(57)【要約】【課題】  赤色蛍光体として用いられる窒化物蛍光体やカルコゲナイド系蛍光体には、緑色光も励起波長に含まれているため、赤色蛍光体と緑色蛍光体を混在させた変換体を用いて白色光を得る場合、結果として輝度効率の劣化を及ぼす。【解決手段】  本発明の照明装置は、青色や紫外ＬＥＤの光路中に、青色や紫外励起で緑色光に変換する蛍光体、及び、赤色光に変換する蛍光体を異なる層に分割して塗布したフィルムを配置する構成とした。更に、赤色蛍光体を緑色蛍光体よりも光源に近い位置に配置することで、蛍光体量の調整のみで色調整が可能となり、かつ高輝度な照明装置が提供できる。【選択図】  図１
2008112711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光される照明装置において、
前記発光素子と該照明装置の発光面との間の光路中に、前記発光素子の発光を互いに異なるピーク波長の光に波長変換する複数の波長変換体が設けられるとともに、前記複数の波長変換体はピーク波長が前記発光素子から遠ざかるほど短い波長になるように順に配置されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の波長変換体は、前記発光素子の発光を第一のピーク波長の光に波長変換する第一の波長変換体と、前記発光素子の発光を前記第一のピーク波長より短い波長の光に波長変換する第二の波長変換体を備えるとともに、第一の波長変換体が前記発光素子と前記導光体の間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第一の波長変換体が、前記発光素子をポッティングする樹脂に含まれたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第二の波長変換体が、前記導光体の内部に含まれたことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第二の波長変換体が、前記導光体の出射面側に設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第二の波長変換体を含む第二の層が形成されたフィルムが、前記導光体の出射面側に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数の波長変換体は、前記発光素子の発光を第一のピーク波長の光に波長変換する第一の波長変換体と、前記発光素子の発光を前記第一のピーク波長より短い波長の光に波長変換する第二の波長変換体を含むとともに、前記第一の波長変換体を含む第一の層と、前記第二の波長変換体を含む第二の層が形成されたフィルムが、前記導光体の出射面側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第二の波長変換体より出光側に、アクリルやシリカの透明ビーズが分散された樹脂層が設けられたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第二の層に、アクリルやシリカの透明ビーズが分散されたことを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第一の波長変換体を含む第一の層と、前記第二の波長変換体を含む第二の層が形成されたフィルムが、前記発光素子と前記導光体の間に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第二の層が接着剤層であり、前記フィルムが、前記第二の波長変換体を前記接着剤により一対のフィルムでラミネートした構成であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記フィルムの外周部の前記接着剤層には前記第二の波長変換体を含まない領域が存在することを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第二の波長変換体を含まない領域が、前記発光素子から発光した光の光路外に位置するように、前記フィルムを折り込んだことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記第二の波長変換体を含まない領域に反射層を設けたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記フィルムが前記発光素子を覆うように折り込まれた構成であり、前記フィルムの出光面が、前記発光素子からの光入射方向に対して垂直でも並行でもないことを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記第二の層より出光側に、ドーム状の透明レンズがマトリックス状に配置されたことを特徴とする請求項６、７、１１〜１５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記第二の層より出光側に、細長いドーム状の透明レンズがストライプ状に配置されたことを特徴とする請求項６、７、１１〜１５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記第一の波長変換体が前記発光素子の光を励起して赤色光に変換する赤色蛍光体であり、前記第二の波長変換体が前記発光素子の光を励起して緑色光に変換する緑色蛍光体であることを特徴とする請求項２〜１７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記赤色蛍光体と前記緑色蛍光体の間に、第二赤色蛍光体または前記発光素子の光を励起して黄色光に変換する黄色蛍光体が設けられたことを特徴とする請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記第一の波長変換体が前記発光素子の光を励起して赤色光に変換する赤色蛍光体であり、前記第二の