KR20220027909A - 발광소자 패키지 및 조명장치 - Google Patents

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KR20220027909A
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김재욱
김태호
이흥주
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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

실시예는 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체(11)와, 상기 패키지 몸체(11) 상에 배치되는 발광소자(25)와, 상기 발광소자(25) 상에 배치되는 몰딩부재(41)와, 상기 몰딩부재(41) 내에 배치된 형광체(30)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제1 파장영역의 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 75% 이하일 수 있다.
상기 발광소자 패키지(101)의 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제2 파장영역의 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 60% 이상일 수 있다.
또한 상기 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율보다 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 클 수 있다.
상기 형광체(30)는 그린 형광체인 제1 형광체(31)와, 레드 형광체인 제2 형광체(32)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 수 있다.

Description

발광소자 패키지 및 조명장치{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING APPARATUS}
실시예는 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 장점이 있다.
한편, 백색광을 구현하는 방법으로는 단일 칩일 활용하는 방법과 멀티 칩을 활용하는 방법이 있다. 예를 들어, 단일 칩으로 백색광을 구현하는 경우에 있어서, 청색 LED나 자외선(UV) LED로부터 발광하는 빛과 이를 이용해서 적어도 하나의 형광체들을 여기 시켜 백색광을 얻는 방법이 사용되고 있다. 또는 멀티 칩 형태의 경우 대표적으로 RGB(Red, Green, Blue)의 3 종류의 칩을 조합하여 제작하는 방법 등이 있다.
인체의 망막에는 B 원추세포, G 원추세포 및 R 원추세포가 있는데, 이 세가지 원추세포들이 외부 빛에 따라 각각 어느 정도 흥분했는지에 따라 각각의 전기신호의 크기가 달라지고, 뇌에서는 이들의 전기신호들을 종합하여 색을 판정하게 된다.
한편, 종래기술에서 광원의 에너지 효율을 높이기 위해 중심파장이 약 440nm~450nm인 Blue LED를 주로 활용하고 있다.
예를 들어, 도 1a는 태양광의 발광파장(S) 대비, 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(C1) 예시도이다. 도 1a에 의하면, 약 415nm~455nm의 제1 파장영역(H)의 강도 비율(HC)은 약 465nm~495nm의 제2 파장영역(B)의 강도 비율(BC)에 비해 큰 영역을 차지하고 있다.
예를 들어, 종래기술에서는 태양광 대비, 제1 파장영역(415~455nm) 영역의 강도(HC) 비율은 약 98%에 이르고, 제2 파장영역(465~495nm) 영역의 강도(BC) 비율은 약 54%에 불과하였다.
또한 도 1b는 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(C1)과 이에 채용된 그린 형광체(G1)의 파장스펙트럼 및 레드 형광체(R1)의 파장스펙트럼을 함께 나타낸 것이다.
최근 연구에 따르면, 약 415nm~455nm의 제1 파장영역(H)의 빛에 인간의 시각 세포가 노출되는 경우 눈에 부정적 효과(Eye-Hazardous)를 나타내며, 그 부정적 효과는 일생에 걸쳐 누적되고, 결과적으로 황반변성(age-related macular degeneration)까지 일으키는 등 인간 시각에 손상을 일으키는 것으로 밝혀지고 있으며, 황반변성은 노년기 시력상실의 주요 원인이지만 최근 젊은 연령층에서도 발병하기도 하며, 이 질병으로 인해 시력장애가 시작되면 이전의 시력으로 회복할 수 없다고 알려져 있다.
한편, 이러한 415nm~455nm의 제1 파장영역(H)의 위해성(hazardousness)을 줄이고자 일부 연구에서 LED 광원 앞에 필터를 사용하거나 필터가 장착된 안경을 착용하는 시도가 있으나, 이러한 시도의 경우 415nm~455nm의 제1 파장영역(H)의 눈에 유해한 파장 영역 외에도, 백색의 광원을 만드는 데 필요한 Blue 영역과 인체의 일주 리듬을 조절에 유익한(Beneficial) 약 465nm~495nm의 제2 파장영역(B) 까지도 제거되는 또 다른 문제를 발생시키고 있다.
도 2는 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 Special CRI 데이터이며, 이에 따르면 광원의 품질을 나타내는 지표 중의 하나인 R9(순수 붉은색)의 값이 -11.9를 나타내어 태양광과 유사한 반사광을 낼 수 없는 문제가 있다.
