KR101753185B1 - 고 굴절률 및 무 알칼리 유리 및 이를 이용한 색변환 소재 및 led 패키지 - Google Patents
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Abstract
굴절률이 우수한 유리 및 유리에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 유리는, SiO2, B2O3, ZnO를 포함하는 주성분 55~92 mol%; La2O3, Nb2O5, WO3 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분 5~20 mol%; CaO, SrO, MgO, BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물 3~15 mol%;를 포함하는 유리 조성을 갖고, 알칼리금속 산화물을 의도적으로 포함하지 않으며, 굴절률(nd)이 1.6이상인 것과 고 신뢰성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유리는, SiO2, B2O3, ZnO를 포함하는 주성분 55~92 mol%; La2O3, Nb2O5, WO3 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분 5~20 mol%; CaO, SrO, MgO, BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물 3~15 mol%;를 포함하는 유리 조성을 갖고, 알칼리금속 산화물을 의도적으로 포함하지 않으며, 굴절률(nd)이 1.6이상인 것과 고 신뢰성을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고 굴절률 및 고 신뢰성을 갖는 유리 및 이를 이용한 색변환 소재 및 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1.6 이상의 굴절률(nd)을 가지며 알칼리금속 산화물을 포함하지 않는 유리를 이용한 색변환 소재 및 이를 포함하는 LED 패키지에 관한 것이다.
LED 조명 기구의 경우, 고휘도 및 고수명을 갖는 LED 칩을 적용하여, 높은 수명과 함께 강렬한 발광이 가능하다. LED 칩에서 출사되는 광은 주로 청색 파장으로써, 이를 백색광으로 이용하기 위해서는 청색과 보색 관계에 있는 황색 형광체가 필수적으로 요구된다. 이러한 형광체는 패키지 전면에 장착되는 색변환 소재에 분산되어 있으며, 내구성을 강화시키기 위해서는 색변환 소재에 유리를 사용하고 있다. 이 경우, 유리와 형광체와의 굴절률 차이로 인해 발생되는 산란 손실이 발생할 수 있으며, 이로 인해 투과율을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 굴절률(nd=1.5)을 가진 유리가 사용되어 왔으나, TiO2와 BaO를 다량으로 함유한 유리는 고굴절 유리를 제조하는 과정에서 어려운 단점이 있다. 또한, 종래 고 굴절률을 갖는 유리의 조성물로 PbO를 함유하여 굴절률을 높이는 방법도 있지만, 상기 PbO는 환경오염을 발생시킨다.
알칼리 산화물을 첨가할 경우에는 유리 용융점을 저하시킬 수는 있으나, 소성 중 형광체와의 반응을 통한 광 효율 특성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 유리 제조를 위한 적합한 유리화 조성의 선정기술이 요구되고 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1997-0001249호(1997.01.21. 공개)에 유리가 개시되어 있으며, 공개특허공보 제 10-2014-0051475호(2014.05.02. 공개)에 발광 유리 및 이를 이용한 발광 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 유리와 형광체와의 굴절률 차이로 인해 발생되는 산란 손실을 억제하기 위한 것과 알칼리금속 산화물 포함하지 않음에 따라 고 신뢰성을 갖는 유리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유리를 이용한 색변환 소재 및 이를 포함하는 LED 패키지를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유리는 SiO2, B2O3 및 ZnO를 포함하는 주성분 55~92 mol%; La2O3, Nb2O5 및 WO3 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분 5~20 mol%; CaO, SrO, MgO 및 BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물 3~15 mol%;을 포함하는 유리 조성을 갖고, 알칼리금속 산화물을 의도적으로 포함하지 않으며, 유리는 굴절률(nd)이 1.6이상인 것을 특징으로 한다.
상기 주성분은 유리 전체 함량에 대해, SiO2 10~50 mol%, B2O3 10~50 mol% 및 ZnO 10~50 mol%를 포함한다.
상기 유리는, 상기 유리 조성을 갖는 유리 조성물이 107.6~104dPa·s의 점도에서 소성되어 제조된다.
상기 유리는 시차 열분석에 의한 측정곡선에 결정화 피크 온도가 발생되지 않는 비정질 유리이다.
