KR101328719B1 - 발광다이오드 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

발광다이오드 조명 장치는, 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 체결되며 발광다이오드 칩을 각각 포함하는 복수의 발광다이오드 소자를 구비하는 발광다이오드 모듈, 상기 고정 프레임에 체결되어 상기 발광다이오드 모듈의 전면을 둘러싸는 광 확산 커버, 그리고 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉하지 않도록 설치되며 상기 발광다이오드 칩에서 나온 광의 일부를 흡수하여 소정의 발광 스펙트럼을 방출하는 형광체층을 포함한다.

Description

발광다이오드 조명 장치{LED lighting apparatus}
본 발명은 발광다이오드 소자를 이용하는 발광다이오드 조명 장치에 관한 것이다.
발광다이오드는 소형이고, 효율적으로 선명한 색의 광을 발광할 수 있고, 반도체 소자이므로 소실의 염려가 없고, 초기 구동특성 및 내진성이 우수하고, ON/OFF 점등의 반복에 강하다는 특징을 가진다. 이러한 특징으로 발광다이오드는 여러 가지 광원으로 널리 이용되고 있다.
최근에는 발광다이오드를 이용하여 백색 발광광원이 대량으로 생산되고 있다. 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 얻기 위해서는, 발광다이오드가 단색성 피크파장을 가지고 있기 때문에, 예를 들면, R, G, B의 3가지 발광소자를 근접하게 설치하고, 이것들을 발광시켜서 확산 혼색시킬 필요가 있다. 이러한 구성으로 백색광을 발생시키고자 하는 경우, 발광소자의 색조나 휘도 등의 분산으로 인해 소망하는 백색을 발생시키기 어렵다는 문제점이 있었다. 또, 발광소자가 각각 상이한 재료로 형성되어 있는 경우, 각 발광소자의 구동전력 등이 달라 각각에 소정의 전압을 인가해야 할 필요가 있기 때문에 구동회로가 복잡하게 된다는 문제점이 있었다. 또한, 발광소자가 반도체 발광소자이기 때문에, 각각의 온도특성이나 시간경과에 따른 변화가 달라, 색조가 사용환경에 따라 변화하거나 각 발광소자에 의해서 발생되는 광을 균일하게 혼색시킬 수 없어 색 얼룩이 생기는 등 많은 문제점을 가지고 있었다. 즉, 발광다이오드는 각각의 색을 발광시키는 발광장치로서는 유효하지만, 발광소자를 이용하여 백색광을 발생시킬 수 있는 만족할 만한 광원을 얻기는 어려웠다.
또 발광다이오드를 이용하여 백색광을 얻는 또 다른 방법으로는 청색 발광다이오드 칩을 형광체와 조합하여, 파장을 변환하여 백색광을 얻는 방법 등이 일본 특개평5-152609호 공보, 일본 특개평7-99345호 공보, 일본 특개평7-176794호 공보, 일본 특개평 8-7614호 공보, 일본 특허 3700502호 등에 기재된 바 있다. 이 문헌들에 개시된 발광다이오드는 1종류의 발광소자를 이용하여 백색계 등 다른 발광색을 발광시킬 수 있는 것으로서, 주로 다음과 같이 구성되어 있다.
상기 문헌에 개시된 발광다이오드는, 구체적으로는, 발광층의 에너지 밴드 갭이 큰 발광소자를 합성수지 프레임의 선단에 설치된 컵 위에 배치하고, 발광소자를 피복하는 수지 몰드 부재 내에, 발광소자로부터의 광을 흡수하여 흡수한 광과 파장이 다른 광을 발광시키는(파장 변환) 형광체를 함유시켜 구성한다. 즉, 발광다이오드 칩 근처에 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 직접 도포되어, 형광체 성분이 칩에서 발생하는 고온을 직접적으로 접촉되어 있다.
