KR102550462B1 - 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 안개나 먼지 등의 미세입자에 의한 산란을 최소화할 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는 청색광을 방출하는 광원; 및 형광체를 포함하고, 상기 광원을 둘러싸며 배치되는 봉지재;를 포함하되, 방출되는 스펙트럼이, 430~470nm 파장 범위 영역의 발광 강도 100%를 기준으로, 530~700nm 파장 범위 영역의 발광 강도는 240~270%인 것을 특징으로 하는, 발광소자 패키지.

Description

발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 안개나 먼지 등의 미세입자에 의한 산란을 최소화할 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 화합물 반도체 소자로서, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
아울러, 발광 다이오드는 형광등이나 백열등 등과 같은 기존 광원에 비하여 소비 전력이 획기적으로 적으며, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안정성 그리고 환경 친화적인 장점까지 두루 보유하고 있는바, 다양한 분야에서 기존 광원을 빠른 속도로 대체하고 있다.
일반적으로, 도서, 산간 지역이나 안개가 자주 나타나는 지역은 미세입자들의 산란에 의해 사람들이 화이트 광원에 대한 인지력이 떨어지게 되고, 이러한 이유로 교통사고 등 안전사고가 증가하게 된다. 이는 레일리 산란(Rayleigh Scattering)의 영향으로 빛이 지표면까지 도달하기 전에 연기나 안개 등의 미세입자에 의해 산란되고, 투과하지 못하기 때문이다. 레일리 산란은 짧은 파장(약 400nm)이 긴 파장(약 700nm) 대비 약 9배 정도 산란이 더 잘된다. 즉, 빛이 파장이 짧고, 진동수가 높으며, 에너지가 높을수록 산란이 잘 된다. 이에 따라 도서, 산간 지역에 사용하는 도로 조명 등에는 산란은 최소화하고 투과를 잘 시킬 수 있는 조명을 설치하는 것이 바람직하다.
종래에 사용되던 조명들은 색온도 5000~6500K의 쿨 화이트(cool white) 조명, 색온도 2700~3000K의 웜 화이트(warm white) 조명을 주력으로 사용하였다. 이러한 조명들은 상술한 이유에 의해 산란이 잘 되고, 특히, 쿨 화이트 조명의 경우 산란이 더 심해 조명으로서의 기능을 하기가 힘들었다.
이에, 산란을 최소화하고, 투과율을 높일 수 있는 발광소자 패키지를 개발하여 이를 도서, 산간, 안개 주의 지역 등에 설치할 필요성이 대두되고 있다.
(특허문헌 0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0113861호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 안개나 먼지 등의 미세입자에 의한 산란을 최소화하고, 투과율을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 청색광을 방출하는 광원; 및 형광체를 포함하고, 상기 광원을 둘러싸며 배치되는 봉지재;를 포함하되, 방출되는 스펙트럼이, 430~470nm 파장 범위 영역의 발광 강도 100%를 기준으로, 530~700nm 파장 범위 영역의 발광 강도는 240~270%인 발광소자 패키지에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 광원은, 440~460nm 파장 영역의 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 형광체는, 발광 중심 파장이 525~550nm인 제1형광체; 발광 중심 파장이 550~570nm인 제2형광체; 및 발광 중심 파장이 640~665nm인 제3형광체;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1형광체는, 하기 화학식 1로 표현되는 형광체 및 하기 화학식 2로 표현되는 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Si6-zAlzOzN8-z:Eu2+ x
(화학식 1에서, 0.01≤ x ≤0.10, 0.01≤ z ≤0.3)
[화학식 2]
(Sr,Ba)3-xSi6O3N8:Eu2+ x
(화학식 2에서, 0.01≤ x ≤0.3)
바람직하게, 상기 제2형광체는, 하기 화학식 3으로 표현되는 형광체를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
LiBa2-xSi5N8:Eu2+ x
(화학식 3에서, 0.01≤ x ≤0.3)
바람직하게, 상기 제3형광체는, 하기 화학식 4로 표현되는 SCASN 계열의 형광체 및 하기 화학식 5로 표현되는 SSN 계열의 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 4]
(Ca, Sr)1-xAlSiN3:Eu2+ x
(화학식 4에서, 0< x ≤ 0.50)
[화학식 5]
Sr2-xSi5N8:Eu2+ x
(화학식 5에서, 0< x ≤ 0.50)
또한, 상기 형광체는, 전체 형광체 100 중량%에 대해서, 5~15 중량%의 제1형광체, 70~85 중량%의 제2형광체 및 5~20 중량%의 제3형광체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광체는, 상기 봉지재 100 중량부에 대해서 25~35 중량부로 포함될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 앰버 피크(Amber peak) 영역을 강화하여 안개나 먼지 입자 등 미세입자에 의한 산란을 최소화하고, 투과율을 높일 수 있는 효과를 가질 수 있다.
