(57)【要約】【課題】   試行錯誤の時間コストを減少するため、ソフトウェアの計算を利用して多種類の蛍光粉を迅速に配合して色再現性の発光ダイオードバックライトユニットを製造する方式とシステムの提供。【解決手段】 本発明の高色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムと方法は、主に演算法で多種類の蛍光粉の濃度を計算し、発光ダイオードを混光した後、高色再現性のバックライトユニットを提供する。【選択図】   図３
2010093237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法であって、
標準スペクトルを計算し、
発光ダイオードの発射スペクトル、第１蛍光粉の発射スペクトル、第２蛍光粉発射スペクトルを提供し、
前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉の濃度を調整し、前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉と前記発光ダイオードを混光して第１混光スペクトルを取得したとき、前記第１混光スペクトルと前記標準スペクトルを接近させ、
前記第１混光スペクトルをカラーフィルタにより３原色の色度座標に分け、前記３原色の色度座標に囲まれる面積を計算し、
前記３原色が構成する白色光の色度座標位置を計算する、
というステップを含むことを特徴とする、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法。
【請求項２】
高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法であって、
Ｐｌａｎｃｋ方程式で第１色温下の黒体放射の発光スペクトルを計算し、
発光ダイオード、第１蛍光粉、第２蛍光粉の発射スペクトルを提供し、
前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉の濃度を調整し、前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉と前記発光ダイオードを混光して第１混光スペクトルを取得したとき、前記第１混光スペクトルと前記標準スペクトルを接近させ、
前記混光後のスペクトルをカラーフィルタに透過させて赤色、緑色、青色の色度座標に分け、
前記赤色、緑色、青色の色度座標に囲まれる面積を計算し、
前記赤色、緑色、青色から合成される白色光の色度座標位置を取得する、
というステップを含むことを特徴とする、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法。
【請求項３】
高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムであって、
第１色温下の黒体放射の発光スペクトルを計算する手段と、
多種類の蛍光粉の濃度を調整し、発光ダイオードと混光した後のスペクトルを前記黒体放射の発光スペクトルに接近させる手段と、
混光後のスペクトルをカラーフィルタに透過させて赤色、緑色、青色の色度座標に分ける手段と、
前記赤色、緑色、青色の色度座標に囲まれる面積を計算する手段と、
合成される白色光の色度座標位置を取得する手段と、
を含むことを特徴とする、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステム。
【請求項４】
高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムであって、
発光ダイオード発光スペクトル、第１蛍光粉発光スペクトル、第２蛍光粉発光スペクトルを提供する第１データベースと、
第１色温下の黒体放射の発射する可視光スペクトルを生成する標準色温度スペクトル生成器と、
前記第１データベース中の前記発光ダイオード、前記第１蛍光粉、前記第２蛍光粉の混光スペクトルを計算し、そのうち前記混光スペクトルが第１混光スペクトルである第１混色ユニットと、
前記第１混光スペクトルと前記標準色温度スペクトル生成器が生成する標準スペクトルを照合するスペクトル比較ユニットと、
カラーフィルタの透過スペクトルを保存する第２データベースと、
前記第２データベースの透過スペクトルに基づき前記第１混光スペクトルの３原色の色度座標を計算するフィルタリングユニットと、
前記３原色の色度座標に囲まれる面積を計算する色再現性計算ユニットと、
前記３原色を混色した後の白色光の色度座標を計算する第２混色ユニットと、
を含むことを特徴とする、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステム。
【請求項５】
２段階の近似を用いて各種蛍光粉の高い色再現性を備えた発光ダイオードにおける配合割合を見つける方法であって、
黒体放射に近い各種蛍光粉の混合割合を見つけ、
カラーフィルタで色分けされた３原色の色度座標に囲まれる面積と白色光の色度座標から前記各種蛍光粉の配合割合を修正する、
というステップを含むことを特徴とする、２段階の近似を用いて各種蛍光粉の高い色再現性を備えた発光ダイオードにおける配合割合を見つける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードバックライトユニットに関し、特に、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；略称ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーに転化する電子部品であり、同時にダイオードの特性を備えている。一般に直流電流を供給すると、発光ダイオードは安定した状態で発光するが、交流電流を接続すると、発光ダイオードはちらつきが生じ、ちらつきの変動は入力される交流電流の周波数によって変わる。発光ダイオードの発光原理は外部から電圧を加え、電子とホールを半導体内で結合させて、エネルギーを光の形式で放出させる。
【０００３】
現在、発光ダイオードチップの組成は主にＩＩＩ族砒化物、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩ−ＶＩ族の半導体化合物等である。発光ダイオードチップの製造材料の違いに伴い、発生する光子が持つエネルギーも異なるため、製造材料によって発光ダイオードチップの発光の波長を制御し、異なるスペクトルと色の各種発光ダイオードチップを生み出している。現在、世界の当該産業ではさまざまな種類の発光ダイオードチップが生み出されており、すでに赤外線から青色光の間の異なる波長の光線を発射でき、紫色から紫外線の発光ダイオードチップの技術もまさに成熟中である。上述の発光ダイオードは主に単色光、または単一周波数の発光ダイオードを重点としている。白色光発光ダイオードの発光スペクトルは、ある単色光上に集中しておらず、可視光のスペクトル中の１つの分布である。現在白色光発光ダイオードを形成するために用いられる組み合わせは主にマルチチップ型とシングルチップ型の２種類のタイプがある。
【０００４】
マルチチップ型は赤色、緑色、青色の三色の発光ダイオードチップを用い、レンズでこれら３色の光を混合し、我々が見える白色光を形成する。その利点は高い発光率と光色の調節が可能な点であり、欠点は３種類のチップが必要で、各チップ間に個別の回路設計を要することに加え、３種類のチップの減衰速度と寿命が同じでないため、白色光発光ダイオードの寿命を制御しにくいことである。
【０００５】
