KR102401586B1 - 표준광 구현 led 광원 모듈 - Google Patents

표준광 구현 led 광원 모듈 Download PDF

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Abstract

태양광에 근접한 스펙트럼을 갖도록 표준광을 구현하기 위한 LED 광원 모듈이 개시된다. 본 발명은 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~470 nm의 피크 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제1 LED 소자군; 및 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~830 nm의 피크 파장 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제2 LED 소자군을 포함하고, 상기 복수의 제2 LED 소자군은, 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-1 형광체와 상기 제2-1 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 700~750 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-2 형광체를 포함하는 제2-1 LED 소자; 및 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-3 형광체와 상기 제2-3 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 800~830 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-4 형광체를 포함하는 제2-2 LED 소자를 포함하는, 복수의 LED 소자가 배열된 광원 모듈을 제공한다.

Description

표준광 구현 LED 광원 모듈{LED Light Source Module For Standard Illuminant}
본 발명은 표준광에 근접한 광원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광에 근접한 스펙트럼을 갖도록 표준광을 구현하기 위한 LED 광원 모듈에 관한 것이다.
태양광 중 일반적으로 사람의 눈이 느낄 수 있는 가시광선의 파장은 약 380nm~770nm 정도이다. 자외선 영역은 파장 정도에 따라서 UV-A~UV-C 영역으로 구분된다. UV-A (315~400nm) 파장은 경화, 측정, 센서로 주로 활용되고, UV-B (280~315nm) 영역은 분석용, 약 개발 등에 활용되며, UV-C (100~280nm) 살균, 오염제거 등에 활용된다. 또한 적외선 영역은 여러 영역이 있지만, 근적외선(780~2500nm) 영역이 식물 조명, 헬스케어 조명, 센서 조명등 활용이 많이 되고있다.
1990년대 후반 청색 LED의 상용화가 이루어짐에 따라, 청색 LED 칩을 여기 광원으로 하고, 이 파장대의 여기 광원을 흡수하여 황색 파장의 광을 발광하는 YAG(Yittrium Aluminium Garnet)와 같은 형광체를 사용하는 백색 LED 소자가 등장하게 되었다. 이 백색 LED는 높은 휘도를 가진다는 점에서 유리하나, 청색과 황색의 파장 간격이 넓어 색분리로 인한 섬광 효과가 나타나서 색좌표가 동일한 백색 LED의 양산에 어려움이 있었고, 특히 조명 광원에서 중요한 특성인 색온도(Color Temperature; CT)와 연색성 평가 지수(Color Rendering Index; CRI)의 조절이 매우 어렵다는 단점을 갖는다. 이와 같은 통상적인 백색 LED의 연색 평가 지수는 75~80에 머물러 있었다.
이러한 문제점에 따라, 자외선 LED 칩 상에 R/G/B의 다층 형광 물질을 도포하여 백열 전구와 같이 넓은 영역의 발광 스펙트럼을 가지며 우수한 색안정성을 갖는 백색 LED 소자가 개발되었다. 이 백색 LED는 CT와 CRI의 조절이 용이하여 조명용 LED의 광원으로 부각되었다(일본공개특허 제2002-171000호 공보). 그러나, UV 칩을 여기 광원으로 하는 백색 LED는 휘도가 청색 LED 칩을 이용한 백색 LED 소자에 비해 낮다는 단점을 갖는다.
이와 같이, 종래에는 백색광의 구현을 위하여 청색 LED 칩, 녹색 형광체, 황색 형광체, 적색 형광체를 사용하거나, 추가로 적색 LED 칩, UV LED 칩, 적외선 IR LED Chip 등 멀티칩을 이용하여 일반 조명과 식물 성장 조명, 헬스케어 조명용으로 제품을 구현하여 사용하여 왔다. 그러나, 자외선, 가시광 및 적외선 영역을 포함하는 태양광과 유사한 넓은 스펙트럼을 필요로 하는 조명으로 활용하기에는 부족하며, 특히 카메라, TV 등의 화소를 결정하는 특수 조명에 필요한 정도의 넓은 영역의 자외선과 가시광선, 적외선 영역에서 태양광과 유사한 스펙트럼을 구현하는 것은 기술적으로 달성되지 못하였다.
