(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて液晶ディスプレー（ＬＣＤ）システムを形成する方法であって：
カラーディスプレーシステムを形成するために使用される少なくともＬＣＤレイヤ群の、青色光波長に対する青色光の減衰の特性を決定するステップであり、
前記減衰において、可視波長の範囲内で前記ＬＣＤレイヤ群によって、より短い青色波長の光は、より長い青色波長の光とは異なるように減衰される、
決定するステップ；
青色ＬＥＤダイの主波長又はピーク波長を測定するステップ；
前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体層を配設するステップであり、当該蛍光体層は、前記青色ＬＥＤダイから放射される青色光が当該蛍光体層を介してリークすることを可能にし、蛍光体層を介しての青色光リークの量が、当該蛍光体層の特性を調整することによって制御され、青色ＬＥＤダイ上の蛍光体層を介しての青色光リークの量は、該青色ＬＥＤダイの主波長又はピーク波長に対応し、前記ＬＣＤレイヤ群の前記減衰を少なくとも部分的に相殺するように、第１の主波長又はピーク波長を有する第１の青色ＬＥＤダイ用の第１の蛍光体層が、実質的に異なる主波長又はピーク波長を有する第２の青色ＬＥＤダイ用の第２の蛍光体層と比較して、より多くの青色光がリークすることを可能にするように調整され、蛍光体層を介しての青色光リークと該蛍光体層によって生成される光との組み合わせによって放射される光は、該蛍光体層を介してリークされる青色光の量に少なくとも部分的に依存する白色点を有する白色光であり、それぞれ前記第１及び第２の蛍光体層を結合された前記第１及び第２の青色ＬＥＤダイが白色ＬＥＤとなる、配設するステップ；及び
前記白色ＬＥＤのうちの少なくとも１つを、前記ＬＣＤレイヤ群を照らすバックライト用の光源として供給するステップ；
を有し、
前記蛍光体層の特性を調整することは、
前記蛍光体層内の蛍光体粒子の密度を調整すること、ここで、より低い蛍光体粒子密度ほど、より多くの青色光が前記蛍光体層を介してリークすることが可能になる、及び
前記蛍光体層の厚さを調整すること、ここで、より薄い蛍光体層ほど、より多くの青色光が前記蛍光体層を介してリークすることが可能になる、
のうちの少なくとも一方を有する、
方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの白色ＬＥＤを前記バックライトに結合するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＬＣＤレイヤ群を照らすように前記バックライトを前記ＬＣＤレイヤ群に結合するステップ、を更に有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記白色ＬＥＤのうちの少なくとも１つを前記バックライト用の光源として供給するステップは、複数の前記白色ＬＥＤを前記光源として供給することを有し、前記バックライト用の前記光源として供給される前記複数の白色ＬＥＤ内の白色ＬＥＤは、相異なる白色点を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記蛍光体層は赤色及び緑色の蛍光体粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体層を配設するステップは、前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体層をモールドすることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体層を配設するステップは、前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体プレートを取り付けることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの白色ＬＥＤを前記バックライトに結合するステップ；
前記ＬＣＤレイヤ群を照らすように前記バックライトを前記ＬＣＤレイヤ群に結合するステップ；及び
前記少なくとも１つの白色ＬＥＤに作動させるステップ；
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
各白色発光ダイオード（ＬＥＤ）が、青色光を放射するＬＥＤダイと該ＬＥＤダイ上の蛍光体層とを有する、複数の白色ＬＥＤであり、前記蛍光体層を介しての青色光リークと前記蛍光体層によって生成される光との組み合わせによって放射される光は、前記蛍光体層を介してリークされる青色光の量に少なくとも部分的に依存する白色点を有する白色光である、複数の白色ＬＥＤ；及び
前記複数の白色ＬＥＤと光混合装置とを有し、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）レイヤ群を背面照明するように設計されたバックライトであり、前記ＬＣＤレイヤ群は、青色光波長に対する青色光の減衰の、平坦でない特性を有し、可視波長の範囲内で前記ＬＣＤレイヤ群によって、より短い青色波長の光は、より長い青色波長の光とは異なるように減衰される、バックライト；
を有し、
