KR101626066B1 - 백색 발광 다이오드 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

백색 발광 다이오드 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

백색 발광 다이오드 및 상기 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 백색 발광 다이오드는 청색광을 방출하는 LED 광원 및 상기 LED 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 전환시키는 광전환층을 포함하고, 상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노결정 및 적색 발광 반도체 나노결정을 포함한다. 상기 백색 발광 다이오드의 RGB의 색좌표가 도 1 내지 도 6중 어느 하나에 도시된 색좌표 값을 가진다.

Description

백색 발광 다이오드 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치{white light emitting diode and liquid crystal display including the same}
본 기재는 백색 발광 다이오드 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
반도체를 이용한 백색 발광 다이오드(White Light Emitting Diode)는 수명이 길고, 소형화가 가능하며, 소비전력이 적고, 수은 등을 포함하는 않는 환경친화적인 특징으로 인해 기존의 발광소자를 대체할 수 있는 차세대 발광소자 중 하나로서 각광 받고 있다. 이러한 백색 발광 다이오드는 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트(backlight)나 자동차의 계기 판넬 등에도 사용되고 있다.
특히 액정 디스플레이의 백라이트로 사용하기 위해서, 효율 및 색순도가 우수한 삼색(적색, 녹색, 청색) 발광 다이오드를 모두 사용하는 방법이 기존에 제시되어 왔으나, 제조비용이 고가이고 구동회로가 복잡하기 때문에 제품의 가격 경쟁력이 크게 떨어지는 단점이 있다. 따라서 기존의 방법과 같이 효율 및 색순도의 성능을 유지하면서도, 제조 비용을 낮출 수 있고 소자의 구조를 단순화할 수 있는 단일 칩 솔루션(One Chip Solution)의 개발이 요청되고 있다.
단일 칩 솔루션의 하나로 450nm의 파장을 가지는 InGaN계 청색 발광 다이오드에 YAG:Ce 형광체를 조합한 백색 LED가 개발되었다. 이러한 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에서 발생하는 청색광의 일부가 YAG:Ce 형광체를 여기시켜 황록색을 발생시키게 되며, 상기 청색과 황록색이 합성되어 백색을 발광시키는 원리로 동작한다.
그러나, 청색 발광 다이오드에 YAG:Ce 형광체를 조합한 백색 LED의 빛은 가시광선 영역의 일부 스펙트럼만을 가지고 있기 때문에 연색지수(color rendering index)가 낮고 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 통과하게 되면 컬러 필터를 통과하지 못한 부분이 많아 효율이 손실된다. 또한 이에 따라 색순도가 낮은 문제점도 발생하게 되어 TV 등의 고화질을 요구하는 표시 소자에 응용하기 적절하지 못한 한계가 있다.
최근에는 청색 발광 다이오드를 여기원으로 사용하는 것보다, 에너지 효율이 높을 것으로 기대되는 자외선 발광 다이오드를 여기원으로 사용하고, 청색, 녹색, 적색의 발광체를 사용하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 방법도 연구되고 있다. 그러나, 현재는 청색 및 녹색에 비교하여, 효율이 높은 적색 발광체의 개발이 요구되고 있다.
또 다른 방법으로, 청색 발광 다이오드 위에 녹색 및 적색 무기 형광체를 도포하는 방법도 시도되고 있지만, 비교적 높은 에너지로 여기되는 무기 형광체를 가시광 영역의 청색 파장으로 여기시킬 수 있는 적절한 물질이 개발되어 있지 않고, 현재까지 개발된 녹색 형광체는 안정성이 낮고 색순도가 좋지 않으며, 적색 형광체는 효율이 낮은 문제점을 아직 해결할 수 없어 백라이트 유닛용 발광 다이오드에서 필요로 하는 색순도와 광효율을 확보할 수 없는 한계가 있다.
백색을 구현하기 위하여 백색 색좌표를 맞출 때 더 넓은 영역의 색역(color space)를 포함할 수 있다면 더욱 풍부한 색감을 표현할 수 있다. HDTV 방송용과 멀티미디어(multimedia)용 표준 색역으로 sRGB와 AdobeRGB 색좌표계가 널리 사용되고 있다. 특히, AdobeRGB 색좌표계는 디스플레이에서 비교적 넓은 영역대의 색을 표현할 수 있는 표준으로 사용되고 있다.
본 발명의 일 측면은 AdobeRGB 색역을 효과적으로 포함할 수 있고 sRGB 또는 AdobeRGB 표준에 의하여 인코딩(encoding)되어서 전송되는 컬러 영상정보를 효과적으로 색상 맵핑(gamut mapping)할 수 있는 백색 발광 다이오드가 제공된다.
본 발명의 다른 측면은 상기 백색 발광 다이오드를 포함하여 광색역을 구현할 수 있는 액정 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 백색 발광 다이오드 및 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 컬러 필터를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 백색 발광 다이오드는 청색광을 방출하는 LED 광원 및 상기 LED 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 전환시키는 광전환층을 포함하고, 상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노결정 및 적색 발광 반도체 나노결정을 포함한다. 상기 백색 발광 다이오드의 RGB의 색좌표가 sRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지거나, AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표 값을 가진다.
다른 구현예에서 상기 백색 발광 다이오드는 도 3 및 도 5에 도시된 sRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지거나, 도 4 및 도 6에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가질 수 있다.
상기 백색 발광 다이오드의 색좌표의 x좌표는 약 0.24±0.05이고 y 좌표는 약 0.21±0.05이고, 색온도는 약 9500K 내지 약 100000K일 수 있다.
상기 청색 LED 광원의 발광피크 파장은 약 430 내지 470nm의 범위에 있고, 상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광피크 파장은 약 510 내지 560nm 이고, 상기 적색 반도체 나노 결정의 발광피크 파장은 약 600 내지 650nm이다. 상기 녹색 및 적색 발광 반도체 나노결정의 발광피크의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 약 60nm 이하이다. 상기 녹색 및 적색 발광 반도체 나노결정의 발광피크의 반치폭이 약 40nm 이하일 수 있다.
상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG)과 적색 발광 반도체 나노결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)의 중첩되는 영역의 면적(S)의 비율(S/(AG 또는 AR))이 약 15% 이하, 좋게는 약 7% 이하, 더 좋게는 5% 이하일 수 있다.
상기 청색광을 방출하는 LED 광원의 발광피크 파장은 약 440 내지 약 460nm이고, 상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광피크 파장은 약 530 내지 약 550nm이고 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광피크 파장은 약 620 내지 약 640nm일 수 있다.
