(57)【要約】  【課題】  色むらの発生を抑制することができるようにする。  【解決手段】  照明装置は、赤色、緑色および青色の発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが配置された光源と、赤色光、緑色光および青色光のうち緑色光および青色光を選択透過させる赤色光反射手段、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および青色光を選択透過させる緑色光反射手段および、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および緑色光を選択透過させる青色光反射手段を有する波長選択手段３とを備える。赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段がそれぞれ、赤色、緑色および青色の発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上方に設けられている。これにより、赤色、緑色および青色の発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上方の赤色光、緑色光、青色光の光量が多い領域において、過剰な赤色光、緑色光および青色光の透過を防ぐことができる。【選択図】  図１
2006128008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色、緑色および青色の発光素子が配置された光源と、
赤色光、緑色光および青色光のうち緑色光および青色光を選択透過させる赤色光反射手段、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および青色光を選択透過させる緑色光反射手段および、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および緑色光を選択透過させる青色光反射手段を有する波長選択透過手段と
を備え、
上記赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段がそれぞれ、上記赤色、緑色および青色の発光素子の上方に設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段により反射された赤色光、緑色光および青色光を上記波長選択透過手段に向けて反射する反射手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
上記赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段はそれぞれ、上記発光素子から出射された赤色光、緑色光および青色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルからなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
上記フォトニッククリスタルは、微小ドット状であること特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
上記波長選択透過手段を透過した光を拡散するための拡散手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
上記波長選択透過手段を透過した光の方向を前方に向けるためのプリズム手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項７】
上記波長選択透過手段を透過した光のうち、特定の偏光方向の光を透過する偏光選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、白色光を出射する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライト用光源として、蛍光ランプ（ＦＬ：Fluorescent Lamp）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が使用されているが、ＬＥＤは、その色特性からＬＣＤの色再現範囲を広げるものとして近年特に期待されている。
【０００３】
ＬＥＤを用いる光源としては、（１）白色ＬＥＤを用いるもの、（２）各色のＬＥＤを単独で用いて、それからの光を拡散板等で拡散することで白色光を作り出すものがある。しかしながら、長寿命の白色ＬＥＤは現在のところ実現されていないため、光源としては後者が広く検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、光の混合を用いた最も一般的な表示装置としてＣＲＴ(Cathode-Ray Tube)やＬＣＤ(Liquid Crystal Display)などがある。これらは光の三原色からなる微小ドットを隣接させることで色混合し、色を再現している。
【０００５】
バックライト用の白色光源を作り出す場合にも、大出力のＬＥＤをお互いに分離した状態とするよりも各色の点光源を近接させたほうが、より色混合が容易となる。また、それら近接させた点光源を平面内に均等に分散させることで、面内の光量の分布を小さく抑えることができる。そのためには小さいＬＥＤを近接して並べるのがよい。これを発展させるとＬＥＤ画素によるディスプレイが可能となる。しかしながら、この方法はＬＥＤのコストと加工の難しさの点から現時点では現実的ではない。
【０００６】
各色のＬＥＤを拡散して色混合を行って白色光を得る場合には、異なる色の点光源が大きく離れていると、その光混合は非常に難しくなる。そこで、３色のＬＥＤチップをひとつの台の上に固定したものを光源として用いることが提案されている。しかしながら、この光源には、歩留まりが低くコストが高くつく、大出力のものがまだ得られていないという問題がある。
【０００７】
そこで、光を側方放射(サイドエミッション)するＬＥＤ、所謂サイドミッション型ＬＥＤを光源として用いて、広い範囲に光を照射・拡散して色混合を行う方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２１１３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この方法では、光の混合度合いが充分ではなく、色むらが発生してしまうという問題がある。また、ＬＥＤから光を側方に照射した後、拡散板とプリズムシートとにより面方向に光を立ち上げるために光量の損出が大きくなってしまうという問題もある。
