(57)【要約】      （修正有）【課題】再現性のある色ポイントを有するＲＧＢ成分をもたらし均一な白色光を放出する白色光ＬＥＤを提供する。【解決手段】白色光ＬＥＤ２０は、青色ＬＥＤ２２を備え、その上に予め形成された赤色蛍光体プレート２６及び緑色蛍光体プレート２８が付加される。この蛍光体プレートは、制御された量の蛍光体粉体をモールド内に置き、加圧下で加熱して粒子を互いに焼結し、形成される。蛍光体プレートは全ての表面を極めて平滑に作ることができる。紫外光ＬＥＤもまた、赤色、緑色、及び青色蛍光体プレートと組み合せて使用することができる。ＬＥＤダイは色度及び輝度が様々であり、これらの光出力特性に従って目標白色ポイントが得られるように様々な特性を有する蛍光体プレートが作製される。この白色光ＬＥＤは液晶ディスプレイ用バックライトに使用される。【選択図】図２
2007273998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置において用いる発光デバイスであって、
白色光ＬＥＤ（発光ダイオード）を備え、
該白色光ＬＥＤが、
ほぼ４８０ｎｍ未満のピーク波長を有する光を放出するＬＥＤダイと、
前記ＬＥＤダイによって放出される光により励起されたときに５１０ｎｍ〜５７０ｎｍの間のピーク波長を有する緑色又は黄緑色光を放出する蛍光体層と、
前記ＬＥＤダイによって放出される光により励起されたときに５９０〜６６０ｎｍの間のピーク波長を有する少なくとも橙赤色又は赤色光を放出し、前記ＬＥＤダイの上に付加され且つ前記ＬＥＤダイ上へのこの付加の前に予め形成されている、少なくとも１つの実質的に平坦な蛍光体プレートと、
を含み、前記橙赤色又は赤色光、前記緑色又は黄緑色光、及び４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの間のピーク波長を有する青色光を組み合わせることによって白色光を放出し、
前記発光デバイスが更に、
前記白色光ＬＥＤの少なくとも１つを含む照明モジュールを備え、
前記モジュールが画素化光モジュレータを照明し、前記モジュレータが少なくとも赤色、緑色、及び青色サブピクセルを制御し、前記白色光ＬＥＤによって放出される橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光成分のピーク波長が、特定の波長範囲内で前記赤色、緑色、及び青色サブピクセルの最大光出力要件にほぼ一致することを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記ＬＥＤがＵＶ光を放出し、前記デバイスが更に、前記ＵＶ光によって励起されたときに青色光を放出する実質的に平坦な蛍光体プレートを備え、青色光を放出する前記蛍光体プレートが前記ＬＥＤダイ上に付加され、青色光を放出する前記蛍光体プレートが、前記ＬＥＤダイへの付加の前に予め形成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
青色光を放出する前記蛍光体プレートが、少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する前記蛍光体プレートと同じプレートであり、少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する前記蛍光体プレートが、青色発光蛍光体を含有することを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＬＥＤダイによって放出される光で励起されたときに緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体層が、ＹＡＧ蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ＬＥＤダイによって放出される光で励起されたときに緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体層が、前記ＬＥＤダイの上に付加された実質的に平坦な蛍光体プレートを含み、緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体プレートが、前記ＬＥＤへの付加の前に予め形成されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体プレートが、少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する前記蛍光体プレートと同じプレートであり、少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する前記蛍光体プレートが、緑色又は黄緑色発光蛍光体を含有することを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤダイが青色光を放出し、前記少なくとも１つの蛍光体プレートが前記ＬＥＤによって放出された光を前記少なくとも１つの蛍光体プレートに通過させて漏出させることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、前記ＬＥＤダイの上面の寸法にほぼ一致する底面を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記白色光ＬＥＤの橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光成分が、橙赤色又は赤色について６１０〜６６０ｎｍ、緑色又は黄緑色について５２０〜５７０ｎｍ、及び青色について４３０〜４８０ｎｍの範囲内のピーク波長を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤが青色光を放出し、前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、前記青色ＬＥＤの上に付加された、橙赤色又は赤色光を放出する平坦な予め形成された第１の蛍光体プレートを含み、緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