JP2013258121A - 発光装置、および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部と導光板との間での光のロスを抑制することが可能な発光装置を提供することにある。
【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤ素子２から出射される光を受けて蛍光を発する蛍光体２０を含む発光部１０と、蛍光体２０が発する蛍光を含む光を導光する導光板３とを備え、発光部１０および導光板３は、互いに接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光部と導光板との間での光のロスを抑制することが可能な発光装置、およびその発光装置を用いる表示装置に関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子から青色の光または紫外光を発光して、この光で蛍光体を励起して異なる色を発光させる光源が知られており、そのような光源は、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１の線状発光装置は、長方形状の実装基板と、該実装基板上の長手方向に配された複数の発光素子と、該複数の発光素子を線状に覆う蛍光体層と、該蛍光体層を覆う封止樹脂と、を有する。そして、特許文献１の線状発光装置では、上記蛍光体層が発する光を、当該蛍光体層から離間した位置に配置された導光板に導光する。また、特許文献１では、導光板の入光部が線状発光装置の封止樹脂部と嵌合する構成についても触れている。

特開２００８−４７８５１号公報（２００８年２月２８日公開）

しかしながら、特許文献１の技術には次のような問題がある。

特許文献１の線状発光装置は、蛍光体層と、蛍光体層を封止する封止樹脂とからなり、蛍光体層は、透光性樹脂に蛍光体を混ぜて形成されている。

したがって、特許文献１の線状発光装置では、蛍光体層から出射した光が封止樹脂によって吸収もしくは反射されてしまい、導光板に入るべき光に損失（ロス）が生じる。また、特許文献１の線状発光装置では、封止樹脂は半円柱状で形成されているため、封止樹脂および導光板の入光部の形状とを揃えるために、余分な工程およびコストを要するという問題も生じる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光部と導光板との間での光のロスを抑制することが可能な発光装置、および表示装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、上記蛍光体が発する蛍光を含む光を導光する導光板とを備え、上記発光部および上記導光板は、互いに接していることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る発光装置では、上記発光部および上記導光板は互いに接しており、上記発光部と上記導光板との間には発光部のカバー材等は存在しない。

したがって、発光部から出射された光がカバー材等によって吸収、反射されることによって生じる光のロスを抑制することができる。そして、光のロスが抑制されることで、発光装置の発光効率をさらに高めることができる。

加えて、本発明に係る発光装置では、上記発光部と上記導光板との間にはカバー材等の他の物質は存在しない。そのため、当該カバー材等の形状に適合するように導光板の入光部形状を調整する必要もなく、発光装置を製造する際の余分な工程やコストを削減することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、少なくとも、上記蛍光体と、上記蛍光体を封止する封止材とを含み、上記封止材および上記導光板を構成する主材料は同一である構成であってもよい。

本発明に係る発光装置は、上記の構成を備えることにより、上記封止材を含む発光部と上記導光板との界面における屈折率を小さくできるため、光のロスをさらに抑制することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、少なくとも、上記蛍光体と、上記蛍光体を封止する封止材とからなり、上記導光板を構成する主材料と上記封止材を構成する主材料との屈折率比は、０．６３以上であってもよい。

封止材として使用する可能性のある樹脂の中でポリカーボネート（ＰＣ）の屈折率が最も高く、ＰＣと空気と組み合わせた場合に、表面から出る蛍光の割合（％）は最も低くなる。そこで、ＰＣと空気とを組み合わせたときの割合よりも数値が大きくなるように、導光板の主材料と発光部に使用される封止材とを組み合わせるのが好ましい。したがって、空気とＰＣとの屈折率比＝１／１．５９＝０．６３であることから、導光板を構成する主材料と上記封止材を構成する主材料との屈折率比は０．６３以上とすることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、上記励起光源と上記導光板との間に配設されており、上記励起光源の側から見て、上記発光部は、上記導光板における上記発光部との接面により規定される領域内に含まれる構成であってもよい。

一般に、蛍光体が発する蛍光は等方的に出射されるため、上記発光部における上記発光部と上記導光板とが接する面以外の面（以下、非接面）から出射される蛍光は、導光板に入射しにくい。

この点、本発明に係る発光装置では、上記励起光源の側から見て、上記発光部が、上記導光板における上記発光部との接面により規定される領域内に含まれる。つまり、発光部の大きさは、上記領域内に含まれる程度の大きさに抑えられている。これにより、本発明に係る発光装置は、発光部の非接面から出射される蛍光が導光板へ導光される割合を高め、発光部から出射された光のロスを抑制し、発光効率を高めることができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記励起光源側の上記発光部の表面および上記発光部に対向する側の上記導光板の表面の少なくとも一方は、モスアイ構造であってもよい。

