KR20150094034A - 색재현율 개선제를 이용한 디스플레이 백라이트 유닛(blu)용 발광다이오드 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면 LCD용 BLU 백색 LED 소자 구현 방법에 있어서, R, G, B 3원색 LED를 사용하는 백색 소자의 색재현율 지수의 장점을 PC-LED 상에서 구현하고자 하는 백색 발광다이오드 소자가 제공된다. 상기 백색 발광다이오드 소자는 청색 LED 칩과 형광체를 통해 백색광을 구현하되, 형광체 및 특정 영역의 파장을 흡수하여 녹색, 적색광 영역의 스펙트럼을 분리할 수 있는 흡수 물질을 포함함에 따라, 스펙트럼의 특정 영역에 있는 파장 광을 흡수하여 PC-LED의 단점인 색재현율 지수를 향상 시킬 수 있다.
Description
본 발명은 디스플레이 백라이트 유닛(BLU)용 발광다이오드 소자를 제조함에 있어서 색재현율 지수를 향상 시킬 수 있는 보조제 또는 개선제와 이를 포함한 발광다이오드에 관한 것이다.
TV, 노트북, 휴대폰 등과 같은 멀티미디어 기기의 발전과 더불어 평판 디스플레이의 수요 증가와 함께 LCD의 보급이 활성화되면서 고품질의 LCD에 대한 요구가 계속 이어지고 있다.
LCD 디스플레이의 백라이트 광원으로 기존의 CCFL 대신 휘도가 높고 수명이 길며, 열을 발산하지 않는 백색 발광다이오드 (이하, LED) 장치가 주목 받고 있다. 백색 LED를 구현하는 방법으로는 먼저 기존의 Back light unit (BLU)용 백색 광원으로 청색(B) LED 칩, 녹색(G) LED 칩 및 적색(R) LED 칩을 배열함으로써 구현하는 방법이 있다. 이처럼 R, G, B 3원색 칩을 사용하는 백색 LED 소자는 연색지수가 비교적 우수하고 청, 녹 및 적색 LED의 광량 조절에 의해 전체적인 출력광 제어가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 상기 LED 소자는 개별 컬러의 LED를 구동하고 제어하기 위해 서로 전기적 특성이 다르기 때문에 회로 구동이 복잡해지며 이에 따라 제작 비용이 높아진다. 또한 상기 LED 소자의 경우 R, G, B 3원색 LED를 사용할 때 생기는 색온도 조절의 어려움과 온도에 따른 편차가 발생하는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로 청색 LED를 여기원으로 사용하여 형광체를 발광시키는 형광체 전환 LED(phosphor-converted LED : PC-LED)의 개발이 제안되었다. 예를 들면 InGaN계 청색 LED에 Garnet, Silicate, Nitride 계열의 down-conversion 발광하는 황색 형광체를 이용하여 실리콘, 에폭시 수지와 혼합한 후 도포하여 백색광을 구현할 수 있다. 이 방법은 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있으나, 장파장에서의 상대적으로 낮은 광 강도와 색재현 범위가 좁아 NTSC 상에서 색재현율 지수가 양호하지 못하다. 청색 LED 칩과 황색 형광체를 포함하는 LED 광원의 경우 백라이트 유닛(Back light unit : BLU)으로 적용 시 R, G, B 색 필터를 적용하더라도 YAG 계 형광체의 색재현율 지수가 NTSC 대비 약 73%에 그치며, 실리케이트 황색 형광체를 사용하는 경우에도 약 68%의 수준이다. LCD용 BLU 적용 시 다양한 색 특성을 만족하기 위하여 청색 LED 칩 위에 녹색과 적색 형광체를 혼합하여 제조하는 방식이 요구되고 있으며 색재현율 지수의 향상을 위하여 각각의 형광체의 경우 색순도를 증가 시킬 수 있는 방안으로 반치폭이 축소된 형광체가 제안되고 있다. 하지만 이를 만족하는 형광체의 종류는 한정되어 있으므로 고품질 저비용의 LCD 디스플레이를 제조하기 위해서는 보다 향상된 색재현율 지수를 나타낼 수 있는 추가적인 방안이 필요하다.
