KR20150031006A - 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자에 대한 것이다. 본 발명에 따른 발광 소자는 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 자외선 발광 다이오드; 청색 파장 영역의 광을 방출하는 적어도 하나의 청색 발광 다이오드; 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 녹색광을 방출하는 제1 형광체; 및 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제2 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 35㎚ 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출할 수 있다. 좁은 반치폭의 녹색광을 방출하는 형광체를 채택함으로써 색재현성이 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 자외선 발광 다이오드를 형광체들의 여기 광원으로 하여 색재현성이 향상된 발광 소자에 대한 것이다.
발광 다이오드는(light emitting diode: LED)는 p-n 접합 구조를 가지는 화합물 반도체로서, 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 발광 다이오드는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공함에 따라 각종 정보처리 및 통신기기의 부품뿐만 아니라 각종 조명용 소자로서 이용이 증가하고 있다.
한편, 발광 다이오드는 각 어플리케이션에 적합한 다양한 형태의 발광 소자로 제작되고 있다. 특히 최근에는 청색, 녹색 또는 적색 등의 단일 파장을 발광하는 소자 외에 백색 발광 소자들이 출시되고 있으며, 백색 발광 소자는 자동차용 및 일반 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
백색 발광 소자를 구현하는 방식은 대표적으로 황색 형광물질을 청색 발광 다이오드 상부에 배치시켜, 청색 발광 다이오드에서 발광된 청색광과 상기 청색광의 일부에 의하여 여기된 형광체로부터 방출되는 황색광의 혼색에 의하여 백색을 구현하는 방식이다. 이와 같은 백색 발광 방식은 그 구성이 간단하여 양산성이 우수한 장점이 있으나, 녹색과 적색 영역의 스펙트럼 결핍으로 인해 연색성 및 색 재현성이 낮은 문제점이 있다.
다른 대표적인 백색 발광 소자의 구현 방식으로 자외선을 발광하는 발광 다이오드의 상부에 자외선에 의하여 여기되어 청색, 녹색 및 적색광을 발광하는 형광물질을 배치시켜 백색을 얻을 수 있다.
이와 같은 방식은 청색광에 비하여 여기광원의 에너지가 높은 자외선을 이용하여 청색에서 적색 영역까지의 파장에 이르는 광을 방출하여 연색성이 높은 장점이 있으나, 청색, 녹색 및 적색 등의 많은 형광물질들이 사용되어 제조 원가가 높다. 또한, 자외선을 발광하는 발광 다이오드에 의하여 여기된 청색, 녹색 및 적색광들은 피크 파장의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)이 넓기 때문에, 색재현성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0704490 (등록일자 2007년04월02일)는 자외선 발광 LED칩에 적색, 청색, 녹색의 삼파장 형광체 물질을 도포하여, 자외선 발광 LED칩으로부터 발광하는 자외선이 적색, 청색, 녹색의 형광체 물질을 여기하도록 함으로써, 백색광이 만들어 질 수 있는 발광 다이오드를 개시하고 있다. 상기 등록특허는 다양한 종류와 비율로 제조된 적색, 청색, 녹색의 형광 물질을 사용하여 백색광을 구현하고 있지만, 여전히 상기 특허보다 우수하고 색재현성이 높은 고효율 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 우수한 색재현성을 가지는 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 다이오드와 형광체를 사용하여 색재현성을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 발광효율을 제공할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적은 형광체로도 높은 발광효율을 제공할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적은 형광체를 사용하여 경제적인 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자는 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 자외선 발광 다이오드; 청색 파장 영역의 광을 방출하는 적어도 하나의 청색 발광 다이오드; 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 녹색광을 방출하는 제1 형광체; 및 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제2 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체는 35nm 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출할 수 있다. 좁은 반치폭을 가지는 녹색광을 이용하여 상기 발광 소자는 우수한 색재현성을 구현할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제1 형광체는 BAM 계열 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 BAM 계열 형광체는 BaMaAl10O17: Eu, Mn일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자는 상기 자외선 발광 다이오드, 상기 청색 발광 다이오드, 상기 제1 형광체 및 상기 제2 형광체에서 방출되는 광의 합성에 의해 90% 이상의 NTSC(national television system committee) 색채 포화도를 갖는 백색광을 방출할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 방출하는 상기 백색광의 색도 좌표(chromaticity coordinates)는 CIE 좌표에서 x 및 y가 각각 0.24~0.28 및 0.20~0.28 범위 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제1 형광체의 녹색광의 피크 파장은 510 내지 580nm 범위 내에 위치하고, 상기 제2 형광체의 적색광의 피크 파장은 580 내지 670nm 범위 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제1 형광체는 청색 발광 다이오드보다 자외선 발광 다이오드와 인접하게 분포될 수 있다. 