또한, 상기 유리 조성은 고굴절 성분으로 TiO2, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2 및 Ta2O5 중 1종 이상이 더 포함된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 실시예에 따른 LED 패키지는, 전술한 굴절률이 1.6이상인 유리에 형광체가 분산되어 형성된 색변환 소재; 및 LED 칩;을 포함하고, 상기 색변환 소재의 상부 표면에는 오목한 홈이 형성되어 상기 홈에 상기 LED 칩이 접합되고, 상기 LED 칩은 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 유리의 함량을 조절함에 따라, 굴절률 1.6 이상의 유리를 제조할 수 있으며, 고굴절 성분을 포함하는 유리를 LED 패키지의 색변환 소재에 사용함으로써, 형광체와 유리의 굴절률 차이로 인한 산란 손실을 억제하고, 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 유리조성에 있어 알칼리금속 산화물을 의도적으로 포함하지 않음으로써, 광 효율이 개선되고 또한 고 신뢰성을 갖는 유리를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고 굴절률 및 무알칼리 유리 및 이를 이용한 색변환 소재 및 LED 패키지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 유리는 굴절률(nd, Neutral Density)이 1.6 이상이고, SiO2, B2O3 및 ZnO를 포함하는 주성분, La2O3, Nb2O5 및 WO3 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분, CaO, SrO, MgO 및 BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물을 포함하는 유리 조성을 갖는다.
먼저, 유리의 주성분은 SiO2, B2O3 및 ZnO를 포함하고, 상기 주성분은 유리 전체 함량의 55~92 mol%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 굴절률 저하가 발생하고, 유리의 안정성이 저하된다.
상기 SiO2는 3차원 망목 구조를 형성하여 유리 안정성을 향상시키는데 기여한다. 더욱 구체적으로는, 상기 SiO2가 상기 유리 전체 함량에 대해 10~50 mol%로 첨가되는 것이 바람직하다. SiO2의 첨가량이 10 mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하며, 50 mol%를 초과하는 경우, 유리 전이점과 연화온도가 지나치게 높아지며, 굴절률 저하를 가져오는 문제가 있다.
상기 B2O3의 경우, 유리형성 산화물이고 우수한 기계적 강도와 내구성 및 낮은 열 팽창률을 갖기 때문에, 대량생산할 수 있는 이점이 있다. 상기 B2O3는 상기 유리 전체 함량에 대해 10~50 mol%로 첨가되는 것이 바람직하다. B2O3의 첨가량이 10 mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, B2O3의 첨가량이 50 mol%를 초과하는 경우, 굴절률이 저하되고 구조적 강도가 변화를 통해 내구성에 영향을 줄 수 있다.
상기 ZnO은 유리 용융성을 개선하고 연화점을 저하시키며 굴절률을 향상시키는 성분이다. 상기 ZnO은 상기 유리 전체 함량에 대해 10 mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하고 50 mol% 초과일 경우, 유리의 내부에 결정이 생겨 투명도가 낮아지는 현상인 실투성이 증대하고 균질한 유리를 얻을 수 없게 된다.
유리의 고굴절 성분은 굴절률을 올리는데 필수적인 성분으로, La2O3, Nb2O5, WO3 중 1종 이상을 포함한다.
굴절률이 1.6 이상인 유리이면서 안정적인 유리를 얻기 위해서는, 고굴절 성분의 총 함유량이 유리 전체 함량에 대해, 5 mol% 이상 사용되는 것이 바람직하고, 10 mol% 이상 사용하는 것이 더욱 더 바람직하다. 그러나 함유량이 유리 전체 함량의 20 mol%를 초과할 경우, 유리 전이온도가 높아지거나, 실투성을 일으킬 수 있으며, 또한 용융성을 저하시켜 불균질한 용융물을 생성시킬 수 있다.
상기 고굴절 성분 이외에도 본 발명의 효과를 저해시키지 않는 범위에서 다양한 성분을 첨가할 수 있다. 구체적으로는 고굴절 성분으로 TiO2, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2 및 Ta2O5 중 1종 이상이 더 포함될 수 있다.
유리의 망목수식 산화물은 알칼리토류인 CaO, SrO, MgO, BaO 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 특히, 굴절률이 높고 광학특성이 우수한 BaO를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 망목수식 산화물(network modifying oxide)은 유리 조직의 주체가 되는 물질과 화학적으로 결합하여 유리에 특정한 성질, 즉 용해성, 착색, 투명도, 화학내구성 등을 가지게 하는 보조물질이다. 상기 산화물은 색변환 소재 제조를 위한 소성 온도를 낮추는데 기여하며, 유리 용해성을 향상 시킬 수 있다. 상기 망목수식 산화물은 유리 전체 함량의 3~15 mol%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 광 투과율 감소 없이 연화온도를 낮출 수 있으며, 어느 성분이라도 상기 범위를 초과할 경우, 유동성 저하, 결정화 촉진 등의 문제점이 발생할 수 있다.
