JP4469307B2

JP4469307B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4469307B2
Application number: JP2005159132A
Authority: JP
Inventors: 慎栗原
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: CN100559066C; CN1880839A; JP2006338901A

Description

本発明は、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる表示素子を照明する照明装置、及びこれを用いた表示装置に関する。詳しくは照明装置に用いる蛍光体フィルムに関する。

近年では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として、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用いられている。液晶表示素子は、それ自体は発光しない非自発光型の表示素子であるため照明装置を必要する。この照明装置には、高輝度白色ＬＥＤを照明装置用光源として多用されている。

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。これらの表示装置には照明装置として、白色ＬＥＤを光源としたフロントライトやバックライトが用いられている。この白色ＬＥＤは、青色の光を発光する青色ＬＥＤを黄色蛍光体が分散された樹脂覆った構成であり、蛍光体から発する緑色光または黄色光と元の青色光とを混色させて補色関係で白色光を得ている（例えば、特許文献１を参照）。そして液晶表示装置では、この白色ＬＥＤから発光した光を液晶パネル中に備えられたＲＧＢのカラーフィルターと、液晶素子のスイッチング機能により必要な色を選択し、表示している。
特開平１０−１０７３２５号公報

液晶表示装置の照明装置に用いられている従来の白色ＬＥＤの波長分布は、青色の光と黄色または緑色の光による混色の白色光であるため、４５０ｎｍと５８０ｎｍをピークにブロードに広がっている。それに対して、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルターが選択する波長のピークは青が４５０ｎｍ、緑が５３０ｎｍ、赤が６００ｎｍである。つまり、白色光源からの光のうち、４８０ｎｍ〜５１０ｎｍ、５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの光に関しては、カットされてしまい、カットされた波長の光はカラーフィルターにより吸収されていた。そこで、本発明は、カラーフィルターでカットされる成分の波長を有効に使い、OLE_LINK1輝度効率と非常に高い色再現性を実現する照明装置を提供することOLE_LINK1を目的とする。

本発明の照明装置は、透光性のフィルム基材上に結合剤に混合された蛍光体粒子を塗布した蛍光体層が形成された蛍光体フィルムを備える構成とした。この蛍光体粒子は、カラーフィルターにより吸収される波長を励起波長とし、蛍光体粒子の発光波長はカラーフィルターで透過される領域に属している。

本発明は、カラーフィルターにより吸収される光を、カラーフィルターを透過する光に変換する蛍光体フィルムを用いるため、輝度効率が高い照明装置が実現できる。また蛍光体を白色光源に含まれる量の少ない波長に変換するものを選択することにより、色再現性の非常に高い照明装置が実現できる。つまり、多用途での光源光の波長変換に用いることができ、色光源の低消費電力化、色再現の向上を促進できるという効果を有する。

本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を入射して出射面から出射する導光体と、蛍光体が分散された結合剤を含んだ蛍光体層が表面に設けられた透光性フィルムを有する蛍光体フィルムと、導光体の出射面側に設けられた光学素子を備えており、蛍光体は、光源から出射される光の波長領域のうち光学素子を通過しない領域の光を励起して、光学素子を通過する波長の光に変換する特性を有している。

蛍光体フィルムは、光源と導光体の間、導光体の出射面の上方、のいずれかに設けられている。また、蛍光体フィルムには、蛍光体層を覆うように非通水性材料層を形成してもよい。

また、本発明の表示装置は、光源と、光源から入射した光を出射面から出射する導光体と、蛍光体が分散された結合剤を含んだ蛍光体層が表面に設けられた透光性フィルムを有する蛍光体フィルムと、導光体の出射面側に設けられた表示素子を備え、蛍光体は、光源から出射される光の波長領域のうち表示素子に形成されたカラーフィルターでカットされる領域の光を励起して、カラーフィルターを通過する波長の光に変換する特性を備えることとした。

さらに、光源は可視光域にピークを２つ含む擬似白色光を発光し、カラーフィルターはＲ、Ｇ、Ｂで構成され、蛍光体は４８０〜４９０ｎｍの光を励起して６００ｎｍに変換するように構成されている。

あるいは、光源は可視光域にピークを２つ含む擬似白色光を発光し、蛍光体は一方のピークの波長域の光を励起して、２つのピーク以外の波長域の光に変換するように構成されている。

