KR20040097881A - White Semiconductor Light Emitting Device - Google Patents
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Classifications
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- Y02B20/181—
Landscapes
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Abstract
본 발명은 발광층이 반도체인 반도체 발광소자와 반도체 발광소자에 의해 발광된 가시광 영역 하의 광에 의해 여기되어 발광하는 터븀 보레이트 황색 형광체를 이용한 백색광(White Color)을 갖는 반도체 발광장치에 관한 것으로서, 반도체 발광소자의 발광층으로부터의 광과, 반도체 발광소자의 발광층을 피복하는 투광성 수지중에 터븀 보레이트 황색 형광체를 함유시킴으로써, 반도체 발광소자에 의해 발광된 청색 광의 일부를 흡수해서 광을 방출하는 터븀 보레이트 황색 형광체로부터의 황색광과 청색광의 혼색광인 백색(White) 및 청백색(Blush White Color) 구현이 가능한 발광장치가 제공된다. 본 발명의 발광장치는 연색성이 뛰어나고, 장시간 고휘도 사용에서도 발광효율의 저하가 적으며, 내후성이 뛰어나다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a white color using a semiconductor light emitting device whose light emitting layer is a semiconductor and a terbium borate yellow phosphor which is excited and emitted by light under a visible light region emitted by the semiconductor light emitting device. By containing the terbium borate yellow phosphor in the light from the light emitting layer of the device and the transmissive resin covering the light emitting layer of the semiconductor light emitting device, the terbium borate yellow phosphor absorbs a part of the blue light emitted by the semiconductor light emitting device and emits light. A light emitting device capable of realizing White and Blush White Color, which are mixed light of yellow light and blue light, is provided. The light emitting device of the present invention is excellent in color rendering, even in the use of high brightness for a long time, less deterioration in luminous efficiency, and excellent in weatherability.
상기 [화학식 1]에서In [Formula 1]
A는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 0 ＜ x ≤ 0.5이고, 0.0001 ≤ y ≤0.5이고, 0 ＜ z ≤ 5이다.A is at least one element selected from the group consisting of Y, Lu, Sc, La, Gd and Sm, 0 <x ≦ 0.5, 0.0001 ≦ y ≦ 0.5, and 0 <z ≦ 5.
Description
본 발명은 터븀 보레이트 황색 형광체를 이용한 백색 반도체 발광장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 발광소자의 발광층으로부터 발광하는 광과, 반도체 발광소자의 발광층을 피복하는 투광성수지 중에 터븀 보레이트 황색 형광체를 함유시킴으로써, 반도체 발광소자에 의해 방출된 청색광과 청색광의 일부를 흡수해서 광을 방출하는 터븀 보레이트 황색 형광체로부터의 황색광의 혼색광에 의해 순백색 및 청백색 등의 백색계열의 광을 방출하는 반도체 발광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a white semiconductor light emitting device using a terbium borate yellow phosphor. In particular, a semiconductor is produced by containing a terbium borate yellow phosphor in light emitting from a light emitting layer of a semiconductor light emitting element and a translucent resin covering the light emitting layer of the semiconductor light emitting element. The present invention relates to a semiconductor light emitting device which emits light of white series such as pure white and blue white by mixed light of yellow light from terbium borate yellow phosphor which absorbs a part of blue light and blue light emitted by a light emitting element and emits light.
반도체 발광장치는 통상적으로 소형이고 선명한 색의 광을 발광할 수 있으며, 반도체소자이기 때문에 소실 염려가 없고, 초기 구동특성 및 내진성이 뛰어나고, 점등의 반복에 강하다는 특성을 가진다. 따라서, 각종 인디케이터, 특수 조명 및 여러 가지 광원으로서 널리 이용되고 있다. 또, 최근에는 초고휘도, 고효율의 적, 녹, 청색(RGB) 발광다이오드가 각각 개발되어, 이들 발광 다이오드를 이용한 대형화면의 LED 디스플레이가 사용되게 되었다. 이 LED 디스플레이는 적은 전력으로 동작시킬 수 있고, 경량이면서 수명이 길다는 우수한 특성을 가지므로, 이후 더욱 더 많이 응용될 것으로 기대된다.A semiconductor light emitting device is usually small and can emit light of vivid color, and because it is a semiconductor device, there is no fear of loss, and excellent in initial driving characteristics and shock resistance, and strong in repetition of lighting. Therefore, it is widely used as various indicators, special lighting, and various light sources. Recently, ultra high brightness, high efficiency red, green, and blue (RGB) light emitting diodes have been developed, respectively, and large-size LED displays using these light emitting diodes have been used. The LED display can operate with less power, has excellent characteristics such as light weight and long life, so it is expected to be applied more and more later.
