KR100726970B1 - Light emitting apparatus using dichroic filter - Google Patents

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김재필
백종협
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Abstract

A light emitting device using a dichroic filter is provided to improve a luminous efficiency of the device by mixing and emitting light generated from the device and a phosphor. An optical filter is positioned on a light path through of the light emitted from at least one semiconductor light emitting device(201). A phosphor(202) absorbs the light passing through the optical filter, and emits light having a wavelength different from the absorbed light. The optical filter is an optical dichroic filter(204) with an optical coating which passes the light having a wavelength corresponding to a light emitting peak of the light emitted from the semiconductor light emitting device and reflects the light having a wavelength corresponding to the light emitted from the phosphor.

Description

다이크로익 필터를 이용한 발광 장치{Light emitting apparatus using dichroic filter}Light emitting apparatus using dichroic filter

도 1은 종래 발광 장치의 일 예를 나타낸 것이다.1 illustrates an example of a conventional light emitting device.

도 2는 본 발명의 발광 장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.2 shows an embodiment of a light emitting device of the present invention.

{도면의 주요부분에 대한 설명}{Description of main parts of the drawing}

101, 201 : 반도체 발광 소자 102, 202 : 형광체101, 201: semiconductor light emitting element 102, 202: phosphor

103, 203 : 기판 204 : 다이크로익 필터103,203: substrate 204: dichroic filter

본 발명은 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED칩에서 발생하는 기본파장의 자극에 의해 상기 기본파장과 다른 파장의 빛을 방출하는 형광체를 이용해 백색 등 특정한 색의 광을 방출하는 발광 장치에 있어서 다이크로익 필터(dichroic filter)를 사용하여 발광효율을 향상시킨 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device that emits light of a specific color such as white by using a phosphor that emits light having a wavelength different from that of the base wavelength by stimulation of a fundamental wavelength generated from an LED chip. In this case, the luminous efficiency is improved by using a dichroic filter.

특정한 색의 빛을 발광하는 LED칩과 형광체를 이용해서 특정한 색의 빛을 발광하도록 하는 발광 장치를 구성하는 것이 가능하며, 특히 백색 광을 방출하는 발광 장치는 기술적으로 적·녹·청·황색의 빛을 방출하는 발광 소자와 자외선 및 형광체(phosphor)를 조합해 만들 수 있는 것으로 알려져 있다.It is possible to construct a light emitting device that emits light of a specific color by using an LED chip emitting light of a specific color and a phosphor. Particularly, a light emitting device that emits white light is technically red, green, blue, and yellow. It is known that a light emitting device that emits light can be made by combining ultraviolet rays and phosphors.

상기 종래 형광체를 이용한 발광 장치에서는 LED칩에서 특정 색·파장의 빛을 방출하면 상기 특정 파장의 빛이 형광체와 충돌하여 형광체에서 특정 파장의 빛이 방출된다. 상기 LED칩에서 방출되어 형광체와 충돌하지 않고 직접 외부로 방출되는 LED칩 고유의 파장의 빛과 상기 형광체에서 방출되어 형광체의 특성에 따른 스펙트럼을 갖는 빛의 혼합에 의해 발광 장치에서 백색 등 특정의 색의 빛이 방출된다.In the light emitting device using the conventional phosphor, when the LED chip emits light of a specific color and wavelength, light of the specific wavelength collides with the phosphor and light of the specific wavelength is emitted from the phosphor. A specific color such as white in a light emitting device by mixing light of a wavelength unique to the LED chip emitted from the LED chip and directly emitted to the outside without colliding with a phosphor and light having a spectrum according to the characteristics of the phosphor emitted from the phosphor Light is emitted.

