KR100616689B1 - 백색 발광 장치 - Google Patents

Abstract

휘도와 연색지수가 개선된 백색 발광 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 자외선을 방출하는 자외선 광원(UV 광원)과; 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 제1 형광체와; 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 제2 형광체와; 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하고, 상기 제2 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하고, 상기 제3 형광체는 상기 자외선과 상기 제1 형광체의 방출광과 상기 제2 형광체의 방출광에 의해 여기되어 적색광을 방출한다.

발광 다이오드, LED, 백색 발광, 형광체

Description

백색 발광 장치{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 3은 본 발명의 백색 발광 장치의 동작 원리를 나타낸 모식도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태의 백색 발광 장치에 사용되는 형광체들 간의 에너지 전이를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 적색 형광체의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 청색 형광체의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 녹색 형광체의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: UV 광원 2: 자외선

4, 5: 청색광 6, 7: 녹색광

8, 9, 10: 적색광 11: 백색광

12: 관찰자 331, 332, 333: 형광체

본 발명은 백색 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 LED 등의 자외선 광원과 이로부터 방출되는 자외선을 변환시켜 발광하는 형광 물질들을 구비하는 백색 발광 장치에 관한 것이다.

백색 LED 장치는 종래의 소형 램프 또는 형광 램프 대신에 액정 표시 장치의 백라이트(backlight)로서 사용되고 있다. S. Nakamura 외의 "The Blue Laser", pp. 216-221 (Springer 1997)의 Chapter 10.4에서 논의된 바와 같이, 백색 LED 장치는 청색 LED의 출사면 상에 세라믹 형광체층을 형성함으로써 제조될 수 있다.

종래의 대표적인 백색 LED 장치에서는, 청색 LED로서 InGaN 단일 양자 우물을 갖는 LED를 사용하고, 형광체로서 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce), 즉 Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺를 사용한다. 청색 LED로부터 방출된 청색광은 상기 형광체를 여기시킴으로써 황색광을 방출시킨다. 청색 LED로부터 방출된 일부 청색광은 형광체를 투과하여 상기 형광체에 의해 방출된 황색광과 혼합된다. 이러한 청색광과 황색광의 혼색은, 관찰자(보는 사람)에게는 백색광으로 인식하게 된다. 청색 LED는 약 420 내지 480nm의 파장을 갖는 빛(청색광)을 방출한다. 이러한 청색광이 황색 형광체와 결합되면, 약 6000-8000K의 색온도와 약 77의 연색 지수(color rendering index(CRI))를 갖는 백색광이 생기게 된다.

또한, 청색 LED는, 청색광을 적색광으로 변환시키는 형광체 및 녹색광으로 변환시키는 형광체와 결합함으로써, 백색광을 발생시킬 수 있다. 적절한 형광체는 약 420 내지 480nm의 범위에서 높은 여기 효율과 넓은 색도 영역(chromatic zone)을 가져야 한다.

또한, 백색광은 적색, 녹색 및 청색 LED를 결합함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 다른 LED는 다른 전기적 광학적 특성(예컨대, 광속(lumen) 대 수명 프로파일, 출력광의 파워 대 입력 전류 곡선, 및 저항 대 온도 곡선 특성 등)을 갖기 때문에, 이러한 LED들의 조합은 일관적인 색도 및 균일성을 갖는 빛을 내지 못한다. 또한, 상기 3개의 LED는 3개의 전류 조절기(current regulator)를 필료로 하여 장치의 제조 비용을 증가시키고 소형화하기가 어렵다.

백색 LED 장치를 구현하기 위한 다른 방안으로서, 자외선 LED(UV LED)와 이 UV LED로부터 방출되는 자외선을 변화시켜 백색광을 출력하는 형광체들을 결합할 수 있다. 이에 사용되는 각각의 형광체는 전자기 스펙트럼의 소정 영역에서 에너지를 흡수하여 다른 영역의 방사 에너지를 방출한다. 통상, 방출되는 광자의 에너지는 흡수되는 광자의 에너지보다 낮다. UV LED를 사용하여 백색광을 얻기 위해서는, UV LED와 결합되는 형광체들은 스펙트럼의 가시 영역 밖에 있는 방사 에너지의 흡수에 응답하여 스펙트럼의 가시 영역에 있는 방사 에너지를 방출하여야 한다. 이에 따라, 상기 형광체들은 육안으로는 감지되지 않는 전자기 방사를 육안으로 감지되는 전자기 방사로 변환시키게 된다.

