JP2006173622A - 発光スペクトルが改善された発光ダイオード・フラッシュモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】均一なスペクトル分布の光を生成するＬＥＤデバイスを提供すること。
【解決手段】複数のＬＥＤ（３１、３３、３５）を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス（３０）。複数のＬＥＤはそれぞれ、該複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つの他のＬＥＤに隣接して配置される。複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤ（３３）は、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する放射線を生成する。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】複数のＬＥＤ（３１、３３、３５）を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス（３０）。複数のＬＥＤはそれぞれ、該複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つの他のＬＥＤに隣接して配置される。複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つのＬＥＤ（３３）は、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する放射線を生成する。
【選択図】図３Ａ
Description
本発明は発光ダイオード（「ＬＥＤ」）デバイスに関し、詳しくは、フラッシュ等に使用するために、複数のＬＥＤをアレイ状に配置したＬＥＤデバイスに関する。
ＬＥＤは、電流が流れると発光する半導体デバイスである。ＬＥＤは電子ディスプレイ、交通信号機、映像看板といった様々な用途に使用されている。ＬＥＤは単色の光を発するデバイスである。即ち、ＬＥＤから放出される光の波長は通常、約２０〜５０ナノメートル（「ｎｍ」）といった狭い範囲である。ただし、ＬＥＤの種類が異なれば、放出される光の波長（色）も異なる。ＬＥＤの特性は、ＬＥＤが最大放射パワーの５０％で光を放出する波長範囲である半値全幅（「ＦＷＨＭ」）で表現されることが多い。
図１はＬＥＤの一般的な発光スペクトルを示すグラフであり、ＬＥＤのＦＷＨＭを示している。出力は、光放射を任意の単位で示してる。ＦＷＨＭはλ１とλ２の間の差である。
ＬＥＤは、携帯電話、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、デジタルカメラなどの機器にも使用されている。ＬＥＤはカメラ付き携帯電話のフラッシュモジュールに使用されている。この用途では、ＬＥＤモジュールは光源として使用され、写真撮影の際に周囲の灯りが不十分な場合や、背景照明が必要な場合に使用される。フラッシュモジュールには、少なくとも３つのＬＥＤが一般に使用される。即ち、赤色ＬＥＤ（即ち、赤い光を発するＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤである。
図２は、３つの異なるＬＥＤについて、波長と出力（任意単位）の関係を示すグラフである。第１のグラフ２０は青色ＬＥＤの出力を示し、第２のグラフ２２は緑色ＬＥＤの出力を示し、第３のグラフ２４は赤色ＬＥＤの出力を示している。これら３つのＬＥＤの合成発光スペクトルは、尖鋭な山脈状で不連続なため、理想的ではない。第２のグラフ２２と第３のグラフ２４の間に、隙間２３ができている。フラッシュモジュールの発光スペクトルが尖鋭な山脈状で不連続であると、被写体の色が忠実に再現されないといった画質の低下を招くことがある。
従って、本発明の目的の１つは、高画質なカラー画像が得られるＬＥＤフラッシュモジュールを提供することである。
発光ダイオード（「ＬＥＤ」）デバイスは複数のＬＥＤを含む。各ＬＥＤは複数のＬＥＤのうちの少なくとも他の１つに隣接して配置される。複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つは、５０ｎｍよりも大きい半値全幅を有する放射線を生成する。
Ｉ．はじめに
従来技術によるフラッシュモジュールの発光スペクトルは、尖鋭な山脈状で不連続であることが多い。スペクトルピーク間にへこみがあるため、色の忠実性が失われる可能性がある。特に、図２に示すような合成発光スペクトルは、緑がかった黄色の領域において発光スペクトルを持たない。この領域に光を持たない合成発光スペクトルは、被写体の良好なカラー画像を忠実に再現することが出来ない。この問題が特に大きくなるのは、被写体のスペクトル反射性が、フラッシュモジュールの発光スペクトルが弱い部分や欠けている部分に集中している場合である。
