JP4588571B2 - 照明装置及びこれを備える表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、非自発光型の表示素子を照明する照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる液晶表示装置、特にその中でも素子を照明するフロントライトやバックライトとして用いられる照明装置に関する。
近年の携帯電話やモバイルコンピュータなどに用いられる表示装置には、高精彩カラー画像が少ない消費電力で得られる液晶表示装置が多く用いられている。液晶表示装置に用いられる液晶素子は非自発光型であるため、高輝度の白色ＬＥＤを光源とする照明装置を用いて液晶素子を照明している。
特に携帯電話においては、開口が大きく明るい反射型液晶表示装置や、表裏両面から画像情報を表示することが可能な両面可視型液晶表示装置が用いられている。これらの表示素子の照明に用いられている白色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系等の青色ＬＥＤの発光面の直前に緑色蛍光体または黄色蛍光体を分散した樹脂が設けられた構成である。この構成によれば、緑色光または黄色光と元の青色光とを混色させて白色光を得ることができる。青色光を黄色光に変換する蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）に希土類元素をドープしたＹＡＧ蛍光体が良く知られている。また、青色光を緑色光や赤色光に比較的高効率に変換する蛍光体としては希土類元素をドープしたカルコゲナイド系蛍光体が良く知られている。また、回路を形成した任意の形状および面積のプリント基板上に青色光の波長以下の波長の光を発光する複数の発光素子を配置し、各発光素子を波長変換材料が含有された透光性樹脂で被覆したＬＥＤ表示用デバイスが開示されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１２１８０２号公報（第２、３頁、第１図）
しかしながら、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体の二色の加法混色（擬似白色ＬＥＤ）では、６００ｎｍ以上の波長領域の光成分は少ない。そのため、高い色再現性を有するＬＣＤモジュール実現の妨げとなっている。一般的に、現在のカラーフィルター技術では、擬似白色ＬＥＤを光源とする場合、ＮＴＳＣ比率１００％を超えることは非常に困難とされている。また、青色励起で緑色光と赤色光のそれぞれに変換する二種類の蛍光体と、青色ＬＥＤによる三色の加法混色（三波長白色ＬＥＤ）を用いれば、高い色再現性を有するＬＣＤモジュールの実現が可能となる。しかしながら、青色励起で赤色発光する蛍光体に、非常に高い効率の物が見つかっていないのが現実である。したがって、該手法による輝度効率は、擬似白色ＬＥＤの効率と比較すると非常に低く、おおよそ半分程度の輝度効率しかない。更に上述のような手法により作成する白色ＬＥＤの色度バラツキは非常に大きく、ＬＥＤパッケージに組みあがった後は色バランスの調整は不可能であり,同じ仕様のディスプレーであっても、色度差が発生している。本発明は、６００ｎｍ以上の波長領域を十分に含み、擬似白色ＬＥＤと同等以上の輝度効率を有し、製造後も色度バランスの調整を可能とすることを表示装置の光源の提供を目的とする。
青色励起で赤色発光の蛍光体は輝度効率が低いが、青色励起で緑色光に変換する蛍光体に関しては、II族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなるもので、ＹＡＧ蛍光体以上の輝度効率を有するものが存在する。赤色に発光する光源としては、ＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ系，ＡｌＧａｌｎＰ系等の赤色のＬＥＤが存在する。電気配線が形成された回路基板上の電極にワイヤーボンディングで実装された青色ＬＥＤを、この青色ＬＥＤからの出射光を緑色に変換する前述の光高率な蛍光体粒子が混合された透光性の非通水性透明樹脂で完全に被覆し、ＬＥＤからの出射光と蛍光体粒子により変換された光とを加法混色して青緑光を得る光源を構成した。更に回路基板上にＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ系，ＡｌＧａｌｎＰ系等の赤色ＬＥＤを実装し点灯することで、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の光の三原色全てを出光することが可能となる。更に、赤色ＬＥＤと青緑ＬＥＤの発光強度を制御できるような回路構成とした。
上述の構成の光源からの光は、導光体を通じて三波長用にチューニングしたカラーフィルターを有するＬＣＤに入光するような構成とした。
