KR20130027653A - Ｌｅｄ 백색 광원모듈 - Google Patents
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Abstract
실시예는 백색 광원 모듈에 있어서, 기판, 상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제1 백색 발광장치, 및 상기 기판 위에 형성되고 상기 제1 백색 발광장치 주위에 배치되는 하나 이상의 제2 백색 발광장치를 포함하되, 상기 제1 백색 발광장치는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩을 포함하며, 상기 제2 백색 발광장치는 파장이 470~490 nm인 제2 청색 LED 칩과,상기 제2 청색 LED 칩 주위에 배치되고, 상기 제2 청색 LED 칩에 의해 여기되어 황색광을 발하는 황색 형광체를 포함하고 있다.
Description
본 발명의 실시예는 LED 백색 광원 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이미 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
특히, 조명 장치 광원으로서 백색 LED 발광 장치의 사용이 증가하고 있는데, 청색 LED 칩과 황색 및 적색 형광체의 조합을 사용한 장치가 사용되고 있다. 청색 LED 칩으로부터 나온 청색광의 일부는 황색 형광체 및 적색 형과체를 여기하여 형광체로부터 발생되는 황색 및 적색광과 LED 로부터 발생되는 청색광이 혼색되어 연색성이 좋은 백색광을 발하게 된다.
그러나, 이러한 황색 및 적색 형광체를 사용한 백색 LED 발광장치는, 전체 휘도가 낮고 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 연색성이 좋으면서도 효율이 개선된 LED 백색 광원 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예는 높은 색재현성과 우수한 색균일성을 가진 백색 광원 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 백색 광원 모듈은 기판, 상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제1 백색 발광장치, 및 상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제2 백색 발광장치를 포함하되, 상기 제1 백색 발광장치는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩을 포함하며, 상기 제2 백색 발광장치는 파장이 470~490 nm인 제2 청색 LED 칩과, 상기 제2 청색 LED 칩으로부터 방사되는 빛이 통과하는 주위에 배치되는 황색 형광체를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 백색 광원 모듈은 기판, 상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제1 백색 발광장치, 및 상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제2 백색 발광장치를 포함하되, 상기 제1 백색 발광장치는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩을 포함하며, 상기 제2 백색 발광장치는 파장이 470~490 nm인 제2 청색 LED 칩과, 상기 제2 청색 LED 칩으로부터 방사되는 빛이 통과하는 주위에 배치되는 적색 형광체 및 녹색 형광체를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 백색 광원 모듈은 파장별 풀 스펙트럼을 구현하여 고연색성의 백색광을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 LED 백색 광원은 LED 고색재현성의 백색광을 얻을 수 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 종래의 백색 발광장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 백색 발광장치의 백색광 각각에 대한 파장별 발광도를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 제1 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6 및 도 7은 제2 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 제3 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 제4 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 백색 발광장치의 백색광 각각에 대한 파장별 발광도를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 제1 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6 및 도 7은 제2 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 제3 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 제4 실시예에 따른 백색 발광장치 및 백색 광원 모듈을 나타내는 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)" 으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 종래의 백색 발광장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1(a)의 백색 발광장치는 청색(B) LED 칩, 녹색(G) LED 칩 및 적색(R) LED 칩을 포함한다. 상기 청색(B) LED 칩, 녹색(G) LED 칩 및 적색(R) LED 칩은, 각각 청색광, 녹색광 및 적색광을 발하며, 이 세 빛은 혼색되어 백색광을 출력한다.
도 1(b)의 백색 발광장치는 청색 LED 칩과 황색(Y) 형광체를 포함한다. 상기 황색(Y) 형광체는 청색 LED 칩을 여기광원으로 사용하여 청색 LED 칩으로부터 방출된 청색광을 여기하여 백색광을 출력한다.
상기 도 1(a) 및 도 1(b)의 백색 발광장치는 모두 백색광을 출력한다.
도 2 및 도 3은 각각 상기 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 백색 발광장치 각각의 파장별 발광도를 나타낸 그래프이다.