従来技術によるフラッシュモジュールの発光スペクトルは、尖鋭な山脈状で不連続であることが多い。スペクトルピーク間にへこみがあるため、色の忠実性が失われる可能性がある。特に、図２に示すような合成発光スペクトルは、緑がかった黄色の領域において発光スペクトルを持たない。この領域に光を持たない合成発光スペクトルは、被写体の良好なカラー画像を忠実に再現することが出来ない。この問題が特に大きくなるのは、被写体のスペクトル反射性が、フラッシュモジュールの発光スペクトルが弱い部分や欠けている部分に集中している場合である。
フラッシュモジュールの発光スペクトルは、ＦＷＨＭの大きいＬＥＤ（例えば５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを持つＬＥＤ）を使用することにより改善することが出来る。一実施形態では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤのうちの少なくとも１つが、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する。他の実施形態では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤのうちの少なくとも２つが、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する。更に他の実施形態では、フラッシュモジュールの赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤのそれぞれが、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する。代替実施形態では、フラッシュモジュールの少なくとも１つのＬＥＤに、赤色ＬＥＤでも緑色ＬＥＤでも青色ＬＥＤでもないＬＥＤが使用される。
フラッシュモジュールの発光スペクトルは蛍光体変換ＬＥＤを使用して改善することも出来る。蛍光体変換ＬＥＤは、ＬＥＤチップ上に波長変換材料の層を有する。波長変換材料とは、或る波長の光を吸収して他の（通常より長い）波長の光を放出する材料であり、一般に「蛍光体」材料と呼ばれる。一実施形態では、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する１以上の蛍光体変換ＬＥＤをフラッシュモジュールに使用する。ＬＥＤチップから放出される放射線（一次放射線と呼ぶ）によって波長変換材料を励起させると、波長変換材料は他の波長（複数の場合もあり）の放射線（二次放射線と呼ぶ）を放出する。そして、二次放射線は変換されなかった一次放射線の一部（もしあれば）と結合され、合成放射線が生成される。波長変換材料から放出される二次放射線のスペクトルは一般に、ＬＥＤチップから放出される一次放射線のスペクトルに比べて、スペクトル幅がはるかに広い。二次放射線は一般に、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する。
実施形態によって、フラッシュモジュールは実質的に同じ出力スペクトルを有する複数のＬＥＤチップのアレイから作成される場合もあれば、複数のＬＥＤチップに様々な波長変換材料を使用して、スペクトル幅の広い合成放射線を生成し、ＬＥＤが様々な色を発するようにする場合もある。例えば、３つの青色ＬＥＤチップを備えたフラッシュモジュールは、第１の青色ＬＥＤチップ上に緑色波長変換材料を有し（即ち、ＬＥＤの青色の光で波長変換材料を刺激し、緑色の光を放出させる）、第２の青色ＬＥＤチップ上に赤色波長変換材料を有し、第３の青色ＬＥＤチップ上には波長変換材料を持たない場合がある。緑色変換（第１の）ＬＥＤは、緑色の一次放射線と、変換されなかった青色の一次放射線とを放出する。赤色変換（第２の）ＬＥＤは、赤色の二次放射線と、変換されなかった青色の一次放射線とを放出し、第３のＬＥＤは青色の一次放射線を放出する。本明細書における使用に関し、ＬＥＤが色を放出する（発する）というように記載される場合、例えば白色ＬＥＤと対比して「カラーＬＥＤ」と記載される場合、その記載は、そのカラーＬＥＤが、赤色、黄色、緑色、青色といった何らかの色として観測者に知覚されるであろう波長範囲の光を放出することを意味する。
