KR100448416B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR100448416B1
KR100448416B1 KR10-2001-0057106A KR20010057106A KR100448416B1 KR 100448416 B1 KR100448416 B1 KR 100448416B1 KR 20010057106 A KR20010057106 A KR 20010057106A KR 100448416 B1 KR100448416 B1 KR 100448416B1
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후카사와고이치
이시이히로히코
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가부시키가이샤 시티즌 덴시
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Abstract

(개요)
단일의 발광소자칩으로 다양한 중간색조의 발광을 가능하게 하고, 소형이며 또한 값싼 동시에 전류 소비량이 적은 발광 다이오드가 개시된다.
본 발명은 기판과, 상기 기판에 형성된 전극과, 상기 전극에 접속되고 또한 기판의 윗면에 배치된 발광소자칩과, 상기 발광소자칩의 윗면 측을 봉지하는 수지재와, 상기 수지재 중에 분산된 형광입자 및 색소입자를 갖추고 있고, 상기 발광소자 칩으로 부터의 빛 및 형광입자에 의하여 파장변환된 빛의 파장의 일부를 색소입자에 의하여 흡수하는 발광 다이오드이다.

Description

발광 다이오드{Light Emitting Diode}
본 발명은 발광 다이오드의 개량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 기술하면, 발광소자칩 본래의 발광색을 파스텔조의 유연한 중간색의 발광으로 변환하는 발광 다이오드에 관한 것이다.
종래, 중간색의 발광을 얻기 위해서는 발광색의 다른 2종 이상의 발광소자칩을 동시에 발광시켜서, 그것을 다색혼합하는 것으로 실현시키고 있었다. 이러한 종류의 발광 다이오드로서는 예컨대 도 1에 도시한 바와 같이, 2색의 발광소자칩(3,4)으로 구성된 표면 실장형의 발광 다이오드(1)가 알려져 있다. 이 발광 다이오드(1)는 베이스를 구성하는 유리 에폭시기판(2)과, 이 기판 상에 배치된 발색광의 다른 2개의 발광소자칩(3,4)과, 이들 발광소자칩(3,4)의 윗쪽을 피복한 수지봉지체(5)를 갖추고 있다. 상기 유리 에폭시기판(2)의 윗면에는 상기 2개의 발광소자칩(3,4)을 고정하기 위한 캐소드전극(6a,6b)과, 각 발광소자칩(3,4)을 본딩 와이어(7)에 의하여 접속하는 애노드전극(8a,8b)이 설치되어 있다.
상기의 발광 다이오드(1)에 있어서, 2개의 발광소자칩(3,4)을 청색과 적색으로 구성한 경우, 양자를 동시에 발광시키는 것으로 혼합색인 자색의 발광을 얻는다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이 3색의 발광소자칩을 탑재하여 다색 혼합의 발광색을 얻도록 한 발광 다이오드(10)도 알려져 있다. 이 발광 다이오드(10)는 베이스(11)의 윗면에 배치된 적색, 청색 및 녹색으로 발광하는 3종류의 발광소자칩(12,13,14)과 이들 발광소자칩(12,13,14)의 각각에 접속된 각 전극단자(15,16,17)와 이들 발광소자칩(12,13,14)의 윗쪽을 피복한 포탄형의 수지제의 봉지체(18)를 갖춘다. 이와 같은 구조의 발광 다이오드(10)에 있어서는, 적색, 청색 및 녹색을 발광하는 3종류의 발광소자칩(12,13,14)의 조합에 의하여 거의 어느 발광색을 얻을 수가 있다(전자 디스프레이 213면, 제 6·20도 마쓰모도쇼이치 편저 가부시키가이샤 옴사, 평성 1995. 7. 7 발행).
