(57)【要約】【課題】発光ダイオードから汚れのない白色光を生成する方法及び装置を提供する。【解決手段】オフホワイトの発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることによる白色発光装置が開示される。単に純粋な白色ＬＥＤを用いるのではなく、白色発光装置は、オフホワイト色を呈するそれらのＬＥＤを然るべく配置して、これらのオフホワイトＬＥＤが発する光の組み合わせが、人の目にほぼ純粋な白色に見える放射線を生成するようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数帯域の光を放出する第１の発光ダイオードと、
第２の周波数帯域の光を放出する第２の発光ダイオードと、
を備え、前記第１の発光ダイオードおよび前記第２の発光ダイオードが発する光の組み合わせが、人の目にほぼ白色に見える、光発生装置。
【請求項２】
前記第１の発光ダイオードが前記第１の周波数帯域に対応する紫白色光を放出し、前記第２の発光ダイオードが前記第２の周波数帯域に対応する緑白色光を放出する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の発光ダイオードが、黒体曲線の一方の側にある色座標を有し、前記第２の発光ダイオードが、前記黒体曲線の他方の側にある色座標を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記紫白色光を発する前記第１の発光ダイオードからの光と前記緑白色光を発する第２の発光ダイオードからの光との組み合わせが純粋な白色光をもたらす、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の発光ダイオードが、黄色蛍光体波長変換材を含む封入体で覆われた青色発光ダイオードからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の発光ダイオードが、黄色蛍光体波長変換材を含む封入体で覆われている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の発光ダイオードが、４６０〜４６５ｎｍの紫みの青色光の波長を備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の発光ダイオードが、４７０〜４８０ｎｍの緑みの青色光の波長を備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
複数の紫白色発光ダイオードと、前記純粋な白色光を生成すべく前記複数の紫白色光を補完する仕方で配置された同数の緑白色発光ダイオードと、をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の発光ダイオードにより生成された光が、画像取込み装置の被写体を照明するのに用いられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
黒体曲線の一方の側にある色座標を有する発光ダイオードが、前記黒体曲線の他方の側にある色座標を有する発光ダイオードの近傍に配置され、得られる色が、前記色座標を結ぶ直線の軌跡に沿って存在する、ように配置された発光ダイオードの配列を備えている発光装置。
【請求項１２】
前記色座標が、ＣＩＥによって定義された測色法規格に従う、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光ダイオードによって生成された光が相補的な放射線である、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１４】
緑白色を有する白色発光ダイオードと紫白色を有する白色発光ダイオードとを前記配列に配置して、人の目にほぼ白く見える放射線を生成する、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記白色光が、６５００ケルビン又は９３００ケルビンのうちのほぼ一方である色温度を有する、請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
