JP2008187195A - 白色発光装置及びこれを用いた白色光源モジュール - Google Patents

白色発光装置及びこれを用いた白色光源モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】白色発光装置及びこれを用いた白色光源モジュールに関する。
【解決手段】白色光源モジュールは、回路基板と、回路基板上に配置された青色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、青色ＬＥＤチップにより励起される赤色蛍光体および緑色蛍光体と、を含み、赤色蛍光体が発する赤色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、緑色蛍光体が発する緑色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にある。
【選択図】図２

Description

本発明は白色発光装置及びこれを用いた白色光源モジュールに関するもので、特に、ＬＣＤディスプレイのバックライトユニットに有用に使用でき、高い色再現性を具現できる白色ＬＥＤ装置及びこれを用いた白色光源モジュールに関する。
最近、ノート型コンピュータ、モニター、携帯電話、ＴＶなどＬＣＤディスプレイに使用されるバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ：以下ＢＬＵとする）の光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）が注目されている。ＢＬＵ用の白色光源としては、従来から冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）が使用されてきたが、最近は色の表現、環境、性能向上及び消費電力などの側面で有利な'ＬＥＤを使用した白色光源モジュール'が脚光を浴びている。
既存のＢＬＵ用白色光源モジュールは、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを回路基板上に配列することによって具現される。このような一つの例が図１に図示されている。図１を参照すると、ＢＬＵ用白色光源モジュール１０はＰＣＢなどの回路基板１１上に配列された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）ＬＥＤ１２、１４、１６を含む。それぞれのＲ、Ｇ、Ｂ ＬＥＤ１２、１４、１６は各波長のＬＥＤチップを具備したパッケージまたはランプの形態で、基板１１上に実装できる。このようなＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤパッケージまたはランプは、基板上に繰り返して配列されることにより全体的に白色の面光源または線光源を形成することができる。このようにＲ、Ｇ、Ｂの三原色ＬＥＤを使用する白色光源モジュール１０は、色再現性が比較的優秀で、青色、緑色及び赤色ＬＥＤの光量調節により全体的な出力光制御が可能であるというメリットを有する。
しかし、前記の白色光源モジュール１０によると、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１２、１３、１４が相互離れているため、色均一性（ｃｏｌｏｒ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）に問題が発生する可能性がある。また、単位区域の白色光を得るため、少なくともＲ、Ｇ、Ｂ三つのＬＥＤチップ―この三つのＬＥＤチップが一つの（一区域の）白色発光装置を形成する―が必要であるため、個別カラーのＬＥＤを駆動し、制御するために回路構成が複雑になり（これによって回路費用も高くなる）パッケージの製作費用も高くなり、必要なＬＥＤの数も多い。
白色光源モジュールの他の具現方式としては、'青色ＬＥＤと黄色蛍光体を有する白色発光装置'を使用する方案が提案された。このような'青色ＬＥＤと黄色蛍光体の組み合わせ'を利用した白色光源モジュールは回路構成が簡単で、価格も安いというメリットを有する。しかし、長波長での相対的に低い光強度によって色再現性が良好でない。高品質低費用のＬＣＤディスプレイを製造するためには、より向上した色再現性を表すことができる白色ＬＥＤ装置及びこれを利用した白色光源モジュールが必要である。
これによって、ＬＥＤと蛍光体を使用した白色発光装置及び白色光源モジュールにおいて、最大限の色再現性を得ることができ、安定的な色均一性を確保することができる方案が要求される。
本発明は前記の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は高い色再現性と優れた色均一性を表すことができる白色発光装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高い色再現性と優れた色均一性を表し、その製作費用を節減した白色光源モジュールを提供することにある。
前述の技術的課題を達成すべく、本発明の白色発光装置は、
主波長（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）が４４３〜４５５ｎｍの青色ＬＥＤチップと、前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起されて赤色光を発する赤色蛍光体と、前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起されて緑色光を発する緑色蛍光体と、を含み、
