KR20120005744A - 발광 디바이스 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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류정호
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윤철수
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

발광다이오드 칩 및 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 빛의 경로 상에 배치되되, 상기 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출함과 더불어 광학적 이방성을 갖는 물질로 이루어진 복수의 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열된 편광형 파장변환부를 포함하는 발광 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 특정 방향으로 편광된 빛을 방출할 수 있는 발광다이오드 디바이스를 얻을 수 있으며, 나아가, 파장변환부에 의한 산란, 재 흡수, 산포 유발 등의 문제를 줄일 수 있다. 또한, 상기와 같은 편광형 발광다이오드 디바이스를 액정 표시 장치에 사용할 경우, 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 편광판을 따로 배치할 필요가 없어 편광판에 의한 광 손실을 줄일 수 있다.

Description

발광 디바이스 및 액정 표시 장치 {Light Emitting Divide and Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 발광 디바이스 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD)의 백라이트의 광원으로 사용된 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다. 이에 비해 발광다이오드(LED)는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색 재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
액정 표시 장치에 사용되는 액정 패널의 경우, 전극층 사이에 액정이 주입된 구조를 가지며, 상기 전극층에 전기 신호를 인가할 경우, 액정의 배열이 변하면서 빛의 투과도가 조절되는 원리를 이용한다. 그러나, 액정에 조사되는 빛은 특정 방향으로 편광된 빛이어야 하므로, 이러한 원리를 이용하기 위해서는 액정 패널에 편광판이 구비될 필요가 있다. 이 경우, 편광판을 거친 빛은 절반 정도가 손실되며, 손실된 빛은 열 에너지 형태로 방출되므로, 광 효율이 높지 않은 실정이다.
본 발명의 일 목적은 특정 방향으로 편광된 빛을 방출할 수 있는 발광다이오드 디바이스를 제공하는 것이 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 편광형 발광다이오드 디바이스를 사용하여 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 편광판을 따로 배치할 필요가 없는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
발광다이오드 칩 및 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 빛의 경로 상에 배치되되, 상기 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출함과 더불어 광학적 이방성을 갖는 물질로 이루어진 복수의 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열된 편광형 파장변환부를 포함하는 발광 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 단결정 입자를 이루는 물질은 질화물계 형광체일 수 있다.
이 경우, 상기 질화물계 형광체는 Si3N4를 모체로 하는 물질일 수 있으며, 구체적으로, 상기 질화물계 형광체는 CaSiAlN3, β-사이알론 및 Ca-α-사이알론으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 편광형 파장변환부는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 편광형 파장변환부는 상기 발광다이오드 칩의 적어도 일 면에 접합될 수 있다.
또한, 상기 편광형 파장변환부는 상기 플레이트의 두께 방향이 상기 일 면에 수직하도록 배치될 수 있다.
이와 달리, 상기 편광형 파장변환부는 상기 플레이트의 두께 방향이 상기 일 면에 평행하도록 배치될 수도 있으며, 이 경우, 상기 편광형 파장변환부는 서로 이격된 복수 개의 플레이트를 구비하며, 상기 플레이트 사이에는 투명 수지가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 편광형 파장변환부는 로드 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 로드 형상의 편광형 파장변환부는 상기 발광다이오드 칩의 적어도 일 면에 상기 로드의 길이 방향이 상기 일 면에 수직하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 편광형 파장변환부는 상기 복수의 단결정 입자로만 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광다이오드 칩을 덮는 투명 수지를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 투명 수지 내에 구비된 광 변환 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 변환 물질로부터 방출되는 빛과 상기 편광형 파장변환부로부터 방출되는 빛은 파장이 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 단결정 입자 각각은 일 방향의 길이가 이와 수직한 타 방향의 길이보다 큰 비대칭 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 일 방향의 길이와 상기 타 방향의 길이는 2:1 ~ 10:1의 비율일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
액정 패널 및 상기 액정 패널 하부에 배치되어 상기 액정 패널로 빛을 조사하며, 발광다이오드 칩과, 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 빛의 경로 상에 배치되되, 상기 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출함과 더불어 광학적 이방성을 갖는 물질로 이루어진 복수의 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열된 편광형 파장변환부를 구비하는 발광 디바이스를 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광 디바이스와 상기 액정 패널 사이의 광 경로 사이에 편광판이 배치되지 않을 수 있다.
