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KR100892800B1 - 백색 발광 램프와 그것을 이용한 백 라이트, 표시 장치 및조명 장치 - Google Patents

백색 발광 램프와 그것을 이용한 백 라이트, 표시 장치 및조명 장치 Download PDF

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KR100892800B1
KR100892800B1 KR1020077023428A KR20077023428A KR100892800B1 KR 100892800 B1 KR100892800 B1 KR 100892800B1 KR 1020077023428 A KR1020077023428 A KR 1020077023428A KR 20077023428 A KR20077023428 A KR 20077023428A KR 100892800 B1 KR100892800 B1 KR 100892800B1
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야스히로 시라까와
야스마사 오오야
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명의 백색 발광 램프 (1)은, 발광 파장이 360 nm 이상 440 nm 이하의 범위인 LED칩 (2)와 같은 반도체 발광 소자와, 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체를 포함하고 LED칩 (2)로부터의 광에 의해 여기되어 백색광을 발광하는 발광부를 구비한다. 청색 발광 형광체에는 Eu 부활 할로인산염 형광체와 Eu 부활 알루민산염 형광체로부터 선택되는 1종 이상, 녹색 발광 형광체에는 Au 및 Al 부활 황화아연 형광체, 적색 발광 형광체에는 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체로부터 선택되는 1종 이상이 사용된다.
백색 발광 램프, LED 칩, 반도체 발광 소자, 발광 형광체

Description

백색 발광 램프와 그것을 이용한 백 라이트, 표시 장치 및 조명 장치 {White Light-Emitting Lamp, Backlight Using Same, Display and Illuminating Device}
본 발명은 발광 파장이 360 내지 440 nm인 반도체 발광 소자를 구비하는 백색 발광 램프와, 그것을 이용한 백 라이트, 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 자외광이나 가시광으로 변환하여 방사하는 반도체 발광 소자이며, 수명이 길고 신뢰성이 높으며, 나아가 광원으로서 사용했을 경우 교환 작업이 경감된다는 이점을 갖는다. LED칩을 예로 들면, 투명 수지로 밀봉한 LED 램프는 휴대형 통신 기기, PC 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기 등의 표시부에 사용되고 있는 액정 표시 장치의 백 라이트, 또는 신호 장치, 각종 스위치류, 차량 탑재용 램프, 일반 조명 등의 조명 장치에 폭 넓게 이용되고 있다.
LED 램프로부터 방사되는 광의 색조는 LED칩의 발광 파장으로 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 LED칩의 표면에 형광체를 도포하거나, 또는 LED칩을 밀봉하는 투명 수지 중에 형광체를 함유시킴으로써, 청색에서부터 적색까지 사용 용도에 따른 가시광 영역의 광을 얻을 수 있다. 특히, 백색 발광형 LED 램프(백색 LED 램 프)는 휴대 통신 기기 표시부의 백 라이트나 차량 탑재용 램프 등의 용도로 급속히 보급되고 있으며, 장래적으로는 형광 램프의 대체품으로서 크게 신장될 것이 기대되고 있다.
현재, 보급 또는 시행되고 있는 백색 LED 램프로서는, 청색 발광 LED와 황색 발광 형광체(YAG 등)를 조합한 LED 램프와, 발광 파장이 360 내지 440 nm인 자외 발광 LED와 청색, 녹색, 적색의 각 형광체의 혼합물(3색 혼합 형광체/BGR 형광체)을 조합한 LED 램프가 알려져 있다. 현실적으로는 전자의 청색 발광 LED를 이용한 백색 LED 램프 쪽이 후자보다 휘도 특성이 우수하기 때문에 많이 보급되고 있다.
그러나, 전자의 백색 LED 램프는 보는 방향에 따라서는 황색에 가깝게 보이거나, 백색면에 투영했을 때 황색이나 청색의 불균일이 나타난다는 난점을 갖고 있다. 따라서, 전자의 백색 LED 램프는 의사 백색이라고 불리우기도 한다. 백색광의 질을 나타내는 평균 색 연출 지수에 있어서도, 전자의 백색 LED 램프는 70 내지 75의 범위에 머물고 있다.
한편, 후자의 자외 발광 LED를 이용한 백색 LED 램프는, 휘도가 전자보다 떨어지기는 하지만, 발광 및 투영광의 불균일이 적고, 장래적으로는 조명 용도의 백색 램프의 주류가 될 것으로 기대되고 있으며, 그 개발이 급속히 진행되고 있다. 이러한 자외 발광 LED를 이용한 백색 LED 램프에서는 청색, 녹색, 적색의 각 형광체의 특성에 추가하여, 이들 형광체의 조합이 색 연출성이나 휘도 등의 램프 특성에 영향을 미친다. 따라서, 청색, 녹색, 적색의 각 형광체의 선택 및 조합에 관한 검토가 진행되고 있다.
