KR100425566B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR100425566B1
KR100425566B1 KR10-2001-7002306A KR20017002306A KR100425566B1 KR 100425566 B1 KR100425566 B1 KR 100425566B1 KR 20017002306 A KR20017002306 A KR 20017002306A KR 100425566 B1 KR100425566 B1 KR 100425566B1
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후카사와고이치
미야시타쥰지
츠치야고스케
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가부시키가이샤 시티즌 덴시
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Abstract

글라스 에폭시 기판(12)에 발광다이오드 소자(20)가 탑재됨과 동시에, 이 발광다이오드 소자(20)의 표면측이 수지봉지체(33)에 의하여 보호되고 있는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드 소자(20)에 질화갈륨계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광의 발광다이오드 소자를 사용하여 이 발광다이오드 소자의 이면측에, 접착제속에 형광재를 분산시킨 형광재 함유층(21)을 설치한다. 발광다이오드 소자(20)의 이면측에서 청색발광을 파장변환함으로써 고휘도의 백색 발광이 얻어진다.

Description

발광다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}
종래, 이 종류의 파장변환형의 발광다이오드로서는, 예를 들면 도 22에 도시한 것(일본 특허 제2900928호)과, 도 23에 도시한 것(일본 특개평 7-99345호)이 공지되어 있다. 전자는 리드프레임형의 발광다이오드(1)로서, 리드프레임의 한쪽의 메탈스템(2)에 오목부(3)를 설치하고, 이 오목부(3)에 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 발광다이오드 소자(4)를 얹어서 고착함과 동시에, 이 발광다이오드 소자(4)와 상기 메탈스템(2) 및 리드프레임의 타방의 메탈포스트(5)를 각각 본딩와이어(6,7)에 의하여 접속하고, 다시 전체를 포탄형 투명수지(9)에 의하여 봉지한 구조이다. 상기 투명수지(9)속에는 파장변환용 형광재(8)가 분산되어 있고, 발광다이오드(1)를 점등시켰을 때에는, 발광다이오드 소자(4)로부터 발한 광이 형광물질(8)에 부딪쳐서 황색으로 파장변환되어 발광다이오드 소자(4)의 원래의 청색발광과 혼색하여 백색의 발광색을 얻을 수가 있다.
또, 후자는, 상기 메탈스템(2)의 오목부(3)에 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 청색발광의 발광다이오드 소자(4)를 얹어서 고착함과 동시에, 이 발광다이오드 소자(4)의 상방을 덮도록 상기 오목부(3)내에 형광재 함유수지(8)를 충전한 것이다. 따라서, 이와 같은 구성으로 이루어지는 발광다이오드(1)에 있어서는, 발광다이오드 소자(4)로부터 발광한 청색발광이 형광재 함유 수지(8)내의 형광재를 여기하고, 이로서 파장변환된 광이 발광다이오드 소자(4)의 원래의 발광과 혼색되어 백색발광으로서 얻어진다.
그러나, 상기 종래의 발광다이오드(1)에 있어서는, 전자의 경우, 발광다이오드 소자(4)를 봉지하고 있는 투명수지(9)속에 형광재(8)를 분산시킨 것이기 때문에, 투명수지(9)를 통과하는 광의 투과율이 떨어져 버려, 백색발광의 휘도가 저하하는 문제가 있는 것외에, 투명수지(9)에 비하여 형광재(8)의 비중이 크기 때문에 균일하게 분산시키는 것이 어렵고, 각각의 발광다이오드 사이뿐만 아니라 하나의 발광다이오드 내에서도 색도의 스캐터링이 생겨버리는 문제가 있었다.
한편, 후자의 경우, 발광다이오드 소자(4)의 상부 근방을 형광재 함유수지(8)로 덮고 있기 때문에, 발광다이오드 소자(4)로부터의 광투과가 형광재에 의하여 방해되어 고휘도의 백색발광이 얻을 수 없는 문제가 있었다.
