JP2009140822A - 照明装置、色変換素子及び表示装置 - Google Patents

照明装置、色変換素子及び表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発光素子から発光される光の損失が少ない輝度が向上した照明装置、それに用いられる色変換素子、およびそれを用いた表示装置を提供すること。
【解決手段】照明装置１は、対向する第１面２３ａ及び第２面２３ｂを有する透明基板２３と、第１面２３ａ側に設けられた蛍光体層２２と、第２面２３ｂ側に設けられ、第１の波長の光を透過し、該第１の波長の光によって励起されて蛍光体層２２で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層２４と、光波長選択フィルタ層２４側から該光波長選択フィルタ層２４に向かって第１の波長の光を発光する発光素子とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置に用いられる照明装置、それに用いられる色変換素子、及びそれを用いる表示装置に関する。
液晶ディスプレイ等の表示装置の照明装置の光源としては、例えばＥＬ、冷陰極管（ＣＣＦＬ）などが用いられ、これらの照明装置の発光色はほとんどが白色とされている。
一方発光ダイオードも照明装置用光源として利用され始めている。例えば発光ダイオードを光源として用いる照明装置として、青色発光ダイオードを光源とし、導光板の一方の面に散乱層、他方の面に蛍光物質からなる蛍光層が設けられた照明装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この照明装置においては、散乱層によって青色発光ダイオードが発光する光を導光板内に散乱させて導光板の表面輝度が一定となるようにし、青色発光ダイオードからの発光色と蛍光物質からの光を合成させて白色発光を得ている。
特許第３１１６７２７号公報（段落「０００６」〜「００１８」、図２）
上述の照明装置においては、導光板から出射される光のうち蛍光層で色変換された光はあらゆる方向に出射する。このため、導光板方向に戻っていく光も相当量あり、光の利用効率が低いという問題があった。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発光素子から発光される光の損失が少ない輝度が向上した照明装置、それに用いられる色変換素子、およびそれを用いた表示装置を提供することにある。
以上の課題を解決するにあたり、本発明の照明装置は、対向する第１面及び第２面を有する透明基板と、前記第１面側に設けられた蛍光体層と、前記第２面側に設けられ、第１の波長の光を透過し、該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と、前記光波長選択フィルタ層側から該光波長選択フィルタ層に向かって前記第１の波長の光を発光する発光素子とを具備することを特徴とする。
本発明においては、光波長選択フィルタ層を設けたので、発光素子からの励起光を低損失で蛍光体層に導入でき、かつ蛍光体層で色変換された光のうち照明装置の出射面から出射されなかった光は光波長選択フィルタ層で反射して再利用されるため、光効率がよく、輝度が向上した照明装置を得ることができる。
また、前記発光素子は青色発光ダイオードであり、前記蛍光体層は、青色光である前記励起光により励起されて緑色を発光する蛍光体と前記励起光により励起されて赤色を発光する蛍光体とを有することを特徴とする。
これにより、白色光を出射する照明装置を得ることができる。
また、前記発光素子は青色発光ダイオードであり、前記蛍光体層は、青色光である前記励起光により励起されて黄色を発光する蛍光体を有することを特徴とする。
これにより、白色光を出射する照明装置を得ることができる。
また、前記発光素子は紫色（近紫外）発光ダイオードであり、前記蛍光体層は、紫色（近紫外）光である前記励起光により励起されて赤色を発光する蛍光体と、前記励起光により励起されて緑色を発光する蛍光体と、前記励起光により励起されて青色を発光する蛍光体とを有することを特徴とする。
これにより、白色光を出射する照明装置を得ることができる。
また、前記光波長選択フィルタ層は、異なる屈折率を有する複数の膜の積層からなることを特徴とする。
このように異なる屈折率を有する複数の膜を積層することにより、第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射する膜を得ることができる。
また、前記光波長選択フィルタ層は、Ｎｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜との積層からなることを特徴とする。
このように、異なる屈折率を有する複数の膜としてＮｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜を用いることができる。
また、前記発光素子は、前記透明基板の面全面に対応して複数設けられていることを特徴とする。
このように発光素子を面全面に設けることができる。
また、前記発光素子から発光される光の前記発光素子から前記光波長選択フィルタ層までの光路中に配置された導光板を更に具備することを特徴とする。
