JP2009231273A - 照明装置及びこれを備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 青色励起で緑色光と赤色光にそれぞれ変換する二種類の蛍光体を用いて、色再現性および発光効率が高く、視覚による色変化が少ない照明装置を実現する。
【解決手段】 本発明の照明装置は、青色励起で赤色光に変換する第一の色変換体を、青色励起で緑色光に変換する第二の色変換体と青色発光素子との間の光路中に、第二色変換体とは分離して設けた構成である。第二の色変換体はフィルム状であり、出光面側に拡散層が設けられており、拡散層の出光面側が透明ビーズにより微細凹凸形状が形成されている。これにより、ＲＧＢ三色のスペクトル分布の照明光が得られ、色再現性が高くかつ角度による色変化の少ない照明装置を実現できる。
【選択図】 図１

Description

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バックライトなどの照明装置に関する。

近年、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。

特に携帯電話では、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系などの青色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、青色ＬＥＤから青色光と、それにより励起された黄色蛍光体から発光される黄色光との混色により、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蛍光体がよく知られている。また、ＹＡＧ蛍光体の代わりに赤色蛍光体と緑色蛍光体を調合し、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（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、特許文献１のような手法では、希土類元素をドープしたカルコゲナイド系蛍光体の場合、ＬＥＤ内部の反射膜の化学反応を起こし、反射特性を劣化させる不具合を生じる事が多い。また、青色光源の発光から緑色蛍光体と赤色蛍光体の混合体を用いて白色光を作る際、赤色蛍光体として窒化物蛍光体やカルコゲナイド蛍光体を用いる場合がある。これらの蛍光体には、緑色蛍光体で発光する緑色光も励起波長に含んでいるため、輝度効率が低いという課題がある。

そこで、三色の加法混色で高い色再現性で高い色再現性を得る方法として、まず赤色変換体を用いてＬＥＤからの青色光を赤色光に変換し、別途光路中に配置した緑色変換体により、青色光を緑色光に変換する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。このように色変換体を分離させて設けることにより、ＬＥＤ光源への化学反応を低減させることができ、かつ変換された光そのものが励起光となることを防いでいる。

特開平１０−１６３５３５号公報 特開２００７−２４３１３５号公報

特許文献２の手法を実現しようとする場合、緑色変換体の配置場所により、照明装置の特性が大きく左右されることになる。色変換の効率を考えた場合、照明装置から光が出射する直前で色変換を行なうことが望ましく、特許文献２においても、緑色変換体と光を拡散させる効果を持つ透明拡散ビーズをフィルムに印刷し、導光体の出光面側に配置することが提案されている。

しかしながら、フィルムの構成によっては色の混色が不完全となり、表示装置を見る角度によっては、一方では緑色光が強くなり、他方では赤色光が強くなる場合がある。一般的な液晶表示装置では、視覚方向により色が変化してしまうことは色再現性や視認性などに悪影響を及ぼすことになるため、照明装置が角度による色変化を持つことはできるだけ避けなければならない。そのため、緑色変換体をフィルムで構成する場合、視覚方向により色変化が発生させないようにする方法が必要となる。

そこで本発明は、色変換体の視角特性による色変化が発生しない構成を提案し、高い色再現性と視認性を持つ照明装置を実現することを目的とする。すなわち、本発明の照明装置は、青色発光素子から出射された青色光で励起され赤色光に変換する赤色変換体を、青色励起で緑色光に変換する青色変換体とは分離して設けた構成である。白色光を得る順序として、まずは青色発光素子の青色発光と青色変換体により変換された赤色光が混色して紫色光になり、次に青色励起で緑色変換体に変換された緑色光と混色させることにより、白色光が得られる構成にする。

緑色変換体は、蛍光体を印刷したフィルム状態で配置され、出光面側に拡散効果を有する透明ビーズを配置する。この透明ビーズに、粒度分布が異なる二種以上の単分散粒子を使用することにより、出光面側に微細な凹凸形状を形成し、緑色変換体により変換された緑色光の出光方向を制御し、緑色変換体に影響を受けない青色光と赤色変換体により変換された赤色光の光線に近い出光方向になるようにする。