モスアイ構造は、光が入射しやすく、かつ、光を反射しにくい特徴を有する。したがって、上記励起光源側の上記発光部の表面がモスアイ構造であれば、励起光源からの励起光を取り込みやすくなる。また、上記発光部に対向する側の上記導光板の表面がモスアイ構造であれば、発光部から導光板へ入射する光の反射を抑えつつ、発光部から出射された蛍光を導光板へ入射しやすくなる。

これにより、本発明に係る発光装置は、励起光源から出射される励起光に加え、発光部から出射される蛍光についても光のロスを抑えることができ、これにより発光効率を高くすることができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記発光部は、少なくとも第１発光部と第２発光部とからなり、上記第１発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発し、上記第２発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、上記第１発光部とは異なる色の蛍光を発し、上記第１発光部および上記第２発光部のうち、発する蛍光の波長が長い方の発光部が、他方の発光部よりも上記励起光源に近い位置に配置されている構成であってもよい。

一般に、発光部に含まれる蛍光体は、その蛍光体が発する蛍光よりも短い波長の光を吸収しやすい特性を有する。本発明に係る発光装置では、第１発光部および第２発光部のうち、発する蛍光の波長が長い方の発光部が、他方の発光部よりも上記励起光源に近い位置に配置されている。これにより、上記励起光源に近い位置に配置されている発光部が発した蛍光が他方の発光部に吸収される（相互吸収）のを抑制することができる。

それゆえ、本発明に係る発光装置は、第１発光部および第２発光部で発する蛍光を、相互吸収を抑制しつつ効率的に利用することができるため、発光効率をさらに改善することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記第１発光部は、青色発光素子の光を受けて、赤色の蛍光を発し、上記第２発光部は、青色発光素子の光を受けて、緑色の蛍光を発する構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記第１発光部は、青色発光素子の光を受けて赤色の蛍光を発し、その光の主波長は６００ｎｍ〜６８０ｎｍである。また、上記第２発光部は、青色発光素子の光を受けて緑色の蛍光を発し、その光の主波長は５１０ｎｍ〜５６０ｎｍである。つまり、上記第１発光部が発する赤色の蛍光の波長の方が、上記第２発光部が発する緑色の蛍光の波長よりも長い。

したがって、上記第１発光部が第２発光部よりも励起光源に近い位置に配置されることにより、上記第２発光部が発した緑色の蛍光が上記第１発光部によって吸収されるのを抑制でき、発光装置の発光効率をさらに改善することができる。

また、本発明に係る発光装置では、上記蛍光体は、少なくともナノ粒子蛍光体を含む構成であってもよい。

上記の構成によれば、上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体を含む。ナノ粒子蛍光体は、組成が同一の材料を用いても、その材料の粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる。

したがって、従来の蛍光体材料であれば発光する色（波長）が決まっているのに対して、本発明に係る発光装置は、同じ材料で粒径を変化させるだけで発光波長を容易に変えることができ、様々な色味の発光装置を実現することが可能となる。

また、本発明に係る表示装置は、上記何れかの発光装置を備える構成であってよい。

本発明に係る表示装置では、上記の構成を備えることにより、発光部と導光板との間での光のロスを抑制することが可能な表示装置を実現することができる。

本発明に係る発光装置は、以上のように、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、上記蛍光体が発する蛍光を含む光を導光する導光板とを備え、上記発光部および上記導光板は、互いに接している構成である。

それゆえ、発光部と導光板との間での光のロスを抑制することが可能な表示装置を実現することができる。

本実施の形態に係る発光装置の概略図である。 発光部がアクリル（ＰＭＭＡ）製の導光板と接している場合の、発光部の表面から出射される蛍光の割合を示す表である。 発光部が導光板と接しておらず、蛍光が直接空気に出射される場合の、発光部の表面から出射される蛍光の割合を示す表である。 図２、図３のシミュレーションに用いた蛍光体モデルを示す図である。 シミュレーションモデルを説明するための図である。 媒体Ａから媒体Ｂに光が入射するときの様子を示す図である。 蛍光体から出射される光の領域を半球と規定したときの、光が照射される面積を説明するための図である。 本実施形態に係る他の発光装置の概略図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）はＬＥＤ素子から視た導光板および発光部を示す図である。 本実施形態に係るさらに他の発光装置の概略図である。 本実施形態に係るさらに他の発光装置の概略図である。 本実施形態に係るさらに他の発光装置の概略図である。 本実施形態に係るさらに他の発光装置の概略図である。 本実施の形態に係る発光装置を液晶型の表示装置のバックライト用光源として用いる場合の概略図である。 本実施の形態に係るＬＥＤ素子の断面図である。 本実施の形態に係るＬＥＤ素子の断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態に係る発光装置１等について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

