JP6815578B2 - 導光部材及びそれを用いた光源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光入射面から入射された光の波長変換を可能とした導光部材及びそれを用いた光源装置に関する。
例えば下記の特許文献１には、光源、波長変換部材及び導光板等を備えた発光装置に関する発明が開示されている。
波長変換部材は、光源と導光板との間に設けられ、光源が発する光を吸収した後、この光の波長とは異なる波長の光を発生させるものである。波長変換部材は、例えばガラス等の筒状の容器に波長変換部物質が封入されている。波長変化物質には、蛍光顔料、蛍光染料又は量子ドット等が含まれる。
このように従来では、波長変換部材を導光板とは別体で設けていた。このため、波長変換部材と導光板との間で位置ずれが生じやすい問題があった。また波長変換部材を導光板とは別体で設けることで、部品点数が多くなる問題があった。さらに、特許文献１に示す細い筒状の容器内に波長変換物質を安定して精度よく封入することは困難であった。
以上により、従来の構成では、波長変換効率のばらつきが大きくなりやすく、また製造コストの上昇や製造工程の煩雑化が問題となった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、従来に比べて部品点数が少なく、安定した波長変換効率を備える導光部材及びそれを用いた光源装置を提供することを目的とする。
本発明の導光部材は、表面と、前記表面と対向する裏面と、前記表面と前記裏面との間を繋ぐ側面に位置する光入射面と、を有する導光板と、前記表面、前記裏面及び前記光入射面の内側に位置する前記導光板内に形成された収納空間と、前記収納空間に配置された波長変換物質を含む樹脂組成物と、を有し、前記導光板の前記表面は、前記波長変換物質と対向する波長変換領域と、前記光入射面から見て前記波長変換領域より遠い側の光出射面と、を有し、前記導光板の前記裏面は、前記波長変換物質と対向する波長変換領域と、前記光入射面から見て前記波長変換領域より遠い側の反射面と、を有し、前記表面及び前記裏面の各波長変換領域上に着色層が形成されていることを特徴とする。これにより従来に比べて色変換を適切かつ高効率に行うことができ、所望の色の光を導光部材の光出射面より得ることができる。
本発明では、導光板内であって光入射面と対向する位置に収納空間を設け、収納空間内に波長変換物質を配置した。このように本発明の導光部材は、導光板としての機能と波長変換機能とを一体化している。したがって、導光板と波長変換部材とを別々に設けた従来の場合のように、導光板と波長変換部材との間の位置合わせが必要なく、波長変換効率を安定にできる。また、本発明では従来に比べて部品点数を少なくできる。さらに、面積の大きい導光板に波長変換物質用の収納空間を設けたため、従来のように細い筒状の容器内に波長変換物質を入れる場合に比べて、波長変換物質を収納空間内に配置しやすく、製造工程を容易化できる。また、部品点数の低減及び製造工程の容易化に基づき製造コストの低減を図ることが可能である。
本発明では、前記波長変換物質は、量子ドットを含むことが好ましい。
また本発明では、前記波長変換物質を含む樹脂組成物が、前記収納空間内に注入されている構成にできる。あるいは、前記波長変換物質を含む樹脂組成物は、成形体からなり、前記成形体が前記収納空間に配置されてなる構成にできる。
また本発明の光源装置は、上記のいずれかに記載の導光部材と、発光素子とを有することを特徴とする。本発明では、前記発光素子が前記導光部材の前記光入射面に一体的に取り付けられていることが好ましい。これにより、導光部材と発光素子とが一体化した光源装置を、表示装置等に搭載することができ、その際、導光部材と発光素子とを位置合わせする煩わしさがなく、組み立ての作業効率を向上させることができる。
本発明の導光部材によれば、従来に比べて部品点数を少なくでき、また安定した波長変換効率を得ることができる。さらに製造工程の容易化や製造コストの低減を図ることができる。
