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KR100655894B1 - 색온도 및 연색성이 우수한 파장변환 발광장치 - Google Patents

색온도 및 연색성이 우수한 파장변환 발광장치 Download PDF

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KR100655894B1
KR100655894B1 KR1020040032017A KR20040032017A KR100655894B1 KR 100655894 B1 KR100655894 B1 KR 100655894B1 KR 1020040032017 A KR1020040032017 A KR 1020040032017A KR 20040032017 A KR20040032017 A KR 20040032017A KR 100655894 B1 KR100655894 B1 KR 100655894B1
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light
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conversion means
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로스 군둘라
월터 튜스
이정훈
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서울옵토디바이스주식회사
월터 튜스
로스 군둘라
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Abstract

본 발명은 파장변환 발광장치에 관한 것으로, 피크파장이 360nm 내지 420nm인 제 1발광소자; 피크파장이 400nm 내지 450nm인 제 2발광소자; 피크파장이 430nm 내지 500nm인 제 3발광소자; 및 상기 각 발광소자에서 발광된 1차광을 파장변환시켜 가시광선 스펙트럼영역내의 2차광을 발생시키는 파장변환수단을 포함한다. 이에 따르면, 색온도가 2,000K 내지 8,000K 또는 10,000K로 높고 연색성이 90 이상으로 사용자가 요구하는 색좌표값의 발광을 용이하게 구현할 수 있기 때문에, 핸드폰이나 노트북, 그리고, 각종 전자제품의 키패드용이나 백라이트용으로 다양하게 채용할 수 있고, 특히, 자동차 및 실내외의 조명용으로 다양하게 응용할 수 있다.
발광장치, 파장변환, 발광소자, 형광체, 색온도, 컬러 재현율

Description

색온도 및 연색성이 우수한 파장변환 발광장치{Light Emitting Device}
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 발광장치의 개략적 종단면도로서, 2개의 발광소자 및 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 발광장치의 발광 스펙트럼을나타낸 그래프로, 2개의 상이한 피크파장을 가지는 블루색 발광소자와, 각각 그린,엘로우, 및 오렌지색 발광피크를 가지는 형광체들이 혼합된 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 발광스펙트럼을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 발광장치의 개략적 종단면도로서, 3개의 발광소자 및 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 종단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 발광장치의 발광스펙트럼을 나타낸 그래프, 3개의 상이한 블루색 발광소자와, 그린, 오렌지, 및 레드 형광체들이 혼합된 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 발광스펙트럼을 나타낸 도면,
도 5는 3개의 상이한 블루색 발광소자와, 그린 및 오렌지 형광체들이 혼합된 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 발광스펙트럼을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 탑형 패키지의 개략적 종단면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 싸이드형 패키지의 사시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 램프형 패키지의 개략적 종단면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 제 6실시예에 따른 고출력용 패키지의 개략적 종단면도, 및
도 10은 본 발명의 바람직한 제 7실시예에 따른 고출력용 패키지의 개략적종단면도이다.
<도면의 주요 참조번호에 대한 설명>
1: 기판 2: 전도성 와이어
3, 13: 파장변환수단 5: 전극패턴
6, 7, 16, 17, 18: 발광소자
9: 접착재 10: 몰딩부
11, 20, 30, 40, 50, 60, 70: 발광장치
31: 리플렉터 51, 52: 리드전극
61, 62, 71: 힛싱크
본 발명은 발광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 적어도 하나의 발광원과 각 발광원에서 발생되는 광을 소정의 색으로 파장변환시키는 파장변환수단을 구 비하는 발광장치에 관한 것이다.
발광장치(LED, Light Emitting Device)는 소비전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 레드, 블루, 또는 그린색 LED 외에 백색 LED들이 출시되고 있다. 백색 LED는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으
로 예상된다.
LED 기술에서 백색을 구현방식은 크게 두가지로 구분가능하다. 첫번째는 레드(R), 블루(B), 그린(G)색 발광소자를 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 하지만, 각 발광소자들은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
두번째는 형광체를 발광소자에 배치시켜, 발광소자의 1차발광의 일부와 형광체에 의해 파장변환된 2차발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 이 방식은, WO 98/05078호 및 WO 98/12757호를 참조하면, 450nm 내지 490nm의 블루소자와, 이 블루소자의 발광을 흡수하고 대부분 황색인 형광광선으로 변환시키는 YAG계 형광체를 구비한다.
