JP6638292B2 - 装置光源 - Google Patents

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Description

本開示は、装置光源に関する。
透過型液晶表示装置は、液晶パネルの背面に設けられたバックライト光源の発光によって画像を認識させる。従来、青色発光素子と、緑色蛍光体と、赤色蛍光体と、570nm以上590nm以下の波長域の分光放射強度を低減するフィルター成分と、を備えるバックライト装置(バックライト光源)が提案されている。そして、フィルター成分としては、酸化ネオジムまたはネオジムガラスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
青色発光素子、緑色蛍光体および赤色蛍光体を用いた白色光源においては、青色発光素子の発光スペクトルの波長域と緑色蛍光体の発光スペクトルの波長域との重なりは少ないが、緑色蛍光体の発光スペクトルの波長域と赤色蛍光体の発光スペクトルの波長域との重なりは多く、概ね黄色光に該当する特定波長域で重複する。そのため、緑色蛍光体および赤色蛍光体の両者を用いた光源においては、黄色波長域でのスペクトル強度が強くなる傾向にある。
また、液晶パネルに設けられたカラーフィルターにおいても、緑色フィルターの透過スペクトルの波長域と赤色フィルターの透過スペクトルの波長域とが前記特定波長域で重なり合う。その結果、液晶パネルで緑色を表示したとき、緑色フィルターの透過光には、純粋な緑色光に黄色光が含まれたものとなる。また、赤色フィルターの透過光には、純粋な赤色光に黄色光が含まれたものとなる。
特許文献1に記載のバックライト光源においては、特定波長域に相当する570nm以上590nm以下の波長域の分光放射強度を低減するフィルター成分を備えるため、黄色波長域でのスペクトル強度を低下させることができる。
特開2012−199288号公報
しかしながら、特許文献1に記載のバックライト光源においては、酸化ネオジムまたはネオジムガラスからなるフィルター成分を備えることによって、黄色波長域でのスペクトル強度を下げることができるが、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度を大きく下げてしまう。その結果、バックライト光源の白色光源を、液晶パネルのカラーフィルターで赤色(R)、緑色(G)、青色(B)に色分解して3原色として用いる場合のGの色再現範囲が狭くなると共に、パネル輝度も低下してしまう。
そこで、本開示に係る実施形態は、白色光源をカラーフィルターでRGBに色分解して3原色として用いる場合の色再現範囲が広くなると共に、光の損失が小さい装置光源を提供する。
本開示の実施形態に係る装置光源は、440nm以上460nm以下の波長域に発光ピークを持つ青色光を発する青色発光素子と、前記青色発光素子の発する青色光の一部を吸収して、500nm以上575nm以下の波長域に発光ピークを持つ緑色光を発する緑色蛍光体と、前記青色発光素子の発する青色光の一部および前記緑色蛍光体の発する緑色光の一部の少なくとも一方を吸収して、600nm以上690nm以下の波長域に発光ピークを持つ赤色光を発する赤色蛍光体と、前記緑色光と前記赤色光の一部を吸収するフッ化ネオジムを含有する吸収体と、を有する。
本開示の実施形態に係る装置光源によれば、白色光源をカラーフィルターでRGBに色分解して3原色として用いる場合の色再現範囲が広くなると共に、光の損失が小さいものとなる。
第1実施形態に係る装置光源の構成を示す断面図である。 図1の装置光源の他の形態を示す断面図である。 第2実施形態に係る装置光源の構成を示す断面図である。 第3実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源が使用される液晶表示装置の構成を示す断面図である。 第4実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源が使用される液晶表示装置の構成を示す断面図である。 第1実施形態に係る装置光源の発光スペクトルを示すグラフである。 図6の装置光源の発光スペクトルの一部の拡大部分と、R、G、Bの液晶用カラーフィルターの透過度を重ねた分光特性を示すグラフである。 従来の装置光源の発光スペクトルを示すグラフである。 図8の装置光源の発光スペクトルの一部の拡大部分と、R、G、Bの液晶用カラーフィルターの透過度を重ねた分光特性を示すグラフである。 従来の装置光源の発光スペクトルを示すグラフである。
以下、本実施形態に係る装置光源について説明する。
以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、例えば断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
本実施形態に係る装置光源において、「上」、「下」、「左」及び「右」などは、状況に応じて入れ替わるものである。本明細書において、「上」、「下」などは、説明のために参照する図面において構成要素間の相対的な位置を示すものであって、特に断らない限り絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
