WO2015156175A1 - Led駆動回路及びバックライト装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an LED (Light Emitting Diode) driving device that drives a backlight device that emits white light by mixing blue light, green light, and red light, and a backlight device.
  • LED Light Emitting Diode
  • a blue LED chip that emits blue light as primary light, a red phosphor that emits red light as secondary light when excited by the blue light
  • a configuration including a green phosphor that emits green light when excited by the blue light is known, and a blue LED chip, a green LED chip that emits green light, and a red LED that emits red light.
  • a configuration including a chip is also known.
  • the backlight device emits white light by mixing blue light, green light, and red light.
  • Patent Document 1 the amount of light of three types of backlights (red, green, and blue) is measured with three types of optical sensors, and compared with a set value, white balance is maintained even if temperature changes or changes with time occur. A configuration that is always maintained is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses red, green, and blue light emitting diodes, a color sensor corresponding to each light emitting diode, a temperature sensor that measures the temperature of the light emitting diode, and a chromaticity change caused by the temperature of the light emitting diode.
  • a configuration is disclosed in which arbitrary luminance and chromaticity are maintained by the control arithmetic unit that corrects the chromaticity change that occurs when the red, green, and blue brightness of the light emitting diode is adjusted.
  • a divalent Eu-activated CaAlSiN 3 (hereinafter referred to as “CASN phosphor”), which is a nitride-based phosphor that emits red light, and a green phosphor that emits green light are emitted with blue light.
  • a light-emitting element that emits white light when excited by a blue LED that emits light is disclosed.
  • an Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor disclosed in Patent Document 4 has been suitably used.
  • KSF phosphor Mn 4+ activated K 2 SiF 6
  • Patent Document 5 a phosphor of Mn 4+ activated K 2 SiF 6 (hereinafter referred to as “KSF phosphor”) and green fluorescence disclosed in Patent Document 5.
  • KSF phosphor Mn 4+ activated K 2 SiF 6
  • Development of a backlight device using a body and a blue LED chip is in progress.
  • the KSF phosphor has a narrower peak wavelength than the CASN phosphor, and can improve color reproducibility as compared with the prior art.
  • Patent Document 2 is limited to the temperature change of the LED and the brightness adjustment of the backlight, and it is difficult to predict in advance the LED brightness decrease and chromaticity change due to the change with time. There is a problem that.
  • FIG. 13 is a diagram showing an emission spectrum of the CASN phosphor.
  • the CASN phosphor which is a red phosphor disclosed in Patent Document 3
  • the wavelength spectrum width of the emission spectrum is 80 nm or more as shown in FIG. There is a problem.
  • the wavelength spectrum width of the emission spectrum is 80 nm or more, similar to the CASN phosphor, There is a problem that green color reproducibility is not sufficient.
  • an object of the present invention is to provide an LED drive circuit and a backlight device that can maintain white balance even when there is a temperature change and a change with time.
  • an LED driving circuit includes a light-emitting element that emits primary light, another light-emitting element that emits other primary light, and one of the light-emitting elements.
  • An LED driving circuit for driving a backlight device provided with an LED including a forbidden transition type phosphor that absorbs a part of secondary light and emits secondary light excited by the primary light.
  • a driver for driving the light emitting element For driving the light emitting element; Other drivers for driving the other light emitting elements; An optical sensor that receives primary light emitted from the light emitting element, other primary light emitted from the other light emitting element, and secondary light emitted from the forbidden transition type phosphor; Based on the primary light, the other primary light, and the secondary light received by the optical sensor, the driver drives the light emitting element and the duty ratio of the PWM signal for driving the light emitting element. And a duty ratio of a PWM signal for the other driver to drive the other light emitting element based on the primary light, the other primary light, and the secondary light, and And an arithmetic processing unit for controlling a driving current for driving the other light emitting element.
  • a backlight device includes a blue LED chip that emits blue light, a green LED chip that emits green light, and one of the blue lights of the blue LED chip.
  • An LED including a Mn 4+ activated composite fluorinated phosphor that absorbs light and emits red light is provided.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the LED drive circuit which concerns on Embodiment 1, and a backlight apparatus.
  • A is a top view of the said backlight apparatus
  • (b) is sectional drawing along surface AA shown to (a)
  • (c) is connection of several LED provided in the said backlight apparatus. It is a figure which shows a relationship typically. It is sectional drawing which shows the structure of LED provided in the said backlight apparatus. It is a figure for demonstrating the path
  • (A) is from primary light emitted from the blue LED chip when the blue LED chip provided in the LED is pulse-driven, CASN phosphor (red), and Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green). It is a graph showing the change of chromaticity which the emitted secondary light mixed color, (b) is the primary light and KSF fluorescent substance (red) emitted from the blue LED chip when the blue LED chip is pulse-driven. 4 is a graph showing a change in chromaticity in which secondary light emitted from Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green) is mixed.
  • FIG. (A) is a top view of the backlight apparatus which concerns on Embodiment 3,
  • (b) is sectional drawing along surface BB shown to (a). It is sectional drawing which shows the structure of LED provided in the said backlight apparatus. It is a figure showing the emission spectrum of a CASN fluorescent substance.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an LED drive circuit 1 and a backlight device 2 according to the first embodiment.
  • the LED drive circuit 1 drives the backlight device 2.
  • the backlight device 2 includes an LED 6.
  • the LED 6 is provided with a blue LED chip (light emitting element) 7B and a green LED chip (other light emitting elements) 7G.
  • FIG. 2A is a plan view of the backlight device 2
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the plane AA shown in FIG. 2A
  • FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing a connection relationship between a plurality of LEDs 6 provided in the light device 2.
  • the backlight device 2 includes a substrate 11.
  • the substrate 11 is formed in an elongated rectangle (strip shape).
  • a plurality of LEDs 6 are mounted on the mounting surface of the substrate 11 in a line along the longitudinal direction.
  • a printed wiring (not shown) for supplying power to the LED 6 is formed on the mounting surface of the substrate 11.
  • a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (not shown) connected to the printed wiring are provided at both ends or one end of the substrate 11. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to wiring for power supply from the outside, whereby the LED 6 is supplied with power.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the LED 6 provided in the backlight device 2.
  • the LED 6 has a configuration of one package and one cabinet, and includes a package 13.
  • the package 13 is formed with a cavity 15 that is one recess.
  • the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G are mounted on the bottom surface of the cavity 15.
  • the cavity 15 is sealed with a resin 14.
  • Dispersed in the resin 14 is a KSF phosphor 8 that emits red light based on the blue light emitted from the blue LED chip 7B.
  • the inner surface of the cavity 15 reflects blue light emitted from the blue LED chip 7B, green light emitted from the green LED chip 7G, and red light emitted from the KSF phosphor 8.
  • the package 13 is formed of a nylon material, and is provided by insert molding so that a lead frame (not shown) is exposed on the bottom surface of the cavity 15 formed in the package 13.
  • the inner surface (reflection surface) of the cavity 15 is made of a metal film or white silicone containing Ag or Al having a high reflectivity so as to reflect the emitted light from the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G to the outside of the LED 6. Preferably it is formed.
  • the blue LED chip 7B is, for example, a gallium nitride (GaN) -based semiconductor light emitting element having a conductive substrate.
  • a bottom electrode is formed on the bottom surface of the conductive substrate (not shown) of the blue LED chip 7B, and an upper electrode is formed on the opposite surface (not shown).
  • the emitted light (primary light) of the blue LED chip 7B is blue light in the range of 430 nm to 480 nm and has a peak wavelength near 450 nm.
  • the blue LED chip 7B is described as a type of LED chip having electrodes on the upper and lower surfaces of the conductive substrate. However, a type of LED having two electrodes on the upper surface may be used.
  • the green LED chip 7G is, for example, a gallium nitride (GaN) -based semiconductor light emitting element having a conductive substrate.
  • a bottom electrode is formed on the bottom surface of the conductive substrate (not shown) of the green LED chip 7G, and an upper electrode is formed on the opposite surface (not shown).
  • the emitted light (other primary light) of the green LED chip 7G is green light in the range of 500 nm to 560 nm, and has a peak wavelength near 530 nm.
  • the green LED chip 7G is described as a type of LED chip having electrodes on the upper and lower surfaces of the conductive substrate, but an LED having two electrodes on the upper surface may be used.
  • the cavity 15 is sealed with the resin 14 so as to cover the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G.
  • the resin 14 is filled in the cavity 15, thereby sealing the cavity 15 in which the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G are arranged.
  • a silicone resin is preferably used.
  • the surface of the resin 14 forms a light emitting surface from which light is emitted.
  • a red phosphor that is excited by primary light (blue light) emitted from the blue LED chip 7B and emits red light as secondary light is dispersed.
  • the red phosphor is, for example, a KSF phosphor (phosphor, red phosphor, Mn 4+ activated composite fluorinated phosphor) 8.
  • the KSF phosphor 8 is a phosphor that emits red light by forbidden transition.
  • the KSF phosphor 8 is an example of a red phosphor dispersed in the resin 14 and emitting red light by forbidden transition.
  • the KSF phosphor 8 is excited by blue light that is primary light, and emits red secondary light having a longer wavelength than the primary light (peak wavelength is 600 nm or more and 780 nm or less).
  • the KSF phosphor 8 is a phosphor having a Mn 4+ activated K 2 SiF 6 structure.
  • the KSF phosphor 8 has a narrow peak wavelength width of about 30 nm or less and emits high-purity red light.
  • the first red phosphor that emits red light by the forbidden transition may be any of the Mn 4+ activated composite fluoride phosphors represented by the following general formulas (A1) to (A8).
  • A1 In the general formula (A1), A is selected from Li, Na, K, Rb, Cs, NH 4 or a combination thereof, and M is any one of Al, Ga, In, or a combination thereof.
  • General formula (A8) (In the above general formula (A8), A is selected from Li, Na, K, Rb, Cs, NH 4 or a combination thereof) Further, the first red phosphor dispersed in the resin 14 is substantially the following general formula (A9) or general formula (A10) other than the phosphor having the Mn 4+ activated K 2 SiF 6 structure. Alternatively, a tetravalent manganese-activated fluorinated tetravalent metal salt phosphor represented by the formula may be used. MII 2 (MIII 1-h Mn h ) F 6 ...
  • MII represents at least one alkali metal element selected from Li, Na, K, Rb and Cs, and MII is preferably K from the viewpoint of brightness and stability of powder characteristics.
  • MIII represents at least one tetravalent metal element selected from Ge, Si, Sn, Ti, and Zr. From the viewpoint of brightness and stability of powder characteristics, MIII is Ti. Preferably there is.
  • the value of h indicating the composition ratio (concentration) of Mn is 0.001 ⁇ h ⁇ 0.1.
  • the value of h is less than 0.001
  • the value of h exceeds 0.1
  • the brightness is reduced by concentration quenching or the like. This is because there is a problem of a significant decrease.
  • the value of h is preferably 0.005 ⁇ h ⁇ 0.5.