体層が、前記青色ＬＥＤの上に付加され、緑色又は黄緑色光を放出する平坦な予め形成された第２の蛍光体プレートを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の蛍光体プレートが、前記第１の蛍光体プレート上に付加されることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の蛍光体プレートが、前記ＬＥＤ上の前記第２の蛍光体プレートと同一平面にあることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、接着剤によって前記ＬＥＤに付加されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記接着剤が、シリコーン及びガラスのうちの１つを含むことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、緑色及び赤色発光蛍光体の混合物を含み、前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、緑色又は黄緑色光を放出する前記蛍光体の層を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、実質的に矩形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、加熱及び加圧下で互いに焼結された蛍光体粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記照明モジュールが、前記白色光ＬＥＤと実質的に同一の複数の別の白色光ＬＥＤを有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記照明モジュールが、前記複数の白色光ＬＥＤからの光を混合して前記バックライトの出力で実質的に均一な光が生成する混合光学系を備えることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記光モジュレータが、前記照明モジュールからの光を変調して、赤色、緑色、及び青色成分から形成された前記光モジュレータの出力で画像を生成することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記照明モジュール内の一部の白色光ＬＥＤの光出力が前記バックライト内の別の白色光ＬＥＤの光出力と異なるように、前記照明モジュール内の白色光ＬＥＤの輝度を変調するためのＬＥＤコントローラを更に備ることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ＬＥＤコントローラが、前記画素化光モジュレータによって表示される画像に基づいて前記白色光ＬＥＤの輝度を変調することを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、前記ＬＥＤダイの外縁を越えて延びる底面を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、前記ＬＥＤダイの外縁を越えて延びない底面を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、機械的デバイスによって前記ＬＥＤダイの上に付加されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの蛍光体プレート及び前記ＬＥＤダイをカプセル封入するレンズを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記レンズが、前記ＬＥＤダイの上に前記少なくとも１つの蛍光体プレートを支持することを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記白色光ＬＥＤが取り付けられるサブマウントを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記照明モジュールがバックライトであり、前記画素化光モジュレータが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）内の液晶層であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記赤色、緑色、及び青色サブピクセルの最大光出力要件にほぼ一致するピーク波長が、前記赤色、緑色、及び青色サブピクセルの最大光出力要件に対応する波長のほぼ１０％の範囲内にある、前記白色光ＬＥＤによって放出される橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光成分のピーク波長を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３１】
ディスプレイ装置において用いる発光デバイスであって、
白色光ＬＥＤ（発光ダイオード）を備え、
前記白色光ＬＥＤが、
ほぼ４８０ｎｍ未満のピーク波長を有する光を放出するＬＥＤダイと、
前記ＬＥＤダイによって放出される光により励起されたとき５１０ｎｍ〜５７０ｎｍのピーク波長を有する緑色又は黄緑色光を放出するＹＡＧ蛍光体層と、
前記ＬＥＤダイによって放出される光により励起されたときに５９０ｎｍよりも長いピーク波長を有する少なくとも橙赤色又は赤色光を放出し、前記ＬＥＤダイの上に付加され且つ前記ＬＥＤダイ上へのこの付加の前に予め形成されている、少なくとも１つの平坦な蛍光体プレートと、
を含み、前記橙赤色又は赤色光、前記緑色又は黄緑色光、及び４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの間のピーク波長を有する青色光を組み合わせることによって白色光を放出し、
前記発光デバイスが更に、
前記白色光ＬＥＤの少なくとも１つを含む照明モジュールを備え、