波長変換体が前記発光素子の光を励起して緑色光に変換する緑色蛍光体であり、第二赤色蛍光体または前記発光素子の光を励起して黄色光に変換する黄色蛍光体が前記フィルム上に設けられたことを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載された構成の照明装置と、前記照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、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、非自発光型の表示素子を照明する照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、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、及び表示素子を照明するフロントライトやバックライト等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には、高精彩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。液晶表示装置に用いられる液晶素子は非自発光型であるため、高輝度の白色ＬＥＤを光源とする照明装置を用いて液晶素子を照明している。
【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。これらの表示素子の照明に用いられている白色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系等の青色ＬＥＤの発光面の直前に黄色蛍光体を分散した樹脂が設けられた構成である。この構成によれば、黄色光と元の青色光とを混色させて白色光を得ることができる。青色光を黄色光に変換する蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）に希土類元素をドープしたＹＡＧ蛍光体が良く知られている。また、ＹＡＧ蛍光体の代わりに赤色と緑色発光蛍光体を調合し、青と赤と緑の加法混色により白色光を作る手法も知られている。青色光を緑色光や赤色光に比較的高効率に変換する蛍光体としては希土をドープしたカルコゲナイド系蛍光体や窒化物蛍光体が良く知られている。また、回路を形成した任意の形状および面積のプリント基板上に青色光の波長以下の波長の光を発光する複数の発光素子を配置し、各発光素子を波長変換材料が含有された透光性樹脂で被覆したＬＥＤ表示用デバイスが開示されている。
【０００４】
また、波長変換材料を青色ＬＥＤ上にポッティングするのではなく、バックライトの導光板とＬＣＤパネルの間に波長変換材料を含んだ透明フィルムを配置し、白色光を合成する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４１７３８４号公報（１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
青色や紫外光励起で緑色光や赤色光や黄色光等それぞれに変換する二種類以上の蛍光体と、青色ＬＥＤによる加法混色を用いれば、高い色再現性を有するＬＣＤモジュールの実現が可能となる。しかしながら、従来技術で開示されているように、赤色蛍光体と、緑色蛍光体を混合して透明フィルム上に塗布するような構成の場合、緑色蛍光体からの発光が赤色蛍光体の励起に使用されるため、あるいは、面内の粒子密度が高くなるため、高輝度化が困難という課題がある。
【０００６】
また、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体による二色の加法混色（いわゆる、擬似白色ＬＥＤの構成）では、６００ｎｍ以上の波長領域の光成分は少ない。そのため、高い色再現性を有するＬＣＤモジュール実現の妨げとなっている。一般的に、現在のカラーフィルター技術では、擬似白色ＬＥＤを光源とする場合、ＮＴＳＣ比率１００％を超えることは非常に困難とされている。
【０００７】
また、従来の白色ＬＥＤを使用するバックライトはＬＣＤパネルと組み合わせて使用するわけであるが、ＬＣＤパネルはその光学仕様によって最適な色バランスのバックライトが異なる。色の調整をＬＣＤパネルごとにＬＥＤにポッティングする蛍光体の添加量で制御することは、困難であり、現状は量産のばらつきの中である塊の色度をランク化し、対応しているため、必ずしも最適な色度の光源が提供できていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明の照明装置は、青色発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光する照明装置であって、青色発光素子と該照明装置の発光面との間の光路中に設けられた赤色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体と該照明装置の発光面との間の光路中に設けられた緑色発光蛍光体を備えている。ここで、赤色発光蛍光体は青色励起で赤色光に変換する蛍光体であり、緑色発光蛍光体は青色励起で緑色光に変換する蛍光体である。
【０００９】
このような構成により、青色発光素子の青色発光と赤色発光蛍光体により変換された赤色光が混色して紫色光になり、さらに、青色励起で緑色発光蛍光体に変換された緑色光と混色して白色光が得られる。このような変換順で白色が作製されるので、緑色蛍光体からの発光を赤色蛍光体の励起光として使うことがなく、照明装置としての発光効率が上昇する。また、青色発光素子と緑色発光蛍光体が完全に分離されているので、緑色発光蛍光体が発光素子に科学的影響を与えるまたは受けることがなく、温度−輝度特性や信頼性が向上する。また、個々の色度調整も容易となる。
【００１０】