도 3은 제2 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(C2) 및 이에 채용된 그린 형광체(G2)의 파장스펙트럼, 제2 레드 형광체(R2)의 파장스펙트럼, 제3 레드 형광체(R3)의 파장스펙트럼을 함께 나타낸 것이다. 일반적으로 광발광(PL) 파장이 장파장인 형광체의 경우 단파장의 형광체보다 낮은 광 효율을 나타내어 광속이 저하된다.
제2 종래기술은 상대적으로 단파장의 제2 레드 형광체(R2)(610nm 피크파장)만 가지고는 R9>0이라는 업계의 요구를 만족시킬 수 없어서, 낮은 에너지 효율을 나타내는 장파장의 제3 레드 형광체(R3)(625nm 피크파장)를 함께 사용함으로써 광속 손실을 감수하면서 R9 지표를 개선하고자 시도하였다.
이에 따라 종래기술은 광속향상이라는 기술적 특성과 Special CRI 지표개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시키지 못하는 기술적 모순의 한계가 있었다.
실시예는 인체에 유해한 파장범위를 최소화하고 인체에 유익한 파장범위를 최대화할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(101)는 패키지 몸체(11)와, 상기 패키지 몸체(11) 상에 배치되는 발광소자(25)와, 상기 발광소자(25) 상에 배치되는 몰딩부재(41)와, 상기 몰딩부재(41) 내에 배치된 형광체(30)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제1 파장영역의 참조(Ref) 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 75% 이하일 수 있다.
상기 발광소자 패키지(101)의 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제2 파장영역의 참조 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 60% 이상일 수 있다.
또한 상기 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율보다 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 클 수 있다.
상기 발광소자 패키지(101)의 상기 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율은, 상기 발광소자 패키지의 상기 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 대비 상기 제1 파장영역의 참조(Ref) 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도에 대한 비율일 수 있다.
또한 상기 발광소자 패키지의 상기 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율은, 상기 발광소자 패키지의 상기 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 대비 상기 제2 파장영역의 참조 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도에 대한 비율일 수 있다.
상기 형광체(30)는 그린 형광체인 제1 형광체(31)와, 레드 형광체인 제2 형광체(32)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 형광체(30)는 발광 중심파장이 515nm 내지 570nm인 제1 형광체(31)와, 발광 중심파장이 580nm 내지 670nm인 제2 형광체(32)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 수 있다.
또한, 상기 형광체(30)는 중심파장이 515nm 내지 570nm인 제1 형광체(31)와, 중심파장이 580nm 내지 670nm인 제2 형광체(32) 및 중심파장이 490nm 내지 505nm인 제3 형광체(33)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 수 있다.
실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자 패키지를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광소자; 상기 발광소자 상에 배치되는 몰딩부재; 상기 몰딩부재 내에 배치된 형광체를 포함하는 발광소자 패키지에 있어서, 상기 발광소자 패키지의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(intensity) 비율이 상기 제1 파장영역의 참조(Ref) 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 75% 이하이며, 상기 발광소자 패키지의 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제2 파장영역의 참조 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 60% 이상일 수 있다.
실시예는 인체에 유해한 파장범위를 최소화하고 인체에 유익한 파장범위를 최대화할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시켜 기술적 모순을 극복할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
도 1a와 도 1b는 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼 예시도.
도 2는 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 CRI 데이터.
도 3은 제2 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼 예시도.
도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 5a와 도 5b는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼 예시도.
도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 CRI 데이터.
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예와 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼 비교 데이터.
도 8은 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9a와 도 9b는 제2 실시예와 제3 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼 예시도.
도 10은 실시예에 따른 조명 장치의 분해 사시도.
실시예의 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 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자의 패키지(101) 단면도이다.
도 4를 참조하면, 실시예의 발광소자 패키지(101)는 몸체(11), 복수의 리드 프레임(21,23), 발광소자(25), 형광체(30) 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 발광소자(25)과 상기 발광소자(25) 상에 배치되며 형광체(30)를 구비한 몰딩부재(41)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(11)는 상기 발광소자(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 제2 리드 프레임(21,23)은 상기 캐비티(15)의 바닥에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(21,23)의 외측부는 상기 몸체(11)를 통해 상기 몸체(11)의 적어도 한 측면에 노출될 수 있다. 상기 제1 리드 프레임(21) 및 상기 제2 리드 프레임(23)의 하부는 상기 몸체(11)의 하부로 노출될 수 있으며, 회로 기판 상에 탑재되어 전원을 공급받을 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(21,23)의 다른 예로서, 상기 제1 및 제2 리드 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 발광소자(25)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 리드 프레임(21) 및 제2 리드 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 발광소자(25)가 배치될 수 있으며, 상기 발광소자(25)는 접합 부재로 상기 제1리드 프레임(21) 상에 접착될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 발광소자(25)는 제1 및 제2 리드 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 발광소자(25)는 II-VI족 화합물 및 III-V족 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(25)는 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(30)를 포함할 수 있다. 상기 형광체(30)는 서로 다른 피크 파장을 발광하는 형광 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 형광체(30)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 발광소자(25)으로부터 방출된 피크 파장을 여기 파장으로 하여 제1피크 파장 예컨대, 녹색 광을 발광하는 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 제2형광체(33)는 상기 발광소자(25)로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 제2피크 파장 예컨대, 적색 피크 파장을 발광할 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 실시예의 제1 기술적 과제는 인체에 유해한 파장범위를 최소화하고 인체에 유익한 파장범위를 최대화할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 함이며, 또한 실시예의 제2 기술적 과제는 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공하고자 함이다.
