KR100649762B1

KR100649762B1 - 백색 발광 장치

Info

Publication number: KR100649762B1
Application number: KR1020050117206A
Authority: KR
Inventors: 미하일 나자로프; 윤철수; 세르게이 비루진스키
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-11-27
Anticipated expiration: 2025-12-02

Abstract

발광효율과 연색지수가 개선된 백색 발광 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 청색 LED와; 상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와; 상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와; 상기 몰딩 수지 내에 분산되어 상기 청색 LED로부터 나온 청색광을 반사하는 반사용 분말 매체를 포함한다.

발광 다이오드, LED, 백색 발광, 형광체

Description

백색 발광 장치{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}

도 1은 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

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

도 4는 반사용 분말 매체의 입자 크기에 따른 파워 밀도비(power density ratio)를 나타낸 그래프이다.

도 5는 반사용 분말 매체와 형광체 전체의 양에 대한 반사 분말 매체 양의 비에 따른 상대적 발광효율을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 백색 발광 장치 101: 케이싱

102: 청색 LED 103: 형광체

104: 반사용 분말 매체 105: 반사컵

106: 반사면

본 발명은 백색 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED와 파장 변환용 형광체를 구비하는 고효율 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 Diode", 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 장치는, 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 청색광을 녹색광으로 변환시키는 형광체와 결합함으로써, 백색광을 발생시킬 수 있다. 적절한 형광체는 약 420 내지 480nm의 범위에서 높은 여기 효율과 넓은 색도 영역(chromaticity zone)을 가져야 한다. 이에 사용되는 각각의 형광체는 전자기 스펙트럼의 소정 영역에서 에너지를 흡수하여 다른 영역의 방사 에너지를 방출한다. 통상, 방출되는 광자의 에너지는 흡수되는 광자의 에너지보다 낮다.

그러므로 청색광에 의해 여기되어 가시광 영역의 빛을 발함으로써 색온도 및 CRI 등의 조절가능한 특성을 갖는 백색 발광 장치를 설계하는 데에 용이하게 이용될 수 있는 형광체 조성물을 제공할 필요가 있다. 그러나 통상적으로는, 형광체 또는 형광체 혼합물의 양자 수율(quantum yield)은 충분하지 못하며, LED 장치 내의 광손실은 매우 높다. 따라서, 충분한 발광효율과 우수한 연색 지수를 갖는 백색 발광 소자를 구현하기가 어려운 실정이다.

도 1은 청색 LED를 사용한 종래의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 백색 발광 장치(10)는 반사컵(reflector cup; 15)이 형성된 케이싱(11)과 케이싱(11)에 실장된 청색 LED(12)를 포함한다. 반사컵(15)의 측면은 반사면(16)을 형성한다. 반사컵(15) 내에는 LED를(12)을 봉지(encapsulating)하는 몰딩 수지(17)가 형성되어 있고 이 몰딩 수지(17)에는 형광체, 예컨대, YAG계 황색 형광체(13)가 분산되어 있다. 청색 LED(12)에서 나온 청색광 중 일부와 황색 형광체(13)로부터 나온 황색광이 혼색되어 백색광을 출력하게 된다. 황색 형광체(13) 대신에 적색 형광체와 녹색 형광체의 혼합물을 사용할 수도 있다.

그러나, 이러한 종래의 백색 발광 장치에 따르면, 형광체(황색 형광체 또는 적색 형광체와 녹색 형광체의 혼합물)의 양자 수율이 충분하지 않고 발광 장치(10)에서의 광손실이 상당하다. 따라서, 백색 발광 장치로부터 충분한 발광효율과 우수한 연색지수를 얻기가 어렵다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 증대된 발광효율과 우수한 연색지수를 갖는 백색 발광 장치를 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 장치는, 청색 LED와; 상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와; 상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와; 상기 몰딩 수지 내에 분 산되어 상기 청색 LED로부터 나온 청색광을 반사하는 반사용 분말 매체(reflecting powder medium)를 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 1종 이상의 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체이다. 바람직하게는, 상기 녹색 형광체는 Sr_1-xA_xGa₂B₄:Eu²⁺로 이루어질 수 있으며, 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족한다. 또한 바람직하게는, 상기 적색 형광체는 Ca_1-ySr_yM:Eu²⁺,Z로 이루어질 수 있으며, 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 1종 이상의 할로겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족한다. 바람직하게는, 상기 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 범위에서 방출 피크(emission peak)를 가진다. 또한 바람직하게는 상기 적색 형광체는 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 가진다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 1종 이상의 형광체는 황색 형광체이다. 바람직하게는, 상기 황색 형광체는 YAG계 형광체 또는 TAG계 형광체이다. 바람직하게는, 상기 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 가진다.