前記赤色蛍光体が発する赤色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、
前記緑色蛍光体が発する緑色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にある。
好ましい実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップは１０〜３０ｎｍの半値幅（ＦＷＨＭ）を有し、前記緑色蛍光体は３０〜１００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は５０〜２００ｎｍの半値幅を有する。本発明の実施形態によると、前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ及び（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕのうち、少なくとも一つを含むことができる。前記緑色蛍光体はＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちから選ばれた少なくとも一つ）、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ及びβ―ＳｉＡｌＯＮのうち少なくとも一つを含むことができる。
本発明の実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体は前記樹脂包装部内に分散することができる。
本発明の他の実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、前記緑色及び赤色蛍光体のうち一つを含む第１蛍光体膜が前記青色ＬＥＤチップと樹脂包装部の間で前記青色ＬＥＤチップの表面に沿って形成されており、前記緑色及び赤色蛍光体のうち他の一つを含む第２蛍光体膜が前記樹脂包装部上に形成されている。
本発明の白色光源モジュールは、回路基板と、前記回路基板上に配置され、主波長が４４３〜４５５ｎｍの青色ＬＥＤチップと、前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起されて赤色光を発する赤色蛍光体と、前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起されて緑色光を発する緑色蛍光体と、を含み、
前記赤色蛍光体が発する赤色光の色座標はＣＩＥ１９３１の色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、
前記緑色蛍光体が発する緑色光の色座標はＣＩＥ１９３１の色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にある。
好ましい実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップは１０〜３０ｎｍの半値幅を有し、前記緑色蛍光体は３０〜１００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は５０〜２００ｎｍの半値幅を有する。本発明の実施形態によると、前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ及び（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕのうち少なくとも一つを含むことができる。前記緑色蛍光体はＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちから選ばれた少なくとも一つ）、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ及びβ―ＳｉＡｌＯＮのうち少なくとも一つを含むことができる。
本発明の実施形態によると、前記白色光源モジュールは前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、前記青色ＬＥＤチップは前記回路基板上に直接実装することができる。
本発明の他の実施形態によると、前記白色ＬＥＤ光源モジュールは前記回路基板上に搭載され、反射コップを有するパッケージ本体をさらに含むが、前記青色ＬＥＤチップは前記パッケージ本体の反射コップ内に実装することができる。この場合、前記白色光源モジュールは、前記パッケージ本体の反射コップに形成され、前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むことができる。
本発明の実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップを包装する樹脂包装部をさらに含むが、前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体は前記樹脂包装部内に分散することができる。
本発明の他の実施形態によると、前記青色ＬＥＤチップを包装する樹脂包装部をさらに含むが、前記緑色及び赤色蛍光体のうち一つを含む第１蛍光体膜が前記青色ＬＥＤチップと樹脂包装部の間で前記青色ＬＥＤチップの表面に沿って形成されており、前記緑色及び赤色蛍光体のうち他の一つを含む第２蛍光体膜が前記樹脂包装部上に形成されている。
本発明によると、特定範囲の主波長を有する青色ＬＥＤチップと、特定区域内の色座標を有する赤色蛍光体及び緑色蛍光体を使用することによって、既存の青色ＬＥＤチップ、赤色及び緑色蛍光体の組み合わせで達成できなかった高い色再現性を達成することができる。また、優れた色均一性が確保でき、ＢＬＵ用光源モジュールの具現の際、必要なＬＥＤの数、パッケージ費用、回路構成費用などが節減される。これによって、高品質低費用の白色光源モジュールとこれを利用したバックライトユニットを容易に実現できるようになる。
