JP2011040664A - 面光源および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及び液晶ディスプレイ装置を提供すること。
【解決手段】実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源およびそれを用いた液晶ディスプレイ装置であって、各々の前記発光装置は、青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第1の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第2の発光素子と、を少なくとも1つずつ有する。
【選択図】図4
【解決手段】実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源およびそれを用いた液晶ディスプレイ装置であって、各々の前記発光装置は、青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第1の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第2の発光素子と、を少なくとも1つずつ有する。
【選択図】図4
Description
本発明は、例えば液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いられる面光源、およびこの面光源を用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
従来の大型の液晶ディスプレイ装置のバックライトでは、冷陰極管が液晶パネル直下に多数配置され、これらの冷陰極管が拡散板や反射板等の部材と共に使われていた。近年では、バックライトの光源として発光ダイオードが使用されるようになってきている。発光ダイオードは近年効率が向上し、蛍光灯に変わる消費電力の少ない光源として期待されている。また、点光源であるため、映像に応じて発光ダイオードの明暗を制御することで映像のコントラストを高めたり、液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げたりすることができる。
発光ダイオードを用いて発光効率及び演色性の高い白色を得るには、主に2つの方式(マルチチップ型、ワンチップ型)がある。マルチチップ型は、青色・緑色・赤色・黄橙色の4種類の発光ダイオードを同時に発光させる方式である。ワンチップ型は、青色、紫色または紫外の発光ダイオードを励起用光源として用いて蛍光体を励起する方式であり、特に、青色発光ダイオードと蛍光体によって白色光源を実現する技術が進歩している。
マルチチップ型では、各発光ダイオードの駆動電圧や発光出力、温度特性や素子寿命に違いがあるため回路設計が困難である。一方、ワンチップ型では発光素子が1種類であるため回路設計が容易であり、例えば特許文献1に示す発光装置のように構成される。
青色発光ダイオードと蛍光体によって白色光源を実現する方式では、蛍光体層は青色発光ダイオードによって励起されて黄色を発光し、青色と混ざることで擬似的に白色光を実現する。しかしながら、青色発光ダイオードは個々の発光波長にばらつきを持っているため、複数の発光ダイオードで面光源を構成した際に色ムラの要因となる。
また、少ない個数の発光ダイオードで均一な面光源を得るために、発光ダイオードからの光をレンズなどで広配光化することで、1個の発光ダイオードが照明する領域を大きくすることがある(例えば、特許文献2参照)。このとき、1個の発光ダイオードが照明する領域は拡がるが、その領域内での輝度は下がり、面光源を構成した際に輝度低下の要因となる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及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、本発明の面光源は、実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源であって、各々の前記発光装置は、青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第1の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第2の発光素子と、を少なくとも1つずつ有する、構成を採る。
また、本発明の液晶ディスプレイは、液晶パネルと、前記液晶パネルの裏側に配置された前記面光源と、を備えた、構成を採る。
本発明によれば、発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及び液晶ディスプレイ装置を提供することができる。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る面光源ついて、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る面光源1の概略構成を示す斜視図である。図2は、面光源1の部分断面図である。面光源1は、平面的に配置された複数の発光装置10と、これらの発光装置10を覆うように配置された拡散板40とを備えている。なお、発光装置10は、図1に示すようにマトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよい。
本発明の実施の形態1に係る面光源ついて、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る面光源1の概略構成を示す斜視図である。図2は、面光源1の部分断面図である。面光源1は、平面的に配置された複数の発光装置10と、これらの発光装置10を覆うように配置された拡散板40とを備えている。なお、発光装置10は、図1に示すようにマトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよい。