하지만, 이러한 두번째 방식 백색구현 기술에서는, YAG계 형광체의 특성상 우수한 백색 발광특성을 제공하지 못하는 단점이 있다. 즉, YAG계 형광체는 최대 발광값(Light Emission Maximum value)이 560nm 이하에서만 고효율(High Efficiency)을 나타내는데, 450nm 내지 490nm의 블루 발광소자와 조합되어 색온도(Color Temperature)가 6,000 내지 8,000K이고 연색성(Color Rendering Index, CRI)이 약 60 내지 75정도로 낮은 차가운 느낌의 블루-백색이 구현되는 것이다.
따라서, 종래의 백색 LED는 다양한 제품에 적용시키는데 한계가 있고, 특히 조명용에 응용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 약 2,000K 내지 8,000K 또는 10,000K 정도의 색온도와 90이상 연색성을 가지고 가전제품, 오디오, 및 통신제품과 같은 전자기기 뿐만아니라 실내외 각종 디스플레이, 특히, 자동차 및 조명에 응용할 수 있는 발광특성이 우수한 파장변환 발광장치를 제공하는 것이다.
상기 발광장치의 바람직한 일실시예는, 피크파장이 360nm 내지 420nm인 제 1발광소자; 피크파장이 400nm 내지 450nm인 제 2발광소자; 피크파장이 430nm 내지 500nm인 제 3발광소자; 및 상기 각 발광소자에서 발광된 1차광을 파장변환시켜 가시광선스펙트럼영역내의 2차광을 발생시키는 파장변환수단;를 포함하여 구성가능하다.
상기 발광장치의 바람직한 다른 실시예는, 피크파장이 390nm 내지 450nm인 제 1발광소자; 피크파장이 440nm 내지 500nm인 제 2발광소자; 및 상기 각 발광소자에서 발광된 1차광을 파장변환시켜 가시광선스펙트럼영역내의 2차광을 발생시키는 형광체;를 포함하여 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 1차광을 발생시키는 발광소자들 및 상기 파장변환수단이 단일의 패키지내에 결합되는 것이 바람직하며; 상기 단일의 패키지는, 기판위에 상기 적어도 하나의 발광소자가 실장되고, 상기 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되어 있는 칩형;이나, 리플렉터가 형성된 기판위에 상기 적어도 하나의 발광소자가 실장되고, 상기 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되어 있는 탑형;으로 구성할 수 있다.
이 때, 상기 칩형 또는 탑형 패키지의 기판을 금속성 재질로 구성하면, 상기 적어도 하나의 발광소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다. 상기 금속성 기판에 방열판를 더 부착시키면 열방출 효과가 더욱 좋아진다.
상기 칩형 및 탑형 패키지의 기판상에는 또한, 상기 발광소자 및 상기 파장변환수단을 봉지하는 몰딩부;를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 몰딩부에 상기 파장변환수단을 골고루 분포시킬 수도 있다.
상기 단일의 패키지는, 한편, 한 쌍의 전극리드중 일측에 상기 적어도 하나의 발광소자가 실장되고; 상기 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되며; 상기 발광소자와 상기 파장변환수단이 몰딩부에 의해 봉지되어 있는 램프형;으로 구성가능하다.
상기 단일의 패키지는, 상기 적어도 하나의 발광소자에서 발생되는 열을 방출하는 힛싱크를 구비하며, 상기 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되어 있는 고출력용;으로 구성가능하다. 이 때, 상기 힛싱크의 열을 방출가능하게 장착되는 방열판를 더 포함하면 열방출 효과가 더욱 좋아진다.
그리고, 상기 각 발광소자는, 실리콘 카바이드 또는 사파이어 기판상에 질화물 에피택셜층을 형성시킨 구조를 포함하는 다양한 발광소자중에서 선택가능하다.
한편, 상기 파장변환수단은, 각기 상이한 특성을 가지는 단일의 또는 하나 이상의 형광체를 혼합시켜 구성가능하며, 이렇게 혼합된 파장변환수단은 상기 발광소자의 측면, 상면, 및 하부면중 적어도 어느 일측에 배치시키거나 접착재 또는 몰딩재와 혼합된 상태로 배치가능하다.
