KR100801924B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 및 제 2 리드 단자; 상기 제 1 및 제 2 리드 단자 중 어느 하나에 돌출 형성되는 돌출부 상에 실장되는 발광 다이오드 칩; 상기 돌출부 상에 형성되고, 내부에 형광체가 분포되어 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하되, 상기 발광 다이오드 칩이 실장된 지점으로부터 일정한 간격을 봉지하는 몰딩부; 및 상기 발광 다이오드 칩, 몰딩부 및 상기 제 1 및 제 2 리드 단자의 선단을 봉지하는 외주 몰딩부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 발광 다이오드 칩의 형태와 동일한 형태로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다. 이에 따라 본 발명은 발광 다이오드 칩에서 발산되는 광의 손실을 줄이고 광효율을 증대시킬 수 있다. 또한 균일한 색의 광, 특히 백색광을 방출할 수 있는 이점이 있다.
발광 다이오드, LED, 백색 발광, 형광체, 리드 단자, 몰딩부

Description

발광 다이오드 {Light emitting diode}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 광효율을 증대시키고 균일한 백색 발광을 할 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 p-n 접합 구조를 가지는 화합물 반도체로서, 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있으며, 이에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.
발광 다이오드는 파장 변환 수단인 형광체를 사용하여 백색광을 구현할 수 있다. 즉, 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현한다. 이런 구조의 백색 발광 다이오드는 가격이 싸고, 원리적 및 구조적으로 매우 간단하기 때문에 널리 이용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 선단에 반사컵(4)이 형성된 제 1 리드 단자(2)와, 상기 제 1 리드 단자(2)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(3)로 구성된다. 발광 다이오드 칩(1)은 상기 제 1 리드 단자(2)의 반사컵(4) 내부에 실장되고, 와이어(5)를 통하여 제 2 리드 단자(3)와 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드는 원하는 색을 구현하기 위해 발광 다이오드 칩(1)으로부터의 광을 파장 변환하는 형광체(7)를 포함한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드는 상기 리드 단자(2, 3)의 선단부에 성형용 틀을 이용하여 형성된 외주 몰딩부(6)를 포함하고, 상기 형광체(7)가 외주 몰딩부(6) 내에 전체적으로 분포되어 형성될 수 있다. 외주 몰딩부(6)는 액상 에폭시 수지와 형광체(7)의 혼합물을 경화하여 형성하는데, 액상 에폭시 수지가 경화되는 일정 시간 동안 비중이 높은 형광체(7)가 상대적으로 비중이 낮은 에폭시와의 비중 차이로 인하여 중력 방향으로 가라앉는다. 이러한 형광체(7)의 침전으로 인해 액상 에폭시 수지 내 농도차가 발생하여 광의 혼색이 균일하게 이루어지지 않아 색 얼룩이 발생할 수 있다. 이로 인해 균일한 혼색의 구현을 위하여 형광체(7)가 포함되어야 하나, 이는 발광 효율의 저하를 야기하는 문제점이 있다. 또한, 형광체(7)가 외주 몰딩부(6) 내에서 균일하게 분포되지 않기 때문에 발광 다이오드를 보는 각도마다 방출되는 광의 색이 달라지는 문제점이 있다. 즉, 균일한 백색광의 구현이 어려운 문제점이 있다.
또한 도 2에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드는 상기 형광체(7)를 포함하여 반사컵(4) 내에 충진된 몰딩부(8)와, 상기 리드 단자(2, 3)의 선단부에 형성된 외주 몰딩부(9)를 포함할 수 있다. 이러한 경우 발광 다이오드 칩(1)과 반사컵(4) 간의 간섭으로 인하여, 발광 다이오드 칩(1)에서 방출되는 광의 경로가 길어지기 때문에 광의 손실이 발생하고 광 효율이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 다이오드의 광의 손실을 방지하여 광효율을 증대시키고, 색편차를 개선하고 균일한 백색 발광을 할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 및 제 2 리드 단자, 상기 제 1 및 제 2 리드 단자 중 어느 하나의 편평한 평면 상에 실장되는 발광 다이오드 칩, 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부 및 상기 발광 다이오드 칩, 몰딩부 및 상기 제 1 및 제 2 리드 단자의 선단을 봉지하는 외주 몰딩부를 포함하고, 상기 몰딩부 내에 형광체가 분포되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기 몰딩부는 상기 발광 다이오드 칩으로부터 일정한 간격을 봉지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드 단자는 상기 발광 다이오드 칩의 형태에 상응하여 돌출 형성된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 상면에 상기 몰딩부가 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광하는 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 형광체는 황색 또는 황록색 발광 특성을 갖는 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩은 UV 발광하는 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 형광체는 적색, 녹색 및 청색 발광 특성을 갖는 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 리드 단자의 편평한 평면 상에 발광 다이오드를 실장함으로써, 발광 다이오드 칩에서 발산되는 광의 손실을 줄이고 광효율을 증대시킬 수 있다. 또한 균일한 색의 광, 특히 백색광을 방출할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 발광 다이오드에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드는 제 1 리드 단자(20)와, 상기 제 1 리드 단자(20)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(30)로 구성되고, 상기 제 1 리드 단자(20)의 편평한 상면에 실장된 발광 다이오드 칩(10)을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(10)은 와이어(70)를 통하여 제 2 리드 단자(30)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(10)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체(40)가 수지와 혼합되어 상기 발광 다이오드 칩(10)을 반구 형상으로 둘러싸는 몰딩부(50)를 포함하고, 상기 리드 단자(20, 30)의 선단부를 봉지하는 외주 몰딩 부(60)를 포함한다.
