WO2015190689A1 - 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 led 패키지 - Google Patents

희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 led 패키지 Download PDF

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particles
led
compound
formula
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이상준
류정곤
고다현
김영식
임서영
원경일
박광진
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주식회사 효성
주식회사 이츠웰
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    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder

Definitions

  • the present invention relates to an LED package comprising rare earth metal oxide particles, and more particularly to a blue, green or red LED package comprising rare earth metal oxide particles.
  • LED Light Emitting Diode
  • LED a light emitting device
  • LED light emitting diode
  • Increasing application of the light emitting diode (LED) due to the global energy saving trend and the development of compound semiconductor technology Is making rapid progress.
  • the LED package is largely composed of LED chips, adhesives, encapsulants, phosphors and heat dissipation accessories, among which the LED encapsulant surrounds the LED chip, thereby protecting the LED chip from external shocks and the environment.
  • the LED encapsulant since LED light must pass through the LED encapsulant in order to come out of the LED package, the LED encapsulant must have high optical transparency, that is, high light transmittance, and have a high refractive index suitable for increasing light extraction efficiency. Required.
  • Epoxy resins with high refractive index and low cost have been widely used as LED encapsulants, but epoxy resins have low heat resistance, which causes deterioration due to heat in high-power LEDs. There is a problem of lowering the luminance.
  • a silicone resin having excellent light resistance in the low wavelength region is used (the bonding energy of the siloxane bond (Si-O-Si) of the silicone resin is 106 kcal / mol, compared to the carbon-carbon (CC) bonding energy). 20 kcal / mol or more high heat resistance and excellent light resistance), the silicone resin has a low refractive index has a problem of low light extraction efficiency and weak adhesion.
  • Patent document 1 includes a polysiloxane prepolymer having a TiO 2 domain having an average domain size of less than 5 nm and contains 20 to 60 mol% of TiO 2 (based on total solids), has a refractive index of> 1.61 to 1.7, room temperature and It discloses a curable liquid polysiloxane / TiO 2 composite for use in liquid, a light emitting diode encapsulation material at atmospheric pressure.
  • Patent document 2 contains the epoxy resin and polysilazane which hardens reaction with the said epoxy resin, The composition for sealing materials of the optoelectronic device, the sealing material formed from the said composition, and the light emitting diode containing the said sealing material. It is started.
  • Patent Document 1 KR Publication 10-2012-0129788 A (2012.11.28.)
  • Patent Document 2 KR Publication 10-2012-0117548 A (2012.10.24.)
  • the first is to increase the total amount of light produced by the chip
  • the second method is to increase the so-called light extraction efficiency by extracting the generated light out of the LED as much as possible.
  • the encapsulant surrounds the LED chip, but only about 15% of the chip generated light energy is output as light, and the rest is absorbed by the encapsulant.
  • the focus of attention on the light efficiency of the LED is to improve the light extraction efficiency so that the light generated in the light emitting layer of the LED is effectively emitted to the outside without being lost by total reflection inside the LED chip.
  • the present invention is to provide an encapsulant composition that significantly improves the light extraction efficiency.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art
  • an LED package having an LED encapsulant including a compound represented by the following Chemical Formula 1 in a polymer resin.
  • M is Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi, or Ac
  • a is 1 or 2
  • b is 0-2
  • c is 0-3
  • d is 0-3.
  • b, c, and d are not zero at the same time, and b and c are zero at the same time or not zero at the same time.
  • the formula compound, Y (OH) CO 3 It provides an LED package, characterized in that.
  • the compound of Formula 1, Y 2 O 3 It provides an LED package, characterized in that.
  • the compound of Formula 1 provides an LED package, characterized in that containing less than 30% by weight relative to the total composition.
  • the Y (OH) CO 3 is 1 to 20% by weight relative to the total composition It provides an LED package comprising a.
  • the Y 2 O 3 provides an LED package, characterized in that containing less than 20% by weight relative to the total composition.
  • the compound of Formula 1 provides a LED package, characterized in that the spherical particles are spherical particles of 0.5 to 1.
  • the spherical particles provide an LED package, characterized in that having a particle diameter within the range of 100 nm ⁇ 2 ⁇ m.
  • the spherical particles provide a LED package, characterized in that the monodispersion.
  • the compound of Formula 1 provides an LED package, characterized in that it has a refractive index within the range of 1.6 to 2.3.
  • the polymer resin is a LED package, characterized in that at least one selected from silicone resins, phenolic resins, acrylic resins, polystarene, polyurethane, benzoguanamine resin, and epoxy resin. To provide.
  • an LED package characterized in that it further comprises phosphor particles.
  • the emission wavelength of the blue LED chip is within the range of 400 ⁇ 500 nm
  • the emission wavelength of the green LED chip is within the range of 500 ⁇ 590 nm
  • the emission wavelength of the red LED chip is 591 ⁇ 780 nm.
  • An LED package is provided that is within range.
  • the compound of Formula 1 provides an LED package, characterized in that uniformly distributed in the encapsulant.
  • the LED package of the present invention has the effect of showing a high luminous efficiency by extracting the light trapped inside between the LED package chip and the encapsulant to the outside.
  • Figure 1 shows an embodiment of the LED package of the present invention.
  • FIG 2 shows another embodiment of the LED package of the present invention.
