(57)【要約】【課題】輝度分布だけでなく色度分布を制御し、均一性を改善できるバックライト光源を用いた照明装置及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、液晶パネルと、反射層を有するプリント基板と、プリント基板上に設けられた発光ダイオードと、液晶パネルと発光ダイオードとの間に配置された光学部材と、を有し、光学部材に複数の三角形状の凸部１６が形成され、複数の三角形状の凸部１６によって形成された溝部に蛍光体粒子１７が形成され、複数の凸部１６の周期ピッチは１０ナノメートル以上１００マイクロメートル以下である。【選択図】図３
2010262060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルと、
反射層を有するプリント基板と、
前記プリント基板上に設けられた発光ダイオード素子と、
前記液晶パネルと前記発光ダイオード素子との間に配置された光学部材と、を有し、
前記光学部材に複数の凸部が形成され、
前記複数の凸部によって形成された溝部に蛍光体粒子が固着形成される液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記複数の凸部の断面は、台形状である液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記複数の凸部の斜面形状は、複数の屈曲面で構成されている液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記複数の凸部の周期ピッチは、１０ナノメートル以上１００マイクロメートル以下である液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記複数の凸部の周期ピッチは、１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下である液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記蛍光体粒子の粒子サイズは、前記複数の凸部の周期ピッチ以下である液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記蛍光体粒子の粒子サイズは、１マイクロメートル以上６０マイクロメートル以下である液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記蛍光体粒子の粒子サイズは、１マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下である液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記発光ダイオード素子を封止する樹脂を有し、
前記樹脂に蛍光体を混合してある液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学部材において、前記複数の凸部が形成されていない面に蛍光体粒子が形成される液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記発光ダイオード素子からの光を導くための導光板を有し、
前記導光板に蛍光体粒子が形成される液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学部材において前記発光ダイオード素子が存在する側の面に、前記複数の凸部が形成される液晶表示装置。
【請求項１３】
反射層を有するプリント基板と、
前記プリント基板上に設けられた発光ダイオード素子と、
前記プリント基板に対して、前記発光ダイオード素子が配置された側とは反対側に配置された光学部材と、を有し、
前記光学部材に複数の凸部が形成され、
前記複数の凸部に蛍光体が固着形成される照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライト光源を用いた照明装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置や液晶表示装置に対して、発光ダイオード素子を適用した照明光源やバックライト光源が拡大してきている。中小型の携帯モバイルや情報端末機器、大型の液晶テレビのバックライト光源に発光ダイオードＬＥＤ素子を適用しており、今後も規模が拡大していく状況である。
【０００３】
