KR20080057418A

KR20080057418A - 확산재를 이용하는 발광다이오드 및 그것의 제조방법

Info

Publication number: KR20080057418A
Application number: KR20060130677A
Authority: KR
Inventors: 표병기
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-25
Also published as: KR100868204B1

Abstract

본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 것으로서, 형광체에 부딪히지 않은 중앙 부근의 광들을 확산시키기 위해 형광체 위로 확산재를 마련하여, 광들의 균일한 색 혼합이 가능한 발광다이오드를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 발광다이오드는, LED칩이 장착되는 칩 장착부와,상기 LED칩을 덮도록 형성되며, 입자상의 형광체가 포함되어 이루어진 형광수지부와, 상기 형광수지부 상에 형성되며, 입자상의 확산재가 포함되어 이루어진 확산수지부와, 상기 형광수지부 및 상기 확산수지부를 덮도록 형성된 광 투과성의 봉지부를 포함한다.

LED칩, 형광체, 확산재, 발광다이오드, 장착부, 입자

Description

확산재를 이용하는 발광다이오드 및 그것의 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE USING LIGHT DIFFUSION MATERIAL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 작용을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 하우징 20: 방열 슬러그

30: 리드프레임 32, 34: 제 1 및 제 2 리드

42: 형광수지부 423: 형광체

44: 확산수지부 443: 확산제

2: LED칩

본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 광의 색(또는, 파장) 변환에 이용되는 형광체와 광을 확산시키는 확산재가 함께 이용되는 발광다이오드에 관한 것이다.

발광다이오드는 인가된 전류에 의한 P-N 반도체 접합에서 전자와 정공이 서로 결합하는 것에 의해 광을 발하는 광원을 의미하며, 통상, 패키지 구조로 제작되고 있다. 이러한 발광다이오드는 기존 광원에 비해 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 작은 전력으로 큰 효율을 낼 수 있는 이점을 갖는다.

통상, 발광다이오드는 3원색(즉, 적색, 녹색, 청색) 중 하나의 색을 발하는 LED칩을 이용하는데, 그 LED칩으로부터 나온 광의 일부를 흡수, 여기하는 형광체를 이용하여 광을 색 혼합하고, 이에 의해, 백색광과 같이 3원색과는 다른 색의 광을 얻을 수 있다.

일 예로, 종래에는 질화물계 반도체로 이루어진 LED칩으로부터 방출되는 청색광과, 그 청색광 일부를 형광체로 여기시켜 얻은 황색광의 혼합에 의해 백색광을 구현하는 발광다이오드가 공지된 바 있다. 일반적으로, 위와 같은 형광체는 입자상의 형태를 갖고서 LED칩을 봉지하는 수지 내에 포함된다.

그러나, 종래의 발광다이오드는, 형광체에 부딪히지 않고 바로 방출되는 청색광이 주로 중앙 부근에 집중되어 분포하고, 형광체에 부딪힌 황색광은 산란에 의해 넓게 분포하므로, 광의 균일한 색 혼합이 이루어지지 않아 광의 색수차가 커질 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이에 대하여, 광을 확산시키는 확산재를 형광체와 함께 봉지재 내에 불규칙하게 제공하여, 광의 색 혼합을 개선하는 기술이 개발된 바 있으며, 이러한 기술은 국내 공개 특허공보 제10-2004-18085호 등에 개시되어 있다. 그러나, 확산재와 형광체가 봉지재 내에 불규칙하게 섞여 있는 경우, 중앙으로 방출되는 청색광의 양이 약간 줄지만 중앙에서의 청색광의 양은 여전히 많고 또한 광이 확산재와 형광체에 연속적으로 부딪히면서 광의 효율은 크게 떨어진다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 형광체에 부딪히지 않은 중앙 부근의 광들을 확산시키기 위해 형광체 위로 확산재를 마련하여, 광들의 균일한 색 혼합이 가능한 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따른 발광다이오드는, LED칩이 장착되는 칩 장착부와, 상기 LED칩을 덮도록 형성되며, 입자상의 형광체가 포함되어 이루어진 형광수지부와, 상기 형광수지부 상에 형성되며, 입자상의 확산재가 포함되어 이루어진 확산수지부와, 상기 확산수지부 및 상기 형광수지부를 덮도록 형성된 광 투과성의 봉지부를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따라, 상기 형광수지부의 수지는 실리콘 수지이며, 상기 확산수지부의 수지는 실리콘 수지이다. 그리고, 상기 봉지부는 에폭시 수지를 몰딩하여 형성된다. 이때, 상기 형광수지부는 상기 형광체와 함께 확산재를 더 포함할 수 있으며, 또는 확산재 없이 형광체만으로 이루어질 수도 있다. 그리고, 상 기 형광수지부는 발광 방향으로 볼록한 곡면으로 형성되고, 상기 확산수지부는 상기 형광수지부의 곡면 상에 형성된다. 또한, 상기 LED칩은 청색 LED칩인 것이 바람직하며, 상기 확산재는 TiO₂, BaO, SiO₂, MgO, Y₂O₃를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따라, LED칩을 칩 장착부 상에 장착하고, 상기 LED칩 상에 입자상의 확산재가 포함된 형광수지를 형성하고, 상기 형광수지 상에 입자상의 확산재가 포함된 확산수지를 형성하고, 상기 형광수지 및 상기 확산수지를 덮도록 광 투과성의 봉지부를 형성하는 발광다이오드 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하 실시예의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광다이오드(1)는 패키지 하우징(10; 이하, '하우징'이라 함)을 포함하는 패키지 구조로 이루어진다. 상기 하우징(10)은 상부가 개방된 구조를 이루며, LED칩(2) 및 그 LED칩(2)이 장착되는 부분을 수용하는 공간을 내부에 갖는다. 이때, 상기 LED칩(2)은 청색광을 발하는 예를 들면, GaN계의 청색 LED칩인 것이 바람직하다.

