KR20070119750A - 백색 ｌｅｄ, 그것을 이용한 백라이트, 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070119750A
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료 사카이
야스히로 시라카와
하지메 다케우치
츠토무 이시이
야스마사 오오야
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가부시끼가이샤 도시바
도시바 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

색재현성이 냉음극관과 동등하고 휘도가 향상된 백색 LED, 그것을 이용한 백라이트, 및 액정 표시 장치를 제공한다.
자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 및 자색 발광 레이저로부터 선택된 적어도 1종의 발광 소자와, 형광체층을 포함한 백색 LED에 있어서, 상기 형광체층 중 녹색 형광체가 식 1을, 청색 형광체가 식 2 또는 식 3을 적색 형광체가 식 4 또는 식 5를 만족하는 백색 LED.
식 1: M1 -x-yCexTbyBO3(M은 Sc, Y, La, Gd 또는 Lu. 0.03< x< 0.3, 0.03< y< 0.3)으로 나타내는 3가의 세륨 및 테르븀활성화희토류붕화물 형광체,
식 2: (M2, Eu)10(PO4)6·Cl2(M2는 Mg, Ca , Sr, Ba)로 나타내는 2가의 유로퓸활성화할로인산염 형광체, 또는 식 3: a(M31, Eu)O·bAl2O3(M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 또는 Cs. 0< a, 0< b, 0.2≤ a/b≤ 1.5)로 나타내는 2가의 유로퓸활성화알루민산염형광체,
식 4: (La1 -x, Eux)2O2S(0.01< x< 0.15)로 나타내는 유로퓸활성화산황화란탄 형광체, 또는 식 5: (Y1 -x, Eux)2O2S(0.01< x< 0.15)로 나타내는 유로퓸활성화산황화이트륨 형광체.
상기 백색 LED로 이루어지는 백라이트 및 액정 표시 장치.

Description

백색 ＬＥＤ, 그것을 이용한 백라이트, 및 액정 표시 장치{WHITE LED, AND BACKLIGHT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 등의 백라이트에 적합한 백색 LED, 그것을 이용한 백라이트 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 일반 조명, 액정 표시 장치용 백라이트 등에 이용되어 온 수은 가스 여기의 형광등관(FL), 냉음극선관(CCFL)에 대해, 콤팩트성, 긴 수명, 저전압 구동, 무수은 등의 특징을 갖는 백색 LED를 개발하고 있다.
백색 LED는 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 3색의 발광 다이오드를 조합하여 백색 발광시키는 타입 1과, 장파장 자외선(300∼430 ㎚) 또는 청색 파장(460∼480 ㎚)의 발광 다이오드를 여기원으로서 복수종의 가시광 발광 형광체를 함유한 형광체층과 조합함으로써 백색 발광시키는 타입 2가 있다.
타입 1에서는 3색의 광원을 사용하므로, 백색광을 만들기 위해, 확산판을 이용하거나, 확산시키기 위한 공간을 설치하는 등, 색 혼합을 위한 기구가 필요하고 백라이트로서의 두께가 필요하게 된다. 또한 3종류의 LED를 이용하므로, 각각 별도의 제어 회로가 필요하게 되는 등, 부품 개수가 증가하여 비용면에서 문제가 있다. 타입 2에서는, 모두 동일한 LED를 사용할 수 있고, 모두 동일한 색으로 발광하므로, 색을 혼합하기 위한 기구는 필요하지 않고, 제어 회로도 한 종류만이므로 부품 개수를 줄일 수 있어 비용적으로도 싸게 제작할 수 있다.
타입 2의 백색 LED에 있어서는 전술한 바와 같이 장파장 자외선(또는 자색) 발광 다이오드를 이용하는 것, 청색(460∼480 ㎚)으로 발광하는 발광 다이오드를 이용하는 것이 있다.