前記モジュールが画素化光モジュレータを照明し、前記モジュレータが少なくとも赤色、緑色、及び青色サブピクセルを制御し、前記白色光ＬＥＤによって放出される少なくとも橙赤色又は赤色及び青色光成分のピーク波長が、特定の波長範囲内で前記赤色及び青色サブピクセルの最大光出力要件にほぼ一致することを特徴とするデバイス。
【請求項３２】
前記ＹＡＧ蛍光体層が、前記ＬＥＤダイの上に付加された実質的に平坦な蛍光体プレートを含むことを特徴とする請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記照明モジュールがバックライトであり、前記画素化光モジュレータが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）内の液晶層であることを特徴とする請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記ＬＥＤダイが青色光を放出し、前記ＹＡＧ蛍光体層及び前記少なくとも１つの蛍光体プレートが、前記ＬＥＤダイによって放出された光を前記ＹＡＧ蛍光体層及び前記少なくとも１つの蛍光体プレートを通過して漏出させることを特徴とする請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記赤色及び青色サブピクセルの最大光出力要件にほぼ一致するピーク波長が、前記赤色及び青色サブピクセルの最大光出力要件に対応する波長のほぼ１０％の範囲内にある、前記白色光ＬＥＤによって放出された橙赤色又は赤色光及び青色光成分のピーク波長を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３６】
発光デバイスを形成する方法であって、
ほぼ４８０ｎｍ未満のピーク波長を有する光を放出するＬＥＤダイを検査して、前記ＬＥＤダイの発光特性を測定する段階と、
前記ＬＥＤダイをこれらの発光特性に従ってビンに入れる段階と、
前記ＬＥＤダイからの光によって励起されたときに５９０ｎｍよりも長いピーク波長を有する少なくとも橙赤色又は赤色光を放出し、ＬＥＤダイの様々なビンと関連する様々な特性を有する蛍光体の様々なプレートを前記ＬＥＤダイと別個に形成する段階と、
目標白色ポイントを有する白色光を生成するように、特定の特性を有するプレートをビンに入れられたＬＥＤダイに適合させる段階と、
ＬＥＤダイ上に適合されたプレートを付加して、橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光成分を放出する白色光ＬＥＤを形成する段階と、
を含み、前記橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光成分を組み合わせることにより前記目標白色ポイントを有する白色光が形成されることを特徴とする方法。
【請求項３７】
画素化光モジュレータ用の照明モジュール内に少なくとも１つの前記白色光ＬＥＤを取り付ける段階を更に含み、前記モジュレータが少なくとも赤色、緑色、及び青色サブピクセルを制御し、前記プレートが、波長の特定の範囲内で前記赤色及び青色サブピクセルの最大光出力要件に対応する波長のほぼ１０％の範囲内にそのピーク波長がある橙赤色又は赤色光及び青色光成分を生成するように前記ビンに入れられたＬＥＤダイに適合することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＬＥＤダイが、青色光を放出することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＬＥＤダイが、ＵＶ光を放射することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＬＥＤダイをビンに入れる段階が、ピーク波長出力に基づいて前記ＬＥＤダイを分離する段階を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＬＥＤダイからの光によって励起されたときに５９０ｎｍよりも長いピーク波長を有する少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階が、前記ＬＥＤダイからの光によって励起されたときに少なくとも橙赤色又は赤色光及び緑色又は黄緑色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記ＬＥＤダイからの光によって励起されたときに少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階が、前記ＬＥＤダイからの光によって励起されたときに橙赤色又は赤色光、緑色又は黄緑色光、及び青色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
蛍光体の様々なプレートを形成する段階が、
赤色光を放出する実質的に平坦な第１の蛍光体プレートを形成する段階と、
緑色光を放出する実質的に平坦な第２の蛍光体プレートを形成する段階と、
を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
ＬＥＤダイの上に適合したプレートを付加する段階が、前記第１の蛍光体プレートの上に前記第２の蛍光体プレートを付加する段階を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記適合したプレートが接着剤によって前記ＬＥＤダイに付加されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
前記接着剤が、シリコーン及びガラスのうちの１つを含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階が、緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを共に混合して蛍光体の単一のプレートを形成する段階を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４８】
