WO2018030586A1 - 엘이디 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 엘이디 패키지 - Google Patents

엘이디 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 엘이디 패키지 Download PDF

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WO2018030586A1
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WO
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led
color conversion
phosphor
conversion structure
frame
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PCT/KR2016/013297
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박태호
이정수
함헌주
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주식회사 베이스
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a structure for LED color conversion and an LED package comprising the same, and more particularly, to a structure for LED color conversion comprising a phosphor for color conversion of the light emitted from the LED and an LED package comprising the same.
  • LEDs Light emitting diodes
  • 'LED' are semiconductors made of gallium (Ga), phosphorus (P), arsenic (As), and the like, and have a property of emitting light when a current flows.
  • LEDs have been widely used as light sources of various display devices because they have a longer lifespan and a faster response time than conventional light bulbs, and can be miniaturized and emit bright colored light.
  • an LED package including an LED chip is used as a light emitting device in a backlight unit (BLU) that emits light behind a liquid crystal display of a liquid crystal display (LCD).
  • BLU backlight unit
  • a phosphor to convert the color emitted from the LED chip.
  • a blue LED emitting blue light is used as an LED chip, a method of converting color into white light by transmitting light emitted from the LED through a yellow phosphor is known.
  • Quantum dots are semiconductor crystals in which nanoparticles of hundreds or thousands of atoms are collected in nanometer units.
  • the quantum dots show various colors depending on the size of the particles even though they have the same composition. As the half maximum is narrow, it meets the band filter characteristics of the red and green color filters applied to the LCD, which can greatly improve the color purity and color reproducibility.
  • KSF K 2 SiF 6 : Mn (hereinafter referred to as "KSF”) phosphor and CaAlSiN 3 : Eu (hereinafter referred to as "CASN”) phosphor are red phosphors. Its color reproduction is excellent and its utilization is increasing.
  • FIG. 1A illustrates an example of an edge type backlight unit according to the related art, in which the backlight unit 10 includes an LED module 11, a light guide plate 13, a reflective sheet 15, and a quantum dot sheet 17.
  • the LED module 11 includes an LED package 11a and an LED array substrate 11b on which the LED package 11a is mounted.
  • the LED module 11 is disposed on the side of the light guide plate 13 to emit light by a driving signal.
  • the reflective sheet 15 is disposed on the lower surface of the light guide plate 13 to reflect light incident from the light guide plate 13 toward the light guide plate 13 to minimize light loss.
  • the quantum dot sheet 17 performs a color conversion function of light emitted from the light guide plate 13, and a plurality of barrier films 19 may be coated to protect the sheet surface from external moisture.
  • FIG. 1B is an example of a direct type backlight unit according to the related art.
  • the backlight unit 20 includes an LED module 21, a diffusion plate 23, a reflective sheet 25, and a quantum dot sheet 27. do.
  • the direct type backlight unit 20 differs from the edge type backlight unit 10 in that the LED packages 21a mounted on the LED array substrate 21b are stacked in the vertical direction, that is, in the stacking direction of each sheet.
  • the quantum dot sheet 27 coated with the barrier film 29 may perform a color conversion function of light incident from the LED module 21.
  • the quantum dots may be formed into a sheet to perform the color conversion function of the LED, in this case, since the coating of the barrier film for protecting the quantum dot sheet is required, the manufacturing cost increases and the work becomes complicated. Still exists.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide a structure for LED color conversion and the LED package including the same that can prevent the degradation of the phosphor characteristics by protecting the phosphor vulnerable to heat, moisture, etc. from the external environment. Its purpose is.
  • an object of the present invention is to provide a structure for LED color conversion and LED package including the same that can reduce the manufacturing cost while using a phosphor vulnerable to heat, moisture and the like.
  • LED color conversion structure for the color conversion of the light emitted from the LED, including a frame made of a light-transmitting material and the internal space is formed and the phosphor supported on the internal space of the frame, the frame On one side of the phosphor injection hole is formed so that the internal space of the frame can communicate with the outside.
  • the phosphor supported on the inner space of the frame may include at least one of a quantum dot, a KSF phosphor, and a CASN phosphor.
  • the light transmissive material may comprise glass.
  • two or more phosphor injection holes may be formed.