실시예는 당면한 제1 기술적 과제와 제2 기술적 과제를 아래와 같이 효과적으로 해결하였으며, 이러한 기술적 해결수단 및 기술적 효과를 상술하기로 한다.
도 5a는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(E1)과 태양광 파장스펙트럼(S)의 예시도이다.
도 5b는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(E1)과 이에 사용되는 제1 형광체의 파장 스펙트럼(GE1), 제2 형광체의 파장 스펙트럼(RE1)을 함께 도시한 것이다.
이러한 제1 실시예는 그린파장 영역 중 535nm의 PL peak 파장을 갖는 제1 형광체(31)와 레드파장 영역 중 610 nm의 PL peak 파장을 갖는 제2 형광체(32)를 사용하고, 색좌표 (0.3535, 0.3721)와 CCT가 4780K인 백색 광원을 구현한 파장 스펙트럼일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래 기술은 에너지 효율을 높이고자 눈에 해로운 제1 파장영역(415~455nm) 영역(H)의 강도 비율이 높고, 몸에 유익한 제2 파장영역(465~495nm)(B)의 강도 비율이 낮추었다.
예를 들어, 도 1a를 참조하면, 종래기술에서 태양광 대비, 제1 파장영역(415~455nm) 영역의 강도(HC) 비율은 약 98%에 이르고, 제2 파장영역(465~495nm) 영역의 강도(BC) 비율은 약 54%에 불과하였다.
반면, 실시예는 기술적 과제를 해결하고자 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(HE) 비율보다 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(BE) 비율이 더 크도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 발광소자 패키지(101)의 발광파장이 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(HE) 비율이 제1 파장영역의 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 75% 이하로 제어할 수 있으며, 발광소자 패키지(101)의 발광파장이 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(BE) 비율이 제2 파장영역의 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 60% 이상으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광소자 패키지(101)의 465nm 내지 495nm인 상기 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제2 파장영역의 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 100% 이상일 수 있다.
예를 들어, 발광소자 패키지(101)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(HE) 비율은 태양광 대비 약 32% 수준으로 낮출 수 있는 반면, 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(BE) 비율은 태양광 대비 약 104% 수준으로 제어할 수 있다.
더욱이 실시예는 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(BE) 비율을 태양광 대비 약 148% 수준까지 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 제2 파장영역(465~495nm)(B)의 광 강도가 태양광에 비하여 증대되는데, 이 제2 파장영역(B) 부분의 광은 인체의 여러 대사 활동에 반드시 필요한 영역으로, 예를 들어 눈을 보호하기 위한 동공의 수축이나 이완의 반사 반응에 필요하며, 인체의 일주 동조(Circadian entrainment)에 필요하며, 멜라토닌(melatonin) 조절을 통한 수면 조절을 도우며, 우울감 경감의 효과가 있고, 각성(alertness) 및 집중력 강화 효과가 있으며, 이에 따라 업무능력 향상, 학습능력 향상, 기억력 강화 효과 등이 있는 유익한(Beneficial) 효과를 가진다.
이에 따라 실시예에 의하면 인체에 유해한 파장범위(415~455nm)를 최소화하고 인체에 유익한 파장범위(465~495nm)를 최대화할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
도 6은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 Special CRI 데이터이다.
앞서 기술한 바와 같이, 종래기술은 상대적으로 단파장의 제2 레드 형광체(R2)(610nm 피크파장)만 가지고는 R9>0이라는 업계의 요구를 만족시킬 수 없어서, 낮은 에너지 효율을 나타내는 장파장의 제3 레드 형광체(R3)(625nm 피크파장)를 함께 사용함으로써 광속 손실을 감수하면서 R9 지표를 개선하고자 시도하였다.
이에 따라 종래기술은 광속향상이라는 기술적 특성과 Special CRI 지표개선(예를 들어, R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시키지 못하는 기술적 모순의 한계가 있었다.
