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KR100888438B1 - 백색 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

백색 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100888438B1
KR100888438B1 KR1020070119898A KR20070119898A KR100888438B1 KR 100888438 B1 KR100888438 B1 KR 100888438B1 KR 1020070119898 A KR1020070119898 A KR 1020070119898A KR 20070119898 A KR20070119898 A KR 20070119898A KR 100888438 B1 KR100888438 B1 KR 100888438B1
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light emitting
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white light
led chip
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쉴로 세르게이
신동익
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 광추출 효율을 향상시키기 위한 것으로, 리플렉터 컵(reflector cup); 상기 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩; 상기 LED 칩을 둘러싸는 투명수지; 상기 투명수지 상부의 형광층; 및 상기 투명수지와 형광층 사이에 개재되어, 상기 형광층으로부터 하부방향으로 향하는 형광((phosphorescence)을 상부방향으로 반사시키는 반사필름을 포함하는 백색 발광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
백색 발광소자, 광추출, 형광

Description

백색 발광소자 및 그 제조방법{WHITE LIGHT EMITTING DIODE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 백색 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 봉지재와 형광층 사이에 나노필름을 둠으로써, 광추출 효율을 향상시키도록 한 백색 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(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 발광소자, GaP 등을 이용한 녹색 발광소자, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광소자 등이 있다.
발광소자는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 가지고 있다. 이러한 발광소자는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진 행중이다.
최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광소자 외에 백색 발광소자들이 출시되고 있다.
백색 발광소자는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
발광소자 기술에서 백색을 구현하는 방식은 크게 두 가지로 구분될 수 있다.
첫 번째 방식은, 적색, 녹색, 청색 발광소자 칩을 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 그러나, 각 발광소자 칩은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용 환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
두 번째 방식은, 형광체를 발광소자 칩에 배치시켜, 발광소자 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 즉, 자외선을 발광하는 발광소자 칩 상부에 자외선에 의하여 여기되어 청색에서 적색까지의 가시광선을 발광하는 형광체를 도포하여 백색광을 얻거나, 청색으로 발광하는 발광소자 칩 상에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 분포시켜 발광소자 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다.
현재 형광체를 발광소자 칩에 배치시켜 백색광을 구현하는 방법이 보편화되어 있으며, 특히, 청색 발광소자 칩과 황록색 또는 황색 형광체를 이용하여 백색을 구현하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다.
도 1은 상술한 바와 같이 백색 발광을 위해 청색 LED 칩과 황색 발광 형광체를 사용한 종래램프 형태(lamp type)의 백색 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 램프 형태의 백색 발광소자(10)는, 마운트 리드(mount lead, 11)와 인너 리드(inner lead, 12)를 구비하고 있으며, LED 칩(14)은 상기 마운트 리드(11)의 상부에 형성된 리플렉터 컵(20) 내부에 설치되어 있다. 상기 LED 칩(14)의 n 전극과 p 전극은 와이어(15)에 의해 마운트 리드(11)와 인너 리드(12) 각각에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 LED 칩(14)은 투명 수지에 형광물질이 혼합된 형광층(18)에 의해 덮여져 있다. 그리고, 상기 구성요소들은 봉합물질(17)에 의해 둘러싸여 있다.
상기 리플렉터 컵(20)은 가시광선의 고반사를 위해서 Ag, Al로 코팅이 된다.
도 2는 리플렉터 컵 내에 형광물질이 배치될 수 있는 경우를 간략하게 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, LED 칩(14)이 리플렉터 컵(20)의 저면에 탑재되어 있으며, 상기 리플렉터 컵(20) 내에는 투명수지(16)가 채워져 있다. 그리고, 상기 투명수지(16) 내에는 형광물질(19)이 분포되어 있다.
이때, 상기 형광물질(19)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 투명수지(16) 내에 균일하게 분포하거나, 도 2b에 도시된 바와 같이, LED 칩(14)의 표면에 집중적으로 분포할 수 있다.