도 1(a) 및 도 2를 참조하면, 청색(B) LED 칩, 녹색(G) LED 칩 및 적색(R) LED 칩을 포함하는 백색 발광장치의 파장별 발광도를 알 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 청색(B) LED 칩은 파장이 약 450~460 nm에서 발광도가 최대이며, 녹색(G) LED 칩은 파장이 약 510~530 nm, 적색(R)LED 칩은 파장이 약 625~635 nm에서 발광도가 최대임을 알 수 있다.
이러한, R, G, B LED를 이용한 백색 LED를 구현하는 멀티칩 솔루션(Multichip Solution)은 R, G, B의 구성비율에 따라서, 여러가지 색을 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 붉은 점선으로 표시된 부분의 파장에 해당하는 빛을 내지 못한다. 따라서, R, G, B LED를 이용한 백색 LED는 파장이 약 470~490 nm, 540~620 nm인 부분의 스펙트럼이 부족하기 때문에 백색 LED의 연색성이 좋지 않다.
도 1(b) 및 도 3을 참조하면, 청색(B) LED 칩과 황색(Y) 형광체를 포함하는 백색 발광장치의 파장별 발광도를 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 청색(B) LED 칩과 황색(Y) 형광를 포함하는 백색 발광장치는 450 nm 파장에서 높은 발광도를 나타내며, 약 480~500 nm 파장에서 낮은 발광도를 나타낸다. 백색 발광장치는 파장이 500~680 nm까지는 상당한 발광도를 나타내고 있어, 500 nm이상의 파장의 빛은 연색성을 재현하는데 문제가 없다.
이러한 백색 발광장치들로 구성된 발광 모듈이나 조명 장치는 전술한 바와 같이, 연색성이 우수한 풀 스펙트럼(Full Spectrun)을 구성하기가 어렵다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 본 발명의 제 1실시예는 도 1(a)에 도시된 백색 발광장치와 도 1(b)에 도시된 백색 발광장치를 이용하여 풀 스펙트럼을 구현한다.
이하에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 광원 모듈을 설명한다.
제1 실시예
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광장치 및 이를 포함하는 백색 광원 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4을 참조하면, 본 발명에 제1 실시예에 따른 백색 광원 모듈(500)은 PCB 등의 회로 기판(1)과 그 위에 배치된 제1 백색 발광장치(100)와 제2 백색 발광장치(150)를 포함한다. 물론, 이러한 백색 발광장치를 이용하여 백색 광원 모듈이나 조명 장치를 구성하기 위해서는 이러한 백색 발광장치를 복수로 포함할 수 있다.
제1 백색 발광장치(100)는 청색(B) LED 칩(103), 녹색(G) LED 칩(105) 및 적색(R) LED 칩(107)을 포함하며, 제2 백색 발광장치(150)는 청색 LED 칩(113)과 황색(Y) 형광체(114), 및 수지 포장부(120)를 포함한다. 수지 포장부(120)는 일종의 렌즈 역할을 하는 반구형상으로 형성될 수 있으며, 예컨대 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 하이브리드 수지 등으로 만들어질 수 있다. 이처럼 칩 온 보드(chip on board)형식으로 LED 칩을 회로 기판(1)상에 직접 실장함으로써, 각 백색 발광장치(100, 150)는 보다 큰 지향각을 얻을 수 있다.
회로 기판(1) 상에는 전극 패턴 또는 회로 패턴(미도시)이 형성되어 있고, 이 회로 패턴은 예컨대 와이어 본딩이나 플립 칩 본딩 등에 의해 LED 칩의 전극과 연결될 수 있다. 이러한 백색 광원 모듈(500)은 복수 개의 백색 발광장치(100, 150)을 구비함으로써 원하는 면적의 면광원 또는 선광원을 형성하여, 조명장치나 백라이트 유닛 등으로 이용될 수 있다.
제1 백색 발광장치(100)는 청색(B) LED 칩(103), 녹색(G) LED 칩(105), 적색(R) LED 칩(107)을 사용하고 있으며, 청색 LED 칩에 형광체를 사용하여 백색 발광장치를 구성하지 않는다. 이는 직접 청색(B) LED 칩(103), 녹색(G) LED 칩(105), 적색(R) LED 칩(107)을 사용하여 백색 발광장치를 구성하는 경우에, 각각의 LED의 밝기를 조절함으로써 다양한 색변화를 나타낼 수 있기 때문이다.
