KR102509024B1 - 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
실시예에 개시된 발광 소자는, 발광 칩; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체; 및 상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장 사이의 파장 스펙트럼을 흡수하는 광 흡수제를 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS HAVING THEREOF}
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치에 관한 것이다.
발광소자는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함하며, 상기 발광 다이오드는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자로서, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광 다이오드는 예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
백색광을 방출하는 LED는 형광체를 도포하여 형광체로부터 발광하는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 LED에 황색을 내는 YAG:Ce 형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식이 일반적이다.
그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 렌더링(Color rendering)이 용이하지 않다는 단점이 있다.
따라서, 종래의 백색 LED 백라이트는 청색 LED칩과 황색 형광체를 조합한 것으로서, 녹색과 적색 성분이 결여되어 부자연스러운 색상을 표현할 수밖에 없어 휴대 전화, 노트북 PC의 화면에 이용하는 정도로 한정되어 적용되고 있다. 그럼에도, 구동이 용이하고 가격이 현저히 저렴하다는 이점 때문에 널리 상용화되어 있다.
청색 칩과 황색 형광체로 제조된 백색 LED 소자의 특히 바람직한 용도는 이동전화, 개인 휴대 정보 단말기 등에 사용되는 백라이트 용이다. 하지만, 황색 형광체(예컨대, 최고 방출이 590nm 내지 610nm 사이에서 나타남)의 사용으로 인해, 상기 LED의 스펙트럼은 이 스펙트럼의 황색 영역에서의 과도한 방출을 함유하여 백라이트의 색상범위를 강력하게 감소시킨다.
색상 범위(color gamut)는 색도도, 예컨대 CIE 1931 x, y 색도도에서 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 픽셀의 색점 간에 걸쳐진 영역이다. 디스플레이의 역사적인 "황금 기준(golden standard)"는 3가지 색점 좌표 세트로 한정되는 NTSC 전범위(gamut)이다. 일반적으로 NTSC의 70%를 초과하는 전범위는 많은 백라이팅 용도에 허용성으로 간주되고 있고, NTSC의 90%를 초과하는 전범위는 대부분의 이러한 임의의 용도에 허용성으로 간주되고 있다.
황색 형광체를 이용하여 LED 백라이트의 전범위를 향상시킬 경우, 황색광은 제거되므로 LED 백라이트의 광도를 감소시킨다. 따라서, 패키지에 황색 형광체를 사용함이 없이 광도를 높일 수 있는 백색 LED의 개발이 유익할 것이다.
실시 예는 서로 다른 형광체들로부터 방출된 파장 스펙트럼 사이의 경계 영역을 제거할 수 있도록 한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 청색 또는 자외선 발광 칩, 황색 형광체 및 적색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 청색 또는 자외선 발광 칩, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 형광체들에 의한 파장 스펙트럼 사이의 경계 영역을 흡수하는 광 흡수제를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 녹색 또는 황색 피크 파장과 적색 피크 파장 사이의 스펙트럼 영역을 제거하여, 각 피크 파장의 반치 폭을 줄여줄 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 청색 발광 칩, 녹색 형광체 또는 황색 형광체와 적색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 고색재현이 가능한 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 발광 칩; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체; 및 상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장 사이의 파장 스펙트럼을 흡수하는 광 흡수제를 포함한다.
실시 예에 의하면 서로 다른 형광체 및 발광 칩의 조합을 갖는 발광소자 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 소자 또는 조명 장치로부터 방출된 백색 광에서 녹색과 적색 사이의 스펙트럼 영역 또는 황색과 적색 사이의 스펙트럼 영역을 제거하여, 고색재현을 구현할 수 있다.
실시 예는 서로 다른 형광체 사이의 스펙트럼 영역을 제거하는 광 흡수제를 갖는 몰딩 부재 또는 필름을 갖는 발광 소자 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 포함하는 조명 장치의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제를 포함하는 발광소자의 단면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제가 첨가된 필름을 갖는 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제가 첨가된 필름을 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제가 첨가된 필름을 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 조명 장치로부터 방출된 파장 스펙트럼에서 광 흡수제의 함량에 따른 파장 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 A부분 확대도이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 또는 조명 장치로부터 방출된 백색 광에서의 광 흡수제의 함량에 따른 색좌표 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 자외선-적외선 영역에서의 광 흡수제의 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 11는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시장치를 나타낸 분해 사시도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자를 설명하기로 한다. 도 1은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는 몸체(11), 복수의 리드 프레임(21,23), 발광 칩(25), 및 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)를 갖는 몰딩부재(41)를 포함한다.
상기 몸체(11)는 상기 발광 칩(25)에 의해 방출된 파장에 대해, 반사율이 투과율보다 더 높은 물질 예컨대, 70% 이상의 반사율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 반사율이 70% 이상인 경우, 비 투광성의 재질로 정의될 수 있다. 상기 몸체(11)는 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물이 첨가될 수 있으며, 상기 금속 산화물은 TiO2, SiO2, Al2O3중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 몸체(11)는 실리콘 계열, 또는 에폭시 계열, 또는 플라스틱 재질을 포함하며, 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 몸체(11) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 상기 몸체(11)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(11) 내에 차광성 물질 또는 확산제를 혼합하여 투과하는 광을 저감시켜 줄 수 있다. 또한 상기 몸체(11)는 소정의 기능을 갖게 하기 위해서, 열 경화성수지에 확산제, 안료, 형광 물질, 반사성 물질, 차광성 물질, 광 안정제, 윤활제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절히 혼합하여도 된다.
다른 예로서, 상기 몸체(11)는 투광성의 수지 물질 또는 입사 광의 파장을 변환시키는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 투광성 재질로 형성된 경우, 상기 발광 칩(25)로부터 방출된 광에 대해 70% 이상의 광이 투과되는 물질일 수 있다.