  • the LED color conversion structure according to another embodiment of the present invention is for color conversion of light emitted from the LED, and includes a frame made of a light transmissive material and a phosphor formed in a groove formed on the frame and a groove formed on one side thereof.
  • the LED color converting structure according to the present embodiment may further include a lead covering a groove formed on one surface of the frame.
  • An LED package includes an LED chip and the LED color conversion structure described above.
  • the LED chip is mounted on a printed circuit board in the form of a flip chip
  • the LED color conversion structure is disposed on the opposite side mounted on the printed circuit board of the LED chip.
  • the LED color conversion structure in a manner of supporting the phosphor in the internal space in a frame made of a light-transmissive material can protect the phosphor from the external environment, the characteristics of the phosphor due to heat, moisture, etc. The fall can be prevented.
  • a separate film or the like for protecting the phosphor since a separate film or the like for protecting the phosphor is not required, the manufacturing cost can be relatively reduced.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating an edge type and a direct type backlight unit each including a quantum dot sheet according to the related art.
  • FIG. 2 is a view showing an LED package including a structure for LED color conversion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing various forms of the structure for LED color conversion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a structure for LED color conversion according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing an LED package according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an LED package including a structure for LED color conversion according to an embodiment of the present invention.
  • the LED package 100 includes an LED chip 130, a printed circuit board 150 on which the LED chip 130 is mounted, and a sidewall 170 surrounding the LED chip 130. And it may include a structure for LED color conversion (110).
  • the LED chip 130 includes a general LED in which a substrate, an n-type nitride semiconductor layer (n-GaN), an active layer, a p-type nitride semiconductor layer (p-GaN), a p-type electrode, and an n-type electrode are stacked.
  • n-GaN n-type nitride semiconductor layer
  • p-GaN p-type nitride semiconductor layer
  • p-GaN p-type electrode
  • an n-type electrode an n-type electrode
  • the side wall 170 surrounding the LED chip 130 may be formed of a reflective member including TiO 2 to reduce light loss generated by the LED chip 130. Accordingly, the light generated from the LED chip 130 is emitted only through the LED color conversion structure 110 may be a single-side light emission.
  • the LED color converting structure 110 includes a frame 111 and a phosphor 113 supported therein.
  • the frame 111 of the LED color conversion structure 110 is formed of a light transmissive material such as glass, and has a structure capable of supporting a color conversion element such as a phosphor.
  • the frame 111 of the LED color conversion structure 110 is configured to have a sealed inner space, for example, may be formed in a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
  • the phosphor 113 may be supported in the internal space of the frame 111 so that color conversion of the light emitted from the LED chip 130 may be carried out.
  • a hole 110h for injecting the phosphor may be provided on one surface of the frame 111. Can be formed.
  • FIG 3 is a view showing various forms of the structure for LED color conversion according to an embodiment of the present invention, specifically, a view showing various forms of holes for the injection of the phosphor in the LED color conversion structure.
  • one hole may be formed in the center of one surface of the LED color conversion structure 110a to inject a phosphor into the LED color conversion structure 110a.
  • one hole is formed in the center of one surface of the LED color conversion structure 110b and relatively small holes are formed on both sides thereof, or for LED color conversion. Two holes may be formed on the left and right sides of one surface of the structure 110c.
  • the shape of the hole for the phosphor injection is shown as an example, the shape, size, location of the hole for the phosphor injection is not limited to that shown.
  • the hole for phosphor injection may be formed in various shapes such as elliptical and square as well as circular, and its size and position may be variously changed to match the phosphor injection process.
  • the frame 111 of the LED color conversion structure 110 is integrated with a light-transmissive material such as glass, so that the luminance decrease can be minimized.
  • a light-transmissive material such as glass
  • the number of media through which light is transmitted can be minimized, so that the luminance decrease can be minimized.
  • silicon as a medium
  • it has excellent stability against high temperature and high current, thus ensuring reliability when applying high current.
  • a hole for phosphor injection is formed on one side of the LED color conversion structure 110, the phosphor injection and sealing process may be easily performed.
  • a paste is prepared by mixing the phosphor 120 supported inside the frame 111 of the LED color conversion structure 110 with silicon, and then injecting the phosphor 120 into the frame through the phosphor injection hole to convert the color.
