KR100552333B1 - White light emitting device - Google Patents

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KR100552333B1
KR100552333B1 KR1020050053086A KR20050053086A KR100552333B1 KR 100552333 B1 KR100552333 B1 KR 100552333B1 KR 1020050053086 A KR1020050053086 A KR 1020050053086A KR 20050053086 A KR20050053086 A KR 20050053086A KR 100552333 B1 KR100552333 B1 KR 100552333B1
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강상규
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주식회사 비첼
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Abstract

본 발명은 백색 발광장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 백색 발광장치는 서로 다른 파장의 빛(예를 들어, 파란색과 초록색)을 내는 다층 발광층을 갖는 발광다이오드 칩과, 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 색깔의 빛(빨간색)을 발광하여 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함한다. 그러므로 본 발명은 백색을 만들기 위해 질화물계 반도체로 만들 수 있는 2가지 이상의 서로 다른 색깔의 빛을 혼합하여 만들어진 빛을 발광하는 발광 다이오드 칩에 이 혼합색과 보색관계에 있는 빨간색계열의 형광물질을 배합하여 패키지를 구성함으로써 낮은 소비전력으로도 뛰어난 연색성을 지닌 백색 발광장치를 구현할 수 있게 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a white light emitting device, and in particular, the white light emitting device of the present invention comprises a light emitting diode chip having a multilayer light emitting layer emitting light of different wavelengths (for example, blue and green), and a mixture of light emitting diode chips. It includes a fluorescent material that emits light of a color that is complementary to the color of light (red) and mixes with the light emitted from the light emitting diode chip to realize white color. Therefore, the present invention mixes red-based fluorescent materials having complementary colors with the mixed color on a light emitting diode chip that emits light made by mixing two or more different colors of light that can be made of a nitride semiconductor to make white. By configuring the package, it is possible to realize a white light emitting device having excellent color rendering with low power consumption.

백색 발광 장치, 발광 다이오드 칩, 형광 물질 White light emitting device, LED chip, fluorescent material

Description

백색 발광장치{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}White light emitting device {WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 구조를 나타낸 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode device according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 구조를 나타낸 수직 단면도.2 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode device according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

b : 다중 양자 우물 발광층 40 : 기판b: multi-quantum well emitting layer 40: substrate

42 : 완충층 44 : 음극 도핑층42 buffer layer 44 cathode doping layer

46 : 제 1우물벽 48 : 제 1초록색 양자 우물발광층46: first well wall 48: first green quantum well light emitting layer

50 : 제 2우물벽 52 : 제 2초록색 양자 우물발광층50: second well wall 52: second green quantum well light emitting layer

54 : 제 3우물벽 56 : 제 1파란색 양자 우물발광층54: third well wall 56: first blue quantum well light emitting layer

58 : 제 4우물벽 60 : 제 2파란색 양자 우물발광층58: fourth well wall 60: second blue quantum well light emitting layer

62 : 제 5우물벽 64 : 양극 도핑층62: fifth well wall 64: anode doped layer

70 : 빨간색 형광물질70: red fluorescent substance

본 발명은 백색 발광장치에 관한 것으로서, 특히 수직으로 2개 이상의 혼합된 빛의 발광하는 발광 다이오드 칩에 형광 물질을 결합하여 백색 발광이 가능한 백색 발광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a white light emitting device, and more particularly, to a white light emitting device capable of emitting white light by combining a fluorescent material with a light emitting diode chip emitting two or more mixed lights vertically.

현재 광반도체를 이용한 발광다이오드에 대한 연구는 가정용 형광등, 액정표시장치(LCD) 백라이트(Back Light) 등의 조명분야에 많은 시장성을 가지고 있는 백색 발광장치에 주로 관심이 모아지고 있다. 더욱이 질화물계 반도체 발광다이오드가 본격적으로 상용화되면서 에너지 준위가 상대적으로 가장 높은 파란색이나 자외선 발광다이오드 칩을 형광물질에 대한 여기광원으로 이용하여 백색을 내는 하나의 발광다이오드 칩 백색 발광장치를 많이 쓰고 있다.Currently, researches on light emitting diodes using optical semiconductors are mainly focused on white light emitting devices that have many marketability in lighting fields such as home fluorescent lamps, LCD backlights, and the like. In addition, as nitride-based semiconductor light emitting diodes are commercially available, a single light emitting diode chip white light emitting device that emits white light using a blue or ultraviolet light emitting diode chip having the highest energy level as an excitation light source for a fluorescent material is being used.