  • 3 to 7 show calibration curves showing luminance changes according to content, particle size, and sphericity of each of Y (OH) CO 3 particles and Y 2 O 3 particles.
  • the present invention relates to an LED package including an LED encapsulant including a compound represented by Chemical Formula 1 in a polymer resin.
  • M is Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi, or Ac
  • a is 1 or 2
  • b is 0-2
  • c is 0-3
  • d is 0-3.
  • b, c, and d are not zero at the same time, and b and c are zero at the same time or not zero at the same time.
  • the compound of Formula 1 is preferably Y (OH) CO 3 , or Y 2 O 3 , and more preferably Y (OH) CO 3 in view of light extraction efficiency. A more detailed description thereof will be understood with reference to the following Examples and Experimental Examples.
  • the content is preferably within 30% by weight based on the total composition. If too small amount is included, the light extraction efficiency can be improved. On the contrary, even if it is included too much, the light extraction efficiency can be lowered. That is, although there are some differences depending on the wavelength of the light and the type of the compound, there exists an optimal content range to maximize the light extraction efficiency, and if included in more than 30% by weight regardless of the wavelength of the light or the type of the compound The extraction efficiency will not be good. A more detailed description thereof will be understood with reference to the following Examples and Experimental Examples.
  • the compound of Formula 1 is Y (OH) CO 3
  • Y 2 O 3 it is preferable to include 20% by weight or less based on the total composition. It is because it is difficult to obtain the optimum brightness if the content is small or large out of the above range. A more detailed description thereof will be understood with reference to the following Examples and Experimental Examples.
  • the said Formula (1) compound is a spherical particle with a sphericity of 0.5-1, and it is more preferable so that sphericity is close to one.
  • the sphericity is a value obtained by dividing the maximum diameter of the particle by the minimum diameter, which may be defined as in Equation 1 below, and the closer to 1, the closer to the perfect sphere.
  • the spherical particles preferably have a particle size within the range of 100 nm to 2 ⁇ m. This may be slightly different depending on the type of the compound of the spherical particles, but if the particle size is less than 100 nm or more than 2 ⁇ m, the light extraction efficiency may be reduced. In addition, although there are some differences depending on the type of particles, since there is an optimal range of light extraction efficiency according to the particle size, the range of the particle size may be a very important configuration in terms of light extraction efficiency. A more detailed description thereof will be understood with reference to the following Examples and Experimental Examples.
  • the spherical particles are preferably monodisperse, and in the case of monodispersion, it is possible to impart a constant refractive index, which is preferable from the viewpoint of improving the light extraction efficiency.
  • the compound of Formula 1 has a refractive index within the range of 1.6 to 2.3. Less than 1.6 and greater than 2.3 may not increase the light extraction efficiency. This is because the refractive index of a typical silicon encapsulant is about 1.5 and the refractive index of a GaN chip is about 2.4.
  • the total reflection problem in the light emitting device package chip occurs at the boundary between the device, external air, and silicon, which is an external encapsulant.
  • the critical angle ( ⁇ crit ) that can escape when light or waves pass between two isotropic media with different refractive indices is:
  • the polymer resin may be a polymer resin widely used in the related art, and is not particularly limited.
  • the thing of 1 or more types chosen from silicone resin, a phenol resin, an acrylic resin, polystarene, a polyurethane, benzoguanamine resin, and an epoxy resin can be used,
  • the said silicone resin is polysilane, poly The siloxane and any one of these combinations may be used
  • the phenolic resin may be at least one phenolic resin selected from bisphenol-type phenol resins, resol type phenol resins, and resol type naphthol resins.
  • the resin may be one that is at least one epoxy resin selected from bisphenol F-type epoxy, bisphenol A-type epoxy, phenol novolak-type epoxy, and cresol novolak-type epoxy.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the LED package of the present invention.
  • the LED package 100 according to the present invention is provided on a substrate 110, a lead frame 120 installed on the substrate 110, and the lead frame 120 to emit light.
  • the encapsulant 200 may be filled in the reflector 150 to seal the LED chip 130 and the bonding wire 140.
  • Figure 2 shows another embodiment of the LED package of the present invention.
  • the LED package 100 ′ according to the present invention may further include phosphor particles 230 and may be used for implementing a desired color.
  • Y (OH) CO 3 particle preparation is based on 100 mL of distilled water. 4 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5-6 via a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours to prepare particles having a size of 300 nm or less. All spherical particles produced monodispersed particles of constant size.
  • the Y (OH) CO 3 particles were added in a ratio of 98% by weight of the silicone resin and 2% by weight of Y (OH) CO 3. , And homogenized into a homogenizer to prepare an encapsulant composition.
  • the sealing material composition was all prepared in the same manner as in Example 1. Prepared.
  • the encapsulant composition was the same as in Example 1 Prepared.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • Y (OH) CO 3 is based on 100 mL of distilled water. 4 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5-6 via a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours. The dried Y (OH) CO 3 particles were calcined for 3 hours at 900 ° C. in an oxidizing atmosphere to obtain Y 2 O 3 particles having a size of 300 nm or less.
  • Silicone resin After the addition of Y 2 O 3 particles in (OE 6631 A and OE 6631 B 1 Mix 2 ratio) (silicone-based resin of 99% by weight, Y 2 O 3 1% by weight), it homogenizer It was put and homogenized to prepare a sealing material composition.