本実施形態に係る装置光源は、青色発光素子と、緑色蛍光体と、赤色蛍光体と、吸収体とを有する。そして、吸収体は、青色発光素子、緑色蛍光体および赤色蛍光体の発する光の光路上に位置する部材に含有される。 以下、装置光源において吸収体が含有される部材が異なる第1〜4実施形態について、具体的に説明する。
<第1実施形態>
第1実施形態に係る装置光源について、図1、2を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る装置光源の構成を示す断面図である。図2は、図1の装置光源の他の形態を示す断面図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る装置光源1Aは、青色発光素子2と、緑色蛍光体3と、赤色蛍光体4と、吸収体5と、第1透光性部材6とを有する。そして、第1透光性部材6は吸収体5を含有する。
装置光源1Aでは、第1透光性部材6が吸収体5を含有することによって、装置光源1Aを使用した際の色再現範囲が広がると共に、輝度の低下が抑制される。その結果、装置光源1Aは、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として好適に使用できる。
以下、装置光源1Aの各構成について説明する。
(青色発光素子)
青色発光素子2は、440nm以上460nm以下の波長域に発光ピークを持つ青色光を発する発光素子である。このような青色発光素子2としては、n型半導体層とp型半導体層との間に発光層が配置された半導体発光部を有するものが好適に利用できる。そして、半導体発光部は、例えば、一般式がInAlGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)で表わされる窒化ガリウム等からなる半導体材料で構成されているものが好ましい。
(緑色蛍光体)
緑色蛍光体3は、青色発光素子2の発する青色光の一部を吸収して、500nm以上575nm以下、好ましくは520nm以上550nm以下の波長域に発光ピークを持つ緑色光を発する蛍光体である。そして、緑色蛍光体3が前記した波長域に発光ピークを持つことによって、緑色蛍光体3の発光スペクトルと赤色蛍光体4の発光スペクトルとが特定波長域で重複する割合が少なくなるため、特定波長域(黄色波長域)でのスペクトル強度が小さくなる。その結果、白色光源として機能する装置光源1Aをカラーフィルターで色分解して3原色として用いる場合、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として使用する際に、フィルター透過後の緑色光および赤色光に黄色光が混じることが抑制されるため、色再現範囲が広くなる。
緑色蛍光体3は、硫化物蛍光体、酸窒化物蛍光体および酸化物蛍光体の群から選択された少なくとも1種を含有する蛍光体であることが好ましい。硫化物蛍光体としては、SrGa:Eu2+等が挙げられ、酸窒化物蛍光体としては、β−SiAlON:Eu2+等が挙げられ、酸化物蛍光体としては、(Ba,Sr)SiO:Eu2+等が挙げられる。
カラーフィルター透過前において、青色発光素子2の発光ピークでの発光強度(スペクトル強度)を1とした際に、緑色蛍光体3の発光ピークでの発光強度は、0.15以上0.5以下であることが好ましく、特に0.3以上0.5以下が好ましい。すなわち、青色光の440nm以上460nm以下の波長域における発光ピークでのスペクトル強度を1とした際に、緑色光の500nm以上575nm以下の波長域における発光ピークでのスペクトル強度は、0.15以上0.5以下であることが好ましく、特に0.3以上0.5以下が好ましい。そして、緑色蛍光体3が前記した発光強度を持つことによって、装置光源1Aにおける緑色光のスペクトル強度が向上する。その結果、装置光源1Aを使用した際の輝度が向上する。
(赤色蛍光体)
赤色蛍光体4は、青色発光素子2の発する青色光の一部および緑色蛍光体3の発する緑色光の一部の少なくとも一方を吸収して、600nm以上690nm以下、好ましくは620nm以上670nm以下の波長域に発光ピークを持つ赤色光を発する蛍光体である。そして、赤色蛍光体4が前記した波長域に発光ピークを持つことによって、赤色蛍光体4の発光スペクトルと緑色蛍光体3の発光スペクトルとが特定波長域で重複する割合が少なくなるため、特定波長域(黄色波長域)でのスペクトル強度が小さくなる。その結果、白色光源として機能する装置光源1Aをカラーフィルターで色分解して3原色として用いる場合、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として使用する際に、フィルター透過後の赤色光および緑色光に黄色光が混じることが抑制されるため、色再現範囲が広くなる。
赤色蛍光体4は、フッ化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体および硫化物蛍光体の群から選択された少なくとも1種を含有する蛍光体であることが好ましい。フッ化物蛍光体としては、KSiF:Mn4+等が挙げられ、窒化物蛍光体としては、CaAlSiN:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN:Eu2+等が挙げられ、酸窒化物蛍光体としては、Ca−α−SiAlON:Eu2+等が挙げられ、硫化物蛍光体としては、CaS:Eu2+等が挙げられる。