様々な色のＬＥＤをフラッシュモジュールに使用することで、フラッシュモジュールから放出される光の色温度を調節することが可能になる。例えば、フラッシュモジュールから放出される光の色温度を低下させたい場合、赤色ＬＥＤに供給される電力を青色ＬＥＤに供給される電力に比べて大きくする。すると、光の色調は「暖かく」なる（その結果、たとえ色温度が低下したとしても）。これが望ましいのは、特に人間をモデルとして写真を撮影する場合である。同様に、写真フィルムや光検出器アレイの種類が異なれば、得られる色も違ってくる。個々に独立した複数のカラーＬＥＤを有するフラッシュモジュールは、フラッシュモジュールから出力される色を様々な用途に合わせて調節することが可能である。従来のフラッシュ放電管や白色発光ＬＥＤを使用したフラッシュモジュールは、そのような色調節を行うことが出来ない。
図３Ａは、基板３８上に３つのＬＥＤチップ３２、３４、３６が実装された、本発明の一実施形態によるＬＥＤデバイス３０を示す略側面図である。各ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップである。青色ＬＥＤチップのピーク波長は約５００ｎｍ未満であることが望ましい。代替実施形態において、青色ＬＥＤチップのピーク波長は約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍの間である。青色ＬＥＤチップの一次放射線は使用される蛍光体に応じて選択され、一次放射線によって蛍光体が確実に活性化（励起）されるような放射線が選択される。すなわち、緑色蛍光体は、青色ＬＥＤチップの青色光（例えば、約４８０ｎｍ）によって活性化され、所望の緑色に発光する。ＵＶ ＬＥＤをこの緑色蛍光体に使用しても、緑色蛍光体がＵＶ光によって活性化されなければ役に立たない。従って、ＵＶ ＬＥＤを使用する場合は、別の緑色蛍光体が使用される。説明の都合上、青色光の波長は約４５０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、緑色光の波長は約５００ｎｍ〜約５３０ｎｍ、赤色光の波長は約６００ｎｍ〜約６６０ｎｍであるものとする。最大波長が約４００ｎｍ未満のＬＥＤは、電磁スペクトルの紫外線（ＵＶ）領域で発光し、ＵＶ ＬＥＤと呼ばれる。
ＬＥＤチップは標準ダイ取り付け技法を用いて基板３８上に実装される。代替実施形態では、ＬＥＤチップのうちの２以上が、１つのサブマウントに集積される場合がある。ＬＥＤチップ３２、３４、３６の上部は、ワイヤボンド４０、４２、４４によって基板上の金属トレース（図示せず）に電気接続される。第１のＬＥＤチップ３２は、ユウロピウムをドープしたストロンチウムチオガレート（ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ）のような緑色波長変換材料を含有する封止剤４６で被覆された青色ＬＥＤチップである。第２のＬＥＤチップ３４は、ユウロピウムをドープした硫化ストロンチウム（ＳｒＳ：Ｅｕ）のような赤色波長変換材料を含有する封止剤４８で被覆された青色ＬＥＤチップである。第３のＬＥＤチップ３６は、波長変換材料を含まない封止剤５０で被覆されている。
波長変換材料を封止剤に入れる実際の方法の１つは、高分子エポキシやシリコンなどの液体の封止剤基礎材料の中に波長変換材料の粒子を予め混ぜ込んでおき、その混合物をＬＥＤの上に又はＬＥＤを覆うように分注することである。あるいは、波長変換材料の粒子を固体又は可塑性の封止剤基礎材料と共にモールドパレットの中に予め入れておき、ＬＥＤを覆うように成形してもよい。一実施形態において封止剤基礎材料はガラスであり、ガラスは波長変換材料と混合され、ＬＥＤを覆うように融着される。
図３Ｂは、図３ＡのＬＥＤデバイス３０の平面図である。ＬＥＤチップ３２、３４、及び３６は一列に配置されているが、三角形や円形など、他の形状をなすように配置してもよい。ＬＥＤデバイスの各ＬＥＤチップは一般に互いに隣接して配置されることが望ましく、その結果、ＬＥＤデバイスから放出される光が実質的に全ＬＥＤチップから放出される光の総和のように見え、ＬＥＤチップが個々のカラー光源のように見えないことが望ましい。
図３Ｃは、図３ＡのＬＥＤデバイスの３つのＬＥＤに関するグラフ３００、３０２、３０４を示している。第１のグラフ３００は、緑色波長変換封止剤材料を備えた青色ＬＥＤチップである、第１のＬＥＤの合成出力スペクトルを示している。第２のグラフ３０２は、赤色波長変換封止剤材料を備えた青色ＬＥＤチップである、第２のＬＥＤの合成出力スペクトルを示している。第３のグラフ３０４には、波長変換材料を持たない青色ＬＥＤチップである、第３のＬＥＤの出力スペクトルを示している。点線で描かれた第４のグラフ３０６は３つのＬＥＤの出力スペクトルの合成、即ち、グラフ３００、３０２、及び３０４の和を示している。図示のように、スペクトル幅の広い合成発光スペクトルが得られる。換言すれば、合成発光スペクトルは、約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍの間に隙間が全くなく、青色領域、緑色領域、及び赤色領域のそれぞれにピークを有している。３つのＬＥＤの赤色、青色、及び緑色の発光を適当な割合で組み合わせると、実質的に白色に見える光（即ち、グラフ３０６）が得られる。この実施形態の場合、第１のＬＥＤと第２のＬＥＤの合成放射線は、未変換の青色放射線（一次放射線）３０１、３０３を含んでいる。