  • An encapsulant composition was prepared in the same manner as in Example 6 except that the Y 2 O 3 particles were added to the silicone resin at a ratio of 97% by weight of the silicone resin and 3% by weight of Y 2 O 3 .
  • the sealing material composition was prepared in the same manner as in Example 6.
  • Y (OH) CO 3 particle preparation is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.7 to 5.8 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours to prepare particles having a size of 100 nm or less.
  • Y (OH) CO 3 particle preparation is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.5-5.6 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours to prepare particles of 500 nm or less.
  • Y (OH) CO 3 particle preparation is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.4 to 5.5 via a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours to prepare particles having a size of 1 ⁇ m or less.
  • Y (OH) CO 3 particle preparation is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.2-5.3 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours to prepare particles having a size of 2 ⁇ m or less.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • Y (OH) CO 3 is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.7 to 5.8 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours. The dried Y (OH) CO 3 particles were calcined in an oxidizing atmosphere at 900 ° C. for 3 hours to obtain Y 2 O 3 particles having a size of 100 nm or less.
  • a silicone resin a mixture of OE 6631 A and OE 6631 B in a 1: 2 ratio
  • the homogenizer was added to the homogenizer. It was put and homogenized to prepare a sealing material composition.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • Y (OH) CO 3 is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.5-5.6 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours. The dried Y (OH) CO 3 particles were calcined at 900 ° C. for 3 hours to obtain Y 2 O 3 particles having a size of 500 nm or less.
  • a silicone resin a mixture of OE 6631 A and OE 6631 B in a 1: 2 ratio
  • the homogenizer was added to the homogenizer. It was put and homogenized to prepare a sealing material composition.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • Y (OH) CO 3 is based on 100 mL of distilled water. 2 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea were dissolved in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.4 to 5.5 via a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours.
  • the dried Y (OH) CO 3 particles were calcined at 900 ° C. for 3 hours to obtain Y 2 O 3 particles having a size of 1 ⁇ m or less.
  • SEM pictures of Y 2 O 3 particles having a size of 1 ⁇ m or less are shown.
  • a silicone resin a mixture of OE 6631 A and OE 6631 B in a 1: 2 ratio
  • the homogenizer was added to the homogenizer. It was put and homogenized to prepare a sealing material composition.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • Y (OH) CO 3 was dissolved in 2 mL of yttrium nitrate hydrate and 40 g of urea in 100 mL of distilled water, followed by mixing with sufficient stirring for 30 minutes. After stirring, the pH was adjusted to 5.2-5.3 through a base of nitric acid and ammonium hydroxide. The mixed solution was heated at 90 ° C. and stirred for 1 hour, followed by filtration and washing with distilled water three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours. The dried Y (OH) CO 3 particles were calcined at 900 ° C. for 3 hours to obtain Y 2 O 3 particles having a size of 2 ⁇ m or less.
  • a silicone resin a mixture of OE 6631 A and OE 6631 B in a 1: 2 ratio
  • the homogenizer was added to the homogenizer. It was put and homogenized to prepare a sealing material composition.
  • Y 2 O 3 particles were obtained by firing after the production of Y (OH) CO 3 .
  • the preparation of Y (OH) CO 3 particles is based on 100 mL of distilled water. After dissolving 0.5 g yttrium nitrate hydrate and 40 g urea in 100 mL of distilled water, the mixture was adjusted with sufficient stirring for 30 minutes by adjusting the pH to 5 to 6 through nitric acid. The mixed solution was heated to 60 ° C. and stirred for 30 minutes, and then stirred for 1 hour by adjusting the pH to 8 to 9 through ammonium hydroxide. This was filtered and distilled water washed three times. The washed Y (OH) CO 3 particles were dried in an oven at 70 ° C. for 3 hours, and then fired at 900 ° C. in an oxidizing atmosphere for 6 hours. After firing, this was milled to make the particle size small to 300 nm.
  • the particles were not spherical, and the measured and sphericity was less than 0.5.
  • the encapsulant composition was the same as in Example 1 Prepared.
  • Silicone resin OE 6631 A and OE 6631 B were mixed at a ratio of 1: 2 to prepare a 100 wt% encapsulant composition.
  • the encapsulant composition of Examples 1 to 23 and Comparative Example When the encapsulant composition of Examples 1 to 23 and Comparative Example was mounted in an LED package having a blue LED (wavelength 450 nm) chip, the encapsulant composition of Examples 1 to 25 and Comparative Example was green LED (wavelength).
  • the light emitting device package used is a light emitting source using a chip connected by die bonding on a lead frame.
  • the transparent sealing material is molded with an encapsulant in which the silicone resin and the inorganic nanoparticles are dispersed.
  • the brightness increase rate is expressed as a percentage of the degree to which the brightness is increased based on Comparative Example 100. Luminance measurements were performed on a DARSA Pro 5200 PL System machine from Korean Professional Scientific Instrument.
