KR100616690B1 - White light emitting device - Google Patents
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Abstract
휘도와 연색지수가 개선된 백색 발광 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 자외선을 방출하는 자외선 광원(UV 광원)과; 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 제1 형광체와; 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 제2 형광체와; 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하고, 상기 제2 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하고, 상기 제3 형광체는 상기 자외선과 상기 제2 형광체의 방출광에 의해 여기되어 적색광을 방출한다. Provided is a white light emitting device having improved luminance and color rendering index. A white light emitting device according to the present invention includes an ultraviolet light source (UV light source) for emitting ultraviolet light; A first phosphor having a peak emission wavelength of 490 to 550 nm; A second phosphor having a peak emission wavelength of 420 to 480 nm; A third phosphor having a peak emission wavelength of 580-620 nm, wherein the first phosphor is excited by the ultraviolet light to emit green light, and the second phosphor is excited by the ultraviolet light to emit blue light, The three phosphors are excited by the ultraviolet light and the emission light of the second phosphor to emit red light.
발광 다이오드, LED, 백색 발광, 형광체 Light Emitting Diode, LED, White Light Emitting Phosphor
Description
도 1은 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram schematically showing a conventional white light emitting device.
도 2는 본 발명의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 2 is a conceptual diagram schematically showing a white light emitting device of the present invention.
도 3은 본 발명의 백색 발광 장치의 동작 원리를 나타낸 모식도이다.3 is a schematic diagram showing an operating principle of the white light emitting device of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 백색 발광 장치에 사용되는 청색 형광체와 적색 형광체 간의 에너지 전이를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 4 is a schematic diagram schematically showing energy transfer between a blue phosphor and a red phosphor used in the white light emitting device of one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 적색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an excitation spectrum of a red phosphor used in one embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에서 사용되는 적색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing an excitation spectrum of a red phosphor used in another embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 청색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.7A is a graph showing an excitation spectrum of a blue phosphor used in one embodiment of the present invention.
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 청색 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.7B is a graph showing the emission spectrum of the blue phosphor used in one embodiment of the present invention.
도 8a는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 녹색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.8A is a graph showing an excitation spectrum of a green phosphor used in one embodiment of the present invention.
도 8b는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 녹색 형광체의 발광 스펙트럼 을 나타내는 그래프이다.8B is a graph showing the emission spectrum of the green phosphor used in one embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 측단면도이다.9 is a side sectional view showing a white light emitting device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: UV 광원 2: 자외선1: UV light source 2: UV light
4: 녹색광 5, 6: 청색광4:
7, 8: 적색광 11: 백색광7, 8: red light 11: white light
12: 관찰자 231, 232, 233: 형광체12:
본 발명은 백색 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 LED 등의 자외선 광원과 이로부터 방출되는 자외선을 변환시켜 발광하는 형광 물질들을 구비하는 백색 발광 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
백색 LED 장치는 종래의 소형 램프 또는 형광 램프 대신에 액정 표시 장치의 백라이트(backlight)로서 사용되고 있다. S. Nakamura 외의 "The Blue Laser", pp. 216-221 (Springer 1997)의 Chapter 10.4에서 논의된 바와 같이, 백색 LED 장치는 청색 LED의 출사면 상에 세라믹 형광체층을 형성함으로써 제조될 수 있다. White LED devices are used as backlights of liquid crystal displays instead of conventional small lamps or fluorescent lamps. S. Nakamura et al. "The Blue Laser", pp. As discussed in Chapter 10.4 of 216-221 (Springer 1997), white LED devices can be fabricated by forming a ceramic phosphor layer on the exit face of a blue LED.
종래의 대표적인 백색 LED 장치에서는, 청색 LED로서 InGaN 단일 양자 우물을 갖는 LED를 사용하고, 형광체로서 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce), 즉 Y3Al5O12:Ce3+를 사용한다. 청색 LED로부터 방출된 청색광은 상기 형광체를 여기시킴으로써 황색광을 방출시킨다. 청색 LED로부터 방출된 일부 청색광은 형광체를 투과하여 상기 형광체에 의해 방출된 황색광과 혼합된다. 이러한 청색광과 황색광의 혼색은, 관찰자(보는 사람)에게는 백색광으로 인식하게 된다. 청색 LED는 약 420 내지 480nm의 파장을 갖는 빛(청색광)을 방출한다. 이러한 청색광이 황색 형광체와 결합되면, 약 6000-8000K의 색온도와 약 77의 연색 지수(color rendering index(CRI))를 갖는 백색광이 생기게 된다. In a typical representative white LED device, an LED having an InGaN single quantum well is used as a blue LED, and a yttrium aluminum garnet (YAG: Ce) doped with cerium as a phosphor, that is, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ is used. do. The blue light emitted from the blue LED emits yellow light by exciting the phosphor. Some blue light emitted from the blue LED is transmitted through the phosphor and mixed with the yellow light emitted by the phosphor. Such a mixture of blue light and yellow light is perceived by the observer (viewer) as white light. Blue LEDs emit light (blue light) with a wavelength of about 420-480 nm. When such blue light is combined with a yellow phosphor, white light has a color temperature of about 6000-8000K and a color rendering index (CRI) of about 77.
