照明装置
【課題】光を外部に取り出す効率を向上させ、薄型化することができる照明装置を提供する。
【解決手段】青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、基板１２と離間して配置され、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シート１４とを備える。
【解決手段】青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、基板１２と離間して配置され、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シート１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置に用いられる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背後から前面にわたり照射するバックライト光源が用いられる。近年では、液晶ディスプレイの大型化、薄型化、軽量化、長寿命化等に伴い、また、点滅制御による動画特性改善の観点から、基板上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を配設して面発光を行う発光装置が注目されている。このような発光装置では、白色光を取り出すために、主に次のような２つの手法が用いられている。
【０００３】
第１の手法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光をそれぞれ発するＬＥＤを配設して、これらを同時点灯することにより、３色の光を合成させて白色光を得るものである。そして、第２の手法は、例えば青色ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲し、青色光を白色光に色変換するというものである。この青色ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲した構造体は、“白色ＬＥＤ”と呼ばれている。
【０００４】
しかしながら、第１の手法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤが必要になるためコストが高い。また、上記第２の手法では、ＬＥＤの微小面積に対して蛍光体をポッティングするため、蛍光体含有をむらなく均一に形成するのが困難である。
【０００５】
このため近年、第２の手法に代わる第３の手法として、蛍光体含有樹脂をシート基材で挟み込んだものや、蛍光体含有樹脂をシート形状に加工した蛍光体含有シートを用いて、青色ＬＥＤにより色変換する手法が注目を集めいている（例えば、特許文献１、２参照。）。また、蛍光体含有樹脂を２枚のガラス板で挟み込むといった構造も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
このように青色ＬＥＤと蛍光体含有樹脂とが接触せずに配置された構造は“リモート蛍光体構造”と呼ばれる。また、この“リモート蛍光体構造”は、液晶ディスプレイ用バックライトとしてだけではなく、照明用光源として用いることも可能である。照明用光源の場合、蛍光体含有樹脂は、上記の通り平面のシート形状であるだけでなく、カップ型形状等の立体的な形状を持っていてもよい。
【０００７】
一般に、光源の最大かつ恒久的な課題は、発光効率の向上である。ＬＥＤを用いたバックライト光源や照明用光源の場合、（１）青色ＬＥＤ素子自体の効率（電子や正孔を光に変換する量子効率）を向上させること、（２）蛍光体の発光効率（ＬＥＤから発生した光の波長変換効率）を向上させること、（３）ＬＥＤや蛍光体から放出される光を光源内部のいずれかの部位において、できるだけ損失させずに外部に取り出す効率を向上させることが望ましい。
【０００８】
さて、ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲した“白色ＬＥＤ”の場合、ＬＥＤチップと蛍光体が互いに接触あるいは近接しているために、ＬＥＤ発光時に同時に放出される熱が蛍光体に伝わりやすく、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体温度が上昇すると、蛍光体波長変換効率は低下する。この現象は、“温度消光”と呼ばれる。図１７に、Ｙ３ＡｌＯ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）蛍光体における蛍光体温度消光の測定データを示す。
【０００９】
一方、上記特許文献１、２等に示す第３の手法を用いた“リモート蛍光体構造”の場合、ＬＥＤと蛍光体含有樹脂が接触せずに配置されているため、ＬＥＤ発光時に同時に放出される熱が蛍光体に伝わりにくく、蛍光体が温度上昇しにくい。このため、蛍光体波長変換効率の低下は、“白色ＬＥＤ”よりも小さい。これは、“リモート蛍光体構造”の利点一つである。先行技術である特許文献１、２は、この利点を適用することが可能なため、非常に望ましい技術といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２８３４３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１３４２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された所謂“リモート蛍光体構造”は、上述（３）における光を外部に取り出す効率が不十分であった。また、“リモート蛍光体構造”は、ＬＥＤと蛍光体含有構造体とが離間しているため、装置の薄型化が困難であった。
【００１２】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、光を外部に取り出す効率を向上させ、薄型化することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体と、前記発光構造体が二次元配置された基板と、前記基板と離間して配置され、前記青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートとを備える。
【００１４】
また、本発明に係る表示装置は、前述の照明装置が、画像表示パネルに配置されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、透明樹脂の凸型の表面形状により、透明樹脂の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。さらに、透明樹脂の凸型の表面形状による光放射分布のブロード化、及び粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートによる光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す概略断面図である。
【図２】発光構造体の構成例を示す概略断面図である。
【図３】蛍光体シートの構成例を示す図である。
【図４】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示すグラフである。
【図５】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝２．７８）の放射角度分布を示すグラフである。
【図６】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝１．４６）の放射角度分布を示すグラフである。
【図７】白色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示すグラフである。
【図８】実施例の照明装置の構成を示す概略断面図である。
【図９】参照例の照明装置の構成を示す概略断面図である
【図１０】比較例の照明装置の構成を示す概略断面図である
【図１１】ＬＥＤ投入電流−輝度特性を示すグラフである。
【図１２】参照例の照明装置において、基板と拡散板との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【図１３】比較例の照明装置において、基板と拡散板との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【図１４】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置した場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。
【図１５】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置しなかった場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。
