JP2009036989A

JP2009036989A - 面発光表示装置

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Publication number: JP2009036989A
Application number: JP2007201128A
Authority: JP
Inventors: Takuo Murai; 卓生村井; Akio Masuda; 暁雄増田; Masakazu Tange; 理和丹下; Hiroshi Okawa; 博司大川; Shinji Ishii; 慎二石井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】複数種類のＬＥＤ光色安定化のための制御回路を不要にすることができ、安価で誘目性の高い面発光表示装置を得ることを目的とする。
【解決手段】可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する２波長ＬＥＤと、透光性材料からなり、端面から入射された２波長ＬＥＤの光を面状光源に変換する導光板２と、導光板２の背面側に配置される背面光拡散部材３と、導光板２の前面側に配置され、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部を有し、１又は複数の該表示部により表示パタンを形成する表示パネル１とを備えたものである。
【選択図】図８

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ：Lighting Emitting Diode）を用いた面発光表示装置に関する。

例えば表示装置一例である高輝度誘導灯では、長寿命化、表示部本体薄型化の目的などから細い管径の冷陰極ランプが多く用いられている。しかし、それは高電圧高周波駆動のため電気的ノイズの影響を受けやすく点灯状態が不良になる、又はランプが細いために振動により割れるなどといった問題があり、一部製品ではそれら不具合の少ない白色ＬＥＤが採用されている。また、ＬＥＤにおいては、近年、高効率低価格化の傾向が著しく、それを光源とした技術開発が進んでいる。

前記白色ＬＥＤの種類としては、青色発光ダイオードと黄色（ＹＡＧ）蛍光体を組み合わせた方式（以下、このタイプを「従来白色ＬＥＤ」と呼ぶ）がいち早く開発され、この種の従来白色ＬＥＤが多く用いられている。しかしながら、この従来白色ＬＥＤを白と緑の表示色からなる高輝度誘導灯に適用した場合、表示パネルの緑の透過率が高い波長領域で、従来白色ＬＥＤの相対発光強度が小さくなる傾向にあるため、表示パネルを透過した場合の特に緑表示色の明るさ（発光効率）が従来ランプ使用時に比べ必ずしも十分ではないといった課題があった。

このような課題の解決を目的とし、例えば、「複数の表示色を組み合わせて表示内容を表わす表示パネルと、主波長のそれぞれ異なる複数の略単色の光源と、を有する表示用照明装置であって、前記表示パネルは、前記光源の混色で表わされる本体部と、少なくとも一つの略単色で表わされる付設透過部と、を有し、複数の前記光源のうち少なくとも一つは前記付設透過部の表示色を多く含むものとすることを特徴とする表示用照明装置。」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０１５１７号公報（請求項１）

しかしながら、複数種類の単色ＬＥＤを用いる場合、その種類によって駆動特性や温度依存性など大きく異なるため、複数種類の単色ＬＥＤにより安定光色、安定出力を得ようとすると安定化制御回路が不可欠である。また、複数種類の単色ＬＥＤの寿命特性がそれぞれ異なるため、長期間の経時変化にも補正を加える回路が不可欠である。このため高コスト化（高価なもの）に至るという問題点があった。

また、従来白色ＬＥＤはＬＥＤパッケージ内に蛍光体を用いる構成をとっているが、そのＬＥＤ色調が青色ＬＥＤ強度や蛍光体添加量のばらつきによって大きく変化するため、その製造工程や製品検査で厳しい色管理が必要とされ、この結果高価な部品となるという問題点があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数種類のＬＥＤ光色安定化のための制御回路を不要にすることができ、安価で誘目性の高い面発光表示装置を得ることを目的とする。

本発明に係る面発光表示装置は、可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する２波長発光ダイオードと、透光性材料からなり、端面から入射された前記２波長発光ダイオードの光を面状光源に変換する導光板と、前記導光板の背面側に配置される背面光拡散部材と、前記導光板の前面側に配置され、前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部を有し、１又は複数の該表示部により表示パタンを形成する表示パネルとを備えたものである。

本発明の面発光表示装置は、光源に２波長発光ダイオードを用いて、２波長発光ダイオードの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部により表示パタンを形成することにより、光色安定化のための制御回路を不要にすることができ、安価で誘目性の高い面発光表示装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る面発光表示装置の構成図である。本実施の形態１に係る面発光表示装置は、避難誘導パタンを示す表示パネル１と、表示パネル１の背面側に配置され、端面から入射された点状のＬＥＤ光を面状光源に光変換するアクリル樹脂などの透光性材料を主材とした導光板２と、導光板２の背面側に配置され、表面が白色の背面光拡散部材である背面光拡散板３と、可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する蛍光体レス２波長発光型ＬＥＤ（以下「２波長ＬＥＤ」と呼ぶ）を有するＬＥＤ光源部４とにより構成される。尚、図１において筐体や枠体、点灯回路の図示は省略する。