  • the light emitted from the LED can be converted into white light by using a yellow phosphor.
  • a quantum dot, a KSF phosphor, a CASN phosphor, or the like may be used as the phosphor 120 supported in the frame 111 of the LED color conversion structure 110.
  • quantum dots, KSF phosphors and CASN phosphors have a problem in that they are susceptible to heat and moisture while having excellent color reproducibility.
  • the moisture is not penetrated into these phosphors by completely sealing them with the frame 111 of the above-described LED color converting structure 110 to block the influence of the external environment in the use process, thereby reducing the characteristics of the phosphors. It can prevent.
  • the process of injecting and sealing the phosphor can be carried out at a low temperature, it is possible to prevent the degradation of the characteristics of the phosphor due to heat and moisture even in the manufacturing process.
  • the LED color conversion structure 110 is supported on the side wall 170 surrounding the LED chip 130 may be disposed in a form spaced apart from the LED chip 130.
  • the LED color conversion structure 110 and the side wall 170 may be bonded through a bonding member such as epoxy or silicon.
  • the LED color converting structure 210 according to the present embodiment also includes a frame 211 and a phosphor 213 supported thereon, and the frame 211 may be formed in an open shape on one side thereof. have. That is, the frame 211 of the LED color conversion structure 210 may have a groove formed on one side thereof to support the phosphor 220.
  • the surface layer is formed by spraying ceramic powder such as a sheet method, sand, alumina, silicon carbide, etc.
  • Sand blasting, acid etching, etc. may be used to remove a part of the surface of the sintered body by using an acid.
  • a separate substrate formed of a light transmissive material such as glass may be added to seal the groove on which the phosphor 220 is supported, as necessary.
  • the low melting point glass frit composition may be used as the sealing material, and specifically, may include V 2 O 5 , BaO, ZnO, P 2 O 5 , TeO 2 , Cu 2 O, Fe 2 O 3, and SeO 2 . have.
  • an infrared laser for example, the laser of wavelength band 800-820 nm can be used.
  • the bonding may be performed through local laser irradiation, thereby minimizing a thermal effect on the phosphor.
  • FIG. 5 is a view showing an LED package according to another embodiment of the present invention.
  • the LED package 100 ′ may include the same structure for LED color conversion as in the embodiment of FIG. 1.
  • the LED color conversion structure 110 is spaced apart from the LED chip 130, but in this embodiment, the LED color conversion structure 110 is disposed to directly cover the top surface of the LED chip 130.
  • the LED chip 130 may be mounted on the printed circuit board 150 in the form of a flip chip, and the sidewalls 170 ′ surrounding the side portions of the LED chip 130 may also include a material such as TiO 2. It can be formed as a reflective member.
  • the same structure for LED color conversion 110 as in the embodiment of FIG. 1 is disposed to directly cover the upper surface of the LED chip 130, but unlike the embodiment, the LED color conversion as in the embodiment of FIG. It is also possible to use the structure 210 for.
  • Structures for LED color conversion according to the above-described embodiments may be integrally formed with a lens for adjusting the directivity angle or the light characteristics of the light may be applied to the LED package.
  • the lens may also be formed of the same material as the frame of the LED color conversion structure, for example, glass.

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Abstract

본 발명은 LED 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 LED 패키지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체는 LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 것으로서, 광투과성 재료로 이루어지고 내부 공간이 형성된 프레임과 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체를 포함하며, 프레임의 일측면에는 프레임의 내부 공간이 외부와 연통할 수 있는 형광체 주입홀이 형성된다.

Description

엘이디 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 엘이디 패키지
본 발명은 LED 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 LED 패키지로서, 보다 상세하게는 LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 형광체를 포함하는 LED 색변환용 구조체 및 이를 포함하는 LED 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode, 이하 'LED'라고 함)는 갈륨(Ga), 인(P), 비소(As) 등을 재료로 하여 만들어진 반도체로서, 전류를 흐르게 하면 빛을 발하는 성질을 갖는다. LED는 종래 전구에 비해 수명이 길고 응답속도가 빠를 뿐만 아니라 소형화가 가능하면서도 선명한 색의 광을 방출하기 때문에 각종 표시장치의 광원으로 널리 활용되고 있다. 예를 들어, 액정표시장치(LCD; liquid crystal display)의 액정 화면 뒤에서 빛을 방출해 주는 백라이트 유닛(BLU; backlight unit)에서의 발광소자로 LED 칩을 포함하는 LED 패키지가 사용되고 있다.
