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KR20070054733A - 발광 장치와 그것을 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치 - Google Patents

발광 장치와 그것을 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20070054733A
KR20070054733A KR1020077009039A KR20077009039A KR20070054733A KR 20070054733 A KR20070054733 A KR 20070054733A KR 1020077009039 A KR1020077009039 A KR 1020077009039A KR 20077009039 A KR20077009039 A KR 20077009039A KR 20070054733 A KR20070054733 A KR 20070054733A
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

발광 장치(1)는 광원으로서 발광 다이오드(2)와 같은 발광형 반도체 소자를 갖는다. 발광 다이오드(2)로부터 방사된 광은, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체(9)를 갖는 발광부(8)에서 가시광으로 변환되어 방출된다. 이와 같은 발광 장치(1)에서, 광원의 바로 위에서 측정한 발광 색도를 (x, y), 발광 장치(1)의 전면 발광 및 측면 누광을 모든 방위에 걸쳐 측정하였을 때의 발광 색도를 (x1, y1)로 하였을 때, 이들 발광 색도의 색차(절대값)의 최대값 (Δx, Δy)은 Δx<0.05 및 Δy<0.05의 조건을 만족한다.
LED 램프, 발광부, 형광체, 투명 수지, 결합제

Description

발광 장치와 그것을 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치{LIGHT EMITTING DEVICE, AND BACK LIGHT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY EMPLOYING IT}
본 발명은 광원으로서 발광 다이오드 등의 발광형 반도체 소자를 갖는 발광 장치와 그것을 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 자외광이나 가시광 등의 광으로 변환하여 방사하는 반도체 소자이며, 이와 같은 LED 칩을 예를 들면 투명 수지에 의해 밀봉한 LED 램프가 각종의 분야에서 사용되고 있다. 가시광형의 LED 램프를 실현하기 위해, GaP, GaAsP, GaAlAs, GaN, InGaAlP 등으로 이루어지는 발광층을 갖는 LED 칩이 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드 대신에 레이저 다이오드 등의 발광형 반도체 소자를 광원으로서 이용하는 것도 검토되고 있다.
발광 다이오드나 레이저 다이오드는 반도체 소자이기 때문에, 수명이 길고 또한 신뢰성이 높고, 광원으로서 이용한 경우에 교환 작업이 경감된다고 하는 이점을 갖는다. 이 때문에, 예를 들면 LED 칩을 이용한 LED 램프는, 휴대 통신 기기, PC 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기 등에서의 표시 장치, 예를 들면 액정 표시 장치의 백 라이트, 각종 스위치류 등의 산업 용도로부터 일반 조명 용도까지, 폭 넓게 사용되고 있다.
LED 램프로부터 방사되는 광의 색조는, LED 칩의 발광 파장에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, LED를 밀봉하는 투명 수지 내에 형광체를 함유시킴으로써, 청색부터 적색까지 용도에 따른 가시 영역의 광을 얻을 수 있다. 또한 최근에는, 각종 표시 장치에 대하여 미묘한 색조를 보다 고정밀로 재현하는 기능이 요구되고 있다. 이 때문에, LED 램프에는 1개의 램프에서 백색광이나 각종의 중간색의 발광을 가능하게 하는 것이 요구되고 있다.
특히, 백색 발광의 LED 램프는 액정 표시 장치의 백 라이트나 차량 탑재용 램프 등의 용도로 급속하게 보급되고 있고, 장래적으로는 형광 램프의 대체품으로서 크게 신장할 것이 기대되고 있다. 현재, 보급 혹은 시행되고 있는 백색 발광형의 LED 램프로서는, 청색 발광 타입의 LED 칩과 황색 발광 형광체(YAG), 또한 적색 발광 형광체를 조합한 램프와, 자외 발광 타입의 LED 칩과 청색, 녹색, 적색 발광의 각 형광체의 혼합물을 조합한 램프(예를 들면 특허 문헌 1, 2 참조)가 알려져 있다.
전자의 백색 LED 램프는, 후자의 백색 LED 램프에 비해 휘도 특성 등이 우수하기 때문에, 현상에서는 후자의 백색 LED 램프보다 보급되어 있다. 단, 시야 방향에 따라서는 황색에 가깝게 보이거나, 또한 백색면에 투영하였을 때에 황색이나 백색의 얼룩짐이 나타난다고 하는 것 같은 난점을 갖고 있다. 이 때문에, 전자의 백색 램프는 의사 백색이라고 불리는 경우도 있다. 한편, 후자의 자외 발광 LED 칩을 이용한 백색 LED 램프는, 휘도가 전자보다 뒤떨어지지만, 발광 및 투영광의 얼룩짐이 적다고 하는 이점을 갖는다. 이 때문에, 장래적으로는 조명 용도의 백색 램프의 주류로 될 것이 기대되어, 그 개발이 급속하게 진행되고 있다.
자외 발광 LED 칩을 이용한 백색 LED 램프의 개발을 진행시켜 가는 도중에, 청색 발광 LED 칩을 이용한 백색 LED 램프만큼은 아니지만, 자외 발광 LED 칩과 발광 색이 서로 다른 복수의 형광체를 조합한 백색 LED 램프에서도, 발광이나 투영 광에 얼룩짐이 발생하는 것이 알려져 왔다. 또한, LED 램프의 측면으로부터 누설해 오는 광(측면 누광)이 목적으로 하는 백색으로부터 어긋나는 등의 현상도 발생하는 것이 알려져 왔다. 이와 같은 현상(광의 불균일성)은, LED 램프를 조명 장치 등에 사용함에 있어서 바람직하지 않고, 그 품질이나 특성을 저하시키는 요인으로 된다.