그러나 상기의 발광 다이오드(1,10)의 어느것에 있어서도, 중간색조의 발광을 얻기 위해서는 발광색의 다른 2종 이상의 발광소자칩을 갖추지 않으면 안된다. 이 때문에, 발광 다이오드의 패키지가 크게 되는 동시에 탑재한 발광소자칩을 개별로 제어하는 제어회로가 필요로 하게 되어 제어방법이 복잡하게 된다는 문제가 있었다. 또 조합하는 발광소자칩의 종류에 의하여는 휘도의 밸런스를 모양좋게 취할 수 없는 경우가 있다. 예컨대 조합하는 발광소자칩 중에 휘도가 낮은 것이 있으면, 이 낮은 쪽의 발광소자칩에 맞추어서 조정을 하지 않으면 안되기 때문에 휘도의 높은 발광소자칩의 성능을 살릴수 없다는 문제도 있다.
또한, 상기의 발광 다이오드(1,10)에 있어서는 동시에 복수의 발광소자칩을 발광시키지 않으면 안되기 때문에 전류소비량이 크게 되어 버리는 문제도 있었다.
본 발명의 하나의 목적은 단일의 발광소자칩으로 다양한 중간 색조의 발광을 가능케 한 발광 다이오드를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 소형이며, 또한 값싼 발광 다이오드를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 발광소자칩에 흐르는 전류소비량이 적고, 또한 전류값을 제어할 필요가 없는 발광다이오드를 제공하는 것에 있다.
도 1은 종래에 있어서, 표면 실장형의 다색 발광 다이오드의 일예를 도시한 사시도.
도 2는 종래에 있어서, 리드프레임형 다색 발광 다이오드의 일예를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 관한 발광 다이오드의 제 1 실시형태를 도시한 사시도.
도 4는 상기 실시형태에 있어서, 발광 다이오드를 마더보드에 실장한 때의 상기 도 3에 있어서의 A-A선에 따른 단면도.
도 5는 상기 발광 다이오드에 있어서, 발광소자칩으로 부터 발광되는 빛의 파장변환을 도시한 설명도.
도 6은 본 발명의 발광 다이오드를 사용하여 색도측정을 행한 때의 결과를 도시한 CIE 색도도.
도 7은 제 2 실시예의 발광 다이오드에 있어서, 발광소자칩으로 부터 발광되는 빛의 파장 변환을 도시한 설명도이다.
본 발명에 관한 발광다이오드는 기판과 상기 기판상에 배치된 발광소자칩과 상기 발광소자칩으로부터의 빛을 받아서 그 빛의 파장을 변환하는 파장변환재료와 상기 발광소자칩 및 파장변환재료로부터의 빛을 받아서 그 빛의 파장의 일부를 흡수하는 파장흡수재료를 갖추고 있다.
기판에는 전극이 형성되어 발광소자칩은 이들의 전극에 접속된다.
파장변환재료는 예컨대 형광입자로부터 이루어지고, 파장흡수재료는 예컨대 색소입자로부터 이루어진다.
이들의 파장변환재료 및 파장흡수재료는 발광소자칩을 덮는 커버부재 중에 분산상태로 배치되는 것이 바람직하다.
이 커버부재는 예컨대 투광성의 수지재로 이루어져 있다.
본 발명에 의하면 상기 수지재에 넓은 파장역의 발광을 얻기 위한 형광입자 및 임의의 파장역을 흡수시키기 위한 색소입자를 함유시킨 것으로, 단일의 발광소자칩의 발광색만으로 파스텔조의 유연한 중간색을 발광시키는 것이 가능케 되었다.
본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 형광입자가 이트륨·알루미늄·가넷(YAG)으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 형광입자에 이트륨·알루미늄·가넷(YAG)을 사용하고 있기 때문에, 이 형광입자를 여기하는 것으로 400nm 내지 700nm의 넓은 파장역의 발광을 안정하게 또한 효율이 좋게 얻을 수가 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 색소입자가 발광소자칩으로부터의 빛 및 상기 형광입자에 의하여 파장변환된 빛의 파장의 일부를 흡수하는 염료로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 상기 색소입자에 염료를 사용하는 것으로, 파스텔조의 유연한 중간색을 저코스트로 만들어 낼수가 있다.
