JP2022045207A - 光照射装置、光発生装置、及び画像表示装置 - Google Patents

光照射装置、光発生装置、及び画像表示装置 Download PDF

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健男 富山
Takeo Tomiyama
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Tadashi Okuda
正人 西村
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和仁 渡部
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Abstract

【課題】ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材に対して照射しても円環状の色むらが抑制される光を照射するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置を提供すること。【解決手段】発散光を含む光を放出する光源と、前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整部材と、を有するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置。【選択図】図1

Description

本開示は、光照射装置、光発生装置、バックライトユニット、及び画像表示装置に関する。
近年、液晶表示装置等の画像表示装置の分野においては、ディスプレイの色再現性を向上させることが求められており、色再現性を向上させる手段として、量子ドット蛍光体を含む波長変換部材を用いたバックライトユニットが注目を集めている(例えば、特許文献1~3参照)。
上記量子ドット蛍光体として赤色光を発光する量子ドット蛍光体及び緑色光を発光する量子ドット蛍光体を用いる場合、波長変換部材に対して励起光としての青色光を照射すると、量子ドット蛍光体から発光された赤色光及び緑色光と波長変換部材を透過した青色光とにより、白色光を得ることができる。
ここで、画像表示装置等に用いられるバックライトユニットの方式には、直下型方式とエッジライト型方式とが挙げられる。その中でも、近年、画像表示装置の大型化及び光源(発光ダイオード等)の低価格化により、直下型方式のバックライトユニットの需要が増えている。
直下型方式のバックライトユニットでは、エッジライト型方式のように導光板を用いるのではなく、液晶パネル等の画像表示部の裏側に配置された複数の光源から発せられた光が、波長変換部材を経由し、画像表示領域全体に照射される。この画像表示領域に照射される光の量を均一化するため、複数の光源として、発散光を含む光を放出する光源(点光源等)が用いられる。また、画像表示領域に照射される光の量をさらに均一化するため、例えば、光源と波長変換部材との間に光拡散板を設ける方法も用いられている。
特表2013-544018号公報 国際公開第2016/052625号 特開2015-035336号公報
光源から放出された光が拡散板を経由して波長変換部材に照射されることで、画像表示領域に照射される光の量がある程度均一化される。
しかしながら、ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材を用いた場合、画像表示領域に照射される光に、円環状の色むらが発生することがある。この円環状の色むらは、光の量がある程度均一化される程度に光を拡散させる光拡散板を用いても発生することがあり、さらに光拡散性の強い光拡散板を用いると輝度の低下が生じることがある。
本開示は、上記事情に鑑み、ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材に対して照射しても円環状の色むらが抑制される光を照射するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置を提供することを目的とする。
本開示は、また、円環状の色むらが抑制された光を発生させる光発生装置並びに前記光発生装置を備えるバックライトユニット及び画像表示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の具体的な手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>
発散光を含む光を放出する光源と、
前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整部材と、
を有するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置。
<2>
前記光角度調整部材により調整された光の発散角度が100°以下である<1>に記載の光照射装置。
<3>
前記光角度調整部材は、光を屈折させる機能を少なくとも有する<1>又は<2>に記載の光照射装置。
<4>
前記光角度調整部材は、フレネルレンズを少なくとも含む<1>~<3>のいずれか1つに記載の光照射装置。
<5>
前記光源から放出された光の発散角度が15°以上である<1>~<4>のいずれか1つに記載の光照射装置。
<6>
発散光を含む光を放出する光源と、
前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、
を有するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置。
<7>
<1>~<6>のいずれか1つに記載の光照射装置と、
ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光照射装置により照射された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
を有する光発生装置。
<8>
発散光を含む光を放出する光源と、
前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整部材と、
ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光角度調整部材により発散角度が調整された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
を有する光発生装置。
<9>
前記光角度調整部材により調整された光の発散角度が100°以下である<8>に記載の光発生装置。
<10>
前記光角度調整部材は、光を屈折させる機能を少なくとも有する<8>又は<9>に記載の光発生装置。
<11>
前記光角度調整部材は、フレネルレンズを少なくとも含む<8>~<10>のいずれか1つに記載の光発生装置。
<12>
前記光源から放出された光の発散角度が15°以上である<8>~<11>のいずれか1つに記載の光発生装置。
<13>
発散光を含む光を放出する光源と、
前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、
ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光角度調整手段により調整された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
を有する光発生装置。
<14>
<7>~<13>のいずれか1つに記載の光発生装置を備えるバックライトユニット。
<15>
前記光発生装置は複数の前記光源を有する<14>に記載のバックライトユニット。
<16>
<14>又は<15>に記載のバックライトユニットを備える画像表示装置。
本開示によれば、ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材に対して照射しても円環状の色むらが抑制される光を照射するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置が提供される。
また本開示によれば、円環状の色むらが抑制された光を発生させる光発生装置並びに前記光発生装置を備えるバックライトユニット及び画像表示装置が提供される。
本開示の光照射装置及び光発生装置の概略構成の一例を示す図である。 図1に示す光照射装置において光の発散角度を説明するための図である。 本開示の光照射装置及び光発生装置の概略構成の他の一例を示す図である。 本開示の液晶表示装置の概略構成の一例を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において積層体又はこれを構成する層の平均厚みは、マイクロメータ等を用いて測定した任意の3箇所の厚みの算術平均値とする。
本開示において「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタクリルの少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味する。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
<光照射装置及び光発生装置>
本開示のある実施形態に係る光照射装置は、発散光を含む光を放出する光源と、光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、を有し、ナノ粒子蛍光体含有波長変換部材に光を照射するための(すなわち、ナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の)光照射装置である。
前記光照射装置では、前記光角度調整手段として、光角度調整部材を用いてもよい。
ここで、「発散光」とは、光源から発散するように広がる光をいう。
また、「発散角度」とは、発散光が広がる光の角度をいう。
本開示のある実施形態に係る光発生装置は、発散光を含む光を放出する光源と、光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、ナノ粒子蛍光体を含有し、光角度調整部材により発散角度が調整された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、を有する。
前記光発生装置では、光源と光角度調整手段とを有する光照射装置として、前記光照射装置を用いてもよい。
また、前記光発生装置では、前記光角度調整手段として、光角度調整部材を用いてもよい。
図1に、第1実施形態に係る光発生装置の一例を示す。図1に示す光発生装置100は、青色の入射光を赤色の光に波長変換する量子ドットRと、青色の入射光を緑色の光に波長変換する量子ドットGと、をナノ粒子蛍光体として含有する波長変換部材を用いた光発生装置である。
図1に示す光発生装置100は、ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材に対して光を照射する装置である光照射装置10と、量子ドットR及び量子ドットGを含有し、光照射装置10により照射された光の一部の波長を変換する波長変換部材20と、を有する。
また、光照射装置10は、図2に示すように、発散角度がAである発散光を含む青色光Lを放出する光源12と、光源12から放出された青色光Lの発散角度をAからAに小さく調整する光角度調整手段である光角度調整部材14と、有する。
つまり、光発生装置100は、光源12と、光角度調整部材14と、光角度調整部材14により発散角度がAに調整された青色光Lの一部の波長を変換する波長変換部材20と、を有する。
なお、光角度調整部材14は、光源12に対して青色光Lが放出された側に、光源12と離間して配置されている。また、波長変換部材20は、入射面20Rが光角度調整部材14に対向するように、光角度調整部材14と離間して配置されている。
図1に示す光発生装置100の光照射装置10では、発散角度がAである発散光を含む青色光Lが、光源12から放出されて光角度調整部材14に入射する。光角度調整部材14に入射された青色光Lは、発散角度がAに調整された状態で光角度調整部材14から出射され、波長変換部材20の入射面20Rに照射される。