  • the first red phosphor represented by the general formula (A9) specifically, K 2 (Ti 0.99 Mn 0.01 ) F 6 , K 2 (Ti 0.9 Mn 0.1 ) F 6 , K 2 (Ti 0.999 Mn 0.001 ) F 6 , Na 2 (Zr 0.98 Mn 0.02 ) F 6 , Cs 2 (Si 0.95 Mn 0.05 ) F 6 , Cs 2 (Sn 0.98 Mn 0.02 ) F 6 , K 2 (Ti 0.88 Zr 0.10 Mn 0.02 ) F 6 , Na 2 (Ti 0.75 Sn 0.20 Mn 0.05 ) F 6 Cs 2 (Ge 0.999 Mn 0.001 ) F 6 , (K 0.80 Na 0.20 ) 2 (Ti 0.69 Ge 0.30 Mn 0.01 ) F 6 and the like.
  • MIII represents at least one tetravalent metal element selected from Ge, Si, Sn, Ti, and Zr as in MIII in general formula (A9) described above. For the same reason, MIII is preferably Ti.
  • MIV represents at least one alkaline earth metal element selected from Mg, Ca, Sr, Ba and Zn. From the viewpoint of brightness and stability of powder characteristics, MIV is Ca. Preferably there is.
  • the value of h indicating the composition ratio (concentration) of Mn is 0.001 ⁇ h ⁇ 0.1 in the same manner as h in the general formula (A9) described above, and for the same reason. 0.005 ⁇ h ⁇ 0.5 is preferable.
  • the first red phosphor represented by the general formula (A10) Zn (Ti 0.98 Mn 0.02 ) F 6 , Ba (Zr 0.995 Mn 0.005 ) F 6 , Ca (Ti 0.995 Mn 0.005 ) F 6 , Sr (Zr 0.98 Mn 0.02 ) F 6, and the like, of course, but are not limited thereto.
  • the plurality of LEDs 6 are connected in series along the longitudinal direction of the substrate 11 for each of the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G.
  • the backlight device 2 is provided with a light guide plate 12 so as to cover the plurality of LEDs 6.
  • the light guide plate 12 is a transparent member having an overall shape of a rectangular parallelepiped and having a predetermined thickness along a direction perpendicular to the substrate 11.
  • the light guide plate 12 has a light incident surface 16 on which light emitted from the LED 6 is incident.
  • the light guide plate 12 is formed with a light emission surface 17 for emitting light incident from the light incident surface 16 in a planar shape and extracting the light.
  • the light guide plate 12 is made of a transparent material such as acrylic.
  • the substrate 11 and the LED 6 constitute a light source unit 10.
  • the light source unit 10 includes a plurality of LEDs 6 so that light emitted from the blue LED chips 7B of the plurality of LEDs 6 and light emitted from the green LED chips 7G are incident on the light incident surface 16 of the light guide plate 12.
  • Each light emitting surface is disposed at a position facing the light incident surface 16 and close to the light guide plate 12.
  • the LED drive circuit 1 is provided with a photosensor (photosensor) 4 on the side opposite to the light emitting surface 17 of the light guide plate 12.
  • the photosensor 4 receives blue light emitted from the blue LED chip 7B, green light emitted from the green LED chip 7G, and red light emitted from the KSF phosphor 8.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a path through which light enters the photosensor 4 provided in the LED drive circuit 1.
  • a reflection sheet 19 is provided on the surface of the light guide plate 12 opposite to the light emitting surface 17.
  • a part of the light emitted from the LED 6 and incident on the light guide plate 12 through the light incident surface 16 is emitted through the light emission surface 17 of the light guide plate 12, but the rest of the light is reflected by the light emission surface 17. Is done.
  • the light reflected by the light emitting surface 17 is further reflected by the reflection sheet 19. Further, a part of the reflected light is emitted through the light emitting surface 17, but the rest of the light is reflected by the light emitting surface 17. This reflection is repeated.
  • An opening 20 is formed in the reflection sheet 19.
  • the photosensor 4 is disposed at a position facing the opening 20. The above reflection is repeated, and the remainder of the light reflected by the light emitting surface 17 is received by the photosensor 4 through the opening 20 of the reflection sheet 19.
  • the LED driving circuit 1 includes a blue LED chip anode voltage generation circuit 9B and a green LED chip anode voltage generation circuit 9G.
  • the anode voltage generation circuit 9B is connected to an anode terminal in which a plurality of blue LED chips 7B are connected in series, and supplies an anode voltage necessary for lighting the blue LED chip 7B.
  • the anode voltage generation circuit 9G is connected to an anode terminal in which a plurality of green LED chips 7G are connected in series, and supplies an anode voltage necessary for lighting the green LED chip 7G.
  • a DC / DC converter is an example of the anode voltage generation circuits 1B and 1G.
  • the LED drive circuit 1 includes a blue LED chip driver 3B and a green LED chip driver 3G.
  • the driver 3B is connected to a cathode terminal in which a plurality of blue LED chips 7B are connected in series, and has a function of driving the blue LED chip 7B with a constant current and a function of pulse driving with a PWM signal.
  • the driver 3B is also connected to a controller (arithmetic processing unit) 5 and can arbitrarily change the value of the current flowing through the blue LED chip 7B, the frequency of the PWM signal, and the duty ratio under the control of the controller 5.
  • the driver 3B has a function of monitoring the cathode terminal voltage so as to keep the cathode terminal voltage of the blue LED chip 7B constant and feeding back to the anode voltage generation circuit 9B to generate an optimum anode voltage. May be.
  • the driver 3G is connected to a cathode terminal in which a plurality of green LED chips 7G are connected in series, and has a function of driving the green LED chip 7G with a constant current and a function of pulse driving with a PWM signal.
  • the driver 3G is also connected to the controller 5, and can control the current value flowing through the green LED chip 7G, the frequency of the PWM signal, and the duty ratio arbitrarily under the control of the controller 5.
  • the driver 3G has a function of monitoring the cathode terminal voltage so as to keep the cathode terminal voltage of the green LED chip 7G constant, and feeding back to the anode voltage generation circuit 9G to generate an optimum anode voltage. May be.
  • the photo sensor 4 receives the light from the backlight device 2 as described above, measures the intensity of blue, green, and red light and feeds back to the controller 5.
  • examples of the photosensor 4 include a photodiode and a color sensor. Although only one photosensor 4 is shown in FIG. 1, a plurality of photosensors 4 may be provided according to the size of the backlight device 2. Furthermore, the photosensor 4 may be provided with three types of sensors of blue, green, and red, and feedback may be performed for each color.
  • the controller 5 receives feedback from the photosensor 4 and retains the white balance, which is the white point of white light, in order to maintain blue, green, and red light intensities set in advance. If it does not match, the correction coefficient is calculated by a preset calculation process, and the IF (forward current (drive current)) value and the duty ratio are calculated for the drivers 3B and 3G. Outputs a signal that changes the white balance and returns the white balance.
  • the white balance which is the white point of white light
  • the feedback process by the controller 5 may be performed in a timely manner or may be performed by external control.
  • FIG. 5 is a graph showing an emission spectrum of the KSF phosphor 8 of the LED 6.
  • the KSF phosphor 8 which is a forbidden transition type phosphor has a narrow spectrum with a narrow peak wavelength width near 630 nm, compared to the CASN phosphor which is an acceptable transition type phosphor.
  • the wavelength width of the peak wavelength in the emission spectrum is preferably about 30 nm or less. In this way, the emission spectrum having a narrow spectrum of the peak wavelength in the emission spectrum has a lower ratio of including a wavelength band of a color other than the red wavelength band intended to emit light. Is more clearly separated from the other wavelength bands. For this reason, LED6 with wide color reproducibility can be obtained.
  • FIG. 6A shows the primary light emitted from the blue LED chip 7B when the blue LED chip 7B provided in the LED 6 is pulse-driven, the CASN phosphor (red), and Eu-activated ⁇ -type SiAlON fluorescence.
  • 7 is a graph showing a change in chromaticity in which secondary light emitted from the body (green) is mixed
  • FIG. 6B shows light emitted from the blue LED chip 7B when the blue LED chip 7B is pulse-driven. It is a graph showing the change of the chromaticity in which the primary light, the KSF fluorescent substance (red), and the secondary light emitted from Eu activated ⁇ -type SiAlON fluorescent substance (green) are mixed.
  • Points P1 to P3 shown in FIG. 6 (a) indicate red light emitted from the CASN phosphor that absorbs part of the blue light emitted from the pulse-driven blue LED chip 7B, and Eu-activated ⁇ -type SiAlON fluorescence. It shows the chromaticity in which green light emitted from the body is mixed.
  • the blue LED chip 7B is pulse-driven at a duty ratio of 50%, and the chromaticity (x, y) of white light, which is a mixture of light emitted from the CASN phosphor and Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor, is (0). .265, 0.222).
  • the blue LED chip 7B is pulse-driven at a duty ratio of 100%, and the chromaticity (x, y) of white light, which is a mixture of light emitted from the CASN phosphor and the Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor, is duty cycle.
  • the chromaticity in which the secondary light emitted from the KSF phosphor (red) and the Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green) and the primary light emitted from the blue LED chip 7B are mixed is And shift according to the change of the duty ratio. That is, the points P4 to P6 shown in FIG. 6B indicate the primary light emitted from the pulse-driven blue LED chip 7B, the KSF phosphor (red), and the Eu activated ⁇ -type SiAlON phosphor ( The chromaticity is a mixture of secondary light emitted from green.
  • Point P4 is the primary light when the blue LED chip 7B is pulse-driven at a duty ratio of 50%, and the secondary light emitted from the KSF phosphor (red) and Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green). It is shown that the chromaticity (x, y) of the white light mixed with is (0.265, 0.222).
  • Point P5 is the primary light when the blue LED chip 7B is pulse-driven at a duty ratio of 10%, and the secondary light emitted from the KSF phosphor (red) and Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green).
  • Point P6 is the primary light when the blue LED chip 7B is pulse-driven at a duty ratio of 100%, and the secondary light emitted from the KSF phosphor (red) and Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green).
  • the chromaticity (x, y) of white light mixed with chromaticity (x) when the duty ratio is 50% decreases by 0.003 and the chromaticity (y) decreases by 0.002 (0.262). 0.220).
  • the white light chromaticity (x, y) described above It is not limited to the white light chromaticity (x, y) described above. Further, since the amount of change in chromaticity when the duty ratio is changed also varies depending on the chromaticity, IF value, ambient temperature, and the like, the chromaticity (x, y) of white light described above is an example.
  • the white light in which the primary light when the blue LED chip 7B is pulse-driven and the secondary light emitted from the KSF phosphor (red) and the Eu-activated ⁇ -type SiAlON phosphor (green) is mixed.
  • the chromaticity of light (x, y) shifts in the positive direction (red side) for both x and y when the pulse drive duty ratio of the blue LED chip 7B is lowered, and becomes negative for both x and y when the duty ratio is increased. Shift in the direction (blue side).
  • the KSF phosphor 8 has a narrow spectrum and good color reproducibility, but has a slow response speed. For this reason, when the duty ratio is lowered, the afterglow of the red light of the KSF phosphor 8 is increased, and the chromaticity of the white light is shifted to the plus side (red side).
  • FIG. 7 is a graph showing general luminance characteristics of the LED.
