KR20040073068A

KR20040073068A - 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용백색 ｌｅｄ 소자

Info

Publication number: KR20040073068A
Application number: KR1020030009004A
Authority: KR
Inventors: 이재승; 안준형
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-08-19

Abstract

본 발명은 발광특성이 우수하고, 온도 및 시간 안정성이 뛰어나며 색도를 자유로이 조절할 수 있는 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자를 제공하기 위한 것으로써, 청색광을 방출하는 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩위에 몰드되는 투명성수지를 포함하고, 상기 투명성수지에는 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 녹색광을 방출하기 위한 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클과 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 적색광을 방출하기 위한 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클이 첨가되어 백색광을 방출도록 한 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자에 특징이 있다.

Description

실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 ＬＥＤ 소자{White LED device for display backlight using silicone nanoparticle}

본 발명은 백색 LED 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘 나노파티클을이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자에 관한 것이다.

백라이트(Backlight)는 주로 디스플레이의 광원으로 널리 사용된다. 노트북 컴퓨터의 경우는 냉음극 형광등(coldcathode fluorescentlamp)을 백라이트 광원으로 사용하고 있다. 현재 노트북 컴퓨터에 사용되는 냉음극 형광등은 모든 색상이 가능하며, 색 재현 범위가 우수하다. 그러나, 구동에 있어서 인버터(Inverter)를 사용해야 하므로 인버터가 차지하는 공간이 클뿐만 아니라 인버터를 사용하게 되면 고전압이 걸리게 되므로 장시간 사용하면 열이 많이 발생하고, 많은 전력을 사용하는 문제점이 있다. 이에 따라 에너지의 소모가 거의 없는 백색 발광 다이오드(White LED)를 이용한 백라이트를 대체함으로써 상기한 문제점의 해결이 가능하게 된다.

백색 발광을 위해서는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 적절하게 혼합하여야 한다. LED를 이용하여 백색 발광을 하는 소자를 제작하기 위한 가장 기본적인 방법는 적색, 녹색 및 청색을 발생하는 세개의 LED를 각각 제작하여 조합하는 것이다. 이러한 방법은 각각의 LED를 독립적으로 제어하므로 연색성이 우수한 백색을 방출할 수 있고, 그 발광 효율이 우수하다. 그러나, 세개의 다이오드를 별도로 제작하여야 하므로 그 제작공정이 비경제적이고, 비생산적이므로 그 사용 범위가 매우 제한되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서는 도 1a에 도시된 바와 같이, 청색 LED(2)에 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) : Ce등과 같은 형광물질(1)을 도포하여 LED를 구성함으로써 도 1b에 도시된 바와 같이 고휘도의 청색 발광 다이오드에서 방사되는 높은 에너지를 가지는 빛의 일부에 의하여 YAG의 형광체가 여기되어서 황색광을 방사하고, 상기 청색 발광 다이오드의 나머지 발광 부분을 결합하여서 결합스펙트럼이 백색광을 형성시키도록 한 방식으로써, 이 방식은 현재 일본등에서 주로 연구되어 상용화되었다.

또 하나의 종래 다른 예는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 자외선(UV)의 단파장 LED(3)의 주위에 R, G, B의 형광체(4)를 도포하도록 구성함으로써 도 2b에 도시된 바와 같이, 높은 에너지의 UV LED(3)에 의하여 여기되어 상기 R, G, B의 형광체는 각각 적색스펙트럼(R), 녹색스펙트럼(G) 및 청색스펙트럼(B)을 방출하도록 하고, 이 3개의 스펙트럼을 결합하여 결합스펙트럼이 백색광을 형성시키도록 한 방식이 널리 제안되었다.