緑白色発光ダイオードが、４８０ｎｍの色を有する青色発光ダイオードからなり、紫白色発光ダイオードが、４６０ｎｍの色を有する青色発光ダイオードからなる、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記緑白色発光ダイオードが、４７０ナノメートル超の色の青色発光ダイオードからなり、前記紫白色発光ダイオードが、４６５ナノメートル未満の色を有する青色発光ダイオードからなる、請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記配列が、前記黒体曲線の上部側にある色座標をもった第１の発光ダイオードと、前記黒体曲線近くの色座標をもった第２の発光ダイオードと、前記黒体曲線の下部側にある色座標をもった第３の発光ダイオードと、を有する１行３列の発光ダイオードを備えている、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１９】
前記配列が、黒体曲線の上部側にある色座標をもった第１の発光ダイオードと、前記黒体曲線の下部側にある色座標をもった第２の発光ダイオードと、を有する少なくとも１つの１行２列の発光ダイオードを備えている、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項２０】
前記配列が、発光ダイオード装置部品を備えている、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項２１】
前記配列が２行２列の発光ダイオードを備え、該発光ダイオードが、
前記黒体曲線の上部側にある色座標をもった左上隅の第１の発光ダイオードと、
前記黒体曲線の上部側にある色座標をもった右下隅の第２の発光ダイオードと、
前記黒体曲線の下部側にある色座標をもった右上隅の第３の発光ダイオードと、
前記黒体曲線の下部側にある色座標をもった左下隅の第４の発光ダイオードと、
を備えている、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項２２】
黒体曲線から遠位にある色座標を有する白色発光ダイオードの配列を備え、合成光が、前記黒体曲線からより遠位にない色座標を有する、発光装置。
【請求項２３】
導電性配線路を有する基板と、
少なくとも１つの緑みの青色発光ダイオードと各緑みの青色発光ダイオードごとに１つの紫みの青色発光ダイオードとを有する配列であって、前記緑みの青色発光ダイオードと前記紫みの青色発光ダイオードとは前記基板に取り付けられる、前記配列と、
各発光ダイオードを覆う、黄色蛍光体波長変換材を含む封入体と、
各発光ダイオードに電流を供給する回路と、
を備えている、白色発光装置。
【請求項２４】
前記基板が、前記緑みの青色発光ダイオードと前記紫みの青色発光ダイオードとが配置される空洞を備え、該空洞が、光を集光し光を所望の方向に外部に向ける反射器として動作する、請求項２３に記載の白色発光装置。
【請求項２５】
前記封入体および前記黄色蛍光体波長変換材が、所望の放射パターンの放出光を与えるレンズ構造に成形されている、請求項２３に記載の白色発光装置。
【請求項２６】
前記発光ダイオードの配列上に配置され、放出光の放射パターンを品位向上させるのに使用される光学レンズをさらに備えている、請求項２３に記載の白色発光装置。
【請求項２７】
前記緑みの青色発光ダイオードと前記紫みの青色発光ダイオードとによって生成された光が、画像取込み装置用の被写体を照明するのに使用される、請求項２３に記載の白色発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフホワイト発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて汚れのない白色光を生成する方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は相補（補色）発光ダイオードからの異なる色相の白色光を組み合わせて、より「純粋な」白色光を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色発光ダイオードは、２つの発光材料を対にしてある。第１のものは、電流がその中を流れるときに放射線（すなわち、「初期放射線（initial radiation）」）を放出することのできる半導体材料で出来た青色発光ダイオードである。第２のものは、一部の初期放射線を吸収し、初期放射線とは異なる波長の光（すなわち、「第２の放射線」）を放出する黄色の蛍光体すなわち発光波長変換材である。得られる光は、初期放射線の非変換部分と第２の放射線との組み合わせとなる。白色発光ダイオードでは、ダイオードが初期放射線用の青色光を放出し、波長変換材が第２の放射線用の黄色光を放出する。
【０００３】