일례로, 등록특허 제10-1079581호는 청색 LED 칩을 대신하여 UV LED 칩을 광원으로 하고 상기 UV LED 칩으로부터 방출되는 광에 의해 여기되는 청색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체 및 Cyan 형광체를 사용하는 백색 LED 패키지를 개시하고 있다. 그러나, 이 LED 패키지는 430~460 nm 부근의 청색 피크를 억제하지만, 430 nm 이하의 자외선 파장 영역 및 650 nm 이상의 적색 및 적외선 파장 영역에서 태양광 스펙트럼에 비해 매우 낮은 발광 강도를 나타낸다.
한편, 특허등록 제10-2121266호는 가시광 및 근적외선 파장 영역(700~900 nm)에 걸쳐 평탄한 스펙트럼을 갖는 고연색 발광 소자를 개시하고 있다. 이 발광 소자는 청색 LED의 여기 파장으로 각각 상이한 스토크스 시프트를 갖는 4종의 형광체를 이용한다. 이 형광체는 구체적으로 스토크스 시프트(stokes shift)가 240nm~270nm(ΔEs=1eV)인 근적외선 형광체, 스토크스 시프트(stokes shift)가 180nm~210nm(ΔEs=0.8eV)인 적색 형광체, 스토크스 시프트(stokes shift)가 70nm~120nm(ΔEs=0.5eV)인 녹색 형광체, 스토크스 시프트(stokes shift)가 40nm~60nm(ΔEs=0.3eV)인 청록색 형광체이다. 그러나, 이 발광 소자는 D50 표준광원과 대비하면, 530~740 nm 영역에서는 표준광원과 유사한 평탄한 스펙트럼을 나타내는 반면, 440~470 nm 부근에서 표준광원에 비해 매우 높은 강도의 피크를 나타내고, 770 nm 이상에서는 급격한 강도 저하로 인해 표준광원의 스펙트럼과 큰 차이를 나타낸다.
따라서, 현재까지도 자외선 영역에서 근적외선 영역에 이르는 넓은 스펙트럼 범위에서 태양광 또는 표준광원에 근접한 스펙트럼 특성을 나타내는 광원의 개발이 요구되고 있다.
그 밖에도 R/G/B와 같은 멀티 LED 칩을 조합하여 백색을 구현하는 방법이 있으나, 이 방법은 각 칩마다 동작 전압이 불균일하고, 주변 온도에 따라 칩의 출력이 변화하여 색도 좌표가 달라지는 등의 단점을 갖는다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 자외선 및 청색광 영역 구간(360~460nm)에서 태양광 또는 표준광원에 근접한 스펙트럼을 갖는 LED 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 근적외선 영역 구간(700~780 nm)에서도 높은 발광 강도의 스펙트럼을 갖는 LED 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 360~780 nm의 발광 스펙트럼 영역에서 태양광 또는 표준광원에 근접한 스펙트럼을 갖는 LED 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 적은 수의 LED 칩을 여기원으로 사용하여 표준광원에 근접한 스펙트럼을 갖는 LED 광원 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~470 nm의 피크 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제1 LED 소자군; 및 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~830 nm의 피크 파장 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제2 LED 소자군을 포함하고, 상기 복수의 제2 LED 소자군은, 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-1 형광체와 상기 제2-1 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 700~750 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-2 형광체를 포함하는 제2-1 LED 소자; 및 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-3 형광체와 상기 제2-3 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 800~830 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-4 형광체를 포함하는 제2-2 LED 소자를 포함하는, 복수의 LED 소자가 배열된 광원 모듈을 제공한다.
상기 제2-1 LED 소자에서 상기 제2-2 형광체에 대한 제2-1 형광체의 비율은 중량비로 0.53~0.63 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2-2 LED 소자에서 상기 제2-4 형광체에 대한 제2-3 형광체의 비율은 중량비로 0.2~0.3 인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제2-2 형광체는 피크가 700~750 nm이고 반치폭이 99~101 nm일 수 있다. 이 때, 상기 제2-2 형광체는 Gd3Ga5O12:Cr 형광체일 수 있다.
본 발명에서 상기 제2-4 형광체는 피크가 800~830 nm이고 반치폭이 140~150 nm일 수 있다.