이와 달리, 상기 발광 디바이스와 상기 액정 패널 사이의 광 경로 사이에 배치된 편광판을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 특정 방향으로 편광된 빛을 방출할 수 있는 발광다이오드 디바이스를 얻을 수 있으며, 나아가, 파장변환부에 의한 산란, 재 흡수, 산포 유발 등의 문제를 줄일 수 있다. 또한, 상기와 같은 편광형 발광다이오드 디바이스를 액정 표시 장치에 사용할 경우, 액정 패널과 백라이트 유닛 사이에 편광판을 따로 배치할 필요가 없어 편광판에 의한 광 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 발광 디바이스에 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 파장변환부의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 5는 파장변환부를 통과한 광의 편광 특성을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 각각 편광형 파장변환부를 제조하는 공정의 예를 나타낸다.
도 8은 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명에 채용될 수 있는 녹색 질화물 형광체에 대한 스펙트럼이다.
도 14는 본 발명에 채용될 수 있는 적색 질화물 형광체에 대한 스펙트럼이다.
도 15는 본 발명에 채용될 수 있는 황색 또는 황등색 질화물 형광체에 대한 스펙트럼이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 발광 디바이스에 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 파장변환부의 A 영역을 확대하여 나타낸 것이며, 도 5는 파장변환부를 통과한 광의 편광 특성을 모식적으로 나타낸 것이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광 디바이스(100)는 발광다이오드 칩(101)과 편광형 파장변환부(103)를 구비한다. 이 경우, 발광다이오드 칩(101)을 실장하기 위한 기판(102)이 제공될 수 있으며, 기판(102)은 발광다이오드 칩(101)과 전기적으로 연결되기 위한 배선 구조를 구비할 수 있다. 또한, 발광다이오드 칩(101)과 편광형 파장변환부(103)를 보호하기 위하여 이들을 봉지하는 투명 수지(104)가 형성된다.
발광다이오드 칩(101)은 전기 신호 인가에 의하여 전자와 정공의 재결합으로 빛을 발생시키는 소자로서, 이러한 원리를 이용한 구조는 모두 채용될 수 있으며, 그 상세한 구조의 일 예는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같다. 우선, 도 2에 도시된 것과 같이, 발광다이오드 칩(101)은 성장 기판(111) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(113) 및 제2 도전형 반도체층(114)을 구비하며, 제1 및 제2 도전형 반도체층(112, 114)과 각각 전기적으로 연결되도록 제1 및 제2 전극(115, 116)이 형성된다. 또한, 제1 및 제2 전극(115, 116)에는 도전성 와이어(w)가 연결되어 외부로부터 전기 신호가 인가될 수 있다. 이러한 구조 외에, 도 3에 도시된 것과 같이, 도전성 와이어를 사용하지 않고, 발광다이오드 칩(101`)을 범프(117)를 이용하여 기판(102)의 배선 구조에 직접 본딩하는 것도 가능하다.
다시 도 1을 참조하여 편광형 파장변환부(103)를 설명하면, 편광형 파장변환부(103)는 발광다이오드 칩(101)으로부터 빛이 방출되는 경로에 배치되며, 예컨대, 발광다이오드 칩(101)과 별도로 제조되어 발광다이오드 칩(101)의 일 면에 부착될 수 있다. 편광형 파장변환부(103)는 발광다이오드 칩(101)으로부터 방출된 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출하는 기능과 더불어, 상기 빛이 특정 방향으로 편광될 수 있도록 한다. 이를 위하여, 도 4에 도시된 것과 같이, 편광형 파장변환부(103)는 편광 특성, 즉, 광학적 이방성을 갖는 복수의 단결정 입자(P)가 배향성을 갖도록 배열된다.
