JP2012142107A

JP2012142107A - 照明装置

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Publication number: JP2012142107A
Application number: JP2010292365A
Authority: JP
Inventors: Choichiro Okazaki; 暢一郎岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP5548118B2; WO2012090702A1

Abstract

【課題】ＬＥＤと導光体とからなる照明装置において、発光効率向上を図る。
【解決手段】発光ダイオード１３と、導光体１０と、導光体１０の周りに配置された反射シート９を有する照明装置であって、導光体１０は、発光ダイオード１３からの光を取り込む入射面と、光を外部に出射する出射面を有し、導光体１０の入射面および出射面以外の面が反射シート９で覆われている。反射シート９の導光体１０の側には発光ダイオード１３からの光の波長を変換するための色の異なる複数の蛍光膜が形成され、蛍光膜は導光体１０の面方向に色毎に領域が分かれて形成されている。この構成においては、異種蛍光体間での光吸収、すなわち、多段励起が生じないので、発光効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、青色発光ダイオードや紫外発光ダイオードと蛍光体を備えて構成された照明装置に適用して有効な技術に関するものである。

照明用や液晶表示装置用バックライトには蛍光灯が広く用いられているが、有害物質である水銀を用いていることや寿命が短いなどの短所がある。このため近年では、有害物質を用いていない、長寿命、発光効率が高いなどの特徴から白色ＬＥＤ(Light Emitting Diode)を用いた照明光源が使用されるようになってきている。白色ＬＥＤを用いた照明においてはこのほかにも次のような利点がある。

（１）直流駆動が可能であるため従来の交流駆動の蛍光灯で発生するちらつきが無く目に優しい。（２）ＬＥＤを用いた照明においては従来の蛍光灯に比べて紫外線の発生量が少なく、人体への影響が少なく、材料劣化を抑えることができる。（３）従来の蛍光灯で用いられているガラスを使用しないため、万が一天井から落下しても危険が少ない。

このような特徴から、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いて構成された発光素子は、家庭照明をはじめとする照明用や、液晶表示素子のバックライト用など、次世代の照明光源として注目され、近年盛んに研究と開発とが進められている。

ＬＥＤ発光素子を用いて白色光を得る方式としては、
（１）光の３原色である赤色（Ｒ：Red）、緑色（Ｇ：Green）、および青色（Ｂ：Blue）の３色の発光をそれぞれ実現する３種のＬＥＤを組み合わせて白色光を得る方式、
（２）青色発光する青色ＬＥＤを励起源として使用し、黄色発光蛍光体や緑色、赤色等の発光蛍光体を励起することによって光源の青色光と蛍光体の発光色の混合により白色光を得る方式、
（３）４１０ｎｍより短波長の近紫外領域に発光ピークを有する紫外（ＵＶ：Ultra Violet）発光ＬＥＤを励起源として使用し、赤発光蛍光体、緑発光蛍光体、および青発光蛍光体を励起することによって赤青緑３色の光を得、これらを混合させて、白色を得る方式。
の３つの方式が知られている。

図２には上記（２）の方式のＬＥＤの構造を示す。青色ＬＥＤチップ１はワイヤ２によりリードフレーム３に接続されており、外部駆動回路よりリードフレーム３に電力を供給することにより青色ＬＥＤチップ１を点灯する。青色ＬＥＤチップ１は、ヒートシンク７に接着されており、発光時のチップ発熱を外部に逃がすことによりチップ温度の上昇を抑え、発光を安定化させている。また、青色ＬＥＤチップ１は、蛍光体粒子８を混合した封止樹脂５により、ケース4内に封止されている。青色ＬＥＤチップからの青色光により蛍光体粒子８が励起され、黄色や赤、緑色等を発光する。これら蛍光体粒子８からの発光色と、青色ＬＥＤチップ１からの青色光が混合され、白色光がＬＥＤより放射される。さらに、必要に応じてＬＥＤ表面にレンズ６を配置することで、ＬＥＤから放射される白色光の放射角を狭めることが可能となる。