상기 몸체(11)는 상기 몸체(11)의 상면으로부터 소정 깊이로 함몰되며 상부가 오픈된 캐비티(15)를 포함한다. 상기 캐비티(15)는 오목한 컵 구조, 오픈 구조, 또는 리세스 구조와 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 캐비티(15)는 위로 올라갈수록 점차 넓어지는 너비를 갖고 있어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 몸체(11)는 복수의 리드 프레임 예컨대, 제1 및 제2리드 프레임(21,23)을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)은 상기 캐비티(15)의 바닥에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)의 외측부는 상기 몸체(11)를 통해 상기 몸체(11)의 적어도 한 측면에 노출될 수 있다. 상기 제1리드 프레임(21) 및 상기 제2리드 프레임(23)의 하부는 상기 몸체(11)의 하부로 노출될 수 있으며, 회로 기판 상에 탑재되어 전원을 공급받을 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)의 다른 예로서, 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23) 중 적어도 하나 또는 모두는 오목한 컵 형상의 구조로 형성되거나, 절곡된 구조를 갖거나, 몸체(11)와의 결합을 위해 리세스된 홈 또는 구멍을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 오목한 컵 형상 내에는 상기의 발광 칩(25)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(23)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21) 위에는 발광 칩(25)이 배치되며, 상기 발광 칩(25)은 접합 부재로 상기 제1리드 프레임(21) 상에 접착될 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 제1 및 제2리드 프레임(21,23) 중 적어도 하나에 연결 부재(27)로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 연결 부재(27)는 전도성 재질 예컨대, 금속 재질의 와이어를 포함한다. 상기 발광 칩(25)은 제1,2리드 프레임(21,23) 중 어느 하나 또는 모두의 위에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(25)은 가시광선의 파장 범위 중에서 400nm 내지 600nm 범위의 피크 파장을 발광하게 된다. 상기 발광 칩(25)은 청색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 청색 피크 파장 예컨대, 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 다른 예로서, 자외선 광을 발광할 수 있으며, 이 경우 상기 몰딩 부재(41) 내에 청색 형광체가 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(25)은 II-VI족 화합물 및 III-V족 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, GaP, AlN, GaAs, AlGaAs, InP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로 형성될 수 있다.
상기 발광 칩(25) 상에는 몰딩 부재(41)가 배치될 수 있다. 상기 몰딩 부재(41)는 상기 캐비티(15)에 배치되며, 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)를 포함한다. 상기 형광체(31,33)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 형광 물질을 포함한다. 상기 형광체(31,33)는 예컨대, 서로 다른 피크 파장을 발광하는 제1형광체(31) 및 제2형광체(33)를 포함한다.
실시 예에 따른 제1형광체(31)는 황색 형광체이고, 상기 제2형광체(33)는 적어도 한 종류의 적색 형광체일 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1형광체(31)는 녹색 형광체이고, 상기 제2형광체(33)은 한 종류 이상의 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 황색 형광체는 피크 파장이 525nm 내지 545nm 범위의 피크 파장을 발광하며, 반치 폭(FWHM)이 100nm 이상 예컨대, 105nm 이상으로 넓을 수 있다. 상기 황색 형광체의 반치 폭이 넓어, 발광 소자 패키지로부터 방출된 혼합된 발광 스펙트럼은 황색 스펙트럼과 적색 스펙트럼이 연결된 형태로 나타날 수 있다. 상기 황색 형광체는 N 원소를 포함하고, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Zn 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 2개의 원소를 포함한다. 이러한 황색 형광체의 조성물에 형광체 모체로서, 예를 들면, Eu2 + 이온을 활성제로 첨가한 경우, 상기 황색 형광체의 조성물은 자외, 근자외, 자색, 청색 광으로 여기하고, 황색의 난색계의 광을 발광하게 된다. 상기 제1형광체(31)의 예로서, (Sr,Ba)1Si2O2N2:Eu2 +를 포함할 수 있으며, 다른 예로서, (SrXCa1-X)2Si5N8:Eu2 +, Sr2Si5N8:Eu2 +, Ca2Si5N8:Eu2 +, SrXCa1 - XSi7N10:Eu2 +, SrSi7N10:Eu2+, CaSi7N10:Eu2 +, Ca1 . 5A13Si9N16:Eu2 +, CaSiA12O3N2:Eu2 +로 표현되는 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 황색 형광체는 에너지 준위가 복수개 예컨대, 서로 다른 2개의 피크 파장을 갖고 있어 반치 폭이 넓어질 수 있다.
상기 녹색 형광체는 570nm 이하 예컨대, 500nm 내지 565nm의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 녹색 형광체는 예컨대, (Y,Gd,Lu,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce, (Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu, (Ca,Sr)3SiO5:Eu, (La,Ca)3Si6N11:Ce, α-SiAlON:Eu, β-SiAlON:Eu, Ba3Si6O12N2:Eu, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, CaSc2O4:Eu, BaAl8O13:Eu, (Ca,Sr,Ba)Al2O4:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu, (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu/Mn, (Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu/Mn, (Ca,Sr,Ba)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu, Zn2SiO4:Mn, (Y,Gd)BO3:Tb, ZnS:Cu,Cl/Al, ZnS:Ag,Cl/Al, (Sr,Ca)2Si5N8:Eu, (Li,Na,K)3ZrF7:Mn, (Li,Na,K)2(Ti,Zr)F6:Mn, (Ca,Sr,Ba)(Ti,Zr)F6:Mn, Ba0.65Zr0.35F2.7:Mn, (Sr,Ca)S:Eu, (Y,Gd)BO3:Eu, (Y,Gd)(V,P)O4:Eu, Y2O3:Eu, (Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu, (Ca,Sr,Ba)MgAl10O17:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu, 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2:Mn 등 중에서 한 종류 또는 2종류 이상이 선택될 수 있다.
상기 제1형광체(31)는 양자점(quantum dot)을 포함할 수 있으며, 상기 양자점은 II-VI 화합물, 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 녹색 광을 발광할 수 있다. 상기 양자점은 예컨대, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, In,Sb, AlS, AlP, AlAs, PbS, PbSe, Ge, Si, CuInS2, CuInSe2 등과 같은 것들 및 이들의 조합이 될 수 있다.
상기 적색 형광체는 한 종류 또는 두 종류 이상의 적색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 적색 형광체는 615nm 이상의 적색 피크 파장 예컨대, 618nm 내지 670nm의 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 적색 형광체가 서로 다른 피크 파장을 발광하는 형광체를 포함할 경우, 제1적색 형광체의 피크 파장은 630nm 이하이고 반치 폭이 90nm 이하일 수 있고, 제2적색 형광체의 피크 파장은 631nm 이상이며 반치 폭이 91nm 초과일 수 있다.
