(57)【要約】【課題】効率良く光を出射する光源装置１０を提供する【解決手段】光源装置１０は、青色光よりも短波長の励起光を発生する発光素子１２と、入射部１４ｉｎから入射する励起光を、より長波長の長波長光に変換する光変換部材１３が内部に封入されており、出射部１４ｏｕｔから白色光を出射するロッド１４と、を具備し、入射部１４ｉｎが、励起光を透過し長波長光を反射するダイクロイックコート１７に覆われている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光よりも短波長の励起光を発生する発光素子と、
入射部から入射する前記励起光を、より長波長の長波長光に変換する光変換部材が内部に封入されており、出射部から白色光を出射するロッドと、を具備する光源装置であって、
前記入射部が、前記励起光を透過し前記長波長光を反射するダイクロイックコートに覆われており、
前記発光素子が発生した前記励起光の方向を、前記入射部に対して垂直方向に近接するように反射または屈折する光学部材と、前記出射部の周囲に入射した前記励起光を反射する反射部とを更に具備し、
前記反射部の断面形状が、第１の楕円の円弧の一部であり、前記入射部の断面形状が、第２の楕円の円弧の一部であり、
前記第１の楕円の第１焦点に、前記発光素子が配設されており、
前記第１の楕円の第２焦点、かつ、前記第２の楕円の第１焦点に、前記光変換部材が配設されており、
前記第２の楕円の第２焦点の側に前記出射部が配設されていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
青色光よりも短波長の励起光を発生する発光素子と、
入射部から入射する前記励起光を、より長波長の長波長光に変換する光変換部材が内部に封入されており、出射部から白色光を出射するロッドと、を具備する光源装置であって、
前記入射部が、前記励起光を透過し前記長波長光を反射するダイクロイックコートに覆われていることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
前記光変換部材が、前記励起光を前記長波長光に変換する量子ドッドを含むことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記発光素子が発生した前記励起光の方向を、前記入射部に対して垂直方向に近接するように反射、屈折または回折する光学部材を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記ロッドの前記出射部の周囲に入射する前記励起光を反射する反射部を具備し、
前記反射部の断面形状が、第１の楕円の円弧の一部であり、
前記第１の楕円の第１焦点に前記発光素子が配設されており、
前記第１の楕円の第２焦点に前記光変換部材が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記入射部の断面形状が、第２の楕円の円弧の一部であり、
前記第２の楕円の第１焦点に前記光変換部材が配設されており、
前記第２の楕円の第２焦点の側に前記出射部が配設されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
青色光よりも短波長の励起光を発生する発光素子と、
入射部から入射する前記励起光を、より長波長の長波長光に変換する光変換部材が内部に封入されており、出射部から白色光を出射するロッドと、を具備する光源装置であって、
前記出射部の周囲に入射した前記励起光を反射する反射部の断面形状が、第１の楕円の円弧の一部であり、
前記第１の楕円の第１焦点に前記発光素子が配設されており、
前記第１の楕円の第２焦点に前記光変換部材が配設されていることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置の前記出射部に対向して端面が配置されている導光板と、
前記導光板の主面側に配設された液晶表示部と、を含む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】
本発明の実施形態は、発光素子が発生した励起光を白色光に変換して出射する光源装置および前記光源装置を含む表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードが発生した励起光を量子ドットにより白色光に変換して導光板に出射するエッジライト方式の光源装置が、液晶表示装置のバックライトユニットとして検討されている。
【０００３】
しかし、量子ドットが発生する光には方向性がなく全方向に出射される。このため、導光板以外の方向に出射された光は有効に利用されないおそれがあった。また、導光板以外の方向に出射された光の一部は、何回も反射を繰り返して導光板に入射するが、多重反射等により短波長光が長波長光よりも減衰するため、色温度が低下し演色性が劣化するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５３２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、効率良く光を出射する光源装置、および前記光源装置を含む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】
