WO2013051771A1 - 파장 변환층을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

파장 변환층을 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2013051771A1
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conversion layer
wavelength conversion
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유영길
성면창
김중년
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    • H04N9/3158—Modulator illumination systems for controlling the spectrum

Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly, to a display device including a wavelength conversion layer.
  • the projector includes a light source that implements red, green, and blue colors of the input image, and adjusts the brightness and contrast of the light source to project on the screen.
  • optical characteristics of such a light source are one of the important factors in the performance of the projector.
  • An object of the present invention is to provide a display device including a light source capable of improving luminance, light conversion efficiency, and color.
  • the present invention a substrate; A light emitting device mounted on the substrate and emitting light of a first wavelength band; And a wavelength conversion layer on the light emitting device, the wavelength conversion layer including at least two or more phosphors absorbing at least a portion of the light of the first wavelength band and converting the light into a second wavelength band and emitting substantially the same color. It consists of one light source.
  • the present invention provides a light emitting device for emitting light of a first wavelength band, and a second wavelength by absorbing at least a portion of the light of the first wavelength band located on the light emitting device
  • a light source unit converting into a band and including a first light source including a wavelength conversion layer including at least two phosphors;
  • a synthesis unit for synthesizing the light of the light source unit;
  • a panel for producing an image using the synthesized light;
  • a projection unit for projecting the image.
  • the present invention it is possible to output stable luminance and color coordinates of a light source according to a current, and when such a light source is used for a display device, efficient driving of the display device is possible, and a saturation phenomenon during energy conversion using a high power light source such as a blue light emitting diode is possible.
  • a high power light source such as a blue light emitting diode
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a light source using a light emitting element that can be used for a display device.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion of FIG. 1.
  • 3 is a graph showing the relative conversion efficiency according to the current of the saturated phosphor and the unsaturated phosphor.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a light source for a projector.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a projector using the light source of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an electric sign.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating another example of the electronic display plate.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
  • the light source 100 includes a light emitting device 120 that emits light of a first wavelength band on the substrate 110, and absorbs at least a portion of the light of the first wavelength band on the light emitting device 120 to form a second light source.
  • a wavelength conversion layer 130 for converting to a wavelength band is provided.
  • the material forming the wavelength conversion layer 130 may be, for example, a phosphor material or a fluorescent material. These materials may be collectively called phosphors. Hereinafter, it will be described as a phosphor.
  • the light source 100 may be configured using the wavelength conversion layer 130 including at least two phosphors.
  • the wavelength conversion layer 130 may be composed of two phosphors, one of which may have an advantageous effect on the color implementation and luminance when the unsaturated phosphor 131.
  • the wavelength conversion layer 130 may include an unsaturated phosphor 131 and a saturated phosphor 132, as shown in FIG. 2.
  • the unsaturated phosphor 131 refers to a phosphor having a predetermined range of efficiency according to driving conditions.
  • the unsaturated phosphor 131 and the saturated phosphor 132 may be formed by including particles in the transparent layer 133.
  • the wavelength conversion layer 130 may be a green layer that emits green light.
  • green light is emitted by absorbing light having a larger energy than green. Therefore, the light emitting device 120 may be a light emitting device 120 for emitting blue light, violet light, or ultraviolet light, in particular, a light emitting diode may be used.
  • the primary coordinates have a structure similar to that of (Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu, which is a representative Orthosilicate phosphor meeting the HDTV standard.
  • Phosphors having a substituted structure of alkaline earth metals such as Ba 2 SiO 4 : Eu and Sr 2 SiO 4 : Eu may be used.
  • the phosphor material has a relatively large change in light conversion efficiency depending on the driving conditions.
  • the Sr 2-x Ba x SiO 4 : Eu material tends to reduce the number of photons by approximately 90% at 100 lumen brightness and decrease the number of photons faster at higher currents and current densities. That is, it decreased to approximately 50% at 1000 lumens.
  • This material is called saturated phosphor 132.
  • the unsaturated phosphor 131 may be a material having a substantially constant relative luminous flux in a wide current or current density range.
  • the efficiency is within 10% in the driving current range of 10A. It can be defined as a changing substance.
  • the number (brightness) of photons emitted per unit of time at the surface of the phosphor may mean a material in which the number (brightness) of photons emitted by junction temperature changes is reduced by at most 20%.