青色ＬＥＤダイ上の前記蛍光体層を介しての青色光リークの量は、該青色ＬＥＤダイの主波長又はピーク波長に対応し、前記複数の白色ＬＥＤの前記ＬＥＤダイは、第１の青色ＬＥＤダイ及び第２の青色ＬＥＤダイを含み、前記ＬＣＤレイヤ群の前記減衰を少なくとも部分的に相殺するように、第１の主波長又はピーク波長を有する前記第１の青色ＬＥＤダイ用の第１の蛍光体層は、実質的に異なる主波長又はピーク波長を有する前記第２の青色ＬＥＤダイ用の第２の蛍光体層と比較して、より多くの青色光がリークすることを可能にし、
前記第１及び第２の蛍光体層は、
蛍光体層内の蛍光体粒子の密度、ここで、より低い蛍光体粒子密度ほど、より多くの青色光が該蛍光体層を介してリークすることが可能になる、及び
蛍光体層の厚さ、ここで、より薄い蛍光体層ほど、より多くの青色光が該蛍光体層を介してリークすることが可能になる、
のうちの少なくとも一方にて相異なる、
照明システム。
【請求項１０】
前記ＬＣＤレイヤ群が前記バックライトに結合されている請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
カラー液晶ディスプレー（ＬＣＤ）システム用のバックライトであって：
カラーディスプレーシステムを形成するために使用される少なくともＬＣＤレイヤ群の、青色光波長に対する青色光の減衰の特性を決定するステップであり、
前記減衰において、可視波長の範囲内で前記ＬＣＤレイヤ群によって、より短い青色波長の光は、より長い青色波長の光とは異なるように減衰される、
決定するステップ；
青色ＬＥＤダイの主波長又はピーク波長を測定するステップ；
前記青色ＬＥＤダイ上に蛍光体層を配設するステップであり、当該蛍光体層は、前記青色ＬＥＤダイから放射される青色光が当該蛍光体層を介してリークすることを可能にし、蛍光体層を介しての青色光リークの量が、当該蛍光体層の特性を調整することによって制御され、青色ＬＥＤダイ上の蛍光体層を介しての青色光リークの量は、該青色ＬＥＤダイの主波長又はピーク波長に対応し、前記ＬＣＤレイヤ群の前記減衰を少なくとも部分的に相殺するように、第１の主波長又はピーク波長を有する第１の青色ＬＥＤダイ用の第１の蛍光体層が、異なる主波長又はピーク波長を有する第２の青色ＬＥＤダイ用の第２の蛍光体層と比較して、より多くの青色光がリークすることを可能にするように調整され、蛍光体層を介しての青色光リークと該蛍光体層によって生成される光との組み合わせによって放射される光は、該蛍光体層を介してリークされる青色光の量に少なくとも部分的に依存する白色点を有する白色光であり、それぞれ前記第１及び第２の蛍光体層を結合された前記第１及び第２の青色ＬＥＤダイが白色ＬＥＤとなる、配設するステップ；及び
前記第１及び第２の青色ＬＥＤダイを含んだ複数の前記白色ＬＥＤを光混合装置に結合して、前記ＬＣＤレイヤ群を照らすバックライトを形成するステップ；
を用いて形成され、
前記蛍光体層の特性を調整することは、
前記蛍光体層内の蛍光体粒子の密度を調整すること、ここで、より低い蛍光体粒子密度ほど、より多くの青色光が前記蛍光体層を介してリークすることが可能になる、及び
前記蛍光体層の厚さを調整すること、ここで、より薄い蛍光体層ほど、より多くの青色光が前記蛍光体層を介してリークすることが可能になる、
のうちの少なくとも一方を有する、
バックライト。
【請求項１２】
前記光混合装置に結合された前記複数の白色ＬＥＤ内の白色ＬＥＤは、相異なる白色点を有する、請求項１１に記載のバックライト。
【請求項１３】
前記蛍光体層は赤色及び緑色の蛍光体粒子を含む、請求項１１に記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）用のバックライトに関し、特に、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるＬＣＤバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術に係るカラー透過型ＬＣＤの一型式を示している。
【０００３】
図１において、ＬＣＤ１０は、上側のＬＣＤ層に背面照明を提供するＬＥＤ白色光源１２を含んでいる。ＬＥＤ白色光源１２は、伝統的な蛍光灯の使用に対して、例えばサイズ、及び高電圧電源の使用を回避することなど、一定の利点を有する。
【０００４】
非常に小型のディスプレーの場合を除いて、バックライトには典型的に、ＬＣＤ層の底部に光を一層均一に分散し、且つ必要な輝度レベルを供給するため、複数の白色ＬＥＤが用いられる。小型及び中型のＬＣＤバックライトでは、白色ＬＥＤは透明なライトガイド（導光材）の１つ以上のエッジに光学的に結合されることができ、ライトガイドがその頂面から光を均一に漏れ出させる。複数のＬＥＤからの光はライトガイド内で幾分混ざり合う。中型及び大型のＬＣＤバックライトでは、白色ＬＥＤのアレイが光混合ボックスの底面に配置され得る。ライトガイド又はボックス開口の上に、ＬＣＤ層を照らすように光を伸ばして導くために、ディフューザ、輝度上昇フィルム（brightness  enhancement  film；ＢＥＦ）及びデュアルＢＥＦ（dual  brightness  enhancement  film；ＤＢＥＦ）が配置される。設計者は、バックライトがその表面にわたって均一な白色点を出力するように、バックライト白色ＬＥＤの全てに同一の目標白色点を出力させるよう努めてきた。
【０００５】
