KR101896463B1 - 유리 조성물을 포함하는 색변환필터, 그것을 이용한 백색 led 및 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 백색 발광다이오드는 일면이 개방된 하우징; 상기 하우징의 내부 하단에 위치하는 발광부재; 및 상기 발광부재와 이격되어 마주하며, 상기 하우징의 상단을 덮는 색변환필터를 포함하며, 상기 색변환필터는 광흡수 물질로서 네오디뮴 화합물이 함유된 유리 조성물을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

유리 조성물을 포함하는 색변환필터, 그것을 이용한 백색 LED 및 백라이트 유닛{Color Conversion Filter Comprising Glass Composition, and White LED and Backlight Unit Using the Same}
본 발명은 유리 조성물을 포함하는 색변환필터, 그것을 이용한 백색 LED 및 백라이트 유닛에 관한 것이다. 보다 상세하게는 광투과성 및 색재현성이 우수한 유리 조성물을 포함하는 색변환필터, 그것을 이용한 백색 LED 및 백라이트 유닛에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode)는 에너지 변환 효율이 높고, 수명이 길며, 저 전압 구동이 가능하며, 복잡한 구동회로가 필요하지 않는 장점이 있다. 따라서, 발광다이오드는 가까운 미래에 백열등, 형광등 및 수은 등과 같은 기존의 광원을 대체할 고체 조명(solid-state lighting)으로 기대를 모으고 있다. 백색 발광다이오드는 차세대 광원으로서의 효용 가치가 높으며, 액정디스플레이 장치 (LCD)의 배면광원 (BLU; back light unit)으로도 널리 사용되고 있다. 특히, LCD의 색품질은 BLU용 백색발광다이오드에 전적으로 의존하게 되며, 최근 고해상도 TV의 발전에 따라 고연색지수 및 고색재현성이 요구됨에 따라 백색 발광다이오드의 색품질 요구 조건도 크게 높아지고 있다.
백색 발광다이오드의 일반적인 구현 방법은 GaN 또는 InGaN의 청색 LED 칩 위에 황색을 방출하는 YAG계 형광체를 사용하여 백색을 구현한다. 청색 LED칩 위에 형광체를 고정하기 위해 유기물 수지 등을 사용하는데, 이렇게 구현된 백색 발광다이오드를 고출력으로 장시간동안 사용하였을 경우 유기물 수지의 낮은 내열성으로 인해 열화 현상이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국등록특허 제10-1593470호에는(이하 '선행문헌'이라 함) 유기물 수지를 사용하는 대신 유리 프릿을 이용한 백색 발광다이오드를 제시하고 있다.
황색 YAG계 형광체를 사용한 백색 발광다이오드의 경우 적색 발광이 부족하여, 연색지수가 떨어지고 BLU로 사용시 색재현능력이 떨어지는 문제가 있다. 이를 보완하기 위해 최근에는 녹색 형광체와 적색 형광체를 동시에 사용한 백색 발광다이오드가 사용되고 있다. 그러나, 녹색 형광체와 적색 형광체의 넓은 발광 선폭으로 인해 색 재현 범위가 북미 TV 규격인 NTSC의 색재현 범위를 달성하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근 고해상도 LCD TV에는 발광 선폭이 매우 좁은 양자점을 색변환 소재로 활용하고 있으나, 생산단가가 높고, 양자점의 화학적, 열적 내구성이 취약하며, 공정이 까다로운 단점이 있다. 특히, 갈수록 대형화 되고 있는 TV 시장에 대응하는 동시에 가격경쟁력을 확보하기 위해서는 내구성이 우수하며, 공정단가의 확보가 가능한 녹색 및 적색의 발광 선폭이 좁은 백색 발광다이오드의 구현이 필수적이다.
한국 등록특허 제10-1593470호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 광투과성 및 색재현성이 우수한 유리 조성물을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 유리 조성물을 이용한 색변환필터를 제공함에 있다.
또한 본 발명은 색변환필터를 이용한 백색 발광다이오드를 제공함에 있다.