바람직하게는, 상기 반사용 분말 매체는 MgO, BaSO₄, Al₂O₃, ZrO₂ 및 TiO₂로 구성된 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 재료로 이루어진다. 예를 들어, 상기 반사용 분말 매체는 사파이어(Al₂O₃)로 된 분말 매체일 수 있다. 바람직하게는, 상기 반사용 분말 매체의 입자 크기는 청색 LED에서 방출되는 청색광의 방출 피크에 해당하는 파장보다 더 크다. 바람직하게는, 상기 반사용 분말 매체의 입자 크기는 2 내지 4㎛이다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 몰딩 수지 내에 서로 혼합된 상태로 분산되어 있다. 특히, 상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 몰딩 수지 내에 균일하게 혼합될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 청색 LED 상에서 서로 분리되어 불연속적인 층 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 형광체는 상기 청색 LED 위에 배치되고 상기 반사용 분말 매체는 상기 형광체 위에 배치된다.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 백색 발광 장치는 반사컵을 갖는 케이싱을 더 포함하고, 상기 청색 LED는 상기 반사컵 내에 실장되어 있다. 상기 반사컵은 그 내측면에, 예컨대 프레스된 BaSO₄로 형성된 반사면을 가질 수 있다. 상기 반사컵은 상기 반사용 분말 매체와 동일한 분말로 형성된 반사면을 가질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 백색 발광 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 백색 발광 장치(100)는 케이싱(101)과 청색 LED(102)를 포함한다. 케이싱(100)에는 오목한 반사컵(105)이 형성되어 있고, 청색 LED(102)는 이 반사컵(105)의 바닥에 실장되어 있다. 반사컵(105)은 그 내측면에, 반사면(106)을 가진다. 또한, 반사컵(105) 내에는 LED(102)를 봉지하는 투광성 몰딩 수지(107)가 채워져 있다. 몰딩 수지(107)로는, 예컨대 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 청색 LED(102)에서 나오는 청색광은 420 내지 480nm의 범위에서 방출 피크(emission peak)를 가질 수 있으며, 특히 450 내지 470nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다.

상기 반사컵(105)의 반사면(106)은, 예컨대 프레스된 BaSO₄(pressed BaSO₄)로 형성될 수 있다. 특히, 상기 반사컵(105)은 상기 반사용 분말 매체(104)와 동일한 분말로 형성된 반사면(106)을 가질 수 있다. 반사면(106)은, 반사면(106)에 입 사된 청색광을 포함한 빛을 상방향으로 반사시킴으로써, 출력광의 휘도를 높이는 역할을 한다.

몰딩 수지(107)에는 파장 변환용 형광체(103)와 반사용 분말 매체(104)가 분산되어 있다. 실시형태에 따라서는, 형광체(103)와 반사용 분말 매체(104)는 몰딩 수지(107) 내에서 균일하게 혼합된 상태로 존재할 수 있다. 이 형광체(103)는 청색 LED(102)로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 다른 파장의 빛을 발한다. 이 형광체(103)는 녹색 형광체와 적색 형광체의 조합일 수 있다. 즉, 형광체(103)는 청색 LED(102)로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 녹색광 및 적색광을 발한다. 이러한 녹색광 및 적색광은 청색 LED(102)로부터 나온 청색광과 혼색되어 양질의 백색광을 출력하게 된다. 다른 실시형태로서, 형광체(103)는 황색 형광체일 수도 있다.

