KR20150038885A - 형광체 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예는 황색 파장 영역의 광을 방출하는 실리케이트(silicate) 계열의 제1 형광체; 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이드(nitride) 계열의 제2 형광체; 및 적색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이트 계열의 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체 내지 제3 형광체가 방출하는 광의 반치폭은 110 나노미터 이상인 형광체를 제공한다.

Description

형광체 및 이를 포함하는 발광소자 패키지{PHOSPHOR AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING THE SAME}
실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색, 백색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 발광 다이오드는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자는 사파이어 등으로 이루어진 기판 위에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물이 형성되고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치된다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층에서 방출되는 빛은 활성층을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 등일 수 있다.
발광소자 패키지에는 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 형광체 (Ce-deoped YAG phosphor)가 배치되어 발광소자로부터 방출된 청색광에 의하여 형광체가 여기되어 황색광을 생성한다. 그리고, 황색광이 청색광과 합쳐져서 백색광을 형성할 수 있다.
상술한 이트륨 알루미늄 가넷 형광체를 대체하여, 실리케이트(규산염) 형광체(silicate phosphor) 또는 나이트라이드 형광체(nitride phosphor)를 사용하려는 시도가 있다.
그러나, 실리케이트 형광체만을 사용할 경우 열적 안정성(thermal stability)의 문제가 발생할 수 있다. 발광소자 패키지가 오래 사용되면 발광 다이오드로부터 방출되는 열에 의하여 실리케이트 형광체가 열화되어 휘도가 점점 감소하는 경향이 있다.
그리고, 나이트라이드 형광체만을 사용할 경우 광도가 YAG 형광체에 비하여 낮은 문제점이 있다.
형광체의 열화와 휘도의 감소는 발광소자 패키지가 사용되는 백라이트 유닛 등의 휘도의 감소 및 색감의 불일치를 초래할 수 있다.
실시예는 색재현성이 뛰어나고 열에 의한 휘도 저하가 적은 형광체를 제공하고자 한다.
실시예는 황색 파장 영역의 광을 방출하는 실리케이트(silicate) 계열의 제1 형광체; 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이드(nitride) 계열의 제2 형광체; 및 적색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이트 계열의 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체 내지 제3 형광체가 방출하는 광의 반치폭은 110 나노미터 이상인 형광체를 제공한다.
제1 형광체의 중량비는 60%~75%이고, 상기 제2 형광체의 중량비는 20%~35%이며, 상기 제3 형광체의 중량비는 2%~3%일 수 있다.
제1 형광체는 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를 포함할 수 있다.
제2 형광체는 La3Si6N11:Ce를 포함할 수 있다.
제3 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu를 포함할 수 있다.
제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체에서 방출된 빛이 백색광을 이루고, 상기 백색광을 이루는 녹색광의 색도 좌표(chromaticity coordinates)는 CIEx: 0.296~0.316이고, CIEy: 0.606~0.626일 수 있다.
백색광을 이루는 적색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.624~0.644이고, CIEy: 0.322~0.342일 수 있다.
제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체에서 방출된 빛이 백색광을 이루고, 상기 백색광을 이루는 청색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.142~0.162이고, CIEy: 0.044~0.064일 수 있다.
다른 실시예는 서로 전기적으로 분리된 제1 전극과 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 전기적으로 연결되고 제1 파장 영역의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광소자; 및 상기 발광소자에서 방출된 청색 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출하고, 황색 파장 영역의 광을 방출하는 실리케이트 계열의 제1 형광체와, 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이드 계열의 제2 형광체, 및 적색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이트 계열의 제3 형광체를 포함하고, 상기 제1 형광체 내지 제3 형광체가 방출하는 광의 반치폭은 110 나노미터 이상인 형광체를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
상술한 발광소자 패키지는, 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체/적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. 또한, 형광체에서 방출되는 빛의 반치폭이 110 나노미터 이상으로 가시광선의 전영역의 빛을 방출하여 색감이 우수하다.