このほか、シングルチップ型で白色光を発生する方法は３つに分けることができる。第１方式は主流の方式であり、青色発光ダイオードチップを黄色蛍光粉に照射し、蛍光粉を励起させ、白色光を発する方法である。このような製品は発光ダイオードのＣＩＥ値を調整するとき、青色光発光ダイオードの波長と黄色蛍光粉の励起スペクトルを正しく選択した後、青色光発光ダイオードの発光強度と黄色蛍光粉の濃度を調整するだけでよい。このような白色光発光ダイオードが発生するスペクトルは、赤色区域の光度が弱すぎ、平均演色評価数（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ；Ｒａ）値が低くなる。例えば、このような製品をバックライト光源に使用した場合、表示される図案に赤色が欠ける。このため、現在高演色性の白色光発光ダイオードが現段階において各界が追求する方向性である。
【０００６】
赤色区域の光度を補うため、後に派生した青色発光ダイオードチップで緑色及び赤色蛍光粉を照射するか、或いは青色発光ダイオードチップで緑色及び黄色蛍光粉を照射して白色光を形成し、平均演色評価数を高める方法が第２方式である。第３方式は紫外光発光ダイオードチップで緑色、赤色、青色の３種類の蛍光粉を照射して白色光を形成する方法である。
【０００７】
上述の方式において、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットの製作方式を得るためには赤色の蛍光粉を増加したり、２種類以上の蛍光粉を使用したりすることができる。しかしながら、２種類の蛍光粉を使用して混光し、発光ダイオードに特定のＣＩＥ値の光源を発生させるとき、全部で３つのパラメータ、すなわち発光ダイオードの発光強度と２つの蛍光粉の濃度を同時に調整する必要がある。発光ダイオードを使用したバックライト光源の色再現性を高めるためには、何度も試行錯誤（ｔｒｉａｌ−ａｎｄ−ｅｒｒｏｒ）を行う方式で異なる蛍光粉の間の濃度割合と青色光発光ダイオードの発光強度を調整しなければならない。
【０００８】
このほか、発光ダイオードの発光スペクトルは温度と関係がある。いわゆる接合温度（ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が高ければ高いほど、発光ダイオードの発光スペクトルのピーク波長もそれに伴い長波長に向かって移動する。発光ダイオードの操作時間が増加すると、素子の温度も高くなる。このため、長時間の操作時、発光ダイオードの発光周波数も変化する。また、発光ダイオードの製作過程はスペクトルの分布があるため発光ダイオードに対してビン（ｂｉｎ）分けを行うが、これは発光ダイオードの製造コストを大幅に増加してしまう。
【０００９】
米国特許公告第２００６／０２９０６２４号は主に、この問題に対し解決を提示している。この技術の方式は、まず３原色のうちのいずれか１つの色、例えば緑色に対して調整を行い、少なくとも２つの発光ダイオードを提供し、そのうち１つの発光ダイオードの波長が緑色光よりやや高く、もう１つの発光ダイオードの波長が緑色光よりやや低いものとする。その後、制御回路を使用して２つの発光ダイオードを混光させた後、必要とする正確な緑色光の波長を得ることができる。操作時間が増加すると、２つの発光ダイオードの発光スペクトルに変化が生じることがあり、このときのセンサが励起スペクトルの変化を感知した場合、制御回路が２つの発光ダイオードの発光強度を制御して最終的な混光スペクトルを変化なく維持させる。３原色のうちいずれか１つの色に調整を行うことができるということは、つまり３原色の発光ダイオードすべてそれぞれ調整を行うことができるということである。
【００１０】
技術全体は理論上実行可能であるが、商業上このような設計は製造コストを大幅に増加する。まず、３原色に対して３つの制御回路と３つのセンサが必要である。また、各色の発光ダイオードに少なくとも２種類の発光ダイオードが必要である。３原色の発光ダイオードは６種類の発光ダイオードで調整を行わなければならず、これが発光ダイオードの製造と管理のコストを大幅に増加してしまう。さらに、各発光ダイオードの寿命が同じでないという問題も製品の寿命上の問題を引き起こす。
【００１１】
もう１つの方式が、発光ダイオードを使用して蛍光粉を励起し発光させる方法である。蛍光粉は３原色の発光ダイオード使用に対して次のような利点がある。発光ダイオードの発光スペクトルが変化したとき、それは蛍光粉にとって単に吸収スペクトルの変化である。発光ダイオードの励起スペクトルが蛍光粉の吸収スペクトルの範囲内にありさえすれば、蛍光粉の励起スペクトルは変化しない。このため、蛍光粉を使用することはよい選択のようである。
【００１２】
台湾特許公告第２００６２７６７８号では、すでに紫外光または紫色光の発光ダイオードを使用して３原色の蛍光粉を励起させることが提示されている。このような方式は発光ダイオード光源の演色性を大幅に増加し、液晶ディスプレイのバックライトとしたときより良いＮＴＳＣ比の色度を提供することができる。
【００１３】
台湾公告第２００８３０５０８号は、赤色光の蛍光粉を用いてＮＴＳＣ比を高めており、使用する赤色蛍光粉はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、緑色蛍光粉は(ＢａｘＳｒ１−ｘ)２ＳｉＯ４:Ｅｕ（ｘ≧０．５）である。
【００１４】
上述の方式はみな多種類の蛍光粉を使用して発光ダイオードのＮＴＳＣ比を高めることを提示している。しかしながら、いくつかの問題を解決する必要がある。第１に、蛍光粉の調合割合について、多くが試行錯誤を繰り返す方式を採用しており、これは研究開発時間を増加してしまう。第２に、各メーカーのカラーフィルタの透過スペクトルが異なるため、発光ダイオードのメーカーは、異なる蛍光粉の調合割合によって色再現性を向上する必要があり、これがさらに試行錯誤の時間を増してしまう。
【００１５】
市場において開発される蛍光粉の種類が増加を続けたとき、あるいは２種類以上の蛍光粉を使用して混光を行いたい場合、異なる種類の蛍光粉を組み合わせて高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを得るための開発時間も長くなってしまう。これは製品の発売にとって非常に大きな挑戦であることは疑う余地がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許公告第２００６／０２９０６２４号明細書
【特許文献２】台湾特許公告第２００６２７６７８号明細書
【特許文献３】台湾特許公告第２００８３０５０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、試行錯誤の時間コストを減少するため、ソフトウェアの計算を利用して多種類の蛍光粉を迅速に配合して色再現性の発光ダイオードバックライトユニットを製造する方式とシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の発明背景を鑑みて、産業利益の必要性を満たすため、本発明は高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法を提供する。そのステップは、まず標準スペクトルを計算し、そのうち、前記標準スペクトルは第１色温度下の黒体放射が発射する可視光スペクトルである。その後、発光ダイオードの発射スペクトル、第１蛍光粉の発射スペクトル、第２蛍光粉の発射スペクトルを提供する。前記標準スペクトルで前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉の濃度を調整して第１混光スペクトルを取得し、前記第１混光スペクトルと前記標準スペクトルを接近させる。その後、第１混光スペクトルをカラーフィルタにより３原色の色度座標に分け、かつ３原色の色度座標に囲まれる面積を計算し、 さらに３原色から構成される白色光の色度座標位置を計算する。