以下添付の図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な異なる形態に変形でき、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために、提供されるものである。従って、図面での要素の形状及び大きさなどは、より明確に説明をするために、誇張されることもあり、図面上に同一符号で表示される要素は同一要素である。
図２は本発明の一実施形態による白色発光装置及びこれを含む白色光源モジュールを概略的に示した断面図である。図２を参照すると、白色光源モジュール５１０はＰＣＢなどの回路基板１０１と、その上に配置された一つ以上の白色発光装置１００を含む。この白色発光装置１００は青色（Ｂ）ＬＥＤチップ１０３、緑色（Ｇ）蛍光体１０５及び赤色（Ｒ）蛍光体１０７を含む。緑色蛍光体１０５及び赤色蛍光体１０７は、青色ＬＥＤチップ１０３により励起され、それぞれ緑色光及び赤色光を発し、この緑色光及び赤色光は青色ＬＥＤチップ１０３から放出された一部の青色光と混色され、白色光を出力する。
特に本実施形態では、青色ＬＥＤチップ１０３は回路基板１０１上に直接実装されており、蛍光体１０５、１０７はＬＥＤチップ１０３を封止する樹脂包装部１３０内に（好ましくは、均一に）分散混入されている。樹脂包装部１３０は、例えば一種のレンズの役割をする半球形状に形成されることができ、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはハイブリッド樹脂などからなることができる。このようにチップオンボード（Ｃｈｉｐ−Ｏｎ―Ｂｏａｒｄ）方式で、ＬＥＤチップ１０３を回路基板上に直接実装することによって、各白色発光装置１００からより大きい指向角を容易に得ることができる。
回路基板１０１上には電極パターンまたは回路パターン（未図示）が形成されており、この回路パターンは、例えばワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングなどによりＬＥＤチップ１０３の電極と連結される。このような白色光源モジュール５１０は複数の白色発光装置１００を具備することによって所望の面積の面光源または線光源を形成し、ＬＣＤディスプレイ装置のバックライトユニット用光源として有用に使用できる。
本発明者らは、前記青色ＬＥＤチップ１０３の主波長（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）と、赤色及び緑色蛍光体１０５、１０７の色座標（ＣＩＥ１９３１色座標系基準）を特定範囲または領域に限定することで、緑色及び赤色蛍光体と青色ＬＥＤチップの組み合わせから最大限の色再現性を具現するようになった。
具体的に、青色ＬＥＤチップ―緑色蛍光体―赤色蛍光体の組み合わせから最大の色再現性を得るために、前記青色ＬＥＤチップ１０３の主波長は４４３〜４５５ｎｍで、前記赤色蛍光体１０７が青色ＬＥＤチップ１０３により励起されて発する赤色光の色座標は、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９３１（ｘ、ｙ）色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、前記緑色蛍光体が青色ＬＥＤチップ１０３により励起されて発する緑色光の色座標は、ＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にある。
参考に、前述の赤色及び緑色蛍光体の色座標の領域を図６に図示した。図６を参照すると、ＣＩＥ１９３１色度図上に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）からなる四角形の領域ｒと、四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）からなる四角形領域ｇが表示されている。前記のように赤色蛍光体と緑色蛍光体はその色座標がこの四角形域ｒ、ｇ内にそれぞれ位置するように選択される。
ここで、主波長（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）は、装備により測定された（青色ＬＥＤチップの）出力光スペクトラムグラフと視感度曲線を積分して示した曲線から得た主な波長値で、人の視感度を考慮した波長値である。このような主波長は、ＣＩＥ１９７６色座標系の中心値（０．３３３、０．３３３）と装備により測定した色座標値を繋ぐ直線がＣＩＥ１９７６色度図（ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｄｉａｇｒａｍ）の外郭線と接する点の波長値に該当する。注意すべきことは、ピーク波長（ｐｅａｋ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）は主波長とは区別される概念で、ピーク波長はエネルギー強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が最も高い波長であり、視感とは関係なく、装備により測定された出力光スペクトラムグラフで最も高い強度を示す波長値のことである。