【図１６】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置した場合及び蛍光体シートを配置しなかった場合におけるＬＥＤパターンの輝度むら（％）を示すグラフである。
【図１７】Ｙ３ＡｌＯ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）蛍光体における蛍光体温度消光の測定データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．照明装置の構成例
２．実施例
【００１８】
＜１．照明装置の構成例＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す概略断面図である。図１に示すように、照明装置は、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、基板１２と離間して配置され、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シート１４と、光学フィルム１５とを備える。
【００１９】
基板１２と蛍光体シート１４とは約１０〜５０ｍｍ程度離間して配置され、照明装置は、所謂“リモート蛍光体構造”を構成する。基板１２と蛍光体シート１４との間隙は、複数の支持柱や反射板によって保持され、基板１２と蛍光体シート１４とがなす空間を支持柱や反射板が四方で囲むように設けられている。
【００２０】
発光構造体１１は、青色発光素子として例えばＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを有する、所謂“ＬＥＤパッケージ”を構成する。
【００２１】
図２は、発光構造体１１の構成例を示す概略断面図である。この発光構造体１１は、基材１１１と、青色発光素子である青色ＬＥＤチップ１１２と、透明樹脂１１３とを備える。基材１１１の端部には、透明樹脂１１３が凸型の表面形状となるように側壁が設けられている。
【００２２】
透明樹脂１１１の凸型断面はレンズ形状であり、その曲面は、基材１１１上の青色ＬＥＤチップ１１２搭載面の幅の半値（基材１１１の中心から内壁までの距離）ａと、曲率半径ｒとの比ｒ／ａが４．０以下であることが好ましく、より好ましくは、１．７以下である。ｒ／ａが４．０以下であることにより、透明樹脂１１３の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。また、ブロードな光放射分布が得られるため、所謂“リモート蛍光体構造”を薄型化することができる。
【００２３】
また、基材１１１端部の内壁の高さｂは、青色ＬＥＤチップ１１２の厚み以上であり、透明樹脂１１３の高さｄは、内壁の高さｂより大きい。なお、基材１１１端部の側壁は形成されていなくても構わないが、その場合、透明樹脂形成方法として最も普及しているポッティング法を用いる場合は、ｒ／ａを１．７以下とすることが困難となり、金型を用いた透明樹脂成型を行う等の方法が必要となる。
【００２４】
照明装置を構成する基板１２は、フェノール、エポキシ、ポリイミド、ポリエステル、ビスマレイミドトリアジン、アリル化ポリフェニレンオキサイドなどの樹脂を利用したガラス布基材から構成される。基板１２上には、所定ピッチで等間隔に発光構造体１１が、蛍光体シート１４の全面に対応して二次元に配置される。また、必要に応じて、基板１２上の発光構造体１１の搭載面に反射処理を施してもよい。
【００２５】
拡散板１３は、発光構造体１１からの放射光を光源の形状が見えなくなる程度に広範囲に拡散するものである。拡散板１３としては、全光線透過率が２０％以上８０％以下のものが用いられる。
【００２６】
蛍光体シート１４は、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する。蛍光体の粉末は、平均粒径が数μｍ〜数十μｍのものを用いる。これにより蛍光体シート１４の光散乱効果を向上させることができる。
【００２７】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、蛍光体シート１４の構成例を示す図である。図３（Ａ）に示す蛍光体シート１４は、蛍光体を含有する蛍光体層１４１が、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる一対の透明基材１４２ａ，１４２ｂに挟持されている。また、これらは、その両面から封止フィルム１４３ａ、１４３ｂでラミネートされている。これにより蛍光体層１４１への水分の侵入をより防止することができる。
【００２８】
図３（Ａ）に示す単層型の発光体シート１４は、透明基材１４２ａ上に蛍光体層１４１を形成し、その上に別の透明基材１４２ｂを積層することにより製造することができる。そして、蛍光体シート１４を封止フィルム１４３ａ、１４３ｂで挟み、全体を熱圧着することにより、蛍光体シート１４を製造することができる。
【００２９】
また、図３（Ｂ）に示すように、透明セパレータ１４４を介して蛍光体毎に蛍光体層１４１ａ、１４１ｂを設ける構成としてもよい。これにより、複数の蛍光体を用いる場合、意図しない反応を抑制することができ、蛍光体シートの寿命を長くすることができる。
【００３０】
蛍光体層１４１は、粉末状の蛍光体を含有する樹脂組成物を成膜したものである。蛍光体としては、硫化物系蛍光体、酸化物系蛍光体又はそれらの混合系蛍光体が用いられる。
【００３１】
硫化物系蛍光体としては、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光ピークを有する硫化物系蛍光体、好ましくはＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕや、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光ピークを有する硫化物系蛍光体、好ましくはＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕを挙げることができる。なお、蛍光体材料の記載において、「：」の前は母体を示し、後は付活剤を示す。
【００３２】
酸化物系蛍光体としては、青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体、好ましくは（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ、（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ等を挙げることができる。
【００３３】
なお、硫化物系蛍光体及び酸化物蛍光体以外の蛍光体以外も、下記の樹脂組成物との組み合わせにおいては使用可能であり、例えば、（ＹＧｄ）２（ＡｌＧａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、サイアロン蛍光体等を挙げることができる。
【００３４】
図３（Ａ）に示す単層型の発光体シート１４において、蛍光体として上記の蛍光体の混合物を使用する場合、蛍光体シートを白色で発光させるために、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光を発する硫化物系蛍光体または青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体と、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光を発する硫化物系蛍光体との混合蛍光体を使用することが好ましい。特に好ましい組み合わせは、赤色蛍光を発するＣａＳ：Ｅｕ又は（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕと、緑色蛍光を発するＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕとの混合蛍光体である。
【００３５】
また、図３（Ｂ）に示す２層型の発光体シート１４において、蛍光体として上記の蛍光体を使用する場合、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光を発する硫化物系蛍光体または青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体を含有する蛍光体層と、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光を発する硫化物系蛍光体を含有する蛍光体層とを用いることが好ましい。特に好ましい組み合わせは、赤色蛍光を発するＣａＳ：Ｅｕ又は（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕを含有する蛍光体層と、緑色蛍光を発するＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕを含有する蛍光体層である。
