KR20150139996A - 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드; 및 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 495-510nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 555-575nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 580-605nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제3 형광체를 포함하는 형광체를 포함한다.
Description
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로서, 자연광에 유사한 고연색 백색 광원을 제공할 수 있는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 고효율 및 친환경적인 광원으로서, 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치, 자동차 및 일반 조명 등에 이르기 까지 여러 분야에서 사용되고 있다. 특히, 백색광을 구현하는 백색 발광 장치는 그 수요가 점점 증가하고 있다.
발광 다이오드에서 형광체는 여기원의 에너지를 가시광의 에너지로 전환시키는 매개체 역할을 하며, 형광체의 효율은 디스플레이 제품의 효율과 직접 연관되는 주요 요소이다.
백색광을 방출하는 발광 장치들 중의 하나로 청색 발광 다이오드를 이용한 발광 장치가 있다. 청색 발광 다이오드를 이용한 발광 장치는 청색 빛을 방출하는 발광 다이오드에 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 방출하는 황색 형광체를 도포시킴으로써, 상기 청색 발광 다이오드에서 나오는 청색광과 황색 형광체에서 방출되는 황색광이 혼합되어 백색을 구현하고 있다.
즉, 백색광을 방출하는 발광 장치는 청색 발광 다이오드에 형광체를 도포하여 청색 발광 다이오드에서 나오는 청색광과 형광체로부터 방출되는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 발광 다이오드에 황색을 내는 YAG:Ce형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식이 사용되고 있다.
그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 랜더링이 용이하지 않다는 단점이 있다. 따라서, 종래의 백색 발광 장치는 청색 발광 다이오드와 황색 형광체를 조합한 것으로서, 녹색과 적색 성분이 결여되어 부자연스러운 색상을 표현할 수밖에 없어 휴대 전화, 노트북 PC의 화면에 이용하는 정도로 한정되어 적용되고 있다. 그럼에도 불구하고 구동이 용이하고 가격이 현저히 저렴하다는 이점 때문에 널리 상용화되어 있다.
한편, 종래의 청색 발광 다이오드를 이용한 발광 장치에서 고연색의 백색 광원을 제공하기 위하여 적색 영역의 2차광을 발생시키는 형광체 함량을 증가시키는 방법을 사용하였다.
도 1은 파장에 따른 인간의 시감도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인간의 시감도는 빛의 파장에 따라 차이가 있는데, 대략 555nm 파장을 갖는 빛의 시감도를 1이라고 하는 경우, 520nm 파장을 갖는 빛의 시감도는 0.71, 580nm 파장을 갖는 빛의 시감도는 0.87, 605nm 파장을 갖는 빛의 시감도는 0.57, 630nm 파장을 갖는 빛의 시감도는 0.27이 된다.
즉, 동일한 광량의 빛을 발생시켜도 555nm 파장을 갖는 빛과 630nm 파장을 갖는 빛은 4배 정도의 효율 차이를 갖게 된다.
도 2는 고연색의 백색 광원을 제공하기 위하여 적색 영역을 강화한 백색광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 상관 색온도(CCT)와 연색지수(CRI)는 백색광의 특성을 평가하는 성능 지표로 사용되는데, 상관 색온도(CCT)가 높을수록 눈이 부시고 푸른색을 띠는 백색광이 되며, 연색지수(CRI)가 높을수록 태양광(자연광)에 가까운 백색광을 구현한다. 특히, 연색지수(CRI)는 백색광의 성능을 평가하는 중요한 지표로 사용된다. 연색지수(CRI)는 사물을 태양광으로 조사했을 때와 인공광원으로 조사했을 때, 사물의 색깔이 달라지는 정도를 나타내며, 이는 태양광으로 조사했을 때의 사물의 색깔을 100으로 정의한다. 즉, 연색지수는 인공 광원 하에서 사물의 색상이 태양광을 조사했을 때와 얼마나 근접한지를 나타내는 지수로서, 0~100 사이의 수치로 나타낸다. 현재 시중에서 유통되는 백열전구의 연색지수는 대략 80 이상이고, 형광램프의 연색지수는 대략 75 이상이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 연색지수가 대략 80 정도인 종래 광원 1의 연색지수를 향상시키기 위하여 적색 영역을 강화한 경우 연색지수가 대략 90 정도인 종래 광원 2와 같은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있다.
