JP5320655B2 - 発光装置、照明、表示装置用バックライトユニット及び表示装置 - Google Patents
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Description
これらの表示装置は、通常は、像形成ユニットに対して背面から光を照射するためのバックライトユニットを有する。このようなバックライトユニットとしては、従来は、蛍光灯や冷陰極管などが用いられていた。
さらに、これらは水銀を用いるため、環境への影響が懸念され、その取り扱いが煩雑になる虞があった。
また、その他、例えば特許文献1で提案された発光装置をバックライトとすることも提案されている。
また、上述したように、青色光を発する光源と青色光を吸収し黄色光を発する物質とを有する疑似白色光源のような発光装置は、発光効率は高いものの、演色性が十分ではなかった。
また、本発明の照明は、上記の発光装置を用いたことを特徴とする(請求項3)。
さらに、本発明の表示装置用バックライトユニットは、上記の発光装置を用いたことを特徴とする(請求項4)。
また、本発明の表示装置は、上記の発光装置を用いたことを特徴とする(請求項5)。
また、上記の表示装置は、該バックライトユニットからの光を該像形成ユニットに案内する導光板を有することも好ましい(請求項9)。
また、本発明の発光装置を用いれば、発光効率及び演色性に優れた照明、表示装置用バックライトユニット、及び表示装置を得ることができる。
また、本発明の表示装置によれば、表示装置の発光効率と色再現性とを共に向上させることができる。
[I−1.発光装置の概要]
本発明の発光装置は、光源と、第1発光部と、第2発光部と、遮光部とを備え、光を放出しようとする方向(以下適宜、「所定方向」という)に向けて、光を放出するように構成されている。また、通常、発光装置は光源、第1発光部、第2発光部及び遮光部を保持するための基部としてフレームを備えている。
フレームは、光源、第1発光部、第2発光部及び遮光部を保持する基部であり、その形状及び材質等は任意である。
フレームの形状の具体例としては、板状、カップ状等、その用途に応じて適当な形状とすることができる。また、例示した形状の中でも、カップ状のフレームは、光の出射方向に指向性をもたせることができ、発光装置が放出する光を有効に利用できるため、好ましい。
さらに、フレームの材料には放熱性の良いものを用いることが好ましい。例えば、熱伝導性の高い材料を用いることが好ましい。通常は、光源は使用中に熱を発するが、フレームを放熱性が良いもので形成すれば、使用中に熱が発生しても安定して使用を続けることが可能となるためである。
さらに、フレームの材料には絶縁性のものを用いることが好ましい。
さらに、通常は、フレームには光源に対して電力を供給するための電極が設けられる。
光源は、第1発光部及び第2発光部内に含有される発光物質の励起光を発するものであり、また、発光装置が放出する光の一成分を発するものでもある。即ち、光源から発せられる光のうちの一部は、第1発光部及び第2発光部内の発光物質に励起光として吸収され、また別の一部は、発光装置から所定方向に向けて放出されるようになっている。
なお、光源は1個を単独で用いてもよく、2個以上の光源を併用しても良い。さらに、光源は1種のみで用いてもよく、2種以上のものを併用しても良い。特に、発光装置の演色性を高めるためには、第1発光部と第2発光部とのそれぞれに光源を設けることが好ましい。
また、光源に電力を供給する他の方法の例としては、バンプを用いたフリップチップ実装により光源に電力を供給する方法が挙げられる。
第1発光部は、光源が発する光により励起されて、光源が発する光よりも長波長の成分を含む光を発する少なくとも1種の発光物質を含んで形成されている。この第1発光部の形状に特に制限は無く、また、1箇所に単独で設けることも、2箇所以上に分けて設けることもできる。なお、第1発光部に用いられる発光物質については、後で詳述する。
遮光部は、第1発光部から発せられた光が第2発光部に入射することを防止するものである。この遮光部は、第1発光部から発せられた光のうちの少なくとも一部が第2発光部に入射することを防止できればよいが、通常は、発光装置から所定方向に向けて放出される光が実用に耐えうるだけ十分高い発光効率及び演色性を発揮できる程度に、第1発光部から発せられた光が第2発光部に入射することを防止できればよい。さらに、第1発光部から発せられた光がすべて第2発光部に入射しないようにすることが好ましい。これにより、第1発光部から発せられた光が第2発光部の励起光として消費されることを防止できるため、第1発光部が発する光の強度の低下を抑制することができ、発光装置の発光効率及び演色性を共に高めることができる。
なお、反射率を高める部分は、遮光部の全体であっても一部であってもよいが、通常は、光源、第1発光部及び第2発光部から発せられる光が当たる部分の全表面の反射率が高められていることが望ましい。
また、第1発光部から発せられる光を第2発光部が吸収して光を発することを抑制することができるため、発光装置から発せられる光の成分のばらつきを小さくして発光装置の演色性を高めることもできる。その結果、発光装置の演色性及び色再現性を改善することもできる。
また、上記のように、第1発光部と第2発光部とは大きさが異なっていても良い。
例えば、発光装置自体を保護するためのカバーを備えていても良い。
また、例えば発光装置から放出される光の向きを変化させるための鏡、プリズム、レンズ、光ファイバー等の導光部材を備えていても良い。
また、発光装置の発熱を放出するための放熱板等を備えても良い。
さらに、例えば発光装置から放出される光の各成分を拡散させて、視覚される光の色ムラ等を防止するために、光拡散層などを発光装置の光出射面の外側に設けてもよい。
本発明の発光装置に用いる発光物質は、励起光を吸収して、吸収した励起光よりも長波長成分を含む光を発光できるものであれば他に制限は無い。また、発光物質を用いて第1発光部及び第2発光部を形成する場合、通常は、発光物質はバインダと混合して用いる。
発光物質は、発光装置の用途に応じて公知のものを適宜選択して用いることができる。発光自体は、蛍光、りん光など、どのようなメカニズムにより発光が行なわれるものでも制限は無い。また、第1発光部及び第2発光部のそれぞれにおいて、発光物質は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用することができる。ただし、第1発光部に用いる発光物質は光源が発する光により励起されて光源が発する光よりも長波長の成分を含む光を発するものを選択し、第2発光部に用いる発光物質は、光源及び第1発光部が発する光により励起されて第1発光部が発する光よりも長波長の成分を含む光を発するものを選択する。