유리의 알칼리 금속 산화물은 SiO2와 혼합되면 Si-O-Si 결합이 끊어지면서 비가교 산소를 생성으로 용융성을 개선시키고, 유리 전이온도를 저하키는 역할을 한다. 그러나, 유리의 내수성 및 실투를 일으킬 수 있고 굴절률 저하를 가져올 수 있다. 형광체를 함유하는 유리 조성에 있어서는 형광체와의 반응에 따른 열화로 인해 형광체의 특성을 저하시키고, 광 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 고 신뢰성이 필요한 소재에서는 알칼리 금속 산화물이 없는 유리 조성이 더 바람직하다.
또한, 소성 공정 특성상 유리 조성물의 점도가 연화점(107. 6dPa·s)을 초과하는 경우, 알칼리 금속 산화물이 형광체를 공격하여 광 효율 저하를 일으키기 때문에, 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 상기 성분 함량 조절을 통하여 굴절률 1.6 이상의 유리를 제조할 수 있으며, 일반적으로 유리를 제조하는 방법인 유리 성분을 혼합 공정한 후 소성하여 서냉시키는 과정을 통해 제조될 수 있다.
본 발명의 유리 제조 공정 중 소성하는 공정의 경우, 유리 연화점(softening point) 이상의 온도에서 수행된다. 상기 유리는 소성체 내 기포 발생을 방지하기 위해, 상기 유리 조성을 갖는 유리 조성물이 107.6~104dPa·s의 점도에서 소성되어 제조된다.
소성 온도가 상기 유리 연화점보다 낮을 경우, 소성체의 치밀성이 부족하여 기공율이 증가함에 따라 유리의 강도 및 투과율 저하를 일으킬 수 있고, 반대로 소성온도가 작업온도(Working point)보다 높을 경우, 형광체 분말이 열화하거나 유리 점성 유동의 큰 증가로 인해 광 효율 특성을 저하 시킬 수 있다.
본 발명의 유리는 상기 성분 함량을 조절함으로써 형성되는 비정질 유리로, 가공성이 우수하고, 시차열분석(DTA)에 의해 얻어진 측정곡선에서 결정화 피크가 발생되지 않는다.
시차열분석은 시료를 일정한 속도로 가열 혹은 냉각시켰을 때 기준물질(그 온도 범위 안에서는 열적 특성의 변화가 없는 물질)과 시료와의 온도 차이를 열량의 변화로 환산하는 것이다. 이때, 온도 차이가 생기는 이유는 시료에 발열 혹은 흡열 변성이 있거나 결정화와 같은 화학반응이 일어났다는 것을 의미한다.
도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지(100)는 굴절률이 1.6 이상인 상기 유리에 형광체가 분산되어 형성된 색변환 소재(20) 및 LED 칩을 포함한다.
형광체의 경우, YAG(yttrium aluminium garnet)계, TAG(Terbium aluminium garnet)계, 실리케이트계, 질화물계, 황화물계 등이 사용될 수 있으며, 이들 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 밝기(휘도) 및 온도 안정성이 높은 YAG계, TAG계, 실리케이트계 및 질화물계를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실리케이트는 1종 혹은 1종 이상의 금속 산화물과 실리카(SiO2)의 결합에 의해 생긴 화합물로, 칼슘 실리케이트 및 마그네슘 실리케이트 등이 있다.
상기 형광체는 LED 칩에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 LED 패키지가 백색광을 구현하도록 할 수 있다. 예를 들어, LED 칩에서 청색이 발광되고 형광체가 황색인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 상기 발광된 청색은 상기 여기된 황색 빛과 혼색되어, LED 패키지가 백색 빛을 제공할 수 있다.
상기 형광체는 유리 전체 함량에 대하여 대략 5-50 mol% 정도 혼합될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 색 변환 정도 등을 고려하여 그 함량을 조절할 수 있다.
상기 유리에 형광체가 분산되어 형성된 색변환 소재(20)는 후술할 LED 칩 표면에 장착된다.
상기 색변환 소재(20)는 상기 LED 칩의 외부표면을 덮되, 표면의 측면까지 덮을 수 있으며, 도 1에서와 같이, 색변환 소재(20)의 상부 표면에 오목한 홈이 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 색변환 소재(20)의 홈에 후술할 플립칩(Flip chip) 형태의 LED 칩이 접합되어 색 얼룩 현상을 방지할 수 있으며, 균일한 색도를 유지할 수 있다. 상기 접합은 비전도성접착제(NCA)를 사용하여 물리적 접촉만으로도 접합할 수 있으며, 억지끼움 결합을 통해 기계적 접촉으로 접합할 수 있다. 상기 억지끼움 결합의 경우, 홈에 상기 LED 칩이 삽입되어 슬라이딩 되는 것으로, 홈의 모양은 LED칩의 형태보다 큰 형태를 가지며, 상기 홈 입구에서 멀어질수록 홈의 폭이 좁아지는 형태를 가진다.