【０００６】
本発明の一態様の光源装置は、青色光よりも短波長の励起光を発生する発光素子と、入射部から入射する前記励起光を、より長波長の長波長光に変換する光変換部材が内部に封入されており、出射部から白色光を出射するロッドと、を具備する光源装置であって、前記入射部が、前記励起光を透過し前記長波長光を反射するダイクロイックコートに覆われている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】第１実施形態の表示装置の正面断面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の表示装置の図１の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】第１実施形態の光源装置の断面図である。
【図３】第１実施形態の光源装置の励起光および長波長光のスペクトル、およびダイクロイックコートの透過／反射特性を示す図である。
【図４】第１実施形態の変形例の光源装置の断面図である。
【図５】第２実施形態の光源装置の断面図である。
【図６】第２実施形態の光源装置の光路を示す断面図である。
【図７】第３実施形態の光源装置の断面図である。
【図８】第３実施形態の光源装置の光路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１実施形態＞
＜表示装置の構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本発明の第１実施形態の表示装置１は、筐体２と、光源装置１０と、導光板２０と、液晶表示部３０と、光学シート３１と、配線板３２とを含む。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図（ＹＺ平面）である。なお、筐体２、光学シート３１、液晶表示部３０、配線板３２等は、破線で表示しており、表示装置１は、その他の図示していない構成要素も含んでいる。また、図は模式図であり、構成要素の大きさ等は、説明を容易にするため、変形させている場合がある。
【０００９】
導光板２０は、ＰＭＭＡ系またはスチレン系の樹脂等からなる薄型の透明部材である。光源装置１０が発生し導光板２０の下端面から入射した光は、内部で反射を繰り返しながら主面側に配設された液晶表示部３０に向けて出射される。導光板２０の背面側には光学シート３１が設けられている。光学シート３１は、導光板２０から出射された光の出射方向を調節したり拡散させたりして液晶表示部３０を均一に照射する。
【００１０】
液晶表示部３０は、外形が略長方形の平板状の透過型の液晶パネルである。液晶表示部３０は、少なくとも２枚のガラス等からなる基板の間に、電界により配列が変化する液晶が充填されている。
【００１１】
＜光源装置の構成＞
図２は、図１Ｂの部分拡大図、すなわち、光源装置１０を中心とした、ロッド１４の短軸方向の断面図（ＹＺ平面）である。
【００１２】
図２に示すように、光源装置１０は、配線板３２に配設された複数の反射部１５および複数の発光素子１２と、光変換部材１３が内部に封入されているロッド１４と、白色部材１６と、を具備する。なお、後述するように、白色部材１６は必須の構成要素ではない。
【００１３】
発光素子１２は、青色光（例えば波長４３５．８ｎｍ）よりも短波長の励起光を発生する。すなわち、励起光は、近紫外光または紫外光である。発光素子１２としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、またはレーザーダイオードなどから選択されるが、光発生効率などの観点から、窒化ガリウム系化合物半導体よりなる発光ダイオードが特に好ましい。発光素子１２の大きさは、例えば、外形が横６ミリメートル縦３ミリメートル程度である。
【００１４】
配線板３２には、アルミナ等の高熱伝導率材料からなるリジッド基板、またはフレキシブル配線基板が用いられる。配線板３２上に複数の反射部１５および複数の発光素子１２が数ｍｍから数ｃｍの間隔で配設されている。なお、反射部１５については、後に詳述する。
【００１５】
ロッド１４は、例えば、ガラス等の透明材料からなる細長い中空チューブである。図２に示すように、ロッド１４は、短軸方向の断面がトラック形状である。ここで、トラック形状とは長方形の短軸方向の対向する２辺が曲線、例えば、円弧で置換された陸上競技のトラックと類似した形状である。
【００１６】
すなわち、励起光が入射する入射部１４ｉｎと入射部１４ｉｎと対向する白色光が出射する出射部１４ｏｕｔとは平行な平面で、側面部１４ｓｉｄｅは曲面からなる。
【００１７】