또한, 한국등록번호 제0906566호에서는 흡수 필름을 이용하여 578~598nm 파장 영역의 광 흡수를 통해 녹색과 적색 파장의 순도를 높이고 이에 의해 색재현율 지수가 향상된 LCD용 백라이트유닛(BLU)을 제공한 바 있다. 상기 방법은 상용 흡수 필름을 이용하는 것으로서, 상기 흡수 필름을 LCD용 백라이트 유닛 내 도광판의 상면부 상측에 위치하는 프리즘시트 저면에 부착하거나, 또는 확산판 저면에 부착하는 방식을 채택하였다. 하지만, 상기 방법은 상용화된 필름을 이용하는 방법론적인 측면에서만 발명을 제시하여 BLU에 적용 시 추가적으로 별도의 흡수 필름 부착 공정의 번거로움이 있다. 또한 상기 방법은 578~598nm 영역의 스펙트럼만 흡수하여 색채현율 지수의 한계가 있고, 청색 LED를 여기원으로 형광체를 발광시는 스펙트럼 상에서 광 광도 하락율이 현저하게 커지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 PC-LED(Phosphor converted LED)의 문제점 중 하나인 색재현율 지수의 증가를 위해 스펙트럼 상에서 490~520nm, 550~590nm 영역을 흡수하는 개선제를 이용하여 특정 파장의 스펙트럼을 제거함으로써, 녹색과 적색 영역의 파장을 분리하는 효과, 즉 녹색과 적색 영역의 순도 및 발광 세기를 증가시키는 역할을 할 수 있는 백색 LED 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 광원을 포함한 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩으로부터의 청색 광을 녹색부터 적색 영역까지 파장변환이 가능한 1종 이상의 형광체에 의해 백색광을 구현하는 소자로서, 상기 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 490~520nm 및 550~590nm 영역을 흡수하는 색재현율 개선제를 포함하는, 백색 발광다이오드 소자를 제공한다.
상기 색재현율 개선제는 Nd2O3, NdAlO3, Nd2TiO5, Nd2Ti2O7, NdTiO3, Sr3Nd4O9, Nd2Si2O7, CaNd4Si3O13, NdB3O6, 및 Nd0 .1La2CaB10O19로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 Nd 함유 무기화합물; Zn-포피린스, 1,3-비스디시아노비닐인단, C21H22N3OClO4, C37H39ClN2O9, C32H31N2O3ClO4, C31H30N2O7S2Na, C31H30N2O7S2, 및 C23H23N2O21로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 화합물; 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 색재현율 개선제는 (a) 청색 LED칩과 형광체를 둘러싸고 밀봉하기 위한 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있거나, 또는 (b) 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함되는 형광체 상부에 포함될 수 있다.
상기 상기 (a)에서는, 색재현율 개선제, 형광체 및 몰딩 부재의 혼합물; 또는 색재현율 개선제, 형광체 및 외장재의 혼합물;을 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 도포하는 방법에 의해, 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 색재현율 개선제가 분산되어 있을 수 있다.
상기 (상기 (b)에서는, 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함되는 형광체 위에 색재현율 개선제 및 몰딩 부재의 혼합물을 도포하는 방법으로 색재현율 개선제가 포함될 수 있다.
또한, 상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 청색 LED 칩에 흡수 개선 물질인 색재현율 개선제를 특정 광 영역, 더 구체적으로는 490~520nm, 560~580nm 영역의 광 흡수에 이용함에 따라 녹색과 적색 파장 영역의 스펙트럼 분리 효과를 나타내어 색재현율 지수가 향상된 발광다이오드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 해결하고자 하는 과제에 대한 백색 광원 구현 스펙트럼의 비교 및 NTSC 상에서 색재현율 지수의 증가 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 또 다른 구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드에 흡수 개선 물질 도포의 형태를 구조로 나타낸 것이다.
도 5a는 실시예 1에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5b는 실시예 1에 따른 NTSC의 그래프를 나타낸 것이다.
