JP2008108523A - Lighting system, and display device equipped with it - Google Patents
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Abstract
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やテレビ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。 The present invention relates to an illumination device that illuminates a non-self-luminous display element, and a display device used in an electronic apparatus. In particular, the present invention relates to a liquid crystal display device used for a portable information device, a mobile phone, a television, and the like, and an illumination device such as a front light and a backlight for illuminating a display element.
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。 2. Description of the Related Art Liquid crystal display devices that can obtain high-definition color images with low power consumption are often used for display devices used in recent mobile phones and mobile computers. Since the liquid crystal element used in the liquid crystal display device is a non-self-luminous type, the liquid crystal element is illuminated using an illumination device that uses a high-intensity white LED as a light source.
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。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。 In particular, mobile phones use a reflective liquid crystal display device with a large opening and a bright double-sided visible liquid crystal display device capable of displaying image information from both the front and back sides. A white LED used for illumination of these display elements has a configuration in which a resin in which a yellow phosphor is dispersed is provided immediately before a light emitting surface of a blue LED such as an InGaN-based or GaN-based LED. According to this configuration, white light can be obtained by mixing yellow light and original blue light. As a phosphor that converts blue light into yellow light, a YAG phosphor obtained by doping a rare earth element into YAG (yttrium, aluminum, garnet) is well known. There is also known a method in which red and green light emitting phosphors are mixed instead of YAG phosphors, and white light is generated by additive color mixture of blue, red and green. As phosphors that convert blue light into green light and red light with relatively high efficiency, chalcogenide phosphors and nitride phosphors doped with rare earth are well known. In addition, a plurality of light emitting elements that emit light having a wavelength equal to or less than the wavelength of blue light are arranged on a printed circuit board having an arbitrary shape and area on which a circuit is formed, and each light emitting element has a translucency containing a wavelength conversion material An LED display device coated with a resin is disclosed.
また、波長変換材料を青色LED上にポッティングするのではなく、バックライトの導光板とLCDパネルの間に波長変換材料を具備した透明フィルムを配置し、白色光を合成する手法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
青色や紫外光励起で緑色光や赤色光や黄色光等それぞれに変換する蛍光体を二種類以上組み合わせて加法混色を行うことにより、高い色再現性を有するLCDモジュールの実現が可能となる。しかしながら、従来技術で開示されているように、赤色蛍光体と、緑色蛍光体を混合して透明フィルム上に塗布するような構成の場合、緑色蛍光体からの発光が赤色蛍光体の励起に使用されたり、面内の粒子密度が上昇しすぎたりするため、高輝度化が困難という課題がある。 An LCD module having high color reproducibility can be realized by performing additive color mixing by combining two or more kinds of phosphors that are converted into green light, red light, yellow light, or the like by blue or ultraviolet light excitation. However, as disclosed in the prior art, when the red phosphor and the green phosphor are mixed and applied on a transparent film, the light emitted from the green phosphor is used to excite the red phosphor. Or the in-plane particle density increases too much, and there is a problem that it is difficult to increase the luminance.
また、青色光で励起する緑色、赤色蛍光体として広く知られている硫化物系蛍光体は水分に非常に弱く、LEDパッケージに硫化物蛍光体を混合したシリコンもしくはエポキシ樹脂をポッティングするような構成の場合、樹脂の防湿性能では不十分であり、例えば高温高湿条件化において100時間も放置すると、輝度が半減してしまうレベルの信頼性しか確保できない。輝度低下の原因は、蛍光体そのものの劣化とLEDパッケージの内部の例えば銀やアルミの反射層の化学反応による反射率低下にある。 In addition, sulfide phosphors widely known as green and red phosphors excited by blue light are very sensitive to moisture, and the LED package is configured to pot silicon or epoxy resin mixed with sulfide phosphors. In this case, the moisture-proof performance of the resin is insufficient. For example, if the resin is left for 100 hours under high-temperature and high-humidity conditions, only a level of reliability that can reduce the luminance by half can be secured. The cause of the decrease in luminance is deterioration of the phosphor itself and a decrease in reflectance due to a chemical reaction of a reflective layer of, for example, silver or aluminum inside the LED package.