また、発光物質は、発する光の波長が、波長が通常400nm以上、好ましくは450nm以上、より好ましくは500nm以上、また、通常750nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは670nm以下であるものが望ましい。
また、第1発光部に用いる発光物質は、発する光の波長が通常400nm以上、好ましくは450nm以上、より好ましくは500nm以上、また、通常600nm以下、好ましくは570nm以下、より好ましくは550nm以下であるものが望ましい。
また、第2発光部に用いる発光物質は、発する光の波長が通常550nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは600nm以上、また、通常750nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは670nm以下であるものが望ましい。
(第1発光部の第1の例)
第1発光部の発光物質に好適な発光物質の第1の例としては、下記式(1)で表される蛍光体が挙げられる。
M1 aM2 bM3 cOd ・・・式(1)
属元素をそれぞれ示し、a、b、c、及びdはそれぞれ下記の範囲の数である。
2.7≦a≦3.3
1.8≦b≦2.2
2.7≦c≦3.3
11.0≦d≦13.0
なお、本明細書において、性能を損なわない範囲で含むとは、上記M1、M2、M3それぞれに対し、通常10モル%以下、好ましくは5モル%以下、より好ましくは1モル%以下で含むことをいう。
この蛍光体は、通常420nm〜480nmの波長範囲の光で励起される。発光スペクトルは、500〜510nmにピークを持ち、450〜650nmの波長成分を有する。
なお、ここで上述した蛍光体の具体例としては、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ceなどが挙げられる。
第1発光部に用いて好適な発光物質の第2の例としては、下記式(2)で表される蛍光体が挙げられる。
M1 aM2 bM3 cOd ・・・式(2)
上記式(2)において、M1は少なくともCeを含む付活剤元素、M2は2価の金属元素、M3は3価の金属元素をそれぞれ示し、a、b、c、及びdはそれぞれ下記の範囲の数である。
0.0001≦a≦0.2
0.8≦b≦1.2
1.6≦c≦2.4
3.2≦d≦4.8
この蛍光体は、420nm〜480nmの波長範囲の光で励起され、特に440〜470nmで最も効率がよい。発光スペクトルは、490〜550nmにピークを持ち、450〜700nmの波長成分を有する。
第1発光部に用いて好適な発光物質のその他の例としては、Y3(Al,Ga)5O12:Ceや、(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Euや、(Ba,Mg,Ca,Sr)5(PO)4Cl:Eu、(Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8:Eu等の400nm〜500nmに発光ピークを持つ物質や、(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu,Mn、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu、(Ba,Ca,Sr)Al2O4:Eu,Mn、(Ca,Sr)Al2O4:Eu、一般式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(但し、0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≦n<1.5)で表されるEuで付活されたαサイアロン等の波長500nm〜600nmに発光ピークを持つ物質が挙げられるが、これらに限定されない。
また、上述の蛍光体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(第2発光部の第1の例)
第2発光部の発光物質に好適な発光物質の第1の例としては、下記式(3)で表わされる蛍光体が挙げられる。
MaAbDcEdXe ・・・式(3)
0.00001≦a≦0.1
a+b=1
0.5≦c≦4
0.5≦d≦8
0.8×(2/3+4/3×c+d)≦e
e≦1.2×(2/3+4/3×c+d)
さらに、上記式(3)において、Dは、4価の金属元素からなる群から選ばれる1種または2種以上の元素であるが、中でも、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる1種または2種以上の元素であることが好ましく、Siであることが更に好ましい。
さらに、上記式(3)において、Xは、O、N、Fからなる群からから選ばれる1種または2種以上の元素であるが、中でも、N、またはNとOからなることが好ましい。
この蛍光体は、少なくとも580nm以下の波長の光で励起され、特に400nm〜550nmの波長範囲で最も効率がよいため、第1発光部の発する光も良く吸収する。発光スペクトルは、580nm〜720nmの波長範囲にピークを有する。
第2発光部の発光物質に好適な発光物質の第2の例としては、下記式(4)で表わされる蛍光体が挙げられる。
EuaCabSrcMdSe ・・・式(4)
上記式(4)において、MはBa、Mg、Znから選ばれる少なくとも一種の元素を表し、a、b、c、d、eは、それぞれ下記の範囲の数である。
0.0002≦a≦0.02
0.3≦b≦0.9998
0≦d≦0.1
a+b+c+d=1
0.9≦e≦1.1
また、温度特性の面から、上記式(4)中のaの好ましい範囲について言えば、通常0.0004以上、また、通常0.01以下、好ましくは0.007以下、より好ましくは0.005以下、さらに好ましくは0.004以下がより望ましい。
熱安定性、温度特性、発光強度の全てを兼ね備える、上記式(4)中のaの好ましい範囲について言えば、通常0.0004以上、好ましくは0.001以上、また、通常0.004以下の範囲が望ましい。
この蛍光体は、600nm以下の光で励起され、特に400nm〜550nmで最も効率がよいため、第1発光部の発する光も良く吸収する。発光スペクトルは、620nm〜680nmにピークを有する。