예를 들면, 비특허 문헌 1에는 자외 발광 LED와 BGR 형광체를 조합한 백색 LED 램프가 기재되어 있다. 여기서는 청색 발광 형광체로서 Eu 부활 할로인산염 형광체 또는 Eu 부활 알루민산염 형광체, 녹색 발광 형광체로서 Cu 및 Al 부활 황화아연 형광체 또는 Eu 및 Mn 부활 알루민산염 형광체, 적색 발광 형광체로서 Eu 부활 산황화이트륨 형광체가 사용되고 있다.
특허 문헌 1에는 자외 발광 LED를 구비하는 백색 LED 램프에 있어서, 청색 발광 형광체로서 Eu 부활 할로인산염 형광체 또는 Eu 부활 알루민산염 형광체, 녹색 발광 형광체로서 Eu 및 Mn 부활 알루민산염 형광체, 적색 발광 형광체로서 Eu 부활 산황화란탄 형광체를 사용하는 것이 기재되어 있다.
종래의 백색 LED 램프는, 자외 발광 LED를 이용한 램프의 특징인 높은 색 연출성과 발광의 균일성을 구비하고 있기는 하지만, 휘도 특성면에서 불충분하여 한층 더 개선이 요구되고 있다. 자외 발광 LED를 이용한 백색 LED 램프에서 높은 색 연출성과 고휘도를 양립시키기 위해서는, 백색광 스펙트럼에 있어서 인간의 색 감도의 피크가 있는 450 nm 부근, 560 nm 부근, 620 nm 부근의 광이 균형있게 포함되어 있을 것, 또한 청색, 녹색, 적색 발광 성분의 각 형광체의 발광 효율의 균형이 양호할 것이 필요시된다.
그러나, 종래의 백색 LED 램프에 사용되고 있는 각 형광체 중, 적색 발광 형광체는 파장 380 nm 이상의 자외광 또는 자색광에 대한 발광 효율이 다른 형광체에 비하여 떨어지기 때문에, 백색 LED 램프의 휘도 특성을 충분히 높일 수 없다는 것을 알게 되었다. 발광 효율이 떨어지는 적색 발광 형광체에 이끌려 청색 및 녹색 발광 형광체의 특성도 충분히 발휘시키지 못하며, 이것도 휘도 특성의 열화 요인이 되고 있다.
비특허 문헌 1: 미쯔비시 덴센 고교 시보 2002년 7월 제99호
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-073052호 공보
본 발명의 목적은 발광 파장이 360 내지 440 nm인 반도체 발광 소자를 사용한 백색 발광 램프에 있어서, 청색 발광 성분, 녹색 발광 성분, 적색 발광 성분으로서의 각 형광체의 조합을 개선함으로써, 높은 색 연출성과 높은 휘도를 양립시킨 백색 발광 램프를 제공하는 데 있다.
본 발명의 양태에 관한 백색 발광 램프는, 발광 파장이 360 nm 이상 440 nm 이하의 범위인 반도체 발광 소자와; 상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 백색광을 발광하는 발광부이며, 유로퓸 부활 할로인산염 형광체와 유로퓸 부활 알루민산염 형광체로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 청색 발광 형광체와, 금 및 알루미늄 부활 황화아연 형광체를 포함하는 녹색 발광 형광체와, 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체와 구리 및 망간 부활 황화아연 형광체로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 적색 발광 형광체를 포함하는 발광부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 관한 백 라이트는, 본 발명의 양태에 관한 백색 발광 램프를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 양태에 관한 표시 장치는, 본 발명의 양태에 관한 백색 발광 램프를 구비하는 백 라이트와; 상기 백 라이트의 발광면측에 배치된 표시부;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 양태에 관한 조명 장치는, 본 발명의 양태에 관한 백색 발광 램프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 백색 발광 램프의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 적용한 녹색 발광 형광체의 발광 스펙트럼의 일례를 종래의 녹색 발광 형광체와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 적용하여 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)의 발광 스펙트럼의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 백 라이트의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
<부호의 설명>
1: 백색 LED 램프
2: LED칩
3A, 3B: 리드 단자
4: 배선 기판
5: 본딩 와이어
6: 수지 프레임
7: 반사층
8: 투명 수지
9: 3색 혼합 형광체
10: 발광부
20: 백 라이트
20A: 사이드 라이트형 백 라이트
20B: 직하형 백 라이트
21: 배선층
22: 기판
30, 40: 액정 표시 장치
31: 발광 기구
32: 도광판
33: 반사층
34: 컬러 액정 표시부
<발명을 실시하기 위한 형태>
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명하지만, 이들 도면은 도해 목적을 위해서만 제공되는 것이며, 본 발명이 이들 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 백색 발광 램프의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 백색 발광 램프 (1)은 광원(여기원)으로서 발광 파장이 360 nm 이상 440 nm 이하의 범위인 LED칩 (2)를 갖는 백색 발광형 LED 램프(백색 LED 램프)이다. 또한, 백색 발광 램프 (1)의 광원은 LED칩 (2)로 한정되는 것이 아니며, 레이저 다이오드(반도체 레이저) 등일 수도 있다. 백색 발광 램프 (1)의 광원에는 발광 파장이 360 nm 이상 440 nm 이하인 반도체 발광 소자가 사용된다.