青色発光素子2の発光ピークでの発光強度を1とした際に、赤色蛍光体4の発光ピークでの発光強度は、0.1以上2.5以下であることが好ましい。すなわち、青色光の440nm以上460nm以下の波長域における発光ピークでのスペクトル強度を1とした際に、赤色光の600nm以上690nm以下の波長域における発光ピークでのスペクトル強度は、0.1以上2.5以下であることが好ましい。そして、赤色蛍光体4が前記した発光強度を持つことによって、装置光源1Aにおける赤色光のスペクトル強度が向上する。その結果、装置光源1Aを使用した際の輝度が向上する。
(吸収体)
吸収体5は、フッ化ネオジムを含有するものである。フッ化ネオジムは、一般式がNd1−x(Rは他の希土類元素、0≦X<1)で表わされるフッ化物であって、ネオジムだけでなく他の希土類元素を含むフッ化物であってもよい。ただし、NdFで表されるフッ化ネオジムが最も好ましい。
フッ化ネオジムは、緑色光と赤色光の一部、すなわち、緑色光と赤色光の発光スペクトルの波長域が重複する特定波長域、570nm以上600nm以下の黄色波長域でシャープな吸収スペクトルを有し、装置光源1Aにおける特定波長域(黄色波長域)でのスペクトル強度を下げる作用を有する。しかも、フッ化ネオジムは、従来の装置光源でフィルター成分として使用されていた酸化ネオジムのように、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度を大きく下げることがないという作用も有する。
吸収体5は、SiO、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属酸化物およびフッ化ネオジムを含有する非晶性のネオジムガラスでもよいが、特定波長域での吸収効率の観点からフッ化ネオジムを含有する微粒子状の結晶性化合物であることが好ましい。また、結晶性の吸収体の平均粒径は、0.1μm以上5μm以下が好ましい。
装置光源1Aでは、フッ化ネオジムを含有する吸収体を有することによって、特定波長域(黄色波長域)でのスペクトル強度が低下すると共に、緑色発光体3(緑色光)のスペクトル強度を大きく下げることがない。その結果、白色光源として機能する装置光源1Aをカラーフィルターで色分解して3原色として用いる場合、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として使用する際に、フィルター透過後の緑色光および赤色光に黄色光が混じることが抑制されると共に、緑色光のスペクトル強度が大きく下がることがないため、色再現範囲が広くなると共に、輝度の低下が抑制される。
(第1透性部材)
第1透光性部材6は、青色発光素子2を覆うもので、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5を含有するもので、好ましくは光拡散材を含有するものである。また、第1透光性部材6は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性の樹脂材料中に緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5が分散されたものであることが好ましい。なお、樹脂材料としては、透光性を有していればエポキシ樹脂、シリコーン樹脂以外の樹脂であってもよい。
第1透光性部材6においては、吸収体5の含有量が、第1透光性部材6の全質量に対して、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましい。吸収体5の含有量が0.1質量%未満であると、特定領域でのスペクトル強度の低下が小さく、装置光源使用の際の色再現範囲が期待したほど広くならない。また、吸収体5の含有量が15.0質量%を超えると、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度が大きく低下し、装置光源使用の際の輝度が低下し易くなる。
緑色蛍光体3および赤色蛍光体4の含有量については、青色発光素子2の発光ピークでの発光強度に対して各蛍光体の発光ピークでの発光強度を所定範囲とするために、第1透光性部材6の全質量に対して、緑色蛍光体3が0.5質量%以上25質量%以下、赤色蛍光体4が1質量%以上45質量%以下であることが好ましい。また、蛍光体の質量比については、緑色蛍光体:赤色蛍光体=1:99以上95:5以下であることが好ましい。
第1透光性部材6は、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5に加えてSiO等の光拡散材を樹脂材料中にさらに分散させたものであってもよい。光拡散材の含有量については、第1透光性部材6の全質量に対して、1質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
装置光源1Aは、青色発光素子2と、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4、および、吸収体5を含有した第1透光性部材6とによって発光装置10Aを構成し、それによって、青色光、緑色光および赤色光の混色光(白色光)を出射して、白色光源として機能する。発光装置10Aの好ましい実施形態は、以下のとおりである。