자외선(또는 자색) 발광 다이오드를 이용하는 경우, 형광체층으로서는 적색, 녹색, 청색의 3색의 가시광 발광 형광체를 이용하여 백색광을 얻고 있다. 한편, 청색 발광 다이오드는 황색의 가시광 발광 형광체를 이용하여 백색광을 얻고 있는 경우가 많다. 자외선 발광 다이오드를 이용한 쪽이 형광체를 3색 이용하기 때문에, 2색으로 백색광을 얻고 있는 청색 발광 다이오드보다 색 재현성이 좋은 것은 분명한 사실이다.
그런데, 타입 2의 백색 LED에 있어서는, 지금까지의 수은 가스의 254 ㎚에서의 여기와는 상이하게, 장파장 자외선(300∼430 ㎚) 또는 청색 파장(460∼480 ㎚)에서의 여기가 이루어지므로, 현행의 FL, CCFL에서 이용되고 있는 형광체를 이용할 수 없는 경우가 많다.
특히, FL, CCFL에서 녹색 형광체로서 일반적으로 이용되고 있는 LaPO4: Ce, Tb는 320∼430 ㎚에서는 거의 발광하지 않는다. 이 때문에, 일본 특허 공개 제2000-73052호 공보(특허 문헌 1)에서는 녹색 성분으로서, BaMgAl10O17 : Eu, Mn(특허 문헌 2 [0029]란의 일반식을 만족하는 조성)을 이용하고 있지만, 녹색 성분으로서는 발광 파장이 515 ㎚와 종래 재료 LaPO4: Ce, Tb의 543 ㎚에 비교하여 단파장이고, 완전 호환이 이루어지지 않으므로, 조명 용도에 이용하는 경우, 연색성(演色性)의 저하 등의 문제가 있었다.
한편, 액정 표시 장치는 백라이트와 컬러 필터의 조합에 의해 표시 장치로서의 색재현성 영역이 결정되는 것이다. 예컨대, CCFL을 이용한 백라이트를 탑재한 액정 표시 장치에 있어서, 단순히 CCFL을 백색 LED로 대체하더라도 액정 표시 장치의 특성이 높아지는 것은 아니다. 이것은, 컬러 필터가 CCFL의 광의 색재현 영역에 맞추어 설계되기 때문이다. 다시 말해서, 광원을 CCFL에서 백색 LED로 대체하는 것만으로는 반드시 액정 표시 장치의 특성이 향상하지는 않는다.
예컨대, USP6252254(B1)호 공보(특허 문헌 2)에는, 녹색 형광체로서 YBO3 : Ce3+, Tb3 + 형광체(세륨 및 테르븀활성화이트륨붕산화물 형광체), 적색 형광체로서 Y2O2S: Eu3 +, Bi3 + 형광체(유로퓸 및 비스무트활성화이트륨산황화물 형광체)를 이용한 백색 LED가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 2는 청색 발광 다이오드를 이용하고 있으므로, 특히 청색부의 색재현 영역이 청색 발광 다이오드의 발광 특성에 의해 고정되게 된다. 그 때문에, CCFL과는 색재현 영역이 상이하기 때문에, 특허 문헌 2의 백색 LED를 종래의 CCFL을 이용하고 있었던 액정 표시 장치에 이용하는 경우, 컬러 필터의 설계 변경이 필요해진다.
이 때문에, 색재현성이 좋고, 결국은 색재현 영역을 폭넓게 조정할 수 있으며, 또한 장파장 자외선(300∼430 ㎚)으로 발광하는 발광 다이오드를 이용하여 종래의 FL 또는 CCFL과 동등한 색재현 영역을 갖는 백색 LED가 필요하게 되었다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-73052호 공보
[특허 문헌 2] USP 6252254(B1)호 공보
최근의 액정 표시 장치는 휴대 전화, 자동차 내비게이션, 모바일 통신 기기의 소형 화면, 퍼스널 컴퓨터나 텔레비젼의 중형·대형 화면 등 여러 가지 화면(모니터)에 이용되고 있고, 그 백라이트 광원에는 CCFL이 주로 사용되고 있다.
