(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置用のバックライトユニットであって、
液晶表示装置の背面にて第一主面から面状の光を出力する導光板と、
複数の青色発光ダイオードと、緑色光の発光ピークを有する複数の緑色半導体レーザとを含み、前記導光板に光学的に接続する光源と、
前記青色発光ダイオードからの光で励起されて、赤色の蛍光を発する赤色蛍光体と、
を備え、
前記第一主面から出力される面状の光が、
前記青色発光ダイオードから出力される青色光と、
前記緑色半導体レーザーから出力される緑色光と、
前記赤色蛍光体から出力された赤色光と、
を混色させた白色光であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板が矩形状であり、
前記導光板の第一側面側に、前記青色発光ダイオードを配置し、
前記第一側面と交差する第二側面側に、前記緑色半導体レーザを配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板が矩形状であり、
前記導光板の第一側面に、前記青色発光ダイオードを配置し、前記第一側面と交差する第二側面側に、前記緑色半導体レーザを配置し、
前記導光板の第一主面と対向する第二主面側に、前記青色発光ダイオードを配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板の対向する第二側面側及び第四側面側に、前記緑色半導体レーザを、それぞれ配置すると共に、各面に配置された緑色半導体レーザの光軸を、対向する面側の緑色半導体レーザの光軸に対して、平行にずらして配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記複数の緑色半導体レーザの内、端縁側の緑色半導体レーザを、その緑色光の出射方向が前記導光板の内部から外部に拡がる方向となるよう、該緑色半導体レーザを傾斜させて配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項６】
請求項１に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板が矩形状であり、
前記導光板の第一側面側に、前記青色発光ダイオードと前記緑色半導体レーザとを交互に配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板は、前記緑色半導体レーザからの入射光を導入する入射面と対向する面を、反射面として、前記入射面から入射された入射光を、反射面で折り返して前記導光板内に導入するよう構成してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体と緑色半導体レーザとの距離を、該赤色蛍光体と青色発光ダイオードとの距離よりも遠ざけるよう配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記複数の緑色半導体レーザは、ピーク波長の異なる半導体レーザを含めてなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記導光板は、その幅よりも厚さを薄くした平板状に形成されており、
前記導光板の側面の内、前記緑色半導体レーザを配置する面において、該緑色半導体レーザのファーフィールドパターンが、その横長方向が、該導光板の幅方向となるように、各緑色半導体レーザを配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記緑色半導体レーザを、前記導光板の一面であって、該導光板を液晶表示装置に組み込んだ際に底面側となる面に配置してなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体が、シート状に構成された蛍光体シートに含まれており、
前記蛍光体シートが、導光板の表面に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体が、前記青色発光ダイオードの出射面に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体が、前記青色発光ダイオードと前記導光板との間に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
拡散シートが、前記緑色半導体レーザと前記導光板との間に配置されてなることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体は、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物蛍光体であり、一般式が
Ａ［Ｍ1-aＭｎ4+aＦ6］・・・（１）
で表現され、（１）式中、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択され、かつ少なくともＮａ及び／又はＫを含む少なくとも１種のアルカリ金属元素を示し、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を示し、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示すものであることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１７】
請求項１６に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体が、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ4+を含むことを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットであって、
前記赤色蛍光体のピーク波長が６３０ｎｍ近傍、
前記緑色半導体レーザのピーク波長が５３２ｎｍ近傍、
前記青色発光ダイオードのピーク波長が４６７ｎｍ近傍であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一に記載の液晶表示装置用バックライトユニットを使用した液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用のバックライト光源及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面テレビ等のディスプレイには、液晶が広く用いられている。液晶ディスプレイは、構造上白色光のバックライトが必須となる。このような液晶ディスプレイ用のバックライト用光源には、従来、冷陰極蛍光灯（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）が広く用いられてきたが、近年は発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）が用いられている。ＬＥＤは低消費電力で球切れがないといった利点を有する。そこで青色光を発する青色ＬＥＤと、この青色ＬＥＤが発する青色光で励起されて黄色の蛍光を発するＹＡＧ蛍光体を組み合わせて、白色光を発するバックライトを構成する。
【０００３】
一方、テレビのような映像を表示させるディスプレイについては、従来、ＮＴＳＣに沿った規格が一般的であった。しかし近年では４Ｋ、８Ｋといったより高精細のディスプレイの研究開発、実用化が進んでおり、このような高精細なディスプレイの規格の策定も進められている。例えば、ＮＨＫの提唱したスーパーハイビジョンが、国際電気通信連合  無線通信部門（International Telecommunication Union Radiocommunications Sector：ＩＴＵ−Ｒ）の勧告するＢＴ．２０２０により、テレビの国際規格として承認されている。このような新規格のディスプレイにおいては、図２６に示すように従来のＮＴＳＣ以上の色域が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４２８１７号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１２／１３２８９５号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"BT.2020: Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange" ITU (2014.6).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、既存のＬＥＤを用いたバックライト光源では、このような規格の広範な色再現性に十分対応できないという問題があった。本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ＮＴＳＣ以上の色域を実現可能な液晶表示装置用バックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一の側面に係る液晶表示装置用バックライトユニットによれば、液晶表示装置用のバックライトユニットであって、液晶表示装置の背面にて第一主面から面状の光を出力する導光板と、複数の青色発光ダイオードと、緑色光の発光ピークを有する複数の緑色半導体レーザとを含み、前記導光板に光学的に接続する光源と、前記青色発光ダイオードからの光で励起されて、赤色の蛍光を発する赤色蛍光体と、を備え、前記第一主面から出力される面状の光を、前記青色発光ダイオードから出力される青色光と、前記緑色半導体レーザーから出力される緑色光と、前記赤色蛍光体から出力された赤色光と、を混色させた白色光とすることができる。