液晶ディスプレイ装置のＬＥＤバックライト光源モジュールでは、低コストで構成でき、かつ白色バランスや混色の光源を構成できるため、白色ＬＥＤ光源の方が赤緑青色ＲＧＢ光源より有利である。白色ＬＥＤ光源では、蛍光体材料と一つのＬＥＤ素子により構成されるので、ＬＥＤ素子の個数は少なく構成できる。
【０００４】
しかしながら、白色ＬＥＤ光源においても、パッケージからの出射光における配向分布を考慮すると、液晶ディスプレイ装置の照射面積と光学的な均一性は必ずしも十分ではない。特に、色度の角度依存性は均一性を十分にムラを抑制し改善する必要がある。
【０００５】
特許文献１では、光学的に均一性を確保するために、光源の周期と光学系の距離に相関を持って配置させる内容を示している。さらに、白色光源を得るために、蛍光体を被覆したカバープレートを用いることも記載している。
【０００６】
特許文献２では、波長変換して均一な白色光源を得るために、青色光或いは紫外光を生成する光源と、一次光を均質化する光混合区域と、白色光である二次光に変換する波長変換層を設けて、バックライト光源モジュールとする構成を示している。これにより、広い面積にわたり光学的に均一なバックライト光源を実現できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１５３７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１４９６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
白色ＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置や照明装置において、パッケージを構成する場合、全体の光量から見ると、混色されて色度が均一性よく評価されても、配向分布を見ると、色度の角度依存性が無視できないほど大きくなっている。このため、バックライト光源としては、視角によって色度が異なり色の差を大きく生じてしまう課題があった。また、青色光源と蛍光体を分離して、蛍光体を被覆した光学系プレートを通しても、色度の角度依存性が大きく、色ずれを生じるため、視角により液晶パネルの色差が見える課題があった。
【０００９】
本発明は、輝度分布だけでなく色度分布を制御し、均一性を改善できるバックライト光源を用いた照明装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の特徴は、液晶パネルと、反射層を有するプリント基板と、プリント基板上に設けられた発光ダイオード素子と、液晶パネルと前記発光ダイオード素子との間に配置された光学部材と、を有し、光学部材に複数の凸部が形成され、複数の凸部によって形成された溝部に蛍光体粒子が固着形成される液晶表示装置である。
【００１１】
また、本発明の特徴は、反射層を有するプリント基板と、プリント基板上に設けられた発光ダイオード素子と、プリント基板に対して、前記発光ダイオード素子が配置された側とは反対側に配置された光学部材と、を有し、光学部材に複数の凸部が形成され、複数の凸部に蛍光体が固着形成される照明装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、輝度分布だけでなく色度分布を制御し、均一性を改善できるバックライト光源を用いた照明装置及び液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の対象となる液晶バックライト光源及び液晶パネル及び光学系の構成を示す図である。
【図２】本発明の対象となる液晶表示装置の構成を示す図である。
【図３】三角形状の凸部を有する基板上の蛍光体粒子構成を示す図である。
【図４】本発明による青色発光ダイオード光源に光励起される三角形状の凸部を有する基板上の蛍光体粒子構成を示す図である。
【図５】従来構成による青色発光ダイオード光源に光励起される平板基板上の蛍光体塗布膜構成を示す図である。
【図６】本発明と従来の構成による色度ｘ値の角度分布を示す図である。
【図７】本発明と従来の構成による色度ｙ値の角度分布を示す図である。
【図８】本発明と従来の構成による色度ｘｙ値の変動範囲を示す図である。