한편, LED 칩에서의 발광색을 변환시키기 위해 형광체를 사용할 수 있다. 예를 들어, LED 칩으로 청색광을 발하는 청색 LED를 사용할 때 LED에서 발광하는 빛을 황색 형광체로 투과시킴으로써 백색광으로 색변환하는 방법이 알려져 있다.
최근 양자점(QD; Quantum Dot)을 형광체로 사용하는 기술이 알려져 있다. 양자점은 원자가 수백 내지 수천 개 모인 입자를 나노미터 단위로 합성시킨 반도체 결정으로서, 입자의 성분이 같더라도 그 크기에 따라 다양한 색을 나타내고, 기존 형광체에 비하여 파장에 따른 세기의 폭(FWMH; Full Width Half Maximum)이 좁아 LCD에 적용되는 적색, 녹색 컬러 필터의 밴드 필터 특성에 부합하기 때문에 색 순도 및 색재현율을 크게 향상시킬 수 있으며, 광 안정성 등이 우수하여 LCD와 같은 디스플레이에의 활용이 주목받고 있다. 또한, 형광체 중 적색 형광체로 K2SiF6:Mn(이하, "KSF"라고 함) 형광체와 CaAlSiN3:Eu(이하, "CASN"이라고 함) 형광체는 좁은 파장대의 광에 의해 적색을 나타내는 특성을 갖고 색재현율이 우수하여 그 활용도가 높아지고 있다.
하지만, 이러한 양자점, KSF 형광체, CASN 형광체 등은 그 우수한 특성에도 불구하고 열과 습기에 매우 취약하다는 단점을 갖고, 따라서 이들을 LED 패키지 내에 봉입하여 사용하는 경우에는 신뢰성이 크게 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 예를 들어 양자점을 시트로 형성하여 사용하되 배리어 필름(barrier film)을 코팅하여 외부 환경으로부터 보호하는 구조가 알려져 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 에지 타입의 백라이트 유닛의 일례로서, 이를 참조하면 백라이트 유닛(10)은 LED 모듈(11), 도광판(13), 반사 시트(15) 및 양자점 시트(17)를 포함한다. LED 모듈(11)은 LED 패키지(11a)와 LED 패키지(11a)를 실장하는 LED 어레이 기판(11b)을 포함하며, 도광판(13)의 측면에 배치되어 구동 신호에 의해 발광한다. 반사 시트(15)는 도광판(13)의 하면에 배치되어 도광판(13)으로부터 입사되는 광을 도광판(13) 쪽으로 반사시켜 광 손실을 최소화시킨다. 또한, 양자점 시트(17)는 도광판(13)으로부터 출사되는 광의 색변환 기능을 수행하며, 시트 표면을 외부의 수분 등으로부터 보호하기 위하여 복수의 배리어 필름(19)이 코팅될 수 있다.
도 1b는 종래 기술에 따른 직하 타입의 백라이트 유닛의 일례로서, 이를 참조하면 백라이트 유닛(20)은 LED 모듈(21), 확산판(23), 반사 시트(25) 및 양자점 시트(27)를 포함한다. 직하 타입의 백라이트 유닛(20)에서는 LED 어레이 기판(21b)에 실장된 LED 패키지(21a)가 수직 방향, 즉 각 시트의 적층 방향으로 적층되는 점에서 에지 타입의 백라이트 유닛(10)과 차이를 보이나, 에지 타입에서와 마찬가지로 배리어 필름(29)이 코팅되는 양자점 시트(27)가 LED 모듈(21)으로부터 입사되는 광의 색변환 기능을 수행할 수 있다.