【０００８】
また、本発明の他の側面に係る液晶表示装置によれば、上記の液晶表示装置用バックライトユニットをバックライトに使用することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施の形態によれば、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体を用いた液晶表示装置用バックライトよりも広範囲の色再現性を発揮する液晶表示装置用バックライトを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る液晶表示装置用バックライトユニットを示す分解斜視図である。
【図３】図２の導光板と光源の配置を示す模式平面図である。
【図４】図３の青色ＬＥＤ素子を示す模式断面図である。
【図５】変形例に係る赤色蛍光体の配置例を示す模式平面図である。
【図６】変形例に係る青色ＬＥＤと赤色蛍光体の配置例を示す模式断面図である。
【図７】他の変形例に係る青色ＬＥＤと赤色蛍光体の配置例を示す模式断面図である。
【図８】図８は導光板の端面に配置された緑色ＬＤユニットでバックライトを実現する構造の一例を示す分解斜視図である。
【図９】図９Ａは無偏光バックライトの構成を示す模式垂直断面図、図９Ｂは偏光レーザバックライトの構成を示す模式垂直断面図である。
【図１０】ゼロ複屈折性光源ポリマーの配置例を示す模式断面図である。
【図１１】緑色ＬＤ素子の構造を示す模式断面図である。ある。
【図１２】緑色ＬＤ素子と導光板の光学結合部分を示す模式斜視図である。
【図１３】青色の窒化ガリウム系ＬＥＤと、βサイアロン緑色蛍光体と、ＣＡＳＮ赤色蛍光体とを組み合わせたバックライト光源にカラーフィルタを適用する様子を示すスペクトル図である。
【図１４】青色の窒化ガリウム系ＬＥＤと、緑色の窒化ガリウム系ＬＤと、ＫＳＦ赤色蛍光体とを組み合わせたバックライト光源にカラーフィルタを適用する様子を示すスペクトル図である。
【図１５】実施例２に係る、導光板の長手方向端面の対向面に各々緑色ＬＤユニットを配置した例を示す模式平面図である。
【図１６】実施例３に係る、ＬＥＤを直下方式としたバックライトを示す模式平面図である。
【図１７】実施例４に係るバックライトを示す模式平面図である。
【図１８】図１８Ａは実施例５に係るバックライトを示す模式平面図、図１８Ｂは図１８Ａのバックライトの折り返し側端面を示す要部拡大水平断面図、図１８Ｃは図１８ＡのＣ−Ｃ線における垂直断面図、図１８Ｄは図１８ＡのＤ−Ｄ線における垂直断面図である。
【図１９】実施例６に係るバックライトを示す模式平面図である。
【図２０】第一緑色ＬＤ素子、第二緑色ＬＤ素子、第三緑色ＬＤ素子からの各緑色光の光軸を一致させる構造を示す模式図である。
【図２１】第一緑色ＬＤ素子、第二緑色ＬＤ素子、第三緑色ＬＤ素子からの各緑色光の光軸を一致させる他の構造を示す模式図である。
【図２２】図２２Ａは変形例に係るバックライトを示す模式平面図、図２２Ｂは断面図である。
【図２３】他の変形例に係るバックライトを示す模式垂直断面図である。
【図２４】実施例７に係るバックライトを示す模式平面図である。
【図２５】実施例８に係るバックライトを示す模式平面図である。
【図２６】ＮＴＳＣ方式の色域とＢＴ．２０２０規格の色域を示す色度図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１２】
なお、本明細書において色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ  Ｚ８１１０に従う。具体的には、３８０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。
（液晶表示装置）
【００１３】
本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の例を図１に示す。ここではＬＣＤパネル７０の下面にバックライトユニット１００を重ねている。具体的には、図１において上側から下側に順に、偏光フィルム７１、ガラス基板７２、共通電極７３、ガラス基板７４、偏光フィルム７５、バックライトユニット１００の順に積層されている。なお、ガラス基板７４の共通電極７３側の面にはマトリクス状に配列された個々の表示画素（液晶セル）に対応したピクセル電極７７が形成され、個々のピクセル電極７７はＴＦＴ（Thin Film Transistor）７８によりオン／オフ制御され、個々のＴＦＴ７８は液晶駆動回路７９が走査線８０と信号線８１とを選択的にオン／オフすることにより能動的に駆動される。このガラス基板７４上のピクセル電極７７の上面には図示しない配向膜が配置される一方、共通電極７３の下面にも図示しない配向膜が配置され、これらの両配向膜間に液晶物質が充填される。なお、上述の偏光フィルム７１、ガラス基板７２、共通電極７３、ガラス基板７４、偏光フィルム７５は実質的に同一寸法である。
（実施例１）
（バックライトユニット１００）
【００１４】
ここで、本発明の実施例１に係るバックライトユニット１００の詳細を、図２の分解斜視図に示す。この図に示す液晶表示装置用バックライトユニット１００は、筐体を構成するフロントフレーム１０１とバックフレーム１０２と、これらの内部に収納される導光板１０と、複数の青色ＬＥＤ素子２１を実装した青色ＬＥＤユニット２０と、複数の緑色ＬＤ素子３１を実装した緑色ＬＤユニット３０とを備える。以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を発光ダイオードや発光素子と称し、ＬＤ（Laser Diode）素子をレーザダイオードや半導体レーザ、レーザ素子等と称することがあるが、同じ意味である。またＬＥＤ素子をＬＥＤ、ＬＤ素子をＬＤと称することもあるが、これも同じ意味である。導光板１０の上面には、光を拡散させて均一化する拡散シート１２と、この光に指向性を持たせるためのプリズムシート等のレンズシート１４が配置される。レンズシート１４は、好ましくは２枚のレンズシート１４を重ねて使用する。また導光板１０の下面には、導光板１０の下面で光を反射させて有効利用するための反射シート１６が配置される。これらのシート材は、好ましくは同一形状、寸法とすることで、上下に二分割されたフロントフレーム１０１とバックフレーム１０２との間に収まりよく収納できる。拡散シート１２は省略することができる。
【００１５】
バックライトユニット１００の導光板１０と光源の配置例を、図３の模式平面図に示す。この図に示すように、導光板１０の一辺を構成する第一端面（第一側面）には青色ＬＥＤユニット２０が、他の一辺を構成する第二端面（第二側面）には緑色ＬＤユニット３０が、それぞれ備えられている。青色ＬＥＤユニット２０の、第一端面との対向面には、複数の青色ＬＥＤ素子２１がほぼ等間隔に配列されている。また導光板１０の第一主面には、蛍光体シート４０が配置される。蛍光体シート４０には、青色ＬＥＤ素子２１が発する青色光で励起されて赤色の蛍光を発する赤色蛍光体が分散されている。このように、導光板１０の周囲に光源を配置し、各々の端面から異なる発光色の光を個々に入射させると共に、導光板１０の表面に赤色蛍光体が分散された蛍光体シート４０を配置することによって、導光板１０の光取り出し面となる第一主面側に出力される光を混色された白色光とすることができ、さらに導光板１０の光取り出し面となる第一主面のほぼ全面を均一に発光する面状光源とすることができる。
【００１６】
また赤色蛍光体と緑色ＬＤ素子との距離を、赤色蛍光体と青色ＬＥＤとの距離よりも遠ざけるよう配置することが好ましい。このようにすることで、赤色蛍光体を、より多くの熱量を発する緑色ＬＤ素子から遠ざけて、熱による劣化等を低減できる。特に、後述するＫＳＦのような、耐熱性に劣る赤色蛍光体においては有効な構成となる。
