JP2005203326A

JP2005203326A - 白色光発光ダイオード組合せ装置

Info

Publication number: JP2005203326A
Application number: JP2004011054A
Authority: JP
Inventors: Bunka Chin; 文河陳; Keien Ko; 惠燕黄; Kinsho Cho; 金彰張; Chia-Feng Lin; 佳鋒林
Original assignee: SEISAI KAGI KOFUN YUGENKOSHI
Current assignee: SEISAI KAGI KOFUN YUGENKOSHI
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】発光効率と演色性とが共に好ましく、かつ柔軟的に蛍光粉を応用できるようにする。
【解決手段】（Ａ）赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｂ）青色光と黄緑色光との発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｃ）青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉を併用してなる白色光発光ユニットと、（Ｄ）紫外線発光ダイオードと、赤色と青色と緑色の蛍光粉とを合せて使用することによって形成される白色光発光ユニットとからなるグループより選出される少なくとも二種類の白色光発光ユニット同士を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色光発光ダイオード組合せ装置に係わり、特に発光効率と演色性とが好ましく、蛍光粉を柔軟的に応用できる、白色光発光ダイオード組合せ装置に関するものである。

白色光は、複数の色彩の光線からなる混合光であり、人間の目に白色光であると感じられるような光線は、少なくとも二種以上の波長の光線を含む混合光であり、例えば、人間の目が同時に赤色と青色と緑色の光線に刺激される場合に、または、同時に青色と黄色い光線に刺激される場合、すべて白色光であるように認識される。そのため、そのような原理に基づいて白色光を発光可能な半導体発光装置を作製できる。従来の白色光半導体発光装置の製造方式には、大体四種類あり、次に詳細に説明する。

第一種の方式は、ＡｌＩｎＧａＰとＩｎＧａＮとＧａＰとを基材とする三つの発光ダイオード同士を使用し、それぞれの発光ダイオードに流される電流をコントロールすることによってそれぞれの発光ダイオードにそれぞれ赤色と緑色と青色の光線を発光させる。これら三つの発光ダイオード結晶粒子を同一のランプ中に配置すると共に、レンズによってそれらの三つの色彩の光線を混合すると、白色光を発光できるようになる。

その次、第二種の方式は、ＩｎＧａＮと、ＡｌＩｎＧａＰまたはＧａＰとを材質とする二つの発光ダイオードを使用し、それぞれの発光ダイオードに流される電流をコントロールすることによって、それらのそれぞれに青色光と黄緑色光を発光させ、それらの光線を混合してから白色光を生成する。

また、第三種の方式は、１９９６年に日本日亜化学（ＮｉｃｈｉａＣｈｅｍｉｃａｌ）会社の提案した技術であり、それは窒化インジウム・ガリウム青色光発光ダイオードと、励起される場合に黄色い光を発光できるイツトリウムアルミニウムガーネット蛍光粉とを併用して、白色光光源を作製するものである。この種の方式の場合では、単に一セットの発光ダイオード・チップを使用すればよいので、製造コストを大幅に低減できる。現今の併用される蛍光粉の調製技術が既に成熟しているので、既に商品としてアピールすることがある。

第四種の方式は、紫外線発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を使用することによって、赤色と青色と緑色との三色の蛍光粉を励起してそれぞれ異なる色彩の蛍光を発光させて、それらのそれぞれ異なる色彩の光線を混合してから白色光を発光する。

前記第一と第二の種の方式の共通の欠点が、異なる光色の発光ダイオード同士の中のいずれ一つが故障する場合、ノーマルな白色光を得られなくなってしまい、且つ全体的に言う場合、その発光効率も好ましくない。また、第二と第三の種の方式は共に相補色原理を利用して白色光を生成し、そのスペクトル波長分布の連続性が本当の太陽光に及ばず、そのため、色彩光線が混合される後に、可視光線スペクトル範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）においては色彩の不均一の現象を生じることがあり、それによって色彩の飽和度を低減させることがある。人間の目がこの現象を無視して白色光だけ見られるが、ある精密さがかなり高度の光学検出装置の検知によって、例えばビデオカメラやカメラなどによって撮影する場合、その演色性（Ｃｏｌｏｒｒｅｎｄｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ）が実際では依然として低いほうになっている。

