KR100497339B1 - Light emitting diode device and illuminator, display, and back light using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드 장치 및 조명 기기에 관한 것으로, 자연광에 가까운 색도 및 칼라 렌더링을 보이고, 제작을 용이하게 하기 위한 목적을 가지고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 백색의 구성색이 되는 적색, 녹색, 청색의 형광체를 적절한 비율로 혼합한 형광체를 사용하며, 형광체는 적색 광을 방출하는 K(WO4)1.25:Eu,Sm 형광체, 녹색 광을 방출하는 (BaSr)2SiO4:Eu 형광체, 청색 광을 방출하는 (SrMg)5(PO4)3Cl:Eu 형광체를 각각 50:5:1의 질량 비율로 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode device and a lighting device, and has an object of showing chromaticity and color rendering close to natural light and facilitating production. In order to achieve this purpose, a phosphor in which red, green, and blue phosphors, which are white constituent colors, are mixed in an appropriate ratio is used, and the phosphor is a K (WO 4 ) 1.25 : Eu, Sm phosphor, which emits red light, (BaSr) 2 SiO 4 : Eu phosphor emitting green light and (SrMg) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu phosphor emitting blue light, respectively, in a mass ratio of 50: 5: 1.
Description
본 발명은 발광 다이오드 장치 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것으로 특히, 백색을 구현하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to a light emitting diode device and a lighting device using the same, and more particularly, to implementing white.
발광 다이오드는 화합물 반도체의 PN 접합 다이오드로서, 전압을 가하면 빛을 방출한다. 즉, 반도체의 접합 구조에 전압을 가하여 소수 캐리어 (전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 결합을 통하여 발광하는 장치이다. A light emitting diode is a PN junction diode of a compound semiconductor, and emits light when a voltage is applied. That is, it is a device that generates a minority carrier (electrons or holes) by applying a voltage to the junction structure of the semiconductor, and emits light through these combinations.
종래의 반도체 발광 다이오드 장치에서, 백색 램프 기술은 청색의 발광 다이오드 칩에서 나오는 청색의 광을 YAG(이트륨-알루미늄-가넷 화합물: Yttrium-Aluminum-Garnet) 형광체를 통과시켜 일부의 광을 적색 및 녹색의 에너지 대역의 광으로 변환하고, 이 변환된 광과 YAG 형광체를 투과하여 나온 청색광을 조합하여 백색을 구현한다. In a conventional semiconductor light emitting diode device, white lamp technology passes blue light from a blue light emitting diode chip through a YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) phosphor to pass some of the red and green light. The light is converted into energy in the energy band, and white light is obtained by combining the converted light with the blue light transmitted through the YAG phosphor.
이러한 발광 다이오드 장치에서 청색 광원으로 사용하는 반도체 다이오드 칩은 일정한 특성을 가져야 하는데, 특히 발광 파장 및 스펙트럼의 분포는 형광체를 여기시키는 광원과 관계가 있으므로 특히 중요하다. The semiconductor diode chip used as a blue light source in such a light emitting diode device should have certain characteristics. In particular, the distribution of the emission wavelength and spectrum is particularly important because it is related to the light source that excites the phosphor.
그러나 발광 다이오드 장치를 사용하는 중에 발광 다이오드 칩에 온도 변화 및 특성 변화가 있을 경우 색 지수의 발란스가 흐트러져 백색의 색 지수가 변하게 된다. 또한, 형광체를 통하여 변화되는 광과 형광체를 투과하는 광의 조합으로 백색을 구현하므로, 백색의 색도 및 칼라 렌더링의 구현에 제한이 있으며, 특히 자연색의 구현이 어렵다. 또한, 형광체에서 에너지 변환되는 광과 투과하는 광의 양의 비가 일정하게 유지되어야만 적절한 색 지수를 가지는 백색이 표출되는데, 이를 위하여 발광 다이오드 장치를 제작하는 중에 형광체의 물질 특성을 정밀하게 제어해야 하는 제작상 어려움이 있다. However, when there is a temperature change and a characteristic change in the light emitting diode chip while using the light emitting diode device, the balance of the color index is disturbed and the color index of white is changed. In addition, since white is realized by a combination of light that is changed through the phosphor and light that transmits the phosphor, there is a limitation in implementing chromaticity and color rendering of the white, and in particular, it is difficult to implement natural colors. In addition, the ratio of the amount of energy converted from the phosphor to the transmitted light must be kept constant so that a white color having an appropriate color index can be displayed. There is difficulty.