本発明によれば、緑色変換体から発光された緑色光が赤色変換体の励起光となることなく、青色と赤色と緑色の三色の加法混色による白色光を得ることができる。そのため、発光効率の高い照明装置が実現できる。また、ＬＥＤ素子と緑色変換体を分離しているのでＬＥＤパッケージ内部の反射特性の劣化を起こさない。そのため、長寿命の照明装置が実現できる。さらに、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。

また、緑色変換体から出る緑色光を、青色光と赤色光と同じ出光方向とさせることができ、ＬＣＤパネルと組み合わせた際に、角度変化による色変化が少ない照明装置を実現することができる。

本発明による照明装置の断面構成を示す模式図である。 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。 本発明で用いた光源の断面構成を示す模式図である。 実施例で用いた緑色変換体の構成を模式的に示す断面図である。 実施例で用いた緑色変換体の構成を模式的に示す断面図である。 従来の照明装置のスペクトルを示す図表である。 本発明の照明装置のスペクトルを示す図表である。 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。 角度による色変化を測定する方法を示した模式図である。 色度変化が発生する場合の色度ｙの色変化を示した図表である。 色度変化が発生する場合の色度ｙの色変化を示した図表である。 緑色変換体の構成例を示す模式的断面図である。 本発明による照明装置の色度ｙの色変化を示した図表である。 緑色変換体の構成例を示す模式図である。

本発明の照明装置は、青色発光素子、青色励起で赤色光に変換する赤色変換体、青色励起で緑色光に変換する緑色変換体を備えており、赤色変換体は、青色発光素子と緑色変換体の間の光路中に緑色変換体とは分離して設けられている。すなわち、赤色変換体１とフィルム形状の緑色変換体２は照明装置の光路中に分離して設けられている。このような構成を図１に模式的に示す。図示するように、青色発光素子３からの光を導いて出光面から出射する導光体４が赤色変換体１と緑色変換体２の間に設けられており、青色発光素子３と導光体４の間に赤色変換体１が設けられている。このような構成により、青色発光素子３の青色発光と赤色変換体１により変換された赤色光が混色された後、さらに、緑色変換体２により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光が得られるため、緑色変換体に含まれる緑色蛍光体からの発光が赤色変換体に含まれる赤色蛍光体の励起光となることがなく、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変換体に含まれる緑色蛍光体が完全に分離されているので、発光素子は化学的影響を受けることもなく、温度―輝度特性や信頼性が向上する。

このように、本発明は、青色発光素子、青色励起で赤色光に変換する赤色変換体、青色励起で緑色光に変換する緑色変換体を備える照明装置に関し、フィルム形状の緑色変換体の出光面側に微細凹凸が形成された拡散層を形成し、青色発光素子と緑色変換体の間の光路中に赤色変換体を緑色変換体とは分離して設けることとした。

ここで、緑色変換体は、二枚のガスバリア性の透明基材の間に緑色蛍光体が分散された樹脂を設けた構成でもよい。

また、緑色変換体を構成する樹脂が光硬化性樹脂であることとした。さらに、緑色変換体を構成する透明フィルムとガスバリア性を有する透明フィルムの間にはプライマー層が設けられていることとした。これにより、水分による劣化を受けない高信頼性な照明装置を実現することができる。

また、緑色変換体よりも観測者側に、アクリルやシリカの透明ビーズを含んだ樹脂層を設ける。この透明ビーズとして、粒度分布の分散が小さくかつ中心粒径が異なる２または３種類のビーズを使用することにより、透明拡散ビーズを含んだ樹脂層が凹凸形状を持つ状態にする。これにより、緑色変換体より出射する青色光・緑色光・赤色光が同様の出射方向特性を持つようになり、角度による色変化を減少させることが可能となる。

あるいは、拡散層を樹脂と透明ビーズで構成し、樹脂と透明ビーズの屈折率の差を０．０５以下とした。

また赤色蛍光体は、青色発光素子と導光体の間に設けられた樹脂に設けても、青色発光素子をポッティングする樹脂に設けてもよい。

さらに、本発明の照明装置は、青色発光素子で発光した光を出光面に導く導光体を備えている。そして、第一色変換体は青色光で励起して赤色光を発光する赤色蛍光体を含んでおり、第二色変換体は青色光で励起して緑色光を発光する緑色蛍光体を含んでいる。ここで、緑色蛍光体は、青色発光素子と赤色蛍光体から分離しており、導光体の出光面に設けられた樹脂中やフィルム中に存在する構成が望ましい。

