KR20110039226A - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몸체, 상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 산란제 층 및 상기 산란제 층 상에 형성된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.상기 산란제는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포함할 수 있으며, 상기 산란제 층은 수지에 산란제가 혼합된 것일 수 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 발광 다이오드 칩 상에 산란제를 도포한 후 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 형광체의 양을 줄일 수 있고 형광체로 인한 광손실을 감소시켜, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Light emitting diode and Method of manufacturing the same}
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드 칩 상에 산란제를 도포한 후 형광체를 분포시켜 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용하고 균일한 색의 광을 구현할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광 다이오드는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있다. 백색 발광 다이오드는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
발광 다이오드 기술에서 백색을 구현하는 방식은 크게 두 가지로 구분 가능하다. 첫번째는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩을 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 그러나, 각 발광 다이오드 칩은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용 환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
두번째는 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 예를 들어 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 상에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 분포시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 현재 이와 같이 청색 발광 다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 방법이 보편화되어 있다.
도 1은 상술한 바와 같이 백색 발광을 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 발광 형광체를 사용한 종래 백색 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 전극(4, 5)이 형성된 기판(1)과, 상기 기판(1) 상에 실장되는 청색 발광 다이오드 칩(2)과, 상기 청색 발광 다이오드 칩(2) 상에 분포시킨 황색 발광 형광체(3)를 포함하여 이루어진다. 발광 다이오드 칩(2)은 제 1 전극(4) 상에 실장되고, 와이어(7)를 통하여 제 2 전극(5)과 전기적으로 연결된다. 상기 기판(1)의 상부에는 발광 다이오드 칩(2)을 봉지하는 몰딩부(6)가 형성된다.
그리하여 상기 발광 다이오드에 전류 인가시, 발광 다이오드 칩(2)의 청색 발광과 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광체(3)의 황색 발광의 조합으로 인한 백색을 구현할 수 있다.
일반적으로 발광 다이오드는 상면으로 대부분의 발광이 이루어지기 때문에 상기와 같은 백색광을 구현하기 위해서는 필요한 만큼의 황색광을 얻기 위해 발광 다이오드 칩의 상면에 일정 두께의 형광체가 도포되어야 한다. 이에 따라 발광 다이오드 칩의 상면에 많은 양의 형광체가 필요하게 되고, 발광 다이오드 칩의 상면에 두껍게 도포된 형광체로 인해 발광 다이오드 칩에서 방출된 광이 소정 비율로 형광체 내부에 흡수 소멸되기 때문에 휘도를 감소시키고 발광 효율의 저하를 야기할 수 있다.
또한 형광체가 발광 다이오드 칩 상에 분포된 정도에 따라, 방출되는 백색광이 일정하지 않고 발광 다이오드를 보는 각도마다 광의 색이 달라지는 문제점이 있다. 따라서 소비자가 요구하는 백색광의 구현이 어려울 뿐만 아니라 색의 재현성에 문제가 생기며, 신뢰성을 저하시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 다이오드 칩 상에 산란제를 도포한 후 형광체를 균일하게 분포시킴으로써 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용하여 형광체의 양을 감소시키고, 광도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 색의 광을 구현하고 색의 재현성이 우수하여 효율을 증대시키며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 몸체, 상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 산란제 층 및 상기 산란제 층 상에 형성된 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.상기 산란제는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포함할 수 있으며, 상기 산란제 층은 수지에 산란제가 혼합된 것일 수 있다. 