KR101608597B1 - 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 형광체 막, 이것을 이용하는 led 장치, 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 형광체 막, 이것을 이용하는 LED 장치, 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 봉지재 레진으로 형성되는 형광체 막으로서, 형광체, 및 굴절율이 1.5 내지 2.5 범위 이내인 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 막이다. 본 발명의 형광체 막은 구형의 무기 나노 입자가 포함되어, 높은 광추출 효율을 나타낼 뿐 아니라, 기존의 봉지재에 무기 입지가 포함되는 방식에 비해 빛의 균일도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 형광체 막 제조 시, 구형의 무기 나노 입자가 충진제 역할을 함으로써, 형광체 막이 보다 균일하게 되는 효과가 있고, 방열 효과도 있어, LED 장치의 신뢰성이 향상되는 효과도 있다.
Description
본 발명은, 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 형광체 막, 이것을 이용하는 LED 장치, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
LED의 발광 스펙트럼은 LED 칩을 형성하는 반도체에 의존하기 때문에 그 발광색은 한정되어 있다.
따라서 LED를 사용하여 LCD 백라이트나 일반 조명용 백색광을 얻기 위해서는 LED 칩 상에 각각의 칩에 맞는 형광체를 도포하여 발광 파장을 변환시킬 필요가 있다.
LED칩 상에 형광체를 도포하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있으며 하나는 LED칩을 밀봉하기 위한 액상의 수지 중에 형광체를 분산시켜 두는 방법, 또 한 가지는 형광체가 균일하게 분포된 시트 형상의 수지층 (형광체 시트 or 형광체 막)을 사용하는 방법이 제안되어 있다.
그런데, 형광체가 분산된 수지층을 채용한 LED 패키지에서는 여기 파장광이 수지층 내의 형광체를 많은 횟수로 지나가므로, 형광체에 의한 굴절 및 반사로 인해 효율이 저하된다.
이와 비교하여 칩 표면에 직접 형성된 형광체막을 채용한 LED 패키지에서는 칩에서 방출되는 여기파장광이 형광체에 직접 흡수되므로 반사 또는 굴절로 인한 효율 저하를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
하지만, 형광체막을 칩 표면에 접착시킨 구조에서도 형광체막의 조밀한 구조로 인하여 원활한 광경로를 보장하기 어렵기 때문에 높은 광효율을 기대하기 어려우며, 형광체막을 제조하기 위하여 사용하는 실리콘 수지액의 유동성이 좋지 않을 경우 균일한 형광체 막의 제조가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 광추출 효율을 높이며, LED 장치의 휘도 저하가 없는 형광체 막, 및 이의 제조방법을 제공하고자 함이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
봉지재 레진으로 형성되는 형광체 막으로서,
형광체, 및 굴절율이 1.5 내지 2.5 범위 이내인 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 입자는, 봉지재 레진 대비, 5 ~ 30 중량% 포함되는 것임을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 입자는, Y2O3, 및 Y(OH)CO3에서 선택되는 1종 이상의 것을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 입자는 구형인 것을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물 입자는 100㎚ 내지 1㎛ 범위 이내의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 봉지재 레진은, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 형광체 막을 제공한다.
또한, 본 발명의 형광체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED를 제공한다.
또한, 봉지재 레진에, 형광체 입자, 및 희토류 금속 산화물 입자를 혼합하는 단계;
상기 혼합하는 단계 이후에 형광체 막이 형성될 영역에 코팅하는 단계; 및
상기 코팅 단계 이후에 건조하는 단계를 순차적으로 포함하는 형광체 막 형성방법을 제공한다.
본 발명의 형광체 막은 구형의 무기 나노 입자가 포함되어, 높은 광추출 효율을 나타낼 뿐 아니라, 기존의 봉지재에 무기 입지가 포함되는 방식에 비해 빛의 균일도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 형광체 막 제조 시, 구형의 무기 나노 입자가 충진제 역할을 함으로써, 형광체 막이 보다 균일하게 되는 효과가 있고, 방열 효과도 있어, LED 장치의 신뢰성이 향상되는 효과도 있다.
도 1은, 종래 기술의 COB 구조 단면이다.
도 2는, 본 발명 일실시예의 COB 구조 단면이다.
도 3는, 입자 함량 비율에 따른 광추출 효율에 대한 최적화에 대해 설명한 것이다.
도 4는, 본 발명 실시예들 및 비교예 1의 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명 실시예 1, 및 비교예 1의 방열 효율을 나타낸 결과이다(#number는 동일한 조건의 실험횟수를 나타낸다).