以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
図１は、本実施の形態に係る第１の実施の形態を示す導光部材の斜視図である。図１に示すＸ、Ｙ、Ｚは夫々直交した関係にある。Ｚは、紙面上下方向に向けた高さ方向を指し、Ｘ方向は紙面奥行き方向、Ｙ方向は紙面横方向を指す。
また図３は、図１に示す導光部材をＡ―Ａ線に沿って高さ方向（Ｚ）に切断し矢印方向（Ｘ）から見た縦断面図である。
図１、図３に示すように導光部材１１は、導光板１２と、導光板１２の光入射面１２ａの内側に形成された収納空間５と、収納空間５に配置された波長変換物質３と、を有する。
図１に示すように、導光板１２は、略平板状であり、導光板１２の一方の側面が光入射面１２ａとされる。ここで「側面」とは、図面に示される右側側面及び左側側面図を指す。また図１に示すように、導光板１２は表面（上面）１２ｂ、裏面（下面）１２ｃ、正面１２ｄ及び背面１２ｅを有する。表面１２ｂと裏面１２ｃとは、相対向し、且つ、側面と正面１２ｄ及び背面１２ｅに対し略直交した関係にある。また、正面１２ｄと背面１２ｅとは、相対向し、且つ、側面と表面１２ｂ及び裏面１２ｃに対し略直交した関係にある。具体的には、光入射面１２ａは、Ｘ−Ｚ平面と平行な面であり、表面１２ｂは、Ｘ−Ｙ平面と平面な面である。裏面１２ｃは、光入射面１２ａに近い部分では、Ｘ−Ｙ平面と平行な面であるが、光入射面１２ａから離れるとＸ−Ｙ平面からやや斜めに傾いた面となっている。また、正面１２ｄ及び背面１２ｅは、Ｙ−Ｚ平面と平行な面である。なお、裏面１２ｃは全体が、Ｘ−Ｙ平面と平行な面であってもよいし、全体が、Ｘ−Ｙ平面からやや斜めに傾いた面となっていてもよい。ただし導光板１２の形状は、特に限定されるものでない。
図１に示す導光板１２の表面１２ｂは光出射面１２ｆとして機能する。ただし、波長変換物質３と略対向する領域は波長変換領域１２ｇであり、光入射面１２ａから見て、波長変換物質３より遠い表面１２ｂが光出射面１２ｆとされる。光出射面１２ｆと対向する裏面１２ｃは、Ｘ−Ｙ平面からやや斜めに傾いた面とされている。
図１に示すように、収納空間５は、正面１２ｄから背面１２ｅにまで至る貫通空間であり、あるいは、正面１２ｄのみが開口しており、背面１２ｅ側は閉じられていてもよい。ただし収納空間５は貫通空間であることが好適である。収納空間５は、光入射面１２ａの内側に位置するとともに、表面１２ｂ及び裏面１２ｃに対しても内側に位置している。ただし収納空間５の一部が、光入射面１２ａ、表面１２ｂあるいは裏面１２ｃにまで通じていてもよい。
収納空間５は、導光板１２の紙面横方向（Ｙ）の光入射面１２ａ寄りに形成される。これにより波長変換領域１２ｇは、導光板１２の光入射面１２ａ側の限られた狭い領域にのみ形成される。
図３に示すように、導光板１２の紙面横方向（Ｙ）の長さ寸法をＬ１としたとき、波長変換領域１２ｇの長さ寸法はＬ２である。そして、Ｌ２／Ｌ１は、０．０１〜０．２程度とされる。よって、Ｌ１−Ｌ２が、光出射面１２ｆの領域となる。
図１、図３に示すように、波長変換物質３が収納空間５内に設けられる。波長変換物質３は、量子ドットを含むことが好ましい。波長変換物質３として、量子ドット以外の蛍光顔料、蛍光染料等を用いてもよいが、量子ドットを含むことが、波長変換特性に優れる。
波長変換物質３を含む樹脂組成物が、収納空間５内に設けられることが好ましい。樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂、又は、これらのいくつかの混合物等を使用することができる。波長変換物質３が樹脂中に分散された状態とされている。
