KR20170121872A - 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치 - Google Patents

형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
또한 실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 청색 발광소자와, 상기 청색 발광소자 상에 배치되는 몰딩부재와, 상기 몰딩부재 내에 배치된 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체는 β-SiAlON:Eu2 + 계열의 녹색 형광체와, CaAlSiN3:Eu2 + 계열의 적색 형광체를 포함하여 청색 발광파장을 여기 파장으로 백색광원의 3파장 스펙트럼을 구현할 수 있다.

Description

형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치{PHOSPHOR COMPOSITION, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING APPARATUS}
실시예는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족의 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 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, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이러한 발광소자는 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 발광되는 다양한 빛을 조합함으로써 효율이 좋은 백색광도 구현이 가능하며 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
한편, 백색광을 구현하는 방법으로는 단일 칩일 활용하는 방법과 멀티 칩을 활용하는 방법이 있다.
예를 들어, 단일 칩으로 백색광을 구현하는 경우에 있어서, 청색 LED로부터 발광하는 빛과 이를 이용해서 적어도 하나의 형광체들을 여기 시켜 백색광을 얻는 방법이 사용되고 있다.
또한 단일 칩 형태로 백색광을 구현하는 방법으로 청색이나 자외선(UV: Ultra Violet) 발광 다이오드 칩 위에 형광물질을 결합하는 것과 멀티 칩 형태로 제조하여 이를 서로 조합하여 백색광을 얻는 방법으로 나누어진다.
멀티 칩 형태의 경우 대표적으로 RGB(Red, Green, Blue)의 3 종류의 칩을 조합하여 제작하는 방법이 있다.
한편, 종래 기술에 의하면, 청과나 정육 등에 사용되는 조명은 일반 3파장의 형광등이 사용된다. 그러나, LED 조명은 3파장이 아닌 스펙트럼이라서 선명한 색의 구현이 어려운 점이 있다.
또한 종래기술에서 발광소자 또는 발광소자를 구비한 조명장치에 의한 색상재현은 통상 연색 평가 지수(CRI; Color Rendering index) 또는 평균 연색 평가 지수(CRI Ra)를 이용하여 측정된다.
CRI의 계산에서, 기준 발광체 및 시험 소스에 의해 조명될 때 14개 반사 샘플들의 색상 표현(color appearance)이 시뮬레이트 된다. 시험 및 기준 조명 사이에서의, 각각의 샘플에 대한, 색상 현시에서의 차이 △Ei는 CIE 1964 W*U*V 균일 색상 공간에서 계산된다. 따라서 이것은 특정 램프에 의해 조사될 때 물체의 표면 색상과 휘도에서의 상대적 이동 측정치를 제공한다.
일반적인 연색 평가 지수 CRI Ra는, 모두가 낮은 내지 중간의 유채색 포화(chromatic saturation)를 갖는 처음 8개 인덱스를 이용하는 수정된 평균이다.
조명 시스템에 의해 조사되는 한 세트의 시험 색상의 색 좌표와 상대적 휘도가 기준 방사기에 의해 조사되는 동일한 시험 색상의 좌표와 동일하다면 CRI Ra는 100이다.
한편, 태양광(daylight)은 높은 CRI(약 100의 Ra)를 가지며, 형광 램프도 95보다 큰 Ra를 가지며, 형광 조명은 물체의 색상이 중요하지 않은 일반적인 조명으로 70-80의 Ra를 가질 수 있다.
또한 일반적인 내부 조명의 경우, CRI Ra > 80이 허용 가능하며, CRI Ra > 85 이상 예컨대, CRI Ra > 90은 더 높은 색상 품질을 제공한다.
즉, 보통 광원에서 일반적으로 CRI 70 미만의 경우 저품질 광원으로 지시등과 같은 분야에 활용된다. 70~90사이는 조명분야에 활용되는데, 최근에 CRI 95~100 의 제품이 등장하고 있으며 고급 상품 조명이나, 박물관등에서 활용되고 있다.
그러나 연색성(CRI)이 올라가게 되면 높은 소비전력 등에 의해 광효율은 낮아지게 되는 문제가 있다.
또한 CRI는 색상 렌더링, 또는 색상 충실도만을 평가하고, 색채 구별 또는 관찰자 선호도 등의 다른 양태의 색상 품질은 무시하게 되는데, CRI는 80을 넘더라도 Rg(Color Gamut Index)가 95~100사이의 수준으로 색의 품질(Quality)이 낮은 문제가 있다.
