KR101265094B1 - White light emitting diode and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드 칩으로부터 빛을 백색광으로 출사시키기 위한 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩으로부터 외부로의 빛의 출사 방향을 따라, 양자점을 포함하는 양자점 발광층과, 1종 이상의 형광체를 포함하는 하나 또는 다수의 형광체 발광층을 포함하며, 광손실이 최소화되어 발광 효율이 높고 연색 특성이 우수하다. The present invention relates to a white light emitting diode for emitting light from a light emitting diode chip to white light. The white light emitting diode according to the present invention includes a quantum dot light emitting layer including a quantum dot along a direction in which light is emitted from the light emitting diode chip to the outside. It includes one or more phosphor emitting layers comprising one or more phosphors, and the light loss is minimized, the luminous efficiency is high and the color rendering properties are excellent.
Description
본 발명은 파장 변환 물질로서 형광체(phosphor)와 양자점(quantum dot)이 층간 구조로 청색 혹은 장파장 자외선 발광 다이오드 위에 도포되어 우수한 연색 특성을 가지도록 제조된 백색 발광 다이오드와 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 형광체와 양자점으로부터 방출되는 광의 손실을 최소화하기 위하여 형광체 발광층과 양자점 발광층이 상부와 하부로 구분되어 도포된 백색 발광 다이오드에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a white light emitting diode manufactured by applying a phosphor and a quantum dot as a wavelength conversion material on a blue or long wavelength ultraviolet light emitting diode in an interlayer structure to have excellent color rendering characteristics, and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a white light emitting diode in which a phosphor light emitting layer and a quantum dot light emitting layer are divided into upper and lower portions and applied to minimize the loss of light emitted from the phosphor and the quantum dots.
백색 발광 다이오드(White Light Emitting Diode)는 종래의 일반 조명을 대체할 수 있는 차세대 발광 소자 중 가장 각광을 받고 있는 조명용 광원이다. 조명 광원으로 사용되고 있는 백열등 및 형광등과 비교하여 백색 발광 다이오드는 소비전력이 종래의 광원보다 매우 작으며 발광 효율이 높고 고휘도를 나타내며, 장수명의 장점을 가지고 있다. White light emitting diodes (LEDs) are the light sources for illumination that are most in the spotlight of the next generation light emitting devices that can replace conventional general lighting. Compared to incandescent and fluorescent lamps used as illumination light sources, the white light emitting diodes consume much less power than conventional light sources, exhibit high luminous efficiency, high brightness, and have long life.
발광 다이오드는 백열등과 달리 발광 밴드의 폭이 좁으며 발광 다이오드를 구성하는 물질의 밴드갭 에너지에 해당하는 단색광을 방출하기 때문에 단독의 발광 다이오드 칩으로는 백색광을 구현하기 어렵다. 이를 극복하기 위하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 전형적인 방법으로는 하기와 같은 세 가지 방법이 있다. Unlike incandescent lamps, light emitting diodes have a narrow light emitting band and emit monochromatic light corresponding to the bandgap energy of materials constituting the light emitting diode. In order to overcome this, there are three methods of manufacturing a white light emitting diode.
- 고휘도의 청색, 녹색 및 적색 발광 다이오드를 혼합하여 사용하는 방법.-Method of using a mixture of high brightness blue, green and red light emitting diodes.
- 장파장 자외선 발광 다이오드 위에 청색, 녹색 및 적색 발광 형광체를 코팅하는 방법. A method of coating blue, green and red light emitting phosphors on long wavelength ultraviolet light emitting diodes.
- 청색 발광 다이오드 위에 황색 발광 형광체를 코팅하는 방법.A method of coating a yellow light emitting phosphor on a blue light emitting diode.
이 중 첫 번째 방법인 청색, 녹색, 적색 발광 다이오드 칩을 하나의 패키지 구조에 구성하여 백색광을 구현하는 경우에는, 고휘도와 고연색지수를 얻을 수는 있으나 각 발광 다이오드 칩의 최적 구동전류가 다르기 때문에 회로의 구성이 복잡해지고 가격이 매우 높은 단점이 있어, 조명용으로의 응용보다는 디스플레이 등의 특수용도에 더 많이 응용된다. When the white, blue, green, and red light emitting diode chips are implemented in one package structure to achieve white light, high brightness and high color rendering index can be obtained, but the optimum driving current of each light emitting diode chip is different. Due to the complexity of the circuit configuration and the high cost, the circuit is applied to a special use such as a display rather than an application for lighting.
두 번째 방법인 장파장 자외선 발광 다이오드 위에 청색, 녹색 및 적색 발광 형광체를 코팅하는 기술은 국제 공개특허공보 제W98/039805호에 개시되어 있다. 이 방법은 자외선을 삼원색 형광 물질에 투과시켜 삼파장 백색광을 만들어 내는 가장 이상적인 방법이다. A second method, a technique of coating blue, green and red light emitting phosphors on a long wavelength ultraviolet light emitting diode is disclosed in WO98 / 039805. This method is the most ideal way to generate three wavelength white light by transmitting ultraviolet light through three primary fluorescent materials.