図1に示すように、発光装置10Aは、青色発光素子2と、青色発光素子2を収容する凹部7aを有するケース部7と、ケース部7に支持され、ケース部7の裏面側に露出すると共に、凹部7aの底面側に露出して青色発光素子2とワイヤ等で電気的に導通する2つの電極8と、青色発光素子2を覆うように凹部7aに充填される第1透光性部材6とを有し、第1透光性部材6が緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5を含有するものである。そして、発光装置10Aは、図示しない配線パターンが形成された実装基板の上に実装される。なお、発光装置10Aは、図1では装置の表面側(上面側)に白色光が出射される表面発光型(トップビュータイプ)の発光装置を示したが、装置の側面側に白色光が出射される側面発光型(サイドビュータイプ)の発光装置でもよい。
図2に示すように、第1実施形態に係る発光装置10Aは、ケース部7を用いずに、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5を含有する第1透光性部材6で覆われた青色発光素子2を、実装基板12の上に形成された配線パターン12aにワイヤ等で電気的に導通させたものであってもよい。
発光装置10Aは、図1、2に示すように1つの青色発光素子2が第1透光性部材6で覆われている形態に限定されず、図示しないが複数の青色発光素子2が第1透光性部材6に覆われている形態であってもよい。
発光装置10Aは、図1、2に示すように緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5が第1透光性部材6内に均一に分散された形態に限定されず、偏在して分散された形態(図示せず)であることが好ましい。例えば、発光装置10Aは、緑色蛍光体3および赤色蛍光体4が青色発光素子2の近傍に分散し、吸収体5が凹部7aの上面(出射面)の近傍に分散した形態であることが好ましい。このように、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5が第1透光性部材6内に偏在して分散された形態であることによって、吸収体5の特定波長域における吸収スペクトル強度がさらに高くなる。
<第2実施形態>
第2実施形態に係る装置光源について、図3を参照して説明する。図3は、第2実施形態に係る装置光源の構成を示す断面図である。
図3に示すように、第2実施形態に係る装置光源1Bは、青色発光素子2と、緑色蛍光体3と、赤色蛍光体4と、吸収体5と、第1透光性部材6と、第2透光性部材9とを有する。そして、第2透光性部材9は吸収体5を含有する。
装置光源1Bでは、第2透光性部材9が吸収体5を含有することによって、装置光源1Bを使用した際の色再現範囲が広くなると共に、輝度の低下が抑制される。その結果、装置光源1Bは、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として好適に使用できる。
以下、各構成について説明する。なお、青色発光素子2、緑色蛍光体3、赤色蛍光体4および吸収体5については、前記第1実施形態と同様であり、第1透光性部材6については、吸収体5を含有しないこと以外は前記第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(第2透光性部材)
第2透光性部材9は、第1透光性部材6を覆うもので、吸収体5を含有するもので、好ましくは光拡散材を含有するものである。また、第2透光性部材9は、エポキシ樹脂、変成エポキシ樹脂、硬質のシリコーン樹脂、硬質の変成シリコーン樹脂等の透光性の樹脂材料中に吸収体5が分散されたものであることが好ましい。なお、樹脂材料としては、透光性を有していれば上記以外の樹脂を使用することもできる。第2透光性部材9の膜厚は5〜100μm程度が好ましいがこれに限定されない。
第2透光性部材9においては、吸収体5の含有量が、第2透光性部材9の全質量に対して、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましい。吸収体5の含有量が0.1質量%未満であると、特定領域でのスペクトル強度の低下が小さく、装置光源使用の際の色再現範囲が期待したほど広くならない。また、吸収体5の含有量が15.0質量%を超えると、緑色蛍光体の発光ピークでのスペクトル強度が大きく低下し、装置光源使用の際の輝度が低下し易くなる。
第2透光性部材9は、吸収体5に加えてガラスフィラー、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等の光拡散材を樹脂材料中にさらに分散させたものであってもよい。光拡散材の含有量については、第2透光性部材9の全質量に対して、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
装置光源1Bは、青色発光素子2と、緑色蛍光体3および赤色蛍光体4を含有した第1透光性部材6と、吸収体5を含有した第2透光性部材9とによって発光装置10Bを構成し、それによって、白色光を出射して白色光源として機能する。発光装置10Bの好ましい形態は、以下のとおりである。
図3に示すように、発光装置10Bは、図1に示す発光装置10Aの第1透光性部材6を覆うようにケース部7の上面に配置された第2透光性部材9をさらに有し、第1透光性部材6が緑色蛍光体3および赤色蛍光体4を含有し、第2透光性部材9が吸収体5を含有するものである。そして、発光装置10Bは、図示しない配線パターンが形成された実装基板の上に実装される。また、発光装置10Bは、図2に示す発光装置10Aの第1透光性部材6を覆う第2透光性部材9を有するものであってもよい。
