした構成である。青色ＬＥＤ素子１０を駆動するための電極端子１３と第二電極端子１４が回路基板８上に形成されている。ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０が導電性ペーストによって導電性台座１２に電気的に接合されている。この導電性台座１２は青色ＬＥＤ素子１０と電極端子１３との電気的接合性を向上させたり、熱伝導性を向上させたり、回路基板８からの高さを調節したりするために用いられている。これらの条件が満足されている環境では必ずしも必要ではない。青色ＬＥＤ素子１０には図示されていない電流注入用の二つの電極が形成されており、一方の電極が導電性台座１２を介して電極端子１３と電気的に接合され、他方の電極はワイヤー１５で第二電極端子１４と電気的に接合されている。導電性台座１１を用いない場合には、両電極ともにワイヤー１５を用いてそれぞれの電極端子に電気的に接合すればよい。このワイヤー１５には、通常のワイヤーボンディングで用いられる金ワイヤーなどを用いることができる。回路基板８には、導通部である電極端子を除いて絶縁膜等の保護膜が設けられている。回路基板８としてフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板を用いることができる。
青色ＬＥＤ素子１０と導電性台座１２の全て、及び、ワイヤー１５の一部または全部には、透光性の樹脂１６で被覆されており、その樹脂１６の中には赤色蛍光体粒子８が所定の濃度で混合されている。樹脂には、水分を通し難い材料（以下、非通水性材料と称す）を用いることが望ましい。具体的には、シリコン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂などの高分子材料を用いることができる。これらの樹脂からいずれかを選択してもよいし、複数の樹脂によるハイブリッドを用いても良い。非通水性材料は、必ずしも透明である必要はなく、透光性があれば良いので、エポキシ系の材料も広く使われている。
赤色蛍光体粒子５としては、カルコゲナイド化合物の蛍光体微粒子を用いることができる。あるいは、窒化物と希土類ドーパントからなる蛍光体材料や、硫化物と希土類ドーパントからなる蛍光体材料が適している。特に、ＣａＳやＳｒＳ等の硫化物と希土類ドーパントとからなる蛍光材料や、窒化物と希土類ドーパントとからなる蛍光材料は、光変換効率が高い。また、赤色蛍光体粒子を非通水性材料でコーティングするとダイオードパッケージの信頼性が向上する。非通水性材料として、ＳｉＯ２ 、シリコン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、または、エポキシ系樹脂を用いることができる。特に、硫化物蛍光体の場合、水分と反応して硫化水素を発生することがあるので、ＬＥＤ内部の反射膜が化学反応を起こして、輝度特性が著しく落ちることになる。そのため、硫化物蛍光体を使用する際は、蛍光体粒子そのものを透明な非通水性材料で被覆する必要がある。窒化物蛍光体を使用する場合にはコーティング（非通水性材料による被覆）はなくてもよい。
図３に示したように、赤色蛍光体粒子５を所定の割合で樹脂１６に混合して青色ＬＥＤ素子１０を被覆することによって、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０からの青色光とこの青色光が波長変換されて生じた赤色光とが加法混色されて目的の色度を持った発光色を得ることが可能となる。この発光色による色再現範囲は、赤色蛍光体粒子５の混合濃度や、各々の蛍光体粒子の平均粒径、および照射する青色光の強度を調節することによって任意に制御することが可能となる。例えば、赤色蛍光体粒子５の混合濃度を、樹脂１６の厚みが６０〜７０μｍの時、重量濃度５０％程度とするとｘ＝０．３５ｙ＝０．１８近辺の色度座標の光（紫光）が得られる。このとき、青色光の強度を上げるとｘｙ共に小さくなり、下げるとｘｙともに大きくなる傾向にある。ただし、せいぜい±０．０２程度の変化であり、与える影響は小さい。混合濃度が高いため、更にシリカ等の透明ビーズを分散して樹脂１６に混入させると、蛍光体粒子の分散性が上がり、発光効率が上昇する。
（第二色変換体について）
次に、緑色蛍光体粒子を含んだ第二色変換体の構成について、いくつか例示する。
（第二色変換体について）