본 발명은 자연광에 가까운 색도 및 칼라 렌더링을 보이는 발광 다이오드 장치를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a light emitting diode device exhibiting chromaticity and color rendering close to natural light.
또한, 본 발명은 제작이 용이한 발광 다이오드 장치를 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a light emitting diode device that is easy to manufacture.
본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 백색의 구성색이 되는 적색, 녹색, 청색의 형광체를 적절한 비율로 혼합한 형광체를 사용한다. In order to solve this technical problem, the present invention uses a phosphor in which red, green, and blue phosphors, which are white constituent colors, are mixed at an appropriate ratio.
상세하게, 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치는, 발광 다이오드가 있고, 백색 형광체가 발광 다이오드에서 나오는 광을 흡수하여 적, 녹, 청의 광을 방출하며, 이러한 발광 다이오드 및 백색 형광체를 수지가 몰딩하고 있다. In detail, the light emitting diode device according to the present invention includes a light emitting diode, and a white phosphor absorbs light emitted from the light emitting diode to emit red, green, and blue light, and the resin is molding the light emitting diode and the white phosphor. .
여기서, 백색 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 혼합으로 이루어질 수 있다. 이 때, 적색 형광체는 K(WO4)1.25:Eu,Sm 계열로 구성될 수 있고, 녹색 형광체는 (BaSr)2SiO4:Eu 계열로 구성될 수 있고, 청색 형광체는 (SrMg)5(PO4)3Cl:Eu 계열로 구성될 수 있다. 여기서, 백색 형광체는 적색 형광체: 녹색 형광체: 청색 형광체가 50 : 5 :1의 질량 비율을 가지고 구성될 수 있다. 또한, 형광체 개량시 다른 질량비율을 가질 수 있다.Here, the white phosphor may be a mixture of red phosphor, green phosphor, and blue phosphor. In this case, the red phosphor may be composed of K (WO 4 ) 1.25 : Eu, Sm series, the green phosphor may be composed of (BaSr) 2 SiO 4 : Eu series, and the blue phosphor is (SrMg) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu series. Here, the white phosphor may be composed of a red phosphor: green phosphor: blue phosphor having a mass ratio of 50: 5: 1. In addition, the phosphor may have a different mass ratio.
발광 다이오드는 350∼415nm 대역의 파장을 방출할 수 있다. The light emitting diode may emit a wavelength in the 350 to 415 nm band.
또한, 본 발명에 따른 조명 기기는 이러한 발광 다이오드 장치를 이용하여 제조될 수 있다. In addition, the lighting device according to the present invention can be manufactured using such a light emitting diode device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 장치에 사용되는 발광 다이오드 칩의 단면 구조를 나타낸 것이다. 1 illustrates a cross-sectional structure of a light emitting diode chip used in a light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention.
사파이어로 알려진 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성된 결정 성장의 기판(10) 위에 GaN으로 이루어진 버퍼층(20), N형 GaN으로 이루어진 전자 생성층(30), InGaN으로 이루어진 활성층(40), P형 AlGaN으로 이루어진 P형 클래드층(50), P형 GaN으로 이루어진 정공 생성층(60)이 순차적으로 형성되어 있다.A buffer layer 20 made of GaN, an electron generating layer 30 made of N-type GaN, an active layer 40 made of InGaN, and P on a crystal growth substrate 10 made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) known as sapphire The P-type cladding layer 50 made of type AlGaN and the hole generating layer 60 made of P-type GaN are sequentially formed.
이러한 다층 구조에서의 각 층(20, 30, 40, 50, 60)은 사파이어로 구성된 결정 성장의 기판(10) 위에 에피택셜 성장을 통하여 형성된다. Each layer 20, 30, 40, 50, 60 in this multilayer structure is formed through epitaxial growth on the substrate 10 of crystal growth composed of sapphire.
여기서, 결정 성장의 기판(10)의 종류는 에피택셜 성장으로 형성될 후속 층(20, 30, 40, 50, 60)의 물질 특성에 따라 적절한 것을 선택한다. 예를 들어, 이 실시예에서와 같이, GaN 계열의 반도체층(20, 30, 40, 50, 60)을 성장시킬 경우에는 결정 성장의 기판(10)으로 사파이어 기판을 사용하는 것이 적절하다. Here, the type of substrate 10 for crystal growth is selected as appropriate according to the material properties of the subsequent layers 20, 30, 40, 50, 60 to be formed by epitaxial growth. For example, when growing GaN-based semiconductor layers 20, 30, 40, 50, 60, as in this embodiment, it is appropriate to use a sapphire substrate as the substrate 10 for crystal growth.