第2発光部に用いて好適な発光物質のその他の例としては、発光波長が550nm〜750nmであって、第1発光部よりも発光波長が長波長であれば特に制限はされないが、例えば、一般式CaxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Eu(但し、0.3<x<1.5、0.6<m<3、0≦n<1.5)で表されるEuで付活されたαサイアロン、Ca2Si5N8:Eu、CaSi7N10:Eu、蛍光を発するユーロピウム錯体等を用いることが出来る。
また、上述の蛍光体は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
発光物質は、通常は粒子状で用いられる。この際、発光物質粒子の粒径は、通常150μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下、最も好ましくは5μm以下である。この範囲を上回ると、発光装置の発光色のばらつきが大きくなると共に、発光物質と封止材を混合した場合には発光物質を均一に塗布することが困難となる虞がある。また、通常0.001μm以上、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは1μm以上、最も好ましくは2μm以上である。この範囲を下回ると、発光効率が低下する。
上記のように、第1発光部及び第2発光部は、発光物質の他、バインダを含有することがある。バインダは、通常、粉末状や粒子状の発光物質をまとめたり、フレームに添着させたりするために用いる。本発明の発光装置に用いるバインダについて制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。
なお、バインダは1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
発光物質にバインダを用いる場合、発光物質とバインダとの比に制限は無いが、バインダに対する発光物質の比は、重量比で、通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、また、通常5以下、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下であることが望ましい。
また、発光物質にその他の成分を含有させ、発光物質並びに、適宜使用されるバインダ及びその他の成分で第1発光部及び第2発光部を形成しても良い。
その他の成分に特に制限は無く、公知の添加剤を任意に使用することができる。具体例を挙げると、例えば、発光装置の配光特性や混色の制御を行なう場合には、その他の成分として、アルミナやイットリア等の拡散剤を使用することが好ましい。また、例えば、発光物質を高密度に充填する場合には、その他の成分として、ピロリン酸カルシウムや硼酸バリウムカルシウム等の結着剤を使用することが好ましい。
第1発光部及び第2発光部の作製方法に特に制限は無く、任意の方法により作製することができる。以下、第1発光部及び第2発光部の作製方法を例示して説明するが、以下に説明する作製方法以外の方法により第1発光部及び第2発光部を作製することも可能である。
第1発光部及び第2発光部は、例えば、発光物質並びに適宜用いられるバインダ及びその他の成分を分散媒に分散させてスラリーを調製し、調製したスラリーをフレーム等の基材に塗布した後、スラリーを乾燥させて形成することができる。
なお、フレームに直接スラリーを塗布する場合には、第1発光部となるスラリーと、第2発光部となるスラリーとの塗布の順序は任意であり、いずれを先に塗布してもよい。また、同時に塗布しても良い。
以下、本発明の実施形態を挙げて本発明について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
図1(a),図1(b)は本発明の第1実施形態としての発光装置の要部を模式的に示す図であり、図1(a)はその断面図であり、図1(b)は説明のため仕切板を取り外して示す分解斜視図である。
図1(a),図1(b)に示すように、本実施形態の発光装置1は、フレーム2と、光源である青色LED(青色発光部)3と、第1発光部である緑色発光部4と、第2発光部である赤色発光部5と、遮光部である仕切板6とを備えている。
さらに、フレーム2の凹部2A内面は、金属メッキにより、可視光域全般の光の反射率を高められていて、これにより、フレーム2の凹部2A内面に当たった光も、発光装置1から所定方向に向けて放出できるようになっている。なお、金属メッキが電極をショートしないように配慮することはいうまでもない。
凹部2Aは、緑色発光部4と赤色発光部5とによって充填されていて、緑色発光部4及び赤色発光部5が凹部2Aの開口部で発光装置1の外部に面している面が、発光装置1が所定方向に向けて光を放出する光出射面1Aとして機能している。つまり、この光出射面1Aから、青色LED3から発せられる青色光、緑色発光部4から発せられる緑色光、及び、赤色発光部5から発せられる赤色光が所定方向に向けて放出されるようになっている。
図2(a),(b)は本発明の第2実施形態としての発光装置の要部を模式的に示す図であり、図2(a)はその断面図であり、図2(b)はその斜視図である。ただし、図2(a)では説明のため、緑色発光部14と赤色発光部15とを厚みを大きくして示したが、緑色発光部14及び赤色発光部15は実際は目視にて確認できない程度に薄く形成された膜状の部分であるとする。
図2(a),図2(b)に示すように、本実施形態の発光装置11は、フレーム12と、光源である青色LED(青色発光部)13と、第1発光部である緑色発光部14と、第2発光部である赤色発光部15と、仕切壁16と、梁19とを備えている。
また、フレーム12は、凹部12A表面に金属メッキを施されることによりフレーム12の表面に当たった光も、発光装置11から所定方向(ここでは、図中上方向)に向けて放出できるようになっている。
また、発光装置11は光を放出する所定方向が図中上方向となるように設定されており、このため、緑色発光部14がフレーム12及び仕切壁16に接していない表面と、赤色発光部15がフレーム12及び仕切壁16に接していない表面とが、発光装置11が所定方向に向けて光を放出する光出射面11Aとして機能し、緑色発光部14及び赤色発光部15は、それぞれこの光出射面11Aで開放されている。したがって、この光出射面11Aから、青色LED13から発せられる青色光、緑色発光部14から発せられる緑色光、及び、赤色発光部15から発せられる赤色光が所定方向に向けて放出されるようになっている。なお、青色LED13から発せられた光は、直接所定方向に向けて放出されることは無く、一旦フレーム12で反射して外部に放出されるようになっている。