代替実施形態では、２つの青色ＬＥＤチップを使用する場合がある。一方の青色ＬＥＤチップは緑色波長変換材料を備え、他方の青色ＬＥＤチップは赤色波長変換材料を備える。これらの赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤから放出される未変換の青色光によって、独立した青色ＬＥＤを設ける必要がなくなる。残りのＬＥＤのうちの一方又は両方に搭載される蛍光体の量は、合成出力スペクトルの生成に使用される望ましい量の未変換の青色光が得られるような量が選択される。
変換ＬＥＤの一次放射線と二次放射線の比率は、波長変換材料の搭載量によって調節することが出来る。搭載量が少ないと、一次放射線の比率が二次放射線に比べて大きくなる。搭載量を増やすにつれて、二次放射線の比率が高くなってゆく。搭載量が多くなると、二次放射線の比率は一次放射線に比べて大きくなる。搭載量を増やすことにより、二次放射線だけを得ることも可能である。即ち、一次放射線のほぼ全てが波長変換材料によって吸収・変換されるようにすることも可能である。
図３Ａを参照すると、第１のＬＥＤ３１は、一次青色光を実質的に全く放出しないような十分な量の緑色波長変換材料を含有する封止剤４６で被覆された第１の青色ＬＥＤチップ３２を含み、緑色ＬＥＤを形成している。第２のＬＥＤ３３は、一次青色光を実質的に全く放出しないような十分な量の赤色波長変換材料を含有する封止剤４８で被覆された第２の青色ＬＥＤチップ３４を含み、赤色ＬＥＤを形成している。第３のＬＥＤ３５は、波長変換材料を含まない封止剤５０で被覆された第３の青色ＬＥＤチップ３６を含み、青色ＬＥＤを形成している。代替実施形態において、第３の青色ＬＥＤチップ３６を被覆する封止剤は、一次青色光の一部を放出可能な波長変換材料を含む場合がある。例えば封止剤は、スペクトルの緑色部分におけるＬＥＤデバイス３０の発光を増強すると同時に、ＬＥＤデバイス３０から所望の合成発光スペクトルを得るための十分な量の青色光の放出を可能にし、更に色調節を可能にする緑色波長変換材料を含有する場合がある。一実施形態において、ＬＥＤデバイスの発光スペクトルは、実質的に白色に見える。
図３Ｄは、上記段落の記載に従って構成されたＬＥＤデバイスの出力を示すグラフである。第１のグラフ３０８は、第１の青色ＬＥＤチップを被覆する緑色波長変換材料からの緑色の発光を示している。第２のグラフ３１０は、第２の青色ＬＥＤチップを被覆する赤色波長変換材料からの赤色の発光を示している。第３のグラフ３１２は、蛍光体変換材料を持たない第３の青色ＬＥＤチップからの青色の発光を示している。これらの波長変換材料及びＬＥＤは、単なる例に過ぎない。第４のグラフ３１４は、ＬＥＤデバイスのＬＥＤの全発光を合成したもの（合成発光）を示している。ＬＥＤデバイスの合成発光３１４はピーク３１５を有し、合成発光は、約４６０ｎｍ〜約６６０ｎｍの範囲においてピークの少なくとも２０％を有する。約４６０ｎｍ〜約６６０ｎｍにわたるスペクトル幅の広い合成発光（即ち、発光のピークの２０％を下回ることがない合成発光）は、高品質の白色光を生成するのに望ましい。代替実施形態では、青色ＬＥＤに供給される電流（バイアス）（グラフ３１２）を減らすことにより、合成発光のピークを下げ、合成発光を平坦化し、色温度を下げる場合がある。更に他の実施形態では、青色ＬＥＤに供給される電流を増やすことにより、色温度を上げる場合がある。
代替実施形態では、非常に多種多様なＬＥＤチップ及び波長変換材料が使用される。実施形態によっては、ピーク波長の異なるＬＥＤチップが使用される場合もある。一実施形態では、ＬＥＤチップは、そのＬＥＤチップに使用される波長変換材料が効率よく刺激されるようなピーク波長を持つものが選択される。代替実施形態又は更に他の実施形態では、ＬＥＤチップは、波長変換材料の搭載量が少ないときに一次放射線がスペクトルの所望の部分に生成されるようなピーク波長を持つものが選択される。
図４Ａは、本発明の他の実施形態によるＬＥＤデバイス６０を示す側面図である。４つの青色ＬＥＤチップ６２、６４、６６、６８が基板３８に実装され、基板３８に電気接続されている。第１のＬＥＤ６１は、波長変換材料を含有しない封止剤７０で被覆された第１の青色発光ＬＥＤチップ６２を含む。第２のＬＥＤ６３は、緑色波長変換材料を含有する封止剤７２で被覆された第２の青色発光ＬＥＤチップ６４を含み、緑色の二次放射線だけを放出する。第３のＬＥＤ６５は、赤色波長変換材料を含有する封止剤７４で被覆された第３の青色発光ＬＥＤチップ６６を含み、赤色の二次放射線だけを放出する。第４のＬＥＤ６７は、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）のような黄色波長変換材料を含有する封止剤７６で被覆された第４のＬＥＤチップ６８を含み、黄色の二次放射線だけを放出する。