그러나, 실제로 백색광을 얻기 위해, 자외선(UV)에 의해 여기되어 각각 적, 녹, 청색 영역의 빛을 발하는 적절한 3개의 형광체를 찾기가 매우 어렵다. 일반적으로, 적색 형광체의 양자 수율(quantum yield)은 녹색 및 청색 형광체에 비하여 매우 낮다. 따라서, 우수한 연색 지수를 갖는 고품질의 백색광을 얻지 못하고 있는 실정이다.

도 1은 UV LED를 사용한 종래의 백색 LED 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 1을 참조하면, UV LED 광원에서 방출되는 자외선(350 내지 410nm)에 의해 청, 녹, 적색 형광체가 각각 여기되어 각각 420-480nm(청색), 490-550nm(녹색), 580-620nm(적색) 파장대의 가시광선을 방출한다. 이러한 가시광선들은 혼색되어 백색광으로 출력된다. 그러나, 이러한 종래 기술의 백색 발광 장치에 따르면, 청색 및 녹색 형광체에 비하여 적색 형광체의 양자 수율이 너무 낮다. 이에 따라, 전체 휘도와 연색지수는 낮아 고품질의 출력광을 얻기가 힘들다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 적색 형광체의 양자 수율이 높고 연색지수가 개선된 고품질 고휘도의 백색 발광 장치를 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 자외선을 방출하는 자외선 광원(UV 광원)과; 420 내지 480nm의 피크 방출 파장(peak emission wavelength)을 갖는 제1 형광체와; 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 제2 형광체와; 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하고, 상기 제2 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하고, 상기 제3 형광체는 상기 자외선과 상기 제1 형광체의 방출광과 상기 제2 형광체의 방출광에 의해 여기되어 적색광을 방출한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 UV 광원은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 자외선 LED이다. 다른 실시형태로서, 상기 UV 광원은 수은 가스이거나, Ne, Ar 및 Xe으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 비활성 가스일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제3 형광체는 350 내지 550nm의 파장 범위에서 피크 여기 파장(peak excitation wavelength)을 가진다. 또한, 더 바람직하게는, 상기 제3 형광체는, 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 제3 형광체는 350 내지 410nm의 범위, 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 형광체는 (Sr, Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺, La_2.99Ce_0.01(SiS₄)₂I 및 Ce₃(SiS₄)₂X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제2 형광체는 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺, Ba_0.8Mg_1.93Al₁₆O₂₇:Eu_0.2 ²⁺Mn²⁺ 및 BaYSi₄N₇:Eu²⁺로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제3 형광체는 Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃을 포함한다.

본 발명에 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 각각 분리되어 있으며, 상기 자외선 광원 상에 불연속적인 층 구조로 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있다. 즉, 상기 제2 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있고 상기 제1 형광체는 상기 제2 형광체 위에 있을 수 있다. 또한, 상기 제1 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있고 상기 제2 형광체는 상기 제1 형광체 위에 있을 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 몰딩 물질 내에 함유되어 있다. 이 경우, 상기 몰딩 물질로는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 UV 광원 상에 형성된 몰딩 물질을 더 포함하며, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질에 분산되어 함유되어 있고, 상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질 내에서 층 형태로 배치되어 있고, 상기 제1 형광체와 제2 형광체는 상기 3 형광체 위에 있다.

본 발명은 UV 광원과 결합되어 백색광을 발생시키는 형광체들의 조합을 제공 한다. 상기 형광체들의 조합은 청색 형광체(제1 형광체), 녹색 형광체(제2 형광체) 및 적색 형광체(제3 형광체)로 구성된다. 이 형광체들은 UV 광원이 방출하는 자외선에 의해 여기된다. 또한, 상기 형광체들 중 적색 형광체(제3 형광체)는 청색 형광체(제1 형광체)의 방출광(약 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 가짐)과 녹색 형광체(제2 형광체)의 방출광(약 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 가짐)에 의해서도 추가적으로 여기되어 적색광을 방출한다. 이에 따라, 약 420 내지 770nm의 파장 범위에서 가시광선을 출력하여 백색광을 발하게 된다.

