(57)【要約】【課題】従来の青色ＬＥＤと蛍光体を用いた蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置は、５００ｎｍ波長領域にスペクトルの谷間が存在して演色性に問題があり、さらに赤色補正を行なったものは白色光源として赤みを帯びるという問題があり、これを解決する。【解決手段】ＬＥＤ発光装置を青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光源は第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記第３のＬＥＤは短波長帯域の緑色ＬＥＤである請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記第３のＬＥＤの発光波長帯域は４９０〜５２０ｎｍである請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
前記第３のＬＥＤは前記第１のＬＥＤよりも長波長帯域の青色ＬＥＤである請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項５】
前記第３のＬＥＤは発光波長帯域は４７０〜４９０ｎｍである請求項４記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項６】
前記第３のＬＥＤは黄色系蛍光体によって被覆されている請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項７】
前記黄色系蛍光体はＹＡＧ系蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項８】
前記黄色系蛍光体はリン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、の何れか１つの蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項９】
前記黄色系蛍光体はテレビウム系の蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置
【請求項１０】
前記黄色系蛍光体はストロンチウム系の蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置
【請求項１１】
前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に収納されている請求項１乃至請求項１０記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１２】
前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に実装され、黄色系蛍光粒子を含む透明樹脂にて封止されている請求項１１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１３】
前記第１〜第３のＬＥＤが１つのケース内に収納されている請求項１２記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１４】
第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されたＬＥＤ発光装置と、該ＬＥＤ発光装置を照明光源する表示装置とにより構成されたことを特徴とするカラー表示装置。
【請求項１５】
前記ＬＥＤ発光装置を構成する３個のＬＥＤを各々独立に点燈制御可能な動作制御手段を備えた請求項１４記載のカラー表示装置。
【請求項１６】
前記ＬＥＤ発光装置を構成する３個のＬＥＤを各々独立に電流制御が可能な、電流制御手段を備えた請求項１４記載のカラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はカラー表示を行なう表示装置のバックライトや照明等に用いられるＬＥＤ発光装置及び、前記ＬＥＤ発光装置を照明光源とするカラー表示装置に関するものであり、詳しくは青色ＬＥＤと黄色系蛍光体を用いた白色系ＬＥＤ発光装置及びそれを用いたカラー表示装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。
【０００３】
特に近年、赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）青色（Ｂ）の三原色に、高効率のＬＥＤが開発されたことから、多色混合型のＬＥＤ発光装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを同時に発光させることによって白色光を発光させ、この白色光光源と表示装置のカラーフイルタとによってカラー表示を行なったり、照明装置として用いるものである。
【０００４】
しかし、この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、ＲＧＢの各ＬＥＤがそれぞれ発光しているため、各ＬＥＤに対応する発光波長での色純度が高くなるというメリットがあるが、反面各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故に白色光源としては演色性に欠けるというデメリットがある。この演色性とはある物体の見え具合に及ぼす照明光源の影響を示すもので、例えば昼の自然光を基準として、その照明光源の色味の再現性を評価したものである。
【０００５】
この演色性は、ＣＩＥの演色性評価方法では、物体色として複数種類（１５種類）のものを決めておき、この複数種類中の特定の数種類に対する演色性の平均値Ｒａ（昼の自然光をＲａ＝１００）により演色性の評価を行なっている。すなわち、前記多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故にＲとＧ、ＧとＢの間にスペクトル強度の弱い谷間が存在する。特にＲとＧとの谷間領域は幅も広くスペクトル強度の落ち込みも大きい。この結果、基準となる昼の自然光のスペクトル特性に対して前記谷間のスペクトル成分が欠落するため、Ｒａが１２程度しか得られず、白色光源としては演色性に欠けることになる。
【０００６】
さらに、前記多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、同時に発光させるＲ，Ｇ，Ｂ各ＬＥＤの固体間のバラツキが大きいため、白色発光のレベルを調整するために、各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整する必要があり、また各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整することにより、折角初期調整を行っても温度変化や経時変化等によって調整がずれてしまい、安定して白色発光装置を量産することが困難となる問題もある。
【０００７】
この多色混合型のＬＥＤ発光装置の問題を解決する方式として、特許第２９９８６９６号公報や特開平１１−８７７８４号公報に開示されている蛍光体混色型のＬＥＤ発光装置があり、以下この蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
【０００８】
図１４は前記従来例に開示されている蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の断面図であり、本発明においても構成の一部として用いられるものである。図１４において４０は白色系ＬＥＤ発光装置であり、外部接続用の電極４１，４２を有する基板４３に、青色ＬＥＤ１がフェースダウンボンディングされており、該青色ＬＥＤ１をＹＡＧ系の蛍光粒子４を混入した透明樹脂５でモールドしている。そして後述するごとく前記白色系ＬＥＤ発光装置４０からは白色系光Ｐｗが発光される。
【０００９】
図１５は前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の拡大部分断面図であり、図１５により前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の動作を説明する。図１５において電極４１，４２に駆動電圧を印加すると青色ＬＥＤ１が青色光Ｐｂを発光する。そしてこの青色光Ｐｂが透明樹脂５に混入された蛍光粒子４に衝突すると前記蛍光粒子４が励起されて波長変換が行なわれ、蛍光粒子４から図示のごとく黄色光Ｐｙが発光される。この結果、前記白色系ＬＥＤ発光装置４０からは、前記青色ＬＥＤ１から発光せれて前記蛍光粒子４に衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、前記蛍光粒子４に衝突して波長変換された黄色光Ｐｙとが混合されて前記図１４に示すごとく白色系光Ｐｗ出力される。
【００１０】
