JP5562070B2

JP5562070B2 - バックライトユニット

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Publication number: JP5562070B2
Application number: JP2010049378A
Authority: JP
Inventors: 美治近澤
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: TW201037233A; JP2010212237A; EP2226673A1; CN101825248A; KR20100100703A; EP2226673B1

Description

バックライトユニットが本明細書に記述される。このバックライトユニットは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の液晶パネルを背景照明するためにＬＣＤで使用することができる。

ＬＣパネルの他に通常のＬＣＤはバックライトユニットを使用し、このバックライトユニットは青みがかった白色光を光源から放射し、カラーフィルタを有する。このカラーフィルタは赤色フィルタ領域、緑色フィルタ領域、および青色フィルタ領域を有する。バックライトユニットはＬＣＤは、光の方向でバックライトユニットパネルの前面に配置されており、カラーフィルタはＬＣＤはバックライトユニットパネルと光源との間に配置されている。通常のＬＣＤにより青みがかった白色光を得るための１つの方法は、青色光を放射するダイオードを、青色光の一部を黄色光に変換する従来の変換素子との組合せで使用し、青色光と黄色光との混合によって白色光を得ることである。この方法の問題は、光がカラーフィルタを通過した後での青と緑での色純度が低いことである。これは緑色フィルタ領域と青色フィルタ領域のスペクトル分布がオーバラップしているためと、変換物質から到来する白色光のスペクトル分布が広いことによるものである。

I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), October 18, 1993, 2174 - 2176

本発明の課題は、色純度の改善されたバックライトユニットを提供することである。

この課題は、請求項１に記載のバックライトユニットによって解決される。

従属請求項は、本発明の有利な改善と構成に関連する。

１つの有利な実施例によれば、バックライトユニットは複数の半導体コンポーネントを備える光源を有し、各半導体コンポーネントが第１の色の光を放射する。さらにバックライトユニットは、前記第１の色を変化させないで通過させるための複数の透明領域と、前記第１の色の光を変換し、混合光を形成するための複数の変換領域とを有する。とりわけ混合光は、第１の色の光と変換された光からなる。さらにバックライトユニットは、複数の第１の色領域と、複数の第２の色領域と、複数の第３の色領域を備えるフィルタ素子を有する。ここで第２の色の光は第２の色領域で混合光から形成され、第３の色の光は第３の色領域で混合光から形成される。

通常のバックライトユニットは、光をバックライトユニットの全領域で変換し、したがって混合光をバックライトユニットエリア全体にわたり形成する。これに対して
本発明のバックライトユニットは、光を変換領域でだけ変換し、透明領域を通過した光は変換されない。したがってバックライトユニットは、第１の色の光によるエリアと、光の方向で変換素子面の後方にある混合光とによる照明エリアである。とりわけ第１の色の光により照明される変換素子面の後方のエリアと混合光により照明される変換素子面の後方のエリアとは別個のエリアである。

光源の半導体コンポーネントは半導体チップとすることができる。択一的に半導体コンポーネントは、ハウジングを備える半導体チップとすることができ、各半導体チップがハウジング内に配置されている。有利には光源は、共通の担体上に配置された複数の半導体コンポーネントを有する。

第１の色の光を形成するために、各半導体チップは有利にはアクティブ層を含む。このアクティブ層はこの場合、放射発生ｐｎ接合部であると理解されたい。もっとも単純な場合、このｐｎ接合部はｐ導電形半導体層とｎ導電形半導体層によって形成することができ、これらの層は相互の直接隣接している。有利には実際の放射発生層は例えばドープされた、またはドープされない量子層であり、ｐ導電形半導体層とｎ導電形半導体層層との間に形成される粒子層は単一量子井戸（ＳＱＷ）構造に形成することも、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）に形成することも、または量子細線または量子点構造に形成することもできる。

有利な構成によれば、半導体チップは薄膜技術によって形成される。この方法により形成された半導体チップは、次のフィーチャの少なくとも１つを特徴とする。
・放射発生エピタキシャル層シーケンスの（担体層に面した）第１の主エリアに反射層が適用されるか、または形成され、該反射層はエピタキシャル層シーケンスで生成された電磁放射の少なくとも一部を当該エピタキシャル層シーケンスに反射し、
・エピタキシャル層シーケンスは２０μｍ以下の層厚、有利には１０μｍの領域の層厚を有し、
・前記エピタキシャル層シーケンスは、少なくとも１つのエリアを備える少なくとも１つの半導体層を含み、前記エリアは、理想的に光を該エピタキシャル層シーケンスにほぼエルゴード分布させる混合構造を有し、すなわちこの混合構造は近似的にエルゴード的確率分散特性を有する。

