(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板に対して光を入射させる光源であって、
前記光源は、
青色の単色光を発光する複数の第１のＬＥＤと、
赤色の単色光を発光する前記第１のＬＥＤとは独立した複数の第２のＬＥＤと、
複数の波長変換手段と、を有し、
前記第1のＬＥＤと前記第２のＬＥＤとが互い違いに複数配置したＬＥＤアレイを形成するとともに、
前記複数の波長変換手段は、前記ＬＥＤアレイの前記複数の第１のＬＥＤから出射する青色の単色光の照射域にそれぞれ形成され、
上記複数の第１のＬＥＤからの青色の単色光を波長変換して生成した青色成分の光及び緑色成分の光と、上記複数の第２のＬＥＤからの赤色の単色光の赤色成分の光とを前記導光板に入射させることにより、当該導光板内で加法混色により調合した白色光を得ることを特徴とする光源。
【請求項２】
上記青色光から波長変換して生成された上記緑色成分の光の強度を測定もしくは算定し、マンセル色相に対する色相面積を示すｘｙ色度図において、生成光の属する領域を求め、該領域の上記生成光に対して加法混色した光が上記ｘｙ色度図の標準白の領域に属するように、第２のＬＥＤからの赤色光の強度を決定することを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
上記第１のＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系またはＧａＮ系等の青色光を発光するＬＥＤで構成され、
上記第２のＬＥＤは、ＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ混晶系等の赤色光を発光するＬＥＤで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源。
【請求項４】
上記波長変換は、第１のＬＥＤの照射域に、当該ＬＥＤから発光される所定波長の青色光により少なくとも緑色の蛍光を発生する所定の蛍光材料を添加した波長変換手段としての蛍光フィルタを配置するものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光源。
【請求項５】
上記蛍光フィルタは、酸化物ガラス母体に所定の希土類元素を添加して形成されることを特徴とする請求項４記載の光源。
【請求項６】
上記蛍光フィルタは、透光性の所定の有機ポリマーからなる蛍光体で形成されていることを特徴とする請求項５記載の光源。
【請求項７】
上記請求項１から請求項６の何れかに記載の光源が、前記導光板の側方に配置され、前記青色成分の光と前記緑色成分の光及び前記赤色成分の光が、当該導光板に入射して加法混色により白色光に調合されることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
上記請求項７に記載の照明装置と、前記照明装置の上方に配置される液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型小型テレビ，ページャ，壁掛けテレビ，ノート型パソコンや携帯型ゲーム機の液晶ディスプレイ等に用いられるバックライトユニットとしての照明装置や液晶装置等に利用できる光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、小型テレビ，ページャ，壁掛けテレビ，ノート型パソコンや携帯型ゲーム機に用いられる液晶パネル等からなる表示部には、光源としての冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を導光板の側方に配置したエッジライト方式（あるいはサイドライト方式）のバックライトユニットが用いられている。
【０００３】
しかしながら、冷陰極蛍光管は、点灯性が悪い，専用の駆動回路を必要とする，光量調整が難しい，消費電力が大きい，発熱が多い，ノイズが多い，振動や衝撃に弱い等の種々の難点を有していた。
【０００４】
そこで、上記のような難点の無いバックライトユニットとして、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として利用しようとする試みがなされている。
【０００５】
