KR20170073356A - 형광체, 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛 - Google Patents

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문지욱
송우석
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Abstract

실시예는 형광체 및 이를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.
실시예에 개시된 발광 소자는, 발광 칩; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 녹색의 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 적색의 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체를 포함하며, 상기 제1형광체는 530nm 이하의 피크 파장 및 50nm 미만의 반치 폭을 가지며, 상기 제2피크 파장은 620nm 이상의 피크 파장과 20nm 이하의 반치 폭을 갖는다.

Description

형광체, 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛{PHOSPHOR, LIGHT EMITTING DEVICE HAVING THEREOF AND LIGHT UNIT HAVING THEREOF}
실시 예는 적색 및 녹색 형광체를 갖는 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 소자로서, 예를 들어, LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
백색광을 방출하는 LED는 형광체를 도포하여 형광체로부터 발광하는 2차 광원을 이용하는 방법으로서, 청색 LED에 황색을 내는 YAG:Ce 형광체를 도포하여 백색광을 얻는 방식이 일반적이다.
그러나, 상기 방법은 2차광을 이용하면서 발생하는 양자결손(quantum deficits) 및 재방사 효율에 기인한 효율감소가 수반되고, 색 렌더링(Color rendering)이 용이하지 않다는 단점이 있다.
따라서, 종래의 백색 LED 백라이트는 청색 LED칩과 황색 형광체를 조합한 것으로서, 녹색과 적색 성분이 결여되어 부자연스러운 색상을 표현할 수밖에 없어 휴대 전화, 노트북 PC의 화면에 이용하는 정도로 한정되어 적용되고 있다. 그럼에도, 구동이 용이하고 가격이 현저히 저렴하다는 이점 때문에 널리 상용화되어 있다.
청색 칩과 황색 형광체로 제조된 백색 LED 소자의 특히 바람직한 용도는 이동전화, 개인 휴대 정보 단말기 등에 사용되는 백라이트 용이다. 하지만, 황색 형광체(예컨대, 최고 방출이 550nm 내지 610nm 사이에서 나타남)의 사용으로 인해, 상기 LED의 스펙트럼은 이 스펙트럼의 황색 영역에서의 과도한 방출을 함유하여 백라이트의 색상범위를 강력하게 감소시킨다.
색상 범위(color gamut)는 색도도, 예컨대 CIE 1931 x, y 색도도에서 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 픽셀의 색점 간에 걸쳐진 영역이다. 디스플레이의 역사적인 "황금 기준(golden standard"는 3가지 색점 좌표 세트로 한정되는 NTSC 전범위(gamut)이다. 일반적으로 NTSC의 70%를 초과하는 전범위는 많은 백라이팅 용도에 허용성으로 간주되고 있고, NTSC의 90%를 초과하는 전범위는 대부분의 이러한 임의의 용도에 허용성으로 간주되고 있다.
황색 형광체를 이용하여 LED 백라이트의 전범위를 향상시킬 경우, 황색광은 제거되므로 LED 백라이트의 광도를 감소시킨다. 따라서, 패키지에 황색 형광체를 사용함이 없이 광도를 높일 수 있는 백색 LED의 개발이 유익할 것이다.
CRI는 14가지 표준 색 샘플이 국제적으로 특정되어 있고 이들의 평균값으로서 더 넓은 CRI(R1-14)를 계산할 수 있을지라도 일반적으로 일반 연색 지수(General Color Rendering Index)로 불리고 Ra 로 약칭되는 8가지 표준 색 샘플(R1-8)의 평균값으로 일반적으로 정의된다. 구체적으로, 강한 적색에 대한 연색성을 측정하는 R9 값은 다양한 용도, 특히 고연색지수가 요구되는 조명이나 의료계에 매우 중요하게 요구되고 있다.
실시 예는 적색 및 녹색 파장으로 변환하는 적색 및 녹색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 청색 발광 칩, 녹색 형광체, 적색 형광체를 포함하는 발광소자를 제공한다.
실시 예는 반치 폭이 좁은 녹색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 반치 폭이 좁은 적색 형광체를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 발광 칩을 갖는 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 발광 칩; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 녹색의 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체; 상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 적색의 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체를 포함하며, 상기 제1형광체는 530nm 이하의 피크 파장 및 50nm 미만의 반치 폭을 가지며, 상기 제2피크 파장은 620nm 이상의 피크 파장과 20nm 이하의 반치 폭을 갖는다.
실시예에 의하면 서로 다른 형광체 및 발광 칩의 조합을 갖는 발광소자를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 녹색 및 적색 형광체를 이용하여 색재현율이 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 OLED(Organic light emitting diodes)에 대응할 수 있는 색 재현율을 갖는 형광체를 이용한 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
실시 예에 의하면, 연색성 지수(CRI: Color rendering index)를 높이고 NTSC를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 포함하는 라이트 유닛의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 형광체를 포함하는 발광소자의 단면도.
도 2는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 형광체가 첨가된 필름을 갖는 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 형광체가 첨가된 필름을 갖는 라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 및 라이트 유닛에 적용된 녹색 형광체의 피크 파장의 예1-4를 나타낸 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 및 라이트 유닛에 적용된 적색 형광체의 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 예1의 녹색 형광체와 도 7의 적색 형광체를 갖는 실시 예1의 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 예2의 녹색 형광체와 도 7의 적색 형광체를 갖는 실시 예2의 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 6의 예3의 녹색 형광체와 도 7의 적색 형광체를 갖는 실시 예1의 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 6의 예3의 녹색 형광체와 도 7의 적색 형광체를 갖는 실시 예1의 발광 소자로부터 방출된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 12는 CIE 1931에서 실시 예1-4의 파장 스펙트럼의 색 영역과 NTSC를 비교한 도면이다.
도 13은 실시 예1의 발광 소자에 의한 백색 색 좌표의 분포도이다.