第四種の方式の課題は、三つの波長の可視光線を採用することによって白色光光源を構成することによってその演色性を向上するので、三種類または三種類以上に蛍光粉を使用する必要があることである。また、同時に複数種の蛍光粉を使用してそれぞれにそれぞれ異なる波長の蛍光を生成させるのは、その先決条件の一つとしてその選択使用される励起光線が丁度前記それぞれの蛍光粉に吸収されることができるものを採用する必要があり、且つそれぞれの蛍光粉の前記の波長の光線に対する吸収係数があまり差がないように設定される必要があり、他に、光エネルギー転換の量子効率もできるだけ相似するようにする必要があり、これらの原因が大幅に適用可能な蛍光材料の種類を制限し、蛍光材料の選択使用に困難さが生じる。

本発明は、発光効率と演色性とが共に好ましく、且つ柔軟的に蛍光粉を応用できる、白色光発光ダイオード組合せ装置を提供することによって、前記の従来の白色光発光ダイオードのそれぞれの課題を解消することをその主要な解決しようとする課題とする。

前記の目的を図るために、本発明による白色光発光ダイオード組合せ装置には、下記のグループより選出される少なくとも二種の白色光発光ユニット同士を有しており、つまり、（Ａ）赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｂ）青色光と黄緑色光との発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｃ）青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉を併用してなる白色光発光ユニットと、（Ｄ）紫外線発光ダイオードと、赤色と青色と緑色の蛍光粉とを合せて使用することによって形成される白色光発光ユニットと、からなるグループより選出される少なくとも二種類の白色光発光ユニット同士を採用する。

言い換えれば、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置による場合、下記のような十一種の組合せ形式を有し、つまり、Ａ＋Ｂ（赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットＡと、青色光と黄緑色光との発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットＢとを有する）やＡ＋ＣやＡ＋ＤやＡ＋Ｂ＋ＣやＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄなどの十一種類の組合せ形式を有する。そのため、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置による場合、発光効率と演色性が共に好ましくなり、且つ蛍光粉を柔軟的に応用できる。

本発明の特徴と技術内容とをさらに詳しく説明するために、以下に添付図面を参照しながら、本発明の具体的な実施の形態を詳細的に説明するが、それらの詳細な説明による具体的な構成は単に本発明の実施可能な実施例に過ぎず、本発明の主張範囲を狭義的に制限するものではないことが言うまでもない。

図１は、本発明の第一の実施の形態の白色光発光ダイオード組合せ装置１０を示す説明図である。白色光発光ダイオード組合せ装置１０がＬＣＤバック・ライト・プレートに使用され、複数個の第一の白色光発光ユニット１１０を含んであり、それらは赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなり、また、本発明には、複数個の第二の白色光発光ユニット１２０を含んでおり、それらは青色光と黄緑色光の発光ダイオードからなり、また、本発明には、複数個の第三の白色光発光ユニット１３０を含んでおり、それらは青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉とを合せて使用してなるものであり、また、本発明には、複数個の第四の白色光発光ユニット１４０を含んでおり、それらは紫外線発光ダイオードと赤色と青色と緑色の蛍光粉とを合せて使用することによって形成される。

前記の具体的な実例において、前記白色光発光ダイオード組合せ装置１０はすべての白色光発光ユニット１１０−１４０を有する必要はなく、それらの中の少なくとも二種有すればよい。例えば、本発明による白色光発光ダイオード組合せ装置１０として、一セットの第一の白色光発光ユニット１１０（赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなるもの）と一セットの第三の白色光発光ユニット１３０（青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉とを合せて使用してなるもの）からなる物品を使用してもよい。第三の白色光発光ユニット１３０は高いほうの発光効率を有するが、その黄色い光蛍光粉の吸収ピークが必ずしも青色光発光ダイオードと合せられるように限られなく、また、赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオードが広い幅の発光スペクトルを提供できるので、蛍光粉をもっと有効的に利用できる効果を有させることが出来る。

