WO2011135893A1 - Ｌｅｄバックライトおよび液晶表示装置 - Google Patents

Ｌｅｄバックライトおよび液晶表示装置 Download PDF

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WO2011135893A1
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賢治 高瀬
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シャープ株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
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    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side

Definitions

  • the present invention relates to an LED backlight used in a liquid crystal display device and the like, and a liquid crystal display device including the LED backlight.
  • LEDs light-emitting diodes
  • an edge light type backlight in which a plurality of LED light sources are installed on a side surface portion of a light guide plate having a planar light emitting surface is used.
  • This edge light type backlight has a configuration in which a large number of LED light sources each serving as a point light source are arranged on the side surface of the light guide plate.
  • the LED backlight having such a configuration if the luminance of each LED light source varies, the luminance of light incident on the light guide plate becomes non-uniform, and the emission luminance of the light emitting surface may become non-uniform. . Therefore, in order to prevent the occurrence of color unevenness on the light emitting surface, it is important to make the brightness of each LED light source uniform.
  • white light sources used for LED backlights such as liquid crystal display devices are, for example, white LED light sources that emit white light using three primary colors of blue, green, and red LED chips, and blue LED chips and yellow phosphors.
  • a white LED light source that emits white light by forming a light source, and a white LED light source that emits white light by forming a light source with a blue LED chip, a green phosphor, and a red phosphor are known.
  • the light emission color is determined by the combination of the light emitted from the LED chip and the excitation light emitted from the phosphor.
  • the excitation light emitted from the phosphor varies depending on the particle size and blending ratio of the phosphor to be blended. Therefore, it is known that the chromaticity of the white LED light source itself to be manufactured varies due to variations in the particle size and blending of the phosphors during manufacturing, and variations in the emission wavelength of the LED chip.
  • the short wavelength component of the blue light emitted from the blue LED element is relatively strong, and the yellow phosphor Long-wavelength components such as yellow and red light that are emitted become relatively weak light, and the desired white light may not be obtained.
  • an LED chip that emits light of a predetermined wavelength and an LED light source having a uniform chromaticity packaged by uniformly dispersing a predetermined phosphor are combined. It is essential. Therefore, the produced LED light source is classified according to its chromaticity, and a backlight that emits light with a desired emission color is manufactured using the same type of LED light source classified.
  • the LED backlight has a large variation in LED characteristics (luminosity and chromaticity), uses only specified characteristics, and is expensive because it uses many.
  • the conventional edge light type backlight described in Patent Document 1 is configured as shown in a schematic perspective view shown in FIG. 7A and a schematic cross-sectional view shown in FIG. 7B, for example.
  • C1 is a white LED light source
  • C2 is a light guide plate
  • C3 is a diffusion plate
  • C4 is a Y-direction prism sheet
  • C5 is an X-direction prism sheet
  • C7 is a liquid crystal panel.
  • a reflective sheet C6 is attached to the lower surface of the light guide plate C2.
  • the light emitted from the white LED light source C1 is incident from the side surface of the light guide plate C2, propagates through the inside while repeating reflection between the upper surface and the lower surface of the light guide plate C2, and is diffused from the irregular reflection surface formed on the lower surface. Light is emitted upward (Z direction) from the smooth upper surface.
  • the YAG phosphor Cy is mixed inside the light guide plate C2, and a part of the blue component having a high peak intensity is absorbed in the light guide plate C2 to emit yellow-green excitation light. Thus, variations in chromaticity of the white LED light source are corrected.
  • the chromaticity changes due to a decrease in light emission efficiency due to heat generation during LED light emission and a corresponding decrease in wavelength conversion efficiency of the phosphor To do. Further, the phosphor itself also has a wavelength conversion efficiency lowered due to heat generation during LED light emission, resulting in a change in chromaticity. Therefore, in the white LED light source which mix
  • the white LED light source described in Patent Document 1 is also an LED light source blended with a phosphor, the wavelength conversion efficiency of the phosphor due to heat generation during LED emission is reduced, and there is a possibility that the chromaticity may change with time.
  • the backlight is of a type in which LED light sources mixed with phosphors are installed on both sides of the light guide plate, the light of the LED light source facing the light that goes straight from one side is irradiated to another color wavelength. There is a possibility that color unevenness occurs around the LED light emitting part.
  • the LED light source used for the edge-light type backlight does not easily change its emission chromaticity due to heat generated during LED emission, and does not emit light at a different color wavelength even when other light is irradiated.
  • it is a liquid crystal display device which does not produce the fall of luminous efficiency and a chromaticity change easily using the LED backlight comprised in this way.
  • the present invention has an edge light type LED backlight in which an LED light source is disposed on the side of a light guide plate, and its emission chromaticity does not easily change due to heat generated during LED emission.
  • an LED backlight having an LED light source that does not emit light at a different color wavelength even when irradiated with other light, and provided with this LED backlight provides a liquid crystal display device that is less likely to cause a decrease in luminous efficiency and chromaticity change. The purpose is to do.
  • the present invention provides an edge-light type LED backlight in which an LED light source is arranged on a side portion of a light guide plate serving as a planar light emitter, and a single color LED that emits the LED light source in a predetermined color.
  • the LED light source does not include a phosphor
  • the emission chromaticity does not easily change due to heat generated during LED emission.
  • an LED backlight including an LED light source that does not emit light at a different color wavelength even when irradiated with other light can be obtained.
  • the ink material forming the embossed pattern includes a phosphor that emits excitation light of a predetermined color
  • the monochromatic light emitted from the LED chip and the excitation light of the predetermined color emitted from the phosphor inside the light guide plate As a combined light that is repeatedly reflected and uniformly mixed, an LED backlight that emits from the light emitting surface on the upper surface of the light guide plate can be obtained.