〔発光装置１の構成〕
まず、発光装置１を図１により説明する。図１は、発光装置１の概略図である。発光装置１は、ＬＥＤ素子（励起光源）２と、導光板３と、導光板３と互いに接する発光部１０とを備える。

ＬＥＤ素子２は、励起光源として機能する発光素子である。ＬＥＤ素子２は、１チップに１つの発光点を有するもの、あるいは、１チップに複数の発光点を有するものの何れでもよい。ＬＥＤ素子２の発光波長は、例えば、４５０ｎｍ（青色）であるが、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色領域の波長のＬＥＤを選択することができる。あるいは、ＬＥＤ素子２の発光波長は、ナノ粒子蛍光体（後述）の種類に応じて適宜選択されればよく、したがって、青色とは異なる波長としてもよい。なお、ＬＥＤ素子２は、複数でなくてもよく、単数であってもよい。また、ＬＥＤ素子２は、レーザ等の他の励起光源を用いてもよい。

導光板３は、液晶ディスプレイのエッジライト式バックライトに用いられ、発光部１０が発した蛍光を均一な面光源にする役割を有する。導光板３は、発光部１０が発した蛍光とともに、ＬＥＤ素子２から出射された光を取り込んでもよい。

発光部１０は、レーザやＬＥＤ等の励起光源から出射される励起光を受けて発光するものであり、励起光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的に、発光部１０には、封止材としてのアクリル樹脂の内部に蛍光体が分散されている。アクリル樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度が好ましいが、この比率に限られない。また、発光部１０は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。封止材は、アクリル樹脂に限定されず、シリコーン樹脂や、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。

ナノ粒子蛍光体の好適な例としては、ＩＩ―ＶＩ族化合物半導体やＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体よりなる二元系のナノ結晶の化合物半導体が挙げられる。ＩＩ―ＶＩ族化合物半導体としては、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等が挙げられ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＧａＮ等が挙げられる。また、ＩＩ―ＶＩ族化合物、ＩＩＩ―Ｖ族化合物を組み合わせた三元系や四元系化合物などを使用しても良い。

組成が同一の化合物半導体（例えばインジウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子サイズを変更させることにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることが可能であることがナノ粒子蛍光体の特徴の一つである。例えばＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。

ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるため蛍光寿命が短く、励起光により吸収した励起エネルギーを素早く蛍光として放射できるためハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。

その結果、強い励起光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱が低減される。よって、蛍光部の熱による劣化（変色や変形）を抑えることができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の短寿命化を防止できる。

このように、発光部１０は、特定の種類に限定されるものではなく、適宜選択することができる。なお、発光部１０は、導光板３に接着剤等で固定されていればよい。

また、発光部１０の他の例として、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコーン樹脂に分散された発光部が挙げられる。ここで、励起光を出射する励起光源の一例として、半導体発光素子は、４５０ｎｍ（青色）のＬＥＤ（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のＬＥＤもしくはレーザ）が挙げられる。発光部１０に当該ＬＥＤ光が照射されると、発光部１０から、例えば白色光が発生する。つまり、発光部１０は波長変換材料であるといえる。この場合、発光部１０は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。なお、黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。ただし、半導体発光素子から出射する光の波長は、発光部１０の種類に応じて適宜選択されればよく、したがって、いわゆる青色近傍の光の波長とは異なる波長としてもよい。

また、発光部１０は、サイアロン蛍光体と通称されるものであってよい。サイアロンとは、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。サイアロン蛍光体は、窒化ケイ素にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。また、発光部１０は、青色光により励起されて黄色光を発するＹＡＧ黄色蛍光体や青色の光で励起して橙色から赤色までの光を発し、かつ高い発光強度を有するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、すなわちＣＡＳＮ赤色蛍光体などが用いられてもよい。

また、励起光を出射する励起光源として、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するものでもよく、この場合には、発光部１０は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。あるいは、励起光を出射する励起光源としては、４０５ｎｍのレーザ光を発振するものに限られず、例えば４５０ｎｍのレーザ光を発振するものなどであってもよく、レーザ光の波長は特定の波長に限られない。

〔発光装置１による効果〕
上述したように、発光装置１では発光部１０および導光板３は互いに接している。これにより、発光装置１は、発光部１０から導光板３へ導光される光のロスを抑制し、発光効率をさらに高めることができる。以下、図２等により発光装置１の効果を具体的に説明する。