また、面光源1は、発光装置10を挟んで拡散板40と対向する基板20を備えている。基板20には、図2に示すように、各発光装置10のパッケージ130が実装されている。パッケージ130には発光素子110が実装されている。本実施の形態では、基板20上に、パッケージ130を避けながら基板20を覆うように反射板30が配置されている。
各発光装置10は、図2に示すように、基板20に実装されたパッケージ130と、パッケージ130に実装された発光素子110と、発光素子110を覆い、発光素子110の指向性を拡大するレンズ100と、発光素子110上であってレンズ100との間に設けられた蛍光体層120と、を含んでいる。本実施形態では、発光素子110として、青色光を放射する青色LEDが用いられている。
蛍光体層120は、発光素子110から放射される青色光の一部を黄色光に変換することにより、発光素子110から放射される青色光から白色光を作り出すものである。
発光素子110から放射される青色光は、400〜520nmの波長域内にピーク波長を有することが好ましく、450〜500nmの波長域内にピーク波長を有することがより好ましい。一方、蛍光体層120が発する黄色光は、550〜610nmの波長域内にピーク波長を有することが好ましく、570〜590nmの波長域内にピーク波長を有することがより好ましい。
レンズ100は、発光素子110からの青色光および蛍光体層120で励起された黄色光が入射する入射面101と、発光素子110からの青色光および蛍光体層120で励起された黄色光を出射する出射面102を有している。入射面101は、発光素子110および蛍光体層120に密着可能な形状とすることが好ましい。出射面102はレンズ100の光軸Aに対して軸対称である。出射面102は、光軸を含む中心部に凹面、凹面の外側に連続して形成された凸面を有している。
入射面101からレンズ100内に入射した光は、出射面102より出射される。入射面101からレンズ100内に入射した光は、出射面102の作用で広げられ、拡散板40の広い範囲に到達するようになる。図2に示す点線の矢印は、出射面102の作用で広げられて出射する光の様子を示している。
発光素子110は指向性を有している。具体的には、光軸Aの方向から角度が大きくなるほど、光の強度は小さくなる。このように発光素子110は指向性を持っており、広い範囲を照明するためにはレンズ100で指向性を拡大することが必要である。
レンズ100は、所定の屈折率を有する透明材料で構成される。透明材料の屈折率は、例えば1.40から1.53程度である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂、またはシリコンゴム等のゴムを用いることができる。中でも、発光ダイオードの封止樹脂として用いられるエポキシ樹脂またはシリコンゴム等を用いることが好ましい。
拡散板40の背面には、蛍光体層120を透過した青色光と蛍光体層120で変換された黄色光との混色により得られた白色光が照射される。拡散板40は、背面に照射された白色光を前面から拡散された状態で放射する。これにより、面光源1から白色光が発せられる。
次に、図3および図4を用いて、発光装置10の発光素子110の構成について、より詳細に説明する。図3(a)は、面光源1が備える発光装置10の断面図であり、(b)はその正面図である。
図3(b)から分かるように、発光素子110は、4つの発光素子110a〜110dによって構成されている。発光素子110a〜110dは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、2行2列のマトリクス状に配置されている。蛍光体層120は、4つの発光素子110a〜110dを覆うように設けられている。
図4は、発光素子110の発光スペクトラムを示す図である。ここで、発光素子の発光スペクトラムの内、最も強度の強い発光波長をピーク波長と定義する。また、面光源1において共通である所定の目標波長をλtとし、目標波長λt以下の波長領域を第1の波長領域、目標波長λtよりも高い波長領域を第2の波長領域とする。各発光素子において、その発光のピーク波長が第1の波長領域に位置する発光素子を第1の発光素子、発光のピーク波長が第2の波長領域に位置する発光素子を第2の発光素子とする。4つの発光素子110a〜110dのピーク波長は、それぞれ、λa〜λdである。4つの発光素子110a〜110dのうち、発光素子110aと発光素子110cは、そのピーク波長λaとλcが第1の波長領域に位置している。また、4つの発光素子110a〜110dのうち、発光素子110bと発光素子110dは、そのピーク波長λbとλdが第2の波長領域に位置している。ここで、目標波長λtは、例えば475nmである。
面光源1が備える複数の発光装置10は全て、上述したように4つの発光素子110a〜110dのうち、発光素子110aと発光素子110cは、第1の発光素子であり、4つの発光素子110a〜110dのうち、発光素子110bと発光素子110dは、第2の発光素子である。
このような構成によれば、個々の発光装置10が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λt近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置10が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源1としての色ムラを低減することができる。
次に、上述したようにピーク波長で発光素子を振り分けて面光源1を構成する方法について説明する。
まず、使用する発光素子を第1の波長領域にピーク波長を有するものと第2の波長領域にピーク波長を有するものとに分類する。そして、個々の発光装置を構成するにあたり、分類した2種類の発光素子のうち一方から2つ、他方から2つそれぞれ実装する。このように構成した発光装置を基板20に実装することで、面光源1を構成できる。
