KR101319144B1 - 백색 ｌｅｄ 및 그것을 사용한 백라이트 및 ｅｂｕ 규격 대응 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선(자색) 발광 소자(1)와, 2가의 유로퓸 활성화 규산염 형광체로부터 선택되는 녹색 형광체: 1 내지 10중량％, 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체, 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체로부터 선택되는 청색 형광체: 40 내지 80중량％, 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체, 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체로부터 선택되는 적색 형광체: 10 내지 50중량％로 구성되는 형광체를 함유하는 형광체층(2)을 갖는 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트용 백색 LED(10)를 제공한다.

Description

백색 ＬＥＤ 및 그것을 사용한 백라이트 및 ＥＢＵ 규격 대응 액정 표시 장치{WHITE LED, BACKLIGHT USING SAME, AND LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE CONFORMING TO EBU STANDARD}

본 발명은 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트로서 적합한 백색 LED 및 그것을 사용한 백라이트 및 EBU 규격 대응 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반 가정에서는 텔레비전, PC 등 액정 표시 장치가 침투하고 있지만, 방송국용 마스터 모니터나, 비디오 작성 현장에서 사용되는 모니터로 대표되는 바와 같이 화질을 중시하는 분야에서는, 대부분의 장소에서 아직도 고품질의 화질이 얻어지는 브라운관(CRT: 음극선관) 디스플레이가 사용되고 있다. 동일 분야에서도, CRT 디스플레이를 대신하여 액정 디스플레이나 PDP(Plasma Display Panel)의 사용이 검토되고는 있지만, 화질 개선이 진행되고 있다고는 해도 CRT 디스플레이의 화질에 비하면 액정 디스플레이나 PDP에서는 아직도 충분한 화질을 얻지 못하는 현 상황이다. 이러한 상황으로부터, CRT 디스플레이 이외의 화상 표시 장치가 상기 방송 등의 분야에서는 적극적으로 사용되는 것에 이르지 않고 있다.

방송용 컬러 CRT에서는, 촬상(컬러 카메라), 전송, 수상의 프로세스를 통해서, 피사체의 형태, 움직임, 색상이 수상 화면 상에 재현되어 있다. 따라서 색상도 포함한 화상 신호의 전송 방식이 규격화되어 있다. 이 규격의 대표적인 것은 NTSC(National Television System Co㎜ittee)가 정한 규격과, EBU(European Broadcasting Union)가 정한 규격이다.

상기 방송 등의 분야에서는, CRT로 표시 가능한 NTSC(이상적인 색 재현 영역을 나타내는 국제 표준)의 72％에 상당하는 EBU 규격이 표준이 되어, 현재도 사용되고 있다. 따라서, 방송 등의 분야에 사용되고 있는 EBU 규격에 적합하도록 액정 표시 장치를 설계함으로써, CRT 디스플레이와 동등한 화질을 얻고자 하는 시도가 이루어지고 있고, 그것을 실현하기 위한 EBU 규격에 적합한 색 재현성이 좋은 컬러 필터, 백라이트 등의 개발이 진행되어 왔다.

여기서, 액정 표시 장치에 있어서는 백라이트와 컬러 필터의 조합에 의해 표시 장치로서의 색 재현성 영역이 결정되는 것이다. 지금까지, EBU 규격에 적합한 색 재현성을 얻는 것을 목적으로 한 컬러 필터는 몇가지 개발되어 있지만, 이들 컬러 필터와 조합함으로써 EBU 규격에 적합한 색 재현성을 실현하는 액정 표시 장치용 백라이트는 아직 얻지 못하고 있다.

본 발명은 CRT 디스플레이와 같은 화질이 높은 액정 표시 장치를 얻기 위하여 이루어진 것이며, EBU 규격에 적합한 색 재현성을 실현하는 액정 표시 장치용 백라이트를 구성하는 백색 LED 및 이것을 사용한 백라이트 및 상기 백라이트를 사용한 EBU 규격 대응 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 백색 LED는 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 또는 자색 발광 레이저 중 적어도 1종의 발광 소자와, 형광체층을 구비한 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트용 백색 LED이며, 발광 스펙트럼이 430 내지 470㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제1 발광 피크군, 520 내지 560㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제2 발광 피크군, 580 내지 740㎚의 범위에 2개 이상의 선형상의 발광 피크를 갖는 제3 발광 피크군 및 480 내지 500㎚의 범위에 최저 강도를 갖는 제1 발광 피크군과 제2 발광 피크군 사이의 밸리를 갖고, 상기 제1 발광 피크군의 최대 강도 P1을 1.0으로 했을 때의 제2 발광 피크군의 최대 강도 P2가 0.1≤P2≤1.0, 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3이 0.2≤P3≤3.0 및 상기 밸리의 최저 강도 V1이 0.01≤V1≤0.6이며, 600㎚의 강도가 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3의 50％ 이하인 것을 특징으로 하는 백색 LED다.

