KR20130088998A - 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시형태에 따른 발광 장치는, 지지부; 상기 지지부 상에 실장되는 발광소자;상기 지지부 상에 형성되어 상기 발광소자를 덮으며, 상대적으로 장파장의 광을 방출하는 제1 파장변환체와 상대적으로 단파장의 광을 방출하는 제2 파장변환체를 함유한 봉지재로 이루어진 파장변환부;를 포함하며, 상기 파장변환부는 상기 발광소자에 인접한 제1 혼합영역과, 상기 제1 혼합영역 상의 제2 혼합영역을 포함하고, 상기 제1 파장변환체는 상기 제1 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하고, 상기 제2 파장변환체는 상기 제2 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 장치{Ligt Emitting Device}
본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
반도체 발광 다이오드(semiconductor light emitting diode)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답속도, 높은 출력 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 다양한 제품에서 유익한 광원으로서 크게 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드를 이용한 발광장치에는 발광 다이오드 칩의 방출광을 다른 파장의 광을 변환시키기 위해서 형광물질인 형광체를 이용하는 기술이 널리 적용된다. 특히, 이러한 파장변환기술은 다양한 형태의 조명장치와 디스플레이 장치의 백라이트에서 요구되는 백색광을 위한 발광장치에서 크게 요청되고 있다.
종래의 일반적인 백색 발광장치에 사용되는 혼색기술은 실리콘이나 에폭시 등의 투명한 액상 수지에 단일의 황색 형광물질을 혼합한 혼합물을 디스펜싱 등과 같은 방법으로 발광 다이오드 칩 주위에 도포하는 형태였다.
이로 인해, 액상 수지의 경화과정에서 형광체 분포가 발광 다이오드 칩의 주위에 무작위로 분포하게 되고, 결과적으로 색산포 수율이 저하되어 불가피하게 원하지 않는 색상의 제품이 제작되는 문제가 발생할 수 있다. 더불어, 발광 효율이 저하되는 단점이 발생할 수 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 색산포 수율을 개선할 수 있고, 연색성 제어가 용이하며, 더불어 개선된 발광 효율을 갖는 발광 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 장치는,
지지부; 상기 지지부 상에 실장되는 발광소자; 상기 지지부 상에 형성되어 상기 발광소자를 덮으며, 상대적으로 장파장의 광을 방출하는 제1 파장변환체와 상대적으로 단파장의 광을 방출하는 제2 파장변환체를 함유한 봉지재로 이루어진 파장변환부;를 포함하며, 상기 파장변환부는 상기 발광소자에 인접한 제1 혼합영역과, 상기 제1 혼합영역 상의 제2 혼합영역을 포함하고, 상기 제1 파장변환체는 상기 제1 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하고, 상기 제2 파장변환체는 상기 제2 혼합영역에 상대적으로 많이 분포할 수 있다
또한, 상기 파장변환부는 상기 봉지재 내에 함유된 상기 제1 파장변환체와 제2 파장변환체의 침전속도 차이에 의해 상기 제1 및 제2 혼합영역에서 각각 상이한 분포 구배를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체와 상기 제2 파장변환체는 각 파장변환체가 가지는 평균입도에 따라 서로 상이한 깊이로 침전되며, 상기 제1 파장변환체와 제2 파장변환체가 가지는 평균입도는 해당 파장변환체가 가지는 비중값의 크기에 따라 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위를 가지고, 상기 제2 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤, 4.5~5.5g/㎤, 6.0~7.0g/㎤ 중 어느 하나의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체는 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체는 평균입도가 0.1~10㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위에서 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위에서 평균입도가 0.1~10㎛의 범위, 비중값이 4.5~5.5g/㎤ 또는 6.0~7.0g/㎤ 의 범위에서 평균입도가 0.1~5㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체는 (Sr,Ca)AlSiN, Ca-α-SiAlON을 포함하고, 상기 제2 파장변환체는 β-SiAlON, (Sr,Ba)2SiO4, Lu3Al5O12을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부는 전극이 형성된 기판을 포함하며, 상기 발광소자는 상기 기판 상에 놓여져 상기 전극과 접속될 수 있다.
또한, 상기 지지부는 캐비티가 형성된 본체와, 상기 캐비티로 일부 노출되는 리드 프레임을 포함하며, 상기 발광소자는 상기 캐비티 내에 놓여져 상기 리드 프레임과 접속될 수 있다.
