KR101205526B1 - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 있어서, 발광 다이오드 패키지에 있어서, 400 ~ 500nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광칩 및 형광체를 포함하는 적어도 하나 이상의 제 1 발광 소자와, 상기 제 1 발광 소자에 인접하여 배치되어 560 ~ 880nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나 이상의 제 2 발광소자를 포함하는 발광 다이오드 패키지를 제공한다.

본 발명에 의하면, 400 ~ 500nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광칩 및 형광체를 포함하는 적어도 하나 이상의 제 1 발광 소자에 560 ~ 880nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나 이상의 제 2 발광소자를 다양한 형태로 함께 배치함으로써 560 ~ 880nm 파장의 광강도를 상대적으로 높이는 역할을 수행한다. 따라서, 560 ~ 880nm 파장의 색상을 표현하는 것이 보다 용이해져 CRI 특성이 향상되고 그로 인해 조명용 광원으로서의 용도에 적합하게 할 수 있다.

발광소자, 연색성, 청색 발광칩, 옐로우 형광체, 적색 발광칩

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}

도 1은 종래의 기술에 의하여 청색 발광칩을 구비하고 옐로우 형광체(yellow phosphor)를 포함하는 파장변환물질을 적용한 경우의 CRI 특성을 보여주는 그래프.

도 2는 종래의 기술에 의하여 적색 발광소자, 청색 발광소자, 녹색 발광소자로부터 각각 방출되는 광을 혼합한 경우의 CRI 특성을 보여주는 그래프.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 회로 구성도.

도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 제 1 발광 소자에 구비된 발광셀을 보여주는 평면도 및 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 회로 구성도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 보여주는 도면.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 보여주는 도면.

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.

최근 일반 조명용으로 사용하기 위해 고전압 및 교류전원하에서 구동되는 발광소자가 개발되고 있다. 이러한 발광소자가 국제공개번호 WO 2004/023568(A1)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자(Light-emitting device having light-emitting elements)"라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.

상기 발광소자는 단일 기판상에 복수개의 발광 다이오드들(이하, 발광셀)을 가지며, 상기 복수개의 발광셀들이 금속배선들에 의해 직렬 및 역병렬로 연결되어 고전압 및 교류전원에 직접 연결하여 사용될 수 있다.

그러나, 상기 종래기술에 따른 발광소자를 조명용으로 이용하기 위하여, 발광소자가 청색계열의 광을 방출하고, 이를 색변환할 수 있도록 형광체를 포함한 파장변환물질에 적용하거나, 적색 발광소자, 청색 발광소자, 녹색 발광소자로부터 각각 방출되는 혼합에 구현하였다.

그러나, 이러한 종래의 기술에 의한 발광소자로부터 방출되는 광은 CRI(Color Rendering Index)가 낮아 사물을 비췄을 때 사물의 본연의 색상을 선명하게 나타내지 못하는 문제점이 있다.

도 1은 청색 발광칩을 구비하고 옐로우 형광체(yellow phosphor)를 포함하는 파장변환물질을 적용한 경우의 CRI 특성을 보여주는 그래프이다.

한편, 도 2는 적색 발광소자, 청색 발광소자, 녹색 발광소자로부터 각각 방출되는 광을 혼합한 경우의 CRI 특성을 보여주는 그래프이다.

이와 같이 종래의 기술에 의하면, 청색계열과 녹색계열의 광의 강도에 비하여 적색계열의 광의 강도가 너무 미약하게 나타나며, 이 경우 적색계열의 색상을 표현하는데 어려움이 있게 되어 조명용 광원에 필수적인 CRI 특성이 낮아지는 문제점이 있다.

특히 조명시장에서는 상기 CRI 특성(연색성)이 매우 중요시되며, 이에 LED를 조명용 광원으로 사용하기 위해서는 상기 CRI 특성을 향상시키는 것이 요구된다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 LED를 조명용 광원으로 이용하기 위하여 반드시 필요한 CRI(Color Rendering Index) 특성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 발광 다이오드 패키지에 있어서, 400 ~ 500nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광칩 및 형광체를 포함하는 적어도 하나 이상의 제 1 발광 소자와, 상기 제 1 발광 소자에 인접하여 배치되어 560 ~ 880nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나 이상의 제 2 발광소자 를 포함하는 발광 다이오드 패키지를 제공한다.

바람직하게 상기 제 1 발광 소자는 패키지 형태로 형성된 것일 수 있다.

바람직하게 상기 제 1 발광 소자 및 상기 제 2 발광 소자는 형광체가 함유된 몰딩부내에 설치될 수 있다.