  • Example 10 Increase in brightness 100 99.7 102.9 105.9 110.1 109.6 107.6 107.1 102.6 87.6 77.1
  • Example 12 Example 13
  • Example 14 Example 15
  • Example 16 Example 17
  • Example 18 % Increase in brightness 100 102.3 106.4 105.9 103.1 100.5 107.1 102.7 97.6
  • Example 20 Example 21
  • Example 22 Example 23 % Increase in brightness 100 101.2 100.5 99.6 96.3 87.6
  • Example 4 Example 5
  • Example 6 Example 7
  • Example 9 Example 10 % Increase in brightness 100 102.3 102.6 104.7 108.6 113.2 104.7 103.5 104.1 100.4 94.6
  • Example 12 Example 13
  • Example 14 Example 15
  • Example 16 Example 17
  • Example 18 % Increase in brightness 100 103.2 113.2 107.6 102.1 102.1 105.2 106.3 99.7
  • Example 21 Example 22
  • Example 24 Example 25 % Increase in brightness 100 100.8 100.5 99.3 94.1 92.4 105.3 92.2
  • Example 10 Increase in brightness 100 100.7 100.9 102.8 106.3 108.4 101.6 104.6 103.6 102.7 98.5
  • Example 12 Example 13
  • Example 14 Example 15
  • Example 16 Example 17
  • Example 18 % Increase in brightness 100 100.5 102.7 106.5 105.8 101.2 102.8 102.5 103.6
  • Example 19 Example 20
  • Example 22 Example 23
  • Example 24 Example 25 % Increase in brightness 100 100.8 100.5 99.3 94.1 92.4 109.2 96.2
  • 3 to 7 show calibration curves showing luminance changes according to content, particle size, and sphericity of each of Y (OH) CO 3 particles and Y 2 O 3 particles. Through this curve, the content, particle size, and sphericity range of the highest luminance increase can be identified.
  • encapsulant 220 rare earth metal oxide particles

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Abstract

본 발명은 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 LED 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 또는 적색 LED 칩 중에서 선택된 어느 하나의 LED 칩; 및 고분자 수지 내에 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 LED 봉지재를 구비한 LED 패키지. [화학식 1] Ma(OH)b(CO3)cOd 여기서, M은 Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi 또는 Ac이고, a는 1, 또는 2, b는 0 내지 2, c는 0 내지 3, d는 0 내지 3이다. 다만, b, c, 및 d는 동시에 0이 아니고, b 및 c는 동시에 0이거나, 동시에 0이 아니다.

Description

희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 LED 패키지
본 발명은 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 LED 패키지에 관한 것으로, 특히 희토류 금속 산화물 입자를 포함하는 청색, 녹색 또는 적색 LED 패키지에 관한 것이다.
발광소자인 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체의 일종인 발광 다이오드(LED)는, 고효율, 고속응답, 장수명, 소형화, 경량, 저소비 전력 등의 장점을 갖기 때문에, 디스플레이 장치의 백라이트, 조명 등으로의 널리 활용되고 있고, 세계적 에너지 절감 추세 및 화합물 반도체 기술발전에 따른 응용 고급화는 발광다이오드(LED)의 산업화를 빠르게 진전시키고 있다.
통상적으로, LED 패키지는 크게 LED 칩, 접착제, 봉지재, 형광체 및 방열부속품 등으로 구성되는데, 이 중에서 LED 봉지재는, LED 칩을 감싸고 있어, 외부 충격과 환경으로부터 LED칩을 보호하는 역할을 한다.
그런데, LED의 빛이 LED 패키지로부터 나오기 위해서는, LED 봉지재를 통과하여야 하기 때문에, LED 봉지재는 높은 광학적인 투명성 즉, 높은 광투과도를 가져야 하며, 또한 광추출 효율을 높이기에 적당한 고굴절율을 갖는 것이 요구된다.
LED 봉지재로서 굴절율이 높고 가격이 저렴한 에폭시 수지가 널리 사용되어 왔지만, 에폭시 수지는 내열성이 낮아서 고출력 LED에서 열에 의하여 열화되는 문제가 있고, 백색광 LED에서 청색 및 자외선 부근의 광에 의하여 황변(yellowing)되어 휘도를 저하시키는 문제가 있다.
이에 대한 대안으로서, 저파장 영역에서 우수한 내광성을 갖는 실리콘 수지가 사용되고 있지만(실리콘 수지의 실록산 결합(Si-O-Si)의 결합 에너지는 106 kcal/mol 로서 탄소-탄소(C-C) 결합 에너지에 비하여 20 kcal/mol 이상 높아서 내열성 및 내광성이 뛰어나다), 실리콘 수지는 굴절율이 낮아 광추출 효율이 저하되고 접착성이 약한 문제가 있다.
봉지재에 관한 종래의 기술은 하기 특허문헌 1 및 2의 것을 참조하여 이해할 수 있을 것이다. 이로써, 하기 특허문헌 1 및 2의 내용 전부는, 종래기술로서, 본 명세서와 합체된다.
특허문헌 1은, 평균 도메인 크기가 5 nm 미만인 TiO2 도메인을 갖는 폴리실록산 예비중합체를 포함하고 20 내지 60 mol%의 TiO2 (총 고체 기준)를 함유하며, 굴절율이 >1.61 내지 1.7이고, 실온 및 대기압에서 액체인, 발광 다이오드 봉지재로 사용하기 위한 경화성 액체 폴리실록산/TiO2 복합물에 대해 개시한다.
특허문헌 2는, 에폭시 수지 및 상기 에폭시 수지와 경화 반응을 하는 폴리 실라잔을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자의 봉지재용 조성물, 상기 조성물로 형성한 봉지재 및 상기 봉지재를 포함하는 발광 다이오드에 대해 개시한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR 공개 10-2012-0129788 A (2012.11.28.)
