JP2010507217A - カラー液晶ディスプレイのための光放出ダイオード系バックライティング - Google Patents

カラー液晶ディスプレイのための光放出ダイオード系バックライティング Download PDF

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Abstract

液晶ディスプレイバックライトは、：バックライトによって生成される白色光に青色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの（４２）青色光放出ダイオード（ＬＥＤ）；青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に緑色光を寄与させる緑色光を放出する、蛍光体材料（４８）；およびバックライトによって生成される白色光に赤色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの赤色ＬＥＤ（４４）を含む。一つの配置では、赤色ＬＥＤは、青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する赤色光を放出する、第二の蛍光体材料に置き換えられる。多数のパッケージング（４０）構成が可能である。本発明は、青色および赤色ＬＥＤならびに源によって生成される白色光に緑色光を寄与させるための蛍光体材料を含む、白色光源も提供する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年１０月１９日に提出された米国特許仮出願第６０／８５３，３９９号および２００７年１０月１５日に提出された、「カラー液晶ディスプレイのための光放出ダイオード系バックライティング」と題する米国特許出願の優先権の利益を主張し、その明細書および図面を参照により本明細書に組み入れる。
発明の属する技術分野
本発明は、カラー透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関するものである。より詳細には、本発明は、光放出ダイオード（ＬＥＤ）に基づく、そのようなディスプレイのためのバックライトユニットのための白色光源に関する。
関連技術の説明
カラーＬＣＤは、液晶（ＬＣ）セルのマトリクス／アレイで形成される画要素または「ピクセル」に基づく。公知のように、ＬＣを通して通過する光の強度は、ＬＣにわたって印加された電界、電圧に応じて光の偏光の角度を変化させることにより、制御することができる。カラーＬＣＤにおいて、各ピクセルは、現実には三つの「サブピクセル」：一つの赤色（Ｒ）、一つの緑色（Ｇ）および一つの青色（Ｂ）からなる。このサブピクセルトリプレットは、共にまとめられ、単一ピクセルと呼ばれるものを作成する。人間の視覚が単一の白色ピクセルとして知覚するものは、現実には、三つのサブピクセルの各々が同一の明度を有するように見えるよう強度を重み付けした、ＲＧＢサブピクセルのトリプレットである。
カラー透過型ＬＣＤの動作の原理は、液晶（ＬＣ）マトリクスの背後に配設された高明度の白色光バックライティング源および液晶マトリクスの反対側面に位置付けられたカラーフィルタのパネルに基づく。液晶マトリクスをスイッチして、バックライティング源から各ピクセルの各カラーフィルタに到達する白色光の強度を調節し、それにより、ＲＧＢサブピクセルによって透過される着色光の量を制御する。カラーフィルタを出た光がカラー画像を生成する。
通常のＬＣＤ構造は、サンドイッチ状であり、液晶１０が二つのガラスパネル１２、１４の間に提供されており；一つのガラスパネル１２は、それぞれのサブピクセル１８に対応するＬＣの電極にわたって印加される電圧を制御する、スイッチング要素１６を含有し、他のガラスパネル１４は、カラーフィルタ２０を含有する。構造の後部に配設された、換言すれば、バックライティング源２２に対向する、ＬＣマトリクスを制御するためのスイッチング要素１６は、通常、それぞれのＴＦＴが各サブピクセルに提供された、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイを含む。カラーフィルタガラスパネル２０は、共にグループ化された原色（赤色、緑色および青色）カラーフィルタの一式を有する。光がカラーフィルタガラスパネルを出て、画像を形成する。
公知のように、ＬＣは、印加された電界、電圧の関数として光の偏光面を回転させる特性を有する。交差分極フィルタ２４、２６の使用を通じて、かつ、ＬＣにわたって印加された電圧の関数として光の偏光の回転度を制御することにより、赤色、緑色および青色の各サブピクセルについて、バックライティング源２２によってフィルタに供給される白色光の量を制御する。フィルタを通して透過された光は、視認者がＴＶスクリーンまたはコンピュータモニタ上で見る画像を作製するための範囲のカラーを生成する。ＬＣＤカラー性能は、主要なパラメータであり、二つの要因：ＲＧＢフィルタアレイの品質およびディスプレイをバックライトするために使用する白色光の品質に依存する。