이 때, 버퍼층(20)은 결정 성장시에 기판(10)과 후속층(30, 40, 50, 60)의 격자 부정합을 줄이는 역할을 한다.At this time, the buffer layer 20 serves to reduce the lattice mismatch between the substrate 10 and the subsequent layers 30, 40, 50, 60 during crystal growth.
정공 생성층(60) 위에는 Ni/Au의 이중층 구조를 가지는 투명 전극층(70)이 형성되어 있다. 그리고, P형 패드(81)가 투명 전극층(70)에 접촉되어 있고, N형 패드(82)가 전자 생성층(30)에 접촉되어 있다. The transparent electrode layer 70 having a double layer structure of Ni / Au is formed on the hole generating layer 60. The P-type pad 81 is in contact with the transparent electrode layer 70, and the N-type pad 82 is in contact with the electron generating layer 30.
여기서, P형 패드(81)는 Ti/Au의 적층 구조로 형성될 수 있고, N형 패드(82)는 Ti/Al의 적층 구조로 형성될 수 있다. Here, the P-type pad 81 may be formed in a stacked structure of Ti / Au, and the N-type pad 82 may be formed in a stacked structure of Ti / Al.
P형 패드(81)에는 정공 생성층(60)에 정공을 생성하는데 필요한 전압이 인가되고, N형 패드(82)에는 전자 생성층(30)에 전자를 생성하는데 필요한 전압이 인가된다. The voltage required to generate holes in the hole generation layer 60 is applied to the P-type pad 81, and the voltage required to generate electrons in the electron generation layer 30 is applied to the N-type pad 82.
여기서, 투명 전극층(70)은 P형 패드(81)를 통하여 들어온 전압을 정공 생성층(60)에 골고루 인가하는 역할을 한다. Here, the transparent electrode layer 70 plays a role of evenly applying the voltage input through the P-type pad 81 to the hole generating layer 60.
활성층(40)은 언급한 바와 같이, InGaN으로 형성되어 있는데, InN의 밴드갭인 1.9eV와 GaN의 밴드갭인 3.4eV를 이용하여 3.06eV의 밴드갭과 양자우물을 만들어서 전자 및 정공 재결합시에 405nm 부근의 발광 파장을 만들어 낸다. As mentioned, the active layer 40 is formed of InGaN, and the band gap and quantum well of 3.06 eV are made by using 1.9 eV of InN and 3.4 eV of GaN. It produces a light emission wavelength around 405nm.
여기서, 활성층(40)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 정공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 달라진다. 따라서, 어느 대역의 파장을 이용할 것인가에 따라 활성층(40)을 이루는 반도체 재료를 조절하여 발광 다이오드 칩을 형성하는 것이 바람직하다. Here, the emission wavelength generated by the combination of electrons and holes varies according to the type of material constituting the active layer 40. Therefore, it is preferable to form a light emitting diode chip by adjusting the semiconductor material constituting the active layer 40 according to which band wavelength is used.
이러한 발광 다이오드 칩의 구조는 일 실시예에 불과하며, 어떤 발광 다이오드 장치를 제작할 것인가에 따라 PN 접합을 기본으로하여 다양하게 변경하여 형성할 수 있다. The structure of the light emitting diode chip is only an embodiment, and may be variously changed based on a PN junction according to which light emitting diode device is to be manufactured.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention.
움폭 패인 컵 형상의 함몰부(103)가 형성되어 있는 제1 몸체(101)와 제1 몸체(101)와 소정의 간격을 두고 위치하는 제2 몸체(102)로 이루어진 리드프레임(100)에 발광 다이오드 칩(C)이 본딩되어 있다. Light emission on the lead frame 100 including the first body 101 having the recessed cup-shaped depression 103 formed therein and the second body 102 positioned at a predetermined distance from the first body 101. The diode chip C is bonded.