세 번째 방법인 청색 발광 다이오드 위에 황색 발광 형광체를 코팅하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 기술은 현재 가장 널리 연구되고 있다. 그 구조가 간단하여 제조가 용이하고 고휘도의 백색광을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이 방법은 일본 니치아사가 특허 출원한 국제 공개특허공보 제W98/005078호에 자세히 개시되어 있으며, 나카무라(S. Nakamura)의 저서(S. Nakamura, "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag, P. 216-219, 1997)에도 자세히 설명되어 있다. 발광 다이오드로부터 방출되는 일부의 청색광이 황색 발광 형광체의 일종인 이트륨 알루미늄 가넷(Y3Al5O12:Ce3 +; YAG)의 형광체에 흡수된 후 황색광으로 변환되고, 변환되지 않은 청색광과 황색광의 조합에 의해 백색광이 만들어진다. 그러나 YAG계의 발광 형광체는 적색 스펙트럼 영역의 발광 강도가 상대적으로 약해 우수한 연색(color rendering) 특성을 얻기가 어려우며 색재현 범위가 낮으므로, 조명 및 액정 디스플레이 장치 배경 광원으로는 적합하지 못한 문제가 있다. A third method, a method of manufacturing a white light emitting diode by coating a yellow light emitting phosphor on a blue light emitting diode is currently the most widely studied. Its structure is simple, so it is easy to manufacture and has the advantage of obtaining a white light of high brightness. This method is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. W98 / 005078 filed by Nichia, Japan, and published by S. Nakamura, "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag, P. 216-219, 1997). Some of the blue light emitted from the light emitting diode is absorbed by the phosphor of yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3 + ; YAG), which is a kind of yellow light emitting phosphor, and then converted into yellow light. White light is produced by the combination of the lights. However, since YAG-based light emitting phosphors have a relatively weak emission intensity in the red spectral region, it is difficult to obtain excellent color rendering characteristics and a low color reproduction range, which makes them unsuitable for lighting and liquid crystal display device background light sources. .
이를 극복하기 위하여 적색 발광 형광체가 황색 발광 형광체와 함께 도포되어 백색광을 구현하는 연구가 진행되고 있으나, 적색 발광 물질로 주로 사용되는 황화물계 형광체는 불안정하고 옥사이드계 형광체는 효율이 낮으며 질화물계 형광체는 합성 수율이 낮고 제조 단가가 고가이다. In order to overcome this problem, red light phosphors are applied together with yellow light emitting phosphors to realize white light, but sulfide phosphors, which are mainly used as red light emitting materials, are unstable, oxide phosphors have low efficiency, and nitride phosphors are used. Synthetic yield is low and manufacturing cost is high.
따라서 형광체가 아닌 새로운 발광 물질로 CdSe와 같은 양자점을 적용하여 백색 발광 다이오드를 구현하고자 한 시도가 이루어졌다(Advanced Materials, vol. 22, 3076 (2007)). 그러나 양자점만을 청색 발광 다이오드에 도포하여 백색발광 다이오드를 제조하는 경우 형광체를 이용하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 경우와 비교하여 발광 효율이 낮은 특성을 보이게 된다. 그 이유는 양자점이 용액에 분산된 상태에서는 높은 발광 효율을 나타내지만 백색 발광 다이오드에 도포되기 위해 봉지제에 혼합되면 용매 매질의 변화로 발광 효율이 감소되고 혼합시 뭉침 및 응집 등의 현상으로 발광 강도가 더욱 낮아지기 때문이다. 또한 양자점이 잘 분산된 액상 용매인 경우에도 발광 다이오드의 광변환을 위해 필요한 농도 수준의 고농도의 양자점이 포함되는 경우는 자체 소광(self-quenching) 효과에 의해 낮은 양자 효율을 보인다. Therefore, an attempt has been made to implement a white light emitting diode by applying a quantum dot such as CdSe as a new light emitting material other than a phosphor (Advanced Materials, vol. 22, 3076 (2007)). However, when the white light emitting diode is manufactured by coating only the quantum dots on the blue light emitting diode, the luminous efficiency is lower than that of the white light emitting diode using the phosphor. The reason is that the quantum dot shows a high luminous efficiency in the dispersed state, but when mixed with the encapsulant to be applied to the white light emitting diode, the luminous efficiency is reduced by the change of the solvent medium, and the luminous intensity due to the aggregation and aggregation during mixing Because it becomes even lower. In addition, even when the quantum dots are well-dispersed liquid solvent, when a high concentration of quantum dots is included at the concentration level required for light conversion of the light emitting diode, the quantum dots show low quantum efficiency due to self-quenching effect.
따라서 이미 상용화되어 있는 고상의 녹색 및 황색 발광 무기 형광체와 비교하여 그 발광 강도가 낮아 백색 발광 다이오드의 전광속을 떨어뜨리게 되므로, 형광체와 양자점의 장점을 조합하여 높은 휘도를 가지며 연색성도 우수한 백색 발광 다이오드의 개발이 절실히 요구된다. 이 때, 단순히 황색, 혹은 녹색 발광 형광체를 적색 발광 양자점과 혼합하여 도포하는 경우 형광체로부터 변환되는 광이 양자점의 흡수에 의한 손실로 인해 백색 발광 다이오드의 전광속이 감소하게 되므로 발광효율을 최대화 할 수 있도록 하는 발광 재료들의 패키지 구조가 절실히 요구된다. As a result, the luminous intensity of the white light emitting diode is lowered compared to the solid green and yellow light emitting inorganic phosphors, which are already commercially available, and thus the total luminous flux of the white light emitting diode is lowered. Development is urgently needed. In this case, when the yellow or green light emitting phosphor is mixed with a red light emitting quantum dot and applied, the light flux of the white light emitting diode is reduced due to the loss of light absorbed by the quantum dot so that the luminous efficiency can be maximized. There is an urgent need for a package structure of luminescent materials.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 발광 다이오드로부터 출사되는 광을 변환시키는 광 변환 물질을 광손실이 최소화되는 구조로 제조함으로써, 발광 효율이 높고 연색 특성이 우수한 백색 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by manufacturing a light conversion material for converting the light emitted from the light emitting diode in a structure that minimizes the light loss, high luminous efficiency and color rendering characteristics It is an object to provide an excellent white light emitting diode.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 형광체를 포함하는 발광층과 양자점을 포함하는 발광층을 각각 포함한다. 상기 백색 발광 다이오드는, 형광체를 포함하는 발광층을 상층부로, 양자점을 포함하는 발광층을 하층부로 하는 각각의 발광층을 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the white light emitting diode according to the present invention includes a light emitting layer comprising a phosphor and a light emitting layer comprising a quantum dot, respectively. The white light emitting diode may include each light emitting layer having an upper layer as a light emitting layer including a phosphor and a lower layer as a light emitting layer including a quantum dot.