(특허문헌 2) KR 공개 10-2012-0117548 A (2012.10.24.)
LED의 광효율을 높이기 위한 방법으로는 크게 두 가지가 있는데,
첫 번째는, 칩에서 생성되는 총 광량을 높이는 방법이고,
두 번째는, 만들어진 광량을 최대한 LED 밖으로 뽑아내도록 하여 소위 광추출 효율을 높히는 방법이다.
그런데, 상술한 바와 같이, 통상적으로 LED 패키지에서, LED 칩을 봉지재가 감싸고 있는데, 칩 발생 광 에너지 중 약 15%만이 광으로 출력되고 나머지는 봉지재 등에서 흡수되어 버리는 문제점이 있다.
이에 따라, LED의 광효율에 있어서 관심이 집중되는 부분은 LED의 발광 층에서 생성된 빛이 LED 칩 내부의 전반사에 의해 손실되지 않고 효과적으로 외부로 방출되도록 광 추출 효율을 향상시키는 것이라 할 수 있다.
현재 광량을 최대한 LED 밖으로 뽑아내도록 광추출 효율을 높이는 여러 기술들이 연구 중에 있으나, 아직도 더 나은 개선 방안이 필요한 실정이다.
이에 본 발명은, 광추출 효율을 획기적으로 향상시키는 봉지재 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 또는 적색 LED 칩 중에서 선택된 어느 하나의 LED 칩; 및
고분자 수지 내에 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 LED 봉지재를 구비한 LED 패키지를 제공한다.
[화학식 1]
Ma(OH)b(CO3)cOd
여기서, M은 Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi 또는 Ac이고,
a는 1, 또는 2, b는 0 내지 2, c는 0 내지 3, d는 0 내지 3이다.
다만, b, c, 및 d는 동시에 0이 아니고, b 및 c는 동시에 0이거나, 동시에 0이 아니다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 화합물은, Y(OH)CO3인 것임을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, Y2O3인 것임을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 전체 조성물 대비, 30 중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 Y(OH)CO3는, 전체 조성물 대비 1 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 Y2O3는, 전체 조성물 대비, 20 중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 구형도 0.5 ~ 1인 구형 입자인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구형 입자는 100 ㎚ ~ 2 ㎛ 범위 이내의 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구형 입자는, 단분산인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 1.6 내지 2.3 범위 이내의 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 고분자 수지는, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 아크릴 수지, 폴리스타렌, 폴리 우레탄, 벤조구아나민 수지, 및 에폭시계 수지에서 선택되어지는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 형광체 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 청색 LED 칩의 발광 파장은 400 ~ 500 ㎚ 범위 이내이고, 상기 녹색 LED 칩의 발광 파장은 500~590 ㎚ 범위 이내이며, 상기 적색 LED 칩의 발광 파장은 591~780 ㎚ 범위 이내인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 봉지재 내에 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 LED 패키지는, LED 패키지 칩과 봉지재 사이에 내부에 갇히게 되는 빛을 외부로 추출해 냄으로써 높은 발광효율을 나타내는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명 LED 패키지의 일 구현예를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명 LED 패키지의 다른 구현예를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 7는 Y(OH)CO3입자 및 Y2O3입자 각각의 함량, 입자 사이즈, 구형도에 따른 휘도 변화를 나타낸 보정 곡선(Calibration Curve)을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은,
청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 또는 적색 LED 칩 중에서 선택된 어느 하나의 LED 칩; 및
고분자 수지 내에 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 LED 봉지재를 구비한 LED 패키지에 관한 것이다.
[화학식 1]
Ma(OH)b(CO3)cOd
여기서, M은 Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi 또는 Ac이고,
a는 1, 또는 2, b는 0 내지 2, c는 0 내지 3, d는 0 내지 3이다.
다만, b, c, 및 d는 동시에 0이 아니고, b 및 c는 동시에 0이거나, 동시에 0이 아니다.
상기 화학식 1 화합물은, Y(OH)CO3, 또는 Y2O3인 것이 바람직하고, Y(OH)CO3인 것이 광추출 효율 측면에서, 더 바람직하다. 이에 대한 보다 상세한 설명은, 후술할 실시예 및 실험예를 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 화학식 1 화합물이 고분자 수지 내에 포함되는 경우, 전체 조성물 대비, 함량이 30 중량% 이내일 경우가 바람직하다. 너무 극소량이 포함되면, 광추출 효율 향상에 미미할 수 있고, 반대로, 너무 많이 포함되어도, 광추출 효율이 오히려 저하될 수 있기 때문이다. 즉, 빛의 파장이나 화합물의 종류에 따라 다소의 차이는 있지만, 광추출 효율을 극대화하는 최적의 함량 범위가 존재하며, 빛의 파장이나 화합물 종류에 관계없이, 30 중량%를 넘어 포함되는 경우 광추출 효율이 좋지 않을 것이기 때문이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은, 후술할 실시예 및 실험예를 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 화학식 1 화합물이 Y(OH)CO3일 경우, 전체 조성물 대비 1 내지 20 중량% 포함하는 것이 바람직하고, Y2O3일 경우, 전체 조성물 대비, 20 중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 함량이 적거나 많으면, 최적을 휘도를 내기 어렵기 때문이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은, 후술할 실시예 및 실험예를 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 화학식 1 화합물은, 구형도 0.5 ~ 1인 구형 입자인 것이 바람직하고, 구형도가 1에 가까울수록 더욱 바람직하다. 상기 구형도는, 입자의 최대 직경을 최소 직경으로 나눈 값으로서, 하기 수학식 1과 같이 정의될 수 있고, 1에 가까울수록 완전한 구형에 가까움을 나타낸다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015003799-appb-I000001
상기 구형 입자는 100 ㎚ ~ 2 ㎛ 범위 이내의 입경을 가지는 것이 바람직하다. 구형 입자의 화합물의 종류에 따라 조금 다를 수 있지만, 입경크기 100 ㎚미만이거나, 2 ㎛초과인 경우, 광추출 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 또한, 입자의 종류에 따라 다소의 차이는 있지만, 입경 크기에 따른 광추출 효율의 최적의 범위가 존재하기 때문에, 입경크기의 범위는 광추출 효율 측면에서 매우 중요한 구성이 될 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은, 후술할 실시예 및 실험예를 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 구형 입자는, 단분산인 것이 좋고, 단분산인 경우, 일정한 굴절율을 부여할 수 있어, 광추출 효율 향상 측면에서 바람직하다.