図２は、発光部１０がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ、ＰＬＭＡ等）製の導光板３と接している場合の、発光部１０の表面から出射される蛍光の割合を示す表である。図３は、発光部１０が導光板３と接しておらず、蛍光が直接空気に出射される場合の、発光部１０の表面から出射される蛍光の割合を示す表である。なお、いずれの結果も、シミュレーションによって算出した結果であり、そのシミュレーションの詳細は後述する。

図２、図３に示すように、発光部１０に含まれる蛍光体を封止するための封止樹脂材料として、アクリル樹脂（屈折率１．４９）、シリコーン（屈折率１．５３）、およびポリカーボネイト（ＰＣ）（屈折率１．５９）を用いた。導光板３は、屈折率１．４９のアクリルを用いた。

この条件において、発光部１０がアクリル（ＰＭＭＡ）製の導光板３と接している場合の発光部１０の表面から出射される蛍光の割合は、図２に示すように、封止樹脂材料がアクリル樹脂の場合は１００％であった。これは、導光板３および封止樹脂材料の屈折率が１．４９と同じであることから、発光部１０から導光板３へ光が進む際に、光の反射、散乱等が生じることなく、発光部１０の表面から光が１００％出射されることを意味する。

これに対して、封止樹脂材料がシリコーンおよびＰＣの場合は、それぞれ７８％、６６％という結果であった。これは、導光板３の屈折率１．４９とシリコーン（屈折率１．５３）およびＰＣ（屈折率１．５９）との屈折率の差に起因するものであり、発光部１０から導光板３へ光が進む際に、光の反射、散乱等が生じ、発光部１０の表面から出射される光が減少することを意味する。

このことから、発光部１０がアクリル（ＰＭＭＡ）製の導光板３と接しているとき、導光板３を構成する主材料および発光部１０の封止樹脂材料は、互いの屈折率が近いほど、発光部１０の表面から出射される蛍光の割合が高くなることが分かる。換言すれば、封止樹脂材料および導光板３を構成する主材料を同一とするか、あるいは、互いに屈折率が近い主材料を選択することが好ましく、これにより、発光部１０と導光板３との界面における屈折率が小さくなり、光のロスを抑制することができる。

続いて、発光部１０が導光板３と接しておらず、蛍光が直接空気に出射される場合の発光部１０の表面から出射される蛍光の割合は、図３に示すように、封止樹脂材料がアクリル樹脂の場合は２６％であった。これは、アクリル樹脂の屈折率（１．４９）と空気の屈折率（１）との差が大きく、屈折率の高い発光部１０から屈折率の低い空気へ光が進む際に、光の反射、散乱等が大きく影響し、発光部１０の表面から出射される蛍光の割合が低下することによる。また、アクリル樹脂よりも屈折率の高いシリコーンおよびＰＣの場合、それぞれ２４％、２２％という結果となり、アクリル樹脂よりも低い数値となる。

以上の図２、図３の結果から、発光部１０と導光板３との間に空気等の媒体が存在するよりも、発光部１０および導光板３が互いに接している方が、発光部１０の表面から出る蛍光の割合が高くなることが分かる。また、発光部１０に含まれる封止樹脂材料および導光板３を構成する主材料は同一であることが好ましく、また、主材料が同一でなくとも、互いに屈折率が近い主材料を選択することが好ましいことも分かる。これにより、発光部から導光部３へ効率的に光を導光することができる。

ここで、封止樹脂材料として使用する可能性のある樹脂の中でＰＣの屈折率が最も高く、ＰＣと空気と組み合わせた場合に、表面から出る蛍光の割合（％）は最も低くなる。そこで、ＰＣと空気とを組み合わせたときの割合よりも数値が大きくなるように、導光板３の主材料と発光部１０に使用される封止樹脂材料とを組み合わせるのが好ましい。その場合、空気とＰＣとの屈折率比＝１／１．５９＝０．６３であるため、導光板３を構成する主材料と封止樹脂材料を構成する主材料との屈折率比は０．６３以上とすることが好ましい。

なお、発光装置１では、発光部１０および導光板３は互いに接しており、発光部１０と導光板３との間には発光部１０のカバー材等は存在しない。これにより、従来の発光装置であれば蛍光部と導光板との間に存在した発光部１０のカバー材等によって光が吸収、反射されて生じた光のロスを、発光装置１では抑制することができる。そして、発光装置１は、光のロスを抑制することで発光効率を高めることができる。