（青色ＬＥＤユニット２０）
【００１７】
導光板１０の側面の第一端面、図３の例では導光板１０の長手方向端面の一方に、青色ＬＥＤ素子２１を複数、線状に配列した青色ＬＥＤユニット２０が配置され、導光板１０と光学的に接続される。青色ＬＥＤユニット２０は、導光板１０の端面から光を入射するエッジライト方式によって、導光板１０の上方向（観察面）から光を取り出す面状光源を得る。
【００１８】
青色ＬＥＤユニット２０は、一方向に延長した細長い形状の基板上に、ほぼ等間隔に青色ＬＥＤ素子２１を実装したものである。また各青色ＬＥＤ素子２１は、ＬＥＤ点灯駆動回路２２によって点灯駆動される。
（青色ＬＥＤ素子２１）
【００１９】
青色ＬＥＤユニット２０に配置する青色ＬＥＤ素子２１には、いわゆる砲弾型や表面実装型等、種々の形態の素子が利用できる。一般に砲弾型素子とは、外部への接続電極となるリードに発光素子を配置し、リードおよび発光素子を被覆する封止部材とから構成されており、封止部材を砲弾のような形状に形成した発光装置を指す。また、表面実装型素子とは、成形体に発光素子及びその発光素子を覆う封止部材を配置して形成された発光装置を示す。さらに平板状の実装基板上に発光素子を実装し、その発光素子を覆うように、蛍光体を含有した封止部材をレンズ状等に形成した発光装置もある。本実施の形態では、図４の模式断面図に示すような青色ＬＥＤとして表面実装型の素子を利用している。表面実装型はＳＭＤ（Surface Mount Device）とも呼ばれ、薄型化に適している。
【００２０】
図４に示す青色ＬＥＤ素子２１は、凹部を有するパッケージ２３と、ＬＥＤダイス２４と、ＬＥＤダイス２４を被覆する封止部材２５とで構成される。ＬＥＤダイス２４は、可視光の短波長側の光を発する窒化ガリウム系化合物半導体である。パッケージ２３には底面と側面を持つ凹部が形成されており、パッケージ２３に形成された凹部の底面にＬＥＤダイス２４が配置されている。パッケージ２３は正負一対のリード電極２６、２７を有しており、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂により一体成形されている。パッケージ２３に配置された正負一対のリード電極２６、２７は、導電性ワイヤ２８によって電気的に接続されている。封止部材２５は、凹部内に充填されている。封止部材２５はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。さらに、正負一対のリード電極２６、２７は、その一端がパッケージ２３の外形に沿うように、外側面に表出されている。これらのリード電極２６、２７を介して外部から電力の供給を受けて青色ＬＥＤ素子２１が発光する。
【００２１】
この青色ＬＥＤ素子２１は、発光波長のピークが４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ、好ましくは４６７ｎｍ近傍とする。また波形がシャープな青色ＬＥＤ素子２１を使用することで、発光スペクトルのブロードな裾部分が緑色領域に広がることを避け、緑色カラーフィルタの帯域を抑えて、透過率を向上させることができる。このような青色ＬＥＤ素子２１は、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）であって、複数層が積層された構造とすることで高輝度化が実現できる。
【００２２】
また、発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｏ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。
【００２３】
ＬＥＤは、複数層が積層された半導体素子の同一面側、又は対向面側に正負一対の電極を有し且つ上面や端面から発光した光を取り出せる構造であれば特に限定されない。
（ＬＥＤ点灯駆動回路２２）
【００２４】
さらに青色ＬＥＤユニット２０には、各ＬＥＤチップを点灯駆動するためのＬＥＤ点灯駆動回路２２が接続される。ＬＥＤ点灯駆動回路２２は、導光板１０の出射面で均一な白色光が得られるように各ＬＥＤの点灯を制御する。ＬＥＤの出力は、ＰＷＭやＰＡＭ等によって制御できる。また必要に応じて、各ＬＥＤチップの発光特性のばらつきを補正するよう、電流量を調整する調整機構を備えてもよい。あるいは、周囲の明るさを検出し、これに応じて出力を調整する調整回路等を付加することもできる。
（赤色蛍光体）
【００２５】
赤色蛍光体としては、後述するカラーフィルタの内、赤色カラーフィルタの波長域内に発光スペクトルのピーク波長があって、半値幅の狭い蛍光体が効率よく好ましい。この例では、赤色蛍光体としてフッ化物蛍光体を使用している。具体的には、赤色蛍光体はＭｎ4+で付活されたフッ化物蛍光体であり、一般式が
Ａ［Ｍ1-aＭｎ4+aＦ6］・・・（１）
で表現され、（１）式中、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択され、かつ少なくともＮａ及び／又はＫを含む少なくとも１種のアルカリ金属元素を示し、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を示し、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示すものである。好ましくは、赤色蛍光体にＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ4+（以下、「ＫＳＦ」という。）のフッ化物蛍光体を用いる。ＫＳＦを用いることで、緑色ＬＤ素子３１から緑色光が照射されても、緑色光の吸収が起こらないので、導光板１０の表面に蛍光体シート４０を配置してもＲＧＢ３つの光成分の効率が高い。
【００２６】
また赤色蛍光体は、１種類に限らず、２種以上の蛍光体を用いてもよい。さらに赤色蛍光体は、赤色蛍光体を透光性樹脂に含ませた蛍光体シート４０として導光板１０の表面または裏面に設けることが好ましい。特に蛍光体シート４０を導光板１０の表面に設けることが好ましく、これにより、赤色蛍光体を青色ＬＥＤユニット２０から離間して配置し易くできる。特にＫＳＦを蛍光体シートとすることで青色ＬＥＤ素子と離間して配置できるので、ＫＳＦが熱により劣化することを防ぐ、あるいは低減することができる。
【００２７】
さらにこの構成であれば、導光板１０表面に配置された蛍光体シート４０により、緑色ＬＤ素子３１からの光も散乱され、光の均一性の面でも好ましい。特にレーザ光は指向性が強いため、散乱させる必要がある。緑色ＬＤ素子３１は導光板１０に入れて導光板１０で散乱させるが、蛍光体シート内の蛍光体粒子により散乱効果が相乗され、３色が出る直前でより光が均一になるよう散乱させることができる。また蛍光体シート４０は、いずれの実施例においても表面にプリズム状の凹凸を形成することもでき、光の散乱をさらに高めることができる。
【００２８】
ただ本発明は、蛍光体シート４０の配置位置を、導光板の表面又は裏面に限定せず、例えば図５に示す変形例に係るバックライトユニット２００のように、導光板２１０と青色ＬＥＤユニット２２０との間、すなわち導光板２１０の端面に配置する構成としてもよい。特に、青色ＬＥＤ素子２２１で励起させる赤色蛍光体は青色ＬＥＤ光を効率よく受光できる面に配置すれば足りるので、例えば青色ＬＥＤユニット２２０を導光板２１０の端面側に配置する場合は、この導光板２１０と青色ＬＥＤユニット２２０の間に、赤色蛍光体を塗布あるいは含有させた蛍光体シート２４０を配置することで、効率よく赤色蛍光体を励起させて赤色光の蛍光を導光板２１０に導入できる。また緑色ＬＤ素子２３１を実装した緑色ＬＤユニット２３０は、図３と同様の構成が利用できる。このように、青色ＬＥＤ素子２２１が発する青色光で励起させる赤色蛍光体を、青色ＬＥＤ素子２２１が配置される端面と同じ面側に配置する一方で、発熱量が青色ＬＥＤ素子２２１よりも大きい緑色ＬＤ素子２３１を、導光板２１０の異なる端面に配置させることで、赤色蛍光体及び青色ＬＥＤ素子２２１を緑色ＬＤ素子２３１と離間させ、さらには、緑色ＬＤと導光板との間に蛍光体シートを設けない構成とすることで、この緑色ＬＤ素子２３１の発する熱で赤色蛍光体や青色ＬＥＤ素子２２１が劣化する事態を抑制できる。
【００２９】
また本発明は、赤色蛍光体を配置する形態を、シート状の蛍光体シートに含める態様に限定しない。例えば、図６に示す変形例に係る青色ＬＥＤ素子３２１のように、パッケージ３２３の、ＬＥＤダイス３２４の周囲に赤色蛍光体３４１を配置してもよい。このように青色ＬＥＤ素子３２１に赤色蛍光体３４１を組み入れることで、赤色蛍光体３４１の配置スペースを別途用意する必要がなく、また組み立て時の作業も省力化できる利点が得られる。図６の例では、赤色蛍光体３４１は封止部材３２５中で部分的に偏在するよう配合されている。このようにＬＥＤダイス３２４に接近して載置することにより、ＬＥＤダイス３２４からの光を効率よく波長変換することができ、発光効率の優れた発光装置とできる。なお赤色蛍光体を含む部材と、発光素子との配置は、これらを接近して配置させる形態に限定されることなく、蛍光体への熱の影響を考慮して、発光素子と蛍光体を含む波長変換部材との間隔を空けて配置することもできる。また、赤色蛍光体を封止部材中にほぼ均一の割合で混合することによって、色むらのない光を得ることもできる。
