(57)【要約】  発光ダイオード、液晶カラーフィルタセットに合う特性を有するＬＥＤを最適化するための方法、および該ＬＥＤを使った液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。発光ダイオードのスペクトル応答は、ＬＥＤの光がカラーフィルタセットおよび液晶スタックを通して伝播されるときに好ましい光学的性質を提供するように最適化されている。各実施形態は、主に青色の可視スペクトル内の波長を有する光を発するダイオードチップ（ブルーチップ）を提供する。ダイオードチップを取り囲むのは、ダイオードチップが発する青色の光を用いた燐光によって主に可視スペクトルの黄緑色の領域内の波長を有する光を発する第１の燐光体（黄緑色の燐光体）の層である。また好ましくは、ダイオードチップが発する青色の光を用いた燐光によって主に可視スペクトルの赤色の領域内の波長を有する光を発する第２の燐光体（赤色の燐光体）の層も設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードであって、
青色の波長領域内の光を発するダイオードチップと、
前記ダイオードチップが発する前記青色の波長領域内の光を用いた燐光によって黄緑色の波長領域の光を発する燐光体から成る上層と、
前記ダイオードチップが発する前記青色の波長領域内の光を用いた燐光によって赤色の波長領域の光を発する燐光体から成る上層と、
を備えることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光ダイオードのスペクトル応答は、おおよそ４４０ナノメートルと４６０ナノメートルとの間で第１のピークを有する請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ５３５ナノメートルと５６５ナノメートルとの間で第２のピークを有する請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ６３５ナノメートルと６６０ナノメートルとの間で第３のピークを有する請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ４７０ナノメートルと４９０ナノメートルとの間で第１のノードを有する請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ６００ナノメートルと６２５ナノメートルとの間で第２のノードを有する請求項５に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
バックライト発光ダイオードを最適化する方法であって、
前記バックライト発光ダイオードは、所定のＬＣＤスタックと、可視スペクトルにおける分光透過率が０．０と１．０との間で変化する赤、青および緑のフィルタを有するカラーフィルタセットと、に使用されるバックライト発光ダイオードであり、
前記方法は、
青色の可視スペクトルにおいて得られる前記バックライト発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークが第１の波長に対応するように青色発光ダイオードチップを選択する工程と、
前記青色発光ダイオードチップに黄／緑色発光燐光体を宛がう工程と、
前記青色発光ダイオードチップに赤色発光燐光体を宛がう工程と、
を含んでおり、
前記第１の波長において前記赤のフィルタ及び前記緑のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．１５未満であり、
前記青色発光ダイオードチップに黄／緑色発光燐光体を宛がう前記工程において、前記黄／緑色発光燐光体は、黄緑色の可視スペクトルにおいて得られる前記バックライト発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークが第２の波長に対応するように、選択されており、前記第２の波長において前記赤のフィルタ及び前記青のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．２未満であり、
前記青色発光ダイオードチップに赤色発光燐光体を宛がう前記工程において、前記赤色発光燐光体は、赤色の可視スペクトルにおいて得られる前記バックライト発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークが第３の波長に対応するように、選択されており、前記第３の波長において前記緑のフィルタ及び前記青のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．１５未満であることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記方法は、更に、複数の発光ダイオードを使用して前記ＬＣＤスタックと前記カラーフィルタセットとを照らす工程を含んでおり、前記複数の発光ダイオードは、請求項７に記載の前記方法から結果的に得られる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＬＣＤスタックおよび前記赤、青及び緑のフィルタを通して発せられる白色光は、おおよそ６４００°Ｋと６６００°Ｋとの間の色温度を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＣＤスタックおよび前記赤、青及び緑のフィルタを通して発せられる有色光は、おおよそＮＴＳＣの４９．０％と５５％との間の彩度を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
液晶ディスプレイであって、