여기서, 본 발명은 백색발광의 휘도의 향상을 도모함과 동시에 색도의 스캐터링을 억제하도록 한 발광다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 파장변환형 발광다이오드에 관한 것이며, 특히 청색발광을 백색으로 변환하는 타입의 발광다이오드에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예를 도시하는 발광다이오드의 사시도,
도 2는 마더보드에 실장하였을 때의 도 1에 있어서 A-A선에 따른 단면도,
도 3는 상기 발광다이오드에 있어서, 발광다이오드 소자의 이면측에서의 파장변환의 원리를 도시하는 개념도,
도 4는 캐소드 전극 위에 발광다이오드 소자를 얹어놓았을 때의 발광다이오드의 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 있어서 둑이 설치된 캐소드 전극의 일부를 도시하는 사시도,
도 6은 상기 제2실시예에 있어서의 발광다이오드의 단면도,
도 7은 봉지수지체에 볼록상 렌즈부가 형성된 본발명의 제3실시예를 도시하는 발광다이오드의 사시도,
도 8은 마더보드에 실장하였을 때의 도 7에 있어서의, B-B선에 따른 단면도,
도 9는 발광다이오드 소자 둘레에 반사틀이 배치된 본 발명의 제4실시예를 도시하는 발광다이오드의 단면도,
도 10은 상기 제4실시예에 있어서, 직육면체의 수지봉지체로 이루어지는 발광다이오드의 단면도,
도 11은 입체성형기판을 사용한 본 발명의 제5실시예를 도시하는 발광다이오드의 사시도,
도 12는 상기 도 11에 있어서, C-C선에 따른 단면도,
도 13도는 입체성형기판을 사용한 본 발명의 제6실시예를 도시하는 발광다이오드의 단면도,
도 14는 봉지수지체의 상면측에 형광재 함유층을 형성한 본 발명의 제7실시예를 도시하는 발광다이오드의 단면도,
도 15는 형광재 함유층의 형광재와 접착제를 분리한 본 발명의 제8실시예를 도시하는 발광다이오드의 단면도,
도 16은 박판금속기판을 사용한 본 발명의 제9실시예를 도시하는 발광다이오드의 사시도,
도 17은 상기 도 16에 있어서, D-D선에 따른 단면도,
도 18은 박판금속기판을 사용한 다른 실시예를 도시하는 발광다이오드의 단면도,
도 19는 본 발명의 제10실시예를 도시하는 다색 발광다이오드의 사시도,
도 20은 본 발명의 제11실시예를 도시하는 다색 발광다이오드의 사시도,
도 21은 본 발명의 제12실시예를 도시하는 다색 발광다이오드의 사시도,
도 22는 종래의 파장 변환형 발광다이오드의 일예를 도시하는 단면도,
도 23은 종래의 파장변환형 발광다이오드의 다른예를 도시하는 단면도.
(부호의 설명)
11: 발광다이오드 12: 글라스 에폭시기판(기재)
13: 상면전극 14: 애노드 전극
15: 마더보드 16: 프린트배선
17: 프린트배선 20: 발광다이오드 소자
21: 형광재 함유층 29: 접착제
30: 형광재 33: 수지봉지체
36: 수지봉지체 38: 둑
40: 반사틀 41: 내주벽
44: 형광재 함유층 45: 입체형성기판(기재)
50: 박판금속기판(기재)
(발명의 개시)
본 발명에 관한 발광다이오드는 기재(基材)상에 발광다이오드 소자가 탑재됨과 동시에, 그 발광다이오드 소자의 표면측이 수지 봉지체에 의하여 보호되어 이루어지는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층을 배치하고, 발광다이오드 소자로부터의 광의 파장변환을 발광 다이오드 소자의 이면측에서 행하도록 하였으므로, 발광다이오드 소자의 표면측을 보호하는 수지 봉지체 속에 파장 변환용 형광재를 분산시킬 필요가 없다. 이때문에 수지봉지체에 있어서의 광의 투과율이 좋아져서, 발광다이오드의 발광휘도를 올릴 수 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 발광다이오드 소자가 질화갈륨계 화합물 반도체 또는 SiC계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광의 발광다이오드 소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 화합물에 의하여 형성되는 청색발광의 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층을 배치하고, 발광다이오드 소자로부터의 광의 파장변환을 발광다이오드 소자의 이면측에서 행하도록 하였으므로 발광휘도가 높은 백색발광이 얻어진다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 기재상에 2이상의 발광다이오드 소자가 탑재됨과 동시에 이 발광다이오드 소자의 표면측이 수지봉지체에 의하여 보호되어 이루어지는 발광다이오드에 있어서, 상기 2이상의 발광다이오드 소자중, 적어도 하나가 질화갈륨계 화합물 반도체 또는 SiC계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광의 발광다이오드 소자이고, 이 청색발광의 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 백색발광을 포함하는 다색발광을 간이한 수단에 의하여 달성할 수가 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는 상기 형광재 함유층이 접착재 속에 형광재를 분산시킨 것이고, 이 형광재 함유층의 접착작용에 의하여 발광다이오드 소자의 이면을 기재에 고착한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 형광재를 접착제 속에 분산시킨 것으로, 발광다이오드 소자의 접착공정속에서 형광재의 배치를 동시에 행할 수가 있다.
