JP4073250B2 - バックライトユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば液晶パネルを背面より照射するバックライトに関し、特に色度補正機能を備えたバックライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブック型のワードプロセッサやコンピュータ、又は携帯電話機、携帯TVのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型でしかも見易い照明機構を有する液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示用の照明機構としてバックライトユニットが従来より知られている。ここで液晶表示用バックライトユニットとは、液晶パネルを背後から全面にわたり照射する面状の光源であり、蛍光ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等よりなる発光源と、その発光源の光束を液晶パネルに照射する面状の光束に変換する導光板等の光路変換手段を備えている。この中で、特に近年は、更なる小型、薄型化と長寿命化を目的として発光源としてＬＥＤを用いたものが多く使用されるようになってきている。
【０００３】
かかる面状光源により白色の照明光を出射させ、パネル等に対し白色の照明をしようとするときは、発光源として白色の蛍光ランプを用いるか、ＬＥＤの場合にはＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤを同時点灯、又は時分割点灯して白色光を合成することが一般的であった。更に最近は、ＬＥＤの場合、単独で白色に近い光を発光する白色ＬＥＤが開発され、利用できるようになってきた。このような白色ＬＥＤを用いることにより、小型で簡単な構成で白色照明を目的とする液晶表示用バックライトを形成することが可能となった。図１５はこのようなうなＬＥＤの発光源を持ち、カラー液晶パネルの白色照明を目的とした従来の液晶表示用バックライトユニットの一例の主要部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
図１５において、１１０はバックライトユニットであり、導光板１０１と発光源としてＬＥＤ１０２を有している。導光板１０１は無色透明なプラスチック材等の透光部材よりなる板状で略直方体形状をしており、その一方の主面を光出射面１０１ａとし、該光出射面１０１ａと対向する面には、発光源からの光を前記光出射面１０１ａに向けて反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面１０１ｂが形成されている。ＬＥＤ１０２はＬＥＤ基板１０３に支持されて導光板１０１の入光側面１０１ｃに対向する位置に配設され、図示しない駆動回路より所定の電流が供給されて、後述するような白色を目的とした光を発光、出射する。
【０００５】
図１６（ａ）は白色発光を目的とするＬＥＤ１０２の内部構造を示す図である。図１６（ｂ）はＬＥＤ１０２の発光部の詳細を示す図である。図において、１０２ａは青色を発光する発光ダイオード素子、１０２ｂは発光ダイオード素子１０２ａを保持する端子Ａ、１０２ｃは他方の端子Ｂ、である。発光ダイオード素子１０２ａのｎ電極１０２ａｎおよびｐ電極１０２ａｐはそれぞれボンデイングワイヤー１０２ｄにより、端子Ａ（１０２ｂ）及び端子Ｂ（１０２ｃ）に接続されている。端子Ａ（１０２ｂ）の凹部内には発光ダイオード素子１０２ａを被うようにしてＹＡＧ蛍光体ｙを混入、分散した樹脂層よりなる蛍光体層１０２ｆが充填されている。１０２ｇは透光性を有する封止部材であり、端子Ａ（１０２ｂ）及び端子Ｂ（１０２ｃ）の突出部を除き上記の部材全体を封止し、保護する。このようなＬＥＤ１０２において、発光ダイオード素子１０２ａが青色発光をすると、その青色発光の一部がＹＡＧ蛍光体ｙに吸収されて黄緑色の励起光を発する。これにより、蛍光体層１０２ｆの上面からは、蛍光体層１０２ｆを透過した青色光とＹＡＧ蛍光体ｙで励起された励起光（蛍光）である黄緑色の光が混ざり合って出射し、封止部材１０２ｆを透過してＬＥＤ１０２の外部に出射する。かかるＬＥＤ１０２の発光の色度は、青色と黄緑色の光の強度の比率により変化するが、これらの比率を適切に設定すれば、理論的には真の白色又はその近傍において、所望の色度を得ることができる。（しかし、実際には、不可避な製造条件のバラツキにより、発光ダイオード素子１０２ａの青色発光の強度が変動し、ＹＡＧ蛍光体ｙの濃度（又は成分）のバラツキにより黄緑色の励起光の強度はかなり変動するので、これらの加法混色によるＬＥＤ１０２の発光の色度を所望の範囲に入れることは容易ではない。）
【０００６】
図１５に示すように、ＬＥＤ１０２からの出射光は導光板１０１に入り、大部分の光は上面である光出射面１０１ａで全反射、下面である光拡散面１０１ｂでは全反射又は乱反射を１回又は複数回行った後に上面である光出射面１０１ａより照明光１０５として外部に出射する。外部に出射した照明光１０５は（ｂ）に示すように図示しないカラーフィルタを有する透過型もしくは半透過型の液晶パネル（又は液晶表示板）１０７を背後から照明する。なお、前記照明する面内の輝度の均一性を確保するために上記下面１０１ｂ内のシボの粗さを調整したり、半球状ドットの形状、密度を場所により変えたりする。
【０００７】
次に図１７は白色を目的としたＬＥＤの発光源を持ち、液晶パネルのカラー表示用の白色照明を目的とした従来の液晶表示用バックライトユニットの他の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図１７において、１２０はバックライトユニットであり、１０２は白色発光ダイオード（又は白色ＬＥＤ）、１０１は導光板、１０３は拡散板、１０４はＰｙプリズムシート、１０５はＰｘプリズムシート、１０６は反射板、１０７はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板であり、図示しないカラーフィルタを有している。白色発光ダイオード１０２はＬＥＤ基板１０２ｂに保持されて導光板１０１の側面１０１ｃに対向する位置に配置され、導光板１０１の上方には拡散板１０３、Ｐｙプリズムシート１０４、Ｐｘプリズムシート１０５が順次重ねて配置される。反射シート１０６は導光板１０１の下面１０１ｂに対向、近接して配置される。白色発光ダイオード１０２の発光は導光板１０１の側面１０１ｃから入射し、導光板１０１の上面１０１ａと下面１０１ｂの間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、その間に平滑な上面１０１ａから（上方に）出射する。下面１０１ｂは細かな凹凸を有する乱反射面となっており、光を種々の方向に拡散できるようになっている。反射板１０６は乱反射面である下面１０１ｂから外部に出ようとする光を反射させて内部に戻し、光の利用効率を上げる作用をなす。
【０００８】
導光板１０１の上面１０１ａからの出射光は拡散板１０３に達し、ここで光の方向が中程度の範囲に絞りこまれる。更に、Ｐｙプリズムシート１０４によりｙ方向の角度が絞りこまれ、Ｐｘプリズムシート１０５によりｘ方向の角度が絞りこまれ、最終的には出射光を略ｚ方向に揃える。このｚ方向に揃った光線が液晶表示板１０７に入射することにより液晶を透過する光の状態を理想的なものとし、鮮明でＳＮの高い表示を可能とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、図１５、図１７にそれぞれに示して説明した小型・薄型のバックライトユニット１１０及び１２０により、共にカラーＬＣＤ用白色照明を目的とした液晶パネルの照明がなされる。しかしながら、上記のバックライトユニット１１０、１２０等の従来の液晶表示用の照明手段においては、以下に述べるような問題点がある。即ち、上記のような透過型もしくは半透過型の液晶パネルは、カラー表示のために、その内部に図示しないカラーフィルタを有しているが、カラーフィルタの特性が各メーカーごとに異なっている。一方、液晶パネルの表示する画像の色度はカラーフィルターの特性（透過率の波長特性）と照明光の色度即ち発光源である白色ＬＥＤ（１０２）の色度に依存して定まる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの特性のバランスが完全にとれている場合には、白色ＬＥＤの色度が完全に白色であれば、カラー信号が白色のときは、液晶パネルの表示色は白色となる。
【００１０】
しかし、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの特性の透過バランスがＲ，Ｇは透過率の高い方向に傾いているときは、白色ＬＥＤの色度が完全に白色であっても、液晶パネルの表示色は黄緑がかった色となり、所望の白色の表示色は得られない。この場合、所望の白色の表示色を得るには、白色ＬＥＤの色度を完全な白色とせず、Ｒ、Ｇ、よりもＢが勝った青みがかった白色すなわち、カラーフィルタと補色関係にある色度とすることが必要である。このことは、白色を表示する場合に限らず、カラー信号により指定された種々の色度の色を忠実に表示しようとする場合にも成立つことである。よって、液晶パネルのメーカーはカラーフィルタの特性のバラツキにあわせて、この特性を補償できる色度の白色ＬＥＤを色度のランクを指定してランク別に要求するようになってきた。
【００１１】
図１９は前記白色ＬＥＤ１０２の発光の色度を示すＣＩＥ色度図である。ここで、ｘはＲの割合を、ｙはＧの割合を示す。そして、図には示していないが、ｚをＢの割合としたとき、常に
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
の関係があるとしている。ここで、ｃ０はＲ，Ｇ，Ｂの成分比が１：１；１である白色の点を示し、この場合，座標は略ｘ＝０．３３，ｙ＝０．３３，（ｚ＝０．３３）となっている。ここで、ｂ１は指定されたランクｂ１の色度の範囲を示し、ｂ２は指定されたランクｂ２の色度の範囲を示す。ところが、かかる指定された領域ｂ１、ｂ２内に色度を入れることを目的にＬＥＤを製造しても実際の製品の色度はすでに説明したような製造上の不可避な理由により、ばらつき、上記ランクｂ１、ｂ２を大きくはみ出でた領域Ｓ内にばらついてしまう。図１９において、ｃ１２およびｃ１３は上記ランクｂ１、ｂ２から外れた白色ＬＥＤの色度を示す。
【００１２】
ここで、図１８は前記のｃ１２、ｃ１３、ｃ０の色度に対応する発光のスペクトル示す図である。ここで、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ０はそれぞれ、前記色度点ｃ１２、ｃ１３、ｃ０に対応するスペクトルを示す。これらの、スペクトル図において、横軸は波長を示し、６２５ｎｍの前後がＲの領域、５６０ｎｍ前後がＧの領域、４５０ｎｍの近傍がＢの領域である。縦軸はスペクトルの相対強度を示す。