상기 파장변환수단은, 발광피크가 440nm 내지 500nm인 형광체; 발광피크가 500nm 내지 590nm인 형광체; 및 발광피크가 580nm 내지 700nm인 형광체;중 적어도 어느 하나를 포함하여 간단히 구성할 수 있다.
또 다른 실시예의 상기 파장변환수단은, 발광피크가 440nm 내지 500nm인 형광체; 발광피크가 500nm 내지 590nm인 형광체; 및 발광피크가 580nm 내지 700nm인 형광체;중 적어도 적어도 어느 하나를 포함하여 구성가능하다.
그리고, 상기 각각의 형광체는, 해당 스펙트럼영역내에서 각기 상이한 특성을 가지는 단일의 또는 하나 이상의 형광체를 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으 로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 발광장치의 개략적 종단면도로, 2개의 발광소자 및 파장변환수단이 조합된 칩형 패키지가 도시되어 있다. 이 도면을 참조하면, 기판(1)의 양측 단부에 각각 전극패턴(5)이 형성되어 있고, 일측 전극패턴(5)상에 서로 다른 파장의 블루색광을 1차적으로 발생시키는 2개의 발광소자(6, 7)가 실장되어 있다. 각 발광소자(6, 7)는 전도성 접착재(9, Paste)를 매개하여 전극패턴(5)에 실장되고, 각 발광소자(6, 7)의 전극과 타측 전극패턴(도시 않음)은 도전성 와이어(2)로 연결되어 있다.
2개의 발광소자(6, 7) 상면 및 측면에는 파장변환수단(3)이 배치되어 있다. 파장변환수단(3)은 발광소자에서 발생되는 블루광을 가시광선스펙트럼 영역내의 2차광으로 파장변환시킨다. 이러한 파장변환수단(3)은 경화성 수지 예를 들어, 에폭시수지 또는 실리콘수지에 혼합된 형태로 각 발광소자(6, 7)에 도팅가능하다. 파장변환수단(3)은 또한 전도성 접착재(9)에 혼합된 형태로 각 발광소자(6, 7)의 하부면에도 배치시킬 수 있다.
2개의 발광소자(6, 7)가 실장된 기판(1)의 상부는 경화성 수지로 몰딩(10)되어 있다. 본 실시예(11)에서는, 파장변환수단(3)이 발광소자(6, 7)의 상면 및 측면에 일정한 두께로 도팅되어 있지만, 경화성 몰딩부(10)에 전체적으로 고루게 분포되는 형태로 제작가능함은 물론이다. 이러한 제조방법은 본 발명자에 의해 기출원된 US6,482,664호를 참조하기 바란다.
한편, 2개의 블루 발광소자(6, 7)중 제 1발광소자(6)는 그 피크파장이 390nm 내지 450nm이고, 제 2발광소자(7)의 피크파장은 440nm 내지 500nm이다. 이들 제 1 및 제 2발광소자(6, 7)는 예를 들어, 실리콘 카바이드 또는 사파이어 기판상에 질화물 에피택셜층을 형성시킨 발광소자를 사용가능하다.
파장변환수단(3)은, 단일의 형광체 또는 복수 형광체가 선택적으로 혼합된 형태로 구성된다. 즉, 그 발광피크가 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm의 형광체중 선택된 적어도 하나의 형광체를 혼합하여 구성가능한 것이다. 여기서, 각 형광체는 또한 해당 스펙트럼영역내의 상이한 발광피크을 가지는 형광체를 혼합하여 구성할 수도 있음은 물론이다.
한편, 파장변환수단(3)은 예를 들어, 화학식이 (Ba, Sr, Ca)xSiO4:Eu 및/또는 Mn인 오르토실리케이트 계열의 형광체를 사용가능하다. 여기서, 예를 들어, Ba, Sr, 및 Ca의 배합비율, (Ba, Sr, Ca)xSiO4:Eu와 (Ba, Sr, Ca)xSiO4:Mn의 배합비율, 및/또는 Ba, Sr, Ca, Mn, 및Eu의 배합비율등을 적절히 조절하면, 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm의 발광피크를 가지는 형광체를 제공가능하다. 이와 같은 방식으로 배합비율이 상이한 형광체를 선택적으로 혼합하여 파장변환수단(3)을 얻을 수 있다.