次に、緑色蛍光体粒子を含んだ第二色変換体の構成について、いくつか例示する。
図４は、樹脂２０に緑色蛍光体粒子６と透明ビーズ７を分散させて形成された色変換体である。このように、第二色変換体に透明ビーズを分散すると、赤色成分の透過率が上がるため、輝度が上昇するという効果がある。
この理由を簡単に説明する。導光体から第二色変換体に入射した赤と青の混色光は、第二色変換体の緑色蛍光体粒子６にぶつかると、青色成分の一部は励起光となり緑色成分として出光する。しかし、赤色成分のうち緑色蛍光体粒子６に届いた光の大部分はこの緑色蛍光体粒子６で反射されるか界面で吸収される。この反射光は、さらに反射板９や周囲の蛍光体粒子で反射するというように反射を繰り返すことになる。もちろん、反射した赤色成分には結果的に樹脂２０を透過するものも存在している。このように、緑色蛍光体粒子６に届いた赤色光の多くは減衰し、一部分の赤色光が出光することになる。そして、上述したように、樹脂２０に透明ビーズ７のような可視光透過率の高い物質を緑色蛍光体粒子６と混在させると、緑色蛍光体粒子６のみが集中して存在する領域が確率的になくなり、透明ビーズ７を通過して出光する赤色成分が確保されることになるため、赤色成分が出光する確率が高くなり、結果的に輝度の上昇につながる。透明ビーズ７として、アクリルやシリカなどの透明な微粒子が適している。
図５は、第二色変換体２と拡散層２２を備えた構成を模式的に示す断面図である。第二色変換体２は透明樹脂２７に緑色蛍光体粒子６が分散された構成である。そして、拡散層２２が第二色変換体２よりも観察者側に設けられている。図５の構成では、ペットやポリカーボネートやアクリルやゼオノア等の透明基材２１を挟んで拡散層２２と透明樹脂２７が積層されている。透明基材には非通水性な透明基材が好ましい。また、拡散層２２は樹脂２４に透明拡散ビーズ２３が分散された構成である。アクリルやシリカ等の透明拡散ビーズ２３が分散された樹脂２４を透明基材２１の上面に塗布して硬化させ、一方、緑色蛍光体粒子６が分散された透明樹脂２７を透明基材２１の下面に塗布して硬化させることにより作製できる。透明拡散ビーズ２３により出射光が拡散するため、面輝度の均一性の高い照明装置の実現が可能となる。ここで、透明拡散ビーズ２３として、前述の透明ビーズ７と同じ材料を用いてもよい。
図６は、透明フィルムに非通水処理を施した非通水性透明基材２５で緑色蛍光体粒子６が分散された透明樹脂２７を挟んだ構成を模式的に示す断面図である。透明フィルムとして、ＰＥＴやポリカーボネートやアクリル等の透明フィルムを用い、非通水処理として、ＳｎＯ２ やＳｉＯ２ 等のバリア層を透明フィルムに施している。バリア層の層構成は単層とは限らず、複数の層を形成するほうが非通水性面での効果は高い。非通水性透明基材２５に、あらかじめ熱可塑性等の透明接着層２６を塗布しておき、その上に緑色蛍光体粒子６が分散された樹脂２７を塗布し、硬化させる。透明接着層２６は粘着層であってもかまわない。緑色蛍光体粒子６を含んだ透明樹脂２７が端面から外部の空気層と触れることがないように、透明樹脂２７の端面を覆うように、透明接着層２６をさらに設ける必要がある。そのため、塗布の方法はスクリーン印刷等のマスク印刷方が好ましい。その上に別の非通水性透明基板２５をラミネートする。このような構成により、蛍光体粒子を効果的に水分から防御することが可能になる。そのため、第二色変換体の劣化を防ぐこととなり、信頼性が向上する。更に、樹脂２４に５〜３０μｍ程度のシリカやアクリルの透明ビーズ２３を分散し、この樹脂２４を非通水性透明基材２５の片面に設けた。この樹脂２４がない場合には、非通水性透明基板と空気の屈折率差により透明樹脂からの光の一部は界面で反射してしまう。透明ビーズ２３が分散された樹脂２４を設けることにより、この反射を防止でき、結果的に光の利用効率が上昇する。また、光の拡散性が向上するため、広視野角化や面内ムラ隠し等の効果もある。
ここでは、緑色蛍光体粒子６を樹脂に分散させたが、透明基材２１内に練りこんだり、導光体４に塗布又は練りこみを行ったり、被照明体であるＬＣＤパネル等の表示素子の光入光面に塗布しても同様の効果が得られる。
緑色蛍光体粒子６の材料としては、II族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなる蛍光材料や、酸化物と希土類ドーパントからなる蛍光材料や、Ｓｒ−ＳＩＯＮと希土類ドーパントからなる蛍光材料等を用いることができる。すなわち、ＹＡＧ蛍光体以上の輝度効率を有するものが適している。また、緑色蛍光体粒子６をＳｉＯ２ 等の透明非通水材料で被覆すると、更に高い信頼性を得ることができる。
