JP2010177656A - 発光ダイオードユニット及びこれを含む表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1光を発光する少なくとも一つの発光ダイオードと、前記発光ダイオード上に設けられ、前記第1光の一部を吸収して前記第1光と波長が異なる第2光を発光する複数の量子ドットを含む量子ドット層と、前記発光ダイオードと前記量子ドット層との間に介在して前記発光ダイオードと前記量子ドット層を離隔させるバッファ層とを有する。
【選択図】 図4
Description
また他の方法によると、単色発光ダイオードを励起状態から底状態に安定化されながら白色光を放射する蛍光物質を励起させることに用いることによって白色光を作ることができる。ここで、蛍光灯で白色光を発生させることと同様の方式に蛍光物質を利用して単色発光ダイオードの光を白色光に変換する。
しかし、発光ダイオードから出射された青色光は、半値幅(full−width half−maximum)が狭いので色再現性が良いが、赤色と緑色を放射する蛍光物質は、半値角が広いので色再現性が悪くて、周辺の色と混合するという問題があった。
また、本発明の他の目的は、上記発光ダイオードを光源に使用することによって、色再現性が高く、寿命が延長された表示装置を提供することにある。
前記バッファ層は、樹脂と、前記樹脂内に分散させて、前記発光ダイオードから発光した光を拡散させる散乱剤とを含むことが好ましい。
前記散乱剤は、複数の粒子からなり、該各粒子の直径は、前記量子ドットの直径より大きいことが好ましい。
前記散乱剤は、複数の粒子からなり、該粒子の直径は、50nm〜10μmであることが好ましい。
前記散乱剤の各粒子の直径は、青色光の波長より大きいことが好ましい。
前記散乱剤は、前記樹脂の重量に対して1重量%〜15重量%の濃度で含まれることが好ましい。
前記バッファ層は、複数のバッファサブ層からなり、各バッファサブ層は、前記散乱剤の濃度が互いに異なる散乱剤を有することが好ましい。
前記バッファ層は、前記発光ダイオード上の第1バッファサブ層と、前記第1バッファサブ層上の第2バッファサブ層との二重層からなり、前記第1バッファサブ層の散乱剤の濃度は、前記第2バッファサブ層の散乱剤の濃度より低いことが好ましい。
又、本発明の発光ダイオードユニットを表示装置に用いることによって、表示装置は、相対的に高い程度の色再現性と寿命を有することができるという効果がある。
図1を参照すると、本発明の第1の実施形態による発光ダイオードユニットは、光を発光する少なくとも一つの発光ダイオード120と、発光ダイオード120上のバッファ層130と、バッファ層130上の量子ドット層140とを含む。
ハウジング110は、発光ダイオード120、バッファ層130及び量子ドット層140が内部に収容することができるように内部に空間を有し、一側(上方)が開放された形態に設けられる。
発光ダイオード120は、ワイヤ122を通じて電源(図示せず)に接続される。ワイヤ122は、ハウジング110を貫通して外部の電源と接続させることができる。電源は、発光ダイオード120が駆動することができるように電圧を印加する役割をする。そして、図示していないが、発光ダイオード120の下部には、発光ダイオード120から発生した熱を放出させるための放熱パッド又は放熱板が具備させることもできる。
量子拘束効果の最も著しい点は、量子拘束効果が起こると量子ドットのバンドギャップが大きくなり、バンドギャップがバルク(bulk)の結晶とは異なり、一つの個別的な原子のように不連続なバンドギャップ構造を有することである。
この二つのグラフは、各々青色発光ダイオードを使用した際の従来技術と本発明の第1の実施形態による発光ダイオードユニットの出射光の分光分布を示す。
ここで、各グラフの縦軸は、各波長における相対的な光の強度を示している。ここで、R、G、Bは、赤色、緑色、青色カラーフィルタを使用した際の分光分布特性を示したものである。
特に、青色ピークBLは、半値幅がカラーフィルタを使用した時より相対的に非常に狭いだけではなく、既存の発光ダイオードユニットの他の色の色ピーク、緑色ピークGF、或いは赤色ピークRFよりも狭い。これによって、狭い範囲で強い強度に現れるので、色再現性が他の色に比べて優秀である。これは、既存発明の発光ダイオードユニットは、青色発光ダイオードを基本に実装しているので、青色ピークBLは、発光ダイオード光源の半値幅を有する。
