KR200181326Y1

KR200181326Y1 - 색변환 발광다이오드

Info

Publication number: KR200181326Y1
Application number: KR19990029641U
Authority: KR
Inventors: 이정훈
Original assignee: 서울반도체주식회사
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2000-05-15

Abstract

시판되고 있는 청색 LED 칩 등의 발광파장을 파장변환하여 휘도저하 없는 고휘도의 순수 녹색으로 발광시킬 수 있는 색변환 발광다이오드가 개시된다. 그 색변환 발광다이오드는 LED 칩(1) 주위를 봉입하도록 몰딩되어 그 LED 칩(1)의 발광파장을 파장변환하여 다른 파장의 빛으로 외부에 방사시키는 파장변환 외장재(7)를 구비한다. 파장변환 외장재(7)는 투명한 에폭시 수지(8)에 소정의 형광안료를 소정의 비율로 혼합하여 분산되는 형광안료 입자(9)들은 가진다. 이 형광안료 입자(9)들은 LED 칩(1)으로부터 방출되는 빛에 자극 받아 여기 상태에 놓이고 그 여기 에너지로 고유한 파장의 빛을 외부에 방사한다. 형광안료로서 최대 흡수파장 430nm인 Y₂SiO₅+TiO₂를 1.0%의 비율로 혼합하면 청색 LED 칩의 발광파장으로부터 고휘도 특성을 가지면서 525nm의 순수 녹색으로 발광시킬 수 있다. 따라서 기존 적색 및 청색 LED와 휘도특성이 일치하는 고휘도의 순수 녹색 발광다이오드를 제공하여 소형 백색광원이 구현가능함은 물론, 총천연색을 자연스럽게 표시할 수 있는 LED 표시판 등 새로운 멀티미디어 매체로의 그 실용성을 극대화하는 효과가 있다.

Description

색변환 발광다이오드{CHROMA-CONVERTED LIGHT-EMITTING DIODE}

본 고안은 가시 범위에 있는 일정 파장대의 빛을 발광하도록 직류로 구동되는 발광다이오드(LED; light-emitting diode)에 관한 것으로서, 특히 패키지 내에 장착되는 광원인 LED 칩(chip)의 발광파장으로부터 파장변환된 다른 색의 빛을 방사하는 색변환 발광다이오드에 관한 것이다.

pn 접합구조의 다이오드에 순방향 전류를 인가하면 칩의 n(negative) 영역에 있는 전자가 전계에 의해 가속되어 p(positive) 영역으로 이동하게 되고 p 영역에서는 억셉터 준위 또는 가전자대 상태의 정공(hole)과 재결합하여 칩 재료에 따라 그 전위차에 상당하는 에너지를 가진 빛이 방출된다. 이러한 현상을 주입형 전계발광이라 하며, 이것을 이용한 발광소자를 발광다이오드라 한다. 대표적인 발광다이오드의 칩 재료에는 GaAs, GaAsP, GaP, GaAlAs, SiC 등이 있는데, 이들 재료에 따른 결정구조로부터 각양의 발광특성이 얻어진다.

현재 시판되고 있는 대표적인 LED를 칩 재료에 따라 얻어지는 발광파장 및 휘도특성을 다음과 같이 정리해 보았다.

재료	발광파장(nm)	발광색	광도(mcd)
InGaN/SiC	450	청색	1,200
InGaAIP/GaAs	562	황녹색	600
GaP/GaP	565	황녹색	25
GaAlInP/GaAs	588	황색	2,500
GaAsP/GaP	590	황색	16
GaAsP/GaP	630	오렌지색	16
GaAsP/GaP	650	적색	16
GaAlAs/GaS	660	적색	1,200
GaAlAs/GaAlAs	660	적색	2,000

일반적으로 발광다이오드는 도 1 및 도 2에 보인 바와 같이 LED 칩(1)에 애노드(anode; 2)와 캐소드(cathode; 3)를 연결하고 그 주위를 무색 또는 착색된 투광성 수지로 몰딩하여 봉입하는 외장재(4)로 이루어진 구조의 패키지(package) 형태로 상품화되고 있다. LED 칩(1)의 p형 전극과 애노드(2)는 세금선(細金線; 5)으로 접속되고, 그 n형 전극은 캐소드(3)에 형성된 리세스(recess; 3a)에 수용된 상태로 도전성 다이접착제(6)에 의하여 직접 접속 및 지지되어 있다. 리세스(3a)는 LED 칩(1)의 측면으로부터 방출되는 빛을 전방(도 2에서 위쪽)으로 반사시키는 역할을 하게 된다.

