KR101960258B1 - 발광 소자 밀봉용 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예인 발광 소자 밀봉용 수지 조성물은 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 중 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지: 93 내지 97 중량% 및 무기재료: 3 내지 7 중량%를 포함한다.
Description
본 발명은 내열특성 및 신뢰성 특성이 우수한 발광 소자 밀봉용 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드 (Light emitting device, LED)는 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체 소자로써, 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여, 소수 캐리어 (전자 또는 정공)를 주입하고 이들의 재결합에 의하여 빛을 생성시키는 소자이다.
구체적으로, 발광 다이오드는 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면, 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하 입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 이루어져 있는데, 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
발광 다이오드는 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 효율이 매우 높으며, 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있어, 에너지 효율이 5% 정도밖에 되지 않는 백열등이나 형광등을 대체할 수 있는 차세대 광원으로 주목받고 있다.
그러나, 이러한 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치 제작시, 원가 절감을 위하여, 패키지 수량의 감소가 필수적이며, 이를 위하여 칩 (chip) 당 정격전류의 급격한 상승이 요구된다. 또한, 정격전류는 상승되지만, 사출 수지의 한계로 인하여, 제품화에 어려움이 많으며, 그래서, 전류 상승을 뒷받침할 수 있는 사출 수지의 개발이 필요하다.
특히, 측면 발광형 소자 (side view type)의 경우, 종래에는 통상 열경화성 수지를 이용하여 밀봉하였다. 그러나, 최근들어, 발광 다이오드의 사이즈가 점차 작아지고, 이에 따라, 미세한 가공이 필요되는데, 밀봉재로써 열경화성 수지는 이러한 미세 가공에는 적합하지 않다.
그래서, 가공성이 뛰어나고, 가공 후 경화에 소요되는 시간이 짧은 열가소성 수지를 이용하면서도, 우수한 내열특성 및 신뢰성 특성을 갖는 새로운 수지 조성물에 대한 연구가 필요한 시점이다.
본 발명의 일 목적은, 내열특성 및 신뢰성 특성이 우수한 열가소성 수지 베이스 발광 소자 밀봉용 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 발광 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예인 발광 소자 밀봉용 수지 조성물은 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 중 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지: 93 내지 97 중량% 및 무기재료: 3 내지 7 중량%를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 열가소성 수지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트: 20 내지 80 중량% 및 폴리프탈아미드: 80 내지 20 중량%를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 무기재료는 알루미나, 지르코니아, 카본블랙, 산화아연, 및 실리카 중 어느 하나로부터 선택된다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 무기재료는 판상, 섬유상, 또는 구형이다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 무기재료의 평균 직경이 3 내지 10㎛이다.
본 발명의 다른 일실시예인 발광 장치는 기판; 상기 기판에 실장된 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 밀봉하며, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 중 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지: 93 내지 97 중량% 및 무기재료: 3 내지 7 중량%를 포함하는 수지 구조물;을 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 수지 구조물은 리플렉터 (reflector)이다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 발광장치는 상술한 수지 조성물로 이루어진 수지 구조물을 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 수지 구조물은 발광 소자의 측면 (side view)을 밀봉한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 내열특성 우수한 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 신뢰성 특성이 우수한 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 발광 소자의 휘도를 향상시킬 수 있는 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 초기 휘도는 물론 6090 평가에서 2000 시간 경과 후에도, 종래의 열경화성 수지 대비 10% 이상의 휘도 향상 효과를 나타내는 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 열가소성 수지를 베이스로 구성되기 때문에, 가공성이 우수하고, 가공 후 경화에 소요되는 시간이 짧은 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 효과의 조합을 나타내는 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 통상적인 측면 발광형 소자의 이미지이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 발광 소자는 하나 또는 복수의 발광 다이오드를 의미하며, 발광 장치는 기판, 수지 구조물, 발광 소자 및 기타 구성요소를 포함하는 장치를 통칭하는 의미이다.