도 2는, 본 발명 일실시예의 COB 구조 단면이다.
도 3는, 입자 함량 비율에 따른 광추출 효율에 대한 최적화에 대해 설명한 것이다.
도 4는, 본 발명 실시예들 및 비교예 1의 광추출 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명 실시예 1, 및 비교예 1의 방열 효율을 나타낸 결과이다(#number는 동일한 조건의 실험횟수를 나타낸다).
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일측면은,
봉지재 레진으로 형성되는 형광체 막으로서,
형광체, 및 굴절율이 1.5 내지 2.5 범위 이내인 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 막이다.
상기 희토류 금속 산화물 입자는, 봉지재 레진 대비, 5 ~ 30 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 광추출 효율이 극대화될 수 있기 때문이다. 도 3에는, 입자 함량 비율에 따른, 광추출 효율에 대한 최적화에 대해 도시하였고, 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술할 실시예를 통해 이해할 수 있을 것이다.
상기 희토류 금속 산화물 입자는, 종래에 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, ‘당업자’라 한다)에 자명한 물질을 비제한적으로 사용할 수 있지만, Y2O3, 및 Y(OH)CO3에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 물질을 사용하는 경우에, 1.5 내지 2.5의 높은 굴절율을 달성하는 보다 쉬워지고, 광추출 효율이 향상된다.
상기 희토류 금속 산화물 입자의 형상은 제한되지는 않지만, 광추출 효율 측면에서 구형인 것이 보다 바람직하다.
상기 희토류 금속 산화물 입자는 100㎚ 내지 1㎛ 범위 이내의 입자 크기를 갖는 것이 광추출 효율, 및 휘도 저하 문제 해결 측면에서 바람직하다.
상기 봉지재 레진은, 당업자에 자명한 물질을 비제한적으로 사용할 수 있지만, 내열성, 내자외선성을 고려할 때, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 이들의 조합인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은,
봉지재 레진에, 형광체 입자, 및 희토류 금속 산화물 입자를 혼합하는 단계;
상기 혼합하는 단계 이후에 형광체 막이 형성될 영역에 코팅하는 단계; 및
상기 코팅 단계 이후에 건조하는 단계를 순차적으로 포함하는 형광체 막 형성방법이다.
상기 희토류 금속 산화물 입자는, Y2O3, 및 Y(OH)CO3에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 물질을 사용하는 경우에, 1.5 내지 2.5의 높은 굴절율을 달성하는 보다 쉬워지고, 광추출 효율이 향상된다.
특히, 상기 희토류 금속 산화물 입자는, 최종 형광체 막에서는 광추출 효율 향상 및 방열성 향상의 역할을 하지만, 제조 과정에 있어서, 무기 나노 입자는 조성물의 충진제 역할을 하기 때문에, 형광체 시트 제조를 위한 혼합물(조성물)의 유동성 향상 효과가 증대시키고, 이로 인해, 더욱 더 균일한 형광체 막의 제조가 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 본 발명의 형광체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 장치이다.
도 2에는 본 발명의 COB(Chip On Board) 구조를 개시하였다.
본 발명의 LED 장치는, 상술한 형광체 막 형성방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 봉지재 레진에, 형광체 입자, 및 희토류 금속 산화물 입자를 혼합한 혼합물을, LED 칩 상에 코팅, 건조함으로써 제조될 수 있다.
이렇게, LED 칩 상에 무기입자를 포함하는 형광체 막이 구비되면, 광 경로가 보장되어 광효율을 높일 수 있으며 더 나아가 적절한 굴절률을 갖는 구형의 무기 나노 입자를 이용하여 형광체 막 내부의 국부적인 굴절률을 제어함으로써 광추출 효율을 높이며 LED 발광 장치의 휘도를 저하시키지 않을 수 있다.
종래의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 봉지재에 그 자체에 광추출 효율 향상을 위한 무기 입자를 첨가하는 경우이었는데, 이러한 경우, 빛이 봉지재를 통하여 균일하게 나오지 않는 등 비닝현상이 발생할 수 있다.
이에 반해, 본 발명은 LED 칩 상에 균일하게 무기입자가 분포됨으로써, 빛의 균일도 향상, 및 방열 효과 향상으로 인한 COB 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 보다 더 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 의도가 아님을 분명히 해둔다.