적색 형광체는 자외선뿐만 아니라 청색 형광체의 방출광 및 녹색 형광체의 방출광에 의해서도 여기된다. 즉, 적색 형광체는 UV 광원, 청색 형광체 및 녹색 형광체에 의해 3중 여기된다. 이에 따라, 적색 형광체의 양자 수율은 더욱 커지게 되고, 적색 형광체의 방출광은 더욱 크게 증대된다. 결국 백색 발광 장치의 전체 휘도(또는 발광 효율) 및 연색지수가 향상된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2은 본 발명의 발광 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, UV LED등 UV 광원로부터 자외선이 방출된다. 청색, 녹색 및 적색 형광체는 UV 광원로부터 방출된 자외선에 의해 여기시켜 각각 청색, 녹색 및 적색의 가시광을 방출한다. 방출된 청, 녹 및 적색의 가시광선은 혼색되어 백색광을 출력하게 된다. 청색 형광체는 420 내지 480nm의 피크 방출 파장(peak emission wavelength)을 가지며, 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 가지며, 적색 형광체는 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 가진다. 바람직하게는, 상기 형광체들은 UV 광원의 특정 방출 파장에서 높은 광자 효율을 갖는다. 또한, 바람직하게는, 각 형광체들은 다른 형광체에 의해 방출된 가시광에 대해 상당한 투광성을 갖는다.

적색 형광체는 UV 광원에 의해 방출되는 자외선에 의해 여기될 뿐만 아니라 청색 형광체의 방출광(청색광) 및 녹색 형광체의 방출광(녹색광)에 의해서도 여기되어 적색광을 방출한다. 바람직하게는, 상기 청색광 및 녹색광에 의해 충분히 효율적으로 여기될 수 있도록 상기 적색 형광체는 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장(peak excitation wavelength)를 갖는다. 특히, 상기 UV 광원이 UV LED인 경우, 상기 적색 형광체는 바람직하게는, 350 내지 410nm의 범위, 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는다.

이와 같이 적색 형광체는 UV 광원 뿐만 아니라 청색 형광체 및 녹색 형광체에 의해서도 여기되어 적색광을 방출한다. 따라서, 적색 형광체의 양자 수율이 향상될 수 있다. 특히 종래 문제가 되었던 적색 형광체의 낮은 수율은 본 발명에 따라 극복 또는 경감될 수 있다. 더욱이 종래에 쓸데없이 버려지는 청색광 및 녹색광(예컨대, 출사면의 후방으로 빠져 나가는 청색 방출광 및 녹색 방출광)을 적색 형광체를 여기시키는 데에 사용한다면, 전체적인 발광 효율은 더욱 더 커지게 된다.

이와 같이 적색 형광체는 UV 광원, 청색 형광체 및 녹색 형광체에 의해 3중 여기되므로, 적색 형광체의 양자 수율이 증대될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 발광 효율, 휘도 및 연색지수가 종래에 비하여 개선되어진 백색광을 출력하게 된다.

도 3은 본 발명의 백색 발광 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 모식도이다. 도 3을 참조하면, UV LED 등의 UV 광원(1)은 자외선(2)을 방출하여 이를 3종류의 형광체(330), 즉 형광체Ⅰ(331), 형광체Ⅱ(332) 및 형광체Ⅲ(333)에 입사시킨다. 이 형광체들(330)은 서로 분리된 층 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 형광체들의 혼합물을 이용하는 것보다 각각 분리된 층구조의 형광체를 이용하는 것이, 출사면 후방으로 방출되어 버려지는 방출광을 효율적으로 이용하기에 더 적합하기 때문이다. 이 때, 형광체Ⅰ(331), 형광체Ⅱ(332) 및 형광체Ⅲ(333)의 배치 순서가 중요한데, 형광체Ⅰ(331)과 형광체Ⅱ(332)보다 형광체Ⅲ(333)를 더 후방으로(UV에 더 가깝게) 배치하는 것이 바람직하다.

UV 광원(1)에서 방출되는 자외선은 육안으로는 감지되지 않으며, 420nm 미만의 파장을 갖는다. 바람직하게는, 상기 UV 광원(1)은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED이다.

형광체Ⅰ(331)은 상기 자외선(2)을 흡수한 후, 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 청색광(4, 5)을 방출한다. 형광체Ⅱ(332)는 상기 자외선(2)을 흡수한 후, 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 녹색광(6, 7)을 방출한다.