波長変換部材20に照射された青色光Lの一部は、量子ドットRによって波長が変換され、赤色光Lとして波長変換部材20から放出される。また、波長変換部材20に照射された青色光Lの他の一部は、量子ドットGによって波長が変換され、緑色光Lとして波長変換部材20から放出される。さらに、波長変換部材20に照射された青色光Lの残りの一部は、波長が変換されないまま青色光Lとして波長変換部材20を透過する。そして、青色光L、赤色光L、及び緑色光Lが合わさることで、光発生装置100から白色光Lが発生する。
図1及び図2に示す光照射装置10は、光源12から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段を有しているため、光照射装置10及び波長変換部材20を備える光発生装置100から発生した光における円環状の色むらが抑制される。その理由は以下のように推測される。
光角度調整手段を有さない従来の光発生装置では、図1に示す光発生装置100に比べて、発散角度の大きい発散光が波長変換部材に照射される。すると、同じ光源から放出された発散光のうち、中央部の光と外側の光とで、波長変換部材の内部を通過する光路長に差が生じてしまう。
具体的には、発散光のうち中央部の光は、波長変換部材の入射面に対して垂直に入射するため、波長変換部材の内部における光路長が短い。一方、発散光のうち外側の光は、波長変換部材の入射面に対して鋭角に入射するため、波長変換部材の内部における光路長が長くなると考えられる。
波長変換部材の内部における光路長が短い光に比べて、波長変換部材の内部における光路長が長い光は、波長が変換された光の割合が相対的に多くなる。波長変換部材として量子ドットR及び量子ドットGを含有する波長変換部材を用いた場合、波長変換部材の内部における光路長が長い光(つまり、外側の光)は、赤色光及び緑色光の割合が相対的に多くなり、黄色味を帯びた光となる。そのため、円環状の色むらが発生すると推測される。
これに対して、図1及び図2に示す光照射装置10では、光源12から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段である光角度調整部材14を有しているため、光照射装置10によって照射された光の発散角度が小さい。したがって、中央部の光と外側の光との間における、波長変換部材20の内部の光路長差が小さくなり、波長変換部材20によって波長が変換された光の割合の差も中央部と外側との間で生じにくい。そのため、光発生装置100から発生する光における高い輝度を維持しつつ、円環状の色むらが抑制されると推測される。
なお、図1及び図2に示す光照射装置10は、光源12を1つのみ有しているが、光源12を複数有していてもよい。
また、図1に示す光発生装置100では、光源12、光角度調整部材14、及び波長変換部材20のみを有しているが、必要に応じて他の部材を有していてもよい。他の部材としては、光拡散板、波長変換部材20を被覆する被覆材、光反射板、偏光フィルム、位相差フィルム、マイクロレンズアレイシート、プリズムフィルム、シリンドリカルレンズフィルム、反射型偏向フィルム、光透過率調整フィルム、ダイクロイックフィルム等が挙げられる。なお、他の部材は、フィルム状のものであってもよく、シート状のものであってもよく、板状のものであってもよい。
図3に、第2実施形態に係る光発生装置の一例を示す。図3に示す光発生装置120は、図1に示す光発生装置100と同様に、量子ドットRと量子ドットGとをナノ粒子蛍光体として含有する波長変換部材を用いた光発生装置である。
また、図3に示す光発生装置120は、光源12を複数有する光照射装置110を、ナノ粒子蛍光体を含有する波長変換部材に対して光を照射する装置として用い、かつ、光照射装置110と波長変換部材20との間に光拡散板16が設けられている。
なお、図3に示す光発生装置120を構成する部材のうち、図1に示す光発生装置100を構成する部材と同じ機能を有するものについては、同じ符号を付している。
図3に示す光照射装置110は、光源12を複数有することを除き、図1及び図2に示す光照射装置10と同様である。つまり、図3に示す光照射装置110は、発散光を含む青色光Lを放出する複数の光源12と、複数の光源12から放出された青色光Lの発散角度を小さく調整する光角度調整手段である光角度調整部材14と、有する。
また、図3に示す光発生装置120は、光照射装置110を用い、光照射装置110と波長変換部材20との間に光拡散板16を有する以外は、図1に示す光発生装置100と同様である。つまり、図3に示す光発生装置120は、光照射装置110と、光照射装置110により照射された光の一部を拡散させる光拡散板16と、量子ドットR及び量子ドットGを含有し、光拡散板16を透過した光の一部の波長を変換する波長変換部材20と、を有する。
図3に示す光発生装置120の光照射装置110では、発散光を含む青色光Lが、複数の光源12からそれぞれ放出されて光角度調整部材14に入射する。光角度調整部材14に入射された青色光Lは、発散角度が小さく調整された状態で光角度調整部材14から光拡散板16に入射し、青色光Lの一部が散乱することで青色光Lの輝度分布がより均一化され、波長変換部材20の入射面20Rに照射される。
そして、波長変換部材20に照射された青色光Lの一部が、図1に示す光発生装置100と同様に波長が変換されることで、光発生装置120から白色光Lが発生する。
図3に示す光照射装置110も、図1及び図2に示す光照射装置10と同様に、光源12から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段を有している。そのため、光照射装置110及び波長変換部材20を備える光発生装置120から発生した光における円環状の色むらが抑制される。
以下、図1に示す光発生装置100及び図3に示す光発生装置120が有する各部材について、それぞれ説明する。
(光源)
光源12は、発散光を含む光を放出するものであれば特に限定されるものではない。
光源12は、点光源、線光源、及び面光源のいずれであってもよく、点光源であることが好ましい。なお、点光源とは、発光部の大きさが受光部までの距離に比べて小さく、点とみなせる光源をいう。
光源12の具体例としては、有機発光ダイオード(すなわち、Organic Light Emitting Diode、以下「OLED」ともいう)等の発光ダイオード(すなわち、Light Emitting Diode、以下「LED」ともいう)、冷陰極管(すなわち、Cold Cathode Fluorescent Lamp、以下「CCFL」ともいう)、半導体レーザ等が挙げられる。なお、上記LEDとして、Micro LED、Mini LED等を用いてもよい。