상기 도 1a에 도시된 백색 LED는 별도의 적색, 녹색 및 청색 LED를 각각 만들지 않고 하나의 청색 LED에 황색을 방출하는 YAG등의 형광체를 사용하여 백색 LED를 구현하므로 제작방법이 용이한 장점이 있고, 밝은 빛을 내는 장점이 있으나 형광물질의 광변환 효율(Phosphor conversion efficiency), 자체흡수, 온도, 장시간 사용에 따른 특성 저하등에 의하여 백색 LED 소자의 효율이 크게 좌우되고, 제품간의 편차가 크며, 또한 발광된 백색의 색감에 있어서도 청색을 띈 백색을 나타냄으로써 색감이 좋지 못하다는 문제점이 있다.

한편, 도 2a에 도시된 백색 LED는 역시 백색를 발생하기 위해 별도의 적색, 녹색 및 청색의 LED를 각각 만들지 않고 하나의 UV LED에 적색, 녹색 및 청색을 각각 방출하는 형광체를 사용하여 백색 LED를 구현하므로 제작방법이 용이하고 R, G, B 형광체의 함유량 조절이 용이하므로 온화한 백색의 표현이 가능하다는 장점이 있으나 빛의 밝기가 약하고, 이 실시예의 백색 LED 역시 형광물질에 의한 광변환 효율, 자체흡수, 온도 및 장시간 사용에 따른 특성 저하등에 의하여 백색 LED 소자의 특성이 제한 받게 되는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로써, 본 발명의 목적은 높은 광변환 효율을 갖고 안정성를 갖고 있는 실리콘 나노파티클을 이용하고, 또한 LED 소자의 청색과 나노 파티클의 녹색 및 적색을 혼합하여 백색광을 표현함으로써 발광 특성이 우수하고, 온도 및 시간 안정성이 뛰어나며, 색도를 자유로이 조절할 수 있는 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자를 제공하기 위한 것이다.

도 1a는 종례 예의 백색 LED 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 1b는 도 1a의 백색 LED에 있어서, 청색 LED의 스펙트럼과 청색 LED의 스펙트럼에 의해 여기되어 형광체로부터 방사되는 황색광의 스펙트럼과 청색 LED 및 황색광의 결합스펙트럼을 나타낸 그래프,

도 2a는 종래 다른 예의 백색 LED 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 2b는 도 2a의 백색 LED에 있어서, UV LED의 스펙트럼과 UV LED의 스펙트럼에 여기되어 형광체로부터 방사되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 스펙트럼과 이들의 결합스펙트럼을 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명의 백색 LED 소자 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 4, 6 : 형광체 2, 3, 5 : LED

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 청색광을 방출하는 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩위에 몰드되는 투명성수지를 포함하고, 상기 투명성수지에는 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 녹색광을 방출하기 위한 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클과, 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 적색광을 방출하기 위한 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클이 첨가되어 백색광을 방출하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자에 특징이 있다.

이하 첨부도면에 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 백색 LED 소자의 단면을 나타낸 것으로, 본 발명의백색 LED 소자는 청색광을 발광하는 청색 LED 칩(5)과 상기 청색 LED 칩(5)의 둘레에 몰드되고, 상기 청색 LED 칩(5)에 의해 방출되는 청색광에 의해 여기되어서 적색광을 방출하는 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클과, 상기 청색 LED 칩(5)에서 방출되는 청색광에 의하여 여기되어 녹색광을 방출하는 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클을 첨가한 투명성수지(6)로 구성된다.

적색, 녹색 및 청색 성분의 밸런스를 통하여 백색 LED에서 방출되는 백색광의 색감도, 색특성 및 발광 특성을 향상시키도록 상기 적색 및 녹색광을 방출하는 적색방출을 위한 실리콘 나노파티클의 첨가량은 20~80%로, 그리고, 녹색방출을 위한 실리콘 나노파티클의 첨가량은 20~80%의 범위내에서 조절되게 한다.