도 1a 및 도 1b는 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 발광소자 패키지의 발광 스펙트럼과 도 2의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 4는 CIE 색좌표계와 NTSC 좌표 및 sRGB 색좌표계를 비교한 도면이다.
도 5는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자 배치된 발광소자 패키지의 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자 배치된 발광소자 패키지의 제4 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광소자 배치된 발광소자 패키지의 제5 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 10은 발광소자가 배치된 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a는 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(126)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(122)의 표면이 패턴을 이루어 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 제1 전극(180)이 배치되는데 도시되지는 않았으나 제1 전극(180)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면은 패턴을 이루지 않을 수 있다. 제1 전극(180)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(120)의 둘레에는 패시베이션층(190)이 형성될 수 있는데, 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(120)의 하부에는 제2 전극이 배치되어야 하는데, 오믹층(140)과 반사층(150)이 제2 전극으로 작용할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)의 하부에는 GaN이 배치되어 제2 도전형 반도체층(126)으로의 전류 내지 정공 공급을 원활히 할 수 있다.
오믹층(140)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(140)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
반사층(150)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 반도체 소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있고, 몰리브덴은 후술하는 돌출부의 도금 성장에 유리할 수 있다.
지지기판(support substrate, 170)은 금속 또는 반도체 물질 등 도전성 물질로 형성될 수 있다. 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 반도체 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질(ex. 금속 등)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 지지기판(170)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가지기 위하여 50 내지 200 마이크로 미터의 두께로 이루어질 수 있다.
접합층(160)은 반사층(150)과 지지기판(170)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
도 1b는 발광소자의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자(200)는 기판(210)에 버퍼층(215)과 발광구조물(220)이 배치된다.
기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(210)을 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층(215)을 형성할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 버퍼층(215)과 발광구조물(220)의 사이에는 언도프드 GaN층이나 AlGaN층이 배치되어, 발광구조물(220) 내로 상술한 전위 등이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하여 이루어지고, 구체적인 구성 내지 조성은 도 1a에 도시된 실시예와 동일하다.
발광 구조물(220)이 GaN 등으로 이루어지고 청색 영역의 가시광선을 방출하는 경우, 발광 구조물(220) 상에는 투명 도전층(230)이 배치되어 제2 전극(285)으로부터 제2 도전형 반도체층(226)으로 넓은 면적에 고르게 전류가 공급되게 할 수 있다.
기판(210)이 절연성 기판일 경우 제1 도전형 반도체층(222)에 전류를 공급하기 위하여, 투명 도전층(230)으로부터 제1 도전형 반도체층(222)의 일부까지 메사 식각되어 제1 도전형 반도체층(222)의 일부가 노출될 수 있다.
노출된 제1 도전형 반도체층(222) 상에 제1 전극(280)이 배치되고, 투명 도전층(230) 상에 제2 전극(285)이 배치될 수 있다.
도 2는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310)와, 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(100)와, 캐비티에 형성된 몰딩부(340)를 포함한다.
몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(310)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(310)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(321, 322) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(100)는 상기 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있으며, 도 1a에 도시된 수직형 발광소자 외에 도 1b에 도시된 수평형 발광소자 등이 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 리드 프레임(321)과 발광소자(100)가 직접 통전되고, 제2 리드 프레임(322)과 상기 발광소자(100)는 와이어(330)를 통하여 연결되어 있다. 발광소자(100)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(321, 322)과 연결될 수 있다.
몰딩부(340)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(340) 상에는 형광체(350)가 포함되어, 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(350)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
형광체(350)는 황색 파장 영역의 광을 방출하는 제1 형광체와 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 제2 형광체와 적색 파장 영역의 광을 방출하는 제3 형광체를 포함할 수 있다. 상세하게는 제1 형광체는 실리케이트 계열의 형광체이고, 제2 형광체와 제3 형광체는 나이트라이드 계열의 형광체일 수 있으며, 보다 상세하게는 제1 형광체는 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를 포함하여 이루어지고, 제2 형광체는 La3Si6N11:Ce를 포함할 수 있으며, 제3 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu를 포함할 수 있다.
