JP2007027421A

JP2007027421A - Ｌｅｄパッケージ及び照明装置

Info

Publication number: JP2007027421A
Application number: JP2005207602A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Tsuchiya; 竜二土屋; Masasane Takagi; 将実高木
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-02-01
Also published as: TW200717865A; KR20070009453A; CN1937222B; CN1937222A

Abstract

【課題】演色性の良い照明、色再現範囲の広いバックライトの光源として採用できるＬＥＤパッケージを提供する。
【解決手段】本発明のＬＥＤパッケージ１は、中心波長が６００〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子３と、中心波長が４３０〜４８０ｎｍで、赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積が広い青色ＬＥＤ素子２と、青色ＬＥＤ素子により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する蛍光体とをパッケージングしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージ及び照明装置に関する。

一般に白色ＬＥＤは発光効率が高いが、照明用の光源として使用する際に環境光の影響で見た目の色味が大きく変化する演色性の問題があり、バックライト用の光源として使用する際には色再現範囲が狭いといった問題点があった。

このような問題点を解決する方法として、白色ＬＥＤを使用せずに、例えば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを組み合わせたり、ＵＶ（紫外線）のＬＥＤ素子と蛍光体を組み合わせたりして対応していた。しかし、このような方式では、発光効率が低い、コストが高い、混色が困難、制御が複雑等様々な問題点があった。

また、前述の問題を解決するために、特開２００４−３２７４９２号公報（特許文献１）、特開２００４−３５６１１６号公報（特許文献２）では、例えば青色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤにより励起されて発光する蛍光体とを組み合わせたＬＥＤデバイスが提案されている。しかし実際に確認してみると、図７のグラフに示すように、ほぼ同一の出力（電流）で点灯すると、赤色発光が強くて白色発光とはならず、白色発光させるためには青色ＬＥＤの電流を増すか、赤色ＬＥＤの電流を減らすかする必要がある。ところが、青色ＬＥＤの電流を増した場合には、寿命が短くなる問題点があった。他方、赤色ＬＥＤの電流を減した場合には単体の発光量が小さくなるため、このＬＥＤデバイスをバックライト装置に光源として組込み所要量の明るさで液晶パネルを照らそうとすれば、多くの個数を必要とし、コスト及びスペース等に問題点があった。
特開２００４−３２７４９２号公報特開２００４−３５６１１６号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、照明用の光源として用いた場合には安価で演色性が良い照明装置とすることができ、またバックライト用の光源として用いた場合にはカラー液晶パネルの色再現範囲を広くできるＬＥＤパッケージを提供することを目的とし、またそのようなＬＥＤパッケージを光源とした備えた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明のＬＥＤパッケージは、中心波長が６００〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子と、中心波長が４３０〜４８０ｎｍで、前記赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積が広い青色ＬＥＤ素子と、前記青色ＬＥＤ素子により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する蛍光体とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１のＬＥＤパッケージにおいて、単位面積当たりの発光量がほぼ等しい青色ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子を備え、かつ前記青色ＬＥＤ素子として前記赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積の大きいものを備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１のＬＥＤパッケージにおいて、単位面積当たりの発光量がほぼ等しい青色ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子を備え、かつ前記青色ＬＥＤ素子の素子数を前記赤色ＬＥＤ素子の素子数よりも多くしたことを特徴とするものである。

請求項４の発明の照明装置は、請求項１〜３のＬＥＤパッケージの複数個を光源として備えたものである。

本発明のＬＥＤパッケージは、中心波長が６００〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子と、中心波長が４３０〜４８０ｎｍで、赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積が広い青色ＬＥＤ素子と、青色ＬＥＤ素子により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する蛍光体とを備えているので、青色ＬＥＤ素子に対する単位面積当たりの電流を大きくしなくても、あるいは赤色ＬＥＤ素子に対する単位面積当たりの電流を小さくしなくても、定格通りの電流を給電しながらも青色光を多く発光させることができ、この結果として、照明用の光源として用いた場合には安価で演色性が良い照明装置とすることができ、またバックライト用の光源として用いた場合にはカラー液晶パネルの色再現範囲を広くできるＬＥＤパッケージを提供することができる。