青色ＬＥＤチップ１０３の主波長を４４３〜４５５ｎｍに限定して、赤色蛍光体１０７の色座標（ＣＩＥ１９３１色座標系基準）を（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）からなる四角区域に限定し、緑色蛍光体１０５の色座標を（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）からなる四角区域に限定することによって、前記白色光源モジュール５１０をバックライトユニットに使用したＬＣＤディスプレイ装置は、ＣＩＥ１９７６色度図（ＣＩＥ１９７６ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ）上でｓ−ＲＧＢ領域をほぼ全て含む非常に広い色座標領域の高い色再現性を表すことができる（図７参照）。この程度の高い色再現性は、従来の'青色ＬＥＤチップ―赤色及び緑色蛍光体'の組み合わせでは達成できないものであった。
前記主波長範囲と色座標区域から外れる青色ＬＥＤチップと赤色及び緑色蛍光体を使用する場合、色再現性やＬＣＤディスプレイの色品質が落ちる。従来には、白色光を得るために赤色蛍光体及び緑色蛍光体と共に使用される青色ＬＥＤチップの主波長は通常４６０ｎｍまたはそれ以上であった。しかし、本実施形態では、これより短い主波長の青色光と、前記四角区域内の色座標を有する赤色及び緑色蛍光体を使用することにより従来達成できなかった高い色再現性を得るようになった。
青色ＬＥＤチップ１０３としては通常使用される三族窒化物系半導体ＬＥＤ素子を使用することができる。また、赤色蛍光体１０７としてはＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを含む窒化物系蛍光体を使用することができる。このような窒化物系赤色蛍光体は硫化物系蛍光体より熱、水分などの外部環境に対する信頼性が優れているだけではなく、変色の恐れが少ない。特に、高い色再現性を得るために主波長が特定範囲（４４３〜４５５ｎｍ）に限定された青色ＬＥＤチップに対して高い蛍光体励起効率を有する。その他、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなどの他の窒化物系蛍光体や（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕなどの硫化物素蛍光体が赤色蛍光体１０７として使用されることもできる。緑色蛍光体１０５としては、Ａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちから選ばれた少なくとも一つ）を含むシリケート系蛍光体（例えば、（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）を使用することができる。このようなシリケート蛍光体は前記主波長範囲（４４３〜４５５ｎｍ）の青色ＬＥＤチップに対して高い励起効率を有する。その他にも、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕまたはβ―ＳｉＡｌＯＮ（Ｂｅｔａ―ＳｉＡｌＯＮ）を緑色蛍光体１０５として使用することができる。
好ましくは、青色ＬＥＤチップ１０３の半値幅（ＦＷＨＭ）は１０〜３０ｎｍで、緑色蛍光体１０５の半値幅は３０〜１００ｎｍで、赤色蛍光体の半値幅は５０〜２００ｎｍ程度である。各光源１０３、１０５、１０７が前記した範囲の半値幅を有することで、より良い色均一性及び色品質の白色光を得るようになる。特に、青色ＬＥＤチップ１０３の主波長と半値幅をそれぞれ４４３〜４５５ｎｍ及び１０〜３０ｎｍに限定することで、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕまたは（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ赤色蛍光体の効率とＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａのうちから選ばれた少なくとも一つ）、 ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕまたはβ―ＳｉＡｌＯＮ緑色蛍光体の効率を大きく向上させることができる。
本実施形態によると、青色光（ＬＥＤチップ）の主波長範囲と緑色及び赤色光（蛍光体）の色座標区域の限定により、従来の'青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体'の組み合わせより向上した色再現性を表すだけではなく、従来提案された'青色ＬＥＤチップと緑色及び赤色蛍光体'の組み合わせよりさらに優れた色再現性を表し、蛍光体効率を含んだ全体の光効率もさらに改善される。
また、本実施形態によると、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤチップを使用した従来の白色光源モジュールとは異なり、必要なＬＥＤチップの数が減るだけではなく、ＬＥＤチップの種類も1種類（青色ＬＥＤチップ）のみに減少する。これにより、パッケージの製作費用が節減できる上、駆動回路も簡単になる。特に、コントラスト（ｃｏｎｔｒａｓｔ）増加や引きずり現象を防止するための追加的な回路製造時、回路構成が比較的簡単になる。また、端子一つのＬＥＤチップ１０３とこれを封止する蛍光体含有樹脂包装部１３０を通して単位区域の白色光を具現するので、赤色、緑色及び青色ＬＥＤチップを使用した場合に比べ、色均一性が優れている。
