KR102024592B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 조명 장치에 이용될 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 장착부를 구비하는 패키지 몸체; 상기 장착부에 장착되는 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 위치하는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 위치하는 파장 변환층; 및 상기 파장 변환층 상에 위치하며, 상기 파장 변환층의 색상을 보정하기 위한 색 보정층을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

발광 소자 패키지 {Light emitting device package}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 조명 장치에 이용될 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자의 하나인 발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체 제조 공정을 이용하여 제작되는 발광 소자로써 1920년대 반도체 소자에 전압을 가하여 발광 현상이 관측된 이후로 1960년대 말에 실용화되기 시작했다.
이후 꾸준히 LED의 효율을 개선하기 위한 연구, 개발이 이루어져 왔으며, 특히 기존의 광원을 대체할 정도의 광 특성을 가진 LED에 대한 관심이 커지고 있는 실정이다. 또한, LED에 대한 연구의 증가와 더불어 LED 패키지와 이를 이용한 조명 장치에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.
또한 점광원 및 소형 광소자로, 활용분야가 표시, 신호, 디스플레이, 조명, 바이오, 통신, 휴대전화, LCD, 자동차 산업 등 산업 전반으로 매우 넓으며, 앞으로도 지속성장이 예측된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 파장 변환층을 포함하는 발광 소자 패키지에 있어서, 광의 품질을 향상시킬 수 있고, 조명 장치에 이용되는 경우에 외관의 색감을 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은, 장착부를 구비하는 패키지 몸체; 상기 장착부에 장착되는 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 위치하는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 위치하는 파장 변환층; 및 상기 파장 변환층 상에 위치하며, 상기 파장 변환층의 색상을 보정하기 위한 색 보정층을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 파장 변환층은, 황색 형광체를 포함할 수 있다.
이때, 색 보정층은, 상기 황색 형광체의 색상과 보색 관계에 있는 색상을 포함할 수 있다.
또한, 색 보정층은, 안료 또는 형광체를 포함할 수 있다.
이때, 색 보정층은, 청색 또는 녹색을 띠는 안료 또는 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 색 보정층은, 다수의 홈을 포함할 수 있다.
이때, 다수의 홈에는 안료 또는 형광체를 포함할 수 있다.
또한, 다수의 홈은, 광 추출 패턴을 형성할 수 있다.
여기서, 색 보정층은, 상기 발광 소자의 발광 전의 상기 파장 변환층 자체의 색상을 보정하기 위한 것일 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, 발광 소자가 구동되는 경우에는 출력 광의 품질이 개선될 수 있다.
또한, 발광 소자가 구동되지 않는 경우에는 여기되지 않은 상태의 파장 변환층 자체의 색상이 사용자에게 심미적 또는 경험적 거부감을 줄 수 있으나, 이러한 파장 변환층 자체의 색상을 보정함으로써 이와 같은 심미적 또는 경험적 거부감으로 인한 불편함을 개선할 수 있는 것이다.
이와 함께, 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는 CIE Lab 색 공간을 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시예에 의한 색상의 변환을 나타내는 개략도이다.
도 4는 발광 소자 패키지의 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.
도 5는 홈 패턴의 예를 나타내는 사진이다.
도 6은 홈 패턴을 가지는 발광 소자 패키지의 광 추출을 나타내는 단면 개략도이다.
도 7은 발광 소자 패키지의 또 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면 개략도이다. 도시하는 바와 같이, 발광 소자 패키지는, 장착부(11)를 구비하는 패키지 몸체(10)가 구비되고, 이 장착부(11)에 발광 소자(20)가 장착된다.
이러한 발광 소자(20)는 다양한 발광 소자가 이용될 수 있으나, 그 일례로 발광 다이오드(light emitting diode; LED)가 이용될 수 있다.
패키지 몸체(10)에는 장착부(11)에 장착된 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되는 리드(도시되지 않음) 및 히트 싱크(도시되지 않음)가 구비될 수 있으나, 여기에서는 설명을 생략한다.