  • Examples of the unsaturated phosphor 131 include garnet-based oxide phosphors, nitride phosphors, and oxynitride phosphors.
  • the garnet-based oxide phosphor may include (Y, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, Lu 3 Al 5 O 12 : Ce, Y 3 Al 5 O 12 : Ce, YAG, or LuAG ( Lutetium aluminum garnet).
  • examples of the nitride phosphor and the oxynitride phosphor include ⁇ -SiAlON (Si 6-x Al x O x N 8-x : Eu) phosphors.
  • an optimal brightness or color may be realized in the display device.
  • the wavelength conversion layer 130 including the unsaturated phosphor 131 and the saturated phosphor 132 that emit light of substantially the same color it is possible to implement the optimum brightness and color in the display device.
  • the same color means that the color difference (x, y distance difference) calculated from the emission spectrum of the phosphor measured as the distance of the CIE coordinates (xy coordinates, based on CIE 1931) is 0.25 to 0.35. That is, it may be 0.35 at maximum, and more advantageously, may have a value of 0.25.
  • the color difference between the light emitted through the unsaturated phosphor 131 and the light emitted through the saturated phosphor 132 is 0.25 to 0.35.
  • CIE 1931 is a standard colorimetric system established in 1931 by the International Illumination Commission (CIE) and is based on a uniform color difference chromaticity system called CIE (L * a * b) uniform color space. It is called XYZ colorimetric system, and the standard chromaticity diagram created by this method is called CIE 1931 (x, y) chromaticity diagram.
  • CIE International Illumination Commission
  • the maximum brightness (luminance) can be realized by using two phosphors having an efficiency difference in the reference current. .
  • the color in the case of realizing the maximum brightness, it may be possible to mix the phosphors in a state in which the color satisfies the reference coordinates (for example, in the case of ATSC, CIE 1931 standard, 0.300, 0.600) while maximizing efficiency. That is, in implementing the display, the color can be designed under such optimized conditions.
  • stable luminance and color coordinates of the light source according to the current can be output, and when such a light source is used for the display device, efficient driving of the display device is possible, and saturation phenomenon when converting energy using a high power light source such as a blue light emitting diode is possible. It is possible to greatly increase the amount (luminance) of the photons to emit light compared to the input energy by minimizing the heat generated by the change or the resulting efficiency changes.
  • the saturated phosphor is a silicate ((Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu), and the unsaturated phosphor is a graph using a Lu 3 Al 5 O 12 : Ce phosphor called LuAG.
  • FIG. 5 an example of the light source 100 using the light emitting device 120 and the wavelength conversion layer 130 is applied to the light source 100 of the projector.
  • the light source 100 is a green light source that emits green light will be described as an example.
  • the light emitting device 120 is arranged and mounted on the substrate 110 constituting the light source 100 to achieve an appropriate brightness, and on the light emitting device 120 includes a wavelength conversion layer including an unsaturated phosphor and a saturated phosphor as described above ( 130 is provided.
  • a connector 111 to which a connection line may be connected may be provided on the substrate 110 to receive current.
  • the light emitting device 120 may be arranged such that a plurality of blue light emitting devices 121 are combined to achieve proper brightness, and a wavelength conversion layer capable of emitting green light on the blue light emitting device 121 ( 130) is provided.
  • the green light source 100, the blue light source 100a and the red light source 100b are provided, and each of the light sources 100, 100a and 100b is provided with an illumination lens 200 and a parallel light converting unit 300.
  • the light of these light sources 100, 100a, and 100b may be synthesized.
  • the red light source 100b may also be implemented using a blue light emitting device, for example, a blue light emitting diode and a red wavelength conversion layer, like the green light source 100 described above.
  • the wavelength converting layer for the red light source 100b may also include a saturated phosphor and an unsaturated phosphor.
  • the combining unit 400 may include two dichroic mirrors 410 and 420. That is, the first dichroic mirror 410 through which blue and green light are transmitted and the red light is reflected, and the second dichroic mirror 420 through which blue light is reflected and the green and red light are transmitted may be configured. .
  • These two dichroic mirrors 410 and 420 may be provided to cross each other, as shown in FIG. 7, or may be provided to be parallel to each other.
  • the light synthesized by the combining unit 400 proceeds to the projection unit 500, and passes through the prism 510 to be incident on the panel 520 to generate an image.
  • the image thus produced is enlarged while passing through the projection lens 530 through the prism 510 and is imaged on the screen 540.