  • the embossed pattern is formed by printing the ink material on the planar surface of the light guide plate in a convex lens shape. According to this configuration, the predetermined synthesized light can be uniformly diffused and emitted through the light diffusion portion formed in a lens shape containing the phosphor.
  • the present invention is characterized in that, in the LED backlight having the above-described configuration, the embossed pattern is formed by filling the ink material into a prismatic recess formed on the surface of the light guide plate. According to this configuration, the predetermined synthesized light can be uniformly diffused and emitted through the light diffusing portion formed in a prism shape containing the phosphor.
  • the LED chip is a blue LED chip
  • the phosphor is a yellow phosphor that emits yellow light when excited by blue, and a white color in which blue and yellow are synthesized. It is characterized by emitting light.
  • the LED chip even if the LED chip is a single-color LED chip that emits light in blue, since the embossed pattern that diffuses light contains the yellow phosphor, the LED chip emits blue light inside the light guide plate. It can be emitted from the light emitting surface on the upper surface of the light guide plate as white light that is repeatedly reflected and uniformly synthesized by the yellow light emitted from the phosphor.
  • the LED chip is a blue LED chip, the phosphor is excited to blue to emit green, and the phosphor is excited to blue to emit red. It is characterized by emitting light in white that is a combination of blue, green and red. According to this configuration, even if the LED chip is a single-color LED chip that emits light in blue, the light pattern that diffuses light contains the green phosphor and the red phosphor. It can be emitted from the light emitting surface on the upper surface of the light guide plate as white light that is uniformly synthesized by repeatedly reflecting blue light emitted and green and red light emitted by the phosphor.
  • the present invention is characterized in that, in the LED backlight having the above configuration, the ink material is applied to a surface of the side portion of the light guide plate where the LED light source is not disposed. According to this configuration, when the light from the LED chip is reflected by the side surface portion, the predetermined excitation light is emitted and further diffused into the predetermined combined light, thereby improving the luminance emitted from the light emitting surface. be able to.
  • the present invention is characterized in that a liquid crystal display device including a liquid crystal panel and the LED backlight according to any one of claims 1 to 6 is provided.
  • the light emission chromaticity does not easily change due to heat generated during LED light emission
  • the LED backlight includes an LED light source that does not emit light at a different color wavelength even when irradiated with other light. It is possible to obtain a liquid crystal display device in which a decrease in luminous efficiency and a change in chromaticity hardly occur.
  • the LED light source is an LED light source in which a single color LED chip that emits light of a predetermined color is sealed with a transparent resin
  • the reflective embossed pattern provided on the surface of the light guide plate is an LED backlight formed with an ink material blended with the phosphor excited with the predetermined color
  • the emission chromaticity is easily generated by the heat generated during LED emission.
  • An LED backlight including an LED light source that does not change and does not emit light at a different color wavelength even when irradiated with other light can be obtained.
  • a liquid crystal display device that is provided with this LED backlight and is unlikely to cause a decrease in light emission efficiency or chromaticity change can be obtained.
  • the LED backlight BL is an illumination device used in the liquid crystal display device 1 including the liquid crystal display panel 6 and includes an LED light source 2, a light guide plate 4, and an optical sheet 5, as shown in the figure.
  • the configuration is
  • the LED light source 2 is mounted on a substrate 3, and an LED chip that is electrically connected to the substrate 3 and emits light in a predetermined color is mounted.
  • the light guide plate 4 is a planar light emitter that emits light incident from the side surface 41 in a planar shape from the upper surface 42.
  • the color optical sheet 5 includes a diffusion sheet and a lens sheet, and has a function of making the light emitted from the light emitting surface of the light guide plate 2 uniform and increasing the luminance.
  • the liquid crystal display device 1 is formed by mounting the liquid crystal panel 6 on the LED backlight BL installed inside the chassis 10 which is a frame.
  • the shape of the LED backlight BL is the same as that of the liquid crystal display device 1. For example, if the liquid crystal display device 1 is rectangular in plan view, the LED backlight BL is also rectangular in plan view.
  • the LED light source 2 when used for an edge light type LED backlight BL, the LED light source 2 is disposed on a side portion of the light guide plate 4 serving as a planar light emitter.
  • the LED light source 2 may be installed on one side of the light guide plate 4, but the LED light source 2 may be arranged on both sides of the side. It is configured to be disposed on both sides of the optical plate 4.
  • the light guide plate 4 is made of, for example, a plate-like transparent acrylic material, and light incident from the side surface proceeds while being totally reflected in the acrylic plate, and a light diffusion portion (for example, a texture pattern) provided on the acrylic plate.
  • the planar light-emitting body is formed by utilizing the phenomenon in which the light component having a smaller angle than the total reflection angle emerges from the surface of the acrylic plate.
  • the light diffusing portion is a reflective dot formed by printing, in a predetermined shape, a reflective ink obtained by kneading a pigment (for example, titanium white or precipitated barium sulfate) that has no optical absorption and high reflectance and an acrylic binder.
  • a pigment for example, titanium white or precipitated barium sulfate
  • an acrylic binder for example, it consists of a grain pattern SP.
  • the light-diffusion part using the reflective dot which consists of a rough surface (for example, surface which has fine unevenness
  • the light diffusing portion is configured to use a texture pattern SP formed with a predetermined shape of reflective dots at a predetermined position using a predetermined ink material.
  • the drawing shows that the embossed pattern SP is provided on the lower surface of the light guide plate 4.
