KR20190031968A - 백색 발광다이오드 패키지 - Google Patents
백색 발광다이오드 패키지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190031968A KR20190031968A KR1020170120325A KR20170120325A KR20190031968A KR 20190031968 A KR20190031968 A KR 20190031968A KR 1020170120325 A KR1020170120325 A KR 1020170120325A KR 20170120325 A KR20170120325 A KR 20170120325A KR 20190031968 A KR20190031968 A KR 20190031968A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phosphor
- emitting diode
- light emitting
- content
- diode package
- Prior art date
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 196
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000009877 rendering Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 18
- 102100032047 Alsin Human genes 0.000 claims description 4
- 101710187109 Alsin Proteins 0.000 claims description 4
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 claims description 2
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 51
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 238000012888 cubic function Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229920006336 epoxy molding compound Polymers 0.000 description 2
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
- H01L33/502—Wavelength conversion materials
- H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
본 발명은 백색 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 발광다이오드 칩과 형광체(phosphor)를 이용한 백색 발광다이오드 패키지로서, 태양광 스펙트럼에 유사한 광스펙트럼의 빛을 구현하고, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 외곽체적 및 봉지재의 중량 대비 형광체의 중량에 따라서 상이한 점도의 봉지재의 사용하여 이러한 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높이는, 백색 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 근자외선 영역대의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드 칩; 서로 이격된 제1 부분 및 제2 부분으로 이루어지고, 상기 제1 부분 혹은 상기 제2 부분 위에 상기 자외선 발광다이오드 칩이 배치되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 외부 회로와 전기적으로 연결하는 리드프레임; 상기 리드프레임의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분과 상기 자외선 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩와이어; 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 가시광선 파장영역의 빛을 방출하는 물질인 형광체;및 상기 형광체와 혼합되어 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되는 봉지재;를 포함하고, 상기 자외선 발광다이오드 칩은 빛의 파장이 380~420nm이고, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 2200K ~ 8000K 의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현한다.
Description
본 발명은 백색 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선 발광다이오드 칩과 형광체(phosphor)를 이용한 백색 발광다이오드 패키지로서, 태양광 스펙트럼에 유사한 광스펙트럼의 빛을 구현하고, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 외곽체적 및 봉지재의 중량 대비 형광체의 중량에 따라서 상이한 점도의 봉지재의 사용하여 이러한 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높이는, 백색 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
백열등, 형광등 및 할로겐 등과 같은 전통적인 광원의 대체재로서 현재 백색 발광다이오드 및 각 색깔 별 발광다이오드가 조명, 디스플레이, 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 따라서 이러한 발광다이오드의 효율 개선을 목적으로 연구·개발이 진행되었고, 그 결과 저전력에도 밝기가 우수한 200 lm/W 이상의 고효율의 발광다이오드가 등장하게 되었다.
이러한 고효율의 발광다이오드를 이용하여 백색 발광다이오드 패키지를 구현하기 위한 방법으로, 청색 발광다이오드 칩을 광원으로 사용함과 동시에 반사율이 우수한 패키징 소재와 광 변환 효율이 우수한 형광체를 사용하는 것이 일반적이다.
이러한 고효율의 발광다이오드는 디스플레이 제품 및 조명용 제품과 같은 set 제품에도 사용되고 있다. 다만, Set 제품을 기준으로 상기 디스플레이 제품의 경우, 특정 영역대의 파장에서 변화가 급격한 광스펙트럼을 보일수록 좋은 반면에 조명용 제품의 경우 연색지수 (CRI, color rendering index) 향상을 위하여 넓은 영역대의 파장에서 변화가 급격하지 않은 광스펙트럼을 가질수록 좋은 차이점이 있다.
조명용 제품의 경우, 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지에 이와 같은 연색지수를 개선하는 방법이 많이 응용되고 있으나, 상기 연색지수만 높아질 뿐 태양광에 가까운 광스펙트럼을 구현하는 데에는 한계가 있다.
즉, 조명용 제품의 경우 상기 연색지수 향상의 목적은 태양광에 가까운 자연광을 구현함으로써, 인체에 무해하고 사물의 색 구현을 자연스럽게 하는 것에 있지만, 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지는 연색지수만 높을 뿐, 태양광에 가까운 스펙트럼의 구현에는 한계를 가지고 있다.
이를 개선하기 위하여 자외선 발광다이오드 칩에 RGB 형광체를 이용하여 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현하는 방법이 연구되었지만, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지의 효율의 한계 및 연색지수에 대한 문제점이 발생하였고, 상기 자외선 발광 다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 이용하여 태양광에 가까운 스펙트럼을 구현함에 있어 패키징 사이즈의 한계 등의 문제점이 발생하게 되었다.