【図９】本発明構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１０】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１１】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１２】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１３】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１４】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１５】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１６】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１７】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１８】本実施例の別構成における蛍光体構成の光学系と青色ダイオード光源によるバックライト光源を示す断面図である。
【図１９】本発明の対象となる携帯小型液晶表示装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施例の図面等を参照しながら、発明における具体的な実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１から図１０を用いて、本発明の実施例１を説明する。
【００１６】
本実施例では、液晶表示装置を対象として本発明の内容を説明する。例えば図１に、液晶パネル１０と光学系及びバックライト光源の断面図を示す発光ダイオード光源を用いる直下型バックライトの構成では、例えば図１に示すように、光源モジュール筐体１、反射層を有したプリント基板２、プリント基板２上に設けられた発光ダイオード素子３をバックライト光源モジュールとし、光源から出射されたバックライト光線４は、液晶パネル１０と発光ダイオード素子３との間に配置された光学部材としての拡散板５、拡散フィルム６、プリズムシート７、偏光反射シート８を通して、下側偏光板９、カラーフィルタを含む薄膜トランジスタ搭載液晶パネル１０、上側偏光板１１を照射する構成である。図２に、液晶表示装置の上面構成の概略を示すが、通常バックライト支持筐体枠１２、バックライト光源モジュール及び光学系１３、駆動回路モジュール１４からなる。プリント基板２そのものに反射機能を有していても良い。光学部材として拡散板以外にも、拡散フィルム或いは透明光学フィルム、光学シート又はこれまで用いられているプリズムシートでもよい。
【００１７】
本実施例において、光学系とバックライト光源モジュールの構成について述べる。本実施例では、バックライト光源モジュールに対して、通常用いられる、発光ダイオード素子を蛍光体含有樹脂で封止したパッケージ構成の白色光源ではなく、蛍光体と発光ダイオード素子を分離した構成を適用している。蛍光体を発光ダイオード素子から分離して独立に膜の形をとるが、従来例に見られるような、平板の上に平坦な膜として塗布した形はとらない。平板上の平坦な塗布膜では、後に記述するように、正面方向と高角度方向の色度値に大きな差を生じ、色度の角度依存性が顕著に現れてしまうからである。本内容では、図３に示すように、基材として例えばガラス基板１５の片側面に、断面が三角形状となる凸部１６を作製し、その斜面に蛍光体粒子１７を固着させる。この際、蛍光体粒子は、バインダや樹脂などに分散させ、熱や光により硬化接着させる。複数の三角形状の凸部１６によって溝部が形成される。
【００１８】
図４を用いて、本内容によって、より均一な白色光が得られるかについて説明する。図４には、本内容におけるバックライト光源モジュールと光学系の構成を示す。青色発光ダイオード光源１８の上に、図３で作製した、三角形状の凸部１６によって形成された溝部に蛍光体粒子１７を形成固定したプレートを構成し、青色発光ダイオード光源１８から出射された青色光は、前記の三角形状の凸部１６を通過して蛍光体粒子１７を光励起し、蛍光体粒子１７から生ずる黄色蛍光と混合することにより、白色光が得られることになる。ここで、三角形状の凸部１６の斜面に入射する青色光は、斜面に蛍光体粒子１７が接していない場合に、斜面で全反射を受けることになり、他方、斜面に蛍光体粒子１７が接している場合は、蛍光体粒子１７を光励起し白色光に色変換されて出射していくことになる。
【００１９】