본 발명에 따른 또 다른 형태의 백색 발광 다이오드는 투명 봉지제 층을 포함하며 봉지제층 상부에 형광체 발광층과 양자점 발광층을 각각 포함한다. 상기 백색 발광 다이오드는, 형광체 발광층을 상층부로, 양자점을 포함하는 발광층을 중간층부로, 투명 봉지제로만 구성된 층을 하층부로 하는 각각의 층을 포함할 수 있다. Another type of white light emitting diode according to the present invention includes a transparent encapsulant layer and includes a phosphor emitting layer and a quantum dot emitting layer on the encapsulant layer, respectively. The white light emitting diode may include each layer having a phosphor emitting layer as an upper layer, a light emitting layer including a quantum dot as an intermediate layer, and a layer composed only of a transparent encapsulant as a lower layer.
형광체와 양자점의 여기원으로 사용되는 발광 다이오드 칩은 피크 발광 파장의 영역이 350 ∼ 480 nm의 파장 영역에 포함될 수 있다. In the LED chip used as the excitation source of the phosphor and the quantum dot, the peak emission wavelength region may be included in the wavelength region of 350 to 480 nm.
상기 발광 다이오드 칩의 피크 발광 파장이 430 ∼ 480 nm의 파장 영역에 포함되는 경우에, 형광체 발광층에 포함되는 형광체의 발광 피크 파장은 양자점 발광층에 포함되는 양자점의 발광 피크 파장보다 단파장 영역에 위치할 수 있다. When the peak emission wavelength of the light emitting diode chip is included in the wavelength region of 430 to 480 nm, the emission peak wavelength of the phosphor included in the phosphor emission layer may be located in a shorter wavelength region than the emission peak wavelength of the quantum dot included in the quantum dot emission layer. have.
상기 양자점 발광층을 이루는 양자점은 적색 발광 양자점일 수 있으며, 피크 발광 파장은 570 ∼ 650 nm의 파장 영역에 속할 수 있다. The quantum dots constituting the quantum dot emitting layer may be red light emitting quantum dots, and the peak emission wavelength may belong to a wavelength range of 570 to 650 nm.
상기 형광체 발광층을 이루는 형광체는 피크 발광 파장이 490 ~ 580 nm의 파장 영역에 포함될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 형광체는 황색 발광 형광체 또는 녹색 발광 형광체일 수 있으며, 황색 발광 형광체의 발광 피크 파장은 530 ∼ 585 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 녹색 발광 형광체의 발광 피크 파장은 490 ∼ 560 nm 의 파장 영역에 속할 수 있다. The phosphor constituting the phosphor emission layer may have a peak emission wavelength in a wavelength region of 490 nm to 580 nm. More preferably, the phosphor may be a yellow light emitting phosphor or a green light emitting phosphor, and an emission peak wavelength of the yellow light emitting phosphor may belong to a wavelength range of 530 to 585 nm, and an emission peak wavelength of the green light emitting phosphor is 490 to 560. It can belong to the wavelength range of nm.
상기 발광 다이오드 칩의 피크 발광 파장이 350 ∼ 430 nm의 파장 영역에 포함되는 경우에, 상기 형광체 발광층은 복층으로 구성될 수 있다. When the peak emission wavelength of the light emitting diode chip is included in the wavelength region of 350 to 430 nm, the phosphor light emitting layer may be formed of a multilayer.
본 발명에 따른 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 발광 다이오드 칩의 피크 발광 파장이 350 ∼ 430 nm의 파장 영역에 포함되는 경우에, 백색 발광 다이오드는 하층부에 적색 발광 양자점을 포함하는 발광층이 위치하고, 중간층에 녹색 발광 형광체를 포함하는 발광층이 위치하고, 상층부에는 청색 발광 형광체를 포함하는 발광층이 위치하는 구조를 가질 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, when the peak emission wavelength of the light emitting diode chip is included in a wavelength region of 350 to 430 nm, the white light emitting diode has a light emitting layer including a red light emitting quantum dot in a lower layer and an intermediate layer. The light emitting layer including the green light emitting phosphor may be positioned, and the light emitting layer including the blue light emitting phosphor may be disposed in the upper layer.
또한, 상기 발광 다이오드 칩의 피크 발광 파장이 350 ∼ 430 nm의 파장 영역에 포함되는 경우에, 최하층부에 투명 봉지제층이 위치하고, 하층부에 적색 발광 양자점을 포함하는 발광층이 위치하고, 중간층에 녹색 발광 형광체를 포함하는 발광층이 위치하고, 최상층부에는 청색 발광 형광체를 포함하는 발광층이 위치할 수도 있다. In addition, when the peak emission wavelength of the light emitting diode chip is included in the wavelength region of 350 to 430 nm, a transparent encapsulant layer is located at the lowermost layer, a light emitting layer containing red light emitting quantum dots is located at the lower layer, and a green light emitting phosphor at the intermediate layer. A light emitting layer including a is located, the light emitting layer containing a blue light emitting phosphor may be located at the top layer.