백색 발광장치를 구현하는 대표적인 방법으로는, 빛의 3원색인 빨강색, 초록색, 파란색을 내는 발광다이오드 칩을 한군데에 조립하는 방법이다. 이 방법은 뛰어난 연색성과 발광다이오드 칩 고유의 긴 수명 등의 뛰어난 장점이 있지만, 값이 비싸고 소형 액정표시장치의 백라이트 측면발광용(side view) 초소형 패키지에는 구현하기가 거의 불가능하다. 따라서 형광물질 때문에 수명은 짧고 연색성은 떨어지지만 경제적인 측면을 생각하여 니치아에서 맨 처음 고안한 것으로 노란색의 형광물질을 파란색 발광다이오드 칩으로 여기시켜 두 색의 배합으로 백색을 내는 방법이 있다. 이 방법 이외에 도요다 고세이에서 고안한 빨강색, 초록색, 파랑색, 3 원색의 형광물질을 자외선 발광다이오드 칩으로 여기시켜 백색을 내는 방법도 있다. 그러나 이 방법 역시 연색성은 좋으나 밝기특성이 떨어지는 단점이 있다. 밝기의 문제를 보완하기 위해 칩을 여러 개 넣기도 하지만, 형광물질을 쓴 백색 발광 다이오드 제품이 대부분 소형 액정표시장치에 쓰이는 것을 생각해 볼 때, 조립공정에서의 어려움 등으로 그다지 효과적이지 못하다.As a representative method of implementing a white light emitting device, a light emitting diode chip emitting three primary colors of light, red, green, and blue, is assembled in one place. This method has excellent advantages such as excellent color rendering and long life time inherent to the light emitting diode chip, but it is expensive and almost impossible to implement in a backlight side view ultra small package of a small liquid crystal display. Therefore, due to the fluorescent material, the lifespan is short and color rendering is inferior, but it is the first design in Nichia in consideration of the economic aspect, and there is a method of excitation of yellow fluorescent material with a blue light emitting diode chip to produce white color by combining two colors. In addition to this method, the white, green, blue, and three primary fluorescent materials devised by Toyota Kosei are excited by an ultraviolet light emitting diode chip. However, this method also has a disadvantage in that the color rendering is good but the brightness characteristics are poor. In order to compensate for the problem of brightness, several chips are put in, but considering that most of the white light emitting diode products using fluorescent materials are used in small liquid crystal display devices, it is not very effective due to difficulties in the assembly process.

그러므로 특히 경제성이 있으면서도 초소형 패키지에 구현할 수 있는 형광물질을 쓴 백색 발광다이오드의 특성을 그대로 살리면서 뛰어난 연색성(color rendition)과 백색의 밝기특성을 더욱 발전시킬 수 있는 기술의 연구, 개발이 시급히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for research and development of technology that can further develop excellent color rendition and white brightness characteristics while maintaining the characteristics of white light emitting diodes using fluorescent materials that can be realized in a compact package, while being economical. have.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 질화물계 반도체에 의해 만들어질 수 있는 2가지 이상의 서로 다른 파장의 빛을 낼 수 있는 발광 다이오드 칩에, 백색을 내기 위해 발광 다이오드 칩에서 나온 빛과 보색관계에 있는 형광 물질을 배합하여 패키지를 구성함으로써 뛰어난 연색성과 높은 밝기특성을 지니고, 초소형 패키지에도 적합한 백색 발광장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light emitting diode chip capable of emitting two or more different wavelengths of light that can be produced by a nitride based semiconductor in order to solve the problems of the prior art. The present invention is to provide a white light emitting device that has excellent color rendering and high brightness characteristics and is suitable for an ultra-small package by combining a fluorescent material having a complementary color relationship with the emitted light.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층을 갖는 발광다이오드 칩과, 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되, 파란색 양자 우물발광층은 초록색 양자 우물발광층 상부에 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a white light emitting device having a light emitting diode chip comprising: a light emitting diode chip having a plurality of green quantum well light emitting layers emitting green light, and a plurality of blue quantum well emitting layers emitting blue light; And a fluorescent material that emits red light having a complementary color to the mixed light emitted from the light emitting diode chip and is mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to realize white color. The blue quantum well light emitting layer is formed on top of the green quantum well light emitting layer. Characterized in that formed.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 장치는, 발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층과, 양자 우물발광층 사이의 우물벽들을 갖는 발광다이오드 칩과, 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되, 파란색 양자 우물발광층은 초록색 양자 우물발광층 상부에 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, another device of the present invention is a white light emitting device having a light emitting diode chip, a plurality of green quantum well light emitting layer for emitting green light, a plurality of blue quantum well light emitting layer for emitting blue light, A light emitting diode chip having well walls between the quantum well emitting layers, and a fluorescent material that emits red light having a complementary color to that of the mixed light emitted from the light emitting diode chip and is mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to produce white light. Including, but the blue quantum well light emitting layer is characterized in that formed on the green quantum well light emitting layer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광장치는 파란색과 초록색 빛을 내는 다중 양자우물구조의 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64)에 620㎚~660㎚ 파장 영역에서 최대의 발광세기를 나타내는 빨간색 형광물질(예를 들어, 아연셀레늄 등)(70)을 배합하여 패키지를 구성한다. 빨간색 형광물질(70)은 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64) 전체를 둘러싸거나 그 칩의 표면 가운데 어느 한 면에 형성된다.Referring to FIG. 1, a white light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention has a maximum wavelength in a 620 nm to 660 nm wavelength region of a multi-light source LED chip 40 to 64 having a multi-quantum well structure that emits blue and green light. A red fluorescent substance (for example, zinc selenium, etc.) 70 showing luminescence intensity is blended to form a package. The red phosphor 70 is formed on the entire surface of the multi-light emitting LED chip 40 to 64 or on one surface of the chip.