また、フレーム12の凹部12A底部から梁19の下面までの空間は、少なくとも青色LED13が発する青色光、緑色発光部14が発する緑色光、及び赤色発光部15が発する赤色光を透過する素材(図示省略)でモールドされている。
よって、青色LED13が発する青色光は、赤色発光部15より緑色発光部14の方に多く入射するようになっている。
また、発光装置11によれば、第1実施形態の発光装置1と同様の作用、効果を奏することができる。
本発明の発光装置の用途に制限は無く、光を用いる任意の用途に適用することができる。用途の具体例を挙げると、照明、表示装置用バックライトユニット、表示装置(ディスプレイ)などを挙げることができる。
このように表示装置のバックライト又はバックライトユニットとして本発明の発光装置を用いれば、色再現性がよく、且つ高い発光効率(輝度)を有するディスプレイを提供することが可能となる。
次に、本発明の第3実施形態を示しながら、本発明の表示装置について詳細に説明する。ただし、以下図面を用いて本発明の第3実施形態について説明するが、本発明は以下の第3実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
なお、図4〜図6は本発明の第3実施形態を説明するためのもので、図4は表示装置の概要を説明する模式的な分解斜視図、図5はバックライトユニットの模式的な平面図、図6はバックライトユニットの要部を説明するための模式的な断面図である。
図4は、本実施形態の表示装置を表わす模式的な分解斜視図である。この図4に示すように、本実施形態の表示装置は、バックライトユニット101、拡散板102及び像形成ユニット103を備えて構成されている。
バックライトユニット101は、拡散板102を介して像形成ユニット103に向けて、バックライトとして白色光を放出する部材である。なお、ここでバックライトユニット101が白色光を放出するとは、バックライトユニット101から発せられた直後の光が白色となっている場合だけでなく、バックライトユニット101から発せられた直後には十分に拡散せず白色となっていない光が、像形成ユニット103に到達するまでの間に拡散されて、像形成ユニット103に到達した時点において白色となる場合も広く指すものとする。
基板104は、発光部105を設けるための基部であり、上述した発光装置におけるフレームと同様に構成することが可能である。したがって、その形状、寸法等は、表示装置の形状、寸法、用途などに応じて任意に設定することができる。例えば、基板104の発光部105の形状としては、板状、カップ状などが挙げられる。また、その表面についても、平面、曲面、凹凸面など、その用途に応じて適当な形状とすることが望ましい。
さらに、基板104の材料には絶縁性のものを用いることが好ましい。
図6は、発光部105の模式的な断面図である。この図6に示すように、発光部105は、第1発光部である緑色発光部106と第2発光部である赤色発光部107とを備えている。また、緑色発光部106及び赤色発光部107には、それぞれ青色光源108が設けられている。
青色光源108の例としては、発光装置の説明で例示したものと同様のものが挙げられるが、通常は、安価なLEDが好ましい。
さらに、LEDのパッケージの材料も任意であり、例えばセラミクスやPPA(ポリフタルアミド)等を適宜用いることができる。ただし、上記の基板104と同様に、表示装置の色再現性を向上させる観点からパッケージの色は白色又は銀色が好ましく、また、バックライトユニット101の発光効率を高める観点からは、光の反射率を高められていることが好ましい。なお、青色光源108用の配線がある場合、この配線の色及び反射率も、上記基板104やLED用パッケージと同様である。
また、青色光源108は、一つの青色光源108を、緑色発光部106と赤色発光部107とで共有したり、2以上の発光部105で共有したりしても良いが、通常、バックライトユニット101から放出される白色光の演色性を高めるためには、緑色発光部106及び赤色発光部107のそれぞれに青色光源108を設けることが好ましい。
一方、赤色発光部107に用いる青色光源108が発する青色光の波長は、通常400nm以上、好ましくは450nm以上、より好ましくは500nm以上、また、通常600nm以下、好ましくは570nm以下、より好ましくは550nm以下の光を吸収するものが望ましい。
第1発光部である緑色発光部106は、青色光源108が発する青色光により励起されて、この青色光よりも長波長の緑色発光領域の成分を含む緑色光を発しうる少なくとも1種の発光物質(緑色発光体)を含んで形成されている。
通常、緑色発光部106は基板104に形成された充填部(凹部)に上記の発光物質が充填されたものとして形成される。したがって、緑色発光部106の形状は、充填部の形状に応じた形状に形成される。緑色発光部106の形状に特に制限は無いが、通常は、例えば図6に示すようなカップ状にすれば、光の出射方向に指向性をもたせることができ、バックライトユニット101の発光効率を高めることができるため、好ましい。
緑色発光部106では、青色光源108から発せられた青色光を受光し、これにより、受光した青色光を励起光として発光物質が発光する。発光した光(緑色光)はバックライトユニット101が放出する白色光の一成分として像形成ユニット103へ向けて放出される。
通常、緑色発光部106と同様に、赤色発光部107も基板104に形成された充填部(凹部)に上記の発光物質が充填されたものとして形成される。したがって、赤色発光部107の形状も、充填部の形状に応じて形状に形成される。赤色発光部107の形状にも特に制限は無いが、通常は、緑色発光部106と同様にカップ状とすることが好ましい。
赤色発光部107では、青色光源108から発せられた青色光を受光し、これにより、受光した青色光を励起光として発光物質が発光する。発光した光(赤色光)は、バックライトユニット101が放出する白色光の一成分として像形成ユニット103へ向けて放出される。