発光装置10Bは、図3では装置の表面側(上面側)に白色光が出射される表面発光型(トップビュータイプ)の発光装置を示したが、図示しない装置の側面側に白色光が出射される側面発光型(サイドビュータイプ)の発光装置でもよい。また、発光装置10Bは、図3に示すように1つの青色発光素子2が第1透光性部材6で覆われている形態に限定されず、図示しないが複数の青色発光素子2が第1透光性部材6に覆われている形態であってもよい。
<第3実施形態>
第3実施形態に係る装置光源について、図4を参照して説明する。図4は、第3実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源が使用される液晶表示装置の構成を示す断面図である。
図4に示すように、第3実施形態に係る装置光源1Cは、発光装置10Cと、光拡散板13とを有する。そして、発光装置10Cは、青色発光素子、緑色蛍光体および赤色蛍光体によって構成され、さらに、光拡散板13は、吸収体5を含有する。それによって、装置光源1Cは、青色光、緑色光および赤色光の混色光(白色光)を出射して、白色光源として機能する。
装置光源1Cでは、光拡散板13が吸収体5を含有することによって、装置光源1Cを使用した際の色再現範囲が広がると共に、輝度の低下が抑制される。その結果、装置光源1Cは、例えば、直下型の液晶表示装置100のバックライト光源として好適に使用できる。
以下、各構成について説明する。なお、青色発光素子、緑色蛍光体、赤色蛍光体および吸収体5については、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(光拡散板)
光拡散板13は、発光装置10Cから出射された青色光、緑色光および赤色光の混色光(白色光)を、一方の主面13aから入射して、他方の主面13bから出射する板状体であって、白色光を拡散により均一に分布させて面内輝度むらをなくす作用を有する。
光拡散板13は、アクリル樹脂等の透光性樹脂材料中に吸収体5およびSiO等の光拡散材が分散されたものであることが好ましい。なお、樹脂材料としては、透光性を有していればアクリル樹脂以外の樹脂であってもよい。また、光拡散材についても、光拡散性を有していればSiO以外の無機系光拡散材または有機系光拡散材を使用してもよい。
光拡散板13においては、吸収体5の含有量が、光拡散板13の全質量に対して、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましい。吸収体5の含有量が0.1質量%未満であると、特定領域でのスペクトル強度の低下が小さく、装置光源使用の際の色再現範囲が期待したほど広くならない。また、吸収体5の含有量が15.0質量%を超えると、緑色蛍光体の発光ピークでのスペクトル強度が大きく低下し、装置光源使用の際の輝度が低下し易くなる。また、光拡散材の含有量は、光拡散板13の全質量に対して、0.1質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
装置光源1Cの好ましい実施形態は、以下のとおりである。
図4に示すように、装置光源1Cは、発光装置10Cと、発光装置10Cが実装された実装基板12を収容する筐体11と、光拡散板13とを有し、筐体11が主面13aと対面する光拡散板13の背面側に配置されていることが好ましい。装置光源1Cでは、複数の発光装置10Cが実装基板12の上に実装されていることが好ましい。
装置光源1Cでは、光拡散板13の上面側に、輝度上昇フィルムとしてBEF(Brightness Enhancement Film)等、反射型偏光フィルムとしてDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)等を配置してもよい。
装置光源1Cにおいては、発光装置10Cとして図1、2に示すような第1透光性部材6を有する発光装置10A、または、図3に示すような第1透光性部材6および第2透光性部材9を有する発光装置10Bを用いることが好ましい。その際、第1透光性部材6および第2透光性部材9には、吸収体5が含有されていないことが好ましい。また、発光装置10Cは、表面発光型の発光装置であることが好ましい。
<第4実施形態>
第4実施形態に係る装置光源について、図5を参照して説明する。図5は、第4実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源が使用される液晶表示装置の構成を示す断面図である。
図5に示すように、第4実施形態に係る装置光源1Dは、発光装置10Dと、導光板15とを有する。そして、発光装置10Dは、青色発光素子、緑色蛍光体および赤色蛍光体によって構成され、導光板15は、吸収体5を含有する。それによって、装置光源1Dは、青色光、緑色光および赤色光の混色光(白色光)を出射して、白色光源として機能する。
装置光源1Dでは、導光板15が吸収体5を含有することによって、装置光源1Dを使用した際の色再現範囲が広がると共に、輝度の低下が抑制される。その結果、装置光源1Dは、例えば、エッジライト型の液晶表示装置100のバックライト光源として好適に使用できる。
以下、各構成について説明する。なお、青色発光素子、緑色蛍光体、赤色蛍光体および吸収体5については、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(導光板)