여기서, 발광 다이오드 칩(C)은 리드프레임(100)의 함몰부(103)에 다이 본딩되어 있고, 발광 다이오드 칩(C)의 P형 패드와 N형 패드 중 하나의 패드는 리드프레임(100)의 제1 몸체(101)에 와이어 본딩되어 있고, 나머지 다른 하나의 패드는 리드프레임(100)의 제2 몸체(102)에 와이어 본딩되어 있다. (201)와 (202)는 와이어를 나타내는데, 통상의 경우 전성, 연성 및 전도성이 우수한 Au 계열로 형성된 것을 사용한다. Here, the LED chip (C) is die bonded to the recess 103 of the lead frame 100, one of the P-type pad and the N-type pad of the light emitting diode chip (C) is the lead frame 100 The wire is bonded to the first body 101, the other pad is wire bonded to the second body 102 of the lead frame 100. Reference numerals 201 and 202 denote wires, and in general, those formed of Au series having excellent malleability, ductility, and conductivity are used.
발광 다이오드 칩(C)에서 P형 패드로부터 N형 패드로 전류를 흘리면, 활성층의 전자 및 정공이 결합하면서 발광을 한다. 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드 칩의 경우에는 활성층을 InGaN으로 형성하고 있으므로, 자색 광을 방출한다. When a current flows from the P-type pad to the N-type pad in the light emitting diode chip C, electrons and holes in the active layer combine to emit light. In the case of the light emitting diode chip described with reference to FIG. 1, since the active layer is formed of InGaN, purple light is emitted.
발광 다이오드 칩(C)이 본딩되어 있는 리드프레임(100)의 함몰부(103)에는 백색 형광체 및 에폭시 수지의 혼합물(200)이 충진되어 있다.The depression 103 of the lead frame 100 to which the light emitting diode chip C is bonded is filled with a mixture 200 of a white phosphor and an epoxy resin.
이를 위하여, 발광 다이오드 장치를 제작하는 과정 중에 리드프레임(100)의 함몰부(103)에 백색 형광체 및 에폭시 수지의 혼합물(200)을 도포한 후, 경화한다. 여기서, 리드프레임(100)의 함몰부(103)의 깊이 및 너비는 도포하고자 하는 형광체의 양에 따라 다양하게 조절할 수 있다. To this end, during the fabrication process of the LED device, the mixture 200 of the white phosphor and the epoxy resin is applied to the depression 103 of the lead frame 100 and then cured. Here, the depth and width of the depression 103 of the lead frame 100 can be variously adjusted according to the amount of the phosphor to be applied.
여기서, 백색 형광체는 적색, 녹색, 청색의 형광체가 혼합되어 있는 상태로서, 이러한 형광체에 대해서는 후술한다. Here, the white phosphor is a state in which red, green, and blue phosphors are mixed, which will be described later.
그리고, 에폭시 수지로 이루어진 에폭시 렌즈(300)가 발광 다이오드 칩(C)과 리드프레임(100)의 함몰부(103)를 충진하는 형광체 및 에폭시 수지의 혼합물(200)을 밀봉하고 있다. 에폭시 렌즈(300)는 형광체를 통하여 방출되는 빛을 원하는 각도로 모으는 역할을 한다. 여기서, 에폭시 렌즈(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 램프 형상으로 형성될 수 있으며, 그 외에 원하는 여러 가지 형태로 제작이 가능하다. The epoxy lens 300 made of an epoxy resin seals the mixture 200 of the phosphor and the epoxy resin filling the recess 103 of the LED chip C and the lead frame 100. The epoxy lens 300 collects light emitted through the phosphor at a desired angle. Here, the epoxy lens 300 may be formed in a lamp shape, as shown in Figure 2, in addition to the desired various forms can be manufactured.
이러한 발광 다이오드 장치에서, 발광 다이오드 칩(C)에 소정의 전압을 인가하면, 발광 다이오드 칩(C)이 소정의 파장 대역 예를 들어, 자색의 파장을 방출한다. 이 자색의 파장은 모두 백색 형광체(200)에 흡수되어 백색 형광체(200)를 구성하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체를 여기하여 각각 적색, 녹색 및 청색의 파장을 낸다. 백색 형광체(200)를 통하여 만들어진 적색, 녹색 및 청색의 파장은 서로 중첩하여 백색을 구현한다. In such a light emitting diode device, when a predetermined voltage is applied to the light emitting diode chip C, the light emitting diode chip C emits a predetermined wavelength band, for example, a violet wavelength. All of the purple wavelengths are absorbed by the white phosphor 200 to excite the red, green, and blue phosphors constituting the white phosphor 200 to produce red, green, and blue wavelengths, respectively. The wavelengths of red, green, and blue generated through the white phosphor 200 overlap each other to implement white.
