JP6662256B2

JP6662256B2 - 発光装置の製造方法及び選別方法

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Publication number: JP6662256B2
Application number: JP2016181099A
Authority: JP
Inventors: 星太郎赤川; 俊幸橋本; 健太郎西垣
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2018022860A

Description

本開示は、発光装置の製造方法及び選別方法に関する。

液晶のバックライト用光源として、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が利用されるようになっている。ＬＥＤを用いたバックライトは、長寿命、低消費電力で応答速度に優れ、薄型化しやすい等の利点があり広く普及している。

このようなＬＥＤを用いたバックライト用光源としては、青色ＬＥＤダイスと、その青色光を吸収して異なる波長に変換する波長変換部材（蛍光体）を用いた白色ＬＥＤなどが用いられる。これら白色ＬＥＤからの光を、液晶側に設けたＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタを介することで、カラー表示が可能な液晶表示装置とすることができる。

白色ＬＥＤは、使用する青色ＬＥＤダイスの発光波長のばらつきや蛍光体の量や組成等によってその色度にばらつきが生じることが知られている。そのため、バックライト用光源として用いられる白色ＬＥＤは、１９３１ＣＩＥ色度図上において色度のランク分けが行われ、所望の色度ランク内の白色ＬＥＤが用いられている（特許文献１参照）。

特開２０１３−５０４８７６号公報

しかし、同じ色度ランクの白色ＬＥＤであっても、その発光スペクトルが異なるものが混在している結果、カラーフィルタ透過後の色度にばらつきが生じる。一例として、ピーク波長が４４０ｎｍ、４４５ｎｍ、４５０ｎｍ、４５５ｎｍの４種類の青色ＬＥＤダイスと、この青色ＬＥＤダイスを励起光源として黄色の蛍光を発する蛍光とを組み合わせた白色ＬＥＤを用いる。これら４つのスペクトルから得られる色度点を、図１に示す色度図上で表すと、４つの白色ＬＥＤの色度は、図の左下に示す（ｘ、ｙ）＝（０．２８１，０．２４６）の略一点に重ねることができる。図１においては（０．２８１，０．２４６）の位置に■のみが表示されているように見えるが、４４０ｎｍ、４４５ｎｍ、４５０ｎｍ、４５５ｎｍの４点が位置する。また、カラーフィルタ透過後の各白色ＬＥＤのスペクトルから得られる４つの色度点を、図１に示す色度図上に表すと、図中の右上に示す４点のように、色度がそれぞれ全く異なる位置に表される。このように、カラーフィルタ透過後の色度が所定の色度範囲に位置しない可能性がある。

本開示の実施形態は、液晶表示板でカラー表示される表示内容の色度が所定の色度範囲となる発光装置の製造方法及び選別方法を提供する。

本開示の発光装置の色度ランク決め方法は、液晶表示板でカラー表示される表示内容の色度が所定の色度範囲となるための発光装置の色度ランク決め方法であって、色度ランクを示す領域は、１９３１ＣＩＥ色度図上における４つの規定点である第１の点、第２の点、第３の点、第４の点で囲まれた領域であり、４つの規定点のうち、ｘ方向に最も離間している前記第１の点と第３の点が幅が０．０２２以下であり、ｙ方向に最も離間している前記第２の点と第４の点が幅Ｗ２が０．００８６以下であり、前記ｘ方向に最も離間する２点のｘ方向の幅に対するｙ方向に最も離間する２点のｙ方向の幅の比率が０．５以下であり、色度ランクで分類される発光装置は、青色発光素子と、緑色発光素子と、赤色発光素子又は赤色蛍光体とを備え、青色発光素子の発光ピーク波長が４４７〜４５２ｎｍであり、緑色発光素子の発光ピーク波長が５２０〜５４１ｎｍであり、赤色発光素子又は赤色蛍光体の発光ピーク波長が６３０〜６３２ｎｍである。