表示パネル１は、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部として白色表示部１ａと緑色表示部１ｂとを有し、この表示部により例えば避難誘導の表示パタンを形成している。白色表示部１ａは、可視光領域全般で透光性の高い領域であり、本表示パネル１を観察する際に白色に見える領域である。尚、白色表示部１ａは、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、短波長領域及び長波長領域の発光波長に対して透光性を有する透明性又は乳白色の材料を用いても良い。また、緑色表示部１ｂは、表示パタンを示す領域であり、主に緑波長領域を透過するフィルタ機能を有する材料で構成する。本実施の形態１では、表示パネル本体材料を透明性樹脂板材料として、白色表示部１ａに相当する領域はその材料のままの状態、また緑色表示部１ｂは例えば有機色素材料（以下「緑色フィルタ」と呼ぶ）を塗料印刷によって表示パタンを形成する。

図２は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ光源部の構成図である。図２に示すように、ＬＥＤ光源部４は、放熱性の高いアルミ基板などを用いたＬＥＤパッケージ実装基板５の上面に、図示しない２波長ＬＥＤチップ１９を実装したＬＥＤパッケージ６を実装している。ＬＥＤパッケージ６の表面は樹脂材料７で覆い、このＬＥＤパッケージ６の発光面を導光板２入光面側（端面）に向け配置する。これにより点状のＬＥＤ光を導光板２内に照射することで、導光板２面上での面発光を実現する。ＬＥＤパッケージ６は、例えば放熱性を考慮しセラミック主材、封止樹脂は樹脂劣化による光色変化を防止するためシリコーン樹脂を用いる。

ここで、２波長ＬＥＤチップ１９は、青紫〜青色の短波長領域と緑〜橙色の長波長領域とに発光ピーク波長成分を有するものであり、例えば、ジェネライツ社のＳＷシリーズ（ＳＷ０６）などを用いることができる。この２波長ＬＥＤチップ１９は、Ｎ−ＧａＮ層とＰ−ＧａＮ層とを積層した構成となっており、２つの層で異なるピーク波長の光を発光するものである。
このような構成による本実施の形態１における表示パネル１の発光スペクトル、発光色度について、図３〜図５を用いて次に説明する。

図３は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオード及び緑色表示部の発光・透過スペクトルを示す図である。図３において、(1)は２波長ＬＥＤの発光スペクトル〔(1)ｘｙ色度（０．３０６，０．３１６）〕、(2)は従来白色ＬＥＤ（青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体方式）の発光スペクトル〔(2)ｘｙ色度（０．２７９，０．２９２）〕、(3)は表示パネル１の緑色フィルタの透過スペクトル（(3)ｘｙ色度（０．１９５，０．５２８））をそれぞれ相対値で示している。

上述したように、白色表示部１ａはほぼ透明であり、その透過率は４００ｎｍ以上の可視領域でほぼ８０％一定の特性を有する。したがって、導光板２を通って白色表示部１ａを通り発光する光のスペクトルは、透過ロスなどで低下はするものの、ほぼ図３(1)の形状に比例しており、その色度は、ｘｙ色度（０．３０６，０．３１６）で、見た目も白色領域にある。次に、緑色表示部１ｂ透過後のスペクトル及び色度について図４、図５により説明する。

図４は本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの緑色表示部透過後のスペクトルを示す図、図５は本発明の実施の形態１に係る各スペクトルの色度を示すｘｙ色度図である。２波長ＬＥＤの光が緑色表示部１ｂを透過したときの光色は、２波長ＬＥＤの発光スペクトルと緑色フィルタの透過スペクトルとの積、即ち、図３の(1)と(3)の積として得られる。この緑色表示部１ｂ透過後のスペクトルは、図４の(4)（ｘｙ色度（０．２５１，０．４０６））であり、この色度は、図５の(4)に示すようにＪＩＳ安全色光の色度領域に位置する。

一方、従来白色ＬＥＤを用いた場合、この従来白色ＬＥＤの光が緑色表示部１ｂを透過したときの光色は、従来白色ＬＥＤの発光スペクトルと緑色フィルタの透過スペクトルとの積、即ち、図３の(2)と(3)の積として得られる。この緑色表示部１ｂ透過後のスペクトルは、図４の(5)（ｘｙ色度（０．１９３，０．４４３））の点線であり、２波長ＬＥＤと比較すると相対的にみて、図４の(4)に示す、２波長ＬＥＤでは得られた２波長ピーク間の谷間が深い反面、最も視感度のよい５５５（ｎｍ）付近で発光ピークが得られている。一方、図４の(5)に示す、従来白色ＬＥＤでは２波長ピーク間隔が狭く谷間部分が浅くなっている。実際にこの２波長ＬＥＤ及び従来白色ＬＥＤの２種類の光を、白色表示部１ａ及び緑色表示部１ｂ透過後の光束比の相対比について試算すると、定格電流の下で、従来白色ＬＥＤに対する２波長ＬＥＤの相対比が、白色表示部１ａで８５％、緑色表示部１ｂで７１％であり、若干緑色の発光効率が低い結果を示した。