이러한 구성의 발광장치(11)에서는, 제 1발광소자(6)와 제 2발광소자(7)에 전극패턴(5)을 통해 외부 전원이 공급된다. 그러면, 제 1발광소자(6)에서 피크파장이 390nm 내지 450nm의 블루광과 제 2발광소자(7)에서 피크파장이 440nm 내지 500nm의 블루광이 1차적으로 발생된다. 이 때, 형광체들을 블루색 1차광에 의해 여기되면서, 각기 발광피크가 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm인 2차광을 발생시킨다. 그러면, 제 1 및 제 2발광소자(6, 7)에서 발생되는 블루색 1차광들과, 각 형광체들에 의해 파장변환된 2차광들이 혼색되어, 해당 가시광선스펙트럼 영역의 색이 구현되는 것이다.
여기서, 형광체의 혼합비율을 적절히 조절하면, 사용자가 원하는 색을 구현할 수 있다. 예를 들어, 발광피크가 440nm 내지 500nm인 형광체와 500nm 내지 590nm인 형광체만 구비하는 경우, 580nm 내지 700nm의 2차광은 발생되지 아니한다. 즉, 제 1발광소자(6)와 제 2발광소자(7)에서 발생되는 블루색 1차광들과 형광체들에 의해 파장변환된 2차광들이 혼색되어, 해당 가시광선 스펙트럼영역의 색이 구현되는 것이다. 그리고, 형광체의 혼합비율 뿐만아니라 해당 피크파장범위내에 있는 발광소자를 적절히 선택하여 원하는 색좌표의 발광을 구현할 수 있다.
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따라 두개의 상이한 파장의 블루 발광소자(6, 7)를 구비하고 상이한 발광피크(블루, 그린, 또는 오렌지)의 형광체를 혼합하면, 도 2에서 볼 수 있는 발광스펙트럼을 가지는 발광장치가 제공된다. 이러한 본 실시예의 발광장치는, 3,500K 내지 7,500K의 범위내의 색온도 및 약 80-93정도의 연색성을 제공가능하다.
본 실시예에서는, 발광소자를 적절히 선택하고, 형광체의 배합비율을 적절히 조절하면, 사용자가 요구하는 색좌표값의 발광을 용이하게 구현할 수 있다. 이렇게 제작한 본 실시예의 발광장치는, 가전제품, 오디오, 및 통신제품과 같은 전자기기 뿐만아니라 실내외 각종 디스플레이, 특히, 자동차 및 조명에 용이하게 응용할 수 있는 것이다.
한편, 도 3은 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따른 발광장치의 개략적 종단면도로서, 3개의 발광소자 및 파장변환수단이 조합된 칩형 패키지가 도시되어 있다. 본 제 2실시예의 발광장치는, 전술한 도 1 및 도 2의 제 2실시예와 동일 구조를 가지며, 단지 1개의 발광소자만이 추가되었다. 하지만, 각 발광소자(16, 17, 18) 및 파장변환수단(13)을 구성하는 각 형광체의 특성은 상이하다.
제 1발광소자(16)는 피크파장이 360nm 내지 420nm이고, 제 2발광소자(17)는 피크파장이 400nm 내지 450nm이며, 제 3발광소자(18)는 430nm이고 500nm이다. 그리고, 각 형광체의 피크파장은 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm의 형광체가 선택적으로 혹은 적절한 혼합비율로 선택된다.
이러한 구성에서도 외부전원이 전극패턴(5)을 통해 각 발광소자에 공급되면, 제 1, 제 2, 및 제 3발광소자는 해당 피크파장의 광을 각각 1차적으로 발생시킨다. 그러면, 형광체에 의해 여기되면서 1차광의 일부가 420nm 내지 490nm, 480nm 내지 580nm, 및 570nm 내지 690nm의 피크파장을 가지는 2차광으로 파장변환된다. 이 때, 각 발광소자(16, 17, 18)에서 발광된 1차광들과 형광체에 의해 파장변환된 2차광이 혼색되어 가시광선스펙트럼 영역내의 발광이 구현되는 것이다.