光源12が放出する光の波長は、用いる波長変換部材に応じて適宜設定される。
波長変換部材として量子ドットR及び量子ドットGを含有する波長変換部材20を用いる場合、光源12としては、例えば、430nm~480nmの波長域の光を少なくとも放出する光源が好ましく、430nm~480nmの波長域に発光中心波長を有する青色光を発光する光源がより好ましい。
光源12が放出する光の発散角度は、より広い領域に光を照射する観点から、15°以上であることが好ましく、20°以上であることがより好ましい。
一方、光源12が放出する光の発散角度が大きすぎると、光角度調整部材14における被照射面のブリュースター角よりも大きい角度領域の発散光が多く、全体として入射する光の量が少なくなり、反射損失が大きくなることが考えられる。したがって、反射損失を抑える観点からは、光源12が放出する光の発散角度は、光角度調整部材14における被照射面のブリュースター角以下であることが好ましい。具体的には、光源12が放出する光の発散角度は、120°以下であることが好ましく、110°以下であることがより好ましい。
光源12が放出する光の発散角度は、より広い領域に光を照射しつつ反射損失を抑える観点から、15°~120°が好ましく、20°~110°がより好ましい。
なお、上記「光の発散角度」は、指向角とも呼ばれ、最大の明るさの半分以上となる角度(すなわち、半値角)で表される。
光の発散角度は、以下のようにして測定する。具体的には、円の中心に光源を固定的に配置して、円周に沿って受光素子を移動させながら輝度を測定する。輝度の最大値を1としたとき、輝度が1/2となる半値角θを検出する。そして、2つの半値角で挟まれる角度2θを指向角(つまり、光の発散角度)とする。
光照射装置が有する光源12の数は、1つでもよく、複数でもよい。
図3に示す光照射装置110のように光源12を複数有する場合、光源12の個数としては、例えば、波長変換部材20の入射面20Rの単位面積当たり0.01個/cm以上が挙げられる。
光照射装置が有する光源12全体(つまり、光照射装置が複数の光源12を有する場合、前記複数の光源12全体)から放出されて光角度調整部材14に入射した光の輝度は、光学発生装置から発生する光の面均一性の観点から、同一電流駆動時の発光輝度バラツキが20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
上記発光輝度バラツキの測定方法は、以下の通りである。具体的には、光角度調整部材14の照射面において、米国国家規格協会が定めた9ポイント(ANSI-9)について、受光素子により同一電流駆動時の輝度を測定する。前記9箇所の輝度のうち最大値を基準値とし、最大値と最小値との差が基準値の何%であるかを求め、その値を上記「発光輝度バラツキ」とする。
(光角度調整部材、光角度調整手段)
光角度調整部材14は、光源12から放出された光の発散角度を小さく調整する部材であれば特に限定されるものではない。
光角度調整部材14としては、屈折機能を有する部材が挙げられ、光の屈折、光の反射、又はそれらの組み合わせにより発散角度を小さく調整できる部材であってもよい。
光角度調整部材14の具体例としては、プリズム、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、シリンドリカルレンズ、回折格子、ルーバー、ホログラム、これらを組み合わせた光学部材(例えば、プリズムとフレネルレンズとを組み合わせた全反射フレネルレンズ等)などが挙げられる。光角度調整部材14としては、これらの中でも、円環状の色むら抑制及び輝度向上の観点から、プリズム、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、及び全反射フレネルレンズが好ましく、さらに光発生装置の薄型化の観点から、フレネルレンズ及び全反射フレネルレンズ(つまり、フレネルレンズを少なくとも含む光学部材)がより好ましい。
ここで、フレネルレンズとは、レンズ面が連続した球面レンズ又は非球面レンズに対し、同心円状のいくつかの領域に分割して切込みを入れることで、厚みを減らしたレンズを言う。
また、全反射フレネルレンズとは、中央部にフレネルレンズを配置し、外周部にプリズムを配置することで、プリズムの全反射を利用して外周部の光も利用できるようにした光学部材である。
なお、光角度調整部材14は、光源12から放出された光が照射される領域全体に配置されていてもよく、一部にのみ配置されていてもよい。光源12から放出された光が照射される領域の一部にのみ配置される光角度調整部材14としては、例えば、全反射フレネルレンズのプリズム部等が挙げられる。全反射フレネルレンズのプリズム部を、光源12から放出される光のうち外側の光が照射される領域に配置することで、前記外側の光の光路がプリズムによって内側に曲げられ、全体として発散角度が小さく調整される。また、光源12から放出された光が照射される領域毎に、機能の異なる光角度調整部材が配置されていてもよい。具体的には、例えば、光照射装置の中央部と周辺部とで機能の異なる光角度調整部材が配置された形態であってもよく、光照射装置の上部と中央部と下部とで機能の異なる光角度調整部材が配置された形態であってもよく、光照射装置の左側と中央部と右側とで機能の異なる光角度調整部材が配置された形態であってもよい。
光角度調整部材14としてレンズを含む光学部材(例えば、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、シリンドリカルレンズ、全反射フレネルレンズ等)を用いる場合、その焦点距離Fは、光源12と高角度調整部材14との最短距離をdとすると、10×d≦Fの関係を満たすことが好ましく、色むら抑制及び輝度向上の観点から、10×d≦F≦1000×dの関係を満たすことがより好ましい。