여기서, 백색 형광체는 적색 형광체: 녹색 형광체: 청색 형광체가 서로 다른 질량 비율로 혼합하여 형성할 수 있는데, 예를 들어, 50 : 5 :1의 질량 비율로 적, 녹, 청의 형광체를 혼합하여 형성할 수 있다. Here, the white phosphor may be formed by mixing red phosphors: green phosphors: blue phosphors at different mass ratios, for example, by mixing red, green, and blue phosphors at a mass ratio of 50: 5: 1. Can be.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode device according to a second embodiment of the present invention.
평평한 표면을 가지는 리드프레임(110)위에 발광 다이오드 칩(C)이 다이 본딩되어 있다. 리드프레임(110)에는 두 개의 전극(111, 112)이 형성되어 있고, 이들 전극(111, 112)은 발광 다이오드 칩(C)과 와이어 본딩되어 있다. (201)와 (202)는 와이어를 나타낸다.The LED chip C is die bonded on the lead frame 110 having a flat surface. Two electrodes 111 and 112 are formed in the lead frame 110, and the electrodes 111 and 112 are wire bonded to the light emitting diode chip C. 201 and 202 represent wires.
리드프레임(110)과 리드프레임(110)에 본딩되어 있는 발광 다이오드 칩(C)을 백색 형광체와 에폭시 수지의 혼합물(200)이 몰딩하고 있다. The mixture 200 of a white phosphor and an epoxy resin is molded in the LED chip C bonded to the lead frame 110 and the lead frame 110.
이를 위하여, 발광 다이오드 장치를 제작하는 과정 중에 리드프레임(110) 및 발광 다이오드 칩(C)을 덮도록 백색 형광체 및 에폭시 수지의 혼합물(200)을 도포한 후, 경화한다. 이 경우, 백색 형광체가 혼합물(200) 전체에 골고루 분포하게 된다. 또한, 다른 방법으로 백색 형광체를 발광 다이오드 칩(C)의 상단 등 일부에 도포하고 경화한 후, 에폭시 수지로 리드프레임(110)과 백색 형광체가 도포된 발광 다이오드 칩(C)을 몰딩할 수 있다. 이 경우, 백색 형광체는 발광 다이오드 칩(C) 부분에만 분포하게 된다. To this end, during the fabrication of the LED device, a mixture 200 of a white phosphor and an epoxy resin is applied to cover the lead frame 110 and the LED chip C, and then cured. In this case, the white phosphor is evenly distributed throughout the mixture 200. Alternatively, the white phosphor may be applied to a part of the upper portion of the light emitting diode chip C, or the like, and cured, followed by molding the lead frame 110 and the light emitting diode chip C coated with the white phosphor with epoxy resin. . In this case, the white phosphor is distributed only in the light emitting diode chip (C).
언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치에서의 백색 형광체는 적색, 녹색, 청색 형광체의 혼합으로 구성되어 있는데, 각각의 형광체에 대한 설명은 다음과 같다. As mentioned, the white phosphor in the light emitting diode device according to the present invention is composed of a mixture of red, green and blue phosphors, and the description of each phosphor is as follows.
본 발명에서의 적색의 형광체는 예로써, K(WO4)1.25:Eu,Sm로 구성되어 있다. K(WO4)1.25는 형광체의 모체로써 작용하고, Eu, Sm는 도핑 물질이다. 이 도핑 물질의 농도의 조절을 통하여 적색 형광체의 발광 피크를 조절할 수 있다.The red phosphor in the present invention is composed of, for example, K (WO 4 ) 1.25 : Eu, Sm. K (WO 4 ) 1.25 acts as the parent of the phosphor and Eu, Sm is the doping material. The emission peak of the red phosphor can be controlled by adjusting the concentration of the doping material.
도 4는 이러한 적색 형광체의 SEM사진을 나타낸다. 그리고, 도 5와 도 6은 이러한 적색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이다. 도 5 및 도 6에 보인 바와 같이, 이러한 적색 형광체의 여기 광원으로 350~415nm의 에너지를 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 적색의 형광체와 350~415nm의 발광 파장을 방출하는 발광 다이오드를 사용하여 적색의 발광 다이오드 장치를 제작할 수 있다. 4 shows an SEM photograph of this red phosphor. 5 and 6 show the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the red phosphor as graphs, respectively. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, energy of 350 to 415 nm may be used as an excitation light source of such a red phosphor. Therefore, a red light emitting diode device can be manufactured using such a red phosphor and a light emitting diode emitting a light emission wavelength of 350 to 415 nm.