このようなことから、緑色表示部１ｂ（緑色フィルタ）の透過成分を長波長側に調整することで、標準比視感度付近で高い発光を示す２波長ＬＥＤの長波長成分の透過率を高めることが可能となる。即ち、本実施の形態１における緑色表示部１ｂの色素材料は、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、短波長領域より長波長領域において透光性が高い緑色色素材料を用いて構成する。

例えば、図３の(3)に示す緑色フィルタの透過スペクトル特性を２０ｎｍ長波長側にシフトさせ試算した例では、緑色の光束相対比が８８％という結果になり、白色光束比８５％を超える数値を得た。即ち、従来白色ＬＥＤを用いた場合に、緑色の透過率が高い波長領域での明るさ（発光効率）が十分ではないという課題に対し、２波長ＬＥＤを用いて、発光の長波長成分をより多く透過させるように緑フィルタ材料を調整することで、発光効率改善を実現することができる。

以上のように本実施の形態１においては、２波長ＬＥＤを用い、緑色フィルタの分光透過特性をＬＥＤ発光波長に対して２波長ＬＥＤの長波長領域の透過量を多くするように調整することで、蛍光体を用いない方式でも緑色の発光強度を高めることができ、誘目性の高い面発光表示装置を得ることができる。

さらに、光源として使用するＬＥＤは単一種の２波長ＬＥＤであるので、光色安定化のための複雑な制御回路を不要とすることができる。また、２波長ＬＥＤは蛍光体レスのまま部品として組込み可能であるため、蛍光体調合や色調管理工程の負荷が軽減され、安価な面発光表示装置を得ることができる。

尚、本実施の形態１においては、緑色フィルタの透過成分を長波長側に調整したが、本発明はこれに限らず、２波長ＬＥＤの長波長発光強度を相対的に大きくすることでも、若干白色点が緑〜橙方向にシフトするが、長波長領域を緑色表示光として有効活用でき、このような方法でも緑色光の発光効率向上を実現することができる。

また、緑色表示部１ｂ（緑色フィルタ）が、２波長ＬＥＤの短波長領域の発光波長に対して透光成分を持たないようにすることで、緑〜橙色の波長成分のみを透過させることができ、純粋に高彩度表示色を有する表示装置を得ることができる。

また、２波長ＬＥＤの２ピーク波長やその強度バランスの変更、表示色再現に用いる材料の材料調整や種類選定により、白色及び緑色の色度点調整に自由度があるため、それらの色光をＪＩＳ安全色や消防法などの規格に適合させることも可能である。即ち、図６に示すように、２波長ＬＥＤの短波長領域及び長波長領域の合成スペクトルの色度点を、ｘｙ色度座標のｘ座標が０．３５以上０．５０以下、且つｙ座標が黒体軌跡の±０．０１の点とすることで、ＪＩＳ安全白色領域を再現することができ、安全基準に沿った表示装置を実現することができる。

また、本実施の形態１での２波長ＬＥＤ色度点は、図５の(1)に示す点（点線は２波長領域のピーク波長色度を結んだ線）であるが、例えば、長波長領域のピーク波長を若干長めにし、短波長領域に対するその強度比を高めることで、上記ＪＩＳ安全白色領域の白色を得ることができる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る面発光表示装置の構成図である。図７に示すように、本実施の形態２に係る面発光表示装置は、２波長ＬＥＤを有するＬＥＤパッケージ６と、ＬＥＤパッケージ６を実装（装着）した背面光拡散板３と、表示パネル１とを備え、ＬＥＤパッケージ６の発光面を表示パネル１方向に向け配置し、表示パネル１を直下（背面側）から照射する構成のものである。この際、ＬＥＤパッケージ６を直下型として用いるため、表示パネル１の白色表示部１ａを透明性の材料で構成すると、当該ＬＥＤパッケージ６の発光が直接見えたり、あるいは強い発光イメージが現れたりする。そのため表示パネル１の表示パネル本体を拡散性でありながら透光性のある乳白樹脂板で形成する。

以上のような構成により本実施の形態２においては、上記実施の形態１と同様に、光色安定化のための複雑な制御回路を不要とすることができ、２波長ＬＥＤを用いることにより安価な面発光表示装置を得ることができる。

また、上述した実施の形態１と同様に、緑色表示部１ｂに用いる緑色フィルタの透過性を２波長ＬＥＤの長波長透過成分を効率よく透過させるような分光特性に調整することで、緑色表示部１ｂも明るく発光効率のよい安価な面発光表示装置を得ることができる。