또한, 상기 문헌들에 소개된 또 다른 발광다이오드는 양자 우물 구조를 취함과 아울러 발광층이 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체로 이루어지고, 발광다이오드 칩과 형광체를 구비한다. 발광다이오드 칩은 420∼490nm의 범위에 발광 스펙트럼의 피크를 가진다. 형광체는 발광다이오드 칩에서 발산된 광을 일부 흡수하며, 530∼570nm에 피크를 가지며, 적어도 700nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광 가능한 세륨으로 활성화된 가넷계 형광체로 이루어진다. 그리고 발광다이오드 칩에서 발생하여 형광체에 흡수되지 않고 통과한 광의 발광 스펙트럼과 형광체에서 발생한 광의 발광 스펙트럼이 서로 겹쳐지고, 양 발광 스펙트럼의 혼합에 의해서 백색계의 광을 발광 가능한 것을 특징으로 한다. 즉, 발광다이오드 칩 근처에 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 직접 도포되어, 형광체 성분이 발광다이오드 칩에서 발생하는 고온에 직접적으로 접촉되어 있다.
형광체층이 청색 발광을 하는 발광다이오드 칩 근처에 있게 되면, 청색 발광다이오드 칩을 구동할 때 발생하는 고온의 열에 의하여 이 형광체층이 시간에 따라 황변 및 열화 등의 특징을 지니게 되며, 더더욱 인쇄회로기판에 다수 열의 백색 발광다이오드 소자를 배열하는 발광다이오드 조면 장치에 있어서는 근접되어 있는 소자에 의하여 열이 폭주함으로써 보다 빠른 열화가 발생할 수 있다.
즉, 이러한 하나의 패키지 내부에 형광체가 도포되어 있는 백색 발광다이오드를 사용하여 조명 장치를 만들게 되면, 발열 등에 의하여 신뢰성을 보장할 수 없게 되며 이로써 발광다이오드 조명 장치의 품질을 장담하기 어렵다.
이러한 구조의 발광다이오드 소자는 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 발광다이오드 칩 상에 직접 도포되어 노출되기 때문에, 초기 광속 효율은 우수하지만, 장시간 사용되는 경우 형광체 성분이 발광다이오드 칩에서 발생하는 고온에 의해 형광체의 열화(劣化)가 발생하고 이로 인하여 색조가 변하거나 또는 형광체가 거무스름해져서 광의 외부 추출 효율이 저하되는 경우가 있다는 신뢰성상의 문제점이 있었다. 여기서, 거무스름해진다는 것은, 예를 들면, (Cd,Zn)S 형광체 등의 무기계 형광체를 이용한 경우에는, 이 형광체를 구성하는 금속원소의 일부가 석출되거나 변질되어 착색되는 것을 말하고, 또 유기계 형광체 재료를 이용한 경우에는 2중 결합이 끊어지는 등에 의해서 착색되는 것을 말한다. 또한, YAG:Ce계 형광체 또한 형광체 자체 열화로 인한 신뢰성 저하 문제를 해결하기가 곤란하다. 특히, 발광소자인 고에너지 밴드 갭을 가지는 반도체를 이용하여 형광체의 변환효율을 향상시킨 경우(즉, 반도체에 의해서 발광되는 광의 에너지가 높아지게 되어 형광체가 흡수할 수 있는 한계값(threshold) 이상의 광이 증가하여 보다 많은 광이 흡수됨), 또는 형광체의 사용량을 줄인 경우(즉, 상대적으로 형광체에 조사되는 에너지량이 많아지게 됨) 등의 경우에 있어서는 형광체가 흡수하는 광의 에너지가 필연적으로 높아지기 때문에 형광체의 열화가 현저하다. 또, 발광소자의 발광강도를 더 높여서 장기간에 걸쳐 사용하면, 형광체의 열화가 더욱더 심해지게 된다.
또, 발광다이오드 칩 근방에 설치된 형광체는, 발광다이오드 칩의 온도 상승이나 외부 환경(예를 들면, 옥외에서 사용된 경우의 태양광에 의한 것 등)에 의해서 고온 상태로 되고, 이 열에 의해서 열화될 수도 있다. 또한, 형광체에 따라서는 외부에서 침입하는 수분이나 제조 시에 내부에 함유된 수분과 상기 광 및 열에 의해서 열화가 촉진되는 것도 있다. 또한, 이온성 유기염료를 사용하면, 칩 근방에서는 직류전계에 의해서 전기영동(electrophoresis)을 일으켜 색조가 변하는 경우도 있다.