상기 몸체는 기판, 하우징에 장착된 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나일 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광하는 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 형광체 층은 황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 상기 몰딩부 내부에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 외부와 전기적으로 연결되도록 몸체에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계, 상기 발광 다이오드 칩 상에 산란제 층을 형성하는 단계 및 상기 산란제 층 상에 형광체를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 산란제 층을 형성하는 단계는, 상기 산란제를 용융 상태에서 상기 발광 다이오드 칩 상에 얇은 박막의 형태로 도포하는 단계를 포함하거나, 상기 산란제를 용액에 용해시킨 후 상기 발광 다이오드 칩 상에 얇은 박막의 형태로 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 산란제를 균일하게 혼합한 수지를 사용하여 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 산란제를 분말 형태로 물 또는 정착액에 혼합하여 상기 발광 다이오드 칩 상에 분사하는 단계를 포함하거나, 상기 산란제를 분말 형태로 상기 발광 다이오드 칩 상에 분포시킨 후 정착액을 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산란제 층 상에 형광체를 균일하게 분포시키는 단계는, 상기 형광체와 투명 에폭시 수지를 혼합한 혼합물로 상기 발광 다이오드 칩과 상기 산란제 층을 봉지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 발광 다이오드 칩 상에 산란제를 도포한 후 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 산란제에 의해 발광 다이오드 칩으로부터의 광이 산란 또는 분산되며 넓은 범위로 지향각이 넓어진 이후 형광체에 반응하기 때문에, 형광체의 양을 줄일 수 있고 형광체로 인한 광손실을 감소시켜, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 넓은 범위로 균일하게 광을 방출하기 때문에, 균일한 색의 광을 구현하고 색의 재현성이 우수하여 효율을 증대시키며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 백색 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩 상에 산란제를 도포한 후 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용하여 형광체의 양을 줄일 수 있다. 또한 형광체로 인한 광손실이 감소되어 광도가 향상되고, 발광 다이오드의 균일한 색의 광을 얻을 수 있으며 색의 재현성을 향상시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 기술적 요지는 하기 설명하는 여러 가지의 실시예에서 볼 수 있듯이 다양한 구조에 적용할 수 있다.
도 2 또는 도 3은 본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예를 도시한 것으로, 칩 형태의 발광 다이오드를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 전극(60, 65)과, 제 1 전극(60) 상에 실장되는 청색 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(20) 상에 산란제 층(30)을 포함하고, 산란제 층(30) 상에 균일하게 분포된 황색 형광체(40)를 포함하며, 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(50)를 포함한다.
상기 기판(10)은 도 3에 도시한 바와 같이 기계적 가공을 통해 기판(10)의 중심 영역에 소정의 홈을 형성하고 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 주어 형성된 반사부(70)를 포함할 수 있다. 이러한 반사부(70)를 형성하여 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고, 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
본 실시예의 전극(60, 65)은 기판(10) 상에 청색 발광 다이오드 칩(20)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 전극(60) 및 제 2 전극(65)으로 구성한다. 상기 전극(60, 65)은 인쇄 기법을 통하거나, 접착제를 이용하여 형성할 수 있다. 전극(60, 65)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하고, 제 1 전극(60)과 제 2 전극(65)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
본 실시예의 발광 다이오드 칩(20)은 제 1 전극(60) 상에 실장되고, 와이어(90)를 통하여 제 2 전극(65)과 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)이 전극(60, 65) 상에 실장되지 않고 기판(10) 상에 형성되는 경우에, 2개의 와이어(90)를 통하여 각각 제 1 전극(60) 또는 제 2 전극(65)과 연결될 수 있다.
본 실시예는 하나의 청색 발광 다이오드 칩(20)을 사용하였으나, 발광 다이오드 칩(20)의 종류와 개수는 한정되지 않고 원하는 목적을 위해 다양하게 형성할 수 있다. 예를 들어 청색 발광 다이오드 칩을 다수개로 구성하여 광의 밝기를 향상시킬 수 있다. 또한 본 실시예는 백색광을 구현하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 발광 다이오드 칩과 형광체를 사용하여 원하는 색을 다양하게 구현할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 산란에 의하여 확산시킴으로써 균일하게 발광시키는 산란제 층(30)을 포함한다. 산란제로는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머 타입으로 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 사용할 수 있다. 이러한 산란제는 액상 및 고상 등의 다양한 형태로 발광 다이오드 칩 상에 분포된다.
