JP2014067580A - Light source device and display device - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置および表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a display device.
光源に高い指向性を持たせるために、例えば視角制限フィルム（ルーバーフィルム）を光源のフィルターとして使用するアイディア、もしくは光源の射出側にレンズ機能を持つ光学シート（プリズムシート等）を配置して光を集束させるアイディアなどが従来から提案されてきた。これら従来のアイディアでは、光のロスが大きい、広角側の光を十分に遮断できない、面内の照度分布が不均一になる、などの課題があった。 In order to give the light source high directivity, for example, the idea is to use a viewing angle limiting film (louver film) as a filter for the light source, or an optical sheet (prism sheet, etc.) having a lens function on the light exit side of the light source. Conventionally, ideas for converging light have been proposed. These conventional ideas have problems such as large light loss, inability to sufficiently block light on the wide-angle side, and uneven in-plane illuminance distribution.
高指向性光源を得る手段の一つとして、複数のポリマーが多層膜状に積層されたカラーシフトフィルムと光源とを組み合わせることが、下記の特許文献１に開示されている。特許文献１には、ポリマー材料の屈折率や膜厚を制御することで方向依存光源の実現が可能である、と記載されている。このように、特許文献１には、カラーシフトフィルムの用途については記載されているものの、光源と誘電体多層膜とのスペクトルの関係やエネルギーについては言及されていない。
As one of means for obtaining a highly directional light source, a combination of a color shift film in which a plurality of polymers are laminated in a multilayer film and a light source is disclosed in
この種の誘電体多層膜フィルターは、下記の特許文献２に開示されている。特許文献２には、波長５５０ｎｍの光に対して、低屈折率材料の屈折率を１．５２より大きく２．１以下とし、高屈折率材料の屈折率を２．０以上でかつ低屈折率材料の屈折率より大きい設計とすると、ブルー（波長）シフト量が小さく抑えられる、と記載されている。
This type of dielectric multilayer filter is disclosed in
特許文献２においては、ブルー（波長）シフト量を小さく抑える目的で材料の屈折率を設定しており、材料の屈折率が比較的高い値を取る。その場合、斜め方向から見たときの光透過率の低下分が少ないため、高指向性光源を得ることは難しい。
In
本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高い指向性を有する光源装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一態様は、この種の光源装置を備え、表示品位に優れた表示装置を提供することを目的の一つとする。 One embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a light source device having high directivity. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a display device including this type of light source device and having excellent display quality.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様の光源装置は、光源と、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、前記光源の１点から第１の極角および第１の方位角の方向に射出された光のエネルギーをｅ０とし、前記光源の１点から前記第１の極角および前記第１の方位角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ１としたとき、ｅ１／ｅ０＜１の関係を満たすか、もしくは、ｅ１／ｅ０＝１である場合に、前記光源の１点から前記第１の極角より大きい第２の極角および前記第１の方位角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ２としたとき、ｅ２＝０の関係を満たすことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light source device according to one embodiment of the present invention includes a light source, a structure in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately stacked, and light emitted from the light source. A dielectric multi-layer film that transmits light in a predetermined wavelength range and reflects light outside the wavelength range, from one point of the light source to a first polar angle and a first azimuth angle direction And e1 is the energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the first polar angle and the first azimuth angle and transmitted through the dielectric multilayer film. When the relationship of e1 / e0 <1 is satisfied, or when e1 / e0 = 1, the second polar angle larger than the first polar angle and the first polar angle from one point of the light source The energy of light emitted in the direction of the azimuth angle and transmitted through the dielectric multilayer film is defined as e2. Come, and satisfies the relation of e2 = 0.
本発明の一態様の光源装置は、光源と、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、前記光源の１点から第１の極角の方向に射出された光の全方位角エネルギーをＥ０とし、前記光源の１点から前記第１の極角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ１としたとき、Ｅ１／Ｅ０＜１の関係を満たすか、もしくは、Ｅ１／Ｅ０＝１である場合に、前記光源の１点から前記第１の極角より大きい第２の極角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ２としたとき、Ｅ２＝０の関係を満たすことを特徴とする。 The light source device of one embodiment of the present invention has a structure in which a light source, a high refractive index layer, and a low refractive index layer are alternately stacked, and light in a predetermined wavelength region among light emitted from the light source. And a dielectric multilayer film that reflects light outside the wavelength range, and the omnidirectional energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the first polar angle is E0, When the total azimuth energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the first polar angle and transmitted through the dielectric multilayer film is E1, the relationship of E1 / E0 <1 is satisfied, or When E1 / E0 = 1, the omnidirectional energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the second polar angle larger than the first polar angle and transmitted through the dielectric multilayer film is obtained. When E2, the relationship of E2 = 0 is satisfied.
本発明の一態様の光源装置は、前記第１の極角が４５°であるときにＥ１／Ｅ０＜０．１の関係を満たすことを特徴とする。 The light source device of one embodiment of the present invention is characterized in that the relationship of E1 / E0 <0.1 is satisfied when the first polar angle is 45 °.
本発明の一態様の光源装置は、前記高屈折率層と前記低屈折率層との平均屈折率が１．７５以下であることを特徴とする。 In the light source device of one embodiment of the present invention, an average refractive index of the high refractive index layer and the low refractive index layer is 1.75 or less.
本発明の一態様の光源装置は、光源と、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、前記光源の１点から所定の立体角の範囲内に射出された光の全方位角エネルギーをＥ０’とし、前記光源の１点から前記立体角の範囲内に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ１’としたとき、Ｅ１’／Ｅ０’＞１の関係を満たすことを特徴とする。 The light source device of one embodiment of the present invention has a structure in which a light source, a high refractive index layer, and a low refractive index layer are alternately stacked, and light in a predetermined wavelength region among light emitted from the light source. And a dielectric multilayer film that reflects light outside the wavelength range, and the omnidirectional energy of light emitted within a predetermined solid angle range from one point of the light source is E0 ′, When the total azimuth energy of light emitted from one point of the light source within the solid angle range and transmitted through the dielectric multilayer film is E1 ′, the relationship of E1 ′ / E0 ′> 1 is satisfied. Features.
本発明の一態様の光源装置は、前記光源の発光スペクトルが４００ｎｍ〜４９０ｎｍの波長域に少なくとも一つのピークを有し、前記誘電体多層膜の法線方向の分光特性が４００ｎｍ以上の波長域に少なくとも一つの反射帯域を有することを特徴とする。 In the light source device of one embodiment of the present invention, an emission spectrum of the light source has at least one peak in a wavelength range of 400 nm to 490 nm, and a spectral characteristic in a normal direction of the dielectric multilayer film is in a wavelength range of 400 nm or more. It has at least one reflection band.
本発明の一態様の光源装置は、前記光源の前記誘電体多層膜が配置された側と反対側に、反射板が備えられたことを特徴とする。 The light source device of one embodiment of the present invention is characterized in that a reflector is provided on the side of the light source opposite to the side where the dielectric multilayer film is disposed.
本発明の一態様の表示装置は、上記本発明の一態様の光源装置と、前記光源装置から射出された光の透過光量を変調する光変調装置と、前記光変調装置から射出された光を吸収し、前記光源装置から射出された光の波長域とは異なる波長域の蛍光を発する蛍光体と、を備えたことを特徴とする。 A display device according to one embodiment of the present invention includes a light source device according to one embodiment of the present invention, a light modulation device that modulates a transmitted light amount of light emitted from the light source device, and light emitted from the light modulation device. And a phosphor that emits fluorescence in a wavelength range different from the wavelength range of the light emitted from the light source device.
本発明の一態様の表示装置は、前記光変調装置が、第１偏光板と、第２偏光板と、前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に設けられた液晶層と、を備える液晶光変調装置であることを特徴とする。 In the display device of one embodiment of the present invention, the light modulation device includes a first polarizing plate, a second polarizing plate, a liquid crystal layer provided between the first polarizing plate and the second polarizing plate, A liquid crystal light modulation device comprising:
本発明の一態様によれば、高い指向性を有する光源装置を実現することができる。また、本発明の一態様によれば、この種の光源装置を備えたことで、表示品位に優れた表示装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, a light source device having high directivity can be realized. According to one embodiment of the present invention, a display device with excellent display quality can be realized by including this type of light source device.
［光源装置の基本構成］
本発明の一態様の光源装置は、図１に示す基本構成を有している。
図１に示すように、光源装置１は、光源２と、誘電体多層膜３と、を備えている。ここでは、光源２の一例として、所定の光射出面を有する面状光源を例示する。
誘電体多層膜３は、屈折率が互いに異なる誘電体材料からなる第１屈折率層４と第２屈折率層５とを有し、これら第１屈折率層４と第２屈折率層５とが交互に多数積層された構成を有する。第１屈折率層４の屈折率をｎＡ、第２屈折率層５の屈折率をｎＢとすると、ｎＡ≠ｎＢであり、ｎＡ＜ｎＢもしくはｎＡ＞ｎＢである。
[Basic configuration of light source device]
The light source device of one embodiment of the present invention has the basic structure shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the
The
一般に、誘電体多層膜は、特定波長の光を反射あるいは透過させるため、光の干渉条件の式（下記の式（ａ））を満たすように、各膜の屈折率や膜厚が設定されている。光の干渉条件の式によれば、光の入射角度が０°のとき、すなわち、誘電体多層膜の法線方向から光が入射するとき、波長λは最大値を取る。その状態から光の入射角度が変化すると、波長λは小さくなる。したがって、誘電体多層膜を斜め方向から見たときの透過波長および反射波長は、正面方向から見たときに比べて短波長側にシフトする。この現象を波長シフト、もしくはブルーシフトと呼ぶ。波長シフト現象を利用して光源の配光分布を変えることは既に知られている。
λ／４＝ｎ×ｄ×cosθ …（ａ）
（λ：光の波長、ｎ：誘電体多層膜の屈折率、ｄ：膜厚、θ：光の入射角度）
In general, a dielectric multilayer film reflects or transmits light of a specific wavelength, so that the refractive index and film thickness of each film are set so as to satisfy the light interference condition equation (the following equation (a)). Yes. According to the equation of light interference condition, when the light incident angle is 0 °, that is, when light is incident from the normal direction of the dielectric multilayer film, the wavelength λ takes a maximum value. When the incident angle of light changes from that state, the wavelength λ decreases. Therefore, the transmission wavelength and the reflection wavelength when the dielectric multilayer film is viewed from the oblique direction are shifted to the short wavelength side as compared to the front direction. This phenomenon is called wavelength shift or blue shift. It is already known to change the light distribution of the light source by utilizing the wavelength shift phenomenon.