이와 같이 청색 발광다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 발광다이오드 소자의 경우 형광체의 열화에 의한 여러 가지 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 형광체의 열화를 방지함으로써 장시간의 사용 환경 하에서도 발광 강도 및 발광 효율의 저하나 색 편향(color shift)이 극히 작은 발광다이오드 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치는, 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 체결되며 발광다이오드 칩을 각각 포함하는 복수의 발광다이오드 소자를 구비하는 발광다이오드 모듈, 상기 고정 프레임에 체결되어 상기 발광다이오드 모듈의 전면을 둘러싸는 광 확산 커버, 그리고 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉하지 않도록 설치되며 상기 발광다이오드 칩에서 나온 광의 일부를 흡수하여 소정의 발광 스펙트럼을 방출하는 형광체층을 포함한다. 상기 형광체층은 상기 광 확산 커버의 내면에 접촉하도록 형성된다.
상기 형광체층은 상기 발광다이오드 모듈의 전방을 덮는 플레이트 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 형광체층은 상기 광 확산 커버의 내면에 접촉하는 커버의 형태로 형성될 수 있다.
상기 형광체층은 상기 광 확산 커버와 상기 발광다이오드 모듈 사이의 공간에 채워지도록 형성될 수 있다.
상기 형광체층은 상기 광 확산 커버에 일체로 형성될 수 있다.
상기 광 확산 커버와 상기 고정 프레임은 일체로 형성될 수 있다.
상기 형광체층은 형광체가 함유된 수지, 플라스틱 재질, 또는 유리로 형성될 수 있다.
상기 발광다이오드 칩은 질화물계 화합물 반도체(일반식: IniGajAlkN, 단 0≤i, 0≤j, 0≤k, i+j+k=1)로서는 InGaN이나 각종 불순물이 도프된 GaN을 포함할 수 있다.
상기 발광다이오드 칩은 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩일 수 있고, 상기 형광체층에 함유된 형광체는 상기 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체일 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce일 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤x≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체층에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12 (O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2임) 조성계의 형광체일 수 있다.
상기 형광체층은 두 개 이상의 서로 조성이 다른 형광체를 포함할 수 있다.
상기 광 확산 커버는 형광체를 함유할 수 있고, 상기 형광체층에 함유된 형광체와 상기 광 확산 커버에 함유된 형광체는 조성이 서로 다를 수 있으며, 상기 형광체층에 함유된 형광체와 상기 광 확산 커버에 함유된 형광체 중 어느 하나는 580 내지 700nm의 피크를 갖는 적색 계열의 형광체이고 나머지 하나는 500 내지 590nm의 피크를 갖는 형광체일 수 있다.
본 발명에 의하면, 형광체를 함유한 형광체층이 발광다이오드 칩에서 이격되므로 형광체의 열화를 방지할 수 있고 그에 따라 장시간의 사용 환경 하에서도 발광 강도 및 발광 효율의 저하나 색 편향(color shift)이 극히 작은 발광다이오드 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광다이오드 조명 장치의 개략적인 일부 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광다이오드 조명 장치의 개략적인 일부 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치는 종래의 형광등과 유사한 대략 막대 형상을 가지는 직관형 조명등일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명 장치는 고정 프레임(10)을 포함한다.
이하에서 설명한 각종 부품들이 고정 프레임(10)에 장착되며, 고정 프레임(10)은 발광다이오드 조명 장치의 후방에 배치되어 전체적인 프레임 역할을 한다.
고정 프레임(10)은 방열 특성이 양호한 알루미늄 합금 등과 같은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 합성수지 재질로 형성될 수도 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정 프레임(10)의 후면에는 복수의 방열 홈(11)이 형성될 수 있으며, 방열 홈(11)이 형성됨으로써 외부로 노출되는 단면적이 증가하여 방열 효과가 향상된다.
발광다이오드 모듈(20)이 고정 프레임(10)에 체결된다. 발광다이오드 모듈(20)은 복수의 발광다이오드 소자(23)를 포함하며, 발광다이오드 소자(23)는 발광다이오드 칩(236)을 각각 포함한다. 이때, 도 2를 참조하면, 복수의 발광다이오드 소자(23)는 고정 프레임(10)의 길이 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
발광다이오드 소자(23)는 인쇄회로기판(21) 상에 설치될 수 있다. 인쇄회로기판(21)은 발광다이오드 소자(23)에 전기를 인가할 수 있도록 형성된다. 인쇄회로기판(21)은 고정 프레임(10)과 유사하게 막대 형상을 가질 수 있으며, 복수의 발광다이오드 소자(23)는 인쇄회로기판(21) 상에 길이방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
이때, 고정 프레임(10)의 내측에 안착턱(12)이 형성될 수 있으며, 인쇄회로기판(21)은 양단이 안착턱(12)에 올려지는 상태로 고정 플레임(10)에 설치될 수 있다.