図１８（ａ）に示すスペクトルＨ１２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が０．２８：０．２５：０．４７となり、かなりＢの成分が他の成分よりかなり大となっている。（参考までにスペクトルＨ０の場合はＲ、Ｇ、Ｂの比率が０．３３：０．３３：０．３３となっている。）スペクトルＨ１２は白色ＬＥＤ１０２を構成する青色発光ダイオード素子の輝度に対してＹＡＧ蛍光体の濃度が少な過ぎる場合に対応し図１９の色度図の領域ｂ１、ｂ２よりも更に青みがかった色度となる。図１８（ｂ）に示すスペクトルＨ１３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が０．３７：０．３３：０．３となりＲ、Ｇの成分がＢの成分より大となっている。この場合は、前記の発光ダイオード素子の輝度とのバランスでＹＡＧ蛍光体の濃度が大きすぎる場合に対応し、領域ｂ１、ｂ２よりも黄緑がかった色度となる。このように、白色ＬＥＤ１０２を製造する際にその構成要素の不可避なバラツキにより、その発光の色度が指定されたランク（ｂ１、ｂ２）に入らない場合を生ずる。
【００１３】
白色ＬＥＤの発光の色度が指定されたランクのいずれにも入らない場合は、その白色ＬＥＤは無駄となってしまう。又、発光の色度が指定されたランク（ｂ１、ｂ２）に入るものについても、ランクｂ１に入る白色ＬＥＤとランクｂ２に入る白色ＬＥＤの個数の比率がマッチングする液晶パネルの個数の比率と一致しない場合は、結果的に無駄を生ずる。例えば、ランクｂ１の白色ＬＥＤを必要とする液晶パネルが５０個、ランクｂ２の白色ＬＥＤを必要とする液晶パネルが５０個あるとき、２００個の白色ＬＥＤの中にランクｂ１に入るものが５０個、ランクｂ２に入るものが１００個、ランクｂ１にも、ランクｂ２にも入らないものが５０個あったとすると、無駄になるのはランク外の５０個だけではなく、ランクｂ２に入るものの内５０個はあまってしまって使われないので、結果的に無駄となる。この場合、実際に使用できる白色ＬＥＤ１００個を得るために白色ＬＥＤを２００個入手する必要があり、結果的に１００個が無駄となる。このように、カラー表示を目的とした液晶パネルの照明手段であるバックライト又はフロントライトの照明光の色度は従来は白色ＬＥＤの色度そのものであるため、液晶パネルのカラーフィルタの特性にマッチするようにユーザーから指定された色度のランクを狙って白色ＬＥＤを生産したとしても、ランクからは外れて、バックライト又はフロントライトに使用できないものが多数生じ、不良品又は在庫が増える結果となる。更に最近はユーザーの指定する色度のランクは細かく要求されるので、指定の色度に入れることがますます困難な状態となってきている。
【００１４】
そこで本発明は、カラー表示用の液晶パネルに用いられる照明手段であるバックライトユニットにおいて、所望の色度ランク入らない白色ＬＥＤの色度を補正して照明光の色度を所望の色度ランクに入れるように改善することを目的とする。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規の特徴は本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段としての本発明は、白色発光ダイオードと、前記白色発光ダイオードから出射された光を入射面から入射して出射面から出射させる導光板とを備えたカラーフィルタを有する液晶表示板に用いられるバックライトユニットであって、前記導光板と前記液晶表示板の間には、プリズム面が前記液晶表示板側を向いた互いに直交する２枚のプリズムシートが設けられ、前記液晶表示板側の前記プリズムシートの上下面に、互いに屈折率の異なる膜を交互に積層して形成された複数の膜よりなる干渉フィルタを構成した光学薄膜が形成されて、前記白色発光ダイオードの出射光の色補正を行って、前記出射光を前記カラーフィルタの透過率波長特性と補色関係にある色度とし、前記カラーフィルタの前記特性にマッチした色度にすることを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するためにその第２の手段としての本発明は、前記第１の手段において、前記光学薄膜は、真空蒸着もしくはスパッタによって形成されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の第１実施形態につき図面を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る色度補正機能を有するバックライトユニット１０の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。（ｃ）は（ｂ）に示すＣ部の拡大図である。図１において、１は白色発光ダイオード（又は白色ＬＥＤ）、２は導光板、３は拡散板、８は拡散板３の下面３ｂに形成された光学薄膜である。前記光学薄膜８は、図１（ｃ）に示すように、光の波長程度の厚さで互いに屈折率の異なる光学薄膜層８ｂと８ｃを交互に積層して形成され、干渉フィルタを構成している。４はＰｙプリズムシート、５はＰｘプリズムシート、６は反射板、７はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板であり、図示しないカラーフィルタを有している。白色発光ダイオード１は保持基板１ｂに保持されて導光板２の側面２ｃに対向する位置に配置され、導光板１の上方には拡散板３、Ｐｙプリズムシート４、Ｐｘプリズムシート５が順次重ねて配置される。反射板（又は反射シート）６は導光板２の下面２ｂに対向、近接して配置される。白色発光ダイオード１の発光は導光板２の入光側面２ｃから入射し、導光板２の上面２ａと下面２ｂの間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、その間に平滑な上面２ａから上方に出射する。下面２ｂは細かな凹凸を有する乱反射面となっており、光を種々の方向に拡散できるようになっている。反射板６は乱反射面である下面２ｂから外部に出ようとする光を反射させて内部に戻し、光の利用効率を上げる作用をなす。
【００２０】
ここで、導光板２の上面２ａからの出射光は拡散板３の下面３ｂに形成された光学薄膜８を通って拡散板３に入射し、ここで光の方向が中程度の範囲に絞りこまれ、拡散板３上面３ａから出射する。出射した光はＰｙプリズムシート４に入射するが、Ｐｙプリズムシート４によりｙ方向の角度さらに絞りこまれ、次にＰｘプリズムシート５によりｘ方向の角度が絞りこまれ、最終的には出射光を略ｚ方向に揃える。このｚ方向に揃った光線が液晶表示板７に入射することにより液晶を透過する光の状態を理想的なものとし、鮮明でＳＮの高い表示を可能とする。
【００２１】
本第１実施形態の特徴とするところは、すでに述べたように、拡散板３の下面３ｂに光学薄膜が形成されているところであり、この光学薄膜８の存在により白色発光ダイオード１からの光の色度補正がなされる。以下にこの色度補正の原理につき説明する。図２は干渉フィルタの原理を示す図である。図において、１２は透明基板、８は１層の光学薄膜よりなる干渉フィルタである。透明基板１２および光学薄膜８の屈折率をそれぞれｎ１、ｎとし、ｎ１＝１．５、ｎ＝１．４、空気の屈折率を１．０とする。光学薄膜の厚みをｄとする。図２（ａ）に示すように、空気中から光学薄膜８に入射する入射光ｓの一部は反射され反射光ｓ１となり、残りは透過し透過光ｓ２となる。反射光ｓ１についてみると、空気と薄膜８の境界で反射される光ｓ１ｆと薄膜８と透明基板１２との境界で反射される光ｓ１ｇとが合成されてなり、どちらの境界においても、光の方向に対し屈折率が増加する界面であるので、それぞれに位相がπだけずれるので、反射光ｓ１ｆと反射光ｓ２ｇの位相差は、反射による影響はなく、実効的光路差２ｎｄによる位相のズレだけを考慮すればよい。
【００２２】
ここで、図３は光の波形を示す図である。光の波動は一般に、図３（ａ）の点線の波形のように
ｙ＝Aｓｉｎ２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））・・・・（１）
で表される。ここで、ｘは光の進行方向の座標、λは光の空気中の波長、ｔは時間、Ｔは周期、Aは振幅である。（ここで、（１）式で示される点線の波形は、実線で示される
ｙ＝−Ａｓｉｎ２π（ｘ／λ） の波形が時間ｔの経過により進行した状態を示す。）
ここで、光の位相φは
φ＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））・・・・（２）
であり、この位相φにより、光の瞬間的な強さｙが決まる。すなわち（１）式は
ｙ＝Aｓｉｎφ ・・・・（３）
となる。（２）式に示すφのうち２π（ｔ／Ｔ）は時間に依存する成分であり、２π（ｘ／λ）は原点からの進行距離ｘすなわち光路長に依存する成分である。
【００２３】
今、図２に示す反射光ｓ１ｆとｓ１ｇの波形ｙ１、ｙ２をそれぞれの位相φ１、φ２を用いて（３）式により表すと、
ｙ１＝A１ｓｉｎφ１ ｙ２＝A２ｓｉｎφ２
となる。ここで、ｙ２はｙ１に対し光路差の分だけ位相がずれるので、その位相差をΔφとすれば、図３（ｂ）に示すように
ｙ１＝A１ｓｉｎφ１ ｙ２＝A２ｓｉｎφ２＝A２ｓｉｎ（φ１−Δφ） ・・・・（４）
となる。ここで（２）式を用いてφ１、φ２を表せば
φ１＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））
φ２＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ）−（２ｎｄ／λ））
となり、反射光ｓ１ｆと反射光ｓ１ｇの位相差Δφは
Δφ＝φ１―φ２＝２π（２ｎｄ／λ）・・・・（５）
となり、これは実質的光路差２ｎｄによる分である。ここで、図３（ｃ）に示すように、２ｎｄ＝λ／２ であるときは（５）式より、位相差Δφは Δφ＝πとなり、反射光ｓ１ｆとｓ１ｇは逆位相となる。この場合は図２（ｂ）に対応し、合成された反射光ｓ１は最小となり、逆に透過光ｓ２は最大となる。一方、図３（ｄ）に示すように、 ２ｎｄ＝λ であるときは（５）式より、位相差Δφは Δφ＝２π となり、反射光ｓ１ｆとｓ１ｇ同位相となる。この場合は図２（ｃ）に対応し、合成された反射光ｓ１は最大となり、逆に透過光ｓ２は最小となる。
【００２４】
ここで、ここで、合成された反射光 ｙ＝ｙ１＋ｙ２ とΔφの一般的な関係を求めるために、 Ａ１＝Ａ２ と仮定して（４）を用いると、
ｙ＝ｙ１＋ｙ２＝Ａ（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎ（φ１−Δφ））
＝２Ａｓｉｎ（（２φ１−Δφ）／２）・ｃｏｓ（Δφ／２）・・・・（６）
（６）式については、下記の公式を利用した。
ｓｉｎＡ＋ｓｉｎＢ＝２ｓｉｎ（（Ａ＋Ｂ）／２）・ｃｏｓ（（Ａ−Ｂ）／２）
（６）式において ｓｉｎ（２φ１−Δφ）／２ の成分については，φ１が、上記のように φ１＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ）） であり、ｔとｘに依存して変動するので、 ｓｉｎ（（２φ１−Δφ）／２） の値は１と−１の間で変動する。一方、ｃｏｓ（Δφ／２）の成分は変動しない値であるΔφ＝２π（２ｎｄ／λ）によりきまってしまう。よって、ｙの振幅ｙ０は（６）式及び（５）式より
ｙ０＝２Ａ|ｃｏｓ（Δφ／２）| ＝２Ａ|ｃｏｓ２π（ｎｄ／λ）|・・・・（７）