しかし、ＬＥＤ発光素子からの光は、1ｍｍ^２程度以下の小さい面積をもつＬＥＤチップから発光されるためスポット状発光であり、照明装置に用いた場合には光を直接覗き込むとギラギラ感を感ずる。このギラギラ感を解消するため、導光体を利用した構造により出射面積を広げる工夫がなされる。図３に示したような導光体１０を反射シート９で覆った構造や、さらに図４に示したように出射面に拡散シート１２を配置する（特許文献１）。

導光体を利用したものについては、白色ＬＥＤを光源として用いるのが一般的であり、白色ＬＥＤ１１からの放射光は導光体に入射後、反射シート９と拡散シート１２の間を、反射を繰り返して導光体１０内を進行し、最終的に拡散シートより照明装置外に出射される。

図２に示したように、白色ＬＥＤにおいては、蛍光体粒子８は青色ＬＥＤチップ１の近傍に配置されているため点灯時に高温となる青色ＬＥＤチップの熱の影響を受ける。一般的に蛍光体の発光強度は温度に依存し、周辺温度の上昇につれて発光強度は低下するとともに寿命特性も悪化する。

この課題を解決する方法として、蛍光体を青色ＬＥＤから離した構造が考えられる。
一例として青色ＬＥＤ１３を光源とした図５の構造をあげることができる（特許文献２）。
図６を用いて図５の構造での白色発光を実現する原理を説明する。本構造では青色ＬＥＤ１３から放射された青色光が導光体１０内を反射しながら進行し、一部が進行途中で導光体外に放出される。また蛍光膜１５にぶつかった青色光の一部は蛍光体を励起する。励起された蛍光体発光も導光体外に放出され、青色光と蛍光体発光により白色発光が得られる。本構造では、蛍光体を励起する青色光は蛍光膜１５の下側から入射したのち、蛍光膜１５の上側に透過していく構造のため透過励起型と呼ばれる。

他の例として青色ＬＥＤ１３を光源として使用し、蛍光膜１５を反射シート９表面に配置した図８に示す蛍光体塗布反射シート１４を用いた、図７に示す構造が考えられる。図９を用いて図７の構造での白色発光を実現する原理を説明する。図７の構造では青色ＬＥＤ１３から放射された青色光が導光体１０内を反射しながら進行し、一部が進行途中で導光体外に放出される。また蛍光体塗布反射シート１４にぶつかった青色光の一部は蛍光体を励起する。励起された蛍光体発光も導光体外に放出され、青色光と蛍光体発光により白色発光が得られる。本構造では、蛍光体を励起する青色光は蛍光体塗布反射シート１４の下側から入射したのち、蛍光体塗布反射シート１４の下側に反射していく構造のため反射励起型と呼ばれる。

特開２００９−４３６１１号公報特開２００６−２９１０６４号公報

複数色の蛍光体を用いた白色ＬＥＤにおいては、異種蛍光体間での光吸収、いわゆる多段励起が発生し、発光効率が低下する。本現象について図１０に示す反射励起型構造を用いて説明する。図１１は蛍光膜構造を示したもので説明を簡略化するため蛍光膜が赤蛍光体粒子、緑蛍光体粒子から構成される場合について説明する。蛍光膜中において緑蛍光体粒子と赤蛍光体粒子は均一に混合される。図１２に示すように、一般的に緑蛍光体発光のエネルギ（ｈν（Ｇ））が赤蛍光体の励起エネルギ（Ｅｇ（Ｒ））よりも大きい。

そのため緑蛍光体粒子からの緑色発光放出先に赤蛍光体が存在すると、青励起光によって励起された緑蛍光体からの緑色発光が、赤蛍光体を励起してしまい、緑発光強度が弱くなる。また赤蛍光体の発光に関しても青励起光が緑色光に変換された後に赤色光に変化されるため（多段励起）、青色励起光により赤色蛍光体が直接励起される場合よりも発光効率が低減してしまう。以上は蛍光膜が2種類の蛍光体から構成される場合を説明したが、３種類以上の蛍光体から構成される場合も同じ現象が発生する。通常の白色ＬＥＤにおいては、図１１に示したように各色蛍光体が混合された混合蛍光膜の状態で使用されているため、多段励起による発光効率低減が大きい。