そして、本発明の表示装置は、前述のいずれかの構成の照明装置の照射面側に非自発光型の表示素子設けた構成である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

本実施例の照明装置を図面に基づいて説明する。図２は、本実施例の照明装置の概要を模式的に表す外観図である。ＬＥＤパッケージ１１が発光した光が導光体４に入射するように構成され、導光体４の出光面から出た光が緑色変換体２に入射するように構成されている。ここで、ＬＥＤパッケージ１１は赤色蛍光体粒子が分散された樹脂で青色ＬＥＤ素子をポッティングした構成である。この赤色蛍光体粒子を含んだ樹脂が赤色変換体に相当している。また、照射面積に応じた個数のＬＥＤパッケージ１１が回路基板８に実装されている。ここで、導光体４の材料としてはポリカーボネートやアクリル樹脂などが挙げられる。

このような構成によれば、青色ＬＥＤ素子が発光した光（青色光）は、その一部が赤色に変換され、残りは青色のまま導光体４に入射される。すなわち、発光ダイオードパッケージ１１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（紫光）を出光する。そして、この紫光が導光体４に入射されることになる。導光体４に入射した紫光は、導光体４の内部で反射と屈折を繰り返し、導光体４の出光面から均一に出射されて、緑色蛍光体粒子を含んだ緑色変換体に届く。緑色変換体に入射した光のうち、一部の光はそのまま（青色光と赤色光のまま）透過し、一部の光は緑色蛍光体粒子で緑色光に変換されて通過する。このとき、緑色蛍光体粒子に届いた赤色成分の光の多くは反射および回折することになる。このように、通過した紫色光と緑色光が混色して白色光が得られることになる。すなわち、導光体４の出光面から出射された光は緑色変換体２を通ることで加法混色し白色光となる。

本実施例のＬＥＤパッケージ１１の構成の断面図を図３に模式的に示す。ＬＥＤパッケージ１１は青色ＬＥＤ素子１０を赤色蛍光体粒子５が分散された樹脂１６でポッティングした構成である。青色ＬＥＤ素子１０を駆動するための電極端子１３と第二電極端子１４が回路基板上に形成されている。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１２に電気的に接合されている。この導電性台座１２は青色ＬＥＤ素子１０と電極端子１３との電気的接合性を向上させたり、熱伝導性を向上させたり、回路基板８からの高さを調節したりするために用いられる場合がある。青色ＬＥＤ素子１０には電流注入用の二つの電極が形成されており。一方の電極が導電性台座１２を介して電極端子１３と電気的に接合され、他方の電極はワイヤー１５で第二電極端子１４と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１５を用いてそれぞれの電極端子に電気的に接合すればよい。このワイヤー１５には、通常のワイヤーボンテ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。回路基板８には、導通部である電極端子を除いて絶縁膜等の保護膜が設けられている。回路基板８としてフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板を用いることができる。

図３に示すように、青色ＬＥＤ素子１０と導電性台座１２の全体を覆うように、また、ワイヤー１５の少なくとも一部を覆うように、透光性樹脂１６が設けられている。この透光性樹脂１６には赤色蛍光体粒子５が所定の濃度で混合されている。透光性樹脂には、水分を通し難い材料（以下、非通水性材料とする）を用いることが望ましい。具体的には、シリコン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、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よい。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５としては、カルコゲナイド化合物の蛍光体微粒子を用いることができる。あるいは、窒化物と希土類ドーパントからなる蛍光体材料や、硫化物と希土類ドーパントからなる蛍光体材料が適している。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体材料や、窒化物と希土類ドーパントからなる蛍光材料は、光変換効率が高い。また、赤色蛍光体粒子を非通水性材料でコーティングするとダイオードパッケージの信頼性が向上する。非通水性材料としては、ＳｉＯ_２ 、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、エポキシ系樹脂などが挙げられる。特に、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場合があるため、ＬＥＤ内部の反射膜が化学反応を起こして、輝度特性が著しく低下することになる。そのため、硫化物蛍光体をしようする際は、蛍光体粒子そのものを透明な非通水性材料で被覆する必要がある。その他の窒化物蛍光体を使用する場合でも、蛍光体の劣化を防ぐために同様のコーティングを行なうことが望ましい。