상기 청색광을 방출하는 LED 광원의 발광세기의 비율은 약 0.43±0.05이고, 상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광세기의 비율은 약 0.27±0.05이고 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광세기의 비율은 약 0.28±0.05일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 백색 발광 다이오드 및 상기 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 컬러 필터를 포함하는 액정 패널을 포함하는 액정 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 백색 발광 다이오드는 sRGB 및 AdobeRGB 색역을 효과적으로 포함할 수 있고 sRGB 또는 AdobeRGB 표준에 의하여 인코딩(encoding)되어서 전송되는 컬러 영상정보를 효과적으로 색상 맵핑할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 백색 발광 다이오드의 색역과 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 sRGB 색좌표(x,y)의 CHL의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 AdobeRGB 색좌표(x,y)의 CHL의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적을 도시한 도면이다
도 5는 도 2에 도시된 sRGB 색좌표(u',v')의 CHL의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적을 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표(u',v')의 CHL의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적을 도시한 도면이다
도 7 내지 도 10은 다양한 구조를 가지는 광전환층을 포함하는 백색 발광 다이오드의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 디스플레이 장치의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 본 발명의 일 구현예에 따른 백색 발광 다이오드에 대하여 설명한다.
청색광을 방출하는 LED 광원 및 상기 LED 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 전환시키는 광전환층을 포함하고, 상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노결정 및 적색 발광 반도체 나노결정을 포함하고, RGB의 색좌표가 RGB의 색좌표가 sRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지거나, AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지는 백색 발광 다이오드가 제공된다.
상기 백색 발광 다이오드에서는 청색 LED 광원에서 방사되는 빛에 의해서 녹색 발광 반도체 나노결정 및 적색 발광 반도체 나노결정이 여기되어 녹색광 및 적색광을 방사하고, 이러한 녹색광 및 적색광과 광전환층을 투과하여 나온 청색광이 조합되어 백색이 구현된다.
백색 발광 다이오드의 RGB 기본색(Primaries)이 sRGB 또는 AdobeRGB의 RGB 기본색과 유사한 색조(hue) 값을 갖게 되면, sRGB 또는 AdobeRGB 표준에 의하여 인코딩되어서 전송되는 컬러 영상정보를 효과적으로 색상 맵핑(gamut mapping)할 수 있다. 이와 같이 색상 맵핑함으로써 입력 컬러 영상정보를 인간 시각 인지 관점에서 가장 최소한으로 왜곡되도록 하면서 출력 디스플레이의 광색역을 최대한 활용할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서는 sRGB 또는 AdobeRGB 색역을 포함하도록 백색 발광다이오드의 색상(gamut)을 확장시킨다. 즉 sRGB와 AdobeRGB 각각의 RGB 기본색(Primaries)과 유사한 색조(hue) 값을 가지며 최소한 sRGB 또는 AdobeRGB의 색역을 포함할 수 있는 백색 발광 다이오드의 RGB 기본색 위치를 다음의 과정으로 도출한다:
sRGB의 RGB 기본색 각각의 XYZ 값들과 CIELAB(International Commission on Illumination ("CIE") 1976(L*, a*, b*) Color Space Color Appearance Model 사용하여 sRGB의 RGB 기본색 각각의 색조(Hue), 채도(Chroma) 및 명도(Lightness) 값을 계산하고,
상기 계산된 색조값과 명도값은 유지하면서, 채도값만 0에서부터 도 1 및 도 2의 Spectral Locus를 벗어나지 않는 범위까지 증가시켜서 sRGB의 RGB 기본색 각각과 동일한 색조값과 명도값을 갖지만 채도값만 다른 데이터 세트(data set)를 구성하고,
상기 데이터 세트와 인버스 컬러 어피어런스 모델(Inverse Color Appearance Model)을 사용하여 sRGB의 RGB 기본색 각각과 동일한 색조값과 명도값을 갖지만 채도값만 다른 XYZ값들을 다시 계산하고,
상기 XYZ값들을 CIE 색좌표 xy 값들로 변환하여 이들 색좌표 값들을 연결하여 도 1에 도시된 sRGB 또는 AdobeRGB의 RGB 기본색 각각과 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)을 얻을 수 있다. 또한 상기 XYZ값들을 CIE 색좌표 u'v' 값들로 변환하여 이들 색좌표 값들을 연결하여 도 2에 도시된 sRGB 또는 AdobeRGB의 RGB 기본색 각각과 동일한 색조 특성을 가지는 색좌표 궤적(CHL)을 얻을 수 있다. 도 1에 도시된 sRGB 색좌표(x,y)의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적은 도 3에 도시되고, 도 1에 도시된 AdobeRGB 색좌표(x,y)의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적은 도 4에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 sRGB 색좌표(u',v')의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적은 도 5에 도시되고, 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표(u',v')의 색차 오차 범위(±2△E* ab) 궤적은 도 6에 도시되어 있다.
도 1 및 도 3에 각각 도시된 sRGB 색좌표(x,y)의 CHL과 이의 색차 오차 범위(±2△E* ab)는 하기 표 1과 동일하다.