図４Ｂは、図４ＡのＬＥＤデバイスの出力を示すグラフである。第１のグラフ８０は、第１のＬＥＤから放出される青色の一次放射線を示している。第２のグラフ８２は、第２のＬＥＤから放出される緑色の二次放射線を示している。第３のグラフ８４は、第３のＬＥＤから放出される赤色の二次放射線を示している。第４のグラフ８６は、第４のＬＥＤから放出される黄色の二次放射線を示している。そして、第５のグラフ８８は、ＬＥＤデバイスの全発光を合成したもの（合成発光）を示している。図示のように、青色領域にピークを有し、緑色領域及び黄色領域に台地状部分（平坦部）を有し、赤色領域で降下する、幅の広い合成発光スペクトルが得られる。赤色、黄色、緑色、及び青色の発光を適当な比率で合成することにより、実質的に白色に見える光が得られる。
ＬＥＤデバイスの合成発光８８はピーク８９を有し、合成発光８８は、約４６５ｎｍ〜約６７５ｎｍの範囲においてピーク８９の少なくとも２０％を有する。約４６５ｎｍ〜約６７５ｎｍもの広い範囲に光を有するこの合成発光（即ち、ピークの２０％を下回ることがない合成発光）は、高品質の白色光を生成するのに望ましい。
図５Ａは、基板３８上に３つのＵＶ ＬＥＤチップ９２、９４、９６が実装され、基板３８に電気接続された、本発明の他の実施形態によるＬＥＤデバイス９０を示す側面図である。各ＵＶ ＬＥＤチップは通常、約４００ｎｍ未満の波長を有する紫外線領域のスペクトルの光を放出する。第１のＬＥＤ９１は、青色波長変換材料を含有する封止剤９８で被覆された第１のＵＶ ＬＥＤチップ９２を含み、青色の二次放射線だけを放出する。第２のＬＥＤ９３は、緑色波長変換材料を含有する封止剤１００で被覆された第２のＵＶ ＬＥＤチップ９４を含み、緑色の二次放射線だけを放出する。第３のＬＥＤ９５は、赤色波長変換材料を含有する封止剤１０２で被覆された第３のＵＶ ＬＥＤチップ９６を含み、赤色の二次放射線だけを放出する。各ＬＥＤ９１、９３、９５によって生成される赤色、青色、及び緑色の光の量を選定することにより、実質的に白色に見える光が、ＬＥＤデバイス９０から生成される。この光の量の選択は通常、各ＬＥＤに対するバイアスを調節することによって行われる。
青色光によって励起され、赤色を発する蛍光体の例には、ＣａＳ：ＥＵ２＋、Ｍｎ２＋（６５０ｎｍ）、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋（６１０ｎｍ）、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋（６００ｎｍ）、Ｍｇ４ＧｅＯ５．５：Ｍｎ４＋（６５０ｎｍ）、及びＺｎＳｅ：Ｃｕ，Ｃｌ（６２０〜６３０ｎｍ）などがある。青色光によって励起され、オレンジ色を発する蛍光体の一例には、ＺｎＳｅＳ：Ｃｕ，Ｃｌ（５９０〜６００ｎｍ）がある。青色光によって励起され、緑黄色を発する蛍光体の一例には、ＣａＳ：Ｃｅ３＋（５２０〜５８０ｎｍ）がある。青色光によって励起され、緑色を発する蛍光体の例には、ＺｎＳ：Ｃｕ＋（５５０ｎｍ）、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋（５３５ｎｍ）、イットリウムアルミニウムガーネット（「ＹＡＧ」）：Ｃｅ３＋（５５０ｎｍ）、及びＢａＳｒＧａ４Ｓ７：Ｅｕ（５４０ｎｍ）などがある。ＵＶ光（約３６５〜４２０ｎｍ）によって励起され、青色を発する蛍光体の一例には、ＢａＡｌ１６Ｍｇ２Ｏ２７（「ＢＡＭ」）（４５０ｎｍ）がある。ＵＶ光によって励起され、緑色を発する蛍光体の一例には、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（５４０ｎｍ）がある。ＵＶ光によって励起され、赤色を発する蛍光体の例には、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（６２８ｎｍ）、及びＭｇ４ＧｅＯ５．５Ｆ：Ｍｎ（６５０ｎｍ）などがある。