이러한 CCFL을 광원으로서 이용하는 경우, 그 CCFL으로부터의 광을 보다 양호한 것으로 하여 색재현성을 향상시키기 위해, 예컨대 컬러 필터 등의 각종의 광학 부재가 종래로부터 제안되고 있다. 이러한 컬러 필터는 CCFL의 발광 광선의 특성 등을 고려하여, 구체적 용도에 있어서 가장 양호한 표시 품질, 색재현성 등을 얻을 수 있도록 설계되어 있고, 현재 충분히 만족할 수 있는 CCFL용 컬러 필터도 다수 제공되고 있다.
최근, 환경 문제로부터 무수은화의 요망이 높아짐에 따라, CCFL 대신에 LED를 광원으로서 이용하는 것이 시도되고 있지만, 종래의 백색 LED는 CCFL과는 발광색이 크게 상이하기 때문에, 액정 표시 장치에 있어서 CCFL을 단순히 백색 LED로 대체하는 것만으로는 양호한 표시 품질 및 색재현성 등을 얻을 수 없고, 그리고 CCFL용에 적합하도록 설계된 컬러 필터를 이용할 수도 없다.
이러한 점에서, 종래의 백색 LED를 광원으로서 이용하는 경우에는, 그 백색 LED의 발광 광선 특성 내지 색재현 영역에 적합하도록, 컬러 필터에 대해서도 설계를 고쳐야만 하였다. 새롭게 컬러 필터를 설계하여, 그것을 안정적으로 제조하는 기술을 개발하기 위해서는 많은 비용 및 시간이 필요한 것은 물론이다. 따라서, 종래의 CCFL 컬러 필터를 그대로 이용할 수 있는 백색 LED의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 CCFL과 동일한 정도의 색재현 영역을 가지고, 휘도를 대폭 향상시킨 백색 LED 및 백라이트 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 및 자색 발광 레이저로부터 선택되는 적어도 1종의 발광 소자와, 형광체층을 포함한 백색 LED로서, 상기 형광체층 중 녹색 형광체가 일반식 1을, 청색 형광체가 일반식 2 또는 일반식 3을, 적색 형광체가 일반식 4 또는 일반식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 LED이다.
<녹색 형광체>
일반식 1: M1-x-yCexTbyBO3
(식에서, M은 Sc, Y, La, Gd, Lu에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, x 및 y는 0.03< x< 0.3, 0.03< y< 0.3의 수를 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 3가의 세륨 및 테르븀활성화희토류붕화물 형광체.
<청색 형광체>
일반식 2: (M2, Eu)10(PO4)6·Cl2
(식에서, M2은 Mg, Ca, Sr 및 Ba에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화할로인산염형광체, 또는
일반식 3: a(M3, Eu)O·bAl2O3
(식에서, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0<a, 0<b, 0.2≤ a/b≤ 1.5를 만족하는 수임)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화알루민산염 형광체.
<적색 형광체>
일반식 4: (La1-x, Eux)2O2S
(식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 수임)로 표시되는 유로퓸활성화산황화란탄 형광체, 또는
일반식 5: (Y1-x, Eux)2O2S
(식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 수임)로 표시되는 유로퓸활성화산황화이트륨 형광체.
이러한 본 발명에 따른 백색 LED는 바람직한 형태로서, 상기 발광 소자의 발광 파장이 300∼430 ㎚ 인 것을 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 백색 LED는 바람직한 형태로서, 상기 형광체의 평균 입자 지름이 1 ㎛ 이상인 것을 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 백색 LED는 바람직한 형태로서, 상기 형광체층이 투명 수지 재료 중에, 상기 녹색 형광체, 상기 청색 형광체 및 상기 적색 형광체가 분산된 것을 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 백색 LED는 바람직한 형태로서, 상기 투명 수지 재료가 굴절율 1.3∼1.7인 것을 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 백라이트는 상기 백색 LED를 이용한 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 본 발명에 따른 백라이트는 바람직한 형태로서, 상기 백색 LED를 복수개 이용한 것을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 백라이트를 이용한 것을 특징으로 하는 것이다.
[발명의 효과]
본 발명의 백색 LED는 고휘도를 구비하고 있다.