또한 본 발명은 백색 발광다이오드를 이용한 백라이트 유닛을 제공함에 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드는 일면이 개방된 하우징; 상기 하우징의 내부 하단에 위치하는 발광부재; 및 상기 발광부재와 이격되어 마주하며, 상기 하우징의 상단을 덮는 색변환필터를 포함하며, 상기 색변환필터는 광흡수 물질로서 네오디뮴 화합물이 함유된 유리 조성물을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드는 하기 관계식 1을 만족하는 제1 파장의 광은 흡수될 수 있다:
[관계식 1]
560 nm ≤ λ1 ≤ 620 nm
[상기 관계식 1에서 λ1 은 상기 제1 파장의 범주이다.]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다:
[관계식 2]
1 ≤ F.O.M. ≤ 3
[상기 관계식 2에서, 상기 백색 발광다이오드에 따른 광투과 스펙트럼의 베이스라인을 기준으로, F.O.M.은 상기 제1 파장의 범주에 형성된 제1 광흡수 피크의 최대 깊이에 대해 상기 제1 광흡수 피크의 반가폭을 나눈 값이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 유리 조성물은 모유리를 포함하며, 상기 모유리는 실리케이트계 조성물, 보로실리케이트계 조성물, 보레이트계 조성물, 및 포스페이트계 조성물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 모유리는 SiO2 20 내지 50 mol%, B2O3 20 내지 50 mol%, RO 30 내지 45 mol%를 포함하며, 상기 RO는 Ba 산화물 및 Zn 산화물 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 Zn 산화물에 대한 Ba 산화물의 몰비는 Zn 산화물:Ba 산화물 = 1:0.5 ~ 5.5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 유리 조성물은 무기첨가제를 더 포함하며, 상기 무기첨가제는 Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, GeO2, WO3 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 무기첨가제는 상기 유리 조성물 전체 mol% 대비 0 초과 5 mol% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 네오디뮴 화합물의 함량은 상기 유리 조성물 전체 mol% 대비 0 초과 5 mol% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 색변환필터는 하기 관계식 3을 만족하는 제3 파장은 투과될 수 있다:
[관계식 3]
400 nm ≤ λ3 ≤ 500 nm
[상기 관계식 3에서 λ3 은 상기 제3 파장의 범주이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 발광부재는 LED칩, 및 상기 LED칩을 덮는 형광부재를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 형광부재는 형광체와 상기 형광체를 담지하는 담지체로 구성되며, 상기 담지체는 투명한 유리, 또는 투명하며 점도가 있는 레진이거나 실리콘계 수지이며, 상기 형광체는 YAG계 형광체, TAG계 형광체, 실리케이트계 형광체, 나이트라이드계 형광체, 플로라이드계 형광체, 황화물계 형광체, 옥시나이트라이드계 형광체, 옥시플로라이드계 형광체 및 옥시설파이드계 형광체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드에 있어, 상기 색변환필터는 50 내지 1000 μm의 두께일 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 백색 발광다이오드를 포함하는 백라이트 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 백색 발광다이오드는 청색 LED 칩을 포함한 조명 장치에 이용되는 경우, NTSC 규격의 색 범위 재현에 용이한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 유리 조성물은 네오디뮴 화합물이 균일하게 담지될 수 있고, 착색이 적어 투과도가 높으며, 녹색 및 적색 형광체의 발광 선폭을 효과적으로 제어할 수 있고, 장시간 광조사에 따른 열화 발생이 방지될 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 유리 조성물로 제조된 색변환필터의 광흡수 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 필터가 적용되기 전과 후의 녹색 및 적색 형광체가 사용된 백색 발광다이오드의 발광스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 필터가 적용되기 전과 후의 녹색 및 적색 형광체가 사용된 백색 발광다이오드의 NTSC 색재현 범위이다.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다", "가지다", "이루어진다", "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명을 서술함에 있어, 특별히 한정하지 않는 한, 용어 "덮는" 또는 "덮이는"의미는 물건 따위가 드러나거나 보이지 않도록 보다 넓은 물건으로 씌운다는 뜻일 수 있으며, 예컨대 "LED칩을 덮는 유리 형광부재"의 의미는 LED칩의 상부 표면 및 측부 표면을 포함하는 모든 표면이 유리 형광부재로 감싸인 구조를 의미할 수 있다.