상기 색변환 소재(20)의 두께는 50~1000㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께의 범위를 벗어날 경우, 광 변환 효율이 저하될 수 있다.
도 1에서와 같이, 상기 LED 칩은 일반적인 발광소자 칩의 구성 요소를 그대로 이용할 수 있으며, 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층(주로 n형 질화물 반도체층(n-GaN)), 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층(주로 p형 질화물 반도체층(p-GaN))과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극(10a, 10b)을 포함하는 형태이다. 더욱 구체적으로는, 상기 기판이 LED 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태가 바람직하다. 상기 플립칩 형태의 경우, 와이어 본딩 공정을 생략할 수 있기 때문에, 출광면의 면적을 증대시킬 수 있는 효과를 제공한다. LED 칩의 횡단면 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 기판은 사파이어(Al2O3)와 같은 기판이 사용될 수 있다.
상기 LED 칩 하부에 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각의 표면에 전극(10a, 10b)이 구비될 수 있으며, 상기 전극(10a, 10b)은 Cr, Ni, Au와 같은 적층 금속패드로 형성되는 것이 바람직하며, 투명 접착제에 의해 LED 칩 표면에 접착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전술한 굴절률 1.6이상의 유리에, 형광체가 분산되어 형성된 색변환 소재(20)를 LED 칩 표면에 장착함으로써, 유리와 형광체와의 굴절률 차이로 인한 산란 손실을 억제할 수 있는 LED 패키지(100)를 제조할 수 있다.
이와 같이 고 굴절률 및 무 알칼리 유리 및 이를 이용한 색변환 소재 및 LED 패키지에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 유리의 제조
하기 [표 1]에 제시된 유리 조성을 칭량 후 균일하게 혼합하고, 백금도가니 또는 알루미나 도가니를 이용하여 1200~1300℃ 에서 1hr 용융한 후 ??칭 롤러를 사용하여 유리 cullet을 제조하였다. 유리 용액 일부는 흑연 몰드에 성형 및 열처리 하여 bulk 시편을 만들어 투과율, 굴절율 및 내후성을 측정하였다.
[표 1]
[표 2]
2. 물성 평가 방법 및 그 결과
유리 상태는, 실투 없이 투과율 우수한 경우 "양호", 유리 내부 또는 표면에 결정이 생성된 경우 "실투"라고 기재하였다.
실시예 1~7 및 비교예 1~4의 측정된 결과는 [표 2]에 제시하였다.
유리 전이점, 연화점 및 결정화 온도는 제조된 유리분말을 DTA(시차열분석) 장비를 이용하여 분석하였다.
상기 결정화 온도는 결정화 피크가 발생한 온도를 기재한 것이다.
굴절률 측정은 열처리된 bulk 시편을 가로 15mm, 세로 8mm, 두께 8mm로 연마 가공하여 제작하고, 얻어진 시편을 ABBE 굴절계 DR-M4 장비를 이용하여 589nm 파장에서 측정하였다.
내후성 평가는 DI water 담지 후 85℃에서 24시간 동안 방치한 후, 시편 표면의 백탁 유무를 육안 및 광학현미경에 의해 관찰하였다. 육안 및 현미경을 통해 크랙이나 유리 성분등의 용출에 의한 백탁이 관찰되지 않은 경우는 「○」, 육안으로는 백탁이 관찰되지 않지만 현미경으로 백탁이 관찰되는 경우를 「△」, 육안으로 백탁이 관찰되는 경우를 「X」로서 평가하였다.
소성체를 제조하는 공정은 28Ø(mm) 몰드에 성형한 후, 유리 조성물의 점도가 유리 연화점 이상(107. 6dPa·s)인 온도에서 수행되었다. 상기와 같이 제조된 소성체를 두께 160㎛로 연마 가공하여 제작하였다. 상기 시편을 투과율 장비를 이용해 450nm의 투과율를 측정하였다.
광 효율 측정은 먼저, 유리 분말과 형광체 분말(Y3(Al,Gd)5O12:Ce2+)을 혼합해서 준비하였다. 혼합분말 중의 형광체 분말의 함유량은 13 중량%였다. 이후 광 효율 시편은 상기 투과율 준비 과정과 동일하게 진행하였으며 준비된 시편을 적분구 투과율 장비를 이용하여 파장 440nm(장착된 blue chip에서의 백색광이 발광되는 파장대)에서의 광 효율 값을 측정하였다.