図２（Ａ）ないし図２（Ｃ）に示すのは、それぞれ独立の第三の白色光発光ユニット１３０と、独立の第一の白色光発光ユニット１１０と、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置１０（それは一セットの第一の白色光発光ユニット１１０と一セットの第三の白色光発光ユニット１３０とからなるものである）との発光スペクトルを示す説明図であり、図２（Ａ）は独立の第三の白色光発光ユニット１３０の発光スペクトルであり、それから分かるように、その赤色光の部分には不足な現象を有し、そのため、光源の演色性を影響することがある。図２（Ｂ）は独立の第一の白色光発光ユニット１１０の発光スペクトルであり、それには好ましい演色性を有するが、その効率が劣っており、大きい電気エネルギーを消費する場合こそ照度を発揮できる。図２（Ｃ）は、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置１０の発光スペクトルであり、それから分かるように、それにはかなり優れた演色性を有すると共に、小さい消費電気エネルギーで照度を発揮できる。

また、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置１０の演色性をさらに精密的にコントロールするために、その白色光発光ダイオード組合せ装置１０の中にコントロール・ユニット１６０を導入することが出来る。図３は、コントロール・ユニット１６０によって白色光発光ダイオード組合せ装置１０の第一の白色光発光ユニット１１０をコントロールする場合を示す説明図である。その第一の白色光発光ユニット１１０には、複数個のＲＧＢ発光ダイオード素子１１０Ａ−１１０Ｈを有し、それぞれのＲＧＢ発光ダイオード素子の中にすべて赤色と緑色と青色の三色の発光ダイオードを有し、且つそれぞれがコントロール・ユニット１６０の赤色光コントロール・パート１６０Ａと、緑色光コントロール・パート１６０Ｂと、青色光コントロール・パート１６０Ｃに電気的に接続される。

図４（Ａ）ないし図４（Ｂ）に示すように、ＲＧＢ発光ダイオード素子１１０Ａ−１１０Ｈの中のそれぞれの発光ダイオードのアノードが接続ワイヤＡ，Ｂ，Ｃを介して赤色光コントロール・パート１６０Ａと緑色光コントロール・パート１６０Ｂと青色光コントロール・パート１６０Ｃの対応接点に接続され、ＲＧＢ発光ダイオード素子１１０Ａ−１１０Ｈの中のそれぞれの発光ダイオードのカソードが接続ワイヤＤ，Ｅ，Ｆを介して赤色光コントロール・パート１６０Ａと緑色光コントロール・パート１６０Ｂと青色光コントロール・パート１６０Ｃの対応接点に接続される。そのため、コントロール・ユニット１６０の赤色光コントロール・パート１６０Ａと緑色光コントロール・パート１６０Ｂと青色光コントロール・パート１６０ＣによってそれぞれのＲＧＢ発光ダイオード素子１１０Ａ−１１０Ｈの中のそれぞれの発光ダイオードの駆動電流をコントロールすることによって、それぞれのＲＧＢ発光ダイオード素子１１０Ａ−１１０Ｈの色彩温度をコントロールできる。

同じように、白色光発光ダイオード組合せ装置１０の第三の白色光発光ユニット１３０にコントロール・ユニット（図示省略）を配置することによって、第三の白色光発光ユニット１３０の色彩温度をコントロールしてもよい。

図５は本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置５０をバック・ライト・プレートに応用される場合の他の様子を示す説明図であり、その白色光発光ダイオード組合せ装置５０が前記バック・ライト・プレート（符号せず）のある側に配置され、且つ複数個の第一の白色光発光ユニット５１０を有し、それらは赤色と緑色と青色の三色の発光ダイオードからなり、また、複数個の第二の白色光発光ユニット５２０を有し、それらは青色光と黄緑色光の発光ダイオードからなり、また、複数個の第三の白色光発光ユニット５３０を有し、それらは青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉とを合せて使用してなるものであり、また、複数個の第四の白色光発光ユニット５４０を有し、それらは紫外線発光ダイオードと赤色と青色と緑色の蛍光粉とを合せて使用することによって形成されるものである。同じように、その白色光発光ダイオード組合せ装置５０はすべての白色光発光ユニット５１０−５４０を具備する必要はなく、その中の少なくとも二種有すればよい。

