KR100977513B1 - 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지 - Google Patents

Abstract

마젠타 색에 부합되는 광을 출광할 수 있도록 한 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지를 제시한다. 엘이디 패키지는 기판상에 실장된 발광소자; 및 발광소자의 상부에서 발광소자의 광을 외부로 출광시키는 형광체층을 포함하고, 형광체층은 1 ~ 30중량%의 형광체와 70 ~ 99중량%의 수지의 혼합으로 형성되되, 형광체는 그린 형광체와 레드 형광체가 혼합된다. 그린 형광체의 혼합량을 조정하게 되면 마젠타 색의 색감을 조정할 수 있으므로 원하는 색감의 마젠타 색을 얼마든지 구현할 수 있다.

Description

마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지{LED package capable of outputing light of magenta color}

본 발명은 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘이디 조명기구 등에 채용되어 마젠타 색에 부합되는 출광색을 내는 엘이디 패키지에 관한 것이다.

발광다이오드(light emission diode, 이하, 엘이디(LED)라 함)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 현재, 이와 같은 반도체 소자가 전자부품에 패키지형태로 많이 채택되고 있다.

이와 같은 엘이디 패키지는 조명기구의 광원으로 채택되어 진열장, 광고판, 백화점, 박물관, 주택 등에서 사용된다.

종래, 엘이디 패키지가 광원으로 채택된 조명기구(즉, 엘이디 조명기구)에서 마젠타 색(magenta color)을 출광시키기 위해, 청색(blue) LED칩과 레드(red) 형광 체를 사용하였다. 예를 들어, 통상의 엘이디 패키지의 기판 내부의 캐비티 저면에 청색(blue) LED칩을 실장하고, 캐비티 내부를 레드(red) 형광체와 실리콘으로 충전시켰다.

그러나, 이와 같은 구성의 종래 엘이디 패키지를 채용한 조명기구는 실질적으로 마젠타 색과 비슷하기는 하지만 색감이 틀린 광을 출력시킨다.

하기의 표 1 및 표 2는 청색(blue) LED칩과 레드(red) 형광체를 사용하여 마젠타 색을 출광시키고자 한 종래의 엘이디 패키지를 실험하여 본 결과이다. 하기의 표 1 및 표 2에서, I_F는 LED칩(발광소자)의 순방향 정격 전류이고, V_F는 LED칩의 순방향 정격 전압이다. Chrom x 및 Chrom y는 CIE 1931 색좌표계 기준의 색좌표 x, y이다. 시간의 흐름이 정지된 상태에서 반복되는 모양을 주기적으로 보이는 파동을 관찰했을 때 골과 골 사이의 거리를 파동에서는 파장(wavelength)이라고 한다. Peak Wave는 전류를 인가하여 측정된 LED 소오스의 광이 가장 센 곳(즉, 파장의 정점)을 의미하고, Dom Wave는 CIE 1931 색좌표계의 센터에서부터 전류를 인가하여 측정된 LED 소오스와의 연장선의 끝점이 맞닿는 곳을 의미한다. Color Tem은 색온도이고, Gen CRI는 색연색성이다. IV는 빛의 강도를 말하며 광원으로부터 어떤 방향으로 얼마만큼의 광량이 방출되는지를 나타낸다. TLF(Total Luninous Flux)는 광원으로부터 방출되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량이다. Efficacy는 광원으로부터 방출되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량을 인가되는 전압과 전류로 나눈 값이다. 표 1 및 표 2에는 없지만 후술할 다른 표에 기재된 Efficieacy는 전류 인가시 빛으로 나오는 광원의 출력량을 인가되는 전압과 전류로 나눈 값이다. Efficieacy를 식으로 표현하면 "((I_F*V_F/1000))/빛으로 나온 출력량"이 된다.

(표 1)

표 1은 레드 형광체의 함량을 실리콘 중량 대비 25중량%로 한 것이다.

(표 2)

표 2는 레드 형광체의 함량을 실리콘 중량 대비 20중량%로 한 것이다.

