JP5026620B2 - 面光源および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いられる面光源、および面光源を用いた液晶表示装置に関する。特に、色むらを低減した面光源、および液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置のバックライトには、拡散板や反射板等の部材と共に、光源として冷陰極管を用いた構成が採用されている。近年、これらバックライトの光源として発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と言う。）が使用されるようになってきた。ＬＥＤは近年効率が向上し、冷陰極管に変わる消費電力の少ない光源として期待されている。また、ＬＥＤを液晶パネルの背面に平面状に２次元配置した直下型のバックライトにおいては、映像に応じてＬＥＤの明暗を平面内で局所制御することで、液晶表示装置の消費電力を下げたり、映像のコントラストを向上させたりすることができる。

バックライトとして用いられる白色の面光源をＬＥＤを用いて構成する方法としては、以下のようなものがある。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の３色のＬＥＤを複数配置し、３色の光を混色することで白色を得る方法である。また、他の方法として、単色のＬＥＤの直上に蛍光体を配置し、ＬＥＤの光と蛍光体で励起された光とを混色して白色を得る白色光源を、複数配置する方法である。蛍光体を用いる方法は、経時変化で色度が変化する現象が少なく、比較的発光効率も高いという特性がある。

ＬＥＤと蛍光体で白色光源を構成する場合は、蛍光体の厚さや蛍光体の濃度で色度が変化する。すなわち、それぞれの白色光源の色度を一定に揃える必要がある。しかし、蛍光体を塗布する工程にはばらつきがあり、一定の色度を得ることは困難である。結果として、そのような塗布工程が面光源としての色むらの原因となっている。

上記色むらの対策として、ＬＥＤからの光を均一にしてからシート状の蛍光体に照射して、均一な白色光を得る方法が知られている。例えば特許文献１に開示されている方法は、まず、導光板の端面から青色ＬＥＤの光を入射し、導光板主面から青色の光を出射させている。そして、導光板主面に青色ＬＥＤの光で励起されて黄色を発光する蛍光体シートを配置している。蛍光体で励起された黄色と、そのまま透過した青色とが混色し、白色の面光源が得られる。

特許第３１１６７２７号公報

大画面の液晶表示装置用の面光源とするためには、光量を確保する必要がある。導光板の端面から光源の光を入射させる方法は、光源を配置できる場所が限られており、光源同士が近接して配置される。さらに、光量確保のため光源１個あたりの発光輝度を高める必要があり、熱対策も問題となる。また、上述したような局所制御ができない。

これに対し、光源を配置できる場所が多く、大画面の液晶表示装置に適している直下型のバックライトにおいては、バックライトとして用いられる面光源の出射面に蛍光体シートを置く方法が考えられる。例えば、光源として青色ＬＥＤを平面上に複数配置すると共に、面光源の出射面に青色ＬＥＤの光で励起されて黄色を発光する蛍光体シートを配置する方法である。しかし、一般的に面光源には、液晶表示装置の画面正面方向の輝度を高めるためにプリズムシートなどの輝度上昇シートが使われている。そのため、輝度上昇シートの出射面側に蛍光体シートを配置すると、面光源を観察する方向によって面光源の色度が変化する問題が発生する。また、輝度上昇シートの背面側に蛍光体シートを配置すると、ＬＥＤが配置された位置を中心として同心円状に色度が変化する問題が発生する。

本発明者らは、鋭意検討の結果この同心円状に色度が変化する問題の原因として以下の原因を見出した。

輝度上昇シートとＬＥＤの後方に配置された白色反射板との間では、ＬＥＤから出射した光は多重反射を繰り返している。その間に蛍光体シートを配置することによって、蛍光体シートを光線が透過する度にＬＥＤの青色光が吸収される。よって、青色光は、拡散されてＬＥＤから距離が遠くなるに従って減少する。しかし、蛍光体シートで発光した黄色光は再度蛍光体シートに入射しても吸収されないため、ＬＥＤから離れても青色光ほど光量が減少しない。そのため、ＬＥＤから距離が遠くなるに従って面光源の色度が黄色に近づいてしまう。

この現象について、図２１〜図２３Ｃを用いてより詳細に説明する。

図２１は、従来の構成における面光源１００の概略断面図である。面光源１００は、青色ＬＥＤ１１０と反射板２００と拡散シート３００と蛍光体シート４００と輝度上昇シート５００とを備えている。

青色ＬＥＤ１１０は、青色光を放射する。青色ＬＥＤ１１０は、反射板２００の前面にマトリックス状に均等間隔で複数配置されている。

反射板２００は、青色ＬＥＤ１１０の後方に配置されている。反射板２００は、前面が白色の拡散反射面で形成され、その拡散反射面に到達した光を拡散して反射する。

拡散シート３００は、青色ＬＥＤ１１０の前方に配置されている。拡散シート３００は、背面から内部に入射する光を拡散させる。そして、一部の拡散光は拡散シート３００を透過して前面から出射され、一部の拡散光は反射により背面方向側（青色ＬＥＤ１１０側）へ戻る。

蛍光体シート４００は、拡散シート３００と後述する輝度上昇シート５００との間に配置されている。蛍光体シート４００は、内部に蛍光体（図示せず）を有している。この蛍光体は、青色光が当たることで励起して、黄色光を発する。蛍光体シート４００は、背面から内部に入射する青色光の一部をそのまま透過させるとともに、蛍光体の波長変換作用によって他の一部の青色光を黄色光に変換して透過させる。青色光と黄色光は、混色することで白色光となる。

輝度上昇シート５００は、拡散シート３００の前方に配置される。輝度上昇シート５００は、背面に到達する光の一部を後方へ反射するとともに、一部を透過して出射面の法線方向に向けて集光して出射することで出射光の正面輝度を上昇させる。

次に、面光源１００の作用について図２２Ａ〜２２Ｃおよび図２３Ａ〜２３Ｃを用いて説明する。図２２Ａ〜２２Ｃは、面光源１００における青色光の様子を示す説明図であり、図２３Ａ〜２３Ｃは面光源１００における黄色光の様子を示す説明図である。なお、図中の矢印は、その向きが光線の向きを、その幅が光線の強度を模式的に表す。

図２２Ａは、青色ＬＥＤ１１０から発せられた青色光が輝度上昇シート５００の前面から出射するまでの様子を示している。まず、青色ＬＥＤ１１０から発せられた青色光２０Ｂａは、拡散シート３００に到達する。拡散シート３００に入射した青色光２０Ｂａは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３００を透過した青色光３０Ｂａは、青色光２０Ｂａに比べて光の強度が減少している。拡散シート３００を透過した青色光３０Ｂａは、蛍光体シート４００に到達する。蛍光体シート４００では、青色光３０Ｂａの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、蛍光体シート４００を透過した青色光４０Ｂａは、青色光３０Ｂａに比べて光の強度が減少している。蛍光体シート４００を透過した青色光４０Ｂａは、輝度上昇シート５００に到達する。青色光４０Ｂａは、輝度上昇シート５００に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５００を透過した青色光５０Ｂａは、面光源１００の出力として出射される。

図２２Ｂは、図２２Ａにおける青色光４０Ｂａの内、輝度上昇シート５００で反射された光が反射板２００に到達するまでの様子を示している。まず、輝度上昇シート５００を反射した青色光４０Ｂｂは、蛍光体シート４００に到達する。蛍光体シート４００では、青色光４０Ｂｂの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、蛍光体シート４００を透過した青色光３０Ｂｂは、青色光４０Ｂｂに比べて光の強度が減少している。蛍光体シート４００を透過した青色光３０Ｂｂは、拡散シート３００に到達する。拡散シート３００に入射した青色光３０Ｂｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３００を透過した青色光２０Ｂｂは、青色光３０Ｂｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３００を透過した青色光２０Ｂｂは、反射板２００に到達する。反射板２００では、青色光２０Ｂｂは拡散しながら反射して、再度拡散シート３００に入射する。