白色発光ダイオードにおける１つの所望の生成放射線は、汚れのない白色光である。多数の異種白色光があり、例えばクール白色としても知られる青白色、温白色としても知られる黄白色がある。「純粋な」白色光、すなわち汚れのない白色光は、画像取込み装置用のフラッシュ等の等価昼光が必要とされる状況において望まれる。「純粋な」白色光は、定量化されている。図１は、１９３１年ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｉ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ：国際照明委員会）色度図である。点線１１０は、黒体曲線を表わす。黒体からの放射線の色は、その温度にのみ依存する。照明産業では、白色をその関連色温度によって指定することが普通である。点１００は「純粋な」無垢な白色光であり、その関連色温度は６５００ケルビンである。因に、これは全国テレビジョン方式委員会（ＮＴＳＣ）にとっての基準白色である。点１００は、画像取込み装置のような白色発光装置にとっての所望の色相である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大半の白色発光ダイオードは、波長変換材としてセリウム活性イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）等の通常の黄色蛍光体を使用している。この蛍光体を用いて汚れのない白色光を得るべく、青色初期放射線は通常４６５〜４７０ｎｍ（ナノメートル）に含まれる波長を有する。初期放射線が過度の緑みの青色（すなわち、４７０ｎｍ超）である場合、得られる白色光は緑がかっている。初期放射線が過度の紫みの青色（すなわち、４６５ｎｍ未満）である場合、得られる白色光は紫がかっている。これらの汚れた色相の白色は共に人の目で知覚することができ、「不純な」白色として知られる。これらの汚れた色相は、図１の黒体曲線から遠位にある色座標を有する。これらの不純な白色光のどちらかを画像取込み装置用のフラッシュに用いた場合、得られる画像もまた汚れたものとなる。
【０００５】
エピタキシャル半導体成長工程により製造される青色半導体が発する青色光の色は通常、制御された工程をもつにもかかわらず４６０〜４８０ｎｍの範囲にある。その結果、この工程で製造された利用可能な青色半導体材料の約２５％だけを「純粋な」白色発光ダイオード用のダイオードに用いることができる。残りの７５％は、過度に緑がかっているか又は過度に紫がかっている青色光を放出し、この目的に用いることはできない。それ故、「純粋な」白色発光ダイオードの製造コストは非常に高いものとなる。
【０００６】
このように、産業界にはより経済的に実施可能な方法で発光ダイオードから汚れのない白色光を生成する方法及び装置に対する必要性が存在する。本発明は、この課題に対する独特で新規な解決策を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
オフホワイト発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用による白色発光装置を、開示する。単に純粋な白色発光ダイオードを使用することに限定するのではなく、白色発光装置は、オフホワイト色を呈するそれらの発光ダイオードを然るべく配置して、これらのオフホワイト発光ダイオードが発する光の組み合わせが、人の目にほぼ純粋な白色に見える放射線を生成するようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、添付図面の図において限定ではなく例示をもって説明し、図中の同様の参照符号は同様の要素を指す。
【０００９】
本発明は、添付図面の図において限定ではなく例示をもって説明し、図中の同様の参照符号は同様の要素を指す。発光ダイオード内での初期放射線と２次放射線の合成結果は、色度図（図１）に示すことができる。初期放射線と２次放射線の色、この場合それぞれ青色と黄色を表わす点の間に線を引く。得られた光は、この線に沿って置かれた色座標点を有する。点「Ｂ」は、青色光である。点「Ｙ」は、黄色光である。「純粋な」白色光の色座標点は、黒体曲線近傍の線Ｂ−Ｙ沿いにある。点「ＧＢ」は、緑みの青色光である。点「ＧＷ」すなわち緑白色光は、ＧＢ−Ｙ線沿いにある。点「ＰＢ」は、紫みの青色光である。点「ＰＷ」すなわち紫白色光は、線ＰＢ−Ｙ沿いにある。
【００１０】