正面上方向に照射される青色光のうち、三角形状の凸部１６の斜面に反射される光成分は、青色光のまま、三角形状の凸部１６の斜面に２回の全反射を受け、光源モジュール側に戻され再反射を受ける光成分となる。光源モジュールの基板側では、プリント基板の表面に高反射率を有する反射膜或いは反射シートが形成されているので、前記の反射膜或いは反射シートに反射を受けることになる。また、光源モジュールには、高反射率を有するパッケージ材、即ち白色のリフレクタと白色の基材を有するので、主に青色光はこれらの構成材にも反射を受けることになる。青色光は、前記の反射膜或いは反射シートに反射を受ける際に、同時に散乱を受け上側全方位に反射する光成分となる。高角度に散乱された青色光の光成分は、三角形状の凸部１６の斜面に固定された蛍光体粒子１７を光励起し、色変換された出射光となる。他方、上方向へ反射された青色光は、さらに上記の光学系三角形状の凸部１６の構成に、同様にして、再帰反射を受けることになるので、上方向の出射される直接光となる青色光の強度は抑制され、高角度方向へ色変換されることになる。
【００２０】
他方、正面上方向に放射される青色光のうち、三角形状の凸部１６の斜面に固定された蛍光体粒子１７に進入し、蛍光体粒子１７を光励起する光成分は、黄色蛍光に変換され、蛍光体粒子１７に散乱を受けて上方向に拡散していく光成分となる。このため、正面上方向に青色光が直接通過する光成分を抑制し、正面方向の色度が小さくなる傾向を回避させることが可能となる。
【００２１】
元々、高角度方向に放射される青色光は、三角形状の凸部１６の斜面から透過する光成分は、蛍光体粒子１７に進入し励起光として活用される。この際、高角度方向に放射される青色光は、三角形状の凸部１６の斜面上に固定された蛍光体粒子１７の膜厚分だけ平均的に通過することになり、周期的に設けられた三角形状の凸部１６のどこの位置においても、同様に同程度の励起光として活用され、平均的に同程度の黄色蛍光を発生する確率を有している構成となっている。このため、発光ダイオード光源からの距離や角度の違いによる、光励起及び蛍光の強度差が非常に小さくなる。即ち、黄色蛍光と青色光の混色が平均的に十分行われ、白色光の輝度や色度が位置や角度によっても安定して得られることになる。特に、色度の角度依存性は小さく抑えられた形となる。本発明の構成では、上記の過程を経ることにより、青色光源の白色光色変換が十分に行われ、色度の角度分布が小さく抑制されるため、光学的に均一な分布の実現につながっている。
【００２２】
一方、従来例に見られる、従来の平板上の平坦な蛍光体塗布膜では、青色発光ダイオード光源１８から放射される青色光が、正面上方向と高角度方向に対して、それぞれ通過する実効的な光学距離が異なることになる。図５に示すように、平板ガラス基板１５上の平坦な蛍光体塗布膜１９における正面上方向では、実効的な通過距離が短く、蛍光体の光励起割合が低く、青色光が相対的に強く透過光となる傾向にある。他方、高角度方向では、実効的な通過距離が長く、蛍光体の光励起割合が高くなり、黄色蛍光が相対的に強く変換光となる傾向にある。このため、発光ダイオード光源からの距離や角度の違いによる、光励起及び蛍光の強度差が大きく生じる傾向にある。即ち、黄色蛍光と青色光の混色が十分行われず、白色光の輝度や色度が位置や角度によって大きな分布を示すことになる。特に、色度の角度依存性は顕著に大きくなる形となる。
【００２３】
上記のことをバックライト光源と光学系において調べた結果を以下に示す。図６及び図７において、本内容と従来例にある構成に対して比較評価した色度ｘ値及びｙ値を示した。図４と図５の構成に対応して、それぞれの場合の色度を比較した。即ち、平坦なガラス基板上に形成した蛍光体を通過させた場合、色度ｘ値及びｙ値ともに角度依存性が大きく変動しており、本内容の構成である三角形状の凸部を有したガラス基板上に形成した蛍光体を通過させた場合は、色度ｘ値及びｙ値の角度依存性が格段に小さく安定していることを示している。図８には、色度ｘ値とｙ値の変動を相関させてプロットした図を示すが、三角形状の凸部ガラス基板上では、平坦なガラス基板上の蛍光体膜に比べて、色度ｘ値及びｙ値ともに約１／３程度に抑制されていることが判った。これにより、本内容の構成が色度の角度依存性を抑制し、安定していることが検証された。
【００２４】
