KR100827956B1 - 자외선 차단부와 이를 포함하는 발광소자 - Google Patents

자외선 차단부와 이를 포함하는 발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광소자에 대한 것이다. 본 발명은 발광칩 및 상기 발광칩에서 출사된 자외선을 차단 또는 흡수하는 자외선 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 제공한다. 상기와 같은 구조를 가짐으로써, 본 발명은 자외선 발광칩과 형광체를 사용하여 가시광선을 발광하는 발광소자에 있어서, 발광소자에 자외선 차단부를 형성하여 발광소자 외부로 출사되는 자외선 파장을 흡수 또는 반사할 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.
발광소자, 자외선, 차단, 흡수, 산화물

Description

자외선 차단부와 이를 포함하는 발광소자{ultraviolet rays interception department and Emitting light element including the same}
도 1은 종래 기술에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 발광소자의 발광 파장 범위를 측정한 그래프.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 다른 형태에 따른 발광소자의 단면도.
도 5a는 본 발명에 따른 425㎚ 자외선 차단부가 형성된 발광소자의 발광 파장 범위를 측정한 그래프.
도 5b는 본 발명에 따른 380㎚ 자외선 차단부가 형성된 발광소자의 발광 파장 범위를 측정한 그래프.
도 6a 및 도 6e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판 120: 전극
122: 리드 프레임 140: 하우징
160: 발광칩 180: 배선
200: 몰딩부 220: 형광체
240: 자외선 차단부
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 자세하게는 자외선 차단 필터가 내장된 발광소자에 대한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 발광소자의 발광 파장의 범위를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면 종래 기술에 따른 발광소자는 기판(10)과, 상기 기판(10)의 외측에 형성된 제 1 및 제 2 전극(20a, 20b)과, 상기 제 1 전극 상에 실장된 자외선 발광칩(40)과, 상기 자외선 발광칩(40)과 제 2 전극(20b)을 연결하는 배선(50)을 포함한다. 이때, 상기 기판(10) 상에 형성된 하우징(30)과, 상기 하우징(30) 사이에 형성되고 자외선 발광칩(40)과 배선(50)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(60)에는 형광체(62)가 혼합될 수 있다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 발광소자는 자외선 발광칩과 형광체를 사용하여 백색이나 기타 다른 색을 구현한다. 이때, 상기 자외선 발광칩을 이용한 종래 발광소자는 도 2의 그래프에서 도시된 바와 같이 1 ∼ 390㎚ 범위의 자외선 발광칩에서 출사된 자외선 파장을 형광체가 완전히 흡수하지 못하고, 일부의 자외선 파장 이 발광소자 외부로 출사되는 가시광선과 함께 방출된다.
따라서, 발광소자에서 출사되는 자외선은 액정표시장치의 백라이트 유닛이나 조명기구에 사용할 경우, 발광소자 주변에 위치한 플라스틱을 파괴하고 색을 변하게 한다. 또한, 조명으로 사용될 경우 인체의 피부를 상하게 하여 피부암을 유발할 수 있는 가능성이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 자외선 발광칩과 형광체를 사용하여 가시광선을 발광하는 발광소자에 있어서, 발광소자에 자외선 차단부를 형성하여 발광소자 외부로 출사되는 자외선 파장을 흡수 또는 반사할 수 있는 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발광칩 및 상기 발광칩에서 출사된 자외선을 차단 또는 흡수하는 자외선 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 제공한다.
이때, 상기 발광칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함하고, 상기 자외선 차단부는 몰딩부의 외부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 자외선 차단부는 금속 산화물이 코팅된 유리 또는 플라스틱 또는 수정을 포함할 수 있으며, 상기 몰딩부에 코팅된 금속산화물을 포함할 수 있다.
이때, 상기 자외선 차단부는 300 ~ 420㎚의 파장을 흡수하거나 차단한다.