図３は本発明の他の実施形態による白色発光装置２００及びこれを含む白色光源モジュール５２０を概略的に示した断面図である。図３の実施形態でも、青色ＬＥＤチップ１０３はチップオンボード（Ｃｈｉｐ−Ｏｎ―Ｂｏａｒｄ）方式で回路基板１０１上に直接実装されており、青色ＬＥＤチップ１０３及びこれにより励起される赤色蛍光体及び緑色蛍光体が単位区域の白色発光装置２００を形成する。また、最大限の色再現性を有するように青色ＬＥＤチップ１０３、赤色蛍光体及び緑色蛍光体は、前述の主波長及び色座標範囲（即ち、４４３〜４５５ｎｍの主波長範囲、ＣＩＥ１９３１色座標系上で（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）からなる四角区域、（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）からなる四角区域）内の主波長と色座標を有する。
しかし、本実施形態では、赤色及び緑色蛍光体が樹脂包装部内に分散混入されているものではなく、蛍光体膜の形態で提供される。具体的に、図３に図示されたとおり、緑色蛍光体を含んだ緑色蛍光体膜２０５が青色ＬＥＤチップ１０３の表面に沿って薄く塗布されており、その上に半球形状の透明樹脂包装部２３０が形成されている。透明樹脂包装部２３０上には赤色蛍光体を含んだ赤色蛍光体膜２０７が樹脂包装部２３０の表面上に塗布されている。緑色蛍光体膜２０５と赤色蛍光体膜２０7は相互にその位置を変えることもできる。（即ち、赤色蛍光体膜２０７がＬＥＤチップ１０３上に塗布され、緑色蛍光体膜２０５が樹脂包装部２３０上に塗布されることもできる）。緑色蛍光体膜２０５と赤色蛍光体膜２０７は、例えば、それぞれの蛍光体粒子を含んだ樹脂膜からなることができる。蛍光体膜２０７、２０５内に含まれた各蛍光体としては前述の窒化物系、硫化物系またはシリケート系蛍光体を使用することができる。
前記の通り、緑色（または、赤色）蛍光体膜２０５または２０７、透明樹脂包装部２３０及び赤色（または緑色）蛍光体膜２０７または２０５の構成を具備することによって、出力される白色光の色均一性をより向上させることができる。樹脂包装部内に緑色及び赤色蛍光体（粉末混合物）を単純に分散させる場合、樹脂の硬化過程で蛍光体間の比重の差異により蛍光体が均一に分布できず、層分離が発生する恐れがあり、これにより単一白色発光装置内で色均一性が低くなる可能性がある。しかし、図３の実施形態のように、樹脂包装部２３０により分離された緑色蛍光体膜２０５と赤色蛍光体膜２０７を使用する場合、青色ＬＥＤチップ１０３から多様な角度に放出された青色光は、蛍光体膜２０５、２０７を通して比較的均一に吸収または透過するため、全体的により均一な白色光を得られるようになる（色均一性の追加的向上）。
また、図３のように、透明樹脂包装部２３０により相互分離された蛍光体膜２０５，２０７を使用する場合、蛍光体による光損失を低めることができる。蛍光体粉末混合物が樹脂包装部内に分散混入されている場合、既に蛍光体によって波長変換された２次光（緑色光または赤色光）が光経路上にある蛍光体粒子により散乱され、光損失が発生する恐れがある。しかし、図３の実施形態では、薄い緑色または赤色蛍光体膜２０５または２０７により変換された２次光は、透明樹脂包装部２３０を透過するか、発光装置２００の外側に放出されるため、蛍光体粒子に対する光損失が減少する。
図３の実施形態でも、前述の範囲内の青色ＬＥＤチップの主波長及び緑色、赤色蛍光体の色座標を使用することで、ＬＣＤディスプレイのＢＬＵに使用される白色光源モジュール５２０は、ｓ−ＲＧＢ領域をほぼ全て含む高い色再現性を表すことができる。また、ＬＥＤチップの数、駆動回路及びパッケージ製作費用の節減を通した単価下落の効果を得ることができ、青色、緑色及び赤色光の半値幅を前述の範囲内に限定できる。
以上で説明した実施形態では、それぞれのＬＥＤチップがＣＯＢ方式で回路基板上に直接実装されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤチップが回路基板上に搭載されたパッケージ本体内に実装することもできる。別途のパッケージ本体を使用した実施形態が図４及び図５に図示されている。
図４は本発明のさらに他の実施形態による白色発光装置３００及びこれを含む白色光源モジュール５３０を示す断面図である。図４を参照すると、回路基板１０１上に、反射コップを有するパッケージ本体３１０が搭載されている。青色（Ｂ）ＬＥＤチップ１０３は、パッケージ本体３１０の反射コップの底部に実装されており、緑色（Ｇ）蛍光体及び赤色（Ｒ）蛍光体１０５、１０７が分散混入された樹脂包装部３３０がＬＥＤチップ１０３を封止している。所望の面積の面光源または線光源を得るために複数の白色発光装置３００、即ち、複数のＬＥＤパッケージを基板１０１上に配列することができる。
図４の実施形態でも、前述の範囲の青色光（ＬＥＤチップ）の主波長と赤色光及び緑色光（蛍光体）の色座標を使用することにより、高い色再現性を表す。また、ＬＥＤチップの数、駆動回路及びパッケージ製作費用の節減を通した単価下落の効果を得ることができる。
図５は本発明のさらに他の実施形態による白色発光装置４００及びこれを含む白色光源モジュール５４０を概略的に示した断面図である。図５を参照すると、図４の実施形態と同様に、各白色発光装置４００は、反射コップを有するパッケージ本体４１０と反射コップ内に実装された青色ＬＥＤチップ１０３を含む。
しかし、本実施形態では、赤色及び緑色蛍光体が樹脂包装部内に分散混入されておらず、蛍光体膜の形態で提供される。即ち、緑色（または、赤色）蛍光体膜４０５または４０７が青色ＬＥＤチップ１０３の表面に沿って薄く塗布されており、その上に透明樹脂包装部４３０が形成されており、透明樹脂包装部４３０の表面上に赤色（または、緑色）蛍光体膜４０７または４０５が塗布されている。