本実施例では、図９や図１０で示す、直下型のバックライト光源で形成する、液晶表示装置が構成される。図９では、図１と液晶パネルと光学系の構成は同じであるが、バックライト光源を青色発光ダイオード光源１８とし、透明ガラス基板１５に作製した三角形状の凸部１６の上に蛍光体粒子１７を形成した基板を拡散板５の下側に配置した構成である。図１０では、図１と液晶パネルと光学系の構成は同じであるが、バックライト光源を青色発光ダイオード光源１８とし、拡散板５に作製した三角形状の凸部１６の上に蛍光体粒子１７を形成した基板を拡散板５の下側に配置した構成をとる。図１０では、拡散板５に直接三角形状の凸部１６を形成して蛍光体１７の基板とするので、バックライト光源の光学距離を短くできる上に、部品点数を削減し低コストの構成をとることができる。蛍光体膜を調整することにより、散乱を大きくし拡散効果を活用することができ、他の拡散フィルムを削減することも可能である。また、液晶表示装置の光学系を構成する拡散板へ適用することにより、光学距離を短縮し、薄型化を図ることができる。また、蛍光体１７でさらに十分な拡散効果を得るには、図１０における拡散板５の三角形状の凸部１６を形成した面だけではなく、下側の平坦な面にも蛍光体粒子を形成して構成してもよい。
【００２５】
ここで、ガラス基板１５や拡散板５に作製する、断面が三角凸形状のパターンは、三角形のレンズ状やプリズム状の形で示してあるが、三角錘状の形状パターンでもよく、四角錘状の形状パターンでもよい。その他、多角錘状、半円筒状や半楕円球状、三角柱状や台形状などでもよい。錘状や半円形状の形状構成は、点光源の光学分布に合わせて、等方的に色変換を均一に生じさせる場合に有効である。連続した三角柱状や台形状の形状構成は、周期的に形状を持たせている方向には、色変換を均一に生じさせる場合に有効である。
【００２６】
また、前記形状の頂角は、直角でもよく、光学距離に合わせて、直角より小さい角度或いは大きな角度に調整することができる。前記形状の斜面は、平坦な面を有しており、三角形状の斜面であるか、多角形状の斜面であってもよく、錘形状の斜面であってもよい。前記の斜面形状は、途中で折れ曲がって、複数の屈曲面で構成されていてもよい。即ち、光源から上方向に出射した青色光が、色変換されない場合に、全反射を受けて戻り光となるように、頂角と斜面形状を設定しておくことが効果的である。前記の斜面は、斜面に入射した青色光が、斜面に全反射して２回全反射を繰り返し、光源側に戻ってくる光成分を作り出すことに作用する構成であればよい。
【００２７】
前記形状の周期ピッチは、１０ナノメートル以上１００マイクロメートル以下の範囲が好ましいが、大面積で作製可能な１マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲が望ましい。周期ピッチは、前記の範囲において、蛍光体粒子サイズと比べて、相対的に上げる必要がある。周期ピッチよりも蛍光体粒子サイズが大きい場合には、蛍光体粒子は前記三角形状の凸部によって形成された溝部にうまく固定できず、色変換層としても有効に働かない。周期ピッチよりも蛍光体粒子サイズが非常に小さくなると、前記三角形状の凸部によって形成された溝部に非常に多くの蛍光体粒子が蓄積し、前記三角形状の凸部によって形成された溝部に蛍光体粒子の密度が極端に偏ることになる。この際、青色光の色変換が均一に生じないため、色変換された白色光の色度に不均一性を新たに生じてしまう。これらの問題を回避するために、周期ピッチを蛍光体粒子サイズに合わせて、的確な範囲を設定する必要がある。さらに、前記形状の周期ピッチは、蛍光体の粒子サイズに適合し、効率の高い蛍光強度と散乱強度を生ずる蛍光体の十分な密度を確保できる、範囲の数値に設定される。前記形状の高さは、前記周期ピッチと頂角や形状により、見積もられる高さに設定される。
【００２８】
蛍光体粒子の大きさについては、１マイクロメートル以上６０マイクロメートル以下の範囲が好ましい。また、蛍光体粒子の密度を調整し易く、かつ励起効率が相対的に高い上に、自己吸収が小さく散乱効率の高い範囲の数値であることが好ましく、１マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の範囲のサイズに設定される。蛍光体粒子は、サイズが小さすぎると、内部体積が小さく励起効率の低い構成になり、同密度では表面積が大きくなるため、表面準位による光吸収が効いてくるので不利である。また、サイズが大きすぎると、内部体積が大きく励起効率は高くなる蛍光にあるものの、密度が大きく取れず間隙が大きくなるため、有効に色変換されなくなるので不利である。