また、発光装置１では、発光部１０と導光板３との間には発光部１０のカバー材等は存在しないため、当該封止部材等の形状に適合するように導光板３の入光部形状を調整する必要もなく、発光装置１を製造する際の余分な工程やコストを削減することもできる。

〔図２、図３における「全反射角」、「表面から出る蛍光の割合（％）」〕
以下、図２および図３に含まれる「全反射角」、「表面から出る蛍光の割合（％）」の算出方法を説明する。

（１）蛍光体モデル
図４は、図２、図３のシミュレーションに用いた蛍光体モデルを示す図である。図示するように、蛍光体２０から出射される光は、図中矢印のように全方位に向かう。ここで、図２および図３のシミュレーションは発光部１０から導光板３へ向かう光に注目するものであるため、図４の点線で示す半円の領域の光（光量としては半分）をシミュレーションの対象としている。

（２）シミュレーションモデル
図５は、シミュレーションモデルを説明するための図である。まず、シミュレーションの前提として、発光部１０に含まれる封止樹脂中の一つの蛍光体２０に注目し、蛍光体２０から出射される光のうち、どの程度の割合の光が封止樹脂から出射されるか（導光板３の方向へ向かうか）を算出する。そして、算出して得た結果は、他の蛍光体についても同様であると考え、その結果を発光部全体の割合とみなす。

蛍光体２０は、封止材料２１により封止されている。封止材料２１は、一方の側（図面下方向）から励起光に照射され、他方の側（図面上方向）には媒体２２（導光板もしくは空気層）が接している。

図中のＡ、Ｂ、Ｃは、蛍光体２０で発生した蛍光の進む方向を示す。このうち、方向ＡおよびＢは、封止材料２１と媒体２２との界面で全反射し、封止材料２１内を進む成分を示す。方向Ｃは、媒体２２との界面で反射されることなく、封止材料２１の外部に出射される成分を示す。なお、光が進む方向Ａ、Ｂ、Ｃを決めるのは、光の入射角、および、封止材料２１と媒体２２との界面における屈折率の差である。

（３）計算方法
図２、図３の全反射角は、以下のスネルの法則により計算される。なお、図６は、媒体Ａから媒体Ｂに光が入射するときの様子を示す図である。
ｎ_Ｂ／ｎ_Ａ＝ｓｉｎθ_Ａ／ｓｉｎθ_Ｂ
ｎ_Ａ：媒体Ａの屈折率
ｎ_Ｂ：媒体Ｂの屈折率
θ_Ａ：媒体Ａからの光の出射角
θ_Ｂ：媒体Ｂへの光の入射角
ここで、全反射角ではθ_Ｂ＝９０°となるため、ｓｉｎθ_Ｂ＝１であり、ｓｉｎθ_Ａ＝ｎ_Ｂ／ｎ_Ａとなる。この式を使って、ｎ_Ａ＝１．５、ｎ_Ｂ＝１の場合を考えると、
ｓｉｎ^−１（１／１．５）＝４１．８°
となり、ｎ_Ａ＝１．５、ｎ_Ｂ＝１の場合、全反射角４１．８°が計算される。

次に、蛍光体２０から出射される光の領域を半球と規定し、その半球の表面にどの程度の割合（面積）で光が照射されるかを計算する。そこで、その面積をＳとすると、面積Ｓは以下の式により計算される。なお、図７は、蛍光体２０から出射される光の領域を半球と規定したときの、光が照射される面積を説明するための図である。

この式において、半球の面積は２Πであるため、（１−ｃｏｓθ）が割合を示す。そこで、ｎ_Ａ＝１．５の場合、全反射角は４１．８°であるため、
１−ｃｏｓθ＝１−ｃｏｓ（４１．８°）＝０．２５５＝２５．５％
と計算される。このように、上記のシミュレーションの結果、ｎ_Ａ＝１．５、ｎ_Ｂ＝１の場合、全反射角は４１．８°、発光部１０の表面から出射される蛍光の割合は２５．５％と計算される。図２、図３の全反射角、および発光部の表面から出射される蛍光の割合はそれぞれ、このようにして計算された結果である。

〔発光装置１００の構成〕
次に、発光装置１００を図８により説明する。図８は、発光装置１００の概略図であり、図８（ａ）は斜視図を、図８（ｂ）はＬＥＤ素子２から視た導光板３および発光部１１を示す図である。

発光装置１００は、ＬＥＤ素子２と、導光板３と、発光部１１とを備える。図８（ａ）に示すように、発光部１１は、ＬＥＤ素子２と導光板３との間に配置され、かつ導光板３と互いに接している。また、図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子２の側から視て、発光部１１は、導光板３における発光部１１との接面により規定される領域Ｌ内に含まれる大きさで形成されている。