λ / 4 = n × d × cos θ (a)
(Λ: wavelength of light, n: refractive index of dielectric multilayer film, d: film thickness, θ: incident angle of light)
次に、誘電体多層膜を用いて高指向性光源を実現する方法について説明する。
以下の説明で用いる各種用語の定義を交えて説明する。
［方位角・極角］
図２に示すように、基準面を符号Ｍとし、基準面Ｍの法線を符号Ｖとし、原点Ｏから任意の方向に向かう方向ベクトルを符号Ｊとしたとき、法線Ｖと方向ベクトルＪとのなす角度を極角θとする。この場合、法線Ｖは極角θ＝０°に対応する。方向ベクトルＪを基準面Ｍ上に射影した線分を符号Ｊ’とし、基準面Ｍ上の任意の基準線を符号Ｘとしたとき、基準線Ｘから反時計回りに見た線分Ｊ’の角度を方位角φとする。この場合、基準線Ｘは方位角φ＝０°に対応する。
Next, a method for realizing a highly directional light source using a dielectric multilayer film will be described.
The description will be made with definitions of various terms used in the following description.
[Azimuth / Polar]
As shown in FIG. 2, when the reference plane is M, the normal line of the reference plane M is V, and the direction vector from the origin O in any direction is J, the normal V and the direction vector J Is the polar angle θ. In this case, the normal V corresponds to the polar angle θ = 0 °. When a line segment obtained by projecting the direction vector J onto the reference plane M is denoted by J ′ and an arbitrary reference line on the reference plane M is denoted by X, the line segment J ′ viewed counterclockwise from the reference line X The angle is defined as an azimuth angle φ. In this case, the reference line X corresponds to the azimuth angle φ = 0 °.
［指向性向上の原理］
図３（Ａ）は、観察者側から誘電体多層膜、光源の順で配置したときに誘電体多層膜を正面方向（誘電体多層膜の法線方向）から見たときの透過特性のイメージを示している。同様に、図３（Ｂ）は、観察者側から誘電体多層膜、光源の順で配置したときに誘電体多層膜を斜め方向から見たときの透過特性のイメージを示している。
[Principle of directivity improvement]
FIG. 3A shows an image of transmission characteristics when the dielectric multilayer film is viewed from the front side (normal direction of the dielectric multilayer film) when the dielectric multilayer film and the light source are arranged in this order from the observer side. Is shown. Similarly, FIG. 3B shows an image of transmission characteristics when the dielectric multilayer film is viewed from an oblique direction when the dielectric multilayer film and the light source are arranged in this order from the observer side.
例えば図３（Ａ）に示すように、正面方向から見たときに光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）のピークの略全てが誘電体多層膜の分光透過率曲線Ｓ１（λ）における透過領域Ｔに入っていたとする。この場合、正面方向から見る限り、光源から放射される光のエネルギーはほとんど損失しない。 For example, as shown in FIG. 3A, substantially all of the peaks of the spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source when viewed from the front direction are transmitted regions T in the spectral transmittance curve S1 (λ) of the dielectric multilayer film. Suppose you were in. In this case, as far as viewed from the front, almost no energy is lost from the light emitted from the light source.
一方、誘電体多層膜を斜め方向から見ると、図３（Ｂ）に示すように、上述した波長シフト現象により誘電体多層膜の分光透過率曲線が短波長側にシフトする。図３（Ｂ）では、シフト前の分光透過率曲線を符号Ｓ１（λ）とし、シフト後の分光透過率曲線を符号Ｓ１’（λ）とする。このとき、光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）のピークの一部（短波長側）は誘電体多層膜の透過領域Ｔに入り、残りは誘電体多層膜の反射領域Ｒに入る。その結果、斜め方向に透過する光のエネルギーは反射によって損失する。エネルギー損失は、波長シフト量が大きくなる程大きくなる。波長シフト量を大きくするため、本発明の一形態では誘電体多層膜材料の屈折率を低く設定している。この点については後述する。このように、斜め方向から見た光のエネルギーが正面方向から見た光のエネルギーよりも小さくなるため、正面方向への光の指向性を高めることができる。 On the other hand, when the dielectric multilayer film is viewed obliquely, as shown in FIG. 3B, the spectral transmittance curve of the dielectric multilayer film is shifted to the short wavelength side due to the wavelength shift phenomenon described above. In FIG. 3B, the spectral transmittance curve before the shift is denoted by S1 (λ), and the spectral transmittance curve after the shift is denoted by S1 ′ (λ). At this time, a part (short wavelength side) of the peak of the spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source enters the transmission region T of the dielectric multilayer film, and the rest enters the reflection region R of the dielectric multilayer film. As a result, energy of light transmitted in the oblique direction is lost due to reflection. The energy loss increases as the wavelength shift amount increases. In order to increase the amount of wavelength shift, in one embodiment of the present invention, the refractive index of the dielectric multilayer film material is set low. This point will be described later. Thus, since the energy of light viewed from the oblique direction is smaller than the energy of light viewed from the front direction, the directivity of light in the front direction can be improved.
［光のエネルギーについて］
一例として、蛍光体材料等の励起材料に光を照射するために用いられる光源装置を考える。このような用途では、誘電体多層膜を透過する光を、透過光量で評価するのではなく、透過エネルギーで評価するのが好適である。蛍光体材料からの発光量は、蛍光体材料が受け取ったエネルギーに依存するからである。
[About the energy of light]
As an example, consider a light source device used for irradiating light to an excitation material such as a phosphor material. In such an application, it is preferable to evaluate the light transmitted through the dielectric multilayer film not by the transmitted light amount but by the transmitted energy. This is because the amount of light emitted from the phosphor material depends on the energy received by the phosphor material.
図４（Ａ）は、光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は分光強度（相対値）である。
基本的に、エネルギーは、波長（もしくはエネルギー）毎に強度（もしくは透過率）を積分した値とみなせる。したがって、図４（Ａ）の分光スペクトル曲線Ｓ０によって囲まれた部分（網掛けの部分）の面積がエネルギーｅ０を示す。
以下、エネルギーの観点から光源の指向性を示す３通りの指標を定義する。
FIG. 4A is a graph showing a spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source. The horizontal axis of the graph is the wavelength (nm), and the vertical axis is the spectral intensity (relative value).
Basically, energy can be regarded as a value obtained by integrating intensity (or transmittance) for each wavelength (or energy). Therefore, the area of the portion (shaded portion) surrounded by the spectral spectrum curve S0 in FIG. 4A indicates the energy e0.
In the following, three types of indicators indicating the directivity of the light source are defined from the viewpoint of energy.
［エネルギーの定義式（１）］
図４（Ｂ）に示すように、誘電体多層膜を斜め方向から見たとき、誘電体多層膜の分光透過率曲線Ｓ１が短波長側にシフトして光源の分光スペクトル曲線Ｓ０を横切るため、誘電体多層膜を斜め方向に透過する光のエネルギーｅ１は、誘電体多層膜の分光透過率曲線Ｓ１（λ）と光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）とにより囲まれた部分（網掛けの部分）の面積で表せる。
[Energy definition formula (1)]
As shown in FIG. 4B, when the dielectric multilayer film is viewed from an oblique direction, the spectral transmittance curve S1 of the dielectric multilayer film shifts to the short wavelength side and crosses the spectral spectrum curve S0 of the light source. The energy e1 of light passing through the dielectric multilayer film in an oblique direction is a portion surrounded by the spectral transmittance curve S1 (λ) of the dielectric multilayer film and the spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source (shaded portion) ).
光源上の任意の１点（原点）から任意の極角θおよび方位角φに射出された光について考える。
光源の分光スペクトル曲線をＳ０（λ）、光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）の短波長側の末端波長をλ０、光源の分光スペクトル曲線Ｓ０（λ）の長波長側の末端波長をλ１、光源から射出される光のエネルギーをｅ０（λ）、誘電体多層膜の分光透過率曲線をＳ１（λ）、誘電体多層膜の分光透過率曲線Ｓ１（λ）の長波長側の末端波長をλ２、誘電体多層膜を透過した光の分光スペクトル曲線をＳ２（λ）、誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ１（λ）、としたとき、以下の式（１−１）、式（１−２）、式（１−３）が導出される。
励起材料への光の照射を考えた場合、励起材料の光の吸収帯域は可視光領域以下であるから、λ２≦７８０ｎｍである。
Consider light emitted from an arbitrary point (origin) on the light source to an arbitrary polar angle θ and azimuth angle φ.
The spectral spectrum curve of the light source is S0 (λ), the terminal wavelength on the short wavelength side of the spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source is λ0, the terminal wavelength on the long wavelength side of the spectral spectrum curve S0 (λ) of the light source is λ1, and the light source E0 (λ), the spectral transmittance curve of the dielectric multilayer film, S1 (λ), and the terminal wavelength on the long wavelength side of the spectral transmittance curve S1 (λ) of the dielectric multilayer film, λ2 When the spectral spectrum curve of the light transmitted through the dielectric multilayer film is S2 (λ) and the energy of the light transmitted through the dielectric multilayer film is e1 (λ), the following formulas (1-1) and ( 1-2) and formula (1-3) are derived.
When light irradiation to the excitation material is considered, the light absorption band of the excitation material is less than or equal to the visible light region, and therefore λ2 ≦ 780 nm.
エネルギー比をｅ１（λ）／ｅ０（λ）とすると、指向性を高めるには、エネルギー比ｅ１（λ）／ｅ０（λ）が以下の定義式（１）を満足すればよい。 Assuming that the energy ratio is e1 (λ) / e0 (λ), the energy ratio e1 (λ) / e0 (λ) only needs to satisfy the following definition (1) in order to increase directivity.
