JP3117790U

JP3117790U - 面状光源装置

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Publication number: JP3117790U
Application number: JP2005008680U
Authority: JP
Inventors: 照人小口; 雅之橋爪; 朗井上; 都志渡辺; 陽弘加藤
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2015-10-20

Abstract

【課題】蛍光体で波長変換された光の取出し効率を向上させることができると共に蛍光体の量及び表面積を増大させることのできる多色発光可能な面状光源装置を実現する。
【解決手段】表面が出光面12ｂと成された透光性材料より成る導光板12と、該導光板12の一端面12ａの近傍に配置されたＬＥＤ14を備え、上記導光板12の出光面12ｂに、ＬＥＤ14から発光された光を、赤色可視光に波長変換して放射する赤色発光用の蛍光体16Rを担持して成るシート状の第１の不織布18R、緑色可視光に波長変換して放射する緑色発光用の蛍光体16Gを担持して成るシート状の第２の不織布18G、青色可視光に波長変換して放射する青色発光用の蛍光体16Bを担持して成るシート状の第３の不織布18Bを配置し、さらに、上記ＬＥＤ14の外側方、導光板12の裏面12ｃ、上記ＬＥＤ14の配置される導光板12の一端面12ａ以外の端面を、アルミニウム等より成る光反射部材24で覆った面状光源装置10。
【選択図】図１

Description

この考案は、液晶表示パネルのバックライトや操作スイッチ類の光源等に好適に用いることのできる多色発光可能な面状光源装置に関する。

図９は、従来の面状光源装置の一例を示すものであり、該面状光源装置70は、透光性材料より成る導光板72と、該導光板72の一端面72ａに沿って配置された光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）74を備えている。
また、上記ＬＥＤ74の外側方、導光板72の裏面、上記ＬＥＤ74の配置される導光板72の一端面72ａ以外の端面は、光反射部材76で覆われている。
上記導光板72の表面は出光面72ｂと成されており、該出光面72ｂ上には、上記ＬＥＤ74から発光された光を、赤色可視光に波長変換して放射する赤色発光用の蛍光体78R、緑色可視光に波長変換して放射する緑色発光用の蛍光体78G、青色可視光に波長変換して放射する青色発光用の蛍光体78Bが膜状に被着されている。これら膜状の蛍光体78R、78G、78Bは、それぞれ、バインダー中に蛍光体78R、78G、78Bを混合して被着・焼成することにより形成される。

この面状光源装置70にあっては、ＬＥＤ74から放射された光が導光板72の一端面72ａから導光板72内部に入射した後、出光面72ｂから略均一に出射して上記蛍光体78R、78G、78Bに照射されることにより、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光の３色の可視光が外部へ放射されるようになっている。

ところで、上記従来の面状光源装置70にあっては、蛍光体78R、78G、78Bで波長変換された光は、膜状の78R、78G、78Bを透過する「透過光」となるため、波長変換された光が膜状の蛍光体78R、78G、78Bを透過して外部へ出射するまでの間に、その一部が蛍光体78R、78G、78Bによって吸収（自己吸収）されてしまい、光の取出し効率が良好ではなかった。
また、上記蛍光体78R、78G、78Bから放射される光の輝度は、一般に蛍光体78R、78G、78Bの量及び表面積に略比例するものであるが、上記従来の面状光源装置70にあっては、蛍光体78R、78G、78Bが導光板72の出光面72ｂ上に膜状に被着されていることから、十分な量及び表面積の蛍光体78R、78G、78Bを確保することができなかった。

本考案は、従来の上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、蛍光体で波長変換された光の取出し効率を向上させることができると共に蛍光体の量及び表面積を増大させることのできる多色発光可能な面状光源装置を実現することにある。

上記の目的を達成するため、本考案に係る第１の面状光源装置は、蛍光体を励起する波長の光を放射する光源と、表面が出光面と成された導光板とを備え、上記導光板の出光面に複数の繊維の集合体を配置すると共に、各繊維の集合体には、他の繊維の集合体が担持する蛍光体の発光色とは異なる発光色の可視光を放射する蛍光体を担持させたことを特徴とする。

