發光裝置、顯示裝置和發光裝置的控制方法
2023-05-23 19:36:26 1
專利名稱：發光裝置、顯示裝置和發光裝置的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種使用了LED和螢光體的發光裝置、以該發光裝置為光源的非發光型顯示裝置以及該發光裝置的控制方法。
背景技術：
近年來，作為液晶顯示裝置中使用的背光燈的光源，取代現有的冷陰極螢光燈管(以下，稱為「CCFL」)而使用發光二極體(以下，稱為「LED」)的方式的開發正在進展中。尤其，與現有的CCFL方式的背光燈相比，紅、綠、藍三原色的LED都採用的LED背光燈具有色再現區域(基於CIE1931色度圖的NTSC比)寬的特徵。這是因為LED的發光光譜半值寬度較小，可得到接近純色的RGB各色。另外，由於能夠藉助於電流量來調整各色LED的亮度，所以具有可使色平衡改變的特徵。此外，由於與CCFL不同且不含有水銀，所以具有環保性能優良的特徵。
另外，作為液晶顯示用以外的一般照明用的光源，使用LED的LED照明裝置也正在增多。尤其，使用紅、綠、藍三原色LED的照明裝置類型能夠控制三原色的發光強度，因此，具有光源色溫穩定或光源色溫可變的特徵。
但是，在使用紅、綠、藍三色LED的LED照明裝置中，當上述三色的亮度和色平衡發生變化時，被照射物體的亮度和色彩就會發生變化。在以LED照明裝置作為液晶顯示裝置用的背光燈的情況下，由於使用的LED的數量較多，所以各個LED的亮度和色彩的細微變化作為液晶圖像整體的亮度不均或色彩不均被感知。
目前，為了獲得高亮度，紅色LED優選採用AlGaInP系半導體材料，綠色LED和藍色LED優選採用AlGaInN系半導體材料。採用AlGaInP系半導體材料的紅色LED，其發光光譜半值寬度較小約為20nm，所以單色性優異，因此通過採用上述紅色LED，就可使液晶顯示裝置的色再現區域增寬。但是，溫度上升時的AlGaInP系紅色LED的亮度的降低率與AlGaInN系LED相比較大。另外，發光光譜的峰值波長的變化上AlGaInP系紅色LED的一方較大，伴隨溫度上升的紅色LED的發光光譜的變化沿長波長一方偏移。由於上述的光譜偏移在考慮人的視感度(視覺敏感度visibility)特性時成為向視感度較差的波長偏移，因此即使為相同的發光強度，人眼也會感覺較暗。並且，溫度上升的同時，AlGaInP系紅色LED的發光強度自身也會降低，所以，雙重不利因素疊加，而使背光燈由人眼感知到的紅色成分的發光強度降低。在背光燈的發光色中，由於上述的降低而使藍色和綠色成分的相對比率增大，從而使色再現性(色彩再現性)惡化。雖然為了補償紅色成分的降低也通過增大流過LED的電流來進行應對，但是，存在導致功耗增大、發熱量增加、進而導致可靠性降低這樣的問題。
為了解決上述問題，在日本特開2001-222904號公報(
公開日2001年8月17日)的圖1中記載了一種使用來自螢光體的發光的光源，該螢光體將藍色LED的激勵光進行轉換而產生紅色光。由此，可大幅度改善隨溫度變化而色調變化的問題。
在日本特開2002-118292號公報(
公開日2002年4月19日)的圖1中記載了一種以藍色LED為激勵光源並利用綠色螢光體和紅色螢光體來發出三原色光的光源。
在日本特表2003-515956號公報(
公開日2003年5月7日)的圖3中記載了一種使用具有紅色LED、綠色LED和螢光體的光源的LED照明系統，該螢光體由藍色LED激勵而發出紅色光。
在作為紅色螢光體例如採用日本特開2002-171000號公報(
公開日2002年6月14日)的圖2所記載的0.5MgF2·3.5MgO·GeO2Mn的情況下，由於半值寬度比紅色LED的要小，可認為能夠得到優異的色再現區域。另一方面，在國際公開第2005/052087號公報(
公開日2005年6月9日)中指出氮化物系螢光體波長轉換效率優異，但該螢光體具有其發光光譜的半值寬度比紅色LED寬為大約60nm的性質。因此，認為這樣的螢光體作為一般照明用是優異的，但是並不適於用為色再現區域較大的液晶背光燈。
僅使用LED晶片的發光裝置雖然色再現性優異，但存在相對於溫度變化的LED的亮度和色度的變化較大這樣的問題。另一方面，將特定顏色的LED晶片置換為由LED光源激勵的螢光體的發光裝置，雖然可提高亮度和色度相對於溫度變化的穩定性，但存在當螢光體的發光光譜半值寬度較大時而顯示裝置的色再現性降低這樣的問題。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種可根據動作環境、圖像狀態、使用狀況等條件，在確保可靠性的範圍內使高度色再現性和必要亮度兼顧或選擇兩者之一的發光裝置，以及提供一種具備上述發光裝置的、可根據動作環境、圖像狀態、使用狀況等條件而使能讓人眼感覺逼真的顯示進行的顯示裝置。
本發明的發光裝置的特徵在於，具備第1LED；第2LED；第1螢光體，由上述第2LED激勵並發出顏色和上述第1LED的發光色相同或近似的光；和控制電路，對上述第1LED的發光強度和上述第2LED的發光強度之比率進行控制。
至少對於發光裝置的一種顏色，在將LED晶片以及被其他LED晶片的發光所激勵並發出顏色和上述LED晶片的發光色相同或近似的光的螢光體的光源進行組合的同時，通過控制電路根據亮度、溫度、色度等條件對兩者的發光比率進行適當的調整，由此，能夠得到一種可根據動作環境、圖像狀態、使用狀況等條件在確保可靠性的範圍內使高度色再現性和必要亮度兼顧或選擇兩者之一的發光裝置。
另外，通過將上述發光裝置用作非自發光型顯示面板用光源，能夠得到一種可根據動作環境、圖像狀態、使用狀況等條件而使能讓人眼感覺逼真的顯示進行的顯示裝置。
此外，通過提供具體的基於發光強度、溫度或色度的控制方法，可使上述發光裝置進行理想的發光。
本發明的其他目的、特徵和優點在以下的描述中會變得十分明了。此外，以下參照附圖來明確本發明的優點。
圖1是實施方式1的液晶顯示裝置從背面觀察到的結構圖。