도 6a는 실시예 2에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6b는 실시예 2에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 3에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 4에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 5에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 기존 실험예 1과 실시예 1의 NdAlO3 첨가시 형광체의 반치폭 축소에 대한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 또 다른 구조를 예시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드에 흡수 개선 물질 도포의 형태를 구조로 나타낸 것이다.
도 5a는 실시예 1에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5b는 실시예 1에 따른 NTSC의 그래프를 나타낸 것이다.
도 6a는 실시예 2에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6b는 실시예 2에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 3에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 4에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 5에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 기존 실험예 1과 실시예 1의 NdAlO3 첨가시 형광체의 반치폭 축소에 대한 결과를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명의 명세서에서 기재되는 발광다이오드는 발광다이오드 소자 또는 발광소자를 포함한다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 백색 LED 소자에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 광원을 포함한 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩으로부터의 청색 광을 녹색부터 적색 영역까지 파장변환이 가능한 1종 이상의 형광체에 의해 백색광을 구현하는 소자로서, 상기 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 490~520nm 및 550~590nm 영역을 흡수하는 색재현율 개선제를 포함하는, 백색 발광다이오드 소자를 제공한다.
이러한 본 발명의 백색 발광다이오드 소자는 광원을 포함한 청색 LED 칩; 상기 청색 LED 칩으로부터의 청색 광을 녹색부터 적색 영역까지 파장변환이 가능한 1종 이상의 형광체; 및 490~520nm 및 550~590nm 영역을 흡수하는 색재현율 개선제를 포함한다.
본 발명에서 언급하는 상기 색재현율 개선제는 색재현율 지수를 증가시키는 특정 파장을 포함하는 흡수 개선 물질을 의미하며, 특성을 발현하는 범위는 흡수 물질에 따라 다를 수 있다. 또한, 상기 색재현율 개선제는 디스플레이 백라이트 유닛(BLU)용 발광다이오드 소자를 제조함에 있어서 색재현율 지수를 향상 시킬 수 있는 보조제 또는 개선제를 포함한다. 바람직하게는, 상기 색재현율 개선제의 흡수 피크 영역은 490~520nm, 550~590nm 사이에 있다.
따라서, 본 발명은 특정 영역을 흡수 하는 물질, 더 구체적으로는 상기 490~520nm, 및 550~580nm 영역을 흡수하는 개선 물질을 이용하여 색재현율 지수가 향상된 발광다이오드를 제공하는데 그 특징이 있다. 상기 흡수 물질에 의한 특정 영역의 스펙트럼의 흡수는 녹색영역과 적색 영역의 스펙트럼 분리의 효과를 줄 수 있으며 이를 통해 기존에 사용되는 흡수 필터의 역할을 기대할 수 있다.
이러한 특징을 제공하는, 상기 색재현율 개선제는 무기 화합물 또는 유기화합물을 사용할 수 있고, 상기 무기 화합물은 Nd을 중심으로 하는 어떠한 Nd 함유 무기 화합물을 모두 사용 가능하다. 또한 상기 색재현율 개선제는 유ㆍ무기화합물의 일부 또는 전체로도 사용 가능하다. 보다 바람직하게는 Nd을 중심으로 하는 무기화합물은 Nd2O3, NdAlO3, Nd2TiO5, Nd2Ti2O7, NdTiO3, Sr3Nd4O9, Nd2Si2O7, CaNd4Si3O13, NdB3O6, 및 Nd0 .1La2CaB10O19로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 유기화합물은 Zn-포피린스 (Zn-porphyrins, C20H14N4Zn), 1,3-비스디시아노비닐인단(1,3-bisdicyanovinylindane), C21H22N3OClO4, C37H39ClN2O9, C32H31N2O3ClO4, C31H30N2O7S2Na, C31H30N2O7S2, 및 C23H23N2O21로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 바의 종래 한국등록번호 제0906566호의 경우 578~598nm 영역의 스펙트럼을 흡수하지만, 본 발명의 경우 상기 색재현율 개선제를 포함하여 550~590nm, 490~520nm 영역의 스펙트럼을 흡수함으로써 상기 발명보다 높은 수준의 색재현율 지수를 제공할 수 있다. 또한, 상기 종래 방법은 BLU에 적용 시 추가적인 별도의 흡수 필름 부착 공정이 필요하지만, 본 발명의 경우 청색 LED 칩 내부에 490~520nm, 550~590nm 영역을 흡수하는 개선제를 포함하므로 별도의 추가 공정 없이 적용이 가능하다.