図１６はＹＡＧ系の蛍光粒子４を使用した前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の発光波長特性図であり、発光波長曲線Ｈ１は青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークＫｂと、黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙがあり、さらに可視光領域のかなりの部分に発光成分が存在するため、かなり演色性が改善されている。
【００１１】
しかし、前記従来の青色ＬＥＤとＹＡＧ系の蛍光体による白色系ＬＥＤ発光装置には下記の問題が存在する。これは図１６に示すごとく赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近には殆んど発光成分が存在しないことである。すなわち前記ＹＡＧ系蛍光体による白色系ＬＥＤ発光装置は白色光源ではあるが、波長成分を見ると赤色成分を殆んど含まないため青色がかった冷たい白色光源となっている。そして基準となる自然光に対して赤色領域における再現性が大幅に欠ける結果となる。
【００１２】
上記従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の問題点を解決する方式として、特開２００２−５７３７６号公報に赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置が開示されており、以下この赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
【００１３】
図１７は従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に、赤色ＬＥＤを同時発光させた、赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置における発光波長特性図であり、発光波長曲線Ｈ２は青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークＫｂと、黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙがあり、さらに赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近には前記赤色ＬＥＤの発光による大きなピークＫｒが存在する。
【００１４】
すなわち、前記赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置においては、可視光領域においてスペクトルの落ち込みが少なくなって、演色性が改善され、特に赤色領域におけるスペクトル強度は格段に補強されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置においては、前記多色混合型の白色系ＬＥＤ発光装置や、蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に比べると、その演色性はかなり改善されている。しかし、フルカラー表示装置のバックライトに用いる白色光源としては不十分であり、特に図１７に示すごとく緑色領域の５００ｎｍ付近の発光成分が不足している。
【００１６】
また、蛍光灯に代わる照明光として使用した場合には、赤色が目立つ不自然な照明となり、蛍光灯のような自然な照明光として代替することが出来ないという問題がある。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、カラー表示装置のバックライトや、自然な照明光として蛍光灯に代替することが可能な白色系ＬＥＤ発光装置及びそれを光源として用いたカラー表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明においては、ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光源は第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されることを特徴とする。
【００１９】
前記第３のＬＥＤは短波長帯域の緑色ＬＥＤであり、その発光波長帯域は４９０〜５２０ｎｍであることを特徴とする。
【００２０】
前記第３のＬＥＤは前記第１のＬＥＤよりも長波長帯域の青色ＬＥＤであり、その発光波長帯域は４７０〜４９０ｎｍであることを特徴とする。
【００２１】
前記黄色系蛍光体はＹＡＧ系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２２】
前記黄色系蛍光体はデルビウム系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２３】
前記黄色系蛍光体はストロンチウム系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２４】
前記黄色系蛍光体はリン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、の何れか１つの蛍光体であることを特徴とする。
【００２５】
前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に実装され、黄色系蛍光粒子を含む透明樹脂にて封止されていることを特徴とする。
【００２６】
第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されたＬＥＤ発光装置と、該ＬＥＤ発光装置を照明光源する表示装置とにより構成されたことを特徴とするカラー表示装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面により、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図、図２及び図３はそれぞれ図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図であり、図１４及び図１５と同一要素には同一番号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図１〜図３において１０は色補正されたＬＥＤ発光装置であり、接続電極１１，１２，１３等を有する１枚の基板１４上に第１のＬＥＤである青色ＬＥＤ１と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤ２と、第３のＬＥＤ３とが略三角配置に並べて実装されている。尚、本実施の形態においては前記第３のＬＥＤ３として短波長の緑色ＬＥＤ３ａを用いている。そして前記青色ＬＥＤ１と緑色ＬＥＤ３ａとは蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆されることにより、白色系ＬＥＤ部１０ａと谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃを構成し、さらに赤色ＬＥＤ２は透明樹脂５で被覆されることにより赤色補正ＬＥＤ部１０ｂを構成している。
【００２９】
上記構成を有するＬＥＤ発光装置１０は、前記白色系ＬＥＤ部１０ａが前記図１５に示す白色系ＬＥＤ発光装置４０と同じ動作によって白色系光Ｐｗを発光し、前記赤色補正ＬＥＤ部１０ｂが赤色光Ｐｒを発光し、さらに前記谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃが前記青色ＬＥＤ１の発光波長帯域と前記黄色系蛍光体である蛍光粒子４の励起発光波長帯域との間の発光波長帯の緑色光Ｐｇを発光する。この結果前記ＬＥＤ発光装置１０からは白色系光Ｐｗと赤色光Ｐｒと緑色光Ｐｇとが混色されることにより、色補正されて演色性の優れた白色光Ｐｗｈが発光される。
尚、前記ＬＥＤ発光装置１０は１枚の基板１４に実装されているが、全体を反射部を有する１つのケース内に収納することが望ましい。
【００３０】
次に図４及び図５により前記ＬＥＤ発光装置１０の発光波長特性を説明する。図４は前記白色系ＬＥＤ部１０ａ、赤色補正ＬＥＤ部１０ｂ、谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃの各発光波長を示す発光波長特性図であり、図５は図４に示す３つの発光波長を合成した発光波長特性図である。
【００３１】
図４において、白色系光Ｐｗは前記図１６に示す発光波長曲線Ｈ１と同じものであり、前記青色ＬＥＤ１の青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近の大きなピークＫｂと、前記蛍光粒子４の励起による黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙを有する。また赤色光Ｐｒは前記赤色ＬＥＤ２による赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近に大きなピークＫｒを有し、さらに緑色光Ｐｇは前記緑色ＬＥＤ３ａによる緑色光Ｐｇ成分である５００ｎｍ付近に大きなピークＫｇを有する。