또한, 청색 LED는, 청색광을 적색광으로 변환시키는 형광체 및 녹색광으로 변환시키는 형광체와 결합함으로써, 백색광을 발생시킬 수 있다. 적절한 형광체는 약 420 내지 480nm의 범위에서 높은 여기 효율과 넓은 색도 영역(chromatic zone)을 가져야 한다.In addition, the blue LED can generate white light by combining with a phosphor converting blue light into red light and a phosphor converting into green light. Suitable phosphors should have high excitation efficiency and a wide chromatic zone in the range of about 420-480 nm.
또한, 백색광은 적색, 녹색 및 청색 LED를 결합함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 다른 LED는 다른 전기적 광학적 특성(예컨대, 광속(lumen) 대 수명 프로파일, 출력광의 파워 대 입력 전류 곡선, 및 저항 대 온도 곡선 특성 등)을 갖기 때문에, 이러한 LED들의 조합은 일관적인 색도 및 균일성을 갖는 빛을 내지 못한다. 또한, 상기 3개의 LED는 3개의 전류 조절기(current regulator)를 필요로 하여 장치의 제조 비용을 증가시키고 소형화하기가 어렵다.White light can also be obtained by combining red, green and blue LEDs. However, because different LEDs have different electro-optical characteristics (eg, lumens vs. lifetime profiles, power vs. input current curves of output light, and resistance vs. temperature curves), the combination of these LEDs is consistent in color and uniformity. It does not give light having sex. In addition, the three LEDs require three current regulators, increasing the manufacturing cost of the device and making it difficult to miniaturize.
백색 LED 장치를 구현하기 위한 다른 방안으로서, 자외선 LED(UV LED)와 이 UV LED로부터 방출되는 자외선을 변화시켜 백색광을 출력하는 형광체들을 결합할 수 있다. 이에 사용되는 각각의 형광체는 전자기 스펙트럼의 소정 영역에서 에너지를 흡수하여 다른 영역의 방사 에너지를 방출한다. 통상, 방출되는 광자의 에너지는 흡수되는 광자의 에너지보다 낮다. UV LED를 사용하여 백색광을 얻기 위해서는, UV LED와 결합되는 형광체들은 스펙트럼의 가시 영역 밖에 있는 방사 에너지의 흡수에 응답하여 스펙트럼의 가시 영역에 있는 방사 에너지를 방출하여야 한다. 이에 따라, 상기 형광체들은 육안으로는 감지되지 않는 전자기 방사를 육안으로 감지되는 전자기 방사로 변환시키게 된다. As another way to implement a white LED device, it is possible to combine an ultraviolet LED (UV LED) with phosphors that output white light by varying the ultraviolet light emitted from the UV LED. Each phosphor used for this absorbs energy in a given region of the electromagnetic spectrum and emits radiant energy in another region. Typically, the energy of photons emitted is lower than the energy of photons that are absorbed. In order to obtain white light using a UV LED, the phosphors combined with the UV LED must emit radiation energy in the visible region of the spectrum in response to absorption of radiant energy outside the visible region of the spectrum. Accordingly, the phosphors convert electromagnetic radiation that is not detected by the naked eye into electromagnetic radiation that is perceived by the naked eye.
그러나, 실제로 백색광을 얻기 위해, 자외선(UV)에 의해 여기되어 각각 적, 녹, 청색 영역의 빛을 발하는 적절한 3개의 형광체를 찾기가 매우 어렵다. 일반적으로, 적색 형광체의 양자 수율(quantum yield)은 녹색 및 청색 형광체에 비하여 매우 낮다. 따라서, 우수한 연색 지수를 갖는 고품질의 백색광을 얻지 못하고 있는 실정이다. However, in order to actually obtain white light, it is very difficult to find three suitable phosphors that are excited by ultraviolet (UV) light to emit red, green and blue light, respectively. In general, the quantum yield of red phosphors is very low compared to green and blue phosphors. Therefore, high quality white light having an excellent color rendering index has not been obtained.
