JP4187307B2 - 発光ダイオード及びそれを用いたディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光物質を含有する被覆層を表面に有する発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と記すことがある）に関し、より詳しくはＬＥＤの分光線における半値幅を広くすることによって、見る者の目の疲れ抑え、また鮮明な画像を映し出すことができるディスプレイを始め家庭用電気機器や音響機器等に使用できる発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードを単なる点光源としてではなく、セグメント又はマトリックス配列にして、数字や文字、画像の表示を行うディスプレイとして使用することが近年増加してきている。
【０００３】
周知のようにＬＥＤはＰＮ接合を持つ結晶体で、順電圧を印加するとＮ領域から電子が、Ｐ領域から正孔がＰＮ接合に移動して、電子と正孔が再結合する際に光を発する。従って、自由な電子が結合状態になり、この際放出されたエネルギーが光となって放射されるため、発せられた光の分光曲線は、シャープな単ピーク曲線を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような分光曲線がシャープな曲線を示すＬＥＤを使用したディスプレイを長時間継続して見ていると、目の網膜にある一部の視覚細胞だけが刺激され続けるため、目が疲れるといった問題がある。
【０００５】
また分光曲線がシャープな曲線を示す赤、青、緑の３色のＬＥＤを使用したディスプレイでは、鮮明な画像を得ることができないといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような種々の問題点を解決するために研究開発されたものであり、ブロードな分光曲線を示す発光ダイオードを提供することを目的とする。
【０００７】
また本発明は、目の疲れを抑え、かつ鮮明な画像を作り出す、ＬＥＤを使用したディスプレイを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、蛍光物質を含有する被覆層を表面に有する発光ダイオードであって、当該発光ダイオードの分光曲線における半値幅が、被覆層を有しない発光ダイオード単独での分光曲線における半値幅の１．２〜３．０倍であり、その発光色が被覆層を有しない前記発光ダイオード単独での発光色と同じ色であることを特徴とする発光ダイオードが提供される。このとき蛍光物質が無機蛍光物質であることが好ましく、無機蛍光物質の中でもアルミン酸イットリウム系蛍光物質であることが好ましい。
【０００９】
また本発明によれば、上記発光ダイオードを使用したことを特徴とするディスプレイが提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本願請求項１に係る発光ダイオードの大きな特徴は、蛍光物質を含有した被覆層を有するＬＥＤの分光曲線における半値幅が、ＬＥＤ単独での分光曲線における半値幅の１．９〜３．０倍であり、その発光色が被覆層を有しない前記発光ダイオード単独での発光色と同じ色である点にある。かかる被覆層を設けたＬＥＤの分光曲線はブロードであるため、このＬＥＤを使用したディスプレイが作り出す画像は鮮明なものとなり、また人の網膜の視覚細胞を均一に刺激するようになるので、画像を見続けていても目の疲れが抑えられる。かかる半値幅の範囲としては、１．９〜２．２倍の範囲がより好ましい。被覆層を有するＬＥＤの分光曲線における半値幅が、ＬＥＤ単独での分光曲線における半値幅の１．９倍よりも小さいと、目の疲れは解消されず、鮮明な画像も得ることができない。一方当該半値幅が３．０倍より大きいと、分光曲線がブロードになりすぎて彩度が落ち、鮮明な画像を得ることができない。
【００１１】
ここで半値幅は、ＬＥＤの分光光度を、図１０に示す測定装置ＰＲ−７０４
ＳｐｅｃｔｒａＳｏａｎ（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製）を用い、測定電流を２０ｍＡとして測定したデータを、横軸を波長、縦軸を発光強度として分光曲線を表したときに、最大発光強度を示す波長を挟んだ、最大発光強度の半分の発光強度を示す２つの波長の差をいう。具体的には、図５を参照して、最大の発光強度（ｈ）を示す波長ｘ⁰ とし、ｘ⁰ を挟んだ両側で、最大発光強度の半分の値（ｈ／２）をとる２つの波長をｘ^a 、ｘ^b としたときの、（ｘ^b −ｘ^a ）をいう。
【００１２】
被覆層を有するＬＥＤの分光曲線における半値幅は、被覆層に含有させる蛍光物質の種類及び量、被覆に使用する結着樹脂の種類等によって制御することができる。
【００１３】
被覆層を設けたＬＥＤの発光色は、ＬＥＤの発光色と同じ色で、半値幅が大きくなったものである。
【００１４】
ＬＥＤの表面に蛍光物質を含有する被覆層を形成する方法としては、特に限定はなく、例えば蛍光物質を含有した、ＬＥＤの表面形状に合ったキャップを製造しＬＥＤに装着する方法、蛍光物質を含有させた樹脂又はエラストマーをＬＥＤ表面にコーティング又は印刷する方法、蛍光物質を含有させた樹脂をシート状に成形し、かかるシート状物をＬＥＤ表面に貼着する方法等の方法が使用できる。