以下に蛍光体フィルム、照明装置及び表示装置に関して、図面を用いて具体的に説明する。

図１に本実施例の蛍光体フィルムの構成断面を模式的に示す。図示するように、蛍光体フィルム９は、蛍光体粒子４が結合剤２に混合されて透光性フィルム１の上に塗布されている。この結合剤２と蛍光体粒子４からなる層を蛍光体層と称す。蛍光体層の上には、蛍光体４を水分から保護するために非通水性材料層３が被覆されている。

蛍光体粒子４の材料は、用いる励起光波長と目的とする蛍光波長とによって適宜選択して用いる。例えば、一般的に液晶表示装置の照明装置に用いられている白色ＬＥＤを励起光とした場合は、図７に示すような２ピークの擬似白色光が用いられる。この場合、蛍光体粒子４としては、図８に示すような４８０〜４９０ｎｍの光（曲線１５）を６００ｎｍ（曲線１６）に変換する蛍光体を用いる。そして励起光である擬似白色光の強度を調整すれば、図９に示すように、励起光と波長変換された光との加法混色によって所望の色度を持った光が得られる。また発光する光を例えば白色ＬＥＤからの発光の割合が低い６２５ｎｍをピークとする蛍光体を選択した場合には、より長波長の光が含まれた波長分布とすることができ、色再現性が高い照明装置とすることができる。

蛍光体粒子４は、基体、付活体及び溶剤からなる。基体は亜鉛、カドミニウム、マグネシウム、シリコン、イットリウム等の希土類元素等の酸化物、硫化物、珪酸塩、バナジン酸等の無機蛍光体又はフルオレセイン、エオシン、油類（鉱物油）等の有機蛍光体から選択される。付活体は、銀、銅、マンガン、クロム、ユウロピウム、亜鉛、アルミニウム、鉛、リン、砒素、金から選択される。前記溶剤は塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸マグネシウム、塩化バリウムから選択される。透光性フィルム１は、２５〜５００μｍ程度の厚みを有する透光性高分子材料から形成されている。この透光性高分子材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル樹脂、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）などの通常の樹脂を用いることができる。結合剤２には、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤など透光性の接着剤を用いることができる。これらの接着剤は、熱硬化型接着剤でも紫外線硬化型接着剤でも自然硬化型接着剤でも良い。

図２に本実施例の照明装置の構成を模式的に示す。本実施例では、光源を導光板の横に配置した、いわゆるサイドライト型の照明装置である。図示するように、光源６と導光板７の間に蛍光体フィルム９が設置されている。光源６から発光した光は、蛍光フィルム９を通り所望の波長へと変換される。そして、変換された光は導光体７に導波され、反射板８とプリズムシート５によって照明装置の出射面から出射される。蛍光体フィルム９は、実施例１のように、蛍光体粒子が結合剤に混合されてなる蛍光体層が透光性フィルム上に設けられた構成である。蛍光体フィルムは照明装置の光源と出射面の間のどこかに設けられていればよい。蛍光体フィルムが導光板の上に設けられた構成を図３に示す。この場合には、光源６から発光した光は導光体７に導波され、反射板８によって導光板から上方に出射される。この光が蛍光フィルム９を通り所望の波長へと変換され、変換された光がプリズムシート５を通って照明光となる。

図４に本実施例による表示装置の構成を模式的に示す。本実施例では、実施例２のサイドライト型の照明装置を表示装置のバックライトとして用いた実施例である。ここでは、表示素子として液晶表示素子を用いている。図示するように、光源６と導光板７の間に蛍光体フィルム９が設置されている。光源６から発光した光は、蛍光フィルム９を通り所望の波長へと変換される。そして、変換された光は導光体７と反射板８とプリズムシート５によって液晶表示素子１０の方向に導波され、液晶表示素子１０の内部に設けられたカラーフィルターによりフィルタリングされて、表示色を発光する。