상기한 바와 같이 투명수지(16)에 형광물질(19)을 포함하는 발광소자(10)는, 전류 인가시, 상기 LED 칩(14)의 청색 발광과, 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광 물질(16)의 황색 발광의 조합으로 인한 백색발광을 구현하게 된다.
그러나, 상기 LED 칩(14)에서 발광된 광이 상기 형광물질(19)을 여기하여 방출된 형광의 일부가 LED 칩(14)의 표면에 충돌하여 재흡수되어, 발광효율이 떨어지는 문제가 있었다.
특히, 도 2b에 도시된 바와 같이, 형광물질(19)이 LED 칩(14) 표면에 몰려있는 경우, 형광물질(19)이 투명수지(16) 내에 균일하게 분포되어 있는 경우에 비해, LED 칩(14)의 표면에 충돌하는 확률이 높기 때문에 발광특성도 더욱 나빠지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩 주변을 투명수지만으로 채운 후, 상기 투명수지 상에 형광층을 형성하되, 상기 투명수지와 형광층 사이이에 반사필름을 두어, 상기 형광층으로부터 LED 칩 방향으로 향하는 광을 상부로 반사시킴으로써, 광효율을 향상시킬 수 있도록 한 백색 발광소자를 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 형광층으로부터 방출된 형광이 LED 칩 또는 반사컵의 경사면에 충돌하는 것을 방지하여, 광추출 효율을 향상시킬 수 있도록 한 백색 발광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 리플렉터 컵(reflector cup); 상기 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩; 상기 LED 칩을 둘러싸는 투명수지; 상기 투명수지 상부의 형광층; 및 상기 투명수지와 형광층 사이에 개재되어, 상기 형광층으로부터 하부방향으로 향하는 형광((phosphorescence)을 상부방향으로 반사시키는 반사필름을 포함하여 구성된 백색 발광소자를 제공한다.
상기 투명수지는, PMMA, polysterene, polyuritane, benzoguanamine resin, silicon, epoxy 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 형광층은, 투명수지와 형광물질이 혼합되어 형성된 것으로, 이때에도, 상기 투명수지는 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 반사필름은, 나노두께를 가진 나노필름으로, 상기 반사필름의 두께는 1 ~ 10 ㎚ 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사필름은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광은 투과시키고, 상기 형광층으로부터 발생된 형광은 반사시키는 특성을 가지고 있으며, 이를 위해, 상기 반사필름의 플라즈마 파장(λP)은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 조건을 만족해야 한다.
상기 조건을 만족하는 금속물질로는 Cs(세슘) 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 반사필름은, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 이루어진 반금속(quasi-metallic)물질로 형성될 수도 있다.
상기 LED 칩은, 청색(blue), 적색(red), 녹색(green) 및 UV 파장을 발생시키는 발광소자 중 적어도 하나 이상을 포함하고 있으며, 상기 LED 칩의 발생광과 함께 백색광을 구현하는 형광을 방출하는 것이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들면, 상기 형광층은, 황색(yellow), 적색(red) 및 녹색(green) 중 어느 하나로 파장을 변환시키는 형광물질 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상부를 향하여 경사진 리플렉터 컵(reflector cup); 상기 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩; 상기 리플렉터 컵 내부에 상기 LED 칩을 둘러싸는 봉지재; 상기 봉지재 상부의 형광층; 상기 봉지재와 형광층 사이에 개재되어, 상기 LED 칩으로부터 입사되는 광은 투과시키고, 상기 형광층으로부터 입사되는 형광(phosphorescence)은 반사시키는 반사필름을 포함하여 구성된 백색 발광소자를 제공한다.
상기 반사필름은 나노필름으로, 1 ~ 10 ㎚ 범위의 두께를 갖는다.
그리고, 상기 반사필름의 플라즈마 파장(λP)은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 것이 바람직하다.