薄膜発光ダイオードチップの基本原理は例えば非特許文献１に記載されており、その開示内容を本願の参照として取り入れる。

薄膜発光ダイオードチップはランベルト拡散面放射に良好に近似し、投影適用に適する。

有利な実施例によれば、変換素子が光の方向で光源の後方に配置されている。とりわけ光源と変換素子は別個の素子である。さらに変換素子は、半導体コンポーネント全体を覆う１つの単一素子とすることができる。

フィルタ素子は、光の方向で変換素子の後方に配置することができる。有利にはフィルタ素子は、変換素子全体を覆う１つの単一素子である。

有利な実施形態によれば、フィルタ素子の第１の色領域は、第１の色の光を変化させず通過させるため透明である。有利には変換素子の透明領域とフィルタ素子の第１の色領域とは一列に配置されている。したがって光源により放射され、変換素子の透明領域を通過した第１の色の光は、フィルタ素子の第１の色領域に直接達することができる。第１の色領域は第１の色の光に対して透明であることができるから、第１の色の光はフィルタ素子の第１の色領域を、変化されずに通過することができる。したがって変換素子の透明領域を通過し、フィルタ素子の第１の色領域を通過した光は、有利にはその色を変化していない。

有利な実施形態によれば、フィルタ素子の第２の色領域は、第２の色を混合光から形成するためのカラーフィルタを有する。有利には変換素子の変換領域とフィルタ素子の第２の色領域とは一列に配置されている。とりわけ変換素子の変換領域とフィルタ素子の第２の色領域は、光源により放射され、変換素子の変換領域で変換された光が、フィルタ素子の第２の色領域に直接到達することができるように配置されている。したがって変換素子の変換領域を通過し、フィルタ素子の第２の色領域を通過した光は有利には、その色を第１の色から混合色へ、そして第２の色へ変化している。

別の有利な実施形態によれば、フィルタ素子の第３の色領域は、第３の色を混合光から形成するためのカラーフィルタを有する。有利には変換素子の変換領域とフィルタ素子の第３の色領域とは一列に配置されている。とりわけ変換素子の変換領域とフィルタ素子の第３の色領域は、光源により放射され、変換素子の変換領域で変換された光が、フィルタ素子の第３の色領域に直接到達することができるように配置されている。したがって変換素子の変換領域を通過し、フィルタ素子の第３の色領域を通過した光は有利には、その色を第１の色から混合色へ、そして第３の色へ変化している。

有利な構成では、変換領域が燐光体を有する。燐光体は第１の色の光により励起される。燐光体によって第１の色の光が、少なくとも部分的に比較的波長の長い光に変換される。任意の形式の燐光体を使用することができ、例えば広帯域型の燐光体は緑から赤を放射する。例えば緑燐光体と赤燐光体とを組み合わせた多重燐光体を使用することもできる。有利には変換領域は、第２の色と第３の色に相当する波長で放射する燐光体を有する。結果として、変換領域から到来する光は、少なくとも第２の色と第３の色の光から混合される。さらに混合光は第１の色成分を有することができる。

例えば適切な燐光体はＹＡＧ：Ｃｅ粉末である。さらに適切な燐光体が特許文献１に記載されており、その開示内容を本願の参照として取り入れる。

有利な変形実施例によれば、第１の色の光は青色光である。青色光を発生するために、半導体コンポーネントは有利には窒化物ベースの混合半導体材料を含む。混合半導体材料はとりわけ成分Ａｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｎを有し、ここで０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、そしてｎ＋ｍ≦１である。

さらに混合光は有利には白色光である。とりわけ第２の色の光は赤色光であり、第３の色の光は緑色光である。したがって変換領域のために使用される燐光体は有利には赤色光と緑色光を放射する。

1つの有利な実施形態によれば、複数の半導体コンポーネントが規則的に1つの平面に配置されている。とりわけ複数の半導体コンポーネントは行と列のアレイを形成する。半導体コンポーネントは有利には各行と列内で等間隔である。