  • the panel 520 in which the image is made may be any one of a digital micromirror device (DMD), liquid crystal on silicon (LCoS), and liquid crystal device (LCD).
  • DMD digital micromirror device
  • LCD liquid crystal on silicon
  • the panel 520 may be referred to as a micro switching device.
  • FIG 8 and 9 illustrate an example of configuring a light emitting device display plate using the light source 100 described above.
  • a plurality of light emitting device packages 140 including light emitting devices 120 are arranged on a printed circuit board 610 constituting an electric display plate, and between the light emitting device packages 140.
  • Spacer 600 may be provided. The spacer 600 may improve visibility of light emitted from the light emitting device 140.
  • the light emitting device package 140 includes a light emitting device 120 mounted on a base substrate 141, and a wavelength converting layer 131 is provided on the light emitting device 120. Phosphor may be included in the. In addition, the shape of the resin may be formed to serve as a lens.
  • the wavelength conversion layer 131 may have the characteristics as described above.
  • the light emitting device package 140 may be configured by arranging a single color package 140, and in some cases, a blue, green, and red package may be provided together to implement color colors.
  • the light source 100 may have the characteristics of the light source 100 as described above, and the red package may also have a blue light emitting device, for example, a blue light emitting diode and a red light, like the green light source 100 described above. It can be implemented using a wavelength conversion layer.
  • the wavelength conversion layer for the red package may also include a saturated phosphor and an unsaturated phosphor.
  • the light emitting device package 150 includes a light emitting device 120 mounted on a base substrate 151, and a wavelength conversion layer having a predetermined thickness as shown in FIG. 1 on the light emitting device 120. 130 may be located.
  • the encapsulation layer 152 covering the light emitting device 120 and the wavelength conversion layer 130 may be provided.
  • the encapsulation layer 152 may be formed to function as a lens.
  • Such an electronic signboard may implement a display that displays various images or letters depending on whether it is driven or not.
  • the present invention can greatly increase the amount (luminance) of photons emitting light to energy input by minimizing a change in heat generated by saturation or efficiency resulting from energy conversion using a high power light source such as a blue light emitting diode.
  • a high power light source such as a blue light emitting diode.
  • a display device such as a projector or an electronic display board
  • stable brightness and color coordinates of the light source according to the current can be output, thereby enabling efficient driving of the display device.

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 파장 변환층을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 기판; 상기 기판에 장착되며, 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 위치하여 상기 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하며, 실질적으로 동일한 색상을 발광하는 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층을 포함하는 제 1광원을 포함하여 구성된다.

Description

파장 변환층을 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 파장 변환층을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
대화면, 고화질 디스플레이 장치는 가장 중요한 이슈(issue) 중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화된 것에는 대표적으로 직시형 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 TV, 프로젝터 등이 있다.
이중에서 프로젝터는 입력되는 영상의 적색, 녹색, 및 청색을 구현하는 광원을 포함하며, 이러한 광원의 밝기(Brightness)와 색상(Contrast) 등을 조절하여 스크린에 투사하게 된다.
따라서, 이러한 광원의 광학적 특성은 프로젝터의 성능에 있어서 중요한 요소 중 하나이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 휘도, 광 변환 효율, 및 색상을 개선할 수 있는 광원을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 기판; 상기 기판에 장착되며, 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 위치하여 상기 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하며, 실질적으로 동일한 색상을 발광하는 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층을 포함하는 제 1광원을 포함하여 구성된다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자, 및 상기 발광 소자 상에 위치하여 상기 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하며, 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층을 포함하는 제 1광원을 포함하는 광원부; 상기 광원부의 광을 합성하는 합성부; 상기 합성된 광을 이용하여 화상을 만들어내는 패널; 및 상기 화상을 투사하는 투사부를 포함하여 구성된다.
[유리한 효과]
본 발명은 전류에 따른 광원의 안정적인 휘도 및 색좌표의 출력이 가능하고, 이러한 광원을 디스플레이 장치에 이용하는 경우, 디스플레이 장치의 효율적인 구동이 가능하며, 청색 발광 다이오드와 같은 고출력 광원을 이용한 에너지 전환시 포화현상에 의한 발생하는 열이나 그로 인하여 발생하는 효율의 변화를 최소화하여 입력되는 에너지 대비 발광하는 광자의 양(휘도)를 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1에서는 디스플레이 장치에 이용할 수 있는 발광 소자를 이용한 광원의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 일부 확대도이다.