발광다이오드 소자(23)는 한 쌍의 전극 리드(231, 232)를 포함할 수 있으며, 한 쌍의 전극 리드(231, 232)는 서로 전기적으로 절연되도록 배치된다. 그리고 한 쌍의 전극 리드(231, 232)는 합성수지 프레임(235)에 의해 고정된다. 합성수지 프레임(235)은 반사컵(239)을 형성하며, 발광다이오드 칩(236)이 반사컵(239) 내부에 배치된다. 예를 들어, 발광다이오드 칩(236)은 반사컵(239) 내에 노출된 전극 리드(231)에 접착제에 의해 고정될 수 있으며, 발광다이오드 칩(236)에서 발산되는 빛 중 일부는 반사컵(239)의 내면에 반사되어 대략 전방으로 진행하게 된다. 반사컵(239)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 투명 수지로 채워질 수 있다.
이때, 발광다이오드 칩(236)은 한 쌍의 와이어(237, 238)에 의해 한 쌍의 전극 리드(231, 232)에 각각 전기적으로 연결된다. 그리고 한 쌍의 전극 리드(231, 232)는 도전성 접착제(233, 234)에 의해 인쇄회로기판(21)에 전기적으로 연결되는 상태로 접착된다. 이에 의해 외부 전원이 인쇄회로기판(21), 도전성 접착제(233, 234)를 통해서 발광다이오드 칩(236)에 인가될 수 있다.
한편, 외부전원을 적절한 형태로 변환하여 인쇄회로기판(21)으로 공급하기 위한 소자들이 구비될 수 있다. 예를 들어, 극성 전원을 무극성 전원으로 변환하는 브릿지 다이오드(103), 그리고 전극부를 연결해 주는 컨넥터(101)가 구비될 수 있다.
그리고 외부 전원을 인가받기 위한 외부 전원 인가부(104)가 고정 프레임(10)의 양측에 체결될 수 있으며, 외부 전원 인가부(104)는 외측으로 노출된 한 쌍의 전극 단자(101)를 구비할 수 있다.
발광다이오드 모듈(20)의 전면을 둘러싸는 광 확산 커버(30)가 고정 프레임(10)에 체결된다.
광 확산 커버(30)는 광 투과성이 양호하고 광 확산 효과를 가지는 폴리카보네이트와 같은 합성수지 재질로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 열경화성 수지 또는 유리 등의 재질로 형성될 수도 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 광 확산 커버(30)는 단면이 대략 일측이 절단된 원형의 형태를 가지는 껍질 형태로 형성될 수 있으며, 광 확산 커버(30)와 고정 프레임(10)이 합쳐져 대략 원형의 단면 형상을 이루도록 할 수 있다. 광 확산 커버(30)의 단면 형상은 이에 한정되는 것을 아니며 타원형, 다각형 등 다양하게 변경될 수 있다.
고정 프레임(10)의 양쪽 외측면에는 서로 마주하도록 형성되는 돌출부(14, 15)가 형성될 수 있으며, 돌출부(14, 15) 사이에 형성되는 공간에 광 확산 커버(30)의 끝단이 삽입되어 광 확산 커버(30)가 고정 프레임(10)에 체결될 수 있다.
발광다이오드 칩(236)에서 나온 광의 일부를 흡수하여 소정의 발광 스펙트럼을 방출하는 형광체층(40)이 구비된다. 형광체층(40)은 발광다이오드 칩(236)에 직접 접촉하지 않도록 설치된다.