상기 화학식 1 화합물은, 1.6 내지 2.3 범위 이내의 굴절율을 가지는 것이 바람직하다. 1.6 미만, 2.3 초과에서는 광 추출 효율 증가 효과가 없을 수 있다. 왜냐하면, 통상적인 실리콘 봉지재의 굴절율이 약 1.5 내외이고, GaN 칩의 굴절율이 약 2.4 내외이기 때문이다.
발광 소자 패키지 칩 내에서의 전반사 문제는 소자와 외부 공기, 외부 봉지재인 실리콘 등과의 경계에서 전반사가 발생한다. Snell's law에 따르면 빛이나 파동이 굴절률이 다른 두 등방성 매질 사이를 통과할 때 빠져나올 수 있는 임계각(θcrit)은 다음과 같다.
Figure PCTKR2015003799-appb-I000002
공기 (nair=1), 실리콘 (nsilicon=1.5)에 비해 GaN의 경우 굴절률이 약 2.5정도로 큰 차이가 나기 때문에 발광 소자 패키지 내에서 생성된 빛이 외부로 빠져나갈 수 있는 임계각은 각 θGaN/air= 23°, θGaN/Silicon= 37°으로 한정적이다. 이로 인해 광 추출 효율은 15 %정도 밖에 되지 않는 실정이다.
상기 고분자 수지는, 종래의 당해 기술분야에서 널리 사용되는 고분자 수지를 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 아크릴 수지, 폴리스타렌, 폴리 우레탄, 벤조구아나민 수지 및 에폭시계 수지에서 선택되어지는 1 종 이상인 것을 사용할 수 있고, 상기 실리콘계 수지는, 폴리 실란, 폴리 실록산, 및 이들 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 페놀계 수지는, 비스페놀형 페놀 수지, 레졸형 페놀수지, 및 레졸형 나프톨 수지에서 선택된 적어도 하나의 페놀 수지인 것을 사용할 수 있으며, 상기 에폭시계 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시, 및 크레졸 노볼락형 에폭시에서 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지인 것을 사용할 수 있다.
도 1에는, 본 발명의 LED 패키지의 일 구현예를 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 발명에 따른 LED 패키지(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110)상에 설치된 리드 프레임(120)과, 상기 리드 프레임(120)에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩(130)과, 상기 LED 칩(130)과 리드 프레임(120)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(140)와, 상기 LED 칩(130)으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터(150)와, 상기 리플렉터(150)의 내부에 충전되어 LED 칩(130)과 본딩 와이어(140)를 밀봉하는 봉지재(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 LED 패키지의 다른 구현예를 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발명에 따른 LED 패키지(100')는, 형광체 입자(230)를 더 포함하여 원하는 색상을 구현하는 용도로 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 보다 더 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 의도가 아님을 분명히 해둔다.
실시예
실시예 1
Y(OH)CO3입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 4 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5 내지 6으로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하여 300 nm 크기 이하의 입자를 제조 하였다. 구형 입자는 모두 일정한 크기의 단분산을 이루었다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에, 상기 Y(OH)CO3입자를 실리콘계 수지 98 중량%, Y(OH)CO3 2 중량% 비율로 첨가한 후, 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 2
실리콘계 수지에, 상기 Y(OH)CO3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y(OH)CO3 2 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 1과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 3
실리콘계 수지에, 상기 Y(OH)CO3입자를, 실리콘계 수지 97 중량%, Y(OH)CO3 3 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 1과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 4
실리콘계 수지에, 상기 Y(OH)CO3입자를, 실리콘계 수지 93 중량%, Y(OH)CO3 7 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 1과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 5
실리콘계 수지에, 상기 Y(OH)CO3입자를, 실리콘계 수지 90 중량%, Y(OH)CO3 10 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 1과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 6
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 먼저, Y(OH)CO3는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 4 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5 내지 6으로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하였다. 건조된 Y(OH)CO3 입자를 산화 분위기 900 ℃에서 3 시간 소성하여 300 nm 이하의 크기 Y2O3 입자를 수득하였다.