이 때, 상기 제2-2 형광체는 ScBO3 : Cr3+ 형광체인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제1 소자군은, 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~430 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제1-1 형광체를 포함하는 제1-1 LED 소자; 및 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 440~470 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제1-2 형광체를 포함하는 제1-2 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈을 제공한다.
본 발명에서 상기 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~540 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-5 형광체를 포함하는 제2-3 LED 소자를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 540~590 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-6 형광체를 포함하는 제2-4 LED 소자를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 570~630 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-7 형광체를 포함하는 제2-5 LED 소자를 포함할 수 있다,
본 발명에서 상기 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 605~665 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-8 형광체를 포함하는 제2-6 LED 소자를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 650~700 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-9 형광체를 포함하는 제2-7 LED 소자를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 복수의 LED 소자의 발광 강도는 개별적으로 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 복수의 LED 소자는 적분구에 배열되거나 도광판의 엣지를 따라 배열될 수 있다.
본 발명의 LED 광원 모듈은 복수의 LED 소자로 구성되는데, 일부 LED 소자는 LED 칩에 의해 1차 여기되는 형광체와 이 형광체의 발광 파장을 2차 여기 파장으로 이용하는 다른 형광체를 포함하여, 적색, 근적외선 등 장파장 영역에서 높은 발광 강도를 유지하는 스펙트럼을 보여줄 수 있게 된다. 이에 따라, 또한, 본 발명의 LED 광원 모듈은 근적외선 영역에서 태양광 스펙트럼과 높은 일치율을 나타낼 수 있다.
또한 이와 동시에 본 발명의 LED 광원 모듈은 모듈을 구성하는 LED 소자에서 1차 여기 형광체와 2차 여기 형광체의 함량을 적절히 제어함으로써 광원 스펙트럼 상에 LED 칩의 발광 파장을 최대한 억제할 수 있다. 이에 따라, 자색 및 청색 영역에서도 태양광 스펙트럼과 높은 일치율을 나타낼 수 있고, 이와 동시에 자외선 영역에서 근적외선 영역에 이르는 넓은 파장 범위에서 태양광과 매우 흡사한 발광 스펙트럼을 나타내는 광원 모듈을 제공할 수 있게 된다.
이와 같이, 개별 LED 소자에서 LED 칩의 파장을 억제함으로써 본 발명의 광원 모듈은 개별 소자의 출력을 독립적으로 제어하는 경우 태양광 또는 표준 광원 스펙트럼에 매우 흡사하게 광원 스펙트럼을 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원 모듈을 구성하는 복수의 개별 LED 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 발광 메커니즘을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈로 표준 광원을 모사하기 위한 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈로 각각 표준 광원을 모사 한 스펙트럼을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원 모듈을 구성하는 복수의 개별 LED 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 9개의 LED 소자의 스펙트럼이 사용되고 있는데, 이들 LED 소자는 여기원인 LED 칩을 기준으로 제1 LED 소자군과 제2 LED 소자군으로 나눌 수 있다.
본 발명에서, 제1 LED 소자군은 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩(C1)을 사용하는 LED 소자들로 구성되고, 제2 LED 소자군은 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩(C2)을 사용하는 LED 소자들로 구성된다. 도면에는 제1 LED 소자군의 발광 칩의 파장과 제2 LED 소자군에 사용된 발광 칩의 파장이 화살표로 지시되고 있다. 도시된 그래프에서, 450~470 nm 부근의 발광 칩의 파장(C2)은 극도로 억제되어 있음을 알 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 LED 소자군은 2개의 LED 소자로 구성되어 있고, 제2 LED 소자군은 7개의 LED 소자로 구성되어 있는데, 본 발명에서 제1 LED 소자군과 제2 소자군의 LED 소자의 개수는 이와 달리 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 제2 LED 소자군을 이루는 700~830 nm 범위 적색 및 근적외선 영역의 발광 피크(P1, P2)을 갖는 LED 소자의 발광 스펙트럼은 다음과 같은 원리를 기초로 제어된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 450~470 nm 부근의 발광 칩의 여기 파장에 여기되어 적색 파장을 발하는 형광체의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2a 및 도 2b에서 형광체로는 Gd3Ga5O12:Cr이 사용되었다.