図１の層１３は、特定の用途で用いられるエッジリット型ライトガイド及び／又は何らかの混合光学材（混合ボックス、ディフューザ、ＢＥＦ、ＤＢＥＦなど）を表している。光源とライトガイド／混合光学材（層１３）との組み合わせをバックライト１４と称する。
【０００６】
偏光フィルタ１５は白色光を直線偏光させる。偏光された白色光は、ディスプレーの赤、緑及び青のサブピクセルごとに１つのトランジスタを有する透明な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ１６へと送られる。狭い間隔の赤、緑及び青のサブピクセルの組は白色画素と称され、そのカラー“ドット”はこれら３つのサブピクセルの結合である。ＲＧＢのサブピクセルが全て作動されると、そのドットは白色光を作り出す。ＴＦＴアレイは周知である。ＴＦＴアレイはＬＣＤコントローラ１７によって制御される。
【０００７】
ＴＦＴアレイ１６の上は液晶層２０であり、液晶層２０の上は、グランドに接続された透明導電層２２である。ＬＣＤの一型式においては、液晶層２０のサブピクセル領域を横切る電界により、そのサブピクセル領域を通り抜ける光が入射時の偏光に対して直角に回転された偏光を有するようにされる。液晶層２０のサブピクセル領域を横切る電界が存在しないときには、液晶は配向され、偏光に影響を及ぼさないようにされる。トランジスタを選択的に作動させることにより、液晶層２０を横切る局所的な電界が制御される。サブピクセルに付随する液晶層の各部分は一般的にシャッターと呼ばれている。そう呼ばれるのは、各シャッターが、（無損失システムを仮定すると）入射光のうちの０−１００％をディスプレーの出力へと通すように制御可能だからである。液晶層は周知であり、商業的に入手可能である。
【０００８】
偏光フィルタ１５から出力された光に対して直角に偏光された光のみが、偏光フィルタ２４によって通される。故に、偏光フィルタ２４は、液晶層２０内の作動されたサブピクセル領域によって偏光された光のみを通し、液晶層２０の非活性部分を通過した全ての光を吸収する。液晶層２０を横切る電界の大きさが、個々のＲ、Ｇ及びＢ成分の明るさを制御し、表示画像の各画素に任意の色を作り出す。
【０００９】
他の種類のＬＣＤは、非活性画素のみで光を通す。他のＬＣＤは相異なる向きの複数の偏光板を用いる。一部の種類のＬＣＤは、ＴＦＴアレイ１６をパッシブ導電体グリッドで置き換え、特定の行（ロー）導体及び列（カラム）導体を活性化することで、交差点にある液晶層の画素領域を活性化する。
【００１０】
偏光フィルタ２４を通過した光は、ＲＧＢ画素フィルタ２５によってフィルタリングされる。ＲＧＢ画素フィルタ２５は、例えば液晶層２０の下方又は上方の何処かなど、積層体（スタック）内のその他の位置に配置されてもよい。ＲＧＢ画素フィルタ２５は、赤色フィルタ層、緑色フィルタ層及び青色フィルタ層を有し得る。これらのレイヤは薄膜として堆積され得る。一例として、赤色フィルタ層は、ディスプレーの赤色サブピクセル領域群を定めるアレイ状の赤色光フィルタ領域を含む。同様に、緑色及び青色のフィルタ層は、緑色及び青色のサブピクセル領域群を緑色光又は青色光のみが通ることを可能にする。従って、ＲＧＢ画素フィルタ２５は、ディスプレーのＲ、Ｇ及びＢの各サブピクセルのフィルタを提供する。
【００１１】
ＲＧＢ画素フィルタ２５は本質的に、各フィルタサブピクセル領域が３原色のうちの１つを通すことを可能にするのみであるため、自身に到達する全ての光のうちの少なくとも２／３をフィルタリング除去する。このことは、従来のＬＣＤの一般的に乏しい効率における有意な要因である。バックライト１４の上方のＬＣＤレイヤ群全体での透過率は４−１０％程度である。
【００１２】
一型式に係る白色ＬＥＤ３０を図２に示す。ＬＥＤ３０は、ｐ型層３３とｎ型層３４との間の半導体発光活性層３２で形成されたフリップチップＬＥＤダイを有している。必要に応じて、成長基板（例えば、サファイヤ）は除去される。ＬＥＤダイは青色光を放射する。ＬＥＤダイ用の典型的な材料はＧａＮ及びＳｉＣである。このようなＬＥＤを形成する例は特許文献１及び２に記載されている。これらは共にフィリップス・ルミレッズ・ライティング社に譲渡されたものであり、その内容をここに援用する。
【００１３】
ＬＥＤダイは、例えばセラミック又はシリコンなどの好適材料で形成されたサブマウント３６上に搭載されている。ＬＥＤダイは、サブマウント３６上の関連する金属パッド４０に金ボール４４を介して接合される底部金属コンタクト３８を有している。サブマウント３６を貫通するビアが、サブマウント３６の底面の金属パッドで終端しており、該金属パッドは回路基板４６上の金属リードに接合されている。金属リードはその他のＬＥＤ又は電源に接続される。
【００１４】
このＬＥＤダイは青色光を放射するのみであるため、白色光を作り出すために赤色及び緑色の成分が付加されなければならない。そのような赤色成分及び緑色成分は、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含む、あるいは黄緑色蛍光体（例えば、ＹＡＧ）を含む、蛍光体層４８によって提供される。蛍光体層４８はＬＥＤダイの側面をも覆っていてもよい。白色光を作り出すように青色ダイ上に蛍光体層を設ける手法は数多く知られている。
【００１５】
蛍光体層４８は、青色ＬＥＤ光の或る割合が漏れ出すことを可能にする。青色光の一部は、蛍光体によって吸収され、赤色光及び緑色光（又は黄緑色光）として再放射される。青色光と蛍光体の発光との組み合わせが白色光を作り出す。目標とする白色点は、蛍光体層内の蛍光体粒子の密度、複数の蛍光体の相対量、及び蛍光体層の厚さを選択することによって達成される。