蛍光体粒子のサイズは、励起効率が高く、色変換するのに適切に密度が高められる大きさが必要であり、作製上、樹脂に混合した場合、速い沈降性を避け、十分に均一に混合分散できる大きさが設定される。蛍光体粒子のサイズは、上記周期ピッチを考慮しても判断される。周期ピッチよりも大きい場合は、避けることが要求される。相対的には、上記三角形状の凸部１６の周期ピッチと同程度かそれよりも小さいサイズを有しているものであり、望ましくは上記三角形状の凸部１６の周期ピッチの半分以下であるサイズの構成をとる。さらに、前記三角形状の凸部１６の高さより小さいサイズの構成をとる。これにより、三角形状の凸部によって形成された溝部において、一層から多層の粒子層が設定でき、蛍光強度と散乱強度を調整し、白色光の拡散性と混色性を制御できる。また蛍光体粒子の形状は、球である他、楕円球でもよく、直方体でもよく、任意の形状でもよい。
【００２９】
また、バックライト光源に搭載する発光ダイオード素子と、光源に対応して光学系に搭載する蛍光体については、以下の通りである。例として、一つめには、バックライト光源に搭載する発光ダイオード素子が、青色発光ダイオード素子であり、光源に対応して光学系に搭載する蛍光体は、前記青色波長域の発光ダイオードの発光スペクトルにより光励起される黄色蛍光体であり、黄色領域の蛍光スペクトルを有している材料の蛍光体膜が構成してある。二つめには、バックライト光源に搭載する発光ダイオード素子が、青色発光ダイオード素子であり、光源に対応して光学系に搭載する蛍光体は、前記青色波長域の発光ダイオードの発光スペクトルにより光励起される、緑色蛍光体と赤色蛍光体の２種からなっており、緑色領域と赤色領域のそれぞれ蛍光スペクトルを有している材料からなる蛍光体膜が構成してあることでもよい。三つめには、バックライト光源に搭載する発光ダイオード素子が、紫外域の発光ダイオード素子であり、光源に対応して光学系に搭載する蛍光体は、前記紫外波長域の発光ダイオードの発光スペクトルにより光励起される、青色蛍光体と緑色蛍光体と赤色蛍光体の３種からなっており、青色領域と緑色領域と赤色領域のそれぞれ蛍光スペクトルを有している材料からなる蛍光体膜が構成してあることでもよい。
【００３０】
さらに、発光ダイオード素子は、本実施例において、青色発光ダイオードを搭載し透明樹脂により封止して構成したが、封止樹脂に上記黄色領域の蛍光スペクトルを有する蛍光体材料を用いて混合してあるか、上記緑色領域と赤色領域のそれぞれ蛍光スペクトルを有している２種の蛍光体材料を用いて混合してある、白色光源としてもよい。この際には、パッケージ光源において既に白色光を出射するが、本発明内容の蛍光体膜と光学系形状の構成により、色度座標の補正を行ったり、色度座標の角度分布を抑制するために、適用することができる。これにより、正面方向の色度調整や、高角度側の色度補正を実現できる効果がある。
【００３１】
本実施例では、液晶表示装置に適する光学系とバックライト光源の構成について説明した。本発明により、色度の角度依存性を格段に抑制し、色度の光学的均一性と安定性を向上させることができた。また、液晶表示装置の光学系を構成する拡散板へ適用したり、蛍光体膜を調整することにより、他の光学系を削減し低コストを図ることが可能である。本内容は、大型テレビ用や中型のモニタ用などの液晶表示装置への直下型バックライトモジュールとして適用が可能である。本実施例では、液晶表示装置を例に示したが、照明装置の光学系とバックライト光源の構成に適用しても、同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図１１から図１４を用いて、本発明の実施例２を説明する。
【００３３】
実施例１と同様に、大型の液晶パネルを構成するが、図１１及び図１２に示すように、両側に設けたサイド型のバックライト光源１８とし、それぞれドットを光源側に粗く遠距離になるほど密に設けた、導光板２０或いは導光板２１で構成する。蛍光体膜１７は、図１１及び図１２においても同様に作製し、光学部材に相当する拡散板５の三角形状の上に形成する。
【００３４】
導光板２０では、導光する光成分を散乱反射させ、輝度をより均一にする効果はあるが、導光板２０から出射するバックライト光線４の出射角度が場所によって一定とならず、蛍光体粒子１７の励起光としては、蛍光体を通過する距離、即ち実効的な光学距離に差を生じてしまうので、色度の角度依存性に分布を大きくさせ、十分な色度の安定性と均一性が得られない。他方、導光板２１では、楔形の形状とドット或いはシボ密度を反映して、導光板２１から出射するバックライト光線４の出射角度が場所によってほぼ同程度となる。このため、導光板２０の場合よりも、蛍光体を通過する距離、即ち実効的な光学距離が同程度となるので、色度の角度依存性の分布が小さく抑制され、十分な色度の安定性と均一性が確保される。