본 발명의 백색 LED의 바람직한 형태에 있어서는, 백색 LED가 구비하는 형광체층은, 하기 화학식 1로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 규산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 녹색 형광체, 하기 화학식 2로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체 및 하기 화학식 3으로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 청색 형광체, 하기 화학식 4로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체 및 하기 화학식 5로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 적색 형광체 등을 함유하는 것이다.

(식 중, x, y, z 및 u는 0.1<x<1.0, 0≤y<0.21, 0.05<z<0.3, 0≤u<0.04를 만족하는 값임)

(식 중, M2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)

(식 중, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0<a, 0<b, 0.2≤a/b≤1.5를 만족하는 수임)

(식 중, x1은 0.01<x1<0.15를 만족하는 값임)

(식 중, x2는 0.01<x2<0.15를 만족하는 값임)

또한, 본 발명은 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 또는 자색 발광 레이저 중 적어도 1종의 발광 소자와, 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체를 함유하는 형광체층을 구비한 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트용 백색 LED이고, 상기 녹색 형광체가 상기 화학식 1로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 규산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체이고, 청색 형광체가 상기 화학식 2로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체 및 상기 화학식 3으로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체이고, 적색 형광체가 상기 화학식 4로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체 및 상기 화학식 5로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체이고, 상기 형광체층 중 각 형광체의 함유량이 형광체 전량에 대하여, 녹색 형광체에 대해서는 1 내지 10중량％, 청색 형광체에 대해서는 40 내지 80중량％ 및 적색 형광체에 대해서는 10 내지 50중량％인 것을 특징으로 하는 백색 LED를 제공하는 것이다.

본 발명의 백색 LED는, EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트로서 적합하며, 상기 백라이트는 EBU 규격 대응의 액정 표시 장치에 적합하다.

본 명세서에 있어서 "EBU 규격 대응 액정 표시 장치"란, EBU 규격에 적합한 것을 목표로 작성된 액정 표시 장치를 말하고, 실질적으로 NTSC비 70 이상의 색 재현을 나타내는 것이며 반드시 EBU 규격에 100％ 적합한 액정 표시 장치만을 말하는 것은 아니다. 적당한 수준에서 EBU 규격에 적합한 액정 표시 장치를 포함하는 액정 표시 장치의 총칭으로서 사용하는 것이다.

도 1은 본 발명의 백색 LED의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 백색 LED의 발광 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 백색 LED를 액정 표시 장치의 백라이트로서 사용했을 때의 색 재현성의 일례를 나타내는 도면이다.

도 1에 본 발명의 백색 LED의 일례를 나타내는 단면도를 도시했다. 도 1 중, 참조 부호 1은 발광 다이오드를, 참조 부호 2는 형광체가 수지에 매립되어 이루어지는 형광체층을, 참조 부호 3은 발광 다이오드 및 형광체의 발광을 외부로 유도하는 반사층을, 참조 부호 4는 발광부를 지지하는 수지 프레임을 나타내고 있다. 배선(5)을 거쳐서 LED 램프에 인가된 전기 에너지는 발광 다이오드에 의해 자외광 혹은 자색 광으로 변환되고, 그들의 광이 발광 다이오드 상부의 형광체층에 때때로 장파장의 광으로 변환되고, 총계로서 백색광이 LED 램프(백색 LED)(10) 밖으로 방출되는 구조로 되어 있다.

자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드는 InGaN계, GaN계, AlGaN계의 다이오드 등 여러가지 것이 적용 가능하다. 특히 발광 파장의 피크값이 360 내지 430㎚인 발광 다이오드이면, 후술하는 형광체와의 조합에 의해, 고휘도이고 색 재현성이 보다 우수한 백색 LED로서 얻을 수 있다. 발광 파장의 피크값이 360 내지 430㎚인 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드와 후술하는 형광체와 조합하였을 때에, 보다 고휘도가 얻어지므로 바람직하다. 또한, 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드 대신에 자외선 발광 레이저 또는 자색 발광 레이저를 사용해도 좋다. 또한, 본 발명에서는 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 및 자색 발광 레이저를 종합하여 발광 소자라 칭한다.

형광체층(2)에 사용하는 형광체로서는, 백색 LED로 했을 때에, 이하의 발광 피크를 출현시키는 것이 가능한 형광체이면, 특별히 한정되지 않지만 가시광 발광 형광체를 사용하는 것이 중요하다. 가시광 발광 형광체로서는, 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체를 각각 1종 이상 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에 본 발명의 백색 LED의 한 실시 형태의 발광 스펙트럼(구체적으로는, 하기 실시예 1에서 얻어진 백색 LED의 발광 스펙트럼)을, EBU 규격에 적합한 대표적인 CRT:RDS-15X(미쯔비시 덴끼사제)의 백색 표시 상태의 발광 스펙트럼과 함께 나타낸다.