【００１９】
本発明が提供する高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法は、まず標準スペクトルを計算するステップを含み、前記標準スペクトルは第１色温度下の黒体放射が発射する可視光スペクトルである。その後発光ダイオードの発射スペクトル、第１蛍光粉の発射スペクトル、第２蛍光粉の発射スペクトルを提供する。標準スペクトルにより前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉の濃度を調整し、第１混光スペクトルを取得する。前記第１混光スペクトルの各標準色標における演色性を計算する。その後、演色性が最も悪い色標を見つけ前記第１蛍光粉と前記第２蛍光粉の濃度を修正し、第２混光スペクトルを取得する。カラーフィルタに混光後のスペクトルを透過させて赤色、緑色、青色の色度座標に分けた後、赤色、緑色、青色の色度座標に囲まれる面積を計算し、かつ赤色、緑色、青色から合成される白色光の色度座標位置を取得する。
【００２０】
本発明が提供する高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムは、第１データベース、標準色温度スペクトル生成器、第１混色ユニット、第２混色ユニット、スペクトル比較ユニット、第２データベース、フィルタリングユニット、色再現性計算ユニットを含む。上述の第１データベースは、発光ダイオード発光スペクトル、第１蛍光粉発光スペクトル、第２蛍光粉発光スペクトルを提供するために用いられる。上述の標準色温度スペクトル生成器は第１色温下の黒体放射の発射する可視光スペクトルを生成するために用いられる。上述の第１混色ユニット第１データベース中の発光ダイオード、第１蛍光粉、第２蛍光粉の混光スペクトルを計算するために用いられ、そのうち、前記混光スペクトルを第１混光スペクトルとする。上述のスペクトル比較ユニットは第１混光スペクトルと標準色温度スペクトル生成器の生成する標準スペクトルを照合するために用いられる。上述の第２データベースはカラーフィルタの透過スペクトルを保存するために用いられる。上述のフィルタリングユニットは第２データベースの透過スペクトルに基づき第１混光スペクトルの３原色の色度座標を計算する。上述の色再現性計算ユニットは３原色の色度座標に囲まれる面積の計算に用いられる。上述の第２混色ユニットは３原色を混色した後の白色光の色度座標の計算に用いられる。
【００２１】
本発明が提供する多種類の蛍光粉の濃度を計算して高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを取得する方法は、多種類の蛍光粉の濃度を調整し、発光ダイオードの混光後のスペクトルを第１色温度下の黒体放射の発光スペクトルに接近させるステップ、カラーフィルタにより混光後のスペクトルを３原色に分けた後、３原色の色度座標に囲まれる面積と白色光の色度座標が要求を満たすことができるようにするステップを含む。
【００２２】
本発明が提供する２段階の近似を使用して各種蛍光粉の高い色再現性を備えた発光ダイオードにおける配合割合を見つける方法は、黒体放射に近い各種蛍光粉の混合割合を見つけるステップ、及びカラーフィルタで分けた３原色の色度座標に囲まれる面積と白色光の色度座標から前記各種蛍光粉の配合割合を修正するステップを含む。
【００２３】
そのうち、上述の前記標準スペクトルを計算するステップ、手段、またはシステムは、Ｐｌａｎｃｋ方程式を利用し、計算して取得する。上述の第１混光スペクトルは発光ダイオード、第１蛍光粉、第２蛍光粉の励起放射後に得られる。そのうち、上述の第１蛍光粉はＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃｅ、(ＭｇＣａＳｒＢａ)２ＳｉＯ４:Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ、(Ｃａ１.４７Ｍｇ１.５Ｃｅ０.０３)(Ｓｃ１.５Ｙ０.５)Ｓｉ３Ｏ１２或いは(Ｃａ２.９７Ｃｅ０.０３)Ｓｃ２(Ｓｉ、Ｇｅ)３Ｏ１２とすることができ、そのうち上述の第２蛍光粉は、ＣａＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ、(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ３、(ＳｒＣａ)ＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ或いはＳｒＧａ２Ｓ４:Ｅｕとすることができる。本発明は第３蛍光粉及びその発射スペクトルを含むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＣＩＥ １９３１色度図である。
【図２】ＮＴＳＣ標準と一般のバックライトのＣＩＥ  １９３１色度座標図である。
【図３】本発明の多種類の蛍光粉の濃度を計算して高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを取得する方法のフローチャートである。
【図４】本発明の高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法のフローチャートである。
【図５】本発明の高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムのブロック図である。
【図６】本発明の高演色性白色光発光ダイオードの製造方法のフローチャートである。
【図７】本発明の発射スペクトルの相似度を比較して高演色性白色光発光ダイオードを製造するシステムのブロック図である。
【図８】発光ダイオードチップと２種類の異なる蛍光粉の濃度の混合発射スペクトルを示す曲線図である。
【図９】カラーフィルタの透過スペクトル図である。
【図１０】演色評価数を照合して高演色性白色光発光ダイオードを製造するシステムのブロック図である。
【図１１】本発明の高演色性白色光発光ダイオードを製造するシステムのブロック図である。
【図１２】本発明の高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニット、ＮＴＳＣ標準、一般のバックライトのＣＩＥ  １９３１色度座標図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明がここで探究する方向は、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法及びシステムである。徹底的に本発明を理解できるように、以下の説明において詳細なステップとその構成を提示する。当然、本発明の実施は高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法及びシステムの技術者が熟知する特殊な詳細に限定されない。一方で、本発明に対する不必要な制限を回避するため、周知の構成またはステップは詳細に説明していない。本発明の最良の実施例を以下で詳細に説明するが、これら詳細な説明のほか、本発明はさらに幅広くその他の実施例に実施可能であり、かつこれら実施例に本発明の範囲は限定されず、本発明の範囲は後付の特許請求の範囲に準じる。
【００２６】