Red (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.3479 0.3392 0.3487 0.3447 0.3457 0.3336
0.3838 0.3475 0.3849 0.3533 0.3817 0.3415
0.4197 0.3535 0.4209 0.3592 0.4179 0.3477
0.4551 0.3571 0.4562 0.3626 0.4535 0.3517
0.4893 0.3584 0.4901 0.3627 0.4883 0.3541
0.5220 0.3573 0.5226 0.3621 0.5210 0.3526
0.5526 0.3541 0.5530 0.3593 0.5518 0.3491
0.5809 0.3490 0.5809 0.3517 0.5807 0.3463
0.6068 0.3422 0.6066 0.3450 0.6069 0.3395
0.6302 0.3341 0.6296 0.3368 0.6305 0.3313
0.6512 0.3249 0.6503 0.3277 0.6519 0.3221
0.6699 0.3149 0.6687 0.3177 0.6709 0.3122
0.6871 0.3047 0.6858 0.3076 0.6882 0.3019
0.7036 0.2947 0.7024 0.2977 0.7047 0.2918
0.7194 0.2849 0.7183 0.2880 0.7205 0.2819
Green (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.3152 0.3482 0.3107 0.3460 0.3197 0.3496
0.3172 0.3682 0.3123 0.3660 0.3221 0.3700
0.3188 0.3891 0.3139 0.3869 0.3237 0.3909
0.3197 0.4107 0.3149 0.4087 0.3246 0.4125
0.3201 0.4331 0.3161 0.4315 0.3241 0.4346
0.3197 0.4562 0.3150 0.4543 0.3244 0.4579
0.3186 0.4797 0.3132 0.4776 0.3240 0.4815
0.3166 0.5037 0.3137 0.5027 0.3197 0.5047
0.3138 0.5279 0.3106 0.5269 0.3171 0.5289
0.3101 0.5523 0.3066 0.5513 0.3137 0.5532
0.3054 0.5765 0.3017 0.5756 0.3093 0.5773
0.2999 0.6005 0.2960 0.5998 0.3039 0.6011
0.2934 0.6241 0.2893 0.6236 0.2975 0.6244
0.2860 0.6471 0.2818 0.6469 0.2903 0.6470
0.2777 0.6692 0.2734 0.6694 0.2821 0.6688
Blue (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.2979 0.2882 0.3079 0.2917 0.2889 0.2862
0.2823 0.2517 0.2917 0.2546 0.2741 0.2495
0.2667 0.2196 0.2754 0.2221 0.2572 0.2170
0.2515 0.1916 0.2595 0.1939 0.2423 0.1892
0.2370 0.1674 0.2464 0.1699 0.2294 0.1654
0.2233 0.1465 0.2299 0.1482 0.2149 0.1444
0.2106 0.1286 0.2178 0.1303 0.2054 0.1273
0.1988 0.1131 0.2065 0.1149 0.1932 0.1119
0.1879 0.0998 0.1960 0.1016 0.1821 0.0986
0.1779 0.0884 0.1814 0.0891 0.1719 0.0872
0.1688 0.0785 0.1724 0.0792 0.1626 0.0773
0.1604 0.0700 0.1641 0.0706 0.1542 0.0689
0.1527 0.0626 0.1564 0.0632 0.1464 0.0615
0.1457 0.0561 0.1494 0.0567 0.1393 0.0551
0.1392 0.0505 0.1430 0.0511 0.1378 0.0503
도 1 및 도 4에 각각 도시된 AdobeRGB 색좌표(x,y)의 CHL과 이의 색차 오차 범위(±2△E* ab)는 하기 표 2와 동일하다.
Red (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.3441 0.3383 0.3449 0.3433 0.3421 0.3329
0.3761 0.3459 0.3772 0.3510 0.3744 0.3408
0.4083 0.3518 0.4094 0.3567 0.4067 0.3468
0.4402 0.3559 0.4412 0.3606 0.4388 0.3511
0.4714 0.3580 0.4723 0.3625 0.4702 0.3535
0.5015 0.3583 0.5022 0.3625 0.5005 0.3540
0.5301 0.3567 0.5306 0.3607 0.5294 0.3527
0.5571 0.3535 0.5574 0.3572 0.5566 0.3498
0.5822 0.3487 0.5822 0.3521 0.5820 0.3453
0.6054 0.3426 0.6051 0.3458 0.6054 0.3395
0.6265 0.3355 0.6260 0.3384 0.6269 0.3326
0.6457 0.3274 0.6450 0.3301 0.6463 0.3248
0.6631 0.3187 0.6622 0.3212 0.6639 0.3163
0.6788 0.3095 0.6777 0.3118 0.6798 0.3073
0.6931 0.3002 0.6920 0.3023 0.6942 0.2981
Green (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.3107 0.3469 0.3059 0.3437 0.3157 0.3492
0.3083 0.3656 0.3035 0.3625 0.3132 0.3682
0.3054 0.3851 0.3007 0.3821 0.3103 0.3879
0.3021 0.4056 0.2974 0.4025 0.3068 0.4084
0.2982 0.4269 0.2936 0.4238 0.3028 0.4298
0.2937 0.4490 0.2892 0.4459 0.2983 0.4520
0.2887 0.4719 0.2843 0.4688 0.2932 0.4749
0.2831 0.4956 0.2788 0.4924 0.2874 0.4985
0.2768 0.5198 0.2726 0.5167 0.2810 0.5227
0.2699 0.5446 0.2658 0.5416 0.2740 0.5475
0.2623 0.5698 0.2585 0.5669 0.2662 0.5726
0.2542 0.5954 0.2505 0.5925 0.2579 0.5980
0.2454 0.6210 0.2418 0.6183 0.2489 0.6235
0.2360 0.6467 0.2326 0.6441 0.2394 0.6490
0.2260 0.6721 0.2228 0.6698 0.2292 0.6742
Blue (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
x y x y x y
0.2981 0.2887 0.3078 0.2921 0.2891 0.2868
0.2828 0.2526 0.2920 0.2555 0.2740 0.2503
0.2674 0.2208 0.2762 0.2235 0.2590 0.2186
0.2524 0.1931 0.2607 0.1954 0.2444 0.1909
0.2380 0.1690 0.2458 0.1711 0.2305 0.1670
0.2244 0.1481 0.2317 0.1500 0.2174 0.1464
0.2118 0.1302 0.2186 0.1319 0.2052 0.1286
0.2001 0.1147 0.2064 0.1162 0.1939 0.1133
0.1893 0.1014 0.1952 0.1027 0.1835 0.1002
0.1793 0.0899 0.1848 0.0911 0.1739 0.0888
0.1702 0.0800 0.1754 0.0810 0.1651 0.0790
0.1618 0.0713 0.1666 0.0722 0.1571 0.0705
0.1541 0.0638 0.1586 0.0646 0.1497 0.0631
0.1470 0.0573 0.1512 0.0580 0.1429 0.0566
0.1405 0.0516 0.1445 0.0522 0.1367 0.0510
도 2 및 도 5에 각각 도시된 sRGB 색좌표(u',v')의 CHL과 이의 색차 오차 범위(±2△E* ab)는 하기 표 3과 동일하다.