그리고 상기 종래 방법은 청색 LED를 여기원으로 형광체를 발광시는 스펙트럼 상에서 광 광도 하락율이 현저히 크게 나타나지만 본 발명의 경우 흡수 부분 이외에 형광체 광 광도가 동등한 수준을 보여준다. 즉 상기 종래 방법은 형광체 전환 LED 상에서 중요시 되는 광 광도의 하락에 대한 문제점을 여전히 내포하고 있으며, 본 발명의 경우에는 이러한 문제점을 보안하였다. NTSC 상에서 색재현율 지수의 향상이 광 광도 하락과 동시에 일어날 경우 상용화된 기술로써 적용하기에는 무리가 있으므로 이러한 문제점의 극복은 필수 적이라 할 수 있으며 본 발명의 경우에는 이러한 문제점을 보완하였다.
한편, 본 발명의 발광다이오드는 주파장이 450~455nm인 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩에 의해 여기되어 빛을 발하는데 이용되는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함한다. 상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 형광체의 포함에 따른 발광색의 범위는 녹색 영역부터 적색 영역까지 발하는 황색광이며, 청색 LED 칩 내부 또는 상부에 흡수 물질을 포함하는 백색 LED 소자가 제공된다.
이때, 상술한 바와 같이 흡수 개선 물질인 색재현율 개선제에 의해 흡수되는 파장의 피크는 490~520nm, 550~580nm 영역이다. 본 발명에 따르면, 상기 색재현율 개선제에 의해 흡수되는 파장의 피크가 상기 범위를 넘어갈 경우 녹색 영역 및 적색 영역 광의 부족 현상이 일어나게 되어 전반적인 광 효율의 감소와 색의 불균형이 일어날 수 있다.
도 1은 본 발명에서 해결하고자 하는 과제에 대한 백색 광원 구현 스펙트럼의 비교 및 NTSC 상에서 색재현율 지수의 증가 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 1에서 보면, 본 발명에서 제시한 특정 영역의 스펙트럼을 시뮬레이션을 통해 제거한 결과 PC-LED 상에서 색재현율 지수가 73%에서 89%로 크게 증가함을 알 수 있다. 즉, 해당 발명의 경우 기존에 PC-LED 스펙트럼 상에서 색재현율 지수의 향상을 제공할 수 있다.
한편, 상기 흡수 물질은 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함시, 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있거나 형광체 상부에 포함될 수 있다. 또한 본 발명의 경우 목적을 달성하기 위하여, 형광체와 봉지제, 흡수 물질을 혼합하여 청색 LED 칩에 도포하는 방법과 형광체와 봉지제를 혼합하여 청색 LED 칩에 도포 후 상면부에 혼합 물질을 추가로 도포하는 방법을 포함한다. 상기 봉지제는 이 분야에 잘 알려진 청색 LED칩과 형광체를 둘러싸서 밀봉하기 위한 몰딩 부재 또는 외장재를 포함한다. 상기 몰딩 부재는 무색 또는 착색된 광투과수지로 이루어질 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 세부 내용은 실시예에 명기하도록 한다.
보다 구체적으로, 상기 색재현율 개선제는 (a) 청색 LED칩과 형광체를 둘러싸고 밀봉하기 위한 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있거나, 또는 (b) 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함되는 형광체 상부에 포함될 수 있다.
상기 (a)에서는, 색재현율 개선제, 형광체 및 몰딩 부재의 혼합물; 또는 색재현율 개선제, 형광체 및 외장재의 혼합물;을 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 도포하는 방법에 의해, 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 색재현율 개선제가 분산되어 있을 수 있다.
상기 (b)에서 형광체는, 색재현율 개선제 및 몰딩 부재의 혼합물을 도포하기 전에, 형광체 및 몰딩부재의 혼합물 또는 색재현율 개선제, 형광체 및 몰딩부재의 혼합물을 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 도포하는 방법으로 포함될 수 있다. 또한 상기 방법에 따라, 상기 몰딩 부재에는 형광체 또는 형광체와 색재현율 개선제 또는 형광체가 부분적 또는 전체적으로 분산되도록 한다.