なお、ロッド１４の断面形状は、楕円、円、または楕円もしくは円の円弧の一部等が組み合わされた形であってもよい。また、ロッド１４では、肉厚が一定で、光変換部材１３が封入されている中空部の形状は、ロッド１４の外周形状と略同じであるが、異なっていてもよい。
【００１８】
図３に示すように、光変換部材１３は、励起光ＵＶを、より長波長の３種類の長波長光（青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒ）に変換し、３種類の色の光が混合された白色光を出射する。なお、図３に示した長波長光のスペクトル等は、一例であり、所望の仕様の光が出射されるように、発光素子１２および光変換部材１３が選択される。
【００１９】
なお、励起光として青色光Ｂを用い、光変換部材１３により緑色光Ｇおよび赤色光Ｒを発生する光源装置に比べて、青色光Ｂよりも短波長の励起光を用いる光源装置１０は、より演色性がよい。
【００２０】
実施形態の光変換部材１３は、３種類の量子ドット１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）が、分散された溶液または樹脂等からなる。量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）１４は、量子力学に従う独特な光学特性を持つナノスケールの半導体結晶である。例えば、量子ドット１１は、１０個から５０個の原子で構成されており、直径が２ｎｍから１０ｎｍである。
【００２１】
量子ドット１１は、ＩＩ族化合物半導体、ＩＩＩ族化合物半導体、Ｖ族化合物半導体、および、ＶＩ族化合物半導体のうち、少なくとも１つを含むコアナノ結晶またはコアナノ結晶を囲むシェルナノ結晶を含んでいる。また、量子ドット１１はシェルナノ結晶に結合される有機配位子、または、シェルナノ結晶を囲む有機コーティング層を含んでいてもよい。量子ドット１１は、例えば、有機溶媒に前駆体物質を入れて粒子を成長させる湿式化学エッチング法により合成される。
【００２２】
量子ドット１１は、励起光を受光すると、バンドギャップに応じた、より長波長の長波長光に変換する。バンドギャップは、結晶のサイズ（粒径）、組成、および構造によって調節できる。そして、量子ドット１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ励起光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに変換する。なお、光変換部材１３に含まれる量子ドット１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの濃度（量）は、出射する白色光の仕様等に応じて適宜、決定される。また、光変換部材１３は、２種類または４種類以上の量子ドット１１を含んでいても良い。
【００２３】
量子ドット１１は、従来の蛍光材料に比べて、発光スペクトルの半値幅が狭く、吸光（減衰）係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が１００倍から１０００倍大きく、量子効率（ｑｕａｎｔｕｍ  ｙｉｅｌｄ）も高いため、発生する光（蛍光）が、高輝度であり、かつ、長い寿命を有する。
【００２４】
なお、光変換部材１３として、従来の蛍光材料、例えば、有機蛍光体、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体またはＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体等を用いてもよい。
【００２５】
そして、図３に示したように、光源装置１０では、ロッド１４の入射部１４ｉｎが、発光素子１２が発生する励起光を透過し、量子ドット１１が発生する長波長光を反射するダイクロイックコート１７に覆われている。すなわち、図３ではダイクロイックコート１７の反射特性を示しているが、ダイクロイックコート１７は光を吸収しないため、反射が０（反射率０％）の場合は、透過が１（透過率１００％）となる。
【００２６】
ダイクロイックコート１７は、屈折率が異なる透明誘電体材料からなる複数種類の薄膜を積層して構成される光学フィルタで、光の干渉を利用して、特定の帯域の波長の光を反射したり、透過したりする。誘電体材料としては、例えば、ＳｉＯ２（屈折率：ｎ≒１．５）、ＬａＦ３（ｎ≒１．５８）、Ａｌ２Ｏ３（ｎ≒１．６２）、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物またはＬａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物（ｎ≒１．６５〜１．８）、Ｂｉ２Ｏ３（ｎ≒１．９）、ＳｉＯ（ｎ≒１．９７）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ≒２．０）、ＴｉＯ２（ｎ≒２．１〜２．５）、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ≒２．１〜２．４）等を用いることができる。
