JP2005260229A

JP2005260229A - オーバーレイ付きｌｅｄ表示装置

Info

Publication number: JP2005260229A
Application number: JP2005060196A
Authority: JP
Inventors: Kee Yean Ng; イーンウンキー; Yow Cheng Heng; ヤウチャンヘン; Chee Wai Chia; ワイチアチー
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US7239080B2; CN1667671A; US20050200269A1

Abstract

【課題】波長変換材料のオーバーレイ層を有する発光ダイオードで、発光色のばらつきを低減可能とする。
【解決手段】ＬＥＤ表示装置は、基板３１０、３３０と、基板上に設けられ、空洞３４０を形成する複数の側壁であって、空洞が蛍光材料を含まない封止材料３５０で充填される、側壁と、空洞中において、基板の第一の部分３１０上に配置されたＬＥＤ３００と、ＬＥＤおよび基板の第二の部分３３０の間の電気接続３２０と、空洞の上端に設けられた蛍光材料オーバーレイ３６０とを具備する。蛍光材料が封止材料内には含まれず、厚みの安定したオーバーレイに含まれるので、空洞の体積のばらつきや、ＬＥＤの配設位置のばらつきなどによって光の色味がばらつくのを抑制可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は発光装置に関するものであり、より具体的には波長変換材料のオーバーレイ層を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置に関する。

発光ダイオード表示装置は様々な表示アプリケーションに有用なものである。既知の表示装置としては、波長即ち色を変換する、蛍光又は発光材料（ルミネセント発光材料）等のような材料を励起するためにＬＥＤを使用し、そしてこの蛍光又は発光材料からの放射光をＬＥＤからの無変換放射光と組み合わせる。

しかしながら、これらの既知のＬＥＤ表示装置のうち、単一ＬＥＤ素子を使用したものでは問題は無いが、複数ＬＥＤ素子を使用した既知の装置の場合、色の一貫性を維持する上で問題がある。よって複数ＬＥＤ表示装置に関わる欠点を解消した装置が必要とされているのである。

本発明の一実施例によれば、発光ダイオード表示装置が開示される。装置は、基板と、基板上に設けられた、空洞を形成する複数の側壁と、この空洞を充填する、蛍光材料を含まない封止材料と、空洞内において、基板の第一の部分上に配置されたＬＥＤと、ＬＥＤ及び基板の第二の部分の間を結ぶ電気接続と、そして空洞の上端にある蛍光材料のオーバーレイとを含んでいる。

本発明の第二の実施例によれば、発光ダイオード表示装置が開示される。装置は、基板と、基板上に設けられた、空洞を形成する複数の側壁と、空洞内において、基板の第一の部分上に配置されたＬＥＤと、ＬＥＤ及び基板の第二の部分の間を結ぶ電気接続と、そして空洞の上端にある蛍光材料のオーバーレイとを含んでおり、この蛍光材料オーバーレイがプラスチック層と蛍光材料層を含んでいることを特徴とするものである。

本発明の第三の実施例によれば、発光ダイオード表示装置が開示される。装置は、基板と、複数の空洞であって、各々が基板上に設けられた複数の側壁内に形成された、複数の空洞と、複数のＬＥＤであって、各々が複数の空洞中のそれぞれの空洞内において基板の第一の部分に配置された複数のＬＥＤと、複数の電気接続であって、各々が、複数ＬＥＤ中の１つの１つと、基板上に１つ以上設けられた第二の部分のうちの１つとを接続する、複数の電気接続と、そして複数の空洞の上端にある蛍光材料オーバーレイとを含んでいる。

図１は従来の装置の断面図であるが、蛍光又は発光材料がＬＥＤ１００と組み合わせて使用されている。ＬＥＤ１００は基板の第一の部分１１０上に配置されている。電気接続１２０はＬＥＤ１００から基板の第二の部分１３０へとなされている。ＬＥＤ１００は一般に、反射性の側壁を持つ空洞、即ちカップ１４０中に配置される。封止材料１５０は、ＬＥＤ１００、電気接続１２０及び基板を保護する為に空洞中に充填される。蛍光又は発光材料の粒子は、封止材料中に分散されている。ＬＥＤ表示装置に使用されるものとして既知の蛍光又は発光材料は、燐光体物質である。