또한, 형광체Ⅲ(333)는 상기 자외선(2), 형광체Ⅰ(331)의 방출광(청색광(5)) 및 형광체Ⅱ(332)의 방출광(녹색광(7))을 흡수한 후, 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 적색광(8, 9, 10)을 방출한다. 특히 형광체Ⅲ(333)가 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 가질 경우, 상기 청색광(5) 및 녹색광(7)을 효과적으로 흡수할 수 있다 적색광(8)은 형광체Ⅰ(331)의 방출광(5)의 흡수로 인해 형광체Ⅲ(333)에 의해 방출된 적색광이다. 적색광(9)은 형광체Ⅱ(332)의 방출광(7)의 흡수로 인해 형광체Ⅲ(333)에 의해 방출된 적색광이다. 적색광(10)은 자외선 광원(1)의 방출광(자외선(2))의 흡수로 인해 형광체Ⅲ(333)에 의해 방출된 적색광이다. 관찰자(12)는 청색광(4), 녹색광(6) 및 적색광(8, 9, 10)의 조합을 백색광(11)으로 감지하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 형광체Ⅲ(333)은 UV 광원(1), 형광체Ⅰ(331) 및 형광체Ⅱ(332)에 의해 3중 여기되어 적색광을 방출한다. 따라서, 적색 형광체(형광체Ⅲ(333))의 광자 수율이 향상된다. 이에 따라, 전체적인 휘도 증가와 연색 지수 개선을 기대할 수 있다.

상기 UV 광원(1)은, 자외선을 방출하여 형광체Ⅰ,Ⅱ 및 Ⅲ을 여기시킬 수 있는 어떠한 광원도 가능한다. 바람직하게는, UV 광원(1)은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED이다. 그러나, 그 외에도 상기 광원(1)으로서, 예를 들어 형광 램프 또는 고압 수은 증기 램프 등에 사용되는 수은 가스을 사용하거나, 또는 플라즈마 디스플레이에 사용되는 Ne, Ar 및/또는 Xe 등의 비활성 가스를 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 적색 형광체의 양자 수율은 약 15-20% 정도 증대될 것으로 기대되며, 발광 장치의 전체 휘도는 약 10-15% 정도 증가하고 연색 지수는 약 15-20% 정도 향상될 것으로 기대된다.

상기 형광체Ⅰ(331)은, UV 광원(1)의 방출광(2)에 응하여 420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 청색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. UV 광원(1)으로 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED를 사용할 경우, 상기 형광체Ⅰ(331)로는, 420 내지 480의 피크 방출 파장을 가지면서 상기 UV LED의 방출광(자외선)에 대한 높은 광자 효율을 갖는 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 형광체Ⅰ(331)로서, (Sr, Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺, La_2.99Ce_0.01(SiS₄)₂I 및 Ce₃(SiS₄)₂X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 사용할 수 있다.

상기 형광체Ⅱ(332)는 UV 광원(1)의 방출광(2)에 응하여 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 녹색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. UV 광원(1)으로 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 UV LED를 사용할 경우, 상기 형광체 Ⅱ(332)로는, 490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 가지면서 상기 UV LED의 방출광(자외선)에 대한 높은 광자 효율을 갖는 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺, Ba_0.8Mg_1.93Al₁₆O₂₇:Eu_0.2 ²⁺Mn²⁺ 및 BaYSi₄N₇:Eu²⁺로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 사용할 수 있다. 이들 형광체는 약 490 내지 530nm의 범위에서 피크 방출 파장을 갖는 것으로 알려져 있다. 상기 형광체들 중에서 특히 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺가 바람직하다. 이는 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺가 340 내지 440 nm의 파장을 갖는 입사광에 대해 90%이상의 양자 효율을 갖고 있으며 가시광선에 대한 선택적인 흡수가 거의 없기 때문이다.

형광체Ⅰ(331) 및 형광체Ⅱ(332)로서, 상기한 형광체들뿐만 아니라 다른 형광체를 사용할 수도 있다. 예를 들어, UV 광원(1)으로서 UV LED 이외의 다른 광원을 사용하는 경우, 254nm 또는 147nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대한 높은 양자 효율을 갖는 형광체가 형광 램프 또는 플라즈마 디스플레이 적용을 위해 사용될 수 있다. 형광 램프에서의 수은 가스 방출은 254nm의 피크 방출 파장을 가지며, 플라즈마 디스플레이에서의 Xe 플라즈마 방전은 147nm의 피크 방출 파장을 가진다.