但し、小型テレビやノート型パソコン等の液晶パネルのバックライトユニットにおいては、腕時計の表示確認用の単なる照明や各種電子機器のパイロットランプのようにＬＥＤの発する赤色や緑色の単色光では役に立たず、冷陰極蛍光管の発光に近い白色光が求められている。
【０００６】
しかし、昨今の技術開発の進展によってＩｎＧａＮ系やＧａＮ系などの化合物半導体を材料として青色の単色光を発光するＬＥＤは実用化されているが、ＬＥＤチップ単体で白色光を発光するものは未だ存在しない。
【０００７】
そこで、現在入手が容易なＬＥＤ（赤色系，緑色系，青色系）を用いて白色光を得るためには、色彩理論に基づいて、赤色光，緑色光，青色光を加法混色する方式が一般的である。
【０００８】
そして、従来における加法混色方式としては、
▲１▼赤色系，緑色系，青色系の単色光を発光する３種類のＬＥＤを用いて、ＲＧＢの混色により白色を表現する方式（図８のスペクトル特性のグラフ参照）。
【０００９】
▲２▼青色系の単色光を発光するＬＥＤのみを用い、緑色および赤色は波長変換フィルタにより生成して、ＲＧＢの混色により白色を表現する方式（図９参照）。
【００１０】
がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼に係る加法混色方式においては、赤色系，緑色系，青色系の単色光を発光する各ＬＥＤの輝度が異なるため、均一な白色光を生成するためには、ＲＧＢ３色の光刺激値が均一となるように、３種類のＬＥＤの電流制御等を厳密に行う必要があり、光源としてのＬＥＤアレイの設計等に時間がかかる。また、３種類のＬＥＤを全て同数使用する必要があるためコストも嵩む（特に青色ＬＥＤは最も単価が高い）という不都合があった。
【００１２】
また、上記▲２▼に係る加法混色方式においては、図９のスペクトル特性のグラフに示すように、蛍光変換されて生成される赤色（Ｒ）成分のエネルギーが、青色（Ｂ），緑色（Ｇ）の成分より波長域が広くエネルギー強度が弱いため赤色フィルタをかけたときの、赤色光の輝度や彩度が低くなってしまうという難点があった。
【００１３】
この発明の目的は、ＬＥＤによって白色輝度が高くかつ、赤色フィルタとの組み合わせ時に赤色の輝度や彩度の高くなるような白色光を放つ光源を提供すると共に、この光源を用いた新規な照明装置および液晶装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、青色の単色光を発光する第１のＬＥＤと、赤色の単色光を発光する第２のＬＥＤとを使用し、緑色光は、上記青色光から波長変換して生成し、上記第１のＬＥＤによって生成された青色光，緑色光と、上記第２のＬＥＤからの赤色光とを調合する加法混色により白色光を得るようにしたものである。
【００１５】
これにより、高輝度の白色光を簡便な方式により効率よく得ることができる。
【００１６】
即ち、上記▲１▼の従来例のように３種類（赤色系，緑色系，青色系）のＬＥＤをそれぞれ制御する場合に比べて、本発明では２種類のＬＥＤ（第１のＬＥＤと第２のＬＥＤ）の制御で済むため光源の設計等に時間とコストを低減することができる。
【００１７】
また、上記▲２▼に係る加法混色方式においては、蛍光変換された赤色（Ｒ）成分のエネルギーの波長域が広くエネルギー強度が弱いため赤色フィルタをかけたときの、赤色光の輝度や彩度が低くなってしまうという難点があったが、本発明では、白色光を構成する赤色光を独立したＬＥＤ（第２のＬＥＤ）によって供給するようになっているため、ＬＥＤによって白色自体の輝度が高くかつ、赤色フィルタとの組み合わせ時に赤色の輝度や彩度の高くなるような白色光を実現できる。
【００１８】
ここでいう赤色フィルタとは、ＬＣＤ等のカラーフィルタとして用いる５６０ｎｍ〜６５０ｎｍ以下の波長域の光をほぼ全域にわたってカットするものである。
【００１９】
なお、上記青色光から波長変換して生成された上記緑色光の強度を測定もしくは算定し、マンセル色相に対する色相面積を示すｘｙ色度図において、生成光の属する領域を求め、該領域の上記生成光に対して加法混色した光が上記ｘｙ色度図（例えば、国際照明委員会（CIE: Commision Internationale de l'Eclairage）制定のマンセル色相に対する色相面積を示す標準のｘｙ色度図の標準白の領域に属するように、第２のＬＥＤからの赤色光の強度を決定するとよい。これにより、容易に標準白に近い白色光を得ることができる。