【００１５】
本発明で使用できる蛍光物質としては、蛍光体、蛍光顔料、蛍光染料等公知の蛍光物質を使用することができる。例えば有機蛍光体としては、アリルスルホアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物やペリレン等を使用することができる。また無機蛍光体としては、アルミン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等を使用することができる。この中でも長期間使用可能な点から無機物質が好ましく、無機物質の中でもアルミン酸イットリウムが特に好ましい。
【００１６】
付活剤としては、例えばセリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、クロム等の元素を挙げることができる。この中でもセリウムが好ましい。付活剤の添加量は、蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％が好ましい。
【００１７】
蛍光体と付活剤との組み合わせとしては、アルミン酸イットリウムとセリウムとの組み合わせが好ましい。
【００１８】
蛍光物質の添加量としては、結着樹脂１００重量部当たり、有機蛍光体の場合は０．０００１〜１０重量部、無機蛍光体の場合は０．５〜７０重量部が好ましい。
【００１９】
被覆層に用いる樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン系エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフイン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー等の樹脂を使用することができ、この中でもシリコーン系エラストマー等が好適に使用される。
【００２０】
本発明で使用するＬＥＤとしては、公知のいずれのＬＥＤでも使用することができ、例えばＧａ：ＺｎＯ赤色ＬＥＤ、ＧａＰ：Ｎ緑色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系赤色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系橙色・黄色ＬＥＤ、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ系橙・黄色ＬＥＤ、ＧａＮ系青色ＬＥＤ、ＳｉＣ青色ＬＥＤ、II−VI族青色ＬＥＤ等を挙げることができる。
【００２１】
またＬＥＤの形態も、いずれの形態であってもよく、例えばランプタイプＬＥＤやチップタイプＬＥＤ、セグメントタイプＬＥＤ等が好適に使用できる。かかるＬＥＤ表面の被覆層の形成は、ＬＥＤの表面形状や材質、使用される状況等を考慮し、上記被覆層の形成方法から選べばよい。
【００２２】
図１を参照して、ＬＥＤがランプタイプの場合では、例えば蛍光物質を含むキャップを装着し、ＬＥＤランプ表面に被覆層を設けることができる。キャップ１は発光ダイオード２に着脱可能に直接装着されている。該キャップ１はエラストマーにより成型される。図２もランプタイプのＬＥＤの場合であって、キャップ１０は比較的硬質であるため、キャップ１０を発光ダイオード２に装着した際、相対的なずれとか離脱を防止するためにキャップ１０側に凹部１１を形成し、発光ダイオード２側に凸部１２を形成して、これらをワンタッチ操作で係脱可能に係合する。これらの凹部１１と凸部１２とはキャップの円周方向に沿った環状構造でもよく、また円周方向の複数箇所に任意の間隔を保って設けた構造でもよく、更に凹部１１と凸部１２との関係を前記の場合と逆にしてもよい。
【００２３】
またチップタイプＬＥＤやセグメントタイプＬＥＤでは、例えば蛍光物質を含有するシート状物をＬＥＤ表面に接着し被覆層とすることができる。接着の方法としては、公知の方法が使用でき、例えば熱接着、超音波接着、高周波接着、あるいは接着剤を使用した糊接着等が使用できる。ここで接着性改善のためシート状物の表面を、化学薬品で酸化したり、ガス火炎にさらして酸化したり、表面電極に接触させてコロナ放電を行う等の表面処理を行ってもよい。例えば図３は、ＬＥＤに蛍光物質を含有するシート状物を取り付けたＬＥＤの側断面図であって、図３（ａ）はチップタイプＬＥＤにシート状物３を取り付けた図であり、（ｂ）はセグメントタイプＬＥＤにシート状物の被覆材３を取り付けた図である。
【００２４】
本発明の蛍光物質を含有する被覆層を有する、赤、青、緑のＬＥＤをディスプレイに使用すると、各ＬＥＤの分光曲線がブロードであるため、従来に比べ鮮明な画像を表示することができる。またかかるディスプレイを長時間継続的に見ても目の疲れが抑えられる。ＬＥＤを使用したディスプレイとしては、例えば家電製品等のパイトットランプ；ドットマトリックス型又はセグメント型の数字表示ディスプレイ；アレイ表示ディスプレイ；ドットマトリックス型平面ディスプレイを挙げることができる。