광학적 이방성과 광 변환 기능을 동시에 수행할 수 있는 단결정 입자(P)로서 질화물계 형광체를 들 수 있으며, 구체적으로, Si3N4를 모체로 하는 CaSiAlN3, β-사이알론, Ca-α-사이알론과 같은 물질이 이에 해당한다. 이러한 물질로 이루어진 단결정 입자(P)는 도 4에 도시된 것과 같이, 일 방향의 길이가 이와 수직한 타 방향의 길이보다 긴 비대칭 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 광학적 이방성을 갖기 위하여 상기 일 방향의 길이와 상기 타 방향의 길이는 약 2:1 이상의 비율을 갖는 것이 바람직하며, 실용적인 측면을 고려하였을 때 약 10:1 이하의 비율을 갖는 것이 바람직하다. 또한, β-사이알론의 경우, 상기와 같은 광학적 이방성을 갖는 비대칭 형상으로 제조된 형광체 입자의 크기는 D50(전체의 50%)가 약 16.5㎛이며, D90(전체의 90%)가 약 25㎛였다. 여기서, 형광체 입자의 크기는 체적을 기준으로 하며 환산된 크기를 말한다.
편광형 파장변환부(103) 전체를 광학적 이방성을 갖는 단결정으로 만드는 데에는 어려움이 있으므로, 본 실시 형태의 경우, 복수의 단결정 입자(P)를 배향성을 갖도록 배치하였으며, 복수의 단결정 입자(P)는 다결정을 이루는 형광 물질의 소결체를 분쇄하여 얻어질 수 있다. 개별적으로는 광학적 이방성을 갖는 단결정 입자(P)라도 이들이 랜덤하게 흩어져 있는 경우에는 전체적으로는 이방성이 사라지게 되지만, 단결정 입자(P) 전체가 배향성을 갖게 함으로써 이러한 배열 전체가 하나의 단결정과 유사하게 기능할 수 있으므로, 편광형 파장변환부(103)에 광학적 이방성이 남아있게 될 수 있다.
한편, 단결정 입자(P)가 배향성을 갖는다 것이 단결정 입자(P)가 모두 동일한 방향을 향하는 것을 의미하는 것은 아니라 할 것이며, 복수의 단결정 입자(P) 중 대부분의 중심축이 실질적으로 같은 방향을 향하는 것을 의미한다고 볼 수 있으므로, 제조 과정에서 방향이 다소 틀어진 일부 입자까지 배제하는 것은 아니라 할 것이다. 이 경우, 배향성의 정도는 편광형 파장변환부(103)를 통과한 빛의 편광 특성을 측정하여 파악이 가능할 것이다. 이러한 편광형 파장변환부(103)를 통과한 빛은 도 5에 도시된 것과 같이, 특정 방향으로 편광될 수 있으므로, 발광 디바이스(100) 자체에서 편광된 빛을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 발광 디바이스(100)를 사용하여 액정 표시 장치를 구현할 경우, 액정 패널 하부의 편광판을 제거할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 경우, 단결정 입자(P)는 β-사이알론 등의 질화물 형광체를 이용할 수 있으며, 질화물 형광체는 종래 실리케이트 형광체에 비하여 열에 안정하며 고출력 LED 칩에 적용되기에 적합하다. 또한, β형 Si3N4 결정 구조의 Si6 - zAlzOzN8 -z인 호스트 메트릭스를 갖는 β-사이알론 형광체의 경우, 자외선 영역에 걸쳐 청색 영역까지의 파장에 의해 여기되어 녹색 발광을 제공할 수 있다. 즉, 300㎚∼480㎚ 범위에 피크 파장을 갖는 여기원을 조사하여 500∼550㎚ 범위에 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체를 녹색 형광체를 제공한다. 특히, 자외선 대역의 여기광일 경우에, 더욱 높은 변환효율을 기대할 수 있다.