【００２０】
また、上記第１のＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系またはＧａＮ系等の青色光を発光するＬＥＤで構成し、上記第２のＬＥＤは、ＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ混晶系等の赤色光を発光するＬＥＤで構成することができる。
【００２１】
これにより、高輝度の青色光と、高輝度の赤色光を得ることができ、青色光から蛍光変換された青色光と緑色光と前記赤色光を加法混色することにより高輝度の白色光を得ることが可能である。
【００２２】
また、上記蛍光変換方式は、第１のＬＥＤの照射域に、当該ＬＥＤから発光される所定波長の青色光により少なくとも緑色の蛍光を発生する所定の蛍光材料を添加した波長変換手段としての蛍光フィルタを配置するものとすることができる。
【００２３】
これにより、蛍光変換方式により青色光と緑色光を簡便に生成することができる。したがって、上記第１のＬＥＤから発光される赤色光と上記のようにして生成された青色光と緑色光とを加法混色することにより白色光を得ることができる。
【００２４】
なお、上記蛍光フィルタは、酸化物ガラス母体に所定の希土類元素を添加して形成したり、透光性の所定の有機ポリマーからなる蛍光体で形成することができる。
【００２５】
また、上記光源を、導光板の側方に配置することにより高輝度の白色光を供給することのできる照明装置を作成することができる。
【００２６】
さらにまた、上記照明装置を液晶パネルの照明手段として用いることにより、たとえば、応用製品であるノート型パソコンの液晶ディスプレイ等の液晶装置において、高輝度の白色光と高い彩度の赤色の供給により見易い画面を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
ここに、図１は本実施形態に係る光源としてのＬＥＤアレイの構成例を示す概略図，図２は本実施形態に係るＬＥＤアレイのスペクトル特性を示すグラフ，図３は上記ＬＥＤアレイを組み込んだバックライトユニットの構成例を示す分解斜視図，図４（ａ），（ｂ）はバックライトユニットの他の構成例を示す斜視図，図５は図３のバックライトユニットの平面図と側面図，図６はｘｙ色度図，図７は本実施形態に係る液晶装置（ページャ）の構成を示す分解斜視図である。
【００２９】
図１において、符号１は光源としてのＬＥＤアレイ本体を示し、その長手方向に第２のＬＥＤとしてのＬＥＤａと第１のＬＥＤとしてのＬＥＤｂがそれぞれ互い違いに取り付けられている。
【００３０】
ここで、各ＬＥＤａは例えばＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ混晶系等の赤色光（波長は例えば６５０ｎｍ）を発光するＬＥＤで構成されている。
【００３１】
また、各ＬＥＤｂは例えばＩｎＧａＮ系またはＧａＮ系等の青色光（波長は例えば４７０ｎｍ）を発光するＬＥＤで構成されている。
【００３２】
各ＬＥＤｂの前面（照射域）には青色光を受けて青色光および緑色光の蛍光を発光する蛍光フィルタ２がそれぞれ設けられている。
【００３３】
この蛍光フィルタ２は、例えば、酸化物ガラス母体に所定の希土類元素を添加して形成したものや、透光性の有機ポリマーからなる蛍光体で形成することができる。
【００３４】
このように構成されたＬＥＤアレイ１によれば、各ＬＥＤｂから発光される青色光は各蛍光フィルタ２によって波長変換されて青色と緑色の蛍光を生成する。
【００３５】
そのスペクトルは例えば図２のＢ点，Ｇ点をピークとするような分布となる。
【００３６】
一方のＬＥＤａからは赤色の単色光が発光され、図２おいてＲ点をピークとする分布となる。
【００３７】
そして、各蛍光フィルタ２によって生成された青色と緑色の蛍光と、ＬＥＤａからの赤色光が照射域で加法混色されて、図５の国際照明委員会（CIE: Commision Internationale de l'Eclairage）制定のマンセル色相に対する色相面積を示す標準のｘｙ色度図（但し、ｘは赤色光の波長（７００ｎｍ），ｙは緑色光の波長（５４６ｎｍ））において、標準白（ＷＨＩＴＥ）の領域に属する白色光が生成される。
【００３８】