尚、上述したような構成でおよそ表示面の輝度むらを低減することができるが、面発光表示装置を薄型化する場合には、乳白樹脂板にＬＥＤ配置に対応して白色の細かい拡散ドットパタンを設けたようなものを設置する。このような構成により、薄型化によってＬＥＤパッケージ６と表示パネル１との距離が短くなるような場合でも輝度むらの少ない面発光表示装置を得ることができる。

また、ＬＥＤパッケージ６自体、その指向性が拡散性（ランバーシャン配光）のものを選定し、又はそのような特性を持つようにパッケージキャビティや封止樹脂形状の設計を行うことで、本実施の形態２のような直下型構成とする場合に、輝度むら低減にさらに効果を有する。

実施の形態３．
本実施の形態３では、波長変換材料を用いて、緑色発光の高彩度化、高効率化を目的とした面発光表示装置について説明する。

図８は本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の断面を模式的に示した図である。図８に示すように、本実施の形態３における面発光表示装置においては、表示パネル１は、透明の材料からなる表示パネル本体１５上に、塗料印刷などにより緑色表示部１ｂを形成する緑色フィルタ２０を設け、この緑色フィルタ２０に対応する表示パネル本体１５の反対面（緑色フィルタ２０に対応する部分）に混合材料１８を設ける。この混合材料１８は、波長変換材料である緑系波長変換材料１７と、この緑系波長変換材料１７をバインドする役割を持つシリコーン樹脂材料などのバインド材料１６とを混合させた樹脂スラリーを印刷、噴霧などによって表示パネル本体１５上に加工することにより形成される。緑系波長変換材料１７は、２波長ＬＥＤの青色発光波長成分に励起し、緑色に発光する波長変換材料を適用する。また、導光板２の背面（背面光拡散板３側）には、凹凸拡散パタン２１が形成されており、端面から入射された２波長ＬＥＤの光が拡散される。尚、２波長ＬＥＤの短波長発光を利用するため、導光板２の発光面からみて混合材料１８が緑色フィルタ２０より手前に位置する構成とする必要がある。逆の構成では緑色フィルタ２０でその短波長光が単に吸収され、緑系波長変換に寄与しないからである。
次に、表示パネル１に設けられる緑系波長変換材料１７の発光スペクトルについて、図９を用いて説明する。

図９は本発明の実施の形態３に係る緑系波長変換材料の発光スペクトルを示す図である。緑系波長変換材料１７としては、例えば、図９の(6)に示す、シリケート系（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ〔(6)ｘｙ色度（０．２６９，０．６４１）〕、図９の(7)に示す、硫化物系ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ〔(7)ｘｙ色度（０．２８０，０．６８７）〕のような無機蛍光材料などがある。これらは２波長ＬＥＤの短波長発光領域に励起成分を有するものであり、５２０ｎｍ以上の長波長発光領域には励起成分を持たない材料である。このような緑系波長変換材料１７に、２波長ＬＥＤを照射した場合、短波長発光領域の一部が緑色に変換され、２波長ＬＥＤの長波長スペクトルと重なりあって強い緑色発光に変えることが可能となる。尚、緑系波長変換材料１７の主材料としては、このような機能を有するものであれば有機材料であっても良い。

このような構成により、図４に示すように導光板２の端面から入射された２波長ＬＥＤの光は、導光板２背面の凹凸拡散パタン２１を介して混合材料１８に入射する。この２波長ＬＥＤの発光波長のうち、短波長光が緑系波長変換材料１７により緑色波長に変換され（光線Ｃ）、２波長ＬＥＤの長波長成分（光線Ｄ）と合成（光線Ｃ＋Ｄ）されて表示パネル本体１５及び緑色フィルタ２０を透過し発光する。
尚、白色表示部１ａの発光は、導光板２の凹凸拡散パタン２１で拡散した２波長ＬＥＤの光、又は背面光拡散板３で反射した２波長ＬＥＤの光が、緑色フィルタ２０の無い部分を透過して白色発光を示すことになる（光線Ｂ）。
次に、この合成された発光スペクトルについて、図１０及び図１１を用いて説明する。

