KR100714581B1 - White light emitting device - Google Patents

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KR100714581B1
KR100714581B1 KR1020050125952A KR20050125952A KR100714581B1 KR 100714581 B1 KR100714581 B1 KR 100714581B1 KR 1020050125952 A KR1020050125952 A KR 1020050125952A KR 20050125952 A KR20050125952 A KR 20050125952A KR 100714581 B1 KR100714581 B1 KR 100714581B1
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KR
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scattering layer
phosphor
light scattering
light
emitting device
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KR1020050125952A
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미하일 나자로프
알렉산더 티 키닌
윤철수
세르게이 비루진스키
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삼성전기주식회사
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Abstract

발광효율과 연색지수가 개선된 백색 발광 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 청색 LED와; 상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와; 상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와; 상기 청색 LED 상에 형성된 광산란층을 포함한다. Provided is a white light emitting device having improved luminous efficiency and color rendering index. A white light emitting device according to the present invention includes a blue LED; A molding resin encapsulating the blue LED; At least one phosphor that is excited by and emits blue light from the blue LED; It includes a light scattering layer formed on the blue LED.

발광 다이오드, LED, 백색 발광, 형광체 Light Emitting Diode, LED, White Light Emitting Phosphor

Description

백색 발광 장치{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE} White light emitting device {WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional white light emitting device.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view schematically showing a white light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to an embodiment of the present invention.

도 4는 LED와 광산란층의 계면에서의 빛의 터널링 현상을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for schematically explaining the tunneling phenomenon of light at the interface between the LED and the light scattering layer.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to still another embodiment of the present invention.

도 7은 광산란층 내의 입자 직경에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the light extraction efficiency according to the particle diameter in the light scattering layer.

도 8은 서브코팅부 입자의 굴절율에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing light extraction efficiency according to the refractive index of the particles of the sub-coating unit.

도 9a 및 도 9b는 각각 녹색 형광체 SrGa2S4:Eu2+의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.9A and 9B are graphs showing an excitation spectrum and an emission spectrum of the green phosphor SrGa 2 S 4 : Eu 2+ , respectively.

도 10a 및 도 10b는 각각 적색 형광체 SryCa1-yS:Eu2+의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.10A and 10B are graphs showing excitation spectra and emission spectra of the red phosphor Sr y Ca 1-y S: Eu 2+ , respectively.

도 11a 및 도 11b는 각각 적색 형광체 SryCa1-ySe:Eu2+의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.11A and 11B are graphs showing an excitation spectrum and an emission spectrum of the red phosphor Sr y Ca 1-y Se: Eu 2+ , respectively.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 백색 발광 장치 101: 케이싱100: white light emitting device 101: casing

102: 청색 LED 103: 형광체102: blue LED 103: phosphor

105: 반사컵 106: 반사면105: reflective cup 106: reflective surface

107: 몰딩 수지 110: 광산란층107: molding resin 110: light scattering layer

본 발명은 백색 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색 LED와 파장 변환용 형광체를 구비하는 고효율 백색 발광 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a white light emitting device, and more particularly, to a high efficiency white light emitting device including a blue LED and a wavelength conversion phosphor.

백색 LED 장치는 종래의 소형 램프 또는 형광 램프 대신에 액정 표시 장치의 백라이트(backlight)로서 사용되고 있다. S. Nakamura 외의 "The Blue Laser Diode", 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 Diode", 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 장치는, 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. Conventional representative white LED devices use an LED having an InGaN single quantum well as a blue LED, and use a 'cerium doped yttrium aluminum garnet (YAG: Ce)', that is, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ as a phosphor. Use 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, 그 LED로부터 나온 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색 형광체 및 상기 청색광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 형광체와 결합함으로써, 백색광을 발생시킬 수 있다. 적절한 형광체는 약 420 내지 480nm의 범위에서 높은 여기 효율(efficiency of excitation)과 넓은 색도 영역(chromaticity zone)을 가져야 한다. 이에 사용되는 각각의 형광체는 전자기 스펙트럼의 소정 영역에서 에너지 를 흡수하여 다른 영역의 방사 에너지를 방출한다. 통상, 방출되는 광자의 에너지는 흡수되는 광자의 에너지보다 낮다. In addition, a blue LED can generate white light by combining with a red phosphor converting blue light emitted from the LED into red light and a green phosphor converting the blue light into green light. Suitable phosphors should have a high efficiency of excitation and a wide chromaticity zone in the range of about 420-480 nm. 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.

그러므로 청색광에 의해 여기되어 가시광 영역의 빛을 발함으로써 색온도 및 CRI 등의 조절가능한 특성을 갖는 백색 발광 장치를 설계하는 데에 용이하게 이용될 수 있는 형광체 조성물을 제공할 필요가 있다. 그러나 통상적으로는, 형광체 또는 형광체 혼합물의 양자 수율(quantum yield)은 충분하지 못하며, LED 장치 내의 광손실은 매우 높다. 따라서, 충분한 발광효율과 우수한 연색 지수를 갖는 백색 발광 소자를 구현하기가 어려운 실정이다. Therefore, there is a need to provide a phosphor composition that can be easily used to design a white light emitting device having adjustable properties such as color temperature and CRI by being excited by blue light to emit light in the visible light region. Typically, however, the quantum yield of the phosphor or phosphor mixture is not sufficient, and the light loss in the LED device is very high. Therefore, it is difficult to realize a white light emitting device having sufficient luminous efficiency and excellent color rendering index.

도 1은 청색 LED를 사용한 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 백색 발광 장치(10)는 반사컵(reflector cup; 15)이 형성된 케이싱(11)과 케이싱(11)에 실장된 청색 LED(12)를 포함한다. 반사컵(15)의 측면은 반사면(16)을 형성한다. 반사컵(15) 내에는 LED(12)를 봉지(encapsulating)하는 몰딩 수지(17)가 형성되어 있고 이 몰딩 수지(17)에는 형광체, 예컨대, YAG계 황색 형광체(13)가 분산되어 있다. 청색 LED(12)에서 나온 청색광 중 일부와 황색 형광체(13)로부터 나온 황색광이 혼색되어 백색광을 출력하게 된다. 황색 형광체(13) 대신에 적색 형광체와 녹색 형광체의 혼합물을 사용할 수도 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional white light emitting device using a blue LED. Referring to FIG. 1, the white light emitting device 10 includes a casing 11 having a reflector cup 15 and a blue LED 12 mounted on the casing 11. The side of the reflective cup 15 forms the reflective surface 16. In the reflecting cup 15, a molding resin 17 for encapsulating the LED 12 is formed, and phosphors, for example, YAG-based yellow phosphors 13 are dispersed in the molding resin 17. Some of the blue light emitted from the blue LED 12 and the yellow light emitted from the yellow phosphor 13 are mixed to output white light. Instead of the yellow phosphor 13, a mixture of red phosphor and green phosphor may be used.