상기 조건을 만족하기 위해 반사필름은 Cs(세슘) 등과 같은 금속물질, 또는 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 형성되어, 반금속(quasi-metallic) 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 리플렉터 컵(reflector cup)을 준비하는 단계; 상기 리플렉터 컵의 저면에 LED 칩을 실장하는 단계; 상기 리플렉터 컵 내부에 상기 LED 칩을 둘러싸는 봉지재를 형성하는 단계; 상기 봉지재 상부에 반사필름을 형성하는 단계; 및 상기 반사필름 상에 형광층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 백색 발광소자의 제조방법을 제공한다.
상기 봉지재는, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티 렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있다.
상기 반사필름 상에 형광층을 형성하는 단계는, 투명수지에 형광물질을 혼합한 후, 이를 반사필름 상에 디스펜싱 하는 단계; 및 상기 반사필름 상에 디스펜싱된 투명수지 및 형광물질을 경화시키는 단계로 이루어지며, 상기 투명수지는, 상기 봉지재와 동일하게 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 상기 반사필름은, 그 두께가 1 ~ 10 ㎚ 인 나노필름으로 형성하는 것이 바람직하며, 플라즈마 파장(λP)이 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 것으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
이를 위해, 상기 반사필름은, Cs(세슘) 등의 금속물질로 형성하거나, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 형광층을 봉지재 상부에 LED 칩으로부터 소정거리 이격되도록 형성하고, 상기 봉지재와 형광층 사이에 반사필름을 마련함으로써, 상기 형광층으로부터 방출되는 형광 중, 하부로 향하는 광을 상부방향으로 반 사시켜 꺽어줌으로써, 광추출 효율을 향상시킨다.
즉, 종래에는 형광물질로부터 발생된 형광 중, 하부방향으로 향하는 광이 LED 칩과 충돌하여, 광손실이 발생하였으나, 본 발명에서는, LED 칩 상부에 반사필름을 마련하여, LED 칩과 충돌하는 형광을 모두 상부방향으로 꺽어줌으로써, 광추출 효율을 향상시킨다.
이때, 상기 반사필름은, LED 칩으로부터 발생된 광은 모두 투과시키는 조건도 함께 만족해야 하므로, 상대적으로 단파장의 광을 발생시키는 LED 칩의 파장보다는 크고, 장파장을 발생시키는 형광물질의 파장보다 작은 물질을 선택해서 사용해야한다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 봉지재와 형광층 사이에 나노두께의 반사필름을 두어, 상기 형광층으로부터 발생된 형광 중, 하부 방향으로 방출되는 광을 상부방향으로 향하도록 반사시켜 주어, LED 칩과 충돌하여 광실되는 광을 막아줌으로써, 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부한 도면을 통해 본 발명에 따른 백색 발광소자 및 그 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 백색 발광소자를 나타낸 것으로, 패키지 기판은 생략 하고, 리플렉터 컵에 실장된 LED 칩을 나타낸 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 발광소자(100)는, 리플렉터 컵(120), 상기 리플렉터 컵(120)의 저면에 실장된 LED 칩(110), 상기 LED 칩(110)을 둘러싸는 봉지재(130), 상기 봉지재(130) 상에 형성된 형광층(150) 및 상기 봉지재(130)와 형광층(150)의 사이에 개재된 반사필름(140)을 포함하여 구성된다.
상기 리플렉터 컵(120)은 상부를 향하여 경사진 구조를 가지고 있으며, 상기 리플렉터 컵(120)은, 상기 LED 칩(110)으로 방출되어, 리플렉터 컵(120)의 측부 또는 하부로 향하는 광을 반사시키 위한 반사물질이 코팅되어 있다.
상기 반사물질로는, 가시광의 반사특성이 우수한 Ag, Al 등이 사용될 수 있다.
상기 LED 칩(110)은, 청색(blue), 적색(red), 녹색(green) 및 UV 파장을 발생시키는 발광소자 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 청색 LED 칩이 단독으로 구성되거나, 청색과 적색 발광소자가 함께 구성될 수도 있다.