따라서, 보다 적은 양의 제1 형광체를 사용할 수 있으므로, 발광소자의 제조에 있어서 경제적이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 자외선 발광 다이오드의 피크 파장은 240 내지 410nm 범위 내에 위치하고, 상기 청색 발광 다이오드의 피크 파장은 410 내지 490nm 범위 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제2 형광체는 실리케이트계 형광체, 저머네이트계 형광체, 저머네이트-실리케이트계 형광체, 질화물계 형광체 및 황화물계 형광체에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자는 하우징; 및 몰딩부를 더 포함하고, 상기 자외선 발광 다이오드 및 상기 청색 발광 다이오드는 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 몰딩부는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들을 덮을 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제1 및 제2 형광체들은 상기 몰딩부 내에 분포할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자는 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 제3 형광체를 더 포함하되, 상기 제3 형광체의 청색광의 피크 파장은 410 내지 500㎚ 범위 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자는 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 황색 내지 녹색 영역의 광을 방출하는 제4 형광체; 및 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제5 형광체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 제4 형광체 및 상기 제5 형광체 중 적어도 하나는 실리케이트계 형광체, YAG계 형광체, 질화물계 형광체 및 TAG계 형광체 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 하우징은 상기 자외선 발광 다이오드와 청색 발광 다이오드에서 방출된 광을 반사하는 리플렉터를 포함할 수 있다. 리플렉터를 이용하여 발광 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 하우징은 상기 리플렉터를 덮는 베리어 리플렉터를 더 포함할 수 있다. 베리어 리플렉터를 이용하여 리플렉터의 내열성 및 내광성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 하우징은 상기 자외선 발광 다이오드와 청색 발광 다이오드를 분리하는 격벽을 포함할 수 있다. 격벽을 이용하여 발광 다이오드 상호간의 간섭을 방지할 수 있다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 하우징은 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들이 실장되는 바닥면을 포함하되, 상기 바닥면에 오목부가 형성되고, 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들 중 하나의 발광 다이오드는 상기 오목부 내에 배치될 수 있다. 이를 통하여, 발광 다이오드 상호간의 간섭을 방지할 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 발광소자가 포함하는 상기 몰딩부는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들을 덮는 제1 몰딩부; 및 상기 제1 몰딩부를 덮는 제2 몰딩부를 포함하고, 상기 제1 몰딩부는 상기 제2 형광체를 함유하고, 상기 제2 몰딩부는 상기 제1 형광체를 함유할 수 있다. 이를 통해, 제1 형광체에서 방출되는 녹색광이 제2 형광체에 다시 흡수되어 발생하는 광손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 발광소자는 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 황색 내지 녹색 영역의 광을 방출하는 제4 형광체; 및 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제5 형광체를 더 포함하고, 상기 제4 형광체는 상기 제2 몰딩부 내에 분포되고, 상기 제5 형광체는 상기 제1 몰딩부 내에 분포될 수 있다. 이를 통해, 제4 형광체에서 방출되는 황색 내지 녹색광이 제5 형광체에 다시 흡수되어 발생하는 광손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 발광소자는 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 제3 형광체; 및 상기 제2 몰딩부를 덮는 제3 몰딩부를 더 포함하고, 상기 제3 형광체는 상기 제3 몰딩부 내에 분포될 수 있다. 이를 통해, 제3 형광체에서 방출되는 청색광이 제1 내지 제4 형광체에 다시 흡수되어 발생하는 광손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 제9 실시예에 따른 발광소자는 하우징; 및 상기 제1 및 제2 형광체들 중 적어도 하나를 포함하는 형광체 플레이트를 더 포함하고, 상기 자외선 발광 다이오드 및 상기 청색 발광 다이오드는 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 형광체 플레이트는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드 상에 이격되어 위치할 수 있다. 이를 통해, 형광체들을 발광 다이오드들에서 방출되는 열로부터 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자는 좁은 반치폭을 가지는 녹색광을 방출하는 형광체를 채택함으로써 우수한 색재현성을 구현할 수 있다. 상기 발광 소자가 방출하는 녹색광은 좁은 반치폭을 가지기 때문에, 상기 발광 소자는 높은 수준의 NTSC(national television system committee) 색채 포화도를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 발광 소자는 적은 양의 형광체를 사용할 수 있어 경제적으로 발광 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9은 본 발명의 제9 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9은 본 발명의 제9 실시예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105) 및 제2 형광체(106)를 포함한다.