본 발명에서의 녹색 형광체는 예로써, (BaSr)2SiO4:Eu로 구성되어 있다. 마찬가지로, (BaSr)2SiO4은 모체로써 작용하고, Eu는 도핑 물질이다. 이 도핑 물질의 농도의 조절을 통하여 녹색 형광체의 발광 피크를 조절할 수 있다.The green phosphor in the present invention is composed of, for example, (BaSr) 2 SiO 4 : Eu. Likewise, (BaSr) 2 SiO 4 acts as a parent and Eu is a doping material. The emission peak of the green phosphor can be controlled by adjusting the concentration of the doping material.
도 7은 이러한 녹색 형광체의 SEM사진을 나타낸다. 그리고, 도 8과 도 9는 이러한 녹색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이다. 이러한 녹색 형광체의 여기 광원으로 200~415nm의 에너지를 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 녹색의 형광체와 200~415nm의 발광 파장을 방출하는 모든 발광 다이오드를 사용하여 녹색의 발광 다이오드 장치를 제작할 수 있다. 7 shows an SEM photograph of this green phosphor. 8 and 9 are graphs showing the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the green phosphor, respectively. As an excitation light source of such a green phosphor, energy of 200 to 415 nm can be used. Therefore, a green light emitting diode device can be manufactured using such a green phosphor and all light emitting diodes emitting a light emission wavelength of 200 to 415 nm.
본 발명에서의 청색 형광체는 예로써, (SrMg)10(PO4)6Cl2:Eu로 구성되어 있다. 마찬가지로, (SrMg)10(PO4)6Cl2은 모체로써 작용하고, Eu는 도핑 물질이다. 이 도핑 물질의 농도의 조절을 통하여 청색 형광체의 발광피크를 조절할 수 있다.The blue phosphor in the present invention is composed of, for example, (SrMg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu. Likewise, (SrMg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 acts as a parent and Eu is a doping material. The emission peak of the blue phosphor can be controlled by adjusting the concentration of the doping material.
도 10은 이러한 청색 형광체의 SEM사진을 나타낸다. 그리고, 도 11과 도 12는 이러한 청색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이다. 이러한 청색 형광체의 여기 광원으로 200~415nm의 에너지를 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 청색의 형광체와 200~415nm의 발광 파장을 방출하는 모든 발광 다이오드를 사용하여 청색의 발광 다이오드 장치를 제작할 수 있다. 10 shows an SEM photograph of such a blue phosphor. 11 and 12 are graphs showing the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the blue phosphor, respectively. Energy of 200-415 nm can be used as an excitation light source of such a blue phosphor. Therefore, a blue light emitting diode device can be manufactured using such a blue phosphor and all light emitting diodes emitting a light emission wavelength of 200 to 415 nm.
본 발명에서의 백색 형광체를 구성하는 상술한 적색, 녹색, 청색의 형광체는 모두 350~415nm에서 여기가 가능하기 때문에, 이들을 물리적으로 혼합한 형광체 역시 이 대역을 여기광원으로 사용할 수 있다. Since all of the above-mentioned red, green, and blue phosphors constituting the white phosphor in the present invention can be excited at 350 to 415 nm, the phosphors physically mixed with them can also use this band as the excitation light source.
도 13 및 도 14는 기존의 백색 발광 다이오드 장치 및 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드 장치의 파장 변환 및 분포를 개략적으로 나타낸 것이다. 13 and 14 schematically illustrate wavelength conversion and distribution of a conventional white light emitting diode device and a white light emitting diode device according to the present invention.
소정의 파장을 방출하는 기존의 발광 다이오드 장치는 도 13에 보인 바와 같이, 이 파장 중 일부는 YAG로 이루어진 황색 형광체를 여기(6)하여, 황색광(3)을 내는데 사용되고, 나머지 부분은 청색광(2)으로 그대로 투과(5)한다. 이렇게 하여 황색 형광체를 통하여 여기된 광(3)과 황색 형광체를 투과한 광(2)이 중첩(4)하여 백색광(4)을 구현하게 된다. As shown in FIG. 13, a conventional light emitting diode device emitting a predetermined wavelength is used to excite (6) a yellow phosphor made of YAG, to emit yellow light (3), and the rest of the light emitting diode (blue light) It is permeated 5 as it is in 2). In this way, the light 3 excited through the yellow phosphor and the light 2 transmitted through the yellow phosphor overlap 4 to implement the white light 4.