従来、青色光、緑色光及び赤色光のすべてを同時に用いることなく白色光を合成するようにしていた場合には、色再現性が十分でなかった。また、青色光、緑色光及び赤色光のすべてを同時に用いていた場合でも、発光部105を緑色発光部106と赤色発光部107とに分けることなく緑色光を発する発光物質と赤色光を発する発光物質とを用いて白色光を合成していた場合には、緑色光の一部が赤色を発する発光物質に吸収され、消費されていた。これは、同一の発光部に緑色光を発する発光物質と赤色光を発する発光物質とを混合・分散して用いた場合も、特許文献1のように緑色光を発する発光物質と赤色光を発する発光物質とを別の発光部に分けて用いた場合でも同様であった。このため、バックライトユニット101の外に放出されるはずであった緑色光の強度が低下し、バックライトユニット101から放出される白色光の光束が減少して、発光効率が低下していた。さらに、緑色光が赤色光を発する発光物質に吸収され、赤色光がより強くなることで、バックライトユニット101から放出される白色光の成分のバランスがばらつき、表示装置の色再現性を低下させていた。
また、赤色発光部107が緑色光を吸収して光を発することを抑制することができるため、バックライトユニット101から放出される白色光の成分のばらつきを小さくしてバックライトユニット101の演色性を高めることもできる。その結果、表示装置の演色性及び色再現性を改善することもできる。
さらに、発光部105の数を増やす場合に、各発光部105の配置も任意である。ただし、各発光部105間の距離を均等にした方が像形成ユニット103を均一に照らせるため、図5に示すように、各発光部105を、正三角形が連続した図形(図5の破線参照)の各三角形の頂点に位置するように配設することが好ましい。
例えば、緑色発光部106に設けられた青色光源108に供給する電力の電流値と、赤色発光部107に設けられた青色光源108に供給する電力の電流値との比率を調整し、これにより青色光、緑色光及び赤色光それぞれの強さのバランスを調整して、目的とする白色光を放出できるようにしても良い。
さらに、緑色発光部106及び赤色発光部107それぞれに含まれる発光物質の量の比率を調整して、青色光、緑色光及び赤色光それぞれの強さのバランスを調整し、これにより目的とする白色光を放出できるようにしても良い。
また、上記長波長光(青色光及び赤色光を合成した光)は、短波長光の色度座標に対して、目的とする白色光の色度座標を基準として反対の座標になるように、その色度座標を決めればよい。
第1発光部である緑色発光部106は励起光を吸収して緑色光を発する発光物質を有する。また、第2発光部である赤色発光部107は、励起光を吸収して赤色光を発する発光物質を有する。さらに、緑色発光部106及び赤色発光部107では、通常は、それぞれの発光物質をバインダによって基板104に保持するようにしている。
発光物質は、公知のものを適宜選択して用いることができる。発光自体は、蛍光、りん光など、どのようなメカニズムにより発光が行なわれるものでも制限は無い。また、緑色発光部106及び赤色発光部107のそれぞれにおいて、発光物質は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用することができる。ただし、緑色発光部106及び赤色発光部107それぞれに用いる発光物質は、目的とする白色光の色度座標に応じて適切なものを選択するようにすることが好ましい。
さらに、赤色発光部107には、赤色光を発する発光物質、バインダ、及びその他の成分に加え、緑色光を発する発光物質が混合していてもよい。ただし、より大きい光束をえるためには、赤色発光部107に含まれる緑色光を発する発光物質の濃度は小さいことが好ましく、赤色発光部107に緑色光を発する発光物質が含まれていないことがより好ましい。
上記のように、緑色発光部106及び赤色発光部107は、発光物質の他、バインダを含有することがある。バインダは、上述した発光装置の場合と同様に、通常、粉末状や粒子状の発光物質をまとめたり、基板104に添着させたりするために用いる。バックライトユニット101に用いるバインダについて制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。
また、バインダとして樹脂を用いる場合、その樹脂の粘度は任意であるが、使用する発光物質の粒径と比重、特に、表面積当たりの比重に応じて、適当な粘度を有するバインダを用いることが望ましい。例えば、上述した発光装置の場合と同様、エポキシ樹脂をバインダに使用するときに、発光物質粒子の粒径が2μm〜5μm、その比重が2〜5である場合には、通常、1〜10Pasの粘度のエポキシ樹脂を用いると、発光物質粒子をよく分散させることができるため、好ましい。
なお、バインダは1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
緑色発光部106や赤色発光部107にバインダを用いる場合、発光物質とバインダとの比に制限は無いが、バインダに対する発光物質の比は、重量比で、通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、また、通常5以下、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下であることが望ましい。
また、発光物質にその他の成分を含有させ、発光物質並びに、適宜使用されるバインダ及びその他の成分で緑色発光部106及び赤色発光部107を形成しても良い。
その他の成分に特に制限は無く、公知の添加剤を任意に使用することができる。例えば、上述した発光装置と同様のものを用いることができる。
緑色発光部106及び赤色発光部107の作製方法に特に制限は無く、任意の方法により作製することができる。例えば、上述した発光装置における第1発光部及び第2発光部と同様にして作製することが可能である。
拡散板102は、バックライトユニット101から発せられた光を拡散させる部材である。この拡散板102は、図4に示すようにバックライトユニット101と像形成ユニット103との間に設けられていて、バックライトユニット101から放出された光は拡散板102の内部で拡散し、白色光となって像形成ユニット103へ放出されようになっている。
なお、本実施形態では、拡散板102として表裏面に凹凸が形成された、可視光に対して透明のシートを用いているものとする。
像形成ユニット103は、バックライトユニット101が放出する上記の白色光を背面側に照射されて、表面側に映像を形成する部材である。何らかの像を形成し、照射されたバックライトの少なくとも一部を透過させることができるものであれば他に制限はなく、任意の形状、寸法、材料等を有する公知の部材を用いることができる。