상기 하우징(101) 상에 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105) 및 제2 형광체(106)가 배치될 수 있다. 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)는 하우징(101)의 바닥면에 배치될 수 있다. 하우징(130)에는 상기 발광 다이오드들(102, 103)에 전력을 입력하기 위한 리드 단자들(미도시)이 설치될 수 있다. 몰딩부(104)는 제1 및 제2 형광체(105, 106)을 포함하고, 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)를 덮을 수 있다.
하우징(101)은 메탈 기판 또는 세라믹 기판으로 형성될 수 있다. 하우징(101)이 세라믹 기판인 경우에는, 자외선 발광 다이오드(102)에서 방출된 자외선 광에 의해 세라믹 기판을 포함하는 하우징(101)이 변색되거나 변질될 우려가 없어 발광 소자의 신뢰성을 유지할 수 있다. 하우징(101)은 발광 다이오드들(102, 103)에서 방출되는 광의 반사를 위하여 경사진 내벽을 포함할 수 있다.
몰딩부(104)는 소정의 에폭시 또는 실리콘 수지와 상기 제1 및 제2 형광체(105, 106)들의 혼합물을 이용한 사출 공정을 통해 형성할 수 있다. 또한 별도의 주형을 이용하여 제작한 다음, 이를 가압 또는 열처리하여 몰딩부(104)를 형성할 수 있다. 몰딩부(104)는 볼록 렌즈 형태, 평판 형태(미도시) 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 볼록 렌즈 형태를 가지는 몰딩부(104)를 개시하였지만, 몰딩부(104)의 형상은 이에 국한되지 않는다.
자외선 발광 다이오드(102)는 자외선 파장 영역 내의 광을 방출할 수 있다. 자외선 발광 다이오드(102)가 방출하는 광의 피크 파장은 240 내지 410㎚ 범위 내에 위치할 수 있다. 청색 발광 다이오드(103)는 청색 파장 영역 내의 광을 방출할 수 있다. 청색 발광 다이오드(103)가 방출하는 광의 피크 파장은 410 내지 490㎚ 범위 내에 위치할 수 있다. 청색 발광 다이오드(103)가 방출하는 청색광의 피크 파장의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)은 40㎚ 이하 일 수 있다.
자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)는 각각의 해당 파장 영역 내의 광을 방출할 수 있다면, 그 종류 및 재료에 제한되지 않는다.
제1 형광체(105)는 자외선 발광 다이오드(102)에 의해 여기되어 녹색광을 방출할 수 있다. 제1 형광체(105)가 방출하는 녹색광의 피크 파장은 510 내지 580㎚ 범위 내에 위치할 수 있다. 제1 형광체(105)는 35㎚ 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출 할 수 있다. 제1 형광체(105)는 BAM(Ba-Al-Mg) 계열의 형광체일 수 있고, 상기 BAM 계열의 형광체 중에서 BaMaAl10O17:Eu,Mn 형광체 일 수 있다. 상기 BaMaAl10O17:Eu,Mn 형광체가 여기되어 방출하는 녹색광은 35㎚ 이하의 반치폭(full width at half maximum)을 가질 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 형광체의 일례로 BAM 계열의 형광체를 예로 들었지만, 35㎚ 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출할 수 있는 형광체라면 본 발명의 발광 소자에 적용할 수 있다.
녹색광의 반치폭이 좁을수록 높은 색 순도를 가지는 녹색광을 구현할 수 있다. 반치폭이 35㎚ 이상인 경우에는, 발광하는 광의 색 순도가 낮기 때문에 컬러 텔레비전의 방송 방식으로서 채용되고 있는 NTSC(National Television System Committee) 방식의 규격으로 정해져 있는 전체 색 재현 범위의 90% 이상을 재현하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 소자가 방출하는 백색광의 90% 이상의 NTSC 색체 포화도를 구현하기 위해, 상기 제1 형광체는 35㎚ 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출한다.