도 1은 UV LED를 사용한 종래의 백색 LED 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 1을 참조하면, UV LED 광원에서 방출되는 자외선(350 내지 410nm)에 의해 청, 녹, 적색 형광체가 각각 여기되어 각각 420-480nm(청색), 490-550nm(녹색), 580-620nm(적색) 파장대의 가시광선을 방출한다. 이러한 가시광선들은 혼색되어 백색광으로 출력된다. 그러나, 이러한 종래 기술의 백색 발광 장치에 따르면, 청색 및 녹색 형광체에 비하여 적색 형광체의 양자 수율이 너무 낮다. 이에 따라, 전체 휘도와 연색지수는 낮아 고품질의 출력광을 얻기가 힘들다.1 is a conceptual diagram schematically showing a conventional white LED device using a UV LED. Referring to FIG. 1, blue, green, and red phosphors are excited by ultraviolet rays (350 to 410 nm) emitted from a UV LED light source, respectively, and are respectively 420-480 nm (blue), 490-550 nm (green), and 580-620 nm (red). ) Emits visible light in the wavelength range. These visible rays are mixed and output as white light. However, according to this prior art white light emitting device, the quantum yield of the red phosphor is too low compared to the blue and green phosphors. Accordingly, it is difficult to obtain high quality output light because the overall luminance and color rendering index are low.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 적색 형광체의 양자 수율이 높고 연색지수가 개선된 고품질 고휘도의 백색 발광 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high quality high brightness white light emitting device having high quantum yield of red phosphor and improved color rendering index.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 자외선을 방출하는 자외선 광원(UV 광원)과; 490 내지 550nm의 피크 방출 파장(peak emission wavelength)을 갖는 제1 형광체와; 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 제2 형광체와; 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하고, 상기 제2 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하고, 상기 제3 형 광체는 상기 자외선과 상기 제2 형광체의 방출광에 의해 여기되어 적색광을 방출한다. In order to achieve the above technical problem, a white light emitting device according to the present invention, the ultraviolet light source (UV light source) for emitting ultraviolet light; A first phosphor having a peak emission wavelength of 490-550 nm; A second phosphor having a peak emission wavelength of 420 to 480 nm; A third phosphor having a peak emission wavelength of 580-620 nm, wherein the first phosphor is excited by the ultraviolet light to emit green light, and the second phosphor is excited by the ultraviolet light to emit blue light, Type 3 phosphors are excited by the ultraviolet light and the emitted light of the second phosphor to emit red light.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 UV 광원은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 자외선 LED이다. 다른 실시형태로서, 상기 UV 광원은 수은 가스이거나, Ne, Ar 및 Xe으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 비활성 가스일 수 있다.According to a preferred embodiment of the invention, the UV light source is an ultraviolet LED having a peak emission wavelength of 350 to 410 nm. In another embodiment, the UV light source may be a mercury gas or an inert gas selected from at least one group consisting of Ne, Ar, and Xe.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제3 형광체는 350 내지 480nm의 파장 범위에서 피크 여기 파장(peak excitation wavelength)을 가진다. 또한, 더 바람직하게는, 상기 제3 형광체는, 420 내지 480nm의 범위에서 피크 여기 파장을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 제3 형광체는 350 내지 410nm의 범위 및 420 내지 480nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the third phosphor has a peak excitation wavelength in the wavelength range of 350 to 480 nm. More preferably, the third phosphor has a peak excitation wavelength in the range of 420 to 480 nm. Even more preferably, the third phosphor has a peak excitation wavelength in the range of 350 to 410 nm and the range of 420 to 480 nm, respectively.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 형광체는 Sr2Si3O82SrCl2:Eu2+, Sr4Al14O25:Eu2+, Y2SiO5:Ce3+,Tb3+ 및 BaYSi4N7:Eu2+로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first phosphor is Sr 2 Si 3 O 8 2 SrCl 2 : Eu 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ And BaYSi 4 N 7 : Eu 2+ .
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제2 형광체는 (Sr, Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+, La2.99Ce0.01(SiS4)2I 및 Ce3(SiS4)2X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the second phosphor is (Sr, Ca) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , La 2.99 Ce 0.01 (SiS 4 ) 2 I and Ce 3 (SiS 4 ) At least one phosphor selected from the group consisting of 2 X (X is Cl, Br or I).