또 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 형광재 함유층의 형광재와 접착제가 분리하여 형성되고, 기재의 상면에는 형광재 함유 수지층과 접착제층이 층상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기재상에는 형광재와 접착제가 분리한 상태로 층상으로 형성되기 때문에 형광재 함유층의 두께를 크게 확보할 수 있음과 동시에 두께의 조정이 용이하기 때문에, 청색발광과의 혼색정도를 조정하기 쉬운 장점이 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 형광재 함유층이 기재상면에 인쇄수단을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다중인쇄가 가능하므로, 형광재 함유층의 두께를 확보할 수 있음과 동시에 그 두께를 관리할 수 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 형광재 함유층이 기재의 상면에 첩부된 형광재 함유 수지 시트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 형광재 함유 수지 시트의 두께를 적당히 조정하는 것으로, 상술과 동일하게 형광재 함유층의 두께를 확보할 수 있음과 동시에, 그 두께를 관리할 수 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오는, 상기 형광재가 이트륨 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 형광재에 이트륨화합물을 사용한 것으로, 단파장의 가시광을 장파장의 가시광으로 효과적으로 파장 변환할 수 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 형광재 함유층의 주위가 상기 기재의 상면에 설치된 둑에 의하여 둘러싸여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 형광재 함유층의 주위를 둑에 의하여 둘러싸는 것으로, 형광재 함유층을 소정의 두께로 확보할 수 있음과 동시에, 발광다이오드 소자의 하면 전역에 걸쳐서 균일한 두께를 확보할 수가 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 형광재 함유층의 하면측 또는 기재상면에 반사면이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 동박이나 알루미늄박 등 반사율이 높은 박막층을 형광재 함유층의 하면측에 설치하는 것으로, 형광재에 의하여 파장변환한 후의 황색발광을 효율적으로 상방으로 반사시킬 수 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 발광다이오드 소자의 주위에는 상방을 향하여 외측으로 경사진 반사면이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광다이오드 소자로부터 사방팔방으로 발광한 광이 반사면에 의하여 상방향으로 집광되기 때문에, 더 한층의 휘도상승이 도모된다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 수지봉지체의 상면측에는 볼록상의 렌즈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수지봉지체의 상면에 볼록상의 렌즈부를 형성한 것으로, 수지봉지체속을 직진한 광이 경계면에서 상방향으로 굴절해서, 상방향으로의 집광성이 높아지게 된다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 수지봉지체의 상면측이 평면상으로 형성되고, 이 상면측에 형광재 함유층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수지봉지체의 상면측에 형광재 함유층을 형성한 것으로, 상면측에서의 색조정이 가능하게 된다.
또, 본발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 기재가 글라스에폭시기판 또는 액정폴리머로 이루어지는 입체성형기판, 혹은 박판금속기판중 어느것임을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 글라스에폭시기판, 액정폴리머로 이루어지는 입체성형기판 및 박판금속기판을 발광다이오드의 기재로서 선택할 수가 있다.
또, 본 발명의 별도의 태양에 관한 발광다이오드는, 상기 발광다이오드 소자가 기재에 설치된 한쌍의 전극에 접속되어 있고, 이 전극이 마더보드상의 프린트배선에 직접 표면실장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 표면실장타입의 칩형 발광다이오드로서 최적이고, 대량생산성도 우수한 구조이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
본 발명의 발광다이오드를 보다 상세히 설명하기 위하여 첨부된 도면에 따라 이를 설명한다.
도 1 내지 도 3은 표면실장형 발광다이오드에 적용한 경우의 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에 관한 표면실장형 발광다이오드(11)는 기재가 되는 직사각형상의 글라스에폭시기판(12)에 한쌍의 상면전극(13,14)(캐소드전극과 애노드전극)을 패턴형성하고, 이것과 일체로 형성된 하면 전극을 마더보드(15)상의 프린트 배선(16,17)에 땜납(18)으로 고정함으로서 표면실장을 실현하는 것이다.
상기 글라스 에폭시 기판(12)의 상면 중앙부에는 발광다이오드 소자(20)가 탑재되고, 그 이면측에 도포된 형광재 함유층(21)에 의하여 글라스 에폭시 기판(12)에 고착되어 있다. 이 발광다이오드 소자(20)는 질화 갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 청색 발광소자이고, 도 3에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(22)의 상면에 n형 반도체(23)와 p형 반도체(24)를 성장시킨 구조로 이루어진다. n형 반도체(23) 및 p형 반도체(24)는 전극(25,26)을 구비하고 있고, 상기 글라스 에폭시 기판(12)에 설치된 상면전극(13,14)에 본딩와이어(27,28)에 의하여 접속됨으로써 청색발광한다.
한편, 발광다이오드 소자(20)의 이면측에 설치된 형광재 함유층(21)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 접착제(29)를 베이스로 한 속에 적당량의 형광재(30)를 균일하게 분산시킨 것이다. 이들 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 소정 두께가 되도록 인쇄도포하고, 그위에 발광다이오드 소자(20)를 얹어놓고, 접착제(29)를 가열고화함으로써, 발광다이오드 소자(20)의 이면이 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 고착된다. 접착제(29)와 글라스 에폭시 기판(12)과의 사이에 강한 접착력이 얻어지므로, 형광재 함유층(21)이 박리되는 일은 없다. 더욱이, 수지재 속에 형광재를 이겨 넣은 형광재 함유수지시트를 형성하고, 이 형광재 함유수지 시트를 기재의 상면에 첩부하여 형광재 함유층으로 할 수도 있다.
상기 형광재(30)는, 발광다이오드 소자(20)로부터의 발광에너지에 의하여 여기되고, 단파장의 가시광을 장파장의 가시광으로 변환하고, 예를 들면 이트륨 화합물 등의 형광물질이 사용된다. 따라서, 상기 발광다이오드 소자(20)에 있어서는, n형 반도체(23)와 p형 반도체(24)와의 경계면에서 상방, 측방 및 하방으로 청색광(31)이 발광하지만, 특히 하방측으로 발광한 청색광(31)은 형광재 함유층(21)속에 분산되어 있는 형광재(30)에 부딪쳐서 형광재(30)을 여기하고, 황색광(32)으로 파장변환되어 사방팔방으로 발광한다. 그리고, 이 황색광(32)이 상기 발광다이오드 소자(20)의 상방 및 측방으로 발광한 청색광(31)과 혼색되어, 발광다이오드(11)를 보았을 경우에 백색 발광이 얻어지게 된다.