従来、カラーＬＣＤは、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を使用してバックライトされていた。しかし、近年の光放出ダイオード（ＬＥＤ）の開発により、これらの種類のデバイスを「バックライトユニット」（ＢＬＵ）と呼ばれる照明源としてますます使用することができるようになった。最も一般的には、ＢＬＵのＬＥＤ光源は、（ｉ）青色放出ＬＥＤチップが黄色放出蛍光体（フォトルミネッセント）材料を励起する、白色ＬＥＤまたは（ｉｉ）赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の直接光を生成する個別のＬＥＤ（換言すれば、生成された光の波長を変換するための蛍光体材料を含有しないＬＥＤ）のいずれかを伴う。可視スペクトルにおいて緑色光の高い割合のため（通常、約５９%を超える）、ＲＧＢ ＬＥＤ手法を使用するとき、白色バランスを達成するには、実際、二つの緑色ＬＥＤおよび／またはＬＥＤチップが必要である。この結果、現実にはＲＧＧＢ構成となる。
冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、白色ＬＥＤおよびＲＧＢ ＬＥＤに基づくバックライティングユニットの通常の放出スペクトル（強度対波長）を、それぞれ、図２ａ〜２ｃに示す。図３は、ＮＴＳＣ（全米テレビ標準化委員会）カラー空間仕様ならびに（ａ）ＣＣＦＬ、（ｂ）白色ＬＥＤおよび（ｃ）ＲＧＢ ＬＥＤに基づくバックライティングシステムのカラー空間を説明する、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９３１色度図である。バックライトの放出スペクトルの性質により、通常、ＣＣＦＬがＮＴＳＣ仕様のおよそ７０%を達成する一方、白色ＬＥＤおよびＲＧＢ ＬＥＤは、それぞれ、ＮＴＳＣのおよそ４０%および１０５%を達成する。
ＣＣＦＬは、低下したカラー性能（７０% ＮＴＳＣ）、デバイスの体積に対して相対的に大きいサイズおよび連携するハードウェア、例えば、高価な駆動回路などの高いコストを含む、多くの不都合を抱えるという事実により、ＣＣＦＬをＬＥＤ系バックライティングに置き換える傾向に拍車がかかっている。
白色ＬＥＤバックライティングシステムの利点として、設計が比較的簡易であることから、それゆえに、作製が比較的安価であり、結果として、より低いカラー性能（ＮＴＳＣ仕様の約４０%）が許容されるローエンドディスプレイ、例えば、携帯電話で主に使用されている。
ＲＧＢ ＬＥＤバックライトは、カラー選択およびカラー仕様に関して高度な自由を許可することによる利点を供する。ＲＧＢ ＬＥＤバックライティングシステムのカラー性能は、ＮＴＳＣの要件を上回ることができる。しかし、そのようなシステムは、輝度およびカラーの変動および不均一を含む多くの欠点を抱える。これらのシステムでは、所望のカラー混合、強度変動および熱安定を得るために特別な考慮も求められ、後に、各コンポーネントＬＥＤからのカラーをモニタリングするために必要なセンサおよびフィードバックループが複雑となる。これまで、ＲＧＢ ＬＥＤバックライティングシステムは、比較的小さい数のハイエンド用途に限定されている。
したがって、当技術分野で要望されるのは、ＮＴＳＣ画定仕様をより近く達成する白色光を提供することができる、低コストのバックライティングシステムである。
本発明は、少なくとも部分的に、公知のバックライティングシステムの改良である、カラー放出性ＬＣＤのためのＬＥＤ系バックライトを提供する取り組みにおいて生じた。本発明の実施態様は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に白色光を提供するためのＬＥＤ系バックライトシステムを目的とする。三つの異なる種類のＬＥＤ（赤色、緑色および青色）を使用する、先行技術によるバックライティングシステムとは対照的に、本実施態様は、一つまたは二つの種類のみのＬＥＤ（青色のみまたは赤色および青色）を使用するシステムを目的とする。それぞれの場合において、緑色蛍光体（フォトルミネッセント）材料を青色ＬＥＤで励起することにより、生成された緑色光が青色および赤色光と組み合わさり、白色バックライティング光を作成する。
本発明によると、液晶ディスプレイバックライトは：バックライトによって生成される白色光に青色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの青色光放出ダイオード（例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（インジウムガリウム窒化物／ガリウム窒化物）系ＬＥＤチップ）；青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、蛍光体材料；およびバックライトによって生成される白色光に赤色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの赤色光放出ダイオードを含む。