【００３０】
一方で図６のような構成では、赤色蛍光体がＬＥＤチップの発する強い光及び熱に晒されるため、特に温度特性や耐熱性に劣る蛍光体では、蛍光体の特性変化や劣化の問題がある。そこで図７に示す青色ＬＥＤ素子４２１のように、パッケージ４２３の凹部内に充填される封止部材４２５の上面に、第２の封止部材４４２を配置し、この第２の封止部材内に赤色蛍光体４４１を含有させる。これによりＬＥＤダイス４２４と赤色蛍光体４４１とを離間させて配置することができ、ＬＥＤダイス４２４からの光や熱から、赤色蛍光体４４１を保護できる。
【００３１】
なお、複数の赤色蛍光体を用いる場合、複数種類の赤色蛍光体を混合して近接させる他、異なる部位に配置することもできる。例えば第一赤色蛍光体と第二赤色蛍光体の二種類を用いる場合、第一赤色蛍光体を青色ＬＥＤ素子の封止樹脂内に混入する一方で、第二赤色蛍光体を蛍光体シートとして導光板に重ねて配置することもできる。特にＫＳＦのように耐熱性の劣る蛍光体は、発熱源から離間させた形態に有利な蛍光体シートとする一方で、耐熱性に優れた蛍光体は青色ＬＥＤ素子内に封入して、これらの蛍光体の異なる特性に応じた配置パターンを組み合わせて利用することが可能となる。
（緑色ＬＤユニット３０）
【００３２】
一方、緑色ＬＤユニット３０には、図２等に示すように、導光板１０の第一端面（第一側面）と交差する第二端面（第二側面）と対向する面に、複数の緑色ＬＤ素子３１がほぼ等間隔に配列されている。各緑色ＬＤ素子３１は、ＬＤ駆動回路３２によって点灯駆動される。このように、発熱量が青色ＬＥＤ素子２１よりも大きい緑色ＬＤ素子３１を、青色ＬＥＤ素子２１が配置される面（第一側面）や赤色蛍光体が分散された蛍光体シート４０が配置される面（第一主面）と異なる面（第二側面）に配置することで、赤色蛍光体及び青色ＬＥＤ素子２１を緑色ＬＤ素子３１と離間させ、この緑色ＬＤ素子３１の発する熱で赤色蛍光体や青色ＬＥＤ素子２１が劣化する事態を抑制できる。
【００３３】
導光板１０の端面に配置された緑色ＬＤユニット３０でバックライトを実現する構造の一例を、図８の分解斜視図に示す。この図に示すように、緑色ＬＤ素子５３１は、光学部材を介して導光板５１０に緑色光を入射させる。ここでは光学部材として、偏光板５３３と、レーザラインジェネレータレンズ５３４と、フレネルレンズ５３５と、カットロッドレンズ５３６を使用している。ここで偏光板５３３により、偏光板に入射した光のうち直線偏光を取り出すことができる。またレーザラインジェネレータレンズ５３４により、レーザ光の中心と端との強度差が小さく均一なレーザ光を得ることができる。さらにフレネルレンズ５３５により、平行光を取り出すことができる。カットロッドレンズ５３６はこのレンズにより導光板５１０に入射される光の角度幅を拡張する。
【００３４】
また導光板５１０の光取り出し面側には拡散シート５３７が配置される。拡散シート５３７によって、輝度むらや輝度分布の改善が図られる。さらに導光板５１０の光取り出し面の裏面側には、断面視を鋸刃状としたプリズム構造を設けている。これによって端面すなわち側面側から入射される緑色光を効果的に光取り出し面側に折曲させることができる。
【００３５】
また導光板５１０と緑色ＬＤユニット３０の間に、拡散シート５３７Ｂを配置することもできる。これにより、導光板に入射する緑色光を導光板内部で拡散させることができる。特に、拡散シート５３７Ｂは、導光板５１０の側面に接して設けることが好ましく、具体的には導光板の緑色光が入射する側面に拡散シート５３７Ｂを貼り付ける。この拡散シート５３７Ｂは、導光板の側面の全面に配置してもよいが、隣り合う２つの緑色ＬＤ素子でみたとき、側面のうち、緑色光の入射領域にのみ設け、入射領域と入射領域との間、つまり緑色光の非入射領域には設けないように配置することで、効率よく拡散シート５３７Ｂを設けられる点で好ましい。このような拡散シート５３７Ｂの配置例を図３に示す。なお、図８に示した導光板５１０の光取り出し面側に設ける拡散シート５３７と、導光板５１０の側面に設ける拡散シート５３７Ｂとは、いずれか一方のみを設けてもよいが、両方に設けることで、緑色光の拡散をさらに良好とできる。
【００３６】
さらに緑色ＬＤ素子と導光板でもって、好ましくは偏光レーザバックライトを構成する。このようにバックライト用光源として緑色ＬＤ素子を用い、かつ偏光を利用することで、ＬＣＤパネルを介して高い光伝送効率を得ることが可能となる。この様子を図９Ａ、図９Ｂに基づいて説明する。ここで図９Ａはバックライト用光源６３１’として従来のＣＣＦＬやＬＥＤを用いた無偏光型のバックライトであり、一方図９Ｂは偏光レーザ型バックライトである。図９Ａに示す従来型の無偏光型バックライトの場合は、バックライト用光源６３１’からの出射光の半分以上が、ＬＣＤパネル６７０’背面の偏光板６７６’で吸収されてしまうため、光利用効率が低下してしまう問題があった。これに対し、図９Ｂに示すように偏光レーザ型バックライトであれば、バックライト光源である緑色ＬＤ素子６３１の偏光状態を維持したまま、導光板６１０で反射された緑色光を直線偏光で出射する面光源に変換することで、偏光板６７６での吸収を抑制し、ＬＣＤパネル６７０の光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
また、偏光レーザ型バックライトを実現するため、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマーを好適に利用する。従来のポリマーでは、ポリマー鎖の配向による配向複屈折と弾性変形による光弾性複屈折が生じ、これが偏光状態を乱す要因となっていた。これに対して、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマーを好適に利用することで、レーザ光の偏光状態を維持して、導光板で面状光源に変換して利用できる。この場合、導光板１０を拡散導光板ポリマーで構成することが好ましい。また、ゼロ複屈折性光源ポリマーでゼロ複屈折性フィルムを構成し、偏光フィルムに積層する。ゼロ複屈折性フィルムは、例えば図１０の模式断面図に示すように、導光板以降（フィルタ間）に配置することが望ましい。
（緑色ＬＤ素子３１）
【００３８】
緑色ＬＤ素子３１は、例えば窒化ガリウム系化合物半導体で構成する。成長基板にサファイア基板を用いる構造の例としては、サファイア基板と、サファイア基板と窒化物半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層と、負電極を形成するｎ側コンタクト層と、第二のｎ側クラッド層と、第一のｎ側クラッド層と、その上にインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体よりなる活性層と、ｐ側クラッド層と、ｐ側コンタクト層とが順に積層された窒化物半導体層と、窒化物半導体層の上に形成されたストライプ状の正電極と、正電極のストライプ方向と直交する面に光共振面を含む。ｐ側クラッド層は、第一ｐ側クラッド層と、第二ｐ側クラッド層とを有しており、第二ｐ側クラッド層とｐ側コンタクト層との間に、互いに組成の異なる２種類の窒化物半導体が積層されている多層膜を備える。多層膜の少なくとも一方の窒化物半導体層はインジウムとガリウムとを含む窒化物半導体またはＧａＮからなる。
【００３９】