【００３６】
蛍光体層を形成する樹脂組成物には、ポリオレフィン共重合体成分及び光硬化性（メタ）アクリル樹脂成分のいずれかから選択された樹脂成分を含むことが好ましい。
【００３７】
ポリオレフィン共重合体としては、スチレン系共重合体又はその水添物を挙げることができる。このようなスチレン系共重合体又はその水添物としては、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体又はその水添物、スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体又はその水添物を好ましく挙げることができる。これらの中でも透明性やガスバリア性の点から、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体の水添物を特に好ましく使用することができる。このようなポリオレフィン共重合体成分を含有させることにより、優れた耐光性と低い吸水性を得ることができる。
【００３８】
光硬化型アクリレート樹脂成分としては、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートなどを挙げることができ、これらの中でも、光硬化後の耐熱性の観点から、ウレタン（メタ）アクリレートを好ましく使用することができる。このような光硬化型（メタ）アクリレート樹脂成分を含有させることにより優れた耐光性と低い吸水性を得ることができる。
【００３９】
また、樹脂成分として、ポリオレフィン共重合体成分を用いる場合、無水マレイン酸成分を含有させることが好ましい。無水マレイン酸成分を含有させると、樹脂組成物中に侵入した水分を無水マレイン酸成分の遊離したカルボキシル基により捕捉させ、その結果、水分による蛍光体の変質を防止することが可能になる。また、ポリオレフィン共重合体成分と無水マレイン酸成分とを含有することにより、蛍光体シート１４の光拡散効果を向上させることができる。
【００４０】
この（ｃ）無水マレイン酸成分は、ポリオレフィン共重合体成分に別個の独立した成分として添加（外添）してもよく、ポリオレフィン共重合体成分にグラフト重合させるように添加（内添）してもよい。内添した場合、成膜用樹脂組成物は、無水マレイン酸変性ポリオレフィン共重合体を含有することになる。なお、内添に比べ、外添の方が、成膜用樹脂組成物の黄変をより抑制することができる点から、好ましい。
【００４１】
また、樹脂組成物には、必要に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で、他の光透過性樹脂、着色顔料、溶媒等を配合することができる。
【００４２】
照明装置を構成する光学フィルム１５は、例えば液晶表示装置の視認性を向上させるための反射型偏光フィルム、レンズフィルム、拡散フィルムなどで構成される。ここで、レンズフィルムは、一方の面に微小なレンズが配列形成された光学フィルムであり、拡散光の正面方向の指向性を高めて輝度を高めるためのものである。
【００４３】
このような構成の照明装置によれば、発光構造体１１の透明樹脂１１３の凸型の表面形状により、透明樹脂１１３の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。さらに、発光構造体１１による光放射分布のブロード化、及び蛍光体シート１４による光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化することができる。また、本実施の形態における照明装置を、例えば液晶表示装置の表示画面となる液晶パネルに配置することにより、液晶表示装置を薄型化することができる。
【００４４】
なお、本発明は、前述の実施の形態にのみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々更新を加え得ることは勿論である。例えば、前述の実施の形態では、照明装置を表示装置用のバックライト光源に適用した例を示したが、照明用光源に適用してもよい。照明用光源に適用する場合、光学フィルム１５は不要であり、また、蛍光体含有樹脂は、平面のシート形状であるだけでなく、カップ型形状等の立体的な形状を持っていてもよい。
【実施例】
【００４５】
＜２．実施例＞
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
＜ＬＥＤパッケージの凸型表面形状の評価＞
図２に示す発光構造体と同じ構造の青色ＬＥＤパッケージ及び白色ＬＥＤパッケージを用いて凸型表面形状を評価した。両パッケージとも基材１１１の中心から内壁までの距離ａは２．１５ｍｍ、内壁の高さｂは０．８５ｍｍであった。透明樹脂１１３としてメチルシリコーン樹脂を用い、白色ＬＥＤパッケージにはメチルシリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を含有させた。ＹＡＧ蛍光体の含有量は、各白色ＬＥＤパッケージの色度が概ね（ｘ，ｙ）＝（０．３３８，０．４００）となるように調整した。各ＬＥＤパッケージの凸型表面形状の評価は、積分球による全光束量測定器を用い、発光強度として全放射量（単位Ｗ）を測定した。
【００４７】
表１に青色ＬＥＤパッケージの樹脂形状に対する相対発光強度の測定結果を示す。また、表２に白色ＬＥＤパッケージの樹脂形状に対する相対発光強度の測定結果を示す。樹脂形状は、基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａで示した。相対発光強度は、ＬＥＤチップを透明樹脂で包含していない状態、すなわちＬＥＤチップ剥き出しの状態の強度に対する相対値として示した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
また、図４〜図７に、青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞、２．７８、１．４６）、及び白色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すｒ／ａが∞の青色ＬＥＤパッケージ及び図７（Ａ）、（Ｂ）に示すｒ／ａが∞の白色ＬＥＤパッケージは、垂直方向（０°）及び水平方向（９０°）共にほぼ同じ光度（cd：カンデラ）であり、放射角度分布もほぼ同様な広がりを示した。
【００５１】
また、図４（Ａ）、（Ｂ）〜図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが∞、２．７８、１．４６と小さくなるにつれて、水平方向（９０°）の光度が大きくなり、放射角度分布の広がりが大きくなった。
【００５２】
また、表1に示すように、青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが小さくなるほど（透明樹脂が凸になるほど）、相対発光強度が向上した。例えば、ｒ／ａが４．０以下の青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが∞のフラット（平坦）な青色ＬＥＤパッケージよりも相対発光強度が高かった。また、ｒ／ａが１．７以下の青色ＬＥＤパッケージは、相対発光強度が１．２以上であった。一方、表２に示すように、白色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが小さくなるほど（透明樹脂が凸になるほど）、相対発光強度が減少した。
【００５３】
このように、透明樹脂の表面形状を凸型にすることにより、ＬＥＤパッケージから放射される光の広がりが大きくし、相対発光強度を向上させる効果は、青色ＬＥＤパッケージ特有の現象といえる。青色ＬＥＤパッケージは、透明樹脂内の蛍光体の反射がないため、透明樹脂の表面形状を凸型にすることにより、光を外部に取り出す効率を向上させることができる。
【００５４】
＜ＬＥＤパッケージの構造による評価＞
図８〜図１０に示す実施例、参照例、及び比較例の照明装置をそれぞれ作製し、照明装置の明るさを評価した。なお、図１に示す照明装置と同様な構成には同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５５】
［実施例の照明装置の構成］
図８に示す実施例の照明装置は、図１と同様に、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有し、基板１２と離間して配置された蛍光体シート１４とを備える。
【００５６】