색산포 수율을 개선할 수 있고, 연색성 제어가 용이하며, 더불어 개선된 발광 효율을 갖는 발광 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 장치에서 발광소자와 파장변환부의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에서 파장변환부의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 장치의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5a는 종래의 색산포를 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 색산포를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 장치에서 발광소자와 파장변환부의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 2에서 파장변환부의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 발광 장치의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치(1)는 지지부(10), 발광소자(20), 파장변환부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
지지부(10)는 전극(12,13)이 형성된 기판(11)을 포함하며, 상기 발광소자(20)는 상기 기판(11) 상에 놓여져 상기 전극(12,13)과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 기판(11)은 PCB(인쇄회로기판)일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지소재 및 기타 유기 수지소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB을 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광소자(20)가 실장되는 면에 발광소자(20)을 구동하기 위한 전극(12,13) 구조가 형성된 기판이면 가능하다.
이러한 기판(11)의 표면에는 발광소자(20)와 전기적으로 접속하여 전원을 공급하기 위한 전극(12,13)이 형성될 수 있다. 상기 전극(12,13)은 적어도 한 쌍이 상기 기판(11) 상에 형성되어 상기 기판(11) 상에 놓여지는 발광소자(20)와 전기적으로 접속을 이룰 수 있다. 상기 전극(12,13)은 전기 전도성과 열 전도성이 우수한 금속 물질, 예컨대 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 이루어질 수 있다.
도면에서는 일 전극(12)이 실장영역으로 제공되어 상기 발광소자(20)가 실장되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광소자(20)는 상기 기판(11)의 표면 상에 놓여질 수 있고, 상기 기판(11)을 관통하여 그 표면으로 노출되는 미도시된 히트 싱크 상에 놓여질 수도 있다. 또한, 방열 효율의 향상을 위해 상기 발광소자(20)가 실장된 상기 전극(12)은 상기 기판(11)의 바닥면으로부터 외부로 노출될 수 있다.
본 실시 형태에서는 발광소자(20)가 실장영역으로 제공되는 전극(12)과는 직접적으로 접속되고, 다른 전극(13)과는 도전성 와이어(W)를 통해 전기적으로 연결된 구조를 나타내고 있다. 그러나, 이러한 발광소자(20)와 전극(12,13)의 연결 방식은 실시 형태에 따라 다이 본딩 방식 또는 플립 칩 방식 등 다양하게 달라질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 발광소자(20)는 한 쌍의 도전성 와이어(W)를 통해 각각의 전극(12,13)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 도 4에서 도시하는 바와 같이 도전성 와이어 없이 소위 플립칩(flip-chip) 본딩 방식으로 발광소자(20)를 전극(12,13) 위에 직접 배치하여 전기적으로 접속되도록 할 수 있다.
나아가, 본 실시 형태에서는 배선 구조의 일 예로서 도전성 와이어를 나타내고 있으나 전기신호 전달기능을 수행할 수 있다면, 이러한 와이어 이외에 다른 형태의 배선 구조 예컨대, 금속 라인 등으로 대체할 수 있다.
최종광으로서 백색광을 제공하기 위한 형태에서는, 발광소자(20)는 방출광이 380∼500㎚의 파장범위를 가질 수 있다. 즉, 상기 발광소자(20)는 UV 발광다이오드 칩 또는 청색 발광다이오드 칩일 수 있다. 도면에서는 상기 발광소자(20)가 단일로 구비되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 적어도 2개 이상의 멀티 칩 어레이로 구성되는 것도 가능하다.
파장변환부(30)는 상기 지지부(10) 상에 형성되어 상기 발광소자(20)를 덮으며, 상기 발광소자(20)의 방출광을 다른 파장영역의 광으로 변환시킨다. 도시된 바와 같이, 파장변환부(30)는 상기 발광소자(20)의 상면에 한하여 제공될 수 있으며, 이 경우 발광소자(20)의 전체 면적을 둘러싸도록 형성되는 형태보다는 보다 균일한 파장변환체 분포를 보장할 수 있다. 또한, 상기 발광소자(20)의 상면은 주된 광방출면으로 제공되므로, 파장변환부(30)를 상기 발광소자(20)의 상면에만 형성하더라도 충분한 파장변환효과를 얻을 수 있다.