도 3은 포화 형광체와 불포화 형광체의 전류에 따른 상대 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 포화 형광체와 불포화 형광체의 온도에 따른 상대 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 프로젝터용 광원을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 일부 확대도이다.
도 7은 도 5의 광원을 이용하는 프로젝터의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 전광판의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 9는 전광판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1에서는 디스플레이 장치에 이용할 수 있는 발광 소자를 이용한 광원의 일례를 나타내고 있다. 이러한 광원(100)은 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자(120)가 기판(110) 상에 구비되고, 이 발광 소자(120) 상에는 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하는 파장 변환층(130)이 구비된다.
이러한 파장 변환층(130)을 이루는 물질은 인광물질(phosphor material) 또는 형광물질(fluorescent material)을 예로 들 수 있다. 이러한 물질들은 통칭하여 형광체라고 불릴 수 있다. 이하, 형광체로 표기한다.
파장 변환층(130)으로 형광체 물질을 이용하는 경우에, 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층(130)을 이용하여 광원(100)을 구성할 수 있다.
일례로서, 파장 변환층(130)은 두 가지의 형광체로 구성될 수 있으며, 그 중 하나는 불포화 형광체(131)일 때 색상의 구현 및 휘도에 있어서 유리한 효과를 나타낼 수 있다.
다른 예로서, 파장 변환층(130)은, 도 2에서와 같이, 불포화 형광체(131)와 포화 형광체(132)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 불포화 형광체(131)는 구동 조건에 따른 효율이 일정범위의 값을 가지는 형광체를 의미한다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 이러한 불포화 형광체(131)와 포화 형광체(132)는 그 입자들이 투명층(133) 내부에 포함되어 구성될 수 있다.
파장 변환층(130)의 일례는 녹색을 발광하는 녹색층일 수 있으며, 이 경우에 녹색보다 에너지가 큰 빛을 흡수하여 녹색광이 방출되게 된다. 따라서, 이때 발광 소자(120)는 청색광, 자색광, 또는 자외선을 발광하는 발광 소자(120)가 이용될 수 있으며, 특히, 발광 다이오드가 이용될 수 있다.
이때, 녹색을 발광하는 파장 변환층(130)의 포화 형광체(132)로서, 프라이머리(primary) 좌표가 HDTV 기준을 부합하는 대표적인 Orthosilicate 형광체인 (Ba,Sr)2SiO4:Eu와 유사구조인 Ba2SiO4:Eu, Sr2SiO4:Eu와 같이 알칼리토금속의 치환되는 구조의 형광체가 이용될 수 있다.
그러나 이러한 형광체 물질은 구동 조건에 따라서 광 변환 효율이 비교적 크게 변화한다. 그 예로서 Sr2-xBaxSiO4:Eu 물질은 100루멘 밝기에서 대략 90%로 광자의 수가 감소하고, 더 높은 전류 및 전류 밀도(duty)에서 더 빠르게 광자의 수가 감소하는 경향을 보인다. 즉, 1000루멘에서 대략 50%로 감소하였다. 이러한 물질은 포화 형광체(132)라 불린다.
한편, 불포화 형광체(131)는 넓은 전류 또는 전류 밀도 범위에서 상대 변환 효율(Relative Luminous Flux)이 실질적으로 일정한 값을 가지는 물질이라 할 수 있으며, 본 발명에서는 10A의 구동 전류 범위에서 효율이 10% 내로 변화하는 물질로 정의할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 불포화 형광체(131)는 1루멘(lm) 밝기의 구동 조건과 비교하여, 1000루멘 밝기로 구동되는 경우에, 형광체의 표면에서 시간의 단위당 방출된 광자의 수(밝기) 또는 접합부(Junction) 온도 변화에 의해 방출되는 광자의 수(밝기)가 기껏해야 20% 감소하는 물질을 의미할 수 있다.
불포화 형광체(131)의 예로서는, 가넷(Garnet) 계열의 산화물 형광체, 질화물 형광체 및 산질화물 형광체 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 가넷 계열의 산화물 형광체는 (Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Ce, YAG, 또는 LuAG(Lutetium aluminum garnet)을 들 수 있다.