緑色蛍光体粒子の添加量を０．２ｍｇ／ｃｍ２ 程度とし、図３で示した構成の上述の発光ダイオードパッケージ１１と組み合わせることで、ｘ＝０．３１、ｙ＝０．３１付近の白色光を得ることができる。図７にニ波長型擬似白色ＬＥＤを発光光源として用いた従来の照明装置の発光スペクトルを示す。６００ｎｍ以上が赤色成分の波長領域であるが、青色と黄色と比較して著しく赤色成分が少ない。一方、上述した構成の照明装置の発光スペクトルを図８に示す。６００ｎｍ以上の赤色発光領域が図７と比較して非常に高いことがわかる。
また、照明装置で照明される液晶表示パネルには、様々な種類のカラーフィルタや液晶材料が用いられている。厳密には、これに応じて異なる色調の照明装置を準備する必要がある。しかしながら、何種類もの発光ダイオードパッケージ１１を準備することは、大量生産によるコストダウンや在庫リスクの観点から好ましくない。そこで、第二色変換体２に緑色蛍光体粒子６だけでなく、赤色蛍光体粒子を微量に混合添加して、色調を赤色側にシフトすることを可能にさせる。あらかじめ紫色発光の発光ダイオードパッケージ１１の色調を青色側にシフトさせておけば、第二色変換体２の色調補正を行うだけで、あらゆる種類のＬＣＤパネルへの色調対応が容易となる。このとき、第二色変換体への赤色蛍光体粒子の混合量は、例えば、赤色蛍光体粒子がＣａＳと希土類ドーパントからなる蛍光材料で、緑色蛍光体粒子６がII族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなる蛍光材料の場合、緑色蛍光体粒子に対して重量比約３０％とすることで、ｘｙ色度座標上でおおよそ次の式（式１、式２）で表すシフト量となることを確認した。
Δｘ＝＋０．０４ （式１）
Δｙ＝−０．０２ （式２）
従って、緑色蛍光体粒子に対して０〜３０％の範囲内で赤色蛍光体粒子の重量比を制御することで、現在市場に流通しているＬＣＤパネルの大半に対応可能である。
Δｙ＝−０．０２ （式２）
従って、緑色蛍光体粒子に対して０〜３０％の範囲内で赤色蛍光体粒子の重量比を制御することで、現在市場に流通しているＬＣＤパネルの大半に対応可能である。
また、蛍光材料によっては、封止樹脂との分散性等の相性の問題から、発光ダイオードパッケージ１１に微量添加する赤色蛍光体粒子５をそのまま第二色変換体に添加することが困難な場合がある。そのような場合、必ずしも赤色蛍光体粒子５と同様の組成である必要はない。例えば、発光ダイオードパッケージ１１に添加する赤色蛍光体粒子５として窒化物と希土類ドーパントとからなる蛍光材料を使用し、第二色変換体に微量添加する赤色蛍光体として、ＣａＳやＳｒＳと希土類ドーパントからなる蛍光材料を使用することも可能である。特にＳｒＳは発光波長ピークを６００ｎｍ近辺に有しており、赤色というよりも橙色であるため、視感度特性が良く、高輝度化が求められるＬＣＤパネル用としては適しているといえる。また、微量添加する蛍光材料として、ＹＡＧ蛍光体のような黄色発光蛍光材料を用いることで、黄色側への色シフト制御も可能となる。
図９は、本実施例の照明装置の全体構成を模式的に示す断面図である。実施例１の照明装置の構成とは、反射板がなく、代わりに導光体４の裏面にプリズムが設けられているという点で異なっている。図３で示した構成の発光ダイオードパッケージ１１を点灯し、導光体４に入光させる。入光した光は、最適な角度と高さに設計されたプリズム１７により断面図上部の出光面から均一に発光する。そして、第二色変換体２を通ることによって、青色光の一部が変換されて緑色光となり、青色光と赤色光と緑色光の三色の加法混色による白色光を得ることができる。導光体４や発光ダイオードパッケージ１１はフレーム１８内に収納されている。その他の構成については、実施例１で説明したそれぞれの構成要素を適宜、用いることができる。
次に、非自発光型の表示素子として液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を説明する。図１０は、液晶表示装置の断面構成を示す模式図である。図１で示した照明装置の発光面上に液晶表示パネル３０が配置されている。ここでは図１と重複する説明は省略する。液晶表示パネル３０がカラーフィルタを備えており、カラー表示が可能な表示装置の場合には、光源のスペクトルにあわせてカラーフィルタの着色部にチューニングを施す必要がある。特に、緑色着色部の調整が重要である。