그리고, 최근에는 반도체 발광소자를 이용해서 백색발광광원을 구성하는 시도가 여러 가지 이루어지고 있다. 반도체 발광소자를 이용해서 백색광을 얻기 위해서는, 반도체 발광소자가 단색성 피크파장을 가지므로 예를 들어 R, G, B 3가지 반도체 발광소자를 근접 설치해서 발광시켜서 확산혼색시킬 필요가 있다. 이러한 구성으로 백색광을 발생시키고자 했을 경우, 반도체 발광소자의 색조나 휘도 등의 변화로 인해 원하는 백색을 발생시킬 수 없다는 문제점이 있었다. 또, 반도체 발광소자가 각각 다른 재료로 형성되어 있는 경우, 각 반도체 발광소자의 구동전력 등이 달라 각각에 소정의 전압을 인가해야 하므로, 구동회로가 복잡해지고, 색조가 사용환경에 따라 변화되거나 각 반도체 발광소자에 의해 발생되는 광을 균일하게 혼색시키지 못해 색얼룩이 생기고 가격이 비싸다는 등 많은 문제점을 가지고 있었다. 즉, 반도체 발광소자는 각각의 색을 발광시키는 반도체 발광장치로서는 유효했지만, 반도체 발광소자를 이용해서 백색광을 발생시킬 수 있는 만족스러운 광원은 얻을 수 없었다.In recent years, various attempts have been made to construct white light emitting sources using semiconductor light emitting devices. In order to obtain white light by using a semiconductor light emitting element, since the semiconductor light emitting element has a monochromatic peak wavelength, it is necessary to provide three kinds of semiconductor light emitting elements in close proximity, for example, to emit light and diffusely mix. When white light is to be generated in such a configuration, there is a problem in that desired white cannot be generated due to a change in color tone or luminance of a semiconductor light emitting device. In the case where the semiconductor light emitting elements are formed of different materials, the driving power of each semiconductor light emitting element is different, and a predetermined voltage must be applied to each of them, resulting in a complicated driving circuit and a change in color tone depending on the usage environment, or There are many problems, such as color staining and high price, because the light generated by the semiconductor light emitting device is not uniformly mixed. In other words, the semiconductor light emitting device was effective as a semiconductor light emitting device for emitting respective colors, but a satisfactory light source capable of generating white light using the semiconductor light emitting device could not be obtained.
그래서, 발광층의 에너지밴드갭이 큰 반도체 발광소자를 리드프레임의 선단에 설치된 컵 위에 배치하고, 반도체 발광소자를 피복하는 수지몰드부재 속에 반도체 발광소자로부터의 광을 흡수해서 흡수한 광과 파장이 다른 광을 방출시키는 형광체를 함유시켜 원하는 혼색을 구현하는 반도체 발광장치에 대한 연구가 많이 진행되었다. 기존 반도체 발광장치 중에서 밝기 특성이 가장 좋은 백색 반도체 발광장치는, 반도체 발광소자로 청색계 발광이 가능한 반도체 발광소자를 이용하고, 해당 반도체 발광소자에 의해 발광된 청색광과 일부의 청색광을 흡수해서 황색계 광을 방출시키는 형광체를 함유한 수지에 의해 몰드함으로써, 혼색에 의해 백색계 광을 방출시킬 수 있는 반도체 발광장치를 형성할 수 있었다.Therefore, a semiconductor light emitting device having a large energy band gap of the light emitting layer is disposed on a cup provided at the tip of the lead frame, and the wavelength is different from light absorbed and absorbed from the semiconductor light emitting device in the resin mold member covering the semiconductor light emitting device. Many studies have been conducted on semiconductor light emitting devices that contain a phosphor that emits light to implement a desired color mixture. The white semiconductor light emitting device having the best brightness characteristics among the existing semiconductor light emitting devices uses a semiconductor light emitting device capable of emitting blue light as a semiconductor light emitting device, and absorbs the blue light emitted by the semiconductor light emitting device and a part of the blue light, thereby producing a yellow light emitting device. By molding with a resin containing a phosphor that emits light, a semiconductor light emitting device capable of emitting white light by color mixing could be formed.