여기서, 각 형광체는 해당 파장범위내에서 각기 상이한 피크파장을 가지는 형광체들을 혼합하여 구성할 수 있다. 그리고, 각 형광체의 혼합비율을 적절히 조절하여, 사용자가 원하는 색좌표로 발광을 시프트시킬 수 있음도 물론이다.
이상, 본 실시예에 따른 발광장치(20)에 따르면, 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 바와 마찬가지의 목적 및 효과를 달성할 수 있다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 상이한 피크파장을 가지는 3개의 블루 발광소자(16, 17, 18)와, 각각 그린, 오렌지, 및 레드 발광피크를 가지는 형광체를 혼합한 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 발광스펙트럼을 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따르면, 약 2,000 내지 7,000K 범위내의 색온도 및 70 내지 90 범위내의 연색성을 제공가능하다.
한편, 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따라 상이한 피크파장을 가지는 3개의 블루발광소자(16, 17, 18)와, 각각 그린 및 오렌지상이한 발광피크를 가지는 형광체가 혼합된 파장변환수단을 구비하는 칩형 패키지의 발광스펙트럼을 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따르면, 약 6,800K 정도의 색온도와 93정도의 연색성이 제공된다.
한편, 도 1 내지 도 5과 관련하여 상술한 본 발명의 기술적 특징은, 단지 칩형 패키지에만 국한되지 아니하고 다양한 형태의 LED패키지에 그대로 적용하여 동일 목적 및 효과를 달성가능하다.
이하, 각종 LED패키지에 본 기술을 적용한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 상술한 도 1 내지 도 5와 동일 명칭 및 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하며, 각 발광소자 및 파장변환수단과 관련된 기술적 원리도 동일하게 적용된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3실시예에 따른 탑형 패키지의 종단면도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 탑형 패키지(30)는, 디스플레이의 백라이트등에 적용되는 발광장치로, 전술한 제 1 및 제 3실시예와 거의 동일 구조를 가지며, 단지 기판상에 리플렉터(31, Reflector)가 장착되어 있다. 리플렉터(31)는 발광소자(6)에서 발생되는 발광을 원하는 방향으로 반사시키는 역할을 한다.
이러한 탑형 패키지(30)에도, 상이한 피크파장을 가지는 2개(6, 7) 또는 3개(16, 17, 18)의 발광소자를 실장시킬 수 있다. 그리고, 상이한 발광피크를 가지는 복수의 형광체를 선택적으로 혹은 그 배합비율을 달리하여 혼합시킨 파장변환수단을 제공가능하다. 이러한 파장변환수단은 리플렉터(31)내에서 각 발광소자(6)상에 도팅되거나 경화성 수지몰딩부(10)에 균일하게 분포된다.
그리고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제 4실시예에 따른 싸이드형 패키지의 사시도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 싸이드형 패키지(40)는, 도 6의 탑형 패키지와 거의 동일한 구조를 가지며, 단지 매우 얇은 직사각 형상의 외관을 구비한다. 구체적 설명은 도 4 및 도 5와 관련된 상술로 대신한다.
한편, 상기 도 1 내지 도 7에 볼 수 있는 실시예들에서는, 열전도성이 우수한 금속성 재료의 기판(1)을 사용할 수 있다. 이러한 구조는 각 발광소자(6, 7, 16, 17, 18)의 작동시 발생되는 열을 용이하게 방출시킬 수 있어서, 고출력 발광장치를 제공가능하다. 여기에, 별도의 방열판(도시않음)를 더 부착시키면, 발광소자(6, 7, 16, 17, 18)로부터의 열을 더욱 효과적으로 방출가능하다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 5실시예에 따른 램프형 패키지의 종단면도이다. 본 실시예의 램프형 패키지(50)는, 한 쌍의 리드전극(51, 52)을 구비하며, 일측 리드전극(51)의 상단부에 소자홀더(53)가 형성되어 있다. 소자홀더(53)는 컵형상을 가지며, 그 내부에 2개(6, 7) 또는 3개(16, 17, 18)의 발광소자가 실장된다. 각 발광소자(6, 7, 또는 16, 17, 18)는 전술한 실시예들과 마찬가지로, 서로 다른 피크파장을 가진다. 실장된 각 발광소자(6, 7, 또는 16, 17, 18)의 전극은 타측 전극리드(52)와 전도성 와이어(2)로 연결되어 있다.