【００３５】
さらに、図１３に示すように、液晶パネルに適用する場合、図１２の蛍光体粒子１７の構成に加えて、それぞれ拡散板５の上面だけではなく、下面にも蛍光体粒子１７を形成することができる。或いは、図１４に示したように、導光板２１の上面にも、蛍光体粒子１７を形成することもできる。図１３では、三角形状の凸部が形成された拡散板５一枚に対して、蛍光体粒子１７を両面に塗布して構成、つまり、複数の凸部が形成されていない面に蛍光体が固着形成してある。拡散板が一枚であるので、蛍光体粒子１７を一回の工程で作製できる点は有利である。図１３の構成では、図１２に示した構成において、色変換や色度座標が十分でない場合、さらに蛍光体を別に設けることにより、目標の色度や分布を実現するために補正することができる。図１３における、導光板２１を出射した光線は、ほぼ同様の出射角を有しているので、拡散板５の下面に形成した蛍光体粒子１７には、ほぼ同程度の光学距離をもって通過することになる。この際、図１３の構成では、図１２の場合に比べて、より均一な光励起により色変換が行われるので、効率が高く強度の大きな白色光を得るとともに、蛍光体粒子１７の散乱拡散効果により、輝度や色度を安定して均一に得ることになる。また図１３の構成では、目標の色度や分布を実現するために補正することができる。
【００３６】
導光板２１の上面にも蛍光体粒子１７を形成した、図１４の構成の場合、導光板から同程度の角度で出射するため、ほぼ同程度の光学距離をもって通過することになる。この際、図１４の構成では、図１３の場合に比べて、光源側に近い距離で色変換が十分に行われ、導光板サイズに対して、輝度や色度が均一な白色光として活用できる。導光板２１上部に設けた蛍光体粒子１７では、十分に輝度や色度の均一性が得られない場合、さらに拡散板５の上に設けた蛍光体粒子１７によって、上方向の色度調整や色度の角度分布の抑制が十分に図られることになる。反面、光学系が拡散板５と導光板２１の二つになるので、蛍光体１７を塗布する工程は増えることになるので、導光板２１の上面に作製する蛍光体粒子１７の調整により、目標の輝度や色度に調整することが望ましい。
【００３７】
ここで、拡散板５に作製する、断面が三角形状の凸部は、三角プリズム状の形で示してあるが、三角錘状の形状パターンでもよく、四角錘状の形状パターンでもよい。また、三角形状の頂角は、直角でもよく、光学距離に合わせて、直角より小さい角度或いは大きな角度に調整することができる。
【００３８】
さらに、蛍光体粒子の大きさは、上記三角形状の周期ピッチと同程度かそれよりも小さいサイズを有しているものであり、望ましくは上記三角形状の周期ピッチの半分以下である構成をとる。また蛍光体粒子の形状は、球である他、楕円球でもよく、直方体でもよく、任意の形状でもよい。
【００３９】
本実施例では、液晶表示装置に適する光学系とサイド型のバックライト光源の構成について説明した。青色発光ダイオード光源と蛍光体膜を分離し、導光板からの出射角度を考慮した両者間の実効的な光学距離を一定に保つことにより、輝度や色度の安定性を確保できる。特に、色度の角度依存性を格段に抑制し、色度の光学的均一性と安定性を向上させることができた。また、液晶表示装置の光学系を構成する拡散板へ適用したり、蛍光体膜を調整することにより、他の光学系を削減し低コストを図ることが可能である。本内容は、大型テレビ用や中型のモニタ用などの液晶表示装置へサイド型バックライトモジュールとして適用が可能である。本実施例では、液晶表示装置を例に示したが、照明装置の光学系とバックライト光源の構成に適用しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【実施例３】
【００４０】
次に、図１５から図１９を用いて、本発明の実施例３を説明する。
【００４１】
実施例１や２と同様に、液晶パネルを構成するが、図１５から図１８に示すように、片側に設けたサイド型のバックライト光源１８とし、それぞれドットを光源側に粗く遠距離になるほど密に設けた、導光板２２で構成する。蛍光体粒子１７は、光学フィルム２３上に作製した三角形状の上に形成するか、光学フィルム２３上の三角形状と反対の平坦面の両方に形成する。図１５及び図１６では、光学フィルム２３は上側に指向する正プリズムシート状に構成されており、図１７及び１８では、光学フィルム２３は下側に指向する逆プリズムシート状に構成、つまり、光学部材である光学フィルム２３において発光ダイオード素子３が存在する側の面に、前記複数の凸部１６が形成されている。
