KR101367918B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정 영역의 파장의 빛을 제공하는 발광 소자, 상기 발광 소자 상에 형성된 전극 패드 및 상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자 상에 형성되어 상기 발광 소자가 제공하는 빛의 파장을 변이시켜 상기 발광 소자가 제공하는 빛을 백색광으로 변환시키는 형광체층을 포함하며, 상기 형광체층은 두께가 균일하게 형성되며, 상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되며, 형광체층의 경도(Durometer Shore D)는 25 ~ 75이 될 수 있고, 상기 형광체층은 형광 물질, 실리콘 및 경화제가 배합되어 형성되며, 상기 형광체층의 경도는 상기 경화제의 첨가비(wt%)를 변화시켜 조정되는 발광 소자 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 발광 소자 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 소자로부터 발광되는 빛의 파장을 변이시켜 백색광을 제공하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
요즘 GaN에 Al 또는 In을 첨가한 발광 소자는 종래의 백열등에 비해 긴 수명, 낮은 전력 소비, 우수한 밝기, 인체에 유해하지 않은 환경 친화적 요소 등으로 인하여 주목받고 있으며, 특히 백색광을 제공하는 발광 소자가 더욱 더 각광받고 있다.
이러한 발광 소자는 상술한 장점으로 인하여 자동차 조명, 교통 신호등, 액정 표시 장치의 BLU(Back Light Unit) 등에 이용되고 있다.
최근에, 인공 광원에서 측정된 색좌표가 인간의 눈으로 보았을 때의 색좌표와 동일한 것인지를 평가하는 지표로서 MacAdam Rule이 제시되었다. 이러한 MacAdam Rule은 4 단계 기준을 제공하고 있다. 미주 지역에서는 MacAdam Rule의 3 단계 기준에 부합되지 못하는 인공 광원은 판매가 허가되지 않고 있는 실정이다. MacAdam Rule의 3 단계를 만족시키기 위해서는 백색광의 색 편차를 줄이는 것이 매우 중요하다.
한편, 대한민국 공개특허공보 10-2008-0070193에는 형광 발광 다이오드 및 그 제조 방법이 게시되어 있지만, 상기 공개특허공보에 게시된 발명은 형광필름이 열 인쇄 공정에 의해서 부착되어, 형광필름이 열화되는 문제점이 있었고, 이러한 문제점으로 백색광 발광 소자에서 가장 중요한 신뢰성에 큰 결함을 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한 형광필름이 광 방출면의 일부 영역에 부착되어 발광 소자에서 발광되는 빛이 누설되는 빛샘 현상이 유발되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 형광체층이 열화되는 것을 효과적으로 억제하며, 발광 소자에서 발광되는 빛이 누설되는 빛샘 현상을 방지하고, 백색광의 색 편차를 줄일 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 형광체층이 발광 소자 상에 부착될 때 형광체층에 크랙이 발생되는지 않으면서 효과적으로 정렬될 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상술한 반도체 발광 다이오드를 용이하게 제조할 수 있는 반도체 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 소정 영역의 파장의 빛을 제공하는 발광 소자, 상기 발광 소자 상에 형성된 전극 패드 및 상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자 상에 형성되어 상기 발광 소자가 제공하는 빛의 파장을 변이시켜 상기 발광 소자가 제공하는 빛을 백색광으로 변환시키는 형광체층을 포함하며, 상기 형광체층은 두께가 균일하게 형성되며, 상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되며, 상기 형광체층의 경도(Durometer Shore D)가 25 ~ 75일 수 있고, 상기 형광체층이 형광 물질, 실리콘 및 경화제가 배합되어 형성되며, 상기 형광체층의 경도는 상기 경화제의 첨가비(wt%)를 변화시켜 조정될 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는, 상기 발광 소자와 상기 형광체층 사이에는 상기 발광 소자에서 발생되는 열이 상기 형광체층으로 전달되는 것을 억제하는 열차단층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는, 상기 열차단층은 투명한 실리콘으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층이 열 인쇄 공정에 의해서 부착되지 아니하므로, 형광체층이 열에 의해서 열화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층이 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 발광 소자의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되므로, 발광 소자에서 발광되는 빛이 누설되는 빛샘 현상을 철저하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층의 두께가 균일하게 형성되므로, 발광 소자 패키지가 제공하는 백색광의 색 편차를 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층의 경도(Durometer Shore D)가 25 ~ 75 범위에서 형광체층이 형성되므로, 형광체층이 발광 소자 상에 부착될 때 형광체층에 크랙이 발생되는지 않으면서 효과적으로 정렬될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 열차단층을 더 포함하므로, 발광 소자에서 발생되는 열이 형광체층으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지는 투명한 실리콘으로 형성된 열차단층을 더 포함하므로, 발광 소자에 형광체층이 더욱 견고하게 부착되면서도 열 인쇄 공정을 사용할 필요가 없어 형광체층이 열화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅰ-Ⅰ' 상의 단면도.