그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 적색 파장의 빛의 시감도는 매우 낮기 때문에 녹색 또는 황색 형광체에 비하여 고가인 적색 형광체를 다량 사용하여야 하므로, 형광체 재료비가 현저하게 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 고가의 적색 형광체를 사용하지 않고 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 청색 발광 다이오드와 2종 또는 3종의 형광체를 배합한 형광체를 사용함으로써 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치의 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드; 및 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 495-510nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 555-575nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 580-605nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제3 형광체를 포함하는 형광체를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드; 및 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 550-555nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Bax,Sr1-x)2SiO4:Eu, 0＜x＜1 또는 Lu3(Alx,Ga1-x)5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 585-605nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체를 포함하는 형광체를 포함한다.
본 발명의 실시예는 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 고가의 적색 형광체를 사용하지 않고 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 청색 발광 다이오드와 2종 또는 3종의 형광체를 배합한 형광체를 사용함으로써 고연색의 백색 광을 방출할 수 있는 발광 장치의 제공할 수 있다.
도 1은 파장에 따른 인간의 시감도를 도시한 도면이다.
도 2는 고연색의 백색 광원을 제공하기 위하여 적색 영역을 강화한 백색광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치에서 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 발광 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 BaSi2O2N2:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 제2 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3Al5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 제3 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 발광 장치의 다른 예이다.
도 12는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 13은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 14는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 15는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 16은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 17은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 18은 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 예이다.
도 19는 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 다른 예이다.
도 2는 고연색의 백색 광원을 제공하기 위하여 적색 영역을 강화한 백색광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치에서 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 발광 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 BaSi2O2N2:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 제2 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3Al5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 제3 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8은 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 발광 장치의 다른 예이다.
도 12는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 13은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 14는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 15는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 16은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 17은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 18은 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 예이다.
도 19는 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 다른 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드와, 2종 또는 3종의 형광체를 포함한다. 본 발명의 발광 장치는 고연색, 고효율 및 저가격을 구현할 수 있다.
본 발명의 발광 장치는 여기 광원으로서 청색 발광 다이오드가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 청색 발광 다이오드는 갈륨나이트라이드계 LED 칩이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 장치에서 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 발광 특성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 발광 장치에서 여기 광원은 440-460mn의 피크 파장을 갖고 445-460nm의 주파장을 갖는 청색 발광 다이오드가 선택될 수 있으며, 여기 광원의 효율 및 발광 장치에서 방출되는 백색 광의 연색성을 고려하여 450-455nm의 주파장을 갖는 청색 발광 다이오드가 사용될 수도 있다. 상기 청색 발광 다이오드에서 방출하는 청색광의 반치폭(FWHM)은 19-21nm가 될 수도 있다.
실시예에서는 445nm의 피크 파장을 갖고, 451nm의 주파장을 갖고, 반치폭이 19nm인 청색 발광 다이오드가 사용되었다.
상기한 바와 같은 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색 광은 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체와, (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제3 형광체를 포함하는 형광체에서 방출되는 여기 광과 조합되어 고 연색성의 백색 광이 될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색 광은 (Bax,Sr1-x)2SiO4:Eu, 0＜x＜1 또는 Lu3(Alx,Ga1-x)5O12:Ce, 0＜x＜1 를 포함하는 제1 형광체와, (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체를 포함하는 형광체에서 방출되는 여기 광과 조합되어 고 연색성의 백색 광이 될 수 있다.
제1 실시예
본 발명에 따른 발광 장치는 445-460nm의 주파장을 갖는 청색 발광 다이오드와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색 광에 의해 여기되어 495-510nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 제1 형광체와, 555-575nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 제2 형광체와, 580-605nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 제3 형광체를 포함하는 형광체를 포함한다. 상기 제3 형광체는 580-599nm의 주파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 형광체는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있으며, 반치폭(FWHM)은 40nm 이하가 될 수 있다. 상기 제2 형광체는 Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1가 될 수 있으며, 반치폭은 80nm 이상이 될 수 있다. 상기 제3 형광체는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있으며, 반치폭은 70nm 이상이 될 수 있다.