また、波長変換物質３を分散させる樹脂の屈折率は、導光板１２の屈折率に比べて小さいことが好ましい。例えば、シリコーン樹脂の屈折率は、ナトリウムＤ線、２３℃において、信越化学工業（株）製のＳＣＲ１０１６で１．５２、（株）ダイセル製のＡ２０４５で１．５５、信越化学工業（株）製のＫＥＲ−２５００で１．４１、（株）ダイセル製のＡ１０８０で１．４１である。また、エポキシ樹脂の屈折率は、ナトリウムＤ線、２３℃において、（株）ダイセル製のセルビーナスＷＯ９１７で１．５１、セルビーナスＷＯ９２５で１．５０である。これに対して例えば導光板１２がアクリル樹脂で形成されるとき、導光板１２の屈折率は、一般的なアクリル樹脂の場合で１．４９程度である。波長変換物質３を分散させる樹脂及び導光板１２の材質を適切に選択することにより、樹脂の屈折率を、導光板１２の屈折率に比べて小さくできる。例えば、波長変換物質３を分散させる樹脂として屈折率が１．４１のシリコーン樹脂であるＡ１０８０又はＫＥＲ−２５００を用い、導光板１２を屈折率１．４９のエポキシ樹脂で構成することができる。これにより、波長変換物質３内に進入した光の一部が、収納空間５に面する導光板１２の側壁部分で全反射する。屈折率の小さい媒体側における入射角は、屈折率の大きい媒体側における入射角より大きくなるためである。これにより光が導光板１２の側方から外部へ漏れる量を減らすことができるので、色変換効率及び発光強度を高めることができる。
また波長変換物質３に含まれる量子ドットの構成及び材質を限定するものではないが、例えば、本実施の形態における量子ドットは、半導体粒子のコアと、コアの周囲を被覆するシェル部とを有することができる。コアには、例えば、ＣｄＳｅが使用されるが、特に材質を限定するものでない。例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、これらのいくつかの複合物等が使用できる。
量子ドットとしては、例えば、吸収波長が４６０ｎｍ（青色）であって、蛍光波長が約５２０ｎｍ（緑色）の量子ドット及び約６６０ｎｍ（赤色）の量子ドットの２種類が含まれている。このため、光入射面１２ａから青色の光が入射されると、それぞれの量子ドットによって、青色の一部が、緑色又は赤色に変換される。これによって、光出射面１２ｆから白色の光を得ることができる。
光出射面１２ｆと対向する裏面１２ｃは光反射面であり、光入射面１２ａへ入射され波長変換領域１２ｇを通った光は、裏面１２ｃで反射して光出射面１２ｆから外部へ取り出される。図３では、光出射面１２ｆと対向する裏面１２ｃに反射層１４が設けられている。ただし、反射層１４を設けず、裏面１２ｃを加工するなどして反射面とすることができる。
また図３では、波長変換領域１２ｇの表面１２ｂ及び裏面１２ｃに着色層４が設けられている。着色層４は、光入射面１２ａ及び光出射面１２ｆを除く少なくとも一部の領域に形成されていればよい。「着色層」とは透明でない層であり、白色を含む色が着色された層を指す。着色層４は、塗料、インク、あるいはテープにより構成されることが好ましい。また着色層４の色を限定するものでないが、白色であることが好適である。したがって白い塗料や白色インクを表面１２ｂ及び裏面１２ｃに塗布したり、白色テープを表面１２ｂ及び裏面１２ｃに貼るだけで簡単に着色層４を形成することができる。
これにより、光入射面１２ａに入射した光が、収納空間５と表面１２ｂとの間、及び収納空間５と裏面１２ｃとの間の側方領域７を通過する光抜けを抑制することができ、色変換を適切かつ高効率に行うことができ、所望の色の光を光出射面１２ｆより得ることができる。なお、着色層４は形成されていなくてもよい。
以上のように本実施の形態では、導光板１２内であって光入射面１２ａと対向する位置に収納空間５を設け、収納空間５内に波長変換物質３を配置した。このように本実施の形態の導光部材１１は、導光板としての機能と波長変換機能とを兼ね備えており、従来のように、導光板と波長変換部材とを別々に設けることが必要でない。