상기 발광다이오드 소자(20)의 표면측은, 직육면체 형상의 수지 봉지체(33)에 의하여 보호되고, 상술한 청색광(31) 및 파장 변환된 황색광(32)이 그 속을 직진하지만, 이 수지봉지체(33)가 에폭시계의 투명수지를 주성분으로 하고 있고, 종래와는 달리 형광재가 분산되어 있지 않으므로 광의 투과율이 좋아서, 결과적으로 혼색된 백색발광의 휘도 상승이 도모되게 된다. 또, 이 실시예에서는 접착제(29)속에 형광재(30)를 분산시키고 있으므로, 종래와 같이 수지봉지체 속에 형광재를 분산시키는 것과 달리, 형광재(30)의 분산에 편차가 생기지 않아서, 발광시에 있어서의 색도의 분산이 억제되게 된다. 더욱이, 이 실시예에서는 형광재 함유층(21)이 수지봉지체(33)의 상면으로부터 멀리 떨어져 있고, 게다가 발광다이오드 소자(20)의 이면측에 가려져 있으므로 자외선의 영향을 받기 어려운 구조로 되어 있다. 더욱이, 수지봉지체(33)속에 이산화규소 등의 확산제를 혼입시킴으로서, 보다 균일한 발광을 얻을 수도 있다.
상기 형광재 함유층(21)의 하면측에 동박이나 알루미늄박등 반사율이 높은 박막층을 설치하거나 또는 도 4에 도시하는 바와 같이, 한쪽의 상면전극(캐소드 전극)(13)을 연장하여 재치면(35)을 형성하고, 이 재치면(35)위에 형광재 함유층(21)을 통하여 발광다이오드 소자(20)을 고정함으로써도, 발광다이오드 소자(20)의 이면측으로 발한 광의 반사효율을 올릴 수가 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서는 상기 상면전극(13)으로부터 연장한 재치면(35)에 발광다이오드 소자(20)의 평면형상보다 약간 작아보이는 각(角)구멍(37)을 개설하고, 이 각구멍(37)내에 상기 형광재 함유층(21)을 충전하고, 그 위에 발광다이오드 소자(20)를 재치하여 고정한 것이고, 그외의 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하다. 형광재 함유층(21)을 이 각 구멍(37)에 충전하였을 때에, 각 구멍(37)의 내주가장자리가 둑(38)의 역할을 하여 형광재 함유층(21)의 유출을 방지하므로, 소정의 두께를 확보할 수 있음과 동시에, 발광다이오드 소자(20)의 하면 전역에 걸쳐서 균일한 두께를 확보할 수가 있다. 더욱이, 소정의 두께를 확보하기 위한 둑(38)은, 상기 상면 전극(13)의 일부를 이루는 재치면(35)에 한정되는 것은 아니다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서는, 발광다이오드 소자(20)의 표면측을 보호하는 수지봉지체(36)가 반구상으로 형성되어 있어서, 볼록상의 렌즈부로서 작용하는 것으로 상방향으로의 집광성을 높이고 있다. 즉, 수지봉지체(36)속을 직진한 광이 경계면에서 상방향으로 굴절하고, 집광성이 높아짐으로써 백색발광의 휘도상승이 도모되게 된다.
도 9는 본 발명의 제4실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서는, 글라스 에폭시 기판(12)의 상면 중앙부에 원통상의 반사틀(40)을 배치하고, 그 속에 발광다이오드 소자(20)를 재치함과 동시에, 이 발광다이오드 소자(20)의 표면측을 상기 제3실시예와 동일하게 반구상의 수지봉지체(36)에 의하여 보호한 것이다. 반사틀(40)은 그 내주벽(41)이 상방으로 향하여 외측으로 경사진 테이퍼 상의 반사면을 형성하고 있어서, 발광다이오드 소자(20)로부터 발한 광을 내주벽(41)에 반사시켜 상방향으로 집광시킨다. 발광다이오드 소자(20)는, 상술한 도 3과 동일하게, 접착제(29)속에 형광재(30)를 분산시킨 형광재 함유층(21)을 통하여 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 고착되어 있다. 형광재 함유층(21)을 설치하는 경우에, 반사틀(40)의 내주벽(41)의 하단 둘레가장자리가 둑이 되어서 형광재 함유층(21)의 유출을 방지하고, 소정의 층두께를 확보할 수가 있다.