백색 발광 다이오드를 구성하는 상기 양자점 발광층을 이루는 적색 발광 양자점의 발광 파장은 피크 발광 파장이 570 ∼ 650 nm의 파장 영역에 포함될 수 있고, 상기 녹색 발광층에 포함되는 녹색 발광 형광체의 발광 피크 파장은 490 ∼ 560 nm의 파장 영역에 포함될 수 있고, 상기 청색 발광층에 포함되는 청색 발광 형광체의 발광 파장은 피크 파장이 420 ∼ 490 nm의 파장 영역에 포함될 수 있다. The light emission wavelength of the red light emitting quantum dot constituting the quantum dot light emitting layer constituting the white light emitting diode may be included in the wavelength region of the peak emission wavelength of 570 ~ 650 nm, the emission peak wavelength of the green light emitting phosphor included in the green light emitting layer is 490 ~ It may be included in the wavelength region of 560 nm, the emission wavelength of the blue light emitting phosphor included in the blue light emitting layer may be included in the wavelength region of the peak wavelength of 420 ~ 490 nm.
본 발명에 따라 청색 발광 다이오드 칩을 이용하여 백색광을 구현하는 백색 발광 다이오드의 구체적인 실시 형태에 있어서는, 청색 발광 다이오드 칩으로부터 출사되는 빛을 받아 황색광을 방출하는 무기 형광체를 상층부로 하고, 청색 발광 다이오드로부터 출사되는 빛의 일부를 적색광으로 변환하는 양자점을 하층부로 하여 청색 발광 다이오드 칩 위에 도포되는 구조를 포함한다. In a specific embodiment of a white light emitting diode which implements white light by using a blue light emitting diode chip according to the present invention, the upper portion is an inorganic phosphor that receives light emitted from the blue light emitting diode chip and emits yellow light. And a quantum dot for converting a part of the light emitted from the red light into red light as a lower layer.
본 발명에 따라 장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 이용하여 백색광을 구현하는 백색 발광 다이오드의 구체적인 실시 형태에 있어서는, 장파장 자외선으로부터 여기되어 청색광을 방출하는 무기 형광체를 상층부로 하고, 장파장 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하는 무기 형광체를 중간층, 그리고 장파장 자외선을 적색광으로 변환시키는 양자점을 하층부로 하여 장파장 자외선 발광 다이오드 칩 위에 도포되는 구조를 포함한다. In a specific embodiment of a white light emitting diode which realizes white light by using a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip according to the present invention, an inorganic phosphor which is excited from long wavelength ultraviolet light and emits blue light is used as an upper layer, and excited by long wavelength ultraviolet light to emit green light. An inorganic layer that emits light includes an intermediate layer and a structure that is applied on a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip as a lower layer as a quantum dot for converting long wavelength ultraviolet rays into red light.
본 발명에 따른 백색 발광 다이오드 제조 방법에 있어서는, 양자점을 포함하는 양자점 발광층을 발광 다이오드 칩에 도포하는 단계와, 제1 형광체를 포함하는 제1 형광체 발광층을 상기 양자점 발광층에 도포하는 단계를 포함한다. In the method of manufacturing a white light emitting diode according to the present invention, the method includes applying a quantum dot light emitting layer including a quantum dot to a light emitting diode chip, and applying a first phosphor light emitting layer including a first phosphor to the quantum dot light emitting layer.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 제조 방법에서는, 제2 형광체를 포함하는 제2 형광체 발광층을 상기 제1 형광체 발광층에 도포하는 단계를 또한 포함하며, 상기 양자점 발광층을 도포하기 전에 투명 봉지제층을 발광 다이오드 칩에 도포할 수도 있다. 투명 봉지제층은 발광 다이오드 칩의 높이와 같게 또는 높게 도포되는 것이 바람직하다.In the manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention, the method further includes applying a second phosphor light emitting layer including a second phosphor to the first phosphor light emitting layer, and applying a transparent encapsulant layer to the light emitting diode before applying the quantum dot light emitting layer. It can also be applied to the chip. The transparent encapsulant layer is preferably applied equal to or higher than the height of the light emitting diode chip.
발광 다이오드 칩으로는 청색 발광 다이오드 칩 또는 장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다. 또한, 양자점의 발광 피크의 파장은 제1 형광체 및/또는 제2 형광체의 발광 피크의 파장보다 장파장인 것이 바람직하고, 양자점 발광층은 적색 발광 양자점을 포함할 수 있다.As the light emitting diode chip, a blue light emitting diode chip or a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip may be used. The wavelength of the emission peak of the quantum dot is preferably longer than the wavelength of the emission peak of the first phosphor and / or the second phosphor, and the quantum dot emission layer may include a red emission quantum dot.
청색 발광 다이오드 칩을 사용하는 실시 형태에서 있어서는, 발광층을 양자점 발광층과 제1 형광체 발광층으로 구성할 수 있고, 제1 형광체 발광층은 황색 또는 녹색 발광 형광체를 포함할 수 있다. In an embodiment using a blue light emitting diode chip, the light emitting layer may be composed of a quantum dot light emitting layer and a first phosphor light emitting layer, and the first phosphor light emitting layer may include a yellow or green light emitting phosphor.