また、本考案に係る第２の面状光源装置は、蛍光体を励起する波長の光を放射する光源と、表面が出光面と成された導光板とを備え、上記導光板の裏面に複数の繊維の集合体を配置すると共に、各繊維の集合体には、他の繊維の集合体が担持する蛍光体の発光色とは異なる発光色の可視光を放射する蛍光体を担持させたことを特徴とする。
この場合、導光板の厚さを、各繊維の集合体から放射される可視光が混色することなく出光面から放射される厚さに設定しても良い。

上記繊維の集合体としては、不織布が好ましく、この場合、不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させる。

本考案に係る第１の面状光源装置及び第２の面状光源装置にあっては、それぞれ発光色の異なる蛍光体を担持した複数の繊維の集合体を用意しておき、これら繊維の集合体を導光板の出光面、或いは、導光板の裏面に配置するだけで、多色発光可能な面状光源装置を容易に得ることができる。
また、本考案の第１の面状光源装置及び第２の面状光源装置は、繊維の集合体に蛍光体を担持せしめたことにより、蛍光体が立体的に担持されることとなり、この結果、蛍光体で波長変換される光を、蛍光体で反射された反射光として取り出すことができる。このため、蛍光体78R、78G、78Bで波長変換される光を透過光として取り出していた従来の面状光源装置70に比べ、光の取出し効率が向上する。
さらに、本考案の第１の面状光源装置及び第２の面状光源装置は、単位体積当たりの繊維の表面積が大きい繊維の集合体に蛍光体を担持せしめたことから、従来の面状光源装置70の如く、導光板72の出光面72ｂ上に蛍光体78R、78G、78Bを膜状に被着した場合に比べ、蛍光体の量及び表面積を増大させることができる。

多数の繊維が立体的に絡み合って形成された不織布を、上記繊維の集合体として用い、該不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させた場合には、単位体積当たりの繊維の表面積が極めて大きいことから、従来の面状光源装置70の如く、導光板72の出光面72ｂ上に蛍光体78R、78G、78Bを膜状に被着した場合に比べ、蛍光体の量及び表面積を飛躍的に増大させることができる。

以下、図面に基づき、本考案に係る面状光源装置の実施形態を説明する。
図１及び図２は、本考案に係る第１の面状光源装置10を示すものであり、この第１の面状光源装置10は、アクリル樹脂、ガラス、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料より成る導光板12と、該導光板12の一端面12ａの近傍に配置された光源としての複数のＬＥＤ14を備えている。該ＬＥＤ14は、後述する蛍光体を励起する波長の紫外線や可視光等の光を放射するものであり、ＬＥＤ14に限らず、冷陰極管等を用いることもできる。

上記導光板12の表面は出光面12ｂと成されている。また、導光板12の出光面12ｂには、上記ＬＥＤ14から発光された光を、赤色可視光に波長変換して放射する赤色発光用の蛍光体16Rを担持して成る繊維の集合体としてのシート状の第１の不織布18R、緑色可視光に波長変換して放射する緑色発光用の蛍光体16Gを担持して成るシート状の第２の不織布18G、青色可視光に波長変換して放射する青色発光用の蛍光体16Bを担持して成るシート状の第３の不織布18Bが配置されている。

上記不織布18R、18G、18Bは、第２の不織布18Gを示した図３及び図４に示すように、多数の繊維20が立体的に絡み合って形成されるものであり、繊維20間には多数の空隙22（図５参照）が形成されており、また、多数の繊維20が立体的に絡み合っているため、単位体積当たりの繊維20の表面積が極めて大きいものである。
蛍光体16R、16G、16Bは、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に被着・担持されているものであり、図６に示すように、繊維20の表面に、蛍光体16Gの粒子が多数被着されている。
尚、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の繊維密度や、不織布18R、18G、18Bの厚さ、目付等を適宜調整することにより、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の総表面積を任意に増減可能である。