이처럼, LED의 색변환 기능을 수행하기 위하여 양자점을 시트로 형성하여 사용할 수 있으나, 이러한 경우에는 양자점 시트를 보호하기 위한 배리어 필름의 코팅이 필요하기 때문에 제조 비용이 증가하게 되고, 작업이 복잡해지는 문제가 여전히 존재한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열, 습기 등에 취약한 형광체를 외부 환경으로부터 보호하여 형광체 특성의 저하를 방지할 수 있는 LED 색변환용 구조체와 이를 포함하는 LED 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 열, 습기 등에 취약한 형광체를 사용하면서도 제조 원가를 저감시킬 수 있는 LED 색변환용 구조체와 이를 포함하는 LED 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체는 LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 것으로서, 광투과성 재료로 이루어지고 내부 공간이 형성된 프레임과 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체를 포함하며, 프레임의 일측면에는 프레임의 내부 공간이 외부와 연통할 수 있는 형광체 주입홀이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체는 양자점, KSF 형광체 및 CASN 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 재료는 유리를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 형광체 주입홀은 2개 이상 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체는 LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 것으로서, 광투과성 재료로 이루어지고 일측에 홈이 형성된 프레임과 프레임에 형성된 홈에 담지되는 형광체를 포함한다. 본 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체는 프레임의 일면에 형성된 홈을 덮는 리드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지는 LED 칩과 상술한 LED 색변환용 구조체를 포함한다. 여기에서, LED 칩은 인쇄회로기판에 플립칩 형태로 실장되고, LED 색변환용 구조체는 LED 칩의 인쇄회로기판에 실장된 반대면에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 재료로 이루어진 프레임에 내부 공간에 형광체를 담지하는 방식으로 LED 색변환 구조체를 구성함으로써 형광체를 외부 환경으로부터 보호할 수 있어, 열, 습기 등에 의한 형광체의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 형광체를 보호하기 위한 별도의 필름 등이 필요하지 않아 상대적으로 제조 원가를 저감시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래기술에 따라 양자점 시트를 포함하는 에지 타입 및 직하 타입의 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체를 포함하는 LED 패키지를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
100, 200: LED 패키지
110, 210: LED 색변환용 구조체
120, 220: 형광체
130: LED 칩
140: 인쇄회로기판
150: 측벽
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "위"에 있다라고 기재된 경우, 이는 다른 구성요소 "바로 위"에 위치하는 경우뿐만 아니라 이들 사이에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체를 포함하는 LED 패키지를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지(100)는 LED 칩(130), LED 칩(130)이 실장되는 인쇄회로기판(150), LED 칩(130)을 둘러싸는 측벽(170) 및 LED 색변환용 구조체(110)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면 LED 칩(130)은 기판, n형 질화물 반도체층(n-GaN), 활성층, p형 질화물 반도체층(p-GaN), p형 전극 및 n형 전극이 적층되어 있는 일반적인 LED 칩의 구조를 가질 수 있으나, 본 발명은 이러한 LED 칩의 구조에 특징이 있는 것은 아니며, 따라서 본 발명에서는 공지된 어떠한 형태의 LED 칩으로도 LED 패키지를 구성하는 것이 가능하다. LED 칩(130)은 인쇄회로기판(150) 상에 플립칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있으나, 이 역시 공지된 다른 형태로 실장되는 것도 가능하다.
LED 칩(130)을 둘러싸는 측벽(170)은 LED 칩(130)에서 발생하는 광의 손실을 줄이기 위해 TiO2 등을 포함하는 반사부재로 형성할 수 있다. 이에 따라, LED 칩(130)에서 발생한 광은 LED 색변환용 구조체(110)를 통하여만 출사되어 1면 발광이 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체(110)는 프레임(111)과 그 안에 담지되는 형광체(113)를 포함한다.
LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111)은 유리와 같은 광투과성 재료로 형성되고, 형광체와 같은 색변환 소자를 담지할 수 있는 구조를 갖는다. 구체적으로, LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111)은 밀폐된 내부 공간을 갖도록 구성되며, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 비어있는 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 프레임(111)의 내부 공간에는 LED 칩(130)으로부터 출사되는 광의 색변환이 이루어질 수 있도록 형광체(113)가 담지될 수 있으며, 프레임(111)의 일면에는 형광체의 주입을 위한 홀(110h)이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체의 다양한 형태를 나타내는 도면으로, 구체적으로 LED 색변환용 구조체에서 형광체의 주입을 위한 홀의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, LED 색변환용 구조체(110a) 내부로 형광체를 주입하기 위하여 LED 색변환용 구조체(110a) 일면의 중앙부에 하나의 홀이 형성될 수 있다.