図５Ｂは、図５ＡのＬＥＤデバイスの出力を示すグラフである。第１のグラフ１０４は、第１のＬＥＤから出力される青色の二次放射線を示している。第２のグラフ１０６は、第２のＬＥＤから出力される緑色の二次放射線を示している。第３のグラフ１０８は、第３のＬＥＤから出力される赤色の二次放射線を示している。そして、第４のグラフ１１０は、ＬＥＤデバイスの全発光を合成したもの（合成発光）を示している。この実施形態の合成発光のスペクトルは、図３Ｄや図４Ｂに示した合成発光のスペクトルに比べて、緑色領域において幅の広い望ましいピークを有している。その理由は、第１のＬＥＤから放出されるスペクトル幅の広い青色の二次発光が、第２のＬＥＤから放出されるのスペクトル幅の広い緑色の二次発光と合成されるからである。ＬＥＤデバイスの合成発光１１０はピーク１１１を有し、合成発光は、約４２３ｎｍ〜約６６１ｎｍの範囲においてピーク１１１の少なくとも２０％を有する。合成発光は、図３Ｄや図４Ｂに示した実施形態（例えば、青色ＬＥＤチップからの未変換の青色光を使用する実施形態）に比べて、広い範囲にわたってピークの２０％を下回ることがない。この青色の二次発光は、青色ＬＥＤチップから放出される（未変換の）一次青色光に比べて、遥かに広いスペクトル幅を有する（図４Ｂのグラフ８０と比較して欲しい）。スペクトル幅の広いこの青色光は、フラッシュモジュールに使用した場合に、青色と紫色の両方の演色性を改善し、色温度を更に高めることが可能になるものと期待されている。
ＵＶ ＬＥＤチップを波長変換材料と組み合わせて使用する利点は、合成発光のスペクトルの可視部分が、一次放射線による影響を受けない点にある。デバイスの構成が波長変換材料の搭載の影響を受けにくいものであるため、製造プロセスも単純になる。一般に、最大効率を得るとともに、被写体に対するＵＶ光の望ましくない照射を回避するためには、全てのＵＶ光を変換することが望ましい。
図６Ａは、本発明の他の実施形態によるＬＥＤデバイス１２０を示す側面図である。３つのＵＶ ＬＥＤデバイス１２２、１２４、１２６はそれぞれ、ハンダリフロー技法又はそれに類似するアセンブリ技法を用いて基板１３８に実装される。第１のＵＶ ＬＥＤデバイス１２２は、青色波長変換材料を備えた封止剤１２８を含み、青色の二次放射線だけを放出する。第２のＵＶ ＬＥＤデバイス１２４は、緑色波長変換材料を備えた封止剤１３０を含み、緑色の二次放射線だけを放出する。第３のＵＶ ＬＥＤデバイス１２６は、赤色波長変換材料を備えた封止剤１３２を含み、赤色の二次放射線だけを放出する。図６Ｂは図６ＡのＬＥＤデバイス１２０の平面図であり、第１のＵＶ ＬＥＤデバイス１２２、第２のＵＶ ＬＥＤデバイス１２４、及び第３のＵＶ ＬＥＤデバイス１２６を示している。
図７は、本発明の一実施形態によるフラッシュモジュール７１４を示すブロック図である。フラッシュモジュール７１４は撮像システム７００の一部であり、撮像システム７００はカメラ７１２を更に備えている。フラッシュモジュール７１４は、赤色、緑色、及び／又は、青色ＬＥＤデバイスのような、１以上の選択された色の１以上の発光デバイスを含む。少なくとも１つのカラー発光デバイスが、約５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する。
一実施形態において、フラッシュモジュール７１４は、赤色ＬＥＤ又は赤色変換ＬＥＤ Ｒ１、Ｒ２、ＲＮ、青色ＬＥＤ又は青色変換ＬＥＤ Ｂ１、Ｂ２、ＢＮ、及び緑色ＬＥＤ又は緑色変換ＬＥＤ Ｇ１、Ｇ２、ＧＮをそれぞれ少なくとも１つ含む。実施形態によっては、カラーＬＥＤのうちの少なくとも１つが、特定色の二次放射線を放出する波長変換蛍光体オーバレイ（例えば、図３Ａの符号４８を参照して欲しい）を有する場合がある。代替実施形態において、青色ＬＥＤ又はＵＶ ＬＥＤのような他のＬＥＤは、異なる特定色の二次放射線を生成する波長変換蛍光体オーバレイを含む場合がある。フラッシュモジュール７１４は、任意選択でレンズ及び／又はレフレクタのような撮像素子７２８を更に含み、フラッシュモジュール７１４から放出される光の空間分布を制御する場合がある。
カメラ７１２は、光検出器アレイ７２２を有するデジタルカメラである。レンズ７１５からの周囲光ＬＡは、光検出器アレイに結像される。光検出器アレイから出力された電気信号（複数の場合もあり）はプロセッサ７２４に渡される。プロセッサ７２４は、リンク７１７を介して駆動回路７１８に接続されている。駆動回路７１８は、特定の電流（「駆動信号」）ＳＲ、ＳＧ、ＳＢをそれぞれ発光体に供給する。駆動回路はフラッシュモジュール７１４に組み込まれる場合もあれば、カメラや外部モジュールに組み込まれる場合もある。駆動回路７１８は、制御回路７２６によって制御される一連の可変電流源を含む。ＬＥＤの光量（「光出力」）は、ＬＥＤに供給される電流（即ち、駆動信号レベル）によって決まる。発光体に対応する駆動信号を変化させることにより、制御式カラー光源（カラーＬＥＤ）から出力される光の量を個別にかつ選択的に変化させることができ、それによって、フラッシュモジュール７１４から放出される光のスペクトル分布を選択的に調節することが可能になる。また、カメラのシャッタが駆動されると、プロセッサ７２４はトリガリンクを介してトリガ信号を送り、フラッシュモジュール７１４にフラッシュＬＦを開始させる。
