KR101180216B1 - 백색 발광 장치, 백라이트, 액정 표시 장치 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 관한 백색 발광 장치(1)는, 특정 파장 영역의 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩(5)과, 청색 발광 다이오드 칩(5)을 밀봉하고 실리콘 수지의 경화물(11)로 이루어지는 제1 수지층(10)과, 제1 수지층(10)을 피복하고, 상기 청색광을 흡수하고 특정 파장 영역의 광을 발광하는 형광체 분말(22)과 투명 수지의 경화물(21)을 포함하는 제2 수지층(20)을 구비하고, 형광체 분말(22)은, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖고,
[화학식 1]
(화학식 1 중, x 및 y는 0.05<x<0.5, 0.05<y<0.3을 만족한다)
제1 수지층(10)은 두께가 200㎛ 내지 2000㎛의 범위 내에 있다. 본 발명에 관한 백색 발광 장치(1)는 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
[화학식 1]
(화학식 1 중, x 및 y는 0.05<x<0.5, 0.05<y<0.3을 만족한다)
제1 수지층(10)은 두께가 200㎛ 내지 2000㎛의 범위 내에 있다. 본 발명에 관한 백색 발광 장치(1)는 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
Description
본 발명은, 청색 발광 다이오드와, 이 청색 발광 다이오드의 청색 발광을 흡수하고 청녹색으로부터 황색의 발광을 행하는 형광체 분말을 포함하는 수지층을 사용함으로써, 백색광을 발광하는 기술에 관한 것으로, 상세하게는, 백색광을 발광하는 백색 발광 장치, 이 백색 발광 장치를 사용한 백라이트, 액정 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 광을 방사하는 반도체 다이오드이며, 전기 에너지를 자외광 또는 가시광으로 변환하는 것이다.
종래, 발광 다이오드를 사용한 LED 램프가 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 투명 기판 등의 기판과 GaP, GaAsP, GaAlAs, GaN, InGaAlP 등의 발광 재료를 사용하여 발광 칩을 형성하고, 이 발광 칩을 투명 수지에 의해 밀봉하면, 가시광을 방사하는 LED 램프가 얻어진다. 또한, 상기 발광 재료를 프린트 기판이나 금속 리드의 상면에 고정하고, 숫자나 문자를 본뜬 수지 케이스에 의해 밀봉하면, 가시광을 방사하는 디스플레이형의 LED 램프가 얻어진다.
LED 램프는, 수명이 길고 신뢰성이 높은 반도체 소자인 발광 다이오드를 사용하기 때문에, 교환 빈도가 저감되어, 장기 수명화가 가능하다. 이로 인해, LED 램프는, 휴대용 통신 기기, 퍼스널 컴퓨터 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기, 오디오 기기, 자동차 등의 탈것, 신호등, 스위치, 백라이트용 광원 표시판 등의 표시 장치의 구성 부품으로서 널리 사용되어 왔다.
또한, LED 램프는, 발광 칩 전방 표면, 밀봉 수지나 수지 케이스 내에 각종 형광체 분말을 함유시킴으로써, 방사광의 색을 조정할 수 있다. 즉, 발광 칩과, 발광 칩으로부터 방사된 광을 흡수하고 소정 파장 영역의 광을 발광하는 형광체 분말을 조합하여 사용함으로써, 발광 칩으로부터 방사된 광과 형광체 분말로부터 방사된 광의 작용으로, 사용 용도에 따른 가시광 영역의 광이나 백색광을 발광시키는 것이 가능해진다.
LED 램프 중, 특히 백색 발광의 LED 램프는, 현재 휴대 전화의 백라이트나 차량 탑재용 램프에 있어서 사용량이 현저하게 확대되고 있다. 또한, 백색 발광의 LED 램프는, 장래에 형광등의 대체물로서 크게 신장되어 갈 것으로 기대되고 있다. 예를 들어, EU의 RoHS 규제(유해 화학 물질 규제)는 수은의 사용을 금하고 있기 때문에, 수은을 사용하지 않은 백색 발광 LED 램프가 수은을 사용하는 종래의 형광등을 치환시켜 갈 것으로 예상된다.
백색 발광 LED 램프로서는, 현재 청색 발광 다이오드 칩과 황색 발광 형광체(YAG)를 조합, 필요에 따라 적색 형광체를 더 조합한 타입의 것(이하, 「백색 발광 LED 램프의 타입 1」이라고 칭한다)이나, 자외선 또는 자광 발광 다이오드 칩과 청색, 황색 및 적색 각각의 형광체를 조합한 타입의 것(이하, 「백색 발광 LED 램프의 타입 2」라고 칭한다) 등이 사용 또는 연구되고 있다.
이들 중, 백색 발광 LED 램프의 타입 1은 타입 2보다 고휘도이기 때문에, 즐겨 사용되고 있다.
백색 발광 LED 램프의 타입 1에 사용되는 황색 형광체의 재질로서는, 세륨 활성화 이트륨알루민산염 형광체(YAG), 세륨 활성화 테르븀알루민산염 형광체(TAG), 알칼리 토류 규산염 형광체 등이 알려져 있다.
