JP2008288412A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の多色混合型と蛍光体混色型との２種類を組み合わせた複合型発光装置は、形状の大きい蛍光体混色型の白色系ＬＥＤが邪魔をして多色混合型のＬＥＤの混色が十分に行われなかった。
【解決手段】 ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光装置は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤに蛍光体を混入した樹脂を被覆した白色ＬＥＤとよりなり、実装基板上に前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの実装高さと白色ＬＥＤの実装高さとを異ならせて配置したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はカラー表示装置等にバックライトや照明として用いられるＬＥＤ発光装置に関するものであり、詳しくは赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤに蛍光体を混入した樹脂を被覆した白色ＬＥＤとより構成されるＬＥＤ発光装置の実装に関する。

近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。

特に近年、赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）青色（Ｂ）の三原色に、高効率のＬＥＤが開発されたことから、多色混合型のＬＥＤ発光装置が用いられている（例えば引用文献１参照）。この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤを同時に発光させることによって白色光を発光させ、この白色光光源と表示装置のカラーフィルタとによってカラー表示を行たり、照明装置として用いるものである。

しかし、この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤがそれぞれ発光しているため、各ＬＥＤに対応する発光波長での色純度が高くなるという長所があるが、反面各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故に白色光源としては演色性に欠けるという短所がある。この演色性とはある物体の見え具合に及ぼす照明光源の影響を示すもので、例えば昼の自然光を基準として、その照明光源の色味の再現性を評価したものである。

この演色性は、ＣＩＥの演色性評価方法では、物体色として複数種類（１５種類）のものを決めておき、この複数種類中の特定の数種類に対する演色性の平均値Ｒａ（昼の自然光をＲａ＝１００）により演色性の評価を行っている。すなわち、多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故にＲとＧ、ＧとＢの間にスペクトル強度の弱い谷間が存在する。特にＲとＧとの谷間領域は幅も広くスペクトル強度の落ち込みも大きい。この結果、基準となる昼の自然光のスペクトル特性に対して前記谷間のスペクトル成分が欠落するため、Ｒａが１２程度しか得られず、白色光源としては演色性に欠けることになる。

さらに、前記多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、同時に発光させるＲ、Ｇ、Ｂ各ＬＥＤの固体間のバラツキが大きいため、白色発光のレベルを調整するために、各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整する必要があり、また各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整することにより、折角初期調整を行っても温度変化や経時変化等によって調整がずれてしまい、安定して白色発光装置を量産することが困難となる問題もある。

この多色混合型のＬＥＤ発光装置の問題を解決する方式として、蛍光体混色型のＬＥＤ発光装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。以下この蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に付いて説明する。

図８は前記従来例に開示されている蛍光体混色型の白色ＬＥＤ（以後Ｗ・ＬＥＤと略記）による発光装置の断面図であり、本発明においても構成の一部として用いられるものである。図８において白色ＬＥＤ１ｗは、外部接続用の電極４１，４２を有する基板４３に、青色ＬＥＤ１ｂがフェースダウンボンディングされており、該青色ＬＥＤ１ｂをＹＡＧ系の蛍光粒子４５を混入した透明樹脂４６でモールドしている。そして後述するごとく前記白色ＬＥＤ１ｗからは蛍光体混色された白色光Ｐｗｙが発光される。

次に白色ＬＥＤ１ｗの動作を説明する。図８において電極４１，４２に駆動電圧を印加すると青色ＬＥＤ１ｂが青色光Ｐｂを発光する。そしてこの青色光Ｐｂが透明樹脂４６に混入された蛍光粒子４５に衝突すると前記蛍光粒子４５が励起されて波長変換が行なわれ、蛍光粒子４５から図示のごとく黄色光Ｐｙが発光される。この結果、前記白色ＬＥＤ１ｗからは、前記青色ＬＥＤ１ｂから発光せれて前記蛍光粒子４５に衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、前記蛍光粒子４５に衝突して波長変換された黄色光Ｐｙとが混合されて白色光Ｐｗｙが出力される。

上記のＹＡＧ系の蛍光粒子４５を使用した白色ＬＥＤ１ｗは高発光効率であり、また青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークと、黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークがあり、さらに可視光領域のかなりの部分に発光成分が存在するため、かなり演色性が改善されている。