従来のようにＹＡＧ蛍光体を用いた疑似白色ＬＥＤを光源として用いた場合、液晶表示パネルに設けられるカラーフィルタは疑似白色ＬＥＤの発光スペクトル（図７）にあわせて作製する必要があり、緑色は黄色と青色の加法混色によって作っていた。すなわち、カラーフィルタの緑着色層には、黄色側の波長域も青色側の波長域も透過する特性が必要であった。図１１に、従来のＹＡＧ蛍光体を用いた疑似白色ＬＥＤ光源とそれに適合したカラーフィルタを用いた場合に、カラーフィルタの緑着色層を透過する光の透過光特性を示す。これと同じ緑着色層と本発明の照明装置を組み合わせた場合に、緑着色層を透過する光の透過光特性を図１２に示す。図１２に示すとおり、このような組み合わせでは、高純度の緑色に青色光が混ざることとなり、結果として色純度の低下を招く。本発明の照明装置に組み合わせる液晶表示パネルの緑着色層には、４７０ｎｍ以下の青色光および、６００ｎｍ以上の赤色光の透過率を極力下げた特性を備えることが好ましい。このような特性の緑着色層を持つカラーフィルタを使用すると、非常に色純度の高い液晶表示装置が実現できる。図１３はこの構成により得られるスペクトル特性である。青色光及び赤色光の透過率は低ければ低いほど色純度を上げる効果が高いが、目安としては５３５ｎｍ近辺の緑色光の透過率の２０％以下に抑えることが望ましい。
１ 第一の色変換体
２ 第二の色変換体
３ 青色発光素子
４ 導光体
５ 赤色蛍光体粒子
６ 緑色蛍光体粒子
７ 透明ビーズ
８ 回路基板
９ 反射板
１０ 青色ＬＥＤ素子
１１ 発光ダイオードパッケージ
１２ 導電性台座
１３ 電極端子
１４ 電極端子
１５ ワイヤー
１６ 樹脂
１７ プリズム
１８ フレーム
２０ 樹脂
２１ 透明基材
２２ 拡散層
２３ 透明拡散ビーズ
２４ 樹脂
２５ 非通水性透明基材
２６ 透明接着層
２７ 透明樹脂
３０ 液晶表示パネル
２ 第二の色変換体
３ 青色発光素子
４ 導光体
５ 赤色蛍光体粒子
６ 緑色蛍光体粒子
７ 透明ビーズ
８ 回路基板
９ 反射板
１０ 青色ＬＥＤ素子
１１ 発光ダイオードパッケージ
１２ 導電性台座
１３ 電極端子
１４ 電極端子
１５ ワイヤー
１６ 樹脂
１７ プリズム
１８ フレーム
２０ 樹脂
２１ 透明基材
２２ 拡散層
２３ 透明拡散ビーズ
２４ 樹脂
２５ 非通水性透明基材
２６ 透明接着層
２７ 透明樹脂
３０ 液晶表示パネル
Claims (22)
- 青色発光素子と、青色励起で赤色光に変換する第一色変換体と、青色励起で緑色光に変換する第二色変換体を備えるとともに、前記第一色変換体は、前記青色発光素子と前記第二色変換体の間の光路中に前記第二色変換体とは分離して設けられたことを特徴とする照明装置。
- 前記青色発光素子で発光した光を導いて面発光する導光体を備え、前記第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、前記緑色蛍光体が前記導光体に分散されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備え、前記第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、前記第二色変換体が前記導光体の出光面側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記第二色変換体には透明ビーズが混入されたことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
- 前記第二色変換体には青色で光を励起する第三の蛍光体が含まれ、前記第三の蛍光体は前記緑色蛍光体に対する重量比で３０％以下の割合で混合していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記第二色変換体が二枚の非通水性透明基材の間に設けられたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記第二色変換体は、前記緑色蛍光体が分散された樹脂であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記導光体の背後側に、多層膜のポリエステル系反射シートまたは白ＰＥＴの反射シートを備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記第一色変換体は青色励起で赤色光に変換する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色励起で緑色光に変換する緑色蛍光体を含有するとともに、