<특허 문헌 1> 일본 특개 2000-073052호 공보
<특허 문헌 2> 일본 특개 2003-160785호 공보
<발명의 개시>
본 발명의 목적은, 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광형 반도체 소자와 발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 조합하여 이용하는 경우에서, 품질이나 특성을 향상시킨 발광 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 그와 같은 발광 장치를 적용한 백 라이트와 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치는, 발광형 반도체 소자를 갖는 광원과, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 갖고, 상기 광원으로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 발광부를 구비하는 발광 장치로서, 상기 광원의 바로 위에서 측정한 발광 색도를 (x, y), 상기 발광 장치의 전면 발광 및 측면 누광을 모든 방 위에 걸쳐 측정하였을 때의 발광 색도를 (x1, y1)로 하였을 때, 이들 발광 색도의 색차(절대값)의 최대값 (Δx, Δy)가, Δx<0.05 및 Δy<0.05의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 백 라이트는, 상기한 본 발명의 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 양태에 따른 액정 표시 장치는, 상기한 본 발명의 발광 장치를 구비하는 백 라이트와, 상기 백 라이트의 발광면측에 배치되어, 투과형 또는 반투과형의 액정 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 발광 장치의 모든 방위에 걸친 발광 색도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 청, 녹 및 적의 3종류의 형광체의 일체화 전의 입도 분포와 일체화 후의 입도 분포를 비교하여 도시하는 도면.
도 4는 청, 녹 및 적의 3종류의 형광체를 혼합한 혼합 형광체의 평균 입경과 LED 램프의 휘도의 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백 라이트의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 8은 실시예 16에 따른 백색 LED 램프의 온도와 발광 색도의 관계를 도시하는 도면.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초해서 설명하지만, 그들 도면은 도해를 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 그들 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 발광 장치를 LED 램프에 적용한 일 실시 형태의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 발광 장치(LED 램프(1))는, 광원으로서 LED 칩(2)을 갖고 있다. 또한, 발광 장치(1)의 광원은 LED 칩(2)에 한정되는 것이 아니라, 레이저 다이오드(반도체 레이저) 등이어도 된다. LED 칩(2)은 한 쌍의 리드 단자(3a, 3b)를 갖는 기판(4) 상에 실장되어 있다. LED 칩(2)의 하부 전극은 리드 단자(3a)와 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. LED 칩(2)의 상부 전극은 본딩 와이어(5)를 통하여 리드 단자(3b)와 전기적으로 접속되어 있다.
발광 장치(1)에는, 예를 들면 자외광을 발광하는 광원이 이용된다. 따라서, 광원으로서는 자외광을 발광하는 LED 칩(2)이 이용된다. 이와 같은 자외 발광 타입의 LED 칩(2)은, 대표적으로는 360∼420㎚의 범위의 발광 파장을 갖는다. 자외 발광 LED 칩(2)으로서는, 질화물계 화합물 반도체층으로 이루어지는 발광층을 갖는 LED 칩이 예시된다. 또한, LED 칩(2)의 발광 파장은, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체의 조합에 기초해서, 목적으로 하는 발광색이 얻어지는 것이면 된다. 따라서, 반드시 발광 파장이 360∼420㎚의 범위의 LED 칩에 한정되는 것은 아니다. 또한, LED 칩 이외의 발광형 반도체 소자(레이저 다이오드 등)를 광원으로서 이용하여도 된다.
기판(4) 상에는 원통형의 수지틀(6)이 설치되어 있고, 그 내벽면(6a)에는 반사층(7)이 형성되어 있다. 수지틀(6) 내에는 투명 수지(8)가 충전되어 있고, 이 투명 수지(8) 내에 LED 칩(2)이 매립되어 있다. LED 칩(2)은 투명 수지(8)에 의해 덮여 있다. LED 칩(2)이 매립된 투명 수지(8)는, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 조합한 혼합 형광체(9)를 함유하고 있다. 투명 수지(8) 내에 분산시킨 혼합 형광체(9)는, LED 칩(2)로부터 방사되는 광, 예를 들면 자외광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 것이다.
발광색이 서로 다른 복수의 형광체(혼합 형광체(9))를 함유하는 투명 수지(8)는 발광부로서 기능하는 것이며, LED 칩(2)의 발광 방향 전방에 배치되어 있다. 투명 수지(8)에는 예를 들면 실리콘 수지나 에폭시 수지 등이 사용된다. 복수의 형광체의 종류나 조합은, 목적으로 하는 LED 램프(1)의 발광색에 따라서 적절하게 선택되는 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, LED 램프(1)를 백색 발광 램프로서 사용하는 경우에는, 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체의 혼합물이 이용된다. 백색 이외의 발광색을 얻는 경우에는, 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 적색 발광 형광체 등으로부터 2종 이상의 형광체를 적절하게 조합하여 사용할 수 있다.
LED 램프(1)에 적용하는 형광체(9)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, LED 칩(2)으로부터 방사되는 광, 예를 들면 파장이 360∼420㎚의 범위의 자외광을 효율적으로 흡수하는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 적색 발광 형광체로서는 예를 들면 3가의 유로피움 및 사마륨에 의해 활성화된 희토류 산황화물 형광체(R2O2S:Eu, Sm 형광체(R은 La, Y 및 Gd 중에서 선택되는 적어도 1종의 원소, 특히 R은 적어도 La를 포함하는 것이 바람직함))를 들 수 있다.
청색 발광 형광체로서는, 예를 들면 2가의 유로피움에 의해 활성화된 할로 인산염형광체, 2가의 유로피움에 의해 활성화된 알루민산염 형광체, 2가의 유로피움 및 망간에 의해 활성화된 알루민산염 형광체 등을 들 수 있다. 녹색 발광 형광체로서는, 예를 들면 2가의 유로피움 및 망간에 의해 활성화된 알루민산염 형광체, 2가의 유로피움에 의해 활성화된 알칼리 토류 규산염 형광체, 3가의 테르븀 및 셀륨에 의해 활성화된 희토류 규산염 형광체 등을 들 수 있다.