나아가, 일반 Middle power LED, High Power LED, Camera Flash, 차량용 LED, 의료용 LED 등 여러가지 특수 조명에 적용할 수 있는 효과도 가질 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 레일리 산란에 대한 참고 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 스펙트럼(앰버 스펙트럼)을 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 5는 비교예의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)의 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 청색광을 방출하는 광원(10); 및 형광체(21)를 포함하고, 광원(10)을 둘러싸며 배치되는 봉지재(20);를 포함하되, 방출되는 스펙트럼이, 430~470nm 파장 범위 영역의 발광 강도 100%를 기준으로, 530~700nm 파장 범위 영역의 발광 강도는 240~270%인 것을 특징으로 한다. 본 발명은 산간, 도서 지역의 도로 조명에 사용되던 종래의 발광소자 패키지보다 파란색 영역(430~470nm 파장 범위 영역) 대비 앰버 영역(530~700nm 파장 범위 영역)의 발광 강도를 강화하여 먼지, 안개 등의 미세입자에 의한 산란을 최소화하고, 투과율을 높일 수 있으며, 이를 도로 조명 등 다양한 조명 기구에 적용하여 인간 눈의 인지력을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
청색광을 방출하는 광원(10)은 바디(30) 상에 위치한다. 광원(10)은 후술할 형광체(21)와의 조합에 의해 앰버 영역을 강화하기 위하여 440~460nm 파장 영역의 청색광을 방출하는 광원(10)을 사용하는 것이 바람직하다. 바디(30)는 캐비티가 형성된 바디(30)를 사용할 수 있다. 캐비티는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있고, 캐비티의 측면은 바닥면에 대하여 수직이거나 경사지게 형성될 수 있으며, 그 크기 및 형태가 다양할 수 있다. 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 다각형, 타원형 등일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태를 가진 바디(30)를 사용할 수 있다.
봉지재(20)는 형광체(21)를 포함하고, 광원(10)을 둘러싸며 배치된다. 봉지재(20)는 광원(10)이 형성된 바디(30)에 도팅하여 형성될 수 있다. 봉지재(20)는 에폭시 수지, 실리콘 수지와 같은 열경화성 수지를 사용할 수 있고, 유리와 같은 세라믹 재질을 사용할 수도 있다. 발광소자 패키지(100)는 수평 타입, 수직 타입, 플립 타입 등 여러가지 형태로 제조될 수 있고, 형광체(21)는 봉지재(20) 100 중량부에 대해서 20~150 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게, 발광소자 패키지(100)는 리드 프레임(Lead Frame) 타입으로 제조될 수 있고, 이때, 형광체(21)는 봉지재(20) 100 중량부에 대해서 25~35 중량부로 포함될 수 있다.
봉지재(20)에 포함되는 형광체(21)는 발광 중심 파장이 525~550nm인 제1형광체(21a); 발광 중심 파장이 550~570nm인 제2형광체(21b); 및 발광 중심 파장이 640~665nm인 제3형광체(21c);를 포함할 수 있다.
