JP2008218733A - カラー表示用ｌｅｄパネル - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が小さく、白色表示と白色以外の表示の輝度差が少なく且つ白色表示における色調むらが小さく、また光源としても使用できるカラー表示用ＬＥＤパネルを提供することにある。
【解決手段】赤色ＬＥＤ素子５による赤色（Ｒ）光を放出するドットＤＲと、緑色ＬＥＤ素子６による緑色（Ｇ）光を放出するドットＤＧと、青色ＬＥＤ素子７による青色（Ｂ）光を放出するドットＤＢと、青色ＬＥＤ素子７による青色（Ｇ）光の一部が蛍光体９を励起することによって波長変換された黄色光と、青色ＬＥＤ素子７による青色光との混合（加法混色）による白色（Ｗ）に近い色調の光を放出するドットＤＷによって画素Ｐを構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラー表示用ＬＥＤパネルに関するものであり、詳しくは、赤色ＬＥＤ素子による赤色光放出部、緑色ＬＥＤ素子による緑色光放出部、青色ＬＥＤ素子による青色光放出部、およびＬＥＤ素子と蛍光体の組み合わせによる白色光（白色に近い色調の光を含む）放出部を備えたカラー表示用ＬＥＤパネルに関する。

従来、ＬＥＤ素子を発光源とするフルカラー表示用ＬＥＤパネルについては、図８に示す構成のものが提案されている。それは、それぞれ赤色（Ｒ）光を発光する赤色ＬＥＤ素子と、緑色（Ｇ）光を発光する緑色ＬＥＤ素子と、２つの画素間で共有する青色（Ｂ）光を発光する青色ＬＥＤ素子で構成された画素Ｐ１、Ｐ２からなる画素ペアＰ１２を、縦横それぞれ所定の行列数からなるマトリックス状に配置してフルカラー表示用ＬＥＤパネルを形成したものである。

そして、画素Ｐ１および画素Ｐ２からは、それぞれの画素Ｐ１、Ｐ２を構成する赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子によるそれぞれ階調制御された赤色光、緑色光、青色光の各単色光およびそれら２つ以上の単色光を混合してなる混色光による種々の色調の光を得ることができ、それによってフルカラー表示が可能となる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１２７３４４号公報

ところで、上記構成のフルカラー表示用ＬＥＤパネルは、そのままマルチカラー表示用としても使用可能である。

ここでいうマルチカラー表示とは、階調制御を伴わない赤色光、緑色光、青色光の各単色光およびそれら２つ以上の単色光を混合してなる混色光による７種類の色調の光によって表現される表示方法である。

ところで、赤色光、緑色光、青色光の各単色光を混合して白色光を得るためには、それぞれの単色光のＣＩＥ色度図上の色度座標、および求める白色光のＣＩＥ色度図上の色度座標にもよるが、例えば、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの輝度比を概ね３：７：１とすると比較的良好なホワイトバランスが得られるともいわれている。

但し、この輝度比率でマルチカラー表示を行なった場合、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤで構成された画素から放出される単色光の青色光と混色光の白色光を比較すると、その輝度比は青色光［１］に対して白色光は赤色光、緑色光、青色光の各混合比を加えた［１１］となり、白色光が青色光の約１０倍以上の輝度となる。

従って、表示パネル内に青色光を放出する画素と白色光を放出する画素が同時に存在した場合、青色光と白色光との間の輝度バランスが悪いために輝度むらが生じ、表示品位に劣る表示パネルとなってしまうという問題がある。当然、白色光と他の６種類の色調の光との間にもこのような問題は存在する。

また、それぞれの画素における赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子の駆動電流の総和は白色光の放出時が最も大きくなり、そのときの電流値は赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子の各駆動電流を加算したものとなる。そのため、表示パネル内で白色表示領域が広がるにつれて消費電力が急激に増加するという問題点も有している。