형광체(103)가 녹색 형광체 및 적색 형광체의 조합인 경우, 바람직하게는 상기 녹색 형광체로는 Sr_1-xA_xGa₂B₄:Eu²⁺를 사용할 수 있다. 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족한다. 예컨대, SrGa₂S₄:Eu²⁺로 된 녹색 형광체가 사용될 수 있다. 이러한 녹색 형광체 Sr_1-xA_xGa₂B₄:Eu²⁺는 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 높은 양자 효율을 갖고 있으며, 490 내지 550nm 범 위의 방출 피크를 가질 수 있다. 특히, SrGa₂S₄:Eu²⁺는 520 내지 550nm의 범위에서 방출 피크를 가지며, 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 85% 이상의 양자효율을 가지고 있다. 녹색 형광체 Sr_1-xA_xGa₂B₄:Eu²⁺는 고상 반응(solid state reaction)에 의해 합성될 수 있다.

녹색 형광체 SrGa₂S₄:Eu²⁺의 여기 스펙트럼은 350로부터 530nm 범위의 넓은 대역(band)으로 이루어져 있다. 450nm 파장의 여기광에 의한 SrGa₂S₄:Eu²⁺의 발광 스펙트럼은 530nm에서 최대 강도를 갖는 잘 알려진 Eu²⁺ 발광 특성을 보인다. 또한 방출 피크의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)은 약 50nm이다. 방출 대역(emission band)는 Eu²⁺ 이온의 4f⁶5d¹→4f⁷ 전이에 기인한다.

바람직하게는, 상기 적색 형광체로는 Ca_1-ySr_yM:Eu²⁺,Z를 사용할 수 있다. 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 원자 또는 이온 형태로 된 1종 이상의 할로겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족한다. 예컨대, Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^-로 된 적색 형광체가 사용될 수 있다. 이러한 적색 형광체 Ca_{1- y}Sr_yM:Eu²⁺,Z는 420 내지 480nm의 피크 파장을 갖는 입사광에 대해 상당한 양자 효율을 갖고 있으며, 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다.

적색 형광체 Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^-의 여기 스펙트럼은 2개의 넓은 대역, 즉 저에너지 대역(400-500nm)과 고에너지 대역(250-350nm)으로 이루어져 있다. 400-500nm 범위의 넓은 대역 흡수때문에, 적색 형광체 Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^-은 GaN계 LED 장치를 제조하는 데에 사용될 수 있다. 450nm 파장의 여기광에 의한 SrGa₂S₄:Eu²⁺의 발광 스펙트럼은 530nm에서 최대 강도를 갖는 잘 알려진 Eu²⁺ 발광 특성을 보인다. 또한 방출 피크의 반치폭은 약 50nm이고, 방출 대역은 Eu²⁺ 이온의 4f⁶5d¹→4f⁷ 전이에 기인한다. y의 증가에 따라 방출 대역은 더 짧은 파장으로 시프트된다. 이러한 방출 피크의 시프트는 결정장 강도(crystal field strength)의 변화에 의해 설명될 수 있다.

적색 형광체 Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^-는, 예를 들어 출발물질 Sr(NO₃)₂, Ca(NO₃)₂ㆍ4H₂O, SeO₂ 및 Eu₂O₃를 화합시킴으로써 마련될 수 있다. 주된 재료인 CaSe 및 SrSe는 각각 칼슘 셀레네이트(calcium selenate)와 스트론튬 셀레네이트(strontium selenate)로부터 마련될 수 있다. 적색 형광체 Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^-는, 다음과 같은 고온 고상 반응에 의해 합성될 수 있다. 즉, 화학양론적인 양의 대응 원료(수열 합성법에 의해 마련될 수 있는 CaSe, SrSe 및 EuF₃)를 마노 막자사발(agate mortar)에서 그라인딩(grinding)하여 완전히 혼합한다. 그 후, N₂와 H₂의 환원성 혼합 가스 분위기에서 약 1100℃의 온도에서 약 2시간 동안 가열한다. 상기 형광체에 염소가 포함됨으로써, 방출되는 적색광의 강도와 파장이 증가된다. 이 형광체에 포함된 Cl^-은 호스트 음이온인 Se^2-와 치환된다. 형광체 합성시 낮은 융점을 가진 소정의 염화물을 플럭스(flux)로 사용함으로써, Cl^- 음이온 불순물은 상기한 주된 재료와 결합될 수 있다. Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺내의 Cl^- 불순물은, Cl^- 불순물을 함유한, 예컨대 NH₄Cl 또는 BaCl₂ 플럭스를 이용한 형광체 합성 공정에서 비롯된다.