【００２７】
例えば、ダイクロイックコート１７は、屈折率２．４の酸化チタン層と屈折率１．５の酸化シリコン層とを多層積層した誘電体多層膜であり、各層の層厚および積層数等を調整することにより、図３に示した所望の反射特性（透過特性）を得ることができる。
【００２８】
そして、ダイクロイックコート１７は、短波長の近紫外光または紫外光である励起光を透過し、長波長光（青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒ）を反射する。
【００２９】
なお、ロッド１４の側面部１４ｓｉｄｅは、光を反射する白色部材１６で覆われている。なお、白色部材１６に替えて、側面部１４ｓｉｄｅをダイクロイックコート１７または金属膜で覆ってもよい。すなわち、ダイクロイックコート１７は、入射部１４ｉｎだけでなく、側面部１４ｓｉｄｅも覆っていてもよい。
【００３０】
白色部材１６を有しない光源装置は、コスト低減だけでなく、白色部材作製のための金型開発を必要としないため、開発期間を短縮できる。また、ロッド周辺に、より多くの保持部材を配設したり、より大きい放熱のための空間を確保したりできる。
【００３１】
一方、反射部１５は、発光素子１２が発生した励起光の方向を入射部１４ｉｎに対して垂直方向に近接するように反射する光路変換部材である。反射部１５は、少なくとも励起光が入射する面が高反射率であればよい。
【００３２】
ここで、ダイクロイックコート１７の特性（透過／反射）は、光の入射方向により変化する。また、光の入射方向により、波長依存性も変化する。一般に、ダイクロイックコート１７は垂直に入射する光線（入射角θ＝９０度）または主光線を基準に設計されている。垂直入射光線を基準に設計されたダイクロイックコートでは、垂直方向（入射角θ＝９０度）から乖離した角度（例えば、θが３０度以下または１５０度以上）で入射した励起光は一部が反射されてしまう。
【００３３】
しかし、図２に示すように、光源装置１０では、発光素子１２が発生した励起光のうち、ダイクロイックコート１７に対して、垂直方向から乖離した角度に出射された光は、反射部１５により反射されダイクロイックコート１７に、垂直方向に近接した角度で入射する。
【００３４】
なお、図２は短軸方向の断面図であるが、反射部１５は長軸方向にも、励起光の方向を入射部１４ｉｎに対して垂直方向に近接するように反射する反射面を有していてもよい。また発光素子１２の配設間隔を短くすることで、入射角θを垂直方向に近接した角度に設定することもできる。
【００３５】
すなわち、反射部１５は必須の糊精要素ではないが、反射部１５を有する光源装置１０のダイクロイックコート１７は、入射する励起光の入射角度が９０度から大きく乖離することがないため、励起光を反射することなく透過し、特に、効率良く光変換部材１３に入射できる。
【００３６】
すでに説明したように、入射部がダイクロイックコート１７で覆われていない従来の光源装置では、量子ドット１１が発生し、入射部１４ｉｎ側に出射された長波長光は、反射部１５に入射し、多重反射を繰り返してしまう。これに対して光源装置１０では、入射部１４ｉｎ側に出射された長波長光は、ダイクロイックコート１７により反射され、出射部１４ｏｕｔ側に導光される。
【００３７】
このため、光源装置１０は効率良く光を出射でき、光源装置１０を含む表示装置１は容易に明るい表示画面を得ることができる。
【００３８】
＜第１実施形態の変形例＞
図４は、第１実施形態の変形例の光源装置１０Ａのロッド１４の長軸方向の断面図（ＸＹ平面）である。光源装置１０Ａは、発光素子１２が発生した励起光の方向を入射部１４ｉｎに対して垂直方向に近接するように屈折する光学部材であるレンズ１５Ａを更に有する。
【００３９】
レンズ１５Ａは、中心よりも周辺部が厚い凹レンズである。ダイクロイックコート１７に対して深い角度で入射する方向に出射された光は、レンズ１５Ａにより、より大きく屈折し、ダイクロイックコート１７に、垂直方向に近接した角度で入射する。
【００４０】
光源装置１０Ａは、光源装置１０の効果を有し、さらに、励起光がダイクロイックコート１７に大きい角度で入射するため、より効率良く光を出射でき、光源装置１０Ａを含む表示装置１Ａは容易に明るい表示画面を得ることができる。
【００４１】
なお、図４は長軸方向の断面図であるが、反射部１５／レンズ１５Ａは短軸方向にも、励起光の方向を入射部１４ｉｎに対して垂直方向に近接するように反射／屈折することが好ましい。また、反射部１５、レンズ１５Ａに替えて、回折効果により光路方向を変えるグレーティング素子等を用いてもよい。
【００４２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の光源装置１０Ｂおよび光源装置１０Ｂを含む表示装置１Ｂは、光源装置１０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４３】