すなわち、定義式（１）が成立するとき、その光源装置は元の光源よりも指向性が高くなったと言える。誘電体多層膜材料の屈折率ｎＡ，ｎＢと光源からの光のエネルギーｅ０（λ）が決まれば、誘電体多層膜を透過した光のエネルギーｅ１（λ）が決まる。エネルギー比ｅ１（λ）／ｅ０（λ）の値を適宜調整することにより、光源装置としての配光分布を制御することができる。 That is, when the definition formula (1) is satisfied, it can be said that the light source device has higher directivity than the original light source. If the refractive indexes nA and nB of the dielectric multilayer film material and the light energy e0 (λ) from the light source are determined, the energy e1 (λ) of the light transmitted through the dielectric multilayer film is determined. By appropriately adjusting the value of the energy ratio e1 (λ) / e0 (λ), the light distribution as a light source device can be controlled.
［エネルギーの定義式（２）］
蛍光体等の励起材料に入射するエネルギーを考える場合、図５に示すように、所定の立体角を有するコーンに対してどれだけのエネルギーが入射するのかを考える必要がある。エネルギーの入射量を評価する場合、コーンの縁に沿って全方位角にわたってエネルギーを積分する手法が考えられる。極角θ＝０°でのエネルギーを一致させて規格化した上で、光源から射出される光のエネルギーｅ０（λ）を全方位角で積分した全方位角エネルギーをＥ０（λ，φ）、誘電体多層膜を透過した光のエネルギーｅ１（λ）を全方位角で積分した全方位角エネルギーをＥ１（λ，φ）、としたとき、以下の式（２−１）、式（２−２）が導出される。
[Energy definition formula (2)]
When considering the energy incident on an excitation material such as a phosphor, it is necessary to consider how much energy is incident on a cone having a predetermined solid angle, as shown in FIG. When evaluating the amount of incident energy, a method of integrating energy over all azimuth angles along the edge of the cone is conceivable. After normalizing the energy at the polar angle θ = 0 ° and normalizing the energy e0 (λ) of the light emitted from the light source with all azimuth angles, E0 (λ, φ), When the omnidirectional energy obtained by integrating the energy e1 (λ) of the light transmitted through the dielectric multilayer film with all azimuths is E1 (λ, φ), the following equations (2-1) and (2- 2) is derived.
全方位角エネルギー比をＥ１（λ，φ）／Ｅ０（λ，φ）とすると、指向性を高めるには、全方位角エネルギー比Ｅ１（λ，φ）／Ｅ０（λ，φ）が以下の定義式（２）を満足すればよい。定義式（２）が成立するとき、その光源装置は元の光源よりも指向性が高くなったと言える。 If the omnidirectional energy ratio is E1 (λ, φ) / E0 (λ, φ), the omnidirectional energy ratio E1 (λ, φ) / E0 (λ, φ) is What is necessary is just to satisfy the definition formula (2). When the definition formula (2) is satisfied, it can be said that the light source device has higher directivity than the original light source.
［エネルギーの定義式（３）］
定義式（２）においては、所定の立体角を有するコーンの縁に沿って全方位角にわたってエネルギーを積分した。これに対して、図６に示すように、コーンの縁で囲まれる全領域にわたってエネルギーを積分したものが定義式（３）である。光源から射出された光の全方位角エネルギーＥ０（λ，φ）を極角０°からθ°まで積分した全方位角エネルギーをＥ０’ （λ，φ，θ）、誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーＥ１（λ，φ）を極角０°からθ°まで積分した全方位角エネルギーをＥ１’（λ，φ，θ）、としたとき、以下の式（３−１）、式（３−２）が導出される。
[Definition formula of energy (3)]
In the definition formula (2), energy is integrated over all azimuths along the edge of a cone having a predetermined solid angle. On the other hand, as shown in FIG. 6, the definition equation (3) is obtained by integrating the energy over the entire region surrounded by the edge of the cone. The total azimuth energy obtained by integrating the omnidirectional energy E0 (λ, φ) of the light emitted from the light source from the
全方位角エネルギー比をＥ１’（λ，φ，θ）／Ｅ０’（λ，φ，θ）としたとき、指向性を高めるには、全方位角エネルギー比Ｅ１’（λ，φ，θ）／Ｅ０’（λ，φ，θ）が以下の定義式（３）を満足すればよい。定義式（３）が成立するとき、その光源装置は元の光源よりも指向性が高くなったと言える。 When the omnidirectional energy ratio is E1 ′ (λ, φ, θ) / E0 ′ (λ, φ, θ), in order to increase directivity, the omnidirectional energy ratio E1 ′ (λ, φ, θ) / E0 ′ (λ, φ, θ) only needs to satisfy the following definition (3). When the definition formula (3) is satisfied, it can be said that the light source device has higher directivity than the original light source.
上記の定義式（１）、（２）、（３）のいずれか１つが成立したとき、もしくはいずれか２つが成立したとき、もしくは全てが成立したとき、その光源装置は元の光源よりも指向性が高くなったと言える。３つの定義式の特徴を比較すると、定義式（１）は、方位角による積分を行っていないため、例えば光源の指向性が異方性を持っている場合などの評価に好適である。広角域での光のカットの様子や配光分布の状況などが判りやすい。定義式（２）については、広角域での光のカットの様子がより明確に判りやすい。定義式（３）については、励起光源として最も必要な立体角あたりに含まれる光のエネルギーが明確に判りやすい。 When any one of the above definition formulas (1), (2), (3) is established, or when any two are established, or when all are established, the light source device is directed more than the original light source. It can be said that the nature has increased. Comparing the characteristics of the three defining equations, the defining equation (1) is suitable for evaluation when the directivity of the light source has anisotropy, for example, because integration by azimuth is not performed. It is easy to understand how light is cut and the distribution of light distribution in a wide angle range. With respect to the definition formula (2), it is easier to clearly understand how light is cut in a wide-angle range. With respect to the definition formula (3), the energy of light contained around a solid angle that is most necessary as an excitation light source is easily understood.
定義式（１）、（２）、（３）の概念を改めてまとめたものが、図７〜図９である。
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、定義式（１）の概念を図式化したものであって、図７（Ｂ）、（Ｃ）は、指向性を高めたときの配光分布の２つの例を示している。
図７（Ｂ）の場合、図７（Ａ）に示す極角θ１（第１の極角）において、誘電体多層膜を透過した光のエネルギーｅ１が光源から射出された光のエネルギーｅ０よりも小さい（定義式（１）：ｅ１／ｅ０＜１）。
一例として、半値全幅の位置での極角を極角θ１とする。
FIG. 7 to FIG. 9 summarize the concepts of the definition formulas (1), (2), and (3).
FIGS. 7A to 7C illustrate the concept of the definition formula (1), and FIGS. 7B and 7C illustrate 2 of the light distribution when the directivity is increased. One example is shown.
In the case of FIG. 7B, the energy e1 of the light transmitted through the dielectric multilayer film is larger than the energy e0 of the light emitted from the light source at the polar angle θ1 (first polar angle) shown in FIG. Small (definition formula (1): e1 / e0 <1).
As an example, the polar angle at the position of the full width at half maximum is the polar angle θ1.
もしくは、図７（Ｃ）の場合、図７（Ａ）に示す極角θ１において、誘電体多層膜を透過した光のエネルギーｅ１が光源から射出された光のエネルギーｅ０と等しかった（ｅ１／ｅ０＝１）としても、極角θ１よりも大きい任意の極角θ２（第２の極角）で誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ２としたとき、ｅ２＝０である。
図７（Ｂ）、（Ｃ）のいずれのケースも指向性が高まったと言うことができる。
Alternatively, in the case of FIG. 7C, the energy e1 of the light transmitted through the dielectric multilayer film is equal to the energy e0 of the light emitted from the light source at the polar angle θ1 shown in FIG. 7A (e1 / e0). = 1), where e2 is the energy of light transmitted through the dielectric multilayer film at an arbitrary polar angle θ2 (second polar angle) larger than the polar angle θ1, e2 = 0.
7B and 7C can be said to have increased directivity.
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、定義式（２）の概念を図式化したものであって、図８（Ｂ）、（Ｃ）は、指向性を高めたときの配光分布の２つの例を示している。
図８（Ｂ）の場合、図８（Ａ）に示す極角θ１（第１の極角）において、誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーＥ１が光源から射出された光の全方位角エネルギーＥ０よりも小さい（定義式（２）：Ｅ１／Ｅ０＜１）。
FIGS. 8A to 8C illustrate the concept of the definition formula (2). FIGS. 8B and 8C show 2 of the light distribution when the directivity is increased. One example is shown.
In the case of FIG. 8B, at the polar angle θ1 (first polar angle) shown in FIG. 8A, the omnidirectional energy E1 of the light transmitted through the dielectric multilayer film is all of the light emitted from the light source. It is smaller than the azimuth energy E0 (definition formula (2): E1 / E0 <1).
もしくは、図８（Ｃ）の場合、図８（Ａ）に示す極角θ１において、誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーＥ１が光源から射出された光の全方位角エネルギーＥ０と等しかった（Ｅ１／Ｅ０＝１）としても、極角θ１よりも大きい任意の極角θ２（第２の極角）で誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ２としたとき、Ｅ２＝０である。
図８（Ｂ）、（Ｃ）のいずれのケースも指向性が高まったと言うことができる。
Alternatively, in the case of FIG. 8C, the omnidirectional energy E1 of the light transmitted through the dielectric multilayer film at the polar angle θ1 shown in FIG. 8A is the omnidirectional energy E0 of the light emitted from the light source. Even if (E1 / E0 = 1), when the total azimuth energy of light transmitted through the dielectric multilayer film at an arbitrary polar angle θ2 (second polar angle) larger than the polar angle θ1 is E2, E2 = 0.
8B and 8C can be said to have increased directivity.
図９（Ａ）、（Ｂ）は、定義式（３）の概念を図式化したものである。
図９（Ｂ）に示すように、光源から射出された光の全エネルギーを１としたときに、誘電体多層膜を透過した光のうち、図９（Ａ）に示す立体角Θ１に入る光の全方位角エネルギーＥ１’は、光源から射出された光のうちの立体角Θ１に入る光の全方位角エネルギーＥ０’よりも大きい（定義式（３）：Ｅ１／Ｅ０＞１）。
FIGS. 9A and 9B schematically illustrate the concept of the definition formula (3).
As shown in FIG. 9B, when the total energy of the light emitted from the light source is 1, light that enters the solid angle Θ1 shown in FIG. 9A out of the light transmitted through the dielectric multilayer film Is larger than the total azimuth energy E0 ′ of the light entering the solid angle Θ1 of the light emitted from the light source (definition formula (3): E1 / E0> 1).