発光構造体１１として、ｒ／ａが１．４６の凸型の表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた。透明樹脂としてメチルシリコーン樹脂を用いた。この青色ＬＥＤパッケージを基板１２上に４０個（８×５）、３０ｍｍ×３０ｍｍのピッチで配置した。拡散板１３としては、１．５ｍｍ厚、Ａ４サイズ、全光線透過率が６５％のものを用いた。基板１２と拡散板１３との距離を１２ｍｍとし、拡散板１３上に蛍光体シートを配置した。
【００５７】
蛍光体シート１４は、次のように作成した。まず、トルエン１００質量部と、水添スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック（水添ＳＥＢＳ）共重合体（セプトン９５２７、クラレ（株））４０質量部と、無水マレイン酸０．５質量部とを均一に混合し、得られた混合物に、平均粒径６μｍのＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（硫化物蛍光体）２質量部を均一に分散させることにより、緑色蛍光体シート形成用樹脂組成物を調整した。
【００５８】
上記の平均粒径６μｍのＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（硫化物蛍光体）に代えて、平均粒径９μｍのＣａＳ：Ｅｕ（硫化物蛍光体）を使用する以外は、上記と同様の操作を行い、赤色蛍光体シート形成用樹脂組成物を調整した。
【００５９】
次に、２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（Ｔ１１、東レ（株））に、緑色蛍光体シート形成用樹脂組成物を乾燥厚さが２７μｍとなるように塗布し、及び乾燥処理（１００℃、５分）を行って、緑色蛍光体樹脂層を形成した。
【００６０】
次に、緑色蛍光体樹脂層上に、厚さ３８μｍの透明セパレータ（ポリエチレンテレフタレートフィルム、Ａ４３００、東洋紡（株））を積層し、該透明セパレータ上に、赤色蛍光体シート形成用樹脂組成物を乾燥厚さが２７μｍとなるように塗布し、及び乾燥処理（１００℃、５分）を行って、赤色蛍光体樹脂層を形成した。
【００６１】
次に、厚さ２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（Ｔ１１、東レ（株））を積層し、熱圧着（１００℃、０．２ＭＰａ）し、図３（ｂ）に相当する蛍光体シートを作成した。
【００６２】
［参照例の照明装置の構成］
図９に示す参照例の照明装置は、発光構造体１１として、ｒ／ａが∞のフラットな表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた以外、図８に示す実施例の照明装置の構成と同様とした。
【００６３】
［比較例の照明装置の構成］
図１０に示す比較例の照明装置は、発光構造体１１として、ｒ／ａが∞のフラットな表面形状の透明樹脂で包含された白色ＬＥＤパッケージを用い、蛍光体シート１４を配置しなかった以外、図８に示す実施例の照明装置の構成と同様とした。白色ＬＥＤパッケージには、メチルシリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を含有させた透明樹脂を用いた。
【００６４】
［装置構成による輝度評価］
図１１に、実施例、参照例、及び比較例のＬＥＤ投入電流−輝度特性を示す。投入電流Ｉｆが７５ｍＡのとき、実施例は比較例に対して輝度を２６％向上させることができた。また、投入電流Ｉｆが１５０ｍＡのとき、実施例は比較例に対して輝度を３３％向上させることができた。また、実施例は、フラットな表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた参照例に対しても輝度を向上させることができた。投入電流Ｉｆが７５ｍＡのときよりも１５０ｍＡのときの方が輝度向上の比率が大きい原因は、比較例の投入電流Ｉｆの増大に伴う白色ＬＥＤパッケージの発熱による発光体効率損失が、青色ＬＥＤパッケージと蛍光体シートとが離間して配置された実施例の“リモート蛍光体構造”よりも大きいからである。
【００６５】
＜照明装置の薄型化の評価＞
次に、図９に示す参照例の照明装置、及び図１０に示す比較例の照明装置を用い、基板１２と拡散板１３との距離に対する輝度むらについて評価した。ＬＥＤは、基板１２上に３２ｍｍ×３２ｍｍのピッチで配置した。
【００６６】
図１２及び図１３は、それぞれ参照例及び比較例の照明装置において、基板１２と拡散板１３との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【００６７】
図１２に示す基板１２と拡散板１３との距離が（Ｃ）２９ｍｍの場合、輝度むらは小さいが、図１３に示す基板１２と拡散板１３との距離が（Ｃ）２９ｍｍの場合、輝度むらが大きかった。すなわち、青色ＬＥＤパッケージと蛍光体シートとを用いた照明装置は、蛍光体を含有した白色ＬＥＤパッケージを用いた照明装置よりも、薄型化できることが分かった。
【００６８】
また、図１４及び図１５は、それぞれ参照例の照明装置の蛍光体シート１４を配置した場合、及び蛍光体シート１４を配置しなかった場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。また、図１６は、参照例の照明装置の蛍光体シート１４を配置した場合及び蛍光体シート１４を配置しなかった場合におけるＬＥＤパターンの輝度むら（％）を示すグラフである。なお、相対輝度は、輝度が一番明るい部分を１としたとき値である。また、ＬＥＤパターンの輝度むら（％）は、次式のように最大強度（Ｔｏｐ強度）と最低強度（Ｂｏｔｔｏｍ強度）から計算した。
輝度むら（％）＝（Ｔｏｐ強度−Ｂｏｔｔｏｍ強度）／平均強度
【００６９】
図１４〜図１６より、発光面の輝度むらと２％以下とする場合、蛍光体シート１４が配置されていない照明装置では、基板１２と拡散板１３との距離（光学厚）を３４ｍｍ以上に設定しなければならないが、蛍光体シート１４が配置されている照明装置では、基板１２と拡散板１３との距離（光学厚）を２４ｍｍに設定してもよく、本実施例における蛍光体シートの光散乱効果が大きいことが分かった。
【００７０】
以上の結果より、透明樹脂の凸型の表面形状により、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができることが分かった。また、透明樹脂の凸型の表面形状による光放射分布のブロード化、及び粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートによる光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化できることが分かった。
【符号の説明】
【００７１】
１１ 発光構造体、 １２ 基板、 １３ 拡散板、 １４ 蛍光体シート、 １５ 光学フィルム、 １１１ 基材、 １１２ ＬＥＤチップ、 １１３ 透明樹脂、 １４１ 蛍光体層、 １４２ 透明基材、 １４３ 封止フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置に用いられる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイでは、液晶パネルを背後から前面にわたり照射するバックライト光源が用いられる。近年では、液晶ディスプレイの大型化、薄型化、軽量化、長寿命化等に伴い、また、点滅制御による動画特性改善の観点から、基板上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を配設して面発光を行う発光装置が注目されている。このような発光装置では、白色光を取り出すために、主に次のような２つの手法が用いられている。
【０００３】
第１の手法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光をそれぞれ発するＬＥＤを配設して、これらを同時点灯することにより、３色の光を合成させて白色光を得るものである。そして、第２の手法は、例えば青色ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲し、青色光を白色光に色変換するというものである。この青色ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲した構造体は、“白色ＬＥＤ”と呼ばれている。
【０００４】
しかしながら、第１の手法は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤが必要になるためコストが高い。また、上記第２の手法では、ＬＥＤの微小面積に対して蛍光体をポッティングするため、蛍光体含有をむらなく均一に形成するのが困難である。
【０００５】