본 발명을 서술함에 있어, 달리 정의하지 않는 한, 용어 "최대 깊이"는 본 발명의 유리 조성물에 따른 광투과 스펙트럼의 베이스라인에 대해 수직한 방향(깊이방항)으로 각각의 광흡수피크의 최대 깊이를 10 회 이상 측정하여 평균한 값을 의미할 수 있다.
또한, 용어 "반가폭"은 상기 최대 깊이의 1/2 지점에서 상기 광투과 스펙트럼의 베이스라인에 대해 수평한 방향(폭방향)으로 각각의 광흡수피크의 폭을 10회 이상 측정하여 평균한 값을 의미할 수 있다.
본 발명을 서술함에 있어, 용어 "상분리"는 유리 내 의도하지 않은 2 차상 등이 발생하는 것을 의미하며, 하나의 유리상이 서로 다른 성분의 2 개의 상으로 나뉘는 현상으로서 이로 인해 빛의 투과가 저해되는 것을 의미할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다
본 출원인은 백색 발광다이오드에 이용하기 위한 선택적 흡수를 가진 유리 조성물을 오랜기간 연구한 결과, 400 내지 500 nm 파장의 청색광은 투과시키면서 550 내지 650 nm 파장의 녹색 및 연적색광을 흡수하는 유리 조성물은, 고연색의 백색광 및 조명의 고품위화를 구현함을 확인하였다.
본 발명에 따른 유리 조성물은, 광흡수 물질로서 네오디뮴 화합물을 함유하고, 하기 관계식 1을 만족하는 제1 파장의 광은 흡수되는 것을 특징으로 한다:
[관계식 1]
560 nm ≤ λ1 ≤ 620 nm
[상기 관계식 1에서 λ1 은 상기 제1 파장의 범주이다.]
상기 네오디뮴(Nd) 화합물은 상기 제1 파장의 광을 흡수하는 물질을 의미한다. 일 예로, 상기 네오디뮴 화합물은 네오디뮴을 함유한 산화물, 불화물, 탄화물, 질화물, 및 이들의 복합물 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한 상기 유리 조성물은 상기 제1 파장이 약 60% 이하로 흡수될 수 있으며, 구체적으로 약 50% 이하, 보다 구체적으로 약 45% 이하로 흡수될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물에 있어, 상기 유리 조성물은 네오디뮴 화합물, 모유리, 및 무기첨가제를 포함할 수 있다.
상기 네오디뮴 화합물은 상기 유리 조성물 전체 함량을 기준으로 0 초과 5 mol% 이하의 함량을 가지는 것이 바람직하다. 상기 범주를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 유리 조성물은 연색성, 광투과성, 색재현성 등이 상승될 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 네오디뮴 화합물의 함량은 1 내지 3 mol% 일 수 있으며, 보다 구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 네오디뮴 화합물의 함량은 1.5 내지 2.5 mol% 일 수 있다. 이와 같이, 상기 네오디뮴 화합물의 함량 범주가 점진적으로 좁아지는 경우, 상술한 연색성, 색재현성 등이 더 상승될 수 있다. 상기 네오디뮴 화합물의 함량이 1 mol% 보다 작을 경우 광 흡수 효과가 적고, 3 mol%를 초과할 경우 유리의 기계적 특성이 저하되는 문제가 있다.
상기 모유리는 실리케이트계 조성물, 보로실리케이트계 조성물, 보레이트계 조성물, 및 포스페이트계 조성물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있다. 이러한 산화물은 3차원적인 그물 구조와 유사한 망목 구조를 형성함으로써 모유리의 연화점을 하강시킬 수 있으며, 상기 모유리의 결정화를 방지할 수 있다.
