JP2011119131A

JP2011119131A - 照明装置及びこれを備える表示装置

Info

Publication number: JP2011119131A
Application number: JP2009275882A
Authority: JP
Inventors: Shin Kurihara; 慎栗原; Takafumi Morihara; 崇文森原
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】光源からの光のうちカラーフィルターに吸収される波長の光のみをカットし、カラーフィルターを透過する波長の光を効率よく得ることで、ディスプレイの色純度を上げ、色再現性を向上させる。
【解決手段】特定波長（５６０ｎｍ〜５９０ｎｍ）の光を選択的に吸収し、かつ６００ｎｍ程度の光を発光するシアニン色素と、青色光を吸収し緑色光を発光する有機蛍光顔料を含む波長選択フィルムを照明装置の導光体の出射面上、または、光源と導光体の入射面の間に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる表示素子を照明する照明装置、及びこれを用いた表示装置、あるいは、照明装置に用いる光学フィルムに関する。

近年、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では、少ない消費電力で、高精彩カラー画像を表示できる液晶表示装置が用いられている。液晶表示素子は、それ自体は発光しない非自発光型の表示素子であるため照明装置を必要とする。

特に携帯電話の液晶表示装置では、擬似白色ＬＥＤを光源としたバックライトが照明装置として広く用いられている。この擬似白色ＬＥＤは、青色光を発光する青色ＬＥＤが黄色蛍光体を分散した樹脂により覆われた構成である。このような構成により、青色光が蛍光体によって波長変換された緑色光または黄色光と、青色ＬＥＤから発光された青色光とが混色され白色光が発光される（例えば、特許文献１を参照）。そして液晶表示装置では、この擬似白色ＬＥＤから発光された光によって、液晶パネル中に設けられたＲＧＢのカラーフィルターと液晶素子のスイッチング機能により選択された色が表示される。

さらに、このような擬似白色ＬＥＤを用いた表示装置では、導光体の出射面と表示パネルの間に、カラーフィルターにより吸収される波長の光によって励起し、カラーフィルターを透過する波長の光を発光する蛍光体を設けることにより、光源からの光の利用効率を向上させる構成が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平１０−１０７３２５号公報（第１図）特開２００６−３３８９０１号公報（第１図）

従来の照明装置に用いられる光源として擬似白色ＬＥＤが知られている。擬似白色ＬＥＤは、青色光と黄色または緑色光による混色の白色光を発光するため、波長分布が４５０ｎｍと５８０ｎｍをピークにブロードに広がっている。それに対し、一般に、表示素子に用いられるカラーフィルターが選択する波長のピークは、青が４５０ｎｍ、緑が５３０ｎｍ、赤が６００ｎｍである。つまり、光源からの光のうち、波長領域が４８０ｎｍ〜５１０ｎｍ、５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの光は、カラーフィルターにより吸収されていた。そのため、光源からの光の利用効率が低くなり、輝度が低下していた。一方、波長領域が５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの光は、カラーフィルターによって完全には吸収されず、表示の色純度を低下させていた。そこで、カラーフィルターで吸収される不要な波長の光（例えば黄色系成分の光）を、カラーフィルターを透過する必要な波長の光（例えば赤色光）に効率よく変換することが必要となる。しかしながら、カラーフィルターによって吸収される黄色系の光成分のみを排除し、カラーフィルターを透過する赤色光をより強調することは容易ではない。

上述の特許文献２に記載の構成を用いた場合、カラーフィルターで吸収される波長の光のすべてが、蛍光体を励起して色変換されるわけではないため、光の利用効率の向上には限界があった。また、緑色系の光成分近辺をカットする非常に濃度の濃い顔料系のカラーフィルターを用いたり、複数色の光源を用いたりして、黄色系の光成分のみを排除し赤色光をより強調する方法もあるが、消費電力、発熱、及びコストの面で問題があり現実的ではない。あるいは、屈折率の異なる多層膜を形成し、波長選択フィルターを使用することも考えられるが、入射角度によって分光特性が変わる上に、コストが非常にかかる。

そこで、本発明は、カラーフィルターで吸収される不要な波長の光のみをカットし、カラーフィルターを透過する必要な波長の光を効率よく得られるような構成を容易に実現することを目的とする。