また、従来技術の構成のように、バックライトの導光板と液晶ディスプレイの間に蛍光物質を具備するフィルムを設置して白色の合成をなすような構成の場合、導光板から出光する青色光の方向と、蛍光物質によって色変換された光の割合が、見る角度により異なるため、視角による色変化という問題が発生すると共に、高い輝度効率は得られていなかった。図6を用いて従来の照明装置を説明する。発光ダイオードパッケージ1から発光した光は、導光体3、蛍光フィルム12を通って出光する。その際、蛍光体13にあたらない光はそのまま導光体3からの角度で出光するが、蛍光体13にあたった光は反射して、あたらなかった光とは逆の方向に出光する。図6においては、導光体3から出光して、蛍光体13にあたらなかった成分を実線の矢印、蛍光体13にあたって方向が変化した成分を点線の矢印で表記している。例えば、光源として青色光を用いて、黄色の蛍光体で白色化をしようとする場合、導光体3からの出光方向は非常に青色かかって見えて、反対方向は黄色かかって見えるような現象が発生する。そのため、混色をするために拡散シートを配置したり、蛍光フィルム12に拡散機能を付加したりするが、拡散性を強くしすぎると輝度低下の要因となる。
In addition, in the case of a configuration in which a white film is synthesized by installing a film having a fluorescent material between the light guide plate of the backlight and the liquid crystal display as in the configuration of the prior art, the blue light emitted from the light guide plate Since the direction and the ratio of the light color-converted by the fluorescent material differ depending on the viewing angle, a problem of color change depending on the viewing angle occurs, and high luminance efficiency has not been obtained. A conventional lighting device will be described with reference to FIG. Light emitted from the light
また、従来技術の構成の場合、液晶表示装置のサイズが大きくなると、同等の大きさの蛍光フィルムが必要となる。発光ダイオードパッケージに蛍光体を具備するような構造と比較すると、必要蛍光体量が増加し、フィルム面積も拡大するため、特に大型製品の場合は、コストの面で不利である。 Moreover, in the case of the structure of a prior art, when the size of a liquid crystal display device becomes large, the fluorescent film of an equivalent magnitude | size will be needed. Compared with a structure in which a phosphor is provided in a light emitting diode package, the amount of necessary phosphor increases and the film area also increases. Therefore, particularly in the case of a large product, it is disadvantageous in terms of cost.
また、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モジュール実現の妨げとなっている。一般的に、現在のカラーフィルター技術では、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。 In addition, the additive color mixture of two colors of blue LED and YAG phosphor (pseudo white LED) has few light components in the wavelength region of 600 nm or more. This hinders the realization of an LCD module having high color reproducibility. In general, in the current color filter technology, when a pseudo white LED is used as a light source, it is very difficult to exceed the NTSC ratio of 100%.
また、従来の白色LEDを使用するバックライトはLCDパネルと組み合わせて使用するわけであるが、LCDパネルはその光学仕様によって最適な色バランスのバックライトが異なる。色の調整をLCDパネルごとにLEDにポッティングする蛍光体の添加量で制御することは、困難であり、現状は量産のばらつきの中である塊の色度をランク化し、対応しているため、必ずしも最適な色度の光源が提供できていない。 Further, a backlight using a conventional white LED is used in combination with an LCD panel, but the backlight of an optimal color balance varies depending on the optical specifications of the LCD panel. It is difficult to control the color adjustment by the amount of phosphor added to the LED for each LCD panel, and the current situation is to rank and cope with the chromaticity of the masses that are in the mass production variation. A light source with optimal chromaticity cannot always be provided.
そこで、本発明の照明装置は、青色発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光する照明装置であって、青色発光素子と該照明装置の発光面との間の光路中に設けられた赤色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体と該照明装置の発光面と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。ここで、赤色発光蛍光体は青色励起で赤色光に変換する蛍光体であり、緑色発光蛍光体は青色励起で緑色光に変換する蛍光体である。 Therefore, the lighting device of the present invention is a lighting device in which light emitted from the blue light emitting element emits light by using a light guide, and is provided in an optical path between the blue light emitting element and the light emitting surface of the lighting device. And a green light emitting phosphor provided in an optical path between the red light emitting phosphor and the light emitting surface of the illumination device. Here, the red light-emitting phosphor is a phosphor that converts red light by blue excitation, and the green light-emitting phosphor is a phosphor that converts green light by blue excitation.
緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体は、分離して配置されており、緑色蛍光体からの発光を赤色蛍光体の励起光として使うことがなく、照明装置としての発光効率が上昇する。また、青色発光素子と緑色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体が完全に分離されている。 The green light-emitting phosphor and the red light-emitting phosphor are disposed separately, and light emission from the green phosphor is not used as excitation light of the red phosphor, and the light emission efficiency as the lighting device is increased. Further, the blue light emitting element, the green light emitting phosphor and the red light emitting phosphor are completely separated.
緑色発光蛍光体もしくは赤色発光蛍光体のいずれか、もしくは両方が、非通水性材料により外気の水分から遮断されるような構造とした。 Either the green light-emitting phosphor or the red light-emitting phosphor, or both, is structured to be shielded from the moisture of the outside air by the water-impermeable material.
このとき、緑色発光蛍光体及び、赤色発光蛍光体は導光板と液晶ディスプレイの間に配置するのではなく、光源からの光を任意の方向に反射するように配置している。 At this time, the green light-emitting phosphor and the red light-emitting phosphor are not disposed between the light guide plate and the liquid crystal display, but are disposed so as to reflect light from the light source in an arbitrary direction.
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。 The display device of the present invention includes the illumination device having any one of the above-described configurations and a non-self-luminous display element provided on the irradiation surface side of the illumination device.
本発明の照明装置は、多色の加法混色による白色光を得ることができる。このとき、複数の蛍光体を分離して配置することにより、緑色蛍光体からの発光を赤色蛍光体の励起光として使うことがない。また、赤色蛍光体や緑色蛍光体が非通水性材料によって外気の水分と遮断されているため、超寿命かつ発光効が高い照明装置が実現できる。また、光源からの光を反射するような位置に蛍光体を配置することで、バックライトとしての視角による色変化を防ぎかつ、輝度上昇を図っている。 The lighting device of the present invention can obtain white light by multicolor additive color mixing. At this time, by separating the plurality of phosphors, light emitted from the green phosphor is not used as excitation light for the red phosphor. In addition, since the red phosphor and the green phosphor are shielded from the moisture of the outside air by the non-water-permeable material, an illuminating device having a long lifetime and a high light emitting effect can be realized. Further, by arranging the phosphor at a position where light from the light source is reflected, a color change due to a viewing angle as a backlight is prevented and a luminance increase is achieved.
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。 By combining the lighting device of the present invention with an LCD panel, a liquid crystal display device with high color reproducibility, high luminance and long life can be realized.
本発明の照明装置は、発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光される照明装置に関し、発光素子と導光体の出光面との間の光路中に、発光素子の発光を反射する反射体を備え、反射体が発光素子の発光を波長変換する波長変換機能を備えている。すなわち、発光素子の発光を反射する位置に、互いに異なるピーク波長の光に波長変換する複数の波長変換体が混合することなく異なるエリアに配置されている。 The illuminating device of the present invention relates to an illuminating device in which light emitted from a light emitting element is surface-emitted using a light guide, and the light emitting element emits light in an optical path between the light emitting element and a light exit surface of the light guide. A reflecting body is provided, and the reflecting body has a wavelength conversion function for converting the wavelength of light emitted from the light emitting element. That is, a plurality of wavelength converters that perform wavelength conversion to light having different peak wavelengths are arranged in different areas without being mixed at positions that reflect light emitted from the light emitting element.
さらに、この反射体は、発光素子の発光を第一のピーク波長の光に波長変換する第一の波長変換体と、発光素子の発光を前記第一のピーク波長より短い波長の光に波長変換する第二の波長変換体がそれぞれ独立して存在するように構成されており、第二の波長変換体の占める領域が第一の波長変換体の領域より小さくなっている。すなわち、第一の波長変換体と第二の波長変換体は混合することなく異なるエリアに配置され、また、第二の波長変換体から発光した光が第一の波長変換体にあたりづらくなっている。 Further, the reflector includes a first wavelength converter that converts light emitted from the light emitting element into light having a first peak wavelength, and wavelength conversion of light emitted from the light emitting element to light having a wavelength shorter than the first peak wavelength. The second wavelength converter is configured to exist independently, and the area occupied by the second wavelength converter is smaller than the area of the first wavelength converter. That is, the first wavelength converter and the second wavelength converter are arranged in different areas without mixing, and light emitted from the second wavelength converter is difficult to hit the first wavelength converter. .