백색 LED 램프 (1)의 광원으로서의 LED칩 (2)는, 한쌍의 리드 단자 (3A, 3B)를 갖는 배선 기판 (4) 상에 실장되어 있다. LED칩 (2)의 하부 전극은 리드 단자 (3A)와 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. LED칩 (2)의 상부 전극은 본딩 와이어 (5)를 통해 리드 단자 (3B)와 전기적으로 접속되어 있다.
LED칩 (2)에는 파장이 360 내지 440 nm의 범위인 자외광 또는 자색광을 방사하는 자외 발광 LED가 사용된다. 자외 발광형 LED칩 (2)로서는 발광층으로서 질화물계 화합물 반도체층을 갖는 LED칩 등이 예시된다. LED칩 (2)의 발광 파장이 상기 범위에서 벗어나면, 고휘도로 높은 색 연출성의 백색광을 얻을 수 없다. LED칩 (2)의 발광 파장은 370 내지 430 nm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
배선 기판 (4) 상에는 원통형 수지 프레임 (6)이 설치되어 있고, 그 내벽면 (6a)에는 반사층 (7)이 형성되어 있다. 수지 프레임 (6) 내에는 수지층으로서 투명 수지 (8)이 충전되어 있고, 이 투명 수지 (8) 중에 LED칩 (2)가 매립되어 있다. LED칩 (2)가 매립된 투명 수지 (8)은, 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체와 적 색 발광 형광체를 포함하는 백색 램프용 형광체(BGR 형광체) (9)를 함유하고 있다. 투명 수지 (8) 중에 분산시킨 형광체 (9)는 LED칩 (2)로부터 방사되는 자외광 또는 자색광에 의해 여기되어 백색광을 발광하는 것이다.
백색 LED 램프 (1)에 인가된 전기 에너지는 LED칩 (2)에서 자외광이나 자색광으로 변환되고, 그 광은 투명 수지 (8) 중에 분산된 백색 발광 형광체 (9)에서 보다 장파장의 광으로 변환된다. 또한, 투명 수지 (8) 중에 함유시킨 백색 발광 형광체 (9)에 기초한 백색광이 LED 램프 (1)로부터 방출된다. 백색 발광 형광체 (9)를 함유하는 투명 수지(수지층) (8)은 발광부 (10)으로서 기능하며, LED칩 (2)의 발광 방향 전방에 배치되어 있다.
상술한 바와 같은 발광부 (10)과 광원으로서의 LED칩 (2)에 의해, 백색 LED 램프(백색 발광 램프) (1)이 구성되어 있다. 백색 발광 형광체 (9)를 함유시키는 투명 수지 (8)에는, 예를 들면 실리콘 수지나 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 백색 발광 형광체 (9)는 투명 수지 (8) 전체에 분산되어 있다. 또한, 백색 발광 형광체 (9)는 투명 수지 (8)에 대하여 부분적으로 분산시키도록 할 수도 있다. 또한, 백색 발광 형광체 (9)는 청색, 녹색, 적색 이외의 발광색을 갖는 형광체를 보조적으로 포함할 수도 있다.
백색 발광 형광체 (9)를 구성하는 청색, 녹색, 적색의 각 형광체에는, LED칩 (2)로부터 방사되는 파장이 360 내지 440 nm의 범위인 자외광 또는 자색광을 효율적으로 흡수하는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 청색 발광 형광체에는 자외광이나 자색광의 흡수 효율이 우수한 유로퓸(Eu) 부활 할로인산염 형광체, 및 유로 퓸(Eu) 부활 알루민산염 형광체로부터 선택되는 1종 이상이 사용된다.
Eu 부활 할로인산염 형광체로서는, 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 형광체가 예시된다.
(M11 -c, Euc)10(PO4)6ㆍCl2
식 중, M1은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타내고, c는 0.005≤c≤0.03을 만족하는 수이다.
Eu 부활 알루민산염 형광체로서는, 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 갖는 형광체가 예시된다.
m(M21 -d, Eud)OㆍnAl2O3
식 중, M2는 Mg, Ca, Sr, Ba 및 Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타내고, d, m 및 n은 0.05≤d≤0.3, 0<m, 0<n, 0.2≤m/n≤1.5를 만족하는 수이다.
적색 발광 형광체에는, 유로퓸(Eu) 및 사마륨(Sm) 부활 산황화란탄 형광체, 및 구리(Cu) 및 망간(Mn) 부활 황화아연 형광체로부터 선택되는 1종 이상이 사용된다. 이들 형광체는 모두 백색 LED 램프 (1)의 적색 발광 성분으로서 사용할 수 있다.
Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체로서는, 하기 화학식 3으로 표시되는 조성을 갖는 형광체가 예시된다.