본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광장치는 패키지의 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64)에서 나온 파란색 및 초록색 빛과 이 빛들 가운데 일부에 의해 여기된 빨간색 형광물질(70)에 나온 빨간색 빛이 섞여 결국, 백색 빛을 낸다.In the white light emitting device according to the embodiment of the present invention, the blue and green light emitted from the multi-light emitting diode chips 40 to 64 of the package and the red light emitted from the red fluorescent material 70 excited by some of the lights In the end, mix, giving off a white glow.

여기서, 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 물질로 만들어진 기판(40) 위에 질화물계 반도체층으로 제조된다. 우선, 기판(40) 위에 좋은 박막질을 얻기 위한 완충층(buffer layer)(42)으로서, 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 혹은 이 둘의 조합인 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 등의 질화물계 물질층을 1㎛ 이하 두께로 적층된다. 그 위에 완충층(42) 상부에 전자 주입(electron injection)을 위해 n형 도펀트로 도핑된 질화갈륨 음극 도핑층(N형 GaN)(44)이 약 3~5um 두께로 적층된다. 그리고 다중 양자우물구조의 발광층(b)을 사이에 두고 정공 주입(Hole Injecton)을 위해 p형 도펀트로 도핑된 질화갈륨 양극 도핑층(P형 GaN)(64)이 약 0.2㎛ 두께로 적층된다.Here, the multi-light emitting LED chips 40 to 64 are made of a nitride-based semiconductor layer on a substrate 40 made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or the like. First, a nitride layer such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), or a combination of aluminum gallium nitride (AlGaN), which is a buffer layer 42 for obtaining good thin film quality on the substrate 40, is obtained. The material layer is laminated to a thickness of 1 μm or less. On the buffer layer 42, a gallium nitride cathode doping layer (N-type GaN) 44 doped with an n-type dopant for electron injection is stacked to a thickness of about 3 to 5 um. A gallium nitride anode doped layer (P-type GaN) 64 doped with a p-type dopant for hole injection with a light emitting layer (b) having a multi-quantum well structure interposed therebetween is stacked to a thickness of about 0.2 μm.

이러한 다중광원 발광다이오드 칩의 음극 도핑층(44)과 양극 도핑층(64) 사이에는 파란색과 초록색 빛을 동시에 낼 수 있도록 다중 양자우물구조의 발광층(b)이 들어가 있다.Between the cathode doping layer 44 and the anode doping layer 64 of the multi-light emitting LED chip, a light emitting layer (b) having a multi quantum well structure is provided to simultaneously emit blue and green light.