光角度調整部材14としてフレネルレンズを含む光学部材(例えば、フレネルレンズ、全反射フレネルレンズ等)を用いる場合、そのレンズピッチとしては、非レンズ面に起因する暗線の視認を抑制する観点から500μm以下の範囲が挙げられる。また、上記レンズピッチは、光角度調整部材14の厚みを薄くする観点及び他部材の規則性暗線とのモアレ縞の発生を抑制する観点から、300μm以下であることが好ましく、250μm以下であることがより好ましい。
光角度調整部材14としてフレネルレンズを含む光学部材(例えば、フレネルレンズ、全反射フレネルレンズ等)を用いる場合、その有効径は、特に限定されるものではなく、例えば800mm以下の範囲が挙げられ、200mm以下であってもよい。
光角度調整部材14は、例えば、フレネルレンズを含む光学部材を複数配置したものであってもよい。特に光照射装置が光源12を複数有する場合、光源12ごとに上記光学部材を用い、複数の光源12の配置に合わせて複数の光学部材を配置したものを光角度調整部材14としてもよい。複数の光学部材を配置した光角度調整部材14においては、各光学部材が、有効径の大きな光学部材を切断することにより一部を取り出したものであってもよい。
光角度調整部材14の平均厚みは、特に限定されるものではなく、光照射装置の薄型化の観点から5mm以下であることが好ましく、3mm以下がより好ましく、2mm以下がさらに好ましい。
光角度調整部材14の材質は、光の発散角度を小さく調整可能な材質であれば特に限定されるものではない。
光角度調整部材14の材質の具体例としては、アクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂等)、ポリエチレン、ポリスチレン(PS)、メチルメタクリレート・スチレン(MS)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シクロオレフィンポリマー(COP)、環状オレフィンコポリマー(COC)等が挙げられる。光角度調整部材14は、これらの材質を1種のみ用いたものでもよく、2種以上組み合わせたものでもよい。
光角度調整部材14の屈折率としては、1.2~1.8の範囲が挙げられる。特に、光角度調整部材14の最表面(すなわち、光源12から放出された光が入射する面)を構成する層の屈折率は、界面での反射損失の抑制の観点から、1.6以下であることが好ましく、1.55以下であることがより好ましい。
上記屈折率は、臨界角法により測定する。具体的には、JIS K 7142:2014に準拠して、アッベ屈折計((株)アタゴ製、型番:DR-M4/1550)を用いて測定を行う。
光角度調整部材14の光透過率としては、85%以上が挙げられ、光利用効率の観点から、88%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。なお、上記光透過率は、光源12から放出され光角度調整部材14に入射される光の波長における光透過率をいう。
上記光透過率は、以下のようにして測定する。具体的には、平面状の試験片の一方の面に光Aをあて、もう一方の面に透過する光の、直進光成分と拡散光成分のすべての光線の総和Bをヘーズ・透過率・反射率計((株)村上色彩技術研究所製、型番:HR-100、測定条件:全光線透過率 補償法)によりJIS K 7361-1(1999年)に準じて測定する。B/Aが、すなわち全光線透過率となる
光角度調整部材14から出射された光の発散角度は、円環状の色むら抑制の観点から、100°以下であることが好ましく、90°以下であることがより好ましく、80°以下であることがさらに好ましい。なお、光角度調整部材14から出射された光は、発散光を含まない平行光(すなわち、発散角度が0°の光)であってもよい。
また、光角度調整部材14から出射された光の発散角度は、光源12が放出する光の発散角度の0.9倍以下であることが好ましく、0.8倍以下であることがより好ましく、0.7倍以下であることがさらに好ましい。
光角度調整部材14の光源12に対する配置位置は、特に限定されず、光源12から放出される光の発散角度及び光角度調整部材14の焦点距離によって適宜設定される。光源12から光角度調整部材14までの最短距離としては、100mm以下の範囲が挙げられ、意匠の観点から、30mm以下の範囲が好ましく、20mm以下の範囲がより好ましく、15mm以下の範囲がさらに好ましい。
なお、光角度調整部材14の波長変換部材20に対する配置位置は、特に限定されず、光角度調整部材14と波長変換部材20とが接触して設けられていてもよく、離間して設けられていてもよい。
なお、図1に示す光発生装置100の光照射装置10及び図3に示す光発生装置120の光照射装置110では、光角度調整手段として光角度調整部材14を用いているが、これに限られるものではない。例えば、光角度調整手段として、印加電圧によって屈折率を制御することができる電気光学(EO)結晶を用いた可変焦点素子によって光角度を小さく調整する手段を用いてもよい。
(光拡散板)
図1に示す光発生装置100及び図3に示す光発生装置120では、光角度調整部材14により発散角度が小さく調整されるため、光拡散版16を用いなくても円環状の色むらが抑制されるが、輝度分布をさらに均一化する目的で光拡散板16を用いてもよい。
つまり、光拡散板16は、必要に応じて設けられる部材であり、光の一部を散乱させることで輝度分布を均一化する部材等が挙げられる。
光拡散板16の具体例としては、すりガラス、表面マット処理樹脂板、散乱材分散樹脂板等が挙げられる。光拡散板16は、板状のものに限られず、フィルム状のものであってもよい。
光拡散板16の平均厚みは、特に限定されるものではなく、光発生装置の薄型化の観点から5mm以下であることが好ましく、0.1mm~3mmがより好ましく、0.1mm~2.0mmがさらに好ましい。
光拡散板16の光透過率は、輝度向上の観点から60%以上であることが好ましく、75%~92%であることがより好ましく、85%~92%であることがさらに好ましい。なお、上記光透過率は、光角度調整部材14から出射され光拡散板16に入射される光の波長における光透過率をいい、光角度調整部材14の光透過率と同様の方法で測定する。
(波長変換部材)
波長変換部材は、少なくともナノ粒子蛍光体を含有し、必要に応じてさらに樹脂等のその他の成分を含有してもよい。
ナノ粒子蛍光体としては、量子ドット蛍光体、量子ロッド蛍光体等が挙げられ、その中でも量子ドット蛍光体が好ましい。