本発明の照明装置は、特定波長（５６０ｎｍ〜５９０ｎｍ）の光を選択的に吸収し、かつ６００ｎｍ程度の波長の光を発光する波長選択層が形成された波長選択フィルムを備える。波長選択層にはシアニン色素が含まれており、このシニアン色素は、５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長の光を吸収し、６００ｎｍ程度の波長の光を発光する。これにより、カラーフィルターを透過しない不要な波長の光のみをカットし、カラーフィルターを透過する必要な波長の光を強調することができ、色の再現性を向上させ、光を効率よく活用できる。

また、波長選択層は、シアニン色素と有機蛍光顔料を含んでもよい。

さらに、波長選択層には透明ビーズが混合されてもよい。

さらに、光源は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を含み、擬似白色光を発光する。

また、本発明の表示装置は、上述の照明装置の上方に、ＲＧＢから構成されるカラーフィルターを備える表示素子を配置する構成とした。

本発明によれば、カラーフィルターで吸収される不要な波長の光のみをカットし、カラーフィルターを透過する必要な波長の光を増強でき、輝度効率が高い照明装置や色再現性の高い表示装置が実現できる。

本発明による表示装置の構成を模式的に示す断面図である。本発明による波長選択フィルムを模式的に示す断面図である。本発明による表示装置の構成を模式的に示す断面図である。本発明による表示装置の構成を模式的に示す断面図である。液晶パネル用カラーフィルターの分光透過率の一例である本発明に用いられる色素の分光透過率の一例である。本発明に用いられる色素の分光透過率の一例である。白色ＬＥＤの分光スペクトルである。白色ＬＥＤを使用したバックライトに本発明による波長選択フィルムを組み合わせた際の分光スペクトルの一例である。

本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を側面から入射し、上面の出射面から出射する導光体を有し、さらに、表示素子に用いられるカラーフィルターによって吸収される波長の光をカットし、カラーフィルターを透過する波長の光を発光する波長選択フィルムが設けられる。すなわち、波長選択フィルムは、特定波長（５６０ｎｍ〜５９０ｎｍ）の光を選択的に吸収し、かつ６００ｎｍ付近にピーク波長をもつ光を発光する波長選択層を有する。さらに、この波長選択層にはシアニン色素が含まれる。これにより、光源の光から不要な特定波長の光成分を減少させて色純度を上げるとともに、表示の色再現性に必要な他の波長の光成分を増やすことができる。

さらに、波長選択層には、青色光を吸収し緑色光を発光する有機蛍光顔料を含ませてもよい。あるいは、波長選択層には、特定波長の吸収材として、スクアリリウム色素や、アザポルフィリン色素や、ピロメテン色素のいずれかを添加することができる。このとき、さらに赤色蛍光体と緑色蛍光体を波長選択層に混合してもよい。

また、本照明装置の用いる光源として、青色ＬＥＤに黄色蛍光体を設けた構成の擬似白色ＬＥＤを例示できる。

また、本発明の表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂによって構成されるカラーフィルターを設けた表示素子と、この表示素子を照明する上述の照明装置を備える。このような構成により、表示素子のカラーフィルターによって吸収される光をカットし、カラーフィルターを透過する光を強調できるため、光の利用効率と色再現性を向上させることができる。

以下に、表示素子として液晶パネルを用いた表示装置に係る実施例を、図面を用いて具体的に説明する。

本実施例の表示装置の構成を図面に基づいて説明する。図１は本実施例の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。光源３は、青色ＬＥＤにＹＡＧ等の黄色の蛍光体を混合した樹脂をポッティングした構成の白色ＬＥＤパッケ−ジである。導光体４は、光源３から入射した光を導いて出光面から出射する。導光体はポリカーボネート、アクリル、ゼオノアやアートン等の透明樹脂剤を射出成型によって作成したものである。導光体には、光源３と対向する部分に入光面が形成され、この入光面に、効率よく導光体４の内部に光が散乱するように微細なプリズム加工を施す場合がある。さらに、出光効率を高めるため、導光体４の出光面に拡散処理を施したり、プリズムを設けたりしてもよい。導光体の裏面（すなわち、出光面と反対側の導光体表面）には、プリズム加工を光学設計に基づいて配置し、分布良く出光するような設計をしている。さらに、導光体４の裏面側に反射板５が配置されている。反射板５によって導光体４から一度漏れた光が再度導光体側に戻るため、光の利用効率が向上することとなる。ここで、反射板５には銀やアルミを蒸着したものや、白色ＰＥＴ等を用いることができる。一般的に、小型の製品には銀反射板を、大型の製品には白色ＰＥＴを用いることが多い。導光体４から出光した光は波長選択フィルム１を通貨して波長を制御された後、プリズムシート６を介して配光が整えられて、液晶パネル２を通り、表示が観察される。なお、図示されないが、液晶パネル２には青色カラーフィルター、緑色カラーフィルター、赤色カラーフィルターから構成されるカラーフィルターが含まれる。