본 발명의 목적은 자외선 발광다이오드 칩과 형광체(phosphor)를 이용한 백색 발광다이오드 패키지로서, 태양광 스펙트럼에 유사한 광스펙트럼의 빛을 구현하고, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 외곽체적 및 봉지재의 중량 대비 형광체의 중량에 따라서 상이한 점도의 봉지재의 사용하여 이러한 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높이는, 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 백색 발광다이오드 패키지로서, 근자외선 영역대의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드 칩; 서로 이격된 제1 부분 및 제2 부분으로 이루어지고, 상기 제1 부분 혹은 상기 제2 부분 위에 상기 자외선 발광다이오드 칩이 배치되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 외부 회로와 전기적으로 연결하는 리드프레임; 상기 리드프레임의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분과 상기 자외선 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩와이어; 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 가시광선 파장영역의 빛을 방출하는 물질인 형광체;및 상기 형광체와 혼합되어 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되는 봉지재;를 포함하고, 상기 자외선 발광다이오드 칩은 빛의 파장이 380~420nm이고, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 2200K ~ 8000K 의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 80 이상의 연색지수를 구현할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 90 이상의 연색지수를 구현할수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 형광체는, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 색온도에 따라 결정되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 청색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Blue 형광체; 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 녹색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Green 형광체;및 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 적색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Red 형광체; 중 1 이상을 포함할 수 있고, 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 가시광선 청색 영역대의 최대 세기(peak intensity)는 청색 영역대 외의 가시광선 영역대의 최대 세기(peak intensity)보다 낮고, 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 자외선 영역대의 최대 세기는 그 외의 영역대의 최대세기의 40% 이하의 최대 세기를 가질 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 Blue 형광체는 (Ba,Sr)5(PO4)3Cl:Eu 형광체 및 BaMgAl10O17:Eu 형광체 중 1 이상을 포함하고, 상기 Green 형광체는 (Ba,Sr)Ga2S4:Eu 형광체, (Ba,Sr)Si2O4:Eu 형광체, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce (YAG) 형광체, Lu3Al5O12:Ce 형광체, β-SiAlON:Eu 형광체, 및 La3Si6N11:Ce 형광체 중 1 이상을 포함하고, 상기 Red 형광체는 (Ca,Sr)S:Eu 형광체, (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu 형광체, (Ba,Sr)2Si5N8:Eu 형광체, 및 KSF:Eu 형광체 중 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 5~15%일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 70~80%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 16~24%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 3~7%일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 형광체는 Cyan 형광체를 더 포함하고, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 75~89%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 2~3%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 7~9%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~6%일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 형광체는 Cyan 형광체를 더 포함하고, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 80~90%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 3~5%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 4.5~6.5%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~5%일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서도, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외곽 체적은 7㎣ 이하이고, 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이상이고, 상기 봉지재는 3000 mPa·s 이하의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 청색 발광다이오드 칩과 형광체를 이용한 백색 발광다이오드 패키지보다 자외선 발광다이오드 칩과 형광체를 이용한 백색 발광다이오드 패키지로 태양광 스펙트럼에 더 유사한 광스펙트럼을 갖는 빛을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 백색 발광다이오드 패키지를 사용하여 인체에 유해한 400nm 이하의 UV 파장을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형광체의 조합을 변경하여 인체에 유해한 높은 강도의 가시광선 청색 파장영역(blue hazard)을 태양광 스펙트럼에 유사하게 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 외곽체적 및 봉지재의 중량 대비 형광체의 중량에 따라서 상이한 점도의 봉지재의 사용으로 상기 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼과 태양광 스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 예시적으로 도시한다.
도 3은 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 4는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지 및 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼을 색온도 별로 비교하여 도시한다.
도 6는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지와 비교하였을 때의 태양광 스펙트럼과의 유사성을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 색온도 별 형광체 함량을 예시적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Blue 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Cyan 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Green 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Red 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 예시적으로 도시한다.
도 3은 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 4는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지 및 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼을 색온도 별로 비교하여 도시한다.
도 6는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지와 비교하였을 때의 태양광 스펙트럼과의 유사성을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 색온도 별 형광체 함량을 예시적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Blue 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Cyan 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Green 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Red 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼과 태양광 스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상단에 위치한 색온도별 광스펙트럼은 태양광 스펙트럼을 나타내고, 하단에 위치한 색온도별 광스펙트럼은 종래기술인 청색 발광다이오드 칩에 Yellow, Green, 및/또는 Red 형광체(YGR 형광체)를 조합하여 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼을 나타낸다.
상기 종래기술에 따라 상기 청색발광다이오드 칩으로 백색 발광다이오드 패키지를 구현함에 있어서 태양광에 가까운 Ra 값을 확보하기 위하여, 상기 Green 및/또는 Red 형광체들의 조합을 변경하여 100에 가까운 Ra 값을 갖는 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현할 수 있으나, 상기 청색 발광다이오드 칩을 사용함에 따라서 발생하는 가시광선 청색 파장영역에서의 날카로운 스펙트럼으로 인하여 도 1에 도시된 바와 같은 태양광에 가까운 스펙트럼을 구현하는 것에 한계가 있다.
