(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全周にわたって曲率を有する管と、
前記管内に配された波長変換剤と、
前記管の外周面を全周にわたって覆うように設けられたカバー部材と、
を備え、
前記カバー部材は、前記管の長手方向に垂直な方向において対向する平面状の第１及び第２の光入出面を有する、波長変換部材。
【請求項２】
前記カバー部材は、
前記第１の光入出面の一方側端辺と、前記第２の光入出面の一方側端辺とを接続している第１の反射面と、
前記第１の光入出面の他方側端辺と、前記第２の光入出面の他方側端辺とを接続している第２の反射面と、
をさらに有する、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記カバー部材の屈折率と、前記管の屈折率との差が、０．３以下である、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記管の横断面の形状が、円又は楕円である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
前記第１の光入出面に対して光を出射する光源と、
を備える、発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材及びそれを備える発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ等のバックライトとして、導光体と、導光体の側面に対して光を出射する発光デバイスとを有する所謂エッジライト型のバックライトが用いられている。例えば、特許文献１には、エッジライト型のバックライトとして、ＬＥＤと、ＬＥＤからの光を受光し、より波長の長い光を出射する波長変換部材とを有する発光デバイスを用いることが記載されている。特許文献１に記載の波長変換部材は、蛍光体と、蛍光体が封入された毛細管とを備えている。毛細管の横断面形状は、長円形状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６３７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エッジライト型のバックライトには、バックライトの光出射面からの出射光強度の面内ばらつきを小さくしたいという要望がある。出射光強度の面内ばらつきを小さくするには、導光体の側面に対して、均一に光を入射させることが好ましい。
【０００５】
本発明の主な目的は、導光体の側面に対して小さい強度むらで光を出射し得る波長変換部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る波長変換部材は、全周にわたって曲率を有する管と、管内に配された波長変換剤と、管の外周面を全周にわたって覆うように設けられたカバー部材とを備え、カバー部材は、管の長手方向に垂直な方向において対向する平面状の第１及び第２の光入出面を有する。本発明に係る波長変換部材は、波長変換部材の表面に対して大きな入射角で光が入射することを抑制できるため、強度むらの小さな光を出射し得る。
【０００７】
本発明に係る波長変換部材において、カバー部材は、第１の光入出面の一方側端辺と、第２の光入出面の一方側端辺とを接続している第１の反射面と、第１の光入出面の他方側端辺と、第２の光入出面の他方側端辺とを接続している第２の反射面とをさらに有することが好ましい。これによって、第１または第２の光入出面から出射する光量を増大させることができる。
【０００８】
本発明に係る波長変換部材では、カバー部材の屈折率と、管の屈折率との差が０．３以下であることが好ましい。これによって、第１または第２の光入出面から出射する光量をさらに増大させることができると共に、カバー部材と管との界面における不所望な反射を抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る波長変換部材では、管の横断面の形状が、円又は楕円であってもよい。
【００１０】
本発明に係る発光デバイスは、本発明に係る波長変換部材と、第１の光入出面に対して光を出射する光源とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導光体の側面に対して小さい強度むらで光を出射し得る波長変換部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る発光デバイスの模式的平面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａにおける略式断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る発光デバイスの一使用形態を表す模式的断面図である。
【図４】比較例における光線追跡図である。
【図５】第１の実施形態における光線追跡図である。
【図６】第２の実施形態における光線追跡図である。
【図７】第３の実施形態における光線追跡図である。
【図８】第４の実施形態における光線追跡図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１４】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光デバイス１の模式的平面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａにおける略式断面図である。尚、図２では、断面を表すハッチングを省略している。
【００１６】
図１、図２に示すように、発光デバイス１は、細長形状を有する波長変換部材１０と、光源１１とを備える。尚、光源１１は、波長変換部材１０の長さ方向に沿って複数設けられている。
【００１７】
波長変換部材１０は、励起光が入射したときに、励起光とは波長が異なる波長の光を出射する部材である。光源１１は、波長変換部材１０に対して励起光を出射する。発光デバイス１においては、光源１１から出射された光の実質的にすべてが波長変換部材１０により吸収されてもよいし、一部の光が波長変換部材１０を透過してもよい。すなわち、発光デバイス１は、光源１１から出射され波長変換部材１０を透過した光と、波長変換部材１０から出射した光との混合光を出射するデバイスであってもよい。
【００１８】
光源１１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）素子等により構成することができる。
【００１９】