그러나, 종래의 백색 반도체 발광장치는 청색 LED를 이용한 백색 LED는 주로 450 ∼ 470㎚ 파장대의 청색광원에 의해 상부층에 위치한 YAG:Ce 황색형광체를 여기ㆍ발광시킴으로써, 청색과 황색의 혼색에 의해 백색을 방출하도록 구성되어 있다. 기존의 백색 발광 소자에 사용되는 YAG:Ce 형광체의 경우 황녹색의 빛을 발광하는 문제점이 있어 이트륨과 알루미늄의 자리에 다른 물질을 첨가함으로써 장파장 쪽으로 파장변화를 시킨다(US 6,069,440). 이 결과 발광 휘도가 감소하기 때문에 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 첨가제의 함량을 증가함으로써 장파장 쪽으로 파장 이동은 가능하나 발광 휘도는 급격히 감소하는 문제점을 가지고 있다.However, in the conventional white semiconductor light emitting device, a white LED using a blue LED mainly excites and emits a YAG: Ce yellow phosphor located in an upper layer by a blue light source in the wavelength range of 450 to 470 nm, thereby producing white color by mixing blue and yellow. Configured to emit. The YAG: Ce phosphor used in the existing white light emitting device has a problem of emitting yellowish green light, thereby changing the wavelength toward longer wavelengths by adding another material in place of yttrium and aluminum (US 6,069,440). As a result, there are many problems because the emission luminance decreases. In other words, by increasing the content of the additive, the wavelength can be shifted toward the longer wavelength, but the luminance of light emission is sharply reduced.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 주된 목적은 반도체 발광소자에 터븀 보레이트 황색형광체를 이용함으로써, 종래의 청색 LED와 YAG:Ce 황색형광체를 조합시켜 청색과 황색의 혼색에 의해 백색을 구현하는 백색발광장치의 단점인 발광 휘도 및 연색성을 향상시킬 수 있고, 고휘도로 장시간 사용환경 하에서도 발광광도 및 발광효율의 저하나 색변화가 극히 적으면서, 색구현 범위가 넓어진 백색 반도체 발광장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been invented in view of the above-described prior art, and the main object of the present invention is to use a terbium borate yellow phosphor as a semiconductor light emitting device, and to combine a conventional blue LED and a YAG: Ce yellow phosphor to make blue and yellow. It is possible to improve the luminance and color rendering properties, which are disadvantages of the white light emitting device that realizes white color by mixing colors, and the luminance range and color change are extremely low while the luminance and luminous efficiency are reduced or the color change is extremely low even under a long time use environment with high brightness. The present invention provides a wider white semiconductor light emitting device.
도 1은 본 발명의 보레이트계 황색 형광체를 활용한 리드타입 백색 반도체 발광장치의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도,1 is a schematic configuration diagram and a partially enlarged cross-sectional view of a lead type white semiconductor light emitting device using a borate-based yellow phosphor of the present invention;
도 2는 본 발명의 보레이트계 황색 형광체를 활용한 리플렉터 사출구조타입의 표면실장형 백색 반도체 발광장치의 개략적인 구성도,2 is a schematic configuration diagram of a surface mount type white semiconductor light emitting device of a reflector injection structure type utilizing a borate-based yellow phosphor of the present invention;
도 3은 본 발명의 보레이트계 황색 형광체를 활용한 PCB 타입의 표면실장형 백색 반도체 발광장치의 단면도,3 is a cross-sectional view of a surface mount type white semiconductor light emitting device of the PCB type utilizing the borate-based yellow phosphor of the present invention;
도 4는 본 발명의 터븀 보레이트 황색 형광체의 흡수스펙트럼 및 발광스펙트럼을 나타낸 그래프,Figure 4 is a graph showing the absorption spectrum and emission spectrum of the terbium borate yellow phosphor of the present invention,
도 5는 본 발명의 터븀 보레이트 황색 형광체와 청색 LED를 조합한 백색 반도체 발광장치의 발광스펙트럼을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing light emission spectra of a white semiconductor light-emitting device combining a terbium borate yellow phosphor and a blue LED of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
3, 10, 20 : LED칩 4, 11, 22 : 애노드 리드3, 10, 20: LED chip 4, 11, 22: anode lead
5, 12, 21 : 캐소드 리드 6, 13, 23 : 에폭시 몰드층5, 12, 21: cathode lead 6, 13, 23: epoxy mold layer
