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KR20100096374A - 발광장치용 봉지재료 및 이를 이용한 발광장치 - Google Patents

발광장치용 봉지재료 및 이를 이용한 발광장치 Download PDF

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KR20100096374A
KR20100096374A KR1020090015220A KR20090015220A KR20100096374A KR 20100096374 A KR20100096374 A KR 20100096374A KR 1020090015220 A KR1020090015220 A KR 1020090015220A KR 20090015220 A KR20090015220 A KR 20090015220A KR 20100096374 A KR20100096374 A KR 20100096374A
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South Korea
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resin
light emitting
epoxy
silicone
emitting device
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KR1020090015220A
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박일우
김용천
박나나
오방원
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 측면은 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 발광장치는, 반도체 발광다이오드 칩과, 상기 반도체 발광다이오드 칩과 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 구조물과, 상기 반도체 발광다이오드 칩을 밀봉하도록 형성된 수지 포장부를 포함한다. 여기서, 상기 수지 포장부는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료로 이루어진다.

Description

발광장치용 봉지재료 및 이를 이용한 발광장치{SEALING COMPOSITION FOR LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발광장치를 위한 봉지재료에 관한 것으로서, 내열성 및 내변색성 뿐만 아니라, 기구적 안정성을 갖는 발광장치용 봉지재료와 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드 칩은 우수한 단색성 피크파장을 가지며 광효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로서 널리 사용되고 있다.
통상의 패키지형태의 발광장치는 발광다이오드를 투명한 수지포장부로 보호하는 형태를 갖는 구조를 갖는다. 특히, 백색 발광장치에 채용되는 수지포장부는 파장변환부로서 기능을 수행하기 위해서 광의 파장을 변환하여 백색광을 얻기 위해 형광체 분말이 분산된 형태로 사용된다.
발광다이오드 칩은 반도체 소자로서 구동중 발열되므로, 투명한 수지 포장부가 변색되는 경우가 발생될 수 있다. 이는 광소자인 발광장치에는 상당히 불이익한 단점으로 작용한다. 따라서, 수지 포장부를 구성하는 봉지재료는 높은 내열성과 내변색성이 요구된다.
발광 장치의 수지포장부는 외부의 충격 등으로부터 발광 다이오드 칩을 보호하기 위해서 적절한 내구성이 요구된다. 즉, 제품형태에서 상부로부터의 충격이 가해질 경우, 칩과 리드프레임을 연결하는 와이어의 손상을 유발시킬 수 잇으므로, 충분한 경도를 갖는 수지 포장부가 요구된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 발광다이오드 칩에서 발생한 열로 인해 수지포장부는 열팽창될 수 있으나, 이러한 열팽창율이 큰 경우에는 발광다이오드 칩을 연결하는 와이어가 끊어지는 불량이 발생되기도 한다.
한편, 백색 발광장치의 경우와 같이, 파장을 변환하기 위한 형광체 분말을 포함하는 경우에, 형광체 분말의 균일하게 분산되어 균질한 광을 제공할 수 있는 수지포장부가 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 기존 폴리머 수지의 장점을 결합하여 다양한 특성조건(내열성, 내변색성, 내구성, 경도 등)을 만족하는 하이브리드 합성수지를 이루어진 발광장치용 봉지재료를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 봉지재료를 이용하여 제조된 수지 포장부를 갖는 반도체 발광장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료를 제공한다.
특정 형태에서, 상기 실리콘 수지는, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 에폭시 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지일 수 있다.
바람직하게, 상기 실리콘 수지는 상기 실리콘 에폭시 화합물 수지 중 80∼95wt%일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 특정 파장의 광을 다른 파장의 광을 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 분말을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 입사되는 광이 산란되도록 소정의 굴절률을 갖는 투명한 물질로 이루어진 광산란용 미세 입자를 더 포함함으로써 형광체 분말이 완전히 균일하게 분산되지 않은 상태에서 보다 균질한 백색광을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 발광장치는, 반도체 발광다이오드 칩과, 상기 반도체 발광다이오드 칩과 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 구조물과, 상기 반도체 발광다이오드 칩을 밀봉하도록 형성된 수지 포장부를 포함한다. 여기서, 상기 수지 포장부는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 실리콘의 수산(OH)기와 에폭시의 옥실란(oxirane)기를 결합한 새로운 복합소재를 합성하여 발광장치를 위한 봉지재료를 제공함으로써, 내열 성과 내화학성 및 내변색성이 우수한 실리콘 수지의 장점과 우수한 경도 및 낮은 열팽창율을 갖는 에폭시 수지의 장점이 결합된 우수한 광투과율과 기구적 안정성을 갖는 수지포장부를 제공할 수 있다.