前記プレートが、実質的に矩形のプリズム形状を有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４９】
少なくとも橙赤色又は赤色光を放出する蛍光体の様々なプレートを形成する段階が、加熱及び加圧下で蛍光体粒子を焼結させる段階を含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項５０】
前記白色光ＬＥＤと実質的に同一の複数の他の白色光ＬＥＤと共に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライトにおいて前記白色光を提供する段階を更に含む請求項３６に記載の方法。
【請求項５１】
赤色、緑色、及び青色サブピクセルから画像が生成されるように前記ＬＣＤを動作させる段階を更に含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記バックライトボックス内の一部の白色光ＬＥＤの光出力が、前記バックライト内の他の白色光ＬＥＤの光出力と異なるように前記バックライト内の白色光ＬＥＤの輝度を変調する段階を更に含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記適合したプレートが、前記ＬＥＤダイの外縁を越えて延びる底面を有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項５４】
前記適合したプレートが、前記ＬＥＤダイの外縁を越えて延びない底面を有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項５５】
前記適合したプレートが、機械的デバイスによって前記ＬＥＤダイの上に付加されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明デバイスに関し、詳細には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）をバックライト又は他の方法で照明するための白色ＬＥＤを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、携帯電話、携帯情報端末、ラップトップコンピュータ、デスクトップモニタ、及びテレビ受信器に一般的に使用されている。本発明の１つの実施形態は、白色光バックライティングを必要とする透過型カラーＬＣＤに関する。
【０００３】
図１は、ＬＥＤを用いるバックライト１２を含む従来技術の透過型カラーＬＣＤ１０の断面図である。バックライトは、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイ１４を含み、これらの組み合わされた光が白色光を形成する。
【０００４】
バックライト１２は理想的には、ディスプレイの裏面に均一な光を提供する。バックライトボックスは、赤、緑、及び青色光を混合するための反射性の底壁及び側壁を有する。内側表面は白色に塗装することができる。ディフューザのような混合光学系１６により色混合が改善される。
【０００５】
混合光学系１６の上には、従来型のＬＣＤ層１８があり、通常、第１の偏光板、薄膜トランジスタアレイ層、液晶層、接地層、第２の偏光板、及びＲＧＢフィルタからなる。ＬＣＤスクリーン上の各赤色、緑色、及び青色サブピクセルは、サブピクセル領域が対応する赤色、緑色、及び青色フィルタ部分によってフィルタ処理される点で、第２の偏光板を透過した白色光によって形成される。画像の単一ピクセルは、１組の赤色、緑色、及び青色サブピクセルによって形成される。各サブピクセル位置で薄膜トランジスタを選択的に励起することで、各サブピクセル位置で生成された電場により、液晶層が各サブピクセル位置での白色光の偏光を変化させるようになる。薄膜トランジスタを制御することによって、各赤色、緑色、及び青色サブピクセルでフィルタ処理される白色光の強度が制御され、ＬＣＤスクリーン上に画像を生成する。ＬＣＤは公知であり、詳細に説明する必要はない。
【０００６】
ＲＧＢ発光波長は、ＲＧＢカラーフィルタのスペクトル分布に良好に一致するので、バックライトにおいて白色光用に赤色、緑色、及び青色成分を使用することは特に有利である。
【０００７】
上述のバックライトに関する問題は、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤが分離されていることにより、バックライト全体にわたる色の均一性を得ることが極めて困難なことである。深いバックライトボックスを使用して色混合を改善させることができ、及び／又はＬＥＤ上に特別なレンズを使用することができるが、このような解決法は高価になり、ＬＣＤの寸法が大きくなる。
【０００８】
白色光ＬＥＤは公知であり、バックライトボックスで使用することができる。理想的な白色光ＬＥＤでは、ＬＣＤ全体にわたる輝度の均一性が必要とされるだけであり、これを達成することは比較的容易である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
白色光ＬＥＤの１つのタイプでは、ＬＥＤをコーティングするＹＡＧ蛍光体を有する青色ＬＥＤを使用する。ＹＡＧ蛍光体は、青色ＬＥＤで励起されたときに主として黄緑色光を放出する。ＹＡＧ蛍光体は、幾らかの赤色を含む広範囲の波長を放出する。青色光の一部は、ＹＡＧ蛍光体を透過し、黄緑色光と組み合わされて白色光を生成する。ＹＡＧ蛍光体粉体は、液体バインダと組み合わされて青色ＬＥＤ上に堆積することができる。次いでバインダが硬化される。このような白色光ＬＥＤに伴う１つの問題は、青色及び黄緑色成分がＬＣＤ内のＲＧＢフィルタと良好には適合しないことであり、ＬＣＤからの色域の縮小及び光透過度の低下が生じる。例えば、白色光の赤色成分は、緑色及び青色成分に比べて少ない。このタイプの白色光ＬＥＤに関する別の問題は、ＹＡＧ蛍光体の厚み及び密度が、青色ＬＥＤの表面全体にわたって変動することであり、不均一な色が生じることになる。
【００１０】