상기한 각 형광체는 모두 자외광의 흡수 효율이 우수한 것이다. 이와 같은 청, 녹, 적 등의 형광체를 포함하는 혼합 형광체(BGR 형광체(9)와 발광 파장이 360∼420㎚의 범위의 자외 발광 LED 칩(2)을 조합하여 LED 램프(1)를 구성함으로써, 임의의 색 온도의 백색광을 보다 재현성 좋게 얻을 수 있다. 즉, 청색 발광 LED 칩과 황색 발광 형광체(YAG 형광체 등)를 조합한 LED 램프는, LED 칩의 발광 파장의 변동, LED 칩의 발열에 의한 발광 효율의 저하나 색 시프트 등에 의해 균일한 백색광을 얻는 것이 어렵다. 또한, 황색 발광 형광체의 발광에 수반하는 황색미가 나는 백색의 혼입도, 백색광의 색조나 균일성을 저하시키는 요인으로 된다.
이에 대하여, 자외 발광 LED 칩(2)과 3색 혼합 형광체(BGR 형광체(9))를 조합한 LED 램프(1)는, 백색을 형성하는 광이 모두 형광체로부터의 발광이며, LED 칩(2)으로부터 방사되는 광의 직접적인 관여가 적다. 이 때문에, 색 재현성이 우수한 백색광을 보다 균일하게 얻을 수 있다. 즉, LED 칩(2)의 발광 파장에 변동이 있었다고 하여도, LED 램프(1)는 BGR 형광체(9)로부터의 발광만으로 백색광을 얻고 있기 때문에, 백색광의 색 재현성을 높일 수 있다. 또한, LED 칩의 발열에 의해 발광 효율이나 발광 파장이 변화된 경우도 마찬가지이다. 백색광 이외의 중간색 광을 얻는 경우도 마찬가지이다.
발광색이 서로 다른 복수의 형광체는, 수지틀(6) 내에 충전된 투명 수지(8) 전체에 분산시켜야 하는 것은 아니고, 예를 들면 LED 칩(2)의 주위는 투명 수지만으로 포팅하고, 그 외측에 복수의 형광체를 함유하는 투명 수지를 충전하여도 된다. 또한, 그 반대이어도 된다. 또한, 수지틀(6) 내의 일부분에만 복수의 형광체를 함유하는 투명 수지(8)를 배치하여도 된다. 어떠한 경우에서도, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 함유하는 투명 수지가 발광부로서 기능한다.
LED 램프(1)에 인가된 전기 에너지는 LED 칩(2)에 의해 자외광이나 자색광으로 변환되고, 그들 광은 투명 수지(8) 내에 분산된 형광체(9)에서 보다 장파장의 광으로 변환된다. 그리고, 투명 수지(8) 내에 함유시킨 복수의 형광체의 조합에 기초하는 색, 예를 들면 백색의 광이 LED 램프(1)로부터 방출된다. LED 램프(1)는 예를 들면 백색 램프로서 기능하는 것이다. 여기에서, 형광체로부터의 발광은 반 사층(7)에서 반사된 광을 포함해서, 그 대부분이 LED 램프(1)의 전방(도 1에서는 상방)으로 효율적으로 방출된다. 단, 일부는 수지틀(6)이나 반사층(7)을 투과해서 측방으로 측면 누광으로서 방출된다.
이 실시 형태의 LED 램프(1)는, 전면 발광 및 측면 누광의 발광 색도를 모든 방위에 걸쳐 측정하였을 때의 색도차가 작고, 이에 의해 균일한 광을 얻는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 광원으로서의 LED 칩(2)의 바로 위에서 측정한 발광 색도를 (x, y), LED 램프(1)의 전면 발광 및 측면 누광을 모든 방위에 걸쳐 측정하였을 때의 발광 색도를 (x1, y1)로 하였을 때, 이들 발광 색도의 색차(절대값)의 최대값 (Δx, Δy)가, Δx<0.05 및 Ay<0.05의 조건을 만족하는 것이다. 이와 같은 발광 색도차 (Δx<0.05, Δy<0.05)를 만족시킴으로써, LED 램프(1)를 조명 장치 등으로서 사용할 때의 품질이나 특성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.
발광 색도차 (Δx, Δy)는 이하와 같이 하여 측정하는 것으로 한다. 우선, 도 2에 도시하는 바와 같이, LED 칩(2)의 중심으로부터 연직선 상에 색도계의 검출기(10)를 배치하고, 이 위치에서 LED 칩(2)의 바로 위의 발광 색도 (x, y)를 측정한다. 발광 강도가 지나치게 강한 경우에는 수지판 등의 어테뉴에이터를 이용한다. 다음으로, 연직선 방향을 0도로 하고, 연직선과 LED 칩(2) 및 검출기(10) 간을 연결하는 선이 이루는 각도 θ를 변화시켜, 발광 색도 (x1, y1)을 측정한다. 각도 θ가 임의의 값일 때의 발광 색도가 (x1, y1)이었던 경우, 이들 색도의 차 (x-x1, y-y1)이 발광의 불균일로서 인식된다. 이와 같은 발광 색도 (x1, y1)을 전면 발광 및 측면 누광의 모든 방위에 걸쳐 측정한다.
상기한 방법에 따라 LED 램프(1)의 전면 발광 및 측면 누광의 발광 색도 (x1, y1)을 모든 방위에 걸쳐 측정한다. 통상적으로는 각도 θ가 90도의 범위까지 측정하면 충분하다. 이들 각 방위에 따른 발광 색도 (x1, y1)과 LED 칩(2)의 바로 위에서 측정한 발광 색도 (x, y)의 차 (x-x1, y-y1)를 각각 절대값으로서 구한다. 그리고, 이들 색도차의 최대값을 (Δx, Δy)로 한다. 이 실시 형태의 LED 램프(1)는, 이와 같은 발광 색도차의 최대값(Δx, Δy)이 Δx<0.05 및 Δy<0.05의 조건을 만족 하는 것이다. 발광 색도차는 Δx<0.035 및 Δy<0.035인 것이 보다 바람직하고, 더 바람직하게는 Δx<0.025 및 Δy<0.025의 범위이다.