상기 제2형광체(33)는 불화물(fluoride) 화합물의 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 MGF계 형광체, KSF계 형광체 또는 KTF계 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 MGF계 형광체는 예컨대, Mg4Ge1 - xOyF:Mn4 + x의 조성식을 가지며, 상기 x는 0.001 ≤ x ≤ 0.1를 만족하며, y는 1 ≤ y ≤5를 만족할 수 있다. 상기 KSF계 형광체 예컨대, KaSi1 - cFb:Mn4 + c의 조성식을 가질 수 있으며, 상기 a는 1 ≤ a ≤ 2.5, 상기 b는 5 ≤ b ≤ 6.5, 상기 c는 0.001 ≤ c ≤ 0.1를 만족할 수 있다. 상기 KTF계 형광체 예컨대, KdTi1 - gFe:Mn4 + g의 조성식을 가질 수 있으며, 상기 d는 1 ≤ d ≤ 2.5, 상기 e는 5 ≤ e ≤ 6.5, 상기 g는 0.001 ≤ g ≤ 0.1를 만족할 수 있다. 상기 제2형광체(33)는 Mn4 + 활성제 형광체인 불화물 화합물 형광체는 높은 발광 효율을 가지며 청색 피크 파장에서 강한 흡수를 갖게 된다. 상기 제2형광체(33)는 황화물계 형광체 예컨대, (Ca,Sr)S:Eu2 + 또는 질화물계 예컨대, CaAlSiN3:Eu2 + 형광체를 포함할 수 있다. 상기 활성제는 Mn4 + 등의 4가 전이금속 이온이거나, 각종 희토류 이온이나 전이금속 이온에서 선택되는 금속 이온을 필요에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, Eu2 + , Ce3 +, Pr3+, Nd3 +, Sm3 +, Eu3 +, Gd3 +, Tb3 +, Dy3 +, Ho3 +, Er3 +, Tm3 +, Yb3 + 등의 3가 희토류금속 이온, Sm2+, Eu2 +, Yb2 + 등의 2가 희토류금속 이온, Mn2 + 등의 2가 전이금속이온, Cr3 +이나 Fe3 + 등의 3가 전이금속이온 등이다.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광 칩(25)으로부터 방출된 청색 파장을 여기 파장으로 하여 적색 예컨대, 적색 피크 파장을 발광할 수 있다.
실시 예는 발광 칩(25)로부터 방출된 청색 광, 상기 제1형광체(31)에 의해 황색의 제1피크 파장, 상기 제2형광체(33)에 의한 한 종류 이상의 적색의 제2피크 파장을 조합하여 백색 발광소자(10)를 구현할 수 있다. 다른 예로서, 발광 칩(25)으로부터 방출된 청색 광, 상기 제1형광체(31)에 의한 녹색의 제1피크 파장, 상기 제2형광체(33)에 의해 적색의 제2피크 파장을 조합하여 백색 발광 소자(10)를 구현할 수 있다. 실시 예에 따른 백색 광은 하나 또는 복수의 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 갖는 조명 장치로부터 방출된 청색, 녹색 및 적색의 스펙트럼 조합에 의해 형성될 수 있다. 또한 실시 예에 따른 발광 소자 또는 이를 갖는 조명 장치는 반도체로 이루어진 발광 칩(25)과 이를 통해 방출된 일부 광을 파장 변환하는 2종 이상의 형광체(31,33)를 포함하는 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)는 백색 광의 색 온도에 따라 2500K-4000K의 웜 화이트(warm white), 6500K-7000K의 쿨 화이트(cool white), 3000-4000K의 뉴트럴 화이트(neutral white), 퓨어 화이트(pure white) 소자로 구현될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)의 몰딩 부재(41)는 광 흡수제(35)를 포함할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 상기 제1,2형광체(31,33)로부터 방출된 스펙트럼의 일부 영역을 흡수할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 상기 제1,2형광체(31,33)로부터 방출된 고율의 컬러 스펙트럼 사이의 경계 영역을 흡수할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 제1피크 파장과 제2피크 파장 사이의 스펙트럼 영역을 흡수 예컨대, 575nm 이상 605nm 이하일 수 있으며, 예컨대 도 10과 같이 UV-Vis-NIR(ultraviolet, visible and near-infrared)의 대역 중에서 592nm 내지 596nm의 스펙트럼을 흡수하게 된다. 이는 상기 제1,2피크 파장 사이의 스펙트럼의 영역을 흡수하지 않을 경우, 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼에서 황색과 적색 피크 파장의 반치 폭이 넓어져 색 재현율이 저하되는 문제가 있다. 실시 예는 광 흡수제(35)를 이용하여 상기의 파장 스펙트럼을 흡수함으로써, 발광 소자(10)로부터 방출된 파장 스펙트럼에서 황색과 적색 피크 파장 각각의 반치 폭을 좁혀줄 수 있다. 이에 따라 광의 색 재현율을 더 개선시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 상기 광 흡수제(35)의 흡수 파장은 녹색 형광체와 적색 형광체가 혼합될 경우, 녹색과 적색 피크 파장 사이의 파장 영역 예컨대, 575nm 이상 605nm 이하의 범위를 흡수할 수 있다. 이에 따라 발광 소자(10)로부터 방출된 파장 스펙트럼에서 녹색과 적색 피크 파장 각각의 반치 폭을 좁혀줄 수 있고, 광의 색 재현율을 더 개선시켜 줄 수 있다.
이러한 광 흡수제(35)는 예컨대, CH3COC2H5의 조성식을 가질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 광 흡수제(35)의 흡수율(A)은 A= log10(IO/IT)= -log10T로 정의될 수 있다. 여기서, Io은 발광된 파장의 세기를 나타내며, IT는 투과된 파장의 세기를 나타내며, T는 투과율을 나타낸다. 상기 투과율은 IT/ IO로 정의될 수 있다.