このため近年、第２の手法に代わる第３の手法として、蛍光体含有樹脂をシート基材で挟み込んだものや、蛍光体含有樹脂をシート形状に加工した蛍光体含有シートを用いて、青色ＬＥＤにより色変換する手法が注目を集めいている（例えば、特許文献１、２参照。）。また、蛍光体含有樹脂を２枚のガラス板で挟み込むといった構造も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
このように青色ＬＥＤと蛍光体含有樹脂とが接触せずに配置された構造は“リモート蛍光体構造”と呼ばれる。また、この“リモート蛍光体構造”は、液晶ディスプレイ用バックライトとしてだけではなく、照明用光源として用いることも可能である。照明用光源の場合、蛍光体含有樹脂は、上記の通り平面のシート形状であるだけでなく、カップ型形状等の立体的な形状を持っていてもよい。
【０００７】
一般に、光源の最大かつ恒久的な課題は、発光効率の向上である。ＬＥＤを用いたバックライト光源や照明用光源の場合、（１）青色ＬＥＤ素子自体の効率（電子や正孔を光に変換する量子効率）を向上させること、（２）蛍光体の発光効率（ＬＥＤから発生した光の波長変換効率）を向上させること、（３）ＬＥＤや蛍光体から放出される光を光源内部のいずれかの部位において、できるだけ損失させずに外部に取り出す効率を向上させることが望ましい。
【０００８】
さて、ＬＥＤを蛍光体含有樹脂により包囲した“白色ＬＥＤ”の場合、ＬＥＤチップと蛍光体が互いに接触あるいは近接しているために、ＬＥＤ発光時に同時に放出される熱が蛍光体に伝わりやすく、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体温度が上昇すると、蛍光体波長変換効率は低下する。この現象は、“温度消光”と呼ばれる。図１７に、Ｙ３ＡｌＯ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）蛍光体における蛍光体温度消光の測定データを示す。
【０００９】
一方、上記特許文献１、２等に示す第３の手法を用いた“リモート蛍光体構造”の場合、ＬＥＤと蛍光体含有樹脂が接触せずに配置されているため、ＬＥＤ発光時に同時に放出される熱が蛍光体に伝わりにくく、蛍光体が温度上昇しにくい。このため、蛍光体波長変換効率の低下は、“白色ＬＥＤ”よりも小さい。これは、“リモート蛍光体構造”の利点一つである。先行技術である特許文献１、２は、この利点を適用することが可能なため、非常に望ましい技術といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２８３４３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１３４２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された所謂“リモート蛍光体構造”は、上述（３）における光を外部に取り出す効率が不十分であった。また、“リモート蛍光体構造”は、ＬＥＤと蛍光体含有構造体とが離間しているため、装置の薄型化が困難であった。
【００１２】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、光を外部に取り出す効率を向上させ、薄型化することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体と、前記発光構造体が二次元配置された基板と、前記基板と離間して配置され、前記青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートとを備える。
【００１４】
また、本発明に係る表示装置は、前述の照明装置が、画像表示パネルに配置されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、透明樹脂の凸型の表面形状により、透明樹脂の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。さらに、透明樹脂の凸型の表面形状による光放射分布のブロード化、及び粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートによる光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す概略断面図である。
【図２】発光構造体の構成例を示す概略断面図である。
【図３】蛍光体シートの構成例を示す図である。
【図４】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示すグラフである。
【図５】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝２．７８）の放射角度分布を示すグラフである。
【図６】青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝１．４６）の放射角度分布を示すグラフである。
【図７】白色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示すグラフである。
【図８】実施例の照明装置の構成を示す概略断面図である。
【図９】参照例の照明装置の構成を示す概略断面図である
【図１０】比較例の照明装置の構成を示す概略断面図である
【図１１】ＬＥＤ投入電流−輝度特性を示すグラフである。
【図１２】参照例の照明装置において、基板と拡散板との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【図１３】比較例の照明装置において、基板と拡散板との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【図１４】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置した場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。
【図１５】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置しなかった場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。
【図１６】参照例の照明装置の蛍光体シートを配置した場合及び蛍光体シートを配置しなかった場合におけるＬＥＤパターンの輝度むら（％）を示すグラフである。
【図１７】Ｙ３ＡｌＯ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）蛍光体における蛍光体温度消光の測定データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．照明装置の構成例
２．実施例
【００１８】
＜１．照明装置の構成例＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置を示す概略断面図である。図１に示すように、照明装置は、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、基板１２と離間して配置され、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シート１４と、光学フィルム１５とを備える。
【００１９】
基板１２と蛍光体シート１４とは約１０〜５０ｍｍ程度離間して配置され、照明装置は、所謂“リモート蛍光体構造”を構成する。基板１２と蛍光体シート１４との間隙は、複数の支持柱や反射板によって保持され、基板１２と蛍光体シート１４とがなす空間を支持柱や反射板が四方で囲むように設けられている。
【００２０】
発光構造体１１は、青色発光素子として例えばＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップを有する、所謂“ＬＥＤパッケージ”を構成する。
【００２１】
図２は、発光構造体１１の構成例を示す概略断面図である。この発光構造体１１は、基材１１１と、青色発光素子である青色ＬＥＤチップ１１２と、透明樹脂１１３とを備える。基材１１１の端部には、透明樹脂１１３が凸型の表面形状となるように側壁が設けられている。
【００２２】
透明樹脂１１１の凸型断面はレンズ形状であり、その曲面は、基材１１１上の青色ＬＥＤチップ１１２搭載面の幅の半値（基材１１１の中心から内壁までの距離）ａと、曲率半径ｒとの比ｒ／ａが４．０以下であることが好ましく、より好ましくは、１．７以下である。ｒ／ａが４．０以下であることにより、透明樹脂１１３の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。また、ブロードな光放射分布が得られるため、所謂“リモート蛍光体構造”を薄型化することができる。
【００２３】