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발광층이 반도체인 반도체 발광소자와, 상기 반도체 발광소자에 의해 발광된 광의 일부를 흡수해서 흡수한 광의 파장과는 다른 파장을 가지는 여기된 광을 발출하는 형광체를 구비한 반도체 발광장치에 적용되는데, 본 발명의 백색 반도체 발광장치는, 상기 반도체 발광소자의 발광층이 질화물계 화합물 반도체로 이루어지고, 상기 형광체가 일반식 (Tb1-x-yAx)3AlzB5-zO12:Cey로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 형광체는, 일반식 (Tb1-x-yAx)3AlzB5-zO12:Cey로 표시되는 형광체를 포함하다. 여기서, 상기 일반식에서 A는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 0 ＜ x ≤ 0.5이고, 0.0001 ≤ y ≤0.5이고, 0 ＜ z ≤ 5이다. 그리고, 상기 반도체 발광소자의 발광 스펙트럼의 주요피크가 400㎚에서 530㎚의 범위내에 있고, 상기 형광체의 주발광파장이 상기 반도체 발광소자의 주요피크보다 긴 것이 바람직하다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a semiconductor light emitting device in which the light emitting layer is a semiconductor and excited light having a wavelength different from the wavelength of light absorbed and absorbed by a portion of the light emitted by the semiconductor light emitting device. A white light emitting device of the present invention, wherein the light emitting layer of the semiconductor light emitting device is made of a nitride compound semiconductor, and the phosphor is a general formula (Tb 1-xy A x ) 3 Al z B 5-z O 12 : Ce y . In this case, the phosphor includes a phosphor represented by the general formula (Tb 1-xy A x ) 3 Al z B 5-z O 12 : Ce y . In the general formula, A is at least one element selected from the group consisting of Y, Lu, Sc, La, Gd and Sm, 0 <x ≦ 0.5, 0.0001 ≦ y ≦ 0.5, and 0 <z ≦ 5. . The main peak of the emission spectrum of the semiconductor light emitting device is in the range of 400 nm to 530 nm, and the main emission wavelength of the phosphor is longer than the main peak of the semiconductor light emitting device.
한편, 소정의 요홈부에 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlGaInN계열의 청색 LED칩을 장착하고, 상기 청색 LED로부터 발광하여 방출하는 광의 일부에 의해 여기되어, 상기 방출광보다 긴 파장의 광을 방출하는 형광물질을 포함하는 투광성 몰드재를 상기 LED칩 위에 충진하여 이루어져서, 상기 청색광의 일부와 상기 형광물질의 여기광에 혼색되어 백색광을 방출하는 백색 반도체 발광장치에 있어서, 상기 형광물질은 보레이트계 황색형광체 및 아연셀레늄계 적색형광체중의 적어도 하나로 되는 형광체로 이루어짐을 특징으로 한다. 이 때, 상기 발광소자는 기판이 사파이어(Al2O3) 또는 SiC으로 형성되며, 상기 발광소자는 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlGaInN계열의 UV LED칩이 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광장치는 상기 요홈부가 리드 프레임 선단에 컵형상으로 형성되고, 상기 LED칩은 애노드리드와 캐소드리드를 세금선으로 연결시켜 형성된 리드타입이거나, 상기 요홈부가 사출, 프레싱 또는 가공에 의해 형성된 프레임 요부로 이루어지고, 상기 청색 LED칩과 상기 프레임 요부에 설치된 단자, 애노드리드 및 캐소드리드를 세금선으로 접속시키도록 구성된 리플렉터 구조타입의 표면실장형에 모두 적용될 수 있다. 그리고, 상기 반도체 발광장치는 상기 요홈부가 상기 사출, 프레싱 또는 가공에 의해 형성된 프레임 요부로 이루어지고, 상기 청색 LED칩과 상기 프레임 요부에 설치된 단자, 애노드리드 및 캐소드리드를 세금선으로 접속시키도록 형성된 PCB(printed circuit board)타입의 표면실장형일 수도 있다.On the other hand, a fluorescent lamp which is equipped with a GaN, InGaN, AlGaN or AlGaInN series blue LED chip in a predetermined recess and is excited by a part of light emitted by the blue LED and emits light having a wavelength longer than the emitted light A white semiconductor light emitting device comprising a light-transmitting mold material comprising a material on the LED chip, and mixing white light with excitation light of the fluorescent material to emit white light, wherein the fluorescent material is a borate-based yellow phosphor; It is characterized by consisting of a phosphor made of at least one of zinc selenium-based red phosphor. At this time, the light emitting device is a substrate is formed of sapphire (Al 2 O 3 ) or SiC, the light emitting device may further include a UV LED chip of GaN, InGaN, AlGaN or AlGaInN series. In the semiconductor light emitting device, the groove is formed in a cup shape at the tip of the lead frame, and the LED chip is a lead type formed by connecting an anode and a cathode by a tax wire, or the groove is formed by injection, pressing or processing. It can be applied to both the surface mount type of the reflector structure type consisting of the frame recess formed and configured to connect the blue LED chip and the terminals, the anode and the cathode mounted on the frame recess with tax wires. The semiconductor light emitting device includes a recess in which the recess is formed by the injection, pressing, or processing, and is configured to connect the blue LED chip and the terminal, anode, and cathode installed in the frame recess by a tax wire. It may be a surface mount type of a printed circuit board (PCB) type.