図３に示したように、赤色蛍光体粒子５を所定の割合で透光性樹脂１６に混合して青色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５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５の混合濃度を、透光性樹脂１６の厚みが６０〜７０μｍの時、重量濃度５０％程度とするとｘ＝０．３５，ｙ＝０．１８付近の色度座標の光（紫光）が得られる。このとき、青色光の光強度を上げると、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、その変化は±０．０２程度であり、色度に及ぼす影響は小さい。

次に、緑色蛍光体粒子を含んだ緑色変換体の構成について説明する。図４は、緑色変換体の構成を模式的に示す断面図である。透明基材２１を基材として、一方の表面に緑色蛍光体粒子６が混合された透明樹脂２０が塗布され、他方の表面に透明ビーズ７を分散した拡散層２２を設けた構成である。透明樹脂２０には、アクリル系樹脂などの透過率が高いものが望ましい。また透明基材２１は、ＰＥＴやポリカーボネートやアクリルやゼオノア等の透明性が高いものが好ましい。緑色蛍光体粒子６の材料としては、ＩＩ属金属チオガレートと希土類ドーパントからなる蛍光材料や、酸化物と希土類ドーパントからなる蛍光材料、Ｓｒ−ＳＩＯＮと希土類ドーパントからなる蛍光材料等を用いることができる。すなわち、ＹＡＧ蛍光体以上の輝度効率を有するものが適している。

緑色蛍光体粒子に水分との化学反応が懸念されるものを使用する場合、色変換体の構成を図５のようにすることが必要となる。図５は、ガスバリア性透明基材２５を挟んで、その間に緑色蛍光体粒子６が混合された透明樹脂２０を設け、出光面側に拡散層２２を形成した構成を示している。この場合、ガスバリア性透明基材は水蒸気などの水分を遮断する機能を持っている。透明基材にガスバリア性の効果を持たせる例として、ＳｎＯ_２ やＳｉＯ_２ ，Ａｌ_２Ｏ_３などのバリア層を透明フィルムに設けるものが挙げられる。中でも、Ａｌ_２Ｏ_３は他のバリア層と比較して、分光透過率が高く透過率が高くなるため、Ａｌ_２Ｏ_３を用いたものが好ましい。バリア層の層構成は単層とは限らず複数の層を形成するほうがガスバリア性の効果は高くなる。また、フィルム透過率はフィルムの厚みにも起因するため、なるべく薄いものを使用する。そのため、使用する透明基材は、厚み１２μｍのフィルムに先に述べた各種バリア層を設けたものが望ましい。

図５の緑色変換体２の製造方法としては、まずガスバリア性透明基材２５に、あらかじめ熱可塑性等の透明接着材を塗布しておき、その上に緑色蛍光体粒子６が分散された樹脂２０を塗布し、硬化させる。このとき、透明接着層は粘着層であってもかまわない。緑色蛍光体粒子６を含んだ透明樹脂２０が端面から外部の空気層と触れることを避けるため、透明樹脂２０の端面を覆うように、透明接着層をさらに外周部に設ける必要がある。そのため、緑色蛍光体粒子６を含んだ透明樹脂２０を塗布する方法としては、マスク印刷が可能なスクリーン印刷などが好ましい。樹脂を塗布したガスバリア性透明基材２５の上からさらに、別のガスバリア性透明基材２５をラミネートする。このような構成により、蛍光体粒子を効果的に水分から保護することが可能になる。そのため、緑色変換体の劣化を抑えることができ、実使用条件に耐えうる信頼性を得ることが可能となる。更に、樹脂に５〜３０μｍ程度のシリカやアクリルの透明ビーズ７を分散した樹脂を拡散層２２として、ガスバリア性透明基材２５の片面に設ける。この拡散層２２は、フィルムから空気層への光の出射効率を高める効果を有し、かつ拡散効果により、広視野角化や面内のムラ隠しの効果を得ることが可能となる。

緑色蛍光体粒子の添加量を約０．２ｍｇ／ｃｍ２とした場合、図３で示した構成のＬＥＤパッケージ１１と組み合わせることで、ｘ＝０．３１、ｙ＝０．３１付近の白色光を得ることができる、図６に二波長型疑似白色ＬＥＤを光源とした従来の照明装置の発光スペクトルを、図７に本発明の照明装置の発光スペクトルを示す。図６と図７を比較すると、６００ｎｍ以上の赤色成分の波長領域に大きな差がみられ、従来の照明装置では不足している赤色成分の不足が、本発明の照明装置では補われていることがわかる。