도 1에 도시된 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼의 경우, 특히 색온도가 4000K 이상일 때 가시광선 청색 파장영역에서의 날카로운 스펙트럼을 갖는 것을 확인할 수 있다.
상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지가 갖는 이러한 문제를 해결하기 위하여 ODR(Omni Direction Reflector), DBR (Diffraction Bragg Reflectance), 또는 편광필터 등을 이용하여 가시광선 청색 파장영역에서의 날카로운 스펙트럼을 제어하는 방법이 연구되고 있으나, 상기 편광필터 등을 거쳐 나오는 청색 광원의 제약으로 백색 색온도를 정확하게 조정하는 데에 어려움이 존재하고, 90 이상의 Ra 값을 구현하는 데에 있어 한계를 보이고 있다.
따라서 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 가진 가시광선 청색 파장 영역에서의 날카로운 스펙트럼의 문제점을 해결하기 위하여 상기 청색 발광다이오드 칩이 아닌 근자외선 영역(380 ~420 nm)에서 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드 칩을 이용하고, Red, Green 및/또는 Blue 형광체 (RGB 형광체)를 적용하여 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 예시적으로 도시한다.
본 발명은 백색 발광다이오드 패키지(10)로서, 근자외선 영역대의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드 칩(100); 서로 이격된 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)으로 이루어지고, 상기 제1 부분 혹은 상기 제2 부분 위에 상기 자외선 발광다이오드 칩이 배치되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 외부 회로와 전기적으로 연결하는 리드프레임; 상기 리드프레임의 상기 제1 부분(110) 및 상기 제2 부분(120)과 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)을 전기적으로 연결하는 본딩와이어(130); 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 가시광선 파장영역의 빛을 방출하는 물질인 형광체(140);및 상기 형광체와 혼합되어 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되는 봉지재(140);를 포함하고, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 2200K ~ 8000K 의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현할 수 있다.
상기 백색 발광다이오드 패키지를 포함하는 발광다이오드 패키지의 디자인 및 발광효율에 따라 lateral chip, flip chip, 및 vertical chip이 적용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자외선 발광다이오드 칩은 빛의 파장이 380~420nm일 수 있다.
즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)은, 근자외선 영역대의 파장인 380~420nm의 파장이 적용될 수 있다.
상기 자외선 발광다이오드 칩에 적용되는 파장의 하한은 390nm 이상, 395nm 이상 및 400nm 이상의 파장이 순차적으로 적용되고, 상한은 410nm 이하, 및 405nm 이하의 파장이 순차적으로 적용되고, 400~405nm 영역대의 파장은 적용되는 최소한의 파장 범위일 수 있다.
즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)은 상기 근자외선 영역(380~420 nm)의 파장을 적용할 수 있으나 상기 자외선 발광다이오드 칩이 방출하는 빛의 파장이 짧아질수록 인체에 유해하므로, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)으로 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)를 구현함에 있어 상기 발광다이오드 칩에 적용되는 파장의 하한은 390 nm 이상, 395 nm 이상, 400nm 이상의 파장의 빛이 순차적으로 적용될 수 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드 칩이 방출하는 빛의 파장이 길어질수록 상기 Blue 형광체와의 간섭으로 인하여 효율이 반감될 수 있으므로, 상기 Blue 형광체와의 발광 파장간섭을 줄이기 위하여 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)을 이용한 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)를 구현함에 있어 상기 발광다이오드 칩(100)에 적용되는 파장의 상한은 410nm 이하, 405nm 이하의 파장의 빛이 순차적으로 적용될 수 있다.
단, 400 ~ 405 nm 파장의 영역은 효율 및 발광 파장 간섭을 줄이기 위한 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)의 최소한의 파장 범위이다.
또한, 후술하는 바와 같이 상기 형광체 및 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지는 2200~8000K의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현할 수 있고, 바람직하게는 2700~6500K의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현할 수 있다.
상기 리드프레임은 서로 이격되어 형성된 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)으로 구성된다. 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)은 상기 리드프레임을 구성하는 상기 제1 부분(110) 혹은 상기 제2 부분(120) 상에 배치된다. 도 2에서는 상기 자외선 발광다이오드 칩이 상기 제1 부분 상에 배치된 것으로 도시되었다.
이러한 리드프레임은 전기 전도성을 띤 물질로 이루어지고, 상기 자외선 발광다이오드 칩 및 상기 백색 발광다이오드 패키지의 외부 회로가 전기적으로 연결되도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 본딩와이어(130)은 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)과 상기 리드프레임이 전기적으로 연결되도록 이어준다.
즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)의 (-)칩전극과 상기 리드프레임을 구성하는 상기 제1 부분(110)이 상기 본딩와이어(130)에 의하여 연결되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)의 (+)칩전극과 상기 리드프레임을 구성하는 상기 제2 부분(120)이 상기 본딩와이어(130)에 의하여 연결될 수 있다.
다만, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)은 상기 본딩와이어(130)가 없이도 상기 리드프레임과 직접적으로 연결되는 구조를 가질 수도 있다.