도 1은 종래 발광 장치의 일 예를 나타낸 것으로, 상기 발광 장치는 기판(103) 상에 부착된 반도체 발광 소자(LED칩, 101)과 상기 LED칩(101) 주변에 도포되는 형광체(102)로 구성된다. 특히 상기와 같은 발광 장치에서는 백색 광을 방출하기 위해서 청색 광을 방출하는 LED칩과 노란색(YAG) 형광체가 주로 사용된다.1 illustrates an example of a conventional light emitting device, which includes a semiconductor light emitting device (LED chip) 101 attached to a substrate 103 and a phosphor 102 coated around the LED chip 101. It is composed. In particular, in the light emitting device as described above, LED chips and yellow (YAG) phosphors emitting blue light are mainly used to emit white light.

상기 형광체는 도 1에 나타난 것과 같이 LED칩 주변에 집중적으로 도포되거나 또는 상기 LED칩으로부터 빛이 방출되는 경로 상에 분포될 수도 있다.The phosphor may be intensively applied around the LED chip as shown in FIG. 1 or distributed on a path through which light is emitted from the LED chip.

그러나 상기와 같은 종래의 발광 장치는 형광체에서 후방산란(back scattering)이 일어나는 문제점이 있다. 상기 형광체에서의 후방산란으로 인해 LED칩에서 방출되는 빛 및 형광체에서 방출되는 빛의 전체 광량의 절반 이상(약 60% 정도)이 외부로 방출되지 못하며, 후방산란된 빛 중 일부는 LED칩에 흡수되어 소멸하면서 칩에 손상을 주기도 한다.However, such a conventional light emitting device has a problem that back scattering occurs in the phosphor. Due to backscattering in the phosphor, more than half (about 60%) of the total light quantity emitted from the LED chip and the light emitted from the phosphor are not emitted to the outside, and some of the backscattered light is absorbed by the LED chip. This can damage the chip as it dies out.

상기와 같은 형광체에서의 산란으로 인한 발광 장치의 발광효율 저하 문제 및 칩으로의 빛의 흡수로 인한 칩의 손상 문제를 해소할 필요가 있다.It is necessary to solve the problem of lowering the luminous efficiency of the light emitting device due to scattering in the phosphor and the problem of damage to the chip due to absorption of light into the chip.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 다이크로익 필터(dichroic filter)를 이용하여 발광효율이 향상되는 발광 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a light emitting device in which the luminous efficiency is improved by using a dichroic filter.

본 발명의 다이크로익 필터를 이용한 발광 장치는 하나 이상의 반도체 발광 소자; 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자로부터 빛이 방출되는 광 경로 상에 위치하는 광학 필터; 및 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자에서 방출되어 상기 광학 필터를 통과한 빛을 흡수하여 상기 흡수한 빛과는 파장이 다른 빛을 방출하는 형광체를 포함하고, 상기 광학 필터는 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자에서 방출된 빛의 발광피크에 해당하는 파장의 광은 통과시키고 상기 형광체에서 방출된 빛의 발광피크에 해당하는 파장의 광은 차단 또는 반사하는 다이크로익 필터(dichroic filter)인 것을 특징으로 한다.The light emitting device using the dichroic filter of the present invention comprises at least one semiconductor light emitting device; An optical filter positioned on an optical path through which light is emitted from the at least one semiconductor light emitting device; And a phosphor emitting from the at least one semiconductor light emitting device to absorb light passing through the optical filter to emit light having a wavelength different from that of the absorbed light, wherein the optical filter is emitted from the at least one semiconductor light emitting device. The light of the wavelength corresponding to the light emission peak of the light is passed, and the light of the wavelength corresponding to the light emission peak of the light emitted from the phosphor is characterized in that the dichroic filter (dichroic filter) to block or reflect.

본 발명에서, 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자는 500㎚ 이하의 파장 영역 에서 발광피크를 갖는 빛을 발광하는 발광다이오드인 것이 바람직하고, 상기 형광체는 황색계 빛을 방출하는 형광체인 것이 바람직하다.In the present invention, the at least one semiconductor light emitting device is preferably a light emitting diode that emits light having a light emission peak in the wavelength range of 500nm or less, and the phosphor is preferably a phosphor emitting yellow light.