図５に示すように光源装置１０Ｂのロッド１４Ｂは、中空部の断面の大きさが、光源装置１０のロッド１４よりも小さい。言い替えれば、使用されている光変換部材１３の量が少ない。
【００４４】
そして、光源装置１０Ｂでは、ロッド１４の透明部を介して、出射部１４ｏｕｔの周囲に入射した励起光を反射する反射部（第１反射部）１８を有する。反射部１８は、例えば、ロッド１４に金属膜を蒸着することで配設される。
【００４５】
反射部１８の短軸方向の断面形状は、第１の楕円Ｅ１の円弧の一部である。そして、発光素子１２が第１の楕円Ｅ１の第１焦点ＦＰ１に配設されており、光変換部材１３が第１の楕円Ｅ１の第２焦点ＦＰ２に配設されている。
【００４６】
楕円の第１焦点から出射された光は、楕円の円弧で反射すると、第２焦点に集光される。このため、図６に示すように、発光素子１２が出射した励起光のうち、反射部１８に反射された光は、光変換部材１３に確実に導光される。なお、出射部１４ｏｕｔの断面形状は直線（平面）ではなく、第１の楕円Ｅ１の円弧の一部であってもよい。
【００４７】
光源装置１０Ｂは小さい光変換部材１３に効率的に励起光を照射できる。そして、量子ドット１１を含む光変換部材１３は安価ではないが、光源装置１０Ｂ（表示装置１Ｂ）は光源装置１０（表示装置１）よりも安価に製造できる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の光源装置１０Ｃおよび光源装置１０Ｃを含む表示装置１Ｃは、光源装置１０Ｂ等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４９】
図７に示すように、光源装置１０Ｃは、光源装置１０Ｂの構成に加えて、更に、ロッド１４Ｃの入射部１４ｉｎの短軸方向の断面形状が、第２の楕円Ｅ２の円弧の一部であり、第２の楕円Ｅ２の第１焦点ＦＰ３に、光変換部材１３の略中心が配設されており、第２の楕円Ｅ２の第２焦点ＦＰ４の側に出射部１４ｏｕｔが配設されている。すなわち、第１の楕円Ｅ１の第２焦点ＦＰ２と第２の楕円Ｅ２の第１焦点ＦＰ３とは同じ位置にある。
【００５０】
すでに説明したように、ロッド１４Ｃの入射部１４ｉｎは、ダイクロイックコート１７で覆われている。
【００５１】
このため、図８に示すように、光変換部材１３が、第２の楕円Ｅ２の第１焦点ＦＰ３から出射した長波長光のうち、ダイクロイックコート１７で反射された光は、出射部側の第２焦点ＦＰ４に確実に導光される。なお、光変換部材１３の外周部が第２の楕円Ｅ２の第１焦点ＦＰ３に配設されていてもよい。
【００５２】
なお、図８では、第２焦点ＦＰ４が出射部１４ｏｕｔと一致しているが、第２焦点ＦＰ４の位置は、第２焦点ＦＰ４を通過した光が、導光板２０の端面に入射されるように設定されていればよい。また、出射部１４ｏｕｔの断面形状は直線等であってもよい。
【００５３】
光源装置１０Ｃは、光源装置１０Ｂの効果を有し、さらに長波長光のうち、ダイクロイックコート１７で反射された光は、多重反射することなく、導光板２０に入射するため、演色性のよい白色光を効率的に発生することができる。
【００５４】
さらに、光源装置１０Ｃは、反射部（第１反射部）１８の延長上の、第１の楕円Ｅ１の円弧の一部に反射面のある反射部（第２反射部）１８Ｃを有する。すなわち、反射部１８Ｃの反射面は、第１の楕円Ｅ１の円弧の一部である。なお、反射部１８Ｃは、少なくとも励起光が入射する面が高反射率であればよい。
【００５５】
発光素子１２が出射した励起光のうち、反射部１８Ｃに反射された光は、光変換部材１３に確実に導光される。すなわち、反射部１８Ｃのある光源装置は、光変換部材１３に、より効率的に励起光を照射できる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更ができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１、１Ａ〜１Ｃ…表示装置
２…筐体
１０、１０Ａ〜１０Ｃ…光源装置
１１…量子ドット
１２…発光素子
１３…光変換部材
１４…ロッド
１４ｉｎ…入射部
１４ｏｕｔ…出射部
１４ｓｉｄｅ…側面部
１５…反射部
１６…白色部材
１７…ダイクロイックコート
１８…第１反射部
１８Ｃ…第２反射部
２０…導光板
３０…液晶表示部
３１…光学シート
３２…配線板
【図１Ａ】
2015106487.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
2015106487.tif 000006
【図４】
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【図５】
2015106487.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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