이들 중 YAG 및 알칼리 토류 규산염 형광체는, 휴대 전화의 백라이트의 형광등이나 플라잉 스폿 스캐너 등에 이미 사용되고 있지만, 조명이나 자동차의 헤드 램프 등으로서 사용하기에 휘도가 충분하지 않다는 문제가 있었다.
또한, 최근, 이용자의 색채 감각이 향상되고 있기 때문에, LED 램프에, 미묘한 색조의 정밀도 높은 재현성이나, 외관의 균일성이 요구되게 되었다.
이에 대해, 백색 발광의 LED 램프에 휘도를 높게 하거나, 고 색상 연출성이나 외관의 균일성을 부여하거나 하기 위하여 다양한 제안이 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1(국제 공개 제2003/021691호 공보)에는, 알칼리 토류 규산염 형광체를 사용한 높은 광속을 갖는 백색 발광 LED 램프가 개시되어 있다. 이 백색 발광 LED 램프에 의하면, YAG를 사용한 백색 발광 LED 램프와 동등한 높은 광속을 갖고 색 얼룩이 적어진다.
그러나, 알칼리 토류 규산염 형광체는, YAG, TAG 등의 알루민산염 형광체에 비하여 휘도가 열화되는 동시에, 온도가 상승된 경우의 휘도의 저하가 크다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 청색 발광 다이오드 칩과 알칼리 토류 규산염 형광체를 조합하여 획득된, 장기간에 걸쳐 고휘도인 백색 발광 장치, 이 백색 발광 장치를 사용한 백라이트, 액정 표시 장치 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 백색 발광 장치는, 상기 문제점을 해결하는 것이며, 발광 피크 파장 430nm 내지 490nm의 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩과, 이 청색 발광 다이오드 칩을 밀봉하고, 실리콘 수지의 경화물로 이루어지는 제1 수지층과, 이 제1 수지층을 피복하고, 상기 청색광을 흡수하고 발광 피크 파장 500nm 내지 570nm의 광을 발광하는 형광체 분말과 투명 수지의 경화물을 포함하는 제2 수지층을 구비하고, 상기 형광체 분말은, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖고,
(화학식 1 중, x 및 y는 0.05<x<0.5, 0.05<y<0.3을 만족한다)
상기 제1 수지층은, 상기 청색 발광 다이오드 칩의 저면의 중심부와 상기 제2 수지층의 표면을 연결하는 선분 중, 제1 수지층 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가 200㎛ 내지 2000㎛의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 백라이트는, 상기 문제점을 해결하는 것이며, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 상기 문제점을 해결하는 것이며, 상기 백라이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 조명 장치는, 상기 문제점을 해결하는 것이며, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 발광 장치는, 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
또한, 본 발명에 관한 백라이트는, 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
또한, 본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
또한, 본 발명에 관한 조명 장치는, 장기간에 걸쳐 고휘도이다.
도 1은 본 발명에 관한 백색 발광 장치의 제1 실시 형태의 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 백색 발광 장치의 제2 실시 형태의 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 백색 발광 장치의 제2 실시 형태의 단면도.
<백색 발광 장치>
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명에 관한 백색 발광 장치의 제1 실시 형태의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 백색 발광 장치(1)는, 프린트 배선판(9)에 실장된 청색 발광 다이오드 칩(5)과, 청색 발광 다이오드 칩(5)을 밀봉하며 실리콘 수지의 경화물(11)로 이루어지는 제1 수지층(10)과, 제1 수지층(10)을 피복하며 형광체 분말(22)과 투명 수지의 경화물(21)을 포함하는 제2 수지층(20)을 구비한다.
(프린트 배선판)
프린트 배선판(9)은, 기재(2)와, 기재(2) 표면 등에 형성된 도전층(3)을 갖는다. 기재(2)로서는, 예를 들어, 유리 에폭시 수지 기재나 세라믹 기재가 사용된다. 도전층(3)으로서는, 예를 들어, 동박의 에칭 등에 의해 형성된 구리제의 회로가 사용된다.
프린트 배선판(9)의 도면 중, 상측에는, 프레임부(6)가 설치되어 있다. 프레임부(6)는 프린트 배선판(9)과 프레임부(6)로 둘러싸여 형성되는 오목부(40)의 형상이, 프린트 배선판(9)으로부터 멀어짐에 따라 직경이 확대 개방되는 원뿔대 형상으로 되도록 형성되어 있다. 오목부(40)는, 원뿔대 형상 이외의 형상, 예를 들어, 원기둥 형상, 사각 기둥 형상 등의 다양한 형상을 채용할 수 있지만, 원뿔대 형상이면, 발광면이 넓어지기 때문에 바람직하다. 프레임부(6)의 재질로서는, 예를 들어 플라스틱, AlN 등의 세라믹, Cu판 등이 사용된다. 프레임부(6)로서 Cu판과 같은 금속을 사용하는 경우는 통상 표면에 절연성막을 형성한다.