적색 형광체 Ca_1-ySr_ySe:Eu²⁺,Cl^- 이외에도, 예를 들어 적색 형광체 Ca_1-ySr_yTe:Eu²⁺,Br^-을 사용할 수도 있다. 적색 형광체 Ca_1-ySr_yTe:Eu²⁺,Br^-에서의 Te와 Br은 상기한 Ca₁ _- _ySr_ySe:Eu² ⁺,Cl^-에서의 Se와 Cl 성분을 대체한 것이다.

형광체(103)가 황색 형광체인 경우, 바람직하게는 상기 황색 형광체로는 YAG계 황색 형광체 또는 TAG계 황색 형광체를 사용할 수 있다. 예컨대, 세륨이 도핑된 YAG(YAG:Ce) 또는 세륨이 도핑된 TAG(TAG:Ce)가 사용될 수 있다. 이러한 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 가질 수 있다.

상기 반사용 분말 매체(104)는 청색 LED(102)로부터 나온 청색광의 일부를 반사시킨다. 반사용 분말 매체(104)에 의해 반사된 일부 청색광은 형광체(103)를 추가적으로 여기시킴으로써, 형광체(103)의 전체적인 양자 효율을 증대시키게 된다. 일 실시형태에서 형광체(103)가 녹색 형광체와 적색 형광체의 조합인 경우, 청색 LED(102)로부터 나온 청색광 중 일부는 반사용 분말 매체(104)에 의해 반사되어 녹색 및 적색 형광체를 추가적으로 여기시킨다. 이에 따라, 추가적 여기에 의해 녹색광 및 적색광이 추가적으로 발생하게 된다. 다른 실시형태로서 형광체(103)가 황색 형광체인 경우에도, 청색광의 일부는 상기 반사용 분말 매체(104)에 의해 반사되고, 그 반사된 청색광은 황색 형광체를 추가적으로 여기시킨다. 이와 같이 반사용 분말 매체(104)를 사용함으로써, 형광체(103)의 발광량은 더 커지게 된다. 이에 따라, 백색 발광 장치(100)의 전체적인 휘도는 증가하게 되고, 출력되는 백색광의 연색 지수는 더욱 개선된다.

본 발명에 따라 반사용 분말 매체, 적색 형광체 및 녹색 형광체를 사용할 경우, 청색, 녹색 및 적색광의 조합은 3000K와 6500K 사이의 색온도, 80을 넘는 연색 지수 및 10 내지 20 lu/w(lumens/watt)의 발광효율(device luminous efficiency)을 갖는 백색광을 출력할 수 있다.

바람직하게는, 반사용 분말 매체(104)는 MgO, BaSO₄, Al₂O₃, ZrO₂ 및 TiO₂로 구성된 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 재료로 이루어진다. 예를 들어, 상기 반사용 분말 매체는 사파이어(Al₂O₃) 재료를 사용하여 만들어질 수 있다. 그 밖에도 반사율이 높은 금속 또는 무기재료로 반사용 분말 매체(104)를 만들 수 있다. 청색 LED에서 방출되는 청색광을 충분히 반사시킬 수 있도록, 반사용 분말 매체의 입자 크기는 상기 청색광의 방출 피크에 해당하는 파장보다 더 큰 것이 바람직하다.

또한 반사용 분말 매체(104)의 굴절율(refractive index)은 주위 환경(즉, 몰딩 수지(107))의 굴절율보다 더 큰 것이 바람직하다. 반사용 분말 매체(104)의 굴절율을 더 크게 함으로써, 몰딩 수지(107) 내에서의 전반사(total internal relection) 가능성을 높일 수 있고 이에 따라 백색광의 휘도는 더 증가하기 때문이다.