図２は光源からの光の波長を制御する波長選択フィルム１の構成を模式的に示す断面図である。波長選択フィルム１は、拡散フィルム８と波長選択層７から構成される。拡散フィルム８は、ＰＥＴ等の透明基材に拡散層が形成されたフィルムで、拡散層が液晶パネル２に対向するように配置される。拡散層は、透明な樹脂に１〜３０μｍ程度の直径のアクリルやシリカ等のビーズを分散したインクをコーター等で印刷して作製される。さらに、拡散フィルム８には、拡散層が設けられた面と反対の面に、貼りつき防止のためのコーティングが施されている。本実施例では、この貼りつき防止コートの表面に波長選択層７が形成される。

波長選択層７はシアニン色素及び有機蛍光顔料を微量添加したアクリル樹脂に透明ビーズ９を混合したものである。本実施例に使用するシアニン色素は５６０ｎｍ〜５９０ｎｍに吸収のピーク波長をもち、６００ｎｍ前後の波長で発光する特性を有する。図６はこのシアニン色素の分光透過特性を示す図である。図示するように、５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長は、最も透過されにくく、吸収のピーク波長となっている。さらに、本実施例では、約４６０ｎｍの波長を吸収し、５２５ｎｍの波長に発光のピークを持つ有機蛍光顔料を添加している。この有機蛍光顔料はアミノ樹脂系のものであり、色感的には緑色に発光する蛍光体である。シアニン色素は黄色を吸収して赤色に発光するため、そのまま白色光を透過させると赤味を帯びた光になる。そこで、上述の有機蛍光顔料を添加することで、緑色光を強め、一度崩れたホワイトバランスを修正すると共に、より視感度特性の高い緑色光を増やして輝度を上昇させることができる。このような構成により時間が経過してもホワイトバランスが崩れないディスプレイの実現が可能となる。

ここで、液晶パネル２に含まれるカラーフィルターの特性を図５に示す。図５には、青色カラーフィルターの分光透過率１２と緑色カラーフィルターの分光透過率１１と赤色カラーフィルターの分光透過率１０が記されている。図示するように、４８０ｎｍ〜５００ｎｍ及び５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの光は、不要な波長領域（カラーフィルターによる吸収領域）１３に含まれる光で、カラーフィルターによってほとんどカットされる成分である。つまり、波長選択フィルム１を用いることで、本来、カットされる領域にある波長の光を有効な波長の光に変換することが可能となる。

図８は、青色ＬＥＤに黄色蛍光体をポッティングした擬似白色ＬＥＤを用いたバックライトの分光スペクトルを示す。発光波長は４５０ｎｍと５８０ｎｍをピークにブロードに広がっている。図９は、本実施例の波長選択フィルム１を搭載した場合のバックライトの分光スペクトルである。図示するように、波長選択フィルム１により、バックライトの分光スペクトルは、ほぼ４５０ｎｍ、５３０ｎｍ、６００ｎｍに発光波長のピークをもつように変換される。そのため、このバックライトにカラーフィルターを設けた液晶パネルを搭載すると、これらのピーク波長をもつ光が、青、緑、赤の各カラーフィルターを透過するため、表示装置の色再現性を向上させることができる。

本実施例の表示装置の構成を図面に基づいて説明する。図３は本実施例の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。本実施例の表示装置はプリズムシートが存在しない点で実施例１と異なり、その他の点では実施例１と同じである。図示しないが、導光体４は、表面に微細なプリズムや拡散加工が施されており、プリズムシートがなくてもバックライトとして機能するように設計されている。そのような導光体の場合であっても、実施例１の波長選択フィルム１と同じ構成のフィルムを導光体４の上に配置することで実施例１と同等の効果が得られる。ただし、シアニン色素及び有機蛍光顔料の濃度に関しては、導光体の仕様に合わせて最適化する必要がある。