［波長シフト量］
図１０に示すように、波長シフト量Ｚは、誘電体多層膜の正面方向での分光透過率曲線Ｓ１（λ）における最大透過率Ｔmaxと最小透過率Ｔminとの平均値（（Ｔmax−Ｔmin）／２）における分光透過率曲線Ｓ１（λ），Ｓ１’（λ）の移動量と定義する。最大透過率と最小透過率の平均値で波長シフト量を定義した理由は、誘電体多層膜の種々の設計パラメータを変化させたとき、分光透過率曲線の形状が最大透過率と最小透過率の平均値の位置で最も安定しているからである。
[Wavelength shift amount]
As shown in FIG. 10, the wavelength shift amount Z is an average value ((Tmax−Tmin) of the maximum transmittance Tmax and the minimum transmittance Tmin in the spectral transmittance curve S1 (λ) in the front direction of the dielectric multilayer film. / 2) is defined as the amount of movement of the spectral transmittance curves S1 (λ) and S1 ′ (λ). The reason why the wavelength shift amount is defined by the average value of the maximum transmittance and the minimum transmittance is that when various design parameters of the dielectric multilayer film are changed, the shape of the spectral transmittance curve changes between the maximum transmittance and the minimum transmittance. This is because it is most stable at the position of the average value.
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１１〜図１８を用いて説明する。
本実施形態の光源装置は、励起材料に光を照射するための光源装置の例である。
図１は、本実施形態の光源装置を示す斜視図である。図２は、光源装置の断面図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The light source device of this embodiment is an example of a light source device for irradiating light to an excitation material.
FIG. 1 is a perspective view showing the light source device of the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source device.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
本実施形態の光源装置１０は、図１１に示すように、光源１１と、誘電体多層膜１２と、を備えている。光源１１は、励起材料１３に向けて光Ｌを射出する光射出面１１ａを有する面状光源である。光源１１は、例えば導光板の端面に青色発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の発光素子が配置されたエッジライト型の光源であってもよい。もしくは、光射出面１１ａの直下に発光素子が配置された直下型の光源であってもよい。光源１１の発光スペクトルは、４００ｎｍ〜４９０ｎｍの波長域に少なくとも一つのピークを有する。すなわち、紫外域〜青色域に発光ピークを有する光が光源１１から射出される。
As shown in FIG. 11, the
図１２に示すように、誘電体多層膜１２は、屈折率が互いに異なる誘電体材料からなる高屈折率層１４と低屈折率層１５とを有し、これら高屈折率層１４と低屈折率層１５とが交互に多数積層された構成を有する。高屈折率層１４の屈折率をｎＡ、低屈折率層１５の屈折率をｎＢとすると、ｎＡ≠ｎＢであり、ｎＡ＞ｎＢである。誘電体多層膜１２は、例えば屈折率が異なる樹脂材料の多層積層体の延伸体で構成される。もしくは、誘電体多層膜１２は、屈折率が異なる無機酸化物の多層蒸着薄膜で構成される。誘電体多層膜１２の法線方向の分光スペクトルは、４００ｎｍ以上の波長域に少なくとも一つの反射帯域を有する。
As shown in FIG. 12, the
本発明者らは、本実施形態の光源装置１０の指向性改善効果を確認するため、シミュレーションツールを用いてエネルギーの試算を行った。
以下、その結果を説明する。
In order to confirm the directivity improvement effect of the
The results will be described below.
シミュレーション条件として、以下のパラメータを設定した。
誘電体多層膜を構成する全ての屈折率層の数を８００層とした。高屈折率層の屈折率ｎＡを１．７５、低屈折率層の屈折率ｎＢを１．５５、誘電体多層膜の平均屈折率ｎaveを１．６５、とした。本明細書において、平均屈折率は、高屈折率層の屈折率ｎＡと低屈折率層の屈折率ｎＢとの相加平均とする。
The following parameters were set as simulation conditions.
The number of all refractive index layers constituting the dielectric multilayer film was 800. The refractive index nA of the high refractive index layer was 1.75, the refractive index nB of the low refractive index layer was 1.55, and the average refractive index nave of the dielectric multilayer film was 1.65. In this specification, the average refractive index is an arithmetic average of the refractive index nA of the high refractive index layer and the refractive index nB of the low refractive index layer.
光源に最も近い高屈折率層の膜厚をｄ０、観察者に最も近い高屈折率層の膜厚をｄｎ、光源に最も近い低屈折率層の膜厚をｄ０’、観察者に最も近い低屈折率層の膜厚をｄｎ’としたときの膜厚の傾斜倍率ｋをｋ＝ｄｎ／ｄ０＝ｄｎ’／ｄ０’と定義したとき、膜厚の傾斜倍率ｋを１．３とした。誘電体多層膜は、波長分散を持たず（フラット分散）、誘電体多層膜の屈折率は全波長域で一定とした。誘電体多層膜の分光スペクトルの立ち上がりを４９０ｎｍとした。 The film thickness of the high refractive index layer closest to the light source is d0, the film thickness of the high refractive index layer closest to the observer is dn, the film thickness of the low refractive index layer closest to the light source is d0 ', and the film thickness of the low refractive index layer closest to the observer is low. When the film thickness gradient magnification k is defined as k = dn / d0 = dn ′ / d0 ′ when the refractive index layer film thickness is dn ′, the film thickness gradient magnification k is 1.3. The dielectric multilayer film does not have wavelength dispersion (flat dispersion), and the refractive index of the dielectric multilayer film is constant in the entire wavelength region. The rise of the spectral spectrum of the dielectric multilayer film was 490 nm.
シミュレーションに用いた光源の光学特性を図１３、図１４に示す。
図１３は、光源の分光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
図１４は、光源の配光分布を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
図１３に示す分光スペクトルは、一般的な青色ＬＥＤのスペクトルであり、極角θや方位角φに依らずに一様である。図１４に示す配光分布は、方位角φに依らずに一様なガウシアン分布を持つものと設定した。
以上のパラメータを有する本実施形態の光源装置を、以下、実施例１の光源装置と称する。
The optical characteristics of the light source used for the simulation are shown in FIGS.
FIG. 13 is a graph showing the spectrum of the light source. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1).
FIG. 14 is a graph showing the light distribution of the light source. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1).
The spectral spectrum shown in FIG. 13 is a spectrum of a general blue LED, and is uniform regardless of the polar angle θ or the azimuth angle φ. The light distribution shown in FIG. 14 was set to have a uniform Gaussian distribution regardless of the azimuth angle φ.
The light source device of the present embodiment having the above parameters is hereinafter referred to as the light source device of Example 1.
図１５は、実施例１の光源装置において、光源の分光スペクトルと誘電体多層膜の波長シフト量を示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）および分光透過率（最大値を１００としたときの相対値）である。
図１５に示す通り、誘電体多層膜の分光透過率曲線は、極角θが０°から６０°に増加するにつれて短波長側にシフトしている。例えば極角θを０°から４５°に変化させたときの波長シフト量Ｚは約５０ｎｍである。極角θが大きくなる程、波長シフト量Ｚが大きくなる。その結果、誘電体多層膜の分光透過率曲線が光源の分光スペクトルを大きくカットし、指向性が高くなる。
FIG. 15 is a graph showing the spectral spectrum of the light source and the wavelength shift amount of the dielectric multilayer film in the light source device of Example 1. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1) and the spectral transmittance (relative value when the maximum value is 100).
As shown in FIG. 15, the spectral transmittance curve of the dielectric multilayer film shifts to the short wavelength side as the polar angle θ increases from 0 ° to 60 °. For example, the wavelength shift amount Z when the polar angle θ is changed from 0 ° to 45 ° is about 50 nm. As the polar angle θ increases, the wavelength shift amount Z increases. As a result, the spectral transmittance curve of the dielectric multilayer film greatly cuts the spectral spectrum of the light source, and the directivity increases.
図１６は、実施例１の光源装置において、上記の式（１−１）〜（１−３）を用いてエネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（１−１）〜（１−３）から求めたエネルギーである。ただし、エネルギーは、最大値を１として規格化した値で示す。例えば極角θ＝±３０°の点に着目すると、実施例１の光源装置のエネルギーｅ１は約０．２３、光源のエネルギーｅ０は約０．３２である。すなわち、実施例１の光源装置のエネルギーｅ１は光源のエネルギーｅ０よりも小さく、指向性に関する定義式（１）を満足する。
これにより、誘電体多層膜の使用により光源の指向性が改善されていることが確認できた。
FIG. 16 is a graph showing the result of trial calculation of energy using the above equations (1-1) to (1-3) in the light source device of Example 1. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the energy obtained from the equations (1-1) to (1-3). However, the energy is shown as a value normalized with the maximum value being 1. For example, paying attention to the point of the polar angle θ = ± 30 °, the energy e1 of the light source device of the first embodiment is about 0.23, and the energy e0 of the light source is about 0.32. That is, the energy e1 of the light source device according to the first embodiment is smaller than the energy e0 of the light source, and satisfies the definition formula (1) regarding directivity.
Thereby, it was confirmed that the directivity of the light source was improved by using the dielectric multilayer film.
図１７は、実施例１の光源装置において、上記の式（２−１）、（２−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（２−１）、（２−２）から求めた全方位角エネルギーである。例えば極角θ＝４０°の点に着目すると、実施例１の光源装置の全方位角エネルギーＥ１は約２．３、光源の全方位角エネルギーＥ０は約８．５である。すなわち、実施例１の光源装置の全方位角エネルギーＥ１は光源の全方位角エネルギーＥ０よりも小さく、指向性に関する定義式（２）を満足する。極角θ＝５０°の点に着目すると、実施例１の光源装置の全方位角エネルギーＥ１は略０となっている。したがって、極角θが５０°を越える広角域では誘電体多層膜によりエネルギーがカットされていることが判った。
これにより、誘電体多層膜の使用により光源の指向性が改善されていることが確認できた。
FIG. 17 is a graph showing the results of trial calculation of omnidirectional energy using the above equations (2-1) and (2-2) in the light source device of Example 1. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (2-1) and (2-2). For example, paying attention to the point of the polar angle θ = 40 °, the omnidirectional energy E1 of the light source device of Example 1 is about 2.3, and the omnidirectional energy E0 of the light source is about 8.5. That is, the omnidirectional energy E1 of the light source device of Example 1 is smaller than the omnidirectional energy E0 of the light source, and satisfies the definitional formula (2) regarding directivity. Focusing on the point at the polar angle θ = 50 °, the omnidirectional energy E1 of the light source device of Example 1 is substantially zero. Therefore, it was found that the energy was cut by the dielectric multilayer film in the wide angle region where the polar angle θ exceeds 50 °.