장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 사용하는 실시 형태에 있어서는, 발광층을 양자점 발광층과 제1 및 제2 형광체 발광층으로 구성할 수 있고, 제2 발광층은 녹색 발광 형광체를 포함하고, 제3 발광층은 청색 발광 형광체를 포함할 수 있다. In an embodiment using a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip, the light emitting layer can be composed of a quantum dot light emitting layer and a first and second phosphor light emitting layers, the second light emitting layer comprising a green light emitting phosphor, and the third light emitting layer is a blue light emitting phosphor. It may include.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 발광 강도가 우수한 무기 형광체와 적색 발광 효율이 우수하며 제조가 용이한 양자점을 사용하고, 백색 발광 다이오드 패키지 내의 광손실을 최소화 함으로써 발광 효율이 높고 연색성이 우수한 백색 발광 다이오드를 얻을 수 있다. As described in detail above, according to the present invention, the inorganic phosphor having excellent luminescence intensity, the red luminescence efficiency is excellent, and the quantum dot which is easy to manufacture is used, and the light emission efficiency is high and the color rendering property is excellent by minimizing the light loss in the white light emitting diode package. A white light emitting diode can be obtained.
본 발명을 통하여 얻어진 백색 발광 다이오드는 고휘도, 고연색지수를 나타내므로 조명용 장치에 적용하였을 때 특히 효과적이며, 액정 디스플레이 장치의 후면 광원에 적용되었을 때 넓은 색재현율을 나타내어 노트북, 핸드폰 및 LCD 텔레비전의 후면광원으로 사용시 효과적이다. The white light emitting diode obtained through the present invention exhibits high brightness and high color rendering index, which is particularly effective when applied to a lighting device, and exhibits a wide color gamut when applied to a rear light source of a liquid crystal display device. Effective when used as a light source.
또한 양자점이 무기 형광체의 하부에 위치하여 봉지됨으로써 산소, 수분 등과의 접촉을 차단할 수 있으므로 색좌표 안정성 및 휘도 안정성이 향상된 백색 발광 다이오드를 구현할 수 있다. In addition, since the quantum dot is disposed under the inorganic phosphor to block contact with oxygen and moisture, a white light emitting diode having improved color coordinate stability and luminance stability can be implemented.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 개략도.
도 2는 장파장 자외선 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드와 녹색 및 황색 발광 형광체의 발광 스펙트럼과 적색 발광 양자점의 발광 스펙트럼 및 흡수 스펙트럼.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 개략도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 개략도.1 is a schematic diagram of a white light emitting diode according to one embodiment of the invention.
2 is a light emission spectrum and a light emission spectrum of a long wavelength ultraviolet light emitting diode, a blue light emitting diode and a green and yellow light emitting phosphor, and a red light emitting quantum dot.
3 is a schematic view of a white light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a white light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of a white light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 백색 발광 다이오드들의 구조에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한되지는 아니하고, 구성요소의 부가, 치환 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.Hereinafter, a structure of white light emitting diodes according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the present embodiment, and other embodiments may be easily proposed by adding or replacing components.
그러나, 앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 실시 형태는 본 발명을 더욱 완벽하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. However, the embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청색 발광 다이오드 칩, 황색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 및 적색 발광 양자점을 포함하는 백색 발광 다이오드의 구조를 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 백색 발광 다이오드를 구성하는 형광체와 양자점을 포함하는 다양한 발광 물질의 흡수 및 발광 스펙트럼이다. 1 is a view showing the structure of a white light emitting diode including a blue light emitting diode chip, a light emitting layer including a yellow light emitting phosphor, and a red light emitting quantum dot according to an embodiment of the present invention, and FIG. Absorption and emission spectra of various light emitting materials including phosphors and quantum dots constituting the diode.
도 1을 참조하면 백색 발광 다이오드 패키지의 반사컵(211) 내부에 청색 발광 다이오드 또는 장파장 자외선 다이오드 칩(215)이 위치하며 발광 다이오드 칩에 근접한 하층부에는 적색 발광 양자점(113)을 포함하는 투명 봉지제(111)로 구성된 적색 발광층이 형성되며, 상층부에는 황색 발광 형광체(115)를 포함하는 투명 봉지제로 구성된 황색 발광층이 형성된다. Referring to FIG. 1, a transparent encapsulant including a blue light emitting diode or a long wavelength
도 2에 제시된 흡수 및 발광 스펙트럼을 참조하면, 적색 발광 양자점의 흡수 파장이 녹색 영역부터 자외선 영역에 이르기까지 넓게 존재하며 600 nm 이상의 적색 스펙트럼 영역의 발광 피크를 나타낸다. 따라서 황색 발광 형광체(115)와 적색 발광 양자점(113)을 청색 발광 다이오드 칩 위에 함께 도포하여 백색 발광 다이오드를 제조하는 경우 우수한 연색성을 가지는 백색 발광 다이오드를 얻을 수 있다. Referring to the absorption and emission spectra shown in FIG. 2, the absorption wavelength of the red light emitting quantum dots exists widely from the green region to the ultraviolet region and represents the emission peak of the red spectral region of 600 nm or more. Therefore, when the white light emitting diode is manufactured by coating the yellow
그러나 도 2에 제시된 발광 다이오드 및 형광체의 발광 파장의 위치와 적색 발광 양자점의 흡수 밴드의 위치를 비교 참조하면, 백색 발광 다이오드 패키지 내에 존재하는 적색 발광 양자점(113)은 발광 다이오드 칩(215)으로부터 출사되는 청색광 내지 장파장 자외선을 흡수할 뿐만 아니라 황색 발광 형광체(115)로부터 방출되는 황색광까지도 흡수된다. 이 경우 황색 발광 형광체로부터 출사된 황색광 일부는 적색 발광 양자점에 흡수되어 백색 발광 다이오드 패키지 밖으로 나오지 못하므로 청색, 황색, 적색의 조화가 이루어지지 않아 발광 다이오드로부터 만들어지는 광의 색좌표가 원하는 백색광 영역에 놓이지 않게 된다. 또한 황색 발광 형광체로부터 발생하는 광의 광손실로 인해 백색 발광 다이오드의 전체 휘도가 감소하게 되는 단점이 있다. However, when comparing the positions of the emission wavelengths of the light emitting diodes and the phosphors shown in FIG. 2 and the positions of the absorption bands of the red light emitting quantum dots, the red light emitting
따라서 도 1에 제시된 바와 같이 적색 발광 양자점이 하부층에 위치하고 황색 발광 형광체가 상부층에 위치하는 경우, 형광체로부터 출사되는 황색광 중 반사컵의 바닥면으로만 향하는 일부 황색광만 양자점에 흡수되므로 황색광의 손실을 최소화 할 수 있어 백색 발광 다이오드의 전체 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한 무기 형광체에 비하여 안정성이 낮은 양자점이 형광체층 안쪽에 위치하는 구조를 가지므로 공기 및 수분과의 접촉을 차단하는 효과가 증대되어 발광 다이오드로부터 방출되는 백색광의 안정성을 증가시킬 수 있는 장점을 가진다.Therefore, as shown in FIG. 1, when the red light emitting quantum dot is located in the lower layer and the yellow light emitting phosphor is located in the upper layer, the yellow light loss is absorbed because only a part of the yellow light emitted from the phosphor is directed to the bottom surface of the reflecting cup. This can minimize the brightness of the white light emitting diode can be improved. In addition, since the quantum dot having lower stability than the inorganic phosphor has a structure located inside the phosphor layer, the effect of blocking contact with air and moisture is increased, thereby increasing the stability of white light emitted from the light emitting diode.