그리고, 본 발명의 백색 LED는 색재현 영역이 CCFL와 동일한 정도이므로, 종래의 CCFL용의 컬러 필터를 그대로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 백색 LED를 이용한 백라이트 및 그것을 이용한 액정 표시 장치에서는 새로운 컬러 필터를 재차 설계할 필요가 없다. 여기서, 색재현 영역이 CCFL과 동일한 정도라는 것은, 분광계로 측정한 때에 그 측정 결과가 동일 내지 동일한 정도인 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 백색 LED는 컬러 필터의 특성을 소망에 의해 더욱 개선하는 경우에 있어서도, 종래의 CCFL용 컬러 필터에서 이용되었던 기술 내지 지견을 이용할 수 있으므로, 매우 용이하게 목적으로 하는 컬러 필터를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 백색 LED, 백라이트 및 액정 표시 장치는 종래의 CCFL과 같이 수은을 사용할 필요도 없으므로, 환경 문제가 생기지 않는다.
도 1은 본 발명의 백색 LED의 일례를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 백색 LED를 액정 표시 장치의 백라이트로서 이용하는 경우의 색재현성의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 종래의 CCFL을 액정 표시 장치의 백라이트로서 이용했을 때의 색재현성의 일례를 도시하는 도면.
도 1에 본 발명의 백색 LED의 일례를 나타내는 단면도를 도시한다. 도 1에서, a는 발광 다이오드를, b는 수지에 매립된 형광체층을, c는 발광 다이오드 및 형광체의 발광을 외부로 유도하는 반사층을, d는 발광부를 지지하는 수지 프레임을 나타내고 있다. 배선 e를 경유하여 LED 램프에 인가된 전기 에너지는 발광 다이오드에 의해 자외광 혹은 자색광으로 변환되고, 이들 광이 발광 다이오드 상부의 형광체층에 의해 보다 장파장의 광으로 변환되며, 총계로서 백색광이 LED 램프 밖으로 방출되는 구조로 되어 있다.
자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드는 InGaN계, GaN계, AlGaN 계의 다이오드 등 여러 가지 것이 적용 가능하다. 특히 발광 파장의 피크값이 300∼430 ㎚의 발광 다이오드이면, 후술하는 형광체와의 조합에 의해, 고휘도이면서 색재현성이 보다 우수한 백색 LED를 얻을 수 있다. 발광 파장의 피크값이 300∼430 ㎚의 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드와 같은 후술하는 형광체와의 조합 시에, 보다 고휘도를 얻을 수 있으므로 바람직하다. 또한, 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드 대신에 자외선 발광 레이저 또는 자색 발광 레이저를 이용하여도 좋다. 또한, 본 발명에서는, 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 및 자색 발광 레이저를 종합하여 발광 소자라고 칭한다.
형광체층(b)에 이용하는 형광체로서는 가시광 발광 형광체를 이용하는 것이 중요하다. 가시광 발광 형광체로서는, 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체를 각각 1종 이상 이용하는 것이 바람직하다. 이하, 각각의 형광체에 대해 설명한다.
우선, 녹색 형광체로서는 다음 일반식 1을 만족하는 것이 필요하다.
일반식 1: M1-x-yCexTbyBO3
(식에서, M은 Sc, Y, La, Gd, Lu에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, x 및 y는 0.03< x< 0.3, 0.03< y< 0.3을 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 3가의 세륨 및 테르븀활성화희토류붕화물 형광체이다.
M 원소는 Sc, Y, La, Gd, Lu에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 들 수 있다. 이들 원소는 3가로 0.07∼0.11 ㎚의 이온 반경을 갖고 있기 때문에 MBO3 구조를 취하기 쉽다. M 원소의 일부를 Tb(테르븀) 및 Ce(세륨)으로 치환함으로써, 발광이 발생하는 결정을 얻을 수 있다.
또한, M 원소로서 Sc, Y, La, Gd, Lu에서 2종 이상을 선택하여도 좋다. 예컨대, M 원소의 합계량을 100(at)％로 했을 때, Lu량을 1 at％ 이상 100 at％ 미만으로 하고, 나머지부 Sc, Y, La, Gd의 1종 또는 2종 이상의 원소를 조합하는 것도 가 능하다.
