KR101578142B1 - 식물재배용 led 패키지 - Google Patents

Abstract

식물재배용 LED 패키지가 개시된다. 개시된 식물재배용 LED 패키지는, 한 쌍의 리드 단자로 이루어진 리드프레임과; 상기 리드프레임 위에 장착된 적어도 1개 이상의 청색 LED칩과; 상기 리드프레임을 밀봉 및 노출되게 하고, 상기 리드프레임에 장착된 LED칩의 광을 외부로 발산 및 반사시키는 반사부를 형성한 패키지 몰드부재와; 상기 반사부에 충전되는 것으로, 수지와 적색 형광체가 혼합된 수지봉지재;를 포함하되, 상기 청색 LED칩은, 청색과 청색계의 단파장의 광을 발산하는 LED칩으로, 발광 파장이 400nm∼470nm이고, 그리고, 상기 적색 형광체는, 질화물 결정 형광체 또는 세라믹 형광체로 이루어지되, 단파장의 발광 칩의 발산 파장에 의해 여기되어 적색으로 발산되는 액상 또는 고상의 적색 형광체를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

Description

식물재배용 LED 패키지{LED PACKAGE FOR GROWING PLANTS}

본 발명은 식물재배용 LED 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내의 식물에도 태양광과 같은 빛을 제공하면서도 저소비 전력과 고성능이 구현되도록 개선된 식물재배용 LED 패키지에 관한 것이다.

산업화가 가속되면서 인력 및 수익성의 원칙에 의해 대규모의 농지에 작물을 재배하는 방법이 점점 쇠퇴해 가는 실정이며, 이를 극복하기 위해 선진 대기업에서는 이미 실내에서 손쉽게 식물을 재배하는 자동화 시스템을 개발 진행 중이거나 일부 성과를 보고 있다.

즉, 식물재배의 개념이 농업과 공업을 접목하여 식물 공장의 개념의 발전하는 단계에 이르렀다고 볼 수 있다.

하지만, 협소한 공간에서 충분한 광합성을 시키기 위해 인공 광원을 사용하는 게 필수적인데 기존 인공 광원의 경우 높은 소비전력과 태양광에 유사한 성능을 구현하기가 어려워 고가의 시설비 및 광원을 사용해야 했다. 이에 따라 높은 전력 비용에 따른 에너지 낭비가 발생하며 결과적으로 수익성을 저하시켰다.

상기와 같은 이유로, 식물재배에 최적화된 발광 스펙트럼을 구현하면서 소비전력을 최소화하는 LED 광원을 제공하여 적은 에너지 소모를 통한 고효율의 성과를 거두는 반도체 광원의 개발이 절실히 필요하다.

그런데, 식물재배의 성장을 촉진하는 발광 스펙트럼은 LED의 청색 영역(440nm 부근)과 초적색 영역(655nm 부근)의 조합이 95% 정도 좌우하는데, 이러한 파장을 내기 위한 LED는 반도체의 특성상 고광도를 구현하기 힘들어 낮은 밝기의 광원을 제공할 수밖에 없는 실정이다.

또한 스펙트럼 파장 또한 좁은 영역으로 기타 5% 이상의 다른 영역의 스펙트럼이 필요한 부분을 완벽하게 제공하기 힘든 구조의 발광 특성을 지니고 있다.

참고로, 아래의 표 1은 파장이 식물에 미치는 작용효과를 나타내 보인 것이다.

파장(nm)			작용효과
적외선	IR-A	1400~1000	식물에 대해 특별한 작용은 없고, 열의 영향을 미침
		780	식물에 특별한 신장 효과를 촉진시키는 파장
가시광선	적색	700	발아저지(730), 광합성 작용의 최대(670)
		660	엽록소 작용 최대(655), 발아작용과 잎 배포의 화아형성(660)
	적황색	610	광합성에 유익하지 않음, 해충방제(580~650)
	녹황색	510	노란 색소에 의한 일부 흡수, 어류 집어(485)
	청색	430~440	광합성작용의 최대(430), 엽록소 작용의 최대(440), 해충유인
자외선	UV-A	400~315	일반적으로 식물의 잎을 두껍게 하는 작용, 색소의 발색 촉진작용, 해충유인
	UV-B	280	많은 합성과정에 중요한 작용(면역체 형성), 강하면 해가 됨
	UV-C	100	식물을 급속하게 시들게 하는 작용

그리고 기존의 LED를 이용한 식물재배용 광원은 청색 LED와 적색 LED를 각각 따로 제작하여 두 색상의 LED를 각각 조합하기 위해 회로기판 위에 적당한 수량으로 수량 비율을 조합하여 모듈화한 광원을 제공하고 있는데, 이렇게 매 광원마다 다른 조합이 이루어져야 하기 때문에 광원의 대량생산이 어려웠다.

