KR20150025663A - 근자외선과 형광체를 이용한 백색 발광 조명용 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색 발광다이오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정 파장대의 UV칩과 적색, 녹색, 청색 및 황색 형광체를 이용하여, 우수한 특성을 갖는 백색 발광다이오드에 관한 것이다.

Description

근자외선과 형광체를 이용한 백색 발광 조명용 소자{White Light Emitting Diode For Illumination Using Near UV Light and Phosphor}

본 발명은 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체, 적색 발광 형광체 및 황색 발광 형광체를 사용한 백색 발광소자 및 그것을 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면실장형 LED 소자로서 공정상 수평면에 제조되는 SMD형 LED 또는 포탄형 LED 소자로서 공정상 수직면에 제조되는 LAMP형 LED 및 이들을 복수 개 집적한 Module Type 조명장치와, 플립칩 및 이들을 복수 개 집적한 Moudule Type 및 그 조명장치와, COB Multi-Chip Type Module 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.

최근 들어 반도체 발광소자를 이용한 LED (Light Emitting Diode) 소자의 조명장치의 실용화 기술로서, 반도체 발광소자 (LED Chip)의 표면에 형광체를 도포하고, LED 발광소자를 구성하는 수지 중에 형광체 분말을 소정의 중량% 함유 시키며, 반도체 발광소자 본래의 청색 발광색 이외의 발광색, 예를 들면 백색 발광을 얻는 것이 실용화되고 있다. 종래의 조명 장치에는 중심파장이 460 nm 부근의 청색을 발광하는 GaN 계 반도체 발광소자를 이용하는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 백색 LED는 스펙트럼 분석을 해보면 청색광을 많이 포함하고 있어서 색 안정성과 연색성 향상 등 광학특성 개선의 여지가 있다.

이러한 반도체 발광소자를 이용한 조명 장치에서는, 여기 빛인 청색 발광 파장의 크기가 강하여 조사면에 얼룩이 발생하는 등 색 안정성이 미흡하며 높은 연색지수를 얻기 어렵다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 근 자외선과 적색, 녹색, 청색 형광체 및 황색 형광체를 이용하여, 주광 Filter를 장착한 Halogen Lamp에 의해서만 가능했던 발광 Spectrum을 구현할 수 있으며 우수한 연색지수와 높은 색 안정성을 갖는 백색 LED를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 근 자외선을 발광하는 반도체소자 (LED Chip)를 이용하고 근자외선을 흡수해 청색 빛을 발광하는 청색 발광 형광체, 녹색 빛을 발광하는 녹색 발광 형광체, 적색 빛을 발광하는 적색 발광 형광체 3 종류를 소정의 배합 비율에 혼합하며, 백색 발광의 색 안정성 및 고연색지수를 얻는 방법을 Halogen lamp에 주광 Filter (Halogen Lamp 발광파장으로 황색빛으로부터 적색 영역을 흡수)를 삽입해 자연광 또는 태양광에 근사하는 색조를 얻을 수 있는 방법을 제공한다. 주광 Filter Halogen Lamp의 발광 Spectrum을 구현하는 방법으로서 반도체 발광소자로부터의 발광으로 여기되는 청색, 녹색, 적색, 황색 영역에 파장변환하는 4종류의 형광체를 부가하는 것으로 물체에 조사되었을 때의 높은 색 안정성과 연색지수를 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED는 SMD 형태, LAMP 형태 및 COB 형태로 구성된 군으로부터 선택된 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 백색 LED는 우수한 연색지수를 얻을 수 있으며, 특히 기존 할로겐 광원의 스펙트럼을 구현할 수 있다.

도 1은 태양광의 스펙트럼 분석의 예
도 2는 기존의 Halogen Lamp에 주광 Filter를 장착한 경우의 발광 스펙트럼 분석의 예
도 3은 청색광 여기 백색 LED의 스펙트럼 분석의 예
도 4는 기존의 Halogen Lamp에 주광 Filter를 장착한 경우의 발광 스펙트럼과 청색광 여기 백색 LED의 스펙트럼의 비교 분석의 예
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 LED의 색좌표와 색온도, 연색지수 및 광효율의 측정분석의 예
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 LED의 분광분포 분석의 예
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 2,200K ~ 3,400K의 전구색을 갖는 백색 LED의 색좌표 분석의 예
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 2,200K ~ 3,400K의 전구색을 갖는 백색 LED의 스펙트럼 분석의 예
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 2,200K ~ 3,400K의 전구색을 갖는 백색 LED의 연색지수 분석의 예
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 4,500K의 주백색을 갖는 백색 LED의 색좌표 분석의 예
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 4,500K의 주백색을 갖는 백색 LED의 스펙트럼 분석의 예
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 4,500K의 주백색을 갖는 백색 LED의 연색지수 분석의 예
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 6,500K의 주광색을 갖는 백색 LED의 색좌표 분석의 예
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 6,500K의 주광색을 갖는 백색 LED의 스펙트럼 분석의 예
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 색온도 6,500K의 주광색을 갖는 백색 LED의 연색지수 분석의 예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