  • the embossed pattern SP may be provided on the upper surface of the light guide plate 4, and both the upper and lower surfaces are provided. May be provided.
  • the edge light type LED backlight BL includes the LED light source 2 mounted on the substrate 3 on the side of the light guide plate 4, light enters the light guide plate from the side surface 41 of the light guide plate 4. The light in the light guide plate is totally reflected and spreads throughout the light guide plate. The light diffusely reflected by the embossed pattern SP is emitted from the upper surface 42 of the light guide plate 4 to form a light emitting surface.
  • the embossed pattern SP has a function of receiving predetermined light and emitting light of different wavelengths
  • the first light R1 emitted from the LED light source 2 is received as shown in FIG.
  • the pattern SP emits the second light R2 and becomes the LED backlight BL that emits light with the combined light R3 obtained by combining these lights.
  • the light emitted from the LED light source 2 is formed by forming the embossed pattern SP for light diffusion reflection with an ink material containing a phosphor that receives light of a predetermined color wavelength and emits excitation light of a predetermined color. It becomes possible to emit luminescent colors of different tones.
  • the LED light source 2 can use an LED light source in which a single-color LED chip that emits light of a predetermined color is sealed with a transparent resin, and does not need to contain a phosphor in the sealing resin. It becomes composition.
  • the package configuration includes an LED chip 21, a bonding wire 22, a sealing resin 23, and a phosphor 24.
  • the LED chip 21 is a blue LED chip that emits blue light
  • the bonding wire 22 is a current-carrying wire made of a gold wire
  • the sealing resin is a transparent resin having transparency (for example, a silicon resin).
  • the phosphor 24 is a yellow phosphor that emits yellow fluorescence in response to blue.
  • the fluorescent substance 24 is contained in the sealing resin 23, the 1st light (for example, blue light) which LED chip 21 light-emits is received, and 2nd light is received. (For example, yellow light) is emitted, and the first light and the second light are combined to emit the third light.
  • the 1st light for example, blue light
  • 2nd light for example, yellow light
  • the LED light source 2 has a package configuration that includes the LED chip 21, the bonding wire 22, and the sealing resin 23 but does not include the phosphor 24.
  • the LED light source 2 directly emits the first light emitted from the LED chip 21.
  • the LED light source 2 having the above-described configuration, there is no variation among individual LED light sources caused by variation in the particle size of the phosphor 24, variation in the blending ratio, variation in dispersion, etc., and the LED light source with stable quality. 2 can be produced.
  • the phosphor 24 is not contained, the influence of the phosphor due to the LED heat generation is eliminated, so that the wavelength conversion efficiency can be reduced and the chromaticity change can be improved. Furthermore, when a plurality of LED light sources 2 are installed facing each other, no fluorescence is generated even when the straight LED light is irradiated to the facing LED light sources 2. Color unevenness does not occur.
  • the LED backlight BL of the present embodiment is a phosphor that emits excitation light of a predetermined color upon receiving light of a predetermined color wavelength. Since the embossed pattern SP for light diffusive reflection formed of an ink material containing the above is provided, an LED backlight that emits light in a desired color is obtained.
  • the embossed pattern SP is a reflective dot in which an ink material that is optically non-absorbing and has a high reflectance and a predetermined phosphor is formed in a predetermined shape. 4 can be provided on the upper surface or the lower surface.
  • various types of shapes can be used, for example, a circular or rectangular texture pattern SP1 formed in a convex shape from the lower surface 43 of the light guide plate 4 shown in FIG. 3A.
  • the pattern SP3 may also be a texture pattern SP4 formed in a convex lens shape on the lower surface 43 of the light guide plate 4 shown in FIG. 3D.
  • These wrinkle patterns SP are coated or filled with an ink material containing a phosphor on the surface of the light guide plate 4 processed into silk printing, ink jet printing, or a predetermined concave shape, and then It can be formed by curing with.
  • the LED backlight BL is characterized by the fact that there is no variation among the individual LED light sources, the feature that the phosphor does not malfunction due to the LED heat generation, and the LED light source 2 that faces the LED backlight BL. Demonstrates the feature of non-uniform color.
  • the phosphor contained in the LED light source does not change over time due to the heat generated by the LED light source.
  • the display color 7 has a substantially uniform hue over the entire display screen, and no color unevenness occurs. In particular, it is possible to improve color unevenness that tends to occur in the periphery of the LED light source.
  • the fact that the phosphor changes with time due to the heat generated by the LED light source means that when the temperature of the phosphor increases, the wavelength conversion efficiency of the phosphor decreases and the luminous efficiency of the phosphor decreases, and an example is shown in FIG. .
  • the wavelength of light emitted from an LED changes depending on its temperature (wavelength shift), and tends to shift to a long wavelength side at a high temperature and to a short wavelength side at a low temperature. Therefore, in a backlight composed of an LED light source containing a phosphor, for example, as shown in FIG. 6, the emission intensity at each emission wavelength ⁇ varies depending on the temperature of the LED light source, and the emission spectrum P2 changes from the emission spectrum P1. Until then, the chromaticity will vary.
  • the reflective dots are formed using the ink material containing the phosphor on the light guide plate that is not affected by the LED light source that generates heat and does not generate heat. It is preferable that the chromaticity change hardly occurs.
  • the ink material containing the phosphor is applied to the side of the light guide plate where the LED light source is not disposed, the side surface is further diffused and reflected as a predetermined combined light.
  • the brightness of the emitted light can be improved, which is preferable.
  • the fluorescent pattern is included in the embossed pattern provided on the surface of the light guide plate, the light that travels by being totally reflected inside the light guide plate propagates in a good state as it is. Therefore, the light emission luminance from the upper surface of the light guide plate can be made uniform.