また、基材１１１端部の内壁の高さｂは、青色ＬＥＤチップ１１２の厚み以上であり、透明樹脂１１３の高さｄは、内壁の高さｂより大きい。なお、基材１１１端部の側壁は形成されていなくても構わないが、その場合、透明樹脂形成方法として最も普及しているポッティング法を用いる場合は、ｒ／ａを１．７以下とすることが困難となり、金型を用いた透明樹脂成型を行う等の方法が必要となる。
【００２４】
照明装置を構成する基板１２は、フェノール、エポキシ、ポリイミド、ポリエステル、ビスマレイミドトリアジン、アリル化ポリフェニレンオキサイドなどの樹脂を利用したガラス布基材から構成される。基板１２上には、所定ピッチで等間隔に発光構造体１１が、蛍光体シート１４の全面に対応して二次元に配置される。また、必要に応じて、基板１２上の発光構造体１１の搭載面に反射処理を施してもよい。
【００２５】
拡散板１３は、発光構造体１１からの放射光を光源の形状が見えなくなる程度に広範囲に拡散するものである。拡散板１３としては、全光線透過率が２０％以上８０％以下のものが用いられる。
【００２６】
蛍光体シート１４は、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する。蛍光体の粉末は、平均粒径が数μｍ〜数十μｍのものを用いる。これにより蛍光体シート１４の光散乱効果を向上させることができる。
【００２７】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、蛍光体シート１４の構成例を示す図である。図３（Ａ）に示す蛍光体シート１４は、蛍光体を含有する蛍光体層１４１が、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などからなる一対の透明基材１４２ａ，１４２ｂに挟持されている。また、これらは、その両面から封止フィルム１４３ａ、１４３ｂでラミネートされている。これにより蛍光体層１４１への水分の侵入をより防止することができる。
【００２８】
図３（Ａ）に示す単層型の発光体シート１４は、透明基材１４２ａ上に蛍光体層１４１を形成し、その上に別の透明基材１４２ｂを積層することにより製造することができる。そして、蛍光体シート１４を封止フィルム１４３ａ、１４３ｂで挟み、全体を熱圧着することにより、蛍光体シート１４を製造することができる。
【００２９】
また、図３（Ｂ）に示すように、透明セパレータ１４４を介して蛍光体毎に蛍光体層１４１ａ、１４１ｂを設ける構成としてもよい。これにより、複数の蛍光体を用いる場合、意図しない反応を抑制することができ、蛍光体シートの寿命を長くすることができる。
【００３０】
蛍光体層１４１は、粉末状の蛍光体を含有する樹脂組成物を成膜したものである。蛍光体としては、硫化物系蛍光体、酸化物系蛍光体又はそれらの混合系蛍光体が用いられる。
【００３１】
硫化物系蛍光体としては、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光ピークを有する硫化物系蛍光体、好ましくはＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕや、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光ピークを有する硫化物系蛍光体、好ましくはＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕを挙げることができる。なお、蛍光体材料の記載において、「：」の前は母体を示し、後は付活剤を示す。
【００３２】
酸化物系蛍光体としては、青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体、好ましくは（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ、（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ等を挙げることができる。
【００３３】
なお、硫化物系蛍光体及び酸化物蛍光体以外の蛍光体以外も、下記の樹脂組成物との組み合わせにおいては使用可能であり、例えば、（ＹＧｄ）２（ＡｌＧａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、サイアロン蛍光体等を挙げることができる。
【００３４】
図３（Ａ）に示す単層型の発光体シート１４において、蛍光体として上記の蛍光体の混合物を使用する場合、蛍光体シートを白色で発光させるために、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光を発する硫化物系蛍光体または青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体と、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光を発する硫化物系蛍光体との混合蛍光体を使用することが好ましい。特に好ましい組み合わせは、赤色蛍光を発するＣａＳ：Ｅｕ又は（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕと、緑色蛍光を発するＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕとの混合蛍光体である。
【００３５】
また、図３（Ｂ）に示す２層型の発光体シート１４において、蛍光体として上記の蛍光体を使用する場合、青色励起光の照射により波長６２０〜６６０ｎｍの赤色蛍光を発する硫化物系蛍光体または青色励起光の照射により波長５９０〜６２０ｎｍの赤色蛍光を発する酸化物系蛍光体を含有する蛍光体層と、青色励起光の照射により波長５３０〜５５０ｎｍの緑色蛍光を発する硫化物系蛍光体を含有する蛍光体層とを用いることが好ましい。特に好ましい組み合わせは、赤色蛍光を発するＣａＳ：Ｅｕ又は（ＢａＳｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕを含有する蛍光体層と、緑色蛍光を発するＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕを含有する蛍光体層である。
【００３６】
蛍光体層を形成する樹脂組成物には、ポリオレフィン共重合体成分及び光硬化性（メタ）アクリル樹脂成分のいずれかから選択された樹脂成分を含むことが好ましい。
【００３７】
ポリオレフィン共重合体としては、スチレン系共重合体又はその水添物を挙げることができる。このようなスチレン系共重合体又はその水添物としては、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体又はその水添物、スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体又はその水添物を好ましく挙げることができる。これらの中でも透明性やガスバリア性の点から、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体の水添物を特に好ましく使用することができる。このようなポリオレフィン共重合体成分を含有させることにより、優れた耐光性と低い吸水性を得ることができる。
【００３８】
光硬化型アクリレート樹脂成分としては、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートなどを挙げることができ、これらの中でも、光硬化後の耐熱性の観点から、ウレタン（メタ）アクリレートを好ましく使用することができる。このような光硬化型（メタ）アクリレート樹脂成分を含有させることにより優れた耐光性と低い吸水性を得ることができる。
【００３９】
また、樹脂成分として、ポリオレフィン共重合体成分を用いる場合、無水マレイン酸成分を含有させることが好ましい。無水マレイン酸成分を含有させると、樹脂組成物中に侵入した水分を無水マレイン酸成分の遊離したカルボキシル基により捕捉させ、その結果、水分による蛍光体の変質を防止することが可能になる。また、ポリオレフィン共重合体成分と無水マレイン酸成分とを含有することにより、蛍光体シート１４の光拡散効果を向上させることができる。
【００４０】
この（ｃ）無水マレイン酸成分は、ポリオレフィン共重合体成分に別個の独立した成分として添加（外添）してもよく、ポリオレフィン共重合体成分にグラフト重合させるように添加（内添）してもよい。内添した場合、成膜用樹脂組成物は、無水マレイン酸変性ポリオレフィン共重合体を含有することになる。なお、内添に比べ、外添の方が、成膜用樹脂組成物の黄変をより抑制することができる点から、好ましい。
【００４１】
また、樹脂組成物には、必要に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で、他の光透過性樹脂、着色顔料、溶媒等を配合することができる。
【００４２】