このとき、青色発光素子をポッティングする樹脂に赤色発光蛍光体を分散してもよい。また、赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体の間に黄色発光蛍光体または第二の赤色発光蛍光体をもうけてもよい。
【００１１】
あるいは、本発明の照明装置は、青色発光素子と、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体と、第一の色変換体とは分離して設けられた青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体を備えており、発光素子と照明装置の発光面の間の光路中に、第一の色変換体が第二の色変換体よりも発光素子側に配置された構成である。
【００１２】
また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、を備えている。
【００１３】
あるいは、本発明の表示装置は、青色発光素子と、非自発光型の表示素子と、青色発光素子から入射された光を出光面から表示素子に向けて出射する導光体と、青色発光素子と表示素子の間の光路中に設けられた赤色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体と表示素子の間の光路中に設けられた緑色発光蛍光体を備えている。さらに、赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体の間に第二の赤色もしくは黄色発光蛍光体を設ける構成とした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の照明装置の構成によれば、多色の加法混色による白色光を得ることができる。この構成によれば、緑色蛍光体からの発光を赤色や黄色蛍光体の励起光として使うことがない。そのため、発光効率の高く、超寿命の照明装置が実現できる。本発明の照明装置をＬＣＤパネルと組み合わせることで、色再現性が高く、高輝度で長寿命の液晶表示装置が実現できる。更に、ＬＥＤパッケージ内部と外部に蛍光体の配置を分割したことで、外部のフィルム等の蛍光体の量のみで色度の調整が容易となり、個々のＬＣＤパネルに色度の最適化した光源の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光される照明装置に関し、発光素子と該照明装置の発光面との間の光路中に、発光素子の発光を互いに異なるピーク波長の光に波長変換する複数の波長変換体が、発光素子から遠ざかるにつれて各波長変換体のピーク波長が短い波長になるように順に配置されている。このとき、複数の波長変換体のうち、第一の波長変換体を含む第一の層と、第二の波長変換体を含む第二の層をフィルム上に形成し、このフィルムを導光体の出射面側に配置することとした。あるいは、複数の波長変換体のうち、第一の波長変換体を発光素子と導光体の間に、第二の波長変換体を導光体に設けることとした。導光体に設ける形態としては、第二の波長変換体を導光体内に分散させたり、導光体表面に塗布したり、フィルム中に分散させて導光体表面に貼り付けたりする構成が例示できる。
【００１６】
または、本発明は、発光素子で発光した光が導光体を用いて面発光される照明装置に関し、発光素子の発光を第一のピーク波長の光に波長変換する第一の波長変換体と、発光素子の発光を第一のピーク波長より短い波長の光に波長変換する第二の波長変換体を備えており、第一の波長変換体が第二の波長変換体より発光素子に近い側に配置されている。ここで、第一の波長変換体が含まれた第一の層と第二の波長変換体が含まれた第二の層をフィルム上に形成し、このフィルムを導光体の出射面側、あるいは、発光素子と導光体の間に設けることとした。あるいは、第一の波長変換体が発光素子をポッティングする樹脂に含まれるように構成してもよい。このとき、第二の波長変換体は、導光体の内部に含まれた構成でも、導光体の出射面側に設けられた構成でもよい。
【００１７】
さらに、第二の波長変換体より発光面側に、アクリルやシリカの透明ビーズが分散された樹脂層を設けることとした。透明ビーズにより散乱機能が付加できる。この透明ビーズは第二の波長変換体と混合して用いてもよい。
【００１８】
発光素子として、ピーク波長が４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色発光素子や、ピーク波長が３６０ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外発光素子を用い、第一の波長変換体として青色光を励起して赤色光に変換する赤色蛍光体を、第二の波長変換体として青色光を励起して緑色光に変換する緑色蛍光体を用いることができる。また、第二赤色蛍光体または発光素子の光を励起して黄色光に変換する黄色蛍光体を、赤色蛍光体と緑色蛍光体の間に設ける構成とした。ここで、第二赤色蛍光体または黄色蛍光体を、緑色蛍光体が設けられたフィルム上に設けてもよい。つまり、第二の赤色蛍光体または黄色蛍光体と、緑色発光蛍光体は、青色発光素子と赤色発光蛍光体から分離していればよく、緑色発光蛍光体は導光体中に分散されても、導光体の出光面に設けられたフィルム中に分散されても、導光体の出光面に設けられたフィルム上に設けられた樹脂中に分散されてもよい。このように、第二赤色蛍光体または黄色蛍光体を、赤色蛍光体と緑色蛍光体の間に設ける構成によれば、第二赤色蛍光体または黄色蛍光体の混合量と、緑色蛍光体の混合量を調整することによって、赤色蛍光体の混合量や色調を調整することなく、自在な色調の照射光を得ることができる。
【００１９】
青色励起で緑色光に変換する緑色発光蛍光体としては、II族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなるものや、酸化物と希土類ドーパントとからなるもの、Ｓｒ−ＳＩＯＮと希土類ドーパントからなるもの等の、ＹＡＧ蛍光体以上の輝度効率を有するものが適している。青色励起で赤色光に変換する赤色発光蛍光体としては、窒化物と希土類ドーパントとからなるものや、硫化物と希土類ドーパントとからなるものが適している。