상기 산란제 층(30)의 상부에는 청색 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광을 파장 변환하기 위한 황색 발광 형광체(40)를 포함한다. 그리하여 발광 다이오드 칩(20)의 청색 발광과 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광체(40)의 황색 발광의 조합으로 인해 백색광을 구현할 수 있다.
상기 기판(10) 상부에는 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하기 위한 몰딩부(50)가 형성된다. 몰딩부(50)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 투명한 수지를 사용하며, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 발광 다이오드 칩(20) 상에 도포한 후 투명 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(50)를 형성하거나, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 투명 에폭시 수지에 균일하게 혼합한 혼합물을 이용하여 몰딩부(50)를 형성할 수도 있다. 몰딩부(50)는 소정의 사출 공정을 통해 형성할 수 있다. 또한, 별도의 제작틀을 이용하여 제작한 다음, 이를 강압 또는 열처리하여 발광 다이오드 칩(20)을 몰딩할 수 있다. 이러한 몰딩부(50)의 제조 방법은 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 몰딩부(50)의 형태는 도시된 바와 같이 한정되지 않고, 발광 다이오드 칩(20)으로부터의 발광을 집속시키거나 확산시키는 렌즈 기능을 포함할 수 있고, 예를 들어 광학 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
또한 이러한 몰딩부(50)를 형성하는 대신에 형광체가 도포된 캡을 별도로 제조하여 상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에 형성할 수도 있다.
상기 몰딩부(50)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(60, 65)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(60, 65)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
일반적으로 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광은 특정의 발광 패턴을 가지고, 그로 인해 모든 방향으로 균일하게 방출되지는 못한다. 발광 다이오드 칩에서 방출되는 청색 발광은 황색 형광체에 반응하여 파장변환되는데, 대부분 발광 다이오드 칩의 상면으로 방출되는 청색 발광은 백색광을 구현하기 위하여 발광 다이오드 칩의 상면에 많은 양의 형광체가 필요하게 된다. 또한, 불균일한 발광 패턴으로 방출되는 청색 발광은 형광체에 균일하게 반응하지 못하기 때문에 깨끗한 백색광의 구현이 어렵고, 형광체의 양과 분포에 따라 색의 편차가 크게 일어나 색의 재현성에 문제가 발생한다.
그러나 본 실시예는 발광 다이오드 칩 상에 산란제 층이 형성되고 산란제에 의해 발광 다이오드 칩으로부터의 광이 산란 또는 분산되며, 발광 다이오드 칩의 상면 뿐 아니라 전체적으로 지향각이 넓어진 이후 형광체에 반응한다. 따라서 형광체의 양을 줄일 수 있고 형광체로 인한 광손실을 감소시켜, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 불필요한 발광 패턴을 형성하는 일 없이 넓은 범위로 균일하게 광을 방출하기 때문에, 일정한 색의 백색광을 얻을 수 있어 색의 재현성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 단면도로, 탑 형태의 발광 다이오드를 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 전극(60, 65)과, 제 1 전극(60) 상에 실장되는 청색 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(20) 상에 산란제 층(30)을 포함하고, 산란제 층(30) 상에 균일하게 분포된 황색 형광체(40)를 포함한다. 이는 상기 제 1 실시예의 구성과 거의 동일하며, 이에 대한 구체적 설명은 도 2에 관련된 상술로 대신한다. 단지 제 3 실시예는 상기 기판(10)의 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸도록 형성된 반사기(80)를 포함하며, 발광 다이오드 칩(20)의 보호를 위해 상기 반사기(80)의 중앙 홀에 형성된 몰딩부(50)를 포함한다.
상기 반사기(80)는 상기 기판(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸도록 형성되며, 이 때 광의 휘도 및 집광 능력을 향상시키기 위해 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸는 반사기(80)의 내측벽이 소정 기울기를 갖도록 형성할 수 있다. 이는 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고 발광 효율을 증대시키기 위해 바람직하다.