圖2是實施方式1的背光燈塊(tile)的表面的示意圖。
圖3(a)是實施方式1所使用的LED組的俯視圖，圖3(b)是上述LED組的剖視圖。
圖4(a)是實施方式1所使用的其他LED組的俯視圖，圖4(b)是上述LED組的剖視圖，圖4(c)是上述LED組的變形例的剖視圖。
圖5表示實施方式1的紅色發光螢光體的轉換效率對激勵波長的依賴性。
圖6是表示在實施方式1中採用藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23時的發光光譜分布以及採用藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色發光螢光體25時的發光光譜分布的圖。
圖7是表示在實施方式1中，當紅色LED晶片23和紅色發光螢光體25的發光強度比發生變化時的色再現性變化的圖。
圖8是表示在實施方式1中執行第1動作時的電路結構圖。
圖9是表示實施方式1的第1動作的控制程序的圖。
圖10是表示實施方式1的第1動作時的色再現性的計算結果的圖。
圖11是表示在實施方式1中執行第2至第4動作時的電路結構圖。
圖12是表示實施方式1的第2動作的控制程序的圖。
圖13是表示實施方式1的第2動作時的色再現性的計算結果的圖。
圖14是表示實施方式1的第3動作的控制程序的圖。
圖15是表示實施方式1的第4動作的控制程序的圖。
圖16是表示實施方式1的第5動作的控制程序的圖。
圖17(a)是實施方式2所使用的LED組的俯視圖，圖17(b)是上述LED組的剖視圖，圖17(c)是上述LED組的變形例的剖視圖。
圖18是表示實施方式2的背光燈塊的表面的示意圖。
圖19是實施方式2的電路結構圖。
圖20(a)是實施方式3所使用的LED組的俯視圖，圖20(b)是上述LED組的剖視圖。
具體實施例方式
下面，說明本發明的實施方式。
(實施方式1)首先，圖1是實施方式1的液晶顯示裝置10的結構圖。多個背光燈塊12通過擴散片13對液晶面板14實施照明。在背光燈塊12的背面(圖1所示的面)搭載有驅動電路32。有時也搭載有溫度傳感器34。在進行下述第1動作時不使用上述溫度傳感器34。另外，有時分別搭載於各背光燈塊12，有時搭載於一個背光燈塊12或代表性的背光燈塊12。驅動電路32和溫度傳感器34通過線纜15與控制電路33連接，該控制電路33被設置在各背光燈塊12共用的控制基板11上。另外，即使液晶面板14被置換為諸如MEMS(微型電子系統)的顯示面板、利用電光學效果或電泳效果的光閘面板(shutter pannel)等其他非自發光型圖像顯示面板，也可以構成顯示裝置。
圖2表示在圖1中未示出的背光燈塊12的表面。背光燈塊12是在基板18上配置多個LED組19而形成的。
在各LED組19中，如俯視圖3(a)和剖視圖3(b)所示，在封裝20內配置有藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23和激勵用藍色LED晶片26，該封裝20中，LED晶片發出的光所照射的內面成為反射面30。激勵用藍色LED晶片26由樹脂28覆蓋，在樹脂28中分散有紅色發光螢光體25。關於封裝20的LED晶片的安裝面，較深地形成用於安裝激勵用藍色LED晶片26的安裝面，以使得樹脂28不會覆蓋除激勵用藍色LED晶片26之外的部分。激勵用藍色LED晶片26作為用於激勵紅色發光螢光體25的激勵光源而發揮作用，未激勵螢光體而散射或透射的成分和藍色LED晶片21一起作為藍色光源而發揮作用。LED組19整體上被不含螢光體的矽樹脂等的樹脂29覆蓋。
藍色LED晶片21、綠色LED晶片22和激勵用藍色LED晶片26採用了InGaN系LED，紅色LED晶片23採用了A1GaInP系LED。另外，在本實施方式中，將多個LED晶片配置在一個封裝內從而形成LED晶片組，也可以對每一個LED晶片分別進行封裝。此外，也可以將LED晶片直接安裝在基板18上。
紅色發光螢光體25是由CaAlSiN3:Eu2+表示的紅色發光螢光體。上述材料是氮化物螢光體，具有良好的近似於氮化矽的穩定性，因此，其優點在於，即使受潮或者經過混入樹脂等的工序也不會導致性能劣化。另外，作為紅色發光螢光體，其屬於發光效率最高的種類。
各LED組也可以採用如俯視圖4(a)和剖視圖4(b)所示的LED組19B。LED組19B的封裝方式為分別以獨立的樹脂29A、29B、29C和28A(在28A中分散有紅色螢光體25)密封被搭載於封裝20的LED晶片21、22、23和26。由此，樹脂29A、29B、29C、28A和封裝的反射面30之間分離，這不同於上述用樹脂對LED晶片21、22、23、26進行整體密封的情況，所以，不會造成諸如樹脂在上述界面發生剝離等問題。此外，還具有良好的光取出效率。
另外，各LED組也可以採用如剖視圖4(c)所示的封裝20B。封裝20B為下述結構的封裝，即，不存在上述封裝20中的被LED晶片發出的光照射的發射面30。這不同於上述具有反射面30的情況，由於除去了反射面30，光的照射範圍變大，因此，適於作為背光燈用光源實施均勻的照射。另一方面，具有反射面30的封裝20的優點在於，以近似垂直的角度入射液晶面板14的光的比例較大。所以，作為優選，根據液晶面板14的特性等，區別使用具有反射面30的LED組和不具有反射面30的LED組。
由圖5所示的紅色發光螢光體25的轉換效率對激勵波長的依賴性可知激勵光源的峰值波長越短則效率就越高，特別是，當峰值波長小於或等於470nm時，能夠將藍色有效地轉換為紅色的螢光，而且，未用於激勵的光能夠被用作藍色光源，因此，峰值波長小於或等於470nm較為適當。因此，藍色LED晶片21和激勵用藍色LED晶片26採用發光光譜的峰值波長小於470nm的AlGaInN系發光二極體，例如波長為450nm的AlGaInN系發光二極體。另外，例如，將激勵用藍色LED晶片26置換為峰值波長小於或等於420nm、例如、405nm的紫色LED或者峰值波長小於或等於400nm的紫色LED，這將有利於提高紅色發光的效率。在這種情況下，進行設計、控制以使得僅藉助於藍色LED晶片21就能夠得到足夠的藍色。
