JP2010170961A - 光学部材および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色変換を行う蛍光体層との間で光損失の発生を抑制することが可能な光学部材およびこれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１は、表示パネル２０と光源部１２との間に、光源部１２の側から順に、拡散板１３、蛍光体層１４、保護層１５、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルム１８が順に積層されたものである。蛍光体層１４は、拡散板１３の光出射面に直に設けられており、この蛍光体層１４の表面に保護層１５が形成されている。蛍光体層１４が拡散板１３と一体的に設けられていることにより、蛍光体層１４と拡散板１３との間における屈折率差が、空気層が介在している場合よりも小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどに用いられる光学部材および表示装置に関する。

従来、薄型の表示装置として液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）が用いられている。液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背後から全面にわたり照射するバックライトが用いられるが、このバックライトの構造により液晶ディスプレイは直下方式とエッジライト方式に大別される。エッジライト方式は、側面に発光素子を配設した導光板を用いたものであり、導光板の側面から入射させた光を伝播させたのち導光板の上面から取り出すものである。一方、直下方式は、例えば基板上に複数のＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光管ランプを配設することにより、全体として面発光を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年では、液晶ディスプレイの大型化、薄型化、軽量化および長寿命化等に伴い、また点滅制御による動画特性改善の観点から、基板上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を配設して面発光を行う発光装置が注目されている。このような発光装置では、白色光を取り出すために、主に次のような２つの手法が用いられている。第１の手法は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の色光をそれぞれ発する発光ダイオードを配設して、これらを同時点灯することにより、３色の光を合成させるものである。そして、第２の手法は、例えば青色発光ダイオードチップを、色変換を行う蛍光体層により包囲し、この蛍光体層によって変換された色光と変換されずにそのまま通過した青色光との混色により、白色光を得るものである。

また最近では、第３の手法として、基板上に複数の青色発光ダイオードチップを配設し、これら複数の青色発光ダイオードチップから離隔して、シート状の蛍光体層（蛍光体シート）を設けて面発光を行う手法が注目を集めている。

ところが、上記のような蛍光体は、一般に酸素や水蒸気に対して脆弱であり、酸素や水蒸気等に曝されると劣化してしまう。これにより、蛍光体の色変換効率が低下し、バックライトとしての輝度や色度が劣化してしまう。このような蛍光体の劣化は、特に高温高湿の環境下において顕著である。

そこで、蛍光体シート自体の水蒸気透過性やガス透過性を向上させる手法（特許文献２参照）や蛍光体シートの表面に保護用塗布液を塗布する手法（特許文献３参照）が提案されている。また、蛍光体シートを２枚のガラス板で挟み込んで封止する手法も提案されている（特許文献４参照）。このような蛍光体シートは、液晶ディスプレイにおいて、液晶パネルと青色発光ダイオード等の光源部との間に、拡散板や拡散フィルムおよびレンズフィルム等と共に積層して使用される。

特開２００５−１０８６３５号公報 特公平６−５８４４０号公報 特開昭５９−４２５００号公報 特開２００７−２３２６７号公報

しかしながら、上記特許文献２〜４の手法による蛍光体シートを液晶ディスプレイに配設した場合、光源部と液晶パネルとの間の積層構造において、蛍光体シートとこれに隣接する他の光学部材との間に空気層が介在する。この空気層の介在によって、他の光学部材から蛍光体シートへ入射する際、あるいは蛍光体シートから他の光学部材へ入射する際の屈折率差が大きくなり、光損失が生じるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、色変換を行う蛍光体層との間で光損失の発生を抑制することが可能な光学部材およびこれを用いた表示装置を提供することにある。

本発明の光学部材は、対向する２面を有する基材と、この基材の一面に一体的に設けられると共に、一の色光を他の色光に変換する蛍光体を含む蛍光体層とを備えたものである。この蛍光体層は、例えば、基材の一面に直に設けられているか、あるいは一対の保護層により挟み込まれた状態で基材の一面に接着されている。

本発明の表示装置は、上記本発明の光学部材と、その光学部材を通過した光を用いて画像を表示する表示パネルを備えたものである。

本発明の光学部材および表示装置では、蛍光体層に一の色光が入射すると、その入射光の一部は、蛍光体層に含まれた蛍光体によって他の色光に変換される。これにより、蛍光体層を色変換されずにそのまま通過する色光と、蛍光体層において色変換された色光との混色が生じ、この混色によって例えば白色光が得られる。このような蛍光体層が基材に一体的に設けられている、すなわち例えば基材上に直に設けられているかあるいは接着層により接着されていることにより、蛍光体層と基材との間における屈折率差が、空気層が介在している場合よりも小さくなる。