更に、各画素を構成する赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子のそれぞれには順電流−電圧特性等の電気的特性および順電流−発光強度特性、周囲温度−相対輝度特性等の光学的特性についてばらつきが存在する。そのため、混合する光色数が多くなるにつれて各画素間の色調のばらつきが大きくなり、この色調ばらつきは赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子による３種類の単色光の混合で白色光を形成したときに最大となる。つまり、白色表示を行なうと、白色表示画素間でホワイトバランスのばらつきが生じ、表示パネル内において色むらのある見栄えの悪い白色表示となってしまうという問題もある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、消費電力が小さく、白色表示と白色以外の表示の輝度差が少なく且つ白色表示における色調むらが小さく、また光源としても使用できるＬＥＤカラー表示パネルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、それぞれＬＥＤ素子を発光源とする複数のドットが縦横それぞれ所定の間隔および所定の行列数でマトリックス状に配置されてなるカラー表示用ＬＥＤパネルであって、前記カラー表示用ＬＥＤパネルは、赤色ＬＥＤ素子からの赤色光を放出するドット、緑色ＬＥＤ素子からの緑色光を放出するドット、青色ＬＥＤ素子からの青色光を放出するドット、および蛍光体励起用ＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせで生成される白色光を放出するドットによって画素が構成され、前記画素が縦横それぞれ所定の間隔および所定の行列数でマトリックス状に配置されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は青色光により励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体であることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は青色光により励起されて緑色光および赤色光をそれぞれ放射する緑色蛍光体および赤色蛍光体を混合したものであることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１項において、前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は紫外線ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は紫外線により励起されて青色光、緑色光および赤色光をそれぞれ放射する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を混合したものであることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記各ドットの前記発光源は、１個のＬＥＤ素子または並列に接続された複数個のＬＥＤ素子群からなることを特徴とするものである。

本発明のカラー表示用ＬＥＤパネルは、赤色ＬＥＤ素子による赤色光を放出するドット、緑色ＬＥＤ素子による緑色光を放出するドット、青色ＬＥＤ素子による青色光を放出するドット、および蛍光体励起用ＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせで生成される白色光あるいは白色に近い色調の光を放出するドットによって画素を構成した。

その結果、消費電力が小さく、白色表示と白色以外の表示の輝度差が少なく且つ白色表示における色調むらが小さく、また光源としても使用できるカラー表示用ＬＥＤパネルが実現できた。

以下、本発明のＬＥＤカラー表示パネルに係わる実施形態を図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。

図１は本実施形態のカラー表示用ＬＥＤパネルの画素構成を示す上面図である。カラー表示用ＬＥＤパネル１は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）のいずれかの色調の光を放出する複数の光放出部（以下、ドットＤと呼称する）が縦横それぞれ所定の間隔および所定の行列数からなるマトリックス状に配置されている。

具体的には、赤色（Ｒ）光を放出するドットＤＲ、緑色（Ｇ）光を放出するドットＤＧ、青色（Ｂ）光を放出するドットＤＢ、および白色（Ｗ）光を放出するドットＤＷがいずれも縦横１行１列置に配置され、互いに隣接する４個のドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷによって画素Ｐが構成されている。

更に、画素Ｐが縦横それぞれ所定の行列数からなるマトリックス状に配置されてカラー表示用ＬＥＤパネル１の表示部２を形成している。

図２は画素Ｐを構成する４種類のドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷの構造の一例を示す上面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図２および図３より、セラミック材料からなる基材３の一方の面側に、断面形状が上底を基材側とする台形の凹部４が形成されている。そして、ドットＤＲの凹部４の底面には４個の赤色ＬＥＤ素子５が実装され、同様にドットＤＧの凹部４には４個の緑色ＬＥＤ素子６が、ドットＤＢの凹部４には４個の青色ＬＥＤ素子７がそれぞれ実装され、更に凹部４内に透光性樹脂８が充填されて各ＬＥＤ素子５、６、７を外部環境から保護すると共に、ＬＥＤ素子５、６、７の光取り出し効率の向上を図っている。

これにより、ドットＤＲからは赤色ＬＥＤ素子５による赤色（Ｒ）光がそのまま放出され、同様にドットＤＧからは緑色ＬＥＤ素子６による緑色（Ｇ）光が、ドットＤＢからは青色ＬＥＤ素子７による青色（Ｂ）光がそれぞれ放出される。