더욱이, 상기 금속 산화물은 TiO2, CeO, K2O, MgO, Na2O, CaO, BaO, ZnO, SrO, InTaO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 TiO2는 2.2×10-7mol의 바나듐(V) 또는 6×106(원자개수)/㎝3의 크롬(Cr)이 도핑될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자외선 차단부가 형성된 발광소자의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 다른 형태에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 420㎚ 및 380㎚ 자외선 차단부가 형성된 발광소자에서 출사된 광의 범위를 측정한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자외선 차단부가 형성된 발광소자는 기판(100)과, 상기 기판의 외부에 형성된 제 1 및 제 2 전극을 포함하는 전극(120)과, 상기 전극(120) 상에 실장된 발광칩(160)과, 상기 발광칩(160)과 제 2 전극(120b)을 연결시키는 배선(180)과, 상기 기판(100) 상에 형성된 하우징(140)과, 상기 하우징(140)의 내부에 형성되며 발광칩(160)과 배선(180)을 봉지하는 몰 딩부(200)와, 상기 몰딩부(200) 상에 형성된 자외선 차단부(240)를 포함한다. 이때 상기 몰딩부(200)에는 형광체가 혼합될 수 있다.
상기 기판(100)은 발광칩(160)을 실장하기 위한 것으로서, 통상 절연체로 제작된다. 이때, 상기 기판(100)의 외부에는 제 1 및 제 2 전극(120a, 120b)과 같은 전극패턴이 형성될 수 있으며, 기판(100)을 수직관통하는 (도시되지 않은) 도전체를 형성하여 외부전원을 인가할 수도 있다.
상기 전극(120)은 외부전원을 발광칩(160)에 인가하기 위한 것으로서, 제 1 및 제 2 전극(120a, 120b)을 포함한다. 이때, 상기 전극(120)은 통상 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 도전체를 사용한다.
상기 발광칩(160)은 수직 또는 수평형의 자외선 발광칩으로서, 통상 질화물 반도체로 제작된다.
상기 배선(180)은 외부에서 인가되어 전극(120)으로 전달된 외부전원을 발광칩(160)에 인가하기 위한 것으로서, 통상 금(Au)과 같이 연성이 우수한 금속으로 형성된다.
상기 하우징(140)은 발광소자를 보호하기 위한 케이스 기능을 하는 것으로서, 기판(100)의 상부에 형성된다. 상기 하우징(140)은 케이스로서의 기능 외에도 내주연에 경사를 주고 반사막을 코팅함으로써, 발광칩에서 출사된 광을 상부로 반사시키는 반사체의 역할도 할 수 있다. 한편, 상기 하우징(140)은 통상 열가소성 또는 열경화성 수지로 제작된다.
상기 몰딩부(200)는 발광칩(160)과 배선(180)을 봉지하여 보호하기 위한 것 으로서, 보호체의 역할뿐만 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈의 형상으로 형성하여 발광칩(160)에서 출사되는 광을 상부로 집중시키는 역할도 할 수 있다. 상기 몰딩부(200)는 통상 투명한 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성되며, 발광소자의 용도에 따라 광이 투과될 수 있을 정도의 불투명 수지로 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 발광소자는 발광칩(160) 상부에 발광칩(160)로부터 방출된 광을 흡수하여 파장을 변화시키는 적어도 하나 이상의 (도시되지 않은) 형광체를 포함한다. 즉, 상기 발광칩(160)은 자외선을 발광하는 자외선 발광칩을 포함하고, 상기 형광체는 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 형광체는 몰딩부에 첨가되어 형성될 수 있다.
상기 자외선 차단부(240)는 발광소자 외부로 출사되는 자외선 파장을 흡수 또는 반사하기 위한 것으로서, 몰딩부(200) 상에 형성된다. 상기 자외선 차단부(240)는 TiO2, CeO, K2O, MgO, Na2O, CaO, BaO, ZnO, SrO, InTaO2와 같은 물질을 혼합하여 제작한다. 이때, 상기 TiO2는 그 자체로 자외선 차단부(240)로 사용할 수도 있으나, 2.2×10-7mol의 바나듐(V) 또는 6×106(원자개수)/㎝3의 크롬(Cr)을 도핑할 수도 있다.
한편, 상기와 같은 금속 산화물을 유리, 석영(SiO2), 실리콘계열 플라스틱, 사파이어(Al2O3)와 같은 물질에 도포하여 장착할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광소자에서 출사되는 광의 파장 범위를 측정한 그래프이다. 도 5a는 425㎚ 자외선 차단부를 형성한 본 발명에 따른 발광소자의 출광 파장 범위를 측정하였고, 도 5b는 380㎚ 자외선 차단부를 형성한 본 발명에 따른 발광소자의 출광 파장 범위를 측정하였다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 금속 산화물이 형성된 발광소자는 도 2에 도시된 종래 발광소자의 방출 파장 범위와 대비하여 350 ~ 425㎚ 범위의 파장이 차단된 것을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명이 의도하는 바와 같이 가시광선은 모두 출광되나, 자외선은 모두 차단된다는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 인체에 무해하고 발광소자가 장착된 플라스틱 구조물의 변질을 최소화할 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.