このように導光板を設けることができる。
また、前記発光素子は前記導光板の端部に沿って複数設けられていることを特徴とする。
このように導光板を用い、その端部に沿って発光素子を配置することにより、発光素子を面全面に設ける場合と比較して発光素子の数を少なくすることが可能である。
また、前記蛍光体層の前記第１面側に位置する面と対向する面に設けられた水分バリア機能を有する保護膜を更に具備することを特徴とする。
このように水分バリア機能を有する保護膜を具備するので、外部から侵入する水分による蛍光体層の劣化を抑制することができる。従って、蛍光体材料の選択の幅が広がり、かつ信頼性の高い照明装置を得ることができる。
また、前記蛍光体層の前記第１面側に位置する面と対向する面に設けられた反射防止層を更に具備することを特徴とする。
このように反射防止層を設けるので、照明装置の輝度を更に向上させることができる。すなわち、反射防止層を設けない場合、蛍光体層と空気との界面で光が反射して照明装置の出射面から出射しない光があり光の損失があるが、反射防止層を設けることにより、このような蛍光体層と空気との界面での光の反射による光の損失を抑制でき、照明装置の輝度が向上する。
本発明の他の照明装置は、導光板と、前記導光板の端部に沿って複数設けられた第１の波長の光を発光する発光素子と、前記導光板と前記発光素子との間に前記導光板側から順に設けられた、蛍光体層及び前記第１の波長の光を透過し該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層とを具備することを特徴とする。
本発明においては、光波長選択フィルタ層を設けたので、発光素子からの励起光を低損失で蛍光体層に導入でき、かつ蛍光体層で色変換された光のうち照明装置の出射面から出射されなかった光は光波長選択フィルタ層で反射して再利用されるため、光効率がよく、輝度が向上した照明装置を得ることができる。
本発明の色変換素子は、対向する第１面及び第２面を有する透明基板と、前記第１面側に設けられた蛍光体層と、前記第２面側に設けられた第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層とを具備することを特徴とする。
本発明のこのような色変換素子を第１の波長の光を発光する発光素子を光源とする照明装置に組み込むことにより、発光素子からの励起光を低損失で蛍光体層に導入でき、かつ蛍光体層で色変換された光のうち照明装置の出射面から出射されなかった光は光波長選択フィルタ層で反射して再利用されるため、光効率がよく、輝度が向上した照明装置を得ることができる。
本発明の表示装置は、表示パネルと、該表示パネルと隣接して設けられる照明装置とを具備する表示装置であって、前記照明装置は、前記第１面側に設けられた蛍光体層と、前記第２面側に設けられ、第１の波長の光を透過し、該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と、前記光波長選択フィルタ層側から該光波長選択フィルタ層に向かって前記第１の波長の光を発光する発光素子とを具備することを特徴とする。
本発明においては、光波長選択フィルタ層を具備する照明装置を用いているので、輝度が向上した表示品質に優れた表示装置を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、光損失の少ない輝度が向上した照明装置を得ることができ、この照明装置を表示装置に用いることにより表示品質に優れた表示装置を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。以下に示す形態は、本発明の照明装置を具備する表示装置を液晶テレビに適用したものである。
尚、本発明表示装置の適用範囲は液晶テレビに限られることはなく、照明装置を具備する表示装置であればよく、例えばパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等広く適用することができる。
図１９は本発明の表示装置としての液晶テレビ１００の概略斜視図であり、図２０は液晶テレビ１００の筐体３００によって保持される部分の概略分解斜視図である。図に示すように、液晶テレビ１００は、表示パネルとしての液晶パネル２００と、照明装置１（１０１、２０１、３０１、４０１）と、液晶パネル２００を駆動する駆動回路４２０と、液晶パネル、照明装置１及び駆動回路４２０を保持する筐体３００と、筐体３００を保持するスタンド４００とを有している。照明装置１は、液晶パネル２００の画像表示領域を背面から照明するものであり、白色光を発光する。
（第１実施形態）
以下に、図１〜図７を用いて、本発明の一実施の形態である照明装置を第１実施形態として説明する。
図１（ａ）は照明装置１の一部を構成する発光素子基板１４の概略平面図、図１（ｂ）は照明装置１の概略断面図である。図２は照明装置１の部分拡大断面図である。図３は、シート状色変換素子の光学特性を示す図である。図４は、照明装置１の一部を構成するシート状色変換素子２０の部分拡大断面図である。図５及び図６は、それぞれ光波長選択フィルタ層がない場合とある場合とでの光の光路を示す図である。図７及び図８は図４に示すシート状色変換素子２０の光学特性を示す図であり、図７は波長と反射率との関係を示し、図８は波長と透過率との関係を示す。