各LED晶片被樹脂所覆蓋。其理由是，這樣能夠防止因吸溼等原因所導致的特性變化、組裝作業時造成的機械破損等。另外，由矽構成的樹脂的折射率為1.4至1.5左右，大於空氣的折射率(折射率為1)而小於LED晶片的折射率(例如，大於或等於2)，因此，具有可提高光取出效率的效果。
驅動電路32對藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23和激勵用藍色LED晶片26實施驅動。驅動信號採用PWM(脈寬調製)信號，也可以採用使電流值發生變化的模擬信號。控制電路33根據後述的第1動作或第2動作發生控制信號，由該控制信號對驅動電路32實施控制。
另外，在調節各LED晶片的發光強度的情況下，可以改變LED組19或19B內的各LED晶片的數量以實現色平衡的最佳化。例如，可以使用兩個綠色LED晶片，也可以使用兩個紅色LED晶片。在附圖中圖示了共計四個LED晶片，但是，本發明並不限於此，也可以是三個，也可以是五個以上。
LED組19具有紅色LED晶片23和紅色發光螢光體25的兩者，因此，可改變其發光比率，從而改變色再現性。在圖6中，實線表示在用藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23生成白色光時的發光光譜分布，虛線表示在用藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色螢光發光體25生成白色光時的發光光譜分布。對兩者進行比較可知，由於使用了紅色螢光發光體25，光譜的紅色部分變寬。圖7表示當紅色LED晶片23的發光強度R和紅色螢光發光體25的發光強度R2之比R2/(R+R2)發生變化時的色再現性(NTSC比)(25℃時的情況)。可知，色再現性根據紅色LED晶片23的發光強度與紅色發光螢光體25的發光強度之比發生變化。
也對溫度發生變化時的上述發光光譜分布進行測定。以下，考慮液晶面板14中的藍色、綠色、紅色濾色器(color filter)的分光特性，求出液晶顯示裝置的色再現性的溫度依賴性。
表1的左欄表示僅使用紅色LED時液晶顯示裝置10的色再現性(NTSC比)的計算結果以及僅使用紅色發光螢光體時液晶顯示裝置10的色再現性(NTSC比)的計算結果。作為比較例，表示現有技術中採用了三波長型的冷陰極背光燈的液晶顯示裝置的色再現性。由表1可知，在採用了背光燈塊12的液晶背光燈中，無論是僅使用紅色LED還是僅使用紅色發光螢光體，其色再現性(NTSC比)均優於比較例。
另一方面，關於紅色光源的發光強度對溫度的依賴性，如表1的右欄所示，僅使用紅色LED時的依賴性要大於僅使用紅色發光螢光體時的依賴性。這說明在僅使用紅色LED的情況下，當溫度升至高溫時，為了提高發光強度，需要急劇地增大電流。由表1可知，當溫度從25℃提高到100℃時並且要保持相同的亮度，就需要增大45％的電流，即，100/69＝1.45，從而驅動條件惡化而較難保持紅色LED的可靠性。對此，本申請的發明人設想例如，通過進行下述動作、即、對紅色LED與紅色發光螢光體的發光比率實施適度調整的動作來抑制因溫度變化的影響所導致的可靠性降低，並且，實現其與良好的色再現性之間的平衡。由此，能夠選擇例如犧牲一定程度的色再現性來優先確保發光裝置的可靠性這樣的動作方法。
在控制電路33中置入第1控制程序，進行第1動作。圖8表示執行本動作時的電路結構圖。將亮度信號35輸入控制電路33，根據控制電路33中置入的第1控制程序生成驅動信號，然後，將驅動信號傳送給各背光燈塊12內的驅動電路32。驅動電路32根據驅動信號PB、PG、PR、PR2分別驅動藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23和激勵用藍色LED晶片26，使其發出光B、光G、光R和光B2，而且，光B2的一部分通過紅色發光螢光體25而成為光R2。另外，可以將控制電路33的個數設置為多個，並將其設置在各背光燈塊內。
在圖9中，實線和虛線分別表示在第1控制程序中紅色LED晶片23相對於液晶顯示器的亮度的發光強度和紅色螢光體25相對於液晶顯示器的亮度的發光強度(R和R2)，在低亮度(在圖9中，小於或等於250nit(cd/m2))時僅使用紅色LED，亮度大於或等於250nit時的增加部分使用了紅色發光螢光體25。另外，關於所顯示的亮度，可以由觀看液晶顯示器的用戶手動設定，也可以由光傳感器檢測周圍的環境照度並進行自動設定使得當周圍較亮時亮度增大。此外，在進行動圖像顯示時，藉助於螢光體的發光來增大亮度是比較有效的。其原因是由於人眼具有感受的動圖像的亮度要低於其實際亮度的特性，所以，需要增加動圖像的亮度，另外，由於人眼對動圖像的色彩識別能力較低，因此，存在降低色再現性的餘地。
藉助於螢光體發光來補充上述亮度增加部分，利用這樣的控制方法可以抑制流經紅色LED的電流量，因此，能夠抑制紅色LED的劣化，從而有利於提高其可靠性。
另外，背光燈塊12本身的亮度是液晶顯示裝置10的亮度的15倍至30倍。
在液晶顯示器的實際設置環境中，如果是在不被日光直射的室內環境中，即使液晶顯示裝置以小於或等於250nit的較低亮度來動作並進行白畫面顯示，也能夠實現良好的顯示，因此，在低亮度狀態下，相對於紅色發光螢光體的光量，通過增大紅色LED的光量的比率，能夠向觀看液晶顯示器的用戶提供色再現性良好的逼真圖像。