【００３２】
上記図４における３つの発光波長成分を合成したのが図５に示す発光波長曲線Ｈ１０であり、前記、図１７に示す従来の赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤによる発光波長曲線Ｈ２に比べて、５００ｎｍ付近の谷間領域の落ち込みが大きく改善されていることが解る。
なお、前記谷間領域補正のための前記緑色ＬＥＤ３ａとしては、比較的短波長の緑色ＬＥＤを使用することが望ましく、その波長範囲としては４９０ｎｍ〜５２０ｎｍの緑色ＬＥＤを使用することによって５００ｎｍ付近の谷間領域の補正をする事が出来た。
【００３３】
また本発明における黄色系蛍光体としては，ＹＡＧ系の蛍光体を用いており、特にデルビウム系、ストロンチウム系、リン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、等の蛍光体を用いることにより、良好な黄色発光を得ることが出来た。上記構成により図５に示すごとく、谷間領域補正ＬＥＤとして短波長帯域の緑色ＬＥＤを用いた第１の実施の形態においては、５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高める効果が極めて大きい。
【００３４】
図６は前記ＬＥＤ発光装置１０の駆動回路を示す回路ブロック図であり、ＬＥＤ発光装置１０は前記青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａと、それぞれの接続電極１１，１２，１３を回路記号で現したものである。２０は駆動回路であり電流調整装置１５と動作制御装置１６と前記３つのＬＥＤに電流を供給するための電源装置１７により構成されている。そして前記電流調整装置１５は３つの可変抵抗１５ａ，１５ｂ、１５ｃを有し、また動作制御装置１６は３つのスイッチ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有する。
【００３５】
上記駆動回路２０の構成は、前記ＬＥＤ発光装置１０の３つのＬＥＤと前記電流調整装置１５の３つの可変抵抗と、前記動作制御装置１６の３つのスイッチとが各々直列接続されて前記電源装置１７に接続されている。すなわち、前記ＬＥＤ発光装置１０の青色ＬＥＤ１は接続電極１１を介して可変抵抗１５ａ、スイッチ１６ａ、電源装置１７に直列接続されており、同様に前記赤色ＬＥＤ２は接続電極１２を介して可変抵抗１５ｂ、スイッチ１６ｂ、電源装置１７に直列接続され、さらに前記緑色ＬＥＤ３ａは接続電極１３を介して可変抵抗１５ｃ、スイッチ１６ｃ、電源装置１７に直列接続されている。
【００３６】
次に上記駆動回路２０の動作を説明する。前記電流調整装置１５及び動作制御装置１６は、それぞれ前記ＬＥＤ発光装置１０の３つのＬＥＤに対して独立に制御可能な可変抵抗及びスイッチを有するため、各ＬＥＤは独立に点燈制御を行なうことが出来る。すなわち、青色ＬＥＤ１はスイッチ１６ａによって点燈、消灯を制御することが出来、そして点燈状態において可変抵抗１５ａを調整することで明るさを調整することが出来る。また、赤色ＬＥＤ２はスイッチ１６ｂと可変抵抗１５ｂ、緑色ＬＥＤ３ａはスイッチ１６ｃと可変抵抗１５ｃにより同様に制御可能である。
【００３７】
上記のごとく前記ＬＥＤ発光装置１０は３つのＬＥＤを独立に制御することが出来るため、各ＬＥＤの単独発光、２つのＬＥＤの組合せ発光、３つのＬＥＤの組合せ発光が可能であり、合計７通りの発光を得ることが出来る。例えば各ＬＥＤの単独発光の場合は図４に示す白色系光Ｐｗ、赤色光Ｐｒ、緑色光Ｐｇが発光され、また青色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２との組合せ発光の場合は図１７に示す発光波長曲線Ｈ２が発光され、さらに青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａの同時発光の場合は図５に示す発光波長曲線Ｈ１０が発光される。
【００３８】
従って、前記駆動回路２０を用いて白色光Ｐｗｈの調整を行う方法は、動作制御回路１６のスイッチ１６ａ〜１６ｃを全てＮＯにして、前記青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａを全て点灯させた状態において、前記電流調整回路１５の可変抵抗１５ａ〜１５ｃを各々調整することにより合成発光の発光波長曲線Ｈ１０を最適状態に調整する。
【００３９】
図７は駆動回路の他の実施の形態を示す回路ブロック図であり、本実施の形態における駆動回路２１で、前記駆動回路２０と異なるところは前記動作制御装置１６に対して、３つのスイッチ１８ａ〜１８ｃが追加された動作制御装置１８を有することである。
【００４０】
前記スイッチ１８ａは前記電流調整装置１５における可変抵抗１５ａの青色ＬＥＤ１側、すなわち青色ＬＥＤ１の接続電極１１側から直接引き出されている。従って青色ＬＥＤ１の点燈制御は前記スイッチ１６ａをＯＮした場合には可変抵抗１５ａを介して調整された発光となり、またスイッチ１８ａをＯＮした場合には可変抵抗１５ａを介さずに直接発光するため、より明るい発光となる。以上の制御動作はスイッチ１８ｂ，１８ｃにより、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａについても同様に行なわれる。
【００４１】
上記駆動回路２１によれば、スイッチ１６ａ〜１６ｃとスイッチ１８ａ〜１８ｃを適宜使用することにより、調整発光と直接発光とを使い分けることが可能となる。すなわち、合成発光においては可変抵抗を用いて調整された白色発光を行なわせることが出来、また単独発光においては可変抵抗を用いずに、より明るい発光を行なわせることが出来る。
【００４２】
さらに、前記駆動回路２１の使い方としては、合成発光の場合でも少し演色性を落としても明るい白色発光をさせたい場合にはスイッチ１８ａ〜１８ｃを用いて合成発光を行わせることができるし、また、単独発光の場合でもスイッチ１６ａ〜１６ｃを用いて調整発光を行わせる事により、少し発光の明るさは落ちるが、消エネルギー点灯が出来る。
【００４３】
図８、は本発明における第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置３０の平面図であり、前記図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同一要素には同一番号を付し、説明を省略する、前記ＬＥＤ発光装置３０は基本構成は第１の実施の形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであるが、異なるところは第３のＬＥＤ３として緑色ＬＥＤ３ａに代えて、前記青色ＬＥＤ１よりも長波長帯域の青色ＬＥＤ３ｂを用いたことであり、谷間領域補正ＬＥＤ部３０ｃより、青色ＬＥＤ３ｂによる長波長青色光ＰｂＬが発光される。
【００４４】
図９は前記白色系ＬＥＤ部１０ａ、赤色補正ＬＥＤ部１０ｂ、谷間領域補正ＬＥＤ部３０ｃの各発光波長を示す発光波長特性図であり、図１０は図９に示す３つの発光波長を合成した発光波長特性図である。
【００４５】
図９において、白色系光Ｐｗと赤色光Ｐｒは図４に示す前記ＬＥＤ発光装置１０の波長特性と同じであるが、長波長青色光ＰｂＬは前記青色ＬＥＤ３ｂによる長波長青色光ＰｂＬ成分である４８０ｎｍ付近に大きなピークＫｂＬを有する。上記図９における３つの発光波長成分を合成したのが図１０に示す発光波長曲線Ｈ３０であり、前記ＬＥＤ発光装置１０の発光波長曲線Ｈ１０と同様に、前記図１７に示す従来の赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤによる発光波長曲線Ｈ２に比べて、５００ｎｍ付近の谷間領域の落ち込みが大きく改善されていることがわかる。
【００４６】
なお、前記谷間領域補正のための前記青色ＬＥＤ３ｂとしては、比較的長波長の青色ＬＥＤを使用することが望ましく、その波長範囲としては４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの長波長青色ＬＥＤを使用することによって５００ｎｍ付近の谷間領域の補正をする事が出来た。
上記構成により図１０に示すごとく、谷間領域補正ＬＥＤとして長波長帯域の青色ＬＥＤを用いた第２の実施の形態においては、５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高めると同時に、演色性を高めるために加えた赤色ＬＥＤによる白色光源としての赤みを緩和する効果を有する。これは長波長帯域の青色ＬＥＤが前記赤色ＬＥＤに対して補色の関係にある発光を行うことによるものである。
【００４７】