상기 형광체Ⅲ(333)는 UV 광원(1)의 방출광(2), 형광체Ⅰ(331)의 방출광(5) 및 형광체Ⅱ(332)의 방출광(7)에 응하여 580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 적색광을 방출하는 어떠한 형광체도 가능하다. 바람직하게는, 상기 형광체Ⅲ(333)는 350 내지 410nm의 UV LED의 방출광, 420 내지 480nm의 형광체Ⅰ(331)의 방출광, 490 내지 550nm의 형광체Ⅱ(332)의 방출광을 흡수하여 580 내지 620nm의 적색광을 방출할 수 있다.

예를 들어, 형광체Ⅲ(333)로는, Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃을 사용할 수 있다. 이 형광체는 UV 광원(1)의 방출광(2)과, 형광체Ⅰ(331)의 방출광(5)과, 형광체Ⅱ(332)의 방출광(7)에 의해 3중 여기될 수 있다. 이에 따라, 적색 형광체(형광체Ⅲ(333))의 양자 효율이 높아지고 전체적인 발광 효율, 휘도 및 연색 지수가 개선된다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태의 백색 발광 장치에 사용되는 형광체들 간의 에너지 전이를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 형광체Ⅰ은 400nm 정도의 자외선에 의해 여기되어 465nm 정도의 청색광을 방출한다. 또한, 형광체Ⅱ는 400nm 정도의 자외선에 의해 여기되어 530nm 정도의 녹색광을 방출한다. 형광체Ⅲ은 400nm 정도의 자외선뿐만 아니라 형광체Ⅰ의 방출광 일부 및 형광체Ⅱ의 방출광 일부도 흡수하여 613nm 정도의 적색광을 방출한다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 적색 형광체(형광체Ⅲ)의 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 5는 Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 5의 여기 스펙트럼에 나타난 바와 같이, Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃은 약 395 nm에서뿐만 아니라, 약 460nm 근방 및 530nm 근방에서도 피크 여기 파장을 갖는다. 따라서, Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃은 전술한 바와 같은 3중 여기가 가능한 적색 형광체(형광체Ⅲ)에 해당한다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 청색 형광체(형광체Ⅰ)의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 6a는 La_2.99Ce_0.01(SiS₄)₂I 및 Ce₃(SiS₄)₂X (X는 Cl, Br 또는 I)의 여기 스펙트럼을 나타내며, 도 6b는 그 발광 스펙트럼을 나타낸다. 이들 그래프에서 여기 스펙트럼의 발광파장은 500nm(청색 영역)이고, 발광 스펙트럼의 여기광 파장은 372nm(자외선 영역)이다. 도 6a 및 도 6b에 나타난 바와 같이, 그래프에 표시된 청색 형광체 물질들은 350 내지 410nm의 자외선에 의해 효과적으로 여기되어 420 내지 480nm의 청색광을 방출시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 녹색 형광체(형광체Ⅱ)의 여기 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히, 도 7a 및 7b는 각각 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺의 여기 스펙트럼 및 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에 나타난 바와 같이, Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺은 350 내지 410nm의 자외선에 의해 효과적으로 여기되어 480 내지 550nm의 녹색광을 방출시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 형광체Ⅰ(331), Ⅱ(332) 및 Ⅲ(333)은 각각 분리되어 배치되며, 자외선 LED(1) 상에 불연속적인 층 구조를 형성한다. 바람직하게는, 형광체Ⅰ(331)과 형광체Ⅱ(332)는 형광체 Ⅲ(233) 상에 있다. 즉, 형광체Ⅲ(333)의 층은 형광체Ⅰ(331)의 층과 형광체Ⅱ(332)의 층보다 더 UV LED에 더 가깝게 배치된다.