本発明の光学部材によれば、基材に蛍光体層を一体的に設けるようにしたので、光が基材から蛍光体層あるいは蛍光体層から基材へ通過する過程において、空気層を介在させる場合に比べ、界面での光反射を低減することができる。よって、色変換を行う蛍光体層との間で光損失の発生を抑制することが可能となる。また、これにより、本発明の表示装置によれば、輝度の低減を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の断面構成を表す模式図である。 図１に示した拡散板の構成材料の水蒸気透過率を表す図である。 比較例に係る表示装置の断面構成を表す模式図である。 実施例１に係る水蒸気透過率に対する発光効率を表す図である。 変形例１に係る表示装置の断面構成を表す模式図である。 変形例２に係る光学部材の断面構成を表す模式図である。 変形例３に係る光学部材の断面構成を表す模式図である。 変形例４に係る光学部材の断面構成を表す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の断面構成を表す模式図である。 第２の実施の形態および比較例における発光スペクトルを表す図である。 変形例５に係る表示装置の断面構成を表す模式図である。 変形例６に係る光学部材の断面構成を表す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

（１）第１の実施の形態：拡散板の光出射面に蛍光体層を直に設けた例
（２）変形例１：拡散板の光入射面に蛍光体層を直に設けた例
（３）変形例２：導光板の光出射面に蛍光体層を直に設けた例
（４）変形例３：導光板の底面に蛍光体層を直に設けた例
（５）変形例４：導光板の光入射面（側面）に蛍光体層を直に設けた例
（６）第２の実施の形態：拡散板の光出射面に蛍光体シートを接着した例
（７）変形例５：拡散板の光入射面に蛍光体シートを接着した例
（８）変形例６：導光板の光出射面に蛍光体シートを接着した例

＜第１の実施の形態＞
［１．表示装置１の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１の断面構造を模式的に表すものである。表示装置１は、例えば液晶ディスプレイ等であり、表示パネル２０と、この表示パネル２０を照明するバックライトとしての光源部１２を備えたものである。これらの表示パネル２０と光源部１２との間には、光源部１２の側から順に、拡散板１３（基材）、蛍光体層１４、保護層１５、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルム１８が順に積層されている。このような積層構造において、拡散板１３の表面（光出射面）には、蛍光体層１４が直に設けられており、この蛍光体層１４の表面に保護層が形成されている。

光源部１２は、基板１１上に複数のＬＥＤ１２ａを配置してなり、この光源部１２の光出射側に、拡散板１３が配設される。ＬＥＤ１２ａは、例えば青色発光ダイオードから構成されている。なお、一体化されてなる拡散板１３および蛍光体層１４が、本発明の光学部材に対応している。以下、この拡散板１３および蛍光体層１４の具体的な構成について説明する。

拡散板１３は、裏面からの入射光を拡散して強度分布を均一化するものである。拡散板１３に用いられる材料としては、透明性、加工性および耐熱性などの観点から、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）および環状非晶質ポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂や、多官能アクリレート、多官能ポリオレフィン、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂などが挙げられる。特に、青色発光ダイオードもしくは近紫外発光ダイオードによって劣化が軽微なものが望ましい。この拡散板１３の厚みは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

ここで、図２に、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、ポリカーボネート１，２およびアクリル樹脂における厚み２ｍｍにおける水蒸気透過率（ｇ／ｍ²／day）を示す。いずれの樹脂材料についても、水蒸気透過率は１０ｇ／ｍ²／day以下であり、厚みにより十分なガスバリア性を発揮し得ることがわかる。すなわち、拡散板１３では、この樹脂材料の厚みによりガスバリア性が発揮され、これによって蛍光体層１４の保護層としての役割をも果たしている。