ここで、（７）式を用いて、位相差Δφと合成された反射光（図２のｓ１）の振幅ｙ０関係を求めた結果を図４（ａ）に示す。これによればΔφがπの奇数倍のとき、最小値ゼロとなり、πの整数倍のときに最大値２Ａとなるが、変化曲線の勾配は最大値付近では緩やかであり、最小値付近では最も急峻となる。次に図４（ｂ）は位相差Δφと透過光（図２のｓ２）の強さの関係を示す図である。ここで縦軸は、透過光の最大値を１としたときの透過率ηを示す。透過率ηは、図４（ａ）の場合とは逆に、Δφがπの奇数倍のとき最値１（ηｍａｘ）となり、πの整数倍のときに最小値（ηｍｉｎ）となり、変化曲線の勾配は最大値付近では最も急峻であり、最小値付近では緩やかとなる。これは、入射光ｓが一定であれば、反射光と透過光の合計は一定であり、反射光ｓ１と透過光ｓ２の関係は、反射光ｓ１が減少すれば透過光ｓ２が増大し、反射光ｓ１が増大すれば透過光ｓ２が減少するという逆の関係にあるからである。
【００２５】
前記の透過光（ｓ２）の透過率ηと波長λの関係を図４（ｃ）に示す。ここで実線の曲線▲１▼は（５）式の関係すなわち、 λ＝４πｎｄ／Δφ を用いてΔφに対応するλを横軸にとり、図４（ｂ）に示す透過光ｓ２の透過率ηを縦軸に対応させて示したものである。ここで横軸のλが増大するほどこれに反比例してΔφは減少して行く。λがｎｄから４ｎｄに増加して行くとその間にΔφは４πからπに減少し、ηは４π（ｎｄ）と２π（２ｎｄ）において最小となり３π（１．３３ｎｄ）とπで最大となり増減を繰り返す。しかしλが４ｎｄ以上となると、Δφはπ以下となり、λを増加させるに従ってηは最小値（ηｍｉｎ１）に向かって単調に減少し、もはや最大値は生じない。（よって、４ｎｄ以上の高波長側の波長成分を完全にカットする帯域フィルタに適している。）この性質を利用すれば、入射光のうち所望の波長の成分を透過させ又は、所望の波長の成分の透過を阻止することができる。例えば、透過する波長λを黄緑色の波長として λ＝５．６×１０−７ を選択し、図４（ｃ）の実線▲１▼に示すようににηが最大値となる波長 λ＝４ｎｄ よりｄを求めれば
ｄ＝λ／４ｎ＝５．６×１０−７ ／４×１．４＝１×１０−７ となる。ｄをこの値に設定すれば、λ＝４ｎｄである波長５．６×１０−７の透過率ηは最大値１となる（点Ｙ）。次にこのｄにおいて、青色の波長４．５×１０−７ は略３．２ｎｄに相当し、その波長における透過率ηは最小値ηｍｉｎ１に近く（点Ｂ）、黄緑色の透過率１よりも低下する。このようにして、図２に示す１層の光学薄膜８による干渉フィルタによっても原理的には色度補正ができる。
【００２６】
しかし、一般に入射光ｓのうち、反射光ｓ１となる比率は低く、反射光ｓ１が最大となり透過光ｓ２が最小となった場合でも、入射光ｓの大部分は透過して透過光ｓ２となるので、透過率が最低値ηｍｉｎ１場合でもこれはゼロに近い値ではなく、例えば０．９（９０％）を超える等むしろ１に近い値である。よって、実際に使用する干渉フィルタは後述するように複数の光学薄膜を積層した構造とし、フィルタ効果を加重し、所望の波長において透過率の低下が十分になされるよう図られている。
【００２７】
所望の遮断特性を得ようとすれば、一般には、図５に示すような、積層構造の光学薄膜８よりなる干渉フィルタを用いる必用がある。図において８ｂは屈折率ｎｂの光学薄膜層であり、８ｃは屈折率ｎｃの光学薄膜層であり、ｎｃ＞ｎｂの関係がある。光学薄膜層８ｂと８ｃは交互に積層されている。ここで、光学薄膜層８ｂおよび８ｃの厚みをそれぞれｄｂ、ｄｃとしたとき、光の波長λに対し原則として
ｄｂ＝λ／４ｎｂ で ｄｃ＝λ／４ｎｃ
の関係にあるとき、この波長λの成分を透過し、これより外れた波長の成分の透過を阻止する。その阻止の程度は図４（ｃ）の点線▲２▼、点線▲３▼に示すように、積層の段数を重ねるほど効果が掛け合わされて、透過率の下降のカーブは急峻となってフィルタ効果が強まって行く。（透過率ηの最小値はηｍｉｎ１からηｍｉｎ２、ηｍｉｎ３へと順次低下して行く。）このようにして、所望のフィルタ特性に近づけることができる。なお、積層の段数が増えるに従って、光学薄膜層間の反射が複雑となるので、膜厚の条件は上記のものからは外れたものとなるが、この点を考慮して各膜厚を適切に設定すれば、目的を達成することができる。（なお本第１実施形態において実際に用いる光学薄膜８は図１（ｃ）の拡大図に示すように、透光性のプラスチックよりなる導光板２の上面に上記の薄膜層８ｂと８ｃが積層されて形成され、光学薄膜８に対する光の方向は図５の説明図とは逆に、透明基板である導光板２から入射して光学薄膜８を通過して空気中に出射するので、逆方向となるが、光の逆行の原理により、原理説明と同様のフィルタ効果を得ることができる。）なお、本第１実施形態において実際に用いられる光学薄膜８の透過特性については後に詳述する。
【００２８】
次に、干渉フィルタとしての光学薄膜の形成方法につき説明する。その１つの方法は通常の真空蒸着法又はスパッタリングにより、ＴｉＯ２ 、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２Ｏ３ などの無機材料をガラス基板等に付着堆積させる方法である。但しこの方法は、膜厚は薄膜材料の加熱量によってきまるので干渉フィルタが多層構造となっている場合には、個々の膜厚を精密に制御して形成する上で不利な面もある。この点を改善するため、他の１つの方法として、高周波イオンプレーテイング法により、プラズマを用いて、無機材料と有機材料を複合化させることにより、光学薄膜を形成する方法が知られており、本発明において、この技術を利用することができる。すなわち、薄膜材料において新に有機材料であるＣ２Ｈ４ 、Ａｌ２Ｏ３、ヘキサメチルジシロキサンなどを無機材料に加え、高周波イオンプレーテイング法により、無機材料と有機材料を複合化させて、所望の薄膜を形成するものである。
【００２９】
具体的には図６に示すように、真空チャンバー内に無機材料蒸発部とガス化した有機材料導入のための有機材料導入部、プラズマ発生のための高周波電圧印加部、成膜される透明基板を設ける。無機材料を加熱等により蒸発させ、有機材料は、チャンバー外部よりガスとして導入され、プラズマ雰囲気中でプラズマのエネルギーにより、有機物と無機物の化学的に活発なイオン分子を発生させて、無機・有機複合薄膜を透明基板上に生成する。この技術によれば、▲１▼成膜時における薄膜材料、ガスの種類、及びプラズマ出力など、制御要素が多く、これらを個別に調整することで、膜厚およお膜構成を正確に制御できる。▲２▼無機材料と有機材料を任意に組み合わせて複合化することによって適切な屈折率を得るこことができる。▲３▼低温（常温）でも成膜できるところから、プラスチックへ成膜も可能である。▲４▼高周波イオンプレーテイング法により、薄膜が緻密で欠陥の少ない構造となり、強度が向上する。このようにして、本発明において、図１（ｃ）に示すような積層構造で所望のフィルタ特性を有する干渉フィルタを形成することができる。
【００３０】
以下に、本第１実施形態における光学薄膜８の色度補正の作用を説明する。ここで、白色発光ダイオード１の発光スペクトルの一例を図７（ａ）スペクトルＨ１２に示す。又、このスペクトルＨ１２に対応する色度を図１０の色度図のｃ１２に示す。（なお、本実施形態においては、白色発光ダイオード１を２個用いているが、スペクトルＨ１２は２個の平均的なスペクトルである。）図１０に示す色度図の色度点ｃ１２は、指定された色度ランクｂ１、ｂ２よりも左下方に外れており、スペクトルＨ１２のＲ、Ｇ、Ｂの比率は略Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０．２８：０．２５：０．４７となっており、図７（ａ）に示すように４５０ｎｍをピークとする青色光の強度が、５６０ｎｍを中心とする黄緑色の光の強度に比してかなり大となっている。このため白色発光ダイオード１の発光色は、かなり青みがかった白色となっている。
【００３１】
次に、図７（ｂ）に示すスペクトルＦ１２は前記光学薄膜８の透過率の波長特性を示すものであり、波長略５６０ｎｍの部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．８９：１：０．７０５となっている。かかる波長特性はすでに説明した原理により、図１（ｃ）に示す光学薄膜８の光学薄膜層８ｂ、８cの厚み及び積層数を適切に設定することにより得ることができる（光学薄膜層８ｂ、８cの厚みにより、ピーク波長が決まり、その前後の波長における下降のカーブの傾斜は積層数により決まる。）。白色発光ダイオード１の発光光線が、上記したように導光板２内を経てその上面２ａに形成された光学薄膜８を通過する際に白色発光ダイオード１の発光は光学薄膜８のフィルタ作用により、そのスペクトル比が変化する。ここで、白色発光ダイオード１のスペクトル比Ｒ１：Ｇ１：Ｂ１は、スペクトル比Ｒｆ：Ｇｆ：Ｂｆの光学薄膜のフィルタ作用により、減法混色の原理により補正され、補正後の光のスペクトル比Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈは
Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈ＝Ｒ×Ｒｆ：Ｇ×Ｇｆ：Ｂ×Ｂｆ ・・・・（８）
となる。（８）式に前記の数値を代入すれば、
となる。
【００３２】
図７（ａ）に示すスペクトルＨ２は光学薄膜８を通過後の色度補正された光線のスペクトルであり、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率は０．３：０．３：０．４となっている。このスペクトルＨ２の光線の色度は図１０の点ｃ２となっており、ランクｂ２の領域に入っている。このようにして所定のランクｂ２に入るように色度補正された光線が光学薄膜８から出射し、すでに述べた経路を経て照明光として液晶表示板７に入射する。この際、照明光は液晶表示板７のカラーフィルタの特性にマッチした色度となっており、液晶表示板７は忠実な（色度の再現性に優れた）カラー表示を行うことができる。
【００３３】
次に、図８（ｂ）に示すスペクトルＦ１１は前記光学薄膜８の他の一例の透過率の波長特性を示すものであり、Ｇ（波長５６０ｎｍ）の部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．８６：１：０．５６となっている。この場合、図８（ａ）に示す白色発光ダイオード１の発光スペクトルＨ１２に対する色度補正後の光線のスペクトルのＲ、Ｇ、Ｂの比率は（８）式を用いて、
となる。この場合の色度補正後の光線のスペクトルを図８（ａ）のＨ１に示す。このスペクトルＨ１の光線の色度は図１０の点ｃ１となっており、色度ランクｂ１の領域に入っている。このようにして、所定の色度ランクから外れた色度ｃ１２の発光をなす白色発光ダイオード１の発光の色度を光学薄膜８よりなる干渉フィルタを用いて所定の色度ランクｂ１又はｂ２に入るように色度補正をすることができる。
【００３４】
以下に、本第１実施形態において、白色発光ダイオード１の発光の色度が、図１０に示す色度点ｃ１３にある場合について説明する。図１０に示すように色度点ｃ１３は所定の色度ランクｂ１、ｂ２から外れている。図９（ａ）に示すスペクトルＨ１３は色度点ｃ１３に対応する白色発光ダイオード１の発光のスペクトルであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率は