白色光ＬＥＤに関する別の問題は、製造ばらつきによって青色ＬＥＤの波長及び輝度が変動することである。結果として、蛍光体コーティングが完全に均一であっても白色光ＬＥＤの色ポイントが変動する。
【００１１】
青色ＬＥＤダイ上にＹＡＧ蛍光体プレートを付加することは公知である。しかしながら、青色ＬＥＤのスペクトル分布の変動によって白色ポイントが変動する。従って、白色光ＬＥＤを組み込んだどのようなバックライトもスクリーン全体にわたり色均一がない。
【００１２】
青色ＬＥＤの上に赤色及び緑色蛍光体を堆積させることも公知であり、この場合青色光は蛍光体を通過して漏出し、白色光を生成する。しかしながら、ＲＧＢ発光成分の強度を制御することは非常に困難である。青色ＬＥＤをコーティングする赤色及び緑色蛍光体は、青色ＬＥＤ全体にわたって厚み及び密度が変動する可能性があり、ＬＥＤ毎に厚み及び密度が変動する可能性があり、結果として色の不均一性が生じる。赤色及び緑色蛍光体は、液体バインダ内で堆積した後硬化し、或いは電気泳動法などの別の技法を用いて堆積させることができる。
【００１３】
必要とされるのは、高度に再現性のある色ポイントを有するＲＧＢ成分をもたらし、均一な白色光を放出する白色光ＬＥＤである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ＬＣＤをバックライティングする白色光ＬＥＤを生成させるための様々な技法が本明細書で記載される。１つの実施形態において、白色光ＬＥＤは、予め形成された赤色蛍光体プレートレット及び予め形成された緑色蛍光体プレートレットを付加した青色ＬＥＤを備える。赤色及び緑色蛍光体層を予め形成することによって、各プレートレット全体にわたる厚み、化学組成、及び密度を極めて正確に制御することができ、プレートレットの波長変換特性がＬＥＤに付加される前に検査することができる。各プレートレットの厚みは通常、５０〜３００ミクロンの間である。１つの実施形態において、プレートレットを形成するために、蛍光体粉体の制御された量がモールド内に置かれ、加圧下で加熱されて粒子が互いに焼結される。プレートレットは、全ての表面について極めて平滑に作ることができる。透明なバインダ材料を用いて、蛍光体の密度を制御することができる。
【００１５】
プレートレットは、大きいシートとして形成され、次いでソーイング又はブレーキングによって分割することができる。全ての結果として得られたプレートレットは同じものになる。
【００１６】
プレートレットは、シリコーン、低融点ガラス、透明接着剤を用いてＬＥＤに、及び互いに付加され、或いはレンズ又は他の機械的保持器によって所定位置に保持することができる。
【００１７】
別の実施形態において、赤色及び緑色蛍光体は、バインダを含むか或いは含まずに共に混合され、次いで加圧下で加熱されて、単一プレートレットを形成し、次いで青色ＬＥＤ上に付加される。
【００１８】
様々な特性を有する赤色／緑色プレートレットを形成することができる。青色ＬＥＤは色度及び輝度を検査し、次いでこれらの光出力特性に従ってビンに入れられる。赤色／緑色プレートレットは、ＬＥＤとプレートレットを組み合わせることにより、一貫した所定の白色ポイント（ＲＧＢバランス）が生じるように青色ＬＥＤの各ビンと適合される。ＬＣＤバックライトで使用する白色ＬＥＤでは、ＲＧＢフィルタを通過してＬＣＤによって出力される結果として得られる赤色、緑色、及び青色成分が、所定の白色ポイントに対応するように蛍光体特性の適切な選択によって調整される。
【００１９】
別の実施形態においては、赤色蛍光体プレートレットがＹＡＧ蛍光体と組み合わされ、青色ＬＥＤ光がより良好なＲＧＢバランスを有する暖白色光に変換される。
【００２０】
青色ＬＥＤの代わりに、ＵＶ  ＬＥＤを使用することができ、赤色、緑色、及び青色蛍光体プレートレットがＬＥＤに付加される。
【００２１】
蛍光体の適切な選択によって、結果として得られる白色光は、ＬＣＤに使用するための理想ＲＧＢ成分を有し、高い色域、ＬＣＤによる高透過性、及び一貫した白色ポイントが得られる。バックライト内での色混合の要件は、完全に又は実質的に排除される。白色ＬＥＤはまた、ＬＣ層及びカラーフィルタが投射光を変調する投射型ディスプレイにも使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
同じ又は類似の要素には同じ参照符号が付けられている。
図２は、本発明の１つの実施形態に従って形成された白色光ＬＥＤ２０の側面図である。従来型の青色ＬＥＤ２２は、半田バンプ２５又は他の何らかの手段を用いてサブマウント２４に半田付けされる。サブマウント２４は、ＬＥＤが電気的に接続される表面上に金属のコンタクトパッドを有する。コンタクトパッドは、電流源などの電源に接続するためにサブマウントの周囲又は底面に形成された他の導体部につながっている。ＬＥＤ２２は、ＡｌＩｎＧａＮ材料を用いて形成することができ、ＬＣＤ内の従来型の青色フィルタのスペクトル分布に一致する約４６０〜４７０ｎｍのピーク波長を有する青色光を放出するのが望ましい。４４０〜４８０ｎｍのような、同様に青色とみなされる他の放射波長も適切とすることができる。青色ＬＥＤ２２の上面は、どのような寸法であってもよく、代表的な寸法は１ｍｍ2以下である。
【００２３】
ＬＥＤ２２の上には赤色蛍光体プレート２６及び緑色蛍光体プレート２８が置かれる。各プレートの寸法は、ＬＥＤ２２の寸法に一致することができ、或いはＬＥＤ２２の発光パターン、公差、及び蛍光体プレートの特性に応じて僅かに大きく又は小さくなる場合がある。プレートは、ＬＥＤ２２表面を超えて２５％程延びることができる。１つの実施形態において、プレートはＬＥＤ２２よりも小さく（例えば、最大５０％小さい）、白色光内により大きな青色成分が生成され、或いは緑色蛍光体及び赤色蛍光体を並べで配置することができる。薄いＬＥＤ２２の場合、側面放射は僅かとなる。あらゆる側面放射は、バックライトボックス内で白色光と組み合わされることになる。
【００２４】
１つの実施形態において、各プレート２６及び２８の厚みは、使用される蛍光体のタイプ、使用される青色ＬＥＤのタイプ（例えば、より高出力のＬＥＤは、より厚いプレートを必要とする可能性がある）、蛍光体の密度、及び当業者には理解されるであろう他の要因に応じて、５０〜３００ミクロンの間である。