도 2에는 제조된 입자의 SEM 사진을 나타내었다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 99 중량%, Y2O3 1 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 7
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y2O3 2 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 6과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 8
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 97 중량%, Y2O3 3 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 6과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 9
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 93 중량%, Y2O3 7 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 6과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 10
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 90 중량%, Y2O3 10 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 6과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 11
Y(OH)CO3입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.7 내지 5.8로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하여 100 nm 크기 이하의 입자를 제조하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에, 상기 Y(OH)CO3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y(OH)CO3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 12
Y(OH)CO3입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.5 내지 5.6으로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하여 500 nm 크기 이하의 입자를 제조하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에, 상기 Y(OH)CO3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y(OH)CO3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 13
Y(OH)CO3입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.4 내지 5.5으로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하여 1 ㎛ 크기 이하의 입자를 제조하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에, 상기 Y(OH)CO3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y(OH)CO3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 14
Y(OH)CO3입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.2 내지 5.3으로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하여 2 ㎛ 크기 이하의 입자를 제조하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에, 상기 Y(OH)CO3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y(OH)CO3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 15
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 먼저 Y(OH)CO3는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.7 내지 5.8로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하였다. 건조된 Y(OH)CO3입자를 산화 분위기 900 ℃에서 3 시간 소성하여 100 nm 크기 이하의 Y2O3 입자를 수득하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y2O3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 16
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 먼저, Y(OH)CO3는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.5 내지 5.6로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하였다. 건조된 Y(OH)CO3입자를 산화 분위기 900 ℃에서 3 시간 소성하여 500 nm 크기 이하의 Y2O3 입자를 수득하였다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y2O3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 17
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 먼저, Y(OH)CO3는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.4 내지 5.5로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하였다. 건조된 Y(OH)CO3입자를 산화 분위기 900 ℃에서 3 시간 소성하여 1 ㎛ 크기 이하의 Y2O3 입자를 수득하였다. 도 6에는, 제조된 1 ㎛ 크기 이하의 Y2O3입자 SEM 사진을 나타내었다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y2O3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 18
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 먼저, Y(OH)CO3는 증류수 100 mL에 2 g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 교반한 후, 질산과 수산화암모늄의 염기를 통해 pH를 5.2 내지 5.3로 조절하였다. 상기 혼합 용액을 90 ℃에서 가열하며 1 시간 교반한 후 여과, 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조하였다. 건조된 Y(OH)CO3입자를 산화 분위기 900 ℃에서 3 시간 소성하여 2 ㎛ 크기 이하의 Y2O3 입자를 수득하였다
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 97 중량%, Y2O3 3 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 19 - 구형도 0.5 미만
Y2O3입자 제조는 Y(OH)CO3 제조 후 소성하여 수득하였다. 우선, Y(OH)CO3 입자 제조는 증류수 100 mL를 기준으로 한다. 증류수 100 mL에 0.5g 이트륨 질산염 수화물, 40 g 우레아를 용해한 후, 질산을 통해 pH를 5 내지 6으로 조절하여 30 분간 충분히 교반하면서 혼합하였다. 상기 혼합 용액을 60℃로 가열하며 30분간 충분히 교반 후, 수산화암모늄을 통해 pH를 8 내지 9로 조절하여 1 시간 교반한다. 이를 여과하여 증류수 세척을 3 회 실시하였다. 세척 완료된 Y(OH)CO3 입자를 70 ℃ 오븐에서 3 시간 건조한 후, 산화 분위기의 900 ℃에서 6시간 소성하였다. 소성 후, 이를 밀링처리 하여 입자 크기를 300 nm 크기로 작게 만들어주었다.
입자는 구형이 아니었으며, 측정도 구형도는 0.5미만이었다.
실리콘계 수지(OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞은 것)에 Y2O3입자를 첨가한 후(실리콘계 수지 99중량%, Y2O3 1 중량%), 이를 호모게나이저에 넣어 균질화 시켜 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 20 - 구형도 0.5 미만
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y2O3 2중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 19과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 21 - 구형도 0.5 미만
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y2O3 3 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 19과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 22 - 구형도 0.5 미만
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y2O3 7 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 19과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 23 - 구형도 0.5 미만
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 98 중량%, Y2O3 10중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 19과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 24
실리콘계 수지에, 상기 Y(OH)CO3입자를, 실리콘계 수지 90 중량%, Y(OH)CO3 13 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 1과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
실시예 25
실리콘계 수지에, 상기 Y2O3입자를, 실리콘계 수지 90 중량%, Y2O3 13 중량% 비율로 첨가한 점을 제외하고는, 모두 실시예 6과 동일하게 봉지재 조성물을 제조하였다.
비교예
실리콘계 수지 OE 6631 A 와 OE 6631 B를 1:2 비율로 섞어 100 중량% 봉지재 조성물로 제조하였다.
실험예 - 휘도 측정 실험
상기 실시예 1 내지 23, 및 비교예의 봉지재 조성물을 청색 LED(파장 450 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우, 상기 실시예 1 내지 25, 및 비교예의 봉지재 조성물을 녹색 LED(파장 520 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우, 그리고 상기 실시예 1 내지 25, 및 비교예의 봉지재 조성물을 적색 LED(파장 620 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우의 휘도 증가율을 측정하였다. 사용된 발광 소자 패키지는 리드 프레임 위에 다이 본딩으로 연결되어 있는 칩을 발광원으로 한다. 발광 소자와 리드프레임이 전기적으로 연결이 되도록 금속 와이어 본딩을 한 후, 상기 투명 봉지 재료인 실리콘 수지와 무기 나노 입자가 분산되어 있는 봉지재로 몰딩되어 있는 구성이다. 상기 휘도 증가율은 비교예 100 기준으로 휘도가 증가된 정도를 백분율로 표시한 것이다. 휘도 측정은 한국 Professional Scientific Instrument의 DARSA Pro 5200 PL System 기계에 의해 측정 하였다.