컵형상의 소자홀더(53) 내부에는 일정 량의 파장변환수단(3 또는 13)이 혼합된 에폭시수지(54)가 포팅되어 있다. 파장변환수단(3 또는 13)도 역시 상술한 실시예들과 마찬가지로, 서로 상이한 발광피크를 가지는 형광체들을 선택적으로 혼합하여 구성된다. 각 형광체들은 또한, 해당 파장의 영역내에서 특정 발광피크를 가지는 형광체들을 혼합시킨 구성을 가질 수 있음은 물론이다.
그리고, 발광소자(6, 7, 또는 16, 17, 18)들과 파장변환수단(3 또는 13)이 조합된 소자홀더(53)의 외부는 경화성 수지 예를 들면, 에폭시 또는 실리콘등으로 몰딩(50)되어 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 바람직한 제 6실시예에 따른 고출력용 패키지의 개략적 종단면도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 고출력용 패키지(60)는 복수개로 분리된 힛싱크(61, 62, Heatsink)에 각각 발광소자(6, 7, 또는 16, 17, 18)들이 실장되어 있고, 발광소자(6, 7)의 상면 및 측면에 파장변환수단(3)이 배치된 하우징(63)을 구비한다. 외부전원이 공급되는 복수의 리드프레임(64)이 하우징(63)의 외부로 돌출되어 있다.
그리고, 도 10은 본 발명의 바람직한 제 7실시예에 따른 고출력용 패키지의 개략적 종단면도이다. 본 실시예(70)에서는, 하우징(73)내에 단일의 힛싱크(71)가 수용되어 부분적으로 외부에 노출되고, 한 쌍의 리드프레임(74)이 외부로 돌출되어 있다. 힛싱크(71)의 상면에 발광소자(6, 7 또는 16, 17, 18)들이 실장되어 각 리드프레임(74)과 전도성 와이어(도시않음)를 통해 연결되어 있다. 파장변환수단(3 또는 13)이 발광소자(6)의 상면 및 측면에 배치되어 있음은 물론이다.
고출력용 패키지인 제 6실시예(60) 및 제 7실시예(70)에서도, 힛싱크(61, 62, 71)와 각 발광소자(6, 7, 16, 17, 18) 사이의 접착부분에 파장변환수단(3)을 개재시킬 수 있음은 물론이다. 그리고, 하우징(63, 73)의 상부에 렌즈를 설치할 수도 있다. 여기서, 제 7실시예(70)의 패키지는 제 6실시예(60)와 비교하여, 그 높이를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이러한 고출력용 패키지(60, 70)에서 2개의 발광소자(6, 7)를 사용하는 경우, 피크파장이 390nm 내지 450nm인 제 1발광소자와, 피크파장이 440nm 내지 500nm의 제 2발광소자를 선택가능하다. 이러한 경우, 발광피크가 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm인 형광체를 선택적으로 혼합한 파장변환수단을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 3개의 발광소자(16, 17, 18)를 사용하는 경우, 제 1발광소자는 피크파장이 360nm 내지 420nm이고, 제 2발광소자는 피크파장이 400nm 내지 450nm이며, 제 3발광소자는 430nm이고 500nm를 선택할 수 있다. 이러한 경우, 파장변환수단은, 피크파장이 440nm 내지 500nm, 500nm 내지 590nm, 및 580nm 내지 700nm인 형광체중에서 선택적으로 혼합하여 구성가능하다.
한편, 이러한 구성의 고출력용 패키지(60, 70)에서는, 힛싱크(61, 62, 71)와 별도로 혹은 일체의 방열판(도시않음)를 장착하는 것이 바람직하다. 그러면, 높은 입력전원에 의한 각 발광소자의 작동시, 각 발광소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다. 방열판는 공기대류 방식 혹은 팬등을 사용한 강제순환방식으로 냉각시킬 수 있음은 물론이다.