本発明の一実施形態では、黒体曲線の一方の側に色座標を有する発光ダイオードを黒体曲線の他方の側にある色座標を有する別の発光ダイオードに近接配置するよう発光ダイオードを選択する。得られる色は、これらの色座標を結ぶ直線の軌跡に沿うものであり、かくして黒体曲線により近接する。緑白色を有する白色発光ダイオードと紫白色を有する白色発光ダイオードとは、目にほぼ白色に見える放射線をもたらすよう適切に配置することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態では、緑白色発光ダイオードは４８０ｎｍの色を有する青色ダイオードを用いて製作し、紫白色発光ダイオードは４６０ｎｍの色を有する青色ダイオードを用いて製作する。代替実施形態では、緑白色発光ダイオードは４７５ｎｍの色を有する青色ダイオードを用いて製作し、紫白色発光ダイオードは４６５ｎｍの色を有する青色ダイオードを用いて製作する。
【００１２】
このように、使用できる青色ダイオードの範囲は５ｎｍよりも広いものとなる。その結果、青色ダイオードの利用率は増大し、製造コストは低減される。
【００１３】
図１を用いるに、色度図上の任意の２点の組み合わせの色座標はこれらの２点を接続する線沿いにある。それ故に、点１００は黒体曲線近くの線ＧＷ−ＰＷ上にあり、ほぼ「純粋な」白色光となる。緑白色光と紫白色光の割合は、黒体曲線又はその近くにある点１００に白色光を生じるように適切に選択される。
【００１４】
図２Ａは、ダイオードが放出する光の波長により青色ダイオードを分類する手順を示す。白色発光ダイオードは、分割した青色ダイオードを用いて組み立てたものそのものである。該発光ダイオードはそこで、それらの合成光が汚れのない白色となるよう装置上に配置される。それ故、白色発光ダイオードは従来の工程で生成した青色半導体材料の１００％を用いて製作することができる。青色ダイオードは、それぞれの青色光の波長に応じて３つの群ＰＢ，Ｂ，ＧＢに分割される。ＰＢ群は、４６０〜４６５ｎｍ範囲の光を放出する紫みの青色ダイオードからなる。Ｂ群は、４６５〜４７０ｎｍ範囲の光を放出する青色ダイオードからなる。ＧＢ群は、４７０〜４８０ｎｍ範囲の光を放出する緑みの青色ダイオードからなる。
【００１５】
図２Ｂは、「純粋な」白色光を生成するのに用いるオフホワイト及び白色発光ダイオードを分類する代替手順を示す。こうして、白色発光ダイオードは従来の工程で製造される青色半導体材料の１００％を用いて製作することができる。白色発光ダイオードは、各発光ダイオードの白色生成光の色座標に応じて３つの群ＰＷ，Ｗ，ＧＷに分割される。ＰＷ群は、４６０〜４６５ｎｍ範囲の光を放出するダイオードを用いて製作した紫白色ダイオードからなる。Ｗ群は、４６５〜４７０ｎｍ範囲の光を放出するダイオードを用いて製作した「純粋な」白色ダイオードからなる。ＧＷ群は、４７０〜４８０ｎｍ範囲の光を放出するダイオードを用いて製作した緑白色発光ダイオードからなる。
【００１６】
図３は、各群から１個ずつの、３個の白色発光ダイオードの可能な配置を示す。配列３００は、１行３列のマトリックスである。好適な実施形態では、発光ダイオード３１０はＧＷ群から、発光ダイオード３２０はＰＷ群から、発光ダイオード３３０はＷ群からのものである（図２参照のこと）。これら３個の発光ダイオードの光の組み合わせは、色度図に示す如く、純粋な白色光である。実験によれば、発光ダイオード３１０，３２０，３３０の実際の配置は問題ではなく、どんな配置の生成光も純粋な白色となることが示された。
【００１７】
図３中、導電性配線路（図示せず）を有する基板３０２がダイオードに結合してある。結合導線３０４が、発光ダイオード端子の一端から前記基板上の導電性配線路まで形成されている。封入体と蛍光体の混合物の層３０６が、ダイオードを覆っている。
【００１８】
図４は、２行２列のマトリックスに配置した４個の白色発光ダイオードの配列４００を示す。好適な実施形態では、発光ダイオード４１０，４２０はＧＷ群からのものであり、その一方で発光ダイオード４３０，４４０はＰＷ群からのものである（図２参照のこと）。好適な実施形態では、図４に示す如く、発光ダイオードは第１行については４１０〜４３０もって、第２行については４２０〜４４０をもって配置してある。実験によれば、発光ダイオード４１０，４２０，４３０，４４０の実際の配置は問題ではなく、これらの４個の発光ダイオードのどんな配置の生成光も純粋な白色になることが示された。
【００１９】
図４中、発光ダイオードのダイオードには導電性配線路（図示せず）を有する基板４０２が結合してある。結合導線４０４が、発光ダイオード端子の一端から前記基板上の導電性配線路まで形成されている。封入体と蛍光体の混合物の層４０６が、ダイオードを覆っている。
【００２０】