電流がＬＥＤ１００中を流れると、ＬＥＤは光を放射する。封止材料中の燐光体粒子は、ＬＥＤ１００からの放射光の一部を吸収して異なる色の光を放射する。この結果、空洞から得られる色は、ＬＥＤの放射光と燐光体の放射光とを組み合わせたものとなる。従来技術における既知の組み合わせとしては、白色光を得る為の青色ＬＥＤと黄色燐光体の利用が挙げられる。

図２は、複数ＬＥＤを用いた従来技術による表示装置の１つを描いたものである。図２において、ＬＥＤ２００ａ〜２００ｎは基板上に取り付けられている、或いは配置されている。基板は、ＬＥＤの各々に対応する複数の空洞を持つリフレクタ２２０の内側へと取り付けられる。これらの空洞の１つ１つは、燐光体（図示せず）を埋め込んだ封止材料（図示せず）で充填されている。このような構成においては、空洞の各々は同じ寸法を持っているとは限らない。従って、各空洞内での燐光体粒子の量とその散乱程度は違っている場合もあり、これらの空洞間で色のばらつきの原因となっている。

図３を見ると、本発明の一実施例に基づくＬＥＤ装置の断面図が描かれている。ＬＥＤ３００は基板の第一の部分３１０に取り付けられている、又は配置されている。電気接続３２０はＬＥＤから基板の第二の部分へとなされている。ＬＥＤ３００は空洞、即ちカップ３４０の底面に向かって配置されている。空洞３４０は基板に、或いはその上に配置された複数の側壁中に形成される。空洞３４０は反射性の側壁を含むものであっても良い。空洞はＬＥＤ３００を保護する為に封止材料３５０で充填することが出来る。蛍光材料オーバーレイ３６０は空洞３４０の上端又はその近くで、ＬＥＤ３００と反対側の空洞の端部に配置される。

図３に示した実施例においては、電流がＬＥＤ３００を通じて流されると、ＬＥＤ３００は放射光を発する。蛍光材料オーバーレイ３６０はＬＥＤ放射光の一部を吸収し、そして蛍光材料放射光を発する。この結果見える色は、蛍光材料放射光と、ＬＥＤ放射光の吸収されなかった部分とが組み合わせられたものとなる。

本発明の一実施例によれば、ＬＥＤ３００は青色光を放射し、蛍光材料オーバーレイ３６０は黄色光を放射する。青色及び黄色の放射光が組み合わせられると、白色光にすることが出来る。蛍光材料オーバーレイ３６０の厚さは、ＬＥＤ放射光と蛍光材料放射光との間に所望される比率を作る為に変えることが出来、これにより同じ白色光でも、例えば青色がかった白色から黄色がかった白色まで、といったように異なる色調を作ることが出来るのである。

他の実施例によれば、ＬＥＤ３００は青色光を発し、蛍光材料オーバーレイ３６０は緑色光を放射する。青色及び緑色光の組み合わせはシアン光を作る。蛍光材料オーバーレイ３６０の厚さは、ＬＥＤ放射光と蛍光材料放射光との間に所望される比率を作る為に変えることが出来、これにより青色から緑色までの範囲の色を作ることが出来る。

上述した色の組み合わせは説明目的で挙げたものである。ＬＥＤ放射光と蛍光材料放射光の色は、所望の目的及び効果を得る為にいかなる組み合わせとしても良い。例えば、ＵＶ又は緑色ＬＥＤを使用しても良い。また、緑色又は赤色光を放射する蛍光材料を使用することも出来る。いずれの好適な色の組み合わせも、本発明の範囲に入るものである。

他の実施例によれば、ＬＥＤ放射光が実質的に全て蛍光材料放射光へと変換される。従って、ＬＥＤ放射光と蛍光材料放射光とが組み合わせられたものはごくわずかとなるか、全く存在しなくなり、ＬＥＤ素子から放射される光は実質的に蛍光材料から放射されたものとなる。例えば、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤがＬＥＤ表示装置に使用された場合、表示装置からは潜在的に有害なＵＶ光が放射されないことが望ましい。