상기 하우징(10)의 내부에는 상기 LED칩(2)의 방열을 촉진하여 그 LED칩(2)의 성능 및 수명 저하를 억제하는 대략 원통형의 방열 슬러그(20)가 삽입 설치된다. 상기 방열 슬러그(20)의 상부에는 돌출단부(22)가 형성되며, 상기 LED칩(2)은 상기 돌출단부(22) 상에 장착된다. 본 실시예에서, 상기 LED칩(2)이 방열 슬러그(20) 상에 장착되지만, 이와 달리, 방열 슬러그가 생략된 채 리드프레임의 일부에 장착될 수도 있다.

본 실시예의 발광다이오드(1)는 제 1 및 제 2 리드(32, 34)로 구성된 리드프레임(30)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 리드(32, 34)는 상기 하우징(10) 안쪽에서 방열 슬러그(20) 상의 LED칩(2)과 인접하게 배치된 채 하우징(20)의 외부로 연장되어 있다. 상기 LED칩(2)은 본딩와이어(W)에 의해 제 1 및 제 2 리드(32, 34)와 연결된다. 상기 제 1 및 제 2 리드(32, 34)의 외측 단부들은, 상기 발광다이오드(1)가 임의의 PCB(Printed Circuit Board) 상에 장착될 때, 그 PCB 상의 전극들과 각각 연결되어 외부의 전력을 상기 LED칩(2)에 인가하는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드(1)는, 상기 LED칩(2)을 보호하기 위해, 그 LED칩(2) 및 그것이 장착된 방열 슬러그(20)를 둘러싸는 봉지수단을 포함한다. 상기 봉지수단은 광의 색 변환을 위한 형광수지부(42)와, 광의 확산을 위한 확산수지부(44)를 포함한다.

상기 형광수지부(42)는 상기 LED칩(2)을 덮도록 그 LED칩(2)이 장착되는 부분인 방열 슬러그(20)의 돌출단부(22) 상에 형성된다. 이때, 형광수지부(42)는, 입 자상의 형광체들(423)이 수지(421) 내에 포함되어 이루어지는 것이며, 액상의 형광수지가 상기 돌출단부(22) 상에 도팅(dotting)되어 형성된다. 그리고, 상기 형광수지부(42)는 표면 장력에 의해 대략 렌즈 형태로 형성될 수 있다. 상기 수지(421)로는, 다양한 투명 수지가 이용될 수 있지만, 광 굴절율과 열 특성을 고려하여 실리콘 수지가 이용되는 것이 바람직하다. 실리콘 수지는 열변 현상이 적어 LED칩(2)의 높은 온도에 의한 물성 변화가 적다. 형광체(423)들로는 LED칩(2)으로부터 나온 청색광을 황색광으로 여기시키는, 예를 들면, YAG계 또는 오소실리케이트계의 입자상 물질이 이용된다.