상세하게, 상기 모유리는 SiO2 20 내지 50 mol%, B2O3 20 내지 50 mol%, RO 30 내지 50 mol%를 포함할 수 있으며, 이러한 조성을 가지는 모유리를 이용하는 경우 본 발명에 따른 유리 조성물은 입사광 본래의 색재현성, 광투과성 등을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 RO에서 R은 Ba 및 Zn 중 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유리 조성물로 제조된 유리의 상분리, 크랙 등을 방지할 수 있으며, 입사광의 장시간 흡광에 따른 열화를 방지할 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 Zn 산화물에 대한 Ba 산화물의 몰비는 Zn 산화물:Ba 산화물 = 1:0.5 ~ 5.5일 수 있다. 상기 Zn 산화물에 대한 Ba 산화물의 몰비가 0.5 미만인 경우 유리 형성이 어려우며, 5.5를 초과할 경우 본 발명에 따른 유리 조성물의 유동성이 떨어지거나. 소성 또는 냉각시 결정화 또는 상분리가 진행될 수 있다.
상기 무기첨가제는 유리 형성 조제로서, 본 발명에 따른 유리 조성물의 점도 및 융점을 향상시키는 역할을 하며, 또한 소성 또는 냉각시 상분리를 억제하는 역할을 한다.
상세하게, 상기 무기첨가제는 Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, GeO2, WO3 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
또한 상기 무기첨가제의 함량은 상기 무기첨가제의 함량은 0 초과 5 mol% 이하일 수 있다. 상기 범주를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 유리 조성물로 제조된 모유리 또는 색변환필터의 내수성, 내후성, 내구성 등을 더 향상시킬 수 있고, 또한 유리의 연화점을 하강시킬 수 있다.
본 발명을 서술함에 있어, 특별히 한정하지 않는 한, 본 발명에 따른 유리 조성물로 제조된 유리 또는 색변환필터는 비정질일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물로 제조된 색변환필터의 광투과 스펙트럼이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 조성물은 상술한 관계식 1을 만족한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물은 상술한 제1 파장의 범주에 형성된 제1 광흡수 피크를 더 포함하며, 상술한 제1 광흡수 피크는 하나 또는 두 개의 단일 피크로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유리 조성물은 연색성, 색재현성 등이 더 상승될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물은 하기 관계식 2를 만족할 수 있다:
[관계식 2]
1 ≤ F.O.M. ≤ 3
[상기 관계식 3에서, 상기 유리 조성물에 따른 광투과 스펙트럼의 베이스라인(10)을 기준으로, F.O.M.은 상기 제1 파장의 범주에 형성된 제1 광흡수 피크의 최대 깊이에 대해 상기 제1 광흡수 피크의 반가폭을 나눈 값이다.]
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물은 하기 관계식 4를 만족하는 제2 파장의 광이 흡수될 수 있다:
[관계식 4]
500 nm ≤ λ2 ≤ 540 nm
[상기 관계식 4에서 λ2 은 상기 제2 파장의 범주이다.]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 조성물은 하기 관계식 5를 만족할 수 있다:
[관계식 5]
0.05 ≤ P2/P1 ≤ 0.6
[상기 관계식 5에서, 상기 유리 조성물에 따른 광투과 스펙트럼의 베이스라인(10)을 기준으로, P1는 상기 제1 파장의 범주에 형성된 제1 광흡수 피크의 최대 깊이이고, P2는 상기 제2 파장의 범주에 형성된 제2 광흡수 피크의 최대 깊이이다.]
여기서, P2는 녹색 형광체의 발광을 저해할 수 있으므로 흡수가 억제되는 것이 바람직하며, 상기 관계식 5를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 유리 조성물은 연색성, 색재현성 등이 향상될 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 관계식 5의 P2/P1는 0.1 내지 0.4일 수 있다. 이와 같이, 상기 P2/P1의 범주가 더욱 좁아지는 경우, 본 발명에 따른 유리 조성물은 연색성, 색재현성 등이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 유리 조성물을 이용한 색변환필터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환필터는 50 내지 1000 μm의 두께를 가질 수 있다. 상기 색변환필터의 두께가 50 μm 이하일때에는 제 1 파장영역의 선택적 광흡수를 위해 네오디늄의 함유량을 3 mol% 초과함유 시켜야하는 동시에 유리소재의 가공 및 취급시 깨짐현상이 발생하는 등의 공정상 문제점이 발생하고, 1000 μm 를 초과할때는 제 1 파장 영역 이외의 파장영역에서 광손실이 발생하는 동시에 백색 LED의 부피가 커지는 문제점이 발생한다.
