KR20190120508A - 백색 발광 소자 패키지 - Google Patents

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KR20190120508A
KR20190120508A KR1020180043787A KR20180043787A KR20190120508A KR 20190120508 A KR20190120508 A KR 20190120508A KR 1020180043787 A KR1020180043787 A KR 1020180043787A KR 20180043787 A KR20180043787 A KR 20180043787A KR 20190120508 A KR20190120508 A KR 20190120508A
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이영식
김충섭
박양호
한유석
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주식회사 옵티맥
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Abstract

본 발명은 백색 발광 소자 패키지에 관한 것으로서, 상기 백색 발광 소자 패키지는 기판, 상기 기판 위에 각각 위치하는 제1 내지 제3 청색 발광 소자, 상기 제1 청색 발광 소자 위에 위치하고 적색 형광체를 함유하는 적색 형광 필름, 및 상기 제2 청색 발광 소자 위에 위치하고 녹색 형광체를 함유하는 녹색 형광 필름을 포함한다.

Description

백색 발광 소자 패키지{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 백색광을 출력하는 백색 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자를 구비하고 있는 발광 소자 패키지에 사용되는 발광 소자는 낮은 소비 전력 및 낮은 환경 오염도, 그리고 고수명 등의 이유로 차세대 광원으로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 널리 사용되고 있다.
이러한 발광 다이오드는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 디스플레이 장치의 백라이트 광원이나 조명장치 등으로 많이 사용되고 있다.
발광 다이오드는 반도체 재료를 이용하여 제조되므로 발광 다이오드에서 출력되는 빛의 스펙트럼은 사용되는 반도체 재료에 의존하게 되어, 발광 다이오드에서 발광되는 빛의 색상은 한정된다.
따라서, 발광 다이오드를 이용하여 백색의 빛인 백색광을 생성할 경우, 적색의 빛인 적색광을 출력하는 적색 발광 다이오드, 녹색의 빛인 녹색광을 출력하는 녹색 발광 다이오드, 및 청색의 빛인 청색광을 출력하는 청색 발광 다이오드를 모두 이용하여 각 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드에서 출력되는 각각의 적색광, 녹색광 및 청색광을 혼합해 백색광이 출력되도록 한다.
이때, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드에서 출력되는 각 빛의 스펙트럼(spectrum) 범위가 넓지 않아 연색성(color rendering)이 떨어지는 문제가 있다.
또한 청색 발광 다이오드와 달리 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드는 범용성이 떨어져 가격면에서도 청색 발광 다이오드에 비해 훨씬 비싸다.
대한민국 공개 특허 제10-2014-0110368호(공개일자: 2014년 09월 17일, 발명의 명칭: UV LED칩을 이용하는 백색 발광소자) 대한민국 공개 특허 제 10-2013-0143059호(공개일자: 2013년 12월 30일, 발명의 명칭: 형광체 시트, 이것을 사용한 LED 및 발광 장치, 그리고 LED 제조 방법)
본 발명이 해결하려는 과제는 백색광을 출력하는 백색 발광 소자 패키지의 제조 비용을 절감하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 백색 발광 소자 패키지에서 출력되는 백색광에 대한 사용자의 만족도를 높이기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 백색 발광 소자 패키지는 기판, 상기 기판 위에 각각 위치하는 제1 내지 제3 청색 발광 소자, 상기 제1 청색 발광 소자 위에 위치하고 적색 형광체를 함유하는 적색 형광 필름, 및 상기 제2 청색 발광 소자 위에 위치하고 녹색 형광체를 함유하는 녹색 형광 필름을 포함한다.
상기 특징에 따른 백색 발광 소자 패키지는 상기 제3 청색 발광 소자 위에 위치하고 광확산제를 함유하는 확산 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 광확산제는 폴리 메타크릴산메틸(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 이산화규소(SiO2), 탄산 칼슘, 황산바륨, 실리카(silica), 산화티탄 또는 글래스 비드(glass bead)일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자는 각각 청색 발광 다이오드로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 포함하는 백색 발광 소자 패키지는 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 상부에 위치하고, 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광을 굴절시키는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈는 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광을 모두 굴절시키는 단일 렌즈일 수 있다.