本開示の実施形態によれば、液晶表示板でカラー表示される表示内容の色度が所定の色度範囲となる発光装置の色度ランク決め方法を提供することができる。

従来の液晶表示装置の白色ＬＥＤの色度とカラーフィルタ透過後の色度のシフトを示す図である。本開示の一実施形態に係る発光装置を分類するための色度ランクを示す図である。本開示の一実施形態に係る発光装置を分類するための色度ランクを示す図である。本開示の一実施形態に係る発光装置１００Ａを示す模式断面図である。本開示の一実施形態に係る発光装置１００Ｂを示す模式上面図である。本開示の一実施形態に係る発光装置１００Ｃを示す模式上面図である。本開示の一実施形態に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本開示の技術思想を具体化するためのものであり、本開示の技術的範囲を限定することを意図したものではないことに留意されたい。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある点も留意されたい。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳＺ８１１０に従う。

図２は、１９３１ＣＩＥ色度図上における本開示の色度ランク１０を示す図である。液晶バックライトユニット１０００の光源として用いられる発光装置１００は、その色度が色度ランク１０に位置する。図２で示すように、色度ランク１０を示す領域は、第１の点１１、第２の点１２、第３の点１３、および第４の点１４で規定される規定点で囲まれた領域となる。図２で示す色度ランク１０では、例えば、第１の点１１のｘ、ｙ座標が０．２５５、０．２２２７であり、第２の点１２のｘ、ｙの座標が０．２６０７、０．２２７３であり、第３の点１３のｘ、ｙの座標が０．２７７、０．２２３３であり、第４の点１４のｘ、ｙ座標が０．２７１３、０．２１８７である。なお、第１の点１１〜第４の点１４のｘ、ｙ座標は、特に限定されず、使用する発光素子の波長や蛍光体の種類等によって定められる。

第１の点１１〜第４の点１４のうち、ｘ方向に最も離間する２点のｘ方向の幅Ｗ１に対するｙ方向に最も離間する２点のｙ方向の幅Ｗ２が０．５以下である。好ましくは、幅Ｗ１に対する幅Ｗ２は０．４以下である。これにより、色度ランク１０を示す領域は、ｙ方向よりもｘ方向に長い形状となる。色度ランクを示す領域がｘ方向に比べてｙ方向に長い形状である場合、その色度ランク内に位置する複数の発光装置のカラーフィルタ透過後の色度は、ｙ方向のばらつきが大きくなる。カラーフィルタ透過後のｙ方向のばらつきが大きくなると、緑のカラーフィルタを調節して輝度調節をする作業が必要になる。特に、カラーフィルタ透過後の色度のｙ値が高い場合、緑のカラーフィルタの透過率を下げて調節することになり、輝度の高い発光装置を用いたとしてもその性能を十分に発揮できないことがある。それに対して、本開示の色度ランク１０のように、色度ランクを示す領域がｙ方向に短い形状（ｘ方向に細長い形状）である場合は、カラーフィルタ透過後の色度のｙ方向のばらつきを抑制することができるので、カラーフィルタの調整等の作業をする必要がない。図２に示す色度ランク１０では、第１の点１１と第３の点１３がｘ方向に最も離間し幅Ｗ１は０．０２２であり、第２の点１２と第４の点１４がｙ方向に最も離間し幅Ｗ２は０．００８６であり、幅Ｗ１に対する幅Ｗ２は０．３９となっている。

次に、図２に示す色度ランク１０内に位置する発光装置１００のカラーフィルタ透過後の色度を図３に示す。図３で示すように、カラーフィルタ透過後の色度の分布Ｐはｘ方向に延伸するように分布しており、ｘ方向のばらつきに比べてｙ方向のばらつきが抑えられている。図３では、カラーフィルタ透過後のばらつきは０．０１０６となっている。
カラーフィルタ透過後の色度のｙ方向のばらつきは、１９３１ＣＩＥ色度図上において０．０１５以下であることが好ましい。カラーフィルタ透過後の色度のｙ方向のばらつきがこの範囲にあることで、人間の目では同一の輝度と感じる範囲に収めることができ、カラーフィルタの輝度調整等の作業が必要なくなる。