上述から分かるように、白色光を生み出すための重要な要素の１つが蛍光材料である。蛍光材料の発光は、蛍光体が光、電場、電子束等の異なる励起源の励起を経た後、蛍光体の電子が十分なエネルギーを獲得し、基底準位からより高エネルギーの励起準位に移行する。高い準位にある励起状態の電子は比較的不安定であるため、緩和（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）の方式で低準位の基底準位に戻る。緩和過程において、非放射（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ）方式でエネルギーが放出されると、格子の振動を生じ、エネルギーが「熱」の形式で消耗される。電磁放射（ｒａｄｉａｔｉｖｅ）方式で放出されると、光の形式でエネルギーが放出される。発される光の波長が可視光の範囲にあるとき、人の目で蛍光体が放射する光を見ることができる。この蛍光体が発する光は、電子の高低エネルギー準位間での遷移のみと関係がある。
【００２７】
発光ダイオードに使用する蛍光粉はホスト格子（ｈｏｓｔ  ｌａｔｔｉｃｅ、Ｈ）が主要な組成成分であり、例えばＺｎＳ：Ｃｕ２＋のうちＺｎＳがホスト格子である。蛍光体中の発光中心は異種イオンをホスト格子中に少量添加またはドープ（ｄｏｐｅ）して構成され、例えばＺｎＳ：Ｃｕ２＋中のＣｕ２＋である。この異種イオンは励起されて蛍光を発生することができる中心体であり、活性体（ａｃｔｉｖａｔｏｒ）或いは活性化剤とも呼ばれる。蛍光材料中のホスト格子中に第２の異種イオンを添加することもあり、これはその吸収した励起エネルギーを活性体イオンに伝達して発光させる作用があり、増感剤（ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ）或いは補助活性体（ｃｏ−ａｃｔｉｖａｔｏｒ）と呼ばれる。このため、ホスト格子及び活性体をコントロールすることでさまざまな各種波長を発射する蛍光粉を設計することができる。現在、市場において見受けられる蛍光粉の主体材料は多くが硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅｓ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅｓ）、硫酸化物（Ｏｘｙｓｕｌｆｉｄｅｓ）、窒化物（Ｎｉｔｒｉｄｅｓ）、酸窒化物（Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅｓ）、ガーネット（Ｇａｒｎｅｔ）及びケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）類等から構成されている。
【００２８】
一般に言う白色光とは、昼間に見える太陽光であり、学理上の分析によると白色光は４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の連続したスペクトルを含む。目に見える色で言うと、赤、オレンジ、黄、緑、青、青紫、紫等の７色に分解することができる。発光ダイオードの発光原理に基づくと、一般に単色光を発することができるのみである。それに白色光を発させるために、技術上では２種類以上の相互補色関係の光を混合し、白色光を得る目的を達する。白色光発光ダイオードは白色光を発生するほか、物体の色を忠実に表現できるか否かの能力、即ち演色性（Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）も技術上考慮が必要な部分である。演色性の高い光源は物体の色の表現がよりリアルであり、被照明物が人類の目に映ったときの物体の色もより自然の原色に近くなる。白色光発光ダイオードの演色評価数（Ｃｏｌｏｒ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｘ；ＣＲＩ）は発光ダイオードチップ、蛍光粉、材料と関係がある。異なる色温度下で、使用する蛍光粉または発光ダイオードチップには違いがある。
【００２９】
色温度（Ｃｏｌｏｒ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の定義は、黒体（Ｂｌａｃｋ  ｂｏｄｙ）放射に基づき、金属（黒体に近い）を一定温度まで加熱したとき、色を持つ可視光が現れる。このような光は温度の上昇に伴って変化し、このような光源に影響する温度がその光源の色温度である。例えば、１つの鉄の塊が昇温されると、開始時鉄は赤くなり、その後オレンジ色になり、さらに黄色、青白色、と変化する。研究者は連続したスペクトルを利用してその温度と色の間の関係を検証している。ｘ軸が波長、ｙ軸が放射流量を表し、ｙ軸が異なる波長の放射の量を反映するとき、異なる温度時の鉄が放出するエネルギーの曲線を描くことができる。このため、鉄が赤色になったとき、それが赤色光のみを発することを表すのではなく、単に放射する赤色光がその他波長より多いことを表す。この試験から３つの特質が分かる。１.曲線には１つのピーク点がある、２.温度が上がると、ピーク点が短波方向に移動する、３.温度が上がると、あらゆる波長の放射流量が増加する、という特質である。例えば鉄は４２００Ｋで赤色光を最も多く発し、放射流量のピーク点が赤色光の箇所にあるため、我々が鉄を見ると赤色になっているが、４８００Ｋのとき放射流量のピーク点は黄橙色にあるため、我々が鉄を見ると黄橙色であり、温度が高くなると、ピーク点が短波方向に移動するため、５８００Ｋのときピーク点は黄緑色に移動する。
【００３０】
色温度の計算においては、絶対温度ケルビン（Ｋｅｌｖｉｎ；Ｋ）を単位とし、黒体放射はケルビン＝摂氏＋２７３を計算の起点とする。ある純黒物体がその上のあらゆる熱をすべて吸収でき、損失がないものとし、同時に熱が生成するエネルギーをすべて「光」の形式で放出できると仮定すると、光は熱の高低によって異なる色に変化する。例えば、黒体が受ける熱が５００-５５０℃に等しいとき、暗い赤色になり、１０５０-１１５０℃に達すると黄色になる。このため、光源の色の成分は黒体が受ける熱の温度に対応する。したがって、光源の色の成分は黒体が受ける熱の温度に相対する。ただ、色温度はケルビン(Ｋ)という色温度の単位で表され、摂氏の温度単位では表されない。黒体が受ける熱がスペクトル中のすべての可視光波を放出させることができるとき、それは白色になり、我々が使用する電球内のタングステンフィラメントはこの黒体に非常に近いものである。色温度計演算法は上述の原理に基づき、熱を受けたタングステンフィラメントが放射する光線の色温度の単位をＫで表す。この原理に基づき、あらゆる光線の色温度は上述の黒体が同じ色を発するときに受ける「温度」に相当する。この温度は色度図のプランク軌跡上でその対応点を見つけることができ、黒体の曲線は温度によってのみ変化し、黒体の成分などその他要素によって変化することはないため、どんな成分の黒体でも、同一温度であれば同一曲線となる。
【００３１】
自然光源、色、時間、天候、観察方向、季節、地理的位置等の条件の影響で変化が非常に大きく、色彩の評定に極めて不便であるため、国際照明委員会（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｄｅ  ｌ‘Ｅｃｌａｉｒａｇｅ、略称ＣＩＥ）が、１９３０年に各種の極めて自然光に接近した標準光源を定めている。
【００３２】