【００２５】
【実施例】
実施例１
シリコーンゴムに蛍光物質として「Ｓｗａｄａ６０」（Ｓｗａｄａ社製）を１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００２６】
また発光ダイオードとしてはＣＩＥ（国際照明委員会）標準表色系：ＴｈｅＩＣＩ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ（以下、色度座標と呼称する）に従って、色度座標でｘ＝０．１２７５、ｙ＝０．０８８３、半値幅が３１．９の青色発光ダイオードを用いた。この青色発光ダイオードの分光曲線を図６に示す。
【００２７】
青色発光ダイオードに上記の蛍光カラーキャップを装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．１４２０、ｙ＝０．１２２８、半値幅は６９．４の拡散青色光が観測された。蛍光カラーキャップを装着した発光ダイオードの分光曲線を図７に示す。半値幅は、蛍光カラーキャップを装着する前の２．２倍であった。
【００２８】
蛍光カラーキャップを装着したこのＬＥＤをディスプレイに使用したところ、目は疲れず、またきれいな画像が得られた。
【００２９】
実施例２
蛍光物質として「ＮＫＰ−８３０１」（日本蛍光化学社製）の１．５部使用した以外は実施例１と同様の金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００３０】
発光ダイオードとしては、色度座標でｘ＝０．４６８６、ｙ＝０．５２８２、半値幅が２７．８の緑色発光ダイオードを用いた。この緑色発光ダイオードの分光曲線を図８に示す。
【００３１】
緑色発光ダイオードに上記蛍光カラーキャップを装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．５７２０、ｙ＝０．４２５８、半値幅が５４．２の拡散緑色光が観測された。蛍光カラーキャップを装着した発光ダイオードの分光曲線を図９に示す。半値幅は、蛍光カラーキャップを装着する前の１．９倍であった。
【００３２】
蛍光カラーキャップを装着したこのＬＥＤをディスプレイに使用したところ、目は疲れず、またきれいな画像が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、蛍光物質を含有する被覆層を表面に有する発光ダイオードによれば、発光ダイオードから放射される光の分光曲線がブロードとなり、かかる発光ダイオードを使用したディスプレイを長時間継続して見ていても目の疲れが抑えられ、また映し出される画像も鮮明なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】蛍光物質を含有したカラーキャップをランプタイプ発光ダイオードに装着した状態を略図的に示した本発明の発光ダイオードの断面図である。
【図２】蛍光物質を含有したカラーキャップをランプタイプ発光ダイオードに装着した状態を略図的に示した本発明の発光ダイオードの断面図である。
【図３】チップタイプ発光ダイオード及びセグメントタイプ発光ダイオードに蛍光物質を含有する被覆層を設けた状態を略図的に示した本発明の発光ダイオードの断面図である。
【図４】ＣＩＥ（国際照明委員会）標準表色系により本発明の蛍光カラー光源から拡散発光される発光色の変色範囲を示した説明図である。
【図５】分光曲線における半値幅を示す説明図である。
【図６】実施例１における青色ＬＥＤの分光曲線を示す図である。
【図７】実施例１における蛍光カラーキャップを装着したＬＥＤの分光曲線を示す図である。
【図８】実施例２における緑色ＬＥＤの分光曲線を示す図である。
【図９】実施例２における蛍光カラーキャップを装着したＬＥＤの分光曲線を示す図である。
【図１０】分光放射輝度を測定する治具の概略図である。
【符号の説明】
１、１０ 蛍光カラーキャップ
２ 発光ダイオード
３ シート形状被覆材
４ ＬＥＤチップ
５ 樹脂
６ 基板
７ 反射枠
１１ 凹部
１２ 凸部
ｈ 分光曲線における最大発光強度

Claims (4)

1. 蛍光物質を含有した被覆層を表面に有する発光ダイオードであって、横軸を波長、縦軸を発光強度として当該発光ダイオードの分光曲線を表したときに、最大発光強度を示す波長を挟んだ、最大発光強度の半分の発光強度を示す２つの波長の差である半値幅が、被覆層を有しない発光ダイオード単独での分光曲線における半値幅の１．９〜３．０倍であり、
   その発光色が被覆層を有しない前記発光ダイオード単独での発光色と同じ色であることを特徴とする発光ダイオード。
2. 蛍光物質が無機蛍光物質である請求項１記載の発光ダイオード。
3. 無機蛍光物質がアルミン酸イットリウム系蛍光物質である請求項２記載の発光ダイオード。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードを使用したことを特徴とするディスプレイ。

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