도 2a는 형광체로 Gd3Ga5O12:Cr를 기준 함량 사용한 경우의 스펙트럼이고, 도 2b는 형광체로 Gd3Ga5O12:Cr를 기준 함량의 2배를 사용한 경우의 스펙트럼이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, Gd3Ga5O12:Cr의 함량을 2배로 증가시켜도 발광 칩의 여기 파장은 형광체의 피크 파장보다 여전히 높은 강도를 나타냄을 알 수 있다.
한편, 도 2c는 도 2b에 사용된 Gd3Ga5O12:Cr 형광체 함량을 유지하고 630 nm 파장의 피크 파장을 갖는 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체를 중량비로 첨가한 LED 소자에 대한 발광 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2c의 소자에서 Gd3Ga5O12:Cr 형광체 함량에 대한 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 비율은 1:0.3으로 하였다.
도 2c에 나타난 바와 같이, (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체를 사용함에 따라 발광 칩의 여기 파장은 현저히 감소하였고, Gd3Ga5O12:Cr 형광체의 발광 파장은 현저히 증가함을 알 수 있다. 이것은 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체가 발광 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 Gd3Ga5O12:Cr 형광체를 2차 여기하였음을 의미한다.
도 2d는 도 2c의 LED 소자에서 Gd3Ga5O12:Cr 형광체의 함량은 유지하면서 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 함량을 증가시켜, Gd3Ga5O12:Cr 형광체와 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 비율을 1:0.6으로 하였을 때의 발광 스펙트럼을 측정한 그래프이다.
도 2d를 참조하면, 발광 스펙트럼에서 발광 칩의 여기 파장은 검출되지 않음을 알 수 있다.
이상 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 바와 같이, 630 nm의 발광 파장을 갖는 중간 파장 형광체를 사용함으로써 장파장 형광체의 발광 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다. 더욱이, 중간 파장 형광체의 함량을 제어함으로써 스펙트럼 내에 LED 칩의 피크 파장을 검출되지 않을 정도로 소진할 수 있음을 알 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에서 450~470 nm 부근의 발광 칩의 여기 파장에 여기되어 적색 및 적외선 영역의 파장을 발하는 형광체의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3a 및 도 3b에서 형광체로는 ScBO3 : Cr3+ 형광체가 사용되었다.
먼저, 도 3a는 형광체로 ScBO3:Cr3+를 기준 함량 사용한 경우의 스펙트럼이고, 도 3b는 형광체로 ScBO3:Cr3+를 기준 함량의 2배 사용한 경우의 스펙트럼이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, ScBO3:Cr3+의 함량을 2배로 증가시켜도 발광 칩의 여기 파장은 형광체의 피크 파장보다 여전히 높은 강도를 나타냄을 알 수 있다.
한편, 도 3c는 도 3b에 사용된 ScBO3:Cr3+ 형광체 함량을 유지하고 630 nm 파장의 피크 파장을 갖는 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체를 첨가한 LED 소자에 대한 발광 스펙트럼 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3c의 소자에서 ScBO3:Cr3+ 형광체 함량에 대한 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 비율은 1:0.25로 하였다.
도 3c에 나타난 바와 같이, (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체를 사용함에 따라 발광 칩의 여기 파장은 현저히 감소하였고, ScBO3:Cr3+ 형광체의 발광 파장은 현저히 증가함을 알 수 있다. 이것은 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체가 발광 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 ScBO3:Cr3+ 형광체를 2차 여기하였음을 의미한다.
도 3d는 도 3c의 LED 소자에서 ScBO3:Cr3+ 형광체의 함량은 유지하면서 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 함량을 증가시켜, ScBO3:Cr3+ 형광체와 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 비율을 1:0.5으로 하였을 때의 발광 스펙트럼을 측정한 그래프이다.