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제3 형광체는 K2Eu2.5(WO4)6.25:Sm과 Li(WO4)1.25:Eu,Sm과 Ca0.76MoO4:Eu0.24 3+로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the third phosphor is composed of K 2 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 : Sm and Li (WO 4 ) 1.25 : Eu, Sm and Ca 0.76 MoO 4 : Eu 0.24 3+ At least one phosphor selected from the group.
본 발명에 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 각각 분리되어 있으며, 상기 자외선 광원 상에 불연속적인 층 구조로 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 제2 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first, second and third phosphors are separated from each other and are formed in a discontinuous layer structure on the ultraviolet light source. Preferably, said second phosphor is above said third phosphor.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 몰딩 물질 내에 함유되어 있다. 이 경우, 상기 몰딩 물질로는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the invention, said first, second and third phosphors are contained within a molding material. In this case, an epoxy resin or a silicone resin may be used as the molding material.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 UV 광원 상에 형성된 몰딩 물질을 더 포함하며, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질에 분산되어 함유되어 있고, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질 내에서 층 형태로 배치되어 있고, 상기 제2 형광체는 상기 3 형광체 위에 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, further comprising a molding material formed on the UV light source, wherein the first, second and third phosphors are dispersed and contained in the molding material, the first, second and third phosphors Disposed in the form of a layer in the molding material, wherein the second phosphor is above the three phosphors.
본 발명은 UV 광원과 결합되어 백색광을 발생시키는 형광체들의 조합을 제공한다. 상기 형광체들의 조합은 녹색 형광체(제1 형광체), 청색 형광체(제2 형광체) 및 적색 형광체(제3 형광체)로 구성된다. 이 형광체들은 UV 광원에 방출하는 자외선에 의해 여기된다. 또한, 상기 형광체들 중 적색 형광체(제3 형광체)는 청색 형광체(제2 형광체)의 방출광(약 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 가짐)에 의해서도 추가적으로 여기되어 적색광을 방출한다. 이에 따라, 약 420 내지 770nm의 파장 범위에서 가시광선을 출력하여 백색광을 발하게 된다.The present invention provides a combination of phosphors combined with a UV light source to generate white light. The combination of phosphors is composed of a green phosphor (first phosphor), a blue phosphor (second phosphor) and a red phosphor (third phosphor). These phosphors are excited by the ultraviolet light emitted by the UV light source. In addition, the red phosphor (third phosphor) of the phosphors is further excited by the emission light (having a peak emission wavelength of about 420 to 480 nm) of the blue phosphor (second phosphor) to emit red light. Accordingly, visible light is emitted in the wavelength range of about 420 to 770 nm to emit white light.
적색 형광체는 자외선뿐만 아니라 청색 형광체의 방출광에 의해서도 여기되어, 적색 형광체의 방출광을 더욱 증대시킨다. 따라서, 적색 형광체는 UV 광원과 청색 형광체에 의해 2중 여기된다. 이에 따라, 적색 형광체의 양자 수율은 더욱 커지게 되고, 백색 LED 장치의 전체 휘도(또는 발광 효율) 및 연색지수가 향상된다.The red phosphor is excited not only by ultraviolet light but also by the emitted light of the blue phosphor, further increasing the emitted light of the red phosphor. Therefore, the red phosphor is double excited by the UV light source and the blue phosphor. Accordingly, the quantum yield of the red phosphor is further increased, and the overall luminance (or luminous efficiency) and color rendering index of the white LED device are improved.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2은 본 발명의 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, UV LED등 UV 광원로부터 자외선이 방출된다. 녹색, 청색 및 적색 형광체는 UV 광원로부터 방출된 자외선에 의해 여기시켜 각각 녹색, 청색 및 적색의 가시광을 방출한다. 방출된 녹, 청 및 적색의 가시광선은 혼색되어 백색광을 출력하게 된 다. 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 피크 방출 파장(peak emission wavelength)을 가지며, 청색 형광체는 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 가지며, 적색 형광체는 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 가진다. 바람직하게는, 상기 형광체들은 UV 광원의 특정 방출 파장에서 높은 광자 효율을 갖는다. 또한, 바람직하게는, 각 형광체들은 다른 형광체에 의해 방출된 가시광에 대해 투광성을 갖는다.2 is a conceptual diagram schematically showing a light emitting device of the present invention. Referring to FIG. 2, ultraviolet light is emitted from a UV light source such as a UV LED. Green, blue and red phosphors are excited by ultraviolet light emitted from the UV light source to emit green, blue and red visible light, respectively. The emitted green, blue and red visible light is mixed to produce white light. The green phosphor has a peak emission wavelength of 490-550 nm, the blue phosphor has a peak emission wavelength of 420-480 nm, and the red phosphor has a peak emission wavelength of 580-620 nm. Preferably, the phosphors have a high photon efficiency at a particular emission wavelength of the UV light source. Also, preferably, each of the phosphors is transparent to visible light emitted by other phosphors.
