KR20200095216A - 방충용 백색 led 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충분한 방충 효과가 있으면서도 고품위 백색광을 발광하여 조명의 기능을 충실하게 수행하는 방충용 화이트 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 기판, 상기 기판 상 실장되고, 460 내지 480nm의 광을 출사하는 LED 베어칩, 및 상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체층을 포함하고, 상기 형광체층은 실리콘 기지 85 내지 89wt%, 황색 계열 형광체 10 내지 14wt%, 및 적색 계열 형광체 0.1 내지 0.9wt%로 이루어진다.

Description

방충용 백색 LED 패키지{WHITE LED PACKAGE FOR PREVENTING INSECT}
본 발명은 LED 패키지에 대한 것으로서 보다 상세하게는 방충용 화이트 LED 패키지에 대한 것이다.
최근 각종 조명장치의 광원으로 LED 소자가 각광을 받고 있다. LED 소자는 종래의 조명광원에 비해 발열량이 적고, 적은 소비전력과 긴 수명, 내충격성 등의 장점을 갖고 있다. 또한, 제조과정에서 형광등과 같이 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.
그런데, LED 조명은 전통적인 조명과 마찬가지로 야간에 곤충이 눌러붙는 현상이 빈번하게 발생한다. 이에, 조명 기구의 재질 자체를 바꾸는 방법, 은나노 등을 조명 하우징에 코팅하는 방법, UV 광으로 곤충을 사멸시키는 방법, 및 강제로 곤충을 포집하는 방법 등 무수한 방법이 등장하고 있는 실정이나 퇴치 효과가 미미하던지 주위 환경의 오염을 수반하는 실정이다.
이에 따라, 선행기술문헌1에서는 LED 패키지가 490nm 내지 800nm의 광을 출사하거나 더욱 한정하여 곤충이 싫어하는 대역인 540 내지 580nm의 광을 출사하는 LED 패키지를 개시하고 있다. 그러나, 선행기술문헌1에서는 결과적으로 황색광이 발광하게 되어 조명으로의 사용은 매우 불편한 실정이다.
또한, 최근 660nm 대역의 광이 발광되는 방충등도 보급되는 실정이나 적색광이 발광되므로 마찬가지로 조명의 기능은 상실한다. 이에, 도 1a를 참조하면 황색 커버를 이용한 제품도 등장하고 있으나 역시 황색 계열이 두드러져 황색광으로 보이는 문제가 있다.
또한, 도 1b에서와 같이 청색광을 출사하는 베어칩을 사용하는 경우에 청색 피크를 줄이고자 황색 계열의 형광체를 다량 포함시켜 방충효과를 나타나게 하려는 시도가 있는데 이 역시 황색광이 출사되어 조명으로의 기능이 저하되는 문제를 동일하게 내포하고 있다.
[선행기술문헌1]
한국공개특허 제 10-2017-0109819호(2017. 10. 10)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 충분한 방충 효과가 있으면서도 백색광을 발광하여 기본적인 조명의 기능을 충실히 수행하는 방충용 화이트 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 기판, 상기 기판 상 실장되고, 460 내지 480nm의 광을 출사하는 LED 베어칩, 및 상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체층을 포함하고, 상기 형광체층은 실리콘 기지 85 내지 89wt%, 황색 계열 형광체 10 내지 14wt%, 및 적색 계열 형광체 0.1 내지 0.9wt%로 이루어진다.
이때, 상기 형광체층은 LED 베어칩이 출사한 광을 흡수하여 490 내지 700nm 대역의 광을 발광할 수 있다.
또한, 상기 방충용 화이트 LED 패키지가 발광하는 광은 청색 피크가 메인 피크일 수 있다.
또한, 상기 형광체층의 두께는 350 내지 450um으로 형성되고, 상기 적색계열 형광체의 크기는 10 내지 15um로 형성될 수 있다.
또한, 상기 방충용 화이트 LED 패키지는 460 내지 480nm 대역에서 메인 피크를 형성하고, 500 내지 650nm에서 위로 볼록한 스펙트럼을 형성할 수 있다.
또한, 상기 방충용 화이트 LED 패키지의 연색지수(CRI)는 79 내지 87 Ra일 수 있다.
또한, 상기 형광체층 상에 형성된 양자점층을 더 포함하고, 상기 양자점층은 형광체층에 의해 1차 여기된 광을 465 내지 475nm의 광으로 2차 여기될 수 있다.