【００２０】
また、赤色蛍光体粒子を非通水性の透明材料でコーティングする、もしくは窒化物蛍光体を使用することで、パッケージの信頼性が向上する。非通水性の透明材料として、ＳｉＯ２  、シリコン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、または、エポキシ系樹脂を用いることができる。窒化物系蛍光体を使用する場合にはコーティングはしなくてもよい。
【００２１】
また、第一の波長変換体を含む第一の層と第二の波長変換体を含む第二の層が形成されたフィルムを、発光素子と導光体の間に設けたときに、発光素子と導光体の少なくとも一方とフィルムの間に透明樹脂を設けることとした。
【００２２】
また、第二の波長変換体を含んだ接着剤で一対のフィルムを接合した構成のフィルムを用いることとした。さらに、このフィルムの外周部の接着剤層に第二の波長変換体を含まない領域を設けることとした。これにより、波長変換体の劣化が防止できる。この第二の波長変換体を含まない領域が発光素子から発光した光の光路外に位置するように、フィルムを折り込んだ構成とした。フィルムを導光板の出光面側に設けて、導光板の入光面を除いて包むように折り曲げても良いし、フィルムを発光素子と導光板の間に設けて、発光素子を覆うように設けても良い。この第二の波長変換体を含まない領域に反射層を設けて、より効率よく光を導光体に入光させることができる。また、発光素子を覆うようにフィルムが折り込まれた構成の場合に、フィルムの出光面が、発光素子からの光入射方向に対して垂直でも並行でもないようにフィルムを配置する構成とした。
【００２３】
また、第二の層より出光側にドーム状の透明レンズ、あるいは、細長いドーム状の透明レンズをマトリックス状に配置した構成のフィルムを用いることとした。
【００２４】
さらに、本発明の表示装置は、前述のいずれかの構成の照明装置と、照明装置の発光面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えている。すなわち、発光素子の発光を用いて非自発光型の表示素子を照明する表示装置であって、発光素子の発光で励起して第一のピーク波長の光に波長変換する第一の波長変換体と、発光素子の発光を第一のピーク波長より短い波長の光に波長変換する第二の波長変換体が分離して設けられており、第一の波長変換体が第二の波長変換体より発光素子に近い側に配置されている。あるいは、色発光素子と、非自発光型の表示素子と、青色発光素子から入射された光を出光面から表示素子に向けて出射する導光体と、青色発光素子と表示素子の間の光路中に設けられた赤色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体と表示素子の間の光路中に設けられた緑色発光蛍光体を備えている。このような構成の表示装置は高輝度で色再現性が高く、優れた表示品質が得られる。
【実施例１】
【００２５】
本実施例の照明装置を図１と図５を用いて説明する、図１は、本実施例の照明装置の概要を示す模式図であり、図５は蛍光フィルム２の構成を模式的に示す断面図である。本実施例では、発光ダイオードパッケージ１は青色ＬＥＤ素子に樹脂がポッティングされた青色発光するパッケージである。図１に示すように、回路基板４上の端子部に半田により発光ダイオードパッケージ１が搭載されている。発光ダイオードパッケージ１は３６０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲の波長をピークとするスペクトルを有する青色光もしくは紫外光を出光する。発光ダイオードパッケージ１から出光する光は、導光体３と反射板５の間で反射と屈折を繰り返すことで、導光体３の出光面から均一発光する。導光体３より出光した光は、蛍光フィルム２を通ることで加法混色し白色光となる。ここで、回路基板４にはフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板が、導光体３の材料にはポリカーボネートやアクリル等が、反射板５には透明フィルムに銀やアルミニウム層を設けたフィルムが一般的には用いられる。しかしながら、銀は青色光を吸収する性質があり、またアルミニウムは反射特性が高くないため、本発明の反射板として使用すると、結果的に輝度の低下を招く。よって青色成分の反射率の高い、住友３Ｍ製のＥＳＲや白ＰＥＴフィルムの使用が好ましい。ＥＳＲとはＥｎｈａｎｃｅｄ−Ｓｐｅｃｕｌａｒ−Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒの略であり、ポリエステル系樹脂を用いた多層膜構造により可視光範囲において高い反射率を有するフィルムである。バックライトの導光板下反射シート用に開発された製品で、反射時の損失が小さく、光源を有効活用し画面輝度の大幅な向上が図られる。
【００２６】
図５は蛍光フィルム２の構成を模式的に示す断面図である。ペットやポリカーボネートやアクリルやゼオノア等の透明基材１９の上面（発光面）に、シリカ等の透明拡散ビーズ１７と緑色蛍光体粒子１６が分散された透明樹脂１８を塗布し、硬化させる。一方、透明基材１９の下面（導光体と対向する面）には赤色蛍光体粒子２０が分散された透明樹脂１８を塗布し、硬化させた構造とした。また、赤色蛍光体粒子２０のかわりに、ＹＡＧ等の黄色蛍光体粒子を用いても良いし、赤色蛍光体粒子２０と黄色蛍光体粒子を混合して存在させてもよい。赤色蛍光体粒子２０としては、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、ＣａＳやＳｒＳ等の硫化物と希土類ドーパントとからなる蛍光材料や、窒化物蛍光体と希土類ドーパントとからなる蛍光材料は、光変換効率が高い。ただし、硫化物蛍光体の場合、水分と反応して硫化水素を発生することがある。その場合には、ＬＥＤ内部の反射膜が化学反応を起こして、輝度特性が著しく落ちることになる。そのため、硫化物蛍光体を使用する際は、蛍光体そのものをＳｉＯ２等の透明非通水材料で被覆する必要がある。また、緑色蛍光体粒子１６として、希土類を付活したストロンチウム・チオガレートや酸化物蛍光体が広く知られており、適している。また、光源が紫外光に近い場合はＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＭｎやＺｎＳが適している。