特別の構成によれば、変換素子の透明領域はストライプ状に形成されており、各ストライプは１×ｎ列に相当する。ここでｎは自然数である。このことは透明領域はそれぞれ１、２、３、...列の大きさを有することができることを意味する。有利には光源と変換素子は、半導体コンポーネントの１×ｎ列が、１×ｎ列の大きさを有するストライプ状の透明領域により覆われるように相互に配置されている。

さらに、フィルタ素子の第１の色領域をストライプ状に形成することができ、各ストライプは１×ｎ列に相当する。ここでｎは自然数である。このことは第１の色領域はそれぞれ１、２、３、...列の大きさを有することができることを意味する。有利にはストライプ状の第１の色領域は、光の方向で変換素子のストライプ状の透明領域の後方に配置されている。とりわけストライプ状の透明領域とストライプ状の第１の色領域は一列に配置されている。さらにストライプ状の第１の色領域とストライプ状の第１の透明領域は有利には同じ大きさを有する。したがって透明領域を通過する光の大部分は第１の色領域も通過する。

１つの有利な実施形態によれば、変換素子の変換領域はストライプ状に形成されており、各ストライプは２×ｎ列に相当する。ここでｎは自然数である。このことは、変換領域は有利には透明領域の２倍の大きさを有することを意味する。有利には光源と変換素子は、半導体コンポーネントの２×ｎ列が、２×ｎ列の大きさを有するストライプ状の変換領域により覆われるように相互に配置されている。

さらに、フィルタ素子の第２の色領域と第３の色領域をストライプ状に形成することができ、各ストライプは１×ｎ列に相当する。ここでｎは自然数である。とりわけ第２の色領域と第３の色領域は光の方向で変換領域の後方に配置されている。とりわけ第２の色領域と第３の色領域は、変換領域と一列に配置されている。１つの第２の色領域と１つの第３の色領域は有利にはともに、１つの変換領域と同じ大きさを有する。したがって変換領域を通過する光の大部分は第２の色領域と第３の色領域も通過する。

特定の構成によれば、変換素子とフィルタ素子は２つの別個のプレートである。例えば変換素子は１つのプレートと燐光体を有することができ、燐光体はプレートの変換領域を形成する領域に設けられているが、透明領域を形成する領域には設けられていない。さらにフィルタ素子は、透明領域とカラーフィルタの領域を備える１つのプレートを有することができる。ここで透明領域には第１の色領域が形成され、カラーフィルタの領域には第２の色領域と第３の色領域が形成される。

択一的実施形態によれば、変換素子とフィルタ素子は１つのプレートに組み込まれており、基板の対向する２つの側に配置されている。基板はガラスまたはプラスチック製の透明基板とすることができる。とりわけ変換素子の変換領域は、適切な燐光体を基板の片側に、変換領域を形成すべき領域に適用することによって形成される。一方、透明領域は燐光体を省略することによって形成される。さらにフィルタ素子の第２の色領域と第３の色領域は、カラーフィルタを基板の片側で変換素子に対向するように設けることによって形成される。一方、第１の色領域は基板の透明部分をそれぞれ残すことによって形成される。

別の実施形態によれば、変換素子とフィルタ素子は１つのプレートに組み込まれており、基板の同じ側に一方が他方の上になるよう配置されている。

１つの有利な変形実施形態によれば、複数の透明領域と複数の変換領域が交互に配置されている。

さらに複数の第１の色領域、第２の色領域および第３の色領域が交互に配置されている。

上記のバックライトユニットは有利には、ＬＣＤのＬＣパネルを背景照明するためのＬＣＤ内に使用することができる。これによって例えば従来のＬＣＤでの青色光と比較して、より良好でより明るい青色光がＬＣＤ上で得られる。従来のＬＣＤでは青色光が白色光からフィルタリングされるのではなく、直接形成される。

本発明のさらなるフューチャおよび利点が、図面に関連した以下の実施例の説明から明らかとなる。

本発明のバックライトユニットの実施例の概略斜視図である。

図に示されたバックライトユニット１０は、ＬＣＤ１００の一部として図示されている。バックライトユニット１０に加えて、ＬＣＤ１００はＬＣパネル２０を有する。ＬＣパネル２０は光の方向Ｄでバックライトユニット１０の後方に配置されており、したがってバックライトユニット１０により照明される。

バックライトユニット１０は、光源１、変化素子２およびフィルタ素子３を有する。変換素子２は光の方向Ｄで光源１の後方に配置されており、フィルタ素子３は光の方向Ｄで変換素子２の後方に配置されている。

