面光源、表示装置及びその製造方法
【課題】半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた発光素子を配置した面光源及びその面光源を用いた表示装置において、色むらを低減する。
【解決手段】発光素子を色度に応じてグループ化し、目標色度に対して逆方向に同程度離れた２つの色度グループより発光素子を選び、色度グループの異なる発光素子を縦・横交互に配置して面光源を構成する。また色度グループの離れた２つの発光素子をペアとして、ペア間の距離ｄ１よりも隣接した距離ｄ２で配置する。また、この面光源を用いた表示装置とする。
【解決手段】発光素子を色度に応じてグループ化し、目標色度に対して逆方向に同程度離れた２つの色度グループより発光素子を選び、色度グループの異なる発光素子を縦・横交互に配置して面光源を構成する。また色度グループの離れた２つの発光素子をペアとして、ペア間の距離ｄ１よりも隣接した距離ｄ２で配置する。また、この面光源を用いた表示装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示用、照明用、ディスプレイ用などとして用いることのできる、ＬＥＤを用いた面光源、該面光源を用いた液晶表示装置等の表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ技術、特にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子である青色ＬＥＤ（発光ダイオード）技術の急速な進展に伴い、青色ＬＥＤと蛍光体（例えば黄色蛍光体）を組み合わせた白色ＬＥＤ（以下、「発光素子」とする）が実用化され、その発光効率（電気−光変換効率）は白熱電球を超えている。将来は蛍光灯を上回る発光効率を有する省エネルギー光源になるものと期待されている。
【０００３】
複数個の発光素子を基板上に実装することによって面光源とすることができ、照明光源あるいは液晶表示装置等の非発光型表示装置のバックライトとして用いることができる。特許文献１は、青色、緑色、赤色ＬＥＤを配置したバックライトを液晶表示パネルの背面に備えた液晶表示装置を開示している。このように３色のＬＥＤを用いる方法は、液晶表示装置の色再現性領域を広げる上で好ましい反面、液晶表示パネルにおいて３色を良好に混色するためバックライトと液晶表示パネルの距離を離す必要がある。これに対し、青色ＬＥＤと蛍光体からなる白色ＬＥＤ（発光素子）をバックライトに用いることにより、バックライトと液晶表示パネルの距離を近づけても良好な混色を実現できる。このような薄型表示装置は、壁掛型ディスプレイや携帯型ディスプレイとして適している。しかし、このようにバックライトと液晶表示パネルの距離を近づけると、発光素子自体の製造ばらつきの影響が現れるようになり、色度の面内分布が視認できるようになる。
【０００４】
特許文献２では、白色ＬＥＤを用いた照明器具において、目標とする白色の色度座標ｅに略一致するように、例えばｅよりも色度座標（ｘ、ｙ）のｘ及びｙがそれぞれ大きい白色ＬＥＤのグループｃと、ｅよりも色度座標（ｘ、ｙ）のｘ及びｙがそれぞれ小さい白色ＬＥＤのグループａとを組み合わせることにより、その混色がｅに近い色度となるＬＥＤ照明器具が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２２７３８９号公報
【特許文献２】特開２００７−８０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の課題は、発光素子を２次元的に配置する面光源において、色むら及び輝度むらを十分抑制することである。
【０００６】
第２の課題は、発光素子を２次元的に配置する面光源を液晶表示装置等のバックライトとして用いる場合、バックライトに接近して配置した表示パネルにおいて発光素子の色むら及び輝度むらを十分抑制することである。言い換えるとバックライトと表示パネルの距離を接近できる薄型の表示装置を実現することである。
【０００７】
第３の課題は、面内分布を低減した面光源を製造するのに適した、発光素子の組み合わせに関する製造方法を提供することである。
【０００８】
第４の課題は、面内分布を低減した面光源を用いた表示装置に適した表示方法を提供することである。
【０００９】
第５の課題は、面光源に用いる発光素子の利用率（歩留まり）を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる。
【００１１】
本発明の面光源は、前記発光素子の横方向の間隔が、前記発光素子の縦方向の間隔よりも短いことが好ましい。
【００１２】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子をペアとして、前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．５倍未満になるように配置してなる。
【００１３】
本発明の面光源は、前記ペア内の発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．３倍以下になるように配置してなることが好ましい。
【００１４】
本発明の面光源は、前記ペアが横方向に配置され、前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに接近するように配置されてなることが好ましい。
【００１５】
本発明の面光源は、前記ペアが縦方向及び横方向に配置され、前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに接近するように配置され、前記縦方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに対向するように配置されてなることが好ましい。
【００１６】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる領域を複数有する面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであり、前記発光素子は、前記合成光の色度によって３以上の色度グループのいずれかに属し、前記３以上の色度グループから選ばれた第１の色度グループに属する発光素子と、前記３以上の色度グループから選ばれた第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる第１の領域と、前記第１及び第２の色度グループに属さない前記発光素子を配置してなる第２の領域を備える。
【００１７】
本発明の面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことが好ましい。
【００１８】
本発明の面光源は、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記第１の領域を構成する発光素子が属する前記第１の色度グループと前記第２の色度グループの色度差よりも色度差が少なく、前記第２の領域を構成する発光素子が属する色度グループの色度差よりも色度差が大きい２つの色度グループに属する前記発光素子を複数配置してなる第３の領域を有することが好ましい。
【００１９】
本発明の面光源は、前記面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことが好ましい。
【００２０】
本発明の面光源において、前記蛍光体は、緑色に発光ピークを有する緑色蛍光体と赤色にピークを有する赤色蛍光体であることが好ましい。
【００２１】
本発明の面光源において、前記色度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色温度グループであることが好ましい。
【００２２】
本発明の表示装置は、上記のいずれかに記載の面光源と、複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備え、前記表示パネルが前記面光源によって照明される。
【００２３】
本発明の表示装置は、前記表示パネルが液晶表示パネルであることが好ましい。
【００２４】
本発明の表示装置は、前記液晶表示パネルを駆動する色度補正手段をさらに備え、前記表示装置の設定色度と前記面光源が発する光の色度のずれを、前記液晶表示パネルの駆動時に補正する色度補正手段を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の面光源の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の色度及び明るさを評価する工程と、前記発光素子のうち所定の明るさのものを選別し、複数の色度グループに分類する工程と、前記色度グループの２つから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する。
【００２６】
本発明の面光源の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、前記発光素子を赤色、緑色、青色の発光強度グループに分類する工程と、前記２つの発光強度グループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する。
【００２７】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、前記発光素子を赤色、緑色、青色の強度に応じたグループに分類する工程と、前記赤色、緑色、青色の強度に応じた２つのグループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する面光源の製造方法において用いられる赤色、緑色、青色のフィルタは、前記液晶表示装置に用いる各赤色、緑色、青色フィルタと略同一の特性を有する。
【００２８】
本発明を解決するための手段を用いる理由については、各実施の形態の説明において詳述する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の面光源によれば、面光源の色むら及び輝度むらを効果的に抑制できる。そのため、該面光源をバックライトとして用いた液晶表示装置等の表示装置は、バックライトと表示パネルの間隔を狭くしても色むら及び輝度むらが抑制され、薄型の表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態１〕
本実施の形態は、発光素子を所定の面状配置規則に従って配設することにより色度及び輝度のむらを抑制した面光源及びそれを用いた表示装置である。
【００３１】
（発光素子）
図１は本実施の形態で用いた発光素子１０の断面図である。発光素子１０は、反射面７を有する凹部を備える枠体４に１次光を発する半導体発光素子１がダイボンドされ、蛍光体２を予め分散させられた樹脂３により封止された構造を備える。このような発光素子１０では１次光が樹脂３を通過するにつれ、その一部が蛍光体２を励起し２次光に変換される。１次光と２次光とが混合された出射光は、ほぼ白色光となるように設計されている。
【００３２】
半導体発光素子１は導電性基板を有するＧａＮ系半導体発光素子であって、導電性基板の底面に底面電極、その逆の面に上部電極が形成されている。半導体発光素子１の出射光は青色光である４５７ｎｍにピーク波長を有する。
【００３３】
枠体４はナイロン系材料に一対のリードフレーム５がインサート成形されたものである。リードフレーム５の一端は枠体４の凹部の底面において露出させられるとともに互いに離間して配置されている。また、リードフレーム５の他端は所定の長さに切断されるとともに枠体４の外壁に沿って折曲され、外部端子をなしている。
【００３４】
枠体４の凹部の底面において、半導体発光素子１は一方のリードフレーム５の端部に導電性のロウ材によりダイボンドされるとともに、上部電極と他方のリードフレーム５の端部とがワイヤ６によりワイヤボンドされ、半導体発光素子１が所定の位置に固着されるとともにリードフレーム５と電気的に接続される。
【００３５】
出射光を効率良く取り出すため、反射膜７は銀又はアルミニウムを含む金属膜を備えることが好ましい。
【００３６】
緑色（発光ピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）の２次光を発する緑色蛍光体２ａとしてＥｕ賦活βサイアロン、赤色（発光ピーク波長が６００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）の２次光を発する赤色蛍光体２ｂとしてＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとを混合させたものを用いる。そのため、演色性の良い３波長タイプの発光素子を得ることができる。なお、蛍光体が発する２次光が黄色光（発光ピーク波長が５６０ｎｍ近傍）である黄色蛍光体、例えばＣｅ：ＹＡＧ、ＢＯＳＥ（Ｂａ、Ｓｒ、Ｏ、Ｅｕ）、Ｅｕ賦活αサイアロン等を用いることができ、その場合青色である１次光と２次光の合成光により、いわゆる擬似白色タイプの発光素子が得られる。なお、黄色蛍光体であっても黄色以外に緑色成分及び赤色成分を有している。
【００３７】
樹脂３は波長の短い１次光に対して耐久性の高いことが要求されるため、シリコーン樹脂が好適に用いられる。
【００３８】
樹脂３には、蛍光体２の沈降を抑制するために、シリカの微粉末などの沈降抑制材８を混合することができる。これにより樹脂３を硬化させるまでの時間がばらついても蛍光体２の沈降の影響が抑制される。蛍光体２a、２ｂは樹脂３に均一に分散された状態が維持されることが好ましく、沈降抑制材８を混合することにより、蛍光体２a、２ｂの偏りに起因する製造ばらつきや出射光の色むらを抑制することができる。
【００３９】
図２（ａ）は３波長タイプの発光素子のスペクトル分布を示す図であり、青色、緑色及び赤色にピークを有する分布となる。図２（ｂ）は擬似白色タイプの発光素子のスペクトル分布を示す図であり、青色及び黄色にピークを有する分布となる。
【００４０】
図３は一つのモールドロットに属する発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。このように、一つのモールドロット内において、色度分布は色度図上で１次元的な分布を示す。このような色度ばらつきの要因の一つとして考えられるのは、蛍光体２ａ、２ｂの濃度のばらつきである。蛍光体２ａ、２ｂの濃度が高いものは色度（ｘ、ｙ）が蛍光体２ａ、２ｂの有する色度に近づき、蛍光体２ａ、２ｂの濃度が低いものは色度（ｘ、ｙ）が半導体発光素子１の有する色度に近づく。なお、蛍光体の沈降のばらつきによっても、蛍光体の濃度依存性による色度ばらつきと類似の現象が生じ得るものであって、沈降抑制材８は沈降に起因する色度ばらつきの抑制効果がある。
【００４１】
なお、図３においては２種類の蛍光体２ａ、２ｂを用いているにもかかわらず、その色度分布が１次元的な分布を示している。これは、蛍光体の濃度が２種類の蛍光体で同様に変化しているためと推定される。
【００４２】
発光素子１０については、色度及び軸上光度（明るさ）を測定し、光度が一定範囲内に入るものを選ぶ。図４は発光素子の色度と光度の関係の例を示す図である。光度は図４に示すように、色度ｘが大であるほど光度が高い傾向がある。従って、許容光度範囲は色度ｘの全域にわたって一定とするよりも、図５に平行四辺形で示したように、色度ｘ（あるいは色温度）が高くなるのに応じて許容光度範囲を高い方へシフトさせるように設定することがより好ましい。この後で、各発光素子の色度を図３に示す“２”、“３”、“４”、“５”、“６”、“７”、“８”の７つの色度グループに分ける。
【００４３】
（面光源）