蛍光体層１４は、入射した色光をより長い波長域の色光に変換する蛍光体を含んで構成されている。このような蛍光体としては、例えばＬＥＤ１２ａとして青色発光ダイオードを用いた場合、青色光によって励起されて緑色光、赤色光もしくは黄色光等を発生させる蛍光体を適切な配合比で含んだものが挙げられる。黄色変換の蛍光体としては、（Ｙ，Ｇｄ)₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺（通称ＹＡＧ：Ｃｅ³⁺）、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ²⁺などが挙げられる。黄色もしくは緑色変換の蛍光体としては、 (Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺などが挙げられる。緑色変換の蛍光体としては、ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺、Ｃａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺などが挙げられる。赤色変換の蛍光体としては、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ²⁺、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺などが挙げられる。このような蛍光体層１４は、上記蛍光体を溶媒に混合させたものを、拡散板１３の表面に直接、印刷あるいは塗布したのち乾燥させることにより、形成することができる。

保護層１５は、水蒸気や酸素等のガスバリア性を有する材料により構成されている。保護層１５は、例えばポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムの上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_X）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等よりなる無機膜と他の樹脂層とが積層した構成となっており、厚みは例えば１０μｍ〜１０００μｍである。

表示パネル２０は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）や各種駆動回路および画素電極等が形成されたＴＦＴ基板と、カラーフィルタや対向電極等が形成された対向基板との間に液晶層（いずれも図示せず）を封止してなるものである。この表示パネル４の光入射側および光出射側には、それぞれ偏光板（図示せず）が互いに偏光軸が直交するように貼り合わされている。

拡散フィルム１６は、入射光を拡散して強度分布を均一化するものである。レンズフィルム１７は、例えばプリズム状（三角柱状）の突起が同一面内に複数並列したものであり、入射光を例えば正面方向に集光する機能を有する。反射型偏光フィルム１８は、一方の偏光を透過させ、他方の偏光を下方（光源部１２の側）に反射させて再利用に供するものであり、光利用効率を高めるために設けられている。

［２．表示装置１の作用、効果］
本実施の形態では、ＬＥＤ１２ａから発せられた青色光は、拡散板１３を通過したのち、蛍光体層１４に入射する。蛍光体層１４では、入射した青色光の一部が、蛍光体層１４内に含まれている蛍光体により、例えば赤色光や緑色光等に色変換される。すなわち、蛍光体層１４を色変換されずにそのまま通過した青色光と、蛍光体層１４において色変換された色光との混色により、例えば白色光として蛍光体層１４の上方へ出射する。

蛍光体層１４から出射した白色光は、保護層１５を通過したのち、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルム１８を順に通過して、表示パネル２０を照射する。この照射光が、表示パネル２０において画像データに基づいて変調されることにより、画像表示が行われる。

ここで、図３を参照して、本実施の形態の比較例に係る表示装置１００について説明する。表示装置１００は、基板１０１上に複数のＬＥＤ１０２ａを配置してなる光源部１０２の側から順に、拡散板１０３、蛍光体シート１０４、拡散フィルム１０７、レンズフィルム１０８、反射型偏光フィルム１０９および表示パネル１１０を備えている。蛍光体シート１０４は、一対のフィルム１０６ａ，１０６ｂ同士の間に、色変換を行う蛍光体層１０５を挟みこんだものである。すなわち、光源部１０２と表示パネル１１０との間において、拡散板１０３と拡散フィルム１０７との間に、これらの光学部材とは別体として蛍光体シート１０４が配設されている。このため、表示装置１００では、蛍光体シート１０４と隣接する他の光学部材、例えば拡散板１０３との間に、空気層Ａが介在することとなる。

従って、比較例に係る表示装置１００では、この空気層Ａの介在により、拡散板１０３から蛍光体シート１０４との間の光路において、拡散板１０３と空気層Ａとの間、および空気層Ａと蛍光体シート１０４との間の屈折率差が大きくなってしまう。この結果、界面における光反射が発生し易くなり、光損失が生じてしまう。例えば、この表示装置１００において、蛍光体シート１０４の上方へ出射する光の発光効率を測定したところ、６０％であった。

これに対し、本実施の形態では、蛍光体層１４が拡散板１３に一体的に設けられ、具体的には拡散板１３の光出射面に直に設けられていることにより、蛍光体層１４と拡散板１３との間には、上記のような空気層Ａが介在しない。すなわち、蛍光体層１４と拡散板１３との間の屈折率差が、空気層Ａを介在させた場合の屈折率差よりも小さくなる。

以上説明したように、本実施の形態では、蛍光体層１４を拡散板１３の光出射面に直に設けるようにしたので、光が拡散板１３から蛍光体層１４へ通過する過程において、空気層Ａを介在させる場合に比べ、界面での光反射を低減することができる。よって、色変換を行う蛍光体層１４との間で光損失の発生を抑制することが可能となる。例えば、保護層１５の上方から出射する光の発光効率を測定したところ、上記比較例における発光効率（６０％）に比べ約１５％向上した。また、これにより、表示装置１では、輝度の低減を抑制することができる。

