JP2007005098A - Phosphor film, lighting system and display device using it - Google Patents
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Description
本発明は、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる表示素子を照明する照明装置、及びこれを用いた表示装置に関する。詳しくは照明装置に用いる蛍光体フィルムに関する。 The present invention relates to an illuminating device that illuminates a display element used in a portable information device, a cellular phone, and the like, and a display device using the same. Specifically, the present invention relates to a phosphor film used for an illumination device.
近年では携帯電話やモバイルコンピュータなどに用いられる表示装置には、高精彩カラー画像が少ない消費電力で得られる液晶表示装置が用いられている。特に携帯電話では、開口が大きく明るい反射型液晶表示装置や、表裏両面から画像情報を表示することが可能な両面可視型の液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置に用いられる液晶素子を照明するため、高輝度白色LEDを用いた照明装置が多用されるようになっている。この白色LEDは、光源である青色LED素子の発光面に樹脂中に分散させた緑色蛍光体または黄色蛍光体を配して、その結果得られる緑色光または黄色光と元の青色光とを混色させて白色光を得る構造としたものが一般的である。 In recent years, liquid crystal display devices that can obtain high-definition color images with low power consumption have been used as display devices used in mobile phones and mobile computers. In particular, a cellular phone uses a reflective liquid crystal display device having a large opening and a bright, and a double-sided visible type liquid crystal display device capable of displaying image information from both the front and back surfaces. In order to illuminate a liquid crystal element used in a liquid crystal display device, an illuminating device using a high-intensity white LED is frequently used. In this white LED, a green phosphor or a yellow phosphor dispersed in a resin is arranged on the light emitting surface of a blue LED element as a light source, and the resulting green or yellow light and the original blue light are mixed. In general, a structure in which white light is obtained is obtained.
このような構成の白色LEDでは、蛍光体に照射される光強度が強いために、蛍光体の光劣化を防ぐために、導光板の裏面に蛍光体を所定の形成密度で塗布形成することが知られている(例えば、特許文献1を参照)。さらに、より少ない面積の蛍光体で波長変換を行なうために、青色LED素子と導光板の光入射面との間に層状の波長変換体を設けた構成が知られている(例えば、特許文献2を参照)。
図13は青色光を黄色光に変換する黄色蛍光体粒子を用いた場合の発光色を説明するための色度図である。青色光(図中、色度101)で励起された黄色光は色度102で示される。従って、青色光の強度を変化させたり、黄色蛍光体粒子濃度を調整したりして黄色光強度との比率を調節することによって、色度101と色度102とを結ぶ任意の色度の発光色を得ることができる。このとき、厳密には青色光が変換されて得られる光は黄色光以外の成分も含まれるために、色度101と色度102とを結ぶ幅を持った線上の色度を表現することが可能となる。しかしながら、色度101と色度102とを結ぶ線の幅は広くないために、青色光と黄色蛍光体だけを用いて再現できる色は図13のRGBで示される広い色三角形103の範囲を全て表現することはできない。
FIG. 13 is a chromaticity diagram for explaining the emission color when using yellow phosphor particles that convert blue light into yellow light. Yellow light excited by blue light (
これを解決するためには、蛍光体粒子4として青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体粒子と、青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体粒子とを所定の割合で混合したものを結合剤2に混合して用いるのが良い。このような蛍光体粒子としては、希土類元素をドープしたS化合物、Se化合物、Te化合物などのいわゆるカルコゲナイド化合物蛍光体粒子が適している。このときの色度図を図12に示す。図12において、色度18の青色光で励起された緑色蛍光体粒子は色度19の緑色光を発光し、色度18の青色光で励起された赤色蛍光体粒子は色度20の赤色光を発光する。緑色光と赤色光の発光強度は、緑色蛍光体粒子と赤色蛍光体粒子の波長変換効率と混合濃度、励起光である青色光の強度に依存する。従って、緑色蛍光体粒子と赤色蛍光体粒子の混合比率、混合濃度を調節し、青色光強度を変化させることによって、色度18、色度19、および色度20を結ぶ三角形内の全ての色に対応した光を得ることができる。この三角形は、RGBで示した色三角形103の大部分を占め、表色範囲が広くなることが分かる。
In order to solve this problem, a combination of green phosphor particles that convert blue light into green light and red phosphor particles that convert blue light into red light at a predetermined ratio is combined as
しかしながら、上記のカルコゲナイド化合物蛍光体粒子は水分を吸収すると特性が劣化し易くなり、常用するのが困難であった。 However, the properties of the chalcogenide compound phosphor particles described above tend to deteriorate when they absorb moisture, and are difficult to use regularly.
このように、従来の蛍光体が塗布されたフィルムを用いて光源からの光を波長変換して加法混色による白色光を得る方法の場合、特に光変換効率の高いS化合物、Se化合物、Te化合物などに希土類元素をドープしたいわゆるカルコゲナイド蛍光体を用いる場合には、環境の湿気により蛍光体が劣化し、長時間に渡って効率の良い混色を行なうことができないという課題を有していた。 Thus, in the case of a method for obtaining white light by additive color mixing by converting the wavelength of light from a light source using a film coated with a conventional phosphor, an S compound, Se compound, or Te compound having particularly high light conversion efficiency. When a so-called chalcogenide phosphor doped with a rare earth element is used, the phosphor deteriorates due to environmental moisture, and there is a problem that efficient color mixing cannot be performed for a long time.
本発明は、カルコゲナイド蛍光体を用いても寿命の長い蛍光体フィルムを実現し、これを用いることによって、導光体の設計に大きな影響を与えず、効率の良い広い色再現範囲を持った液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention realizes a phosphor film having a long life even when a chalcogenide phosphor is used, and by using this, a liquid crystal having an efficient and wide color reproduction range without greatly affecting the design of the light guide. An object is to provide a display device.