発光素子として、ピーク波長が450nm〜480nmの青色発光素子を用い、第一の波長変換体として青色光を励起して赤色光に変換する赤色蛍光体を、第二の波長変換体として青色光を励起して緑色光に変換する緑色蛍光体を用いることができる。あるいは、発光素子としてピーク波長が360nm〜440nmの紫外発光素子を用い、第一の波長変換体として紫外光を励起して赤色光に変換する赤色蛍光体を、第二の波長変換体として紫外光を励起して緑色光に変換する緑色蛍光体を用いることができる。 As a light emitting element, a blue light emitting element having a peak wavelength of 450 nm to 480 nm is used, a red phosphor that excites blue light as a first wavelength converter and converts it into red light, and blue light as a second wavelength converter. A green phosphor that is excited and converted to green light can be used. Alternatively, an ultraviolet light emitting element having a peak wavelength of 360 nm to 440 nm is used as the light emitting element, a red phosphor that excites ultraviolet light as the first wavelength converter and converts it into red light, and ultraviolet light as the second wavelength converter. A green phosphor that excites and converts to green light can be used.
青色励起で緑色光に変換する緑色発光蛍光体としては、II族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなるものや、酸化物と希土類ドーパントとからなるもの、Sr−SIONと希土類ドーパントからなるもの等の、YAG蛍光体以上の輝度効率を有するものが適している。青色励起で赤色光に変換する赤色発光蛍光体としては、窒化物と希土類ドーパントとからなるものや、硫化物と希土類ドーパントとからなるものが適している。 Examples of the green light emitting phosphor that converts green light by blue excitation include a group II metal thiogallate and a rare earth dopant, a group consisting of an oxide and a rare earth dopant, a group consisting of Sr-SION and a rare earth dopant, and the like. Those having a luminance efficiency higher than that of YAG phosphors are suitable. As the red light-emitting phosphor that converts red light by blue excitation, those composed of a nitride and a rare earth dopant and those composed of a sulfide and a rare earth dopant are suitable.
さらに、第二の波長変換体より発光面側に、アクリルやシリカの透明ビーズが分散された樹脂層を設けてもよい。透明ビーズにより散乱機能が付加できる。この透明ビーズは波長変換体と混合して用いてもよい。 Furthermore, a resin layer in which transparent beads of acrylic or silica are dispersed may be provided on the light emitting surface side from the second wavelength converter. Scattering function can be added by transparent beads. These transparent beads may be used by mixing with a wavelength converter.
特に、硫化物系蛍光体粒子は水分と反応し、色変換効率を落とす性質を持っている。そこで、シリコンやフッ素系の通水性の低い透明樹脂等で覆うことが考えられるが、高分子系の透明材料で高い非通水性を有する材料は稀有であり、あったとしても非常に高価で、工業用途への使用は困難である。そこで、金属の薄膜を蒸着した防湿PET等の非通水性フィルムで蛍光体をサンドイッチすることによって、外気中の水分から蛍光体を隔離することができる。本発明においては、両面に同じ防湿PETを使用するのではなく、片面はアルミや銀の反射膜を具備した反射フィルムを用いることによって反射体を構成した。このような構成の反射体を蛍光反射フィルムと称する。一枚の蛍光反射フィルムとすることで、光路中の空気層を削減しており、光の利用効率を上げている。また、透明防湿フィルムの金属膜の厚みは数Åであるが、反射フィルムに使用している金属膜の厚みは100nm程度と透明防湿フィルムと比較して非常に厚く、伴って防湿効果も非常に高くなっている。 In particular, the sulfide-based phosphor particles have the property of reacting with moisture and reducing the color conversion efficiency. Therefore, it is conceivable to cover with a transparent resin with low water permeability such as silicon or fluorine, but a material having high water permeability with a polymer-based transparent material is rare, even if very expensive, Use for industrial applications is difficult. Therefore, the phosphor can be isolated from moisture in the outside air by sandwiching the phosphor with a non-water-permeable film such as moisture-proof PET on which a metal thin film is deposited. In the present invention, instead of using the same moisture-proof PET on both sides, a reflector is formed by using a reflection film provided with a reflection film made of aluminum or silver on one side. The reflector having such a configuration is referred to as a fluorescent reflection film. By using a single fluorescent reflection film, the air layer in the optical path is reduced and the light utilization efficiency is increased. In addition, the thickness of the metal film of the transparent moisture-proof film is several mm, but the thickness of the metal film used for the reflective film is about 100 nm, which is very thick compared to the transparent moisture-proof film, and the moisture-proof effect is also very high. It is high.