그러나, 이러한 종래의 백색 발광 장치에 따르면, 형광체(황색 형광체 또는 적색 및 녹색 형광체의 혼합물)의 양자 수율이 충분하지 않고 발광 장치(10)에서의 광손실이 상당하다. 특히, LED(12)와 몰딩 수지(17) 간의 굴절율 차이로 인해 계면에서 전반사(total internal reflection)가 발생되어 빛의 추출 효율이 악화된다. 따라서, 백색 발광 장치로부터 충분한 발광효율과 우수한 연색지수를 얻기가 어렵다.However, according to this conventional white light emitting device, the quantum yield of the phosphor (yellow phosphor or a mixture of red and green phosphors) is not sufficient and the light loss in the light emitting device 10 is considerable. In particular, total internal reflection occurs at the interface due to the difference in refractive index between the LED 12 and the molding resin 17, thereby degrading light extraction efficiency. Therefore, it is difficult to obtain sufficient luminous efficiency and excellent color rendering index from the white light emitting device.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 증대된 발광효율과 우수한 연색지수를 갖는 백색 발광 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a white light emitting device having an increased luminous efficiency and excellent color rendering index.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 청색 LED와; 상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와; 상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와; 상기 청색 LED 상에 형성된 광산란층(scattering layer)을 포함한다. 상기 광산란층은 상기 청색 LED로부터 나온 광선의 대칭과 전반사 매카니즘을 수정한다.In order to achieve the above technical problem, a white light emitting device according to the present invention, a blue LED; A molding resin encapsulating the blue LED; At least one phosphor that is excited by and emits blue light from the blue LED; It includes a scattering layer (scattering layer) formed on the blue LED. The light scattering layer modifies the symmetry and total reflection mechanism of the light rays emitted from the blue LED.

상기 광산란층의 표면에서 빛을 효과적으로 산란시키기 위해서, 상기 광산란층의 상면부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장과 같거나 그보다 더 크다. 상기 광산란층의 상면부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장 이상이고 상기 청색 광의 파장의 20배 이하인 것이 바람직하다. In order to effectively scatter light at the surface of the light scattering layer, the average particle size of the upper surface portion of the light scattering layer is equal to or larger than the wavelength of the blue light. The average particle size of the upper surface portion of the light scattering layer is preferably equal to or greater than the wavelength of the blue light and equal to or less than 20 times the wavelength of the blue light.

바람직하게는, 상기 광산란층의 굴절율은, 상기 청색 LED를 구성하는 물질 중 상기 광산란층과 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 크다. 이와 같이, 상기 청색 LED의 굴절율 이상의 굴절율을 갖는 광산란층을 사용함으로써, 상기 광산란층과 청색 LED 간의 계면에서의 전반사 현상을 더욱 감소시킬 수 있게 된다.Preferably, the refractive index of the light scattering layer is equal to or greater than the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the light scattering layer among the materials constituting the blue LED. As such, by using a light scattering layer having a refractive index equal to or greater than that of the blue LED, the total reflection at the interface between the light scattering layer and the blue LED can be further reduced.

상기 광산란층은 예를 들어, Al2O3, SiO2 및 SiNx 로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 광산란층은 절연성 폴리머로 이루어질 수도 있다.The light scattering layer may be made of, for example, a material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2, and SiN x . Alternatively, the light scattering layer may be made of an insulating polymer.

바람직하게는, 상기 광산란층 내의 입자 단층(particle monolayers)의 수는 1 내지 5이다. 상기 광산란층 내의 입자 단층의 수가 너무 많으면 상기 광산란층에서의 빛의 흡수량이 커진다. 따라서, 상기 입자 단층의 수는 5를 넘지않는 것이 바람직하다.Preferably, the number of particle monolayers in the light scattering layer is 1-5. If the number of particle monolayers in the light scattering layer is too large, the amount of light absorbed in the light scattering layer increases. Therefore, it is preferable that the number of the particle monolayers does not exceed five.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 광산란층은 균일한 입자 크기를 갖는 단일 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 광산란층은 약 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 사파이어(Al2O3) 입자로 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the light scattering layer may be made of a single material having a uniform particle size. For example, the light scattering layer may be made of sapphire (Al 2 O 3 ) particles having an average particle size of about 1㎛.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 광산란층은 상기 광산란층의 바닥부에 형성된 서브코팅부(subcoating)를 포함할 수 있다. 이 서브코팅부의 평균 입자 크기는 상기 광산란층의 표면부의 평균 입자 크기보다 작고 상기 청색광의 파장이하이다. 이와 같이 상기 광산란층의 바닥부에 서브코팅부를 구비함으로써, 상기 청색 LED와 광산란층 계면에서의 빛의 터널링 효과를 더 증대시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 서브코팅부의 굴절율은, 상기 청색 LED를 구성하는 물질 중 상기 서브코팅부와 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 크다.According to another embodiment of the present invention, the light scattering layer may include a subcoating formed on the bottom of the light scattering layer. The average particle size of this sub-coating portion is smaller than the average particle size of the surface portion of the light scattering layer and is less than the wavelength of the blue light. Thus, by providing a sub-coating portion at the bottom of the light scattering layer, it is possible to further increase the tunneling effect of light at the interface between the blue LED and the light scattering layer. Preferably, the refractive index of the subcoat is greater than or equal to the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the subcoat of the material constituting the blue LED.