照明装置を構成する光学フィルム１５は、例えば液晶表示装置の視認性を向上させるための反射型偏光フィルム、レンズフィルム、拡散フィルムなどで構成される。ここで、レンズフィルムは、一方の面に微小なレンズが配列形成された光学フィルムであり、拡散光の正面方向の指向性を高めて輝度を高めるためのものである。
【００４３】
このような構成の照明装置によれば、発光構造体１１の透明樹脂１１３の凸型の表面形状により、透明樹脂１１３の全反射による青色光の光閉じ込めを緩和し、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができる。さらに、発光構造体１１による光放射分布のブロード化、及び蛍光体シート１４による光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化することができる。また、本実施の形態における照明装置を、例えば液晶表示装置の表示画面となる液晶パネルに配置することにより、液晶表示装置を薄型化することができる。
【００４４】
なお、本発明は、前述の実施の形態にのみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々更新を加え得ることは勿論である。例えば、前述の実施の形態では、照明装置を表示装置用のバックライト光源に適用した例を示したが、照明用光源に適用してもよい。照明用光源に適用する場合、光学フィルム１５は不要であり、また、蛍光体含有樹脂は、平面のシート形状であるだけでなく、カップ型形状等の立体的な形状を持っていてもよい。
【実施例】
【００４５】
＜２．実施例＞
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
＜ＬＥＤパッケージの凸型表面形状の評価＞
図２に示す発光構造体と同じ構造の青色ＬＥＤパッケージ及び白色ＬＥＤパッケージを用いて凸型表面形状を評価した。両パッケージとも基材１１１の中心から内壁までの距離ａは２．１５ｍｍ、内壁の高さｂは０．８５ｍｍであった。透明樹脂１１３としてメチルシリコーン樹脂を用い、白色ＬＥＤパッケージにはメチルシリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を含有させた。ＹＡＧ蛍光体の含有量は、各白色ＬＥＤパッケージの色度が概ね（ｘ，ｙ）＝（０．３３８，０．４００）となるように調整した。各ＬＥＤパッケージの凸型表面形状の評価は、積分球による全光束量測定器を用い、発光強度として全放射量（単位Ｗ）を測定した。
【００４７】
表１に青色ＬＥＤパッケージの樹脂形状に対する相対発光強度の測定結果を示す。また、表２に白色ＬＥＤパッケージの樹脂形状に対する相対発光強度の測定結果を示す。樹脂形状は、基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａで示した。相対発光強度は、ＬＥＤチップを透明樹脂で包含していない状態、すなわちＬＥＤチップ剥き出しの状態の強度に対する相対値として示した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【表２】
【００５０】
また、図４〜図７に、青色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞、２．７８、１．４６）、及び白色ＬＥＤパッケージ（ｒ／ａ＝∞）の放射角度分布を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すｒ／ａが∞の青色ＬＥＤパッケージ及び図７（Ａ）、（Ｂ）に示すｒ／ａが∞の白色ＬＥＤパッケージは、垂直方向（０°）及び水平方向（９０°）共にほぼ同じ光度（cd：カンデラ）であり、放射角度分布もほぼ同様な広がりを示した。
【００５１】
また、図４（Ａ）、（Ｂ）〜図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが∞、２．７８、１．４６と小さくなるにつれて、水平方向（９０°）の光度が大きくなり、放射角度分布の広がりが大きくなった。
【００５２】
また、表1に示すように、青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが小さくなるほど（透明樹脂が凸になるほど）、相対発光強度が向上した。例えば、ｒ／ａが４．０以下の青色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが∞のフラット（平坦）な青色ＬＥＤパッケージよりも相対発光強度が高かった。また、ｒ／ａが１．７以下の青色ＬＥＤパッケージは、相対発光強度が１．２以上であった。一方、表２に示すように、白色ＬＥＤパッケージは、ｒ／ａが小さくなるほど（透明樹脂が凸になるほど）、相対発光強度が減少した。
【００５３】
このように、透明樹脂の表面形状を凸型にすることにより、ＬＥＤパッケージから放射される光の広がりが大きくし、相対発光強度を向上させる効果は、青色ＬＥＤパッケージ特有の現象といえる。青色ＬＥＤパッケージは、透明樹脂内の蛍光体の反射がないため、透明樹脂の表面形状を凸型にすることにより、光を外部に取り出す効率を向上させることができる。
【００５４】
＜ＬＥＤパッケージの構造による評価＞
図８〜図１０に示す実施例、参照例、及び比較例の照明装置をそれぞれ作製し、照明装置の明るさを評価した。なお、図１に示す照明装置と同様な構成には同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５５】
［実施例の照明装置の構成］
図８に示す実施例の照明装置は、図１と同様に、青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体１１と、発光構造体１１が二次元配置された基板１２と、青色発光素子の青色光を拡散する拡散板１３と、青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有し、基板１２と離間して配置された蛍光体シート１４とを備える。
【００５６】
発光構造体１１として、ｒ／ａが１．４６の凸型の表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた。透明樹脂としてメチルシリコーン樹脂を用いた。この青色ＬＥＤパッケージを基板１２上に４０個（８×５）、３０ｍｍ×３０ｍｍのピッチで配置した。拡散板１３としては、１．５ｍｍ厚、Ａ４サイズ、全光線透過率が６５％のものを用いた。基板１２と拡散板１３との距離を１２ｍｍとし、拡散板１３上に蛍光体シートを配置した。
【００５７】
蛍光体シート１４は、次のように作成した。まず、トルエン１００質量部と、水添スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック（水添ＳＥＢＳ）共重合体（セプトン９５２７、クラレ（株））４０質量部と、無水マレイン酸０．５質量部とを均一に混合し、得られた混合物に、平均粒径６μｍのＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（硫化物蛍光体）２質量部を均一に分散させることにより、緑色蛍光体シート形成用樹脂組成物を調整した。
【００５８】
上記の平均粒径６μｍのＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（硫化物蛍光体）に代えて、平均粒径９μｍのＣａＳ：Ｅｕ（硫化物蛍光体）を使用する以外は、上記と同様の操作を行い、赤色蛍光体シート形成用樹脂組成物を調整した。
【００５９】
次に、２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（Ｔ１１、東レ（株））に、緑色蛍光体シート形成用樹脂組成物を乾燥厚さが２７μｍとなるように塗布し、及び乾燥処理（１００℃、５分）を行って、緑色蛍光体樹脂層を形成した。
【００６０】
次に、緑色蛍光体樹脂層上に、厚さ３８μｍの透明セパレータ（ポリエチレンテレフタレートフィルム、Ａ４３００、東洋紡（株））を積層し、該透明セパレータ上に、赤色蛍光体シート形成用樹脂組成物を乾燥厚さが２７μｍとなるように塗布し、及び乾燥処理（１００℃、５分）を行って、赤色蛍光体樹脂層を形成した。
【００６１】
次に、厚さ２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（Ｔ１１、東レ（株））を積層し、熱圧着（１００℃、０．２ＭＰａ）し、図３（ｂ）に相当する蛍光体シートを作成した。
【００６２】
［参照例の照明装置の構成］
図９に示す参照例の照明装置は、発光構造体１１として、ｒ／ａが∞のフラットな表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた以外、図８に示す実施例の照明装置の構成と同様とした。