另一方面，在室外或受日光直射的室內等視覺環境不佳的情況下，為了克服諸如映入液晶顯示器的光線等的周圍環境的亮度，而優選較高的亮度，例如，大於或等於400nit的亮度。在上述情況下，由於視覺環境較差，所以，即使重視色再現性也沒有太大的意義，高亮度成為最重要的因素。在本實施方式的液晶顯示裝置中，如圖10所示，當亮度是小於或等於250nit的低亮度時，能夠得到良好的色再現性，隨著亮度的增大，色再現性逐漸降低。由此，可以向觀看液晶顯示器的用戶提供能讓人在各種環境下均感覺非常逼真的圖像。此外，在本實施方式中，作為低亮度動作和高亮度動作的分界點，例舉了250nit，當然，也可以是其他的值，例如，在50nit至400nit範圍內的值。另外，可以根據溫度變化來變更上述分界點，以使得當溫度較高時亮度降低。
接著，在控制電路33中置入第2控制程序，進行第2動作。亮度一定，設為250nit。在未使用紅色發光螢光體的情況下，當進行亮度一定的反饋控制時，如表1所示，由於紅色LED晶片對溫度的依賴性較差，由此，隨著溫度升高，供給紅色LED晶片的功率將增大，發光量因而進一步減小，由此存在熱逸潰之虞。對此，作為第2動作，背光燈塊12還具有溫度傳感器34，當溫度傳感器34檢測出的溫度低於一定值時，僅驅動紅色LED晶片(或者，主要驅動紅色LED晶片)，當溫度傳感器34檢測出的溫度高於一定值時，增加紅色發光螢光體的發光比率。由此，能夠防止發生熱逸潰，而且，在高溫下也能夠保持一定的亮度。
圖11表示本動作時的電路結構圖。從各背光燈塊12內的溫度傳感器34對控制電路33輸入溫度信號，並根據控制電路33中置入的第2控制程序生成驅動信號，然後，將驅動信號(各背光燈塊的驅動信號不同)傳送給各背光燈塊12內的驅動電路32。驅動電路32根據驅動信號PB、PG、PR、PR2分別驅動藍色LED晶片21、綠色LED晶片22、紅色LED晶片23和激勵用藍色LED晶片26，使得發出光B、光G、光R和光B2，而且，光B2的一部分通過紅色發光螢光體25而成為光R2。另外，可以將控制電路33的個數設為多個，並將其設置在各背光燈塊內。
圖12表示控制程序中的溫度和LED發光強度的控制比率的設定值的一個示例。當LED封裝的環境溫度低於或等於60℃時，僅驅動紅色LED晶片23作為紅色光源，當LED封裝的環境溫度為100℃時，僅驅動激勵用藍色LED晶片26。圖13表示上述情況下的NTSC比的計算結果。紅色LED晶片的峰值波長隨著溫度上升而變長，其強度也減弱，為了補充減弱的強度，即使是相同的發光強度，也需要增大電流。因此，紅色LED晶片的發熱增加，就可靠性來說，紅色LED晶片的壽命將縮短。對此，在高溫時主要利用紅色發光螢光體的發光並抑制紅色LED晶片的電流，由此，雖犧牲若干色再現性，但確保發光裝置的壽命。另外，紅色LED之外的其他顏色LED，例如，黃色LED等，也同樣如此。
以上，為了便於說明，分別闡述了基於亮度的第1動作和基於溫度的第2動作，但是，如果對上述第1動作和第2動作進行組合則更為理想。也就是說，由具備下述程序的控制電路33來控制背光燈塊12，即該程序根據亮度和溫度這兩個變量來改變對紅色LED晶片23和激勵用藍色LED晶片26的平均施加功率的比率。
另外，在進行第2動作時採用了溫度傳感器34。但是，即使不利用溫度傳感器，例如，通過檢測紅色LED晶片的順向電壓，也能檢測出溫度。
在控制電路33中置入第3控制程序，進行下述第3動作，即即使溫度等條件發生了變化，也維持所指定的色度，例如白色等。電路結構採用圖11所示的電路結構。
在第3控制程序中，如圖14所示，改變對紅色LED和激勵用藍色LED的平均施加功率(電流×電壓/時間)PR、PR2，以使得即使溫度發生了變化也能保持一定的紅色亮度。這裡，根據事先測定的數據來推定紅色LED的亮度對溫度的依賴性。關於紅色螢光體的亮度隨溫度發生變化，通過考慮激勵用藍色LED的發光強度的降低、激勵用藍色LED的波長變化以及由此導致的紅色螢光體的轉換效率的變化來進行推定。
通過上述第3動作，可以使紅色的亮度保持一定，因此，作為各色的亮度比即色度能夠保持一定。另外，與紅色LED同樣地調整藍色LED和綠色LED，以使得即使溫度發生變化其亮度也保持一定。另外，在各背光燈塊12中配置溫度傳感器34，對每一背光燈塊12實施控制，從而抑制因每一背光燈塊的溫度偏差所導致的色度不均。
另外，在控制電路33中置入第4控制程序，進行第4動作。第4動作為這樣一種動作，即如圖15所示，在對紅色LED的平均施加功率PR保持一定的情況下，為了使色度保持一定，則需增加對激勵用藍色LED的平均施加功率PR2，由此來補償因溫度變化而紅色LED的亮度所降低的降低量。通過上述第4動作，與第2控制程序同樣地，能夠防止紅色LED的劣化。此外，還可以如第2控制程序那樣，隨著溫度升高，減小對紅色LED的施加功率，而並非僅僅與溫度無關地使得對紅色LED的施加功率保持一定，這樣可進一步減輕紅色LED的負擔。
在上述第3、第4控制程序中，進行了這樣的動作，即利用作為一種溫度檢測裝置的溫度傳感器來推定色度，並使色度保持一定。也可以進行下述動作，即例如，使用可直接獲得色度的顏色傳感器，並使由此獲取的顏色信號(色度)保持一定的動作。另外，也可以組合併利用來自顏色傳感器的顏色信號和來自溫度傳感器的信號。另外，在本實施方式中，通過合成紅色LED的發光和紅色螢光體的發光從而得到紅色發光。關於其他顏色(例如，黃色或者綠色)的發光，也可以通過合成LED的發光和螢光體的發光來獲取。
第5控制程序是通過組合第4控制程序和第1控制程序的基於圖像亮度的控制所得到的控制程序。在圖16中，PR2-L表示在亮度較低時對紅色螢光體激勵用的藍色LED的平均施加功率，PR2-H表示在亮度較高時對紅色螢光體激勵用的藍色LED的平均施加功率。在需要某種程度的亮度時，可以通過增強紅色螢光體的發光(PR2-H和PR2-L之差)來補償亮度變高的部分，這樣，不僅抑制紅色LED的劣化，還能夠進行色再現性良好的動作。
在實施方式1的液晶顯示裝置10中，除去了液晶面板14的背光燈部分可作為照明裝置等的發光裝置來利用。在該發光裝置中，上述的「基於圖像亮度的動作」可以變為「基於所需照度或亮度的動作」。另外，藉助於「根據溫度來改變LED的發光和螢光體的發光這兩者之比的動作」，能夠實現不會對相同或類似於螢光體的發光顏色的LED造成過大負擔的發光。並且，可以使色度保持一定，或者，使其成為所需的顏色。