以下、波長変換部材の一例として、量子ドット蛍光体を用いた波長変換部材について説明する。
量子ドット蛍光体の具体例としては、例えば、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、及びIV族化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む化合物の粒子が挙げられる。発光効率の観点からは、量子ドット蛍光体は、Cd及びInの少なくとも一方を含む化合物を含むことが好ましい。中でもCdを用いた量子ドット蛍光体としてはCdSeを用いたものが好ましく、Inを用いた量子ドット蛍光体としてはInPを用いたものが好ましい。
ある実施形態では、緑色光を発光する量子ドット蛍光体(例えば、前記量子ドットG)がCdを含む化合物を含み、赤色光を発光する量子ドット蛍光体(例えば、前記量子ドットR)がInを含む化合物を含む。またある実施態様では、緑色光を発光する量子ドット蛍光体がCdSeを含み、赤色光を発光する量子ドット蛍光体がInPを含む。
量子ドット蛍光体は、コアシェル構造を有するものであってもよい。コアを構成する化合物のバンドギャップよりもシェルを構成する化合物のバンドギャップを広くすることで、量子ドット蛍光体の量子効率をより向上させることが可能となる。コア及びシェルの組み合わせ(コア/シェル)としては、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/ZnS等が挙げられる。
量子ドット蛍光体は、シェルが多層構造である、いわゆるコアマルチシェル構造を有するものであってもよい。バンドギャップの広いコアにバンドギャップの狭いシェルを1層又は2層以上積層し、さらにこのシェルの上にバンドギャップの広いシェルを積層することで、量子ドット蛍光体の量子効率をさらに向上させることが可能となる。
波長変換部材が量子ドット蛍光体を含む場合、成分、平均粒子径、層構造等が異なる2種以上の量子ドット蛍光体を組み合わせてもよい。2種以上の量子ドット蛍光体を組み合わせることで、波長変換部材全体としての発光中心波長を所望の値に調節することができる。
量子ドット蛍光体は、分散媒体に分散された分散液の状態で用いてもよい。量子ドット蛍光体を分散する分散媒体としては、例えば、各種有機溶剤、シリコーン化合物、及び単官能(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。
量子ドット蛍光体を分散する分散媒体は、量子ドット蛍光体の分散液に含まれる他の成分と相分離するものであっても、相分離しないものであってもよい。例えば、量子ドット蛍光体を分散する分散媒体としてシリコーン化合物を使用し、後述する重合性化合物と併用することで、シリコーン化合物が相分離して液滴状に分散した構造を重合性化合物の硬化物中に形成することができる。
波長変換部材中の量子ドット蛍光体の含有率は、波長変換部材全体(被覆材等をさらに備える場合は被覆材等を除く)に対して、例えば、0.01質量%~1.0質量%であることが好ましく、0.05質量%~0.5質量%であることがより好ましく、0.1質量%~0.5質量%であることがさらに好ましい。量子ドット蛍光体の含有率が0.01質量%以上であると、充分な波長変換機能が得られる傾向にあり、量子ドット蛍光体の含有率が1.0質量%以下であると、量子ドット蛍光体の凝集が抑えられる傾向にある。
波長変換部材は、さらに樹脂を含んでもよく、樹脂として樹脂硬化物をさらに含んでもよく、量子ドット蛍光体が樹脂硬化物に含まれた状態であってもよい。樹脂硬化物は、例えば、量子ドット蛍光体と、重合性化合物と、光重合開始剤とを含む組成物(樹脂組成物)を硬化して得られるものであってもよい。
樹脂硬化物は、他部材(被覆材等)に対する密着性、及び硬化時の体積収縮によるシワの発生の抑制の観点から、スルフィド構造を含有する樹脂硬化物であることが好ましい。
樹脂硬化物は、波長変換部材の耐熱性及び耐湿熱性の観点から、脂環式構造又は芳香環構造を含有する樹脂硬化物であることが好ましい。
樹脂硬化物は、量子ドット蛍光体と酸素との接触を抑制する観点から、アルキレンオキシ基を含有する樹脂硬化物であることが好ましい。
波長変換部材が樹脂硬化物を含む場合、樹脂硬化物は、1種類の樹脂組成物を硬化したものであってもよく、2種類以上の樹脂組成物を硬化したものであってもよい。例えば、波長変換部材がフィルム状である場合、波長変換部材は、第1の量子ドット蛍光体を含有する樹脂組成物を硬化した第1の硬化物層と、第1の量子ドット蛍光体とは発光特性が異なる第2の量子ドット蛍光体を含有する樹脂組成物を硬化した第2の硬化物層とが積層されたものであってもよい。
波長変換部材は、光変換効率向上の観点から、光拡散材をさらに含有していてもよい。
光拡散材の具体例としては、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等が挙げられる。これらの中でも、光散乱効率の観点から酸化チタンであることが好ましい。酸化チタンはルチル型酸化チタンであってもアナターゼ型酸化チタンであってもよいが、ルチル型酸化チタンであることが好ましい。
波長変換部材の形状は特に制限されず、フィルム状、レンズ状等が挙げられる。波長変換部材を後述するバックライトユニットに適用する場合には、波長変換部材はフィルム状であることが好ましい。
波長変換部材がフィルム状である場合、波長変換部材の平均厚みは、例えば、50μm~500μmであることが好ましい。波長変換部材の平均厚みが50μm以上であると、波長変換効率がより向上する傾向にあり、平均厚みが500μm以下であると、波長変換部材を光発生装置に適用した場合に、光発生装置をより薄型化できる傾向にある。
フィルム状の波長変換部材の平均厚みは、例えば、マイクロメータを用いて測定した任意の3箇所の厚みの算術平均値として求められる。
波長変換部材の全光線透過率は、光の利用効率をより向上させる観点から、55%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、65%以上であることがさらに好ましい。波長変換部材の全光線透過率は、JIS K 7136:2000の測定法に準拠して測定することができる。