한편, 상기한 반도체 발광장치를 병렬 또는 직렬구조로 배치하여 LCD 백라이트로 적용할 수 있다.Meanwhile, the semiconductor light emitting devices may be arranged in parallel or in series to be applied to the LCD backlight.
본 발명은 패키지와 형광물질을 구비하는 반도체 발광장치에 있어서,The present invention is a semiconductor light emitting device comprising a package and a fluorescent material,
(1) 패키지의 금속베이스는 양극의 단자를 구성하는 금속 박판과 음극의 단자를 구성하는 금속 박판이 절연성 수지에 의해 접합되어 이루어지고, 각각 질화물계 반도체를 발광층으로 하는 LED칩의 정전극과 부전극에 세금선에 의해 접속되며,(1) The metal base of the package is formed by joining a thin metal plate constituting the terminal of the positive electrode and a metal thin plate constituting the terminal of the negative electrode with an insulating resin, respectively. Connected to the electrode by a tax wire,
(2) 형광물질로서 상기 LED칩에서 발광된 광을 여기원으로 발광할 수 있는 세륨으로 활성된 터븀 보레이트 산화물계 형광물질을 베이스로 한 [화학식 1]로 표시되는 터븀 보레이트 황색형광체를 사용한다.(2) As a fluorescent material, a terbium borate yellow phosphor represented by [Formula 1] based on a cerium activated terbium borate oxide-based fluorescent material capable of emitting light emitted from the LED chip as an excitation source is used.
[화학식 1][Formula 1]
(Tb1-x-yAx)3AlzB5-zO12:Cey (Tb 1-xy A x ) 3 Al z B 5-z O 12 : Ce y
상기 [화학식 1]에서In [Formula 1]
A는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 0 ≤ x ＜ 0.5이고, 0.0001 ≤ y ≤0.5이고, 0 ＜ z ≤ 5이다.A is at least one element selected from the group consisting of Y, Lu, Sc, La, Gd and Sm, 0 ≦ x <0.5, 0.0001 ≦ y ≦ 0.5, and 0 <z ≦ 5.
이 때, x와 z는 상기한 사용량 범위내에서 사용될 경우에 발광효율 측면에서 가장 바람직하며, x와 z 사용량이 상기한 범위 이상이면 발광특성이 급격히 감소한다. 그리고, y의 사용량이 상기범위 미만이면 활성제로서의 기능을 하기에 충분한 양이 되지 못하며, 상기범위 이상 초과하면 농도소광효과(quenching effect)에 따른 휘도저하가 일어나는 문제점이 있을 수 있다.At this time, x and z are most preferable in terms of luminous efficiency when used within the above-mentioned usage range, and when the x and z usage amount are more than the above-mentioned range, the luminescence property decreases drastically. If the amount of y is less than the above range, the amount of y may not be sufficient to function as an active agent. If the amount of y is more than the above range, the luminance may decrease due to the quenching effect.
(1) 패키지(1) package
본 발명에 있어서 반도체 발광장치는 반사 컵 또는 반사판 모양의 댐이 형성되어 있는 구조의 리드타입 또는 표면실장형 모두에 적용되는데, 리드타입의 경우에는 LED칩 상부면을 포함하여 홀컵 내부로 보레이트계 황색형광체 및 아연셀레늄계 적색 형광체를 포함하는 에폭시 몰드층을 홀컵 상면과 동일면을 갖게 충진시키며, 상기 에폭시 몰드층 및 애노드와 캐소드의 일부를 포함하여 투광성 외장재로 코팅시켜서 이루어지며, 표면실장형의 경우에는 LED칩 상부면을 포함하여 프레임 요부 내부로 보레이트계 황색형광체 및 아연셀레늄계 적색 형광체를 포함하는 투광성 수지 몰드층을 프레임 요부 상면과 동일면을 갖게 충진시켜서 이루어진다. 이 때, 실장되는 LED칩의 높이가 100㎛인 경우에 상기 투광성 수지몰드층은 리드타입의 홀컵 또는 표면실장형의 프레임 요부 바닥면을 기준으로 하여 100㎛ ∼ 300㎛ 범위(실장되는 LED칩 높이의 약 1 ∼ 3배)내에서 설정된 높이로 충진시키는 것이바람직하며, 150㎛ ∼ 250㎛범위 내의 높이로 충진시키는 것이 더욱더 바람직하다. 100㎛미만일 때는 칩의 표면에 형광체가 도포되지 않아 백색의 구현이 어렵고, 300㎛이상이면 형광체에 의한 광차단 및 감쇠로 반도체 발광장치의 발광특성이 현저히 감소한다.In the present invention, the semiconductor light emitting device is applied to both a lead type or a surface mount type having a structure in which a reflection cup or a reflection plate-like dam is formed. In the case of the lead type, borate-based yellow is included in the hole cup including the LED chip upper surface. The epoxy mold layer including the phosphor and the zinc selenium-based red phosphor is filled to have the same surface as the upper surface of the hole cup, and is formed by coating the epoxy mold layer and a part of the anode and the cathode with a light-transmissive exterior material, in the case of the surface mount type The light transmissive resin mold layer including the borate-based yellow phosphor and the zinc selenium-based red phosphor, including the upper surface of the LED chip, is filled with the same surface