본 실시예는 하나의 청색 발광 다이오드 칩(20)을 사용하였으나, 물론 발광 다이오드 칩(20)의 종류와 개수는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 백색광의 밝기 향상을 위해 다수개로 구성하는 등 다양하게 형성가능하다. 또한 본 실시예는 백색광을 구현하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 발광 다이오드 칩과 형광체를 사용하여 원하는 색을 다양하게 구현할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 산란에 의하여 확산시킴으로써 균일하게 발광시키는 산란제 층(30)을 포함한다. 산란제로는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머 타입으로 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 사용할 수 있다. 이러한 산란제는 액상 및 고상 등의 다양한 형태로 발광 다이오드 칩 상에 분포된다.
상기 산란제 층(30)의 상부에는 청색 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광을 파장 변환하기 위한 황색 발광 형광체(40)를 포함한다. 그리하여 발광 다이오드 칩(20)의 청색 발광과 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광체(40)의 황색 발광의 조합으로 인해 백색광을 구현할 수 있다.
상기 반사기(80)의 중앙 홀에는 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하기 위한 몰딩부(50)가 형성된다. 몰딩부(50)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 투명한 수지를 사용하며, 도면에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 발광 다이오드 칩(20) 상에 분포시킨 후 투명 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(50)를 형성하거나, 제 2 실시예의 경우와 마찬가지로 상기 형광체(40)를 투명 에폭시 수지에 균일하게 혼합한 혼합물을 이용하여 몰딩부(50)를 형성할 수도 있다. 몰딩부(50)는 액상 에폭시 수지 또는 형광체(40)와 액상 에폭시 수지의 혼합물을 상기 반사기(80)의 중앙 홀에 충진하여 소정 시간동안 가열 경화시켜 형성할 수 있다. 이러한 몰딩부(50)는 다양한 공정과 제조 방법으로 형성될 수 있으며, 몰딩부(50)의 형태는 도시된 바와 같이 한정되지 않고, 예를 들어 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 4 실시예와 제 5 실시예를 도시한 것으로, 램프 형태의 발광 다이오드를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드는 선단에 반사부(70)를 포함하는 제 1 리드 단자(100)와, 상기 제 1 리드 단자(100)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(105)로 구성된다. 상기 제 1 리드 단자(100)의 반사부(70) 내부에 청색 발광 다이오드 칩(20)이 실장되고, 와이어(90)를 통하여 제 2 리드 단자(105)와 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 상기 반사부(70) 내에 형성된 산란제 층(30)을 포함하고, 산란제 층(30) 상에 균일하게 분포된 형광체(40)를 포함하고, 상기 리드 단자(100, 105)의 선단부에 성형용 틀을 이용하여 형성된 몰딩부(50)를 포함한다.
도시된 바와 같이 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 제 1 리드 단자(100)는 소정 영역에 홈이 형성되고 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 갖는 반사부(70)를 포함할 수 있다. 반사부(70)의 하부 평면에 발광 다이오드 칩(20)을 실장하며, 이는 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고, 발광 효율을 증대하기 위한 것이다.
본 실시예는 하나의 청색 발광 다이오드 칩(20)을 사용하였으나, 물론 발광 다이오드 칩(20)의 종류와 개수는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 백색광의 밝기 향상을 위해 다수개로 구성하는 등 다양하게 형성가능하다. 또한 본 실시예는 백색광을 구현하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 발광 다이오드 칩과 형광체를 사용하여 원하는 색을 다양하게 구현할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 산란에 의하여 확산시킴으로써 균일하게 발광시키는 산란제 층(30)을 포함한다. 산란제로는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머 타입으로 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 사용할 수 있다. 이러한 산란제는 액상 및 고상 등의 다양한 형태로 발광 다이오드 칩 상에 분포된다.