구체적이고 비한정적인 다른 일 예로, 본 발명에 따른 색변환필터의 두께가 500 내지 1000 μm 인 경우, 상기 색변환필터를 사용한 백색 LED의 NTSC(national television system committee) 색 재현범위 값이 5 내지 15% 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 색변환필터는 상술한 유리 조성물의 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 색변환필터를 이용한 백색 발광다이오드를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 백색 발광다이오드는 상술한 유리 조성물의 효과를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드(1000)는 일면이 개방된 하우징(100); 상기 하우징(100)의 내부 하단에 위치하는 발광부재(200); 상기 발광부재(200)와 이격되어 마주하며, 상기 하우징(100)의 상단을 덮는 색변환필터(300)를 포함한다.
이때, 상기 색변환필터(300)는 상술한 유리 조성물을 이용할 수 있다. 또한, 상기 색변환필터(300)는 하기 관계식 3를 만족하는 제3 파장을 투과시킬 수 있다:
[관계식 3]
400 nm ≤ λ3 ≤ 500 nm
[상기 관계식 3에서 λ3은 상기 제3 파장의 범주이다.]
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 색변환필터(300)는 상기 제3 파장 범주의 투과율이 약 80% 이상, 구체적으로 약 90% 이상, 보다 구체적으로 약 95% 이상에 이르는 광특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 발광부재(200)는 상술한 유리 조성물 또는 색변환필터(300)에 조사되는 백색 광원일 수 있다.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 발광부재(200)는 청색, 녹색 및 적색 발광하는 형광체가 포함된 LED, 황색 발광하는 형광체가 포함된 LED, 녹색 및 적색 발광하는 형광체가 포함된 LED 등을 들 수 있다. 여기서, LED는 청색 및 UV(자외선) LED일 수 있으며, 예를 들면 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 텔루르, 탄소, 마그네슘, 아연 및 벨리륨으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 불순물이 도핑된 질화갈륨, 질화알루미늄, 질화갈륨알루미늄 또는 질화인듐갈륨을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드(1000)에 있어, 상기 발광부재(200)는 상기 하우징(100)의 내부 하단에 고정되는 LED칩(210), 및 상기 LED칩(210)을 덮는 형광부재(220)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 LED칩(200)은 청색 또는 자외선(UV) 광을 발광하는 것으로, 상기 발광부재(200)에서 상술한 LED의 예와 동일하다.
상세하게, 상기 형광부재(220)은 상기 LED칩(200)에 의해 여기 또는 흡수되어, 청색, 녹색 및 적색 발광을 하거나 녹색 및 적색 발광을 하는 것을 의미할 수 있다. 상기 형광부재(220)는 형광체와 상기 형광체를 담지하는 담지체로 구성되며, 담지체는 투명한 유리, 또는 투명하며 점도가 있는 레진이거나 실리콘계 수지일 수 있다. 투명한 유리의 소재로서는 실리케이트계 조성물, 보로실리케이트계 조성물, 보레이트계 조성물, 및 포스페이트계 조성물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용 할 수 있다.
또한, 상기 형광부재(220)는 상기 담지체 내에 분산된 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 형광체는 YAG계 형광체, TAG계 형광체, 실리케이트(silicate)계 형광체, 나이트라이드(nitride)계 형광체, 플로라이드(fluoride)계 형광체, 황화물(sulfide)계 형광체, 옥시나이트라이드(oxynitride)계 형광체, 옥시플로라이드(oxyfluoride)계 형광체 및 옥시설파이드(oxysulfide)계 형광체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 백색 발광다이오드를 이용한 백라이트 유닛을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 액정표시장치의 백라이트나 조명용 광원으로 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 하기의 실시예를 들어 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~4
본 발명에 따른 유리 조성물의 조성은 하기 표 1에 수록하였다. 표 1에 수록된 바와 같이, 광흡수 물질(활성제)로서 Nd2O3의 함량은 모유리 전체 100 mol%에 대해 표 1과 같이 추가하였다.
