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JP2009158462A - 光源装置および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】色むらの発生を抑制することが可能な光源装置およびこれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、基板１０上に所定の間隔Ｄで複数配置され、青色の光を発する励起光源１１と、この励起光源から発せられた青色光の一部を赤色および緑色の色光に変換すると共に、複数の励起光源１１から離隔して基板１０と対向するように設けられた蛍光体層１２とを備える。蛍光体層が各励起光源に隣接して形成されている従来の構成に比べて、蛍光体層の塗布むらに起因して各色光の強度のばらつきが生じにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いられる光源装置およびこれを用いた表示装置に関する。
従来、液晶テレビやノート型パソコン、カーナビゲーション等に用いられる液晶表示装置（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）のバックライトとして、様々な光源装置が提案されている（例えば特許文献１〜３）。これら特許文献に記載の光源装置は、いずれも導光手段を用いたエッジライト方式となっている。ところが、近年では、液晶表示装置の薄型化や大面積化が進み、これに搭載されるバックライトにおいても薄型化、大面積化の実現が可能な直下型の光源装置の開発が望まれている。
そこで、直下型のバックライトとして、例えば図１６（Ａ），（Ｂ）に示したような光源装置が提案されている。この光源装置では、図１６（Ａ）に示したように、基板１００上に白色光を発する点状光源１１０を一定間隔で配置し、その上方に拡散板１２０等を設けて均一な面発光を可能としている。
ここで、上記のような点状光源１１０では、図１６（Ｂ）に示したように、金属板１１１上に絶縁材１１２、電極１１３、熱伝導性接着層１１４、サブマウント基板１１６が設けられており、このサブマウント基板１１６上に励起光源としての青色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）１１７が形成され、ボンディングワイヤ１１５によって電極１１３と接続されている。そして、この青色発光ダイオード１１７を覆うように蛍光体層１１８が塗布形成されており、全体が封止層１１９によってパッケージされた構成となっている。このような構成により、青色発光ダイオード１１７から発せられた青色の光を蛍光体層１１８において赤色および緑色、あるいは黄色の光に変換して、点状光源１１０全体として白色光を出射するようになっている。
特開２００３−１００１２６号公報 特開２００３−２２２８６１号公報 特開２００１−２３４２０号公報
しかしながら、上記のような白色点状光源を用いた直下型の光源装置では、概ね１ｍｍ以下の微小なＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布しなければならないため、固体ごとの蛍光体層の塗布ばらつき（厚みのばらつき）が生じ、これにより色むらが発生し易くなるという問題がある。また、蛍光体層が各パッケージ内の環境によって劣化し易いことも、色むら発生の要因となっている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、色むらの発生を抑制することが可能な光源装置およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
本発明の光源装置は、発光部と、発光部に対向して離隔配置され、発光部から入射した一の波長域の色光の一部を一の波長域よりも長い他の波長域の色光に変換して出射させると共に、一の波長域の色光の他の部分を透過させる色変換層とを備えたものである。
本発明の表示装置は、画像データに基づいて駆動される表示パネルと、この表示パネルに向けて光を照射する上記本発明の光源装置とを備えている。
本発明の光源装置および表示装置では、光源装置において、発光部から発せられた一の波長域の色光の一部が、色変換層によって他の波長域の色光に変換されることにより、複数の波長域の色光が色変換層の各領域から出射される。このとき、色変換層が発光部から離隔して発光部に対向するように設けられていることにより、色変換層が励起光源に隣接して形成されている構成に比べて、色変換層の塗布むらに起因して各色光の強度のばらつきが生じにくくなる。
このとき、色変換層を通過する光の色変換層内での光路長が出射角度によらずに一定であることにより、色変換層から出射する光の強度が出射角度によらず一定となる。