430 내지 470㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제1 발광 피크군, 520 내지 560㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제2 발광 피크군, 580 내지 740㎚의 범위에 2개 이상의 선형상의 발광 피크를 갖는 제3 발광 피크군.

여기서 본 발명에 있어서는, 발광 스펙트럼에 발현하는 복수의 발광 피크로 구성되는 각 발광 피크군에 대하여 상기와 같이 발광 피크 파장을 규정하고 있지만, 요컨대 각 발광 피크군에 있어서는 상기 범위 내에 발광 피크군의 최대 강도를 나타내는 파장이 포함되어 있으면 되고, 발광 피크군 전체가 범위 내에 포함될 필요는 없다.

각 발광 피크군의 특징에 대하여 말하자면, 제1 발광 피크군에서는 430 내지 470㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 발광 피크가 발현하지만, 이 파장은 보다 바람직하게는 430 내지 460㎚의 범위에 있고, 발광 피크군을 구성하는 발광 피크수는 복수여도 좋지만 1개인 것이 바람직하다. 여기서, 도 2에 도시하는 본 발명의 한 실시 형태의 백색 LED의 발광 스펙트럼에 대하여 말하자면, 제1 발광 피크군은 1개의 발광 피크로 이루어지고, 그의 피크 파장은 452㎚이다.

제2 발광 피크군에서는 520 내지 560㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 발광 피크가 발현되지만, 이 파장은 보다 바람직하게는 520 내지 555㎚의 범위에 있고, 발광 피크군을 구성하는 발광 피크수는 복수여도 좋지만 바람직하게는 1개다. 또한, 도 2의 발광 스펙트럼에서 확인하면, 이 제2 발광 피크군은, 1개의 발광 피크로 이루어지고, 그의 피크 파장은 534㎚이다. 또한, 제2 발광 피크의 반값 전체 폭은 50㎚ 이상 200㎚ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 580 내지 740㎚의 범위에 2개 이상의 선형상의 발광 피크를 갖는 제3 발광 피크군에 대해서는, 주된 발광 피크군의 발현 파장은 580 내지 740㎚의 범위에 있는 것이 보다 바람직하고, 590 내지 710㎚의 범위에 있는 것이 특히 바람직하다. 또한, 선형상 발광 피크 중 적어도 1개가 620 내지 630㎚의 범위, 다른 1개가 700 내지 710㎚의 범위로 발현하면 깊은 적색을 표현할 수 있으므로 바람직하다. 도 2에 도시하는 본 발명의 한 실시 형태의 백색 LED의 발광 스펙트럼에 대하여 말하자면, 제3 발광 피크군은, 4개의 주요한 선형상의 발광 피크를 갖고, 그의 피크 파장은 각각 595㎚, 616㎚, 625㎚, 704㎚이다. 또한, 본 명세서에 있어서 선형상의 발광 피크란, 반값 전체 폭이 5㎚ 이하인 발광 피크를 말한다.

본 발명의 백색 LED에 있어서 각 발광 피크군이 상기 파장 범위 내에 발현하지 않으면, 이것을 백라이트로서 액정 표시 장치에 사용한 경우, CRT의 발광 스펙트럼으로부터의 차가 커지고, EBU 규격에 대응하지 않게 된다.

이하, 이러한 발광 피크를 발현시키기 위하여 본 발명에 사용하는 것이 가능한 각종 형광체에 대하여 설명한다.

우선, 녹색 형광체로서 바람직하게는 다음 화학식 1로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 규산염 형광체를 들 수 있다. 또한, 화학식 1로 표현되는 형광체는, 식 중 x, y, z, u에 따라서는, 녹색 형광체 혹은 황색 형광체라 표현되는 경우가 있지만, 본 명세서에 있어서는 화학식 1로 나타나는 형광체를 포괄적으로 녹색 형광체라 칭하는 것이라 한다.

본 발명에 있어서는, 녹색 형광체로서, 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합물로서 사용하는 것이 가능하다.

<화학식 1>

(식 중, x, y, z 및 u는 0.1<x<1.0≤y<0.21, 0.05<z<0.3, 0≤u<0.04를 만족하는 값임)

상기 화학식 1 중 x 및 u가 상기 범위 내에 있으면, 녹색 형광체 분말로부터의 광의 파장이 본 발명의 백색 LED에 적합한 범위가 된다. 또한, 화학식 1 중 y가 상기 범위 내에 있으면 녹색 형광체 분말 중에서 Mn의 고용이 충분히 행해지기 때문에 바람직하다. 또한, 화학식 1 중 z가 상기 범위 내에 있으면 녹색 형광체 분말의 발광 효율이 높아져 바람직하다. 또한, Mn을 첨가함으로써, Mn에 기초하는 적색부의 발광이 증가하고, 전체적으로 색 재현이 양호한, 보다 바람직한 발광 스펙트럼이 얻어지지만, 녹색 발광 형광체로서 사용하는 경우는, Mn을 반드시 첨가하지 않아도 좋고, 이 경우는 Mg을 첨가할 필요도 없어지기 때문에, u=0, y=0이 된다.