상기 발광 다이오드 칩(10)과 형광체(40)는 원하는 색을 얻기 위해 다양한 종류의 형광체를 사용할 수 있다.
백색 발광을 위하여, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 청색광 발광 다이오드 칩을 실장하고, 청색광을 여기원으로 하여 황록색 또는 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체를 사용할 수 있다. 즉, 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광의 조합에 의해 백색을 얻을 수 있다.
또한, 백색 발광을 위하여, 350㎚ 내지 450㎚ 파장을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 실장하고, 자외선에 의해 여기되어 청색에서 적색까지의 가시광선을 발광하는 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, UV 발광 다이오드 칩과 적색, 청색 및 녹색 발광 특성을 갖는 형광체들이 일정한 비율로 혼합된 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.
이러한 발광 다이오드 칩(10)의 개수는 하나일 수도 있고, 목적하는 바에 따라 다수 개로 구성할 수도 있다.
본 실시예는 도시한 바와 같이 발광 다이오드 칩(10)의 상부와 하부 평면에 양 전극 및 음 전극을 갖는 발광 다이오드 칩(10)을 사용하여 제 1 리드 단자(20) 상에 직접 실장하여 전기 연결한 후 하나의 와이어(70)를 통해 제 2 리드 단자(30)에 전기 연결되었으나, 발광 다이오드 칩(10)의 상부 평면에 양 전극 및 음 전극을 갖는 발광 다이오드 칩(10)을 사용하여 두 개의 와이어(70)를 통하여 각각 제 1 리 드 단자(20) 및 제 2 리드 단자(30)와 전기 연결될 수 있다.
상기 리드 단자(20, 30)는 발광 다이오드 칩(10)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 리드 단자(20, 30)로 구성되며, 제 1 리드 단자(20)와 제 2 리드 단자(30)는 전기적으로 단전되도록 형성된다.
상기 몰딩부(50)는 액상 에폭시 또는 실리콘 수지와 형광체(40)의 혼합물로 이루어지며, 상기 발광 다이오드 칩(10)이 실장된 지점으로부터 일정한 거리를 갖도록 반구 형상으로 형성될 수 있다. 이는 발광 다이오드 칩(10)으로부터 발산되는 광과 상기 몰딩부(50)를 거쳐 몰딩부(50) 내에 균일하게 분포된 형광체(40)로부터 파장 변환되어 발산되는 광이 반구 형상의 몰딩부(50)에 의하여 계면에서 전반사되는 광량이 감소되고 방사상 균일한 방향으로 투과되는 광량이 증대되므로 색 편차가 개선되어 균일한 색의 발광을 위해 바람직하다.
몰딩부(50)의 형상은 이에 한정되지 않고, 상기 발광 다이오드 칩(10)을 봉지하는 적합한 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.
상기 외주 몰딩부(60)는 액상 에폭시 또는 실리콘 수지를 성형용 틀에 충진한 후, 제 1 리드 단자(20)의 편평한 평면 상에 발광 다이오드 칩(10)이 실장되고 몰딩부(50)에 의해 발광 다이오드 칩(10)이 봉지된 리드 단자(20, 30)를 상기 수지가 담긴 성형용 틀에 디핑(dipping)하여 소정 시간 동안 가열 경화시킴으로써 형성될 수 있다.
물론 이러한 몰딩부(50) 및 외주 몰딩부(60)의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다.
상기 몰딩부(50) 및 외주 몰딩부(60)에 의해 발광 다이오드 칩(10)과 제 1 및 제 2 리드 단자(20, 30)의 선단을 봉지하고, 하부 노출된 제 1 및 제 2 리드 단자(20, 30)와 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(10)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩(10)에서 1차 광이 방출되고, 1차 광은 상기 발광 다이오드 칩(10)을 봉지하는 몰딩부(50)와 외주 몰딩부(60)를 통해 방출된다. 여기서, 1차 광은 상기 몰딩부(50) 내에 균일하게 분포된 형광체(40)에 의해 파장 변환되고, 1차 광의 일부와 형광체(40)에 의해 파장 변환된 2차 광이 혼색되어 원하는 색, 특히 백색광을 구현할 수 있다.
종래 램프형 발광 다이오드는 좁은 면적의 반사컵 내부에 수지와 형광체를 혼합한 혼합물을 충진하여 몰딩부를 형성함으로써, 발광 다이오드 칩과 반사컵간의 간섭으로 인하여 광 경로가 길어지며, 형광체 입자의 표면에서 산란을 일으키거나 또는 형광체에서 방출되는 광에 의해 서로 상쇄되어 손실될 우려가 높다. 그러나 본 실시예의 발광 다이오드는 반사컵이 형성되지 않은, 즉 편평하게 형성된 리드 단자의 평면 상에 발광 다이오드 칩을 실장함으로써, 발광 다이오드 칩에서 발산되는 광의 손실을 줄이고 광의 투과율을 높일 수 있다.