본 발명에서, 상기 다이크로익 필터는 빛이 통과되어 형광체 쪽으로 방출되는 면이 광학 코팅되는 것이 바람직하며, 상기 광학 코팅된 다이크로익 필터는 굴절률이 1.4 내지 1.6의 범위에 속하는 것이 더욱 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the dichroic filter is optically coated on the surface through which light passes and is emitted toward the phosphor, and the optically coated dichroic filter more preferably has a refractive index in the range of 1.4 to 1.6.

본 발명은 또한 상기 다이크로익 필터를 이용한 발광 장치를 적어도 둘 이상 포함하는 발광 장치 모듈을 제공한다.The present invention also provides a light emitting device module including at least two light emitting devices using the dichroic filter.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.

도 2는 본 발명의 발광 장치의 일 실시예를 나타낸 것이다. 2 shows an embodiment of a light emitting device of the present invention.

도 2의 실시예에서 발광 장치는 500㎚ 파장 이하에서 발광피크를 갖는 빛을 방출하는 발광다이오드(201), 상기 발광다이오드(201)로부터 방출되는 빛을 통과시키는 다이크로익 필터(dichroic filter, 204), 상기 다이크로익 필터(204)를 통과한 빛을 흡수하여 상기 흡수한 빛과는 파장이 다른 황색계 빛을 방출하는 형광체(202)를 포함한다.In the embodiment of FIG. 2, the light emitting device includes a light emitting diode 201 for emitting light having a light emission peak at a wavelength of 500 nm or less, and a dichroic filter 204 for passing light emitted from the light emitting diode 201. And a phosphor 202 that absorbs light passing through the dichroic filter 204 and emits yellow light having a wavelength different from that of the absorbed light.

상기 실시예에서, 발광다이오드(201)는 기판(203) 상에 부착되어 있어, 상기 발광다이오드(201)에서 방출된 빛은 모두 위쪽으로 방출된다.In this embodiment, the light emitting diodes 201 are attached to the substrate 203 so that all the light emitted from the light emitting diodes 201 is emitted upwards.

상기 발광다이오드(201)에서 빛이 방출되는 경로에는 다이크로익 필터(204)가 위치하고 있다. 상기 다이크로익 필터(204)는 상기 발광다이오드(201)에서 방출된 빛의 발광피크가 포함되는 소정 영역의 빛을 통과시키며, 상기 실시예에서는 500㎚ 이하의 파장의 빛을 통과시킨다.The dichroic filter 204 is positioned in a path through which light is emitted from the light emitting diode 201. The dichroic filter 204 passes through the light of a predetermined region including the light emitting peak of the light emitted from the light emitting diode 201, and in this embodiment passes the light having a wavelength of 500 nm or less.

상기 다이크로익 필터(204)는 상기 발광다이오드(201)에서 방출되는 빛이 통과하는 면의 전체를 덮고 있어, 상기 다이크로익 필터(204)에 의해 상기 발광다이오드(201)가 위치하는 쪽과 빛이 상기 필터(204)를 통과해 방출되는 쪽이 구분된다.The dichroic filter 204 covers the entire surface through which the light emitted from the light emitting diode 201 passes, so that the light emitting diode 201 is positioned by the dichroic filter 204. The side from which light is emitted through the filter 204 is distinguished.

상기 다이크로익 필터(204)를 통과한 빛이 방출되는 쪽에는 형광체(202)가 도포되어 있다. 상기 형광체(202)는 상기 필터(204)를 통과한 빛을 흡수하여, 상기 흡수한 빛과는 파장이 다른 빛을 방출한다. 상기 실시예에서는 상기 형광체(202)는 황색계 빛을 방출한다.Phosphor 202 is coated on the side through which the light passing through the dichroic filter 204 is emitted. The phosphor 202 absorbs the light passing through the filter 204 and emits light having a wavelength different from that of the absorbed light. In this embodiment, the phosphor 202 emits yellow light.