図３は、第１の実施形態に係る発光デバイスの一使用形態を表す模式的断面図である。尚、図３では、断面を表すハッチングを省略している。
【００２０】
図３に示すように、発光デバイス１は、導光体１２の側面１２ａに対して光を出射する。具体的には、発光デバイス１は、導光体１２の側方に、側面１２ａに対向するように設けられている。発光デバイス１から出射され、導光体１２内に入射した光は、導光体１２の主面１２ｂから面状光として出射される。発光デバイス１及び導光体１２は、例えば、液晶デバイス等の表示デバイスのバックライトとして使用される。
【００２１】
波長変換部材１０は、管１３と、波長変換剤１４と、カバー部材１５とを備える。
【００２２】
管１３の形状は、細長状のものであれば特に限定されない。例えば、波長変換部材１０では、管１３は、全周にわたって曲率を有する。管１３の曲率は、全周にわたって一定であってもよいし、一定でなくてもよい。具体的には、管１３の横断面の形状は、例えば、円又は楕円等であってもよい。
【００２３】
管１３は、透光性を有するものであれば、特に限定されない。例えば、管１３は、ガラス、樹脂、セラミックス等により構成される。なかでも、管１３は、ガラスにより構成されていることが好ましい。管１３を、ガラスにより構成することにより、光の透過率、特に短波長の光の透過率を高めることができる。
【００２４】
管１３の内部には、波長変換剤１４が配されている。波長変換剤１４は、励起光が入射したときに、励起光とは波長が異なる波長の光を出射する。波長変換剤１４としては、蛍光体や量子ドット等が好ましく用いられる。
【００２５】
蛍光体としては、無機蛍光体が好ましく用いられる。
【００２６】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の可視光（波長４４０〜４８０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の可視光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の可視光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の可視光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の可視光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋などが挙げられる。波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の可視光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋などが挙げられる。波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の可視光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋などが挙げられる。なお、無機蛍光体は、粒子径が５μｍ〜５０μｍ程度のものを用いることができる。
【００２７】
量子ドットは、量子ドットの励起光が入射したときに、励起光とは異なる波長の光を出射する。量子ドットから出射される光の波長は、量子ドットの粒子径に依存する。すなわち、量子ドットの粒子径を変化させることにより得られる光の波長を調整することができる。このため、量子ドットの粒子径は、得ようとする光の波長に応じた粒子径とされている。量子ドットの粒子径は、通常、２ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。
【００２８】
例えば、波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の可視光（波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が２．０ｎｍ〜３．０ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の可視光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が３．０ｎｍ〜３．３ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の可視光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が３．３ｎｍ〜４．５ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。波長３００ｎｍ〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光や波長４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の可視光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する量子ドットの具体例としては、粒子径が４．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のＣｄＳｅ／ＺｎＳの微結晶などが挙げられる。
【００２９】
波長変換剤１４は、例えば、分散媒に分散した状態で管１３内に封入されていてもよい。波長変換剤１４は、例えば、担体に担持された状態で管１３内に封入されていてもよい。もしくは、波長変換剤１４のみが管１３内に封入されていてもよい。
【００３０】
管１３の外周面には、カバー部材１５が設けられている。具体的には、カバー部材１５は、管１３の外周面を全周にわたって覆うように設けられている。
【００３１】
カバー部材１５は、透光性を有するものであれば特に限定されない。例えば、カバー部材１５は、例えば、樹脂、ガラス、セラミックス等により構成される。なかでも、カバー部材１５は、樹脂により構成されていることが好ましい。カバー部材１５を樹脂により構成した場合は、カバー部材１５を所望の形状に加工しやすくなる。
【００３２】
カバー部材１５は、第１及び第２の光入出面１５ａ、１５ｂを有する。第１及び第２の光入出面１５ａ、１５ｂは、平面状である。
【００３３】
なお、本発明において、「光入出面」は、「光入射面」と「光出射面」との総称である。
【００３４】
第１の光入出面１５ａは、光源１１側を向いている。第１の光入出面１５ａは、光源１１の光軸に対して垂直に設けられている。光源１１から出射された光は、第１の光入出面１５ａから入射する。従って、第１の光入出面１５ａは、光入射面を構成している。