상술한 표 1 및 표 2에서와 같이 청색(blue) LED칩과 레드(red) 형광체를 사 용하여 마젠타 색을 출광시키고자 한 종래의 엘이디 패키지는 표 1 및 표 2의 색좌표 데이터(Chrom x, Chrom y)를 CIE 1931 색좌표계로 표현하여 보면 도 1과 같이 된다. 도 1의 CIE 1931 색좌표계를 보면 레드색(화살표 A 참조)에 해당하는 색좌표 영역에 위치한다. 즉, 마젠타 색을 출광시키고자 한 종래의 엘이디 패키지는 마젠타 색이라기 보다는 레드색에 가까운 광을 출광시킨다. 그에 따라, 실질적으로 원하는 색의 광이 아닌 다른 색의 광을 출광시키는 것이 되어 색감이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 마젠타 색에 부합되는 광을 출광할 수 있도록 한 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지는, 기판상에 실장된 발광소자; 및 발광소자의 상부에서 발광소자의 광을 외부로 출광시키는 형광체층을 포함하고, 형광체층은 1 ~ 30중량%의 형광체와 70 ~ 99중량%의 수지의 혼합으로 형성되되, 형광체는 그린 형광체와 레드 형광체가 혼합된다.

형광체의 함량중에서 그린 형광체와 레드 형광체의 상호간의 비율이, 레드 형광체는 60 ~ 90중량%이고 그린 형광체는 10 ~ 40중량%이다.

발광소자는 하나 이상의 청색 엘이디 칩이다.

형광체층을 통과하여 외부로 출광되는 광은 CIE 1931 색좌표계를 기준으로 0.350 ~ 0.450 의 색좌표 x, 및 0.170 ~ 0.220 의 색좌표 y에 해당하는 색으로 출광된다.

형광체층을 통과하여 외부로 출광하는 광은 1600 ~ 2400 [K]의 색온도를 갖는다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 그린 형광체와 레드 형광체를 혼합한 형광체를 포함하는 형광체층을 청색 발광소자의 상부에 위치시킴으로써, 형광체층을 통과하여 외부로 출광되는 광의 색이 마젠타 색으로 된다.

기존의 청색 발광소자와 레드 형광체를 적용한 엘이디 패키지에 비해 광량이 증대되는 효과를 얻게 된다.

그린 형광체의 혼합량을 조정하게 되면 마젠타 색의 색감을 조정할 수 있으므로 원하는 색감의 마젠타 색을 얼마든지 구현할 수 있다.

마젠타 색에 부합되는 색감을 지닌 광을 출광시키는 엘이디 패키지를 조명기구의 광원으로 사용하게 되면 마젠타 색을 출광시키기를 원하는 장소에서 매우 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지에 대하여 설명하면 다음과 같다. 엘이디 패키지라 함은 세라믹 패키지, 플라스틱 패키지, 리드 프레임 타입 패키지, 플라스틱 + 리드 프레임 타입 패키지 등 모든 SMD 타입 패키지에 해당하는 것으로 보면 된다.

도 2는 본 발명의 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지의 구성예이다. 도 2에 도시된 엘이디 패키지는 통상적인 엘이디 패키지와 대동소이하다. 즉, 엘이디 패키지(1)의 기판(10)에는 캐비티(12)가 형성되고, 캐비티(12)의 저면에는 발광소자(즉, LED칩)(14)가 실장된다. 캐비티(12)의 내부에는 형광체층(16)이 형성된다. 형광체층(16)은 형광체와 수지(예컨대, 실리콘, 에폭시 등)의 혼합으로 이루어진다. 캐비티(12)는 도 2에 도시된 형상만으로 국한되는 것이 아니라 다른 형상으로도 충분히 가능하다. 그리고, 도 2에서는 형광체층(16)이 발광소자(14)를 전체적으로 감싸도록 발광소자(14)의 측부 및 상부에 골고루 형성되어 있으나, 예를 들어 발광소자(14)의 상부에 투명 실리콘층이 위치하고 그 투명 실리콘층의 상부에 형광체층(16)이 평탄하게 형성되어 있어도 무방하다.

여기서, 마젠타 색을 출광시키고자 한 종래의 엘이디 패키지와 차이나는 것은 캐비티(12)의 내부에 형성되는 형광체층(16)의 구성이다.

그에 따라, 하기의 설명에서는 형광체층(16)의 구성에 대해서만 설명한다. 하기의 설명에서는 형광체층(16)을 이루는 형광체와 수지중에서 수지를 실리콘인 것으로 가정하고 설명한다.