Ｒ１：Ｇ１：Ｂ１＝０．３７：０．３３：０．３となり、青色の成分が黄緑色の成分よりも不足している。一方これに対応する光学薄膜８の透過率のスペクトルＦ１３は図９（ｂ）に示すように、青色のＢ（波長４５０ｎｍ）の部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．６：０．６８：１ となっている。白色発光ダイオード１の前記の発光スペクトルＨ１３に対する色度補正後の光線のスペクトルのＲ、Ｇ、Ｂの比率は（８）式を用いて、
Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈ＝０．３７×０．５８：０．３３×０．６８：０．３×１
＝０．３：０．３：０．４
となる。この補正後のスペクトルは図９（ａ）のＨ２に示される。そのスペクトルＨ２の光の色度点は図１０に示すｃ２となり、ランクｂ２に入る。以上に説明したように本第１実施形態によれば、導光板に設けた光学薄膜による干渉フィルタの作用により、所望の透過波長の前後において急峻なカット特性を示し特に高波長側においては通過帯域を残す残ことなく完全なカットできるため、色素を用いた吸収型のカラーフィルタよりもカット特性に優れたカラーフィルタの利用が可能となる。よって、優れた色度補正が可能となる。
なお、本第１実施形態の変形例として、図示は省略するが、拡散板３の下面３ｂに光学薄膜８を設ける代わりに、その上面（３ａ）に光学薄膜（８）を設けたものがある。この場合も光学薄膜のカラーフィルタ作用により同様の効果が得られる。
【００３５】
以下に本発明の第２実施形態に係るバックライトユニットにつき図面を用いて説明する。図１１は、そのバックライトユニット２０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す側面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、（ａ）におけるＣ部およびＤ部を示す拡大図である。図１１に示すように、拡散板３の上面３ａおよび下面３ｂに光学薄膜８が形成されている。白色発光ダイオード１からの光が、導光板２を経て拡散板３の下面に形成された光学薄膜８を通過するときには、すでに説明したように光学薄膜８の干渉フィルタとしての作用により色度補正がなされるが、この透過光が拡散板３の中を通り、その上面３ａに形成された光学薄膜８を通過する際にもその干渉フィルタとしての作用によりさらなる色度補正がなされる。このように２回にわたり光学薄膜８のフィルタ作用を受けることになるので、実効的なフィルタ特性は図１に示す第１実施形態の光学薄膜８のフィルタ作用が重ね合わされたような効果となる。
【００３６】
なお本第２実施形態においては、拡散板３の上面３ａに設けられた光学薄膜８に対しては光線が拡散板３の内部より入射して透過光が空気中に出射するので、光の方向は図５の説明図とは逆方向となるが、光の逆行の原理により、原理説明と同様のフィルタ効果を得ることができる。このようにして、本第２実施形態においては、フィルタ効果が加重された結果、図１に示すバックライトユニット１０に比較し、よりシャープな色度補正が可能となる。本第２実施形態は、白色発光ダイオードのカラーバランスが大きくくずれている場合に、これを色度補正するのに適している。
【００３７】
以下に本願発明の第３実施形態につき図面を用いて説明する。図１２は、そのバックライトユニット３０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＦ部の拡大図である。図１２に示すように、本第３実施形態においては、Ｐｘプリズムシート５の上面５ａおよび下面５ｂに、光学薄膜８が形成されている。すでに説明したのと同様の原理により白色発光ダイオード１の発光が導光板２、拡散板３、Ｐｙプリズムシート４経てＰｘプリズムシート５に入射するが、その際にその下面５ｂに形成された光学薄膜８を通る。次にＰｘプリズムシート５入射した光線はここでｘ方向の角度が絞りこまれ、その上面５ａに設けられた光学角膜８を通って出射し、照明光として液晶表示板に入射する。ここで、光線がｘプリズムシート５の下面５ｂに設けられた光学薄膜８を通過する際にも、P ｘプリズムシート５の上面５ａに設けられた光学薄膜８を通過する際にも、すでに説明した原理により光学薄膜８の干渉フィルタとしての作用により色度補正がなされるので、色度補正の効果が加重され、シャープな色度補正が可能となる。なお、図示は省略するが本第３実施の変形例として、Ｐｘプリズムシート（５）の上面（５ａ）および下面（５ｂ）いずれか片側に光学薄膜（８）を設けたものもある。これらの変形例は、図１に示す第１実施形態と基本的には同様の原理により、同様の色度補正の効果を得ることができる。なお、図示は省略するが、本願発明においては、Ｐｙプリズムシート４(図１（ａ）参照)の上下の面またはいずれか片側に光学薄膜を形成する場合もあるが、この場合も上記のようにＰxプリズムシート５の上下の面またはいずれか片側に光学薄膜８を形成したのと同様の効果を有する。
【００３８】
以下に本発明の第４実施形態につき図面を用いて説明する。図１３は、そのバックライトユニット４０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）は（ａ）のＧ部の拡大図である。図１３において１９は干渉フィルタ板であり、透明基板９の上面９ａおよび下面９ｂにそれぞれ光学薄膜８が形成されることにより干渉フィルタ板１９が作成される。干渉フィルタ板１９は、ここでは、導光板２と拡散板３の間に挿入されて配置されている。図１３に示すバックライトユニット４０においては、導光板２の上面２ａから出射した光線は干渉フィルタ板１９を通って拡散板３の達するが、その間に干渉フィルタ板１９において、その透明基板９の下面９ｂの光学薄膜８を通過する際と上面９ａの光学薄膜８を通過する際には、いずれも干渉フィルタとしての作用により、すでに説明した原理により、色度補正がなされ、効果が重合され、シャープな色度補正ができる。
【００３９】
なお、図示は省略するが透明基板９の上面（５ａ）および下面（５ｂ）いずれか片側に光学薄膜（８）を設けた干渉フィルタ板もある。この場合も光学薄膜の干渉フィルタとしての作用により、色度補正が可能である。なお、図１３に示すような干渉フィルタ１９板は構造が単純で、製造が容易であり、また、必用に応じて、バックライトユニットの色々な場所、例えば、拡散板３とＰｙプリズムシート４の間、Ｐｙプリズムシート４とＰｘプリズム５の間、Ｐｘプリズム５と液晶表示素子７の間、又は導光板２と反射板６の間に配置することができる。このような場合も図１３に示したバックライトユニット４０と同様の効果が得られる。
【００４０】
次に図１４は図１３に示すバックライトユニット４０の他の一つの変形例であるバックライトユニット５０の構成を示す図である。図１４に示すようにバックライトユニット５０においては、干渉フィルタ１９板が白色発光ダイオード１と導光板２の間の隙間に配置されている。干渉フィルタ板１９の支持方法は、例えば、バックライトユニット５０の図示しないケースに保持用のスリット設け、このスリット内に干渉フィルタ１９板の端部を挿入保持することにより行うこともできる。干渉フィルタ板１９の透明基板９の白色発光ダイオード１と対向する前面９ｃと、導光板２と対向する背面９ｄにはそれぞれ光学薄膜８が形成されており、白色発光ダイオード１の発光が導光板２の入光側面２ｃに到達する前にすでに説明した原理により当該干渉フィルタ板１９により白色ダイオード１の発光を所望の色度に補正をすることができる。なお、白色発光ダイオード１と導光板２の間の隙間に配置される干渉フィルタ板に関しては、本願発明は図１４に示される前記干渉フィルタ板１９に限らず、干渉フィルタ板の透明基板９の前面（９ｃ）および背面（９ｄ）のいずれか片側に光学薄膜（８）が形成されたものを用いても色度補正の効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、白色発光ダイオードを発光源とするカラー液晶パネル用のバックライトユニットにおいて、その拡散板、プリズムシート等の構成部品の表面に光学薄膜を形成することにより、又は透明板の表面に光学薄膜を形成した別個の干渉フィルタ板をバックライトユニットの前記構成部品の間に配置することにより、光学薄膜のシャープな波長フィルタ作用により、白色発光ダイオードの発光の色度のバラツキを補正して、所望の色度のランクに入れることができる。これにより、バックライトユニットの照明光の色度をカラー液晶パネルの特性にマッチした色度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックライトユニットの第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明に使用する光学薄膜による干渉フィルタの原理的構成を示す図である。
【図３】図２に示す干渉フィルタにおける反射光の波形を示す図である。
【図４】図２に示す干渉フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図５】複数の光学薄膜層よりなる干渉フィルタの構成を示す図である。
【図６】本発明に使用する光学薄膜の製造方法の一例を示す図である。
【図７】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の一例を示す図である。
【図８】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の他の例を示す図である。
【図９】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の更なる他の一例を示す図である。
【図１０】図１に示すバックライトユニットにおける白色発光ダイオードの発光の色度および色度補正後の照明光の色度を示す色度図である。
【図１１】本発明のバックライトユニットの第２実施形態の構成を示す図である。
【図１２】本発明のバックライトユニットの第３実施形態の構成を示す図である。
【図１３】本発明のバックライトユニットの第４実施形態の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示すバックライトユニットの変形例のバックライトユニットの構成を示す図である。
【図１５】従来のバックライトユニットの一例を示す図である。
【図１６】白色発光ダイオードの構成を示す図である。
【図１７】従来のバックライトユニットの他の例を示す図である。
【図１８】白色発光ダイオードの発光の波長スペクトルを示す図である。
【図１９】白色発光ダイオードの発光の色度を示す図である。
【符号の説明】
１ 白色発光ダイオード
２ 導光板
３ 拡散板
４ Ｐｙプリズムシート
５ Ｐｘプリズムシート
６ 反射板
７ 液晶表示板
８ 光学薄膜
８ｂ、８ｃ 光学薄膜層
９、１２ 透明基板
１０、２０、３０、４０、５０ バックライトユニット
１９ 干渉フィルタ板