(La1 -a-b, Eua, Smb)2O2S
식 중, a 및 b는 0.01≤a≤0.15, 0.0001≤b≤0.03을 만족하는 수이다.
Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체로서는, 하기 화학식 4로 표시되는 조성을 갖는 형광체가 예시된다.
ZnS:Cuv, Mnw
식 중, v 및 w는 0.0002≤v≤0.001, 0.005≤w≤0.014를 만족하는 수이다.
화학식 3 및 4로 표시되는 적색 발광 형광체는, 모두 LED칩 (2)로부터 방출되는 자외광이나 자색광으로 발광시키는 적색 발광 성분으로서 사용하는 것이 가능하다. 적색 발광 성분의 발광 특성(발광 강도 등)을 고려하면, 적어도 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체를 적색 발광 성분으로서 사용하는 것이 바람직하다. Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체 단독으로는 적색 발광 성분이 부족하기 때문에, Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 병용하는 것이 유효하다.
화학식 3 이나 4로 표시되는 적색 발광 형광체는, 다른 적색 발광 형광체에 비하여 파장이 360 내지 440 nm의 범위인 자외광 또는 자색광의 흡수 효율이 우수하다. 단, 청색 발광 형광체나 녹색 발광 형광체에 비하여 충분한 발광 효율을 갖는다고는 할 수 없다. Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 병용함으로써 적색 발광 성분이 보강되기는 하지만, 청색 발광 형광체 나 녹색 발광 형광체에 비하면 발광 효율이 떨어진다.
따라서, 본 실시 형태의 백색 LED 램프 (1)에 있어서는, 종래의 녹색 발광 성분에 비하여 장파장 성분을 보다 많이 포함하는 녹색 발광 형광체를 사용하고 있다. 구체적으로는 발광부 (10)을 구성하는 백색 발광 형광체 (9) 중, 녹색 발광 형광체로서는 금(Au) 및 알루미늄(Al) 부활 황화아연 형광체가 사용된다.
Au 및 Al 부활 황화아연 형광체로서는, 예를 들면 하기 화학식 5로 표시되는 조성을 갖는 형광체가 사용된다.
ZnS:Aux, Aly
식 중, x 및 y는 0.0002≤x≤0.0015, 0.0001≤y≤0.0012를 만족하는 수이다.
화학식 5에서의 x의 값(1 몰의 ZnS에 대한 Au의 몰비)이 0.0002 미만이면 발광 색도가 청색 방향으로 틀어져 바람직한 발광색을 얻을 수 없게 된다. 한편, x의 값이 0.0015를 초과하면 형광체의 체색이 불량해져 휘도가 저하된다. 화학식 5에서의 y의 값(1 몰의 ZnS에 대한 Al의 몰비)이 0.0001 미만이면 Au가 황화아연 중에 들어가지 않아 이에 따라 휘도가 저하된다. 한편, y의 값이 0.0012를 초과하면 형광체의 체색이 불량해져 휘도가 저하된다.
도 2에 Au 및 Al 부활 황화아연 형광체(ZnS: Au, Al 형광체)의 발광 스펙트럼 (a)를, 종래의 Cu 및 Al 부활 황화아연 형광체(ZnS: Cu, Al 형광체)의 발광 스펙트럼 (b)와 Eu 및 Mn 부활 알루민산염 형광체(3(Ba, Mg, Eu, Mn)Oㆍ8Al2O3 형광 체)의 발광 스펙트럼 (c)와 비교하여 나타낸다. 도 2로부터 명확한 바와 같이, Au와 Al로 부활한 황화아연 형광체는, 종래의 Cu 및 Al 부활 황화아연 형광체나 Eu 및 Mn 부활 알루민산염 형광체에 비하여 장파장 성분을 많이 포함하고 있고, 이에 따라 적색 발광 성분을 보강하는 것이 가능해진다.
상술한 백색 발광 형광체 (9)는 450 nm 부근, 560 nm 부근, 620 nm 부근의 광을 균형있게 포함하고 있기 때문에 백색광의 색 연출성을 높일 수 있다. 나아가, 종래의 녹색 발광 성분에 비하여 장파장 성분을 보다 많이 포함하는 Au 및 Al 부활 황화아연 형광체(ZnS: Au, Al 형광체)를 포함하는 녹색 발광 형광체를 사용하고 있기 때문에, 적색 발광 형광체에 의한 발광 부족을 보강할 수 있다.
이와 같이 녹색 발광 형광체로서 Au 및 Al 부활 황화아연 형광체를 사용함으로써, 청색, 녹색, 적색의 각 발광 성분의 휘도 균형이 향상되므로, 자외 발광형 LED칩 (2)를 이용한 백색 LED 램프 (1)의 휘도 특성을 높일 수 있다. 따라서, 높은 색 연출성과 높은 휘도를 양립시킨 백색 LED 램프 (1)을 실현하는 것이 가능해진다.