상기 특징에 따른 포함하는 백색 발광 소자 패키지는 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드에 비해 가격이 저렴한 청색 발광 다이오드를 기본 광학 소자로 이용하여 백색광을 생성하므로, 백색 발광 소자 패키지의 제조 비용이 절감된다.
또한, 본 예는 청색 발광 다이오드 위에 적색 형광체와 녹색 형광체를 각각 구비한 적색 형광 필름과 녹색 형광 필름을 이용하여 백색광에 필요한 적색광과 녹색광을 생성한다.
이로 인해, 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드에서 바로 출력되는 적색광과 녹색광에 비해 적색 형광체와 녹색 형광체를 통해 각각 출력되는 본 예의 적색광과 녹색광의 스펙트럼의 범위가 증가한다.
따라서, 본 예의 백색 발광 소자 패키지에서 출력되는 백색광의 색온도 범위가 넓어져 연색성이 향상되고, 이로 인해 색감에 대한 사용자의 만족도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 소자 패키지의 주요 구성의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다음, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 소자 패키지에 대해서 설명하도록 한다.
도 1을 참고로 하면, 본 예의 백색 발광 소자 패키지(1)는 기판(10), 기판(10) 위에 위치하는 제1 내지 제3 발광 소자(21-23), 제1 및 제3 발광 소자(21-23) 각각의 위에 위치하는 제1 내지 제3 광학용 필름(31-33), 제1 내지 제3 발광 소자(21-23)를 에워싸고 있는 측벽(40), 그리고 측벽(40) 위에 위치하는 렌즈(50)를 구비한다.
기판(10)은 백색 발광 소자 패키지(1)의 하부면을 이루는 부분이다.
기판(10)은 그 상부에 위치하는 각 발광 소자(21-23)와의 전기적 및 물리적인 연결을 위하여 배선과 패드(pad) 등이 인쇄되어 있고 동작에 필요한 소자 등이 실장되어 있는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)일 수 있다.
따라서 각 발광 소자(21-23)는 해당 단자(221, 221, 231)와 하부에 위치한 기판(10)의 해당 패드나 소자 등과의 연결을 통해 기판(10)과 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이때, 각 발광 소자(21-23)는 BGA(ball gray array)나 SMT 표면 실장 기술(surface mounting technology, SMT) 등과 같은 다양한 방식을 이용하여 기판(10)과 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이러한 기판(10)은 경성 인쇄회로기판(rigid PCB)이나 연성 인쇄회로 기판(flexible PCB)일 수 있다.
제1 내지 제3 발광 소자(21-23) 각각은 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드로 이루어진 제1 내지 제3 청색 발광 다이오드일 수 있다.
각 발광 소자(21-23) 위에 위치하고 있는 제1 내지 제3 광학용 필름(31-33) 중에서, 제1 및 제2 발광 소자(21, 22) 위에 위치하고 있는 제1 및 제2 광학용 필름(31, 32)은 형광체를 함유하고 있는 형광 필름이고, 제3 발광 소자(23) 위에 위치하고 있는 제3 광학용 필름(33)은 확산 필름이다.
이때, 제1 발광 소자(21) 위에 위치하는 제1 광학용 필름(31)은 적색광을 위한 형광체(이하, 적색광을 위한 형광체를 '적색 형광체'라 함)를 함유하고 있는 적색 형광 필름이고, 이때, 제2 발광 소자(22) 위에 위치하는 제2 광학용 필름(32)은 녹색광을 위한 형광체(이하, 녹색광을 위한 형광체를 '녹색 형광체'라 함)를 함유하고 있는 녹색 형광 필름이다.
이때, 적색 형광체와 녹색 형광체는 각각 제1 및 제2 발광 소자(21, 22)에서 출력되는 청색광을 흡수하여 파장을 원하는 크기로 변화시켜 파장이 변환된 빛인 적색광과 녹색광을 각각 출력하기 위한 것이다.