상기 형광체(140)는 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)의 내부에 몰딩되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)이 방출하는 빛을 흡수하여 가시광선 파장영역의 빛을 방출하는 물질이다. 상기 형광체로부터 방출되는 빛은 주로 가시광선 파장영역의 빛을 방출할 수 있지만 가시광선 파장영역 외의 자외선 및/또는 적외선 파장영역의 빛을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)으로 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)를 구현함에 있어서 자외선 영역의 빛에 반응하는 형광체(140)는 하기와 같은 형광체를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 자외선 영역대의 파장 또는 가시광선 청색 영역대의 파장의 빛을 흡수하여 발광하는 형광체 등 모든 영역대의 파장의 빛에 반응하는 Blue 형광체, Cyan 형광체, Green 형광체, Amber 형광체 및/또는 Red 형광체 등이 다양하게 포함되어 조합될 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광체는, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 색온도에 따라 결정되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 청색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Blue 형광체; 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 녹색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Green 형광체;및 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 적색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Red 형광체; 중 1 이상을 포함할 수 있고, 또한 바람직하게는 상기 Blue 형광체는 (Ba,Sr)5(PO4)3Cl:Eu 형광체 및 BaMgAl10O17:Eu 형광체 중 1 이상을 포함하고, 상기 Green 형광체는 (Ba,Sr)Ga2S4:Eu 형광체, (Ba,Sr)Si2O4:Eu 형광체, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce (YAG) 형광체, Lu3Al5O12:Ce 형광체, β-SiAlON:Eu 형광체, 및 La3Si6N11:Ce 형광체 중 1 이상을 포함하고, 상기 Red 형광체는 (Ca,Sr)S:Eu 형광체, (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu 형광체, (Ba,Sr)2Si5N8:Eu 형광체, 및 KSF:Eu 형광체 중 1 이상을 포함할 수 있다.이 외에도 근자외선 영역대의 파장 (380 ~ 420nm) 및 가시광선 청색 영역대의 파장 (430 ~ 470nm)의 빛을 흡수하여 발광하는 형광체가 포함될 수 있다.
상기 봉지재는 상기 형광체와 혼합되어 상기 백색 발광다이오드 패키지(10) 내부에 몰딩될 수 있다. 상기 봉지재는 광투과율 및 광안정성이 우수한 Methyl계, Pheny계 또는 하이브리드 타입의 Silicone, Epoxy, Polycarbonate 혹은 Acrylic를 포함할 수 있다.
상기 백색 발광다이오드 패키지(10)가 적용되는 발광다이오드 디바이스의 용도에 따라 상기 형광체와 봉지재를 적절히 혼합하여 발광다이오드 칩 위에 포팅(potting) 후 경화하는 방식, 상기 형광체와 상기 봉지재를 얇은 막으로 형성 후 상기 발광다이오드 칩 위에 어태치(attach)하는 방식 및 상기 형광체를 단독 또는 유리재질과 혼합하여 소결 후 어태치(attach)하는 방식이 적용될 수 있으며, CSP(Chip Scale Package) 형상의 구조 또한 구현 가능하다.
또한, 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)는, 상기 리드프레임(110, 120) 위에 배치되고 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)으로부터 방출된 빛이 반사되어 타겟 조명방향으로 향하도록 하는 반사체(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사체의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 직각사각형 형태를 가질 수 있으나 이에 한정되지 않으며 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)으로부터 방출된 빛이 반사되어 타겟 조명 방향으로 향하도록 하는 모든 형상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)는 반사체(Reflector, 150)를 가질 수 있고, 상기 반사체(150)를 사출수지의 반사율이 우수한 소재를 적용하여 제조할 수 있다. 상기 반사체(150)로서 반사율이 우수하고, 자외선 영역의 파장에도 안정적인 PPA (Polyphtalamide), PCT (PolyCyclohexylene-dimethylene Terephthalates), 및 EMC (Epoxy Molding Compound) 등의 고분자 수지들이 적용될 수 있다.
단, 상기 반사체(150)가 없는 구조의 상기 발광다이오드 패키지 또한 자외선 영역의 파장에도 안정적인 세라믹 기판, 플라스틱 기판 또는 플렉서블 (Flexible) 기판이 적용될 수 있다.
도 3은 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
상술한 바와 같이 상기 청색 발광다이오드 칩에 Yellow, Green, 및/또는 Red 형광체(YGR 형광체)를 혼합하여 95 이상의 Ra 값을 구현하는 것은 가능하지만, 태양광에 가까운 스펙트럼을 구현하는 데에는 한계를 보이고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지는 95 이상의 Ra 값을 구현하는 것은 가능하지만 색온도 2700K에서만 태양광의 스펙트럼과 유사하며, 색온도 4000K 이상에서는 가시광선 청색 파장영역에서의 날카로운 스펙트럼으로 인하여 태양광 스펙트럼과 차이를 보인다.