제2 백색 발광장치(150)는 청색(B) LED 칩(113)을 수지 포장부(120)가 봉지하고 있으며, 상기 수지 포장부(120)는 황색(Y) 형광체(114)를 함유하고 있다. 청색(B) LED 칩(113)의 청색광은 황색(Y) 형광체가 여기시켜 백색광을 만들어낸다. 제2 백색 발광장치(150)는 높은 연색성을 위하여 풀 스펙트럼을 구현한다. 이를 위해, 제2 백색 발광장치(150)의 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장(peak wavelength)을 종래의450 nm에서 470~490 nm로 변경한다. 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장을 470~490 nm으로 변경함으로써, 도 3에 도시된 부분인 470~490 nm 파장의 스펙트럼을 커버할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 황색(Y) 형광체(114) 대신 녹색(G) 형광체(115), 적색(R) 형광체(117)를 사용한 백색 광원 모듈(510)을 도시한다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 제2 백색 발광장치(150)의 황색(Y) 형광체(114)는 YAG계 TAG계, 오소실리케이트계, 실리게이트계, 질화물계 또는 산화질화물계 중 적어도 하나의 입자상 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 백색 발광장치(150)의 형광체는 녹색(G) 형광체(115), 적색(R) 형광체(117)로 이루어질 수 있다. 상기 제2 백색 발광장치(150)의 녹색(G) 형광체(115) 및 적색(R) 형광체(117)은, 청색(B) LED 칩(113)에 의해 여기되어 각각 녹색광 및 적색광을 발하며, 이 녹색광 및 적색광은 청색(B) LED 칩(113)으로부터 방출된 일부 청색광과 혼색되어 백색광을 출력한다. 특히, 고색재현성을 얻기 위해 Ca2Si5N8:Eu 등의 다른 질화물계 형광체나 (Ca,Sr)S:Eu 등의 황화물계 형광체가 적색 형광체(107)로 사용될 수도 있다. 녹색 형광체(105)로는, A2SiO4:Eu (A는 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택된 적어도 하나)를 포함하는 실리케이트계 형광체(예컨대, (Ba,Sr)2SiO4:Eu)를 사용할 수 있다. 그 외에도, SrGa2S4:Eu 또는 β-SiAlON(Beta-SiAlON)을 녹색 형광체(105)로 사용할 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 추가적인 청록색(cyan) LED 칩을 추가하지 않고, 풀 스펙트럼을 구현할 수 있다. 또한, 제1 백색 발광장치(100)의 청색(B) LED 칩(103)의 최대 파장(peak wavelength)을 470~480 nm으로 변경시에 색재현 범위가 줄어드는 것을 방지할 수도 있다.
다음으로 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
제2 실시예
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 백색 발광장치 및 이를 포함하는 백색 광원 모듈(520)을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 광원 모듈(520)은 PCB 등의 회로 기판(1)과 그 위에 배치된 제1 백색 발광장치(100)와 제2 백색 발광장치(250)를 포함한다. 물론, 이러한 백색 발광장치를 이용하여 백색 광원 모듈이나 조명 장치를 구성하기 위해서는 이러한 백색 발광장치를 복수로 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 백색 발광장치(100)는 청색(B) LED 칩(103), 녹색(G) LED 칩(105) 및 적색(R) LED 칩(107)을 포함하며, 제2 백색 발광장치(250)는 청색 LED 칩(113)과 황색(Y) 형광체(214), 및 수지 포장부(230)를 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에서는 수지 포장부(230)는 투명한 반구 형상으로 제공된다. 수지 포장부(230)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 하이브리드 수지 등으로 만들어질 수 있다. 또한, 제1 실시예와 동일하게 칩 온 보드(chip on board)형식으로 LED 칩을 회로 기판(1)상에 직접 실장함으로써, 각 백색 발광장치(100, 250)는 보다 큰 지향각을 얻을 수 있다.