以上説明した構成とすることによって、本発明の液晶表示装置は高輝度で、高い色再現領域を有することで、表示画像の演色性を向上し、電流値調整によりホワイトバランスの調整を可能とする効果を有する。
本発明の照明装置は、青色ＬＥＤ素子に蛍光体粒子を分散した樹脂をポッティングした青緑色発光ダイオードパッケージと、赤色ＬＥＤ素子を含んだ赤色発光ダイオードパッケージとが個別に配置されている回路基板と、回路基板と対向して隣接配置された導光体を備えている。このような構成により、青緑光と赤色光が導光体中で混色させることとなり白色光が得られる。
また、樹脂を非通水性材料とすることで、パッケージの信頼性が向上する。
本実施例の照明装置の概要を図１に模式的に示す。図示するように、回路基板４上の端子部に半田により青緑色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２が実装されている。赤色ＬＥＤ２には、ＧａＰ系，ＧａＡｌＡｓ系，ＡｌＧａｌｎＰ系の中から最適な波長、高度を有するものを選択できる。青緑色ＬＥＤからは、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍ、及び、５２０ｎｍ〜５５０ｎｍの２つの波長をピークとするスペクトルを有する光が出光する。赤色ＬＥＤ２から出光する光は、６００ｎｍ以上の波長をピークとしている。青緑色ＬＥＤ１から出光する光と赤色ＬＥＤ２から出光する光は、導光体３と反射板５の間で反射と屈折を繰り返すことで混色し、白色光となる。赤色ＬＥＤ２や青緑色ＬＥＤ１の発光強度は電流値による制御が可能であり、バックライトとして組みあがった後でも、ホワイトバランスの調整ができる。ここで、回路基板４にはフレキシブルプリント基板やガラスエポキシ基板が、導光体３の材料にはポリカーボネートやアクリル等が、反射板５には銀やアルミニウムが用いることができる。
図２は青緑ＬＥＤ１の構成を模式的に示す断面図である。導電性台座１１は導電性ペーストや半田などを用いて電気配線に電気的に接合されており、またＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０が導電性ペーストによって導電性台座１１に電気的に接合されている。この導電性台座１１は青色ＬＥＤ素子１０と電気配線との電気的接合性を向上させたり、熱伝導性を向上させたり、回路基板４からの高さを調節したりするために用いられているものである。これらの条件が満足されている環境では必ずしも必要ではない。青色ＬＥＤ素子１０には図示されていない電流注入用の二つの電極が形成されており、一方の電極がワイヤー６で第一の電気配線と電気的に接合されており、他方の電極は導電性台座１１を介して第二の電気配線と電気的に接合されている。導電性台座１１を用いない場合には、両電極ともにワイヤー６でそれぞれの電気配線に電気的に接合されている。このワイヤー６は、通常のワイヤーボンディングで用いられる金ワイヤーなどを用いることができる。いずれにしろ、それぞれの電気配線は、基板に接続するために設けられた電極９に電気的に接続している。
青色ＬＥＤ素子１０と導電性台座１１の全てとワイヤー６の一部または全部は透光性の非通水性材料７で被覆されており、その非通水性材料７の中には蛍光体粒子８が所定の濃度で混合されている。非通水性材料７としては、シリコン樹脂やシクロオレフィン系樹脂またはフッ素系樹脂などの高分子材料を用いることができる。これらの樹脂から、いずれかを選択してもよいし、もしくは、複数の樹脂によるハイブリッドをもちいても良い。これら非通水性材料は、必ずしも透明である必要はなく、透光性であれば良く、エポキシ系の材料も広く使われている。蛍光体粒子８としては、希土類元素を含有したＹＡＧ蛍光体微粒子やカルコゲナイド化合物蛍光体微粒子を用いることができる。特に、II族金属チオガレートと希土類ドーパントとからなる蛍光材料の光変換効率が高く、本実施例においてはＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕの使用を前提としている。また、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：ＣｅやＳｒ−ＳＩＯＮ：Ｅｕも蛍光体粒子８として利用することができる。
蛍光体粒子８を所定の割合で非通水性材料７に混合して図２に示すＬＥＤ１を被覆することによって、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０からの青色光が波長変換されて生じた緑色光と青色光とが加法混色されて目的の色度を持った発光色を得ることが可能となる。この発光色による色再現範囲は、蛍光体粒子８の混合濃度や、各々の蛍光体粒子の平均粒径、および照射する青色光の強度を調節することによって任意に制御することが可能となる。