一つの配置では、青色光放出ダイオードと赤色光放出ダイオードとの比率が実質的に２対１である。好ましくは、蛍光体が少なくとも一つの青色光放出ダイオードの光放出表面上にオーバーコートされている。あるいは、蛍光体が少なくとも一つの青色光放出ダイオードと合わせてマトリクスに組み込まれていることができる。
一つの実施態様では、二つの青色光放出ダイオードおよび一つの赤色光放出ダイオードが個々のパッケージ内に含有されている。あるいは、源の各光放出ダイオードが個々にパッケージングされていることができる。さらなる配置では、二つの青色光放出ダイオードが個々のパッケージ内に含有され、赤色光放出ダイオードが個々のパッケージ内に含有されている。
好ましくは、青色および赤色光放出ダイオードを約２０mA〜３５０mAの範囲にわたる電力レベルで動作させる。
蛍光体材料は、シリケート系緑色蛍光体；アルミネート系緑色蛍光体；窒化物系緑色蛍光体；硫酸塩系緑色蛍光体；オキシ窒化物系緑色蛍光体；オキシ硫酸塩系緑色蛍光体；ガーネット材料；Ｓｉがケイ素であり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般組成Ａ３Ｓｉ（ＯＤ）５のシリケート系緑色蛍光体；ＡがＳｒ、Ｂａ、ＭｇまたはＣａを含み、ＤがＣｌ、Ｆ、ＮまたはＳを含む、一般組成Ａ２Ｓｉ（ＯＤ）４のシリケート系緑色蛍光体；またはＭがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍまたはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも一つである、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系緑色蛍光体を含むことができる。
本発明のもう一つの態様によると、液晶ディスプレイバックライトは：バックライトによって生成される白色光に青色光を寄与させるための少なくとも一つの青色ＬＥＤ；青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、第一の蛍光体材料；および青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する赤色光を放出する、第二の蛍光体材料を含む。
本発明のさらなる態様によると、本発明の実施態様によるバックライトを組み入れたカラー液晶ディスプレイを提供する。
本発明は、カラー透過型ＬＣＤのバックライトユニットに関係して生じていることができ、特に適しているのに対し、本発明は、他の用途で使用することができる白色光源も提供する。したがって、本発明のなおさらなる態様によると、白色光源は：源によって生成される白色光に青色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの青色光放出ダイオード；青色光の一部を吸収し、源によって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、蛍光体材料；および源によって生成される白色光に赤色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの赤色光放出ダイオードを含む。
好ましくは、青色光放出ダイオードと赤色光放出ダイオードとの比率が実質的に２対１である。蛍光体材料は、少なくとも一つの青色光放出ダイオードの光放出表面上にオーバーコートされているか、少なくとも一つの青色光放出ダイオードと合わせてマトリクスに組み込まれていることができる。好ましい構成では、二つの青色光放出ダイオードおよび一つの赤色光放出ダイオードが個々のパッケージ内に含有されている。バックライトと同様に、蛍光体材料は、事実上、任意のフォトルミネッセント材料を含むことができ、有利には、：シリケート系緑色蛍光体；アルミネート系緑色蛍光体；窒化物系緑色蛍光体；硫酸塩系緑色蛍光体；オキシ窒化物系緑色蛍光体；オキシ硫酸塩系緑色蛍光体またはガーネット材料である。
本発明がより良好に理解されるために、次に、添付の図面を参照しながら、例としてのみ本発明の実施態様を記載する：