그러나, 본 발명은 이러한 예들에 한정되어 있는 것이 아니고, 청색(blue), 적색(red), 녹색(green) 및 UV 파장을 발생시킨다면, 단독 또는 어떠한 조합으로든 구성될 수 있다.
상기 리플렉터 컵(120) 내부에 충진되어, 상기 LED 칩(110)을 둘러싸도록 형성된 봉지재(130)는, 상기 LED 칩(110)으로부터 발생된 가시광을 투과시킬 수 있는 투명수지로 이루어져 있으며, 예를 들면, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 형광층(150)은, 투명수지(151)에 형광물질(153)이 혼합되어 형성된 것으로, 상기 투명수지(151)는, 상기 LED 칩(110)에서 발생되는 광과 형광물질(153)의 발광을 투과시키고, 형광물질(153)이 안정적으로 분산될 수 있는 재료라면, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 투명수지(151)는, 상기 봉지재(130)와 같이, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나로 형성될 수 있을 것이다.
상기 형광물질(153)은, 황색(yellow), 적색(red) 및 녹색(green) 중 어느 하나로 파장을 변환시키는 형광체로 이루어질 수 있으며, 상기 형광층(150)의 형광물질(153)은, 상기 LED 칩(110)의 발광파장에 따라 결정된다. 즉, 상기 LED 칩(110)으로부터 발광된 광을 변환시켜, 백색광을 구현할 수 있는 형광물질을 사용하게 된다. 예를 들어, 상기 LED 칩(110)이 청색 광을 발생시키는 경우, 상기 형광층(150)은 황색 발광의 형광물질을 사용하게 된다.
이와 같이, 청색 발광소자와 황색 발광 형광체를 사용하는 경우, 전류인가시, 상기 LED 칩(110)의 청색 발광과, 그 광의 일부를 여기원으로 한 형광물질의 황색 발광의 조합으로 인한 백색발광을 구현하게 된다.
한편, 상기 봉지재(130)와 형광층(150) 사이에 개재된 반사필름(140)은, 나노 사이즈의 두께를 가진 나노필름으로, 1 ~ 10 ㎚ 두께를 갖는다.
상기 반사필름(140)은, 상기 LED 칩(110)으로부터 입사되는 광은 그대로 투과시키고, 상기 형광물질(153)로부터 입사되는 광은 반사시킨다.
즉, 상기 반사필름(140)은 LED 칩(110)에서 발생되는 광은 투과시키는 투과기능과 상기 형광층(150)으로부터 발생되어, 하부로 향하는 광을 상부방향으로 꺽어주는 반사기능을 모두 가지고 있다. 따라서, 상기 반사필름(140)은 전적으로 반사기능만을 가진 것이 아니고, 파장에 따라 투과 및 반사를 선택적으로 수행하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 반사필름(140)은, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 LED 칩(110)에서 발생하는 광은 그대로 투과시키고, 상기 반사필름(140)의 상부에 마련되어, 상기 반사필름(140)을 향하여 방출되는 형광층(150)의 형광(phosphorescence)은 모두 반사시켜 상부방향으로 꺽이도록 해야한다.
이와 같이, 상기 반사필름(140)이 상기 반사필름(140)을 향해 입사되는 광의 파장에 따라 투과기능과 반사기능을 선택적으로 수행할 수 있도록 하기 위해서는. 상기 반사필름(140)이 가지는 플라즈마 파장(λP)이 상기 LED 칩(110)으로부터 발생되는 파장(λ1) 보다는 작고, 상기 형광층(150)으로부터 발생되는 형광의 파장(λ2) 보다 큰 조건을 만족해야 한다.
다시 말해, 상기 반사필름(140)은, 반사필름(140)의 플라즈마 파장(λP) 보다 작은 파장은 투과시키고, 플라즈마 파장(λP) 보다 큰 파장은 모두 반사시키도록 형성해야한다.