청색 파장 영역의 광에 의하여 여기될 때, 제1 형광체에서 방출되는 빛은 553 나노미터 내지 558 나노미터에서 피크파장을 나타내는데, 피크 파장의 최저치 553 나노미터와 최고치 558 나노미터는 각각 ± 1나노미터의 오차를 가질 수 있으며, 제1 형광체에서 방출되는 빛의 반치폭(full width at half maximum)이 86~88 나노미터를 나타내는데, 반치폭은 ± 1나노미터의 오차를 가질 수 있다.
제2 형광체에서 방출되는 빛은 535 나노미터에서 피크 파장을 갖고 반치폭은 107 나노미터이며, 제3 형광체에서 방출되는 빛은 625 나노미터에서 피크 파장을 갖고 반치폭은 81 나노미터일 수 있다.
방출되는 빛의 파장을 가로축을 파장의 길이로 세로축을 세기로 도시할 때, 반치폭은 해당 파장 영역의 빛에서 파장의 피크치의 절반(50%)에 해당하는 부분에서 수평선을 표시할 경우 포물선과 수평선이 만나는 두 지점의 길이를 뜻한다.
도 3a는 종래의 발광소자 패키지의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 2의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 3a과 도 3b에서 발광소자로부터 방출된 청색광의 스펙트럼이 450 나노미터 인근 영역에서 하나의 피크를 나타내고 있으며, 형광체가 여기되어 방출된 광이 청색광보다 장파장 영역에서 피크를 나타내고 있다. 도 3a에 도시된 발광소자 패키지는 실리케이트 형광체만을 사용하고 있으며, 형광체에서 방출된 빛의 반치폭(W1)은 96 나노미터 정도이다.
도 3b에 도시된 발광소자 패키지는 상술한 3가지 형광체를 포함하고 있으며, 제1 형광체 내지 제3 형광체에서 방출된 빛이 혼합된 스펙트럼의 반치폭(W2)은 110 나노미터 이상일 수 있으며, 상세하게는 115 나노미터 정도로 제1 형광체 내지 제3 형광체에서 각각 방출되는 빛의 반치폭보다 넓고, 도 3a에 도시된 실리케이트 계열의 단일의 형광체에서 방출되는 빛의 반치폭(W1)보다 도 3b에 도시된 형광체에서 방출되는 빛의 반치폭(W2)이 넓다.
아래의 표 1은 종래의 이트론 알루미늄 가넷계 형광체와 본 실시예에 따른 형광체의 색도 좌표를 나타낸 것이다.
YAG Silicate
NTSC(%) 68.97 64.92
sRGB(%) 94.05 88.80
Rx 0.646 0.641
Ry 0.333 0.338
Gx 0.314 0.331
Gy 0.584 0.572
Bx 0.152 0.151
By 0.049 0.046
광도(cd) 2.98 2.96
표 1의 실리케이트 형광체는 153 나노미터의 파장 영역의 빛을 방출하는 발광소자에 의하여 여기되고, YAG 형광체는 149 나노미터의 파장 영역의 빛을 방출하는 발광소자에 의하여 여기될 수 있다. 표 1의 YAG 형광체는 548 나노미터에서 피크 파장을 갖고 반치폭이 123 나노미터이고, 실리케이트 형광체는 561 나노미터에서 피크 파장을 갖고 96 나노미터의 파장을 갖는다.
본 실시예에서는 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 혼합하여 종래의 YAG 형광체와 가장 유사한 색도 좌표를 나타낼 수 있다.
즉, 캐비티 전체의 부피 중에서 형광체가 차지하는 부피비가 11%이고, 황색 형광체로 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를, 녹색 형광체로 La3Si6N11:Ce를, 적색 형광체로 (SrCa)AlSiN3:Eu를 각각 68 대 30 대 2의 중량비로 혼합하여 사용할 때 YAG 형광체와 유사한 색도 좌표를 나타내고 있다.