【００１０】
したがって、この発明の第１の目的は、色むらの発生を抑制することができる照明装置を提供することにある。
【００１１】
また、この発明の第２の目的は、色むらの発生および光量の損出を抑制することができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、赤色、緑色および青色の発光素子が配置された光源と、
赤色光、緑色光および青色光のうち緑色光および青色光を選択透過させる赤色光反射手段、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および青色光を選択透過させる緑色光反射手段および、赤色光、緑色光および青色光のうち赤色光および緑色光を選択透過させる青色光反射手段を有する波長選択透過手段と
を備え、
赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段がそれぞれ、赤色、緑色および青色の発光素子の上方に設けられていることを特徴とする照明装置である。
【００１３】
請求項１記載の発明では、赤色、緑色、青色の発光素子それぞれの上方にて赤色光、緑色光、青色光の光量を低減することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段により反射された赤色光、緑色光および青色光を波長選択透過手段に向けて反射する反射手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、赤色光反射手段、緑色光反射手段および青色光反射手段はそれぞれ、発光素子から出射された赤色光、緑色光および青色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、フォトニッククリスタルは、微小ドット状であること特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、波長選択透過手段を透過した光を拡散するための拡散手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、波長選択透過手段を透過した光の方向を前方に向けるためのプリズム手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、波長選択透過手段を透過した光のうち、特定の偏光方向の光を透過する偏光選択手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
反射手段、拡散手段、プリズム手段および偏光選択手段は、典型的には、板、シートまたはフィルム状を有する。また、フォトニッククリスタルは、典型的には、透明性を有する基材上に形成され、基材としては、典型的には、透明性を有する基板、シートまたはフィルムが用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、赤色反射手段、緑色反射手段および青色反射手段がそれぞれ、赤色、緑色および青色の発光素子の上方に設けられているので、赤色の発光素子の上方にて光量の多い赤色光を低減し、緑色の発光素子の上方にて光量の多い緑色光を低減し、青色の発光素子の上方にて光量の多い青色光を低減することができる。すなわち、赤色、緑色および青色の発光素子から出射された光を波長選択透過手段により選択透過させて各色のバランスを調整できる。よって、色むらのない白色光を生成することができる。
【００２２】
また、請求項２に係る発明によれば、反射手段が、赤色反射手段、緑色反射手段および青色反射手段により反射された赤色光、緑色光および青色光を波長選択透過手段に向けて反射するので、色むらの発生および光量の損出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００２４】
図１は、この発明の第１の実施形態による照明装置の一構成例を示す断面図である。図１に示すように、この表示装置は、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂが一主面に設けられた反射板２と、波長選択透過板３とを備える。
【００２５】
この照明装置の特徴は、１）「ＲＧＢに対応するフォトニックバンドギャップを有する３種のフォトニッククリスタルのドットにより１つの大光量光源を細かい点光源に分割する」、２）「ＬＥＤ光源からの各色の光強度に応じてそのフォトニッククリスタルのドットを調整し各色の透過強度が平均するように配列する」という点にある。なお、この照明装置は、液晶表示装置などのバックライトとして用いて好適なものである。
【００２６】
赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂはそれぞれ、赤色光、緑色光、青色光を出射可能に構成されている。反射板２は、波長選択透過板３により反射された光を反射して、波長選択透過板３に再度入射させるためのものである。赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂは、例えば、所定の２次元パターンで反射板２上に設けられている。この２次元パターンとしては、格子状、ストライプ状またはデルタ（Δ）状などが挙げられる。なお、デルタ状とする場合には、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂそれぞれが、デルタの各頂点に位置するようにする。
【００２７】
波長選択透過板３は、透明基板３ａと、この透明基板３ａ上に設けられたフォトニッククリスタル層３ｂとからなる。透明基板３ａは、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂから出射された光を透過可能な材料から構成されている。このような材料としては、例えばガラスまたはプラスチックを使用できる。
【００２８】
フォトニッククリスタル層３ｂは、赤色光を選択反射するのに対して緑色光および青色光を選択透過するドットと、緑色光を選択反射するのに対して赤色光および青色光を選択透過するドットと、青色光を選択反射するのに対して赤色光および緑色光を選択透過するドットとからなる。これらのドットは、例えば２次元パターンに配列され、具体的には例えば赤色光を反射するドットは赤色ＬＥＤ１Ｒの上方に設けられ、緑色光を反射するドットは緑色ＬＥＤ１Ｇの上方に設けられ、青色光を反射するドットは青色ＬＥＤ１Ｂの上方に設けられる。