한편, 도 3의 (a)에서와 같이 형광체 주입을 위한 홀을 하나 형성하는 경우, 형광체를 주입하면서 공기 주머니가 생길 수 있는데, 이러한 공기가 빠져나가지 않아 기포가 발생하여 제품의 품질을 저하시킬 수 있다. 이에, 도 3의 (b) 및 (c)에서와 같이, LED 색변환용 구조체(110b) 일면의 중앙부에 하나의 홀을 형성되고 그 양측에 상대적으로 작은 홀을 각각 형성되거나, LED 색변환용 구조체(110c) 일면의 좌우측으로 2개의 홀이 형성될 수도 있다.
다만, 도시된 형광체 주입을 위한 홀의 형태는 예시적인 것으로서, 형광체 주입을 위한 홀의 형상, 크기, 위치는 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 형광체 주입을 위한 홀은 원형 뿐만 아니라 타원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 그 크기와 위치 역시 형광체 주입 공정에 부합하도록 다양하게 변경할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111)이 유리와 같은 광투과성 재료로 일체형으로 되어 있기 때문에 광이 투과하는 매질 수가 적어 휘도 저하를 최소화할 수 있으며, 실리콘을 매질로 사용하는 경우에 비하여 고온, 고전류에 대한 안정성이 우수하여 고전류 인가 시 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, LED 색변환용 구조체(110)의 일측에 형광체 주입을 위한 홀이 형성됨으로써 형광체 주입 및 밀봉 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
본 실시예에서는 LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111) 내부에 담지되는 형광체(120)를 실리콘과 혼합하여 페이스트(paste)를 제작한후 이를 형광체 주입홀을 통해 프레임에 주입하여 색변환용 구조체로 사용할 수 있다. 또한, 청색광을 발하는 청색 LED를 사용하는 경우에는 황색 형광체를 사용함으로써 LED에서 발광하는 빛을 백색 광으로 변환시킬 수 있다.
본 실시예에서는 LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111) 내부에 담지되는 형광체(120)로 양자점, KSF 형광체, CASN 형광체 등을 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 양자점, KSF 형광체 및 CASN 형광체는 색재현율 등이 우수한 반면에 열과 습기에 취약하다는 문제가 있다.
이에, 본 실시예에서는 이들 형광체로 습기가 침투하지 않도록 전술한 LED 색변환용 구조체(110)의 프레임(111)으로 이를 완전히 밀봉하여 사용 과정에서 외부 환경에 의한 영향을 차단하여 형광체의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 형광체를 주입하여 밀봉하는 공정을 저온에서 수행할 수 있어, 제조 과정에서도 열과 습기 등에 의해 형광체의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, LED 색변환용 구조체(110)는 LED 칩(130)을 에워싸는 측벽(170)에 지지되어 LED 칩(130)과 이격된 형태로 배치될 수 있다. 이때, LED 색변환용 구조체(110)와 측벽(170)은 에폭시 또는 실리콘 등의 접합부재를 통해 접합될 수 있다.
이하에서는 LED 색변환용 구조체와 이를 포함하는 LED 패키지의 다른 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체(210) 역시 프레임(211)과 이에 담지되는 형광체(213)를 포함하며, 프레임(211)은 일측이 개방된 형태로 형성될 수 있다. 즉, LED 색변환용 구조체(210)의 프레임(211)은 일측면에 홈이 형성되어 이에 형광체(220)를 담지할 수 있다.
본 실시예에서 유리 기판에 홈을 형성하기 위하여 홀 가공한 유리 그린 시트와 홀 가공되지 않은 유리 그린 시트를 부착한 후 소성하는 시트 공법, 모래, 알루미나, 탄화규소 등의 세라믹 분말을 분사하여 표면층을 깎아내는 샌드 블라스팅(sand blasting), 산(acid)을 이용하여 소결체 표면 일부를 제거하는 산 부식(acid etching) 등의 방법을 사용할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 LED 색변환용 구조체(210)에서는 필요에 따라 형광체(220)가 담지된 홈을 밀봉시키도록 유리와 같은 광투과성 재료로 형성된 별도의 기판을 부가하는 것도 가능하다.