본 발명의 일실시예에 따른 수지 조성물은 발광 소자 밀봉용 조성물이다. 발광 소자는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 발광 다이오드 (light emitting device, LED)일 수 있다. 발광 다이오드는 반도체를 이용한 PN 접합이라고 불리는 구조로 이루어져 있는데, 발광은 PN 접합에서 전자가 가지는 에너지가 직접 빛 에너지로 변환되며, 전극으로부터 반도체에 주입된 전자와 양공은 다른 에너지띠 (전도띠나 원자가띠)를 흘러 PN 접합부 부근에서 띠틈을 넘어 재결합한다. 재결합할 때 거의 띠틈에 상당한 에너지가 광자, 즉 빛으로 방출된다. 본 발명의 일실시예에 따른 발광 장치는 측면 발광 타입 (side view type)인 것일 수 있다. 그러한 발광 장치의 일실시예를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 (1) 위에 수지 구조물 (2)이 위치하고, 상기 수지 구조물 (2) 사이에 발광 소자가 위치한다. 상기 수지 구조물은 통상 열경화성 수지로 구성되었는데, 발광 소자가 작아지고 미세 가공이 필요하기 때문에, 열경화성 수지의 한계를 극복하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
다만, 열가소성 수지는 일반적으로 내열성이 약하여, 열변성이 쉽게 발생하여, 특히, 발열이 많은 발광 소자 패키지에 적용되기 어렵다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 상술한 열가소성 수지를 베이스로 적용하고, 무기재료 (세라믹 재료)를 필러처럼 투입한다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 수지 조성물은 열가소성 수지와 무기재료를 포함하는데, 그 함량은 열가소성 수지와 무기재료가 각각 93 내지 97 중량% 및 3 내지 7 중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열가소성 수지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 중 1종 또는 2종을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프탈아미드 각각은 가지 구조를 포함하지 않으며, 금속에 협착되지 않으며, 상온 보관이 가능하다.
상기 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프탈아미드가 함께 포함되는 경우, 상기 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프탈아미드 각각의 함량이 반드시 한정되는 것은 아니지만, 그 함량비가 20 내지 80 중량% : 80 내지 20 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 수지 조성물은 상술한 열가소성 수지 이외에 무기재료를 포함한다. 상기 무기재료를 포함함으로써, 내열특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 발광 소자로부터 생성되는 빛을 반사시켜, 휘도를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 무기재료는 알루미나, 지르코니아, 카본블랙, 산화아연, 및 실리카 중 어느 하나로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 무기재료를 필러로써 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기재료는 판상, 섬유상, 또는 구형일 수 있다. 이러한 다양한 형상을 통하여, 열가소성 수지와 결합력이 향상되고, 본 발명이 의도하고자 하는 발광 장치의 휘도 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 무기재료의 평균 직경은 3 내지 10㎛일 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
이러한 구성요소의 조합을 갖은 수지 조성물은 우수한 내열특성과 신뢰성 특성을 발휘하며, 휘도향상 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 기판, 상기 기판에 실장된 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 밀봉하는 수지 구조물을 포함하는 발괄 장치를 제공한다. 상기 수지 구조물은 수지 조성물로 이루어져 있으며, 상기 수지 조성물은 열가소성 수지와 무기재료를 포함하는데, 열가소 수지와 무기재료가 93 내지 97 중량% 및 3 내지 7 중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열가소성 수지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상술한 수지 조성물에 대한 각각의 구성요소에 대한 설명이 상기 발광 장치의 수지 구조물에 동일하게 적용될 수 있다.
상기 구조물은 발광 소자를 밀봉하는 형태로 상기 기판 위에 형성되는 데, 상술한 밀봉 효과를 나타낼 수 있다면, 어떠한 형태의 구조물로도 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명한 사실이다.
상기 수지 구조물은 리플렉터 (reflector)로서 작동된다. 상기 리플렉터로써, 발광 소자에서 나오는 빛을 반사시켜 휘도를 증진시킬 수 있다.
특히, 상기 수지 구조물은 발광 소자의 측면 (side view)을 밀봉할 수 있다. 이를 통하여, 측면 타입 발광 장치에 적용될 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
[실험예 1]
먼저, 본 발명의 일실시예의 특성을 확인하기 위하여, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT): 95 중량% 및 알루미나 5 중량% (및 기타 불가피한 불순물 포함)를 포함하는 수지 조성물 (실시예 1)을 제작하여 하기에서 설명하는 실험을 실시하였다.