図２２Ｃは、図２２Ｂにおける青色光２０Ｂｂのうち、反射板２００で反射された光が輝度上昇シート５００の前面から出射するまでの様子を示している。このとき青色光２０Ｂｃ〜５０Ｂｃまでの作用は、上述した図２２Ａにおける青色光２０Ｂａ〜５０Ｂａと同様である。

以上のように、青色ＬＥＤ１１０からの青色光は、面光源１００内部を循環する。ただし、青色光は、輝度上昇シート５００の前面から徐々に面光源１００外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、青色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、青色光は、面光源１００を循環するほど青色ＬＥＤ１１０から離れていく。また、青色光は、面光源１００を循環する毎に、蛍光体シート４００を透過する。そのため、青色光は、蛍光体シート４００を透過する毎に蛍光体に光の一部が衝突し、光の強度が減衰する。

次に、蛍光体シート４００で発光した黄色光について説明する。

図２３Ａは、蛍光体シート４００から発せられた黄色光が輝度上昇シート５００の前面から出射するまでの様子を示している。まず、蛍光体シート４００から発生した黄色光４０Ｙａは、輝度上昇シート５００に到達する。黄色光４０Ｙａは、輝度上昇シート５００に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５００を透過した黄色光５０Ｙａは、面光源１００の出力として出射される。

図２３Ｂは、図２３Ａにおける黄色光４０Ｙａの内、輝度上昇シート５００で反射された光が反射板２００に到達するまでの様子を示している。まず、輝度上昇シート５００を反射した黄色光４０Ｙｂは、蛍光体シート４００に到達する。蛍光体シート４００では、黄色光４０Ｙｂに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光４０Ｙｂは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体シート４００内を拡散して透過する。また、蛍光体シート４００では、図２２Ｂの青色光４０Ｂｂの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、蛍光体シート４００を透過した黄色光３０Ｙｂは、黄色光４０Ｙｂとほぼ同じ強度または黄色光４０Ｙｂよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体シート４００の反射の程度によっては、黄色光３０Ｙｂは、黄色光４０Ｙｂに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光４０Ｙｂよりも黄色光３０Ｙｂの強度が減少する場合であっても、図２２Ｂにおいて、青色光３０Ｂｂが青色光４０Ｂｂに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。蛍光体シート４００を透過した黄色光３０Ｙｂは、拡散シート３００に到達する。拡散シート３００に入射した黄色光３０Ｙｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３００を透過した黄色光２０Ｙｂは、黄色光３０Ｙｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３００を透過した黄色光２０Ｙｂは、反射板２００に到達する。反射板２００では、黄色光２０Ｙｂは拡散しながら反射して、再度拡散シート３００に入射する。

図２３Ｃは、図２３Ｂにおける黄色光２０Ｙｂのうち、反射板２００で反射された光が輝度上昇シート５００の前面から出射するまでの様子を示している。まず、反射板２００で反射された黄色光２０Ｙｃは、拡散シート３００に到達する。拡散シート３００に入射した黄色光２０Ｙｃは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３００を透過した黄色光３０Ｙｃは、黄色光２０Ｙｃに比べて光の強度が減少している。拡散シート３００を透過した黄色光３０Ｙｃは、蛍光体シート４００に到達する。蛍光体シート４００では、黄色光３０Ｙｃに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光３０Ｙｃは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体シート４００内を拡散して透過する。また、蛍光体シート４００では、図２２Ｃの青色光３０Ｂｃの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、蛍光体シート４００を透過した黄色光４０Ｙｃは、黄色光３０Ｙｃとほぼ同じ強度または黄色光３０Ｙｃよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体シート４００の反射の程度によっては、黄色光４０Ｙｃは、黄色光３０Ｙｃに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光３０Ｙｃよりも黄色光４０Ｙｃの強度が減少する場合であっても、図２２Ｃにおいて、青色光４０Ｂｃが青色光３０Ｂｃに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。以降、黄色光４０Ｙｃ〜５０Ｙｃまでの作用は、上述した図２３Ａにおける黄色光４０Ｙａ〜５０Ｙａと同様である。

以上のように、蛍光体シート４００で発生した黄色光は、面光源１００内部を循環する。ただし、黄色光は、輝度上昇シート５００の前面から徐々に面光源１００外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、黄色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、黄色光は、面光源１００を循環するほど青色ＬＥＤ１１０から離れていく。

ここで、青色ＬＥＤ１１０から発せられる青色光と蛍光体シート４００から発せられる黄色光とでは、減衰の度合いが異なっている。より詳しくは、青色ＬＥＤ１１０から発せられる青色光は、面光源１００の内部を循環する間に蛍光体シート４００を透過する度に光の強度が低下するのに対して、蛍光体シート４００から発せられた黄色光は、面光源１００の内部を循環する間に蛍光体シート４００を透過しても光の強度はほぼ変わらない。これは、青色光と黄色光とでは、青色ＬＥＤ１１０からの距離が離れるにしたがって光の強度が減衰する際の減衰の度合いが異なることを意味する。つまり、図２２Ａにおける輝度上昇シート５００から出射する青色光５０Ｂａと、図２３Ａにおける輝度上昇シート５００から出射する黄色光５０Ｙａとの比に対し、図２２Ｃにおける輝度上昇シート５００から出射する青色光５０Ｂｃと、図２３Ｃにおける輝度上昇シート５００から出射する黄色光５０Ｙｃとの比が異なっている。具体的には、青色光よりも黄色光のほうが、減衰が少ない。このことによって、たとえ青色ＬＥＤ１１０の位置で所望の白色となるように青色光と黄色光の量を調整したとしても、青色ＬＥＤ１１０から離れるほど青色成分が減衰し、黄色がかった色になってしまう。すなわち、色むらが発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、色むらの少ない直下型の面光源およびそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面光源は、第１の色光を放射する複数の発光素子と、前記発光素子の後方に配置され、前記発光素子側の前面に到達する光を反射する第１の反射部材と、前記発光素子の前方に配置され、内部に入射する光を拡散して出射する拡散部材と、前記拡散部材の前方に配置され、前記拡散部材側の背面に到達する光を一部反射しつつ透過させる第２の反射部材と、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材との間に配置され、前記第１の色光の一部を透過させるとともに、前記第１の色光の他の一部を第２の色光に変換する蛍光体層と、を備え、前記蛍光体層は、所定面積あたりの当該蛍光体層によって前記第１の色光が前記第２の色光に変換される変換割合が、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて小さくなるように構成されている、構成を採る。