【００２７】
光の波長は短いほうがエネルギー量は高い。したがって、蛍光体の励起波長としては短波長側のほうがエネルギーとしては大きい。結果的に発光波長が長い蛍光体は、短いものと比較したときに、励起波長も長いことが多い。例えば本実施例において、赤色蛍光体として例えばＣａＳを使用し、緑色蛍光体としてＳｒＧａ２Ｓ４を使用する場合、ＣａＳの励起波長の範囲が５００ｎｍ〜６００ｎｍであるため、二種類の蛍光体を混合して使用するとＳｒＧａ２Ｓ４からの発光も赤色発光の励起に使われてしまい、結果として輝度の低下につながる。本発明のように、光源から遠くなるにつれて、励起波長が短くなるような順番で蛍光体を設置することで、蛍光体からの発光波長が励起に用いられることがなくなり、結果としてエネルギーの利用効率の高い照明装置の提供が可能となる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例を図１及び図６を用いて説明する。実施例１と異なる点は、蛍光フィルム２の層構成である。実施例１では、緑色蛍光体粒子１６と透明拡散ビーズの混合樹脂と赤色蛍光体粒子２０は透明フィルム１９を挟んで設置したが、本実施例では、緑色蛍光体粒子１６と透明拡散ビーズを分離しており、緑色蛍光体粒子１６と赤色蛍光体粒子２０が透明樹脂１８を挟んで設けられている。すなわち、図６に示すように、ＰＥＴ等の透明フィルム１９の上面に透明拡散ビーズ１７を混合した透明樹脂１８を塗布、硬化させ、その反対の面に緑色蛍光体粒子１６を混合した透明樹脂１８を塗布、硬化させる。更にその上に蛍光体を混合しない透明樹脂を塗布、硬化させ、その上に、赤色蛍光体粒子２０を混合した透明樹脂１８を塗布、硬化させる。導光体３を通ってきた青色光は、まず赤色蛍光体粒子２０にあたり、一部が赤色光に変換された後、緑色蛍光体粒子１６にあたり、一部を緑色光に変換し、白色光を形成する。このような構成では、実施例１に比べてフィルム上での光の拡散効果が高く、緑色光と赤色光が混色しやすい。また、緑色蛍光体粒子１６と赤色蛍光体粒子２０は透明樹脂を挟んで設置されているので、第三の蛍光体も透明樹脂を介して積層することが容易である。本実施例では、二種類の蛍光体のみ使用しているが、三種類以上の蛍光体による多層構造とすることも可能である。また、一枚のフィルム上に多層の蛍光体層を形成するほうが、光の透過率が高くなるが、製造の都合上多層化が困難な場合は、例えばフィルムを複数枚準備し、光源から遠くなるにつれて、励起波長が短くなるような順番でフィルムを設置するような構成でも同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００２９】
本実施例の照明装置を図１と図２を用いて説明する。図２は発光ダイオードパッケージ１の構成を模式的に示す断面図である。上述の実施例と異なる点は、発光ダイオードパッケージ１の構成である。図２に示すように、発光ダイオードパッケージ１は青色ＬＥＤ素子１０に赤色蛍光体粒子８を分散した樹脂７がポッティングされた構成である。図１に示すように、回路基板４上の端子部に半田により発光ダイオードパッケージ１が実装されている。したがって、青色ＬＥＤ素子１０が発光した青色光と、青色光が赤色蛍光体粒子で変換された赤色光が発光ダイオードパッケージから出光する。すなわち、発光ダイオードパッケージ１は４５０ｎｍ〜４８０ｎｍと６００ｎｍ〜６８０ｎｍの２つの波長をピークとするスペクトルを有する光を出光する。発光ダイオードパッケージ１から出光する紫光は、導光体３と反射板５の間で反射と屈折を繰り返すことで、導光体３の出光面から均一発光する。そして、図１に示すように導光体の出光面には蛍光フィルム２として緑発光拡散フィルムが設けられている。導光体３より出光した光は、緑発光拡散フィルムを通ることで加法混色し白色光となる。緑発光拡散フィルムは、青色光を緑色光に変換する機能と光を拡散させる機能を持っている。例えば、図５で示した赤色蛍光体粒子２０を含んだ透明樹脂１８がない構成のフィルム、あるいは、図６で示した赤色蛍光体粒子２０を含んだ透明樹脂１８とこれを接合する透明樹脂がない形態のフィルムが例示できる。すなわち、ペットやポリカーボネートやアクリルやゼオノア等の透明基材１９の上面（発光面）に、シリカ等の透明拡散ビーズ１７と緑色蛍光体粒子１６が分散された透明樹脂１８を設けた構成のフィルム、あるいは、ＰＥＴフィルム１９の上面に透明拡散ビーズ１７を混合した透明樹脂１８を設けるとともに、その反対の面に緑色蛍光体粒子１６を混合した透明樹脂１８を設けた構成のフィルムを用いることができる。
【００３０】
図２に示すように、導電性台座１１は導電性ペーストや半田などを用いて電気配線１２に電気的に接合されており、またＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０が導電性ペーストによって導電性台座１１に電気的に接合されている。この導電性台座１１は、青色ＬＥＤ素子１０と電気配線との電気的接合性の向上、熱伝導性の向上、回路基板４からの高さを調節する等のために用いられている。これらの条件が満足されている環境では必ずしも必要ではない。青色ＬＥＤ素子１０には図示していない電流注入用の二つの電極が形成され、一方の電極がワイヤー６により第一の電気配線９と、他方の電極は導電性台座１１を介して第二の電気配線１２とそれぞれ電気的に接合されている。導電性台座１１を用いない場合には、両電極ともにワイヤー６でそれぞれの電気配線に電気的に接合されている。このワイヤー６は、通常のワイヤーボンディングで用いられる金ワイヤーなどを用いることができる。いずれにしろ、それぞれの電気配線は、基板に接続するために設けられた電極に電気的に接続している。電極上には、その導通部を除いて絶縁膜等の保護膜が設けられている