이로 인해, 제1 발광 소자(21)와 그 위에 위치한 적색 형광 필름(21)을 구비하고 있는 제1 발광부(BD1)는 청색광 대신 적색광을 출력하고, 제2 발광 소자(22)와 그 위에 위치한 녹색 형광 필름(22)을 구비하고 있는 제2 발광부(BD2)는 청색광 대신 녹색광을 출력한다.
본 예의 적색 형광 필름(31)과 녹색 형광 필름(32)에 사용되는 적색 형광체와 녹색 형광체는 무기 형광체, 유기 형광체, 형광 안료, 형광 염료 등과 같이 적색광과 녹색광을 출력하도록 하는 공지의 형광체가 이용될 수 있다.
제1 및 제2 형광 필름(31, 32)을 각각 제조하는 방법의 한 예는 해당 색상(즉, 적색과 녹색)을 위한 형광체를 수지에 분산시킨 용액(이하, '필름 제작용 수지액'이라 함)을 제작 기판 상에 도포하거나 인쇄한 후 건조시킨다.
필름 제작용 수지액을 제작 기판 상에 도포하는 도포 방법은 리버스롤 코터(reverse roll coater), 블레이드 코터(blade coater), 슬릿다이 코터(slit die coater), 슬롯다이 코터(slot die coater) 등을 이용할 수 있고, 인쇄 방법은 스크린 인쇄(screen printing), 그라비아 인쇄(gravure printing) 또는 평판 인쇄(lithographic printing) 등을 이용할 수 있다.
제작 기판은 금속, 유리, 세라믹(ceramic)이나 종이 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제작 기판은 하부에 위치한 각 발광 소자(21, 22)와의 접착성을 높이기 위해 접착층을 구비할 수 있고, 접착층은 내열성, 절연성 및 투명성에 우수한 접착제로 이루어지는 것이 좋고, 예를 들어, 고무계 접착제, 아크릴계 접착제, 우레탄 접착제나 실리콘 접착제 등일 수 있다.
다시 도 1로 되돌아가서, 제3 발광 소자(23) 위에 위치하는 확산 필름(33)은 광확산제를 함유하고 있어, 제3 발광 소자(23)에서 출력되는 청색광을 산란시켜 전면으로 빛이 골고루 퍼지게 한다. 이로 인해, 확산 필름(33)을 통과한 청색광은 해당 면에 균일하게 분포되어 색재현성을 향상시킨다.
이로 인해, 제3 발광 소자(23)와 그 위에 위치한 확산 필름(33)을 구비하고 있는 제3 발광부(BD3)는 제1 및 제2 발광부(BD1, BD2)와 달리 제3 발광 소자(23)에서 출력되는 청색광을 확산시켜 출력한다.
본 예의 확산 필름(33)은 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneteraphthalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 실리콘(silicon) 등으로 이루어져 있는 기판에 수 ㎛ 크기의 구형 입자로 이루어진 광확산제를 코팅하거나 분산시켜 제조된다.
광확산제의 종류는 폴리메타크릴산 메틸(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 이산화규소(SiO2), 탄산 칼슘, 황산바륨, 실리카(silica), 산화티탄 또는 글래스 비드(glass bead) 등일 수 있다.
하지만, 대안적인 예에서, 제3 발광 소자(23) 위에 위치하는 확산 필름(33)은 생략될 수 있다.
이와 같이, 본 예의 백색 발광 소자 패키지(1)에 따르면, 제1 내지 제3 발광부(BR1-BR3)에서 각각 적색광, 녹색광 및 청색광이 출력된 후 혼합되어 출력되므로, 백색 발광 소자 패키지(1)에서 외부로 출력되는 빛은 백색광이 된다.
이때, 제1 및 제2 발광부(BR1, BR2)는 형광체가 함유된 각 해당 형광 필름(31, 32)을 이용하여 적색광과 녹색광을 출력하므로, 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드에서 바로 출력되는 적색광과 녹색광보다 빛의 스펙트럼의 범위가 증가하고 색온도의 범위가 증가한다. 본 예의 따른 백색광의 색온도는 2,000K 내지 10,000K일 수 있다.