그리고 하나의 LED 패키지 내에 청색 및 적색 두 종류의 LED칩을 실장한 일체형 발광원이 출시되고 있으나, 광량비의 제어와 두 LED칩의 서로 다른 전압 및 전류 특성 때문에 대량생산이 어렵고, 응용회로를 구성하는데 많은 문제점이 있다.

또한 발광원의 특성도 고광도를 구현할 수 없는 구조적인 결함이 있어 태양광 등 일반 비반도체 광원을 대치할 수준이 되지 못하는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다수개의 LED칩을 장착하여 고광도의 출력을 유지하면서 청색 영역과 적색 영역의 넓은 영역을 발산하는 광원을 제공하고, 용이하게 두 발광원의 비율이 조절 가능하도록 하여 최적의 식물재배용 광원을 제공하도록 한 식물재배용 LED 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식물재배용 LED 패키지는, 한 쌍의 리드 단자로 이루어진 리드프레임과; 상기 리드프레임 위에 장착된 적어도 1개 이상의 청색 LED칩과; 상기 리드프레임을 밀봉 및 노출되게 하고, 상기 리드프레임에 장착된 LED칩의 광을 외부로 발산 및 반사시키는 반사부를 형성한 패키지 몰드부재와; 상기 반사부에 충전되는 것으로, 수지와 적색 형광체가 혼합된 수지봉지재;를 포함하되,

상기 청색 LED칩은, 청색과 청색계의 단파장의 광을 발산하는 LED칩으로, 발광 파장이 400nm∼470nm이고, 그리고, 상기 적색 형광체는, 질화물 결정 형광체 또는 세라믹 형광체로 이루어지되, 단파장의 발광 칩의 발산 파장에 의해 여기되어 적색으로 발산되는 액상 또는 고상의 적색 형광체를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 청색 LED칩과 이격되며 상기 리드프레임 위에 장착된 1개의 적색 LED칩을 더 포함하되, 상기 적색 LED칩은 장파장광을 발산하고, 발광 파장이 620nm∼780nm이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 적색 LED칩이 갖는 최대 광량보다 월등히 높은 광량을 구현할 수 있으며, 발광 스펙트럼 또한 더 넓은 영역으로 제공할 수 있으며, 식물 성장을 촉진하는 주요한 스펙트럼인 청색광을 적정하게 발산할 수 있다.

그리고 식물의 성장 특성에 따라 적색 영역의 발광 피크(peak)를 손쉽게 제어할 수 있고, 광원을 대량생산할 수 있어 기존의 비반도체 발광원 및 LED로 구현된 식물재배용 광원보다 더 저렴하고, 더 우수한 특성의 식물재배용 발광원을 제공할 수 있다.

또한 기존 LED의 특성을 획기적으로 보완하여 식물 성장 촉진이 가능한 최적의 스펙트럼과 보다 넓은 영역의 스펙트럼을 제공하여 최소의 에너지를 투입하여 최고의 광도를 구현하는 광원을 제공할 수 있다.

그리고 기존 단독의 LED 칩이 가지는 신뢰성을 더욱 보완하는 높은 신뢰도의 식물재배용 광원을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지의 구성을 나타낸 평면도.
도 2는 도 1에서 A-A선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지의 구성을 나타낸 평면도.
도 4는 도 3에서 B-B선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 기존의 적색 형광체의 여기 및 발광 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프.
도 6은 기존의 적색 형광체가 여기 파장에 반응하여 광 발산하는 스펙트럼 분포를 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 LED 패키지의 발광 파장을 도시한 그래프.
도 8은 실리콘 대비 형광체를 함량비를 가변하면서 실험하여 얻어낸 그래프.
도 9는 청색, 녹색 및 적색의 LED를 개별적으로 구동하여 토마토 모종 재배 실험을 실시한 결과를 나타내 보인 비교표.
도 10은 본 발명이 적용된 토마토 모종 재배 실험을 실시한 결과를 나타내 보인 비교표.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에서 A-A선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 각각 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지(10)는, 한 쌍의 양극(anode) 리드 단자와 음극(cathode) 리드 단자로 이루어진 리드프레임(11)과, 이 리드프레임(11) 위에 이격되며 장착된 2개의 청색 LED칩(12a,12b)과, 이 청색 LED칩(12a,12b)들과 이격되어 리드프레임(11) 위에 장착된 1개의 적색 LED칩(13)과, 상기 리드프레임(11)을 밀봉 및 노출되게 성형하고 LED칩(12a,12b,13)들의 광을 외부로 발산 및 반사시키는 반사부(14a)를 형성한 패키지 몰드부재(14)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지(10)에는, 상기 각 LED칩(12a,12b,13)들을 리드프레임(11)과 전기적으로 통전되게 하는 본딩와이어(15)와, 상기 패키지 몰드부재(14)의 반사부(14a)에 충전되는 것으로 적색 형광체(16a)가 혼합된 수지봉지재(16)가 구비된다.