導光板15は、発光装置10Dから出射された青色光、緑色光および赤色光の混色光(白色光)を、側面から入射して、少なくとも一方の主面から出射する板状体であって、略平板状の部材で構成された6つの面を有する構造体であることが好ましい。すなわち、図5に示すように、導光板15は、一方の側面に位置する入射面(入射板)15aと、底面に位置する一方の主面である主反射面15c(主反射板)と、底面と対向する正面に位置する他方の主面である出射面(出射板)15bと、一方の側面と対向する他方の側面に位置する副反射面(副反射板)15dと、図示しない一方の側面と隣接する左右の側面に位置する2つの副反射面(副反射板)とを有することが好ましい。
導光板15は、白色光を入射面15aで取り込んだ後、主反射面15cと、出射面15bと、副反射面15dとの間で反射させながら、その内部の隅々まで白色光を導光する。そして、出射面15bに対して白色光がなす角度が臨界角を超えると、その白色光は出射面15bを透過して導光板15の外部に面状に出射することとなる。なお、臨界角とは、屈折率の大きい媒質から小さい媒質に光が入射する際に、全反射が起きる入射角のことをいう。
導光板15の形状は、図5に示すように、入射面15aから副反射面15dの側に近づくにつれて、徐々に厚みが薄くなるように形成することが好ましい。導光板15をこのような形状に形成することで、白色光が、出射面15bに対して全反射する角度(臨界角)で導光板15の内部に入射し易くなる。その結果、導光板15の出射光の輝度が、厚みを均一にした場合と比較して、さらに向上させることができる。
導光板15の各面は、アクリル樹脂等の透光性樹脂材料中に吸収体5が分散されたものであることが好ましい。なお、樹脂材料としては、透光性を有していればアクリル樹脂以外の樹脂であってもよい。また、導光板15において、吸収体5は各面に含有されていることが好ましいが、出射面15bのみに含有されていてもよい。
導光板15は、主反射面15cおよび副反射面15dに、酸化チタン等の白色材料をコーティングしたもの、アルミニウム等の金属を蒸着したもの、白色材料または金属を樹脂材料中に分散させた樹脂シートを接着固定したものであってもよい。
導光板15においては、吸収体5の含有量が、導光板15の全質量に対して、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましい。吸収体5の含有量が0.1質量%未満であると、特定領域でのスペクトル強度の低下が小さく、装置光源使用の際の色再現範囲が期待したほど広くならない。また、吸収体5の含有量が15.0質量%を超えると、緑色蛍光体の発光ピークでのスペクトル強度が大きく低下し、装置光源使用の際の輝度が低下し易くなる。
装置光源1Dの好ましい実施形態は、以下のとおりである。
図5に示すように、装置光源1Dは、発光装置10Dと、発光装置10Dが実装された実装基板12を収容する筐体14と、導光板15とを有し、導光板15が発光装置10Dの側面側に配置されるように筐体14内に収容されていることが好ましい。また、装置光源1Dでは、複数の発光装置10Dが実装基板12の上に実装されていることが好ましい。
装置光源1Dは、図示しないが、導光板15(主反射面15c)の背面側に反射シート、導光板15(出射面15b)の上面側に光拡散シート、光拡散シートの上面側にプリズムシート等を配置してもよい。
反射シートとしては、白色材料をコーティングした樹脂シート、金属を蒸着した樹脂シート、白色材料または金属を樹脂材料中に分散させた樹脂シート等を用いることができる。反射シートは、導光板15の主反射面15cを透過した白色光を、導光板15の外部から反射、あるいは乱反射させて、導光板15の内部に再入射させる部材である。また、光拡散シートとしては、前記した光拡散板13を用いることができ、その際、拡散シートには吸収体5を含有させない。さらに、プリズムシートは、シート表面に微小な三角プリズムを多数形成して入射光をシート面の法線方向に屈折させて集光する機能を有する部材である。
装置光源1Dにおいては、発光装置10Dとして図1、2に示すような第1透光性部材6を有する発光装置10A、または、図3に示すような第1透光性部材6および第2透光性部材9を有する発光装置10Bを用いてもよい。その際、第1透光性部材6および第2透光性部材9には、吸収体5が含有されていないことが好ましい。また、発光装置10Dは、表面発光型の発光装置が好ましいが、側面発光型の発光装置を用いることもできる。
本実施形態に係る装置光源は、前記した第1〜4実施形態に限定されず、例えば、第1、2実施形態の装置光源1A、1Bが、図4、5に示す光拡散板13または導光板15をさらに有するものであってもよい。その際、吸収体5を含有していない光拡散板13または導光板15であることが好ましい。
次に、装置光源がバックライト光源として用いられる液晶表示装置について、図4、5を参照して説明する。図4は、第3実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源を使用した液晶表示装置の構成を示す断面図である。図5は、第4実施形態に係る装置光源の構成を示すと共に、装置光源が使用される液晶表示装置の構成を示す断面図である。なお、図4は、直下型の液晶表示装置の構成を示し、図5はエッジライト型の液晶表示装置の構成を示す。