また、本発明の液晶表示装置は、前記面光源と、前記面光源からの出射光が背面から入射し、画像を表示する液晶パネルと、を備える。

本発明の面光源によれば、色むらの少ない直下型の面光源を提供することができる。また、本発明の液晶表示装置によれば、色むらの少ない液晶表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る面光源の概略構造の斜視図 図１に示す面光源の概略断面図 図１に示す面光源における一つの青色ＬＥＤから発せられた青色光の反射の様子を示す説明図 図１に示す面光源における黄色光の反射の様子を示す説明図 青色ＬＥＤの一つから光軸方向に放射された光の輝度上昇シートの出射面上での光の強度分布を示す図 図１に示す面光源における一つの青色ＬＥＤから様々な角度で発せられた青色光の様子を示す説明図 青色ＬＥＤの一つから放射され、輝度上昇シートから直接出射した光の輝度上昇シートの出射面上での光の強度分布を示す図 図８Ａは蛍光体層を構成するシートの変形例を示す図、図８Ｂは蛍光体層を構成するシートの別の変形例を示す図 本発明の第２実施形態に係る面光源の概略断面図 蛍光体層の正面図 図９に示す面光源における一つの青色ＬＥＤから発せられた青色光の反射の様子を示す説明図 図９に示す面光源における黄色光の反射の様子を示す説明図 青色ＬＥＤの一つから光軸方向に放射された光の輝度上昇シートの出射面上での光の強度分布を示す図 図９に示す面光源における一つの青色ＬＥＤから様々な角度で発せられた青色光の様子を示す説明図 青色ＬＥＤの一つから放射され、輝度上昇シートから直接出射した光の輝度上昇シートの出射面上での光の強度分布を示す図 第２実施形態の変形例の面光源の概略断面図 第２実施形態の他の変形例の面光源の概略断面図 第１実施形態に係る面光源を用いた液晶表示装置の概略構造の斜視図 図１８に示す液晶表示装置の概略断面図 第１実施形態に係る面光源に代えて第２実施形態に係る面光源を用いた液晶表示装置の概略断面図 従来の面光源の概略断面図 図２２Ａは従来の面光源において、青色ＬＥＤから発せられた青色光が輝度上昇シートの前面から出射するまでの様子を示す説明図、図２２Ｂは輝度上昇シートで反射した青色光が反射板に到達するまでの様子を示す説明図、図２２Ｃは反射板で反射した青色光が輝度上昇シートの前面から出射するまでの様子を示す説明図 図２３Ａは従来の面光源において、蛍光体シートから発せられた黄色光が輝度上昇シートの前面から出射するまでの様子を示す説明図、図２３Ｂは輝度上昇シートで反射した黄色光が反射板に到達するまでの様子を示す説明図、図２３Ｃは反射板で反射した黄色光が輝度上昇シートの前面から出射するまでの様子を示す説明図

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。

＜面光源＞
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る面光源１Ａの概略構造の斜視図である。また、図２は、面光源１Ａの青色ＬＥＤ１０の光軸を含む位置でのｘ−ｙ平面における概略断面図である。なお、図１および図２では本実施形態の特徴的な構成のみを示しており、その他の部分については記載を一部省略している。ここで、ｘ軸の方向を「横方向」又は「左右方向」、面光源１Ａの光の出射方向であるｙ軸の正の方向を「正面方向」又は「前方向」、ｙ軸の負の方向を「背面方向」又は「後方向」、ｚ軸の正の方向を「上方向」、ｚ軸の負の方向を「下方向」と呼ぶ。また、各構成要件における正面方向側の面を「正面」又は「前面」と呼ぶ。

面光源１Ａは、青色ＬＥＤ１０と反射板２０と拡散シート３０と蛍光体層４０と輝度上昇シート５０とを備えている。また、面光源１Ａは、青色ＬＥＤ１０と拡散シート３０の間に、青色ＬＥＤ１０を覆うように配置されたレンズ１１を備えている。面光源１Ａは、輝度上昇シート５０の正面側の面を光の出射面として、白色の面状光を出射する。ここで、白色とは、色温度が３０００Ｋ〜１００００Ｋ以内のことを言う。

青色ＬＥＤ１０は、第１の色光として青色光を放射する。この青色光の発光主波長は、例えば４３０〜４８０ｎｍである。ここで、発光主波長とは、発光輝度のピーク値を有する波長である。青色ＬＥＤ１０は、反射板２０の前面にマトリックス状に均等間隔で複数配置されている。青色ＬＥＤ１０は、面光源１Ａの構成によって適宜最適な数および間隔で配置される。例えば、面光源１Ａの大きさ、厚み、レンズ１１の配光化特性等に応じて決定される。

レンズ１１は、青色ＬＥＤ１０に接するように設けられている。レンズ１１は、青色ＬＥＤ１０から放射された青色光を入射し、径方向に広げて出射する。より具体的に説明すると、青色ＬＥＤ１０から放射された青色光は、光軸方向である正面方向に最も強い光を出射する。この青色光をレンズ１１の作用によって光軸方向からより傾斜した方向に光を配光させる。つまり、レンズ１１は、入射した光の配光を拡げる。このことによって、面光源１Ａの厚みをより薄くしたり、あるいは、青色ＬＥＤ１０の数を減らしたりすることができる。レンズ１１は、シリコンやアクリルなどの透明な樹脂材料で形成される。あるいは、ガラス材料で形成されてもよい。

反射板２０は、平板形状を有しており、青色ＬＥＤ１０の後方に配置されている。反射板２０は、少なくともその前面が白色の拡散反射面で形成されている。具体的には、白色のポリエステルなどにより形成される。反射板２０は、その拡散反射面に到達した光を拡散して反射する。つまり、反射板２０に到達した光は、正面方向側に拡散して反射される。なお、反射板２０は、青色ＬＥＤ１０が前面に実装された基板と、この基板の前面に、青色ＬＥＤ１０が実装された部分を露出するように形成された反射層と、で構成されていてもよい。

拡散シート３０は、平板形状を有しており、青色ＬＥＤ１０の前方に配置されている。拡散シート３０は、背面から内部に入射する光を拡散させる。そして、一部の拡散光は拡散シート３０を透過して前面から出射され、一部の拡散光は反射により背面方向側（青色ＬＥＤ１０側）へ戻る。

蛍光体層４０は、その外形は略平板形状を有しており、拡散シート３０と後述する輝度上昇シート５０との間に配置されている。蛍光体層４０は、内部に蛍光体（図示せず）を有している。この蛍光体は、青色光が当たることで励起して、第２の色光、すなわち本実施形態においては黄色光を発する。言い換えると、蛍光体は、青色光の波長を長波長側に変換して黄色光を発する。黄色光の発光主波長は、５５０ｎｍ〜６１０ｎｍである。蛍光体層４０は、背面から入射する青色光の一部をそのまま透過させるとともに、蛍光体の波長変換作用によって他の一部の青色光を黄色光に変換して透過させる。青色光と黄色光は、混色することで白色光となる。もちろん、青色光が多い場合には青色がかった白色光となり、黄色光が多い場合には、黄色がかった白色光となる。

蛍光体層４０は、所定面積（例えば、任意の位置を中心とする直径１ｃｍの円形領域）あたりの当該蛍光体層４０によって青色光が黄色光に変換される変換割合が、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれて小さくなるように構成されている。

具体的に、蛍光体層４０は、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれて厚みが薄くなる形状に形成されたシート４１０で構成されている。本実施形態においては、青色ＬＥＤ１０の光軸Ｌ上における蛍光体層４０の厚みがｔ１＋ｔ２であり、光軸Ｌから離れるほどその厚みが徐々に薄くなり、最も光軸Ｌから離れた点でその厚みがｔ２となる。つまり、蛍光体層４０は、各青色ＬＥＤ１０の光軸上の点を頂点とした高さｔ１の複数の円錐部４１２と、厚さｔ２の平板部４１１とからなる形状を有している。すなわち、円錐部４１２は平板部４１１によって担持されており、平板部４１１は円錐部４１２同士の間から部分的に露出する。本実施形態では青色ＬＥＤ１０がマトリクス状に配置されているため、平板部４１１が円錐部４１２同士の間から露出する形状は略十字状になっている。青色ＬＥＤ１０の光軸Ｌ上における蛍光体層４０の厚みｔ１＋ｔ２は、各青色ＬＥＤ１０で一致している。