도시하는 바와 같이, 장착부(11)는 패키지 몸체(10)의 상면(13)에서 내측으로 함몰된 홈 형상으로 이루어질 수 있고, 따라서, 발광 소자(20)가 장착되는 면 주변에 경사면(12)을 가질 수 있다. 이 경사면(12)은 반사면으로 작용할 수 있다.
또한, 이 장착부(11)는 충진재(도시되지 않음)로 채워질 수 있다. 이러한 충진재는 실리콘 젤이나 에폭시 수지와 같은 물질이 이용될 수 있다.
이러한 발광 소자(20)가 장착되는 장착부(11) 상에는 발광 소자(20)에서 발광하는 광의 적어도 일부의 파장을 변환할 수 있는 파장 변환층(40)이 위치할 수 있다.
파장 변환층(40)은 발광 소자(20)에서 방출하는 광을 흡수하여 변환된 파장의 광을 방출하는 것으로서, 발광 소자 패키지에서는 발광 소자(20)에서 방출하는 광과 혼합된 광이 방출될 수 있다.
예를 들어, 발광 소자(20)가 청색 색상의 광을 발광하는 발광 소자(20)이고 파장 변환층(40)은 황색 발광체인 경우, 이 청색 광의 일부가 파장 변환층(40)에 흡수되어 황색 광을 발광하게 된다. 따라서, 이 청색 광과 황색 광이 혼합되어 백색 광을 방출할 수 있는 것이다.
이때, 이러한 파장 변환층(40)은 장착부(11) 상에 위치하는 투명 기판(30) 상에 구비될 수 있다. 투명 기판(30)은 파장 변환층(40)과 색 보정층(50)을 형성하는 기판으로 이용될 수 있다. 이러한 투명 기판(30)은 유리를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 파장 변환층(40) 상에는 이 파장 변환층(40)의 색상을 보정하기 위한 색 보정층(50)이 위치할 수 있다.
색 보정층(50)은 파장 변환층(40)의 발광 전후의 색상을 보정할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(20)가 방출하는 광에 의하여 파장 변환층(40)이 여기되어 방출되는 변환된 광의 색상을 보정할 수 있고, 또한, 발광 소자(20)가 방출하지 않을 때 파장 변환층(40) 자체의 색상을 보정할 수 있다.
조명 장치에 이용되는 광은 주로 백색 광이 이용될 수 있으며, 위에서 설명한 바와 같이, 청색 광을 발광하는 발광 소자(20)와 조합하여 파장 변환층(40)은 황색 형광체가 포함될 수 있다.
이하, 발광 소자(20)는 청색 광을 발광하고 파장 변환층(40)은 황색 형광체를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
이때, 발광 소자(20)가 구동되는 경우에는 백색 광으로 혼합되어 방출되지만, 발광 소자(20)가 구동되지 않는 경우에는 여기되지 않은 상태의 파장 변환층(40) 자체의 색상이 외부에서 시인될 수 있다.
이때, 황색 형광체를 포함하는 파장 변환층(40) 자체의 색상은 마찬가지로 황색을 띠게 된다. 그러나 이러한 황색 색상은 사용자에게 심미적 또는 경험적 거부감을 줄 수 있다.
이때, 색 보정층(50)은 이러한 파장 변환층(40) 자체의 색상을 보정함으로써 이와 같은 심미적 또는 경험적 거부감으로 인한 불편함을 개선할 수 있는 것이다.
도 2는 CIE Lab 색 공간을 나타내고 있다. 이러한 CIE Lab 색 공간은 인간 감성에 접근하기 위하여 연구된 결과로 인간이 색채를 감지하는 노랑-파랑, 초록-빨강의 반대색 설에 기초하여 CIE에서 정의한 색 공간이다.
이 색 공간은 조색을 할 때 색채의 오차 범위와 방향을 쉽게 짐작할 수 있도록 하여 세계적으로 가장 널리 통용되고 있다.
여기서, L*는 반사율(인간의 시감과 같은 명도)을 나타내며, 0 내지 100까지의 단계로 소수점 이하 단위도 표현할 수 있다. a*는 색도 다이어그램으로 +a*는 빨강, -a*는 초록 방향을 나타낸다. 또한, b*는 색도 다이어그램으로 +b*는 노랑, -b*는 파랑 방향을 나타낸다.
황색 형광체를 포함하는 파장 변환층(40) 자체의 색상을 이러한 CIE Lab 좌표에서 나타낼 때, 이러한 파장 변환층(40)의 색상은 CIE Lab 좌표에서 a*, b* 값이 모두 양의 값을 나타내는 영역에 위치하게 되어, a*, b* 값이 모두 0인 백색과의 색 차(ΔE)로 인해 심미적 거부감을 줄 수 있다.
이때, 색 보정층(50)은 이러한 파장 변환층(40)의 색상을 보정할 수 있고, 이를 위하여 색 보정층(50)은 파장 변환층(40)의 색상을 보정할 수 있는 형광체 또는 안료를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 색 보정층(50)은 청색 또는 녹색을 띠는 형광체 또는 안료를 포함할 수 있다. 또한, 색 보정층(50)은 황색 형광체의 색상과 보색 관계에 있는 색상을 포함할 수 있다.
즉, 도 2의 Lab 좌표계에서 색 보정층(50)을 적용하지 않은 좌표(a*, b*, 20, 30)에서 황색과 보색 관계에 있는 재료를 이용함으로써 좌표계의 원점(0, 0)에 가깝게 설계할 수 있다.
표 1 및 도 3에서 나타내는 실시예 1(C)의 경우, 색 보정층(50)을 적용하지 않은 상태(A)의 황색 색상에 청색 안료 또는 형광체를 혼합함으로써, b* 값을 0에 가깝게 구현한 상태를 나타낸다.
여기서 a* 값은 20, b* 값은 2로 구현되었고, 이때 백색과의 색 차(ΔE)는 20.1로서, 색 보정층(50)을 적용하지 않은 경우에 비하여 색 차가 개선될 수 있음을 나타내고 있다.
또한, 실시예 2(B)의 경우에는 청색 및 녹색의 안료 또는 형광체를 이용함으로써 좌표에서 원점방향으로 설계하여 색 차를 최소화할 수 있는 예를 나타내고 있다.
여기서, a* 값은 1이고, b* 값은 2로서, 백색과의 색 차(ΔE)는 2.2로서, 색 보정층(50)을 적용하지 않은 경우에 비하여 색 차가 크게 개선될 수 있음을 나타내고 있다.

