JP5052324B2 - 面状光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを光源として用いた面状光源装置に関する。より詳しくは、発光ダイオードによって導光板を発光させ、導光板の表裏両面に光を発することができるようにした両面発光する面状光源に関する。

液晶表示装置等に用いられる面状光源は、従来は冷陰極管を光源とすることが一般的であった。しかし、近年は小型かつ低消費電力という特徴をもった発光ダイオードが光源として採用されつつある。

例えば、特許文献１には導光板の端面に発光ダイオードを有し、かつ、一方の面に蛍光散乱層を塗布した面状光源が開示されている。この文献記載の面状光源は、発光ダイオードと蛍光体とが直接接することが無いため、蛍光体の劣化が小さくて済むという利点がある。

特開平０７−１７６７９４

面状光源は、液晶表示装置に用いられるために作製されることが殆どである。従って、このように作製された製品は一方の面に光を放出することのみを念頭におかれている。しかし、表示板や看板などに用いられる、両面に対して効率よく発光する面状光源はあまり存在しない。

本発明は、両面に対して効率よく発光する面状光源を製造するため、次のような構成をとるものである。即ち、端面に光源として発光ダイオードを備えた導光板の両面に、蛍光体膜のパターンを形成したものを用いるのである。ここで、蛍光体膜に含まれている蛍光体は、発光ダイオードによって励起され、蛍光を発するものを用いる。

請求項１の構成により、蛍光体膜を通り抜ける光と、蛍光体膜によって反射・散乱される光との双方を導光板両面から効率よく取り出すことが可能となり、発光効率の向上に資する。加えて、蛍光体膜の配置が最適化され、発光効率が大きく向上する。

以下、本発明を図に従って説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態の概略図である。導光板１の端面には、この面状光源の光源となる発光ダイオード４が配置されている。導光板１の第一の面５には第一の蛍光体膜２が配置されている。また、導光板１の第一の面５の裏側に当たる第二の面６には、第二の蛍光体膜３が第一の蛍光体膜２と同様のパターンで配置されている（図１には図示していない）。これらの蛍光体膜には、発光ダイオード４からの光を吸収し、発光ダイオード４の光の波長より長い波長の蛍光を発する蛍光体が含まれている。

発光ダイオード４から発した光は、導光板１の内部に入射し、内部反射を繰り返しながら導光板の内部を進行する。その途中で、この光は第一の蛍光体膜又は第二の蛍光体膜に衝突する。その結果、この光は反射又は散乱されるか、蛍光体に吸収されてその蛍光体が蛍光を発するためのエネルギーとして使われるか、蛍光体膜を透過する。いずれの経路を経るにせよ、導光板の外部には発光ダイオード４からの光と、第一の蛍光体膜又は第二の蛍光体膜からの蛍光の両方が放出される。ここで、発光ダイオード４が例えば青色発光ダイオードであり、第一の蛍光体膜と第二の蛍光体膜に含まれる蛍光体が、青色光によって励起され、黄色光を蛍光として発するものであった場合、導光板外部には両方の光が交じり合った白色光が放出される。放出された光は、拡散板１１を通して導光板の両面方向へ放出される。

図２は、図１記載の面状光源を、導光板に対して垂直方向に切った場合の断面を示す説明図である。一般的に、蛍光体膜に対して励起光を放射した場合における蛍光体膜から放射される蛍光は、蛍光体膜を透過して放出される蛍光より蛍光体膜表面から透過せずに放出される方が、高い強度を持つ。これは、図２においては、蛍光体膜を透過して放出される蛍光７よりは、蛍光体膜を透過せずに放出される蛍光８の方が高い強度を持つことを意味する。更に、蛍光体膜は、発光ダイオード４からの励起光を全て吸収して蛍光として放出するわけではなく、そのまま散乱する成分もある。図２における、蛍光体膜を透過して放出される励起光９と、蛍光体膜に散乱される励起光１０とである。本発明は、このような原理に基づき、導光板の両面に蛍光体膜から放出される蛍光と励起光の混色光を高い効率で取り出すものである。

導光板１は、可視光領域で実質的に透明な材料であって、ある程度の剛性があるものが使用できる。一般的には、アクリル樹脂を成型したものがコスト等の観点から好適に使用される。なお、第一の実施態様において導光板１は矩形をしているが、使用用途に応じた任意の形状であってよい。

発光ダイオード４は、第一の蛍光体膜２、第二の蛍光体膜３に含まれている蛍光体を励起することができる可視光を発する。典型的には波長４５０〜４６０ｎｍ程度の光を発する青色発光ダイオードである。このような青色発光ダイオードとして、ＧａＮ系発光ダイオードが一般に入手可能である。