液晶表示装置100は、液晶パネル50と、液晶パネル50の背面側に配置された装置光源1Cまたは装置光源1Dとを有する。なお、装置光源1C、1Dについては、前記のとおりであるので、説明を省略する。
液晶パネル50は、装置光源1C、1D側から順に、偏光フィルター51と、ガラス基板52と、透明電極53と、配向膜54と、液晶層55と、配向膜56と、透明電極57と、カラーフィルター58と、ガラス基板59および偏光フィルター60とを有する。
偏光フィルター51、60は、特定の方向に振動する光を形成するものである。ガラス基板52、59は、電極部(透明電極53、57)からの電気がほかの部分に漏れないようにするものである。透明電極53、57は、液晶パネル50を駆動するための電極である。配向膜54、56は、液晶層55に含まれる液晶分子を一定方向に配列させるためのものである。液晶層55は、液晶物質が充填された層である。カラーフィルター58は、サブピクセル毎に青色、緑色および赤色のカラーフィルターが配列されたものである。
本開示の実施例について、本開示の要件を満たす実施例と、本開示の要件を満たさない比較例を挙げて、図1、図6〜10を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る装置光源の構成を示す断面図である。図6は、第1実施形態に係る装置光源(実施例)の発光スペクトルを示すグラフである。図7は、図6の装置光源の発光スペクトルの一部の拡大部分と、R、G、Bの液晶用カラーフィルターの透過度を重ねた分光特性を示すグラフである。図8は、従来の装置光源(従来例)の発光スペクトルを示すグラフである。図9は、図8の装置光源の発光スペクトルの一部の拡大部分と、R、G、Bの液晶用カラーフィルターの透過度を重ねた分光特性を示すグラフである。図10は、従来の装置光源(他の従来例)の発光スペクトルを示すグラフである。
(実施例、対照例)
実施例No.1〜10として、図1に示す発光装置を以下に示す部材を用い、表1に示す構成で作製した。なお、対照例No.11として、吸収材を有さないこと以外は実施例と同様にして、表1の構成で図1に示す発光装置を作製した。
青色発光素子:窒化物半導体
第1透光性部材の母材:屈折率1.52のエポキシ/シリコーンのハイブリッド樹脂
緑色蛍光体:β−SiAlON:Eu2+蛍光体
赤色蛍光体:KSiF:Mn4+蛍光体
光拡散材:SiO
吸収体:NdF
作製された発光装置を20mAで駆動させたときの発光スペクトルを測定した。測定されたスペクトルデータと、発光装置(装置光源)と共に用いられる液晶パネルの赤色(R)、緑色(G)、青色(B)フィルターの透過率データから、液晶表示装置におけるDCI−P3包含率と、パネル輝度をシミュレーションした。その評価結果を表1に示す。
また、実施例No.4〜6については、発光スペクトルの測定結果を図6、7に示した。なお、図6、7では、対照例No.11の発光スペクトルの測定結果についても合わせて示した。
DCI−P3とは、色再現範囲を表す規格の1つで、xy色度図上の(x,y)=R(0.68,0.32)、G(0.265,0.69)、B(0.15,0.06)の3点からなる三角形で表わされる。DCI−P3包含率は、89.5%を超えるときに色再現範囲が広く良好(○)、89.5%以下のときに色再現範囲が狭く不良(×)と評価した。
輝度は、吸収体を有さない従来の発光装置(対照例No.11)の輝度を100としたときの相対輝度で表わし、75.0%以上を輝度低下が少なく優れている(◎)、75.0%未満70.0%以上を輝度低下が問題ないレベルで良好(○)、70.0%未満を輝度低下が大きく不良(×)と評価した。
(比較例)
比較例No.12〜15として、図1に示す発光装置を、吸収体以外の部材については実施例と同様にして、表1に示す構成で作製した。なお、吸収体については以下を用いた。
吸収体:なし、Nd、Er
実施例と同様にして、作製された発光装置を20mAで駆動させたときの発光スペクトルを測定し、測定されたスペクトルデータと、所定のカラーフィルターデータから、DCI−P3包含率およびパネル輝度をシミュレーションした。その評価結果を表1に示す。また、図8〜10に、比較例No.12〜15の発光スペクトルの測定結果を示した。なお、図8〜10では、対照例No.11の発光スペクトルの測定結果についても合わせて示した。
表1の結果から、実施例と比較例との差異を明確にするため、吸収体の含有量と、DCI−P3包含率およびパネル輝度との関係を表2に示した。
Figure 0006638292
Figure 0006638292
表1に示すように、実施例No.1〜10では、DCI−P3包含率で表わされる色再現範囲が広く良好であった。また、実施例No.1〜10では、パネル輝度については、対照例No.11からの低下が小さく良好であった。しかも、表2に示すように、実施例No.4〜6では、吸収体の含有量の増加に伴うパネル輝度の低下が、比較例No.12〜14に比べて小さいものであった。
このことは、実施例No.4〜6では、図6、7に示すように、第1透光性部材が吸収体(NdF)を含有するため、赤色(R)、緑色(G)フィルターの透過率が交差する特定波長域(570nm以上600nm以下)でのスペクトル強度が低下すると共に、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度の減少が少ないことに起因する。