図１１及び図１２は本発明におけるＬＥＤ発光装置の他の実施の形態を示す平面図であり、図１１に示すＬＥＤ発光装置２５は前記基板１４上に実装された青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、第３のＬＥＤ３の全てを蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆ものである。また図１２に示すＬＥＤ発光装置２６は前記基板１４上に実装する各ＬＥＤの配置をかえて、赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３を横に並べ、青色ＬＥＤ１を独立させることにより、青色ＬＥＤ１のみを蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆し、赤色ＬＥＤ２、第３のＬＥＤ３とを透明樹脂５で被覆している。
【００４８】
ここで、図１、図１１、図１２に示すＬＥＤ発光装置１０、ＬＥＤ発光装置２５、ＬＥＤ発光装置２６の発光特性を比較する。まず基本的に蛍光粒子４の性質としては、波長の短い光が衝突した場合は励起されて黄色光Ｐｙを発光するが、波長の長い光が衝突した場合には励起されず黄色光Ｐｙは発光されない。従って、波長の短い青色光Ｐｂが衝突した場合は多くの励起が起こって強い黄色光Ｐｙは発光され、波長のやや短い第３のＬＥＤの発光、すなわち短波長の緑色光Ｐｇや、長波長の青色光ＰｂＬが衝突した場合は少し励起が起こって少ない黄色光Ｐｙ発光され、さらに波長の長い赤色光Ｐｒが衝突した場合は励起が起こらず、黄色光Ｐｙは発光されない。
【００４９】
上記の原理に基づいて考えると、図１２に示すＬＥＤ発光装置２６は青色ＬＥＤ１のみが蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆され、赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３とは透明樹脂５で被覆されているため、青色光Ｐｂによる励起のみが起こり、赤色光Ｐｒと緑色光Ｐｇや青色光ＰｂＬは蛍光粒子４との衝突が無いため、図４や図９に示す通りの発光特性が得られる。
【００５０】
また、図１に示すＬＥＤ発光装置１０は青色ＬＥＤ１と第３のＬＥＤ３とが蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆され、赤色ＬＥＤ２のみが透明樹脂５で被覆されているため、青色光Ｐｂによる励起と緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬによる励起が起こり、赤色光Ｐｒは蛍光粒子４との衝突が起きない。この結果、青色光Ｐｂと赤色光Ｐｒについては前記ＬＥＤ発光装置２６と同じだが、緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬが蛍光粒子４と衝突することによって、少し黄色光Ｐｙが発光されるとともに前記緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬが蛍光粒子４と衝突したことにより少し減衰する。従って、ＬＥＤ発光装置１０はＬＥＤ発光装置２６に比べて若干、黄色光Ｐｙ成分が増加するが前記緑色光Ｐｇ成分または青色光ＰｂＬ成分が減少する。
【００５１】
さらに、図１１に示すＬＥＤ発光装置２５は青色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３とが全て蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆されているため、青色ＬＥＤ１と第３のＬＥＤ３とは前記図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じだが、赤色光Ｐｒが蛍光粒子４と衝突したことにより少し減衰する。従って、ＬＥＤ発光装置２５はＬＥＤ発光装置２６に比べて若干、黄色光Ｐｙ成分が増加するが前記赤色光Ｐｒ成分と前記緑色光Ｐｇ成分または青色光ＰｂＬ成分が減少する。
【００５２】
上記のごとく３つのＬＥＤ発光装置の関係は、ＬＥＤ発光装置２６が基本形となり、ＬＥＤ発光装置１０は前記第３のＬＥＤ３の発光成分が少し減衰するが、黄色光Ｐｙ成分が増加するというメリットがあり、さらに、ＬＥＤ発光装置２５は赤色ＬＥＤ２の発光成分と第３のＬＥＤ３の発光成分が少し減衰するが、黄色光Ｐｙ成分が増加することと、モールド工程が１回で済むため、製造コストが安くなるというメリットがある。
【００５３】
図１３は本発明の前記ＬＥＤ発光装置を照明光源として用いたカラー表示装置の斜視図である。図１３において６０はカラーフィルタを備えた液晶等の表示装置、７０は前記表示装置６０の下面側に配設された導光体であり、該導光体７０の側面には前記ＬＥＤ発光装置１０が配設されている。そして該ＬＥＤ発光装置１０は前記駆動回路２０によって発光制御されることにより、前記表示装置６０に色補正された好適な白色発光Ｐｗｈや、明るい白色発光Ｐｗや、さらに各ＬＥＤごとの単色発光を供給することが出来る。
【００５４】
【発明の効果】
上記のごとく本発明では、赤色補正方式の蛍光体混色型白色発光装置に、青色ＬＥＤの発光波長帯域と黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤを発光させることによって、波長の谷間となる５００ｎｍ付近の発光成分を補正する事が可能となり、演色性に優れた白色光源を提供することが出来た。
【００５５】
すなわち本発明のＬＥＤ発光装置では特に緑色に対する演色性を大きく改善できるとともに、前記第３のＬＥＤの発光による蛍光粒子の励起も行なわれることで、照明光としての明るさを増すことができた。
また、各ＬＥＤに対する独立制御可能な駆動回路を設けることによって演色性の高い白色発光を含む、各種の発光を供給可能なＬＥＤ発光装置とそのＬＥＤ発光装置をバックライトとするフルカラー表示装置を提供することができた。
【００５６】
さらに、本発明におけるＬＥＤ発光装置において、谷間領域補正ＬＥＤとして短波長帯域の緑色ＬＥＤを用いた第１の実施の形態においては、特に波長５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高める効果が大きいのに対し、谷間領域補正ＬＥＤとして長波長帯域の青色ＬＥＤを用いた第２の実施の形態においては、演色性を高めるために加えた赤色ＬＥＤによる白色光源としての赤みを緩和する効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図２】図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１に示すＬＥＤ発光装置のＢ−Ｂ断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の各ＬＥＤの発光波長特性図。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図６】本発明におけるＬＥＤ発光装置の駆動回路の回路ブロック図。
【図７】本発明における駆動回路の他の実施の形態を示す回路ブロック図。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の各ＬＥＤの発光波長特性図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図１２】本発明の他の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図１３】本発明のＬＥＤ発光装置を光源としたカラー表示装置の斜視図。
【図１４】従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の断面図。
【図１５】図１４に示す従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の拡大部分断面図。
【図１６】従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図１７】従来の赤色補正方式の白色系ＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【符号の説明】
１      青色ＬＥＤ
２      赤色ＬＥＤ
３      第３のＬＥＤ
３ａ    短波長帯域の緑色ＬＥＤ
３ｂ    長波長帯域の青色ＬＥＤ
４      蛍光粒子
１０，２５，２６，３０    ＬＥＤ発光装置
１５    電流制御装置
１６、１８    動作制御装置
２０、  駆動回路
６０    表示装置
７０    導光体
【図１】
2005005482.tif 000003
【図２】
2005005482.tif 000004
【図３】
2005005482.tif 000005
【図４】
2005005482.tif 000006