실시예는 피사체의 특성을 고려한 3 파장 스펙트럼의 구현이 가능함으로써 피사체에 조명이 비춰졌을 때 선명한 색상의 구현이 가능한 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 낮은 CIR 값에서도 Rg(Color Gamut Index)가 높아 색의 품질이 높은 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 형광체 조성물은 몰딩부 내에 배치되는 형광체 조성물에서, β-SiAlON:Eu2+ 계열의 녹색 형광체와, CaAlSiN3:Eu2 + 계열의 적색 형광체를 포함하여 청색 발광파장을 여기 파장으로 백색광원의 3파장 스펙트럼을 구현할 수 있다.
또한 실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 청색 발광소자와, 상기 청색 발광소자 상에 배치되는 몰딩부재와, 상기 몰딩부재 내에 배치된 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체는 β-SiAlON:Eu2 + 계열의 녹색 형광체와, CaAlSiN3:Eu2 + 계열의 적색 형광체를 포함하여 청색 발광파장을 여기 파장으로 백색광원의 3파장 스펙트럼을 구현할 수 있다.
또한 실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
실시예는 피사체의 특성을 고려한 3 파장 스펙트럼의 구현이 가능함으로써 피사체에 조명이 비춰졌을 때 선명한 색상의 구현이 가능한 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 낮은 CIR 값에서도 Rg(Color Gamut Index)가 높아 색의 품질(Quality)가 높은 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 CIR 값이 70 내지 80 범위 이면서도 Rg(Color Gamut Index)가 110~120 사이의 높은 색 퀄리티를 얻을 수 있는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 패키지 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터.
도 3은 종래기술에 따른 발광소자에서 Rg(Color Gamut Index) 데이터.
도 4는 종래기술에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터.
도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터.
도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 Rg(Color Gamut Index) 데이터.
도 7은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 Rf(Fidelity Index) 데이터.
도 8은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터.
도 10은 제2 실시예에 따른 발광소자에서 Rg(Color Gamut Index) 데이터.
도 11은 제2 실시예에 따른 발광소자에서 Rf(Fidelity Index) 데이터.
도 12는 제2 실시예에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터.
도 13은 제2 실시예에 따른 발광소자의 패키지 단면도.
도 14는 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
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.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 패키지(101) 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예의 발광소자 패키지(101)는 몸체(11), 복수의 리드 프레임(21,23), 발광 칩(25), 형광체(31,33) 및 몰딩부재(41) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예의 발광소자 패키지(101)는 몸체(11)와 상기 몸체(11) 상에 배치된 복수의 리드 프레임(21,23), 상기 복수의 리드 프레임(21,23)과 전기적으로 연결된 발광 칩(25)과 상기 발광 칩(25) 상에 배치되며 형광체(31,33)를 구비한 몰딩부재(41)를 포함할 수 있다.
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. 또는 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 포함할 수 있고, 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.
또한 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, 상기 몸체(11)는 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.
실시예는 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 혼합할 수 있다.
상기 몸체(11)는 상기 몸체(11)의 상면으로부터 소정 깊이로 함몰되며 상부가 오픈된 캐비티(15)를 포함할 수 있다. 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 배치될 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 배치될 수 있으며, 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 하나에 연결 부재(27)로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 연결 부재(27)는 전도성 재질 예컨대, 금속 재질의 와이어를 포함할 수 있다.
상기 발광 칩(25)은 청색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 칩(25)은 청색 피크 파장 예컨대, 400nm 내지 470nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 또한 실시예의 상기 청색 발광소자(25)는 430nm ~ 460nm의 발광 파장범위의 청색 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 배치될 수 있으며, 상기 몰딩부재(41)는 실시예에 따른 형광체(31,33)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(31,33)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 형광 물질을 포함할 수 있다.
상기 형광체(31,33)는 예컨대, 서로 다른 피크 파장을 발광하는 제1형광체(31) 및 제2형광체(33)를 포함할 수 있다. 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 형광체(31)는 570nm 이하 예컨대, 540nm 내지 560nm의 피크 파장을 발광할 수 있다. 또한 상기 녹색 형광체(31)는 525nm ~ 545nm의 피크 파장범위를 가질 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.
예를 들어, 상기 제1 형광체(31)는 β-SiAlON:Eu 계열의 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 녹색 형광체(31)는 β-Si6 - zAlzOzN8 - z:Eu2 + z(0.01 ≤ z ≤ 5.99)의 조성을 구비하는 형광체 조성물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광 칩(25)로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 제2피크 파장 예컨대, 적색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(33)는 화합물계 형광체 예컨대, (Ca,Sr)S:Eu2 + 또는 질화물계 예컨대, CaAlSiN3:Eu2 + 형광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 형광체(32)는 (Sr,Ca)1- xAlSiN3:Eu2 + x (0.01 ≤ x ≤ 0.3)의 조성을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 형광체(32)의 활성체는 Mn4 + 등의 4가 전이금속 이온이거나, 각종 희토류 이온이나 전이금속 이온에서 선택되는 금속 이온일 수 있음, 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.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광 칩(25)으로부터 방출된 청색 파장을 여기 파장으로 하여 적색 예컨대, 적색 피크 파장 중에서 장 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(33)로부터 방출된 제2피크 파장은 645nm 이상 예컨대, 645nm 내지 670nm의 피크 파장을 발광할 수 있다.