また、国際照明委員会は視覚的数学モデルと色のマッチング実験結果に基づき「１９３１ ＣＩＥ標準観測者」という規範を制定しており、実際は３本の曲線で表す色の等色関数であるため、図１に示すように、多くの文献中で「ＣＩＥ １９３１標準等色関数」とも呼ばれる。ＣＩＥ １９３１色度図は公称値で表すＣＩＥ色度図であり、ｘは赤色の分量、ｙは緑色の分量を表す。色度図（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ  ｄｉａｇｒａｍ）中の馬蹄形の範囲内は可視スペクトルのすべての色であり、馬蹄形の辺縁は飽和単色波長である。このシステムは光色座標（ｘ、y、z）で３原色から組み合わせて成るある色の相対比率を表す（図にはｘとｙ座標しかないが、恒等式ｘ＋y＋ｚ＝１からｚを導き出す）。中間の白色光は座標が(０.３３、０.３３)である。色空間辺縁の周りの色はスペクトル色であり、境界はスペクトル色の最大飽和度を表し、境界上の数字はスペクトル色の波長を表し、その輪郭はすべての感知できる色調を含む。あらゆる単色光は舌形の曲線上に位置し、この曲線が単色の軌跡であり、曲線の傍に記載された数字が単色（またはスペクトル色）光の波長値である。自然界中の各種の実際の色はみなこの閉じた曲線内に位置する。
【００３３】
ＮＴＳＣは１９５２年１２月に米国テレビジョン標準方式委員会（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ、略語ＮＴＳＣ）が制定したカラーテレビ放送の標準である。ＮＴＳＣは同時方式に属し、フレームレート毎秒２９．９７ｆｐｓ、走査線５２５本、プログレッシブスキャン、画面アスペクト比４：３、解像度７２０×４８０である。この方式の色度信号変調は平衡変調と直交変調の２種類を含み、カラー白黒テレビ放送の互換問題を解決している。
【００３４】
図２にＮＴＳＣ標準と一般のバックライトのＣＩＥ １９３１色度座標図を示す。図２から分かるように、ＮＴＳＣが定義する色彩はＣＩＥにおいて３原色の３つの座標から成る面積で表示することができる。図２において、３つの四角い点で囲まれて成る面積である。現在一般的に白色光発光ダイオードを液晶ディスプレイのバックライト光源としたとき、提供可能な色再現性は、図２において、ＮＴＳＣの標準面積と比較して小さい。このため、提供可能な色再現性が比較的悪い。
【００３５】
黒体放射の計算は、１８７９年にＪ．ステファンが黒体放射の全エネルギー（Ｅ）は絶対温度（Ｔ）の４乗と正比例する、Ｅ＝ａＴ４、即ちいわゆるステファン・ボルツマンの法則を示した。
【００３６】
１８９３年ヴィーンがさらに輻射能の波長の変化を計算し、波長λの変化は温度と正比例することを発見した。さらにステファン・ボルツマンの法則、及び熱力学における断熱過程の公式を用い、ヴィーンの変位則、Ｔλｍａｘ＝定数を得た。 
【００３７】
１８９６年ヴィーンが熱力学普遍理論から実験データを考慮かつ分析し、次の半経験的公式を得た。
2010093237.tif 000003
そのうちρνが輻射エネルギー密度（ｒａｄｉａｎｔ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｅｎｓｉｔｙ）、νが周波数、Ｔが絶対温度、αとβが定数である。
【００３８】
１９００年、Ｊ．Ｗ．レイリー、Ｊ．Ｈ．ジーンズが古典力学と統計物理理論に基づき、黒体放射の公式、即ちレイリー・ジーンズの法則を導き出した。
2010093237.tif 000004
そのうち、ｃが光速、ｋ＝ボルツマン定数である。但しこの公式は低周波の部分のみ実験曲線と合致し、ν→∞であるとき、ρν→∞へと発散してしまい、実験と明らかに合致しなくなり、即ち古典物理における「紫外破綻」が生じた。
【００３９】
後により正確かつ全面的な実験で、ヴィーンの公式はあらゆる実験データによく合致するわけではないことが示された。長波長においてヴィーンの公式は実験と明らかに合致しない。ドイツの物理学者プランク（Ｍ. Ｐｌａｎｃｋ）は１９００年末に実験データと合致する公式を見つけた。即ち、 
2010093237.tif 000005
或いは                   
2010093237.tif 000006
そのうち、ｈはプランク定数であり、大きさはｈ＝６.６２６ｘ１０-３４ Ｊ・ｓである。プランクの仮定からレイリー・ジーンズの法則、ヴィーンの変位則、ステファン・ボルツマンの法則を解釈し、導き出すことができる。
【００４０】
異なる色温度、発光ダイオードチップ及び蛍光粉等の要素がすべて白色光の発光スペクトルの演色性に影響するため、試験過程において何度も各影響要素のクロスチェックが必要であり、高演色性の白色光発光ダイオードを得るためには多くの時間とコストが必要である。本発明の発明者は前述の問題を解決するため、高効率の方式で高演色性の白色光発光ダイオードを得る。上述の黒体放射の原理及びそこから導き出されたプランクの法則（Ｐｌａｎｃｋ’s  ｌａｗ）に基づいて、多種類の蛍光粉を使用し、混合して高演色性の白色光発光ダイオードを迅速に得る製造方法とシステムの創作と発明に至った。
【００４１】
本発明の特徴は、２段階の近似を用いて各種蛍光粉の高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットにおける配合割合を見つけることにある。第１段階の近似は主に黒体放射に近い各種蛍光粉の混合割合を配合し、第２段階の近似は主にカラーフィルタで色を分けた後に色再現性と白色光の色度座標位置を判断する。
【００４２】
図３に本発明の多種類の蛍光粉の濃度を計算して高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを取得する方法を示す。第１ステップ３１では、まず多種類の蛍光粉の濃度を調整し、発光ダイオードと混光した後のスペクトルを第１色温度下の黒体放射の発光スペクトルに接近させる。上述の発光ダイオードは紫外光発光ダイオード、または紫色光発光ダイオード、青色光発光ダイオードとすることができる。多種類の蛍光粉は２種類または２種類以上の蛍光粉とすることができ、発光ダイオードの色光によって決定する。例えば、紫外光または紫色光発光ダイオードを使用するとき、少なくとも同時に３色の蛍光粉を使用しなければ白色光を作ることができない。青色光発光ダイオードを使用するときは少なくとも２種類の色の蛍光粉を選択して混光しなければ高演色性の白色光を作ることはできない。その後、第２ステップ３２では、混光後のスペクトルをカラーフィルタに透過させた後３原色の色度座標を見つけ、３原色の色度座標に囲まれる面積及び３原色から合成される白色光の色度座標位置を検査する。
【００４３】
図３のフローに基づき、本発明は高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造する方法も提供する。詳細なステップを図４に示す。まず、第１ステップ４１では、標準スペクトルを計算する。そのうち、標準スペクトルは第１色温度下の黒体放射が発射する可視光スペクトルである。同時に、第２ステップ４２では、発光ダイオードの発射スペクトル、第１蛍光粉の発射スペクトル、第２蛍光粉の発射スペクトルを提供する。その後、第３ステップ４３では、上述の標準スペクトルにより第１蛍光粉と第２蛍光粉の濃度を調整し、第１混光スペクトルを取得し、第１混光スペクトルを標準スペクトルに接近させる。続いて、第４ステップ４４では、第１混光スペクトルをカラーフィルタにより３原色の色度座標に分け、かつ３原色の色度座標に囲まれる面積を計算する。カラーフィルタは液晶ディスプレイに使用する３原色に分けるフィルタとする。３原色の色度座標に囲まれる面積が大きければ大きいほど、液晶ディスプレイ画面の色再現性が良くなる。このステップは色再現性の検査に用いる。色再現性が悪い場合、蛍光粉の濃度を調整し直す。その後、第５ステップ４５では、３原色から構成される白色光の色度座標位置を計算する。白色光の色度座標位置が誤っているとき、蛍光粉の割合を再度調整する必要がある。白色光色度座標のある色温度の黒体放射の色度座標における位置を調整することもできる。図４においては、２種類の蛍光粉で本発明の実施例を表しているが、同時に第３蛍光粉、第４蛍光粉、第５蛍光粉を本発明に応用することもできる。