이러한 발광다이오드는 대체로 수명이 길고 신뢰도가 높으며, 진동에 강하고 또한 소비전력이 작다는 등의 특징을 가지고 있으며, 각종의 표시장치에 사용되고 있다. 특히, 새로운 영상정보의 전달매체로 부각되고 있는 LED 전광판은 초기에는 단순 문자나 숫자정보로 시작하여 현재는 각종 CF 영상물, 그래픽, 비디오화면등의 동화상을 제공하는 수준까지 이르게 되었다. 색상도 기존에는 단색의 조잡한 화면 구현에서 적색과 황록색 LED만으로 제한된 범위의 색상 구현을 했었으나, 최근에는 고휘도의 청색 LED가 등장함에 따라 적색, 황록색, 청색을 이용한 총천연색 표시가 비로소 가능하게 되었다.

총천연색을 재현하기 위해서는 빛의 3원색인 적,녹,청색을 각각 발광하는 적어도 3개의 발광다이오드가 필요하며, 보다 자연스런 총천연색 재현을 위해서는 사용된 발광다이오드들의 발광파장과 휘도특성이 고려되어야 한다. 즉, 각 발광다이오드의 발광파장으로서 660nm 의 순수 적색과 525nm의 순수 녹색 및 450nm의 순수 청색이 아니면 동시 발광하여도 백색광이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 더구나 각 발광다이오드들의 발광휘도 특성이 다르면 색 배합의 불균일에 기인하는 얼룩이 생기고 시인성도 그만큼 저하되는 것이다.

그런데, 현재 시판되고 있는 발광다이오드를 살펴보면, 위에 정리한 표에서 보는 바와 같이, 고휘도의 순수 적색과 청색 발광다이오드는 존재하나, 순수 녹색의 발광다이오드는 없고, 대체상품인 황녹색 발광다이오드가 시판되고 있을 뿐이다. 더욱이 시판되고 있는 황녹색 발광다이오드의 휘도특성은 적색 및 청색 발광다이오드의 발광휘도 1,200mcd에 훨씬 못미치는 600mcd에 그치고 있다.

따라서 종래의 상품화된 발광다이오드로는 완전한 총천연색을 재현할 수 있는 표시판을 실현시킬 수 없고, 또 소형 백색광원을 얻을 수 없는 등 그 실용화에 한계가 있었다.

한편, 이러한 문제점에 대해 종래에 LED 칩을 두 개 또는 그 이상을 함께 패키지화하여 순수 녹색을 발광시키려는 시도가 있었으나, 이 경우 코스가 크게 상승하는 문제가 있는 것이며, 실질적으로 충분한 휘도의 순수 녹색 파장을 발광시키는 데는 실패하였다.

본 고안의 목적은, 보다 간단한 방법으로 LED 칩 고유의 발광파장을 변환시켜서 다른 파장의 빛을 방사하는 색변환 발광다이오드를 제공하는 데 있다.

또한 본 고안의 목적은, 구체적으로 최대 발광파장 450nm, 발광휘도 1,200mcd의 청색 LED 칩으로부터 그 발광휘도를 저하시키지 않는 고휘도 특성을 가지면서 발광파장 525nm의 순수 녹색을 발광하는 색변환 발광다이오드를 제공하려는 것이다.

도 1은 발광다이오드의 외관을 도시한 사시도.

도 2는 종래 발광다이오드의 단면도.

도 3은 본 고안에 따른 색변환 발광다이오드의 단면도(원내는 요부를 확대발췌한 단면도).

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : LED 칩 2 : 애노드

3 : 캐소드 7 : 파장변환 외장재

8 : 에폭시 수지 9 : 형광안료 입자

상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는, p형 및 n형 전극을 가지며 양 전극을 통해 인가되는 순방향 전류에 따라 빛을 방출하는 LED 칩과, 이 LED 칩의 양 전극에 각각 접속되고 외부의 전류를 인가시킬 수 있게 인출된 애노드 및 캐소드와, 빛에 대한 최대 흡수파장을 고려한 형광안료가 분산되어 있는 수지로 상기 애노드 및 캐소드의 일부와 함께 상기 LED 칩 주위를 봉입하도록 몰딩되어 그 LED 칩의 발광파장을 파장변환하여 다른 파장의 빛으로 외부에 방사시키는 파장변환 외장재가 구비된 색변환 발광다이오드를 고안하였다.

또한 상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 상기한 LED 칩으로서 최대 발광파장 450nm의 청색 LED 칩이 봉입되어 있고, 상기 파장변환 외장재가 투명한 에폭시 수지에 상기 형광안료로서 최대 흡수파장 430nm인 Y₂SiO₅+TiO₂를 1.0%의 비율로 혼합되어 상기 청색 LED 칩의 발광파장으로부터 525nm의 순수 녹색 파장으로 파장변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 색변환 발광다이오드를 구현하였다.