図１０は本発明の実施の形態３に係る表示パネルの透明表示部に緑系波長変換材料を適用した場合の発光スペクトルを示す図、図１１は本発明の実施の形態３に係る表示パネルの緑色表示部に緑系波長変換材料を適用した場合の発光スペクトルを示す図である。
表示パネル本体１５上に緑色フィルタ２０が存在しない場合は、図９の(6)に示したシリケート系の緑系波長変換材料１７については、図１０の(8)に示すような発光スペクトル〔(8)ｘｙ色度（０．３５７，０．４５９）〕、図９の(7)に示した硫化物系の緑系波長変換材料１７については、図１０の(9)に示すような発光スペクトル〔(9)ｘｙ色度（０．３５９，０．４３７）〕となる。
そして、表示パネル本体１５上に緑色フィルタ２０が存在する場合は、図９の(6)に示したシリケート系の緑系波長変換材料１７については、図１１の(10)に示すような発光スペクトル〔(10)ｘｙ色度（０．２５６，０．５８１）〕、図９の(7)に示した硫化物系の緑系波長変換材料１７については、図１１の(11)に示すような発光スペクトル〔(11)ｘｙ色度（０．２７３，０．５５８）〕となる。

このような緑系波長変換材料１７を適用した表示パネル１の緑色の色度を、緑色フィルタ２０が存在する場合（図１１(10)、(11)）について、図５の(10)及び(11)に示した。
図５に示すように、緑系波長変換材料１７を適用した表示パネル１の緑色の色度は、上記実施の形態１で説明した緑系波長変換材料１７を用いない構成の緑色の色度(4)から、色度が高彩度方向（白色から遠ざかる方向）にシフトしていることがわかる。このように、緑系波長変換材料１７の励起発光スペクトルを考慮した材料選定や、緑色フィルタ２０の緑表示透過スペクトルの調整によって、色相も制御することが可能となる。

尚、上記説明では、緑系波長変換材料１７を含む混合材料を、緑色フィルタ２０の全領域に設けるような構成で示したが、緑系波長変換材料１７自体が拡散効果を有するので、製造コストの面から、例えばドット状に空間分布させるような形成方法としてもよい。また、上記混合材料１８における混合比や膜厚を制御することで緑変換光の特性（例えば変換量）を調整することが可能である。

以上のように本実施の形態３においては、２波長ＬＥＤのもつ青紫〜青色と緑〜橙色との２つの発光成分を有効活用し、緑系波長変換材料１７を効果的に適用する構成とすることで、特に白と緑の表示においては、緑系表示色の彩度を高めることができ誘目性の高い面発光表示装置を得ることができる。

また、緑系波長変換材料１７により緑部分の発光量を増加させることができ、緑色表示部分の発光効率が向上するため、それは面発光表示装置本体の発光効率向上に寄与する効果となる。更に、緑発光波長領域を広げつつ、緑発光強度も増加するので、投入電力に対して発光効率のよい面発光表示装置を得ることができる。

尚、図８において、緑色表示部１ｂに相当する緑色フィルタ２０が無い場合でも、緑色フィルタ２０で透過制限される部分がないため、２波長ＬＥＤの短波長励起による緑系波長変換材料１７の発光と、２波長ＬＥＤの長波長発光の合成光により、明るい緑発光を得ることができる。

尚、緑系波長変換材料１７をバインドするバインド材料１６（混合材料１８）の屈折率（例えばシリコーンで１．４０〜１．４５程度）が、導光板２の材料（例えば１．５０〜１．６０程度）の屈折率より小さく、かつ、混合材料１８が導光板２表面に密着するように構成する。このような構成にすることで導光板２界面ではスネルの法則にしたがって光の進行方向が決定されるが、図８に示す光線Ａのように導光板２中、導光板２表面へ到達する光に対しては、導光板２表面平坦面上でこの屈折率関係で成立する全反射角則に従い光伝播特性を維持することが可能となる。
一方、この屈折率関係が成立しなくなると図中光線Ａ’のように導光板２平面へ進んだ光が全反射則に従うことなく混合材料中に進行してしまい、したがって面上輝度分布がＬＥＤ入光面側（ＬＥＤパッケージ６配置側）から非入光面側にかけて輝度低下が大きくなり、面状の輝度均斉度が低下することになる。
尚、本構成では、混合材料１８と導光板２とを密着させるため、導光板２上に本混合材料１８を塗布や噴霧する加工を施し、さらにその上面に表示パネル本体１５を装着するような製造方法をとることも可能である。

尚、図１２に示すように、上記のような導光板２内の光伝播特性を維持するために、混合材料１８の混合樹脂層と導光板２とを密着させずに、薄い空気層２４（導光板２材料より低屈折率（１．０））を設ける構成としてもよい。このような構成として導光板２内での光伝播特性を保ち表示面輝度均斉度を高く維持することが可能である。尚、全反射則に従わない入射角で入射したＬＥＤ光線（例えば図８光線Ｃのような入射角）に対しては混合材料１８への入射により、前述と同様に緑系波長変換材料１７により緑色変換が行われる。

尚、図１３に示すように、緑系波長変換材料１７とバインド材料１６を用いた混合材料１８中にはシリカや酸化チタンなどからなる光拡散フィラー２３を混入してもよい。この光拡散フィラー２３は、混合材料１８中の本光拡散フィラー２３へ入射しようとする光を表面拡散させる機能を有しており、混合材料１８中での緑色光の拡散に寄与するため、本面発光表示装置の緑色表示部１ｂの視野角特性が広がり、視野角依存性の少ない誘目性の高い面発光表示装置を得ることが可能である。