도 3은, 본 발명의 실시형태에 따른 백색 발광 장치의 동작 원리를 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 청색 LED(102)로부터 나온 일부 청색광(2)은 녹색 형광체(G), 적색 형광체(R) 및 반사용 분말 매체(S)로 입사되고, 다른 일부 청색광 은 투광성 몰딩 수지를 투과하여 관찰자(9)로 입사된다. 청색광(2)은 육안(human eye)에 민감한 420 내지 480nm의 파장을 가질 수 있다. 청색광(2)을 흡수한 녹색 형광체(G)는 490 내지 550nm의 방출 피크를 갖는 녹색광(4)을 발한다. 또한, 청색광(2)을 흡수한 적색 형광체(R)는 580 내지 650nm의 방출 피크를 갖는 적색광(5)을 발한다.

반사용 분말 매체(S)는 청색광(2)을 반사시켜 녹색 형광체(G) 및 적색 형광체(R)를 추가적으로 여기시킨다. 이에 따라, 녹색 형광체(G) 및 적색 형광체(R)는 추가적인 녹색광(6) 및 적색광(7)을 각각 발하게 된다. 관찰자(9)는 녹색광(4, 6), 적색광(5, 7) 및 청색광(2)의 조합을 백색광(8)으로 감지하게 된다. 결국, 반사용 분말 매체(S)에 의한 청색광의 반사에 의해, 녹색 형광체(G) 및 적색 형광체(R)는 더 많은 발광량을 나타내게 된다.

도 3에서는 설명의 편의를 위해 녹색광(4, 6) 및 적색광(5, 7)이 서로 분리된 형광체 영역으로부터 발하는 것으로 도시하고 있다. 그러나, 녹색 형광체(G), 적색 형광체(R) 및 반사용 분말 매체(S)가 서로 혼합된 상태에서는, 상기 녹색광(4, 6) 및 적색광(5, 7)은 동일한 영역(형광체들(G, R)와 반사용 분말 매체(S)의 혼합물이 점유하는 영역)에서 발생하는 것으로 이해하여야 한다.

반사용 분말 매체(104)의 입자 크기에 따라 백색 발광 장치(100)의 발광 효 율이 달라질 수 있다. 반사용 분말 매체(104)의 입자 크기에 대한 최적 범위가 존재하는 데, 이것은 도 4의 그래프를 통해 알 수 있다. 도 4는 반사 매체의 입자 크기에 따른 파워 밀도비(power density ratio)를 나타낸 그래프이다. 여기서 파워 밀도비는 백색 발광 장치(100)의 발광 효율을 나타내는 것으로 이해할 수 있다. 도 4의 그래프를 얻기 위해, 서로 다른 재료(즉, 사파이어, ZrO₂, BaSO₄, MgO)로 이루어진 여러 가지 반사용 분말 매체와 몰딩 수지로서 실리콘 수지를 사용하였다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 대부분의 반사용 분말 매체에 대해, 입자 크기 2 내지 4㎛에서 가장 큰 파워 밀도비를 나타낸다. 따라서, 발광 효율을 극대화시키기 위해서, 2 내지 4㎛의 입자 크기를 갖는 반사용 분말 매체를 사용하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 백색 발광 장치(100)의 발광효율은 반사용 분말 매체(104)와 형광체(103)의 혼합비에 의해서도 영향을 받는다. 도 5는 반사용 분말 매체의 양과 형광체 양의 총합에 대한 반사용 분말 매체 양의 비(X)에 따른 상대적 발광효율(I_LED)을 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프의 가로축에 해당하는 변수 'X'는 X=s/(s+p)이며, 여기서 s는 반사용 분말 매체의 양을 나타내고, p는 형광체의 양을 나타낸다. 또한, 곡선 a는 BaSO₄ 반사용 분말 매체를 사용한 경우의 상대적 발광효율을 나타내고, 곡선 b는 MgO 반사용 분말 매체를 사용한 경우의 상대적 발광 효율을 나타내고, 곡선 c는 사파이어(Al₂O₃) 반사용 분말 매체를 사용한 경우의 상대적 발광효율을 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이 반사용 분말 매체와 형광체의 최적 혼합비가 존재하는데, 그 최적 혼합비는 백색 발광 장치의 형태뿐만 아니라 반사용 분말 매체의 반사율 및 흡수율에 의존한다. 반사용 분말 매체와 형광체의 최적 혼합비는, 반사용 분말 매체의 양이 형광체의 양의 50 내지 150%일 때(X가 0.33 내지 0.6일 때) 달성되는 것으로 여겨진다.