表1に示すように、比較例No.12〜15では、DCI−P3包含率で表わされる色再現範囲が狭く不良であった。また、比較例No.12〜15では、パネル輝度については、吸収体の含有量が多くなると、対照例No.11からの低下が大きくなるものがあった。しかも、表2に示すように、比較例No.12〜14では、吸収体の含有量の増加に伴うパネル輝度の低下が、実施例No.4〜6に比べて大きいものであった。
このことは、比較例No.12〜14では、図8、9に示すように、第1透光性部材が吸収体(Nd)を含有するため、R、Gフィルターの透過率が交差する特定波長域でのスペクトル強度は低下するが、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度が減少することに起因する。また、比較例No.15では、図10に示すように、第1透光性部材が吸収体(Er)を含有するため、緑色蛍光体(緑色光)のスペクトル強度が減少することに起因する。なお、比較例No.15では、R、Gフィルターの透過率が交差する特定波長域でのスペクトル強度の低下は見られなかった。
1A、1B、1C、1D 装置光源
2 青色発光素子
3 緑色蛍光体
4 赤色蛍光体
5 吸収体
6 第1透光性部材
7 ケース部
7a 凹部
8 電極
9 第2透光性部材
10A、10B、10C、10D 発光装置
11、14 筐体
12 実装基板
12a 配線パターン
13 光拡散板
13a、13b 主面
15 導光板
15a 入射面
15b 出射面
15c 主反射面
15d 副反射面
50 液晶パネル
51、60 偏光フィルター
52、59 ガラス基板
53、57 透明電極
54、56 配向膜
55 液晶層
58 カラーフィルター
100 液晶表示装置

Claims (11)

  1. 440nm以上460nm以下の波長域に発光ピークを持つ青色光を発する青色発光素子と、
    前記青色発光素子の発する青色光の一部を吸収して、520nm以上550nm以下の波長域に発光ピークを持つ緑色光を発する緑色蛍光体と、
    前記青色発光素子の発する青色光の一部および前記緑色蛍光体の発する緑色光の一部の少なくとも一方を吸収して、620nm以上670nm以下の波長域に発光ピークを持つ赤色光を発する赤色蛍光体と、
    前記緑色光と前記赤色光の一部を吸収するフッ化ネオジムを含有する吸収体と、
    前記青色発光素子、前記緑色蛍光体および前記赤色蛍光体の発する光の光路上に位置する、前記吸収体が含有される第1部材と、
    を有し、
    前記吸収体の含有量は、前記吸収体が含有される前記第1部材の全質量に対して、1.2質量%以上8.1質量%以下である装置光源。
  2. 前記吸収体は、結晶性化合物からなる請求項1に記載の装置光源。
  3. 前記第1部材は、前記青色発光素子を覆う第1透光性部材であり、
    前記第1透光性部材は、前記緑色蛍光体、前記赤色蛍光体を含有する請求項1または請求項2に記載の装置光源。
  4. 前記第1部材は、第2透光性部材であり、
    前記装置光源は、さらに、前記青色発光素子を覆う第1透光性部材を有し、
    前記第1透光性部材は前記第2透光性部材で覆われており、
    前記第1透光性部材は前記緑色蛍光体および前記赤色蛍光体を含有する請求項1または請求項2に記載の装置光源。
  5. 前記第1部材は、光拡散板であり、
    前記光拡散板は、前記青色光、前記緑色光および前記赤色光の混色光を、一方の主面から入射して、他方の主面から出射する請求項1または請求項2に記載の装置光源。
  6. 前記第1部材は、導光板であり、
    前記導光板は、前記青色光、前記緑色光および前記赤色光の混色光を、側面から入射して、少なくとも一方の主面から出射する請求項1または請求項2に記載の装置光源。
  7. 前記緑色蛍光体は、硫化物蛍光体、酸窒化物蛍光体および酸化物蛍光体の群から選択された少なくとも1種を含有する請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の装置光源。
  8. 前記赤色蛍光体は、フッ化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体および硫化物蛍光体の群から選択された少なくとも1種を含有する請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の装置光源。
  9. 前記吸収体は、Nd1−x(RはNd以外の希土類元素、0≦x<1)で表される組成物を含有する請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の装置光源。
  10. 前記青色発光素子の発光ピークでの発光強度を1とした際、前記緑色蛍光体の発光ピークでの発光強度が0.15以上0.5以下であり、前記赤色蛍光体の発光ピークでの発光強度が0.1以上2.5以下である請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の装置光源。
  11. 前記装置光源は、バックライト光源として用いられる請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の装置光源。
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