(57)【要約】【課題】  導光板の設計に大きな影響を与えず、蛍光体を用いて長寿命で効率の良く、広い色再現範囲を持った照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】  蛍光体粒子と蛍光体粒子を被覆して内部に閉じ込める非通水性材料とから形成される蛍光体ビーズと、前記蛍光体ビーズを保持する高分子フィルムとから蛍光体フィルムを構成した。本発明の照明装置は、前記蛍光体ビーズまたは蛍光体フィルムを前記導光板の光照射面または前記導光板の裏面または前記導光板の光入射面の少なくとも１箇所以上に配置した構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズと、前記蛍光体ビーズを保持する高分子フィルムを備える蛍光体フィルム。
【請求項２】
前記蛍光体ビーズは、前記高分子フィルムの内部に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体フィルム。
【請求項３】
前記蛍光体ビーズは結合剤を介して前記高分子フィルム上に保持されたことを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光体フィルム。
【請求項４】
前記蛍光体ビーズは前記高分子フィルム上に互いに重ならないように単層で設けられたことを特徴とする請求項３に記載の蛍光体フィルム。
【請求項５】
蛍光体を含有しない透光性ビーズが所定の割合で混合されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蛍光体フィルム。
【請求項６】
前記蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズが所定の割合で混合されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蛍光体フィルム。
【請求項７】
光源と、前記光源からの光を伝播して平面状に照射する導光板を備える照明装置において、
前記請求項１〜６のいずれか一項に記載の蛍光体フィルムが、前記導光板の光照射面、前記導光板の裏面、前記導光板の光入射面のうち、少なくとも１箇所に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
光源と、
前記光源からの光を伝播して平面状に照射する導光板と、
蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズと、前記蛍光体ビーズを保持する母材を備える蛍光体層と、を有するとともに、
前記蛍光体層が、前記導光板の光照射面、前記導光板の裏面、前記導光板の光入射面のうち、少なくとも１箇所に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
前記蛍光体層は、前記導光板の光出射面上に前記蛍光体ビーズを分散させた母材を印刷してなることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記母材中に分散された前記蛍光体ビーズの面積密度は、前記光源の輻射強度分布に反比例することを特徴とする請求項８または９に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記蛍光体層には、前記蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズが所定の割合で混合されたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光源は青色光源であり、前記蛍光体層は、青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体層と、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
青色光源を用い、前記緑色蛍光体層と前記赤色蛍光体層は前記導光板の裏面と光出射面の少なくとも一方に設けられ、前記導光板の裏面または光出射面に前記導光板の内部を伝播する光を表面に照射するためのホログラムが設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記光源は紫外線光源と青色光源であり、前記蛍光体層は、紫外光を緑色光に変換する緑色蛍光体フィルムと、紫外光を赤色光に変換する赤色蛍光体フィルムを含むことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記蛍光体ビーズと前記第二蛍光体ビーズのうち、波長の短い光を発光する蛍光体ビーズが他方の蛍光体ビーズより光源側に配置されたことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記光源からの光を伝播し線状に照射する光パイプを前記導光板の光入射面側に備え、前記光パイプ中に前記蛍光体層を備えるとともに、前記蛍光体層には、前記蛍光体ビーズと、前記蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズとが所定の割合で分散されたことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記光源からの光を伝播し線状に照射する光パイプを前記導光板の光入射面側に備え、前記光パイプ中には前記蛍光体ビーズが分散され、前記光パイプと前記導光板の光入射面との間に、前記蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズを含んだ蛍光体フィルムが設けられたことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１８】