형광체층(40)은 발광다이오드 칩(236)에서 발산된 광의 일부를 흡수하여 이를 여기하는 형광체를 포함한다. 예를 들어, 발광다이오드 조명 장치는 백색 광을 발산하는 조명 장치일 수 있으며, 이때 발광다이오드 칩(236)은 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩일 수 있고, 형광체층(40)의 형광체는 발광다이오드 칩(236)에서 발산된 청색 광의 일부를 흡수하여 소정 발광 스펙트럼을 발광할 수 있으며, 발광다이오드 칩(236)에서 발산되어 형광체에 흡수되지 않고 외부로 방출되는 광과 형광체층(40)에 흡수되어 발산되는 광의 조합에 의해 백색 광이 발광될 수 있다.
형광체층(40)은 에폭시와 같은 수지, 기타 플라스틱 수지, 또는 유리 등에 형광체를 함유시켜 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에서는, 형광체층(40)이 플레이트(plate)의 형태를 가질 수 있으며, 플레이트 형태의 형광체층(40)이 발광다이오드 모듈(20)의 전면을 덮도록 고정 프레임(10)에 설치된다. 이에 따라 발광다이오드 모듈(20)의 발광다이오드 칩(236)에서 발산된 빛을 모두 형광체층(40)을 통과한 후 전방으로 진행하게 되며, 빛이 형광체층(40)을 통과하는 과정에서 일부의 빛은 형광체층(40)의 형광체에 흡수되어 여기된다.
예를 들어, 고정 프레임(10)의 전방 선단의 양측에는 평평한 안착부(13)가 구비되고, 플레이트 형태의 형광체층(40)이 안착부(13)에 설치됨으로써 형광체층(40)이 고정 프레임(10)에 설치된다. 이때, 고정 프레임(10)의 안착부(13)가 발광다이오드 모듈(20)의 선단보다 전방으로 더 돌출되어 형성됨으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 형광체층(40)이 발광다이오드 모듈(20)에서 이격된다. 이에 따라 형광체층(40)에 함유된 형광체가 발광다이오드 칩(236)에 직접 접촉하지 않게 된다. 이에 따라 형광체가 발광다이오드 칩(236)의 열에 직접 노출되는 것을 막을 수 있고 이에 따라 열에 의한 형광체의 열화 및 그에 따른 각종 문제점을 최소화할 수 있다.
한편, 발광다이오드 칩(236)은 In을 포함하는 질화물계 반도체로서 440 내지 480nm의 범위에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 청색 발광다이오드 칩일 수 있다. 예를 들어, 질화갈륨계 화합물 반도체(일반식: IniGajAlkN, 단 0≤i, 0≤j, 0≤k, i+j+k=1)로서는 InGaN이나 각종 불순물이 도프된 GaN을 비롯하여 여러 가지 반도체일 수 있다.
이때, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 발광다이오드 칩(236)에서 발산된 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체일 수 있다.
구체적으로, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce일 수도 있다.
다른 한편, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광체는 (SrCa)AlSiN3:Eu)일 수 있다.
한편, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤x≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성될 수 있으며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광체층(40)에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성될 수 있으며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12(O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2 임) 조성계의 형광체일 수 있다.
한편, 형광체로서, 일반식 (Re1 - rSmr)3(Al1 - sGas)5O12:Ce (단, 0≤r<1, 0≤s≤1, Re는 Y, Gd에서 선택되는 적어도 일종)로 표시되는 형광체를 사용할 수 있으며, 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체를 사용한 경우와 동일한 우수한 특성을 얻을 수 있다.
또한, 발광파장이나 발광강도 등의 발광특성의 온도 의존성을 줄이기 위해서, 형광체로서, 일반식 (Y1 -p-q- rGdpCeqSmr)3(Al1 - sGas)5O12 (단, 0≤p≤0.8, 0.003≤q≤0.2, 0.0003≤r≤0.08, 0≤s≤1)로 표시되는 형광체를 사용할 수도 있다.
또한, 형광체는 각각 Y과 Al을 포함하여 이루어지는 서로 조성이 다른 2이상의, 세륨으로 활성화된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체를 포함할 수도 있다. 이것에 의해서, 발광소자의 특성(발광파장)에 대응하여 형광체의 발광 스펙트럼을 조정함으로써 소망하는 발광색을 발광시킬 수 있다.