【００２５】
赤色蛍光体プレート２６を緑色蛍光体プレート２８の下に置くことは有利であることが分かっており、これは、図３のグラフで明らかなように赤色蛍光体は一般に緑色フォトンを吸収し、緑色蛍光体は赤色フォトンにあまり影響を及ぼさないことに起因する。図３は、赤色及び緑色蛍光体の発光スペクトル並びに緑色蛍光体による赤色吸収及び赤色蛍光体による緑色吸収を示している。
【００２６】
図３はまた、代表的なＬＣＤにおけるＲＧＢフィルタスペクトル分布を破線で示している。ＬＣＤ内のＲＧＢフィルタは、ほぼ４６７ｎｍ（青色）、５３５ｎｍ（緑色）、及び６２５ｎｍ（赤色）で最大透過度（約８０〜９０％）を有することができる。通常、赤色フィルタは、より長い波長ではあまり顕著に減少せず、その最大透過度は６２５ｎｍよりも長い波長では比較的一定である。４２５ｎｍ〜６６０ｎｍの間のフィルタの透過度だけが関連性がある。
【００２７】
ＬＣＤに供給されるビデオ信号は、通常規格化され、そのため、カラー画像の正確な再生のためには、赤色、緑色、及び青色ピクセルのビデオ情報は、ＬＥＤによって生成される赤色、緑色、及び青色の所定の波長に一致する必要がある。ＬＥＤによって放出される白色光の赤、緑、及び青成分の最大スペクトルパワー密度は、ＬＣＤ用の望ましい赤色、緑色、及び青色波長にほぼ一致する必要がある。これにより、ＬＣＤフィルタによる減衰を最小にした状態で元の画像が忠実に再生されるであろう。
【００２８】
上述の特性を説明する別の方法は、白色光ＬＥＤによって放出される赤色、緑色、及び青色成分のピーク波長が、対象となる波長範囲内のＬＣＤ（又は他のピクセル・モジュレータ型）の赤色、緑色、及び青色サブピクセルの最大光出力要件（例えば、最大透過度）にほぼ一致しなければならないことである。サブピクセルの最大出力要件にほぼ一致するためには、ピーク波長は、見る人に差異が分からないように理想ピーク波長の約１０％の範囲内、或いは理想ピーク波長のある百分率の範囲内でなければならない。
【００２９】
１つの実施形態において、白色光ＬＥＤによって放出される赤色、緑色、及び青色成分の最大スペクトル密度の範囲は以下の通りであり、すなわち、赤色は５９０〜６６０ｎｍ、緑色は５１０〜５７０ｎｍ、青色は４３０〜４８０ｎｍである。（５９０〜６６０ｎｍの範囲の下部での光は赤橙色とみなされ、５１０〜５７０ｎｍｍの上端での光は黄緑色とみなされる。）より好ましくは、最大スペクトル密度の範囲は：赤色は６１０〜６３５ｎｍ、緑色は５２５〜５５０ｎｍ、青色は４５０〜４７５ｎｍである。ＹＡＧ蛍光体は、約５６６ｎｍの最大スペクトル密度を有する。
【００３０】
プレート２６及び２８は、接着剤又は機械的保持器を用いて、ＬＥＤ２２の上及び互いに付加することができる。接着剤は、以下の材料：シリコーン、低融点ガラス、透明接着剤、或いは他の材料のうちの何れかを含むことができる。例えば、シリコーンの層をＬＥＤ２２の上に堆積させ、次いで赤色蛍光体プレート、次にシリコーンの別の層、次いで緑色蛍光体プレート２８を配置する。次に、構造体をＵＶ又は熱に曝してシリコーンを硬化させる。或いは、小さなガラスビーズ又は薄いガラスプレートを層間に設けることができ、次いで構造体を加熱してガラスを溶融させる。光の吸収を最小にするために接着剤は薄くなければならないが、結果として得られる色放射に対してはその厚みはあまり重要ではない。
【００３１】
蛍光体のタイプ、蛍光体粒子密度、及びプレート２６及び２８の厚み及び寸法（ＬＥＤの上部域に対する）は、ＬＣＤに要求される白色ポイント（色温度）を達成し、ＬＣＤに使用される色フィルタに対しＲＧＢ光成分を好適に一致させるように選択される。本出願に適切と認められる蛍光体の実施例には、ＳｒＳＩＯＮ：Ｅｕ、ＳｒＢａＳｉＯ：Ｅｕ、ＴＧ、ＳｒＳｉＮ：Ｅｕ、ＢａＳｒＳｉＮ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＣａＳ、及びＹＡＧがある。
【００３２】
１つの実施形態において、緑色蛍光体プレート及び赤色蛍光体プレートは、青色ＬＥＤの上の同じ平面に隣接して配置されて白色光を生成する。プレートの相対寸法は、白色ポイントを決定付ける。
【００３３】
別の実施形態において、図２の緑色蛍光体プレート２８はＹＡＧ蛍光体プレートで置き換えられ（黄緑色成分を付加する）て、白色光を生成する。赤色蛍光体プレート２６は、白色光に暖かみを加え、ＹＡＧ及び赤色蛍光体の特性を制御することによってＲＧＢバランスを調整することができるようになる。ＹＡＧ及び赤色蛍光体を本明細書で記載される全ての方法で組み合わせて、白色光を生成することができる。更に、ＹＡＧ蛍光体は、従来手法でＬＥＤ上に共形に堆積させることができ、ここで赤色蛍光体プレートの特性は、ＬＥＤ上に堆積された後の実際のＹＡＧ特性に基づいて選択される。
【００３４】
結果として得られる構造体上にレンズ３０を形成し、蛍光体からの高い取り出し率を達成し、放出パターンを最適化することができる。放出パターンは、ランバーシャン・パターン、導波路内への良好なインカップリング効率を有するパターン、或いはＬＣＤをバックライティングするための均一な照明分布を提供するパターンを含むことができる。レンズ３０は、シリコーン、ガラス、或いは他の材料とすることができる。
【００３５】
接着剤によりプレート２６及び２８を所定位置に付加する代わりに、レンズ３０自体が、プレートを所定位置に固定する取付具を含むことができる。他の機械的保持器も使用することができる。
【００３６】
プレート２６及び２８は、図４に示されるプロセスを用いて作製することができる。１つの実施形態において、制御された量の蛍光体粉体３４がモールド３６内で拡散される。金属又はガラス製などの平坦な表面３８によって圧力が加えられると共に、粉体３４は、抵抗加熱を用いてモールド３４及び／又は表面３８を加熱することなどにより加熱される。また透明なバインダを蛍光体粉体と混合し、所要の蛍光体密度を得ることができる。蛍光体／バインダ材料は、加熱及び加圧によって焼結される。プレートは１００％セラミックとすることができる。結果として得られるプレートは、両面を極めて平滑にすることができ、その結果、厚みがプレート全体にわたって均一になる。１つの実施形態において、均等度は、±５％ミクロンであり、好ましくは±２ミクロンである。