Thereby, it was confirmed that the directivity of the light source was improved by using the dielectric multilayer film.
図１８は、実施例１の光源装置において、上記の式（３−１）、（３−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（３−１）、（３−２）から求めた全方位角エネルギーである。例えば立体角（極角θ）２０°の内部に入る光の全方位角エネルギーＥ１’，Ｅ０’で比較すると、実施例１の光源装置の全方位角エネルギーＥ１’が約０．５３、光源の全方位角エネルギーＥ０’が約０．３８である。すなわち、実施例１の光源装置の全方位角エネルギーＥ１’が光源の全方位角エネルギーＥ０’よりも大きく、指向性に関する定義式（３）を満足する。
これにより、誘電体多層膜の使用により光源の指向性が改善されていることが確認できた。
FIG. 18 is a graph showing the results of trial calculation of omnidirectional energy using the above equations (3-1) and (3-2) in the light source device of Example 1. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (3-1) and (3-2). For example, when comparing the omnidirectional energy E1 ′ and E0 ′ of light entering the solid angle (polar angle θ) of 20 °, the omnidirectional energy E1 ′ of the light source device of Example 1 is about 0.53, The omnidirectional energy E0 ′ is about 0.38. That is, the omnidirectional energy E1 ′ of the light source device of Example 1 is larger than the omnidirectional energy E0 ′ of the light source, and satisfies the definitional formula (3) regarding directivity.
Thereby, it was confirmed that the directivity of the light source was improved by using the dielectric multilayer film.
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１９〜図２５を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源の光学特性が第１実施形態と異なるのみである。
よって、光源装置の基本構成の説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the light source device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the optical characteristics of the light source are different from those of the first embodiment.
Therefore, the description of the basic configuration of the light source device is omitted.
実施例１の光源装置に用いた光源は、図１４に示したように、配光分布がガウシアン分布を有していた。しかしながら、既存の光源は、ガウシアン分布を有しておらず、広角域に光（エネルギー）が存在する。その結果、図１９（Ａ）に示すような配光分布を有するのが一般的である。広角域の光は、光源の背後に配置された反射板などで反射もしくは拡散した光である、と考えられる。反射もしくは拡散した光は、図１９（Ｃ）に示す完全拡散光分布を示す。よって、実際の光源装置の配光分布は、図１９（Ｂ）に示すガウシアン分布と図１９（Ｃ）に示す完全拡散光分布とが足し合わされたものとなり、図１９（Ａ）に示すものとなる。 As shown in FIG. 14, the light source used in the light source device of Example 1 had a Gaussian distribution of light distribution. However, existing light sources do not have a Gaussian distribution, and light (energy) exists in a wide angle region. As a result, it is common to have a light distribution as shown in FIG. Wide-angle light is considered to be light reflected or diffused by a reflector or the like disposed behind the light source. The reflected or diffused light has a completely diffused light distribution shown in FIG. Therefore, the actual light distribution of the light source device is the sum of the Gaussian distribution shown in FIG. 19B and the completely diffused light distribution shown in FIG. 19C, which is shown in FIG. Become.
広角域に現れる拡散光の全方位角エネルギーＥ０は、定義式（２）で表すと、極角θが４５°のときに最も高いピークを持つ。ところが、高指向性光源に対する拡散光は、指向性に大きく係わり、指向性を低下させる要因となる。そのため、拡散光のエネルギーを低減し、０に近付ける必要がある。
The omnidirectional energy E0 of the diffused light that appears in the wide-angle region has the highest peak when the polar angle θ is 45 °, expressed by the definition formula (2). However, the diffused light with respect to the highly directional light source is greatly related to the directivity, and becomes a factor of reducing the directivity. Therefore, it is necessary to reduce the energy of the diffused light and
励起材料での発光量は励起材料への入射エネルギー量に対して線形の関係を持つと仮定する。このとき、観察者が観察する発光量は視感度で補正される。ウェーバーの法則によれば、視感度補正を受けた発光量は、人の感覚には対数的に感じられる。したがって、極角θ＝４５°における光のエネルギー量を全エネルギー量の１０％以下に抑えれば、励起材料から発光する光の光量も１０％以下となる。このとき、極角θ＝４５°の光がカットされ、指向性が高まったことが人の目で認識されやすくなる。
以上のことから、極角θ＝４５°の光の全方位角エネルギー量については、定義式（２）より、下記の定義式（４）を満足することが望ましい。
It is assumed that the amount of light emitted from the excitation material has a linear relationship with the amount of energy incident on the excitation material. At this time, the light emission amount observed by the observer is corrected by the visibility. According to Weber's law, the amount of emitted light subjected to the visibility correction is felt logarithmically by human senses. Therefore, if the amount of light energy at the polar angle θ = 45 ° is suppressed to 10% or less of the total energy amount, the amount of light emitted from the excitation material also becomes 10% or less. At this time, the light with the polar angle θ = 45 ° is cut, and it is easy for the human eye to recognize that the directivity has increased.
From the above, it is desirable that the following definition formula (4) is satisfied from the definition formula (2) for the total azimuthal energy amount of light having a polar angle θ = 45 °.
本実施形態のシミュレーションに用いた光源の光学特性を図２０、図２１に示す。
図２０は、光源の分光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
図２１は、光源の配光分布を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
The optical characteristics of the light source used in the simulation of this embodiment are shown in FIGS.
FIG. 20 is a graph showing the spectrum of the light source. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1).
FIG. 21 is a graph showing the light distribution of the light source. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1).
図２０に示す分光スペクトルは、一般的な青色ＬＥＤのスペクトルであり、極角θや方位角φに依らずに一様である。図２１に示す配光分布は、方位角φに依らずに一様であり、ガウシアン分布と完全拡散光分布とが足し合わされたものである。
その他のシミュレーション条件は、第１実施形態と同様である。
以上のパラメータを有する本実施形態の光源装置を、以下、実施例２の光源装置と称する。
The spectrum shown in FIG. 20 is a spectrum of a general blue LED and is uniform regardless of the polar angle θ or the azimuth angle φ. The light distribution shown in FIG. 21 is uniform regardless of the azimuth angle φ, and the Gaussian distribution and the completely diffused light distribution are added together.
Other simulation conditions are the same as those in the first embodiment.
The light source device of the present embodiment having the above parameters is hereinafter referred to as a light source device of Example 2.
図２２は、実施例２の光源装置において、光源の分光スペクトルと誘電体多層膜の波長シフト量を示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）および分光透過率（最大値を１００としたときの相対値）である。
実施例２の光源装置は、光源の配光分布が実施例１と異なるだけであり、光源の分光スペクトルや誘電体多層膜の条件は実施例１と同一である。したがって、図２２のグラフは、実施例１の図１５に示すグラフと同一である。例えば、極角θを０°から４５°に変化させたときの波長シフト量Ｚは約５０ｎｍである。
FIG. 22 is a graph showing the spectral spectrum of the light source and the wavelength shift amount of the dielectric multilayer film in the light source device of Example 2. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1) and the spectral transmittance (relative value when the maximum value is 100).
The light source device of the second embodiment is different from the first embodiment only in the light distribution of the light source, and the spectral spectrum of the light source and the conditions of the dielectric multilayer film are the same as in the first embodiment. Therefore, the graph of FIG. 22 is the same as the graph shown in FIG. For example, the wavelength shift amount Z when the polar angle θ is changed from 0 ° to 45 ° is about 50 nm.
図２３は、実施例２の光源装置において、上記の式（１−１）〜（１−３）を用いてエネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（１−１）〜（１−３）から求めたエネルギーである。エネルギーは、最大値を１として規格化した値で示す。 FIG. 23 is a graph showing the result of trial calculation of energy using the above equations (1-1) to (1-3) in the light source device of Example 2. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the energy obtained from the equations (1-1) to (1-3). The energy is shown as a value normalized with the maximum value being 1.
例えば極角θ＝±３０°の点に着目すると、実施例２の光源装置のエネルギーｅ１は約０．３０、光源のエネルギーｅ０は約０．４０である。すなわち、実施例２の光源装置のエネルギーｅ１は光源のエネルギーｅ０よりも小さく、指向性に関する定義式（１）を満足する。
これにより、誘電体多層膜の使用により光源の指向性が改善されていることが確認できた。
For example, paying attention to the point of polar angle θ = ± 30 °, the energy e1 of the light source device of Example 2 is about 0.30, and the energy e0 of the light source is about 0.40. That is, the energy e1 of the light source device according to the second embodiment is smaller than the energy e0 of the light source, and satisfies the definition formula (1) regarding directivity.
Thereby, it was confirmed that the directivity of the light source was improved by using the dielectric multilayer film.
図２４は、実施例２の光源装置において、上記の式（２−１）、（２−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（２−１）、（２−２）から求めた全方位角エネルギーである。 FIG. 24 is a graph showing the result of trial calculation of the omnidirectional energy using the above equations (2-1) and (2-2) in the light source device of Example 2. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (2-1) and (2-2).
例えば極角θ＝４５°の点に着目すると、実施例２の光源装置の全方位角エネルギーＥ１が約１、光源の全方位角エネルギーＥ０が約１２である。全方位角エネルギー比Ｅ１／Ｅ０を計算すると、Ｅ１／Ｅ０＝０．０８３である。よって、指向性に関する定義式（４）を満足する。
これにより、観察者が指向性の向上を十分に認識できる程度の改善がなされていることが確認できた。
For example, paying attention to the point of the polar angle θ = 45 °, the omnidirectional energy E1 of the light source device of Example 2 is about 1, and the omnidirectional energy E0 of the light source is about 12. When the omnidirectional energy ratio E1 / E0 is calculated, E1 / E0 = 0.083. Therefore, the definition formula (4) regarding directivity is satisfied.
Thus, it was confirmed that the observer was able to sufficiently improve the directivity.
