KR20200019552A - Led 패키지 - Google Patents

Abstract

형광체 조성에 첨가되어 발광효율이 극대화되는 LED 패키지를 제공하고, 상하부 굴절율을 제어하여 상부 출사광을 극대화하여 발광효율을 더욱 높이면서 방열 효율이 개선된 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지는 기판, 상기 기판 상 실장된 LED 베어칩, 상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체, 및 상기 형광체와 합께 혼입되는 나노파우더를 포함하고, 상기 나노파우더의 충진밀도는 하층이 상층보다 더 크게 형성된다.

Description

LED 패키지{LED PACKAGE}

본 발명은 LED 패키지에 대한 것으로서, 발광효율 및 방열효율이 현저하게 개선된 LED 패키지에 대한 것이다.

LED는 전류 인가에 의해 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 반도체 발광 장치로서, 통상, LED 칩을 포함하는 패키지 구조로 제작되며, 그와 같은 구조의 발광장치는 흔히 'LED 패키지'라 칭해진다.

상기 LED를 이용해서 백색 광을 구현하는 방법으로는 비교적 제작이 용이하고, 효율이 우수한 청색 LED 칩과 상기 청색 LED칩에 의해 여기되어 황색을 발광하는 형광체를 조합한 바이너리 시스템(binary system)이 대표적으로 이용되고 있다.

바이너리 시스템에 있어서, 청색 LED칩을 여기 광원으로 사용하고, 이트륨 알루미늄 가넷계(YAG:Yttrium Aluminum Garnet) 형광체, 즉 YAG:Ce 형광체 또는 실리케이트계(Silicate) 형광체를 상기 청색 LED 칩에서 출사되는 여기광으로 여기시키는 형태의 백색 발광 다이오드가 주로 사용되어 왔다.

이러한 형광체는 디스펜싱 장치에 의해 LED 베어칩 상부에 몰딩 형성하는 경우가 일반적인데, 하부 및 상부의 굴절율이 동일하게 형성되어 발광효율이 저하되는 문제가 생기게 된다. 또한, 실리케이트계 형광체의 경우 고온/고습한 조건에서 열화 특성이 저하되어 발광 다이오드의 발광 효율을 저하시키는 문제가 있다 따라서, 발광 효율 및 방열 효율이 더욱 극대화된 LED 패키지가 필요한 시점이다.

이에 선행기술문헌(한국등록특허 제10-1434835호)에서는 열저항성을 극대화하고 형광체를 분산시켜 안정성을 높이기 위해 형광체를 유리와 혼합하는 방법을 개시하고 있으나, 제조 비용의 현저한 상승을 초래하므로 상용화되지 못하였다.

[선행기술문헌]

한국등록특허 제10-1434835호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 형광체 조성에 첨가되어 발광효율이 극대화되는 LED 패키지를 제공하고, 상하부 굴절율을 제어하여 상부 출사광을 극대화하여 발광효율을 더욱 높이면서 방열 효율이 개선된 LED 패키지를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지는 기판, 상기 기판 상 실장된 LED 베어칩, 상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체, 및 상기 형광체와 합께 혼입되는 나노파우더를 포함하고, 상기 나노파우더의 충진밀도는 하층이 상층보다 더 크게 형성된다.

이때, 상기 나노파우더의 충진밀도가 하층이 상층보다 더 크게 형성되는 것은 상기 형광체층의 디스펜싱 속도를 제어하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 나노파우더의 충진밀도가 하층이 상층보다 더 크게 형성되는 것은 형광체층을 디스펜싱한 후 상기 형광체층의 형광체는 부유시키고, 상기 나노파우더는 상온 소성에 따라 하부로 낙하되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 나노파우더의 함량비는 형광체 대비 0.2% 내지 1.5%로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기 형광체 및 나노파우더가 제1차 디스펜싱 및 제2차 디스펜싱에 의해 형성되고, 상기 제1차 디스펜싱 시 주입되는 나노파우더의 충진밀도는 상기 제2차 디스펜싱 시 주입되는 나노파우더의 충진밀도보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기 나노파우더의 평균 밀도는 적어도 2가지 이상으로 형성되고, 하층은 평균 밀도가 큰 입자로 충진되고, 상기 상층은 평균 밀도가 작은 입자로 충진될 수 있다.