구체적으로, β-사이알론 형광체는 여기원 조사에 의해 형광체에서 방출되는 광의 피크 파장은 540㎚ 이하로 상대적으로 단파장화되는 경향을 나타낼 수 있다. 따라서, 표준 RGB에서 요구하는 녹색의 파장 특성을 비교적 높은 수준으로 만족시킬 수 있다. 즉, 상기 여기원 조사에 의해 상기 형광체에서 방출되는 광을 CIE 1931 색도좌표에서 (x, y)값으로 표현될 때에, x와 y는 각각 x≤0.336 및 y≥0.637을 만족할 수 있으므로, 선명한 백색광을 제공할 수 있는 녹색 형광체를 유익하게 사용될 수 있다. 도 13에는 본 발명에 채용되는 β-사이알론 녹색 형광체에 대한 발광 스펙트럼의 일 예가 도시되어 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 질화물 형광체의 경우, 광학적 이방성을 가짐과 더불어 이로부터 얻어진 녹색형광체의 피크파장이 약 540㎚이며, 반치폭이 76.7㎚인 방출스펙트럼을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 질화물 형광체는 녹색 형광체 외에도 적색 형광체로도 사용될 수 있다. 구체적으로, 질화물 형광체의 다른 예로서, MAlSiNx:Re(1≤x≤5)인 질화물계 형광체(여기서, M는 Be, Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 1종의 원소이고, Re는 Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 1종의 원소임)의 스펙트럼이 도 14에 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 변환된 적색광은 약 640㎚의 피크파장과 약 85㎚의 반치폭을 나타낸다.
또한, 질화물 형광체는 녹색 및 적색 형광체 외에도 황색 또는 황등색 형광체로도 사용될 수 있다. 도 15를 참조하면, α-SiAlON:Re인 형광체의 스펙트럼(여기서, Re는 Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이고, Re는 1ppm 내지 50000ppm의 범위임)이 도시되어 있다. 변환된 황색광은 약 580㎚의 피크파장과 약 88㎚의 반치폭을 나타낸다.
이와 같이, 본 실시 형태의 경우, 광학적 이방성을 갖는 질화물 형광체의 반치폭, 피크파장 및/또는 변환효율 등을 고려하여 특정한 녹색 형광체와 특정한 적색형광체를 조합한 형태 또는 이 조합형태에서 황색 내지 황등색 형광체를 추가함으로써 70 이상의 높은 연색지수를 갖는 백색광을 제공할 수 있다. 상기 광에서 적색광의 색좌표는 CIE 1941 색좌표계를 기준으로, x, y좌표가 0.55≤x≤0.65, 0.25≤y≤0.35의 범위인 영역 내에 있고, 녹색광의 색좌표는 x, y좌표가 0.2≤x≤0.4, 0.5≤y≤0.7의 범위인 영역 내에 있으며, 청색광의 색좌표는 x, y좌표가 0.1≤x≤0.2, 0.02≤y≤0.15의 범위인 영역 내에 있다.
청색 LED 칩의 주파장이 430~470nm 범위일 경우에, 녹색 형광체의 발광파장 피크는 500∼550nm범위이며, 적색 형광체의 발광파장 피크는 600∼660nm 범위일 수 있다. 황색 내지 황등색 형광체의 발광파장 피크는 550∼600nm 범위일 수 있다.