상기 확산수지부(44)는 상기 형광수지부(42) 상에 예를 들면 도포 방식으로 형성된다. 이때, 상기 확산수지부(44)는 입자상의 확산재들(443)이 수지(441) 내에 포함되어 이루어진다. 확산수지부(44)의 수지(441)는, 전술한 형광수지부(42)의 수지와 마찬가지로, 실리콘 수지가 이용될 수 있다. 참고로, 형광수지부(42)와 확산수지부(44) 각각에 동일한 실리콘 수지가 이용하고, 그 위에 에폭시 수지로 된 봉지부(48)를 형성한 경우, 시각적으로 상기 봉지부(48) 안쪽에서 층이 지는 현상이 발견되지 않는다. 반면, 형광수지부와 확산수지부를 서로 다른 수지, 즉, 실리콘 수지와 에폭시 수지로 형성하는 경우, 봉지부(48) 안쪽에서 시각적으로 층이 져서 보이는 현상이 발견된다.

상기 확산재들(443)은, 광을 색 변환(또는, 파장 변장) 시킴 없이, 광을 산란시킬 수 있는 물질이 이용되며, 본 실시예에서는, 백색 금속 산화물, 그 중에서 도, TiO₂, BaO, SiO₂, MgO, Y₂O₃ 또는 그와 유사 물질이 단일 또는 혼합되어 이용된다. 상기 확산재들(443)은 형광수지부(42)를 거쳐 나온 광들의 상당 부분을 산란시키며, 특히, 형광수지부(42)에서 색 변환되지 않고 나온 중앙의 청색광들을 주변으로 산란시키는 역할을 주로 한다. 따라서, 확산수지부(44)를 나온 청색광과 황색광은 한쪽으로 편중됨 없이 고르게 혼합될 수 있으며, 이에 의해, 상기 확산수지부(44) 위쪽에서는 색 수차가 크게 감소된 백색광이 얻어질 수 있다.

이때, 상기 확산수지부(44)는 중앙 부근의 높이가 상대적으로 크고 주변으로 향할수록 높이가 작아지는 대략 종 형태를 갖는 것이 바람직한데, 이러한 확산수지부(44)의 종 형태는 중앙 부근에 포함된 확산재의 양을 많게 하여 중앙에 주로 집중된 많은 청색광을 주변으로 산란시켜주는데 크게 기여한다. 이에 의해, 청색광과 황색광은 상기 확산수지부(44)의 상부 전 영역에 걸쳐서 고르게 방출될 수 있다.

봉지부(48)는 LED칩(2)이 장착된 방열 슬러그(20) 및 그 위의 모든 부분들, 즉, 형광수지부(42) 및 확산수지부(44)를 전체적으로 덮도록 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 봉지부(48)는 에폭시 수지를 몰딩하여 형성되며, 그 바로 아래쪽에 확산수지부(44)가 위치한다. 그리고, 상기 봉지부(48)는 상단의 발광면이 볼록한 렌즈형의 곡면으로 이루어지며, 형광수지부(42)와 확산수지부(44)를 거치면서 얻어진 백색광을 외부로 방출한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드와 종래 발광다이오드의 작용을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)는 종래기술을 나타내는 것으로, 형광수지부(42')를 거친 광들 중, 형광체(423')에 부딪힌 광들은 황색광으로 변화됨과 동시에 산란이 이루어져 형광수지부(42')의 상부면 전 영역에 걸쳐 폭 넓게 위로 방출되고 있는 반면, 형광체(423')에 부딪히지 않은 청색광들은 형광수지부(42')의 상부면 중앙 부근에서 집중된 채 위쪽으로 방출된다. 이는 발광다이오드(1)의 중앙 부근에 많은 양의 청색광이 편중되는 것을 야기하여 광의 큰 색수차를 야기한다.

도 2의 (b)는 본 발명의 실시예를 나타내는 것으로, 도 2의 (a)와 비슷한 양상으로 청색광과 황색광이 형광수지부(42)를 거쳐 나오지만, 중앙에 집중된 청색광이 확산수지부(44) 내에서 확산재들(443)에 의해 산란되므로, 청색광과 황색광은 전 영역에 걸쳐 골고루 분포되고, 이에 의해, 그 청색광과 황색광의 균일한 색 혼합이 이루어질 수 있다. 그리고, 위와 같은 균일한 색 혼합은 양질의 백색광을 얻는데 크게 기여한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3의 (a)와 같이, 먼저, 하우징 내 삽입 설치된 방열 슬러그(20) 상에는 LED칩(2)이 장착된다. 이때, 상기 LED칩(2)은 본딩와이어(W)들에 의해 리드프레임의 제 1 및 제 2 리드(32, 34; 도 1 참조)에 연결된다. 이때, 방열 슬러그(20)를 생략하는 경우, 제 1 및 제 2 리드 중 어느 하나에 LED칩(2)이 장착될 수도 있다. 즉, 상기 LED칩(2)은 방열 슬러그가 아닌 발광다이오드의 다른 부품에 장착될 수도 있는 것이다.