또한, 종래에는 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면으로 나오는 빛의 파장 변환 정도의 차이로 인해 색의 균일성이 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예의 발광 다이오드는 리드 단자의 편평한 평면 상에 발광 다이오드 칩을 실장하고 이를 균일하게 봉지하는 몰딩부로 인해, 발광 다이오드 칩에서 발산되는 광이 직접 상부 및 측면으로 방출되며 상기 몰딩부 내에 균일하게 분포된 형광체에 의해 파장 변환됨으로써, 파장 변환 정도의 차이를 감소시키고 균일한 색의 광을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드는 제 1 리드 단자(20)와, 상기 제 1 리드 단자(20)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(30)로 구성되고, 상기 제 1 리드 단자(20)의 편평한 상면에 실장된 발광 다이오드 칩(10)을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(10)은 와이어(70)를 통하여 제 2 리드 단자(30)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(10)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체(40)가 수지와 혼합되어, 상기 발광 다이오드 칩(10) 상에 반구 형상으로 형성된 몰딩부(50)를 포함하고, 상기 리드 단자(20, 30)의 선단부를 봉지하는 외주 몰딩부(70)를 포함한다. 이는 상기 제 1 실시예의 구성과 거의 동일하며, 단지 제 2 실시예는 상기 제 1 리드 단자(20)의 발광 다이오드 칩(10)이 실장되는 영역에, 상기 발광 다이오드 칩(10)을 봉지하여 몰딩부(50)가 형성될 돌출부(25)를 포함한다. 이에 대한 구체적인 설명에 있어서, 상기 제 1 실시예의 경우와 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제 1 리드 단자(20)에 형성되는 돌출부(25)는 몰딩부(50)의 형성을 용이하게 한다. 즉, 발광 다이오드 칩(10)을 돌출부(25)의 상면에 실장한 후, 액상 에폭시 또는 실리콘 수지와 형광체(40)의 혼합물을 도팅하면 상기 돌출부(25)의 형태대로 몰딩부(50)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(25)를 상기 발광 다이오드 칩(10)의 형태와 동일한 형태로 형성하게 되면, 몰딩부(50)는 상기 돌출부(25)의 형태, 즉 발광 다이오드 칩(10)의 형태대로 형성되어 상기 몰딩부(50)는 상기 발광 다이오드 칩(10)으로부터 일정한 간격을 봉지할 수 있다.
예를 들어, 상기 돌출부(25)를 발광 다이오드 칩(10)과 동일한 사각 형태로 형성하여 그 중앙에 발광 다이오드 칩(10)을 실장한 후, 액상 에폭시 또는 실리콘 수지와 형광체(40)의 혼합물을 도팅하면 수지의 응집력 등에 의하여 상기 돌출부(25)의 형태대로 상기 발광 다이오드 칩(10)으로부터 일정한 간격을 봉지하는 몰딩부(50)를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 상기 돌출부(25)는 상기 발광 다이오드 칩(10)의 약 1.5배 내지 2배 정도의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 발광 다이오드 칩(10)의 형태에 따라 사각 형태의 돌출부(25)를 형성하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 형성될 수도 있다.
이러한 발광 다이오드는 리드 단자의 편평한 평면 상에 발광 다이오드를 실장함으로써, 발광 다이오드 칩에서 발산되는 광의 손실을 줄이고 광의 투과율을 높이며, 균일한 색의 광을 구현할 수 있다. 또한, 본 실시예는 상기 발광 다이오드 칩의 형태대로 형성된 돌출부에 따라 몰딩부를 형성함으로써, 상기 발광 다이오드 칩으로부터 일정한 간격을 봉지하여 파장 변환 정도의 차이를 감소시키고 색 편차를 개선하여 균일한 색의 광을 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명 의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 발광 다이오드 칩 20, 30 : 리드 단자
40 : 형광체 50 : 몰딩부
60 : 외주 몰딩부 70 : 와이어

Claims (3)

  1. 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 및 제 2 리드 단자;
    상기 제 1 및 제 2 리드 단자 중 어느 하나에 돌출 형성되는 돌출부 상의 실장면에 실장되는 발광 다이오드 칩;
    상기 돌출부 상에 형성되고, 내부에 형광체가 분포되어 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부; 및
    상기 발광 다이오드 칩, 몰딩부 및 상기 제 1 및 제 2 리드 단자의 선단을 봉지하는 외주 몰딩부를 포함하고,
    상기 돌출부의 실장면은 상기 발광 다이오드 칩의 크기보다 크게 형성되되, 동일한 평면상 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰딩부는 상기 발광 다이오드 칩이 실장된 지점으로부터 일정한 간격으로 봉지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 청색 또는 자외선 발광하는 발광 다이오드 칩을 포함하여 백색을 구현하는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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