실시예에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 고효율의 단파장 Red 형광체인 제2 형광체(32)를 사용하여도 R9 값이 종래 -11.9에서 2.7로 현저히 증대하는 효과가 있다.
이에 따라, 실시예는 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시켜 기술적 모순을 극복할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 실시예와 제1 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 반사율 곡선이며, 이를 기초로 실시예 따른 발광소자 패키지에서 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시켜 기술적 모순을 극복한 기술적 해결원리를 상술하기로 한다.
도 7a를 참조하면, TCS09 반사율(T)은 CRI 계산을 위한 표준 CRI 샘플 중에 하나로, 일광(一光)에서(appearance under daylight) Strong red이며, SR은 Ref 태양광 반사율 곡선이며, ER은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 반사율 곡선이며, CR은 종래기술의 반사율 곡선이다.
실시예에서 R9 값이 상승하려면, Ref 태양광반사(SR)과 유사한 반사광을 낼 수 있어야 한다. 이를 기초로 종래기술과 비교하기로 한다.
우선, 도 7a를 보면, Ref. 태양광 반사(SR) 기준으로, 제1 종래기술의 반사(CR)와 실시예의 반사(ER)의 분포를 비교한 것으로, 실시예는 제2 파장영역(465nm 내지 495nm)에서 제1 종래기술에 비해 A3 영역만큼 반사광이 태양광과 유사한 하며, 적색 형광체 발광 파장영역에서 B 영역만큼 반사광이 태양광과 유사한 한 결과를 나타냈고, 이렇게 증대된 태양광과 유사한 반사광 영역으로 인해 R9 값이 종래 -11.9에서 2.7로 현저히 증대하는 효과가 있었다.
구체적으로, 도 7b를 참조하면, 제2 파장영역(465nm 내지 495nm)에서 제1 종래기술의 반사광 영역(A1)에 비해 실시예의 반사광 영역(A2)으로 개선됨에 따라 A3 영역만큼 반사광이 태양광과 더 유사한 하게 되었다.
또한, 도 7c를 참조하면, 적색 형광체 발광 파장영역에서 제1 종래기술의 반사광(CR)에 비해 실시예의 반사광(ER)으로 개선됨에 따라 B 영역만큼 반사광이 태양광과 더 유사하게 되었다.
이를 통해, 실시예는 종래기술들과 달리 장파장인 제2 RED 형광체를 사용하지 않음으로써 광속저하가 없으므로 오히려 광속향상이 되면서, Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시켜 기술적 모순을 극복할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 조명 Middle CRI (Ra>80) 또는 High CRI (Ra>90)을 구현할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
다시 도 4와 도 5b를 참조하면, 실시예는 그린 형광체인 제1 형광체(31)와, 레드 형광체인 제2 형광체(32)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 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 85wt%~95wt%: 5wt%~15wt%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.
예를 들어, 상기 제1형광체(31)는 발광 중심파장이 515nm 내지 570nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 형광체(31)는 (Y,Gd,Lu,Tb)3-x(Al,Ga)5O12:Cex, (Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu, (Ca,Sr)3SiO5:Eu, (La,Ca)3-xSi6N11:Cex, 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.
상기 제2형광체(33)는 상기 발광소자(25)로부터 방출된 광을 여기 파장으로 하여 제2피크 파장 예컨대, 적색 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2 형광체(32)는 발광 중심파장이 580nm 내지 670nm일 수 있다.
상기 제2형광체(33)는 화합물계 형광체 예컨대, (Ca,Sr)S:Eu2+ 또는 질화물계 예컨대, Ca1-xAlSiN3:Eu2+ x 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 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 형광체(32)는 K2Si1-xF6:Mn4+ x일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(102)는 패키지 몸체(11)와, 상기 패키지 몸체(11) 상에 배치되는 발광소자(25)와, 상기 발광소자(25) 상에 배치되는 몰딩부재(41)와, 상기 몰딩부재(41) 내에 배치된 형광체(30)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(102)의 415nm 내지 455nm인 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율보다 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 더 클 수 있다.
이하 제2 실시예의 주된 특징을 중심으로 기술하기로 한다.
제2 실시예에서 상기 형광체(30)는 중심파장이 515nm 내지 570nm인 제1 형광체(31)와, 중심파장이 580nm 내지 670nm인 제2 형광체(32) 및 중심파장이 490nm 내지 505nm인 제3 형광체(33)를 포함하여 상기 발광소자(25)의 발광파장을 여기 파장으로 백색광원을 구현할 수 있다.