Ce+3, Tb3+의 치환에 의해, 발광 소자로부터의 여기광(300∼430 ㎚)이 우선, Ce3+ 이온으로 흡수되고, 이 흡수된 에너지가 Tb3+ 이온에 전달되어 녹색 발광이 생기는 것이다. 치환량을 나타내는 x치, y치는 0.03< x< 0.3, 0.03< y< 0.3이다. x가 0.03 이하가 되면 Ce3 +에 에너지가 충분히 흡수되지 않으므로, Tb3 +에 충분한 에너지가 전달되지 않고, Tb3 +의 녹색 발광이 충분히 발생하지 않는다. x가 0.30 이상이 되면, 반대로 발광 효율이 저하하게 된다. 동일하게 y가 0.03 이하이면, Ce3+로부터 전달된 에너지를 수취하는 Tb3+가 부족하여 녹색 발광이 충분하지 않고, 0.3 이상이 되면, 발광 효율이 저하하게 된다.
녹색 형광체의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 다음과 같은 방법을 들 수 있다. 우선, 산화스칸듐(Sc2O3), 산화란탄(La2O3), 산화루테튬(Lu2O3)의 적어도 1종과, 산화세륨(CeO2), 산화테르븀(Tb4O7)과 붕산화수소(H3BO3)를 일반식 1에 나타낸 조성이 되도록 소정량 칭량하여, 이들을 소성 조제와 함께, 충분히 혼합한다. 이 원료 혼합물을 알루미나 도가니 등에 넣어, 1100∼1400℃ 정도의 온도로, 3∼6 시간 정도 소성한다. 그 후, 얻어진 소성물을 순수로 세정하여, 불필요한 가용 성분을 제거한다. 그 후 여과 건조시킴으로써, 목적으로 하는 녹색 형광체를 얻을 수 있다.
다음으로, 청색 형광체에 대해 설명한다. 청색 형광체는 이하에 나타내는 일반식 2 또는 일반식 3을 만족하는 형광체인 것이 필요하다. 또한, 청색 형광체는 일반식 2 또는 일반식 3의 어느 1종만으로도 좋고, 양쪽(2종)을 이용하여도 좋다.
일반식 2: (M2, Eu)10(PO4)6·C12
(식에서, M2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화할로인산염 형광체, 또는
일반식 3: a(M3, Eu)O·bAl2O3
(식에서, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0<a, 0<b, 0.2≤ a/b≤ 1.5를 만족하는 수임)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화알루민산염 형광체이다.
마지막으로, 적색 형광체에 대해 설명한다. 적색 형광체는 이하에 나타내는 일반식 4 또는 일반식 5를 만족하는 형광체인 것이 필요하다. 또한, 적색 형광체는 일반식 4 또는 일반식 5의 어느 1종만으로도 좋고, 양쪽(2종)을 이용하여도 좋다.
일반식 4: (La1-x, Eux)2O2S
(식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 값임)로 나타내는 유로퓸활성화산황화란탄 형광체, 또는
일반식 5: (Y1 -x, Eux)2O2S
(식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 값임)로 나타내는 유로퓸활성화산황화이트륨 형광체.
또한, 일반식 2와 일반식 3, 일반식 4와 일반식 5의 선택에 대해서는 여기 파장, 휘도 요구, 내식성, 비용 등에 따라 형광체를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명의 백색 LED는 형광체층 중에, 상기 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체를 각각 함유한 것이다. 상기 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체는, 자외선 발광 다이오드 등의 발광 소자로부터 파장 300∼430 ㎚의 자외선(또는 자색광) 조사를 받았을 때에 자외선을 효율적으로 흡수하여, 고효율로 각 색의 발광을 행한다. 다시 말해서, 녹색 형광체는 고휘도의 녹색, 청색 형광체는 고휘도의 청색, 적색 형광체는 고휘도의 적색을 얻을 수 있다. 그 결과, 고휘도의 백색광을 얻을 수 있는 것이다.
