K2SiF6:Mn4+ 형광체 기반 백색 LED의 발광특성 및 색재현성 연구

박지수,김승진,장문규,고재현 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.4

White-light emitting diodes (LEDs) based on K2SiF6:Mn4+ (KSF) red and Lu3Al5O12:Ce3+ (LuAG) green phosphors were fabricated and compared to the conventional yellow Y3Al5O12:Ce3+ (YAG) phosphor-based white LED. The emitting spectrum of the KSF-based white LED was measured as a function of the driving current and the temperature. The changes in the color coordinates of the KSF-based white LED over wide current and temperature ranges were less than 0.01, which are substantially smaller than those of the YAG-based white LEDs. This demonstrates that the thermal stability of the KSF- and the LuAG-based white LEDs is high compared to that of the conventional white LEDs. The color gamut of the KSF-based white LED is more than 92%, which is much higher than 74% of the YAG-based white LED. This result is mainly due to the sharper emission peaks of the KSF and the LuAG phosphors. 적색 K2SiF6:Mn4+ (KSF) 및 Lu3Al5O12:Ce3+ (LuAG) 형광체에 기반한 백색 LED를 제작한 후 이를가장 일반적인 황색 형광체인 Y3Al5O12:Ce3+ (YAG)에 기반한 백색 LED와 비교했다. KSF 기반 백색LED의 발광 스펙트럼을 구동 전류와 온도의 함수로 측정했다. 전류 및 온도 변화에 따른 KSF 기반 백색LED의 색좌표의 변화량은 0.01보다 더 작았고 이는 YAG 기반 백색 LED의 변화량에 비해 훨씬 적은양이었다. 이는 KSF 및 LuAG 기반 백색 LED의 열적 안정성이 매우 뛰어나다는 것을 의미한다. KSF 및LuAG 기반 백색 LED의 색재현성은 92%로써 YAG 기반 백색 LED의 74%에 비해 매우 높았다. 이러한결과는 KSF 및 LuAG 형광체의 상대적으로 날카로운 발광 피크에 기인한 것이다.

Study on CRI Improvement in CCT Tunable White Lights Composed of Warm and Cool White LEDs By Adding Red LED

Hyeong-Seob Jo,Uh-Chan Ryu 한국조명·전기설비학회 2017 조명·전기설비학회논문지 Vol.31 No.10

Recent studies have been performed regarding various methods of improving the colour rendering property of white LEDs. One of these methods is mixing the white and red LED spectra, but the specific combination results have been insufficient. Furthermore, CRI variations have not been represented during CCT changes in a white light composed of warm and cool white LEDs. In this paper, CRI variations in the CCT-tunable LED light in conjunction with a red LED will be presented according to the combination of the white and red LED spectra by simulation.