도 4는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지가 95 이상의 Ra 값을 가질 때의 색온도 별 광스펙트럼을 예시적으로 도시한다.
반면, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 적용할 경우 상기 청색 발광다이오드 칩을 적용할 때와 마찬가지로 95 이상의 Ra 값을 구현하는 것이 가능하여, 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 청색 발광다이오드 칩에서 가시광선 청색 파장에서의 날카로운 스펙트럼이 없이 태양광과 유사한 광스페트럼을 가지게 되어 인체에 무해한 광원의 역할을 하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지 및 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼을 색온도 별로 비교하여 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지 및 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 비교하였을 때, 색온도 2700K에서는 광스펙트럼의 가시광선 청색 파장영역에서 큰 차이를 보이지 않지만, 색온도 4000K 이상에서는 광스펙트럼의 가시광선 청색 파장영역에서 큰 차이를 보인다.
즉, 상기 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지는 상술한 바와 같이 색온도 4000K 이상에서 가시광선 청색 파장영역에서의 날카로운 스펙트럼으로 인하여 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지와 큰 차이를 보인다.
도 6는 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지를 청색 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지와 비교하였을 때의 태양광 스펙트럼과의 유사성을 개략적으로 도시한다.
상기 청색 발광다이오드 칩이 아닌 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 백색 발광다이오드 패키지를 구현하여 색온도 5000K에서도 태양광 스펙트럼과 같이 파장에 따라 광스펙트럼의 변화가 크지 않도록 한다.
즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현하여 450nm 주변의 가시광선 청색 파장영역에서 날카로운 스펙트럼을 제거하여 인체에 유해하지 않도록 한다. 즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지의 광스펙트럼에서 가시광선 청색 파장영역에서의 빛의 세기가 다른 영역대의 파장과 비교하여 아래로 내려올 수 있도록 유지한다.
또한, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현하여 인체에 유해한 400nm 주변의 자외선 영역대의 파장에서 빛의 세기를 최소화한다. 즉 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다오드 패키지의 광스펙트럼을 색온도 5000K에 해당하는 태양광 스펙트럼과 비교하였을 때, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지는 400nm의 자외선 영역대의 파장 부분의 빛의 세기를 태양광 스펙트럼의 400nm의 자외선 영역대의 파장 부분의 빛의 세기 이하로 유지한다.
바람직하게는, 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 가시광선 청색 영역대의 최대 세기(peak intensity)는 청색 영역대 외의 가시광선 영역대의 최대 세기(peak intensity)보다 낮고, 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 자외선 영역대의 최대 세기는 그 외의 영역대의 최대세기의 40% 이하의 최대 세기를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 가시광선 청색 영역대는 430~480 nm의 파장을 갖는 영역대이고, 상기 청색 영역대 외의 가시광선 영역대는 480 nm 이상의 가시광선 영역대로서, 상기 가시광선 청색 영역대의 빛의 최대 세기는 청색 영역대 외의 가시광선 영역대의 빛의 최대세기 보다 낮다. 특히 도 6에 도시된 바와 같이 상기 청색 영역대의 빛의 최대세기는 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 전체 영역대에서 최대 세기를 갖는 500 nm 근처의 파장의 빛보다 더 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 자외선 영역대는 430 nm 이하의 파장을 갖는 자외선 영역대이고, 상기 그 외의 영역대는 430 nm 파장을 초과하는 상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 영역대로서, 도 6에 도시된 바와 같이 특히 상기 자외선 영역대 중 인체에 유해한 400 nm 파장 부근의 빛의 최대 세기를 상기 그 외의 영역대의 최대세기의 40% 이하로 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지의 색온도 별 형광체 함량을 예시적으로 도시한다.
다만 인체에 무해한 백색 발광다이오드 패키지를 구현하기 위하여 본 발명에 따른 일 실시예로서 395~410nm의 근자외선 영역대의 파장을 적용할 수 있는 자외선 발광다이오드 칩으로 상기 인체에 무해한 백색 발광다이오드 패키지를 구현한다.
또한, 도 7에 도시된 상기 실시예에서는 상기 Blue 형광체는 (Ba,Sr)5(PO4)3Cl:Eu 형광체, 상기 Cyan 형광체는 (Ba,Sr)Si2O2N2:Eu 형광체, 상기 Green 형광체는 Lu3Al5O12:Ce 형광체, 상기 Red 형광체는 (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu 형광체가 사용되었다.
이러한 도 7에 도시된 상기 실시예에서 볼 수 있듯이 상기 자외선 발광다이오드 칩(100)으로 구현되는 백색 발광다이오드 패키지(10)의 목적이 태양광 스펙트럼과 유사한 광스펙트럼을 구현하고, Ra를 비롯한 CRI 각 수치가 (R1~14) 90 이상이 되도록 하는데 있다.
바람직하게는, 상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 80 이상의 연색지수를 구현할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 90 이상의 연색지수를 구현할 수 있다.