前記第二色変換体には青色で光を励起する第三の蛍光体が含まれ、前記第三の蛍光体は前記緑色蛍光体に対する重量比で３０％以下の割合で混合していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。 - 前記第三の蛍光体が青色励起で赤色光に変換する第二の赤色蛍光体であることを特徴とする請求項５または９に記載の照明装置。
- 前記第二の赤色蛍光体が前記赤色蛍光体と同一の物質であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
- 前記第三の蛍光体が青色励起で橙色光に変換する色蛍光体であることを特徴とする請求項５または９に記載の照明装置。
- 前記第三の蛍光体が青色励起で黄色光に変換する色蛍光体であることを特徴とする請求項５または９に記載の照明装置。
- 前記青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備えるとともに、前記導光体の背後側に、多層膜のポリエステル系反射シートまたは白ＰＥＴの反射シートを備えることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の照明装置。
- 請求項１〜１４のいずれかに記載された構成の照明装置と、前記照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置。
- 青色発光素子の発光を用いて非自発光型の表示素子を照明する表示装置であって、
青色励起で赤色光に変換する第一色変換体と、青色励起で緑色光に変換する第二色変換体を備えるとともに、前記第二色変換体は、前記第一色変換体と前記表示素子の間の光路中に、前記第一色変換体とは分離して設けられたことを特徴とする表示装置。 - カラー表示のためのカラーフィルタを備えるとともに、前記カラーフィルタの緑着色部は、４７０ｎｍ以下の光の透過率が５３５ｎｍ近辺の透過率の２０％以下であることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
- カラー表示のためのカラーフィルタを備えるとともに、前記カラーフィルタの緑着色部は、６００ｎｍ以上の光の透過率が５３５ｎｍ近辺の透過率の２０％以下であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の表示装置。
- 前記第一色変換体は青色励起で赤色光に変換する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色励起で緑色光に変換する緑色蛍光体を含有するとともに、
前記第二色変換体には青色光で励起して光を発光する第三の蛍光体が含まれ、前記第三の蛍光体は前記緑色蛍光体に対する重量比で３０％以下の割合で混合していることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記青色発光素子で発光した光を導いて面発光する導光体を備え、前記第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、前記緑色蛍光体が前記導光体に分散されたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備え、前記第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含有するとともに、前記第二色変換体が前記導光体の出光面側に設けられたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記第二色変換体には透明ビーズが混入されたことを特徴とする請求項２１に記載の表示装置。
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