また、ドットＤＷの凹部４の底面には青色ＬＥＤ素子７が実装され、凹部４内には青色ＬＥＤ素子７からの光に励起されて青色の補色となる黄色の光に波長変換する蛍光体９を透光性樹脂に混入した蛍光体入り樹脂１０が充填されている。そのため、ドットＤＷからは、青色ＬＥＤ素子７からの青色光の一部が蛍光体９を励起することによって波長変換された黄色光と、青色ＬＥＤ素子７からの青色光との混合（加法混色）による白色（Ｗ）に近い色調の光が放出される。

なお、ドットＤＷにおいて、青色ＬＥＤ素子を実装した場合、青色光に励起されて緑色光および赤色光にそれぞれ波長変換する２種類の蛍光体を混入した蛍光体入り樹脂を充填することにより、青色ＬＥＤ素子からの青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された緑色光および赤色光と、青色ＬＥＤ素子からの青色光との混合（加法混色）によって白色（Ｗ）光を得ることもできる。

また、ドットＤＷに紫外線ＬＥＤ素子を実装して白色（Ｗ）光を得る方法もある。それは、紫外線ＬＥＤ素子を実装した凹部内に、紫外線に励起されて赤色光、緑色光、青色光にそれぞれ波長変換する３種類の蛍光体を混入した蛍光体入り樹脂を充填することにより、紫外線ＬＥＤ素子からの紫外線が蛍光体を励起することによって波長変換された赤色光、緑色光、青色光の混合（加法混色）によって白色（Ｗ）光を得るものである。

図４および図５は各画素におけるＬＥＤ素子の回路図である。図４は画素Ｐを構成する各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷのそれぞれに１個の赤色ＬＥＤ素子５、１個の緑色ＬＥＤ素子６、１個の青色ＬＥＤ素子７、１個の青色ＬＥＤ素子７が設けられた場合の結線方法を示しており、各ＬＥＤ素子５、６、７、７の互いのアノード同士およびカソード同士は分離され、各ＬＥＤ素子５、６、７、７が独立して個別に駆動できるようになっている。

また、図５は画素Ｐを構成する各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷのそれぞれに複数個の赤色ＬＥＤ素子５、複数個の緑色ＬＥＤ素子６、複数個の青色ＬＥＤ素子７、複数個の青色ＬＥＤ素子７が設けられた場合の結線方法を示しており、各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷ内に設けられたＬＥＤ素子同士は互いに並列に接続された赤色ＬＥＤ素子群１１、緑色ＬＥＤ素子群１２、青色ＬＥＤ素子群１３、青色ＬＥＤ素子群１３を形成し、各ＬＥＤ素子群１１、１２、１３、１３の互いのアノード同士およびカソード同士は分離され、各ＬＥＤ素子群１１、１２、１３、１３が独立して個別に駆動できるようになっている。

本実施形態においては、各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷはそれぞれ４個のＬＥＤ素子によって構成されているが、各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷに設けられるＬＥＤ素子の数は４個に限定されるものではなく、各ＬＥＤ素子の電気的特性、光学特性、各ドットに求められる明るさ等によって決定される。よって、各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷに設けられるＬＥＤ素子の数は必ずしも同数とはは限らず、また、１個と複数個の組み合わせも考えられる。

なお、上記図1で示す各ドットＤＲ、ＤＧ、ＤＢ、ＤＷの配置は一例を示したもので、他に図６に示すようは配列も考えられる。それは、赤色（Ｒ）光が放出されるドットＤＲ、緑色（Ｇ）光が放出されるドットＤＧ、青色（Ｂ）光が放出されるドットＤＢ、白色（Ｗ）光が放出されるドットＤＷ、の４種類のドットで画素Ｐを構成する点では上記と同様であるが、少なくとも白色（Ｗ）光が放出されるドットＤＷを互いに隣接する位置に配置するものである。

これにより、蛍光体入り樹脂を充填するときに隣接する４個のドットＤ（４Ｗ）に一括充填することが可能となり、製造工程上効率的である。

なお、ドットＤＷの凹部４に充填する樹脂を透光性樹脂に蛍光体を混入した蛍光体入り樹脂としたが、図７にあるように、青色ＬＥＤ素子７を蛍光体９で覆い、その上に透光性樹脂８充填するような構造でもかまわない。