따라서, 제1 내지 제3 발광부(BR1-BR3)에서 각각 출력되는 적색광, 녹색과 및 청색광의 혼합으로 인해 출력되는 본 예의 백색광에 의한 연색성이 향상되어 사용자의 만족도가 높아진다.
또한, 제1 내지 제3 발광부(BR1-BR3)는 모두 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드에 비해 범용성이 높고 제조 비용이 저렴한 청색 발광 다이오드를 기본적인 발광 소자로 이용하므로, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드 모두를 이용하여 백색광을 출력하는 경우보다 본 예에 따라 백색광을 출력하는 백색 발광 소자 패키지(1)의 제조 비용이 절감된다.
측벽(40)은 기판(10) 위에 위치하고, 기판(10) 위에 위치하고 있는 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)를 에워싸고 있다.
따라서, 측벽(40)은 발광 소자 패키지(1)의 측면을 구성하며, 백색 발광 소자 패키지(1)의 동작 효율을 높이기 위해, 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)와 대면하고 있는 내측면은 반사막이 도포될 수 있다.
렌즈(50)는 광학 소자 패키지(1)의 상부면을 이루는 것으로서, 하부에 위치한 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 광을 굴절시키거나 집광시킬 수 있다. 렌즈(50)는 하나의 굴절부가 형성된 단일 렌즈이고, 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 광이 하나의 굴절부에 의해 굴절되는 것이 가능하다. 또한, 경우에 따라서 렌즈(50)는 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)에 대응되는 3개의 굴절부가 형성된 복합 렌즈이고, 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 광은 각각 대응되는 굴절부에 의해 굴절되는 것도 가능하다.
렌즈(50)는 하부에 위치한 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)를 외부 충격이나 오염 물질로부터 보호한다.
이러한 렌즈(50)는 유리, 플라스틱, 실리콘 또는 에폭시 등의 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
대안적인 예에서, 기판(10), 측벽(40)과 렌즈(50)에 에워싸여져 있는 빈 공간에는 투명한 에폭시 수지 등으로 이루어진 몰딩부가 위치할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)가 몰딩부 속에 위치하므로, 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 위치가 고정되고 외부 충격 등에 의해 보호되어 백색 광학 소자 패키지(1)의 손상이나 파손의 위험이 감소한다.
도 2를 참고로 하면, 백색 발광 소자 패키지(1)는 제어부(60)에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부(60)는 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 광량을 조절할 수 있다. 제어부(60)는 제1 내지 제3 발광부(BD1-BD3)의 광량을 일괄적으로 조절하는 것도 가능하고, 개별적으로 조절하는 것도 가능하다. 이를 통해, 백색 발광 소자 패키지(1)가 생성하는 백색광의 색온도, 휘도 등의 색감을 조절할 수 있다.
이상, 본 발명의 백색 광학 소자 패키지의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 백색 발광 소자 패키지 10: 기판
21-23: 제1 내지 제3 발광 소자 31: 적색 형광 필름
32: 청색 형광 필름 33: 확산 필름
60: 제어부

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 각각 위치하는 제1 내지 제3 청색 발광 소자;
    상기 제1 청색 발광 소자 위에 위치하고 적색 형광체를 함유하는 적색 형광 필름; 및
    상기 제2 청색 발광 소자 위에 위치하고 녹색 형광체를 함유하는 녹색 형광 필름
    을 포함하는 백색 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 청색 발광 소자 위에 위치하고 광확산제를 함유하는 확산 필름을 더 포함하는 백색 발광 소자 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광확산제는 폴리 메타크릴산메틸(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 이산화규소(SiO2), 탄산 칼슘, 황산바륨, 실리카(silica), 산화티탄 또는 글래스 비드(glass bead)인 백색 발광 소자 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자는 각각 청색 발광 다이오드로 이루어져 있는 백색 발광 소자 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 상부에 위치하고, 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광을 굴절시키는 렌즈를 더 포함하는 백색 발광 소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광을 모두 굴절시키는 단일 렌즈인 백색 발광 소자 패키지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 청색 발광 소자의 광량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 백색 발광 소자 패키지.
KR1020180043787A 2018-04-16 2018-04-16 백색 발광 소자 패키지 KR20190120508A (ko)

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