上記繊維20は、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の樹脂繊維、レーヨン等のセルロース系の化学繊維、ガラス繊維、アルミナ、ボロン等の金属繊維、天然繊維等の短繊維から成り、その直径は１〜２０μｍ、長さは０．５〜２０mm程度である。
尚、長さが５０〜１００mm程度の長繊維から成る繊維20を用いることも勿論可能である。

上記蛍光体16R、16G、16Bは、紫外線や青色可視光等の光の照射を受けると、この光を所定波長の可視光等の光に波長変換するものであり、例えば以下の組成のものを用いることができる。
紫外線等の光を赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体16Rとして、Ｍ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（Ｍは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの何れか１種）、0.5ＭｇＦ_２・3.5ＭｇＯ・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、2ＭｇＯ・2ＬｉＯ_２・Ｓｂ_２Ｏ_３：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）₃（ＰＯ₄）：Ｓｎ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ_３：Ｐｂ，Ｍｎ等がある。
また、紫外線等の光を緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体16Gとして、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ_２ＳｉＯ₄：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ等がある。
更に、紫外線等の光を青色可視光に変換する青色発光用の蛍光体16Bとして、(ＳｒＣａＢａ)_５(ＰＯ_４)_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）_２Ｐ_２Ｏ₇：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ₇：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｓｎ、Ｓｒ_５（ＰＯ₄）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、ＣａＷＯ₄、ＣａＷＯ₄：Ｐｂ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、(Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ)_１０(ＰＯ_４)_６Ｃｌ_２：Ｅｕ等がある。
尚、蛍光体16R、16G、16Bは、有機、無機の蛍光染料や、有機、無機の蛍光顔料を含むものである。

上記ＬＥＤ14の外側方、導光板12の裏面12ｃ、上記ＬＥＤ14の配置される導光板12の一端面12ａ以外の端面は、アルミニウム等より成る光反射部材24で覆われている。

この第１の面状光源装置10にあっては、ＬＥＤ14から放射された光が導光板12の一端面12ａから導光板12内部に入射した後、出光面12ｂから略均一に出射して、第１の不織布18Rに担持された赤色発光用の蛍光体16R、第２の不織布18Gに担持された緑色発光用の蛍光体16G、第３の不織布18Bに担持された青色発光用の蛍光体16Bに照射されることにより、赤色可視光、緑色可視光及び青色可視光の３色の可視光が放射されるようになっている。
尚、ＬＥＤ14から放射された光の中で、導光板12の一端面12ａ側へ向かわなかった光を、ＬＥＤ14の外側方を覆う上記光反射部材24で反射させて導光板12の一端面12ａ側へ導くことができる。また、上記光反射部材24により、導光板12の一端面12ａ以外の端面から光が逃げるのを防止することができる。さらに、導光板12の裏面12ｃから出射した光を、上記光反射部材24で反射させて出光面12ｂ側へ導くことができる。

而して、上記第１の面状光源装置10にあっては、それぞれ発光色の異なる蛍光体16R、16G、16Bを担持した複数の不織布18R、18G、18Bを用意しておき、これら不織布18R、18G、18Bを導光板12の出光面12ｂに接着等して配置するだけで、多色発光可能な面状光源装置を容易に得ることができる。
また、本考案の第１の面状光源装置10にあっては、導光板12の出光面12ｂに３枚の不織布18R、18G、18Bを配置し、該不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に蛍光体16R、16G、16Bを担持せしめたことから、蛍光体16R、16G、16Bが立体的に担持されることとなり、この結果、蛍光体16R、16G、16Bで波長変換される光を、蛍光体16R、16G、16Bで反射された反射光として取り出すことができる。このため、蛍光体78R、78G、78Bで波長変換される光を透過光として取り出していた従来の面状光源装置70に比べ、光の取出し効率が向上する。
さらに、本考案の第１の面状光源装置10は、単位体積当たりの繊維20の表面積が極めて大きい不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に蛍光体16R、16G、16Bを担持せしめたことから、従来の面状光源装置70の如く、導光板72の出光面72ｂ上に蛍光体78R、78G、78Bを膜状に被着した場合に比べ、蛍光体16R、16G、16Bの量及び表面積を飛躍的に増大させることができる。