以前に記載されたような通常のカラー透過型液晶ディスプレイの概略図である； （ａ）冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、（ｂ）蛍光体（白色ＬＥＤ）を励起する青色ＬＥＤチップおよび（ｃ）以前に記載されたような赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤに基づくバックライティングシステムの放出スペクトル（光強度対波長）を示す； （ａ）冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、（ｂ）蛍光体（白色ＬＥＤ）を励起する青色ＬＥＤチップおよび（ｃ）以前に記載されたような赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤに基づくバックライティングシステムの放出スペクトル（光強度対波長）を示す； （ａ）冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、（ｂ）蛍光体（白色ＬＥＤ）を励起する青色ＬＥＤチップおよび（ｃ）以前に記載されたような赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤに基づくバックライティングシステムの放出スペクトル（光強度対波長）を示す； ＮＴＳＣ（全米テレビ標準化委員会）カラー空間仕様ならびに（ａ）冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、（ｂ）白色ＬＥＤ、（ｃ）以前に記載されたようなＲＧＢ ＬＥＤに基づくバックライティングシステムの通常のカラー空間を説明する、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９３１色度図である； カラー液晶ディスプレイをバックライトするための本発明による白色光源の斜視図である； 図４の光源の通常の放出スペクトルである； ＮＴＳＣカラー空間仕様および図４の光源のカラー空間を説明する、ＣＩＥ １９３１色度図である；そして 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従ったバックライト／光源配置の概略図である。
本発明の実施態様は、青色ＬＥＤおよび緑色放出蛍光体の組み合わせを使用し、白色ＬＥＤおよびＲＧＢ ＬＥＤ系バックライトの間のカラー性能を達成する、ＬＣＤバックライトユニット（ＢＬＵ）を目的とする。カラー性能は、ＣＣＦＬに基づく設計に相当するが、ＣＣＦＬの複雑な設計フィーチャがない。
本発明に従ったカラーＬＣＤバックライト光源４０を図４に説明する。バックライト光源４０は、４００〜４６５nmの波長の青色光を生成する二つの青色ＬＥＤチップ４２、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ（インジウムガリウム窒化物／ガリウム窒化物）系ＬＥＤチップなどと、一つの赤色ＬＥＤチップ４４とを含む。青色および赤色ＬＥＤチップ４２、４４を単一のリードフレーム４６に一緒にパッケージングし、各々を緑色蛍光体４８（破線のクロスハッチングで指し示す）で被覆する。蛍光体材料は、粉末状態であり、適切な透明のバインダ材料、例えばシリコーン材料およびＬＥＤチップと混合し、次いで、蛍光体混合物で封入することができる。適切なシリコーン材料の例は、ＧＥのシリコーンＲＴＶ６１５である。シリコーンに対する蛍光体の重量比は、デバイスで求められる目標カラーに依存する。
そのようなデバイス４０からの説明に役立つ放出スペクトルを図５に示す。動作では、各青色ＬＥＤチップ４２が生成する青色光（Ｂ）の一部が緑色蛍光体に吸収され、蛍光体材料のフォトルミネッセンスが起こり、源４０によって生成される白色光５０に寄与する緑色光（Ｇ）を放出する。緑色蛍光体の濃度、品質および化学的組成を変更することにより、緑色放出の強度および波長の両方を制御することができる。緑色蛍光体によって放出された緑色光（Ｇ）、赤色ＬＥＤ４４によって放出された赤色光（Ｒ）および青色ＬＥＤ余光（Ｂ）（すなわち、蛍光体によって吸収されない、青色ＬＥＤからの残りの青色光）を組み合わせ、図５のスペクトルに示す白色光５０を生成する。ＢＬＵのための白色光を生成するこの手法は、本明細書において「ＲＢＢ−Ｐバックライト」として画定する。蛍光体４８が赤色光によって励起されず、前者は、赤色光の散乱および損失を起こすことができるものの、製作を容易にするため、三つのＬＥＤチップのすべてに蛍光体材料を提供することが好ましい。
図６に表すように、ＲＢＢ−Ｐ生成白色光は、通常、ＮＴＳＣ値の約６０%であるカラー性能を達成することができる。ＲＢＢ−Ｐ設計では、青色および緑色放出比率は、青色ＬＥＤチップに印加される電流の量に関わらず、実質的に一定であり、したがって、デバイスにおける唯一の変数が赤色ＬＥＤの放出である。しかし、フィードバックシステムにより、ＲＧＢ ＬＥＤバックライティングシステムと同一の方式で赤色ＬＥＤチップ４４の放出を制御することができる。
蛍光体材料４８は、青色光によって励起することができる任意のフォトルミネッセント材料、例えば、シリケート、オルトシリケート、窒化物、オキシ窒化物、硫酸塩、オキシ硫酸塩またはアルミネート系蛍光体材料などを含むことができる。好ましい実施態様では、蛍光体材料は、Ｓｉがケイ素であり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般組成Ａ３Ｓｉ（ＯＤ）５またはＡ２Ｓｉ（ＯＤ）４のシリケート系蛍光体である。シリケート系蛍光体の例は、各々の内容が参照により本明細書に組み入れられる、本発明者らの同時係属中の米国特許出願第２００６／０１４５１２３号、第２００６／０２８１２２号および第２００６／２６１３０９号に開示されている。