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば液晶パネルを背面より照射するバックライトに関し、特に色度補正機能を備えたバックライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブック型のワードプロセッサやコンピュータ、又は携帯電話機、携帯TVのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型でしかも見易い照明機構を有する液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示用の照明機構としてバックライトユニットが従来より知られている。ここで液晶表示用バックライトユニットとは、液晶パネルを背後から全面にわたり照射する面状の光源であり、蛍光ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等よりなる発光源と、その発光源の光束を液晶パネルに照射する面状の光束に変換する導光板等の光路変換手段を備えている。この中で、特に近年は、更なる小型、薄型化と長寿命化を目的として発光源としてＬＥＤを用いたものが多く使用されるようになってきている。
【０００３】
かかる面状光源により白色の照明光を出射させ、パネル等に対し白色の照明をしようとするときは、発光源として白色の蛍光ランプを用いるか、ＬＥＤの場合にはＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤを同時点灯、又は時分割点灯して白色光を合成することが一般的であった。更に最近は、ＬＥＤの場合、単独で白色に近い光を発光する白色ＬＥＤが開発され、利用できるようになってきた。このような白色ＬＥＤを用いることにより、小型で簡単な構成で白色照明を目的とする液晶表示用バックライトを形成することが可能となった。図１５はこのようなうなＬＥＤの発光源を持ち、カラー液晶パネルの白色照明を目的とした従来の液晶表示用バックライトユニットの一例の主要部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
図１５において、１１０はバックライトユニットであり、導光板１０１と発光源としてＬＥＤ１０２を有している。導光板１０１は無色透明なプラスチック材等の透光部材よりなる板状で略直方体形状をしており、その一方の主面を光出射面１０１ａとし、該光出射面１０１ａと対向する面には、発光源からの光を前記光出射面１０１ａに向けて反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面１０１ｂが形成されている。ＬＥＤ１０２はＬＥＤ基板１０３に支持されて導光板１０１の入光側面１０１ｃに対向する位置に配設され、図示しない駆動回路より所定の電流が供給されて、後述するような白色を目的とした光を発光、出射する。
【０００５】
図１６（ａ）は白色発光を目的とするＬＥＤ１０２の内部構造を示す図である。図１６（ｂ）はＬＥＤ１０２の発光部の詳細を示す図である。図において、１０２ａは青色を発光する発光ダイオード素子、１０２ｂは発光ダイオード素子１０２ａを保持する端子Ａ、１０２ｃは他方の端子Ｂ、である。発光ダイオード素子１０２ａのｎ電極１０２ａｎおよびｐ電極１０２ａｐはそれぞれボンデイングワイヤー１０２ｄにより、端子Ａ（１０２ｂ）及び端子Ｂ（１０２ｃ）に接続されている。端子Ａ（１０２ｂ）の凹部内には発光ダイオード素子１０２ａを被うようにしてＹＡＧ蛍光体ｙを混入、分散した樹脂層よりなる蛍光体層１０２ｆが充填されている。１０２ｇは透光性を有する封止部材であり、端子Ａ（１０２ｂ）及び端子Ｂ（１０２ｃ）の突出部を除き上記の部材全体を封止し、保護する。このようなＬＥＤ１０２において、発光ダイオード素子１０２ａが青色発光をすると、その青色発光の一部がＹＡＧ蛍光体ｙに吸収されて黄緑色の励起光を発する。これにより、蛍光体層１０２ｆの上面からは、蛍光体層１０２ｆを透過した青色光とＹＡＧ蛍光体ｙで励起された励起光（蛍光）である黄緑色の光が混ざり合って出射し、封止部材１０２ｆを透過してＬＥＤ１０２の外部に出射する。かかるＬＥＤ１０２の発光の色度は、青色と黄緑色の光の強度の比率により変化するが、これらの比率を適切に設定すれば、理論的には真の白色又はその近傍において、所望の色度を得ることができる。（しかし、実際には、不可避な製造条件のバラツキにより、発光ダイオード素子１０２ａの青色発光の強度が変動し、ＹＡＧ蛍光体ｙの濃度（又は成分）のバラツキにより黄緑色の励起光の強度はかなり変動するので、これらの加法混色によるＬＥＤ１０２の発光の色度を所望の範囲に入れることは容易ではない。）
【０００６】
図１５に示すように、ＬＥＤ１０２からの出射光は導光板１０１に入り、大部分の光は上面である光出射面１０１ａで全反射、下面である光拡散面１０１ｂでは全反射又は乱反射を１回又は複数回行った後に上面である光出射面１０１ａより照明光１０５として外部に出射する。外部に出射した照明光１０５は（ｂ）に示すように図示しないカラーフィルタを有する透過型もしくは半透過型の液晶パネル（又は液晶表示板）１０７を背後から照明する。なお、前記照明する面内の輝度の均一性を確保するために上記下面１０１ｂ内のシボの粗さを調整したり、半球状ドットの形状、密度を場所により変えたりする。
【０００７】
次に図１７は白色を目的としたＬＥＤの発光源を持ち、液晶パネルのカラー表示用の白色照明を目的とした従来の液晶表示用バックライトユニットの他の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図１７において、１２０はバックライトユニットであり、１０２は白色発光ダイオード（又は白色ＬＥＤ）、１０１は導光板、１０３は拡散板、１０４はＰｙプリズムシート、１０５はＰｘプリズムシート、１０６は反射板、１０７はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板であり、図示しないカラーフィルタを有している。白色発光ダイオード１０２はＬＥＤ基板１０２ｂに保持されて導光板１０１の側面１０１ｃに対向する位置に配置され、導光板１０１の上方には拡散板１０３、Ｐｙプリズムシート１０４、Ｐｘプリズムシート１０５が順次重ねて配置される。反射シート１０６は導光板１０１の下面１０１ｂに対向、近接して配置される。白色発光ダイオード１０２の発光は導光板１０１の側面１０１ｃから入射し、導光板１０１の上面１０１ａと下面１０１ｂの間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、その間に平滑な上面１０１ａから（上方に）出射する。下面１０１ｂは細かな凹凸を有する乱反射面となっており、光を種々の方向に拡散できるようになっている。反射板１０６は乱反射面である下面１０１ｂから外部に出ようとする光を反射させて内部に戻し、光の利用効率を上げる作用をなす。
【０００８】
導光板１０１の上面１０１ａからの出射光は拡散板１０３に達し、ここで光の方向が中程度の範囲に絞りこまれる。更に、Ｐｙプリズムシート１０４によりｙ方向の角度が絞りこまれ、Ｐｘプリズムシート１０５によりｘ方向の角度が絞りこまれ、最終的には出射光を略ｚ方向に揃える。このｚ方向に揃った光線が液晶表示板１０７に入射することにより液晶を透過する光の状態を理想的なものとし、鮮明でＳＮの高い表示を可能とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、図１５、図１７にそれぞれに示して説明した小型・薄型のバックライトユニット１１０及び１２０により、共にカラーＬＣＤ用白色照明を目的とした液晶パネルの照明がなされる。しかしながら、上記のバックライトユニット１１０、１２０等の従来の液晶表示用の照明手段においては、以下に述べるような問題点がある。即ち、上記のような透過型もしくは半透過型の液晶パネルは、カラー表示のために、その内部に図示しないカラーフィルタを有しているが、カラーフィルタの特性が各メーカーごとに異なっている。一方、液晶パネルの表示する画像の色度はカラーフィルターの特性（透過率の波長特性）と照明光の色度即ち発光源である白色ＬＥＤ（１０２）の色度に依存して定まる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの特性のバランスが完全にとれている場合には、白色ＬＥＤの色度が完全に白色であれば、カラー信号が白色のときは、液晶パネルの表示色は白色となる。
【００１０】
しかし、Ｒ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルタの特性の透過バランスがＲ，Ｇは透過率の高い方向に傾いているときは、白色ＬＥＤの色度が完全に白色であっても、液晶パネルの表示色は黄緑がかった色となり、所望の白色の表示色は得られない。この場合、所望の白色の表示色を得るには、白色ＬＥＤの色度を完全な白色とせず、Ｒ、Ｇ、よりもＢが勝った青みがかった白色すなわち、カラーフィルタと補色関係にある色度とすることが必要である。このことは、白色を表示する場合に限らず、カラー信号により指定された種々の色度の色を忠実に表示しようとする場合にも成立つことである。よって、液晶パネルのメーカーはカラーフィルタの特性のバラツキにあわせて、この特性を補償できる色度の白色ＬＥＤを色度のランクを指定してランク別に要求するようになってきた。
【００１１】
図１９は前記白色ＬＥＤ１０２の発光の色度を示すＣＩＥ色度図である。ここで、ｘはＲの割合を、ｙはＧの割合を示す。そして、図には示していないが、ｚをＢの割合としたとき、常に
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
の関係があるとしている。ここで、ｃ０はＲ，Ｇ，Ｂの成分比が１：１；１である白色の点を示し、この場合，座標は略ｘ＝０．３３，ｙ＝０．３３，（ｚ＝０．３３）となっている。ここで、ｂ１は指定されたランクｂ１の色度の範囲を示し、ｂ２は指定されたランクｂ２の色度の範囲を示す。ところが、かかる指定された領域ｂ１、ｂ２内に色度を入れることを目的にＬＥＤを製造しても実際の製品の色度はすでに説明したような製造上の不可避な理由により、ばらつき、上記ランクｂ１、ｂ２を大きくはみ出でた領域Ｓ内にばらついてしまう。図１９において、ｃ１２およびｃ１３は上記ランクｂ１、ｂ２から外れた白色ＬＥＤの色度を示す。
【００１２】
ここで、図１８は前記のｃ１２、ｃ１３、ｃ０の色度に対応する発光のスペクトル示す図である。ここで、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ０はそれぞれ、前記色度点ｃ１２、ｃ１３、ｃ０に対応するスペクトルを示す。これらの、スペクトル図において、横軸は波長を示し、６２５ｎｍの前後がＲの領域、５６０ｎｍ前後がＧの領域、４５０ｎｍの近傍がＢの領域である。縦軸はスペクトルの相対強度を示す。