as the upper surface of the frame recess. At this time, when the height of the LED chip to be mounted is 100㎛, the transparent resin mold layer is in the range of 100㎛ ~ 300㎛ based on the lead type hole cup or the bottom surface of the frame mounting surface of the surface mount type (LED chip height mounted It is preferable to fill at a set height within about 1 to 3 times), and more preferably to fill at a height within the range of 150 µm to 250 µm. If the thickness is less than 100 μm, the phosphor is not coated on the surface of the chip, and thus, white is difficult to be realized. If the thickness is 300 μm or more, the light emission characteristic of the semiconductor light emitting device is significantly reduced due to light blocking and attenuation caused by the phosphor.
이 때, 상기 칩은 사파이어를 기판으로 하는 GaN, InGaN, AlGaInN 계열의 UV 및 청색 발광칩이거나, SiC 재질을 기판으로 하는 GaN, InGaN, AlGaInN 계열의 UV 및 청색 발광칩을 사용한다. 또는 임의의 기판을 사용하여 제작된 GaN, InGaN, AlGaInN 계열의 UV 및 청색 발광칩을 사용할 수 있다. 그러나 상기 UV 및 청색 발광칩대신에 청색 발광칩만을 사용하여도 된다.In this case, the chip is a GaN, InGaN, AlGaInN-based UV and blue light emitting chip based on sapphire, or a GaN, InGaN, AlGaInN-based UV and blue light emitting chip based on SiC material. Alternatively, GaN, InGaN, and AlGaInN-based UV and blue light emitting chips manufactured using any substrate may be used. However, only the blue light emitting chip may be used instead of the UV and blue light emitting chip.
(2) 형광물질(2) fluorescent material
본 발명에 있어서 터븀 보레이트 황색형광체는 상기 [화학식 1]로 구성된 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 포토루미네선스 형광체로는 Tb3Al1B4O12:Ce, Tb3Al2B3O12:Ce, Tb3Al4BO12:Ce, 혹은 (TbGd)3Al2B3O12:Ce을 비롯해서 상기 [화학식 1]과 같이 정의되는 각종의 것이 포함된다.In the present invention, the terbium borate yellow phosphor is characterized by consisting of the above [Formula 1]. For example, the photoluminescent phosphor may include Tb 3 Al 1 B 4 O 12 : Ce, Tb 3 Al 2 B 3 O 12 : Ce, Tb 3 Al 4 BO 12 : Ce, or (TbGd) 3 Al 2 B 3 O 12: Ce to include those various birothaeseo defined as above formula 1.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 터븀 보레이트 황색형광체를 활용한 리드타입 백색 반도체 발광장치의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의리드타입 백색 반도체 발광장치는 이미 통상적인 구조로서 패키지를 리드 프레임의 선단부에 형성된 컵 형태의 반사판이 구현된 용기 내에 형광체 안료를 채워 제작한다. 즉, 애노드 세금선(1) 및 캐소드 세금선(2)를 이용하여 캐소드의 리드프레임 선단부에 형성한 컵(9)내부에 장착된 LED칩(3)과 애노드리드(anode lead; 4) 및 캐소드리드(cathode lead; 5)를 각각 연결하고, 컵 내부에 형광체와 투명 에폭시 혹은 실리콘이 혼합된 몰드층(6)을 형성시키고, 이 몰드층(6)을 포함하여 그 주위를 무색 또는 착색된 투광성 수지로 몰딩하여 봉입하는 외장재(7)로 이루어져 있다. 이 때, 상기 몰드층(6)은 터븀 보레이트 황색형광체를 포함하여 구성되어 있다.1 is a schematic configuration diagram and a partially enlarged cross-sectional view of a lead type white semiconductor light emitting device using a terbium borate yellow phosphor. As shown in FIG. 1, the lead type white semiconductor light emitting device of the present invention is manufactured by filling a phosphor pigment in a container in which a cup-shaped reflecting plate formed on a tip of a lead frame is already formed as a conventional structure. That is, the LED chip 3 and the anode lead 4 and the cathode mounted on the inside of the cup 9 formed on the lead frame front end of the cathode by using the anode tax wire 1 and the cathode tax wire 2. The lead leads 5 are respectively connected to each other, and a mold layer 6 containing a mixture of phosphor and transparent epoxy or silicon is formed in the cup, and the mold layer 6 is included to provide a colorless or colored light-transmitting circumference. It consists of an exterior member 7 molded and encapsulated with a resin. At this time, the mold layer 6 includes a terbium borate yellow phosphor.