본 발명에서는 다중광원 발광다이오드 칩의 발광 효율을 높이기 위해 파란색과 초록색의 빛을 각각 내는 양자 우물발광층을 적어도 두 개이상 갖는 다중 양자우물구조를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 각 색의 빛을 내는 양자 우물발광층의 개수를 조절하여 색깔별로 바라는 광량비(intensity ratio)가 나오도록 한다.In the present invention, it is preferable to use a multi-quantum well structure having at least two or more quantum well emitting layers emitting blue and green light, respectively, in order to increase luminous efficiency of the multi-light emitting LED chip. At this time, by adjusting the number of quantum well emitting layer for emitting light of each color so that the desired intensity ratio (color intensity ratio) for each color.

이에 다중 양자우물구조의 발광층(b)은 음극 도핑층(44) 위에 순차적으로 제 1우물벽(46), 제 1초록색 양자 우물발광층(48), 제 2우물벽(50), 제 2초록색 양자 우물발광층(52), 제 3우물벽(54), 제 1파란색 양자 우물발광층(56), 제 4우물벽(58), 제 2파란색 양자 우물발광층(60), 제 5우물벽(62) 등을 포함하고, 양자 우물발광층이 우물벽 사이에 있도록 양자 우물발광층과 우물벽이 차례로 번갈아 적층되어 있다.Accordingly, the light emitting layer (b) having the multi-quantum well structure is sequentially formed on the cathode doping layer 44 by the first well wall 46, the first green quantum well light emitting layer 48, the second well wall 50, and the second green quantum. Well emitting layer 52, third well wall 54, first blue quantum well light emitting layer 56, fourth well wall 58, second blue quantum well light emitting layer 60, fifth well wall 62, etc. The quantum well light emitting layer and the well wall are alternately stacked in order so that the quantum well light emitting layer is between the well walls.

이러한 다중 양자우물구조의 발광층(b)에서 각 양자 우물발광층(48, 52, 56, 60)은 질화인듐갈륨(InGaN)을 약 20Å 두께로 형성하고, 질화인듐갈륨(InGaN)의 인듐비율을 조절하여 465㎚~475㎚의 파장범위에서 파란색 빛을 내고 520㎚~530㎚ 파장범위에서 초록색 빛을 내도록 한다. 다중 양자우물구조의 발광층(b)에서 각 우물벽(46, 50, 54, 58, 62)은 발광층보다 상대적으로 에너지 밴드 갭이 높은 질화갈륨(GaN)이나 질화알루미늄갈륨(AlGaN)으로 형성하며 양자 우물발광층 사이에 상호작용이 없도록 100Å~1000Å 두께로 만든다.In the light emitting layer (b) of the multi-quantum well structure, each of the quantum well light emitting layers 48, 52, 56, and 60 forms indium gallium nitride (InGaN) in a thickness of about 20 kV, and controls the indium ratio of indium gallium nitride (InGaN). To emit blue light in the wavelength range of 465 nm to 475 nm and emit green light in the wavelength range of 520 nm to 530 nm. In the light emitting layer (b) of the multi-quantum well structure, each of the well walls 46, 50, 54, 58, and 62 is formed of gallium nitride (GaN) or aluminum gallium nitride (AlGaN) having a higher energy band gap than the light emitting layer. Make it 100Å ~ 1000 층 thick so that there is no interaction between well emitting layers.

한편, 본 발명의 다중광원 발광다이오드 칩은 발광층(b)에서 에너지 준위가 낮은 초록색 빛을 내는 양자 우물발광층(48, 52)을 상대적으로 에너지 준위가 높은 파란색 빛을 내는 양자 우물발광층(56, 60)보다 아래에 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 그 이유는 파란색 빛이 빠져 나오는 경로상에 초록색 양자 우물발광층(48, 52)이 있게 되면, 에너지 준위가 높은 파란색 빛이 초록색 양자 우물발광층(48, 52)에 입사하여 에너지 밴드갭이 낮은 초록색 양자 우물발광층에 있는 전자를 여기시키는 일종의 광 펌핑(optical pumping) 역할을 하고 이로 인해 파란색 빛이 모두 빠져 나올 수 없어 파란색 발광효율이 현저히 떨어지게 된다.On the other hand, the multi-light emitting diode chip of the present invention is a quantum well light emitting layer (56, 60) that emits blue light with a relatively high energy level of the quantum well light emitting layer (48, 52) that emits green light having a low energy level in the light emitting layer (b) It is preferable to place it below. The reason is that when the green quantum well light emitting layers 48 and 52 are located on the path where blue light exits, green light having a high energy level is incident on the green quantum well light emitting layers 48 and 52, so that the green quantum having a low energy band gap is present. It acts as a kind of optical pumping to excite the electrons in the well emitting layer, which causes blue light to not escape all, resulting in a significant decrease in blue luminous efficiency.