Red (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.2183 0.4789 0.2167 0.4818 0.2191 0.4757
0.2398 0.4885 0.2380 0.4915 0.2410 0.4852
0.2622 0.4969 0.2603 0.4998 0.2638 0.4939
0.2855 0.5041 0.2834 0.5068 0.2873 0.5014
0.3096 0.5102 0.3077 0.5123 0.3113 0.5081
0.3344 0.5151 0.3318 0.5173 0.3367 0.5127
0.3597 0.5187 0.3564 0.5211 0.3627 0.5163
0.3856 0.5212 0.3836 0.5225 0.3875 0.5200
0.4119 0.5226 0.4094 0.5239 0.4142 0.5214
0.4385 0.5230 0.4355 0.5242 0.4413 0.5218
0.4654 0.5225 0.4619 0.5237 0.4688 0.5213
0.4926 0.5211 0.4885 0.5222 0.4965 0.5199
0.5203 0.5192 0.5157 0.5204 0.5247 0.5179
0.5487 0.5171 0.5437 0.5185 0.5535 0.5157
0.5779 0.5149 0.5724 0.5164 0.5832 0.5134
Green (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.1925 0.4786 0.1903 0.4768 0.1950 0.4799
0.1870 0.4885 0.1846 0.4867 0.1896 0.4900
0.1813 0.4980 0.1790 0.4964 0.1838 0.4995
0.1755 0.5071 0.1732 0.5056 0.1778 0.5085
0.1694 0.5158 0.1676 0.5147 0.1713 0.5169
0.1632 0.5240 0.1611 0.5227 0.1654 0.5252
0.1569 0.5317 0.1546 0.5304 0.1594 0.5330
0.1506 0.5390 0.1493 0.5383 0.1519 0.5397
0.1442 0.5457 0.1428 0.5450 0.1456 0.5464
0.1377 0.5518 0.1362 0.5511 0.1392 0.5525
0.1313 0.5575 0.1297 0.5568 0.1329 0.5581
0.1249 0.5626 0.1232 0.5620 0.1265 0.5632
0.1185 0.5672 0.1168 0.5666 0.1202 0.5678
0.1122 0.5713 0.1105 0.5708 0.1140 0.5718
0.1060 0.5750 0.1043 0.5745 0.1079 0.5754
Blue (sRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.2033 0.4424 0.2093 0.4461 0.1973 0.4398
0.2070 0.4152 0.2132 0.4188 0.2013 0.4124
0.2091 0.3874 0.2154 0.3909 0.2021 0.3838
0.2098 0.3595 0.2159 0.3629 0.2026 0.3558
0.2090 0.3322 0.2168 0.3364 0.2028 0.3289
0.2072 0.3058 0.2130 0.3089 0.1997 0.3020
0.2043 0.2807 0.2110 0.2841 0.1995 0.2783
0.2008 0.2571 0.2083 0.2608 0.1954 0.2545
0.1966 0.2351 0.2049 0.2390 0.1908 0.2324
0.1921 0.2147 0.1958 0.2164 0.1858 0.2119
0.1873 0.1961 0.1912 0.1977 0.1806 0.1932
0.1823 0.1790 0.1864 0.1807 0.1753 0.1761
0.1773 0.1634 0.1816 0.1651 0.1700 0.1606
0.1723 0.1493 0.1767 0.1509 0.1647 0.1466
0.1673 0.1365 0.1719 0.1381 0.1656 0.1360
도 2 및 도 6에 각각 도시된 AdobeRGB 색좌표(u',v')의 CHL과 이의 색차 오차 범위(±2△E* ab)는 하기 표 4와 동일하다.
Red (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.2161 0.4779 0.2146 0.4805 0.2168 0.4748
0.2351 0.4865 0.2337 0.4892 0.2362 0.4837
0.2550 0.4943 0.2534 0.4968 0.2563 0.4917
0.2756 0.5012 0.2739 0.5036 0.2770 0.4988
0.2968 0.5071 0.2949 0.5094 0.2984 0.5049
0.3186 0.5121 0.3166 0.5141 0.3204 0.5100
0.3409 0.5161 0.3387 0.5180 0.3430 0.5142
0.3637 0.5192 0.3613 0.5209 0.3659 0.5174
0.3868 0.5213 0.3842 0.5229 0.3893 0.5197
0.4103 0.5226 0.4075 0.5240 0.4130 0.5211
0.4341 0.5230 0.4311 0.5243 0.4370 0.5217
0.4582 0.5227 0.4550 0.5238 0.4612 0.5215
0.4824 0.5217 0.4790 0.5227 0.4857 0.5206
0.5068 0.5201 0.5033 0.5210 0.5103 0.5191
0.5316 0.5180 0.5279 0.5189 0.5352 0.5170
Green (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.1900 0.4773 0.1879 0.4750 0.1925 0.4792
0.1822 0.4860 0.1800 0.4838 0.1845 0.4879
0.1743 0.4944 0.1722 0.4924 0.1764 0.4963
0.1664 0.5026 0.1644 0.5007 0.1684 0.5044
0.1585 0.5105 0.1566 0.5087 0.1604 0.5122
0.1506 0.5181 0.1488 0.5163 0.1524 0.5197
0.1428 0.5253 0.1411 0.5237 0.1446 0.5269
0.1351 0.5322 0.1335 0.5307 0.1367 0.5336
0.1275 0.5387 0.1260 0.5373 0.1290 0.5401
0.1200 0.5449 0.1186 0.5436 0.1215 0.5462
0.1127 0.5507 0.1113 0.5494 0.1140 0.5518
0.1055 0.5561 0.1043 0.5549 0.1068 0.5571
0.0985 0.5611 0.0973 0.5601 0.0997 0.5620
0.0917 0.5657 0.0906 0.5648 0.0929 0.5666
0.0852 0.5699 0.0842 0.5691 0.0862 0.5707
Blue (AdobeRGB)
Constant Hue Locus Constant Hue Locus +
2△E* ab 		Constant Hue Locus -
2△E* ab
u' v' u' v' u' v'
0.2032 0.4428 0.2091 0.4463 0.1972 0.4402
0.2069 0.4160 0.2131 0.4195 0.2009 0.4129
0.2091 0.3885 0.2154 0.3921 0.2029 0.3853
0.2098 0.3611 0.2162 0.3646 0.2036 0.3578
0.2092 0.3341 0.2156 0.3376 0.2029 0.3308
0.2074 0.3080 0.2137 0.3113 0.2012 0.3048
0.2047 0.2831 0.2109 0.2863 0.1986 0.2801
0.2012 0.2597 0.2074 0.2627 0.1953 0.2568
0.1972 0.2378 0.2032 0.2406 0.1914 0.2351
0.1928 0.2175 0.1986 0.2201 0.1872 0.2150
0.1881 0.1988 0.1937 0.2013 0.1826 0.1965
0.1832 0.1817 0.1886 0.1840 0.1779 0.1796
0.1783 0.1662 0.1835 0.1682 0.1732 0.1642
0.1733 0.1520 0.1783 0.1538 0.1685 0.1502
0.1684 0.1391 0.1732 0.1408 0.1638 0.1375
본 발명의 일 구현예에서는 백색 발광 다이오드 RGB 기본색의 색좌표를 sRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지거나, AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 중 어느 하나를 따르도록 설정하여 sRGB를 포함하면서 AdobeRGB 색역에 근접하는 컬러를 효과적으로 구현할 수 있도록 있다.