도 4는 CIE 색좌표계와 NTSC 좌표 및 sRGB 색좌표계를 비교한 도면이고,
CIE 1931 색좌표계는 NTSC 좌표로 형성되는 삼각형의 면적에 대비한 RGB 세점으로 구성된 삼각형의 면적비를 나타내고, 수치가 높을수록 색이 선명하게 재현됨을 의미한다. sRGB는 다양한 디스플레이 장치들의 컬러(color)들에 대한 표기 방법의 통일화 목적으로 제안된 규격이다.
sRGB 색좌표계에서 적색과 녹색 및 청색의 색도 좌표(chromaticity coordinates)는 각각 (0.64, 0.33)와 (0.30, 0.60)와 (0.15, 0.06)이며, 본 실시예의 경우 적색과 녹색 및 청색의 색도 좌표가 각각 (0.634, 0.332)와 (306, 0.616)와 (0.152, 0.054)로 YAG 형광체의 색도 좌표인 (0.637, 0.331)와 (0.308, 0.619)와 (0.153, 0.054)와 색재현율이 유사함을 알 수 있다.
또한, sRGB 색좌표계에서 상술한 적색과 녹색 및 청색의 색도 좌표계에 대하여 허용되는 오차 범위(tolerance)는 ±3/100인데, 본 실시예에서는 적색과 녹색 및 청색의 색도 좌표는 모두 상술한 오차 범위를 만족한다.
황색 형광체와 녹색 형광체 및 적색 형광체의 중량비가 상술한 범위를 벗어하면, 백색광 내에서 각각의 광의 색도 좌표가 저하될 수 있다.
특히, 상술한 형광체는 발광소자 패키지의 캐비티의 부피의 10.5%~11.5%의 볼륨(volume)에 채워질 수 있다, 캐비티의 부피에 비하여 형광체의 볼륨이 너무 작으면 발광소자에서 방출된 빛에 의한 형광체의 여기가 충분하지 않을 수 있고, 형광체의 볼륨비가 너무 크면 청색광의 흡수가 너무 많아서 백색광의 구현이 어려울 수도 있다.
제2 형광체의 중량비는 제1 형광체의 중량비의 0.3 배에서 0.6배일 수 있으며, 제1 형광체와 제2 형광체의 중량의 합은 전체 형광체의 중량의 95% 이상일 수 있고, 제3 형광체의 중량은 전체 형광체의 중량의 5% 미만일 수 있으며, 제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체의 중량의 합은 전체 형광체의 중량과 동일할 수 있다.
제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체는 전체 형광체에서 각각 60% 내지 75%와, 20% 내지 35%, 및 2% 내지 3%의 중량비로 혼합될 수 있고, 보다 상세하게는 제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체가 65 대 33 대 2의 중량비 또는 70 대 27 대 3의 중량비로 혼합될 수 있으며, 이때 형광체에서 방출되는 빛의 반치폭은 110 나노미터 이상이다.
제1 형광체가 너무 많으면 발광소자에서 방출되는 빛의 스펙트럼이 황색 방향으로 치우칠 수 있고, 제2 형광체가 너무 많으면 발광소자에서 방출되는 빛의 스펙트럼이 녹색 방향으로 치우칠 수 있으며, 제3 형광체가 너무 많으면 발광소자에서 방출되는 빛의 스펙트럼이 적색 방향으로 치우칠 수 있으며, 각각의 형광체가 너무 적게 포함되면 다른 형광체가 보다 많이 포함되어 빛의 스펙트럼이 달라질 수 있다.
이때, 녹색광의 색도 좌표는 CIEx:0.296~0.316이고, CIEy: 0.606~0.626을 나타낼 수 있고, 적색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.624~0.644이고, CIEy: 0.322~0.342를 나타낼 수 있으며, 청색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.142~0.162이고, CIEy: 0.044~0.0649를 나타낼 수 있다.
상술한 발광소자 패키지는 실리케이트 계열의 황색 형광체와, 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
도 5는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(400)는 기판(410)과 기판 상에 배치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 421) 및 제2 리드 프레임(422)과, 상기 제1 리드 프레임(421)에 도전성 접착층(440)을 통하여 고정되는 발광소자(100)를 포함하여 이루어진다.