本発明の蛍光体フィルムは、透光性のフィルム基材上に結合剤に混合された蛍光体粒子を塗布した蛍光体層を形成し、その蛍光体層の表面を第一非通水性材料層によって被覆した構造とした。このような蛍光体フィルムによれば、カルコゲナイド系蛍光体材料を蛍光体粒子として用いても、環境の水分によって影響を受けることなく長期間にわたってその特性を保持することが可能となる。 In the phosphor film of the present invention, a phosphor layer is formed by coating phosphor particles mixed with a binder on a translucent film substrate, and the surface of the phosphor layer is a first water-impermeable material layer. It was set as the structure coat | covered with. According to such a phosphor film, even when a chalcogenide phosphor material is used as the phosphor particles, it is possible to maintain the characteristics over a long period of time without being affected by environmental moisture.
また、透光性フィルムが薄い場合には、この透光性フィルム自体を非通水性材料とするか、またはこの透光性フィルム上に第二非通水性材料層を形成し、その上に蛍光体層を塗布し、これをさらに第一非通水性材料層で被覆することによって、蛍光体層を環境の水分から隔離することが可能となる。その結果、蛍光体粒子の特性を長期間に渡って保持することが可能となる。 When the translucent film is thin, the translucent film itself is used as a non-water-permeable material, or a second non-water-permeable material layer is formed on the translucent film and the fluorescent film is formed thereon. By applying the body layer and further coating it with the first water-impermeable material layer, the phosphor layer can be isolated from the environmental moisture. As a result, the characteristics of the phosphor particles can be maintained over a long period.
また、本発明の照明装置は、光源からの光と、前記光源からの光によって蛍光体を励起して得た波長変換光とを伝播して平面状に照射する導光板を有しており、蛍光体として蛍光体粒子を結合剤に混合分散させてなる蛍光体層が第一非通水性材料層または、第一非通水性材料層と第二非通水性材料層で被覆されて透光性フィルムに形成された蛍光体フィルムを用いている。そして、光源として青色光源を用い、青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体と、青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体とを各々空間的に分離して形成した。さらに、2種類の蛍光体のうち、より波長の短い励起光に変換する蛍光体を、より光源側に配置した。 Further, the illumination device of the present invention has a light guide plate that propagates the light from the light source and the wavelength converted light obtained by exciting the phosphor with the light from the light source and irradiates it in a planar shape, A phosphor layer formed by mixing and dispersing phosphor particles in a binder as a phosphor is coated with the first water-impermeable material layer or the first water-impermeable material layer and the second water-impermeable material layer so as to be translucent. A phosphor film formed on the film is used. Then, using a blue light source as a light source, a green phosphor that converts blue light into green light and a red phosphor that converts blue light into red light are each spatially separated. Further, among the two types of phosphors, a phosphor that converts to excitation light having a shorter wavelength was disposed on the light source side.
このような構成によって、導光板の伝播特性を変えることなく、均一な蛍光体分布を用いて効率の良い波長変換を行なうことができる。また、蛍光体層を空間的に分離して形成することによって、より波長変換効率の悪い蛍光体層を光源の近くに配置することが可能となり、結果として各色に対する色変換効率を最大化することが可能となった。さらに、蛍光体粒子が環境の水分に影響を受けないために、照明装置自体の寿命を長くすることが可能となった。 With such a configuration, efficient wavelength conversion can be performed using a uniform phosphor distribution without changing the propagation characteristics of the light guide plate. In addition, by forming the phosphor layers spatially separated, it is possible to place a phosphor layer with a lower wavelength conversion efficiency near the light source, and as a result, maximize the color conversion efficiency for each color. Became possible. Furthermore, since the phosphor particles are not affected by the moisture of the environment, it is possible to extend the life of the lighting device itself.
また、光源として紫外線光源と青色光源を用い、蛍光体層として紫外光を緑色光に変換する緑色蛍光体層と、紫外光を赤色光に変換する赤色蛍光体層を用いることとした。これによって、発光効率の高い緑色発光と赤色発光が実現でき、これを青色光と混色することによって色再現範囲の広い液晶表示装置が実現できた。 Further, an ultraviolet light source and a blue light source are used as the light source, and a green phosphor layer that converts ultraviolet light into green light and a red phosphor layer that converts ultraviolet light into red light are used as the phosphor layer. As a result, green light emission and red light emission with high luminous efficiency can be realized, and by mixing this with blue light, a liquid crystal display device with a wide color reproduction range can be realized.
また、光源として紫外線光源を用いる場合は、蛍光体層を光源と導光板入射面との間に設け、この蛍光体層と導光板の入射面との間に紫外線吸収フィルムを設けた。このような構成によって、導光板などの高分子構成要素が紫外線によって劣化することが防止でき、照明装置の長寿命化が実現できる。 When an ultraviolet light source is used as the light source, a phosphor layer is provided between the light source and the light guide plate incident surface, and an ultraviolet absorbing film is provided between the phosphor layer and the light guide plate incident surface. With such a configuration, it is possible to prevent the polymer components such as the light guide plate from being deteriorated by ultraviolet rays, and it is possible to extend the life of the lighting device.
また、蛍光体層を、透光性フィルム上に高分子結合剤に蛍光体粒子を混合させて所定の形状に印刷または塗布して形成することができる。さらにこの蛍光体層の上に非通水性材料層を形成した。そして、蛍光体層は、透光性フィルム上に、高分子結合剤に第一蛍光体粒子を分散させた第一蛍光体層と、高分子結合剤に第二蛍光体粒子を分散させた第二蛍光体層とを、面内に互いに重なり合うことなく配した。このような構成により、一層の蛍光体層で多色への波長変換が可能となる。そして、蛍光体が互いに重なり合わないために、他の蛍光体による光吸収を低減でき、実質的に波長変換効率を向上させることが可能となった。なお、このとき、各蛍光体層が形成されている領域を充分小さく、かつ近接させることによって混色特性を改善し、色むらのない波長変換を可能とした。また、このようにして、第一非通水性材料層または第一かつ第二非通水性材料層で蛍光体層を被覆することによって蛍光体の特性寿命を延ばすことができた。 Further, the phosphor layer can be formed on a light-transmitting film by mixing phosphor particles in a polymer binder and printing or applying the phosphor particles in a predetermined shape. Further, a water-impermeable material layer was formed on the phosphor layer. The phosphor layer includes a first phosphor layer in which the first phosphor particles are dispersed in the polymer binder on the translucent film, and a second phosphor particle in which the second phosphor particles are dispersed in the polymer binder. The two phosphor layers were arranged in the plane without overlapping each other. With such a configuration, it is possible to perform wavelength conversion to multiple colors with a single phosphor layer. Since the phosphors do not overlap each other, light absorption by other phosphors can be reduced, and the wavelength conversion efficiency can be substantially improved. At this time, the region where each phosphor layer is formed is sufficiently small and close to each other, thereby improving the color mixing characteristics and enabling wavelength conversion without color unevenness. Moreover, the characteristic lifetime of the phosphor could be extended by covering the phosphor layer with the first water impermeable material layer or the first and second water impermeable material layers in this way.