本発明による光源装置および表示装置によれば、光源装置において、発光部からそれぞれ発せられた一の波長域の色光の一部を他の波長域の色光に変換する色変換層を、発光部から離隔して発光部に対向するように設けたので、色変換層が光源に隣接して形成されている構成に比べて、各色光における強度のばらつきを抑制することができる。よって、色むらの発生を抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置（以下、光源装置１という。）の概略構成を表すｚ−ｘ平面図であり、図１（Ｂ）はｘ−ｙ断面図である。光源装置１は、同一面内に複数の励起光源が配置されることにより全体として面発光が行われるようになっている。この光源装置１は、発光部１１Ａの上方に蛍光体層（色変換層）１２、拡散層１３がこの順に設けられたものである。発光部１１Ａは、基板１０上に複数の励起光源（点状光源）１１を所定の間隔Ｄで配置したものである。なお、以下の第１〜第３の実施の形態は、同一の平面上に複数の点状光源を配置した構成例である。また、これらの構成例では、励起光源１１が配置される基板１０と蛍光体層１２との間の距離や、複数の励起光源１１同士の間隔が適宜調節されており、一つの励起光源１１自体から発せられる各光の強度は、互いに等しいものとみなすことができるものとする。
基板１０は、例えばプリント基板から構成され、光源装置１の筐体の底部に配置される。
励起光源１１は、後述の蛍光体層１２の励起光を発する光源であり、比較的短い波長域の色光を発する素子、例えば青色発光ダイオードや紫外発光ダイオードなどから構成されている。但し、出力や後述の蛍光体層１２における色変換効率の観点から青色発光ダイオードを用いることが好ましい。本実施の形態では、以下、この青色発光ダイオードを励起光源１１として用いた場合について説明する。
蛍光体層１２は、基板１０と対向するように励起光源１１から離隔して配置され、励起光源１１から発せられた色光の一部をより長い波長域の色光に変換するようになっている。この蛍光体層１２は、発光部１１Ａの基板１０に沿って略平行に配置されている。また、蛍光体層１２の光出射面は、励起光源１１の配置に対応して凹凸形状を有している。この蛍光体層１２の詳細な構成については後述する。
拡散層１３は、蛍光体層１２から出射された光を拡散することにより均一な面発光を可能にするものである。この拡散層１３は、例えば蛍光体層１２の光出射面に沿って蛍光体層１２に隣接して配置される。
次に、蛍光体層１２の詳細な構成について図１（Ｂ）および図２（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、蛍光体層１２の表面の形状を説明するための図である。
蛍光体層１２では、光入射面が平坦となっており、光出射面が各励起光源１１に対応した領域ごとに光出射側に凸の曲面（以下、単に凸曲面という）Ｓ１をなしている。このような蛍光体層１２の凸曲面Ｓ１は、次のようにして設計する。例えば、図２（Ａ）に示したように、基板１０と蛍光体層１２との間の空気層の屈折率がｎ１、厚みがｈで、蛍光体層１２の屈折率がｎ２、厚みがｔである場合、一つの励起光源１１から発せられ蛍光体層１２に垂直に入射する光Ｌ0は、蛍光体層１２で屈折されることなく通過し光路長はｄ0（＝ｔ）となる。一方、蛍光体層１２に角度θ1，θ2でそれぞれ入射する光Ｌ1，Ｌ2は、蛍光体層１２において屈折角φ1，φ2で屈折され、蛍光体層１２中での光路長はｄ1，ｄ2となる。このように蛍光体層１２を通過する光の光路長ｄ0，ｄ1，ｄ2，…が、蛍光体層１２からの出射角度によらずに一定となるように、凸曲面Ｓ１を設計する。但し、「一定」とは、完全に同一である場合に限らず、実用上問題ない程度の色むらの範囲を含む幅のある概念である。
具体的には、ｎ１＝１．０、ｎ２＝１．５、ｔ＝０．０５（ｍｍ）、ｈ＝２０（ｍｍ）、Ｄ＝５０（ｍｍ）のとき、ｘ−ｙ断面において、図２（Ｂ）に示したような曲線を描くように凸曲面Ｓ１を設計する。なお、蛍光体層１２の屈折率ｎ２が大きい程、入射光は垂直方向に立ち上げられるため、凸曲面Ｓ１は、曲率の小さな緩いカーブを描くこととなる。
このような蛍光体層１２は、例えば励起光源１１として青色発光ダイオードを用いた場合、次のような蛍光材料を少なくとも一種含んで構成されている。例えば、黄色変換の蛍光材料としては、（Ｙ，Ｇｄ)3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ3+（通称ＹＡＧ：Ｃｅ3+）、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ2+などが挙げられる。黄色もしくは緑色変換の蛍光材料としては、 (Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+などが挙げられる。緑色変換の蛍光材料としては、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ2+、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ3+などが挙げられる。赤色変換の蛍光材料としては、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ2+、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+などが挙げられる。例えば、励起光源１１として青色発光ダイオードを用い、蛍光体層１２として緑色変換の蛍光材料と赤色変換の蛍光材料とを適切な配合比で含んだものを用いることで、蛍光体層１２から赤色（Ｒ：Red），緑色（Ｇ：Green），青色（Ｂ：Blue）の３原色の色光を出射するようになっている。