그리고, 상기 실리콘 나노파티클을 제작하는 방법은 전자화학에칭방법(eleetro chemical etching method), 기상합성법, 액상합성법 및 고상합성법등의 어느 방법을 사용하여도 되고, 또한 실리콘 나노파티클은 H, C, O, N등으로 반응시키면 표면의 댕글링결합(Dangling bond)가 제거되므로 패시베이션(passivation)이 되어 안정성이 향상될 수 있다.

이하 본 발명에 의한 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자의 동작에 대하여 설명한다.

여기된 상태의 실리콘 나노파티클의 경우, 전자-홀 쌍이 특정 Si-Si 공유결합에 집중되는(localized) 셀프-트랩 엑사이션(Self-Trapped Exciton: STE) 상태를 형성하게 된다. 즉, 여기상태의 공유결합의 거리가 d_c이상이면, 실리콘 나노파티클의 전자-홀 쌍은 특정 본드(bond)에 집중되면서 결합거리는 d_e로 증가하게 되고, 이 STE상태에서 안정 또는 준안정(melta-stable)한 상태로 빛을 내며 기저상태로 전이하게 되는데, 여기시키는 빛보다 더 낮은 에너지, 즉 여기시키는 빛의 파장보다도 긴 파장의 에너지의 빛을 방출하게 된다. 이때 방출되는 빛은 실리콘 나노파티클의 크기에 따라 결정된다. 즉, 실리콘 나노파티클의 크기가 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 범위인 경우에는 녹색(G)광을, 그리고 실리콘 나노파티클의 크기가 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 범위인 경우에는 적색(R)광을 방출하게 된다. 따라서, 본 발명은 발광방식을 청색, 적색, 녹색광을 혼합하여 백색광을 얻도록 하는 방식으로써, 청색은 실리콘 나노파티클층을 투과하여 나오는 청색(B) LED 자체의 빛을 이용하고, 청색(B) LED에서 나오는 청색광을 여기 광원으로 이용하여 각각 다른 크기인 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기 범위의 실리콘 나노파티클과 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기 범위의 실리콘 나노파티클로부터 각각 방출되는 녹색 및 적색광을 혼합함으로써 소정의 백색광을 얻도록 한 것이다.

그리고 본 발명의 백색 LED 소자는 적색 및 녹색광을 방출하는 실리콘 나노파티클의 첨가량은 적색과 녹색의 실리콘 나노파티클의 비율이 각각 20~80%의 범위로 되게 조절함으로써 적색, 녹색, 청색 성분의 밸런스를 통하여 백색 LED 소자에서 방출되는 백색광의 색감도, 색특성 및 발광특성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 LED 소자는 청색 LED 칩과 청색 LED 칩으로부터 발광하는 청색 광원에 의해 여기되어 녹색을 방출하는 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 나노파티클과 상기 청색 광원에 의해 여기되여 적색을 방출하는 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 나노파티클을 각각 20~80%씩 투명성수지에 첨가하여 백색광을 방출하는 백색 LED 소자를 형성함으로써, 높은 광변환 효율과 높은 안정성을 갖고 있는 실리콘 나노파티클이 이용되고, 또한, LED 소자의 청색과, 나노파티클로부터 여기되어 방출되는 녹색 및 적색을 혼합하여 백색광이 구현하게 되어서 발광특성이 우수하고 온도 및 시간 안정성이 뛰어나며 색도를 자유로이 조절할 수 있는 우수한 특성의 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

청색광을 방출하는 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩위에 몰드되는 투명성수지를 포함하고,

상기 투명성수지에는 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 녹색광을 방출하기 위한 1.5㎚~1.8㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클과, 상기 청색 LED의 방출광에 여기되어 적색광을 방출하기 위한 2.7㎚~3.1㎚ 직경크기의 실리콘 나노파티클이 첨가되어서, 상기 청색, 녹색 및 적색광의 혼합에 의해 백색광이 방출됨을 특징으로 하는 실리콘 나노파티클을 이용하는 디스플레이 백라이트용 백색 LED 소자.