예컨대 도 1과 같은 백색 LED의 경우, 발광 다이오드(a)에 인가된 전기 에너지는 발광 다이오드에 의해 자외광(혹은 자색광)으로 변환되고, 이들 광이 발광 다이오드 상부의 형광체층에 의해 보다 장파장의 광으로 변환되며, 총계로서 백색광이 LED 밖으로 방출되는 구조로 되어 있다.
또한, 본 발명에서는 발광 다이오드(a)에 이용되는 자외선 발광 다이오드 또는 자색 발광 다이오드는 발광 다이오드로 표기하고, 완성된 백색 발광 다이오드에 관해서는 백색 LED로 표기한다.
또한, 더욱 휘도를 높이기 위해 각 형광체의 평균 입자 지름을 크게 하는 것도 유효하다. 평균 입자 지름으로서는 1 ㎛ 이상, 나아가서는 10 ㎛ 이상으로 크게 하는 것이 바람직하다. 평균 입자 지름을 크게 하는 방법으로서는, 형광체를 소성할 때에 소성 조제를 이용하는 방법이나 고온으로 장시간 소성하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 평균 입자 지름의 상한치는 특별히 한정되지 않는다.
백색 LED의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 각 색의 형광체 분말을 각각 수지 재료와 혼합한 후, 각 색의 수지 재료와의 혼합체를 혼합하여 혼합 형광체를 제작하는 방법이나, 미리 각 색의 형광체 분말끼리 혼합한 후, 수지 재료와 혼합하여 혼합 형광체를 제작하는 방법을 들 수 있다.
본 발명에서 이용되는 수지 재료는 무색 투명한 것으로 또한 소정의 광굴절율을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 투과율(여기서는, 400 ㎚의 단색광을 2 mm의 두께의 시험편을 이용하여 측정한 값을 이용함)이 98∼100％, 특히 99∼100％이며, 광굴절율이 1.3∼1.7, 특히 1.4∼1.6인 것이 바람직하다. 여기서, 광굴절율이 1.3 미만인 경우에는 발광 다이오드 소자로부터의 광 추출이 나빠지고, 한편, 1.7 초과인 경우에는, 형광체층으로부터의 광 추출이 나빠지는 경우가 있으므로 바람직하지 않다. 그리고, 본 발명에 이용되는 수지 재료는 형광체의 여기를 위해 이용되는 자외선에 대해, 혹은 제조 조건 내지 사용 조건에 있어서 노출되는 열적 조건에 있어서, 충분한 내구성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제조 조건 내지 사용 조건에 있어서 노출되는 여러 가지 조건에 의한 체적 변화가 작은 것, 혹은 체적 팽창에 의해 생기는 악영향이 작은 것이 바람직하다. 이와 같은 부드러운 수지 재료를 이용함으로써, 수지 프레임(d)의 변형 및(또는) 배선(e)의 단선이 효과적으로 방지된다.
상기 조건을 만족하는 본 발명에 있어서 특히 바람직한 수지 재료로서는, 예컨대 실리콘 수지, 에폭시 수지를 들 수 있다. 이 중에서는, 자외선에서의 변색이 발생하기 어렵고, 내구성을 갖고 있는 실리콘 수지가 바람직하다.
완성된 혼합 형광체를 발광 다이오드 상에 도포하여, 수지를 굳힘으로써, 백색 LED를 형성할 수 있다. 또한, 백색 LED에 이용하는 기판이나 금속 프레임(리플렉터) 등의 구성은 임의적이다.
이상과 같은 백색 LED는 고휘도의 백색광을 얻을 수 있다. 이러한 백색 LED는 백라이트, 특히 액정 표시 장치의 백라이트에 유효하다.
도 2에는, 본 발명의 백색 LED의 발광을 액정 표시 장치에서 사용되는 일반적인 청색, 녹색, 적색의 컬러 필터를 통과시켜, 그 발광색의 CIE 색도도(Chromaticity Diagram)의 일례를 나타낸 것이다. 그 색도도에 있어서 청색, 녹색, 적색의 발광점을 연결하여 얻어지는 삼각형의 내부의 색도의 광을 그 액정 표시 장치가 표현할 수 있는 것을 의미하고 있다.