一般に、蛍光体が発する蛍光は等方的に出射されるため、発光部１１における発光部１１と導光板３とが接する面以外の面（以下、非接面）から出射される蛍光は、導光板３に入射しにくい。

この点、発光装置１００では、ＬＥＤ素子２の側から見て、発光部１１が、導光板３における発光部１１との接面により規定される領域Ｌ内に含まれる。つまり、発光部１１の大きさは、領域Ｌ内に含まれる程度の大きさに抑えられている。これにより、発光装置１００は、発光部１１の非接面から出射される蛍光（図８（ａ）中の矢印で示される蛍光）が導光板３へ導光される割合を高くすることができ、これにより、発光部１１から出射された光のロスを抑制し、発光効率を高めることができる。

例えば、発光部１１が、領域Ｌよりも大きいサイズである場合を考える。この場合、図８（ａ）中の矢印で示される蛍光は、導光板３に導光されにくくなる。そのため、その分だけ当該発光装置には光のロスが生じ、発光装置１００よりも発光効率が低くなる。

このような理由により、発光装置１００は、上記の構成を備えることにより、発光部１１から出射された光のロスを抑制し、発光効率を高めることができる。

〔発光装置２００の構成〕
次に、発光装置２００を図９により説明する。図９は、発光装置２００の概略図である。発光装置２００は、ＬＥＤ素子２と、導光板３ａと、発光部１２とを備える。

また、発光装置２００は、ＬＥＤ素子２側の発光部１２の表面および発光部１２に対向する側の導光板３ａの表面がモスアイ構造である。

モスアイ構造は、光が入射しやすく、かつ、光を反射しにくい特徴を有する。したがって、ＬＥＤ素子２側の発光部１２の表面がモスアイ構造であれば、ＬＥＤ素子２からの光を取り込みやすくなる。また、発光部１２に対向する側の導光板３ａの表面がモスアイ構造であれば、発光部１２から導光板３ａへ入射する光の反射を抑えつつ、発光部１２から出射された蛍光を導光板３ａへ入射しやすくなる。

これにより、発光装置２００は、ＬＥＤ素子２から出射される光に加え、発光部１２から出射される蛍光についても光のロスを抑えることができ、これにより発光効率を高くすることができる。

なお、発光装置２００は、ＬＥＤ素子２側の発光部１２の表面および発光部１２に対向する側の導光板３ａの表面の少なくとも一方がモスアイ構造であってもよい。

〔発光装置３００の構成〕
次に、発光装置３００を図１０により説明する。図１０は、発光装置３００の概略図である。発光装置３００は、ＬＥＤ素子２と、導光板３と、発光部１３と、発光部１４とを備える。

発光部１３は、ＬＥＤ素子２から出射された光を受けて蛍光を発し、発光部１４は、ＬＥＤ素子２から出射された光を受けて、発光部１３とは異なる色の蛍光を発する。そして、発光部１３および発光部１４のうち、発する蛍光の波長が長い方の発光部１３が、発光部１４よりもＬＥＤ素子２に近い位置に配置されている。

一般に、発光部は、自発光部にて発する蛍光よりも短い波長の光を吸収しやすい特性を有する。発光装置３００では、発する蛍光の波長が長い方の発光部１３が、発光部１４よりもＬＥＤ素子２に近い位置に配置されている。これにより、ＬＥＤ素子２に近い位置に配置されている発光部１３が発した蛍光が発光部１４に吸収される（相互吸収）のを抑制することができる。

一例を挙げると、発光部１３は、青色発光素子の光を受けて赤色の蛍光を発し、その光の主波長は６００ｎｍ〜６８０ｎｍである。発光部１４は、青色発光素子の光を受けて緑色の蛍光を発し、その光の主波長は５１０ｎｍ〜５６０ｎｍである。つまり、発光部１３が発する赤色の蛍光の波長の方が、発光部１４が発する緑色の蛍光の波長よりも長い。従って、発光部１３および発光部１４を上記のように配置することで、発光装置３００は、発光部１３および発光部１４で発する蛍光を、相互吸収を抑制しつつ効率的に利用することができるため、発光効率をさらに改善することができる。

なお、発光部１３および発光部１４の大きさ、配置等は、図１０は一例であって、その記載に限定されない。

〔発光装置４００の構成〕
次に、発光装置４００を図１１により説明する。図１１は、発光装置４００の概略図である。発光装置４００は、ＬＥＤ素子２と、導光板３と、発光部１３と、発光部１４と、発光部１５とを備える。