과채류 접목 시 균일한 접수와 대목 생산을 위한 백색 LED의 적용

황현승(Hyunseung Hwang),전창후(Changhoo Chun) (사)한국생물환경조절학회 2022 생물환경조절학회지 Vol.31 No.1

광질은 묘의 형태를 조절하는 중요한 환경 요인 중 하나이다. warm-white와 cool-white LED의 칩에 비율이 다른 bar type를 제작하여, 백색 LED의 광질에 따른 묘의 생육을 조사하고자 연구를 수행하였다. 오이, 토마토 및 수박의 접수와 대목의 종자를 파종하여, LED를 광원으로 하는 식물공장에서 재배하였다. 처리구는 W1C0(warm-white 단독), W1C1 (warmwhite: cool-white=1:1), W3C1 (warm-white:cool-white=3:1), W5C2 (warm-white:cool-white=5:2)이다. 모든 처리구에서 W1C1 처리구에서 재배한 묘목의 배축장이 가장 짧았으며, W1C0에서 재배된 묘목의 배축장이 가장 길었다. 수박 접수, 수박 대목, 그리고 토마토 대목의 배축장은 W1C1, W3C1, W5C2, W1C0 순이었으며, 이는 cool-white의 비율이 높은 순서와 같았다. 토마토 접수는 각각 W1C0과 W3C1에서 첫 번째와 두 번째로 배축이 길었고 W5C2와 W1C1에서 가장 짧았으며, 통계적 차이는 없었다. 경경은 토마토 접수, 토마토 대목 및 수박 대목을 제외하고는 큰 차이가 없었다. 토마토 접수, 토마토 대목 및 수박 대목의 줄기 직경은 W1C0에서 가장 굵었다. 오이, 수박의 접수와 대목의 지상부 생체중과 오이 접수의 지하부 생체중은 W1C1에서 가장 작았다. 본 연구를 통해 LED 광원의 다양한 비율은 묘목의 배축 신장에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. Uniform scions and rootstocks should be produced to ensure grafting success. Light quality is an important environmental factor that regulates seedling growth. The effects of warm- and cool-white light emitting diode (LED) ratios on seedling growth were investigated. Scions and rootstocks of cucumber, tomato, and watermelon were grown in a closed transplant production system using LED as the sole lighting source. The LED treatments were W1C0 (only warm-white), W1C1 (warm-white: cool-white = 1:1), W3C1 (warm-white: cool-white = 3:1), and W5C2 (warm-white: cool-white = 5:2). The seedlings grown in W1C1 had the shortest hypocotyls, and the seedlings grown in W1C0 had the longest hypocotyls among the three tested vegetables. The hypocotyls of watermelon scions, watermelon rootstocks, and tomato rootstocks were shortest in W1C1, followed by those in W3C1, W5C2, and W1C0, but there was no significant difference between W3C1 and W5C2, which remained the same as the ratio of cool-white LEDs increased. In addition, tomato scions had the first and second longest hypocotyls in W1C0 and W3C1, respectively, and the shortest hypocotyls in W5C2 and W1C1, along with W5C2 and W1C1, although the difference was not significant. The stem diameter was highest in W1C0 except for tomato seedlings and rootstocks of watermelon. The shoot fresh weight of scions and rootstocks of cucumber and watermelon and the root fresh weight of cucumber scions were lowest in W1C1. These results indicated that different ratios of LED lighting sources had a strong effect on the hypocotyl elongation of seedlings.

백색 LED와 RGB 멀티칩 LED 조명장치의 특성 분석

정병호(Byeong-Ho Jeong),김남오(Nam-Oh Kim),김덕구(Deog-Goo Kim),오금곤(Geum-Gon Oh),조금배(Geum-Bae Cho),이강연(Kang-Yoen Lee) 한국조명·전기설비학회 2009 조명·전기설비학회논문지 Vol.23 No.12

LED조명장치는 자동차분야, 항공, 디스플레이, 전송장치 그리고 특수조명등의 응용장치로의 활용이 증가하고 있다. 일반적으로 고출력 RGB 멀티칩 LED는 표시용이나 경관조명용 또는 감성조명용으로 적용되고 백색 LED는 표시용 조명에서 최근 들어 일반조명용으로 적용되고 있으며, 고출력 백색 LED의 출시와 광효율의 증가는 이를 더욱 가속화하고 있다. 본 논문에서는 백색 LED와 RGB 멀티칩 LED 조명장치를 동일한 사양으로 제작하여 물리적, 전기적, 광학적 조명특성을 분석하여 향후 LED조명시스템의 제작에 정량적 데이터를 제공하고자 한다. 이를 위해 LED의 주요한 물리적 특성인 방열특성에 대한 성능분석, 전기적 특성의 분석을 위한 전력 및 드라이브 효율에 대한 성능분석을 수행하였고 조명특성을 위한 연색성, 배광특성, 광효율을 측정하였다. 백색 LED와 RGB 멀티칩 LED 조명장치를 활용한 응용장치의 적용방법을 확립하고 나아가 다양한 조명시스템에 LED 조명장치를 적용하는데 참고가 되는 기초 데이터를 제시하고자 한다. LEDs are increasingly used for many applications including automotive, aviation, display, transportation and special lighting applications. Generally, the RGB multichip LED luminaire applied to signboard, emotional lighting system and display device and the white LED luminaire applied to general lighting system. white LED spectra for general lighting should be designed for high luminous efficacy as well as good color rendering. This paper describes characteristics of LED luminaire white LED and RGB multichip LED. Two type of LED luminaire prototype used experiment physical, electrical and optic test and performance analyzed. RGB multi-chip and phosphor-type white LED luminaire were analyzed by experiment on their color characteristics and luminous efficacy of radiation, distribution curve, and electrical characteristics. Research work is in progress to develop an improved performance for optic and electrical works well for two type of LED luminaires.

