KR20130017067A - 발광다이오드 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자 램프 - Google Patents
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Abstract
발광다이오드 소자는, 음극 리드와 양극 리드, 상기 음극 리드와 상기 양극 리드를 고정하는 합성수지 프레임, 상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩, 상기 발광다이오드 칩을 덮도록 형성되는 투명 수지층, 그리고 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉되지 않도록 상기 투명 수지층 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층을 포함한다.
Description
본 발명은 발광다이오드 소자 및 이를 포함하는 발광다이오드 소자 램프에 관한 것이다.
발광다이오드는 소형이고, 효율적으로 선명한 색의 광을 발광할 수 있고, 반도체 소자이므로 소실의 염려가 없고, 초기 구동특성 및 내진성이 우수하고, ON/OFF 점등의 반복에 강하다는 특징을 가진다. 발광다이오드는 이러한 양호한 특징으로 인해 각종 인디케이터나 여러 가지 광원으로서 널리 이용되고 있으며, 또한 최근에는 초고휘도, 고효율의 RGB(적색, 녹색, 청색) 발광다이오드가 각각 개발 되어 이들 발광다이오드를 이용한 대형화면의 LED 디스플레이가 사용되게 되었다. 이 LED 디스플레이는 적은 전력으로 동작시킬 수 있고, 경량이면서 수명이 길다는 우수한 특성을 가지고 있기 때문에, 이후 더욱 더 많이 사용될 것으로 기대된다.
그리고, 최근에는 발광다이오드를 이용하여 백색 발광광원이 대량으로 생산되고 있다. 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 얻기 위해서는, 발광다이오드가 단색성 피크파장을 가지고 있기 때문에, 예를 들면, R, G, B의 3가지 발광소자를 근접하게 설치하고, 이것들을 발광시켜서 확산 혼색시킬 필요가 있다. 이러한 구성으로 백색광을 발생시키고자 하는 경우, 발광소자의 색조나 휘도 등의 분산으로 인해 소망하는 백색을 발생시키기 어렵다는 문제점이 있었다. 또, 발광소자가 각각 상이한 재료로 형성되어 있는 경우, 각 발광소자의 구동전력 등이 달라 각각에 소정의 전압을 인가해야 할 필요가 있기 때문에 구동회로가 복잡하게 된다는 문제점이 있었다. 또한, 발광소자가 반도체 발광소자 이기 때문에, 각각의 온도특성이나 시간경과에 따른 변화가 달라, 색조가 사용환경에 따라 변화하거나 각 발광소자에 의해서 발생되는 광을 균일하게 혼색시킬 수 없어 색 얼룩이 생기는 등 많은 문제점을 가지고 있었다. 즉, 발광다이오드는 각각의 색을 발광시키는 발광장치로서는 유효하지만, 발광소자를 이용하여 백색광을 발생시킬 수 있는 만족할 만한 광원을 얻기는 어려웠다.
또 발광다이오드를 이용하여 백색광을 얻는 또 다른 방법으로는 청색 발광다이오드 칩을 형광체와 조합하여, 파장을 변환하여 백색광을 얻는 방법 등이 일본 특개평5-152609호 공보, 일본 특개평7-99345호 공보, 일본 특개평7-176794호 공보, 일본 특개평 8-7614호 공보, 일본 특허 3700502호 등에 기재된 바 있다. 이 문헌들에 개시된 발광다이오드는 1종류의 발광소자를 이용하여 백색계 등 다른 발광색을 발광시킬 수 있는 것으로서, 주로 다음과 같이 구성되어 있다.
상기 문헌에 개시된 발광다이오드는, 구체적으로는, 발광층의 에너지 밴드 갭이 큰 발광소자를 합성수지 프레임의 선단에 설치된 컵 위에 배치하고, 발광소자를 피복하는 수지 몰드 부재 내에, 발광소자로부터의 광을 흡수하여 흡수한 광과 파장이 다른 광을 발광시키는(파장 변환) 형광체를 함유시켜 구성한다. 즉, 발광다이오드 칩 근처에 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 직접 도포되어, 형광체 성분이 칩에서 발생하는 고온을 직접적으로 접촉되어 있다.