이하 상기한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 간략히 설명하고자 한다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자는 우선 기판(100)을 준비한다. 이후, 상기 기판(100)의 표면에 서로 이격되도록 제 1 및 제 2 전극(120a, 120b)을 형성한다. 이때, 상기 전극(120)은 기판(100)의 상부에서 기판(100)의 하부까지 연장 형성되며, 기판(100)의 상부 및 하부에서 서로 이격되어 형성된다.
다음으로, 상기 기판(100)의 제 1 전극(120a) 상에 따로 제작된 발광칩(160)을 실장하고, 상기 발광칩(160)과 제 2 전극(120b)을 와이어 접합공정을 통해 배 선(180)을 형성하여 연결한다.
이후, 상기 기판(100) 상에 중공형상의 하우징(140)을 형성한다. 이때, 상기 하우징(140)은 따로 제작된 뒤 장착될 수도 있다. 물론, 기판과 하우징(140)은 삽입 몰딩(Insert Molding) 공정을 통하여 일체로 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 하우징(140) 내부에 형광체(220)와 혼합된 액상의 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 포함하는 몰딩액을 일정량 주입하고, 일정온도에서 일정시간 방치하여 경화시켜 몰딩부(200)를 형성한다. 이때, 상기 몰딩부(200)의 상부에 자외선 차단부가 형성될 공간을 마련하기 위해 몰딩액의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 몰딩부(200)의 상면에 슬러리 타입의 본 발명에 따른 금속산화물을 스크린 인쇄법으로 형성하여 도 3과 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광소자를 완성한다. 이때, 자외선 차단부는 스크린 인쇄법 이외에 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
다음은 본 발명의 제 2 실시예로서, 본 발명에 따른 자외선 차단부의 다른 형태에 대해 살펴보고자 한다. 이하 기술될 내용 중 상술한 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자는 제 1 및 제 2 리드(122a, 122b)를 포함하는 리드 프레임(122)과, 상기 제 2 리드(122b) 상에 실 장된 발광칩(160)과, 상기 발광칩(160)과 제 1 리드(122a)를 연결하는 배선(180)과, 상기 발광칩(160)을 봉지하는 제 1 몰딩부(200a)와, 상기 제 1 몰딩부(200a)와 발광칩(160) 및 배선(180)을 봉지하는 제 2 몰딩부(200b)로 형성된 몰딩부(200)를 포함한다. 이때, 상기 제 1 몰딩부(200a)에는 형광체가 혼합될 수 있다.
상기 리드 프레임(122)은 외부에서 인가된 전원을 발광칩(160)에 인가하기 위한 것으로서, 통상 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)와 같은 금속으로 제작된다.
상기 몰딩부(200)는 발광칩(160)과 배선(180)을 보호하고 서로 이격된 제 1 리드(122a)와 제 2 리드(122b)를 일정간격으로 유지하기 위한 것으로서, 통상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지와 같은 투명한 재질로 형성된다. 이때, 상기 몰딩부(200)는 제 1 및 제 2 몰딩부(122a, 122b)를 포함한다.
상기 제 1 몰딩부(122a)는 형광체(220)와 혼합되며, 제 2 리드(122b) 상에 실장된 발광칩(160)을 봉지하여 발광칩(160)에서 출사되는 광의 일부를 흡수하며, 흡수된 광과 상이한 파장을 방출한다. 이때, 상기 발광칩(160)에서 출사된 자외선 중 형광체(220)에 흡수되지 않고 외부로 방출되는 광을 흡수하거나 반사시키기 위해 제 1 몰딩부(200a)의 표면에 제 1 자외선 차단부(240a)가 형성된다.
상기 제 2 몰딩부(200b)는 서로 이격 형성된 제 1 리드(122a)와 제 2 리드(122b)를 일정간격으로 유지시키며, 배선(180)을 보호하기 위한 것으로서, 제 1 몰딩부(200a)와 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 2 몰딩부(200b)의 상부를 렌즈 형상으로 형성할 경우 발광칩(160)에서 출사된 광을 상부로 집광시키는 기능도 하게 된다. 이때, 상기 제 2 몰딩부(200b)의 표면에는 제 2 자외선 차단부(240b)가 형성될 수 있으며, 제 1 몰딩부(200a)에 형성된 제 1 자외선 차단부(240a)를 형성하지 않고 제 2 몰딩부(200b)의 표면에 제 2 자외선 차단부(240b)만을 형성할 수도 있다.