図３の実施形態と同様に、図５の実施形態でも樹脂包装部４３０によって分離された緑色蛍光体膜４０５と赤色蛍光体膜４０７を使用することで、より優れた色均一性を表すことができる。また、前述の実施形態の同様に、前記の範囲内の青色ＬＥＤチップの主波長と、赤色及び緑色蛍光体の色座標を使用することで、ｓ―ＲＧＢ領域のほぼ全ての部分を含む高い色再現性を表すことができる。
図７は実施例及び比較例の白色光源モジュールをＬＣＤディスプレイのバックライトユニット（ＢＬＵ）に使用した場合得られる色座標の範囲を表すＣＩＥ１９７６色度図である。
図７を参照すると、実施例の白色光源モジュールは前述の通り、青色ＬＥＤチップ、赤色蛍光体及び赤色蛍光体の組み合わせで白色光を発する光源モジュールである（図４参照）。実施例の白色光源モジュールにおいて、青色ＬＥＤチップは４４３〜４５５ｎｍ範囲内の主波長（特に、４５１ｎｍの主波長）を有し、赤色蛍光体はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）からなる四角区域内の色座標を有する赤色光を発し、緑色蛍光体はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）からなる四角区域内の色座標を有する緑色光を発する。
実施例と比較される第１比較例の白色光源モジュールは、赤色、緑色及び青色ＬＥＤチップの組み合わせで白色光を発する光源モジュールである。また、第２比較例の白色光源モジュールは、従来から使用された冷陰極蛍光ランプにより、白色光を発する光源モジュールである。
図７の色度図には、実施例の光源モジュールをＢＬＵに使用したＬＣＤディスプレイの色座標領域と、第１及び第２比較例の光源モジュールをＢＬＵに使用したＬＣＤディスプレイの色座標領域が表示されている。図７に図示された通り、実施例によるＢＬＵを使用したＬＣＤディスプレイはｓ−ＲＧＢ領域をほぼ全て含む非常に広い色座標領域を具現する。この程度の高い色再現性は既存提案された青色ＬＥＤチップ、赤色及び緑色蛍光体の組み合わせで達成することができなかった。
第１比較例によるＢＬＵ（ＲＧＢ ＬＥＤ ＢＬＵ）を使用したＬＣＤディスプレイは、赤色、緑色及び青色光源で、全てＬＥＤチップを使用するため、広い色座標領域を具現する。しかし、図７に示した通り、ＲＧＢ ＬＥＤ ＢＬＵを使用したＬＣＤディスプレイはｓ−ＲＧＢ領域の青色部分をよく表すことができないという短所を有する。また、蛍光体なしで三原色それぞれをＬＥＤチップで具現する場合、実施例に比べて色均一性が落ちる上、必要なＬＥＤチップの数が増加して製造費用が増加し、特に、コントラスト増加やローカルディミングなどのための追加的な回路構成が複雑になり、その回路構成費用も急上昇するようになる。
図７に図示された通り、第２比較例によるＢＬＵ（ＣＣＦＬ ＢＬＵ）を使用したＬＣＤディスプレイは、比較的狭い面積の色座標領域を表し、ＬＥＤを使用した実施例及び第１比較例のＢＬＵに比べ、色再現性が落ちる。その上、ＣＣＦＬ ＢＬＵは環境に非親和的で、ローカルディミング、コントラスト調節などのＢＬＵ性能向上のための回路構成が不可能であるか、困難である。
本発明は、前述実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定され、請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者には自明である。
従来のバックライトユニット用白色光源モジュールの断面図である。 本発明の一実施形態による白色発光装置及び白色光源モジュールを示す断面図である。 本発明の他の実施形態による白色発光装置及び白色光源モジュールを示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による白色発光装置及び白色光源モジュールを示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による白色発光装置及び白色光源モジュールを示す断面図である。 本発明の実施形態による白色発光装置に使用される蛍光体の色座標の領域を示す図面である。 実施例及び比較例の白色光源モジュールをＬＣＤディスプレイのバックライトユニットに使用する場合得られる色座標の範囲を示す図面である。
符号の説明
１００、２００、３００、４００ 白色発光装置
５１０、５２０、５３０、５４０ 白色光源モジュール
１０１ 回路基板
１０３ 青色ＬＥＤチップ
１０５ 緑色蛍光体
１０７ 赤色蛍光体
１３０、２３０、３３０、４３０ 樹脂包装部
２０５、４０５ 緑色蛍光体膜
２０７、４０７ 赤色蛍光体膜
３１０、４１０ パッケージ本体

Claims (14)

  1. 回路基板と、
    前記回路基板上に配置された青色ＬＥＤチップと、
    前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起され、赤色光を発する赤色蛍光体と、
    前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起され、緑色光を発する緑色蛍光体と、を含み、
    前記赤色蛍光体が発する赤色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、
    前記緑色蛍光体が発する緑色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にあることを特徴とする白色光源モジュール。