しかし、前記従来の青色ＬＥＤとＹＡＧ系の蛍光体による白色ＬＥＤ１ｗには下記の問題が存在する。すなわちこの白色光Ｐｗｙには赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近には殆んど発光成分が存在しないことである。すなわち前記ＹＡＧ系蛍光体による白色ＬＥＤは白色光源ではあるが、波長成分を見ると赤色成分を殆んど含まないため青色がかった冷たい白色光源となっている。

上記の如く従来の多色混合型のＬＥＤ発光装置と蛍光体混色型の白色ＬＥＤによる発光装置はそれぞれカラー光源としては一長一短があり、広色再現範囲と演色性の両者を満足させるものではなかった。そこでこの問題点を解決する方式として、多色混合型のＬＥＤ発光装置と蛍光体混色型の白色ＬＥＤとを組み合わせて用いることで、広色再現範囲と演色性の両者を満足させる複合型発光装置が提案されている（例えば特許文献３参照）

特開２０００−２２３７４５号公報 特開２００２−３７４００６号公報 特開２００３−５７６４１号公報

しかし上記引用文献３の提案は多色混合型と蛍光体混色型との２種類の発光装置を組み合わせることの思想的提案は行っているが、実際にこれらの複合型発光装置を構成する各ＬＥＤの相互の配置構成については、多色混合型発光装置のＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤと蛍光体混色型発光装置のＷ・ＬＥＤを単に実装基板上に並べて配置した構成が記載されているのみである。

そこで、この公知例にある、各ＬＥＤを単に実装基板上に並べて配置した構成の問題点につき、参考図を用いて記載する。図９は引用文献３に概念的に示された多色混合型と蛍光体混色型との２種類の発光装置を組み合わせた複合型発光装置を用いたカラー表示装置の分解斜視図であり、従来技術の参考図として記載している。

図９において５０は複合型発光装置であり、実装基板２の実装面２ａに多色混合型発光装置を構成するＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂが、蛍光体混色型発光装置を構成するＷ・ＬＥＤ１ｗを囲む位置で実装されており、この４種類のＬＥＤを１組とするＬＥＤ群３０（一点鎖線で示す）が複数個配置されて面光源を構成している。点線で示す透明樹脂４は実装基板２に実装されたＬＥＤを保護コートするために設けられている。６０は液晶表示装置、７０は拡散板であり、この液晶表示装置６０、拡散板７０、複合型発光装置５０を積層配置することによりカラー表示装置が構成される。

図１０は図９に示すＬＥＤ群３０の斜視図、図１１は図１０に示すＬＥＤ群３０のＡ−Ａ断面図である。図１０、図１１に示す如くＷ・ＬＥＤ１ｗは図８で説明した如くＢ・ＬＥＤ１ｂを蛍光粒子を混入した透明樹脂でモールドしているので、他のＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂに比べて高さが高く、形状も大きくなっている。

このため、各ＬＥＤを発光させた時に形状の大きなＷ・ＬＥＤ１ｗが多色混合型発光装置を構成するＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂの混色を邪魔する結果となり、全体として発光色の合成が良好に行われず、複合型発光装置としての性能を十分に発揮できなくなるという問題がある。

さらに実装基板２の実装面２ａの上に高さの高いＷ・ＬＥＤ１ｗを実装するので、透明樹脂４の高さＨ１を高くする必要があり、複合型発光装置５０の高さが大きくなるという問題もある。

本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、多色混合型と蛍光体混色型との２種類を組み合わせた複合型発光装置において、各ＬＥＤの発光色の均一性及び混色性を高めることによって、広色再現範囲と演色性の両者を満足させることが可能な複合型発光装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明においては、ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光装置は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤに蛍光体を混入した樹脂を被覆した白色ＬＥＤとよりなり、実装基板上に前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの実装高さと白色ＬＥＤの実装高さとを異ならせて配置したことを特徴とする。

上記構成によれば、多色混合型発光装置を構成する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの各発光の混色と、蛍光体混色型の白色ＬＥＤの発光とが異なる高さの面で行われた後に、この２種類の発光が混色されるため、各ＬＥＤの発光色の均一性及び混色性を高めることが可能となり、発光装置の広色再現範囲と演色性の両者を満足させることができる。

前記実装基板に凹部を形成し、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを前記実装基板の表面に実装するとともに、前記実装基板の凹部内に白色ＬＥＤを実装したことを特徴とする。