도 2는 터븀 보레이트 황색형광체를 활용한 리플렉터 사출구조타입의 표면실장형 백색 발광다이오드의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 불투명수지재의 기판(16)의 상단부에 형성된 컵(17)내에 장착된 LED칩(10)과, 메탈포스트(애노드 리드, 11)와, 메탈포스트(캐소드 리드, 12)와, 형광체를 포함하는 몰드층(13)으로 구성되어 있다. 상기 LED칩(10)과 메탈포스트(11, 12)는 세금선(14)으로 각각 N형전극 및 P형전극이 각각 접속되어 있다. 상기 몰드층(13)은 터븀 보레이트 황색형광체를 포함하는 몰드층(13)이며, 상기 LED칩(10) 상부를 포함하여 컵 내부 바닥에 적층시킨다. 그리고, 이 몰드층(13) 상부에 컵 상단의 상면과 동일면을 갖게 투명 실리콘층 또는 몰드층(13)을 적층하여 형성된다.2 is a cross-sectional view of a surface mount type white light emitting diode of a reflector injection structure type utilizing a terbium borate yellow phosphor. As shown in Fig. 2, the LED chip 10 mounted in the cup 17 formed at the upper end of the substrate 16 of the opaque resin material, the metal post (anode lead 11), and the metal post (cathode lead 12). ) And a mold layer 13 containing phosphors. The LED chip 10 and the metal posts 11 and 12 are respectively connected to N-type electrodes and P-type electrodes by tax wires 14, respectively. The mold layer 13 is a mold layer 13 including a terbium borate yellow phosphor and is stacked on the inner bottom of the cup including the top of the LED chip 10. The transparent silicon layer or the mold layer 13 is laminated on the mold layer 13 to have the same surface as the upper surface of the upper end of the cup.
도 3은 터븀 보레이트 황색형광체를 활용한 PCB(Printed Circuit Board) 타입의 표면실장형 백색 발광다이오드의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, LED칩(20)과, 메탈포스트(애노드 리드, 22)와, 메탈포스트(캐소드 리드, 21)와, 형광체를 포함하는 투광성의 몰드(23)로 구성되어 있다. PCB층(25)상부에 상기 LED칩(20)과 메탈포스트(21, 22)는 세금선으로 각각 N형전극 및 P형전극이 각각 접속되어 있다. 상기 몰드층(23)은 터븀 보레이트 황색형광체를 포함하는 몰드층(23)이며, 상기 LED칩(20) 상부를 포함하여 일정 높이로 적층시킨다. 그리고, 이 몰드층 상부에 투명 실리콘층 또는 몰드층(23)을 적층시켜 형성한다.3 is a cross-sectional view of a printed circuit board (PCB) type surface mount white light emitting diode using a terbium borate yellow phosphor. As shown in FIG. 3, the light emitting mold 23 includes an LED chip 20, a metal post (anode lead 22), a metal post (cathode lead 21), and a phosphor. On the PCB layer 25, the LED chip 20 and the metal posts 21 and 22 are respectively connected with N-type electrodes and P-type electrodes by tax lines. The mold layer 23 is a mold layer 23 including a terbium borate yellow phosphor, and is stacked at a predetermined height including an upper portion of the LED chip 20. Then, the transparent silicon layer or the mold layer 23 is laminated on the mold layer.