또한, 청색 LED 칩이 10~50nm의 반치폭을 갖는 경우에, 상기 녹색 형광체는 30~200nm의 반치폭, 바람직하게 60~80nm을 갖고, 상기 적색 형광체는 50~250nm의 반치폭을 가질 수 있다. 황색 내지 황등색 형광체는 20~100nm의 반치폭을 가질 수 있다. 이러한 조건을 갖는 각 형광체의 선택과 조합을 통해서 본 발명에서는, 가시광선대역에서 넓은 스펙트럼을 확보할 수 있으며, 보다 큰 연색지수를 갖는 우수한 백색광을 제공할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서 제안하는 편광형 파장변환부(103)는 종래와 같이 투명 수지에 형광 물질이 분산된 구조가 아니며, 형광체를 소결하여 플레이트 등의 형상으로 제작한 구조이다. 이러한 제조 방식에 의하여, 파장변환부(103)는 복수의 단결정 입자(P)로만 이루어질 수 있으며, 이 경우, 도 4에 도시된 것과 같이, 단결정 입자(P)는 다른 매개 수단 없이 서로 간에 결합될 수 있다. 플레이트 형상으로 제조된 편광형 파장변환부(103)를 발광다이오드 칩(101)의 표면에 접합시키는 방식을 사용할 경우, 종래 방식의 여러 문제, 즉, 투명 수지에 형광체가 침전하여 소자에 따라 색 산포가 발생하는 문제, 형광체 입자에 의한 산란 문제, 이종 형광체 간의 재흡수 문제 등을 해소할 수 있다. 이러한 측면에서, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 편광형 파장변환부(103)는 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 복수의 층이 적층된 구조로 이루어질 수 있을 것이다.
편광형 파장변환부(103)의 제조하기 위해서는 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열할 필요가 있으며, 도 6 및 도 7은 각각 편광형 파장변환부를 제조하는 공정의 예를 나타낸다. 우선, 도 6에 도시된 방법은 소위 닥터 블레이드(doctor blade) 공정으로, 단결정 입자(P)를 바인더에 혼합한 후, 이를 기재(S) 상에 일 방향으로 이를 분사하는 방식이다. 물론, 이 경우, 단결정 입자(P)는 광학적 이방성과 광 변환 특성을 갖는 물질로 이루어진다. 분사 공정이 완료된 후 적절한 열처리를 수행함으로써 바인더(B)가 제거되며, 앞서 설명한 구조를 갖는 편광형 파장변환부가 얻어질 수 있다. 다음으로, 도 7의 공정은 사출(extrusion) 공정으로, 2개 이상의 깔때기(131, 132)를 통하여 단결정 입자(P)가 토출되는 방식이다. 하부로 갈수록 깔때기(131, 132)와 통로의 크기를 줄임으로써 랜덤하게 섞여있던 단결정 입자(P)는 배향성을 갖는 상태로 토출될 수 있다. 상기 2가지의 제조 방식은 단결정 입자가 배향성을 갖도록 하는 방법 중에서 일 예에 해당할 뿐이며, 단결정 입자에 다른 방식으로 배향성을 부여할 수도 있다. 예를 들어, 분쇄된 상태의 단결정 입자를 가압 및 가열하는 핫 프레싱(hot pressing) 공정이나 용매가 냉각되는 과정에서 배향성을 갖게 되는 성질을 이용하는 프리즈 캐스팅(freeze casting) 공정 등도 이용될 수 있을 것이다.
도 8은 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(100`)는 도 1의 구조와 유사하며, 다만, 투명 수지(104) 내부에 광 변환 물질(105)이 분산된다. 광 변환 물질(105)은 형광체나 양자점과 같이 발광 디바이스(100`)에서 직접 방출되는 빛이나 편광형 파장변환부(103)에 의하여 파장이 변환된 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출한다. 본 실시 형태와 같이, 도 1의 구조에서 광 변환 물질(105)이 추가됨으로써 편광형 파장변환부(103)의 광 변환 기능을 보충함과 더불어, 원하는 색(예컨대, 우수한 연색성을 갖는 백색)의 빛을 얻을 수 있다.