図５は好適な別の実施形態を示しており、ここではダイオードは基板内の空洞に配置してある。空洞は、光を集光し光を所望の方向に外部に向ける反射器として機能する。前記空洞は受容器としても機能し、それにより、受容器は先ず封入体／蛍光体混合物で満たすことができ、これと封入体単独のレンズとの間にダイオードが挟持される。好ましくはダイオードの上に配置した補助光学レンズが、光の放射パターンをさらに制御し品位向上させる。好適な実施形態では、フレネルレンズを用いる。
【００２１】
封入体は好ましくはエポキシ材料であるが、通常は熱可塑性材料や熱硬化性樹脂等のポリマーが相応しい。シリコンやガラスもまた、用いることができる。封入体は、好ましくは射出成形或いはトランスファ成形により製造する。鋳造法を用いることもできる。代替として、封入体はダイオード上に配置されたキャップとすることもできる。
【００２２】
図５において、ダイオードには導電性配線路（図示せず）を有する基板５０２が結合してある。この基板は、反射器として機能する空洞５０１を有する。結合導線５０４が、発光ダイオード端子の一端から前記基板上の導電性配線路まで形成されている。封入体／蛍光体混合物の層がダイオードを覆っていて、少なくとも部分的に空洞を満たしている。第２の、封入体単独のレンズ形状層５０６が、少なくとも部分的に各ダイオードを覆っている。代替として、封入体５０６は封入体／蛍光体混合物からなる。補助レンズ５０８が、発光ダイオード配列のレンズ側で組み立てられている。
【００２３】
発光ダイオードの配置は、１行３列或いは２行２列のマトリックスに限定されない。ＰＷ群からの発光ダイオードをＧＷ群からの発光ダイオードで補完する限り、任意のｍ行ｎ列の配列を用いることができ、その逆も成り立つ（図２参照のこと）。最低限は、１行２列のマトリックスに配置する２個の発光ダイオードである。Ｗ群からの発光ダイオードは相補（補色）発光ダイオードを必要とせず、何故ならそれらはそれら自体で純粋な白色光を生成するからである。さらにまた、本発明は規則正しい行及び列配置に限定されず、任意の系統的な２次元或いは３次元種の発光ダイオード配列に等しく有効である。
【００２４】
相補白色発光ダイオードは、リードフレーム、印刷回路基板、可撓性基板、ガラス、またはセラミック等の基板上に配置することができる。代替として、スルーホール型のランプまたは表面実装型のチップ型発光ダイオードおよびＰＬＣＣ（プラスチック・リード付きチップキャリア）等の複数の相補白色発光ダイオード装置部品を、印刷回路基板等の別の基板上に配置して、純粋な白色光を生成するができる。これらの部品は通常、自動選別配置機器を用いて基板上に配置され、続いて熱に晒すことにより所定の場所に半田付けされる。
【００２５】
図６は、本発明の例示実施形態である画像取込み装置を表わすものである。ここに示した画像取込み装置は、その上にディジタルカメラを有する携帯電話である。１行３列の配列６０１（図３参照）は、曇天や暗闇や夜間の条件にて写真が撮れるよう、フラッシュ光を供給する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】１９３１年策定ＣＩＥ（国際照明委員会）色度図を表わす図である。
【図２Ａ】青色ダイオードを分割し、それらを用いて白色発光ダイオードを組み立て、それらの合成光が「純粋な」白色光となるよう発光ダイオードを配置する工程を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】オフホワイト発光ダイオードを分割し、それらの合成光が「純粋な」白色光となるよう発光ダイオードを配置する工程を示すフローチャートである。
【図３】基板上の１行３列の白色発光ダイオードの（ａ）は上面、（ｂ）は側面を示す図である。
【図４】基板上の２行２列の白色発光ダイオードの（ａ）は上面、（ｂ）は側面を示す図である。
【図５】基板上の空洞内の白色発光ダイオード配列の（ａ）は上面、（ｂ）は側面を示す図である。
【図６】本発明の例示実施形態を表わす画像取込み装置で、この場合カメラを搭載した携帯電話で、そのフラッシュが図３の１行３列の発光ダイオードである画像取込み装置を表わす図である。
【符号の説明】
【００２７】
３０２：基板
３０４：結合導線
３０６：封入体と蛍光体の混合物の層
３１０、３２０、３３０：発光ダイオード
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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