青色、緑色、赤色ピークBL、GQ、RQは、全てがカラーフィルタR、G、Bを使用する際より半値幅が狭く、強度も相対的に強い。これによって、狭い範囲で強い強度に赤色、緑色、青色の全てが現れるので、高品質の白色光を得ることができる。
このような理由で量子ドットを適用したダイオードユニットを表示装置の光源に適用する場合、既存の蛍光物質を利用した発光ダイオードユニットより高い色再現性を具現することができる。
バッファ層130は、発光ダイオード120から発光された光が直接的に垂直上部の量子ドット層140に到達しないように、量子ドット層140を発光ダイオード120から離隔させる。バッファ層130は、発光ダイオード120と量子ドット層140との間の距離を離隔させることによって、直接的に到達する光量を減らすことと同時に発光ダイオード120から出射された光の散乱度も増加させる。
量子ドットの劣化現象というのは、量子ドットが光、熱、又は化学物質との反応によって変性されることである。例えば、量子ドットが光、熱、又は化学物質のうちの、特に光に直接的に長時間露出される場合、光酸化(photooxidation)反応が発生して量子ドットが変性してしまう。
バッファ層130は、高分子樹脂を含むことができる。高分子樹脂は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを使用することができる。
本実施形態では、図4を参照して重複説明を避けるために第1の実施形態と相違する点を中心に説明する。同様な番号は同様な構成要素を示す。例えば、量子ドット層240は図1の量子ドット層140と同様であり、量子ドット(242、244)は図1の量子ドット(142、144)と同様であり、底面部210aと側面部210bを有するハウジング210は図1の底面部110aと側面部110bを有するハウジング110と同様であり、ワイヤ222は図1のワイヤ122と同様である。
散乱剤232は、ガラス、酸化チタン、酸化アルミニウム、及び/又はシリカのような大きい表面積を有する粒子の形態で形成する。散乱剤232は、第1樹脂の重量に対して1重量%〜15重量%の濃度に含まれる。散乱剤232が第1樹脂の重量の1重量%より低い濃度の場合には、光の散乱による光拡散効果が微小である。第1樹脂の重量の15重量%より大きい場合には、光の散乱効果は増加するが、光の散乱と反射による光損失が増加するので、実質的な光効率が落ちるようになる。
光を散乱させる散乱剤232の粒子の直径が10μmを超える場合には、散乱剤232の粒子の大きさが青色光の波長より大きくなるので、散乱現象に比べてはるかに多くの回折が発生されうる。散乱現象より回折現象が多くなると、散乱度が減少する。又、散乱剤232の粒子が大きいのため、光を上部ではない異なる方向に反射させる比率が多くなり、これによって、光量が必要以上に減る。そして散乱度は、表面積が大きいほど光散乱の効果が大きいので、直径が10μm以下に形成することができる。これと反して、散乱剤232の粒子の直径が50nmより小さく形成される場合には、青色光の波長と対比して散乱剤232の粒子の大きさが小さくなるので、散乱程度が顕著に落ちる。
この時、散乱剤として酸化チタンが第1樹脂層に対して5重量%の濃度で使用され、酸化チタンの平均直径は200nmである。
グラフのx軸は、本発明の第1及び第2の実施形態による発光ダイオードユニットに対する視野角を意味し、y軸は、正規化された輝度を示す。
図7から分かるように、最高輝度に対して輝度が半分になる角度は、酸化チタンを適用した場合には、±40゜程度であるが、酸化チタンを適用しない場合には、±23゜程度の値を有する。この結果は、発光ダイオードから出た光が散乱剤によって散乱され、分散されて空間的に拡散されたことを意味する。
その結果、発光ダイオード垂直上部の量子ドットに直接的に伝えられる光量が減少し、光量の減少によって劣化現象が減少する。従って、全体的な白色光の品質が向上され、量子ドットを用いた発光ダイオードの寿命を長くすることができる。
散乱剤としては、酸化チタンが第1樹脂層に対して5重量%の濃度で使用され、酸化チタンの平均直径は、200nmである。