또한, 발광파장을 소정의 값으로 설정하기 위해서, 형광체는 각각 일반식 (Re1-rSmr)0(Al1-sGas)5O12:Ce (단, 0≤r<1, 0≤s≤1, Re는 Y, Gd에서 선택되는 적어도 일종)로 표시되는 형광체일 수 있고, 서로 조성이 다른 2이상의 형광체를 포함할 수도 있다.
또한, 발광파장을 조정하기 위해서, 형광체는 일반식 Y3(Al1 - sGas)5O12:Ce로 표시되는 제 1 형광체, 그리고 일반식 Re3Al5O12:Ce로 표시되는 제 2 형광체를 포함할 수도 있다. 여기서, 0≤s≤1이고, Re는 Y, Gd, La에서 선택되는 적어도 일종이다.
또한, 발광파장을 조정하기 위해서, 형광체는, 각각 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체에 있어서, 이트륨의 일부가 가돌리늄(Gd)으로 치환되고, 서로 치환량이 다른 제 1 형광체와 제 2 형광체를 포함할 수도 있다. 또한, 발광다이오드 소자의 발광 스펙트럼의 주(主) 피크가 400nm에서 530nm 범위 내에 설정되고, 또한 형광체의 주(主) 발광파장이 발광다이오드 소자의 주 피크 파장보다 길게 되도록 설정할 수 있다. 이것에 의해서, 백색계의 광을 효율 좋게 발광시킬 수 있다.
또한, 발광다이오드 소자의 발광층이 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체를 포함하여 이루어지고, 형광체가 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체에 있어서 Al의 일부가 Ga에 의해서 Ga:Al이 1:1에서 4:6의 범위 내의 비율이 되도록 치환되고, 또한 Y의 일부가 Gd에 의해서 Y:Gd가 4:1 에서 2:3의 범위 내의 비율이 되도록 치환될 수 있다. 이와 같이 조정된 형광체의 흡수 스펙트럼은, 발광층으로서 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체를 가지는 발광다이오드 소자가 발광하는 광의 파장과 매우 잘 일치하므로, 변환효율(발광효율)을 좋게 할 수 있다. 또, 발광다이오드 소자의 청색광과 상기 형광체의 형광 광의 혼색에 의한 광은 연색성(color rendering)이 좋은 양질의 백색이 되며, 이 점에서 매우 우수한 발광장치를 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 발광효율의 향상 및 수명의 연장을 위해, 발광다이오드 칩(236)의 발광 스펙트럽의 주 피크를 가시광 중에서 비교적 단파장인 440 내지 480nm 범위의 짧은 범위 내로 설정하고, 형광체층(40)의 형광체의 주 발광파장을 발광다이오드 칩(236)의 주 피크 파장보다 길게 설정하였다. 또한 이와 같이 함으로써 형광체에 의해서 변환된 광은 발광다이오드 칩(40)에서 발광하는 광보다 장파장이기 때문에 형광체 등에 의해서 변환된 후의 광이 발광다이오드 칩(40)에 조사되더라도 발광다이오드 소자(236)에 의해서 흡수되지 않는다. 이는 발광다이오드 칩(236)의 밴드 캡 에너지보다 변환된 광의 에너지가 작기 때문이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광다이오드 조명 장치의 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면 형광체층은 다양한 형태를 가질 수 있으며 다양한 위치에 배치될 수 있다. 이하에서 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들을 설명한다. 위에서 설명한 실시예에서와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 형광체층은 광 확산 커버(130)의 내면에 접촉하도록 형성될 수 있다. 도 4는 형광체층이 광 확산 커버(130)의 내면에 접촉하는 커버의 형태로 형성되는 경우이고, 도 6은 형광체층이 광 확산 커버(130)와 발광다이오드 모듈(23) 사이의 공간을 채우도록 형성되는 경우이다. 먼저, 도 4를 참조하면, 고정 프레임(110)의 후면 양측에 마주하는 돌출부(114, 115)가 구비되고, 이 돌출부(114, 115) 사이의 공간에 광 확산 커버(130)의 끝단이 삽입된다. 이때, 광 확산 커버(130)의 끝단에 돌기(131)가 구비되고, 이 돌기(131)가 돌출부(114, 115) 사이의 공간에 억제 끼움 방식으로 끼워진다.