상기 산란제 층(30)의 상부에는 청색 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광을 파장 변환하기 위한 황색 발광 형광체(40)를 포함한다. 그리하여 발광 다이오드 칩(20)의 청색 발광과 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광체(40)의 황색 발광의 조합으로 인해 백색광을 구현할 수 있다.
상기 리드 단자(100, 105)의 선단에 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하고 리드 단자(100, 105)를 고정하기 위한 몰딩부(50)를 형성하며, 몰딩부(50)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 투명한 수지를 사용할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 발광 다이오드 칩(20) 상에 분포시킨 후 투명 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(50)를 형성하거나, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 투명 에폭시 수지에 균일하게 혼합한 혼합물을 이용하여 몰딩부(50)를 형성할 수도 있다. 몰딩부(50)는 액상 에폭시 수지 또는 형광체(40)와 액상 에폭시 수지의 혼합물을 성형용 틀에 충진한 후, 상기 액상 에폭시 수지 또는 혼합물이 담긴 성형용 틀에 산란제 층(30)을 포함하는 발광 다이오드 칩(20)이 실장된 리드 단자(100, 105)를 디핑(dipping)하여 소정 시간 동안 가열 경화시켜 형성할 수 있다. 물론 이러한 몰딩부(50)의 제조 방법은 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다.
하부 노출된 제 1 및 제 2 리드 단자(100, 105)와 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 6 실시예와 제 7 실시예를 도시한 것으로, 하우징을 포함한 발광 다이오드를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드는 양측에 전극(60, 65)이 형성되고 관통홀을 포함하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 관통홀에 장착되는 기판(120)과, 기판(120) 상에 실장되는 청색 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 이 때 상기 기판(120)은 열전도성이 우수한 재질을 사용하여 히트 싱크로 구성함으로써, 발광 다이오드 칩(20)에서 발산되는 열의 방출을 더욱 효과적으로 할 수 있다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(20) 상에 산란제 층(30)을 포함하고, 산란제 층(30) 상에 균일하게 분포된 황색 형광체(40)를 포함하며, 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(50)를 포함한다.
또한 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(10) 중앙의 소정 영역에 역전된 절두원추 형상의 리세스 영역을 갖도록 반사부(70)를 형성하여, 그 하부 평면 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수 있다. 역전된 절두원추 형상의 리세스 영역은 빛의 휘도 및 집광 능력을 향상시키기 위해 소정 기울기를 갖도록 형성할 수 있다.
본 실시예는 하나의 청색 발광 다이오드 칩(20)을 사용하였으나, 발광 다이오드 칩(20)의 종류와 개수는 한정되지 않고 원하는 목적을 위해 다양하게 형성할 수 있다. 또한 본 실시예는 백색광을 구현하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 발광 다이오드 칩과 형광체를 사용하여 원하는 색을 다양하게 구현할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 산란에 의하여 확산시킴으로써 균일하게 발광시키는 산란제 층(30)을 포함한다. 산란제로는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머 타입으로 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 사용할 수 있다. 이러한 산란제는 액상 및 고상 등의 다양한 형태로 발광 다이오드 칩 상에 분포된다.
상기 산란제 층(30)의 상부에는 청색 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광을 파장 변환하기 위한 황색 발광 형광체(40)를 포함한다. 그리하여 발광 다이오드 칩(20)의 청색 발광과 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광체(40)의 황색 발광의 조합으로 인해 백색광을 구현할 수 있다.