本発明は、上述のような課題を鑑みてなされたものであり、各色蛍光体からなる蛍光膜を分離した構造とし、蛍光膜長軸方向を励起光主進行方向と一致させることで発光効率を向上させることを特徴とする。具体的には、上記課題を解決するため、照明装置として、発光ダイオードと、発光ダイオードから出射された光を導光する導光体と、導光体に備えられ、発光ダイオードから出射された光を反射する反射シートと、発光ダイオードから出射された光による励起光を発する蛍光体とを備え、発光ダイオードの光放射中心軸方向と、蛍光膜長軸方向が一致することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明による照明装置は、例えば図１に示すように、少なくとも発光ダイオード１３、導光体１０、反射シート９、蛍光体から構成され、導光体１０のもつ面のうち、発光ダイオード１３の入射面および白色光放出面以外の面が反射シート９に覆われており、反射シート表面の全面または一部に蛍光体が配置され、各色蛍光体からなる蛍光膜が分離されて配置され、かつ各色蛍光膜の長軸方向が発光ダイオードの光放射中心軸方向または、導光体における主導光方向と同一であることを特徴とする。なお図１においては構造をわかりやすくするため、反射シートは導光体の一面にのみ構成した構造となっている。実際には、導光体の5面の反射シートが配置される場合が多い。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。すなわち、蛍光体から構成される蛍光膜は、各色蛍光体毎に分離した構造であり、かつ励起光の光放射中心軸方向または導光体における主導光方向が蛍光膜長軸方向と概略同一であるため、異種蛍光体間の多段励起を抑制することが可能となり高発光効率照明装置が実現できる。また、導光体を用いた構造であるため、大面積に対して均一な照射強度を有する照明装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態である照明装置の説明図である。白色ＬＥＤの構造を説明する図である。白色ＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す図である。白色ＬＥＤを用いた照明装置の他の例を示す図である。透過励起型構造を示す模式的な図面である。図５における白色発光原理を示す模式的な図面である。反射励起型構造を示す模式的な図面である。図７における蛍光体塗布反射シートの構造を示す模式的な図面である。図７における白色発光原理を示す模式的な図面である。反射励起型構造を示す模式的な図面である。図１０における蛍光膜構造を示す模式的な図面である。多段励起を説明する模式的な図面である。本発明における構造の一例を示す模式的な図面である。図１３における蛍光膜構造を説明する図である。図１３における蛍光膜構造の動作を説明する図である。本発明における構造の一例を示す模式的な図面である図１６おける蛍光膜構造を説明する図である。ＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す図である。ＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す図である。ＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す図である。ＬＥＤを用いた照明装置の一例を示す図である。本発明における構造の一例を示す模式的な図面である。図２２における蛍光膜構造を説明する図である。本発明を線状光源に適用した例を示す模式的な図面である。図２４における蛍光膜構造を説明する図である。本発明の照明装置を面状光源として用いる例を示す模式的な図面である。本発明の照明装置を液晶表示装置のバックライトとして用いる例を示す模式的な図面である本発明を面状光源として用いる他の例を示す模式的な図面である。図２８にＬＥＤを配置した模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。代表例として反射励起型構造について説明する。導光体を用いた反射励起型照明構造について、模式的な図面を図１３、図１４、図１５に示す。蛍光体励起源となるＬＥＤとしては、ＧａＮ系の青色発光ダイオードの他、近紫外発光、紫外発光ダイオードを用いる。