活性層（例えば、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１））はｎ型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）とすることにより強いバンド間発光が得られ発光波長の半値幅が狭くなり、レーザ素子を実現する上で特に好ましい。特に好ましく活性層は単一量子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、ＭＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活性層を単一組成のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）で構成した層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この場合Ｘ＝０、Ｘ＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすることにより、量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとしては、上述のように７０オングストローム以下が好ましい。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎXＧａ1-XＮで構成し、障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Ｙ＜Ｘ、この場合Ｙ＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好ましくは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好ましくは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光素子が得られる。また、活性層にｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントをドープしてもよい。
【００４０】
さらに緑色ＬＤ素子は、ＧａＮ基板のような導電性基板を用いて構成することもできる。このような緑色ＬＤ素子３１の構造の一例を、図１１の模式断面図に基づいて説明する。この緑色ＬＤ素子３１は、発振波長を５３２ｎｍとする緑色レーザで、窒化ガリウム系化合物半導体からなり、ＧａＮ基板３１ａ上にｎ型半導体層３１ｂと活性層３１ｃとｐ型半導体層３１ｄとを備え、ｎ型半導体層３１ｂがｎ側光ガイド層を有している。活性層３１ｃは、多重量子井戸構造をしており、２以上の井戸層と、井戸層の間に設けられた少なくとも１つの障壁層とを有している。井戸層のうちｎ型半導体層３１ｂに最も近い井戸層は第１の井戸層で、ｐ型半導体層３１ｄに最も近い井戸層は最終井戸層としている。障壁層は、ｎ側光ガイド層のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有する障壁層と、最終井戸層よりもｐ型半導体層側にある最終障壁層とを有している。ｐ型半導体層３１ｄは、活性層３１ｃに含まれる全ての障壁層よりもバンドギャップエネルギーの高い電子障壁層を有している。また、ｐ型半導体層３１ｄは、最終障壁層と電子障壁層との間に、ｐ側光ガイド層を有している。このｐ側光ガイド層は、最終井戸層側にはｎ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの低い領域があり、電子障壁層側にはｎ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーの高い領域があり、バンドギャップエネルギーの低い領域から、バンドギャップエネルギーの高い領域に向かってバンドエネルギーが略直線状に増加する組成傾斜層を有している。
【００４１】
この緑色ＬＤ素子３１は、ＧａＮ基板３１ａの上に、ｎ型半導体層３１ｂと活性層３１ｃとｐ型半導体層３１ｄとを設けている。ｎ型半導体層３１ｂは、ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）からなる下地層と、ＳｉドープしたＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ＜１）からなる第１のｎ側半導体層と、ＳｉドープしたＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）とＳｉドープしたＧａＮよりなる第２のｎ側半導体層と、アンドープのＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ＜１）からなるｎ側光ガイド層を備えている。活性層３１ｃは、ＳｉドープしたＧａＮからなる第１の障壁層の上に、アンドープのＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ＜１）からなる第１の井戸層と、アンドープのＧａＮよりなる中間障壁層と、アンドープのＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ＜１）からなる第２の井戸層とを備え、さらに最終障壁層としてＧａＮを成長させて、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）としている。さらに、ｐ型半導体層３１ｄは、井戸層側をＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ＜１）とし、電子障壁層側をＧａＮとしてＩｎがほぼ直線状となるように組成傾斜をつけて成長させたｐ側光ガイド層と、ＭｇをドープしたＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）からなる電子障壁層と、アンドープのＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）とＭｇドープのＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）よりなるｐ側クラッド層と、ＭｇをドープしたＧａＮよりなるｐ側コンタクト層とを備えている。以上の半導体積層構造にリッジ３１ｅを形成しリッジ３１ｅ上にＩＴＯからなるｐ側電極３１ｆを形成し、上面側にパッド３１ｇを形成すると共に、ＧａＮ基板３１ａの下面にｎ側電極３１ｈ、共振器端面および端面ミラーを形成して、波長を５３２ｎｍとする緑色ＬＤ素子とすることができる。
【００４２】
図２等に示すように、青色ＬＥＤ素子２１は、ＬＥＤ点灯駆動回路２２の制御によって駆動されて発光する。また緑色ＬＤ素子３１は、ＬＤ点灯駆動回路３２の制御によって駆動されて発光する。導光板１０は、青色ＬＥＤユニット２０の各青色ＬＥＤ素子２１から発光される青色光、及び緑色ＬＤユニット３０の各緑色ＬＤ素子３１から出射される緑色光を、全体に拡散しつつ導光する。これらの導光板１０、青色ＬＥＤユニット２０、緑色ＬＤユニット３０とでバックライトが構成される。
（導光板１０）
【００４３】
導光板１０は、その幅よりも厚さを薄くした平板状に形成されている。この導光板１０は、第一主面を光の取り出し面となる出射面とし、その対向面（第二主面）を反射面とする。反射面の側には、光を反射させて上方向に取り出すための反射手段が設けられる。反射手段としては、図２に示すように導光板１０と別部材の反射シート１６を設ける他、導光板１０の表面を直接加工して光拡散ドットパターン等を形成する構成も採用できる。また、導光板を構成する樹脂に予め拡散材を混入して、光の散乱、反射効果によって光を出射面から取り出す構成としてもよい。
【００４４】
導光板１０の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などが利用できる。これらの材料を金型に射出成形して導光板１０が形成される。
【００４５】
また、導光板１０の端面に青色ＬＥＤユニット２０や緑色ＬＤユニット３０を配置するエッジライト方式では、点光源のＬＥＤやＬＤと光学的に接続する端面に、複数の切り欠き部を有することが好ましい。これによって光源からの光を効率よく導光板１０に入力するだけではなく、入力された光が導光板１０内で広範囲に広がるため暗部を低減できる。
【００４６】
また、導光板１０の端面に青色ＬＥＤユニット２０や緑色ＬＤユニット３０を配置するエッジライト方式では、導光板１０の側面のうち、それぞれのユニットを配置しない側面においては、導光板に光反射性を有する光学シートを設けることが好ましい。これにより導光板内部を通過したそれぞれの光を、光学シートを設けた側面で反射させ、効率よく導光板内部に光を戻すことができる。
【００４７】
またエッジライト方式により、導光板１０の端面と緑色ＬＤユニット３０とを光学的に結合する場合は、緑色ＬＤ素子３１のファーフィールドパターンが、導光板１０の端面の長手方向に沿うように配置することが好ましい。具体的には、図１２の斜視図に示すように、緑色ＬＤ素子３１のファーフィールドパターンは真円でなく楕円形を示しているため、ファーフィールドパターンの横長方向が、導光板１０の幅方向と一致させるように、各緑色ＬＤ素子３１の光軸方向の回転角を調整する。このような配置により、緑色ＬＤ素子３１からの出射光を効率よく導光板１０内に導入できる。
【００４８】
また導光板１０に緑色ＬＤ素子３１を組み合わせる場合は、ランバーシアン分布を示すＬＥＤ光の場合と比べて、ＬＤ光はより指向性が高く発散角が限定されるため、導光板には全反射タイプよりも散乱タイプを用いることが好ましい。
（カラーフィルタ）
【００４９】