青色ＬＥＤ素子１０と導電性台座１１の全てとワイヤー６の一部または全部は透光性の非通水性材料７で被覆されており、その非通水性材料７の中には赤色蛍光体粒子８が所定の濃度で混合されている。非通水性材料７としては、シリコン樹脂やシクロオレフィン系樹脂またはフッ素系樹脂などの高分子材料を用いることができる。これらの樹脂から、いずれかを選択してもよいし、複数の樹脂によるハイブリッドを用いても良い。これら非通水性材料は、必ずしも透明である必要はなく、透光性があれば良いので、エポキシ系の材料も広く使われている。赤色蛍光体粒子８としては、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、ＣａＳやＳｒＳ等の硫化物と希土類ドーパントとからなる蛍光材料や、窒化物蛍光体と希土類ドーパントとからなる蛍光材料は光変換効率が高い。ただし、硫化物蛍光体の場合、水分と反応して硫化水素を発生することがある。その場合には、ＬＥＤ内部の反射膜が化学反応を起こして、輝度特性が著しく落ちることになる。そのため、硫化物蛍光体を使用する際は、蛍光体そのものをＳｉＯ２等の透明非通水材料で被覆する必要がある。
【００３１】
赤色蛍光体粒子８を所定の割合で非通水性材料７に混合して図２に示すように青色ＬＥＤ素子１０を被覆することによって、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０からの青色光とこの青色光が波長変換されて生じた赤色光とが加法混色され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、赤色蛍光体粒子８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強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。例えば、赤色蛍光体粒子８の混合濃度を、樹脂の厚みが６０〜７０μｍの時、重量濃度５０％程度とするとｘ＝０．３５ｙ＝０．１８近辺の色度座標の光（紫光）が得られる。このとき、青色光の強度を上げるとｘｙ共に小さくなり、下げるとｘｙともに大きくなる傾向にある。ただし、せいぜい±０．０２程度の変化であり、与える影響は小さい。混合濃度が高いため、更にシリカ等の透明ビーズを分散して混入させると、蛍光体粒子の分散性が上がり、発光効率が上昇する。
【００３２】
図７に本発明による色変換のフロー図を記す。発光ダイオードパッケージ２１内で青色光が、例えばＣａ（Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕや窒化物蛍光体によって赤色に変換される。発光ダイオードパッケージ２１から出光した青色光と赤色光の混色でなる紫色光は、蛍光フィルム２２の青色ＬＥＤ素子に近い位置に配置された、第二の赤色蛍光体によって更に赤色成分が増加し、最終的に緑色蛍光体によって白色化される。第二の赤色蛍光体は、例えばＣａ（Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕでも良いし、窒化物蛍光体でも良い。もしくは、黄色発光蛍光体であるＣｅ付活のＹＡＧ蛍光体を使用することで、黄色方向への色シフトも可能となる。また、緑色蛍光体としては、希土類を付活したストロンチウム・チオガレート等が広く知られており、適している。以上のような構成によれば、蛍光フィルム２に塗布する赤色蛍光体と緑色蛍光体の混合率によって、発光ダイオードパッケージ１の色調を調整することなく、自在な色調の調整が可能となる。また、本発明による色変換の順序は青色励起に限ったことではなく、例えば３００〜４２０ｎｍ程度の紫外光による励起の場合においても有効であることは言うまでもない。また、第二の赤色蛍光体を塗布するフィルムと緑色蛍光体を塗布するフィルムを２枚個別に準備して配置しても良い。また、第二の赤色蛍光体を導光体上に印刷しても、導光体に練りこんでもよいし、緑蛍光体をフィルム上に塗布した構成でも同様の効果が得られる。
【００３３】
本実施例の照明装置の全体構成を図３に模式的に示す。図２で示した構成の発光ダイオードパッケージ１を点灯し、導光体３に入光させる。入光した光は、最適な角度と高さに設計されたプリズム１４により断面図上部から均一に出光する。そして、この光は蛍光フィルム２を通ることで、青色光の一部で励起し緑色が発光する。そのため、青色と赤色と緑色の三色、もしくは、青色と赤色と緑色と黄色の４色の加法混色による白色光を得ることができる。導光体や光源はフレーム１３内に収納されている。青色光が先に当たる第一の蛍光体を赤色蛍光体とし、最後にあたる蛍光体を緑色蛍光体とすることで、緑色の発光を赤色や黄色蛍光体の励起に使われることがないため、照明装置としての発光効率が上昇する。
【００３４】
上述した構成の照明装置を用いた液晶表示装置の構成を図４に模式的に示す。図示するように、液晶パネル１５が照明装置の発光面上に配置されている。液晶パネル１５は、照明装置が発光する光源スペクトルにあわせて色のチューニングを施したカラーフィルターを有している。あるいは、光源パッケージの発光色と液晶パネルのカラーフィルターにあわせて複数の波長変換体を設定している。これにより、非常に高輝度で色再現性の高い液晶表示装置が容易に実現できる。
【実施例４】
【００３５】
図８に本実施例で用いた蛍光フィルム２の断面構成を模式的に示す。これ以外は実施例３と同様の構成とした。そのため、重複する説明は適宜省略する。すなわち、発光ダイオードパッケージ１から出光する紫光は、導光体３と反射板５の間で反射と屈折を繰り返すことで、導光体３の出光面から均一発光する。