【図５】
2005005482.tif 000007
【図６】
2005005482.tif 000008
【図７】
2005005482.tif 000009
【図８】
2005005482.tif 000010
【図９】
2005005482.tif 000011
【図１０】
2005005482.tif 000012
【図１１】
2005005482.tif 000013
【図１２】
2005005482.tif 000014
【図１３】
2005005482.tif 000015
【図１４】
2005005482.tif 000016
【図１５】
2005005482.tif 000017
【図１６】
2005005482.tif 000018
【図１７】
2005005482.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月28日(2003.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光源は第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】前記第３のＬＥＤは短波長帯域の緑色ＬＥＤである請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】前記第３のＬＥＤの発光波長帯域は４９０〜５２０ｎｍである請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】前記第３のＬＥＤは前記第１のＬＥＤよりも長波長帯域の青色ＬＥＤである請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項５】前記第３のＬＥＤは発光波長帯域は４７０〜４９０ｎｍである請求項４記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項６】前記第３のＬＥＤは黄色系蛍光体によって被覆されている請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項７】前記黄色系蛍光体はＹＡＧ系蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項８】前記黄色系蛍光体はリン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、の何れか１つの蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項９】前記黄色系蛍光体はテルビウム系の蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１０】前記黄色系蛍光体はストロンチウム系の蛍光体である請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１１】前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に収納されている請求項１乃至請求項１０記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１２】前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に実装され、黄色系蛍光粒子を含む透明樹脂にて封止されている請求項１１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１３】前記第１〜第３のＬＥＤが１つのケース内に収納されている請求項１２記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項１４】第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されたＬＥＤ発光装置と、該ＬＥＤ発光装置を照明光源する表示装置とにより構成されたことを特徴とするカラー表示装置。
【請求項１５】前記ＬＥＤ発光装置を構成する３個のＬＥＤを各々独立に点燈制御可能な動作制御手段を備えた請求項１４記載のカラー表示装置。
【請求項１６】前記ＬＥＤ発光装置を構成する３個のＬＥＤを各々独立に電流制御が可能な、電流制御手段を備えた請求項１４記載のカラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明はカラー表示を行なう表示装置のバックライトや照明等に用いられるＬＥＤ発光装置及び、前記ＬＥＤ発光装置を照明光源とするカラー表示装置に関するものであり、詳しくは青色ＬＥＤと黄色系蛍光体を用いた白色系ＬＥＤ発光装置及びそれを用いたカラー表示装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。
【０００３】
特に近年、赤色（Ｒ）緑色（Ｇ）青色（Ｂ）の三原色に、高効率のＬＥＤが開発されたことから、多色混合型のＬＥＤ発光装置が用いられている（例えば特開２０００−２２３７４５号公報参照）。この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを同時に発光させることによって白色光を発光させ、この白色光光源と表示装置のカラーフイルタとによってカラー表示を行なったり、照明装置として用いるものである。
【０００４】
しかし、この多色混合型のＬＥＤ発光装置は、ＲＧＢの各ＬＥＤがそれぞれ発光しているため、各ＬＥＤに対応する発光波長での色純度が高くなるというメリットがあるが、反面各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故に白色光源としては演色性に欠けるというデメリットがある。この演色性とはある物体の見え具合に及ぼす照明光源の影響を示すもので、例えば昼の自然光を基準として、その照明光源の色味の再現性を評価したものである。
【０００５】
この演色性は、ＣＩＥの演色性評価方法では、物体色として複数種類（１５種類）のものを決めておき、この複数種類中の特定の数種類に対する演色性の平均値Ｒａ（昼の自然光をＲａ＝１００）により演色性の評価を行なっている。すなわち、前記多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各ＬＥＤが優れた単色性ピーク波長を有するが故にＲとＧ，ＧとＢの間にスペクトル強度の弱い谷間が存在する。特にＲとＧとの谷間領域は幅も広くスペクトル強度の落ち込みも大きい。この結果、基準となる昼の自然光のスペクトル特性に対して前記谷間のスペクトル成分が欠落するため、Ｒａが１２程度しか得られず、白色光源としては演色性に欠けることになる。
【０００６】
さらに、前記多色混合型のＬＥＤ発光装置の場合は、同時に発光させるＲ，Ｇ，Ｂ各ＬＥＤの固体間のバラツキが大きいため、白色発光のレベルを調整するために、各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整する必要があり、また各ＬＥＤの駆動電流を個々に調整することにより、折角初期調整を行っても温度変化や経時変化等によって調整がずれてしまい、安定して白色発光装置を量産することが困難となる問題もある。
【０００７】
この多色混合型のＬＥＤ発光装置の問題を解決する方式として、特許第２９９８６９６号公報や特開平１１−８７７８４号公報に開示されている蛍光体混色型のＬＥＤ発光装置があり、以下この蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
【０００８】
図１４は前記従来例に開示されている蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の断面図であり、本発明においても構成の一部として用いられるものである。図１４において４０は白色系ＬＥＤ発光装置であり、外部接続用の電極４１，４２を有する基板４３に、青色ＬＥＤ１がフェースダウンボンディングされており、該青色ＬＥＤ１をＹＡＧ系の蛍光粒子４を混入した透明樹脂５でモールドしている。そして後述するごとく前記白色系ＬＥＤ発光装置４０からは白色系光Ｐｗが発光される。
【０００９】
図１５は前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の拡大部分断面図であり、図１５により前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の動作を説明する。図１５において電極４１，４２に駆動電圧を印加すると青色ＬＥＤ１が青色光Ｐｂを発光する。そしてこの青色光Ｐｂが透明樹脂５に混入された蛍光粒子４に衝突すると前記蛍光粒子４が励起されて波長変換が行なわれ、蛍光粒子４から図示のごとく黄色光Ｐｙが発光される。この結果、前記白色系ＬＥＤ発光装置４０からは、前記青色ＬＥＤ１から発光せれて前記蛍光粒子４に衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、前記蛍光粒子４に衝突して波長変換された黄色光Ｐｙとが混合されて前記図１４に示すごとく白色系光Ｐｗ出力される。
