JP2007036041A - 発光装置及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1光源3と、この第1光源3に比して長波長側に主たる発光波長帯を有する第2光源4と、蛍光体8とを有し、蛍光体8の励起波長帯が、少なくとも中心波長について、第2光源4の主たる発光波長帯よりも、第1光源3の主たる発光波長帯に近い帯域に選定され、蛍光体8が、第2光源4から少なくとも光学的に分離された構成とする。
【選択図】 図1
Description
近年、青色域波長帯の光のみを効率的に発光させることが可能な、窒化ガリウムをベースとするタイプのLEDが開発され、広く用いられている。
この従来の発光装置101においては、反射によって発光の指向性を向上させるリフレクタカップフレームなどの筐体102の内部に、活性化によって青色の一次光を放射するInGaNを含む光源103が、リード線により外部電源に接続された状態で載置されている。この光源103は、例えば透明エポキシ樹脂による充填材104によって被覆される。また、充填材104の中には多数の黄色発光蛍光体105が埋め込まれ、更に、必要に応じて充填材104及び筐体102の上面に、発光の発散角調整のためのレンズ106が設けられる。
しかしながら、この白色LEDにおいては、青色LEDと黄色蛍光体の組合せを利用しているために、純粋な緑色や赤色などの呈色がカラーフィルターに完全に依存してしまい、色純度の点で充分な特性を有しているとは言い難い。
この発光装置201においては、例えば、緑色域の発光波長帯を有する蛍光体206と、この励起光源ともなる青色LEDによる第1光源203のみならず、赤色LEDによる第2光源204が設けられた構成により、白色LED構成における輝度や色純度の改善が図られている。
本発明に係る発光装置の実施の形態を説明する。
本実施形態に係る発光装置1は、図1に示すように、筐体2内に、第1光源3と、この第1光源に比して長波長側に主たる発光波長帯を有する第2光源4とが、それぞれリード線により外部電源に接続された状態で載置され、これらの第1光源3と第2光源4とをそれぞれ覆うように、第1及び第2の充填材5及び6が、隔壁7で分離区画された状態で充填された構成を有する。これらの充填材のうち、第1の充填材5中にのみ多数の蛍光体8が分散して埋め込まれ、この蛍光体8が第2光源4と少なくとも光学的に分離された状態とされている。蛍光体8が配置されていることを除いては、第1及び第2の充填材5及び6は共通の組成を有する。
また、視感度の影響が大きい波長帯域である緑色のLEDは、青色LEDを構成する結晶にInなどの不純物を多量に混ぜて発光層が形成されるために、結晶性の不安定化や発光波長及び輝度の再現性の低下が指摘されているが、本実施形態に係る発光装置構成によれば、緑色蛍光体を用いるため、緑色領域の発光特性バラツキの低減が図られたバックライトが構成される。
なお、この隔壁7の高さ(図中y)は、第1及び第2の充填材6及び7の厚さに比して大とすることが好ましい。この場合、蛍光体8がより確実に第1光源3側にのみ分散配置され、蛍光体8による第2光源4からの光の吸収を回避することが可能となる。
本発明に係る光学装置の実施の形態を説明する。説明上、発光装置の実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
第1及び第2のプリズムシート13及び14は、図示しない液晶素子に向けて反射シート16から導入される光の広がりを(例えば光軸に垂直かつ)互いに直交する方向について抑制するものであり、これにより、液晶素子に導入される光が、縦方向と横方向の両方向について充分に集光された光となる。
(Sr1-x-yCaxBay)Ga2S4:Eu蛍光体を30wt%以上混合すると青色LEDの青色発光スペクトルが消滅し、緑色発光スペクトルのみが観測されることから、前述の分散濃度を選定したものである。
図3に示すように、(Sr1-x-yCaxBay)Ga2S4:Eu蛍光体では、0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1の範囲で組成を変化させることにより、中心波長(メイン波長)を501nm〜558nmの間で選定することができる(実線a〜鎖線e)。いずれの組成においても、約1.0の輝度を得ることができた。
なお、図示しないが、本実施形態に係る発光装置において、Euの濃度について検討したところ、発光効率の点で好ましいEuの濃度は、3〜7wt%であった。
また、本実施形態に係る光学装置における白色色度を測定したところ(0.305,0.310)であったが、輝度については従来の光学装置構成における場合に比して1.22倍であることが確認でき、発光効率において22%の向上を確認することができた。
測定の結果、波長600〜670nmの光の透過率が71%であることが確認できた。すなわち、緑色蛍光体を使用すると赤色領域においても粒子自体完全白色物質ではないために、吸収があるものと考えられる。
したがって、本発明に係る光学装置によれば、緑色蛍光体として他の物質を用いた場合にも、或いは今後新たに知られる緑色発光体を用いる場合にも、透過特性が前述のような特性を有する限り免れることの困難な輝度の低下を回避ないし低減することができる。
図5に示すように、白色発光させた場合、スペクトルが青、緑、赤に分裂していることから、青、緑、赤のカラーフィルターへの他色混色が少ないと考えられる。