그러므로 본 발명에 따른 백색 발광장치는 상술한 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64)내 음극 도핑층(44)과 양극 도핑층(64)에 연결된 전극 및 금속선(미도시됨)을 통해 전류를 공급하면 제 1 및 제 2초록색과 파란색 양자 우물발광층(48, 52, 56, 60)으로부터 각각 520㎚~530㎚ 파장범위의 초록색 빛과 465㎚~475㎚ 파장범위의 파란색 빛이 나오게 된다. 이러한 다중광원 발광다이오드 칩(40∼64)에서 나온 파란색 및 초록색 빛의 일부는 발광 다이오드 칩 전체 또는 어느 한 면을 둘러싼 빨간색 형광물질(70)을 빠져 나오면서 형광물질(70)의 빨간색과 모두 섞여 결국, 백색 빛이 나오게 된다.Therefore, the white light emitting device according to the present invention supplies current through the electrode and metal wire (not shown) connected to the cathode doping layer 44 and the anode doping layer 64 in the above-described multi-light emitting LED chip 40 to 64. The green light in the wavelength range of 520 nm to 530 nm and the blue light in the wavelength range of 465 nm to 475 nm are emitted from the first and second green and blue quantum well light emitting layers 48, 52, 56, and 60, respectively. Some of the blue and green light emitted from the multi-light emitting LED chips 40 to 64 are mixed with all the red of the fluorescent material 70 while exiting the red fluorescent material 70 surrounding the whole or one side of the LED chip. , White light comes out.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a light emitting diode device according to another embodiment of the present invention.

도 2을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광장치는 파란색과 초록색 빛을 내는 초격자(super lattice) 다중 양자우물구조의 다중광원 발광다이오드 칩(80∼104)에 620㎚~660㎚ 파장 영역에서 최대의 발광세기를 나타내는 빨간색 형광물질(예를 들어, 아연셀레늄 등)(110)을 배합하여 패키지를 구성한다. 빨간색 형광물질(110)은 다중광원 발광다이오드 칩(80∼104) 전체를 둘러싸거나 그 칩의 표면 가운데 어느 한 면에 형성된다.2, a white light emitting device according to another embodiment of the present invention is a 620nm ~ 660 in a multi-light source light emitting diode chip (80 ~ 104) of a super lattice multi quantum well structure that emits blue and green light A red fluorescent substance (eg, zinc selenium, etc.) 110 exhibiting the maximum light emission intensity in the nm wavelength region is blended to form a package. The red phosphor 110 is formed on one surface of the entire surface of the multi-light emitting LED chip 80 to 104 or on the chip.

본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광장치는 패키지내 초격자 다중광원 발광다이오드 칩(80∼104)에서 나온 파란색 및 초록색 빛과 이 빛들 가운데 일부에 의해 여기된 빨간색 형광물질(110)에 나온 빨간색 빛이 섞여 결국, 백색 빛을 낸 다.According to another embodiment of the present invention, a white light emitting device includes a blue and green light emitted from a superlattice multi-light emitting diode chip 80 to 104 in a package, and a red light emitted from a red fluorescent material 110 excited by some of these lights. The light mixes, eventually giving off a white glow.

여기서, 다중광원 발광다이오드 칩(80∼104)은 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 물질로 만들어진 기판(80) 위에 좋은 박막질을 얻기 위한 완충층(82)으로서, 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 혹은 이 둘의 조합인 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 등의 질화물계 반도체층을 1㎛ 이하 두께로 적층된다. 그 위에 완충층(82) 상부에 전자 주입을 위해 n형 도펀트로 도핑된 질화갈륨 음극 도핑층(N형 GaN)(84)이 약 3~5um 두께로 적층된다. 그리고 초격자 다중 양자우물구조의 발광층(c)을 사이에 두고 정공 주입을 위해 p형 도펀트로 도핑된 질화갈륨 양극 도핑층(P형 GaN)(104)이 약 0.2㎛ 두께로 적층된다.Here, the multi-light emitting LED chips 80 to 104 are buffer layers 82 for obtaining a good thin film on a substrate 80 made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or the like. ), A nitride semiconductor layer such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), or aluminum gallium nitride (AlGaN), which is a combination thereof, is laminated to a thickness of 1 탆 or less. On the buffer layer 82, a gallium nitride anode doped layer (N-type GaN) 84 doped with an n-type dopant for electron injection is stacked to a thickness of about 3 to 5 um. A gallium nitride anode doped layer (P-type GaN) 104 doped with a p-type dopant for hole injection with the light emitting layer c of the superlattice multi-quantum well structure interposed therebetween is stacked to a thickness of about 0.2 μm.