【００１６】
製造者からの青色ＬＥＤ群が同一の繰り返された手順を用いて製造されたものであったとしても、青色ＬＥＤの主波長（dominant  wavelength）は、バッチごとに、また単一バッチ内でさえも、バラついている。特定の用途で主波長が重要なとき、製造者は、青色ＬＥＤ群を作動させてそれらの主波長を測定した後、それらの主波長に従ってＬＥＤ群を分類（瓶分け）している。主波長は４０ｎｍ異なることがあり、各瓶は典型的に５−８ｎｍの範囲内のＬＥＤ群を含み得る（すなわち、瓶の中心波長から２．５−４ｎｍの変動）。ＬＣＤバックライトとして使用される青色ＬＥＤの主波長の典型的な範囲は４２０−４６０ｎｍである。
【００１７】
これまで、バックライトの設計者は、バックライト相互に、バックライト表面にわたって同一の白色光が発せられているとヒトの眼が感じるように、全てのバックライトＬＥＤの白色点を同一にするよう努めてきた。これは、青色ＬＥＤダイ群を正確に一致させ且つ蛍光体層の特性をダイごとに正確に再現することによって行われ得る。こうすることは、目標とする主波長に一致しないＬＥＤダイを無駄にする。代替的に、各ＬＥＤで得られる白色点が単一の目標白色点に一致するよう、各青色ＬＥＤ瓶に対して蛍光体層の特性を調整することができる。そのような白色光は全て、ヒトの眼には同一に見えることになる。
【００１８】
本発明の発明者は、ＬＣＤレイヤ群による光の減衰を波長に対して測定し、この減衰が可視光域内で波長とともに変化することを導出した。青波長域内での変動は群を抜いて最大である。この減衰は、偏光板、ＩＴＯ電極（透明グランド層）、液晶層及びＲＧＢフィルタによる組み合わされた減衰によるものである。また、ライトガイド（使用される場合）、ディフューザ（使用される場合）及びＢＥＦ（使用される場合）による平坦でない減衰も存在する。
【００１９】
本発明の発明者は、青色ＬＥＤ群の各瓶に対して蛍光体特性を調整することによってバックライトＬＥＤ群の白色点が合致されている場合であっても、波長に対して変動するＬＣＤレイヤ群による光減衰のために、例えば濃淡のない白色表示を生成するように全画素が完全にターンオンされるとき等、測定されるＬＣＤによる色出力がＬＣＤ表面にわたって一致したものとならないことを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第６６４９４４０号明細書
【特許文献２】米国特許第６２７４３９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
故に、ＬＣＤ相互に且つＬＣＤの表面全体にわたって、ＬＣＤの色出力を一致したものとするＬＥＤバックライトが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
青色波長帯域におけるＬＣＤレイヤ群による光の減衰は、青色波長が短くなるに連れて大きくなる。本発明の発明者は、ＬＣＤスクリーンの表面全体にわたって均一な青色成分を達成するためには、青色ＬＥＤダイの主波長が異なるときには様々な白色ＬＥＤ全ての白色点（相関色温度）が一致するようにすべきでないことを見出した。これは、従来のＬＥＤバックライトの設計目標に反するものである。
【００２３】
ＬＣＤレイヤ群の減衰の波長依存性を相殺するため、比較的短い主波長の青色光を放射する青色ＬＥＤダイは、比較的長い主波長の青色光を放射する青色ＬＥＤダイ用の蛍光体層と比較して、より大きい青色光をリークさせる（漏れ出させる）ように調整された蛍光体層を有する。換言すれば、ＬＣＤは、長めの青色波長よりも、短めの青色波長を多く減衰させるので、ＬＣＤが短波長の青色ＬＥＤ又は長波長の青色ＬＥＤの何れを用いたバックライトを有するかに拘わらずＬＣＤの青色出力を同一とするためには、短めの波長の青色光のうちのより多くが蛍光体層を通してリークされなければならない。ＬＣＤの背面に与えられる青色光の量は、蛍光体を通してのリークのみに影響される。
【００２４】
これらの例においては青色ＬＥＤを特徴付けるために主波長が用いられているが、それに代えて、ピーク波長が用いられてもよい。
【００２５】
相異なる瓶に対して、蛍光体層を介して相異なる量の青色光リークを得るため、蛍光体層の厚さが調整され、且つ／或いは蛍光体粒子の密度が調整される。より小さい程度に、赤色蛍光体と緑色蛍光体との相対的な割合を調整して、ＬＥＤダイの異なる励起エネルギーを不具にしてもよい。
【００２６】
蛍光体層は依然として、ＬＣＤからの均一な赤色光及び緑色光の出力をもたらすように、白色光の赤色及び緑色の成分を供給しなければならない。ＬＣＤによる赤色光及び緑色光の減衰は波長とともに有意には変動しないので、白色ＬＥＤの赤色成分及び緑色成分の大きさは、全てのＬＥＤで一致したものとなり得る。
【００２７】
バックライトに用いられる様々な白色ＬＥＤは、実質的に等しい赤色・緑色成分を放射するが、各ＬＥＤダイの主波長に応じて様々な輝度レベルの青色光を放射するので、様々なＬＥＤの白色点は相異なるものとなり、バックライトが異なる複数の瓶からの青色ＬＥＤを使用する場合、バックライト出力がバックライト表面にわたって不均一に現れるようになる。これは、様々なＬＥＤからの光が完全に混合されないバックライト領域で特に明白である。より短い主青波長を出力する白色ＬＥＤは、より長い主青波長を出力する白色ＬＥＤよりも青く現れる。