적색 형광체는 UV 광원에 의해 방출되는 자외선에 의해 여기될 뿐만 아니라 청색 형광체의 방출광(청색광)에 의해서도 여기되어 적색광을 방출한다. 바람직하게는, 청색 방출광에 의해 충분히 효율적으로 여기될 수 있도록 상기 적색 형광체는 420 내지 480nm의 범위에서 피크 여기 파장(peak excitation)을 갖는다. 특히, 상기 UV 광원이 UV LED인 경우, 상기 적색 형광체는 바람직하게는, 350 내지 410nm의 범위와 420 내지 480nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는다. The red phosphor is excited not only by the ultraviolet rays emitted by the UV light source but also by the emitted light (blue light) of the blue phosphor to emit red light. Preferably, the red phosphor has a peak excitation wavelength in the range of 420 to 480 nm so that it can be excited sufficiently by blue emission light. In particular, when the UV light source is a UV LED, the red phosphor preferably has a peak excitation wavelength in the range of 350 to 410 nm and the range of 420 to 480 nm, respectively.
이와 같이 적색 형광체는 UV 광원 뿐만 아니라 청색 형광체에 의해서도 여기됨으로써 적색광을 방출한다. 따라서, 종래 문제가 되었던 적색 형광체의 낮은 양자 수율은 본 발명에 따라 극복 또는 경감될 수 있다. 더욱이 종래에 쓸데없이 버려지는 청색(예컨대, 출사면의 후방으로 빠져 나가는 청색 방출광)을 적색 형광체를 여기시키는 데에 사용된다면, 전체적인 발광 효율은 더욱 더 커지게 된다.In this manner, the red phosphor emits red light by being excited not only by the UV light source but also by the blue phosphor. Thus, the low quantum yield of the red phosphor, which has been a conventional problem, can be overcome or alleviated according to the present invention. Furthermore, if conventionally discarded blue (e.g., blue emission light exiting behind the exit surface) is used to excite the red phosphor, the overall luminous efficiency becomes even greater.
이와 같이 적색 형광체는 UV 광원 및 청색 형광체에 의해 2중 여기됨으로써, 적색 형광체의 양자 수율이 크게 증대될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 발광 효율, 휘도 및 연색지수가 종래에 비하여 개선되어진 백색광을 출력하게 된다.As such, the red phosphor is double excited by the UV light source and the blue phosphor, thereby greatly increasing the quantum yield of the red phosphor. Accordingly, the white light output with improved luminous efficiency, luminance and color rendering index as compared with the conventional one is output.
도 3은 본 발명의 백색 발광 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 3을 참조하면, UV LED 등의 UV 광원(1)은 자외선(2)을 방출하여 이를 3종류의 형광체(230), 즉 형광체Ⅰ(231), 형광체Ⅱ(232) 및 형광체Ⅲ(233)에 입사시킨다. 이 형광체들(230)은 서로 분리된 층 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 형광체들의 혼합물을 이용하는 것보다 각각 분리된 층구조의 형광체를 이용하는 것이, 출사면 후방으로 방출되는 버려지는 방출광을 효율적으로 이용하기에 더 적합하기 때문이다.3 is a schematic view for explaining the operation principle of the white light emitting device of the present invention. Referring to FIG. 3, a
UV 광원(1)에서 방출되는 자외선은 육안으로는 감지되지 않으며, 420nm 미만의 파장을 갖는다. 바람직하게는, 상기 UV 광원(1)은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED이다. The ultraviolet rays emitted from the UV
형광체Ⅰ(231)은 상기 자외선(2)을 흡수한 후, 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 녹색광(4)을 방출한다. 형광체Ⅱ(232)는 상기 자외선(2)을 흡수한 후, 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 청색광(5, 6)을 방출한다. Phosphor I 231 absorbs the
또한, 형광체Ⅲ(233)은 상기 자외선(2)과 형광체Ⅱ(232)의 방출광(청색광 (6))을 흡수한 후, 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 적색광(7, 8)을 방출한다. 특히 형광체Ⅲ(233)이 420 내지 480nm의 범위에서 피크 여기 파장을 가질 경우, 상기 청색광(6)을 효과적으로 흡수할 수 있다(즉, 상기 청색광(6)에 의해 효과적으로 여기될 수 있다). 적색광(7)은 형광체Ⅱ(232)의 방출광(6)의 흡수로 인해 형광체Ⅲ(233)에 의해 방출된 적색광이다. 적색광(8)은 자외선 광원의 방출광(자외선)의 흡수로 인해 형광체Ⅲ(233)에 의해 방출된 적색광이다. 관찰자(12)는 녹색광(4), 청색광(5) 및 적색광(7, 8)의 조합을 백색광(11)으로 감지하게 된다. In addition, the