또한 도 1에 제시된 패키지 구조에서 무기 형광체를 포함하는 발광층에 황색 발광 형광체 대신 녹색 발광 형광체가 이용될 수도 있다. 이 경우는 청색, 녹색, 적색의 삼원색의 조합에 의해 백색광이 구현될 수 있다. In addition, in the package structure shown in FIG. 1, a green light emitting phosphor may be used instead of a yellow light emitting phosphor in the light emitting layer including the inorganic phosphor. In this case, white light may be realized by a combination of three primary colors of blue, green, and red.
황색 발광 형광체의 경우 산화물계, 황화물계, 질화물계 형광체가 사용될 수 있으며, 예를 들어 YAG:Ce 계열, TAG:Ce 계열, Ce 혹은 Eu 부활된 (Ba,Sr)2SiO4 내지 Sr3SiO5 계열, CaGa2S4 계열, Ca-α-SiAlON 및 Li-α-SiAlON 계열, CaSi2O2N2 계열 형광체를 사용할 수 있다. In the case of the yellow light emitting phosphor, an oxide-based, sulfide-based, or nitride-based phosphor may be used. For example, YAG: Ce-based, TAG: Ce-based, Ce or Eu-activated (Ba, Sr) 2 SiO 4 to Sr 3 SiO 5 Series, CaGa 2 S 4 series, Ca-α-SiAlON and Li-α-SiAlON series, CaSi 2 O 2 N 2 series phosphors can be used.
녹색 발광 형광체의 경우 황색 발광 형광체와 마찬가지로 산화물계, 황화물계, 질화물계 형광체가 사용될 수 있으며, 예를 들어 Ba2SiO4, Ca2MgSi2O7 계열, SrGa2S4 계열, β-SiAlON계열, BaSi2O2N2 계열 등의 형광체를 사용할 수 있다. In the case of green light emitting phosphors, oxide-based, sulfide-based, and nitride-based phosphors may be used similarly to yellow light-emitting phosphors. For example, Ba 2 SiO 4 , Ca 2 MgSi 2 O 7 series, SrGa 2 S 4 series, β-SiAlON series Phosphors such as BaSi 2 O 2 N 2 series can be used.
적색 발광 양자점의 경우 10 nm 이하의 크기를 가지며, 양자 구속 효과에 의해 양자점의 크기에 따라 발광 및 흡수 파장의 위치가 변화하는 특징을 나타낸다. 예를 들어 CdSe계열, InP계열, CuInS2계열, CuInSe2계열 등이 본 발명의 백색 발광 다이오드 패키지 구조의 양자점 발광층에 사용될 수 있다. The red light-emitting quantum dot has a size of 10 nm or less, and the position of the emission and absorption wavelengths is changed according to the size of the quantum dot by the quantum confinement effect. For example, CdSe series, InP series, CuInS 2 series, CuInSe 2 series, etc. may be used for the quantum dot light emitting layer of the white light emitting diode package structure of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 청색 발광 다이오드, 황색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 적색 발광 양자점 발광층 및 투명 봉지제층을 포함하는 백색 발광 다이오드의 개략도이다. 3 is a schematic diagram of a white light emitting diode including a blue light emitting diode, a light emitting layer including a yellow light emitting phosphor, a red light emitting quantum dot light emitting layer, and a transparent encapsulant layer according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 도 1에 제시된 형광체를 포함하는 상부층과 양자점을 포함하는 하부층 아래에 투명 봉지제(111)로만 이루어진 최하부층이 존재한다. 이때 투명 봉지제는 실리콘계 수지 혹은 에폭시계 수지가 사용될 수 있다. 발광 다이오드로부터 방출되는 빛은 주로 상부 방향으로 출사되기 때문에 형광체 및 양자점이 발광 다이오드 보다 낮은 위치에 도포되면 청색광의 변환 효율이 낮아진다. 이러한 문제점을 해결하고자 안출된 구조가 도 3에 제시된 패키지 구조이다. 반사컵 내에서 발광다이오드 칩을 포함하는 높이까지 투명 봉지제 층으로 구성하고 그 위에 적색 발광 양자점을 포함하는 중간층과 황색 발광 형광체를 포함하는 상부층을 형성시킴으로써 형광체와 양자점의 광변환 효율을 증가시켜 백색 발광 다이오드의 전체 휘도를 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 3, there is a lowermost layer of
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장파장 자외선 발광 다이오드, 청색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 녹색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 및 적색 발광 양자점을 포함하는 발광층을 포함하는 백색 발광 다이오드의 개략도이다. 4 is a schematic view of a white light emitting diode including a long wavelength ultraviolet light emitting diode, a light emitting layer including a blue light emitting phosphor, a light emitting layer including a green light emitting phosphor, and a light emitting layer including a red light emitting quantum dot according to another embodiment of the present invention. .