도 14는 실시 예2의 발광 소자에 의한 백색 색 좌표의 분포도이다.
도 15는 실시 예3의 발광 소자에 의한 백색 색 좌표의 분포도이다.
도 16은 실시 예4의 발광 소자에 의한 백색 색 좌표의 분포도이다.
도 17은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 18은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 사시도이다.
도 19는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명장치를 나타낸 분해 사시도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
실시 예에 따른 형광체는 자외선 또는 청색 피크 파장을 여기하여 녹색의 제1피크 파장을 발광하는 녹색 형광체와, 자외선 또는 청색 피크 파장을 여기하여 적색의 제2피크 파장을 발광하는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 여기 파장은 400nm 내지 500nm 범위의 피크 파장 예컨대, 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 포함할 수 있다.
상기 녹색 형광체(31)는 예컨대 Si6 - zAlzOzN8 - z:Eu2 +의 조성식(0 <z<4.2)을 가지는 β-SiAlON:Eu 2+를 이용하거나 황화물 또는 실리케이트 형광체를 이용할 수 있다. 상기 녹색 형광체는 제1피크 파장 중에서 단 파장 예컨대, 청색에 가까운 530nm 이하의 피크 파장을 발광하며 상기 방출된 피크 파장은 60nm 이하, 예컨대 50nm 미만의 반치 폭을 가질 수 있다.
상기 적색 형광체는 불화물(fluoride) 화합물의 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 MGF계 형광체, KSF계 형광체 또는 KTF계 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 적색 형광체는 적색 피크 파장을 발광하며 피크 파장의 반치 폭이 20nm 이하 예컨대, 15nm 이하일 수 있다. 이러한 녹색 형광체와 적색 형광체는 피크 파장의 반치 폭이 좁기 때문에 색 재현율을 높여줄 수 있다.
실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자를 설명하기로 한다. 도 1은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(10)는 몸체(11), 복수의 리드 프레임(21,23), 발광 칩(25), 및 형광체(31,33)를 갖는 몰딩부재(41)를 포함한다.
상기 몸체(11)는 상기 발광 칩(25)에 의해 방출된 파장에 대해, 반사율이 투과율보다 더 높은 물질 예컨대, 70% 이상의 반사율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 반사율이 70% 이상인 경우, 비 투광성의 재질로 정의될 수 있다. 상기 몸체(11)는 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물이 첨가될 수 있으며, 상기 금속 산화물은 TiO2, SiO2, Al2O3중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 몸체(11)는 실리콘 계열, 또는 에폭시 계열, 또는 플라스틱 재질을 포함하며, 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 몸체(11) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 상기 몸체(11)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(11) 내에 차광성 물질 또는 확산제를 혼합하여 투과하는 광을 저감시켜 줄 수 있다. 또한 상기 몸체(11)는 소정의 기능을 갖게 하기 위해서, 열 경화성수지에 확산제, 안료, 형광 물질, 반사성 물질, 차광성 물질, 광 안정제, 윤활제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절히 혼합하여도 된다.
다른 예로서, 상기 몸체(11)는 투광성의 수지 물질 또는 입사 광의 파장을 변환시키는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)는 투광성 재질로 형성된 경우, 상기 발광 칩(25)로부터 방출된 광에 대해 70% 이상의 광이 투과되는 물질일 수 있다.
상기 몸체(11)는 상기 몸체(11)의 상면으로부터 소정 깊이로 함몰되며 상부가 오픈된 캐비티(15)를 포함한다. 상기 캐비티(15)는 오목한 컵 구조, 오픈 구조, 또는 리세스 구조와 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 캐비티(15)는 위로 올라갈수록 점차 넓어지는 너비를 갖고 있어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 몸체(11)에는 복수의 리드 프레임 예컨대, 제1 및 제2리드 프레임(21,23)이 결합될 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)은 상기 캐비티(15)의 바닥에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)의 외측부는 상기 몸체(11)를 통해 상기 몸체(11)의 적어도 한 측면에 노출될 수 있다. 상기 제1리드 프레임(21) 및 상기 제2리드 프레임(23)의 하부는 상기 몸체(11)의 하부로 노출될 수 있으며, 회로 기판 상에 탑재되어 전원을 공급받을 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23)의 다른 예로서, 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,23) 중 적어도 하나 또는 모두는 오목한 컵 형상의 구조로 형성되거나, 절곡된 구조를 갖거나, 몸체(11)와의 결합을 위해 리세스된 홈 또는 구멍을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 오목한 컵 형상 내에는 상기의 발광 칩(25)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(23)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21) 위에는 발광 칩(25)이 배치되며, 상기 발광 칩(25)은 접합 부재로 상기 제1리드 프레임(21) 상에 접착될 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 제1 및 제2리드 프레임(21,23) 중 적어도 하나의 연결 부재(27)로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 연결 부재(27)는 전도성 재질 예컨대, 금속 재질의 와이어를 포함한다.
상기 발광 칩(25)은 가시광선의 파장 범위 중에서 400nm 내지 600nm 범위의 피크 파장을 발광하게 된다. 상기 발광 칩(25)은 자외선 또는 청색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 청색 피크 파장 예컨대, 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 칩(25)은 II-VI족 화합물 및 III-V족 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, GaP, AlN, GaAs, AlGaAs, InP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물로 형성될 수 있다.