예를 들어 도 3 및 도 5에 도시된 색좌표 궤적, 즉 sRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표 또는 도 4 및 도 6에 도시된 색좌표 궤적, 즉 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 색좌표 궤적(constant hue locus, CHL)의 약 ±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 색좌표를 가지도록 할 수 있다.
상기 sRGB 또는 AdobeRGB 의 CHL과 이의 ±4△E* ab의 오차 범위의 RGB 기본색을 가지는 백색 발광 다이오드는 sRGB 또는 AdobeRGB가 적용되어 인코딩된 입력 컬러 영상정보의 색감 손실을 최소화하면서 백색 발광 다이오드가 장착된 디스플레이의 광색역 특성을 효과적으로 이용할 수 있다. 　　　　　
상기 백색 발광 다이오드의 색좌표의 x좌표는 0.24±0.05이고 y 좌표는 0.21±0.05이고, 색온도가 약 9500K 내지 약 100000K일 수 있다. 상기 색좌표와 색온도가 상기 범위에 있으면 더욱 넓은 영역의 색재현 범위를 갖는 백색광을 실현할 수 있으며, 디스플레이의 광원으로 사용 시 다양한 색을 표현할 수 있다.
상기 청색 LED 광원의 발광피크 파장은 430 내지 470nm의 범위에 있고, 상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광피크 파장은 510 내지 560nm 이상이고, 좋게는 530 내지 550nm의 범위에 있으며, 적색 반도체 나노 결정의 발광피크 파장은 약 600 내지 650nm이고, 좋게는 620 내지 640nm의 범위에 있다. 또한, 상기 녹색 및 적색 발광 반도체 나노결정의 발광피크의 반치폭이 약 60nm 이하이고 좋게는 40nm 이하의 범위에 있다. 상기 파장과 반치폭이 상기 범위에 있는 경우 색재현율과 휘도가 우수하게 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG)과 적색 발광 반도체 나노결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)의 중첩되는 영역의 면적(S)의 비율(S/(AG 또는 AR))이 약 15% 이하, 좋게는 약 7% 이하, 더 좋게는 5% 이하일 수 있다. 상기 S/(AG 또는 AR)의 비율이 상기 범위에 있는 경우 색재현율과 휘도가 우수하게 개선된 발광소자를 제공할 수 있다. 백색광의 색좌표를 조절하기 위하여, 상기 청색광을 방출하는 LED 광원의 발광세기 비율은 0.43±0.05이고, 상기 녹색 발광 반도체 나노결정의 발광세기 비율은 0.27±0.05이고 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광세기 비율은 0.28±0.05일 수 있다. 상기 발광세기가 상기 범위에 있으면 더욱 넓은 영역의 색재현 범위를 갖는 백색광을 실현할 수 있다.
상기 반도체 나노 결정의 예로는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 등이 있다. 상기 반도체 나노 결정 입자는 코어/쉘(core/shell) 구조일 수 있다. 상기 코어/쉘에서 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient) 구조를 가질 수도 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 반도체 나노결정의 입자 크기, 조성, 또는 농도 구배를 통하여 발광피크 파장과 반치폭을 조절할 수 있다.
상기 광전환층은 청색광을 방출하는 LED 광원 위에 다양한 구조로 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 광전환층(12)은 도 7에 도시된 바와 같이, 청색광을 방출하는 LED 광원(10) 위에 녹색 발광 반도체 나노결정(14)과 적색 발광 반도체 나노결정(16)의 혼합층으로 구성될 수 있다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이 청색광을 방출하는 LED 광원(10) 위에 녹색 발광 반도체 나노 결정(24)을 도포한 다음 이 위에 적색 발광 반도체 나노 결정(26)을 도포하여 광전환층(22)을 형성할 수도 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 청색광을 방출하는 LED 광원(10) 위에 적색 발광 반도체 나노 결정층(34)을 형성하고 이 위에 녹색 발광 반도체 나노 결정층(36)을 형성하여 광전환층(32)을 형성할 수도 있다. 상기 적색 발광 반도체 나노 결정층(34)을 형성하고 이 위에 녹색 발광 반도체 나노 결정층(36)은 서로 위치가 바뀔 수도 있다. 즉 LED 광원(10) 위에 녹색 발광 반도체 나노 결정층(34)과 이 위에 위치하는 적색 발광 반도체 나노 결정층(36)이 존재하는 광전환층(32)을 제공할 수도 있다. 도면에는 두 개의 층만이 적층된 광전환층을 도시하였으나 복수개의 층이 존재하는 광전환층도 제공될 수 있음은 물론이다.
도 10에 도시된 바와 같이 녹색 반도체 나노결정(44)과 적색 반도체 나노결정(46)의 복합체 입자로 구성된 광전환층(42)이 제공될 수도 있다.
상기 백색 발광 다이오드는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛으로 사용될수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 디스플레이 장치는 상기 구성을 가지는 백색 발광 다이오드와 상기 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 컬러 필터를 포함하는 액정 패널을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 액정 디스플레이 장치는 백라이트 유닛(100)과 상기 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 백색광을 이용하여 소정 색상의 화상을 형성하는 액정 패널(500)을 포함한다. 상기 백라이트 유닛(100)은 상기 백색 발광 다이오드일 수 있다.
여기서, 상기 액정 패널(200)은 제1 편광판(201), 액정층(202), 제2 편광판(203) 및 컬러 필터(204)가 순차적으로 배치된 구조를 가질 수 있다. 상기 백라이트 유닛(100)으로부터 출사된 백색광은 제1 편광판(201), 액정층(202) 및 제2 편광판(203)을 투과하게 되고, 이렇게 투과된 백색광이 컬러 필터(204)에 입사되어 소정 색상의 화상을 형성하게 된다. 백라이트 유닛(100)과 액정패널(200) 사이에 확산판이 위치할 수 있다.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
제조예 1: 녹색 발광 다층구조 반도체 나노결정의 합성
트리옥틸아민(Trioctylamine, "TOA") 16g과 옥타데실포스포닉산 0.128g, 카드뮴 옥사이드 0.1mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300도로 조절한다. 이와 별도로 Se 분말을 트리 옥틸 포스핀(trioctylphosphine, "TOP")에 녹여서 Se 농도가 약 2M인 Se-TOP 착물용액을 만든다. 상기 교반되고 있는 반응 혼합물에 2M Se-TOP 착물용액 2mL를 빠른 속도로 주입하고 약 2분간 반응시킨다. 반응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매(non solvent)인 에탄올을 부가하여 원심 분리를 실시한다. 원심 분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔에 분산시켜 CdSe 나노결정 용액을 합성한다.
