(57)【要約】【課題】発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及び液晶ディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源およびそれを用いた液晶ディスプレイ装置であって、各々の前記発光装置は、青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第１の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第２の発光素子と、を少なくとも１つずつ有する。【選択図】図４
2011040664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源であって、
各々の前記発光装置は、
青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、
各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、
所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第１の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第２の発光素子と、を少なくとも１つずつ有する、
面光源。
【請求項２】
前記発光素子は、前記基本光として青色光を放射するものであり、
前記蛍光体層は、前記青色光の一部を黄色光に変換することにより、前記青色光から白色光を作り出すものである、請求項１に記載の面光源。
【請求項３】
前記青色光は、４００〜５２０ｎｍの波長域内にピーク波長を有し、前記黄色光は、５５０〜６１０ｎｍの波長域内にピーク波長を有する、請求項２に記載の面光源。
【請求項４】
前記発光装置は、
２個の前記第１の発光素子と２個の前記第２の発光素子の合計４個の発光素子を備える、
請求項１記載の面光源。
【請求項５】
前記発光装置は、
１個の前記第１の発光素子と１個の前記第２の発光素子の合計２個の発光素子を備える、
請求項１記載の面光源。
【請求項６】
前記発光装置は、
前記複数の発光素子および前記蛍光体層を覆うように配置され、入射した光の指向性を拡大して出射するレンズ部をさらに備える、
請求項１記載の面光源。
【請求項７】
前記レンズ部は、１．４０を超え１．５２未満の屈折率を有する、
請求項４記載の面光源。
【請求項８】
前記複数の発光装置を覆うように配置された拡散板をさらに備える、
請求項１記載の面光源。
【請求項９】
前記発光装置のピッチをＰ、前記発光素子から前記拡散板までの距離をＨとしたときに、以下の式
０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．６
を満足する、
請求項８に記載の面光源。
【請求項１０】
液晶パネルと、
前記液晶パネルの裏側に配置された請求項１乃至９に記載の面光源と、を備えた、
液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いられる面光源、およびこの面光源を用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置のバックライトでは、冷陰極管が液晶パネル直下に多数配置され、これらの冷陰極管が拡散板や反射板等の部材と共に使われていた。近年では、バックライトの光源として発光ダイオードが使用されるようになってきている。発光ダイオードは近年効率が向上し、蛍光灯に変わる消費電力の少ない光源として期待されている。また、点光源であるため、映像に応じて発光ダイオードの明暗を制御することで映像のコントラストを高めたり、液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げたりすることができる。
【０００３】
発光ダイオードを用いて発光効率及び演色性の高い白色を得るには、主に２つの方式（マルチチップ型、ワンチップ型）がある。マルチチップ型は、青色・緑色・赤色・黄橙色の４種類の発光ダイオードを同時に発光させる方式である。ワンチップ型は、青色、紫色または紫外の発光ダイオードを励起用光源として用いて蛍光体を励起する方式であり、特に、青色発光ダイオードと蛍光体によって白色光源を実現する技術が進歩している。
【０００４】
マルチチップ型では、各発光ダイオードの駆動電圧や発光出力、温度特性や素子寿命に違いがあるため回路設計が困難である。一方、ワンチップ型では発光素子が１種類であるため回路設計が容易であり、例えば特許文献１に示す発光装置のように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５４５２６９号公報
【特許文献２】特許第３８７５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