도 2d를 참조하면, 발광 스펙트럼에서 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 강도에 비해 ScBO3:Cr3+ 형광체의 발광 강도가 낮아지고 발광 칩의 여기 파장은 낮은 강도로 검출되고 있다. 이 스펙트럼으로부터 적색 또는 근적외선 파장에서의 발광 강도를 유지하기 위해서는 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 함량은 적정 범위 내에서 제어되어야 함을 알 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에서 700~830 nm 파장 범위의 적색 및 근적외선 영역의 발광 스펙트럼의 제어는 중간 파장인 620~640 nm 피크 파장의 (SrCa)AlSiN3:Eu 형광체의 발광 파장을 2차 여기 파장으로 하여 이루어지며. 장파장 형광체의 발광 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 모듈을 구성하는 복수의 LED 소자는 각각 독립적으로 그 발광 강도가 제어되는 LED 소자이고 공간적으로 분리되어 있다. 따라서, 서로 다른 LED 소자의 형광체는 인접하는 LED 소자에 의해 여기되지 않게 된다, 그러므로, 각 LED 소자의 발광 스펙트럼에 잔존하는 LED 칩의 여기 파장은 태양광 또는 표준 광원에 일치하는 스펙트럼의 제어를 곤란하게 할 수 있다. 본 발명은 LED 칩의 발광 파장이 형광체의 2차 여기 파장으로 소진되게 함으로써 개별 소자의 스펙트럼의 제어를 용이하게 하고, 그 결과 태양광 또는 표준 광원에 일치하는 스펙트럼으로의 보정을 용이하게 한다.
다시 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 본 발명의 광원 모듈은 구성하는 개별 LED 소자는 다음가 같이 구성될 수 있다.
A. 제1 소자군
제1 LED 소자 : 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~430 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체로 구성. 여기서, 형광체로는 Sr2P2O7:Eu 및 Y2SiO5:Ce로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소항 1종의 형광체가 사용될 수 있다.
제2 LED 소자 : 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 440~470 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체로 구성. 여기서, 형광체로는 (Sr,Ba)10(PO4)6CI2:Eu 및 (Ba,Sr,Ca)3MgSi2O8:Eu로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
B. 제2 소자군
제3 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~540 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서, 형광체로는 BaSi2(O,Cl)2N2:Eu 및 SrSi2(O,CI)2N2:Eu로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제4 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 540~590 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서, 형광체로는 Al5O12Y3:Ce²+, Y3Al5O12:Ce 및 Sr2SiO4:Eu2+로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제5 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 570~630 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서, 형광체로는 CaAlSiN3:Eu2+ 및 Sr3SiO5:Eu,Yb로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제6 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 605~665 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서, 형광체로는 (SrCa)AlSiN3:Eu, Ba2Ca2Eu2O4SiSr2 및 CaAlSiN3:Eu으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제7 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 650~700 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서, 형광체로는 CaAlSiN3:Eu, (SrCa)AlSiN3:Eu, α-SiAlON:Eu 및 KSF:Eu로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제8 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 중간 파장 형광체와 상기 형광체의 발광 파장에 의해 여기되어 700~750 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체로 구성. 여기서 중간 파장 형광체는 (SrCa)AlSiN3:Eu, Ba2Ca2Eu2O4SiSr2 및 CaAlSiN3:Eu로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있고, 700~750 nm의 피크 파장의 형광체로는 Gd3Ga5O12:Cr, (Y,Gd)3Al5O12:Cr 및 (Y,Gd)3(AlGa)5O12:Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
제9 LED 소자 : 450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 형광체와 상기 형광체의 발광 파장에 의해 여기되어 800~830 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 형광체를 포함하여 구성. 여기서 중간 파장 형광체는 (SrCa)AlSiN3:Eu, Ba2Ca2Eu2O4SiSr2 및 CaAlSiN3:Eu로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있고, 800~830 nm의 피크 파장의 형광체로는 ScBO3 : Cr3+ 및 SrAl2O4:Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종이 사용될 수 있다.
전술한 복수의 LED 소자로 구성되는 광원 모듈은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 광원 모듈은 직하형 백 라이트, 엣지형 백 라이트 형태로 구현될 수도 있고, 적분구 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
<실시예>
하기 표 1과 같이 각각의 LED 소자(#1~#9)를 제작하고, 각 소자를 3x3 행렬 형태로 배치하여 광원 모듈을 제작하였다.