波長変換部材のヘーズは、光の利用効率をより向上させる観点から、95%以上であることが好ましく、97%以上であることがより好ましく、99%以上であることがさらに好ましい。波長変換部材のヘーズは、JIS K 7136:2000の測定法に準拠して測定することができる。
(その他の部材)
光発生装置は、さらにその他の部材を有していてもよい。
その他の部材としては、例えば、波長変換部材20を被覆する被覆材、光反射板、選択波長光反射シート、拡散シート、輝度向上シート、選択波長光吸収シート等が挙げられる。
上記被覆材としては、波長変換部材20片面又は両面を被覆するフィルム状の被覆材が挙げられる。
被覆材は、ナノ粒子蛍光体の発光効率の低下を抑える観点から、酸素及び水の少なくとも一方に対するバリア性を有することが好ましく、少なくとも酸素に対するバリア性を有することがより好ましい。
被覆材の材質は、特に制限されず、例えば、樹脂が挙げられる。樹脂の種類は特に制限されず、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)等のポリエステル、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン、ナイロン等のポリアミド、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)などが挙げられる。被覆材は、バリア機能を高めるためのバリア層を備えたもの(バリアフィルム)であってもよい。バリア層としては、アルミナ、シリカ等の無機物を含む無機層が挙げられる。
被覆材は単層構造でも複層構造であってもよい。複層構造である場合は、材質の異なる2以上の層の組み合わせであってもよい。
被覆材の平均厚みは、例えば、20μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。平均厚みが20μm以上であると、バリア性等の機能が充分なものとなる傾向にある。
被覆材の平均厚みは、例えば、150μm以下であることが好ましく、125μm以下であることがより好ましい。平均厚みが150μm以下であると、光透過率の低下が抑えられる傾向にある。
被覆材の平均厚みは、例えば、マイクロメータを用いて測定した任意の3箇所の厚みの算術平均値として求められる。
被覆材の酸素透過率は、例えば、0.5cm/(m・day・atm)以下であることが好ましく、0.3cm/(m・day・atm)以下であることがより好ましく、0.1cm/(m・day・atm)以下であることがさらに好ましい。
被覆材の酸素透過率は、酸素透過率測定装置(例えば、MOCON社、OX-TRAN)を用いて、20℃、相対湿度65%の条件で測定することができる。
被覆材の水蒸気透過率は特に制限されないが、例えば、1.0×10-1g/(m・day)以下であってもよい。
被覆材の水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置(例えば、MOCON社、AQUATRAN)を用いて40℃、相対湿度90%の環境下で測定することができる。
<バックライトユニット>
本開示のバックライトユニットは、上述した本開示の光発生装置を備える。バックライトユニットは、光発生装置からなるものであってもよく、光発生装置とその他の部材とを備えるものであってもよい。
本開示のバックライトユニットは、直下型方式であることが好ましい。また、バックライトユニットは、複数の光源を有する光発生装置を備えたバックライトユニットであることが好ましく、複数の光源を有する光発生装置を備えた直下型のバックライトユニットであることがより好ましい。
<画像表示装置>
本開示の画像表示装置は、上述した本開示のバックライトユニットを備える。画像表示装置としては特に制限されず、例えば、液晶表示装置が挙げられる。
液晶表示装置の概略構成の一例を図4に示す。
図4に示す液晶表示装置30は、光発生装置120からなるバックライトユニットと、バックライトユニットと対向配置される液晶セルユニット31とを備える。液晶セルユニット31は、液晶セル32が偏光板33Aと偏光板33Bとの間に配置された構成とされる。
液晶セル32の駆動方式は特に制限されず、TN(Twisted Nematic)方式、STN(Super Twisted Nematic)方式、VA(Vertical Alignment)方式、IPS(In-Plane-Switching)方式、OCB(Optically Compensated Birefringence)方式等が挙げられる。
[試験例]
以下、試験例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載に何ら制限を受けるものではない。
<試験例1>
(光照射装置)
光源及び光角度調整部材として、以下のものを用いた。
光源12…青色LED(OSRAM社、型番:LZ4-00B208、出射角度(半値角):±50°(つまり、前述の発散角度が100°)、発光中心波長:455nm、最大光束:145lm/700mA、発光輝度バラツキ:10%以内)
光角度調整部材14…フレネルレンズ(日本特殊光学樹脂社、型番:CF1000-M、焦点距離:1000mm、レンズピッチ:0.112mm、有効径:708mm、平均厚み:2mm、材質:PMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)、屈折率:1.50、光透過率:89%)
上記光源12を、5個×5個、単位面積当たりの個数:0.01個/cmで並べ、上記光角度調整部材14を光源12から20mmの距離に配置することで、図3に示す光照射装置110を作製した。
光照射装置110の光角度調整部材14から出射された光の出射角度(半値角)は±35°(つまり、前述の発散角度が70°)であった。
(光発生装置)
波長変換部材として、下記樹脂硬化物、量子ドット蛍光体G、量子ドット蛍光体R、及び光拡散材を含む波長変換部材20を用いた。
樹脂硬化物…(メタ)アクリル化合物(トリシクロデカンジメタノールジアクリレート)とチオール化合物(ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート))とを、光重合開始剤(2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド)存在下で硬化させた樹脂硬化物