また、蛍光体層１４を、十分な厚みを有する拡散板１３上に直に設けるようにすれば、拡散板１３を、蛍光体層１４の保護層として機能させることができる。ここで一般に、蛍光体は、前述のように水蒸気や酸素等に対して脆弱であるため、比較例のような保護用のフィルム１０６ａ，１０６ｂ等で挟み込む必要がある。この点、本実施の形態のように、蛍光体層１４に隣接する拡散板１３に厚みを持たせて、拡散板１３にガスバリア性を発揮させるようにすれば、蛍光体層１４の劣化を抑制することができると共に、フィルム１０６ａ，１０６ｂのうちの一方が不要となる。すなわち、上記比較例に比べ、拡散板１３と蛍光体層１４との間の部品点数が少なくなるため、屈折率の異なる部材同士による界面が減少する。よって、拡散板１３を出射したのち蛍光体層１４へ入射するまでの間に、光が他の部材等により吸収、反射されることを防止することができ、光損失を効果的に抑制することが可能となる。

更に、蛍光体層１４を保護するための部材を減らすと共に、液晶ディスプレイにおいて通常使用される光学部材（ここでは、拡散板１３）に直に蛍光体層１４を印刷等によって形成することにより製造可能であるため、プロセスの簡略化、低コスト化にも繋がる。

（実施例１）
次に、上記第１の実施の形態の実施例（実施例１）として、蛍光体層１４の劣化についての実験を行った。具体的には、青色発光ダイオードと、蛍光体層１４を直に形成してなる拡散板１３とを用いて、拡散板１３の水蒸気透過率（ｇ／ｍ²／day）に対する発光効率の変化を測定した。その結果を図４に示す。但し、蛍光体層１４には、一般的に高温高湿の環境下において劣化が大きいとされる赤色変換の蛍光体を用い、発光効率としては、初期の発光効率を１とし、８５℃，９０％ＲＨの環境下に５００時間放置した後の相対的な値を示す。図４に示したように、拡散板１３における水蒸気透過率が高い程、すなわち水蒸気バリア性が低い程、蛍光体の劣化が顕著となり、発光効率が低下することがわかる。なお、このような実験での加速係数は一般に７０以上とされており、実環境で３５０００時間以上使用した場合の劣化程度に相当する。一般的にバックライトの寿命特性においては、輝度半減に要する時間が３００００時間以上であることが信頼性を保証するための条件となっている。すなわち、水蒸気透過率が２ｇ／ｍ²／day以下であれば、この信頼性条件を上回ることができることがわかる。

次に、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１〜４）について説明する。以下では、第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例１＞
図５は、変形例１に係る表示装置の断面構造を模式的に表すものである。この表示装置では、光源部１２と表示パネル２０との間の積層構造において、蛍光体層１４が、拡散板１３の光入射面に直に設けられ、この蛍光体層１４の表面には、上記第１の実施の形態と同様、保護層１５が形成されている。拡散板１３の光出射側には、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射偏光フィルム１８が配設されている。

本変形例では、ＬＥＤ１２ａから発せられた青色光は、まず保護層１５を通過したのち、蛍光体層１４において、その一部が色変換される。これにより、蛍光体層１４から白色光が生じ、この白色光が、空気層や他の部材を経ることなく拡散板１３へ入射する。拡散板１３において拡散された光は、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルムを順に通過したのち、表示パネルを照射し、これにより表示がなされる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。すなわち、拡散板１３の蛍光体層１４が形成される面は、光入射面であってもよい。

＜変形例２＞
図６（Ａ）は、変形例２に係る導光板３１を用いた光学部材の断面構造を模式的に表すものである。この光学部材は、例えば液晶ディスプレイ等のバックライトとして用いられ、例えば平行平板状の導光板３１（基材）の側面にＬＥＤ３０が配設されたものである。本変形例では、この導光板３１の上面（光出射面）に、蛍光体層２１が直に設けられている。蛍光体層２１の表面には保護層２２が形成されている。蛍光体層２１は、一の色光をより長い波長域の色光に色変換する蛍光体を含んでいる。この蛍光体層２１は、上記第１の実施の形態の蛍光体層１４と同様の蛍光体を用いて、導光板３１の光出射面に直接、印刷あるいは塗布することにより形成することができる。保護層２２は、上記第１の実施の形態の保護層１５と同様の材料により構成されている。ＬＥＤ３０は、例えば青色発光ダイオードにより構成されている。なお、一体的に形成されてなる導光板３１および蛍光体層２１が、本発明の光学部材に対応している。