図５（ａ）は面光源６０の構造を示す上面図である。実装基板６１の表面に複数の発光素子１０Ａ、１０Ｂが配設されている。ただし発光素子１０Ａ及び発光素子１０Ｂをどのようなものにするかは、以下の面状配置規則の説明で詳述する。発光素子１０Ａと発光素子１０Ｂは、横方向に距離ｃ１で交互に配置されるとともに、縦方向にも距離ｃ０で交互に配置されている。実装基板６１上に、発光素子１０Ａ，１０Ｂの部分をくり抜いた反射シート６２が貼り付けられている。また、実装基板６１の四隅には、後述する拡散板７１及び液晶表示パネル７２を支持するためのポスト６３を備えている。
【００４４】
図５（ｂ）は面光源６０を用いた液晶表示装置７０の断面図である。面光源６０に対して距離ｔを介して拡散板７１が設置されるとともにその直上に液晶表示パネル７２が設置され、全体として液晶表示装置７０が構成されている。
【００４５】
なお、本実施の形態に用いる面光源は、液晶表示装置以外の受動型表示装置（自発光せずバックライトの光を変調する複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備えた表示装置）のバックライトとして用いることができる。
【００４６】
（面状配置規則）
本発明者らは、このように色度グループ分けされた発光素子を用い、面光源の色むらを低減するために以下の面状配置規則を考察し、色むらの面内分布について評価を行った。
【００４７】
図６（ａ）は、色度ｙ＋Δｙを有する発光素子Ａ及び色度ｙ−Δｙを有する発光素子Ｂの合成によって、点Ｐにおける色度がどのように表わされるかを示す説明図である（色度ｙを色度ｘあるいは色温度Ｔに置き換えても同じ）。ただし発光素子Ａと発光素子Ｂの全光束は同じとし、色度ｙ＋Δｙとｙ−Δｙにおける視感度の差を無視し、点Ｐにおける発光素子Ａ、発光素子Ｂの輝度に関する伝達関数をそれぞれｆＡ、ｆＢとした。図６（ａ）に示すように、点Ｐの色度むらは、Ｆ＝（ｆＡ−ｆＢ）／（ｆＡ＋ｆＢ）としてＦ・Δｙとなり、発光素子の色度むらがＦ倍に縮小した形になる。この原理は発光素子が複数でも同じである。以下、Ｆを「色度むらパラメータ」とする。
【００４８】
図６（ｂ）は、発光素子Ａの伝達関数fを０．５、隣接する４つの発光素子Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗの各伝達関数fを０．１２５として計算する方法を示したものである。図６（ｃ）は、発光素子Ａの伝達関数fを０．６、隣接する４つの発光素子Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗの各伝達関数fを０．１として計算する方法を示したものであって、図６（ａ）の場合よりも各発光素子と点Ｐを近づけた場合に相当する。
【００４９】
面状配置規則１の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）は、第１の色度グループ７（色度ｙ＋Δｙ）と第２の色度グループ３（色度ｙ−Δｙ）の発光素子１０Ａ、１０Ｂを縦・横それぞれについて交互・等間隔に配置した面光源の模式図である。
【００５０】
この色度グループ７に数値１、色度グループ３に数値−１を割り当て、図６（ｂ）に示す方法により計算した色度むらパラメータの面内分布（％表示）を図７（ｂ）に示す。このように、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータが０％となり、ほぼ色むらが生じていないことがわかる。同様にして、図６（ｃ）の方法により計算した結果を図７（ｃ）に示す。この場合、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータ２０％又は−２０％が得られ、元の発光素子の色度むら（（ｘ−Δｘ，ｙ−Δｙ）から（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ））の２０％の色度むら（（ｘ−０．２Δｘ，ｙ−０．２Δｙ）から（ｘ＋０．２Δｘ，ｙ＋０．２Δｙ））になっている。
【００５１】
面状配置規則２の例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）は、第１の色度グループ７（数値１）、第２の色度グループ３（数値−１）、第３の色度グループ６（数値０．５）、第４の色度グループ４（数値−０．５）の発光素子を図に示すように縦・横それぞれ等間隔に配置した面光源の模式図である。この場合の面内むらを、図６（ｂ）に示す方法で評価した結果を図８（ｂ）に示す。この場合、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータ６．２５％又は−６．２５％が得られる。また、図６（ｃ）に示す方法で評価した結果を図８（ｃ）に示す。この場合、各発光素子の上で色度むらパラメータの極大値２５％又は極小値−２５％が得られる。
【００５２】
ここで注意したいのは、面状配置規則２においては、面状配置規則１において用いた色度グループ３、７より色度ばらつきの少ない色度グループ４、６を混ぜて用いているにもかかわらず、結果として色度むらパラメータが面状配置規則１より若干劣る結果になっている点である。
【００５３】
以上の考察より、色度差を有する色度グループから選ばれた発光素子を縦・横方向に並べて色度むらを低減する場合においては、同程度に色度差を有する２つの色度グループから選ばれた発光素子から構成することが望ましいことが導かれた。このことより、いろいろな色度グループに属する発光素子を組み合わせて液晶表示装置に用いるバックライト装置（面光源）とする場合、図９に示すようなバックライト装置（面光源）とすることが好ましい。図９は、バックライト装置の上面図であって、その領域を縦９、横１６に分割し、各領域に複数個の発光素子（例えば１、４、９、１６又は２５個）を用いている。図９の各領域に記載された数値は、その中で用いている発光素子の色度グループを示している。８−２であれば色度差の大きい色度グループ８と２、５−５であれば色度差のない色度グループ５の発光素子で構成される領域である。特に液晶表示装置において注視される中心に近い領域（隅の領域を含まない）においては色度差のない色度グループ５−５といった組み合わせの第２の領域、周辺に近い領域（隅の領域を含む）においては色度差の大きい色度グループ８−２といった組み合わせの第１の領域とし、好ましくは中心に近い領域から周辺に近い領域に近づくにつれて８−２の組み合わせよりは色度差の小さい６−４、７−３といった組み合わせの第３の領域とすることにより、色度ばらつきのある発光素子を有効に用いつつ、色むらが知覚されにくい良好な面光源及びそれを用いた液晶表示装置が得られる。
【００５４】
図１０は、面状配置規則１によって、色度むら数値１の発光素子１０Ａと色度むら数値−１の発光素子１０Ｂを縦・横交互に配置した場合における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を示す。ただし、色度むらパラメータは、各発光素子の発光分布角度依存性をランバーシアン（発光強度の角度依存性が、法線方向に対する角度θに対してｃｏｓθとなる）と仮定し、ｃ０＝ｃ１＝０．７、ｔ＝０．８４（ｔ／ｃ０＝１．２）における値とし、発光素子が４行４列に１６個配置された場合における中央部分について求めた。
【００５５】
色度むらパラメータは、発光素子１０Ｂの直上で−７．８％、発光素子１０Ａの直上で７．８％に収まっており、大幅に色むらが低減していることが導かれる。
【００５６】
面状配置規則３における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図１１に示す。面状配置規則３においては発光素子の横方向間隔をｃ１＝０．５、縦方向間隔をｃ０＝１、ｔ＝０．８４とし、発光素子が４行８列に３２個配置された場合について求めた（図ではその一部を示している）。これにより、発光素子の面密度は面状配置規則１とほぼ同じになっている。
【００５７】
色度むらパラメータの最大最小範囲をまとめると以下のようになる。
【００５８】
面状配置規則１ ±７．８％ （図１０）
面状配置規則３ ±４．１％ （図１１）
このことより、面状配置規則３（ｃ１＜ｃ０の長方形状交互配置）とすることにより、同じ発光素子面密度の面状配置規則１（正方形状交互配置）に比べて色むらの低減が図れることが導かれた。
【００５９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、各色度グループに属する発光素子を面状配置規則１、２あるいは３に従って横方向に等間隔に配置した面光源としていたが、本実施の形態では色度グループの異なる発光素子をペア状に隣接して配置する面状配置規則４あるいは５により色度の面内むらを低減する。また、この面光源８０を用いた液晶表示装置９０を示す。
【００６０】
図１２（ａ）及び（ｂ）は表示装置の構造を示す上面図及び断面図である。表示装置９０は、面光源８０と、面光源８０から距離ｔの間隔で設置された拡散板９１と、拡散板上に配された液晶表示パネル９２を備え、面光源８０が液晶表示パネル９２を背面から照射する。実装基板８１の四隅には、後述する拡散板９１及び液晶表示パネル９２を支持するためのポスト８３を備えている。
【００６１】
（発光素子）
図１３（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態において用いた発光素子２０の構造を示す上面図及び断面図である。発光素子２０は、表面に電極パターンが形成された基板２１と、半導体発光素子１とを有し、半導体発光素子１は電極パターン上にダイボンドされるとともに、緑色蛍光体２ａ、赤色蛍光体２ｂが分散させられた樹脂２３により封止され、パッケージの外郭面が直方体となるように形成されている。
【００６２】
発光素子１０は、スペクトル分布の出射角度依存性を有している。この要因の一つに、パッケージの形状が考えられる。半導体発光素子１を封止する樹脂３において、蛍光体２の分散が均一である場合、１次光が樹脂３を走行する光路長が短いと１次光、長いと２次光の比率が高くなる。半導体発光素子１から図の斜め横方向に出射し樹脂３の表面から出射する１次光においては、光路長が長くなるため、１次光に対する２次光の割合が高くなる。そこで、本実施の形態においては、半導体発光素子１から出射する光を樹脂２３の側面から出射することにより、出射角に対する光路長の変化を低減し、スペクトル分布の出射角度依存性を低減した発光素子２０を用いた。
【００６３】
発光素子３０は、出射角度によるスペクトル分布の変動がさらに抑制された構造を有している。この上面図及び断面図を図１４（ａ）及び（ｂ）に示す。表面に電極パターンが形成された基板３１と、半導体発光素子１とを有し、半導体発光素子１は電極パターン上にダイボンドされるとともに、緑色蛍光体２ａ、赤色蛍光体２ｂが分散させられた樹脂３により封止され、パッケージの外郭面が角錐台となるように形成されている。樹脂３３の斜面３３ａの傾斜角は、例えば６０度にすることが好ましい。この形状によると、半導体発光素子１から斜めに出射した１次光の一部が斜面３３ａを通過することにより、出射角に対する光路長差が低減し、出射光の色むらを抑制することができる。なお、パッケージの形状はモールドや、ダイシングなどの方法により形成することができる。
【００６４】
図１５は、発光素子４０の構造を示す上面図及び断面図である。発光素子４０は、パッケージの外郭面がドーム状の形状である。この形状によると、半導体発光素子１を点光源と見做した場合、半導体発光素子１が均一な厚みを有する樹脂４３により被覆されることにより、樹脂４３を走行する１次光の光路長が一定となるため、出射光の色むらを抑制することができる。なお、パッケージの形状はモールドなどの方法により形成することができる。
【００６５】
本実施の形態においては、発光素子１０、２０、３０又は４０のいずれを用いても良い。なお、前述の発光素子１０、２０、３０及び４０において、半導体発光素子１を表面に一対の電極を有する半導体発光素子に置き換え、２本のワイヤボンドを行っても良い。また半導体発光素子は一対の電極を枠体４または基板２１、３１、４１側に向け、導電性のロウ材によりダイボンドするフリップチップ実装としても良い。
【００６６】
（隣接ペア配置の効果）
本実施の形態においては、色度グループの異なる発光素子２０Ａ及び２０Ｂを、距離ｄ２を離して隣接してペアとなるように配置し、その隣接した発光素子のペア間の距離が、横方向についてはｄ１、縦方向についてはｄ０となるように配置し、面光源を構成している（以下「隣接ペア配置」とする）。これによる色度分布平均化の効果を、以下のようにシミュレートした。
【００６７】
面状配置規則４における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図１６から図１９に示す。面状配置規則４は、発光素子２０Ａと２０Ｂのペアを隣接して横方向に並べると共に、縦方向については発光素子２０Ａと２０Ｂの配置を逆にしたペアを並べた配置である。シミュレーションは、発光素子２０Ａ、２０Ｂの発光強度の角度依存性をランバーシアンと仮定し、ｄ０＝ｄ１＝１とし、ｔ＝０．８４の距離における面内分布を、発光素子ペアが４行４列の場合について求めた（図ではその一部である２行目から４行目及び２列目から４列目を示している）。この場合、一辺が１の正方形内に平均して２個の発光素子が存在することになり、発光素子の面密度は図１０及び図１１のシミュレーションと同じになる。
【００６８】
発光素子２０Ａと２０Ｂの間隔ｄ２をパラメータとし、図１６はｄ２＝０．４ｄ１、図１７はｄ２＝０．３ｄ１、図１８はｄ２＝０．２ｄ１、図１９はｄ２＝０．１ｄ１とした。発光素子２０Ａが数値１、発光素子２０Ｂが数値−１として色度むらパラメータを求めた。
【００６９】
色度むらパラメータの最大最小範囲をまとめると以下のようになる。
参考 ｃ１＝０．５ｃ０ ±４．１％ （図１１）
ｄ２＝０．４ｄ１ ±３．７％ （図１６）
ｄ２＝０．３ｄ１ ±３．３％ （図１７）
ｄ２＝０．２ｄ１ ±２．３％ （図１８）
ｄ２＝０．１ｄ１ ±１．３％ （図１９）
以上より、ｄ２が０．４ｄ１以下の場合、発光素子２０Ａと２０Ｂを特に隣接配置しない面状配置規則３に比べて改善効果が認められ、ｄ２が０．３ｄ１以下の場合、分布が最大となる点が発光素子２０Ａ，２０Ｂの直上でないという効果が認められた。なお、ｄ２／ｄ１が小さいほど色むらに対する効果が高くなる反面、発光素子の面内実装密度を同じとし、距離ｔが同じ条件であれば、輝度（光強度）の分布自体はわずかに大きくなる傾向があるため、色むらと輝度むらを総合的に考慮して人間が最もむらを感じにくい値とするのがよい。ｄ２は、発光素子が重なり合わない程度、つまり発光素子の幅と同程度まで小さくすることができる。
【００７０】
なお、上記のシミュレーションにおいては、発光素子２０Ａと２０Ｂを図に示すように各行毎に逆に配置したが、発光素子２０Ａと２０Ｂの配置を各行について同じにしてもよい。特にｄ２／ｄ１が小さい場合には、このシミュレーションとあまり変わらない優れた効果が得られる。
【００７１】
面状配置規則５における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図２０に示す。ｄ２＝０．１ｄ１の計算に用いた４行の発光素子において、１行目と３行目をずらしてペア同士が二等辺三角形になるように配置している。なお、１行目・３行目におけるペアの並べ方は２行目・４行目と同じく図中左が２０Ｂ，右が２０Ａとした。
【００７２】
色度むらパラメータの最大最小範囲は以下のようになる。
【００７３】
ｄ２＝０．１ｄ１ ±１．３％ （図２０）
図１９に示す面状配置規則とほぼ同じ結果が得られた。なお、二等辺三角形でなく正三角形の頂点にペアを配置してもよい。
【００７４】
従って、このような面状配置規則を用いた面光源は、液晶表示装置９０のバックライトとして好適に用いられ、色むらの低減を図ることができる。
【００７５】