본 발명에서는 마젠타 색을 구현하기 위해 그린 형광체를 레드 형광체와 함께 사용하였다. 본 출원인은 그린 형광체와 레드 형광체의 혼합비를 가변시키면서 실험해 본 결과 다음의 표 3과 같은 결과를 얻게 되었다.

(표 3)

LED칩	형광체	색좌표 결과	색온도 결과 (K)	광량 (㏐)	비고
Blue (350㎃)	레드 형광체(60 ~ 90중량%) + 그린 형광체(10 ~ 40중량%) - 실리콘 중량 대비 1 ~ 30중량%	Cx: 0.350 ~0.450 Cy: 0.170~0.220	1600~2400	20~30	마젠타 색 구현, 기존 대비 광량 향상

즉, 본 출원인은 청색의 발광소자(14)를 캐비티의 저면에 실장하고, 형광체층(16)에 대해서는 레드 형광체와 그린 형광체 및 실리콘을 적절하게 혼합하여 형성시켰다. 여기서, 형광체층(16)의 경우, 실리콘의 함량을 70 ~ 99중량%로 하고 형광체(레드 형광체 + 그린 형광체)의 함량을 1 ~ 30중량%로 하였다. 레드 형광체와 그린 형광체의 상호간의 함량을 비교하여 보면, 레드 형광체의 함량을 60 ~ 90중량%로 하고 그린 형광체의 함량을 10 ~ 40중량%로 하였다.

이와 같이 하여 실험해 본 결과, 엘이디 패키지에서 출광되는 광의 색좌표 Cx는 대략 0.350 ~ 0.450 이고 색좌표 Cy는 대략 0.170 ~ 0.220 이다. 색온도는 대략 1600 ~ 2400[K]이고, 광량은 대략 20 ~ 30[㏐]정도이다. 광량이 기존의 마젠타 색을 출광시키고자 한 엘이디 패키지에 비해 상당히 높다.

상기와 같은 색좌표 데이터를 근거로 CIE 1931 색좌표계를 살펴보면, 상술한 형광체층(16)의 구성을 채택한 엘이디 패키지의 출광색은 마젠타 색의 영역(예컨대, purplish-pink, purplish-red)에 위치함을 알 수 있다.

하기의 표 4 내지 표 6은 실리콘 중량 대비 형광체의 함량을 각기 다르게 하여 실험한 결과이다. 표 4는 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)를 실리콘의 중량 대비 15중량%로 하고, 표 5는 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)를 실리콘의 중량 대비 8.5중량%로 하고, 표 6은 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)를 실리콘의 중량 대비 5.5중량%로 하였다. 그리고, 표 4 내지 표 6은 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)중에서 그린 형광체를 20중량%로 하고 레드 형광체를 80중량%로 하였다.

(표 4)

(표 5)

(표 6)

상술한 표 4 내지 표 6에서의 색좌표 데이터(Chrom x, Chrom y)를 CIE 1931 색좌표계로 표현하여 보면 도 3과 같이 된다. 도 3의 CIE 1931 색좌표계를 보면 마젠타 색(화살표 B 참조)(예컨대, purplish-pink)에 해당하는 색좌표 영역에 위치함을 알 수 있다.

즉, 상술한 표 4 내지 표 6에서와 같이 그린 형광체와 레드 형광체를 혼합하여 형광체층(16)을 형성하면 마젠타 색의 색감에 부합되는 색을 구현하게 되고, 부수적으로 광량이 기존과 대비하여 볼 때 상당히 향상됨을 알 수 있다. 특히, 표 4 내지 표 6을 보면 알겠지만, 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)의 함량을 보다 적게 할수록(즉, 실리콘의 함량을 보다 많게 할수록) 광량이 향상됨을 알 수 있다.

한편, 하기의 표 7 및 표 8은 앞서의 표 4 내지 표 6과는 다른 함량으로 실험한 결과이다. 표 7은 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)를 실리콘의 중량 대비 5.5중량%로 하고, 표 8은 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)를 실리콘의 중량 대비 8중량%로 하였다. 그리고, 표 7 및 표 8에서는 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)중에서 그린 형광체를 15중량%로 하고 레드 형광체를 85중량%로 하였다.