바람직하게 상기 제 1 발광소자는 형광체가 함유된 제 1 몰딩부내에 설치되고, 상기 제 2 발광소자는 상기 제 1 몰딩부를 덮어 형성된 제 2 몰딩부에 형성될 수 있다.

바람직하게 상기 제 1 발광 소자는 복수개의 발광셀을 포함하며, 상기 복수개의 발광셀들은 직렬로 연결된 적어도 하나의 제 1 어레이와 제 2 어레이를 포함하며, 상기 제 1 어레이와 제 2 어레이는 서로 역병렬로 될 수 있다.

바람직하게 상기 형광체는 옐로우 형광체(yellow phosphor)를 포함할 수 이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로써 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있으며, 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 회로 구성도이다.

도 3을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 전류 안정 회로(1)와 청색 발광칩 및 옐로우 형광체를 구비하여 백색 발광을 하는 제 1 발광 소자(2)와, 적색 발광칩을 구비하여 적색 계열의 파장을 가지는 광을 방출하는 제 2 발광 소자(3)가 직렬로 연결되어 있다.

제 1 발광 소자(2) 및 제 2 발광 소자(3)는 교류전원에 의해 동작하는 교류용 발광 소자이다. 제 1 발광 소자(2) 및 제 2 발광 소자(3)는 내부에 다수의 발광셀들이 배선에 의해 직렬 또는 병렬로 연결되어 교류가 공급되면 발광을 한다.

제 1 발광 소자(2)에 구비된 각 발광셀들은 청색 발광칩과 옐로우 형광체를 구비하고 있다. 따라서, 각 발광셀에 구비된 청색 발광칩에서 방출된 청색광(400~500nm)과 청색광의 일부에 의해 옐로우 형광체에서의 색변환을 통해 백색광을 방출한다.

이때, 제 1 발광 소자(2)에서 방출되는 광은 도 1에 도시된 바와 같은 파장 특성을 지닌다.

한편, 제 2 발광 소자(3)에 구비된 각 발광셀은 적색계열 파장(560~880nm)의 광을 방출하는 발광셀들로 이루어진다. 제 2 발광소자(3)에 구비되는 발광셀의 개수는 적색광의 발광정도에 따라 결정될 수 있다. 제 2 발광소자(3)은 적색 계열의 광강도를 상대적으로 높이는 역할을 수행한다. 따라서, 적색계열의 색상을 표현하는 것이 보다 용이해져 CRI 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 제 1 발광 소자에 구비된 발광셀을 보여주는 평면도 및 단면도이다. 물론, 제 2 발광소자에 구비된 발광셀들로 제 1 발광 소자 에 구비된 발광셀과 동일한 형태로 제작될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면 제 1 발광 소자(2)는 기판(10) 상에 복수개의 발광셀들(100)을 포함한다. 발광셀들(100)은 각각 하부 반도체층(20)과 상기 하부 반도체층의 일부 상에 형성된 활성층(30), 및 활성층(30) 상에 형성된 상부 반도체층(40)을 포함한다. 한편, 기판(10)과 발광셀들(100) 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있으며, 예를 들면 GaN 또는 AlN이 주로 이용될 수 있다. 또한, 하부 반도체층(20)과 상부 반도체층(40)은 각각 n형 반도체층과 p형 반도체층일 수 있으며, 또는 각각 p형 반도체층과 n형 반도체층일 수도 있다. 활성층은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 또한, 하부 반도체층(20)의 활성층이 형성된 부분이 아닌 다른 일부분에는 제 1 전극(미도시)이 형성될 수 있으며, 상부 반도체층(40) 상에는 제 2 전극(미도시)이 형성될 수 있다.

발광셀들은 배선을 이용하여 각각 하나의 발광셀의 하부 반도체층과 그것에 인접한 발광셀의 상부 반도체층을 연결하게 된다. 이때 직렬로 연결된 적어도 하나의 제 1 어레이와 제 2 어레이를 형성하고, 이렇게 형성된 제 1 어레이와 제 2 어레이를 서로 역병렬로 연결한다면 발광소자를 교류에 연결하여 사용하더라도 플리커가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 배선은 통상의 스텝 커버(step cover) 또는 에어 브리지(air bridge) 등의 공정을 이용하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 파장별 스펙트럼 분포도이다.

도 6을 참조하면 적색 계열 파장(560~880nm)의 광을 방출하는 제 2 발광소자(2)를 구비함으로서 적색계열의 광의 강도를 상대적으로 높이게 된다. 이에 따르면 적색계열의 색상을 표현하는 것이 보다 용이해져 CRI 특성을 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 회로 구성도이다.