상기 캐비티(15)에는 몰딩부재(41)가 배치되며, 상기 몰딩부재(41)는 실시 예에 따른 형광체(31,33)를 포함한다. 상기 형광체(31,33)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 서로 다른 물질을 갖는 형광체들을 포함한다. 상기 형광체(31,33)는 예컨대, 서로 다른 피크 파장을 발광하는 제1형광체(31) 및 제2형광체(33)를 포함한다. 상기 제1형광체(31)는 한 종류 또는 두 종류 이상의 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 발광 칩(25)으로부터 방출된 피크 파장을 여기 파장으로 하여 제1피크 파장 예컨대, 녹색 광을 발광하는 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 녹색 형광체는 도 6과 같이, 570nm 이하 예컨대, 525nm 내지 546nm의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 제1형광체(31)는 예컨대, (Y,Gd,Lu,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce, (Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu, (Ca,Sr)3SiO5:Eu, (La,Ca)3Si6N11:Ce, α-SiAlON:Eu, β-SiAlON:Eu, Ba3Si6O12N2:Eu, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, CaSc2O4:Eu, BaAl8O13:Eu, (Ca,Sr,Ba)Al2O4:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu, (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu/Mn, (Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu/Mn, (Ca,Sr,Ba)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu, Zn2SiO4:Mn, (Y,Gd)BO3:Tb, ZnS:Cu,Cl/Al, ZnS:Ag,Cl/Al, (Sr,Ca)2Si5N8:Eu, (Li,Na,K)3ZrF7:Mn, (Li,Na,K)2(Ti,Zr)F6:Mn, (Ca,Sr,Ba)(Ti,Zr)F6:Mn, Ba0 . 65Zr0 .35F2. 7:Mn, (Sr,Ca)S:Eu, (Y,Gd)BO3:Eu, (Y,Gd)(V,P)O4:Eu, Y2O3:Eu, (Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu, (Ca,Sr,Ba)MgAl10O17:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu, 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2:Mn 등 중에서 한 종류 또는 2종류 이상이 선택될 수 있다. 상기 제1형광체(31)는 양자점(quantum dot)을 포함할 수 있으며, 상기 양자점은 II-VI 화합물, 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 녹색 광을 발광할 수 있다. 상기 양자점은 예컨대, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, In,Sb, AlS, AlP, AlAs, PbS, PbSe, Ge, Si, CuInS2, CuInSe2 등과 같은 것들 및 이들의 조합이 될 수 있다. 실시 예에 따른 제1형광체(31)는 녹색 형광체로서, 예컨대 Si6 - zAlzOzN8 -z:Eu2+의 조성식(0 <z<4.2)을 가지는 β-SiAlON:Eu 2+를 이용하거나 상기에 개시된 황화물 또는 실리케이트 형광체를 이용할 수 있다. 상기 녹색 형광체는 570nm 이하의 피크 파장을 발광하며 상기 방출된 피크 파장은 60nm 이하, 예컨대 40nm 내지 56nm 범위의 반치 폭을 가질 수 있으며, 후술되는 적색 광에 의한 영향을 줄일 수 있다.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광 칩(25)로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 제2피크 파장 예컨대, 실시 예에 따른 적색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(33)는 불화물(fluoride) 화합물의 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 MGF계 형광체, KSF계 형광체 또는 KTF계 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 MGF계 형광체는 예컨대, Mg4Ge1 - xOyF:Mn4 + x의 조성식을 가지며, 상기 x는 0.001 ≤ x ≤ 0.1를 만족하며, y는 1 ≤ y ≤5를 만족할 수 있다. 상기 KSF계 형광체 예컨대, KaSi1 - cFb:Mn4 + c의 조성식을 가질 수 있으며, 상기 a는 1 ≤ a ≤ 2.5, 상기 b는 5 ≤ b ≤ 6.5, 상기 c는 0.001 ≤ c ≤ 0.1를 만족할 수 있다. 상기 KTF계 형광체 예컨대, KdTi1 - gFe:Mn4 + g의 조성식을 가질 수 있으며, 상기 d는 1 ≤ d ≤ 2.5, 상기 e는 5 ≤ e ≤ 6.5, 상기 g는 0.001 ≤ g ≤ 0.1를 만족할 수 있다. 상기 제2형광체(33)는 Mn4 + 활성제 형광체인 불화물 화합물 형광체는 높은 발광 효율을 가지며 청색 피크 파장에서 강한 흡수를 갖게 된다. 상기 활성체는 Mn4 + 등의 4가 전이금속 이온이거나, 각종 희토류 이온이나 전이금속 이온에서 선택되는 금속 이온을 필요에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, Eu2 + , Ce3 +, Pr3 +, Nd3 +, Sm3 +, Eu3 +, Gd3+, Tb3 +, Dy3 +, Ho3 +, Er3 +, Tm3 +, Yb3 + 등의 3가 희토류금속 이온, Sm2 +, Eu2 +, Yb2 + 등의 2가 희토류금속 이온, Mn2 + 등의 2가 전이금속이온, Cr3 +이나 Fe3 + 등의 3가 전이금속이온 등이다. 이하 실시 예는 설명의 편의를 위해, KSF계 형광체를 예로 설명하기로 한다.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광 칩(25)으로부터 방출된 자외선 또는 청색 파장을 여기 파장으로 하여 적색 예컨대, 적색 피크 파장 중에서 단 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(33)로부터 방출된 제2피크 파장은 도 7과 같이 620nm 이상 예컨대, 625nm 내지 640nm의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(33)의 피크 파장의 반치 폭은 20nm 이하 예컨대, 15nm 이하일 수 있다. 상기 제2형광체(33)의 피크 파장의 반치 폭은 예컨대, 5nm 내지 15nm 범위 또는 5nm 내지 9nm의 범위일 수 있다. 상기 적색 형광체로부터 방출된 광의 반치 폭이 작기 때문에 색 재현율을 높여줄 수 있다.
실시 예는 발광 칩(25)로부터 방출된 청색 광, 상기 제1형광체(31)에 의해 녹색 광, 상기 제2형광체(33)에 의한 적색 광을 조합하여 백색 발광소자를 구현할 수 있다. 이러한 백색 발광 소자는 별도의 황색 형광체를 사용하지 않으므로, 색 재현율을 높여줄 수 있다.