また、上述したような蛍光体層１２の凸曲面Ｓ１は次のようにして形成することができる。例えば、蛍光体層１２の光出射側に配置される拡散層１３の一面に、予め凸曲面Ｓ１に対応する凹凸形状を形成しておき、その凹凸形状を形成した面に上述したような蛍光材料を最表面（光入射側となる面）が平滑になるように塗布することにより形成することができる。
次に、上記のような光源装置１の作用・効果について、図１〜図４を参照して説明する。図３（Ａ）は、両面が平坦な蛍光体層を備えた光源装置２の概略構成を表す断面図であり、図３（Ｂ）は（Ａ）図における領域Ａを拡大したものである。図４（Ａ）は、本実施の形態の光源装置１の概略構成を表す断面図であり、図４（Ｂ）は（Ａ）図における領域Ｂを拡大したものである。
光源装置１では、基板１０上に所定の間隔Ｄで配置された複数の励起光源１１からそれぞれ発せられた青色光は、蛍光体層１２に入射すると、その一部が赤色光および緑色光に変換されて出射される。よって、蛍光体層１２の各領域からＲ，Ｇ，Ｂの３色の色光が出射され、これにより全体として白色の面発光となる。そして、蛍光体層１２を出射した３色の色光は拡散層１３によって均一に拡散される。
ここで、図１２に示した従来の光源装置では、各点状光源１１０が、励起光源となる青色発光ダイオード１１７の表面に蛍光体層１１８を塗布形成し、全体を封止層１１９によってパッケージした構成となっている。すなわち、各点状光源１１０ごとに、蛍光体層１１８が励起光源に隣接して形成されている。一般に、青色発光ダイオードチップの大きさは概ね１ｍｍ以下であるため、このような微小面積に対して蛍光体材料を均一に塗布することは非常に困難であり、また、個体ごとのばらつきも生じ易い。このため、蛍光体層１１８の塗布むらによって蛍光体層１１８からの出射光において色むらが発生し易くなる。また、パッケージ内の環境の影響を受けて蛍光体層１１８が劣化し易いため、このことも色むらが発生する要因となっている。
そこで、図３（Ａ）に示した光源装置２のように、平板状の蛍光体層１４を励起光源１１から離隔して、複数の励起光源１１に対して共通の層として基板１０に対向するように配置することで、上記のような従来の構成に比べて、蛍光体層の塗布むらによる影響を受けにくくなる。よって、直下型の光源装置において、従来に比べて、特に蛍光体層の塗布むらに起因する色むらの発生を抑制することができる。
一方、上記のように励起光源１１から離隔して両面が平坦な蛍光体層１４を基板１０に対向するように設けた場合、励起光源１１から異なる角度方向に発せられた光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3では、図３（Ｂ）に示したように、蛍光体層１４中での光路長ｄ0，ｄ1，ｄ2，ｄ3，…に差が生じる。このとき、光路長の短い（蛍光体層１４への入射角が小さい）領域では、色変換量が相対的に少なくなるため青色が強くなる。一方で、光路長の長い（蛍光体層１４への入射角が大きい）領域では、色変換量が相対的に多くなるため黄色（赤色および緑色）が強くなる。すなわち、励起光源１１に対応した領域内の位置によって、蛍光体層１２における入射光に対する出射光の色変換率にばらつきが生じてしまう。言い換えると、蛍光体層１４に入射する光の角度方向に応じて、変換される色光の割合が異なってしまう。これにより、蛍光体層１４からの出射角度によって各色光の強度にばらつきが生じ、色むらが発生してしまう。
そこで、本実施の形態では、蛍光体層１２の光出射面が、励起光源１１ごとに凸曲面Ｓ１を有しており、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、励起光源１１から発せられた光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，…では、蛍光体層１４中での光路長（ｄA）が一定となるように設計されている。よって、蛍光体層１２からの出射角度によらず、３色の色光の強度が面全体で一定となる。
以上のように、光源装置１では、複数の励起光源１１から離隔して基板１０に対向するように蛍光体層１２を設け、この蛍光体層１２の光出射面を励起光源１１に対応した領域ごとに光出射側に凸の曲面となるようにしたので、励起光源１１に対応した領域内の位置によらず、蛍光体層１２における入射光に対する出射光の色変換率を一定とすることができる。言い換えると、蛍光体層１２からの出射角度によらず３色の光の強度を一定とすることができる。よって、両面が平坦な蛍光体層を設けた光源装置２と比較して、特に蛍光体層１２から出射する光の角度方向に応じて発生する色むらを抑制することができる。