図１８（ａ）に示すスペクトルＨ１２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が０．２８：０．２５：０．４７となり、かなりＢの成分が他の成分よりかなり大となっている。（参考までにスペクトルＨ０の場合はＲ、Ｇ、Ｂの比率が０．３３：０．３３：０．３３となっている。）スペクトルＨ１２は白色ＬＥＤ１０２を構成する青色発光ダイオード素子の輝度に対してＹＡＧ蛍光体の濃度が少な過ぎる場合に対応し図１９の色度図の領域ｂ１、ｂ２よりも更に青みがかった色度となる。図１８（ｂ）に示すスペクトルＨ１３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が０．３７：０．３３：０．３となりＲ、Ｇの成分がＢの成分より大となっている。この場合は、前記の発光ダイオード素子の輝度とのバランスでＹＡＧ蛍光体の濃度が大きすぎる場合に対応し、領域ｂ１、ｂ２よりも黄緑がかった色度となる。このように、白色ＬＥＤ１０２を製造する際にその構成要素の不可避なバラツキにより、その発光の色度が指定されたランク（ｂ１、ｂ２）に入らない場合を生ずる。
【００１３】
白色ＬＥＤの発光の色度が指定されたランクのいずれにも入らない場合は、その白色ＬＥＤは無駄となってしまう。又、発光の色度が指定されたランク（ｂ１、ｂ２）に入るものについても、ランクｂ１に入る白色ＬＥＤとランクｂ２に入る白色ＬＥＤの個数の比率がマッチングする液晶パネルの個数の比率と一致しない場合は、結果的に無駄を生ずる。例えば、ランクｂ１の白色ＬＥＤを必要とする液晶パネルが５０個、ランクｂ２の白色ＬＥＤを必要とする液晶パネルが５０個あるとき、２００個の白色ＬＥＤの中にランクｂ１に入るものが５０個、ランクｂ２に入るものが１００個、ランクｂ１にも、ランクｂ２にも入らないものが５０個あったとすると、無駄になるのはランク外の５０個だけではなく、ランクｂ２に入るものの内５０個はあまってしまって使われないので、結果的に無駄となる。この場合、実際に使用できる白色ＬＥＤ１００個を得るために白色ＬＥＤを２００個入手する必要があり、結果的に１００個が無駄となる。このように、カラー表示を目的とした液晶パネルの照明手段であるバックライト又はフロントライトの照明光の色度は従来は白色ＬＥＤの色度そのものであるため、液晶パネルのカラーフィルタの特性にマッチするようにユーザーから指定された色度のランクを狙って白色ＬＥＤを生産したとしても、ランクからは外れて、バックライト又はフロントライトに使用できないものが多数生じ、不良品又は在庫が増える結果となる。更に最近はユーザーの指定する色度のランクは細かく要求されるので、指定の色度に入れることがますます困難な状態となってきている。
【００１４】
そこで本発明は、カラー表示用の液晶パネルに用いられる照明手段であるバックライトユニットにおいて、所望の色度ランク入らない白色ＬＥＤの色度を補正して照明光の色度を所望の色度ランクに入れるように改善することを目的とする。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規の特徴は本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段としての本発明は、白色発光ダイオードと、前記白色発光ダイオードから出射された光を入射面から入射して出射面から出射させる導光板とを備えたカラーフィルタを有する液晶表示板に用いられるバックライトユニットであって、前記導光板と前記液晶表示板の間には、プリズム面が前記液晶表示板側を向いた互いに直交する２枚のプリズムシートが設けられ、前記液晶表示板側の前記プリズムシートの上下面に、互いに屈折率の異なる膜を交互に積層して形成された複数の膜よりなる干渉フィルタを構成した光学薄膜が形成されて、前記白色発光ダイオードの出射光の色補正を行って、前記出射光を前記カラーフィルタの透過率波長特性と補色関係にある色度とし、前記カラーフィルタの前記特性にマッチした色度にすることを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するためにその第２の手段としての本発明は、前記第１の手段において、前記光学薄膜は、真空蒸着もしくはスパッタによって形成されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の第１実施形態につき図面を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る色度補正機能を有するバックライトユニット１０の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。（ｃ）は（ｂ）に示すＣ部の拡大図である。図１において、１は白色発光ダイオード（又は白色ＬＥＤ）、２は導光板、３は拡散板、８は拡散板３の下面３ｂに形成された光学薄膜である。前記光学薄膜８は、図１（ｃ）に示すように、光の波長程度の厚さで互いに屈折率の異なる光学薄膜層８ｂと８ｃを交互に積層して形成され、干渉フィルタを構成している。４はＰｙプリズムシート、５はＰｘプリズムシート、６は反射板、７はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板であり、図示しないカラーフィルタを有している。白色発光ダイオード１は保持基板１ｂに保持されて導光板２の側面２ｃに対向する位置に配置され、導光板１の上方には拡散板３、Ｐｙプリズムシート４、Ｐｘプリズムシート５が順次重ねて配置される。反射板（又は反射シート）６は導光板２の下面２ｂに対向、近接して配置される。白色発光ダイオード１の発光は導光板２の入光側面２ｃから入射し、導光板２の上面２ａと下面２ｂの間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、その間に平滑な上面２ａから上方に出射する。下面２ｂは細かな凹凸を有する乱反射面となっており、光を種々の方向に拡散できるようになっている。反射板６は乱反射面である下面２ｂから外部に出ようとする光を反射させて内部に戻し、光の利用効率を上げる作用をなす。
【００２０】
ここで、導光板２の上面２ａからの出射光は拡散板３の下面３ｂに形成された光学薄膜８を通って拡散板３に入射し、ここで光の方向が中程度の範囲に絞りこまれ、拡散板３上面３ａから出射する。出射した光はＰｙプリズムシート４に入射するが、Ｐｙプリズムシート４によりｙ方向の角度さらに絞りこまれ、次にＰｘプリズムシート５によりｘ方向の角度が絞りこまれ、最終的には出射光を略ｚ方向に揃える。このｚ方向に揃った光線が液晶表示板７に入射することにより液晶を透過する光の状態を理想的なものとし、鮮明でＳＮの高い表示を可能とする。
【００２１】
本第１実施形態の特徴とするところは、すでに述べたように、拡散板３の下面３ｂに光学薄膜が形成されているところであり、この光学薄膜８の存在により白色発光ダイオード１からの光の色度補正がなされる。以下にこの色度補正の原理につき説明する。図２は干渉フィルタの原理を示す図である。図において、１２は透明基板、８は１層の光学薄膜よりなる干渉フィルタである。透明基板１２および光学薄膜８の屈折率をそれぞれｎ１、ｎとし、ｎ１＝１．５、ｎ＝１．４、空気の屈折率を１．０とする。光学薄膜の厚みをｄとする。図２（ａ）に示すように、空気中から光学薄膜８に入射する入射光ｓの一部は反射され反射光ｓ１となり、残りは透過し透過光ｓ２となる。反射光ｓ１についてみると、空気と薄膜８の境界で反射される光ｓ１ｆと薄膜８と透明基板１２との境界で反射される光ｓ１ｇとが合成されてなり、どちらの境界においても、光の方向に対し屈折率が増加する界面であるので、それぞれに位相がπだけずれるので、反射光ｓ１ｆと反射光ｓ２ｇの位相差は、反射による影響はなく、実効的光路差２ｎｄによる位相のズレだけを考慮すればよい。
【００２２】
ここで、図３は光の波形を示す図である。光の波動は一般に、図３（ａ）の点線の波形のように
ｙ＝Aｓｉｎ２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））・・・・（１）
で表される。ここで、ｘは光の進行方向の座標、λは光の空気中の波長、ｔは時間、Ｔは周期、Aは振幅である。（ここで、（１）式で示される点線の波形は、実線で示される
ｙ＝−Ａｓｉｎ２π（ｘ／λ） の波形が時間ｔの経過により進行した状態を示す。）
ここで、光の位相φは
φ＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））・・・・（２）
であり、この位相φにより、光の瞬間的な強さｙが決まる。すなわち（１）式は
ｙ＝Aｓｉｎφ ・・・・（３）
となる。（２）式に示すφのうち２π（ｔ／Ｔ）は時間に依存する成分であり、２π（ｘ／λ）は原点からの進行距離ｘすなわち光路長に依存する成分である。
【００２３】
今、図２に示す反射光ｓ１ｆとｓ１ｇの波形ｙ１、ｙ２をそれぞれの位相φ１、φ２を用いて（３）式により表すと、
ｙ１＝A１ｓｉｎφ１ ｙ２＝A２ｓｉｎφ２
となる。ここで、ｙ２はｙ１に対し光路差の分だけ位相がずれるので、その位相差をΔφとすれば、図３（ｂ）に示すように
ｙ１＝A１ｓｉｎφ１ ｙ２＝A２ｓｉｎφ２＝A２ｓｉｎ（φ１−Δφ） ・・・・（４）
となる。ここで（２）式を用いてφ１、φ２を表せば
φ１＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ））
φ２＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ）−（２ｎｄ／λ））
となり、反射光ｓ１ｆと反射光ｓ１ｇの位相差Δφは
Δφ＝φ１―φ２＝２π（２ｎｄ／λ）・・・・（５）
となり、これは実質的光路差２ｎｄによる分である。ここで、図３（ｃ）に示すように、２ｎｄ＝λ／２ であるときは（５）式より、位相差Δφは Δφ＝πとなり、反射光ｓ１ｆとｓ１ｇは逆位相となる。この場合は図２（ｂ）に対応し、合成された反射光ｓ１は最小となり、逆に透過光ｓ２は最大となる。一方、図３（ｄ）に示すように、 ２ｎｄ＝λ であるときは（５）式より、位相差Δφは Δφ＝２π となり、反射光ｓ１ｆとｓ１ｇ同位相となる。この場合は図２（ｃ）に対応し、合成された反射光ｓ１は最大となり、逆に透過光ｓ２は最小となる。
【００２４】
ここで、ここで、合成された反射光 ｙ＝ｙ１＋ｙ２ とΔφの一般的な関係を求めるために、 Ａ１＝Ａ２ と仮定して（４）を用いると、
ｙ＝ｙ１＋ｙ２＝Ａ（ｓｉｎφ１＋ｓｉｎ（φ１−Δφ））
＝２Ａｓｉｎ（（２φ１−Δφ）／２）・ｃｏｓ（Δφ／２）・・・・（６）
（６）式については、下記の公式を利用した。
ｓｉｎＡ＋ｓｉｎＢ＝２ｓｉｎ（（Ａ＋Ｂ）／２）・ｃｏｓ（（Ａ−Ｂ）／２）
（６）式において ｓｉｎ（２φ１−Δφ）／２ の成分については，φ１が、上記のように φ１＝２π（（ｔ／Ｔ）−（ｘ／λ）） であり、ｔとｘに依存して変動するので、 ｓｉｎ（（２φ１−Δφ）／２） の値は１と−１の間で変動する。一方、ｃｏｓ（Δφ／２）の成分は変動しない値であるΔφ＝２π（２ｎｄ／λ）によりきまってしまう。よって、ｙの振幅ｙ０は（６）式及び（５）式より
ｙ０＝２Ａ|ｃｏｓ（Δφ／２）| ＝２Ａ|ｃｏｓ２π（ｎｄ／λ）|・・・・（７）