기판(410)은 열전도성이 우수한 세라믹 물질로 이루어질 수 있으며 일예로서 정사각형 형상의 사파이어(Al2O3)일 수 있고 제1 리드 프레임(421)과 제2 리드 프레임(422)은 구리 등의 도전성 물질로 이루어질 수 있으며 일 예로 금(Au)을 도금하여 배치할 수 있다. 제1 리드 프레임(421)과 제2 리드 프레임(422)은 발광소자(100)에서 방출된 빛을 반사시킬 수도 있다.
발광소자(100)는 발광 다이오드 등이 배치될 수 있는데, 와이어(460)를 통하여 제2 리드 프레임(422)과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(460)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 지름 0.8 내지 1.6 밀리미터 정도의 금(Au)으로 이루어질 수 있다. 와이어(460)가 너무 얇으면 외력에 의하여 절단될 수 있으며, 너무 두꺼우면 재료비가 감소하고 발광소자(100)에서 방출되는 빛이 진행에 장애물이 될 수 있다. 본 실시예에서는 수직형 발광소자가 배치되고 있으나, 수평형 발광소자나 플립 칩 타입의 발광소자가 배치될 수도 있다.
발광소자(100) 위에는 형광체층(470)이 컨포멀 코팅(conformal coating) 방식으로 배치되어 일정한 두께로 배치되고 있으며, 발광소자(100) 등을 둘러싸고 몰딩부(480)가 배치되고 있다. 몰딩부(480)는 돔(dome) 타입으로 이루어질 수 있는데, 발광소자 패키지(400)의 광출사각을 조절하기 위하여 다른 형상으로 배치될 수도 있다.
몰딩부(480)는 발광소자(450)를 포위하여 보호하며 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 진로를 변경하여 렌즈로 작용할 수 있고, 형광체층(470)은 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 제2 파장 영역의 광으로 변환시킨다.
기판(410)의 배면에는 3개의 패드(431, 432, 435)가 배치되는데, 열전도성이 우수한 물질로 이루어지고 기판(410)의 하부에 배치되어, 발광소자 패키지(400)를 하우징 등에 고정하고 열을 방출시키는 경로로 작용할 수 있다.
상술한 제1,2 리드 프레임(421, 422)과 3개의 패드(431, 432, 435)는 전극으로 작용할 수 있다. 제1 리드 프레임(421)과 제2 리드 프레임(422)은 기판(410)의 상부에 배치되어 상부 전극으로 작용할 수 있고, 제1 패드(431)과 제2 패드(432)는 기판(410)의 하부에 배치되어 하부 전극으로 작용할 수 있고, 후술하는 비아 홀(421a, 422a)을 통하여 상부 전극과 하부 전극이 연결될 수 있다.
즉, 제1 리드 프레임(421, 422)이 상부 전극을 이루고, 제1 패드(431)와 제2 패드(432)는 하부 전극을 이루고, 비아 홀(421a, 422a)의 내부에 도전성 물질이 채워져서 관통 전극을 이룰 수 있으며, 상술한 상부 전극과 하부 전극과 관통 전극을 제1,2 전극부라 할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지에서 형광체(470)는 상술한 실시예와 같이 황색 파장 영역의 광을 방출하는 제1 형광체와 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 제2 형광체와 적색 파장 영역의 광을 방출하는 제3 형광체를 포함할 수 있다.
상세하게는 제1 형광체는 실리케이트 계열의 형광체이고, 제2 형광체와 제3 형광체는 나이트라이드 계열의 형광체일 수 있으며, 보다 상세하게는 제1 형광체는 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를 포함하여 이루어지고, 제2 형광체는 La3Si6N11:Ce를 포함할 수 있으며, 제3 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu를 포함할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
도 6은 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(500)는 플립 칩 타입의 발광소자 패키지로서, 캐비티를 포함하는 몸체(510)와, 상기 몸체(510)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 521) 및 제2 리드 프레임(522)과, 상기 몸체(510)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(522)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(550)를 포함한다.