상기 다이크로익 필터(204)는 상기 발광다이오드(201)에서 방출된 빛은 통과시키고 상기 형광체(202)에서 방출된 빛은 차단 또는 반사하는 대역통과성 필터이다. 상기 실시예에서 상기 필터(204)는 500㎚ 이하의 파장의 빛을 통과시키고 그외의 파장의 빛은 반사한다. 특히 400㎚에서 500㎚의 범위의 파장의 빛을 선택적으로 통과시키는 것이 바람직하다.The dichroic filter 204 is a bandpass filter that passes the light emitted from the light emitting diode 201 and blocks or reflects the light emitted from the phosphor 202. In this embodiment, the filter 204 passes light of a wavelength of 500 nm or less and reflects light of other wavelengths. In particular, it is preferable to selectively pass light having a wavelength in the range of 400 nm to 500 nm.

상기 형광체(202)에서 방출된 빛 중 후방산란되는 성분은 상기 다이크로익 필터(204)에 의해 차단되어 상기 발광다이오드(201) 쪽으로 입사·흡수되지 않는다.The backscattered component of the light emitted from the phosphor 202 is blocked by the dichroic filter 204 and is not incident or absorbed toward the light emitting diode 201.

상기 형광체(202)에 의해 방출된 빛 중 후방산란되어 아래쪽으로 진행하는 성분을 위쪽으로 반사시키는 경우, 발광 장치 전체의 발광효율이 향상된다. 이를 위해 상기 다이크로익 필터(204)에 상기 형광체가 도포된 쪽의 면을 코팅하는 것이 바람직하다.When the light scattered by the phosphor 202 reflects upwardly the components scattered backward and proceeds downward, the luminous efficiency of the entire light emitting device is improved. To this end, the dichroic filter 204 is preferably coated on the side of the phosphor is applied.

상기 코팅은 파장선택성이 있어, 상기 형광체(202)에서 방출되는 파장의 빛을 반사하여 위쪽으로 되돌려보내고 다른 파장의 빛은 통과시키도록 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가 상기 코팅은 광학 유리(glass) 위에 유전층을 형성하는 것이 일반적이나 폴리머 또는 광학 플라스틱 위에 유전체를 형성하는 것도 가능하며, 상기 코팅은 코팅된 다이크로익 필터의 굴절률이 1.4에서 1.6의 범위에 속하도록 형성되는 것이 바람직하다.The coating is preferably wavelength selective, so that the coating reflects light of a wavelength emitted from the phosphor 202 and returns it upwards, and allows light of other wavelengths to pass therethrough. Furthermore, the coating is generally a dielectric layer formed on optical glass, but it is also possible to form a dielectric on a polymer or optical plastic, and the coating is such that the refractive index of the coated dichroic filter is in the range of 1.4 to 1.6. It is preferably formed.

상기 실시예에서, 발광다이오드(201)로부터 방출되어 다이크로익 필터(204)를 통과한 광 중에서 형광체(202)에 흡수되지 않고 직접 방출되는 광으로서 청색계의 광이 방출되고, 상기 형광체(202)에서 광을 흡수하여 방출하는 광으로서 황색계의 광이 방출된다. 상기 청색광과 황색광이 혼합되어 상기 발광 장치는 전체적으로 백색 광을 방출하며, 이로써 상기 발광 장치는 백색 발광다이오드(LED) 장치로서 사용될 수 있다.In the above embodiment, blue light is emitted as the light emitted from the light emitting diode 201 and passed through the dichroic filter 204 and is not directly absorbed by the phosphor 202, and blue light is emitted. Yellow light is emitted as light which absorbs and emits light in The blue light and the yellow light are mixed so that the light emitting device emits white light as a whole, whereby the light emitting device can be used as a white light emitting diode (LED) device.

상기 형광체(202)에서 후방산란이 일어나더라도 다이크로익 필터(204) 및 상기 필터(204)에 형성된 코팅으로 인해 후방산란된 광이 위쪽으로 반사되므로, 발광 장치의 발광효율이 향상된다.Even though backscattering occurs in the phosphor 202, the backscattered light is reflected upward by the dichroic filter 204 and the coating formed on the filter 204, thereby improving luminous efficiency of the light emitting device.