  • FIG. 7A shows the relationship between the duty ratio and the luminance
  • FIG. 7B shows the relationship between the PWM frequency and the luminance
  • 7C shows the relationship between the drive current value and the luminance
  • FIG. 7D shows the relationship between the ambient temperature and the luminance
  • FIG. 7E shows the relationship between the change with time and the luminance. Show.
  • the duty ratio when the LED is pulse-driven and the luminance of the light from the pulse-driven LED are generally proportional.
  • the luminance of light from the LED is generally constant even if the PWM frequency when the LED is pulse-driven is changed.
  • Curve 1B shown in FIG. 7 (d) shows the relationship between the ambient temperature of the blue LED chip and the luminance.
  • Curve 1G shows the relationship between the ambient temperature and brightness of the green LED chip
  • curve 1R shows the relationship between the ambient temperature and brightness of the red LED chip.
  • Curve 2B shown in (e) of FIG. 7 shows the relationship between the change over time of the blue LED chip and the luminance.
  • Curve 2G shows the relationship between the change over time and the luminance of the green LED chip, and curve 2R shows the relationship between the change over time and the luminance of the red LED chip.
  • FIG. 7E the white balance is lost because the luminance difference between the blue light, the green light, and the red light increases as the time changes, as in FIG. 7D.
  • the LED drive circuit 1 configured as described above operates as follows.
  • the anode voltage generation circuit 9B supplies an anode voltage to an anode terminal to which a plurality of blue LED chips 7B of the LED 6 are connected, and the anode voltage generation circuit 9G has an anode terminal to which a plurality of green LED chips 7G are connected.
  • the driver 3B supplies a PWM signal to the cathode terminal to which a plurality of blue LED chips 7B are connected to drive the pulses of the plurality of blue LED chips 7B, and the driver 3G connects to a plurality of green LED chips 7G.
  • the plurality of green LED chips 7G are pulse-driven by supplying a PWM signal to the cathode terminal.
  • the pulse-driven blue LED chip 7B emits blue light
  • the pulse-driven green LED chip 7G emits green light.
  • part of the blue light emitted by the blue LED chip 7B is absorbed by the KSF light emitter 8, and the KSF light emitter 8 emits red light.
  • the photosensor 4 receives the blue light emitted from the blue LED chip 7B, the red light emitted from the KSF light emitter 8, and the green light emitted from the green LED chip 7G.
  • the controller 5 controls the duty ratio of the PWM signal for the driver 3G to drive the green LED chip 7G based on the blue light, red light, and green light, and drives the green LED chip 7G. To control the drive current.
  • the characteristics of the KSF phosphor 8 are used when the brightness of the blue LED chip 7B and the brightness of the green LED chip 7G mounted on the LED 6 are lowered due to the ambient temperature and change with time and the white balance is lost.
  • the output of red light is controlled by changing the duty ratio of the PWM signal for driving the blue LED chip 7B.
  • the color reproducibility of the liquid crystal panel can be improved by using the blue LED chip 7B, the KSF phosphor 8, and the green LED chip 7G. Then, the output of the red light is adjusted by changing the duty ratio of the PWM signal using the characteristics of the KSF phosphor 8 which has a narrow spectrum but a slow response speed. As a result, it is possible to provide the LED drive circuit 1 that can efficiently maintain the white balance.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining another path through which light enters the photosensor 4.
  • the reflection sheet 19 having the opening 20 is provided on the side opposite to the light emitting surface 17 of the light guide plate 12, and the photo sensor 4 is disposed on the opposite side of the light emitting surface 17.
  • the present invention is not limited to this.
  • a reflection sheet 19 a that does not form the opening 20 may be provided on the side opposite to the light emitting surface 17 of the light guide plate 12, and the photosensor 4 may be disposed on the light emitting surface 17 side.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining still another path through which light enters the photosensor 4.
  • the photosensor 4 may be disposed on the surface of the substrate 11. A part of the light emitted from the LED 6 enters the light guide plate 12, and the rest of the light is reflected by the light guide plate 12. The reflected light is further reflected by the surface of the LED 6 or the substrate 11 on which the highly reflective resist is formed. Further, a part of the reflected light enters the light guide plate 12, and the rest of the light is further reflected by the light guide plate 12. Such reflection is repeated, and the light further reflected by the light guide plate 12 enters the photosensor 4 arranged on the surface of the substrate 11.
  • the LED drive device 1 is driven by a drive current (IF) that changes according to a rectangular wave signal level, and emits blue light having a luminance corresponding to the IF, and the blue LED chip 7B.
  • IF drive current
  • a KSF phosphor 8 that emits red light when excited by light
  • a green LED chip 7G that emits green light having a luminance corresponding to the IF, and includes the blue light, the green light, and the red light.
  • the LED 6 that emits mixed color light the anode voltage generation circuit 9B that generates the anode voltage of the blue LED chip 7B, the driver 3B that drives the blue LED chip 7B, and the anode voltage that generates the anode voltage of the green LED chip 7G Based on the measurement value of the generation circuit 9G, the driver 3G for driving the green LED chip, the photosensor 4 for receiving the mixed color light, and the photosensor 4 Stomach, and a controller 5 for controlling the driver 3B ⁇ 3G.
  • the blue LED chip 7B and the green LED chip 7G are driven individually.
  • the blue LED chip 7B is pulse-driven with a PWM signal
  • the PWM signal duty ratio is lowered based on the measured value of the photosensor 4
  • red light afterglow occurs due to the characteristics of the KSF phosphor 8, and the red side
  • the chromaticity shifts to.
  • the duty ratio is lowered, the luminance of both blue light and red light is lowered, so that IF is increased to raise the luminance.
  • the luminance of the green LED chip 7G may be adjusted by the duty ratio or by IF.
  • increasing the IF generally tends to decrease the light emission efficiency of the green LED chip 7G, it is desirable for the green LED chip 7G to increase the duty ratio by decreasing the IF.
  • the LED drive device 1 uses both the pulse drive by the PWM signal and the constant current drive driven at a constant IF value in the drive of the blue LED chip 7B, and based on the measured value of the photosensor 4
  • the output of the red light is adjusted by changing the duty ratio of the PWM signal, the overall output of the blue light and the red light is adjusted by changing the IF value, and the white light is mixed with the output of the green LED chip 7G. , And keep the white balance.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the LED 6a provided in the backlight device according to the second embodiment.
  • members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the LED 6a has a configuration of one package and two cabinets, and includes a package 13a.
  • the package 13 is formed with a pair of cavities 15a which are two concave portions.
  • the blue LED chip 7B is mounted on one bottom surface of the pair of cavities 15a.
  • the green LED chip 7G is mounted on the other bottom surface of the pair of cavities 15a.
  • Each cavity 15 a is sealed with resin 14.
  • a KSF phosphor 8 that emits red light based on the blue light emitted from the blue LED chip 7B is dispersed.
  • the inner surface of the cavity 15a corresponding to the blue LED chip 7B reflects the blue light emitted from the blue LED chip 7B and the red light emitted from the KSF phosphor 8.
  • the inner surface of the cavity 15a corresponding to the green LED chip 7G reflects the green light emitted from the green LED chip 7G.
  • the package 13a is formed of a nylon material, and is provided by insert molding so that a lead frame (not shown) is exposed on the bottom surfaces of the pair of cavities 15a formed in the package 13a.
  • the LED 6a divides the cavity into two cavities 15a, so that the KSF phosphor 8 can be dispersed only in the cavity 15a on the side where the blue LED chip 7B is disposed. For this reason, the green light emitted from the green LED chip 7G does not hit the KSF phosphor 8. Therefore, the green light from the green LED chip 7G can be prevented from being absorbed by the KSF phosphor 8.
  • FIG. 11A is a plan view of the backlight device 2b according to the third embodiment
  • FIG. 11B is a cross-sectional view taken along a plane BB shown in FIG.
  • the backlight device 2b is a direct type backlight using a plurality of LEDs 6B and 6G.
  • the LEDs 6B and 6G have a configuration of two packages and two cabinets.
  • the backlight device 2b includes a substrate 11b.
  • the backlight device 2b also includes an LED drive circuit (see FIG. 1) not shown in FIG. 11 in order to control the drive of the plurality of LEDs 6B and 6G.
  • printed wiring (not shown) for supplying power to the LEDs 6B and 6G is formed on a mounting surface on which the plurality of LEDs 6B and 6G are mounted. Further, a positive terminal and a negative terminal (not shown) connected to the printed wiring are provided at both ends or one end of the substrate 11b. LEDs 6B and 6G are fed by connecting wiring for feeding power from the outside to the positive terminal and the negative terminal. As shown to (a) of FIG. 11, several LED6B * 6G is alternately mounted in the matrix form on the surface of the board
  • the plurality of LEDs 6B and 6G are arranged in a matrix in the example shown in FIG. 11, but the present invention is not limited to this.
  • the LEDs 6B and 6G may be arranged in a staggered pattern, for example.
  • the present invention is not limited to this, and the plurality of LEDs 6B and 6G include, for example, two LEDs 6B.
  • a total of four of the two LEDs 6G may be arranged as one unit, and the pitch between the units may be wider than the pitch between the LEDs 6B and 6G included in one unit.
  • the backlight device 2b is provided with a diffusion plate 18 so as to cover the plurality of LEDs 6B and 6G mounted on the substrate 11b.
  • the diffusion plate 18 is a rectangular plate-shaped translucent member having a predetermined thickness.
  • the diffusion plate 18 has a function of mixing light emitted from the plurality of LEDs 6B and 6G to make it uniform.
  • optical sheets may be disposed on the diffusion plate 18 in order to increase the uniformity of the mixed color light.
  • a photo sensor 4 is provided on the surface of the substrate 11b.
  • the photosensor 4 receives light emitted from the plurality of LEDs 6B and 6G and reflected by the diffusion plate 18, measures the intensity of blue light, green light, and red light, and feeds back to the controller 5.
  • one photosensor 4 is arranged for a total of four LEDs 6B and 6G of two LEDs 6B and two LEDs 6G, but the present invention is not limited to this.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the LEDs 6B and 6G provided in the backlight device 2b.
  • the LED 6B includes a package 13b.
  • the package 13b is formed with a cavity 15b that is a single recess.
  • a blue LED chip 7B is mounted on the bottom surface of the cavity 15b.
  • the cavity 15b is sealed with the resin 14 so as to cover the blue LED chip 7B.
  • a KSF phosphor 8 is dispersed in the resin 14.
  • LED 6G also includes a package 13b.
  • the package 13b is formed with a cavity 15b that is a single recess.
  • a green LED chip 7G is mounted on the bottom surface of the cavity 15b.
  • the cavity 15b is sealed with the resin 14 so as to cover the green LED chip 7G.
  • the LEDs 6B and 6G are configured by two packages 13b, and therefore an arrangement of a blue LED chip 7B corresponding to the LED 6B and a green LED chip 7G corresponding to the LED 6G The degree of freedom can be expanded.
  • the color reproducibility can be improved by using the blue LED chip 7B, the KSF phosphor 8, and the green LED chip 7G. Then, the output of red light is adjusted by changing the duty ratio of the PWM signal based on the measured value of the photosensor 4 using the characteristics of the KSF phosphor 8 which is narrow spectrum but slow in response speed, and changes in temperature.