이상 설명한 바와 같이, 형광체Ⅲ(233)은 UV 광원(1) 및 형광체Ⅱ(232)에 의해 2중 여기되어 적색광을 방출한다. 따라서, 적색 형광체(형광체Ⅲ(233))의 광자 수율이 향상된다. 이에 따라, 전체적인 휘도 증가와 연색 지수 개선을 기대할 수 있다. 구체적으로는, 적색 형광체의 양자 수율, 발광 장치 전체의 휘도 및 연색 지수는 각각 약 10-15% 정도 증가할 것으로 기대된다.As described above, the
상기 UV 광원(1)은, 자외선을 방출하여 형광체Ⅰ,Ⅱ 및 Ⅲ을 여기시킬 수 있는 어떠한 광원도 가능한다. 바람직하게는, UV 광원(1)은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED이다. 그러나, 그 외에도 상기 광원(1)으로서, 예를 들어 형광 램프 또는 고압 수은 증기 램프 등에 사용되는 수은 가스을 사용하거나, 또는 플라즈마 디스플레이에 사용되는 Ne, Ar 및/또는 Xe 등의 비활성 가스를 사용할 수도 있다.The UV
상기 형광체Ⅰ(231)은, UV 광원(1)의 방출광(2)에 응하여 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 녹색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. UV 광원(1)으로 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED를 사용할 경우, 상기 형광체Ⅰ(231)로는, 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 가지면서 상기 UV LED의 방출광(자외선)에 대한 높은 광자 효율을 갖는 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 형광체Ⅰ(231)로서, Sr2Si3O82SrCl2:Eu2+와, Sr4Al14O25:Eu2+와, Y2SiO5:Ce3+,Tb3+와, BaYSi4N7:Eu2+로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택된 형광체를 사용할 수 있다. 이들 형광체는 약 490 내지 530nm의 범위에서 피크 방출 파장을 갖는 것으로 알려져 있다. 상기 형광체들 중에서 특히 Sr2Si3O82SrCl2:Eu2+가 바람직하다. 이는 Sr2Si3O82SrCl2:Eu2+가 340 내지 440 nm의 파장을 갖는 입사광에 대해 90%이상의 양자 효율을 갖고 있으며 가시광선에 대한 선택적인 흡수가 거의 없기 때문이다. The phosphor I 231 may be any phosphor that emits green light having a peak emission wavelength of 490 to 550 nm in response to the
상기 형광체Ⅱ(232)는 UV 광원(1)의 방출광(2)에 응하여 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 청색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. UV 광원(1)으로 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED를 사용할 경우, 상기 형광체Ⅱ(232)로는, 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 가지면서 상기 UV LED의 방출광( 자외선)에 대한 높은 광자 효율을 갖는 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 형광체Ⅱ(232)로서, (Sr, Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+, La2.99Ce0.01(SiS4)2I 및 Ce3(SiS4)2X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 사용할 수 있다. 이들 형광체는 450 내지 480nm의 범위에서 피크 방출 파장을 갖는 것으로 알려져 있다.The phosphor II 232 may be any phosphor that emits blue light having a peak emission wavelength of 420 to 480 nm in response to the
형광체Ⅰ(231) 및 형광체Ⅱ(232)로서, 상기한 형광체들뿐만 아니라 다른 형광체를 사용할 수도 있다. 예를 들어, UV 광원(1)으로서 UV LED 이외의 다른 광원을 사용하는 경우, 254nm 또는 147nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대한 높은 양자 효율을 갖는 형광체가 형광 램프 또는 플라즈마 디스플레이 적용을 위해 사용될 수 있다. 형광 램프에서의 수은 가스 방출은 254nm의 피크 방출 파장을 가지며, 플라즈마 디스플레이에서의 Xe 플라즈마 방전은 147nm의 피크 방출 파장을 가진다.As the phosphor I 231 and the
상기 형광체Ⅲ(233)는 UV 광원(1)의 방출광(2) 및 형광체Ⅱ(232)에 응하여 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 적색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. 바람직하게는, 상기 형광체Ⅲ(233)는 350 내지 410nm의 UV LED의 방출광 뿐만 아니라 420 내지 480nm의 형광체Ⅱ(232)의 방출광도 함께 흡수하여 580 내지 620nm의 적색광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 형광체Ⅲ(233)로는, K2Eu2.5(WO4)6.25:Sm과 Li(WO4)1.25:Eu,Sm과 Ca0.76MoO4:Eu0.24 3+로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 사용할 수 있다. 이 형광체들은 UV 광원(1)의 방출광(2)과 형광체Ⅱ(232)의 방출광(6)에 의해 2중 여기될 수 있다. 이에 따라, 적색 형광체(형광체Ⅲ(233))의 양자 효율이 높아지고 전체적인 발광 효율, 휘도 및 연색 지수가 개선된다. The