輝度上昇シート５０は、平板形状を有しており、拡散シート３０の前方に配置される。輝度上昇シート５０は、背面に到達する光の一部を後方へ反射するとともに、一部を透過して出射面の法線方向に向けて集光して出射することで出射光の正面輝度を上昇させる。このような構成は、例えば、輝度上昇シート５０がその前面にプリズムを有することで、所定の角度の光だけを出射させることによって実現される。

以上、面光源１Ａの構成について説明した。次に、面光源１Ａの作用について説明する。

図３は、面光源１Ａにおける一つの青色ＬＥＤから発せられた青色光の反射の様子を示す説明図であり、図４は面光源１Ａにおける黄色光の反射の様子を示す説明図である。なお、図中の矢印は、その向きが光線の向きを、その幅が光線の強度を模式的に表すものである。

図３において、まず、青色ＬＥＤ１０から発せられた青色光は、レンズ１１を介して拡げられる。なお、図３では、代表として、光軸方向に放射された光を描いている。その後、青色光２１Ｂは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した青色光２１Ｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した青色光３１Ｂは、青色光２１Ｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した青色光３１Ｂは、蛍光体層４０に到達する。蛍光体層４０では、青色光３１Ｂの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、蛍光体層４０を透過した青色光４１Ｂは、青色光３１Ｂに比べて光の強度が減少している。蛍光体層４０を透過した青色光４１Ｂは、輝度上昇シート５０に到達する。青色光４１Ｂは、輝度上昇シート５０に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５０を透過した青色光５１Ｂは、面光源１Ａの出力として出射される。

拡散シート３０で拡散され、輝度上昇シート５０に斜めに入射することにより輝度上昇シート５０で所定の角度方向に反射された青色光４２Ｂは、蛍光体層４０に到達する（図３では、その場合の青色光３１Ｂ，４１Ｂの作図を省略）。蛍光体層４０では、青色光４２Ｂの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、蛍光体層４０を透過した青色光３２Ｂは、青色光４２Ｂに比べて光の強度が減少している。ただし、青色光４２Ｂは、光軸Ｌから離れる方向に反射している。よって、青色光４２Ｂが通る位置での蛍光体層４０の厚みは青色光３１Ｂが通る位置での蛍光体層４０の厚みに比べて薄くなっている。したがって、光の強度の減少割合は、青色光３１Ｂから青色光４１Ｂでの減少割合に比べて、青色光４２Ｂから青色光３２Ｂでの減少割合の方が小さい。蛍光体層４０を透過した青色光３２Ｂは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した青色光３２Ｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した青色光２２Ｂは、青色光３２Ｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した青色光２２Ｂは、反射板２０に到達する。反射板２０では、青色光２２Ｂは拡散しながら反射して、再度拡散シート３０に入射する。

青色光２２Ｂのうち、反射板２０で反射された青色光２３Ｂが、拡散シート３０、蛍光体層４０を通って輝度上昇シート５０の前面から出射する。このとき青色光２３Ｂ〜５３Ｂまでの作用は、上述した青色光２１Ｂ〜５１Ｂと同様である。ただし、青色光３３Ｂが通る位置での蛍光体層４０の厚みはさらに薄くなっている。したがって、光の強度の減少割合は、青色光４２Ｂから青色光３２Ｂでの減少割合に比べて、青色光３３Ｂから青色光４３Ｂでの減少割合の方が小さくなる。

青色光４４Ｂから青色光５５Ｂまでの様子も同様である。このとき、光の強度は減少していくが、上述したように減少の割合は蛍光体層４０の厚みに応じて小さくなる。

以上のように、青色ＬＥＤ１０からの青色光は、面光源１Ａ内部を循環する。ただし、青色光は、輝度上昇シート５０の前面から徐々に面光源１Ａ外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、青色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、青色光は、面光源１Ａを循環するほど青色ＬＥＤ１０から離れていく。また、青色光は、面光源１Ａを循環する毎に、蛍光体層４０を透過する。そのため、青色光は、蛍光体層４０を透過する毎に蛍光体に光の一部が衝突し、光の強度が減衰する。ただし、蛍光体層４０は、光軸から離れるほど厚みが薄くなるため、その減衰の割合は小さくなる。

次に、蛍光体層４０で発光した黄色光について説明する。

図４において、蛍光体層４０から発せられた黄色光４１Ｙは、輝度上昇シート５０に到達する。黄色光４１Ｙは、輝度上昇シート５０に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５０を透過した黄色光５１Ｙは、面光源１Ａの出力として出射される。

輝度上昇シート５０で図３に示す青色光４２Ｂと同じ角度方向に反射された黄色光４２Ｙは、蛍光体層４０に到達する。蛍光体層４０では、黄色光４２Ｙに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光４２Ｙは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体層４０内を拡散して透過する。また、蛍光体層４０では、図３の青色光４２Ｂの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、蛍光体層４０を透過した黄色光３２Ｙは、黄色光４２Ｙとほぼ同じ強度または黄色光４２Ｙよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体層４０の反射の程度によっては、黄色光３２Ｙは、黄色光４２Ｙに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光４２Ｙよりも黄色光３２Ｙの強度が減少する場合であっても、図３において、青色光３２Ｂが青色光４２Ｂに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。蛍光体層４０を透過した黄色光３２Ｙは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した黄色光３２Ｙは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した黄色光２２Ｙは、黄色光３２Ｙに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した黄色光２２Ｙは、反射板２０に到達する。反射板２０では、黄色光２２Ｙは拡散しながら反射して、再度拡散シート３０に入射する。

黄色光２２Ｙのうち、反射板２０で反射された黄色光２３Ｙは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した黄色光２３Ｙは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した黄色光３３Ｙは、黄色光２３Ｙに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した黄色光３３Ｙは、蛍光体層４０に到達する。蛍光体層４０では、黄色光３３Ｙに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光３３Ｙは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体層４０内を拡散して透過する。また、蛍光体層４０では、図３の青色光３３Ｂの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、蛍光体層４０を透過した黄色光４３Ｙは、黄色光３３Ｙとほぼ同じ強度または黄色光３３Ｙよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体層４０の反射の程度によっては、黄色光４３Ｙは、黄色光３３Ｙに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光３３Ｙよりも黄色光４３Ｙの強度が減少する場合であっても、図３において、青色光４３Ｂが青色光３３Ｂに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。以降、黄色光４３Ｙ〜５３Ｙまでの作用は、上述した黄色光４１Ｙ〜５１Ｙと同様である。また、黄色光４４Ｙ〜５５Ｙまでの様子も上述した黄色光４２Ｙ〜５３Ｙまでの様子と同様である。

以上のように、蛍光体層４０で発生した黄色光は、面光源１Ａ内部を循環する。ただし、黄色光は、輝度上昇シート５０の前面から徐々に面光源１Ａ外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、黄色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、黄色光は、面光源１Ａを循環するほど青色ＬＥＤ１０から離れていく。

図５は、青色ＬＥＤ１０の一つから光軸方向に放射された光の輝度上昇シート５０の出射面上での光の強度分布を示す。すなわち、図５は、青色ＬＥＤ１０から拡散シート３０に至る１本の光線が、ここから四方に散らばって面光源１Ａ内を循環しながら出射される光の強度を示す。縦軸は光の強度、横軸は光軸からの距離を示している。実線は青色ＬＥＤ１０の主波長、つまり青色光の強度である。破線は蛍光体層４０の発光波長、つまり黄色光の強度である。どちらの線も光軸位置の強度を基準として規格化して表している。青色光の強度は、蛍光体層４０で蛍光体を励起するため、蛍光体層４０を透過する度に強度が減少する。そのため、青色光の強度は、光軸から離れるに従って、黄色光の強度よりも低くなる。つまり、輝度上昇シート５０の出射面からの光は、青色ＬＥＤ１０の光軸から離れるに従って、色度が変化する（黄色味が増す）。ただし、蛍光体層４０の厚みが光軸から離れるほど薄くなるため、青色光の減少割合は小さくなる。よって、蛍光体層が均等な厚みである従来例に比べれば、青色光の強度の減少割合が小さくなり、結果として色度の変化度合いは小さくなり、色むらが低減される。