코팅형 백색 LED와 이격 형광체형 백색 LED의 분광특성의 전류의존성 연구

최민혁,이헌재,고재현 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.12

The conventional white LED (light-emitting diode) is composed of blue LED chips over which a phosphor coating has been formed. Because of the short distance between the LED chips and phosphor particles, the emission efficiency of the phosphors is usually decreased. In order to overcome this problem, the remote-phosphor structure, in which the distance between the chips and the phosphor particles was increased, was adopted in the LED design. The spectral and the color characteristics of conventional and remote-phosphor white LEDs were investigated and were compared as a function of the driving current. The remote-phosphor white LED was found to have advantages over the conventional white LED from the viewpoints of efficiency and color uniformity. This was attributed to the higher phosphor efficiency at high currents, as well as to the reduced absorption by the LED chips of the light emitted from the phosphors. 기존에 가장 많이 사용되는 백색 LED (Light Emitting Diodes, LED)의 경우 청색 LED칩 위에 형광체가 도포되는 방식으로 구성되어 있어 구동 전류나 온도와 같은 조건 변화에 따른 발광효율 및 색도변화가 심해지는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위한 방안으로 청색 LED 칩과 형광체 사이에 일정한 거리를 두는 이격 형광체 (Remote Phosphor) 구조의 백색 LED를 제작하여, 전류에 따른 분광 특성을 연구하였다. 구동 전류에 따른 휘도 및 색좌표의 변화를 비교한 결과 이격 형광체형 백색 LED가 기존의 백색 LED보다 발광효율 및 색도 균일성 측면에서 더 우수하다는 것을 알 수 있었다. 이는 구동전류의 증가에 따라 온도가 올라가는 청색 칩과 형광체 사이에 설정된 간격으로 인해 고전류에서 형광체의 효율 저하가 줄어들 뿐 아니라 형광체가 방출하는 황색 빛이 LED 칩에 의해 재흡수되는 비중을 줄이기 때문인 것으로 생각된다.

재생 형광체로 제조한 백색 LED의 손전등 시스템에의 적용

류장렬(Ryu, Jang-Ryeol) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.8

최근 백색 LED는 각종 조명등의 응용 시스템에 크게 사용되고 있다. 백색 LED 칩을 만들기 위하여 실리콘과 형광 체를 배합하여 청색 LED 칩 위에 도포하는 공정이 필요한데, 이때 배합의 오류, 실리콘의 상온 노출 시간의 경과, 청색 칩 특성의 변화 등의 원인으로 버려지는 형광체가 있어 이것이 원가 절감에 악영향을 미치고 있다. 본 연구에서는 버려지는 형광체의 재생공정을 통하여 제조된 LED와 정상형광체의 LED의 특성을 비교하고, 이들을 이용하여 실 응용 제품인 LED 손전등에 적용하여 그 특성의 동일함을 얻었다. 재생과 정상 형광체의 특성에서 광량 저하량 3.2[Cd]와 3.6[Cd], 색감 저하량 57[K]와 58[K]를 보였고, LED의 실제 응용제품에 적용한 결과 최대 백색파장 444.3[nm]와 449.8[nm]를 나타내어 재생형광 체의 LED가 정상의 것과 동일한 특성을 보여 원가절감에 큰 기여를 할 것으로 나타났다. White LEDs are expected to be applied widely as a lighting system. To make white LED chips, one requires a mixture with silicon and a phosphor coating on a LED blue chip. The process of preparing a mixture with silicon using phosphor involves the use of discarded phosphor in the chip process. Reducing the costs of chip production depends on many factors, such as the mixture errors, exposure over time of silicon, and changes in the characteristics of blue chip. This paper reports the characteristics of a white LED chip manufactured through a reproduction process of derelict phosphor. This method was applicable to a real LED flashlight. A derelict phosphor chip showed similar results to a normal white chip for the degradation of cd 3.2[Cd] and 3.6[Cd], color temperature, 57[K] and 58[K], and maximum white wavelength 444.3[nm] and 449.8[nm]. These results are expected to make ea great contribution to cost reduction.