상기 파장변환부(30)는 투명한 수지 등으로 이루어진 봉지제(31)와 이에 함유되는 파장변환체(32,33)를 포함하며, 본 실시 형태에서는 적어도 2개의 서로 다른 발광스펙트럼을 갖는 2종류의 파장변환체(32,33)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 파장변환체는 각각 560~760nm 사이의 발광스펙트럼을 갖는 적색 형광체인 제1 파장변환체(32)와, 460~660nm 사이의 발광스펙트럼을 갖는 녹색 형광체인 제2 파장변환체(33)일 수 있다. 상기 파장변환체(32,33)는 서로 다른 크기를 갖는 구 형상의 입자 형태로 형성될 수 있다.
종래에는 단일의 형광체, 예를 들어 황색 형광체를 사용하여 발광 다이오드 칩을 도포하였고, 이러한 형광체는 발광 다이오드 칩 주위에 무작위로 분포되는 관계로 도 5a에서 도시하는 바와 같이 색산포의 수율이 저하되고, 이에 따라 불가피하게 원하지 않는 색상의 제품이 제작되는 단점이 있었다. 이와 더불어 광효율도 저하되는 단점이 있었다.
이에, 본 발명의 실시 형태에서는 서로 다른 발광스펙트럼을 갖는 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 복수의 파장변환체를 사용하여 발광소자(20)의 방출광이 각각 여기되어 파장이 변환되도록 함으로써 서로 다른 파장대의 발광스펙트럼의 조합에 의해 백색광을 구현하도록 하였다. 도 5b에서 도시하는 바와 같이 종래의 단일 형광체의 발광스펙트럼에 의한 색산포와 비교해서 색산포의 수율이 개선된 것을 확인할 수 있다. 아울러, 이와 같이 서로 다른 발광스펙트럼의 혼색에 의한 백색광 구현은 연색성(CRI) 제어가 용이하다는 장점을 제공한다.
한편, 최종 광에 대한 광량 저하를 방지하기 위해 상기 파장변환부(30) 내에서 상기 제1 파장변환체(32)는 상기 발광소자(20)에 인접한 하부 영역에 상대적으로 많이 분포되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 상부 영역인 상기 제1 파장변환체(32) 상에 상대적으로 많이 분포되어 일종의 적층 구조와 유사한 구조를 형성할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서 도시하는 바와 같이, 상기 파장변환부(30)는 상기 발광소자(20)에 인접한 제1 혼합영역과, 상기 제1 혼합영역 상의 제2 혼합영역을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 파장변환체(32)는 상기 제1 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하고, 상기 제2 파장변환체(33)는 상기 제2 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하는 분포 구배를 형성할 수 있다.
구체적으로, 상대적으로 긴 파장의 광, 즉 적색광을 방출하는 제1 파장변환체(32)는 상기 발광소자(20)에 근접하여 상기 봉지재(31)의 하부 영역인 제1 혼합영역에 집중적으로 분포하도록 하고, 그 상부인 제2 혼합형역에는 보다 짧은 파장의 광, 즉 녹색광을 방출하는 제2 파장변환체(33)가 집중적으로 분포하도록 구현할 수 있다. 이와 같이, 빛이 방출되는 경로를 따라 상대적인 파장변환 효율을 기준으로 하여 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 순서로 분포 구배를 형성함으로써 발광소자(20)에서 방출되는 광을 제1 파장변환체(32)에 의해 변환시키고, 변환된 광을 제2 파장변환체(33)에 의해 변환시켜 백색광을 구현할 수 있다.
따라서, 파장변환 효율이 가장 낮은 적색광을 방출하는 제1 파장변환체(32)가 발광소자(20)에 가장 가까이 주되게 분포함으로써 파장변환 효율이 상대적으로 높아지게 되고, 이에 따라 파장변환부(30)의 전체적인 파장변환 효율이 향상될 수 있다. 그리고, 이러한 파장변환 효율의 증가를 통해 광량이 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 파장변환부(30)의 경우 상기 파장변환부(30)를 이루는 봉지재(31) 내에 함유된 상기 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)가 서로 다른 깊이로 각각 침전되어 분포함으로써 일종의 적층 구조와 유사한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 각각 별개인 제1 파장변환체(32)를 함유한 파장변환부와 제2 파장변환체(33)를 함유한 파장변환부를 서로 적층하여 양 파장변환체(32,33) 사이에 계면이 존재는 구조가 아니라, 동일한 파장변환부(30)의 봉지재(31) 내에 일체로 혼재된 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)가 침전에 의해 서로 다른 영역에 각각 집중적으로 분포되도록 함으로써 계면이 없는 적층 구조와 유사한 분포 구배 구조를 이루는데 특징이 있다. 따라서, 파장변환체(32,33)의 분포 구배를 형성하기 위한 추가적인 공정이나 별도의 절차를 수행할 필요가 없고, 구조가 단순해지는 장점이 있다.