*TOA 8g과 올레인산 0.1g, 아연 아세테이트 0.1 mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300℃로 조절한다. 상기에서 합성한 CdSe 나노결정 용액을 반응물에 첨가한 후 0.8M의 S-TOP 착물 용액 0.5mL을 천천히 가하여 약 1시간 동안 반응시켜 CdSe 나노결정 표면 위에 ZnS 나노결정을 성장시키고, 그 계면에서 확산을 통해 합금층을 형성한다. 반응이 종결되면, CdSe 나노결정을 분리한 방법과 동일하게 원심분리를 한 후 톨루엔에 분산시켜 다층구조의 나노결정 CdSe/ZnS을 합성한다.
상기의 CdSe/ZnS 나노결정의 표면에 다시 한 번 CdZnS를 형성시킨다. 카드뮴 아세테이트 0.05mmol, 아연 아세테이트 0.1mmol, 올레인산 0.43g, TOA 8g을 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300℃로 조절한 후 상기에서 합성한 나노결정 CdSe/ZnS를 주입한다. 곧 바로 2mL의 TOA와 섞은 0.8mmol의 옥틸 사이올을 천천히 주입하여 1시간 정도 합성하여 CdSe/ZnS/CdZnS의 다층구조를 가진 나노결정을 형성한다. 반응이 종결된 후 원심분리에 의해 합성된 물질을 분리하여 톨루엔에 분산시킨다.
제조예 2: 적색 발광 다층구조 반도체 나노결정의 합성
TOA 32g과 올레인산 1.8g, 카드뮴 옥사이드 1.6 mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300℃로 조절한다. 실시예 1에서 합성한 2M Se-TOP 착물용액 0.2mL을 반응물에 빠르게 주입하고 1분 30초 후에 6mL의 TOA와 섞은 0.8mmol의 옥틸 사이올을 천천히 주입한다. 40분간 반응 후 별도로 합성한 아연 올레이트 착물용액 16mL를 천천히 주입한다.
아연 올레이트 착물 용액은 4mmol의 아연 아세테이트와 올레인산 2.8g, TOA 16g을 환류 콘덴서가 설치된 125mL 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 200℃로 조절하여 합성한다. 100℃ 이하로 온도를 내린 후 주입한다. 아연 올레이트 착물 용액의 주입이 완료되면 곧 바로 6mL의 TOA와 섞은 6.4mmol의 옥틸 사이올 착물용액을 천천히 가하여 약 2시간 동안 반응시켰다. 이는 순서대로 CdSe 나노결정을 생성시킨 후 표면 위에 CdS 나노결정을 성장시키고, ZnS를 한번 더 성장시켰다.
반응이 종결된 후, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매(non solvent)인 에탄올을 부가하여 원심 분리를 실시한다. 원심 분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔에 분산시켜 8nm 크기의 다층구조의 나노결정 CdSe/CdS/ZnS을 합성한다.
실시예 1: 백색 발광 다이오드의 제작
제조예 1에서 만들어진 녹색 발광 반도체 나노결정과 제조예 2에서 만들어진 적색 발광 반도체 나노결정에 헥산과 에탄올을 6:4의 부피비로 혼합한 용액을 더하여 6000 rpm으로 10분간 원심분리하여 침전물을 수득한다. 수득된 침전물에 클로로포름 용매를 더하여 약 1 중량%의 용액으로 제조한다. 에폭시 수지는 다우 코닝사에서 제조하여 판매하고 있는 SJ4500 A와 SJ4500 B 수지를 미리 1:1 부피비로 혼합하여 공기 방울을 제거하여 둔다. 녹색 발광 반도체 나노결정 1 중량%, 적색 발광 반도체 나노결정 1 중량%와 클로로포름 용액 0.1 mL와 에폭시 수지 0.1 mL를 혼합하여 균일하도록 교반하여 주고, 클로로포름 용액을 제거하기 위해 진공 상태에서 약 1시간 유지한다. 이렇게 제조된 녹색 발광 반도체 나노결정, 적색 발광 반도체 나노결정 및 에폭시 수지의 혼합물을 컵 형태로 만들어진 램프 타입의 청색 발광 다이오드 상에 약 20mL를 도포하고 100℃에서 3시간 동안 경화시켜 광전환층을 제조한다.
상기의 방법으로 1차적으로 청색 발광 다이오드와 광전환층을 제조한 후, 램프 형태로 몰딩하기 위하여 몰드에 에폭시 수지만을 넣고 1차적으로 경화시킨 광전환층을 포함한 청색 발광다이오드를 100℃에서 3시간 동안 다시 경화시켜 램프 형태의 발광 다이오드를 제작한다.
비교예 1: 백색 발광 다이오드의 제작
제조예 2에서 만들어진 적색 발광 반도체 나노결정에 헥산과 에탄올을 6:4의 부피비로 혼합한 용액을 더하여 6000 rpm으로 10분간 원심분리하여 침전물을 수득한다. 수득된 침전물을 클로로포름 용매를 더하여 약 1 중량%의 용액으로 제조한다. 에폭시 수지는 다우 코닝사에서 제조하여 판매하고 있는 SJ4500 A와 SJ4500 B 수지를 미리 1:1 부피비로 혼합하여 공기 방울을 제거하여 둔다. 적색 발광 반도체 나노결정 1 중량%와 클로로포름 용액 0.1 mL와 에폭시 수지 0.1 mL를 혼합하여 균일하도록 교반하여 주고, 클로로포름 용액을 제거하기 위해 진공 상태에서 약 1시간 유지한다. 여기에 Sarnoff 사에서 제조된 TG-3540 녹색 무기 형광체 0.05g을 첨가한 후 얻어진 혼합물을 컵 형태로 만들어진 램프 타입의 청색 발광 다이오드 상에 약 20 mL를 도포하고 100℃에서 3시간 동안 경화시켜 광전환층을 제조한다.
상기의 방법으로 1차적으로 청색 발광 다이오드와 광전환층을 제조한 후, 램프 형태로 몰딩하기 위하여 몰드에 에폭시 수지만을 넣고 1차적으로 경화시킨 광전환층을 포함한 청색 발광다이오드를 100℃에서 3시간 동안 다시 경화시켜 램프 형태의 발광 다이오드를 제작한다.