이때, 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기 평균 밀도가 큰 입자의 평균직경은 상기 평균 밀도가 작은 입자의 평균 직경보다 작게 형성될 수 있고, 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상층에 배치된 나노파우더의 개수는 하층에 배치된 나노파우더 개수 보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기 형광체의 평균 직경은 적어도 3종 이상으로 구성되고, 가장 큰 평균 직경을 갖는 형광체가 분포되어 형성된 공극을 그 다음 평균 직경을 갖는 형광체가 메꾸도록 배치 형성될 수 있다.

또한, 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기 형광체층이 상기 LED 베어칩으로부터 패키지가 정의되는 내부 공간에서 소정 거리 이격되어 형성될 수 있고, 상기 나노파우더는 적어도 2종의 나노 파우더로 구성되고, 상기 2종의 나노 파우더 중 밀도가 큰 것은 상기 형광체층의 하부로 분산 분포할 수 있다.

본 발명은 LED 패키지의 발광효율을 더욱 향상시키고 및 굴절율 제어에 따라 발광 효율을 더욱 극대화 시킨다.

본 발명은 형광체 조성에 열방출 나노입자를 분포시켜 LED 패키지의 방열효율을 더욱 향상시킨다.

*도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 3는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.
도 7는 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 패키지의 모식도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 LED 패키지를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 패키지(101)의 모식도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 기판(10), LED 베어칩(30), 형광체(40), 및 나노파우더(50)을 포함하여 이루어지고, 도시한 바와 같이 리플렉터(20)를 더 포함할 수 있다.

기판(10)은 직선형, 원형 또는 다각형상의 판으로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 솔더링부(미도시)를 통해서 발광소자(베어칩)와 기판(110)이 전기적으로 연결되며 별도의 본딩 와이어를 갖지 않을 수 있다. 솔더링부는 표면실장 방식(SMT; Surface Mount Technology)으로 형성될 수 있다.

형광체(40)는 형광체층(129)은 LED 베어칩(30)으로부터 출사된 광을 여기하는데, 주로 여기되어 방출되는 파장이 노란색인 형광체(Y)를 주성분으로 하여 제조될 수 있고, LED 베어칩(30)이 블루계열의 광을 출사하는 경우에는 레드 (R)계열 또는 그린(G) 계열의 형광체를 사용할 수 있다. 한편, 형광체는 기지인 수지 매트릭스 내에서 분포하도록 형성되어 LED 베어칩(30)을 덮도록 형성된다.

*나노파우더(50)는 BN, CeO2, Y2O3, Gd2O3, La2O3 중 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진다. 나노파우더(50)는 상기한 형광체와 함께 교반되어 기지 내에서 분포하도록 한다. 이때, 나노파우더(50)는 기지에 혼입된 분산제의 의해 균일한 분포를 형성한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 나노파우더(50)의 충진밀도가 하층이 상층보다 더 크게 형성된다.

이때, 나노파우더(50)의 충진밀도가 하층이 상층보다 더 크게 형성되는 것은 디스펜싱의 속도를 제어하여 형광체(40) 매트릭스 복합체를 경화하기 전에 나노파우더(50)의 분포를 하층에 더욱 밀집되는 방법으로 수행한다. 즉, 상기한 CeO2, Y2O3, Gd2O3, La2O3가 형광체보다 밀도가 큰 성질을 이용하여 경화 전에 나노 파우더가 하부로 배치 형성되도록 한다. 이때, 형광체 및 나노파우더 복합 슬러리를 디스펜싱한 후에 형광체는 부유제에 의해 부유시키고, 나오파우더는 상온 소성에 따라 하부로 중력 낙하시켜 형성시킬 수 있다. 이에, 도시한 바와 같이 LED 패키지(101) 구조에서 나노파우더(50)의 충진밀도가 밀한 영역인 A1과 소한 영역인 A2로 대략 구분된다.