(實施方式2)在實施方式2中，用LED組59置換實施方式1中的LED組19，對於綠色發光，也組合使用綠色LED晶片和綠色發光螢光體。利用顏色傳感器進行控制LED晶片和螢光體的發光比率來實現色平衡。由此，使用溫度特性優良的紅色發光螢光體和發光效率優良的綠色發光螢光體，可實現一種即使在高溫情況下也能獲得高亮度的顯示裝置。
圖17(a)是LED組59的俯視圖，圖17(b)是上述LED組59的剖視圖。在封裝60中，安裝有第1藍色LED晶片61A、綠色LED晶片62、第2藍色LED晶片61B和紅色LED晶片63。在覆蓋第1藍色LED晶片61A的第1樹脂68A中分散有綠色發光螢光體64。在覆蓋第2藍色LED晶片61B的第2樹脂68B中分散有紅色發光螢光體65。第1藍色LED晶片61A和第2藍色LED晶片61B均兼用作螢光體激勵光源和藍色光源，未激勵螢光體而散射或透射的成分被用作藍色光源。綠色LED晶片62和紅色LED晶片63被不含螢光體的矽樹脂69所覆蓋。另外，第1藍色LED晶片61A、第2藍色LED晶片61B，綠色LED晶片62採用了AlGaInN系LED，紅色LED晶片63採用了AlGaInP系LED。
綠色發光螢光體64選自α-塞隆即α-Sialon(α-Si、Al、O、N:Ce3+)、β-塞隆即β-Sialon(β-Si、Al、O、N:Eu3+)、Sr-鋁酸鹽即Sr-Aluminate(SrAl2O4:Eu2+)、(Sr、Ba)2SiO4:Eu2+、Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce3+等，並且至少是其中的一種。
紅色發光螢光體65和紅色發光螢光體25相同，為CaAlSiN3:Eu2+。
圖17(c)是採用了封裝60B的LED組的剖視圖，其中，該封裝60B是圖17(a)及圖17(b)所示的封裝60除去反射面之後的封裝。與實施方式1所示的封裝20B同樣地，封裝的反射面和樹脂69等彼此分離，由此，可以得到和上述同樣的效果，即不會在反射面發生剝離，可得到範圍較大的發光。
圖18是表示本實施方式的背光燈塊52的表面的圖。除LED組59之外，在背光燈塊52的大致中央位置配置有一組用於對紅、綠、藍各色的光量進行檢測的傳感器、即，顏色傳感器75。圖19表示電路結構圖。背光燈塊52的LED組59發出的光主要被擴散片13(參照實施方式1的圖1)反射，之後，顏色傳感器75所檢測的色度和亮度被傳送給控制電路73，其中，該控制電路73被設置在背光燈塊52的外部。控制電路73對驅動電路72(被設置在背光燈塊52的背面)傳送用於調節對各LED晶片的平均施加功率的信號以使色度和亮度成為預定值，上述各LED晶片構成LED組59。
如圖19所示，藍色的光量為光B1、光B2的兩者之和，光B1取決於對第1藍色LED晶片61A的平均施加功率PGB，光B2取決於對第2藍色LED晶片61B的平均施加功率PRB。綠色的光量為光G2、光G的兩者之和，光G2是由綠色發光螢光體64所發出的光，其取決於對第1藍色LED晶片61A的平均施加功率PGB，光G取決於對綠色LED晶片62的平均施加功率PG。紅色的光量為光R2、光R的兩者之和，光R2是由紅色發光螢光體65所發出的光，其取決於對第2藍色LED晶片61B的平均施加功率PGR，光R取決於對紅色LED晶片63的平均施加功率PR。通過將藍色的光量、綠色的光量、紅色的光量的比率變為為預定值，從而可得到預定的色度。
在本實施方式中，按照以下方式進行調整，即由藍色LED晶片61A、藍色LED晶片61B發出並被直接取出的藍色光的光量與由綠色發光螢光體64、紅色發光螢光體65發出的螢光光量之和的顏色，對於白色而言，藍色成分較多。因此，利用綠色LED晶片62和紅色LED晶片63來補償不足的綠色成分和紅色成分。根據顏色傳感器75的信號，對上述四個LED晶片的光量進行調整，由此，可在整體上得到白色或所設定的顏色。
本實施方式的優點在於，藉助於螢光體的發光，可在某種程度上得到綠色和紅色，因此，不易受到溫度變化等因素影響。另外，本實施方式的優點還在於，組合使用綠色LED晶片和紅色LED晶片來補充不足的綠色和紅色，從而得到預定的顏色。在本實施方式的LED組中進一步追加設置作為獨立的藍色光源的藍色LED晶片，由此，可不必再為得到藍色光量而使藍色LED晶片61A、藍色LED晶片61B發光，從而可獨立地控制各色的光量，所以，能夠進行實施方式1所述的各動作。
另外，在本實施方式中，使用了可分別檢測三色的顏色傳感器。使用僅對光量進行檢測(不能識別顏色)的光傳感器，使LED進行分時動作，由此，也能檢測出各色的發光量。藉助於上述分時動作，能夠進行反饋控制以使得LED晶片組的發光色成為設定值。
此外，不使用顏色傳感器，事先求出如表1所示那樣的溫度和色度及亮度的相關關係，根據由諸如實施方式1所述的溫度傳感器所檢測出的溫度來推定各溫度下對各LED晶片的施加平均功率所得到的色度，並控制對各LED晶片的平均施加功率以使得所推定的色度成為設定值也可。
(實施方式3)在實施方式3中，由一個藍色LED晶片激勵兩種螢光體。這樣，較之於上述實施方式2，本實施方式可省去一個晶片。在本實施方式中，僅對不同於實施方式2的LED組及其動作進行說明。另外，對相同的結構要素賦予相同的標號。
圖20(a)是LED組89的俯視圖，圖20(b)是上述LED組89的剖視圖。如圖所示，LED組89的結構為，在封裝90中安裝有兩個藍色LED晶片91、綠色LED晶片92、紅色LED晶片93。填充樹脂98來密封藍色LED晶片。樹脂98為兩層結構，在靠近藍色LED晶片91的部分中分散有紅色發光螢光體95，在遠離藍色LED晶片91的部分中分散有綠色發光螢光體94。這種結構有利於減小綠色發光螢光體94的發光被紅色發光螢光體95吸收的比率。另外，由於兩層結構的製造工序較為複雜，因此，雖綠色發光螢光體94的發光被紅色發光螢光體95一部分吸收而使發光效率降低，但為了簡便，也可以簡單地在覆蓋藍色LED晶片91的樹脂98中混雜分散綠色發光螢光體94和紅色發光螢光體95。綠色LED晶片92、紅色LED晶片93和樹脂98被矽樹脂99所覆蓋。另外，關於被樹脂98覆蓋的藍色LED晶片91的數量，為保持各色的光量平衡，根據螢光體的濃度進行適當的設定即可，不限於2個，也可以是1個或3個以上。