상기 제1 형광체, 제2 형광체 및 제3 형광체는 상기 청색 발광 다이오드 주위에 배치되며, 각각 구분되는 층으로 배치될 수 있으며, 상기 제1 형광체, 제2 형광체 및 제 3 형광체가 함께 혼재되어 배치될 수도 있다.
도 4는 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 BaSi2O2N2:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 형광체는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있는데, 실시예에서는 BaSi2O2N2:Eu 형광체가 예시되어 있다.
도 3에서 예시된 발광 특성을 갖는 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 BaSi2O2N2:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 보면, 주파장이 501nm이고, 피크 파장이 497nm이며, 반치폭은 31nm가 된다.
도 5는 제2 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3Al5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형광체는 Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1가 될 수 있는데, 실시예에서는 Lu3Al5O12:Ce 형광체가 예시되어 있다.
도 3에서 예시된 발광 특성을 갖는 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3Al5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 보면, 주파장이 559nm이고, 피크 파장이 535nm이며, 반치폭은 103nm가 된다.
도 6은 제3 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3 형광체는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있는데, 실시예에서는 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체가 예시되어 있다.
도 3에서 예시된 발광 특성을 갖는 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 보면, 주파장이 598nm이고, 피크 파장이 610nm이며, 반치폭은 76nm가 된다.
실시예에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드와, 상기 제1 형광체, 제2 형광체, 제3 형광체를 포함하는 형광체를 이용하여 연색지수(Ra)가 90이상인 고연색의 백색광을 방출할 수 있다.
상기 제1 형광체는 형광체 전체 중 10~25중량%가 사용되고, 상기 제2 형광체는 형광체 전체 중 60~80중량%가 사용되며, 상기 제3 형광체는 형광체 전체 중 3~20중량%가 사용될 수 있다.
제1 실시예에서는 상기 형광체 중 상기 제1 형광체가 17중량%, 상기 제2 형광체가 71중량%, 상기 제3 형광체가 12중량%가 포함되었으며, 상기 형광체의 내부 양자 효율은 80% 이상이며, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광의 효율은 135lm/W이다.
제1 실시예에서는 상기 제1 형광체, 제2 형광체, 제3 형광체를 배합하여 백색광을 구현함으로써 색 좌표에 맞는 형광체 배합 자유도가 높은 장점이 있으며, 특히 제3 형광체에서 방출되는 광의 주파장을 짧게 할 수 있어 적색 파장에 비해 시감도가 높은 광을 제공하므로 저비용 및 고효율의 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 7은 제1 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치의 발광 스펙트럼은 시감도가 우수한 영역에서 주파장을 가진 광을 방출함으로써, 고가의 적색 형광체를 많이 사용하지 않고도 고연색의 광을 방출할 수 있다.
제2 실시예
본 발명에 따른 발광 장치는 445-460nm의 주파장을 갖는 청색 발광 다이오드와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색 광에 의해 여기되어 550-555nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 제1 형광체와, 580-605nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 제2 형광체를 포함하는 형광체를 포함한다. 상기 제2 형광체는 580-599nm의 주파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 형광체는 (Bax,Sr1-x)2SiO4:Eu, 0＜x＜1 또는 Lu3(Alx,Ga1-x)5O12:Ce, 0＜x＜1가 될 수 있으며, 반치폭(FWHM)은 80nm 이하가 될 수 있다. 상기 제2 형광체는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있으며, 반치폭은 70nm 이상이 될 수 있다.
상기 제1 형광체 및 제2 형광체는 상기 청색 발광 다이오드 주위에 배치되며, 각각 구분되는 층으로 배치될 수 있으며, 상기 제1 형광체 및 제2 형광체가 함께 혼재되어 배치될 수도 있다.
도 8은 제1 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 형광체는 (Bax,Sr1-x)2SiO4:Eu, 0＜x＜1 또는 Lu3(Alx,Ga1-x)5O12:Ce, 0＜x＜1가 될 수 있는데, 실시예에서는 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체가 예시되어 있다.