次に、青色ＬＥＤ１０から光軸Ｌに対して傾斜した方向に放射される光のうち、輝度上昇シート５０から直接出射される光について説明する。図６は、面光源１Ａにおける一つの青色ＬＥＤから様々な角度で発せられた青色光の様子を示す説明図である。光軸上の青色光２１Ｂ〜４１Ｂは、上述した図３における青色光２１Ｂ〜４１Ｂと同じである。青色光２１Ｂａは、光軸Ｌに対してａ度傾斜して出射した光である。青色光２１Ｂａは、拡散シート３０の作用で強度が減衰し、青色光３１Ｂａとなる。これは、青色光２１Ｂから青色光３１Ｂになる際とほぼ同じである。青色光３１Ｂａは、蛍光体層４０の作用で強度が減衰し、青色光４１Ｂａとなる。蛍光体層４０は、光軸Ｌから離れるほどその厚みが薄くなっている。よって、光軸位置である青色光３１Ｂが透過する位置よりも、青色光３１Ｂａの透過する位置の方が、蛍光体層４０の厚みが薄くなっている。なお、図６では、図面を分かりやすくするために、角度ａ度の線上を青色光が進むように描かれているが、青色光は拡散シート３０によって拡散されるため、強度の減衰を論じる際の蛍光体層４０の厚さは光軸方向の厚さである。従って、青色光３１Ｂよりも青色光３１Ｂａの方が、蛍光体層４０での光の強度の減少割合が少ないことになる。同様に、青色光２１Ｂｂは、光軸Ｌに対してａ度よりも大きいｂ度傾斜して出射した光である。この場合において蛍光体層４０に到達する青色光３１Ｂｂは、さらに光軸Ｌから離れた位置を透過することになる。したがって、青色光３１Ｂａよりも青色光３１Ｂｂの方が、蛍光体層４０での光の強度の減少割合が更に少ないことになる。

図７は、青色ＬＥＤ１０の一つから放射され、輝度上昇シート５０から直接出射した光の輝度上昇シート５０の出射面上での光の強度分布を示す。つまり、図５が光軸方向に放射された光が直接的におよび面光源１Ａ内を反射して輝度上昇シート５０の出射面上に作る光の強度分布を示しているのに対し、図７は、青色ＬＥＤ１０からの各放射角での直接光が輝度上昇シート５０の出射面上に作る光の強度分布を示している。なお、図７の各放射角での光によっても図５と同様の反射光による強度分布が作り出されることは言うまでもない。縦軸は光の強度、横軸は光軸からの距離を示している。実線は青色ＬＥＤ１０の主波長、つまり青色光の強度である。破線は蛍光体層４０の発光波長、つまり黄色光の強度である。どちらの線も光軸位置の強度を基準として規格化して表している。青色ＬＥＤ１０は、光軸方向への光の出射強度が最も強く、光軸から傾斜する方向ほど光の出射強度が小さくなる。ここで、蛍光体層４０は、光軸から離れるほどその厚みが薄くなっている。青色光は、蛍光体層４０を透過すると減衰するが、その減衰割合は、光軸から離れるほど小さくなる。また、黄色光は、蛍光体層４０によって発生する。つまり、光軸から離れるほど厚みが薄いため、黄色光の発生度合いも小さくなる。結果として、輝度上昇シート５０の出射面からの光は、青色ＬＥＤ１０の光軸から離れるに従って、色度が変化する（青色味が増す）。このときの色度の変化は、上述した図５の場合と逆である。

面光源１Ａは、上述した図５の作用と図７の作用が足し合わされた特性を有する。従って、それぞれの要因で発生する色度変化を打ち消しあうことができる。すなわち、反射光によって発生する黄色の色むらを、直接光によって発生する青色の色むらで打ち消すことができる。結果として、色むらの発生を低減した面光源を構成することができる。

なお、本実施形態において、青色ＬＥＤ１０は、発光素子の一例である。本発明の発光素子としては、青色光を放射する青色ＬＥＤ１０に代えて、赤色光を放射する赤色ＬＥＤや緑色光を放射する緑色ＬＥＤを採用することも可能である。すなわち、本発明の第１の色光は、青色光に限られない。あるいは、本発明の発光素子は、例えば有機ＥＬであってもよい。

また、本実施形態において、反射板２０は、第１の反射部材の一例である。本発明の第１の反射部材は、必ずしも硬い板でなくてもよく、例えば柔らかいシートやフィルムであってもよい。

また、本実施形態において、拡散シート３０は、拡散部材の一例である。本発明の拡散部材は、必ずしも柔らかいシートでなくてもよく、例えば硬い板であってもよい。

蛍光体層４０は、必ずしも柔らかいシート４１０でなくてもよく、例えば硬い板であってもよい。

また、本実施形態において、蛍光体層４０は、拡散シート３０と輝度上昇シート５０の間に配置されていたが、これに限られない。例えば、反射板２０と拡散シート３０の間に配置することもできる。要するに、反射板２０と輝度上昇シート５０の間に配置されていれば、色むらを低減する効果を得ることができる。例えば拡散部材として機械的強度の高い拡散板を用いれば、この拡散板によって他のシート類を保持できる。従って、拡散シート３０と輝度上昇シート５０の間に配置されていれば、拡散部材によって保持することができ、別途保持機構を要しない。

また、本実施形態において、蛍光体層４０は、青色ＬＥＤの光軸位置を頂点として光軸から離れるほど徐々に厚みが薄くなる構成としたが、これに限られない。例えば、階段状に厚みが薄くなるような構成であってもよい。このような構成であっても色むらを低減する効果を得ることができる。要するに、発光素子の光軸上における厚みよりも、発光素子の光軸外における厚みの方が薄い構成であればよい。

また、本実施形態においては、複数の発光素子の光軸上の位置における蛍光体層４０の厚みが一致している。このように各発光素子の光軸上において蛍光体層４０の厚みを一致させることで、各発光素子における色むらを同様に低減することができる。

また、本実施形態において、蛍光体層４０は、各青色ＬＥＤ１０の光軸上の点を頂点とした高さｔ１の複数の円錐部４１２と、厚さｔ２の平板部４１１とからなる形状を有するシート４１０で構成されていたが、これに限られない。例えば、図８Ａに示すように、蛍光体層４０は、光軸Ｌ上の位置に平面部４２１を形成して頂点を有さないシート４２０で構成されていてもよい。また、図８Ｂに示すように、蛍光体層４０は、円錐のように母線が直線ではなく、曲線となるような形状、すなわち、球の一部を切り取ったような形状の突出部を有するシート４３０で構成されていてもよい。また、本実施形態において、蛍光体層４０は、円錐部４１２が背面側に設けられ、円錐部４１２の頂点が背面方向を向く構成としたが、これに限られない。蛍光体層４０は、円錐部４１２が前面側に位置し、頂点が前面方向に向く構成であってもよい。また、前面側と背面側の両方に円錐部を設けてもよい。