여기서, 백색 발광 소자와 같은 색 변환을 이용하는 발광 소자는 비교 예로서, 청색 발광 칩과 황색 형광체를 이용하여 백색 광을 구현하게 된다. 예를 들어, 청색 발광 칩을 기준 광원으로 사용하여, 이 청색 발광 칩에서 발광되는 청색 광이 황색 형광체인 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 형광체에 투사되면 입사된 빛에 의하여 황색 형광체가 여기되어 발광되는 빛은 500nm에서부터 780nm의 파장 대역에서 발광하게 되고, 이 빛들의 혼색에 의하여 백색이 발광될 수 있다. 그러나, 이러한 예에서, 청색과 황색의 파장 간격이 넓기 때문에 색 분리로 인한 섬광효과를 일으킬 수 있다. 또한 동일한 색 좌표, 색온도, 연색성 평가지수를 조절하기 용이하지 않으며, 주변온도에 따라 색 변환 현상이 발생할 수 있다. 특히, 황색 광을 갖는 백색 발광 소자를 이용하여 백라이트 유닛을 제작할 경우 NTSC 대비 색재현율이 최대 65% 정도가 한계이다. 이에 반해, 적색, 녹색, 및 청색 발광 소자를 이용하여 멀티 칩으로 백색을 구현하는 방법으로 색재현율이 NTSC 대비 100%가 넘을 수 있다. 그러나, 이와 같이 멀티 칩으로 백색을 구현하는 경우, 칩마다 동작 전압이 불 균일하며, 주변 온도에 따라 칩의 출력이 변해 색 좌표가 달라지는 현상이 발생할 수 있고, 구동회로가 추가되어야 한다. 또한 적색 발광 칩을 사용하는 경우, 전류 및 온도에 따라 적색 칩에서 야기되는 색 좌표 변화가 문제가 될 수 있으며, 이로 인해 백라이트 유닛 전체 색좌표가 달라질 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)는 상기 발광 칩(25)에 의한 청색 광, 상기 제1형광체(31)에 의한 녹색 광, 상기 제2형광체(33)에 의한 적색 광이 혼합된 백색 발광 소자를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제1형광체(31)의 피크 파장 변화에 따라 백색 발광 소자의 색 재현율이 달라질 수 있으며, 예컨대 피크 파장이 녹색 파장에서 단 파장으로 이동할수록 반치폭이 감소될 수 있어 색 재현율이 개선될 수 있다.
실시 예는 녹색 형광체의 피크 파장 또는 중심 파장을 변화시키되, 단 파장 예컨대, 520nm에 가까운 녹색 피크 파장으로 이동시켜 적색 피크 파장과 100nm 이상 떨어지도록 하고 상기 녹색 피크 파장의 반치 폭이 더 감소되도록 함으로써, 녹색 피크 파장에 의한 NTSC의 향상을 줄 수 있다. 또한 반치 폭이 좁은 적색 형광체를 상기 녹색 형광체와 함께 발광 소자에 적용됨으로써, NTSC를 개선시켜 줄 수 있다.
도 6의 예1 내지 예4는 실시 예에 따른 발광 소자의 제1형광체의 서로 다른 녹색 피크 파장의 스페트럼을 나타낸 도면이며, 도 7의 예5는 제2형광체의 피크 파장의 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 8내지 도 11은 도 6의 예1 내지 예4와 도 7의 예5의 혼합에 따른 백색 발광 소자의 파장 스펙트럼을 나타낸 실시 예1-4의 그래프이며, 도 12는 도 8 내지 도 11의 실시 예1-4의 CIE 1931의 색 좌표를 나타낸 도면이며, 도 13 내지 도 16은 도 12에서의 실시 예1-4의 백색 분포를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 청색 피크 파장을 여기 파장으로 하여, 예1 내지 예4 중 어느 하나의 녹색 피크 파장을 발광하는 녹색 형광체와 예5의 적색 피크 파장을 발광하는 적색 형광체를 조합하여 백색 발광 소자를 구현할 수 있다.
도 6과 같이, 예1의 녹색 형광체는 피크 파장이 525nm 내지 529nm을 발광하며, 그 반치 폭은 45nm 내지 49nm 범위이다. 예2의 녹색 형광체는 피크 파장이 536nm 내지 540nm의 범위이며, 그 반치 폭은 50nm 내지 54nm의 범위이다. 예3의 녹색 형광체는 피크 파장이 538nm 내지 542nm의 범위이며 그 반치 폭은 50nm 내지 54nm의 범위이다. 예4의 녹색 형광체는 피크 파장이 542nm 내지 546nm의 범위이며, 그 반치 폭은 52nm 내지 56nm의 범위가 될 수 있다. 상기 예4의 녹색 형광체의 피크 파장에서 예1의 녹색 형광체의 피크 파장으로 진행할수록 반치 폭은 50nm 미만으로 좁아짐을 알 수 있다.
도 7과 같이, 예5의 적색 형광체는 청색 피크 파장을 여기 파장으로 하여, 625nm 내지 640nm의 피크 파장과 5nm 내지 9nm의 범위의 반치 폭을 가질 수 있다. 상기 적색 형광체의 피크 파장의 반치 폭은 상기 녹색 형광체의 반치 폭의 1/7 내지 1/6 범위일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)는 청색의 발광 칩(25)과, 제1형광체(31)가 예1 내지 예4중 어느 하나의 피크 파장을 발광하며, 제2형광체(33)가 예5를 혼합할 수 있으며, 상기 제1 및 제2형광체(31,33)의 혼합 비율은 상기 제1형광체(31)의 함량보다 제2형광체(33)의 함량을 더 높게 할 수 있다.