図２５は、実施例２の光源装置において、上記の式（３−１）、（３−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（３−１）、（３−２）から求めた全方位角エネルギーである。全方位角エネルギーは、最大値を１として規格化した値で示す。 FIG. 25 is a graph showing the result of trial calculation of omnidirectional energy using the above equations (3-1) and (3-2) in the light source device of Example 2. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (3-1) and (3-2). The omnidirectional energy is expressed as a value normalized with a maximum value of 1.
例えば立体角（極角θ）２０°のコーンの内部に入る光に着目すると、実施例２の光源装置の全方位角エネルギーＥ１’が約０．４７、光源の全方位角エネルギーＥ０’が約０．２５である。よって、指向性に関する定義式（３）を満足する。
実施例２の場合、光源からの光の中に完全拡散光成分が含まれているため、図２５に示す光源のエネルギー曲線の傾斜は実施例１よりも緩やかである。したがって、実施例２の場合、誘電体多層膜の使用による指向性改善効果は実施例１よりも大きくなる。
For example, focusing on the light entering the inside of a cone having a solid angle (polar angle θ) of 20 °, the omnidirectional energy E1 ′ of the light source device of the second embodiment is about 0.47, and the omnidirectional energy E0 ′ of the light source is about 0.25. Therefore, the definition formula (3) regarding directivity is satisfied.
In the case of Example 2, since the completely diffused light component is included in the light from the light source, the slope of the energy curve of the light source shown in FIG. 25 is gentler than that of Example 1. Therefore, in the case of Example 2, the directivity improvement effect by using the dielectric multilayer film is larger than that of Example 1.
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図２６〜図３１を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、誘電体多層膜の材料の屈折率を種々変化させた点が第１実施形態と異なる。
よって、光源装置の基本構成の説明は省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the light source device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that the refractive index of the material of the dielectric multilayer film is variously changed.
Therefore, the description of the basic configuration of the light source device is omitted.
本実施形態では、誘電体多層膜を構成する高屈折率層および低屈折率層の屈折率を種々変化させ、上記の式に基づいてエネルギーを試算した。その結果から、第２実施形態で述べたように、極角θが４５°の光が誘電体多層膜を透過した後のエネルギーが、誘電体多層膜を透過する前のエネルギーの１０％以下になるような平均屈折率を求めた。 In this embodiment, the refractive index of the high refractive index layer and the low refractive index layer constituting the dielectric multilayer film is variously changed, and the energy is estimated based on the above formula. As a result, as described in the second embodiment, the energy after the light having the polar angle θ of 45 ° is transmitted through the dielectric multilayer film is 10% or less of the energy before the light is transmitted through the dielectric multilayer film. The average refractive index was determined.
実施例２の光源装置においては、高屈折率層の屈折率ｎＡを１．７５、低屈折率層の屈折率ｎＢを１．５５、誘電体多層膜の平均屈折率ｎaveを１．６５、と設定した。本実施形態においても、高屈折率層の屈折率ｎＡと低屈折率層の屈折率ｎＢとの差を０．２０に維持しつつ、各屈折率の組み合わせを３種類に変化させ、各々を実施例３−Ａ、実施例３−Ｂ、実施例３−Ｃの光源装置とした。各屈折率の組み合わせは［表１］に示す通りである。 In the light source device of Example 2, the refractive index nA of the high refractive index layer is 1.75, the refractive index nB of the low refractive index layer is 1.55, and the average refractive index nave of the dielectric multilayer film is 1.65. Set. Also in this embodiment, the difference between the refractive index nA of the high-refractive index layer and the refractive index nB of the low-refractive index layer is maintained at 0.20, and each combination of the refractive indexes is changed to three types, and each is implemented. The light source devices of Example 3-A, Example 3-B, and Example 3-C were obtained. The combinations of the refractive indexes are as shown in [Table 1].
本実施形態のシミュレーションに用いた光源の光学特性を図２６、図２７に示す。
図２６は、光源の分光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は分光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
図２７は、光源の配光分布を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は分光強度（最大値を１としたときの相対値）である。
図２６に示す分光スペクトル、図２７に示す配光分布は、ともに第２実施形態と同様である。
その他のシミュレーション条件は、第１、第２実施形態と同様である。
The optical characteristics of the light source used in the simulation of this embodiment are shown in FIGS.
FIG. 26 is a graph showing the spectrum of the light source. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the spectral intensity (relative value when the maximum value is 1).
FIG. 27 is a graph showing the light distribution of the light source. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the spectral intensity (relative value when the maximum value is 1).
The spectral spectrum shown in FIG. 26 and the light distribution shown in FIG. 27 are both the same as in the second embodiment.
Other simulation conditions are the same as those in the first and second embodiments.
図２８（Ａ）〜（Ｃ）は、各実施例の光源装置において、光源の分光スペクトルと誘電体多層膜の波長シフト量とを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は光強度（最大値を１としたときの相対値）および分光透過率（最大値を１００としたときの相対値）である。
図２８（Ａ）は実施例３−Ａのシミュレーション結果、図２８（Ｂ）は実施例３−Ｂのシミュレーション結果、図２８（Ｃ）は実施例３−Ｃのシミュレーション結果、をそれぞれ示す。
28A to 28C are graphs showing the spectral spectrum of the light source and the wavelength shift amount of the dielectric multilayer film in the light source device of each example. The horizontal axis of the graph is the wavelength λ (nm), and the vertical axis is the light intensity (relative value when the maximum value is 1) and the spectral transmittance (relative value when the maximum value is 100).
FIG. 28A shows the simulation result of Example 3-A, FIG. 28B shows the simulation result of Example 3-B, and FIG. 28C shows the simulation result of Example 3-C.
図２８（Ａ）〜（Ｃ）において、極角θ＝４５°における波長シフト量Ｚに着目する。図２８（Ａ）に示すように、平均屈折率ｎaveが１．５５の実施例３−Ａの波長シフト量ＺＡが約６０ｎｍであった。図２８（Ｂ）に示すように、平均屈折率ｎaveが１．７５の実施例３−Ｂの波長シフト量ＺＢが約４０ｎｍであった。図２８（Ｃ）に示すように、平均屈折率ｎaveが２．１０の実施例３−Ｃの波長シフト量ＺＣが約３０ｎｍであった。 In FIGS. 28A to 28C, attention is focused on the wavelength shift amount Z at the polar angle θ = 45 °. As shown in FIG. 28A, the wavelength shift amount ZA of Example 3-A having an average refractive index nave of 1.55 was about 60 nm. As shown in FIG. 28B, the wavelength shift amount ZB of Example 3-B having an average refractive index nave of 1.75 was about 40 nm. As shown in FIG. 28C, the wavelength shift amount ZC of Example 3-C having an average refractive index nave of 2.10 was about 30 nm.
図２８（Ａ）〜（Ｃ）の結果から明らかなように、平均屈折率ｎaveが小さい程、波長シフト量Ｚは大きくなる傾向を示した。このように、誘電体多層膜の平均屈折率ｎaveを変化させることで波長シフト量Ｚを調整できることが判った。 As is apparent from the results of FIGS. 28A to 28C, the wavelength shift amount Z tends to increase as the average refractive index nave decreases. Thus, it has been found that the wavelength shift amount Z can be adjusted by changing the average refractive index nave of the dielectric multilayer film.
図２９は、実施例２，実施例３−Ａ，実施例３−Ｂ，実施例３−Ｃの各光源装置において、式（１−１）〜（１−３）を用いてエネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（１−１）〜（１−３）から求めたエネルギーである。エネルギーは、最大値を１として規格化した値で示す。 FIG. 29 is a trial calculation of energy using formulas (1-1) to (1-3) in the light source devices of Example 2, Example 3-A, Example 3-B, and Example 3-C. It is a graph which shows a result. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the energy obtained from the equations (1-1) to (1-3). The energy is shown as a value normalized with the maximum value being 1.
例えば極角θ＝３０°の点で見たとき、全ての実施例の光源装置のエネルギーｅ１は光源のエネルギーｅ０よりも小さく、指向性に関する定義式（１）を満足することが判った。各実施例同士を比較すると、平均屈折率が最も低い実施例３−Ａの指向性が最も高くなることが判った。 For example, when viewed from the point of the polar angle θ = 30 °, it was found that the energy e1 of the light source devices of all the examples is smaller than the energy e0 of the light source and satisfies the definitional formula (1) regarding directivity. When each example was compared, it turned out that the directivity of Example 3-A with the lowest average refractive index becomes the highest.
図３０は、実施例２，実施例３−Ａ，実施例３−Ｂ，実施例３−Ｃの各光源装置において、式（２−１）、（２−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（２−１）、（２−２）から求めた全方位角エネルギーである。 FIG. 30 shows the omnidirectional energy using the equations (2-1) and (2-2) in the light source devices of Example 2, Example 3-A, Example 3-B, and Example 3-C. It is a graph which shows the result of having calculated. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (2-1) and (2-2).
例えば極角θ＝４５°の点に着目すると、定義式（４）、すなわち全方位角エネルギー比Ｅ１／Ｅ０＜０．１を満足するのは実施例２、実施例３−Ｂ、実施例３−Ａである。
したがって、観察者が指向性向上効果を十分に認識できる程度の改善を得るためには、［表１］より、誘電体多層膜の平均屈折率を１．７５以下にする必要があることが判った。
For example, focusing on the point at the polar angle θ = 45 °, the definition formula (4), that is, the omnidirectional energy ratio E1 / E0 <0.1 is satisfied in the second embodiment, the third embodiment, the third embodiment, and the third embodiment. -A.
Therefore, in order to obtain such an improvement that the observer can sufficiently recognize the directivity improvement effect, it is understood from [Table 1] that the average refractive index of the dielectric multilayer film needs to be 1.75 or less. It was.
図３１は、実施例２，実施例３−Ａ，実施例３−Ｂ，実施例３−Ｃの各光源装置において、式（３−１）、（３−２）を用いて全方位角エネルギーを試算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は極角θ（°）であり、縦軸は式（３−１）、（３−２）から求めた全方位角エネルギーである。全方位角エネルギーは、最大値を１として規格化した値で示す。 FIG. 31 shows the omnidirectional energy using the equations (3-1) and (3-2) in the light source devices of Example 2, Example 3-A, Example 3-B, and Example 3-C. It is a graph which shows the result of having calculated. The horizontal axis of the graph is the polar angle θ (°), and the vertical axis is the omnidirectional energy obtained from the equations (3-1) and (3-2). The omnidirectional energy is expressed as a value normalized with a maximum value of 1.