【００３７】
モールド３４又は表面３８は、蛍光体プレートの発光パターンに影響を及ぼす形状特徴部を含むことができる。こうした形状特徴部は、ＬＥＤ全体にわたる色の均一性に影響を及ぼさないように、ＬＥＤ全体のプレートの厚みが実質的に均一のままであるほど小さいものとすることができる。
【００３８】
モールドから除去されるプレートは、大きなシートとすることができ、各ＬＥＤ用の個々のプレートレットは、ソーイング又はスクライビング及びブレーキングによって分離することができる。各個々のプレートは実質的には同一である。材料又は他の要因に応じて、必要とされる赤色及び緑色成分を得るために、赤色蛍光体プレートの厚み及び密度は緑色蛍光体プレートの厚み及び密度とは異なることができる。プレートは通常、実質的に矩形の形状を有するであろう。
【００３９】
ＬＥＤの上で蛍光体層を形成するのではなく、予め形成された蛍光体を使用するこのプロセスは、蛍光体形成プロセスによってＬＥＤに悪影響を及ぼす懸念がないので、ＬＥＤ全体にわたる均等な色変換を生じ、各ＬＥＤに同一のプレートをもたらし、ＬＥＤ上で蛍光体層を形成するよりもより簡単になる場合がある。
【００４０】
図５は、白色光ＬＥＤ４０の側面図であり、赤色及び緑色蛍光体は混合されて単一のプレート４２を形成する。プレート４２を形成するプロセスは、図４に示されたものと同じである。赤色及び緑色蛍光体の相対量は、赤色及び緑色成分を決定付ける。
【００４１】
赤色蛍光体プレート及び緑色蛍光体プレートは、同一平面にあるように互いに隣接して付加することができる。こうした２つの並んだプレートは、図５での破線で二分されるプレート４２によって示され、赤色蛍光体プレートは左側にあることができ、緑色蛍光体プレートは右側にあることができる。プレートの相対寸法は、赤色光及び緑色光成分を決定付けることができる。
【００４２】
図６は、白色光ＬＥＤにおけるＵＶ  ＬＥＤ４３の使用を示している。このＵＶ  ＬＥＤは、４４０ｎｍ未満のピーク波長を有することができる。赤色蛍光体プレート４４、緑色蛍光体プレート４５、及び青色蛍光体プレート４６がＵＶ  ＬＥＤ４３上に付加され、白色光が生成される。これらのプレートは互いに隣接して単一面に存在することができ、或いは蛍光体を混合して単一プレートにすることができる。本プレートは、図４のプロセスを用いて形成することができる。本プレートのあらゆる特性を変更して、所要の白色ポイントを得ることができる。
【００４３】
ＬＥＤとは別個に蛍光体プレートを作製することにより、蛍光体プレートを個々のＬＥＤの特性に適合するように調整することができる。製造ばらつきに起因して、ＬＥＤのピーク波長及び特定の駆動電流でのＬＥＤの輝度は、ＬＥＤが同じ段階を用いて形成された場合でも変動する。図７は、ＬＥＤ内の変動に関わらず一貫性のある白色ポイントを得るために蛍光体プレートを使用する基本的プロセスを示すフローチャートである。
【００４４】
図７の段階５０において、青色又はＵＶ  ＬＥＤは、色度及び輝度（光束）について光学的センサーを用いて検査される。
【００４５】
段階５２において、ＬＥＤは、類似の色度及び輝度を有する他のＬＥＤと共にビンに入れられる。単一ビン内の色の範囲は２ｎｍとすることができる。単一ビン内の輝度の範囲は、ビン範囲内の最大値と最小値との間の差がヒトの目にほとんど知覚できないほどに選択することができる。１つの実施形態においては、色度について５つのビンが存在し、各色度ビン内では輝度について５つのビンが存在するが、ビンの数は任意とすることができる。
【００４６】
段階５４において、様々な色変換及び漏出特性を有する赤色／緑色／青色蛍光体プレート（別個又は混合の何れか）が作製される。このようなプレートは、組成、蛍光体密度、寸法及び厚みが異なることができる。プレートの特性は、同じ白色ポイントを有する白色光を生成するためにプレートと各ビン内のＬＥＤとが適合することができるように設定される。
【００４７】
段階５６において、本プレートは、異なるビン内の対応するＬＥＤと適合され、該ＬＥＤに付加される。
【００４８】
結果として得られる白色光ＬＥＤは各々、同じ白色ポイントを有する。例えば、第１の青色ＬＥＤのピーク波長が、第２の青色ＬＥＤよりも僅かに短い場合、各ＬＥＤについての赤色及び緑色蛍光体プレートに関して選択された厚み、密度、及び組成は、同じ色ポイントを生成させるような各白色光ＬＥＤにおけるＲＧＢ成分を形成させることになる。第１の青色ＬＥＤが第２の青色ＬＥＤよりも明るい場合、この白色光ＬＥＤはそれでも同じ白色ポイントを形成する。輝度フィードバックを利用して光出力を制御することができる。
【００４９】
白色光ＬＥＤがＬＣＤバックライトに使用され、そのＬＣＤが特定のスペクトル分布を有するＲＧＢフィルタを使用する場合には、赤色／緑色／青色蛍光体プレートの特性は、一貫した色ポイントを得ながらフィルタ特性に最もよく適合するように選択される。
【００５０】
図８は、輝度平滑化光学系６４及び上述の白色光ＬＥＤ６８の何れかを用いたバックライト６６の上に従来型ＬＣＤ層６２を有するＬＣＤ６０を示している。バックライトはまた、本明細書では照明モジュールとも呼ばれる。ＬＣＤ層６２の最上層は、ＲＧＢフィルタ６９とすることができる。白色光ＬＥＤ６８は二次元アレイで配列され、ＬＥＤの数及びピッチは、ＬＣＤの寸法及び使用されるＬＥＤのタイプに基づいている。色混合の必要がなく、輝度平滑化のみであるので、平滑化光学系６４は図１で使用された混合光学系１６よりも単純である。また、色混合の必要がないので、バックライトボックスは、図１でのバックライトボックスよりも遙かに狭くすることができる。図８の一般的なバックライト技法は、ダイレクト・バックライティングと呼ばれる。ＬＣＤ層６２は、スクリーン上の赤色、緑色、及び青色サブピクセル領域を変調してカラー画像を形成する。