실시예에서 녹색 형광체인 제1 형광체(31)는 적색 형광체인 제2 형광체(32) 보다 높은 비율로 형광체 조성물이 형성될 수 있다. 예를 들어, 녹색 형광체인 제1 형광체(31)와 적색 형광체인 제2 형광체(32)의 상대적 비율은 85%~95%: 5%~15%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 실시예에서 상기 몰딩부재(41) 대비 상기 형광체의 비율은 20 wt%~40wt%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
실시 예에 따른 백색 광은 하나 또는 복수의 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 갖는 조명 장치로부터 방출된 청색, 녹색 및 적색의 스펙트럼 조합에 의해 형성될 수 있다. 또한 실시 예에 따른 발광 소자 또는 이를 갖는 조명 장치는 반도체로 이루어진 발광 칩(25)과 이를 통해 방출된 일부 광을 파장 변환하는 2종 이상의 형광체(31,33)을 포함하는 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시예에서 상기 형광체 조성물의 조합으로 구현되는 백색 광원의 용도는 실내외 조명, 형광등 대체용 조명, 정육 및 청과등에 사용하는 조명 등에 에 적용이 가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 피사체의 특성을 고려한 3 파장 스펙트럼의 구현이 가능함으로써 피사체에 조명이 비춰졌을 때 선명한 색상의 구현이 가능한 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 낮은 CIR 값에서도 Rg(Color Gamut Index)가 높아 색의 품질(Quality)가 높은 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
이하 실시예에 따른 발광소자 패키지의 기술적 효과에 대해 상술하기로 한다.
우선 도 2는 종래기술에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터이며, 도 3은 종래기술에 따른 발광소자에서 생 영역 수치(Color Gamut Index: Rg) 데이터이며, Rf(Fidelity Index)는 81, Rg는 98로 나타났다.
종래기술의 LED 조명에서의 파장 스펙트럼에서의 CRI(Color Rendering index)는 약 80인데, Rg는 95~100사이의 수준으로 색의 품질이 낮은 문제점이 있었다.
즉, 종래기술에서 연색성(CRI)은 80 정도로 높은 상태로서 높은 소비전력 등에 의해 광효율은 낮아짐과 아울러, CRI가 80을 넘더라도 Rg(Color Gamut Index)가 100 미만 수준으로 색의 퀄리티가 낮은 문제가 있다.
도 4는 종래기술에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터이며, 이는 색 영역 수치(Color Gamut Index: Rg)을 총 16개의 구분으로 하였을 때, 채도 색의 이동비율 (Chroma shift)이 -10%를 초과하였다.
도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터(Case-1)이며, 도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 Rg(Color Gamut Index) 데이터이다.
제1 실시예에서 백색광원의 3파장 스펙트럼의 색영역 수치(Color Gamut Index: Rg)는 110 이상으로 나타났으며, 실시예에 의할 때, 피사체의 특성을 고려한 3 파장 스펙트럼의 구현이 가능함으로써 피사체에 조명이 비춰졌을 때 선명한 색상의 구현이 가능한 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제1 실시예에 다른 발광소자의 파장 스펙트럼에서 Rf(Fidelity Index)는 75, Rg (Color Gamut Index)는 114로 색의 품질이 높게 나타났다.
또한 실시예는 낮은 CIR 값에서도 Rg(Color Gamut Index)가 높아 색의 퀄리티가 높은 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 CIR 값이 70 내지 80 범위 이면서도 Rg(Color Gamut Index)가 110 이상인 높은 색 퀄리티를 얻을 수 있는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 도 7은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 Rf(Fidelity Index) 데이터이며, 도 8은 제1 실시예에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터인데, 색 영역 수치(Color Gamut Index: Rg)를 총 16개의 구분으로 하였을 때 각각의 수치가 최소 50 이상이며, 채도 색의 이동비율 (Chroma shift)이 -10% ~ 20% 이내일 수 있다.
예를 들어, 제1 실시예에서 색 영역 수치(Color Gamut Index: Rg)를 총 16개의 구분으로 하였을 때 각각의 수치가 최소 60 이상이며, 채도 색의 이동비율 (Chroma shift)이 -5% ~ 20% 이내일 수 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자에서 파장 스펙트럼 데이터(Case-2)이며, 도 10은 제2 실시예에 따른 발광소자에서 Rg(Color Gamut Index) 데이터이다.