青色発光ダイオードと蛍光体によって白色光源を実現する方式では、蛍光体層は青色発光ダイオードによって励起されて黄色を発光し、青色と混ざることで擬似的に白色光を実現する。しかしながら、青色発光ダイオードは個々の発光波長にばらつきを持っているため、複数の発光ダイオードで面光源を構成した際に色ムラの要因となる。
【０００７】
また、少ない個数の発光ダイオードで均一な面光源を得るために、発光ダイオードからの光をレンズなどで広配光化することで、１個の発光ダイオードが照明する領域を大きくすることがある（例えば、特許文献２参照）。このとき、１個の発光ダイオードが照明する領域は拡がるが、その領域内での輝度は下がり、面光源を構成した際に輝度低下の要因となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及び液晶ディスプレイ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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の面光源は、実装基板上に配置された複数の発光装置を備えた面光源であって、各々の前記発光装置は、青色光または紫外光である基本光を放射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置され、前記基本光から白色光を作り出すための蛍光体層と、を備え、各々の前記発光装置において、前記複数の発光素子は、所定の目標波長以下の波長領域にピーク波長を有する第１の発光素子と、前記目標波長よりも高い波長領域にピーク波長を有する第２の発光素子と、を少なくとも１つずつ有する、構成を採る。
【００１０】
また、本発明の液晶ディスプレイは、液晶パネルと、前記液晶パネルの裏側に配置された前記面光源と、を備えた、構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光素子と蛍光体によって白色光を実現する方式を用いた発光装置を用いて、色ムラを抑え、高輝度化が可能な面光源、及び液晶ディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】面光源１の概略構成を示す斜視図
【図２】面光源１の部分断面図
【図３】（ａ）実施の形態１に係る面光源１が備える発光装置の断面図、（ｂ）正面図
【図４】実施の形態１に係る発光素子の発光スペクトラムを示す図
【図５】（ａ）実施の形態２に係る面光源１が備える発光装置の断面図、（ｂ）正面図
【図６】実施の形態２に係る発光素子の発光スペクトラムを示す図
【図７】（ａ）実施の形態３に係る面光源１が備える発光装置の断面図、（ｂ）正面図
【図８】実施の形態３に係る発光素子の発光スペクトラムを示す図
【図９】実施の形態３に係る別の発光素子の発光スペクトラムを示す図
【図１０】発光素子の配置において、一行毎の発光素子の位置が行方向にずれた配置を説明する説明図
【図１１】実施の形態に係る液晶ディスプレイ装置の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る面光源ついて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る面光源１の概略構成を示す斜視図である。図２は、面光源１の部分断面図である。面光源１は、平面的に配置された複数の発光装置１０と、これらの発光装置１０を覆うように配置された拡散板４０とを備えている。なお、発光装置１０は、図１に示すようにマトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよい。
【００１４】
また、面光源１は、発光装置１０を挟んで拡散板４０と対向する基板２０を備えている。基板２０には、図２に示すように、各発光装置１０のパッケージ１３０が実装されている。パッケージ１３０には発光素子１１０が実装されている。本実施の形態では、基板２０上に、パッケージ１３０を避けながら基板２０を覆うように反射板３０が配置されている。
【００１５】
各発光装置１０は、図２に示すように、基板２０に実装されたパッケージ１３０と、パッケージ１３０に実装された発光素子１１０と、発光素子１１０を覆い、発光素子１１０の指向性を拡大するレンズ１００と、発光素子１１０上であってレンズ１００との間に設けられた蛍光体層１２０と、を含んでいる。本実施形態では、発光素子１１０として、青色光を放射する青色ＬＥＤが用いられている。
【００１６】
蛍光体層１２０は、発光素子１１０から放射される青色光の一部を黄色光に変換することにより、発光素子１１０から放射される青色光から白色光を作り出すものである。
【００１７】
発光素子１１０から放射される青色光は、４００〜５２０ｎｍの波長域内にピーク波長を有することが好ましく、４５０〜５００ｎｍの波長域内にピーク波長を有することがより好ましい。一方、蛍光体層１２０が発する黄色光は、５５０〜６１０ｎｍの波長域内にピーク波長を有することが好ましく、５７０〜５９０ｎｍの波長域内にピーク波長を有することがより好ましい。
【００１８】