例えば、液晶ユニットの一例としては、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、透明電極が上記の順に重なった液晶層が、表裏に偏光フィルムを取り付けられたガラスセル等の容器に保持された構造のものが挙げられる。この場合、液晶ユニットでは透明電極に印加する電極によって液晶の分子配列を制御して像を形成するようになっているが、この際、上述したバックライトユニット101が背面から白色光(バックライト)によって液晶ユニットを照らすことにより、液晶ユニットに形成された像を液晶ユニットの表面側に明瞭に表示することができる。
なお、像形成ユニット103に形成される像は任意であり、文字であっても画像であっても良い。
本実施形態では像形成ユニット103として、表面に直接像を表示する液晶ユニットを用いているものとする。
本実施形態の表示装置は、以上のような構成を有しているので、使用時には、バックライトユニット101の青色光源108に、目的とする白色光を放出させることができるよう、配線109及び電極110を介して適切な電力を供給する。電力を供給された青色光源8は供給された電力の応じた強度の青色光を発し、その一部は白色光の一成分として拡散板102へと発せられ、他の一部は対応する緑色発光部106又は赤色発光部107中の発光物質に吸収される。
また、緑色光が赤色発光部107内の発光物質に吸収されないようにしたため、光束の低下を抑制することができ、これにより、バックライト発生のためのエネルギーが少なくてすむ。即ち、バックライトの発光効率を高めることが可能となる。
以上、詳細に説明したが、本発明の表示装置は上記の第3実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
例えば、緑色発光部106または赤色発光部107を、図8に示すような反射型に形成しても良い。即ち、図8の構成では、青色光源108は梁111によって基板104から離して設けられ、また、緑色発光部106及び赤色発光部107は基板4の凹部表面に塗布形成されている。また、配線109及び電極110は、青色電極108に電力を供給できるよう、基板104の表面及び梁111に設けられている。このほかは、図8の緑色発光部106及び赤色発光部107は、上記の第3実施形態と同様に構成されている。この場合、青色光源108から発せられた青色光の一部は白色光の一成分として像形成ユニット103に向けて発せられ、別の一部は緑色発光部106及び赤色発光部107に向けて発せられる。そして、凹部表面に形成された緑色発光部106及び赤色発光部107では青色光により励起されて緑色光及び赤色光を発し、これにより、バックライトユニット101が白色光を放出することができるようになっている。また、緑色発光部106及び赤色発光部107が互いに独立して設けられているため、緑色光が赤色発光部107内の発光物質に吸収されることはなく、したがって、緑色光の光束が低下することや、白色光の成分のバランスが乱れることを抑制することができる。なお、図8において図4〜図7と同様の符号で示す部位は、図4〜図7と同様のものを表わす。
表面実装タイプのフレームを用いた発光部105の具体的な構成を例示すると、例えば、図9に示すようなものが挙げられる。なお、図9は、表面実装タイプのフレームを用いた発光部105の構成の一例を模式的に示す断面図であり、図4〜図8と同様の符号で示す部位は、図4〜図8と同様のものを表わす。
フレーム112は、緑色発光部106から発せられる緑色光を透過させないようにすることのほか、形状、寸法、材料(放熱性、色、反射率に注意する点を含む)についても、上記第3実施形態で詳述した基板104と同様に形成することが好ましい。図9の構成では、発光部105は一対のフレーム112を備え、各フレーム112は、凹部を有するカップ状に形成され、凹部の底部とフレーム112の下部とを繋ぐように形成された配線113を備えているものとする。さらに、上記の一対のフレーム112内には、それぞれ配線113と接続した青色光源108が設けられていて、一方のフレーム112には緑色発光物質とバインダとが充填されて緑色発光部106が形成され、他方のフレーム112には赤色発光物質とバインダとが充填されて赤色発光部107が形成されているものとする。また、基板104にはスルーホール114が形成され、このスルーホール114には電極110が取り付けられているものとする。さらに、電極110には基板104の裏面に形成された配線109から電力を供給できるようになっていて、電極110とフレーム112の配線113とがハンダ115で接続されることで、青色電源108に電力を供給できるようになっている。なお、ハンダ115は青色光源108への電力の供給の他、緑色発光部106及び赤色発光部107を基板104に固定する機能、及び、緑色発光部106及び赤色発光部107で生じた熱を放熱させる機能も有しているものとする。
さらに、発光装置の説明において述べた構成と表示装置の説明において述べた構成とを組み合わせて実施したり、上述した各実施形態や変形例を組み合わせて実施することも可能である。
また、第3実施形態の構成を、青色、赤色、緑色以外の光を発する光源や発光物質によって実現してもよい。
さらに、上述した発光装置に第3発光部を設けたり、バックライトユニットに黄色発光部を設けたりすることにより、発光装置やバックライトユニットを、それぞれ発光部を3個以上備えるように構成してもよい。
(緑色発光部の作製)
緑色発光部から放出される、青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.25,0.35)となるように、緑色発光部を作製した。具体的には、以下のようにした。
図9に示したようなフレームであって、直径約2.5mm、深さ約0.9mmの凹部を有する表面実装タイプのフレームを使用し、フレームの凹部の底部に、青色光源として青色LED(Cree社製C460MB)を取り付け、基板の背面から青色光源に電力を供給できるようにした。また、青色光源を取り付けた凹部に、発光物質であるCa2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12と、バインダであるシリコン樹脂とを混ぜたペーストを充填して、緑色発光部を作製した。この際、発光物質とバインダとの混合比は重量比で約95:5とした。
赤色発光部から放出される、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.56,0.27)となるように、赤色発光部を作製した。具体的には、発光物質としてCa0.992AlSiEu0.008N2.85O0.15を用い、発光物質とバインダとの混合比を重量比で約98:2とした他は緑色発光部と同様にして赤色発光部を作製した。