이러한 다중광원 발광다이오드 칩의 음극 도핑층(84)과 양극 도핑층(104) 사이에는 파란색과 초록색 빛을 동시에 낼 수 있도록 다중 양자우물구조의 발광층(c)이 들어가 있다.Between the cathode doping layer 84 and the anode doping layer 104 of the multi-light emitting LED chip, a light emitting layer (c) having a multi quantum well structure is provided to simultaneously emit blue and green light.

더욱이 본 발명의 다른 실시예에서는 다중광원 발광다이오드 칩의 발광 효율을 높이기 위해 파란색과 초록색의 빛을 각각 내는 양자 우물발광층을 적어도 두 개이상 갖는 초격자 다중 양자우물구조를 사용하는 것이 바람직하고, 이때, 각 색의 빛을 내는 양자 우물발광층의 개수를 조절하여 색깔별로 바라는 광량비가 나오도록 한다. 초격자란, 우물벽 역시 양자 우물발광층과 같은 두께로 만들어 전자와 정공이 어느 양자우물 발광층이건 터널링(tunneling)에 의해 우물벽을 지나 자유롭게 존재할 수 있도록 한 구조를 일컫는다. 이러한 초격자 양자우물구조를 갖는 발 광다이오드칩은 높은 전류에서 구동을 해야 하는 경우 자유롭게 전자나 정공이 모든 양자우물 발광층에 존재하기 때문에 전자나 정공 같은 전하 운반체(charge carrier)가 너무 많아 발광층 이외의 다른 층으로 넘쳐 흐르게 되는 현상(carrier overflow)을 방지할 수 있다.Furthermore, in another embodiment of the present invention, it is preferable to use a superlattice multi-quantum well structure having at least two or more quantum well emitting layers emitting blue and green light, respectively, in order to increase luminous efficiency of the multi-light emitting LED chip. In addition, the number of quantum well emitting layers that emit light of each color is adjusted to obtain the desired light ratio by color. The superlattice refers to a structure in which the well wall is also the same thickness as the quantum well light emitting layer so that electrons and holes can freely pass through the well wall by tunneling in any quantum well light emitting layer. The light emitting diode chip having the superlattice quantum well structure has a large number of charge carriers such as electrons or holes because electrons or holes are present in all quantum well light emitting layers freely when driving at high current. Carrier overflow can be prevented from overflowing to other layers.

본 발명의 다른 실시예에 따른 다중광원 발광다이오드칩내 다중 양자우물구조의 발광층(c)은 음극 도핑층(84) 위에 순차적으로 제 1우물벽(86), 제 1초록색 양자 우물발광층(88), 제 2우물벽(90), 제 1파란색 양자 우물발광층(92), 제 3우물벽(94), 제 2초록색 양자 우물발광층(96), 제 4우물벽(98), 제 2파란색 양자 우물발광층(100), 제 5우물벽(102)을 포함한다. 각 양자 우물발광층(88, 92, 96, 100)이 우물벽(86, 90, 94, 98, 102) 사이에 있도록 양자 우물발광층과 우물벽이 차례로 번갈아 적층되어 있다.The light emitting layer (c) of the multi-quantum well structure in the multi-light emitting LED chip according to another embodiment of the present invention may be sequentially formed on the cathode doping layer 84 by the first well wall 86, the first green quantum well light emitting layer 88, Second well wall 90, first blue quantum well light emitting layer 92, third well wall 94, second green quantum well light emitting layer 96, fourth well wall 98, second blue quantum well light emitting layer 100, the fifth well wall 102 is included. The quantum well light emitting layer and the well wall are alternately stacked in order so that each quantum well light emitting layer 88, 92, 96, 100 is between the well walls 86, 90, 94, 98, and 102.