レンズ１００は、発光素子１１０からの青色光および蛍光体層１２０で励起された黄色光が入射する入射面１０１と、発光素子１１０からの青色光および蛍光体層１２０で励起された黄色光を出射する出射面１０２を有している。入射面１０１は、発光素子１１０および蛍光体層１２０に密着可能な形状とすることが好ましい。出射面１０２はレンズ１００の光軸Ａに対して軸対称である。出射面１０２は、光軸を含む中心部に凹面、凹面の外側に連続して形成された凸面を有している。
【００１９】
入射面１０１からレンズ１００内に入射した光は、出射面１０２より出射される。入射面１０１からレンズ１００内に入射した光は、出射面１０２の作用で広げられ、拡散板４０の広い範囲に到達するようになる。図２に示す点線の矢印は、出射面１０２の作用で広げられて出射する光の様子を示している。
【００２０】
発光素子１１０は指向性を有している。具体的には、光軸Ａの方向から角度が大きくなるほど、光の強度は小さくなる。このように発光素子１１０は指向性を持っており、広い範囲を照明するためにはレンズ１００で指向性を拡大することが必要である。
【００２１】
レンズ１００は、所定の屈折率を有する透明材料で構成される。透明材料の屈折率は、例えば１．４０から１．５３程度である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂、またはシリコンゴム等のゴムを用いることができる。中でも、発光ダイオードの封止樹脂として用いられるエポキシ樹脂またはシリコンゴム等を用いることが好ましい。
【００２２】
拡散板４０の背面には、蛍光体層１２０を透過した青色光と蛍光体層１２０で変換された黄色光との混色により得られた白色光が照射される。拡散板４０は、背面に照射された白色光を前面から拡散された状態で放射する。これにより、面光源１から白色光が発せられる。
【００２３】
次に、図３および図４を用いて、発光装置１０の発光素子１１０の構成について、より詳細に説明する。図３（ａ）は、面光源１が備える発光装置１０の断面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【００２４】
図３（ｂ）から分かるように、発光素子１１０は、４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄによって構成されている。発光素子１１０ａ〜１１０ｄは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、２行２列のマトリクス状に配置されている。蛍光体層１２０は、４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄを覆うように設けられている。
【００２５】
図４は、発光素子１１０の発光スペクトラムを示す図である。ここで、発光素子の発光スペクトラムの内、最も強度の強い発光波長をピーク波長と定義する。また、面光源１において共通である所定の目標波長をλｔとし、目標波長λｔ以下の波長領域を第１の波長領域、目標波長λｔよりも高い波長領域を第２の波長領域とする。各発光素子において、その発光のピーク波長が第１の波長領域に位置する発光素子を第１の発光素子、発光のピーク波長が第２の波長領域に位置する発光素子を第２の発光素子とする。４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄのピーク波長は、それぞれ、λａ〜λｄである。４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄのうち、発光素子１１０ａと発光素子１１０ｃは、そのピーク波長λａとλｃが第１の波長領域に位置している。また、４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄのうち、発光素子１１０ｂと発光素子１１０ｄは、そのピーク波長λｂとλｄが第２の波長領域に位置している。ここで、目標波長λｔは、例えば４７５ｎｍである。
【００２６】
面光源１が備える複数の発光装置１０は全て、上述したように４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄのうち、発光素子１１０ａと発光素子１１０ｃは、第１の発光素子であり、４つの発光素子１１０ａ〜１１０ｄのうち、発光素子１１０ｂと発光素子１１０ｄは、第２の発光素子である。
【００２７】
このような構成によれば、個々の発光装置１０が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λｔ近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置１０が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源１としての色ムラを低減することができる。
【００２８】
次に、上述したようにピーク波長で発光素子を振り分けて面光源１を構成する方法について説明する。
【００２９】