発光ダイオードからの光を導光する導光体としては、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰｏｌｙｍｅｔｈｙｌＭｅｔａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ），ポリカーボネート樹脂（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ），シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣｙｃｌｉｃＯｌｅｆｉｎＰｏｌｙｍｅｒ；ＣＯＰ）などの透明樹脂で形成され、円柱状、角柱状、平板状、くさび形状の形状を有する。導光体の反射シートに接する面または、白色光放射面には反射機能を付加することもある。この場合には二酸化チタン等の白色粒子を含むインクをスクリーン印刷等の方法でパターニングする。青色ＬＥＤと導光体の光結合のため、両者の間にマッチングオイルを挟みこむ場合もある。

反射シート表面には蛍光膜を形成する。蛍光膜を形成する蛍光体としては、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）の他、Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）₁₆：Ｅｕ，（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ，Ｃａ₃Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ_８ＭｇＳｉ_４Ｏ_１６Ｃｌ_２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕなどを用いることが可能である。照明装置の発光効率と演色性との設計値により、これら蛍光体を適宜選択して用いる。

さらに紫外励起ＬＥＤを用いる場合には、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ、Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、（ＭｇＣａＳｒＢａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕと、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕと、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇと、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂなど一般的な紫外励起用蛍光体を用いることができる。

これら蛍光体をシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂内に分散した膜を反射シート上に形成する。蛍光体と熱硬化前のこれら透明樹脂との混合液を作製する。蛍光体の混合液に対する重量濃度が５〜７０ｗｔ％となるように秤量し、脱泡攪拌器等を用いて均一な混合液を作製する。この蛍光体混合液をスクリーン印刷、バーコータ等を用いて反射シート部材表面に形成する。蛍光膜は反射シート部材に、必要に応じてパターン形成する。蛍光膜厚さは、１０〜２００μｍ程度が好ましい。

蛍光膜形成後、８０〜１５０℃の温度で加熱して透明樹脂を固化させて蛍光膜を形成する。加熱温度、焼成プロファイルは、必要に応じて多段ステップとすることもある。蛍光膜作成時の蛍光体濃度、蛍光膜厚さは必要に応じて上記記載の値以外にも調整することが可能である。反射シートとしては、拡散反射を用いた白色ＰＥＴフィルムや、銀蒸着膜を用いた鏡面反射型フィルムを用いることが可能である。

蛍光体塗布反射シート１４は、図１３のように導光体１０の一面に配置する他に、必要に応じて他の面にも配置可能であり、ＬＥＤ光入射面と白色光発光面を除いた４面を前記蛍光体塗布反射シート１４で覆うことも可能である。

さらに必要に応じて導光体１０の発光面側に拡散シートを配置することもある。青色ＬＥＤからの光は導光体の上下面で全反射を繰り返し、反射シート表面の蛍光体を励起しながら進行し、一部の光線が導光体出射面側から白色光として放出される。従来例においては、図１１に示したように多種類の蛍光体を混合した蛍光膜を用いているため多段励起が多く発生する。

図１３、図１４、図１５は、本発明における代表的構造を示す模式的な図面である。図３において、白矢印２０は青色ＬＥＤ１３の光放射中心軸方向と、導光体における主導光方向は概略同一方向を示す。すなわち、青色ＬＥＤ１３の光放射中心軸方向と、導光体における主導光方向は概略同一方向である。図１４に示したように蛍光膜１６は、各色蛍光体毎に分離して形成される。図１４において蛍光膜長軸方向の蛍光膜の長さを蛍光膜長さ（Ｌ）と定義する。また、それに垂直な方向の長さを、蛍光膜幅（Ｗ）と定義する。Ｗ＜Ｌの構造をストライプ構造と定義する。図１３，１４に示したストライプ構造蛍光膜は、蛍光膜長軸方向と前記主導光方向が概略同一方向となる。