【００２８】
同一の瓶からの青色ＬＥＤダイを用いた白色ＬＥＤのみが各バックライトに装着されている場合、バックライト全体で白色点は実質的に均一になる。その場合の本発明による利益は、バックライトに装着するために何れの瓶のＬＥＤが使用されたかにかかわらず、ＬＣＤ相互間でＬＣＤの出力色が一致することである。
【００２９】
バックライト用ＬＥＤのこの白色点制御は、白色ＬＥＤがライトガイドのエッジに結合されるバックライト、及びＬＥＤがＬＣＤレイヤ群の真後ろ（直下）に分布されるバックライトの何れにも適用可能である。
【００３０】
一実施形態において、特定の青色ＬＥＤダイ用の蛍光体は、該ダイ上に該蛍光体を圧縮成形することによって該ダイ上に形成される。これは、例えば高屈折率のシリコーンなどの液体バインダ内に蛍光体粉末を懸濁させた後に、モールドの窪み内に蛍光体／バインダをディスペンスすることによって行われる。その後、サブマウントウェハ上に搭載された青色ＬＥＤがモールドに対して持ち寄られ、窪み内の蛍光体／バインダ材料内に各青色ＬＥＤが浸漬される。そして、蛍光体／バインダがキュアされ、サブマウントウェハがモールドから分離される。好ましくは、蛍光体／バインダ及び／又はモールドの窪みが全てのＬＥＤダイに対して同一となるように、ウェハに装着される全ての青色ＬＥＤが同一の瓶から選択される。
【００３１】
他の一実施形態においては、ＬＥＤダイの頂部に取り付けられた蛍光体プレートが、ＬＥＤの瓶に基づいて調整される。
【００３２】
光抽出を向上させ且つＬＥＤを保護するために、ダイ／蛍光体上に無色レンズが成形されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ＬＥＤ白色バックライトを備えた従来のＬＣＤを示す概略図である。
【図２】白色ＬＥＤダイと赤色及び緑色の光成分を付加するための蛍光体の層とを用いる白色ＬＥＤの一型式を示す断面図である。
【図３】従来のＬＣＤにおけるＲＧＢフィルタ特性を、ＬＣＤの測定された青色、緑色及び赤色の光出力とともに示すグラフであり、測定された光出力がＲＧＢフィルタ特性と一致しないことを示すとともに、より短い波長の青色光が、より長い波長の青色光よりも大きく減衰されることを示している。
【図４】標準ＣＩＥ  ｕ’ｖ’色度チャートにおけるｖ’成分の変化の青波長依存性を示すグラフである。
【図５】２つの異なる白色ＬＥＤの異なる出力スペクトル分布を示すグラフであり、バックライトにこれらのＬＥＤの何れかを用いることで、白色点は相異なるが、ＬＣＤの色出力は同一にされる。
【図６】ＬＣＤレイヤ群と白色ＬＥＤバックライトとを含み、白色ＬＥＤ群がＬＣＤレイヤ群の直下にアレイ状に配置されるＬＣＤを示す断面図である。
【図７】ＬＣＤレイヤ群と白色ＬＥＤバックライトとを含み、白色ＬＥＤ群がライトガイドのエッジに結合されることでバックライトを形成するＬＣＤを示す断面図である。
【図８Ａ】調整された蛍光体層を青色ＬＥＤダイ上にモールドし、次いで、ダイ及び蛍光体の上に無色レンズをモールドする二段階オーバーモールドプロセスを例示する図である。
【図８Ｂ】調整された蛍光体層を青色ＬＥＤダイ上にモールドし、次いで、ダイ及び蛍光体の上に無色レンズをモールドする二段階オーバーモールドプロセスを例示する図である。
【図８Ｃ】調整された蛍光体層を青色ＬＥＤダイ上にモールドし、次いで、ダイ及び蛍光体の上に無色レンズをモールドする二段階オーバーモールドプロセスを例示する図である。
【図９Ａ】調整された蛍光体プレートを青色ＬＥＤダイ上に取り付け、次いで、ダイ及び蛍光体の上に無色レンズをモールドするプロセスを例示する図である。
【図９Ｂ】調整された蛍光体プレートを青色ＬＥＤダイ上に取り付け、次いで、ダイ及び蛍光体の上に無色レンズをモールドするプロセスを例示する図である。
【図１０】本発明の一実施形態に従って白色ＬＥＤを用いてＬＣＤを製造するための様々な工程を特定するフローチャートである。  同一あるいは等価な要素には同一の参照符号を付する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、例えば本発明の譲受人によって製造されるＡｌＩｎＧａＮ青色ＬＥＤなど、従来からの青色ＬＥＤダイを使用し得る。ここでの例においては、便宜上、フリップチップＬＥＤダイが使用される。青色ＬＥＤダイは、図２で成長基板を除去したものと同一としてもよい。
【００３５】
ＬＥＤを形成する例は、上記特許文献１及び２に記載されている。
【００３６】
ＬＣＤ用バックライトに使用される青色ＬＥＤは、およそ４４０ｎｍの主波長を有することが意図される。しかしながら、ＬＥＤ製造プロセスの固有の性質により、主波長は典型的に約４２０−４６０ｎｍの範囲内である。青色ＬＥＤダイは、各ＬＥＤの主波長を決定するために測定装置によって作動（活性化）されて試験される。試験後、ダイは、物理的に、あるいはウェハ上のＬＥＤダイの位置をメモリに格納することによっての何れかで瓶分けされる。各瓶は、指定された瓶の主波長の約２−４ｎｍの範囲内の主波長を有するダイのみを含み得る。
【００３７】
用語“主波長”は、ヒトの眼によって知覚される単一の波長を意味し、光源と同一の明らかな色を有する単色光の波長として定義される。単一波長（“Ｘ”ｎｍ）の色が所与のＬＥＤの色と区別できない場合、そのＬＥＤは“Ｘ”の主波長を有する。