상기 광산란층이 상기 서브코팅부를 포함하는 경우, 상기 서브코팅부는 상기 광산란층의 상면부와 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 다른 물질로 이루어질 수도 있다. 특히, 상기 서브코팅부는 형광체 물질로 이루어질 수 있다. When the light scattering layer includes the sub-coating portion, the sub-coating portion may be made of the same material as the upper surface portion of the light scattering layer or may be made of another material. In particular, the sub-coating portion may be made of a phosphor material.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 1종 이상의 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체이다. 바람직하게는, 상기 녹색 형광체는 Sr1-xAxGa2B4:Eu2+로 이루어질 수 있으며, 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족한다. 또한 바람직하게는, 상기 적색 형광체는 Ca1-ySryM:Eu2+,Z로 이루어질 수 있으며, 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 1종 이상의 할로 겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족한다. 상기 적색 형광체는 Ca1-ySryM:Eu2+로 이루어질 수도 있다. 바람직하게는, 상기 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 범위에서 방출 피크(emission peak)를 가진다. 또한 바람직하게는 상기 적색 형광체는 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 가진다. According to an embodiment of the invention, the at least one phosphor is a green phosphor and a red phosphor. Preferably, the green phosphor may consist of Sr 1-x A x Ga 2 B 4 : Eu 2+ , where A is an element selected from the group consisting of Ba, Zn, Ca, and Mg, and B is S, Se And Te is an element selected from the group consisting of Te and x satisfies 0 ≦ x <1. Also preferably, the red phosphor may be composed of Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ , Z, where M is an element selected from the group consisting of S, Se, and Te, and Z is one or more halogens And y satisfies 0 ≦ y ≦ 1. The red phosphor may be made of Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ . Preferably, the green phosphor has an emission peak in the range of 490 to 550 nm. Also preferably, the red phosphor has an emission peak in the range of 590 to 630 nm.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 1종 이상의 형광체는 황색 형광체이다. 바람직하게는, 상기 황색 형광체는 YAG계 형광체 또는 TAG계 형광체이다. 바람직하게는, 상기 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 가진다.According to another embodiment of the invention, said at least one phosphor is a yellow phosphor. Preferably, the yellow phosphor is a YAG phosphor or a TAG phosphor. Preferably, the yellow phosphor has an emission peak in the range of 560-580 nm.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 형광체는 상기 몰딩 수지 내에 분산되어 있다. 또한, 상기 백색 발광 장치는 반사컵을 갖는 케이싱을 더 포함하고, 상기 청색 LED는 상기 반사컵 내에 실장되어 있다. 상기 반사컵은 그 내측면에 형성된 반사면을 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the phosphor is dispersed in the molding resin. In addition, the white light emitting device further includes a casing having a reflective cup, and the blue LED is mounted in the reflective cup. The reflective cup has a reflective surface formed on its inner side.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 백색 발광 장치(100)는 케이싱(101)과 청색 LED(102)를 포함한다. 케이싱(100)에는 오목한 반사컵(105)이 형성되어 있고, 청색 LED(102)는 이 반사컵(105)의 바닥에 실장되어 있다. 반사컵(105)은 그 내측면에 반사면(106)을 가진다. 반사면(106)은, 반사면(106)에 입사된 청색광을 포함한 빛을 상방향으로 반사시킴으로써, 출력광의 휘도를 높이는 역할을 한다. 또한, 반사컵(105) 내에는 LED(102)를 봉지하는 실리콘 또는 에폭시 수지 등의 투광성 몰딩 수지(107)가 채워져 있다. 2 is a cross-sectional view schematically showing a white light emitting device of the present invention. Referring to FIG. 2, the white light emitting device 100 includes a casing 101 and a blue LED 102. The casing 100 is formed with a concave reflective cup 105, and the blue LED 102 is mounted on the bottom of the reflective cup 105. The reflective cup 105 has a reflective surface 106 on its inner side. The reflecting surface 106 reflects the light including blue light incident on the reflecting surface 106 in the upward direction, thereby increasing the luminance of the output light. The reflective cup 105 is filled with a translucent molding resin 107 such as silicone or epoxy resin encapsulating the LED 102.

청색 LED(102)에서 나오는 청색광은 420 내지 480nm의 범위에서 방출 피크(emission peak)를 가질 수 있으며, 특히 450 내지 470nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다. 청색 LED(102)와 몰딩 수지(107) 사이에는, 광산란층(110)이 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 이 광산란층(110)은 청색 LED(102)로부터의 광선 경로의 대칭(symmetry of ray paths)과, 전반사(total internal reflection) 매카니즘을 수정하는 역할을 한다. 이러한 광산란층(110)에 의해, 청색 LED(102)로부터의 광추출 효율이 향상된다.The blue light emitted from the blue LED 102 may have an emission peak in the range of 420 to 480 nm, and particularly may have an emission peak in the range of 450 to 470 nm. The light scattering layer 110 is formed between the blue LED 102 and the molding resin 107. As described below, this light scattering layer 110 serves to modify the symmetry of ray paths and the total internal reflection mechanism from the blue LED 102. By this light scattering layer 110, the light extraction efficiency from the blue LED 102 is improved.

몰딩 수지(107)에는 파장 변환용 형광체(103)가 분산되어 있다. 실시형태에 따라서는, 형광체(103)는 몰딩 수지(107) 내에서 균일하게 혼합된 상태로 존재할 수 있다. 이 형광체(103)는 청색 LED(102)로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 다 른 파장의 빛을 발한다. 이 형광체(103)는 녹색 형광체와 적색 형광체의 조합일 수 있다. 즉, 형광체(103)는 청색 LED(102)로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 녹색광 및 적색광을 발한다. 이러한 녹색광 및 적색광은 청색 LED(102)로부터 나온 청색광과 혼색되어 양질의 백색광을 높은 발광 효율로 출력하게 된다. 다른 실시형태로서, 형광체(103)는 황색 형광체일 수도 있다.The phosphor 103 for wavelength conversion is dispersed in the molding resin 107. In some embodiments, the phosphor 103 may be present in a uniformly mixed state in the molding resin 107. The phosphor 103 is excited by the blue light emitted from the blue LED 102 to emit light of different wavelengths. The phosphor 103 may be a combination of a green phosphor and a red phosphor. That is, the phosphor 103 is excited by the blue light emitted from the blue LED 102 to emit green light and red light. The green light and the red light are mixed with the blue light emitted from the blue LED 102 to output high quality white light with high luminous efficiency. As another embodiment, the phosphor 103 may be a yellow phosphor.

형광체(103)가 녹색 형광체 및 적색 형광체의 조합인 경우, 바람직하게는 상기 녹색 형광체로는 Sr1-xAxGa2B4:Eu2+를 사용할 수 있다. 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족한다. 예컨대, SrGa2S4:Eu2+로 된 녹색 형광체가 사용될 수 있다. 상기 B 원소로서 Te를 사용하는 경우, 출력된 녹색광의 반치폭이 좁기 때문에 색재현성이 우수하다. 녹색 형광체 Sr1-xAxGa2B4:Eu2+는 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 높은 양자 효율을 갖고 있으며, 490 내지 550nm 범위의 방출 피크를 가질 수 있다. 특히, SrGa2S4:Eu2+는 520 내지 550nm의 범위에서 방출 피크를 가지며, 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 85% 이상의 양자효율을 가지고 있다. 녹색 형광체 Sr1-xAxGa2B4:Eu2+는 고상 반응 (solid state reaction)에 의해 합성될 수 있다. When the phosphor 103 is a combination of a green phosphor and a red phosphor, preferably, Sr 1-x A x Ga 2 B 4 : Eu 2+ may be used as the green phosphor. Wherein A is an element selected from the group consisting of Ba, Zn, Ca and Mg, B is an element selected from the group consisting of S, Se and Te, and x satisfies 0 ≦ x <1. For example, a green phosphor of SrGa 2 S 4 : Eu 2+ can be used. In the case where Te is used as the B element, the half value width of the output green light is narrow, so the color reproducibility is excellent. The green phosphor Sr 1-x A x Ga 2 B 4 : Eu 2+ has high quantum efficiency for incident light having a peak wavelength of 420 to 480 nm, and may have an emission peak in the range of 490 to 550 nm. In particular, SrGa 2 S 4 : Eu 2+ has an emission peak in the range of 520 to 550 nm and has a quantum efficiency of 85% or more for incident light having a peak wavelength of 420 to 480 nm. The green phosphor Sr 1-x A x Ga 2 B 4 : Eu 2+ can be synthesized by a solid state reaction.