본 발명의 또다른 특징에 의하면, 상기 발광소자칩이 질화갈륨계 화합물 반도체에 의하여 형성된 청색발광 다이오드 소자로부터 이루어진다.
상술한 바와같이 본 발명의 특징 및 이점은 첨부의 도면을 참조하여 이하 더욱 상세하게 설명이 된다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명에 관한 발광 다이오드의 실시형태를 상세하게 설명한다. 도 3 내지 도 5는 표면실장형의 발광 다이오드에 적용한 경우의 제 1 실시형태를 도시한 것이다. 본 실시형태에 관한 표면실장형의 발광 다이오드(31)는 직사각형상의 기판(32))과 이 기판(32)상에 패턴형성된 한쌍의 전극(캐소드전극(33)과 애노드전극(34))과, 이 기판(32)의 윗면의 대략 중앙부에 배치된 발광소자칩(41)를 갖춘다. 이 발광 다이오드(31)는 상기 전극(33,34)의 밑면측이 마더보드(37)상의 프린트배선(38,39)에 땜납(40)으로 고정됨으로써 표면실장이 실현된다(도 4 참조).
상기 발광소자칩(41)은 그 밑면측에 도포된 접착제(51)에 의하여 기판(32)에 고정되어 있다. 이 발광소자칩(41)은 질화갈륨계 화합물 반도체로부터 이루어진 청색발광소자이며, 도 5에 도시한 바와 같이, 사파이어 유리로 이루어진소자기판(43)의 윗면에 n형 반도체(44)와 p형 반도체(45)를 확산성장시킨 구조이다. 상기 n형 반도체(44) 및 p형 반도체(45)는 각각 n형 전극(46), p형 전극(47)을 갖추고 있으며, 상기 기판(32)에 설치된 캐소드전극(33) 및 애노드전극(34)은 본딩와이어(48,49)에 의하여 접속되어, 일정의 전류를 흘림으로서 발광소자칩(41)이 청색으로 발광한다.
본 발명에서는 발광소자칩(41)로부터의 빛을 받아서, 그 빛의 파장을 변환하는 파장변환재료와, 발광소자칩 및 파장변환재료로부터의 빛을 받아서, 그 빛의 파장의 일부를 흡수하는 파장흡수재료가 설치되어 있는 것에 주목해야 할 것이다. 더욱 상세하게 말하면, 파장변환재료는 이 실시예에서는 형광입자(52)로부터 이루어지고, 파장흡수재료는 이 실시예에서는 색소입자(53)로부터 이루어진다.
상기 형광입자(52) 및 색소입자(53)는 발광소자칩(41)을 덮는 기판(32)을 봉지보호하는 커버부재, 예컨대 투광성을 가지는 수지재(55) 중에 분산된 상태에서 배치되는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게 기술하면, 수지재(55)는 에폭시수지 혹은 실리콘 수지의 투명기재로부터 이루어지고, 이 투명기재에 형광입자(52)의 원료로 된 이트륨·알루미늄·가넷(이하, 생략하여 YAG라함)과 색소입자(53)의 원료로 이루어진 염료를 각각 적당량 혼입하여, 이것들을 균일하게 분산시킨 것이다. 이와 같이하여, 형광입자(52) 및 색소입자(53)를 함유한 수지재(55)는 상기 캐소드전극(33) 및 애노드전극(34)의 트루홀부(35)를 남기고 기판(32)의 윗면에 직방체 형상으로 형성이 된다.
색소입자(53)로서 사용되는 염료는 예컨대 프탈로시아닌계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 아조계 화합물, 퀴노프탈론계 화합물의 4종류이며, 이들 4종류를 베이스로서 적당량으로 혼합하여, 청, 녹, 황, 적황, 적, 자의 6색을 미리 만든다. 이 경우, 청색은 프탈로시아닌계 화합물이 사용되고, 녹색은 프탈로시아닌계 화합물과 안트라퀴논계 화합물을 혼합하여 만들어진다. 또 황색은 퀴노프탈론계 화합물이 사용되고, 적황색과 적색은 안트라퀴논계 화합물과 아조계 화합물을 혼합하여 만들어진다. 더우기 자색은 안트라퀴논계 화합물이 사용되거나 또는 프탈로시아닌계 화합물, 안트라퀴논계 화합물 및 아조계 화합물을 적당량 혼합하여 만들어진다. 본 실시형태에서는 이와 같이 하여 미리 만들어진 6색을 더욱 혼색시킴으로서 소망의 색도를 내도록 하고 있다. 또한 색소입자(53)로서는 상기와 같은 염료에 한정되는 일없이 안료를 이용하는 것도 가능하다.