図８は、本発明の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。青色発光素子３が発光した光は、導光体４に入光し全反射を繰り返しながら導光体４の内部を導波していく。途中、導光体４に設けられた光出射構造体３０に光が照射された場合、屈折もしくは反射により光が出射するような構造になっている。出射された光は導光体４の上部に設けられた緑色変換体２、光学シート３１を通って、最終的に液晶表示パネル３２が照明されることになる。導光体４から出射される光は、導光体４の面方向に垂直に出る成分は少なく、導光体４の面の垂線方向から６０度〜８０度の角度にピークを持った分布になるため、光学シート３１による補正が必要となる。緑色変換体２は、青色発光素子３から出射された青色光を色変換させる機能を有するともに、出光面側に設けられた拡散層２２により、導光体４から出光する光を補正する機能も有している。このとき、緑色変換体２に入光する光は、青色発光素子３からの青色光と、赤色変換体１に含まれる赤色蛍光体粒子５により変換された赤色光である。さらに青色光の一部は緑色変換体２に含まれた緑色蛍光体粒子６により変換された緑色光に変換される。このとき、緑色蛍光体粒子６から発光される緑色光は全方向に出射される。一方、青色光と赤色光は導光体４から出射された方向を維持したまま、緑色変換体を通ることになる。このとき、緑色光と青色光，赤色光はそれぞれ異なる光線方向を持つため、緑色変換体から出光する際の光線方向も異なる。出光された光は、その他の光学シート３１へ入光し、正面方向へ光線方向の補正が行なわれるが、入光する際の光線方向が異なるため、最終的に緑色光と、その他の色光の光線分布に違いが生じる。そのため表示装置を視る角度によっては、色が変化するという現象が発生することになる。

色度変化が発生する例として、拡散層２２が異なる二種類の緑色変換体を用いた照明装置の色度の角度分布を示す。色度の角度分布を測定するために、図９に示すような測定装置を用いた。照明装置４０と測定器４１を正対する位置に配置し、照明装置４０の発光面と測定器４１の受光面が平行となるよう設置し、このときの角度を０度とする。色度の角度分布を測定する際は、照明装置４０の発光面を回転中心として一定距離を保ちながら、測定器４１を回転させる。図１０は、拡散層２２に使用される透明ビーズ７が、粒径５〜３０μｍの粒度の分散が大きいものであり、屈折率ｎ＝約１．６のものを使用した緑色変換体２２を使用した照明装置の色度ｙの角度分布である。図１１は、透明ビーズ７が粒径１５μｍの単分散粒子であり、屈折率ｎ＝約１．５のものを使用した緑色変換体２２を使用した照明装置の色度ｙの角度分布である。図１０と図１１の分布では、０度を中心として負の角度から正の角度へ変化させた場合、−２０度〜０度の色度変化と０度〜２０度までの色度変化が大きく変化している。このため、この照明装置を組み込んだ表示装置を少しでも傾けた場合、正面から視認した場合とは異なる色で視認されてしまう。また、図１０では色度変化の推移が負の角度と正の角度で異なる変化をしているため、さらに照明装置を組み込んだ表示装置を視認する角度によっては、異なる色で視認されることになる。