導光板３１の構成材料としては、上記第１の実施の形態の拡散板１３と同様、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホンおよび環状非晶質ポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂や、多官能アクリレート、多官能ポリオレフィン、不飽和ポリエステルおよびエポキシ樹脂などが挙げられる。導光板３１の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。この導光板３１についても、上記第１の実施の形態の拡散板１３と同様、その十分な厚みにより、光学的な機能に加え、蛍光体層２１の保護層としての機能をも発揮するようになっている。

このような導光板３１の底面（光出射面に対向する面）には、光取り出し用の加工として、例えば複数の溝３１ａが形成されている。この溝３１ａにより、導光板３１中を伝播する光は、その全反射条件が崩され（臨界角未満となり）、導光板３１の上方から出射するようになっている。

本変形例では、ＬＥＤ３０から発せられた青色光が導光板３１の内部へ入射すると、この青色光は、導光板３１内を全反射により伝播したのち、溝３１ａによって導光板３１の上方へ出射する。導光板３１を出射した青色光は、蛍光体層２１に入射すると、この蛍光体層２１に含有された蛍光体によって、その一部が色変換される。これにより、色変換されずに蛍光体層２１をそのまま通過した青色光と、蛍光体Ｂによって色変換された色光との混色により、例えば白色光が得られる。このとき、導光板３１と蛍光体層２１との間に、空気層が介在していないため、界面における光反射が抑制される。また、導光板３１を蛍光体層２１の保護層として機能させることにより、部品点数が減り、これによって屈折率の異なる層同士による界面が減少する。よって、蛍光体層２１が形成される基材としては、上記第１の実施の形態における拡散板１３に限らず、導光板３１であってもよく、このような場合であっても、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

なお、導光板３１における光取り出し加工は、上記のような溝３１ａに限定されない。例えば、図６（Ｂ）に示したように、その底面に複数のドット３２ａが印刷された導光板３２を用いるようにしてもよい。

＜変形例３＞
図７（Ａ）は、変形例３に係る導光板３１を用いた光学部材の断面構造を模式的に表すものである。この光学部材は、上記変形例２と同様、導光板３１の側面にＬＥＤ３０が配設されると共に、底面（光出射面に対向する面）に複数の溝３１ａが形成されたものである。但し、本変形例では、導光板３１の底面に蛍光体層２３が直に設けられた構成となっている。蛍光体層２３は、一の色光をより長い波長域の色光に色変換する蛍光体を含んでいる。この蛍光体層２３は、上記第１の実施の形態の蛍光体層１４と同様の蛍光体を用いて、導光板３１の底面に直接、印刷あるいは塗布することにより形成することができる。保護層２４は、上記第１の実施の形態の保護層１５と同様の材料により構成されている。導光板３１は、上記変形例２と同様、その厚みにより、蛍光体層２３の保護層としての機能も有している。

本変形例では、導光板３１内を伝播する青色光の一部は、溝３１ａによって全反射条件が崩される際に、蛍光体層２３を通過して色変換され、導光板３１の上方へ出射する。よって、導光板３１の上方から、混色により白色光が取り出される。

このように、蛍光体層２３は、導光板３１の底面に直に設けるようにしてもよい。この場合であっても、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。なお、本変形例においても、光取り出し加工としては、溝３１ａに限定されず、図７（Ｂ）に示したように、導光板３２の底面にドット３２ａを印刷した構成であってもよい。

＜変形例４＞
図８（Ａ）は、変形例４に係る導光板３１を用いた光学部材の断面構造を模式的に表すものである。この光学部材は、上記変形例２と同様、導光板３１の側面にＬＥＤ３０が配設されると共に、底面に複数の溝３１ａが形成されたものである。但し、本変形例では、導光板３１の光入射面（ＬＥＤ３０が配設されている側面）に、蛍光体層２７が直に設けられた構成となっている。蛍光体層２７は、一の色光をより長い波長域の色光に色変換する蛍光体を含んでいる。この蛍光体層２７は、上記第１の実施の形態の蛍光体層１４と同様の蛍光体を用いて、導光板３１の側面に直接、印刷あるいは塗布することにより形成することができる。保護層２８は、上記第１の実施の形態の保護層１５と同様の材料により構成されている。また、本変形例においても、導光板３１は、蛍光体層２３の保護層としての機能を有している。