  2. 前記青色ＬＥＤチップは１０〜３０ｎｍの半値幅を有し、前記緑色蛍光体は３０〜１００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は５０〜２００ｎｍの半値幅を有することを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  3. 前記青色ＬＥＤチップは主波長が４４３〜４５５ｎｍで、前記青色ＬＥＤチップの半値幅が１０〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  4. 前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ及び（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕのうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  5. 前記緑色蛍光体はＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちから選ばれた少なくとも一つ）、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ及びβ―ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  6. 前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、
    前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体は、前記樹脂包装部内に分散されていることを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  7. 前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、
    前記緑色及び赤色蛍光体のうち一つを含む第１蛍光体膜が前記青色ＬＥＤチップと樹脂包装部の間で前記青色ＬＥＤチップの表面に沿って形成され、
    前記緑色及び赤色蛍光体のうち異なる一つを含む第２蛍光体膜が前記樹脂包装部上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の白色光源モジュール。
  8. 半値幅が１０〜３０ｎｍである青色ＬＥＤチップと、
    前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起され、赤色光を発する赤色蛍光体と、
    前記青色ＬＥＤチップの周囲に配置され、前記青色ＬＥＤチップにより励起され、緑色光を発する緑色蛍光体と、を含み、
    前記赤色蛍光体が発する赤色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．５４４８、０．４５４４）、（０．７０７９、０．２９２０）、（０．６４２７、０．２９０５）及び（０．４７９４、０．４６３３）によって囲まれた領域内にあり、
    前記緑色蛍光体が発する緑色光の色座標はＣＩＥ１９３１色座標系を基準に四つの頂点（０．１２７０、０．８０３７）、（０．４１１７、０．５８６１）、（０．４１９７、０．５３１６）及び（０．２５５５、０．５０３０）によって囲まれた領域内にあることを特徴とする白色発光装置。
  9. 前記青色ＬＥＤチップは主波長が４４３〜４５５ｎｍで、前記緑色蛍光体は３０〜１００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は５０〜２００ｎｍの半値幅を有することを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
  10. 前記緑色蛍光体は３０〜１００ｎｍの半値幅を有し、前記赤色蛍光体は５０〜２００ｎｍの半値幅を有することを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
  11. 前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ及び（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
  12. 前記緑色蛍光体はＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａのうちから選ばれた少なくとも一つ）、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ及びβ―ＳｉＡｌＯＮのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
  13. 前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、
    前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体は前記樹脂包装部内に分散されていることを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
  14. 前記青色ＬＥＤチップを封止する樹脂包装部をさらに含むが、
    前記緑色及び赤色蛍光体のうち一つを含む第１蛍光体膜が前記青色ＬＥＤチップと樹脂包装部の間で前記青色ＬＥＤチップの表面に沿って形成され、
    前記緑色及び赤色蛍光体のうち異なる一つを含む第２蛍光体膜が前記樹脂包装部上に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
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