可視スペクトルにおける分光透過率がおおよそ０．０と１．０との間で変化する赤、青、および緑のフィルタを有するカラーフィルタセットと、
前記カラーフィルタセットの後方に配置された液晶材層と、
前記液晶材層の後方に配置されたバックライトと、
を備えており、
前記バックライトは複数の発光ダイオードを備えており、
前記複数の発光ダイオードの各々は、
青色の波長領域内の光を発するダイオードチップと、
前記ダイオードチップが発する前記青色の波長領域内の光を用いた燐光によって黄緑色の波長領域の光を発する燐光体から成る上層と、
前記ダイオードチップが発する前記青色の波長領域内の光を用いた燐光によって赤色の波長領域の光を発する燐光体から成る上層と、
を備えていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記バックライトの前記各発光ダイオードのスペクトル応答は、おおよそ４４０ナノメートルと４６０ナノメートルとの間で第１のピークを有する請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
前記バックライトの前記各発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ５３５ナノメートルと５６５ナノメートルとの間で第２のピークを有する請求項１２に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
前記バックライトの前記各発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ６３５ナノメートルと６６０ナノメートルとの間で第３のピークを有する請求項１３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１５】
前記バックライトの前記各発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ４７０ナノメートルと４９０ナノメートルとの間で第１のノードを有する請求項１４に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１６】
前記バックライトの前記各発光ダイオードの前記スペクトル応答は、おおよそ６００ナノメートルと６２５ナノメートルとの間で第２のノードを有する請求項１５に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１７】
青色の可視スペクトルにおいて得られる前記発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークは、前記ダイオードチップによって提供されるとともに第１の波長に対応しており、前記第１の波長において前記赤のフィルタ及び前記緑のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．１５未満である請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１８】
黄緑色の可視スペクトルにおいて得られる前記発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークは、前記黄／緑色発光燐光体によって提供されるとともに第２の波長に対応しており、前記第２の波長において前記赤のフィルタ及び前記青のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．２未満である請求項１７に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１９】
赤色の可視スペクトルにおいて得られる前記発光ダイオードの相対スペクトル応答のピークは、前記赤色発光燐光体によって提供されるとともに第３の波長に対応しており、前記第３の波長において前記緑のフィルタ及び前記青のフィルタの両方の前記分光透過率は、おおよそ０．１５未満である請求項１８に記載の液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のカラーフィルタを通して使用されるときに最適な光学的特性を提供する白色ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤは組み合わさって可視画像を作成するように働く複数の層を含む。バックライトは、一般にＬＣＤスタックと呼ばれるものを通過する光線を生成するのに使用され、ＬＣＤスタックは通常、基本機能または拡張機能を実行する複数の層を含む。ＬＣＤスタック内の最も基本的な層は液晶材料であり、液晶材料は、バックライトから発するある一定量の光を通過させ、または遮断するために印加電圧に応答して能動的に構成され得る。液晶材料の層は、通常は画素と呼ばれる多くの小領域に分かれている。フルカラーディスプレイでは、これらの画素はさらに、赤、緑および青の副画素からなる独立に制御可能な領域に分かれており、赤の副画素は赤のカラーフィルタを有し、青の副画素は青のカラーフィルタを有し、緑の副画素は緑のカラーフィルタを有する。これらの３色は通常、原色と呼ばれる。例えば、赤の副画素のうちの１つへの印加電圧が活動化されると、この副画素に当たるバックライトスペクトルの関連付けられた赤色の部分が通過可能になり、したがって、ディスプレイ上で見える画像の一部になる。
【０００３】
各副画素を通過する光は、バックライトからの「白色」（または広帯域）光として発せられるが、一般にこの光は、可視スペクトル全体にわたって均一であるというには程遠い。副画素カラーフィルタは、各副画素がある一定量の各色（赤、緑または青）を通すことを可能にする。遠くから見ると、３つの副画素は１つの複合画素のように見え、副画素の色ごとに通過する光の量を電気的に制御することによって、複合画素は、赤、緑および青の副画素からの光の効果的な混合により非常に広範囲にわたる様々な色を作り出すことができる。