도 7을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 청색 발광칩 및 옐로우 형광체를 구비하여 백색 발광을 하는 제 1 발광 소자(4)와, 적색 발광칩을 구비하여 적색 계열의 파장을 가지는 광을 방출하는 제 2 발광 소자(5)가 각각 안정 회로(6, 7)를 구비하여 병렬로 연결되어 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(300)는 하나의 기판(310)상에 청색계열(400~500nm)의 광이 방출되는 청색 발광칩을 구비하고 옐로우 형광체(yellow phosphor)를 포함하여 백색광을 방출하는 두 개의 제 1 발광소자(320, 330)의 사이에 적색계열 파장(560~880nm)의 광을 방출하는 적색 발광칩을 포함하는 제 2 발광소자(340)가 배치되어 형성되어 있다.

여기에서 제 1 발광소자(320, 330)은 패키지화되어 있어 고출력용으로 독립적으로 사용될 수 있는 발광소자이고, 제 2 발광소자(340)는 패키지화되어 있지는 않지만 소규모로 사용될 수 있는 발광칩일 수 있다.

따라서, 두 개의 제 1 발광소자(320, 330)사이에 적색광을 방출하는 제 2 발 광소자가 배치되어 있음에 따라 적색계열의 파장을 효과적으로 보상하여 CRI를 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(400)는 옐로우 형광체(yellow phosphor)를 포함하는 제 1 몰딩부(430)를 포함하고 있다.

제 1 몰딩부(430)내에는 하나의 슬러그(미도시됨)상에 청색계열(400~500nm)의 광이 방출되는 청색 발광칩을 구비하는 제 1 발광소자(410)와, 적색계열 파장(560~880nm)의 광을 방출하는 적색 발광칩을 포함하는 제 2 발광소자(340)가 배치되어 있다. 제 2 몰딩부(440)는 제 1 몰딩부(430)를 둘러 싸서 보호하고 있다.

제 1 발광소자(410)와 제 2 발광소자(420)가 하나의 몰딩부내에 배치되어 형성됨에 따라 설치면적을 작게 할 수 있고 적색계열의 파장을 효과적으로 보상하여 CRI를 향상시킬 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

예를 들어, 도 9에 도시되어 있는 본 발명의 실시예에서는 형광체가 함유된 몰딩부내에 제 1 발광소자와 제 2 발광소자가 함께 배치되어 형성되어 있으나, 변형예로서 제 1 발광소자는 형광체가 함유된 제 1 몰딩부에 설치하고, 제 2 발광소 자는 제 1 몰딩부를 덮고 있는 제 2 몰딩부에 설치하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 400 ~ 500nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광칩 및 형광체를 포함하는 적어도 하나 이상의 제 1 발광 소자에 560 ~ 880nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나 이상의 제 2 발광소자를 다양한 형태로 함께 배치함으로써 560 ~ 880nm 파장의 광강도를 상대적으로 높이는 역할을 수행한다. 따라서, 560 ~ 880nm 파장의 색상을 표현하는 것이 보다 용이해져 CRI 특성이 향상되고 그로 인해 조명용 광원으로서의 용도에 적합하게 할 수 있다.

Claims (15)

1. 발광 다이오드 패키지에 있어서,

   400~500nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광칩 및 상기 발광칩으로부터 방출되는 광의 적어도 일부를 파장변환시키는 형광체를 포함하는 제 1 발광소자; 및

   상기 제 1 발광소자 내부 또는 상기 제 1 발광소자에 인접하여 배치되어 560~880nm 파장의 광을 방출하는 적어도 하나의 제 2 발광소자;를 포함하며,

   상기 제 1 발광소자는 단일 기판상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 발광소자에 직렬 연결된 제1 전류 안정 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 전류 안정 회로는 저항을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 발광소자는 상기 제 1 발광소자에 직렬 연결됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 발광소자에 직렬 연결된 제2 전류 안정 회로를 더 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2 전류 안정 회로는 저항을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 발광소자와 상기 제 2 발광소자는 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 발광소자 및 상기 제 2 발광소자는 형광체가 함유된 몰딩부내에 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 발광소자는 형광체가 함유된 제 1 몰딩부내에 배치되고,

   상기 제 2 발광소자는 상기 제 1 몰딩부를 덮어 형성된 제 2 몰딩부내에 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 복수개의 발광셀들은 직렬로 연결된 제 1 어레이를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 복수개의 발광셀들은 직렬로 연결된 제 2 어레이를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 어레이와 제 2 어레이는 서로 역병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 발광 다이오드 패키지는 교류에 의해 구동됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
15. 삭제

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