표 1의 조성으로 혼합한 혼합물은 1450 ℃에서 1 시간 용융시키고, 650 ℃에서 6 시간 동안 어닐링하여 색변환필터를 제조하였다. 제조된 색변환필터의 상분리 유무를 O, X로 하여 표 1에 수록하였다.
이후 상기 색변환필터를 이용하여 하우징(100), 발광부재(200), 및 색변환필터(300)을 구비하는 백색 발광다이오드(1000)를 제작하였다. (도 2 참조)
SiO2 B2O3 BaO ZnO Nd2O3 상분리
실시예 1
(KND-04)		 23 46 20 11 1.0 X
실시예 2
(KND-04)		 23 46 20 11 1.5 X
실시예 3
(KND-04)		 23 46 20 11 2 X
실시예 4
(KND-04)		 23 46 20 11 3 X
실시예 5~16 및 비교예 1~4
실시예 1과 동일하게 실시하되, SiO2, Ba2O3, BaO, 및 ZnO 성분 각각에 대하여 함량을 다르게 하고, 제조된 색변환필터의 상분리 유무를 O, X로 하여 표 2에 수록하였다.
SiO2 B2O3 BaO ZnO Nd2O3 상분리
실시예 5
(KND-03)		 28 41 20 11 1 X
실시예 6
(KND-07)		 28 36 25 11 1 X
실시예 7
(KND-08)		 23 36 30 11 1 X
실시예 8
(KND-09)		 28 36 20 16 1 X
실시예 9
(KND-10)		 23 36 20 21 1 X
실시예 10
(KND-11)		 38 31 20 11 1 X
실시예 11
(KND-13)		 48 21 20 11 1 X
비교예 1
(KND-14)		 53 16 20 11 1 O
실시예 12
(KND-15)		 33 31 25 11 1 X
실시예 13
(KND-16)		 33 26 30 11 1 X
실시예 14
(KND-17)		 33 31 20 16 1 X
실시예 15
(KND-18)		 33 26 20 21 1 X
비교예 2
(KND-19)		 38 36 15 11 1 O
비교예 3
(KND-20)		 43 36 10 11 1 O
비교예 4
(KND-25)		 33 36 10 21 1 O
실시예 16
(KND-30)		 33 36 26 5 1 X
비교예 5
실시예 1의 색변환필터(300)를 구비하지 않는 백색발광다이오드(미도시)를 제작하였다.
측정예 1: 결정성 및 상분리 확인
상기 실시예들에서 제조된 색변환필터의 결정성은 당해 기술분야에서 알려진 X-선 회절(XRD) 분석에 의해 확인하였고, 색변환필터의 상분리 유무는 육안으로 확인하였고, 본 발명에 따른 색변환필터의 결정성 및 상분리 결과는 하기 표 3에 수록하였다.
측정예 2: 광투과율 및 F.O.M. 측정
상기 실시예들에서 제조된 색변환필터의 광학 특성은 표면이 연마된 색변환필터를 500 μm의 두께로 준비한 후, 자외선-가시광선 분광 광도계(Thermo scientific, evolution201)를 이용하여, 1 nm/s 간격으로 300 내지 780 nm 범위로 하여 광투과율 및 광투과 스펙트럼을 측정하였다. 광투과율은 광투과도×100으로 계산하여 백분율(%)로 표시하며, 광투과도는 입사광 세기(I0)에 대한 투과광 세기(I)의 비(I/I0)를 나타낸다. F.O.M.은 관계식 2에서 상술한 바와 동일하게 측정하였다.