상기한 바와 같이, 파장에 따른 반사특성을 수학식을 통해 이론적으로 설명하도록 한다.
일반적으로, 반사율(R)은 수학식1과 같이, 굴절율(refractionindex;n)에 의한 식으로 계산될 수 있다.
Figure 112007084190306-pat00001
(n=굴절율)
또한, 굴절율의 제곱은 유전율(ε)이므로, 주파수(ω)에 대한 굴절율 함수(n(ω))는 수학식2와 같이 유전율 함수(ε(ω))로 나타낼 수 있다.
Figure 112007084190306-pat00002
또한, 유전율(ε(ω)) 및 플라즈마 주파수(ωP)는 각각 수학식3 및 수학식4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007084190306-pat00003
(ωP= 플라즈마 주파수, ω=입사광의 주파수)
여기서, 플라즈마 주파수(ωP)는 광이 입사되는 입사면의 고유의 주파수를 의미한다.
Figure 112007084190306-pat00004
εω
입사되는 광의 주파수(ω)가 플라즈마 주파수(ωP) 보다 작은 경우(ω<ωP), 주파수와 파장은 역비례 관계를 가지므로, 입사광의 파장이 플라즈마 파장보다 큰 경우(λ>λP)로 이해될 수 있다.
수학식3에 의해 유전율은 음(ε(ω)<0)이 된다. 이때,
Figure 112007084190306-pat00005
로 정의할 때, 수학식 2에 의해, 아래 수학식 5를 만족하게 된다.
Figure 112007084190306-pat00006
계속해서, 수학식 5를 상기 수학식 1에 아래와 같이 대입하게 되면, 반사율(R)은 아래식에 의해 1이 된다.
Figure 112007084190306-pat00007
여기서, 반사율이 1이라는 것은, 입사되는 광을 100% 반사시키는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명은, 입사되는 광의 파장이 입사면의 플라즈마 파장보다 큰 경우, 이를 모두 반사시키는 특성을 이용한 것으로, 상기 반사필름(140)은, 상 기 형광물질(153)로부터 방출되는 형광을 방출시킬 수 있도록, 세슘(Cs)와 같은 금속물질이나, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 이루어진 반금속(quasi-metallic)물질로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 백색 발광소자는, 상기 봉지재(130)와 형광층(150) 사이에 LED 칩(110)의 광은 투과시키고, 상기 형광층(150)으로부터 발광된 형광은 반사시키는 반사필름(140)을 둠으로써, 광추출 효율을 향상시킨다.
도 4는 반사필름(140)을 통해 투과되는 LED 칩의 발생광과 반사되는 형광층의 형광을 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 반사필름(140)의 하부에 위치하는 LED 칩(미도시)으로부터 청색광(①)이 발광하게 되면, 상기 청색광(①)은 상기 형광물질(153)과 충돌하여, 상기 형광층(150)에 분포된 형광물질(153)을 여기시키고, 상부로 방출되거나(1a), 하부로 향하게 된다(1b). 이때, 대부부의 청색광은 형광물질(153)을 여기시키고, 상부로 방출되며, 하부방향으로 입사되는 광은 대부분이 리플렉터 컵에 반사되어 다시 형광물질(153)을 여기시키고, 상부로 방출된다.
상기 청색광(1a)에 의해 여기된 형광물질(153)은 황색광을 발생시키게 되는데, 상기 황색광의 일부(2a)는 청색광(1a)과 함께 상부방향으로 방출되고, 일부(2b)는 하부방향을 향해 방출된다.
하부방향을 향해 방출되는 광(2a)은 그 하부에 마련된 반사필름(140)에 의해 반사되어 다시 상부방향으로 꺽여, 청색광과 함께 백색광을 구현하게 된다. 즉, 상기 반사필름(140)에 의해 상부로 향하는 광(2a)은, 종래에는, LED 칩과 충돌하여 흡수되는 광으로 손실되었으나, 본 발명에서는, 반사필름(140)을 통해 상부방향으로 반사되어, 백색광 구현에 기여, 광추출을 향상시킨다.