전술한 실시형태에서는, 형광체(103)와 반사용 분말 매체(104)가 서로 혼합된 상태로 존재한다. 그러나, 형광체와 반사용 분말 매체는 청색 LED 상에서 서로 분리되어 불연속적인 층 구조를 형성할 수도 있다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 형광체는 상기 청색 LED 위에 배치되고 상기 반사용 분말 매체는 상기 형광체 위에 배치된다. 이러한 순서로 형광체 층과 반사용 분말 매체 층을 배치함으로써, 반사용 분말 매체에 의해 반사된 청색광은 후방에 위치하는 형광체를 보다 더 용이하게 여기시킬 수 있게 된다. 또한 형광체가 녹색 형광체와 적색 형광체의 조합으로 이루어진 경우에는, 녹색 형광체, 적색 형광체 및 반사용 분말 매체는 각각 청색 LED 상에서 분리된 층들을 형성할 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, 형광체와 함께 반사용 분말 매체를 사용함으로써, 청색 LED를 구비한 백색 발광 장치의 발광효율과 휘도를 증대시키고, 연색지수를 더욱 개선하게 된다.

Claims

청색 LED와;

상기 청색 LED를 봉지하는 몰딩 수지와;

상기 청색 LED로부터 나온 청색광에 의해 여기되어 빛을 발하는 1종 이상의 형광체와;

상기 몰딩 수지 내에 분산되어 상기 청색 LED로부터 나온 청색광을 반사하는 반사용 분말 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치
제1항에 있어서,

상기 1종 이상의 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제2항에 있어서,

상기 녹색 형광체는 Sr_1-xA_xGa₂B₄:Eu²⁺로 이루어지고, 여기서 A는 Ba, Zn, Ca 및 Mg로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, B는 S, Se 및 Te로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고, x는 0≤x＜1을 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제2항에 있어서,

상기 적색 형광체는 Ca_1-ySr_yM:Eu²⁺,Z로 이루어지고, 여기서 M은 S, Se 및 Te로 이루어진 그룹에서 선택된 원소이고, Z는 1종 이상의 할로겐이고, 상기 y는 0≤y≤1을 만족하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제2항에 있어서,

상기 녹색 형광체는 490 내지 550nm의 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제2항에 있어서,

상기 적색 형광체는 590 내지 630nm의 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 1종 이상의 형광체는 황색 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제7항에 있어서,

상기 황색 형광체는 YAG계 형광체 또는 TAG계 형광체인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제7항에 있어서,

상기 황색 형광체는 560 내지 580nm의 범위에서 방출 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사용 분말 매체는 MgO, BaSO₄, Al₂O₃, ZrO₂ 및 TiO₂로 구성된 그룹으로부터 적어도 하나 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사용 분말 매체의 입자 크기는 청색 LED에서 방출되는 청색광의 방출 피크에 해당하는 파장보다 더 큰 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사용 분말 매체의 입자 크기는 2 내지 4㎛인 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 몰딩 수지 내에 서로 혼합된 상태로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제13항에 있어서,

상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 몰딩 수지 내에 균일하게 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

상기 형광체와 상기 반사용 분말 매체는 상기 청색 LED 상에서 서로 분리되어 불연속적인 층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제15항에 있어서,

상기 형광체는 상기 청색 LED 위에 배치되고 상기 반사용 분말 매체는 상기 형광체 위에 배치된 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제1항에 있어서,

반사컵을 갖는 케이싱을 더 포함하고,

상기 청색 LED는 상기 반사컵 내에 실장되어 있고, 상기 반사컵은 그 내측면에 형성된 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제17항에 있어서,

상기 반사면은 프레스된 BaSO₄로 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.
제17항에 있어서,

상기 반사컵은 상기 반사용 분말 매체와 동일한 분말로 형성된 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 백색 발광 장치.