  • an edge light type LED backlight with high color rendering and high efficiency can be obtained.
  • the liquid crystal display device is configured to include the LED backlight and the liquid crystal panel. Therefore, the emission chromaticity does not easily change due to the heat generated when the LED light source emits light, and the LED backlight is provided with an LED light source that does not emit light at a different color wavelength even when other light is irradiated. A liquid crystal display device in which a decrease in efficiency and a change in chromaticity hardly occur can be obtained.
  • the LED backlight is a planar light emitter that emits white light.
  • the white light includes, for example, an LED light source equipped with a blue LED chip, and a blue light that contains a yellow phosphor that emits yellow light in response to the blue light. It can inject
  • an LED light source equipped with a blue LED chip, and a wrinkle pattern (light diffusing part) containing a green phosphor that emits green light upon receiving the blue color and a red phosphor that emits red light when excited by blue light is used.
  • the LED chip is a single-color LED chip that emits blue light
  • the embossed pattern that diffuses and reflects light contains the green phosphor and the red phosphor. Blue light emitted from the chip, green light emitted from the phosphor and red light are repeatedly reflected, and can be emitted from the light emitting surface on the upper surface of the light guide plate as uniformly synthesized white light.
  • an edge light type LED backlight in which an LED light source is disposed on the side of a light guide plate, a single color LED chip that emits the LED light source in a predetermined color is sealed with a transparent resin.
  • the LED light source, and the light-reflective pattern for diffusion reflection provided on the surface of the light guide plate is an LED backlight formed with an ink material containing a phosphor that is excited with the predetermined color. It is possible to obtain an LED backlight that does not easily change its emission chromaticity and does not emit light at a different color wavelength even when irradiated with other light.
  • liquid crystal display device that is provided with this LED backlight and is less likely to cause a decrease in luminous efficiency and chromaticity change.
  • the effect that the variation among the individual LED light sources does not occur, the effect that the defect of the phosphor due to the LED heat generation does not occur, and the opposing LED The effect of not causing color unevenness due to the light source 2 can be exhibited.
  • the LED backlight according to the present invention can be suitably used as an LED backlight that emits light by combining light emitted from the LED chip and light emitted from the phosphor.

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Abstract