비교예 2: 백색 발광 다이오드의 제작
제조예 1에서 만들어진 녹색 발광 반도체 나노결정에 헥산과 에탄올을 6:4의 부피비로 혼합한 용액을 더하여 6000 rpm으로 10분간 원심분리하여 침전물을 수득한다. 수득된 침전물을 클로로포름 용매를 더하여 약 1 중량%의 용액으로 제조한다. 에폭시 수지는 다우 코닝사에서 제조하여 판매하고 있는 SJ4500 A와 SJ4500 B 수지를 미리 1:1 부피비로 혼합하여 공기 방울을 제거하여 둔다. 녹색 발광 반도체 나노결정 1 중량%와 클로로포름 용액 0.1 mL와 에폭시 수지 0.1 mL를 혼합하여 균일하도록 교반하여 주고, 클로로포름 용액을 제거하기 위해 진공 상태에서 약 1시간 유지한다. 여기에 Sarnoff 사에서 제조된 Sr-Mg-P4O16 계열의 적색 무기 형광체 0.1g을 첨가한 후 얻어진 혼합물을 컵 형태로 만들어진 램프 타입의 청색 발광 다이오드 상에 약 20mL를 도포하고 100℃에서 3시간 동안 경화시켜 광전환층을 제조한다.
상기의 방법으로 1차적으로 청색 발광 다이오드와 광전환층을 제조한 후, 램프 형태로 몰딩하기 위하여 몰드에 에폭시 수지만을 넣고 1차적으로 경화시킨 광전환층을 포함한 청색 발광다이오드를 100℃에서 3시간 동안 다시 경화시켜 램프 형태의 발광 다이오드를 제작한다.
비교예 3
Sarnoff 사에서 제조된 TG-3540 녹색 무기 형광체 0.05g과 Sr-Mg-P4O16 계열의 적색 무기 형광체 0.1g을 에폭시 수지 0.1 mL와 교반하여 균일하게 혼합한다. 이렇게 제조된 무기 형광체와 에폭시 수지의 혼합물을 컵 형태로 만들어진 램프 타입의 청색 발광 다이오드 상에 약 20mL를 도포하고 100℃에서 3시간 동안 경화시켜 광전환층을 제조한다.
상기의 방법으로 1차적으로 청색 발광 다이오드와 광전환층을 경화시킨 후, 램프 형태로 몰딩하기 위하여 몰드에 에폭시 수지만을 넣고 1차적으로 경화시킨 발광층을 포함한 청색 발광다이오드를 100℃에서 3시간 동안 다시 경화시켜 램프 형태의 발광 다이오드를 제작한다.
상기 제조예 1에서 제조한 녹색 반도체 나노결정과, 상기 제조예 2에서 제조한 적색 반도체 나노결정, 상기 비교예 3에서 사용한 녹색 및 적색 무기 형광체를 포함하는 발광 다이오드의 적색, 녹색 및 청색에 해당하는 색좌표를 계산하여, 그 결과를 표 5에 나타내었다. 표 5에서 각각의 색좌표의 하단에 백색 좌표를 맞추기 위한 발광세기를 함께 기재하였다.
적색 녹색 청색 색좌표
적색 녹색 청색
실시예 1 반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.673, 0.308) (0.190, 0.707) (0.150,0.057)
0.28 0.29 0.43
비교예 1 반도체 나노결정 형광체 LED (0.658, 0.318) (0.277, 0.655) (0.151, 0.046)
0.17 0.37 0.46
비교예 2 형광체 반도체 나노결정 LED (0.675, 0.305) (0.205, 0.697) (0.151, 0.056)
0.46 0.21 0.33
비교예 3 형광체 형광체 LED (0.659, 0.316) (0.282, 0.652) (0.151, 0.046)
　0.31 　0.30 　0.39
상기 표 5에서 보는 바와 같이 녹색 및 적색 반도체 나노결정을 사용하여 제조한 실시예 1에 따른 발광 다이오드의 색좌표가 도 1 내지 도 6의 색좌표의 범위에 있음을 알 수 있다.
따라서 실시예 1에 따른 백색 발광 다이오드는 sRGB 및 AdobeRGB 색역을 효과적으로 포함할 수 있고 sRGB 또는 AdobeRGB 표준에 의하여 인코딩(encoding)되어서 전송되는 컬러 영상정보를 효과적으로 색상 맵핑할 수 있다.
반도체 나노결정의 발광피크 파장에 따른 색좌표를 측정하여 하기 표 6에 기재한다.
적색 녹색 청색 적색
색좌표		 녹색
색좌표		 청색
색좌표
반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.673, 0.308) (0.190, 0.707) (0.150,0.057)
630nm 530nm 0.28 0.29 0.43
반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.686, 0.296) (0.178, 0.717) (0.150,0.058)
640nm 530nm 0.33 0.27 0.4
반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.671, 0.307) (0.239, 0.691) (0.152,0.045)
630nm 540nm 0.25 0.29 0.46
반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.683, 0.295) (0.231, 0.699) (0.152,0.045)
640nm 540nm 0.29 0.28 0.43
반도체 나노결정 반도체 나노결정 LED (0.658, 0.323) (0.212, 0.690) (0.150,0.056)
620nm 530nm 0.25 0.29 0.46
상기 표 6에서 보는 바와 같이 녹색 및 적색 반도체 나노결정의 발광피크 파장이 각각 530-540nm 및 620-640nm의 범위에 있을 경우 색좌표가 도 1 내지 도 6의 색좌표의 범위에 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (50)

  1. 발광 다이오드 광원과 상기 발광 다이오드 광원으로부터 입사하는 광을 백색광으로 전환하는 광전환층을 포함하고,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적(constant hue locus, CHL) ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있고, 상기 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분의 색좌표 궤적±4△E* ab의 오차 범위는 각각 AdobeRGB 색좌표의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점을 포함하고,
    상기 광전환층은 반도체 나노 결정으로만 이루어진 발광체를 포함하고,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 430nm에서 470nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 510nm에서 560nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 600nm에서 650nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 60nm 이하인
    백라이트 유닛.
  2. 제1항에서,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에서,
    상기 백색광의 청색 성분의 색좌표 궤적이 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 백라이트 유닛.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 430nm에서 470nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 530nm에서 550nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 620nm에서 640nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제1항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 40nm 이하인 백라이트 유닛.
  8. 제6항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG) 또는 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)에 대한 상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG)과 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)이 중첩하는 영역의 면적(S)의 비율(S/AG 또는 S/AR)이 15% 이하인 백라이트 유닛.