실질적으로, 상기 반사필름(140)을 통해 78% 이상의 광추출 효율을 얻을 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 백색 발광소자(100)는, 리플렉터 컵(120)의 저면에 LED 칩(110)을 실장한 다음, 디스펜싱(dispensing) 등의 토출방식을 통해, 상기 LED 칩(110)을 둘러싸는 투명수지(151)를 충진한 후, 이를 경화시켜 봉지재(130)를 형성하고, 그 상부에 반사필름(140) 및 형광층(150)을 연속하여 적층함으로써 형성할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 리플렉터 컵(120)의 내면에는, 상기 LED 칩(110)으로부터 상기 리플렉터 컵(120)에 입사되는 광을 반사시켜 상부로 향하도록 하는 Al, Ag와 같은 반사물질을 코팅할 수 있다.
또한, 상기 반사필름(140)은, CVD(chemical vapor deposition) 등의 기존에 공지된 다양한 증착방식을 통해, 상기 봉지재(130) 상에 형성할 수 있다.
또한, 상기 형광층(150)은 투명수지에 형광물질이 혼합된 수지를 봉지재(130)와 동일한 방식으로 상기 반사필름(140) 상에 도포한 후, 경화시켜 형성할 수 있다.
또한, 상기 형광층(150)은, 형광필름을 별도로 제작한 후, 상기 반사필름(140) 상에 부착하여 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 기본 개념은 상기 봉지재(130)와 형광층(150) 사이에 상기 형광 층(150)으로부터 방출되는 형광을 반사시키는 반사필름을 형성하는 것으로, 상기 LED 칩(110)의 실장방식, 상기 봉지재(130) 및 형광층(150)의 형성방법 및 이들이 패키지 상에 실장되는 방식등은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 기존에 공지된 다양한 방식들이 이용될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 백색 발광소자(100)는, 상기 LED 칩(110)으로부터 발생되는 광을 여기원으로 하여, 상기 형광층(150)으로부터 방출되는 광을 상기 반사필름(140)을 통해 상부방향으로 꺽어줌으로써, 광추출 효율을 향상시킨다.
즉, 종래에는 형광물질이 봉지재 내부에 분포되어 있으며, 상기 형광물질로부터 방출되는 형광 중, 그 하부로 방출되는 광은, 상기 LED 칩과 충돌하여 흡수되므로써, 광손실이 발생하였다.
그러나, 본 발명에서는, 봉지재를 투명수지로만 형성하고, 그 상부에 형광층을 형성하되, 상기 봉지재와 형광층 사이에 LED 칩으로부터 발생되는 광은 투과시키고, 형광층으로부터 발생되는 광은 반사시키는 반사필름을 둠으로써, 상기 형광층으로부터 발생되어 하부방향으로 향하는 광을 모두 상부방향으로 꺽어주어, 광추출 효율을 향상시키는 것이다.
따라서, 본 발명은 LED 칩을 커버하는 봉지재와 형광층 사이에 LED 칩으로부터 발생되는 단파장의 광은 투과시키고, 형광물질로부터 방출되는 장파장의 광은 반사시킬 수 있는 반사필름을 두는 것으로, LED 칩의 실장방식 및 패키지 방식등에 상관없이 상기의 기술내용을 포함한다면, 모두 본 발명에 포함될 것이다.
이에 따라, 본 발명의 권리 범위는 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.
도 1은 종래 램프방식의 백색 발광소자를 나타낸 도면.