몸체(510)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(510)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(510)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(521, 522) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(522)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(522)은 발광소자(200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200)는 볼 형상의 솔더(540)에 의하여 제1 리드 프레임(521) 및 제2 리드 프레임(522)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(550)는 상기 발광소자(200)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(550) 상에는 형광체(560)가 몰딩부(550)와 별개의 층으로 컨포멀(Conformal) 코팅되어 있다. 이러한 구조는 형광체(560)가 분포되어, 발광소자(200)로부터 방출되는 빛의 파장을 발광소자 패키지(500)의 빛이 출사되는 전 영역에서 변환시킬 수 있다.
발광소자(200)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(560)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(500)는 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
도 7은 발광소자 배치된 발광소자 패키지의 제4 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는 COB(Chip on Board) 타입의 발광소자 패키지가 도시되고 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(600)은 베이스 메탈(610), 절연층(615), 제1,2 리드 프레임(621, 622), 댐(645)으로 이루어진다. 베이스 메탈(610) 상에 솔더(640)를 통하여 발광소자(200)가 고정되고, 발광소자(200)는 와이어(630)를 통하여 제1,2 리드 프레임(621, 622)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1,2 리드 프레임(621, 622)은 절연층(615)을 통하여 베이스 메탈(610)과 절연되고, 발광소자(200)를 둘러싸는 몰딩부(680)는 형광체를 포함할 수 있다. 제1,2 리드 프레임(621, 622) 상에서 댐(645)이 몰딩부(680)의 가장 자리를 고정할 수 있다. 형광체는 몰딩부(680) 내에 포함되거나, 발광소자(200) 상에 컨포멀 코팅 방식으로 배치될 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(600)는 실리케티의 계열의 황색 형광체와, 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
도 8은 발광소자 배치된 발광소자 패키지의 제5 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 2개의 반사컵에 각각 발광소자가 도시되고 있다.
발광 소자 패키지(700)는 몸체(710), 제1 반사컵(722), 제2 반사컵(724), 연결부(726), 발광소자(200a, 200b), 제너 다이오드(Zenor diode, 750), 및 와이어들(751 내지 759)을 포함한다.
몸체(710)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게 몸체(710)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 이루어질 수 있다.
몸체(710)는 전도성을 갖는 도체로 형성될 수 있다. 몸체(710)가 전기 전도성을 갖는 재질인 경우, 몸체(710)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어 몸체(710)가 제1 반사컵(722), 제2 반사컵(724), 연결부(726)와 전기적으로 쇼트(short)되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
위에서 바라본 몸체(710) 상부면(706)의 형상은 발광 소자 패키지(700)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자 패키지(700)가 엣지(edge) 타입의 백라이트 유닛(BLU: Backlight Unit)에 사용될 수 있으며, 휴대형 손전등이나 가정용 조명에 적용되는 경우, 몸체(710)는 휴대용 손전등이나 가정용 조명에 내장하기 용이한 크기와 형태로 변경될 수 있다.
몸체(710)는 상부가 개방되고, 측면(702)과 바닥(bottom, 703)으로 이루어진 캐비티(cavity)(705, 이하 "몸체 캐비티"라 한다)를 갖는다.
몸체 캐비티(705)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 몸체 캐비티(705)의 측면(702)은 바닥(703)에 대해 수직하거나 경사질 수 있다.
몸체 캐비티(705)를 위에서 바라본 형상은 원형, 타원형, 다각형(예컨대, 사각형)일 수 있다. 몸체 캐비티(705)의 모서리는 곡선일 수 있다. 도시된 몸체 캐비티(705)를 위에서 바라본 형상은 전체적으로 8각형의 형상일 수 있으며, 몸체 캐비티(705)의 측면(702)은 8개의 면들로 구분될 수 있으며, 제1 면들의 면적은 제2 면들의 면적보다 작을 수 있다. 여기서 제1 면들은 몸체(710)의 각 모서리 부분과 마주보는 몸체 캐비티(705)의 측면이고, 제2 면은 제1 면들 사이의 면일 수 있다.
제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)은 몸체 캐비티(705)의 바닥(703) 아래의 몸체(710) 내부에 서로 이격하여 배치될 수 있다. 제1 반사컵(722)은 몸체 캐비티(705)의 바닥 면으로부터 함몰되는 상부가 개방된 구조일 수 있다.