회로 기판(1) 상에는 전극 패턴 또는 회로 패턴(미도시)이 형성되어 있고, 이 회로 패턴은 예컨대 와이어 본딩이나 플립 칩 본딩 등에 의해 LED 칩의 전극과 연결될 수 있다. 이러한 백색 광원 모듈(520)은 복수 개의 백색 발광장치(100, 250)을 구비함으로써 원하는 면적의 면광원 또는 선광원을 형성하여, 조명장치나 백라이트 유닛 등으로 이용될 수 있다.
제1 백색 발광장치(100)는 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 생략한다.
제2 백색 발광장치(250)는 청색(B) LED 칩(113)을 황색(Y) 형광체막(214)이 LED 칩(113) 상에 도포되고, 그 위에 반구 형상의 투명 수지 포장부(230)가 형성되어 있다. 투명 수지 포장부(230) 상에는 다시 황색(Y) 형광체를 포함한 황색(Y) 형광체막(214)이 수지 포장부(230)의 표면 상에 도포되어 있다.
청색(B) LED 칩(113)의 청색광은 황색(Y) 형광체가 여기시켜 백색광을 만들어낸다. 제2 백색 발광장치(250)는 높은 연색성을 위하여 풀 스펙트럼을 구현한다. 이를 위해, 제2 백색 발광장치(250)의 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장(peak wavelength)을 종래의450 nm에서 470~490 nm로 변경한다. 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장을 470~490 nm으로 변경함으로써, 도 3에 도시된 부분인 470~490 nm 파장의 스펙트럼을 커버할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 황색(Y) 형광체(214) 대신 녹색(G) 형광체(215), 적색(R) 형광체(217)를 사용한 백색 광원 모듈(530)을 도시한다.
도 6 및 도 7를 참조하면, 제2 백색 발광장치(250)의 황색(Y) 형광체(214)는 YAG계 TAG계, 오소실리케이트계, 실리게이트계, 질화물계 또는 산화질화물계 중 적어도 하나의 입자상 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 백색 발광장치(250)의 청색(B) LED 칩(113)상에 도포되는 형광체는 녹색(G) 형광체(215)이며, 수지 포장부(230) 상에 도포되는 형광체는 적색(R) 형광체(217)로 이루어질 수 있다. 또한, 이와 반대로 제2 백색 발광장치(250)의 청색(B) LED 칩(113)상에 도포되는 형광체가 적색(R) 형광체(217)이며, 수지 포장부(230) 상에 도포되는 형광체는 녹색(G) 형광체(215)로 이루어질 수 있다.
녹색 형광체막(215)와 적색 형광체막(217)은 각각의 형광체 입자를 함유한 수지막으로 만들어질 수 있다. 형광체막(215, 217)내에 함유된 각 형광체로서, 전술한 질화물계, 황화물계, 실리케이트계 또는 산화질화물계의 형광체를 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 녹색(또는 적색) 형광체막(215 또는 217), 투명 수지 포장부(230) 및 적색(또는 녹색) 형광체막(217 또는 215)의 구성을 구비함으로써, 출력되는 백색광의 색균일성을 보다 더 향상시킬 수 있다. 수지 포장부 내에 녹색 및 적색 형광체(분말 혼합물)를 단순히 분산시킬 경우, 수지 경화과정에서 형광체 간의 비중 차이로 인해 형광체가 균일하게 분포하지 못하고 층분리가 발생할 염려가 있고, 이로 인해 단일 백색 발광장치 내에서 색균일성이 낮아질 가능성이 있다. 그러나, 도 7의 실시형태와 같이, 수지 포장부(230)에 의해 분리된 녹색 형광체막(215)과 적색 형광체막(217)을 사용할 경우, 청색 LED 칩(113)으로부터 다양한 각도로 방출된 청색광은 형광체막(215, 217)을 통해 비교적 균일하게 흡수 또는 투과하기 때문에, 전체적으로 보다 더 균일한 백색광을 얻을 수 있게 된다.
또한 도 7와 같이 투명 수지 포장부(230)에 의해 서로 분리된 형광체막(215, 217)을 사용할 경우, 형광체로 인한 광손실을 낮출 수 있다. 형광체 분말 혼합물이 수지 포장부 내에 분산 혼입되어 있을 경우, 이미 형광체에 의해 파장 변환된 2차광(녹색광 또는 적색광)이 광경로 상에 있는 형광체 입자에 의해 산란되어 광손실이 발생할 염려가 있다. 그러나, 도 7의 실시형태에서는, 얇은 녹색 또는 적색 형광체막(215 또는 217)에 의해 변환된 2차광은 투명 수지 포장부(230)를 투과하거나 발광장치(251) 외측으로 방출되기 때문에, 형광체 입자에 의한 광손실이 감소된다.