このようにして得られる白色光は、図８に示した従来の加法混色方式による場合に比して、赤色成分をＬＥＤａによって直接供給しているので十分な光度とすることができ、高い輝度の白色光とすることができる。
【００３９】
また、本実施形態に係るＬＥＤアレイ１では、ＬＥＤｂからの青色光の波長変換によって得る色成分を青色と緑色の２系統とし、図８に示した従来例のように効率の悪い赤色系の長波長光の蛍光変換は行っていないので、青色光のエネルギーロスを抑えることができ、結果的に輝度の高い白色光を得ることができる。
【００４０】
また、ＬＥＤアレイ１においても最終的には青色成分（Ｂ）と緑色成分（Ｇ）と赤色成分（Ｒ）を合成して白色光を得ているが、構成上は、蛍光フィルタ２を用いた蛍光変換によって青色光と緑色光を同時に得ているため、青色光と緑色光の混合光と赤色光の２色を混合する形態となっている。
【００４１】
したがって、図８に示したように、赤色系，緑色系，青色系の単色光を発光する３種類のＬＥＤを用いて３色の混合具合を精密に制御して白色光を得る場合に比して、２色を混合する場合の方が調整の仕方が容易であり、ＬＥＤアレイ１の製造コストを低廉化することができる。
【００４２】
さらに、カラーフィルタを備えた液晶パネルに適用した場合、液晶パネルのカラーフィルタの分光特性は、図２（ｂ）に示すような特性であることから、バックライトユニットの赤色光の成分は、ほとんど透過し、彩度の高い赤色を得ることができる。
【００４３】
次に、上記ＬＥＤアレイ１を用いたバックライトユニットの実施形態を図３から図５を参照して説明する。
【００４４】
図３，図５において、符号３はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）樹脂等の透明性樹脂で形成される導光板である。この導光板３の一端部には上述のＬＥＤアレイ１が係合される取付孔４が形成されている。
【００４５】
また、導光板３の裏面には大小の凹面状の窪みからなる光拡散部６が複数形成されている。さらに、導光板３の下側には反射板５が配置されている。
【００４６】
なお、図示は省略したが、ＬＥＤアレイ１には電流量等を制御する制御回路が接続されている。
【００４７】
【参考例１】
また、図４（ａ）に示したように、第２のＬＥＤとして赤色光を発光するＬＥＤａと第１のＬＥＤとして青色光および緑色光を発光するＬＥＤｂを、樹脂製の一つのハウジング２０２の中に内蔵したＬＥＤユニットＵを複数個（図上は２個）にわたって取付基板２０１上に並設して、導光板２００の側面２００ａに対向して配設してバックライトユニットを構成してもよい。
【００４８】
【参考例２】
さらに、図４（ｂ）に示すように、透光性樹脂で成形され、側面に複数の拡散パターン３０１を形成し、周囲を反射シート（図示省略）で覆ったライトパイプ３００の両端に、第２のＬＥＤとして赤色光を発光するＬＥＤａと第１のＬＥＤとして青色光および緑色光を発光するＬＥＤｂを配置し、当該ライトパイプ３００内においてＬＥＤａとＬＥＤｂの光を混色させて、導光板３０２の側面から入射する構成としてもよい。
【００４９】
以上が、本発明に係る照明装置としてのバックライトユニットの一実施形態の概要であり、次にその動作および作用について説明する。
【００５０】
本実施形態において、ＬＥＤアレイ１に制御回路を介して通電されると、上記各ＬＥＤａおよび上記各ＬＥＤｂが発光を開始する。
【００５１】
そして、ＬＥＤｂから発光される青色光は蛍光フィルタ２によって青色光と緑色光に波長変換されて導光板３内に入射する。
【００５２】
また、ＬＥＤａから発光される赤色光は直接的に導光板３内に入射する。
【００５３】
これらの青色光と緑色光の混合色光および赤色光は、各ＬＥＤから放射されると同時に加法混色されて白色光となる。この白色光は、従来に比して赤色成分をＬＥＤａによって直接供給されるので十分な光度とすることができ、高い輝度の白色光とすることができる。
【００５４】
そして、上記のようにして生成された白色光は、導光板３内を伝播し、反射板５による反射や、光拡散部６による拡散により、導光板３の上方へ放射される。
【００５５】
よって、本実施形態に係るバックライトユニットによれば高輝度の白色光のバックライトを得ることができ、このバックライトユニットを液晶パネル等に組み込むことにより、一層明るく赤色彩度の高い良好な画像を提供することが可能となる。
【００５６】