ここで、（７）式を用いて、位相差Δφと合成された反射光（図２のｓ１）の振幅ｙ０関係を求めた結果を図４（ａ）に示す。これによればΔφがπの奇数倍のとき、最小値ゼロとなり、πの整数倍のときに最大値２Ａとなるが、変化曲線の勾配は最大値付近では緩やかであり、最小値付近では最も急峻となる。次に図４（ｂ）は位相差Δφと透過光（図２のｓ２）の強さの関係を示す図である。ここで縦軸は、透過光の最大値を１としたときの透過率ηを示す。透過率ηは、図４（ａ）の場合とは逆に、Δφがπの奇数倍のとき最値１（ηｍａｘ）となり、πの整数倍のときに最小値（ηｍｉｎ）となり、変化曲線の勾配は最大値付近では最も急峻であり、最小値付近では緩やかとなる。これは、入射光ｓが一定であれば、反射光と透過光の合計は一定であり、反射光ｓ１と透過光ｓ２の関係は、反射光ｓ１が減少すれば透過光ｓ２が増大し、反射光ｓ１が増大すれば透過光ｓ２が減少するという逆の関係にあるからである。
【００２５】
前記の透過光（ｓ２）の透過率ηと波長λの関係を図４（ｃ）に示す。ここで実線の曲線▲１▼は（５）式の関係すなわち、 λ＝４πｎｄ／Δφ を用いてΔφに対応するλを横軸にとり、図４（ｂ）に示す透過光ｓ２の透過率ηを縦軸に対応させて示したものである。ここで横軸のλが増大するほどこれに反比例してΔφは減少して行く。λがｎｄから４ｎｄに増加して行くとその間にΔφは４πからπに減少し、ηは４π（ｎｄ）と２π（２ｎｄ）において最小となり３π（１．３３ｎｄ）とπで最大となり増減を繰り返す。しかしλが４ｎｄ以上となると、Δφはπ以下となり、λを増加させるに従ってηは最小値（ηｍｉｎ１）に向かって単調に減少し、もはや最大値は生じない。（よって、４ｎｄ以上の高波長側の波長成分を完全にカットする帯域フィルタに適している。）この性質を利用すれば、入射光のうち所望の波長の成分を透過させ又は、所望の波長の成分の透過を阻止することができる。例えば、透過する波長λを黄緑色の波長として λ＝５．６×１０−７ を選択し、図４（ｃ）の実線▲１▼に示すようににηが最大値となる波長 λ＝４ｎｄ よりｄを求めれば
ｄ＝λ／４ｎ＝５．６×１０−７ ／４×１．４＝１×１０−７ となる。ｄをこの値に設定すれば、λ＝４ｎｄである波長５．６×１０−７の透過率ηは最大値１となる（点Ｙ）。次にこのｄにおいて、青色の波長４．５×１０−７ は略３．２ｎｄに相当し、その波長における透過率ηは最小値ηｍｉｎ１に近く（点Ｂ）、黄緑色の透過率１よりも低下する。このようにして、図２に示す１層の光学薄膜８による干渉フィルタによっても原理的には色度補正ができる。
【００２６】
しかし、一般に入射光ｓのうち、反射光ｓ１となる比率は低く、反射光ｓ１が最大となり透過光ｓ２が最小となった場合でも、入射光ｓの大部分は透過して透過光ｓ２となるので、透過率が最低値ηｍｉｎ１場合でもこれはゼロに近い値ではなく、例えば０．９（９０％）を超える等むしろ１に近い値である。よって、実際に使用する干渉フィルタは後述するように複数の光学薄膜を積層した構造とし、フィルタ効果を加重し、所望の波長において透過率の低下が十分になされるよう図られている。
【００２７】
所望の遮断特性を得ようとすれば、一般には、図５に示すような、積層構造の光学薄膜８よりなる干渉フィルタを用いる必用がある。図において８ｂは屈折率ｎｂの光学薄膜層であり、８ｃは屈折率ｎｃの光学薄膜層であり、ｎｃ＞ｎｂの関係がある。光学薄膜層８ｂと８ｃは交互に積層されている。ここで、光学薄膜層８ｂおよび８ｃの厚みをそれぞれｄｂ、ｄｃとしたとき、光の波長λに対し原則として
ｄｂ＝λ／４ｎｂ で ｄｃ＝λ／４ｎｃ
の関係にあるとき、この波長λの成分を透過し、これより外れた波長の成分の透過を阻止する。その阻止の程度は図４（ｃ）の点線▲２▼、点線▲３▼に示すように、積層の段数を重ねるほど効果が掛け合わされて、透過率の下降のカーブは急峻となってフィルタ効果が強まって行く。（透過率ηの最小値はηｍｉｎ１からηｍｉｎ２、ηｍｉｎ３へと順次低下して行く。）このようにして、所望のフィルタ特性に近づけることができる。なお、積層の段数が増えるに従って、光学薄膜層間の反射が複雑となるので、膜厚の条件は上記のものからは外れたものとなるが、この点を考慮して各膜厚を適切に設定すれば、目的を達成することができる。（なお本第１実施形態において実際に用いる光学薄膜８は図１（ｃ）の拡大図に示すように、透光性のプラスチックよりなる導光板２の上面に上記の薄膜層８ｂと８ｃが積層されて形成され、光学薄膜８に対する光の方向は図５の説明図とは逆に、透明基板である導光板２から入射して光学薄膜８を通過して空気中に出射するので、逆方向となるが、光の逆行の原理により、原理説明と同様のフィルタ効果を得ることができる。）なお、本第１実施形態において実際に用いられる光学薄膜８の透過特性については後に詳述する。
【００２８】
次に、干渉フィルタとしての光学薄膜の形成方法につき説明する。その１つの方法は通常の真空蒸着法又はスパッタリングにより、ＴｉＯ２ 、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２Ｏ３ などの無機材料をガラス基板等に付着堆積させる方法である。但しこの方法は、膜厚は薄膜材料の加熱量によってきまるので干渉フィルタが多層構造となっている場合には、個々の膜厚を精密に制御して形成する上で不利な面もある。この点を改善するため、他の１つの方法として、高周波イオンプレーテイング法により、プラズマを用いて、無機材料と有機材料を複合化させることにより、光学薄膜を形成する方法が知られており、本発明において、この技術を利用することができる。すなわち、薄膜材料において新に有機材料であるＣ２Ｈ４ 、Ａｌ２Ｏ３、ヘキサメチルジシロキサンなどを無機材料に加え、高周波イオンプレーテイング法により、無機材料と有機材料を複合化させて、所望の薄膜を形成するものである。
【００２９】
具体的には図６に示すように、真空チャンバー内に無機材料蒸発部とガス化した有機材料導入のための有機材料導入部、プラズマ発生のための高周波電圧印加部、成膜される透明基板を設ける。無機材料を加熱等により蒸発させ、有機材料は、チャンバー外部よりガスとして導入され、プラズマ雰囲気中でプラズマのエネルギーにより、有機物と無機物の化学的に活発なイオン分子を発生させて、無機・有機複合薄膜を透明基板上に生成する。この技術によれば、▲１▼成膜時における薄膜材料、ガスの種類、及びプラズマ出力など、制御要素が多く、これらを個別に調整することで、膜厚およお膜構成を正確に制御できる。▲２▼無機材料と有機材料を任意に組み合わせて複合化することによって適切な屈折率を得るこことができる。▲３▼低温（常温）でも成膜できるところから、プラスチックへ成膜も可能である。▲４▼高周波イオンプレーテイング法により、薄膜が緻密で欠陥の少ない構造となり、強度が向上する。このようにして、本発明において、図１（ｃ）に示すような積層構造で所望のフィルタ特性を有する干渉フィルタを形成することができる。
【００３０】
以下に、本第１実施形態における光学薄膜８の色度補正の作用を説明する。ここで、白色発光ダイオード１の発光スペクトルの一例を図７（ａ）スペクトルＨ１２に示す。又、このスペクトルＨ１２に対応する色度を図１０の色度図のｃ１２に示す。（なお、本実施形態においては、白色発光ダイオード１を２個用いているが、スペクトルＨ１２は２個の平均的なスペクトルである。）図１０に示す色度図の色度点ｃ１２は、指定された色度ランクｂ１、ｂ２よりも左下方に外れており、スペクトルＨ１２のＲ、Ｇ、Ｂの比率は略Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０．２８：０．２５：０．４７となっており、図７（ａ）に示すように４５０ｎｍをピークとする青色光の強度が、５６０ｎｍを中心とする黄緑色の光の強度に比してかなり大となっている。このため白色発光ダイオード１の発光色は、かなり青みがかった白色となっている。
【００３１】
次に、図７（ｂ）に示すスペクトルＦ１２は前記光学薄膜８の透過率の波長特性を示すものであり、波長略５６０ｎｍの部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．８９：１：０．７０５となっている。かかる波長特性はすでに説明した原理により、図１（ｃ）に示す光学薄膜８の光学薄膜層８ｂ、８cの厚み及び積層数を適切に設定することにより得ることができる（光学薄膜層８ｂ、８cの厚みにより、ピーク波長が決まり、その前後の波長における下降のカーブの傾斜は積層数により決まる。）。白色発光ダイオード１の発光光線が、上記したように導光板２内を経てその上面２ａに形成された光学薄膜８を通過する際に白色発光ダイオード１の発光は光学薄膜８のフィルタ作用により、そのスペクトル比が変化する。ここで、白色発光ダイオード１のスペクトル比Ｒ１：Ｇ１：Ｂ１は、スペクトル比Ｒｆ：Ｇｆ：Ｂｆの光学薄膜のフィルタ作用により、減法混色の原理により補正され、補正後の光のスペクトル比Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈは
Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈ＝Ｒ×Ｒｆ：Ｇ×Ｇｆ：Ｂ×Ｂｆ ・・・・（８）
となる。（８）式に前記の数値を代入すれば、
【００３２】
図７（ａ）に示すスペクトルＨ２は光学薄膜８を通過後の色度補正された光線のスペクトルであり、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率は０．３：０．３：０．４となっている。このスペクトルＨ２の光線の色度は図１０の点ｃ２となっており、ランクｂ２の領域に入っている。このようにして所定のランクｂ２に入るように色度補正された光線が光学薄膜８から出射し、すでに述べた経路を経て照明光として液晶表示板７に入射する。この際、照明光は液晶表示板７のカラーフィルタの特性にマッチした色度となっており、液晶表示板７は忠実な（色度の再現性に優れた）カラー表示を行うことができる。
【００３３】
次に、図８（ｂ）に示すスペクトルＦ１１は前記光学薄膜８の他の一例の透過率の波長特性を示すものであり、Ｇ（波長５６０ｎｍ）の部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．８６：１：０．５６となっている。この場合、図８（ａ）に示す白色発光ダイオード１の発光スペクトルＨ１２に対する色度補正後の光線のスペクトルのＲ、Ｇ、Ｂの比率は（８）式を用いて、
【００３４】
以下に、本第１実施形態において、白色発光ダイオード１の発光の色度が、図１０に示す色度点ｃ１３にある場合について説明する。図１０に示すように色度点ｃ１３は所定の色度ランクｂ１、ｂ２から外れている。図９（ａ）に示すスペクトルＨ１３は色度点ｃ１３に対応する白色発光ダイオード１の発光のスペクトルであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率は
Ｒ１：Ｇ１：Ｂ１＝０．３７：０．３３：０．３となり、青色の成分が黄緑色の成分よりも不足している。一方これに対応する光学薄膜８の透過率のスペクトルＦ１３は図９（ｂ）に示すように、青色のＢ（波長４５０ｎｍ）の部分にピークを有し、そのＲ、Ｇ、Ｂの比率はＲｆ：Ｇｆ：Ｂｆ＝０．６：０．６８：１ となっている。白色発光ダイオード１の前記の発光スペクトルＨ１３に対する色度補正後の光線のスペクトルのＲ、Ｇ、Ｂの比率は（８）式を用いて、
Ｒｈ：Ｇｈ：Ｂｈ＝０．３７×０．５８：０．３３×０．６８：０．３×１
＝０．３：０．３：０．４