本発明の更に他の実施例によれば、蛍光材料オーバーレイ３６０に２つ以上の蛍光材料タイプを混合して使用することが出来る。このような複数蛍光材料タイプの組み合わせは、新たな目立つ色を作る為に利用することが出来る。２つ以上の蛍光材料タイプの組み合わせは、ピクセル方式で、或いはいずれかの好適な方式で組み合わせられ、蛍光材料オーバーレイ中で相互に均等になるように混ぜ合わされている。ピクセル方式の場合、蛍光材料オーバーレイは繰り返しパターンで組み合わせられた各蛍光材料タイプの独立したピクセル（微小サイズのタイル状のもの）が含まれる。例えば、オーバーレイは、赤、緑及び青の蛍光材料の繰り返されるピクセルを含む場合がある。

本発明の他の実施例によれば、複数ＬＥＤ表示装置（複数のＬＥＤ素子から成る表示装置）の製造方法が提供される。複数の空洞を含む複数ＬＥＤ表示装置においては、複数ＬＥＤ装置中の異なる空洞間における色の不整合が低減、最小化、又は排除され得る。１つの複数ＬＥＤ表示装置は、
（１）基板と、
（２）複数の空洞であって、各々が基板上に設けられた複数の側壁中に形成された、複数の空洞と、
（３）複数のＬＥＤであって、各々が複数の空洞のそれぞれの中における基板の第一の部分上に設けられた、複数のＬＥＤと、
（４）複数の電気接続であって、各々が、複数のＬＥＤ中の１つと、基板上に１つ以上設けられた第二の部分の中の１つとを接続する、複数の電気接続と、
（５）複数の空洞の上端部に設けられた蛍光材料オーバーレイと
を含んでいる。電気接続はＬＥＤに所望される制御を提供するように設けることが出来る。例えば、電気接続は、各ＬＥＤが個々に制御されることになるように、或いは複数ＬＥＤの１つ以上のサブセットが共に（一括して）制御されることになるように設けることが可能である。

蛍光材料オーバーレイ３６０は、表示装置の、個別の空洞に対応する位置に異なる蛍光材料タイプを持つものとすることが出来る。従って、異なる空洞はその特定の空洞位置における蛍光材料タイプに応じて異なる色を作ることになる。複数ＬＥＤが備えられる実施例においては、１つ以上の蛍光材料オーバーレイを使用することが出来る。例えば、各空洞、又は複数空洞の１つ以上のサブセットは、それぞれに別個の蛍光材料オーバーレイを持っていても良い。

本発明の一実施例によれば、蛍光材料オーバーレイ３６０は、略一定の厚さと、略均一な蛍光材料又は蛍光材料粒子のマトリクスを持っている。略一定の厚さを持たせることにより、ＬＥＤ放射光のうち蛍光材料放射光へと変換される部分の比率が略一定に保たれ、たとえ空洞３４０のサイズが異なっていたとしても、ＬＥＤ３００と対応する空洞３４０の各々につき、蛍光材料３６０により吸収されるＬＥＤ放射量が略同じとなるのである。

他の実施例によれば、蛍光材料オーバーレイ３６０は空洞３４０の開口の形状を持っている。また、オーバーレイ３６０中の蛍光材料の領域形状を、オーバーレイの一部のみに蛍光材料が含まれることになるように作ることが出来る。更に、ＬＥＤ装置は、オーバーレイ３６０上、或いは空洞３４０の上端部に設けられたドットや凹み、或いはレンズといったような微小造作、即ち微小構造を含むものであっても良い。

他の実施例によれば、蛍光材料オーバーレイ３６０は封止材料３５０とは別個の層で、この封止材料３６０に隣接して設けられる。蛍光材料オーバーレイ３６０は、空洞３４０の上端部を占める層としても良い。更に蛍光材料オーバーレイ３６０は、実質的に空洞３４０の外にあっても良い。こうすることにより、蛍光材料オーバーレイ３６０中の蛍光材料の量を、空洞３４０の容量（容積）に対して略無関係とすることが出来るのである。

一実施例によれば、封止材料がＬＥＤ表示装置から得られる色に影響を与えないように、封止材料は蛍光材料を含まない、或いは燐光体又は蛍光材料を実質的に含んでいないものである。本発明の他の実施例によれば、表示装置の空洞は、封止材料で充填されている必要はなく、ＬＥＤを保護する他の好適な手法を採用したものであっても良い。