상술된 각 파장변환체(32,33)의 분포 구배 조건은 파장변환부(30)의 형성 과정에서 상기 제1 파장변환체(32)를 제2 파장변환체(33)보다 빠른 속도로 침전시킴으로써 얻을 수 있다. 이러한 침전 속도 차이에 의해 제2 파장변환체(33)보다 제1 파장변환체(32)가 파장변환부(30)의 하부 영역인 제1 혼합영역에서 더 집중적으로 분포하도록 구현하고, 제2 파장변환체(33)는 제1 파장변환체(32)보다 상부 영역인 제2 혼합영역에서 더 집중적으로 분포하도록 구현할 수 있다.
상술된 분포 구배를 위한 침전속도 제어는 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 비중 및 입도와, 파장변환부(30)의 봉지제(31)의 점도, 경화시간 등의 다양한 조건을 조절하여 실현할 수 있다. 특히, 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 입도 조건을 적절히 선택하여 본 실시 형태에서 요구되는 분포 구배를 용이하게 실현할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 파장변환체(32)와 상기 제2 파장변환체(33)는 각 파장변환체가 가지는 평균입도 차이에 따른 침전속도 차이로 서로 상이한 깊이로 침전되어 분포될 수 있으며, 상기 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)가 가지는 평균입도는 해당 파장변환체가 가지는 비중값의 크기에 따라 선택될 수 있다.
상기 제1 파장변환체(32)는 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 평균입도가 0.1~10㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 파장변환체(32)는 평균입도가 5~20㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 평균입도가 0.1~5㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다.
그리고, 상기 제1 파장변환체(32)는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위를 가지고, 상기 제2 파장변환체(33)는 비중값이 3.0~4.0g/㎤, 4.5~5.5g/㎤, 6.0~7.0g/㎤ 중 어느 하나의 범위를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 파장변환체(32)가 3.0~4.0g/㎤의 비중값을 갖는 (Sr,Ca)AlSiN, Ca-α-SiAlON으로 구성되고, 상기 제2 파장변환체(33)가 3.0~4.0g/㎤의 비중값을 갖는 β-SiAlON으로 구성되는 경우에는 상기 제1 파장변환체(32)는 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 평균입도가 0.1~10㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1 파장변환체(32)가 3.0~4.0g/㎤의 비중값을 갖는 (Sr,Ca)AlSiN, Ca-α-SiAlON으로 구성되고, 상기 제2 파장변환체(33)가 4.5~5.5g/㎤의 비중값을 갖는 (Sr,Ba)2SiO4로 구성되거나 6.0~7.0g/㎤의 비중값을 갖는 Lu3Al5O12으로 구성되는 경우에는 상기 제1 파장변환체(32)는 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 평균입도가 0.1~5㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다.
이와 같이, 파장변환체(32,33)의 비중값을 고려하여 평균입도를 선택적으로 적용함으로써 침전속도 차이를 유도하여 봉지재(31) 내에 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)가 혼재되어 함유되더라도 발광소자(20)에 근접한 하부 영역인 제1 혼합영역에 제1 파장변환체(32)가 분포하도록 하고, 그 상부인 제2 혼합영역에 제2 파장변환체(33)가 분포하도록 분포 구배를 형성할 수 있다. 이러한 파장변환체에 의해 형성되는 분포 구배는 함유된 파장변환체의 자연 침전에 의해 형성되는 것이므로 적층 구조 형성을 위한 별도의 추가적인 공정이 불필요하다는 장점이 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 상기 파장변환부(30)가 상기 발광소자(20)의 상면에 균일한 두께로 형성되는 것으로 도시하고 있다. 이러한 파장변환부(30)의 구조는 웨이퍼 레벨 상태에서 파장변환체(32,33)가 함유된 봉지재(31)를 웨이퍼 상에 주입하여 경화시킨 후 다이싱을 거쳐 개별 칩으로 싱귤레이팅하는 방식을 통해 형성될 수 있다.