上述のような角度による色変化を改善するため、緑色変換体の拡散層に用いる透明ビーズを二種類の単分散粒子で構成する。図１２に二種類の単分散粒子である透明ビーズ５１で構成された拡散層５０を持つ緑色変換体の拡大断面図を示す。図１２の緑色変換体２の拡散層５０を構成する透明ビーズ５１は二種類の単分散粒子であり、拡散層５０に微細な凹凸形状を形成している。以下に図１２の構成が色変化の改善に有効な理由を説明する。緑色変換体に入射される光は、導光体から出射される青色光と赤色光である。そのうち青色光は、緑色蛍光体粒子６に照射されると緑色光を全方向に発光するが、その他の青色光や赤色光は、多少の散乱効果を受けながら、そのまま拡散層５０に入射する。このとき、緑色蛍光体６から発光した緑色光は全方位に放射されるが、導光体の方向に発光した緑色光はそのまま導光体の内部に再度入射され、青色光と同じ光線経路で再度緑色変換体に戻ってくる。一方、出射面側に発光した緑色光は広い範囲に対して照射される。そのため、拡散層５０に入射する光の入射角度が緑色光と他の色光では異なることなる。拡散層５０に入射した光は、透明ビーズ５１と透明樹脂５２の屈折率差および透明ビーズ５１が形成する微細凹凸の影響を受けて、光線方向が変化する。このとき、透明ビーズ５１と透明樹脂５２の屈折率差が０．１のように大きい場合、入射した光線は屈折による影響を受け光線方向を大きく変化させる。屈折率差が大きい場合、波長により屈折率が変化するため、各色光の光線方向に差異が生じてしまい、角度による色変化の原因となってしまう。そのため、透明ビーズ５１と透明樹脂５２の屈折率は近い値のものを使用するのが望ましく、屈折率差は０．０５以下のものを用いるとする。また透明ビーズ５１により形成される微細凹凸は、レンズによる集光効果に近い特性を持つ。そのため、拡散層５０に入射した緑色光とその他の色光が、微細凹凸形状を経て出射面側に出射する際に、レンズの集光効果により一方向にまとめることが可能となる。このとき、微細凹凸面の形状は、凹凸の落差が大きければ良い。ここで、凹凸形状を形成するために、透明ビーズ５１に粒径の分散が大きいものを使用すると、凹凸形状が形成されず集光効果が得られにくくなる。また、一種類の単分散粒子で形成した場合も、凹凸の落差が小さいため集光効果が得られにくくなる。そのため、凹凸形状を形成するには、透明ビーズ５１に粒径の分散が小さい単分散粒子を二種類以上使用することが望ましい。ただし、単分散粒子の種類を多く増やすと、粒径の分散が大きいものを使用することと同じ状態になるため、三種類以下にするのが適当である。

図１３は、拡散層５０に二種類の単分散粒子を使用した第二色変換体を用いた照明装置の色度の角度分布を示した図である。拡散ビーズ５１には屈折率ｎ＝約１．５，粒径約１５μｍと約５μｍのアクリル系単分散粒子を使用し、透明樹脂５２には屈折率ｎ＝約１．５のアクリル樹脂を使用した。図１３では、−２０度〜０度の色度変化と０度〜２０度までの色度変化が小さくなっており、図１０や図１１と比較してもほとんど色度変化がない状態になっている。

このようにして、発光ダイオードパッケージと第一色変換体を組み合わせ、更に第二色変換体からの出射光を拡散層の微細凹凸で制御することにより、色再現性が高くかつ角度による色度変化が少ない照明装置を実現することができた。

実施例１で挙げた図５の緑色変換体の構成において、緑色変換体に含まれる緑色蛍光体粒子６が硫化物系などの場合、水分との化学反応により発光特性の劣化を引き起こす場合がある。劣化の原因として、ガスバリア性透明基材２５のガスバリア層に微小な欠陥が存在している場合に、そこから微量の水分が浸入することが挙げられる。また、欠陥の原因としては、ガスバリア性透明基材２５の蒸着層の成膜時にムラが発生すること、または樹脂の印刷工程およびラミネート工程時に圧力などの外部要因により破損してしまうことが挙げられる。

そこで、本実施例では、発光特性の劣化を防ぐ方法として、透明樹脂２０に光硬化性樹脂を使用する。中でも硬化に有効な波長領域が３２０〜４００ｎｍである紫外線硬化樹脂を使用することが望ましい。紫外線硬化樹脂は透明性が高いアクリル樹脂系・エポキシ樹脂系が望ましい。透明樹脂２０に紫外線硬化樹脂を使用することにより、溶剤蒸発型の樹脂と比較して発光特性の劣化を抑えることが可能となる。

また、さらに、本実施例では、ガスバリア性透明基材２５と紫外線硬化樹脂を用いた透明樹脂２０との密着を高めるために、ガスバリア性透明基材２５と透明樹脂２０の間にプライマー層を設けることとした。プライマー層には、透明樹脂２０およびガスバリア性透明基材２５との接着性が良い材料を用いる。これにより、ガスバリア性透明基材２５と透明樹脂２０の間の空隙の発生を防ぐことができ、色変換体に含まれる緑色蛍光体が、空隙から浸入する水分と化学反応をおこして発光特性が劣化することを防止することができる。