　導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを提供し、このＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を提供するために、導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ光源２を、所定の色で発光する単色のＬＥＤチップ２１を透明樹脂２３で封止したＬＥＤ光源とし、導光板表面に設ける反射用のシボパターンＳＰを、所定の色で励起する蛍光体を配合したインク材で形成する構成とした。

Description

ＬＥＤバックライトおよび液晶表示装置
　本発明は、液晶表示装置などに用いられるＬＥＤバックライト、および、このＬＥＤバックライトを備える液晶表示装置に関する。
　近年、発光効率の向上や発光量の増加と共に、寿命が長く消費電力が小さくて、環境にやさしいとされるＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明装置が実用化されつつある。また、液晶表示装置等のバックライトとして、平面状の発光面を有する導光板の側面部に複数のＬＥＤ光源を設置したエッジライト型のバックライトが用いられている。
　この、エッジライト型のバックライトは、それぞれが点光源となる多数のＬＥＤ光源を導光板の側面部に配設した構成となる。このような構成のＬＥＤバックライトでは、それぞれのＬＥＤ光源の輝度にばらつきが生じると、導光板に入射する光の輝度が不均一となって、発光面の発光輝度が不均一になる虞が生じる。そのために、発光面上での色ムラの発生を防止するためには、それぞれのＬＥＤ光源の輝度を揃えることが肝要である。
　また、液晶表示装置等のＬＥＤバックライトに使用する白色光源は、例えば、青色と緑色と赤色の三原色のＬＥＤチップを用いて白色光を発する白色ＬＥＤ光源や、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とで光源を構成して白色光を発する白色ＬＥＤ光源や、青色ＬＥＤチップと緑色蛍光体と赤色蛍光体で光源を構成して白色光を発する白色ＬＥＤ光源が知られている。
　この、ＬＥＤチップと蛍光体を用いた白色ＬＥＤ光源は、ＬＥＤチップが発光する光と蛍光体が発する励起光との組み合わせで発光色が決まる。また、蛍光体が発する励起光は、配合する蛍光体の粒径や配合割合によって異なることが知られている。そのために、製造時の蛍光体の粒径のばらつきや配合のばらつきにより、また、ＬＥＤチップの発光波長のばらつき等によって、製造される白色ＬＥＤ光源自体の色度がばらつくことが知られている。
　また、上記のばらつきに加えて、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とで光源を構成して白色光を発する方法では、青色ＬＥＤ素子から発する青色光の短波長成分が比較的強く、黄色蛍光体で発する黄色や赤色光などの長波長成分が比較的弱い光となってしまい、所望の白色光にならないことがある。
　所定の発光色のＬＥＤバックライトを製造するためには、所定の波長の光を発光するＬＥＤチップと所定の蛍光体を均一に分散してパッケージされた均一な色度のＬＥＤ光源を組み合わせることが肝要である。そのために、作成されたＬＥＤ光源を、その色度毎に種類分けし、種類分けされた同種類のＬＥＤ光源を用いて、所望の発光色で発光するバックライトを製造している。
　このように、ＬＥＤバックライトは、ＬＥＤの特性バラツキ（光度や色度）が大きく、規定内特性品しか使用せず、また、多数使用することからコスト高となっている。
　そのために、エッジライト型のバックライトにおいて、導光板の内部にＹＡＧ蛍光体を混入し、または、導光板の表面にＹＡＧ蛍光体を配合した樹脂を付着して、白色ＬＥＤ光源の色度のばらつきを補正するとした照明装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　上記の特許文献１に記載された従来のエッジライト型のバックライトは，例えば図７Ａに示す概略斜視図と図７Ｂに示す概略断面図のような構成とされている。ここで、Ｃ１は白色ＬＥＤ光源、Ｃ２は導光板、Ｃ３は拡散板、Ｃ４はＹ方向プリズムシート、Ｃ５はＸ方向プリズムシート、Ｃ７は液晶パネルである。また、反射シートＣ６が導光板Ｃ２の下面に貼り付けられている。
　そして、白色ＬＥＤ光源Ｃ１の発光は、導光板Ｃ２の側面から入射し、導光板Ｃ２の上面と下面の間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、下面に形成された乱反射面から拡散された光が平滑な上面から上方（Ｚ方向）に向けて出射される。
　また、導光板Ｃ２の内部にはＹＡＧ蛍光体Ｃｙが混入されていて、この導光板Ｃ２の内部において入射光のうちピーク強度が大きい青色成分の一部を吸収して黄緑色の励起光を発光して、白色ＬＥＤ光源の色度のばらつきを補正するようにしている。
特開２００３－１００１２６号公報
　ＬＥＤチップを封止する樹脂に蛍光体を配合して所定の色で発光するＬＥＤ光源では、ＬＥＤ発光時の発熱による発光効率の低下とそれに伴う蛍光体の波長変換効率の低下により色度が変化する。また、蛍光体自体も、ＬＥＤ発光時の発熱によりその波長変換効率が低下して色度変化が生じる。そのために、蛍光体を配合した白色ＬＥＤ光源では、経時変化により白色ＬＥＤ光源自体の色度が変化する問題が生じる。
　特許文献１に記載された白色ＬＥＤ光源も、蛍光体を配合したＬＥＤ光源であるので、ＬＥＤ発光時の発熱による蛍光体の波長変換効率が低下して、色度が経時変化する虞が生じる。
　また、導光板の両側部に蛍光体を配合したＬＥＤ光源を設置するタイプのバックライトであれば、一方の側から直進する光が対向するＬＥＤ光源の蛍光体を照射して、別の色波長に変換して発光し、ＬＥＤ発光部周辺に色ムラが発生する虞が生じる。
　そのために、エッジライト型のバックライトに用いるＬＥＤ光源は、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、他の光が照射されても、別の色波長で発光しない構成であることが好ましい。また、このように構成されるＬＥＤバックライトを用いて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置であることが好ましい。
　そこで本発明は、上記問題点に鑑み、導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを提供し、このＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明は、面状発光体となる導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、前記ＬＥＤ光源を所定の色で発光する単色のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤ光源とし、前記導光板表面に設ける拡散反射用のシボパターンを、前記ＬＥＤ光源からの光を受けて所定の色の励起光を発光する蛍光体を配合したインク材で形成したことを特徴としている。