도 9 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 또한, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 디바이스를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 우선, 도 9의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(200)는 기판(202) 상에 배치된 발광다이오드 칩(201)을 포함하며, 그 위에 편광형 파장변환부(203) 및 투명 수지(204)가 배치된다. 또한, 필요에 따라 부가될 수 있는 요소로서, 투명 수지(204) 내에는 광 변환 물질(205)이 배치될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 편광형 파장변환부(203)는 앞선 실시 형태에서와 동일한 물질이 채용될 수 있으나, 그 형상은 로드(rod) 형태로서 상이하다. 이러한 로드 구조는 단결정 광 섬유와 유사하게 작용할 수 있으므로, 이를 채용한 편광형 파장변환부(203)를 통하여 편광 효율과 광 변환 효율이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 도 10의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(300)는 앞선 실시 형태와 마찬가지로, 기판(302) 상에 배치된 발광다이오드 칩(301)을 포함하며, 그 위에 편광형 파장변환부(303), 투명 수지(304) 및 광 변환 물질(305)이 배치된다. 도 1의 실시 형태에서 편광형 파장변환부(103)는 발광다이오드 칩(101)의 접합 면과 두께 방향이 수직하도록 배치되나, 본 실시 형태에서는 편광형 파장변환부(303)는 발광다이오드 칩(301)의 접합 면과 두께 방향이 평행하도록 배치된다. 또한, 도 10에 도시된 것과 같이, 편광형 파장변환부(303)가 서로 이격된 복수 개의 플레이트를 구비한다고 하였을 때, 상기 플레이트 사이에는 투명 수지(304)가 배치될 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서 제안하는 편광형 파장변환부는 그 형상을 용이하게 변형할 수 있으므로, 필요에 따라, 다양한 형상으로 채용될 수 있다.
다음으로, 도 11의 실시 형태의 경우, 발광 디바이스(400)는 반사컵 형상의 패키지 본체(402) 내에 배치된 발광다이오드 칩(401)을 포함하며, 이를 봉지하는 투명 수지(404) 및 그 위에 배치된 편광형 파장변환부(403)를 포함한다. 앞선 실시 형태와 달리, 편광형 파장변환부(403)는 발광다이오드 칩(401)과 직접 접촉되지 않고 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 투명 수지(404)에는 편광형 파장변환부(403)와 다른 색의 파장 변환 물질이 분산되어 있을 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 12를 참조하면, 액정 표시 장치(500)는 크게, 백라이트 부분과 액정 패널 부분을 구비한다. 백라이트 부분은 발광 디바이스(501), 도광판(502), 반사부(503) 및 광학 시트(504) 등을 구비하며, 발광 디바이스(501)는 앞선 실시 형태에서 설명한 구조를 사용한다. 따라서, 발광 디바이스(501)를 통하여 편광 특성을 갖는 백색광을 얻을 수 있다. 다만, 도 12에 도시된 구조는 소위 사이드뷰(side view) 구조로서, 광원이 도광판(502)의 측면에 배치되나, 탑뷰(top view) 방식도 가능하다. 즉, 따로 도시하지는 않았으나, 발광 디바이스(501)는 액정 패널의 하부에 배치되어 상부를 향하여 빛을 방출할 수 있으며, 이 경우에는 따로 도광판을 구비하지 않을 수 있다.
다음으로, 액정 패널 부분은 상부 및 하부 유리 기판(505) 사이에 액정부(508)가 개재되며, 액정부(508)에 전기 신호를 인가하기 위한 투명 전극(507) 및 화소 전극(506)이 구비될 수 있다. 또한, 액정부(508)의 상부에는 컬러 필터(509)가 배치될 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 액정부(508)를 거친 빛 중 일부를 투과시키도록 상부 편광판이 구비될 수 있다. 통상적인 액정 표시 장치의 경우, 액정부(508)의 하부에 편광판이 배치되어 이를 통과한 빛이 액정부(508)에 공급되지만, 본 실시 형태와 같이, 광원, 즉, 발광 디바이스(501)에서 편광된 빛을 얻을 수 있는 경우에는 하부 편광판을 따로 구비하지 않아도 되는 장점을 제공한다. 이에 따라, 액정 표시 장치(500)의 구성을 간소화하고 두께를 얇게 할 수 있으며, 편광판에 의한 광 손실을 줄일 수 있으므로 이에 의한 발광 효율 향상을 기대할 수 있다. 다만, 본 발명의 액정 표시 장치에서 하부 편광판이 반드시 제거되어야 하는 것은 아니며, 경우에 따라, 편광형 파장변환부와 하부 편광판을 모두 사용함으로써 보다 확실한 편광 기능을 보장할 수 있을 것이다.