상기 기판(10) 상부에는 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하기 위한 몰딩부(50)가 형성된다. 몰딩부(50)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 투명한 수지를 사용하며, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 발광 다이오드 칩(20) 상에 분포시킨 후 투명 에폭시 수지를 이용하여 몰딩부(50)를 형성하거나, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 형광체(40)를 투명 에폭시 수지에 균일하게 혼합한 혼합물을 이용하여 몰딩부(50)를 형성할 수도 있다. 이러한 몰딩부(50)의 제조 방법은 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있으며, 몰딩부(50)의 형태는 마찬가지로 도시된 바와 같이 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
상기 몰딩부(50)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(60, 65)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(60, 65)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩 상에 산란제 층이 형성되어 있기 때문에, 산란제에 의해 발광 다이오드 칩으로부터의 광이 산란 또는 분산되며, 발광 다이오드 칩의 상면 뿐 아니라 전체적으로 지향각이 넓어진 이후 형광체에 반응한다. 따라서 형광체의 양을 줄일 수 있고 형광체로 인한 광손실을 감소시켜, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 불필요한 발광 패턴을 형성하는 일 없이 넓은 범위로 균일하게 광을 방출하기 때문에, 일정한 색의 백색광을 얻을 수 있어 색의 재현성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 외부와 전기적으로 연결되도록 몸체에 발광 다이오드 칩을 실장한다.
도 2 및 도 3과 같은 칩형 발광 다이오드의 경우, 기판(10) 상에 전극(60, 65)을 형성하고, 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(70)를 형성할 수 있다. 다양한 전기적 실장 방법을 이용하여 발광 다이오드 칩(20)을 기판(10) 상에 실장한다. 도전성 접착제를 사용하여 전극(60, 65) 상에 실장할 수도 있고, 기판(10)의 소정 영역에 실버 페이스트를 도포하여, 그 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수도 있다.
이후, 와이어(90) 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(60, 65)을 전기적으로 연결한다. 이 때, 전극(60) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장하는 경우에는 하나의 와이어(90)를 형성하여 연결하고, 전극(60) 상이 아닌 기판(10) 상에 실장하는 경우에는 두 개의 와이어(90)를 형성하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(60, 65)을 각각 연결하도록 한다.
도 4와 같은 탑형 발광 다이오드의 경우, 기판(10) 상에 전극(60, 65)을 형성하고 발광 다이오드 칩(20)을 기판(10) 상에 실장한다. 상기 기판(10)의 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸도록 반사기(80)를 형성한 후, 와이어(90) 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(60, 65)을 전기적으로 연결하도록 한다.
도 5 및 도 6과 같은 램프형 발광 다이오드의 경우, 상기와 동일한 방법으로 제 1 리드 단자(100) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장하고, 와이어(90)를 통해 발광 다이오드 칩(20)과 제 2 리드 단자(105)와 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(70)를 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 8과 같은 하우징을 포함한 발광 다이오드의 경우, 관통홀을 포함하는 하우징(110) 상의 양측에 전극(60, 65)을 형성하고, 강제 압입식 방법 또는 열 융착을 이용한 장착 방법을 이용하여 상기 하우징(110)의 관통홀에 기판(10) 또는 히트 싱크를 장착한다. 이 때 히트 싱크는 열전도성이 우수한 재질을 사용하여 발광 다이오드 칩(20)에서 발산되는 열의 방출을 더욱 효과적으로 한다. 기판(10) 또는 히트 싱크 상부의 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 소정 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(70)를 형성할 수 있다.
기판(10) 또는 히트 싱크 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장한 후, 와이어(90) 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(60, 65)을 와이어(90)를 통해 전기적으로 연결한다.
이와 같이 다양한 구조의 발광 다이오드에 있어서, 몸체에 발광 다이오드 칩(20)을 실장한 후 상기 발광 다이오드 칩(20) 상에 산란제 층(30)을 형성한다. 상기 산란제로는 Si, O, Al, F, N, C를 포함하는 화합물 또는 폴리머 타입으로 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 사용할 수 있다.