なお、実際の数値としては、距離ｔを０．５ｃｍ以上３ｃｍ以下、例えば１．８５ｃｍとし、それに従ってペア間距離ｄ１をｔの０．５倍から２倍程度とするのが好ましい。発光素子の発光分布特性をランバーシアンから変化させ横方向に多く出射する場合には、さらにｔを小さくすることができ、薄型表示装置として好適である。
【００７６】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、実施の形態２の液晶表示装置を用い（実施の形態１でもよい）、面光源の色度が目標とする液晶表示装置の白色色度と異なる場合にそれを補正する表示方法を用いている。
【００７７】
（液晶表示装置による色度のオフセット補正）
図２１は液晶表示装置の色度を調整を説明するための色度図である。図２１には目標色度Ｗと、液晶表示装置９０の２つのサンプルである液晶表示装置Ａ、Ｂの、それぞれを白色表示させたときの色度ＷＡ、ＷＢとがプロットされている。液晶表示装置Ａ、Ｂは、それぞれが備える面光源を構成する発光素子のモールドロットが異なるなどの理由により、使用する発光素子の色度分布が異なるため、色度ＷＡ、ＷＢは目標色度Ｗと一致していない。
【００７８】
しかしながら、液晶表示装置９０に色度補正手段９３ａを備えることにより、目標となる色度Ｗに合わせ込むことができる。例えば液晶表示装置Ａは緑色の透過率を低くするように下記オフセット補正を行い、ＷＡをＷに合わせ込むことができ、液晶表示装置Ｂは緑色の透過率を高くするように下記オフセット補正を行い、ＷＢをＷに合わせ込むことができる。このようにして、異なる液晶表示装置間の色度ばらつきを一定の範囲に合わせ込むことができる。
【００７９】
図２２は本実施の形態の液晶表示装置の動作ブロック図である。液晶表示パネル９２は液晶セル９２ａとフィルタ９２ｂを備え、面光源８０により背面から照射される構成を有する。液晶セル９２ａは駆動回路９３からの信号により光の透過率が制御可能に構成される。液晶セル９２ａは複数の電極を備え、電極に対応した位置の液晶セル９２ａとフィルタ９２ｂとにより画素が構成されており、所望の電極間に電界が与えられると、液晶セル９２ａは光の透過率を変化させるシャッタとして作用し、対応する画素を開・閉させる。液晶セル９２ａには色度補正手段９３ａを備えた駆動回路９３が接続されており、駆動回路９３からの信号により画像を形成するとともに、任意の色に対応する画素の時間平均透過率（開・閉時間比）を変化させることにより色度を補正することができる。
【００８０】
〔実施の形態４〕
本実施の形態においては、発光素子の母集団の色度分布が２次元的にばらついた場合における色度の異なる発光素子の組合せについて説明する。
【００８１】
図２３は発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。このように右上がりの線状分布を示す色度分布の群が２つに分かれて出現する原因の一つとして、例えば複数ロットの半導体発光素子１や蛍光体２ａ、２ｂを用いて発光素子が製造された場合が考えられる。
【００８２】
このような色度分布を示す母集団から複数の発光素子１０を取り出して色味を比較した場合、例えば図２３（ｂ）に示すＭ１とＭ２の色味を比較した場合、色温度が同じであっても色度図上の座標が異なるために、色味が異なって見える。従って、色度を互いに補完し合うように発光素子を組み合わせることが必要である。
【００８３】
以下に、発光素子の組み合わせ方法を説明する。色度分布の群１、群２をなすそれぞれの発光素子の母集団について、発光強度が一定の範囲内のものを選ぶ。選んだ発光素子について、色温度の低い方から高い方へソーティングし、黒体輻射の軌跡に沿った色温度６２００Ｋ、７２００Ｋを境界として、群１については順にＬ１、Ｍ１、Ｈ１、群２については順にＬ２、Ｍ２、Ｈ２に色温度グループ分けする。ただし色温度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色度グループである。
【００８４】
実施の形態１及び２で記載した面状配置規則１から５のいずれかを用いて、発光素子の組み合わせＬ１Ｈ２、Ｍ１Ｍ２、Ｈ１Ｌ２のいずれかを用いて面光源を構成する。これによって、面光源の色度はほぼ目標色度に入る。
【００８５】
なお、色度分布の群は２つに限定されるものではなく、３以上の群であっても上記の説明と同様の方法で色度分布を抑えた面光源の構成が可能である。また、色温度グループ分けは、３以外、例えば４、５、６、７などのグループ数であってもよい。
【００８６】
〔実施の形態５〕
今までの実施の形態においては、発光素子を、各発光素子の色度（ｘ、ｙ）に基づいて色度グループ分けを行った。しかし、発光素子を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合には、液晶表示パネルに搭載されたフィルタを介した光を観測者が見ることになる。その場合、全体としての色度が同じでもフィルタを介した光の色度が異なることが考えられる。本実施の形態においてはその点を考慮し、以下のように各発光素子の各色に関する発光強度グループ分け（色度グループの一種）を行う。
【００８７】
各発光素子から発した光をフィルタＲ，フィルタＧ、フィルタＢを介して測定し、強度を測定する。ただし、測定器の感度は、人間の視感度に合わせてある（Ｓｉフォトダイオードに視感度補正フィルタを装着している）。フィルタＲ，フィルタＧ、フィルタＢの特性は、それぞれ液晶表示パネルに搭載された赤、緑、青のカラーフィルタの特性と同じである。
【００８８】
フィルタＲを通った強度に基づいて、各発光素子をＲ３、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７及びランク外の発光強度グループに分ける。フィルタＧを介した測定データに基づいて、各発光素子をＧ３、Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７及びランク外の発光強度グループに分ける。フィルタＢを介した測定データに基づいて、各発光素子をＢ３、Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７及びランク外の発光強度グループに分ける。ただし、平均的な発光素子がＲ５Ｇ５Ｂ５の発光強度グループに属するものとする。この各色別発光強度グループを図２４に示す。これにより、ランク外でない発光素子は５の３乗＝１２５グループのいずれかの各色別発光強度グループに属することになる。
【００８９】
図２５は発光素子の組み合わせの説明図であって、図２５（ａ）はＲ７Ｇ７Ｂ３とＲ３Ｇ３Ｂ７とを組み合わせる例、図２５（ｂ）はＲ７Ｇ７Ｂ４とＲ３Ｇ３Ｂ６とを組み合わせる例である。蛍光体の濃度が高い場合には、ＲとＧの強度が連動して高くなり、Ｂの強度が低くなるという相関関係があるため、このような発光強度グループに属する発光素子は多数存在する。２つの発光素子の発光強度グループ数値（「Ｒ７」の７など）の平均が５になるように組み合わせる。
【００９０】
緑色蛍光体と赤色蛍光体のバランスが少し崩れた場合の組み合わせ例を図２５（ｃ）に示す。この場合にも、２つの発光素子の発光強度グループ数値の平均が５になるように組み合わせる。
【００９１】
以上の説明では発光強度グループ分けをするものとしたが、発光強度グループ分けをせずにＲ，Ｇ，Ｂの発光強度測定数値そのものを用い、目標値をはさんで逆のＲ，Ｇ，Ｂの数値に近い発光強度測定数値を有する発光素子を選んで組み合わせても良い。
【００９２】
このように組み合わせた２つの発光素子を本明細書中に記載したいずれかの面状配置規則によって配置することにより、色度の面内分布を抑えた発光素子を実現できる。
【００９３】
〔実施の形態６〕
本実施の形態は、照明用面光源の歩留まり向上に関する。
【００９４】
発光素子を複数並べ、ある色温度の面光源、例えば、６５００Ｋ±２００Ｋの面光源を作製する場合、色温度６５００Ｋ±２００Ｋの発光素子を用いる必要がある。しかし生産現場においては色温度６５００Ｋの発光素子を作製しようとしても、複数の発光素子間での色温度の生産ばらつきが存在する。そのため、発光素子の色温度６５００Ｋを中心とした生産ばらつきを色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収めることが求められる。特に、白色照明モジュール（照明用面光源）を作製する場合には数百個の発光素子を使用するため、発光素子の生産ばらつきの影響を受けやすい。
【００９５】
本発明者らが詳細に検討を行った結果、生産過程においては半導体発光素子の発光波長ばらつき、蛍光体の発光波長ばらつき、樹脂量のばらつき、蛍光体配合比のばらつき、作製時間のばらつきなどが存在するため、発光素子の生産ばらつきを色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収めることは非常に難しい。このような事情から、色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収まらない発光素子は色温度不良品となり、歩留良く面光源を作製することができないのが実情であった。また、面光源のねらいの色温度を狭くする、例えば、６５００Ｋ±ＸＫのＸを小さくすればするほど、歩留が悪くなってしまう。
【００９６】
＜実施例１＞
発光素子３０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる黄色蛍光体２として２（Ｓｒ0.93Ｂａ0.05Ｅｕ0.02）Ｏ・ＳｉＯ2を含むものを用いた。
【００９７】
図２６に面光源３００の上面模式図を示す。長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき面光源３００は面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図２６中３０３、３０４）の組み合わせで構成する。
【００９８】
面光源３００の目標色温度は６５００Ｋとし、許容色温度は６２００Ｋから７２００Ｋとする。面光源３００に用いられる発光素子３０２は蛍光体の分散量を、発光色の色温度が６５００Ｋとなるように調整したが、生産においては色温度ばらつきが発生した。そこで、このとき面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つの色温度グループ（黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色度グループ）に分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が６２００Ｋ以上７２００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が７２００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が６２００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【００９９】
具体的には、ペア３０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。図２７にそれぞれの発光スペクトルを示す。図２７中スペクトル１は色温度グループ３の発光素子のものであり、その色温度は５５２５Ｋであった。図２７中スペクトル２は色温度グループ２の発光素子のものであり、その色温度は８３８３Ｋであった。このペア３０３の発光素子２個のみを点灯しその発光スペクトルを測定したところ、図２７中スペクトル３となり、色温度は６４５２Ｋであった。ちょうど２個の発光素子を平均化したような発光スペクトル、色温度となっていることが分かる。
【０１００】
ペア３０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。図２８にそれぞれの発光スペクトルを示す。図２８中スペクトル４、５はそれぞれ発光素子２個の発光スペクトルであり、その色温度は６２５１Ｋ、６８８０Ｋであった。このペア３０４の発光素子２個のみを点灯しその発光スペクトルを測定したところ、図２８中スペクトル６となり、色温度は６５２４Ｋであった。
【０１０１】
このようにして作製された面光源３００全体を点灯させ測定した発光スペクトルを図２９に示す。色温度は６３９２Ｋであった。面光源の目標色温度からは若干ずれているが、許容色温度範囲内であった。
【０１０２】
このようにして、生産過程で色温度がずれてしまった発光素子であっても本発明の工夫された配置方法で面光源を作製することによって色温度が平均化され目標とする色温度の面光源を作製することができる。実施例１においては、５０００Ｋから９０００Ｋまでの発光素子を用いることができ、発光素子の使用歩留は９９％であった。
【０１０３】
＜比較例１＞
比較例１においては、実施例１における発光素子としてすべて色温度グループ１の発光素子を用い、発光素子を区別せずに単純にアレイ状に配置した。それ以外は実施例１と同じである。
【０１０４】
このようにして作製された実施例１の面光源３００全体を点灯させ測定した発光スペクトルを図３０に示す。色温度は６４１４Ｋであった。面光源の目標色温度からは若干ずれているが、許容色温度範囲内であった。比較例１においては、６２００Ｋから７２００Ｋまでの発光素子のみを用いたため、発光素子の使用歩留は８５％であった。
【０１０５】
＜実施例２＞
発光素子５０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして（Ｃａ０．９Ｍｇ０．１)３(Ｓｃ０．９０Ｃｅ０．１０)２(ＳｉＯ４)３、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例２の面光源５００を作製した。
【０１０６】
図３１に面光源５００の上面模式図を示す。線形形状のガラエポ基板５０１上に７５個×４行の発光素子５０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき面光源５００は面状配置規則１によって配置する発光素子５０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図３１中５０３、５０４）の組み合わせで構成する。
【０１０７】
面光源の目標色温度は５０００Ｋとし、許容色温度は４７００Ｋから５３００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子５０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が４７００Ｋ以上５３００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が５３００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が４７００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１０８】
具体的には、ペア５０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア５０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１０９】
＜比較例２＞
実施例２と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例２と同様に線形形状のガラエポ基板５０１上に７５個×４行の発光素子を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が５０００Ｋ、許容色温度は４７００Ｋから５３００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１１０】
＜実施例３＞