측정예 3: 광특성 평가
상기 실시예들 및 비교예에서 제조된 색변환필터의 광특성는 도 2에 도시된 백색 발광다이오드(1000)로 제작한 후, intergrating sphere(PSI, DATSA PRO-5200)를 이용하여 측정하였다. 점등 조건은 비교 표준이 되는 청색 LED 칩(InGaN LED)을 사용하여 점등하였다. LED 칩은 단일 칩을 이용하여 측정 진행되었으며, 상기 실시예들의 F.O.M., 연색지수(CRI), 색재현성(NTSC), 색좌표 스펙트럼(CIE)을 측정하였다. 여기서 색재현성은 북미 TV 규격인 NTSC의 색역 범위를 100%로 할 때, 본 발명에 따른 색변환필터의 색역 범위가 상기 NTSC의 색역 범위를 점유하는 비율(%)로 나타낸다.
F.O.M. CRI 광투과율
(%)		 NTSC
(%)
실시예 1
(KND-04)		 1.521 72.65914 82.7 78.63
실시예 2
(KND-04)		 2.001 73.18533 82.28 79.83
실시예 3
(KND-04)		 2.201 73.16895 77.51 80.83
실시예 4
(KND-04)		 2.665 72.97456 80.53 79.64
실시예 5
(KND 03)		 1.517 72.4985 83.40 78.53
실시예 6
(KND 07)		 1.482 72.42243 83.50 79.12
실시예 7
(KND 08)		 1.302 71.40777 84.03 78.83
실시예 8
(KND 09)		 1.556 72.64585 82.58 79.10
실시예 9
(KND 10)		 1.457 71.91572 82.52 79.11
실시예 10
(KND 11)		 1.421 72.24359 84.39 78.98
실시예 11
(KND 13)		 1.488 72.14953 84.11 79.01
실시예 12
(KND 15)		 1.471 72.24935 84.15 79.08
실시예 13
(KND 16)		 1.393 71.5581 82.96 79.20
실시예 14
(KND 17)		 1.605 72.52595 82.14 79.26
실시예 15
(KND 18)		 1.635 71.90946 81.36 79.54
실시예 16
(KND 30)		 1.519 72.70842 82.01 79.19
비교예 5
(RG LED#2)		 - 68.7519 100 75.25
표 3에 수록된 바와 같이, 본 발명에 따른 색변환필터는 NTSC 대비 약 78 내지 82% 정도의 색재현성을 나타내는데, 이는 종래 구현된 색재현성에 비하여 약 20% 정도나 증가된 것으로 색재현성의 현저한 개선을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 색변환필터는 F.O.M. 의 증가에 따라 CRI 및 NTSC 값이 선형적으로 상승함을 알 수 있었다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 색변환필터를 500 μm의 두께로 제작하여, 광투과 스펙트럼을 측정한 그래프이다. 본 발명에 따른 색변환필터는 두께가 증가함에 따라 상술한 관계식 1을 만족하는 제1 파장의 최대 깊이가 증가하고, 반가폭 또한 상승함을 알 수 있다.
한편, 도 1에서, 본 발명의 실시예 1과 달리 1mol% Nd2O3가 첨가된 75SiO215Na2O10RO 조성으로 제조된 색변환필터의 그래프(△로 도시됨)와 1mol% Nd2O3가 첨가된 64SiO225Na2O10CaO 조성으로 제조된 색변환필터의 그래프(▽로 도시됨)는 상술한 관계식 1을 만족하는 제1 파장의 영역에서 두 개의 피크로 나타남을 확인하였다.
도 3을 참조하면, 도 3은 상술한 실시예 1과 비교예 5에 따른 백색 발광다이오드의 발광스펙트럼이다. 비교예 5에 따른 백색 발광 다이오드는 500 내지 700 nm 의 파장 범위에서 넓은 발광 스펙트럼을 나타내는 결과를 확인 할 수 있다. 또한 비교예 5에 따른 백색 발광 다이오드는 500 nm 에서 700 nm 에 이르는 넓은 발광 스펙트럼을 가지므로, 백색 발광 다이오드의 색 재현율을 감소시키며 연색지수를 저하시키는 결과를 초래하게 되고 BLU(백라이트 유닛)와 같은 고성능 응용 장치에 사용이 제한된다.