また、本実施形態において、輝度上昇シート５０は、第２の反射部材の一例である。輝度上昇シート５０は、入射光の一部を後方へ反射するとともに、一部を透過して出射面の法線方向に向けて集光して出射することで出射光の正面輝度を上昇させるものであった。しかし、本発明の第２の反射部材はこれに限られず、背面に到達する光を一部反射しつつ透過させるものであれば、他のものであっても構わない。例えば、第２の反射部材は、液晶表示装置を構成した場合に液晶パネルで吸収される偏光成分のみを反射して、残りの光を透過させるような構成であってもよい。この構成では、反射した偏光が第１の反射部材で再度反射される際に無偏光となり、一部の偏光を輝度上昇シートで再度透過させることができる。この構成により、液晶パネルで吸収される成分を低減し、輝度を上昇させる。また、本発明の第２の反射部材は、必ずしも柔らかいシートでなくてもよく、例えば硬い板であってもよい。

また、本実施形態において、蛍光体層４０は、青色光を、第２の色光として黄色光に変換する蛍光体を有していたが、これに限られない。例えば、蛍光体層４０は、青色光を赤色光に変換する蛍光体と、青色光を緑色光に変換する蛍光体とを有していてもよい。すなわち、本発明の第２の色光は、赤色光と緑色光を含むものであってもよい。この構成によれば、発光素子からの青色光と、蛍光体で波長変換された赤色光および緑色光とが混色して白色光を生成することができる。さらには、蛍光体層４０で第１の色光と第２の色光の混色によって作り出される色光は、白色光である必要はなく、他の特定の色の色光であってもよい。

（第２実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る面光源１Ｂを説明する。本実施形態では、蛍光体層４０がベース層４６０上に形成されている点で、第１実施形態と異なる。

蛍光体層４０は、第１実施形態と同様に、所定面積あたりの当該蛍光体層４０によって青色光が黄色光に変換される変換割合が、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれて小さくなるように構成されている。ただし、蛍光体層４０の具体的な構成が異なる。

本実施形態では、蛍光体層４０が、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれて青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌを中心とする円周上の占有率が低下するようにベース層４６０上に印刷された分散体であり、複数のドット４５０で構成されている。なお、本実施形態では、蛍光体層４０にドット４５０間の無の部分を合わせて波長制御層と呼ぶ。

ベース層４６０は、平板形状を有しており、拡散シート３０と輝度上昇シート５０との間に配置されている。ベース層４６０は、例えばＰＥＴなどからなるシートで構成することができる。そして、ベース層４６０の前面に蛍光体層４０が形成されている。

蛍光体層４０を構成するドット４５０は、図１０に示すように、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれてドット４５０の外径が小さくなるように形成されている。点線の四角は青色ＬＥＤ１０の投影位置を示している。蛍光体層４０は、点線で描かれたマトリックス交点にそれぞれドット印刷されて形成されている。ドット４５０の外径は、青色ＬＥＤ１０の光軸からマトリクス交点までの距離が長くなるほど小さい。このような構成によって、所定面積あたりの蛍光体層４０によって青色光が黄色光に変換される変換割合が、青色ＬＥＤ１０のそれぞれの光軸Ｌから離れるにつれて小さくなるようにすることができる。

次に、面光源１Ｂの作用について説明する。

図１１は、面光源１Ｂにおける一つの青色ＬＥＤから発せられた青色光の反射の様子を示す説明図であり、図１２は面光源１Ｂにおける黄色光の反射の様子を示す説明図である。なお、図中の矢印は、その向きが光線の向きを、その幅が光線の強度を模式的に表すものである。ここで、図１１では、光軸Ｌ上にドット４５０が存在するように描かれているが、図１１は、作用を説明するために分かりやすく作図したものであり、ドット４５０の位置は図９および１０のとおりであってもよいし図１１のとおりであってもよい。これは図１２と図９および１０との関係においても同様である。

図１１において、まず、青色ＬＥＤ１０から発せられた青色光は、レンズ１１を介して拡げられる。なお、図１１では、代表として、光軸方向に放射された光を描いている。その後、青色光２１Ｂは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した青色光２１Ｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した青色光３１Ｂは、青色光２１Ｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した青色光３１Ｂは、ベース層４６０を透過した後に波長制御層に到達する。波長制御層における蛍光体層４０では、青色光３１Ｂの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、波長制御層を透過した青色光４１Ｂは、青色光３１Ｂに比べて光の強度が減少している。波長制御層を透過した青色光４１Ｂは、輝度上昇シート５０に到達する。青色光４１Ｂは、輝度上昇シート５０に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５０を透過した青色光５１Ｂは、面光源１Ｂの出力として出射される。

拡散シート３０で拡散され、輝度上昇シート５０に斜めに入射することにより輝度上昇シート５０で所定の角度方向に反射された青色光４２Ｂは、波長制御層に到達する（図１１では、その場合の青色光３１Ｂ，４１Ｂの作図を省略）。波長制御層における蛍光体層４０では、青色光４２Ｂの内一部は蛍光体（図示せず）に衝突し、蛍光体を励起する。そして、一部は蛍光体に衝突せず透過する。よって、波長制御層を透過した青色光３２Ｂは、青色光４２Ｂに比べて光の強度が減少している。ところで、青色光４２Ｂは、光軸Ｌから離れる方向に反射している。よって、青色光４２Ｂが通る位置における光軸Ｌを中心とする円周上での蛍光体層４０の占有率は、青色光３１Ｂが通る位置における光軸Ｌを中心とする円周上での蛍光体層４０の占有率に比べて減少している。言い換えると、蛍光体層４０に入射する青色光４２Ｂの量は、蛍光体層４０に入射する青色光３１Ｂの量に比べて減少している。したがって、光の強度の減少割合は、青色光３１Ｂから青色光４１Ｂでの減少割合に比べて、青色光４２Ｂから青色光３２Ｂでの減少割合の方が小さい。波長制御層を透過した青色光３２Ｂは、ベース層４６０を透過した後に拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した青色光３２Ｂは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した青色光２２Ｂは、青色光３２Ｂに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した青色光２２Ｂは、反射板２０に到達する。反射板２０では、青色光２２Ｂは拡散しながら反射して、再度拡散シート３０に入射する。

青色光２２Ｂのうち、反射板２０で反射された青色光２３Ｂが、拡散シート３０、ベース層４６０、蛍光体層４０を含む波長制御層を通って輝度上昇シート５０の前面から出射する。このとき青色光２３Ｂ〜５３Ｂまでの作用は、上述した青色光２１Ｂ〜５１Ｂと同様である。ただし、青色光３３Ｂが通る位置における光軸Ｌを中心とする円周上での蛍光体層４０の占有率は、さらに減少している。したがって、光の強度の減少割合は、青色光４２Ｂから青色光３２Ｂでの減少割合に比べて、青色光３３Ｂから青色光４３Ｂでの減少割合の方が小さくなる。

青色光４４Ｂから青色光５５Ｂまでの様子も同様である。このとき、光の強度は減少していくが、上述したように減少の割合は光軸Ｌを中心とする円周上での蛍光体層４０の占有率に応じて小さくなる。

以上のように、青色ＬＥＤ１０からの青色光は、面光源１Ｂ内部を循環する。ただし、青色光は、輝度上昇シート５０の前面から徐々に面光源１Ｂ外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、青色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、青色光は、面光源１Ｂを循環するほど青色ＬＥＤ１０から離れていく。また、青色光は、面光源１Ｂを循環する毎に、一部蛍光体層４０を透過する。そのため、青色光は、蛍光体層４０を透過する毎に蛍光体に光の一部が衝突し、光の強度が減衰する。ただし、蛍光体層４０は、光軸から離れるほど占有率が小さくなるため、その減衰の割合は小さくなる。