이때, 형광체와 나노파우더의 함량비는 형광체 대비 0.2% 내지 1.5%로 형성되는 것이 바람직하다. 나노파우더의 함량이 이보다 작은 경우에는 하부 굴절율 상승 효과가 나타나지 않았기 때문이고, 나오파우더의 함량이 이 보다 큰 경우에는 산란도 증가로 광효율이 오히려 저감하였기 때문이다. 특히, Y2O3, Gd2O3, La2O3로 나누파우더를 구성한 경우에 광효율이 저감폭이 유의미한 결과를 보여주었다.

이상과 같이 나노파우더(50)의 충진밀도를 하층이 더욱 크게 형성하여 하층에서는 LED 베어칩(30)에서 출사된 광의 굴절을 도모하고 상층에서는 굴절율이 작도록 형성시켜 상대적으로 출사광의 원활한 배출을 도모하여 광효율을 극대화하도록 한다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 패키지(102)에 대하여 설명한다. 도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 패키지(102)의 모식도이다. 제2 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였다.

본 실시예에 따른 LED 패키지(102)는 디스펜싱을 복수회 실시한다. 이때, 1차 디스펜싱의 충진속도와 2차 디스펜싱의 속도를 제어하는데 1차 디스펜싱의 속도를 더 크게 형성하여 하층에 근접한 나노파우더(50)의 충진밀도를 상부보다 더욱 크게 형성한다.

또는, 본 실시예에 따른 LED 패키지(102)는 형광체(40) 및 나노파우더(50) 슬러리를 제1차 디스펜싱 및 제2차 디스펜싱하여 형광체층을 형성하고, 제1차 디스펜싱 시 주입되는 나노파우더(50)의 충진밀도 자체가 제2차 디스펜싱 시 주입되는 나노파우더(50)의 충진밀도보다 크게 형성되도록 디스펜싱의 레시피를 서로 다르게 복수개로 형성하는 것도 가능하다. 이에, LED 패키지(102)에서 영역 A1과 영역 A2가 구분되며 계면을 영역 사이에 계면을 갖게 된다.

이하, 본 발명의 제3,4 실시예에 따른 LED 패키지(103,104)에 대하여 설명한다. 도 3 및 4는 본 발명의 제3,4 실시예에 따른 LED 패키지(103,104)의 모식도이다. 제3,4 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였다.

제3 실시예에서는 상기 나노파우더(50)의 평균 밀도는 적어도 2가지 이상으로 구획되고, 하층은 평균 밀도가 큰 입자(50b)로 충진되고, 상층은 평균 밀도가 작은 입자(50a)로 충진된다. 이에 따라 하층의 굴절율 확보 및 상층의 열전도율 향상을 더욱 도모하게 된다. 이때, 평균 밀도가 큰 입자(50b)의 평균 직경은 평균 밀도가 작은 입자의 평균 직경 보다 작게 형성될 수 있다. 평균 밀도가 작은 입자가 전술한 바와 같이 하층으로 분포시키기가 더욱 용이하기 때문이다.

도 4를 참조하면 제4 실시예에서는 상층의 나노파우더(50a)의 개수가 하층의 나노파우더(50b)의 개수 보다 작게 형성된다. 또한, 나노파우더의 평균입경이 마찬가지로 상층이 하층보다 크게 형성된다. 이에 따라 하층의 고굴절율을 도모하고, 상층의 저 굴절율에 따른 광출사 향상을 도모하고, 상대적으로 큰 입경의 나노파우더에 의한 상층의 방열 통로를 형성하여 방열 효율을 더욱 극대화하게 된다.

이하, 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 패키지(105)에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 패키지(105)의 모식도이다. 제2 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 패키지(105)의 모식도이다. 본 실시예에서는 전술한 나노파우더의 분포 외에도 형광체 자체의 입도 제어에 따라 비 여기광의 출사를 막아 더욱 향상된 백색광을 구현하도록 한다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 형광체의 평균 직경은 적어도 3종 이상으로 구성되고, 큰 평균 직경을 갖는 형광체(41)가 분포되어 형성된 공극을 그 다음 평균 직경을 갖는 형광체(42)가 메꾸도록 배치 형성된다. 한편, 도면에서는 이해를 돕기 위해 형광체가 수직으로 다수 분포되는 것으로 도시되었지만 형광체는 수직배치되는 형광체의 개수가 1~2개로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.