まず、使用する発光素子を第１の波長領域にピーク波長を有するものと第２の波長領域にピーク波長を有するものとに分類する。そして、個々の発光装置を構成するにあたり、分類した２種類の発光素子のうち一方から２つ、他方から２つそれぞれ実装する。このように構成した発光装置を基板２０に実装することで、面光源１を構成できる。
【００３０】
なお、本実施の形態で示すように個々の発光装置において発光素子をマトリクス状に配置する場合には、同じ種類の発光素子が対角位置になる様に実装することが好ましい。このようにすれば、発光装置から出射する白色光がより均一化され、色ムラをより低減することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図５及び図６を用いて説明する。実施の形態２は、個々の発光装置１０が有する発光素子１１０が、２つの発光素子１１０ｅと１１０ｆである点で、実施の形態１とは異なる。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００３２】
図５（ａ）は、実施の形態２における発光装置１０の断面図であり、（ｂ）はその正面図である。図５（ｂ）から分かるように、発光素子１１０は、２つの発光素子１１０ｅと１１０ｆによって構成されている。発光素子１１０ｅと１１０ｆは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、並べて配置されている。蛍光体層１２０は、２つの発光素子１１０ｅと１１０ｆを覆うように設けられている。
【００３３】
図６は、発光素子１１０の発光スペクトラムを示す図である。２つの発光素子１１０ｅと１１０ｆのピーク波長は、それぞれ、λｅ、λｆである。発光素子１１０ｅは、そのピーク波長λｅが第１の波長領域に位置している。また、発光素子１１０ｆは、そのピーク波長λｆが第２の波長領域に位置している。
【００３４】
面光源１が備える複数の発光装置１０は全て、上述したように発光素子１１０ｅのピーク波長λｅが第１の波長領域に位置し、発光素子１１０ｆのピーク波長λｆが第２の波長領域に位置している。
【００３５】
このような構成によれば、個々の発光装置１０が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λｔ近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置１０が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源１としての色ムラを低減することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図７乃至図９を用いて説明する。実施の形態３は、個々の発光装置１０が有する発光素子１１０が、３つの発光素子１１０ｇ〜１１０ｉである点で、実施の形態１とは異なる。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００３７】
図７（ａ）は、実施の形態３における発光装置１０の断面図であり、（ｂ）はその正面図である。図７（ｂ）から分かるように、発光素子１１０は、３つの発光素子１１０ｇ〜１１０ｉによって構成されている。発光素子１１０ｇ〜１１０ｉは、それぞれ正面視で矩形形状を有し、正三角形の頂点にそれぞれ位置するように均等に並べて配置されている。蛍光体層１２０は、３つの発光素子１１０ｇ〜１１０ｉを覆うように設けられている。
【００３８】
図８は、発光素子１１０の発光スペクトラムを示す図である。３つの発光素子１１０ｇ〜１１０ｉのピーク波長は、それぞれ、λｇ〜λｉである。発光素子１１０ｇは、そのピーク波長λｇが第１の波長領域に位置している。また、発光素子１１０ｈと発光素子１１０ｉは、そのピーク波長λｈおよびλｉが第２の波長領域に位置している。
【００３９】
図９は、面光源１が備える別の発光装置における発光素子１１０の発光スペクトラムを示す図である。３つの発光素子１１０ｇ〜１１０ｉのピーク波長は、それぞれ、λｇ〜λｉである。発光素子１１０ｇと発光素子１１０ｈは、そのピーク波長λｇおよびλｈが第１の波長領域に位置している。また、発光素子１１０ｉは、そのピーク波長λｉが第２の波長領域に位置している。つまり、この発光装置においては、発光素子１１０ｈの発光波長が第１の波長領域である点で図８の場合と異なっている。
【００４０】
本実施の形態においては、面光源１が備える複数の発光装置１０は全て、上述した図８および図９のいずれかで示される発光スペクトルの特徴を有している。
【００４１】
このような構成によれば、個々の発光装置１０が有する発光素子が出射する青色光を、目標波長λｔ近傍に平均化することができ、バラつきを抑えることができる。結果として、発光装置１０が出射する白色の光において、色のバラつきを抑えることができる。すなわち、面光源１としての色ムラを低減することができる。
【００４２】
特に、図８の特性を有する発光装置と図９の特性を有する発光装置とを、基板２０上に均等に配置することが好ましい。このような構成によれば、より色ムラを低減することができる。