또한 상기 청색 LED칩(12a,12b)은 청색과 청색계의 단파장의 광을 발산하고, GaN계 또는 InGaN계로 이루어지며, 발광 파장은 400nm∼470nm인 LED칩이다.

특히, 상기 청색 LED칩(12a,12b)은 본 발명에 따른 실시예에서와 같이, 2개로 구성되어 질 수 있으나, 이 중 하나는 반드시 440~460nm의 발광 영역을 가지며, 나머지 하나는 400nm~470nm의 범위 내에서 선택적으로 사용할 수 있다.

그리고 상기 적색 LED칩(13)은 적색 여기를 위한 광을 발산하며, InGap계로 이루어지고, 발광 파장이 620nm∼660nm인 LED칩이다.

상기한 본 발명의 일 실시예 및 후술하는 다른 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지(10,20)에 실장되는 LED칩은, 청색과 청색계의 단파장 빛을 발산하는 청색 LED칩(12a,12b)과, 보조의 적색의 빛을 발산하는 적색 LED칩(13)이다. 따라서, 보조의 적색 빛을 발산하는 적색 LED칩(13)은 적색계 피크를 올리기 위한 보조의 수단이며, 반드시 실장되어야 하는 것은 아니다.

또한 상기 리드프레임(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 패키지 몰드부재(14)의 좌우로 3개씩 구분되어 돌출된 6개의 단자(11a)가 구비되고, 상기 LED칩(12a,12b,13)이 직렬 또는 병렬 회로로 구성되도록 리드프레임(11)에 본딩와이어(15)로 연결된다.

이러한 직렬 또는 병렬 회로구조는 기존 LED 패키지의 회로구조와 같은 것으로 종래의 제조공정을 변경하지 않고 그대로 이용하여 본 발명에 따른 LED 패키지(10,20)를 제조할 수 있다.

그리고 3개의 칩이 실장된 경우 6개의 단자(11a)를 구비하여 LED칩(12a,12b,13)의 광의 개별 제어가 가능하여, 기존의 적색, 녹색, 청색의 LED칩을 구비하여 구동했던 종래의 제어시스템을 그대로 활용할 수 있는 이점이 있다.

또한 상기 수지봉지재(16)는 광투과성 투명 재질 예컨대, 실리콘 또는 에폭시 수지가 적용되며, 이러한 수지에 LED칩(12a,12b,13)의 컬러에 혼색할 수 있는 형광체를 첨가할 수 있는데, 이 형광체는 단파장의 발광 칩의 발산 파장에 의해 여기되어 적색으로 발산되는 액상 또는 고상의 적색 형광체(16a)를 포함한다.

이와 같은 형광체가 포함된 수지봉지재(16)는 트랜스퍼 몰딩 및 디스펜싱 공정을 통해 LED칩(12a,12b,13)의 주변에 코팅 또는 몰딩되어 이루어짐으로써, 발광 효율을 극대화할 수 있다.

도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지의 구성을 나타낸 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에서 B-B선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도가 도시되어 있다.

설명에 앞서, 본 발명의 다른 실시예를 나타내 보인 도 3 및 도 4의 도면부호 중 전술한 도 1 및 도 2의 도면부호와 동일한 도면부호의 부재는 도 1 및 도 2와 동일한 부재를 나타낸 것이므로, 도 3 및 도 4의 동일한 부재에 대한 상세한 구성 설명은 생략하기로 하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 특징적인 구성만을 상술하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지(20)는, 한 쌍의 리드프레임(11)을 밀봉 및 노출되게 성형하여 LED칩들의 광을 외부로 발산시키는 패키지 몰드부재(24)를 포함하여 구성된다.