이러한 초격자 다중 양자우물구조의 발광층(c)에서 각 양자 우물발광층(88, 92, 96, 100)은 질화인듐갈륨(InGaN)을 약 20Å 두께로 형성하고, 질화인듐갈륨(InGaN)의 인듐비율을 조절하여 465㎚~475㎚의 파장범위에서 파란색 빛을 내고 520㎚~530㎚ 파장범위에서 초록색 빛을 내도록 한다.In the light emitting layer (c) of the superlattice multi-quantum well structure, each quantum well light emitting layer (88, 92, 96, 100) forms indium gallium nitride (InGaN) in a thickness of about 20 kW, and an indium ratio of indium gallium nitride (InGaN). By adjusting the blue light in the wavelength range of 465nm ~ 475nm and green light in the wavelength range of 520nm ~ 530nm.

그리고 초격자 다중 양자우물구조의 발광층(c)에서 각 우물벽(86, 90, 94, 98, 102)은 발광층보다 상대적으로 에너지 밴드 갭이 높은 질화갈륨(GaN)이나 질화알루미늄갈륨(AlGaN)으로 형성하고, 초격자 구조를 위해 약 20Å 두께로 만든다.In the light emitting layer (c) of the superlattice multi-quantum well structure, each well wall (86, 90, 94, 98, 102) is made of gallium nitride (GaN) or aluminum gallium nitride (AlGaN) having a higher energy band gap than the light emitting layer. Form and about 20 mm thick for superlattice structure.

한편, 본 실시예의 다중광원 발광다이오드 칩은 빛을 주로 빼내는 수평면을 맨 위로 오게 놓을 때, 발광층(c)에서 에너지 준위가 낮은 초록색 빛을 내는 양자 우물발광층(88, 96)을 상대적으로 에너지 준위가 높은 파란색 빛을 내는 양자 우물발광층(92, 100)보다 아래에 있도록 배치하여 초록색 빛을 내는 양자 우물발광층(88, 96)에 있는 전자가 모두 파란색 빛을 내는 양자 우물발광층(92, 100)을 통해 모두 빠져 나오도록 하여 파란색 발광 효율이 떨어지는 것을 막는다.On the other hand, the multi-light emitting LED chip of the present embodiment has a relatively high energy level in the quantum well light emitting layers 88 and 96 that emit green light having a low energy level in the light emitting layer c when the horizontal plane mainly extracting light is placed on the top. All electrons in the green quantum well light emitting layers 88 and 96 are placed below the high blue quantum well light emitting layers 92 and 100 so that all of the electrons in the blue quantum well light emitting layers 92 and 100 are blue. All of them come out to prevent the blue luminous efficiency from falling.

그러므로 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광장치는 상술한 다중광원 발광다이오드 칩(80∼104)내 음극 도핑층(84)과 양극 도핑층(104)에 연결된 전극 및 금속선(미도시됨)을 통해 전류를 공급하면, 제 1 및 제 2초록색과 파란색 양자 우물발광층(88, 92, 96, 100)으로부터 각각 520㎚~530㎚ 파장범위의 초록색 빛과 465㎚~475㎚ 파장범위의 파란색 빛이 나오게 되고, 이 빛의 일부는 발광 다이오드 칩 전체 또는 어느 한 면 이상을 둘러싼 빨간색 형광물질(70)을 여기시켜 빨간색 빛을 내게 하고 나머지 초록색 및 파란색 빛은 빨간색 형광물질(70)을 빠져나오면서 형광물질(70)의 빨간색 빛과 섞여 백색 빛을 만든다.Therefore, the white light emitting device according to another embodiment of the present invention uses the electrodes and metal wires (not shown) connected to the cathode doping layer 84 and the anode doping layer 104 in the above-described multi-light emitting LED chips 80 to 104. When current is supplied through the first and second green and blue quantum well light emitting layers 88, 92, 96 and 100, green light in the wavelength range of 520 nm to 530 nm and blue light in the 465 nm to 475 nm wavelength range are respectively obtained. Part of the light excites the red fluorescent material (70) surrounding the entire light emitting diode chip or at least one surface to emit red light, and the remaining green and blue light exits the red fluorescent material (70). Mix with 70 red lights to create white light.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 초록색 및 파란색을 포함하는 여러 개의 서로 다른 파장을 가진 빛을 내는 발광층을 가진 발광다이오드 칩에 빨간색 계열 형광물질을 배합하여 패키지를 구성함으로써 뛰어난 연색성은 물론 높은 밝기특성을 가진 백색 발광장치를 구현할 수 있다.As described above, the present invention comprises a package by combining a red-based fluorescent material on a light emitting diode chip having a light emitting layer having a plurality of different wavelengths including green and blue, excellent color rendering properties and high brightness characteristics It is possible to implement a white light emitting device having a.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에서 발광다이오드 칩의 발광층에 초록색 및 파란색 양자 우물발광층을 구분하여 적층하였지만 이들 발광층을 서로 교대로 적층 하여도 상관없다. 즉, 본 발명은 상기 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the green and blue quantum well light emitting layers are separately stacked on the light emitting layer of the light emitting diode chip, and the light emitting layers may be alternately stacked. That is, the present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below.