　この構成によると、ＬＥＤ光源が蛍光体を含んでいないので、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化しない。また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを得ることができる。また、シボパターンを形成するインク材が所定の色の励起光を発光する蛍光体含んでいるので、導光板内部において、ＬＥＤチップが発光する単色の光と蛍光体が発光する所定色の励起光とが繰り返し反射されて均一に混色された合成光として、導光板上面の発光面から射出するＬＥＤバックライトを得ることができる。
　また本発明は上記構成のＬＥＤバックライトにおいて、前記シボパターンは、前記導光板の平面状表面に前記インク材を凸状のレンズ状に印刷して形成していることを特徴としている。この構成によると、蛍光体を含有するレンズ状に形成された光拡散部を介して、所定の合成光を均一に拡散して射出することができる。
　また本発明は上記構成のＬＥＤバックライトにおいて、前記シボパターンは、前記導光板の表面に形成されるプリズム状凹部に前記インク材を充填して形成されていることを特徴としている。この構成によると、蛍光体を含有するプリズム状に形成された光拡散部を介して、所定の合成光を均一に拡散して射出することができる。
　また本発明は上記構成のＬＥＤバックライトにおいて、前記ＬＥＤチップが青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光体が青色に励起されて黄色を発光する黄色蛍光体であって、青色と黄色が合成された白色で発光することを特徴としている。この構成によると、ＬＥＤチップが青色で発光する単色のＬＥＤチップであっても、光を拡散するシボパターンが黄色蛍光体を含有しているので、導光板内部において、ＬＥＤチップが発光する青色と蛍光体が発光する黄色とが繰り返し反射されて均一に合成された白色光として、導光板上面の発光面から射出することができる。
　また本発明は上記構成のＬＥＤバックライトにおいて、前記ＬＥＤチップが青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光体が青色に励起されて緑色を発光する緑色蛍光体と青色に励起されて赤色を発光する赤色蛍光体とを含み、青色と緑色と赤色が合成された白色で発光することを特徴としている。この構成によると、ＬＥＤチップが青色で発光する単色のＬＥＤチップであっても、光を拡散するシボパターンが緑色蛍光体と赤色蛍光体を含有しているので、導光板内部において、ＬＥＤチップが発光する青色と蛍光体が発光する緑色と赤色とが繰り返し反射されて均一に合成された白色光として、導光板上面の発光面から射出することができる。
　また本発明は上記構成のＬＥＤバックライトにおいて、前記導光板の側部の前記ＬＥＤ光源が配置されていない面に前記インク材を塗布したことを特徴としている。この構成によると、この側面部でＬＥＤチップからの光を反射する際に所定の励起光を発光してさらに所定の合成光にして拡散可能となって、発光面から出射される輝度を向上させることができる。
　また本発明は、液晶パネルと請求項１から６のいずれかに記載されたＬＥＤバックライトを備えた液晶表示装置としたことを特徴としている。この構成によると、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を得ることができる。
　本発明によれば、導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ光源を所定の色で発光する単色のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤ光源とし、前記導光板表面に設ける反射用のシボパターンを、前記所定の色で励起する蛍光体を配合したインク材で形成したＬＥＤバックライトとしたので、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを得ることができる。また、このＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を得ることができる。
本発明に係るＬＥＤバックライトを備えた液晶表示装置の一例を示す全体平面図である。 本発明に係るＬＥＤバックライトを備えた液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。 蛍光体を含む従来のＬＥＤの構成例を示す断面図である。 蛍光体を含まない本発明に係るＬＥＤの構成例を示す断面図である。 本発明に係る平坦な凸状のシボパターンの一例を示す。 本発明に係る平坦な凹状のシボパターンの一例を示す。 本発明に係る凹状でプリズム状のシボパターンの一例を示す。 本発明に係る凸状のレンズ状のシボパターンの一例を示す。 バックライト点灯時に生じる従来例の色ムラを示す概略説明図である。 バックライト点灯時に色ムラが生じない本発明例を示す概略説明図である。 蛍光体が温度変化により劣化する状態を示す説明図である。 蛍光体の劣化により変化する色度変化の状態を示す説明図である。 従来のＬＥＤバックライトの一例の全体構成を示す概略斜視図である。 図７ＡのＬＥＤバックライトの概略断面図である。
　以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。まず、図１Ａ、図１Ｂを用いて本実施形態のＬＥＤバックライトおよびこのＬＥＤバックライトを備えた液晶表示装置の一例について説明する。
　本実施形態に係るＬＥＤバックライトＢＬは、液晶表示パネル６を備えた液晶表示装置１に用いられる照明装置であって、図に示すように、ＬＥＤ光源２、導光板４、光学シート５を備えた構成とされる。ＬＥＤ光源２は基板３に搭載されており、基板３と電気的に接続され所定の色で発光するＬＥＤチップが実装されている。導光板４は、側面４１から入射された光を上面４２から面状に発光する面状発光体である。色光学シート５は、拡散シートおよびレンズシートなどから構成され導光板２の発光面から出射される光を均一にすると共に輝度を高める機能を有する。
　また、枠体であるシャーシ１０の内部に設置されるＬＥＤバックライトＢＬの上に液晶パネル６を搭載して液晶表示装置１が形成されている。ＬＥＤバックライトＢＬの形状は、液晶表示装置１と同様な形状とされ、例えば、液晶表示装置１が平面視矩形であれば、このＬＥＤバックライトＢＬも平面視矩形とされる。
　ＬＥＤ光源２は、例えば、エッジライト型のＬＥＤバックライトＢＬに用いる場合であれば、面状発光体となる導光板４の側部に配置される。このエッジライト型のＬＥＤバックライトでは、導光板４の片方の側部にＬＥＤ光源２を設置する構成でもよいが、側部の両側にＬＥＤ光源２を配置する構成としてもよく、ここでは、導光板４の両側部に配置した構成としている。
　導光板４は、例えば板状の透明アクリル材からなり、側面から入射した光がこのアクリル板の中を全反射しながら進んでいき、このアクリル板に設けられた光拡散部（例えば、シボパターンＳＰ）に当って向きを変えて、全反射角より小さくなった成分の光がアクリル板の表面から出てくる現象を利用して、面状発光体を形成している。