제2 형광체(106)는 자외선 발광 다이오드(102)에 의해 여기되어 적색광을 방출할 수 있다. 제2 형광체(106)가 방출하는 적색광의 피크 파장은 550 내지 640㎚ 범위 내에 위치할 수 있다. 제2 형광체(106)는 실리케이트계 형광체, 저머네이트계 형광체, 저머네이트-실리케이트계 형광체, 질화물계 형광체 및 황화물계 형광체에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 형광체(105, 106)들은 도시한 바와 같이 몰딩부(104) 내부에 균일하게 분포되는 것이 바람직하며, 이에 의해 제1 형광체(105)가 여기되어 방출하는 녹색광, 제2 형광체(106)가 여기되어 방출하는 적색광 및 청색 발광 다이오드(103)가 방출하는 청색광이 고르게 혼색되어 더욱 균일한 백색광을 구현한 수 있다.
제1 및/또는 제2 형광체(105, 106)들은 자외선 발광 다이오드(102) 주위에 분포될 수 있다. 제1 및/또는 제2 형광체(105, 106)들은 청색 발광 다이오드(103)보다 자외선 발광 다이오드(102)와 인접하게 분포될 수 있다. 이 경우, 몰딩부(104) 전체에 분포된 경우와 비교하여, 적은 양의 형광체(105, 106)들을 사용할 수 있으므로 발광소자 제조에 있어서 경제적이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자는 여기되어 청색광을 방출하는 형광체를 사용하는 대신에, 좁은 반치폭을 가지는 청색광을 방출하는 청색 발광 다이오드(103)을 사용한다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 소자는 높은 순도를 가지는 녹색광 및 청색광을 방출할 수 있으므로, 색재현성이 우수하다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자는 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 제1 형광체(105) 및 제2 형광체(106)에서 방출되는 광의 합성에 의해 90% 이상의 NTSC 색체 포화도를 갖는 백색광을 방출할 수 있다. 상기 백색광의 색도 좌표 chromaticity coordinates)는 CIE 좌표에서 x 및 y가 각각 0.24~0.28 및 0.20~0.28 범위 내에 위치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106) 및 제3 형광체(107)를 포함한다. 본 실시예에 따른 발광 소자는 제3 형광체(107)를 제외하면 상기 제1 실시예의 발광 소자와 대체로 유사하며, 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제3 형광체(107)는 자외선 발광 다이오드(102)에 의해 여기되어 청색광을 방출할 수 있다. 제3 형광체(107)가 방출하는 청색광의 피크 파장은 410 내지 500㎚ 범위 내에 위치 할 수 있다. 청색 발광 다이오드(103)와 더불어, 제3 형광체(107)도 청색광을 방출하므로, 본 발명에 따른 발광 소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
제 3 형광체(107)는 자외선 발광 다이오드(102)의 주위에 분포될 수 있다. 제3 형광체(107)는 청색 발광 다이오드(103)보다 자외선 발광 다이오드(102)와 인접하게 분포될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106), 제4 형광체(108) 및 제5 형광체(109)를 포함한다. 본 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제4 형광체(108) 및 제5 형광체(109)를 제외하면 제2 실시예의 발광 소자와 대체로 유사하며, 따라서 중복되는 구체적 설명은 생략한다.
제4 형광체(108)는 청색 발광 다이오드(103)에 의해 여기되어 황색 또는 녹색 영역의 광을 방출 할 수 있다. 제5 형광체(109)는 청색 발광 다이오드(103)에 의해 여기되어 적색광을 방출 할 수 있다. 상기 제4 형광체 및 상기 제5 형광체 중 적어도 하나는 실리케이트계 형광체, YAG계 형광체, 질화물계 형광체 및 TAG계 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 형광체(105, 106)과 더불어, 제4 및 제5 형광체(108, 109)도 녹색 및 적색광을 방출하므로, 본 발명에 따른 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제4 및/또는 제5 형광체(108, 109)들은 청색 발광 다이오드(103) 주위에 분포될 수 있다. 제4 및/또는 제5 형광체(108, 109)들은 자외선 발광 다이오드(102)보다 청색 발광 다이오드(103)과 인접하게 분포될 수 있다. 이 경우, 몰딩부(104) 전체에 분포한 경우와 비교하여, 적은 양의 형광체(108, 109)들을 사용할 수 있으므로 발광소자 제조에 있어서 경제적이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 상기 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106) 및 다른 몰딩부(110)를 포함한다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 발광 소자와 달리, 제1 및 제2 형광체(105, 106)들을 포함하는 몰딩부(104)가 청색 발광 다이오드(103)로부터 떨어져 자외선 발광 다이오드(102)를 덮고 있다. 즉, 자외선 발광 다이오드(102)에 여기되는 제1 및 제2 형광체(105, 106)들을 자외선 발광 다이오드(102) 측에 한정되도록 배치할 수 있다. 따라서, 다른 실시예들과 비교하여, 제1 및 제2 형광체(105, 106)들의 양을 적게 사용할 수 있기 때문에 경제적이다. 자외선 발광 다이오드(102)를 덮고 있는 몰딩부(104)와 함께 청색 발광 다이오드(103)를 다른 몰딩부(110)로 덮어 외부 환경으로부터 발광 다이오드들(102, 103)을 보호할 수 있다. 다른 몰딩부(110)는 몰딩부(104)와 비교하여 높은 경도를 가지는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106), 리플렉터(111) 및 베리어 리플렉터(112)를 포함할 수 있다.