非自発光型の表示素子と、前記表示素子を照明するために設けられた請求項７から１７のいずれか一項に記載の照明装置と、を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を波長変換する蛍光体ビーズまたは蛍光体フィルムと、それを用いた携帯情報機器や携帯電話などに用いられる液晶表示装置、液晶表示装置の中でも特に液晶表示素子を照射するフロントライトやバックライトなどの照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯電話やモバイルコンピュータなどに用いられる表示装置としては、高精細カラー画像が少ない消費電力で得られる液晶表示装置が多く用いられている。これらの液晶表示装置に用いられる液晶素子を照明するため、高輝度の白色ＬＥＤを用いた光源が照明装置用光源として用いられるようになっている。
【０００３】
特に携帯電話においては、開口が大きく明るい反射型液晶表示装置や、表裏両面から画像情報を表示することが可能な両面可視型液晶表示装置が用いられている。これらの表示装置の照明に用いられている白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤの発光面の直前に樹脂中に分散させた緑色蛍光体または黄色蛍光体を配して、その結果得られる緑色光または黄色光と元の青色光とを混色させて白色光を得る構造としたものが一般的である。
【０００４】
図１５は従来の白色ＬＥＤの色再現範囲を説明するＸＹ色度図である。図中ＲＧＢで示される点を結んだ色三角形はカラーＣＲＴのものである。これらＲＧＢ画素の輝度を調節することによって、この色三角形の内部に存在する色を全て表現することができる。このカラーＣＲＴの色三角形の面積を１００％として、ＣＲＴ以外のカラー表示装置が有する色三角形の面積の大きさをＮＴＳＣ比として定義されており、色再現性の指標となっている。従来の白色ＬＥＤは、励起光の青色ＬＥＤのみの色度座標１０１と波長変換で得られる黄色光のみの色度座標１０２とを結ぶ直線上でのみしか色再現ができないために、色再現範囲は極めて狭かった。もちろん、黄色蛍光体は黄色以外にも緑色光成分や赤色光成分も波長変換によって生じるために、彩度は低いが赤色や緑色の色表現も可能である。蛍光体としては希土類元素を添加したイットリウムアルミニウムガーネットなどの酸化物蛍光体やカルコゲナイド化合物が多く用いられている。
【０００５】
一方、上記従来の白色ＬＥＤでの蛍光体の用い方では蛍光体に照射される光強度が強いために、その光劣化を防ぐことを目的として導光板の裏面に蛍光体を所定の形成密度で塗布形成したものが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
さらにまた、上記特許文献に開示されている方法に比べて、より少ない面積で蛍光体を用いて波長変換を行なうために、青色ＬＥＤと導光板の光入射面との間に層状の波長変換体を設けたものが開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平７−１７６７９４号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平１０−２６９８２２号公報（第３項、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の酸化物蛍光体は光変換効率が低いという課題を有していた。この課題を解決するため、光変換効率の高い硫化物やセレン化物やテルル化物などのいわゆるカルコゲナイド化合物を用いる場合は、これらの蛍光体の耐湿性が悪いために蛍光体の長寿命化が困難であるという新規の課題を有していた。
【０００８】
また、従来の青色ＬＥＤと緑色蛍光体または黄色蛍光体を組み合わせて白色光を得る従来の照明装置においては、赤色の発光強度が弱くなるために色再現範囲が狭いという課題を有していた。
【０００９】
また、蛍光体を導光板の裏面に塗布した従来の照明装置においては、導光板内部の光強度の分布に合わせて塗布濃度を合わせこまなければならないために、導光板の仕様が変更する度に塗布条件を合わせこまなければならないという課題を有していた。さらにまた、導光板の裏面に蛍光体を塗布することによって、導光板内部での光伝播特性が変化するため導光板設計が困難になるという課題を有していた。
【００１０】
さらにまた、光源と導光板の光入射面との間に層状の波長変換体を配した従来の照明装置においては、光源とその波長変換体との距離が近接しているために波長変換体に照射される光強度の分布が大きく、混色性が悪いという課題を有していた。
【００１１】
そこで、本発明は、導光体の設計に大きな影響を与えず、効率が高く長寿命で広い色再現範囲を持った蛍光体フィルムと照明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】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の蛍光体フィルムは、蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズと、蛍光体ビーズを保持する高分子フィルムを用いて構成されている。このとき、蛍光体ビーズを高分子フィルムの内部に分散してもよいし、結合剤を介して高分子フィルム上に保持してもよい。このとき、蛍光体ビーズは高分子フィルム上に互いに重ならないように単層で設けることもできる。さらに、蛍光体を含有しない透光性ビーズを所定の割合で混合することとした。また、蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズを所定の割合で混合されることもできる。