또한, 질화물 형광체 및 산질화물 형광체로서는 β-SiAlON(Si6-xAlxOxN8-x:Eu) 형광체를 예를 들 수 있다.
이와 같이, 불포화 형광체(131)와 포화 형광체(132)를 포함하는 파장 변환층(130)을 포함하는 광원(100)을 이용하여 영상을 구현하면 디스플레이 장치에서 최적의 휘도 또는 색을 구현할 수 있다.
즉, 실질적으로 동일한 색상의 광을 발광하는 불포화 형광체(131) 및 포화 형광체(132)를 포함하는 파장 변환층(130)을 이용함으로써 디스플레이 장치에서 최적의 휘도 및 색상을 구현할 수 있는 것이다.
여기에서 동일한 색상이란, CIE 좌표(xy 좌표, CIE 1931 기준)의 거리로서 측정된 형광체의 발광 스펙트럼으로 계산된 색상차(x, y 거리 차)가 0.25 내지 0.35인 것을 의미한다. 즉, 최대 0.35이고, 보다 유리하게는 0.25의 값을 가질 수 있다.
다시 말해서, 불포화 형광체(131)를 통해서 발광된 광과 포화 형광체(132)를 통해서 발광된 광의 색상차가 0.25 내지 0.35인 것을 의미한다.
CIE 1931이란 국제조명위원회(CIE)에서 1931년에 제정한 표준 측색(測色) 시스템으로서, CIE(L*a*b) 균등 색 공간이라는 균등 색차 색도 시스템을 기초로 한 측색 시스템으로 이것을 일반적으로 XYZ 측색 시스템이라고 하며, 이 방식에 의해 작성된 표준 색도도(色度圖)를 CIE 1931(x, y) 색도도라고 한다.
이와 같이, 서로 다른 형광체(Phosphor)의 인입 광자 혹은 에너지에 대한 광변환 효율 감소가 다르다는 인식에서 기초하여, 기준 전류에서의 효율차이가 나는 두 가지 형광체를 이용함으로써 최대밝기(휘도)를 구현할 수 있다.
이와 같이, 최대밝기를 구현하는 경우에, 색상을 기준 좌표(예를 들어 ATSC의 경우, CIE 1931 기준, 0.300, 0.600)를 만족하면서 효율을 최대화할 수 있는 상태의 형광체의 혼합이 가능할 수 있다. 즉, 디스플레이를 구현함에 있어서 이러한 최적화된 조건에서 색을 설계할 수 있다.
예를 들어, β-SiAlON 및 기타 불포화 형광체의 대부분 특징은 장파장(530 nm)에서 최대 발광 휘도를 보이는 구조이므로 CIE x　좌표가 0.33보다 큰 영역에서 발광한다. 이런 경우, HDTV 규격(ATSC 규격 x<0.3, y>0.6)을 만족시키지 못하게 되므로, 포화 형광체인 (Ba,Sr)2SiO4:Eu을 혼합하게 되면 포화 형광체의 x 좌표가 0.27까지 구현이 가능하므로 혼합설계시 ATSC 스펙(x<0.3)을 만족시킬 수 있는 것이다.
이와 같이, 전류에 따른 광원의 안정적인 휘도 및 색좌표의 출력이 가능하고, 이러한 광원을 디스플레이 장치에 이용하는 경우, 디스플레이 장치의 효율적인 구동이 가능하며, 청색 발광 다이오드와 같은 고출력 광원을 이용한 에너지 전환시 포화현상에 의한 발생하는 열이나 그로 인하여 발생하는 효율의 변화를 최소화하여 입력되는 에너지 대비 발광하는 광자의 양(휘도)를 크게 증가시킬 수 있는 것이다.
도 3에서는 포화 형광체와 불포화 형광체의 전류에 따른 상대 변환 효율을 나타내고 있는데, 포화 형광체가 전류가 커짐에 따라 상대 변환 효율이 크게 감소하는 반면, 불포화 형광체는 대략 10% 내외에서 변화하여 실질적으로 큰 변화가 없음을 볼 수 있다.
여기에서 포화 형광체는 실리케이트((Ba,Sr)2SiO4:Eu)이고, 불포화 형광체는 LuAG라 불리는 Lu3Al5O12:Ce 형광체를 이용한 그래프를 나타내고 있다.