또한, 상기 문헌들에 소개된 또 다른 발광다이오드는 양자 우물 구조를 취함과 아울러 발광층이 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체로 이루어지고, 발광다이오드 칩과 형광체를 구비한다. 발광다이오드 칩은 420～490nm의 범위에 발광 스펙트럼의 피크를 가진다. 형광체는 발광다이오드 칩에서 발산된 광을 일부 흡수하며, 530～570nm에 피크를 가지며, 적어도 700nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광 가능한 세륨으로 활성화된 가넷계 형광체로 이루어진다. 그리고 발광다이오드 칩에서 발생하여 형광체에 흡수되지 않고 통과한 광의 발광 스펙트럼과 형광체에서 발생한 광의 발광 스펙트럼이 서로 겹쳐지고, 양 발광 스펙트럼의 혼합에 의해서 백색계의 광을 발광 가능한 것을 특징으로 한다. 즉, 발광다이오드 칩 근처에 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 직접 도포되어, 형광체 성분이 발광다이오드 칩에서 발생하는 고온에 직접적으로 접촉되어 있다.
그러나 이러한 구조의 발광다이오드 소자는 형광체가 함유된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 발광다이오드 칩 상에 직접 도포되어 노출되기 때문에, 초기 광속 효율은 우수하지만, 장시간 사용되는 경우 형광체 성분이 발광다이오드 칩에서 발생하는 고온에 의해 형광체의 열화(劣化)가 발생하고 이로 인하여 색조가 변하거나 또는 형광체가 거무스름해져서 광의 외부 추출 효율이 저하되는 경우가 있다는 신뢰성상의 문제점이 있었다. 여기서, 거무스름해진다는 것은, 예를 들면, (Cd,Zn)S 형광체 등의 무기계 형광체를 이용한 경우에는, 이 형광체를 구성하는 금속원소의 일부가 석출되거나 변질되어 착색되는 것을 말하고, 또 유기계 형광체 재료를 이용한 경우에는 2중 결합이 끊어지는 등에 의해서 착색되는 것을 말한다. 또한, YAG:Ce계 형광체 또한 형광체 자체 열화로 인한 신뢰성 저하 문제를 해결하기가 곤란하다. 특히, 발광소자인 고에너지 밴드 갭을 가지는 반도체를 이용하여 형광체의 변환효율을 향상시킨 경우(즉, 반도체에 의해서 발광되는 광의 에너지가 높아지게 되어 형광체가 흡수할 수 있는 한계값(threshold) 이상의 광이 증가하여 보다 많은 광이 흡수됨), 또는 형광체의 사용량을 줄인 경우(즉, 상대적으로 형광체에 조사되는 에너지량이 많아지게 됨) 등의 경우에 있어서는 형광체가 흡수하는 광의 에너지가 필연적으로 높아지기 때문에 형광체의 열화가 현저하다. 또, 발광소자의 발광강도를 더 높여서 장기간에 걸쳐 사용하면, 형광체의 열화가 더욱더 심해지게 된다.
또, 발광다이오드 칩 근방에 설치된 형광체는, 발광다이오드 칩의 온도 상승이나 외부 환경(예를 들면, 옥외에서 사용된 경우의 태양광에 의한 것 등)에 의해서 고온 상태로 되고, 이 열에 의해서 열화될 수도 있다. 또한, 형광체에 따라서는 외부에서 침입하는 수분이나 제조 시에 내부에 함유된 수분과 상기 광 및 열에 의해서 열화가 촉진되는 것도 있다. 또한, 이온성 유기염료를 사용하면, 칩 근방에서는 직류전계에 의해서 전기영동(electrophoresis)을 일으켜 색조가 변하는 경우도 있다.