녹색 형광체로서는, 보다 바람직하게는 다음의 화학식 1a로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 및 망간 활성화 규산염 형광체를 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합물로서 사용하는 것이 가능하다.

<화학식 1a>

(식 중, x, y, z 및 u는 0.1<x<1.0, 0.005<y<0.21, 0.05<z<0.3, 0.001<u<0.04를 만족하는 값임)

이어서 청색 형광체에 대하여 설명한다. 청색 형광체로서 바람직하게는, 이하에 나타내는 화학식 2로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체, 화학식 3으로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체를 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 청색 형광체로서는, 화학식 2 또는 화학식 3으로 표현되는 형광체군으로부터 선택되는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합물로서 사용하는 것이 가능하다. 2종 이상의 혼합물인 경우, 화학식 2로 표현되는 형광체군 또는 화학식 3으로 표현되는 것에 형광체군의 한쪽만으로부터 선택되는 2종 이상의 조합이어도 좋고, 화학식 2로 표현되는 형광체군, 화학식 3으로 표현되는 형광체군의 양쪽으로부터 선택되는 2종 이상의 조합이어도 좋다.

<화학식 2>

(식 중, M2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)

<화학식 3>

(식 중, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0<a, 0<b, 0.2≤a/b≤1.5를 만족하는 수임)

청색 형광체의 제조 방법은 특별히 한정되는 것이 아닌, 일반적인 제조 방법으로 제작된 화학식 2 또는 화학식 3에 속하는 화합물을 본 발명에 사용하는 것이 가능하다. 또한, 시판품을 사용하는 것도 가능하다.

마지막으로 적색 형광체에 대하여 설명한다. 적색 형광체로서 바람직하게는, 이하에 나타내는 화학식 4로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체, 화학식 5로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체를 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 적색 형광체로서는, 화학식 4 또는 화학식 5로 표현되는 형광체군으로부터 선택되는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합물로서 사용하는 것이 가능하다. 2종 이상의 혼합물의 경우, 화학식 4로 표현되는 형광체군 또는 화학식 5로 표현되는 형광체군의 한쪽만으로부터 선택되는 2종 이상의 조합이어도 좋고, 화학식 4로 표현되는 형광체군, 화학식 5로 표현되는 형광체군의 양쪽으로부터 선택되는 2종 이상의 조합이어도 좋다.

<화학식 4>

(식 중, x1은 0.01<x1<0.15를 만족하는 값임)

<화학식 5>

(식 중, x2는 0.01<x2<0.15를 만족하는 값임)

적색 형광체의 제조 방법은 특별히 한정되는 것이 아닌, 일반적인 제조 방법으로 제작된 화학식 4 또는 화학식 5에 속하는 화합물을 본 발명에 사용하는 것이 가능하다. 또한, 시판품을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 화학식 2와 화학식 3, 화학식 4와 화학식 5의 선택에 대해서는 여기 파장, 휘도 요구, 내식성, 비용 등에 따라서 형광체를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 백색 LED는 형광체층 중에 상기 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체 등을 발광 스펙트럼에 상기 특징의 발광 피크가 발현하도록 각각 함유한 것이다.

상기 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체는 자외선 발광 다이오드 등의 발광 소자로부터 파장 360 내지 430㎚의 자외선(또는 자색 광) 조사를 받았을 때에 자외선을 효율적으로 흡수하여, 고효율로 각 색의 발광을 행한다. 바꾸어 말하면, 녹색 형광체는 고휘도의 녹색, 청색 형광체는 고휘도의 청색, 적색 형광체는 고휘도의 적색이 얻어진다. 그 결과, 고휘도의 백색광이 얻어지는 것이다. 또한, 백색광을 얻는 경우, 각 색의 휘도에 휘도차가 지나치게 있는 상태, 예를 들어 녹색만 고휘도인 경우는 녹색을 띠는 백색이 되어 바람직하지 않다. 즉, 고휘도의 백색을 얻기 위해서는 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 각 색 모두 고휘도일 필요가 있어, 각 색의 형광체의 조합이 매우 중요해지는 것이다.

예를 들어, 도 1과 같은 백색 LED(10)의 경우, 발광 다이오드(1)에 인가된 전기 에너지는 발광 다이오드에 의해 자외광(혹은 자색광)으로 변환되고, 그들의 광이 발광 다이오드 상부의 형광체층에 때때로 장파장의 광으로 변환되고, 총계로서 백색광이 LED 밖으로 방출되는 구조로 되어 있다. 본 발명에 있어서는 이 백색 LED(10)로부터 발광되는 광을 분광계로 측정하여 얻어지는 발광 스펙트럼이, 예를 들어 도 2에 대표되는 형태로 나타나는 것이다.

또한, 본 발명에서는 발광 다이오드(1)에 사용되는 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드는 발광 다이오드라 표기하고, 완성된 백색 발광 다이오드(10)에 관해서는 백색 LED라 표기한다.