프레임부(6)의 벽면(6a)은 청색 발광 다이오드 칩(5)이나 형광체 분말(22)로부터 방사되는 광을 반사하는 반사면으로 되어 있다. 반사면은, 금속에 의해 도금하는 등의 공지의 방법으로 얻어진다.
(청색 발광 다이오드 칩)
청색 발광 다이오드 칩(5)은, 발광 피크 파장 430nm 내지 490nm의 청색광을 발광하는 발광 다이오드 칩이다. 청색 발광 다이오드 칩(5)으로서는, 예를 들어, 도시하지 않은 사파이어 기판이나 SiC 기판 등의 투명 기판의 표면에, InGaN 등의 질화갈륨계 화합물 반도체; ZnCdSe 등의 셀렌화아연 반도체; ZnO 등의 산화아연 반도체 등이 적층된 것이 사용된다.
청색 발광 다이오드 칩(5)은, 투명 기판측이 프린트 배선판(9)측에 면하도록 배치해도 좋고, 투명 기판과 반대측의 면이 프린트 배선판(9)측에 면하도록 배치해도 좋다.
청색 발광 다이오드 칩(5)으로서는, 피크 순방향 전류가 100mA 이상인 고출력의 것으로도 사용할 수 있다. 피크 순방향 전류가 큰 청색 발광 다이오드 칩(5)은 발열량이 크기 때문에, 형광체 분말을 함유하는 수지층에 의해 청색 발광 다이오드 칩(5)을 밀봉하는 종래의 백색 발광 장치에서는, 형광체 분말이 열에 의해 열화되기 쉬웠다. 이에 반해, 본 발명의 백색 발광 장치(1)는 청색 발광 다이오드 칩(5)과, 형광체 분말(22)을 포함하는 제2 수지층(20) 사이에, 형광체 분말(22)을 포함하지 않는 제1 수지층(실리콘 수지층)(10)을 형성했기 때문에, 형광체 분말(22)은 직접 고열에 노출되지 않아, 열화되기 어렵다.
청색 발광 다이오드 칩(5)은, 프린트 배선판(9)과 프레임부(6)로 둘러싸여 형성되는 원뿔대 형상의 오목부의 저부에, 서브 마운트 기판(4)을 통하여 프린트 배선판(9)에 실장된다. 서브 마운트 기판(4)은, 청색 발광 다이오드 칩(5)으로부터의 발열을 프린트 배선판(9) 등에 직접 전달하지 않기 위하여 사용되는 것이며, AlN 등의 열전도가 좋은 물질에 의해 형성된다.
청색 발광 다이오드 칩(5)은, 도시하지 않은 리드나 땜납 볼 등으로 서브 마운트 기판(4)에 전기적으로 접속된다. 서브 마운트 기판(4)은, 도시하지 않은 리드나 땜납 볼 등으로 도전층(3)에 전기적으로 접속된다.
청색 발광 다이오드 칩(5)은, 청색 발광 다이오드 칩의 정상부(5a)가, 프레임부(6)의 정상부에 설치한 전극부(7)에, 금제 본딩 와이어(8)로 전기적으로 접속된다.
(제1 수지층)
제1 수지층(실리콘 수지층)(10)은, 실리콘 수지의 경화물(11)로 이루어지고, 청색 발광 다이오드 칩(5)을 밀봉한다. 제1 수지층(10)의 형성에 사용되는 실리콘 수지로서는, 공지의 실리콘 수지를 들 수 있다. 제1 수지층(10)은, 실리콘 수지를, 예를 들어, 100℃ 내지 160℃로 가열함으로써 경화시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 수지층(10)은 제2 수지층(형광체층)(20)과의 계면(30)이 돔 형상으로 되어 있다. 제1 수지층(10)의 계면(30)을 돔 형상으로 형성하는 방법으로서는, 예를 들어, 점도가 높은 실리콘 수지를 사용하여 실리콘 수지의 표면 장력에 의해 돔 형상을 형성하여 그대로 경화시키는 방법, 유하된 실리콘 수지에 돔 형상의 틀을 가압하여 경화시키는 방법, 실리콘 수지의 유하를 복수회 행하여 돔 형상으로 형성하는 방법을 들 수 있다.
제1 수지층(10)은, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면의 중심부(5b)와 제2 수지층(20)의 표면을 연결하는 선분 중, 제1 수지층(10) 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가 통상 200㎛ 내지 2000㎛, 바람직하게는 500㎛ 내지 1000㎛의 범위 내에 있다.
여기서, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면이란 청색 발광 다이오드 칩(5)의 프린트 배선판(9)에 마주보는 면을 의미하고, 저면의 중심부(5b)란 저면의 무게 중심을 의미한다.
제1 수지층(10)의 두께는, 예를 들어, 도 1에 부호 T11, T12로 도시된다. T11, T12는 각각 상기 수치 범위 내에 있다. 즉, 저면의 중심부(5b)부터 제2 수지층(20)까지의 거리가 통상 200㎛ 내지 2000㎛의 범위 내에 있다.