ここで、図７に示す実施形態は、前記照明装置としてのバックライトユニットを用いた液晶装置の一例としてのページャである。
【００５７】
図７において、ページャ１００は、金属フレーム１０１に、液晶表示装置としての液晶パネル１０２，上記実施形態に係る光源としてのＬＥＤアレイ１を組み込んだ導光板３等を備えるバックライトユニット１０３，第１のシールド板１０４，駆動回路や制御回路が形成された回路基板１０５および第２のシールド板１０６を順次重ね合わせる形で組み込む構成となっている。
【００５８】
なお、液晶パネル１０２と回路基板１０５の電気的導通は、フィルム状のケーブル１０７，１０８によって行われるようになっている。
【００５９】
また、図示は省略したが、ページャ１００には、電源としてのバッテリー，オンオフ用のスイッチ等が設けられており、また、ページャ１００の起動時にはバックライトユニット１０３のＬＥＤアレイ１に通電されるように構成されている。
【００６０】
このように構成された液晶装置としてのページャは、スイッチの操作によりオン状態とすると、ページャとしての機能が立ち上がると同時に、バックライトユニット１０３のＬＥＤアレイ１にも通電が開始され、上記各ＬＥＤａおよび上記各ＬＥＤｂが発光を開始する。
【００６１】
そして、ＬＥＤｂから発光される青色光は蛍光フィルタ２によって青色光と緑色光に波長変換されて導光板３内に入射し、ＬＥＤａから発光される赤色光は直接的に導光板３内に入射する。
【００６２】
これらの青色光と緑色光の混合色光および赤色光は、各ＬＥＤから放射されると同時に加法混色されて高輝度の白色光となる。
【００６３】
この高輝度の白色光は、導光板３内を伝播し、上記反射板５によって上方へ反射されたり、上記光拡散部６によって拡散されて、導光板３の上方へ放射され、液晶パネル１０２の裏面側から均一な照射光として入射する。
【００６４】
したがって、従来に比して輝度が向上した白色光のバックライトにより、一層明るく見易い画面とすることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、ＬＥＤアレイ１を組み込んだ照明装置としてのバックライトユニットの使用例としてページャを例示したが、これに限られるものではなく、携帯型の小型テレビ，壁掛けテレビ，ノート型パソコンや携帯型ゲーム機の液晶ディスプレイなどバックライトユニットを組み込む液晶装置の全般に使用することができ、何れにおいても従来より画面の輝度が向上し、かつ、画面を構成する赤色の彩度が向上するという効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蛍光変換方式によって青色と緑色の光を生成する第１のＬＥＤと、赤色の単色光を発光する第２のＬＥＤとを備え、上記第１のＬＥＤにより生成された青色と緑色の光と、上記第２のＬＥＤからの赤色光とを調合する加法混色により白色光を得るようにしたので、高輝度の白色光とＬＣＤ等の赤色フィルターを用いる表示装置で高い彩度の赤色を簡便な方式により効率よく得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態に係るＬＥＤアレイの構成例を示す概略図である。
【図２】  本実施形態に係るＬＥＤアレイのスペクトル特性を示すグラフである。
【図３】  本実施形態に係るＬＥＤアレイを組み込んだバックライトユニットの構成例を示す分解斜視図である。
【図４】  バックライトユニットの参考例を示す斜視図である。
【図５】  上記バックライトユニットの平面図と側面図である。
【図６】  国際照明委員会（CIE：Commision Internationale de l’Eclairage）制定のマンセル色相に対する色相面積を示す標準のｘｙ色度図（但し、ｘは赤色光の波長（７００ｎｍ），ｙは緑色光の波長（５４６ｎｍ））である。
【図７】  本実施形態に係る液晶装置（ページャ）の構成を示す分解斜視図である。
【図８】  従来のＬＥＤアレイのスペクトル特性を示すグラフである。
【図９】  従来のＬＥＤアレイのスペクトル特性を示すグラフである。
【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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