そして、上記分散させる発光層の面積密度を必要とする励起光強度に比例するようにした。これによって、一様な色混合比を持った液晶表示装置とすることができた。 The area density of the light emitting layer to be dispersed was proportional to the required excitation light intensity. As a result, a liquid crystal display device having a uniform color mixing ratio could be obtained.
一方、蛍光体層を用いない方法として、光源からの光を伝播し線状に上記導光板の光入射面に照射する光パイプ中に、第一蛍光体粒子と第二蛍光体粒子とを所定の割合で分散させて、光パイプ内で波長変換と混色を同時に行なった。この光パイプ表面を非通水性材料層で被覆した。 On the other hand, as a method that does not use the phosphor layer, the first phosphor particles and the second phosphor particles are predetermined in a light pipe that propagates light from a light source and linearly irradiates the light incident surface of the light guide plate. In the light pipe, wavelength conversion and color mixing were performed simultaneously. The surface of the light pipe was covered with a water-impermeable material layer.
光パイプ内に蛍光体を分散させることによって、均一で強い光強度内での波長変換が可能となり、波長変換効率を向上させることが可能となった。また、光パイプ内では、光源からの光が多重反射を繰り返すために、光の混色性も向上させることが可能となった。そして、光パイプを非通水性材料層で被覆することによって、蛍光体を環境の水分から保護することができ、その寿命を長くすることができた。 Dispersing the phosphor in the light pipe enables wavelength conversion within a uniform and strong light intensity, thereby improving the wavelength conversion efficiency. Further, since the light from the light source repeats multiple reflections in the light pipe, it is possible to improve the light color mixing. Then, by covering the light pipe with the water-impermeable material layer, the phosphor can be protected from environmental moisture, and its lifetime can be extended.
さらに、蛍光体フィルムと光パイプを併用する構成とした。これは、光源からの光を伝播し線状に上記導光板の光入射面に照射する光パイプ中に第一蛍光体粒子を分散させ、前記光パイプと前記導光板の光入射面との間に第二蛍光体を配した上記蛍光体フィルムを配した構造である。この場合も、光パイプの表面は非通水性材料層で被覆した。このような構成によって、光パイプ内への蛍光体の混合分散を均一に行なうことが可能となり、より均一な色変換が可能となった。また、蛍光体層に照射される光強度も一様となるために、蛍光体フィルムも蛍光体を一様に塗布することが可能となり、その作製が容易となった。 Further, the phosphor film and the light pipe are used in combination. This is because the first phosphor particles are dispersed in a light pipe that propagates light from the light source and linearly irradiates the light incident surface of the light guide plate, and between the light pipe and the light incident surface of the light guide plate. This is a structure in which the above phosphor film in which the second phosphor is arranged is arranged. In this case as well, the surface of the light pipe was covered with a water-impermeable material layer. With such a configuration, the phosphor can be mixed and dispersed uniformly in the light pipe, and more uniform color conversion can be achieved. In addition, since the light intensity applied to the phosphor layer is uniform, the phosphor film can be uniformly applied to the phosphor film, and the production thereof becomes easy.
以上説明したように、本発明の蛍光体フィルムは、色変換効率が高く、耐湿性に優れた波長変換フィルムとして用いることが可能であり、多用途での光源光の波長変換に用いることができ、色光源の低消費電力化、小型化、薄型化を促進できるという効果を有する。 As described above, the phosphor film of the present invention can be used as a wavelength conversion film having high color conversion efficiency and excellent moisture resistance, and can be used for wavelength conversion of light source light in various applications. This has the effect of facilitating the reduction in power consumption, size and thickness of the color light source.
また、本発明の液晶表示装置の照明装置は、耐湿性に優れ、長寿命で表色領域が広く光利用効率の高い照明装置とすることができるために、平面を照明するための良好なカラー照明装置とすることができるという効果を有する。 In addition, the lighting device of the liquid crystal display device of the present invention is excellent in moisture resistance, has a long lifetime, has a wide color display region, and has a high light utilization efficiency. It has the effect that it can be set as an illuminating device.
また、本発明の照明装置を液晶表示装置に用いることにより、素子の表色性が向上し、より高精彩なカラー液晶表示装置を実現できるという効果を有する。 In addition, by using the lighting device of the present invention for a liquid crystal display device, the colorimetric properties of the elements are improved, and a color liquid crystal display device with higher definition can be realized.
さらに、本発明の液晶表示装置の照明装置は環境に含まれる湿度に対して強いために、夏季の車載用などの高温多湿環境下で用いる液晶表示装置に適している。 Furthermore, since the lighting device of the liquid crystal display device of the present invention is resistant to the humidity contained in the environment, it is suitable for a liquid crystal display device used in a hot and humid environment such as in-vehicle use in summer.
また、本発明の液晶表示装置の照明装置は、一般の室内などで用いる平面型照明装置とすることによって、低消費電力の壁掛け型照明装置を実現することが可能となり、一般の照明環境を向上させるとともに省資源化が可能であるという効果を有する。 Moreover, the lighting device of the liquid crystal display device of the present invention can be realized as a wall-mounted lighting device with low power consumption by improving the general lighting environment by using a flat lighting device used in a general room or the like. As well as resource saving.