전술한 바와 같이, 이 실시 형태의 LED 램프(1)는, 발광 색도차가 Δx<0.05 및 Δy<0.05의 조건을 만족하고, 발광의 균일성이 우수한 것이다. 이와 같은 LED 램프(1)는, 이하에 기재하는 조건 (a), 조건 (b) 중 어느 일방, 혹은 양방을 만족시킨 복수의 형광체를 사용함으로써 재현성 좋게 얻을 수 있다. 조건 (a)는, 복수의 형광체 중의 1개의 형광체의 평균 입경을 D1(㎛), 비중을 w1(g/㎣), 다른 1개의 형광체의 평균 입경을 D2(㎛), 비중을 w2(g/㎣)로 하였을 때에, -0.2<{(D1)2×w1}-{(D2)2×w2}<0.2의 조건을 만족시키는 것이다. 조건 (b)는 복수의 형광체를 미리 무기 결합제에 의해 결합·일체화하는 것이다.
백색 LED 램프를 구성하는 청, 녹 및 적의 각 형광체 중, 적색 발광 형광체가 청색이나 녹색 발광 형광체에 비해 비중이 큰 경우, 이들 ３색의 형광체를 단순하게 혼합한 것을 투명 수지(8)에 첨가하기만 한 경우, 경화 처리 전에 적색 발광 형광체만이 빨리 침강하게 된다. 이와 같은 침강 속도의 차에 기인하는 형광체의 분산 상태의 불균일성이 발광이나 투영광의 얼룩짐, 측면 누광의 색차 등의 현상을 발생시키고 있었던 것으로 생각된다. 그래서, 청, 녹, 적의 각 형광체를 혼합한 BGR 형광체(9)를 미리 무기 결합제에 의해 결합·일체화하고, 이 상태로 투명 수지(8) 내에 분산시킨다. 이에 의해, 각 형광체의 투명 수지(8) 내에서의 분산 상태를 균일화시킬 수 있다.
복수의 형광체를 무기 결합제에 의해 결합·일체화한 형광체는, 예를 들면 이하와 같이 해서 얻을 수 있다. 우선, 복수의 형광체 분말을 물에 투입해서 현탁액으로 한다. 이 현탁액을 교반하면서, 무기 결합제로서 미분화한 알칼리 토류 붕산염 등을 가하고, 이 상태로 일정 시간 교반한다. 무기 결합제는 복수의 형광체의 합계량에 대하여 0.01∼0.3질량%의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다. 이후, 교반을 정지해서 형광체를 침강시키고, 여과, 건조, 게다가 300℃ 이상의 온도에서 몇시간 베이킹한다. 이것에 교반 등의 처리를 실시함으로써, 복수의 형광체를 결합·일체화한 형광체를 얻을 수 있다.
도 3은 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)의 일체화 처리를 실시하기 전과 후의 입도 분포의 일례를 도시하고 있다. 일체화 처리를 실시함으로써 3종류의 형광체가 랜덤하게 결부되어, 입도 분포가 대입경측으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3은 알칼리 토류 붕산염을 형광체에 대하여 0.1질량% 첨가해서 일체화한 것이며, 입도 분포의 대표값인 중위값(50%값)은 처리전의 7.3㎛로부터 10.5㎛로 증가하고 있다. 이와 같이, 복수의 형광체에 일체화 처리를 실시함으로써, 복 수의 형광체가 랜덤하게 결합되어 일체화한다. 이와 같은 복수의 형광체를 일체화한 복합 형광체(9)를 사용함으로써, 복수의 형광체를 투명 수지(8) 내에 균일하게 분산시키는 것이 가능해진다.
또한, 복수의 형광체를 무기 결합제에 의해 일체화한 경우, 결합제 자체가 내광성이 우수하기 때문에, 결합제의 열화에 의한 발광 색도나 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다. 예를 들면, 유기 결합제에 의해 복수의 형광체를 일체화한 경우, 유기 수지의 종류에 따라서는 LED 칩(2)으로부터의 광, 특히 자외광으로 열화하여, 경시적으로 백탁이나 착색이 발생할 우려가 있다. 이는 LED 램프(1)의 발광 색도나 발광 효율의 저하 요인으로 된다. 이와 같은 점에 대하여, 무기 결합제는 내 UV 특성이 우수하기 때문에, 무기 결합제에 의해 일체화한 형광체를 이용한 LED 램프(1)에 의하면, 발광 색도나 발광 효율을 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지할 수 있다.
복수의 형광체의 투명 수지(8) 내에서의 균일한 분산 상태는, 각 형광체의 비중에 따라서 입경을 제어함으로써도 실현할 수 있다. 즉, 각 형광체의 비중에 기초해서 입경 밸런스를 제어해서 침강 속도를 맞춤으로써, 복수의 형광체를 투명 수지(8) 내에 균일하게 분산시킬 수 있다. 구체적으로는, 복수의 형광체 중의 1개의 형광체의 평균 입경을 D1(㎛), 비중을, w1(g/㎣), 다른 1개의 형광체의 평균 입경을 D2(㎛), 비중을 w2(g/㎣)로 하였을 때에,
Figure 112007030088819-PCT00001
로 표현되는 조건을 만족시킨다.
평균 입경 D는 입도 분포의 중위값(50%값)을 나타내는 것이다. 여기에서, 복수의 형광체로서 3종류 이상의 형광체를 사용하는 경우에는, 각 형광체의 조합에서의 입경 밸런스({(D1)2×w1}-{(D2)2×w2}의 값)가 각각 수학식 1의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 청, 녹, 적의 각 형광체를 이용하는 경우, 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체, 청색 발광 형광체와 적색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체의 각 조합에서, 각각 수학식 1의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
복수의 형광체의 각 조합에서의 입경 밸런스 중 어느 하나가 -0.2 이하 혹은 0.2 이상인 경우에는, 복수의 형광체의 침강 속도의 변동이 커져서, 투명 수지(8) 내에서의 분산 상태가 불균일해진다. 예를 들면, 제1 형광체의 평균 입경 D1이 10㎛, 비중 w1이 4×10-3g/㎣, 제2 형광체의 비중 w2가 5×10-3g/㎣인 것으로 하였을 때, 제2 형광체의 평균 입경 D2는 6.3∼11㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 복수의 형광체의 입경 밸런스는 -0.15 이상 0.15 이하의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
표 1은 BGR 형광체를 이용하는 경우에서, 단순하게 혼합한 것만의 BGR 형광체를 이용한 종래의 LED 램프(램프 1), 일체화 처리를 실시한 BGR 형광체를 이용한 LED 램프(램프 2), 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 만족시킨 BGR 형광체를 이용한 LED 램프(램프 3), 일체화 처리와 입경 밸런스의 양방을 만족시킨 BGR 형광체를 이용한 LED 램프(램프 4)의 각각의 발광 색도차의 일례를 기술하고 있다. 또한, 청색 발광 형광체의 비중은 4.2×10-3g/㎣, 녹색 발광 형광체의 비중은 3.8×10-3g/㎣, 적색 발광 형광체의 비중은 5.7×10-3g/㎣이다.