황색 형광체의 종류에 따른 백색 LED 광원의 발광 특성 분석

최현우,고재현,Choi, Hyun-Woo,Ko, Jae-Hyeon 한국광학회 2013 한국광학회지 Vol.24 No.2

본 논문에서는 청색 LED 칩에 YAG:Ce와 $(Sr,Ba)_2SiO_4:Eu$ 등 두 종류의 황색 형광체를 적용해서 제작한 백색 LED의 발광특성을 비교, 분석하였다. 두 백색 LED의 발광 스펙트럼의 특성을 분석하기 위한 수학적 함수 형태로써 Asymmetric double sigmoidal 함수를 적용할 수 있음을 확인하였고 이를 통해 발광 스펙트럼을 구성하는 피크들의 중심파장, 폭, 비대칭성에 대한 정보를 정량적으로 구해서 비교하였다. 분석 결과 실리케이트계 형광체의 발광 스펙트럼 폭이 YAG 형광체에 비해 더 좁아 연색지수의 측면에서 불리한 반면 구동전류에 따른 색도 안정성의 측면에서는 더 유리하다는 것을 확인하였다. 두 백색 LED의 발광효율은 구동전류의 증가에 따라 단조감소하였는데, 실리케이트 형광체 기반 LED의 발광효율이 YAG형광체 기반 LED에 비해 약 10~12 lm/W 정도 작음을 확인하였다. In this paper, two white light emitting diodes(LEDs) were manufactured by using two kinds of yellow phosphor, YAG:Ce and $(Sr,Ba)_2SiO_4:Eu$, and their spectroscopic properties were compared and analyzed. We found that the asymmetric double sigmoidal function can be applied to both white LEDs to obtain the center wavelength, the half width, and the skewness parameters. According to this analysis, the half width of the emitting spectrum of silicate phosphor was smaller than that of YAG phosphor, indicating smaller color rendering index. However, the silicate phosphor exhibited better color stability depending on the driving current than the YAG phosphor. The current dependence of the luminous efficacy of both white LEDs was investigated, which showed that efficacy decreased monotonically with current. The efficacy of the silicate-based white LED was lower than that of the YAG-based LED by about 10~12 lm/W.

Characteristics of a Non-Phosphor White LED Grown by Using Mixed-Source HVPE

H. S. Jeon,S. L. Hwang,C. H. Lee,I. H. Heo,S. H. Hong,E. J. Kim,Y. H. Han,K. H. Kim,H. Ha,M. Yang,김석환,J. H. Lee,S. K. Shee,안형수 한국물리학회 2009 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.54 No.3

