LEDは照明用には演色性!バックライト用には色域!

液晶

白色LEDが登場して以来、一般照明や液晶ディスプレイ用バックライトの光源には、白色LEDが用いられるようになりました。当初はかなり効果でしたが、量産効果と激しい価格競争により、急速に低価格化し、広く普及しています。同じ白色LEDでも、一般照明用とバックライト用では要求される特性が異なります。以下に紹介します。

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LEDは照明やバックライトに使用されている

日亜化学工業が1993年に青色発光LEDを製品化し、赤・緑・青の3色の光をそれぞれ放出することができるLEDが揃い、白色光源としてのLEDの可能性が拓けました。実際に、これらの3原色のLEDを並べて白色光源を作るタイプのものもありますが、主流は青色LEDと蛍光体を組み合わせた白色LEDです。特に日亜化学工業が製品化した青色LEDと黄色蛍光体を組み合わせた白色LEDが、最初の広く普及し、利用されています。

主に一般照明と液晶ディスプレイ用バックライトの光源として使われているわけですが、近年はこれらの用途に対し、より優れた特性になるように蛍光体の開発が進められています。以下にそれぞれの用途について紹介します。

LEDは照明用には演色性が重要!

LEDが照明に利用されるようになった頃によく言われたことは、「食べ物がおいしく見えない」、「顔色が悪く見える」などと言ったことでした。これはどういうことなのでしょうか?

太陽の光が入り込まない部屋で照明を点灯させた場合、部屋の中にあるものは照明からの光に照らされて見えます。それぞれのものの色(物体色)が認識できるのは、それぞれのものに固有の波長で光が吸収され、残りが反射されるためです。太陽の光(自然光)は、虹の色からも分かるように、可視光域の全域の波長の光が含まれており、あらゆるものを本来の色で見せてくれます。

自然光に比べると、「青色LED+黄色蛍光体」の組み合わせでは、青色光の強度が強く、また緑色光にピークがあるような強度のバランスになっています。つまり、自然光のスペクトルのバランスと異なっているため、日光の下で見る色と「青色LED+黄色蛍光体」の光で照らしてみる色とは異なって見えてしまうのです。

できるだけ自然光と同じように、可視光域の全域の光をバランスよく含む光源にすれば良いわけです。そうすると照らした時に本来の色に近く見えます。この自然光と同じように見えるという特性を「演色性」と言います。現在は、高演色性の白色LED照明が開発されています。昔から使われている蛍光灯などよりも、ずっと演色性に優れたLED照明が販売されています。

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LEDはバックライト用には色域が重要!

液晶ディスプレイには、液晶パネルの背面から均一に照らす面状光源が搭載されており、これをバックライトと呼びます。バックライトの中の光源に白色LEDが使用されています。白色光源からフルカラーの映像を作り出すために、赤・緑・青のサブピクセルごとにそれぞれの色に対応したカラーフィルターを配置します。それぞれのカラーフィルターで光を吸収し、それぞれの色の光だけを通過させます。

液晶ディスプレイの色を表示する原理は、「光の混色」に基づくものです。赤・緑・青の光を混ぜ合わせると白色を作ることができます。各成分の色の光の強度を調節することで様々な色を作ることができます。

この「光の混色」の原理では、赤・緑・青の3原色の光のそれぞれの波長幅(スペクトル幅)が狭いほど(色純度が高いほど)、より多くの色を作ることができ、色域が広くなります。ここが前述の物体色に関する「可色混合」と大きく異なる点です。

4K/8K放送が始まり、映像信号から色域が広くなりましたので、それを表示できる広色域のディスプレイが注目されています。現時点では、4K/8K放送のBT.2020の色域を完全に表示できるディスプレイは無く、白色LEDの新規蛍光体の研究開発が進められています。もちろん完全ではないものの、かなり広色域対応の白色LEDは製品化されていますので、鮮やかな映像を楽しむことができます。

まとめ

一般照明用の白色LEDは、高演色性が求められ、太陽光のように可視光域の全域の波長成分をバランス良く含むように蛍光体が選ばれています。液晶ディスプレイのバックライト光源には、広色域にするために、光の3原色の波長成分のスペクトル幅を狭くするような蛍光体が選択されています。同じ白色LED用蛍光体でも大きく異なる点に注意が必要です。

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