【００１３】
また、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を伝播して平面状に照射する導光板と、蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズと、蛍光体ビーズを保持する母材を備える蛍光体層とを有するとともに、蛍光体層が、導光板の光照射面、導光板の裏面、導光板の光入射面のうち、少なくとも１箇所に配置されている。
【００１４】
蛍光体層は、導光板の光出射面上に蛍光体ビーズを分散させた母材を印刷して形成することができる。また、母材中に分散された蛍光体ビーズの面積密度は、光源の輻射強度分布に反比例するように設けられている。
【００１５】
ここで、蛍光体層には、蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズが所定の割合で混合することとした。
【００１６】
また、光源として青色光源を用い、蛍光体層を、青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体層と、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体層を用いて構成することとした。
【００１７】
あるいは、光源として青色光源を用い、緑色蛍光体層と赤色蛍光体層を導光板の裏面と光出射面の少なくとも一方に設け、導光板の裏面または光出射面に導光板の内部を伝播する光を表面に照射するためのホログラムを設けることとした。
【００１８】
あるいは、光源として紫外線光源と青色光源を用い、蛍光体層を、紫外光を緑色光に変換する緑色蛍光体フィルムと、紫外光を赤色光に変換する赤色蛍光体フィルムを用いて構成することとした。
【００１９】
また、蛍光体ビーズと第二蛍光体ビーズのうち、波長の短い光を発光する蛍光体ビーズが他方の蛍光体ビーズより光源側に配置することとした。
【００２０】
さらに、光源からの光を伝播し線状に照射する光パイプを導光板の光入射面側に備え、光パイプ中に、蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズと、この蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズとを、所定の割合で分散することとした。
【００２１】
あるいは、光源からの光を伝播し線状に照射する光パイプを導光板の光入射面側に備え、光パイプ中には蛍光体粒子の表面を疎水性材料で被覆して形成された蛍光体ビーズが分散され、光パイプと導光板の光入射面との間に、蛍光体粒子と発光波長が異なる第二蛍光体の表面を疎水性材料で被覆して形成された第二蛍光体ビーズを含んだ蛍光体フィルムが設けられた構成とした。
【００２２】
さらに、本発明の表示装置は、非自発光型の表示素子と、この表示素子を照明するために前述のいずれかの構成の照明装置を備えることとした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液晶表示装置は、長寿命で色再現領域が広く光利用効率の高い照明装置を有する液晶表示装置とすることができるために、平面を照明するための良好なカラー液晶表示装置とすることができるという効果を有する。また、発光効率の高いカルコゲナイド系蛍光体を劣化することなく用いることができるために、高輝度で長寿妙な液晶表示装置が実現できる。また、本発明の液晶表示装置を用いることによって、素子の色再現性が向上し、より高鮮明なカラー液晶表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の蛍光体フィルムは、蛍光体粒子とこの蛍光体粒子を被覆して内部に閉じ込める非通水性材料とから形成される蛍光体ビーズと、蛍光体ビーズを保持する高分子フィルムを用いて構成されている。
【００２５】
そして、高分子フィルム上に蛍光体ビーズを保持する方法として、蛍光体ビーズを透明高分子母材内部に分散して透明高分子母材をフィルム化するか、または高分子結合剤または無機結合剤を介して高分子フィルム上に塗布形成する。このようにして、蛍光体粒子としてカルコゲナイド化合物を用いても、水分による劣化が少なく長寿命の蛍光体フィルムを実現することができた。
【００２６】
蛍光体ビーズ中に含まれる蛍光体粒子の個数は１つでも良いし、２つ以上複数の粒子であっても良い。蛍光体ビーズに含まれる蛍光体粒子の個数が１つの場合は、蛍光体粒子の平均粒径は５ｎｍから５０μｍ程度のものを用いることができるが、蛍光体ビーズ中に複数の蛍光体粒子を混合する場合は、蛍光体の平均粒径の最大値を蛍光体ビーズ粒径の１／５程度以下とするのが好ましい。
【００２７】
また、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を伝播して平面状に照射する導光板を備えており、前述のいずれかの構成の蛍光体層が、導光板の光照射面、導光板の裏面、導光板の光入射面のうち、少なくとも１箇所に配置されている。
【００２８】