리플렉터(111)는 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)와 이격되어 측면에 배치될 수 있다. 리플렉터(111)는 각 발광 다이오드(102, 103)들에서 방출되는 광의 반사를 극대화하여 발광 효율을 증대시킬 수 있다. 리플렉터(111)는 반사 코팅 필름 및 반사 코팅 물질층 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 리플렉터(111)는 내열성 및 내광성이 우수한 무기 재료, 유기 재료, 금속 재료 및 금속 산화물 재료 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 리플렉터(111)는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다. 리플렉터(111)는 하우징(101) 상에 금속 또는 금속 산화물을 증착 또는 코팅하여 형성할 수 있으며, 금속 잉크를 인쇄하여 형성할 수도 있다. 또한, 리플렉터(111)는 하우징(101) 상에 반사 필름 또는 반사 시트(sheet)를 접착하여 형성할 수도 있다.
베리어 리플렉터(112)는 리플렉터(111)를 덮을 수 있다. 베리어 리플렉터(112)는 자외선 발광 다이오드(102)의 자외선으로부터 리플렉터(111)의 열화 등을 방지할 수 있다. 베리어 리플렉터(112)는 내광성 및 자외선 반사율이 높은 무기 재료 또는 금속 재료로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106) 및 격벽(113)을 포함할 수 있다.
자외선 발광 다이오드(102)와 청색 발광 다이오드(103)은 격벽(113)에 의해 분리될 수 있다. 격벽(113)을 통하여 발광 다이오드 상호 간의 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 도 6에 도시되지는 않았지만, 자외선 발광 다이오드(102) 주변에는 제1 및 제2 형광체(105, 106)들을 배치하고, 청색 발광 다이오드(103) 주변에는 제4 및 제5 형광체(108,109)들을 배치할 수 있다. 자외선 발광 다이오드(102)와 이를 통해 여기되는 제1 및 제2 형광체(105, 106)를 모아주므로, 형광체들(105, 106)의 사용량을 줄일 수 있어 경제적이다.
격벽(113)의 높이는 목적에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 다만, 발광 다이오드들(102, 103) 상호 간의 간섭을 방지하기 위하여, 발광 다이오드들(102, 103)보다 높은 것이 바람직하다.
격벽(113)의 재질은 하우징(101)과 동일한 재질일 수 있고, 목적에 따라 임의의 재질, 금속 또는 무기 재료일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106), 제4 형광체(108), 제5 형광체(109) 및 오목부(114)를 포함한다. 오목부(114)는 하우징(101)의 바닥면보다 낮은 곳에 위치한다. 오목부(114) 내에 자외선 발광 다이오드(102) 또는 청색 발광 다이오드(103)이 배치될 수 있다. 일례를 들어, 오목부(114) 내에 청색 발광 다이오드(103), 청색 발광 다이오드(103)에 의해 여기되는 제4 및 제5 형광체(108, 109)들이 배치될 수 있다. 따라서, 제4 및 제5 형광체(108, 109)들의 사용량을 줄일 수 있어, 경제적이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106), 제3 형광체(107), 제4 형광체(108), 제5 형광체(109), 제1 몰딩부(115), 제2 몰딩부(116) 및 제3 몰딩부(117)를 포함한다.
제1 몰딩부(115)는 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)를 덮을 수 있다. 제2 몰딩부(116)는 제1 몰딩부(115)를 덮을 수 있고, 제3 몰딩부(117)는 제2 몰딩부(116)를 덮을 수 있다.