【００３６】
図示するように、本実施例の蛍光フィルム２は、接着層２５を用いて緑色蛍光体粒子１６に２枚の防湿フィルム２３をラミネートしている。緑色蛍光体粒子１６として、他の実施例同様、希土類を付活したストロンチウム・チオガレートや酸化物蛍光体などが例示できる。特に硫化物の蛍光体は水分に弱いという特徴があるため、本実施例のように防湿フィルムでラミネートするような構成は有効である。防湿フィルムとしては、ゼオノアフィルムやＰＥＴに酸化ケイ素やアルミナ等の金属膜を蒸着するものや、透明フィルムを多層構造にして界面を増やすことで透湿度を抑えるような構成が考えられる。要求される特性としては、高透明度、低屈折率（空気に近いほど良い）、低透湿度であり、これらを満たすものであれば、特に構成は問わない。防湿フィルムをラミネートする材料には、光学用途の粘着剤やホットメルト剤等が考えられる。こちらも透明性と接着性が高い材料であれば使用できる。
【００３７】
また、発光部（蛍光エリア）から外形までの外周部に蛍光体が存在しない領域（以後、非発光エリアと称する）を設けることにより、信頼性が向上する。図９に非発光エリアが外周に設けられた蛍光フィルム２の断面図を、図１０にその上面透視図を示す。図示するように、接着層２５を用いて緑色蛍光体粒子１６を２枚の防湿フィルム２３でラミネートした構成であり、蛍光フィルム２の外周部には非発光エリア２６が設けられている。非発光エリア２６がないとフィルム側面の接着層から水分が容易に浸透して、蛍光体の劣化が進むためである。つまり、非発光エリア２６、つまり外形から蛍光体エリアまでの距離をできるだけ大きくとることによって、水分に対する信頼性を高くすることができる。
【００３８】
しかしながら、大概の表示デバイスの場合、表示エリア以外の領域を狭くすることが市場要求として存在し、狭額縁化をいかにして実現するかによって製品力を競っている状況である。そこで、非発光エリア２６の大きいフィルムを用いる場合は、非発光エリア２６を、例えば、導光板の端に折り込むような構造が考えられる。非発光エリア２６を折り込んだ構成の断面図を図１１に示す。図１１に示すように、非発光エリア２６を、導光板の発光ダイオードからの入光方向に平行な面側に折り込むような構成とすることで、光学特性を維持しつつ、非発光エリアを大きくとることができる。
【実施例５】
【００３９】
本実施例の照明装置を図１２及び図１３を用いて説明する。発光ダイオードパッケージ１は実施例３と同様に青色ＬＥＤ素子１０に赤色蛍光体粒子８を分散した樹脂７がポッティングされた構成である。実施例４とは蛍光フィルム２の配置が異なっている。図１２に蛍光フィルム２を発光ダイオードパッケージ１に隣接するように配置した構成を示す。このように導光体３に入光する前に青色光を色変換してしまうことによって、短波長成分を減らし、反射、屈折による減衰を削減する効果がある。また前述のように、非発光エリア２６を設けて、これを折り込むことで、信頼性を保持しつつコンパクトな機構設計が可能となる。非発光エリア２６に金属膜の蒸着による反射層や白色インキを設けると、より効率よく光を導光体３に入光させることができる。また、図１２では、非発光エリア２６を発光ダイオードパッケージ１方向に折り込んでいるが、導光体３方向に折り込んでもかまわない。また、片側は導光体側に折り込んで、もう片方を発光ダイオードパッケージ１方向に折り込むような構造でも良い。図１２の場合、蛍光フィルム２と導光体３の間に空気層が存在し、屈折率差から導光体３への入光効率の低下を促している。そこで、蛍光フィルム２や導光体３の屈折率により近い例えばシリコンゴム等の透明樹脂を介在させることで輝度効率の上昇を図ることができる。透明樹脂がタック性を有していると導光体３や発光ダイオードパッケ−ジに密着し、作業性や、導光性の面において好ましい。
【００４０】
蛍光体は励起光があたると発光するが、基本的に発光するのは蛍光体の表面であり、光があたったエリアのみ発光する。本実施例のように励起光の入射方向と、出光方向が同じ構成の場合、発光した光は一度入射方向に戻り、反射板で反射してから出光すると考えられ、効率低下の原因となっていることが考えられる。そこで、緑蛍光体粒子１６が分散されている層に、５〜２０μｍ程度のアルミ等の反射率の高い光沢ビーズを分散させることで、入射方向に戻った光が早い段階で出光するため輝度効率が上昇する。
【００４１】
また、図１３に、蛍光フィルム２を発光ダイオードパッケージ１の出光方向に対して垂直ではなく角度をつけて隣接するように配置した構成を示す。このような構成により、励起光の入射方向と蛍光フィルムの出光方向が逆方向にならないため出光効率が上昇する。図１３では、蛍光フィルム２の出光面を導光体３の出光面に対して鋭角になるように配置しているが、逆に鈍角になるように配置してもよい。蛍光フィルム２の出光面と導光体３の出光面の角度が４５°もしくは１３５°が理想となるが、多少でも角度が付いていれば効果はある。図１４も同様に発光ダイオードパッケージの出光方向に対して角度をつけるように配置した例であるが、図１３と異なる点は、蛍光フィルム２に複数の山と谷をつくるように折り込んで導光体３の入光面に隣接するように配置した点である。折り込みをつけることによって、光の進行方向に位置する蛍光体粒子の数を増加させる事ができ、色変換量の限界を拡大することができる。
【実施例６】
【００４２】