  • the LED driving devices of Embodiments 1 to 3 use a KSF phosphor with high color rendering properties, independently drive the blue LED chip and the green LED chip, and the KSF phosphor emits light based on the blue light of the blue LED chip.
  • the red light, the blue light of the blue LED chip, and the green light of the green LED chip are mixed to emit white light.
  • the KSF phosphor By configuring the KSF phosphor to emit red light based on the blue light of the blue LED chip, if the duty ratio of the PWM signal for driving the blue LED chip is lowered, the remaining red light emitted by the KSF phosphor Light is generated and the chromaticity shifts to the red side. When the duty ratio is lowered, the brightness of the red light is lowered.
  • the drive current (IF) is increased to raise the brightness. That is, when the duty ratio is decreased and the drive current (IF) is increased at the same time, the luminance of the red light is not changed and is shifted to the red side. Conversely, when the duty ratio of the PWM signal is increased and the drive current (IF) is decreased at the same time, the luminance of the red light does not change and shifts to the blue side.
  • the brightness of the green light is adjusted by adjusting the drive current (IF) of the blue LED chip and the duty ratio of the PWM signal. To return the white point shift.
  • the combination of the blue LED chip, the red phosphor that generates afterglow when the duty is driven, and the green LED chip can suppress a decrease in the intensity of the white light accompanying a change with time. That is, the blue LED chip and the green LED chip are driven independently, and the red light of the KSF phosphor based on the blue LED chip, the blue light of the blue LED chip, and the green light of the green LED chip are mixed to generate white light. Emits light. When the brightness of the blue LED chip and the green LED chip is reduced due to temperature change and change over time, the white balance is lost. Drive to adjust blue and red chromaticity. Changing the duty ratio changes the luminance, but changing the driving current (IF) can suppress the luminance change.
  • IF driving current
  • the LED drive circuit 1 includes a light emitting element (blue LED chip 7B) that emits primary light (blue light) and another light emitting element that emits other primary light (green light) ( Green LED chip 7G) and secondary light (red light) excited by the primary light (blue light) by absorbing part of the primary light (blue light) of the light emitting element (blue LED chip 7B) LED driving circuit 1 for driving a backlight device 2 provided with an LED 6 having a forbidden transition type phosphor (KSF phosphor 8) that emits light, and driving the light emitting element (blue LED chip 7B) Driver (blue LED driver 3B), another driver (green LED driver 3G) for driving the other light emitting element (green LED chip 7G), and the light emitting element (blue LED chip 7B) emitting light 1 Next light (blue ), Other primary light (green light) emitted from the other light emitting element (green LED chip 7G), and secondary light (red light)
  • the light emitting element is driven using the characteristics of the phosphor. Therefore, by changing the duty ratio of the PWM signal, the output of the secondary light can be controlled to maintain the white balance. As a result, it is possible to provide an LED drive circuit that can maintain white balance even when there is a temperature change and a change with time.
  • the LED driving circuit 1 according to aspect 2 of the present invention is the LED driving circuit 1 according to aspect 1, in which the light emitting element is a blue LED chip that emits blue light, and the forbidden transition type phosphor is emitted from the blue LED chip.
  • the other light emitting element may be a green LED chip that emits green light.
  • the red light emitting element emits red light excited by blue light.
  • the blue LED chip is formed using the characteristics of the red phosphor.
  • the duty ratio of the PWM signal for driving the output of red light can be controlled to maintain white balance.
  • the red phosphor may be a Mn 4+ activated composite fluorinated phosphor.
  • the blue light emitted from the blue LED chip 7B and the red light emitted from the red phosphor (KSF phosphor 8) are mixed in the aspect 2.
  • the chromaticity shifts to the blue side when the driver (blue LED driver 3B) increases the duty ratio of the PWM signal for driving the light emitting element (blue LED chip 7B), and decreases the duty ratio to the red side.
  • the driver (blue LED driver 3B) adjusts the chromaticity by controlling the duty ratio of the PWM signal for driving the light emitting element (blue LED chip 7B), and the light emitting element (blue The brightness of the primary light may be adjusted by controlling the drive current for driving the LED chip 7B).
  • the chromaticity in which the blue light and the red light are mixed can be adjusted by changing the duty ratio of the PWM signal using the characteristics of the red phosphor.
  • a backlight device includes a blue LED chip that emits blue light, a green LED chip that emits green light, and a portion of the blue light of the blue LED chip that absorbs red light.
  • LED provided with Mn 4+ activated composite fluorinated phosphor is provided.
  • the characteristic of Mn4 + activation composite fluoride fluoride is utilized.
  • the white light balance can be maintained by controlling the output of the red light.
  • the present invention can be used in an LED driving device and a backlight device that drive a backlight device that emits white light by mixing blue light, green light, and red light.
  • the present invention can be used for a backlight device that extends the color reproducibility of a liquid crystal TV.

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Abstract

 LED駆動回路(1)は、フォトセンサ(4)により受光された青色光、緑色光、及び、赤色光に基づいて、青色LED用ドライバ(3B)が青色LEDチップ(7B)を駆動するためのPWM信号のデューティ比及び駆動電流を制御するコントローラ(5)を備える。

Description

LED駆動回路及びバックライト装置