図６に液晶表示素子のカラーフィルターの透過率特性を示す。カラーフィルター中の青色カラーフィルターの透過光特性を曲線１１に、緑色カラーフィルターの透過特性を曲線１２に、赤色カラーフィルターの透過特性を曲線１３に示している。そして、曲線１１と曲線１２の重なる領域、および、曲線１２と曲線１３の重なる領域がカット領域１４となる。図７に白色ＬＥＤの波長特性を示す。ここで、図６と図７を見ると、光源となる白色ＬＥＤの波長の二次ピークは約５５０ｎｍであるが、これはカラーフィルターのカット波長域にあるため、非常にエネルギー効率が悪いことがわかる。

図８に本発明の蛍光フィルムの波長変換特性の一例を示す。曲線１５は蛍光フィルムの励起波長を示しており、４８０ｎｍにピークを有する。図６からもわかる通り、この波長は大部分がカラーフィルターによりカットされる領域に位置している。つまり、蛍光フィルムの励起波長となる光の多くは、カラーフィルターにより吸収されてしまう。一方、蛍光体フィルムにより発光される発光波長（曲線１６）は赤色カラーフィルターの透過波長の領域に位置する。つまり、赤色の表示を行う際に励起された波長の光はカラーフィルターに吸収されずに有効に使われることになる。

蛍光フィルムの蛍光体を選択する際、励起波長としては５８０ｎｍにピークを有しているものを選択しても良い。また発光波長のピークを、４８０ｎｍ〜５１０ｎｍ、５７０ｎｍ〜５９０ｎｍを避けていればよい。つまり、蛍光フィルムの蛍光体として、カラーフィルターにより吸収される領域を有するもの、そして励起波長のピークが吸収の大きい領域を避けたものとすれば良く、本発明により光源からの光を有効利用できるものとなる。

また、蛍光体の励起波長を６００ｎｍ以上にピークを有するものとした場合には、光源が有する波長の強度が低い領域を補うことができるようになり、色再現性が高くなる。

図５に、導光体７の上面に蛍光フィルム９を配置した構成の表示装置を示す。また、導光体７と反射板８の間に蛍光フィルム９を置いても同様の効果が得られる。つまり、光源６から発せられた光が、液晶表示素子１０に達するまでの光路のいずれかに蛍光フィルム９が設置されていれば、本発明の効果を得ることができる。そして導光体７の上面には拡散板や複数のプリズムシートをおく場合もあり、必要な輝度、視野角特性に応じて組み合わせを使い分けている。

また、光源６として白色ＬＥＤを用いた場合を説明してきたが、ＣＣＦＬ（蛍光管）を用いてもよい。まれに、光源６に青色ＬＥＤを使用し、黄色発光の蛍光体を塗布したフィルムを導光体７上に配置し、白色光を得る手法をとる場合があるが、このようなケースにおいても、本発明は有効である。その場合、本発明における蛍光フィルム９は白色化した後の光路上に配置する必要がある。

本発明による蛍光体フィルムの構成を模式的に示す断面図である。本発明による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。本発明による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。本発明による表示装置の構成を模式的に示す断面図である。本発明による照明装置の構成を示す模式的断面図である。カラー液晶パネルのカラーフィルターの波長−透過率を示す図表である。白色ＬＥＤの波長−強度の相関を示す図表である。本発明で用いる蛍光フィルムの波長変換特性図の一例を示す図表である。蛍光フィルムと白色ＬＥＤを組み合わせたときの波長−強度特性を示す図表である。

符号の説明

１透光性フィルム
２結合剤
３非通水性材料層
４蛍光体粒子
５プリズムシート
６光源
７導光板
８反射板
９蛍光体フィルム

Claims

Ｒ、Ｇ、Ｂで構成されたカラーフィルターを持つ表示素子と、
前記表示素子に光を照射する照明装置と、
蛍光体が分散された蛍光体層を透光性フィルムと非通水性フィルムで挟んだ蛍光体フィルムを備え、
前記蛍光体は、前記照明装置の発光波長領域のうち、４８０〜５１０ｎｍまたは５７０〜５９０ｎｍに発光波長のピークをもつ光を励起して、前記カラーフィルターを構成するＲ、Ｇ、Ｂのいずれかを透過する波長領域の光に変換することを特徴とする表示装置。
前記蛍光体は、４８０〜４９０ｎｍに発光波長のピークを持つ光を励起して６００ｎｍに変換することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記照明装置は、可視光域にピークを２つ含む擬似白色光を発光する光源を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。