도 1, 도 6 및 도 7과 같이, 실시 예1의 발광 소자에서 발광 칩(25)의 청색 광과, 제1형광체(31)로부터 방출된 예1의 녹색 광과, 제2형광체(33)로부터 방출된 예5의 적색 광을 혼합하여 백색 광을 구현할 경우, 예1의 제1형광체(31)와 예5의 제2형광체(33)의 함량 비율을 보면, 상기 제1형광체(31)의 함량은 40% 이하 예컨대, 25% 내지 40% 범위이며, 상기 제2형광체(33)의 함량은 60% 이상 예컨대, 60% 내지 75%의 범위가 될 수 있으며, 상기 몰딩 부재(41) 내의 형광체들(31,33)의 총 중량은 25w% 이상 예컨대, 25wt% 내지 50wt%의 범위일 수 있다. 이러한 예1 및 예5가 혼합된 백색 발광 소자로부터 방출된 광은 도 8과 같은 실시 예1의 파장 스펙트럼으로 나타난다.
실시 예2의 발광 소자에서 발광 칩(25)의 청색 광과, 제1형광체(31)로부터 방출된 예2의 녹색 광과, 제2형광체(33)로부터 방출된 예5의 적색 광을 혼합하여 백색 광을 구현할 경우, 예2의 제1형광체(31)와 예5의 제2형광체(33)의 함량 비율을 보면, 상기 제1형광체(31)의 함량은 45% 이하 예컨대, 20% 내지 45% 범위이며, 상기 제2형광체(33)의 함량은 55% 이상 예컨대, 55% 내지 80%의 범위가 될 수 있으며, 상기 몰딩 부재(41) 내의 형광체들(31,33)의 총 중량은 20w% 이상 예컨대, 20wt% 내지 45wt%의 범위일 수 있다. 이러한 예2 및 예5가 혼합된 백색 발광 소자로부터 방출된 광은 도 9와 같은 실시 예2의 파장 스펙트럼으로 나타난다.
실시 예3의 발광 소자에서 제1발광 칩(25)의 청색 광과, 제1형광체(31)로부터 방출된 예3의 녹색 광과, 제2형광체(33)로부터 방출된 예5의 적색 광을 혼합하여 백색 광을 구현할 경우, 예3의 제1형광체(31)와 예5의 제2형광체(33)의 함량 비율을 보면, 상기 제1형광체(31)의 함량은 40% 이하 예컨대, 25% 내지 40% 범위이며, 상기 제2형광체(33)의 함량은 60% 이상 예컨대, 60% 내지 70%의 범위가 될 수 있으며, 상기 몰딩 부재(41) 내의 형광체들(31,33)의 총 중량은 25w% 이상 예컨대, 25wt% 내지 50wt%의 범위일 수 있다. 이러한 예3 및 예5가 혼합된 백색 발광 소자로부터 방출된 광은 도 10와 같은 실시 예3의 파장 스펙트럼으로 나타난다.
실시 예4의 발광 소자에서 발광 칩(25)의 청색 광과, 제1형광체(31)로부터 예4의 녹색 광과, 제2형광체(33)로부터 방출된 예5의 적색 광을 혼합하여 백색 광을 구현할 경우, 예4의 제1형광체(31)와 예5의 제2형광체(33)의 함량 비율을 보면, 상기 제1형광체(31)의 함량은 40% 이하 예컨대, 20% 내지 40% 범위이며, 상기 제2형광체(33)의 함량은 60% 이상 예컨대, 60% 내지 80%의 범위가 될 수 있으며, 상기 몰딩 부재(41) 내의 형광체들(31,33)의 총 중량은 25w% 이상 예컨대, 25wt% 내지 50wt%의 범위일 수 있다. 이러한 예4 및 예5가 혼합된 백색 발광 소자로부터 방출된 광은 도 10와 같은 실시 예3의 파장 스펙트럼으로 나타난다.
실시 예 1-4는 도 11과 같이 CIE 1931의 색 영역으로 나타나며, 이때 실시 예1의 색 영역의 면적이 가장 넓게 나타남을 알 수 있다. 실시 예1-4에서 혼합된 백색 광의 색 좌표는 Cx=0.230 ~ 0.290의 범위이며, Cy=0.220 ~ 0.300의 범위일 수 있다. 도 13은 실시 예1의 NTSC 및 sRGB의 색 좌표를 나타낸 것이며, 도 14는 실시 예2의 NTSC 및 sRGB의 색 좌표를 나타낸 것이며, 도 15는 실시 예3의 NTSC 및 sRGB의 색 좌표를 나타낸 것이며, 도 16은 실시 예4의 NTSC 및 sRGB의 색 좌표를 나타낸 것이다.
실시 예에 따른 발광 소자에서 청색의 발광 칩(25)과, 제1형광체(31)의 예1-4와 제2형광체(33)의 예5에 의한 파장 스펙트럼은, 실시 예1-4의 CIE 1931 및 CIE 1976의 색 좌표 및 면적비는 다음과 같이 구해질 수 있다.
표 1은 상기 실시 예1의 CIE 1931 및 CIE 1976의 LCM(Liquid crystal module)의 색 좌표를 나타낸 표이다.
구분 CIE 1931 CIE 1976
색좌표(LCM) x y u' v'
적색 0.670 0.305 0.5032 0.5160
녹색 0.222 0.658 0.0852 0.5666
청색 0.150 0.054 0.1792 0.1450
백색 0.250 0.283 0.1697 0.4317
실시 예1의 발광 스펙트럼에 의한 색 영역에서의 면적 비를 보면 표 2와 같다.
면적비 CIE1931 CIE1976
LCM/NTSC 93.40% 115.22%
면적비/sRGB 131.87% 132.14%
Overlap/DCI 87.77% 94.81%
여기서, LCM(Liquid crystal module)은 액정표시모듈의 표준 규격이며, 상기 DCI(Digital cinema initiatives)는 디지털 시네마의 표준 규격이며, 중첩/DCI는 색 영역의 중첩 비율을 나타낸 것이다.
표 3은 상기 실시 예3의 CIE 1931 및 CIE 1976의 색 좌표를 나타낸 표이다.