예컨대, 몸체 캐비티(705)의 바닥(703)은 상부가 개방되고 측면과 바닥으로 이루어지는 제1 캐비티(762)를 가질 수 있으며, 제1 반사컵(722)은 제1 캐비티(762) 내에 배치될 수 있다.
제2 반사컵(724)은 제1 캐비티(762)와 이격하여 몸체 캐비티(705)의 바닥 면으로부터 함몰되는 상부가 개방된 구조일 수 있다. 예컨대, 몸체 캐비티(705)의 바닥(703)은 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어지는 제2 캐비티(764)를 가질 수 있으며, 제2 반사컵(724)은 제2 캐비티(764) 내에 배치될 수 있다. 이때 제2 캐비티(764)는 제1 캐비티(762)와 이격될 수 있다.
제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724) 사이에는 몸체 캐비티(705)의 바닥(703)의 일부분이 위치하며, 바닥(703)의 일부분에 의하여 제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724)은 이격되고 격리될 수 있다.
위에서 바라본 제1 캐비티(762) 및 제2 캐비티(764)의 형상은 컵(cup) 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 각각의 측면은 각각의 바닥에 대하여 수직이거나 경사질 수 있다.
제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724) 각각의 적어도 일부분은 몸체(710)를 관통하여 몸체(710) 외부로 노출될 수 있다. 제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)의 적어도 일부가 몸체(710) 외부로 노출되기 때문에 제1 발광소자(200a) 및 제2 발광소자(200b)로부터 발생하는 열을 몸체(710) 외부로 방출시키는 효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 제1 반사컵(722)의 일단(742)은 몸체(710)의 제1 측면을 관통하여 노출될 수 있다. 또한 제2 반사컵(724)의 일단(744)은 몸체(710)의 제2 측면을 관통하여 노출될 수 있다. 여기서 제2 측면은 제1 측면과 마주보는 측면일 수 있다.
제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)은 금속 재질, 예컨대, 은, 금, 또는 구리 등의 재질일 수 있으며, 이들을 도금한 금속 재질일 수 있다. 제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724)은 몸체(710)와 동일한 재질이고, 몸체(710)와 일체형일 수 있다. 또는 제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)은 몸체(710)와 다른 재질이고, 몸체(710)와 일체형이 아닐 수 있다. 제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)은 연결부(726)를 기준으로 형상 및 크기에 있어서 서로 대칭적일 수 있다. 연결부(726)는 몸체 캐비티(705)의 밑면 아래의 몸체(710) 내부에 제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724)과 각각 이격하여 형성된다. 연결부(726)는 전기를 통할 수 있는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
도시된 바와 같이, 연결부(726)는 제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 연결부(726)는 제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724) 사이의 몸체 캐비티(705)의 제3 측면에 인접하는 몸체 캐비티(705)의 바닥 내부에 배치될 수 있다.
연결부(726)의 적어도 일부분은 몸체(710)를 관통하여 노출될 수 있다. 예컨대, 연결부(726)의 일단은 몸체 캐비티(705)의 제3 측면을 관통하여 노출될 수 있다. 여기서 몸체(710)의 제3 측면은 몸체(710)의 제1 측면 및 제2 측면과 수직인 어느 한 측면이다.
제너 다이오드(750)는 발광 소자 패키지(700)의 내전압 향상을 위하여 제1 반사컵(722) 및 제2 반사컵(724) 중 어느 하나 상에 배치된다. 제2 반사컵(724)의 상부면(722-1) 상에 제너 다이오드(750)가 마운트될 수 있다.
제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724)에는 각각 형광체가 각각 채워질 수 있는데, 제1 발광소자(200a)와 제2 발광소자(200b)에서 동일한 파장 영역의 빛이 방출될 때 제1 반사컵(722)과 제2 반사컵(724)에는 동일한 조성의 형광체가 채워질 수 있으며, 각각의 발광소자(200a, 200b)에 컨포멀 코팅 방식으로 형광체가 배치될 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(700)는 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 또는 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 백라이트 유닛과 조명 장치를 설명한다.