근자외선을 발광하는 자외 LED 소자에서는 근자외광을 흡수해 청색빛을 발광하는 청색 발광 형광체, 녹색빛을 발광하는 녹색 발광 형광체, 적색빛을 발광하는 적색 발광 형광체의 3종류를 소정의 배합 비율에 혼합하고, 백색 발광의 얼룩 및 고연색성을 얻는 방법이 제안 실현화 되었지만, 주광 Filter Halogen Lamp의 발광 Spectrum에 근사하는 대책으로서 전기 반도체 발광소자로부터의 발광으로 여기되는 청, 록, 적, 황색 영역에 파장 변환하는 4종류의 형광체를 부가하는 것으로 물체에 조사되었을 때의 윤기를 개선하는 방법을 실현한 조명 장치.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

Claims (8)

1. Top View SMD 또는 포탄형 LED Lamp의 복합형 LED 소자와 플립칩 형태 또는 COB Multi Chip Type의 표면 실장형 LED를 갖춘 조명용 장치이고, 전기실장 LED는 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위의 발광피크를 가지는 반도체 발광소자와 해당 반도체 발광소자로부터의 발광으로 여기되며, 청, 록, 적, 황색 영역에 파장 변환하는 4 종류의 형광체가 Silicone 수지중에 분산된 발광부에서 만나며, 전면측의 발광면으로부터 발광을 발하는 LED 소자부와 COB Multi Chip Type의 표면 실장형 LED는 발광부에 렌즈를 갖춘 Spot Light나 Down Light용의 조명장치.
   
2. 전기 반도체 발광소자로부터의 발광으로 여기되는 청, 록, 적, 황색 영역에 파장 변화하는 4 종류의 형광체는 Halogen 램프에 주광 Filter(Halogen Lamp 발광 파장 중 황색영역에서 적색영역을 흡수)를 삽입함으로써 자연광 또는 태양광에 근사하는 색조를 얻는 방법을 구현한 것으로, 청, 록, 적 형광체에 황색 형광체를 부가하는 것으로 물체에 조사되었을 때 스펙트럼 특성을 향상시키기 위해 청, 록, 적, 황색 4색을 형광체에 소정의 배합비율로 모체 Silicone 수지에 혼합 배합해 LED Chip에 도포시킨 고연색발광소자 및 조명장치.
   
3. 전기 반도체 발광 LED Chip은, 표면에 요철이 형성된 사파이어 기판상에 GaN 계 결정층 위에 발광층이 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 LED Chip 반도체 발광소자로서 발광파장은 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 반도체 발광소자.
   
4. 제2항에 있어서, 전기 반도체 소자로부터의 발광으로 여기되고, 청, 록, 적, 황의 영역에 파장 변화하는 4종류의 형광체로서 다음의 형광체를 함유하는 것을 특징으로 하는 고연색발광소자 및 조명장치;
   (1) 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 450 nm ~ 470 nm인 청색 형광체
   (2) 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 510 nm ~ 550 nm인 녹색 형광체
   (3) 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 630 nm ~ 660 nm인 적색 형광체
   (4) 350 nm ~ 410 nm의 파장 범위에서 여기가 가능하고, 주 발광 피크의 피크 파장이 550 nm ~ 590 nm인 황색 형광체
   
5. 제1항에 있어서, 상기 조명장치의 발광 스펙트럼의 평균 연색지수 Ra가 60이상인 것을 특징으로 하는 조명장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 조명장치의 발광 스펙트럼의 평균 연색지수 Ra가 70이상인 것을 특징으로 하는 조명장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 조명장치의 발광 스펙트럼의 평균 연색지수 Ra가 80이상인 것을 특징으로 하는 조명장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 조명장치의 발광 스펙트럼의 상관 색온도가 2,000K에서부터 20,000K의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.

Images