KR20120097697A - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR20120097697A
KR20120097697A KR1020110017063A KR20110017063A KR20120097697A KR 20120097697 A KR20120097697 A KR 20120097697A KR 1020110017063 A KR1020110017063 A KR 1020110017063A KR 20110017063 A KR20110017063 A KR 20110017063A KR 20120097697 A KR20120097697 A KR 20120097697A
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layer
emitting diode
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이영배
신명주
백승환
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삼성전자주식회사
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Abstract

발광 다이오드를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 발광부, 상기 발광부를 덮는 봉지층 그리고 상기 봉지층 위에 위치하는 유기 물질로 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층의 굴절률은 공기(air)의 굴절률 이상이며, 상기 봉지층의 굴절률 이하이다.

Description

발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 기본적으로 p형과 n형 반도체 접합으로 이루어져 있으며, 전압 인가시 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 발하는 발광 반도체를 이용하는 소자이다. 발광 다이오드는 기존의 전구에 비해 소형, 경량화가 가능하고, 발열이 적으며 수명이 길고 고속의 응답이 가능한 점 등의 다양한 장점으로 인해 다양한 전기 전자 제품에 활용되고 있다.
이러한 발광 다이오드는 통상적으로 LED칩과 그 LED칩을 보호하기 위한 봉지재를 포함한다. 기존에 실리콘 수지와 같은 재료로 봉지재를 형성하였으나, 습기에 취약한 문제가 있다.
또한, 발광 다이오드의 구조체에 사용되는 재료의 굴절률이 대기의 굴절률에 비해 매우 크기 때문에 내부 전반사가 많이 발생하여 광효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전반사에 의한 광손실을 방지할 수 있고, 내습 효과를 갖는 코팅층을 포함하는 발광 다이오드를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판, 상기 기판 위에 위치하는 발광부, 상기 발광부를 덮는 봉지층 그리고 상기 봉지층 위에 위치하는 유기 물질로 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층의 굴절률은 공기(air)의 굴절률 이상이며, 상기 봉지층의 굴절률 이하이다.
상기 코팅층은 올레산(Oleic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 에이코세노산(Eicosenoic acid), 에루크산(Erucic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 봉지층 내에 분산되어 있는 형광체를 더 포함할 수 있다.
상기 형광체는 산화물계 또는 질화물계 화합물일 수 있다.
상기 형광체는 β형 실리콘 질화 규소(Si3N4) 결정 구조를 갖는 결정 가운데 유로븀(Europium; Eu)이 고용된 질화물 또는 산질화물의 결정을 포함할 수 있다.
상기 형광체는 녹색 파장 대역의 (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2MgSi2O7:Eu2+, Ba2ZnSi2O7:Eu2+, BaAl2O4:Eu2+, SrAl2O4:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+, 및 BaMg2Al16O27:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 형광체는 청색 파장 대역의 BaMg2Al16O27:Eu2+, Sr4Al14O25:Eu2+,BaAl18O13:Eu2+, (Sr,Mg,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+ 및 Sr2Si3O8?2SrCl2:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 형광체는 적색 파장 대역의 산화물계인 Y2O3:Eu3+, Bi3+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu2+, Mn2+, (Ca,Sr,Ba,Mg,Zn)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH)2:Eu2+, Mn2+, (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)BO3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)(P,V)O4:Eu3+, Bi3+, (Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu2+, Mn2+, (Y,Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2SiO4:Eu2+, 및 Mn2+ 중에서 적어도 하나를 포함하거나 질화물계인 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2SiO4 - xNy:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 봉지층은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성될 수 있다.
상기 발광부에서 발생한 빛은 상기 봉지층, 상기 코팅층의 순서로 통과할 수 있다.
상기 코팅층은 하부막과 상기 하부막 위에 위치하는 상부막을 포함하고, 상기 상부막은 상기 하부막보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판의 외측 상부면에 위치하는 몰드프레임을 더 포함하고, 상기 몰드 프레임 내부에 상기 발광부와 상기 봉지층이 위치할 수 있다.