【００４４】
図４のフローに基づき、本発明はさらに高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを製造するシステムも提供する。詳細は図５を参照して説明する。第１データベース５１は発光ダイオードの発射スペクトル、第１蛍光粉の発射スペクトル、第２蛍光粉の発射スペクトルを保存するために用いる。混色ユニット５２は、第１データベース５１中の発光ダイオード、第１蛍光粉、第２蛍光粉の混光スペクトルの計算に用い、そのうち前記混光スペクトルを第１混光スペクトルとする。標準色温度スペクトル生成器５３は、第１色温度下の黒体放射が発射する可視光スペクトルを生成するために用いる。スペクトル比較ユニット５４は、前記第１混光スペクトルと標準色温度スペクトル生成器５３の生成する標準スペクトルを照合するために用いる。スペクトル比較ユニット５４が、第１色温度下の黒体放射の発射する可視光スペクトルに前記第１混光スペクトルが接近していると判断すると、前記第１混光スペクトルのデータを次の段階に送る。照合結果が接近していない場合、照合結果が接近するまで混色ユニット５２が第１混色スペクトルを計算し直す。
【００４５】
図５に示すように、第２データベース５５はカラーフィルタの透過スペクトルを保存するために用いる。そのうち、カラーフィルタは液晶ディスプレイ向けＲＧＢカラーフィルタとする。フィルタリングユニット５６は、第２データベースの透過スペクトルに基づき第１混光スペクトルの３原色の色度座標を計算する。色再現性計算ユニット５７は、３原色の色度座標に囲まれる面積の計算に用いる。面積がＮＴＳＣの定義する面積より小さい、または商業上定義される色再現性の規格より小さい場合、再度色再現性計算ユニット５７の要求を満たすまで、第１混色ユニット５２に戻って第１混色スペクトルを計算し直す。第２混色ユニット５８は３原色を混色した後の白色光の色度座標の計算に用いる。白色光の色度座標位置が一般に定義される白色光の色度座標から離れているときも、第２混色ユニット５８の要求を満たすまで、第１混色ユニット５２に戻って第１混色スペクトルを計算し直す必要がある。本発明においては、白色光の色度座標が設定された黒体放射の色温度に入るように設定することができる（例えば色温度が６５００Ｋの白色光色度座標など）。
【００４６】
以下、各関連の図面を参照し、本発明の各最良の実施例を詳細に説明する。図６に高演色性白色光発光ダイオードの製造方法のフローチャートを示す。第１ステップ６１では、ある特定の色温度下における黒体放射の可視光スペクトルを計算する。本実施例では、プランク方程式で目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルを計算する。
2010093237.tif 000007
(１)
【００４７】
上述の黒体放射からの発展背景から、レイリー・ジーンズの方程式、ステファン・ボルツマンの方程式、或いはヴィーンの方程式を応用して簡略化した黒体放射のスペクトルとすることもできる。目標色温度を設定し、かつプランク方程式（Ｐｌａｎｃｋ’s  Ｌａｗ）で色温度のスペクトルを計算すると（色温度範囲は２５００Ｋ〜８０００Ｋとできる）、目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルが得られる。本ステップにおいて、目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルはＴａ(λ)で表す。
【００４８】
第２ステップ６２では、すでに分かっている発光ダイオードチップの発射スペクトル、第１蛍光粉発射スペクトル、第２蛍光粉発射スペクトルを提供する。２種類以上の蛍光粉があるとき、すべての蛍光粉の発射スペクトルを提供する必要がある。本ステップにおいて、発光ダイオードチップを測定した発射スペクトルはＬ(λ)で表す。第１蛍光粉を測定した発射スペクトルはＰ１(λ)で表す。第２蛍光粉を測定した発射スペクトルはＰ２(λ)で表す。
【００４９】
第３ステップ６３では、第１ステップで計算したある特定の色温度下における黒体放射の可視光スペクトルに基づき、すべての蛍光粉の濃度を調整し、その後発光ダイオードチップ、第１蛍光粉の濃度、第２蛍光粉の濃度を混合した後の混合発射スペクトルを計算する。計算方式の１つを次の方程式(２)に示す：
2010093237.tif 000008
(２)
そのうち、混合発射スペクトルはＣａ(λ)で表す。
発光ダイオードチップの発光強度はａで表す。
第１蛍光粉の濃度はｂで表す。
第２蛍光粉の濃度はｃで表す。                                           
【００５０】
上述の方式はそのうちの１つの計算方式であり、本項技術を熟知した者であればその他の方程式を使用して各蛍光粉の濃度を計算することができる。上述の方式に従って計算して得た混合発射スペクトルＣａ(λ)が第１混光スペクトルである。
【００５１】
第４ステップ６４では、第１混光スペクトルをカラーフィルタ下で赤色、緑色、青色の３原色に分けた色度座標に囲まれる面積を計算する。まず、カラーフィルタの透過スペクトルに基づき第１混光スペクトルを赤色、緑色、青色に分ける。その後、赤色、緑色、青色のＣＩＥ色度座標を計算する。赤色、緑色、青色の色度座標を取得した後、赤色、緑色、青色の色度座標がＣＩＥ座標で囲む面積を計算する。この面積はＮＴＳＣの定義する面積と比較することができる。例えば、計算した３原色の色度座標に囲まれた面積がＮＴＳＣの定義する面積の約７５％の場合、色再現性はＮＴＳＣ比７５％であることを表す。本発明の演算法では、白色光発光ダイオードの光源がＮＴＳＣ比９０％、ＮＴＳＣ比９５％、ＮＴＳＣ比１００％に達するよう規定することができる。達しない場合は第３ステップ６３に戻って蛍光粉の濃度または割合等を調整し直す必要がある。
【００５２】
第５ステップ６５では、色分け後の赤色、緑色、青色の色度座標が構成する白色光の色度座標を計算する。カラーフィルタの色分けを経た後の３原色が構成する白色光の色度座標は、標準的な白色光または商業規格の要求する白色光から離れている場合があるため、同時に混色後の白色光が要求を満たしているか検査する必要がある。商業上の規格は、白色光の色度座標がある黒体放射の色温度に位置するよう要求することができ、例えば白色光の色温度が６５００Ｋの白色光の色度座標、または６０００Ｋの白色光の色度座標を要求することができる。
【００５３】
図６のフローチャートを参照する。本発明が同時に提供する高演色性の白色光発光ダイオードの製造方法を示す。図７に示すように、目標色温度の黒体放射生成器７１は、ある特定の色温度の黒体放射の可視光スペクトルを提供することができ、そのうち、色温度の範囲は１５００Ｋ〜８０００Ｋの間とすることができる。第１データベース７２は、各種発光ダイオードチップ及び蛍光粉の発射スペクトルの保存に用いる。長波紫外光発光ダイオードチップの発射範囲は３６５ｎｍ〜３８０ｎｍ、紫色光発光ダイオードチップの発射範囲は３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、青色光発光ダイオードチップの発射範囲は４２０ｎｍ〜４７０ｎｍである。蛍光粉の発光波長範囲は４８０〜５８０ｎｍの間で、組成はケイ酸塩類、または酸化物系とすることができる。例：
ＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃｅ(５１６ｎｍ)；
(ＭｇＣａＳｒＢａ)２ＳｉＯ４:Ｅｕ(５２５ｎｍ)；
Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ(４５５-５０７ｎｍ)；
(Ｃａ１．４７Ｍｇ１．５Ｃｅ０．０３)(Ｓｃ１．５Ｙ０．５)Ｓｉ３Ｏ１２(４５５ｎｍ)；
(Ｃａ２．９７Ｃｅ０．０３)Ｓｃ２ (Ｓｉ、Ｇｅ)３Ｏ１２。
【００５４】
蛍光粉の発光波長範囲は６００-６５０ｎｍの間で、主に窒化物系及び硫化物系とする。例：
ＣａＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６５０ｎｍ)；
(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ３(６４８ｎｍ)；
(ＳｒＣａ)ＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６３０ｎｍ)；
ＳｒＧａ２Ｓ４:Ｅｕ(６４５ｎｍ)。
【００５５】
本発明の技術領域を熟知した者であれば、その他種類の蛍光粉を本発明に応用できることが分かるはずであり、例えばガーネット系、酸窒化物等がある。
【００５６】
スペクトル計算ユニット７３は第１データベース７２中から得た発光ダイオードチップ及び２種類の異なる蛍光粉の発射スペクトルにより、まず蛍光粉の濃度を判断する。スペクトル計算ユニット７３により混光スペクトルを得る。図８に発光ダイオードチップと２種類の異なる蛍光粉を混合した混光スペクトルを示す。図８において、曲線Ａは発光ダイオードチップの発射スペクトル、曲線Ｂ及び曲線Ｃは蛍光粉の発射スペクトル、曲線Ｄは混合後の混合発射スペクトルを表す。
【００５７】
スペクトル比較ユニット７４は目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルと混光スペクトルのスペクトル相似度を比較する。混光スペクトルがスペクトル照合の相似性を達する(「はい」)と、適切な白色光発射スペクトルが得られる。混合発射スペクトルがスペクトル照合の相似性を達しない(「いいえ」)と、目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルと混合発射スペクトルのスペクトル照合の相似性が達せられるまで、蛍光粉の濃度の調整７６または蛍光粉の再選択７７が必要となる。
【００５８】
図１０に本発明が同時に提供する高演色性白色光発光ダイオードの製造を表すブロック図を示す。目標色温度の黒体放射生成器１００がある特定色温度の黒体放射の可視光スペクトルを提供する。そのうち、色温度の範囲は１５００Ｋ〜８０００Ｋの間とすることができる。第１データベース１０１が各種発光ダイオードチップ及び蛍光粉の発射スペクトルの保存に用いられる。長波紫外光発光ダイオードチップの発射範囲は３６５ｎｍ〜３８０ｎｍ、紫色光発光ダイオードチップの発射範囲は３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、青色光発光ダイオードチップの発射範囲は４２０ｎｍ〜４７０ｎｍである。蛍光粉の発光波長範囲は４８０-５８０ｎｍの間で、組成はケイ酸塩類または酸化物系とすることができる。例：
ＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃｅ(５１６ｎｍ)；
(ＭｇＣａＳｒＢａ)２ＳｉＯ４:Ｅｕ(５２５ｎｍ)；
Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ(４５５-５０７ｎｍ)；
(Ｃａ１.４７Ｍｇ１.５Ｃｅ０.０３)(Ｓｃ１.５Ｙ０.５)Ｓｉ３Ｏ１２(４５５ｎｍ)；
(Ｃａ２.９７Ｃｅ０.０３)Ｓｃ２ (Ｓｉ,Ｇｅ)３Ｏ１２。
【００５９】
蛍光粉の発光波長範囲は６００-６５０ｎｍの間で、主に窒化物系及び硫化物系とすることができる。例：
ＣａＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６５０ｎｍ)；
(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ３(６４８ｎｍ)；
(ＳｒＣａ)ＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６３０ｎｍ)；
ＳｒＧａ２Ｓ４:Ｅｕ(６４５ｎｍ)。
【００６０】
本発明の技術領域を熟知した者であれば、その他種類の蛍光粉を本発明に応用できることが分かるはずであり、例えばガーネット系、酸窒化物等がある。
【００６１】
スペクトル計算ユニット１０２は第１データベース１０１中から得た発光ダイオードチップ及び２種類の異なる蛍光粉の発射スペクトルを目標色温度の黒体放射生成器１００が生成する目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルと比較することで蛍光粉の濃度を判断する。スペクトル計算ユニット１０２により混光スペクトルを得る。
【００６２】
第２データベース１０３は、カラーフィルタの透過スペクトルを保存し、かつ提供する。図９にカラーフィルタのスペクトルを示す。そのうち、各カラーフィルタの透過スペクトルは一部重なり合い交錯する部分がある。各カラーフィルタの透過スペクトルの交錯により、高演色性の白色光発光ダイオードの光源であっても、このような透過スペクトルを透過すると色再現性が低下してしまう。これは青色光源がこのような透過スペクトルを通過した後に部分的に緑色光を生じ、これは原始の各色光の光源すべてが最終的な色彩に対して影響を与えることを表す。計算後の混光スペクトルが第２データベース１０３に取り込まれた後、赤色、緑色、青色の３原色に分けられる。これら３原色のデータが色再現性計算ユニット１０４と混色計算ユニット１０５に取り込まれた後、色分け後の３原色の色再現性と色分け後の３原色が構成する白色光の色度座標がそれぞれ計算される。
【００６３】
計算の結果が比較ユニット１０７に取り込まれた後、色再現性と色分け後の３原色が構成する白色光の色度座標が要求を満たすか否かが判断される。そのうちいずれか１つが要求を満たさない場合、第１データベース１０１に戻り蛍光粉を選択し直すか、スペクトル計算ユニット１０２が蛍光粉の濃度を調整し直し、色再現性計算ユニット１０４と混色計算ユニット１０５の結果が要求を満たすようにする。色再現性の条件は、ＮＴＳＣ比９０％、ＮＴＳＣ比９５％、ＮＴＳＣ比１００％などと定めることができる。混色後の白色光が標準的な白色光または商業規格の要求する白色光となるよう要求することができ、そのうち、商業上の規格は、白色光の色度座標がある黒体放射の色温度に位置するよう要求することができ、例えば白色光の色温度が６５００Ｋの白色光色度座標または６０００Ｋの白色光色度座標を要求することができる。
【００６４】
図１１に本発明の高演色性白色光発光ダイオードを製造するシステムのブロック図を示す。目標色温度の黒体放射のスペクトル生成器１１０は、ある特定色温度の黒体放射の可視光スペクトルを提供することができ、そのうち色温度の範囲は１５００Ｋ〜８０００Ｋの間とすることができる。
【００６５】
第１データベース１１１は各種発光ダイオードチップ及び蛍光粉の発射スペクトルの保存に用いる。長波紫外光発光ダイオードチップの発射範囲は３６５ｎｍ〜３８０ｎｍ、紫色光発光ダイオードチップの発射範囲は３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、青色光発光ダイオードチップの発射範囲は４２０ｎｍ〜４７０ｎｍである。蛍光粉の発光波長範囲は４８０-５８０ｎｍの間で、組成はケイ酸塩類、または酸化物系とすることができる。例：
ＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃｅ(５１６ｎｍ)；
(ＭｇＣａＳｒＢａ)２ＳｉＯ４:Ｅｕ(５２５ｎｍ)；
Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ(４５５-５０７ｎｍ)；
(Ｃａ１.４７Ｍｇ１.５Ｃｅ０.０３)(Ｓｃ１.５Ｙ０.５)Ｓｉ３Ｏ１２(４５５ｎｍ)；
(Ｃａ２.９７Ｃｅ０.０３)Ｓｃ２ (Ｓｉ,Ｇｅ)３Ｏ１２。
【００６６】
蛍光粉の発光波長範囲は６００-６５０ｎｍの間で、主に窒化物系及び硫化物系とすることができる。例：
ＣａＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６５０ｎｍ)；
(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ３(６４８ｎｍ)；
(ＳｒＣａ)ＡｌＳｉＮ３:Ｅｕ(６３０ｎｍ)；
ＳｒＧａ２Ｓ４:Ｅｕ(６４５ｎｍ)。
【００６７】
本発明の技術領域を熟知した者であれば、その他種類の蛍光粉を本発明に応用できることが分かるはずであり、例えばガーネット系、酸窒化物等がある。
【００６８】
スペクトル計算ユニット１１２は第１データベース１１１中から得た発光ダイオードチップ及び２種類の異なる蛍光粉の発射スペクトルから蛍光粉の濃度を判断する。スペクトル計算ユニット１１２により混光スペクトルを得る。
【００６９】
スペクトル比較ユニット１１３は目標色温度の黒体放射の可視光スペクトルと混光スペクトルのスペクトル相似度を比較する。比較結果を第１段階の近似１１４とする。第１段階の近似の結果が「はい」の場合、次の段階へ進む。第１段階の近似の結果が「いいえ」の場合、スペクトル計算ユニット１１２に戻り、第１段階の近似１１４の結果が「はい」になるまで、その他の蛍光粉の濃度を探す。
【００７０】
第２データベース１１６は、カラーフィルタの透過スペクトルを保存し、かつ提供する。計算後の混光スペクトルが分色ユニット１１５に取り込まれた後、赤色、緑色、青色の３原色に分けられる。これら３原色のデータが色再現性計算ユニット１１７と３原色混色計算ユニット１１８に取り込まれた後、色分け後の３原色の色再現性と色分け後の３原色が構成する白色光の色度座標がそれぞれ計算される。
【００７１】
計算の結果が比較ユニット１１９に取り込まれた後、色再現性と色分け後の３原色が構成する白色光の色度座標が要求を満たすか否かが判断される。そのうちいずれか１つが要求を満たさない場合、スペクトル計算ユニット１１２が蛍光粉の濃度を調整し直し、色再現性計算ユニット１１７と３原色混色計算ユニット１１８の結果が要求を満たすようにする。色再現性の条件は、ＮＴＳＣ比９０％、ＮＴＳＣ比９５％、ＮＴＳＣ比１００％などと定めることができる。混色後の白色光が標準的な白色光または商業規格の要求する白色光となるよう要求することができ、そのうち、商業上の規格は、白色光の色度座標がある黒体放射の色温度に位置するよう要求することができ、例えば白色光の色温度が６５００Ｋの白色光色度座標または６０００Ｋの白色光色度座標を要求することができる。
【００７２】
図１２に本発明の高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニット、ＮＴＳＣ標準、一般のバックライトのＣＩＥ  １９３１色度座標図を示す。本発明の方法またはシステムを使用すると、一般の白色光発光ダイオードの光源に比べ色再現性を高めることができる。図１２において、本発明の方式を使用した３原色は三角形で示されており、そのうち、色再現性は三角形に囲まれた三角形の面積で表される。○で囲まれた三角形の面積に比べ、正方形で囲まれた三角形の面積により接近している。これは、本発明がより優れた色再現性を持つことを表している。
【００７３】
本発明は上述の実施例で述べた２種類の蛍光粉の混合のほか、前述の混合する蛍光粉の数量を３種類に増加することもでき、本発明は実際の応用上の必要性に合わせることができる。当然、実際の運用時は上述の２種類や３種類の蛍光粉の実施方式に限定されず、必要時は３種類以上の蛍光粉を使用して使用者の必要性を満たすことができる。
【００７４】
上述の実施例から分かるように、本発明の手段はＰｌａｎｃｋ方程式を使用して設定温度の黒体放射のスペクトルを計算し、このスペクトルを用いて多種類の蛍光粉の第１段階近似濃度を算出することができる。各蛍光粉の第１段階近似濃度を調整した後発光ダイオード混色後の発光スペクトルを算出し、かつこの発光スペクトルに基づきカラーフィルタを経た後の色再現性と混光した白色光の色度座標を計算し、それにより蛍光粉の濃度を修正するか、その他の蛍光粉を選択することができる。
【００７５】
本発明の手段を利用し、高い色再現性を備えた発光ダイオードバックライトユニットを迅速に製造することができ、かつ試行錯誤の時間コストを大幅に削減することができる。
【００７６】
本発明の手段およびその効果から、本発明は多くの利点が得られる。まず、試行錯誤の方式で蛍光粉の配合割合を見つける必要がない。同時に、多種類の蛍光粉を配合するとき、研究開発の時間を大幅に減らすことができる。
【００７７】
当然、上述の実施例中の描写に基づき、本発明は多くの修正や差異が可能である。このため、後付の特許請求の範囲から理解する必要があり、上述の詳細な描写のほか、本発明はさらに幅広いその他の実施例において実施が可能である。上述は本発明の最良の実施例であり、本発明の特許請求の範囲を限定しない。その他本発明が開示する要旨を逸脱しない同等の効果を持つ変更や修飾はすべて本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
０    完成
３１〜３２   ステップ
４１〜４５   ステップ
５１  第１データベース
５２  第１混色ユニット
５３  標準色温度スペクトル生成器
５４  スペクトル比較ユニット
５５  第２データベース
５６  フィルタリングユニット
５７  色再現性計算ユニット
５８  第２混色ユニット
６１〜６５  ステップ
７１  目標色温度の黒体放射生成器
７２  第１データベース
７３  スペクトル計算ユニット
７４  スペクトル比較ユニット
７６  蛍光粉の濃度の調整
７７  蛍光粉の再選択
１００       目標色温度の黒体放射生成器
１０１     第１データベース
１０２       スペクトル計算ユニット
１０３       第２データベース
１０４ 色再現性計算ユニット
１０５    混色計算ユニット
１０６       比較ユニット
１０８       蛍光粉の濃度の調整
１０９   蛍光粉の再選択
１１０    目標色温度の黒体放射のスペクトル生成器
１１１    第１データベース
１１２    スペクトル計算ユニット
１１３    スペクトル比較ユニット
１１４    第１段階の近似
１１５    分色ユニット
１１６    第２データベース
１１７    色再現性計算ユニット
１１８    ３原色混色計算ユニット
１１９    第２段階の近似
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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