그 다음, 도 3의 (b)와 같이, 형광수지부(42)가 LED칩(2)을 덮도록 상기 방열 슬러그(20)의 돌출 단부 상에 형성된다. 상기 형광수지부(42)는 입자상의 형광체들(423)을 포함하는 액상의 형광수지를 예를 들면, 도팅(dotting) 방식에 의해 상기 방열 슬러그(20)의 돌출단부 상에 올린 후 이를 경화시킴으로써 얻어진다. 이때, 상기 형광수지는 표면장력에 의해 대략 렌즈 형태의 구면을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 형광수지부(42)가 상기 LED칩(2) 위에 형성되면, 도 3의 (c)와 같이, 상기 형광수지부(42)를 덮는 확산수지부(44)가 대략 종 형태 형성된다. 상기 확산수지부(44)는, 확산재들(443)을 포함하는 액상의 확산수지를 상기 형광수지부(42) 상에 도포함으로써, 형성될 수 있다.

그 다음, 상기 방열 슬러그(20) 및 그 위의 부분들, 즉, LED칩(2), 형광수지부(42), 그리고, 확산수지부(44)를 덮도록 에폭시 소재의 봉지부(48)가 형성되며, 이에 의해, 도 3의 (d)와 같은 패키지 구조의 발광다이오드가 제조될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 형광수지부(42), 확산수지부(44) 그리고, 봉지부(48)을 포함한다. 다만, 상기 형광수지부(42)의 수지(421) 내에는 형광체(423)과 함께 확산재(425)가 포함된다. 이 확산재(425)는 확산수지부(44)에 포함된 확산재(443)와 별도로 형성되는 것으로, 이에 의하면, 상기 형광수지부(42) 내에서는, 확산재(425)가 광의 1차 확산에 이용되고, 확산수지부(44) 내의 확산재(443)은 광의 2차 확산에 이용된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 칩 장착부인 방열 슬러그(20)의 상단에 울타리부(223)가 형성된다. 그리고, 상기 울타리부(223)의 안쪽에는 LED칩(2)이 장착된다. 이때, 형광수지부(42)는 울타리부(223) 안쪽에 채워져서 상기 LED칩(2)을 덮으며, 상기 울타리부(223) 및 그 안쪽에 채워진 형광수지부(42)는 확산수지부(44)를 형성시키기 좋은 대략 평탄한 면을 상부에 형성할 수 있다. 상기 확산수지부(44)의 형성을 위해, 확산재가 포함된 액상의 수지를 상기 평탄한 면에 올림으로써, 상기 확산수지부(44)를 이루는 액상의 수지는, 아래로 흘러내림 없이, 상기 형광수지부(42) 상에 용이하게 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

본 발명에 따르면, 형광체에 부딪히지 않은 중앙 부근의 광들을 확산시키는 확산재를 형광체 위쪽에 마련함으로서, 광들의 균일한 색 혼합을 가능하게 하고, 이에 의해, 색수차를 줄인 원하는 색의 광을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims

LED칩이 장착되는 칩 장착부와;

상기 LED칩을 덮도록 형성되며, 입자상의 형광체가 포함되어 이루어진 형광수지부와;

상기 형광수지부 상에 형성되며, 입자상의 확산재가 포함되어 이루어진 확산수지부와;

상기 형광수지부 및 상기 확산수지부를 덮도록 형성된 광 투과성의 봉지부를;

포함하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 형광수지부의 수지는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 2에 있어서, 상기 확산수지부의 수지는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 봉지부는 에폭시 수지를 몰딩하여 형성된 것임을 특징으로 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 형광수지부는 상기 형광체와 함께 확산재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 형광수지부는 발광 방향으로 볼록한 곡면으로 형성되고, 상기 확산수지부는 상기 형광수지부의 곡면 상에 층상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 LED칩은 청색 LED칩인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 확산재는 TiO₂, BaO, SiO₂, MgO, Y₂O₃ 를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 확산수지부는 중앙 부근에 더 많은 확산재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 칩 장착부에는 상기 LED칩이 장착되고 그 위로 형광수지부가 채워지는 울타리부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
LED칩을 칩 장착부 상에 장착하고;

상기 LED칩 상에 입자상의 형광체가 포함된 형광수지를 형성하고;

상기 형광수지 상에 입자상의 확산재가 포함된 확산수지를 형성하고;

상기 형광수지 및 상기 확산수지를 덮도록 광 투과성의 봉지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 형광수지는 상기 형광체가 포함된 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 확산수지는 상기 확산재가 포함된 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 형광수지는 확산재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 확산재는 TiO₂, BaO, SiO₂, MgO, Y₂O₃ 를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제조방법.