개선 방향

a*

b*
△ E
√(0-a*)2+(0-b*)2

비교예(A)

색 보정층 미적용

20

30

36

실시예 1(C)

청색 첨가

20

2

20.1

실시예 2(B)

녹색 및 청색 첨가

1

2

2.2
이때, 사용할 수 있는 청색 안료는 코발트 블루 색상으로서 다음의 화학식으로 표현되는 물질(CaCuSi4O10)을 이용할 수 있다. 또한 청색 형광체로서는 (Ca,Sr)5(PO4)3Cl:Eu 또는 (Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu로 표현되는 물질을 이용할 수 있다.
또한, 녹색 안료로서는 Cr2O3 또는 Copper Acetoarsenite를 이용할 수 있고, 녹색 형광체로서는 BaSi2O2N2:Eu 또는 (Ba,Sr)SiO4:Eu로 표현되는 물질을 이용할 수 있다.
이와 같은 색 보정층(50)은 도 1에서와 같이, 파장 변환층(40) 상에 단일층으로 구성될 수 있으나, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 모체(51)에 다수의 홈(52)을 포함하는 색 보정층(50)으로 구현될 수 있다.
도 4에서는 이러한 다수의 홈(52)이 크기가 과장되어 표현되어 있으나, 다수의 홈(52)은 도 5와 같이, 직경이 수십 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.
또한, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 다수의 홈(52)은 일정한 간격 패턴을 이루어 형성될 수 있으며, 이러한 홈(52)의 패턴은 광 추출 패턴을 이룰 수 있다. 즉, 다수의 홈(52)으로 이루어지는 광 추출 패턴은 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 모체(51)는 유리와 같은 투명 물질로 이루어질 수 있으며, 이 모체(51)에 홈(52) 패턴이 형성될 수 있는 것이다. 이와 같은 광 추출 패턴을 적용하면 발광 소자 패키지의 광 추출 효율이 대략 6 내지 10% 정도 상승할 수 있다.
이러한 홈(52)이 형성된 모체(51)에는, 위에서 설명한 색상을 띠는 안료 또는 형광체가 포함될 수 있다.
즉, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자(20)에서 방출되는 청색 광의 일부는 파장 변환층(40)에 흡수 및 방출되면서 황색 광을 방출하여, 색 보정층(50)에 형성된 홈(52) 패턴에 의하여 효율적으로 외부로 추출될 수 있는 것이다.
이때, 발광 소자(20)의 구동시에는 발광 소자(20)와 파장 변환층(40)에 의하여 만들어지는 백색 광의 품질을 색 보정층(50)에 의하여 개선할 수 있다.
또한, 발광 소자(20)가 구동되지 않는 경우에는, 주로 파장 변환층(40)에 의하여 외부에 시인되는 색상을 색 보정층(50)에 의하여 조절함으로써 색감 및 심미감을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 홈(52) 패턴에 색상을 변환하는 안료 또는 형광체(54)가 포함될 수도 있다.
즉, 색 보정층(50)의 모체(53)에는 색상을 변환하는 물질이 포함되지 않고, 홈(52) 패턴 내부에만 색상을 변환하는 안료 또는 형광체(54)가 위치할 수 있는 것이다.
이러한 홈(52) 패턴 내부에 위치하는 안료 또는 형광체(54)는 파장 변환층(40) 자체의 색상과 혼합되어 위에서 설명한 바와 같이, 외부에서는 백색과의 편차가 적은 색상으로 보여질 수 있는 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 패키지 몸체 20: 발광 소자
30: 투명 기판 40: 파장 변환층
50: 색 보정층 51, 53: 모체
54: 안료 또는 형광체

Claims (9)

  1. 장착부를 구비하는 패키지 몸체;
    상기 장착부에 장착되는 발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 위치하는 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 위치하고 상기 발광 소자에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 황색광으로 변환하는 파장 변환층; 및
    상기 파장 변환층 상에 위치하며, 홈 패턴이 형성된 모체를 포함하고, 상기 모체의 내부 또는 상기 홈 패턴에 포함되어 상기 파장 변환층의 황색광과 보색 관계에 있는 색상을 띠는 안료를 포함하여 상기 발광 소자의 발광 전의 상기 파장 변환층 자체의 색상을 보정하기 위한 색 보정층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안료는, 청색 안료 및 녹색 안료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 색 보정층은, 상기 파장 변환층과 백색과의 색차를 감소시키기 위한 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 청색 안료는 코발트 블루 색상으로서 다음의 화학식으로 표현되는 물질(CaCuSi4O10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 녹색 안료는 Cr2O3 또는 Copper Acetoarsenite를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 안료는, 상기 홈 패턴 내부에만 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 투명 기판은, 상기 파장 변환층 및 상기 색 보정층을 형성하기 위한 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  8. 삭제
  9. 삭제
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