発光素子６０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして２（Ｂａ０．６５Ｓｒ０．３３Ｅｕ０．０２）Ｏ・ＳｉＯ２、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例３の面光源６００を作製した。
【０１１１】
図３２に面光源６００の上面模式図を示す。円形状のガラエポ基板６０１上に２８０個の発光素子６０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき上記面光源は面状配置規則１によって配置する発光素子６０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図３１中６０３、６０４）の組み合わせで構成する。
【０１１２】
面光源６００の目標色温度は２５００Ｋとし、許容色温度は２３００Ｋから２７００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子６０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が２３００Ｋ以上２７００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が２７００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が２３００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。
【０１１３】
２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１１４】
具体的には、ペア６０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア６０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１１５】
＜比較例３＞
実施例３と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例３と同様に円形状のガラエポ基板６０１上に２８０個の発光素子を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が２５００Ｋ、許容色温度は２３００Ｋから２７００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１１６】
＜実施例４＞
発光素子３０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして（Ｃａ０．９Ｍｇ０．１)３(Ｓｃ０．９０Ｃｅ０．１０)２(ＳｉＯ４)３、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例４の面光源を作製した。
【０１１７】
実施例１と同様の長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を面状配置規則１によって並べている（図２６参照）。また、このとき上記面光源は面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図２６中３０３、３０４）の組み合わせで構成する。
【０１１８】
面光源の目標色温度は３０００Ｋとし、許容色温度は２５００Ｋから３６００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が２８００Ｋ以上３２００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が３２００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が２８００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。
【０１１９】
２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１２０】
具体的には、ペア３０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア３０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１２１】
＜比較例４＞
実施例４と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例４と同様に長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が３０００Ｋ、許容色温度は２８００Ｋから３２００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１２２】
実施例１〜４、比較例１〜４の各面光源の特性を評価した。結果を表１に示す。
【０１２３】
【表１】
【０１２４】
なお、明るさは順電流（ＩＦ）２０ｍＡの条件にて点灯し、面光源からの白色光を光電流に変換することにより求めた。また、Ｔｃ、平均演色評価数（Ｒａ）については、順電流（ＩＦ）２０ｍＡの条件にて点灯し、面光源からの白色光を大塚電子製ＭＣＰＤ−２０００にて測定し、その値を求めた。
【０１２５】
表１から分かるように、各実施例の面光源は比較例に比べ、面光源の色温度ずれが生じることなしに、また光束、演色性の著しい低下を生じることなしに使用できる発光素子の色度範囲を大きくすることができるため、製品の歩留を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】実施の形態１に用いた発光素子の断面図である。
【図２】実施の形態１に用いた発光素子のスペクトル分布を示す図である。
【図３】実施の形態１に用いた発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。
【図４】発光素子の色度と光度の関係の例を示す図である。
【図５】実施の形態１に用いた面光源の構造を示す上面図及びそれを用いた液晶表示装置の断面図である。
【図６】発光素子Ａの上の点Ｐにおける色度むらパラメータを計算する方法を示す説明図である。
【図７】面状配置規則１を示す説明図である。
【図８】面状配置規則２を示す説明図である。
【図９】実施の形態１におけるバックライト装置の上面図である。
【図１０】面状配置規則１における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１１】面状配置規則３における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１２】実施の形態２に係る面光源の上面図及び表示装置の断面図である。
【図１３】実施の形態２に用いた発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１４】実施の形態２に用いることのできる発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１５】実施の形態２に用いることのできる発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１６】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．４）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１７】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．３）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１８】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．２）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１９】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．１）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図２０】面状配置規則５における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図２１】実施の形態３において、表示装置の色度を調整を説明するための色度図である。
【図２２】実施の形態３の表示装置の動作ブロック図である。
【図２３】実施の形態４における発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。
【図２４】実施の形態５における発光素子の色度グループ分けの説明図である。
【図２５】実施の形態５における発光素子の組み合わせの説明図である。
【図２６】実施例１及び実施例４の面光源の上面模式図である。
【図２７】実施例１のペア３０３から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図２８】実施例１のペア３０４から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図２９】実施例１の面光源から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図３０】比較例１の面光源から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図３１】実施例２の面光源の上面模式図である。
【図３２】実施例３の面光源の上面模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 半導体発光素子
２ 蛍光体
２ａ 緑色蛍光体
２ｂ 赤色蛍光体
３ 樹脂
４ 枠体
５ リードフレーム
６ ワイヤ
７ 反射膜
８ 沈降抑制材
１０，２０，３０，４０ 発光素子
３３ａ 斜面
２１，３１，４１ 基板
６０，８０ 面光源
６１、８１ 実装基板
６２、８２ 反射シート
６３，８３ ポスト
７０，９０ 液晶表示装置
７１，９１ 拡散板
７２，９２ 液晶表示パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示用、照明用、ディスプレイ用などとして用いることのできる、ＬＥＤを用いた面光源、該面光源を用いた液晶表示装置等の表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ技術、特にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子である青色ＬＥＤ（発光ダイオード）技術の急速な進展に伴い、青色ＬＥＤと蛍光体（例えば黄色蛍光体）を組み合わせた白色ＬＥＤ（以下、「発光素子」とする）が実用化され、その発光効率（電気−光変換効率）は白熱電球を超えている。将来は蛍光灯を上回る発光効率を有する省エネルギー光源になるものと期待されている。
【０００３】
複数個の発光素子を基板上に実装することによって面光源とすることができ、照明光源あるいは液晶表示装置等の非発光型表示装置のバックライトとして用いることができる。特許文献１は、青色、緑色、赤色ＬＥＤを配置したバックライトを液晶表示パネルの背面に備えた液晶表示装置を開示している。このように３色のＬＥＤを用いる方法は、液晶表示装置の色再現性領域を広げる上で好ましい反面、液晶表示パネルにおいて３色を良好に混色するためバックライトと液晶表示パネルの距離を離す必要がある。これに対し、青色ＬＥＤと蛍光体からなる白色ＬＥＤ（発光素子）をバックライトに用いることにより、バックライトと液晶表示パネルの距離を近づけても良好な混色を実現できる。このような薄型表示装置は、壁掛型ディスプレイや携帯型ディスプレイとして適している。しかし、このようにバックライトと液晶表示パネルの距離を近づけると、発光素子自体の製造ばらつきの影響が現れるようになり、色度の面内分布が視認できるようになる。
【０００４】
特許文献２では、白色ＬＥＤを用いた照明器具において、目標とする白色の色度座標ｅに略一致するように、例えばｅよりも色度座標（ｘ、ｙ）のｘ及びｙがそれぞれ大きい白色ＬＥＤのグループｃと、ｅよりも色度座標（ｘ、ｙ）のｘ及びｙがそれぞれ小さい白色ＬＥＤのグループａとを組み合わせることにより、その混色がｅに近い色度となるＬＥＤ照明器具が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２２７３８９号公報
【特許文献２】特開２００７−８０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の課題は、発光素子を２次元的に配置する面光源において、色むら及び輝度むらを十分抑制することである。
【０００６】
第２の課題は、発光素子を２次元的に配置する面光源を液晶表示装置等のバックライトとして用いる場合、バックライトに接近して配置した表示パネルにおいて発光素子の色むら及び輝度むらを十分抑制することである。言い換えるとバックライトと表示パネルの距離を接近できる薄型の表示装置を実現することである。
【０００７】
第３の課題は、面内分布を低減した面光源を製造するのに適した、発光素子の組み合わせに関する製造方法を提供することである。
【０００８】
第４の課題は、面内分布を低減した面光源を用いた表示装置に適した表示方法を提供することである。
【０００９】
第５の課題は、面光源に用いる発光素子の利用率（歩留まり）を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる。
【００１１】
本発明の面光源は、前記発光素子の横方向の間隔が、前記発光素子の縦方向の間隔よりも短いことが好ましい。
【００１２】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子をペアとして、前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．５倍未満になるように配置してなる。
【００１３】
本発明の面光源は、前記ペア内の発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．３倍以下になるように配置してなることが好ましい。
【００１４】
本発明の面光源は、前記ペアが横方向に配置され、前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに接近するように配置されてなることが好ましい。
【００１５】
本発明の面光源は、前記ペアが縦方向及び横方向に配置され、前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに接近するように配置され、前記縦方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する発光素子が、互いに対向するように配置されてなることが好ましい。
【００１６】
本発明の面光源は、複数の発光素子を配置してなる領域を複数有する面光源であって、前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであり、前記発光素子は、前記合成光の色度によって３以上の色度グループのいずれかに属し、前記３以上の色度グループから選ばれた第１の色度グループに属する発光素子と、前記３以上の色度グループから選ばれた第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる第１の領域と、前記第１及び第２の色度グループに属さない前記発光素子を配置してなる第２の領域を備える。
【００１７】
本発明の面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことが好ましい。
【００１８】