本実施例の表示装置の構成を図面に基づいて説明する。図４は本実施例の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。実施例１と異なる点は、波長選択フィルム１の位置である。その他の構成は実施例１と同じであるため、説明を省く。波長選択フィルム１は、実施例１では導光体４の出射面に配置されたが、本実施例では、光源３と導光体４の入射面の間に配置される。波長選択フィルムを構成する拡散フィルムは、拡散が大きいと光のロスが増えるため、拡散が小さいほうがよい。本実施例の構成によれば、フィルムの面積を小さくできるためコストダウンが図れる。また、波長選択フィルムによって色変換された光が導光体の出射面から出射されるため、視認角度による表示の色変化を低減させることができる。

実施例1〜３では、波長選択フィルム１の波長選択層はシアニン色素と有機蛍光顔料により構成されていた。本実施例では、シアニン色素の代わりに、より耐光性の高いスクアリリウム色素や、アザポルフィリン色素や、ピロメテン色素を用いて不要な波長領域の光を吸収し、表示装置の信頼性を高める。なお、これらの色素を用いる場合、青色系に色味がシフトすることが想定されるため、色ランクが黄色味のＬＥＤを選択するとよい。

図７は、アザポルフィリン色素の分光透過特性を示す。シアニン色素は、赤色に蛍光する特性があったが、アザポルフィリン色素の場合は蛍光しない。そこで、赤色成分を追加する場合には赤色発光の蛍光体を波長選択フィルムに混合する必要がある。また、色度調整のために緑色発光の蛍光体をさらに混合してもよい。

赤色発光の蛍光体としては、ＣａＳやＳｒＳ等の硫化物系や、酸化物もしくは俗にカズンと呼ばれる蛍光体を使用することができる。緑色発光の蛍光体としては、有機蛍光顔料ではなく、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、酸化物蛍光体と希土類ドーパントや、Ｓｒ−ＳＩＯＮと希土類ドーパントや、２，１，４，組成のシリケート蛍光体を用いることができる。なお、チオガレートを使用する際は、顔料をコーティングしたり、蛍光層を防湿フィルムでサンドイッチしたりすると、硫化水素の発生を防ぐことができる。

また、前述の各実施例では、更に、染料や顔料を波長選択フィルムに混合して色補正を行うことができる。例えば、青色系に色をシフトしたい場合は、６００ｎｍ近辺の波長の光を吸収する染料や顔料を少量用いることにより、不要な波長の光をカットして図５に示す青色カラーフィルターの分光透過率１２のようにスペクトルを補正することができる。また、黄色系に色をシフトしたい場合は、５００ｎｍ近辺の波長の光を多く吸収する染料や顔料を少量用いることにより、不要な波長の光をカットして図５に示す赤色カラーフィルターの分光透過率１０のようにスペクトルを補正することができる。その際、吸収される光の分光透過率のスペクトルが、よりブロードであるほど、ディスプレイの色再現性を向上させることができる。

１波長選択フィルム
２液晶パネル
３光源
４導光体
５反射フィルム
６プリズムシート
７波長選択層
８拡散フィルム
９透明ビーズ
１０赤色カラーフィルターの分光透過率
１１緑色カラーフィルターの分光透過率
１２青色カラーフィルターの分光透過率
１３不要な波長領域

Claims

光源と、
前記光源から入射した光を出射面から出射する導光体と、
前記光源からの光のうち、５６０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長領域の光を選択的に吸収し、６００ｎｍ付近にピーク波長をもつ光を発光する波長選択層を備え、
前記波長選択層がシアニン色素を含むことを特徴とする照明装置。
前記波長選択層は、青色光を吸収し緑色光を発光する有機蛍光顔料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記波長選択層には、１〜３０μｍの直径の透明ビーズが分散されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記光源は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を含み、擬似白色光を発光する光源であることを特徴とする１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記波長選択層が、前記導光体の出射面に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
前記波長選択層が、前記光源と前記導光体の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
前記波長選択層は、６００ｎｍ近辺の波長の光を吸収する染料又は顔料が混合されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
前記波長選択層は、５００ｎｍ近辺の波長の光を吸収する染料又は顔料が混合されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
請求項１〜８に記載の照明装置の上方にＲＧＢから構成されるカラーフィルターを備える表示素子を配置したことを特徴とする表示装置。