예를 들어, 유리 기판에 홈을 형성한 후 별도의 유리 리드(lid)로 홈을 밀봉하기 위해 홈 주위로 실링재를 도포하여 건조하고, 이후 유리 기판에 형성된 홈에 형광체를 주입하고 유리 기판의 홈을 덮도록 유리 리드를 안착시킨 후 유리 기판 또는 유리 리드 상에서 도포된 실링재 위로 레이저를 조사하는 방식으로 접합시킬 수 있다. 여기에서, 실링재로는 저융점 유리 프릿 조성물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 V2O5, BaO, ZnO, P2O5, TeO2, Cu2O, Fe2O3 및 SeO2를 포함할 수 있다. 또한, 실링재를 경화시키기 위해 조사하는 레이저로는 적외선 레이저, 예를 들어 800~820nm 파장대의 레이저를 사용할 수 있다. 이처럼, LED 색변환용 구조체(210)의 일측에 유리 리드를 접합하는 경우에도 국부 레이저 조사를 통해 접합을 수행할 수 있어 형광체로의 열적 영향을 최소화할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 나타내는 도면으로, 이를 참조하면 LED 패키지(100')는 도 1의 실시예에서와 동일한 LED 색변환용 구조체(110)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1의 실시예에서는 LED 색변환용 구조체(110)가 LED 칩(130)과 이격되어 배치되었으나, 본 실시예에서는 LED 칩(130) 상면을 직접 덮도록 배치되는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서도 LED 칩(130)은 인쇄회로기판(150) 상에 플립칩 형태로 실장될 수 있으며, LED 칩(130)의 측면부를 둘러싸는 측벽(170') 역시 TiO2와 같은 재료를 포함하여 반사부재로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 도 1의 실시예에서와 동일한 LED 색변환용 구조체(110)를 LED 칩(130) 상면에 직접 덮도록 배치하고 있으나, 이와 달리 도 4의 실시예에서와 같은 LED 색변환용 구조체(210)를 사용하는 것도 가능하다.
상술한 실시예들에 따른 LED 색변환용 구조체들은 광의 지향각 또는 광 특성을 조절하기 위한 렌즈와 일체형으로 형성되어 LED 패키지에 적용될 수도 있다. 이를 위해, 렌즈 역시 LED 색변환용 구조체의 프레임과 동일한 재료, 예를 들어 유리로 형성할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 LED 색변환용 구조체로서,
    광투과성 재료로 이루어지고 내부 공간이 형성된 프레임과,
    상기 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체
    를 포함하고,
    상기 프레임의 일측면에는 상기 프레임의 내부 공간이 외부와 연통할 수 있는 형광체 주입홀이 형성되는, LED 색변환용 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체는 양자점, KSF 형광체 및 CASN 형광체 중 적어도 하나를 포함하는, LED 색변환용 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광투과성 재료는 유리를 포함하는, LED 색변환용 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 주입홀은 2개 이상 형성되는, LED 색변환용 구조체.
  5. 제1항에 따른 LED 색변환용 구조체와 LED 칩을 포함하는 LED 패키지로서,
    상기 LED 칩은 인쇄회로기판에 플립칩 형태로 실장되고,
    상기 LED 색변환용 구조체는 상기 LED 칩의 인쇄회로기판에 실장된 반대면에 배치되는, LED 패키지.
  6. LED에서 출사되는 광의 색변환을 위한 LED 색변환용 구조체로서,
    광투과성 재료로 이루어지고 일측에 홈이 형성된 프레임과,
    상기 프레임에 형성된 홈에 담지되는 형광체
    를 포함하는 LED 색변환용 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프레임의 내부 공간에 담지되는 형광체는 양자점, KSF 형광체 및 CASN 형광체 중 적어도 하나를 포함하는, LED 색변환용 구조체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광투과성 재료는 유리를 포함하는, LED 색변환용 구조체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프레임의 일면에 형성된 홈을 덮는 리드를 더 포함하는 LED 색변환용 구조체.
  10. 제6항에 따른 LED 색변환용 구조체와 LED 칩을 포함하는 LED 패키지로서,
    상기 LED 칩은 인쇄회로기판에 플립칩 형태로 실장되고,
    상기 LED 색변환용 구조체는 상기 LED 칩의 인쇄회로기판에 실장된 반대면에 배치되는, LED 패키지.
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