本発明の面光源は、前記第１の領域と前記第２の領域の間に、前記第１の領域を構成する発光素子が属する前記第１の色度グループと前記第２の色度グループの色度差よりも色度差が少なく、前記第２の領域を構成する発光素子が属する色度グループの色度差よりも色度差が大きい２つの色度グループに属する前記発光素子を複数配置してなる第３の領域を有することが好ましい。
【００１９】
本発明の面光源は、前記面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことが好ましい。
【００２０】
本発明の面光源において、前記蛍光体は、緑色に発光ピークを有する緑色蛍光体と赤色にピークを有する赤色蛍光体であることが好ましい。
【００２１】
本発明の面光源において、前記色度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色温度グループであることが好ましい。
【００２２】
本発明の表示装置は、上記のいずれかに記載の面光源と、複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備え、前記表示パネルが前記面光源によって照明される。
【００２３】
本発明の表示装置は、前記表示パネルが液晶表示パネルであることが好ましい。
【００２４】
本発明の表示装置は、前記液晶表示パネルを駆動する色度補正手段をさらに備え、前記表示装置の設定色度と前記面光源が発する光の色度のずれを、前記液晶表示パネルの駆動時に補正する色度補正手段を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の面光源の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の色度及び明るさを評価する工程と、前記発光素子のうち所定の明るさのものを選別し、複数の色度グループに分類する工程と、前記色度グループの２つから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する。
【００２６】
本発明の面光源の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、前記発光素子を赤色、緑色、青色の発光強度グループに分類する工程と、前記２つの発光強度グループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する。
【００２７】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、複数の発光素子を準備する工程と、前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、前記発光素子を赤色、緑色、青色の強度に応じたグループに分類する工程と、前記赤色、緑色、青色の強度に応じた２つのグループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有する面光源の製造方法において用いられる赤色、緑色、青色のフィルタは、前記液晶表示装置に用いる各赤色、緑色、青色フィルタと略同一の特性を有する。
【００２８】
本発明を解決するための手段を用いる理由については、各実施の形態の説明において詳述する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の面光源によれば、面光源の色むら及び輝度むらを効果的に抑制できる。そのため、該面光源をバックライトとして用いた液晶表示装置等の表示装置は、バックライトと表示パネルの間隔を狭くしても色むら及び輝度むらが抑制され、薄型の表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態１〕
本実施の形態は、発光素子を所定の面状配置規則に従って配設することにより色度及び輝度のむらを抑制した面光源及びそれを用いた表示装置である。
【００３１】
（発光素子）
図１は本実施の形態で用いた発光素子１０の断面図である。発光素子１０は、反射面７を有する凹部を備える枠体４に１次光を発する半導体発光素子１がダイボンドされ、蛍光体２を予め分散させられた樹脂３により封止された構造を備える。このような発光素子１０では１次光が樹脂３を通過するにつれ、その一部が蛍光体２を励起し２次光に変換される。１次光と２次光とが混合された出射光は、ほぼ白色光となるように設計されている。
【００３２】
半導体発光素子１は導電性基板を有するＧａＮ系半導体発光素子であって、導電性基板の底面に底面電極、その逆の面に上部電極が形成されている。半導体発光素子１の出射光は青色光である４５７ｎｍにピーク波長を有する。
【００３３】
枠体４はナイロン系材料に一対のリードフレーム５がインサート成形されたものである。リードフレーム５の一端は枠体４の凹部の底面において露出させられるとともに互いに離間して配置されている。また、リードフレーム５の他端は所定の長さに切断されるとともに枠体４の外壁に沿って折曲され、外部端子をなしている。
【００３４】
枠体４の凹部の底面において、半導体発光素子１は一方のリードフレーム５の端部に導電性のロウ材によりダイボンドされるとともに、上部電極と他方のリードフレーム５の端部とがワイヤ６によりワイヤボンドされ、半導体発光素子１が所定の位置に固着されるとともにリードフレーム５と電気的に接続される。
【００３５】
出射光を効率良く取り出すため、反射膜７は銀又はアルミニウムを含む金属膜を備えることが好ましい。
【００３６】
緑色（発光ピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）の２次光を発する緑色蛍光体２ａとしてＥｕ賦活βサイアロン、赤色（発光ピーク波長が６００ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）の２次光を発する赤色蛍光体２ｂとしてＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとを混合させたものを用いる。そのため、演色性の良い３波長タイプの発光素子を得ることができる。なお、蛍光体が発する２次光が黄色光（発光ピーク波長が５６０ｎｍ近傍）である黄色蛍光体、例えばＣｅ：ＹＡＧ、ＢＯＳＥ（Ｂａ、Ｓｒ、Ｏ、Ｅｕ）、Ｅｕ賦活αサイアロン等を用いることができ、その場合青色である１次光と２次光の合成光により、いわゆる擬似白色タイプの発光素子が得られる。なお、黄色蛍光体であっても黄色以外に緑色成分及び赤色成分を有している。
【００３７】
樹脂３は波長の短い１次光に対して耐久性の高いことが要求されるため、シリコーン樹脂が好適に用いられる。
【００３８】
樹脂３には、蛍光体２の沈降を抑制するために、シリカの微粉末などの沈降抑制材８を混合することができる。これにより樹脂３を硬化させるまでの時間がばらついても蛍光体２の沈降の影響が抑制される。蛍光体２a、２ｂは樹脂３に均一に分散された状態が維持されることが好ましく、沈降抑制材８を混合することにより、蛍光体２a、２ｂの偏りに起因する製造ばらつきや出射光の色むらを抑制することができる。
【００３９】
図２（ａ）は３波長タイプの発光素子のスペクトル分布を示す図であり、青色、緑色及び赤色にピークを有する分布となる。図２（ｂ）は擬似白色タイプの発光素子のスペクトル分布を示す図であり、青色及び黄色にピークを有する分布となる。
【００４０】
図３は一つのモールドロットに属する発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。このように、一つのモールドロット内において、色度分布は色度図上で１次元的な分布を示す。このような色度ばらつきの要因の一つとして考えられるのは、蛍光体２ａ、２ｂの濃度のばらつきである。蛍光体２ａ、２ｂの濃度が高いものは色度（ｘ、ｙ）が蛍光体２ａ、２ｂの有する色度に近づき、蛍光体２ａ、２ｂの濃度が低いものは色度（ｘ、ｙ）が半導体発光素子１の有する色度に近づく。なお、蛍光体の沈降のばらつきによっても、蛍光体の濃度依存性による色度ばらつきと類似の現象が生じ得るものであって、沈降抑制材８は沈降に起因する色度ばらつきの抑制効果がある。
【００４１】
なお、図３においては２種類の蛍光体２ａ、２ｂを用いているにもかかわらず、その色度分布が１次元的な分布を示している。これは、蛍光体の濃度が２種類の蛍光体で同様に変化しているためと推定される。
【００４２】
発光素子１０については、色度及び軸上光度（明るさ）を測定し、光度が一定範囲内に入るものを選ぶ。図４は発光素子の色度と光度の関係の例を示す図である。光度は図４に示すように、色度ｘが大であるほど光度が高い傾向がある。従って、許容光度範囲は色度ｘの全域にわたって一定とするよりも、図５に平行四辺形で示したように、色度ｘ（あるいは色温度）が高くなるのに応じて許容光度範囲を高い方へシフトさせるように設定することがより好ましい。この後で、各発光素子の色度を図３に示す“２”、“３”、“４”、“５”、“６”、“７”、“８”の７つの色度グループに分ける。
【００４３】
（面光源）
図５（ａ）は面光源６０の構造を示す上面図である。実装基板６１の表面に複数の発光素子１０Ａ、１０Ｂが配設されている。ただし発光素子１０Ａ及び発光素子１０Ｂをどのようなものにするかは、以下の面状配置規則の説明で詳述する。発光素子１０Ａと発光素子１０Ｂは、横方向に距離ｃ１で交互に配置されるとともに、縦方向にも距離ｃ０で交互に配置されている。実装基板６１上に、発光素子１０Ａ，１０Ｂの部分をくり抜いた反射シート６２が貼り付けられている。また、実装基板６１の四隅には、後述する拡散板７１及び液晶表示パネル７２を支持するためのポスト６３を備えている。
【００４４】
図５（ｂ）は面光源６０を用いた液晶表示装置７０の断面図である。面光源６０に対して距離ｔを介して拡散板７１が設置されるとともにその直上に液晶表示パネル７２が設置され、全体として液晶表示装置７０が構成されている。
【００４５】
なお、本実施の形態に用いる面光源は、液晶表示装置以外の受動型表示装置（自発光せずバックライトの光を変調する複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備えた表示装置）のバックライトとして用いることができる。
【００４６】
（面状配置規則）
本発明者らは、このように色度グループ分けされた発光素子を用い、面光源の色むらを低減するために以下の面状配置規則を考察し、色むらの面内分布について評価を行った。
【００４７】
図６（ａ）は、色度ｙ＋Δｙを有する発光素子Ａ及び色度ｙ−Δｙを有する発光素子Ｂの合成によって、点Ｐにおける色度がどのように表わされるかを示す説明図である（色度ｙを色度ｘあるいは色温度Ｔに置き換えても同じ）。ただし発光素子Ａと発光素子Ｂの全光束は同じとし、色度ｙ＋Δｙとｙ−Δｙにおける視感度の差を無視し、点Ｐにおける発光素子Ａ、発光素子Ｂの輝度に関する伝達関数をそれぞれｆＡ、ｆＢとした。図６（ａ）に示すように、点Ｐの色度むらは、Ｆ＝（ｆＡ−ｆＢ）／（ｆＡ＋ｆＢ）としてＦ・Δｙとなり、発光素子の色度むらがＦ倍に縮小した形になる。この原理は発光素子が複数でも同じである。以下、Ｆを「色度むらパラメータ」とする。
【００４８】
図６（ｂ）は、発光素子Ａの伝達関数fを０．５、隣接する４つの発光素子Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗの各伝達関数fを０．１２５として計算する方法を示したものである。図６（ｃ）は、発光素子Ａの伝達関数fを０．６、隣接する４つの発光素子Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗの各伝達関数fを０．１として計算する方法を示したものであって、図６（ａ）の場合よりも各発光素子と点Ｐを近づけた場合に相当する。
【００４９】
面状配置規則１の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）は、第１の色度グループ７（色度ｙ＋Δｙ）と第２の色度グループ３（色度ｙ−Δｙ）の発光素子１０Ａ、１０Ｂを縦・横それぞれについて交互・等間隔に配置した面光源の模式図である。
【００５０】
この色度グループ７に数値１、色度グループ３に数値−１を割り当て、図６（ｂ）に示す方法により計算した色度むらパラメータの面内分布（％表示）を図７（ｂ）に示す。このように、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータが０％となり、ほぼ色むらが生じていないことがわかる。同様にして、図６（ｃ）の方法により計算した結果を図７（ｃ）に示す。この場合、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータ２０％又は−２０％が得られ、元の発光素子の色度むら（（ｘ−Δｘ，ｙ−Δｙ）から（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ））の２０％の色度むら（（ｘ−０．２Δｘ，ｙ−０．２Δｙ）から（ｘ＋０．２Δｘ，ｙ＋０．２Δｙ））になっている。
【００５１】
面状配置規則２の例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）は、第１の色度グループ７（数値１）、第２の色度グループ３（数値−１）、第３の色度グループ６（数値０．５）、第４の色度グループ４（数値−０．５）の発光素子を図に示すように縦・横それぞれ等間隔に配置した面光源の模式図である。この場合の面内むらを、図６（ｂ）に示す方法で評価した結果を図８（ｂ）に示す。この場合、面光源の周辺部の発光素子を除く各発光素子の上で色度むらパラメータ６．２５％又は−６．２５％が得られる。また、図６（ｃ）に示す方法で評価した結果を図８（ｃ）に示す。この場合、各発光素子の上で色度むらパラメータの極大値２５％又は極小値−２５％が得られる。
【００５２】
ここで注意したいのは、面状配置規則２においては、面状配置規則１において用いた色度グループ３、７より色度ばらつきの少ない色度グループ４、６を混ぜて用いているにもかかわらず、結果として色度むらパラメータが面状配置規則１より若干劣る結果になっている点である。
【００５３】
以上の考察より、色度差を有する色度グループから選ばれた発光素子を縦・横方向に並べて色度むらを低減する場合においては、同程度に色度差を有する２つの色度グループから選ばれた発光素子から構成することが望ましいことが導かれた。このことより、いろいろな色度グループに属する発光素子を組み合わせて液晶表示装置に用いるバックライト装置（面光源）とする場合、図９に示すようなバックライト装置（面光源）とすることが好ましい。図９は、バックライト装置の上面図であって、その領域を縦９、横１６に分割し、各領域に複数個の発光素子（例えば１、４、９、１６又は２５個）を用いている。図９の各領域に記載された数値は、その中で用いている発光素子の色度グループを示している。８−２であれば色度差の大きい色度グループ８と２、５−５であれば色度差のない色度グループ５の発光素子で構成される領域である。特に液晶表示装置において注視される中心に近い領域（隅の領域を含まない）においては色度差のない色度グループ５−５といった組み合わせの第２の領域、周辺に近い領域（隅の領域を含む）においては色度差の大きい色度グループ８−２といった組み合わせの第１の領域とし、好ましくは中心に近い領域から周辺に近い領域に近づくにつれて８−２の組み合わせよりは色度差の小さい６−４、７−３といった組み合わせの第３の領域とすることにより、色度ばらつきのある発光素子を有効に用いつつ、色むらが知覚されにくい良好な面光源及びそれを用いた液晶表示装置が得られる。
【００５４】