また、上記のような光源装置１は、図５に示した液晶表示装置３のバックライトとして好適に用いられる。図５は、液晶表示装置３の概略構成を表す断面図である。液晶表示装置３では、光源装置１の光出射側に、例えば光学機能層３０と液晶表示パネル４０とが配置される。液晶表示パネル４０では、例えば、画素電極やＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）素子等（図示せず）が形成されたＴＦＴ基板５０と、対向電極やカラーフィルタ等（図示せず）が形成された対向基板５２との間に、液晶層５１が封止されている。また、液晶表示パネル４０では、光入射側と光出射側にそれぞれ偏光板５３ａ，５３ｂが貼り合わせてあり、パネルへの入射光と出射光の偏光制御がなされるようになっている。光学機能層３０は、例えばプリズムシート、拡散シート、偏光回収シートなどの各種光学シートによって構成されている。
このような液晶表示装置３では、画像データに基づいてＴＦＴ５０基板とＣＦ基板５２との間に駆動電圧が印加されると、光源装置１から出射された白色光Ｌは、光学機能層３０を通過したのち液晶表示パネル４０に入射し、液晶層５１によって変調されることで様々な画像表示が行われる。このとき、バックライトとして、直下型の光源装置１を備えていることにより、色むらや輝度むらの抑制された高画質の画像を表示することができる。
次に、本実施の形態の変形例について図６〜図９を参照して説明する。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、簡便化のため、一つの励起光源に対応する領域についてのみ示すものとする。
（変形例１）
図６は、本実施の形態の変形例１に係る光源装置４の概略構成を表す断面図である。光源装置４では、蛍光体層１６の光入射面が光入射側に凹の曲面（以下、単に凹曲面という）Ｓ２を有し、この凹曲面Ｓ２に隣接してベースフィルム（透明基板）１７が設けられていること以外は上記光源装置１と同様の構成となっている。但し、光源装置４では、凸曲面Ｓ１と凹曲面Ｓ２の組み合わせによって蛍光体層１６中での光路長が一定となるように構成されている。
蛍光体層１６は、例えば次のように形成することができる。まず、上述したように、予め凸曲面Ｓ１に対応する凹凸形状を形成した拡散層１３とは別にベースフィルム１７を用意し、このベースフィルム１７に、凹曲面Ｓ２に対応する凹凸形状を形成する。次いで、拡散層１３の凹凸面に上述したような蛍光材料を塗布したのち、ベースフィルム１７の凹凸面を押し当てるようにして蛍光材料を挟み込む。これにより、光出射面に凸曲面Ｓ１、光入射面に凹曲面Ｓ２を有する蛍光体層１６を形成することができる。
このように、蛍光体層の光出射面に凸曲面Ｓ１、光入射面に凹曲面Ｓ２を形成した構成であっても、上記光源装置１と同様の効果を得ることができる。また、ベースフィルムを用いることで、所望の曲面形状を容易に形成することができる。
（変形例２）
図７は、本実施の形態の変形例２に係る光源装置５の概略構成を表す断面図である。光源装置５では、蛍光体層１８の光入射面が光入射側に凸の曲面（以下、単に凸曲面という）Ｓ３を有し、この曲面Ｓ３に隣接してベースフィルム１９が設けられていること以外は上記光源装置１と同様の構成となっている。また、蛍光体層１８の光入射側の面が凸曲面Ｓ３となっていること以外は上記変形例２と同様の構成となっており、変形例２と同様の手順で曲面形状を形成することができる。このように、蛍光体層１８の光出射面に凸曲面Ｓ１、光入射面に凸曲面Ｓ３を形成した構成であっても、上記光源装置１および光源装置４と同様の効果を得ることができる。
（変形例３）
図８は、本実施の形態の変形例３に係る光源装置６の概略構成を表す断面図である。光源装置６では、蛍光体層２０の光出射面が平面で、光入射面が励起光源１１ごとに凸曲面Ｓ３を有し、この曲面Ｓ３に隣接してベースフィルム１９が設けられていること以外は上記光源装置１と同様の構成となっている。但し、光源装置６では、光入射側の凸曲面Ｓ３によって蛍光体層２０中での光路長が一定となるように構成されている。このような蛍光体層２０は、表面が平滑な拡散層１５と、予め凸曲面Ｓ３に対応して凹凸形状を形成したベースフィルム１９との間に、上述したような蛍光材料を挟み込むことで形成することができる。このように、蛍光体層２０の光入射面に凸曲面Ｓ３を形成した構成であっても、上記光源装置１，４，５と同等の効果を得ることができる。
（変形例４）
図９は、本実施の形態の変形例４に係る光源装置７の概略構成を表す断面図である。光源装置７では、蛍光体層２０の光出射面が平面で、光入射面が励起光源１１ごとに凸曲面Ｓ３を有していること以外は上記光源装置１と同様の構成となっている。この場合、蛍光体層２０の凸曲面Ｓ３は、表面が平滑な拡散層１５に対して、例えばスクリーン印刷法やインクジェット法を用いて蛍光材料の塗布量を領域ごとに変化させることにより形成することができる。このような構成であっても、上記光源装置１と同様の効果を得ることができる。また、ベースフィルムを用いることなく、蛍光体層を形成することができるため、上記光源装置６と比較して部品点数を減らすことができる。
［第２の実施の形態］