本発明の照明装置は、光源と、光源からの光によって励起する蛍光体と、光源からの光と励起光を伝播して平面状に照射する導光板を有し、蛍光体が、透光性フィルムと、透光性フィルム上に設けられ、蛍光体粒子が結合剤に混合された蛍光体層と、蛍光体層の表面に設けられた非通水性材料層とを備えている。 The illuminating device of the present invention includes a light source, a phosphor that is excited by light from the light source, and a light guide plate that propagates light and excitation light from the light source to irradiate in a planar shape. A film, a phosphor layer provided on a light-transmitting film and phosphor particles mixed with a binder, and a non-water-permeable material layer provided on the surface of the phosphor layer are provided.
ここで、蛍光体を、光源からの光によって励起され、第一の波長範囲の励起光を発する第一の蛍光体と、第二の波長範囲の励起光を発する第二の蛍光体で構成した。このとき、波長の短い光を励起光として発する蛍光体を光源側に配置した。あるいは、第一の蛍光体と第二の蛍光体を、面内に互いに重なり合わないように配置した。 Here, the phosphor is composed of a first phosphor that is excited by light from the light source and emits excitation light in the first wavelength range, and a second phosphor that emits excitation light in the second wavelength range. . At this time, a phosphor that emits light having a short wavelength as excitation light was disposed on the light source side. Alternatively, the first phosphor and the second phosphor are arranged in the plane so as not to overlap each other.
また、蛍光体を光源と導光体の間に設け、蛍光体粒子の混合密度を光源に近い領域ほど大きくなるように設定した。 In addition, the phosphor was provided between the light source and the light guide, and the mixing density of the phosphor particles was set so as to increase in the region closer to the light source.
あるいは、蛍光体内での位置に応じて蛍光体粒子の混合密度を変えることにより、導光体から出射する光の強度を調整することができる。例えば、蛍光体粒子の混合密度を、光源の輻射強度分布に反比例するように設定する。 Or the intensity | strength of the light radiate | emitted from a light guide can be adjusted by changing the mixing density of fluorescent substance particles according to the position in fluorescent substance. For example, the mixing density of the phosphor particles is set to be inversely proportional to the radiation intensity distribution of the light source.
また、光源からの光を伝播して導光板に線状に光が入射するように、光源と導光板の間に光パイプを設け、蛍光体層を光パイプ内に形成し、光パイプの全表面を覆うように非通水性材料層を設けた。 In addition, a light pipe is provided between the light source and the light guide plate so that light from the light source propagates and linearly enters the light guide plate, a phosphor layer is formed in the light pipe, and the entire surface of the light pipe A water-impermeable material layer was provided so as to cover.
あるいは、光源からの光を伝播して導光板に線状に光が入射するように、光源と導光板の間に光パイプを設け、第一の蛍光体の蛍光体粒子を光パイプの中に設け、光パイプの全表面を覆うように非通水性材料層を設け、光パイプと導光板の光入射面との間に第二の蛍光体を設ける構成とした。 Alternatively, a light pipe is provided between the light source and the light guide plate so that light from the light source propagates and the light is incident linearly on the light guide plate, and phosphor particles of the first phosphor are provided in the light pipe. The non-water-permeable material layer is provided so as to cover the entire surface of the light pipe, and the second phosphor is provided between the light pipe and the light incident surface of the light guide plate.
図1に本実施例の蛍光体フィルムの断面構成を模式的に示す。図1に示すように、蛍光体フィルムは、蛍光体粒子4が混合された結合剤2が透光性フィルム1の上に塗布された構成である。この蛍光体粒子4が混合された結合剤2からなる層を以下蛍光体層と呼ぶことにする。そして、結合剤2に蛍光体粒子4が混合された蛍光体層上に、環境からの水分を遮断するために第一非通水性材料層3が形成されている。この第一非通水性材料層3を形成する材料としては、シリコン樹脂、シクロオレフィン系樹脂、フッ化物系樹脂などを用いることができる。また、ガラスゾルや二酸化ケイ素ゾルなどの無機非通水性材料も用いることができる。この非通水性材料層3の層厚は厚ければ厚いほど良いが、5μm程度以上で効果が現れる。特に、高分子非通水性材料層を用いる場合は、20μm程度以上望むらくは50μm以上あれば良い。
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of the phosphor film of this example. As shown in FIG. 1, the phosphor film has a configuration in which a binder 2 in which
透光性フィルム1は、25〜500μm程度の厚みを有する透光性高分子材料から形成されている。この透光性高分子材料としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、アクリル樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)などの通常の樹脂を用いることができる。結合剤2としてはアクリル系接着剤やエポキシ系接着剤などを用いることができる。これらの接着剤は、熱硬化型接着剤でも紫外線硬化型接着剤でも自然硬化型接着剤でも良い。また、透光性フィルム1として用いる通常の樹脂は通水性が高いために、特に透光性フィルム1の厚みが25〜100μmと薄い場合は、非通水性高分子材料層としてシリコン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、またはフッ化物系樹脂を用いるのが好ましい。
The
また、蛍光体粒子4の材料としては、用いる励起光波長と目的とする蛍光波長とによって適宜選択して用いる。例えば、励起光として青色光を用い、蛍光体粒子4として青色光を黄色光に変換する黄色蛍光体を用いて励起光である青色光の強度を調整すれば、励起光と波長変換された光との加法混色によって所望の色度を持った光が得られる。
(具体例1)
透光性フィルムとして厚み200μmのPETフィルムを用い、その上にエポキシ樹脂にS系緑色蛍光体粒子とS系赤色蛍光体粒子とを1:1の割合でエポキシ樹脂に対する全重量濃度が40%となるように混合したものを塗布した。この蛍光体層上を厚み100μのシリコン樹脂で被覆した。90%60℃環境下で、この試料に青色LEDからの青色光を照射して得られたフィルム透過光の色度を測定しながらその変化を調べたところ、非通水性材料層が形成されない同様の試料は24時間で劣化したのに対し、本試料は1000時間でも特性の劣化は見られなかった。
(具体例2)
透光性フィルムとして、厚み200μmのシクロオレフィン系樹脂(ゼオノア:日本ゼオン商品名)を用い、具体例1と同様の蛍光体層を形成した。この蛍光体層を厚み100μmのPTFE(四フッ化エチレン樹脂)エナメルで被覆した。これを、具体例1と同様に試験したところ、1000時間でも劣化は見られなかった。
The material for the
(Specific example 1)
A PET film having a thickness of 200 μm is used as the translucent film, and the S-based green phosphor particles and the S-based red phosphor particles are added to the epoxy resin at a ratio of 1: 1, and the total weight concentration with respect to the epoxy resin is 40%. What was mixed was applied. This phosphor layer was covered with a silicon resin having a thickness of 100 μm. When the change was examined while measuring the chromaticity of the film transmitted light obtained by irradiating the sample with blue light from a blue LED in a 90% 60 ° C. environment, a non-water-permeable material layer was not formed. This sample deteriorated in 24 hours, whereas this sample showed no deterioration in characteristics even after 1000 hours.