次に、本開示の色度ランク１０内に歩留り良く色度を収めることができる発光装置１００の説明をする。

発光装置１００は、青色発光素子１と、緑色発光素子２と、赤色発光素子３又は赤色蛍光体４とを備える。青色発光素子１の発光ピーク波長は４４７〜４５２ｎｍであり、緑色発光素子２の発光ピーク波長は５２０〜５４１ｎｍであり、赤色発光素子３又は赤色蛍光体４の発光ピーク波長は６３０〜６３２ｎｍである。また、別の実施形態では、赤色発光素子３を用いる場合は、発光ピーク波長が６３０〜６６０ｎｍから選択される最も波長が長いものと、最も波長が短いものとの差が５ｎｍの範囲にある赤色発光素子を用いることができる。例えば、赤色発光素子３として、発光ピーク波長が６５５〜６６０ｎｍの赤色発光素子を用いることができる。このような赤色発光素子３を用いることで、色再現性の良い発光装置１００を提供することができる。
緑色発光素子２は、カラーフィルタの透過スペクトルに合わせて半値幅が４０ｎｍ以下の発光素子を用いることが好ましく、半値幅が３０ｎｍ以下である発光素子を用いることがより好ましい。このような緑色発光素子２を用いた液晶バックライトユニット１０００は、緑成分の純度が高くなり高い色再現性を達成することができる。

図４Ａは、青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色蛍光体４を備える発光装置１００Ａを示す。図４Ａでは、赤色蛍光体４を含む透光性部材５が、青色発光素子１と緑色発光素子２とを覆っている。また、透光性部材５は、その少なくとも一部が青色発光素子１および緑色発光素子２の間に位置するように配置されている。なお、赤色蛍光体４として、緑色発光素子２によって励起されにくい赤色蛍光体を用いる場合、青色発光素子１の周囲の赤色蛍光体４の含有密度（分布密度）を緑色発光素子２の周囲の赤色蛍光体４の含有密度よりも大きくしてよい。これにより、緑色発光素子２から出射される光が赤色蛍光体４に阻害される割合が低減し、効率よく光が取り出される。透光性部材５に含有される赤色蛍光体４の含有率は３０〜８０重量％であることが好ましい。また、赤色蛍光体４として、紫外の発光素子で効率的に励起される赤色蛍光体を用いる場合、発光装置１００Ａはさらに紫外の発光素子を備えてもよい。

図４Ｂは、青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色発光素子３を備える発光装置１００Ｂを示す。青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色発光素子３は直列に接続される。

図４Ｃで示す発光装置１００Ｃは、２つの青色発光素子１と、緑色発光素子２と、赤色蛍光体４とを備える。２つの青色発光素子１と緑色発光素子２とは直列に接続される。発光装置１００Ｃでは、同色の光を発光する２つの発光素子の間に、２つの発光素子と異なる色の光を発光する発光素子が配置される。図４Ｃでは、２つの青色発光素子１の間に、緑色発光素子２が配置される。これにより、各発光素子の出射光と蛍光体の励起光との優れた混色性を実現するこがことができ、発光装置の色ムラを抑制することができる。

青色発光素子１の光出力に対する緑色発光素子２の光出力の比は、０．３以上０．７以下であることが好ましい。これにより、優れた色再現性を得ることができる。なお、青色発光素子１の光出力と、緑色発光素子２の光出力は同じであってもよい。
本明細書における「光出力」とは、ＪＩＳＺ８１１３の放射束のことである。また、発光素子の光出力の比は、分光光度計により発光スペクトルを測定し、青色発光素子と緑発光素子の発光スペクトルの積分値の比から算出することができる。発光素子の光出力は、発光素子の発光ピーク波長、発光素子の平面積、又は発光素子が有する半導体積層体の種類等によって決まる。

従来は、青色発光素子１および緑色発光素子２を発光ピーク波長で選別した後、所望の色度の発光装置を得るために、青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色蛍光体４のそれぞれが波長範囲が広い中から選択されていた。しかし、この方法では、同じ色度の発光装置であっても、その発光スペクトルが異なるものが混在することになる。その結果、同じ色度の発光装置を用いたとしても、カラーフィルタ透過後の最終的に得られる光の色度が異なることになる。特に、使用する青色発光素子の発光ピーク波長のばらつきの範囲が１０ｎｍ以上である場合は、カラーフィルタの青色光の透過率が大きく異なり、カラーフィルタ後の色度のシフト量が大きくなる。