蛍光材料オーバーレイ３６０はいかなる好適な方法で製作されたものでも良い。製作プロセスの一例としては、例えば射出成形（インジェクション・モールド）、圧延、一体成型（キャスティング）、積層等のプラスチックシート成形プロセス及び他の好適なプロセスが挙げられる。プラスチックシート成形の場合、蛍光材料はプラスチック材料に混合される。使用可能なプラスチック材料としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、シリコン及び他の好適な熱可塑性又は熱硬化性のポリマー等を挙げることが出来る。他の実施例によれば、無機ガラスフィルム（薄板）も利用することが出来る。

ここで図４を参照するが、これは本発明の第二の実施例に基づくＬＥＤ素子の断面図である。ＬＥＤ４００は基板の第一の部分４１０上に取り付けられている、或いは置かれている。電気接続４２０はＬＥＤから基板の第二の部分４３０へとなされている。図においてＬＥＤ４００は空洞、即ちカップ４４０の底面側に配置されている。空洞４４０は基板又はその上部に設けられている。空洞４４０は反射性の側壁を含むものであっても良い。空洞は、ＬＥＤ４００を保護する為に封止材料４５０で満たされている場合もある。蛍光材料オーバーレイ４６０は、ＬＥＤ４００と対向する空洞４４０の上部側、又はその付近に配置されている。この第二の実施例においては、蛍光材料オーバーレイ４６０は、蛍光材料４７０又は蛍光粒子の層をプラスチック層４８０に接続する接着剤又は他の接続方法を使用してプラスチック層４８０の一方の側に固着された蛍光材料４７０又は蛍光粒子の層を含んでいる。蛍光材料４７０又は蛍光材料粒子の層は、プラスチック層４８０のいずれか一方の側に配置されるものであっても、或いは両側に配置されるものであっても良い。プラスチック層４８０はいずれの好適なプラスチック材料であっても良いし、あるいはガラスフィルム又は他の好適な材料であっても良い。

他の実施例においては、蛍光粒子の層が第一のプラスチック層と第二のプラスチック層との間に挟まれるように、蛍光材料層は第一のプラスチック層と第二のプラスチック層と共に積層される。

一実施例においては、蛍光材料は無機燐光体を含んでおり、無機燐光体は無機燐光体粒子を含むものとすることが出来る。無機燐光体材料の例としては、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）及びユーロピウム添加ストロンチウムチオガレート（ＳｒＴｇ：Ｅｕ）が挙げられるが、これらに限られない。ナノ蛍光体の一例としては亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄ）が挙げられる。利用可能な他の好適な蛍光又は発光材料としては、例えばＤＣＭ（４−ジシアンメチレン−２メチル−６（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン）（Ｃ₁₉Ｈ₁₇Ｎ₃）のような有機染料を挙げることが出来る。このような有機材料は、フロリダ州のＦｏｒｔＬａｕｄｅｒｄａｌｅにあるＬａｍｂｄａＰｈｙｓｉｋ社から入手することが出来る。他の好適な無機及び有機材料は当業者であれば周知である。

蛍光粒子のサイズは好適なものであればいずれでも良い。利用する蛍光粒子のサイズは、蛍光材料オーバーレイの厚さに応じて変えることが出来る。一実施例においては、蛍光粒子は約１０ｎｍ〜約１００μｍ範囲の平均径（直径）ｄ₅₀を持っている。他の実施例においては、蛍光粒子は約１μｍ〜約５０μｍ範囲の平均径ｄ₅₀を持っている。更に他の実施例においては、ナノサイズ粒子が使用される。一実施例におけるナノサイズ粒子は約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ範囲の平均径ｄ₅₀を持っている。

以上、本発明の実施例を詳細に説明して来たが、当業者であればこれらの実施例の変更形態及び他の適応形態を請求項に記載の本発明の範囲から離れることなく容易に想到することが可能である。