控制電路73進行反饋控制，以使由顏色傳感器75檢測出的色度和亮度成為設定值。在本實施方式中，如果藍色LED晶片91的發光量確定，則綠色發光螢光體94發出的綠色光的光量和紅色發光螢光體95發出的紅色光的光量也被確定。在本實施方式中，用綠色LED晶片92和紅色LED晶片93來補充由顏色傳感器75檢測出的紅色和綠色的不足成分，從而在整體上得到白色。
另外，在本實施方式中，在LED組89中進一步追加設置不激勵螢光體的藍色LED晶片，由此可提高動作方法的自由度。在這種情況下，例如，可以不使用螢光體來發光。
(其他實施方式)在上述實施方式中，說明了在一個封裝中安裝多個LED晶片從而構成LED組的情況。也可以是分別獨立地配置由各色LED晶片單體構成的燈或者由組合LED晶片和一個或多個螢光體所構成的燈。
在上述實施方式中，說明了紅色LED晶片和紅色發光螢光體的組合例以及綠色LED晶片和綠色發光螢光體的組合例。也可以組合黃色LED晶片(例如，AlGaInP系LED)和黃色發光螢光體(例如，Ce:YAG螢光體、(Sr、Ba)2SiO4:Eu2+、或者α-塞隆即α-Sialon(α-Si、Al、O、N:Eu2+))。
在上述實施方式中，說明了通過將藍、綠、紅三色的發光元件的發光進行合成而發出白色光的動作。例如，也可以根據應顯示的圖像使色度和亮度發生變化。比如，如果要顯示的圖像為夜景，就可以降低整體的亮度；如果要顯示的圖像為大海和天空，則只要主要發出藍色光即可。關於上述色度及亮度的調整，可以對背光燈整體實施均勻的調整，也可以通過改變每一背光燈塊或每一LED組的色度及亮度來實施調整。
本發明不限於上述各實施方式，可在權利要求的範圍內進行各種變更，通過適宜組合由不同實施方式分別公開的技術手段所得到的實施方式也被包含在本發明的技術範圍內。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，還具備第3LED、第4LED以及由上述第2LED或第4LED激勵並發出顏色和上述第3LED的發光色相同或近似的光的第2螢光體，上述控制電路對上述第1LED、第2LED、第3LED和第4LED的發光強度的比率進行控制。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述控制電路根據第1發光強度對上述比率進行控制，上述第1發光強度是由上述第1LED的發光、或上述第1螢光體的發光、或上述第1LED及上述第1螢光體的發光所得到的發光強度。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，在使上述第1發光強度大於或等於預定值時，上述控制電路實施控制，使得上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度的比率提高。「比率提高」也包括使第1LED的發光強度為零的情況。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述控制電路根據上述發光裝置的溫度來控制上述比率。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，還具備溫度檢測裝置，通過該溫度檢測裝置對上述發光裝置的溫度進行檢測。另外，關於上述溫度檢測裝置，除溫度傳感器之外，還可以是其他的溫度檢測裝置，例如，測定所使用的LED的順向電壓的裝置等。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，當上述發光裝置的溫度高於預定值時，上述控制電路實施控制，使得上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度的比率提高。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述控制電路根據上述發光裝置的色度來控制上述比率。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述控制電路通過實施控制來調整上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度的比率，使得上述發光裝置的色度成為預定值。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，還具備顏色傳感器，由該顏色傳感器對上述發光裝置的色度進行檢測。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，還具備溫度檢測裝置，由該溫度檢測裝置對上述發光裝置的色度進行推定。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1螢光體的發光光譜的半值寬度大於上述第1LED的發光光譜的半值寬度。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第2LED為藍色LED。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第4LED為藍色LED。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第2LED為紫色LED或紫外LED，還具備藍色LED。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第4LED為紫色LED或紫外LED，還具備藍色LED。