図１に示すように、照明装置１は、平面形状が矩形の発光素子基板１４と、反射板１３と、平面形状が矩形のシート状色変換素子２０と、平面形状が矩形の拡散板３０を有する。発光素子基板１４とシート状色変換素子２０とは約２０ｍｍ（図中ａで示される距離）離間して配置され、その間隙１５は複数の支持柱１２及び反射板１３によって保持されている。反射板１３は、発光素子基板１４とシート状色変換素子２０とがなす空間を四方で囲むように設けられている。反射板１３を設けることにより、発光素子としての青色発光ダイオード１０からの励起光が照明装置１の端部に導かれても反射板１３によって反射されるのでその光を再利用することができ、光効率が良い。拡散板３０はシート状色変換素子２０上に配置される。照明装置１の拡散板３０が配置される側が光出射面１ａとなり、液晶テレビ１００の状態では、表示画面となる液晶パネル２００に照明装置１の光出射面１ａ側が位置するように照明装置１は配置される。本実施形態における照明装置１は、例えば４６インチの大型液晶テレビに用いられ、横１０２０ｍｍ、縦５７０ｍｍの寸法を有している。
発光素子基板１４は、ガラス繊維を布状に編んだガラス織布にエポキシ樹脂をしみ込ませたガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）からなる基板１１と、該基板１１上に１２ｍｍピッチで等間隔に縦４０行、横８０列、計３２００個設けられた青色発光ダイオード１０とを有する。この複数の青色発光ダイオード１０は、シート状色変換素子２０の透明基板２３の面全面に対応して設けられる。青色発光ダイオード１０にはＩｎＧａ系のものを用いた。
図２に示すように、シート状色変換素子２０は、対向する第１面２３ａ及び第２面２３ｂを有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる透明基板２３と、該透明基板２３の第１面２３ａに設けられた色変換層としての蛍光体層２２と、第２面２３ｂに設けられた光波長選択フィルタ層２４とを有している。
透明基板２３は、屈折率ｎが１．６、膜厚が１００μｍである。
蛍光体層２２は互いに対向する第１面２２ａ及び第２面２２ｂを有し、第１面２２ａ側に拡散板３０が配置され、第２面２２ｂ側に透明基板２３が位置する。
蛍光体層２２には、青色発光ダイオード１０から発光された第１の波長である青色波長の青色光により励起されて第２の波長である緑色波長の緑色光を発光する緑用蛍光体と、青色光により励起されて第２の波長である赤色波長である赤色光を発光する赤用蛍光体との２種類の蛍光体が含有されている。これにより、蛍光体層２２により色変換された緑色光及び赤色光と、青色発光ダイオード１０からの励起光である青色光とが混色されて、白色光が発生し、拡散板３０によって拡散されて光出射面１から出射される。
図３でタイプ１として実線で示されているのが、本実施形態における照明装置１によって得られる白色光の光波長特性である。３つのピークはそれぞれ励起光である青色光、緑色用蛍光体から発光された緑色光、赤色蛍光体から発光された赤色光を示す。図に示すように、青色光の主発光ピークは約４５０ｎｍ、緑色光の主発光ピークは約５３０ｎｍ、赤色光の主発光ピークは約６５０ｎｍを示した。
尚、白色光を得る方法は、これに限られるものではない。例えば、蛍光体層として、青色発光ダイオード１０から発光された第１の波長である青色波長の青色光により励起されて第２の波長である黄色波長の黄色光を発光する黄色用蛍光体が含有されるものを用いても良い。これにより、蛍光体層により色変換された黄色光と、青色光とが混色されて白色光がえられる。この場合の白色色の光波長特性は、図３でタイプ２として点線で示している。２つのピークはそれぞれ青色光、黄色用蛍光体から発光された黄色光を示す。図に示すように、青色光の主発光ピークは約４５０ｎｍ、黄色光の主発光ピークは約５４０〜５６０ｎｍを示した。
また、ここでは、発光素子として青色発光ダイオードを用いたがこれに限られるものではない。例えば、青色発光ダイオードを用いずに紫色（近紫外）発光ダイオードを用い、蛍光体層として、紫色（近紫外）発光ダイオードから発光された第１の波長である紫色（近紫外）波長の紫色（近紫外）光により励起されて第２の波長である赤色波長の赤色光を発光する赤用蛍光体と、紫色（近紫外）光により励起されて第２の波長である緑色波長の緑色光を発光する緑用蛍光体と、紫色（近紫外）光により励起されて第２の波長である青色波長の青色光を発光する青用蛍光体が含有されるものを用いてもよい。これにより、蛍光体層により色変換された赤色、緑色及び青色と、紫色（近紫外）光とが混色されて白色光が得られる。
また、本実施形態では白色光を得ているが、照明装置から出射される光として所望の色の光を得るために、発光素子や蛍光体の種類を適宜選択することも可能である。
蛍光体層２２は、例えばポリビニルブチラール樹脂からなるバインダ中に、例えば緑色用蛍光体としてＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、赤色用蛍光体として（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ２＋が分散されたものを用いた。蛍光体材料の記載において、：の前は母体を示し、後は付活剤を示す。