本発明による照明装置の全体構成を図５に模式的に示す。青緑色ＬＥＤ１と赤色ＬＥＤ２を同時点灯し、導光体３に入光させる。入光した光は、最適な角度と高さに設計されたプリズム１４により断面図上部に均一に発光する。光入光部分に更にプリズムがあると導光体内部での赤色と青緑色の混色性が高まる。導光体や光源はフレーム１３内に収納されている。
図３にニ波長型擬似白色ＬＥＤを用いた従来の照明装置の発光スペクトルを示す。６００ｎｍ以上が赤色成分の波長領域であるが、青色と黄色と比較して著しく赤色成分が少ない。一方、上述した構成の照明装置の発光スペクトルを図４に示す。６００ｎｍ以上の赤色発光領域１２が図３と比較して非常に高いことがわかる。
図６は、本発明による液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。図４の光源スペクトルにあわせて色のチューニングを施したカラーフィルターを有するＬＣＤパネル１５を照明装置の発光面上に配置することで、非常に高輝度で色再現性の高い液晶表示装置の構成となる。更に赤色ＬＥＤ２と青緑ＬＥＤ１の発光強度を制御できるような輝度調整回路を搭載しており、ＬＣＤモジュール完成後に輝度と色度レベルを測定し、赤色ＬＥＤ２と青緑ＬＥＤ１の発光強度を調整することで任意の白色バランスのＬＣＤモジュールの提供が可能となる。
図７は、本発明の表示装置に使用する照明装置の回路構成を模式的に示すブロック図である。定電流電源１６から電流を供給して青緑ＬＥＤ１８を点灯する。電源２３は例えばリチウム等のバッテリーであり、オペアンプ１９で赤色ＬＥＤ２２点灯用の定電流が作られる。オペアンプ１９の代わりにＬＥＤドライバを使用してもかまわない。発光ダイオードやＬＣＤパネルは、個々の輝度バラツキを持っており、青緑色ＬＥＤ１８と赤色ＬＥＤ２２の電流値の比率を一定に設定してしまうと、個々の製品によって白色の色が大きくずれる。そのため、ＬＣＤモジュール組み立て後に半固定抵抗２０によって製品ごとに色の調整を実施する。
また、青緑色ＬＥＤ１８と赤色ＬＥＤ２２は異なる温度特性を有している。そこで、サーミスタ（感温抵抗器）２１によって、温度による色ずれを補正する。具体的には、サーミスタ２１の抵抗値が温度によって変化する特性を利用し、最適により近い電流を赤色ＬＥＤ２２に流すようにサーミスタ２１を選定する。
また、青緑ＬＥＤ１８に流れる電流値の検出を電流検出抵抗器１７で常時行う。電流検出抵抗器１７で検出した電流値にあわせて、赤色ＬＥＤ２２に流れる電流値も制御する。以上のような構成とすることで、表示装置を搭載するアプリケーションのＣＰＵからのロジックの輝度調整信号をアナログ信号に変換する必要がなくなり、シンプルな回路構成を実現できる。
１、１８ 青緑色ＬＥＤ
２、２２ 赤色ＬＥＤ
３ 導光体
４ 回路基板
５ 反射板
６ ワイヤー
７ 非通水性材料
８ 蛍光体粒子
９ 電極
１０ 青色ＬＥＤ素子
１１ 導電性台座
２、２２ 赤色ＬＥＤ
３ 導光体
４ 回路基板
５ 反射板
６ ワイヤー
７ 非通水性材料
８ 蛍光体粒子
９ 電極
１０ 青色ＬＥＤ素子
１１ 導電性台座
Claims (3)
- 青色ＬＥＤ素子に緑色発光蛍光体粒子を分散した樹脂をポッティングした青緑色発光ダイオードパッケージと、
赤色ＬＥＤ素子を含んだ赤色発光ダイオードパッケージと前記青緑色発光ダイオードパッケージが個別に配置されている回路基板と、
前記赤色ＬＥＤ素子の駆動回路と前記青色ＬＥＤ素子の駆動回路とを個別に設置し、前記赤色ＬＥＤ素子と前記青色ＬＥＤ素子の発光強度を制御する回路と、
前記赤色ＬＥＤ素子の駆動回路のみに取り付けられた感温抵抗器と、
前記回路基板と対向して隣接配置された導光体を備え、
青緑色光と赤色光を前記導光体中で混色させることにより白色光を得るとともに、
前記白色光は前記回路によって色度バランスが調整されることを特徴とする照明装置。 - 前記青色素子の駆動回路は電流検出抵抗器を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 青色ＬＥＤ素子に緑色発光蛍光体粒子を分散した樹脂をポッティングした青緑色発光ダイオードパッケージと、
赤色ＬＥＤ素子を含んだ赤色発光ダイオードパッケージと前記青緑色発光ダイオードパッケージが個別に配置されている回路基板と、
前記赤色ＬＥＤ素子の駆動回路と前記青色素子の駆動回路とを個別に設置し、前記赤色ＬＥＤ素子と前記青色ＬＥＤ素子の発光強度を制御する回路と、
前記赤色ＬＥＤ素子の駆動回路のみに取り付けられた感温抵抗器と、
前記回路基板と対向して隣接配置された導光体と、
前記導光体の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、を備え、
青緑色光と赤色光を前記導光体中で混色させることにより白色光を得るとともに、
前記白色光は前記回路によって色度バランスが調整されることを特徴とする表示装置。
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