比較例として、従来の光学装置(白色LED)における発光スペクトルの測定結果を図6に示す。同図より明らかなように、広い波長領域においてスペクトルが存在しており、スペクトルが緑、赤に分裂していないことから、青、緑、赤のカラーフィルターに他色が混色してしまっていると考えられる。
この結果より、本発明に係る光学装置によれば、混色の低減も図られることが確認できた。
白色における色ムラの評価は、1点(青緑と赤色がはっきり認識できる)、2点(青緑と赤色がよくみると認識できる)、3点(青緑と赤色が認識しづらいが、気になる)、4点(全く気にならない)の4段階の指標で行った。なお、同じ構成によるサンプルを、それぞれ3つずつ作製した。歩留まりの観点からは、各構成による3つのサンプルすべてにおいて4点となることが好ましい。
なお、このテストはLEDの間隔と白色ムラの関係を調べるためのものであるため、LEDの間隔が6mmまでは、赤色LEDと青緑LEDを別々に作製して配置して白色ムラを評価したが、間隔が6mmより小さいものについては、図1に示した、本実施形態に係る一体型の装置構成とし、青色、赤色、各々のLEDチップの間隔を変えて白色ムラを評価した。これは、LEDの配置において、別々に作製して配置する場合には間隔を極端に短くとることが困難であり、光学装置の一例である携帯電話のディスプレイのバックライトが一辺数cmであるのに対して各LED及び電極の大きさが数mmに渡ることからも、実装上の構成に対応した評価が好ましいためである。
赤色LEDと青緑LEDを6mmおきに交互に配置して白色ムラを評価したところ、3つのサンプルとも2点で、全く色混合が不足であることが確認できた。
赤色LEDと青緑LEDを5mmおきに交互に配置して白色ムラを評価したところ、2つのサンプルが3点で、1つのサンプルが4点であった。
赤色LEDと青緑LEDを4mmおきに交互に配置して白色ムラを評価したところ、3つのサンプルとも4点で、白色の均一性を満足するものであった。
なお、本検討における2.2インチのバックライトは、色混合する距離が最も短いため色混合については最も厳しい評価基準となるために用いたものであり、より大きなサイズの装置における場合には、色混合の距離も長いため、第1光源と第2光源との距離をより大とすることができる。また、本検討においてはエッジタイプの光学装置について検討を行ったが、直下型(液晶パネルの下側に直接LEDを配置する)の装置構成による場合には、発光装置(バックライト)の厚み変更や光拡散板やシートによって色混合が可能となることから、やはり第1光源と第2光源との距離をより大とすることができ、光学装置として問題なく使用することができる。
Claims (10)
- 第1光源と、該第1光源に比して長波長側に主たる発光波長帯を有する第2光源と、蛍光体とを有し、
前記蛍光体の励起波長帯が、少なくとも中心波長について、前記第2光源の主たる発光波長帯よりも、前記第1光源の主たる発光波長帯に近い帯域に選定され、
前記蛍光体が、前記第2光源から少なくとも光学的に分離されている
ことを特徴とする発光装置。 - 前記蛍光体が、前記第1光源を被覆する充填材中に、多数分散されている
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1光源と前記第2光源が、共通の組成による充填材によって被覆され、
前記第1光源側の充填材中にのみ、前記蛍光体が配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1光源と前記第2光源の間に、少なくとも前記第2光源の主たる発光波長帯において、反射率が透過率に比して大となる材料による隔壁が設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1光源と前記第2光源の間に、少なくとも前記第2光源の主たる発光波長帯において、反射率が透過率に比して大となる材料による隔壁が設けられ、
前記隔壁の高さが、前記第1光源と前記第2光源を被覆する充填材の厚さに比して大とされる
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記蛍光体の主たる発光波長帯が、前記第2光源の主たる発光波長帯に比して短波長側に選定される
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1光源が青色光光源とされ、前記第2光源が赤色光光源とされ、前記蛍光体が緑色光光源とされる
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 前記第1光源と前記第2光源との距離が、5mm以下とされた構成を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 発光装置からの光を外部に出力する構成を有する光学装置であって、
前記発光装置が、
第1光源と、該第1光源に比して長波長側に主たる発光波長帯を有する第2光源と、蛍光体とを有し、
前記蛍光体の励起波長帯が、少なくとも中心波長について、前記第2光源の主たる発光波長帯よりも、前記第1光源の主たる発光波長帯に近い帯域に選定され、
前記蛍光体が、前記第2光源から少なくとも光学的に分離される
ことを特徴とする光学装置。 - 前記発光装置による、背面照射型の画素表示部を有する
ことを特徴とする請求項9に記載の光学装置。
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