本変形例では、ＬＥＤ３０から発せられた青色光の一部は、導光板３１内に入射する前に蛍光体層２７において色変換される。このようにして色変換がなされた色光と色変換されずにそのまま蛍光体層２７を通過した青色光とが、導光板３１内を伝播したのち、導光板３１の上方から、白色光として取り出される。

このように、蛍光体層２７は、導光板３１の光入射面に設けるようにしてもよい。この場合であっても、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。なお、本変形例においても、光取り出し加工としては、溝３１ａに限定されず、図８（Ｂ）に示したように、導光板３２の底面にドット３２ａを印刷した構成であってもよい。

なお、上記変形例２〜４では、導光板３１として、平行平板状のものを例に挙げて説明したが、導光板３１の形状は平行平板状に限らず、他の形状、例えば楔形等であってもよい。

＜第２の実施の形態＞
［１．表示装置２の構成］
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る表示装置２の断面構造を模式的に表すものである。表示装置２は、例えば液晶ディスプレイ等であり、表示パネル２０と、この表示パネル２０を照明するバックライトとしての光源部１２を備えたものである。これらの表示パネル２０と光源部１２との間には、光源部１２の側から順に、拡散板３３（基材）、蛍光体シート３５、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルム１８が順に積層されている。このような積層構造において、拡散板３３の光出射面に蛍光体シート３５が接着層３４により接着されている。なお、接着層３４により一体的に形成されてなる拡散板１３および蛍光体層１４が、本発明の光学部材に対応している。また、以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

拡散板３３は、上記第１の実施の形態の拡散板１３と同様、入射光を拡散して強度分布を均一化するものであり、その構成材料や厚みについても、上記第１の実施の形態の拡散板１３と同様である。

接着層３４は、可視光に対して透明な材料、例えば酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等により構成され、厚みは例えば１μｍ〜１００μｍである。このような接着層３４を形成する際には、上記した樹脂を含む接着剤、接着シートもしくはゲル等が用いられる。

蛍光体シート３５は、入射した色光をより長い波長域の色光に変換する蛍光体を含む蛍光体層３６を、２枚のフィルム３７ａ，３７ｂで挟み込んだものである。蛍光体層３６に含まれる蛍光体としては、上記第１の実施の形態の蛍光体層１４に含まれる蛍光体と同様のものが挙げられる。

フィルム３７ａ，３７ｂは、蛍光体層３６を支持すると共に、蛍光体層３６の保護層としても機能するものである。フィルム３７ａ，３７ｂの構成材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等の他、例えば水蒸気や硫化ガス等の透過率を制御し得るような性質を有する材料が挙げられる。フィルム３７ａ，３７ｂの厚みは、例えば１０μｍ〜１０００μｍである。この２枚のフィルム３７ａ，３７ｂにより、蛍光体層３６へのガス透過率が制御され、蛍光体層３６の劣化を抑制することができる。

このような蛍光体シート３５は、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、まず、フィルム３７ａの一面に、上述の蛍光体を溶媒に混合したものを印刷したのち乾燥させる。この後、接着剤等を用いて、もう一方のフィルム３７ｂを、蛍光体層３６を挟み込むようにフィルム３７ａに貼り合わせる。これにより蛍光体シート３５を形成する。

蛍光体シート３５を拡散板３３に接着する際には、例えば拡散板３３の一面に、上述した材料よりなる接着層３４を形成したのち、この接着層３４の上から蛍光体シートを重ね合わせ、接着層３４を硬化させる。これにより、蛍光体シート３５と拡散板３３との間の空隙が接着層３４によって充填される。

［２．表示装置２の作用、効果］
本実施の形態では、ＬＥＤ１２ａから発せられた青色光は、拡散板３３を通過したのち、接着層３４を介して蛍光体シート３５に入射する。蛍光体層シート３５では、入射した青色光は、フィルム３７ａを通過したのち、蛍光体層３６に含まれている蛍光体により、その一部が例えば赤色光や緑色光等に色変換される。すなわち、蛍光体層３６を色変換されずにそのまま通過した青色光と、蛍光体層３６において色変換された色光との混色により、例えば白色光として蛍光体シート３５の上方へ取り出される。蛍光体シート３５から出射した白色光は、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルム１８を順に通過して、表示パネル２０を照射する。この照射光が、表示パネル２０において画像データに基づいて変調されることにより、画像表示が行われる。