そして、光源として青色光源と緑色光源を用い、青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体層と、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体層とを各々空間的に分離して形成した。さらに、２種類の蛍光体層のうち、波長の短い光を発光する蛍光体層を、より光源側に配置した。これら蛍光体層には各々の蛍光体粒子を非通水性材料で覆って形成した蛍光体ビーズが保持されている。このような構成によって、導光板の伝播特性を変えることなく、効率の良い波長変換を行なうことが可能になった。また、蛍光体ビーズまたは蛍光体フィルムを空間的に分離して配置することによって、より波長変換効率の悪い蛍光体を光源の近くに配置することができ、結果として各色に対する色変換効率を最大化することが可能となった。
【００２９】
また、光源として紫外線光源と青色光源を用い、蛍光体層を、紫外光を緑色光に変換する緑色蛍光体層と、紫外光を赤色光に変換する赤色蛍光体層で構成とした。これら緑色蛍光体層および赤色蛍光体層には各々緑色蛍光体粒子および赤色蛍光体粒子を非通水性材料で覆って形成した緑色蛍光体ビーズおよび赤色蛍光体ビーズが保持されている。このような構成によって、発光効率の高い緑色発光と赤色発光を実現し、これを青色光と混色することによって色再現範囲の広い照明装置とすることができた。
【００３０】
また、蛍光体層は、透明な基材上に高分子結合材または無機結合材に蛍光体ビーズを分散させた発光層を印刷または塗布して形成した。そして、蛍光体印刷層または塗布層は、高分子母材に第一蛍光体ビーズと第二蛍光体ビーズを混合分散させて形成した。これによって、蛍光体層を１層だけ用いて多色への波長変換を可能とすることができた。
【００３１】
また、蛍光体を含まない透光性ビーズを所定の割合で第一蛍光体ビーズと第二蛍光体ビーズに混合したものを、高分子結合剤または無機結合剤等の結合剤を用いて透明フィルム上におよそ単層で形成した。このような構成により、光源の青色発光を蛍光体に影響されずに光出射面へ導くことが可能となった。なお、このとき、互いの蛍光体が形成されている領域を充分小さく、かつ近接させることができるために混色特性を改善し、色むらのない波長変換を可能とした。
【００３２】
さらに、蛍光体ビーズの面積密度を必要とする光強度に比例して設計するようにした。このことによって、一様な色混合比を持った照明装置とすることができた。
【００３３】
一方、蛍光体ビーズを用いる別の方法として、光源からの光を伝播し線状に上記導光板の光入射面に照射する光パイプ中に、第一蛍光体ビーズと第二蛍光体ビーズとを所定の割合で混合分散させて、光パイプ内で波長変換と混色を同時に行なった。光パイプ内に蛍光体を混合分散させることによって、均一で強い光強度内での波長変換が可能となり、波長変換効率を向上させることが可能となった。また、光パイプ内では、光源からの光が多重反射を繰り返して均一な光強度を形成するために、光の混色性も向上させることが可能となった。
【００３４】
さらに、蛍光体フィルムと光パイプを併用する構成とした。これは、光源からの光を伝播し線状にして導光板の光入射面に照射する光パイプ中に第一蛍光体ビーズを分散させ、光パイプと導光板の光入射面との間に第二蛍光体ビーズを印刷または塗布した蛍光体フィルムを配した構造である。これによって、光パイプ内への蛍光体の分散を均一に行なうことが可能となり、より均一な色変換が可能となった。また、蛍光体層に照射される光強度も一様となるために、蛍光体層も蛍光体を一様に塗布することが可能となり、その作製が容易となった。
【００３５】
また、導光板の光出射面に直接第一蛍光体ビーズと第二蛍光体ビーズを配することもできる。そして、このようにすることで、本発明の照明装置の構成要素を減らすことが可能となる。
【００３６】
また、本発明の表示装置は、上述の構成のうちいずれか一つの照明装置と、照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えている。
【００３７】
以下に本発明の実施例を、図面を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は本実施例の蛍光体フィルムの構成を模式的に示す断面図である。図示するように蛍光体ビーズ１は透明母材２中に混合分散されている。蛍光体ビーズ１は、蛍光体粒子４が非通水性材料３によって被覆されて略球形に形成されている。このとき、透明母材２はフィルム形状になっている。非通水性材料３としては、シリコン樹脂やシクロオレフィン系樹脂などの高分子材料や二酸化ケイ素やガラスなどの無機材料を用いることができる。非通水性材料３として前述の無機材料を用いる場合は、良く知られているゾルゲル法を用いて蛍光体粒子４の周りに無機材料を成長させることによって形成できる。透明母材２としては、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフィン樹脂などの高分子材料や二酸化ケイ素などの無機材料を用いることができる。透明母材２として二酸化ケイ素などの無機材料を用いる場合は、シリカゾルに蛍光体ビーズ１を混合分散させて平板上に塗布し、その後加熱して硬化させることによって得られることができる。蛍光体粒子としては、希土類元素を含有したＹＡＧ蛍光体微粒子やカルコゲナイド化合物蛍光体微粒子を用いることができる。特に、カルコゲナイド蛍光体微粒子は発光効率が高いが、吸湿性が大きく、吸湿によって特性が劣化するものが多くある。本発明に示したように、カルコゲナイド蛍光体微粒子を非通水性材料で被覆してビーズ中に含有させることによって、この吸湿による劣化がなくなり、長寿命化を実現することができた。