【０００４】
現在のところ、ＬＣＤバックライトアセンブリのための一般的な照明源は蛍光灯であるが、業界は発光ダイオード（ＬＥＤ）に向かって移行しつつある。ＬＣＤ業界でバックライト用途のＬＥＤが普及し始めている理由の中には、環境問題（例えば蛍光灯に含まれる水銀）、小型化要件、低エネルギー消費、および長寿命が含まれる。前述のように、バックライトは通常、大部分が白色に見える広範囲のスペクトルに及ぶ光を生み出す。ＬＥＤを使用するとき、これは通常、２つの方法、すなわち、１）赤色、緑色および青色のＬＥＤの個別クラスタ（本明細書では「ＲＧＢバックライト」という）、または２）白色発光ＬＥＤ（本明細書では「白色ＬＥＤバックライト」という）のうちの１つで実現される。
【０００５】
各ＬＥＤはそのＬＥＤを定義することのできる独自の一連の光学的性質を有する。これらの性質には、色温度、有効性、およびスペクトル応答が含まれ得る。これらのＬＥＤが供給者から購入されるときには、その光学的性質が明確に定義され、制御されている場合もある。しかし、ＬＣＤ用途においては、これらのＬＥＤからの光は液晶層内のカラーフィルタを通過することになり、よってその光学的性質を変化させる。この点を考慮すると、ＲＧＢバックライトは、各色のレベルを増減させてバックライト全体について所望の「白色の色合い」を作り出すことができるため、若干有利である場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしＲＧＢバックライトには、白色ＬＥＤバックライトと比べていくつかの不都合点がある。ＲＧＢバックライトは、製造コストがより高く、より高価で複雑な制御システムを必要とする。さらに、ＲＧＢバックライトはより大きい色域を作り出すことができるが、色域が必要以上に拡大される場合には、ディスプレイに誤った色をレンダリングさせるため、画質が劣化する可能性がより高い。よって、光がカラーフィルタのセットを通過した後で最適な光学的性質を提供する白色ＬＥＤバックライトが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、ＬＣＤカラーフィルタの分光透過率に最適であるとともに、ＬＣＤにより表示される光学的特性が最大の白色ＬＥＤを含む。実施形態は、主に青色の可視スペクトル内の波長を有する光を発するダイオードチップ（ブルーチップ）を提供する。ダイオードチップの一種を挙げるとすれば、ＩｎＧａＮ系の能動層を有するチップである。チップを囲っているのは、ダイオードチップが発する青色の光を用いた燐光体によって可視スペクトルの主に黄緑色の領域内の波長の光を発する第１の燐光体層（黄緑色の燐光体）である。また、ダイオードチップが発する青色の光を用いた燐光体によって可視スペクトルの主に赤色の領域内の波長の光を発する第２の燐光体層（赤色の燐光体）も設けることができる。ＬＣＤカラーフィルタの分光透過率を考慮して、ブルーチップ、黄緑色の燐光体および赤色の燐光体についてのピーク波長および相対的な大きさは、カラーフィルタ間で生じる帯域外の光漏れが最小限になるように設定され得る。ＬＣＤから得られる色は、同時に、高レベルの彩度を提供し、全国テレビジョン方式委員会（ＮＴＳＣ：Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）色域の相対的に大きな割合を示し、また、理想的な白色点相関色温度（ＣＣＴ：ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｃｏｌｏｒ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を示すことができる。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴および利点は、添付の図面に示す個々の実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
以下の詳細な説明および添付の図面を読めば例示的実施形態のより良い理解が得られるであろう。図面において同一の参照符号は同一の部分を指示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】典型的な青、緑、および赤のＬＣＤカラーフィルタのスペクトル透過を表すグラフ。
【図２】各カラーフィルタの分光透過率を例示的ＬＥＤのスペクトル応答と一緒に表すグラフ。
【図３】典型的なカラーフィルタを例示的なＬＥＤと一緒に使用したＬＣＤディスプレイの色域のシミュレーションを表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、典型的な青、緑、および赤のＬＣＤカラーフィルタの分光透過率を示す。この説明に使用する具体的なデータは、米国ニュージャージー州イングルウッドクリフのＬＧエレクトロニクス社（ＬＧ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）（ｗｗｗ．ｌｇｅ．ｃｏｍ）から入手可能な部品番号ＬＧＤ−Ｄ１０１３のカラーフィルタから取ったものである。本明細書においてはこれら特定のカラーフィルタが使用されるが、本明細書において教示する技術は、ＬＣＤの最善の光学的性能を獲得するためにあらゆる種類のＬＣＤカラーフィルタに適用し得ることに留意すべきである。
【００１２】