도 4에 제시된 백색 발광 다이오드의 구조는 발광 다이오드 칩(215)이 장파장 자외선 영역의 빛을 방출하는 장파장 자외선 발광 다이오드 칩을 포함하는 백색 발광 다이오드의 패키지 구조이다. 이 경우 적색 발광 양자점(113)을 포함하는 발광층을 하부층으로 하고, 녹색 발광 형광체(117)를 포함하는 발광층을 중간층으로 하며, 청색 발광 형광체(119)를 포함하는 발광층을 상부층으로 하는 패키지 구조를 형성함으로써 백색 발광 다이오드로부터 출사되는 백색광의 휘도를 최대화할 수 있다. The structure of the white light emitting diode shown in FIG. 4 is a package structure of a white light emitting diode including a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip in which the light emitting
도 4에 포함되는 녹색 발광 형광체로는 Ba2SiO4 계열, Ca2MgSi2O7 계열, SrGa2S4 계열, BaSi2O2N2 계열, β-SiAlON 계열, SrAl2O4 계열 형광체를 사용할 수 있으며 청색 발광 형광체로는 KSrPO4 계열, Sr5(PO4)3Cl 계열, Sr3MgSi2O8 계열, CaMgSiO6 계열, Sr2MgSi2O7 계열 등의 형광체를 사용할 수 있다. The green light emitting phosphor included in FIG. 4 includes Ba 2 SiO 4 series, Ca 2 MgSi 2 O 7 series, SrGa 2 S 4 series, BaSi 2 O 2 N 2 Series, β-SiAlON series, SrAl 2 O 4 Series phosphors can be used, and KSrPO 4 Phosphors such as Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl series, Sr 3 MgSi 2 O 8 series, CaMgSiO 6 series, and Sr 2 MgSi 2 O 7 series can be used.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 장파장 자외선 발광 다이오드, 청색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 녹색 발광 형광체를 포함하는 발광층, 적색 발광 양자점을 포함하는 발광층, 및 투명 봉지제층을 포함하는 백색 발광 다이오드의 개략도이다. 5 is a light emitting layer including a long wavelength ultraviolet light emitting diode, a light emitting layer including a blue light emitting phosphor, a light emitting layer including a green light emitting phosphor, a light emitting layer comprising a red light emitting quantum dot, and a transparent encapsulant layer according to another embodiment of the present invention. A schematic diagram of a light emitting diode.
도 5를 참조하면, 도 4에 제시된 발광층 하부에 투명 봉지제(111)로만 이루어진 최하부층이 존재한다. 발광층의 순서는 청색 발광 형광체(119)를 포함하는 발광층이 최상부에 위치하며, 녹색 발광 형광체(117)를 포함하는 발광층이 청색 발광층 하부에 위치하며, 적색 발광 양자점(113)을 포함하는 양자점층이 발광층의 하부에 위치한다. 최하부층에 도포되는 봉지제(111)는 상기 양자점층 하부에 위치하며 장파장 자외선 발광 다이오드 칩의 높이 내지는 칩의 높이보다 높게 도포된다. 이때 투명 봉지제는 실리콘계 수지 혹은 에폭시계 수지가 사용될 수 있다. 도 5에서 제시된 구조에서 기술된 바와 같이 발광 다이오드 칩의 높이에 해당하는 두께의 투명 봉지체층을 형성하고 그 상부에 각 각의 발광층을 형성함으로써 형광체와 양자점의 광변환 효율을 증가시켜 백색 발광 다이오드의 전체 휘도를 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 5, the lowermost layer of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 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, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하므로, 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.Since those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms, improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art. will be.
111: 봉지제
113: 적색 발광 양자점
115: 황색 발광 형광체
117: 녹색 발광 형광체
119: 청색 발광 형광체
211: 반사컵
213: 발광 다이오드 기판
215: 발광 다이오드 칩
217: 접속 와이어111: encapsulant
113: red light emitting quantum dot
115: yellow light emitting phosphor
117: green light emitting phosphor
119 blue emitting phosphor
211: Reflective Cup
213: light emitting diode substrate
215: LED chip
217: connection wire
Claims (23)
상기 발광 다이오드 칩은 외부로의 빛의 출사 방향을 따라, 양자점을 포함하는 양자점 발광층과, 제1 형광체를 포함하는 제1 형광체 발광층, 그리고 상기 제1 형광체 발광층 외측에 제2 형광체를 포함하는 제2 형광체 발광층을 포함하고, 상기 양자점 발광층 내측에 투명한 봉지제층을 더 포함하는 것으로,
상기 발광 다이오드 칩의 피크 발광 파장이 350 ~ 430 nm에 포함되는 장파장 자외선 발광 다이오드 칩인 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.A white light emitting diode for emitting light from a light emitting diode chip to white light,
The light emitting diode chip may include a quantum dot light emitting layer including a quantum dot, a first phosphor light emitting layer including a first phosphor, and a second phosphor outside the first phosphor light emitting layer in a direction in which light is emitted to the outside. Comprising a phosphor light emitting layer, and further comprising a transparent encapsulant layer inside the quantum dot light emitting layer,
And a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip having a peak emission wavelength of 350 to 430 nm of the light emitting diode chip.