상기 실시예 1 내지 23, 및 비교예의 봉지재 조성물을 청색 LED(파장 450 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우의 측정 결과는 하기 표 1 내지 3과 같았다.
표 1
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
휘도 증가율(%) 100 99.7 102.9 105.9 110.1 109.6 107.6 107.1 102.6 87.6 77.1
표 2
비교예 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18
휘도 증가율(%) 100 102.3 106.4 105.9 103.1 100.5 107.1 102.7 97.6
표 3
비교예 실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22 실시예 23
휘도 증가율(%) 100 101.2 100.5 99.6 96.3 87.6
상기 실시예 1 내지 25, 및 비교예의 봉지재 조성물을 녹색 LED(파장 520 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우의 측정 결과는 하기 표 4 내지 6과 같았다.
표 4
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
휘도 증가율(%) 100 102.3 102.6 104.7 108.6 113.2 104.7 103.5 104.1 100.4 94.6
표 5
비교예 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18
휘도 증가율(%) 100 103.2 113.2 107.6 102.1 102.1 105.2 106.3 99.7
표 6
비교예 실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22 실시예 23 실시예 24 실시예 25
휘도 증가율(%) 100 100.8 100.5 99.3 94.1 92.4 105.3 92.2
상기 실시예 1 내지 25, 및 비교예의 봉지재 조성물을 적색 LED(파장 620 ㎚) 칩을 구비하는 LED 패키지 내에 실장한 경우의 측정 결과는 하기 표 7 내지 9와 같았다.
표 7
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
휘도 증가율(%) 100 100.7 100.9 102.8 106.3 108.4 101.6 104.6 103.6 102.7 98.5
표 8
비교예 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18
휘도 증가율(%) 100 100.5 102.7 106.5 105.8 101.2 102.8 102.5 103.6
표 9
비교예 실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22 실시예 23 실시예 24 실시예 25
휘도 증가율(%) 100 100.8 100.5 99.3 94.1 92.4 109.2 96.2
상기 표 1 내지 9에서 확인할 수 있듯이, 봉지재 조성물에 희토류 금속 무기 산화물 입자가 포함된 경우, 휘도가 놀라울 정도로 증가되었음을 알 수 있었다. 다만, Y2O3입자는 Y(OH)CO3입자에 비해, 저함량에는 높은 휘도 증가율을 나타내었지만, 고함량에서는 오히려 낮은 휘도 증가율을 나타내었고, 휘도 증가의 최고치 역시 Y(OH)CO3입자보다 낮았다.
도 3 내지 도 7는 Y(OH)CO3입자 및 Y2O3입자 각각의 함량, 입자 사이즈, 구형도에 따른 휘도 변화를 나타낸 보정 곡선(Calibration Curve)을 나타낸 것이다. 이 곡선을 통해 휘도 증가의 최고치를 나타는 입자의 함량, 입자 사이즈, 구형도 범위를 확인할 수 있었다.
[부호의 설명]
100, 100' LED 패키지 110: 기판
120: 리드 프레임 130: LED 칩
140: 본딩 와이어 150: 리플렉터
210: 봉지재 220: 희토류 금속 산화물 입자
230: 형광체 입자

Claims (14)

  1. 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 또는 적색 LED 칩 중에서 선택된 어느 하나의 LED 칩; 및
    고분자 수지 내에 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 LED 봉지재를 구비한 LED 패키지.
    [화학식 1]
    Ma(OH)b(CO3)cOd
    여기서, M은 Sc, Y, La, Al, Lu, Ga, Zn, V, Zr, Ca, Sr, Ba, Sn, Mn, Bi 또는 Ac이고,
    a는 1, 또는 2, b는 0 내지 2, c는 0 내지 3, d는 0 내지 3이다.
    다만, b, c, 및 d는 동시에 0이 아니고, b 및 c는 동시에 0이거나, 동시에 0이 아니다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 화합물은, Y(OH)CO3인 것임을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, Y2O3인 것임을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 전체 조성물 대비, 30 중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 Y(OH)CO3는, 전체 조성물 대비 1 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 Y2O3는, 전체 조성물 대비, 20 중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 구형도 0.5 ~ 1인 구형 입자인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 구형 입자는 100 ㎚ ~ 2 ㎛ 범위 이내의 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 구형 입자는, 단분산인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 1.6 내지 2.3 범위 이내의 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 고분자 수지는, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 아크릴 수지, 폴리스타렌, 폴리 우레탄, 벤조구아나민 수지, 및 에폭시계 수지에서 선택되어지는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  12. 청구항 1에 있어서, 형광체 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 청색 LED 칩의 발광 파장은 400 ~ 500 ㎚ 범위 이내이고, 상기 녹색 LED 칩의 발광 파장은 500~590 ㎚ 범위 이내이며, 상기 적색 LED 칩의 발광 파장은 591~780 ㎚ 범위 이내인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1 화합물은, 봉지재 내에 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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