発光装置４００は、発光装置３００と以下の点で相違する。つまり、ＬＥＤ素子２から出射される光を受けて、発光部１３および発光部１４とは異なる色の蛍光を発する発光部１５をさらに備え、発光部１３、発光部１４、および発光部１５は、発する蛍光の波長の長い蛍光部から順に、ＬＥＤ素子２の近くに配置されている。

これにより、発光装置４００は、上述した理由により、発光部１３、発光部１４、および発光部１５で発する蛍光を、相互吸収を抑制しつつ効率的に利用することができるため、発光効率をさらに高めることができる。

ここで、発光装置４００の一例として、発光部１３は、青色光を受けて赤色の蛍光を発し、その光の主波長は６００ｎｍ〜６８０ｎｍである。発光部１４は、青色光を受けて黄色の蛍光を発し、その光の主波長は５６０ｎｍ〜５９０ｎｍである。発光部１５は、青色光を受けて緑色の蛍光を発し、その光の主波長は５１０ｎｍ〜５６０ｎｍである。

つまり、発光部１３が発する赤色の蛍光の波長が最も長く、発光部１５が発する緑色の波長が最も短い。したがって、発光装置４００は、発光部１３、発光部１４、および発光部１５が、その順序で、ＬＥＤ素子２に近い位置に配置されることにより、光の相互吸収を抑えることができ、発光装置４００の発光効率をさらに高めることができる。

なお、発光部１３、発光部１４、および発光部１５の大きさ、配置等は、図１１は一例であって、その記載に限定されない。

〔発光装置５００の構成〕
次に、発光装置５００を図１２により説明する。図１２は、発光装置５００の概略図である。発光装置５００は、ＬＥＤ素子２と、導光板３と、発光部１０とを備える。なお、図１２では、ＬＥＤ素子２は、複数存在し、それらが封止樹脂に封止されている。しかしながら、ＬＥＤ素子２は、単数であってもよく、また、封止樹脂に封止されている必要はない。

発光装置５００は、発光装置１と以下の点で相違する。つまり、発光装置１では、ＬＥＤ素子２と発光部１０および導光板３とは離間して配置されている。これに対して、発光装置５００では、ＬＥＤ素子２、導光板３、および発光部１０は離間することなく配置されている。

これにより、発光装置５００では、ＬＥＤ素子２から出射された光をロスすることなく、発光部１０に入射させることができる。また、ＬＥＤ素子２、導光板３、および発光部１０は、離間することなく配置されているため、各部の位置決めが容易になる。つまり、発光装置５００におけるＬＥＤ素子２等の位置決めは、ＬＥＤ素子２と発光部１０および導光板３とを離間して配置させるときの位置決めに比べて容易になる。また、ＬＥＤ素子２と発光部１０および導光板３とを離間して配置する必要がないため、発光装置５００は、発光装置１に比べて低容積化を図ることができ、発光装置５００を液晶表示装置に組み込んだときなど、液晶表示装置を狭額縁化することができる。
〔その他の適用例〕
発光装置１等は、液晶表示装置のバックライト用光源としても用いることができ、そのことを図１３により説明する。図１３は、発光装置１等を液晶型の表示装置４０のバックライト用光源として用いる場合の概略図である。なお、ここでは、発光装置１を用いて説明するが、発光装置１の代わりに、上述した発光装置１００等を用いてもよい。

図示するように、表示装置４０は、発光装置１を含む。発光装置１は、ＬＥＤ素子２、導光板３、回路基板７０、基板７１、および発光部１０を備える。

基板７１は、その表面にＬＥＤ素子２を実装する。基板７１は、その表面に回路基板７０と、この回路基板７０に接続された電極(不図示）を有する。

表示装置４０では、発光装置１がバックライトユニット用の光源として使用される。導光板３内に入射した発光部１０が発した蛍光は、導光板３の内部で全反射、散乱等により導光板３の出射面に送られる。表示装置４０では、均一な特性を有する光を導光板３の側面部に到達させるために、導光板３のサイズが適宜調整される。

また、ＬＥＤ素子２から発光部１０および導光板３への光の入射は、表示装置４０の両側、四方など、あらゆる方向から行われてよく、図１３に記載の構成に限られない。

ここで、表示装置４０に用いられる蛍光部は、ナノ粒子蛍光体を含んでもよい。上述したように、ナノ粒子蛍光体は、組成が同一の材料を用いても、その材料の粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる。