なお、本発明は例として次の態様を含む。（）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］基板（３１０、３３０）と、
前記基板上に設けられ、空洞（３４０）を形成する複数の側壁であって、前記空洞が蛍光材料を含まない封止材料で充填される、側壁と、
前記空洞中において、前記基板の第一の部分（３１０）上に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）（３００）と、
前記ＬＥＤおよび前記基板の第二の部分（３３０）の間の電気接続（３２０）と、
前記空洞の上端に設けられた蛍光材料オーバーレイ（３６０）と
を具備することを特徴とするＬＥＤ表示装置。
［２］前記蛍光材料オーバーレイが、燐光体粒子の層を含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［３］前記蛍光材料オーバーレイが、略一定の厚さを持ち、略均一な燐光体粒子のマトリクスを含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［４］前記蛍光材料オーバーレイが、２つ以上の蛍光材料タイプの組み合わせを含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［５］前記蛍光材料オーバーレイが、１μｍ〜５０μｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［６］前記蛍光材料オーバーレイが、１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［７］前記蛍光材料オーバーレイが、有機染料を含むものであることを特徴とする上記［１］に記載のＬＥＤ表示装置。
［８］基板（４１０、４３０）と、
前記基板上に設けられ、空洞（４４０）を形成する複数の側壁と、
前記空洞中における前記基板の第一の部分（４１０）に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）（４００）と、
前記ＬＥＤと前記基板の第二の部分（４３０）との間を接続する電気接続（４２０）と、
前記空洞の上端にある蛍光体材料オーバーレイであって、プラスチック層（４８０）と蛍光材料層（４７０）とを含む、蛍光材料オーバーレイ（４６０）と
を具備することを特徴とするＬＥＤ表示装置。
［９］前記蛍光材料オーバーレイが、略一定の厚さを持ち、燐光体粒子の均一なマトリクスを含むものであることを特徴とする上記［８］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１０］前記蛍光材料オーバーレイが、２つ以上の蛍光材料タイプの組み合わせを含むものであることを特徴とする上記［８］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１１］前記蛍光材料オーバーレイが、１μｍ〜５０μｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［８］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１２］前記蛍光材料オーバーレイが、１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［８］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１３］前記蛍光材料オーバーレイが有機染料を含むものであることを特徴とする上記［８］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１４］基板（３１０、３３０：４１０、４３０）と、
複数の空洞であって、各々が前記基板上に設けられた複数の側壁中に形成された、複数の空洞（３４０：４４０）と、
複数の発光ダイオードであって、各々が前記複数の空洞のそれぞれ別個の空洞中における、前記基板の第一の部分（３１０：４１０）上に配置された、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（３００：４００）と、
複数の電気接続であって、各々が、前記複数のＬＥＤ中の１つと、前記基板に１つ以上設けられた第二の部分（３３０：４３０）の中の１つとを接続する、複数の電気接続（３２０：４２０）と、
前記複数の空洞の上端に設けられた蛍光材料オーバーレイ（３６０：４６０）と
を具備することを特徴とするＬＥＤ表示装置。
［１５］前記蛍光材料オーバーレイが、燐光体粒子の層を含むものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１６］前記蛍光材料オーバーレイが、略一定の厚さを持ち、略均一な燐光体粒子マトリクスを含むものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１７］前記蛍光材料オーバーレイが、１μｍ〜５０μｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１８］前記蛍光材料オーバーレイが、１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲の平均径（直径）を持つ燐光体粒子を含むものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。
［１９］前記蛍光材料オーバーレイが有機染料を含むものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。
［２０］前記蛍光材料オーバーレイが複数の蛍光材料タイプを含んでおり、前記複数の蛍光材料タイプの各々が、前記複数の空洞の一部分又は複数部分に対応するものであることを特徴とする上記［１４］に記載のＬＥＤ表示装置。

蛍光又は発光材料をＬＥＤと組み合わせて用いた従来の装置の断面図である。複数のＬＥＤを用いた従来の表示装置を示す図である。本発明の一実施の形態に基づくＬＥＤ装置の断面図である。本発明の第二の実施の形態に基づくＬＥＤ装置の断面図である。

符号の説明

３００ＬＥＤ
３１０基板の第一の部分
３２０電気接続
３３０基板の第二の部分
３４０空洞
３５０封止材料
３６０蛍光材料オーバーレイ
４００ＬＥＤ
４１０基板の第一の部分
４２０電気接続
４３０基板の第二の部分
４４０空洞
４５０封止材料
４６０蛍光材料オーバーレイ
４７０蛍光材料層
４８０プラスチック層

Claims

基板と、
前記基板上に設けられ、空洞を形成する複数の側壁であって、前記空洞が蛍光材料を含まない封止材料で充填される、側壁と、
前記空洞中において、前記基板の第一の部分上に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤおよび前記基板の第二の部分の間の電気接続と、
前記空洞の上端に設けられた蛍光材料オーバーレイと
を具備することを特徴とするＬＥＤ表示装置。