도 4는 터븀 보레이트 황색형광체의 흡수 스펙트럼 및 발광스펙트럼을 나타낸 것이다. 흡수스펙트럼은 400㎚ ∼ 470㎚ 에서 높은 흡수 피크를 보여주고 있고, 530㎚를 발광피크로 하는 우수한 발광스펙트럼을 나타내었다. 기존의 백색 발광 소자에 사용되는 YAG:Ce 형광체의 경우 황녹색의 빛을 발광하는 문제점이 있어 이트륨과 알루미늄의 자리에 다른 물질을 첨가함으로써 장파장 쪽으로 파장변화를 시킨다(US 6,069,440). 이 결과 발광 휘도가 감소하기 때문에 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 첨가제의 함량을 증가함으로써 장파장 쪽으로 파장 이동은 가능하나 발광 휘도는 급격히 감소하는 문제점을 가지고 있다. 그러나, 터븀 보레이트의 경우 첨가제의 첨가없이 짙은 황색의 빛을 발광하였다. 따라서, 청색 발광칩을 이용한 백색구현 및 이 파장대를 에너지원으로 하는 응용분야에 있어서 터븀 보레이트 황색형광체가 적합함을 알 수 있다.Figure 4 shows the absorption spectrum and emission spectrum of the terbium borate yellow phosphor. Absorption spectrum showed a high absorption peak in 400 nm-470 nm, and showed the outstanding emission spectrum which makes 530 nm light emission peak. The YAG: Ce phosphor used in the existing white light emitting device has a problem of emitting yellowish green light, thereby changing the wavelength toward longer wavelengths by adding another material in place of yttrium and aluminum (US 6,069,440). As a result, there are many problems because the emission luminance decreases. In other words, by increasing the content of the additive, the wavelength can be shifted toward the longer wavelength, but the luminance of light emission is sharply reduced. However, terbium borate emitted dark yellow light without the addition of additives. Therefore, it can be seen that the terbium borate yellow phosphor is suitable for white implementation using a blue light emitting chip and an application field using the wavelength band as an energy source.
도 5는 터븀 보레이트 황색형광체와 청색 LED를 조합한 백색 발광다이오드의 발광스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 청색 발광칩으로부터 발생된 기준광과 방출된 광의 일부를 형광체가 흡수ㆍ여기되어 방출되는 제2의 광이 혼색되어 백색이 구현됨을 알 수 있다.5 shows light emission spectra of a white light emitting diode in combination with a terbium borate yellow phosphor and a blue LED. As shown in FIG. 5, it can be seen that the white light is realized by mixing the reference light generated from the blue light emitting chip and a part of the emitted light by mixing the second light emitted by the phosphor.
이와 같이, 상기에서 제시한 발광다이오드는 발광층에 고에너지 밴드갭(Band Gap)을 가지고, 청색 발광이 가능한 질화갈륨계(InGaN) 화합물 반도체 소자, 황색발광이 가능한 터븀 보레이트 황색형광체를 조합시킨 것으로 반도체 발광소자로부터의 청색발광과 그 발광에 의해 여기된 형광체로부터의 황색 발광광과의 혼색에 의해 백색 및 청백색 구현이 가능해진다.As described above, the above-described light emitting diode has a high energy band gap in the light emitting layer, a gallium nitride-based (InGaN) compound semiconductor device capable of emitting blue light, and a terbium borate yellow phosphor capable of emitting yellow light. By mixing blue light emitted from the light emitting element with yellow light emitted from the phosphor excited by the light emission, white and blue white can be realized.
또, 본 발명에 따른 터븀 보레이트 황색형광체 및 아연셀레늄계 적색 형광체를 갖는 백색 발광다이오드의 경우, 반도체 발광소자로부터 방출된 가시광대역의 고에너지광을 장시간 조사한 경우에도 발광색의 변화나 발광 휘도의 저하가 매우 적은 백색 및 청백색구현이 가능하다.In addition, in the case of a white light emitting diode having a terbium borate yellow phosphor and a zinc selenium-based red phosphor according to the present invention, even when high energy light in the visible band emitted from the semiconductor light emitting device is irradiated for a long time, the change in the emission color and the decrease in the emission luminance are Very few white and blue white implementations are possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터븀 보레이트 황색 형광체를 갖는 백색 및 청백색 발광다이오드는 장파장 UV 영역 및 가시광 영역대의 여기하에 매우 우수한 황색을 나타내므로 청색 LED용 백색및 청백색 발광다이오드, 청색 영역대를 에너지원으로 하는 LED 응용분야에 적용할 수 있으며 특히, 발광 휘도 및 연색성이 우수한 색순도를 가지므로 휴대용 LCD 배면광원(back light)용으로 적용이 적합하다. 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.As described above, the white and blue-white light emitting diodes having terbium borate yellow phosphors according to the present invention exhibit very good yellow color under excitation of the long wavelength UV region and the visible light region, so that the white and blue-white light emitting diodes for the blue LED and the blue region are energized. It can be applied to the LED application field as a circle, and in particular, since it has excellent color purity with light emission luminance and color rendering property, it is suitable for application for a portable LCD back light. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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