상기 제1 형광체는 피크 발광 파장이 490 ~ 585 nm의 파장 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.The method of claim 1,
The first phosphor is a white light emitting diode, characterized in that the peak emission wavelength is included in the wavelength range of 490 ~ 585 nm.
상기 제1 형광체의 발광 피크 파장 및 상기 제2 형광체의 발광 피크 파장이 상기 양자점의 발광 피크 파장보다 단파장 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.The method of claim 1,
The emission peak wavelength of the first phosphor and the emission peak wavelength of the second phosphor is located in the shorter wavelength region than the emission peak wavelength of the quantum dot.
상기 양자점은 발광 파장이 570 ~ 650 nm의 파장 영역에 속하는 적색 발광 양자점인 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드. The method of claim 1,
The quantum dot is a white light emitting diode, characterized in that the emission wavelength is a red light emitting quantum dot belonging to the wavelength range of 570 ~ 650 nm.
상기 양자점은 적색 발광 양자점이고, 상기 제1 형광체는 녹색 발광 형광체이고, 상기 제2 형광체는 청색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드. The method of claim 1,
The quantum dot is a red light emitting quantum dot, the first phosphor is a green light emitting phosphor, and the second phosphor is a blue light emitting phosphor.
상기 녹색 발광 형광체의 발광 피크 파장이 490 ~ 560 nm의 파장 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드. The method of claim 11,
A white light emitting diode, characterized in that the peak emission wavelength of the green light-emitting phosphor is included in the wavelength range of 490 ~ 560 nm.
상기 청색 발광 형광체의 발광 피크 파장이 420 ~ 490 nm의 파장 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드. The method of claim 11,
A white light emitting diode, characterized in that the peak emission wavelength of the blue light emitting phosphor is included in the wavelength range of 420 ~ 490 nm.
발광 다이오드 칩에 투명 봉지제층을 생성하는 단계,
양자점을 포함하는 양자점 발광층을 상기 투명 봉지체층이 생성된 발광 다이오드 칩 상에 도포하는 단계,
제1 형광체를 포함하는 제1 형광체 발광층을 상기 양자점 발광층에 도포하는 단계, 그리고
제2 형광체를 포함하는 제2 형광체 발광층을 상기 제1 형광체 발광층에 도포하는 단계를 포함하고,
상기 발광 다이오드 칩은 피크 발광 파장이 350 ~ 430 nm에 포함되는 장파장 자외선 발광 다이오드 칩인 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.In the white light emitting diode manufacturing method for emitting light from the light emitting diode chip as white light,
Creating a transparent encapsulant layer on the light emitting diode chip,
Applying a quantum dot light emitting layer including a quantum dot onto a light emitting diode chip on which the transparent encapsulation layer is formed;
Applying a first phosphor light emitting layer including a first phosphor to the quantum dot light emitting layer, and
Applying a second phosphor light emitting layer including a second phosphor to the first phosphor light emitting layer,
The light emitting diode chip is a long wavelength ultraviolet light emitting diode chip having a peak emission wavelength of 350 ~ 430 nm characterized in that the white light emitting diode manufacturing method.
상기 투명 봉지제층을 생성하는 단계에서, 투명 봉지체층을 발광 다이오드 칩의 높이와 같게 또는 높게 도포하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.15. The method of claim 14,
In the step of generating the transparent encapsulant layer, a method of manufacturing a white light emitting diode, characterized in that for applying the transparent encapsulation layer equal to or higher than the height of the light emitting diode chip.
상기 제1 형광체 발광층을 도포하는 단계는, 제1 형광체의 발광 파장이 양자점의 발광 피크의 파장보다 단파장 영역에 위치하도록 제1 형광체를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.15. The method of claim 14,
The applying of the first phosphor light emitting layer may include selecting the first phosphor such that an emission wavelength of the first phosphor is located in a shorter wavelength region than a wavelength of an emission peak of a quantum dot.
상기 제2 형광체 발광층을 도포하는 단계는, 제2 형광체의 발광 파장이 양자점 및 제1 형광체의 발광 피크의 파장보다 단파장 영역에 위치하도록 제2 형광체를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.15. The method of claim 14,
The applying of the second phosphor light emitting layer may include selecting the second phosphor such that the emission wavelength of the second phosphor is located in a shorter wavelength region than the wavelength of the emission peak of the quantum dot and the first phosphor. Diode manufacturing method.
상기 양자점 발광층을 도포하는 단계에서, 적색 발광 양자점을 포함하는 양자점 발광층을 도포하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.15. The method of claim 14,
In the step of applying the quantum dot light emitting layer, a method of manufacturing a white light emitting diode, characterized in that for applying a quantum dot light emitting layer including a red light emitting quantum dot.
상기 제1 형광체 발광층을 도포하는 단계에서 녹색 발광 형광체를 사용하고,
상기 제2 형광체 발광층을 도포하는 단계에서 청색 발광 형광체를 사용하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.15. The method of claim 14,
In the step of applying the first phosphor light emitting layer using a green light emitting phosphor,
The method of manufacturing a white light emitting diode comprising using a blue light emitting phosphor in the step of applying the second phosphor light emitting layer.
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| WO2016088916A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | 엘이디에스티 주식회사 | Light-emitting diode member and module satisfying spectrum characteristics for illuminating art works |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130017031A (en) | 2013-02-19 |
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