도 3에서 예시된 발광 특성을 갖는 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체의 발광 스펙트럼을 보면, 주파장이 515nm이고, 피크 파장이 554nm이며, 반치폭은 101nm가 된다.
한편, 제2 형광체의 실시예로서 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼은 도 6에 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제3 형광체는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1가 될 수 있는데, 실시예에서는 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체가 예시되어 있다.
도 3에서 예시된 발광 특성을 갖는 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기된 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 스펙트럼을 보면, 주파장이 598nm이고, 피크 파장이 610nm이며, 반치폭은 76nm가 된다.
제2 실시예에 따른 발광 장치는 청색 발광 다이오드와, 상기 제1 형광체 및 제2 형광체를 포함하는 형광체를 이용하여 연색지수(Ra)가 90이상인 고연색의 백색광을 방출할 수 있다.
상기 제1 형광체는 형광체 전체 중 85~97중량%가 사용되고, 상기 제2 형광체는 형광체 전체 중 3~15중량%가 사용될 수 있다.
실시예에서는 상기 형광체 중 상기 제1 형광체가 90중량%, 상기 제2 형광체가 10중량%가 포함되었으며, 상기 형광체의 내부 양자 효율은 80% 이상이며, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광의 효율은 130lm/W이다.
제2 실시예에서는 상기 제1 형광체 및 제2 형광체를 배합하여 백색광을 구현함으로써 사용된 형광체의 종류가 적어 수율이 높고 양산에 유리한 장점이 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광 장치에서 방출된 광의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 장치의 발광 스펙트럼은 시감도가 우수한 영역에서 주파장을 가진 광을 방출함으로써, 고가의 적색 형광체를 많이 사용하지 않고도 고연색의 광을 방출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치의 개략적인 구성도로서, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 둘러싸는 봉지재(150)에 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 형광체, 제2 형광체, 제3 형광체가 포함된 형광체가 혼합 산재되거나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 형광체 및 제2 형광체가 포함된 형광체가 혼합 산재되어 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 본 발명에서 예시하지 않았던 다른 형광체가 추가적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 청색 발광 다이오드(110)는 445nm 내지 460nm의 주파장, 예를 들어 455nm의 주파장을 갖고 반치폭이 19-21nm인 청색광을 방출하는 GaN 기반 발광 다이오드를 사용할 수 있다.
상기 청색 발광 다이오드(110)는 은 페이스트 등을 이용하여 전극(131) 또는 바디(120)에 접착 고정될 수 있다. 상기 청색 발광 다이오드(110)는 상기 전극(131) 중 어느 하나와 은 페이스트 등을 통해 전기적으로 연결되고 다른 하나와 와이어(140)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 봉지재(150)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지에 본 발명의 형광체(151)를 분산시켜 제작되고, 이후 제작된 봉지재(150)를 청색 발광 다이오드(110) 상에 도포 또는 박막형으로 올린 후, 100 내지 160℃에서 1시간 동안 경화하고 고정시켜 제작할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 발광 장치의 다른 예이다.
도 11에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 10에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 11을 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 전기적으로 절연된 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131)을 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 몰딩하는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성된 광 투과 수지에 분산된 형광체(151)와, 상기 청색 발광 다이오드(110), 바디(120), 형광체(151), 와이어(140)를 포위하는 봉지재(150)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(151)는 도 10에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에서 설명된 형광체가 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 12에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 10에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 12를 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 상기 바디(120) 상에 패터닝되어 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 몰딩하는 광 투과 수지에 분산된 형광체(151)와, 상기 바디(120) 상에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 봉지재(150)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(151)는 도 10에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 설명된 형광체가 사용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 13에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 10에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 13을 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 바디(120)를 관통하여 일측은 상기 바디(120)에 형성된 캐비티 내에 배치되고 타측은 상기 바디(120)의 하면에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 몰딩하는 광 투과 수지를 포함하는 봉지재(150)와, 상기 바디(120) 및/또는 상기 봉지재(150) 상에 배치되는 형광체(151)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(151)는 도 10에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 설명된 형광체가 사용될 수 있다.