(제2 수지층)
제2 수지층(형광체층)(20)은 청색 발광 다이오드 칩(5)이 방사하는 발광 피크 파장 430nm 내지 490nm의 청색광을 흡수하고 발광 피크 파장 500nm 내지 570nm의 광을 발광하는 형광체 분말(22)과, 투명 수지의 경화물(21)을 포함하고, 제1 수지층(10)을 피복한다. 제2 수지층(20) 중, 형광체 분말(22)은 투명 수지의 경화물(21) 내에 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다.
형광체 분말(22)은, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는다.
[화학식 1]
상기 화학식 1 중, x 및 y는, 통상 0.05<x<0.5, 0.05<y<0.3을 만족하고, 바람직하게는 0.05<x<0.15, 0.1<y<0.15를 만족하고, 더욱 바람직하게는 0.35≤x≤0.45, 0.1≤y≤0.15를 만족한다.
형광체 분말(22)은, 상기 화학식 1 중의 x 및 y가 후자의 조건을 만족할수록 고휘도이기 때문에 바람직하다.
형광체 분말(22)은, 평균 입경이, 통상 30㎛ 내지 80㎛, 바람직하게는 40㎛ 내지 60㎛의 범위 내에 있다. 여기서 평균 입경이란, 중량 적산값 50%의 입경을 나타내는 D50을 의미한다.
형광체 분말(22)의 평균 입경 D50이 30㎛ 미만이면 광이 형광체 분말(22)에 의해 산란되어, 광을 유효하게 이용하기 어려워, 휘도가 낮아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 형광체 분말(22)의 평균 입경 D50이 80㎛를 초과하면, 형광체 분말(22)의 조성이 불균일해져, 발광 성능이 저하되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.
형광체 분말(22)은, SrCO3 등의 Sr 함유 원료, BaCO3 등의 Ba 함유 원료, Eu2O3 등의 Eu 함유 원료, 및 SiO2 등의 Si 함유 원료를 소정의 배합비로 혼합하고, 혼합물을 소성하고, 소성물을 분급함으로써 얻어진다. 또한, 각 원료 분말은 평균 입경 1 내지 15㎛의 것이 바람직하다. 평균 입경 15㎛ 이하의 미세한 원료 분말을 사용함으로써 반응을 균일하게 행할 수 있다.
혼합물의 소성은, 예를 들어, 수소를 함유한 질소 등의 환원성 분위기 하에, 1100℃ 내지 1600℃에서, 2시간 내지 10시간 처리함으로써 행한다.
소성물을 적절히 분쇄하고, 분급하고, 건조함으로써, 형광체 분말(22)을 얻을 수 있다.
제2 수지층(20)의 형성에 사용되는 투명 수지로서는, 예를 들어, 에폭시 수지, 실리콘 수지를 들 수 있다.
제2 수지층(20)은, 예를 들어, 투명 수지와 형광체 분말을 혼합하여, 형광체 분말이 투명 수지 내에 분산된 제2 수지층 슬러리를 제조하고, 이 제2 수지층 슬러리를 제1 수지층(10) 위로부터 유하하여 경화시킴으로써 제작된다.
제2 수지층 슬러리는, 슬러리 농도가 통상 10중량％ 내지 50중량％이다. 슬러리 농도가 이 범위 내에 있으면, 형광체가 균일하게 분산되기 때문에 바람직하다. 본 발명은 청색 발광 다이오드를 사용하고 있다. 발광 다이오드로부터의 청색이 제2 수지층을 균일하게 투과함으로써 깔끔한 백색 발광이 얻어진다. 형광체가 불균일하게 분산되어 있으면 깔끔한 백색이 되기 어렵다.
제2 수지층 슬러리는, 예를 들어, 100℃ 내지 160℃로 가열함으로써 경화시킬 수 있다.
제2 수지층(20)은, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면의 중심부(5b)와 제2 수지층(20)의 표면을 연결하는 선분 중, 제2 수지층(20) 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가, 통상 1000㎛ 내지 5000㎛, 바람직하게는 2000㎛ 내지 3500㎛의 범위 내에 있다. 제2 수지층의 두께가 1000㎛ 미만이면 형광체의 양이 적어 색의 조정이 어렵다. 한편, 5000㎛를 초과하면 그 이상의 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라 발광 다이오드로부터의 광이 투과되기 어려워진다.
여기서, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면이란 청색 발광 다이오드 칩(5)의 프린트 배선판(9)에 마주보는 면을 의미하고, 저면의 중심부(5b)란 저면의 무게 중심을 의미한다.
제2 수지층(20)의 두께는, 예를 들어 도 1에 부호 T21, T22로 도시된다. T21, T22는 각각 상기 수치 범위 내에 있다.
(작용)
이어서, 백색 발광 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다.