도 9는 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(900)는 광원 모듈과, 바텀 커버(910) 상의 반사판(920)과, 상기 반사판(920)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(940)과, 상기 도광판(940)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(950)와 제2 프리즘시트(960)와, 상기 제2 프리즘시트(960)의 전방에 배치되는 패널(970)과 상기 패널(970)의 전반에 배치되는 컬러필터(980)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(930) 상의 발광소자 패키지(935)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(930)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(935)는 상술한 바와 같다.
영상표시장치는 도 9에 도시된 에지(edge) 타입의 백라이트 유닛 뿐만 아니라, 직하 타입의 백라이트 유닛이 사용될 수도 있다.
상술한 영상표시장치에 사용되는 발광소자 패키지는, 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있다.
도 10은 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
형광체는 커버(1100)의 적어도 일측면에 코팅 등의 방법으로 배치되거나, 광원 모듈(1200) 내의 발광소자 패키지(1210) 내에 배치될 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
본 조명 장치에 사용되는 발광소자 패키지는, 실리케이트 계열의 황색 형광체와 나이트라이드 계열의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 사용하여 청색 영역의 빛을 방출하는 발광소자로부터 백색광을 구현할 수 있으며, 광도가 저하되지 않고 높은 열적 안정성을 가질 수 있고, 제1 형광체 내지 제3 형광체가 여기되어 방출되는 빛의 반치폭은 110 나노미터 이상이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 발광소자 120, 220: 발광 구조물
300, 400, 500, 600, 700: 발광소자 패키지
900: 영상표시장치

Claims (13)

  1. 황색 파장 영역의 광을 방출하는 실리케이트(silicate) 계열의 제1 형광체;
    녹색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이드(nitride) 계열의 제2 형광체; 및
    적색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이트 계열의 제3 형광체를 포함하고,
    상기 제1 형광체 내지 제3 형광체가 방출하는 광의 반치폭은 110 나노미터 이상인 형광체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체의 중량비는 60%~75%이고, 상기 제2 형광체의 중량비는 20%~35%이며, 상기 제3 형광체의 중량비는 2%~3%인 형광체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체는 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를 포함하는 형광체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 La3Si6N11:Ce를 포함하는 형광체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu를 포함하는 형광체.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체에서 방출된 빛이 백색광을 이루고, 상기 백색광을 이루는 녹색광의 색도 좌표(chromaticity coordinates)는 CIEx: 0.296~0.316이고, CIEy: 0.606~0.626인 형광체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체에서 방출된 빛이 백색광을 이루고, 상기 백색광을 이루는 적색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.624~0.644이고, CIEy: 0.322~0.342인 형광체.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체와 제2 형광체 및 제3 형광체에서 방출된 빛이 백색광을 이루고, 상기 백색광을 이루는 청색광의 색도 좌표는 CIEx: 0.142~0.162이고, CIEy: 0.044~0.064인 형광체.
  9. 서로 전기적으로 분리된 제1 전극과 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극에 각각 전기적으로 연결되고 제1 파장 영역의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광소자; 및
    상기 발광소자에서 방출된 청색 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출하고, 황색 파장 영역의 광을 방출하는 실리케이트 계열의 제1 형광체와, 녹색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이드 계열의 제2 형광체, 및 적색 파장 영역의 광을 방출하는 나이트라이트 계열의 제3 형광체를 포함하고,
    상기 제1 형광체 내지 제3 형광체가 방출하는 광의 반치폭은 110 나노미터 이상인 형광체를 포함하는 발광소자 패키지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 형광체의 중량비는 60%~75%이고, 상기 제2 형광체의 중량비는 20%~35%이며, 상기 제3 형광체의 중량비는 2%~3%인 발광소자 패키지.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 형광체는 (Ba, Sr)2SiO4:Eu를 포함하는 발광소자 패키지.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 형광체는 La3Si6N11:Ce를 포함하는 발광소자 패키지.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu를 포함하는 발광소자 패키지.
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