제1 몰딩부(115)는 제2 및 제3 몰딩부(116, 117)들의 경도 값보다 낮은 실리콘 수지 등을 사용할 수 있으며, 이에 따라 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)에 미치는 열 스트레스를 완화할 수 있다. 또한, 외력 등에 의한 제1 몰딩부(115)의 변형을 방지하기 위하여 제2 및 제3 몰딩부(116, 117)는 상대적으로 경도 값이 높은 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
제1 몰딩부(115)는 적색광을 방출하는 제2 형광체(106) 및 제5 형광체(109)를 함유할 수 있다. 제2 몰딩부(116)는 녹색광을 방출하는 제1 형광체(105) 및 황색 내지 녹색광을 방출하는 제4 형광체(108)를 함유할 수 있다. 제3 몰딩부(117)는 청색광을 방출하는 제3 형광체(107)를 함유할 수 있다.
장파장을 방출하는 형광체들을 하부에 배치하고, 단파장을 방출하는 형광체들을 상부에 배치하여, 제3 형광체(107)에서 발광된 청색광이 제1 내지 제4 형광체(105, 106, 107, 108)에 다시 흡수되어 손실되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 및 제4 형광체(105, 108)에서 발광된 녹색광이 제2 및 제5 형광체(106, 109)에 다시 흡수되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 발광 소자는 하우징(101), 자외선 발광 다이오드(102), 청색 발광 다이오드(103), 몰딩부(104), 제1 형광체(105), 제2 형광체(106) 및 형광체 플레이트(118)를 포함한다.
형광체 플레이트(118)는 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103)와 이격되어 상부에 배치되고, 제1 및 제2 형광체(105, 106)들을 포함할 수 있다. 상기 형광체 플레이트(118)은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있다.
형광체들(105, 106)이 발광 다이오드(102, 103)와 이격되어 배치되기 때문에, 형광체들(105, 106) 및 플에이트(118)의 열 또는 광에 의한 손상을 줄일 수 있다. 따라서, 형광체들(105, 106)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
형광체 플레이트(118)와 자외선 발광 다이오드(102) 및 청색 발광 다이오드(103) 사이에는 이격공간(119)이 형성될 수 있으며, 이격공간(119)은 빈 공간이거나, 실리콘 수지 또는 아크릴 수지가 채워질 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자는 좁은 반치폭을 가지는 녹색광 및 청색광을 발광할 수 있으므로, 높은 색재현성을 구현할 수 있다. 또한, 적은 양의 형광체를 사용하므로 경제적으로 제조할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 하우징.
102: 자외선 발광 다이오드.
103: 청색 발광 다이오드.
104: 몰딩부.
105: 제1 형광체.
106: 제2 형광체.
107: 제3 형광체.
108: 제4 형광체.
109: 제5 형광체.
110: 다른 몰딩부.
111: 리플렉터.
112: 베리어 리플렉터.
113: 격벽.
114: 오목부.
115: 제1 몰딩부.
116: 제2 몰딩부.
117: 제3 몰딩부.
118: 형광체 플레이트.
119: 이격 공간.
102: 자외선 발광 다이오드.
103: 청색 발광 다이오드.
104: 몰딩부.
105: 제1 형광체.
106: 제2 형광체.
107: 제3 형광체.
108: 제4 형광체.
109: 제5 형광체.
110: 다른 몰딩부.
111: 리플렉터.
112: 베리어 리플렉터.
113: 격벽.
114: 오목부.
115: 제1 몰딩부.
116: 제2 몰딩부.
117: 제3 몰딩부.
118: 형광체 플레이트.
119: 이격 공간.