상기 실시형태에 있어서 발광 다이오드(31)에 있어서는 발광소자칩(41)에 전류가 흐르면, n형 반도체(44)와 p형 반도체(45)와의 경계면에서 청색 발광하여, 이 청색발광이 윗쪽, 옆쪽 및 밑쪽으로 청색광(56)으로서 발광한다. 특히 윗쪽으로 발광한 청색광(56)은 수지재(55) 중에 분산되어 있는 형광입자(52)를 여기하고, 파장변환된 넓은 파장의 황색광(57)은 수지재(55) 중에 사방팔방으로 발광한다. 또한, 동시에 상기 황색광(57) 및 청색광(56)이 수지재(55)에 분산된 색소입자(53)를 투과할 때에, 이 황색광(57) 및 청색광(56)의 파장의 일부를 색소입자(53)가 흡수하기 때문에 다양한 중간 색광(58)이 얻어진다. 이 중간색광(58)은 수지재(55) 중에 분산시킨 색소입자(53)의 원료인 염료의 종류나 혼입량에 의하여 모든 중간색이 커버된다. 또 발광소자칩(41)에 흐르는 전류값을 제어함으로서, 중간 색조의 휘도를조정할 수 있다.
도 6은 상기 발광 다이오드(31)를 사용하여 여러 가지의 중간색광(58)을 얻을 때의 색도측정의 결과를 CIE-색도도로 도시한 것이다. 이것에 의하면, 사용하는 색소입자(53)의 종류에 의하여 발광색은 달라지고 있으나, 많은 것이 백색의 둘레의 중간색대에서 발광하고 있으며, 적색 LED, 청색 LED 및 녹색 LED를 연결하는 선상 부근에서는 원색에 가까운 곳에서의 발광이 적은 것을 알았다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 발광 다이오드를 도시한 것이다. 본 실시형태에서는 상기 기판(32)과 발광소자칩(41)과를 접착시키는 접착제(51) 중에도 형광입자(52)를 혼입시켜서 형광 접착층(60)을 형성하여, 발광소자칩(41)으로 부터 밑쪽으로 발광하는 빛도 파장변환하는 것으로 보다 밝은 중간 색광을 얻도록 한 것이다. 또한 다른 구성 요소는 상기 도 3 내지 도 5에 도시한 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 본 실시형태에서는 형광입자(52)가 접착제(51) 중에 혼입되어 있으므로, 발광소자칩(41)으로부터 밑방향으로 발한 청색광(56)은 상기 형광접착층(60)내에 분산된 형광입자(52)를 여기하는 한편, 발광소자칩(41)의 윗방향으로 발한 청색광(56)이 수지재(55)에 혼입되어 있는 형광입자(52)를 여기하는 것으로 보다 밝은 황색광(57)을 얻는다. 또, 색소입자(53)를 투과하여 얻어지는 중간색광(58)도 증가하기 때문에, 보다 한층 밝은 중간색광을 얻을 수가 있다.