구분 CIE 1931 CIE 1976
색좌표(LCM) x y u' v'
적색 0.668 0.307 0.4990 0.5169
녹색 0.239 0.650 0.0925 0.5668
청색 0.151 0.051 0.1817 0.1394
백색 0.257 0.284 0.1744 0.4338
실시 예2의 발광 스펙트럼에 의한 색 영역에서의 면적 비를 보면 표 4와 아래와 같다.
면적비 CIE1931 CIE1976
LCM/NTSC 90.81% 113.74%
면적비/sRGB 128.21% 130.45%
중첩/DCI 88.62% 95.05%
표 5는 상기 실시 예3의 CIE 1931 및 CIE 1976의 색 좌표를 나타낸 표이다.
구분 CIE 1931 CIE 1976
색좌표(LCM) x y u' v'
적색 0.664 0.309 0.4932 0.5171
녹색 0.251 0.643 0.0982 0.5665
청색 0.151 0.048 0.1845 0.1319
백색 0.256 0.277 0.1761 0.4292
실시 예3의 발광 스펙트럼에 의한 색 영역에서의 면적 비를 보면 표 6과 같다.
면적비 CIE1931 CIE1976
LCM/NTSC 88.19% 112.47%
면적비/sRGB 124.51% 128.99%
중첩/DCI 88.50% 94.56%
표 7은 상기 실시 예4의 CIE 1931 및 CIE 1976의 색 좌표를 나타낸 표이다.
구분 CIE 1931 CIE 1976
색좌표(LCM) x y u' v'
적색 0.657 0.313 0.4838 0.5175
녹색 0.265 0.637 0.1048 0.5669
청색 0.152 0.045 0.1880 0.1243
백색 0.255 0.276 0.1761 0.4281
실시 예4의 발광 스펙트럼에 의한 색 영역에서의 면적 비를 보면 표 8과 같다.
면적비 CIE1931 CIE1976
LCM/NTSC 85.11% 109.91%
면적비/sRGB 120.16% 126.06%
중첩/DCI 86.39% 92.49%
상기 표 1, 3, 5, 7에서 색 좌표(x,y)(u',v')의 오차 범위는 ±0.005 범위로 설정될 수 있다. 상기 표 2, 4, 6, 8에서 보면, 실시 예4보다는 실시 예1에 가까울수록 LCM/NTSC와 면적비/sRGB의 비율이 더 크게 나타나며, 면적비가 커질수록 색 재현율이 더 개선될 수 있다. 특히 NTSC에서의 면적비를 보면, 실시 예4에 비해 실시 예1의 면적비가 CIE 1931에서는 7% 이상, CIE 1976에서는 5% 이상이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 발광 소자에서 녹색 형광체의 피크 파장이 단 파장으로 이동할수록 반치폭이 줄어들고 NTSC 등에서 면적비 및 중첩비가 증가하게 되므로, 디스플레이 장치에서 색을 구현할 수 있는 범위가 커지게 되어, 고색재현이 가능할 수 있다.
실시 예의 발광 소자는 NTSC, sRGB, DCI 등에서 피크 파장이 단 파장으로 이동할수록 색 재현율, 특히 보다 사실적인 녹색 및 적색의 색 재현율을 가질 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자를 LCD 모듈에 적용할 경우 검출된 CIE 1976에서의 면적비를 보면, 녹색 및 적색 광이 더 벌어지게 되어 전체적으로 NTSC의 색 영역에 비해 115% 이상, sRGB의 색 영역에 비해 130% 이상으로 구해질 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)는 황색 형광체를 사용하지 않아, 적색 연색 지수(R9)를 개선시켜 줄 수 있고 또한 반치폭이 좁은 적색 스펙트럼을 제공함으로써, 고연색 지수를 가지는 조명을 만들 수 있다.
상기 발광 소자(10)는 상기 발광 칩(25)이 UV 발광 칩인 경우, 청색 형광체를 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자(10)는 백색 발광 소자로서, 색온도에 따라 2500K-4000K의 웜 화이트(warm white), 6500K-7000K의 쿨 화이트(cool white), 3000-4000K의 뉴트럴 화이트(neutral white), 퓨어 화이트(pure white) 소자로 구현될 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 2를 설명함에 있어서, 도 1과 동일한 부분은 도 1의 설명을 참조하기로 한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15)에 복수의 몰딩 부재(42,43)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(42,43) 중 어느 하나에 형광체(31,33)가 배치될 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(42,43)은 제1,2몰딩 부재(42,43)을 포함하며, 상기 형광체(31,33)는 상기 제2몰딩 부재(43)에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2몰딩 부재(42,43)의 두께 비율을 보면, 2:1 내지 1:3의 범위일 수 있으며, 상기 제2몰딩 부재(43)의 두께 비율이 상기 범위보다 작은 경우 전달되는 열을 분산하는 능력이 저하될 수 있으며, 상기 범위보다 클 경우 발광 소자(10)의 두께가 두꺼워질 수 있는 문제가 있다.
상기 형광체(31,33)는 발광 칩(25)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(43)는 상기 발광 칩(25)로부터 0.2mm 이상의 간격을 가질 수 있으며, 상기 간격이 0.2mm 보다 좁은 경우 형광체의 열화 문제가 발생될 수 있다. 상기 발광 칩(25)에 접촉되는 제1몰딩 부재(42)에는 형광체 예컨대, 어떠한 종류의 형광체를 첨가하지 않을 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(42) 상에 배치된 제2몰딩 부재(43) 내에는 제1 및 제2형광체(31,33)가 첨가될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 및 제2형광체(31,33)는 상기 발광 칩(25)로부터 발생된 열에 의한 손해가 감소될 수 있다.