상기 실시예 1의 물리적 특성, 기계적 특성, 열적 특성 및 난연 특성을 다양한 측정방법을 통하여 측정하여 그 결과 값을 각각 하기 표 1 내지 3 (ASTM 물성표)에 나타내었다.
| 항목 | 시험방법 | 조건 | 단위 | 대표값 |
| 비중 | ASTM D792 | Natural 또는 대표컬러 | - | 1.92 |
| 유동지수 | ASTM D1238 | 300 ℃, 2.16 kg | g/10min | 16 |
| 성형수축용(MD) | ASTM D955 | Flow at 3.2 mm(MD) | % | 0.48 |
| 성형수축용(TD) | ASTM D995 | X-Flow at 3.2 mm(TD) | % | 0.90 |
| ASH content | ASTM D5630 | - | % | 51.0 |
| 항목 | 시험방법 | 조건 | 단위 | 대표값 |
| 인장강도(at yield) | ASTM D638 | 5 mm/min | kgf/㎠ | 592 |
| 인장신용(at break) | ASTM D638 | 5 mm/min | % | 2.4 |
| 인장탄성용 | ASTM D638 | 5 mm/min | kgf/㎠ | 42900 |
| 파단강도(at break) | ASTM D638 | 5 mm/min | kgf/㎠ | 660 |
| 굴곡강도 | ASTM D790 | 2.8 mm/min | kgf/㎠ | 990 |
| 굴곡탄성용 | ASTM D790 | 2.8 mm/min | kgf/㎠ | 64000 |
| lzod 충격강도(notched) | ASTM D256 | 1/4 inch at 23 ℃ | kgfcm/cm | 3.2 |
| lzod 충격강도(notched) | ASTM D256 | 1/8 inch at 23 ℃ | kgfcm/cm | 3.6 |
| lzod 충격강도(notched) | ASTM D256 | 1/4 inch at 23 ℃ | kgfcm/cm | 21.6 |
| lzod 충격강도(unnotched) | ASTM D256 | 1/8 inch at 23 ℃ | kgfcm/cm | 26.8 |
| lzod 충격강도(unnotched) | ASTM786 | R-Scale | - | 118 |
| 항목 | 시험방법 | 조건 | 단위 | 대표값 |
| 열변형 온도 | ASTM D648 | 19.56 kgf/㎠, 6.4 mm | ℃ | 210 |
| 열변형 온도 | ASTM D648 | 4.6 kgf/㎠, 6.4 mm | ℃ | 260 |
| 난연도 | UL94 | HB | mm | 2.8-3.2 |
상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수지 조성물로서, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT): 95 중량% 및 알루미나: 5 중량% (및 기타 불가피한 불순물 포함)를 포함하는 실시예 1은 물리적 특성, 기계적 특성, 열적 특성 및 난연 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
발광 장치에 수지 구조물로 적용되어, 본 발명이 목적하고자 하는 특성을 발휘하는지를 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 추가로 실시하였다.
상술한 도 1에 기재된 본 발명의 일실시예와 같은 발광 장치를 제조하였다. 구체적으로, 구리를 이용한 금속 기판을 제작하였으며, 복수의 발광 소자가 상기 금속 기판 상에 실장되고, 상기 발광 소자를 밀봉하기 위한 수지 구조물을 제작하여 배치하였다. 다만, 각각의 수지 구조물의 조성물은 하기에 설명하는 바와 같이, 다양하게 제조하여, 비교 실험을 실시하였다.
실험예 1에서 제조한 수지 조성물 (실시예 1)을 이용하여, 수지 구조물을 제작하였다. 상술한 바와 같이, 실시예 1을 이용한 수지 구조물은 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT): 95 중량% 및 알루미나 5 중량%를 포함한 수지 조성물로 제작되었다.