以上のような構成にすることにより、環境による劣化を受けない高信頼性な照明装置を実現することができた。

図１４に、本実施例の照明装置に用いる緑色変換体を模式的に示す。図１４は、実施例１で示した図５と同様、緑色蛍光体粒子６が混合された透明樹脂２０が二枚のガスバリア性透明基材２５で被覆された緑色変換体であるが、フィルム端部に緑色蛍光体粒子６０が設けられている。図５で示した緑色変換体の構成では、二枚のガスバリア性透明基材２５を貼り合わせるために、フィルム端部には緑色蛍光体粒子６が混合された透明樹脂２０が配置されていない。緑色蛍光体粒子がフィルム端部には存在しないため、フィルム端部に入光する青色光は緑色光に変換されず、そのまま透過することになる。その場合、緑色変換体のフィルム端部以外では白色光が出射されるが、フィルム端部からは青色光と赤色光を合わせた紫色光しか出射されず、色ムラの原因となってしまう。

色ムラを解消するため、図１４のようにフィルム面内に設けられた緑色蛍光体粒子６とは別に、フィルム端部に第二緑色蛍光体粒子６０を設ける。この第二緑色蛍光体粒子６０はフィルム端部に設けられるため、照明装置全体の色度特性には大きく影響しない。そのため、第二緑色蛍光体粒子６０を配置する場所は、導光体からの光が入射する入射面側でも拡散層２２が存在する出光面側でもよい。さらに、第二緑色蛍光体粒子６０はガスバリア性透明基材２５に被覆された緑色蛍光体粒子６に用いるものと別の材料でもよい。このような構成により、フィルム端部から出射する光は、紫色光に緑色光が加えられて白色光となり、色ムラのない照明装置を実現することができる。

高い色再現性を要求する液晶表示装置に用いることが可能である。

１ 赤色変換体
２ 緑色変換体
３ 青色発光素子
４ 導光体
５ 赤色蛍光体粒子
６ 緑色蛍光体粒子
７ 透明ビーズ
８ 回路基板
１０ 青色ＬＥＤ素子
１１ 発光ダイオードパッケージ
１２ 導電性台座
１３ 電極端子
１４ 第二電極端子
１５ ワイヤー
１６ 樹脂
２０ 透明樹脂
２２ 拡散層
２１ 透明基材
２５ ガスバリア性透明基材
３２ 液晶表示パネル
４０ 照明装置
４１ 測定器
５０ 拡散層
５１ 透明ビーズ
５２ 透明樹脂

Claims (9)

1. 青色発光素子と、青色励起で赤色光に変換する赤色変換体と、青色励起で緑色光に変換する緑色変換体を備える照明装置であって、前記緑色変換体はフィルム形状であるとともに、前記緑色変換体の出光面側に微細凹凸が形成された拡散層を備え、前記赤色変換体が前記青色発光素子と前記緑色変換体の間の光路中に前記緑色変換体とは分離して設けられたことを特徴とする照明装置。
2. 前記拡散層が樹脂と透明ビーズを備え、前記微細凹凸が前記透明ビーズにより形成されるとともに、前記透明ビーズが２または３種類の異なる粒径を持った単分散粒子であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記拡散層が樹脂と透明ビーズを備え、前記樹脂と前記透明ビーズの屈折率の差が０．０５以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記緑色変換体が、緑色蛍光体がガスバリア性を有する二枚の透明フィルムの間に設けられた樹脂に分散されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記緑色変換体を構成する樹脂が光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記緑色変換体を構成する透明フィルムと前記ガスバリア性を有する透明フィルムの間にはプライマー層が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記緑色変換体において、前記二枚の透明フィルムのうち少なくとも一方の透明フィルムの端部に、第二の緑色蛍光体が分散された樹脂が設けられたことを特徴とする請求項４〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記青色発光素子で発光した光を導いて発光面から照射する導光体を備え、前記赤色変換体が前記青色発光素子からの青色光を励起光として赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記緑色変換体が前記青色発光素子からの青色光を励起光として緑色光を発光する緑色蛍光体を含有し、前記赤色変換体は前記青色発光素子と前記導光体の間に設けられ、前記緑色変換体が前記導光体の発光面側に設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の構成の照明装置と、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を備えることを特徴とする表示装置。

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