【００３８】
青色ＬＥＤを瓶分けする別の一手法は、それらのピーク波長を測定するものである。ピーク波長は、光源の放射分析発光スペクトルがその最大値に到達するところの単一波長として定義される。これは、ヒトの眼によって感知される光源の発光を表すものではない。従って、青色ＬＥＤを瓶分けするために主波長又はピーク波長の何れが用いられてもよいが、ここでの例では主波長を用いることとする。
【００３９】
白色ＬＥＤバックライトとともに使用される特定のＬＣＤの減衰の波長依存性は、ＬＣＤレイヤ群の背面に広域スペクトルの光源を供給し、異なる波長でＬＣＤからの光出力を測定することによって決定される。
【００４０】
図３は、特定のＬＣＤ内のＲＧＢカラーフィルタの光減衰特性（太線）を簡略化して示している。相対的なフィルタ特性は保持されているが、赤色フィルタのピーク赤色出力が１．０になるように大きさは正規化されている。これらのフィルタは、理想的には、狭い帯域にわたって一定の減衰を提供し、それ以外では急峻に低下する。しかしながら、実際のＬＣＤにおいては、フィルタ特性は波長に非常に依存したものになる。
【００４１】
このグラフから見て取れるように、青色フィルタのライン５０は、青色光のうち４４０ｎｍの波長で最小の減衰をもたらし、破線の緑色フィルタのライン５２は、緑色光のうち５２０ｎｍの波長で最小の減衰をもたらし、赤色フィルタのライン５４は実質的に平坦である。青色フィルタを通過する青色光の量は、理想的には青色ＬＥＤダイの主波長の範囲全体で一定であるが、これは当てはまっていない。
【００４２】
図４は、図３と一致した青色範囲でのＬＣＤ減衰の特徴を例示している。図４には、ＬＣＤに与えられる光の色から、ＬＣＤから出力される光の色へのｖ’の変化が、特定のＬＣＤの波長に対してプロットされている。ただし、ｖ’は標準ＣＩＥ色度図上でのｙ軸の値である。標準ＣＩＥ図は、ｕ’値とｖ’値との交点における対応色を示す。理想的には、ＬＣＤレイヤ群により引き起こされるｖ’変化は、全波長にわたって平坦になる。短めの青色波長でのｖ’値の大きめの変化は、ＬＣＤによる一層大きい減衰と、ＣＩＥ色度図上での青から離れる方向への色の“上方”シフトとに相互に関連する。
【００４３】
再び図３を参照するに、各波長に対して測定されたＬＣＤ光出力が、細線５６、５８及び６０によって示されている。この測定は、ＬＣＤレイヤ群を広域スペクトル光源で背面照明し、単一の色（赤、緑又は青）の画素のみを完全にターンオンし、光学測定機器を用いて、該単一色の波長に対する光輝度を測定することによって行われ得る。緑色光出力のライン５８は緑色フィルタのライン５２にスケーリングされているが、青色光出力のライン５６、緑色光出力のライン５８及び赤色光出力のライン６０の相対的な大きさは保持されている。測定された青色光出力のライン５６は、波長が短くなるに連れて青色フィルタのライン５０から更に逸脱することが示されている。緑色光出力のライン５８は緑色フィルタの特性に合致している。赤色光出力のライン６０はＬＣＤレイヤ群によって幾分減衰されているが、赤色光出力は平坦であり、赤色範囲におけるＬＣＤレイヤ群による減衰は波長に対して有意な感度を有しない。
【００４４】
ＬＣＤレイヤ群の減衰の波長依存性に起因して、赤、緑及び青の画素の全てが同時にターンオンされるとき、ＬＣＤの白色点はバックライトの白色点とは同一にならない。
【００４５】
縦方向の破線６４−６８は、主波長又はピーク波長の何れか測定することによって決定された、青色ＬＥＤダイの５個の異なる瓶の中心波長を表している。図３から見て取れるように、ＬＣＤは、瓶６４に関する青色光を瓶６８に関する青色光よりも遙かに減衰させる。このことが意味するのは、青色ＬＥＤの全ての瓶で同一量の青色光が蛍光体層を通してリークされる場合に、瓶６４からのＬＥＤによって照明されるときにＬＣＤによって出力されて観測される青色光が、瓶６８からのＬＥＤによって照明されるときに出力される青色光よりも暗くなるということである。これにより、ＬＣＤの青色光出力はＬＣＤの表面上で変動することになる。バックライトは、バックライトの出力面全体で様々な白色ＬＥＤからの全ての光を均一に混合しないからである。エッジリット型バックライトでは、このことは特に、複数のＬＥＤが配置され且つ光が完全には混合されないバックライトのエッジ付近で当てはまる。ＬＣＤの背面に直接的にＬＥＤ群が配置される混合ボックスシステムでは、色の不均一性は各ＬＥＤに近接したスクリーン全体上で発生する。
【００４６】
ＬＣＤレイヤ群の減衰の波長依存性を補償するため、短い波長の瓶ほど多くの青色光がリークするように、青色ＬＥＤ上の蛍光体層が青色ＬＥＤ瓶の各々に対して調整される。蛍光体層によって提供される白色光の赤及び緑の光成分は、実質的に影響を受けないようにされるべきである。故に、瓶６４からの短い波長の青色ＬＥＤを用いて形成される白色ＬＥＤは、ヒトの眼には、より青に見えることになる。何故なら、瓶６５−６８からの一層長い波長の青色ＬＥＤを用いて形成される白色ＬＥＤと比較して、より多くの青色光がリークするからである。瓶６８からの青色ＬＥＤダイを用いて形成されるＬＥＤからの白色光は、その他の全ての瓶６４−６７からの白色ＬＥＤよりも青っぽくなく見えることになる。
【００４７】
青色光のリークを調整することは、結合剤（バインダ）内の蛍光体粒子の密度を変化させること、又は蛍光体層を薄くすることによって達成され得る。