米国特許出願第２００６／０１４５１２３号に教示されているように、ユウロピウム（Ｅｕ２＋）付活シリケート系緑色蛍光体は、：Ａ１が少なくとも一つの２＋カチオン、１＋および３＋カチオンの組み合わせ、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、亜鉛（Ｚｎ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、イットリウム（Ｙ）またはセリウム（Ｃｅ）などであり；Ａ２が３＋、４＋または５＋カチオン、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｎまたはリン（Ｐ）などであり；Ａ３が１−、２−または３−アニオン、例えば、Ｆ、Ｃｌ、臭素（Ｂｒ）、ＮまたはＳなどである、一般式（Ｓｒ，Ａ１）ｘ（Ｓｉ，Ａ２）（Ｏ，Ａ３）２＋ｘ：Ｅｕ２＋を有する。式は、その記述において、Ａ１カチオンがＳｒを置き換え；Ａ２カチオンがＳｉを置き換え、Ａ３アニオンがＯを置き換えることを指し示す。ｘの値は、２．５〜３．５の整数または非整数である。
米国特許出願第２００６／０２８１２２号は、ＡがＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎまたはカドミウム（Ｃｄ）を含む二価金属の少なくとも一つであり；ＤがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ヨウ素（Ｉ）、Ｐ、ＳおよびＮを含むドーパントである、式Ａ２Ｓｉ０４：Ｅｕ２＋Ｄを有するシリケート系黄色−緑色蛍光体を開示している。ドーパントＤは、約０．０１〜２０モルパーセントの範囲にわたる量で蛍光体内に存在することができる。蛍光体は、ＭがＣａ、Ｍｇ、ＺｎまたはＣｄを含む、（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＭｙ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋Ｆを含むことができる。
米国特許出願第２００６／２６１３０９号は、（Ｍｌ）２ＳｉＯ４と結晶構造が実質的に同一である、第一の相；およびＭｌおよびＭ２が、各々、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａまたはＺｎを含む、（Ｍ２）３ＳｉＯ５と結晶構造が実質的に同一である、第二の相を有する、二相シリケート系蛍光体を教示している。少なくとも一つの相が二価ユウロピウム（Ｅｕ２＋）で付活され、相の少なくとも一つがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＳまたはＮを含むドーパントＤを含有する。ドーパント原子の少なくともいくつかは、ホストシリケート結晶の酸素原子格子サイトに配設されていると考えられる。
蛍光体は、各々の内容が参照により本明細書に組み入れられる、本発明者らの同時係属中の米国特許出願第２００６／０１５８０９０号および第２００６／００２７７８６号で教示しているようなアルミネート系材料を含むこともできる。
米国特許出願第２００６／０１５８０９０号は、ＭがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍおよびツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも一つであり、０．１＜ｘ＜０．９および０．５＜ｙ＜１２である、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系緑色蛍光体を教示している。
米国特許出願第２００６／００２７７８６号は、ＭがＢａまたはＳｒの二価金属の少なくとも一つである、式（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］を有するアルミネート系蛍光体を開示している。一つの組成では、蛍光体は、約２８０nm〜４２０nmの範囲にわたる波長の放射を吸収し、約４２０nm〜５６０nmの範囲にわたる波長を有する可視光を放出するように構成され、０．０５＜ｘ＜０．５または０．２＜ｘ＜０．５；３＜ｙ＜１２および０．８＜ｚ＜１．２である。蛍光体は、さらに、ハロゲンドーパントＨ、例えばＣｌ、ＢｒまたはＩでドーピングし、一般組成（Ｍ１−ｘＥｕｘ）２−ｚＭｇｚＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］：Ｈであることができる。