蛍光膜断面図を図１５に示した。本構造では励起青色光および蛍光体発光が各色蛍光体膜中内で反射する確率が高く、他色蛍光膜中に入り込む確率が低いために多段励起の効果が減少し、高発光効率白色ＬＥＤ照明が実現できる。図１４において、Ｌ／Ｗ≧２であれば本発明による効果を得られるが、Ｌ／Ｗ≧１０とするとより効果的である。さらには、図１６，１７に示したように各色蛍光膜間に反射隔壁膜１７を用いることで更なる効率向上が得られる。反射隔壁膜１７の形成は、導光体反射機能付加方法と同様に、二酸化チタン等の白色粒子を含む樹脂をスクリーン印刷等の方法でパターニングして形成すればよい。

以上は、２色の蛍光体を用いた場合の説明を行ったが３色以上の蛍光体を用いた場合にも、それぞれの蛍光体からなる蛍光膜を３種類以上作製すればよい。また各色からなる蛍光膜を構成する蛍光体は必ずしも単一組成蛍光体である必要はなく、２種類以上の蛍光体を混合してもよい。

本発明の代表例では、蛍光体が反射シート近傍に配置されるが、図５に示したような蛍光膜と反射シートを分離した透過励起型を用いてもよい。この場合には、蛍光膜を導光体１０の表面に形成することで、同様に高発光効率向上が実現される。図１８に示したように必要に応じて拡散シート１２を用いてもよい。また、拡散シート１２に図１４に示すような蛍光体を形成してもよい。さらに、図１９に示すように導光体１０の両側から光を入射させるように発光ダイオード１３を配置したり、図２０，２１に示す構造のように青色ＬＥＤを複数設置したりすることも可能である。ＬＥＤに関しては青色ＬＥＤの他、近紫外発光ＬＥＤ，紫外発光ＬＥＤを使えることは言うまでもない。

以下に、本実施の形態に対応する実施例を比較例と比較して説明する。
（比較例１）
ＬＥＤとしては、発光中心波長４５５ｎｍの青色ＬＥＤを、蛍光体として緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、２種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を作製して図１０の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。

まず、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ混合粉を作製した。両蛍光体の混合比（重量比）は緑蛍光体：赤蛍光体＝1:0.１〜1：10となるように適宜調整した。

シリコーン樹脂に本混合蛍光体粉を蛍光体重量比率が５〜７０ｗｔ％になるように混合した。この混合物を脱泡攪拌器を用いて２０００ｒｐｍ、４分間混合した。本混合物をスクリーン印刷機によりポリエステル製白色反射シート上に厚さ１０〜２００μｍとなるように塗布した。この蛍光膜塗布反射シートを乾燥炉にて１５０℃、２ｈ加熱することにより蛍光膜を硬化させた。

導光体としてはポリメチルメタクリレート樹脂製、大きさ１ｃｍ×１ｃｍ×３０ｃｍ形状のものを用い、ＬＥＤ光入射面と白色光発光面を除いた４面を前記蛍光体塗布反射シートで覆う構成とした。青色ＬＥＤの光放射中心軸方向および導光体における主導光方向は同一方向となるようにＬＥＤを設置し、ＬＥＤと導光体との間にはマッチングオイルを挟みこんだ。

本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

蛍光膜構造をストライプ構造とした図１３の基本構造を持つ試料を作製した。まず、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕをシリコーン樹脂に５〜７０ｗｔ％で混合し、ストライプパターンのスクリーン版を用い、比較例１の条件により白色反射シート上に厚さ１０〜２００μｍのストライプ状緑蛍光膜を形成した。次に赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕからなる赤蛍光膜を同様の方法により、ストライプ状緑蛍光膜の間を埋めるように形成した。この際、赤蛍光膜幅と緑蛍光膜幅はほぼ同一になるように蛍光膜を作成した。蛍光膜長さ／蛍光膜幅＝１０とした。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例1の値に対して１１０となった。

実施例１において、赤蛍光膜幅＜緑蛍光膜幅となるように蛍光膜を作成した。赤蛍光膜幅：緑蛍光膜幅＝1：１．１〜１：５となる試料を作製した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は最大で比較例1の値に対して１１５となった。

