KR100586976B1 - 분산성 및 휘도가 향상된 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 발광 다이오드 패키지에 있어서, 기판상에 배치된 발광 다이오드칩과, 상기 발광 다이오드칩으로부터 빛을 받아서 그 빛의 파장을 변환시키도록 반응하는 형광체, 상기 빛과 형광체의 반응이 고르게 일어나도록 빛의 산란을 돕는 레진 계열의 광혼합물질 및 레진 충진제를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.

본 발명에 따라 레진 계열의 광혼합물질이 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 형광체와 반응할 수 있는 확률을 증가시킬 뿐만 아니라 변환된 빛이 빠져 나갈 수 있는 경로를 제공하여 분산성, 색 균일성, 휘도와 같은 발광 다이오드의 특성이 개선된 발광 다이오드 패키지를 얻을 수 있다.

발광 다이오드, 광혼합물질, 레진, 에폭시, 실리콘

Description

분산성 및 휘도가 향상된 발광 다이오드 패키지{Light Emitting Diode Package with Improved Dispersibility and Brightness}

도 1은 광혼합물질이 층을 이루거나 국부적으로 뭉친 경우가 발생할 수 있는 종래방식의 발광 다이오드를 도시적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 실리콘 레진 광혼합물질의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

도 3은 실리콘 레진 광혼합물질이 발광 다이오드 충진제내에 혼합된 상태를 나타내는 전자현미경 사진이다(a- 표면 사진, b- 횡단면 사진).

도 4는 본 발명에 따라 레진 계열의 광혼합물질이 적용된 발광 다이오드를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 5는 광혼합물질이 층을 이룬 상태를 나타내는 종래방식의 발광 다이오드의 전자현미경 사진이다.

도 6은 광혼합물질이 고르게 분산된 상태를 나타내는 본 발명의 발광 다이오드의 전자현미경 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 - 광선 2 - 충진제

3 - 발광 다이오드 칩 4 - 발광 소자가 장착 또는 탑재되는 리플렉터

5 - 광혼합물질 6 - 형광체

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레진 계열의 광혼합물질을 적용하여 발광 다이오드에서 발생되는 빛이 고르게 발산될 수 있는 분산성 및 휘도가 향상된 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 조밀하면서 고효율로 투명한 색의 빛을 방출한다. 또한 발광 다이오드는 열에 의해 타는 문제가 없으며 그리고 이는 반도체 요소이기때문에 우수한 초기 작동 특성, 높은 진동 저항성 및 반복되는 온/오프 작동에 견디는 내구성을 갖는다. 따라서 발광 다이오드는 이러한 적용에 여러가지 표시기 및 광원으로서 폭 넓게 사용된다. 근래에 이르러 발광 다이오드는 조명기구로 사용되는 등 그 사용범위가 확대되고 있다. 이 발광 다이오드는 발광색, 조도의 세기 등에 따라 갈륨 아세나이드(GaAs), 갈륨 포스화이드(GaP), 갈륨 니트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 등으로 제조되고 있으며, 아버랜치 브레이크다운(Avalanche Breakdown) 영역에서 바이어스될 때 그의 PN접합부는 비교적 낮은 전 압에서 가시광선을 방출할 수 있다. 표시장치에서는 전려소모를 줄이기 위하여 멀티플렉싱 회로망에 의하여 전원 인가되고, 발광 다이오드는 그들의 구조를 변경하므로 상이한 파장의 빛을 제공하도록 한다. 이러한 발광 다이오드는 개별적이거나 매트릭스 구조로 사용되고 있다.

한편, 인을 함유한 형광체를 이용하여 원하는 색을 생성하는 방식의 발광 다이오드패키지에서, 다이오드로부터 방출되는 빛은 형광체와 반응하게되며 이때 상기 빛을 형광체와 고르게 반응시키기 위하여 발광 다이오드 패키지(LED PKG)에 광혼합물질이 혼합된다. 광혼합물질을 이용할 경우 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 경로를 다양하게 하여 형광체와 반응할 수 있는 확률을 증가시킬 뿐만 아니라 변화된 빛이 빠져나갈 수 있는 경로를 제공하므로 고른 발광이 가능하게 된다.