【００４８】
図５は、青色光リークの量を調整するように蛍光体層が調整された２つの異なる白色ＬＥＤからの白色光放射をプロットしたグラフである。この白色光は、ＬＣＤを通過させられる前のものである。曲線７２は、より短い主波長又はピーク波長の青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤに関して、様々な波長での放射光の相対輝度を示している。曲線７４は、より長い波長の青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤに関して、様々な波長での放射光の相対輝度を示している。ＬＣＤを背面照明するためにこれらの白色ＬＥＤが用いられる場合、曲線７２を生み出すＬＥＤの白色点がバックライトの出力において一層青っぽく現れるとしても、ＬＣＤの白色点（全画素上）は双方のＬＥＤに関して正確に同一になり得る。なお、双方の青色ＬＥＤ上の蛍光体層は同一の緑色成分及び赤色成分を生成するので、図５の２つの白色ＬＥＤの緑色及び赤色の光出力は同一である。
【００４９】
故に、本発明を用いることにより、相異なる瓶からの青色ＬＥＤを用いて形成された白色ＬＥＤを装着されたバックライトは、その表面にわたって均一な白色点を有することになる。
【００５０】
各バックライトが、同一の瓶からの青色ＬＥＤのみを用いた白色ＬＥＤを装着される場合、バックライト全体にわたって白色点は実質的に均一になる。その場合の本発明による利益は、バックライトに装着するために何れの瓶のＬＥＤが使用されたかにかかわらず、ＬＣＤ相互間でＬＣＤの出力色が一致することである。
【００５１】
図６は、反射型のバックライト混合ボックス７８の底部に取り付けられた、例えば図５に示されたＬＥＤなどの、補償された白色ＬＥＤ７６を示している。複数のＬＥＤ７６を形成するために使用される青色ＬＥＤダイが多様な瓶からのものであると仮定すると、これらのＬＥＤ７６の白色点は相異なるものとなる。ディフューザ８０が、これらのＬＥＤ７６からの光を更に混合する。ＬＥＤ光はバックライト（ＬＥＤ７６、ボックス７８及びディフューザ８０を有する）内で幾分混合されるが、複数のＬＥＤ７６の相異なる白色点により、バックライトからの放射はバックライト表面全体では依然として均一でない。しかしながら、ＬＣＤレイヤ群８２の色出力は、赤色及び緑色の蛍光体層の調整により、青色波長域においてＬＣＤ全体で実質的に均一になる。代わりにＹＡＧ黄緑色蛍光体層が用いられてもよく、該蛍光体層が上述のように調整されることで、青色光リークの量が調整される。ＬＣＤレイヤ群８２は、図１に示したものと同一としてもよい。
【００５２】
バックライト材料自体が青波長を異なる度合いで減衰させるので、蛍光体層を調整するときに、バックライト材料による青色光の減衰も考慮に入れられるべきである。
【００５３】
図７は、例えばＰＭＭＡ材料で形成されるものなど、ライトガイド型バックライト８４を用いる他の種類のＬＣＤを示している。ＬＣＤレイヤ群８２の背面を照らすように光を上方に均一に反射するために、バックライトの底面にプリズム又はラフニング（roughening）が存在していてもよい。上述のように、ＬＥＤ光はバックライト８４内で幾分混合されるが、複数のＬＥＤ７６の相異なる白色点により、バックライト８４からの放射はバックライト表面全体で、特にＬＥＤ７６付近のバックライトのエッジ部にて、依然として均一でない。しかしながら、ＬＣＤレイヤ群８２の色出力は、赤色及び緑色（又は、ＹＡＧ）の蛍光体層の調整により、青色波長域においてＬＣＤ全体で実質的に均一になる。ＰＭＭＡによる青色光の減衰は波長とともに変化するため、蛍光体層を調整するときに、この青色光減衰特性も考慮に入れられるべきである。
【００５４】
図８Ａ−８Ｃは、調整された蛍光体層を青色ＬＥＤダイ上に形成する一手法を示している。図８Ａにおいて、サブマウントウェハ８６上に、好ましくは同一の瓶からの、複数の青色ＬＥＤダイ８８が搭載されている。１００個を超えるＬＥＤがウェハ８６上に搭載され得る。サブマウントウェハ８６は、ＬＥＤダイ８８の各々に接合された金属パッド／リードを備えたセラミックとし得る。
【００５５】
モールド９０は、各ＬＥＤダイ８８上の蛍光体層の所望形状に対応する窪み９１を有している。モールド９０は好ましくは金属で形成される。非常に薄い非粘着膜が、剥離層としてモールド９０上に配置され得る。あるいは、モールド９０は必要に応じて非粘着性の表面層を有していてもよい。
【００５６】
モールドの窪み９１は、シリコーンバインダ９４内に赤色及び緑色の蛍光体粒子９２を有する熱硬化性混合物で充填されている。シリコーンは、ＡｌＩｎＧａＮ  ＬＥＤからの光抽出を大いに向上させるのに十分な高さの屈折率（例えば、１．７６）を有する。上述のように、使用されるＬＥＤダイの特定の瓶に関して適正量の青色光がリークすることを可能にするように、蛍光体粒子９２の密度及び／又は蛍光体層の厚さが選定される。
【００５７】
ウェハ８６とモールド９０とが接合され、ウェハ８６の外周部とモールド９０との間に真空シールが作り出される。故に、各ＬＥＤダイ８８が蛍光体混合物中に挿入されて、該混合物は圧縮される。
【００５８】
その後、バインダ材料を硬化させるために、モールド９０が或る時間にわたって約１５０℃（又は、その他の好適温度）まで加熱される。
【００５９】