또한, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 발광소자(20) 상에 개별적으로 디스펜싱 공정을 통해 파장변환체(32,33)가 함유된 봉지재(31)를 공급하여 파장변환부(30)를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 파장변환부(30)는 봉지재(31)의 표면장력에 의해 볼록한 렌즈 형상의 구조를 가질 수 있다. 특히, 액상수지의 점도 또는 칙소성에 따라 상기 발광소자(20) 상면에 형성되는 볼록한 렌즈 구조를 변경하여 지향각 특성과 색도분포 등을 제어할 수 있다.
상기 파장변환체 함유 봉지재(31)의 점도는 사용되는 투명 봉지재(31)의 점도 자체 뿐만 아니라, 파장변환체의 함유량 및/또는 입도에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 파장변환체(32,33)의 함유량이 높고, 파장변환체(32,33)의 입도가 작을수록 파장변환체 함유 봉지재(31)의 점도 및 칙소성을 높일 수 있으며, 결과적으로 큰 표면장력에 의해 렌즈 형상이 갖는 곡률은 커질 것이다. 이와 반대의 경우에는 곡률 또는 접촉각이 작은 렌즈 형상의 파장변환부(30)를 얻을 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 장치를 설명한다. 도 6에서 도시하는 실시 형태에 따른 발광 장치를 구성하는 구성은 상기 도 1에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 지지부 및 파장변환부의 구조가 상기 도 1에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 지지부 및 파장변환부에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광 장치(1')를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6에서 도시하는 바와 같이, 지지부(10')는 캐비티(14)가 형성된 본체(15)와, 상기 캐비티(14)로 일부 노출되는 리드 프레임(12',13')을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 발광소자(20)는 상기 캐비티(14) 내에 놓여져 상기 리드 프레임(12',13')과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 본체(15)는 절연성 재질인 수지 등을 사출성형하거나 세라믹을 소성하여 형성될 수 있다. 그러나, 상기 본체(15)를 이루는 물질은 특별히 제한되는 것은 아니며, 다만, 전기 절연성을 가지면서도 열 방출 성능과 광 반사율이 우수한 물질을 이용하는 것이면 가능하다.
상기 본체(15)의 상면에는 발광소자(20)를 내부에 수용할 수 있는 반사컵 형태의 캐비티(14)가 형성될 수 있다. 여기서, 상면은 본체(15)를 상부에서 보았을 때 본체(15)에 의하여 형성되는 면을 의미한다. 다만, 본 명세서에서 사용되는 상면', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 장치가 배치되는 방향에 따라 그 용어는 달라질 수 있을 것이다.
상기 캐비티(14)는 본체(15)의 상면을 향해 단면적이 점차 증가하는 형태의 테이퍼 구조로 형성될 수 있으며, 그 표면에는 광추출 효율을 향상시킬 수 있도록 광반사율이 높은 반사층(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 리드 프레임(12',13')은 상기 캐비티(14) 내에 놓여지는 발광소자(20)와 전기적으로 접속을 이루도록 일부가 상기 캐비티(14)로 노출될 수 있다. 도면에서는 상기 리드 프레임(12') 상에 상기 발광소자(20)가 실장되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광소자(20)는 상기 캐비티(14)의 바닥면 상에 놓여져 상기 리드 프레임(12',13')과 각각 접속될 수도 있고, 상기 본체(15)를 관통하여 상기 캐비티(14)로 노출되는 미도시된 히트 싱크 상에 놓여질 수도 있다. 또한, 방열 효율의 향상을 위해 상기 발광소자(20)가 실장된 상기 리드 프레임(12')은 상기 본체(15)의 바닥면으로부터 외부로 노출될 수 있다.