실시예
실시예
1
실리콘계 수지 87 중량%에 (OE 6631A와 OE 6631B의 비율을 40:1로 섞은 것)에, YAG 형광체 10 중량%를 첨가한 후 10분동안 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 사용된 실리콘 수지는 페닐계와 메틸계를 포함하는 실리콘 수지이고, 바람직하게 2단계 경화형 실리콘 수지이며 시판되고 있는 LED 용도의 실리콘 밀봉재를 사용하였다. 구체예로서는 OE 6631A/B, OE 6672A/B, FSE 2101A/B, Sylgard 184 A/B를 사용하여 형광체 시트를 제작하였다.
상기 혼합물에 무기나노입자 Y2O3를 3 중량% 첨가한 후 10분동안 더 균질 혼합한 후, 상온에서 30분동안 탈포하여 기포를 제거하였다. 상기 제조된 슬러리를 PET 베이스 필름 상에 바코팅 방법을 이용하여 도포하였으며, 120℃에서 충분히 건조를 진행하여 경화시켜 형광체 막을 제조하였다.
실시예
2
무기 입자 함량을 5 wt%로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 형광체 막을 제조하였다.
실시예
3
무기 입자 함량을 10 wt%로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 형광체 막을 제조하였다.
실시예
4
무기 입자 함량을 20 wt%로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 형광체 막을 제조하였다.
실시예
5
무기 입자 함량을 30 wt%로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 형광체 막을 제조하였다.
비교예
1
실시예 1에서 무기 입자 함량을 0 wt%로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 형광체 막을 제조하였다.
실험예
광추출
효율 측정 실험
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1의 조성물을, 청색 LED (파장 450nm) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장하여, 휘도 증가율을 측정하였다. 사용된 발광 소자 패키지는 리드 프레임 위에 다이 본딩으로 연결되어 있는 칩을 발광원으로 한다. 발광 소자와 리드프레임이 전기적으로 연결이 되도록 금속 와이어 본딩을 한 후, 상기 투명 봉지 재료인 실리콘 수지와 무기 나노 입자가 분산되어 있는 봉지재로 몰딩되어 있는 구성이다. 상기 휘도 증가율은 비교예 1을 기준으로 휘도가 증가된 정도를 비율로 표시한 것이다. 휘도 측정은 한국 Professinal Scientific Instrument의 DARSA Pro 5200 PL system 기계에 의해 측정 하였다.
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1에 대해서 광추출 효율을 측정하였고, 결과는 도 4와 같았다.
방열 효율 측정 실험
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1의 LED (LED 1W COB) 패키지를 대상으로, 열화성 카메라 (Ti 400, 1W 급 구동)을 이용하여 2회에 걸쳐 방열 효과를 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1에 대해서 방열 효율을 측정하였고, 결과는 도 5와 같았다.
Claims (8)
- 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 이들의 조합인 봉지재 레진으로 형성되는 형광체 막에 있어서,
YAG 형광체, 및 굴절율이 1.5 ~ 2.5 범위 이내이고, 구형의 10 nm ~ 1 ㎛ 범위 이내의 나노 입자 크기를 갖는 Y2O3 및 Y(OH)CO3에서 선택되는 1종 이상의 희토류 금속 산화물 입자를 봉지재 레진 대비 5 ~ 30 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 막. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1의 형광체 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED.
- 봉지재 레진에, YAG 형광체 입자, 및 굴절율이 1.5 내지 2.5 범위 이내이고, 구형의 100 nm 내지 1 ㎛ 범위 이내의 입자 크기를 갖는 Y2O3 및 Y(OH)CO3에서 선택되는 1종 이상의 희토류 금속 산화물 입자를 봉지재 레진 대비 5 내지 30 중량%를 혼합하는 단계;
상기 혼합 단계 이후에 형광체 막이 형성될 영역에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 단계 이후에 건조하는 단계를 순차적으로 포함하는 형광체 막 형성방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140154830A KR101608597B1 (ko) | 2014-11-08 | 2014-11-08 | 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 형광체 막, 이것을 이용하는 led 장치, 및 이의 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101608597B1 true KR101608597B1 (ko) | 2016-04-12 |
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| KR (1) | KR101608597B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006135225A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Toshiba Corp | 発光装置 |
| JP2014039006A (ja) | 2012-02-27 | 2014-02-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 波長変換部材及びこれを用いた半導体発光装置 |
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2014
- 2014-11-08 KR KR1020140154830A patent/KR101608597B1/ko active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190212 Year of fee payment: 4 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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