【００３９】
本実施例においては、蛍光体ビーズ１中には多数の蛍光体粒子４が混合されている。蛍光体粒子４の平均粒径としては、５ｎｍ〜１０μｍであり、ビーズの径に比較して十分小さな径を有している。具体的には、ビーズ径の１／５程度以下の粒径であることが好ましい。これよりも粒径が大きくなると、蛍光体粒子の一部がビーズからはみ出て吸湿劣化を起こす場合があるため好ましくない。
【００４０】
青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体粒子を非通水性材料で被覆して形成した赤色ビーズと、青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体粒子を非通水性材料で被覆した緑色蛍光体ビーズを所定の割合で混合して図１に示す蛍光体フィルムを作製することによって、この蛍光体フィルムに青色光を照射することによって目的の色度を持った発光色を得ることが可能となる。この発光色による色再現範囲は、用いる赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子の材料や、これらの混合比率や、各々の蛍光体粒子の混合濃度や、各々の蛍光体粒子の平均粒径、および照射する青色光の濃度を調節することによって任意に制御することが可能となる。
【実施例２】
【００４１】
図２に本実施例の蛍光体フィルムの断面構成を模式的に示す。本実施例が実施例１と異なるところは、蛍光体粒子４の１つ１つが非通水性材料３によって被覆されていることである。この場合も、実施例１と同様の蛍光体粒子と非通水性材料を用いることができる。蛍光体粒子４を１つ１つ非通水性材料３で被覆することによって、蛍光体ビーズ１を形成するときに平均粒径が５０μｍ程度の大きな蛍光体粒子を用いることが可能となる。市販されている多くの蛍光体粒子の最大粒径は１０〜５０μｍ程度であるため、本実施例の蛍光体ビーズを用いることによって蛍光体粒子の材料を選択する自由度が大きくなり、発光色の設計がし易くなる。
【００４２】
また、本実施例で示す構造の蛍光体ビーズ１とすることによって、非通水性材料３の被覆厚を任意に制御することが可能となる上に蛍光体粒子を非通水性材料で完全に被覆することができるために、蛍光体粒子の持つ発光特性の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
実施例１と同様に、青色光で赤色の蛍光を発する赤色蛍光体粒子を非通水性材料で被覆して形成した赤色蛍光体ビーズと、青色光で緑色の蛍光を発する緑色蛍光体粒子を非通水性材料で被覆した緑色蛍光体ビーズを所定の割合で混合して図２に示す蛍光体フィルムを作製することによって、この蛍光体フィルムに青色光を照射することによって目的の色度を持った発光色を得ることが可能となる。この発光色による色再現範囲は、用いる赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子の材料や、蛍光体ビーズの混合比率や、各々の蛍光体粒子の平均粒径、および照射する青色光の濃度を調節することによって任意に制御することが可能となる。
【実施例３】
【００４４】
次に本実施例に係わる蛍光体フィルムの断面図を図３に模式的に示す。本実施例においては、前述の実施例で説明した赤色蛍光体ビーズ６と緑色蛍光体ビーズ７と一緒に、内部に蛍光体を含まない透光性ビーズ８が結合剤９によって透明フィルム１０上に単層結合して混在している。これらの蛍光体ビーズの混合割合は、混色によって得ようとする発光色の色度によって調整するのは実施例１や実施例２の場合と同様である。透光性ビーズ８はスチレン樹脂やアクリル樹脂などの高分子樹脂や、二酸化珪素やガラスなどの無機材料を用いたゾルゲル法で作製することができる。
【００４５】
本実施例の蛍光体フィルムは、例えば、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂またはシクロオレフィン系樹脂で形成した透明フィルム１０上に、印刷、ロールコーター、またはドクターブレードなどを用いて紫外線硬化型接着剤を結合剤９として塗布することで作製される。紫外線硬化型接着剤の塗布厚みは、蛍光体ビーズや透光性ビーズの平均粒径よりも薄くするのが好ましい。このようにして塗布した紫外線硬化型接着剤に紫外線を所定の時間照射して仮硬化する。その後、所定の割合で充分混合した赤色蛍光体ビーズ６と緑色蛍光体ビーズ７と透光性ビーズ８とをスキージなどを用いて表面にほぼ単層展開されるように押し付けて紫外線硬化型接着剤の中に埋め込み、その後再度紫外線を照射すると同時に加熱して埋め込んだビーズを固定する。
【００４６】
結合剤９としては、透光性のものであれば、紫外線硬化型接着剤以外にも通常の熱硬化型接着剤や自然硬化型接着剤や粘着材などを用いることができる。
【００４７】
この透光性ビーズ８を赤色蛍光体ビーズ６や緑色蛍光体ビーズ７と混合して用いることによって、透光性ビーズ８を透過した励起光である青色光を直接照明光として用いることができるために、青色光の色純度を高めることができる。また、透光性ビーズ８を赤色蛍光体ビーズ６や緑色蛍光体ビーズ７と一緒に混合することによって、透明フィルム１０の上に空き領域を作らず一様にビーズを固定することが可能となり、色むらの少ない蛍光体フィルムが実現できた。
【実施例４】
【００４８】