以上説明したように、本発明のカラー表示用ＬＥＤパネルは、１つの画素を赤色（Ｒ）光が放出されるドットＤＲ、緑色（Ｇ）光が放出されるドットＤＧ、青色（Ｂ）光が放出されるドットＤＢ、白色（Ｗ）光が放出されるドットＤＷ、の４種類の色調の異なる光を放出するドットで構成した。

そして更に、各ドットを構成するＬＥＤ素子あるいはＬＥＤ素子群を互いに異なる他の種類のＬＥＤ素子あるいはＬＥＤ素子群と分離した回路構成とし、各ドットから放出される光のＯＮ／ＯＦＦ制御が独立してできるようにした。

そのため、画素内において、白色以外の表示は、ドットＤＲから放出される赤色光、ドットＤＧから放出される緑色光、ドットＤＢから放出される青色光の各単色光およびそれら２つ以上の単色光を混合してなる混色光（加法混色）による表示を行ない、白色表示は、ドットＤＷから放出される白色光のみによって行なうことができる。

その結果、階調制御を伴わないマルチカラー表示において、白色光の輝度を他の６種類の色調の光の輝度に近づけることが可能となり、白色表示と他の色調の表示の間の輝度バランスが改善され、輝度むらが低減されて表示品位に優れた表示パネルが実現する。

白色表示は、３種類のＬＥＤ素子による赤色光、緑色光、青色光の混色によるものではなく、１種類のＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせにより形成されるものであり、表示パネル内で白色表示領域が広がったとしても消費電力が増加するものではない。よって、省エネタイプの表示パネルとすることができる。

また、白色表示を１種類のＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせにより形成するものであることから、白色表示において、ＬＥＤ素子の電気的特性および光学的特性のばらつきによる白色表示画素間でのホワイトバランスに対する影響は少なく、よって、表示パネル内において色むらの少ない見栄えの良い白色表示が実現できる。

更に、蛍光体を励起するＬＥＤ素子に供給する電流を定格近くまで増加させて表示パネル全面を白色表示とするとにより高輝度の白色面光源にもなり、カラー表示用ＬＥＤパネルはマルチカラー表示と白色面光源の両方の用途に対応することが可能となるものである。

本発明の実施形態の部分上面図である。 同じく、本発明の実施形態の部分上面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係わるＬＥＤの回路図である。 本発明の実施形態に係わるＬＥＤの回路図である。 本発明の実施形態の部分上面図である。 本発明の実施形態の部分断面図である。 従来例のフルカラーＬＥＤ表示装置の上面図である。

符号の説明

１ カラー表示用ＬＥＤパネル
２ 表示部
３ 基材
４ 凹部
５ 赤色ＬＥＤ素子
６ 緑色ＬＥＤ素子
７ 青色ＬＥＤ素子
８ 透光性樹脂
９ 蛍光体
１０ 蛍光体入り樹脂
１１ 赤色ＬＥＤ素子群
１２ 緑色ＬＥＤ素子群
１３ 青色ＬＥＤ素子群

Claims (5)

1. それぞれＬＥＤ素子を発光源とする複数のドットが縦横それぞれ所定の間隔および所定の行列数でマトリックス状に配置されてなるカラー表示用ＬＥＤパネルであって、前記カラー表示用ＬＥＤパネルは、赤色ＬＥＤ素子からの赤色光を放出するドット、緑色ＬＥＤ素子からの緑色光を放出するドット、青色ＬＥＤ素子からの青色光を放出するドット、および蛍光体励起用ＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせで生成される白色光を放出するドットによって画素が構成され、前記画素が縦横それぞれ所定の間隔および所定の行列数でマトリックス状に配置されてなることを特徴とするカラー表示用ＬＥＤパネル。
2. 前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は青色光により励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示用ＬＥＤパネル。
3. 前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は青色光により励起されて緑色光および赤色光をそれぞれ放射する緑色蛍光体および赤色蛍光体を混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示用ＬＥＤパネル。
4. 前記蛍光体励起用ＬＥＤ素子は紫外線ＬＥＤ素子であり、前記蛍光体は紫外線により励起されて青色光、緑色光および赤色光をそれぞれ放射する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示用ＬＥＤパネル。
5. 前記各ドットの前記発光源は、１個のＬＥＤ素子または並列に接続された複数個のＬＥＤ素子群からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカラー表示用ＬＥＤパネル。

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