液晶表示装置は、青色ＬＥＤ素子２１の青色と赤色蛍光体の赤色、緑色ＬＤ素子３１の緑色の混色により得られた白色光からＲＧＢ成分に分離するため、各色毎のカラーフィルタ（赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタ）を備える。カラーフィルタは、所定の波長範囲の光を透過することにより所望の色を表示する。理想的には、カラーフィルタの透過率のピークと、発光スペクトル（輝線スペクトル）のピークとが合致していることと、各色のカラーフィルタ透過特性のオーバーラップがないことが望ましい。例えば、青色ＬＥＤ素子２１に、緑色蛍光体としてβサイアロン、赤色蛍光体としてＣＡＳＮを組み合わせたバックライトでは、ＲＧＢのスペクトルＲＳ、ＧＳ、ＢＳを示す図１３のスペクトル図に示すように、緑色光のスペクトルＧＳと赤色光のスペクトルＲＳが部分的にオーバーラップすることから、青色光、緑色光、赤色光のカラーフィルタＢＦ、ＧＦ、ＲＦを透過させると一部の波長域がカットされてしまい、輝度の低下を生じる。これを防ぐには、カラーフィルタ内の顔料濃度を高くして、余分な輝線を透過しないようにする必要があった。その結果、カラーフィルタの透過率が著しく低下して明るさに欠けるという問題があった。
【００５０】
これに対し、本実施の形態では、青色光源としてピークの鋭い青色ＬＥＤ素子を使用することに加え、赤色蛍光体としてＫＳＦを使用し、さらに緑色蛍光体に代えて緑色ＬＤ素子を用いることで、図１４のスペクトル図に示すように、赤色光と緑色光のピーク成分の半値幅を狭くして、赤色光や緑色光のカラーフィルタＲＦ、ＧＦを適用しても、緑色光のスペクトルＧＳや赤色光のスペクトルＲＳのカットされる成分を大幅に低減できる。この結果、光量を増したより明るい白色光を得ることが可能となる。すなわち、従来の緑色蛍光体や赤色蛍光体のようにブロードなスペクトルが他の色領域まで裾を引くことがないので、この部分をカットするように赤色カラーフィルタや緑色カラーフィルタを調整する必要がない。いいかえると、赤色カラーフィルタや緑色カラーフィルタでカットすべき波長成分を少なくして、透過率を上げることができる。この結果、赤色光及び緑色光の透過率が向上し、全体の光取り出し効率を向上させることができる。このように、青色光と緑色光と赤色光とを効率よく分離して、演色性を維持しつつ出力を高めた液晶表示装置用光源が実現できる。
【００５１】
この例では、赤色蛍光体のピーク波長を６２５〜６３５ｎｍ、特に好ましい例として６３０ｎｍ近傍、緑色ＬＤ素子３１のピーク波長を４８７〜５３７ｎｍ、特に好ましい例として５３２ｎｍ近傍、青色ＬＥＤ素子２１のピーク波長を４６２〜４５２ｎｍ、特に好ましい例として４６７ｎｍ近傍に、それぞれ設定している。
【００５２】
さらに、緑色ＬＤユニット３０は、導光板１０の端面の内、この導光板１０を液晶表示装置に組み込んだ状態で底面側となる面に配置することが好ましい。すなわち、緑色ＬＤユニット３０は放熱機構等の関係から、青色ＬＥＤユニット２０に比べると大型で重くなる傾向にある。そこで、液晶表示装置用バックライトユニット１００を組み込んだ液晶表示装置の下面側に緑色ＬＤユニット３０を配置することで、直立姿勢の液晶表示装置の重量バランスが安定することに加え、ディスプレイの周囲に設けられる額縁の幅が他の辺よりも多少厚くなる傾向のある面を下側として、液晶表示装置の外観を違和感なく構成し、デザイン的にも纏まった意匠を実現できる。
【００５３】
なお、この例ではＬＥＤ素子やＬＤ素子をライン状に並べたユニット式に採用した例を説明したが、本発明はこの構成に限られるものでない。すなわち、ＬＥＤ素子やＬＤ素子をそれぞれ個別に導光板の端面や背面に実装する構成とすることもできることはいうまでもない。
（実施例２）
【００５４】
また緑色ＬＤユニット３０は、一列のみを導光板１０に配置するのみならず、複数列に分けて配置することもできる。図１５に、変形例に係るバックライトユニット７００として、導光板７１０の短辺側側面（第二側面及び第四側面）にそれぞれ第一緑色ＬＤユニット７３０ａ、第二緑色ＬＤユニット７３０ｂを配置しつつ、長辺側側面（第一側面）に青色ＬＥＤユニット７２０及び赤色蛍光体（例えば蛍光体シート７４０）を配置したレイアウトの模式平面図を示す。対向する辺（導光板１０の平面視において、対向する第二側面及び第四側面）に配置された各緑色ＬＤ素子７３１は、光軸を互いに平行とさせつつも、光軸同士が重ならないようにずらして配置している。すなわち図３の例において、緑色ＬＤユニット３０から緑色ＬＤ素子３１を間引いたような配置とし、間引いた分の緑色ＬＤ素子７３１は第二緑色ＬＤユニット７３０ｂに実装することで、緑色ＬＤ素子の数をトータルで同数使用可能としている。しかも、この構成であれば隣接する緑色ＬＤ素子７３１同士の間隔を広く取れるため、緑色ＬＤ素子７３１の放熱の面でも有利となる。加えて、緑色ＬＤ素子７３１を対向する辺（図１５の例では左右の辺）に交互に配置したことで、ＬＤ光を導光板７１０の主面側に折曲させる際に、異なる方向から入射させたことで均一に分散させるという点でも有利となる。
（実施例３）
【００５５】
なお青色ＬＥＤ素子は、導光板の端面に配置するエッジライト方式の他、導光板の裏面に配置する直下方式とすることもできる。図１６に、実施例３に係るバックライトユニット８００として、青色ＬＥＤ素子８２１を直下方式とした液晶表示装置用光源の導光板８１０の模式平面図を示す。この図に示すように、導光板８１０の端面である第二側面側に緑色ＬＤユニット８３０を配置し、かつ導光板８１０の底面（第一主面と対向する第二主面）側に青色ＬＥＤ８２１及び赤色蛍光体（例えば蛍光体シート８４０）を配置する。青色ＬＥＤ素子８２１の配置は、導光板８１０の主面で可能な限り均一な光が得られるよう、互いに等間隔に配置することが好ましい。また、散乱板などを利用して光のムラを低減し、均質化を図ることができる。また直下型の青色ＬＥＤ８２１について、配光を拡大するために各ＬＥＤに二次レンズ等の配向拡大部材を付加することもできる。
【００５６】
このような配置により、青色ＬＥＤ素子８２１及び赤色蛍光体を、導光板８１０の背面側に配置した直下型とする一方、緑色ＬＤ素子８３１は端面に配置することで、赤色蛍光体及び青色ＬＥＤ素子８２１を緑色ＬＤ素子８３１から離間させて、この緑色ＬＤ素子８３１の発する熱で赤色蛍光体や青色ＬＥＤ素子８２１が劣化する事態を抑制できる。
【００５７】
なお、この例では青色ＬＥＤ素子を導光板の背面に配置する直下方式とし、緑色ＬＤ素子を導光板の端面に配置するエッジライト方式とした例を説明したが、本発明はこの構成に限られず、例えば緑色ＬＤ素子を導光板の背面に配置する直下方式とし、青色ＬＥＤ素子を導光板の端面に配置するエッジライト方式とすることもできる。
（実施例４）
【００５８】
さらに以上の例では各緑色ＬＤ素子、青色ＬＥＤ素子を、互いに出射光が平行となる姿勢に実装した例を説明したが、本発明はこの構成に限られず、一部の素子を、出射光が異なる方向となるように傾斜させて実装することもできる。このような例を実施例４として図１７の模式平面図に示す。この図に示すバックライトユニット９００は、複数の緑色ＬＤ素子９３１の内、端縁側の緑色ＬＤ素子９３１を、その緑色光の出射方向が導光板９１０の内部から外部に拡がる方向となるように、この緑色ＬＤ素子９３１を傾斜させて配置している。このように、ライン状に並べた複数の緑色ＬＤ素子９３１の内、両端側の緑色ＬＤ素子９３１を外側に向かって傾斜させることで、図３の配置例と比べ、隅部の緑色ＬＤ素子９３１を省略することができ、結果として隣接する辺に設けた青色ＬＥＤ素子９２１や赤色蛍光体９４１と、緑色ＬＤ素子３１との距離を大きく取ることができるので、これらの部材への緑色ＬＤ素子９３１の熱の影響を低減することが可能となる。また、図３、図１５の例と同様、緑色ＬＤと導光板との間に蛍光体シートを設けない構成となる。
【００５９】
なお、緑色ＬＤ素子９３１を導光板９１０の周囲に均等でなく偏在させることで、導光板９１０の取り出し面である第一主面側において、部分的に暗所が生じることも考えられるものの、導光板９１０側に、一部の緑色光を導光方向とは反対側に反射や散乱するような加工を施すことで対応できる。
【００６０】
以上のように、特に発熱量の大きい緑色ＬＤ素子を赤色蛍光体から離間させることで、赤色蛍光体を熱から保護する。また発熱源となる緑色ＬＤ素子も密集させず、互いに離間させて配置することが好ましい。特に、光源が隣接されると、発熱源が集中するため放熱性が低下する。このため、放熱性を高めて長寿命化を測る観点からは、青色ＬＥＤユニットと緑色ＬＤユニットとを異なる位置に配置することが好ましい。
【００６１】
また青色ＬＥＤ素子や緑色ＬＤ素子を導光板の周囲に配置する構成は、導光板に要求される光量や面積、厚さなどの要求や仕様に応じて、適宜選択できる。特に液晶表示装置の大きさに応じて、ＬＥＤやＬＤの数、レイアウト等が設定される。
【００６２】