본 발명의 백색 LED의 발광 스펙트럼에 나타나는 발광 피크는 상기 파장에 발현되지만, 각 발광 피크의 강도에 대해서는, 430 내지 470㎚의 범위로 발현되는 제1 발광 피크군의 최대 발광 피크의 강도 P1을 1.0으로 했을 때의 제2 발광 피크군의 최대 강도 P2가 0.1≤P2≤1.0, 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3이 0.2≤P3≤3.0인 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는, 제1 발광 피크군의 최대 발광 피크의 강도 P1을 1.0으로 했을 때 상기 P2, P3은 0.2≤P2≤0.9, 0.3≤P3≤2.9이다.

또한, 본 발명의 백색 LED의 발광 스펙트럼은 480 내지 500㎚의 범위에 최저 강도를 갖는 제1 발광 피크군과 제2 발광 피크군 사이의 밸리를 갖고, 상기 제1 발광 피크군의 최대 발광 피크의 강도 P1을 1.0으로 했을 때, 상기 밸리의 최저 강도 V1은 0.01≤V1≤0.6인 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는, 상기 밸리의 최저 강도 V1은, 상기 P1을 1.0으로 했을 때, 0.01≤V1≤0.4이다.

또한, 본 발명의 백색 LED의 발광 스펙트럼은, 600㎚의 강도가 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3의 50％ 이하인 것을 특징으로 한다. 또한, 보다 바람직한 형태로서는, 상기 600㎚의 강도는 상기 P3의 30％ 이하다.

본 발명의 백색 LED에 있어서 각 발광 피크군의 최대 강도가 상기 관계에 없으면, 이것을 백라이트로서 액정 표시 장치에 사용한 경우에 컬러 필터 투과광의 색 혼합이 커져 색순도가 저하된다. 예를 들어 V1이 본 발명의 범위를 초과하여 커지면 청색의 컬러 필터 투과광에 녹색 성분이 혼입되고, 녹색의 컬러 필터 투과광에 청색 성분이 혼입되게 된다. V1은 작은 것이 바람직하지만, 실질상 0.01을 하회할 수는 없다. 또한, 600㎚의 강도가 본 발명의 범위를 초과하여 커지면, 적색의 컬러 필터 투과광에 녹색(황색) 성분이 혼입되어 색순도가 저하된다.

이렇게 조정함으로써 본 발명의 백색 LED의 발광 스펙트럼의 발광 피크의 발현 파장과 각 발광 피크의 강도의 관계가, 도 2에 도시하는 EBU 규격에 적합한 대표적인 CRT:RDS-15X(미쯔비시 덴끼사제)의 백색 표시 상태의 발광 스펙트럼(EBU 규격의 색 재현성을 확보하기 위하여 필요한 발광 스펙트럼)과 같아진다.

본 발명의 백색 LED는, 발광 스펙트럼으로서 얻어지는 발광 피크의 강도비가 상기한 범위가 되도록, 형광체층 중에 상술한 바와 같은 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체 등의 형광체를 적당한 배합 비율로 배합함으로써 제작 가능하다.

구체적으로, 본 발명의 백색 LED에 있어서 EBU 규격에 적합 가능한 상기 설명한 바와 같은 광 특성을 얻기 위해서는, 녹색 형광체로서 상기 화학식 1로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 및 망간 활성화 규산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체를, 청색 형광체로서 상기 화학식 2로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체 및 상기 화학식 3으로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체를, 적색 형광체로서 상기 화학식 4로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체 및 상기 화학식 5로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체로부터 선택되는 적어도 1종의 형광체를, 형광체층 중 각 색 형광체의 함유량이, 형광체 전량에 대하여, 녹색 형광체에 대해서는 1 내지 10중량％, 청색 형광체에 대해서는 40 내지 80중량％ 및 적색 형광체에 대해서는 10 내지 50중량％가 되도록 조정하여 사용하면 좋다.

또한, 상기 각 형광체의 보다 바람직한 배합량은, 녹색 형광체에 대해서는 2 내지 9중량％, 청색 형광체에 대해서는 45 내지 65중량％ 및 적색 형광체에 대해서는 22 내지 48중량％이다. 본 발명의 백색 LED에 있어서 각 형광체의 배합 비율이 상기 관계에 없으면, 이것을 백라이트로서 액정 표시 장치에 사용한 경우에, 원하는 백색 포인트를 실현할 수 없다.

또한, 휘도를 더 올리기 위하여 각 형광체의 평균 입경을 크게 하는 것도 유효하다. 평균 입경으로서는 1㎛ 이상, 나아가 10㎛ 이상으로 크게 하는 것이 바람직하다. 평균 입경을 크게 하는 방법으로서는, 1색의 형광체끼리 조립하는 방법, 3색의 형광체를 혼합하여 조립하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 다른 방법으로서는, 형광체를 소성할 때에 소성 보조제를 사용하는 방법이나 고온에서 장시간 소성하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 평균 입경의 상한값은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 백색 LED의 형광체층의 두께의 90％ 이하가 바람직하다. 형광체층의 두께보다 크면 형광체 입자를 수지로 고화시켜 형광체층을 형성했을 때에 형광체 입자의 탈 입자 등의 문제가 발생하기 쉬워진다.