따라서, 이 실시예에 의하면, 발광 다이오드 소자(20)의 이면측으로 발광한 광에 의하여 형광재 함유층(21)속에 분산되어 있는 형광재(30)를 여기하고, 이 여기에 의하여 파장변환한 광이 반사틀(40)의 내주벽(41)에 반사되어 상방으로 집광한다. 이와같이 반사틀(40)에 의하여 집광된 반사광 및 발광다이오드 소자(20)로부터 직접 수지 봉지체(36)속을 진행하는 광은 함께 수지 봉지체(36)의 경계면에서 다시 상방향으로 집광되기 때문에, 상기 실시예에 비하여 보다 고휘도의 백색발광을 얻게 된다. 더욱이, 도 10에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 수지봉지체(33)속에 상기와 동일한 반사틀(40)을 설치하여도 되지만, 그 경우에는 반사틀(40)에 의한 집광효과만 얻어진다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제5실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에 관한 발광다이오드(11)는, 액정폴리머를 사용하여 성형한 입체성형기판(45)를 기재로 하고 있고, 입체성형기판(45)의 중앙부에 절구형상의 컵부(46)가 형성되어 있다. 입체성형기판(45)의 상면에는 중앙부의 슬릿(47)을 끼고 좌우에 캐소드 및 애노드의 상면 전극(13,14)이 형성되어 있는 외에, 상기 컵부(46)의 내주면에는, 상기 상면전극(13,14)과 일체 성형된 반사면(48)이 형성되어 있다. 이 반사면(48)은, 컵부(46)의 저부(49)에서 원형으로 도려내어져 있어서 입체성형기판(45)이 직접 보이고 있다. 그리고, 이 저부(49)에는 상술과 동일한 형광재 함유층(21)이 도포되고, 그 위에 재치된 발광다이오드 소자(20)가 고착되어 있다. 더욱이, 발광다이오드 소자(20)의 한쌍의 전극과 상기 상면 전극(13,14)과는 본딩와이어(27,28)에 의하여 접속되어 있다. 이 실시예에 있어서도 형광함유층(21)을 설치하는 경우에는, 반사면(48)의 하단 둘레가장자리가 둑으로 하여 형광재 함유층(21)의 유출을 방지하고, 소정의 층두께를 확보한다.
또, 상기 발광다이오드 소자(20) 및 본딩와이어(27,28)는 컵부(46)를 포함하여 입체성형기판(45)의 상면측에 형성한 투명의 수지봉지체(33)에 의하여 보호되고 있다. 이 실시예에서는 입체성형기판(45)의 상면측으로 돌출되는 수지 봉지체(33)의 두께가 억제되어서 발광다이오드(11) 전체가 박형으로 된다. 더욱이, 입체성형기판(45)의 하면측에는, 상기 상면전극(13,14)과 일체성형된 하면 전극이 형성되어 있다.
따라서, 이 실시예에 있어서도 발광다이오드 소자(20)의 이면측으로 발광한 광에 의하여 형광재 함유층(21)속에 분산되어 있는 형광재(30)을 여기하고, 이 여기에 의하여 파장변환한 광이 컵부(46)의 반사면(48)에 반사하고, 상방측으로 진행함으로써 집광성이 높아져서, 고휘도의 백색발광이 얻어지게 된다.
도 13은 본 발명의 제6실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에 관한 발광다이오드(11)는 상기 제5실시예와 동일하게 입체성형기판(45)을 사용한 것이지만, 발광다이오드 소자(20)의 표면측을 봉지하는 수지 봉지체(36)가 반구상으로 형성되어 있는 점이 다르다. 수지봉지체(36)의 꼭대기부(頂部)를 발광다이오드 소자(20)의 대략 바로 위에 위치시킴으로서 집광성이 높아지기 때문에, 컵부(46)의 반사면(48)에 의한 집광효과에 더하여 수지 봉지체(36)에 의한 집광성도 기대할 수 있어 한층더 고휘도의 백색발광이 얻어지게 된다.
도 14는 본 발명의 제7실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서는, 직육면체 형상의 수지 봉지체(33)의 상면측에 형광재 함유층(39)을 얇게 형성해서, 상면에서의 색조정을 가능하게 하고 있다. 형광재 함유층(39)은 유기용매 속에 상기 이트륨계의 형광재(30) 또는 별도의 형광재를 분산시킨 것이고, 도료로서 수지 봉지체(33)의 상면에 인쇄하거나, 시트상으로 형성한 것을 첩부하여도 좋다. 형광재 함유층(39)은 얇게 형성됨으로서, 이로서 수지 봉지체(33)에서의 광투과율의 저하를 최소한으로 억제할 수가 있다.