緑色発光部及び赤色発光部それぞれの青色LEDに20mAの電流を供給して光を放出させ、緑色発光部及び赤色発光部から放出される光それぞれに対して、オーシャンオプティクス社製の分光器HR2000とLED用積分球とを用いて、発光スペクトル分布を測定した。この際、放出される光の色度座標がそれぞれ設定した色度座標となることを確認した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.2lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.27,0.39)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.45,0.22)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.3lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.28,0.42)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.42,0.21)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.3lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.30,0.47)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.38,0.18)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.3lmであった。
緑色光を発する発光物質としてCa2.94Ce0.06Sc2Si3O12を用い、青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.24,0.37)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.52,0.26)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.0lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.25,0.40)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例5と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.45,0.22)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.0lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.26,0.42)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例5と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.42,0.21)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
さらに、白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.0lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.25,0.35)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、赤色発光部の発光物質としてCa0.1984Sr0.7936Eu0.008AlSiN3を用い、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.51,0.29)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.3lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.27,0.39)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.43,0.24)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例8と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.3lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.28,0.42)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.40,0.22)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例8と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.4lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.30,0.47)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.36,0.20)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例8と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.4lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.24,0.36)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例5と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、赤色発光部の発光物質としてCa0.1984Sr0.7936Eu0.008AlSiN3を用い、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.48,0.27)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例1と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.1lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.26,0.42)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例5と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.42,0.24)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例12と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.1lmであった。