なお、上記の例では青色ＬＥＤ素子及び緑色ＬＤ素子で使用する導光板を共通として、導光板の小型化を図っている。一方で、青色ＬＥＤ素子用、緑色ＬＤ素子用に各々導光板を用意することもできる。例えば、青色ＬＥＤ用導光板と緑色ＬＤ用導光板の２枚を重ねて、これらの混色光として白色系の光を得る構成としてもよく、これに加えて、導光板の表面に赤色蛍光体を含む蛍光体シートを配置する場合には、特に発熱量の大きい緑色ＬＤ素子と赤色蛍光体との距離を、青色ＬＥＤ素子と赤色蛍光体との距離よりも大きくなる（遠ざける）ように、２枚の導光板を重ねるから離間させて配置することが好ましい。ただし、複数枚の導光板を使用すると大型化する上、輝度が低下する。このため、好ましくは一枚の導光板を青色ＬＥＤ及び緑色ＬＤで共用する。
（実施例５）
【００６３】
さらに、導光板に導入した光を入射側と反対側の導光板端部で反射させ、折り返して戻すような構成を採用することも可能である。すなわち、図１８Ａ〜図１８Ｄに示すように、導光板１０１０は、緑色ＬＤ素子１０３１からの入射光を導入する入射面と対向する面を、反射面として、入射面から入射された入射光を、反射面で折り返して導光板１０１０内に導入するように構成できる。この構成により、発熱量の高い緑色ＬＤ素子１０３１の使用数を低減して熱の発生を低減しつつ、指向性の強い緑色ＬＤ素子１０３１から出射される緑色光を導光板１０１０内で散乱させて、第一主面の全面からほぼ均一な出力光を得ることが可能となる。特に緑色ＬＤ素子は指向性が強いため、散乱させることが必要である上、熱対策を考慮すると、使用する個数を少なくすることが望まれる。そこで、導光板１０１０に入れた光を入射側と反対側の導光板端部で折り返して戻すような構成（Ｕ形状の反射面）とすることで、少ない個数でも導光板１０１０の全面を均一に発光させることが可能となる。
【００６４】
また変形例として図１８Ｃ及び図１８Ｄの垂直断面図に示すバックライトユニット１０００のように、緑色ＬＤ素子１０３１を配置した面の対向面では、く字状に形成させて、全反射する角度（例えば９０°）に設定することで、ＬＤ光を対向面で折り返して、出射面側に戻す構成としている。
【００６５】
一方で図１８Ｂの拡大平面図に示すように、導光板１０１０の、緑色ＬＤ素子１０３１を配置した面の対向面に、導光板１０１０の端面を鋸刃状に形成してＬＤ光を散乱させてもよい。
【００６６】
さらに図１８Ａ、図１８Ｂに示す構造では、上述した図１５と同様、導光板１０１０の対向面で緑色ＬＤ素子１０３１を交互に配置しており、各緑色ＬＤ素子１０３１の光軸が重ならないようにオフセット配置している。これにより、緑色ＬＤ素子１０３１の使用数を低減しつつ、緑色ＬＤ素子１０３１を配置した面の対向面で反射させて十分な光量を確保し、均一な発光を得ることが可能となる。
（実施例６）
【００６７】
さらに、緑色ＬＤ素子は、同一の特性、すなわち同様のピーク波長を有する素子を使用するのでなく、複数の異なるピーク波長を有する緑色ＬＤ素子を用いることで、レーザのシングルビームに起因するスペックルノイズへの対策を講じることができる。レーザ光を物体に照射させると、斑点模様のスペックルノイズが現れる。スペックルは、レーザのようなコヒーレント光源のランダムな表面形状をもつ拡散スクリーンによる散乱波が干渉することによって発生する。そこで、ＬＤ光のスペクトルをシングルモードでなく、異なる波長のレーザ光を使用してマルチモード化することで、スペックルノイズの発生を抑制する。特にスペクトル幅を拡大することで、十分なコヒーレンス低減効果を得ることができる。
【００６８】
緑色ＬＤの発光スペクトルの発光ピークは、１ｍｅＶ〜１００ｍｅＶ間隔の範囲内にあることが好ましい。ただし、必ずしも隣り合った発光ピークのすべての間隔がこの範囲にあることを指すものではない。
【００６９】
一例として、変形例に係るバックライトユニット１２００として図１９に示す導光板１２１０の平面図のように、緑色ＬＤユニット１２３０に実装された各緑色ＬＤ素子の発するピーク波長が、５２０ｎｍ、５２５ｎｍ、５３０ｎｍと、それぞれ異なる３つの第一緑色ＬＤ素子１２３１ａ、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂ、第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃを用いる。緑色ＬＤ素子のピーク波長を変化させるには、例えば各緑色ＬＤ素子の活性層（例えばＩｎXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１））の、Ｉｎ混晶比を変えることで実現できる。これによって、シングルモードの緑色ＬＤ素子で生じるスペックルノイズに対して効果的な対策を図ることができる。これら異なるピーク波長の緑色ＬＤ素子１２３１を、図１９に示すように所定の順序で交互に並べる他、完全にランダムに配置してもよい。また、緑色ＬＤ素子はピーク波長を異ならせた３種類を用意する他、４種類以上又は２種類としてもよい。また、ピーク波長を異ならせた緑色ＬＤ素子を個別に用意する他、共通の成長基板上に複数の半導体構造を作り込んだ緑色ＬＤ素子とすることもできる。
【００７０】
なお、このような複数の異なるピーク波長を有する緑色ＬＤの光軸を一致させるための構造を用意する必要がある。例えば、反射板とフィルタを組み合わせて、複数の緑色ＬＤ光を纏める。具体的には、図２０に示すように、特定波長の成分を透過させるダイクロイックミラーを用いることが考えられる。ここでは、第一緑色ＬＤ素子１２３１ａ、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂ、第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃの出射方向に、それぞれ第一ダイクロイックミラー１２３８ａ、第二ダイクロイックミラー１２３８ｂ、第三ダイクロイックミラー１２３８ｃをそれぞれ傾斜姿勢で配置し、反射光の光軸が一致するように調整している。第一ダイクロイックミラー１２３８ａは、５２０ｎｍの緑色光を出射する第一緑色ＬＤ素子１２３１ａの光軸上に傾斜姿勢で配置され、５２０ｎｍの緑色光を横方向に反射させる。同様に第二ダイクロイックミラー１２３８ｂは、５２５ｎｍの緑色光を出射する第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂの光軸上に傾斜姿勢で配置され、５２５ｎｍの緑色光を横方向であって、５２０ｎｍの反射光と同軸上に反射させる。さらに第三ダイクロイックミラー１２３８ｃが第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃの光軸上に傾斜姿勢で配置され、第一ダイクロイックミラー１２３８ａ及び第二ダイクロイックミラー１２３８ｂでそれぞれ反射された５２０ｎｍ、５２５ｎｍの緑色光を反射させて、出力方向に折曲させる。一方で第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃが発する５３０ｎｍの緑色光を透過させ、出力方向と光軸を一致させる。これにより、５２０ｎｍ、５２５ｎｍ、５３０ｎｍの緑色光を混色させて同一光軸上から出力することにより、スペックルノイズを低減できる。
【００７１】
さらに、異なるピーク波長を有する緑色ＬＤの光軸を一致させる例として、図２１に示す構造とすることもできる。この構造では、第一緑色ＬＤ素子１２３１ａの出射方向に第一ダイクロイックミラー１２３８ａを、第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃの出射方向に第三ダイクロイックミラー１２３８ｃを配置すると共に、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂの出射方向には、第二ダイクロイックミラー１２３８ｂと第四ダイクロイックミラー１２３８ｄを光軸方向に離して配置している。第一ダイクロイックミラー１２３８ａは、５２０ｎｍの緑色光を出射する第一緑色ＬＤ素子１２３１ａの光軸上に傾斜姿勢で配置され、５２０ｎｍの緑色光を横方向に反射させる。さらに、第二ダイクロイックミラー１２３８ｂは、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂの光軸上に傾斜姿勢で配置され、第一ダイクロイックミラー１２３８ａで反射された５２０ｎｍの緑色光を反射させて出力方向に折曲させると共に、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂが発する５２５ｎｍの緑色光を透過させて、５２０ｎｍの緑色光の反射光と光軸を一致させる。第三ダイクロイックミラー１２３８ｃは、５３０ｎｍの緑色光を出射する第三緑色ＬＤ素子１２３１ｃの光軸上に傾斜姿勢で配置され、５３０ｎｍの緑色光を横方向に反射させる。さらに第四ダイクロイックミラー１２３８ｄは、第二緑色ＬＤ素子１２３１ｂの光軸上に傾斜姿勢で配置され、第三ダイクロイックミラー１２３８ｃで反射された５３０ｎｍの緑色光を反射させて出力方向に折曲させると共に、第二ダイクロイックミラー１２３８ｂにおける５２０ｎｍの緑色光の反射光と５２５ｎｍの緑色光の透過光とを透過させて、５３０ｎｍの緑色光の反射光と光軸を一致させる。これにより、５２０ｎｍ、５２５ｎｍ、５３０ｎｍの緑色光を混色させて同一光軸上から出力することにより、スペックルノイズを低減できる。