특히, 본 발명의 다른 실시예에 적용된 패키지 몰드부재(24)의 경우에는 도 1 및 도 2의 반사부(14a)를 형성하지 않고, 그 대신 패키지 몰드부재(24)를 수지와 적색 형광체(16a)를 혼합하여 전술한 수지봉지재(16)와 같은 혼합 수지로 성형하였다.

즉, 상기 패키지 몰드부재(24)는 백색 반사 재질 예컨대, PPA(Polyphthalamide) 수지 등을 이용하여 사출 성형될 수 있는 것으로, 상기한 수지에 적색 형광체(16a)를 혼합한 혼합수지이며, 리드프레임(11)을 몰딩한다.

또한 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 3개의 LED칩(12a,12b,13)을 삼각 형태로 배치한 것이나, 이는 일 예에 지나지 않고 다양한 형태로 배치할 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명에 적용된 상기 적색 형광체(16a)의 여기 파장은 350nm∼460nm사이에서 최대 여기 효율을 내며, 500nm 이상의 파장대에서는 여기 발광되지 않는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 실시예에서 적용된 적색 형광체(16a)는 적색 LED칩(13)이 가지는 저효율 및 저신뢰성의 특성을 보완하여 개선이 가능한 나이트라이드(nitride)계 소재를 적용하였고, 이 소재 이외에도 다음에 설명되는 특성을 만족하는 소재면 상기 적색 형광체(16a)로서 모두 적용 가능하다.

예컨대, 상기 수지봉지재(16)에 혼합되는 적색 형광체(16a)는 청색계열의 단파장 LED칩 종류의 파장에만 여기되어 발광되는 구조로 되어 있다.

이에 상기한 적색 형광체(16a)는 청색계열의 단파장 LED칩의 파장대인 440nm∼460nm의 파장대에서 여기되고, 500nm 이상의 파장대에서는 여기되지 않으며, 상기 특정 파장대에서 넓은 발광 파장 밴드폭(Bandwidth)으로 여기되어 540nm∼780nm의 파장대로 빛을 발산한다.

또한 상기 적색 형광체(16a)는 발광 스펙트럼에서 1개 이상의 피크 파장을 갖고 주 파장이 620∼660nm 사이에 분포되며, 적색영역 파장 이외에 다른 파장을 다소 넓게 발산하는 광대역 발광 특성을 갖는다.

그리고 상기한 적색 형광체(16a)는 단파장 청색과 적색 파장 조합만으로도 발광비율을 조절하여 구성될 수 있으며, 별도의 청색 파장 LED칩을 추가로 구성함으로써 각기 개별 제어하도록 구성하여 원하는 광량을 표출하게 구성할 수 있다.

또한 발현하는 스펙트럼이 적색의 파장 영역에서만 분포하는 경우에는, 적색형광체의 발광 광출력을 제어함에 있어 형광체의 무게비 조성으로 조절 가능하다.

즉, 청색계 단파장 여기 근원칩의 자체 발광을 모두 형광 여기 광출력으로 전환하여 사용되며, 이때는 별도의 청색 자체 발광 칩을 구성하여야 하며, 청색계 단파장 여기 근원칩의 자체 발광의 일부를 적색 여기 발광으로 전환하고 나머지 청색계 단파장 자체 발광 파장을 투과하여 발광되도록 조절함으로써 별도의 청색 발광 칩을 실장하지 않아도 동일한 효과를 기대할 수 있다.

이와 같이 청색 LED칩(12a,12b)과 적색 형광체(16a)에 의해 각 색상이 넓은 구간의 발광 파장 대역폭을 갖게 되도록 구성돼 더욱 넓은 영역의 LED칩이 구현하지 못하는 장파장 영역까지 추출하도록 구성된다.

그리고 상기 적색 형광체(16a)는 청색 LED칩(12a,12b) 중 적어도 하나의 LED칩에서 발산되는 파장에 의해 여기되어 발산하는 구성일 수 있으며, 상기 단파장 LED칩의 파장에 여기되어 발산되도록 함이 바람직하다.

이와 같은 적색 형광체(16a)는 질화물 결정 형광체 또는 세라믹 형광체를 포함한다.