また、硫化物系蛍光体粒子を非通水性の透明材料でコーティングする、もしくは窒化物蛍光体を使用することで、パッケージの信頼性が向上する。非通水性の透明材料として、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。窒化物系蛍光体を使用する場合にはコーティングはしなくてもよい。 Further, the reliability of the package is improved by coating the sulfide-based phosphor particles with a non-water-permeable transparent material or using a nitride phosphor. As the non-water-permeable transparent material, SiO 2 , silicon resin, cycloolefin resin, fluorine resin, or epoxy resin can be used. When a nitride-based phosphor is used, it may not be coated.
さらに、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、照明装置の発光面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えている。すなわち、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、発光素子の発光を反射する位置に、互いに異なるピーク波長の光に波長変換する複数の波長変換体が混合することなく異なるエリアに配置されている。このような構成の表示装置は長寿命かつ高輝度で色再現性が高く、優れた表示品質が得られる。 Furthermore, the display device of the present invention includes the illumination device having any one of the above-described configurations and a non-self-luminous display element provided on the light emitting surface side of the illumination device. That is, a display device that illuminates a non-self-luminous display element using light emitted from a light emitting element, and a plurality of wavelength converters that perform wavelength conversion to light having different peak wavelengths at positions that reflect light emitted from the light emitting element Are arranged in different areas without mixing. The display device having such a structure has a long life, high luminance, high color reproducibility, and excellent display quality.
本実施例の照明装置を図1〜図5及び図7を用いて説明する、図1は、本実施例の照明装置の概要を示す模式図である。本実施例では、発光ダイオードパッケージ1は青色LED素子に樹脂がポッティングされた青色発光するパッケージである。図1に示すように、回路基板4上の端子部に半田により発光ダイオードパッケージ1が形成されている。発光ダイオードパッケージ1は360nm〜480nmの範囲の波長をピークとするスペクトルを有する青色光もしくは紫外光を出光する。発光ダイオードパッケージ1から出る光は導光体3に入り、蛍光反射フィルム5で反射する際に色変換されて、導光体3の出光面から出光し、拡散フィルム2を通って均一発光する。ここで、回路基板4にはフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板が、導光体3の材料にはポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂が用いられている。拡散フィルム2は必ずしも必要ではなく、導光体そのもので均一性を制御できればなくてもよい。一般的にV溝方式と呼ばれる導光体の場合、拡散フィルムの上に住友3M製のBEFと呼ばれるレンズシートを設置することが多い。もしくは、三菱レーヨン製の逆プリズムシートを使用することもある。いずれの場合も導光体の出光面方向の光成分をできるだけ多くとろうとして光学設計されている。
The illuminating device of a present Example is demonstrated using FIGS. 1-5 and FIG. 7, FIG. 1 is a schematic diagram which shows the outline | summary of the illuminating device of a present Example. In this embodiment, the light emitting