상기 제1몰딩 부재(42)와 상기 제2몰딩 부재(43)은 동일한 수지 재질 예컨대, 실리콘 또는 에폭시를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)의 특징은 상기 실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 실시 예에 따른 발광 소자는 황색 형광체를 이용하거나 녹색 파장 중에서 장 파장의 피크 파장을 사용하는 녹색 형광체와 반치 폭이 넓은 적색 형광체를 사용하는 구성에 비해, 색 재현율이 높고 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있으며, 특히 더 진하고 선명한 녹색 및 적색을 제공할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 3를 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 부분은 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15)에 복수의 몰딩 부재(44,45,46)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 몰딩 부재(45,46) 중 적어도 2개에는 서로 다른 종류의 형광체(31,33)가 첨가될 수 있다.
상기 캐비티(15)에 제1몰딩 부재(44), 상기 제1몰딩 부재(44) 위에 제2몰딩 부재(45) 및 상기 제2몰딩 부재(45) 위에 제3몰딩 부재(46)를 포함할 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(44)는 발광 칩(25)에 접촉되며, 그 내부에는 어떠한 종류의 형광체가 첨가되지 않을 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(45) 내에는 제1형광체(31)가 첨가되고, 제3몰딩 부재(46) 내에 제2형광체(33)가 첨가될 수 있다.
상기 제1내지 제3몰딩 부재(44,45,46)의 두께 비율을 보면, 2:1:1 내지 3:1:1 범위일 수 있다. 상기 제2몰딩 부재(45)의 두께는 상기 제1몰딩 부재(44)의 두께에 비해 두껍거나 얇을 수 있으며, 상기 제3몰딩 부재(46)의 두께와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제1몰딩 부재(43)의 두께 비율이 상기 범위보다 작은 경우 전달되는 열을 분산하는 능력이 저하되어 형광체에 많은 열이 전달될 수 있는 문제가 발생될 수 있으며, 상기 범위보다 클 경우 발광 소자(10)의 두께가 두꺼워질 수 있는 문제가 있다.
상기 제1 내지 제3몰딩 부재(44,45,46)은 동일한 투광성 수지 재질이거나, 굴절률 차이가 있는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)의 특징은 상기 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
다른 예로서, 캐비티(15) 내에 복수의 몰딩부재(44,45,46)가 배치된 경우, 제1 및 제2형광체(31,33) 중 피크 파장대역이 낮은 형광체 예컨대, 제1형광체(31)가 제2형광체(33)가 첨가된 몰딩부재 보다 낮은 위치에 있는 몰딩 부재에 첨가될 수 있다. 또는 반대로, 제1 및 제2형광체(31,33) 중 피크 파장대역이 높은 형광체 예컨대, 제2형광체(33)가 제1형광체(31)가 첨가된 몰딩부재보다 낮은 위치에 있는 몰딩 부재에 첨가될 수 있다. 또한 각 제3형광체(31,33)는 각 몰딩 부재(45,46)의 상면에 인접하거나 하면에 분포할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시 예에 따른 발광 소자는 황색 형광체를 이용하거나 녹색 파장 중에서 장 파장의 피크 파장을 사용하는 녹색 형광체와 반치 폭이 넓은 적색 형광체를 사용하는 구성에 비해, 색 재현율이 높고 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있으며, 특히 더 진하고 선명한 녹색 및 적색을 제공할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 4를 설명함에 있어서, 상기의 실시 예와 동일한 구성은 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 소자는 몸체(11)의 캐비티(15) 내에 몰딩 부재(49), 및 상기 몸체(11) 상에 형광체(31,33)를 갖는 필름(30)을 포함할 수 있다.
상기 몰딩 부재(49)에는 어떠한 종류의 형광체가 첨가되지 않을 수 있다. 이에 따라 발광 칩(25)으로부터 발생된 열에 의해 상기 형광체(31,33)에 영향을 주는 것을 감소시켜 줄 수 있다.
상기 필름(30)은 투명한 필름으로서, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함한다. 상기 필름(30) 내에서의 형광체(31,33)의 함량은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다. 상기 필름(30)은 형광체(31,33)가 상면 또는/및 하면 상에 도포된 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 필름(30)은 상기 몰딩 부재(49)의 상면 면적보다 큰 면적을 가질 수 있어, 내부의 형광체들(31,33)에 의한 파장 변환 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 필름(30)은 몰딩 부재(49)의 출사면과 접촉되어 고정될 수 있다. 상기 필름(30)의 너비는 측 단면에서 상기 리드 프레임(21,23)의 너비의 합보다 좁을 수 있고, 상기 몸체(11)의 너비보다 좁을 수 있다. 상기 필름(30)의 너비가 상기 몸체(11)의 외측으로 노출될 경우 광 손실이 발생될 수 있는 문제가 있다. 상기 필름(30)은 접착제로 몸체(11) 상면에 부착될 수 있다.
상기 형광체(31,33)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 제1 및 제2형광체(31,33)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)는 실시 예에 개시된 설명을 참조하기로 한다. 상기 제1 및 제2형광체(31,33)가 상기 발광 칩(25)으로부터 이격되어 배치됨으로써, 상기 몰딩 부재(49)의 출사면을 통해 방출된 광에 대해 파장 변환할 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 형광체를 갖는 라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 라이트 유닛은 회로 기판(50) 상에 하나 또는 복수의 발광 칩(25,25A)이 배치되며, 상기 발광 칩(25,25A)의 둘레에 반사 부재(55)가 배치되며, 상기 발광 칩(25,25A) 상에 형광체(31,33)를 갖는 필름(30A)이 배치될 수 있다. 상기 필름(30A)의 너비는 측 단면에서 반사 부재(55) 사이의 영역(60)보다는 넓을 수 있고 상기 반사부재(55)의 너비보다 좁을 수 있다. 상기 필름(30A)의 너비가 상기 반사부재(55)의 너비보다 큰 경우, 외부에 노출될 수 있어 광 손실이 발생될 수 있다.