量子ドット蛍光体G…緑色光を発光するCdSeからなるコアとZnSからなるシェルとを有する量子ドット蛍光体(ピーク波長:526nm、半値幅:21nm、分散媒体:イソボルニルアクリレート、量子ドット蛍光体濃度:10質量%)
量子ドット蛍光体R…赤色光を発光するInPからなるコアとZnSからなるシェルとを有する量子ドット蛍光体(ピーク波長:625nm、半値幅:46nm、分散媒体:イソボルニルアクリレート、量子ドット蛍光体濃度:10質量%)
光拡散材…酸化ケイ素を含む第一金属酸化物層、酸化アルミニウムを含む第二金属酸化物層及びポリオール化合物を含む有機物層が、第一金属酸化物層、第二金属酸化物層及び有機物層の順に設けられている酸化チタン粒子(体積平均粒子径:0.36μm)
光拡散板として、下記光拡散板16を用いた。
光拡散板16・・・材質:ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、平均厚み:1.5mm、光透過率:87%
また、上記波長変換部材20の両面を被覆材(厚み125μmのPETバリアフィルム)により被覆した。
前記光照射装置110、光拡散板16、及び被覆材で両面を被覆した波長変換部材20を用いて、図3に示す光発生装置120を作製した。
<比較試験例1>
光角度調整部材14を用いない以外は、試験例1と同様にして、光照射装置及び光発生装置を作製した。
<評価>
試験例1で作製した光発生装置120から発生した光を目視で観察したところ、比較試験例1で作製した光発生装置から発生した光に比べ、円環状の色むらが抑制されていた。具体的には、比較試験例1では、光源12の直上部(すなわち中央部)とその周辺部との間で、最大で色差0.01の色むらが生じていたのに対し、試験例1における上記色差は0.005以下であり、色むらが抑制されていた。ここで、上記色差は、CIEのxy表色系で示した値であり、測定装置として2D分光放射計((株)トプコン製、型番:SR-5000)を用いた測定結果から算出した値である。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
10、110…光照射装置、12…光源、14…光角度調整部材、16…光拡散板、20…波長変換部材、20R…入射面、30…液晶表示装置、31…液晶セルユニット、32…液晶セル、33A…偏光板、33B…偏光板、100、120…光発生装置、A、A…発散角度、L…青色光、L…赤色光、L…緑色光、L…白色光

Claims (16)

  1. 発散光を含む光を放出する光源と、
    前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整部材と、
    を有するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置。
  2. 前記光角度調整部材により調整された光の発散角度が100°以下である請求項1に記載の光照射装置。
  3. 前記光角度調整部材は、光を屈折させる機能を少なくとも有する請求項1又は請求項2に記載の光照射装置。
  4. 前記光角度調整部材は、フレネルレンズを少なくとも含む請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の光照射装置。
  5. 前記光源から放出された光の発散角度が15°以上である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の光照射装置。
  6. 発散光を含む光を放出する光源と、
    前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、
    を有するナノ粒子蛍光体含有波長変換部材用の光照射装置。
  7. 請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の光照射装置と、
    ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光照射装置により照射された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
    を有する光発生装置。
  8. 発散光を含む光を放出する光源と、
    前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整部材と、
    ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光角度調整部材により発散角度が調整された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
    を有する光発生装置。
  9. 前記光角度調整部材により調整された光の発散角度が100°以下である請求項8に記載の光発生装置。
  10. 前記光角度調整部材は、光を屈折させる機能を少なくとも有する請求項8又は請求項9に記載の光発生装置。
  11. 前記光角度調整部材は、フレネルレンズを少なくとも含む請求項8~請求項10のいずれか1項に記載の光発生装置。
  12. 前記光源から放出された光の発散角度が15°以上である請求項8~請求項11のいずれか1項に記載の光発生装置。
  13. 発散光を含む光を放出する光源と、
    前記光源から放出された光の発散角度を小さく調整する光角度調整手段と、
    ナノ粒子蛍光体を含有し、前記光角度調整手段により調整された光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
    を有する光発生装置。
  14. 請求項7~請求項13のいずれか1項に記載の光発生装置を備えるバックライトユニット。
  15. 前記光発生装置は複数の前記光源を有する請求項14に記載のバックライトユニット。
  16. 請求項14又は請求項15に記載のバックライトユニットを備える画像表示装置。
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