도 6 및 도 7의 실시형태에서도, 제2 백색 발광장치(250)의 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장(peak wavelength)를 470~490 nm로 변경함으로써, 색재현성이 높은 풀 스펙트럼을 구현할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다.
제3 실시예
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 발광장치 및 이를 포함하는 백색 광원 모듈(540)을 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 회로 기판(1) 상에, 반사컵을 갖는 패키지 본체(310)가 탑재되어 있다.
도 8의 제1 백색 발광장치(300)는 청색(B) LED 칩(103), 녹색(G) LED 칩(105), 적색(R) LED 칩(107)이 패키지 본체(301)의 반사컵 바닥부에 실장되어 있다. 한편, 제2 백색 발광장치(350)는 청색(B) LED 칩(113)은 패키지 본체(302)의 반사컵 바닥부에 실장되어 있고, 황색(Y) 형광체(114)가 분산 혼입된 수지 포장부(330)가 LED 칩(113)을 봉지하고 있다. 원하는 면적의 면광원 또는 선광원을 얻기 위해, 복수개의 백색 발광장치, 즉 복수개의 LED 패키지가 기판(1) 상에 배열될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서, 황색(Y) 형광체(114) 대신 녹색(G) 형광체(115), 적색(R) 형광체(117)를 사용한 백색 광원 모듈(550)을 도시한다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 제2 백색 발광장치(350)의 황색(Y) 형광체(114)는 YAG계 TAG계, 오소실리케이트계, 실리게이트계, 질화물계 또는 산화질화물계 중 적어도 하나의 입자상 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 백색 발광장치(350)의 형광체는 녹색(G) 형광체(115), 적색(R) 형광체(117)로 이루어질 수 있다. 상기 제2 백색 발광장치(150)의 녹색(G) 형광체(115) 및 적색(R) 형광체(117)은, 청색(B) LED 칩(113)에 의해 여기되어 각각 녹색광 및 적색광을 발하며, 이 녹색광 및 적색광은 청색(B) LED 칩(113)으로부터 방출된 일부 청색광과 혼색되어 백색광을 출력한다. 특히, 고색재현성을 얻기 위해 Ca2Si5N8:Eu 등의 다른 질화물계 형광체나 (Ca,Sr)S:Eu 등의 황화물계 형광체가 적색 형광체(117)로 사용될 수도 있다. 녹색 형광체(115)로는, A2SiO4:Eu (A는 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택된 적어도 하나)를 포함하는 실리케이트계 형광체(예컨대, (Ba,Sr)2SiO4:Eu)를 사용할 수 있다. 그 외에도, SrGa2S4:Eu 또는 β-SiAlON(Beta-SiAlON)을 녹색 형광체(115)로 사용할 수 있다.
이러한 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 추가적인 청록색(cyan) LED 칩을 추가하지 않고, 풀 스펙트럼을 구현할 수 있다. 또한, 제1 백색 발광장치(300)의 청색(B) LED 칩(103)의 최대 파장(peak wavelength)을 470~480 nm으로 변경시에 색재현 범위가 줄어드는 것을 방지할 수도 있다.
다음으로 제4 실시예를 설명한다.
제4 실시예
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 백색 발광장치 및 이를 포함하는 백색 광원 모듈(560)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 10를 참조하면, 제1 백색 발광장치(300)은 제3 실시예와 동일하고, 제2 백색 발광장치(450)는, 반사컵을 갖는 패키지 본체(401)와, 반사컵 내에 실장된 청색 LED 칩(113)을 포함한다.
그러나, 본 발명의 실시형태에서는, 제2 백색 발광장치(250)는 패키지 본체(401)의 내부에 청색(B) LED 칩(113)이 실장되며 황색(Y) 형광체막(414)이 LED 칩(113) 상에 도포되고, 그 위에 투명 수지 포장부(430)가 형성되어 있다. 투명 수지 포장부(430)의 표면 상에는 다시 황색(Y) 형광체를 포함한 황색(Y) 형광체막(414)이 수지 포장부(430)의 표면 상에 도포되어 있다.