청색 발광 다이오드 칩(5)은 통전 등에 의해 청색광을 방사한다. 청색 발광 다이오드 칩(5)으로부터 방사된 청색광은, 실리콘 수지층(10)을 투과하여, 형광체층(20)에 도달한다. 형광체층(20) 내에 포함되는 형광체 분말(22)은 발광 다이오드 칩(5)으로부터 방사된 광을 받아 황색 내지 청녹색의 광을 방사한다.
청색 발광 다이오드 칩(5)으로부터 방사된 청색광, 및 형광체 분말(22)로부터 방사된 황색 내지 청녹색의 광은, 그대로 또는 프레임부의 반사면(6a)에 의해 반사되어, 형광체층의 표면(23)측으로 유도된다. 형광체층의 표면(23)측으로부터 외부로 방사되는 광은, 청색광과, 황색 내지 청녹색의 광의 작용에 의해 실질적으로 백색이 된다.
발광 다이오드 칩(5)은 발광 시에 발열되기 때문에, 발광 다이오드 칩(5) 주위의 실리콘 수지층(10)은 고온이 된다. 그러나, 실리콘 수지층(10) 내에는, 고온에 의해 열화되어 휘도가 저하되기 쉬운 형광체 분말(22)이 포함되어 있지 않기 때문에, 백색 발광 장치(1)는 장기간 사용해도 휘도가 저하되기 어렵다.
백색 발광 장치(1)에 의하면, 청색 발광 다이오드 칩(5)과, 형광체 분말(22)을 포함하는 제2 수지층(20) 사이에, 형광체 분말(22)을 포함하지 않는 제1 수지층(10)이 형성되어, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 발열에 의해 열화되기 쉬운 형광체 분말(22)의 발광 성능이 저하되기 어렵기 때문에, 장기간에 걸쳐 고휘도를 유지할 수 있다.
또한, 백색 발광 장치(1)에 의하면, 제1 수지층(10)과 제2 수지층(20)의 계면(30)이 돔 형상으로 되어 있기 때문에, 제1 수지층(10)의 형성 범위를 형광체 분말(22)의 열화가 발생하기 어려울 정도로 청색 발광 다이오드 칩(5) 주위에 한정하고, 제2 수지층(20)의 형성 범위를 상대적으로 크게 할 수 있다. 이에 의해, 제1 수지층(10)을 형성해도 백색 발광 장치(1)의 휘도가 저하되거나, 휘도 저하를 보완하기 위해 백색 발광 장치(1)가 커지거나 하기 어렵다.
[제2 실시 형태]
도 2는 본 발명에 관한 백색 발광 장치의 제2 실시 형태의 단면도이다. 도 2에 도시된 제2 실시 형태의 백색 발광 장치(1A)는, 도 1에 도시된 제1 실시 형태의 백색 발광 장치(1)에 대하여, 제1 수지층(10) 대신에 제1 수지층(10A)이 형성되는 동시에, 제2 수지층(20) 대신에 제2 수지층(20A)이 형성되는 점에서만 상이하다.
이로 인해, 이하, 제2 실시 형태의 백색 발광 장치(1A)와 제1 실시 형태의 백색 발광 장치(1) 사이에 상이한 점에 대해서만 설명하고, 백색 발광 장치(1A)와 백색 발광 장치(1)의 동일 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하거나 또는 간략화하기로 한다.
(제1 수지층)
제1 수지층(10A)은 제1 수지층(10)에 있어서의 제2 수지층(형광체층)(20)과의 계면(30)이 돔 형상으로 되어 있는 데 반해, 제2 수지층(형광체층)(20A)과의 계면(30A)이 평탄 형상으로 되어 있는 점에서 상이하다.
제1 수지층(10A)의 제2 수지층(20A)과의 계면(30A)을 평탄 형상으로 형성하는 방법으로서는, 예를 들어, 점도가 낮은 실리콘 수지를 유하하여 경화시키는 방법을 들 수 있다.
제1 수지층(10A)은 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면의 중심부(5b)와 제2 수지층(20A)의 표면을 연결하는 선분 중, 제1 수지층(10A) 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가, 통상 200㎛ 내지 2000㎛, 바람직하게는 500㎛ 내지 1000㎛의 범위 내에 있다.
제1 수지층(10A)의 두께는, 예를 들어, 도 2에 부호 T13, T14로 도시된다. T13, T14는 각각 상기 수치 범위 내에 있다. 즉, 저면의 중심부(5b)부터 제2 수지층(20)까지의 거리가 200㎛ 내지 2000㎛의 범위 내인 것을 의미한다.
(제2 수지층)
제2 수지층(20A)은 제2 수지층(20)에 있어서의 제1 수지층(10)과의 계면(30)이 돔 형상으로 되어 있는 데 반해, 제1 수지층(10A)과의 계면(30A)이 평탄 형상으로 되어 있는 점에서 상이하다.
제2 수지층(20A)은 청색 발광 다이오드 칩(5)의 저면의 중심부(5b)와 제2 수지층(20A)의 표면을 연결하는 선분 중, 제2 수지층(20A) 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가, 통상 1000㎛ 내지 5000㎛, 바람직하게는 2000㎛ 내지 3500㎛의 범위 내에 있다.