녹색 발광 형광체(ZnS: Au, Al 형광체)에 의한 백색 LED 램프 (1)의 휘도 특성의 향상 효과는, 적색 발광 형광체로서 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체, Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체 중 어느 것을 사용한 경우에 있어서든 얻을 수 있다. 또한, 적색 발광 형광체 자체에 의한 휘도 특성의 개선 효과를 얻는 데 있어서, 적색 발광 형광체는 상술한 바와 같이 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 병용하는 것이 바람직하다.
적색 발광 형광체로서 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 병용함으로써, 적색 발광 성분을 더 보강할 수 있다. 따라서, 백색 LED 램프 (1)의 휘도 특성을 한층 더 높이는 것이 가능해진다. 이들 적색 발광 형광체의 배합 비율은 목적으로 하는 백색광의 색 온도에도 의존하지만, 예를 들면 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체의 질량비를 8:2 내지 3:7의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 3은 상술한 청색, 녹색 및 적색의 각 형광체를 포함하는 3색 혼합 형광체 (9)를 이용한 백색 LED 램프 (1)의 발광 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 도 3에 있어서, [A]의 발광 스펙트럼은 청색 발광 성분으로서 Eu 부활 할로인산염 형광체, 녹색 발광 성분으로서 Au 및 Al 부활 황화아연 형광체, 적색 발광 성분으로서 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체를 이용한 백색 LED 램프 (1)의 발광 스펙트럼이다. [B]의 발광 스펙트럼은, [A]의 형광체 조합에 적색 발광 성분으로서 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 첨가한 백색 LED 램프 (1)의 발광 스펙트럼이다.
전류값 20 mA, 피크값 400 nm의 LED칩으로부터의 자외광을, (x, y) 색도값이 (x=0.300 내지 0.350, y=0.300 내지 0.350)인 백색광으로 변환시켰을 때, 형광체의 조합 [A] 및 조합 [B] 어느 것에 있어서나 청색 발광 성분의 피크값은 450 nm, 녹색 발광 성분의 피크값은 545 nm, 적색 발광 성분의 피크값은 623 nm에서 각각 존재한다. 또한, 평균 색 연출 지수가 90 이상, 휘도가 300 mcd 이상인 특성값을 얻을 수 있다.
조합 [A]와 조합 [B]의 발광 스펙트럼을 비교하면, 조합 [B]에 의한 발광 스 펙트럼쪽이 580 nm 부근 및 그 이상의 영역에서의 발광 성분이 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은 적색 발광 성분으로서 Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체와 Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체를 병용한 것에 기초하며, 이에 따라 백색 LED 램프 (1)의 휘도 특성을 한층 더 높이는 것이 가능해진다.
상술한 청색, 녹색 및 적색의 각 형광체는, 예를 들면 이들의 혼합물로서 투명 수지 (8) 중에 분산시킨다. 이 경우, 각 형광체는 이들의 혼합물로서의 평균 입경이 7 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 평균 입경은 입도 분포의 중간값(50 ％값)을 나타내는 것이다. 청색, 녹색 및 적색의 각 형광체의 혼합물인 백색 발광 형광체(3색 혼합 형광체) (9)의 평균 입경을 7 ㎛ 이상으로 함으로써, 백색 LED 램프 (1)의 휘도를 더 높일 수 있다. 3색 혼합 형광체 (9)의 평균 입경을 8 ㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
3색 혼합 형광체 (9)의 평균 입경의 상한은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 발광부 (10)의 형성성 등을 고려하면 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 3색 혼합 형광체 (9)의 평균 입경이 100 ㎛를 초과하면, 투명 수지 (8)과 혼합하여 LED칩 (2) 상에 도포할 때 평평한 면을 얻기 어려워지는 등의 결점이 생길 가능성이 있다.
또한, 청색, 녹색 및 적색의 각 형광체는, 투명 수지 (8) 중에서의 분산 상태의 균일성을 높이는 데 있어서, 미리 무기 결합제나 유기 결합제 등의 결합제로 일체화하고, 이 상태에서 투명 수지 (8) 중에 분산시키도록 할 수도 있다. 무기 결합제로서는 미분화한 알칼리 토류 붕산염 등을 사용할 수 있고, 또한 유기 결합 제로서는 아크릴 수지나 실리콘 수지 등의 투명 수지를 사용할 수 있다. 무기 결합제나 유기 결합제 등을 사용하여 일체화 처리를 행함으로써, 각 형광체가 랜덤하게 결합하여 대입경화한다.
이에 따라, 투명 수지 (8) 중에서의 각 형광체의 침강 속도의 차이 등에 기초한 분산 상태의 불균일성이 해소되기 때문에, 백색광의 재현성이나 발광의 균일성을 높이는 것이 가능해진다. 일체화 처리에 의한 효과를 양호한 재현성으로 얻는 데 있어서, 결합제로 일체화된 백색 발광 형광체(일체화 형광체) (9)는, 일체화 전의 평균 1차 입경이 7 ㎛ 이상이고, 일체화 후의 평균 2차 입경이 10 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 평균 2차 입경이 10 ㎛ 미만이면, 일체화 처리에 의한 효과를 충분히 얻지 못할 우려가 있다.