삼각형의 면적이 넓은 쪽이 많은 색도의 광을 표현할 수 있고, 그 액정 표시 장치는 색재현 영역이 넓은(색재현성이 좋은) 것이 된다. 도 3에는 종래의 냉음극관(CCFL)을 이용한 액정 모니터의 색재현 영역도 나타내지만, 실질적으로 도 2의 색재현 영역과 동일한 범위로 되어 있다.
도 2 및 도 3에는, 동시에, NTSC(National Television Standards Committee)에 의해 정해진 색재현 영역도 도시하고 있다. 색재현 영역의 넓이는 이 NTSC의 삼각형의 면적을 100으로 했을 때의 상대치로 표시되고, 본 발명의 바람직한 액정 표시 장치의 색재현 영역은 67인 데 비해, 종래의 CCFL을 이용한 액정 표시 장치에서는 65였다.
이와 같이 본 발명에 따른 백색 LED는 종래의 CCFL과 동등 혹은 약간 넓은 색재현 영역을 갖는 점에서, CCFL용에 적합하도록 설계된 종래의 컬러 필터를 이용할 수도 있고, 또한 종래와 동등 또는 동등 이상의 넓은 색재현성을 얻을 수 있다.
그리고, 이러한 백색 LED를 이용하여 이루어지는 백라이트 및 액정 표시 장치는, 휴대 전화, 자동차 내비게이션, 모바일 통신 기기의 소형 화면, 퍼스널 컴퓨터나 텔레비젼의 중형·대형 화면 등 여러 가지 액정 표시 장치에 적합하다. 특히, 종래의 CCFL을 이용한 액정 표시 장치의 색재현성이 동일한 정도인 점에서 컬러 필터 등의 설계 변경 없이 사용할 수 있다.
또한, 백색 LED가 고휘도인 점에서 사이드 라이트형, 직하형 어느 쪽의 타입의 백라이트에도 적용할 수 있다. 또한, 백라이트에 적용할 때는, 필요에 따라, 복수개의 백색 LED를 이용하는 것이 바람직하다.
(실시예 1∼8)
본 실시예의 백색 LED의 평가를 위해, 단면이 도 1인 구조를 채용하였다. 발광 소자에는 사이즈 300 ㎛ 사방의 자외선 발광 다이오드를 배치하여, 평균 입자 지름 5 ㎛의 각 형광체와 실리콘 수지를 혼합하여 슬러리를 얻은 후, 상기 자외선 발광 다이오드 상에 슬러리를 적하하여, 100∼150℃로 열처리함으로써 실리콘 수지를 경화시켜, 각 실시예에 따른 백색 LED를 형성하였다. 여기서, 각 실시예에 있어서, 상기 각 형광체는 도 2 중의 좌표(x= 0.3, y= 0.3)로 표시되는 발색을 얻을 수 있도록 배합되고, 그리고, 이용된 각 실리콘 수지는 경화 후에 굴절율이 1.5였다.
또한, 자외선 발광 다이오드의 파장, 각 형광체의 조성은 표 1에 나타낸 바 와 같이 했다.
(비교예 1∼5)
각 색의 형광체의 조성을 본 발명의 범위 밖에서 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 백색 LED를 준비하여, 비교예에 따른 백색 LED로 하였다.
각 실시예 및 비교예에 따른 백색 LED의 휘도를 측정하였다. 휘도 측정은 전체 광속 측정 방법을 이용하여, 구체적으로는 각 백색 LED를 40 ㎃의 전류로 발광시켜, labshere사 제조의 10 인치 적분구(DAS-2100)를 이용하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112007080609161-PCT00001
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 백색 LED는 고휘도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 9∼10)
다음으로, 형광체의 평균 입자 지름을 바꾸는 것 이외는 실시예 2와 동일한 백색 LED를 준비하여, 동일하게 휘도를 측정하였다.
구체적으로는, 실시예 9는 각 형광체를 고온 장시간 소성함으로써 평균 입자 지름을 10 ㎛으로 한 것, 실시예 10은 소성 조제를 이용하여 고온 장시간 소성함으로써 평균 입자 지름을 15 ㎛로 한 것이다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112007080609161-PCT00002
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이 동일한 형광체를 이용하였더라도 평균 입자 지름이 큰 쪽이 고휘도가 되는 것을 알 수 있었다.