한편, 도 12에서는 본 발명에서 제안하는 발광 디바이스가 액정표시장치에 사용된 예를 설명하고 있으나, 상기 발광 디바이스는 액정표시장치 외에도 다양한 형태의 디스플레이 장치 또는 조명장치에도 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 발광 디바이스를 이용한 광원은 램프, 평판 조명 등의 실내 조명이나 가로등, 간판, 표지판 등의 실외 조명 장치로 사용될 수 있으며, 또한, 다양한 교통수단용 조명 장치, 예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등에 이용될 수 있다. 나아가, TV, 냉장고 등의 가전 제품이나 의료기기 등에도 널리 이용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
101: 발광다이오드 칩 102: 기판
103: 편광형 파장변환부 104: 투명 수지
105: 광 변환 물질 111: 성장용 기판
112: 제1 도전형 반도체층 113: 활성층
114: 제2 도전형 반도체층 115, 116: 제1 및 제2 전극
117: 범프 P: 단결정 입자
B: 바인더 S: 기재
131, 132: 깔때기 501: 발광 디바이스
502: 도광판 503: 반사부
504: 광학 시트 505: 유리 기판
506: 화소 전극 507: 투명 전극
508: 액정부 509: 컬러 필터

Claims (20)

  1. 발광다이오드 칩; 및
    상기 발광다이오드 칩에서 방출된 빛의 경로 상에 배치되되, 상기 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출함과 더불어 광학적 이방성을 갖는 물질로 이루어진 복수의 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열된 편광형 파장변환부;
    를 포함하는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 입자를 이루는 물질은 질화물계 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 질화물계 형광체는 Si3N4를 모체로 하는 물질인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질화물계 형광체는 CaSiAlN3, β-사이알론 및 Ca-α-사이알론으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 플레이트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 상기 발광다이오드 칩의 적어도 일 면에 접합된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 상기 플레이트의 두께 방향이 상기 일 면에 수직하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 상기 플레이트의 두께 방향이 상기 일 면에 평행하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 서로 이격된 복수 개의 플레이트를 구비하며, 상기 플레이트 사이에는 투명 수지가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 로드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 로드 형상의 편광형 파장변환부는 상기 발광다이오드 칩의 적어도 일 면에 상기 로드의 길이 방향이 상기 일 면에 수직하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 편광형 파장변환부는 상기 복수의 단결정 입자로만 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩을 덮는 투명 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명 수지 내에 구비된 광 변환 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 변환 물질로부터 방출되는 빛과 상기 편광형 파장변환부로부터 방출되는 빛은 파장이 서로 다른 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단결정 입자 각각은 일 방향의 길이가 이와 수직한 타 방향의 길이보다 큰 비대칭 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 일 방향의 길이와 상기 타 방향의 길이는 2:1 ~ 10:1의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  18. 액정 패널; 및
    상기 액정 패널 하부에 배치되어 상기 액정 패널로 빛을 조사하며, 발광다이오드 칩과, 상기 발광다이오드 칩에서 방출된 빛의 경로 상에 배치되되, 상기 빛을 흡수하여 이와 다른 파장의 빛을 방출함과 더불어 광학적 이방성을 갖는 물질로 이루어진 복수의 단결정 입자가 배향성을 갖도록 배열된 편광형 파장변환부를 구비하는 발광 디바이스;
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 발광 디바이스와 상기 액정 패널 사이의 광 경로 사이에 편광판이 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 발광 디바이스와 상기 액정 패널 사이의 광 경로 사이에 배치된 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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