【００６３】
［比較例の照明装置の構成］
図１０に示す比較例の照明装置は、発光構造体１１として、ｒ／ａが∞のフラットな表面形状の透明樹脂で包含された白色ＬＥＤパッケージを用い、蛍光体シート１４を配置しなかった以外、図８に示す実施例の照明装置の構成と同様とした。白色ＬＥＤパッケージには、メチルシリコーン樹脂にＹＡＧ蛍光体を含有させた透明樹脂を用いた。
【００６４】
［装置構成による輝度評価］
図１１に、実施例、参照例、及び比較例のＬＥＤ投入電流−輝度特性を示す。投入電流Ｉｆが７５ｍＡのとき、実施例は比較例に対して輝度を２６％向上させることができた。また、投入電流Ｉｆが１５０ｍＡのとき、実施例は比較例に対して輝度を３３％向上させることができた。また、実施例は、フラットな表面形状の透明樹脂で包含された青色ＬＥＤパッケージを用いた参照例に対しても輝度を向上させることができた。投入電流Ｉｆが７５ｍＡのときよりも１５０ｍＡのときの方が輝度向上の比率が大きい原因は、比較例の投入電流Ｉｆの増大に伴う白色ＬＥＤパッケージの発熱による発光体効率損失が、青色ＬＥＤパッケージと蛍光体シートとが離間して配置された実施例の“リモート蛍光体構造”よりも大きいからである。
【００６５】
＜照明装置の薄型化の評価＞
次に、図９に示す参照例の照明装置、及び図１０に示す比較例の照明装置を用い、基板１２と拡散板１３との距離に対する輝度むらについて評価した。ＬＥＤは、基板１２上に３２ｍｍ×３２ｍｍのピッチで配置した。
【００６６】
図１２及び図１３は、それぞれ参照例及び比較例の照明装置において、基板１２と拡散板１３との距離を（Ａ）３７ｍｍ、（Ｂ）３４ｍｍ、（Ｃ）２９ｍｍ、（Ｄ）２４ｍｍとしたときの画像である。
【００６７】
図１２に示す基板１２と拡散板１３との距離が（Ｃ）２９ｍｍの場合、輝度むらは小さいが、図１３に示す基板１２と拡散板１３との距離が（Ｃ）２９ｍｍの場合、輝度むらが大きかった。すなわち、青色ＬＥＤパッケージと蛍光体シートとを用いた照明装置は、蛍光体を含有した白色ＬＥＤパッケージを用いた照明装置よりも、薄型化できることが分かった。
【００６８】
また、図１４及び図１５は、それぞれ参照例の照明装置の蛍光体シート１４を配置した場合、及び蛍光体シート１４を配置しなかった場合における照明装置の発光面の相対輝度を示すグラフである。また、図１６は、参照例の照明装置の蛍光体シート１４を配置した場合及び蛍光体シート１４を配置しなかった場合におけるＬＥＤパターンの輝度むら（％）を示すグラフである。なお、相対輝度は、輝度が一番明るい部分を１としたとき値である。また、ＬＥＤパターンの輝度むら（％）は、次式のように最大強度（Ｔｏｐ強度）と最低強度（Ｂｏｔｔｏｍ強度）から計算した。
輝度むら（％）＝（Ｔｏｐ強度−Ｂｏｔｔｏｍ強度）／平均強度
【００６９】
図１４〜図１６より、発光面の輝度むらと２％以下とする場合、蛍光体シート１４が配置されていない照明装置では、基板１２と拡散板１３との距離（光学厚）を３４ｍｍ以上に設定しなければならないが、蛍光体シート１４が配置されている照明装置では、基板１２と拡散板１３との距離（光学厚）を２４ｍｍに設定してもよく、本実施例における蛍光体シートの光散乱効果が大きいことが分かった。
【００７０】
以上の結果より、透明樹脂の凸型の表面形状により、青色光を外部に取り出す効率を向上させることができることが分かった。また、透明樹脂の凸型の表面形状による光放射分布のブロード化、及び粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートによる光散乱効果により、基板と蛍光体シートとの離間距離を小さくすることができ、所謂“リモート蛍光体構造”の装置を薄型化できることが分かった。
【符号の説明】
【００７１】
１１ 発光構造体、 １２ 基板、 １３ 拡散板、 １４ 蛍光体シート、 １５ 光学フィルム、 １１１ 基材、 １１２ ＬＥＤチップ、 １１３ 透明樹脂、 １４１ 蛍光体層、 １４２ 透明基材、 １４３ 封止フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体と、
前記発光構造体が二次元配置された基板と、
前記基板と離間して配置され、前記青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートと
を備える照明装置。
【請求項２】
前記発光構造体は、前記青色発光素子が基材上に搭載されており、
前記基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａが、４．０以下である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光構造体は、前記青色発光素子が基材上に搭載されており、
前記基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａが、１．７以下である請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記蛍光体シートは、硫化物系蛍光体、酸化物系蛍光体又はそれらの混合系蛍光体からなる群から選択された少なくとも蛍光体の１種と、ポリオレフィン共重合体成分及び光硬化性（メタ）アクリル樹脂成分のいずれかから選択された樹脂成分を含む樹脂組成物が成膜された蛍光体層を有する請求項１乃至３に記載のいずれか１項記載の照明装置。
【請求項５】
前記樹脂成分として、ポリオレフィン共重合体成分を選択するとともに、更に無水マレイン酸成分とを含有した樹脂組成物が成膜された蛍光体層を有する請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記蛍光体シートは、前記蛍光体層が一対の透明基材に挟持され、両面から封止フィルムでラミネートされてなる請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記基板と前記蛍光体シートとの間に拡散板を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置が、画像表示パネルに配置された表示装置。
【請求項１】
青色発光素子が凸型の表面形状の透明樹脂で包含された発光構造体と、
前記発光構造体が二次元配置された基板と、
前記基板と離間して配置され、前記青色発光素子の青色光から白色光を得る粉末状の蛍光体を含有する蛍光体シートと
を備える照明装置。
【請求項２】
前記発光構造体は、前記青色発光素子が基材上に搭載されており、
前記基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａが、４．０以下である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光構造体は、前記青色発光素子が基材上に搭載されており、
前記基材上に接触する透明樹脂の幅の半値ａと曲率半径ｒとの比ｒ／ａが、１．７以下である請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記蛍光体シートは、硫化物系蛍光体、酸化物系蛍光体又はそれらの混合系蛍光体からなる群から選択された少なくとも蛍光体の１種と、ポリオレフィン共重合体成分及び光硬化性（メタ）アクリル樹脂成分のいずれかから選択された樹脂成分を含む樹脂組成物が成膜された蛍光体層を有する請求項１乃至３に記載のいずれか１項記載の照明装置。
【請求項５】
前記樹脂成分として、ポリオレフィン共重合体成分を選択するとともに、更に無水マレイン酸成分とを含有した樹脂組成物が成膜された蛍光体層を有する請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記蛍光体シートは、前記蛍光体層が一対の透明基材に挟持され、両面から封止フィルムでラミネートされてなる請求項４に記載の照明装置。
【請求項７】
前記基板と前記蛍光体シートとの間に拡散板を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置が、画像表示パネルに配置された表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１６６９２（Ｐ２０１３−１６６９２Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９２９１（Ｐ２０１１−１４９２９１）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００１０８４１０）デクセリアルズ株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００１０８４１０）デクセリアルズ株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]