The growth of an AlGaN-based non-phosphor white light emitting diode (LED) on a templated n-GaN (0001) sapphire substrate is performed by using mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) with a multi-sliding boat. The DH (doublehetero) structure is grown by using a selective area growth (SAG) method. The non-phosphor white LED structure consists of a Te-doped AlGaN cladding layer, an AlGaN active layer, a Mg-doped AlGaN cladding layer and a Mg-doped GaN capping layer. The gas flow rates of HCl and NH3 are maintained at 20 sccm and 800 sccm, respectively. The growth temperatures of the source zone and the growth zone are 900℃ and 1090℃, respectively. The electroluminescence (EL) main peak of the AlGaN-based white LED is observed at 400 nm and minor peaks are emitted in a broad spectrum from 450 nm to 600 nm. A combination of blue and broadband yellow peaks creates a white light. The non-phosphor white LED has a measured color rendering index (CRI) from 76 to 87. These results show mixed-source HVPE with a multi-sliding boat can be used to fabricate a non-phosphor white LED. Additionally, optical module measurements and X-ray diffraction (XRD) verified the optical and the crystal quality of the white LED.

고해상도 천연색 LED 디스플레이 시스템을 위한 흰색 보정프로세서의 설계

이종하(Jong-Ha Lee),고덕영(Duck-Young Ko) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌 IE (Industry electronics) Vol.46 No.3

본 논문은 LED 디스플레이 시스템에서 균일하고 부드러운 영상표출을 위하여 각각의 Red, Green, Blue LED의 휘도를 조절하여 흰색보정을 유지할 수 있는 프로세서를 설계하였다. 이 프로세서는 일반적인 LED소자의 특성곡선을 근거로 “a”를 고유특성 값, “b”를 사용시간에 따른 휘도보정 값, “X”를 구동전류 값, “Y”를 휘도 값이라 할 때, “ Υ=aΧ+b” 로 설정되는 휘도 특성함수에 의하여 각 픽셀의 휘도에 따른 구동 전류 값을 산출하여 휘도를 보정하고, 또한 장시간 사용 시 LED소자의 휘도 저하 문제를 해결하기 위하여 ”b“값을 조절하여 LED 디스플레이 시스템의 전체 평균 휘도 값을 상향시킬 수 있도록 구현하였다. In this paper, we developed white balance correction processor for Full Color LED Display System which could be display uniformity color and soft light by adjusting brightness of red, green, blue pixel, individually. This processor correct brightness by calculating operating current of each pixel(red, green, blue LED) on the basis of characteristic curve of LED device when we named “a” as a specific characteristic value, “b” as a brightness correction value according to using time, “X” as a operating current value, and “Y” as brightness value. As the results, we solved the reduction problem of brightness for long used LED devices, according to increase entire mean of brightness value by adjusting “b” value from the brightness characteristic function.

백색 LED용 Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ 형광체 크기 효과 및 광 시뮬레이션

이성훈,강태욱,김종수,Lee, Sung Hoon,Kang, Tae Wook,Kim, Jong Su 한국반도체디스플레이기술학회 2019 반도체디스플레이기술학회지 Vol.18 No.1

In this study, we synthesized two $Y_3Al_5O_{12}:Ce^{3+}$ phosphors ($7{\mu}m$-sized and $2{\mu}m$-sized YAG) with different sizes by controlling particles sizes of starting materials of the phosphors for white LED. In the smaller one ($2{\mu}m$-sized YAG), its photoluminescence intensity in the reflective mode was 63 % that of the bigger one ($7{\mu}m$-sized YAG); the quantum efficiencies were 93 % and 70 % for the smaller and the bigger ones. Two kinds of white LED packages with the same color coordinates were fabricated with a blue package (chip size $53{\times}30$) and two phosphors. The luminous flux of the white LED package with the smaller YAG phosphor was 92 % of that with the bigger one, indicating that the quantum efficiency of phosphor dispersed inside LED package was higher than that of the pure powder. It was consistently confirmed by the optical simulation (LightTools 6.3). It is notable according to the optical simulation that the white LED with the smaller phosphor showed 24 % higher luminous efficiency. If the smaller one had the same quantum efficiency as the bigger one (~93 %). Therefore, it can be suggested that the higher luminous efficiency of white LED can be possible by reducing the particle size of the phosphor along with maintaining its similar quantum efficiency.