Figure 112007030088819-PCT00002
표 1에 도시한 바와 같이, 일체화 처리를 실시한 형광체나 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 만족시킨 형광체를 이용함으로써, 발광의 균일성이 우수한 LED 램프를 제공할 수 있다. 또한, 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스는 일체화 처리를 실시하는 형광체에 대하여도 유효한 것을 알 수 있다. 이는 일체화 처리 시에서의 균일성이 향상되기 때문이다. 이와 같이, 일체화 처리를 실시한 형광체나 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 만족시킨 형광체를 이용함으로써, 발광의 균일성이 우수한 LED 램프를 얻을 수 있다. 또한, 이들 양방의 조건을 만족시킨 형광체를 이용함으로써, LED 램프의 발광의 균일성을 더 한층 향상시키는 것이 가능해진다.
LED 램프(1)의 휘도 특성에는, 복수의 형광체를 포함하는 혼합 형광체(9)의 입경도 영향을 준다. 이와 같은 점으로부터, 복수의 형광체는 그들의 혼합물로서의 평균 입경이 7㎛ 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 평균 입경은, 입도 분포의 중위값(50%값)을 나타내는 것이다. 도 4는 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)의 평균 입경과 그것을 이용한 LED 램프의 휘도의 관계의 일례를 도시하고 있다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, BGR 형광체의 혼합물로서의 평균 입경을 7㎛ 이상으로 함으로써, LED 램프(1)의 휘도를 높일 수 있다. 혼합 형광체의 평균 입경은 8㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 혼합 형광체의 평균 입경에 기초하는 휘도의 향상은, 일체화 처리를 실시한 형광체 및 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 만족시킨 형광체 중 어느 것에 대하여도 유효하다.
이 실시 형태의 LED 램프(1)는, 예를 들면 조명 장치로서 각종의 용도로 사용할 수 있다. LED 램프(1)의 대표적인 사용예로서는, 액정 표시 장치로 대표되는 각종 표시 장치의 백 라이트를 들 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백 라이트의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 백 라이트(20)는, 직선 형상 혹은 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 LED 램프(1)를 갖고 있다. 이들 LED 램프(1)는 배선층(21)을 갖는 기판(22) 상에 실장되어 있고, LED 램프(1)의 각 리드 단자는 배선층(21)과 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 LED 램프(1)는 순서대로 직렬 접속되어 있다. 또한, 백 라이트(20)의 발광부는 LED 램프(1)에 한정되는 것은 아니고, 광원에 레이저 다이오드 등의 발광형 반도체 소자를 적용한 발광 장치를 사용하는 것이 가능하다.
전술한 백 라이트(20)는, 예를 들면 도 6이나 도 7에 도시하는 바와 같이 액정 표시 장치(30, 40)에 적용된다. 이들 도면에 도시하는 액정 표시 장치(30, 40)는, 본 발명의 액정 표시 장치의 실시 형태를 나타내는 것이다. 도 6은 사이드 라이트형의 백 라이트(20A)를 적용한 액정 표시 장치(30)를 도시하고 있다. 사이드 라이트형 백 라이트(20A)는, LED 램프(1)를 이용한 발광부(31)와 도광판(32)을 갖고 있다. 도광판(32)은 한쪽의 단부면이 광 입사부로 되어 있고, 그 부분에 발광부(31)가 배치되어 있다.
도광판(32)은 광 입사부로 되는 한쪽의 단부면으로부터 다른쪽의 단부면을 향해 테이퍼 형상으로 되어 있고, 테이퍼 부분의 하면측에는 반사층(33)이 형성되어 있다. 발광부(31)로부터 방사된 광은, 도광판(32) 내에서 굴절이나 반사를 반복함으로써, 도광판(32)의 상면으로부터 그 법선 방향으로 조사된다. 이와 같은 사이드 라이트형 백 라이트(20A)의 발광면측에, 투과형 또는 반투과형의 컬러 액정 표시부(34)가 배치되어 있고, 이들에 의해 액정 표시 장치(30)가 구성되어 있다. 사이드 라이트형 백 라이트(20A)와 컬러 액정 표시부(34) 사이에는, 확산 시트나 반사 시트 등의 광학 시트(35)를 배치하여도 된다.
도 7은 직하형의 백 라이트(20B)를 적용한 액정 표시 장치(40)를 도시하고 있다. 직하형 백 라이트(20B)는, 투과형 또는 반투과형의 컬러 액정 표시부(34)의 형상 및 면적에 따라서 매트릭스 형상으로 배열한 LED 램프(1)를 갖고 있다. 컬러 액정 표시부(34)는 백 라이트(20B)를 구성하는 복수의 LED 램프(1)의 발광 방향으로 직접 배치되어 있다. 이와 같은 직하형 백 라이트(20B)와 컬러 액정 표시부(34), 또한 필요에 따라서 이들 사이에 배치된 광학 시트(35)에 의해, 액정 표시 장치(40)가 구성되어 있다.
다음으로, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대해 설명한다.