  9. 제1항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 세기의 비율은 0.43±0.05이고,
    상기 반도체 나노 결정은 녹색 발광 반도체 나노 결정과 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광세기의 비율은 0.27±0.05이고, 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광세기의 비율은 0.28±0.05인 백라이트 유닛.
  10. 제1항에서,
    상기 광전환층은 상기 발광 다이오드 광원으로부터 분리되어 있는 백라이트 유닛.
  11. 제10항에서,
    상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 녹색광층과 적색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 적색광층을 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 제1항에서,
    상기 광전환층의 반도체 나노 결정은 코어/쉘 구조를 가지는 발광 반도체 나노 결정인 백라이트 유닛
  13. 제12항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO MgSe, MgS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, MgZnSe, MgZnS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 II-VI족 화합물을 포함하는 백라이트 유닛.
  14. 제12항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 III-V족 화합물을 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제12항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 적어도 일부는 8nm의 크기를 가지는 백라이트 유닛.
  16. 제12항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 코어/쉘 구조에서 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배를 가지는 백라이트 유닛.
  17. 발광 다이오드 광원과 상기 발광 다이오드 광원으로부터 입사하는 광을 백색광으로 전환하는 광전환층을 포함하고,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적(constant hue locus, CHL) ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있고, 상기 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분의 색좌표 궤적±4△E* ab의 오차 범위는 각각 AdobeRGB 색좌표의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점을 포함하고,
    상기 광전환층은 반도체 나노 결정으로만 이루어진 발광체를 포함하고,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 430nm에서 470nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 510nm에서 560nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 600nm에서 650nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 60nm 이하인
    발광 소자.
  18. 제17항에서,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 발광 소자.
  19. 제17항에서,
    상기 백색광의 청색 성분의 색좌표 궤적이 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 발광 소자.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제17항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 440nm에서 460nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 530nm에서 550nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 620nm에서 640nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 소자.
  23. 제17항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 40nm 이하인 발광 소자.
  24. 제22항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG) 또는 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)에 대한 상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG)과 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)이 중첩하는 영역의 면적(S)의 비율(S/AG 또는 S/AR)이 15% 이하인 발광 소자.
  25. 제17항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 세기의 비율은 0.43±0.05이고,
    상기 반도체 나노 결정은 녹색 발광 반도체 나노 결정과 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광세기의 비율은 0.27±0.05이고, 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광세기의 비율은 0.28±0.05인 발광 소자.
  26. 제17항에서,
    상기 광전환층은 상기 발광 다이오드 광원으로부터 분리되어 있는 발광 소자.
  27. 제26항에서,
    상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 녹색광층과 적색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 적색광층을 포함하는 발광 소자.
  28. 제17항에서
    상기 광전환층의 반도체 나노 결정은 코어/쉘 구조를 가지는 발광 반도체 나노 결정인 발광 소자.
  29. 제28항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO MgSe, MgS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, MgZnSe, MgZnS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 II-VI족 화합물을 포함하는 발광 소자.
  30. 제28항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 III-V족 화합물을 포함하는 발광 소자.
  31. 제28항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 적어도 일부는 8nm의 크기를 가지는 발광 소자.
  32. 제28항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 코어/쉘 구조에서 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배를 가지는 발광 소자.
  33. 발광 다이오드 광원과 상기 발광 다이오드 광원으로부터 입사하는 광을 백색광으로 전환하는 광전환층을 포함하고,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적(constant hue locus, CHL) ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있고, 상기 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 적색 성분, 녹색 성분 및 청색 성분의 색좌표 궤적±4△E* ab의 오차 범위는 각각 AdobeRGB 색좌표의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점을 포함하고,
    상기 광전환층은 반도체 나노 결정으로만 이루어진 발광체를 포함하고,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 430nm에서 470nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 510nm에서 560nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 600nm에서 650nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 60nm 이하인
    액정 표시 장치.
  34. 제33항에서,
    상기 백색광의 적색 성분의 색좌표 궤적 및 녹색 성분의 색좌표 궤적은 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적(constant hue locus, CHL) ±2△E* ab의 오차 범위 내에 있는 액정 표시 장치.
  35. 제33항에서,
    상기 백색광의 청색 성분의 색좌표 궤적이 도 1 또는 도 2에 도시된 AdobeRGB 색좌표의 동일한 색조(hue) 특성을 가지는 궤적(constant hue locus, CHL) ±4△E* ab의 오차 범위 내에 있는 액정 표시 장치.
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 제33항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 피크는 440nm에서 460nm 사이에 있고,
    상기 반도체 나노 결정은
    발광 피크가 530nm에서 550nm 사이에 있는 녹색 발광 반도체 나노 결정 및
    발광 피크가 620nm에서 640nm 사이에 있는 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하는 액정 표시 장치.
  39. 제33항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정 및 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 피크의 반치폭은 40nm 이하인 액정 표시 장치.
  40. 제38항에서,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG) 또는 상기 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)에 대한 상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AG)과 적색 발광 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼의 총면적(AR)이 중첩하는 영역의 면적(S)의 비율(S/AG 또는 S/AR)이 15% 이하인 액정 표시 장치.
  41. 제33항에서,
    상기 발광 다이오드 광원의 발광 세기의 비율은 0.43±0.05이고,
    상기 반도체 나노 결정은 녹색 발광 반도체 나노 결정과 적색 발광 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 녹색 발광 반도체 나노 결정의 발광 세기의 비율은 0.27±0.05이고, 상기 적색 발광 반도체 나노결정의 발광 세기의 비율은 0.28±0.05인 액정 표시 장치.
  42. 제33항에서,
    상기 광전환층은 상기 발광 다이오드 광원으로부터 분리되어 있는 액정 표시 장치.
  43. 제42항에서,
    상기 광전환층은 녹색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 녹색광층과 적색 발광 반도체 나노 결정을 가지는 적색광층을 포함하는 액정 표시 장치.
  44. 제33항에서,
    복수의 컬러 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  45. 제44항에서,
    상기 컬러 필터는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터, 청색 컬러 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  46. 제33항에서,
    상기 광전환층의 반도체 나노 결정은 코어/쉘 구조를 가지는 발광 반도체 나노 결정인 액정 표시 장치.
  47. 제46항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO MgSe, MgS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, MgZnSe, MgZnS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 II-VI족 화합물을 포함하는 액정 표시 장치.
  48. 제46항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 III-V족 화합물을 포함하는 액정 표시 장치.
  49. 제46항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 적어도 일부는 8nm의 크기를 가지는 액정 표시 장치.
  50. 제46항에서,
    상기 발광 반도체 나노 결정의 코어/쉘 구조에서 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배를 가지는 액정 표시 장치.
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