そこで、本開示の発光装置１００では、青色発光素子１の発光ピーク波長と、赤色発光素子３又は赤色蛍光体４の発光ピーク波長の波長範囲を狭く限定した状態で、発光ピーク波長がそれよりも広い範囲にある緑色発光素子２を組み合わせて製造される。具体的には、青色発光素子１は発光ピーク波長が４４７〜４５２ｎｍの範囲の発光素子を用い、赤色発光素子３または赤色蛍光体４は発光ピーク波長が６３０〜６３２ｎｍのものを用いたときに、緑色発光素子２として発光ピーク波長がは発光ピーク波長が５２０〜５４１ｎｍの範囲の発光素子を用いる。これにより、図３で示すように、カラーフィルタ透過後の色度が所定の色度範囲とすることができる。

発光装置１００の色度は、発光装置１００の発光スペクトルとｘ軸で囲まれる領域のうち青成分の領域Ｂと緑成分の領域Ｇと赤成分の領域Ｒの面積比によって決められる。つまり、青成分、緑成分および赤成分の発光ピーク波長が同じであっても、各発光素子の光出力を変えることで、各色のバランスが変わり白色の色度を変えることができる。発光装置１００では、緑成分の領域Ｇの面積を調整することで、白色の色度を、ｙ方向のシフト量を抑制した状態でｘ方向に変えることができるので、ｘ方向に延伸する色度ランク１０に収めやすくすることができる。緑成分の領域Ｇの面積を調整する方法としては、緑色発光素子２の光出力を調整することが挙げられる。これにより、光出力のばらつきが大きい緑色発光素子２を用いることができるので、緑色発光素子２の歩留りを良くすることができる。図５は発光装置１００の発光スペクトルを示す図であり、一例として、４９０ｎｍ未満の範囲を青成分の領域Ｂとし、４９０ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の範囲を緑成分の領域Ｇとし、５７０ｎｍ以上の範囲を赤成分の領域Ｒとしているが、各領域の区分はこれに限られない。好ましくは、青成分の領域Ｂの面積が１００であり、赤成分の領域Ｒが６０〜８０であるときに、緑成分の領域Ｇの面積は５５〜７０である。

青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色発光素子３は発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体素子であってよい。各発光素子に用いる半導体として、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色発光素子３の平面形状は、正方形や長方形だけでなく、三角形や六角形の形状であってよい。また、青色発光素子１、緑色発光素子２および赤色発光素子３はそれぞれ複数あってもよい。

赤色蛍光体４は、青色発光素子１の光により励起される蛍光体が選択され、緑色発光素子２の緑色光を吸収して赤色光を発光することがほとんどないことが好ましい。すなわち、赤色蛍光体４は緑色光を赤色光に実質的に変換しないことが好ましい。そして、赤色蛍光体４の緑色光に対する反射率は、緑色光の波長の範囲で平均して７０％以上であることが好ましい。赤色蛍光体４を緑色光に対する反射率が高い、すなわち、緑色光を吸収することが少ない蛍光体、すなわち緑色光を波長変換することが少ない蛍光体とすることにより、発光装置の設計を容易にすることができる。
緑色光の吸収が大きい赤色蛍光体を使うと、青色発光素子１だけでなく、緑色発光素子２についても赤色蛍光体４による波長変換を考慮して発光装置の出力バランスを検討しなければない。一方、緑色光をほとんど波長変換しない赤色蛍光体４を用いると、青色発光素子１の発光する青色の波長変換のみを考慮するだけで発光装置の出力バランスを設計することができる。

このような好ましい赤色蛍光体４として以下の蛍光体を挙げることができる。赤色蛍光体４はこれらの少なくとも１つ以上の蛍光体を用いることができる。
第１の種類は、その組成が以下の一般式（Ｉ）で示される赤色蛍光体である。

Ａ₂ＭＦ₆：Ｍｎ⁴⁺ （Ｉ）

ただし、上記一般式（Ｉ）中、Ａは、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ及びＮＨ⁴⁺からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。

第４族元素はチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）である。第１４族元素は、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）及び鉛（Ｐｂ）である。
第１の種類の赤色蛍光体の具体例として、Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺、Ｋ₂（Ｓｉ,Ｇｅ）Ｆ₆：Ｍｎ⁴⁺、Ｋ₂ＴｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺を挙げることができる。

以上、本発明に係る発光装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１０００液晶バックライトユニット
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ発光装置
１０色度ランク
１青色発光素子
２緑色発光素子
３赤色発光素子
４赤色蛍光体
５透光性部材
１１第１の点
１２第２の点
１３第３の点
１４第４の点
Ｂ、Ｇ、Ｒ領域
Ｐカラーフィルタ透過後の色度の分布