도 3은 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅱ-Ⅱ' 상의 단면도.
도 4는 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅲ-Ⅲ' 상의 단면도.
도 5는 형광체층의 경도와 경화제(Hardner) 첨가비에 대한 관계 그래프.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅰ-Ⅰ' 상의 단면도.
도 3은 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅱ-Ⅱ' 상의 단면도.
도 4는 도 1의 발광 소자 패키지의 Ⅲ-Ⅲ' 상의 단면도.
도 5는 형광체층의 경도와 경화제(Hardner) 첨가비에 대한 관계 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 발광 소자(100), 전극 패드(210, 220), 형광체층(400) 및 열차단층(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 발광 소자(100)는 소정 영역의 파장의 빛을 제공하며, 구체적으로, 발광 소자(100)는 청색 파장의 빛을 제공하는 발광 다이오드나 자외선 파장의 빛을 제공하는 발광 다이오드일 수 있다.
한편, 발광 소자(100) 상에는 발광 소자(100)에 전기적 신호를 전달하는 전극 패드(210, 220)가 금속 물질로 형성되어 있다.
또한, 형광체층(400)은 도1, 도3 및 도 4에 도시된 것처럼, 전극 패드(210, 220)가 형성된 영역을 제외한 발광 소자(100) 상에 형성되어 발광 소자(100)가 제공하는 빛의 파장을 변이시켜 상기 발광 소자(100)가 제공하는 빛을 백색광으로 변환시킨다.
여기에서, 형광체층(400)은 도 3및 도 4에 도시된 것처럼, 두께가 균일하게 형성되어 있으며, 전극 패드(210, 220)가 형성된 영역을 제외한 발광 소자(100)의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되어 있다.
이러한 형광체층(400)의 에지와 발광 소자(100)의 에지의 간격(t1, t2, t3, t4)은 10 ㎛ ~ 1000 ㎛ 정도로 형성될 수 있다. 형광체층(400)의 에지와 발광 소자(100)의 에지의 간격(t1, t2, t3, t4)이 너무 짧으면 발광 소자(100)에서 발광되는 빛이 누설되는 빛샘 현상을 효과적으로 억제할 수 없으며, 형광체층(400)의 에지와 발광 소자(100)의 에지의 간격(t1, t2, t3, t4)이 너무 길면 형광체층(400)이 발광 소자(100)에 효과적으로 정렬되기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층(400)이 전극 패드(210, 220)가 형성된 영역을 제외한 발광 소자(100)의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되므로, 발광 소자(100)에서 발광되는 빛이 누설되는 빛샘 현상을 철저하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층(400)의 두께가 균일(conformal)하게 형성되므로, 발광 소자 패키지가 제공하는 백색광의 색 편차를 효과적으로 줄일 수 있다.
한편, 형광체층(400)의 경도(Durometer Shore D)는 25 ~ 75 정도로 형성되며, 구체적으로 이러한 형광체층(400)은 형광 물질, 실리콘 및 경화제가 배합되어 형성되며, 형광체층(400)의 경도는 경화제의 첨가비(wt%)에 의해 결정된다. 제시된 형광체층(400)의 범위는 본 발명자가 실험을 토대로 산출한 수치로써 경도가 25보다 작은 경우는 경도가 너무 작아서 형광체 제작 공정에 어려움을 주고 경도가 75보다 큰 경우는 경도가 너무 커서 형광체에 크랙을 유발하여 발광 소자(100)의 품질 및 신뢰성에 악영향을 주게 된다. 형광체층(400)의 경도 조절은 실리콘의 경도범위에 맞추어 실리콘 물질이 우선 선정되고 그 실리콘내에 형광체가 배합되는 양에 따라 경도는 변화되게 되는데 형광체양이 증가할수록 경도는 증가하게 된다. 표 1에서는 본 발명의 형광체의 경도(Durometer Shore D)에 따른 공정 특성을 보여 주고 있다.