상기 코팅층은 상기 봉지층에서 연장되어 상기 몰드 프레임의 측면을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 봉지층은 굴절률이 서로 다른 이중막으로 형성될 수 있다.
상기 봉지층은 상기 발광부를 덮는 하부 봉지층 그리고 상기 하부 봉지층 위에 위치하는 상부 봉지층을 포함하고, 상기 상부 봉지층은 상기 하부 봉지층보다 굴절률이 작을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 습기에 강하고 대기와 발광 다이오드의 굴절률 차이를 감소할 수 있는 물질로 코팅층을 발광 다이오드에 형성함으로써 신뢰성과 광효율을 동시에 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드(1)는 기판(100), 기판(100) 상부에 기판(100)의 외측을 따라 형성된 몰드 프레임(120), 몰드 프레임(120)에 둘러싸여 있는 노출된 기판(100) 상부에 위치하는 발광부(140)를 포함한다. 기판(100)과 몰드 프레임(120)은 일체로 형성될 수 있다.
기판(100) 및 몰드 프레임(120)을 포함하는 패키지(150)는 외부의 습기로부터 발광부(140)를 보호하는 역할을 한다.
발광 다이오드(1)에는 몰드 프레임(120)과 발광부(140) 사이의 공간을 채우는 봉지층(200)이 형성되어 있다. 봉지층(200) 내부에는 형광체(180)가 분산된 형태로 위치한다.
도시하진 않았지만, 발광부(140)는 발광칩과 리드 패턴을 포함하고, 발광칩과 리드 패턴을 연결하는 배선을 포함할 수 있다. 상기 리드 패턴은 전극 패턴으로써 상기 발광칩에 외부 전원을 인가하는 역할을 한다.
상기 발광 칩은 동일 평면상에 N형 전극 및 P형 전극이 형성된 수평형 발광 칩으로써, 상기 리드 패턴 상에 실장된다. 물론 상부에 P형 전극이, 하부에 N형 전극이 형성된 수직형 발광 칩을 사용할 수도 있다.
봉지층(200)은 발광부(140)를 봉지하여 보호하기 위한 것으로서, 보호체의 역할을 하며, 봉지층(200) 내부에 분산되어 있는 형광체(180)는 녹색 형광체와 적색 형광체가 혼합되어 광이 입사됨에 따라 적, 녹색의 광이 방출될 수 있다. 이 때, 발광부(140)는 청색 발광칩일 수 있고, 상기 청색 발광칩에서 발광되는 청색의 광과 상기 적, 녹색의 광이 혼합되어 백색광이 출력될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드(1)에 포함된 형광체(180)는 산화물계 또는 질화물계 화합물로 형성할 수 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 형광체(180)는 β형 실리콘 질화 규소(Si3N4) 결정 구조를 갖는 결정 가운데 유로퓸(Europium; Eu)이 고용된 질화물 또는 산질화물의 결정을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 형광체(180)는 녹색 파장 대역에 속하는 (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2MgSi2O7:Eu2+, Ba2ZnSi2O7:Eu2+, BaAl2O4:Eu2+, SrAl2O4:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+, 및 BaMg2Al16O27:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 앞에서 설명한 형광체(180) 물질은 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따른 형광체(180)는 청색 파장 대역에 속하는 BaMg2Al16O27:Eu2+, Sr4Al14O25:Eu2+,BaAl18O13:Eu2+, (Sr,Mg,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+ 및 Sr2Si3O8?2SrCl2:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시예에 따른 형광체(180)는 적색 파장 대역에 속하는 산화물계인 Y2O3:Eu3+, Bi3+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu2+, Mn2+, (Ca,Sr,Ba,Mg,Zn)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH)2:Eu2+, Mn2+, (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)BO3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)(P,V)O4:Eu3+, Bi3+, (Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu2+, Mn2+, (Y,Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2SiO4:Eu2+, 및 Mn2+ 중에서 적어도 하나를 포함하거나 질화물계인 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2SiO4 - xNy:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
상기 물질들을 포함하는 본 실시예에 따른 형광체(180)는 열적 안정성이 우수하고, LCD용 컬러 필터와 최적의 스펙트럼 매칭을 가지며, 따라서 뛰어난 휘도와 색재현성을 구현할 수 있다.