ここで、図３に示した比較例に係る表示装置１００では、拡散板１０３と蛍光体シート１０４との間に空気層Ａが介在しているため、前述のように、拡散板１０３から蛍光体シート１０４との間の光路における屈折率差が大きくなってしまう。この結果、界面における光反射が発生し易くなり、光損失が生じてしまう。

これに対し、本実施の形態では、蛍光体層３６を有する蛍光体シート３５が、拡散板３３の光出射面に接着層３４によって接着されていることにより、蛍光体シート３５と拡散板３３との間の空隙が接着層３４によって充填される。すなわち、拡散板３３と接着層３４との間、および接着層３４と蛍光体シート３５との間の屈折率差が、空気層Ａを介在させた場合の屈折率差よりも小さくなる。

以上のように、本実施の形態では、蛍光体シート３５と拡散板１３との間に接着層３４設けたので、光が拡散板３３から蛍光体シート３５へ通過する過程において、空気層Ａを介在させる場合に比べ、界面での光反射やそれに伴う拡散を低減することができる。よって、色変換を行う蛍光体シート３５との間で光損失の発生を抑制することが可能となる。

例えば、蛍光体シート３５の上方から出射する光の発光効率を測定したところ、上記比較例における発光効率（６０％）に比べ約２５％向上した。図１０に、実施例として、拡散板３４と蛍光体シート３５との間に接着層３４を設けた場合（接着層あり）と、比較例として、拡散板１０３と蛍光体シート１０４との間に空気層Ａが介在する場合（接着層なし）とについての発光スペクトルを示す。但し、発光強度（％）については、励起光（青色光）のスペクトルピークで規格化したものである。

次に、上記第２の実施の形態の変形例（変形例５，６）について説明する。以下では、第２の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例５＞
図１１は、変形例５に係る表示装置の断面構造を模式的に表すものである。この表示装置では、光源部１２と表示パネル２０との間の積層構造において、蛍光体層シート３５が、拡散板３３の光入射面に接着層３４を介して設けられている。拡散板３３の光出射側には、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射偏光フィルム１８が配設されている。

本変形例では、ＬＥＤ１２ａから発せられた青色光は、まず蛍光体シート３５へ入射し、蛍光体シート３５において、その一部が色変換される。これにより、蛍光体シート３５から白色光が生じ、この白色光が、空気層を経ることなく拡散板３３へ入射する。拡散板３３において拡散された光は、拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射型偏光フィルムを順に通過したのち、表示パネルを照射し、これにより表示がなされる。よって、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。すなわち、拡散板３３の蛍光体シート３５が接着される面は、光入射面であってもよい。

なお、上記第２の実施の形態および変形例５では、蛍光体シート３５を接着させる基材として、拡散板３３を例に挙げて説明したが、この拡散板３３に限られず、他の光学部材を基材としてもよい。例えば、上記表示装置２における拡散フィルム１６、レンズフィルム１７および反射偏光フィルム１８等を基材としてもよい。但し、いずれの基材に接着した場合であっても、蛍光体シート３５は、上述したようにフィルム３７ａ，３７ｂにより保護されているため、蛍光体層３６の劣化を抑制することができる。すなわち、第１の実施の形態および変形例１〜４に比べ、蛍光体シート３５を接着する基材の選択性が向上する。但し、レンズフィルム１７や反射偏光フィルム１８に接着した場合、光路を乱す虞があるため、拡散板３３もしくは拡散フィルム１６に接着することが望ましい。

＜変形例６＞
図１２は、変形例６に係る導光板３１を用いた光学部材の断面構造を模式的に表すものである。この光学部材は、例えば液晶ディスプレイ等のバックライトとして用いられ、例えば平行平板状の導光板３１（基材）の側面にＬＥＤ３０が配設されたものである。本変形例では、この導光板３１の上面（光出射面）に、蛍光体シート３５が接着層４１を介して接着されている。ＬＥＤ３０は、例えば青色発光ダイオードにより構成されている。接着層４１は、上記第２の実施の形態の接着層３４と同様の材料および厚みにより構成されている。なお、接着層４１により一体的に形成されてなる導光板３１および蛍光体シート３５が、本発明の光学部材に対応している。