図４に本実施例の照明装置の断面を模式的に示す。光源１１から出射された青色光は、導光板１２の内部を伝播してその裏面に形成された微小プリズム群で偏向または屈折されて光路を変え、一部は裏面から抜けて光反射板１３で反射されてから、また一部は導光板１２の光出射面から直接に出射する。ここで、導光板１２の光出射面には蛍光体ビーズ１が塗布されている。このように、導光板１２の光出射面の表面には、実施例３と同様に結合剤によって蛍光体ビーズ１が固定されている。この蛍光体ビーズ１は、赤色蛍光体ビーズと緑色蛍光体ビーズと透光性ビーズとが混合されたものとなっている。従って、導光板１２の光出射面から出て赤色蛍光体ビーズを透過した青色光はその一部が内部の赤色蛍光体によって波長変換されて赤色光を発する。また、導光板１２の光出射面から出て緑色蛍光体ビーズを透過した青色光はその一部が内部の緑色蛍光体によって波長変換されて緑色光を発する。一方、透光性ビーズを透過した青色光はそのまま出射される。このようにして、所望の色座標を持った照明光を生成することが可能となる。
【００４９】
この実施例における照射光の色変換に関する作用は実施例３で示したものと同様となるが、この実施例では蛍光体ビーズを導光板の光出射面に直接形成するために、後で説明する他の照明装置の実施例と比較して部品点数を削減することが可能となる。
【００５０】
図１６にこの照明装置を有する液晶表示装置の断面を模式的に示す。照明装置３１の上部には拡散シート２７、プリズムシート２８、２９、液晶パネル３４が設けられている。また、照明装置３１の下部には反射シート３２が配してあり、全体を筐体３０で固定している。
【実施例５】
【００５１】
図５は本実施例の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。導光板１２の光入射面と光源１１の間に第一蛍光体フィルム１４が設けられ、導光板１２と反射板１３の間に第二蛍光体フィルム１５が設けられている。光源１１は青色ＬＥＤであり、導光板１２の光入射面に通常２つ以上配されている。また、導光板１２は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン系樹脂などの透明高分子で形成されており、光源１１からの光を光入射面から取り込んで内部に伝播する。一般に、導光板１２の光出射面または裏面には微細なプリズム群や散乱構造体が形成されており、光出射面から面上の均一な光を照射する。図５に示す実施例では、導光板１２の裏面には微細なプリズム群が形成されており、内部を伝播する光を所定の割合で裏面に照射し、この裏面から照射された光は反射板１３で反射されて再び導光板１２を透過して、導光板１２の光出射面から照射される。反射板１３としては、高分子基材上にＡｌやＡｇまたはＡｇとＰｄとの合金などを蒸着した反射層を形成したものや、内部に反射率の高い白色顔料を混合した透明高分子基材などを用いることができる。
【００５２】
第一蛍光体フィルム１４と第二蛍光体フィルム１５は、各々異なった発光色を持った蛍光体ビーズのみが表面に塗布または内部に混合された透明フィルムである。励起波長が同一の場合、波長変換して得られる光の波長が長くなるほど波長変換効率は低下する。従って、同じ光強度の変換光を得ようとすると、変換波長が長くなるほど照射光強度を大きくする必要がある。従って、赤色蛍光体フィルムを光源１１の近傍に配することにより、青色光を赤色光に効率良く変換することができる。また、導光板１２を形成する透明高分子材料の赤色光に対する吸収係数は、緑色光や青色光に比較して少ないため、変換後の光路が長くなっても照射されるまでの損失を少なくすることができる。一方、青色光から緑色光に波長変換する緑色蛍光体は波長変換効率が良いため、第二蛍光体フィルム１５として用いて導光板１２の裏面の均一な光照射の下で波長変換を行なう。
【００５３】
本実施例の蛍光体フィルムの具体的な構成としては、実施例１〜３で説明したものを用いることができる。ただし、本実施例では、第一蛍光体フィルム１４には赤色蛍光体ビーズのみ、または赤色蛍光体ビーズと透光性ビーズとを所定の割合で混合したものである。また、第二蛍光体フィルム１５には緑色蛍光体ビーズのみ、または緑色蛍光体ビーズと透光性ビーズとを所定の割合で混合したものである。
【００５４】
図１１、図１２は蛍光体フィルムを詳細に説明した図である。図１１では、蛍光体ビーズ１７は透明フィルム１８上に単層形成されている。この場合、図５に示した第一蛍光体フィルム１４のように光源１１と導光板１２の入射面との間に配置することや第二蛍光体フィルム１５のように反射板１３の上に配置することが可能となる。一方、図１２では蛍光体ビーズ１７が反射板１３上に直接配置されており、この構造を用いることで図５に示した第二蛍光体フィルム１５と反射板１３を同一部品とすることが可能になり、照明装置の部品点数を削減することが可能となる。
【００５５】
図１４に本発明の照明装置の色再現範囲を説明するためのＸＹ色度図を示す。本発明の照明装置は、光源からの青色光による色座標２４と、緑色光による色座標２５と、赤色光による色座標２６が色三角形を形成し、これらの混色によってこの色三角形内部の色を任意に表現することができる。この色三角形は、一般のカラーＣＲＴの色三角形１０３よりは小さいが、従来の白色ＬＥＤを用いた照明装置の色三角形よりも十分大きく、色再現範囲が広がっている。
【００５６】
なお、本実施例で説明する照明装置の構成として、照明光の輝度分布や放射角を制御するために、導光板２の光出射面上に光拡散板やプリズムシートなどを配する場合が多いことは言うまでもない。
【実施例６】
【００５７】