제1형광체(21a)는 여기 광원에 의해 여기되어, 녹색 영역의 광을 방출하거나 노란색 영역의 광을 방출하는 형광체일 수 있다. 즉, 녹색 형광체(그린 형광체) 및/또는 노란색 형광체(옐로우 형광체)일 수 있다. 구체적으로, 제1형광체(21a)는 하기 화학식 1로 표현되는 형광체 및 하기 화학식 2로 표현되는 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Si6-zAlzOzN8-z:Eu2+ x
(화학식 1에서, 0.01≤ x ≤0.10, 0.01≤ z ≤0.3)
[화학식 2]
(Sr,Ba)3-xSi6O3N8:Eu2+ x
(화학식 2에서, 0.01≤ x ≤0.3)
제2형광체(21b)는 여기 광원에 의해 여기되어, 앰버(amber) 영역의 광을 방출하는 형광체일 수 있다. 즉, 앰버 형광체(앰버 형광체)일 수 있다. 구체적으로, 제2형광체(21b)는 하기 화학식 3으로 표현되는 형광체를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
LiBa2-xSi5N8:Eu2+ x
(화학식 3에서, 0.01≤ x ≤0.3)
제3형광체(21c)는 여기 광원에 의해 여기되어, 적색 영역의 광을 방출하는 형광체일 수 있다. 즉, 적색 형광체(레드 형광체)일 수 있다. 구체적으로, 제3형광체(21c)는 하기 화학식 4로 표현되는 SCASN 계열의 형광체 및 하기 화학식 5로 표현되는 SSN 계열의 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 4]
(Ca, Sr)1-xAlSiN3:Eu2+ x
(화학식 4에서, 0< x ≤ 0.50)
[화학식 5]
Sr2-xSi5N8:Eu2+ x
(화학식 5에서, 0< x ≤ 0.50)
형광체(21)는 청색광을 방출하는 광원(10)을 사용할 경우, 파란색 영역의 파장에 비해 앰버 영역을 상대적으로 강화시키기 위하여 적절한 배합비로 조절되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 형광체(21)는 전체 형광체(21) 100 중량%에 대해서, 5~15 중량%의 제1형광체(21a), 70~85 중량%의 제2형광체(21b) 및 5~20 중량%의 제3형광체(21c)를 포함할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실리콘 봉지재 100 중량부에 대해서 형광체 20 중량부를 포함하되, Yellow(LYP)(8wt%), Amber(LAP)(78wt%), Red(SCASN)(14wt%)로 혼합하여 발광소자 패키지를 제조하였다.
[비교예]
엘지 이노텍에서 생산한 5630 PKG(청색 광원 및 노란색 형광체 사용)의 5000K 및 2700K 모델을 각각 비교예 1 및 2로 하였다.
[실험예 : 스펙트럼 강도(intensity)의 비교]
실시예 및 비교예 1~2의 파장에 따른 스펙트럼의 강도를 측정한 후, 그 결과를 각각 도 3 및 도 4 내지 도 5에 나타내었다.
한편, 이상에서 설명된 본 발명에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 광원 장치로 구현될 수 있다.
또한, 광원 장치는 기판과 본 발명에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원 장치는, 램프, 헤드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 광원 장치는 출력되는 광이 필요한 제품에 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 광원 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 위에 배치되는 반사판과, 광을 방출하며 반도체 소자를 포함하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 발광소자 패키지
10 : 광원
20 : 봉지재
21 : 형광체
21a : 제1형광체
21b : 제2형광체
21c : 제3형광체
30 : 바디

Claims (8)

  1. 청색광을 방출하는 광원; 및
    형광체를 포함하고, 상기 광원을 둘러싸며 배치되는 봉지재;를 포함하되,
    상기 형광체는,
    발광 중심 파장이 525~550nm인 제1형광체;
    발광 중심 파장이 550~570nm인 제2형광체; 및
    발광 중심 파장이 640~665nm인 제3형광체;를 포함하고,
    상기 형광체는,
    전체 형광체 100 중량%에 대해서, 5~15 중량%의 제1형광체, 70~85 중량%의 제2형광체 및 5~20 중량%의 제3형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은,
    440~460nm 파장 영역의 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는, 발광소자 패키지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 형광체는,
    상기 봉지재 100 중량부에 대해서 25~35 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 발광소자 패키지.
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