　光拡散部は、例えば、光学的に吸収がなく反射率の高い顔料（例えば、チタン白や沈降性硫酸バリウム）とアクリル系バインダーを練り合わせた反射インクを所定形状に印刷して形成する反射ドット（例えば、シボパターンＳＰ）からなる。また、乱反射する粗面（例えば、細かい凹凸を有する面）からなる反射ドットを用いた光拡散部であってもよい。
　本実施形態では、この光拡散部として、所定のインク材を用いて所定位置に所定形状の反射ドットに形成したシボパターンＳＰを用いる構成とした。また、図には、このシボパターンＳＰを導光板４の下面に設けたところを示しているが、このシボパターンＳＰは、導光板４の上面に設けてもよく、また、上面と下面の両方に設けてもよい。
　エッジライト型のＬＥＤバックライトＢＬは、導光板４の側部に基板３に実装されたＬＥＤ光源２を備えているので、この導光板４の側面４１から導光板内部に光が入射する。導光板内の光は全反射されて導光板の全域にいきわたる。また、シボパターンＳＰにより拡散反射された光が導光板４の上面４２から出射して発光面を形成する。
　そのために、シボパターンＳＰが所定の光を受けて異なる波長の光を発する機能を有しておれば、図１Ｂに示すように、ＬＥＤ光源２が出射する第一の光Ｒ１を受けて、シボパターンＳＰが第二の光Ｒ２を出射し、これらの光が合成された合成光Ｒ３で発光するＬＥＤバックライトＢＬとなる。
　つまり、光拡散反射用のシボパターンＳＰを、所定の色波長の光を受けて所定の色の励起光を発する蛍光体を配合したインク材で形成することで、ＬＥＤ光源２が発する光とは異なる色調の発光色を射出可能となる。
　そのために、本実施形態に係るＬＥＤ光源２は、所定の色で発光する単色のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤ光源を用いることができ、封止樹脂に蛍光体を含有させる必要がない構成となる。
　例えば、図２Ａに示すように、従来のバックライト装置に用いる白色ＬＥＤ光源２Ａの場合は、ＬＥＤチップ２１とボンディングワイヤ２２と封止樹脂２３と蛍光体２４を備えたパッケージ構成とされている。この場合に、例えば、ＬＥＤチップ２１は、青色で発光する青色ＬＥＤチップであり、ボンディングワイヤ２２は金線からなる通電ワイヤであり、封止樹脂は透光性を有する透明樹脂（例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂など）であり、蛍光体２４は青色を受けて黄色の蛍光を発する黄色蛍光体である。
　上記の構成の白色ＬＥＤ光源２Ａであれば、封止樹脂２３中に蛍光体２４を含有しており、ＬＥＤチップ２１が発光する第一の光（例えば、青色光）を受けて第二の光（例えば、黄色光）を発光して、これらの第一の光と第二の光とが合成された第三の光で発光する構成となる。
　また、図２Ｂに示す本実施形態に係るＬＥＤ光源２の場合は、ＬＥＤチップ２１とボンディングワイヤ２２と封止樹脂２３を備え、蛍光体２４を備えていないパッケージ構成とされている。そのために、このＬＥＤ光源２は、ＬＥＤチップ２１が発光する第一の光を直接発光する。
　上記の構成のＬＥＤ光源２であれば、蛍光体２４の粒子径のばらつきや配合割合のばらつきや分散ばらつきなどによって生じる複数のＬＥＤ光源の個体間のばらつきが発生せず、品質の安定したＬＥＤ光源２を作製することができる。
　また、蛍光体２４を含有していないので、ＬＥＤ発熱による蛍光体の影響が無くなることから、波長変換効率の低下や色度変化を改善することができる。さらには、複数のＬＥＤ光源２を対向して設置する場合には、直進光が対向するＬＥＤ光源２に照射されても、蛍光が発生せず。色むらを発生することがない。
　蛍光体２４を含有していないＬＥＤ光源２を配設した構成であっても、本実施形態のＬＥＤバックライトＢＬは、所定の色波長の光を受けて所定の色の励起光を発する蛍光体を配合したインク材で形成した光拡散反射用のシボパターンＳＰを備えているので、所望の色で発光するＬＥＤバックライトとなる。
　次に、図３Ａ～図３Ｄを用いてシボパターンＳＰについて説明する。
　本実施形態に係るシボパターンＳＰは、前述したように、光学的に吸収がなく反射率の高い顔料と所定の蛍光体を配合したインク材を所定形状に形成した反射ドットであって、導光板４の上面または下面に設けることができる。
　また、その形状は種々のタイプが使用可能であり、例えば、図３Ａに示す導光板４の下面４３から凸状に形成された円形もしくは矩形のシボパターンＳＰ１とする。また、図３Ｂに示す導光板４の下面４３に凹状に形成された円形もしくは矩形のシボパターンＳＰ２でも、図３Ｃに示す導光板４の下面４３に凹状に形成されたプリズム状もしくは円錐状のシボパターンＳＰ３でも、図３Ｄに示す導光板４の下面４３に凸状のレンズ状に形成されたシボパターンＳＰ４であってもよい。
　これらのシボパターンＳＰ（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ４）は、シルク印刷やインクジェット印刷や所定形状の凹状に加工された導光板４の面に蛍光体を含有したインク材を塗布または充填し、その後で硬化させることで形成することができる。
　上記したように、本実施形態に係るＬＥＤバックライトＢＬは、複数のＬＥＤ光源の個体間のばらつきが発生しない特長と、ＬＥＤ発熱による蛍光体の不具合が発生しない特長と、対向するＬＥＤ光源２による色むらを発生しない特長を発揮する。
　そのために、上記の特長を有していない従来のバックライトと従来の導光板４Ａを備えた構成の従来の液晶表示装置１Ａであれば、図４Ａに示すように、作動時間の経過とともにＥＤ光源の発熱によってＬＥＤ光源に含有された蛍光体が経時変化してＬＥＤ光源周辺部での色むらが現出し、表示画面中央部での表示色７Ａと表示画面周辺部の表示色７Ｂとで、その色あいにむらが発生する不具合が生じる。
　しかし、本実施形態に係るＬＥＤバックライトＢＬと導光板４を備えた構成の液晶表示装置１であれば、ＬＥＤ光源の発熱によってＬＥＤ光源に含有された蛍光体が経時変化することがないので、図４Ｂに示すように、表示画面の全域に亘って略均一な色あいの表示色７となって、色むらが発生しない。特に、ＬＥＤ光源周辺部で発生しやすい色むらを改善することができ好適となる。
　ＬＥＤ光源の発熱によって蛍光体が経時変化するとは、蛍光体の温度が高くなると蛍光体の波長変換効率が低下して蛍光体の発光効率が低下することであって、その一例を図５に示す。
　通常の蛍光体は、蛍光体の温度が上昇するとその発光効率が低下することが知られていて、図５に示すように、温度ＴａがＴ１からＴ２まで上昇すると、蛍光体の発光効率（波長変換効率Ｋ）がＫ１からＫ２にその差△ａだけ減少する。
　そのために、複数のＬＥＤ光源を配設するバックライトにおいては、ＬＥＤ光源の発熱度のばらつきに応じてそれぞれのＬＥＤ光源に配合された蛍光体の波長変換効率にばらつきが生じてしまうことが判る。