図１０は、面状配置規則１によって、色度むら数値１の発光素子１０Ａと色度むら数値−１の発光素子１０Ｂを縦・横交互に配置した場合における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を示す。ただし、色度むらパラメータは、各発光素子の発光分布角度依存性をランバーシアン（発光強度の角度依存性が、法線方向に対する角度θに対してｃｏｓθとなる）と仮定し、ｃ０＝ｃ１＝０．７、ｔ＝０．８４（ｔ／ｃ０＝１．２）における値とし、発光素子が４行４列に１６個配置された場合における中央部分について求めた。
【００５５】
色度むらパラメータは、発光素子１０Ｂの直上で−７．８％、発光素子１０Ａの直上で７．８％に収まっており、大幅に色むらが低減していることが導かれる。
【００５６】
面状配置規則３における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図１１に示す。面状配置規則３においては発光素子の横方向間隔をｃ１＝０．５、縦方向間隔をｃ０＝１、ｔ＝０．８４とし、発光素子が４行８列に３２個配置された場合について求めた（図ではその一部を示している）。これにより、発光素子の面密度は面状配置規則１とほぼ同じになっている。
【００５７】
色度むらパラメータの最大最小範囲をまとめると以下のようになる。
【００５８】
面状配置規則１ ±７．８％ （図１０）
面状配置規則３ ±４．１％ （図１１）
このことより、面状配置規則３（ｃ１＜ｃ０の長方形状交互配置）とすることにより、同じ発光素子面密度の面状配置規則１（正方形状交互配置）に比べて色むらの低減が図れることが導かれた。
【００５９】
〔実施の形態２〕
実施の形態１では、各色度グループに属する発光素子を面状配置規則１、２あるいは３に従って横方向に等間隔に配置した面光源としていたが、本実施の形態では色度グループの異なる発光素子をペア状に隣接して配置する面状配置規則４あるいは５により色度の面内むらを低減する。また、この面光源８０を用いた液晶表示装置９０を示す。
【００６０】
図１２（ａ）及び（ｂ）は表示装置の構造を示す上面図及び断面図である。表示装置９０は、面光源８０と、面光源８０から距離ｔの間隔で設置された拡散板９１と、拡散板上に配された液晶表示パネル９２を備え、面光源８０が液晶表示パネル９２を背面から照射する。実装基板８１の四隅には、後述する拡散板９１及び液晶表示パネル９２を支持するためのポスト８３を備えている。
【００６１】
（発光素子）
図１３（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態において用いた発光素子２０の構造を示す上面図及び断面図である。発光素子２０は、表面に電極パターンが形成された基板２１と、半導体発光素子１とを有し、半導体発光素子１は電極パターン上にダイボンドされるとともに、緑色蛍光体２ａ、赤色蛍光体２ｂが分散させられた樹脂２３により封止され、パッケージの外郭面が直方体となるように形成されている。
【００６２】
発光素子１０は、スペクトル分布の出射角度依存性を有している。この要因の一つに、パッケージの形状が考えられる。半導体発光素子１を封止する樹脂３において、蛍光体２の分散が均一である場合、１次光が樹脂３を走行する光路長が短いと１次光、長いと２次光の比率が高くなる。半導体発光素子１から図の斜め横方向に出射し樹脂３の表面から出射する１次光においては、光路長が長くなるため、１次光に対する２次光の割合が高くなる。そこで、本実施の形態においては、半導体発光素子１から出射する光を樹脂２３の側面から出射することにより、出射角に対する光路長の変化を低減し、スペクトル分布の出射角度依存性を低減した発光素子２０を用いた。
【００６３】
発光素子３０は、出射角度によるスペクトル分布の変動がさらに抑制された構造を有している。この上面図及び断面図を図１４（ａ）及び（ｂ）に示す。表面に電極パターンが形成された基板３１と、半導体発光素子１とを有し、半導体発光素子１は電極パターン上にダイボンドされるとともに、緑色蛍光体２ａ、赤色蛍光体２ｂが分散させられた樹脂３により封止され、パッケージの外郭面が角錐台となるように形成されている。樹脂３３の斜面３３ａの傾斜角は、例えば６０度にすることが好ましい。この形状によると、半導体発光素子１から斜めに出射した１次光の一部が斜面３３ａを通過することにより、出射角に対する光路長差が低減し、出射光の色むらを抑制することができる。なお、パッケージの形状はモールドや、ダイシングなどの方法により形成することができる。
【００６４】
図１５は、発光素子４０の構造を示す上面図及び断面図である。発光素子４０は、パッケージの外郭面がドーム状の形状である。この形状によると、半導体発光素子１を点光源と見做した場合、半導体発光素子１が均一な厚みを有する樹脂４３により被覆されることにより、樹脂４３を走行する１次光の光路長が一定となるため、出射光の色むらを抑制することができる。なお、パッケージの形状はモールドなどの方法により形成することができる。
【００６５】
本実施の形態においては、発光素子１０、２０、３０又は４０のいずれを用いても良い。なお、前述の発光素子１０、２０、３０及び４０において、半導体発光素子１を表面に一対の電極を有する半導体発光素子に置き換え、２本のワイヤボンドを行っても良い。また半導体発光素子は一対の電極を枠体４または基板２１、３１、４１側に向け、導電性のロウ材によりダイボンドするフリップチップ実装としても良い。
【００６６】
（隣接ペア配置の効果）
本実施の形態においては、色度グループの異なる発光素子２０Ａ及び２０Ｂを、距離ｄ２を離して隣接してペアとなるように配置し、その隣接した発光素子のペア間の距離が、横方向についてはｄ１、縦方向についてはｄ０となるように配置し、面光源を構成している（以下「隣接ペア配置」とする）。これによる色度分布平均化の効果を、以下のようにシミュレートした。
【００６７】
面状配置規則４における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図１６から図１９に示す。面状配置規則４は、発光素子２０Ａと２０Ｂのペアを隣接して横方向に並べると共に、縦方向については発光素子２０Ａと２０Ｂの配置を逆にしたペアを並べた配置である。シミュレーションは、発光素子２０Ａ、２０Ｂの発光強度の角度依存性をランバーシアンと仮定し、ｄ０＝ｄ１＝１とし、ｔ＝０．８４の距離における面内分布を、発光素子ペアが４行４列の場合について求めた（図ではその一部である２行目から４行目及び２列目から４列目を示している）。この場合、一辺が１の正方形内に平均して２個の発光素子が存在することになり、発光素子の面密度は図１０及び図１１のシミュレーションと同じになる。
【００６８】
発光素子２０Ａと２０Ｂの間隔ｄ２をパラメータとし、図１６はｄ２＝０．４ｄ１、図１７はｄ２＝０．３ｄ１、図１８はｄ２＝０．２ｄ１、図１９はｄ２＝０．１ｄ１とした。発光素子２０Ａが数値１、発光素子２０Ｂが数値−１として色度むらパラメータを求めた。
【００６９】
色度むらパラメータの最大最小範囲をまとめると以下のようになる。
参考 ｃ１＝０．５ｃ０ ±４．１％ （図１１）
ｄ２＝０．４ｄ１ ±３．７％ （図１６）
ｄ２＝０．３ｄ１ ±３．３％ （図１７）
ｄ２＝０．２ｄ１ ±２．３％ （図１８）
ｄ２＝０．１ｄ１ ±１．３％ （図１９）
以上より、ｄ２が０．４ｄ１以下の場合、発光素子２０Ａと２０Ｂを特に隣接配置しない面状配置規則３に比べて改善効果が認められ、ｄ２が０．３ｄ１以下の場合、分布が最大となる点が発光素子２０Ａ，２０Ｂの直上でないという効果が認められた。なお、ｄ２／ｄ１が小さいほど色むらに対する効果が高くなる反面、発光素子の面内実装密度を同じとし、距離ｔが同じ条件であれば、輝度（光強度）の分布自体はわずかに大きくなる傾向があるため、色むらと輝度むらを総合的に考慮して人間が最もむらを感じにくい値とするのがよい。ｄ２は、発光素子が重なり合わない程度、つまり発光素子の幅と同程度まで小さくすることができる。
【００７０】
なお、上記のシミュレーションにおいては、発光素子２０Ａと２０Ｂを図に示すように各行毎に逆に配置したが、発光素子２０Ａと２０Ｂの配置を各行について同じにしてもよい。特にｄ２／ｄ１が小さい場合には、このシミュレーションとあまり変わらない優れた効果が得られる。
【００７１】
面状配置規則５における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果を図２０に示す。ｄ２＝０．１ｄ１の計算に用いた４行の発光素子において、１行目と３行目をずらしてペア同士が二等辺三角形になるように配置している。なお、１行目・３行目におけるペアの並べ方は２行目・４行目と同じく図中左が２０Ｂ，右が２０Ａとした。
【００７２】
色度むらパラメータの最大最小範囲は以下のようになる。
【００７３】
ｄ２＝０．１ｄ１ ±１．３％ （図２０）
図１９に示す面状配置規則とほぼ同じ結果が得られた。なお、二等辺三角形でなく正三角形の頂点にペアを配置してもよい。
【００７４】
従って、このような面状配置規則を用いた面光源は、液晶表示装置９０のバックライトとして好適に用いられ、色むらの低減を図ることができる。
【００７５】
なお、実際の数値としては、距離ｔを０．５ｃｍ以上３ｃｍ以下、例えば１．８５ｃｍとし、それに従ってペア間距離ｄ１をｔの０．５倍から２倍程度とするのが好ましい。発光素子の発光分布特性をランバーシアンから変化させ横方向に多く出射する場合には、さらにｔを小さくすることができ、薄型表示装置として好適である。
【００７６】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、実施の形態２の液晶表示装置を用い（実施の形態１でもよい）、面光源の色度が目標とする液晶表示装置の白色色度と異なる場合にそれを補正する表示方法を用いている。
【００７７】
（液晶表示装置による色度のオフセット補正）
図２１は液晶表示装置の色度を調整を説明するための色度図である。図２１には目標色度Ｗと、液晶表示装置９０の２つのサンプルである液晶表示装置Ａ、Ｂの、それぞれを白色表示させたときの色度ＷＡ、ＷＢとがプロットされている。液晶表示装置Ａ、Ｂは、それぞれが備える面光源を構成する発光素子のモールドロットが異なるなどの理由により、使用する発光素子の色度分布が異なるため、色度ＷＡ、ＷＢは目標色度Ｗと一致していない。
【００７８】
しかしながら、液晶表示装置９０に色度補正手段９３ａを備えることにより、目標となる色度Ｗに合わせ込むことができる。例えば液晶表示装置Ａは緑色の透過率を低くするように下記オフセット補正を行い、ＷＡをＷに合わせ込むことができ、液晶表示装置Ｂは緑色の透過率を高くするように下記オフセット補正を行い、ＷＢをＷに合わせ込むことができる。このようにして、異なる液晶表示装置間の色度ばらつきを一定の範囲に合わせ込むことができる。
【００７９】
図２２は本実施の形態の液晶表示装置の動作ブロック図である。液晶表示パネル９２は液晶セル９２ａとフィルタ９２ｂを備え、面光源８０により背面から照射される構成を有する。液晶セル９２ａは駆動回路９３からの信号により光の透過率が制御可能に構成される。液晶セル９２ａは複数の電極を備え、電極に対応した位置の液晶セル９２ａとフィルタ９２ｂとにより画素が構成されており、所望の電極間に電界が与えられると、液晶セル９２ａは光の透過率を変化させるシャッタとして作用し、対応する画素を開・閉させる。液晶セル９２ａには色度補正手段９３ａを備えた駆動回路９３が接続されており、駆動回路９３からの信号により画像を形成するとともに、任意の色に対応する画素の時間平均透過率（開・閉時間比）を変化させることにより色度を補正することができる。
【００８０】
〔実施の形態４〕
本実施の形態においては、発光素子の母集団の色度分布が２次元的にばらついた場合における色度の異なる発光素子の組合せについて説明する。
【００８１】
図２３は発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。このように右上がりの線状分布を示す色度分布の群が２つに分かれて出現する原因の一つとして、例えば複数ロットの半導体発光素子１や蛍光体２ａ、２ｂを用いて発光素子が製造された場合が考えられる。
【００８２】
このような色度分布を示す母集団から複数の発光素子１０を取り出して色味を比較した場合、例えば図２３（ｂ）に示すＭ１とＭ２の色味を比較した場合、色温度が同じであっても色度図上の座標が異なるために、色味が異なって見える。従って、色度を互いに補完し合うように発光素子を組み合わせることが必要である。
【００８３】
以下に、発光素子の組み合わせ方法を説明する。色度分布の群１、群２をなすそれぞれの発光素子の母集団について、発光強度が一定の範囲内のものを選ぶ。選んだ発光素子について、色温度の低い方から高い方へソーティングし、黒体輻射の軌跡に沿った色温度６２００Ｋ、７２００Ｋを境界として、群１については順にＬ１、Ｍ１、Ｈ１、群２については順にＬ２、Ｍ２、Ｈ２に色温度グループ分けする。ただし色温度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色度グループである。
【００８４】
実施の形態１及び２で記載した面状配置規則１から５のいずれかを用いて、発光素子の組み合わせＬ１Ｈ２、Ｍ１Ｍ２、Ｈ１Ｌ２のいずれかを用いて面光源を構成する。これによって、面光源の色度はほぼ目標色度に入る。
【００８５】
なお、色度分布の群は２つに限定されるものではなく、３以上の群であっても上記の説明と同様の方法で色度分布を抑えた面光源の構成が可能である。また、色温度グループ分けは、３以外、例えば４、５、６、７などのグループ数であってもよい。
【００８６】
〔実施の形態５〕
今までの実施の形態においては、発光素子を、各発光素子の色度（ｘ、ｙ）に基づいて色度グループ分けを行った。しかし、発光素子を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合には、液晶表示パネルに搭載されたフィルタを介した光を観測者が見ることになる。その場合、全体としての色度が同じでもフィルタを介した光の色度が異なることが考えられる。本実施の形態においてはその点を考慮し、以下のように各発光素子の各色に関する発光強度グループ分け（色度グループの一種）を行う。
【００８７】
各発光素子から発した光をフィルタＲ，フィルタＧ、フィルタＢを介して測定し、強度を測定する。ただし、測定器の感度は、人間の視感度に合わせてある（Ｓｉフォトダイオードに視感度補正フィルタを装着している）。フィルタＲ，フィルタＧ、フィルタＢの特性は、それぞれ液晶表示パネルに搭載された赤、緑、青のカラーフィルタの特性と同じである。
【００８８】
フィルタＲを通った強度に基づいて、各発光素子をＲ３、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７及びランク外の発光強度グループに分ける。フィルタＧを介した測定データに基づいて、各発光素子をＧ３、Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７及びランク外の発光強度グループに分ける。フィルタＢを介した測定データに基づいて、各発光素子をＢ３、Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７及びランク外の発光強度グループに分ける。ただし、平均的な発光素子がＲ５Ｇ５Ｂ５の発光強度グループに属するものとする。この各色別発光強度グループを図２４に示す。これにより、ランク外でない発光素子は５の３乗＝１２５グループのいずれかの各色別発光強度グループに属することになる。
【００８９】
図２５は発光素子の組み合わせの説明図であって、図２５（ａ）はＲ７Ｇ７Ｂ３とＲ３Ｇ３Ｂ７とを組み合わせる例、図２５（ｂ）はＲ７Ｇ７Ｂ４とＲ３Ｇ３Ｂ６とを組み合わせる例である。蛍光体の濃度が高い場合には、ＲとＧの強度が連動して高くなり、Ｂの強度が低くなるという相関関係があるため、このような発光強度グループに属する発光素子は多数存在する。２つの発光素子の発光強度グループ数値（「Ｒ７」の７など）の平均が５になるように組み合わせる。