なお、本実施の形態で示すように個々の発光装置において発光素子をマトリクス状に配置する場合には、同じ種類の発光素子が対角位置になる様に実装することが好ましい。このようにすれば、発光装置から出射する白色光がより均一化され、色ムラをより低減することができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、図5及び図6を用いて説明する。実施の形態2は、個々の発光装置10が有する発光素子110が、2つの発光素子110eと110fである点で、実施の形態1とは異なる。その他の構成は実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態2について、図5及び図6を用いて説明する。実施の形態2は、個々の発光装置10が有する発光素子110が、2つの発光素子110eと110fである点で、実施の形態1とは異なる。その他の構成は実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。
図5(a)は、実施の形態2における発光装置10の断面図であり、(b)はその正面図である。図5(b)から分かるように、発光素子110は、2つの発光素子110eと110fによって構成されている。発光素子110eと110fは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、並べて配置されている。蛍光体層120は、2つの発光素子110eと110fを覆うように設けられている。
図6は、発光素子110の発光スペクトラムを示す図である。2つの発光素子110eと110fのピーク波長は、それぞれ、λe、λfである。発光素子110eは、そのピーク波長λeが第1の波長領域に位置している。また、発光素子110fは、そのピーク波長λfが第2の波長領域に位置している。
面光源1が備える複数の発光装置10は全て、上述したように発光素子110eのピーク波長λeが第1の波長領域に位置し、発光素子110fのピーク波長λfが第2の波長領域に位置している。
このような構成によれば、個々の発光装置10が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λt近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置10が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源1としての色ムラを低減することができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について、図7乃至図9を用いて説明する。実施の形態3は、個々の発光装置10が有する発光素子110が、3つの発光素子110g〜110iである点で、実施の形態1とは異なる。その他の構成は実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態3について、図7乃至図9を用いて説明する。実施の形態3は、個々の発光装置10が有する発光素子110が、3つの発光素子110g〜110iである点で、実施の形態1とは異なる。その他の構成は実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。
図7(a)は、実施の形態3における発光装置10の断面図であり、(b)はその正面図である。図7(b)から分かるように、発光素子110は、3つの発光素子110g〜110iによって構成されている。発光素子110g〜110iは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、正三角形の頂点にそれぞれ位置するように均等に並べて配置されている。蛍光体層120は、3つの発光素子110g〜110iを覆うように設けられている。
図8は、発光素子110の発光スペクトラムを示す図である。3つの発光素子110g〜110iのピーク波長は、それぞれ、λg〜λiである。発光素子110gは、そのピーク波長λgが第1の波長領域に位置している。また、発光素子110hと発光素子110iは、そのピーク波長λhおよびλiが第2の波長領域に位置している。
図9は、面光源1が備える別の発光装置における発光素子110の発光スペクトラムを示す図である。3つの発光素子110g〜110iのピーク波長は、それぞれ、λg〜λiである。発光素子110gと発光素子110hは、そのピーク波長λgおよびλhが第1の波長領域に位置している。また、発光素子110iは、そのピーク波長λiが第2の波長領域に位置している。つまり、この発光装置においては、発光素子110hの発光波長が第1の波長領域である点で図8の場合と異なっている。
本実施の形態においては、面光源1が備える複数の発光装置10は全て、上述した図8および図9のいずれかで示される発光スペクトルの特徴を有している。
このような構成によれば、個々の発光装置10が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λt近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置10が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源1としての色ムラを低減することができる。
特に、図8の特性を有する発光装置と図9の特性を有する発光装置とを、基板20上に均等に配置することが好ましい。このような構成によれば、より色ムラを低減することができる。
以上では、本実施形態1乃至3の面光源1の基本的な態様について説明したが、以下では、面光源1の好ましい態様について説明する。
レンズ100は、1.40を超え1.52未満の屈折率を有することが好ましい。レンズ100の屈折率が1.52以上になると、出射面102での屈折作用が強くなり、光束の広配向化が十分でなくなる。レンズ100の屈折率が1.40以下になると、出射面102での屈折作用が弱くなり、光束を十分に広配向化させるために出射面102の形状を変更すると、公差が厳しくなる。
さらに、発光装置10のピッチをP、発光素子110から拡散板40までの距離をHとしたときに、面光源1は、以下の式を満足することが好ましい。
0.2<H/P<0.6
ここで、「発光装置10のピッチP」とは、発光装置10が並ぶ方向における発光装置10の光軸間距離をいい、発光装置10が並ぶ方向とは、図1に示すようなマトリクス状配置の場合には、直交する縦横の2方向であり、図10に示すように、一行毎の発光素子の位置が行方向にずれた配置(千鳥状配置)の場合には、横および斜めの2方向である。なお、それらの2方向でのピッチは必ずしも一致している必要はないが、一致していることが好ましい。