図６に本実施例の照明装置の構成を模式的に示す。本実施例では、第一蛍光体フィルム１４を導光板１２の裏面に、第二蛍光体フィルム１５を導光板１２の表面に配した。光源１１には発光波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤを用いた。そして、第一蛍光体フィルム１４には赤色蛍光体粒子として発光波長６１５ｎｍの硫化物系赤色蛍光体ビーズを、第二蛍光体フィルム１５には緑色蛍光体粒子として発光波長５２２ｎｍの酸化物系緑色蛍光体ビーズを用いた。このような構成によって、色表現領域の広い照明装置とすることが可能となった。また、第一蛍光体フィルム１４を通過する青色光は導光板１２側からの照射光と反射板１３側からの反射光で２回利用されるために、１回だけ青色光を波長変換する場合に比べて第一蛍光体フィルム１４に含有させる蛍光体ビーズ濃度を半分にすることができる。
【００５８】
また、本実施例では導光板１２の内部を伝播する光は実質的に青色光だけとなるため、光出射面から照射するための導光板１２の構造設計を容易にすることができる。これにより、照明効率が向上すると共に設計納期が短縮できる。さらに、導光板１２内部を伝播する光を外部に取り出して照射する手段として、導光板１２の光出射面または裏面に微細プリズム群や微細散乱構造体を用いる以外に、ホログラムを用いることが可能となる。このホログラムとしては、二光束干渉縞によって得たパターンをリソグラフィーによって転写したり、リップマン型ホログラムなどの計算機ホログラムをリソグラフィーによって形成したりすることによって容易に作製することができる。また、第一蛍光体フィルム１４を反射板１３の反射面に直接形成することもできる。
【実施例７】
【００５９】
図７に本実施例の照明装置の断面構成を模式的に示す。本実施例が実施例６と異なる点は、第一蛍光体フィルム１４と第二蛍光体フィルム１５が両方とも導光板１２の光出射面側に配されていることである。導光板１２の光出射光は光強度分布が７０％以上の均一性を有しているために、このような配置にすることによって第一蛍光体フィルム１４および第二蛍光体フィルム１５による波長変換によって得られた発光を均一にし、混色性を向上させることができた。さらに、赤色蛍光体ビーズを有する第一蛍光体フィルム１４と、緑色蛍光体を有する第二蛍光体フィルム１５を用いることによって、波長変換効率を向上させることができた。
【実施例８】
【００６０】
図８に本実施例の照明装置の断面構成を模式的に示す。本実施例では、第一蛍光体フィルム１４と第二蛍光体フィルム１５を光源１１と導光板１２の光入射面との間に配した。この場合も、第一蛍光体フィルム１４に赤色蛍光体ビーズを、第二蛍光体フィルム１５に緑色蛍光体ビーズを用いることによって、波長変換効率を向上させることができた。
【００６１】
また、この場合、第一蛍光体フィルム１４と第二蛍光体フィルム１５とは光源１１に近いために、これら蛍光体層に照射される光強度分布が大きくなる。そのため、これら蛍光体層で波長変換されて発光する光強度は、励起光の強度が大きな部分が強くなるために導光板内部で混色されるときに色むらが発生してしまう。そこで、励起光の光照射強度が大きな部分は蛍光体層に塗布する蛍光体ビーズ濃度を薄く、励起光の光照射強度が小さな部分は蛍光体層に塗布する蛍光体ビーズ濃度を濃くして、励起光と波長変換で得られた発光光との比がほぼ一定になるようにした。
【００６２】
そして、光源１１には近紫外光を発光する紫外線ＬＥＤと青色光を発光する青色ＬＥＤを近接して配した光源を用いることができる。例えばＧａＮなどの材料で形成した紫外線ＬＥＤは発光波長３６５ｎｍであり、蛍光体に対する励起エネルギーが高いために高効率の波長変換を行なうことができる。しかしながら、紫外線は導光板１２を構成する高分子材料などの照明装置の構成部材によって大きな吸収を受けるために、紫外線を導光板１２内に伝播させて広い領域で均一に蛍光体を励起することは好ましくない。従って、図８に示すように紫外線ＬＥＤと導光板１２の間隙に蛍光体層を配置して、導光板内では変換後の可視光を伝播させて用いると効率が良い。また、このとき、蛍光体ビーズを構成する非通水性材料として紫外線吸収の少ない二酸化ケイ素を用いることによって紫外線の利用効率を向上させることができる。
【００６３】
図１３は光源を３つ並列に並べて配置した場合の、第一蛍光体フィルム１４および第二蛍光体フィルム１５に塗布する蛍光体ビーズの濃度分布を模式的に示した平面図である。図１３において、領域１９、２０、２１の順に蛍光体ビーズの濃度が高くなっている。領域１９は光源の輝度中心に対応しており照射光強度が最も強く、この輝度中心から離れるに従って照射光強度が弱くなる。蛍光体は一般に照射光強度が強いほど波長変換効率が高くなり変換光成分が多くなる。従って、このように光源の輝度中心から遠ざかるにつれて蛍光体ビーズの濃度を大きくすることによって一様な色分布の照明光を得ることが可能となる。このような領域の作製は、スクリーン印刷やオフセット印刷などで各領域に対応した印刷版を用いて蛍光体ビーズ濃度の異なる母材を順次印刷することによって容易に得ることができる。蛍光体ビーズ濃度の異なる母材は、赤色蛍光体ビーズまたは緑色蛍光体ビーズに混合する透光性ビーズの混合割合を調節することによって容易に作製することができる。図１３では各光源に対応して領域を１９、２０、２１の３領域に分割したが、より多くの領域に分割した方が色分布を良くすることができる。
【００６４】
このように、図８における第一蛍光体フィルム１４と第二蛍光体フィルム１５に形成する蛍光体ビーズ濃度に分布を設けることによって、色再現性が良く混色も良好な照明装置を得ることができた。
【００６５】