일체화 형광체 (9)의 평균 2차 입경의 상한은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 발광부 (10)의 형성성 등을 고려하면 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 일체화 형광체 (9)의 평균 2차 입경이 100 ㎛를 초과하면, 투명 수지 (8)과 혼합하여 LED칩 (2) 상에 도포할 때 평평한 면을 얻기 어려워지는 등의 결점이 생길 가능성이 있다. 평균 입경에 기초한 휘도의 향상 효과는 일체화 처리한 형광체에 대해서도 유효하다. 따라서, 각 형광체의 일체화 전의 평균 1차 입경은 7 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 실시 형태의 백색 LED 램프 (1)은, 예를 들면 액정 표시 장치로 대표되는 각종 표시 장치의 백 라이트나 각종 조명 장치에 사용되는 것이다. 백색 LED 램프 (1)을 사용한 백 라이트를 구비하는 액정 표시 장치는 휴대형 통신 기기, PC 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기 등의 각종 기기의 표시부에 적용할 수 있다. 백색 LED 램프 (1)을 사용한 조명 장치는 신호 장치, 각종 스위치류, 차량 탑재용 램프, 나아가 일반 조명 장치 등으로서 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 백 라이트의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 백 라이트 (20)은 직선상 또는 매트릭스상으로 배열된 복수의 백색 LED 램프 (1)을 갖고 있다. 이들 백색 LED 램프 (1)은 배선층 (21)을 갖는 기판 (22) 상에 실장되어 있고, 백색 LED 램프 (1)의 각 리드 단자는 배선층 (21)과 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 백색 LED 램프 (1)은 순서대로 직렬 접속되어 있다. 또한, 백 라이트 (20)의 발광 장치는 LED 램프 (1)로 한정되는 것이 아니며, 광원에 레이저 다이오드 등의 반도체 발광 소자를 적용한 발광 장치를 사용하는 것이 가능하다.
백 라이트 (20)은, 예를 들면 도 5나 도 6에 나타낸 바와 같은 액정 표시 장치 (30, 40)에 적용된다. 이들 도면에 나타낸 액정 표시 장치 (30, 40)은, 본 발명의 액정 표시 장치의 실시 형태를 나타내는 것이다. 도 5는 사이드 라이트형 백 라이트 (20A)를 적용한 액정 표시 장치 (30)을 나타낸다. 사이드 라이트형 백 라이트 (20A)는, 백색 LED 램프 (1)을 이용한 발광 기구 (31)과 도광판 (32)를 갖고 있다. 도광판 (32)는 한쪽 단면이 광 입사부로 되어 있고, 그 부분에 발광부 (31)이 배치되어 있다.
도광판 (32)는 광 입사부가 되는 한쪽 단면으로부터 다른쪽 단면을 향하여 테이퍼상으로 되어 있고, 테이퍼 부분의 밑면측에는 반사층 (33)이 설치되어 있다. 발광 기구 (31)로부터 방사된 광은, 도광판 (32) 내에서 굴절이나 반사를 반복함으로써 도광판 (32)의 윗면으로부터 그 법선 방향으로 조사된다. 사이드 라이트형 백 라이트 (20A)의 발광면측에는 투과형 또는 반투과형 컬러 액정 표시부 (34)가 배치되어 있고, 이들에 의해 액정 표시 장치 (30)이 구성되어 있다. 사이드 라이트형 백 라이트 (20A)와 컬러 액정 표시부 (34) 사이에는 확산 시트나 반사 시트 등의 광학 시트 (35)를 배치할 수도 있다.
도 6은 직하형 백 라이트 (20B)를 적용한 액정 표시 장치 (40)을 나타낸다. 직하형 백 라이트 (20B)는 투과형 또는 반투과형 컬러 액정 표시부 (34)의 형상 및 면적에 따라 매트릭스상으로 배열된 백색 LED 램프 (1)을 갖고 있다. 컬러 액정 표시부 (34)는 백 라이트 (20B)를 구성하는 복수의 백색 LED 램프 (1)의 발광 방향으로 직접 배치되어 있다. 직하형 백 라이트 (20B)와 컬러 액정 표시부 (34), 또한 필요에 따라 이들 사이에 배치된 광학 시트 (35)에 의해 액정 표시 장치 (40)이 구성되어 있다.
이어서, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
우선, 청색 발광 형광체로서 Eu 부활 알칼리 토류 클로로인산염((Sr0 .59, Ca0.01, Ba0 .39, Eu0 .01)10(PO4)6ㆍCl2) 형광체, 녹색 발광 형광체로서 Au 및 Al 부활 황화아연(ZnS: Au0 .0008, Al0 .001) 형광체, 적색 발광 형광체로서 Eu 및 Sm 부활 산황화 란탄((La0.94, Eu0.058, Sm0.002)2O2S) 형광체를 준비하였다.