본 실시 형태에서는 발광소자(20)가 캐비티(14)로 노출되는 일 리드 프레임(12')상에 실장되어 직접적으로 접속되고, 도전성 와이어(W)를 통해 다른 리드 프레임(13')과 전기적으로 연결된 구조를 나타내고 있다. 그러나, 이러한 발광소자(20)와 리드 프레임(12',13')의 연결 방식은 실시 형태에 따라 다이 본딩 방식 또는 플립 칩 방식 등 다양하게 달라질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 발광소자(20)는 한 쌍의 도전성 와이어(W)를 통해 각각의 리드 프레임(12',13')과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 다른 실시 예로서, 도전성 와이어 없이 소위 플립칩(flip-chip) 본딩 방식으로 발광소자(20)를 리드 프레임(12',13') 위에 직접 배치할 수 있다.
나아가, 본 실시 형태에서는 배선 구조의 일 예로서 도전성 와이어(W)를 나타내고 있으나 전기신호 전달기능을 수행할 수 있다면, 이러한 와이어 이외에 다른 형태의 배선 구조 예컨대, 금속 라인 등으로 대체할 수 있다.
파장변환부(30)는 상기 캐비티(14) 내에 채워져 상기 발광소자(20)를 와이어(W)와 함께 일체로 덮는 구조로 형성될 수 있다. 이를 통해 상기 발광소자(20)와 와이어(W)를 외부환경으로부터 보호하는 한편, 상기 발광소자(20)의 방출광을 백색광으로 변환시킬 수 있다.
상기 파장변환부(30)는 투명한 수지로 이루어지는 봉지재(31)와 이에 함유되는 형광체인 파장변환체(32,33)를 포함하며, 본 실시 형태에서는 적어도 2개의 서로 다른 발광스펙트럼을 갖는 2종류의 파장변환체(32,33)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 파장변환체는 각각 560~760nm 사이의 발광스펙트럼을 갖는 제1 파장변환체(32)와, 460~660nm 사이의 발광스펙트럼을 갖는 제2 파장변환체(33)일 수 있다.
상기 파장변환부(30) 내에서 상기 제1 파장변환체(32)는 상기 발광소자(20)에 인접한 하부 영역인 제1 혼합영역에 집중적으로 분포되고, 상기 제2 파장변환체(33)는 상부 영역인 상기 제1 파장변환체(32) 상의 제2 혼합영역에 집중적으로 분포되어 일종의 적층 구조와 유사한 구조를 형성할 수 있다.
구체적으로, 상대적으로 긴 파장의 광, 즉 적색광을 방출하는 제1 파장변환체(32)를 상기 발광소자(20)에 근접하여 하부 영역인 제1 혼합영역에 주되게 분포시키고, 그 상부인 제2 혼합영역에 보다 짧은 파장의 광, 즉 녹색광을 방출하는 제2 파장변환체(33)를 주되게 분포시킬 수 있다. 이와 같이, 빛이 방출되는 경로를 따라 상대적인 파장변환 효율을 기준으로 하여 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 순서로 분포됨으로써 발광소자(20)에서 방출되는 광을 제1 파장변환체(32)에 의해 변환시키고, 변환된 광을 제2 파장변환체(33)에 의해 변환시켜 백색광을 구현할 수 있다.
따라서, 파장변환 효율이 가장 낮은 적색광을 방출하는 제1 파장변환체(32)가 발광소자(20)에 가장 가까이 분포함으로써 파장변환 효율이 상대적으로 높아지게 되고, 이에 따라 파장변환부(30)의 전체적인 파장변환 효율이 향상될 수 있다.
본 실시 형태에 따른 파장변환부(30)의 경우 상기 파장변환부(30)를 이루는 봉지재(31) 내에 함유된 상기 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)가 서로 다른 깊이로 각각 침전되어 일종의 적층 구조를 갖는 분포 구배를 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 각 파장변환체의 분포 구배 조건은 파장변환부(30)의 형성 과정에서 상기 제1 파장변환체(32)를 제2 파장변환체(33)보다 빠른 속도로 침전시킴으로써 얻을 수 있다. 이러한 침전 속도 차이에 의해 제2 파장변환체(33)보다 제1 파장변환체(32)가 파장변환부(30)의 하부 영역에서 더 집중적으로 분포하도록 구현할 수 있다.
상술된 분포 구배를 위한 침전속도 제어는 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 비중 및 입도와, 파장변환부(30)의 봉지재(31)의 점도, 경화시간 등의 다양한 조건을 조절하여 실현할 수 있다. 특히, 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 입도 조건을 적절히 선택하여 본 실시 형태에서 요구되는 분포 구배를 용이하게 실현할 수 있다.