なお、紫外線ＬＥＤを光源として用いた場合には、照明装置の構成部材である高分子材料の劣化、液晶装置に含まれる液晶成分の劣化を促進させる。さらには、観測者の目にも悪影響を与える。そのため、図８には明示していないが、本実施例では第二蛍光体フィルム１５と導光板１２の光入射面との間に、紫外線吸収フィルムを挿入した。
【実施例９】
【００６６】
図９は本実施例の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。図示するように、二つの青色光源１１ａ、１１ｂを光パイプ１６の両側端に配してある。これらの青色光源から出射した光は光パイプ１６の内部を伝播して均一化されて、光パイプ１６の導光板１２との対向面またはその逆面に形成されたプリズムによって偏向され、導光板１２の光入射面に一様に照射されて導光板１２の内部に導かれる。本実施例では、光パイプ１６の中に赤色蛍光体ビーズを混合して、光パイプ１６内部で青色光を赤色光に波長変換することとした。これによって、均一な波長変換と混色を実現した。また、光パイプ１６の中では青色光は繰り返し反射する上に、光強度が強いために効率の良い波長変換が可能となった。
【００６７】
一方、導光板１２の裏面には第二蛍光体フィルム１５が配されており、緑色蛍光体ビーズがその表面に一様に配されているか、または内部に一様に混合されている。このような構成によって色再現性が良く混色性に優れた照明装置とすることができた。
【実施例１０】
【００６８】
図１０は、本実施例の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。本実施例が実施例９と異なる点は、第二蛍光体フィルム１５が光パイプ１６と導光板１２の光入射面との間に挿入されている点である。実施例９で説明したように、光パイプ１６の内部に混合された赤色蛍光体ビーズは、光パイプ１６内部の均一で強度の強い青色光によって効率良く青色光を赤色光に波長変換する。また、光パイプ内部で青色光と赤色光とは、充分均一に混色することができる。さらに、光パイプ１６から導光板１２の光入射面側に出射される光は均一であるために、実施例８とは異なり、緑色蛍光体ビーズは第二蛍光体フィルム１５の表面に均一に塗布または内部に混合されていれば良い。また、実施例９に比べて、第二蛍光体フィルム１５に照射される光強度が強いために、青色光を緑色光に変換する効率を高くすることができるという特長を持っている。そして、第二蛍光体フィルム１５の面積を実施例９に比較して小さくすることができるために、使用する蛍光体の量を減らすことができ、照明装置の製造コストを削減することができる。このようにして、本実施例においても、色再現性が良く、混色性に優れた照明装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による蛍光体フィルムの構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明による蛍光体フィルムの構成を示す模式的断面図である。
【図３】本発明による蛍光体フィルムの構成を示す模式的断面図である。
【図４】本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。
【図５】本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。
【図６】本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。
【図７】本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。
【図８】本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。
【図９】本発明による照明装置の構成を示す模式的斜視図である。
【図１０】本発明による照明装置の構成を示す模式的斜視図である。
【図１１】本発明による照明装置に用いた蛍光体フィルムの構成を示す詳細な断面図である。
【図１２】本発明による照明装置に用いた蛍光体フィルムの構成を示す詳細な断面図である。
【図１３】本発明による照明装置に用いた蛍光体フィルムの構成を示す模式的平面図である。
【図１４】本発明の照明装置の色再現範囲を説明する色度座標図である。
【図１５】従来の白色ＬＥＤを用いた照明装置の色再現範囲を説明する色度座標図である。
【図１６】本発明の照明装置の全体構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  蛍光体ビーズ
２  透明母材
３  非通水性材料
４  蛍光体粒子
６  赤色蛍光体ビーズ
７  緑色蛍光体ビーズ
８  透光性ビーズ
９  結合剤
１０  透明フィルム
１１  光源
１１ａ、１１ｂ  青色光源
１２  導光板
１３  反射板
１４  第一蛍光体フィルム
１５  第二蛍光体フィルム
１６  光パイプ
１７  蛍光体ビーズ
１８  透明フィルム
１９、２０、２１  領域
２４  青色光による色度座標
２５  緑色光による色度座標
２６  赤色光による色度座標
２７  拡散シート
２８  プリズムシート
２９  プリズムシート
３０  筐体
３１  導光板
３２  反射シート
３３  ＦＰＣ
１０１  青色ＬＥＤのみの色度座標
１０２  黄色光のみの色度座標
１０３  カラーＣＲＴの色三角形
【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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