상기 광 흡수제(35)의 함량은 0wt% 초과 1wt% 미만일 수 있으며, 예컨대 0.05wt% 내지 0.3wt%의 범위를 포함할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)의 함량이 상기 범위보다 작은 경우 색 재현율의 개선이 미미하며, 상기 범위보다 큰 경우 광 흡수로 인한 효과보다는 광속 저하로 인한 문제를 야기시킬 수 있다. 이에 따라 녹색 및 적색 피크 파장 각각의 반치 폭이 좁아지거나, 황색 및 적색 피크 파장 각각의 반치 폭이 좁아지는 효과가 있다. 이러한 제1피크 파장과 제2피크 파장의 반치 폭이 좁아질 경우, 색 재현율이 더 개선될 수 있다.
상기 광 흡수제(35)의 함량에 따른 광 흡수율은 표 1과 같다.
함량(wt%) 0 0.05 0.1 0.3 0.5 1
흡수율(%) 0 75.6 77.2 84.5 90.8 97.3
표 1과 같이, 광 흡수제(35)의 함량이 0.3wt%를 초과한 경우 광 흡수율이 90% 이상이되므로, 색 재현 율의 효과는 있지만, 광도를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 광 흡수제(35)는 0.05wt% 내지 0.3wt% 범위의 함량과 70% 이상 내지 90% 이하의 광 흡수율을 가질 수 있다.
표 2는 광 흡수제의 함량 여부에 따른 광속, 색 좌표, NTSC(%), 배합비를 비교한 도면이다. 표 2는 청색 LED 칩 상에 황색 형광체, 제1적색 형광체 및 제2적색 형광체를 갖는 경우이다.
광 흡수제의
함량		 광속 (%) Cx Cy NTSC (%) 배합비
Total(%) Yellow Red 1 Red 2
0wt% 100 0.268 0.245 72.7 3.5 98.8 0.7 0.5
0.05wt% 83 0.268 0.246 79.5 4.6 93.5 3 3.5
표 2에서 광 흡수제가 0.05wt%인 경우, 광속(%)는 저하되지만, 스펙트럼의 변화로 인해 색 좌표를 이동됨을 알 수 있다. 또한 몰드 부재 내의 형광체들의 배합비를 보면, 광 흡수제를 첨가하지 않는 경우에 비해 더 증가될 수 있으며, 예를 들면 황색 형광체는 더 줄어들지만, 제1종의 적색 형광체와 제2종의 적색 형광체는 3% 이상으로 첨가될 수 있다. 표 2에서 배합비를 보면, 황색 형광체가 90%이상이고 적색 형광체들이 5% 이상 예컨대, 6% 내지 8% 범위로 배합될 수 있다.
실시 예는 광 흡수제(35)를 몰딩 부재(41) 내에 첨가함으로써, 광 흡수제(35)에 의해 발광 스펙트럼의 변화 예컨대, 적색과 녹색 스펙트럼의 사이의 피크 파장 또는 적색과 황색 스펙트럼 사이의 피크 파장을 흡수하여, 색 좌표를 이동시켜 줄 수 있다. 이에 따라 동일한 색 좌표 상에서 색 재현율이 개선됨을 알 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 광 흡수제의 함량에 따라 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7의 A부분 확대도이다.
도 7 및 도 8과 같이, 발광소자로부터 방출된 청색, 황색 및 적색의 파장 스펙트럼은 상기 흡수제(LAS: Light Absorption)의 함량에 따라 특정 영역(PA)의 스펙트럼이 제거됨을 알 수 있다. 예컨대, 흡수제의 함량(weight percentage)이 0wt%인 경우 황색 광의 제1스펙트럼(PG)과 적색 광의 제2스펙트럼(PR)의 경계(P1)가 없는 형태로 가지게 되며, 이에 따라 황색 및 적색 피크 파장의 반치 폭이 줄어들지 않고 색 재현율도 저하될 수 있다.
그리고, 광 흡수제의 함량이 0.05wt%부터 1wt%까지 증가된 경우, 제1스펙트럼(PG)과 제2스펙트럼(PR) 사이의 스펙트럼 영역(P2)이 상기 광 흡수제에 의해 흡수(Ps)되어 미미한 광도(P2)를 갖는 스펙트럼으로 나타난다. 이때의 흡수 파장(PA)은 575nm 이상 605nm 이하 예컨대, 580nm 내지 600nm 범위의 파장 스펙트럼일 수 있다.
이에 따라 황색 광의 제1스펙트럼(PG)과 적색 광의 제2스펙트럼(PR)의 경계가 명확해 지고, 황색 및 적색 피크 파장 각각의 반치 폭이 좁아지는 효과가 있다. 이러한 황색 광의 제1피크 파장과 적색 광의 제2피크 파장의 반치 폭이 좁아질 경우, 색 재현율이 더 개선될 수 있다. 실시 예는 광 흡수제의 함량이 1wt%인 경우 광 흡수율은 높지만 녹색 및 적색 스펙트럼(PG, PR)의 광도를 낮추기 때문에, 0.05wt% 내지 0.3wt%의 범위의 함량으로 할 수 있다. 상기 광 흡수제의 함량이 0.3wt%를 초과할 경우 NTSC(%)이 저하되는 문제가 있다.
도 8과 같이, 광 흡수제의 여부 및 함량에 따라 상기 황색 광의 제1스펙트럼(PG)과 적색 광의 제2스펙트럼(PG, PR) 사이의 경계 영역(P2)에 광도 차이(Dp)가 발생되며, 상기 경계 영역(P2)이 가지는 광도는 상기 제2피크 파장의 피크 치 광도(D1)의 40%이하일 수 있다. 이는 황색과 적색 사이의 경계 영역(P2)의 광도를 40%를 초과할 경우 적색 광의 반치 폭이 줄어드는 효과가 미미할 수 있다.
다른 예로서, 녹색 스펙트럼과 적색 스펙트럼이 혼합된 스펙트럼이 발광될 경우, 광 흡수제에 의해 녹색 스펙트럼과 적색 스펙트럼 사이의 파장 영역을 흡수할 수 있다. 이에 따라 녹색과 적색 사이의 경계 영역의 광도가 현저하게 감소된 스펙트럼으로 발광될 수 있고, 녹색 피크 파장과 적색 피크 파장 각각의 반치 폭은 줄어들게 되므로, 파장 스펙트럼에 의한 색 좌표가 이동될 수 있다. 이에 따라 색 재현율은 개선될 수 있다.