실시예 1~7의 경우, 주성분이 55~92 mol%에 해당하였다. 실시예 1~7은 굴절률 1.6으로 측정되었으며, 유리상태도 양호하였다. 실시예 5~7 경우 Li2O 성분을 포함하지 않아, 소성 후에 유리화가 잘 이뤄졌으며 상대적으로 우수한 투과율 및 광 효율이 측정되었다.
그러나 Li2O 함량이 10mol%로 함유된 실시예 1,3은 내후성이 부족하였으며, 실시예 1~4는 소성 후 실투에 따른 투과율이 실시예 5~7의 투과율보다 낮았다. 이로 인해 광 효율이 상대적으로 낮게 측정된 결과를 보였다.
즉, 알칼리 금속 산화물이 첨가되지 않은 유리의 경우, 투과율이 증가되고, 형광체와의 반응성이 억제되어 광 효율의 특성을 보다 효과적으로 개선하였다. 내후성 또한 우수함에 따라 고 신뢰성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
반대로, 비교예 1은 주성분 45 mol%를 함유하고, 알칼리 금속 산화물인 Li2O를 다량의 20 mol%로 첨가하여 실투성이 발생하였다. 비교예 2는 주성분 중 ZnO를 55 mol%로 첨가함에 따라 굴절률은 높고 유리화는 되었으나, 소성 공정시 실투가 발생하였으며 내후성 또한 비교예 3보다 양호하지만 현미경으로 백탁 현상이 관찰되었다. 비교예 3의 경우 유리화는 잘 이루어졌으나 고 굴절성분이 첨가되지 않아, 굴절률이 1.6으로 낮게 측정되었으며 내후성 또한 좋지 않았다. 비교예 4의 경우, 주성분을 이루는 SiO2 성분의 함량이 60 mol%이고 나머지 B2O3, ZnO 성분이 사용되지 않아 SiO2 용융이 충분이 이뤄지지 않아 미용융이 발생하였다.
따라서, 전술한 유리 조성의 범위에서 유리를 제조하는 경우, 1.6이상의 굴절률을 구성할 수 있으며, 상기 알칼리 금속 산화물을 포함하지 않는 유리의 경우 우수한 광 효율 및 신뢰성 높은 특성을 갖을 수 있다. 그리고, 하나의 성분이라도 상기 기재된 범위를 벗어날 경우, 굴절률 저하 및 실투성이 발생하는 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10a, 10b : 전극
20 : 색변환 소재
100 : LED 패키지
20 : 색변환 소재
100 : LED 패키지
Claims (6)
- SiO2, B2O3 및 ZnO를 포함하는 주성분 55~80 mol%;
La2O3, WO3 및 Nb2O5 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분 10~20 mol%; 및
CaO, SrO, MgO 및 BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물 3~15 mol%;를 포함하는 유리 조성을 갖고,
알칼리금속 산화물이 의도적으로 첨가되지 않으며, 굴절률(nd)은 1.7이상인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제1항에 있어서,
상기 주성분은 유리 전체 함량에 대해, SiO2 10~50 mol%, B2O3 10~50 mol% 및 ZnO 10~50 mol%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리.
- 제1항에 있어서,
상기 유리는, 상기 유리 조성을 갖는 유리 조성물이 107.6~104dPa·s의 점도에서 소성되어 제조된 것을 특징으로 하는 유리.
- 제1항에 있어서,
상기 유리는 시차 열분석에 의한 측정곡선에서 결정화 피크가 발생되지 않는 비정질 유리인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 조성은, 고굴절 성분으로 TiO2, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2 및 Ta2O5 중 1종 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유리.
- 제1항 내지 제5항 중 한 항에 기재된 굴절률이 1.7이상인 유리에, 형광체가 분산되어 형성된 색변환 소재; 및
LED 칩;을 포함하고,
상기 유리는 SiO2, B2O3 및 ZnO를 포함하는 주성분 55~80 mol%; La2O3, WO3 및 Nb2O5 중 1종 이상을 포함하는 고굴절 성분 10~20 mol%; 및 CaO, SrO, MgO 및 BaO 중 1종 이상을 포함하는 망목수식 산화물 3~15 mol%;를 포함하는 유리 조성을 갖고, 알칼리금속 산화물이 의도적으로 첨가되지 않으며,
상기 색변환 소재의 상부 표면에는 오목한 홈이 형성되어 상기 홈에 상기 LED 칩이 접합되고,
상기 LED 칩은 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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Patent Citations (3)
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| JP2006202726A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-08-03 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 発光色変換部材 |
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