本実施例では、上述した蛍光フィルムの上面にレンズが設けられた構成を説明する。図１６は、実施例４及び５の蛍光フィルム２にレンズ２４が設けられた構成を示す断面図であり、図１７はこれを上面から見た模様を示す模式図である。レンズ２４は、直径５０〜５００μｍ程度、高さ２５〜２５０μｍ程度のドーム状のアクリル等の透明樹脂で形成され、約１０〜１００μｍ間隔でマトリックス状に配置されている。このようにレンズ２４を設けることにより、狙いの方向に集光することができる。さらに、レンズシートを別に設けるのではなく、本実施例のように蛍光フィルム２にレンズ２４を設けることにより、界面の削減を図ることができ、レンズによる集光効果とあわせて、面発光光源として大幅な輝度上昇を得ることができる。図１８は、レンズを円形のドーム状ではなく、細長のドーム状に作成した場合の正面図である。こちらもドームの幅としては、５０〜５００μｍ程度、高さ２５〜２５０μｍ程度であり、約１０〜１００μｍ間隔でストライプのライン状に並べている。この場合でも効果としては、図１７の円形のドーム状の場合と同じ効果を得ることができるが、細長のドーム状のほうがレンズの面積を大きく取れるため、集光効果がより高い。しかし、ＬＣＤ等と組み合わせた場合のモワレ等の不具合も考えられるため、状況に応じて円形のドーム形状と細長のドーム形状を使い分けることが好ましい。また、実施例４で述べたような、蛍光フィルム２の外周に非発光エリア２６が設けられている場合には、この非発光エリア２６に本実施例のレンズを設ける必要はない。
【実施例７】
【００４３】
本実施例の照明装置を図１と図１５を用いて説明する。実施例３と同様に、発光ダイオードパッケージ１は青色ＬＥＤ素子１０に赤色蛍光体粒子８を分散した樹脂７がポッティングされた構成である。実施例３と異なる点は蛍光フィルムの配置である。図１では蛍光フィルム２を導光体３の出光面上に配置したが、蛍光フィルム２を反射板５と導光体３の間に設けることができる。この場合、蛍光フィルム２には、プリズム層や拡散層はなくてもよい。また、蛍光フィルム２を反射板５と一体化すると界面が減るため、光学的にロスが減るだけでなく、厚みやコストの面でもメリットがある。図１５に蛍光機能付きの反射板の構成を模式的に示す。反射板２８はベースフィルムに銀やアルミを蒸着し、その上に透明なカバー層をつけた構成である。反射板２８の反射面上に緑色蛍光体粒子１６を分散した接着層２５を印刷し、更に防湿フィルム２３をラミネートした構成である。このような構成により、反射板２８の金属層と防湿フィルム２３が緑色蛍光体粒子１６を水分から保護することとなる。そのため、蛍光フィルムの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の照明装置の光源の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明による照明装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】実施例で用いた蛍光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例で用いた蛍光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明による色変換順を説明するフロー図である。
【図８】実施例で用いた蛍光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】実施例で用いた蛍光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施例で用いた蛍光フィルムを模式的に示す平面図である。
【図１１】実施例による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】実施例による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１３】実施例による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】実施例による照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１５】実施例で用いた蛍光機能付き反射板の構成を模式的に示す断面図である。
【図１６】実施例で用いた蛍光フィルムの構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】実施例で用いた蛍光フィルムを模式的に示す平面図である。
【図１８】実施例で用いた蛍光フィルムを模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  発光ダイオードパッケージ
２  蛍光フィルム
３  導光体
４  回路基板
５、２８  反射板
６  ワイヤー
７  非通水性材料
８、２０赤色蛍光体粒子
１０  青色ＬＥＤ素子
１１  導電性台座
１３  フレーム
１４  プリズム
１５  ＬＣＤパネル
１６  緑色蛍光体粒子
１７  透明拡散ビーズ
１８  透明樹脂
１９  透明基材
２３  防湿フィルム
２４  レンズ層
２５  接着層
２６  非発光エリア
【図１】
2008112711.tif 000003
【図２】
2008112711.tif 000004
【図３】
2008112711.tif 000005
【図４】
2008112711.tif 000006
【図５】
2008112711.tif 000007
【図６】
2008112711.tif 000008
【図７】
2008112711.tif 000009
【図８】
2008112711.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008112711.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008112711.tif 000014
【図１３】
2008112711.tif 000015
【図１４】
2008112711.tif 000016
【図１５】
2008112711.tif 000017
【図１６】
2008112711.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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