【００３５】
第２の光入出面１５ｂは、管１３の中心軸を挟んで、第１の光入出面１５ａと対向するように設けられている。第２の光入出面１５ｂは、管１３の長手方向に垂直な方向において第１の光入出面１５ａと対向している。第１の光入出面１５ａと、第２の光入出面１５ｂとは、平行に設けられている。第１の光入出面１５ａに入射した光は、第２の光入出面１５ｂから出射する。従って、第２の光入出面１５ｂは、光出射面を構成している。
【００３６】
例えば、図４に示すように、管１１３の周囲にカバー部材を設けない場合は、光源から出射された光が、管１１３の表面に対して大きな入射角で入射する。光軸から離れた部分に対して大きな入射角で入射した光は、光軸側に大きく屈折する。このため、管１１３に入射した光の大部分が光軸近傍に集中し、出射光の強度は、光軸近傍から離れると極端に低下する。すなわち、図４に示すように、カバー部材が設けられていない場合は、管１１３から出射される光の大部分が光軸上に集中する。従って、光軸から視たときに、波長変換部材からの出射光の強度が大きくばらつく。
【００３７】
一方、波長変換部材１０の場合は、管１３の外周面を全周にわたって覆うようにカバー部材１５が設けられており、カバー部材１５は、管１３の長手方向に垂直な方向において対向する平面状の第１及び第２の光入出面１５ａ、１５ｂを有する。このため、図５に示すように、管１３の光軸から離れた部分に入射する光の入射角が小さい。よって、管１３の光軸から離れた部分に入射する光は、光軸側に屈折し難い。このため、出射光が光軸近傍に集中しにくい。従って、波長変換部材１０からの出射光には強度むらが小さい。よって、発光デバイス１は、導光体の側面に対して小さい強度むらで光を出射することができる。
【００３８】
より強度むらを小さくする観点からは、カバー部材１５の屈折率と、管１３の屈折率との差が小さいことが好ましい。具体的には、カバー部材１５の屈折率と、管１３の屈折率との差が、０．３以下であることが好ましく、０．２以下であることがより好ましく、０．１以下であることがさらに好ましい。このように、カバー部材１５の屈折率と管１３の屈折率との差が小さいと、界面における反射率が低くなる。従って、出射光の強度を高めることができる。また、カバー部材１５と管１３との界面における屈折角を小さくすることができる。このため、波長変換部材１０からの出射光の強度むらをより小さくすることができる。
【００３９】
なお、カバー部材１５は、一体に設けられていてもよいし、複数のカバー部材片により構成されていてもよい。
【００４０】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４１】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態における光線追跡図である。
【００４２】
第１の実施形態では、管１３の中心軸の延びる方向から視たときに、カバー部材１５の形状が矩形状である例について説明した。第１の実施形態では、カバー部材１５の第１の光入出面１５ａと第２の光入出面１５ｂとを接続している第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄのそれぞれは、少なくとも一部の光を透過させる光透過面により構成されている。
【００４３】
それに対して、第２の実施形態では、第１の側面１５ｃが、第１の反射面を構成している。第２の側面１５ｄが、第２の反射面を構成している。このため、図６に示すように、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄに入射した光は反射され、その少なくとも一部が第２の光入出面１５ｂから出射する。従って、第２の実施形態に係る発光デバイスは、高い輝度を有する。
【００４４】
なお、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄを反射面にする方法は、特に限定されない。例えば、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄを、アルミニウム、銀等の金属からなる膜や白色塗膜等により構成することにより、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄを反射膜としてもよい。
【００４５】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態における光線追跡図である。
【００４６】
第１の実施形態では、カバー部材１５の中心軸の延びる方向から視たときに、カバー部材１５の形状が矩形状である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、管１３の中心軸の延びる方向から視たときに、カバー部材１５が光源１１側から第２の光入出面１５ｂ側に向かって先太る形状であってもよい。この場合、カバー部材１５を小型化できるため、発光デバイスを小型化及び軽量化することができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態における光線追跡図である。
【００４８】
第４の実施形態に係る発光デバイスは、第３の実施形態に係る発光デバイスと、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄが反射面により構成されている点で異なる。第４の実施形態では、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄが反射面により構成されているため、第１及び第２の側面１５ｃ、１５ｄに入射した光は反射され、その少なくとも一部が第２の光入出面１５ｂから出射する。従って、第４の実施形態に係る発光デバイスは、高い輝度を有する。
【符号の説明】
【００４９】
１  発光デバイス
１０  波長変換部材
１１  光源
１２  導光体
１２ａ  側面
１２ｂ  主面
１３  管
１４  波長変換剤
１５  カバー部材
１５ａ  第１の光入出面
１５ｂ  第２の光入出面
１５ｃ  第１の側面
１５ｄ  第２の側面
【図１】
0006323299.tif 000002
【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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