【００５１】
図９Ａ及び図９Ｂは、より小型のＬＣＤ７０を示しており、ここでは上述の白色光ＬＥＤ７２は、狭いバックライトボックス７４内に線形アレイで配列される。図９Ａは側面図であり、図９Ｂは前面図である。傾斜リフレクタ７６は、バックライトボックス７４によって放出された上向きの光を従来型のＬＣＤ層６２の上に再配向する。リフレクタ７６は、ミラー、拡散ミラー（粗面を有するミラー）、微小プリズムのアレイ、ＴＩＲを用いたプラスチック導波路、好適な白色塗料でプリントされたスクリーン、又は他のいずれかのタイプの好適なリフレクタとすることができる。ＬＣＤ層６２は、単に説明の目的でバックライトから離れて示されている。追加の混合層をバックライトとＬＣＤ層６２との間に使用してもよい。
【００５２】
本発明の白色光ＬＥＤはまた、遠隔スクリーン上の画像を投影するためなど、投影型ディスプレイ用の照明モジュールとしても使用することができる。投影画像はＬＣ層によって変調される。画像再生の正確さ及び動作の効率化のために白色光ＬＥＤの赤色、緑色、及び青色成分の波長を理想波長にほぼ一致させる要件は、バックライト及びプロジェクタ用の照明モジュールに等しく適用される。
【００５３】
表示部用のＬＣ層は、本明細書において画素化光モジュレータとも呼ばれ、ＬＣ層に加えてモジュレータを含む。画素化光モジュレータは、反射型変調又は透過型変調を使用することができる。
【００５４】
図１０は、ＬＣＤ用のバックライトを形成する、二次元アレイ（９×１６）で配列された白色光ＬＥＤ７８のパネルの平面図である。ＬＥＤ７８のピッチは１５ｍｍ程度であるが、各ＬＥＤの光出力によっては、該ピッチは７ｍｍから２５ｍｍまで変動することができる。代表的なＬＣＤにおいては、バックライト内のＬＥＤの光出力は、ＬＣＤが動作中は変化せず、ＬＣＤ層はピクセルの輝度の範囲を完全に制御する。これらの代表的なＬＣＤにおいては、画像が暗いことが想定される場合でも、幾らかの光がＬＣＤ層を通って漏出する。
【００５５】
ＬＥＤ７８への電流を動的に変化させることでＬＥＤ６８の光出力を変調することにより、ＬＣＤの出力の輝度及びコントラストのダイナミックレンジが向上する。このことは、バックライトの空間変調と呼ばれる。Ｐｈｉｌｉｐｓ  ａｎｄ  Ｓｕｎｎｙｂｒｏｏｋ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓは、このモジュレーション技法を本明細書に記載された以外の光源を用いて研究してきた。図１０において、ＬＥＤ７８はＬＣＤによって表示される画像に基づいてＬＥＤコントローラ８０により変調される。各ＬＥＤ７８は、ＬＣＤ層のセクションを照明する。暗い領域を有する画像では、暗い領域の背後のＬＥＤ７８は、画像領域が明るい領域の場合よりも低電流でコントローラ８０によって駆動されることになる。ビデオ信号をＬＥＤアレイのための変調信号に変換するのに使用される回路構成及び処理は、当業者には理解されるであろう。例えば、ビデオ画像の１つ又はそれ以上のフレームを解析し、暗領域及び明領域が検出され、このような検出を用いて、ＬＥＤ７８を変調する。ＬＣＤ層を制御する信号もまたバックライトＬＥＤ７８の変調によって補正されることになる。更にまた、バックライトＬＥＤ７８を変調することによって、バックライトによる電力消費がより少なくなる。
【００５６】
白色光を生成するために、赤色、緑色、及び青色以外の色のＬＥＤもＬＣＤで使用することができる。
【００５７】
本発明を詳細に説明してきたが、本開示を鑑みて本明細書で記載された精神及び発明の概念を逸脱することなく本発明に対し修正を行うことができる点は当業者であれば理解するであろう。従って、本発明の範囲は、例証され説明された特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】白色光源として別個の赤色、緑色、及び青色ＬＥＤを用いる従来技術の透過型カラーＬＣＤの断面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による図１でのＬＥＤの各々に置き換えることができる青色ＬＥＤを用いた白色光ＬＥＤの側面図である。
【図３】適切な赤色及び緑色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルのグラフである。
【図４】蛍光体プレートレットを形成するプロセスの概略図である。
【図５】本発明による図１のＬＥＤの各々に置き換えることができる青色ＬＥＤを用いた白色光ＬＥＤの別の実施形態の側面図である。
【図６】本発明による図１でのＬＥＤの各々に置き換えることができるＵＶ  ＬＥＤを用いた白色光ＬＥＤの別の実施形態の側面図である。
【図７】ビンに入れられた青色又はＵＶ  ＬＥＤに赤色、緑色、又は青色ＬＥＤを適合させるのに使用される幾つかの段階を示すフローチャートである。
【図８】ＬＥＤ層の直接照明のためのバックライト内の二次元アレイで配列された白色光ＬＥＤを示すＬＣＤの断面図である。
【図９Ａ】狭いバックライトボックス内の白色光ＬＥＤの線形アレイとＬＣＤ層を照明するための傾斜リフレクタとを有するＬＣＤの別の実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】狭いバックライトボックス内の白色光ＬＥＤの線形アレイとＬＣＤ層を照明するための傾斜リフレクタとを有するＬＣＤの別の実施形態を示す図である。
【図１０】バックライト内の白色光ＬＥＤのアレイの上面図であり、各ＬＥＤの発光はＬＣＤによって表示される画像に基づいて変調され、画像全体にわたって輝度のより広いダイナミックレンジが得られている。
【符号の説明】
【００５９】
２０  白色光ＬＥＤ
２２  青色ＬＥＤ
２４  サブマウント
２５  半田バンプ
２６  赤色蛍光体プレート
２８  緑色蛍光体プレート
３０  レンズ
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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