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KR101200400B1 - 백색 발광 다이오드 - Google Patents

백색 발광 다이오드 Download PDF

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KR101200400B1
KR101200400B1 KR1020050116520A KR20050116520A KR101200400B1 KR 101200400 B1 KR101200400 B1 KR 101200400B1 KR 1020050116520 A KR1020050116520 A KR 1020050116520A KR 20050116520 A KR20050116520 A KR 20050116520A KR 101200400 B1 KR101200400 B1 KR 101200400B1
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emitting diode
diode chip
white light
blue
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이익수
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 청색 발광 다이오드 칩과, 녹색 발광 다이오드 칩 및 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩을 봉지하기 위한 몰딩부를 포함하며, 이러한 몰딩부는 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드가 제공된다.
백색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드 칩, 녹색 발광 다이오드 칩, 적색 형광체

Description

백색 발광 다이오드 {White light emitting diode}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드의 사시도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 사시도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 종래 기술 및 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼을 나타낸 도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
210; 기판 220; 제1 리드 단자
230; 제2 리드 단자 240a; 청색 발광 다이오드 칩
240b; 녹색 발광 다이오드 칩 250; 반사부
260; 와이어 270; 적색 형광체
280; 몰딩부
본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩 상에 적색 형광체를 혼합한 몰딩부를 형성한 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.
종래에는 단순 표시기, 문자판 등에 주로 사용되었던 발광 다이오드가 최근 화합물 반도체 기술의 발달로 고휘도 적색, 주황, 녹색, 청색 및 백색 발광 다이오드가 출현됨에 따라 총천연색, 고신뢰성, 저전력 및 소형화가 요구되는 다양한 분야에서 응용이 가능하게 되었다. 특히, 백색 발광 다이오드의 출현은 그 조명 효율이 백열 전구를 능가함에 따라 조명 광원으로서의 사용 가능성을 보여주고 있으며, LCD의 백라이트 광원으로도 사용되고 있다.
이러한 백색 발광 다이오드를 구현하기 위한 다양한 방법들이 개발되었는데, 단일칩 형태의 방법으로는 청색이나 자외선 발광 다이오드 칩 위에 형광체를 결합하여 백색을 얻는 방법과 멀티칩 형태로 두 개나 혹은 세 개의 발광 다이오드 칩을 서로 조합하여 백색을 얻는 방법 등이 있다.
종래 기술 중 청색 발광 다이오드 칩을 이용하는 경우를 살펴보면, 청색 발광 다이오드 칩을 여기광원으로 사용하고, 여기광을 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)의 노란색을 내는 형광체를 통과시켜서, 백색 발광 다이오드를 구현하였다. 그러나, 상기 방법은 청색과 노란색과의 파장 간격이 넓어서 색 분리로 인한 섬광 효과 를 일으키기 쉬우며, 색온도와 연색성 평가지수의 조절도 어렵다는 단점이 있다.
또한, 자외선 발광 다이오드 칩 상에 적색, 녹색 및 청색 형광체를 도포하여, 백색 발광 다이오드를 구현하는 방법이 있다. 그러나, 자외선 발광 다이오드 칩은 수명이 짧고 효율이 낮다는 문제점이 있다.
한편, 멀티칩으로 백색 발광 다이오드를 구현하기 위하여, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 칩을 조합하였으나, 이는 각각의 칩 마다 동작 전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각각의 칩의 출력 변화 등의 문제점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드의 사시도 및 단면도이다. 상기 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 청색 발광 다이오드 칩을 여기광원으로 사용하고, 여기광을 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)의 노란색을 내는 형광체를 통과시켜서, 백색 발광 다이오드를 구현한 예가 도시된다.
상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 백색 발광 다이오드는 액정 표시 장치의 백라이트 광원으로 사용되는 사이드 뷰 형태의 발광 다이오드이다. 상기 백색 발광 다이오드는 기판(110), 제1 리드 단자(120), 제2 리드 단자(130), 청색 발광 다이오드 칩(140), 반사부(150), 와이어(160), 형광체(170) 및 몰딩부(180)를 포함한다.