표 1을 살펴보면, 형광체층(400)의 경도가 10 ~ 90까지 실험된 것을 알 수 있다. 우리가 본 실험에서 사용한 실리콘은 일반적으로 LED의 백색광 변환 시 사용되는 물질이다. 실리콘에 투입되는 형광체는 일반적으로 LED에서 백색광으로 파장변환에 사용되는 Yellow 계열의 물질이 선정되었다. 형광체층(400)은 형광체와 실리콘의 배합에 의해 형성되는데 현 Hardness 의존성 평가에서는 모든 샘플에 대하여 형광체와 실리콘의 배합비는 1 : 1 로 고정하여 실험하였다. 형광체층(400)의 경도는 경화제(Hardner)에 의해 변화가 되는데, 본 실험에서 사용되는 경화제(Hardner)는 실리카(Silica; SiO2) 입자(Particle)인데 그 크기는 대략 1 um 이하의 지름을 갖는다. 투입되는 경화제(Hardner)의 양은 무게비율기준으로 0.5 wt% ~ 3.5 wt%의 범위이고 경화제(Hardner)의 양이 증가될수록 형광체층(400)의 경도는 직선적으로 증가하는 경향을 갖고 있다. 도 5에서는 앞에서 언급된 형광체층(400)의 경도와 경화제(Hardner) 첨가비에 대한 관계를 보여 주고 있다.
공정 용이성 측면에서 경도가 50인 경우가 가장 좋은 특성을 보였는데 경도가 25이하가 되거나 75이상이 되면 공정 수행 용이성이 급격히 감소함을 알 수 있다. 이것은 형광체층(400)이 물러지거나 딱딱해질 경우 성형형태의 형광체층(400)의 모양을 만들 때 어려움이 발생되기 때문이다. Crack 발생도 측면에서는 경도가 75이상으로 증가할 경우 자체 경도가 높아져서 Crack이 50% 정도 발생되는 것을 알 수 있다. 따라서 형광체층(400)의 경도는 최대 75이하로 제한되어야 한다. 형광체층(400)의 두께 균일도 측면에서는 형광체층(400)의 경도가 높을수록 균일한 두께 확보가 용이한 것을 보여주는데 이것은 경도가 낮아져 무른 재질이 될수록 성형이 용이하지 않기 때문이다. 형광체층(400)의 Bending 특성을 측정한 결과를 보여주는데 형광체층(400)의 두께 균일도와 마찬가지 경향을 보여준다. 성형이 용이하지 않은 25이하의 낮은 경도를 갖는 형광체층(400)은 공정 적용이 쉽지 않다는 것을 보여 준다. 마지막으로 공정 수율측면에서 앞에서 언급된 공정 용이성, Crack 발생도, 두께 균일도와 Bending 특성이 결합되어 종합적인 공정수율로 표현되는데 최소 80% 이상의 공정 수율 기준으로 형광체층(400)의 경도는 25 이상 75이하로 제한되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 형광체층(400)의 경도(Durometer Shore D)가 25 ~ 75 범위에서 형광체층(400)이 형성되므로, 형광체층(400)이 발광 소자(100) 상에 부착될 때 형광체층(400)에 크랙이 발생되는지 않으면서 효과적으로 정렬될 수 있다.
또한, 열차단층(300)은 발광 소자(100)와 형광체층(400) 사이에는 발광 소자(100)에서 발생되는 열이 상기 형광체층(400)으로 전달되는 것을 억제하며, 구체적으로 열차단층(300)은 투명한 실리콘으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 투명한 실리콘으로 형성된 열차단층(300)을 포함하므로, 발광 소자(100)에 형광체층(400)이 더욱 견고하게 부착되면서도 열 인쇄 공정을 사용할 필요가 없어 형광체층(400)이 열화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 소정 영역의 파장의 빛을 제공하는 발광 소자;
상기 발광 소자 상에 형성된 전극 패드; 및
상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자 상에 형성되어 상기 발광 소자가 제공하는 빛의 파장을 변이시켜 상기 발광 소자가 제공하는 빛을 백색광으로 변환시키는 형광체층을 포함하며,
상기 형광체층은 두께가 균일하게 형성되며, 상기 전극 패드가 형성된 영역을 제외한 상기 발광 소자의 상부 영역보다 더 넓은 영역에 형성되며,
상기 형광체층의 경도(Durometer Shore D)는 25 ~ 75이고,
상기 형광체층은 형광 물질, 실리콘 및 경화제가 배합되어 형성되며, 상기 형광체층의 경도는 상기 경화제의 첨가비(wt%)를 변화시켜 조정되는 발광 소자 패키지.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 발광 소자와 상기 형광체층 사이에는 상기 발광 소자에서 발생되는 열이 상기 형광체층으로 전달되는 것을 억제하는 열차단층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제4항에 있어서,
상기 열차단층은 투명한 실리콘으로 형성된 발광 소자 패키지.
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