したがって、ナノ粒子蛍光体を用いることで導光板３から出射される光の波長コントロールが容易になり、カラーフィルタの透過率の特性とマッチングさせやすくなる。従って、ナノ粒子蛍光体を用いることで、表示装置４０での表示を明るくでき、また色の変更が可能なため、色再現性も高めることができるという効果も期待できる。
〔ＬＥＤの他の実施例〕
次に、ＬＥＤ素子２の種々のタイプを図１４、図１５により説明する。

図１４は、ＬＥＤ素子２ａの断面図である。ＬＥＤ素子２ａは、カップ状に形成された透明性樹脂にそれぞれ封止され、基板５に実装されている。

図１５は、ＬＥＤ素子２ｂの断面図である。ＬＥＤ素子２ｂは、透明性樹脂にまとめて封止され、かつ、間隔をあけて配列している。そして、複数のＬＥＤ素子２ｂは、基板５に実装されている。

このように、本実施の形態に係る発光装置１等では、種々のタイプのＬＥＤ素子が用いられうる。このことは、励起光源がレーザ等であっても同様であり、種々のタイプの励起光源を用いることができる。
〔本実施形態の別表現〕
本実施形態に係る発光装置は、以下のように表現することもできる。

本実施形態に係る発光装置は、一次光の一部を吸収して二次光を発光する蛍光体シートと、前記一次光と二次光が入射する導光板からなる発光装置において、前記蛍光体シートが前記導光板と接している構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、前記蛍光体シートと前記導光板の屈折率が同じである構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、少なくとも前記一次光が入射する側の蛍光体シートの面と前記導光板の前記蛍光体シートと接している面のどちらか一方が、モスアイ構造になっている構成であってもよい。

前記蛍光体シートと前記導光板が接している面において、前記蛍光体シート側の面積が前記導光板側の面積より小さい構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、前記蛍光体シートは少なくとも二種類以上のナノ粒子蛍光体を含み、前記ナノ粒子蛍光体は、一次光の光路方向に、相対的に長い波長の二次光を発する蛍光体の順に、配置されている構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置と、前記蛍光体シートの前記導光板と接している面の裏側から励起光を照射する励起光源と、を備えている構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、蛍光体シートと導光板が接している発光装置であって、蛍光体を含んだ樹脂を硬化させて蛍光体シートを形成する蛍光体シート形成工程と、前記蛍光体シートと前記導光板を接着させる接着工程と、を少なくとも含む構成であってもよい。

本実施形態に係る発光装置は、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体が表面に露出した発光部と、上記蛍光体が発する蛍光を含む光を導光する導光板とを備え、上記発光部および上記導光板は、互いに接している構成であってもよい。

以上、本実施の形態に係る発光装置の種々の形態を説明した。これらの形態は、本実施の形態の一例を示すものであって、ここで説明した形態を組み合わせることも当然に可能である。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、蛍光部から出射された光を効率的に導光板に導光する発光装置を用いる表示装置に好適に適用することができる。

１、１００、２００、３００、４００、５００ 発光装置
２ ＬＥＤ素子（励起光源）
３ 導光板
１０〜１５ 発光部
２０ 蛍光体
２１ 封止材料
２２ 媒体
４０ 表示装置
７０ 回路基板
７１ 基板

Claims (9)

1. 励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、
   上記蛍光体が発する蛍光を含む光を導光する導光板とを備え、
   上記発光部および上記導光板は、互いに接していることを特徴とする発光装置。
2. 上記発光部は、少なくとも、上記蛍光体と、上記蛍光体を封止する封止材とを含み、
   上記封止材および上記導光板を構成する主材料は同一であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記発光部は、少なくとも、上記蛍光体と、上記蛍光体を封止する封止材とからなり、
   上記導光板を構成する主材料と上記封止材を構成する主材料との屈折率比は、０．６３以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 上記発光部は、上記励起光源と上記導光板との間に配設されており、
   上記励起光源の側から見て、上記発光部は、上記導光板における上記発光部との接面により規定される領域内に含まれることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の発光装置。
5. 上記励起光源側の上記発光部の表面および上記発光部に対向する側の上記導光板の表面の少なくとも一方は、モスアイ構造であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発光装置。
6. 上記発光部は、少なくとも第１発光部と第２発光部とからなり、
   上記第１発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発し、
   上記第２発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、上記第１発光部とは異なる色の蛍光を発し、
   上記第１発光部および上記第２発光部のうち、発する蛍光の波長が長い方の発光部が、他方の発光部よりも上記励起光源に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の発光装置。
7. 上記第１発光部は、青色発光素子の光を受けて、赤色の蛍光を発し、
   上記第２発光部は、青色発光素子の光を受けて、緑色の蛍光を発することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 上記蛍光体は、少なくともナノ粒子蛍光体を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の発光装置。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。

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