상기 실시예 1과 비교를 위하여, 하기와 같은 비교예 1 및 2의 조성물을 추가로 제작하였다. 비교예 1은 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트만으로 이루어이진 단일 조성물이였다. 또한, 비교예 2는 열경화성수지로서 에폭시를 포함한 수지 조성물 (VL8500)이였다.
상술한 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1 및 비교예 2를 이용하여, 각각 수지 조성물 합성하였으며, 이를 수지 구조물에 적용하여 발광 장치를 제작하여 실험을 실시하였다.
특정시간 (250 시간, 500 시간, 750 시간, 1000 시간, 및 2000 시간) 동안, 특정 온도에서 발생하는 휘도율을 평가하여, 하기 표 4에 나타내었다. 휘도(Luminance)는 디스플레이의 발광정도를 나타내는 단위를 휘도라고 하며 단위는 칸델라이다. 광원을 직접 바라볼 때 강하게 빛나 보이는데, 이 빛나는 정도를 휘도(L)라고 한다. 휘도는 조명기구에서 발생된 빛이 직접 눈에 들어오거나, 물체의 표면에 반사된 뒤에 눈으로 들어오는 빛이 얼마나 밝은 것인가를 나타내는 것으로 시작업능력에 커다란 영향을 미친다. 휘도 100을 기준으로 휘도 향상이 어느 정도 되었는지 측정하였다.
| 구분 | 조건 | 250시간 | 500시간 | 750시간 | 1000시간 | 2000시간 |
| 비교예 1 | 60 ℃ | 104.0 % | 103.2 % | 103.1 % | 102.5 % | 101.7 % |
| 비교예 2 | 60 ℃ | 104.5 % | 104.2 % | 104.2 % | 103.5 % | 101.9 % |
| 실시예 1 | 60 ℃ | 115.1 % | 112.5 % | 112.5 % | 111.9 % | 111.9 % |
| 비교예 1 | 60 ℃, 90 % | 103.2 % | 101.9 % | 오측정 | 98.3 % | 96.8 % |
| 비교예 2 | 60 ℃, 90 % | 103.6 % | 102.4 % | 오측정 | 100.7 % | 100.2 % |
| 실시예 1 | 60 ℃, 90 % | 107.6 % | 106.3 % | 오측정 | 110.0 % | 108.4 % |
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 휘도 100을 기준으로 약간 휘도가 상승하는 데 그쳤다. 또한, 비교예 2 역시 휘도 100을 기준으로 약간 휘도가 증가하는 데 그쳤다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예 1은 휘도율이 250시간에서 115.1%으로 측정되어, 약 10% 이상의 휘도향상을 나타내어, 본 발명이 의도하는 바와 같이, 리플렉터로서 작용하여, 휘도향상에 크게 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판;
상기 기판에 실장된 발광 소자; 및
상기 발광 소자의 측면을 밀봉하며, 리플렉터 (reflector)로 작동하는 수지구조물;을 포함하고,
상기 수지 구조물은 가지 구조를 포함하지 않는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (Polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 20 내지 80 중량% 및 가지 구조를 포함하지 않는 폴리프탈아미드 (Polyphtalamide, PPA) 20 내지 80 중량%를 포함하는 열가소성 수지 93 내지 97 중량%; 및 평균 직경이 3 내지 10㎛인 판상 또는 구형의 무기재료 3 내지 7 중량%;를 포함하는 발광 장치.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 무기재료는 알루미나, 지르코니아, 카본블랙, 산화아연, 및 실리카 중 어느 하나로부터 선택되는 발광 장치. - 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190100747A (ko) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 대성앤텍 주식회사 | 엘이디 기판의 제조방치 및 이의 제조방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014022407A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光装置 |
| KR20170023774A (ko) * | 2014-06-25 | 2017-03-06 | 유니띠까 가부시키가이샤 | 수지 조성물 및 그 성형체 |
-
2017
- 2017-09-22 KR KR1020170122642A patent/KR101960258B1/ko active IP Right Grant
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| KR102079597B1 (ko) | 2018-02-21 | 2020-02-20 | 대성앤텍 주식회사 | 엘이디 기판의 제조장치 및 이의 제조방법 |
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