다음에, 상기 제 2 실시형태의 발광 다이오드(61)에 있어서 발광의 특징을 도 7에 의거하여 설명한다. 발광소자칩(41)에 전류가 흐르면, n형 반도체(44)와 p형 반도체(45)와의 경계면에서 청색발광하여, 이 청색발광이 윗쪽, 옆쪽 및 밑쪽으로 청색광(56)으로서 발광한다. 특히 밑쪽으로 발광한 청색광(56)은 형광접착층(60) 중에 분산되어 있는 형광입자(52)를 여기하여, 그것에 의하여 파장변환을 받아서 사방팔방으로 황색광(57)으로서 발광한다. 그리고 이 황색광(57) 및 청색광(56)은 수지재(55)에 분산되어 있는 색소입자(53)에 의하여 흡수되어, 소망의 중간색광(58)을 얻는다. 이 중간색광(58)은 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 수지재(55)중에 함유시키는 색소입자(53)의 원료인 염료의 종류나 양에 의하여 소망의 색도를 얻을 수가 있다. 또, 발광소자칩(41)에 흐르는 전류값을 제어함으로서, 발광의 휘도를 조정할 수도 있다.
또한, 상기 어느 것의 실시형태는 도 4에 도시한 바와 같이 마더보드(37)의 윗면에 설치된 프린트배선(38,39)에 직접 표면실장되는 칩형 발광 다이오드에 대하여 설명한 것이나, 본 발명의 발광 다이오드는 리드프레임형의 것에도 적용할 수가 있다. 즉, 발광소자칩이 배치되는 베이스의 위에 질화갈륨계 화합물 반도체로부터 이루어진 청색의 발광소자칩을 고착한 후, 포탄형의 수지봉지체 중에 형광입자(52)나 색소입자(53)를 적량분산시키는 것으로 중간색광의 발광을 얻을 수가 있다.
또한, 상기 어느것의 실시형태도 발광소자칩과 전극을 본딩와이어에 의하여 접속한 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 땝납범프를 사용한 플립칩 실장 등의 접속방법도 포함되는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 발광 다이오드에 의하면, 발광소자칩을 봉지하는 수지재에 형광입자나 색소입자를 분산한 것으로, 단일의 발광소자칩으로 중간색광을 발광할 수 있는 발광 다이오드를 얻는다. 또, 상기 형광입자나 색소입자를 분산하는 배분비율을 조정하는 것으로, 흡수파장역이나 파장흡수량을 변화시킬 수가 있으며, 다양한 중간색조의 발광색을 낼 수가 있다.
또 종래와 같이 발광색의 다른 2종 이상의 발광소자칩을 조립할 필요가 없기 때문에, 발광 다이오드의 소형화가 가능하게 되었다.
더우기 발광 다이오드의 발광색이 수지재에 혼입한 형광입자나 색소입자에 의하여 선택됨으로, 종래와 같은 발광소자칩에 흐르는 전류값의 제어가 불필요하다.
본 발명에 관한 발광 다이오드는 중간색 발광의 칩형 발광 다이오드로서 유용하며, 양산성에도 뛰어난 구조로 되어 있다.
또한 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것 없이, 여러가지의 변경 및 수정이 이루어지는 것을 이해하기를 소망한다.

Claims (8)

  1. 기판, 상기 기판에 형성된 전극, 상기 전극에 접속되고 더욱이 상기 기판의 상면에 접착제를 통하여 설치되어 있는 발광소자 칩, 상기 발광소자 칩의 상면측을 봉지하는 수지재, 및 상기 수지재에 함유된 형광입자 및 적어도 2개의 다른 색소입자를 구비하고, 상기 발광소자칩이 질화갈륨계화합물반도체로 이루어진 청색발광다이오드소자로 이루어지고, 상기 형광입자는 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)으로 이루어짐과 동시에, 상기 색소입자는 혼합되는 것에 의해 중간색을 만들 수 있는 프탈로시아닌계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 아조계 화합물 및 퀴노프탈론계 화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 염료로 이루어지고, 상기 색소입자가 형광입자에 의해 파장이 변환된 광의 파장의 일부를 흡수하는 것에 의해, 중간색을 발광하도록 하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광소자칩을 고정하는 접착제에 형광입자 및 색소입자가 함유된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 색소입자가 적색, 청색 및 녹색을 만들기 위해 서로 다른 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 색소입자가 상기 프탈로시아닌계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 아조계 화합물 및 퀴노프탈론계 화합물의 전부의 서로 다른 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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