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1LED為紅色LED，上述第1螢光體為紅色發光螢光體。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1或第3LED為紅色LED，上述第1或第2螢光體為紅色發光螢光體。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述紅色LED為AlGaInP系LED。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1螢光體為CaAlSiN3:Eu2+。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1LED為綠色LED，上述第1螢光體為綠色發光螢光體。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第1或第3LED為綠色LED，上述第1或者第2螢光體為綠色發光螢光體。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第2螢光體為α-Sialon、β-Sialon、Sr-Aluminate、(Sr，Ba)2SiO4:Eu2+或Ca3(Sc，Mg)2Si3O12:Ce3+。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第3LED為黃色LED，上述第2螢光體為黃色發光螢光體。
本發明實施方式的發光裝置，作為優選，上述第2螢光體分別為α-Sialon、(Sr，Ba)2SiO4:Eu2+或YAG:Ce3+。
本發明實施方式的顯示裝置的特徵在於，具備上述發光裝置、非自發光型顯示面板和濾色器。
本發明實施方式的發光裝置的控制方法，是具備第1LED、第2LED以及被第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體的發光裝置的控制方法，其特徵在於在使第1發光強度大於或等於預定值時，進行控制以使第2LED的發光強度對第1LED的發光強度的比率提高，其中，上述第1發光強度是由上述第1LED的發光、或上述第1螢光體的發光、或上述第1LED及上述第1螢光體的發光所得到的發光強度。
本發明實施方式的發光裝置的控制方法，是具備第1LED、第2LED以及被第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體的發光裝置的控制方法，其特徵在於當上述發光裝置的溫度高於預定值時，進行控制以使上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度的比率提高。
本發明實施方式的發光裝置的控制方法，是具備第1LED、第2LED以及被第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體的發光裝置的控制方法，其特徵在於通過實施控制來調整上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度的比率，使得上述發光裝置的色度成為預定值。
本發明實施方式的發光裝置的控制方法的特徵在於，至少同時進行上述三種控制中的兩者。
本發明的上述具體實施方式
只是用於闡述本發明的技術內容的示例。本發明並不限於上述具體實施方式
，不應對其進行狹義的解釋。在本發明的精神和權利要求的範圍內，可進行各種變更來實施之。
權利要求
1.一種發光裝置，具備第1LED；第2LED；第1螢光體，由上述第2LED激勵並發出顏色和上述第1LED的發光色相同或近似的光；和控制電路，對上述第1LED的發光強度和上述第2LED的發光強度之比率進行控制。
2.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於還具備第3LED、第4LED以及由上述第2LED或上述第4LED激勵並發出顏色和上述第3LED的發光色相同或近似的光的第2螢光體；上述控制電路對上述第1LED、上述第2LED、上述第3LED和上述第4LED的發光強度之比率進行控制。
3.根據權利要求1或2所述的發光裝置，其特徵在於上述控制電路根據第1發光強度對上述比率進行控制，其中，上述第1發光強度是由上述第1LED的發光、或上述第1螢光體的發光、或上述第1LED及上述第1螢光體雙方的發光得到的發光強度。
4.根據權利要求3所述的發光裝置，其特徵在於在使上述第1發光強度大於或等於預定值時，上述控制電路實施控制，以使上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率提高。
5.根據權利要求1或2所述的發光裝置，其特徵在於上述控制電路根據上述發光裝置的溫度來控制上述比率。
6.根據權利要求5所述的發光裝置，其特徵在於還具備溫度檢測部，由該溫度檢測部對上述發光裝置的溫度進行檢測。
7.根據權利要求5所述的發光裝置，其特徵在於當上述發光裝置的溫度高於預定值時，上述控制電路實施控制，以使上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率提高。
8.根據權利要求1或2所述的發光裝置，其特徵在於上述控制電路根據上述發光裝置的色度來控制上述比率。
9.根據權利要求8所述的發光裝置，其特徵在於上述控制電路通過實施控制來調整上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率，以使上述發光裝置的色度成為預定值。
10.根據權利要求8所述的發光裝置，其特徵在於還具備顏色傳感器，由該顏色傳感器對上述發光裝置的色度進行檢測。