본 발명은 LED 베어칩에서 출사된 청색광이 형광체층에 의해 백색으로 발광하여 우수한 조명 품질을 구현하면서 방충 효과도 그대로 유지시킨다.
도 1a, 1b는 종래 방충용 화이트 LED 패키지의 광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 설계 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 색좌표 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 색좌표 및 연색지수를 포함한 물성을 도시한 도면이다.
도 7은 일반 LED 조명에 곤충이 부착된 것을 보여주는 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지가 적용된 조명의 방충 기능을 보여주는 사진이다.
도 9는 일반 LED 조명과 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지가 적용된 조명의 방충 기능을 대비하는 사진이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
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 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 설계 평면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지(100)는 기판(10), LED 베어칩(20), 형광체층(30)을 포함하여 이루어진다. 또한, 도시한 바와 같이 리플렉터(40)를 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 LED 베어칩(20)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 이러한 기판(10)으로는 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(lowtemperature co-fired ceramic) 등을 들 수 있다.
기판(10)은 직선형, 원형 또는 다각형상의 판으로 이루어질 수 있으며, 기판(10)에는 LED 베어칩(20)에 전원을 공급하기 위한 제1와이어와 제2와이어가 설치될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 LED 모듈(100)은 솔더링을 통해서 LED 베어칩(20)과 기판(10)이 전기적으로 연결되며 별도의 본딩 와이어를 갖지 않을 수도 있다. 이때, LED 베어칩(20)에 형성된 단자를 기판(10)에 전기적으로 연결하는데, 표면실장 방식(SMT; Surface Mount Technology)으로 형성될 수 있다. LED 베어칩(20)은 청색 발광 LED 칩으로서, 460nm 내지 480nm의 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어질 수 있다.
형광체층(30)은 LED 베어칩(20)이 출사한 청색광을 490nm 내지 700nm 대역의 광으로 발광하는데, 실리콘 기지(matrix)에 황색 계열 형광체와 적색 계열 형광체가 분포하도록 한다. 그런데, 본 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 실리콘 기지가 85 내지 89wt%, 황색 계열 형광체가 10 내지 14wt%, 및 적색 계열 형광체가 0.1 내지 0.9wt%가 되도록 한다.
이러한 형광체층(30)을 적용한 LED 패키지의 광스펙트럼을 도 4에 도시하였다. 도 4를 참조하면, 청색광의 메인 피크가 460 내지 480nm에 도출되는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 LED 베어칩(20)이 통상적으로 사용되는 445 내지 455nm 대역의 광을 출사하지 않고, 방충효과를 위해 최대한 광 스펙트럼을 우측 편향 시키기 위해 460 내지 480nm의 광을 출사한다.
이후 형광체층(30)에 의해 460 내지 480nm 대역의 광이 메인 피크를 형성하고, 형광체층(30)이 청색광을 490 내지 700nm 대역의 광으로 발광하도록 하여, 490 내지 700nm 대역의 광은 위로 볼록한 스펙트럼을 형성함을 알 수 있다. 더욱 상세하게 500 내지 650nm의 광에서 이러한 스펙트럼을 더욱 구체적으로 확인할 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 백색광을 출사하면서도 곤충이 좋아하는 450nm 이하 대역의 광이 존재하지 않도록 하여 방충효과 및 조명기능을 함께 향상시키게 된다.
이에, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지를 더욱 자세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 색좌표 분포를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 색좌표 및 연색지수를 포함한 물성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 색온도는 Cx가 0.320 내지 0.337이며, Cy가 0.330 내지 0.355 사이로 형성됨을 알 수 있다. 즉, 황색광의 발광을 억제하면서 우수한 백색광이 발광됨을 알 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 연색지수(CRI)는 79 내지 87Ra 범위 내의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 이는 본 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지에서 형광체층의 두께를 350 내지 450um으로 슬림 형성하는데 소폭 포함되는 적색 계열 형광체의 크기를 10 내지 15um으로 증대시킴에 기인한다. 즉, 형광체층 두께의 저감으로 광속의 향상을 도모하면서도 연색성을 획기적으로 증가시켰다. 종전의 방충용 화이트 LED 패키지의 경우 연색성이 최대 55Ra 정도에 불과하므로 현저하게 개선된 연색지수가 확인된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 방충 효과를 설명한다. 도 7은 일반 LED 조명에 곤충이 부착된 것을 보여주는 사진이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지가 적용된 조명의 방충 기능을 보여주는 사진이며, 도 9는 일반 LED 조명과 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지가 적용된 조명의 방충 기능을 대비하는 사진이다.