또한, 도 4에서는 포화 형광체와 불포화 형광체의 온도에 따른 상대 변환 효율을 나타내고 있는데, 마찬가지로 불포화 형광체는 온도에 따라 상대 변환 효율에 있어서 상대적으로 큰 변화가 없음을 보여주고 있다. 측정된 물질은 도 3의 경우와 동일하다.
도 5에서는 이러한 발광 소자(120)와 파장 변환층(130)을 이용하는 광원(100)으로서, 프로젝터의 광원(100)에 적용한 예를 나타내고 있다. 이하, 광원(100)이 녹색광을 발광하는 녹색 광원인 경우를 예로 설명한다.
광원(100)을 이루는 기판(110) 상에 발광 소자(120)가 적절한 밝기를 이루도록 배열되어 장착되고, 이러한 발광 소자(120) 상에는 위에서 설명한 바와 같은 불포화 형광체와 포화 형광체를 포함하는 파장 변환층(130)이 구비된다.
이때, 기판(110) 상에는 전류를 공급받을 수 있도록 연결선이 연결될 수 있는 커넥터(111)가 구비될 수 있다.
도 6에서와 같이, 발광 소자(120)는 청색 발광 소자(121)가 다수 결합되어 적절한 밝기를 이루도록 배열될 수 있고, 이러한 청색 발광 소자(121) 상에 녹색광을 발광할 수 있는 파장 변환층(130)이 구비되는 것이다.
이러한 광원(100)을 이용하여, 도 7에서와 같은 프로젝터 시스템을 구성할 수 있다.
즉, 녹색 광원(100), 청색 광원(100a) 및 적색 광원(100b)이 구비되고, 각 광원(100, 100a, 100b)에는 조명 렌즈(200)와 평행광 변환부(300)가 구비되어, 합성부(400)에서 이들 광원(100, 100a, 100b)의 광이 합성될 수 있다.
여기서, 적색 광원(100b) 또한 위에서 설명한 녹색 광원(100)과 같이, 청색 발광 소자, 예를 들어, 청색 발광 다이오드와 적색 파장 변환층을 이용하여 구현할 수 있다.
또한, 이러한 적색 광원(100b)을 위한 파장 변환층에도 포화 형광체와 불포화 형광체가 함께 포함되어 있을 수 있다.
합성부(400)는 두 개의 다이크로익 미러(410, 420)로 구성될 수 있다. 즉, 청색 및 녹색 광이 투과되고 적색광이 반사되는 제1다이크로익 미러(410)와, 청색 광이 반사되고 녹색 및 적색 광이 투과되는 제2다이크로익 미러(420)로 구성될 수 있다.
이러한 두 개의 다이크로익 미러(410, 420)는 도 7에서와 같이, 서로 교차하여 구비될 수 있고, 서로 평행하게 구비될 수도 있다.
이와 같이, 합성부(400)에서 합성된 광은 투사부(500)로 진행되는데, 프리즘(510)을 통과하여 패널(520)에 입사되어 화상을 만들어낸다.
이렇게 만들어진 화상은 다시 프리즘(510)을 통과하여 투사 렌즈(530)를 통과하면서 확대되어 스크린(540)에 결상되게 된다.
이미지가 만들어지는 패널(520)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이러한 패널(520)은 마이크로 스위칭 소자라고 할 수 있다.
도 8 및 도 9에서는 위에서 설명한 광원(100)을 이용하여 발광 소자 전광판을 구성하는 예를 나타내고 있다.
도 8에서 도시하는 바와 같이, 전광판을 구성하는 인쇄 회로 기판(610)에 발광 소자(120)를 포함하는 발광 소자 패키지(140)가 다수개 배열되어 구성되고, 이러한 발광 소자 패키지(140) 사이에는 스페이서(600)가 구비될 수 있다. 이러한 스페이서(600)는 발광 소자(140)에서 방출되는 광의 시인성을 향상시킬 수 있다.
발광 소자 패키지(140)는 기저 기판(141) 상에 발광 소자(120)가 장착되고, 이 발광 소자(120) 상에 파장 변환층(131)이 구비되는데, 이러한 파장 변환층(131)은 수지에 형광체가 포함되어 구비될 수 있다. 또한, 수지의 형상은 렌즈의 역할을 겸할 수 있도록 형성될 수 있다.
이때, 파장 변환층(131)은 위에서 설명한 바와 같은 특징을 가질 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지(140)는 단색의 패키지(140)가 배열되어 구성될 수 있고, 경우에 따라 청색, 녹색, 적색 패키지가 함께 구비되어 컬러 색상을 구현할 수도 있다.