【００２９】
赤色ＬＥＤ１Ｒから出射された赤色光を反射するドットは、赤色ＬＥＤ１Ｒから出射された赤色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルから構成され、緑色ＬＥＤ１Ｇから出射された緑色光を反射するドットは、緑色ＬＥＤ１Ｇから出射された緑色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルから構成され、青色ＬＥＤ１Ｂから出射された青色光を反射するドットは、青色ＬＥＤ１Ｂから出射された青色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルから構成される。
【００３０】
フォトニッククリスタルとは、光の波長程度の周期構造を有する構造体であり、例えば数百ｎｍ、具体的には例えば２００〜４００ｎｍを有する、粒径の揃った微粒子を細密充填したもの、半導体技術で構造を作成したものなどであり、２次元的（層状）に周期構造を有するもの、３次元的に周期構造を有するものなどがある。なお、微粒子の材料としては、有機材料または無機材料を用いることができる。
【００３１】
フォトニッククリスタルの特徴は、その周期構造によりある波長の光が進入できなくなるフォトニックバンドギャップを有するという点に、すなわち、フォトニックバンドギャップに相当する光を強く反射するという点にある。このためフォトニッククリスタルはそのバンドギャップに応じた色を呈する。このフォトニックバンドギャップは、フォトニッククリスタルの周期構造の大きさを調整することで容易に制御することができる。例えば、微粒子によるフォトニッククリスタルでは、その粒子径を変化させることでフォトニックバンドギャップを制御できる。
【００３２】
図２Ａは、波長選択透過板３の一構成例を示す拡大断面図である。図２Ｂは、波長選択透過板３の一構成例を示す拡大平面図である。図２Ａおよび２Ｂでは、赤色光を反射するフォトニッククリスタル、緑色光を反射するフォトニッククリスタルおよび青色を反射するフォトニッククリスタルが二次元パターンに配列されている。
【００３３】
図３は、ドットの配列パターンの一例を模式的に示す平面図である。図３において、斜線が付された丸、白丸、黒丸はそれぞれ、赤色光、緑色光、青色光を反射するドットを示し、星印はそれぞれ、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂ直上の位置を示す。図３では、フォトニッククリスタル層３ｂは赤色光、緑色光および青色光を反射するドットを２次元配列して構成され、赤色ＬＥＤ１Ｒの上方には赤色光を反射するドットがそれ以外のドットに比して多く設けられ、緑色ＬＥＤ１Ｇの上方には緑色光を反射するドットがそれ以外のドットに比して多く設けられ、青色ＬＥＤ１Ｂの上方には青色光を反射するドットがそれ以外のドットに比して多く設けられている。
【００３４】
すなわち、赤色光の光量が多い赤色ＬＥＤ１Ｒの上方の領域には、赤色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルが多く設けられ、緑色光の光量が多い緑色ＬＥＤ１Ｇの上方の領域には、緑色に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルが多く設けられ、青色光の光量が多い青色ＬＥＤ１Ｂの上方の領域には、青色に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルが多く設けられている。
【００３５】
赤色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルは赤色光を選択反射し、緑色光および青色光を選択透過し、緑色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルは緑色光を選択反射し、赤色光および青色光を選択透過し、青色光に対応するバンドギャップを有するフォトニッククリスタルは青色光を選択反射し、赤色光および緑色光を選択透過するので、赤色光、緑色光、青色光の光量が多い赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂの上方の領域において、過剰な赤色光、緑色光および青色光の透過を防ぐことができ、色むらを解消できる。
【００３６】
赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂ上に赤色光、緑色光、青色光を反射するために設けられたドットは、例えばほぼ円形状をなすように設けられている。また、各ＬＥＤ間に対応する領域には、例えば、一方のＬＥＤの直上から他方のそれに向かうに従って、一方のＬＥＤからの光を反射するドットが徐々に減少するのに対して他方のＬＥＤからの光を反射するドットが徐々に増加するようにドットが配列されている。
【００３７】
より具体的には例えば、赤色ＬＥＤ１Ｒと緑色ＬＥＤ１Ｇとの間に対応する領域には赤色ＬＥＤ１Ｒの直上から緑色ＬＥＤ１Ｇの直上に向かうに従って、赤色ＬＥＤ１Ｒからの光を反射するドットが徐々に減少するのに対して緑色ＬＥＤ１Ｇからの光を反射するドットが徐々に増加するようにドットが配列されている。
【００３８】
図４は、フォトニッククリスタルのドットの面内分布（一次元表示）の一例を示す略線図である。なお、図４において、１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂはそれぞれ、赤色光、緑色光、青色光の光強度を示す。１２は、赤色光を反射するドット、緑色光を反射するドット、青色光を反射するドットの面内分布を示す。
【００３９】
図４に示すように、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂの上方ではそれぞれ、赤色光を反射するドット、緑色光を反射するドット、青色光を反射するドットの密度が高くなる。具体的には、各色の光強度に応じてフォトニッククリスタルのドットの密度が高くなる。より具体的には、赤色ＬＥＤ１Ｒの光強度に応じて赤色光を反射するドットの密度が高くなり、緑色ＬＥＤ１Ｇの光強度に応じて緑色光を反射するドットの密度が高くなり、青色ＬＥＤ１Ｂの光強度に応じて青色光を反射するドットの密度が高くなる。