光波長選択フィルタ層２４は、図４に示すように、透明基板２３側から順に第１五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）膜２４ａ、第１二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜２４ｂ、第２五酸化ニオブ膜２４ｃ、第２二酸化ケイ素膜２４ｄ、第３五酸化ニオブ膜２４ｅが積層された積層膜からなる。第１五酸化ニオブ膜２４ａ、第１二酸化珪素膜２４ｂ、第２五酸化ニオブ膜２４ｃ、第２二酸化ケイ素膜２４ｄ、第３五酸化ニオブ膜２４ｅそれぞれの膜厚は、７８ｎｍ、１０８ｎｍ、６２ｎｍ、９３ｎｍ、８０ｎｍである。五酸化ニオブ膜は屈折率ｎが２．３であり、二酸化ケイ素層膜は屈折率ｎが１．４６である。このように、屈折率の異なる膜を積層することにより、第１の波長（ここでは青色波長）の光は透過し、第２の波長（ここでは赤色波長、緑色波長）の光は反射するという機能を有する光波長選択フィルタ層２４を得ることができる。
光波長選択フィルタ層２４は、励起光である青色光は透過し、蛍光体層２２で色変換された光のうち透明基板２３側に入射される光を反射する層である。図５及び図６を用いて光波長選択フィルタ層２４の有無による光路の違いについて説明する。図５は光波長選択フィルタ層２４がない場合、図６は光波長選択フィルタ層２４がある場合を示す。
図５に示すように、光波長選択フィルタ層２４がない場合、青色発光ダイオード１０からの励起光４０は、その一部の光４１が透明基板２３で反射され、他は透明基板２３に入射される。透明基板２３に入射した光が透明基板２３を透過し蛍光体層２２中に入射することにより、蛍光体が励起されて赤色及び緑色が発光される。このように色変換された光のうち光出射面１ａから出射する光以外の光５０は、透明基板２３に入射し、ほとんどの光５２は透明基板２３を透過して外部に出射され、残りの一部の光５１は透明基板２３で反射される。
これに対し、図６に示すように、光波長選択フィルタ層２４がある場合、青色発光ダイオード１０からの励起光４０のほとんどが透明基板２３に入射される。透明基板２３に入射した光が透明基板２３を透過し蛍光体層２２に入射することによって蛍光体層２２中の蛍光体が励起されて赤色及び緑色が発光される。このように色変換された光のうち光出射面１ａから出射する光以外の光５０は、透明基板２３に向かう光路をとるが、大部分の光５１は光波長選択フィルタ層２４で反射される。この反射した光５１は再度蛍光体層２２に入射され、一部は光出射面１ａから出射され、他は透明基板２３に向かう光路をとるが再度光波長選択フィルタ層２４で反射され蛍光体層２２に入射される。これを繰り返すことにより、蛍光体層２２で色変換された光は、透明基板２３側に向かう光路をとったとしてもその光は光波長選択フィルタ層２４により反射されるので、光が再利用され、光の損失が少ない。
従って、シート状色変換素子２０の励起光が入射する側に光波長選択フィルタ層２４を設けることにより、青色発光ダイオード１０からの励起光を低損失で蛍光体層２２に導入でき、かつ蛍光体層２２で色変換された光のうち光波長選択フィルタ層２４で反射した光を再利用できるため、光効率がよく光出射面からの光取り出し率が向上し、輝度が向上した照明装置１を得ることができる。
表１に光波長選択フィルタ層２４がある場合とない場合との波長毎の反射率の違いを示し、図７に光波長選択フィルタ層２４を有するシート状色変換素子２０の波長と反射率の関係を示す。また、表２に光波長選択フィルタ層２４がある場合とない場合とでの青色光（４５０ｎｍ）の透過率の違いを示し、図８に光波長選択フィルタ層２４を有するシート状色変換素子２０の波長と透過率の関係を示す。表１及び表２において、光波長選択フィルタ層２４がある場合の構造は、透明基板２３の一方の面に蛍光体層２２、他方の面に光波長選択フィルタ層２４を設けたものである。一方、光波長選択フィルタ層２４がない場合の構造は、透明基板２３の一方の面に蛍光体層２２を設けたものである。いずれも蛍光体層２２が設けられる面と対向する面側に青色発光ダイオードが配置される。表１及び図７において、反射率は、蛍光体層２２で色変換された光の反射率を示し、入射角は蛍光体層２２から出射されるときの光の角度を示す。表２及び図８において、透過率は励起光が透明基板２３に入射する光の割合を示し、入射角は励起光の光波長選択フィルタ層あるいは透明基板に入射する角度を示す。
Figure 2009140822
Figure 2009140822
表１に示すように、光波長選択フィルタ層２４を設けることにより、赤色、緑色の反射率が向上することがわかる。従って、光波長選択フィルタ層２４を有する照明装置は、反射された光が再利用されるため、光効率が向上し、輝度が向上する。また、表２に示すように、青色発光ダイオードからの励起光の透過率も向上するため、照明装置１の輝度が向上する。