도 10은 실시 예에 따른 광 흡수제의 함량에 따른 NSTC 방식에서의 색 좌표를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 광 흡수제(LAS)가 첨가되지 않는 경우(0wt%)에 비해, 광 흡수제가 0.05wt%, 0.1wt%, 0.3wt%, 0.5wt%로 첨가된 경우 색 좌표가 점차 이동됨을 알 수 있다. NTSC 방식의 색 좌표(Cx,Cy) 상에서는 광 흡수제의 함량이 최대 1wt%까지 증가될 때, 색 좌표는 Cx=0.190, Cy=0.100의 영역으로 이동됨을 알 수 있다. 실시 예는 각 스펙트럼의 광도 및 색 좌표를 고려하여, 광 흡수제의 함량을 0.05wt% 내지 0.3wt% 범위로 설정할 수 있으며, 0.3wt%를 초과할 경우 NTSC(%)가 감소됨을 알 수 있다.
그리고 광 흡수제 함량에 따른 NTSC(%)의 변화는 표 3 과 같이 나타낼 수 있다. 아래의 표 3과 같이, 광 흡수제가 없는 경우에 비해, 광 흡수제가 첨가된 경우 NTSC는 최대 8% 향상된 결과를 줄 수 있다.
광흡수제 (wt%) NTSC (%)
0.0 72.67%
0.05 79.49%
0.1 80.60%
0.3 80.77%
0.5 80.09%
1 76.55%
실시 예의 발광 소자는(10) 서로 다른 컬러를 발광하는 형광체(31,33)를 갖는 몰딩 부재(41) 내에 광 흡수제(35)를 첨가해 줌으로써, 상기 형광체(31,33)으로부터 방출된 컬러별 스펙트럼의 경계 영역을 흡수해 주어, 각 컬러의 피크 파장의 반치 폭을 보다 개선시켜 줄 수 있다. 이에 따라 발광 소자(10)로부터 방출된 백색 광에 의한 색 재현율은 개선될 수 있다.
실시 예는 황색 형광체 및 적색 형광체의 혼합인 경우, 또는 녹색 형광체와 황색 형광체의 혼합인 경우, 각 형광체의 반치 폭이 넓은 경우, 상기 광 흡수제를 이용하여 좁혀줄 수 있고, 두 컬러 간의 경계 영역을 보다 명확하게 구분해 줄 수 있다. 이에 따라 다색을 발광하는 백색 발광 소자로부터 방출된 광의 색 재현율이 개선될 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 2를 설명함에 있어서, 도 1과 동일한 부분은 도 1의 설명을 참조하기로 한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15)에 복수의 몰딩 부재(42,43)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(42,43) 중 어느 하나에 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)가 배치될 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(42,43)는 발광 칩(25) 상에 제1몰딩 부재(42) 및 상기 제1몰딩 부재(42) 상에 제2몰딩 부재(43)을 포함하며, 상기 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)는 상기 제2몰딩 부재(43)에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2몰딩 부재(42,43)의 두께 비율을 보면, 2:1 내지 1:3의 범위일 수 있으며, 상기 제2몰딩 부재(43)의 두께 비율이 상기 범위보다 작은 경우 전달되는 열을 분산하는 능력이 저하될 수 있으며, 상기 범위보다 클 경우 발광 소자(10)의 두께가 두꺼워질 수 있는 문제가 있다.
상기 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)는 발광 칩(25)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(43)는 상기 발광 칩(25)로부터 0.2mm 이상의 간격을 가질 수 있으며, 상기 간격이 0.2mm 보다 좁은 경우 형광체의 열화 문제가 발생될 수 있다. 상기 발광 칩(25)에 접촉되는 제1몰딩 부재(42)에는 형광체 예컨대, 어떠한 종류의 형광체나 광 흡수제를 첨가하지 않을 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(42) 상에 배치된 제2몰딩 부재(43) 내에는 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)가 첨가될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 및 제2형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)는 상기 발광 칩(25)로부터 발생된 열에 의한 손해가 감소될 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 제1,2형광체(31,33)을 통해 방출된 파장 스펙트럼 중에서 예컨대, 황색과 적색 사이의 스펙트럼 영역 또는 녹색과 적색 사이의 스펙트럼 영역을 흡수할 수 있다.
상기 제1몰딩 부재(42)와 상기 제2몰딩 부재(43)은 동일한 수지 재질 예컨대, 실리콘 또는 에폭시를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)의 특징은 상기 실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 실시 예에 따른 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있으며, 특히 더 진하고 선명한 황색 및 적색 또는 녹색 및 적색을 제공할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 황새 스펙트럼과 적색 스펙트럼 또는 녹색 스펙트럼과 적색 스펙트럼 사이의 경계 영역을 광 흡수제(35)로 흡수해 줌으로써, 형광체들에 의한 피크 파장 각각의 반치 폭이 더 좁아질 수 있고, 색 재현율도 개선될 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 3를 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 부분은 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15)에 복수의 몰딩 부재(44,45,46)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(45,46) 중 적어도 2개에는 서로 다른 종류의 형광체(31,33)가 첨가될 수 있다. 광 흡수제(35)는 서로 다른 종류의 형광체(31,33) 중 어느 하나보다 위에 배치될 수 있다.
상기 캐비티(15)에 제1몰딩 부재(44), 상기 제1몰딩 부재(44) 위에 제2몰딩 부재(45) 및 상기 제2몰딩 부재(45) 위에 제3몰딩 부재(46)를 포함할 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(44)는 발광 칩(25)에 접촉되며, 그 내부에는 어떠한 종류의 형광체가 첨가되지 않을 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(45) 내에는 제1형광체(31)가 첨가되고, 제3몰딩 부재(46) 내에 제2형광체(33) 및 광 흡수제(35)가 첨가될 수 있다.
상기 제1내지 제3몰딩 부재(44,45,46)의 두께 비율을 보면, 2:1:1 내지 3:1:1 범위일 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(45)의 두께는 상기 제1몰딩 부재(44)의 두께에 비해 두껍거나 얇을 수 있으며, 상기 제3몰딩 부재(46)의 두께와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(43)의 두께 비율이 상기 범위보다 작은 경우 전달되는 열을 분산하는 능력이 저하되어 형광체에 많은 열이 전달될 수 있는 문제가 발생될 수 있으며, 상기 범위보다 클 경우 발광 소자(10)의 두께가 두꺼워질 수 있는 문제가 있다.