도 15는 본 발명의 제8실시예를 도시한 것이다. 상기의 실시예와는 달리 접착제(29)와 형광재(30)를 분리하고, 투명한 유기용매속에 상술의 형광재(30)를 분산시킨 형광재 함유 수지(44)를 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 인쇄도포하고, 중첩인쇄 등에 의하여 소정의 두께로 형성한 것이다. 형광재 함유 수지(44)를 건조시킨 후, 그위에 투명의 접착제(29)를 도포하여 2층구조로 하고, 그 위에 발광다이오드 소자(20)를 재치하여 고정한다. 이 실시예에 있어서는, 발광다이오드 소자(20)의 이면측으로 발한 청색발광이, 접착제(29)를 통과한 후 형광재 함유수지(44)에 분산된 형광재(30)에 부딪쳐서 형광재(30)를 여기시켜, 황색발광으로 파장변환되어 사방팔방으로 발광하지만, 형광재 함유 수지(44)는 두께를 크게 확보할 수 있음과 동시에 두께의 조정이 용이하기 때문에, 청색발광과의 혼색정도를 조정하기 쉬운 장점이 있다. 더욱이, 상기 형광재 함유 수지 이외에도 형광재 함유시트를 첩부함으로서 형성할 수가 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제9실시예를 도시한 것이고, 상기 글라스 에폭시 기판(12) 대신에, 소정의 형상으로 프레스 성형한 박판금속기판(50)을 기재로서 사용하고 있다. 이 박판금속기판(50)의 재료에는 열전도율이 좋은 구리나 철 혹은 인청동 등이 사용되고, 중앙부분에 절구형상의 컵부(51)가 프레스 성형에 의하여 형성되어 있다. 컵부(51)의 저면(52)에는 상기 제1실시예와 동일하게, 접착제(29)속에 형광재(30)를 분산시킨 형광재 함유층(21)이 설치되고, 그위에 발광다이오드 소자(20)가 고착되어 있다. 이 실시예에서는, 박판금속기판(50)위에 직접 형광재 함유층(21)을 도포함으로써, 접착제(29)의 절연성이 요구된다. 또 이 실시예에서는 박판금속기판(50)의 강성을 확보하기 위하여, 그 기판의 이면측의 오목부에 에폭시수지(53)가 충전되어 있다. 박판금속기판(50)의 일단측에는 분할슬릿(54)이 형성되어 있고, 좌우로 분할된 박판금속기판(50)자체가 한쌍의 상면 전극을 형성하고 있다.
따라서, 발광다이오드 소자(20)의 각 전극과 박판금속기판(50)의 좌우 상면을 본딩 와이어(27,28)에 의하여 접속함으로서 발광다이오드 소자(20)로의 도통이 도모된다. 상기 컵부(51)의 내주벽은 테이퍼상의 반사면(55)으로 되어 있고, 발광다이오드 소자(20)의 표면측을 봉지하는 반구상의 수지봉지체(36)와 함께 집광성을높이고 있다. 더욱이, 이 실시예에 있어서도 반사면(55)의 하단 둘레가장자리가 형광재 함유층(21)의 두께를 확보하는 둑의 역할을 다하고 있다.
더욱이, 박판금속기판(50)을 사용한 발광다이오드(11)에 있어서도, 제18도에 도시하는 바와 같이, 상면을 평탄하게 형성한 직육면체 형상의 수지 봉지체(33)로 하여도 좋다. 이 경우, 분할 슬릿(54)은 절연 테이프(56)에 의하여 막혀 있다.
도 19는 본 발명의 제10실시예를 도시한 것이다. 다색 발광다이오드(11a)에 적용한 이 실시예에서는 기재가 되는 직사각형상의 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 캐소드전극(13a,13b)과 애노드전극(14a,14b)이 좌우로 나열되어 패턴형성되어, 각 스루홀(19)에 의하여 이면측으로 하면전극이 돌아서 들어간 구성이다.
상기 글라스 에폭시 기판(12)의 상면에 형성된 한쌍의 캐소드 전극(13a,13b) 상에는 제1의 발광다이오드 소자(20a)와 제2의 발광다이오드 소자(20b)가 각각 탑재되어 있다. 제1의 발광다이오드 소자(20a)는 상술한 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 청색발광소자이고, 상기 캐소드 전극(13a) 및 애노드 전극(14a)에 본딩 와이어(27,28)에 의하여 접속되어 있다.
또, 제1의 발광다이오드 소자(20a)는, 그 이면측에 설치한 형광재 함유층(21)을 통하여 캐소드 전극(13a)의 상면에 접착되어 있다. 이 형광재 함유층(21)은 상술한 바와 같이 절연성 접착제를 베이스로 하여 그 속에 적당량의 형광재를 균일하게 분산시킨 것이다. 이것을 캐소드전극(13a)의 상면에 소정의 두께가 되도록 도포하고, 그 위에 발광다이오드 소자(20a)를 재치하고, 접착제를 가열 고화함으로써, 제1의 발광다이오드 소자(20a)의 이면이 캐소드 전극(13a)의 상면에 고정된다.
한편, 제2의 발광다이오드 소자(20b)는 인화갈륨 알루미늄 인듐계 화합물 반도체(GaAl InP)를 재료로 한 적색발광 다이오드 소자이고, 캐소드 전극(13b)상에 도전성 접착제(43)를 통하여 고정되고, 애노드 전극(14b)과는 본딩와이어(28)에 의하여 접속되어 있다.
또, 글라스 에폭시판(12)의 상면에 나란히 배치된 발광다이오드 소자(20a,20b)의 표면측은, 투명한 수지봉지체(33)에 의하여 보호되고 있다. 이 수지봉지체(33)는 에폭시수지를 주성분으로 한 것으로, 상기 캐소드전극(13a,13b) 및 애노드전극(14a,14b)의 각 스루홀(19)를 남기고 글라스 에폭시 기판(12)의 상면측에 직육면체 형상으로 형성되어 있다.