 本発明は、青色光、緑色光、及び、赤色光を混色して白色光を出射するバックライト装置を駆動するLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)駆動装置、及び、バックライト装置に関する。
 いわゆる液晶TV(テレビ)に使用されているバックライト装置では、1次光としての青色光を発光する青色LEDチップ、当該青色光により励起されて2次光として赤色光を発光する赤色蛍光体、及び、当該青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を備える構成が知られており、また、青色LEDチップ、緑色光を発光する緑色LEDチップ、及び、赤色光を発光する赤色LEDチップを備える構成も知られている。当該バックライト装置は、青色光、緑色光、および赤色光が混色することによる白色光を出射する。近年、液晶TVで表示できる色再現範囲を広げる動きがあり、高い色再現範囲を実現するには、後者の青色LEDチップ、緑色LEDチップ、及び、赤色LEDチップを備える構成の方が望ましいと考えられてきた。
 しかしながら、後者の構成では、青色LEDチップ、緑色LEDチップ、及び、赤色LEDチップの特性が、それぞれ異なるため色ずれが発生し、ホワイトバランスを保持するのが難しいという問題があった。
 特許文献1には、3種類(赤、緑、青)のバックライトの光量を3種類の光センサで測定し、設定値と比較演算することで温度変化や経時変化が生じてもホワイトバランスが常に保持される構成が開示されている。
 特許文献2には、赤、緑、青の3色の発光ダイオードと、それぞれの発光ダイオードに対応するカラーセンサと、発光ダイオードの温度を測定する温度センサと、発光ダイオードの温度により起こる色度変化と、発光ダイオードの赤、緑、青の明るさの調節時に起こる色度変化とを補正する制御演算部とにより、任意の輝度及び色度を保つ構成が開示されている。
 特許文献3には、赤色発光を示す窒化物系蛍光体である2価のEu付活CaAlSiN(以下、「CASN蛍光体」と称する)と、緑色発光を示す緑蛍光体とを青色光を発光する青色LEDにより励起し、白色光を示す発光素子が開示されている。
 また、緑色発光を示す蛍光体としては、たとえば特許文献4に示すEu付活β型SiAlON蛍光体が従来から好適に使用されてきた。
 青色LEDと赤色蛍光体と緑色蛍光体との組合せで白色光を発光する照明装置を、液晶TVのバックライト光源として用いる場合、蛍光体としての発光スペクトルのピーク波長がより狭いものを用いることで、液晶TVの色再現性が向上する傾向がある。
 そこで、深い赤色を表示できる液晶TV等の表示装置を実現するために、特許文献5に示されるMn4+付活KSiFの蛍光体(以下、「KSF蛍光体」と称する)と緑色蛍光体と青色LEDチップとを用いたバックライト装置の開発が進められている。KSF蛍光体は、CASN蛍光体と比べピーク波長が狭スペクトルであり、従来よりも色再現性を向上させることができる。
日本国公開特許公報「特開平11‐295689号公報(平成11年10月29日公開)」 日本国公開特許公報「特開2006‐276784号公報(平成18年10月12日公開)」 日本国公開特許公報「特開2006‐16413号公報(2006年1月19日公開)」 日本国公開特許公報「特開2005‐255895号公報(2005年9月22日公開)」 日本国公開特許公報「特開2010‐93132号公報(2010年4月22日公開)」
 しかしながら、青色LEDチップ、緑色LEDチップ、及び、赤色LEDチップを混色させて白色光を発光させる方法では、特に温度変化による輝度変化や、経時変化による輝度低下が発生し、各色のLEDチップの特性が異なるため、白色光のホワイトバランスを保持するのが困難であった。
 また、特許文献1に示されている方法では、バックライトは冷陰極管を用いており、経時変化に伴いバックライトの輝度は低下するため、輝度を下げる方向でしかホワイトバランスを調整することができず、色度変化の補正としては効率が悪いという問題がある。
 また、特許文献2に示されている方法では、LEDの温度変化とバックライトの明るさ調整に限定されたものであり、経時変化によるLEDの輝度低下や色度変化を予め予測するのは困難であるという問題がある。
 図13は、CASN蛍光体の発光スペクトルを表す図である。青色LEDチップ、赤色蛍光体、及び、緑色蛍光体を用いて白色光を発光させる方法では、青色LEDチップのみを駆動することになるので、温度変化や経時変化に対するホワイトバランスのずれは少ない。しかしながら、特許文献3に示されている赤蛍光体であるCASN蛍光体を用いた場合、図13に示す通り、発光スペクトルの波長スペクトル幅が80nm以上となるため、赤色の色再現性が充分でないという問題がある。
 同様に、特許文献4に示されている緑蛍光体であるEu付活β型SiAlON蛍光体を用いた場合も、前記CASN蛍光体と同様に発光スペクトルの波長スペクトル幅が80nm以上となるため、緑色の色再現性が充分でないという問題がある。
 さらには、青色LEDチップとCASN蛍光体とを用いた場合は、デューティ比を変化させても赤色光の出力(色度)を変えることはできないという問題もある。
 特許文献5に示される構成では、KSF蛍光体により赤色光の色再現性は向上させることができるが、緑色の色再現性が充分でないという課題がある。さらには、温度変化及び経時変化により、青色光、赤色光、及び、緑色光の発光強度が変化してホワイトバランスが崩れるおそれがあるという問題がある。
 そこで本発明は前記課題に鑑み、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路及びバックライト装置を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るLED駆動回路は、1次光を発光する発光素子と、他の1次光を発光する他の発光素子と、前記発光素子の1次光の一部を吸収して前記1次光により励起された2次光を発光する禁制遷移タイプの蛍光体とを備えたLEDが設けられたバックライト装置を駆動するLED駆動回路であって、
 前記発光素子を駆動するドライバと、
 前記他の発光素子を駆動する他のドライバと、
 前記発光素子が発光した1次光と前記他の発光素子が発光した他の1次光と前記禁制遷移タイプの蛍光体が発光した2次光とを受光する光センサと、
 前記光センサにより受光された1次光、他の1次光、及び、2次光に基づいて、前記ドライバが前記発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記発光素子を駆動するための駆動電流を制御し、前記1次光、他の1次光、及び、2次光に基づいて、前記他のドライバが前記他の発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記他の発光素子を駆動するための駆動電流を制御する演算処理部とを備えることを特徴とする。
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るバックライト装置は、青色光を発光する青色LEDチップと、緑色光を発光する緑色LEDチップと、前記青色LEDチップの青色光の一部を吸収して赤色光を発光するMn4+賦活複合フッ素化物蛍光体とを備えたLEDを設けたことを特徴とする。
 本発明の一態様によれば、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路及びバックライト装置を提供することができるという効果を奏する。
実施形態1に係るLED駆動回路とバックライト装置との構成を示すブロック図である。 (a)は上記バックライト装置の平面図であり、(b)は(a)に示す面AAに沿った断面図であり、(c)は上記バックライト装置に設けられた複数のLEDの接続関係を模式的に示す図である。 上記バックライト装置に設けられたLEDの構成を示す断面図である。 上記LED駆動回路に設けられたフォトセンサに光が入射する経路を説明するための図である。 上記LEDのKSF蛍光体の発光スペクトルを表すグラフである。 (a)は、LEDに設けられた青色LEDチップをパルス駆動した時の青色LEDチップから発光された1次光とCASN蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した色度の変化を表すグラフであり、(b)は青色LEDチップをパルス駆動した時の青色LEDチップから発光された1次光とKSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した色度の変化を表すグラフである。 LEDの一般的な輝度特性を示すグラフであり、(a)はデューティ比と輝度との関係を示し、(b)はPWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)周波数と輝度との関係を示し、(c)は駆動電流値と輝度との関係を示し、(d)は周囲温度と輝度との関係を示し、(e)は経時変化と輝度との関係を示す。 上記フォトセンサに光が入射する他の経路を説明するための図である。 上記フォトセンサに光が入射するさらに他の経路を説明するための図である。 実施形態2に係るバックライト装置に設けられたLEDの構成を示す断面図である。 (a)は実施形態3に係るバックライト装置の平面図であり、(b)は(a)に示す面BBに沿った断面図である。 上記バックライト装置に設けられたLEDの構成を示す断面図である。 CASN蛍光体の発光スペクトルを表す図である。
 以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
 〔実施形態1〕
 (バックライト装置2の構成)
 図1は、実施形態1に係るLED駆動回路1とバックライト装置2との構成を示すブロック図である。LED駆動回路1はバックライト装置2を駆動する。バックライト装置2はLED6を備えている。LED6には青色LEDチップ(発光素子)7Bと緑色LEDチップ(他の発光素子)7Gとが設けられている。
 図2の(a)はバックライト装置2の平面図であり、図2の(b)は図2の(a)に示す面AAに沿った断面図であり、図2の(c)はバックライト装置2に設けられた複数のLED6の接続関係を模式的に示す図である。
 バックライト装置2は基板11を備えている。基板11は、細長い長方形(短冊状)に形成されている。LED6は、基板11の実装面に長手方向に沿って一列に複数個実装されている。基板11の実装面には、LED6への給電のための図示しないプリント配線が形成されている。また、基板11の両端部または一方の端部には、当該プリント配線に接続される図示しない正極端子および負極端子が設けられている。この正極端子および負極端子に外部からの給電のための配線が接続されることにより、LED6が給電される。
 図3は、バックライト装置2に設けられたLED6の構成を示す断面図である。LED6は、1パッケージ1キャビネットの構成を有しており、パッケージ13を備えている。パッケージ13には、一つの凹部であるキャビティ15が形成されている。青色LEDチップ7Bと緑色LEDチップ7Gとは、キャビティ15の底面に実装されている。キャビティ15は樹脂14により封止されている。樹脂14には、青色LEDチップ7Bから発光された青色光に基づいて赤色光を発光するKSF蛍光体8が分散されている。キャビティ15の内側面は、青色LEDチップ7Bから発光した青色光と緑色LEDチップ7Gから発光した緑色光とKSF蛍光体8から発光した赤色光とを反射する。
 このパッケージ13は、ナイロン系材料にて形成されており、図示しないリードフレームが、パッケージ13に形成されたキャビティ15の底面に露出するようにインサート成形により設けられている。このキャビティ15の内側面(反射面)は、青色LEDチップ7Bと緑色LEDチップ7Gからの出射光をLED6の外部へ反射するように、高反射率のAgまたはAlを含む金属膜、白色シリコーンにより形成されることが好ましい。
 青色LEDチップ7Bは、例えば導電性基板を有する窒化ガリウム(GaN)系半導体発光素子である。青色LEDチップ7Bの導電性基板(図示せず)の底面に底面電極が形成され、その反対側の面に上部電極が形成されている(図示せず)。青色LEDチップ7Bの出射光(1次光)は、430nm~480nmの範囲の青色光であり、450nm付近にピーク波長を有する。ここでは、青色LEDチップ7Bは導電性基板の上面および下面に電極があるタイプのLEDチップで説明しているが、上面に2つの電極を持つタイプのLEDを使用してもかまわない。
 緑色LEDチップ7Gは、例えば導電性基板を有する窒化ガリウム(GaN)系半導体発光素子である。緑色LEDチップ7Gの導電性基板(図示せず)の底面に底面電極が形成され、その反対側の面に上部電極が形成されている(図示せず)。緑色LEDチップ7Gの出射光(他の1次光)は、500nm~560nmの範囲の緑色光であり、530nm付近にピーク波長を有する。ここでは、緑色LEDチップ7Gは導電性基板の上面および下面に電極があるタイプのLEDチップで説明しているが、上面に2つの電極を持つタイプのLEDを使用してもかまわない。
 キャビティ15は、樹脂14により青色LEDチップ7Bと緑色LEDチップ7Gとを覆うように封止されている。樹脂14は、キャビティ15内に充填されることによって、青色LEDチップ7Bと緑色LEDチップ7Gとが配置されたキャビティ15を封止している。また、樹脂14は波長の短い1次光に対して耐久性の高いことが要求されるため、シリコーン樹脂が好適に用いられる。樹脂14の表面は、光が出射される発光面を形成している。
 樹脂14には、青色LEDチップ7Bから発光される1次光(青色光)によって励起され、2次光として、赤色光を発光する赤色蛍光体が分散されている。赤色蛍光体は、例えば、KSF蛍光体(蛍光体、赤色蛍光体、Mn4+賦活複合フッ素化物蛍光体)8である。KSF蛍光体8は、禁制遷移により赤色光を発光する蛍光体である。