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置８の概略構成を表すｘ−ｙ断面図である。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、簡便化のため、一つの励起光源に対応する領域についてのみ示すものとする。
光源装置８は、蛍光体層１４および拡散層１５が平板状となっており、蛍光体層１４の光入射側にレンズ層２２が設けられていること以外は、上記第１の実施の形態の光源装置１と同様の構成となっている。蛍光体層１４は、上述の光源装置１における蛍光体層１２と同様の蛍光材料によって構成されている。
レンズ層２２は、励起光源１１から発せられた光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，…を、屈折させることによりｙ方向に立ち上げて蛍光体層１４にほぼ垂直に入射させるようになっている。このレンズ層２２は、例えば光入射側に凸の球面レンズや非球面レンズ、回折レンズによって構成されている。
このように、蛍光体層１４の光入射側にレンズ層２２が設けられていることにより、励起光源１１から発せられた光は、蛍光体層１４にほぼ垂直に入射するように屈折して立ち上げられる。これにより、励起光源１１に対応した領域内の位置によらず、蛍光体層１２における入射光に対する出射光の色変換率が一定となる。言い換えると、励起光源１１からの光の入射角度によらず、蛍光体層１４中での光路長が一定となり、蛍光体層１４の各位置において各色光の強度にばらつきが生じにくくなる。よって、上記第１の実施の形態の光学装置１と同等の効果を得ることができる。
（変形例５）
図１１は、上記第２の実施の形態の変形例５に係る光源装置２４の概略構成を表すｘ−ｙ断面図である。光源装置２４では、基板１０上の励起光源１１ごとにレンズ層２５が設置され、このレンズ層２５の光入射側に蛍光体層２６、光出射側に拡散層２７が設けられている。蛍光体層２６は、励起光源１１に対応する領域ごとに、光入射側に凹となる曲面形状を有すると共に均一な厚みで形成されている。この蛍光体層２６の光出射側には、蛍光体層２６の曲面形状に沿ってレンズ層２５が設けられており、励起光源１１からの各光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，…を互いに平行となる方向に屈折させるようになっている。また、蛍光体層２６の曲面形状により、励起光源１１からの各光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，…はそれぞれ、蛍光体層２６の表面に対して垂直に入射するようになっている。
このように、蛍光体層２６の光出射側にレンズ層２５を設けるようにしてもよく、このようにした場合であっても、上記第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、このとき、蛍光体層２６が光入射側に凹となる曲面形状を有すると共に均一な厚みで形成されていることにより、励起光源１１からの各光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，…は、蛍光体層２６の表面に対して垂直に入射し、蛍光体層２６内における各光Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，…の光路長（通過距離）が互いに等しくなる。よって、励起光源１１に対応する領域内の位置によらず、入射光に対する出射光の色変換率が一定となり、色むらの発生を効果的に抑制することができる。
［第３の実施の形態］
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る光源装置９の概略構成を表すｘ−ｙ断面図である。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、簡便化のため、一つの励起光源に対応する領域についてのみ示すものとする。
光源装置９は、蛍光体層２３以外は、上記第２の実施の形態の光源装置８と同様の構成となっている。但し、蛍光体層２３は、平板状となっており、各励起光源に対応した領域内における位置ごとに、蛍光体層２３を通過する光の単位通過距離あたりの色変換率が、励起光源１１に対応した領域内の位置によって異なっている。具体的には、蛍光材料の濃度（単位体積当たりの粒子数）が異なるように構成されている。例えば、励起光源に対応した領域における中央部から端部にかけてのサブ領域２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにおいて段階的に濃度が低く（色変換率が小さく）なるように構成されている。蛍光体層２３を構成する蛍光材料としては、上述の第１の実施の形態の蛍光体層１２と同様のものを用いることができる。
このように、蛍光体層２３において、各励起光源に対応した領域内における位置ごとに、蛍光材料の濃度を変化させることにより、蛍光体層２３の各位置での色変換量が一定となり、蛍光体層２３からの出射角度によらず各色光の強度が一定となる。よって、上記第１の実施の形態の光学装置１と同等の効果を得ることができる。