제2 수지층(20A)의 두께는, 예를 들어 도 2에 부호 T23, T24로 도시된다. T23, T24는 각각 상기 수치 범위 내에 있다.
(작용)
이어서, 백색 발광 장치(1A)의 작용에 대하여 설명한다.
백색 발광 장치(1A)의 작용은, 백색 발광 장치(1)의 작용에 대하여, 실리콘 수지층(10A)과 실리콘 수지층(10)의 구성의 차이에 기초하는 점에서만 작용이 상이하다. 이밖의 구성은, 백색 발광 장치(1A)와 백색 발광 장치(1)가 동일하기 때문에, 양자의 작용이 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 서로 다른 점에 대해서만 설명한다.
백색 발광 장치(1A)의 실리콘 수지층(10A)은 형광체층(20A)과의 계면(30A)이 평탄 형상으로 되어 있기 때문에, 형광체층(20)과의 계면(30)이 돔 형상으로 되어 있는 백색 발광 장치(1)의 실리콘 수지층(10)보다 형성이 용이해진다. 즉, 실리콘 수지층(10A)은 오목부(40) 내의 청색 발광 다이오드 칩(5) 위에 실리콘 수지를 유하하여, 경화시키기만 하면 간단히 얻어지기 때문에, 백색 발광 장치(1)의 실리콘 수지층(10)과는 달리, 실리콘 수지의 점도를 높이거나, 유하 후의 실리콘 수지를 돔 형상으로 성형하거나 할 필요가 없어, 실리콘 수지층(10A)의 형성이 용이하다.
백색 발광 장치(1A)에 의하면, 청색 발광 다이오드 칩(5)과, 형광체 분말(22)을 포함하는 제2 수지층(20A) 사이에, 형광체 분말(22)을 포함하지 않는 제1 수지층(10A)이 형성되어, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 발열에 의해 열화되기 쉬운 형광체 분말(22)의 발광 성능이 저하되기 어렵기 때문에, 장기간에 걸쳐 고휘도를 유지할 수 있다.
또한, 백색 발광 장치(1A)에 의하면, 제1 수지층(10A)과 제2 수지층(20A)의 계면(30A)이 평탄 형상으로 되어 있기 때문에, 제1 수지층(10A)의 형성이 용이해진다.
<백라이트>
본 발명에 관한 백라이트는, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것이다.
본 발명에 관한 백라이트는, 예를 들어, 상기 백색 발광 장치를 복수개, 가로로 일직선 형상으로 배열하여 제작한 광원 유닛과, 이 광원 유닛으로부터 방사되는 대략 띠 형상의 광을 측면으로부터 수광함과 동시에 정면으로부터 출광하는 도광판을 구비한 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 관한 백라이트에 의하면, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용하기 때문에, 장기간에 걸쳐 고휘도를 유지할 수 있다.
<액정 표시 장치>
본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 상기 백라이트를 구비하는 것이다.
본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 예를 들어, 상기 백라이트를 액정 디스플레이 내에 내장한 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 관한 액정 표시 장치에 의하면, 상기 백라이트가 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것이기 때문에, 장기간에 걸쳐 고휘도를 유지할 수 있다.
<조명 장치>
본 발명에 관한 조명 장치는, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것이다.
본 발명에 관한 조명 장치는, 예를 들어, 상기 백색 발광 장치를 복수개 사용하여, 직선 형상, 격자 형상, 방사상으로 배열하거나, 이들을 조합하거나 한 배열로 한 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 관한 조명 장치에 의하면, 상기 백색 발광 장치를 광원으로서 사용하기 때문에, 장기간에 걸쳐 고휘도를 유지할 수 있다.
실시예
이하에 실시예를 기재하지만, 본 발명은 이들에 한정되어 해석되는 것은 아니다.
[실시예 1]
이하의 순서로, 도 1에 도시된 LED 램프(1)를 제작했다.
(형광체 분말의 생성)
SrCO3 분말(평균 입경 6㎛), BaCO3 분말(평균 입경 10㎛), Eu2O3 분말(평균 입경 8㎛), 및 SiO2 분말(평균 입경 4㎛)을, 소정의 몰비로 혼합했다. 얻어진 혼합물을 알루미나 도가니에 수용하고, N2 90용량%과 H2 10용량%로 이루어지는 환원성 분위기 중, 1300℃에서 5시간 소성했다. 소성물의 조성을 X선 분말 회절 장치로 분석했다. 소성물을 분쇄하고, 수세하고, 분급하고, 건조하여, 소정의 평균 입경의 형광체 분말을 얻었다. 여기서 평균 입경이란, 중량 적산값 50%의 입경을 나타내는 D50을 의미한다.