実施例１において、図１６，１７に示したような蛍光膜間に反射隔壁を設けた構造とした。反射隔壁構造は、二酸化チタン白色粒子を含むシリコーン樹脂をスクリーン印刷によりパターニングして形成した。その後、蛍光膜を実施例１と同様の方法で反射隔壁間にストライプ状に形成した。

本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例1の値に対して１１５となった。

実施例２において、図１６，１７に示したような蛍光膜間に反射隔壁を設けた構造とした。赤蛍光膜幅：緑蛍光膜幅＝1：１．１〜１：５となる試料を作製した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例1の値に対して１２０となった。

（比較例２）
比較例１において、蛍光体として黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを用い、３種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を作製して図１０の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは９０となるように３種蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

実施例１において、蛍光体として黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、３種それぞれの蛍光体からなるストライプ構造蛍光膜を作製して図１３の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは９０となるように黄色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例２の値に対して１０８となった。

実施例５において、緑蛍光膜幅＜赤蛍光膜幅＜黄色蛍光膜幅となるように蛍光膜を作成した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９０となるように黄色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例２の値に対して１１３となった。

（比較例３）
比較例１において、蛍光体として黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、赤色蛍光体であるＣａＳ：Ｅｕ用い、２種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を作製して図１０の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは８０となるように２種蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

実施例１において、蛍光体には黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、赤色蛍光体としてＣａＳ：Ｅｕ用いを用い、２種それぞれの蛍光体からなるストライプ構造蛍光膜を作製して図１３の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは８０となるように黄色蛍光体、赤蛍光体、の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例３の値に対して１０５となった。

実施例７において、赤蛍光膜幅＜黄色蛍光膜幅となるように蛍光膜を作成した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは８０となるように黄色蛍光体、赤蛍光体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例２の値に対して１１４となった。

（比較例４）
比較例１において、蛍光体として橙色蛍光体であるＳｒ_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、３種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を作製して図１０の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは８５となるように3種蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

実施例５において、蛍光体として橙色蛍光体であるＳｒ_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ、緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、３種それぞれの蛍光体からなるストライプ構造蛍光膜を作製して図１３の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは８５となるように橙色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例４の値に対して１０９となった。

実施例９において、橙蛍光膜幅＜赤蛍光膜幅＜緑色蛍光膜幅となるように蛍光膜を作成した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは８５となるように橙色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例４の値に対して１１６となった。

（比較例５）
比較例１において、ＬＥＤとしては、発光中心波長３７５ｎｍの紫外ＬＥＤを、蛍光体として青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ、緑色蛍光体であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_３：Ｅｕを用い、３種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を作製して図１０の構造照明装置を作製し、特性評価を行った。但し、本比較例においては、図１０におけるＬＥＤ１３は紫外線ＬＥＤに置き換えている。Ｒａは９５となるように３種蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

実施例５において、ＬＥＤとしては、発光中心波長３７５ｎｍの紫外ＬＥＤを、蛍光体として青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ、緑色蛍光体であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_３：Ｅｕを用い、３種それぞれの蛍光体からなるストライプ構造蛍光膜を作製して図１３の構造の照明装置を作製し、特性評価を行った。Ｒａは９５となるように青色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例５の値に対して１１０となった。

実施例１１において、赤蛍光膜幅＜青蛍光膜幅＜緑色蛍光膜幅となるように蛍光膜を作成した。本照明装置を用い、平均演色評価指数（Ｒａ）および正面輝度を測定した。Ｒａは９５となるように青色蛍光体、赤蛍光体、緑蛍光体粉体の濃度および蛍光体濃度、蛍光膜幅を調整した結果、正面輝度は比較例４の値に対して１１６となった。

（比較例６）
比較例１を参考に、励起用青色ＬＥＤを複数配置した図２１の照明装置を作製した。ＬＥＤとしては、発光中心波長４５５ｎｍの青色ＬＥＤを、蛍光体として緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを用い、２種蛍光体の混合物を用いた蛍光膜を用い、特性評価を行った。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体粉体の混合比、濃度および蛍光体膜厚を調整した。以下に示す実施例においても同一のＲａとなるように蛍光膜を作製し、正面輝度の比較を行った。その際、本比較例での正面輝度を１００とした。