백색 LED의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 형광체층은, 수지에 상기 설명한 3색의 형광체를 배합한 혼합 형광체를 사용하여 제작된다. 혼합 형광체의 제작 방법으로서는, 각 색의 형광체 분말을 각각 수지와 혼합한 후, 각 색의 수지와의 혼합체를 혼합하여 혼합 형광체를 제작하는 방법이나, 미리 각 색의 형광체 분말끼리 혼합한 후, 수지와 혼합하여 혼합 형광체를 제작하는 방법을 들 수 있다.

여기서, 혼합 형광체에 있어서의 수지와 형광체의 배합 비율에 대해서는, 백색 LED로 했을 때에 효율적으로 형광체가 작용하는 범위이면 제한되지 않지만, 혼합 형광체 전체 즉 형광체층 전체에 차지하는 3색의 형광체의 합계 배합량이, 30 내지 80중량％인 것이 바람직하고, 40 내지 70중량％로 배합하는 것이 보다 바람직하다. 이 형광체층에 있어서의 형광체의 배합량이 30중량％ 미만이면 발광 다이오드로부터의 직접 광이 형광체층에 흡수되지 않고 나오는 경우가 있는 것 이외에 슬러리의 점도가 낮아지기 때문에, 형광 입자가 용이하게 침강해 색 불균일이 커질 것이 있다. 반대로, 이 배합량이 80중량％를 초과하면 슬러리의 점도가 높아지기 때문에, 취급이 곤란한 경우가 있다.

본 발명에 있어서 상기 혼합 형광체에 사용되는 수지 재료로서는, 백색 LED 제조에 통상 사용되는 수지이면 특별히 제한되지 않지만, 무색 투명한 것이며 소정의 광 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 투과율(여기서는, 400㎚의 단색광을 2㎜ 두께의 시험편을 사용하여 측정한 값을 사용함)이 98 내지 100％, 특히 99 내지 100％이며, 광 굴절률이 1.3 내지 1.7, 특히 1.4 내지 1.6인 것이 바람직하다. 여기서 광 굴절률이 1.3 미만이면 발광 다이오드 소자로부터의 광 취출이 악화될 경우가 있고, 한편 1.7 초과이면 형광체의 여기를 위하여 사용되는 자외선에 반응하여 변질되는 경향이 있어서 바람직하지 않다.

상기 조건을 만족하는 본 발명에 있어서 특히 바람직한 수지 재료로는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이 중에서는 자외선으로 변색이 일어나기 어려워, 내구성을 갖고 있는 실리콘 수지가 보다 바람직하다.

상기 각 재료를 사용하여 제작한 혼합 형광체를 발광 다이오드 상에 도포하고, 수지를 고화시킴으로써, 백색 LED를 형성할 수 있다. 또한, 백색 LED에 사용하는 기판이나 금속 프레임(리플렉터) 등의 구성은 임의다.

이상과 같은 백색 LED는 고휘도의 백색광이 얻어진다. 이러한 본 발명의 백색 LED는, 특히 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 백라이트로서 유효하게 사용된다.

도 3에, 본 발명의 바람직한 한 실시 형태의 백색 LED(구체적으로는, 하기 실시예 1에서 얻어진 백색 LED)의 발광을, 액정 표시 장치용 청색, 녹색, 적색의 컬러 필터에 통과시키고, 그의 발광색을 CIE 색도도에 플롯한 일례를 나타낸다. 이 색도도에 있어서 청색, 녹색, 적색의 발광점을 연결하여 얻어지는 삼각형의 내부의 색도의 광을 그 액정 표시 장치는 표현할 수 있는 것을 의미하고 있다. 도 3에는 동시에 EBU 규격에 의해 정해진 색 재현 영역도 나타냈지만, 실질적으로 본 발명의 백색 LED의 색 재현 영역과 동일한 범위로 되어 있다. 또한, 도 3에 참고로서 NTSC 규격에 의해 정해진 색 재현 영역도 나타낸다.

상기와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 백색 LED에 대해서, 그의 발광을 액정 표시 장치용 청색, 녹색, 적색의 컬러 필터에 통과시켰을 때의 발광색을 CIE 색도도에 플롯하면, 사용하는 컬러 필터에 따라 약간 상이하지만, 대개 백색 색도가 0.20≤x≤0.36, 0.20≤y≤0.36의 범위에 있고, 청색, 녹색, 적색의 각 발광점이 이하에 나타나는 범위에 있으며, EBU 규격과 NTSC 규격을 대개 포함하는 범위가 되도록 플롯된다.