 KSF蛍光体8は、樹脂14に分散されており、禁制遷移により赤色光を発光する赤色蛍光体の一例である。KSF蛍光体8は、1次光である青色光により励起され、1次光よりも長波長である赤色(ピーク波長が600nm以上780nm以下)の2次光を発する。KSF蛍光体8は、Mn4+付活KSiF構造を有する蛍光体である。
 KSF蛍光体8は、ピーク波長の波長幅が約30nm以下と狭く、高純度の赤色光を発光する。
 Mn4+付活KSiF構造を有する蛍光体以外にも、ピーク波長の波長幅が狭く第1の赤蛍光体として用いることができる材料として、Mn4+付活Mgフルオロジャーマネート蛍光体等を挙げることができる。さらに、禁制遷移により赤色光を発光する第1の赤蛍光体は、下記一般式(A1)~(A8)に示すMn4+付活複合フッ化物蛍光体の何れかであってもよい。
[MF]:Mn4+・・・一般式(A1)
(上記一般式(A1)において、AはLi、Na、K、Rb、Cs、NHの何れか、又はこれらの組合せから選択され、MはAl、Ga、Inの何れか又はこれらの組合せから選択される)
[MF]:Mn4+・・・一般式(A2)
(上記一般式(A2)において、AはLi、Na、K、Rb、Cs、NHの何れか、又はこれらの組合せから選択され、MはAl、Ga、Inの何れか又はこれらの組合せから選択される)
Zn[MF]:Mn4+・・・一般式(A3)
(上記一般式(A3)において、[ ]内のMはAl、Ga、Inの何れか又はこれらの組合せから選択される)
A[In]:Mn4+・・・一般式(A4)
(上記一般式(A4)において、AはLi、Na、K、Rb、Cs、NHの何れか又はこれらの組合せから選択される)
[MF]:Mn4+・・・一般式(A5)
(上記一般式(A5)において、AはLi、Na、K、Rb、Cs、NHの何れか又はこれらの組合せから選択され、MはGe、Si、Sn、Ti、Zr何れか又はこれらの組合せから選択される)
E[MF]:Mn4+・・・一般式(A6)
(上記一般式(A6)において、EはMg、Ca、Sr、Ba、Znの何れか又はこれらの組合せから選択され、MはGe、Si、Sn、Ti、Zrの何れか又はこれらの組合せから選択される)
Ba0.65Zr0.352.70:Mn4+・・・一般式(A7)
[ZrF]:Mn4+・・・一般式(A8)
(上記一般式(A8)において、AはLi、Na、K、Rb、Cs、NHの何れか又はこれらの組合せから選択される)
 さらに、樹脂14に分散される第1の赤蛍光体は、Mn4+付活KSiF構造を有する蛍光体以外にも、例えば、下記一般式(A9)、又は一般式(A10)で実質的に表される4価のマンガン付活フッ化4価金属塩蛍光体であってもよい。
MII(MIII1-hMn)F・・・一般式(A9)
 一般式(A9)において、MIIはLi、Na、K、Rb及びCsから選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属元素を示し、明るさおよび粉体特性の安定性から、MIIはKであることが好ましい。また一般式(A9)において、MIIIは、Ge、Si、Sn、TiおよびZrから選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素を示し、明るさおよび粉体特性の安定性から、MIIIはTiであることが好ましい。
 また、一般式(A9)において、Mnの組成比(濃度)を示すhの値は0.001≦h≦0.1である。hの値が0.001未満である場合には、十分な明るさが得られないという不具合があり、また、hの値が0.1を超える場合には、濃度消光などにより、明るさが大きく低下するという不具合があるためである。明るさおよび粉体特性の安定性から、hの値は0.005≦h≦0.5であることが好ましい。
 一般式(A9)で表される第1の赤蛍光体としては、具体的には、K(Ti0.99Mn0.01)F、K(Ti0.9Mn0.1)F、K(Ti0.999Mn0.001)F、Na(Zr0.98Mn0.02)F、Cs(Si0.95Mn0.05)F、Cs(Sn0.98Mn0.02)F、K(Ti0.88Zr0.10Mn0.02)F、Na(Ti0.75Sn0.20Mn0.05)F、Cs(Ge0.999Mn0.001)F、(K0.80Na0.20(Ti0.69Ge0.30Mn0.01)Fなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
MIV(MIII1-hMn)F・・・一般式(A10)
 一般式(A10)において、MIIIは、上述した一般式(A9)におけるMIIIと同じくGe、Si、Sn、TiおよびZrから選ばれる少なくとも1種の4価の金属元素を示し、同様の理由から、MIIIはTiであることが好ましい。また一般式(A10)において、MIVは、Mg、Ca、Sr、BaおよびZnから選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素を示し、明るさおよび粉体特性の安定性から、MIVはCaであることが好ましい。また、一般式(A10)において、Mnの組成比(濃度)を示すhの値は、上述した一般式(A9)におけるhと同じく0.001≦h≦0.1であり、同様の理由から、0.005≦h≦0.5であることが好ましい。
 一般式(A10)で表される第1の赤蛍光体としては、具体的には、Zn(Ti0.98Mn0.02)F、Ba(Zr0.995Mn0.005)F、Ca(Ti0.995Mn0.005)F、Sr(Zr0.98Mn0.02)Fなどを挙げることができるが、勿論これに限定されるものではない。
 図2の(c)に示すように、複数のLED6は、基板11の長手方向に沿ってそれぞれ青色LEDチップ7B、及び、緑色LEDチップ7Gごとに直列に接続されている。
 (導光板12の構成)
 再び図2の(b)を参照すると、バックライト装置2には、複数のLED6を覆うように導光板12が設けられている。導光板12は、全体形状が直方体であり、基板11に垂直な方向に沿って所定の厚さを有している透明部材である。この導光板12は、LED6から出射した光が入射する光入射面16を有している。導光板12には、光入射面16から入射した光を面状に放射して光を取り出すための光放射面17が形成されている。導光板12は、アクリルなどの透明材料によって形成されている。
 基板11およびLED6は光源部10を構成している。この光源部10は、複数のLED6のそれぞれの青色LEDチップ7Bからの出射光と、緑色LEDチップ7Gからの出射光とが導光板12の光入射面16に入射するように、複数のLED6のそれぞれの発光面が光入射面16に対向し、かつ導光板12と近接する位置に配置されている。
 図1及び図2の(b)を参照すると、LED駆動回路1には、フォトセンサ(光センサ)4が、導光板12の光放射面17と反対側に設けられている。フォトセンサ4は、青色LEDチップ7Bが発光した青色光と、緑色LEDチップ7Gが発光した緑色光と、KSF蛍光体8が発光した赤色光とを受光する。
 図4は、LED駆動回路1に設けられたフォトセンサ4に光が入射する経路を説明するための図である。導光板12の光放射面17と反対側の面には、反射シート19が設けられている。LED6から発光して光入射面16を通って導光板12に入射した光の一部は、導光板12の光放射面17を通って放射されるが、光の残りは光放射面17により反射される。光放射面17により反射された光は、反射シート19によりさらに反射される。さらに反射された光の一部は光放射面17を通って放射されるが光の残りは光放射面17により反射される。この反射が繰り返される。
 反射シート19には開口20が形成されている。フォトセンサ4は、開口20に対向する位置に配置されている。上記反射が繰り返され、光放射面17により反射された光の残りが反射シート19の開口20を通ってフォトセンサ4により受光される。
 (LED駆動回路1の構成)
 LED駆動回路1は、青色LEDチップ用アノード電圧生成回路9B及び緑色LEDチップ用アノード電圧生成回路9Gを備えている。アノード電圧生成回路9Bは、青色LEDチップ7Bが複数個直列に接続されたアノード端子と接続され、青色LEDチップ7Bを点灯させるために必要なアノード電圧を供給する。アノード電圧生成回路9Gは、緑色LEDチップ7Gが複数個直列に接続されたアノード端子と接続され、緑色LEDチップ7Gを点灯させるために必要なアノード電圧を供給する。ここでアノード電圧生成回路1B・1Gの例として、DC/DCコンバータが挙げられる。
 LED駆動回路1には、青色LEDチップ用ドライバ3B及び緑色LEDチップ用ドライバ3Gを備えている。ドライバ3Bは、青色LEDチップ7Bが複数個直列に接続されたカソード端子と接続され、青色LEDチップ7Bを一定の電流で駆動する機能と、PWM信号によりパルス駆動する機能とを有する。ドライバ3Bは、コントローラ(演算処理部)5とも接続され、コントローラ5からの制御により、青色LEDチップ7Bに流す電流値と、PWM信号の周波数、デューティ比を任意に変えることができる。
 ドライバ3Bは、青色LEDチップ7Bのカソード端子の電圧が一定になるように、カソード端子の電圧をモニターして、アノード電圧生成回路9Bへフィードバックを行い、最適なアノード電圧を生成する機能を有しても良い。
 ドライバ3Gは、緑色LEDチップ7Gが複数個直列に接続されたカソード端子と接続され、緑色LEDチップ7Gを一定の電流で駆動する機能と、PWM信号によりパルス駆動する機能とを有する。ドライバ3Gは、コントローラ5とも接続され、コントローラ5からの制御により、緑色LEDチップ7Gに流す電流値と、PWM信号の周波数、デューティ比を任意に変えることができる。
 ドライバ3Gは、緑色LEDチップ7Gのカソード端子の電圧が一定になるように、カソード端子の電圧をモニターして、アノード電圧生成回路9Gへフィードバックを行い、最適なアノード電圧を生成する機能を有しても良い。
 フォトセンサ4は、前述したようにバックライト装置2からの光を受光して、青色、緑色、赤色の光の強度を測定し、コントローラ5にフィードバックする。ここでフォトセンサ4の例として、フォトダイオード、カラーセンサが挙げられる。また、フォトセンサ4は、図1では1個しか記載していないが、バックライト装置2のサイズに応じて複数個あっても良い。さらには、フォトセンサ4に、青色、緑色、赤色の3種類のセンサを設けて、各色に対してフィードバックを行っても良い。
 コントローラ5は、フォトセンサ4からのフィードバックを受け、白色光の白色点であるホワイトバランスを保持するために、青色、緑色、赤色の光の強度が、予め設定された青色、緑色、赤色の光の強度と一致するか検証を行い、一致しない場合は予め設定しておいた演算処理によって補正係数を算出し、ドライバ3B・3Gに対して、IF(順電流(駆動電流))値とデューティ比とを変える信号を出力し、ホワイトバランスのズレを戻す。
 このコントローラ5によるフィードバック処理は適時行われても良いし、外部からの制御で行われても良い。
 図5は、LED6のKSF蛍光体8の発光スペクトルを表すグラフである。図5及び図13に示すように、禁制遷移タイプの蛍光体であるKSF蛍光体8は、許容遷移タイプの蛍光体であるCASN蛍光体と比べて、630nm近傍であるピーク波長幅が狭い狭スペクトルを有することが分かる。図5に示すKSF蛍光体8の発光スペクトルのように、発光スペクトルにおけるピーク波長の波長幅は30nm以下程度が好ましい。このように、発光スペクトルにおけるピーク波長の波長幅が狭スペクトルである発光スペクトルの方が、発光させることを目的とする赤色の波長帯以外の色の波長帯が含まれる割合が低く、また、目的とする赤色の波長帯が、それ以外の他の色の波長帯と、より明確に分離される。このため、色再現性が広いLED6を得ることができる。
 (デューティ比の違いによる白色光の色度変化)
 図6の(a)は、LED6に設けられた青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の青色LEDチップ7Bから発光された1次光とCASN蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した色度の変化を表すグラフであり、図6の(b)は青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の青色LEDチップ7Bから発光された1次光とKSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した色度の変化を表すグラフである。
 図6の(a)に示す点P1~P3は、パルス駆動された青色LEDチップ7Bから発光した青色光の一部を吸収したCASN蛍光体が発光した赤色光と、Eu付活β型SiAlON蛍光体が発光した緑色光が混色した色度を示している。
 点P1は、デューティ比50%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動し、CASN蛍光体とEu付活β型SiAlON蛍光体とが発光して混色した白色光の色度(x、y)が(0.265、0.222)であることを示している。点P2は、デューティ比100%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動し、CASN蛍光体とEu付活β型SiAlON蛍光体とが発光して混色した白色光の色度(x、y)が、デューティ比50%で駆動した時の色度(x)が0.0005増大し色度(y)が0.0006増大した(0.2655、0.2226)であることを示している。点P3は、デューティ比10%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動し、CASN蛍光体とEu付活β型SiAlON蛍光体とが発光して混色した白色光の色度(x、y)が、デューティ比50%の時の色度(x)、色度(y)が共に0.0001減少した(0.2649、0.2219)であることを示している。
 このように、デューティ比を50%から100%に変化させても白色光の色度は殆ど変らないし、デューティ比を50%から10%に変化させても白色光の色度は殆ど変らない。