상술한 청색 발광 형광체 1.74 g, 녹색 발광 형광체 2.17 g, 적색 발광 형광체 2.33 g을 계량하고, 이들을 3축 롤러로 혼합하였다. 또한, 각 형광체의 혼합비는 LED 램프의 CIE 색도값 (x, y)가 x=0.30 내지 0.31, y=0.30 내지 0.31의 범위에 들어가도록 설정한 것이다. 이하의 실시예 2 내지 10 및 비교예 1도 마찬가지이다. 각 형광체의 혼합물로서의 평균 입경(분포 중간 정도 직경)은 9.5 ㎛였다. 이러한 혼합 형광체를 사용하여, 도 1에 나타낸 백색 LED 램프 (1)을 제조하였다.
LED 램프 (1)은 이하와 같이 하여 제조하였다. 우선, 투명 수지 (8)을 구성하는 실리콘 수지에 혼합 형광체를 30 질량％의 비율로 첨가, 혼합하여 슬러리로 하였다. 이 슬러리를 발광 피크 파장이 400 nm, 형상이 300 ㎛2인 자외 발광 LED칩 (2) 상에 적하하고, 140 ℃에서 실리콘 수지를 경화시켰다. 이와 같이 하여 혼합 형광체(청색, 녹색 및 적색의 혼합 형광체)를 함유하는 실리콘 수지로 자외 발광 LED칩 (2)를 밀봉하였다. 얻어진 백색 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일 및 동량의 각 형광체를 준비하고, 이들을 이하에 나타낸 방법으로 일체화하였다. 일체화 공정은, 우선 각 형광체에 아크릴 수지 에멀전을 형광체에 대하여 고형분으로 0.1 질량％의 비율로 첨가하고, 이들을 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물을 120 ℃에서 건조시킨 후, 나일론 메쉬에 걸어 일체화 형광체를 얻었다. 일체화 전의 평균 1차 입경은 9.5 ㎛, 일체화 후의 평균 2차 입경은 17.6 ㎛였다. 이러한 일체화 형광체를 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 백색 LED 램프를 제조하였다. 이 백색 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일한 각 형광체에 추가하여, 적색 발광 형광체로서 Cu 및 Mn 부활 황화아연(ZnS: Cu0 .0005, Mn0 .008 ) 형광체를 준비하였다. Eu 부활 알칼리 토류 클로로인산염 2.10 g, Au 및 Al 부활 황화아연 형광체 2.22 g, Eu 및 Sm 부활 산황화란탄 형광체 2.10 g, Cu 및 Mn 부활 황화아연 형광체 0.82 g을 계량하고, 이들을 실시예 1과 동일하게 하여 혼합하였다. 각 형광체의 혼합물로서의 평균 입경은 9.8 ㎛였다. 이러한 혼합 형광체를 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 백색 LED 램프를 제조하였다. 이 백색 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
<실시예 4 내지 11>
하기 표 1에 나타낸 청색, 녹색 및 적색 발광 형광체의 조합을 적용한 것 이외에는, 각각 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하게 하여 혼합 형광체 또는 일체화 형광체를 제조하였다. 이들 각 혼합 형광체 또는 일체화 형광체를 사용하여, 실시예 1과 동일하게 하여 백색 LED 램프를 각각 제조하였다. 이들 백색 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
<비교예 1>
청색 발광 형광체로서 Eu 부활 알칼리 토류 클로로인산염((Sr, Ca, Ba, Eu)10(PO4)6ㆍCl2) 형광체, 녹색 발광 형광체로서 Eu 및 Mn 부활 알칼리 토류 알루민산염(3(Ba, Mg, Eu, Mn)Oㆍ8Al2O3) 형광체, 적색 발광 형광체로서 Eu 부활 산황화란탄((La, Eu)2O2S) 형광체를 준비하였다. 청색 발광 형광체 1.44 g, 녹색 발광 형광체 1.49 g, 적색 발광 형광체 3.32 g을 계량하고, 이들을 3축 롤러로 혼합하였다. 이러한 혼합 형광체를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 백색 LED 램프를 제조하였다. 이것을 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
<비교예 2>
청색 발광 형광체로서 Eu 부활 알칼리 토류 클로로인산염((Sr, Ca, Ba, Eu)10(PO4)6ㆍCl2) 형광체, 녹색 발광 형광체로서 Eu 부활 알칼리 토류 규산염((Ba, Sr, Ca, Eu)2SiO4) 형광체, 적색 발광 형광체로서 Eu 부활 산황화란탄((La, Eu)2O2S) 형광체를 준비하였다. 청색 발광 형광체 2.71 g, 녹색 발광 형광체 0.45 g, 적색 발광 형광체 1.85 g을 계량하고, 이들을 3축 롤러로 혼합하였다. 이러한 혼합 형광체를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하여 백색 LED 램프를 제조하였다. 이것을 후술하는 특성 평가에 사용하였다.