ここで、x軸は、本発明の第1及び第2の実施形態による発光ダイオードユニットの駆動時間(エージング時間)であり、y軸は、駆動時間(エージング時間)による色座標の位置を示すものである。
散乱剤としては、酸化チタンが第1樹脂層に対して5重量%の濃度で使用され、酸化チタンの平均直径は、200nmである。
即ち、酸化チタンを適用した場合の色座標の変化量が適用しない場合より少ない。
図11を参照して、重複説明を避けるために、図1及び図4と相違する部分のみを説明する。同様の番号は同様の構成要素を示す。例えば、量子ドット層340は、図1の量子ドット層140と同様であり、量子ドット(342、344)は、図1の量子ドット(142、144)と同様であり、底面部310aと側面部310bを有するハウジング310は、図1の底面部110aと側面部110bを有するハウジング110と同様であり、ワイヤ322は、図1のワイヤ122と同様である。
第1バッファサブ層330aと第2バッファサブ層330bは、ポリマ樹脂のような絶縁性物質からなり、二つの層に分散分布する散乱剤332の濃度は、互いに異なる濃度である。例えば、第1バッファサブ層330aに分散分布した散乱剤332の濃度は、第2バッファサブ層330bに分散分布した散乱剤332の濃度より低い。
このように、第1及び第2バッファサブ層330a、330bに、互いに異なる濃度で散乱剤330を分散分布させることで、供給される量子ドットの濃度や種類に従って拡散程度を容易に調節可能である。
図12は、本発明の第4の実施形態による発光ダイオードユニットを示す断面図である。ここでは、ハウジング410に複数の発光ダイオード420a、420b、420cが実装されている。
発光ダイオード420a、420b、420cは、ワイヤ422a、422b、422cを通じて同一の電源に接続される、或いは別個の電源に各々接続させることもできる。発光ダイオード420a、420b、420cは、所定の間隔をおいて配列され、必要に応じて任意の位置に配置することができる。
単一チップ420を利用した発光ダイオードユニットに比べて、光源の面積が広く、及び/又は長く形成された発光ダイオードユニットを提供することができる。
図13で、表示パネルの一実施形態として液晶表示装置を示した。
図13を参照すると、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、前方に画像を表示する表示パネル520を含んで形成される。表示パネル520の周端には、表示パネル520を支持するモールドフレーム530が具備される。モールドフレーム530の下部及び表示パネル520の後方には、光学シート部540が具備される。光学シート部540は、表示パネル520の背面に位置する保護シート541と、プリズムシート543と、拡散シート545とを含むことができる。
本発明の一実施形態では、発光ダイオードユニット100が光学シート部540の後方ではなく、側面に位置したエッジ(edge)タイプを示しているが、これに限定されるものではない。即ち、本発明は、発光ダイオードユニット100が表示パネル520の後方の一側に位置したエッジタイプのみではなく、発光ダイオードユニット100が表示パネル520の後方に位置した直下タイプの表示装置(図示せず)も含む。
発光ダイオードユニット100と光学シート部540との間には、発光ダイオードユニット100から出射された光を光学シート部540と表示パネル520に導くための導光板550が具備される。
上部カバー510は、表示パネル520の前面の周囲の端部を支持する構造物である。上部カバー510には、表示パネル520の表示領域を露出させる表示窓が形成されている。そして、上部カバー510の側面には、後述する下部カバー570と結合するためのねじ孔(図示せず)などの結合手段が設けられている。
先ず、発光ダイオードを実装するハウジングを準備する。
ハウジング210は、底面部210aと底面部210aから上向きに折曲されて延長された側面部210bを有するように形成する。ハウジング210は、PPAのような絶縁性高分子樹脂で、例えば、モールディング工程を利用して製造することができる。
この際、ハウジングの底面部210aを貫通して放熱板、或いは放熱パッドを具備することができるが、これは、後に実装される発光ダイオード210の放熱のためである。