蛍光体は、本明細書に記載する例に限定されず、例として、窒化物および硫酸塩蛍光体材料、オキシ窒化物およびオキシ硫酸塩蛍光体またはガーネット材料を含む、任意の無機青色付活蛍光体材料を含むことができることが認識される。
ＲＢＢ−Ｐシステムのコンポーネントを構成することができる様々な方法があり、図７ａ〜７ｅに示す設計は、想定される設計のいくつかのみの説明に役立つものである。例として、三つのＬＥＤチップ（二つの青色４２および一つの赤色４４）を共にパッケージングするか、ＢＬＵのすべてのＬＥＤチップを共にパッケージングするか、各ＬＥＤチップを個別に（個々に）パッケージングすることができる。
本発明の一つの実施態様では、二つの青色ＬＥＤチップおよび一つの赤色ＬＥＤチップを単一のパッケージ４０にパッケージングしており、上部から視認し、パッケージを見下ろすと、二つの青色ＬＥＤチップ４２が第一の行を占め；単一の赤色ＬＥＤチップ４４が第二の行を占める。赤色ＬＥＤチップの位置は、図４の例に示すように、（ここでもまた、上部視点で）二つの青色ＬＥＤチップと正三角形を形成するようなものであることができる。あるいは、赤色ＬＥＤチップ４４は、その行において、行に空きを持って位置付けることができ、一つの青色ＬＥＤチップ４２および空きが列に整列し、第二の青色ＬＥＤチップ４２および赤色ＬＥＤチップ４４が整列し、もう一つの列を形成する。これは、図７ａに示す設計である。
明らかに、二つの青色ＬＥＤチップおよび一つの赤色ＬＥＤチップを単一のパッケージに配置する、いわゆる「スリーインワン」パッケージ４０のための多数の可能な方法がある。上部視点から見られるような（正方形の頂点の一つとして空きがある）三角形および正方形とは別に、三つのＬＥＤを直線的；すなわち、連続して配置することができる。この構成は、図７ｂに示すように、チップの光放出上部表面上に緑色蛍光体を堆積させて封入することができる、細い矩形形状のデバイスを提供する。この種類のパッケージの連続を構築し、ＢＬＵにおける「光バー」とすることができる。
代替実施態様では、青色ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップとの比率が依然として２対１であるが、ＬＥＤチップを三つでグループとしてパッケージングする構成において、ＬＥＤチップのアレイを配置することができ；正しくは、すべてのチップを、所望の長さを有する単一のパッケージ４８に連続してパッケージングする。この「ロングバーパッケージ」も、図７ｃに説明するように、側面から視認すると細い長方形を有し、上部から視認すると正方形または矩形形状であることができる。以前の設計と同様に、すべてのＬＥＤチップを緑色放出蛍光体で封入する。
代替実施態様では、ここでもまた、青色ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップとの比率が２対１であり、この際には、各ＬＥＤチップがそれ自らの個々のパッケージ５０に存在する構成において、ＬＥＤチップのアレイを配置することができる。この構成でのさらなる相違として、青色ＬＥＤチップ４２のみを緑色蛍光体でオーバーコートし；赤色ＬＥＤチップは、それらの上部表面に堆積および／または赤色パッケージに封入された任意の緑色蛍光体を有さない。側面視点で見ると細い長方形の構成または上部視点から見ると正方形／長方形の構成のいずれかにおいて、ＬＥＤパッケージを連続して配置することができる（ツーインワン）。これらの構成を図７ｄに説明する。これらの種類のパッケージの連続を連続して赤色チップに接続し、結果的としてもたらされるデバイスをＢＬＵにおける光バーとすることができる。
代替実施態様では、ここでもまた、直線的な構成を構築することができるが、この際には、二つの青色ＬＥＤチップ４２が共に一つのパッケージ５２に存在し、赤色ＬＥＤチップが個々のパッケージ５０にあり、したがって、２対１という青色と赤色との比率が保持される。パッケージ５２のマトリクスにおいて、緑色蛍光体を二つの青色ＬＥＤチップと合わせて封入するか、二つの青色ＬＥＤチップを緑色蛍光体でオーバーコートすることができる。赤色ＬＥＤチップ４４を含有するパッケージ５０は、緑色蛍光体を含有しない。この構成を図７ｅに説明する。
本発明のもう一つの実施態様では、一つの種類のみのＬＥＤである青色ＬＥＤおよび二つの種類の蛍光体材料がある。この実施態様では、青色ＬＥＤチップ４２を使用し、緑色蛍光体４６を励起して緑色光を作成し、かつ、青色ＬＥＤチップを使用し、赤色蛍光体５４を励起して赤色光を作成する。先に記載した原理に沿い、青色光は、青色ＬＥＤから導出され、「余光」、つまり、緑色蛍光体４６または赤色蛍光体５４のいずれかによって吸収されず、励起に使用されない青色光である。図７ｆに説明した一つの例では、パッケージ５０が含有する緑色蛍光体と赤色蛍光体との比率が２対１である。図７ｆでは、各ＬＥＤチップが個々にパッケージングされているが、これは要件ではない。この構成は、Ｂ−ＰＰという呼称で表示することができる。蛍光体組成および／または濃度を調節することにより、白色光を生成することができる。カラー性能は、いくつかの状況では、ＲＢＢ−Ｐ設計によって達成することができる性能よりもやや低いことができるものの、図７ｆの構成は、設計において一つの種類のみのＬＥＤチップが要望されることにおいて、非常に簡易である。