상기 사이드 뷰 방식의 백색 발광 다이오드를 살펴보면, 상기 기판(110) 상에 형성된 제1 리드 단자(120)와 제2 리드 단자(130)가 배치되며, 상기 제2 단자 상에 청색 발광 다이오드 칩(140)이 실장된다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(140)으로부터 출사되는 광을 측면으로 반사시키기 위한 반사부(150)는 상기 기판 상에 형 성되며, 상기 몰딩부(180)는 청색 발광 다이오드 칩(140)을 봉지하며, 상기 몰딩부 내에는 형광체(170) 예를 들면, YAG(Yttrium Aluminum Garnet)가 혼합된다. 그 결과, 청색 발광 다이오드 칩으로부터 출사되는 청색광은 상기 형광체(170)를 여기시켜, 황색광을 생성하며, 이러한 황색광과 청색광의 보강 간섭에 의해 백색광이 출사된다. 따라서, 청색광과 황색광만이 존재하기 때문에 적색 및 녹색을 표현하는데 한계가 있어서, 색 재현성이 저하되는 문제점이 발생된다. 또한, 상기에서 살펴본 바와 같이, 종래 기술에 따라 구현된 백색 발광 다이오드들은 문제점이 존재하는 바, 이를 보완한 백색 발광 다이오드가 요구되는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적색광, 녹색광 및 청색광 모두를 출사시켜서 색 재현성을 개선할 수 있는 백색 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩; 녹색 발광 다이오드 칩 및 상기 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩을 봉지하기 위한 몰딩부를 포함하며, 상기 몰딩부는 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드가 제공된다.
상기 적색 형광체는 (Sr1 - xEux)S 또는 (Ca1 - xEux)S 를 포함하며, x는 0.001 내지 0.02인 것을 특징으로 한다.
상기 몰딩부는 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 칩들에 전압을 인가하기 위한 리드 단자들 및 상기 리드 단자들이 배치된 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 상에 배치되며, 상기 발광 다이오드 칩들로부터의 광을 소정 방향으로 반사시키기 위한 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
발광 다이오드는 다양한 형태로 제작되고 있는데, 정보 통신기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, 발광 다이오드 역시 인쇄회로기판에 직접 실장하기 위하여 표면 실장 소자(SMD;Surface Mount Device)형으로 제조되고 있다. 이러한 SMD 방식의 발광 다이오드는 용도에 따라 사이드 뷰(Side View)형태와 탑 뷰(Top View) 형태로 제조되는데, 이하의 도 2 및 도 3에서는 사이드 뷰 및 탑 뷰 형태의 SMD 방식의 백색 발광 다이오드에 대해서 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 사시도 및 단면도이다. 상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 백색 발광 다이오드는 중소형 액정 표시 장치의 백라이트 광원으로 사용되는 사이드 뷰 형태의 백색 발광 다이오드이다.
상기 백색 발광 다이오드는 기판(210), 제1 리드 단자(220), 제2 리드 단자 (230), 청색 발광 다이오드 칩(240a), 녹색 발광 다이오드 칩(240b), 반사부(250), 와이어(260a, 260b), 적색 형광체(270) 및 몰딩부(280)를 포함한다.
상기 기판(210) 상에는 제1 리드 단자(220)와 제2 리드 단자(230)가 형성된다. 상기 제1 리드 단자(220) 상에는 청색 발광 다이오드 칩(240a)과 녹색 발광 다이오드 칩(240b)이 실장되며, 상기 와이어(260a, 260b)를 통해 상기 청색 발광 다이오드 칩(240a)과 녹색 발광 다이오드 칩(240b)은 상기 제2 리드 단자(230)와 연결된다. 본 실시예에서는 상기 청색 발광 다이오드 칩(240a)과 녹색 발광 다이오드 칩(240b)은 직렬로 연결되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩을 병렬로 연결하는 것도 가능하다.
상기 반사부(250)는 일 측면이 개방되도록 기판 상에 형성되어, 상기 발광 다이오드 칩들로부터 출사되는 광이 측면으로 반사될 수 있도록 한다.
상기 몰딩부(280)는 상기 반사부(250)내에 도포되어, 상기 청색 발광 다이오드 칩(240a)과 녹색 발광 다이오드 칩(240b)을 봉지하고, 상기 제1 리드 단자(220)와 제2 리드 단자(230)를 고정시키는 역할을 수행한다. 이때, 몰딩부는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등과 같이 투명 수지가 이용된다.
상기 적색 형광체(270)는 상기 몰딩부(280) 내에 포함되며, 상기 청색 발광 다이오드 칩(240a)또는 녹색 발광 다이오드 칩(240b)으로부터 출사되는 광이 상기 적색 형광체(270)를 여기시켜, 적색광을 생성시킨다. 따라서, 청색광, 녹색광 및 적색광이 혼합되어 백색광이 출사된다.
이때, 적색 형광체(270)로는 (Sr1 - xEux)S 또는 (Ca1 - xEux)S 가 사용되며, 이때 x는 0.001 내지 0.02이다. 이외에도 다양한 적색 형광체가 사용될 수 있다.
상기 청색 발광 다이오드 칩(240a)은 실리콘카바이드(SiC)와 같은 Ⅳ족, ZnSe 및 ZnS와 같은 Ⅱ-Ⅳ족, GaN계의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 등을 이용하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 GaN 물질계를 이용한다. GaN의 경우에는 In의 조성비에 따라 적색에서 근자외선까지 발광할 수 있기 때문에, 청색 발광 다이오드 칩은 물론 녹색 발광 다이오드 칩을 제조할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 평면도 및 단면도이다. 상기 도 3a 및 도 3b에 도시된 백색 발광 다이오드는 탑 뷰 형태의 백색 발광 다이오드로서, 광이 측방으로 출사되는 제1 실시예와는 달리, 광이 상방향으로 출사된다는 점이 상이하며, 나머지 구성요소는 유사하다.