상기 실시예에서는 하나의 다이크로익 필터(204)에 대해 하나의 발광다이오드(201)가 존재하나, 상기 발광 장치는 그 내부에 발광다이오드를 하나 이상 포함하는 것도 가능하다.In the above embodiment, one light emitting diode 201 exists for one dichroic filter 204, but the light emitting device may include one or more light emitting diodes therein.

또한, 상기와 같은 발광 장치를 둘 이상 구비하여 발광 장치 모듈 내지는 패키지를 형성하는 것도 가능하다.In addition, the light emitting device module or the package may be formed by providing two or more light emitting devices as described above.

상기와 같이 본 발명에 의하면 반도체 발광 소자와 형광체를 포함하고 각각으로부터 방출된 빛을 혼합하여 발광하는 발광 장치의 발광효율이 30~40% 향상된다. 또한, 종래 형광체에서 빛이 후방산란되어 LED칩 등 반도체 발광 소자에 빛이 입사·흡수되는 것으로 인한 반도체 발광 소자의 손상도 줄일 수 있어, 반도체 발광 소자 및 발광 장치의 상태도 안정화되고 수명도 늘어난다.As described above, according to the present invention, the light emission efficiency of the light emitting device including the semiconductor light emitting element and the phosphor and mixing light emitted from each light is improved by 30 to 40%. In addition, damage to the semiconductor light emitting device due to light scattering back from the conventional phosphor and incident or absorbing light into a semiconductor light emitting device such as an LED chip can be reduced, so that the state of the semiconductor light emitting device and the light emitting device is stabilized and the lifespan is increased.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 서로 다른 파장의 빛을 방출하는 반도체 발광 소자와 형광체를 구비한 발광 장치의 발광효율이 향상된다.As described above, according to the present invention, the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device and the light emitting device including the phosphor that emit light of different wavelengths is improved.

또한, 본 발명에 의하면 후방산란으로 인한 반도체 발광 소자의 손상을 감소시켜 발광 장치의 상태를 안정화할 수 있다.In addition, according to the present invention it is possible to reduce the damage of the semiconductor light emitting device due to backscattering to stabilize the state of the light emitting device.

Claims (6)

하나 이상의 반도체 발광 소자;One or more semiconductor light emitting devices; 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자로부터 빛이 방출되는 광 경로 상에 위치하는 광학 필터; 및An optical filter positioned on an optical path through which light is emitted from the at least one semiconductor light emitting device; And 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자에서 방출되어 상기 광학 필터를 통과한 빛을 흡수하여 상기 흡수한 빛과는 파장이 다른 빛을 방출하는 형광체를 포함하고,A phosphor that emits light emitted from the at least one semiconductor light emitting device and passes through the optical filter to emit light having a wavelength different from that of the absorbed light, 상기 광학 필터는 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자에서 방출된 빛의 발광피크에 해당하는 파장의 광은 통과시키고 상기 형광체에서 방출된 빛의 발광피크에 해당하는 파장의 광은 반사하도록 상기 형광체가 인접된 면이 광학코팅된 다이크로익 필터(dichroic filter)인 것을 특징으로 하는 발광 장치.The optical filter has a surface adjacent to the phosphor such that light of a wavelength corresponding to the light emission peak of the light emitted from the at least one semiconductor light emitting element passes and reflects light of the wavelength corresponding to the light emission peak of the light emitted from the phosphor. And an optically coated dichroic filter. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 반도체 발광 소자는 500㎚ 이하의 파장 영역에서 발광피크를 갖는 빛을 발광하는 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 발광 장치.The light emitting device of claim 1, wherein the at least one semiconductor light emitting element is a light emitting diode that emits light having a light emission peak in a wavelength region of 500 nm or less. 제 1항에 있어서, 상기 형광체는 황색계 빛을 방출하는 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 장치.The light emitting device of claim 1, wherein the phosphor is a phosphor emitting yellow light. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 광학 코팅된 다이크로익 필터는 굴절률이 1.4 내지 1.6의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.The light emitting device of claim 1, wherein the optically coated dichroic filter has a refractive index in the range of 1.4 to 1.6. 삭제delete
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