(Specific example 2)
A phosphor layer similar to that in Example 1 was formed using a cycloolefin resin (Zeonor: Nippon Zeon brand name) having a thickness of 200 μm as the translucent film. This phosphor layer was coated with PTFE (tetrafluoroethylene resin) enamel having a thickness of 100 μm. When this was tested in the same manner as in Example 1, no deterioration was observed even after 1000 hours.
図2に本実施例の蛍光体フィルムの断面構成を模式的に示す。本実施例が実施例1と異なる点は、透光性フィルム1の上に、第二非通水性材料層5が形成されている点である。第二非通水性材料層5としては、第一非通水性材料層3と同様の材料を用いることができる。このように第二非通水性材料層5を形成することによって、透光性フィルム1にPCなどの通常の透光性フィルム材料を用いても良好な防水効果を得ることが可能となる。
(具体例3)
厚さ50μmのPETフィルム上に、二酸化ケイ素ゾルを5μm形成し、その上に具体例1と同様の蛍光体層を100μm形成した。その上に、フッ素含有エポキシ接着剤を塗布し硬化させて、厚み120μmの非通水性材料層3を形成した。具体例1および具体例2と同様にしてその発光色の変化を調べたところ、1000時間以上に渡って劣化が見られなかった。
(具体例4)
厚さ100μmのPFA(四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体)フィルム上に、具体例3と同様に二酸化ケイ素ゾルを2μm形成し、その上に蛍光体層とフッ素含有シリコン樹脂を200μm形成して発光色の色度評価をしたところ、1000時間以上に渡って劣化が見られなかった。
FIG. 2 schematically shows a cross-sectional configuration of the phosphor film of this example. This example is different from Example 1 in that a second water-
(Specific example 3)
5 μm of silicon dioxide sol was formed on a 50 μm thick PET film, and 100 μm of the same phosphor layer as in Example 1 was formed thereon. A non-water-
(Specific example 4)
A 2 μm silicon dioxide sol was formed on a 100 μm thick PFA (tetrafluoroethylene perfluorovinyl ether copolymer) film in the same manner as in Example 3, and then a phosphor layer and a fluorine-containing silicon resin were formed 200 μm thereon. When the chromaticity of the emitted color was evaluated, no deterioration was observed over 1000 hours.
図3は本実施例の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。図3に示すように、光源6と導光板7の間に第一蛍光体フィルム9が、反射板8と導光板7の間に第二蛍光体フィルム10が設けられている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the illumination device of this embodiment. As shown in FIG. 3, a
また、導光板7は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン系樹脂などの透明高分子で形成されており、光源6からの光を光入射面から取り込んで内部に伝播する。一般に、導光板7の光出射面または裏面には微細なプリズム群や散乱構造体が形成されており、光出射面から面上の均一な光を照射する。光源6は青色LEDであり、導光板の光入射面に通常2つ以上配されている。図3に示す実施例では、導光板7の裏面には微細なプリズム群が形成されており、内部を伝播する光を所定の割合で裏面に取り出し、この裏面から照射された光は反射板8で反射されて再び導光板7を透過して、導光板7の光出射面から照射される。反射板8としては、PETなどの高分子基材上にAlやAgまたはAgとPdとの合金などを蒸着した反射層を形成したものや、内部に反射率の高い白色顔料を混合した透明高分子基材などを用いることができる。
The
第一蛍光体フィルム9と第二蛍光体フィルム10は各々異なった蛍光体粒子を用いた蛍光体層が塗布され、その上を非通水性材料層で被覆した構成であり、実施例1と実施例2に示した蛍光体フィルムである。具体的に本実施例では、第一蛍光体フィルム9は青色光を赤色光に波長変換する赤色蛍光体層が第二非通水性材料層を塗布した透明なポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に透明なシリコン樹脂バインダーやエポキシ樹脂バインダーを結合剤として塗布されている。そして、この赤色蛍光体層の表面には第一非通水性材料層が塗布されている。また、第二蛍光体フィルム10は青色光を緑色光に波長変換する緑色蛍光体層を第二非通水性材料層が塗布された透明なPETフィルム上に透明なシリコン樹脂バインダーを母材として塗布されている。そして、この緑色蛍光体層の表面には第一非通水性材料層が塗布されている。
The
第二蛍光体フィルム10に照射される光は均一な強度を持っているために、それに塗布する蛍光体層の膜厚は一様に塗布することができる。また、第一蛍光体フィルム9に塗布されている蛍光体層は少なくとも光源6からの光が照射される領域に塗布されておれば良い。
Since the light applied to the
一方、一般により短波長の光を波長変換する場合、波長変換して得られる光の波長が長くなるほど波長変換効率は低下する。従って、同じ光強度の変換光を得ようとすると、変換波長が長くなるほど照射光強度を大きくする必要がある。従って、赤色蛍光体を光源6の近傍に配することにより、青色光を赤色光に効率良く変換することができる。また、導光板7を形成する透明高分子材料の赤色光に対する吸収係数は、緑色光や青色光に比較して良いため、変換後の光路が長くなっても照射されるまでの損失を少なくすることができる。
On the other hand, when wavelength conversion of light having a shorter wavelength is generally performed, the wavelength conversion efficiency decreases as the wavelength of light obtained by wavelength conversion becomes longer. Therefore, to obtain converted light having the same light intensity, it is necessary to increase the irradiation light intensity as the conversion wavelength increases. Therefore, blue light can be efficiently converted into red light by arranging the red phosphor in the vicinity of the
一方、青色光から緑色光に波長変換する緑色蛍光体は赤色蛍光体に比べて波長変換効率が良いため、第二蛍光体フィルム10に配して均一な波長変換を行なう。
On the other hand, since the green phosphor that converts the wavelength from blue light to green light has better wavelength conversion efficiency than the red phosphor, it is arranged on the
このような構成により、表色範囲が広く耐湿性に優れた照明装置が実現できた。 With such a configuration, a lighting device having a wide color range and excellent moisture resistance can be realized.