실시예에서 중심파장이 490nm 내지 505nm인 제3 형광체(33)는 cyan 형광체일 수 있으며, 예를 들어, 제3 형광체(33)의 조성은 (Ba, Mg)3-aSi6-bO3.5-cN8.5-d(Li, Cl, F, P)1-e:Eu2+ a, (Ba, Mg, Ca, Sr)3-aSi6O3.N8:Eu2+ a, (Ba, Mg, Ca, Sr)1-aSi2O2.N2:Eu2+ a 중 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 녹색 형광체인 제1 형광체(31)는 적색 형광체인 제2 형광체(32) 보다 높은 비율로 형광체 조성물이 형성될 수 있다. 또한, 실시예에서 cyan 형광체인 제3 형광체(33)는 적색 형광체인 제2 형광체(32)보다 낮은 비율로 형광체 조성물을 형성할 수 있다.
예를 들어, 녹색 형광체인 제1 형광체(31), 적색 형광체인 제2 형광체(32) 및 cyan 형광체인 제3 형광체(33)의 상대적 비율은 70wt%~80wt%: 10wt%~20wt%: 5wt%~15wt% 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9a는 제2 실시예 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(E2), 제3 종래기술에 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(C3) 예시도이다. 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지는 CCT가 5164K, (Cx, Cy) = (0.3403, 0.3426)가 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
2 실시예에 의하면, 인체에 유해한 파장범위(415~455nm)(H)를 최소화하고 인체에 유익한 파장범위(465~495nm)(B)를 최대화할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 제2 실시예는 광속향상의 기술적 특성과 Special CRI 지표 개선(예를 들어 R9>0)이라는 기술적 특성을 동시에 만족시켜 기술적 모순을 극복할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
나아가 제2 실시예는 아래 기술하는 바와 같이, 제1 실시예에 비해서도 향상된 유리한 기술적인 효과가 있다.
도 9b는 제2 실시예 따른 발광소자 패키지의 파장스펙트럼(E2)과 아울러, 이에 사용된 제1 형광체의 파장스펙트럼(GE2), 제2 형광체의 파장스펙트럼(RE2) 및 제3 형광체의 파장스펙트럼(CE)를 함께 도시한 것이다.
제2 실시예에 의하면, Cyan 형광체인 제3 형광체(33)를 함께 사용하는 경우 인체에 유익한 제2 파장 영역(465~495nm)의 강도 비율의 더욱 증대(BC)시켜주는 유리한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 제2 실시예는 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도(BE) 비율을 태양광 대비 약 180% 수준까지 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 조명 유닛, 디스플레이 장치, 백라이트 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 실시예에 따른 조명 장치의 분해 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), 발광소자(25), 몰딩부재(41),
형광체(30), 제1 형광체(31), 제2 형광체(32)

Claims (8)

  1. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 상에 배치되는 발광소자;
    상기 발광소자 상에 배치되는 몰딩부재; 및
    상기 몰딩부재 내에 배치되는 복수의 형광체;를 포함하고,
    상기 복수의 형광체는 중심 파장이 515nm 내지 570nm인 제1 형광체와,
    발광 중심파장이 580nm 내지 670nm인 제2 형광체, 및 중심 파장이 490nm 내지 505nm인 제3 형광체를 포함하고,
    상기 몰딩부재에서 상기 제2 형광체의 조성 비율은 상기 제1 형광체의 조성 비율보다 작고, 상기 제3 형광체의 조성 비율보다 큰 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지의 415nm 내지 455nm인 상기 제1 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제1 파장영역의 참조 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 75% 이하인 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지의 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율이 상기 제2 파장영역의 참조 태양광원의 파장 스펙트럼의 강도 대비 60% 이상인 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지의 465nm 내지 495nm인 제2 파장영역의 파장 스펙트럼의 강도 비율은 상기 제2 파장영역의 기준 태양광 광원의 파장 스펙트럼의 세기 대비 60% 내지 180%인 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형광체, 상기 제2 형광체 및 상기 제3 형광체의 상대적 비율은 70wt%~80wt%:10wt%~20wt%:5wt%~15wt%인 발광소자 패키지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 발광소자에서 방출되는 광의 중심파장은 455nm 이상인 발광소자 패키지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
    중심파장이 490nm 내지 505nm인 제3 형광체는 cyan 형광체이고,
    상기 제3 형광체의 조성은 (Ba, Mg)3-aSi6-bO3.5-cN8.5-d(Li, Cl, F, P)1-e:Eu2+ a, (Ba, Mg, Ca, Sr)3-aSi6O3.N8:Eu2+ a, (Ba, Mg, Ca, Sr)1-aSi2O2.N2:Eu2+ a 중 어느 하나 이상인 발광소자 패키지.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치.
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