상기 제1 파장변환체(32)와 제2 파장변환체(33)의 비중 및 입도 조건은 앞서 도 1 내지 도 4의 실시 형태에서 구체적으로 설명하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 장치를 설명한다. 도 7에서 도시하는 실시 형태에 따른 발광 장치를 구성하는 구성은 상기 도 6에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 파장변환부의 구조가 상기 도 6에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 파장변환부에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광 장치(1'')를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7에서 도시하는 바와 같이, 상기 본체(15)의 캐비티(14) 내에는 발광소자(20)와 와이어를 봉지하여 보호하기 위한 투명한 수지로 이루어진 투명 수지부(40)가 형성되어 상기 캐비티(14)를 일부 채우는 구조로 구비될 수 있다. 바람직하게, 상기 투명 수지부(40)는 상기 와이어보다 높은 위치까지 형성될 수 있다. 상기 투명 수지부(40)에는 광확산을 위해 분산재(미도시)가 함유될 수 있다.
상기 투명 수지부(40) 상에는 상기 파장변환부(30)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 파장변환부(30)는 상기 투명 수지부(40)가 상기 캐비티(14)를 채우고 남은 영역을 채우는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 캐비티(14)는 상기 투명 수지부(40)와 파장변환부(30)에 의해 완전히 채워질 수 있다.
이와 같이, 파장변환부(30)를 발광소자(20)와 분리된 구조로 구비하는 경우 상기 발광소자(20)에서 발생되는 열에 의해 파장변환체(32,33)가 변형되는 문제를 예방할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1,1',1''... 발광 장치 10... 지지부
11... 기판 12,13... 전극
12',13'... 리드 프레임 14... 캐비티
15... 본체 20... 발광소자
30... 파장변환부 31... 봉지재
32... 제1 파장변환체 33... 제2 파장변환체
40... 투명 수지부 W... 와이어

Claims (9)

  1. 지지부;
    상기 지지부 상에 실장되는 발광소자;
    상기 지지부 상에 형성되어 상기 발광소자를 덮으며, 상대적으로 장파장의 광을 방출하는 제1 파장변환체와 상대적으로 단파장의 광을 방출하는 제2 파장변환체를 함유한 봉지재로 이루어진 파장변환부;를 포함하며,
    상기 파장변환부는 상기 발광소자에 인접한 제1 혼합영역과, 상기 제1 혼합영역 상의 제2 혼합영역을 포함하고,
    상기 제1 파장변환체는 상기 제1 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하고, 상기 제2 파장변환체는 상기 제2 혼합영역에 상대적으로 많이 분포하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환부는 상기 봉지재 내에 함유된 상기 제1 파장변환체와 제2 파장변환체의 침전속도 차이에 의해 상기 제1 및 제2 혼합영역에서 각각 상이한 분포 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 파장변환체와 상기 제2 파장변환체는 각 파장변환체가 가지는 평균입도에 따라 서로 상이한 깊이로 침전되며, 상기 제1 파장변환체와 제2 파장변환체가 가지는 평균입도는 해당 파장변환체가 가지는 비중값의 크기에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위를 가지고,
    상기 제2 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤, 4.5~5.5g/㎤, 6.0~7.0g/㎤ 중 어느 하나의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 파장변환체는 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고, 상기 제2 파장변환체는 평균입도가 0.1~10㎛의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위에서 평균입도가 10~30㎛의 범위 내에서 선택되고,
    상기 제2 파장변환체는 비중값이 3.0~4.0g/㎤의 범위에서 평균입도가 0.1~10㎛의 범위, 비중값이 4.5~5.5g/㎤ 또는 6.0~7.0g/㎤ 의 범위에서 평균입도가 0.1~5㎛의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장변환체는 (Sr,Ca)AlSiN, Ca-α-SiAlON을 포함하고,
    상기 제2 파장변환체는 β-SiAlON, (Sr,Ba)2SiO4, Lu3Al5O12을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 전극이 형성된 기판을 포함하며, 상기 발광소자는 상기 기판 상에 놓여져 상기 전극과 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 캐비티가 형성된 본체와, 상기 캐비티로 일부 노출되는 리드 프레임을 포함하며, 상기 발광소자는 상기 캐비티 내에 놓여져 상기 리드 프레임과 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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