したがって本実施の形態では、従来のように、導光板と波長変換部材との間の位置合わせは必要なく、波長変換効率を安定にできる。また従来のように、導光板と波長変換部材とを別々に設け、これら部材を組み合わせた形態では、導光板と波長変換部材との間に境界面が生じ、境界面での光の拡散や反射が起こりやすくなる。これに対して本実施の形態では、光入射面１２ａから入射された光は、波長変換領域１２ｇから、一体化した導光板１２内を通って光出射面１２ｆに導かれる。したがって安定した波長変換効率を得ることができるとともに光強度を高めることができる。
また、本実施の形態では導光板と波長変換部材とを一体化しているため、従来に比べて部品点数を少なくできる。さらに本実施の形態では、面積の大きい導光板１２に設けた波長変換物質用の収納空間５に波長変換物質３を配置するので、従来のように波長変換物質を封入した細い管状の容器を配置する場合に比べて、製造工程を容易化できる。また、部品点数を少なくでき且つ製造工程の容易化に基づき製造コストの低減を図ることが可能である。
本実施の形態では、波長変換物質３を含む樹脂組成物が、収納空間５内に注入されてもよいし、波長変換物質３を含む樹脂組成物が成形体からなり、成形体が収納空間５に配置されてもよい。波長変換物質３を含む樹脂組成物を収納空間５に注入する形態は、成形体を収納空間５に挿入する場合に比べて、波長変換物質３を含む樹脂組成物内に気泡が入る可能性が高い。したがって、図７に示すように、予め、波長変換物質３を含む樹脂組成物からなる成形体４０を、射出成形等で成形しておき、成形体４０を収納空間５へ挿入する形態とすることが気泡発生を抑制でき好適である。成形体４０は、射出成形のほか、押出成形、中空成形、熱成形、圧縮成形、カレンダー成形、インフレーション法、キャスティング法等の方法を用いて作製してもよい。
成形体４０を収納空間５と同等あるいは収納空間５よりもやや大きく形成し、成形体４０を収納空間５内へ圧入することができる。これにより成形体４０の外周面と収納空間５の壁面とを密着させることができる。あるいは成形体４０を収納空間５よりもやや小さく形成し、成形体４０の外周囲に接着剤を塗布した状態で、成形体４０を収納空間５内に挿入してもよい。これにより、成形体４０の外周面と収納空間５の壁面との間を、接着層を介して密着させることができる。また本実施の形態では、体積の大きい導光板１２に収納空間５を設けて、成形体４０を収納空間５に挿入する形態であるため、従来のように細い筒状の容器を用いる場合に比べて、成形体４０の挿入を容易化できる。加えて、収納空間５を有する側の部材（本実施の形態における導光体１２）側が成形体４０の圧入等により破損する不具合を抑制することができる。
図２は、本実施の形態に係る第２の実施の形態を示す導光部材及びそれを用いた光源装置の斜視図である。図４は、図２に示す光源装置をＢ―Ｂ線に沿って高さ方向（Ｚ）に切断し矢印方向（Ｘ）から見た縦断面図である。図２、図４において、図１、図３と同じ部分は、図１、図３と同じ符号を付した。
図２、図４に示す導光部材１１は、図１、図３に示す導光部材１１と同じく、導光板１２と、収納空間５と、波長変換物質３とを有して構成されるが、図４に示すように、光入射面１２ａと収納空間５との間の距離Ｌ３は、図３に示す光入射面１２ａと収納空間５との間の距離Ｌ４よりも長く形成されている。例えば、距離Ｌ３は、１ｍｍ〜８ｍｍ程度である。
図２、図４に示す実施の形態では、発光素子（ＬＥＤ）１０が、導光部材１１の光入射面１２ａに一体的に取り付けられている。発光素子１０と導光部材１１とで光源装置７０が構成される。
収納空間５に配置された波長変換物質３と発光素子１０との間の距離が近くなると、波長変換物質３に量子ドットを含む場合、発光素子１０に対向する波長変換物質３の部分に黒変が発生することがわかった。黒変が生じるのは、発光素子１０からの光あるいは熱、又はその両方の影響が量子ドットに影響を及ぼすことが原因である。
そこで図２、図４の構成では、黒変発生を抑制すべく、波長変換物質３を発光素子１０から遠ざけるために、波長変換物質３と光入射面１２ａとの間の距離Ｌ３を延ばし、これにより、発光素子１０を光入射面１２ａに一体的に取り付けても、適切に波長変換物質３を発光素子１０から遠ざけることができる。これにより、従来に比べて黒変発生を抑制することができるとともに、光源装置７０を簡単に組み立てることができる。