次に、蛍光体層４０で発光した黄色光について説明する。

図１２において、蛍光体層４０から発せられた黄色光４１Ｙは、輝度上昇シート５０に到達する。黄色光４１Ｙは、輝度上昇シート５０に入射する角度によって一部は反射し、一部は透過する。輝度上昇シート５０を透過した黄色光５１Ｙは、面光源１Ｂの出力として出射される。

輝度上昇シート５０で図１１に示す青色光４２Ｂと同じ角度方向に反射された黄色光４２Ｙは、波長制御層に到達する。波長制御層における蛍光体層４０では、黄色光４２Ｙに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光４２Ｙは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体層４０内を拡散して透過する。また、蛍光体層４０では、図１１の青色光４２Ｂの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、波長制御層を透過した黄色光３２Ｙは、黄色光４２Ｙとほぼ同じ強度または黄色光４２Ｙよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体層４０の反射の程度によっては、黄色光３２Ｙは、黄色光４２Ｙに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光４２Ｙよりも黄色光３２Ｙの強度が減少する場合であっても、図１１において、青色光３２Ｂが青色光４２Ｂに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。波長制御層を透過した黄色光３２Ｙは、ベース層４６０を透過した後に拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した黄色光３２Ｙは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した黄色光２２Ｙは、黄色光３２Ｙに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した黄色光２２Ｙは、反射板２０に到達する。反射板２０では、黄色光２２Ｙは拡散しながら反射して、再度拡散シート３０に入射する。

黄色光２２Ｙのうち、反射板２０で反射された黄色光２３Ｙは、拡散シート３０に到達する。拡散シート３０に入射した黄色光２３Ｙは拡散され、一部は透過し、一部は反射する。よって、拡散シート３０を透過した黄色光３３Ｙは、黄色光２３Ｙに比べて光の強度が減少している。拡散シート３０を透過した黄色光３３Ｙは、ベース層４６０を透過した後に波長制御層に到達する。波長制御層における蛍光体層４０では、黄色光３３Ｙに対しては、波長変換が起こらない。よって、黄色光３３Ｙは、一部が反射されると共に、一部が蛍光体層４０内を拡散して透過する。また、蛍光体層４０では、図１１の青色光３３Ｂの一部が蛍光体を励起するため、新たな黄色光も発生する。よって、波長制御層を透過した黄色光４３Ｙは、黄色光３３Ｙとほぼ同じ強度または黄色光３３Ｙよりも強い強度を有している。あるいは、蛍光体層４０の反射の程度によっては、黄色光４３Ｙは、黄色光３３Ｙに比べて強度が減少する場合もありうる。ただし、黄色光３３Ｙよりも黄色光４３Ｙの強度が減少する場合であっても、図１１において、青色光４３Ｂが青色光３３Ｂに比べて強度が減少している度合いに比べれば、減少の度合いは小さくなる。以降、黄色光４３Ｙ〜５３Ｙまでの作用は、上述した黄色光４１Ｙ〜５１Ｙと同様である。また、黄色光４４Ｙ〜５５Ｙまでの様子も上述した黄色光４２Ｙ〜５３Ｙまでの様子と同様である。

以上のように、蛍光体層４０で発生した黄色光は、面光源１Ｂ内部を循環する。ただし、黄色光は、輝度上昇シート５０の前面から徐々に面光源１Ｂ外部に出力されるため、光の強度は減衰していく。また、黄色光は、減衰しながらも各構成部材で拡散される。そのため、黄色光は、面光源１Ｂを循環するほど青色ＬＥＤ１０から離れていく。

図１３は、青色ＬＥＤ１０の一つから光軸方向に放射された光の輝度上昇シート５０の出射面上での光の強度分布を示す。すなわち、図１３は、青色ＬＥＤ１０から拡散シート３０に至る１本の光線が、ここから四方に散らばって面光源１Ｂ内を循環しながら出射される光の強度を示す。縦軸は光の強度、横軸は光軸からの距離を示している。実線は青色ＬＥＤ１０の主波長、つまり青色光の強度である。破線は蛍光体層４０の発光波長、つまり黄色光の強度である。どちらの線も光軸位置の強度を基準として規格化して表している。青色光の強度は、蛍光体層４０で蛍光体を励起するため、蛍光体層４０を透過する度に強度が減少する。そのため、青色光の強度は、光軸から離れるに従って、黄色光の強度よりも低くなる。つまり、輝度上昇シート５０の出射面からの光は、青色ＬＥＤ１０の光軸から離れるに従って、色度が変化する（黄色味が増す）。ただし、蛍光体層４０の占有率が光軸から離れるほど小さくなるため、青色光の減少割合は小さくなる。よって、均一に蛍光体を含む従来例の波長変換シートに比べれば、青色光の強度の減少割合が小さくなり、結果として色度の変化度合いは小さくなり、色むらが低減される。

次に、青色ＬＥＤ１０から光軸Ｌに対して傾斜した方向に放射される光のうち、輝度上昇シート５０から直接出射される光について説明する。図１４は、面光源１Ｂにおける一つの青色ＬＥＤから様々な角度で発せられた青色光の様子を示す説明図である。光軸上の青色光２１Ｂ〜４１Ｂは、上述した図１１における青色光２１Ｂ〜４１Ｂと同じである。青色光２１Ｂａは、光軸Ｌに対してａ度傾斜して出射した光である。青色光２１Ｂａは、拡散シート３０の作用で強度が減衰し、青色光３１Ｂａとなる。これは、青色光２１Ｂから青色光３１Ｂになる際とほぼ同じである。青色光３１Ｂａは、蛍光体層４０の作用で強度が減衰し、青色光４１Ｂａとなる。蛍光体層４０は、光軸Ｌから離れるほど占有率が小さくなっている。よって、光軸位置である青色光３１Ｂが通る位置よりも、青色光３１Ｂａが通る位置の方が、蛍光体層４０に入射する青色光の量が少なくなっている。従って、青色光３１Ｂよりも青色光３１Ｂａの方が、蛍光体層４０での光の強度の減少割合が少ないことになる。同様に、青色光２１Ｂｂは、光軸Ｌに対してａ度よりも大きいｂ度傾斜して出射した光である。この場合において蛍光体層４０を含む波長制御層に到達する青色光３１Ｂｂは、さらに光軸Ｌから離れた位置を通ることになる。したがって、青色光３１Ｂａよりも青色光３１Ｂｂの方が、蛍光体層４０での光の強度の減少割合が更に少ないことになる。

図１５は、青色ＬＥＤ１０の一つから放射され、輝度上昇シート５０から直接出射した光の輝度上昇シート５０の出射面上での光の強度分布を示す。つまり、図１３が光軸方向に放射された光が直接的におよび面光源１Ｂ内を反射して輝度上昇シート５０の出射面上に作る光の強度分布を示しているのに対し、図１５は、青色ＬＥＤ１０からの各放射角での直接光が輝度上昇シート５０の出射面上に作る光の強度分布を示している。なお、図１５の各放射角での光によっても図１３と同様の反射光による強度分布が作り出されることは言うまでもない。縦軸は光の強度、横軸は光軸からの距離を示している。実線は青色ＬＥＤ１０の主波長、つまり青色光の強度である。破線は蛍光体層４０の発光波長、つまり黄色光の強度である。どちらの線も光軸位置の強度を基準として規格化して表している。青色ＬＥＤ１０は、光軸方向への光の出射強度が最も強く、光軸から傾斜する方向ほど光の出射強度が小さくなる。ここで、蛍光体層４０は、光軸から離れるほど占有率が小さくなっている。青色光は、蛍光体層４０を透過すると減衰するが、その減衰割合は、光軸から離れるほど小さくなる。また、黄色光は、蛍光体層４０によって発生する。つまり、光軸から離れるほど蛍光体層４０の占有率が小さいため、黄色光の発生度合いも小さくなる。結果として、輝度上昇シート５０の出射面からの光は、青色ＬＥＤ１０の光軸から離れるに従って、色度が変化する（青色味が増す）。このときの色度の変化は、上述した図１３の場合と逆である。