図６と図７に示すのは、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置がランプに応用される場合を示す説明図であり、それらの白色光発光ダイオード組合せ装置６０，７０が複数列または一列のような形態によってアピールできる。図８に示すのは、本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置を懐中電灯に応用される場合を示す説明図であり、前記の三つの具体的な実施例において、前記の白色光発光ダイオード組合せ装置はすべての白色光発光ユニットを具備する必要はなく、その中の少なくとも二種有すればよい。

また、前記に詳細に説明した具体的な構成は、単に本発明の実施可能な実施例に過ぎず、本発明の請求の範囲の内容の要旨に基づいて実施される相同効果を有する改造や変更や一部転用なども本発明の保護範囲内に納入されるべきことは言うまでもない。

本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置の第一の実施の形態を示す説明図である。（Ａ）ないし（Ｃ）は三種類の異なる光源のスペクトルを示す説明図である。本発明のコントロール・ユニットを示す説明図である。（Ａ）ないし（Ｂ）は本発明のコントロール・ユニットをさらに詳しく説明するための説明図である。本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置の第二の実施の形態を示す説明図である。本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置の第三の実施の形態を示す説明図である。本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置の第四の実施の形態を示す説明図である。本発明の白色光発光ダイオード組合せ装置の第五の実施の形態を示す説明図である。

符号の説明

１０，５０，６０，７０，８０白色光発光ダイオード組合せ装置
１１０，１２０，１３０，１４０白色光発光ユニット
１１０Ａ−１１０ＨＲＧＢ発光ダイオード素子
１６０コントロール・ユニット
１６０Ａ赤色光コントロール・パート
１６０Ｂ緑色光コントロール・パート
１６０Ｃ青色光コントロール・パート
５１０，５２０，５３０，５４０白色光発光ユニット
６１０，６２０，６３０，６４０白色光発光ユニット
７１０，７２０，７３０，７４０白色光発光ユニット
８１０，８２０，８３０，８４０白色光発光ユニット

Claims

（Ａ）赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｂ）青色光と黄緑色光との発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、（Ｃ）青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉を併用してなる白色光発光ユニットと、（Ｄ）紫外線発光ダイオードと、赤色と青色と緑色の蛍光粉とを合せて使用することによって形成される白色光発光ユニットと、からなるグループより選出される少なくとも二種類の白色光発光ユニット同士を採用することを特徴とする白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記白色光発光ダイオード組合せ装置におけるそれぞれの発光ダイオードの輝度をコントロールするためのコントロール・ユニットをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記第一の白色光発光ユニットにおける前記赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオードがそれぞれＡｌＩｎＧａＰとＩｎＧａＮとＧａＰとを材質として作製されるものであることを特徴とする請求項１に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記白色光発光ダイオード組合せ装置は、赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオード同士からなる白色光発光ユニットと、青色光発光ダイオードと黄色い蛍光粉を併用してなる白色光発光ユニットとからなることを特徴とする請求項１に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記第一の白色光発光ユニットにおける前記赤色と青色と緑色との三色の発光ダイオードがそれぞれＡｌＩｎＧａＰとＩｎＧａＮとＧａＰとを材質として作製されるものであることを特徴とする請求項４に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記それぞれのコントロール・ユニットにはメモリユニットを有し、それらによってそれぞれの発光ダイオードの駆動電流の情報を記憶することを特徴とする請求項２に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記コントロール・ユニットとしてコントロールＩＣを使用することを特徴とする請求項２に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。
前記白色光発光ダイオード組合せ装置が照明灯とＬＣＤバック・ライト・プレートなどに利用されることを特徴とする請求項１に記載の白色光発光ダイオード組合せ装置。