이하 상기한 구조를 가진 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 대해 간략히 설명하고자 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광소자는 우선, 소정의 프레스 공정을 통해 제작된 제 1 및 제 2 리드를 포함하는 리드 프레임을 준비한다. 이후, 상기 리드 프레임 중 제 2 리드 상에 따로 제작된 자외선 발광칩을 실장한다. 이때, 상기 자외선 발광칩과 제 2 리드를 접착하기 위해 도전성 또는 절연성 페이스트를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 자외선 발광칩과 제 1 리드를 연결하는 배선을 와이어 접착공정으로 형성한다.
이후, 상기 발광칩을 에폭시 수지 또를 실리콘 수지와 혼합된 형광체로 덮어 제 1 몰딩부를 형성하고, 상기 제 1 몰딩부의 표면에 제 1 자외선 차단부를 형성한다. 이때, 상기 제 1 자외선 차단부는 금속 산화물을 사용하여, 스프레이 공정 또는 디핑(Dipping) 공정으로 형성한다. 즉, 예를 들어 상기 제 1 자외선 차단부는 금속 산화물에 휘발성 솔벤트나 경화 가능한 실리콘 또는 수지에 첨가하여 스프레이 공정을 실시한 후 경화하거나 솔벤트를 기화시켜 형성할 수 있다.(금속 산화물 중 어떤 재료를 사용해야 되는지요).
다음으로, 상기 발광칩을 봉지하고 리드 프레임을 고정하는 제 2 몰딩부를 형성하기 위해 다수개의 몰드컵을 마련한다. 상기 몰드컵 내에 확산제와 일정 비율로 혼합된 액상의 실리콘 수지 또는 에폭시 수지를 일정량 주입하고, 상기 확산제와, 실리콘 수지 또는 에폭시 수지의 혼합물이 담긴 몰드컵 내에 발광칩이 실장된 리드 프레임을 디핑(Dipping)하여 일정시간 일정온도에서 열처리한다. 상기와 같은 몰딩부를 형성하는 인캡슐레이션(Encapsulation) 공정 이후, 몰딩부가 경화되면 상기 몰드컵을 분리하고, 상기 제 2 몰딩부의 표면에 스프레이 공정 또는 디핑 공정을 통해 제 2 자외선 차단부를 형성한다. 이때, 상기 제 2 자외선 차단부를 형성하지 않고 제 1 자외선 차단부만을 형성할 수 있으며, 제 1 자외선 차단부를 형성하지 않고 제 2 자외선 차단부만을 형성할 수도 있다.
이후, 상기 제 1 및 제 2 리드 외에 필요없는 부분을 트리밍(Trimming)하여 발광소자를 완성한다. 물론 이러한 몰딩부의 제조 방법은 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 자외선 발광칩과 형광체를 사용하여 가시광선을 발광하는 발광소자에 있어서, 발광소자에 자외선 차단부를 형성하여 발광소자 외부로 출사되는 자외선 파장을 흡수 또는 반사할 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 발광칩과,
    상기 발광칩에서 방출된 광의 반사시키는 반사체와,
    상기 발광칩을 봉지하는 몰딩부와,
    상기 몰딩부의 외부에 렌즈 형상으로 형성되며 상기 발광칩에서 출사된 자외선을 차단 또는 흡수하는 자외선 차단부를 포함하며,
    상기 자외선 차단부는 K2O, Na2O, CaO, BaO, SrO, InTaO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  2. 발광칩과,
    상기 발광칩을 봉지하는 제 1 몰딩부와,
    상기 제 1 몰딩부의 외부에 형성된 제 2 몰딩부와,
    상기 제 1 몰딩부와 상기 제 2 몰딩부의 표면에 형성되며 상기 발광칩에서 출사된 자외선을 차단 또는 흡수하는 자외선 차단부를 포함하며,
    상기 자외선 차단부는 K2O, Na2O, CaO, BaO, SrO, InTaO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 차단부는 금속 산화물이 코팅된 유리 또는 플라스틱 또는 수정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 차단부는 300 ~ 420㎚의 파장을 흡수하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
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