종래에는 이와 같이 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 형광체와 고르게 반응시키기 위하여 오팔계열의 광혼합물질을 첨가하는 방식이 사용되어 왔다.

그러나, 기존에 사용되어온 오팔 계열의 광혼합물질은 비중이 높아 가라앉는 양이 많으며, 뭉쳐서 존재하는 경우가 많아 광혼합물질로서의 역할을 충분히 나타내지 못하는 경우가 발생되는 문제가 있다.

이러한 오팔 계열의 광혼합물질이 적용된 종래방식의 발광 다이오드에 대하여 도 1에 도시하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 바륨, 타이타네이트, 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 디옥사이드 등과 같은 오팔 계열의 광혼합물질이 적용되는 경우에는 광혼합물질이 층을 이루거나 혹은 국부적으로 뭉치게되어 칩 주위로 침전될 수 있는데 이로인해 발광 다이오드에서 발생되는 빛이 광혼합물질를 통과하면서 휘도가 저하되므로 결국 발광 다이오드의 휘도를 감소되는 문제가 있다.

이에 본 발명의 목적은 인 함유 형광체를 사용하는 발광 다이오드 패키지에 있어서, 기존의 발광 다이오드 충진제와 유사한 비중을 가지며, 분산성이 우수한 레진 계열의 광혼합물질을 적용하여 기존 광혼합물질이 갖고있는 침전 혹은 뭉침현상, 휘도 저하 등의 문제를 해결함으로써 분산성 및 휘도가 향상된 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면,

발광 다이오드 패키지에 있어서, 기판상에 배치된 발광 다이오드칩과, 상기 발광 다이오드칩으로부터 빛을 받아서 그 빛의 파장을 변환시키도록 반응하는 형광체, 상기 빛과 형광체의 반응이 고르게 일어나도록 빛의 산란을 돕는 레진 계열의 광혼합물질 및 레진 충진제를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 인 함유 형광체를 사용하는 발광 다이오드 패키지에 있어서, 레진 계열의 광혼합물질을 형광체와 함께 혼합하여 사용할 경우에는 형광체 사이 사이에 고르게 분포하여 기존 광혼합물질이 갖고있는 침전 혹은 뭉침현상, 휘도 저하 등의 문제가 해결됨을 발견하여 이에 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 사용되는 레진 계열의 광혼합물질은 기존의 발광 다이오드 충진제와 유사한 비중을 가지며, 분산성이 우수하여 발광 다이오드에서 발생되는 빛을 형광체와 고르게 반응하게 하여 넓은 방사각으로 고르게 빛이 발산되도록 도와준다. 기존의 오팔계 광혼합물질은 레진 충진제와 결합할 수 없으므로 표면에너지가 높아 서로 뭉쳐있으려는 경향이 크며, 비중 또한 크므로 가라앉는 양이 많다. 이에 비해 본 발명에 사용되는 레진 계열 광혼합물질은 구형의 체인구조이며 기존의 오팔계 광혼합물질과는 달리 레진 충진제와 연결고리를 형성할 수 있는 메탈기가 있으므로 쉽게 레진 충진제와 고르게 분산된 형태로 존재할 수 있다.

본 발명에 사용되는 레진 계열의 광혼합물질은 에폭시 레진 및 실리콘 레진이 바람직하다.

에폭시 레진은 일반적으로 비중 1.230~1.189을 가지며, 굽힘강도 ·굳기 등 기계적 성질이 우수한 것으로 알려져 있다.

실리콘 레진은 규소수지라고도 불리우는데, 실리콘수지의 분자구조는 규소와 산소가 번갈아 있는 실록산결합(Si-O결합)의 형태로 된 규소를 뼈대로 하며, 규소에 메틸기 ·페닐기 ·히드록시기 등이 첨가된 열가소성 합성수지이다.