상기 형광체(151)는 광 투과 수지에 분산되어 형성될 수도 있으며, 상기 바디(120) 및/또는 봉지재(150) 상에 균일한 두께로 형성될 수 있다. 즉, 상기 형광체(151)는 컨포멀 코팅에 의해 형성될 수도 있다.
상기 청색 발광 다이오드(110)는 상기 바디(120)에 형성된 캐비티 내에 배치될 수 있으며, 상기 형광체(151)와 이격되어 배치된다.
도 14는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 14에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 10에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 14를 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 바디(120) 상에 패터닝되어 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)상에 형성된 형광체(151)와, 상기 바디(120) 상에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 봉지재(150)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(151)는 도 10에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 설명된 형광체가 사용될 수 있다.
상기 형광체(151)는 상기 청색 발광 다이오드(110)의 표면에 균일한 두께로 형성될 수 있으며, 상기 청색 발광 다이오드(110)의 상면 및 측면과 접촉할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 15에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 10에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 15를 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 바디(120) 상에 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)를 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드(110)는 상기 두개의 전극(131) 중 다른 하나의 위에 형성되어 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제1 봉지재(150a)와, 상기 제1 봉지재(150a) 상에 형성되는 제1 형광체(151a)와, 상기 제1 형광체(151a) 상에 형성되는 제2 봉지재(150b)와, 상기 제2 봉지재(150b) 상에 형성되는 제2 형광체(151b)와, 상기 제2 형광체(151b) 상에 형성되는 제3 봉지재(150c)와, 상기 제3 봉지재(150c) 상에 형성되는 제3 형광체(151c)와, 상기 제3 형광체(151c) 상에 형성되는 제4 봉지재(150d)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)는 상기 청색 발광 다이오드(110)와 이격될 수 있으며, 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)는 서로 이격될 수 있다. 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)는 제1 실시예에 따른 형광체가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1,2,3,4 봉지재(150a,150b,150c,150d)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있다.
상기 발광 장치는 적어도 2종류의 형광체가 포함되며, 실시예에서는 3종류의 형광체가 제1,2,3 형광체(151a,151b,15c)로 예시되어 있다.
예를 들어, 상기 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 제1 형광체(151a) 및 제2 형광체(151b)만 구비될 수도 있으며, 이 경우 상기 제1 형광체(151a) 및 제2 형광체(151b)는 제2 실시예에 따른 형광체가 될 수 있다.
도 16은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 16에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 15에 도시된 백색 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 16을 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 바디(120) 상에 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)를 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드(110)는 상기 두개의 전극(131) 중 다른 하나의 위에 형성되어 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 상기 청색 발광 다이오드(110)의 상면 및 측면 방향에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제1 형광체(151a)와, 상기 제1 형광체(151a) 상에 배치되고 상기 청색 발광 다이오드(110)의 상면 및 측면 방향에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제2 형광체(151b)와, 상기 제2 형광체(151b) 상에 배치되고 상기 청색 발광 다이오드(110)의 상면 및 측면 방향에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제3 형광체(151c)를 포함하고, 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)를 포위하는 봉지재(150)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 형광체(151a)는 상기 청색 발광 다이오드(110)와 접촉할 수도 있고, 상기 제2 형광체(151b)는 상기 제1 형광체(151a)와 접촉하고 상기 청색 발광 다이오드(110)와 이격될 수도 있고, 상기 제3 형광체(151c)는 상기 제2 형광체(151b)와 접촉하고 상기 청색 발광 다이오드(110)와 이격될 수도 있다.
상기 봉지재(150)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있으며, 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)는 도 15에 대한 설명과 동일하다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따라 2종의 형광체가 사용되는 경우 상기 발광 장치는 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제1 형광체(151a)와, 상기 제1 형광체(151a) 상에 배치되고 상기 청색 발광 다이오드(110)의 상면 및 측면 방향에 배치되어 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 제2 형광체(151b)를 포함하고, 상기 제1,2 형광체(151a,151b)를 포위하는 봉지재(150)를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 발광 장치의 또 다른 예이다.