以下において、上記不織布18R、18G、18Bに蛍光体16R、16G、16Bを担持させる方法について説明する。
先ず、ポリプロピレン等の高融点材料より成る繊維20を、ポリエチレン等の低融点材料より成る繊維26で被覆した所定長さの複合繊維28（図７参照）を多数準備し、カード法やエアレイ法等を用いて、これら多数の複合繊維28より成るシート状の集積体（ウェブ）を形成する。

次に、シート状の集積体を、上記複合繊維28を構成する低融点材料より成る繊維26の融点より高く、且つ、高融点材料より成る繊維20の融点より低い温度で加熱し、低融点材料より成る繊維26のみを溶融させると共に、第１の不織布18Rの元となる集積体には粒子状の赤色発光用の蛍光体16R、第２の不織布18Gの元となる集積体には粒子状の緑色発光用の蛍光体16G、第３の不織布18Bの元となる集積体には粒子状の青色発光用の蛍光体16Bを吹き付ける。

この結果、高融点材料より成る繊維20の交差部分が、溶融した低融点材料より成る繊維26を介して接着することにより、シート状の不織布18R、18G、18Bが形成されると共に、粒子状の蛍光体16R、16G、16Bが、溶融した低融点材料より成る繊維26を介して、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に接着・担持される。
上記方法にあっては、高融点材料より成る繊維20を低融点材料より成る繊維26で被覆した複合繊維28を用い、低融点材料より成る繊維26のみを溶融させて接着剤として機能させることにより、不織布18R、18G、18Bの形成と、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面への蛍光体16R、16G、16Bの担持を略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。

尚、上記方法以外にも、例えば、蛍光体16R、16G、16Bの分散樹脂液中に不織布18R、18G、18Bを浸漬した後乾燥させたり、不織布18R、18G、18Bの上方から、蛍光体16R、16G、16Bの分散樹脂液を滴下させることにより、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に蛍光体16R、16G、16Bを被着・担持させても良い。
また、不織布18R、18G、18Bを加熱して、該不織布18R、18G、18Bを構成する繊維24の表面を溶融させた状態で蛍光体16R、16G、16Bを吹き付けることにより、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維24の表面に蛍光体16R、16G、16Bを被着・担持させることもできる。
さらに、高温加熱した蛍光体16R、16G、16Bを不織布18R、18G、18Bに吹きつけ、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20を一部溶融させることにより、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の表面に蛍光体16R、16G、16Bを被着・担持させても良い。

図８は、本考案に係る第２の面状光源装置30を示すものであり、この第２の面状光源装置30は、導光板12の裏面12ｃに、上記ＬＥＤ14から発光された光を、赤色可視光に波長変換して放射する赤色発光用の蛍光体16Rを担持して成る第１の不織布18R、緑色可視光に波長変換して放射する緑色発光用の蛍光体16Gを担持して成る第２の不織布18G、青色可視光に波長変換して放射する青色発光用の蛍光体16Bを担持して成るの第３の不織布18Bを配置した点に特徴を有するものである。また、導光板12の厚さは、蛍光体16R、16G、16Bから放射される赤色可視光、緑色可視光及び青色可視光の３色の可視光が混色することなく出光面12ｂから放射される厚さに設定されており、具体的には、８mm以下の厚さに設定される。

この第２の面状光源装置30にあっては、ＬＥＤ14から放射された光が導光板12の一端面12ａから導光板12導光板72内部に入射した後、導光板裏面12ｃに配置された第１の不織布18Rに担持された赤色発光用の蛍光体16R、第２の不織布18Gに担持された緑色発光用の蛍光体16G、第３の不織布18Bに担持された青色発光用の蛍光体16Bに照射されることにより、赤色可視光、緑色可視光及び青色可視光の３色の可視光が放射され、この３色の可視光が導光板12内部を透過して、出光面12ｂから外部へ放射されるようになっている。