이렇게 함으로써, 형광체Ⅰ(331) 및 형광체Ⅱ(332)로부터 후방으로 방출된 빛(5, 7)은 형광체Ⅲ(333)에 의해 용이하게 흡수되어 적색광(8, 9)을 방출한다. 이에 따라, 형광체 Ⅲ(333)의 추가적인 방출광(8. 9)은 발광 장치의 전체 휘도를 더욱 높이고 연색 지수도 더욱 향상시키게 된다. 또한, 후방으로 방출되어 버려질 빛(5, 7)을 효과적으로 이용하게 된다. 이러한 층 구조의 형광체 배치는 각각의 형광체가 분산되어 있는 몰딩 수지의 층을 형성함으로써 용이하게 구현될 수 있다.

도 8는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 측단면도이다. 도 8를 참조하면, 백색 발광 장치(100)는 케이싱(101)의 오목부에 자외선 LED(104)가 배치되어 있다. 케이싱(101)에 설치된 단자 전극(103)은 본딩 와이어(105)를 통해서 LED(104)와 전기적으로 접속하게 된다. LED(104) 상에는 전술한 형광체Ⅲ이 분산되어 있는 제1 몰딩층(130), 형광체Ⅱ가 분산되어 있는 제2 몰딩층(120) 및 형광체Ⅰ가 분산되어 있는 제3 몰딩층(110)이 순차적으로 적층되어 있다. 여기서 제3 몰딩층(110)과 제2 몰디층(120)의 적층 순서는 바뀔 수 있다. 이러한 백색 발광 장치(100)에 의해, 적색 형광체(형광체Ⅲ)의 양자 수율, 전체 휘도 및 연색지수가 개선된 고품질의 백색광을 얻을 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자외선과 청색광과 녹색광에 의해 3중 여기되는 적색 형광체를 사용함으로, 적색 형광체의 양자 수율을 높이고 전체 휘도를 향상시키고 연색지수를 개선할 수 있다. 이에 따라, 고품질 고휘도의 백색 발광을 얻게 된다.

Claims (15)

1. 자외선을 방출하는 자외선 광원과;

   420 내지 480nm의 피크 방출 파장을 갖는 제1 형광체와;

   490 내지 550nm의 피크 방출 파장을 갖는 제2 형광체와;

   580 내지 620nm의 피크 방출 파장을 갖는 제3 형광체를 포함하고,

   상기 제1 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 청색광을 방출하고, 상기 제2 형광체는 상기 자외선에 의해 여기되어 녹색광을 방출하고, 상기 제3 형광체는 상기 자외선과 상기 제1 형광체의 방출광과 상기 제2 형광체의 방출광에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자외선 광원은 350 내지 410nm의 피크 방출 파장을 갖는 자외선 LED인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 자외선 광원은 수은 가스인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자외선 광원은 Ne, Ar 및 Xe으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제3 형광체는 350 내지 550nm의 파장 범위에서 피크 여기 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제3 형광체는 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제3 형광체는 350 내지 410nm의 범위, 420 내지 480nm의 범위 및 490 내지 550nm의 범위에서 각각 피크 여기 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1 형광체는 (Sr,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺, La_2.99Ce_0.01(SiS₄)₂I 및 Ce₃(SiS₄)₂X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제2 형광체는 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺, Ba_0.8Mg_1.93Al₁₆O₂₇:Eu_0.2 ²⁺Mn²⁺ 및 BaYSi₄N₇:Eu²⁺로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제3 형광체는 Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 제1 형광체는 (Sr, Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺, La_2.99Ce_0.01(SiS₄)₂I 및 Ce₃(SiS₄)₂X (X는 Cl, Br 또는 I)로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함하고,

    상기 제2 형광체는 Sr₂Si₃O₈2SrCl₂:Eu²⁺, Ba_0.8Mg_1.93Al₁₆O₂₇:Eu_0.2 ²⁺Mn²⁺ 및 BaYSi₄N₇:Eu²⁺로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 형광체를 포함하고,

    상기 제3 형광체는 Ca(Eu_0.5La_0.5)Si₃O₁₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 제1, 2 및 3 형광체는 각각 분리되어 있으며, 상기 자외선 광원 상에 불연속적인 층 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 형광체와 상기 제2 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 제1, 2 및 3 형광체는 몰딩 물질 내에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 UV 광원 상에 형성된 몰딩 물질을 더 포함하며,

    상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질에 분산되어 함유되어 있고,

    상기 제1, 2 및 3 형광체는 상기 몰딩 물질 내에서 층 형태로 배치되어 있 고, 상기 제1 형광체와 제2 형광체는 상기 제3 형광체 위에 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.

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