 これに対して、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光される2次光と青色LEDチップ7Bから発光される1次光とが混色した色度は、デューティ比の変化に応じてシフトする。即ち、図6の(b)に示す点P4~点P6は、パルス駆動された青色LEDチップ7Bから発光した1次光と、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した色度を示している。点P4は、デューティ比50%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の1次光と、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した白色光の色度(x、y)が(0.265、0.222)であることを示している。点P5は、デューティ比10%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の1次光と、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した白色光の色度(x、y)が、デューティ比50%で駆動した時の色度(x)が0.003増大し色度(y)が0.002増大した(0.268、0.224)であることを示している。点P6は、デューティ比100%で青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の1次光と、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した白色光の色度(x、y)が、デューティ比50%の時の色度(x)が0.003減少し、色度(y)が0.002減少した(0.262、0.220)であることを示している。
 上記に記載の白色光の色度(x、y)に限定するものではない。また、デューティ比を変えた場合の色度の変化量においても、色度、IF値、周囲温度等によっても変わるため、上記に記載の白色光の色度(x、y)は一例である。
 このように、青色LEDチップ7Bをパルス駆動した時の1次光と、KSF蛍光体(赤色)、及びEu付活β型SiAlON蛍光体(緑色)から発光された2次光とが混色した白色光の色度(x、y)は、青色LEDチップ7Bのパルス駆動のデューティ比を下げると、x、y共にプラス方向(赤色側)にシフトし、デューティ比を上げると、x、y共にマイナス方向(青色側)にシフトする。KSF蛍光体8は、狭スペクトルで色再現性は良いが応答速度が遅い。このため、デューティ比を下げるとKSF蛍光体8の赤色光の残光が増え、白色光の色度がプラス側(赤色側)にシフトする。
 (LEDの一般的な輝度特性)
 図7はLEDの一般的な輝度特性を示すグラフであり、図7の(a)はデューティ比と輝度との関係を示し、図7の(b)はPWM周波数と輝度との関係を示し、図7の(c)は駆動電流値と輝度との関係を示し、図7の(d)は周囲温度と輝度との関係を示し、図7の(e)は経時変化と輝度との関係を示す。
 図7の(a)に示すように、LEDをパルス駆動するときのデューティ比と、パルス駆動されたLEDからの光の輝度とは、一般的に比例している。
 図7の(b)に示すように、LEDをパルス駆動するときのPWM周波数を変えても、LEDからの光の輝度は、一般的に一定である。
 図7の(c)に示すように、LEDを駆動するIF値を上げると、LEDからの光の輝度も上がるが、IF値に対する輝度の効率が落ちてくる。
 図7の(d)に示す曲線1Bは青色LEDチップの周囲温度と輝度との間の関係を示す。曲線1Gは緑色LEDチップの周囲温度と輝度との間の関係を示し、曲線1Rは赤色LEDチップの周囲温度と輝度との間の関係を示す。周囲温度が上がれば、青色光に比べ、特に緑色光と赤色光との輝度が下がることが分かる。特に赤色光の輝度低下が大きい。すなわち、周囲温度が上がれば青色光、緑色光、及び、赤色光の輝度出力が変わり、青色光、緑色光、及び、赤色光を混色して発光していた白色光のホワイトバランスが崩れる。
 図7の(e)に示す曲線2Bは青色LEDチップの経時変化と輝度との間の関係を示す。曲線2Gは緑色LEDチップの経時変化と輝度との間の関係を示し、曲線2Rは赤色LEDチップの経時変化と輝度との間の関係を示す。図7の(e)に示すように、経時変化によっても、図7の(d)と同様に青色光、緑色光、及び、赤色光の輝度差が増えるためホワイトバランスが崩れる。
 (LED駆動回路1の動作)
 上記のように構成されたLED駆動回路1は、下記のように動作する。
 まず、アノード電圧生成回路9Bが、LED6の青色LEDチップ7Bが複数個接続されたアノード端子にアノード電圧を供給するとともに、アノード電圧生成回路9Gが、緑色LEDチップ7Gが複数個接続されたアノード端子にアノード電圧を供給する。そして、ドライバ3Bが、青色LEDチップ7Bが複数個接続されたカソード端子にPWM信号を供給して複数個の青色LEDチップ7Bをパルス駆動するとともに、ドライバ3Gが、緑色LEDチップ7Gが複数個接続されたカソード端子にPWM信号を供給して複数個の緑色LEDチップ7Gをパルス駆動する。
 次に、パルス駆動された青色LEDチップ7Bが青色光を発光し、パルス駆動された緑色LEDチップ7Gが緑色光を発光する。その後、青色LEDチップ7Bが発光した青色光の一部がKSF発光体8に吸収され、KSF発光体8が赤色光を発光する。そして、青色LEDチップ7Bが発光した青色光と、KSF発光体8が発光した赤色光と、緑色LEDチップ7Gが発光した緑色光とをフォトセンサ4が受光する。
 次に、コントローラ(演算処理部)5が、フォトセンサ4により受光された青色光、赤色光、及び、緑色光に基づいて、ドライバ3Bが青色LEDチップ7Bを駆動するためのPWM信号のデューティ比を制御し、及び、青色LEDチップ7Bを駆動するための駆動電流を制御する。また、コントローラ5は、上記青色光、赤色光、及び、緑色光に基づいて、ドライバ3Gが緑色LEDチップ7Gを駆動するためのPWM信号のデューティ比を制御し、及び、緑色LEDチップ7Gを駆動するための駆動電流を制御する。
 実施形態1では、LED6に搭載された青色LEDチップ7Bの輝度、緑色LEDチップ7Gの輝度が、周囲温度、経時変化により低下してホワイトバランスが崩れた場合、KSF蛍光体8の特性を利用して、青色LEDチップ7Bを駆動するためのPWM信号のデューティ比を変えることにより、赤色光の出力を制御する。
 このため、青色LEDチップ7B、KSF蛍光体8、及び、緑色LEDチップ7Gを用いて液晶パネルの色再現性を向上させることができる。そして、狭スペクトルであるが応答速度が遅いKSF蛍光体8の特性を利用してPWM信号のデューティ比を変えることにより赤色光の出力を調整する。その結果、効率よくホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路1を提供することができる。
 (フォトセンサ4及び導光板12の変形例)
 図8は、フォトセンサ4に光が入射する他の経路を説明するための図である。前述した例では、開口20を形成した反射シート19を導光板12の光放射面17と反対側に設け、フォトセンサ4を光放射面17の反対側に配置する例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。図8に示すように、開口20を形成しない反射シート19aを導光板12の光放射面17と反対側に設け、フォトセンサ4を光放射面17側に配置してもよい。
 図9は、フォトセンサ4に光が入射するさらに他の経路を説明するための図である。フォトセンサ4は、基板11の表面に配置してもよい。LED6から発光された光の一部は導光板12に入光し、上記光の残りは導光板12により反射される。反射された光はLED6又は基板11の高反射レジストを形成した表面によりさらに反射される。さらに反射された光の一部は導光板12に入光し、上記光の残りは導光板12によりさらに反射される。このような反射が繰り返され、導光板12によりさらに反射された光が、基板11の表面に配置したフォトセンサ4に入射する。
 実施形態1に係るLED駆動装置1は、矩形波の信号レベルに応じて変化する駆動電流(IF)により駆動され、当該IFに対応する輝度の青色光を発光する青色LEDチップ7Bと、当該青色光により励起されて赤色光を発光するKSF蛍光体8と、当該IFに対応する輝度の緑色光を発光する緑色LEDチップ7Gとを有し、上記青色光、緑色光、及び、赤色光との混色光を出射するLED6と、上記青色LEDチップ7Bのアノード電圧を生成するアノード電圧生成回路9Bと、青色LEDチップ7Bを駆動するドライバ3Bと、上記緑色LEDチップ7Gのアノード電圧を生成するアノード電圧生成回路9Gと、緑色LEDチップを駆動するドライバ3Gと、上記混色光を受光するフォトセンサ4と、フォトセンサ4の測定値に基づいて、ドライバ3B・3Gを制御するコントローラ5とを有する。
 上記構成によれば、青色LEDチップ7Bと緑色LEDチップ7Gとは個別に駆動される。青色LEDチップ7BをPWM信号でパルス駆動する場合、フォトセンサ4の測定値に基づいて、PWM信号のデューティ比を下げると、KSF蛍光体8の特性により赤色光の残光が発生し、赤色側に色度がシフトする。上記デューティ比を下げると、青色光と赤色光の輝度が共に下がるのでIFを増やして輝度を上げる。
 逆に、フォトセンサ4の測定値に基づいて、デューティ比を上げると赤色光の残光が減り、青色側に色度がシフトする。上記デューティ比を上げると、青色光と赤色光との輝度が共に上がるのでIFを減らして輝度を下げる。
 緑色LEDチップ7Gは、デューティ比を変えても色度がほとんど変わらないので、緑色LEDチップ7Gの輝度は、デューティ比により調整してもよいし、IFにより調整してもよい。但し、IFを上げると一般的に緑色LEDチップ7Gの発光効率が下がる傾向にあるので、緑色LEDチップ7GはIFを下げてデューティ比を上げる方が望ましい。
 実施形態1に係るLED駆動装置1は、青色LEDチップ7Bの駆動において、PWM信号によるパルス駆動と、一定のIF値で駆動する定電流駆動とを併用し、フォトセンサ4の測定値に基づいて、PWM信号のデューティ比を変えることにより赤色光の出力を調整し、IF値を変えることにより青色光と赤色光との全体の出力を調整し、緑色LEDチップ7Gの出力と混色させて白色光を発光させ、ホワイトバランスを保持する。
 〔実施形態2〕
 図10は、実施形態2に係るバックライト装置に設けられたLED6aの構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 LED6aは、1パッケージ2キャビネットの構成を有しており、パッケージ13aを備えている。パッケージ13には、二つの凹部である一対のキャビティ15aが形成されている。青色LEDチップ7Bは、一対のキャビティ15aの一方の底面に実装されている。緑色LEDチップ7Gは、一対のキャビティ15aの他方の底面に実装されている。各キャビティ15aは樹脂14により封止されている。
 青色LEDチップ7Bに対応する樹脂14には、青色LEDチップ7Bから発光された青色光に基づいて赤色光を発光するKSF蛍光体8が分散されている。青色LEDチップ7Bに対応するキャビティ15aの内側面は、青色LEDチップ7Bから発光した青色光と、KSF蛍光体8から発光した赤色光とを反射する。緑色LEDチップ7Gに対応するキャビティ15aの内側面は、緑色LEDチップ7Gから発光した緑色光を反射する。
 パッケージ13aは、ナイロン系材料にて形成されており、図示しないリードフレームが、パッケージ13aに形成された一対のキャビティ15aの底面に露出するようにインサート成形により設けられている。
 図3に示すLED6と比較すると、LED6aはキャビティを2つのキャビティ15aに分けているので、青色LEDチップ7Bが配置される側のキャビティ15aにのみKSF蛍光体8を分散させることができる。このため、緑色LEDチップ7Gから出射される緑色光がKSF蛍光体8に当たらない。従って、緑色LEDチップ7Gからの緑色光がKSF蛍光体8によって吸収されるのを防ぐことができる。
 〔実施形態3〕
 図11の(a)は実施形態3に係るバックライト装置2bの平面図であり、図11の(b)は図11の(a)に示す面BBに沿った断面図である。
 バックライト装置2bは、複数のLED6B・6Gを用いた直下型方式のバックライトである。LED6B・6Gは、2パッケージ2キャビネットの構成を有している。バックライト装置2bは基板11bを備えている。なお、バックライト装置2bは、複数のLED6B・6Gの駆動を制御するために、図11には図示しないLED駆動回路(図1参照)も備えている。
 基板11bは、複数のLED6B・6Gを実装する実装面に、LED6B・6Gへの給電のための図示しないプリント配線が形成されている。また、基板11bの両端部または一方の端部には、プリント配線に接続される図示しない正極端子および負極端子が設けられている。この正極端子および負極端子に外部からの給電のための配線が接続されることにより、LED6B・6Gが給電される。図11の(a)に示すように、複数のLED6B・6Gは、基板11bの表面にマトリックス状に交互に実装されている。そして、複数のLED6Bがそれぞれ直列に接続されており、複数のLED6Gがそれぞれ直列に接続されている。
 複数のLED6B・6Gは、図11に示す例ではマトリックス状に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。LED6B・6Gは、例えば千鳥状に配置してもよい。
 さらには、複数のLED6B・6Gは図11に示す例ではいずれも均等ピッチで配置しているが、本発明はこれに限定されるものはなく、複数のLED6B・6Gは、例えば2個のLED6B、2個のLED6Gの合計4個を1つのユニットとして配置し、当該ユニット間のピッチを、1つのユニットに含まれるLED6B・6G間のピッチよりも広く取ってもよい。