本変形例では、ＬＥＤ３０から発せられた青色光が導光板３１の内部へ入射すると、この青色光は、導光板３１内を全反射により伝播したのち、導光板３１の上方へ出射する。導光板３１を出射した青色光は、接着層４１を通過したのち、蛍光体シート３５に入射する。蛍光体シート３５では、蛍光体層３６に含有された蛍光体によって、青色光の一部が色変換される。これにより、蛍光体シート３５の上方から白色光が得られる。このとき、導光板３１と蛍光体シート３５との間に、空気層が介在していないため、界面における光反射が抑制される。よって、蛍光体シート３５が接着される基材としては、上記第２の実施の形態における拡散板３３等に限らず、導光板３１であってもよく、このような場合であっても、上記第２の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

なお、導光板３１における光取り出し加工は、上記のような溝３１ａに限定されない。例えば、図１２（Ｂ）に示したように、その底面に複数のドット３２ａが印刷された導光板３２を用いるようにしてもよい。また、導光板３１において蛍光体シート３５を接着する面は、光出射面に限らず、側面（光入射面）や底面（光出射面に対向する面）であってもよい。

以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ＬＥＤとして青色発光ダイオードを用いた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、比較的短い波長領域の色光を発する光源、例えば近紫外発光ダイオードを用いるようにしてもよい。この場合、蛍光体としては、緑色変換もしくは黄色変換の蛍光体として、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、ＢＡＭ：Ｅｕ²⁺，Ｍｎ²⁺およびα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ²⁺などを用いることができる。また、赤色変換の蛍光体として、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ²⁺、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺、ＬｉＥｕＷ₂Ｏ₈、Ｃａ（Ｅｕ，Ｌａ）₄Ｓｉ₃Ｏ₁₃、Ｅｕ₂Ｗ₂Ｏ₉系、（Ｌａ，Ｅｕ）₂Ｗ₃Ｏ₁₂、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ²⁺，Ｍｎ²⁺、ＣａＴｉＯ₃：Ｐｒ³⁺，Ｂｉ³⁺などを用いることができる。また、青色変換の蛍光体として、ＢＡＭ：Ｅｕ²⁺、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ：Ｅｕ²⁺などを用いることができる。但し、発光効率や耐候性の観点からは、青色発光ダイオードを用いることが好ましい。

更に、上記実施の形態では、本発明の表示装置として液晶ディスプレイを用いた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、他の表示装置にも適用することが可能である。

１，２…表示装置、１１…基板、１２ａ…ＬＥＤ、１２…光源部、１３，３３…拡散板、１４，２１，２３，２５，２７，３６…蛍光体層、１５…保護層、１６…拡散フィルム、１７…レンズフィルム、１８…反射型偏光フィルム、２０…表示パネル、３１，３２…導光板、３４，４１…接着層、３５…蛍光体シート、３７ａ，３７ｂ…フィルム。

Claims (9)

1. 対向する２面を有する基材と、
   前記基材の一面に一体的に設けられると共に、一の色光を他の色光に変換する蛍光体を含む蛍光体層と
   を備えた光学部材。
2. 前記基材の一面に直に前記蛍光体層を有する
   請求項１に記載の光学部材。
3. 前記基材は、光拡散部材である
   請求項２に記載の光学部材。
4. 前記基材は、入射した光を伝播させて面発光を行う導光部材である
   請求項２に記載の光学部材。
5. 前記蛍光体層の前記基材と反対側の面に保護層を有する
   請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学部材。
6. 前記蛍光体層を光出射側および光入射側から挟み込む一対の保護層を有し、
   前記一対の保護層のうちの一の保護層が、前記基材の一面に接着層を介して接着されている
   請求項１に記載の光学部材。
7. 前記基材は、光拡散部材である
   請求項６に記載の光学部材。
8. 前記基材は、入射した光を伝播させて面発光を行う導光部材である
   請求項６に記載の光学部材。
9. 光源部と、
   前記光源部から発せられた光を通過させる光学部材と、
   前記光学部材を通過した光を用いて画像を表示する表示パネルとを備え、
   前記光学部材は、
   対向する２面を有する基材と、
   前記基材の一面に一体的に設けられると共に、前記光源部から発せられた一の色光を他の色光に変換する蛍光体を含む蛍光体層と
   を有する表示装置。

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