상기 색재현율 개선제의 함량은 형광체와 색재현율 개선제(흡수 개선 물질)의 전체 중량 또는 형광체의 전체 중량을 기준으로 5 내지 90 중량%이며, 더 바람직하게는 20~50 중량%로 사용될 수 있다. 일반적으로 상기 색재현율 개선제의 함량이 50 중량% 미만이면 NTSC 상에서 색재현율 지수의 증가 효과를 크게 발현하기 어려운 문제가 있고, 90 중량%를 초과하면 광 광도가 크게 하락하는 문제가 발생할 수 있다. 하지만 본 발명에서 색재현율 개선제의 함량은 그 종류에 따라 달라질 수 있으므로, 상기 명기한 중량에 한정되는 것은 아니며, 색재현율 개선제의 종류에 따라 흡수 개선 물질이 형광체 중량을 초과하는 경우도 있다.
상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 형광체들의 종류는 크게 한정되지 않고, 발광다이오드에 사용되는 일반적인 물질이 모두 사용 가능하며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 형광체는 형광체 및 색재현율 개선제의 전체 중량의 나머지 함량으로 포함될 수 있으며, 1종 이상 혼합 사용하는 경우 각 형광체의 비율은 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 혼합 사용하는 경우, 사용하고자 하는 형광체를 45:45:10의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 백색 발광다이오드는 상기 구성 성분 이외에, 이 분야에 잘 알려진 반사컵, 양극과 금극의 리드 프레임, 본딩 와이어, 발광다이오드 칩 주위 전체를 몰딩하기 위한 외장재나, 상기 발광다이오드 칩을 몰딩하는 몰딩 부재가 구비될 수 있고, 그 구성이 제한되지 않는다. 또한 몰딩부재의 함량 범위도 한정되지 않으며, 형광체와 색재현율 개선제(흡수 개선 물질)의 전체 중량 또는 형광체의 전체 중량을 기준으로 이 분야에 잘 알려진 바대로 사용될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 발광다이오드 소자는 고 연색성을 나타내어, 고품질의 LCD 디스플레이를 생산하는 광원으로 효율적으로 사용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하 설명된 실시예의 형태는 본 발명의 세부 내용을 설명하기 위한 참조 예로써 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 실시 형태는 관련된 여러 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기에 설명하고 있는 실시예의 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2의 경우 색재현율 개선제가 형광체와 함께 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산된 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 발광 소자를 구체적으로 설명하면, 상기 백색 발광다이오드는 InGaN계의 발광다이오드 칩(110)과, 상기 발광다이오드 칩(110)의 발광을 백색 발광다이오드 상방으로 반사시키는 반사경으로서의 역할을 담당하는 반사컵(120), 상기 발광다이오드 칩(110)과 양극 및 음극의 리드프레임(130)의 전기적 연결을 위한 본딩 와이어(140), 상기 발광다이오드 칩(110) 주위 전체를 몰딩하는 무색 또는 착색된 광 투과 수지로 이루어진 외장재(150), 및 상기 외장재(150)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(160)와 특정 파장을 흡수하는 색재현율 개선제를 포함하여 구성된다. 상기 색재현율 개선제는 도면에는 도시되지 않았지만 형광체와 함께 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드의 또 다른 구조를 예시한 도면이다. 도 3의 경우 색재현율 개선제가 형광체와 함께 몰딩 부재에 전체 또는 부분적으로 분산된 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 발광소자는 발광다이오드 칩(110)과, 상기 발광다이오드 칩(110)을 지지하고 상기 발광다이오드 칩(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 기판(121)과, 상기 발광다이오드 칩(110)에 전원을 제공하는 전기적으로 절연된 두개의 전극층(131)과, 상기 발광다이오드 칩(110)과 상기 전극층(131)을 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 발광다이오드 칩(110)을 몰딩하는 무색 또는 착색된 광 투과 수지로 이루어진 몰딩 부재(151)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(160)와 색재현율 개선제가 포함된다. 도 3에 도시된 발광소자는 하나의 와이어(140)가 상기 발광다이오드 칩(110)과 하나의 전극층(131)을 전기적으로 연결한다. 상기 발광다이오드 칩(110)은 다른 하나의 전극층(131)에 장착됨으로써 직접 전기적으로 연결된다.