상기 회로 기판(50)은 회로 패턴을 가지고 상기 발광 칩(25,25A)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 회로 기판(50) 상에 복수의 발광 칩(25,25A)이 배치된 경우, 상기 복수의 발광 칩(25,25A)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수의 발광 칩(25,25A)는 서로 동일한 청색 피크 파장이거나 서로 다른 청색 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 회로 기판(50)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 회로 기판(50)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 회로 기판(50)의 상면에는 반사 재질이 배치되어, 광을 반사할 수 있다.
상기 반사 부재(55)는 반사성 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 실리콘 계열, 또는 에폭시 계열, 또는 플라스틱 재질을 포함하며, 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 반사 부재(55) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 상기 반사 부재(55)는 상기 발광 칩(25,25A)의 외측 둘레에 배치되어, 상기 발광 칩(25,25A)으로부터 방출된 광을 반사할 수 있다.
상기 회로 기판(50)과 상기 필름(30A) 사이의 영역(60)은 투명한 영역으로서, 광을 투과하는 재질로 형성될 수 있다. 상기 광을 투과하는 재질은 공기이거나 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 투명한 영역(60) 상에는 상기 필름(30A)이 배치될 수 있다. 상기 필름(30A)은 상기 투명한 영역(60)에 수지 재질이 채워진 경우, 상기 수지 재질과 접촉될 수 있다.
상기 필름(30A)은 투명한 필름으로서, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함한다. 상기 필름(30A)은 형광체(31,33)가 위 또는/및 아래에 도포된 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 필름(30A)은 상기 반사 부재(55) 상에 더 연장될 수 있어, 내부의 형광체(31,33)에 의한 파장 변환 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 칩(25,25A)은 자외선 광 및 청색 광 중 적어도 하나를 발광할 수 있다. 상기 형광체(31,33)는 제1, 2형광체(31,33)를 포함하며 상기 제1, 2형광체(31,33)는 실시 예에 개시된 형광체를 포함할 수 있으며, 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다. 실시 예에 따른 라이트 유닛은 황색 형광체를 이용하거나 녹색 파장 중에서 장 파장의 피크 파장을 사용하는 녹색 형광체와 반치 폭이 넓은 적색 형광체를 사용하는 구성에 비해, 색 재현율이 높고 Red/Green/Blue 칩을 사용하는 경우와 동등 수준인 색 재현율을 제공할 수 있으며, 특히 더 진하고 선명한 녹색 및 적색을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 몰딩 부재 또는 필름 상에는 광의 지향각을 변환하는 광학 렌즈가 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈는 상기 몰딩 부재 또는 필름을 통해 방출된 광의 경로를 변환하여, 원하는 지향각 분포로 방사할 수 있다.
<조명 시스템>
실시예에 따른 발광 소자 또는 라이트 유닛은 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 17 및 도 18에 도시된 표시 장치, 도 19에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 17은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 17을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다. 상기 광원 모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(1035)를 포함하며, 상기 발광 소자(1035)는 상기 회로 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 회로 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 회로 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(1035)는 상기 회로 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일측 면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 18은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(1124)가 어레이된 회로 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 회로 기판(1120)과 상기 발광 소자(1124)는 광원 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 광원 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(1150)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 광원 모듈(1160)은 회로 기판(1120) 및 상기 회로 기판(1120) 위에 배열된 복수의 발광 소자(1062)를 포함한다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(poly methyl methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 광원 모듈(1160) 위에 배치되며, 상기 광원 모듈(1160)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 19는 실시 예에 따른 발광소자를 갖는 조명장치의 분해 사시도이다.
도 19를 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합되고, 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 확산재를 갖는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 이러한 유백색 재료를 이용하여 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛을 산란 및 확산되어 외부로 방출시킬 수 있다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 발광 소자(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 조명소자(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 조명소자(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(Electrostatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)는 전선을 통해 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시 예에 따른 표시 장치 또는 조명 시스템에서는 실시 예에 개시된 적색 및 녹색 형광체를 포함함으로써, 적색 및 녹색의 색 순도를 보다 사실 적으로 표현해 줄 수 있어, 조명 또는 표시 장치에서의 색 재현율을 향상시켜 줄 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 발광 소자 11: 몸체
15: 캐비티 21: 제1리드 프레임
23: 제2리드 프레임 25,25A: 발광 칩
41: 몰딩부재 30,30A: 필름
31: 제1형광체 33: 제2형광체

Claims (10)

  1. 발광 칩;
    상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 녹색의 제1피크 파장을 발광하는 제1형광체;
    상기 발광 칩으로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 적색의 제2피크 파장을 발광하는 제2형광체를 포함하며,
    상기 제1형광체는 530nm 이하의 피크 파장 및 50nm 미만의 반치 폭을 가지며,
    상기 제2피크 파장은 620nm 이상의 피크 파장과 20nm 이하의 반치 폭을 갖는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 칩은 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 발광하며,
    상기 제1피크 파장은 525nm 내지 529nm의 범위를 갖는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1피크 파장은 45nm 내지 49nm 범위의 반치 폭을 갖는 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광 소자 상에 상기 제1 및 제2형광체를 갖는 몰딩 부재 또는 필름을 포함하며,
    상기 제2형광체의 함량이 상기 제1형광체의 함량보다 더 높은 발광 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형광체는 β-SiAlON(Beta-SiAlON)를 포함하는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2형광체는, MGF계 형광체, KSF계 형광체 또는 KTF계 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2형광체는 625nm 내지 640nm의 피크 파장을 발광하며 5nm 내지 9nm의 범위의 반치 폭을 갖는 KSF계 형광체를 포함하는 발광 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2형광체의 함량은 상기 제1형광체의 함량보다 높고 60% 내지 75% 범위를 갖는 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광 소자로부터 방출된 광의 색 좌표는, Cx=0.230 ~ 0.290의 범위이며, Cy=0.220 ~ 0.300의 범위를 갖는 발광 소자.
  10. 제5항의 발광 소자를 갖는 라이트 유닛.
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