尚、本実施の形態３では、実施の形態１の構成に緑系波長変換材料１７を適用した場合を説明したが、図１４に示すように、実施の形態２の構成へも適用可能である。この場合、表示パネル本体１５は乳白材料であっても構わないが、緑色の発光効率を考慮して表示パネル本体１５を透明性材料とするのが望ましい。そして、表示パネル本体１５の導光板２側の緑色表示部１ｂに相当する部分に緑系波長変換材料１７を混合したスラリー（混合材料１８）を塗布する。さらに、白色表示部１ａに相当する部分には、ＬＥＤイメージを無くすことと、ＬＥＤ直射による表面輝度むらを抑えることを目的に、透光性白色材料２２などで白色化する。このような構成により、上述した構成と同様に、明るく高彩度の緑色表示が可能となる。

尚、図１５に示すように、緑系波長変換材料１７を用いた混合材料１８は、導光板２の背面側にも配置しても、混合材料１８に入射した２波長ＬＥＤの短波長光に励起され色変換された緑色の光を、導光板２を通し効果的に取り出すことが可能である。この場合には発光表面が導光板２となるが、必要に応じ透明樹脂薄板を保護材として表面装着してもよく、その場合でも色度点の変化が少なく良好な表示色特性が保たれる。また、表示パネル本体１６と混合材料１８との間に緑色フィルタ２０を設ける構成で表示部の色の深みを出す構成、あるいは単に混合材料１８の代わりに緑色フィルタ２０を設けてその表面反射光により表示色を再現する構成としても良い。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３においては、白色とおよそ緑色との発光表示を行う場合について説明したが、本実施の形態４においては、２波長ＬＥＤを用いた以下のような構成により、例えば白色とおよそ青色との発光表示、又は白色とおよそ赤色との発光表示を実現する場合について説明する。

まず、白色とおよそ青色との発光表示について説明する。白色とおよそ青色との発光表示を実現する場合、表示パネル１は、２波長ＬＥＤの短波長領域及び長波長領域の何れの発光波長領域に対しても透光性を有する透明性又は乳白色の白色表示部１ａと、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、長波長領域の緑色よりも短波長領域において高い透光成分を有する青色表示部１ｃで構成する。尚、その他の構成は上述した実施の形態１又は２と同様である。

例えば、図３に示した緑色フィルタ２０の分光透過特性では、約５２０ｎｍ波長において透過ピークを有するが、この緑色フィルタ２０に換えて、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、長波長領域より短波長領域において透光性が高い青色色素材料からなる青色フィルタ、例えば、およそ４５０〜４７０ｎｍ波長においては高い透過成分を持ち、５２０〜６５０ｎｍ波長においてはそれより低い透過成分を持つ青色色素材料を用いた構成とする。
このような構成により、２波長ＬＥＤの短波長発光成分を有効に、さらに長波長成分の発光を抑えるようにして彩度の高い青色発光表示を実現することができる。

次に、白色とおよそ赤色との発光表示について説明する。白色とおよそ赤色との発光表示を実現する場合、表示パネル１は、２波長ＬＥＤの短波長領域及び長波長領域の何れの発光波長領域に対しても透光性を有する透明性又は乳白色の白色表示部１ａと、２波長ＬＥＤの発光波長のうち、橙〜赤色の波長領域において透光性が高い赤色色素材料からなる表示部である赤色表示部１ｄで構成する。尚、その他の構成は上述した実施の形態１又は２と同様である。

図１６は本発明の実施の形態４に係る表示部の透過スペクトルと、赤系波長変換材料の発光スペクトルを示した図である。図１６に示すように、表示パネル１の赤色表示部１ｄは、２波長発光領域の成分を持たない赤色塗料（以下「赤色フィルタ」と呼ぶ）などで形成する。このとき２波長ＬＥＤのうち、赤色フィルタを透過する発光波長成分は少なく、赤色表示部１ｄは、ほとんど発光しない状態となる。

そこで、赤色表示部１ｄに対応する部分に、図１６に示すような、２波長ＬＥＤの発光成分に励起して赤色フィルタの透過領域の波長成分である橙又は赤色に発光する赤系波長変換材料を具備するように構成する。このような無機蛍光材料として、例えば、ＧａＳｒＧａＳＳｅ：ＥｕやＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどがあるが、これらも上述した実施の形態３と同様に、例えば樹脂バインダに混入させたスラリーを塗布して形成する。

このような構成によって表示パネル１の白色表示部１ａからは２波長ＬＥＤの白色を発光し、さらに赤色表示部１ｄからは２波長ＬＥＤで励起された赤色が発光し、白色と赤色の発光表示を実現することができる。