また本発明の照明装置は、上記ＬＥＤパッケージの複数個を光源として備えているので、これを照明用途とする場合には演色性が良い照明装置を得ることができ、また液晶バックライト用途とする場合には色再現範囲の広いバックライト装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態のＬＥＤパッケージの上面図である。図１において、１はＬＥＤパッケージ、２は青色ＬＥＤ素子、３は赤色ＬＥＤ素子、４は封止樹脂、５ａ、５ｂは青色ＬＥＤ素子２に対する給電部、６ａ、６ｂは赤色ＬＥＤ素子３に対する給電部を表している。

ＬＥＤパッケージ１には、青色ＬＥＤ素子２及び、赤色ＬＥＤ素子３が実装されている。青色ＬＥＤ素子２は、素子寸法が一辺９００μｍのほぼ正方形であり、赤色ＬＥＤ素子３は素子寸法が一辺３００μｍのほぼ正方形である。一般的にＬＥＤ素子の大きさは、ＬＥＤに流す電流値によって大きさが異なり、本実施の形態では、青色ＬＥＤ素子２は、定格電流値が３５０ｍＡであり、赤色ＬＥＤの定格電流値は２０ｍＡである。ＬＥＤ素子に流すことのできる電流値は、ＬＥＤ発光層のＰＮ接合部の接合温度によって決まる。放熱構造次第では、小さい素子でも大電流を流すことは可能であるが、一般的には、電流密度すなわちＬＥＤのｐｎ接合部の面積で最大電流値が決まってくる。青色ＬＥＤ素子２は、給電部５ａ、５ｂに接続されており、また、赤色ＬＥＤ素子３は、給電部６ａ、６ｂに接続されている。ＬＥＤパッケージ１は、封止樹脂４で充填されており、封止樹脂４には、青色ＬＥＤ素子２の発光により励起され、緑色及び黄色に発光する蛍光体が混合されている。

本実施の形態のＬＥＤパッケージ１では、青色ＬＥＤ素子２は中心波長４３０〜４８０ｎｍで発光し、赤色ＬＥＤ素子３は中心波長６００〜６８０ｎｍで発光する。また、蛍光体は、青色ＬＥＤ素子２の発光する光により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する。

本実施の形態のＬＥＤパッケージ１を定格電流にて点灯させた時の分光分布を図２に示す。分光分布から計算すると相関色温度は７０００Ｋ程度の白色発光であり、バックライト用光源として好適である。

本実施の形態によれば、青色ＬＥＤ素子２と、赤色ＬＥＤ素子３と、青色ＬＥＤ素子２の発光により励起される蛍光体を具備し、実装してあるＬＥＤ素子の面積比が青色ＬＥＤ素子＞赤色ＬＥＤ素子であるＬＥＤパッケージを使用することで、照明用途としては演色性が良い照明装置が作製でき、液晶バックライト用途としては色再現範囲の広いバックライト装置が作製できる。

（第２の実施の形態）図３は本発明の第２の実施の形態のＬＥＤパッケージの上面図である。尚、図１と同一の要素には同一の符号を用いて表している。

本実施の形態のＬＥＤパッケージ１は、青色ＬＥＤ素子２が２個直列接続されており、また、別系列で赤色ＬＥＤ素子３が１個接続されている。青色ＬＥＤ素子２は給電部５ａ、５ｂに接続されており、また、赤色ＬＥＤ素子３は給電部６ａ、６ｂに接続されている。両方のＬＥＤ素子２、３は封止樹脂４で共に充填封止されている。封止樹脂４には、青色ＬＥＤ素子３の発光により励起され、緑色及び黄色に発光する蛍光体が混合されている。青色ＬＥＤ素子２の数と赤色ＬＥＤ素子３の数の比は、図示では２：１である。この素子数の比は、各ＬＥＤ素子２、３の発光効率によって決定されるが、両素子の電流密度をほぼ同等にして、青色光の全発光量が赤色光の全発光量よりも大きくなる比数に設定する。

本実施の形態のＬＥＤパッケージ１を点灯させた時の分光分布を図４に示す。分光分布から計算すると相関色温度は７０００Ｋ程度の白色発光であり、バックライト用光源として好適である。

本実施の形態によれば、青色ＬＥＤ素子２と、赤色ＬＥＤ素子３と、青色ＬＥＤ素子２の発光により励起されて、緑色及び黄色に発光する蛍光体を具備し、パッケージに実装してある青色ＬＥＤ素子２と赤色ＬＥＤ３の数量比が、青色ＬＥＤ＞赤色ＬＥＤであるＬＥＤパッケージ１を光源として使用することで、照明用途としては演色性が良い照明装置が作製でき、また液晶バックライト用途としては色再現範囲の広いバックライトが作製できる。