바람직하게, 상기 발광다이오드를 이용한 발광소자의 경우, 형광체는 화합물 반도체에 의해 여기되어 중심파장이 490~700nm인 형광체를 사용하며, 형광체와 특정영역을 흡수하는 색재현율 개선제를 몰드 물질에 포함하여 실장함에 따라, 이를 이용한 발광다이오드를 제공할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 몰딩 부재(151)에 형광체(160)와 색재현율 개선제는 부분적 혹은 전체로 분산되어 구성될 수 있으며 상기 형광체는 LED 칩으로부터 나온 청색광 일부를 황색 영역 파장의 광으로 변환한다. 또한, 상기 색재현율 개선제는 도면에는 도시되지 않았지만 형광체와 함께 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있다. 즉, 청색 LED 칩에 황색 형광체를 사용할 경우 변환된 광은 녹색 영역부터 적색 영역에 걸쳐 광이 혼재된 양상의 스펙트럼을 보인다. 이는 녹색과 적색에 해당하는 스펙트럼의 순도가 높지 않으며 실질적으로 위 적용만으로는 색재현율 지수가 낮은 한계점을 가지고 있다. 따라서 색재현율 개선제는 변환된 황색 영역의 파장광 중 특정 영역, 더 구체적으로는 상기의 490~520nm, 550~580nm 영역의 파장을 흡수하여 녹색과 적색 영역 파장의 분리 효과로 녹색과 적색 영역 스펙트럼의 순도 및 광 세기를 증가시킬 수 있으며 이를 통해 기존에 사용되고 있는 컬러필터의 역할을 기대할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 실장형 형태인 백색 발광다이오드에 색재현율 개선제를 추가적 도포를 하여 층형태로 포함하는 구조의 도면이다. 도 4의 경우 색재현율 개선제가 형광체와 함께 몰딩 부재에 전체 또는 부분적으로 분산된 후, 다시 형광체 상부에 색재현율 개선제를 추가로 도포한 예를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 백색 발광다이오드의 구조와 형태는 도 3에 도시된 백색 발광다이오드와 동일한 형태를 나타내며, 상기 발광다이오드 칩(110)을 몰딩하는 무색 또는 착색된 광 투과 수지로 이루어진 몰딩 부재(151)에 전체 또는 부분적으로 분산되는 형광체(160)가 포함된다. 또한 상기 형광체(160) 상부에는 특정영역을 흡수하는 색재현율 개선제(161)를 몰드 물질에 포함하여 추가로 도포하고 실장하여 형성됨에 따라, 이를 이용한 발광다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 몰딩 부재(151)에는 형광체(160)와 색재현율 개선제가 부분적 또는 전체적으로 분산되어 구성될 수 있으며, 형광체 위에 색재현율 개선제가 상부로 추가로 도포되는 형태를 가질 수도 있다. 그 이외에 추가적은 구조 양상은 도 3에 도시한 바와 같다. 상기 색재현율 개선제가 형광체 상부에 추가로 도포되는 경우 두께 제한은 없으나, 바람직하게 발광다이오드 칩 내부 두께의 50% 내지 30% 일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
색재현율
개선제의 첨가로 인한 분산에 따른 스펙트럼 및
NTSC
색재현율
녹색, 황색 형광체와 적색 형광체를 혼합하고, 흡수 개선 물질인 색재현율 개선제로서 NdAlO3를 첨가하여 광 스펙트럼과 NTSC의 변화를 확인하였다. 이때, 색재현율 개선제는 NdAlO3가 사용되었다. 또한, 그 사용 비율은 NdAlO3 30 중량%, 녹색 형광체 31.5 중량%, 황색 형광체 31.5 중량%, 적색 형광체 7 중량%로 하고, 이들을 상기 형광체의 총합 100 중량부 대비 1200 중량부의 몰딩 부재에 혼합하여, 청색 LED 칩 위에 도포하였다. 도 5a는 실시예 1에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 도 5b는 실시예 1에 따른 NTSC의 그래프를 나타낸 것이다. 도 5a, 5b에서 보면, NdAlO3의 첨가에 따라 녹색 영역이 증가하여 NTSC가 72.63%에서 77.99%으로 증가하였다. 또한 NdAlO3의 첨가로 황색 영역의 스펙트럼에서 흡수가 일어나 녹색, 적색 영역 스펙트럼의 분리가 일어났다.