<실시예 1>
우선, 청색 발광 형광체로서 유로피움-활성화 알칼리 토류 클로로 인산염((Sr, Ca, Ba, Eu)10(PO4)6·Cl2) 형광체, 녹색 발광 형광체로서 유로피움 및 망간-활성화 알칼리 토류 알루민산염(3(Ba, Mg, Eu, Mn)O·8Al2O3) 형광체, 적색 발광 형광체로서 유로피움 및 사마륨-활성화 산황화 란탄((La, Eu, Sm)2O2S) 형광체를 준비하였다. 여기에서는, 평균 입경이 6.0㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 7.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 9.5㎛인 적색 발광 형광체를 사용하였다. 이들 각 형광체의 혼합물로서의 평균 입경은 8.8㎛이다.
전술한 청색 발광 형광체를 1.3g, 녹색 발광 형광체를 2g, 적색 발광 형광체를 10g 계량하고, 이들을 이하에 기재하는 방법으로 일체화하였다. 또한, 각 형광체의 혼합비는 LED 램프의 CIE 색도값 (x, y)가 x=0.28∼0.36, y=0.28∼0.36의 범위에 들어가도록 설정한 것이다. 이하의 실시예 2∼14 및 비교예 1∼2도 마찬가지다. 일체화 공정은, 우선 각 형광체 분말을 물에 투입해서 현탁액으로 하였다. 이 현탁액을 교반하면서, 붕산 바륨 칼슘(3(Ba, Ca)O·B2O3)을 각 형광체의 합계량에 대하여 0.1질량%의 비율로 첨가하였다. 교반을 30분간 계속한 후에 정지하고, 형광체를 침강시켰다. 이를 여과해서 베이킹한 후에 200메쉬의 나일론 체로 쳐서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 얻었다.
이와 같이 해서 얻은 일체화 형광체를 이용해서, 도 1에 도시한 LED 램프(1)를 제작하였다. LED 램프(1)의 제작 공정은, 우선 투명 수지(8)를 구성하는 실리콘 수지에, 일체화 형광체를 30질량%의 비율로 혼합해서 슬러리로 하였다. 이 슬러리로부터 일부를 추출하여, 발광 파장이 395㎚의 자외 발광 LED 칩(2) 상에 적하하고, 140℃에서 실리콘 수지를 경화시켰다. 이와 같이 해서, 일체화된 BGR 형광체를 함유하는 실리콘 수지에 의해 자외 발광 LED 칩(2)을 밀봉하여, LED 램프(1)를 제작하였다. 얻어진 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 2>
상기한 실시예 1에서, 평균 입경이 12.0㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 13.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 10.5㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 또한, 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 3>
상기한 실시예 1에서, 일체화 공정에서의 붕산 바륨 칼슘의 첨가량을 각 형광체의 합계량에 대하여 0.2질량%로 하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 4>
상기한 실시예 1에서, 일체화 공정에서 붕산 바륨 칼슘 마그네슘을 사용함과 함께, 이 붕산 바륨 칼슘 마그네슘의 첨가량을 각 형광체의 합계량에 대하여 0.2질량%로 하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 5>
상기한 실시예 1에서, 평균 입경이 10.5㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 1.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 9.0㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 6>
상기한 실시예 5에서, 일체화 공정에서 붕산 바륨·칼슘의 첨가량을 각 형광체의 합계량에 대하여 0.3질량%으로 하는 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 해서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 7>
상기한 실시예 1과 동일한 조성의 형광체에서, 청색 발광 형광체(비중=4.2g/㎣)는 평균 입경이 6㎛인 형광체 분말, 녹색 발광 형광체(비중=3.8g/㎣)는 평균 입경이 7㎛인 형광체 분말, 적색 발광 형광체(비중=5.7g/㎣)는 평균 입경이 7㎛인 형광체 분말을 준비하였다. 이들 각 형광체의 전술한 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 계산하면, 청색 발광 형광체(D1)와 녹색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.035, 청색 발광 형광체(D1)과 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.128, 녹색 발광 형광체(D1)와 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.093이며, 모두 전술한 수학식 1의 입경 밸런스를 만족하고 있다.
다음으로, 상기한 각 형광체의 혼합물을 실리콘 수지에 첨가해서 슬러리로 하였다. 실리콘 수지에의 혼합량은 각 형광체의 합계 비율이 30질량%로 되도록 하였다. 이 슬러리로부터 일부를 추출하여, 발광 파장이 395㎚인 자외 발광 LED 칩(2) 상에 적하하고, 140℃에서 실리콘 수지를 경화시켰다. 이와 같이 해서, 청, 녹 및 적 각 형광체를 개개에 함유하는 실리콘 수지에 의해 자외 발광 LED 칩(2)을 밀봉하여, LED 램프(1)를 제작하였다. 얻어진 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 8>
상기한 실시예 1과 동일한 조성의 형광체에서, 청색 발광 형광체(비중=4.2g/㎣)는 평균 입경이 12㎛인 형광체 분말, 녹색 발광 형광체(비중=3.8g/㎣)는 평균 입경이 13㎛인 형광체 분말, 적색 발광 형광체(비중=5.7g/㎣)은 평균 입경이 10.5㎛인 형광체 분말을 준비하였다. 이들 각 형광체의 전술한 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 계산하면, 청색 발광 형광체(D1)와 녹색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.037, 청색 발광 형광체(D1)와 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.024, 녹색 발광 형광체(D1)와 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 0.014이며, 모두 전술한 수학식 1의 입경 밸런스를 만족하고 있다. 이들 각 형광체를 이용해서, 실시예 7과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 9>