이 중 상기 질화물 결정 형광체는 예컨대, 그 조성이 (Ca,Eu)AlSiN3 나이트라이드(nitride)이다.

그리고 세라믹 형광체는 유로퓸(Eu, europium)으로 활성화된 β-SiAlon(사이알론) 형광체와 α-SiAlon 형광체를 포함하고, 이 사이알론 형광체 중 어느 하나를 선택하거나 또는 두 형광체를 혼합하여 사용한다.

한편, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 패키지(10,20)는, 상기한 바와 같이, 적색 LED칩(13)은 재배 식물의 종류에 따라 선택적으로 실장될 수 있으며, 청색계 LED칩으로만 실장 구성되어도 된다.

그리고 상기한 LED 패키지(10,20)의 스펙트럼은 480~580nm 영역대에서 피크 발광값 대비 10% 이내로 억제 발광되어 제조될 수 있으며, 이렇게 특정 파장대 억제는 특정 파장을 통과하지 못하게 하는 예컨대, 피그먼트(pigment)를 수지봉지재(16) 또는 적색형광체(16a)에 추가하거나, 퀀텀닷(quantum dot) 물질을 표면에 코팅하는 방법 등이 있다.

그리고 본 발명에 적용된 LED칩(12a,12b,13)은 상기한 바와 같이, 와이어 본딩되는 LED칩이거나, 도면에는 도시하지 않았지만, 플립칩 타입의 LED칩을 적용할 수 있다.

상기한 플립칩이 적용되는 경우에는 LED칩 중 노출된 부위에는 상기 적색 형광체(16a)가 코딩된다.

또한 상기 적색 LED칩(13)은 발광 파장 영역이 780nm인 초 적색 LED칩으로 구성하여 발아를 위한 특수 용도로 작용하는 식물재배용 LED 패키지로 제조할 수 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 패키지의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 청색 LED칩(12a,12b)과 적색 LED칩(13)을 다이 접착제를 매개로 리드프레임(11) 상에 다이 본딩하고, 리드프레임(11)과의 전기적 연결을 위해 본딩와이어(15)로 와이어 본딩을 하며, 예컨대, 투과성 에폭시 수지에 적색 형광체(16a)를 혼합한 수지봉지재(16)를 리드프레임(11)에 성형된 패키지 몰드부재(14)의 반사부(14a)에 충전하거나, 리드프레임(11)에 트랜스퍼 몰딩한다.

그리고 상기 수지봉지재(16)가 경화공정을 거쳐 수지가 경화되면, 각 소자를 트리밍(trimming) 또는 포밍(forming) 공정을 통해 개별화한 후, 전기적 그리고 광학적인 특성 선별공정을 통해 삼원색의 넓은 파장대와 균일한 색상 영역을 갖는 LED 패키지(10)가 제조된다.

특히, 식물 성장에 주요한 청색 및 적색의 2종의 스펙트럼 중 양자 효율이 최대인 청색 LED칩(12a,12b)을 선정한다. 이는 식물재배에 최적화된 430nm에서 460nm의 파장을 갖는 청색광을 선택함이 바람직하며, 나머지 스펙트럼 중 적색영역은 620nm에서 780nm의 넓은 영역을 발산하는 광원으로는 청색 여기 특성을 갖는 광루미네선스(photoluminescence)를 선택한다.

그리고 상기 적색 형광체(16a)는 고신뢰성을 확보하기 위해 수분 및 온도 특성에 민감하지 않도록 유로퓸으로 활성화된 β-SiAlon 형광체와 유로퓸으로 활성화된 α-SiAlon 형광체, 또는 일반식 (Ca,Eu)AlSiN3으로 표현되는 질화물 결정 형광체의 조합으로 구성되어 있다.

또한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물재배용 LED 패키지(20)는, LED칩(12a,12b,13)이 실장된 리드프레임(11)에 적색 형광체(16a)가 혼합된 수지를 트랜스퍼 몰딩하여 패키지 몰드부재(24)를 성형 완성한 것이다.

도 5(a) 그래프는, 기존의 적색 CaAlSiN3:Eu3+ 형광체의 여기(excitation) 및 발광 스펙트럼을 나타내 보인 그래프로, 450nm 이하에서 여기 발광 특성이 우수하게 나타나는 것을 알 수 있으며, y축 값이 높을 때 그 파장대에서 형광체 효율이 극대화되고, x축 500nm 이상에서는 낮은 분포를 갖는다는 것은 그 파장대를 쓰면 형광체 효율이 떨어지고, 500nm 이하의 파장을 받아야만 형광체 발광효율이 좋아진다는 것을 나타낸다.