本実施態様の効果
部分的には、本設計で緑色蛍光体からの光が青色ＬＥＤチップからの光に依存して放出されるため、かつ、すべての事例において同一のパッケージの部分として、本実施態様は、先行技術によるＲＧＢ ＬＥＤバックライトパッケージ設計に比べて有意な効果を提供する。つまり、白色バックライティングシステムへの緑色光の寄与は、青色ＬＥＤが緑色蛍光体を励起する結果である。
効果として、白色光ＣＩＥ目標仕様を達成するため、一つの青色および一つの赤色という二つの種類のみのＬＥＤチップが要望される。これは、現在、利用可能な青色ＬＥＤチップの明度が高いだけでなく、青色光を緑色光に変換するために利用可能な緑色蛍光体の効率が高いためである。これは、一般に、三つの種類のＬＥＤチップが要望され（一つの赤色、一つの青色、一つの緑色）、通常、これらの三つの種類のチップをＲＧＧＢ構成で用いる、先行技術によるＲＧＢ ＬＥＤバックライトシステムと対照される。比率は、白色光ＣＩＥ目標仕様を達成するため、先行技術によるＲＧＢ ＬＥＤバックライトシステムで一つの赤色および一つの青色ＬＥＤごとに二つの緑色ＬＥＤが要望されるようなものである。
本実施態様は、（それぞれ、青色および赤色ＬＥＤチップに）二つのみの独立した駆動装置が要望される一方、通常の先行技術によるＲＧＢ ＬＥＤ構成では三つの独立した駆動装置が要望されるため、ＢＬＵの駆動装置回路を有意に簡易化する。加えて、本実施態様は、ＢＬＵで求められるフィードバックループを簡易化する。赤色ＬＥＤチップのため、一つのみのセンサフィードバックが要望される。
先のすべての実施態様では、２０mAで動作する低電力ＬＥＤ、３５０mAで動作する高電力ＬＥＤまたは電力が２０mA〜３５０mAもしくは３５０mAを超える他のＬＥＤのいずれかを使用することができる。また、光バーを端部に設置にするか、平面的なマトリクスを平面的な光源として形成するかのいずれかにより、ＢＬＵを点灯してもよい。
本発明は、記載した特定の実施態様に制限されず、本発明の範囲内にある変動を作成することができることが認識される。例として、本発明は、カラー透過型ＬＣＤのバックライトユニットに関係して生じていることができ、特に適切であるのに対し、本発明は、他の用途で使用することができる白色光源も提供する。とりわけ、非限定的ではあるものの、ＲＢＢ−Ｐ構成を有する白色源は、それ自体で発明性があると見なされる。そのような白色光源は、白色ＬＥＤと比較して優れた性能、とりわけ、より高い演色評価数を有する白色光を生成する、コンパクトで安価な設計を提供する。

Claims (21)

  1. 液晶ディスプレイバックライトであって、：
    バックライトによって生成される白色光に青色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの青色光放出ダイオード；
    青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、蛍光体材料；および
    バックライトによって生成される白色光に赤色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの赤色光放出ダイオード
    を含む、液晶ディスプレイバックライト。
  2. 青色光放出ダイオードと赤色光放出ダイオードとの比率が実質的に２対１である、請求項１記載のバックライト。
  3. 蛍光体材料が少なくとも一つの青色光放出ダイオードの光放出表面上にオーバーコートされている、請求項１記載のバックライト。
  4. 蛍光体材料が少なくとも一つの青色光放出ダイオードと合わせてマトリクスに組み込まれている、請求項１記載のバックライト。
  5. 二つの青色光放出ダイオードおよび一つの赤色光放出ダイオードが個々のパッケージ内に含有されている、請求項１記載のバックライト。
  6. 源の各光放出ダイオードが個々にパッケージングされている、請求項１記載のバックライト。
  7. 少なくとも一つの青色光放出ダイオードの二つが個々のパッケージ内に含有され、少なくとも一つの赤色光放出ダイオードの一つが個々のパッケージ内に含有されている、請求項１記載のバックライト。
  8. 少なくとも一つの青色光放出ダイオードが約２０mA〜３５０mAの範囲にわたる電力レベルで動作する、請求項１記載のバックライト。
  9. 少なくとも一つの赤色光放出ダイオードが約２０mA〜３５０mAの範囲にわたる電力レベルで動作する、請求項１記載のバックライト。