따라서, 상기 실시예에 있어서의 다색 발광다이오드(11a)에 있어서는, 제1발광다이오드 소자(20a)에 전류가 흐르면, 상술한 도 3에 도시한 바와 같이 n형 반도체(23)와 p형 반도체(24)와의 경계면에서 청색발광하고, 이 청색발광이 상방, 측방 및 하방으로 청색광(31)으로서 발광한다. 특히 하방측으로 발광한 청색광(31)은 형광재 함유층(21)속에 분산되어 있는 형광재(30)를 여기하고, 파장변환을 받아 사방팔방으로 황색광(32)으로서 발광한다. 그리고, 이 황색광(32)이 상기 제1의 발광다이오드 소자(20a)의 상방 및 측방으로 발광한 청색광(31)과 혼색되어서, 다색발광다이오드(11a)를 보았을 때에 백색발광으로서 인식된다. 제1의 발광다이오드소자(20a)의 표면측은 직육면체 형상의 수지봉지체(33)에 의하여 보호되고, 상술한 청색광(31) 및 파장변환된 황색광(32)이 이 속을 직진하지만, 이 수지봉지체(33)가 에폭시계의 투명수지를 주성분으로 하고 있고, 종래와는 달리 형광재를 포함되지 않기 때문에 광의 투과율이 좋아서, 결과적으로 백색발광의 휘도상승이 도모되게 된다. 또, 이 실시예에서는 제1의 발광다이오드 소자(20a)에 전류를 흐르게 하는 것만으로 백색발광이 얻어지므로, 종래와 같이 복수의 발광다이오드 소자의 혼색에 의하여 백색발광을 얻는 경우에 비하여 전류소비량이 현격하게 적어지게 된다.
한편 적색발광을 얻는 경우에는, 제2의 발광다이오드 소자(20b)에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지지만, 수지봉지체(33)가 투명하기 때문에 광의 투과율이 저하하지 않고 고휘도의 적색발광이 얻어진다.
도 20은 본 발명의 제11실시예를 도시한 것이고, 제2의 발광다이오드 소자(20b)를 상기 실시예에 있어서의 적색발광에서 청색발광의 것으로 대신하여, 이것을 캐소드전극(13b)위에 재치한 것이다. 이 청색 발광다이오드 소자(20b)는 제1의 발광다이오드 소자(20a)와 같은 질화갈륨계 화합물 반도체를 재료로 한 것이다. 따라서, 캐소드 전극(13b)의 상면에는 절연성의 접착제(42)를 통하여 고정되고, 캐소드 전극(13b) 및 애노드 전극(14b)과는 각각 본딩와이어(27,28)로 도통이 도모되고 있다. 더욱이, 그외의 구성은 상기 제10실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이 실시예에 있어서는 제1의 발광다이오드 소자(20a)는 상기 실시예와 동일하고, 백색발광이 얻어지는 한편, 제2의 발광다이오드 소자(20b)에 전류를 공급하였을 때에는 청색발광이 얻어진다. 이와 같이, 완전히 같은 형태의 발광다이오드소자를 탑재하면서, 청색과 백색의 2색 발광을 용이하게 얻을수가 있다.
도 21은 본 발명의 제12실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에 관한 다색 발광 다이오드는 풀컬러의 것이지만, 종래와는 달리 4개의 발광다이오드 소자에 의하여 모든 색을 표현하는 것이 가능하다. 즉, 백색발광을 제1의 발광다이오드 소자(20a)에 의하여 발광시켜, 백색 이외의 모든색을 제2, 제3, 제4의 발광다이오드 소자(20b,20c,20d)의 조합에 의하여 표시하는 구성이다. 가로로 긴 글라스 에폭시 기판(12)상에 캐소드 전극(13a 내지 13d)과 애노드 전극(14a 내지 14d)을 4열로 나란히 형성하고, 캐소드 전극(13a 내지 13d)상에 제1 내지 제4의 발광다이오드 소자(20a 내지 20d)를 순서대로 탑재한 것이다. 이 실시예에서는, 제1 내지 제4의 발광다이오드 소자(20a,20b,20c,20d)는 각각 백색, 녹색, 청색, 적색의 각 발광다이오드 소자이고, 제1 내지 제3의 발광다이오드(20a,20b,20c)는 어느것이나 질화갈륨계 화합물 반도체를 재료로 하고, 제4의 발광다이오드 소자(20d)는 인화갈륨 알루미늄 인듐계 화합물 반도체를 재료로 하고 있다.
상기 제1의 발광다이오드(20a)는 형광재 함유층(21)에 의하여 캐소드전극(13a)의 상면에 고착되고, 제2 및 제3의 발광다이오드 소자(20b,20c)는 절연성의 접착제(42)에 의하여 캐소드 전극(13b,13c)의 상면에 고착되어 있다. 또, 제4의 발광다이오드 소자(20d)는 도전성 접착제(43)에 의하여 캐소드 전극(13d)의 상면에 고착되어 있다. 더욱이, 제1 내지 제3의 발광다이오드 소자(20a,20b,20c)는 각 캐소드 전극(13a,13b,13c)과 본딩와이어(27)에 의하여 접속되고, 또, 애노드 전극(14a,14b,14c,14d)과는 제4의 발광다이오드 소자(20d)도 포함시켜 본딩와이어(28)에 의하여 접속되어 있다. 제1 내지 제4의 발광다이오드 소자(20a 내지 20d)의 상방은 일체로 성형된 직육면체상 수지봉지체(33)에 의하여 보호되어 있다.
따라서, 이 실시예에서는 각각의 발광다이오드 소자(20a,20b,20c,20d)를 단색발광시킬 수 있는 것은 물론, 녹색, 청색, 적색을 발광하는 제2 내지 제4의 발광다이오드 소자(20b,20c,20d)의 전류치를 제어함으로서 모든 색을 발광시킬 수 있다. 또, 백색발광은 제1의 발광다이오드 소자(20a)를 단색발광시킴으로써 얻어지고, 종래의 풀컬러 발광다이오드와 같이, 미묘한 전류제어를 행할 필요가 없다.
더욱이, 상기 어느 실시예도, 도 2에 도시한 바와 같이, 마더보드(15)상의 프린트 배선(16,17)에 직접 표면 실장되는 칩형 발광다이오드에 대하여 설명한 것이지만, 본 발명의 발광다이오드는, 종래예로 설명한 리드프레임형 것에도 적용할 수가 있다. 즉, 발광다이오드 소자가 재치되는 메탈스템의 오목부에 형광재를 함유한 접착제를 도포하고, 그 위에 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 발광다이오드 소자를 고착함으로써, 포탄형의 수지 봉지체의 속에 형광재를 분산시키지 않더라도 고휘도의 백색발광을 얻을 수 있다.
또, 상기 어느 실시예도 발광다이오드 소자와 한쌍의 상면전극을 본딩와이어에 의하여 접속한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 땜납 범프를 사용한 플립칩 실장 등의 접속방법도 포함된다.
더욱더, 상기 어느 실시예에서는 발광다이오드 소자에 질화갈륨계 화합물 반도체를 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, SiC계 화합물 반도체에 의하여 형성된청색발광의 발광다이오드를 사용한 경우에도 동일한 구성을 취득할 수가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 발광다이오드는 고휘도의 백색발광이 얻어지므로 각종 표시장치나 광통신의 백색광원 등으로서 유용하다.
또 본 발명에 관한 발광다이오드는 전류소비량이 적고 또한 전류제어가 용이한 다색발광다이오드로서 유용하다.

Claims (18)

  1. 기재상에 발광다이오드 소자가 탑재됨과 동시에, 그 발광다이오드 소자의 표면측이 수지봉지체에 의하여 보호되어 이루어지는 발광다이오드에 있어서, 상기 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층을 설치하고, 상기 형광재 함유층의 주위를 상기 기재의 상면에 설치한 둑에 의하여 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광다이오드 소자는 질화갈륨계 화합물 반도체 또는 SiC계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광의 발광다이오드 소자인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  3. 기재상에 2이상의 발광다이오드 소자가 탑재됨과 동시에 이 발광다이오드 소자의 표면측이 수지봉지체에 의하여 보호되어 이루어지는 발광다이오드에 있어서, 상기 2이상의 발광다이오드 소자 중, 적어도 하나가 질화갈륨계 화합물 반도체 또는 SiC계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광의 발광다이오드 소자이고, 이 청색발광의 발광다이오드 소자의 이면측에 형광재 함유층이 설치되어 있고, 상기 형광재 함유층의 주위를 상기 기재의 상면에 설치한 둑에 의하여 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 형광재 함유층은 접착제 속에 형광재를 분산시킨 것이고, 이 형광재 함유층의 접착작용에 의하여 발광다이오드 소자의 이면을 기재에 고착한 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 형광재 함유층은 형광재와 접착제가 분리하여 형성되고, 기재의 상면에는 형광재 함유 수지층과 접착제층이 층상으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 형광재 함유층은 기재상면에 인쇄수단을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 형광재 함유층은 기재의 상면에 첩부된 형광재 함유 수지 시트인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 형광재는 이트륨 화합물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 둑이 상기 기재의 상면에 설치된 전극에 형성되어, 그 전극에 개설된 형광재 함유층 충전용의 구멍의 내주가장자리인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 형광재 함유층의 하면측 또는 기재상면에 반사면이 설치된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 발광다이오드 소자의 주위에는 상방을 향하여 외측으로 경사진 반사면이 설치된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 수지봉지체의 상면측에는 볼록상의 렌즈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 수지봉지체의 상면측이 평면상으로 형성되고, 이 상면측에 형광재 함유층이 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 기재는 글라스 에폭시기판 또는 액정폴리머로 이루어지는 입체성형기판, 혹은 박판금속기판중 어느것임을 특징으로 하는 발광다이오드.
  15. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 발광다이오드 소자는 기재에 설치된 한쌍의 전극에 접속되어 있고, 이 전극이 마더보드상의 프린트배선에 직접 표면실장되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  16. 제 5 항에 있어서, 상기 형광재 함유층은 기재상면에 인쇄수단을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  17. 제 5 항에 있어서, 상기 형광재는 이트륨 화합물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  18. 제 7 항에 있어서, 상기 형광재는 이트륨 화합물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
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