이때 이러한 효율이 좋은 파장 중 일 예로, 455nm를 받았을 때 형광체는 오른쪽의 방사(emission) 파장과 같은 형태로 발광을 한다는 것을 보여주고 있다.

그리고 도 5(b) 그래프는 alpa-SiALON, beta-SiALON 형광체의 여기 파장도 450nm 이하에서 최대 효율을 내는 그래프를 예시한 것이다.(왼쪽 여기 효율, 오른쪽 발광 그래프)

또한 도 6은 기존의 적색의 형광체가 여기 파장에 반응하여 광 발산하는 스펙트럼 분포를 보여주는 그래프이다.

상기한 그래프에서 보이는 바와 같이, 적색의 형광체는 500nm 이상의 파장대에서는 거의 여기되지 않는 특성을 가지며, 380nm∼450nm의 여기 파장에 반응하여 620nm∼660nm의 파장으로 발산하며, 780nm 이상 파장대로의 광 발산은 많이 하지 않는 것을 알 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 식물재배용 LED 패키지(10,20)는, 청색 LED칩(12a,12b)과 적색 LED칩(13)으로부터 발산된 특정 파장과, 청색 LED칩 또는 청색계의 단파장 LED칩으로부터 발산된 파장에 의해 여기되어 적색 형광체(16a)로부터 발산되는 파장을 서로 조합하여 파장폭이 넓은 식물재배 최적의 광을 표출하는 광원을 구성하게 된다.

그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(10,20)의 발광 파장을 도시한 그래프로, 청색 LED칩(12a,12b), 적색 LED칩(13) 및 적색 형광체(16a)의 파장대가 뚜렷이 확인되며, 각 빛의 발광특성은 식물의 특성에 따라 적색 영역이 더 많이 발광하도록 용이하게 조절될 수 있는 발광 스펙트럼을 보여준다. 각 빛의 광효율이 높고, 넓은 발광 파장을 가짐을 알 수 있다.

또한 도 8은 대조군 A 청색 피크 대비 적색 피크의 세기(%)가 변화하는 것에 따른 식물 최적화 범위를 선정하기 위해, 실리콘 대비 형광체를 함량비를 가변하면서 실험한 그래프로, 적용 형광체는 적색 나이트라이드(Nitride)이다.

그리고 실리케이트(silicate)계 형광체 적용시 식물 조건의 필수적일 수 있는 고온 고습 조건에 취약함으로, 반드시 나이트라이드(Nitride) 계열의 형광체를 적용해야 한다.

그리고 적색 형광체의 실리콘에 함량비를 바꾸어 스펙트럼 모양이 적색 피크의 형태를 가변하여 시료 제작 후 식물 생장 비교하였고, 청색과 적색의 스펙트럼 방사 피크비 별 식물 생장 비교하였다.

상기와 같은 실험으로 적색 피크 대비 적색 피크비 별 식물성장을 비교한 비교표인 표 2를 아래와 같이 획득하였다.

청색대비 적색 피크 세기	50%	60%	70%	80%	90%	100%
생장률	85%	110%	120%	110%	110%	110%
청색대비 적색 피크 세기	110%	150%	200%	250%	300%	350%
생장률	110%	110%	100%	90%	70%	60%

위 표 2에서 생장률은 자연광 생장률 100%일 때의 상대값이다.

그리고 방사비(emission ratio) 별 식물 생장 비교 결과, 청색 피크의 세기가 100%일 때, 적색 피크의 상대 세기가 60%∼200% 범위에서 자연광 대비 식물 생장이 우수함을 알 수 있었다.

상기한 실험 결과 청색 스펙트럼 방사를 100%라 할 때 기준 60∼200%의 적색 광 방사 적용시 식물 생장이 우수함을 알 수 있었다.

도 9는 청색, 녹색 및 적색의 LED를 개별적으로 구동하여 토마토 모종 재배 실험을 실시한 결과를 나타내 보인 비교표이다.

도 9에서 보이는 바와 같이, 넓은 파장대를 발산하는 단일 색상으로 식물재배시 식물 크기, 마디 수, 뿌리 등 특징을 관찰한 결과 본 발명에 적용된 적색 단독 발산과 청색 계열 실험에서 건강하게 잘 성장하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있었다.