　また、ＬＥＤはその温度によって発光する光の波長が変化する（波長シフト）ことが知られており、高温時には長波長側に、低温時には短波長側にシフトする傾向がある。そのために、蛍光体を含有したＬＥＤ光源からなるバックライトでは、例えば、図６に示すように、ＬＥＤ光源の温度により、各発光波長λでの発光強度が変化して発光スペクトルＰ１から発光スペクトルＰ２までその色度がばらついてしまう。
　そのために、従来の蛍光体を含有したＬＥＤ光源の場合は、温度変化により、ＬＥＤ自体の発光色度がばらつくことと、蛍光体の波長変換効率がばらつくことで、複数のＬＥＤ光源の発光色度に色むらが生じ易い構成といえる。
　本実施形態のＬＥＤ光源の場合は、発熱するＬＥＤ光源の影響を受けず発熱しない導光板に蛍光体を含有したインク材を用いて反射ドットを形成しているので、ＬＥＤ光源が発熱しても、色度変化が生じ難い構成となって好ましい。
　また、導光板の側部のＬＥＤ光源が配置されていない面に蛍光体を含有したインク材を塗布する構成とすると、この側面部でさらに所定の合成光にして拡散反射するので、発光面からの出射する光の輝度を向上させることができて好ましい。
　また、導光板の表面に設けるシボパターンに蛍光体を含有させているので、導光板内部を全反射して進行する光はそのまま良好な状態で伝播していく。そのために、導光板上面からの発光輝度を均一にすることができる。
　このように、本実施形態に係るＬＥＤバックライトによれば、高演色で高効率のエッジライト型のＬＥＤバックライトを得ることができる。
　また、本実施形態に係る液晶表示装置は、上記のＬＥＤバックライトと液晶パネルを備えた構成である。そのために、ＬＥＤ光源発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤ光源を備えるＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を得ることができる。
　また、このＬＥＤバックライトは白色光で発光する面状発光体であり、白色光は、例えば、青色ＬＥＤチップを搭載したＬＥＤ光源と、この青色を受けて黄色を発する黄色蛍光体を含有したシボパターン（光拡散部）を用いて射出することができる。この構成であれば、ＬＥＤチップが青色で発光する単色のＬＥＤチップであっても、光を拡散反射するシボパターンが黄色蛍光体を含有しているので、導光板内部において、ＬＥＤチップが発光する青色と蛍光体が発光する黄色とが繰り返し反射されて均一に合成された白色光として、導光板上面の発光面から射出することができる。
　また、青色ＬＥＤチップを搭載したＬＥＤ光源と、この青色を受けて緑色を発光する緑色蛍光体と青色に励起されて赤色を発光する赤色蛍光体とを含有したシボパターン（光拡散部）を用いて白色光を射出することができる。この構成であれば、ＬＥＤチップが青色で発光する単色のＬＥＤチップであっても、光を拡散反射するシボパターンが緑色蛍光体と赤色蛍光体を含有しているので、導光板内部において、ＬＥＤチップが発光する青色と蛍光体が発光する緑色と赤色とが繰り返し反射されて均一に合成された白色光として、導光板上面の発光面から射出することができる。
　上記したように、本発明によれば、導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、ＬＥＤ光源を所定の色で発光する単色のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤ光源とし、前記導光板表面に設ける拡散反射用のシボパターンを、前記所定の色で励起する蛍光体を配合したインク材で形成したＬＥＤバックライトとしたので、ＬＥＤ発光時の発熱によりその発光色度が容易に変化せず、また、他の光が照射されても、別の色波長で発光しないＬＥＤバックライトを得ることができる。
　また、このＬＥＤバックライトを備えて発光効率の低下や色度変化が生じ難い液晶表示装置を得ることができる。
　このように、本発明に係るＬＥＤバックライトおよび液晶表示装置によれば、複数のＬＥＤ光源の個体間のばらつきが発生しない効果と、ＬＥＤ発熱による蛍光体の不具合が発生しない効果と、対向するＬＥＤ光源２による色むらを発生しない効果を発揮することができる。
　そのために本発明に係るＬＥＤバックライトは、ＬＥＤチップが発光する光と、蛍光体が発光する光との合成光で発光するＬＥＤバックライトに好適に利用可能となる。
　　　１　　液晶表示装置
　　　２　　ＬＥＤ光源
　　　３　　ＬＥＤ基板
　　　４　　導光板
　　　５　　光学シート
　　　６　　液晶パネル
　　ＢＬ　　ＬＥＤバックライト
　　　Ｋ　　波長変換効率（発光効率）
　　ＳＰ　　シボパターン
　　Ｒ１　　第一の光
　　Ｒ２　　第二の光
　　Ｒ３　　合成光

Claims (7)

  1. 面状発光体となる導光板の側部にＬＥＤ光源を配置したエッジライト型のＬＥＤバックライトにおいて、
    　前記ＬＥＤ光源を所定の色で発光する単色のＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤ光源とし、前記導光板表面に設ける拡散反射用のシボパターンを、前記ＬＥＤ光源からの光を受けて所定の色の励起光を発光する蛍光体を配合したインク材で形成したことを特徴とするＬＥＤバックライト。
  2. 前記シボパターンは、前記導光板の平面状表面に前記インク材を凸状のレンズ状に印刷して形成していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤバックライト。
  3. 前記シボパターンは、前記導光板の表面に形成されるプリズム状凹部に前記インク材を充填して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤバックライト。
  4. 前記ＬＥＤチップが青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光体が青色に励起されて黄色を発光する黄色蛍光体であって、青色と黄色が合成された白色で発光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤバックライト。
  5. 前記ＬＥＤチップが青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光体が青色に励起されて緑色を発光する緑色蛍光体と青色に励起されて赤色を発光する赤色蛍光体とを含み、青色と緑色と赤色が合成された白色で発光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤバックライト。
  6. 前記導光板の側部の前記ＬＥＤ光源が配置されていない面に前記インク材を塗布したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤバックライト。
  7. 液晶パネルと請求項１から６のいずれかに記載されたＬＥＤバックライトを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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