도 7에 도시된 형광체 조합만으로 상기 자외선 백색 발광다이오드를 구현할 경우 2700~6500K의 색온도에서 95 이상의 Ra 값 및 90 이상의 R1~14 값을 구현할 수 있다.
상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지에 각 색온도 별로 사용되는 상기 형광체의 함량은 도 7에 도시된 바와 같다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 자외선 발광다이오드 칩으로 구현되는 상기 백색 발광다이오드 패키지에 사용된 형광체의 함량의 색온도 별 변화를 살펴보면, 색온도가 높아짐에 따라 상기 청색 형광체 및 상기 Cyan 형광체의 함량은 증가하고, 상기 Green 형광체 및 상기 Red 형광체의 함량은 감소한다.
즉, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 이용하여 상기 백색 발광다이오드 패키지를 구현하는 경우, 색온도에 따른 상기 형광체의 함량의 변화를 고려하여 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 5~15%일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 색온도 2700K에서 상기 Blue 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 5~15%이고, 상기 Cyan 형광체는 포함되지 않도록 조합하여 95 이상의 Ra 값 및 90 이상의 R1~14 값을 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 70~80%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 16~24%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 3~7%일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 색온도 4000K에서 상기 Blue 형광체의 함량은 70~80%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 16~24%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 3~7%이고, 상기 Cyan 형광체는 포함되지 않도록 조합하여 95 이상의 Ra 값 및 90 이상의 R1~14 값을 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 75~89%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 2~3%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 7~9%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~6%일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 색온도 5000K에서 상기 Blue 형광체의 함량은 75~89%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 2~3%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 7~9%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~6%가 되도록 조합하여, 95 이상의 Ra 값 및 90 이상의 R1~14 값을 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 80~90%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 3~5%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 4.5~6.5%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~5%일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 색온도 6000K에서 상기 Blue 형광체의 함량은 80~90%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 3~5%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 4.5~6.5%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~5%가 되도록 조합하여, 95 이상의 Ra 값 및 90 이상의 R1~14 값을 구현할 수 있다.
또한, 상기 색온도를 맞추기 위해 형광체 함량은 수식으로 표현될 수도 있다. 상기 형광체 함량은, 상기 발광다이오드 패키지의 색온도가 x일때, 상기 Blue 형광체의 함량 y1은 
이고, 상기 Cyan 형광체의 함량 y2는 
이고, 상기 Green 형광체의 함량 y3는 
이고, 상기 Red 형광체의 함량 y4는 
일 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Blue 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이 색온도에 따른 상기 Blue 형광체 함량의 변화를 살펴보면 음의 계수를 갖는 삼차함수의 그래프 형태 및 수식을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 색온도 x가 증가함에 따라서, 즉 x축 좌측 방향에 따라서 Blue 형광체의 함량은 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Cyan 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이 색온도에 따른 상기 Cyan 형광체 함량의 변화를 살펴보면 음의 계수를 갖는 일차함수의 그래프 형태 및 수식을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 색온도 x가 증가함에 따라서, 즉 x축 좌측 방향에 따라서, Cyan 형광체의 함량은 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 색온도 2700K 및 4000K에서는 음의 값을 가지게 되어, 상기 형광체 함량에 상기 Cyan 형광체는 포함되지 않는다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Green 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이 색온도에 따른 상기 Green 형광체 함량의 변화를 살펴보면 양의 계수를 갖는 삼차함수의 그래프 형태 및 수식을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 색온도 x가 증가함에 따라서, 즉 x축 좌측 방향에 따라서 Cyan 형광체의 함량은 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 색온도에 따른 Red 형광체 함량의 변화에 대한 그래프와 수식을 개략적으로 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이 색온도에 따른 상기 red 형광체 함량의 변화를 살펴보면 양의 계수를 갖는 삼차함수의 그래프 형태 및 수식을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 색온도 x가 증가함에 따라서, 즉 x축 좌측 방향에 따라서 Red 형광체의 함량은 감소하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 상기 발광다이오드 패키지를 구현할 때, 사용자가 구현하려는 색온도에 따른 상기 수식에 맞는 상기 형광체의 함량을 구하여 적용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외곽 체적은 7㎣ 이하이고, 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이상이고, 상기 봉지재는 3000 mPa·s 이하의 점도를 가질 수 있다.
상기 백색 발광다이오드 패키지가 점점 소형화 될수록 패키지의 최외곽 체적은 작아지게 되있다. 따라서 패키지의 최외곽 체적이 7㎣ 이하이고, 상기 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이상일 때, 3000 mPa·s 이하의 점도의 봉지재를 사용하여 상기 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높일 수 있다.
즉, 상기 봉지재는, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외곽 체적이 7㎣ 이하일 경우, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 4000K의 색온도를 구현하기 위하여, 3000 mPa·s 이하의 점도를 가지는 봉지재를 사용하고, 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 7㎣ 이상일 경우, 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이상일 때는 3000 mPa·s 이하의 점도를 가지는 봉지재를 사용하고, 봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이하일 때는 5000 mPa·s 이하의 점도를 가지는 봉지재를 사용할 수 있다.