そして、ウェハ８６がモールド９０から分離される。バインダ材料は、その後に熱又はＵＶ光によって更にキュアされてもよい。
【００６０】
図８Ｂにて、調整された蛍光体層９５を有する各ＬＥＤ上に、無色シリコーンレンズが成形（モールド）される。モールド９６の窪みが、液体あるいは軟化状態のシリコーン９８で充填され、ウェハ８６及びモールド９６が上述と同様に接合される。その後、シリコーン９８がキュアされ、ウェハ８６とモールド９６とが離型されることで、図８Ｃに示す構造が作り出される。ＬＥＤダイ及び蛍光体層の各々上に無色レンズ１００が形成されている。その後、複数の白色ＬＥＤを分離するように、サブマウントウェハ８６が（破線１０２に沿って）ダイシングされる。この白色ＬＥＤのサブマウントは、その後、例えば図２に示したように、バックライトに使用される他の白色ＬＥＤとともに回路基板上にマウントされ得る。
【００６１】
蛍光体及びレンズをモールドすることに関する更なる詳細は、Ｇｅｒｄ  Ｍｕｅｌｌｅｒ等による「LED  with  Phosphor  Tile  and  Overmolded  Phosphor  in  Lens」というタイトルの米国特許出願公開第２００８／００４８２００号に見出すことができる。なお、この文献をここに援用する。
【００６２】
蛍光体層をモールドすることに代えて、図９Ａ及び９Ｂに示すように、蛍光体層は、図２に示した構造と同様に、板材（プレート）１０３として事前形成されて、薄いシリコーン層を用いてＬＥＤダイ８８の頂面に取り付けられてもよい。所望量の青色光をリークさせるように、青色ＬＥＤダイの各瓶に対してプレート１０３の厚さ及び／又は蛍光体粒子の密度が調整される。セラミック蛍光体のシートを形成する一手法は、蛍光体粉末の粒々を熱及び圧力を用いてシンターするものである。プレートを通過する青色ＬＥＤ光の割合は、正確に制御されることが可能な蛍光体の密度及びプレートの厚さに依存する。蛍光体の薄いシートを形成する別の一手法は、蛍光体のスラリーを薄いシート状に形成した後、該スラリーを乾燥させるものである。このようなセラミック蛍光体プレートを形成することは、Ｇｅｒｄ  Ｍｕｅｌｌｅｒ等による「Luminescent  Ceramic  for  a  Light  Emitting  Diode」というタイトルの米国特許出願公開第２００５／０２６９５８２号に記載されている。なお、この文献をここに援用する。
【００６３】
その後、図８Ｂ及び８Ｃに関して説明したのと同じプロセスを用いて、ＬＥＤダイ及び蛍光体プレートの上にレンズ１００がモールドされる。
【００６４】
無色レンズは、光抽出を向上させるとともに、ＬＥＤ及び蛍光体を保護する。
【００６５】
図１０は、本発明の一実施形態における様々な工程（ステップ）を示すフローチャートである。
【００６６】
ステップ１１１にて、ＬＣＤレイヤ群の減衰の青色光波長依存性と、ディスプレー内のバックライト材料とが決定される。バックライトによる減衰が無視できる場合、バックライト特性は無視され得る。
【００６７】
ステップ１１２にて、青色ＬＥＤダイの主波長が測定され、主波長に従ってＬＥＤが瓶分けされる。
【００６８】
ステップ１１３にて、ＬＣＤレイヤ群の減衰の青色波長依存性とバックライト材料とを考慮に入れて、均一なＬＣＤ出力色を達成するのに必要なＬＥＤからの白色出力を作り出すために、青色ＬＥＤダイの瓶の各々に関して、青色ＬＥＤダイ上の赤／緑の蛍光体層の必要特性（例えば、密度、厚さ、比）が決定される。この決定は、シミュレーションアルゴリズムを用いて、あるいは実験的手法によって行われ得る。
【００６９】
ステップ１１４にて、瓶に関する調整された赤色及び緑色の蛍光体層（又は、ＹＡＧ層）が、その瓶の青色ＬＥＤダイ上に設けられる。これは、調整された蛍光体プレートをＬＥＤダイ上に取り付けることによって（ステップ１１５）、あるいは調整された蛍光体層をＬＥＤダイ上にモールドすることによって（ステップ１１６）、あるいはその他の技術によって行われ得る。
【００７０】
ステップ１１７にて、ダイ及び蛍光体の上に、必要に応じての無色レンズが、光抽出を向上させ且つＬＥＤ及び蛍光体を保護するためにモールドされる。
【００７１】
ステップ１１８にて、得られた白色ＬＥＤがカラーＬＣＤ用のバックライトに使用されることで、各ＬＣＤにわたって均一な赤色、緑色及び青色の出力が達成され、また、ＬＣＤ相互間で均一な色が達成される。
【００７２】
典型的なＬＣＤは、より短い波長の青色光を、より長い波長の青色光よりも大きく減衰させるが、本発明は、青色光波長に対する平坦でない減衰特性を有するＬＣＤに広く適用される。
【００７３】
本発明の特定の実施形態を示し、説明してきたが、当業者に明らかなように、本発明の広範な態様を逸脱することなく変形及び変更が為され得る。故に、添付の請求項は、本発明の真の精神及び範囲に入る全ての変形及び変更を、請求項の範囲内に包含するものである。
【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８Ａ】
0005530447.tif 000009
【図８Ｂ】
0005530447.tif 000010
【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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