도 9a 및 도 9b는 각각 녹색 형광체 SrGa2S4:Eu2+의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 9A and 9B are graphs showing an excitation spectrum and an emission spectrum of the green phosphor SrGa 2 S 4 : Eu 2+ , respectively.

도 9a에 도시된 바와 같이, 녹색 형광체 SrGa2S4:Eu2+의 여기 스펙트럼은 350로부터 530nm 범위의 넓은 대역(band)으로 이루어져 있다. 450nm 파장의 여기광에 의한 SrGa2S4:Eu2+의 발광 스펙트럼은, 530nm에서 최대 강도를 갖는 잘 알려진 Eu2+ 발광 특성을 보인다. 또한 방출 피크의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)은 약 50nm이다. 방출 대역(emission band)는 Eu2+ 이온의 4f65d1→4f7 전이에 기인한다. As shown in FIG. 9A, the excitation spectrum of the green phosphor SrGa 2 S 4 : Eu 2+ consists of a wide band in the range from 350 to 530 nm. The emission spectrum of SrGa 2 S 4 : Eu 2+ by excitation light of 450 nm wavelength shows well-known Eu 2+ emission characteristics with maximum intensity at 530 nm. Also, the full width at half maximum (FWHM) of the emission peak is about 50 nm. The emission band is due to the 4f 6 5d 1 → 4f 7 transition of Eu 2+ ions.

바람직하게는, 상기 적색 형광체로는 Ca1-ySryM:Eu2+,Z를 사용할 수 있다. 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 원자 또는 이온 형태로 된 1종 이상의 할로겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족한다. 예컨대, Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl- 또는 Ca1-ySryTe:Eu2+,Br- 로 된 적색 형광체가 사용될 수 있다. 특히, 상기 M 원소로서 Te를 사용하는 경우, 출력된 적색광의 반치폭이 좁기 때문에 색재 현성이 우수하다. 적색 형광체 Ca1-ySryM:Eu2+,Z는 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 상당한 양자 효율을 갖고 있으며, 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다. Preferably, as the red phosphor, Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ , Z may be used. Wherein M is an element selected from the group consisting of S, Se and Te, Z is one or more halogens in the form of atoms or ions, and y satisfies 0 ≦ y ≦ 1. For example, a red phosphor of Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − or Ca 1-y Sr y Te: Eu 2+ , Br − may be used. In particular, when Te is used as the M element, the half-value width of the output red light is narrow, so the color material is excellent. The red phosphor Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ , Z has significant quantum efficiency for incident light having a peak wavelength of 420 to 480 nm and may have an emission peak in the range of 590 to 630 nm.

또한 적색 형광체로는 Ca1-ySryM:Eu2+을 사용할 수도 있다(M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, y는 0≤y≤1을 만족함). 예컨대, Ca1-ySryS:Eu2+ 또는 Ca1-ySrySe:Eu2+로 된 적색 형광체가 사용될 수 있다. 도 10a 및 10b는 다른 Sr/Ca 비를 갖는 적색 형광체 Ca1-ySryS:Eu2+ 의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 각각 나타낸다. 또한, 도 11a 및 도 11b는 다른 Sr/Ca 비를 갖는 적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+(특히, (Ca1-ySry)Se:0.04Eu2+)의 여기 스펙스펌과 발광 스펙트럼을 각각 나타낸다. In addition, Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ may be used as the red phosphor (M is an element selected from the group consisting of S, Se, and Te, and y satisfies 0 ≦ y ≦ 1). For example, a red phosphor of Ca 1-y Sr y S: Eu 2+ or Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ may be used. 10A and 10B show excitation spectra and emission spectra of red phosphors Ca 1-y Sr y S: Eu 2+ having different Sr / Ca ratios, respectively. 11A and 11B also show excitation specifications of red phosphors Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ (particularly, (Ca 1-y Sr y ) Se: 0.04Eu 2+ ) with different Sr / Ca ratio And an emission spectrum are shown, respectively.

적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl-의 여기 스펙트럼은 2개의 넓은 대역, 즉 저에너지 대역(400-500nm)과 고에너지 대역(250-350nm)으로 이루어져 있다. 400- 500nm 범위의 넓은 대역 흡수때문에, 적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl-은 GaN계 LED 장치를 제조하는 데에 사용될 수 있다. 450nm 파장의 여기광에 의한 SrGa2S4:Eu2+의 발광 스펙트럼은 530nm에서 최대 강도를 갖는 잘 알려진 Eu2+ 발광 특성을 보인다. 또한 방출 피크의 반치폭은 약 50nm이고, 방출 대역은 Eu2+ 이온의 4f65d1→4f7 전이에 기인한다. y의 증가에 따라 방출 대역은 더 짧은 파장으로 시프트된다. 이러한 방출 피크의 시프트는 결정장 강도(crystal field strength)의 변화에 의해 설명될 수 있다. The excitation spectrum of the red phosphor Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − consists of two broad bands, the low energy band (400-500 nm) and the high energy band (250-350 nm). Because of the broad band absorption in the 400-500 nm range, the red phosphors Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − can be used to make GaN-based LED devices. The emission spectrum of SrGa 2 S 4 : Eu 2+ by excitation light at 450 nm wavelength shows well-known Eu 2+ emission characteristics with maximum intensity at 530 nm. The half peak width of the emission peak is also about 50 nm, and the emission band is due to the 4f 6 5d 1 → 4f 7 transition of Eu 2+ ions. As y increases, the emission band shifts to shorter wavelengths. This shift in emission peak can be explained by the change in crystal field strength.