상기 백색 발광 다이오드는 기판(310), 제1 리드 단자(320a, 320b), 제2 리드 단자(330a, 330b), 청색 발광 다이오드 칩(340a), 녹색 발광 다이오드 칩(340b), 반사부(350), 와이어(360a, 360b), 적색 형광체(370) 및 몰딩부(380)를 포함한다.
상기 기판(310) 상에는 2개의 제1 리드 단자(320a, 320b)와 2개의 제2 리드 단자(330a, 330b)가 형성된다. 상기 제1 리드 단자(320a) 상에는 청색 발광 다이오드 칩(340a)이 실장되며, 상기 제1 리드 단자(320b)에는 녹색 발광 다이오드 칩 (340b)이 실장된다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(340a)과 녹색 발광 다이오드 칩(340b)은 각각의 와이어(360a, 360b)를 통하여, 제2 리드 단자(330a, 330b)로 연결된다.
상기 반사부(350)는 상기 기판(310) 상에 상기 청색 및 녹색 발광 다이오드 칩(340a, 340b)을 둘러싸도록 형성되며, 이 때 광의 휘도 및 집광 능력을 향상시키기 위해 상기 청색 및 녹색 발광 다이오드 칩(340a, 340b)을 둘러싸는 반사기(350)의 내측벽이 소정 기울기를 갖도록 형성할 수 있다. 상기와 같이 반사부(370)를 형성함으로써, 상기 청색 및 녹색 발광 다이오드 칩(340a, 340b)에서 발광하는 광의 반사를 극대화시킬 수 있게 된다.
상기 몰딩부(380)는 상기 반사부(350)내에 도포되어, 상기 청색 발광 다이오드 칩(340a)과 녹색 발광 다이오드 칩(340b)을 봉지하고, 상기 제1 리드 단자(320a, 320b)와 제2 리드 단자(330a, 330b)를 고정시키는 역할을 수행한다. 이때, 몰딩부는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등과 같이 투명 수지가 이용된다.
상기 적색 형광체(370)는 상기 몰딩부(380) 내에 포함되며, 상기 청색 발광 다이오드 칩(340a)또는 녹색 발광 다이오드 칩(340b)으로부터 출사되는 광이 상기 적색 형광체(370)를 여기시켜, 적색광을 생성시킨다. 따라서, 청색광, 녹색광 및 적색광이 혼합되어 백색광이 출사된다. 상기 적색 형광체(370)는 상기에 살펴본 바와 같이, 상기 적색 형광체는 (Sr1 - xEux)S 또는 (Ca1 - xEux)S 가 사용되며, 이때 x는 0.001 내지 0.02이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 단면도이다. 상기 제3 실시예에 따른 백색 발광 다이오드는 칩 형태의 발광 다이오드로서, 상기 제2 실시예와는 달리 반사부가 없다는 점이 상이하며, 나머지 구성요소는 유사하다. 또한, 본 실시예에서 상기 몰딩부(380)는 반구 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 몰딩부는 다양한 형태로 제작될 수 있다.
상기 도 2a 내지 도 4에는 다양한 형태의 백색 발광 다이오드가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기에서 살펴본 형태 이외의 다른 형태의 백색 발광 다이오드에도 적용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 종래 기술 및 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼을 나타낸 도이다.
상기 도 5a은 종래 기술 즉, 도 1에 따른 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이며, 상기 도 5b는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이다.
상기 도 5a를 참조하면, 청색과 황색 부근에만 발광 피크가 존재하며, 녹색과 적색 부근에서는 발광 피크가 존재하지 않는다. 따라서, 녹색과 적색을 표현하는데 한계가 있어서, 색 재현성이 저하되었다.
상기 도 5b를 참조하면, 상기 도 5a에 도시된 발광 스펙트럼과는 달리, 청색은 물론 녹색과 적색 부분에서도 발광 피크가 존재함을 알 수 있다. 따라서, 녹색 과 적색을 표현하는데 무리가 없게 되었고, 그에 따라 색 재현성이 개선되었다.
삭제
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩을 포함하고, 이들에서 출사되는 광에 의해 여기되는 적색 형광체를 포함시켜, 백색 발광 다이오드를 구현시킴으로써, 적색광, 녹색광 및 청색광의 조합에 의해 백색광을 출사시킴으로써, 색 재현성이 개선되는 효과를 얻게 된다.

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판상에 상호 이격되게 배치되는 제1 내지 제4 리드 단자;
    청색 발광 다이오드 칩;
    녹색 발광 다이오드 칩; 및
    상기 청색 발광 다이오드 칩과 녹색 발광 다이오드 칩을 봉지하기 위한 몰딩부;를 포함하며,
    상기 몰딩부는 (Sr1-xEux)S 또는 (Ca1-xEux)S (0.001≤x≤0.02)인 적색 형광체를 포함하고,
    상기 청색 발광 다이오드 칩은 제1 리드 단자상에 배치되며 상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 녹색 발광 다이오드 칩은 제3 리드 단자상에 배치되며 상기 제4 리드 단자와 전기적으로 연결되며,
    상기 청색 발광 다이오드 칩과 상기 녹색 발광 다이오드 칩은 서로 대각선 방향으로 배치되고, 제2 리드 단자와 제4 리드 단자도 서로 대각선 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결은 와이어를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 발광 다이오드 칩들로부터의 광을 소정 방향으로 반사시키기 위한 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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