즉, 녹색 패키지가 이용되는 경우, 위에서 설명한 바와 같은 광원(100)의 특징을 가질 수 있으며, 적색 패키지 또한 위에서 설명한 녹색 광원(100)과 같이, 청색 발광 소자, 예를 들어, 청색 발광 다이오드와 적색 파장 변환층을 이용하여 구현할 수 있다.
또한, 이러한 적색 패키지를 위한 파장 변환층에도 포화 형광체와 불포화 형광체가 함께 포함되어 있을 수 있다.
한편, 도 9에서와 같이, 발광 소자 패키지(150)는 기저 기판(151) 상에 발광 소자(120)가 장착되고, 이 발광 소자(120) 상에는 도 1에서와 같은 일정 두께를 가지는 파장 변환층(130)이 위치할 수 있다.
이러한 발광 소자(120)와 파장 변환층(130) 상에는 이를 덮는 봉지층(152)이 구비될 수 있으며, 이러한 봉지층(152)은 렌즈의 역할을 겸할 수 있도록 형성될 수 있다.
이와 같은 전광판은 구동 여부에 따라 다양한 이미지 또는 글자를 표시하는 디스플레이를 구현할 수 있다.
그 외의 설명되지 않은 부분은 위에서 설명한 해당 부분이 적용될 수 있음은 물론이다.
위의 설명과 도면에 개시된 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 청색 발광 다이오드와 같은 고출력 광원을 이용한 에너지 전환시 포화현상에 의한 발생하는 열이나 그로 인하여 발생하는 효율의 변화를 최소화하여 입력되는 에너지 대비 발광하는 광자의 양(휘도)를 크게 증가시킬 수 있으며, 이를 프로젝터 또는 전광판과 같은 디스플레이 장치에 적용할 경우에 전류에 따른 광원의 안정적인 휘도 및 색좌표의 출력이 가능하여 이러한 디스플레이 장치의 효율적인 구동이 가능한 것이다.

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판에 장착되며, 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자 상에 위치하여 상기 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하며, 실질적으로 동일한 색상을 발광하는 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층을 포함하는 제 1광원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 불포화 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 불포화 형광체는, 상기 발광 소자가 구동되는 전류가 10A의 전류 범위에서 상대 변환 효율이 10% 내로 변화하는 물질인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 불포화 형광체는, 가넷 계열의 산화물 형광체, 질화물 형광체 및 산질화물 형광체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 포화 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 포화 형광체는, Orthosilicate 계열 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 실질적으로 동일한 색상은, CIE 좌표의 거리로서 측정된 형광체의 발광 스펙트럼으로 계산된 색상차가 0.25 내지 0.35인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1파장 대역의 광은 청색 계열인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제 2파장 대역은 녹색 계열인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 포화 형광체 및 불포화 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광원, 제 2광원 및 제 3광원의 광을 합성하는 광 합성부;
    상기 합성된 광을 이용하여 화상을 만들어내는 패널; 및
    상기 화상을 투사하는 투사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 기판은, 전광판용 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제 1파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자, 및 상기 발광 소자 상에 위치하여 상기 제 1파장 대역의 광의 적어도 일부를 흡수하여 제 2파장 대역으로 변환하며, 적어도 두 가지 이상의 형광체를 포함하는 파장 변환층을 포함하는 제 1광원을 포함하는 광원부;
    상기 광원부의 광을 합성하는 합성부;
    상기 합성된 광을 이용하여 화상을 만들어내는 패널; 및
    상기 화상을 투사하는 투사부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 불포화 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 불포화 형광체는, 가넷 계열의 산화물 형광체, 질화물 형광체, 및 산질화물 형광체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 포화 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 포화 형광체는, Orthosilicate 계열 형광체인 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  18. 제 13항에 있어서, 상기 적어도 두 가지 이상의 형광체는 실질적으로 동일한 색상의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 실질적으로 동일한 색상은, CIE 좌표의 거리로서 측정된 형광체의 발광 스펙트럼으로 계산된 색상차가 0.25 내지 0.35인 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
  20. 제 13항에 있어서, 상기 제 1파장 대역의 광은 청색 계열이고, 상기 제 2파장 대역은 녹색 계열인 것을 특징으로 하는 프로젝터 디스플레이 장치.
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