상기 형광체를 이용한 상기 백색 발광다이오드 패키지의 경우 중량비를 기준으로 상기 봉지재 대비 상기 형광체의 중량이 상기 봉지재 보다 크게 되어, 디스펜싱 공정에 문제가 발생할 수 있다. 기본적으로 7㎣ 이하의 체적 (발광다이오드 최외각 기준)을 갖는 백색 발광다이오드 패키지는 2700~6500K 까지의 상기 봉지재 대비 상기 형광체의 중량비가 더 크게 된다. 따라서 체적이 상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외각을 기준으로 7㎣ 이하일 경우 4000K 이하의 색온도를 구현하기 위하여 3000 mPa·s 이하의 점도를 가지는 봉지재를 사용하여야 한다. 상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외각을 기준으로 7㎣ 이상에서도 상기 봉지재 대비 상기 형광체 함량이 150% 이상일 경우에도 3000 mPa·s 이하의 점도를 가지는 봉지재를 사용하여, 상기 백색 발광다이오드 패키지의 생산성을 높일 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 백색 발광다이오드 패키지, 자외선 발광다이오드 칩, 리드프레임, 본딩와이어 형광체, 봉지재, 및 리플렉터 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (10)
- 백색 발광다이오드 패키지로서,
근자외선 영역대의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드 칩;
서로 이격된 제1 부분 및 제2 부분으로 이루어지고, 상기 제1 부분 혹은 상기 제2 부분 위에 상기 자외선 발광다이오드 칩이 배치되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩을 외부 회로와 전기적으로 연결하는 리드프레임;
상기 리드프레임의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분과 상기 자외선 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩와이어;
상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되고, 상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 가시광선 파장영역의 빛을 방출하는 물질인 형광체;및
상기 형광체와 혼합되어 상기 백색 발광다이오드 패키지의 내부에 몰딩되는 봉지재;를 포함하고,
상기 자외선 발광다이오드 칩은 빛의 파장이 380~420nm이고,
상기 백색 발광다이오드 패키지는 2200K ~ 8000K 의 색온도 범위에서 Ra 95 이상의 연색지수를 구현하는, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 1항에 있어서,
상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 80 이상의 연색지수를 구현하는, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 1항에 있어서,
상기 백색 발광다이오드 패키지는 R1 ~ R14 의 CRI 수치가 90 이상의 연색지수를 구현하는, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 3항에 있어서,
상기 형광체는,
상기 백색 발광다이오드 패키지의 색온도에 따라 결정되고,
상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 청색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Blue 형광체;
상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 녹색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Green 형광체;및
상기 자외선 발광다이오드 칩으로부터 방출된 빛을 흡수하여 적색 파장의 가시광선 빛을 방출하는 Red 형광체; 중 1 이상을 포함할 수 있고,
상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 가시광선 청색 영역대의 최대 세기(peak intensity)는 청색 영역대 외의 가시광선 영역대의 최대 세기(peak intensity)보다 낮고,
상기 백색 발광다이오드 패키지가 방출하는 빛의 자외선 영역대의 최대 세기는 그 외의 영역대의 최대세기의 40% 이하의 최대 세기를 갖는, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 4항에 있어서,
상기 Blue 형광체는 (Ba,Sr)5(PO4)3Cl:Eu 형광체 및 BaMgAl10O17:Eu 형광체 중 1 이상을 포함하고,
상기 Green 형광체는 (Ba,Sr)Ga2S4:Eu 형광체, (Ba,Sr)Si2O4:Eu 형광체, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce (YAG) 형광체, Lu3Al5O12:Ce 형광체, β-SiAlON:Eu 형광체, 및 La3Si6N11:Ce 형광체 중 1 이상을 포함하고,
상기 Red 형광체는 (Ca,Sr)S:Eu 형광체, (Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu 형광체, (Ba,Sr)2Si5N8:Eu 형광체, 및 KSF:Eu 형광체 중 1 이상을 포함하는, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 5항에 있어서,
상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 40~50%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 5~15%인, 백색 발광다이오드 패키지.
- 청구항 5에 있어서,
상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 70~80%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 16~24%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 3~7%인, 백색 발광다이오드 패키지.
- 청구항 5에 있어서,
상기 형광체는 Cyan 형광체를 더 포함하고,
상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 75~89%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 2~3%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 7~9%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~6%인, 백색 발광다이오드 패키지.
- 청구항 5에 있어서,
상기 형광체는 Cyan 형광체를 더 포함하고,
상기 형광체 총 질량에 대하여, 상기 Blue 형광체의 함량은 80~90%이고, 상기 Cyan 형광체의 함량은 3~5%이고, 상기 Green 형광체의 함량은 4.5~6.5%이고, 상기 Red 형광체의 함량은 2~5%이고, 백색 발광다이오드 패키지.