<실시예 2>
색재현율
개선제의
도포층
형성에 따른 스펙트럼 및
NTSC
색재현율
녹색 형광체 45 중량%와 황색 형광체 45 중량%, 적색 형광체 10 중량%를 형광체의 총합 100 중량부 대비 1200 중량부의 몰딩 부재에 혼합하여 청색 LED칩 내부 두께의 50%를 도포하였다. 이후, 상기 형광체의 총합 100 중량부 대비 색재현율 개선제인 NdAlO3 30 중량부 및 몰딩 부재 1200 중량부를 혼합한 후, 상기 형광체 위에 청색 LED칩 내부 두께의 50%를 추가로 도포하여 흡수 물질층을 형성한 후, 광스펙트럼과 NTSC의 변화를 확인하였다.
도 6a은 실시예 2에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 도 6b은 실시예 2에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다. 도 6a, 6b에서 보면, NdAlO3를 추가로 도포함에 따라 청색 영역이 줄어들어 표준 NTSC와 근접하게 구현되었으며 녹색과 적색 영역이 증가하여 72.63%에서 75.36%으로 NTSC가 증가하였다. 또한 NdAlO3의 첨가로 황색 영역의 스펙트럼에서 흡수가 일어나 녹색, 적색 영역 스펙트럼의 분리가 일어났다.
<실시예 3>
색재현율
개선제의 첨가량에 따른
NTSC
색재현율
차이
색재현율 개선제인 NdAlO3의 비율에 따른 NTSC의 변화를 제시하였다. NdAlO3는 실시예 1과 같이 형광체와 함께 몰드 부재에 혼합되어 도포되며, 그 비율은 아래 표 1에 나타낸 바와 같다. 이때, NdAlO3와 형광체의 전체 비율은 100 중량%이며 NdAlO3의 비율은 0, 30, 50, 70 중량%로 변화시켰다. 도 7은 실시예 3에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
상기 표 1과 도 7의 결과에 따라, 형광체에 대해 NdAlO3의 비율이 0, 30, 50, 70 중량%로 변화될수록 NTSC값이 72.63%에서 77.99%까지 증가하였다.
<실시예 4>
색재현율
개선제의 도포량에 따른
NTSC
색재현율
차이
색재현율 개선제인 NdAlO3의 도포 비율에 따른 NTSC의 변화를 제시하였다. 실시예 2와 같이, 녹색, 황색 형광체와 적색 형광체를 몰드 부재에 포함하여 청색 LED칩 내부 두께의 50%를 위에 도포하고, NdAlO3를 몰드 부재와 표 2와 같은 함량으로 혼합한 후 형광체 위에 50%를 추가 도포하여 색재현율 개선제층을 형성한 후, 광 스펙트럼과 NTSC의 변화를 확인하였다.
이때, 세부적인 형광체와 흡수물질의 함량 비율은 아래 표 2에 나타낸 바와 같다. 도 8은 실시예 4에 따른 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
상기 표 2 및 도 8의 결과에서 보면, NdAlO3의 비율이 30, 50, 70 중량%로 로 변화될수록 NTSC값이 73.47%에서 76.65%까지 증가하였다.
<실시예 5>
대표적인
색재현율
개선제의 종류에 따른
NTSC
색재현율
차이
색재현율 개선제의 종류에 따른 색재현율 지수의 차이를 제시하였다. 색재현율 개선제는 실시예 1과 같이 형광체와 함께 몰드 부재에 혼합되어 도포되며, 그 종류 및 비율은 아래 표 3에 나타낸 바와 같다. 이때, 색재현율 개선제와 형광체의 전체 비율은 100 중량%이며 색재현율 개선제의 비율은 30 중량%로 동일하게 비교되었다. 도 9a와 9b는 실시예 5에 따른 스펙트럼과 NTSC 그래프를 나타낸 것이다.