例えば、散乱剤の濃度が互いに異なる第1バッファサブ層と第2バッファサブ層を形成する場合には、先ず第1樹脂に所定の濃度で散乱剤を混合させた第3混合液を準備する。第3混合液を発光ダイオードが形成された底面部に塗布して硬化させて第1バッファサブ層を形成する。次に、第1樹脂に第3混合液とは散乱剤の濃度が異なる濃度になるように所定の濃度に散乱剤を混合させた第4混合液を準備する。第4混合液を第1バッファサブ層上に塗布して硬化させて第2バッファサブ層を形成する。
120、220、320、420a、420b、420c 発光ダイオード
122、222、322、422a、422b、422c ワイヤ
130、230、330、430 バッファ層
140、240、340、440 量子ドット層
142、144 (緑色、及び赤色)量子ドット
232、332、432 散乱剤
330a、330b (第1及び第2)バッファサブ層
Claims (10)
- 第1光を発光する少なくとも一つの発光ダイオードと、
前記発光ダイオード上に設けられ、前記第1光の一部を吸収して前記第1光と波長が異なる第2光を発光する複数の量子ドットを含む量子ドット層と、
前記発光ダイオードと前記量子ドット層との間に介在して前記発光ダイオードと前記量子ドット層を離隔させるバッファ層とを有することを特徴とする発光ダイオードユニット。 - 前記量子ドットは、その直径が4nm〜10nmであり、
コアと、
前記コアを囲み、前記量子ドットのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する物質によって構成されたシェルと、
前記シェル上に付着されるリガンド(ligand)とを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードユニット。 - 前記バッファ層は、樹脂と、
前記樹脂内に分散させて、前記発光ダイオードから発光した光を拡散させる散乱剤とを含むことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードユニット。 - 前記散乱剤は、複数の粒子からなり、該各粒子の直径は、前記量子ドットの直径より大きいことを特徴とする請求項3に記載の発光ダイオードユニット。
- 前記散乱剤は、複数の粒子からなり、該粒子の直径は、50nm〜10μmであることを特徴とする請求項3に記載の発光ダイオードユニット。
- 前記散乱剤の各粒子の直径は、青色光の波長より大きいことを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオードユニット。
- 前記散乱剤は、前記樹脂の重量に対して1重量%〜15重量%の濃度で含まれることを特徴とする請求項2に記載の発光ダイオードユニット。
- 前記バッファ層は、複数のバッファサブ層からなり、各バッファサブ層は、前記散乱剤の濃度が互いに異なる散乱剤を有することを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードユニット。
- 前記バッファ層は、前記発光ダイオード上の第1バッファサブ層と、
前記第1バッファサブ層上の第2バッファサブ層との二重層からなり、
前記第1バッファサブ層の散乱剤の濃度は、前記第2バッファサブ層の散乱剤の濃度より低いことを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオードユニット。 - 画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに光を供給する発光ダイオードユニットとを有し、
前記発光ダイオードユニットは、第1光を発光する少なくとも一つの発光ダイオードと、
前記発光ダイオード上に設けられ、前記第1光を拡散させる散乱剤が含まれるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、前記第1光の一部を吸収して前記第1光と波長が異なる第2光を発光する複数の量子ドットとを有することを特徴とする表示装置。
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