光源１は複数の半導体コンポーネント４を有する。有利には半導体コンポーネント４は、窒化物ベースの混合半導体材料を含有する。混合半導体材料はとりわけ成分Ａｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｎを有し、ここで０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、そしてｎ＋ｍ≦１である。各半導体コンポーネント４は青色光を放射することができる。

有利には半導体コンポーネント４は１つの平面に規則的に配置されており、行と列のアレイを形成する。ここで１つの列にある半導体コンポーネント４は、１つの行にある半導体コンポーネント４と同様に間隔である。とりわけ半導体コンポーネント４は、共通の担体５の上に取り付けられている。

半導体コンポーネント４により放射された光は、光の方向Ｄで変換素子２に入射する。変換素子２は複数の透明領域２ａと複数の変換領域２ｂを有する。半導体コンポーネント４により放射された光は透明領域２を変化せずに通過することができる。これは波長が実質的に変化しないことを意味する。しかし変換領域２１を通過する光は変換され、波長が比較的に長い方向にシフトされる。とりわけ変換領域２ｂにより放射される混合光は白色光とすることができる。

図示の実施例によれば、１つの変換領域２ｂが２つの透明領域２ａの間にそれぞれ配置されている。領域２ａ、２ｂの形状は、行と列に配置された半導体コンポーネント４の配列に適合されている。とりわけ、領域２ａ、２ｂはストライプ状に形成されている。ここでストライプ状に形成された透明領域２ａはそれぞれ１×ｎ列に相当し、ストライプ状に形成された変換領域２ｂはそれぞれ２×ｎ列に相当する。ｎは自然数である。したがって変換領域２ｂは有利には、透明領域２ａの２倍の大きさである。その理由は、変換領域２ｂが２つの色、すなわち第２の色と第３の色の光を発生するために設けられているからである。一方、透明領域２ａは１つの色、すなわち第１の色の光を発生するために設けられている。

択一的に透明領域２ａと変換領域２ｂの配列を、半導体コンポーネント４の列に適合させるのではなく行に適合させることもできる。

変換素子２により放射された光は、光の方向Ｄでフィルタ素子３に入射する。フィルタ素子３は、複数の第１の色領域３ａ、複数の第２の色領域３ｂおよび複数の第３の色領域３ｃを有する。有利には第１の色領域３ａは透明であり、したがって透明領域２ａにより放射された光は第１の色領域３ａを変化せずに通過することができる。これは波長が実質的に変化しないことを意味する。透明領域２ａと第１の色領域３ａを通過する光は有利には青色光である。

さらに第２の色領域３ｂと第３の色領域３ｃはそれぞれカラーフィルタを含み、これにより第２の色領域３ｂを通過する混合光はフィルタリングされ、その後に第２の色に相当する波長を有する。一方、第３の色領域３ｂを通過する混合光はフィルタリングされ、その後に第３の色に相当する波長を有する。とりわけ第２の色の光は赤色光であり、第３の色の光は緑色光である。

領域３ａ、３ｂ、３ｃは、１つの第１の色領域３ａが１つの第２の色領域３ｂの次に、そして１つの第２の色領域３ｂが１つの第３の色領域３ｃの次に配置されるよう、交互に配置されている。

領域３ａ、３ｂ、３ｃの形状は、領域２ａ、２ｂの形状に適合されている。とりわけ領域３ａ、３ｂ、３ｃは、１×ｎ列に相当するストライプ状に形成されている。ここでｎは自然数である。したがい１つの第２の色領域３ｂと１つの第３の色領域３ｃとを合わせた大きさが、１つの変換領域２ｂの大きさに相当する。
透明領域２ａと変換領域２ｂが半導体コンポーネント４の行にしたがい配列されている場合、領域３ａ、３ｂ、３ｃも相応に配列される。

図に示された実施例によれば、変換素子２とフィルタ素子３は別個の素子である。

フィルタ素子３により放射された光は、光の方向ＤでＬＣパネル２０に入射する。ＬＣパネル２０は、どのピクセルが照明されるかをコントロールする。ここでピクセルの色はバックライトユニット１０，とりわけフィルタ素子３により影響を受ける。