- 제 8항에 있어서,
상기 백색 발광다이오드 패키지의 최외곽 체적은 7㎣ 이하이고,
봉지재 중량 대비 상기 형광체 중량이 150% 이상이고,
상기 봉지재는 3000 mPa·s 이하의 점도를 가지는, 백색 발광다이오드 패키지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170120325A KR101979581B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 백색 발광다이오드 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170120325A KR101979581B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 백색 발광다이오드 패키지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190031968A true KR20190031968A (ko) | 2019-03-27 |
| KR101979581B1 KR101979581B1 (ko) | 2019-08-28 |
Family
ID=65906799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170120325A KR101979581B1 (ko) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 백색 발광다이오드 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101979581B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110335935A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-15 | 厦门大学 | 一种近紫外激发单芯片全光谱led及其制备方法 |
| CN110993771A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 温州大学新材料与产业技术研究院 | 全光谱荧光玻璃、其制备方法、封装散热结构及led灯 |
| KR20210150275A (ko) * | 2020-06-03 | 2021-12-10 | 지엘비텍 주식회사 | 인체에 유익한 스펙트럼을 가지는 고연색성 백색 광원 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005093985A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Nan Ya Plast Corp | 二次励起方式で白色光を産出する方法とその白色発光デバイス |
| JP2007116112A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-05-10 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光装置及びその製造方法 |
| KR20150021090A (ko) * | 2015-01-12 | 2015-02-27 | 삼성전자주식회사 | 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템 |
| KR20150109872A (ko) * | 2014-03-21 | 2015-10-02 | 서울반도체 주식회사 | 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자 및 이를 포함하는 조명장치 |
-
2017
- 2017-09-19 KR KR1020170120325A patent/KR101979581B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005093985A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Nan Ya Plast Corp | 二次励起方式で白色光を産出する方法とその白色発光デバイス |
| JP2007116112A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-05-10 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光装置及びその製造方法 |
| KR20150109872A (ko) * | 2014-03-21 | 2015-10-02 | 서울반도체 주식회사 | 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자 및 이를 포함하는 조명장치 |
| KR20150021090A (ko) * | 2015-01-12 | 2015-02-27 | 삼성전자주식회사 | 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110335935A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-15 | 厦门大学 | 一种近紫外激发单芯片全光谱led及其制备方法 |
| CN110335935B (zh) * | 2019-06-14 | 2021-07-13 | 厦门大学 | 一种近紫外激发单芯片全光谱led及其制备方法 |
| CN110993771A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 温州大学新材料与产业技术研究院 | 全光谱荧光玻璃、其制备方法、封装散热结构及led灯 |
| CN110993771B (zh) * | 2019-12-16 | 2021-08-06 | 温州大学新材料与产业技术研究院 | 全光谱荧光玻璃、其制备方法、封装散热结构及led灯 |
| KR20210150275A (ko) * | 2020-06-03 | 2021-12-10 | 지엘비텍 주식회사 | 인체에 유익한 스펙트럼을 가지는 고연색성 백색 광원 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101979581B1 (ko) | 2019-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11545599B2 (en) | Light emitting device | |
| US7259400B1 (en) | Nanocomposite photonic structures for solid state lighting | |
| KR102184381B1 (ko) | 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광 소자 및 이를 포함하는 조명장치 | |
| US20140167599A1 (en) | Light-emitting module and lighting source including the same | |
| KR100799839B1 (ko) | 파장변환용 형광체 혼합물과 이를 이용한 백색 발광장치 | |
| KR101995000B1 (ko) | 발광소자 패키지 및 조명장치 | |
| KR101979581B1 (ko) | 백색 발광다이오드 패키지 | |
| CN113675322A (zh) | 重磷光体装填的led封装 | |
| CN103050615A (zh) | 一种高显色性白光led器件 | |
| KR102291581B1 (ko) | 백색 발광 장치 | |
| CN104347606A (zh) | 发光二极管封装结构及光源模块 | |
| CN106252489A (zh) | 发光二极管封装结构 | |
| KR20090100967A (ko) | 발광다이오드 패키지 | |
| KR20180093989A (ko) | 다중 네오디뮴 및 불소 화합물을 사용하여 색조정 필터링을 채택하는 led 장치 | |
| KR20190077289A (ko) | 발광소자 패키지 및 조명장치 | |
| EP2736086A2 (en) | Light emitting device package | |
| CN101261981B (zh) | 暖色系光源 | |
| CN209496889U (zh) | 一种光源模组及包括该光源模组的照明装置 | |
| KR102590034B1 (ko) | 형광체 조성물, 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명장치 | |
| KR102339912B1 (ko) | 가시광-근적외선 경계 부근까지 태양광 유사 스펙트럼을 갖는 발광 소자 | |
| KR102514150B1 (ko) | 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치 | |
| KR102396916B1 (ko) | 발광 장치 | |
| KR20100089055A (ko) | 발광다이오드 패키지 | |
| KR102354843B1 (ko) | 발광 장치 | |
| KR102310038B1 (ko) | 백색 발광 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |