KR100855556B1 - 발광다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 삼색 발광 칩을 이용한 발광다이오드의 장점과 형광체 여기를 이용한 발광다이오드의 장점을 결합하여 NTSC에서 요구되는 영역의 모든 색상을 표현할 수 있으면서 발광효율이 높고 일정한 색의 재현이 가능하며 소비전력을 낮출 수 있도록 된 발광다이오드를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 리드프레임과, 적, 녹, 청색의 발광 칩 중 상기 리드프레임에 다이본딩되는 두 종류 색상의 적어도 하나 이상의 발광 칩, 상기 다이본딩되는 두 종류 이외의 색상으로 발광되는 형광체가 혼합되어 상기 발광칩을 밀봉하는 수지봉지제를 포함하는 발광다이오드를 제공한다.

발광다이오드, 발광 칩, 파장, 형광체, 수지봉지제

Description

발광다이오드{Light Emitting Diode}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드의 평면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드의 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드의 여기 파장 특성을 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드의 여기 파장 특성을 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광 스펙트럼 분포를 나타내는 파장 특성 분포를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,20 : 발광다이오드 11,21 : 리드프레임

12,22 : 청색 발광 칩 13,23 : 적색 발광 칩

14 : 반사체 15 : 와이어

16,24 : 수지봉지제

본 발명은 발광다이오드에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 중대형 LCD의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 발광다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시키는 소자로, 최근들어 액정 패널의 백라이트용 광원이나 차세대 조명원 등 다양한 용도로 사용되고 있다.

상기 액정 패널의 백라이트용 광원으로 사용하기 위해서 종래에는 발광 칩 자체의 발산 파장을 이용하여 빛의 삼원색을 조합하여 백색광을 표현하였다.

그러나 상기한 구조는 칩 자체의 삼색 광도효율이 좋지 않고 열에 대한 광도 저하 특성이 각기 다름으로 인해 삼색의 조합에서 사용 환경에 따른 색상의 편차가 다양하게 나타나는 게 현실이며 제조원가 또한 극도로 높아 대량 생산에 어려움이 있다.

이에 효율이 좋은 기존의 YAG계, TAG계, Silicate계 형광체의 청색 여기 특성을 이용한 백색광을 백라이트 광원으로 적용하는 시도가 있으나 적색의 색상영역이 형광체의 효율을 저하시키며 적색의 표현 영역이 예컨대 NTSC(national television system committee :미국텔레비전시스템위원회) 기준의 적색 영역을 표현하지 못하여 고칼라 가뮷(GAMUT)을 실현하지 못하는 문제점이 있다.

즉, NTSC 기준의 중대형 LCD의 백라이트용 광원으로 사용되기 적합하고 고칼라 가뮷을 구현하기 위해 적, 녹, 청의 삼색 발광 칩를 이용한 구조의 경우 넓은 파장의 발광 영역을 확보하고 이로 인해 NTSC 기준의 넓은 영역의 색상을 표현할 수 있는 광원을 제공할 수는 있으나, 삼색의 발광 칩이 개별적으로 광학적 특성이 다름으로 인해 동일한 조합으로 동일한 색상의 발광다이오드를 제공하지 못해 수율이 저조하고 이에 제조원가가 상승되는 단점이 있다.

또한, 단일 파장의 발광 칩에 형광체를 여기하여 백색광을 내는 기술은 동일 색상의 일정한 구현문제 및 적, 녹, 청색의 넓은 영역의 색상을 표현하지 못해 중대형 영상 매체의 백라이트 유닛으로 사용하기에는 색상 표현의 제한이라는 단점이 있다.

또한, 이를 개선하여 고칼라 가뮷을 실현한 형광체를 적용하기도 하나 이러한 구조는 발광 효율이 좋지 않아 상용화하기 힘든 게 현실이다.

상기한 바와 같이 백색 발광다이오드로서 삼색의 발광 칩을 이용한 구조의 경우 색상의 온도에 따른 편차의 문제와 광효율이 좋지 않고 소비전력이 높은 단점이 있으며, 형광체의 여기를 이용한 구조의 경우 광효율이 좋은 반면 NTSC 영역의 넓은 색 재현이 어려워 해상도 및 색상표현의 한계를 극복하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 삼색 발광 칩을 이용한 발광다이오드의 장점과 형광체 여기를 이용한 발광다이오드의 장점을 결합하여 NTSC에서 요구되는 영역의 모든 색상을 표현할 수 있으면서 발광효율이 높고 일정한 색의 재현이 가능하며 소비전력을 낮출 수 있도록 된 발광다이오드를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 수율을 높여 생산 원가를 최소화할 수 있으며 보다 신뢰성을 높일 수 있도록 된 발광다이오드를 제공함에 또다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발광다이오드는 리드프레임과, 적, 녹, 청색의 발광 칩 중 상기 리드프레임에 다이본딩되는 두 종류 색상의 적어도 하나 이상의 발광 칩, 상기 다이본딩되는 두 종류 이외의 색상으로 발광되는 형광체가 혼합되어 상기 발광칩을 밀봉하는 수지봉지제를 포함할 수 있다.

이에 따라 두 종류 색상의 발광 칩과 나머지 색상의 형광체에 의해 넓은 영역의 색상 표현이 가능하고 발광 효율을 높일 수 있게 된다.

여기서 상기 리드프레임에 다이본딩되는 두 종류의 발광 칩은 청색의 발광 칩과 적색의 발광 칩일 수 있다.

또한, 상기 형광체는 녹색의 형광체일 수 있다.

상기 형광체는 상기 발광 칩 중 적어도 하나의 발광 칩에서 발산되는 파장에 의해 여기되어 발산하는 구조일 수 있으며, 상기 청색의 발광 칩의 파장에 여기되어 발산되도록 함이 바람직하다.

상기 청색의 발광 칩은 445nm ~ 460nm의 파장대로 발산되도록 함이 바람직하다.

상기 적색의 발광 칩은 620nm ~ 650nm의 파장대로 발산되도록 함이 바람직하다.

상기 녹색의 형광체는 520nm ~ 540nm의 파장대로 발산되도록 함이 바람직하 다.

또한, 상기 형광체의 여기 파장은 445nm ~ 460nm 임이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 500nm 이상의 파장대에서는 여기되지 않는 구조일 수 있다.

여기서 상기 발광다이오드는 리드프레임에 반사체가 사출성형되고 반사체 내부에 상기 투과형 수지봉지제가 충진된 구조이거나, 발광 칩이 실장된 리드프레임에 상기 수지봉지제가 트랜스퍼 몰딩된 구조, 또는 램프 형태로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드의 평면도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드의 측단면도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예의 발광다이오드(10)는 한쌍의 양극 리드프레임(Anode Lead Frame)과 음극 리드프레임(Cathode Lead Frame)으로 이루어진 리드프레임(11)과, 상기 리드프레임(11)의 다이패드에 다이접착제를 매개로 부착되는 청색의 발광 칩(12)과 적색의 발광 칩(13), 상기 리드프레임(11)의 상측에 수지로 성형되어 상기 발광 칩(12,13)을 둘러싸는 반사체(14), 상기 발광 칩(12,13)과 리드프레임(11) 사이에 연결되는 통전 와이어(15), 상기 청색의 발광 칩의 발산 파장에 의해 여기되어 녹색으로 발산되는 녹색 형광체가 혼합되어 상기 반사체 내에 충진되는 수지봉지제(16)를 포함한다.

본 실시예에서 하나의 발광다이오드(10) 내에는 3개의 발광 칩이 실장되며, 두 개는 청색의 빛을 발산하는 청색의 발광 칩(12)이고 나머지 하나는 적색의 빛을 발산하는 적색의 발광 칩(13)이다.

하나의 발광다이오드에 대한 상기 청색의 발광 칩과 적색의 발광 칩의 개수에 대해서는 상기 실시예에 한정되지 않으며 다양한 조합이 가능하다 할 것이다.

또한, 상기 3개의 발광 칩(12,13)은 서로 직렬회로로 구성되도록 상기 리드프레임(11)에 통전 와이어(15)를 매개로 연결되다. 이러한 직렬 연결구조는 기존 발광다이오드의 회로구조와 동일한 것으로 종래와 제조공정을 변경하지 않고 그대로 이용하여 본 실시예의 발광다이오드 칩을 제조할 수 있는 잇점을 제공한다.

도 1에서 상기 3개의 발광 칩(12,13)은 삼각형태로 배치되나, 이러한 배치 구조에 대해서는 특별히 한정되지 않으며 다양한 형태로 배치될 수 있다.

상기 청색의 발광 칩(12)은 GaN계 또는 InGaN계 원소로 제작되며, 445nm ~ 460nm 파장대의 빛을 발산한다.

또한, 상기 적색의 발광 칩(13)은 InGap계 원소로 제작되며, 620nm ~ 650nm 파장대의 빛을 발산한다.

상기 수지봉지제(16)는 빛이 투과되는 투명재질의 에폭시수지와 형광체가 혼합된 액상 또는 고상의 수지혼합물로서, 에폭시수지와 상기 형광체의 혼합비율은 무게비로 형광체가 수지혼합물의 15% 이내로 혼합됨이 바람직하다.

상기 혼합비율이 15%보다 높으면 발광효율이 종래와 비교하여 저하되며, 적색, 녹색, 청색을 추출함에 있어 근원인 청색의 발광을 극도로 저하시킴으로서 색 의 재현 가뮷값이 저하된다.

또한, 본 실시예에서 상기 녹색의 형광체는 스트론튬 실리케이트(Strontium Silicate)를 주성분으로 하는 실리케이트(Silicate)계 소재로 이루어진다. 상기 소재 이외에도 다음에 설명되는 특성을 만족하는 소재면 상기 녹색의 형광체로서 모두 적용가능하다 할 것이다.

상기 수지봉지제(16)에 혼합되는 상기 녹색의 형광체는 청색의 발광 칩(12) 한 종류의 파장에만 여기되어 발광되는 구조로 되어 있다. 이에 상기 녹색의 형광체는 청색의 발광 칩(12)의 파장대인 445nm ~ 460nm의 파장대에서 여기되고 500nm 이상의 파장대에서는 여기되지 않는 특징을 가지며, 상기 특정 파장대에서 여기되어 520nm ~ 540nm의 파장대로 빛을 발산한다.

또한, 상기 녹색의 형광체는 발광 스펙트럼에서 1개 이상의 피크 파장을 갖고 녹색의 파장 영역과 적색의 파장 영역에 피크가 분포하며, 적색 발광 효율이 녹색 발광 효율의 20%를 넘지 않는 특성을 갖는다.

이는 상기 녹색의 형광체가 청색과 녹색 파장만 조합이 이루어짐으로서 가장 이상적인 조건으로 일정한 색 좌표를 구현할 수 있으며 형광체 양에 대한 색변화가 극도로 적기 때문이다.

상기 녹색의 형광체가 발현하는 스펙트럼이 녹색의 파장 영역에서만 분포하거나 상기 적색 발광 효율이 녹색 발광 효율의 20%를 넘는 경우에는 발광 칩의 근원 파장과 형광체의 녹색, 적색 파장의 삼색의 조합이 됨으로 색 분포가 다양하게 나타나서 일정한 색 구현이 어렵게 된다.

도 4는 상기 녹색의 형광체의 여기 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이며, 도 5는 상기 녹색의 형광체가 여기 파장에 반응하여 광 발산하는 스펙트럼 분포를 보여주는 그래프이다.

상기한 그래프에서 확인할 수 있듯이 상기 녹색의 형광체는 500nm 이상의 파장대에서는 여기되지 않는 특성을 가지며 445nm ~ 460nm의 여기 파장에 반응하여 525nm ~ 540nm의 파장으로 발산하며, 620nm 이상 파장대로의 광 발산은 하지 않는 것을 알 수 있다.

이에 따라 본 발광다이오드는 청색의 발광 칩과 적색의 발광 칩으로부터 발산된 특정 파장과 상기 청색의 발광 칩으로부터 발산된 파장에 의해 여기 되어 상기 녹색의 형광체로부터 발산되는 파장이 서로 조합되면서 청색, 적색, 녹색의 넓은 파장 영역에서 발광하게 된다.

도 6은 본 실시예에 따른 발광다이오드의 발광 파장을 도시한 그래프로, 상기 그래프에서 확인할 수 있듯이 청색과 적색 및 녹색의 파장대가 뚜렷이 확인되며 NTSC 기준을 만족하는 넓은 파장 영역에서 각 색상이 발광되는 것을 알 수 있다.

한편, 도 3은 발광다이오드의 또다른 실시예로서 에폭시 수지가 몰딩된 구조를 도시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예의 발광다이오드(20)는 한 쌍의 양극 리드프레임(Anode Lead Frame)과 음극 리드프레임(Cathode Lead Frame)으로 이루어진 리드프레임(21)과, 상기 리드프레임(21)의 다이패드에 다이접착제를 매개로 부착되는 청색의 발광 칩(22)과 적색의 발광 칩(23), 상기 청색의 발광 칩(22)의 발산 파 장에 의해 여기되어 녹색으로 발산되는 녹색 형광체가 혼합되어 상기 리드프레임(21) 상에 트랜스퍼 몰딩되는 수지봉지제(24)를 포함한다.

상기 수지봉지제(24)는 리드프레임(21)에 몰딩되어 외형을 이루는 수지 몰드로 이해할 수 있다.

본 실시예에 따른 발광다이오드(20)는 상기 리드프레임(21)에 결합되는 상기 수지봉지제(24)의 구조를 제외하고 발광 칩이나 형광체의 특성과 그 작용에 대해서는 실시예 1에서 설명한 바와 동일하므로 이하 상세한 설명을 생략하도록 한다.

이하, 실시예 1을 참조하여 본 발광다이오드(10)의 제조공정을 살펴보면, 삼원색의 발광 칩 중 청색의 발광 칩(12)과 적색의 발광 칩(13)은 다이 접착제를 매개로 리드프레임(11) 상에 다이본딩되고, 리드프레임(11)과의 전기적 연결을 위해 골드 통전 와이어(15)로 와이어 본딩하는 과정을 거치게 된다.

그리고 투과성 에폭시 수지에 녹색의 형광체를 혼합하여 수지봉지제(16)를 제조하고 형광체가 혼합된 상기 수지봉지제(16)를 상기 리드프레임(11) 상에 성형된 반사체(13)에 주입하여 충진하거나, 실시예 2의 경우 리드프레임(21)에 트랜스퍼 몰딩한다.

상기 수지봉지제 경화공정을 거쳐 수지가 경화되면 각 소자를 트리밍 또는 포밍공정을 통해 개별화한 후 전기적 그리고 광학적인 특성 선별공정을 통해 삼원색의 넓은 파장대와 균일한 색상영역을 갖는 발광다이오드(10)를 제조할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지 만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 삼색의 발광 칩을 이용한 발광다이오드의 장점과 형광체를 이용한 발광다이오드의 장점만을 취하여 제조원가를 최소화하면서 높은 수율과 넓은 영역의 색상 표현이 가능한 발광다이오드를 얻을 수 있다.

또한, 종래 직렬 회로구성을 그대로 이용할 수 있어서 회로 개선을 위한 별도의 설계가 불필요한 잇점이 있다.

또한, 두 종류의 발광 칩만을 제어하는 것으로 색상을 조정할 수 있게 되어 색상 조정이 보다 용이하며, 종래 3종류의 발광 칩에 의한 색채조합과 비교하여 두 종류 발광 칩에 의한 색채 조합으로 전류와 광도 특성 변화에 민감하지 않게 작용함으로서 사용환경의 조건이 바뀌더라도 동일 패키지 내에서의 색 재현이 일정하게 유지될 수 있다.

Claims (15)

1. 액정표시소자의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 발광다이오드에 있어서,

   상기 발광다이오드는 리드프레임과, 상기 리드프레임에 다이본딩되는 적색의 발광 칩과 청색의 발광 칩, 상기 발광 칩의 발광 파장에 여기되어 녹색으로 발광되는 녹색의 형광체가 혼합되어 상기 발광칩을 밀봉하는 수지봉지제를 포함하고,

   상기 수지봉지제는 에폭시수지와 녹색의 형광체가 혼합된 수지혼합물로 이루어지고, 상기 녹색의 형광체는 무게비로 수지혼합물의 15% 이내로 혼합되며, 445nm ~ 460nm의 파장대에 여기되어 520nm ~ 540nm의 파장대로 발광되고, 발광 스펙트럼에서 1개 이상의 피크 파장을 갖고 녹색의 파장 영역과 적색의 파장 영역에 피크가 분포하며, 적색 발광 효율이 녹색 발광 효율의 20%를 넘지 않는 특성을 갖는 발광다이오드.
2. 제 1 항에 있어서, 형광체는 상기 두 종류의 발광 칩 중 한 종류의 발광 칩에서 발산되는 파장대에만 여기되는 발광다이오드.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체는 상기 청색의 발광 칩의 발산 파장대에 여기되는 발광다이오드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 청색의 발광 칩은 445nm ~ 460nm의 파장대로 발산되는 발광다이오드.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 적색의 발광 칩은 620nm ~ 650nm의 파장대로 발산되는 발광다이오드.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 리드프레임에 반사체가 사출성형되고, 상기 반사체 내부에 상기 수지봉지제가 충진된 구조의 발광다이오드.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 리드프레임에 상기 수지봉지제가 트랜스퍼 몰딩된 구조의 발광다이오드.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 복수개의 발광 칩은 직렬 회로 연결된 구조의 발광다이오드.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 녹색의 형광체는 스트론튬 실리케이트(Strontium Silicate)를 주성분으로 하는 실리케이트(Silicate)계 소재로 이루어지는 발광다이오드.
14. 삭제
15. 삭제

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