図4に本実施例の照明装置の構成を模式的に示す。本実施例では、第一蛍光体フィルム9を導光板7の裏面に、第二蛍光体フィルム10を導光板7の表面に配した。光源には発光波長460nmの青色LEDを用いた。そして、第一蛍光体フィルム9には赤色蛍光体を用い、第二蛍光体フィルム10には緑色蛍光体を用いた。このような構成によって、耐湿性に優れ、表色範囲の広い照明装置とすることが可能となった。
FIG. 4 schematically shows the configuration of the illumination device of the present embodiment. In this example, the
また、第一蛍光体フィルム9を通過する青色光は導光板7側からの照射光と反射板8側からの反射光で2回利用されるために、1回だけ青色光を波長変換する場合に比べて第一蛍光体フィルム9に含有させる蛍光体濃度を半分にすることができる。
In addition, since the blue light passing through the
また、この実施例では導光板7の内部を伝播する光は実質的に青色光だけとなるため、光出射面から照射するための導光板の構造設計を容易にすることができ、照明効率を向上させることができると共に設計納期を短縮することができた。さらにこのことにより、導光板2内部を伝播する光を外部に取り出して照射する手段として、導光板7の光出射面または裏面に微細プリズム群や微細散乱構造体を用いる以外に、ホログラムを効率良く用いることが可能となった。このホログラムとしては、二光束干渉縞によって得たパターンをリソグラフィーによって転写したり、リップマン型ホログラムなどの計算機ホログラムをリソグラフィーによって形成したりすることによって容易に作製することができる。
In this embodiment, since the light propagating through the
また、この実施例において、図9に示すように、蛍光体層12を反射板8の反射面に直接形成することもできる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the
図5は本実施例の照明装置の構成を示した模式的断面図である。本実施例が実施例4と異なる点は、第一蛍光体フィルム9と第二蛍光体フィルム10が両方とも導光板7の光出射面側に配されていることである。導光板7の光出射光は光強度分布が70%以上の均一性を有しているために、このような配置によって第一蛍光体フィルム9および第二蛍光体フィルム10による波長変換によって得られた励起光強度を均一にし、混色性を向上させることができた。さらに、第一蛍光体フィルム9に赤色蛍光体を、第二蛍光体フィルム10に緑色蛍光体を用いることによって、波長変換効率を向上させることができた。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the illumination device of this example. The difference between the present embodiment and the fourth embodiment is that both the
そして、非通水性材料層で被覆しない通常の蛍光体フィルムを用いた場合に比べて、第一実施例または第二実施例で示した本発明の蛍光体フィルムを用いることによって耐湿性に優れた照明装置とすることができた。 And compared with the case where the normal phosphor film not covered with the non-water-permeable material layer is used, the moisture resistance is excellent by using the phosphor film of the present invention shown in the first example or the second example. The lighting device could be used.
図6に本実施例の照明装置の模式的な断面構成を示す。本実施例では、第一蛍光体フィルム9と第二蛍光体フィルム10を光源6と導光板7の光入射面との間に設ける構成とした。この場合も、第一蛍光体フィルム9に赤色蛍光体を、第二蛍光体フィルム10に緑色蛍光体を用いることによって、波長変換効率を向上させることができた。
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional configuration of the lighting apparatus of the present embodiment. In this embodiment, the
本実施例では、第一蛍光体フィルム9と第二蛍光体フィルム10とは光源6に近いために、これら蛍光体層に照射される光強度分布が大きくなる。そのため、これら蛍光体層で波長変換されて発光する光強度は、励起光の強度が大きな部分が強くなるために導光板内部で混色されるときに色むらが発生してしまう。そこで、励起光の光照射強度が大きな部分は蛍光体層に塗布する蛍光体厚みを薄く、励起光の光照射強度が小さな部分は蛍光体層に塗布する蛍光体厚みを厚くして、励起光と波長変換で得られた発光光との比がほぼ一定になるようにした。
In the present embodiment, since the
そして、光源6として近紫外光を発光する紫外線LEDと青色光を発光する青色LEDを近接して配した光源を用いることができる。紫外線LEDは例えば発光波長365nmであり、蛍光体に対する励起エネルギーが高いために高効率の波長変換を行なうことができる。しかしながら、紫外線は導光板7を構成する高分子材料などの照明装置の構成部材によって大きな吸収を受けるために、紫外線を導光板内に伝播させて広い領域で均一に蛍光体を励起することは困難である。従って、図6に示すように紫外線LEDと導光板7の間隙に蛍光体層を配置して、導光板内では変換後の可視光を伝播させて用いれば効率が良くなる。
As the
図10は光源を3つ並列に並べて配置した場合の、第一蛍光体フィルム9および第二蛍光体フィルム10に塗布する蛍光体の濃度分布を模式的に示した平面図である。図10において、領域14、15、16の順に蛍光体粒子の濃度が高くなっている。領域14は光源の輝度中心に対応しており照射光強度が最も強く、この輝度中心から離れるに従って照射光強度が弱くなる。蛍光体は一般に照射光強度が強いほど波長変換効率が高くなり変換光成分が多くなる。従って、このように光源の輝度中心から遠ざかるにつれて蛍光体の濃度を大きくすることによって一様な色分布の照明光を得ることが可能となる。図では各光源に対応して領域を領域14、15、16の3領域に分割したが、より多くの領域に分割した方が色分布を良くすることができる。
FIG. 10 is a plan view schematically showing the concentration distribution of the phosphor applied to the
このような領域の作製は、スクリーン印刷やオフセット印刷などで各領域に対応した印刷版を用いて蛍光体濃度の異なる蛍光体層を順次印刷することによって容易に得ることができる。蛍光体フィルム9は、このように蛍光体層を形成した上に非通水性材料層を形成して環境の水分が蛍光体粒子に影響を与えないようにしてある。
The production of such a region can be easily obtained by sequentially printing phosphor layers having different phosphor concentrations using a printing plate corresponding to each region by screen printing, offset printing, or the like. The