ここで、赤系波長変換材料として橙色に発光するものを適用すれば白色と橙色の表示灯を得ることができる。また、赤系波長変換材料は前述した緑表示を行う場合に用いた緑系波長変換材料１７とは異なり、２波長ＬＥＤの長波長域発光が表示色とは異なる光色であるため、その励起スペクトルが２波長ＬＥＤの長波長発光領域に及んでいても問題はない。前述したＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ材料は約６００ｎｍまで励起成分を有するような材料である。

以上のように本実施の形態４では、２波長ＬＥＤを用いた構成で表示パネル１の表示部に異なる色フィルタや波長変換材料を与えることにより、様々な色の発光を実現することができる。また、表示パネル１の表示内容に応じ部分的にそれら材料の構成を変えることにより青、緑、赤、またそれら中間色を加えた多色発光表示装置とすることもできる。特に広告灯などにおいては鮮やかな多色発光表示が求められることがあり、そのような用途への展開が可能である。

実施の形態５．
本実施の形態５における面発光表示装置は、上述した実施の形態１〜４の何れかの構成に加えて、２波長ＬＥＤの光色を検出する光色検出手段及び２波長ＬＥＤ若しくはその周辺の温度を検出する温度検出手段の少なくとも何れか一方と、光色検出手段及び温度検出手段の少なくとも一方の出力に応じて、２波長ＬＥＤの駆動電流を制御する調光制御手段とを備えたものである。

上述した２波長ＬＥＤは、順電流量に応じ、長波長側発光スペクトルの中心波長が移動し光色が変化する特性を有している。例えば、ジェネライツ社ＳＷ０６チップでは、Ｉｆ＝５〜２０ｍＡの変化で、色度座標（ｘ，ｙ）＝（０．３７，０３５）から（０．３３，０．３４）へシフトし、周囲温度に対しても３０℃から８０℃の変化で色度座標（ｘ，ｙ）＝（０．３１４，０．３４８）から（０．３２３，０．３６１）へと小さくない色変化特性をもつ。このため、常時安定電流駆動であれば光色に変化は無いが、何らかの要因による極端な周囲環境温度の変化などによって、２波長ＬＥＤの発光色が赤みがかった光から青みがかった光まで変化する場合が考えられる。

したがって、特に色安定性が求められるアプリケーションにおいては、カラーセンサなどの光色検出手段により２波長ＬＥＤの光色状態を検出するか、あるいはサーミスタなどの温度検出手段により周囲温度を検出して、その出力に応じて、調光回路などの調光制御手段により、目標光色との差を推定して調光制御を行う。

以上のように本実施の形態５においては、上述した実施の形態１〜４の効果に加え、２波長ＬＥＤの順電流量の変化又は温度変化に伴う光色変動があっても、常時目標とした光色で安定点灯でき、さらにはＬＥＤパッケージ６の経時色変化を補正することも可能になる。

この発明は、高い発光効率で高彩度の表示を行うことができ、誘目性の高い面発光型表示装置として、屋内外設置に係わりなく誘導灯、道路標識、広告灯、サイン灯、案内灯などに用いることができる。

本発明の実施の形態１に係る面発光表示装置の構成図である。本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ光源部の構成図である。本発明の実施の形態１に係る発光ダイオード及び緑色表示部の発光・透過スペクトルを示す図である。本発明の実施の形態１に係る発光ダイオードの緑色表示部透過後のスペクトルを示す図である。本発明の実施の形態１に係る各スペクトルの色度を示すｘｙ色度図である。本発明の実施の形態１に係る２波長ＬＥＤの色度及びＪＩＳ安全色光の色度を示すｘｙ色度図である。本発明の実施の形態２に係る面発光表示装置の構成図である。本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の断面を模式的に示した図である。本発明の実施の形態３に係る緑系波長変換材料の発光スペクトルを示す図である。本発明の実施の形態３に係る表示パネルの透明表示部に緑系波長変換材料を適用した場合の発光スペクトルを示す図である。本発明の実施の形態３に係る表示パネルの緑色表示部に緑系波長変換材料を適用した場合の発光スペクトルを示す図である。本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の他の構成例における断面を模式的に示した図である。本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の他の構成例における断面を模式的に示した図である。本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の他の構成例における断面を模式的に示した図である。本発明の実施の形態３に係る面発光表示装置の他の構成例における断面を模式的に示した図である。本発明の実施の形態４に係る表示部の透過スペクトルと、赤系波長変換材料の発光スペクトルを示した図である。