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 백색 발광 장치에 사용되는 청색 형광체(형광체Ⅱ)와 적색 형광체(형광체Ⅲ) 간의 에너지 전이를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 형광체Ⅱ는 400nm 정도의 자외선에 의해 여기되어 460nm 정도의 청색광을 방출한다. 또한, 형광체Ⅲ은 400nm 정도의 자외선뿐만 아니라 형광체Ⅱ의 방출광 일부를 흡수하여 611nm 정도의 적색광을 방출한다. 4 is a schematic diagram schematically showing energy transfer between a blue phosphor (phosphor II) and a red phosphor (phosphor III) used in the white light emitting device of one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, phosphor II is excited by ultraviolet light of about 400 nm and emits blue light of about 460 nm. In addition, the phosphor III absorbs not only about 400 nm of ultraviolet light but also a part of the emitted light of the phosphor II to emit red light of about 611 nm.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 적색 형광체(형광체Ⅲ)의 여기 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 5는 Ca0.76MoO4:Eu0.24 3+의 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, Ca0.76MoO4:Eu0.24 3+ 은 약 395 nm에서뿐만 아니라, 약 460nm 근방에서도 피크 여기 파장을 갖는다. 따라서, Ca0.76MoO4:Eu0.24 3+은 전술한 바와 같은 2중 여기가 가능한 적색 형광체(형광체 Ⅲ)에 해당한다. 도 6은 본 발명에서 사용될 수 있는 또다른 적색 형광체의 여기 스펙트럼을 나타낸다. 특히, 도 6은 K2Eu2.5(WO4)6.25:Sm의 여기 스펙트럼을 나타낸다. K2Eu2.5(WO4)6.25:Sm도 2중 여기가 가능하도록 약 395nm 근방과 약 460nm 근방에서 피크 여기 파장을 갖는다.5 is a graph showing an excitation spectrum of a red phosphor (phosphor III) used in one embodiment of the present invention. In particular, FIG. 5 shows an excitation spectrum of Ca 0.76 MoO 4 : Eu 0.24 3+ . As shown in FIG. 5, Ca 0.76 MoO 4 : Eu 0.24 3+ has a peak excitation wavelength at about 395 nm as well as around about 460 nm. Therefore, Ca 0.76 MoO 4 : Eu 0.24 3+ corresponds to the red phosphor (phosphor III) capable of double excitation as described above. 6 shows an excitation spectrum of another red phosphor that can be used in the present invention. In particular, FIG. 6 shows an excitation spectrum of K 2 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 : Sm. K 2 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 : Sm also has a peak excitation wavelength near about 395 nm and around 460 nm to enable double excitation.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 청색 형광체(형광체Ⅱ)의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 7a는 La2.99Ce0.01(SiS4)2I 및 Ce3(SiS4)2X (X는 Cl, Br 또는 I)의 여기 스펙트럼을 나타내며, 도 7b는 그 발광 스펙트럼을 나타낸다. 이들 그래프에서 여기 스펙트럼의 발광파장은 500nm 근방(청색 영역)이고, 발광 스펙트럼의 여기광 파장은 372nm 근방(자외선 영역)이다.7A and 7B are graphs showing the excitation spectrum and the emission spectrum of the blue phosphor (phosphor II) used in one embodiment of the present invention, respectively. In particular, FIG. 7A shows an excitation spectrum of La 2.99 Ce 0.01 (SiS 4 ) 2 I and Ce 3 (SiS 4 ) 2 X (X is Cl, Br or I), and FIG. 7B shows its emission spectrum. In these graphs, the emission wavelength of the excitation spectrum is around 500 nm (blue region), and the excitation light wavelength of the emission spectrum is around 372 nm (ultraviolet region).