이러한 레진 계열의 광혼합물질은 하기 화학식 1로 나타낸 실리콘 레진과 같이 메틸기를 포함한다.

[화학식 1]

(상기 식에서 R은 메틸기임)

상기 레진 계열의 광혼합물질은 이러한 메틸기를 포함하므로 레진 충진제와 결합성이 우수하며 또한 비중이 레진 충진제와 유사하므로 침전이 발생되지않고 고르게 분산될 수 있다. 또한, 상기 실리콘 레진 광혼합물질의 전자현미경 사진을 도 2에 나타내었으며, 그리고 실리콘 레진 광혼합물질이 발광 다이오드 충진제내에 혼합된 상태를 나타내는 전자현미경 사진을 도 3(a- 표면 사진, b- 횡단면 사진)에 나타내었다.

본 발명에 따라 이러한 레진 계열의 광혼합물질이 적용된 발광 다이오드를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이 고르게 분산되는 상기 레진 계열의 광혼합물질은 빛의 산란을 용이하게 하여 넓은 방사각으로 고르게 빛이 발산되도록 도와주며, 형광체와 함께 혼합될 경우에는 형광체 사이 사이에 고르게 분포하여 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 경로를 다양하게 해 주는 역할을 한다. 결국, 상기 레진 계열의 광혼합물질은 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 형광체와 반응할 수 있는 확률을 증가시킬 뿐만 아니라 변환된 빛이 빠져 나갈 수 있는 경로를 제공하여 발광 다이오드의 특성을 향상시켜준다.

상기 에폭시 레진과 실리콘 레진은 각각 단독으로도 사용가능하며 또한 둘다 모두 분말상인 경우 서로 혼합하여도 사용가능하다. 혼합하여 사용가능한 경우 그 혼합비율은 1:1이 바람직하다.

상기 레진 계열 광혼합물질은 바람직하게 충진제용 레진과 유사한 비중(비중 0.9-1.8)을 갖는 것을 사용하며, 그 첨가량은 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제의 총 중량을 기준으로 1-20중량%가 바람직하다.

상기 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제의 혼합시 각 성분은 중량비로 형광체, 광혼합물질, 레진 충진제가 각각 1 ~ 90중량%, 1 ~ 20중량%, 9 ~ 98중량%의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제는 혼합된 형태로 상기 다이오드칩 윗면측을 덮도록 배치되며, 이때 상기 광혼합물질은 믹서를 사용하여 균일하게 섞은후 진공분위기에서 기포를 제거한다. 이렇게 혼합된 광혼합물질은 비드 혹은 입자 형태로 분산되어 존재하게 된다. 이와 같이 비드 혹은 입자 형태로 분산된 광혼합물질은 대략 그 크기가 바람직하게 입경 0.1 ~ 30㎛를 갖는다.

본 발명에 유용한 레진 충진제는 특별히 한정하는 것은 아니나 투명 에폭시 레진 충진제가 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 단지 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명을 하기 실시예로 한정하는 것은 아니다.

<실시예>

비교예 1

발광 다이오드로서 발광 파장 피크가 465nm, 갈륨 니트라이드(GaN) 반도체 구조를 가진 발광 다이오드 칩을 사용하였다. 이 발광 다이오드 칩위에 형광체, 오팔 계열 광혼합물질 및 레진 충진제의 혼합물을 도포하였다.

실리콘 레진 충진제(Dow Corning EG6301) 90중량%, 465nm 파장에서 옐로우 빛을 나타내는 형광체(Nemoto YAG 81003) 7중량% 및 티타늄 옥사이드(밀도 3.89, 광투과율 33%이하) 3중량%로 혼합하였다. 이때 실리콘 레진 충진제는 액상으로 그리고 형광체와 티타늄 옥사이드는 분말상으로 하여 믹서를 사용하여 균일하게 혼합한 후 기포제거를 위해 진공처리를 실시하였다. 그 혼합물을 다이오드 칩상에 도포한 후 150℃에서 1시간동안 경화반응을 실시하였다.