図2は蛍光反射フィルム5の構成を示す模式図であり、反射フィルム8の上に蛍光層7を選択的に印刷し、粘着剤やホットメルト剤を用いて透明防湿層6をラミネートした構成とした。反射フィルム8として、25μmのPET等の透明フィルムに100nm程度のアルミニウム層を蒸着したフィルムと25μmのPET等の透明フィルムに100nm程度の銀層を蒸着したフィルムをドライラミネートしたものを用いた。一般的に銀反射フィルムとしては多種多様な構成が存在し、例えばアルミニウムを蒸着したフィルムの代わりに白PETを用いたものや銀層のみの構成のものなどがある。本実施例においては、なるべく厚い金属層が存在することが必須条件となる。厚いと、必然的に欠陥(穴)が少なくなるためである。そういう意味では多層膜が理想的である。例えば、住友3M製のESRを用いると、多層構造である上に反射特性が高いため、防湿性、光学特性の面において理想的な材料である。ただし、高価であり、大面積化ができない等の不利点もある。ESRとはEnhanced−Specular−Reflectorの略であり、ポリエステル系樹脂を用いた多層膜構造により可視光範囲において高い反射率を有するフィルムである。バックライトの導光板下反射シート用に開発された製品で、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図られる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the fluorescent
前述の反射フィルム8の上にメジューム等の透明樹脂に蛍光体(波長変換材料)を分散したもの(蛍光層7)を、選択的に印刷した。印刷の手法としてはスクリーン印刷等のマスキングによる手法が考えられる。透明樹脂には、透過率を重視してアクリル系のUV硬化型の接着剤を使用した。ただし、信頼性を重視する場合はウレタンやフッ素系もしくはシリコン系の樹脂を選択しても良い。また、プロセスの関係等で、熱硬化型や二液混合型の硬化モードを使用しても機能上問題はない。蛍光体としては、緑色蛍光体粒子、黄色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子が考えられる。緑色や青色蛍光体粒子としては、希土類を付活したストロンチウム・チオガレートや酸化物及び窒化物蛍光体が広く知られており、適している。また、紫外光に近い光源の場合には、BaMgAl10O17:Eu、Mn、ZnSが適している。黄色蛍光体粒子としては白色LEDに広く用いられているYAG蛍光体が有名である。赤色蛍光体粒子としては、カルコゲナイド化合物蛍光体微粒子を用いることができる。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、窒化物蛍光体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。ただし、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。その場合には、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、蛍光体そのものをSiO2等の透明非通水材料で被覆すると良い。また、そのほかに有機系の蛍光材料も多色そろっており、TPOに応じて使い分けると良い。ただし、有機系の場合寿命の点で無機系に劣る場合が多いため注意が必要である。
A film (fluorescent layer 7) in which a phosphor (wavelength conversion material) is dispersed in a transparent resin such as medium is selectively printed on the
蛍光層7の上にホットメルト系の樹脂を全面印刷して接着層11を作成し、防湿フィルム6をホットラミネートする。防湿フィルムはPET等の透明フィルムに酸化ケイ素等を蒸着したものが広く知られている。その他では、更に信頼性を高めるために多層膜にしたフィルムや、ゼオノア等の材料が存在する。また、ホットメルト樹脂付きの防湿フィルム6をラミネートしてもかまわないし、ホットメルトではなく、粘着剤でもウエット系のプロセスでも、防湿フィルム6と蛍光層7が接着すればかまわない。ただし、上面から見ると防湿フィルム6と反射フィルム8の間に蛍光層7が存在し、あたかも外気から蛍光層7が遮断されているように見えるが、断面でみると蛍光層7はむき出しとなってしまう。図2の場合、右方向から見た断面は、接着層11により蛍光層7が覆われているが、左から見た断面は蛍光層7がむき出しになっている。そこで、蛍光層7はフィルムの抜き外形よりも内側で印刷しておく。そうすると、全面図2の右面のように蛍光層7と外気の間に接着層11が存在することとなり、蛍光層7は外気から遮断される構造となる。この際、上面から見たときの接着層11の幅を大きく取ればとるほど蛍光体層7は外気から遠ざかることとなり、信頼性は増す。
A hot-melt resin is printed on the entire surface of the fluorescent layer 7 to form the