前記実装基板に凹部を形成し、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを前記実装基板の表面に実装するとともに、前記実装基板の凹部内に青色ＬＥＤを実装し、前記凹部内に蛍光体を混入した樹脂を充填して青色ＬＥＤを被覆したことを特徴とする。

前記発光源として前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、白色ＬＥＤの４色のＬＥＤを一組とするＬＥＤ群を構成し、前記実装基板上への実装は、白色ＬＥＤを中心とし、その周囲に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを配置したことを特徴とする。

上記構成によれば、形状的に大きい蛍光体混色型の白色ＬＥＤを実装基板の凹部内に実装しているため、形状の大きい白色ＬＥＤに邪魔されることなく多色混合型発光装置を構成する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの混色を行うことができる。

前記、白色ＬＥＤを中心として、その周囲に配置された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数の比率が１：２：１であることを特徴とする。

上記構成によれば、多色混合型発光装置の色バランスがよくなるため、さらに発光色の均一性及び混色性を高めることが可能となり、発光装置の広色再現範囲と演色性のさらなる向上が期待できる。

上記の如く本発明によれば、多色混合型発光装置を構成する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの各発光の混色と、蛍光体混色型の白色ＬＥＤの発光とが異なる高さの面で行われた後に、この２種類の発光が混色されるため、各ＬＥＤの発光色の均一性及び混色性を高めることが可能となり、発光装置の広色再現範囲と演色性の両者を満足させることができる。

以下図面により、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態の複合型発光装置を備えたカラー表示装置の分解斜視図、図２は図１に示す複合型発光装置におけるＬＥＤ群の斜視図、図３は図２に示すＬＥＤ群のＡ−Ａ断面図である。なお図１、図２、図３に示す複合型発光装置は前記図９、図１０、図１１に示す従来技術の参考図における複合型発光装置５０と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。

図１において１０は複合型発光装置であり、実装基板２の実装面２ａには凹部２ｂが形成され、この凹部２ｂ内に蛍光体混色型発光装置を構成するＷ・ＬＥＤ１ｗが実装され、このＷ・ＬＥＤ１ｗを囲むように多色混合型発光装置を構成するＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂが実装されており、この４種類のＬＥＤを１組とするＬＥＤ群３（一点鎖線で示す）が複数個配置されて面光源を構成している。６０は液晶表示装置、７０は拡散板であり、この液晶表示装置６０、拡散板７０、複合型発光装置１０を積層配置することによりカラー表示装置が構成される。

図２は図１に示すＬＥＤ群３の斜視図、図３は図２に示すＬＥＤ群３のＡ−Ａ断面図である。すなわち本発明の複合型発光装置１０と従来技術の参考図に示す複合型発光装置５０との違いは実装基板２に形成された凹部２ｂ内にＷ・ＬＥＤ１ｗが埋設されていることであり、この結果、多色混合型発光装置を構成するＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂは形状の大きいＷ・ＬＥＤ１ｗに邪魔されることなく混色が行われ、さらにこの混色された白色光と、Ｗ・ＬＥＤ１ｗによるＹＡＧ系の白色光とが混色されて広色再現範囲と演色性の両者を満足させる発光装置となる。

さらに実装基板２の実装面２ａの上に高さの高いＷ・ＬＥＤ１ｗを実装していないので、透明樹脂４の高さはＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂを被覆する高さで良いため、その高さＨ２を従来の高さＨ１に比べて低くすることが可能となり、複合型発光装置１０の高さを低くすることができる。

図４は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ群の断面図である。図４に示すＬＥＤ群１３の基本的構成は図３に示すＬＥＤ群３と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。すなわちＬＥＤ群１３がＬＥＤ群３と異なるところは、実装基板２には貫通穴２ｃが形成されるとともに底面側に配線電極（図示せず）を有する第２実装基板１２を設け、貫通穴２ｃと第２実装基板１２とにより凹部２ｂを形成している。そして第２実装基板１２上にＢ・ＬＥＤ１ｂを実装し、貫通穴２ｃ内に蛍光粒子を混入した蛍光樹脂５を充填することにより、Ｂ・ＬＥＤ１ｂと蛍光樹脂５とによってＷ・ＬＥＤ１ｗを作りこんでいる。

上記構成によれば、実装基板２にＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇと２個のＢ・ＬＥＤ１ｂを実装するだけでよく、わざわざ別工程にてＷ・ＬＥＤ１ｗを作成する必要はないため、製造工数を削減できる効果を有する。