［第４の実施の形態］
図１３（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光源装置３１の概略構成を表すものである。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
光源装置３１は、発光部１１Ｂから離隔して蛍光体層３２が配置されたものである。発光部１１は、曲面形状の支持体３３上に、複数の励起光源１１を配置してなり、蛍光体層３２は、支持体３３の曲面形状に沿って形成されている。但し、本実施の形態では、一つの励起光源１１から発せられた光は、図１３（Ｂ）に示したような強度分布Ｓを有している。蛍光体層３２は、この強度分布Ｓのうち、強度を最大（ピークＰ0）とする光（中心光）Ｌ0が蛍光体層１２の表面に垂直に入射するように構成されている。以下、本実施の形態の具体例について説明する。
図１４（Ａ）は、上記第４の実施の形態に係る光源装置３１の一具体例を表すものである。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）におけるＩ−Ｉ線での矢視断面図である。本例においては、発光部１１Ｂは、棒状の支持体３５の表面に複数の励起光源１１を所定の間隔で設置したものであり、この発光部１１Ｂを覆うように筒状の蛍光管３４が設けられている。このような光源装置は、例えば蛍光灯などの照明器具としても好適に用いることが可能である。
発光部１１Ｂの支持体３５および蛍光管３４の表面形状は曲面体となっている。例えば、図１４（Ｂ）にも示したように、発光部１１Ｂの支持体３５は円柱形状、蛍光管３４は支持体３５と同心（中心Ｈ）の円筒形状を有している。これにより、一つの励起光源１１から出射された光Ｌ0は、蛍光管３４の接面の法線方向に沿って蛍光管３４に入射する。蛍光管３４の内側には、上述したような蛍光体材料よりなる蛍光体層３４ａが均一な厚みで形成されている。なお、この蛍光管３４の内側もしくは外側に、上述したような拡散層を蛍光管３４の形状に沿って設けるようにしてもよい。
このように、蛍光体層３４ａが発光部１１Ｂから離隔配置され、複数の励起光源１１に共通の層として設けられていることで、従来のように各励起光源ごとに蛍光体層を塗布形成する場合に比べて、蛍光体層の塗布むらに起因する色むらの発生を抑制することができる。また、励起光源１１から発せられる光のうち強度を最大とする光Ｌ0が、均一な厚みで形成された蛍光体層３４ａに垂直に入射することにより、各励起光源１１からの光Ｌ0の蛍光体層３４ａ内における光路長が互いに等しくなる。よって、各励起光源１１から発せられる光の強度ピークにおいて色変換率を一定とすることができ、励起光源１１の配置に起因する色むらの発生を効率的に抑制することができる。
（変形例６）
上記第４の実施の形態において、発光部および蛍光管の構成は上述した円柱もしくは円筒形状のものに限定されない。例えば、楕円柱形状の支持体３７ａに楕円筒形状の蛍光管３６ａを組み合わせた構成（図１５（Ａ））であってもよいし、頂点部が丸みを帯びた略三角柱状の支持体３７ｂに、略三角筒状の蛍光管３６ｂを組み合わせた構成（図１５（Ｂ））であってもよい。更には、球体状の支持体の表面に励起光源を複数配置したものを発光部とし、この発光部を覆うように球面形状の蛍光体層を発光部と同心となるように構成してもよい（図示せず）。
また、発光部および蛍光管の表面形状は、曲面体に限らず多面体であってもよい。例えば、正四角柱状の支持体３７ｃに、正四面体の蛍光管３６ｃを組み合わせた構成（図１５（ｃ））や、正六角柱状の支持体３７ｄに、正六面体の蛍光管３６ｄを組み合わせた構成（図１５（ｄ））としてもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、励起光源として青色発光ダイオード、色変換層として緑色および赤色の色光に変換する蛍光体層を用いた構成を例に挙げて説明したが、励起光源および色変換層の組み合わせはこれに限定されない。例えば励起光源としては紫外発光ダイオードを用いるようにしてもよい。この場合、色変換層には、緑色変換もしくは黄色変換の蛍光材料として、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＢＡＭ：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+およびα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ2+などを用いることができる。また、赤色変換の蛍光材料として、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、ＬｉＥｕＷ2Ｏ8、Ｃａ（Ｅｕ，Ｌａ）4Ｓｉ3Ｏ13、Ｅｕ2Ｗ2Ｏ9系、（Ｌａ，Ｅｕ）2Ｗ3Ｏ12、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+、ＣａＴｉＯ3：Ｐｒ3+，Ｂｉ3+などを用いることができる。また、青色変換の蛍光材料として、ＢＡＭ：Ｅｕ2+、(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ)5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+などを用いることができる。