상기한 본 발명의 실시예(60, 70)에 따른 구성에서는, 외부에서 전원이 공급되면, 각 발광소자가 해당 피크파장을 가지는 광을 1차적으로 발생시킨다. 그러면, 형광체들이 1차광에 의해 여기되면서, 각기 해당 발광피크의 2차광을 발생시킨다. 이 때, 각 발광소자에서 발생되는 1차광들과, 각 형광체들에 의해 파장변환된 2차광들이 혼색되어, 해당 가시광선스펙트럼 영역의 색이 구현되는 것이다. 여기서, 형광체의 배합비율을 적절히 조절하면, 사용자가 원하는 색좌표의 색을 용이하게 구현할 수 있다.
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상이한 발광피크를 가지는 형광체의 배합비율을 적절히 조절하거나 상이한 피크파장의 발광소자를 선택하여, 2,000K 내지 8,000K 또는 10,000K의 상대적으로 고온의 색온도를 가지는 동시에 컬러재현율도 90이상으로 높은 발광장치가 제공된다.
이와 같은 본 발명의 발광장치는, 색온도 및 컬러재현율이 우수하고 사용자가 요구하는 색좌표값의 발광을 용이하게 구현할 수 있기 때문에, 핸드폰이나 노트북, 그리고, 각종 전자제품의 키패드용이나 백라이트용으로 다양하게 채용할 수 있고, 특히, 자동차 및 실내외의 조명용으로 다양하게 응용할 수 있다.
한편, 상술 및 도시한 실시예들에서는, 2개 또는 3개의 발광소자가 실장된 예에 대해서만 설명하였지만, 청구범위에서 청구하는 바와 같이, 적어도 하나의 발광소자를 각 실시예에 실장시켜 본 발명의 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 피크파장이 360nm 내지 420nm인 제 1발광소자;
    피크파장이 400nm 내지 450nm인 제 2발광소자;
    피크파장이 430nm 내지 500nm인 제 3발광소자; 및
    상기 각 발광소자에서 발광된 1차광을 파장변환시켜 가시광선 스펙트럼영역내의 2차광을 발생시키는 파장변환수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 피크파장이 390nm 내지 450nm인 제 1발광소자;
    피크파장이 440nm 내지 500nm인 제 2발광소자; 및
    상기 각 발광소자에서 발광된 1차광을 파장변환시켜 가시광선 스펙트럼영역내의 2차광을 발생시키는 파장변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 1차광을 발생시키는 발광소자들 및 상기 파장변환수단이 단일의 패키지내에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 파장변환수단은, 각기 상이한 특성을 가지는 단일의 또는 하나 이상의 형광체가 혼합되어 구성된 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 파장변환수단은,
    상기 각 발광소자의 측면, 상면, 및 하부면중 적어도 어느 일측에 배치되며,
    접착재 또는 몰딩재에 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 파장변환수단은,
    발광피크가 440nm 내지 500nm인 형광체;
    발광피크가 500nm 내지 590nm인 형광체; 및
    발광피크가 580nm 내지 700nm인 형광체;중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제4항에 있어서, 상기 단일의 패키지는,
    기판위에 상기 발광소자들이 실장되고, 상기 각 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 단일의 패키지는,
    상기 기판 상에 형성된 리플렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 적어도 하나의 발광소자에서 발생되는 열을 방출시키는 금속성 재질인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 금속성 기판에 장착되는 방열판를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기판상에서 상기 발광소자들 및 상기 파장변환수단을 봉지하는 몰딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 몰딩부에 상기 파장변환수단이 골고루 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제4항에 있어서, 상기 단일의 패키지는,
    한 쌍의 전극리드중 일측에 상기 발광소자들이 실장되고, 상기 각 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되며, 상기 발광소자들과 상기 파장변환 수단이 몰딩부에 의해 봉지되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제4항에 있어서, 상기 단일의 패키지는,
    상기 발광소자들에서 발생되는 열을 방출하는 힛싱크를 구비하며, 상기 각 발광소자 주위에 상기 파장변환수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 힛싱크의 열을 방출가능하게 장착되는 방열판를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  19. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 각 발광소자는, 실리콘 카바이드 또는 사파이어 기판상에 질화물 에피택셜층을 형성시킨 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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