(프린트 배선판 상에의 발광 다이오드 칩의 실장)
도 1에 도시된 바와 같이 절연성 기재(2)와 도전층(3)을 갖는 프린트 배선판(9)의 편측 표면에, 에폭시 수지제의 프레임부(6)를 설치했다. 프레임부(6)는, 프린트 배선판(9)과 프레임부(6)로 둘러싸여 형성되는 오목부의 형상이, 프린트 배선판(9)으로부터 이격됨에 따라 직경이 확대 개방되는 원뿔대 형상이 되도록 했다.
이어서, 프린트 배선판(9) 상에 AlN제의 서브 마운트 기판(4)을 통하여 폭 1.5mm×깊이 2.0mm×높이 0.01mm의 청색 발광 다이오드 칩(5)을 실장했다. 청색 발광 다이오드 칩(5)은, 도시하지 않은 땜납 볼을 사용하여, 투명 기판측을 서브 마운트 기판(4) 상에 실장했다. 또한, 서브 마운트 기판(4)과 프린트 배선판(9)의 도전층(3)은 납땜에 의해 접속했다. 또한, 청색 발광 다이오드 칩(5)의 정상부(5a)와, 프레임부(6)의 정상부에 설치한 전극부(7) 사이를 금제 본딩 와이어(8)에 의해 전기적으로 접속했다.
(실리콘 수지층의 제작)
기재(2)와 프레임부(6)로 둘러싸인 원뿔대 형상의 오목부(40) 내에, 투명 수지로서 실리콘 수지를 유하하고, 발광 다이오드 칩(5)을 피복했다. 발광 다이오드 칩(5)을 피복한 실리콘 수지는, 표면 장력에 의해 돔 형상으로 되었다. 이 실리콘 수지를 140℃에서 건조 처리하여 경화시킨 바, 도 1에 도시된 바와 같이 돔 형상으로 경화된 실리콘 수지(11)로 이루어지는 실리콘 수지층(10)이 얻어졌다.
실리콘 수지층(10)의 두께는, 후술하는 형광체층(20)을 형성한 후에, 발광 다이오드 칩(5)의 저부의 중심(5b)과, 형광체층(20)의 표면(23)을 연결하는 선분 중, 실리콘 수지층(10) 내에 존재하는 부분의 길이를 측정하여 구했다.
(형광체층의 제작)
실리콘 수지와, 상기 형광체 분말을 혼합하여, 형광체 분말이 분산된 슬러리 농도 30질량%의 형광체층 슬러리를 제조했다.
이 형광체층 슬러리를, 실리콘 수지층(10) 위로부터 유하했다. 이 형광체층 슬러리를, 140℃에서 건조 처리하여 경화시킨 바, 도 1에 도시된 바와 같이 형광체 분말의 입자(22)가 실리콘 수지의 경화물(21) 내에 분산된 형광체층(20)이 얻어졌다.
형광체층(20)의 두께는, 발광 다이오드 칩(5)의 저부의 중심(5b)과 형광체층(20)의 표면(23)을 연결하는 선분 중, 형광체층(20) 내에 있는 부분의 길이를 측정하여 구했다.
LED 램프(1)에 대해서, 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(휘도의 측정 방법)
25℃에서 발광 다이오드 칩을 전류값 60mA로 발광시켜 10분 후의 휘도를, 오쯔까 덴시사제 MCPD 장치를 사용하여 측정했다.
(수명의 측정 방법)
LED 램프(1)를 50℃의 환경 하에서 30일 연속 점등시켰을 때의 휘도의 저하율을 측정했다. 구체적으로는, 25℃에서 10분 연속 점등 후의 휘도와 비교하여, 휘도의 저하율을, [{(25℃에서 10분 연속 점등 후의 휘도)-(50℃에서 30일 연속 점등 후의 휘도)}/(25℃에서 10분 연속 점등 후의 휘도)]×100(%)로 나타냈다. 또한, 50℃를 선택한 것은 발광 다이오드 칩의 연속 가동에 의해 발열하는 칩의 온도를 상정한 것이다.
[비교예 1]
실리콘 수지층(10)을 형성하지 않고, 발광 다이오드 칩(5)을 형광체층(20)에 의해 밀봉한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 LED 램프를 제작했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 2]
형광체 조성을 범위 외로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 LED 램프를 제작하여, 실시예 1과 마찬가지의 측정을 행했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 3 및 4]
실리콘 수지층(10)의 두께를 바꾼 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 LED 램프를 제작했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 2 내지 8]
제작 조건을 표 1에 나타낸 바와 같이 바꾼 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 LED 램프를 제작했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 9 내지 13]
형광체 분말의 평균 입경을 표 1에 나타낸 바와 같이 바꾼 것 이외는 실시예 6과 마찬가지로 하여 LED 램프를 제작했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 14 내지 17]
형광체 분말의 평균 입경을 표 1에 나타낸 바와 같이 바꾼 것 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 LED 램프를 제작했다. 얻어진 LED 램프에 대해, 실시예 1과 마찬가지로 하여 휘도와 수명을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1로부터, 본 실시예에 관한 백색 발광 장치(LED 램프)는 휘도 120mcd 이상의 고휘도를 유지하고, 또한 고온 환경 하에서도 휘도의 저하를 억제한 백색 발광 장치가 얻어지는 것을 알았다.