【００１０】
図１６はＹＡＧ系の蛍光粒子４を使用した前記白色系ＬＥＤ発光装置４０の発光波長特性図であり、発光波長曲線Ｈ１は青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークＫｂと、黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙがあり、さらに可視光領域のかなりの部分に発光成分が存在するため、かなり演色性が改善されている。
【００１１】
しかし、前記従来の青色ＬＥＤとＹＡＧ系の蛍光体による白色系ＬＥＤ発光装置には下記の問題が存在する。これは図１６に示すごとく赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近には殆んど発光成分が存在しないことである。すなわち前記ＹＡＧ系蛍光体による白色系ＬＥＤ発光装置は白色光源ではあるが、波長成分を見ると赤色成分を殆んど含まないため青色がかった冷たい白色光源となっている。そして基準となる自然光に対して赤色領域における再現性が大幅に欠ける結果となる。
【００１２】
上記従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の問題点を解決する方式として、特開２００２−５７３７６号公報に赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置が開示されており、以下この赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
【００１３】
図１７は従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に、赤色ＬＥＤを同時発光させた、赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置における発光波長特性図であり、発光波長曲線Ｈ２は青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークＫｂと、黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙがあり、さらに赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近には前記赤色ＬＥＤの発光による大きなピークＫｒが存在する。
【００１４】
すなわち、前記赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置においては、可視光領域においてスペクトルの落ち込みが少なくなって、演色性が改善され、特に赤色領域におけるスペクトル強度は格段に補強されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤ発光装置においては、前記多色混合型の白色系ＬＥＤ発光装置や、蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置に比べると、その演色性はかなり改善されている。しかし、フルカラー表示装置のバックライトに用いる白色光源としては不十分であり、特に図１７に示すごとく緑色領域の５００ｎｍ付近の発光成分が不足している。
【００１６】
また、蛍光灯に代わる照明光として使用した場合には、赤色が目立つ不自然な照明となり、蛍光灯のような自然な照明光として代替することが出来ないという問題がある。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決しようとするものであり、カラー表示装置のバックライトや、自然な照明光として蛍光灯に代替することが可能な白色系ＬＥＤ発光装置及びそれを光源として用いたカラー表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明においては、ＬＥＤを発光源とし、表示装置のバックライトや照明等を行なう発光装置において、前記発光源は第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されることを特徴とする。
【００１９】
前記第３のＬＥＤは短波長帯域の緑色ＬＥＤであり、その発光波長帯域は４９０〜５２０ｎｍであることを特徴とする。
【００２０】
前記第３のＬＥＤは前記第１のＬＥＤよりも長波長帯域の青色ＬＥＤであり、その発光波長帯域は４７０〜４９０ｎｍであることを特徴とする。
【００２１】
前記黄色系蛍光体はＹＡＧ系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２２】
前記黄色系蛍光体はテルビウム系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２３】
前記黄色系蛍光体はストロンチウム系蛍光体であることであることを特徴とする。
【００２４】
前記黄色系蛍光体はリン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、の何れか１つの蛍光体であることを特徴とする。
【００２５】
前記第１〜第３のＬＥＤが１つの基板上に実装され、黄色系蛍光粒子を含む透明樹脂にて封止されていることを特徴とする。
【００２６】
第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとにより構成されたＬＥＤ発光装置と、該ＬＥＤ発光装置を照明光源する表示装置とにより構成されたことを特徴とするカラー表示装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面により、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図、図２及び図３はそれぞれ図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図であり、図１４及び図１５と同一要素には同一番号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図１〜図３において１０は色補正されたＬＥＤ発光装置であり、接続電極１１，１２，１３等を有する１枚の基板１４上に第１のＬＥＤである青色ＬＥＤ１と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤ２と、第３のＬＥＤ３とが略三角配置に並べて実装されている。尚、本実施の形態においては前記第３のＬＥＤ３として短波長の緑色ＬＥＤ３ａを用いている。そして前記青色ＬＥＤ１と緑色ＬＥＤ３ａとは蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆されることにより、白色系ＬＥＤ部１０ａと谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃを構成し、さらに赤色ＬＥＤ２は透明樹脂５で被覆されることにより赤色補正ＬＥＤ部１０ｂを構成している。
【００２９】
上記構成を有するＬＥＤ発光装置１０は、前記白色系ＬＥＤ部１０ａが前記図１５に示す白色系ＬＥＤ発光装置４０と同じ動作によって白色系光Ｐｗを発光し、前記赤色補正ＬＥＤ部１０ｂが赤色光Ｐｒを発光し、さらに前記谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃが前記青色ＬＥＤ１の発光波長帯域と前記黄色系蛍光体である蛍光粒子４の励起発光波長帯域との間の発光波長帯の緑色光Ｐｇを発光する。この結果前記ＬＥＤ発光装置１０からは白色系光Ｐｗと赤色光Ｐｒと緑色光Ｐｇとが混色されることにより、色補正されて演色性の優れた白色光Ｐｗｈが発光される。
尚、前記ＬＥＤ発光装置１０は１枚の基板１４に実装されているが、全体を反射部を有する１つのケース内に収納することが望ましい。
【００３０】
次に図４及び図５により前記ＬＥＤ発光装置１０の発光波長特性を説明する。図４は前記白色系ＬＥＤ部１０ａ、赤色補正ＬＥＤ部１０ｂ、谷間領域補正ＬＥＤ部１０ｃの各発光波長を示す発光波長特性図であり、図５は図４に示す３つの発光波長を合成した発光波長特性図である。
【００３１】
図４において、白色系光Ｐｗは前記図１６に示す発光波長曲線Ｈ１と同じものであり、前記青色ＬＥＤ１の青色光Ｐｂ成分である４５０ｎｍ付近の大きなピークＫｂと、前記蛍光粒子４の励起による黄色光Ｐｙ成分である５５０ｎｍ付近にピークＫｙを有する。また赤色光Ｐｒは前記赤色ＬＥＤ２による赤色光Ｐｒ成分である６５０ｎｍ付近に大きなピークＫｒを有し、さらに緑色光Ｐｇは前記緑色ＬＥＤ３ａによる緑色光Ｐｇ成分である５００ｎｍ付近に大きなピークＫｇを有する。
【００３２】