一実施形態において、この電気信号（複数の場合もあり）は、周囲光ＬＡ又は物体７１３からの反射光ＬＲの色温度を示す。代替実施形態では、カメラはフィルム式カメラであり、独立した光検出７２０によって物体７１３からの反射光を測定する場合がある。この独立した光検出器７２０は、カメラの外部に設けてもよいし、カメラと一体に形成してもよい。代替実施形態又は更に他の実施形態では、手動調節器７３０を設けることにより、所望の色温度が生成されるようにフラッシュモジュール７１４をユーザが設定したり、通常ならば光検出器によって測定された周囲光ＬＡに基づいてプロセッサ７２４によって決定される色温度をユーザが調節できるようにする場合がある。例えばユーザは、光検出器によって測定された色温度を下げて、もっと暖かい色調を物体７１３の画像に与えたいと思う場合があるかも知れない。更に他の実施形態では、撮像システムは光検出器を持たない場合もあり、光モジュールの色温度は手動で設定される場合がある。
赤色ＬＥＤの赤色光が合成発光に与える影響は、放電（フラッシュ）の際にその赤色ＬＥＤへ供給される電流信号ＳＲによって決まる。例えば、赤色ＬＥＤを弱く点灯させると、合成発光の色温度は、その赤色ＬＥＤを強く点灯させた場合に比べて高くなる。一実施形態では、赤色ＬＥＤに供給される電流を選択的に調節することにより、約５，５００°Ｋ（この温度はデイライトフィルムを使用するのに望ましい）〜約３，２００°Ｋ（この温度はタングステンフィルムを使用するのに望ましい）の色温度を生成する場合がある。
赤色ＬＥＤや他のＬＥＤに他の量の電流を供給することにより、他の色温度を得ることも出来る。用途によっては、色温度を下げることによりモデルの顔色を「暖かく」見せるといったように、望ましい撮影効果に合わせて、光モジュールの合成発光の色温度を所望の色温度に選択する場合がある。任意選択で、更に別の色のＬＥＤを追加し、光モジュールの色温度、特に、ＣＲＩを更に調節する場合がある。
図８Ａは、カメラ８１２、レンズ８１５、光検出器８２０、及びフラッシュモジュール８１４を備えた、本発明の一実施形態による撮像システム８１０を示す等角図である。代替実施形態では、撮像用の光検出器アレイがカメラに含まれ、光検出器８２０は省略される場合がある。図８Ｂは、本発明の他の実施形態による、携帯電話８４２に組み込まれた撮像システム８４０を示す等角図である。携帯電話８４２は、フラッシュモジュール８４４及び撮像レンズ８４６を有する。フラッシュモジュール８４４は、約５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する少なくとも１つのカラー発光デバイスを含む。撮像レンズは、物体の画像を携帯電話内の光検出器アレイ（図示せず）に集束させる。任意選択で、光検出器アレイを使用して、物体又は周囲光の色温度を測定する場合がある。携帯電話８４２は、任意選択で、フラッシュモジュール８４４の色温度を手動で設定するための調節器を有する場合がある。
図９は、色度図上に描かれた黒体曲線９００を示すグラフである。この色度図は、１９３１国際照明委員会（「Ｃ．Ｉ．Ｅ．」）標準規格に基づいて描かれていて、一般に「Ｃ．Ｉ．Ｅ．１９３１色度図」又は「１９３１Ｃ．Ｉ．Ｅ．色空間」と呼ばれる。ｘ軸及びｙ軸は、色度図上に点を指定するための色座標である。色の特性は、輝度パラメータで表すことも出来る。参考のために、代表的な幾つかの波長が記入してある。右の角は、波長６８０ｎｍの光（この光は実質的に赤みがかった光である）に相当する。左の角は、波長４２０ｎｍの光（この光は実質的に紫色の光である）に相当する。５２０ｎｍと記されている曲線は、実質的に緑がかった光に相当する。隣接する複数のＬＥＤを有するフラッシュモジュールや、その他同様のＬＥＤデバイスの合成発光の色は、様々なカラーＬＥＤの光の量を相対的に変化させることによって調節することが出来る。この調節は例えば、ＬＥＤに供給される電力の大きさを調節することによって行ってもよいし、ＬＥＤの上に設けられる波長変換材料の種類を変更することによって行ってもよい。フラッシュモジュールの合成発光にとって最も望ましい色は、被写体の撮像に使用される光検出器アレイの種類によって決まる。多くの場合、黒体曲線９００上又はその近くに位置する合成発光が望ましい。
一実施形態では、図３Ａ又は図５Ａに示したような赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤを有するＬＥＤデバイスにおいて、少なくとも２つのＬＥＤが５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する場合、ＬＥＤデバイスから出力される赤色光：緑色光：青色光の光出力パワーを３：６：１の比率にして、黒体曲線に近い合成発光を得る場合がある。この比率は、各カラーダイオードの出力の比を表している。例えば、緑色ダイオードの出力パワーは６（任意の単位）であり、赤色ダイオードの出力パワーは３単位であり、青色ダイオードの出力パワーは１単位である。