図５は、図４に示す光源装置を用いた表示装置の縦断面図である。図５に示すように表示装置５０は、発光素子１０（ＬＥＤ）と、導光部材１１と、導光部材１１の光出射面１２ｆと対向する液晶ディスプレイ等の表示部５４と、を有する。図５では、表示部５４と導光部材１１との間に拡散板５３等が介在している。ただし、拡散板５３は設けられていなくてもよい。表示部５４の裏面に配置された光源装置７０は、バックライト装置として機能する。
また図３から図５では、着色層４を導光板１２の外面に形成していたが、図６に示すように、着色層４を収納空間５の壁面５ａに形成することもできる。あるいは、図６に示すように、導光板１２の側面と収納空間５との間の導光板１２の側部１２ｈそのものを着色層４とすることができる。係る場合、導光板１２の成形を二色成形し、このとき、導光板１２の側部１２ｈとなる部分には着色した樹脂を用いる。あるいは、導光板１２の側部１２ｈと、それ以外の部分とを接着等で接合して導光板１２を形成することもできる。
また図１に示す導光板１２の波長変換物質３を有する両端１２ｉの位置に、着色層４を設けてもよい。これにより、導光板１２の両端からの光抜けを抑制することができ、従来に比べて色変換を適切かつ高効率に行うことができる。また、図３等に示す反射層１４はドット状等であってもよい。
本実施の形態では、光源装置７０から表示部５４に向けて波長変換効率に優れたバックライトを照射でき、表示装置５０としての表示特性を向上させることができる。
本発明では、導光板に設けられた収納空間に波長変換物質を配置した導光部材を用いて、光源装置、表示装置等を実現できる。本発明の導光部材によれば、安定した波長変換効率を得ることができるので、本発明の導光部材を用いた光源装置、表示装置等を高品質に維持することができる。また導光部材の部品点数を従来よりも少なくでき、従来に比べて導光部材、光源装置、表示装置の生産コストを低減させることができる。
本出願は、２０１４年１１月４日出願の特願２０１４−２２４０５４に基づく。この内容は全てここに含めておく。
Claims (6)
- 表面と、前記表面と対向する裏面と、前記表面と前記裏面との間を繋ぐ側面に位置する光入射面と、を有する導光板と、
前記表面、前記裏面及び前記光入射面の内側に位置する前記導光板内に形成された収納空間と、
前記収納空間に配置された波長変換物質を含む樹脂組成物と、を有し、
前記導光板の前記表面は、前記波長変換物質と対向する波長変換領域と、前記光入射面から見て前記波長変換領域より遠い側の光出射面と、を有し、
前記導光板の前記裏面は、前記波長変換物質と対向する波長変換領域と、前記光入射面から見て前記波長変換領域より遠い側の反射面と、を有し、
前記表面及び前記裏面の各波長変換領域上に着色層が形成されていることを特徴とする導光部材。 - 前記波長変換物質は、量子ドットを含むことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
- 前記波長変換物質を含む樹脂組成物が、前記収納空間内に注入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導光部材。
- 前記波長変換物質を含む樹脂組成物は、成形体からなり、前記成形体が前記収納空間に配置されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導光部材。
- 請求項１から請求項４のいずれかに記載の導光部材と、発光素子とを有することを特徴とする光源装置。
- 前記発光素子が前記導光部材の前記光入射面に一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
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