Figure 112007073237036-pct00001
Figure 112007073237036-pct00002
상술한 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 2의 각 백색 LED 램프에 20 mA의 전류를 흘려 점등시키고, 각 백색 LED 램프의 발광 휘도, 평균 색 연출 지수, 색도를 측정하였다. 이들의 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 각 백색 LED 램프의 발광 특성은 인스트루먼트 시스템사 제조의 CAS 140B CAMPACT ARRAY SPECTROMETER 및 오츠카 덴시사 제조의 MCPD 장치를 이용하여 측정하였다.
Figure 112007073237036-pct00003
표 3으로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1 내지 11에 의한 각 백색 LED 램프는 색 연출성이 우수한 것에 추가하여 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 휘도 특성이 우수하다는 것을 알았다. 따라서, 자외 발광 LED를 이용한 백색 LED 램프에 있어서, 높은 색 연출성과 높은 휘도를 양립시키는 것이 가능해진다. 이러한 백색 LED 램프는 휴대형 통신 기기, PC 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기, 각종 스위치류, 백 라이트형 표시판 등의 각종 표시 장치의 구성 부품, 나아가 일반 조명 장치 등으로서 유효하게 이용할 수 있다.
본 발명의 백색 발광 램프는, 녹색 발광 형광체로서 장파장 성분을 보다 많이 포함하는 금 및 알루미늄 부활 황화아연 형광체를 사용하고 있기 때문에 적색 발광 형광체에 의한 발광 성분을 보강할 수 있다. 이에 따라 자외 발광 LED를 이 용한 백색 발광 램프 본래의 높은 색 연출성이라는 특성을 손상시키지 않고, 휘도 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 높은 색 연출성과 높은 휘도를 양립시킨 백색 발광 램프는 각종 용도로 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 발광 파장이 360 nm 이상 440 nm 이하의 범위인 반도체 발광 소자와,
    상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 백색광을 발광하는 발광부이며, 유로퓸 부활 할로인산염 형광체와 유로퓸 부활 알루민산염 형광체로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 청색 발광 형광체와, 금 및 알루미늄 부활 황화아연 형광체를 포함하는 녹색 발광 형광체와, 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체와 구리 및 망간 부활 황화아연 형광체로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 적색 발광 형광체를 포함하는 발광부를 구비하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금 및 알루미늄 부활 황화아연 형광체가 하기 화학식 5로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
    <화학식 5>
    ZnS:Aux, Aly
    식 중, x 및 y는 0.0002≤x≤0.0015, 0.0001≤y≤0.0012를 만족하는 수이다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체가 하기 화학식 3으로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
    <화학식 3>
    (La1 -a-b, Eua, Smb)2O2S
    식 중, a 및 b는 0.01≤a≤0.15, 0.0001≤b≤0.03을 만족하는 수이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구리 및 망간 부활 황화아연 형광체가 하기 화학식 4로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
    <화학식 4>
    ZnS:Cuv, Mnw
    식 중, v 및 w는 0.0002≤v≤0.001, 0.005≤w≤0.014를 만족하는 수이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발광부가, 상기 적색 발광 형광체로서 적어도 상기 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발광부가, 상기 적색 발광 형광체로서 상기 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체와 상기 구리 및 망간 부활 황화아연 형광체를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유로퓸 및 사마륨 부활 산황화란탄 형광체와 상기 구리 및 망간 부활 황화아연 형광체의 질량비가 8:2 내지 3:7의 범위인 것을 특징으 로 하는 백색 발광 램프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유로퓸 부활 할로인산염 형광체가 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
    <화학식 1>
    (M11 -c, Euc)10(PO4)6ㆍCl2
    식 중, M1은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타내고, c는 0.005≤c≤0.03을 만족하는 수이다.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유로퓸 부활 알루민산염 형광체가 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 형광 램프.
    <화학식 2>
    m(M21 -d, Eud)OㆍnAl2O3
    식 중, M2는 Mg, Ca, Sr, Ba 및 Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타내고, d, m 및 n은 0.05≤d≤0.3, 0<m, 0<n, 0.2≤m/n≤1.5를 만족하는 수이다.
  10. 제1항에 있어서, 상기 발광부가, 상기 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체가 분산된 수지층을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  11. 제10항에 있어서, 상기 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체가 이들의 혼합물로서의 평균 입경이 7 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  12. 제10항에 있어서, 상기 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체가 미리 결합제로 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  13. 제12항에 있어서, 상기 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체가, 일체화 전의 평균 1차 입경이 7 ㎛ 이상이고, 일체화 후의 평균 2차 입경이 10 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  14. 제1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자가 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 램프.
  15. 제1항에 기재된 백색 발광 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트.
  16. 제1항에 기재된 백색 발광 램프를 구비하는 백 라이트와, 상기 백 라이트의 발광면측에 배치된 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 표시부가 투과형 또는 반투과형 액정 표시부를 구비 하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  18. 제1항에 기재된 백색 발광 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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