全ての実施例において、任意の立体角（極角θ）で全方位角エネルギーＥ１’が光源の全方位角エネルギーＥ０’よりも大きくなっている。よって、指向性に関する定義式（３）を満足する。各実施例同士を比較すると、平均屈折率が最も低い実施例３−Ａの全方位角エネルギーＥ１’が最も大きく、指向性が最も高いことが判った。 In all embodiments, the omnidirectional energy E1 'is larger than the omnidirectional energy E0' of the light source at an arbitrary solid angle (polar angle θ). Therefore, the definition formula (3) regarding directivity is satisfied. Comparing the examples, it was found that the omnidirectional energy E1 'of Example 3-A having the lowest average refractive index was the highest and the directivity was the highest.
以上の結果から、大きな指向性改善効果を得るためには、誘電体多層膜の平均屈折率を１．７５以下に小さく設定し、分光透過率の波長シフト量を大きくすることが望ましいことが判った。 From the above results, it can be seen that in order to obtain a large directivity improvement effect, it is desirable to set the average refractive index of the dielectric multilayer film to be smaller than 1.75 and to increase the wavelength shift amount of the spectral transmittance. It was.
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図３２〜図３５を用いて説明する。
本実施形態では、第１〜第３実施形態の光源装置を備えた表示装置を例示する。
本実施形態の表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の蛍光をそれぞれ発する蛍光体を備えた蛍光励起型のカラー液晶表示装置である。
図３２は、本実施形態の表示装置を示す斜視図である。図３３は、表示装置の断面図である。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, the display apparatus provided with the light source device of 1st-3rd embodiment is illustrated.
The display device of the present embodiment is a fluorescence excitation type color liquid crystal display device including phosphors that emit fluorescence of R, G, and B colors.
FIG. 32 is a perspective view showing the display device of this embodiment. FIG. 33 is a cross-sectional view of the display device.
本実施形態の表示装置２０は、図３２、図３３に示すように、バックライト２１（光源装置）と、液晶光変調装置２２と、蛍光体基板２３と、を備えている。液晶光変調装置２２は、第１偏光板２４と、液晶パネル２５と、第２偏光板２６と、を備えている。表示装置２０においては、バックライト２１から射出された光を液晶光変調装置２２で透過率変調した後、蛍光体基板２３により波長変換し、発せられたＲ、Ｇ、Ｂの蛍光によって所望のカラー表示を行う。観察者は、バックライト２１が配置された側と反対側、すなわち、蛍光体基板２３が配置された側（図１の上側）から表示を視認する。
As shown in FIGS. 32 and 33, the
バックライト２１は、発光スペクトルにおいて、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域内に少なくとも一つの極大値を有するものが用いられる。すなわち、バックライト２１は、青色領域内に強度のピークを持つ光を射出する。４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域に極大値を有する光は、後述の蛍光体層に吸収された際に蛍光体層を効率良く励起して蛍光を生じさせる。
As the
具体的に、バックライト２１は、青色ＬＥＤ、青色蛍光管などの発光素子２７と、導光板２８と、誘電体多層膜２９と、から構成されている。発光素子２７は、例えば波長４５０ｎｍ付近に発光強度の極大値を有する青色光を発光する。本例では、発光素子２７は導光板２８の一つの端面に配置されている。導光板２８は、発光素子２７から入射された光を内部で伝播しつつ主面から射出させ、液晶光変調装置２２を照明する。バックライト２１は、第１〜第３実施形態の光源装置に対応する。
Specifically, the
液晶パネル２５は、第１基板３０と、第２基板３１と、第１基板３０と第２基板３１との間に挟持された液晶層３２と、を備えている。第１基板３０および第２基板３１は、光透過性を有するガラス基板等で構成される。液晶パネル２５は、マトリクス状に配置されたＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎に、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
The
第１基板３０には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜で構成された複数の画素電極（図示略）が設けられている。１つの画素電極は１つのサブ画素に対応して設けられている。各画素電極にはＴＦＴ（図示略）が接続されている。さらに、第１基板３０には、データバスライン、ゲートバスライン等の配線（図示略）が設けられている。配向膜（図示略）は、複数の画素電極を覆うように設けられている。
The
第２基板３１に、ＩＴＯ等の透明導電膜で構成された対向電極（図示略）が形成されている。配向膜（図示略）は、対向電極を覆うように形成されている。
A counter electrode (not shown) made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the
本実施形態の液晶パネル２５は、例えばＶＡ（Vertical Alignment, 垂直配向）モードで表示を行うものであり、液晶層３２には負の誘電異方性を有する垂直配向液晶が用いられる。表示モードとしては、上記のＶＡモードに限らず、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード等を用いることができる。
The
蛍光体基板２３は、第３基板３３と、第３基板３３に形成されたブラックマトリクス３４および蛍光体層３５と、を備えている。第３基板３３は、光透過性を有するガラス基板等で構成される。蛍光体層３５は、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光材料を含む赤色蛍光体層３５Ｒ、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体材料を含む緑色蛍光体層３５Ｇ、を有している。蛍光体基板２３と液晶光変調装置２２との間には、例えば屈折率が１．０の空気などの任意の媒質３６が存在している。あるいは、蛍光体基板２３と液晶光変調装置２２とは密着していてもよい。
The
蛍光体層３５は、以下に例示する蛍光体材料のみから構成されていても良い。蛍光体層３５は、任意に添加剤等を含んでいても良く、蛍光体材料が樹脂材料や無機材料等の結合材中に分散された構成であっても良い。本実施形態の蛍光体材料として、公知の蛍光体材料を用いることができる。この種の蛍光体材料は、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料とに分類することができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。
The
有機系蛍光体材料では、青色光を赤色光に変換する蛍光材として、シアニン系色素：４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリル）−４Ｈ−ピラン、ピリジン系色素：１−エチル−２−［４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル］−ピリジニウム−パークロレート、およびローダミン系色素：ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、ベーシックバイオレット１１、スルホローダミン１０１等が挙げられる。青色光を緑色光に変換する蛍光材として、クマリン系色素：２，３，５，６−１Ｈ、４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロメチルキノリジン（９，９ａ、１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２′−ベンゾチアゾリル）―７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２′−ベンゾイミダゾリル）―７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、ナフタルイミド系色素：ベーシックイエロー５１、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６等が挙げられる。
In organic phosphor materials, cyanine dyes: 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran, pyridine dyes as fluorescent materials that convert blue light into red light : 1-ethyl-2- [4- (p-dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl] -pyridinium-perchlorate and rhodamine dyes: rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110, And
無機系蛍光体材料では、青色光を赤色光に変換する蛍光材として、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、ＹＡｌＯ3：Ｅｕ3+、Ｃａ2Ｙ2（ＳｉＯ4）6：Ｅｕ3+、ＬｉＹ9（ＳｉＯ4）6Ｏ2：Ｅｕ3+、ＹＶＯ4：Ｅｕ3+、ＣａＳ：Ｅｕ3+、Ｇｄ2Ｏ3：Ｅｕ3+、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ3+、Ｍｇ4ＧｅＯ5.5Ｆ：Ｍｎ4+、Ｍｇ4ＧｅＯ6：Ｍｎ4+、Ｋ5Ｅｕ2.5（ＷＯ4）6.25、Ｎａ5Ｅｕ2.5（ＷＯ4）6.25、Ｋ5Ｅｕ2.5（ＭｏＯ4）6.25、Ｎａ5Ｅｕ2.5（ＭｏＯ4）6.25等が挙げられる。青色光を緑色光に変換する蛍光材として、（ＢａＭｇ）Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+、（ＳｒＢａ）Ａl12Ｓｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、（ＢａＭｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7−Ｓｒ2Ｂ2Ｏ5：Ｅｕ2+、（ＢａＣａＭｇ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ3Ｏ8−２ＳｒＣｌ2：Ｅｕ2+、Ｚｒ2ＳｉＯ4、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｂａ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｓｒ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（ＢａＳｒ）ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等が挙げられる。 In the inorganic phosphor material, Y 2 O 2 S: Eu 3+ , YAlO 3 : Eu 3+ , Ca 2 Y 2 (SiO 4 ) 6 : Eu 3+ are used as fluorescent materials for converting blue light into red light. LiY 9 (SiO 4 ) 6 O 2 : Eu 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , CaS: Eu 3+ , Gd 2 O 3 : Eu 3+ , Gd 2 O 2 S: Eu 3+ , Y (P, V) O 4 : Eu 3+ , Mg 4 GeO 5.5 F: Mn 4+ , Mg 4 GeO 6 : Mn 4+ , K 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , K 5 Examples include Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 and Na 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 . As fluorescent materials for converting blue light into green light, (BaMg) Al 16 O 27 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , (SrBa) Al 12 Si 2 O 8 : Eu 2+ , (BaMg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ , Sr 2 P 2 O 7 —Sr 2 B 2 O 5 : Eu 2+ , (BaCaMg) 5 ( PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 8 -2SrCl 2 : Eu 2+ , Zr 2 SiO 4 , MgAl 11 O 19 : Ce 3+ , Tb 3+ , Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , (BaSr) SiO 4 : Eu 2+ and the like.