이와 같이 청색 발광다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 발광다이오드 소자의 경우 형광체의 열화에 의한 여러 가지 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 형광체의 열화를 방지함으로써 장시간의 사용 환경 하에서도 발광 강도 및 발광 효율의 저하나 색 편향(color shift)이 극히 작은 발광다이오드 소자를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 발광다이오드 소자는, 음극 리드와 양극 리드, 상기 음극 리드와 상기 양극 리드를 고정하는 합성수지 프레임, 상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩, 상기 발광다이오드 칩을 덮도록 형성되는 투명 수지층, 그리고 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉되지 않도록 상기 투명 수지층 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층을 포함한다.
상기 투명 수지층은 광 확산제를 함유할 수 있다.
상기 광 확산제는 이산화규소(SiO2)계 확산제일 수 있다.
상기 발광다이오드 칩은 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩일 수 있고, 상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 상기 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체일 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce일 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤x≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12 (O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2 임) 조성계의 형광체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자 램프는, 기판, 상기 기판에 형성되는 한 쌍의 전극, 상기 한 쌍의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 발광다이오드 소자, 그리고 상기 복수의 발광다이오드 소자가 배열된 영역을 둘러싸는 공간을 형성하는 외벽 부재를 포함한다. 상기 복수의 발광다이오드 소자 각각은, 상기 한 쌍의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩, 그리고 상기 발광다이오드 칩을 덮도록 형성되는 투명 수지층을 포함한다. 상기 외벽 부재에 의해 형성되는 공간에는 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉되지 않도록 상기 투명 수지층 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층이 형성된다.
상기 투명 수지층은 광 확산제를 함유할 수 있다.
상기 광 확산제는 이산화규소(SiO2)계 확산제일 수 있다.
본 발명에 의하면, 형광체를 함유한 수지층이 발광다이오드 칩에서 이격되므로 형광체의 열화를 방지할 수 있고 그에 따라 장시간의 사용 환경 하에서도 발광 강도 및 발광 효율의 저하나 색 편향(color shift)이 극히 작은 발광다이오드 소자를 제공할 수 있다.
나아가 사용되는 형광체가 단잔광(短殘光)이기 때문에, 예를 들면, 100nsec 정도의 비교적 빠른 응답속도가 요구되는 용도에도 사용할 수 있다. 또한 형광체가 발광다이오드 칩에서 이격되어 있기 때문에, 비교적 낮은 신뢰성을 가지는 유무기 염료, 안료 등이 다양하게 사용될 수 있다.
나아가 발광다이오드 칩에서 발산된 광의 파장을 변환하기 위한 파장 변환 재료(형광체)를 포함하는 않는 투명 수지층과 파장 변환 재료를 포함하는 형광 수지층을 이중으로 구성함으로써, 형광체가 직접적으로 고안의 발광다이오드 칩에 접촉하는 것을 방지하여 신뢰성을 향상시키고 나아가 고가의 형광체를 필요한 부분에만 사용함으로써 제조 원가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자 램프를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자 램프를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절개한 단면도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층이나 막 등의 부분이 다른 부분 ＂위에＂ 또는 ＂아래에＂ 있다고 할 때, 이는 다른 부분 ＂바로 위에＂ 또는 ＂바로 아래에＂ 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 ＂바로 위에＂ 또는 ＂바로 아래에＂ 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 음극 리드(10)와 양극 리드(20)를 포함한다.
음극 리드(10)와 양극 리드(20)는 발광다이오드 칩(30)에 전기를 인가하기 위한 단자로 기능하며, 서로 전기적으로 절연된 상태로 배치된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 음극 리드(10)와 양극 리드(20)는 일정 거리 이격된 상태를 유지함으로써 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
합성수지 프레임(40)은 음극 리드(10)와 양극 리드(20)를 고정하는 역할을 한다. 합성수지 프레임(40)은 열가소성 수지와 같은 합성수지를 이용하여 사출 방식을 통해서 형성될 수 있으며, 예를 들어 폴리프탈아미드(PPA), 액정폴리머(LCP) 등의 수지로 형성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 합성수지 프레임(40)은 음극 리드(10)와 양극 리드(20)의 상면의 외측 부분 및 하면을 대략 둘러싸도록 형성될 수 있다.