上述したように、光波長選択フィルタ層２４は、可視光領域で透明な屈折率の異なる２種類の膜を積層することにより、青色光を透過し、蛍光体層２２で色変換された赤色光及び緑色光を反射するという機能を有している。このような屈折率の異なる膜としては、一方の膜材料の屈折率を２．０以上、例えば２．０〜２．５、他方の膜材料の屈折率を１．５以下、例えば１．２〜１．５とすることが望ましい。本実施形態では、屈折率の高い膜として五酸化ニオブを、屈折率の低い膜として二酸化ケイ素を例に挙げたが、例えば屈折率の高い膜として、屈折率が２．０以上のＨｆＯ２、Ｎｄ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２，ＣｅＯ２、ＺｎＳ、Ｓｂ２Ｏ３などを用いることができる。また、屈折率の低い膜として、屈折率が１．５以下のＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ，ＳｉＯ２などを用いることができる。
本実施形態において、光波長選択フィルタ層２４を構成する各膜２４ａ〜２４ｅの膜厚は次のように決定した。高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層させる場合、
ｄ＝λ０／（４ｎ）とすることにより、膜の境界で反射した波が打ち消し合い、透過率が減少する。ここで、ｄは膜厚、λ０は反射させたい波長を示す。本実施形態では、赤色及び緑色を反射させるので、両者の間に位置する波長６００ｎｍを反射ピークとして計算すると、
五酸化ニオブ（ｎ＝２．３）の場合、ｄ＝６００／９．２≒６５（ｎｍ）、
二酸化ケイ素（ｎ＝１．４６）の場合、ｄ＝６００／５．８４≒１００（ｎｍ）
となる。そこで、初めに五酸化ニオブ（６５ｎｍ）／二酸化ケイ素（１００ｎｍ）／五酸化ニオブ（６５ｎｍ）／二酸化ケイ素（１００ｎｍ）／五酸化ニオブ（６５ｎｍ）の積層膜を設計し、ここから青色光の波長４５０ｎｍ付近の反射率を下げるように膜厚微調整を行い、最終的に図７及び図８に示すような光学特性を有する上述のような膜厚の積層膜からなる光波長選択フィルタ層２４を設計した。
（第２実施形態）
第１実施形態のシート状色変換素子２０においては、蛍光体層２２中に緑用蛍光体と赤用蛍光体の２種類の蛍光体が含有されているが、各蛍光体毎に蛍光体層を別々に設けても良い。
以下、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態におけるシート状色変換素子１２０の部分拡大断面図である。上述の実施形態と同様の構成については同様の符合を付し、その説明については省略する。
図９に示すように、シート状色変換素子１２０は、互いに対向する第１面２３ａ及び第２面２３ｂを有する透明基板２３と、該透明基板２３の第１面２３ａに第１面２３ａ側から順に設けられた第一蛍光体層１２２、第二波長選択フィルタ層２２４及び第二蛍光体層２２２と、第２面２３ｂに設けられた第一光波長選択フィルタ層１２４とを有している。
第一蛍光体層１２２には、青色発光ダイオードから発光された青色光により励起されて赤色を発光する赤用蛍光体が含有されている。第二蛍光体層２２２には、青色発光ダイオードから発光された青色光により励起されて緑色を発光する緑用蛍光体が含有されている。
第一光波長選択フィルタ層１２４は、第１実施形態で示した光波長選択フィルタ２４と同じものを用いても良いし、あるいは青色光を透過し、かつ赤色光のみ反射するフィルタとしてもよい。第二光波長選択フィルタ２２４は、青色光及び赤色光を透過し、かつ緑色光のみ反射するフィルタとする。
尚、第一蛍光体層１２２に緑用蛍光体、第二蛍光体層２２２に赤用蛍光体を含有させても良い。この場合、第一光波長選択フィルタ層１２４には、第１実施形態で示した光波長選択フィルタ２４と同じもの、あるいは青色光を透過し、かつ緑色光のみ反射するフィルタを用いればよい。そして、第二光波長選択フィルタ２２４には、青色光及び緑色光を透過し、かつ赤色光のみ反射するフィルタを用いればよい。
このような構成においても、光損失の少ない、光効率の良い輝度が向上した照明装置を得ることができる。
（第３実施形態）
図１０は本実施形態におけるシート状色変換素子の部分拡大断面図である。尚、図１０においては光波長選択フィルタ２４層の図示を省略している。図１１は、本実施形態におけるシート状色変換素子の光学特性を示すものである。
本実施形態のシート状色変換素子は、図１０に示すように、第１実施形態のシート状色変換素子２０の構造に加え、蛍光体層２２の第１面２２ａ側に光反射防止層６０を設けている。尚、第２実施形態のシート状色変換素子１２０に設ける場合は、第２蛍光体層２２２の第１面２２２ａ側に光反射防止層を設ければよい。
反射防止層６０は、蛍光体層２２からの光の光取り出し効率を向上させるものであり、蛍光体層２２を通過した青色光、赤色光、緑色光が透過するよう設計され、更に反射防止層がない場合と比較して出射面から出射される青色光、赤色光、緑色光の光損失が減少するように設計される。これにより更に、照明装置の輝度を向上させることができる。
反射防止層６０は、光波長選択フィルタ２４と同様に屈折率の異なる膜の積層膜からなり、屈折率１．５以下、例えば１．２〜１．５の材料と、屈折率２．０以上、例えば２．０〜２．５の材料との組み合わせからなることが望ましい。本実施形態における光反射防止層６０は、蛍光体層２２側から順に、第１五酸化ニオブ（１４ｎｍ）６０ａ、第１二酸化ケイ素（４８ｎｍ）６０ｂ、第２五酸化ニオブ（２２ｎｍ）６０ｃ、第２二酸化ケイ素（１０８ｎｍ）６０ｄが積層した積層膜からなる。
図１１に示すように、光反射防止層６０は、可視光（４００〜７００ｎｍ）領域における反射率が低くなっている。表３に反射防止層６０がある場合とない場合とでの可視光領域（４００〜７００ｎｍ）における反射率について示す。