상기 제1 내지 제3몰딩 부재(44,45,46)은 동일한 투광성 수지 재질이거나, 굴절률 차이가 있는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)의 특징은 상기 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
다른 예로서, 캐비티(15) 내에 복수의 몰딩부재(44,45,46)가 배치된 경우, 제1 및 제2형광체(31,33) 중 피크 파장대역이 낮은 형광체 예컨대, 제1형광체(31)가 제2형광체(33)가 첨가된 몰딩부재 보다 낮은 위치에 있는 몰딩 부재에 첨가될 수 있다. 또는 반대로, 제1 및 제2형광체(31,33) 중 피크 파장대역이 높은 형광체 예컨대, 제2형광체(33)가 제1형광체(31)가 첨가된 몰딩부재보다 낮은 위치에 있는 몰딩 부재에 첨가될 수 있다. 또한 각 형광체(31,33)는 각 몰딩 부재(45,46)의 상면에 인접하거나 하면에 분포할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 광 흡수제(35)는 제1형광체(31)이 첨가된 제2몰딩 부재(45)보다 위에 배치된 제3몰딩 부재(46)에 첨가될 수 있다. 이에 따라 광 흡수제(35)는 제1,2형광체(31,33)을 통해 방출된 파장 스펙트럼 중에서 황색과 적색 스펙트럼 또는 녹색과 적색 스펙트럼 사이의 영역을 흡수할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있으며, 특히 더 진하고 선명한 녹색 및 적색을 제공할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 형광체들로부터 방출된 스펙트럼 사이의 경계 영역을 광 흡수제(35)로 흡수해 줌으로써, 형광체들로부터 방출된 피크 파장 각각의 반치 폭이 더 좁아질 수 있고, 색 재현율도 개선될 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 4를 설명함에 있어서, 상기의 실시 예와 동일한 구성은 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15) 내에 몰딩 부재(49), 및 상기 몸체(11) 상에 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)를 갖는 필름(30)을 포함할 수 있다.
상기 몰딩 부재(49)에는 어떠한 종류의 형광체가 첨가되지 않을 수 있다. 이에 따라 발광 칩(25)으로부터 발생된 열에 의해 상기 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)에 영향을 주는 것을 감소시켜 줄 수 있다.
상기 필름(30)은 투명한 필름으로서, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함한다. 상기 필름(30)은 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)가 상면 또는/및 하면 상에 도포된 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 필름(30)은 상기 몰딩 부재(49)의 상면 면적보다 큰 면적을 가질 수 있어, 내부의 형광체들(31,33)에 의한 파장 변환 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 필름(30)은 몰딩 부재(49)의 출사면과 접촉되어 고정될 수 있다. 상기 필름(30)의 너비는 측 단면에서 상기 리드 프레임(21,23)의 너비의 합보다 좁을 수 있고, 상기 몸체(11)의 너비보다 좁을 수 있다. 상기 필름(30)의 너비가 상기 몸체(11)의 외측으로 노출될 경우 광 손실이 발생될 수 있는 문제가 있다. 상기 필름(30)은 접착제로 몸체(11) 상면에 부착될 수 있다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)가 상기 발광 칩(25)으로부터 이격되어 배치됨으로써, 상기 몰딩 부재(49)의 출사면을 통해 방출된 광에 대해 파장 변환할 수 있다.
상기 형광체(31,33)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 제1 및 제2형광체(31,33)를 포함할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 제1,2형광체(31,33)을 통해 방출된 파장 스펙트럼 중 황색과 적색 스펙트럼 또는 녹색과 적색 스펙트럼 사이의 영역을 흡수할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 황색과 적색 스펙트럼 또는 녹색 스펙트럼과 적색 스펙트럼 사이의 경계 영역을 광 흡수제(35)로 흡수해 줌으로써, 각 형광체들로부터 방출된 피크 파장 각각의 반치 폭이 더 좁아질 수 있고, 색 재현율도 개선될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 조명 장치는 회로 기판(50) 상에 하나 또는 복수의 발광 칩(25,25A)이 배치되며, 상기 발광 칩(25,25A)의 둘레에 반사 부재(55)가 배치되며, 상기 발광 칩(25,25A) 상에 형광체(31,33)를 갖는 필름(30A)이 배치될 수 있다. 상기 필름(30A)의 너비는 측 단면에서 반사 부재(55) 사이의 영역(60)보다는 넓을 수 있고 상기 반사부재(55)의 너비보다 좁을 수 있다. 상기 필름(30A)의 너비가 상기 반사부재(55)의 너비보다 큰 경우, 외부에 노출될 수 있어 광 손실이 발생될 수 있다.
상기 회로 기판(50)은 회로 패턴을 가지고 상기 발광 칩(25,25A)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 회로 기판(50) 상에 복수의 발광 칩(25,25A)이 배치된 경우, 상기 복수의 발광 칩(25,25A)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수의 발광 칩(25,25A)은 서로 동일한 청색 피크 파장이거나 서로 다른 청색 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 회로 기판(50)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 회로 기판(50)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 회로 기판(50)의 상면에는 반사 재질이 배치되어, 광을 반사할 수 있다.
상기 반사 부재(55)는 반사성 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 실리콘 계열, 또는 에폭시 계열, 또는 플라스틱 재질을 포함하며, 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 반사 부재(55) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 상기 반사 부재(55)는 상기 발광 칩(25,25A)의 외측 둘레에 배치되어, 상기 발광 칩(25,25A)으로부터 방출된 광을 반사할 수 있다.
상기 회로 기판(50)과 상기 필름(30A) 사이의 영역(60)은 투명한 영역으로서, 광을 투과하는 재질로 형성될 수 있다. 상기 광을 투과하는 재질은 공기이거나 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 투명한 영역(60) 상에는 상기 필름(30A)이 배치될 수 있다. 상기 필름(30A)은 상기 투명한 영역(60)에 수지 재질이 채워진 경우, 상기 수지 재질과 접촉될 수 있다.