적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl-는, 예를 들어 출발물질 Sr(NO3)2, Ca(NO3)2ㆍ4H2O, SeO2 및 Eu2O3를 화합시킴으로써 마련될 수 있다. 주된 재료인 CaSe 및 SrSe는 각각 칼슘 셀레네이트(calcium selenate)와 스트론튬 셀레네이트(strontium selenate)로부터 마련될 수 있다. 적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl-는, 다음과 같은 고온 고상 반응에 의해 합성될 수 있다. 즉, 화학양론적인 양의 대응 원료(예컨대, 수열 합성법에 의해 마련될 수 있는 CaSe, SrSe 및 EuF3)를 마노 막자사발(agate mortar)에서 그라인딩(grinding)하여 완전히 혼합한다. 그 후, N2와 H2의 환원성 혼합 가스 분위기에서 약 1100℃의 온도에서 약 2시간 동안 가열한다. 상기 형광체에 염소가 포함됨으로써, 방출되는 적색광의 강도와 파장이 증가된다. 이 형광체에 포함된 Cl-은 호스트 음이온인 Se2-와 치환된다. 형광체 합성시 낮은 융점을 가진 소정의 염화물을 플럭스(flux)로 사용함으로써, Cl- 음이온 불순물은 상기한 주된 재료와 결합될 수 있다. Ca1-ySrySe:Eu2+내의 Cl- 불순물은, Cl- 불순물을 함유한, 예컨대 NH4Cl 또는 BaCl2 플럭스를 이용한 형광체 합성 공정에서 비롯된다. The red phosphor Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − combines, for example, the starting materials Sr (NO 3 ) 2 , Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O, SeO 2 and Eu 2 O 3 . It can be prepared by. The main materials CaSe and SrSe can be prepared from calcium selenate and strontium selenate, respectively. Red phosphor Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − can be synthesized by the following high temperature solid-state reaction. That is, stoichiometric amounts of the corresponding raw materials (eg, CaSe, SrSe and EuF 3 , which can be prepared by hydrothermal synthesis) are ground in agate mortar and mixed thoroughly. Then, the heating in a reducing mixed gas atmosphere of N 2 and H 2 at a temperature of about 1100 ℃ for about 2 hours. The inclusion of chlorine in the phosphor increases the intensity and wavelength of the red light emitted. Cl − contained in this phosphor is substituted with Se 2 −, which is a host anion. By using certain chlorides having a low melting point as flux in the synthesis of the phosphor, Cl − anionic impurities can be combined with the main material described above. Cl − impurities in Ca 1-y S r y Se: Eu 2+ result from phosphor synthesis processes using Cl − impurities, such as NH 4 Cl or BaCl 2 flux.

적색 형광체 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl- 이외에도, 예를 들어 적색 형광체 Ca1-ySryTe:Eu2+,Br-을 사용할 수도 있다. 적색 형광체 Ca1-ySryTe:Eu2+,Br-에서의 Te와 Br은 상기한 Ca1-ySrySe:Eu2+,Cl-에서의 Se와 Cl 성분을 대체한 것이다. In addition to the red phosphor Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − , for example, the red phosphor Ca 1-y Sr y Te: Eu 2+ , Br − may be used. Te and Br in the red phosphor Ca 1-y Sr y Te: Eu 2+ , Br − replace the Se and Cl components in Ca 1-y Sr y Se: Eu 2+ , Cl − described above.

형광체(103)가 황색 형광체인 경우, 바람직하게는 상기 황색 형광체로는 YAG계 황색 형광체 또는 TAG계 황색 형광체를 사용할 수 있다. 예컨대, 세륨이 도핑된 YAG(YAG:Ce) 또는 세륨이 도핑된 TAG(TAG:Ce)가 사용될 수 있다. 이러한 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다.When the phosphor 103 is a yellow phosphor, preferably, the yellow phosphor may be a YAG yellow phosphor or a TAG yellow phosphor. For example, YAG (YAG: Ce) doped with cerium or TAG (TAG: Ce) doped with cerium may be used. Such yellow phosphors may have emission peaks in the range of 560-580 nm.

본 발명에 따라 광산란층, 청색 LED, 적색 형광체 및 녹색 형광체를 사용할 경우, 청색, 녹색 및 적색광의 조합은 3000K와 6500K 사이의 색온도, 80을 넘는 연색 지수 및 10 내지 20 lu/w(lumens/watt)의 발광효율(device luminous efficiency)을 갖는 백색광을 출력할 수 있다. When using a light scattering layer, a blue LED, a red phosphor and a green phosphor according to the invention, the combination of blue, green and red light has a color temperature between 3000K and 6500K, a color rendering index above 80 and 10-20 lu / w (lumens / watt It is possible to output white light having a device luminous efficiency.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 광산란층(110)은 청색 LED(102)의 광출사면 상에 형성되어, 청색 LED와의 계면에서 빛을 터널링시킨다. 이에 따라, 청색 LED(102)에서 나온 광선의 대칭이 변화되고 청색 LED(102)와의 계면에서의 전반사 매카니즘이 달라지게 된다. 또한 광산란층(110)의 상면부는, 광산란층(110)을 통과하는 빛을 산란시킨다. 상기한 빛의 터널링 현상과 산란 특성은, 청색광이 몰딩 수지쪽으로 쉽게 추출될 수 있도록 돕는다.3 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to an embodiment of the present invention. The light scattering layer 110 is formed on the light exit surface of the blue LED 102 to tunnel the light at the interface with the blue LED. Accordingly, the symmetry of the light rays emitted from the blue LED 102 is changed and the total reflection mechanism at the interface with the blue LED 102 is changed. In addition, the upper surface of the light scattering layer 110 scatters light passing through the light scattering layer 110. The above tunneling phenomenon and scattering characteristics of the light, the blue light can be easily extracted toward the molding resin.

도 3을 참조하면, 청색 LED(102)의 활성 영역(6)에서 발생된 청색광(7)의 일부(10)는 광산란층(110)과 LED(102) 간의 계면에서 터널링되고, 상기 청색광(7)의 다른 일부(9)는 그 계면에서 반사된다. 이러한 터널링 현상은, 청색광(7)이 임계각보다 더 큰 입사각으로 입사될 경우에도 발생한다. 즉, 청색 LED(102)의 표면과 광산란층(110)의 입자(111) 표면간의 거리가 청색광(7)의 파장에 상당하거나 그보다 더 작을 경우에는, 청색 LED(102)로부터 광산란층(110)으로의 터널링 현상이 발생하게 된다. 상기 터널링된 빛은 광산란층(110)을 통과하여 광산란층(110)의 상면부에서 산란됨으로써, 외부로(몰딩 수지 쪽으로) 용이하게 빠져나오게 된다. Referring to FIG. 3, a portion 10 of the blue light 7 generated in the active region 6 of the blue LED 102 is tunneled at the interface between the light scattering layer 110 and the LED 102 and the blue light 7 The other part 9 of) is reflected at its interface. This tunneling phenomenon occurs even when the blue light 7 is incident at an incident angle larger than the critical angle. That is, when the distance between the surface of the blue LED 102 and the surface of the particles 111 of the light scattering layer 110 is equivalent to or smaller than the wavelength of the blue light 7, the light scattering layer 110 from the blue LED 102. Tunneling phenomenon occurs. The tunneled light passes through the light scattering layer 110 and is scattered at the upper surface of the light scattering layer 110, thereby easily exiting to the outside (toward the molding resin).