Claims

発光ピーク波長が４４７〜４５２ｎｍである青色発光素子と、発光ピーク波長が５２０〜５４１ｎｍである緑色発光素子と、発光ピーク波長が６３０〜６３２ｎｍである赤色発光素子又は赤色蛍光体と、を備える発光装置を準備する工程と、
前記発光装置の色度を測定する工程と、
前記発光装置を所定の色度ごとに色度ランクに従い選別する選別工程と、を含み、
前記色度ランクは、１９３１ＣＩＥ色度図上における四角形状を規定する４つの規定点である、
該四角形状の左下に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ１、ｙ１）を有する第１の点、
該四角形状の左上に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ２、ｙ２）を有する第２の点、
該四角形状の右上に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ３、ｙ３）を有する第３の点、
該四角形状の右下に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ４、ｙ４）を有する第４の点で囲まれた領域であって、
前記４つの規定点で囲まれた領域は、
ｘ方向に最も離間している前記第１の点と第３の点の、ｘ方向における幅Ｗ１（ｘ３−ｘ１）が、０．０２２以下であり、
ｙ方向に最も離間している前記第２の点と第４の点の、ｙ方向における幅Ｗ２（ｙ４−ｙ２）が、０．００８６以下であり、
ｘ方向に最も離間する２点のｘ方向の幅Ｗ１に対するｙ方向に最も離間する２点のｙ方向の幅Ｗ２の比率が０．５以下である、発光装置の製造方法。
前記色度ランクを示す領域の前記４つの規定点は、第１の点のｘ、ｙ座標が０．２５５、０．２２２７であり、第２の点のｘ、ｙの座標が０．２６０７、０．２２７３であり、第３の点のｘ、ｙの座標が０．２７７、０．２２３３であり、第４の点のｘ、ｙ座標が０．２７１３、０．２１８７である、請求項１に記載の発光装置の製造方法。
青色発光素子と、緑色発光素子と、赤色発光素子又は赤色蛍光体と、を備える発光装置を選別する方法であって、
発光ピーク波長が４４７〜４５２ｎｍである青色発光素子と、発光ピーク波長が５２０〜５４１ｎｍである緑色発光素子と、発光ピーク波長が６３０〜６３２ｎｍである赤色発光素子又は赤色蛍光体と、を備える発光装置を準備する工程と、
前記発光装置の色度を測定する工程と、
前記発光装置を所定の色度ごとに色度ランクに従い選別する選別工程と、を含み、
前記色度ランクは、１９３１ＣＩＥ色度図上における四角形状を規定する４つの規定点である、
該四角形状の左下に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ１、ｙ１）を有する第１の点、
該四角形状の左上に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ２、ｙ２）を有する第２の点、
該四角形状の右上に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ３、ｙ３）を有する第３の点、
該四角形状の右下に位置し、１９３１ＣＩＥ色度図上の座標（ｘ４、ｙ４）を有する第４の点で囲まれた領域であって、
前記４つの規定点で囲まれた領域は、
ｘ方向に最も離間している前記第１の点と第３の点の、ｘ方向の幅Ｗ１（ｘ３−ｘ１）が、０．０２２以下であり、
ｙ方向に最も離間している前記第２の点と第４の点の、ｙ方向の幅Ｗ２（ｙ４−ｙ２）が、０．００８６以下であり、
ｘ方向に最も離間する２点のｘ方向の幅Ｗ１に対するｙ方向に最も離間する２点のｙ方向の幅Ｗ２の比率が０．５以下である発光装置の選別方法。
前記色度ランクを示す領域の前記４つの規定点は、第１の点のｘ、ｙ座標が０．２５５、０．２２２７であり、第２の点のｘ、ｙの座標が０．２６０７、０．２２７３であり、第３の点のｘ、ｙの座標が０．２７７、０．２２３３であり、第４の点のｘ、ｙ座標が０．２７１３、０．２１８７である、請求項３に記載の発光装置の選別方法。
前記色度ランクで選別される前記発光装置は、前記発光装置の発光スペクトルの面積を調整することで選別される、請求項３又は４に記載の発光装置の選別方法。
前記青色発光素子の光出力に対する前記緑色発光素子の光出力の比は０．３以上０．７以下である、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の発光装置の選別方法。