となる。この補正後のスペクトルは図９（ａ）のＨ２に示される。そのスペクトルＨ２の光の色度点は図１０に示すｃ２となり、ランクｂ２に入る。以上に説明したように本第１実施形態によれば、導光板に設けた光学薄膜による干渉フィルタの作用により、所望の透過波長の前後において急峻なカット特性を示し特に高波長側においては通過帯域を残す残ことなく完全なカットできるため、色素を用いた吸収型のカラーフィルタよりもカット特性に優れたカラーフィルタの利用が可能となる。よって、優れた色度補正が可能となる。
なお、本第１実施形態の変形例として、図示は省略するが、拡散板３の下面３ｂに光学薄膜８を設ける代わりに、その上面（３ａ）に光学薄膜（８）を設けたものがある。この場合も光学薄膜のカラーフィルタ作用により同様の効果が得られる。
【００３５】
以下に本発明の第２実施形態に係るバックライトユニットにつき図面を用いて説明する。図１１は、そのバックライトユニット２０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す側面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、（ａ）におけるＣ部およびＤ部を示す拡大図である。図１１に示すように、拡散板３の上面３ａおよび下面３ｂに光学薄膜８が形成されている。白色発光ダイオード１からの光が、導光板２を経て拡散板３の下面に形成された光学薄膜８を通過するときには、すでに説明したように光学薄膜８の干渉フィルタとしての作用により色度補正がなされるが、この透過光が拡散板３の中を通り、その上面３ａに形成された光学薄膜８を通過する際にもその干渉フィルタとしての作用によりさらなる色度補正がなされる。このように２回にわたり光学薄膜８のフィルタ作用を受けることになるので、実効的なフィルタ特性は図１に示す第１実施形態の光学薄膜８のフィルタ作用が重ね合わされたような効果となる。
【００３６】
なお本第２実施形態においては、拡散板３の上面３ａに設けられた光学薄膜８に対しては光線が拡散板３の内部より入射して透過光が空気中に出射するので、光の方向は図５の説明図とは逆方向となるが、光の逆行の原理により、原理説明と同様のフィルタ効果を得ることができる。このようにして、本第２実施形態においては、フィルタ効果が加重された結果、図１に示すバックライトユニット１０に比較し、よりシャープな色度補正が可能となる。本第２実施形態は、白色発光ダイオードのカラーバランスが大きくくずれている場合に、これを色度補正するのに適している。
【００３７】
以下に本願発明の第３実施形態につき図面を用いて説明する。図１２は、そのバックライトユニット３０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＦ部の拡大図である。図１２に示すように、本第３実施形態においては、Ｐｘプリズムシート５の上面５ａおよび下面５ｂに、光学薄膜８が形成されている。すでに説明したのと同様の原理により白色発光ダイオード１の発光が導光板２、拡散板３、Ｐｙプリズムシート４経てＰｘプリズムシート５に入射するが、その際にその下面５ｂに形成された光学薄膜８を通る。次にＰｘプリズムシート５入射した光線はここでｘ方向の角度が絞りこまれ、その上面５ａに設けられた光学角膜８を通って出射し、照明光として液晶表示板に入射する。ここで、光線がｘプリズムシート５の下面５ｂに設けられた光学薄膜８を通過する際にも、P ｘプリズムシート５の上面５ａに設けられた光学薄膜８を通過する際にも、すでに説明した原理により光学薄膜８の干渉フィルタとしての作用により色度補正がなされるので、色度補正の効果が加重され、シャープな色度補正が可能となる。なお、図示は省略するが本第３実施の変形例として、Ｐｘプリズムシート（５）の上面（５ａ）および下面（５ｂ）いずれか片側に光学薄膜（８）を設けたものもある。これらの変形例は、図１に示す第１実施形態と基本的には同様の原理により、同様の色度補正の効果を得ることができる。なお、図示は省略するが、本願発明においては、Ｐｙプリズムシート４(図１（ａ）参照)の上下の面またはいずれか片側に光学薄膜を形成する場合もあるが、この場合も上記のようにＰxプリズムシート５の上下の面またはいずれか片側に光学薄膜８を形成したのと同様の効果を有する。
【００３８】
以下に本発明の第４実施形態につき図面を用いて説明する。図１３は、そのバックライトユニット４０の構成を示す図であり、（ａ）は全体の側面図、（ｂ）は（ａ）のＧ部の拡大図である。図１３において１９は干渉フィルタ板であり、透明基板９の上面９ａおよび下面９ｂにそれぞれ光学薄膜８が形成されることにより干渉フィルタ板１９が作成される。干渉フィルタ板１９は、ここでは、導光板２と拡散板３の間に挿入されて配置されている。図１３に示すバックライトユニット４０においては、導光板２の上面２ａから出射した光線は干渉フィルタ板１９を通って拡散板３の達するが、その間に干渉フィルタ板１９において、その透明基板９の下面９ｂの光学薄膜８を通過する際と上面９ａの光学薄膜８を通過する際には、いずれも干渉フィルタとしての作用により、すでに説明した原理により、色度補正がなされ、効果が重合され、シャープな色度補正ができる。
【００３９】
なお、図示は省略するが透明基板９の上面（５ａ）および下面（５ｂ）いずれか片側に光学薄膜（８）を設けた干渉フィルタ板もある。この場合も光学薄膜の干渉フィルタとしての作用により、色度補正が可能である。なお、図１３に示すような干渉フィルタ１９板は構造が単純で、製造が容易であり、また、必用に応じて、バックライトユニットの色々な場所、例えば、拡散板３とＰｙプリズムシート４の間、Ｐｙプリズムシート４とＰｘプリズム５の間、Ｐｘプリズム５と液晶表示素子７の間、又は導光板２と反射板６の間に配置することができる。このような場合も図１３に示したバックライトユニット４０と同様の効果が得られる。
【００４０】
次に図１４は図１３に示すバックライトユニット４０の他の一つの変形例であるバックライトユニット５０の構成を示す図である。図１４に示すようにバックライトユニット５０においては、干渉フィルタ１９板が白色発光ダイオード１と導光板２の間の隙間に配置されている。干渉フィルタ板１９の支持方法は、例えば、バックライトユニット５０の図示しないケースに保持用のスリット設け、このスリット内に干渉フィルタ１９板の端部を挿入保持することにより行うこともできる。干渉フィルタ板１９の透明基板９の白色発光ダイオード１と対向する前面９ｃと、導光板２と対向する背面９ｄにはそれぞれ光学薄膜８が形成されており、白色発光ダイオード１の発光が導光板２の入光側面２ｃに到達する前にすでに説明した原理により当該干渉フィルタ板１９により白色ダイオード１の発光を所望の色度に補正をすることができる。なお、白色発光ダイオード１と導光板２の間の隙間に配置される干渉フィルタ板に関しては、本願発明は図１４に示される前記干渉フィルタ板１９に限らず、干渉フィルタ板の透明基板９の前面（９ｃ）および背面（９ｄ）のいずれか片側に光学薄膜（８）が形成されたものを用いても色度補正の効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、白色発光ダイオードを発光源とするカラー液晶パネル用のバックライトユニットにおいて、その拡散板、プリズムシート等の構成部品の表面に光学薄膜を形成することにより、又は透明板の表面に光学薄膜を形成した別個の干渉フィルタ板をバックライトユニットの前記構成部品の間に配置することにより、光学薄膜のシャープな波長フィルタ作用により、白色発光ダイオードの発光の色度のバラツキを補正して、所望の色度のランクに入れることができる。これにより、バックライトユニットの照明光の色度をカラー液晶パネルの特性にマッチした色度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックライトユニットの第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明に使用する光学薄膜による干渉フィルタの原理的構成を示す図である。
【図３】図２に示す干渉フィルタにおける反射光の波形を示す図である。
【図４】図２に示す干渉フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図５】複数の光学薄膜層よりなる干渉フィルタの構成を示す図である。
【図６】本発明に使用する光学薄膜の製造方法の一例を示す図である。
【図７】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の一例を示す図である。
【図８】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の他の例を示す図である。
【図９】図１に示すバックライトユニットにおける干渉フィルタの波長特性および色度補正の効果を示すスペクトル図の更なる他の一例を示す図である。
【図１０】図１に示すバックライトユニットにおける白色発光ダイオードの発光の色度および色度補正後の照明光の色度を示す色度図である。
【図１１】本発明のバックライトユニットの第２実施形態の構成を示す図である。
【図１２】本発明のバックライトユニットの第３実施形態の構成を示す図である。
【図１３】本発明のバックライトユニットの第４実施形態の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示すバックライトユニットの変形例のバックライトユニットの構成を示す図である。
【図１５】従来のバックライトユニットの一例を示す図である。
【図１６】白色発光ダイオードの構成を示す図である。
【図１７】従来のバックライトユニットの他の例を示す図である。
【図１８】白色発光ダイオードの発光の波長スペクトルを示す図である。
【図１９】白色発光ダイオードの発光の色度を示す図である。
【符号の説明】
１ 白色発光ダイオード
２ 導光板
３ 拡散板
４ Ｐｙプリズムシート
５ Ｐｘプリズムシート
６ 反射板
７ 液晶表示板
８ 光学薄膜
８ｂ、８ｃ 光学薄膜層
９、１２ 透明基板
１０、２０、３０、４０、５０ バックライトユニット
１９ 干渉フィルタ板
Claims (2)
- 白色発光ダイオードと、前記白色発光ダイオードから出射された光を入射面から入射して出射面から出射させる導光板とを備えたカラーフィルタを有する液晶表示板に用いられるバックライトユニットであって、
前記導光板と前記液晶表示板の間には、プリズム面が前記液晶表示板側を向いた互いに直交する２枚のプリズムシートが設けられ、前記液晶表示板側の前記プリズムシートの上下面に、互いに屈折率の異なる膜を交互に積層して形成された複数の膜よりなる干渉フィルタを構成した光学薄膜が形成されて、
前記白色発光ダイオードの出射光の色補正を行って、前記出射光を前記カラーフィルタの透過率波長特性と補色関係にある色度とし、前記カラーフィルタの前記特性にマッチした色度にすることを特徴とするバックライトユニット。 - 前記光学薄膜は、真空蒸着もしくはスパッタによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
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