청색 발광점(B): 0.13≤x≤0.16, 0.06≤y≤0.10

녹색 발광점(G): 0.21≤x≤0.30, 0.59≤y≤0.71

적색 발광점(R): 0.63≤x≤0.68, 0.32≤y≤0.34

이들 B, G, R을 삼각형의 정점으로서 연결한 색 재현 영역에 대해서는, 도 3에 도시되는 것과 마찬가지로, EBU 규격에 의해 정해진 색 재현 영역과 동일한 범위로 되어 있다.

이렇게 본 발명에 의한 백색 LED는, EBU 규격 대응의 액정 표시 장치용 청색, 녹색, 적색의 컬러 필터와의 조합에 의해, EBU 규격의 색 재현성을 실현하는 것이다.

이러한 백색 LED를 사용하여 이루어지는 백라이트는 EBU 규격 대응의 액정 표시 장치에 사용된다. 또한, 백라이트에 적용 할 때는, 필요에 따라 복수개의 백색 LED를 사용하는 것으로 한다. 또한, 백색 LED가 고휘도이기 때문에 사이드 라이트형, 직하형 중 어느 타입의 백라이트에도 적용할 수 있다.

상기 백라이트와, EBU 규격 대응의 액정 표시 장치용 청색, 녹색, 적색의 컬러 필터를 조합하는 구성으로 한 액정 표시 장치는 EBU 규격에 대응하는 것이며, 방송용, 비디오 제조용 등의 CRT 디스플레이를 대신하여 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 백색 LED를 사용한 백라이트 및 EBU 규격 대응 액정 표시 장치의 기타 구성은, 각종 용도·목적에 따라 임의로 설정할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 내지 6)

본 실시예의 백색 LED의 평가를 위해서, 단면이 도 1의 구조를 채용했다. 발광 소자에는 크기 300㎛ 사방의 자외선 발광 다이오드를 배치하고, 평균 입경 5㎛의 각 형광체(3색의 형광체의 합계량으로 70중량부)와 실리콘 수지 30중량부를 혼합하여 슬러리를 얻은 후, 상기 자외선 발광 다이오드 위로 슬러리를 적하하고, 100 내지 150℃에서 열처리함으로써 실리콘 수지를 경화하고, 각 실시예에 관한 백색 LED를 형성했다. 또한, 사용한 실리콘 수지는 경화 후의 광 굴절률이 1.4인 것이었다.

여기서, 상기 각 실시예의 백색 LED 제조에 사용한 자외선 발광 다이오드의 여기 파장, 각 형광체의 종류 및 배합비(형광체 전량을 100％로 했을 때의 각 형광체의 중량％)는, 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 했다.

(비교예 1 내지 3)

각 색의 형광체의 조성을, 표 1에 나타내는 바와 같이 본 발명의 범위 외로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 백색 LED를 준비하고, 비교예 1, 2에 따른 백색 LED로 했다. 또한, 비교예 3으로서, 발광 소자로서 청색 발광 다이오드를 사용하고, 표 1에 나타내는 녹색 형광체만을 함유하는 형광체층을 갖는 백색 LED를 상기한 바와 마찬가지로 제작했다.

<평가>

각 실시예 및 비교예에 따른 백색 LED의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발현한 발광 피크의 파장과, 각 발광 피크의 강도비에 대하여 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 선형상 피크에 대해서는, 파장의 단위 ㎚ 뒤에 (l)을 붙여 구별했다. 또한, 발광 피크 강도에 있어서의 P1, P2, P3, V1, 600㎚는 각각 이하에 나타내는 강도이다.

P1: 제1 발광 피크군(430 내지 470㎚의 범위)의 최대 강도

P2: 제2 발광 피크군(520 내지 560㎚의 범위)의 최대 강도

P3: 제3 발광 피크군(580 내지 740㎚의 범위)의 최대 강도

V1: 제1 발광 피크군과 제2 발광 피크군 사이의 밸리(480 내지 500㎚의 범위)의 최저 강도

600㎚: 파장 600㎚의 강도

또한, 600㎚/P3에 대해서는, 600㎚의 강도의 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3에 대한 백분율(％)을 나타낸다.

실시예의 백색 LED에서는, 발광 스펙트럼의 발광 피크는, 도 2에 도시되는 CRT의 발광 스펙트럼과 거의 마찬가지인 것을 알 수 있었다. 이것에 대하여 비교예의 백색 LED에서는, 형광체의 배합량이 본 발명의 범위로 조정되어 있지 않기 때문에, 비교예 1에서는 제1 발광 피크군의 최대 강도가 작아지고, 비교예 2에서는 제2 발광 피크의 파장이 짧아져, 그 결과 CRT의 발광 스펙트럼과는 편차가 큰 것이 되고 있다. 또한, 비교예 3에서는, 제3 발광 피크군이 없기 때문에 P3에 관련된 지표를 정의할 수 없어, 본 발명의 범위 외이다.