【００９０】
緑色蛍光体と赤色蛍光体のバランスが少し崩れた場合の組み合わせ例を図２５（ｃ）に示す。この場合にも、２つの発光素子の発光強度グループ数値の平均が５になるように組み合わせる。
【００９１】
以上の説明では発光強度グループ分けをするものとしたが、発光強度グループ分けをせずにＲ，Ｇ，Ｂの発光強度測定数値そのものを用い、目標値をはさんで逆のＲ，Ｇ，Ｂの数値に近い発光強度測定数値を有する発光素子を選んで組み合わせても良い。
【００９２】
このように組み合わせた２つの発光素子を本明細書中に記載したいずれかの面状配置規則によって配置することにより、色度の面内分布を抑えた発光素子を実現できる。
【００９３】
〔実施の形態６〕
本実施の形態は、照明用面光源の歩留まり向上に関する。
【００９４】
発光素子を複数並べ、ある色温度の面光源、例えば、６５００Ｋ±２００Ｋの面光源を作製する場合、色温度６５００Ｋ±２００Ｋの発光素子を用いる必要がある。しかし生産現場においては色温度６５００Ｋの発光素子を作製しようとしても、複数の発光素子間での色温度の生産ばらつきが存在する。そのため、発光素子の色温度６５００Ｋを中心とした生産ばらつきを色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収めることが求められる。特に、白色照明モジュール（照明用面光源）を作製する場合には数百個の発光素子を使用するため、発光素子の生産ばらつきの影響を受けやすい。
【００９５】
本発明者らが詳細に検討を行った結果、生産過程においては半導体発光素子の発光波長ばらつき、蛍光体の発光波長ばらつき、樹脂量のばらつき、蛍光体配合比のばらつき、作製時間のばらつきなどが存在するため、発光素子の生産ばらつきを色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収めることは非常に難しい。このような事情から、色温度６５００Ｋ±２００Ｋの範囲に収まらない発光素子は色温度不良品となり、歩留良く面光源を作製することができないのが実情であった。また、面光源のねらいの色温度を狭くする、例えば、６５００Ｋ±ＸＫのＸを小さくすればするほど、歩留が悪くなってしまう。
【００９６】
＜実施例１＞
発光素子３０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる黄色蛍光体２として２（Ｓｒ0.93Ｂａ0.05Ｅｕ0.02）Ｏ・ＳｉＯ2を含むものを用いた。
【００９７】
図２６に面光源３００の上面模式図を示す。長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき面光源３００は面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図２６中３０３、３０４）の組み合わせで構成する。
【００９８】
面光源３００の目標色温度は６５００Ｋとし、許容色温度は６２００Ｋから７２００Ｋとする。面光源３００に用いられる発光素子３０２は蛍光体の分散量を、発光色の色温度が６５００Ｋとなるように調整したが、生産においては色温度ばらつきが発生した。そこで、このとき面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つの色温度グループ（黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色度グループ）に分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が６２００Ｋ以上７２００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が７２００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が６２００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【００９９】
具体的には、ペア３０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。図２７にそれぞれの発光スペクトルを示す。図２７中スペクトル１は色温度グループ３の発光素子のものであり、その色温度は５５２５Ｋであった。図２７中スペクトル２は色温度グループ２の発光素子のものであり、その色温度は８３８３Ｋであった。このペア３０３の発光素子２個のみを点灯しその発光スペクトルを測定したところ、図２７中スペクトル３となり、色温度は６４５２Ｋであった。ちょうど２個の発光素子を平均化したような発光スペクトル、色温度となっていることが分かる。
【０１００】
ペア３０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。図２８にそれぞれの発光スペクトルを示す。図２８中スペクトル４、５はそれぞれ発光素子２個の発光スペクトルであり、その色温度は６２５１Ｋ、６８８０Ｋであった。このペア３０４の発光素子２個のみを点灯しその発光スペクトルを測定したところ、図２８中スペクトル６となり、色温度は６５２４Ｋであった。
【０１０１】
このようにして作製された面光源３００全体を点灯させ測定した発光スペクトルを図２９に示す。色温度は６３９２Ｋであった。面光源の目標色温度からは若干ずれているが、許容色温度範囲内であった。
【０１０２】
このようにして、生産過程で色温度がずれてしまった発光素子であっても本発明の工夫された配置方法で面光源を作製することによって色温度が平均化され目標とする色温度の面光源を作製することができる。実施例１においては、５０００Ｋから９０００Ｋまでの発光素子を用いることができ、発光素子の使用歩留は９９％であった。
【０１０３】
＜比較例１＞
比較例１においては、実施例１における発光素子としてすべて色温度グループ１の発光素子を用い、発光素子を区別せずに単純にアレイ状に配置した。それ以外は実施例１と同じである。
【０１０４】
このようにして作製された実施例１の面光源３００全体を点灯させ測定した発光スペクトルを図３０に示す。色温度は６４１４Ｋであった。面光源の目標色温度からは若干ずれているが、許容色温度範囲内であった。比較例１においては、６２００Ｋから７２００Ｋまでの発光素子のみを用いたため、発光素子の使用歩留は８５％であった。
【０１０５】
＜実施例２＞
発光素子５０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして（Ｃａ０．９Ｍｇ０．１)３(Ｓｃ０．９０Ｃｅ０．１０)２(ＳｉＯ４)３、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例２の面光源５００を作製した。
【０１０６】
図３１に面光源５００の上面模式図を示す。線形形状のガラエポ基板５０１上に７５個×４行の発光素子５０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき面光源５００は面状配置規則１によって配置する発光素子５０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図３１中５０３、５０４）の組み合わせで構成する。
【０１０７】
面光源の目標色温度は５０００Ｋとし、許容色温度は４７００Ｋから５３００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子５０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が４７００Ｋ以上５３００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が５３００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が４７００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１０８】
具体的には、ペア５０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア５０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１０９】
＜比較例２＞
実施例２と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例２と同様に線形形状のガラエポ基板５０１上に７５個×４行の発光素子を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が５０００Ｋ、許容色温度は４７００Ｋから５３００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１１０】
＜実施例３＞
発光素子６０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして２（Ｂａ０．６５Ｓｒ０．３３Ｅｕ０．０２）Ｏ・ＳｉＯ２、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例３の面光源６００を作製した。
【０１１１】
図３２に面光源６００の上面模式図を示す。円形状のガラエポ基板６０１上に２８０個の発光素子６０２を面状配置規則１によって並べている。また、このとき上記面光源は面状配置規則１によって配置する発光素子６０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図３１中６０３、６０４）の組み合わせで構成する。
【０１１２】
面光源６００の目標色温度は２５００Ｋとし、許容色温度は２３００Ｋから２７００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子６０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が２３００Ｋ以上２７００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が２７００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が２３００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。
【０１１３】
２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１１４】
具体的には、ペア６０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア６０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１１５】
＜比較例３＞
実施例３と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例３と同様に円形状のガラエポ基板６０１上に２８０個の発光素子を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が２５００Ｋ、許容色温度は２３００Ｋから２７００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１１６】
＜実施例４＞
発光素子３０２として、発光素子１０の樹脂３に分散させる緑色蛍光体２aとして（Ｃａ０．９Ｍｇ０．１)３(Ｓｃ０．９０Ｃｅ０．１０)２(ＳｉＯ４)３、赤色蛍光体２ｂとして（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２)ＡｌＳｉＮ３を含むものを用いた。これらの緑色蛍光体２aと赤色蛍光体２ｂとを混合してシリコーン樹脂３中に分散し、成形して波長変換部を作製した。このようにして実施例４の面光源を作製した。
【０１１７】
実施例１と同様の長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を面状配置規則１によって並べている（図２６参照）。また、このとき上記面光源は面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を隣接する任意の２つの発光素子のペア（例えば、図２６中３０３、３０４）の組み合わせで構成する。
【０１１８】
面光源の目標色温度は３０００Ｋとし、許容色温度は２５００Ｋから３６００Ｋとする。このとき面状配置規則１によって配置する発光素子３０２を発光色の色温度Ｔｃによって３つのグループに分けた。色温度グループ１はその発光色の色温度が２８００Ｋ以上３２００Ｋ未満の範囲にあり、色温度グループ２はその発光色の色温度が３２００Ｋ以上の範囲にあり、色温度グループ３はその発光色の色温度が２８００Ｋ未満の範囲にある発光素子とした。
【０１１９】
２つの発光素子のペアは必ず、色温度グループ１の発光素子を２個用いるか、色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いる。
【０１２０】
具体的には、ペア３０３は色温度グループ２の発光素子を１個と色温度グループ３の発光素子を１個用いた。ペア３０４は色温度グループ１の発光素子を２個用いた。
【０１２１】
＜比較例４＞
実施例４と同様にして発光素子、面光源を作製した。実施例４と同様に長方形形状のガラエポ基板３０１上に２２個×１５行の発光素子３０２を単純にアレイ状に並べている。ここで、面光源の目標色温度が３０００Ｋ、許容色温度は２８００Ｋから３２００Ｋであるので、すべて色温度グループ１の発光素子を用いた。
【０１２２】
実施例１〜４、比較例１〜４の各面光源の特性を評価した。結果を表１に示す。
【０１２３】
【表１】
【０１２４】
なお、明るさは順電流（ＩＦ）２０ｍＡの条件にて点灯し、面光源からの白色光を光電流に変換することにより求めた。また、Ｔｃ、平均演色評価数（Ｒａ）については、順電流（ＩＦ）２０ｍＡの条件にて点灯し、面光源からの白色光を大塚電子製ＭＣＰＤ−２０００にて測定し、その値を求めた。
【０１２５】
表１から分かるように、各実施例の面光源は比較例に比べ、面光源の色温度ずれが生じることなしに、また光束、演色性の著しい低下を生じることなしに使用できる発光素子の色度範囲を大きくすることができるため、製品の歩留を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】実施の形態１に用いた発光素子の断面図である。
【図２】実施の形態１に用いた発光素子のスペクトル分布を示す図である。
【図３】実施の形態１に用いた発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。
【図４】発光素子の色度と光度の関係の例を示す図である。
【図５】実施の形態１に用いた面光源の構造を示す上面図及びそれを用いた液晶表示装置の断面図である。
【図６】発光素子Ａの上の点Ｐにおける色度むらパラメータを計算する方法を示す説明図である。
【図７】面状配置規則１を示す説明図である。
【図８】面状配置規則２を示す説明図である。
【図９】実施の形態１におけるバックライト装置の上面図である。
【図１０】面状配置規則１における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１１】面状配置規則３における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１２】実施の形態２に係る面光源の上面図及び表示装置の断面図である。
【図１３】実施の形態２に用いた発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１４】実施の形態２に用いることのできる発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１５】実施の形態２に用いることのできる発光素子の構造を示す上面図及び断面図である。