음극 리드(10)는 합성수지 프레임(40)의 외측으로 노출되는 음극 리드 단자(11)를 포함할 수 있고, 양극 리드(20)는 합성수지 프레임(40)의 외측으로 노출되는 양극 리드 단자(21)를 포함할 수 있다. 음극 리드 단자(11)와 양극 리드 단자(21)를 통해서 외부 전원이 인가될 수 있다.
발광다이오드 칩(30)이 음극 리드(10)와 양극 리드(20)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 발광다이오드 칩(30)의 n측 전극과 p측 전극이 도전성 와이어(31, 32)에 의해 음극 및 양극 리드(10, 20)에 전기적으로 연결될 수 있다.
투명 수지층(70)이 발광다이오드 칩(30)을 덮도록 형성된다. 예를 들어, 투명 수지층(70)은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등 투명한 수지로 형성될 수 있다. 투명 수지층(70)은 발광다이오드 칩(30)을 덮어 둘러싸는 기능을 하며, 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 광(light)이 투명 수지층(70)을 통과한 후 전방(도면에서 위 방향)으로 진행하게 된다.
형광 수지층(80)은 발광다이오드 칩(30)에 직접 접촉되지 않도록 투명 수지층(70) 위에 형성되며 형광체를 함유한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같이 형광체를 함유하는 형광 수지층(80)이 발광다이오드 칩(30)에 직접 접촉하지 않도록 함으로써, 형광체가 발광다이오드 칩(30)의 열에 직접 노출되는 것을 막을 수 있고 그에 따라 열에 의한 형광체의 열화 및 그에 따른 각종 문제점을 최소화할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 합성수지 프레임(40)은 반사면(41)을 구비하는 반사컵(42)을 형성한다. 반사면(41)은, 도면에 도시된 바와 같이, 상방 외측으로 경사지게 형성될 수 있다.
발광다이오드 칩(30)은 반사컵(42) 내부, 즉 반사면(41)에 의해 형성되는 공간에 배치된다.
벽 부재(60)가 반사컵 내에 설치되며, 벽 부재(60)는 발광다이오드 칩(30)을 둘러싼다. 벽 부재(60)는 합성수지 프레임(40)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이때, 벽 부재(60)는 합성수지 프레임(40)의 상면보다 낮도록 형성된다.
그리고 벽 부재(60)의 내면(61)은 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 광을 전방으로 향해 효과적으로 반사할 수 있도록 경사지게 형성될 수 있다.
이때, 위에서 설명한 투명 수지층(70)은 벽 부재(60)에 의해 둘러싸인 공간에 형성되어 발광다이오드 칩(30)을 둘러쌀 수 있다.
그리고 형광 수지층(80)은 투명 수지층(70)의 상면을 덮도록 반사컵 내에 형성된다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 장착 플레이트(50)가 음극 리드(10)와 양극 리드(20) 상에 설치될 수 있고, 벽 부재(60) 및 발광다이오드 칩(30)은 장착 플레이트(50) 상에 설치될 수 있다. 예를 들어, 장착 플레이트(50)는 전기 절연성의 합성수지 재질로 형성될 수 있으며, 도면에는 명시적으로 도시되지 않았으나 도전성 와이어(31, 32)는 발광다이오드 칩(30)을 장착 플레이트(50)를 지나 음극 및 양극 리드(10, 20)에 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 발광다이오드 소자는 백색 광을 발산하는 백색 발광다이오드 소자일 수 있으며, 이때 발광다이오드 칩(30)는 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩일 수 있고, 형광 수지층(80)의 형광체는 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 청색 광의 일부를 흡수하여 소정 발광 스펙트럼을 발광할 수 있으며, 발광다이오드 칩(30)에서 발산되어 형광체에 흡수되지 않고 외부로 방출되는 광과 형광 수지층(80)에 흡수되어 발산되는 광의 조합에 의해 백색 광이 발광될 수 있다.