蛍光体膜２，３は、発光ダイオード４からの発光によって励起され、蛍光を発する蛍光体を含む。発光ダイオード４として、例えばピーク波長４５０ｎｍ〜４６０ｎｍの光を発する青色発光ダイオードを使用する場合、蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、α又はβ−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体等を始めとする公知の蛍光体が使用できる。これらの蛍光体粒子を分散させた樹脂を、導光板１上に印刷等して所定のパターンを形成する。使用する蛍光体の種類や含有濃度等によって相違するが、蛍光体膜２，３の膜厚は概ね１００μｍ〜４００μｍ程度である。これ以下である場合、蛍光体膜２，３が励起光を蛍光に変換する割合が少なくなる。また、これ以上である場合、蛍光体膜を透過して放出される蛍光７と蛍光体膜を透過して放出される励起光９の強度が小さくなる。

第一の実施態様においては、第一の蛍光体膜２、第二の蛍光体膜３とも四角形のパターンが第一の面５、第二の面６にそれぞれ全面に点在するように配置されている。更に詳しくは、発光ダイオード４が配置されている端面に近い側は小さな四角形を、この端面から離れるに従ってより大きな四角形のパターンとなっている。このような蛍光体のパターンは、スクリーン印刷等の既存の方法で作ることができる。

拡散板１１は、導光板１から放出された光のむらを解消するために用いる、一般的には乳白色の外観をしている板材である。これは、アクリル樹脂製板材に、拡散板１１の導光板１側又はその反対側を粗面化加工したものか、又は、拡散板１１内部にＳｉＯ_２粒子等の拡散材が含有させたものを用いることができる。また、この拡散板１１の表面に、意匠を施したフィルムを貼り付ける等することで、表示板や看板とすることができる。

図３は本発明の変形例の説明図である。この変形例においては、第一の蛍光体膜２，第二の蛍光体膜３の配置のパターンが縞状になっている点が、第一の実施態様と相違する点である。両者の位置は、例えば、第一の蛍光体膜２の配置を、第二の面６に導光板に対して垂直方向に投影した場合、投影された像と、第二の蛍光体膜３とが実質的に重複しない、という位置関係にある。更に、上記の投影された像と、第二の蛍光体膜３は、両者を合わせると第一の面５又は第二の面６を実質的に覆う関係にある。このような位置関係の場合、蛍光体膜を透過せずに放出される蛍光８及び蛍光体膜に散乱される励起光１０を遮蔽する割合が少なく、かつ、発光ダイオード４の発光が直接外部に放出される割合が適切なものとなり、好ましい。

なお、第一の蛍光体膜２と第二の蛍光体膜３の配置パターンは、所々に蛍光体膜が形成されていないようなものが最も好ましい。例えば、上記変形例の縞状の配置の他、いわゆる市松模様などであっても良い。

本発明の実施例を以下に示す。最初に、縦３５０ｍｍ、横２９０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアクリル樹脂製導光板を準備した。この導光板の上に、図１と同様の蛍光体膜を形成した。蛍光体膜は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を３５ｗｔ％含有した紫外線硬化性のエポキシ樹脂を導光板上にシルクスクリーン印刷を行い、その後、紫外線を照射して形成した。更に、この工程は導光板の裏側にも同様に行った。

次に、ピーク波長４５５ｎｍの青色発光ダイオードを準備し、プリント基板を介して電源に電気的に接続したものを導光板の端面に固定して、導光板内部に発光が入射するようにした。最後に、導光板側に粗面化処理、導光板とは反対側に避難誘導灯のシンボルを描いた拡散板を導光板の両面に固定し、光源とした。

上記構成による避難誘導灯光源は、高い効率で発光し、特に常時点灯の必要がある誘導灯などに好適なものであることが確認された。

本発明の第一の実施態様である。 本発明の原理の説明図である。 本発明の変形例の説明図である。

１ 導光板
２ 第一の蛍光体膜
３ 第二の蛍光体膜
４ 発光ダイオード
５ 第一の面
６ 第二の面
７ 蛍光体膜を透過して放出された蛍光
８ 蛍光体膜を透過せずに放出された蛍光
９ 蛍光体膜を透過して放出された励起光
１０ 蛍光体膜に散乱された励起光
１１ 拡散板

Claims (1)

1. 導光板と、
   導光板端面から導光板内部に光を入射させる発光ダイオードと、
   導光板の第一の面上に部分的に配置された第一の蛍光体膜と、
   導光板の第二の面上に部分的に配置された第二の蛍光体膜と、
   を含み、
   第一の蛍光体膜と第二の蛍光体膜は、発光ダイオードからの発光によって励起され、蛍光を発する蛍光体を含有し、
   第一の蛍光体膜を第二の面上に投影したとき、投影された像と第二の蛍光体膜が実質的に重複せず、投影された像と第二の蛍光体膜とは、合わせると実質的に第二の面を覆うこと、
   を特徴とする面状光源装置。

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