（第３の実施の形態）図５は本発明の第３の実施の形態の照明装置としてのバックライト装置の構造を示す図である。バックライト装置１０は、エッジライト方式で、第１の実施の形態又は第２の実施の形態のＬＥＤパッケージ１をＬＥＤアレイ１２上に並べて、導光板１１の長辺の片側に配置してある。ＬＥＤパッケージ１から発光した光は導光板１１に入光し、導光板１１内で全反射を繰り返しながら進行する。導光板１１の裏面のパターン１１ａに光が当たると、光路が曲げられて全反射の条件が崩れて発光面１１ｂから出射する。

図６はＬＥＤアレイ１２の構造を示す図である。各ＬＥＤパッケージ１間の青色ＬＥＤ素子２同士及び赤色ＬＥＤ素子３同士は直列接続し、青色ＬＥＤ素子２、赤色ＬＥＤ素子３は別々の給電端子１２１、１２２に接続され、別駆動させる。別駆動させることで、バックライト装置上の色度の調整が可能となる。また、図示していないが、例えば基板上に温度センサーを設け、温度に応じてＬＥＤの電流を調整する回路と組み合わせたり、バックライト装置の輝度・色度をモニターするカラーセンサーを用いて周囲環境、寿命中で変化する輝度・色度を一定に保つようにコントロールする回路と組合せてもよい。ＬＥＤパッケージ１の数が多いときは、青色ＬＥＤ素子２と赤色ＬＥＤ素子３を別接続する限りは、直列接続と並列接続の組合せとしてもよい。

本実施の形態のバックライト装置では、中心波長が６００〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子３と、中心波長が４３０〜４８０ｎｍで赤色ＬＥＤ素子３よりも発光面積が広い青色ＬＥＤ素子２と、青色ＬＥＤ素子２により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する蛍光体とを備えたＬＥＤパッケージ１を複数個、光源として採用しており、これらのＬＥＤパッケージ１は照明用途としては演色性が良い照明装置が作製でき、また液晶バックライト用途としては色再現範囲の広いバックライトが作製できるものであるであるので、本実施の形態のバックライト装置は色再現範囲の広いバックライトとしてなる。

尚、上記第３の実施の形態では照明装置としてエッジライト方式のバックライト装置を示したが、第１、第２の実施の形態のＬＥＤパッケージ１を多数個バックライトケースの底面に配置した直下型バックライト装置を作製することもできる。また、白色照明装置とすることにより、演色性に優れた照明が実現できる。

本発明の第１の実施の形態のＬＥＤパッケージの構造を示す上面図。本発明の第１の実施の形態のＬＥＤパッケージを定格電流にて点灯させた時の分光分布を示すグラフ。本発明の第２の実施の形態のＬＥＤパッケージの構造を示す上面図。本発明の第２の実施の形態のＬＥＤパッケージを定格電流にて点灯させた時の分光分布を示すグラフ。本発明の第３の実施の形態のバックライト装置の構造を示す分解斜視図。本発明の第３の実施の形態のバックライト装置におけるＬＥＤアレイの構造を示す正面図。従来のＬＥＤパッケージを定格電流にて点灯させた時の分光分布を示すグラフ。

符号の説明

１ＬＥＤパッケージ
２青色ＬＥＤ素子
３赤色ＬＥＤ素子
４封止樹脂
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ給電部
１０バックライト装置
１１導光板
１２ＬＥＤアレイ

Claims

中心波長が６００〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子と、中心波長が４３０〜４８０ｎｍで、前記赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積が広い青色ＬＥＤ素子と、前記青色ＬＥＤ素子により励起されて中心波長５３０〜５９０ｎｍの光を発光する蛍光体とを備えたことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
単位面積当たりの発光量がほぼ等しい青色ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子を備え、かつ前記青色ＬＥＤ素子として前記赤色ＬＥＤ素子よりも発光面積の大きいものを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
単位面積当たりの発光量がほぼ等しい青色ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子を備え、かつ前記青色ＬＥＤ素子の素子数を前記赤色ＬＥＤ素子の素子数よりも多くしたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤパッケージの複数個を光源として備えたことを特徴とする照明装置。