이에 반해, 비교예 1과 같이 제1 수지층을 구비하지 않은 것은 고온 환경 하에서의 휘도 저하가 크다. 또한, 비교예 2와 같이 형광체의 조성이 범위 외인 것은 휘도가 향상되지 않는다. 또한, 비교예 3과 같이 제1 수지층이 얇은 것은 보호층으로서의 기능이 불충분한 점에서 고온 환경 하에서의 휘도 저하가 크다. 또한, 비교예 4와 같이 제1 수지층이 두꺼운 것은 휘도 저하를 억제하는 효과는 얻어지지만 칩부터 형광체층(제2 수지층)까지의 거리가 너무 크기 때문에 고휘도화할 수 없었다.
또한, 실시예 9 내지 13의 비교 및 실시예 14 내지 17의 비교로부터, 형광체 분말의 평균 입경은, 30㎛ 내지 80㎛가 바람직한 것을 알았다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 관한 백색 발광 장치, 백라이트 및 액정 표시 장치는, 예를 들어 휴대용 통신 기기, 퍼스널 컴퓨터 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기, 오디오기기, 자동차 등의 탈것, 신호등, 스위치, 백라이트용 광원 표시판 등의 표시 장치의 구성 부품으로서 사용할 수 있다.
본 발명에 관한 조명 장치는, 예를 들어 공지의 조명 기구에 사용할 수 있다.
1, 1A : LED 램프(백색 발광 장치)
2 : 기재
3 : 도전층
4 : 서브 마운트 기판(AlN 기판)
5 : 발광 다이오드 칩(LED 칩)
5a : 발광 다이오드 칩의 정상부
5b : 발광 다이오드 칩의 저부의 중심
6 : 프레임부
6a : 프레임부의 반사면
7 : 전극부
8 : 본딩 와이어
9 : 프린트 배선판
10, 10A : 실리콘 수지층(제1 수지층)
11 : 실리콘 수지의 경화물
20, 20A : 형광체층(제2 수지층)
21 : 투명 수지의 경화물
22 : 형광체 입자(형광체 분말)
23 : 형광체층의 표면
30, 30A : 실리콘 수지층과 형광체층의 계면(실리콘 수지층의 표면)
40 : 오목부
T11, T12, T13, T14 : 실리콘 수지층의 두께
T21, T22, T23, T24 : 형광체층의 두께
2 : 기재
3 : 도전층
4 : 서브 마운트 기판(AlN 기판)
5 : 발광 다이오드 칩(LED 칩)
5a : 발광 다이오드 칩의 정상부
5b : 발광 다이오드 칩의 저부의 중심
6 : 프레임부
6a : 프레임부의 반사면
7 : 전극부
8 : 본딩 와이어
9 : 프린트 배선판
10, 10A : 실리콘 수지층(제1 수지층)
11 : 실리콘 수지의 경화물
20, 20A : 형광체층(제2 수지층)
21 : 투명 수지의 경화물
22 : 형광체 입자(형광체 분말)
23 : 형광체층의 표면
30, 30A : 실리콘 수지층과 형광체층의 계면(실리콘 수지층의 표면)
40 : 오목부
T11, T12, T13, T14 : 실리콘 수지층의 두께
T21, T22, T23, T24 : 형광체층의 두께
Claims (10)
- 발광 피크 파장 430nm 내지 490nm의 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩과,
이 청색 발광 다이오드 칩을 밀봉하고, 실리콘 수지의 경화물로 이루어지는 제1 수지층과,
이 제1 수지층을 피복하고, 상기 청색광을 흡수하고 발광 피크 파장 500nm 내지 570nm의 광을 발광하는 형광체 분말과 투명 수지의 경화물을 포함하는 제2 수지층을 구비하고,
상기 형광체 분말은, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 가짐과 동시에, 평균 입경이 30㎛ 내지 80㎛의 범위 내에 있고,
[화학식 1]
(화학식 1 중, x 및 y는 0.05<x<0.5, 0.05<y<0.3을 만족한다)
상기 제1 수지층은, 상기 청색 발광 다이오드 칩의 저면의 중심부와 상기 제2 수지층의 표면을 연결하는 선분 중, 제1 수지층 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가 500㎛ 내지 1000㎛의 범위 내에 있고,
상기 제2 수지층은, 상기 청색 발광 다이오드 칩의 저면의 중심부와 상기 제2 수지층의 표면을 연결하는 선분 중, 제2 수지층 내에 존재하는 부분의 길이인 두께가 2000㎛ 내지 3500㎛의 범위 내에 있고,
상기 청색 발광 다이오드 칩은 피크 순방향 전류가 100mA 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치. - 제1항에 기재된 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것을 특징으로 하는 백라이트.
- 제2항에 기재된 백라이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제1항에 기재된 백색 발광 장치를 광원으로서 사용한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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