청색(B) LED 칩(113)의 청색광은 황색(Y) 형광체가 여기시켜 백색광을 만들어낸다. 제2 백색 발광장치(450)는 높은 연색성을 위하여 풀 스펙트럼을 구현한다. 이를 위해, 제2 백색 발광장치(450)의 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장(peak wavelength)을 종래의450 nm에서 470~490 nm로 변경한다. 청색(B) LED 칩(113)의 최대 파장을 470~490 nm으로 변경함으로써, 도 3에 도시된 부분인 470~490 nm 파장의 스펙트럼을 커버할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 있어서, 황색(Y) 형광체(414) 대신 녹색(G) 형광체(415), 적색(R) 형광체(417)를 사용한 백색 광원 모듈(570)을 도시한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 백색 발광장치(450)의 황색(Y) 형광체(214)는 YAG계 TAG계, 오소실리케이트계, 실리게이트계, 질화물계 또는 산화질화물계 중 적어도 하나의 입자상 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 백색 발광장치(450)의 청색(B) LED 칩(113)상에 도포되는 형광체는 녹색(G) 형광체(415)이며, 수지 포장부(430)의 표면 상에 도포되는 형광체는 적색(R) 형광체(417)로 이루어질 수 있다. 또한, 이와 반대로 제2 백색 발광장치(450)의 청색(B) LED 칩(113)상에 도포되는 형광체가 적색(R) 형광체(417)이며, 수지 포장부(430)의 표면 상에 도포되는 형광체는 녹색(G) 형광체(215)로 이루어질 수 있다.
녹색 형광체막(415)와 적색 형광체막(417)은 각각의 형광체 입자를 함유한 수지막으로 만들어질 수 있다. 형광체막(415, 417)내에 함유된 각 형광체로서, 전술한 질화물계, 황화물계, 실리케이트계 또는 산화질화물계의 형광체를 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 녹색(또는 적색) 형광체막(415 또는 417), 투명 수지 포장부(430) 및 적색(또는 녹색) 형광체막(417 또는 415)의 구성을 구비함으로써, 출력되는 백색광의 색균일성을 보다 더 향상시킬 수 있다. 수지 포장부 내에 녹색 및 적색 형광체(분말 혼합물)를 단순히 분산시킬 경우, 수지 경화과정에서 형광체 간의 비중 차이로 인해 형광체가 균일하게 분포하지 못하고 층분리가 발생할 염려가 있고, 이로 인해 단일 백색 발광장치 내에서 색균일성이 낮아질 가능성이 있다. 그러나, 도 11의 실시형태와 같이, 수지 포장부(430)에 의해 분리된 녹색 형광체막(415)과 적색 형광체막(417)을 사용할 경우, 청색 LED 칩(113)으로부터 다양한 각도로 방출된 청색광은 형광체막(415, 417)을 통해 비교적 균일하게 흡수 또는 투과하기 때문에, 전체적으로 보다 더 균일한 백색광을 얻을 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 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. 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 300 : 제1 백색 발광장치
150, 250, 350, 450 : 제2 백색 발광장치
500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570 : 백색 광원 모듈
103 : 청색 LED 칩
105 : 녹색 LED 칩
107 : 적색 LED 칩
113 : 청색 LED 칩
114 : 황색 형광체
115 : 녹색 형광체
117 : 적색 형광체
120, 230, 330, 430 : 수지 포장부
214, 414 : 황색 형광체막
215, 415 : 녹색 형광체막
217, 417 : 적색 형광체막
150, 250, 350, 450 : 제2 백색 발광장치
500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570 : 백색 광원 모듈
103 : 청색 LED 칩
105 : 녹색 LED 칩
107 : 적색 LED 칩
113 : 청색 LED 칩
114 : 황색 형광체
115 : 녹색 형광체
117 : 적색 형광체
120, 230, 330, 430 : 수지 포장부
214, 414 : 황색 형광체막
215, 415 : 녹색 형광체막
217, 417 : 적색 형광체막
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제1 백색 발광장치; 및
상기 기판 위에 형성되고 상기 제1 백색 발광장치 주위에 배치되는 하나 이상의 제2 백색 발광장치를 포함하되,