上記図４における３つの発光波長成分を合成したのが図５に示す発光波長曲線Ｈ１０であり、前記、図１７に示す従来の赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤによる発光波長曲線Ｈ２に比べて、５００ｎｍ付近の谷間領域の落ち込みが大きく改善されていることが解る。
なお、前記谷間領域補正のための前記緑色ＬＥＤ３ａとしては、比較的短波長の緑色ＬＥＤを使用することが望ましく、その波長範囲としては４９０ｎｍ〜５２０ｎｍの緑色ＬＥＤを使用することによって５００ｎｍ付近の谷間領域の補正をする事が出来た。
【００３３】
また本発明における黄色系蛍光体としては，ＹＡＧ系の蛍光体を用いており、特にテルビウム系、ストロンチウム系、リン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系、等の蛍光体を用いることにより、良好な黄色発光を得ることが出来た。上記構成により図５に示すごとく、谷間領域補正ＬＥＤとして短波長帯域の緑色ＬＥＤを用いた第１の実施の形態においては、５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高める効果が極めて大きい。
【００３４】
図６は前記ＬＥＤ発光装置１０の駆動回路を示す回路ブロック図であり、ＬＥＤ発光装置１０は前記青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａと、それぞれの接続電極１１，１２，１３を回路記号で現したものである。２０は駆動回路であり電流制御装置１５と動作制御装置１６と前記３つのＬＥＤに電流を供給するための電源回路１７により構成されている。そして前記電流制御装置１５は３つの可変抵抗１５ａ，１５ｂ，１５ｃを有し、また動作制御装置１６は３つのスイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有する。
【００３５】
上記駆動回路２０の構成は、前記ＬＥＤ発光装置１０の３つのＬＥＤと前記電流制御装置１５の３つの可変抵抗と、前記動作制御装置１６の３つのスイッチとが各々直列接続されて前記電源回路１７に接続されている。すなわち、前記ＬＥＤ発光装置１０の青色ＬＥＤ１は接続電極１１を介して可変抵抗１５ａ、スイッチ１６ａ、電源回路１７に直列接続されており、同様に前記赤色ＬＥＤ２は接続電極１２を介して可変抵抗１５ｂ、スイッチ１６ｂ、電源回路１７に直列接続され、さらに前記緑色ＬＥＤ３ａは接続電極１３を介して可変抵抗１５ｃ、スイッチ１６ｃ、電源回路１７に直列接続されている。
【００３６】
次に上記駆動回路２０の動作を説明する。前記電流制御装置１５及び動作制御装置１６は、それぞれ前記ＬＥＤ発光装置１０の３つのＬＥＤに対して独立に制御可能な可変抵抗及びスイッチを有するため、各ＬＥＤは独立に点燈制御を行なうことが出来る。すなわち、青色ＬＥＤ１はスイッチ１６ａによって点燈、消灯を制御することが出来、そして点燈状態において可変抵抗１５ａを調整することで明るさを調整することが出来る。また、赤色ＬＥＤ２はスイッチ１６ｂと可変抵抗１５ｂ、緑色ＬＥＤ３ａはスイッチ１６ｃと可変抵抗１５ｃにより同様に制御可能である。
【００３７】
上記のごとく前記ＬＥＤ発光装置１０は３つのＬＥＤを独立に制御することが出来るため、各ＬＥＤの単独発光、２つのＬＥＤの組合せ発光、３つのＬＥＤの組合せ発光が可能であり、合計７通りの発光を得ることが出来る。例えば各ＬＥＤの単独発光の場合は図４に示す白色系光Ｐｗ、赤色光Ｐｒ、緑色光Ｐｇが発光され、また青色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２との組合せ発光の場合は図１７に示す発光波長曲線Ｈ２が発光され、さらに青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａの同時発光の場合は図５に示す発光波長曲線Ｈ１０が発光される。
【００３８】
従って、前記駆動回路２０を用いて白色光Ｐｗｈの調整を行う方法は、動作制御回路１６のスイッチ１６ａ〜１６ｃを全てＯＮにして、前記青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａを全て点灯させた状態において、前記電流調整回路１５の可変抵抗１５ａ〜１５ｃを各々調整することにより合成発光の発光波長曲線Ｈ１０を最適状態に調整する。
【００３９】
図７は駆動回路の他の実施の形態を示す回路ブロック図であり、本実施の形態における駆動回路２１で、前記駆動回路２０と異なるところは前記動作制御装置１６に対して、３つのスイッチ１８ａ〜１８ｃが追加された動作制御装置１８を有することである。
【００４０】
前記スイッチ１８ａは前記電流制御装置１５における可変抵抗１５ａの青色ＬＥＤ１側、すなわち青色ＬＥＤ１の接続電極１１側から直接引き出されている。従って青色ＬＥＤ１の点燈制御は前記スイッチ１６ａをＯＮした場合には可変抵抗１５ａを介して調整された発光となり、またスイッチ１８ａをＯＮした場合には可変抵抗１５ａを介さずに直接発光するため、より明るい発光となる。以上の制御動作はスイッチ１８ｂ，１８ｃにより、赤色ＬＥＤ２、緑色ＬＥＤ３ａについても同様に行なわれる。
【００４１】
上記駆動回路２１によれば、スイッチ１６ａ〜１６ｃとスイッチ１８ａ〜１８ｃを適宜使用することにより、調整発光と直接発光とを使い分けることが可能となる。すなわち、合成発光においては可変抵抗を用いて調整された白色発光を行なわせることが出来、また単独発光においては可変抵抗を用いずに、より明るい発光を行なわせることが出来る。
【００４２】
さらに、前記駆動回路２１の使い方としては、合成発光の場合でも少し演色性を落としても明るい白色発光をさせたい場合にはスイッチ１８ａ〜１８ｃを用いて合成発光を行わせることができるし、また、単独発光の場合でもスイッチ１６ａ〜１６ｃを用いて調整発光を行わせる事により、少し発光の明るさは落ちるが、消エネルギー点灯が出来る。
【００４３】
図８は本発明における第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置３０の平面図であり、前記図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同一要素には同一番号を付し、説明を省略する、前記ＬＥＤ発光装置３０は基本構成は第１の実施の形態におけるＬＥＤ発光装置１０と同じであるが、異なるところは第３のＬＥＤ３として緑色ＬＥＤ３ａに代えて、前記青色ＬＥＤ１よりも長波長帯域の青色ＬＥＤ３ｂを用いたことであり、谷間領域補正ＬＥＤ部３０ｃより、青色ＬＥＤ３ｂによる長波長青色光ＰｂＬが発光される。
【００４４】
図９は前記白色系ＬＥＤ部１０ａ、赤色補正ＬＥＤ部１０ｂ、谷間領域補正ＬＥＤ部３０ｃの各発光波長を示す発光波長特性図であり、図１０は図９に示す３つの発光波長を合成した発光波長特性図である。
【００４５】
図９において、白色系光Ｐｗと赤色光Ｐｒは図４に示す前記ＬＥＤ発光装置１０の波長特性と同じであるが、長波長青色光ＰｂＬは前記青色ＬＥＤ３ｂによる長波長青色光ＰｂＬ成分である４８０ｎｍ付近に大きなピークＫｂＬを有する。上記図９における３つの発光波長成分を合成したのが図１０に示す発光波長曲線Ｈ３０  であり、前記ＬＥＤ発光装置１０の発光波長曲線Ｈ１０と同様に、前記図１７に示す従来の赤色補正方式の蛍光体混色型白色系ＬＥＤによる発光波長曲線Ｈ２に比べて、５００ｎｍ付近の谷間領域の落ち込みが大きく改善されていることがわかる。
【００４６】
なお、前記谷間領域補正のための前記青色ＬＥＤ３ｂとしては、比較的長波長の青色ＬＥＤを使用することが望ましく、その波長範囲としては４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの長波長青色ＬＥＤを使用することによって５００ｎｍ付近の谷間領域の補正をする事が出来た。
上記構成により図１０に示すごとく、谷間領域補正ＬＥＤとして長波長帯域の青色ＬＥＤを用いた第２の実施の形態においては、５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高めると同時に、演色性を高めるために加えた赤色ＬＥＤによる白色光源としての赤みを緩和する効果を有する。これは長波長帯域の青色ＬＥＤが前記赤色ＬＥＤに対して補色の関係にある発光を行うことによるものである。
【００４７】
図１１及び図１２は本発明におけるＬＥＤ発光装置の他の実施の形態を示す平面図であり、図１１に示すＬＥＤ発光装置２５は前記基板１４上に実装された青色ＬＥＤ１、赤色ＬＥＤ２、第３のＬＥＤ３の全てを蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆したものである。また図１２に示すＬＥＤ発光装置２６は前記基板１４上に実装する各ＬＥＤの配置をかえて、赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３を横に並べ、青色ＬＥＤ１を独立させることにより、青色ＬＥＤ１のみを蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆し、赤色ＬＥＤ２、第３のＬＥＤ３とを透明樹脂５で被覆している。