봉지층(200)은 투명한 실리콘 수지 또는 에폭시 수지로 형성할 수 있으며, 발광 다이오드의 용도에 따라 광이 투과될 수 있을 정도의 불투명 수지로 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드(1)는 봉지층(200) 위에 코팅층(300)이 형성되어 있다. 코팅층(300)은 봉지층(200)과 몰드 프레임(120)을 덮도록 형성되어 있고, 도시하진 않았지만 코팅층(300)은 연장되어 패키지(150)의 측면을 덮을 수 있다.
본 실시예에 따른 코팅층(300)의 굴절률은 발광부(140)의 굴절률과 대기의 굴절률 사이의 값을 갖는 유기 물질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코팅층(300)은 하기 표 1에 나타낸 올레산(Oleic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 에이코세노산(Eicosenoic acid), 에루크산(Erucic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
본 실시예에 따른 코팅층(300)을 형성하는 물질들은 소수성 작용기를 많이 포함하고 있어 외부 습기가 발광부(140)로 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 실험 결과, 코팅하지 않은 상태에서의 발광 다이오드의 휘도가 7.90 칸델라(Cd)였고, 본 실시예에 따라 올레산(Oleic acid)으로 코팅한 코팅층을 포함하는 발광 다이오드의 휘도는 8.24 칸델라(Cd)로 대략 4% 정도 향상되는 효과가 있었다.
또한, 공기(air)의 굴절률 1과 실리콘 수지로 형성된 봉지층(200)의 굴절률 1.54 사이의 값을 갖기 때문에 발광부(140)에서 발생한 빛이 봉지층(200)을 통과하여 공기 중으로 입사할 때 전반사되는 정도를 감소할 수 있다. 다시 말해, 발광부(140)에서 발생한 빛이 봉지층(200)을 통과하여 공기 중으로 방출되는 임계각(전반사가 일어나는 각도)을 크게 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 2의 실시예에 따른 발광 다이오드(1)는 도 1의 실시예에 다른 발광 다이오드와 대부분의 구성이 동일하다. 따라서, 도 1의 실시예에 따른 발광 다이오드와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 다른 구성은 도 1의 실시예에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 코팅층(300)은 하부막(300a)과 하부막(300a) 위에 위치하는 상부막(300b)을 포함하고, 상부막(300b)은 하부막(300a)보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 코팅층(300)은 하부막(300a)과 상부막(300b)의 이중막 구조에 한정되지 않고, 봉지층(200)에서 공기층으로 갈수록 점진적으로 낮은 굴절률을 갖는 여러 개의 막으로 형성할 수도 있다. 이러한 구조를 통해 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 봉지층(200)은 발광부(140)를 덮는 하부 봉지층(200a)과 하부 봉지층(200a) 위에 위치하는 상부 봉지층(200b)을 포함한다. 여기서, 상부 봉지층(200b)은 하부 봉지층(200a)보다 굴절률이 작을 수 있다. 발광부(140)에 포함되어 있는 발광칩이 질화 갈륨(GaN)으로 형성될 수 있고, 이 때 발광부(140)의 굴절률은 2.32이다. 이 때, 하부 봉지층(200a)의 굴절률은 2.0이고, 상부 봉지층(200b)의 굴절률은 1.7일 수 있다.