Figure 2009140822
表３に示すように、光反射防止層６０を設けることにより、光の取り出し効率が向上し、照明装置の輝度が向上する。すなわち、反射防止層６０がない場合、蛍光体層と空気との界面で光が反射して出射面から出射しない光があり光の損失があったが、反射防止層６０を設けることにより、このような蛍光体層と空気との界面での光の反射による光の損失を抑制でき、照明装置の輝度が向上する。
本実施形態においては、反射防止層６０として屈折率の異なる膜を積層したものを用いたが、光反射防止層６０の変形例として、図１２に示すように、蛍光体層２２側から光出射面１ａにむかって除々に屈折率が小さくなる屈折率傾斜膜からなる反射防止層１６０を設けてもよい。ここで反射防止層１６０のうち屈折率が大きい側の屈折率は、反射防止層１６０と接する膜（ここでは蛍光体層２２）と同じ屈折率であることが望ましい。尚、例えば蛍光体層２２を２枚の透明基板で挟み込む構造とする場合には、透明基板と光反射防止層とが接するので、光反射防止層のうち透明基板側に位置する部分の屈折率を透明基板と同じ屈折率にすればよい。一方、反射防止層１６０の出射面側に位置する部分の屈折率は空気の屈折率１．０に可能な限り違いことが望ましい。
このような膜厚方向に屈折率が異なる反射防止層１６０は、例えばＳｉをターゲットとしたスパッタリング法で成膜することができる。この場合、成膜初期でＡｒ＋Ｎ２ガスをスパッタリングガスとして用いて窒化シリコン膜を成膜する。そして、成膜しながら除々にＮ２ガスをＯ２ガスに置換していくことにより膜の屈折率を減少させ、最後にＡｒ＋Ｏ２ガスでスパッタ成膜を行う。これにより屈折率が約２．０から約１．４６まで傾斜された膜を得ることができる。
また、図１３に示すように、他の変形例として、出射面側に三角錘や四角錘などの角錘あるいは砲弾型形状の構造体２６０をアレイ状に形成して、これを反射防止層としてもよい。図１３はシート状色変換素子の概略部分拡大断面図である。図１４は、構造体２６０の高さと屈折率の関係を示す図である。図１４から構造体２６０は蛍光体層２２から離れるに従って除々に屈折率が小さくなっていることがわかる。このような構造体２６０によっても上述の屈折率傾斜膜と同様に反射防止機能を得ることができる。本変形例では、構造体２６０として、例えば高さが０．７μｍ、底面の一辺が０．２μｍの四角錘を形成した。
このような角錘、あるいは砲弾型形状の構造体２６０は、例えば次のように形成することができる。蛍光体層２２の第１面２２ａに熱硬化又は光硬化型の樹脂を塗布し、所望の構造体を反転させた金型を押し付け金型形状を転写させ、熱または紫外線により樹脂を項狩させる、ナノインプリント法によって形成することができる。
また、光反射防止層は、水分バリア機能を有する保護膜として機能することが望ましい。これにより外部から侵入する水分による蛍光体の劣化が抑制されるため、蛍光体材料の選択の幅が広がり、かつ信頼性の高いシート状色変換素子を得ることができる。尚、光反射防止は目的とせず、蛍光体層を覆うように水分バリア機能を有する保護膜を形成してもよく、これにより外部から侵入する水分による蛍光体の劣化が抑制されるため、蛍光体材料の選択の幅が広がり、かつ信頼性の高いシート状色変換素子を得ることができる。このような水分バリア機能を有する膜材料としては酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどを用いることができる。
（第４実施形態）
上述の実施形態においては、青色発光ダイオードを照明装置全面に対応して設けたが、図１５に示すように導光板７０を設け、導光板７０の端部に青色発光ダイオード１１０を複数設ける構造としてもよく、青色発光ダイオードの数を減らすことができる。図１５は、本実施形態における照明装置１０１の概略断面図である。尚、上述の実施形態と同様の構成については同様の符合を付し、その説明は省略する。
図１５に示すように、照明装置１０１は、シート状色変換素子２０と、光立ち上げシート７１と、導光板７０と、青色発光ダイオード１１０とを有する。シート状色変換素子２０は、対向する第１面２３ａ及び第２面２３ｂを有する透明基板２３と、第１面２３ａ側に設けられた蛍光体層２２と、第２面２３ｂ側に設けられた光波長選択フィルタ層２４を有する。青色発光ダイオード１１０は導光板７０の端部に沿って複数設けられている。導光板７０は、青色発光ダイオード１１０から発光される光の青色発光ダイオード１１０から透明基板２３までの光路中に設けられる。光立ち上がりシート７１は、導光板７０からの光を垂直方向へ立ち上げる光学シートであり、導光板から出射される光の面内輝度分布を均一化し、正面輝度を向上させる機能を有している。
このように導光板７０を用いその端部に青色発光ダイオード１１０を設ける照明装置においても、シート状色変換素子２０を用いることができ、光損失の少ない輝度が向上した照明装置１０１を得ることができる。
ここでは、光立ち上がりシート７１を設けたが、図１６に示す照明装置２０１のように、散乱導光板１７０を設け、光立ち上がりシートを配置しない構造としてもよい。散乱導光板１７０は、シート状色変換素子２０が配置される光出射面１７０ａとは反対の面に反射板（図示せず）が設けられており、この反射板により光出射面から放出される光の面内輝度分布が均一となるようにしている。