実施例１に示した方法により、蛍光体として緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、赤蛍光膜幅と緑蛍光膜幅はほぼ同一となるような図２３のストライプ状蛍光膜を作製した。本蛍光膜を用いて図２２の照明構造を作製した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例６の値に対して１０９となった。

実施例１３に示した方法により、蛍光体として緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、赤色蛍光体であるＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを用い、赤蛍光膜幅＜緑蛍光膜幅となるような図２３のストライプ状蛍光膜を作製した。本蛍光膜を用いて図２２の照明構造を作製した。Ｒａは９３となるように赤蛍光体、緑蛍光体の濃度および蛍光体膜厚を調整した結果、正面輝度は比較例６の値に対して１１２となった。

以下に示す実施例１５および１６は本発明の照明装置を液晶表示装置等のバックライトとして使用する例を示すものである。

図２４に示す構造の照明装置を製作するに際し、ＬＥＤとしては、発光中心波長３７５ｎｍの紫外ＬＥＤを、蛍光体として青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ、緑色蛍光体であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_３：Ｅｕを用いた。それぞれの蛍光体からなる蛍光膜を反射シート上に形成した。この単色蛍光体からなる蛍光膜塗布反射シートを加工し図２４に示したように導光体の４つの面に配置した単色発光線状光源とした。蛍光膜断面構造を図２５に示した。それぞれの単色発光線状光源からなる図２４の構造を用い、図２６に示すように赤発光線状光源、緑発光線状光源、青発光線上光源を順番に並べた面上照明光源を作製した。

図２６の光源は、ストライプ状に赤、青、緑の光源を配置し、液晶表示装置のバックライトとして使用することが特徴である。従来の液晶表示装置においては、バックライトに白色光源を用い、液晶表示パネル内のカラーフィルタによって着色画像を形成していた。図２６に示すようなストライプ状の光源に合わせて液晶表示パネル１８にストライプ状に画素を形成することによってカラーフィルタを用いない液晶表示装置を実現することが出来る。

図２７は図２６のバックライトの上に液晶表示パネル１８を配置した液晶表示装置の斜視図である。液晶表示パネル１８にはカラーフィルタは形成されていない。液晶表示パネル１８には赤、緑、青に対応する画素がバックライトにおけるストライプ状の光源に沿って形成されている。従来は、カラーフィルタによって光が吸収されるために、光の利用効率は低かったが、図２７の構成は、カラーフィルタを使用する必要が無いので、バックライトの光の利用効率を大きくすることが出来、その分、電力を節約することが出来る。

図２４−２７の構成は、導光体の周辺に蛍光膜１５が形成されているが、構成によっては、導光体を省略し、導光体の部分を空洞として用いる場合もありうる。この場合は、バックライトによる輝度の設計は難しくなるが、バックライトの構造を単純化することが出来る。

図２８に示す構造の照明装置を製作するに際し、ＬＥＤとしては、発光中心波長３７５ｎｍの紫外ＬＥＤを、蛍光体として青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７:Ｅｕ、緑色蛍光体であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_３：Ｅｕを用いた。

実施例３の方法を用い、反射シート上に白色反射隔壁膜をストライプ状に形成した後、白色反射隔壁間に、各色蛍光膜を形成した。図２８の蛍光膜構造に紫外発光ＬＥＤを組み合わせた図２９の照明装置構造を作製した。これによって、実施例１５と同様に、カラーフィルタを有さない液晶表示パネルを用いてカラー表示が可能な液晶表示装置を実現することが出来る。

図２９に示すバックライトが図２７のバックライトと異なる点は、反射隔壁膜の間には導光体は形成されておらず、蛍光体のみが形成されている点である。この点、実施例１６の構成は実施例１５の構成に比較して輝度むらの調整は難しいが、バックライトの構成を単純化することが出来る。