青色光と緑色光との合成光(短波長光)の色度座標が(x,y)=(0.27,0.45)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例5と同様にして、緑色発光部を作製した。
また、青色光と赤色光との合成光(長波長光)の色度座標が(x,y)=(0.40,0.22)となるように発光物質とバインダとの混合比を調整した他は、実施例12と同様にして、赤色発光部を作製した。
白色光の全光束は、青色LED1個当たり1.1lmであった。
以上から、緑色発光部と赤色発光部とを独立して設けた場合に、高い光束で白色光を放出させることができることが確認された。さらに、これらの白色光は青色、緑色及び赤色の光を含んでおり、したがって、上記のように互いに独立して形成された緑色発光部と赤色発光部とを備えたバックライトユニットを用いれば、発光効率が良く色再現性に優れた表示装置を得ることができる。
1A,11A 光出射面
2,12 フレーム
2A,12A 凹部
2B 差込部
3,13 青色LED(光源)
4,14 緑色発光部(第1発光部)
4A 第1出射面
5,15 赤色発光部(第2発光部)
5A 第2出射面
6 仕切板(遮光部)
16 仕切壁(遮光部)
7,17 銀ペースト
8,18 ワイヤ
19 梁
21 ディスプレイ
22 液晶表示部
23 導光板
24 発光装置
25 バックライトユニット
101 バックライトユニット
102 拡散板
103 像形成ユニット
104 基板
105 発光部
106 緑色発光部
107 赤色発光部
108 青色光源
109 配線
110 電極
111 梁
112 フレーム
113 配線
114 スルーホール
115 ハンダ
116 反射フィルム
117 導光板
Claims (14)
- 隣り合って開口する第1および第2のカップ状凹部が設けられたフレームと、
該第1のカップ状凹部内にある、第1光源および第1発光部と、
該第2のカップ状凹部内にある、第2光源および第2発光部と、
を備え、
該第1発光部は、該第1光源が発する光により励起されて該第1光源が発する光よりも長波長の成分を含む光を発しうる第1の発光物質を含有し、
該第2発光部は、該第2光源及び該第1の発光物質が発する光により励起されて該第1の発光物質が発する光よりも長波長の成分を含む光を発しうる第2の発光物質を含有し、
該第1のカップ状凹部と該第2のカップ状凹部とを区切る該フレームの壁部が、該第1発光部から発せられた光の該第2発光部への入射を防止し、かつ、該第1光源から発せられる光及び該第2光源から発せられる光を反射し、
該第1のカップ状凹部内の該第1の発光物質から発せられる光および該第1光源から発せられる光、ならびに該第2のカップ状凹部内の該第2の発光物質から発せられる光および該第2光源から発せられる光によって合成された白色光を放出する
ことを特徴とする、白色発光装置。 - 該第1光源及び該第2光源が発する光が青色光であり、該第1の発光物質が発する光が緑色光であり、該第2の発光物質が発する光が赤色光であることを特徴とする、請求項1記載の白色発光装置。
- 該第2発光部に第1の発光物質が含有され、かつ該第1発光部に第2の発光物質が含有されており、該第1発光部が発する光と該第2発光部が発する光とによって合成された白色光を放出することを特徴とする、請求項1又は2記載の白色発光装置。
- 該第1発光部が発する光と該第2発光部が発する光とで、前記2つの光の波長又は色度が異なることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の白色発光装置。
- 該壁部が、該第1の発光物質が発する光の少なくとも一部を反射することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の白色発光装置。
- 該壁部の表面の少なくとも一部が、白色または銀色の材料により形成されていることを特徴とする、請求項5記載の白色発光装置。
- 該壁部の表面の少なくとも一部が、ガラス繊維、アルミナ粉またはチタニア粉を含んだ射出成形用樹脂で形成されていることを特徴とする、請求項5又は6記載の白色発光装置。
- 該壁部の表面の少なくとも一部が、銀、白金またはアルミニウムでメッキ処理されていることを特徴とする、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の白色発光装置。
- 該第1発光部および第2発光部からそれぞれ発せられる光の強さのバランスを調整できるようにしたことを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の白色発光装置。
- 該第1光源に供給する電力の電流値と、該第2光源に供給する電力の電流値との比率を調整できるようにしたことを特徴とする、請求項9記載の白色発光装置。
- 該第1光源および第2光源をパルス駆動するとともに、該第1光源のパルス点灯時間と該第2光源のパルス点灯時間との比率を調整できるようにしたことを特徴とする、請求項9又は10記載の白色発光装置。
- 像形成ユニットに対して背面から光を照射するためのバックライトユニットであることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の白色発光装置。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の白色発光装置を用いた
ことを特徴とする、照明。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の白色発光装置を用いた
ことを特徴とする、表示装置。
Priority Applications (1)
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