【００７２】
なお、上記構成は一例であり、緑色ＬＤ素子のピーク波長や使用数、配置位置、ダイクロイックミラーの反射スペクトルや配置位置などは、適宜変更できる。また、図２０、２１を用いて説明した「光軸を一致させる」状態とは、完全な一致のみならず、例えば一のレンズに対して同一の光軸設計ができる範囲であれば、多少ずれている状態も含まれる。
【００７３】
あるいは、変形例として図２２Ａの平面図及び図２２Ｂの断面図に示すバックライトユニット１３００のように、導光板１３１０の端面を平面視直角でなく斜めに傾斜させ、かつ緑色ＬＤ素子１３３１を傾斜面と鋭角をなす辺の隅部に配置して、ＬＥＤ光を導光板１３１０内に入射させると共に、傾斜面に対して斜めに入射させて反射させ、傾斜面の対向面側に平行光を向かわせるように構成してもよい。この構成であれば、導光板１３１０の端面に緑色ＬＤ素子を配置せずとも済むため、例えば図２２Ａにおいて下面側をディスプレイの下面型とするような構成において、緑色ＬＤ素子１３３１を下方に配置させてディスプレイの重心を安定させた重量バランスに設計することができる。
【００７４】
さらに、導光板の側面から入射させた光を、導光板の光取り出し面（ＬＣＤパネルの観察面）側に折曲させるための構造として、例えば上述した図９Ａや図９Ｂに示したように、導光板６１０の底面を水平方向から傾斜させて、図において上方に向かって反射させる構造等、既知の構成が適宜採用できる。あるいは、変形例として図２３の模式断面図に示すバックライトユニット１４００のように、例えば緑色ＬＤ素子１４３１をエッジライト方式、青色ＬＥＤ素子１４２１を直下方式とする場合は、青色ＬＥＤ素子１４２１の周囲をドーム状に覆ったレンズ１４２９を設けると共に、このレンズ１４２９に緑色ＬＤ素子１４３１からの出射光を照射させて、上方に、すなわち導光板１４１０の光取り出し面側に反射させる構造とすることもできる。これにより、導光板１４１０の上面に配置された蛍光体シート１４４０を透過させて、光取り出し面側から白色光を発光させることができる。
（実施例７）
【００７５】
さらに、上述した図１の例では、第一端面と第二端面を、平面視矩形状の導光板の、直交する端面としているが、この構成に限られず、例えば図２４の実施例７に示すバックライトユニット１５００のように、導光板１５１０の対向する端面に青色ＬＥＤユニット１５２０、緑色ＬＤユニット１５３０をそれぞれ設けることも可能である。例えば、青色ＬＥＤ素子用、緑色ＬＤ素子用に各々導光板を用意し、各導光板の対向する側面側に青色ＬＥＤ素子と緑色ＬＤ素子をそれぞれ配置し、青色ＬＥＤ用導光板と緑色ＬＤ用導光板の２枚を重ねて、これらの混色光として白色系の光を得ることができる。あるいは、一枚の導光板を厚さ方向に区画して２層構造とし、一方の層の側面に青色ＬＥＤ素子を配置し、他方の層の対向する側面に緑色ＬＤ素子を配置することもできる。
（実施例８）
【００７６】
さらに、以上の例では青色ＬＥＤユニットと緑色ＬＤユニットを個別の部材として、異なる位置に配置する構成を示したが、本発明はこの構成に限らず、青色ＬＥＤユニットと緑色ＬＤユニットを一体に構成することもできる。このような例を実施例８として図２５に示す。この図に示すバックライトユニット１６００は、導光板１６１０の一端面（入射面）と対向する姿勢に発光ユニット１６２０を配置している。また発光ユニット１６２０と導光板１６１０の入射面との間には、蛍光体シート１６４０を配置している。
【００７７】
発光ユニット１６２０は、緑色ＬＤ素子１６３１と青色ＬＥＤ素子１６２１を交互に並べて実装している。つまり、導光板の第一側面側に、緑色ＬＤ素子１６３１と青色ＬＥＤ素子１６２１とが交互に配置されている。このような配置によって、発光素子同士を密に配置させつつ、緑色ＬＤ素子１６３１同士の間は離間させることができ、他の緑色ＬＤ素子１６３１が発する熱の影響を低減できる。また発熱部材である緑色ＬＤ素子１６３１及び青色ＬＥＤ素子１６２１を発光ユニット１６２０に集中させることで、放熱機能もこの発光ユニット１６２０に集中して配置でき、部品点数やコストの削減や装置の小型化にも資することができる。さらに加えて、蛍光体シート１６４０は、緑色ＬＥＤ素子からの青色光を赤色光に変換させると共に、緑色ＬＤ素子１６３１からの緑色光を効果的に散乱させて、散乱材としての機能を発揮させることができる。
【００７８】
また本発明の他の実施の形態として、青色光と赤色光と緑色光の混色により白色の光をバックライト光として出力可能な、液晶表示装置用の光源としても利用できる。液晶表示装置用光源は、複数の青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードからの光で励起されて、赤色の蛍光を発する赤色蛍光体と、緑色光の発光ピークを有する複数の緑色半導体レーザとを備える。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の液晶表示装置用バックライトユニット及びこれを用いた液晶表示装置は、マルチカラーもしくはフルカラー表示可能な透過型の液晶表示装置として、テレビやデスクトップパソコン用モニタ、ノートブック型パソコンの液晶モニタ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステムなどの液晶ディスプレイやそのバックライト光源として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１００、２００、７００、８００、９００、１０００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００…バックライトユニット
１０１…フロントフレーム
１０２…バックフレーム
１０、２１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１２１０、１３１０、１４１０、１５１０、１６１０…導光板
１２…拡散シート
１４…レンズシート
１６…反射シート
２０、２２０、７２０、１５２０…青色ＬＥＤユニット
１６２０…発光ユニット
２１、２２１、３２１、４２１、７２１、８２１、９２１、１４２１、１６２１…青色ＬＥＤ素子
２２…ＬＥＤ点灯駆動回路
２３、３２３、４２３…パッケージ
２４、３２４、４２４…ＬＥＤダイス
２５、３２５、４２５…封止部材
２６、３２６…リード電極
２７、３２７…リード電極
２８、３２８…導電性ワイヤ
１４２９…レンズ
３０、２３０、８３０、１２３０、１５３０…緑色ＬＤユニット
７３０ａ…第一緑色ＬＤユニット；７３０ｂ…第二緑色ＬＤユニット
３１、２３１、５３１，６３１、７３１、８３１、９３１、１０３１、１２３１、１３３１、１４３１、１６３１…緑色ＬＤ素子
１２３１ａ…第一緑色ＬＤ素子
１２３１ｂ…第二緑色ＬＤ素子
１２３１ｃ…第三緑色ＬＤ素子
３１ａ…ＧａＮ基板
３１ｂ…ｎ型半導体層
３１ｃ…活性層
３１ｄ…ｐ型半導体層
３１ｅ…リッジ
３１ｆ…ｐ側電極
３１ｇ…パッド
３１ｈ…ｎ側電極
３２…ＬＤ点灯駆動回路
５３３…偏光板
５３４…レーザラインジェネレータレンズ
５３５…フレネルレンズ
５３６…カットロッドレンズ
５３７、５３７Ｂ…拡散シート
１２３８ａ…第一ダイクロイックミラー
１２３８ｂ…第二ダイクロイックミラー
１２３８ｃ…第三ダイクロイックミラー
１２３８ｄ…第四ダイクロイックミラー
４０、２４０、７４０、８４０、１４４０、１６４０…蛍光体シート
３４１、４４１、９４１…赤色蛍光体
４４２…波長変換板
７０、６７０、６７０’…ＬＣＤパネル
７１…偏光フィルム
７２…ガラス基板
７３…共通電極
７４…ガラス基板
７５…偏光フィルム
６７６、６７６’…偏光板
７７…ピクセル電極
７８…ＴＦＴ
７９…液晶駆動回路
８０…走査線
８１…信号線
６３１’…バックライト用光源
ＲＳ…Ｒのスペクトル；ＧＳ…Ｇのスペクトル；ＢＳ…Ｂのスペクトル
ＢＦ…青色光の光カラーフィルタ；ＧＦ…緑色光の光カラーフィルタ
ＲＦ…赤色の光カラーフィルタ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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