<실험예 1 >
발광다이오드 제조시, 기존 일반적인 형광체만을 포함하는 경우를 비교예 1로 하였다. 상기 비교예 1과 실시예1에 대해, 색재현율 개선제인 NdAlO3 첨가에 따른 형광체의 반치폭을 측정하였다. 반치폭 측정방법은 종래 일반적인 방법에 따른다.
도 10은 기존 비교예 1과 실시예 1의 NdAlO3 첨가시 형광체의 반치폭 축소에 대한 결과를 나타낸 것이다. 도 10에서 보면, 본 발명의 실시예 1은 반치폭이 39 정도인데 반해, 비교예 1은 반치폭이 54로 크게 나타났다. 이러한 결과에 따라, 본 발명의 실시예 1이 비교예 1보다 반치폭이 축소되어 색순도를 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
110: 발광다이오드 칩
120: 반사컵
121: 반사 기판
130: 리드 프레임
131: 전극층
140: 본딩 와이어
150: 외장재
151: 몰딩 부재
160: 형광체
161: 색재현율 개선제
120: 반사컵
121: 반사 기판
130: 리드 프레임
131: 전극층
140: 본딩 와이어
150: 외장재
151: 몰딩 부재
160: 형광체
161: 색재현율 개선제
Claims (6)
- 광원을 포함한 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩으로부터의 청색 광을 녹색부터 적색 영역까지 파장변환이 가능한 1종 이상의 형광체에 의해 백색광을 구현하는 소자로서,
상기 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 490~520nm 및 550~590nm 영역을 흡수하는 색재현율 개선제를 포함하는, 백색 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 색재현율 개선제는
Nd2O3, NdAlO3, Nd2TiO5, Nd2Ti2O7, NdTiO3, Sr3Nd4O9, Nd2Si2O7, CaNd4Si3O13, NdB3O6, 및 Nd0 .1La2CaB10O19로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 Nd 함유 무기화합물; Zn-포피린스, 1,3-비스디시아노비닐인단, C21H22N3OClO4, C37H39ClN2O9, C32H31N2O3ClO4, C31H30N2O7S2Na, C31H30N2O7S2, 및 C23H23N2O21로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 화합물; 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 백색 발광다이오드 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 색재현율 개선제는
(a) 청색 LED칩과 형광체를 둘러싸고 밀봉하기 위한 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 분산되어 있거나, 또는
(b) 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함되는 형광체 상부에 포함되어 있는, 백색 발광다이오드 소자.
- 제3항에 있어서, 상기 (a)에서는, 색재현율 개선제, 형광체 및 몰딩 부재의 혼합물; 또는 색재현율 개선제, 형광체 및 외장재의 혼합물;을 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 도포하는 방법에 의해, 몰딩 부재 또는 외장재에 전체 또는 부분적으로 색재현율 개선제가 분산되어 있는, 백색 발광다이오드 소자.
- 제3항에 있어서, 상기 (b)에서는, 청색 LED칩의 내부 또는 상부에 포함되는 형광체 위에 색재현율 개선제 및 몰딩 부재의 혼합물을 도포하는 방법으로 색재현율 개선제가 포함되는, 백색 발광다이오드 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 백색 발광다이오드 소자.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020140014806A KR101564067B1 (ko) | 2014-02-10 | 2014-02-10 | 색재현율 개선제를 이용한 디스플레이 백라이트 유닛(blu)용 발광다이오드 소자 |
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| KR1020140014806A KR101564067B1 (ko) | 2014-02-10 | 2014-02-10 | 색재현율 개선제를 이용한 디스플레이 백라이트 유닛(blu)용 발광다이오드 소자 |
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| KR20150094034A true KR20150094034A (ko) | 2015-08-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180806 Year of fee payment: 4 |
|
| R401 | Registration of restoration |