본 실시예에 따른 봉지층(200)은 하부 봉지층(200a)과 상부 봉지층(200b)의 이중막 구조에 한정되지 않고, 발광부(140)에서 코팅층(300)으로 갈수록 점진적으로 낮은 굴절률을 갖는 여러개의 막으로 형성할 수도 있다. 이러한 구조를 통해 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 도 1의 실시예의 코팅층(300)의 구조가 패키지(150)의 측면을 덮고 있는 것을 보여준다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 기판 120 몰드 프레임
140 발광부 180 형광체
200 봉지층 300 코팅층

Claims (15)

  1. 기판,
    상기 기판 위에 위치하는 발광부,
    상기 발광부를 덮는 봉지층 그리고
    상기 봉지층 위에 위치하는 유기 물질로 형성된 코팅층을 포함하고,
    상기 코팅층의 굴절률은 공기(air)의 굴절률 이상이며, 상기 봉지층의 굴절률 이하인 발광 다이오드.
  2. 제1항에서,
    상기 코팅층은 올레산(Oleic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 에이코세노산(Eicosenoic acid), 에루크산(Erucic acid) 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드.
  3. 제2항에서,
    상기 봉지층 내에 분산되어 있는 형광체를 더 포함하는 발광 다이오드.
  4. 제3항에서,
    상기 형광체는 산화물계 또는 질화물계 화합물인 발광 다이오드.
  5. 제4항에서,
    상기 형광체는 β형 실리콘 질화 규소(Si3N4) 결정 구조를 갖는 결정 가운데 유로퓸(Europium; Eu)이 고용된 질화물 또는 산질화물의 결정을 포함하는 발광 다이오드.
  6. 제4항에서,
    상기 형광체는 녹색 파장 대역의 (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu2+, Ba2MgSi2O7:Eu2+, Ba2ZnSi2O7:Eu2+, BaAl2O4:Eu2+, SrAl2O4:Eu2+, BaMgAl10O17:Eu2+, Mn2+, 및 BaMg2Al16O27:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드.
  7. 제4항에서,
    상기 형광체는 청색 파장 대역의 BaMg2Al16O27:Eu2+, Sr4Al14O25:Eu2+,BaAl18O13:Eu2+, (Sr,Mg,Ca,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+ 및 Sr2Si3O8?2SrCl2:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드.
  8. 제4항에서,
    상기 형광체는 적색 파장 대역의 산화물계인 Y2O3:Eu3+, Bi3+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu2+, Mn2+, (Ca,Sr,Ba,Mg,Zn)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH)2:Eu2+, Mn2+, (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)BO3:Eu3+, Bi3+, (Gd,Y,Lu,La)(P,V)O4:Eu3+, Bi3+, (Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu2+, Mn2+, (Y,Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2SiO4:Eu2+, 및 Mn2+ 중에서 적어도 하나를 포함하거나 질화물계인 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2SiO4 - xNy:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드.
  9. 제1항에서,
    상기 봉지층은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 형성된 발광 다이오드.
  10. 제9항에서,
    상기 발광부에서 발생한 빛은 상기 봉지층, 상기 코팅층의 순서로 통과하는 발광 다이오드.
  11. 제1항에서,
    상기 코팅층은 하부막과 상기 하부막 위에 위치하는 상부막을 포함하고, 상기 상부막은 상기 하부막보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성된 발광 다이오드.
  12. 제1항에서,
    상기 기판의 외측 상부면에 위치하는 몰드 프레임을 더 포함하고,
    상기 몰드 프레임 내부에 상기 발광부와 상기 봉지층이 위치하는 발광 다이오드.
  13. 제12항에서,
    상기 코팅층은 상기 봉지층에서 연장되어 상기 몰드 프레임의 측면을 덮도록 형성된 발광 다이오드.
  14. 제1항에서,
    상기 봉지층은 굴절률이 서로 다른 이중막으로 형성된 발광 다이오드.
  15. 제14항에서,
    상기 봉지층은 상기 발광부를 덮는 하부 봉지층 그리고
    상기 하부 봉지층 위에 위치하는 상부 봉지층을 포함하고,
    상기 상부 봉지층은 상기 하부 봉지층보다 굴절률이 작은 발광 다이오드.
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