尚、第２の面状光源装置30において、導光板12の厚さを８mmより大きくした場合には、上記蛍光体16R、16G、16Bから放射される赤色可視光、緑色可視光及び青色可視光の３色の可視光が様々に混色した複数の発光色の可視光（例えば、赤色可視光と緑色可視光が混色した黄色可視光、緑色可視光と青色可視光が混色した水色可視光
、赤色可視光と青色可視光が混色した桃色可視光等）が出光面12ｂから放射される。

上記においては、導光板12の出光面12ｂ又は裏面12ｃに３枚の不織布18R、18G、18Bを配置した場合を例示したが、これに限定されるものではなく、本発明は、要するに、導光板12の出光面12ｂ又は裏面12ｃに、複数の不織布を配置すると共に、各不織布に、他の不織布が担持する蛍光体の発光色とは異なる発光色の可視光を放射する蛍光体を担持させれば良い。

また、上記においては、繊維の集合体として、不織布18R、18G、18Bを用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多数の繊維を織り込んで形成した織布を用い、該織布を構成する繊維に蛍光体を担持させても良い。この織布も、不織布18R、18G、18Bには及ばないものの、単位体積当たりの繊維の表面積が大きいものである。

さらに、上記においては、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20の「表面」に蛍光体16R、16G、16Bを担持せしめた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、透明樹脂等より成る透光性の繊維20に粒子状の蛍光体16R、16G、16Bを練り混むことにより、不織布18R、18G、18Bを構成する繊維20に蛍光体16R、16G、16Bを担持させても良い。
この場合、例えば、未硬化状態の透明樹脂中に、粒子状の蛍光体を所定量混合した後、透明樹脂を延伸、硬化させ、その後、所定の長さに切断することにより、蛍光体16R、16G、16Bが練り混まれた多数の繊維を形成し、斯かる蛍光体16R、16G、16Bが練り混まれた多数の繊維を用いて不織布18R、18G、18Bを形成すれば良い。

本考案に係る第１の面状光源装置の概略断面図である。本考案に係る第１の面状光源装置の平面図である。蛍光体を担持した第２の不織布を模式的に示す斜視図である。蛍光体を担持した第２の不織布を模式的に示す部分拡大図である。第２の不織布を構成する繊維を模式的に示す拡大図である。第２の不織布を構成する繊維を模式的に示す断面図である。複合繊維を示す概略断面図である。本考案に係る第２の面状光源装置の概略断面図である。従来の面状光源装置を示す概略断面図である。

符号の説明

10 第１の面状光源装置
12 導光板
12ｂ出光面
14 ＬＥＤ
16R 赤色発光用の蛍光体
16G 緑色発光用の蛍光体
16B 青色発光用の蛍光体
18R 第１の不織布
18G 第２の不織布
18B 第３の不織布
24 光反射部材
30 第２の面状光源装置

Claims

蛍光体を励起する波長の光を放射する光源と、表面が出光面と成された導光板とを備え、上記導光板の出光面に複数の繊維の集合体を配置すると共に、各繊維の集合体には、他の繊維の集合体が担持する蛍光体の発光色とは異なる発光色の可視光を放射する蛍光体を担持させたことを特徴とする面状光源装置。
蛍光体を励起する波長の光を放射する光源と、表面が出光面と成された導光板とを備え、上記導光板の裏面に複数の繊維の集合体を配置すると共に、各繊維の集合体には、他の繊維の集合体が担持する蛍光体の発光色とは異なる発光色の可視光を放射する蛍光体を担持させたことを特徴とする面状光源装置。
上記導光板の厚さが、各繊維の集合体から放射される可視光が混色することなく出光面から放射される厚さに設定されていることを特徴とする請求項２に記載の面状光源装置。
上記繊維の集合体が不織布であり、該不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の面状光源装置。