상기한 실시예 1과 동일한 조성의 형광체에서, 청색 발광 형광체(비중=4.2g/㎣)는 평균 입경이 10.5㎛인 형광체 분말, 녹색 발광 형광체(비중=3.8g/㎣)는 평균 입경이 11㎛인 형광체 분말, 적색 발광 형광체(비중=5.7g/㎣)는 평균 입경이 9㎛인 형광체 분말을 준비하였다. 이들 각 형광체의 전술한 수학식 1로 표현되는 입경 밸런스를 계산하면, 청색 발광 형광체(D1)와 녹색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 0.003, 청색 발광 형광체(D1)와 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 0.001, 녹색 발광 형광체(D1)와 적색 발광 형광체(D2)의 입경 밸런스는 -0.002이며, 모두 전술한 수학식 1의 입경 밸런스를 만족하고 있다. 이들 각 형광체를 이용해서, 실시예 7과 같이 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일한 조성, 동일한 입경, 및 동일한 양의 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체를 준비하였다. 이들 각 형광체에서, 청색 발광 형광체와 적색 발광 형광체의 입경 밸런스는 -0.363, 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체의 입경 밸런스가 -0.328이며, 전술한 수학식 1의 입경 밸런스의 범위로부터 떨어져 있다. 이들 각 형광체의 혼합물을 실리콘 수지에 첨가해서 슬러리로 하였다. 실리콘 수지에의 혼합량은 각 형광체의 합계 비율이 30질량%로 되도록 하였다. 이 슬러리로부터 일부를 추출해서 발광 파장이 395㎚인 자외 발광 LED 칩(2) 상에 적하하고, 140℃에서 실리콘 수지를 경화시켜, 청, 녹 및 적의 각 형광체를 개개에 함유하는 실리콘 수지에 의해 자외 발광 LED 칩(2)을 밀봉하였다. 이와 같이 해서 제작한 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 10>
우선, 청색 발광 형광체로서 유로피움-활성화 알칼리 토류 클로로 인산염((Sr, Ca, Ba, Eu)10(PO4)6·Cl2) 형광체, 녹색 발광 형광체로서 유로피움-활성화 알칼리 토류 규산염(Ba, Sr, Ca, Eu)2SiO4) 형광체, 적색 발광 형광체로서 유로피움 및 사마륨-활성화 산황화 란탄((La, Eu, Sm2)O2S) 형광체를 준비하였다. 계속해서, 평균 입경이 5.9㎛인 청색 발광 형광체를 8.0g, 평균 입경이 10.0㎛인 녹색 발광 형광체를 1.5g, 평균 입경이 9.0㎛인 적색 발광 형광체를 6g 계량하고, 이들을 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 일체화하였다. 이 일체화 형광체(BGR 형광체)를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 11>
상기한 실시예 10에서, 평균 입경이 8.6㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 10.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 11.9㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 10과 같이 해서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 12>
상기한 실시예 10에서, 평균 입경이 12.0㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 10.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 13.2㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 10과 마찬가지로 해서, 일체화하여 3색 혼합 형광체를 제작하였다. 또한, 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 13>
상기한 실시예 10에서, 평균 입경이 5.0㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 7.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 8.0㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 10과 마찬가지로 해서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<실시예 14>
상기한 실시예 10에서, 평균 입경이 4.0㎛인 청색 발광 형광체, 평균 입경이 6.0㎛인 녹색 발광 형광체, 평균 입경이 7.0㎛인 적색 발광 형광체를 사용하는 이외에는, 실시예 10과 마찬가지로 해서, 일체화한 3색 혼합 형광체(BGR 형광체)를 제작하였다. 이 일체화 형광체를 이용해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 LED 램프를 제작하였다. 이 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
<비교예 2>
실시예 14와 동일한 조성, 동일한 입경 및 동일한 양의 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체를 준비하였다. 이들 형광체의 혼합물을 실리콘 수지에 혼합해서 슬러리로 하였다. 실리콘 수지에의 혼합량은 각 형광체의 합계 비율이 30질량%으로 되도록 하였다. 이 슬러리로부터 일부를 추출해서, 발광 파장이 395㎚인 자외 발광 LED 칩 상에 적하하고, 140℃에서 실리콘 수지를 경화시킴으로써, 청, 녹 및 적의 각 형광체를 개개에 함유하는 실리콘 수지로 자외 발광 LED 칩을 밀봉하였다. 이와 같이 해서 제작한 LED 램프를 후술하는 특성 평가에 제공하였다.
전술한 실시예 1∼14 및 비교예 1∼2의 각 LED 램프에 20㎃의 전류를 흘려 점등시키고, 각 램프의 발광 휘도와 전술한 방법에 기초하는 모든 방위에서의 발광 색도차 (Δx, Δy)를 측정하였다. 이들의 측정 결과를 표 2에 기술한다.
Figure 112007030088819-PCT00003
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼14에 의한 각 LED 램프는 전면발광 및 측면 누광의 모든 방위에 걸쳐 균일한 발광이 얻어져 있고, 백색 LED 램프를 조명 장치 등으로서 사용하는 경우의 품질이나 특성을 대폭 높일 수 있다. 특히, 복수의 형광체의 입경 밸런스를 만족시킨 후에 일체화함으로써, 모든 방위에 걸친 발광의 균일성이 보다 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, LED 램프의 휘도에 관해서는, 혼합 형광체의 평균 입경을 7㎛ 이상으로 함으로써 높일 수 있다.
<실시예 15>
전술한 실시예 5의 백색 LED 램프를 이용해서, LED 칩의 초기 변동이 백색 LED 램프의 발광 특성에 미치는 영향을 조사하였다. LED 칩은 1장의 반도체 웨이퍼로부터 다수개 동시에 제작되기 때문에, 반도체 웨이퍼의 중심부와 주변부에서는 LED의 특성에 차이가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, LED 칩의 발광 파장에도 미묘한 변동이 발생한다. 이와 같은 초기 변동을 갖는 LED 칩을 이용해서 백색 LED 램프를 제작하고, 발광 색도나 휘도에 미치는 영향을 조사하였다.
표 3에 초기 변동에 의해 발광 파장이 미묘하게 서로 다른 6개의 자외 발광LED 칩(UV-LED)을 기술한다. 표 3은 각 LED 칩의 발광 파장과 출력, 또한 이들의 최대값, 최소값, 평균값, 최대값과 최소값의 차(Δ), Δ를 평균값으로 나눈 값을 기술하고 있다. 이와 같은 자외 발광 LED 칩을 각각 이용해서 제작한 백색 LED 램프의 발광 색도와 휘도를 표 4에 기술한다. 표 4는 백색 LED 램프의 발광 색도와 휘도, 이들의 최대값, 최소값, 최대값과 최소값의 차(Δ), 평균값, 또한 각 휘도를 평균값으로 나눈 규격화 광속을 기술하고 있다.