赤色蛍光体層３５Ｒは液晶パネル２５の一つの画素電極に対応して配置されている。赤色蛍光体層３５Ｒが配置された領域が赤色サブ画素である。同様に、緑色蛍光体層３５Ｇは液晶パネル２５の一つの画素電極に対応して配置されている。緑色蛍光体層３５Ｇが配置された領域が緑色サブ画素である。また、蛍光体層３５のうち、青色サブ画素に相当する領域には、蛍光体層が配置されておらず、入射した青色光を散乱させて射出させる散乱体層３５Ｂが配置されている。蛍光体層３５と第２偏光板２６との間に、蛍光体層１４で発せられた光を反射する反射膜があっても良い。
The
ブラックマトリクス３４は、赤色蛍光体層３５Ｒ、緑色蛍光体層３５Ｇ、および散乱体層３５Ｂを区画する位置に設けられている。ブラックマトリクス３４は、例えば黒色樹脂や金属等の光吸収性の高い材料で構成されている。
The
第１偏光板２４は、液晶パネル２５を構成する第１基板３０の外面に配置されている。第２偏光板２６は、第２基板３１の外面に配置されている。本実施形態の第１偏光板２４および第２偏光板２６は、液晶パネル２５の外側に位置する偏光板、いわゆるアウトセル型の偏光板である。第１偏光板２４および第２偏光板２６は、例えば２色性染料からなる２色性色素、もしくはヨウ素を樹脂基材中に含む偏光板である。また、第１偏光板２４と第１基板３０との間、もしくは第２偏光板２６と第２基板３１との間に位相差板が設けられていてもよい。
The first
本実施形態の表示装置２０は、第１〜第３実施形態の光源装置からなるバックライト２１を備えている。これにより、液晶光変調装置２２および蛍光体基板２３に対して指向性が高い光が照射される。その結果、色クロストークが少なく、正面コントラストに優れた蛍光励起型の表示装置を実現することができる。
The
本実施例の場合、誘電体多層膜２９は、導光板２８の直上、すなわち導光板２８と第１偏光板２４との間に配置されている。しかしながら、誘電体多層膜２９の位置は、導光板２８と第１偏光板２４との間に限られるものではなく、導光板２８から蛍光体層３５までの間であればどこでもよい。誘電体多層膜２９は、例えば液晶光変調装置２２の内部、もしくは液晶光変調装置２２と蛍光体基板２３との間に配置されていたとしても、指向性を高める効果を発揮することができる。
In the present embodiment, the
表示装置の積層構造は、図３３に示したものに限らず、例えば図３４もしくは図３５に示したものを用いてもよい。
図３４に示した表示装置４０は、第１偏光板２４が第１基板３０の液晶層３２側の面に配置され、第２偏光板２６が第２基板３１の液晶層３２側の面に配置されている。すなわち、第１偏光板２４と第２偏光板２６とが、ともにインセル型の偏光板である。
The laminated structure of the display device is not limited to the one shown in FIG. 33, and for example, the one shown in FIG. 34 or FIG. 35 may be used.
34, the first
図３５に示した表示装置５０は、第１偏光板２４が第１基板３０の液晶層３２側の面に配置され、第２偏光板２６が第２基板３１の蛍光体基板２３側の面に配置されている。すなわち、第１偏光板２４はインセル型の偏光板であり、第２偏光板２６はアウトセル型の偏光板である。
図３４、図３５の表示装置４０，５０においても、図３３に示す本実施形態の表示装置２０と同様の効果が得られる。
In the
In the
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図３６を用いて説明する。
本実施形態の光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射板が追加された点が第１実施形態と異なる。
図３６は、本実施形態の光源装置の断面図である。
図３６において、第１実施形態の図１２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the light source device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that a reflector is added.
FIG. 36 is a cross-sectional view of the light source device of this embodiment.
36, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 12 of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
本実施形態の光源装置６０においては、図３６に示すように、光源１１の背面側（誘電体多層膜１２が配置された側と反対側）に反射板６１が設けられている。反射板６１には、例えばＥＳＲ（登録商標、住友スリーエム社）、ＰＥＴ等からなる樹脂製反射フィルムが用いられる。もしくは、反射板６１には、蒸着法により成膜した金属薄膜を有する金属製反射板が用いられてもよい。
In the
本実施形態においても、指向性の高い光源装置を実現できるという第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態の光源装置６０は反射板６１を備えているため、光源１１から背面側に射出された光を観察者側に反射させる効果に加え、誘電体多層膜１２で反射した光Ｌ１を反射光Ｌ２として観察者側に戻す効果が得られる。すなわち、本実施形態の光源装置６０は、誘電体多層膜１２で反射した光をリサイクルする効果を有している。これにより、正面方向における透過率（エネルギー）の向上が期待できる。
In the present embodiment, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained that a light source device with high directivity can be realized. Furthermore, since the
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図３７を用いて説明する。
本実施形態では、スポット照射光源装置の一例を示す。
図３７は、本実施形態の光源装置の斜視図である。
図３７において、第１実施形態の図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, an example of a spot irradiation light source device is shown.
FIG. 37 is a perspective view of the light source device of the present embodiment.
In FIG. 37, the same components as those in FIG. 11 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図３７に示すように、本実施形態の光源装置７０は、光源７１と、誘電体多層膜１２と、を備えている。以前の実施形態では、光源１１として面状光源を用いることを想定したが、本実施形態では、光源７１として例えば紫外ＬＥＤ等の点状光源を用いる。誘電体多層膜１２の構成は以前の実施形態と同一である。
As shown in FIG. 37, the
光源７１から放射状に射出された紫外光等の光Ｌは、誘電体多層膜１２を透過することで指向性が高められた後、励起材料１３にスポット状に照射される。本実施形態の光源装置７０によれば、人の目にとって感度の低い紫外光等の光の指向性を高めて励起材料１３に照射することにより、スポット発光面を作り出すことができる。
Light L such as ultraviolet light emitted radially from the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態で用いた誘電体多層膜の材料、膜厚、層数等については適宜変更が可能である。また、本発明の光源装置は、液晶表示装置以外の種々の表示装置に適用が可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the material, film thickness, number of layers, and the like of the dielectric multilayer film used in the above embodiment can be changed as appropriate. Further, the light source device of the present invention can be applied to various display devices other than the liquid crystal display device.
光源と誘電体多層膜とを備えた光源装置が実際に存在していたとする。光源装置を分解して光源単体の分光スペクトルと誘電体多層膜単体の分光透過率スペクトルとを測定する。各々のスペクトルの積から計算されるエネルギー量およびエネルギー比が本発明の関係式を満たすか否かによって、その光源装置が本発明の光源装置に相当するか否かを判断できる。 Assume that a light source device having a light source and a dielectric multilayer film actually exists. The light source device is disassembled to measure the spectral spectrum of the light source alone and the spectral transmittance spectrum of the dielectric multilayer film alone. Whether or not the light source device corresponds to the light source device of the present invention can be determined based on whether or not the energy amount and the energy ratio calculated from the products of the respective spectra satisfy the relational expression of the present invention.
本発明は、蛍光励起型の液晶表示装置などの各種表示装置に利用可能である。 The present invention is applicable to various display devices such as a fluorescence excitation type liquid crystal display device.
１，１０，６０，７０…光源装置、２，１１，７１…光源、３，１２…誘電体多層膜、４…第１屈折率層、５…第２屈折率層、１４…高屈折率層、１５…低屈折率層、２０，４０，５０…表示装置、２１…バックライト（光源装置）、２２…液晶光変調装置、２３…蛍光体基板、６１…反射板。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、
前記光源の１点から第１の極角および第１の方位角の方向に射出された光のエネルギーをｅ０とし、前記光源の１点から前記第１の極角および前記第１の方位角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ１としたとき、ｅ１／ｅ０＜１の関係を満たすか、もしくは、
ｅ１／ｅ０＝１である場合に、前記光源の１点から前記第１の極角より大きい第２の極角および前記第１の方位角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光のエネルギーをｅ２としたとき、ｅ２＝０の関係を満たすことを特徴とする光源装置。 A light source;
It has a configuration in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately stacked, and transmits light in a predetermined wavelength range and reflects light outside the wavelength range among the light emitted from the light source. A dielectric multilayer film, and
The energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the first polar angle and the first azimuth is e0, and the first polar angle and the first azimuth of the light from one point of the light source When the energy of light emitted in the direction and transmitted through the dielectric multilayer film is e1, the relationship of e1 / e0 <1 is satisfied, or
When e1 / e0 = 1, the light is emitted from one point of the light source in the direction of the second polar angle larger than the first polar angle and the first azimuth angle and transmitted through the dielectric multilayer film A light source device satisfying a relationship of e2 = 0 where light energy is e2.
高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、
前記光源の１点から第１の極角の方向に射出された光の全方位角エネルギーをＥ０とし、前記光源の１点から前記第１の極角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ１としたとき、Ｅ１／Ｅ０＜１の関係を満たすか、もしくは、
Ｅ１／Ｅ０＝１である場合に、前記光源の１点から前記第１の極角より大きい第２の極角の方向に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ２としたとき、Ｅ２＝０の関係を満たすことを特徴とする光源装置。 A light source;
It has a configuration in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately stacked, and transmits light in a predetermined wavelength range and reflects light outside the wavelength range among the light emitted from the light source. A dielectric multilayer film, and
The omnidirectional energy of light emitted from one point of the light source in the first polar angle direction is E0, and the dielectric multilayer film is emitted from one point of the light source in the first polar angle direction. Satisfying the relationship of E1 / E0 <1, where E1 is the total azimuthal energy of the light transmitted through
When E1 / E0 = 1, the omnidirectional energy of light emitted from one point of the light source in the direction of the second polar angle larger than the first polar angle and transmitted through the dielectric multilayer film is obtained. A light source device satisfying a relationship of E2 = 0 when E2.
高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構成を有し、前記光源から射出された光のうち、所定の波長域の光を透過させ、前記波長域以外の光を反射させる誘電体多層膜と、を備え、
前記光源の１点から所定の立体角の範囲内に射出された光の全方位角エネルギーをＥ０’とし、前記光源の１点から前記立体角の範囲内に射出されて前記誘電体多層膜を透過した光の全方位角エネルギーをＥ１’としたとき、Ｅ１’／Ｅ０’＞１の関係を満たすことを特徴とする光源装置。 A light source;
It has a configuration in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately stacked, and transmits light in a predetermined wavelength range and reflects light outside the wavelength range among the light emitted from the light source. A dielectric multilayer film, and
The total azimuth energy of light emitted from one point of the light source within a predetermined solid angle range is set to E0 ′, and the dielectric multilayer film is emitted from one point of the light source within the solid angle range. A light source device satisfying a relationship of E1 ′ / E0 ′> 1 when the omnidirectional energy of transmitted light is E1 ′.
前記光源装置から射出された光の透過光量を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を吸収し、前記光源装置から射出された光の波長域とは異なる波長域の蛍光を発する蛍光体と、を備えたことを特徴とする表示装置。 A light source device according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device for modulating the amount of transmitted light emitted from the light source device;
A display device comprising: a phosphor that absorbs light emitted from the light modulation device and emits fluorescence in a wavelength region different from the wavelength region of the light emitted from the light source device.
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