즉, 기존 방식을 발광 다이오드에서 방출하는 광 중 일부는 그대로 사용(2)하고, 나머지 일부는 형광체를 여기하는데 사용하는 방식이다. 이러한 방식은 형광체로 변화되는 에너지와 투과되는 에너지의 조절이 필요하기 때문에, 두 에너지 사이에 밸런스를 조절하는 것을 많은 제약이 따르게 된다. 뿐만 아니라, 백색을 구성하는 적색, 청색, 녹색의 반치폭을 조절할 수 없기 때문에, 자연광과 흡사한 광을 만들 수 없다. In other words, some of the light emitted from the light emitting diode is used as it is (2), and the other part is used to excite the phosphor. Since this method requires the control of the energy that is converted into the phosphor and the energy that is transmitted, there are many restrictions in controlling the balance between the two energies. In addition, since the half widths of the red, blue, and green constituting the white cannot be adjusted, light similar to natural light cannot be produced.
그러나, 본 발명에서의 발광 다이오드 장치에서의 형광체는 도 13에 보인 바와 같이, 소정의 파장을 가지는 에너지(1)를 적색(4), 녹색(3), 청색(2)의 에너지로 각각 적정 비율, 예를 들어, 2.5:6.5:1의 비율로 바꾸는 역할을 한다. 이는 기존의 방식과는 다르게 발광 다이오드가 내는 파장 및 에너지가 전부 흡수되어 백색 형광체(실지로는 적색, 녹색 및 청색의 형광체)를 여기(6, 7, 8)하여 각각 청색(2), 녹색(3), 적색(4)의 파장을 낸다. 백색 형광체를 통하여 만들어진 청색(2), 녹색(3), 적색(4)의 파장은 중첩하여 백색광(5)을 구현한다. However, in the light emitting diode device of the present invention, as shown in Fig. 13, the energy (1) having a predetermined wavelength is appropriately proportioned to the energy of red (4), green (3) and blue (2), respectively. , For example, in a ratio of 2.5: 6.5: 1. Unlike the conventional method, the wavelength and energy emitted by the light emitting diode are all absorbed to excite the white phosphor (actually red, green, and blue phosphors) (6, 7, 8), respectively, blue (2) and green (3). ), The wavelength of red (4). The wavelengths of blue (2), green (3), and red (4) made through the white phosphor overlap each other to realize white light (5).
본 발명에서는 각각의 형광체인 적색, 녹색 및 청색의 형광체를 통하여 백색을 구현하는 적색, 청색, 녹색의 반치폭을 조절할 수 있기 때문에, 색 재현이 우수하고 이들의 조절을 통하여 자연광과 흡사한 광을 만들 수 있다. In the present invention, since the half widths of red, blue, and green, which implement white, can be adjusted through the phosphors of red, green, and blue, which are phosphors, the color reproduction is excellent and the light similar to natural light can be produced through these adjustments. Can be.
본 발명에서 발광하는 백색광(5)은 전부 백색 형광체에서 나오는 광만을 이용하므로, 발광 다이오드가 내는 에너지가 백색 형광체에 모두 흡수되도록 하는 것이 바람직하다. 그렇지 않을 경우 자색으로 벗어난 백색이 구현될 수 있다. 또한, 백색의 파장분포를 갖기 위하여 적절한 조건을 가지는 적색, 청색 및 녹색의 형광체를 설정하는 것이 유리하다. 본 발명의 실시예에서는 K(WO4)1.25:Eu,Sm 계열로 구성되는 적색의 형광체, (BaSr)2SiO4:Eu 계열로 구성되는 녹색의 형광체, (SrMg)5(PO4)3Cl:Eu 계열로 구성되는 청색의 형광체를 사용한다.Since all the white light 5 emitting light in the present invention uses only the light emitted from the white phosphor, it is preferable that all of the energy emitted by the light emitting diode is absorbed by the white phosphor. Otherwise white can be realized out of purple. In addition, it is advantageous to set red, blue and green phosphors having appropriate conditions in order to have a white wavelength distribution. In an embodiment of the present invention, K (WO 4 ) 1.25 : red phosphor composed of Eu, Sm series, (BaSr) 2 SiO 4 : green phosphor composed of Eu series, (SrMg) 5 (PO 4 ) 3 Cl A blue phosphor composed of an Eu series is used.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 적색, 청색 및 녹색의 형광체로 이루어진 백색의 형광체를 사용하여 발광 다이오드 칩에서 나오는 광을 백색으로 구현한다. As described above, in the present invention, the light emitted from the light emitting diode chip is implemented in white using a white phosphor composed of red, blue, and green phosphors.