ここで、「発光装置10のピッチP」とは、発光装置10が並ぶ方向における発光装置10の光軸間距離をいい、発光装置10が並ぶ方向とは、図1に示すようなマトリクス状配置の場合には、直交する縦横の2方向であり、図10に示すように、一行毎の発光素子の位置が行方向にずれた配置(千鳥状配置)の場合には、横および斜めの2方向である。なお、それらの2方向でのピッチは必ずしも一致している必要はないが、一致していることが好ましい。
H/Pが0.6以上になると、発光装置10のピッチPに対して発光装置10から拡散板40までの距離が大きくなるため、面光源が大型化してしまう。H/Pが0.2以下になると、拡散板40の背面での照度分布の均一性を確保するのが困難になり、輝度ムラが生じる。
また、本実施の形態では、蛍光体層120を、青色光を受けたときに赤色光、緑色光を発するRG蛍光体で構成してもよい。このような構成によれば、蛍光体層120を透過した青色光と、蛍光体層120で励起された赤色光および緑色光とが混色し、白色光を生成することができる。
さらに、本実施の形態では、発光素子110として青色光を放射する青色LEDが用いられているが、発光素子110としては、紫外線を放射する紫外線LEDを用いることも可能である。この場合には、蛍光体層120を、紫外線を受けたときに赤色光、緑色光および青色光を発するRGB蛍光体で構成すればよい。
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4に係る液晶ディスプレイ装置について、図11を用いて説明する。
次に、本発明の実施の形態4に係る液晶ディスプレイ装置について、図11を用いて説明する。
図11は、図1に示す面光源1を用いた液晶ディスプレイ装置2の斜視図である。この液晶ディスプレイ装置2は、液晶パネル50と、液晶パネル50の裏側に配置された面光源1とを備えている。
平面的に配置された複数の発光装置10によって拡散板40が照明される。拡散板40の背面には照度が均一化された白色光が照射され、この白色光が拡散板40によって拡散されて液晶パネル50が照明される。
なお、図示は省略するが、液晶パネル50と拡散板40との間には拡散シート、プリズムシート等の光学シートが配置されている。発光装置10からの光は、拡散板40で散乱されて、発光装置側へ戻ったり拡散板40を透過したりする。発光装置側へ戻って反射板30に入射する光は、反射板30で反射されて、拡散板40に再度入射する。拡散板40を透過した光は、光学シートでさらに拡散されて、液晶パネル50を照明する。
本発明は、色ムラを低減した液晶ディスプレイ装置、および当該液晶ディスプレイ装置に用いるバックライトとしての面光源として好適である。
1 面光源
2 液晶ディスプレイ装置
10 発光装置
20 基板
30 反射板
40 拡散板
50 液晶パネル
100 レンズ
101 入射面
102 出射面
110、110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g、110h、110i 発光素子
120 蛍光体層
130 パッケージ
2 液晶ディスプレイ装置
10 発光装置
20 基板
30 反射板
40 拡散板
50 液晶パネル
100 レンズ
101 入射面
102 出射面
110、110a、110b、110c、110d、110e、110f、110g、110h、110i 発光素子
120 蛍光体層
130 パッケージ
Claims (10)
- 実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源であって、
各々の前記発光装置は、
青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、
各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、
所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第1の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第2の発光素子と、を少なくとも1つずつ有する、
面光源。 - 前記発光素子は、前記基本光として青色光を放射するものであり、
前記蛍光体層は、前記青色光の一部を黄色光に変換することにより、前記青色光から白色光を作り出すものである、請求項1に記載の面光源。 - 前記青色光は、400〜520nmの波長域内にピーク波長を有し、前記黄色光は、550〜610nmの波長域内にピーク波長を有する、請求項2に記載の面光源。
- 前記発光装置は、
2個の前記第1の発光素子と2個の前記第2の発光素子の合計4個の発光素子を備える、
請求項1記載の面光源。 - 前記発光装置は、
1個の前記第1の発光素子と1個の前記第2の発光素子の合計2個の発光素子を備える、
請求項1記載の面光源。 - 前記発光装置は、
前記複数の発光素子および前記蛍光体層を覆うように配置され、入射した光の指向性を拡大して出射するレンズ部をさらに備える、
請求項1記載の面光源。 - 前記レンズ部は、1.40を超え1.52未満の屈折率を有する、
請求項4記載の面光源。 - 前記複数の発光装置を覆うように配置された拡散板をさらに備える、
請求項1記載の面光源。 - 前記発光装置のピッチをP、前記発光素子から前記拡散板までの距離をHとしたときに、以下の式
0.2<H/P<0.6
を満足する、
請求項8に記載の面光源。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルの裏側に配置された請求項1乃至9に記載の面光源と、を備えた、
液晶ディスプレイ装置。
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2009
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