도 4는 LED와 광산란층의 계면에서의 빛의 터널링 현상을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 청색 LED(102)의 표면(112)으로부터 광산란층 입자(111) 표면 간의 거리가 발광 파장(λ)에 상당하거나 그보다 작은 영역에서는, 빛(71)이 광산란층으로 완전히 빠져나오게 된다(빛의 터널링 현상). 이러한 터널링 현상은 빛(71)의 입사각이 임계각보다 더 클 경우에도 발생한다. 그러나, 청색 LED(102)의 표면(112)으로부터 광산란층 입자(111) 표면 간의 거리가 발광 파장보다 큰 영역에서는, LED(102)로부터 나온 빛(72)의 일부(74)만이 광산란층(110)으로 빠져나오고 일부는 다시 LED(102)로 반사된다(특히, 빛(72)의 입사각이 임계각보다 클 경우에는 전반사가 발생함). 이와 같이 광산란층 입자(111)를 이용하여 빛의 터널링 현상을 발생시킴으로써, LED(102)로부터 나온 광선의 대칭과 전반사 매카니즘이 달라지게 된다. 광산란층(110)과 LED(102) 간의 계면에서의 빛의 터널링 현상은 백색 발광 장치(100)의 발광 효율을 높이는 역할을 한다. 4 is a view for schematically explaining the tunneling phenomenon of light at the interface between the LED and the light scattering layer. Referring to FIG. 4, in an area where the distance between the surface 112 of the blue LED 102 from the surface of the light scattering layer particles 111 is equal to or smaller than the emission wavelength λ, the light 71 completely falls into the light scattering layer. Come out (tunneling of light). This tunneling phenomenon occurs even when the incident angle of the light 71 is larger than the critical angle. However, in the region where the distance between the surface 112 of the blue LED 102 and the surface of the light scattering layer particles 111 is larger than the emission wavelength, only a portion 74 of the light 72 emitted from the LED 102 is light scattering layer 110. ) And some are reflected back to the LED 102 (especially total reflection occurs when the angle of incidence of light 72 is greater than the critical angle). By generating the light tunneling phenomenon using the light scattering layer particles 111 as described above, the symmetry and the total reflection mechanism of the light rays emitted from the LEDs 102 are changed. The tunneling phenomenon of light at the interface between the light scattering layer 110 and the LED 102 serves to increase the luminous efficiency of the white light emitting device 100.

또한 광산란층(110)의 상면부에서는, 광산란층(110)을 통과한 빛이 산란된다. 이러한 산란 현상에 의해 빛은 광산란층(110)과 몰딩 수지(107) 간의 계면에서의 전반사 가능성을 줄여줌으로써, 광산란층(110)으로부터 외부(몰딩 수지)로 더 쉽게 빠져나오게 된다. 이에 따라, 백색 발광 장치(100)의 발광 효율은 더욱 향상된다. In addition, in the upper surface portion of the light scattering layer 110, light passing through the light scattering layer 110 is scattered. By the scattering phenomenon, light is more easily escaped from the light scattering layer 110 to the outside (molding resin) by reducing the total reflection possibility at the interface between the light scattering layer 110 and the molding resin 107. Accordingly, the luminous efficiency of the white light emitting device 100 is further improved.

광산란층(110)이 갖는 산란 특성은, 광산란층(110)을 구성하는 입자의 크기, 특히 광산란층(110)의 상면부에서의 입자 크기에 영향을 받는다. 상기 광산란층(110)의 표면에서 빛을 효과적으로 산란시키기 위해서는, 상기 광산란층(110)의 상면부의 평균 입자 크기(d)는 상기 청색광의 파장(λ)과 같거나 그보다 더 크다. 광산란층(110)의 상면부가 상기 파장 이상의 평균 입자 크기를 가짐으로써, 광산란층의 상면에는 입자들로 인한 거칠기(roughness)가 제공된다. 상기 광산란층의 상면부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장 이상이고 상기 청색광의 파장의 20배 이하인 것(λ≤ d ≤ 20λ)이 바람직하다. The scattering characteristics of the light scattering layer 110 are affected by the size of the particles constituting the light scattering layer 110, in particular, the particle size at the upper surface of the light scattering layer 110. In order to effectively scatter light from the surface of the light scattering layer 110, the average particle size d of the upper surface portion of the light scattering layer 110 is equal to or greater than the wavelength λ of the blue light. Since the upper surface portion of the light scattering layer 110 has an average particle size of the wavelength or more, roughness due to particles is provided on the upper surface of the light scattering layer. It is preferable that the average particle size of the upper surface portion of the light scattering layer is equal to or greater than the wavelength of the blue light and equal to or less than 20 times the wavelength of the blue light (λ ≦ d ≦ 20λ).

바람직하게는, 광산란층(110)의 굴절율은, 청색 LED(102)를 구성하는 물질 중 상기 광산란층(110)과 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 크다. 이와 같이, 청색 LED(110)의 굴절율 이상의 굴절율을 갖는 광산란층(110)을 사용함으로써, 광산란층(110)과 청색 LED(102) 간의 계면에서의 전반사 현상을 더욱 감소시킬 수 있게 된다. 바람직하게는, 광산란층(110) 내의 입자 단층(particle monolayers)의 수는 1 내지 5이다. 광산란층(110)의 입자 단층의 수가 너무 많으면 광산란층(110)에서의 빛의 흡수량이 커지기 때문에, 상기 입자 단층의 수는 5를 넘지않는 것이 바람직하다.Preferably, the refractive index of the light scattering layer 110 is greater than or equal to the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the light scattering layer 110 among the materials constituting the blue LED 102. As such, by using the light scattering layer 110 having a refractive index equal to or greater than that of the blue LED 110, the total reflection phenomenon at the interface between the light scattering layer 110 and the blue LED 102 may be further reduced. Preferably, the number of particle monolayers in the light scattering layer 110 is 1-5. When the number of particle monolayers of the light scattering layer 110 is too large, the amount of light absorbed in the light scattering layer 110 increases, so that the number of the particle monolayers does not exceed five.