예를 들어, 발광다이오드 칩(30)은 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체로서 440 내지 460nm의 범위에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 청색 발광다이오드 칩일 수 있다. 예를 들어, 질화갈륨계 화합물 반도체(일반식: IniGajAlkN, 단 0≤i, 0≤j, 0≤k, i+j+k=1)로서는 InGaN이나 각종 불순물이 도프된 GaN을 비롯하여 여러 가지 반도체일 수 있다.
이때, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체일 수 있다.
구체적으로, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce일 수도 있다.
다른 한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광체는 (SrCa)AlSiN3:Eu)일 수 있다.
한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤x≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성될 수 있으며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성될 수 있으며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함할 수 있다.
한편, 형광 수지층(80)에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12(O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2 임) 조성계의 형광체일 수 있다.
한편, 형광체로서, 일반식 (Re1 - rSmr)3(Al1 - sGas)5O12:Ce (단, 0≤r<1, 0≤s≤1, Re는 Y, Gd에서 선택되는 적어도 일종)로 표시되는 형광체를 사용할 수 있으며, 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체를 사용한 경우와 동일한 우수한 특성을 얻을 수 있다.
또한, 발광특성(발광파장이나 발광강도 등)의 온도 의존성을 줄이기 위해서, 형광체로서, 일반식 (Y1 -p-q- rGdpCeqSmr)3(Al1 - sGas)5O12 (단, 0≤p≤0.8, 0.003≤q≤0.2, 0.0003≤r≤0.08, 0≤s≤1)로 표시되는 형광체를 사용할 수도 있다.
또한, 형광체는 각각 Y과 Al을 포함하여 이루어지는 서로 조성이 다른 2이상의, 세륨으로 활성화된 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체를 포함할 수도 있다. 이것에 의해서, 발광소자의 특성(발광파장)에 대응하여 형광체의 발광 스펙트럼을 조정함으로써 소망하는 발광색을 발광시킬 수 있다.
또한, 발광파장을 소정의 값으로 설정하기 위해서, 형광체는 각각 일반식 (Re1-rSmr)0(Al1-sGas)5O12:Ce (단, 0≤r<1, 0≤s≤1, Re는 Y, Gd에서 선택되는 적어도 일종)로 표시되는 형광체일 수 있고, 서로 조성이 다른 2이상의 형광체를 포함할 수도 있다.
또한, 발광파장을 조정하기 위해서, 형광체는 일반식 Y3(Al1 - sGas)5O12:Ce로 표시되는 제 1 형광체, 그리고 일반식 Re3Al5O12:Ce로 표시되는 제 2 형광체를 포함할 수도 있다. 여기서, 0≤s≤1이고, Re는 Y, Gd, La에서 선택되는 적어도 일종이다.
또한, 발광파장을 조정하기 위해서, 형광체는, 각각 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체에 있어서, 이트륨의 일부가 가돌리늄(Gd)으로 치환되고, 서로 치환량이 다른 제 1 형광체와 제 2 형광체를 포함할 수도 있다. 또한, 발광다이오드 소자의 발광 스펙트럼의 주(主) 피크가 400nm에서 530nm 범위 내에 설정되고, 또한 형광체의 주(主) 발광파장이 발광다이오드 소자의 주 피크 파장보다 길게 되도록 설정할 수 있다. 이것에 의해서, 백색계의 광을 효율 좋게 발광시킬 수 있다.