상기 필름(30A)은 투명한 필름으로서, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함한다. 상기 필름(30A)은 형광체(31,33) 및 광 흡수제(35)가 위 또는/및 아래에 도포된 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 필름(30A)은 상기 반사 부재(55) 상에 더 연장될 수 있어, 내부의 형광체(31,33)에 의한 파장 변환 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 칩(25,25A)은 청색 광을 발광할 수 있다. 상기 형광체(31,33)는 제1, 2형광체(31,33)를 포함하며 상기 제1, 2형광체(31,33) 및 및 광 흡수제(35)는 실시 예에 개시된 설명을 참조하기로 한다. 실시 예에 따른 라이트 유닛은 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있다. 상기 광 흡수제(35)는 제1,2형광체(31,33)을 통해 방출된 파장 스펙트럼 중 황색과 적색 스펙트럼 또는 녹색과 적색 스펙트럼 사이의 영역을 흡수할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 형광체들로부터 방출된 스펙트럼 사이의 경계 영역을 광 흡수제(35)로 흡수해 줌으로써, 각 형광체의 피크 파장 각각의 반치 폭이 더 좁아질 수 있고, 색 재현율도 개선될 수 있다.
실시 예에 따른 몰딩 부재 또는 필름 상에는 광의 지향각을 변환하는 광학 렌즈가 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈는 상기 몰딩 부재 또는 필름을 통해 방출된 광의 경로를 변환하여, 원하는 지향각 분포로 방사할 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 형광체 및 광 흡수제이 첨가된 필름을 갖는 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 발광 소자는 기판(201), 상기 기판(201) 상에 배치된 발광 칩(101), 상기 발광 칩(101) 위에 필름, 및 상기 기판(201) 상에 광학 렌즈(260)를 포함한다.
상기 기판(201)은 몸체(210), 상기 몸체(210)의 상면에 배치된 복수의 리드 전극(221,231,241)을 포함한다.
상기 몸체(210)는 절연 재질을 포함하며, 예컨대 세라믹 소재를 포함한다. 상기 세라믹 소재는 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함한다. 상기 몸체(210)의 재질은 금속 화합물 예컨대, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으며, 바람직하게는 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있으며, 또는 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 몸체(210)는 다른 예로서, 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)는 실리콘, 또는 에폭시 수지, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 몸체(210) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 함유하고 있다. 상기 몸체(210)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(101)은 탑뷰 형상이 다각형 형상 예컨대, 정 사각형 또는 직사각형 형상일 수 있으며, 상기 기판(201)의 상면에 비해 대면적으로 배치해 줌으로써, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 기판(201)의 몸체(210) 위에는 복수의 리드 전극(221,231,241)이 배치되며, 상기 복수의 리드 전극(221,231,241)은 예컨대, 제1리드 전극(221), 제2리드 전극(231) 및 제3리드 전극(241)을 포함한다. 상기 제1리드 전극(221)은 상기 제2리드 전극(231) 및 제3리드 전극(241)과 전기적으로 분리된다. 상기 제2리드 전극(231)과 상기 제3리드 전극(241)은 상기 제1리드 전극(221)을 기준으로 서로 반대측에 배치될 수 있다. 상기 제1리드 전극(221)은 극성이 없는 프레임이거나, 상기 제2리드 전극(231)과 상기 제3리드 전극(241)과 다른 극성의 단자일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2리드 전극(231)과 상기 제3리드 전극(241)은 서로 다른 극성의 단자일 수 있다.
상기 제1리드 전극(221)은 상기 기판(201)의 몸체(210) 위의 센터 영역 예컨대, 상기 제2리드 전극(231)과 제3리드 전극(241) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광 칩(101)은 기판(201)의 상면의 센터 영역에 배치되며, 상기 제1리드 전극(221)은 상기 몸체(210)의 상면의 센터 영역과 상기 발광 칩(101) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1리드 전극(221)의 상면 면적은 상기 제2 및 제3리드 전극(231,241)의 상면 면적의 합보다 크게 배치되어, 발광 칩(101)으로부터 발생된 열을 방열하거나 몸체(210)로 전도해 줄 수 있다.
상기 발광 칩(101)은 제1리드 전극(221)과 전도성의 접착제에 의해 접착될 수 있고 상기 제1리드 전극(221)과 전기적으로 연결되거나 열적으로 연결될 수 있다. 상기 발광 칩(101)은 상기 제1리드 전극(221)과 열적으로 연결되고, 제2리드 전극(231)과 상기 제3리드 전극(241)과 와이어(103,104)로 연결될 수 있다.
상기 발광 칩(101)은 광원으로서 청색 LED 칩으로 구현될 수 있다. 이러한 발광 칩(101)은 수평형 칩 또는 수직형 칩일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자는 보호 칩을 포함할 수 있으며, 상기 보호 칩은 상기 발광 칩(101)을 회로적으로 보호할 수 있다. 상기 보호 칩은 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 보호 칩은 상기 발광 칩(101)을 ESD(electro static discharge)로 부터 보호하게 된다.
간극부(214,215)는 상기 제1리드 전극(221)과 상기 제2 및 제3리드 전극(231,241) 사이에 각각 배치되어, 상기 제1리드 전극(221)과 상기 제 및 제2리드 전극(231,241)과의 전기적인 간섭을 방지할 수 있다.
상기 기판(201)은 상기 몸체(210)의 내에 복수의 연결 전극(229,239)과, 상기 몸체(210) 아래에 복수의 리드 프레임(281,283,285)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 연결 전극(229,239)은 상기 제2리드 전극(231)에 연결된 적어도 하나의 제1연결 전극(229), 상기 제3리드 전극(241)에 연결된 적어도 하나의 제2연결 전극(239)를 포함할 수 있다. 상기 연결 전극(229,239)은 수직한 비아 전극일 수 있다. 상기 연결 전극(229,239)은 상기 광학 렌즈(260)의 렌즈부(261) 외측에 배치될 수 있다.