符号の説明

１表示パネル、１ａ白色表示部、１ｂ緑色表示部、１ｃ青色表示部、１ｄ赤色表示部、２導光板、３背面光拡散板、４ＬＥＤ光源部、５ＬＥＤパッケージ実装基板、６ＬＥＤパッケージ、７樹脂材料、１５表示パネル本体、１６バインド材料、１７緑系波長変換材料、１８混合材料、１９２波長ＬＥＤチップ、２０緑色フィルタ、２１凹凸拡散パタン、２２透光性白色材料、２３光拡散フィラー、２４空気層。

Claims

可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する２波長発光ダイオードと、
透光性材料からなり、端面から入射された前記２波長発光ダイオードの光を面状光源に変換する導光板と、
前記導光板の背面側に配置される背面光拡散部材と、
前記導光板の前面側に配置され、前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部を有し、１又は複数の該表示部により表示パタンを形成する表示パネルと
を備えたことを特徴とする面発光表示装置。
可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する２波長発光ダイオードと、
前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、所定の波長領域の光を透過する表示部を有し、１又は複数の該表示部により表示パタンを形成する表示パネルと
を備え、
前記２波長発光ダイオードは、
発光面を前記表示パネル方向に向け、前記表示パネルの背面側に配置されることを特徴とする面発光表示装置。
可視光における短波長領域と長波長領域とに異なる発光ピーク波長成分を有する２波長発光ダイオードと、
透光性材料からなり、端面から入射された前記２波長発光ダイオードの光を面状光源に変換する導光板と、
前記導光板の背面側に配置され、前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、所定の波長領域の光を反射する表示部を有し、１又は複数の該表示部により表示パタンを形成する表示パネルと
を備えたことを特徴とする面発光表示装置。
前記２波長発光ダイオードは、
青紫〜青色の短波長領域と緑〜橙色の長波長領域とに発光ピーク波長成分を有し、
ｘｙ色度座標におけるｘ座標が０．３５以上０．５０以下、且つｙ座標が黒体軌跡の±０．０１の白色の光を発光することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の面発光表示装置。
前記表示パネルの表示部は、
前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、短波長領域より長波長領域において透光性が高い緑色色素材料からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の面発光表示装置。
前記緑色色素材料からなる表示部は、
前記２波長発光ダイオードの短波長領域の発光波長に対して透光成分を持たないことを特徴とする請求項５記載の面発光表示装置。
前記表示パネルの表示部は、
前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、長波長領域より短波長領域において透光性が高い青色色素材料からなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の面発光表示装置。
前記表示パネルの表示部は、
前記２波長発光ダイオードの発光波長のうち、短波長領域及び長波長領域の発光波長に対して透光性を有する透明性又は乳白色の材料からなることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の面発光表示装置。
前記表示パネルは、
前記表示部に対応する部分に、少なくとも前記２波長発光ダイオードの発光波長成分に励起し、緑色に発光する波長変換材料を有することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の面発光表示装置。
前記表示パネルの表示部は、
橙〜赤色の波長領域において透光性が高い赤色色素材料からなり、
当該表示部に対応する部分に、少なくとも前記２波長発光ダイオードの発光波長成分に励起し、橙又は赤色に発光する波長変換材料を有することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の面発光表示装置。
前記波長変換材料は、
前記２波長発光ダイオードの青色発光波長成分に励起することを特徴とする請求項９又は１０記載の面発光表示装置。
前記表示パネルは、
前記表示部に対応する部分に、少なくとも前記波長変換材料を含む混合材料が設けられることを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載の面発光表示装置。
前記表示パネルは、
透明又は乳白色の材料からなる表示パネル本体を有し、
前記表示パネル本体上に、塗料印刷により前記表示部を形成し、
前記表示部上、又は前記表示部に対応する表示パネル本体の反対面に、塗布又は噴霧により前記混合材料を設け、
前記２波長発光ダイオード又は前記導光板の発光面からみて前記混合材料が前記表示部より手前に配置されることを特徴とする請求項１２記載の面発光表示装置。
前記混合材料は、入射された光を表面拡散させる光拡散フィラーを含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の面発光表示装置。
前記混合材料は、
少なくとも前記波長変換材料をバインドするバインド材料を含むことを特徴とする請求項１２〜１４の何れかに記載の面発光表示装置。
前記混合材料は、
屈折率が前記導光板材料の屈折率より小さく、かつ当該混合材料が前記導光板表面に密着して設けられることを特徴とする請求項１２〜１５の何れかに記載の面発光表示装置。
前記混合材料と、前記導光板との間に空気層を有することを特徴とする請求項１２〜１５の何れかに記載の面発光表示装置。
前記２波長発光ダイオードの光色を検出する光色検出手段及び前記２波長発光ダイオード若しくはその周辺の温度を検出する温度検出手段の少なくとも何れか一方と、
前記光色検出手段及び前記温度検出手段の少なくとも一方の出力に応じて、前記２波長発光ダイオードの駆動電流を制御する調光制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載の面発光表示装置。