Claims (22)
- 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 자외선 발광 다이오드;
청색 파장 영역의 광을 방출하는 적어도 하나의 청색 발광 다이오드;
상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 녹색광을 방출하는 제1 형광체; 및
상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제2 형광체를 포함하고,
상기 제1 형광체는 35㎚ 이하의 반치폭을 가지는 녹색광을 방출하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 형광체는 BAM 계열 형광체를 포함하는 발광 소자. - 청구항 2에 있어서,
상기 BAM 계열 형광체는 BaMaAl10O17:Eu,Mn 인 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 자외선 발광 다이오드, 상기 청색 발광 다이오드, 상기 제1 형광체 및 상기 제2 형광체에서 방출되는 광의 합성에 의해 90% 이상의 NTSC(national television system committee) 색채 포화도를 갖는 백색광을 방출하는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 백색광의 색도 좌표(chromaticity coordinates)는 CIE 좌표에서 x 및 y가 각각 0.24~0.28 및 0.20~0.28 범위 내인 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 형광체의 녹색광의 피크 파장은 510 내지 580㎚ 범위 내에 위치하고,
상기 제2 형광체의 적색광의 피크 파장은 580 내지 670㎚ 범위 내에 위치하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 제3 형광체를 더 포함하되,
상기 제3 형광체의 청색광의 피크 파장은 410 내지 500㎚ 범위 내에 위치하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 황색 내지 녹색 영역의 광을 방출하는 제4 형광체; 및
상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제5 형광체를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 8에 있어서,
상기 제4 형광체 및 상기 제5 형광체 중 적어도 하나는 실리케이트계 형광체, YAG계 형광체, 질화물계 형광체 및 TAG계 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 자외선 발광 다이오드의 피크 파장은 240 내지 410㎚ 범위 내에 위치하고,
상기 청색 발광 다이오드의 피크 파장은 410 내지 490㎚ 범위 내에 위치하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 적색 형광체는 실리케이트계 형광체, 저머네이트계 형광체, 저머네이트-실리케이트계 형광체, 질화물계 형광체 및 황화물계 형광체에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
하우징; 및
몰딩부를 더 포함하고,
상기 자외선 발광 다이오드 및 상기 청색 발광 다이오드는 상기 하우징 내에 배치되고,
상기 몰딩부는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들을 덮는 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 및 제2 형광체들은 상기 몰딩부 내에 분포하는 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 하우징은 상기 자외선 발광 다이오드와 청색 발광 다이오드를 분리하는 격벽을 포함하는 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 하우징은 상기 자외선 발광 다이오드와 청색 발광 다이오드에서 방출된 광을 반사하는 리플렉터를 포함하는 발광 소자. - 청구항 15에 있어서,
상기 하우징은 상기 리플렉터를 덮는 베리어 리플렉터를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 하우징은 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들이 실장되는 바닥면을 포함하되, 상기 바닥면에 오목부가 형성되고, 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들 중 하나의 발광 다이오드는 상기 오목부 내에 배치된 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 몰딩부는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드들을 덮는 제1 몰딩부; 및
상기 제1 몰딩부를 덮는 제2 몰딩부를 포함하고,
상기 제1 몰딩부는 상기 제2 형광체를 함유하고,
상기 제2 몰딩부는 상기 제1 형광체를 함유하는 발광 소자. - 청구항 18에 있어서,
상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 황색 내지 녹색 영역의 광을 방출하는 제4 형광체; 및
상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 적색광을 방출하는 제5 형광체를 더 포함하고,
상기 제4 형광체는 상기 제2 몰딩부 내에 분포되고,
상기 제5 형광체는 상기 제1 몰딩부 내에 분포된 발광 소자. - 청구항 19에 있어서,
상기 자외선 발광 다이오드에 의해 여기되어 청색광을 방출하는 제3 형광체; 및
상기 제2 몰딩부를 덮는 제3 몰딩부를 더 포함하고,
상기 제3 형광체는 상기 제3 몰딩부 내에 분포된 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
하우징; 및
상기 제1 및 제2 형광체들 중 적어도 하나를 포함하는 형광체 플레이트를 더 포함하고,
상기 자외선 발광 다이오드 및 상기 청색 발광 다이오드는 상기 하우징 내에 배치되고,
상기 형광체 플레이트는 상기 자외선 및 청색 발광 다이오드 상에 이격되어 위치하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 형광체는 청색 발광 다이오드보다 자외선 발광 다이오드와 인접하게 분포되는 발광 소자.
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|---|---|---|---|
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| JP2008283221A (ja) * | 2008-08-25 | 2008-11-20 | Sharp Corp | Ｌｅｄデバイスおよびそれを用いた携帯電話機器、デジタルカメラおよびｌｃｄ表示装置 |
| KR100924912B1 (ko) * | 2008-07-29 | 2009-11-03 | 서울반도체 주식회사 | 웜화이트 발광장치 및 그것을 포함하는 백라이트 모듈 |
| JP2012142410A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Rohm Co Ltd | 発光素子ユニットおよびその製造方法、発光素子パッケージならびに照明装置 |
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-
2013
- 2013-09-13 KR KR1020130110444A patent/KR102135626B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
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