【００４２】
図１５と図１６の正プリズムシートを用いた場合、全反射光を積極的に活用して、反射光が蛍光体膜を通過する際に色変換させ、均一な白色光とする構成である。さらに、直交する方向に、正プリズムシートを重ね、９０°方向の均一性を向上させることも可能である。他方、図１７と図１８の逆プリズムシートを用いた場合、導光板２２からの出射光を蛍光体膜１７に最初に通過させて色変換し、上方向に色変換した白色光を立ち上げる構成をとっている。
【００４３】
図１５や図１７では、蛍光体粒子１７が薄膜光学フィルム２３の三角形状の上にのみ形成されており、光学的な均一性を確保するために、拡散フィルム２４を必要としているが、図１６や図１８では、蛍光体粒子１７が光学フィルム２３の三角形状の上と、反対側の平坦面にも設けているので、十分な散乱拡散効果により、白色光における輝度や色度の光学的な均一性を向上させることが可能である。図１６や図１８の構成では、三角形状の反対面に設けた蛍光体粒子１７により、目標の色度や分布を実現するために補正することもできる。また、光学フィルム２３への蛍光体膜１７の構成により、拡散フィルム２４を除去し、部品点数を削減して低コスト化も図れる。
【００４４】
上記の光学系とバックライト光源を適用し、図１９に示す、携帯用小型液晶パネルモジュール２５と配線パターン２６及び回路駆動系２７からなる、携帯電話用などの小型の液晶表示装置を作製する。上記の構成により、小型携帯用液晶表示装置において、白色光の輝度及び色度の均一性が高く、特に色度の角度依存性が非常に小さい視角特性に制御できる。
【００４５】
ここで、拡散板５に作製する、断面が三角形状の凸部は、三角プリズム状の形で示してあるが、三角錘状の形状パターンでもよく、四角錘状の形状パターンでもよい。また、三角形状の頂角は、直角でもよく、光学距離に合わせて、直角より小さい角度或いは大きな角度に調整することができる。
【００４６】
さらに、蛍光体粒子の大きさは、上記三角形状の周期ピッチと同程度かそれよりも小さいサイズを有しているものであり、望ましくは上記三角形状の周期ピッチの半分以下である構成をとる。また蛍光体粒子の形状は、球である他、楕円球でもよく、直方体でもよく、任意の形状でもよい。
【００４７】
本実施例では、液晶表示装置に適する光学系とサイド型のバックライト光源の構成について説明した。青色発光ダイオード光源と蛍光体膜を分離し、導光板からの出射角度を考慮した両者間の実効的な光学距離を一定に保つことにより、輝度や色度の安定性を確保できる。特に、色度の角度依存性を格段に抑制し、色度の光学的均一性と安定性を向上させることができた。また、液晶表示装置の光学系を構成する拡散板へ適用したり、蛍光体膜を調整することにより、他の光学系を削減し低コストを図ることが可能である。本内容は、携帯電話用などの小型の液晶表示装置へサイド型バックライトモジュールとして適用が可能である。本実施例では、液晶表示装置を例に示したが、照明装置の光学系とバックライト光源の構成に適用しても、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４８】
１  バックライト光源モジュール筐体、２  プリント基板、３  発光ダイオード素子、４  バックライト光線、５  拡散板、６  拡散フィルム、７  プリズムシート、８  偏光反射シート、９  下側偏光板、１０  液晶パネル、１１  上側偏光板、１２  バックライト支持筐体枠、３  バックライト光源モジュール及び光学系、１４  駆動回路モジュール、１５  ガラス基板、１６  三角形状の凸部、１７  蛍光体粒子、１８  青色発光ダイオード光源、１９  蛍光体塗布膜、２０  導光板、２１  導光板、２２  導光板、２３  光学フィルム、２４  拡散フィルム、２５  携帯用小型液晶パネルモジュール、２６  配線パターンフィルム、２７  駆動回路系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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