상기 복수의 리드 프레임(281,283,285)은 제1리드 전극(221) 아래에 배치된 방열 프레임(281), 상기 제1연결 전극(229)에 연결된 제1리드 프레임(283), 상기 제2연결 전극(239)에 연결된 제2리드 프레임(285)을 포함할 수 있다. 상기 제1연결 전극(229)은 상기 제2리드 전극(231)과 상기 제1리드 프레임(283)을 서로 연결해 주며, 상기 제2연결 전극(239)은 상기 제3리드 전극(241)과 상기 제2리드 프레임(285)을 서로 연결해 준다. 상기 방열 프레임(281)은 상기 제1리드 프레임(283) 및 제2리드 프레임(285)의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있으며, 상기 제1리드 프레임(283) 및 제2리드 프레임(285)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.
상기 리드 전극(221,231,241) 및 리드 프레임(281,283,2855)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 복수의 금속을 포함할 수 있으며, 다층으로 형성될 수 있다.
상기 광학 렌즈(260)는 기판(201) 상에 형성되며, 발광 칩(101)을 덮는다. 상기 광학 렌즈(260)는 상기 발광 칩(101)의 상면에 접촉되고 상기 기판(201)의 상면으로 연장될 수 있다. 상기 광학 렌즈(260)는 상기 발광 칩(101)의 둘레에 배치된 상기 제1,2,3리드 전극(221,231,241)의 상면과 몸체(210)의 상면으로 연장될 수 있다. 상기 광학 렌즈(260)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명한 수지 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 광학 렌즈(260)는 유리 재질로 형성되거나, 투명한 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
상기 광학 렌즈(260)는 렌즈부(261) 및 버퍼부(265)를 포함하며, 상기 렌즈부(261)는 상기 발광 칩(101) 상에 반구형 형상 또는 비구면 렌즈로 형성될 수 있다. 상기 렌즈부(261)는 중심부가 위로 볼록하게 돌출된다. 상기 버퍼부(265)는 상기 발광 칩(101)의 둘레에 배치되며, 플랫한 상면을 가질 수 있다. 상기 버퍼부(265)는 상기 발광 칩(101)의 둘레에서 상기 제1,2,3리드 전극(221,231,241)의 외측으로 연장될 수 있다. 상기 버퍼부(265)는 상기 몸체(210)의 제1,2,3리드 전극(221,231,241)이 형성되지 않는 영역에서 상기 몸체(210)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 버퍼부(265)의 외 측면은 상기 몸체(210)의 측면과 동일한 수직 면으로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 버퍼부(265)는 상기 몸체(210)의 외측 에지를 따라 형성될 수 있어, 습기 침투를 방지할 수 있다.
상기 발광 칩(101) 상에는 필름(180)이 배치되며, 상기 필름(180)는 형광 필름으로서, 상기 발광 칩(101)의 상면 면적보다 크거나 작은 면적으로 형성될 수 있다. 상기 필름(180)의 적어도 일부는 상기 발광 칩(101)의 측면보다 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 필름(180)은 상기 발광 칩(101)으로부터 방출된 일부 광을 흡수하여 다른 파장의 광으로 파장 변환하게 된다. 상기 필름(180)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재질에 형광체가 첨가되며, 상기 형광체는 실시 예에 따른 제1,2형광체 즉, 황색 형광체 또는 녹색 형광체와 적색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 필름(180)은 내부에 실시 예에 개시된 광 흡수제를 포함할 수 있다. 상기 필름(180) 내에 첨가된 광 흡수제는 황색 및 적색 형광체에 의한 파장 스펙트럼 사이의 영역을 흡수하거나 녹색 및 적색 형광체 의한 파장 스펙트럼 중 녹색과 적색 스펙트럼 사이의 영역을 흡수할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 형광체들로부터 방출된 스펙트럼들 사이의 경계 영역을 광 흡수제로 흡수해 줌으로써, 각 형광체의 피크 파장 각각의 반치 폭이 더 좁아질 수 있고, 색 재현율도 개선될 수 있다.
<조명 시스템>
실시예에 따른 발광 소자 또는 조명 장치는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 11에 도시된 표시 장치나 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판에 적용될 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다. 상기 광원 모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(1035)를 포함하며, 상기 발광 소자(1035)는 상기 회로 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 회로 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 회로 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(1035)는 상기 회로 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일측 면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 표시 장치 또는 조명 시스템에서는 실시 예에 개시된 적색 및 녹색 형광체와 광 흡수제를 포함함으로써, 적색 및 녹색의 반치 폭을 보다 좁게 해 주어, 조명 또는 표시 장치에서의 색 재현율을 향상시켜 줄 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 발광 소자 11,210: 몸체
15: 캐비티 21,281,283,285: 제1리드 프레임
23: 제2리드 프레임 25,25A,101: 발광 칩
41: 몰딩부재 30,30A: 필름
31: 제1형광체 33: 제2형광체
35: 광 흡수제 201: 기판
221,231,241: 리드 전극 260: 광학 렌즈

Claims (13)

  1. 발광 칩;
    상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체;
    상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 흡수하여 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체;
    상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장 사이의 파장 스펙트럼을 흡수하는 광 흡수제;
    상기 발광 칩 아래에 배치된 복수의 리드 프레임;
    상기 복수의 리드 프레임을 갖는 몸체; 및
    상기 제1, 제2형광체 및 광 흡수제를 갖는 몰딩 부재 또는 필름을 포함하며,
    상기 광 흡수제는 CH3COC2H5이고,
    상기 광 흡수제의 함량은 0.05wt% 내지 0.3wt%의 범위이며,
    상기 광 흡수제는 575nm 내지 605nm 범위의 파장을 흡수하고,
    상기 광 흡수제의 흡수율은 발광 스펙트럼에 대해 70% 이상 90% 이하의 범위를 갖는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1형광체는 황색 형광체를 포함하며,
    상기 제2형광체는 적어도 한 피크 파장 또는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 적색 형광체를 포함하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1형광체는 녹색 형광체를 포함하며,
    상기 제2형광체는 적어도 한 피크 파장 또는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 적색 형광체를 포함하는 발광 소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 발광 칩은 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 발광하며,
    상기 제1피크 파장의 스펙트럼과 상기 제2피크 파장의 스펙트럼 사이의 스펙트럼 광도는 상기 제2피크 파장의 피크 치 광도의 40% 이하를 갖는 발광 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 몸체는 캐비티를 구비하며 상기 캐비티 내에 상기 몰딩 부재 및 발광 칩이 배치되는 발광 소자.
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