또한, 발광다이오드 소자의 발광층이 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체를 포함하여 이루어지고, 형광체가 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체에 있어서 Al의 일부가 Ga에 의해서 Ga:Al이 1:1에서 4:6의 범위 내의 비율이 되도록 치환되고, 또한 Y의 일부가 Gd에 의해서 Y:Gd가 4:1 에서 2:3의 범위 내의 비율이 되도록 치환될 수 있다. 이와 같이 조정된 형광체의 흡수 스펙트럼은, 발광층으로서 In을 포함하는 질화갈륨계 반도체를 가지는 발광다이오드 소자가 발광하는 광의 파장과 매우 잘 일치하므로, 변환효율(발광효율)을 좋게 할 수 있다. 또, 발광다이오드 소자의 청색광과 상기 형광체의 형광광의 혼색에 의한 광은 연색성(color rendering)이 좋은 양질의 백색이 되며, 이 점에서 매우 우수한 발광장치를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예를 설명하며, 위에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 음극 리드(110)와 양극 리드(120)는 상방 외측으로 경사지게 형성되어 발광다이오드 칩(30)을 둘러싸는 반사면을 포함하는 반사컵(126)을 구비하도록 형성될 수 있다.
그리고 투명 수지층(70)은 발광다이오드 칩(30)을 둘러싸도록 반사컵(126) 내에 형성될 수 있다.
이때, 합성수지 프레임(140)은 반사컵(126)의 상면보다 높게 돌출되도록 형성되는 돌출부(141)를 포함할 수 있으며, 형광 수지층(80)은 도 3에 도시된 바와 같이 투명 수지층(70)을 덮도록 돌출부(141)에 의해 형성되는 공간에 형성될 수 있다.
이때, 반사컵(126)은 경사 각도가 다른 복수의 반사면(111, 121, 113, 123)을 구비할 수 있다. 즉, 도면부호 111 및 121의 반사면의 경사 각도보다 도면부호 113 및 123의 반사면의 경사 각도가 더 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 발광다이오드 칩(30)에 발산된 광이 보다 다양한 각도로 반사될 수 있어 광 특성이 개선될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 단면도이다. 도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예를 설명하며, 위에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 투명 수지층(90)이 광 확산제를 함유한다. 투명 수지층(90)이 광 확산제를 함유함으로써 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 빛의 확산이 촉진되어 광 특성이 개선될 수 있다. 예를 들어, 광 확산제는 이산화규소(SiO2)계 확산제일 수 있다.
도 3 및 도 4의 실시예에 따른 발광다이오드 소자에서도 발광다이오드 칩(30)의 종류 및 형광 수지층(80)에 함유되는 형광체의 종류는 도 1 및 도 2에서와 동일할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 도 1 및 도 2의 실시예에서도 투명 수지층(70)에 광 확산제가 함유될 수도 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자 램프를 설명한다.
본 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 기판(200)을 구비한다. 기판(200)은 대략 사각형 형태를 가질 수 있으며, 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다.
한 쌍의 전극(201, 205)이 기판(200)에 형성된다. 각 전극(201, 205)는 기판(200)의 양측에 한 쌍으로 구비될 수 있다. 전극(201, 205)을 통해서 외부 전원이 인가될 수 있다. 각각 쌍으로 구비되는 전극(201, 205)은 연결부(203, 207)를 통해서 연결될 수 있다.
복수의 발광다이오드 소자(300)가 기판(200) 상에 설치되며, 각 발광다이오드 소자(300)는 한 쌍의 전극(201, 205)에 각각 전기적으로 연결된다. 도면에는 발광다이오드 소자(300)와 전극(201, 205)의 연결 관계가 구체적으로 도시되지 않았다.
외벽 부재(100)가 복수의 발광다이오드 소자(300)가 배열된 영역을 둘러싸는 공간을 형성한다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 외벽 부재(100)는 기판(200)의 테두리를 따라 폐도형 형태로 형성될 수 있으며 발광다이오드 소자(300)의 높이보다 높도록 형성될 수 있다.
그리고 복수의 발광다이오드 소자(300) 각각은 한 쌍의 전극(201, 205)에 각각 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩(30)을 포함한다.
투명 수지층(70)이 발광다이오드 칩(30)을 덮도록 형성된다.
그리고 외벽 부재(100)에 의해 형성되는 공간에는 발광다이오드 칩(30)에 직접 접촉되지 않도록 투명 수지층(70) 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층(80)이 형성된다.