【図１６】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．４）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１７】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．３）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１８】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．２）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図１９】面状配置規則４（ｄ２／ｄ１＝０．１）における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図２０】面状配置規則５における色度むらパラメータの２次元シミュレーション結果である。
【図２１】実施の形態３において、表示装置の色度を調整を説明するための色度図である。
【図２２】実施の形態３の表示装置の動作ブロック図である。
【図２３】実施の形態４における発光素子の母集団の色度分布を示す色度図である。
【図２４】実施の形態５における発光素子の色度グループ分けの説明図である。
【図２５】実施の形態５における発光素子の組み合わせの説明図である。
【図２６】実施例１及び実施例４の面光源の上面模式図である。
【図２７】実施例１のペア３０３から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図２８】実施例１のペア３０４から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図２９】実施例１の面光源から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図３０】比較例１の面光源から発光された光のスペクトルを示す図である。
【図３１】実施例２の面光源の上面模式図である。
【図３２】実施例３の面光源の上面模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 半導体発光素子
２ 蛍光体
２ａ 緑色蛍光体
２ｂ 赤色蛍光体
３ 樹脂
４ 枠体
５ リードフレーム
６ ワイヤ
７ 反射膜
８ 沈降抑制材
１０，２０，３０，４０ 発光素子
３３ａ 斜面
２１，３１，４１ 基板
６０，８０ 面光源
６１、８１ 実装基板
６２、８２ 反射シート
６３，８３ ポスト
７０，９０ 液晶表示装置
７１，９１ 拡散板
７２，９２ 液晶表示パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を配置してなる面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、
前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、
前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなることを特徴とする面光源。
【請求項２】
前記発光素子の横方向の間隔が、前記発光素子の縦方向の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の面光源。
【請求項３】
複数の発光素子を配置してなる面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、
前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、
前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子をペアとして、前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．５倍未満になるように配置してなることを特徴とする面光源。
【請求項４】
前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．３倍以下になるように配置してなることを特徴とする請求項３に記載の面光源。
【請求項５】
前記ペアが横方向に配置され、
前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに接近するように配置されてなることを特徴とする請求項３又は４に記載の面光源。
【請求項６】
前記ペアが縦方向及び横方向に配置され、
前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに接近するように配置され、
前記縦方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに対向するように配置されてなることを特徴とする請求項５に記載の面光源。
【請求項７】
複数の発光素子を配置してなる領域を複数有する面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであり、
前記発光素子は、前記合成光の色度によって３以上の色度グループのいずれかに属し、
前記３以上の色度グループから選ばれた第１の色度グループに属する発光素子と、前記３以上の色度グループから選ばれた第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる第１の領域と、
前記第１及び第２の色度グループに属さない前記発光素子を配置してなる第２の領域を備えたことを特徴とする面光源。
【請求項８】
前記面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、
前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことを特徴とする請求項７に記載の面光源。
【請求項９】
前記第１の領域と前記第２の領域の間に、
前記第１の領域を構成する発光素子が属する前記第１の色度グループと前記第２の色度グループの色度差よりも色度差が少なく、前記第２の領域を構成する発光素子が属する色度グループの色度差よりも色度差が大きい２つの色度グループに属する前記発光素子を複数配置してなる第３の領域を有することを特徴とする請求項８に記載の面光源。
【請求項１０】
前記蛍光体は、緑色に発光ピークを有する緑色蛍光体と赤色にピークを有する赤色蛍光体であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の面光源。
【請求項１１】
前記色度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色温度グループであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の面光源。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の面光源と、複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備え、
前記表示パネルが前記面光源によって照明されることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
前記表示パネルが液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記液晶表示パネルを駆動する色度補正手段をさらに備え、
前記表示装置の設定色度と前記面光源が発する光の色度のずれを、前記液晶表示パネルの駆動時に補正する色度補正手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
複数の発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の色度及び明るさを評価する工程と、
前記発光素子のうち所定の明るさのものを選別し、複数の色度グループに分類する工程と、
前記色度グループの２つから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有することを特徴とする面光源の製造方法。
【請求項１６】
複数の発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、
前記発光素子を赤色、緑色、青色の発光強度グループに分類する工程と、
前記２つの発光強度グループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有することを特徴とする面光源の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６の面光源をバックライトとする液晶表示装置の製造方法であって、
前記赤色、緑色、青色のフィルタは、前記液晶表示装置に用いる各赤色、緑色、青色フィルタと略同一の特性を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１】
複数の発光素子を配置してなる面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、
前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、
前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなることを特徴とする面光源。
【請求項２】
前記発光素子の横方向の間隔が、前記発光素子の縦方向の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の面光源。
【請求項３】
複数の発光素子を配置してなる面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであって、
前記発光素子は、前記合成光が第１の色度グループのものと、前記合成光が第２の色度グループのものとのいずれかに属し、
前記第１の色度グループに属する発光素子と、前記第２の色度グループに属する発光素子をペアとして、前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．５倍未満になるように配置してなることを特徴とする面光源。
【請求項４】
前記ペア内の前記発光素子の間隔が前記ペア間の間隔の０．３倍以下になるように配置してなることを特徴とする請求項３に記載の面光源。
【請求項５】
前記ペアが横方向に配置され、
前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに接近するように配置されてなることを特徴とする請求項３又は４に記載の面光源。
【請求項６】
前記ペアが縦方向及び横方向に配置され、
前記横方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに接近するように配置され、
前記縦方向に並べられたペア内の前記第１の色度グループに属する前記発光素子と、前記ペアに隣接するペア内の前記第２の色度グループに属する前記発光素子が、互いに対向するように配置されてなることを特徴とする請求項５に記載の面光源。
【請求項７】
複数の発光素子を配置してなる領域を複数有する面光源であって、
前記発光素子は、１次光を発する半導体発光素子と、前記１次光を吸収して前記１次光よりも長波長の２次光を発する蛍光体を組み合わせてなり、前記１次光と前記２次光との合成光を発するものであり、
前記発光素子は、前記合成光の色度によって３以上の色度グループのいずれかに属し、
前記３以上の色度グループから選ばれた第１の色度グループに属する発光素子と、前記３以上の色度グループから選ばれた第２の色度グループに属する発光素子を縦方向・横方向それぞれ交互に配置してなる第１の領域と、
前記第１及び第２の色度グループに属さない前記発光素子を配置してなる第２の領域を備えたことを特徴とする面光源。
【請求項８】
前記面光源は、少なくとも周辺部に近い前記第１の領域と中心部に近い前記第２の領域を備え、
前記第１の領域における前記第１の色度グループの色度と前記第２の色度グループの色度差が、前記第２の領域における前記発光素子の色度差より大きいことを特徴とする請求項７に記載の面光源。
【請求項９】
前記第１の領域と前記第２の領域の間に、
前記第１の領域を構成する発光素子が属する前記第１の色度グループと前記第２の色度グループの色度差よりも色度差が少なく、前記第２の領域を構成する発光素子が属する色度グループの色度差よりも色度差が大きい２つの色度グループに属する前記発光素子を複数配置してなる第３の領域を有することを特徴とする請求項８に記載の面光源。
【請求項１０】
前記蛍光体は、緑色に発光ピークを有する緑色蛍光体と赤色にピークを有する赤色蛍光体であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の面光源。
【請求項１１】
前記色度グループは、黒体輻射軌跡上の色温度に沿って区分された色温度グループであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の面光源。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の面光源と、複数の受動画素をそれぞれ駆動して画像を表示する表示パネルを備え、
前記表示パネルが前記面光源によって照明されることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
前記表示パネルが液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記液晶表示パネルを駆動する色度補正手段をさらに備え、
前記表示装置の設定色度と前記面光源が発する光の色度のずれを、前記液晶表示パネルの駆動時に補正する色度補正手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
複数の発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の色度及び明るさを評価する工程と、
前記発光素子のうち所定の明るさのものを選別し、複数の色度グループに分類する工程と、
前記色度グループの２つから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有することを特徴とする面光源の製造方法。
【請求項１６】
複数の発光素子を準備する工程と、
前記発光素子の発光を、赤色、緑色、青色のフィルタを介して測定する工程と、
前記発光素子を赤色、緑色、青色の発光強度グループに分類する工程と、
前記２つの発光強度グループから選ばれた前記発光素子を縦・横交互に配置する工程とを有することを特徴とする面光源の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６の面光源をバックライトとする液晶表示装置の製造方法であって、
前記赤色、緑色、青色のフィルタは、前記液晶表示装置に用いる各赤色、緑色、青色フィルタと略同一の特性を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２４】
【公開番号】特開２００９−１５８４１７（Ｐ２００９−１５８４１７Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３８３３１（Ｐ２００７−３３８３３１）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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