도 17에 도시된 발광 장치를 설명함에 있어서 도 15에 도시된 발광 장치에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 17을 참조하면, 발광 장치는 청색 발광 다이오드(110)와, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 지지하고 상기 청색 발광 다이오드(110)에서 방출된 광을 상측 방향으로 반사시키는 바디(120)와, 상기 바디(120) 상에 상기 청색 발광 다이오드(110)에 전원을 제공하는 두개의 전극(131)과, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 상기 두개의 전극(131) 중 어느 하나를 전기적으로 연결하는 와이어(140)를 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드(110)는 상기 두개의 전극(131) 중 다른 하나의 위에 형성되어 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 포위하는 봉지재(150)와, 상기 봉지재(150) 내에 분산되어 분포되는 제1 형광체(151a), 제2 형광체(151b), 및 제3 형광체(151c)를 포함한다.
상기 봉지재(150)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있으며, 상기 제1,2,3 형광체(151a,151b,151c)는 도 15에 대한 설명과 동일하다.
도 18은 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 예이다.
실시예에 따른 청색 발광 다이오드(110)는 기판(10) 상에 언도프트 반도체층(20), 상기 언도프트 반도체층(20) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층이 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 제1 전극(60)이 형성되고, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제2 전극(90)이 형성된다.
또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)과 상기 활성층(40) 사이에는 제1 도전형의 InGaN/GaN 슈퍼래티스 구조 또는 InGaN/InGaN 슈퍼래티스 구조(35)가 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 상기 활성층(40) 사이에는 제2 도전형의 AlGaN층(55)이 형성될 수도 있다.
상기 기판(10)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 상기 발광 구조층이 성장되는 성장 기판으로서 기능을 하며, 상기 사파이어 기판이 사용될 수도 있다.
상기 기판(10)에는 복수의 돌출 패턴(11)이 형성될 수 있으며, 상기 돌출 패턴(11)은 상기 활성층(40)에서 방출된 광을 산란시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 돌출 패턴(11)은 반구 형상, 다각형 형상, 삼각뿔 형상, 나노 기둥 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 언도프트 반도체층(20)은 의도적으로 제1 도전형의 불순물을 주입하지는 않았으나, 제1 도전형의 전도 특성을 가질 수도 있는 질화물층이며, 예를 들어, 상기 언도프트 질화물층(20)은 Undoped-GaN층으로 형성될 수도 있다. 상기 언도프트 반도체층(20)과 상기 기판(10) 사이에 버퍼층이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 언도프트 반도체층(20)은 반드시 형성되어야 하는 것은 아니며, 형성되지 않을 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(40)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(40)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(40)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 활성층(40)이 상기 다중 양자 우물 구조로 형성된 경우, 상기 활성층(40)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형의 반도체층(50)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형의 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 이에 따라, 상기 발광 구조층은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 및 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광 구조층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 배치되고 상기 제2 전극(70)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 배치되어 각각 상기 활성층(40)에 전원을 제공한다.
상기 청색 발광 다이오드는 445nm 내지 460nm의 주파장, 예를 들어, 455nm의 주파장을 갖는 GaN 기반 발광 다이오드가 될 수 있다.
도 19는 본 발명의 발광 장치에 사용될 수 있는 청색 발광 다이오드의 다른 예이다. 도 19에 도시된 청색 발광 다이오드를 설명함에 있어서 도 18에 도시된 청색 발광 다이오드와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 19를 참조하면, 청색 발광 다이오드는 전도성 지지기판(80)과, 상기 전도성 지지기판(80) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층과, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 형성되는 제1 전극(60)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)과 상기 활성층(40) 사이에는 제1 도전형의 InGaN/GaN 슈퍼래티스 구조 또는 InGaN/InGaN 슈퍼래티스 구조(35)가 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 상기 활성층(40) 사이에는 제2 도전형의 AlGaN층(55)이 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)에는 기둥 또는 홀 형태의 광 추출 구조(31)가 형성될 수 있으며, 상기 광 추출 구조(30)는 상기 활성층(40)에서 방출된 광이 효과적으로 외부로 추출될 수 있도록 한다.