【００４３】
以上では、本実施形態１乃至３の面光源１の基本的な態様について説明したが、以下では、面光源１の好ましい態様について説明する。
【００４４】
レンズ１００は、１．４０を超え１．５２未満の屈折率を有することが好ましい。レンズ１００の屈折率が１．５２以上になると、出射面１０２での屈折作用が強くなり、光束の広配向化が十分でなくなる。レンズ１００の屈折率が１．４０以下になると、出射面１０２での屈折作用が弱くなり、光束を十分に広配向化させるために出射面１０２の形状を変更すると、公差が厳しくなる。
【００４５】
さらに、発光装置１０のピッチをＰ、発光素子１１０から拡散板４０までの距離をＨとしたときに、面光源１は、以下の式を満足することが好ましい。
【００４６】
０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．６
ここで、「発光装置１０のピッチＰ」とは、発光装置１０が並ぶ方向における発光装置１０の光軸間距離をいい、発光装置１０が並ぶ方向とは、図１に示すようなマトリクス状配置の場合には、直交する縦横の２方向であり、図１０に示すように、一行毎の発光素子の位置が行方向にずれた配置（千鳥状配置）の場合には、横および斜めの２方向である。なお、それらの２方向でのピッチは必ずしも一致している必要はないが、一致していることが好ましい。
【００４７】
Ｈ／Ｐが０．６以上になると、発光装置１０のピッチＰに対して発光装置１０から拡散板４０までの距離が大きくなるため、面光源が大型化してしまう。Ｈ／Ｐが０．２以下になると、拡散板４０の背面での照度分布の均一性を確保するのが困難になり、輝度ムラが生じる。
【００４８】
また、本実施の形態では、蛍光体層１２０を、青色光を受けたときに赤色光、緑色光を発するＲＧ蛍光体で構成してもよい。このような構成によれば、蛍光体層１２０を透過した青色光と、蛍光体層１２０で励起された赤色光および緑色光とが混色し、白色光を生成することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、発光素子１１０として青色光を放射する青色ＬＥＤが用いられているが、発光素子１１０としては、紫外線を放射する紫外線ＬＥＤを用いることも可能である。この場合には、蛍光体層１２０を、紫外線を受けたときに赤色光、緑色光および青色光を発するＲＧＢ蛍光体で構成すればよい。
【００５０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る液晶ディスプレイ装置について、図１１を用いて説明する。
【００５１】
図１１は、図１に示す面光源１を用いた液晶ディスプレイ装置２の斜視図である。この液晶ディスプレイ装置２は、液晶パネル５０と、液晶パネル５０の裏側に配置された面光源１とを備えている。
【００５２】
平面的に配置された複数の発光装置１０によって拡散板４０が照明される。拡散板４０の背面には照度が均一化された白色光が照射され、この白色光が拡散板４０によって拡散されて液晶パネル５０が照明される。
【００５３】
なお、図示は省略するが、液晶パネル５０と拡散板４０との間には拡散シート、プリズムシート等の光学シートが配置されている。発光装置１０からの光は、拡散板４０で散乱されて、発光装置側へ戻ったり拡散板４０を透過したりする。発光装置側へ戻って反射板３０に入射する光は、反射板３０で反射されて、拡散板４０に再度入射する。拡散板４０を透過した光は、光学シートでさらに拡散されて、液晶パネル５０を照明する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、色ムラを低減した液晶ディスプレイ装置、および当該液晶ディスプレイ装置に用いるバックライトとしての面光源として好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１  面光源
２  液晶ディスプレイ装置
１０  発光装置
２０  基板
３０  反射板
４０  拡散板
５０  液晶パネル
１００  レンズ
１０１  入射面
１０２  出射面
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈ、１１０ｉ  発光素子
１２０  蛍光体層
１３０  パッケージ
【図１】
2011040664.tif 000003
【図２】
2011040664.tif 000004
【図３】
2011040664.tif 000005
【図４】
2011040664.tif 000006
【図５】
2011040664.tif 000007
【図６】
2011040664.tif 000008
【図７】
2011040664.tif 000009
【図８】
2011040664.tif 000010
【図９】
2011040664.tif 000011
【図１０】
2011040664.tif 000012
【図１１】
2011040664.tif 000013