(실시예 11∼20, 비교예 6∼8)
실시예 1∼10, 비교예 1∼3의 백색 LED를 이용하여, 액정 표시 장치에 일반적으로 이용되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터와 조합함으로써 액정 표시 장치용 백라이트를 구성하였다.
상기 컬러 필터를 통과시킨 광을 적분구에 유도하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광색을 평가하고, 액정 표시 장치(디스플레이)로 하였을 때의 색재현 영역(색재현성)을 조사했다. 색재현성에 대해서는 도 2에 도시한 CIE 색도도를 이용하여 녹색의 발광점의 좌표를 측정하였다. 또한, 비교를 위해 CCFL의 녹색의 발광 좌표도 조사했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure 112007080609161-PCT00003
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 색재현성이 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 6 및 비교예 7은 녹색 형광체가 실시예 1 및 실시예 2와 동일하므로, 녹색 색도(x좌표, y 좌표)는 각각 실시예 11, 실시예 12와 유사한 값이 되었다.
(실시예 21)
굴절율이 1.3인 수지 재료를 이용한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하고, 본 발명에 따른 백색 LED를 얻어, 동일하게 휘도를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
(실시예 22)
굴절율이 1.3인 수지 재료를 이용한 이외는 실시예 2와 동일하게 하고, 본 발명에 따른 백색 LED를 얻어, 동일하게 휘도를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure 112007080609161-PCT00004

Claims (8)

  1. 자외선 발광 다이오드, 자색 발광 다이오드, 자외선 발광 레이저 및 자색 발광 레이저로부터 선택되는 적어도 1종의 발광 소자와,
    형광체층
    을 포함한 백색 LED에 있어서,
    상기 형광체층 중 녹색 형광체는 이하의 일반식 1을, 청색 형광체는 이하의 일반식 2 또는 일반식 3을, 적색 형광체는 이하의 일반식 4 또는 일반식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 LED.
    <녹색 형광체>
    일반식 1: M1-x-yCexTbyBO3
    (식에서, M은 Sc, Y, La, Gd, Lu에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, x 및 y는 0.03< x< 0.3, 0.03< y< 0.3의 수를 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 3가의 세륨 및 테르븀활성화희토류붕화물 형광체;
    <청색 형광체>
    일반식 2: (M2, Eu)10(PO4)6·Cl2
    (식에서, M2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타냄)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화할로인산염 형광체, 또는
    일반식 3: a(M3, Eu)O·bAl2O3
    (식에서, M3은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Li, Rb 및 Cs에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 0< a, 0< b, 0.2≤ a/b≤ 1.5를 만족하는 수임)으로 실질적으로 표시되는 2가의 유로퓸활성화알루민산염 형광체;
    <적색 형광체>
    일반식 4: (La1-x, Eux)2O2S
    (식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 수임)로 나타내는 유로퓸활성화산황화란탄 형광체, 또는
    일반식 5: (Y1 -x, Eux)2O2S
    (식에서, 0.01< x< 0.15를 만족하는 수임)로 나타내는 유로퓸활성화산황화이트륨 형광체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자의 발광 파장은 300∼430 ㎚인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형광체의 평균 입자 지름은 1 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형광체층은 투명 수지 재료 중에 상기 녹색 형광체, 상기 청색 형광체 및 상기 적색 형광체가 분산된 것을 특 징으로 하는 백색 LED.
  5. 제4항에 있어서, 상기 투명 수지 재료는 굴절율이 1.3∼1.7인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재한 상기 백색 LED를 이용한 것을 특징으로 하는 백라이트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 백색 LED를 복수개 이용한 것을 특징으로 하는 백라이트.
  8. 제7항 또는 제8항에 기재한 백라이트를 이용한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
KR1020077026159A 2005-04-26 2006-04-25 백색 ｌｅｄ, 그것을 이용한 백라이트, 및 액정 표시 장치 KR20070119750A (ko)

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