또한, 표 3 및 표 4에 기술하는 비교예는, 청색 발광 LED 칩(B-LED)과 황색발광 형광체(YAG 형광체)를 이용해서 제작한 백색 LED 램프이다. 청색 발광 LED 칩도 자외 발광 LED 칩과 마찬가지의 초기 변동을 갖는다. 표 3에 초기 변동에 의해 발광 파장이 미묘하게 서로 다른 6개의 청색 발광 LED 칩을 기술한다. 이와 같은 청색 발광 LED 칩을 각각 이용해서 제작한 백색 LED 램프의 발광 색도와 휘도를 표 4에 기술한다.
Figure 112007030088819-PCT00004
Figure 112007030088819-PCT00005
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 자외 발광 LED 칩은 청색 발광 LED 칩과 거의 동등한 발광 파장의 초기 변동을 갖고 있다. 그럼에도 불구하고, 실시예의 백색 LED 램프(UV-LED+BGR 형광체)는 비교예의 백색 LED 램프(B-LED+Y 형광체)에 비해, 얻어지는 백색광의 변동이 작은 것을 알 수 있다. 이는, 자외광 그 자체는 무색이며, 어디까지나 BGR 형광체의 발광색으로 백색광을 얻고 있기 때문이다. 따라서, LED 칩의 발광 파장에 변동이 있어도, 얻어지는 백색광은 변동이 작다. 이에 대하여, 비교예의 백색 LED 램프는 LED 칩의 청색 발광을 이용해서 백색광을 형성하고 있기 때문에, 청색광의 파장의 변동이 그대로 백색광의 변동으로 되어 있다.
<실시예 16>
전술한 실시예 5의 백색 LED 램프를 이용해서, 백색 LED 램프의 온도 특성을 조사하였다. 온도 특성은 25℃, 50℃, 75℃, 85℃의 각 온도에 30분 방치한 후, 각 온도 상태에 따른 발광 색도를 측정하였다. 표 5에 각 온도에 따른 발광 색도와 색도차를 기술한다. 또한, 도 8에 각 온도에 따른 발광 색도를 도시한다. 여기에서도, 비교예로서 청색 발광 LED 칩과 황색 발광 형광체(YAC 형광체)를 이용해서 제작한 백색 LED 램프를 제작하여, 그 온도 특성을 조사하였다. 비교예의 측정 결과를 표 5 및 도 8에 더불어 기술한다.
Figure 112007030088819-PCT00006
표 5 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 백색 LED 램프(UV-LED+BGR 형광체)는 비교예의 백색 LED 램프(B-LED+Y 형광체)에 비해, 온도 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 25℃와 85℃에서의 발광 색도의 색차(절대값)를, Δx<0.005 및 Ay<0.01의 범위로 할 수 있다. 이와 같은 온도 특성을 갖는 백색 LED 램프는, 액정 표시 장치의 백 라이트 등에 적합하다. 한편, 비교예의 백색 LED 램프는 청색 발광 LED 칩이 온도 변화에 약하기 때문에, 백색광을 형성하는 청색광의 파장이 변화되고, 그것이 그대로 백색광의 변동으로 되어 있다.
본 발명의 발광 장치는, 발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 갖는 발광부로부터 방출되는 광의 균일성이 우수한 것이다. 이와 같은 발광 장치는, 각종 표시 장치의 백 라이트로 대표되는 산업 용도나 일반 조명 용도에 유용하다.

Claims (17)

  1. 발광형 반도체 소자를 갖는 광원과,
    발광색이 서로 다른 복수의 형광체를 갖고, 상기 광원으로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 발광부를 구비하는 발광 장치로서,
    상기 광원의 바로 위에서 측정한 발광 색도를 (x, y), 상기 발광 장치의 전면 발광 및 측면 누광을 모든 방위에 걸쳐 측정하였을 때의 발광 색도를 (x1, y1)로 하였을 때, 이들 발광 색도의 색차(절대값)의 최대값 (Δx, Δy)가, Δx<0.05 및 Δy<0.05의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 상기 복수의 형광체를 함유하는 수지층을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 형광체 중의 1개의 형광체의 평균 입경을 D1(㎛), 비중을 w1(g/㎣), 다른 1개의 형광체의 평균 입경을 D2(㎛), 비중을 w2(g/㎣)로 하였을 때, 상기 복수의 형광체는
    식 : -0.2<{(D1)2×w1}-{(D2)2×w2}<0.2
    로 표현되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 형광체는 무기 결합제에 의해 결합·일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 형광체는, 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체를 포함하고, 또한 상기 청색 발광 형광체, 상기 녹색 발광 형광체 및 상기적색 발광 형광체는 각각의 조합이 상기 식으로 표현되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 형광체는 무기 결합제에 의해 결합·일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 형광체는, 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체를 포함하고, 또한 상기 청색 발광 형광체, 상기 녹색 발광 형광체 및 상기 적색 발광 형광체는 무기 결합제에 의해 결합·일체화되어 있는 것을 특징으로 하 는 발광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 형광체는 그들의 혼합물로서의 평균 입경이 7㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광형 반도체 소자는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광형 반도체 소자는 자외광을 발광하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광형 반도체 소자는 360∼420㎚의 범위의 발광 파장을 갖는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 발광부는 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체 중 에서 선택되는 2종 이상의 형광체를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 발광부는 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체 및 적색 발광 형광체를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발광부는 상기 청색 발광 형광체, 상기 녹색 발광 형광체 및 상기 적색발광 형광체로부터 발광되는 가시광의 혼색에 의해 백색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발광 장치는 25℃에서의 발광 색도와 85℃에서의 발광 색도의 색차(Δx, Δy(절대값))가 Δx<0.005, Δy<0.01의 범위 내인 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  16. 제1항의 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트.
  17. 제1항의 발광 장치를 구비하는 백 라이트와,
    상기 백 라이트의 발광면측에 배치되고, 투과형 또는 반투과형의 액정 표시 부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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