  10. 蛍光体材料が：シリケート系緑色蛍光体；アルミネート系緑色蛍光体；窒化物系緑色蛍光体；硫酸塩系緑色蛍光体；オキシ窒化物系緑色蛍光体；オキシ硫酸塩系緑色蛍光体；ガーネット材料；Ｓｉがケイ素であり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般組成Ａ３Ｓｉ（ＯＤ）５のシリケート系緑色蛍光体；ＡがＳｒ、Ｂａ、ＭｇまたはＣａを含み、ＤがＣｌ、Ｆ、ＮまたはＳを含む、一般組成Ａ２Ｓｉ（ＯＤ）４のシリケート系緑色蛍光体；およびＭがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍまたはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも一つである、式Ｍ１−ＸＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系緑色蛍光体からなる群から選択される、請求項１記載のバックライト。
  11. 請求項１記載のバックライトを組み入れた、カラー液晶ディスプレイ。
  12. 液晶ディスプレイバックライトであって、：
    バックライトによって生成される白色光に青色光を寄与させるための少なくとも一つの青色ＬＥＤ；
    青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、第一の蛍光体材料；および
    青色光の一部を吸収し、バックライトによって生成される白色光に寄与する赤色光を放出する、第二の蛍光体材料
    を含む、液晶ディスプレイバックライト。
  13. 少なくとも一つの青色ＬＥＤが約２０mA〜３５０mAの範囲にわたる電力レベルで動作する、請求項１２記載のバックライト。
  14. 蛍光体材料が：シリケート系蛍光体；アルミネート系蛍光体；窒化物系蛍光体；硫酸塩系蛍光体；オキシ窒化物系蛍光体；オキシ硫酸塩系蛍光体；ガーネット材料；Ｓｉがケイ素であり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般組成Ａ３Ｓｉ（ＯＤ）５のシリケート系蛍光体；ＡがＳｒ、Ｂａ、ＭｇまたはＣａを含み、ＤがＣｌ、Ｆ、ＮまたはＳを含む、一般組成Ａ２Ｓｉ（ＯＤ）４のシリケート系蛍光体；ＭがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍまたはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも一つである、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系蛍光体からなる群から選択される、請求項１２記載のバックライト。
  15. 請求項１２記載のバックライトを組み入れた、カラー液晶ディスプレイ。
  16. 白色光源であって、：
    源によって生成される白色光に青色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの青色光放出ダイオード；
    青色光の一部を吸収し、源によって生成される白色光に寄与する緑色光を放出する、蛍光体材料；および
    源によって生成される白色光に赤色光を寄与させるように動作可能である、少なくとも一つの赤色光放出ダイオード
    を含む、白色光源。
  17. 青色光放出ダイオードと赤色光放出ダイオードとの比率が実質的に２対１である、請求項１６記載の光源。
  18. 蛍光体材料が少なくとも一つの青色光放出ダイオードの光放出表面上にオーバーコートされている、請求項１６記載の光源。
  19. 蛍光体材料が少なくとも一つの青色光放出ダイオードと合わせてマトリクスに組み込まれている、請求項１６記載の光源。
  20. 二つの青色光放出ダイオードおよび一つの赤色光放出ダイオードが個々のパッケージに含有されている、請求項１６記載の光源。
  21. 蛍光体材料が：シリケート系緑色蛍光体；アルミネート系緑色蛍光体；窒化物系緑色蛍光体；硫酸塩系緑色蛍光体；オキシ窒化物系緑色蛍光体；オキシ硫酸塩系緑色蛍光体；ガーネット材料；Ｓｉがケイ素であり、Ｏが酸素であり、Ａがストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはカルシウム（Ｃａ）を含み、Ｄが塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）または硫黄（Ｓ）を含む、一般組成Ａ３Ｓｉ（ＯＤ）５のシリケート系緑色蛍光体；ＡがＳｒ、Ｂａ、ＭｇまたはＣａを含み、ＤがＣｌ、Ｆ、ＮまたはＳを含む、一般組成Ａ２Ｓｉ（ＯＤ）４のシリケート系緑色蛍光体；およびＭがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｓｍまたはツリウム（Ｔｍ）を含む二価金属の少なくとも一つである、式Ｍ１−ｘＥｕｘＡｌｙＯ［１＋３ｙ／２］のアルミネート系緑色蛍光体からなる群から選択される、請求項１６記載の光源。
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