図3及び図4は蛍光層7として緑色蛍光層9と赤色蛍光層10をストライプ状に印刷した場合の正面図である。いずれも四辺を接着層11で覆い、蛍光層を外気から遮断する構造をとっている。緑色蛍光層9の蛍光体粒子としては、ストロンチウム・チオガレートを用い、赤色蛍光層10の蛍光体粒子としてはカルシウム・サルファイドを用いた。図3は発光ダイオードパッケージ1に対して垂直のストライプの場合、図4は発光ダイオードパッケージ1に対して平行の横長ストライプの場合である。発光ダイオードパッケージ1からの光は導光体に入光した後、徐々に横方向にも拡散しながら、基本的には入光方向に導波していく。その場合、緑色蛍光層9にあたった光は緑色に発光するわけであるが、せっかく発光した緑色の光が赤色層10にあたると更に赤色光に変換されてしまい、二重変換が生じて色変換効率低下の原因となる。そこで、図3のように光源のある辺から垂直にストライプ状に配置することによって、一度緑色に変換された光が再度赤色蛍光層10にあたる可能性が低下し、輝度上昇効果がある。逆に図4のように光源に対して平行なストライプ状に配置してしまうと、発光した緑色光の一部がもう一度跳ね返ってきた際に、赤色蛍光層10にあたる可能性が高まり、輝度低下を生じる。同じ理由で、赤色蛍光層10の占める面積は、緑色蛍光層9の占める面積よりもできるだけ小さいほうがよい。本実施例においては、緑色蛍光層の幅を50μm、赤色蛍光層の幅を20μmとしてストライプ状に配置した。混色性を考慮すると、蛍光層の幅は細かいほうが好ましい。しかし、例えばスクリーン印刷の場合、幅あるいはピッチとも20μm程度が限界である。幅20μmであれば十分混色すると考える。
3 and 4 are front views when the
図5は緑色蛍光層9と赤色蛍光層10をドットマトリックス状に印刷した場合の正面図である。ストライプ状の場合と比較して、混色しやすいというメリットがある。この形状のほかにもデルタ配列やハチの巣状に配置する方法等も考えられる。また、交互に緑色蛍光層9と赤色蛍光層10が並んでいる必要はなく、ランダムでも良い。また、例えば中央部分のみは緑色面積を大きくすれば、中央部分のみ緑色っぽい配色にすることが可能であり、自在に意図するように色の濃淡を選択的につけることが可能である。
FIG. 5 is a front view when the
また、蛍光反射フィルム5を複数色の蛍光層で形成する必要はなく、単色でもよい。例えば、赤色蛍光体を発光ダイオードパッケージ1の内部に含ませて、蛍光反射フィルム5は緑色蛍光層のみとしても、高輝度な白色の照明装置が実現できる。
Moreover, it is not necessary to form the
図7は本実施例の照明装置の模式的断面図である。発光ダイオードパッケージ1から導光体3に入光した光のうち、一部の光は反射蛍光フィルム5によって色変換されながら導光体3内部を発光ダイオードパッケージ側とは逆方向に導波していき、拡散フィルム2のある面に出光していく。前述の通り、本発明が解決しようとする課題である輝度低下と視角による色変化の発生原因の一つに、特許文献1のように導光体3から出光する光をその光路中で色変換すると、光源の光の進行方向と蛍光体による発光光の進行方向に違いが生じるためであることが挙げられる。本実施例の場合、反射蛍光フィルム5の蛍光体粒子から発光する光の方向と、導光体3から出光する光の方向が基本的に一致しているため、従来技術と比較して輝度を確保できるとともに、視角による色変化の問題も解消している。また、フレーム15に白ペットや金属等の反射率の高い材質を使用すると、漏れ光の利用も効率的にできる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the illumination device of this example. Of the light incident on the
上述した照明装置を用いた液晶表示装置の構成を図11に模式的に示す。図示するように、液晶パネル17が照明装置の発光面上に配置されている。液晶パネル17は、照明装置が発光する光源スペクトルにあわせて色のチューニングを施したカラーフィルターを有している。あるいは、光源パッケージの発光色と液晶パネルのカラーフィルターにあわせて複数の波長変換体を設定している。これにより、非常に高輝度で色再現性の高い液晶表示装置が容易に実現できる。
A structure of a liquid crystal display device using the above-described illumination device is schematically shown in FIG. As illustrated, the
本実施例を図8〜10を用いて説明する。実施例1と同様に発光ダイオードパッケージ1は青色LED素子に樹脂がポッティングされた青色発光するパッケージである。実施例1と異なる点は、反射蛍光フィルム5が発光ダイオードパッケージ1の光を早い段階で色変換する点である。そうする事によって、導光体3内を導波する青色光の減衰を防止することができ、輝度が上昇する。また、反射蛍光フィルム5の面積を大幅に削減することができるため、コストダウンの効果も高い。
This embodiment will be described with reference to FIGS. Similar to the first embodiment, the light emitting
図8は発光ダイオードパッケージ1を斜めに配置した場合の断面図である。光源はその発光面が導光体の底面に対して斜めになるように配置されており、導光体3の底面と平行に反射シート14が設置されている。そして、反射蛍光フィルム5は反射シート14の反射面と対向するように設置されている。光源からの光は反射シート14で反射されて反射蛍光フィルム5に向かうように構成されている。このような構成によれば、発光ダイオードパッケージ1からの光を反射シート14で反射し、更に反射蛍光フィルム5で色変換をしつつ導光体3の底面と平行方向に反射することとなる。導光体3の底面にはプリズムパターンや拡散パターンが配置されており、反射シート14の設置されている面と対向面から光は出光する。発光ダイオードパッケージ1からの出光方向と反射シート14(導光体3の底面)とのなす角度をαとし、反射蛍光フィルム5と反射シート14(導光体3の底面)とのなす角度をβとすると、α=2βの関係を満たすように構成すると、光源からの光を効率よく変換するとともに照明光として利用することが可能になる。本実施例においては、反射蛍光フィルム5は一枚のみ使用したが、反射シート14のかわりに反射蛍光フィルムを使用すれば、色変換濃度を高めることが可能である。例えば、近紫外LEDを使用する場合に、この反射蛍光フィルムを使用することにより可視光化することが可能になる。