(실시예 7 내지 11, 비교예 4 내지 6)

실시예 1 및 3 내지 6, 비교예 1 내지 3의 백색 LED를 사용하고, 산업 용도에서 일반적으로 사용되는 컬러 필터와 조합함으로써 EBU 규격 대응 액정 표시 장치용 백라이트를 구성했다.

상기 컬러 필터를 통과시킨 광을 적분구에 유도해 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광색을 평가하고, 액정 표시 장치(디스플레이)로 했을 때의 색 재현 영역(색 재현성)을 조사했다. 색 재현성에 대해서는 도 3에 도시한 CIE 색도도를 사용하여 녹색, 청색, 적색의 발광점의 좌표를 측정했다. 또한 백색 색도를 구했다. 또한, 비교를 위하여 CRT:RDS-15X(미쯔비시 덴끼사제)의 GBR 표시 상태로 발광된 광의 각 색의 발광 좌표, 백색 색도도 조사했다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치(백라이트)는, 종래의 CRT를 사용한 경우와 같은 EBU 규격에 적합한 색 재현성을 갖고 있는 것을 알 수 있었다. 한편, 비교예에 있어서는, 녹색 색도, 청색 색도, 적색 색도 중 적어도 한 색으로, 종래의 CRT를 사용한 경우의 색도로부터 벗어나 있어, EBU 규격에 적합한 색 재현성을 갖고 있다고는 말하기 어려웠다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명의 백색 LED를 백라이트로서 액정 표시 장치에 사용하면, EBU 규격의 색 재현이 가능하고, 이것을 백라이트로서 사용한 액정 표시 장치는 CRT 디스플레이를 대신하는 고화질로서의 사용을 기대할 수 있다.

1 : 발광 다이오드
2 : 형광체층
3 : 반사층
4 : 수지 프레임
5 : 배선
10 : 백색 LED

Claims (12)

1. 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 또는 자색 발광 레이저 중 적어도 1종의 발광 소자와, 형광체층을 구비한, 액정 표시 장치의 백라이트용 백색 LED로서,
   발광 스펙트럼이
   430 내지 470㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제1 발광 피크군,
   520 내지 560㎚의 범위에 최대 강도를 갖는 적어도 1개의 발광 피크로 이루어지는 제2 발광 피크군,
   580 내지 740㎚의 범위에 2개 이상의 선형상의 발광 피크를 갖는 제3 발광 피크군, 및
   480 내지 500㎚의 범위에 최저 강도를 갖는, 제1 발광 피크군과 제2 발광 피크군 사이의 밸리를 갖고,
   상기 제1 발광 피크군의 최대 강도 P1을 1.0으로 했을 때의
   제2 발광 피크군의 최대 강도 P2가 0.1≤P2≤1.0,
   제3 발광 피크군의 최대 강도 P3이 0.2≤P3≤3.0,
   및 상기 밸리의 최저 강도 V1이 0.01≤V1≤0.6이며,
   또한, 600㎚의 강도가 제3 발광 피크군의 최대 강도 P3의 50％ 이하이고,
   상기 형광체층은, 상기 제1 발광 피크군에 발광 피크를 갖는 청색 형광체와, 상기 제2 발광 피크군에 발광 피크를 가지며 또한 하기 화학식 1로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 규산염 형광체를 포함하는 녹색 형광체와, 상기 제3 발광 피크군에 발광 피크를 갖는 적색 형광체를 함유하고,
   상기 형광체층 중 각 색 형광체의 함유량이, 형광체 전량에 대하여, 녹색 형광체에 대해서는 1 내지 10중량％, 청색 형광체에 대해서는 40 내지 80중량％ 및 적색 형광체에 대해서는 10 내지 50중량％인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
   <화학식 1>
   

   

   
   (식 중, x, y, z 및 u는 0.1<x<1.0, 0≤y<0.21, 0.05<z<0.3, 0≤u<0.04를 만족하는 값임)
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 청색 형광체는, 하기 화학식 2로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 할로인산염 형광체 및 하기 화학식 3으로 실질적으로 표현되는 2가의 유로퓸 활성화 알루민산염 형광체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
   <화학식 2>
   

   

   
   (식 중, M2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)
   <화학식 3>
   

   

   
   (식 중, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0<a, 0<b, 0.2≤a/b≤1.5를 만족하는 수임)
4. 제1항에 있어서, 상기 적색 형광체는, 하기 화학식 4로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 란탄 형광체 및 하기 화학식 5로 표현되는 유로퓸 활성화 산 황화 이트륨 형광체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
   <화학식 4>
   

   

   
   (식 중, x1은 0.01<x1<0.15를 만족하는 값임)
   <화학식 5>
   

   

   
   (식 중, x2는 0.01<x2<0.15를 만족하는 값임)
5. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자의 발광 파장이 360 내지 430㎚인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
6. 제1항에 기재된 백색 LED를 사용한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 백라이트.
7. 제6항에 기재된 백라이트를 사용한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

Images