 バックライト装置2bには、基板11b上に実装された複数のLED6B・6Gを覆うように拡散板18が設けられている。拡散板18は、所定の厚さを有している長方形の板状の半透明部材である。この拡散板18は、複数のLED6B・6Gから発光する光を混色して均一にする機能を有する。図示していないが、混色した光の均一性を上げるために拡散板18の上に光学シート類を配置しても良い。
 基板11bの表面には、フォトセンサ4が設けられている。フォトセンサ4は、複数のLED6B・6Gから発光して拡散板18により反射された光を受光して、青色光、緑色光、及び、赤色光の強度を測定し、コントローラ5にフィードバックする。フォトセンサ4は、図11の(a)では、2個のLED6Bと2個のLED6Gとの合計4個のLED6B・6Gに対して1個配置しているが、本発明はこれに限定されない。
 図12は、バックライト装置2bに設けられたLED6B・6Gの構成を示す断面図である。LED6Bは、パッケージ13bを備えている。パッケージ13bには、一つの凹部であるキャビティ15bが形成されている。青色LEDチップ7Bが、キャビティ15bの底面に実装されている。キャビティ15bは、樹脂14により青色LEDチップ7Bを覆うように封止されている。樹脂14には、KSF蛍光体8が分散されている。
 LED6Gも、パッケージ13bを備えている。パッケージ13bには、一つの凹部であるキャビティ15bが形成されている。緑色LEDチップ7Gが、キャビティ15bの底面に実装されている。キャビティ15bは、樹脂14により緑色LEDチップ7Gを覆うように封止されている。
 図3で前述したLED6、図10で前述したLED6aと比較して、2つのパッケージ13bによりLED6B・6Gを構成するため、LED6Bに対応する青色LEDチップ7BとLED6Gに対応する緑色LEDチップ7Gの配置の自由度を広げることができる。
 以上のように実施形態1~3によれば、青色LEDチップ7B、KSF蛍光体8、及び、緑色LEDチップ7Gを用いて色再現性を向上させることができる。そして、狭スペクトルであるが応答速度が遅いKSF蛍光体8の特性を使って、フォトセンサ4の測定値に基づいて、PWM信号のデューティ比を変えることにより赤色光の出力を調整し、温度変化及び経時変化が生じても、効率よくホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路及びバックライト装置を提供することができる。
 実施形態1~3のLED駆動装置は、演色性の高いKSF蛍光体を使用し、青色LEDチップと緑色LEDチップとを独立駆動し、青色LEDチップの青色光に基づいてKSF蛍光体が発光した赤色光と、青色LEDチップの青色光と、緑色LEDチップの緑色光とを混色させて白色光を発光する。青色LEDチップの青色光に基づいてKSF蛍光体が赤色光を発光するように構成することにより、青色LEDチップを駆動するPWM信号のデューティ比を下げると、KSF蛍光体が発光する赤色光の残光が発生し、赤色側に色度がシフトする。デューティ比を下げると赤色光の輝度が下がるので、駆動電流(IF)を上げて輝度を持ち上げる。即ち、デューティ比を下げると同時に駆動電流(IF)を上げると、赤色光の輝度は変わらず赤色側にシフトする。逆にPWM信号のデューティ比を上げて同時に駆動電流(IF)を下げると、赤色光の輝度は変わらず青色側にシフトする。
 そして、上記青色LEDチップの駆動電流(IF)、PWM信号のデューティ比の調整に加えて、緑色LEDチップの駆動電流(IF)、PWM信号のデューティ比を調整することにより緑色光の輝度を調整し、白色点のズレを戻す。
 上記により、経時変化に伴うホワイトバランス調整後の輝度低下を抑制することができる。
 このように、青色LEDチップと、デューティ駆動すると残光が発生する赤色蛍光体と、緑色LEDチップとの組み合わせにより、経時変化に伴う白色光の強度低下を抑制することができる。即ち、青色LEDチップと緑色LEDチップとを独立に駆動し、青色LEDチップに基づくKSF蛍光体の赤色光と、青色LEDチップの青色光と、緑色LEDチップの緑色光とを混色させて白色光を発光する。温度変化、経時変化に伴い、青色LEDチップ、緑色LEDチップの輝度が低下してホワイトバランスが崩れた場合、デューティ駆動によるKSF蛍光体の色度シフトの特性を利用して、青色LEDチップをデューティ駆動して青色と赤色との色度を調整する。デューティ比を変えると輝度が変化するが、駆動電流(IF)を変えることにより輝度の変化を抑えることができる。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1に係るLED駆動回路1は、1次光(青色光)を発光する発光素子(青色LEDチップ7B)と、他の1次光(緑色光)を発光する他の発光素子(緑色LEDチップ7G)と、前記発光素子(青色LEDチップ7B)の1次光(青色光)の一部を吸収して前記1次光(青色光)により励起された2次光(赤色光)を発光する禁制遷移タイプの蛍光体(KSF蛍光体8)とを備えたLED6が設けられたバックライト装置2を駆動するLED駆動回路1であって、前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するドライバ(青色LED用ドライバ3B)と、前記他の発光素子(緑色LEDチップ7G)を駆動する他のドライバ(緑色LED用ドライバ3G)と、前記発光素子(青色LEDチップ7B)が発光した1次光(青色光)と前記他の発光素子(緑色LEDチップ7G)が発光した他の1次光(緑色光)と前記禁制遷移タイプの蛍光体(KSF蛍光体8)が発光した2次光(赤色光)とを受光する光センサ(フォトセンサ4)と、前記光センサ(フォトセンサ4)により受光された1次光(青色光)、他の1次光(緑色光)、及び、2次光(赤色光)に基づいて、前記ドライバ(青色LED用ドライバ3B)が前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するための駆動電流を制御し、前記1次光(青色光)、他の1次光(緑色光)、及び、2次光(赤色光)に基づいて、前記他のドライバ(緑色LED用ドライバ3G)が前記他の発光素子(緑色LEDチップ7G)を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記他の発光素子(緑色LEDチップ7G)を駆動するための駆動電流を制御する演算処理部(コントローラ5)とを備えている。
 上記の構成によれば、発光素子の輝度、他の発光素子の輝度が、周囲温度、経時変化により低下してホワイトバランスが崩れた場合、蛍光体の特性を利用して、発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比を変えることにより、2次光の出力を制御してホワイトバランスを保持することができる。この結果、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路を提供することができる。
 本発明の態様2に係るLED駆動回路1は、上記態様1において、前記発光素子は、青色光を発光する青色LEDチップであり、前記禁制遷移タイプの蛍光体は、前記青色LEDチップから発光された青色光により励起された赤色光を発光する赤色蛍光体を有し、前記他の発光素子は、緑色光を発光する緑色LEDチップであってもよい。
 上記の構成によれば、青色LEDチップの輝度、緑色LEDチップの輝度が、周囲温度、経時変化により低下してホワイトバランスが崩れた場合、赤色蛍光体の特性を利用して、青色LEDチップを駆動するためのPWM信号のデューティ比を変えることにより、赤色光の出力を制御してホワイトバランスを保持することができる。この結果、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路を提供することができる。
 本発明の態様3に係るLED駆動回路1は、上記態様2において、前記赤色蛍光体は、Mn4+賦活複合フッ素化物蛍光体であってもよい。
 上記の構成によれば、青色LEDチップ7Bの輝度、緑色LEDチップ7Gの輝度が、周囲温度、経時変化により低下してホワイトバランスが崩れた場合、Mn4+賦活複合フッ素化物蛍光体(KSF蛍光体)8の特性を利用して、青色LEDチップ7Bを駆動するためのPWM信号のデューティ比を変えることにより、赤色光の出力を制御してホワイトバランスを保持することができる。この結果、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路を提供することができる。
 本発明の態様4に係るLED駆動回路1は、上記態様2において、前記青色LEDチップ7Bから発光された青色光と前記赤色蛍光体(KSF蛍光体8)から発光された赤色光とが混色した色度は、前記ドライバ(青色LED用ドライバ3B)が前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するためのPWM信号のデューティ比を上げると青色側にシフトし、前記デューティ比を下げると赤色側にシフトし、前記ドライバ(青色LED用ドライバ3B)が前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するためのPWM信号のデューティ比を制御することにより前記色度を調整し、前記発光素子(青色LEDチップ7B)を駆動するための駆動電流を制御することにより前記1次光の輝度を調整してもよい。
 上記の構成によれば、赤色蛍光体の特性を利用して、PWM信号のデューティ比を変えることにより、青色光と赤色光とが混色した色度を調整することができる。
 本発明の態様5に係るバックライト装置は、青色光を発光する青色LEDチップと、緑色光を発光する緑色LEDチップと、前記青色LEDチップの青色光の一部を吸収して赤色光を発光するMn4+賦活複合フッ素化物蛍光体とを備えたLEDを設けている。
 上記の構成によれば、青色LEDチップの輝度、緑色LEDチップの輝度が、周囲温度、経時変化により低下してホワイトバランスが崩れた場合、Mn4+賦活複合フッ素化物蛍光体の特性を利用して、青色LEDチップを駆動するためのPWM信号のデューティ比を変えることにより、赤色光の出力を制御してホワイトバランスを保持することができる。この結果、温度変化及び経時変化があってもホワイトバランスを保持することができるLED駆動回路を提供することができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
 本発明は、青色光、緑色光、及び、赤色光を混色して白色光を出射するバックライト装置を駆動するLED駆動装置、及び、バックライト装置に利用することができる。
 また、本発明は、液晶TVの色再現性を広げるバックライト装置に利用することができる。
 1 LED駆動回路
 2 バックライト装置
3B 青色LEDチップ用ドライバ(ドライバ)
3G 緑色LEDチップ用ドライバ(他のドライバ)
 4 フォトセンサ(光センサ)
 5 コントローラ(演算処理部)
 6 LED
7B 青色LEDチップ(発光素子)
7G 緑色LEDチップ(他の発光素子)
 8 KSF蛍光体
9B 青色LEDチップ用アノード電圧生成回路
9G 緑色LEDチップ用アノード電圧生成回路

Claims (5)

  1.  1次光を発光する発光素子と、他の1次光を発光する他の発光素子と、前記発光素子の1次光の一部を吸収して前記1次光により励起された2次光を発光する禁制遷移タイプの蛍光体とを備えたLEDが設けられたバックライト装置を駆動するLED駆動回路であって、
     前記発光素子を駆動するドライバと、
     前記他の発光素子を駆動する他のドライバと、
     前記発光素子が発光した1次光と前記他の発光素子が発光した他の1次光と前記禁制遷移タイプの蛍光体が発光した2次光とを受光する光センサと、
     前記光センサにより受光された1次光、他の1次光、及び、2次光に基づいて、前記ドライバが前記発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記発光素子を駆動するための駆動電流を制御し、前記1次光、他の1次光、及び、2次光に基づいて、前記他のドライバが前記他の発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比、及び前記他の発光素子を駆動するための駆動電流を制御する演算処理部とを備えることを特徴とするLED駆動回路。
  2.  前記発光素子は、青色光を発光する青色LEDチップであり、
     前記禁制遷移タイプの蛍光体は、前記青色LEDチップから発光された青色光により励起された赤色光を発光する赤色蛍光体を有し、
     前記他の発光素子は、緑色光を発光する緑色LEDチップである請求項1に記載のLED駆動回路。
  3.  前記赤色蛍光体は、Mn4+賦活複合フッ素化物蛍光体である請求項2に記載のLED駆動回路。
  4.  前記青色LEDチップから発光された青色光と前記赤色蛍光体から発光された赤色光とが混色した色度は、前記ドライバが前記発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比を上げると青色側にシフトし、前記デューティ比を下げると赤色側にシフトし、
     前記ドライバが前記発光素子を駆動するためのPWM信号のデューティ比を制御することにより前記色度を調整し、
     前記発光素子を駆動するための駆動電流を制御することにより前記1次光の輝度を調整する請求項2に記載のLED駆動回路。
  5.  青色光を発光する青色LEDチップと、緑色光を発光する緑色LEDチップと、前記青色LEDチップの青色光の一部を吸収して赤色光を発光するMn4+賦活複合フッ素化物蛍光体とを備えたLEDを設けたことを特徴とするバックライト装置。
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