FIG. 8 is a cross-sectional view when the light emitting
図示するように、導光体3は、発光ダイオードパッケージ1の発光面と対向する入光部では、この発光面と入光部が平行になるように形成され、かつ、蛍光反射フィルム5と対向する部分はこの蛍光反射フィルムと平行になるように構成することが望ましい。結果的に導光体は2段階に角度が変化する形状となる。蛍光反射フィルム5及び反射シート14を導光体3に粘着剤等で貼ることで、界面反射を削減することができる。このとき、導光体に入光部を設けずに、発光ダイオードパッケージ1からの光が導光体3に入射されずに直接に反射シート14で反射されるように構成してもよい。もしくは、発光ダイオードパッケージ1から反射シート14で反射し、更に蛍光反射フィルム5で反射する光路上に導光体を設置せず、空気中で蛍光反射フィルム5による色変換までを終わらせてから、導光体に入光するように構成してもよい。
As shown in the drawing, the
蛍光反射フィルム5の構成に関しては、実施例1と同様である。緑色蛍光層9と赤色蛍光層10がストライプ状でもマトリックス状でも良い。信頼性確保のための接着層も存在しており、接着層のエリアは反射エリアとして使用することができる。接着層を長めにとっておいて、発光ダイオードパッケージ1等を覆ったりすれば、漏れ光を効率的に再利用することができる。フレーム15も実施例1と同様であり、白ペットや金属等の反射率の高い材質を使用するとよい。
The configuration of the
図9は発光ダイオードパッケージ1の発光面が上(導光体の出射方向)を向くように配置した場合の断面図である。ここでは、発光ダイオードパッケージ1の出光面と45°になるように反射蛍光フィルム5が設置されている。反射蛍光フィルムの角度としては、45度が理想的であるが、30度〜60度程度であっても色変換機能は果たせる。反射蛍光フィルム5で反射及び波長変換された光は導光体3の内部を導波し、導光体3の底面に設置されている拡散パターンやプリズムパターンによって導光体の3照射面から出光する。
FIG. 9 is a cross-sectional view in the case where the light emitting
図10は、主に大型ディスプレイに用いられる、いわゆる直下型照明装置用に本発明を適応した適応した構成を示す部分断面図である。発光ダイオードパッケージ1の出光方向と45°になるように反射蛍光フィルム5が設置されている。反射蛍光フィルム5で反射された光と垂直に拡散板16を配置する。拡散板16は一般的に流通しているもので、アクリルやポリカーボネート等の透明樹脂に高い屈折率透明ビーズを分散させたような仕様である。拡散板16を正面方向から見ると、複数個の発光ダイオード1及び反射蛍光フィルム5が配置されており、拡散板16によって拡散、散乱して面発光の照明装置となる。その上に液晶パネルを設置すれば大画面かつ高画質な表示装置となる。また、他の場合と同様にフレーム15覆うようになっており、漏れ光を再利用している。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing an adapted configuration in which the present invention is applied to a so-called direct type illumination device mainly used for a large display. The
1 発光ダイオードパッケージ
2、16 拡散フィルム
3 導光体
4 回路基板
5 蛍光反射フィルム
6 透明防湿フィルム
7 蛍光層
8 反射フィルム
9 緑色蛍光層
10 赤色蛍光層
11 接着層
12 蛍光フィルム
13 蛍光体
14 反射シート
15 フレーム
16 拡散板
17 液晶パネル
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記発光素子と前記導光体の出光面との間の光路中に、前記発光素子の発光を反射する反射体を備えるとともに、前記反射体が前記発光素子の発光を波長変換する波長変換機能を備えることを特徴とする照明装置。 In an illumination device in which light emitted from a light emitting element is surface-emitted using a light guide,
In the optical path between the light emitting element and the light exit surface of the light guide, a reflector for reflecting the light emitted from the light emitting element is provided, and the reflector has a wavelength conversion function for converting the wavelength of the light emitted from the light emitting element. A lighting device comprising:
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