구분 LED 칩
여기 파장		 형광체 형광체
비율
#1 LED 380~390nm Sr2P2O7:Eu -
#2 LED 380~390nm (Sr,Ba)10(PO4)6CI2:Eu -
#3 LED 450~452.5nm BaSi2(O,Cl)2N2:Eu -
#4 LED 450~452.5nm Al5O12Y3:Ce²+ -
#5 LED 450~452.5nm CaAlSiN3:Eu2+ -
#6 LED 450~452.5nm (SrCa)AlSiN3:Eu -
#7 LED 450~452.5nm CaAlSiN3:Eu -
#8 LED 450~452.5nm Gd3Ga5O12:Cr /(SrCa)AlSiN3:Eu 1 : 0.58
#9 LED 450~452.5nm ScBO3: Cr3+ /(SrCa)AlSiN3:Eu 1 : 0.25
제작된 광원 모듈에서 각 LED 소자의 출력을 제어하여 표준 광원(A, D50, D65)를 모사하였다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 필요한 데이터를 위해 분광 방사 조도계(KONICA MINOLTA CL-500A)로 개별 LED의 광특성을 측정하여 데이터화 하였다.
이어서, 도 4b에 도시된 절차와 같이, 분광 방사 조도계로 측정한 개별 LED의 광특성 데이터를 기반으로 기준 스펙트럼 파장 구현을 위하여 각 LED의 피크 파장 별 세기를 조합하여 스펙트럼 보정 작업을 수행하였다. 이어서, 기준 스펙트럼에 부합될 때까지 분광 계측기로 실측 및 스펙트럼 보정 작업을 반복 진행하였다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 표준 광원 A, D50, D65에 대한 모사 스펙트럼을 예시적으로 도시한 도면이다. 각 도면에서 점선은 표준 광원의 실제 스펙트럼을 나타내고, 실선은 본 발명의 광원 모듈의 스펙트럼을 나타낸다.
아래 표 2 내지 표 4는 각각의 표준 광원(A, D50, D65) 모사에서의 본 발명의 광원 모듈의 연색성 지수(Ra, R1~R15)를 측정한 결과를 타낸 표이다.
Figure 112021136936061-pat00001
Figure 112021136936061-pat00002
Figure 112021136936061-pat00003
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~470 nm의 피크 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제1 LED 소자군; 및
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~830 nm의 피크 파장 범위에서 서로 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 각각 포함하는 복수의 제2 LED 소자군을 포함하고,
    상기 복수의 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-1 형광체와 상기 제2-1 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 700~750 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-2 형광체를 포함하는 제2-1 LED 소자; 및
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩의 여기 파장에 의해 여기되어 620~640 nm 피크 파장의 광을 발광하는 제2-3 형광체와 상기 제2-3 형광체의 피크 파장에 의해 여기되어 800~830 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-4 형광체를 포함하는 제2-2 LED 소자를 포함하는,
    복수의 LED 소자가 배열된 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    제2-1 LED 소자에서 상기 제2-2 형광체에 대한 제2-1 형광체의 비율은 중량비로 0.53~0.63 인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    제2-2 LED 소자에서 상기 제2-4 형광체에 대한 제2-3 형광체의 비율은 중량비로 0.2~0.3 인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2-2 형광체는 피크가 700~750 nm이고 반치폭이 99~101 nm인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2-2 형광체는 Gd3Ga5O12:Cr 형광체인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2-4 형광체는 피크가 800~830 nm이고 반치폭이 140~150 nm인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2-2 형광체는 ScBO3 : Cr3+ 형광체인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED 소자군은,
    360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 410~430 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제1-1 형광체를 포함하는 제1-1 LED 소자; 및
    360nm~390nm의 여기 파장을 방출하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 440~470 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제1-2 형광체를 포함하는 제1-2 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어 480~540 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-5 형광체를 포함하는 제2-3 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 540~590 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-6 형광체를 포함하는 제2-4 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 570~630 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-7 형광체를 포함하는 제2-5 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 605~665 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-8 형광체를 포함하는 제2-6 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 LED 소자군은,
    450~470 nm의 여기 파장을 발하는 LED 칩과 상기 LED 칩에 의해 여기되어, 650~700 nm의 피크 파장의 광을 발광하는 제2-9 형광체를 포함하는 제2-7 LED 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자의 발광 강도는 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는 적분구에 배열된 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는 도광판의 엣지를 따라 배열된 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
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