(표 7)

(표 8)

상술한 표 7 및 표 8에서의 색좌표 데이터(Chrom x, Chrom y)를 CIE 1931 색좌표계로 표현하여 보면 도 4와 같이 된다. 도 4의 CIE 1931 색좌표계를 보면 마젠타 색(화살표 C 참조)(예컨대, purplish-pink 및 purplish-red)에 해당하는 색좌표 영역에 위치함을 알 수 있다.

즉, 상술한 표 7 및 표 8에서와 같이 그린 형광체와 레드 형광체를 혼합하여 형광체층(16)을 형성하면 마젠타 색의 색감에 부합되는 색을 구현하게 되고, 부수적으로 광량이 기존과 대비하여 볼 때 상당히 향상됨을 알 수 있다. 특히, 표 7 및 표 8을 보면 알겠지만, 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)의 함량을 보다 적게 할수록(즉, 실리콘의 함량을 보다 많게 할수록) 광량이 향상됨을 알 수 있다.

그리고, 상술한 실험예(표 4 ~ 표 8)를 보게 되면 그린 형광체의 혼합량에 따라 색좌표를 조정할 수 있음을 알 수 있다. 이는 그린 형광체의 혼합량을 조정하게 되면 마젠타 색의 색감을 조정하여 원하는 색감의 마젠타 색을 얼마든지 구현할 수 있음을 의미한다.

본 발명에서는 상술한 실험예(표 4 ~ 표 8)를 통해, 그린 형광체가 레드 형광체와 혼합되어야 마젠타 색을 구현할 수 있음을 보여준다. 그리고, 형광체(그린 형광체 + 레드 형광체)의 함량이 많다보면 광량이 저하되므로 대략 20[㏐] 정도의 광량은 최소한으로 확보할 수 있도록 함이 바람직하다. 그래서, 앞서의 표 3에서와 같이 실리콘의 함량을 70 ~ 99중량%로 하고 형광체(레드 형광체 + 그린 형광체)의 함량을 1 ~ 30중량%로 한다. 여기서, 레드 형광체와 그린 형광체와의 함량을 비교하여 보면 레드 형광체의 함량을 60 ~ 90중량%로 하고 그린 형광체의 함량을 10 ~ 40중량%로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 그린 형광체를 레드 형광체와 함께 사용하므로써, 종래 레드 형광체만을 사용하던 엘이디 패키지에 비해 색감이 보다 밝고 맑다.

이와 같이 마젠타 색에 부합되는 색감을 지닌 광을 출광시키는 엘이디 패키지를 조명기구의 광원으로 사용하게 되면, 마젠타 색을 출광시키기를 원하는 장소에서 매우 효율적으로 사용할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래 엘이디 패키지를 실험하여 생성한 CIE 1931 색좌표계이다.

도 2는 본 발명의 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지의 구성예이다.

도 3은 본 발명의 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지를 실험하여 생성한 CIE 1931 색좌표계의 일 예이다.

도 4는 본 발명의 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지를 실험하여 생성한 CIE 1931 색좌표계의 다른 예이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 엘이디 패키지 10 : 기판

12 : 캐비티 14 : 발광소자

16 : 형광체층

Claims (6)

1. 기판상에 실장된 발광소자; 및

   상기 발광소자의 상부에서 상기 발광소자의 광을 외부로 출광시키는 형광체층을 포함하고,

   상기 형광체층은 1 ~ 30중량%의 형광체와 70 ~ 99중량%의 수지의 혼합으로 형성되되, 상기 형광체는 그린 형광체와 레드 형광체가 혼합된 것을 특징으로 하는 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 형광체의 함량중에서 그린 형광체와 레드 형광체의 상호간의 비율이,

   상기 레드 형광체는 60 ~ 90중량%이고 상기 그린 형광체는 10 ~ 40중량%인 것을 특징으로 하는 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 발광소자는 하나 이상의 청색 엘이디 칩인 것을 특징으로 하는 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 형광체층을 통과하여 외부로 출광되는 광은 CIE 1931 색좌표계를 기준 으로 0.350 ~ 0.450 의 색좌표 x, 및 0.170 ~ 0.220 의 색좌표 y에 해당하는 색으로 출광되는 것을 특징으로 하는 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 형광체층을 통과하여 외부로 출광하는 광은 1600 ~ 2400 [K]의 색온도를 갖는 것을 특징으로 하는 마젠타 색 출광이 가능한 엘이디 패키지.
6. 청구항 1 내지 청구항 5중의 어느 한 항에 기재된 엘이디 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.

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