当分野では周知のように、図のｘ軸は波長（この場合はナノメートル単位）を示し、ｙ軸は各フィルタの相対応答を示す。青色のフィルタはピーク５とノード６とを有する。緑色のフィルタはピーク７とノード８およびノード９とを有する。赤色のフィルタは、赤色の可視スペクトルにおけるピーク１０と、可視スペクトルの紫の部分に近いより小さいピーク１１とを有する。それ以外には、赤色のフィルタは４４０ｎｍと５７０ｎｍとの間では非常に低い分光透過率を有する。フィルタ応答が相互に重なり合ういくつかのオーバーラップ領域１５が示されている。これは、ＬＣＤディスプレイから観測される彩度に非常に有害なものとなり得る。本発明の実施形態は、これらのオーバーラップ領域および分光透過特性を含むカラーフィルタを用いて、可能な限り最善の彩度、ＮＴＳＣ割合、および白色点相関色温度（ＣＣＴ）を達成するように設計されている。この場合もやはり、このカラーフィルタに関して具体的に論じているが、本明細書の設計および方法を使用すれば、異なる分光透過曲線を有するカラーフィルタを最適化する他のＬＥＤ構成を設計することもできる。
【００１３】
図２は、図１の各カラーフィルタの分光透過率を、例示的ＬＥＤ（図では「ソース」として表示）のスペクトル応答と一緒に示している。ＬＥＤについての応答曲線には３つの別個のピークが示されている。青色のピーク２０は燐光体を励起（ポンピング）しているブルーチップに対応する。黄緑色のピーク２２は黄緑色の燐光体に対応する。赤色のピーク２４は赤色の燐光体に対応する。容易に見て取れるように、ＬＥＤのピークは、関連するカラーフィルタのピークに対応するだけでなく、関連するＬＥＤのピークには対応しないカラーフィルタの低点（すなわちノード）にも対応する。従って、青色のピーク２０が発生する波長では、赤色のフィルタおよび緑のフィルタの相対透過率は非常に低い。さらに、黄緑色のピーク２２が発生する波長では、赤色のフィルタおよび青色のフィルタの相対透過率は非常に低い。最後に、赤色のピーク２４が発生する波長では、緑のフィルタおよび青色のフィルタの相対透過率は非常に低い。ピーク２０、ピーク２２およびピーク２４の位置は、他のカラーフィルタからの光漏れを最小にする位置であり、もって、彩度を最大化する。またピーク２０、ピーク２２およびピーク２４の相対的な大きさも、完璧に近い白色点ＣＣＴを可能にする。
【００１４】
図３に、図１および図２で説明したようなカラーフィルタおよびＬＥＤを含む場合に結果的に得られるＬＣＤディスプレイについてのシミュレーションデータを示す。当分野で周知のように、このグラフには、肉眼で見ることのできる全色域の表現として知られているＣＩＥ色空間３０が示されている。ＣＩＥ色空間３０内にあるのは、（米国および他のいくつかの国々における）現行のテレビ放送用の色空間として知られているＮＴＳＣ色域３２である。ＮＴＳＣ色域３２内にあるのは、図１および図２に示すカラーフィルタおよびＬＥＤからもたらされるＬＣＤの結果的に得られる色域３５である。
【００１５】
ＬＣＤテレビの色域を測定するための一方法は、ＬＣＤが再現することのできるＮＴＳＣ色域の割合である。大きなＮＴＳＣの割合と理想的な白色点ＣＣＴ（ＬＣＤにより表示される「白色」の正確な色温度）の両方を達成するのはその間の微妙な調整である。
【００１６】
本明細書で教示する技術を実行する例示的ＬＥＤは、結果的に得られるＬＣＤから「完璧」に近い白色を達成することができる。この場合、シミュレーションデータによれば、６５５５°Ｋの白色点が達成され得る。ＬＣＤディスプレイでは、６５００°Ｋに近い白色点ＣＣＴは一般に「完璧」とみなされる。またこれらのＬＥＤはＮＴＳＣの５０．２％の彩度も達成することができ、これは「良好」とみなされる。
【００１７】
図３に示すデータは、カラーフィルタと、黄緑色の燐光体を有する青色のＬＥＤからの実データに基づくシミュレーションデータである。このようなシミュレーションソフトウェアは、Ｂｒｅａｕｌｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｂｒｅａｕｌｔ．ｃｏｍ）から購入することができる。このソフトウェアの１バージョンはＢｒｅａｕｌｔからＡＳＡＰとして提供されている。本明細書に示すデータは、専有のソフトウェアにより生成され、ＡＳＡＰモデルを用いて確認することにより検証されたものである。
【００１８】
この場合もやはり、前述のように、ＲＧＢ  ＬＥＤバックライトは通常、白色ＬＥＤバックライトより広い色域を作り出すことができる。しかし、これらのシステムは慎重にモニタされなければならず、適切に制御されなければ所望の性能から容易に外れる可能性がある。さらに、完璧に近い６５００のＣＣＴを獲得することは非常に難しく、かつ／または維持するのに高くつくことになり得る。また、１つの赤色、緑色、または青色のＬＥＤが故障した場合には、当該領域の表示がディスプレイの残りの領域と比べて異なる色を有することになるはずである。
【００１９】
本明細書で教示する技術を使用することにより、簡略化された白色ＬＥＤバックライトを使って、高彩度および完璧に近い白色点ＣＣＴを有するＬＣＤディスプレイを作り出すことができる。このディスプレイはより速く、類似のＲＧＢバックライトＬＣＤより安価な構成部品を用いて製造することができる。
【００２０】
以上、本発明の好ましい実施形態を開示したが、上述の発明に対する多くの変形例が可能であり、これらの変形例は特許請求の範囲内に含まれることは当業者の理解するところである。加えて、前述の構成要素の多くを、特許請求の範囲に含まれるとともに同様の効果を提供する他の構成要素に変更又は置き換えてもよい。従って、本発明は特許請求の範囲のみによって示される発明に限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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