상기 산란제 층(30)을 형성하기 위해, 산란제를 원재료로 하여 얇은 박막의 형태로 발광 다이오드 칩(20) 상에 도포하는 방법이 있다. 예를 들어, 산란제를 용융 상태에서 발광 다이오드 칩(20) 상에 얇은 박막의 형태로 도포하거나, 산란제를 용액에 용해시킨후 발광 다이오드 칩(20) 상에 얇은 박막의 형태로 도포할 수 있다.
또한 산란제를 분말 형태로 물 또는 정착액에 혼합하여 상기 발광 다이오드 칩(20) 상에 분사하거나, 산란제를 분말 형태로 상기 발광 다이오드 칩(20) 상에 뿌린 후 정착액을 분사함으로써 산란제 층(30)을 형성할 수 있다.
또한 상기 산란제를 균일하게 혼합한 수지를 사용하여 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지할 수도 있다. 예를 들어, 산란제를 액상 에폭시 수지에 혼합하여 그 혼합물을 발광 다이오드 칩(20)의 상부에 도포하고 성형기로 누른 후 경화시키거나, 에폭시 수지와 산란제의 혼합 분말로 제작된 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩 방법을 사용하여 산란제 층(30)을 형성할 수 있다. 이 때 상술한 SiO2, SiN, Al2O3 등의 물질을 산란제로 사용하는 경우에는 수지와 산란제 및 형광체를 모두 혼합하여 단일 공정으로 도포할 수도 있다. 이는 산란제가 형광체에 비해 상대적으로 입도 또는 길이가 크기 때문에, 결과적으로 비중 차이에 의해 발광 다이오드 칩의 상부에 먼저 산란제가 분포되고, 그 상부에 형광체가 분포되도록 할 수 있다.
이와 같이 공정 조건 및 공정상 편의에 따라 다양한 방법으로 산란제 층(30)을 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 산란제 층(30) 상에 형광체를 분포시킨다.
이는 형광체가 혼합된 수지를 사용하여 도팅하거나 몰딩부를 형성하여 상기 산란제 층 상에 형광체를 분포시킬 수 있다. 또한 형광체가 도포된 캡을 제조하여 발광 다이오드 칩 상부에 형성할 수 있다. 또한 상기 언급한 바와 같이, 수지에 상기 산란제 및 형광체를 모두 혼합하여 단일 공정으로 도포할 수도 있다.
이와 같이 제조된 본 발명의 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있으며, 균일한 색의 광을 구현하고 색의 재현성이 우수하여 효율을 증대시키며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
1 : 기판 2 : 발광 다이오드 칩
3 : 형광체 4, 5 : 전극
6 : 몰딩부 7 : 와이어
10 : 기판 20 : 발광 다이오드 칩
30 : 산란제 층 40 : 형광체
50 : 몰딩부 60, 65 : 전극
70 : 반사부 80 : 반사기
90 : 와이어 100, 105 : 리드 단자
110 : 하우징 120 : 기판

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 기판;
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 발생된 광을 산란에 의해 확산시키는 산란층;
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 발생된 광이 외부로 발산하는 방향에 상기 발광 다이오드 칩으로부터 일정 간격 이격되어 형성되며, 상기 산란에 의한 광 또는 상기 발광 다이오드 칩으로부터 발생된 광을 파장 변환하는 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩의 제1 단자와 전기적으로 연결된 제1 전극; 및
    상기 발광 다이오드 칩의 제2 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극과 이격되어 배치된 제2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1 전극 및 제 2 전극은 구리 또는 알루미늄을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 일측면을 덮도록 형성되는 하우징을 더 포함하며,,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 하우징의 일측면에 각각 형성되고,
    상기 기판의 하면은 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서
    상기 기판은 상기 하우징의 상면 일부로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 소정 영역에 리세스 영역을 가지며, 상기 리세스 영역의 측면은 소정 기울기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 산란층은 상기 발광 다이오드 칩과 상기 형광체층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 산란층은 Si, O, Al, F, N, C를 중 어느 하나를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판상에 위치한 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 캡은 상기 형광체층과 일치하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
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