광산란층(110)은 예를 들어, Al2O3, SiO2 및 SiNx 로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 광산란층은 절연성 폴리머로 이루어질 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광산란층(110)은 균일한 입자 크기를 갖는 단일 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광산란층(110)은 약 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 사파이어(Al2O3) 입자로 이루어질 수 있다. 그러나, 광산란층은 다른 입자 크기를 갖는 단일 물질로 이루어지거나, 다른 입자 크기를 갖는 다른 물질들로 이루어질 수도 있다. The light scattering layer 110 may be made of, for example, a material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2, and SiN x . Alternatively, the light scattering layer may be made of an insulating polymer. As shown in FIG. 3, the light scattering layer 110 may be made of a single material having a uniform particle size. For example, the light scattering layer 110 may be made of sapphire (Al 2 O 3 ) particles having an average particle size of about 1㎛. However, the light scattering layer may be made of a single material having different particle sizes, or may be made of different materials having different particle sizes.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 광산란층(110)은 그 바닥부에 형성된 서브코팅부(121)를 포함한다. 이 서브코팅부(121)의 평균 입자 크기는 광산란층(110)의 상면부(111')의 평균 입자 크기보다 작으며, 또한 청색 LED(102)로부터 나온 청색광의 파장이하이다. 서브코팅부(121)는 광산란층(110)의 일부를 구성하며, 광산란층(110)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.5 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the light scattering layer 110 may include a sub coating part 121 formed at a bottom thereof. The average particle size of the sub-coating portion 121 is smaller than the average particle size of the upper surface portion 111 ′ of the light scattering layer 110, and is less than or equal to the wavelength of blue light emitted from the blue LED 102. The sub-coating portion 121 constitutes a part of the light scattering layer 110 and may be made of the same material as the light scattering layer 110.

이러한 서브코팅부(121)은, 청색 LED(102)와 광산란층(110) 계면에서의 빛의 터널링 현상을 크게 촉진시킨다. 구체적으로 설명하면, 서브코팅부(121)의 입자 크기가 청색광의 파장이하이기 때문에, 청색 LED(102)의 표면으로부터 서브코팅부(121)의 입자 표면 간의 거리가 청색광 파장에 상당하거나 그보다 더 작게 된다. 따라서, 청색 LED(102)의 표면상에 입사된 빛은 대부분 터널링하게 된다. 즉, 청색광(7)의 대부분(10)은, 서브코팅부(121)와 LED(102) 간의 계면에서 터널링되고, 극히 일부(9)만이 그 계면에서 반사된다. 촉진된 터널링 현상에 의해 발광 장치의 발 광 효율은 더욱 높아지게 된다.The sub-coating unit 121 greatly promotes the tunneling of light at the interface between the blue LED 102 and the light scattering layer 110. Specifically, since the particle size of the sub-coating portion 121 is less than or equal to the wavelength of blue light, the distance between the surface of the sub-coating portion 121 from the surface of the blue LED 102 is equivalent to or smaller than the blue light wavelength. do. Thus, light incident on the surface of the blue LED 102 is mostly tunneled. That is, the majority 10 of the blue light 7 is tunneled at the interface between the subcoat 121 and the LEDs 102, and only a very small portion 9 is reflected at the interface. The luminous efficiency of the light emitting device is further increased by the accelerated tunneling phenomenon.

바람직하게는, 서브코팅부(121)의 굴절율은 청색 LED(102)를 구성하는 물질 중 상기 서브코팅부(121)와 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 크다. 예컨대, 청색광이 LED(102)의 사파이어 기판 쪽으로 출사되는 경우, 서브코팅부(121)의 굴절율은 사파이어 기판의 굴절율에 상당하거나 그보다 더 클 수 있다.Preferably, the refractive index of the sub-coating portion 121 is equal to or greater than the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the sub-coating portion 121 among the materials constituting the blue LED 102. For example, when blue light is emitted toward the sapphire substrate of the LED 102, the refractive index of the sub-coating portion 121 may correspond to or greater than that of the sapphire substrate.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광산란층을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 6을 참조하면, 광산란층(110)의 바닥부에 배치된 서브코팅부(131)는 광산란층(110)의 상면부(111')와는 다른 물질로 이루어져 있다. 예컨대, 광산란층(110)의 상면부는 사파이어 입자들로 이루어지고, 서브코팅부(131)는 형광체 물질로 이루어질 수 있다. 서브코팅부(131)를 형성하는 형광체 물질은 몰딩 수지 내에 분산된 형광체(도 2의 도면부호 103 참조)와 동일한 물질일 수도 있다. 6 is a cross-sectional view schematically showing a light scattering layer according to still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the sub-coating portion 131 disposed at the bottom of the light scattering layer 110 is made of a material different from that of the top surface 111 ′ of the light scattering layer 110. For example, the upper surface portion of the light scattering layer 110 may be made of sapphire particles, the sub-coating portion 131 may be made of a phosphor material. The phosphor material forming the sub-coating portion 131 may be the same material as the phosphor dispersed in the molding resin (see reference numeral 103 in FIG. 2).

본 발명자는 입자 크기와 재료 구성이 다른 여러가지 광산란층에 대해 광추출 효율을 측정하였다. 측정에 사용된 청색 LED는 사파이어 기판을 갖는 GaN계 LED이다. 그 측정 결과가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 도 7은 광산란층 내의 입자 직경에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이다. 도 7의 그래프의 가로축은 특히 광산란층 상면부에서의 입자 직경을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광산란층이 사파이어 입자들과 그 아래 형성된 형광체 서브코팅부로 이루어진 경우, 광추출 효 율이 가장 높게 나타났다. 도 7로부터, 서브코팅부가 없는 경우보다 서브코팅부가 있는 경우에 발광 효율이 더 높게 된다는 점을 알 수 있다. 또한, 광추출 효율이 높게 나타나는 최적화된 입자 크기(광산란층 상면부의 입자 크기)가 존재함을 알 수 있다. The present inventors measured light extraction efficiency for various light scattering layers having different particle sizes and material configurations. The blue LED used for the measurement is a GaN-based LED with a sapphire substrate. The measurement results are shown in FIGS. 7 and 8. 7 is a graph showing the light extraction efficiency according to the particle diameter in the light scattering layer. The horizontal axis of the graph of FIG. 7 shows the particle diameter especially in the light scattering layer upper surface part. As shown in Figure 7, when the light scattering layer is composed of sapphire particles and the phosphor sub-coating formed thereon, the light extraction efficiency was the highest. It can be seen from FIG. 7 that the luminous efficiency is higher when there is a sub-coating portion than when there is no sub-coating portion. In addition, it can be seen that there is an optimized particle size (particle size of the upper surface of the light scattering layer) in which the light extraction efficiency is high.