본 발명은 각종 조명 분야의 광원 부품을 에너지 및 색 파장 분야에서 디지털화가 가능하여 조명 분야의 획기적인 기술 혁신 및 신제품의 시장을 창출할 것으로 기대된다. 특히 종래의 조명이 칼라 렌더링 지수가 낮아 자연색의 표출이 불가능하였으나, 본 발명은 이러한 점의 보완이 가능하다. 또한, 각종 정보처리 기기의 고출력 백라이트(back-light), 각종 표시 소자에서의 백색 표시에 있어서, 상술한 발광 다이오드 장치를 적용할 수 있다. The present invention is expected to digitize light source components in various lighting fields in the energy and color wavelength fields, thereby creating breakthrough technological innovation and new market in lighting field. In particular, although conventional lighting has a low color rendering index, it is impossible to express natural colors, but the present invention can compensate for this. Further, the above-described light emitting diode device can be applied to high output back-light of various information processing devices and white display in various display elements.
본 발명에 따른 백색 형광 발광 다이오드 장치에서는, 언급한 바와 같이 적색, 녹색, 청색 형광체가 각각 도핑 물질의 조절을 통해 반치폭 및 파장 이동이 가능하므로, 이러한 도핑 물질의 조절을 통하여 자연광과 거의 흡사한 광을 얻을 수 있다. 또한, 기존 방식인 발광 다이오드와 YAG 형광체를 사용하여 백색을 구현한 것에 비해 칼라 렌더링이 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치는 형광체를 구성하는 물질에 따라 색 특성을 조절하기 때문에 발광 다이오드 칩 특성의 미세한 차이에도 크게 영향을 받지 않아서 발광 다이오드 장치 제작시 효율을 증대시킬 수 있다. In the white fluorescent light emitting diode device according to the present invention, as mentioned above, since the red, green, and blue phosphors each have a half width and a wavelength shift through the control of the doping material, the light is almost similar to natural light through the control of the doping material. Can be obtained. In addition, the color rendering is very excellent compared to the white color using the conventional LED and YAG phosphor. In addition, since the LED device according to the present invention adjusts the color characteristics according to the material constituting the phosphor, it is not significantly affected by the minute differences in the LED chip characteristics, thereby increasing efficiency in manufacturing the LED device.
도 1은 본 발명에 사용되는 발광 다이오드 칩의 개략적인 단면도이고, 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode chip used in the present invention,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 개략적인 단면도이고, 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode device according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 개략적인 단면도이고, 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode device according to a second embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명에 사용되는 적색 형광체의 SEM 사진이고, 4 is an SEM photograph of a red phosphor used in the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명에 사용되는 적색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이고, 5 and 6 are graphs showing the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the red phosphor used in the present invention, respectively,
도 7은 본 발명에 사용되는 녹색 형광체의 SEM 사진이고, 7 is an SEM photograph of the green phosphor used in the present invention.
도 8 및 도 9는 본 발명에 사용되는 녹색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이고, 8 and 9 are graphs showing the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the green phosphor used in the present invention, respectively,
도 10은 본 발명에 사용되는 청색 형광체의 SEM 사진이고, 10 is an SEM photograph of a blue phosphor used in the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명에 사용되는 청색 형광체의 파장에 따른 여기 강도 및 발광 강도를 그래프로 각각 나타낸 것이고, 11 and 12 are graphs showing the excitation intensity and the emission intensity according to the wavelength of the blue phosphor used in the present invention, respectively,
도 13 및 도 14는 기존의 백색 발광 다이오드 장치 및 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드 장치의 파장 변환 및 분포를 각각 나타낸 것이다. 13 and 14 illustrate wavelength conversion and distribution of a conventional white light emitting diode device and a white light emitting diode device according to the present invention, respectively.
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