또한 도 10은 본 발명이 적용된 토마토 모종 재배 실험을 실시한 결과를 나타내 보인 비교표로, 청색 및 적색의 LED를 동시에 구동하여 실험을 실시하였다.

도 10에서 보이는 바와 같이, 기존의 개별 구동하는 광원은 식물성장 촉진에는 다소 도움이 되나, 본 발명과 같이 동시 구동되는 광원의 경우, 장파장의 영역이 발광되는 형광체 여기 적색 파장을 구현하는 광원으로 식물이 더 건강하게 성장하는 것을 알 수 있다.

또한 본 발명이 적용된 광원은 밝기가 높아 동일 밝기를 내기 위해 5와트(W)의 소비전력만으로도 동등 이상의 효과를 나타냄을 알 수 있었다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 식물재배용 LED 패키지(10,20)는, 주요한 적색 및 청색 영역 이외의 넓은 파장을 발산하도록 구성하기 위해 열적 특성 및 신뢰성이 우수한 나이트라이드 형광체의 조합을 청색 여기 특성과 조합하여 발광 구현함으로써, 최적의 일체형 식물재배용 발광원을 제공할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 식물재배용 LED 패키지(10,20)를 모듈화된 조명기기에 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

11. 리드프레임
11a. 단자
12a,12b. 청색 LED칩
13. 적색 LED칩
14,24. 패키지 몰드부재
15. 본딩와이어
16. 수지봉지재
16a. 적색 형광체

Claims (12)

1. 한 쌍의 리드 단자로 이루어진 리드프레임(11)과;
   상기 리드프레임(11) 위에 장착된 2개의 청색 LED칩(12a,12b)과;
   상기 청색 LED칩(12a,12b)과 이격되며 상기 리드프레임(11) 위에 장착된 1개의 적색 LED칩(13)과;
   상기 리드프레임(11)을 밀봉 및 노출되게 하고, 상기 리드프레임(11)에 장착된 LED칩의 광을 외부로 발산 및 반사시키는 반사부(14a)를 형성한 패키지 몰드부재(14)와;
   상기 반사부(14a)에 충전되는 것으로, 수지와 적색 형광체(16a)가 혼합된 수지봉지재(16);를 포함하되,
   상기 2개의 청색 LED칩(12a,12b)은 청색과 청색계의 단파장의 광을 발산하는 LED칩으로, 발광 파장이 400nm∼470nm이되, 하나는 440~460nm의 발광 파장 영역을 가지며, 다른 하나는 400nm~470nm의 발광 파장 영역을 가지며,
   그리고, 상기 적색 형광체(16a)는, 질화물 결정 형광체 또는 세라믹 형광체로 이루어지되, 단파장의 발광 칩의 발산 파장에 의해 여기되어 적색으로 발산되는 액상 또는 고상의 적색 형광체를 포함하여 되며,
   또한, 상기 적색 LED칩(13)은 장파장광을 발산하고, 발광 파장이 620nm∼780nm이고,
   그리고, 상기 적색 형광체(16a)는, 발광 스펙트럼에서 1개 이상의 피크 파장을 갖되, 주 피크 파장이 620∼660nm이고, 여기 파장이 350nm∼460nm 사이에서 최대 여기 효율을 내며,
   또한, 상기 질화물 결정 형광체는, (Ca,Eu)AlSiN3 나이트라이드(nitride)를 포함하여 되고,
   상기 세라믹 형광체는, 유로퓸(Eu)으로 활성화된 β-SiAlon 형광체와 α-SiAlon 형광체를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 패키지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 식물재배용 LED 패키지 스펙트럼은 480~580nm 영역대에서 피크 발광값 대비 10% 이내로 억제 발광되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 패키지.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 β-SiAlon 형광체와 α-SiAlon 형광체는,
   상기 β-SiAlon 형광체 및 α-SiAlon 형광체 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나, 또는 상기 β-SiAlon 형광체와 α-SiAlon 형광체를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 패키지.
9. 제1항에 있어서,
   상기 패키지 몰드부재(14)는 상기 수지봉지재(16)와 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 패키지.
10. 제1항에 있어서,
    상기 LED칩은 플립칩을 포함하되,
    상기 플립칩의 노출된 부위에는 상기 적색 형광체(16a)가 코딩된 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 패키지.
11. 삭제
12. 삭제

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