이와 같이 얻어진 발광 다이오드의 발광 휘도를 측정한 결과 612mCd/㎡의 휘도값을 나타내었다. 또한, 이 발광다이오드의 횡단면을 전자현미경으로 촬영한 결과 도 5에 나타낸 바와 같이 광혼합물질이 층을 이룬 상태로 존재함을 알 수 있었다.

실시예 1

발광 다이오드로서 발광 파장 피크가 465nm, 갈륨 니트라이드(GaN) 반도체 구조를 가진 발광 다이오드 칩을 사용하였다. 이 발광 다이오드 칩위에 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제의 혼합물을 도포하였다.

실리콘 레진 충진제(Dow Corning EG6301) 90중량%, 465nm 파장에서 옐로우 빛을 나타내는 형광체(Nemoto YAG 81003) 7중량% 및 실리콘 레진 광혼합물질(GETOS(GE-Toshiba) Tospearl 120, 밀도 1.32, 광투과율 90%이상) 3중량%로 혼합하였다. 이때 실리콘 레진 충진제는 액상으로 그리고 형광체와 실리콘 레진 광혼합물질은 분말상으로 하여 믹서를 사용하여 균일하게 혼합한 후 기포제거를 위해 진공처리를 실시하였다. 그 혼합물을 다이오드 칩상에 도포한 후 150℃에서 1시간동안 경화반응을 실시하였다.

이와 같이 얻어진 발광 다이오드의 발광 휘도를 측정한 결과 654mCd/㎡의 휘도값을 나타내어, 비교예 1의 종래품보다 우수한 휘도를 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 이 발광다이오드의 횡단면을 전자현미경으로 촬영한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 광혼합물질이 고르게 분산된 상태로 존재함을 알 수 있었다.

본 발명에 따라 레진 계열의 광혼합물질이 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 형광체와 반응할 수 있는 확률을 증가시킬 뿐만 아니라 변환된 빛이 빠져 나갈 수 있는 경로를 제공하여 분산성, 색 균일성, 휘도와 같은 발광 다이오드의 특성이 개 선된 발광 다이오드 패키지를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 형광체를 이용하는 발광 다이오드 제조를 위한 기존 공정에서 크게 벗어나지 않고서 비교적 용이하고도 저렴한 생산비용으로 우수한 휘도를 갖는 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.

Claims (10)

1. 발광 다이오드 패키지에 있어서,

   소자가 장착 또는 탑재되는 리플렉터상에 배치된 발광 다이오드칩과, 상기 발광 다이오드칩으로부터 빛을 받아서 그 빛의 파장을 변환시키도록 반응하는 형광체, 상기 빛과 형광체의 반응이 고르게 일어나도록 빛의 산란을 돕는 에폭시 레진 및 실리콘 레진으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 광혼합물질 및 레진 충진제를 구비하는 것을 특징으로 하는 분산성 및 휘도가 향상된 발광 다이오드 패키지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 광혼합물질은 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제의 총 중량을 기준으로 1-20중량%로 첨가된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광혼합물질은 비중 0.9-1.8을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제는 각각 형광체 1~90중량%, 광혼합물질 1~20중량% 및 레진 충진제 9~98중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1항에 있어서, 상기 형광체, 광혼합물질 및 레진 충진제는 혼합된 형태로 상기 다이오드칩 윗면측을 피복하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 1항에 있어서, 상기 광혼합물질은 액상의 레진 충진제에 분말상으로 투입되어 믹서를 사용하여 균일하게 혼합한 후 진공분위기에서 기포를 제거하는 방식으로 첨가 및 혼합되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 광혼합물질은 비드 혹은 입자 형태로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
9. 제 8항에 있어서, 상기 비드 혹은 입자 형태를 갖는 광혼합물질은 입경 0.1~30㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
10. 제 1항에 있어서, 상기 레진 충진제는 투명 에폭시 레진 충진제인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.

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