이러한 본 고안에 따른 파장변환 발광다이오드의 구조는 도 3에 보인 바와 같다. 편의상 종래의 발광다이오드와 동일 또는 대응되는 부분에 동일한 참조번호를 부여하여 설명하면, 본 고안에 따른 파장변환 발광다이오드는 종래와 같이 pn 접합구조의 LED 칩(1), 이 LED 칩(1)의 p형 전극과 세금선(5)으로 접속된 애노드(2), LED 칩(1)의 n형 전극이 다이접착제(6)로 접착되어 직접 접속 및 지지되는 리세스(3a)를 가지는 캐소드(3), 그리고 애노드(2)와 캐소드(3) 일부를 포함하여 LED 칩(1) 주위 전체를 봉합하도록 그 주위에 몰딩된 파장변환 외장재(7)로 구성되어 있다.

원내에 확대 발췌된 부분을 참조하면, 파장변환 외장재(7)는 투명한 에폭시 수지(8)와 여기에 고루 분산되어진 형광안료 입자(9)들로 구성된 것이다. 여기서 형광안료 입자(9)들은 유기질로서 빛에 의한 자극이 있을 때 그 재질에 따라 가시 범위에 있는 고유한 파장으로 발광하는 특성을 가진다. 즉, 파장변환 외장재(7) 외부로 인출된 애노드(2)와 캐소드(3)를 통해 LED 칩(1)에 순방향 전류를 인가하면, LED 칩(1)이 동작하여 그 측면을 통해 빛이 방출되고, 방출되는 빛은 리세스(3a)의 구면을 반사하고 대체로 전방을 향해 파장변환 외장재(7)를 투과하여 외부로 방사된다.

파장변환 외장재(7) 내에서는 에폭시 수지(8) 내에 고루 분사되어진 형광안료 입자(9)들이 그 투과되는 빛의 자극을 받게 된다. 형광안료(9)는 자극하는 빛을 흡수하여 그 흡수된 빛이 갖는 에너지로 여기(勵起) 상태로 되며, 여기 에너지로 2차 발광하는 작용을 하게 된다. 이때 발광파장은 그 형광안료 입자(9)의 재료에 따라 주어지는 가시 범위에 있으며, 따라서 LED 칩(1)의 발광파장을 파장변환하여 다른 색으로 발광시킬 수 있는 것이다.

(실시예)

상기한 LED 칩(1)으로서 최대 발광파장 450nm, 휘도 1,200mcd의 청색 LED 칩을 사용하고, 상기한 파장변환 외장재(7)로서는 상기한 투명 에폭시 수지(8)에 대해 최대 흡수파장 430nm의 형광안료로서 Y₂SiO₂+TiO₂를 1.0%의 비율로 혼합한 것을 사용하였다.

그 결과 청색 LED 칩으로부터 휘도저하가 거의 없는 고휘도 1,200mcd으로서 발광파장 525nm으로 파장변환된 순수 녹색의 빛을 발광시킬 수 있다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 본 고안은 형광안료를 분산시킨 외장재를 구비함으로써 장착된 LED 칩의 발광파장을 파장변환하여 다른 색으로 발광시키되, 휘도저하가 없는 고휘도 특성으로 발광시킬 수 있게 된다.

또한 본 고안에 의하면 기존에 시판되고 있는 청색이나 적색 LED 칩을 그대로 사용하므로 코스트 상승요인이 아주 적고, 형광안료에 따라 여러 가지 다양한 색상의 단색 발광다이오드의 구현이 가능해진다.

특히 본 고안에 따라 고휘도의 순수 녹색을 발광하는 발광다이오드를 제공할 수 있으므로, 휘도특성이 같은 순수 적,녹,청의 발광다이오드를 사용한 소형 백색광원의 구현은 물론, 총천연색을 자연스럽게 표시할 수 있는 LED 전광판 등 새로운 멀티미디어 매체로의 그 실용성을 극대화하는 효과가 제공되는 것이다.

Claims

p형 및 n형 전극을 가지며 양 전극을 통해 인가되는 순방향 전류에 따라 빛을 방출하는 LED 칩과, 이 LED 칩의 양 전극에 접속되고 외부의 전류를 인가시킬 수 있게 인출된 애노드 및 캐소드와, 빛에 대한 최대 흡수파장을 고려한 형광안료가 분산되어 있는 수지로 상기 애노드 및 캐소드의 일부와 함께 LED 칩 주위를 봉입하도록 몰딩되어 그 LED 칩의 발광파장을 파장변환하여 다른 파장의 빛으로 외부에 방사시키는 파장변환 외장재가 구비된 것을 특징으로 하는 색변환 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 LED 칩으로서 최대 발광파장 450nm의 청색 LED 칩이 봉입되어 있고, 상기 파장변환 외장재가 투명한 에폭시 수지에 상기 형광안료로서 최대 흡수파장 430nm인 Y₂SiO₅+TiO₂를 1.0%의 비율로 혼합되어 상기 청색 LED 칩의 발광파장으로부터 525nm의 순수 녹색 파장으로 파장변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 색변환 발광다이오드.