도 7 및 도 8을 우선 참조하면, 종래의 450nm 베이스 백색 조명의 경우(도 7)에는 10분이 경과한 후 벌레가 다양 부착되어 있는 것을 확인할 수 있는데, 본 실시예에 따른 패키지가 적용된 조명의 경우에는 방충 효과가 극대화되면서도 백색광이 발광되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 10에서는 10분, 20분, 30분이 경과한 후 일반 백색 LED 패키지(청색 베어칩과 황색 형광체 적용)가 적용된 것과 본 실시예에 따른 패키지가 적용된 것을 대비하였는데, 현저한 방충 효과을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 현저한 방충 효과가 있으면서도 조명 품질의 개선까지 확인되었다.
이상과 같이, 종래의 황색계열 및 적색계열 방충등과 마찬가지로 본 실시에 따른 방충용 화이트 LED 패키지는 백색광을 발광하면서도 방충효과가 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지(200)에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방충용 화이트 LED 패키지의 단면도이다.
본 실시예에서는 형광체층(30) 상에 양자점층(50)을 더 포함하도록 한다.
양자점은 나노미터 크기의 반도체 물질로서 양자제한 효과를 나타내며, '나노 형광체'로 지칭될 수 있다. 양자점은 여기원으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 자신의 에너지 밴드 갭에 해당하는 에너지를 방출함으로써 여기원의 빛(여기광)을 파장 변환(변조)시킨다. 여기원은 통상적으로 LED칩 또는 자외선 LED칩을 사용하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지에서는 여기원으로서 전술한 바와 같이 형광체층(30)의 의해 1차 여기된 광을 사용한다.
한편, 양자점 플라즈모닉 필름은 양자점의 물질 조성과 입자 크기를 변화시킴으로써 양자점의 에너지 밴드 갭을조절할 수 있고, 여기원의 파장에 대해 원하는 파장 변조를 실현할 수 있다. 양자점은 Si계 나노결정, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정, 및 이들의 혼합물과 복합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, 및 HgZnSTe 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
고분자 수지는 상온에서 단단하지만 열을 가하면 유연해져 쉽게 변형(가공)될 수 있는 열가소성 수지일 수있다. 예를 들어, 고분자 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene erephthalate, PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane), PDMS), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC), 및 폴리에테르술폰(poly ether sulfone, PES) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 양자점층(50)은 형광체층(30)에 의해 1차 여기된 광을 465 내지 475nm의 광으로 2차 여기하게 된다. 따라서, 1차 여기되어 발생된 460 내지 480nm 사이에 배치되는 상대적으로 광대역인 파장 피크 범위를 양자점층(50)에 의해 더욱 협대역의 피크로 변환하게 된다. 이에 따라 황색 발광 양상을 더욱 누그러뜨리게 되어, 조명 품질을 더욱 향상시키게 된다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100,200: LED 패키지
10: 기판
20: LED 베어칩
30: 형광체층
40: 리플렉터
50: 양자점층

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상 실장되고,
    460 내지 480nm의 광을 출사하는 LED 베어칩; 및
    상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체층;를 포함하고,
    상기 형광체층은 실리콘 기지 85 내지 89wt%, 황색 계열 형광체 10 내지 14wt%, 및 적색 계열 형광체 0.1 내지 0.9wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층은 LED 베어칩이 출사한 광을 흡수하여 490 내지 700nm 대역의 광을 발광하는 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방충용 화이트 LED 패키지가 발광하는 광은 청색 피크가 메인 피크인 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층의 두께는 350 내지 450um으로 형성되고, 상기 적색계열 형광체의 크기는 10 내지 15um로 형성한 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방충용 화이트 LED 패키지는 460 내지 480nm 대역에서 메인 피크를 형성하고, 500 내지 650nm에서 위로 볼록한 스펙트럼을 형성하는 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방충용 화이트 LED 패키지의 연색지수(CRI)는 79 내지 87 Ra인 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층 상에 형성된 양자점층을 더 포함하고, 상기 양자점층은 형광체층에 의해 1차 여기된 광을 465 내지 475nm의 광으로 2차 여기하는 것을 특징으로 하는 방충용 화이트 LED 패키지.
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