그리고 고정 프레임(110)의 전방 선단 근처에는 서로 마주하는 한 쌍의 안착부(112)가 구비되고, 발광다이오드 모듈(23)의 인쇄회로기판(21)이 안착부(112)에 안착된다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 형광체층(140)은 광 학산 커버(130)의 내면에 접촉하는 커버의 형태로 형성된다. 즉, 형광체층(140)은 일정한 두께를 가지는 일측이 절단된 원형 껍질의 형태를 가지며, 광 확산 커버(130)의 내면에 밀착된다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 형광체층(140)이 광 확산 커버(130)에 일체로 형성된다. 즉, 형광체층(140)과 광 확산 커버(130)의 하나의 부재로 형성되며, 이는 형광체 및 확산제가 함유된 에폭시 수지, 열경화성 수지, 유리 등으로 형성될 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 형광체층(240)이 광 확산 커버(130)와 발광다이오드 모듈(20) 사이의 공간에 채워지도록 형성된다. 이때, 발광다이오드 칩(236)의 반사컵(239)은 실리콘이나 에폭시와 같은 투명 수지로 채워질 수 있으며, 이에 따라 형광체층(240)의 형광체가 발광다이오드 칩(236)에 직접 접촉하는 것이 방지된다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 형광체층(340)은 높이가 가변되는 다단 형태로 형성되며, 서로 마주하는 후단부(341)가 고정 프레임(110)의 선단에 형성된 안착면에 고정된다. 이때 발광다이오드 칩(23)이 고정 프레임(10)의 선단보다 약간 돌출되어 형성된다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 별도의 고정 플레임이 구비되는 것이 아니라, 광 확산 커버(230)와 고정 프레임이 일체로 형성된다. 즉, 광 확산 커버(230)가 위에서 설명한 광 확산 커버의 기능 및 고정 프레임의 기능을 동시에 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이 광 확산 커버(230)는 대략 원형의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 광 확산 커버(230)는 폴리카보네이트 등의 수지로 형성될 수도 있으며, 광 확산제가 함유된 에폭시 수지 등으로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 형광체층(40, 140, 240, 340)은 두 개 이상의 서로 조성이 다른 형광체를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 형광체가 함유된 형광체층(40, 140, 240, 340)이 구비되고 나아가 광 확산 플레이트(30, 130, 230)에도 형광체가 함유될 수 있다. 형광체층(40, 140, 240, 340)에 함유된 형광체와 광 확산 커버(30, 130, 230)에 함유된 형광체는 조성이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 형광체층(40, 140, 240, 340)에 함유된 형광체는 580 내지 700nm의 피크를 갖는 적색 계열의 형광체이고, 광 확산 커버(30, 130, 230)에 함유된 형광체는 500 내지 590nm의 피크를 갖는 형광체일 수 있다. 한편, 형광체층(40, 140, 240, 340)에 함유된 형광체와 광 확산 커버(30, 130, 230)에 함유된 형광체가 이와 반대일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 고정 프레임
20: 발광다이오드 모듈
30, 130, 230: 광 확산 커버
40, 140, 240, 340: 형광체층

Claims (7)

  1. 고정 프레임,
    상기 고정 프레임에 체결되며 발광다이오드 칩을 각각 포함하는 복수의 발광다이오드 소자를 구비하는 발광다이오드 모듈,
    상기 고정 프레임에 체결되어 상기 발광다이오드 모듈의 전면을 둘러싸는 광 확산 커버, 그리고
    상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉하지 않도록 설치되며 상기 발광다이오드 칩에서 나온 광의 일부를 흡수하여 소정의 발광 스펙트럼을 방출하는 형광체층을 포함하고,
    상기 형광체층은 상기 광 확산 커버의 내면에 접촉하도록 형성되는 발광다이오드 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 형광체층은 상기 광 확산 커버의 내면에 접촉하는 커버의 형태로 형성되는 발광다이오드 조명 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 형광체층은 상기 광 확산 커버와 상기 발광다이오드 모듈 사이의 공간에 채워지도록 형성되는 발광다이오드 조명 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 광 확산 커버와 상기 고정 프레임은 일체로 형성되는 발광다이오드 조명 장치.
  7. 제1항, 제3항, 제4항, 그리고 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 형광체층은 형광체가 함유된 수지, 플라스틱 재질, 또는 유리로 형성되는 발광다이오드 조명 장치.
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