また、上記実施の形態では、発光部として、基板や支持体上に複数の励起光源を配置することにより全体として面発光を行うものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、有機ＥＬ発光素子や、光ファイバおよび導光板などの導光部材を用いて面発光を行うようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、蛍光体層の光出射側に隣接して拡散層を配置した構成を例に挙げて説明したが、拡散層は蛍光体層から離れて配置されてもよく、拡散層と蛍光体層との間に他の光学機能層が設けられていてもよい。また、拡散層の光出射側に他の光学機能層が設けられていてもよい。さらには、蛍光体層の光入射側に設けられていてもよく、あるいは光入射側および光出射側の両方に設けられていてもよい。
また、上記第１の実施の形態および変形例１，２においては、蛍光体層の光出射側の曲面形状を拡散層に凹凸形状を形成することで形成するようにしたが、これに限定されず、平板状の拡散層と蛍光体層との間にもう１枚ベースフィルムを設けて、このベースフィルムに凹凸形状を形成することによって蛍光体層の光出射側の曲面形状を形成するようにしてもよい。
また、上記第１の実施の形態では、色変換層へ入射する角度方向によらず光路長が同等となっている色変換層として、光出射面もしくは光入射面が、励起光源ごとに凸曲面もしくは凹曲面となっている蛍光体層を例に挙げて説明したが、蛍光体層の光出射面、光入射面の形状はこれに限定されない。例えば、入射する角度方向に応じて段階的に蛍光体層の厚みが変化するような構成や、多面体形状など、蛍光体層へ入射する角度方向によって光路長差が低減されるような形状となっていればよい。
また、上記第１および第２の実施の形態では、本発明の色変換層として、光出射面もしくは光入射面に曲面を形成した蛍光体層および領域ごとに色変換材料の濃度が異なるようにした蛍光体層を例に挙げて説明したが、これに限定されず、色変換層は色変換材料の濃度が領域ごとに一定でかつ平板状のものであってもよい。
また、上記第３の実施の形態では、本発明の色変換層として、蛍光体材料の濃度（色変換率）が領域ごとに段階的に変化する蛍光体層を例に挙げて説明したが、これに限定されず、蛍光体材料の濃度が連続的に変化するような構成であってもよい。
また、上記実施の形態では、本発明の表示装置として、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、他の表示装置にも適用することが可能である。
本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の概略構成を表すものである。 図１に示した蛍光体層の曲面の形状を説明するための図である。 図１に示した光源装置の作用を説明するための図である。 図１に示した光源装置の作用を説明するための図である。 図１に示した光源装置の一適用例に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 第１の実施の形態の変形例４に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 第２の実施の形態の変形例５に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 第４の実施の形態の一具体例に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。 図１４に示した光源装置の変形例の概略構成を表す断面図である。 従来例に係る光源装置の概略構成を表す断面図である。
符号の説明
１，２，４，５，６，７，８，９，２４，３１…光源装置、３…液晶表示装置、３０…光学機能層、４０…液晶表示パネル、１０…基板、１１…励起光源、１２，１４，１６，１８，２０，２３，２６…蛍光体層、１３，１５，２７…拡散層、１７，１９…ベースフィルム、２２，２５…レンズ層、３４…蛍光管、３３，３５…支持体。

Claims (26)

  1. 一の波長域の色光を発する発光部と、
    前記発光部に対向して離隔配置され、前記発光部からの一の波長域の色光の一部を前記一の波長域よりも長い他の波長域の色光に変換して出射させると共に、前記一の波長域の色光のうちの他の部分を透過させる色変換層と
    を備えた光源装置。
  2. 前記発光部は、前記基板上に間隔を置いて配置された複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記基板上の前記点状光源の存在領域全体にわたって延在している