예를 들어, 상기 광 추출 구조(31)는 반구 형상, 다각형 형상, 삼각뿔 형상, 나노 기둥 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 광 추출 구조(31)는 광 결정(photonic crystal)으로 형성될 수도 있다.
상기 전도성 지지기판(80)은 상기 발광 구조층을 지지하며, 상기 제1 전극(60)과 함께 상기 발광 구조층에 전원을 제공할 수 있다.
상기 전도성 지지기판(175)은 지지층, 반사층, 오믹접촉층을 포함할 수 있으며, 상기 지지층은 구리, 금, 니켈, 몰리브덴, 구리-텅스텐 합금, 또는 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사층은 Ag 또는 Al을 포함하는 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 오믹접촉층은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 오믹 접촉을 하는 물질로 형성되며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
상기 발광 구조층은 복수의 Ⅲ족 내지 Ⅴ족 원소의 화합물 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(40)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(40)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(40)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 활성층(40)이 상기 다중 양자 우물 구조로 형성된 경우, 상기 활성층(40)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(40)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형의 반도체층(50)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형의 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 이에 따라, 상기 발광 구조층은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 및 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광 구조층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 상기 전도성 지지기판(80) 사이에는 상기 제1 전극(60)과 적어도 일부분이 오버랩되는 위치에 전류 차단 영역(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 전류 차단 영역은 상기 전도성 지지기판(80)보다 전기 전도도가 낮은 물질 또는 전기 절연성 물질로 형성되거나 상기 제2 도전형의 반도체층(50)에 플라즈마 데미지를 가하여 형성될 수 있다. 상기 전류 차단 영역은 전류가 넓게 퍼져 흐르도록 하여 상기 활성층(40)의 광 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 청색 발광 다이오드는 445nm 내지 460nm의 주파장, 예를 들어, 455nm의 주파장을 갖는 GaN 기반 발광 다이오드가 될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
110: 청색 발광 다이오드 120: 바디
131: 전극 140: 와이어
150: 봉지재 151: 형광체
131: 전극 140: 와이어
150: 봉지재 151: 형광체
Claims (14)
- 청색 발광 다이오드; 및
상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 495-510nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Bax,Sr1-x)Si2O2N2:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 555-575nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 Lu3Al5O12:Ce 또는 (Lux,Gd1-x)3Al5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 580-605nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제3 형광체를 포함하는 형광체를 포함하는 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제3 형광체는 580-599nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 형광체는 BaSi2O2N2:Eu 형광체인 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 형광체는 Lu3Al5O12:Ce 형광체인 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제3 형광체는 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체인 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 형광체 전체 중 상기 제1 형광체는 10-25중량%, 상기 제2 형광체는 60-80중량%, 상기 제3 형광체는 3-20중량%가 포함된 발광 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 형광체는 내부 양자 효율이 80% 이상이며, 연색지수(Ra)는 90이상인 발광 장치. - 청색 발광 다이오드; 및
상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 550-555nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Bax,Sr1-x)2SiO4:Eu, 0＜x＜1 또는 Lu3(Alx,Ga1-x)5O12:Ce, 0＜x＜1을 포함하는 제1 형광체와, 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 여기되어 585-605nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 (Cax,Sr1-x)AlSiN3:Eu, 0＜x＜1을 포함하는 제2 형광체를 포함하는 형광체를 포함하는 발광 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 제3 형광체는 580-599nm 범위의 주파장을 갖는 광을 방출하는 발광 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 제1 형광체는 Lu3(Al0.6,Ga0.4)5O12:Ce 형광체인 발광 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 제2 형광체는 (Ca0.5,Sr0.5)AlSiN3:Eu 형광체인 발광 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 형광체 전체 중 상기 제1 형광체는 85-97중량%, 상기 제2 형광체는 3-15중량%가 포함된 발광 장치. - 제 8항에 있어서,
상기 형광체는 내부 양자 효율이 80% 이상이며, 연색지수(Ra)는 90이상인 발광 장치. - 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
상기 청색 발광 다이오드는 440-460mn의 피크 파장을 갖고 445-460nm의 주파장을 갖는 광을 방출하는 발광 장치.
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