（第５実施形態）
弟４実施形態においては、シート状色変換素子２０を照明装置における光出射面に対応した形状で配置したが、図１７に示すように導光板２７１の端部にシート状色変換素子３２０を設けてもよい。図１７は、本実施形態における照明装置３０１の概略断面図である。上述の実施形態と同様の構成については同様の符合を付し、説明を省略する。
図１７に示すように、照明装置３０１は、導光板２７１の端部にシート状色変換素子３２０が設けられたシート状色変換素子付き導光板２７０と、シート状色変換素子付き導光板２７０のシート状色変換素子３２０が設けられた端部に対応して設けられた青色発光ダイオード１１０と、シート状色変換素子付き導光板２７０の光出射面側に設けられた光立ち上げシート７１とを有する。青色発光ダイオード１１０と導光板２７１との間にシート状色変換素子３２０が配置される。
シート状色変換素子３２０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる第１面３２３ａ及び第２面３２３ｂを有する透明基板３２３と、該透明基板３２３の第１面３２３ａに設けられた蛍光体層３２２と、第２面３２３ｂに設けられた光波長選択フィルタ層３２４とを有している。
蛍光体層３２２は、上述の実施形態における蛍光体層２２と同様に、例えばポリビニルブチラール樹脂からなるバインダ中に、例えば緑色用蛍光体としてＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、赤色用蛍光体として（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ２＋が分散されたものを用いた。
光波長選択フィルタ層３２４は、上述の実施形態の光波長選択フィルタ層２４と同様に、励起光である青色発光ダイオード１１０からの第１の波長である青色波長の青色光を透過し、蛍光体層３２２で色変換された第２の波長である赤色波長の赤色光、第２の波長である緑色波長の緑色光を反射する層である。光波長選択フィルタ層３２４は、透明基板１２３側から順に第１五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）膜、第１二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜、第２五酸化ニオブ膜、第２二酸化ケイ素膜、第３五酸化ニオブ膜が積層された積層膜からなる。第１五酸化ニオブ膜、第１二酸化珪素膜、第２五酸化ニオブ膜、第２二酸化ケイ素膜、第３五酸化ニオブ膜それぞれの膜厚は、７８ｎｍ、１０８ｎｍ、６２ｎｍ、９３ｎｍ、８０ｎｍである。五酸化ニオブ膜は屈折率ｎが２．３であり、二酸化ケイ素層膜は屈折率ｎが１．４６である。このように、屈折率の異なる膜を積層することにより、第１の波長の光（ここでは青色光）は透過し、第２の波長の光（ここでは赤色光、緑色光）は反射するという機能を有する光波長選択フィルタ層３２４を得ることができる。
このように、導光板の端部にシート状色変換素子を設けても良く、光損失の少ない、輝度が向上した照明装置３０１を得ることができる。
ここでは、光立ち上がりシート７１を設けたが、図１８に示すように、散乱導光板３７１を設け、光立ち上がりシートを配置しない構造としてもよい。この場合、照明装置４０１は、散乱導光板３７１の端部にシート状色変換素子３２０が設けられたシート状色変換素子付き導光板３７０と、シート状色変換素子付き導光板３７０のシート状色変換素子３２０が設けられた端部に対応して設けられた青色発光ダイオード１１０とを有する。散乱導光板３７１は、光出射面３７１ａと反対の面に反射板（図示せず）が設けられており、この反射板により光出射面から放出される光を散乱させ、面内輝度分布が均一となるようにしている。
本発明の一実施形態に係る照明装置の一部を構成する発光素子基板の概略平面図及び照明装置の概略断面図である。 照明装置の部分拡大断面図である。 照明装置によって得られる白色光の光学特性を示す図である。 シート状色変換素子の部分拡大断面図である。 光波長選択フィルタ層がない場合のシート状色変換素子の光の光路を示す図である。 光波長選択フィルタ層がある場合のシート状色変換素子の光の光路を示す図である。 シート状色変換素子の光学特性を示す図である。 シート状色変換素子の光学特性を示す図である。 他の実施形態に係るシート状色変換素子の部分拡大断面図である。 更に他の実施形態に係る光反射防止層を有するシート状色変換素子の部分拡大断面図である。 図１０に示すシート状色変換素子の光学特性を示す図である。 光反射防止層を有するシート状色変換素子の変形例の部分拡大断面図である。 光反射防止層を有するシート状色変換素子の他の変形例を示す部分拡大断面図である。 図１３に示すシート状色変換素子の構造体の高さと屈折率の関係を示す図である。 他の実施形態に係る照明装置の概略断面図である。 図１５に示す照明装置の変形例の概略断面図である。 更に他の実施形態に係る照明装置の概略断面図である。 図１７に示す照明装置の変形例の概略断面図である。 液晶テレビの概略斜視図である。 液晶テレビの筐体によって保持される部分の概略分解斜視図である。
符号の説明