상기 제1 백색 발광장치는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩을 포함하며,
상기 제2 백색 발광장치는 파장이 470~490 nm인 제2 청색 LED 칩과,
상기 제2 청색 LED 칩 주위에 배치되고, 상기 제2 청색 LED 칩에 의해 여기되어 황색광을 발하는 황색 형광체를 포함하는,
백색 광원 모듈. - 기판;
상기 기판 위에 형성되는 하나 이상의 제1 백색 발광장치; 및
상기 기판 위에 형성되고 상기 제1 백색 발광장치 주위에 배치되는 하나 이상의 제2 백색 발광장치를 포함하되,
상기 제1 백색 발광장치는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩을 포함하며,
상기 제2 백색 발광장치는 파장이 470~490 nm인 제2 청색 LED 칩과,
상기 제2 청색 LED 칩 주위에 배치되고, 상기 제2 청색 LED 칩에 의해 여기되어 적색광을 발하는 적색 형광체,
상기 제2 청색 LED 칩 주위에 배치되고, 상기 제2 청색 LED 칩에 의해 여기되어 녹색광을 발하는 녹색 형광체를 포함하는,
백색 광원 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu 및 (Ca,Sr)S:Eu 중 적어도 하나를 포함하는,
백색 광원 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 녹색 형광체는, A2SiO4:Eu (A는 Ba, Sr 및 Ca 중에서 선택된 적어도 하나), SrGa2S4:Eu 및 β-SiAlON 중 적어도 하나를 포함하는,
백색 광원 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 청색 LED 칩을 봉지하는 수지 포장부를 더 포함하되,
상기 제2 청색 LED 칩은 상기 회로 기판 상에 직접 실장되는,
백색 광원 모듈 - 제1항 또는 제2항에에 있어서,
상기 기판 상에 탑재되고 반사컵을 갖는 패키지 본체를 더 포함하되,
상기 제1 백색 발광장치의 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 제1 청색 LED 칩은 상기 패키지 본체의 반사컵에 실장되며, 상기 제2 백색 발광장치의 상기 제2 청색 LED 칩도 상기 패키지 본체의 반사컵 내에 실장되는,
백색 광원 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 제2 백색 발광장치의 패키지 본체의 반사컵 내에 형성되어 상기 제2 청색 LED 칩을 봉지하는 수지 포장부를 더 포함하는,
백색 광원 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 청색 LED 칩을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되,
상기 황색 형광체는 상기 수지 포장부 내에 분산되어 있는,
백색 광원 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 제2 청색 LED 칩을 포장하는 수지 포장부를 더 포함하되,
상기 녹색 형광체 및 적색 형광체는 상기 수지 포장부 내에 분산되어 있는,
백색 광원 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 청색 LED칩을 봉지하는 수지 포장부를 더 포함하되,
상기 황색 형광체 중 하나를 포함하는 제1 형광체막이 상기 제2 청색 LED 칩과 수지 포장부 사이에서 상기 제2 청색 LED 칩의 표면을 따라 형성되고,
상기 황색 형광체를 포함하는 제2 형광체막이 상기 수지 포장부 상에 형성되는,
백색 광원 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 제2 청색 LED칩을 봉지하는 수지 포장부를 더 포함하되,
상기 녹색 및 적색 형광체 중 하나를 포함하는 제1 형과체막이 상기 제2 청색 LED 칩과 수지 포장부 사이에서 상기 제2 청색 LED 칩의 표면을 따라 형성되고,
상기 녹색 및 적색 형광체 중 다른 하나를 포함하는 제2 형광체막이 상기 수지 포장부 상에 형성되는,
백색 광원 모듈.
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|---|---|---|---|---|
| US10020428B2 (en) | 2013-10-02 | 2018-07-10 | Glbtech Co., Ltd. | White light emitting device having high color rendering |
| KR20150143377A (ko) * | 2015-09-10 | 2015-12-23 | 지엘비텍 주식회사 | 고연색성 백색 발광 소자 |
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