11.根據權利要求8所述的發光裝置，其特徵在於還具備溫度檢測部，由該溫度檢測部對上述發光裝置的色度進行推定。
12.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於上述第1螢光體的發光光譜的半值寬度大於上述第1LED的發光光譜的半值寬度。
13.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於上述第2LED為藍色LED。
14.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於上述第4LED為藍色LED。
15.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於上述第2LED為紫色LED或紫外LED，還具備藍色LED。
16.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於上述第4LED為紫色LED或紫外LED，還具備藍色LED。
17.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於上述第1LED為紅色LED，上述第1螢光體為紅色發光螢光體。
18.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於上述第1或第3LED為紅色LED，上述第1或第2螢光體為紅色發光螢光體。
19.根據權利要求17所述的發光裝置，其特徵在於上述紅色LED為AlGaInP系紅色LED。
20.根據權利要求17所述的發光裝置，其特徵在於上述第1螢光體為CaAlSiN3:Eu2+。
21.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於上述第1LED為綠色LED，上述第1螢光體為綠色發光螢光體。
22.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於上述第1或第3LED為綠色LED，上述第1或第2螢光體為綠色發光螢光體。
23.根據權利要求21所述的發光裝置，其特徵在於上述第2螢光體分別為α-塞隆、β-塞隆、Sr-鋁酸鹽、(Sr，Ba)2SiO4:Eu2+或Ca3(Sc，Mg)2Si3O12:Ce3+。
24.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於上述第3LED為黃色LED，上述第2螢光體為黃色發光螢光體。
25.根據權利要求24所述的發光裝置，其特徵在於上述第2螢光體分別為α-塞隆、(Sr，Ba)2SiO4:Eu2+或YAG:Ce3+。
26.一種顯示裝置，具備發光裝置；非自發光型顯示面板；以及濾色器，其中，上述發光裝置包括第1LED；第2LED；第1螢光體，由上述第2LED激勵並發出顏色和上述第1LED的發光色相同或近似的光；和控制電路，對上述第1LED的發光強度和上述第2LED的發光強度之比率進行控制。
27.一種發光裝置的控制方法，該發光裝置具備第1LED、第2LED以及由第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體，在該控制方法中，在使第1發光強度大於或等於預定值時，進行控制以使第2LED的發光強度對第1LED的發光強度之比率提高，其中，上述第1發光強度是由上述第1LED的發光、或上述第1螢光體的發光、或上述第1LED及上述第1螢光體雙方的發光得到的發光強度。
28.一種發光裝置的控制方法，該發光裝置具備第1LED、第2LED以及由第2LED激勵並發出顏色和第1 LED的發光色相同或近似的光的螢光體，在該控制方法中，當上述發光裝置的溫度高於預定值時，進行控制以使上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率提高。
29.一種發光裝置的控制方法，該發光裝置具備第1LED、第2LED以及由第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體，在該控制方法中，通過實施控制來調整上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率，以使上述發光裝置的色度成為預定值。
30.一種發光裝置的控制方法，該發光裝置具備第1LED、第2LED以及由第2LED激勵並發出顏色和第1LED的發光色相同或近似的光的螢光體，在該控制方法中，至少同時進行下述控制中的二者，即在使第1發光強度大於或等於預定值時，進行控制以使第2LED的發光強度對第1LED的發光強度之比率提高，其中，上述第1發光強度是由上述第1LED的發光、或上述第1螢光體的發光、或上述第1LED及上述第1螢光體雙方的發光得到的發光強度；當上述發光裝置的溫度高於預定值時，進行控制以使上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率提高；進行控制來調整上述第2LED的發光強度對上述第1LED的發光強度之比率，以使上述發光裝置的色度成為預定值。
全文摘要
本發明提供一種發光裝置。在使用了LED的發光裝置中，LED的亮度和色度因溫度變化的影響而發生較大的變化，另一方面，雖然利用螢光體能夠提高亮度及色度相對於溫度變化的穩定性，但是，這樣將導致降低發光裝置的色再現性。為解決上述問題，本發明的發光裝置具備第1LED；第2LED；第1螢光體，由上述第2LED激勵並發出顏色和上述第1LED的發光色相同或近似的光；以及控制電路，對上述第1LED的發光強度和上述第2LED的發光強度之比率進行控制。
文檔編號H05B33/00GK101082401SQ200710106439
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者森本泰司, 渡邊昌規 申請人:夏普株式會社