【００４０】
以下に、微粒子によるフォトニッククリスタル層３ｂの形成方法の一例について説明する。なお、フォトニッククリスタルの種類は、各色のバランスを調整し、均一な白色光が得られるものであれば、特に限定されるものではない。
【００４１】
まず、赤色光に対応した粒径を有するシリカ微粒子、緑色光に対応した粒径を有するシリカ微粒子、青色光に対応した粒径を有するシリカ微粒子をそれぞれ単分散させた３種の溶液を作製する。そして、これらの溶液を光源である赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂからの色強度に応じて、透明基板３ａ上にドット状に塗布する。この塗布の方法としては、例えばインクジェットのようなプリント手法を用いることができる。なお、ドットはフォトニッククリスタルとしての特徴を失わない限り小さくすることが好ましい。その後、シリカ微粒子の液滴が乱れないようにゆっくりと自然乾燥させる。これにより、フォトニッククリスタルのドットが形成される。
【００４２】
この発明の第１の実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂから出射された光を、フォトニッククリスタル層３ｂを用いてＲＧＢの微小領域点光源にし水平方向に分散配置するとともに、そのフォトニッククリスタル層３ｂに入射する光の強度に合わせてその配列を変化させることにより、色むらのない、面内に均等な光量を有するＬＣＤ用バックライトなどの照明装置を実現できる。
【００４３】
また、微粒子からなるフォトニッククリスタルを用いる場合には、インクジェットのようなプリント技術を利用でき、製造性に優れ、低コストの波長選択透過板３を提供できる。さらに、光源側で色むらをなくすため、無理に側方放射を行う必要がなく、ＬＥＤからの光を無駄なく利用できＬＣＤ用バックライトなどの照明装置の光量を上げることができる。
【００４４】
また、波長選択透過板３で反射された光は、波長選択透過板３を透過するまで反射板２により繰り返し反射されるので、最初に波長選択透過板３を透過できなかった光も最終的には利用できるようになり、光量の大幅な低下を防ぐことができる。
【００４５】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。図５は、この発明の第２の実施形態による照明装置の一構成例を示す断面図である。図５に示すように、この照明装置は、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂが一主面に設けられた反射板２と、赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂから出射された赤色光、緑色光および青色光を選択透過する波長選択透過板３と、波長選択透過板３を透過した光を拡散する拡散板４とを備える。この拡散板４を備えることにより、さらに色混合を向上させ、より均一な白色光を生成することができる。
【００４６】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態による照明装置は、波長選択透過板３の上方にさらに各種の光学フィルムを備える。この各種の光学フィルムとしては、例えば、ＢＥＦ（Brightness Enhancement Film）などのプリズムシート、Ｄ−ＢＥＦ（Dual-Brightness Enhancement Film）などの偏光選択フィルムなどを用いることができる。
【００４７】
例えば、光学フィルムとしてプリズムシートおよび偏光選択フィルムを備える場合には、波長選択透過板３を透過した光がプリズムシート、偏光選択フィルムの順に透過するように、プリズムシート、偏光選択フィルムを備えるようにする。
【００４８】
プリズムシートをさらに設けた場合には、この照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いたときに、光線方向を前方に向けて液晶表示装置の輝度を向上させることができる。また、偏光選択フィルムをさらに設けた場合には、この照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いたときに、入射光の偏光面を反射を繰り返しながら偏光板と一致させることで、偏光板を通過する光量を増やして輝度を上げることができる。
【００４９】
また、この第３の実施形態による照明装置に、拡散板３をさらに備えるようにしてもよい。この場合、例えば、拡散板３は、波長選択透過板３と各種の光学フィルムとの間に設けられる。
【００５０】
以上、この発明の第１〜３の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５１】
例えば、上述の第１〜３の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００５２】
また、上述の第１〜３の実施形態において、各ＬＥＤ間に対応する領域にはドットを設けないようにして、各色のバランスを調整し、色むらのない白色光を生成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の第１の実施形態による照明装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、波長選択透過板の一構成例を示す拡大断面図、図２Ｂは、波長選択透過板の一構成例を示す拡大平面図である。
【図３】ドットの配列パターンの一例を模式的に示す平面図である。
【図４】フォトニッククリスタルのドットの面内分布の一例を示す略線図である。
【図５】この発明の第２の実施形態による照明装置の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１Ｒ・・・赤色ＬＥＤ、１Ｇ・・・緑色ＬＥＤ、１Ｂ・・・青色ＬＥＤ、２・・・反射板、３・・・波長選択透過板、３ａ・・・基板、３ｂ・・・フォトニッククリスタル、４・・・拡散板
【図１】
2006128008.tif 000003
【図２】
2006128008.tif 000004
【図３】
2006128008.tif 000005
【図５】
2006128008.tif 000006
【図４】
2006128008.tif 000007