１、１０１、２０１、３０１、４０１・・・照明装置、１０、１１０…青色発光ダイオード、２０、１２０、３２０…色変換素子、２２、３２３…蛍光体層、２３、３２３…透明基板、２３ａ、３２３ａ…第１面、２３ｂ、３２３ｂ…第２面、２４、３２４…光波長選択フィルタ層、６０、１６０…光反射防止層、７０、２７１…導光板、１００…液晶テレビ、１２２…第１蛍光体層、１２４…第１光波長選択フィルタ層、１７０、３７１…散乱導光板、２００…液晶パネル、２２２…第２蛍光体層、２２４…第２光波長選択フィルタ層、２６０…構造体

Claims (14)

  1. 対向する第１面及び第２面を有する透明基板と、
    前記第１面側に設けられた蛍光体層と、
    前記第２面側に設けられ、第１の波長の光を透過し、該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と、
    前記光波長選択フィルタ層側から該光波長選択フィルタ層に向かって前記第１の波長の光を発光する発光素子と
    を具備することを特徴とする照明装置。
  2. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記発光素子は青色発光ダイオードであり、
    前記蛍光体層は、青色光である前記励起光により励起されて緑色を発光する蛍光体と前記励起光により励起されて赤色を発光する蛍光体とを有することを特徴とする照明装置。
  3. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記発光素子は青色発光ダイオードであり、
    前記蛍光体層は、青色光である前記励起光により励起されて黄色を発光する蛍光体を有することを特徴とする照明装置。
  4. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記発光素子は紫色発光ダイオードであり、
    前記蛍光体層は、紫色光である前記励起光により励起されて赤色を発光する蛍光体と、前記励起光により励起されて緑色を発光する蛍光体と、前記励起光により励起されて青色を発光する蛍光体とを有することを特徴とする照明装置。
  5. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記光波長選択フィルタ層は、異なる屈折率を有する複数の膜の積層からなることを特徴とする照明装置。
  6. 請求項５記載の照明装置であって、
    前記光波長選択フィルタ層は、Ｎｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜との積層からなることを特徴とする照明装置。
  7. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記発光素子は、前記透明基板の面全面に対応して複数設けられていることを特徴とする照明装置。
  8. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記発光素子から発光される光の前記発光素子から前記光波長選択フィルタ層までの光路中に配置された導光板を更に具備することを特徴とする照明装置。
  9. 請求項８記載の照明装置であって、
    前記発光素子は前記導光板の端部に沿って複数設けられていることを特徴とする照明装置。
  10. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記蛍光体層の前記第１面側に位置する面と対向する面に設けられた水分バリア機能を有する保護膜を更に具備することを特徴とする照明装置。
  11. 請求項１記載の照明装置であって、
    前記蛍光体層の前記第１面側に位置する面と対向する面に設けられた反射防止層を更に具備することを特徴とする照明装置。
  12. 導光板と、
    前記導光板の端部に沿って複数設けられた第１の波長の光を発光する発光素子と、
    前記導光板と前記発光素子との間に前記導光板側から順に設けられた、蛍光体層及び前記第１の波長の光を透過し該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と
    を具備することを特徴とする照明装置。
  13. 対向する第１面及び第２面を有する透明基板と、
    前記第１面側に設けられた蛍光体層と、
    前記第２面側に設けられた第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と
    を具備することを特徴とする色変換素子。
  14. 表示パネルと、該表示パネルと隣接して設けられる照明装置とを具備する表示装置であって、
    前記照明装置は、
    前記第１面側に設けられた蛍光体層と、
    前記第２面側に設けられ、第１の波長の光を透過し、該第１の波長の光によって励起されて前記蛍光体層で発光される第２の波長の光を反射する光波長選択フィルタ層と、
    前記光波長選択フィルタ層側から該光波長選択フィルタ層に向かって前記第１の波長の光を発光する発光素子と
    を具備することを特徴とする表示装置。
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