本発明の発光素子は、信号灯、ディスプレイ装置のバックライト、および各種照明として広く適用することができる。

１青色ＬＥＤチップ
２ワイヤ
３リードフレーム
４ケース
５封止樹脂
６レンズ
７ヒートシンク
８蛍光体粒子
９反射シート
１０導光体
１１白色ＬＥＤ
１２拡散シート
１３青色ＬＥＤ
１４蛍光体塗布反射シート
１５蛍光膜
１６分離構造蛍光膜
１７反射隔壁膜
１８フィルタレス液晶パネル
２０導光体における主導光方向。

Claims

発光ダイオードと、導光体と、導光体の周りに配置された反射シートを有する照明装置であって、
前記導光体は、前記発光ダイオードからの光を取り込む入射面と、光を外部に出射する出射面を有し、前記導光体の前記入射面および前記出射面以外の面が反射シートで覆われ、
前記反射シートの前記導光体の側には前記発光ダイオードからの光の波長を変換するための色の異なる複数の蛍光膜が形成され、
前記蛍光膜は、前記導光体の面方向に色毎に領域が分かれていることを特徴とする照明装置。
発光ダイオードと、導光体と、導光体の周りに配置された反射シートを有する照明装置であって、
前記導光体は、前記発光ダイオードからの光を取り込む入射面と、光を外部に出射する出射面を有し、前記導光体の前記入射面および前記出射面以外の面が反射シートで覆われ、
前記導光体の前記反射シートで覆われた面には、前記発光ダイオードからの光の波長を変換するための色の異なる複数の蛍光膜が形成され、
前記蛍光膜は、前記導光体の面方向に色毎に領域が分かれていることを特徴とする照明装置。
発光ダイオードと、導光体と、導光体の周りに配置された反射シートと、拡散シートを有する照明装置であって、
前記導光体は、前記発光ダイオードからの光を取り込む入射面と、光を外部に出射する出射面を有し、前記導光体の前記入射面および前記出射面以外の面が反射シートで覆われ、
前記導光体の前記出射面に前記拡散シートが配置され、
前記拡散シートには前記発光ダイオードからの光の波長を変換するための色の異なる複数の蛍光膜が形成され、
前記蛍光膜は、前記導光体の出射面方向に色毎に領域が分かれていることを特徴とする照明装置。
前記蛍光膜の前記色毎に分かれた領域の各々は、前記導光体における光の主導光方向の長さをＬとし、前記主導光方向と直角の方向の幅をＷとした場合、Ｌ／Ｗは２以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光膜の前記色毎に分かれた領域の各々は、前記導光体における光の主導光方向の長さをＬとし、前記主導光方向と直角の方向の幅をＷとした場合、Ｌ／Ｗは１０以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光膜の前記色毎に分かれた領域の各々は、前記導光体における光の主導光方向の長さをＬとし、前記主導光方向と直角の方向の幅をＷとした場合、Ｗの値は蛍光体の色毎に異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記導光体は柱状または板状構造であり、前記導光体の前記入射面と前記出射面以外はすべて前記反射シートによって覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記導光体の前記入射面は複数存在し、前記入射面の各々に対応して発光ダイオードが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光体は、黄色蛍光体ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光体は、赤色蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光体は、緑色蛍光体（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記蛍光体は、橙色蛍光体Ｓｒ_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記発光ダイオードは青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。
前記発光ダイオードは紫外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。
液晶表示パネルとバックライトを有するカラー液晶表示装置であって、
前記バックライトは前記液晶表示パネルと対向する面において、色の異なる蛍光膜が隔壁を挟んでストライプ状に形成され、前記蛍光膜は発光ダイオードからの光を波長変換することによって発光し、
前記液晶表示パネルには、前記バックライトの前記ストライプ状の蛍光膜と対応して画素が形成され、
前記液晶表示パネルはカラーフィルタを有さないことを特徴とするカラー液晶表示装置。