그러나 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 색변환 필터를 적용한 백색 발광 다이오드는 대략 580 nm 부근에서 네오디뮴이 담지된 유리에 의한 흡수가 강하게 발생하여 전술한 넓은 발광 스펙트럼을 작은 반치폭의 두 개의 발광 피크로 분리 시키는 효과를 나타내는 것을 확인 할 수 있다. 이 결과를 통하여 백색 발광 다이오드의 색 재현율과 연색지수를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 상술한 실시예 1과 비교예 5에 따른 백색 발광다이오드의 NTSC 색재현 범위이다. 색 좌표에 도시된 흑색 파선은 NTSC 색 규격을 나타낸다. 실선으로 도시된 부분은 실제 백색 발광 다이오드 및 본 발명에 의해 제조된 색변환 필터를 적용한 백색 발광 다이오드의 색좌표 및 측정된 NTSC 색 규격을 나타낸다. 그 결과, 본 발명에 의해 제조된 색변환 필터를 적용한 백색 발광 다이오드의 색재현 가능 범위가 기존 백색 발광 다이오드의 색재현 가능 범위 보다 넓은 것을 확인 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 베이스라인
100: 하우징
200: 발광부재
210: LED칩
220: 유리 형광부재
300: 색변환필터
1000: 백색 발광다이오드

Claims (14)

  1. 일면이 개방된 하우징;
    상기 하우징의 내부 하단에 위치하는 발광부재; 및
    상기 발광부재와 이격되어 마주하며, 상기 하우징의 상단을 덮는 색변환필터를 포함하며,
    상기 색변환필터는 광흡수 물질로서 네오디뮴 화합물이 함유된 유리 조성물을 이용하고,
    하기 관계식 1을 만족하는 제1 파장의 광은 흡수되고,
    하기 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드:
    [관계식 1]
    560 nm ≤ λ1 ≤ 620 nm
    [상기 관계식 1에서 λ1 은 상기 제1 파장의 범주이다.]
    [관계식 2]
    1 ≤ F.O.M. ≤ 3
    [상기 관계식 2에서, 상기 백색 발광다이오드에 따른 광투과 스펙트럼의 베이스라인을 기준으로, F.O.M.은 상기 제1 파장의 범주에 형성된 제1 광흡수 피크의 최대 깊이에 대해 상기 제1 광흡수 피크의 반가폭을 나눈 값이다.]
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 모유리를 포함하며,
    상기 모유리는 실리케이트계 조성물, 보로실리케이트계 조성물, 보레이트계 조성물, 및 포스페이트계 조성물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모유리는
    SiO2 20 내지 50 mol%, B2O3 20 내지 50 mol%, RO 30 내지 45 mol%를 포함하며,
    상기 RO는 Ba 산화물 및 Zn 산화물 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 Zn 산화물에 대한 Ba 산화물의 몰비는 Zn 산화물:Ba 산화물 = 1:0.5 ~ 5.5인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 무기첨가제를 더 포함하며,
    상기 무기첨가제는 Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, In2O3, GeO2, WO3 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 무기첨가제는 상기 유리 조성물 전체 mol% 대비 0 초과 5 mol% 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 네오디뮴 화합물의 함량은
    상기 유리 조성물 전체 mol% 대비 0 초과 5 mol% 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 색변환필터는 하기 관계식 3을 만족하는 제3 파장은 투과되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드:
    [관계식 3]
    400 nm ≤ λ3 ≤ 500 nm
    [상기 관계식 3에서 λ3 은 상기 제3 파장의 범주이다.]
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부재는 LED칩, 및 상기 LED칩을 덮는 형광부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 형광부재는 형광체와 상기 형광체를 담지하는 담지체로 구성되며,
    상기 담지체는 투명한 유리, 또는 투명하며 점도가 있는 레진이거나 실리콘계 수지이며,
    상기 형광체는 YAG계 형광체, TAG계 형광체, 실리케이트계 형광체, 나이트라이드계 형광체, 플로라이드계 형광체, 황화물계 형광체, 옥시나이트라이드계 형광체, 옥시플로라이드계 형광체 및 옥시설파이드계 형광체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 색변환필터는 50 내지 1000 μm의 두께인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  14. 제 1항에 따른 백색 발광다이오드를 포함하는 백라이트 유닛.
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