이때, 각 발광다이오드 소자(300)는 발광다이오드 칩(30)을 둘러싸는 벽 부재(160)을 포함할 수 있다. 그리고 벽 부재(160)의 내면은 발광다이오드 칩(30)에서 발산된 빛을 효과적으로 반사할 수 있도록 경사면(161)으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광다이오드 소자 램프에서도 발광다이오드 칩(30)의 종류 및 형광 수지층(80)에 함유되는 형광체의 종류는 도 1 및 도 2에서와 동일할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 본 실시예에서도 투명 수지층(70)에 광 확산제가 함유될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 음극 리드
20: 양극 리드
30: 발광다이오드 칩
40: 합성수지 프레임
60: 벽 부재
70: 투명 수지층
80: 형광 수지층
20: 양극 리드
30: 발광다이오드 칩
40: 합성수지 프레임
60: 벽 부재
70: 투명 수지층
80: 형광 수지층
Claims (20)
- 음극 리드와 양극 리드,
상기 음극 리드와 상기 양극 리드를 고정하는 합성수지 프레임,
상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩,
상기 발광다이오드 칩을 덮도록 형성되는 투명 수지층, 그리고
상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉되지 않도록 상기 투명 수지층 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층을 포함하는 발광다이오드 소자. - 제1항에서,
상기 투명 수지층은 광 확산제를 함유하는 발광다이오드 소자. - 제2항에서,
상기 광 확산제는 이산화규소(SiO2)계 확산제인 발광다이오드 소자. - 제1항에서,
상기 발광다이오드 칩은 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩이고,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 상기 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체인 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce인 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤x≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자. - 제4항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12 (O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2임) 조성계의 형광체인 발광다이오드 소자. - 기판,
상기 기판에 형성되는 한 쌍의 전극,
상기 한 쌍의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 발광다이오드 소자, 그리고
상기 복수의 발광다이오드 소자가 배열된 영역을 둘러싸는 공간을 형성하는 외벽 부재를 포함하며,
상기 복수의 발광다이오드 소자 각각은,
상기 한 쌍의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩, 그리고
상기 발광다이오드 칩을 덮도록 형성되는 투명 수지층을 포함하며,
상기 외벽 부재에 의해 형성되는 공간에는 상기 발광다이오드 칩에 직접 접촉되지 않도록 상기 투명 수지층 위에 형성되며 형광체를 함유하는 형광 수지층이 형성되는 발광다이오드 소자 램프. - 제11항에서,
상기 투명 수지층은 광 확산제를 함유하는 발광다이오드 소자 램프. - 제12항에서,
상기 광 확산제는 이산화규소(SiO2)계 확산제인 발광다이오드 소자 램프. - 제11항에서,
상기 발광다이오드 칩은 청색 광을 발산하는 청색 발광다이오드 칩이고,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 상기 청색 광의 일부를 흡수하여 500 내지 590nm의 피크를 가지며 적어도 720 내지 810nm까지 점차 줄어드는 발광 스펙트럼을 발광할 수 있는 형광체인 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하고, 세륨으로 활성화된 가넷(garnet)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Y3Al5O12:Ce 또는 Gd3In5O12:Ce인 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Sr 및 Ca으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 그리고 Al, Si 및 N으로 이루어진 군에서 선택되어진 적어도 하나의 원소를 포함하고, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 SrOXBaOZCaO 및 MgO2(SiO2)bM2O3 (여기서, 0≤X≤1, 0≤z≤1, 0≤b 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 Si6 - gAlgOgN8 -g(여기서 0≤g≤3 임)로 구성되며, Eu(유료퓸)으로 활성된 실리케이트(Silicate)계 형광체를 포함하는 발광다이오드 소자 램프. - 제14항에서,
상기 형광 수지층에 함유된 형광체는 CarEut(Si,Al)12 (O,N)12 (여기서 0≤r≤2, 0≤t≤2 임) 조성계의 형광체인 발광다이오드 소자 램프.
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|---|---|---|---|---|
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