このようにして、図6における第一蛍光体フィルム9と第二蛍光体フィルム10に形成する蛍光体濃度に分布を設けることによって、耐湿性に優れ、表色性が良く混色も良好な照明装置を得ることができた。
(具体例5)
図6において、紫外線LEDと青色LEDとを近接させて1つのパッケージに封入した光源6を3つ並列に配置した。紫外線LEDの発光波長は365nmであり、青色LEDの発光波長は470nmとした。透光性フィルム上に図10で示すような分布を持たせて結合剤に混合した赤色蛍光体粒子を5段階の濃度でスクリーン印刷して硬化させ、さらにその上にフッ素含有エポキシ樹脂を塗布して硬化して第一蛍光体フィルムとした。第二蛍光体フィルム10としては緑色蛍光体を第一蛍光体フィルム9と同様に印刷硬化させ、フッ素含有エポキシ樹脂で被覆したものを用いた。
In this way, by providing a distribution in the phosphor concentration formed in the
(Specific example 5)
In FIG. 6, three
このようにして、紫外線LEDで赤色光と緑色光とを励起して、青色LEDからの青色光と混色することによって、色再現範囲が広く、混色性も良好な照明装置とすることができた。特に、励起光として用いる紫外光は色再現に与える影響はなく、励起された赤色光と緑色光、および青色光源からの青色光の混色のみを考えれば良いために、色調整の容易な照明装置とすることができた。 In this way, the red LED and the green light are excited by the ultraviolet LED and mixed with the blue light from the blue LED, so that an illumination device having a wide color reproduction range and a good color mixing property has been achieved. . In particular, the ultraviolet light used as excitation light has no effect on color reproduction, and it is only necessary to consider the mixed color of excited red light, green light, and blue light from a blue light source. And was able to.
なお、紫外光は照明装置の構成部材である導光板などの高分子材料の劣化を促進し、また液晶装置に紫外線の混入した光を照射すると液晶が劣化してしまう。さらには、観測者の目にも悪影響を与える。そのため、図6には明示していないが、本具体例では第二蛍光体フィルム10と導光板7の光入射面との間に、紫外線吸収フィルムを挿入した。
Note that ultraviolet light promotes deterioration of a polymer material such as a light guide plate that is a component of the lighting device, and the liquid crystal deteriorates when the liquid crystal device is irradiated with light mixed with ultraviolet light. In addition, it has an adverse effect on the eyes of the observer. Therefore, although not explicitly shown in FIG. 6, an ultraviolet absorbing film is inserted between the
図7は、本実施例の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。本実施例では、二つの青色光源6aと6bが光パイプ11の両側端に配置されている。これらの青色光源から出射した光は光パイプ11の内部を伝播して均一化されて、光パイプ11の導光板7との対向面またはその逆面に形成されたプリズムによって偏向され、導光板7の光入射面に一様に照射されて導光板7の内部に導かれる。本実施例の照明装置では、光パイプ6の中に赤色蛍光体を混合した構成とした。これにより、光パイプ6内部で青色光が赤色光に波長変換することとなり、均一な波長変換と混色が実現できる。また、光パイプ6の中では青色光は繰り返し反射する上に、光強度が強いために効率の良い波長変換が可能となった。なお、光パイプ11の全表面には図示しない非通水性材料層が形成され、光パイプ11内の赤色蛍光体粒子が環境の水分によって劣化しないようにしてある。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing the configuration of the illumination device of the present embodiment. In the present embodiment, two
一方、導光板7の裏面には実施例1または実施例2で示した第二蛍光体フィルム10が配されており、その表面に緑色蛍光体層が一様に形成されており、さらにその緑色蛍光体層の表面を非通水性材料層で被覆してある。このような構成によって、耐湿性に優れ、表色性と混色性が良好な照明装置が実現できた。
On the other hand, the
図8は、本実施例の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。本実施例が実施例7と異なる点は、第二蛍光体フィルム10が光パイプ11と導光板7の光入射面との間に挿入されている点である。実施例7で説明したように、光パイプ11の内部に混合された赤色蛍光体は、光パイプ11内部の均一で強度の強い青色光によって効率良く青色光を赤色光に波長変換する。また、光パイプ内部で青色光と赤色光とは、充分均一に混色することができる。さらに、光パイプ11から導光板7の光入射面側に出射される光は均一であるために、第二蛍光体フィルム10に塗布する蛍光体層は均一であれば良い。また、実施例7に比べて、第二蛍光体フィルム10に照射される光強度が強いために、青色光を緑色光に変換する効率を高くすることができるという特長を持っている。そして、第二蛍光体フィルム10の面積を実施例7に比較して小さくすることができるために、使用する蛍光体の量を減らすことができ、照明装置の製造コストを削減することができる。
FIG. 8 is a perspective view schematically showing the configuration of the lighting apparatus of the present embodiment. The present embodiment is different from the seventh embodiment in that the
このようにして、本実施例においても、より少ない蛍光体を用いて、耐湿性に優れ、表色性と混色性が良好な照明装置を実現することができた。 In this way, also in this example, it was possible to realize an illuminating device that was excellent in moisture resistance, and excellent in coloration and color mixing, using fewer phosphors.