도 8은 서브코팅부 입자의 굴절율에 따른 광추출 효율을 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 서브코팅부 입자의 굴절율이 높을수록 광추출 효율은 증가된다. 그러나, 서브코팅부 입자의 굴절율이 1.9 이상이 되면 광추출 효율은 크게 증가하지 않고 완만하거나 거의 일정한 값을 보인다. 따라서, 보다 더 향상된 발광 효율을 얻기 위해서, 서브코팅부는 1.9 이상의 높은 굴절율을 갖는 것이 유리하다. 8 is a graph showing light extraction efficiency according to the refractive index of the particles of the sub-coating unit. Referring to FIG. 8, the higher the refractive index of the particles of the sub-coating unit, the higher the light extraction efficiency. However, when the refractive index of the particles of the sub-coating unit is more than 1.9, the light extraction efficiency does not increase significantly and shows a gentle or nearly constant value. Therefore, in order to obtain a further improved luminous efficiency, it is advantageous that the subcoat has a high refractive index of 1.9 or more.

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, 청색 LED 상에 형성된 광산란층을 사용함으로써, 청색 LED를 구비한 백색 발광 장치의 발광 효율과 휘도를 증대시키고, 연색지수를 개선하게 된다. As described above, according to the present invention, by using the light scattering layer formed on the blue LED, the luminous efficiency and luminance of the white light emitting device having the blue LED are increased, and the color rendering index is improved.

Claims (23)

청색 LED와; A blue LED; 상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와; A molding resin encapsulating the blue LED; 상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와; At least one phosphor that is excited by and emits blue light from the blue LED; 상기 청색 LED 상에 형성된 광산란층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And a light scattering layer formed on the blue LED. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층의 상면부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장과 같거나 그보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And an average particle size of the upper surface portion of the light scattering layer is equal to or greater than the wavelength of the blue light. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층의 상면부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장 이상이고 상기 청색광의 파장의 20배 이하인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The average particle size of the upper surface portion of the light scattering layer is more than the wavelength of the blue light and less than 20 times the wavelength of the blue light, characterized in that the white light emitting device. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층의 굴절율은, 상기 청색 LED를 구성하는 물질 중 상기 광산란층과 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And the refractive index of the light scattering layer is equal to or greater than the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the light scattering layer among the materials constituting the blue LED. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층은 Al2O3, SiO2 및 SiNx 로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The light scattering layer is a white light emitting device, characterized in that made of a material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 and SiN x . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층은 절연성 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The light scattering layer is a white light emitting device, characterized in that made of an insulating polymer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층 내의 입자 단층의 수는 1 내지 5인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The number of particle monolayers in the light scattering layer is 1 to 5, characterized in that the white light emitting device. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층은 균일한 입자 크기를 갖는 단일 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치. The light scattering layer is a white light emitting device, characterized in that consisting of a single material having a uniform particle size. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광산란층은 상기 광산란층의 바닥부에 형성된 서브코팅부를 더 포함하 고,The light scattering layer further comprises a sub-coating formed on the bottom of the light scattering layer, 상기 서브코팅부의 평균 입자 크기는 상기 광산란층의 표면부의 평균 입자 크기보다 작고, The average particle size of the sub-coating portion is smaller than the average particle size of the surface portion of the light scattering layer, 상기 서브코팅부의 평균 입자 크기는 상기 청색광의 파장과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And the average particle size of the sub-coating portion is less than or equal to the wavelength of the blue light. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 서브코팅부의 굴절율은, 상기 청색 LED를 구성하는 물질 중 상기 서브코팅부와 인접한 부분을 구성하는 물질의 굴절율과 같거나 그보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The refractive index of the sub-coating unit, the white light emitting device, characterized in that the same as or greater than the refractive index of the material constituting the portion adjacent to the sub-coating of the material constituting the blue LED. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 서브코팅부는 상기 광산란층의 상면부와 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And the sub-coating portion is made of the same material as the upper surface portion of the light scattering layer. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 서브코팅부는 상기 광산란층의 상면부와 다른 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The sub-coating unit is a white light emitting device, characterized in that made of a different material from the upper surface portion of the light scattering layer. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 서브코팅부는 형광체 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And the sub-coating unit is made of a phosphor material. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 광산란층의 상면부는 사파이어 입자들로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치. The upper surface portion of the light scattering layer is a white light emitting device, characterized in that made of sapphire particles. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 1종 이상의 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.And said at least one phosphor is a green phosphor and a red phosphor. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 녹색 형광체는 Sr1-xAxGa2B4:Eu2+로 이루어지고,The green phosphor is made of Sr 1-x A x Ga 2 B 4 : Eu 2+ , 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.Wherein A is an element selected from the group consisting of Ba, Zn, Ca, and Mg, B is an element selected from the group consisting of S, Se, and Te, and x is a white light emitting device characterized by satisfying 0 ≦ x <1 . 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 적색 형광체는 Ca1-ySryM:Eu2+,Z로 이루어지고, The red phosphor is composed of Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ , Z, 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 1종 이상의 할로겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.Wherein M is an element selected from the group consisting of S, Se and Te, Z is one or more halogens, and y satisfies 0 ≦ y ≦ 1. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 적색 형광체는 Ca1-ySryM:Eu2+로 이루어지고, The red phosphor is composed of Ca 1-y Sr y M: Eu 2+ , 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.Wherein M is an element selected from the group consisting of S, Se, and Te, wherein y satisfies 0 ≦ y ≦ 1. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 범위에서 방출 피크를 갖고,The green phosphor has an emission peak in the range of 490-550 nm, 상기 적색 형광체는 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The red phosphor has an emission peak in the range of 590 to 630 nm. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 1종 이상의 형광체는 황색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The at least one phosphor is a yellow phosphor, characterized in that the white light emitting device. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 황색 형광체는 YAG계 형광체 또는 TAG계 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The yellow phosphor is a white light emitting device, characterized in that the YAG phosphor or TAG phosphor. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.The yellow phosphor has an emission peak in the range of 560 to 580 nm. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 반사컵을 갖는 케이싱을 더 포함하고, Further comprising a casing having a reflecting cup, 상기 청색 LED는 상기 반사컵 내에 실장되고, 상기 반사컵은 그 내측면에 형성된 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치. And the blue LED is mounted in the reflective cup, and the reflective cup has a reflective surface formed on an inner surface thereof.
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