    請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記発光部は、同一の平面上に設けられた前記複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記平面に沿って略平行となるように設けられている
    請求項３に記載の光源装置。
  4. 前記点状光源に対応した領域内の位置によらず、前記点状光源からの入射光に対する出射光の色変換率が一定である
    請求項３に記載の光源装置。
  5. 前記色変換層から出射する各色光の強度が、出射角度によらずに一定である
    請求項４記載の光源装置。
  6. 前記色変換層を通過する光の前記色変換層内での光路長が、出射角度によらずに一定である
    請求項５記載の光源装置。
  7. 前記色変換層の光出射面が、各点状光源に対応した領域ごとに凸曲面をなす
    請求項６記載の光源装置。
  8. 前記色変換層の光入射面が、各点状光源に対応した領域ごとに凹曲面もしくは凸曲面または平坦面をなす
    請求項７記載の光源装置。
  9. 前記色変換層の光入射面が、各点状光源に対応した領域ごとに凸曲面をなす
    請求項６記載の光源装置。
  10. 前記色変換層の光入射面に接してこの色変換層を支持する透明基板を備えている
    請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の光源装置。
  11. 前記色変換層の光入射面側に、各点状光源からの色光を互いに平行となる方向に屈折させるレンズ層を有する
    請求項４記載の光源装置。
  12. 前記色変換層は、前記点状光源に対応する領域ごとに、光入射側に凹となる曲面形状を有すると共に均一な厚みで形成され、
    前記色変換層の光出射側に、前記色変換層の曲面形状に沿って設けられ、各点状光源からの色光を互いに平行となる方向に屈折させるレンズ層を有する
    請求項４記載の光源装置。
  13. 前記色変換層を通過する光の単位通過距離あたりの色変換率が、前記点状光源に対応した領域内の位置によって異なる
    請求項５記載の光源装置。
  14. 前記色変換層における色変換材料の濃度が各点状光源に対応した領域内における位置によって異なる
    請求項１３記載の光源装置。
  15. 前記発光部は、支持体の表面に設けられた複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記支持体の表面に沿って設けられると共に、前記点状光源から発せられる光の中心光が前記色変換層の表面に垂直に入射するように構成されている
    請求項１に記載の光源装置。
  16. 前記発光部は、同一の曲面上に設けられた複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記曲面に沿って設けられている
    請求項１５に記載の光源装置。
  17. 前記発光部は、棒状の支持体の表面に設けられた複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記発光部を囲むように設けられ、前記発光部の支持体と同心の筒形状を有する
    請求項１５に記載の光源装置。
  18. 前記支持体および前記色変換層の表面形状は曲面体である
    請求項１７に記載の光源装置。
  19. 前記支持体および前記色変換層の表面形状は多面体である
    請求項１７に記載の光源装置。
  20. 前記点状光源は、青色（Ｂ：Blue）の波長域の光を発する青色発光ダイオードである
    請求項２記載の光源装置。
  21. 前記色変換層は、前記青色の色光の一部を緑色（Ｇ：Green）および赤色（Ｒ：Red）の波長域の色光に変換することにより、全体として白色光を出射するようになっている
    請求項２０記載の光源装置。
  22. 前記色変換層は、蛍光材料を含んで構成されている
    請求項１記載の光源装置。
  23. 前記色変換層の光出射側に光拡散層が設けられている
    請求項１記載の光源装置。
  24. 画像データに基づいて駆動される表示パネルと、この表示パネルに向けて光を照射する光源装置とを備え、
    前記光源装置は、
    一の波長域の色光を発する発光部と、
    前記発光部に対向して離隔配置され、前記発光部からの一の波長域の色光の一部を前記一の波長域よりも長い他の波長域の色光に変換して出射させると共に、前記一の波長域の色光の他の部分を透過させる色変換層と
    を備えた表示装置。
  25. 前記発光部は、同一の平面上に設けられた複数の点状光源を有し、
    前記色変換層は、前記平面に沿って略平行となるように設けられている
    請求項２４に記載の表示装置。
  26. 前記点状光源に対応した領域内の位置によらず、前記点状光源からの入射光に対する出射光の色変換率が一定である
    請求項２５記載の表示装置。
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