各ダイオードの出力パワーは、ダイオードに供給される電流を増減することにより、個別に設定することが出来る。例えば図３Ａ及び図３Ｄで示したような実施形態の場合、青色ダイオードへの電流（図３Ｄのグラフ３１２）及び赤色ダイオードへの電流（図３Ｄのグラフ３１０）を緑色ダイオードへの電流（図３Ｄのグラフ３０８）に比べて減らすことにより、ピーク発光の所望の比率が得られる。５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する少なくとも１つのダイオードを他のダイオードに隣接させてＬＥＤデバイスに設けると、この調節処理（即ち、各ＬＥＤへの電流（バイアス）を選択的に調節する処理）は容易になる。なぜなら、１以上の隣接するＬＥＤの発光スペクトルを重ね合わせることができ、幅が広く、隙間の無い合成発光スペクトルが形成されるからである。カラーバランスをとるための他の方法には、一次発光体を選択的に搭載する方法（例えば、図３Ｃを参照して欲しい）や、他の蛍光体材料を使用する方法などがある。
黒体曲線に近い光は、色温度°Ｋで表される場合が多い。色温度は、その温度の黒体から放出される光の色である。例えば、黒体は低温下では暗赤色に輝き、温度が上昇するにつれて、オレンジ色、そして、黄色の光を発するようになる。日光の色温度は約６，５００°Ｋであり、多くの用途において、この色温度はフラッシュモジュールから出力される光の色温度として望ましい。場合によっては、色温度をもっと高くしたり、低くしたりすることが望ましい場合もある。例えば人の顔を撮影する場合、赤色光の成分を増やした「暖かい」光を生成することが望ましいであろう。このような暖かい光の色温度は低いということに注意して欲しい。また、フラッシュの出力を使用されるフィルムやセンサに合わせて調節することが望ましい場合もある。従って、フラッシュモジュールは約５，０００°Ｋ〜約９，５００°Ｋの色温度を有する実質的に白色の光を生成することが望ましい。また、実施形態によっては、約６，５００°Ｋの色温度を有する光を生成することが望ましい場合もある。
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から外れることなく、それらの実施形態に対する修正や変更を思いつくであろうことは、明らかである。
Claims (10)
- 複数のＬＥＤ（３１、３３、３５）を含む発光ダイオード（「ＬＥＤ」）デバイス（３０であって、該複数のＬＥＤが、
５０ｎｍよりも大きい第１のＦＷＨＭを有する少なくとも第１の色を発する第１のＬＥＤ（３３）と、
少なくとも第２の色を発する、前記第１のＬＥＤに隣接する第２のＬＥＤ（３５）と
を含む、ＬＥＤデバイス。 - 前記第２の色は、前記第２のＬＥＤ（３５）の一次放射線である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
- 前記第２の色は、５０ｎｍよりも大きいＦＷＨＭを有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
- 前記第１の色は前記第１のＬＥＤの二次放射線であり、前記第１のＬＥＤは前記第１のＬＥＤの一次放射線である第３の色を更に発する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
- 前記第１のＬＥＤは、第１の波長変換材料を備えた第１の青色ＬＥＤチップを含み、
前記第２のＬＥＤは、第２の波長変換材料を備えた第２の青色ＬＥＤチップを含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。 - 前記ＬＥＤデバイスは全発光の合成のピークを有し、４７０ｎｍ〜６５０ｎｍにおいて、前記ＬＥＤデバイスの全発光の合成は、前記ピークの少なくとも２０％である、請求項５に記載のＬＥＤデバイス。
- 前記複数のＬＥＤは、第３の波長変換材料を備えたＵＶ ＬＥＤを含む、請求項５に記載のＬＥＤデバイス。
- 前記第１のＬＥＤは、第１の波長変換材料（９８）を備えた第１の紫外線（「ＵＶ」）ＬＥＤ（９１）であり、
前記第２のＬＥＤは、第２の波長変換材料（１００）を備えた第２のＵＶ ＬＥＤ（９３）である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。 - 前記ＬＥＤデバイスは、第３の波長変換材料（１０２）を備えた第３のＵＶ ＬＥＤ（９５）を更に含み、
前記第１の波長変換材料は青色の放射線を放出し、前記第２の波長変換材料は緑色の放射線を放出し、前記第３の波長変換材料は赤色の放射線を放出する、請求項８に記載のＬＥＤデバイス。 - 請求項１に記載のＬＥＤデバイスを備えたフラッシュモジュール。
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