面光源１Ｂは、上述した図１３の作用と図１５の作用が足し合わされた特性を有する。従って、それぞれの要因で発生する色度変化を打ち消しあうことができる。すなわち、反射光によって発生する黄色の色むらを、直接光によって発生する青色の色むらで打ち消すことができる。結果として、色むらの発生を低減した面光源を構成することができる。

なお、本実施形態において、蛍光体層４０は、一定間隔でドット４５０を配置し、そのドット４５０の外径を変化させることで蛍光体層４０の占有率を変化させる構成とした。しかし、本発明の蛍光体層は、発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて発光素子のそれぞれの光軸を中心とする円周上の占有率が低下する構成であれば、この構成に限られない。例えば、蛍光体層４０は、一定の外径を有するドットであって発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれてドットの密度が小さくなるように形成されたドットにより構成されていてもよい。また、本発明の蛍光体層は、ドットで構成されている必要はなく、青色ＬＥＤ１０の光軸位置を中心とした同心円状に印刷されて構成されていてもよい。このような構成であっても、同心円の幅を変化させたり、同心円同士の間隔を変化させたりすることで蛍光体層の占有率を変化させることができる。

なお、第２実施形態においても、第１実施形態で説明したその他の構成のいくつかを採用可能であることは言うまでもない。

（変形例１）
次に、変形例１に係る面光源１Ｃについて、図１６を用いて説明する。図１６は、面光源１Ｃの概略断面図である。本変形例１では、蛍光体層４０が拡散シート３０上に形成されている点で、第２実施形態とは異なる。

蛍光体層４０は、拡散シート３０の前面に印刷されたドット４５０で構成されている。つまり、第２実施形態におけるベース層４６０として、拡散シート３０を用いている。このような構成であっても、第２実施形態と同様の色むらの低減効果を得ることができる。また、このような構成により、面光源１Ｃを簡素化でき、製造コストを低減することができる。

（変形例２）
次に、変形例２に係る面光源１Ｄについて、図１７を用いて説明する。図１７は、面光源１Ｄの概略断面図である。本変形例２では、蛍光体層４０が反射板２０上に形成されている点で、第２実施形態とは異なる。

蛍光体層４０は、反射板２０の前面に印刷されたドット４５０で構成されている。つまり、第２実施形態におけるベース層４６０として、反射板２０を用いている。このような構成であっても、少なくとも第２実施形態において図１１〜１３を用いて説明したような反射光に対しては、同様の色むらの低減効果を得ることができる。

第２実施形態および変形例１の構成では、青色ＬＥＤ１０の光軸位置と、蛍光体層４０を支持する部材における蛍光体層４０の高占有率位置とを合わせるための調整が必要である。本変形例２の構成であれば、青色ＬＥＤ１０が配置される反射板２０に直接蛍光体層４０を印刷する。そのため、蛍光体層４０と青色ＬＥＤ１０との位置合わせを容易に行うことができる。

＜液晶表示装置＞
次に、図１８〜２０を参照して、第１実施形態に係る面光源１Ａまたは第２実施形態に係る面光源１Ｂを用いた液晶表示装置２について説明する。図１８は、面光源１Ａを用いた液晶表示装置２の概略構造の斜視図である。また、図１９は、面光源１Ａを用いた液晶表示装置２のｘ−ｙ平面における概略断面図であり、図２０は、面光源１Ａの代わりに面光源１Ｂを用いた液晶表示装置２のｘ−ｙ平面における概略断面図である。なお、図１８〜２０では本構成の特徴的な部分のみを示しており、その他の部分については記載を一部省略している。

液晶表示装置２は、第１実施形態の面光源１Ａ（または第２実施形態の面光源１Ｂ）と、画像を表示する液晶パネル６０とを備えている。

面光源１Ａ（または１Ｂ）は、液晶表示装置２のバックライトとして、液晶パネル６０の背面から光を照射する。

液晶パネル６０は、図示しない偏光板やカラーフィルタ、液晶層などから構成されている。また、液晶パネル６０は、図示しない複数の画素を形成し、それぞれの画素が透過するバックライトの光の量を調整して、所望の画像を表示する。

上述した液晶表示装置２は、色むらの少ない面光源１Ａ（または１Ｂ）を備えることにより、色むらの少ない液晶表示装置を構成することができる。

本発明は、液晶表示装置用のバックライトおよびそれを用いた液晶表示装置に好適である。

Claims (15)

1. 第１の色光を放射する複数の発光素子と、
   前記発光素子の後方に配置され、前記発光素子側の前面に到達する光を反射する第１の反射部材と、
   前記発光素子の前方に配置され、内部に入射する光を拡散して出射する拡散部材と、
   前記拡散部材の前方に配置され、前記拡散部材側の背面に到達する光を一部反射しつつ透過させる第２の反射部材と、
   前記第１の反射部材と前記第２の反射部材との間に配置され、前記第１の色光の一部を透過させるとともに、前記第１の色光の他の一部を第２の色光に変換する蛍光体層と、を備え、
   前記蛍光体層は、所定面積あたりの当該蛍光体層によって前記第１の色光が前記第２の色光に変換される変換割合が、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて小さくなるように構成されている、
   面光源。
2. 前記蛍光体層は、前記発光素子と前記拡散部材との間または前記拡散部材と前記第２の反射部材との間に配置された、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて厚みが薄くなる形状に形成されたシートである、請求項１記載の面光源。
3. 前記蛍光体層は、前記発光素子のそれぞれの光軸上の点を頂点とする複数の円錐部と、前記円錐部を担持し、前記円錐部同士の間から部分的に露出する平板部とを有している、
   請求項２記載の面光源。
4. 前記蛍光体層は、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて前記発光素子のそれぞれの光軸を中心とする円周上の占有率が低下するようにベース層上に印刷された分散体である、請求項１記載の面光源。
5. 前記蛍光体層は、複数のドットで構成されており、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて前記ドットの外径が小さくなる、
   請求項４記載の面光源。
6. 前記蛍光体層は、複数のドットで構成されており、前記発光素子のそれぞれの光軸から離れるにつれて前記ドットの密度が小さくなる、
   請求項４記載の面光源。
7. 前記第１の反射部材が前記ベース層である、
   請求項４記載の面光源。
8. 前記拡散部材が前記ベース層である、
   請求項４記載の面光源。
9. 前記蛍光体層は、前記拡散部材と前記第２の反射部材との間に配置されている、
   請求項１記載の面光源。
10. 前記第２の色光は、前記蛍光体層を透過する第１の色光と混色することで白色光となる色光である、請求項１記載の面光源。
11. 当該面光源の出射光の色温度が３０００Ｋ〜１００００Ｋである、
    請求項１０記載の面光源。
12. 前記発光素子は、前記第１の色光として発光主波長が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光を放射する発光ダイオードである、
    請求項１０記載の面光源。
13. 前記第２の色光は、発光主波長が５５０ｎｍ〜６１０ｎｍの黄色光である、
    請求項１２記載の面光源。
14. 前記発光素子を覆うように配置された、前記発光素子から放射される光を径方向に拡げるレンズをさらに備えた、
    請求項１記載の面光源。
15. 請求項１記載の面光源と、
    前記面光源からの出射光が背面から入射する、画像を表示する液晶パネルと、を備えた、
    液晶表示装置。

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