이하, 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 패키지(106)에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 패키지(106)의 모식도이다. 제6 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였다.

본 실시예에서는 수직방향(v) 구조 및 수평방향(h) 구조가 추가되었다. 즉, 가장 큰 평균 직경을 갖는 1군 형광체(41)와 그 이웃하는 1군 형광체(41) 사이의 공간을 그 다음 평균 직경을 갖는 2군 형광체(42) 또는 상기 나노파우더(50a 또는 50b)가 배치되어 있다. 이에 따라, 형광체(41) 사이의 공간을 다른 형광체(42) 또는 나노파우더(50a 또는 50b)가 채우게 되어 여기 발광 효율을 더욱 증가시킨다.

이하, 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 패키지(107)에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 패키지(107)의 모식도이다. 제7 실시예에서는 제1 실시예와 같은 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하였다.

본 실시예에서 형광체(41,42)는 LED 베어칩(30)으로부터 소정 거리 이격(d)되어 리무트 형성된다. 이는 나노파우더(50b)의 중력 침지 시 부유제를 병행 사용하여 형광체의 침전을 설정 거리로 제어하기 때문이다. 즉, 본 실시예에 따른 LED 패키지는 형광체가 LED 패키지의 상부에 리모트 형성되는 것이 아니라 LED 패키지가 정의되는 공간의 내부 영역에 형광체가 리모트되어 형성된다.

이때, 나노파우더는 적어도 하나의 나노 파우더(50a, 50b)로 구성되고, 나노 파우더 중 밀도가 큰 것(50b)은 상기 형광체 층의 하부로 분산 분포하거나 혹은 형광체 층에 함께 분포하게 된다. 또한, 밀도가 작은 나노파우더(50a)를 병용하는 경우에는 나노파우더(50a)가 형광체층의 상부에 배치될 수 있다.

이에 따라, 하층의 나노파우더(50b)에 따라 굴절율이 증가하여 광효율이 향상되며, 상층의 나노파우더(50a)에 따라 패키지 열방출 구조가 도모되며, 형광체(41,42)의 리모트 구조에 따라 열화 파괴를 더 방지하게 된다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 기판
20: 리플렉터
30: LED 베어칩
40: 형광체
41: 평균직경이 큰 형광체
42: 평균직경이 작은 형광체
50: 나노파우더
50a: 평균밀도가 작은 나노파우더
50b: 평균밀도가 큰 나노파우더

Claims (1)

1. 기판;
   상기 기판 상 실장된 LED 베어칩; 및
   상기 LED 베어칩 상에 형성된 형광체, 및 상기 형광체와 합께 혼입되는 나노파우더;를 포함하는 형광체층;을 포함하고,
   형광체층을 디스펜싱한 후 상기 형광체층의 형광체는 부유시키고, 상기 나노파우더는 상온 소성에 따라 하부로 낙하하여,
   상기 형광체는 상기 LED 베어칩으로부터 LED 패키지가 정의되는 공간 내부에서 소정 거리 이격되어 형성되고, 상기 나노파우더의 충진밀도는 하층이 상층보다 더 크게 형성되고,
   상기 나노파우더의 함량비는 형광체 대비 0.2% 내지 1.5%로 이루어지고,
   상기 나노파우더의 평균 밀도는 적어도 2가지 이상으로 형성되고, 하층은 평균 밀도가 큰 입자로 충진되고, 상기 상층은 평균 밀도가 작은 입자로 충진되고,
   상기 평균 밀도가 큰 입자의 평균직경은 상기 평균 밀도가 작은 입자의 평균 직경보다 작게 형성되고,
   상층에 배치된 나노파우더의 개수는 하층에 배치된 나노파우더 개수 보다 작게 형성되고,
   상기 형광체의 평균 직경은 적어도 2군 이상으로 구성되고, 가장 큰 평균 직경을 갖는 1군 형광체와 그 이웃하는 1군 형광체 사이의 공간을 그 다음 평균 직경을 갖는 2군 형광체 또는 상기 나노파우더가 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
   

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