도 2는 종래 리플렉터 컵에 실장된 LED 칩과 그 상부에 분포된 형광물질을 나타낸 것으로, 도 2a는 LED 칩 주변에 형광물질이 집중된 것을 나타낸 것이고, 도 2는 형광물질이 투명수지 내에 균일하게 분포된 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 백색 발광소자를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 백색 발광소자의 광추출을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 백색 발광소자 110 : LED 칩
120 : 리플렉터 컵 130 : 봉지재
140 : 반사필름 150 : 형광층
151 : 투명수지 153 : 형광물질

Claims (31)

  1. 리플렉터 컵(reflector cup);
    상기 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩;
    상기 LED 칩을 둘러싸는 투명수지;
    상기 투명수지 상부의 형광층; 및
    상기 투명수지와 형광층 사이에 개재되어, 상기 형광층으로부터 하부방향으로 향하는 형광((phosphorescence)을 상부방향으로 반사시키는 반사필름;
    을 포함하며,
    상기 반사필름의 플라즈마 파장(λP)은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 백색 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명수지는, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광층은, 투명수지와 형광물질이 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 형광층에 형성된 투명수지는, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사필름은, 나노필름인 것을 특징을 하는 백색 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사필름의 두께는 1 ~ 10 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사필름은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광은 투과시키고, 상기 형광 층으로부터 발생된 형광은 반사시키는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사필름은, 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사필름은, Cs(세슘)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사필름은, 반금속(quasi-metallic)물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반사필름은, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은, 청색(blue), 적색(red), 녹색(green) 및 UV 파장을 발생시키는 발광소자 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 형광층은, 황색(yellow), 적색(red) 및 녹색(green) 중 어느 하나로 파장을 변환시키는 형광물질 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  15. 상부를 향하여 경사진 리플렉터 컵(reflector cup);
    상기 리플렉터 컵의 저면에 실장된 LED 칩;
    상기 리플렉터 컵 내부에 상기 LED 칩을 둘러싸는 봉지재;
    상기 봉지재 상부의 형광층;
    상기 봉지재와 형광층 사이에 개재되어, 상기 LED 칩으로부터 입사되는 광은 투과시키고, 상기 형광층으로부터 입사되는 형광(phosphorescence)은 반사시키는 반사필름;
    을 포함하며,
    상기 반사필름의 플라즈마 파장(λP)은, 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 백색 발광소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반사필름의 두께는, 1 ~ 10 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 반사필름은, 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반사필름은, Cs(세슘)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 반사필름은, 반금속(quasi-metallic)물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 반사필름은, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광소자.
  22. 리플렉터 컵(reflector cup)을 준비하는 단계;
    상기 리플렉터 컵의 저면에 LED 칩을 실장하는 단계;
    상기 리플렉터 컵 내부에 상기 LED 칩을 둘러싸는 봉지재를 형성하는 단계;
    상기 봉지재 상부에 반사필름을 형성하는 단계; 및
    상기 반사필름 상에 형광층을 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 반사필름은, 플라즈마 파장(λP)이 상기 LED 칩으로부터 발생된 광의 파장(λ1)보다 크고, 상기 형광층(λ2)으로부터 발생된 형광의 파장보다 작은 것으로 형성하는 백색 발광소자의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 봉지재는, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나를 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 반사필름 상에 형광층을 형성하는 단계는,
    투명수지에 형광물질을 혼합한 후, 이를 반사필름 상에 디스펜싱 하는 단계; 및
    상기 반사필름 상에 디스펜싱된 투명수지 및 형광물질을 경화시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 투명수지는, 아크릴수지(PMMA : Polymethly Methacrylate), 폴리스티렌(polysterene), 폴리우레탄(polyuretane), 벤조구아나민 수지(benzoguanamine resin), 에폭시(epoxy) 및 실리콘 수지(silicone resin) 중 어느 하나를 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 반사필름의 두께는, 1 ~ 10 ㎚ 로 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  27. 삭제
  28. 제22항에 있어서,
    상기 반사필름은, 금속물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법
  29. 제28항에 있어서,
    상기 반사필름은, Cs(세슘)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 반사필름은, 반금속(quasi-metallic)물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 반사필름은, 도핑농도가 5 × 1021 cm-3 이상인 반도체로 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조방법.
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