図と関連して論議したＬＣＤ１００は、通常のＬＣＤよりも良好で明るい青色を有する。カラーフィルタのコストが、カラーフィルタがフィルタ素子３の第２の色領域３ｂと第３の色領域３ｃにだけ使用され、第１の色領域３ａでは使用されないので低減される。さらに変換素子２に使用される燐光体の容積も低減することができる。なぜなら変換は変換領域２ｂでだけ行われ、透明領域２ａでは行われないからである。

本発明は実施例に基づいた説明に制限されるものではない。むしろ本発明は、とりわけ特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを有する新たな特徴およびそれら特徴の任意の組み合わせを、これら特徴またはその組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例に明示的に開示されていなくても、包含するものである。

本特許出願は、欧州特許公開公報09154529.3の優先権を主張するものであり、その開示内容を参照として取り入れる。

Claims

光源（１）と、変換素子（２）と、フィルタ素子（３）とを有するバックライトユニット（１０）であって、
・前記光源（１）は複数の半導体コンポーネント（４）を備え、各半導体コンポーネント（４）は第１の色の光を放射し、
・前記変換素子（２）は、前記第１の色の光を変化させないで通過させるための複数の透明領域（２ａ）と、前記第１の色の光を変換し、混合光を形成するための複数の変換領域（２ｂ）とを有し、
・前記フィルタ素子（３）は、複数の第１の色領域（３ａ）、複数の第２の色領域（３ｂ）および複数の第３の色領域（３ｃ）を有し、当該すべての色領域（３ａ，３ｂ，３ｃ）はストライプ状に形成されており、
第２の色の光が、前記混合光から、前記第２の色領域（３ｂ）で形成され、第３の色の光が、前記混合光から、前記第３の色領域（３ｃ）で形成される、バックライトユニットにおいて、
前記複数の半導体コンポーネント（４）は、１つの平面に行と列のアレイを形成するよう配列されており、
前記変換素子（２）の前記変換領域（２ｂ）はストライプ状に形成されており、各ストライプは２×ｎ列に相当し、ここでｎは自然数であり、
前記フィルタ素子（３）の前記第２の色領域（３ｂ）と前記第３の色領域（３ｃ）の各ストライプは１×ｎ列に相当し、ここでｎは自然数であり、
前記第２の色領域（３ｂ）と前記第３の色領域（３ｃ）とは、光の方向（Ｄ）において、前記変換素子（２）の前記ストライプ状の変換領域（２ｂ）の後方に配置されている、バックライトユニット。
請求項１記載のバックライトユニット（１０）において、
前記フィルタ素子（３）の前記第１の色領域（３ａ）は、前記第１の色の光を変化させず通過させるため透明である、バックライトユニット。
請求項１または２記載のバックライトユニット（１０）において、
前記フィルタ素子（３）の前記第２の色領域（３ｂ）は、前記第２の色を、前記混合光から形成するためのカラーフィルタを有する、バックライトユニット。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記フィルタ素子（３）の前記第３の色領域（３ｃ）は、前記第３の色を、前記混合光から形成するためのカラーフィルタを有する、バックライトユニット。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換領域（２ｂ）は、前記第２の色と前記第３の色に相当する波長で放射する燐光体を有する、バックライトユニット。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換素子（２）は、光の方向（Ｄ）において、前記光源（１）の後方に配置されており、前記フィルタ素子（３）は、光の方向（Ｄ）において、前記変換素子（２）の後方に配置されている、バックライトユニット。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換素子（２）の透明領域（２ａ）はストライプ状に形成されており、各ストライプは１×ｎ列に相当し、ここでｎは自然数である、バックライトユニット。
請求項７記載のバックライトユニット（１０）において、
前記フィルタ素子（３）の前記第１の色領域（３ａ）の各ストライプは１×ｎ列に相当し、ここでｎは自然数であり、
前記第１の色領域（３ａ）は、光の方向（Ｄ）において、前記変換素子（２）のストライプ状の透明領域（２ａ）の後方に配置されている、バックライトユニット。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換素子（２）と前記フィルタ素子（３）は２つの別個のプレートである、バックライトユニット。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換素子（２）と前記フィルタ素子（３）は１つのプレートに組み込まれており、基板の対向する２つの側に配置されている、バックライトユニット。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記変換素子（２）と前記フィルタ素子（３）は１つのプレートに組み込まれており、基板の同じ側に一方が他方の上になるよう配置されている、バックライトユニット。
請求項１乃至１１いずれか１項に記載のバックライトユニット（１０）において、
前記第１の色の光は青色光であり、前記混合光は白色光である、バックライトユニット。