図8に示した実施例8では、第二蛍光体フィルム10の表面に塗布する蛍光体は均一で一様にすれば良い。このとき例えば、青色光を赤色蛍光体で波長変換して赤色光を得る場合は波長変換に必要なエネルギーを吸収して強度が落ちる。その強度が落ちた青色光を緑色蛍光体に照射して青色光を緑色光に波長変換するのは効率的ではない。そこで、本実施例では、第二蛍光体フィルム10に赤色蛍光体と緑色蛍光体をフィルム面上で領域分割して互いに重なり合わないように選択的に印刷した。これにより励起光を有効に用いることができる。具体的には、図11に示すように透光性フィルム13上に、赤色蛍光体塗布領域16と緑色蛍光体塗布領域17とを互いに離間させたパターンを用いて、各々の領域に赤色蛍光体と緑色蛍光体とを結合剤中に混合分散させてスクリーン印刷した。そして、さらにその上を非通水性材料層で被覆した。このような構成によって、光パイプ6の内部に蛍光体を混合分散させることなく、1枚の蛍光体フィルムを用いることによって1光源から2波長の波長変換を効率良く行なうことが可能となった。また、各蛍光体は互いに励起光を吸収して弱め合うことなく良好な強度の励起光で波長変換することができるようになる。
In Example 8 shown in FIG. 8, the phosphor applied to the surface of the
図11において、分割する領域の形状は必ずしも矩形である必要は無く、ドット形状や多角形形状をしていても良い。波長変換される光の強度は分割領域の面積密度を調節することによって容易に調整することができる。また、印刷する蛍光体層の厚みや、結合剤に分散させる蛍光体粒子濃度を変えても良い。 In FIG. 11, the shape of the area to be divided does not necessarily have to be a rectangle, and may be a dot shape or a polygonal shape. The intensity of the light subjected to wavelength conversion can be easily adjusted by adjusting the area density of the divided regions. Further, the thickness of the phosphor layer to be printed and the concentration of the phosphor particles dispersed in the binder may be changed.
充分な混色を行なうためには、印刷領域は可能な限り小さい方が良い。スクリーン印刷やオフセット印刷またはインクジェットによる印刷法を用いることによって、印刷領域の大きさは50〜200μmまでの任意の大きさに調節することができ、充分な混色が可能である。印刷領域の大きさを変化させて各領域の蛍光体粒子濃度を変化させることによって、図10に示すような蛍光体濃度分布を実質的に持った蛍光体層を形成することも容易に実現することが可能となる。 In order to achieve sufficient color mixing, the print area should be as small as possible. By using screen printing, offset printing, or inkjet printing, the size of the printing area can be adjusted to an arbitrary size of 50 to 200 μm, and sufficient color mixing is possible. By changing the size of the printing region and changing the phosphor particle concentration in each region, it is possible to easily form a phosphor layer substantially having a phosphor concentration distribution as shown in FIG. It becomes possible.
また、このように蛍光体形成領域を分散させて形成することは、蛍光体層を光源と導光板の光入射面との間隙に配する以外の場合でも適用できることは言うまでもない。 Further, it goes without saying that the formation of the phosphor forming regions dispersed in this manner can be applied to cases other than arranging the phosphor layer in the gap between the light source and the light incident surface of the light guide plate.
以上のように、本発明による照明装置は、耐湿性に優れ、表色性と混色性が良好な照明装置とすることができ、高精彩な液晶表示装置に用いることによってその表色性、耐湿性を向上させるのみならず、高輝度化をはかることができる。 As described above, the illuminating device according to the present invention can be an illuminating device that is excellent in moisture resistance and has excellent color and color mixing properties, and can be used for a high-definition liquid crystal display device. In addition to improving the brightness, it is possible to increase the brightness.
もちろん、本発明の蛍光体フィルムと照明装置は、液晶表示装置の照明装置としてのみならず、一般の平面型光源や照明装置として用いることができることは言うまでもない。 Of course, it goes without saying that the phosphor film and the illuminating device of the present invention can be used not only as an illuminating device of a liquid crystal display device but also as a general flat light source or illuminating device.
図14に、本発明による表示装置の構成を模式的に示す。前述の実施例で説明した構成の照明装置が液晶表示素子を照明するために設けられている。すなわち、導光板7の上部に拡散板24を配し、その上に液晶表示素子23が設けられている。導光板7の下部には反射シート8が設けられている。これらの構成要素は筐体25によって保護、保持されている。導光板7の一方の端面には配線基板21に実装された光源6が配してあり、導光板7と位置ずれすることなく対向している。図14には図示していないが、上述した実施例と同様に蛍光体フィルムが導光板7の周辺のいずれかの箇所に配されていることは言うまでもない。
FIG. 14 schematically shows a configuration of a display device according to the present invention. An illumination device having the configuration described in the above embodiment is provided to illuminate the liquid crystal display element. That is, the
1 透光性フィルム
2 結合剤
3 第一非通水性材料層
4 蛍光体粒子
5 第二非通水性材料層
6 光源
7 導光板
8 反射板
9 第一蛍光体フィルム
10 第二蛍光体フィルム
11 光パイプ
12 蛍光体層
13 透光性フィルム
16 赤色蛍光体塗布領域
17 緑色蛍光体塗布領域
21 配線基板
23 液晶表示素子
24 拡散板
25 筐体
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記光源からの光によって励起され、励起光を発する蛍光体と、
前記光源からの光と前記励起光を伝播して平面状に照射する導光板と、を有する照明装置であって、前記蛍光体が、透光性フィルムと、前記透光性フィルムの一方の表面上に設けられ、蛍光体粒子が結合剤に混合された蛍光体層と、前記蛍光体層の表面に設けられた非通水性材料層とを備えることを特徴とする照明装置。 A light source;
A phosphor that is excited by light from the light source and emits excitation light;
An illumination device comprising: a light guide plate that propagates light from the light source and the excitation light to irradiate it in a planar shape, wherein the phosphor is a translucent film and one surface of the translucent film An illuminating device comprising: a phosphor layer provided on the phosphor layer in which phosphor particles are mixed with a binder; and a non-water-permeable material layer provided on a surface of the phosphor layer.
前記第一の蛍光体の蛍光体粒子を前記光パイプの中に設け、前記光パイプの全表面を覆うように非通水性材料層を設け、前記光パイプと前記導光板の光入射面との間に前記第二の蛍光体を設けたことを特徴とする請求項4に記載の照明装置。 A light pipe provided between the light source and the light guide plate so that the light from the light source propagates and the light is linearly incident on the light guide plate;
The phosphor particles of the first phosphor are provided in the light pipe, a non-water-permeable material layer is provided so as to cover the entire surface of the light pipe, and the light pipe and the light incident surface of the light guide plate The lighting device according to claim 4, wherein the second phosphor is provided therebetween.
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