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 녹색 형광체(형광체Ⅰ)의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 8a 및 8b는 각각 Sr2Si3O82SrCl2:Eu2+의 여기 스펙트럼 및 방츨 스펙트럼을 나타낸다. 8A and 8B are graphs showing the excitation spectrum and the emission spectrum of the green phosphor (phosphor I) used in one embodiment of the present invention, respectively. In particular, FIGS. 8A and 8B show excitation spectra and release spectra of Sr 2 Si 3 O 8 2SrCl 2 : Eu 2+ , respectively.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 형광체Ⅰ(231), Ⅱ(232) 및 Ⅲ(233)은 각각 분리되어 배치되며, 자외선 LED(1) 상에 불연속적인 층 구조를 형성 한다. 바람직하게는, 형광체Ⅱ(232)는 형광체Ⅲ(233) 상에 있다. 즉, 형광체Ⅲ(233)은 UV LED 등의 UV 광원(1) 위에 배치되고, 형광체Ⅱ(232)는 형광체Ⅲ(233) 위에 배치된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the phosphors I 231, II 232 and
이렇게 함으로써, 형광체Ⅱ(232)로부터 후방으로 방출된 빛(6)은 형광체Ⅲ(233)에 의해 용이하게 흡수되어 적색광(7)을 방출한다. 이에 따라, 형광체 Ⅲ(233)의 추가적인 방출광(7)은 발광 장치의 전체 휘도를 더욱 높이고 연색 지수도 더욱 향상시키게 된다. 또한, 후방으로 방출되어 버려질 빛(6)을 효과적으로 이용하게 된다. 이러한 층 구조의 형광체 배치는 각각의 형광체가 분산되어 있는 몰딩 수지의 층을 형성함으로써 용이하게 구현될 수 있다.In this way, the
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 측단면도이다. 도 9를 참조하면, 백색 발광 장치(100)는 케이싱(101)의 오목부에 자외선 LED(104)가 배치되어 있다. 케이싱(101)에 설치된 단자 전극(103)은 본딩 와이어(105)를 통해서 LED(104)와 전기적으로 접속하게 된다. LED(104) 상에는 전술한 형광체Ⅲ이 분산되어 있는 몰딩층(130), 형광체Ⅱ가 분산되어 있는 몰딩층(120) 및 형광체Ⅰ가 분산되어 있는 몰딩층(110)이 순차적으로 적층되어 있다. 이러한 백색 발광 장치(100)에 의해, 적색 형광체(형광체Ⅲ)의 양자 수율이 증가되고, 전체 휘도 및 연색지수가 개선된 고품질의 백색광을 얻을 수 있다.9 is a side sectional view showing a white light emitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, in the white
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution, modification, and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자외선과 녹색광에 의해 2중 여기되는 적색 형광체를 사용함으로, 적색 형광체의 양자 수율을 높이고 전체 휘도를 향상시키고 연색지수를 개선할 수 있다. 이에 따라, 고품질 고휘도의 백색 발광을 얻게 된다.As described above, according to the present invention, by using a red phosphor which is double excited by ultraviolet rays and green light, it is possible to increase the quantum yield of the red phosphor, to improve the overall luminance, and to improve the color rendering index. As a result, white light emission of high quality and high brightness is obtained.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050066017A KR100616690B1 (en) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | White light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050066017A KR100616690B1 (en) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | White light emitting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100616690B1 true KR100616690B1 (en) | 2006-08-28 |
Family
ID=37601257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050066017A KR100616690B1 (en) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | White light emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100616690B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101387555B1 (en) | 2010-03-12 | 2014-04-21 | 시추안 썬포 라이트 컴퍼니 리미티드 | White light emitting diode(led) lighting device driven by pulse current |
-
2005
- 2005-07-20 KR KR1020050066017A patent/KR100616690B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101387555B1 (en) | 2010-03-12 | 2014-04-21 | 시추안 썬포 라이트 컴퍼니 리미티드 | White light emitting diode(led) lighting device driven by pulse current |
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