【００４８】
ここで、図１、図１１、図１２に示すＬＥＤ発光装置１０、ＬＥＤ発光装置２５、ＬＥＤ発光装置２６の発光特性を比較する。まず基本的に蛍光粒子４の性質としては、波長の短い光が衝突した場合は励起されて黄色光Ｐｙを発光するが、波長の長い光が衝突した場合には励起されず黄色光Ｐｙは発光されない。従って、波長の短い青色光Ｐｂが衝突した場合は多くの励起が起こって強い黄色光Ｐｙは発光され、波長のやや短い第３のＬＥＤの発光、すなわち短波長の緑色光Ｐｇや、長波長の青色光ＰｂＬが衝突した場合は少し励起が起こって少ない黄色光Ｐｙが発光され、さらに波長の長い赤色光Ｐｒが衝突した場合は励起が起こらず、黄色光Ｐｙは発光されない。
【００４９】
上記の原理に基づいて考えると、図１２に示すＬＥＤ発光装置２６は青色ＬＥＤ１のみが蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆され、赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３とは透明樹脂５で被覆されているため、青色光Ｐｂによる励起のみが起こり、赤色光Ｐｒと緑色光Ｐｇや青色光ＰｂＬは蛍光粒子４との衝突が無いため、図４や図９に示す通りの発光特性が得られる。
【００５０】
また、図１に示すＬＥＤ発光装置１０は青色ＬＥＤ１と第３のＬＥＤ３とが蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆され、赤色ＬＥＤ２のみが透明樹脂５で被覆されているため、青色光Ｐｂによる励起と緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬによる励起が起こり、赤色光Ｐｒは蛍光粒子４との衝突が起きない。この結果、青色光Ｐｂと赤色光Ｐｒについては前記ＬＥＤ発光装置２６と同じだが、緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬが蛍光粒子４と衝突することによって、少し黄色光Ｐｙが発光されるとともに前記緑色光Ｐｇまたは青色光ＰｂＬが蛍光粒子４と衝突したことにより少し減衰する。従って、ＬＥＤ発光装置１０はＬＥＤ発光装置２６に比べて若干、黄色光Ｐｙ成分が増加するが前記緑色光Ｐｇ成分または青色光ＰｂＬ成分が減少する。
【００５１】
さらに、図１１に示すＬＥＤ発光装置２５は青色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２と第３のＬＥＤ３とが全て蛍光粒子４を混入した透明樹脂５で被覆されているため、青色ＬＥＤ１と第３のＬＥＤ３とは前記図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じだが、赤色光Ｐｒが蛍光粒子４と衝突したことにより少し減衰する。従って、ＬＥＤ発光装置２５はＬＥＤ発光装置２６に比べて若干、黄色光Ｐｙ成分が増加するが前記赤色光Ｐｒ成分と前記緑色光Ｐｇ成分または青色光ＰｂＬ成分が減少する。
【００５２】
上記のごとく３つのＬＥＤ発光装置の関係は、ＬＥＤ発光装置２６が基本形となり、ＬＥＤ発光装置１０は前記第３のＬＥＤ３の発光成分が少し減衰するが、黄色光Ｐｙ成分が増加するというメリットがあり、さらに、ＬＥＤ発光装置２５は赤色ＬＥＤ２の発光成分と第３のＬＥＤ３の発光成分が少し減衰するが、黄色光Ｐｙ成分が増加することと、モールド工程が１回で済むため、製造コストが安くなるというメリットがある。
【００５３】
図１３は本発明の前記ＬＥＤ発光装置を照明光源として用いたカラー表示装置の斜視図である。図１３において６０はカラーフィルタを備えた液晶等の表示装置、７０は前記表示装置６０の下面側に配設された導光体であり、該導光体７０の側面には前記ＬＥＤ発光装置１０が配設されている。そして該ＬＥＤ発光装置１０は前記駆動回路２０によって発光制御されることにより、前記表示装置６０に色補正された好適な白色発光Ｐｗｈや、明るい白色発光Ｐｗや、さらに各ＬＥＤごとの単色発光を供給することが出来る。
【００５４】
【発明の効果】
上記のごとく本発明では、赤色補正方式の蛍光体混色型白色発光装置に、青色ＬＥＤの発光波長帯域と黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤを発光させることによって、波長の谷間となる５００ｎｍ付近の発光成分を補正する事が可能となり、演色性に優れた白色光源を提供することが出来た。
【００５５】
すなわち本発明のＬＥＤ発光装置では特に緑色に対する演色性を大きく改善できるとともに、前記第３のＬＥＤの発光による蛍光粒子の励起も行なわれることで、照明光としての明るさを増すことができた。
また、各ＬＥＤに対する独立制御可能な駆動回路を設けることによって演色性の高い白色発光を含む、各種の発光を供給可能なＬＥＤ発光装置とそのＬＥＤ発光装置をバックライトとするフルカラー表示装置を提供することができた。
【００５６】
さらに、本発明におけるＬＥＤ発光装置において、谷間領域補正ＬＥＤとして短波長帯域の緑色ＬＥＤを用いた第１の実施の形態においては、特に波長５００ｎｍ帯域のスペクトルの谷間を補完して白色光源としての演色性を高める効果が大きいのに対し、谷間領域補正ＬＥＤとして長波長帯域の青色ＬＥＤを用いた第２の実施の形態においては、演色性を高めるために加えた赤色ＬＥＤによる白色光源としての赤みを緩和する効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図２】図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１に示すＬＥＤ発光装置のＢ−Ｂ断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の各ＬＥＤの発光波長特性図。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図６】本発明におけるＬＥＤ発光装置の駆動回路の回路ブロック図。
【図７】本発明における駆動回路の他の実施の形態を示す回路ブロック図。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の各ＬＥＤの発光波長特性図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図１２】本発明の他の実施の形態を示すＬＥＤ発光装置の平面図。
【図１３】本発明のＬＥＤ発光装置を光源としたカラー表示装置の斜視図。
【図１４】従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の断面図。
【図１５】図１４に示す従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の拡大部分断面図。
【図１６】従来の蛍光体混色型の白色系ＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【図１７】従来の赤色補正方式の白色系ＬＥＤ発光装置の発光波長特性図。
【符号の説明】
１      青色ＬＥＤ
２      赤色ＬＥＤ
３      第３のＬＥＤ
３ａ    短波長帯域の緑色ＬＥＤ
３ｂ    長波長帯域の青色ＬＥＤ
４      蛍光粒子
１０，２５，２６，３０    ＬＥＤ発光装置
１５    電流制御装置
１６，１８    動作制御装置
２０，２０    駆動回路
６０    表示装置
７０    導光体


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005005482.tif 000020
【図２】
2005005482.tif 000021
【図３】
2005005482.tif 000022
【図４】
2005005482.tif 000023
【図５】
2005005482.tif 000024
【図６】
2005005482.tif 000025
【図７】
2005005482.tif 000026
【図８】
2005005482.tif 000027
【図９】
2005005482.tif 000028
【図１０】
2005005482.tif 000029
【図１１】
2005005482.tif 000030
【図１２】
2005005482.tif 000031
【図１３】
2005005482.tif 000032
【図１４】
2005005482.tif 000033
【図１５】
2005005482.tif 000034
【図１６】
2005005482.tif 000035
【図１７】
2005005482.tif 000036