제2 실시예에서 백색광원의 3파장 스펙트럼의 색영역 수치(Color Gamut Index: Rg)는 120 근접하게 나왔으며, 이에 따라 피사체의 특성을 고려한 3 파장 스펙트럼의 선명한 구현이 가능함으로써 피사체에 조명이 비춰졌을 때 매우 선명한 색상의 구현이 가능한 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 다른 발광소자의 파장 스펙트럼에서 Rf(Fidelity Index)는 72, Rg(Color Gamut Index)는 119로 매우 높은 색의 품질이 나타났다.
또한 실시예에 의하면 낮은 CIR 값에서도 Rg(Color Gamut Index)가 높아 색의 퀄리티가 높은 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 CIR 값이 70 내지 80 범위 이면서도 Rg(Color Gamut Index)가 110~120 사이의 높은 색 퀄리티를 얻을 수 있는 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 도 11은 제2 실시예에 따른 발광소자에서 Rf(Fidelity Index) 데이터이며, 도 12는 제2 실시예에 따른 발광소자에서 채도 색의 이동비율 (Chroma shift) 데이터인데, 색 영역 수치(Color Gamut Index: Rg)를 총 16개의 구분으로 하였을 때 각각의 수치가 최소 50 이상이며, 채도 색의 이동비율 (Chroma shift)이 -10% ~ 20% 이내일 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에서 색 영역 수치(Color Gamut Index: Rg)를 총 16개의 구분으로 하였을 때 각각의 수치가 최소 55 이상이며, 채도 색의 이동비율 (Chroma shift)이 -3% ~ 20% 이내일 수 있다.
도 13은 제2 실시예에 따른 발광소자의 패키지(102) 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하에 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 설명하기로 한다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자의 패키지(102)는 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)의 저면은 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 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 제1 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 황색 형광체를 이용하는 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.
실시예에 따른 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 14는 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
실시예에 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 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 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 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 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.
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.
패키지 몸체(11), 청색 발광소자(25),
몰딩부재(41), 녹색 형광체(31), 적색 형광체(32)

Claims (12)

  1. 몰딩부 내에 배치되는 형광체 조성물에서,
    상기 형광체 조성물은
    β-SiAlON:Eu2 + 계열의 녹색 형광체와,
    CaAlSiN3:Eu2 + 계열의 적색 형광체를 포함하여 청색 발광파장을 여기 파장으로 백색광원의 3파장 스펙트럼을 구현할 수 있는 형광체 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 청색 발광파장은 430nm ~ 460nm의 파장이며,
    상기 녹색 형광체는 525nm ~ 545nm의 파장을 가지며,
    상기 녹색 형광체는 β-Si6 - zAlzOzN8 - z:Eu2 + z(0.01 ≤ z ≤ 5.99)의 조성을 구비하는 형광체 조성물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 645nm ~ 670nm의 파장을 가지며,
    상기 적색 형광체는 (Sr,Ca)1- xAlSiN3:Eu2 + x (0.01 ≤ x ≤ 0.3)의 조성을 구비하는 형광체 조성물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 녹색 형광체와 상기 적색 형광체의 상대적 비율은 85%~95%: 5%~15%인 형광체 조성물.
  5. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 배치되는 청색 발광소자;
    상기 청색 발광소자 상에 배치되는 몰딩부재;
    상기 몰딩부재 내에 배치된 형광체를 포함하며,
    상기 형광체는,
    β-SiAlON:Eu2 + 계열의 녹색 형광체와,
    CaAlSiN3:Eu2 + 계열의 적색 형광체를 포함하여 청색 발광파장을 여기 파장으로 백색광원의 3파장 스펙트럼을 구현하는 발광소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 청색 발광소자는 430nm ~ 460nm의 발광 파장의 빛을 발광하며,
    상기 녹색 형광체는 525nm ~ 545nm의 파장을 가지며,
    상기 녹색 형광체는 β-Si6 - zAlzOzN8 - z:Eu2 + z(0.01 ≤ z ≤ 5.99)의 조성을 구비하는 발광소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 645nm ~ 670nm의 파장을 가지며,
    상기 적색 형광체는 (Sr,Ca)1- xAlSiN3:Eu2 + x (0.01 ≤ x ≤ 0.3)의 조성을 구비하는 발광소자 패키지.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 녹색 형광체와 상기 적색 형광체의 상대적 비율은 85%~95%: 5%~15%인 발광소자 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몰딩부재 대비 상기 형광체의 비율은 20 wt%~40wt%인 발광소자 패키지.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 백색광원의 3파장 스펙트럼의 색영역 수치(Color Gamut Index: Rg)는 110 이상인 발광소자 패키지.
  11. 제5 항에 있어서,
    CIR(Color Rendering index) 값이 70 내지 80이면서, Rg(Color Gamut Index)가 110~120인 발광소자 패키지.
  12. 제5 항 내지 제11항 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치.
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