図５は本発明の第３実施形態の複合型発光装置を備えたカラー表示装置の分解斜視図である。図５に示す複合型発光装置２０の基本的構成は図１に示す複合型発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。すなわち複合型発光装置２０が複合型発光装置１０と異なるところは、ＬＥＤ群１３を構成するＬＥＤの数が５個になっており、Ｗ・ＬＥＤ１ｗを中心にしてＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂと２個のＧ・ＬＥＤ１ｇとが４方向を取り囲んで実装されている。

上記構成によれば、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂに比べて発光強度が弱いとされているＧ・ＬＥＤ１ｇの数を増やすことで多色混合型発光装置を構成するＬＥＤの発光色の均一性及び混色性を高めることが可能となり、複合型発光装置２０の広色再現範囲と演色性をさらに向上させることができる。

図６及び図７は本発明の第４実施形態及び第５実施形態におけるＬＥＤ群の平面図である。すなわち図６に示すＬＥＤ群２３はＷ・ＬＥＤ１ｗを中心にしてＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂと２個のＧ・ＬＥＤ１ｇとが、Ｗ・ＬＥＤ１ｗのコーナー部分を取り囲んで実装されている。
また、図７に示すＬＥＤ群３３はＷ・ＬＥＤ１ｗを中心にして２個のＲ・ＬＥＤ１ｒ、２個のＢ・ＬＥＤ１ｂ、４個のＧ・ＬＥＤ１ｇとが、Ｗ・ＬＥＤ１ｗの周囲を取り囲んで実装されている。

上記構成によれば、Ｗ・ＬＥＤ１ｗを中心にしてＲ・ＬＥＤ１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１ｂの数の比率が１：２：１で構成しているため、多色混合型発光装置を構成するＬＥＤの発光色の均一性及び混色性を高めるとともに、複合型発光装置２０の利用目的に合わせて広色再現範囲と演色性を調整することができる。

なお、実施形態としてはカラー表示装置の面光源について記載したが、これに限定されるものではなく、本発明の複合型発光装置は導光板の側面に配置するバックライトにも使用することができるし、また照明用の発光装置にも使用することができる。

本発明の第１実施形態の複合型発光装置を備えたカラー表示装置の分解斜視図である。 図１に示す複合型発光装置におけるＬＥＤ群の斜視図である。 図２に示すＬＥＤ群のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態のＬＥＤ群の断面図である。 本発明の第３実施形態の複合型発光装置を備えたカラー表示装置の分解斜視図である。 本発明の第４実施形態のＬＥＤ群の平面図である。 本発明の第５実施形態のＬＥＤ群の平面図である。 従来例の蛍光体混色型の白色ＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来例の多色混合型と蛍光体混色型との２種類の発光装置を組み合わせた複合型発光装置を用いたカラー表示装置の分解斜視図である。 図９に示す複合型発光装置におけるＬＥＤ群の斜視図である。 図１０に示すＬＥＤ群のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ｒ 赤色ＬＥＤ
１ｂ 青色ＬＥＤ
１ｇ 緑色ＬＥＤ
１ｗ 白色ＬＥＤ
２ 実装基板
２ａ 実装面
２ｂ 凹部
２ｃ 貫通穴
３、１３、２３、３０、３３ ＬＥＤ群
５ 蛍光樹脂
１０、２０、５０ 複合型発光装置
１２ 第２実装基板
６０ 液晶表示装置
７０ 拡散板

Claims (5)

1. ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光装置は赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤに蛍光体を混入した樹脂を被覆した白色ＬＥＤとよりなり、実装基板上に前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの実装高さと白色ＬＥＤの実装高さとを異ならせて配置したことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記実装基板に凹部を形成し、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを前記実装基板の表面に実装するとともに、前記実装基板の凹部内に白色ＬＥＤを実装したことを特徴とする請求項1記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記実装基板に凹部を形成し、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを前記実装基板の表面に実装するとともに、前記実装基板の凹部内に青色ＬＥＤを実装し、前記凹部内に蛍光体を混入した樹脂を充填して青色ＬＥＤを被覆したことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記発光源として前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、白色ＬＥＤの４色のＬＥＤを一組とするＬＥＤ群を構成し、前記実装基板上への実装は、白色ＬＥＤを中心とし、その周囲に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを配置した請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記、白色ＬＥＤを中心として、その周囲に配置された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数の比率が１：２：１である請求項４記載のＬＥＤ発光装置。
   

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