Claims (16)

발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서,In a white light emitting device having a light emitting diode chip, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층을 갖는 발광다이오드 칩; 및A light emitting diode chip having a plurality of green quantum well emitting layers emitting green light and a plurality of blue quantum well emitting layers emitting blue light; And 상기 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 상기 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되, It includes a fluorescent material that emits a red light having a complementary color and the color of the mixed light emitted from the light emitting diode chip to be mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to implement white, 상기 파란색 양자 우물발광층은 상기 초록색 양자 우물발광층 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.And the blue quantum well light emitting layer is formed on the green quantum well light emitting layer. 삭제delete 삭제delete 발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서,In a white light emitting device having a light emitting diode chip, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층을 갖는 발광다이오드 칩; 및A light emitting diode chip having a plurality of green quantum well emitting layers emitting green light and a plurality of blue quantum well emitting layers emitting blue light; And 상기 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 상기 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되,It includes a fluorescent material that emits a red light having a complementary color and the color of the mixed light emitted from the light emitting diode chip to be mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to implement white, 상기 다수개의 초록색 양자 우물발광층과 파란색 양자 우물발광층은 서로 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.Wherein the plurality of green quantum well light emitting layers and the blue quantum well light emitting layers are alternately stacked. 삭제delete 삭제delete 발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서,In a white light emitting device having a light emitting diode chip, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층과, 상기 양자 우물발광층 사이의 우물벽들을 갖는 발광다이오드 칩; 및A light emitting diode chip having a plurality of green quantum well emitting layers emitting green light, a plurality of blue quantum well emitting layers emitting blue light, and well walls between the quantum well emitting layers; And 상기 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 상기 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되,It includes a fluorescent material that emits a red light having a complementary color and the color of the mixed light emitted from the light emitting diode chip to be mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to implement white, 상기 파란색 양자 우물발광층은 상기 초록색 양자 우물발광층 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.And the blue quantum well light emitting layer is formed on the green quantum well light emitting layer. 삭제delete 삭제delete 발광다이오드 칩을 갖는 백색 발광장치에 있어서,In a white light emitting device having a light emitting diode chip, 초록색의 빛을 내는 다수개의 초록색 양자 우물발광층과, 파란색의 빛을 내는 다수개의 파란색 양자 우물발광층과, 상기 양자 우물발광층 사이의 우물벽들을 갖는 발광다이오드 칩; 및A light emitting diode chip having a plurality of green quantum well emitting layers emitting green light, a plurality of blue quantum well emitting layers emitting blue light, and well walls between the quantum well emitting layers; And 상기 발광다이오드 칩에서 나온 혼합된 빛의 색깔과 보색관계에 있는 빨간색 빛을 발광하여 상기 발광다이오드 칩에서 나온 빛들과 혼합되어 백색을 구현하는 형광물질을 포함하되,It includes a fluorescent material that emits a red light having a complementary color and the color of the mixed light emitted from the light emitting diode chip to be mixed with the light emitted from the light emitting diode chip to implement white, 상기 다수개의 초록색 양자 우물발광층과 파란색 양자 우물발광층은 서로 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.Wherein the plurality of green quantum well light emitting layers and the blue quantum well light emitting layers are alternately stacked. 삭제delete 삭제delete 제 7항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 and 10, 상기 양자 우물발광층 두께는 상기 우물벽보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.And the quantum well light emitting layer has a thickness greater than that of the well wall. 삭제delete 제 7항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 and 10, 상기 양자 우물발광층 두께는 상기 우물벽과 동일한 것을 특징으로 하는 백색 발광장치.And the thickness of the quantum well light emitting layer is the same as that of the well wall. 삭제delete
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WO2023128561A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-06 서울바이오시스주식회사 Light-emitting element and light-emitting module comprising same

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