또한, 수지 포장부를 형광체 분말을 함유한 파장변환부로 제공할 경우에, 에폭시 수지만을 사용하는 경우보다 형광체 분말의 균일한 분산을 도모할 수 있다. 나아가, 에폭시 수지의 함유로 인해 다소 형광체 분말이 균일하게 분산되지 않더라도, 광산란을 위한 미세 투명입자를 추가함으로써 보다 균질한 광을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는, 발광장치의 수지포장부를 형성하기 위한 재료, 즉 발광장치용 봉지재료의 특성을 향상시키기 위해서, 실리콘 수지와 에폭시 수지가 결합된 하이브리드형 복합재료를 제공한다.
실리콘 수지는 다른 봉지재료에 비해 상대적으로 내화학성, 내열성 및 내변색성이 우수한 장점을 가지고 있으나, 상대적으로 경도가 낮으므로 내구성이 약하고, 접착력이 낮으므로 패키지 본체의 재료인 세라믹 등과는 쉽게 박리되는 단점을 갖고 있다. 이에 반해, 에폭시 수지는 상대적으로 우수한 경도를 가지므로, 충격에 강하며 높은 접착력을 가지므로, 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 상대적으로 온도에 따른 열팽창율이 낮으므로, 열충격에 대해서도 높은 신뢰성을 갖는다.
이러한 실리콘과 에폭시의 장점을 결합하기 위해서, 단순히 혼합하는 방식으로 얻어진 혼합수지가 아닌 합성과정을 통해서 신규한 화합물 수지로 제공된다. 화학적으로 합성된 신규한 화합물 수지는 상술된 두 수지의 장점이 상보적으로 결합된 우수한 발광장치용 봉지재료로 사용될 수 있다.
신규한 봉지재료의 합성을 위한 실리콘 수지로는, 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지가 사용된다. 본 발명에 채용가능한 실리콘 수지는 이에 한정되지 않았으나, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있다.
예를 들어, 수산기를 함유한 폴리머 실란으로는, 트리페닐 실라놀(triphenyl silanol), 디페닐 메틸 실라놀(diphenyl methyl silanol), 디페닐 실란 디올(dimethyl silane diol) 및 비닐 디페닐 실란 디올(vinyl diphenyl silane diol)이 있을 수 있다.
또한, 신규한 봉지재료의 합성을 위한 에폭시 수지는, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지가 사용된다. 상기 에폭시 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지일 수 있다.
상기 실리콘 수지의 수산(OH)기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합되어 신규한 실리콘 에폭시 화합물 수지인 봉지재료를 제공할 수 있다. 도1은 본 발명에 따라 실리콘 수지의 수산(OH)기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 에폭시 실리콘 화합물 수지를 나타내는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다. 이에 반해, 도2를 참조하면, 에폭시 수지와 실리콘 수지를 단순 혼합한 형태로 제공된다.
상기 실리콘 수지는 상기 실리콘 에폭시 화합물 수지 중 80∼95wt%인 것이 바람직하다. 상기 실리콘 수지의 함유량이 80wt%보다 작은 경우에는, 즉 상기 에폭시수지의 함량이 20wt%이상으로 증가되는 경우에는 형광체의 균일한 분산을 보장하기 어렵다. 따라서, 도5의 색좌표(실리콘 수지 함량: 70wt%)에 도시된 바와 같이, 산포가 지나치게 넓게 나타나는 문제가 있다.
또한, 광산란을 위한 미세 투명입자을 추가하는 형태에서도, 상기 실리콘 수지의 함유량이 80wt% 이상인 경우에는, 도6a에 나타나는 바와 같이(실리콘 수지 함량: 85wt%), 수지포장부 내에서 미세 투명입자의 적절한 분산을 도모할 수 있으나, 상기 실리콘 수지의 함유량이 80wt%보다 작은 경우에는, 도6b에 나타나는 바와 같이(실리콘 수지 함량: 70wt%), 수지포장부를 구성하는 혼합 수지의 경도(hardness)가 커져 미세 투명입자가 적절히 분산되지 않고 침전되는 문제가 발생된다.
본 발명에 따른 봉지재료는 파장변환부를 형성하기 위한 수지포장부 재료로서 유익하게 사용될 수 있다. 본 발명에 채용가능한 형광체 분말은 이에 한정되지는 않으나, 희토류로 도핑된 가넷, 희토류로 도핑된 알칼리토금속 황화물, 희토류로 도핑된 티오갈레이트, 희토류로 도핑된 알루미네이트, 및 희토류로 도핑된 오르토실리케이트로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함한다.
에폭시 수지만을 사용하는 경우보다 형광체 분말의 균일한 분산을 도모할 수 있으나, 본 발명에서는 실리콘 수지만 사용하는 경우보다는 에폭시 수지의 함유로 인해 다소 형광체 분말이 균일하게 분산되지 않을 수 있다. 이러한 문제는, 광산란을 위한 미세 투명입자를 추가함으로써 효과적으로 보완될 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 나타내는 측단면도이다.
도3를 참조하면, 발광 장치(10)는 발광다이오드 칩(15)이 실장된 패키지 기판(11)을 포함한다.
상기 패키지 기판(11)은 이에 한정되지는 않으나, 발광다이오드 칩(15)을 탑재하기 위한 오목부를 가지며, 그 오목부의 바닥면에 노출되도록 제1 및 제2 전극구조물(13a,13b)을 구비할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극구조물(13a,13b)는 통상적인 리드 프레임 형태일 수 있으나, 세라믹 기판 등의 패키지 기판을 사용할 경우 에, 상하면에 형성된 전극패드와 이를 연결하는 비아홀 형태로도 구현될 수 있다.
상기 발광다이오드 칩(15)의 양전극(미도시)은 상기 제1 및 제2 전극구조물(13a,13b)에 와이어로 각각 연결될 수 있다. 상기 패키지 기판(11)의 오목부 내부에는 상기 발광다이오드 칩(15)을 둘러싸는 수지포장부(17)가 형성된다.
본 실시형태에 채용된 수지 포장부(17)는, 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지로 이루어진다.
상기 실리콘 수지는, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 에폭시 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 실리콘 에폭시 화합물 수지 중에서 상기 실리콘 수지의 함량은 80∼95wt%의 범위일 수 있다.
상기 수지포장부(17)는 그 내부에 분산되며 상기 발광다이오드 칩(15)으로부터 방출된 광의 파장을 다른 파장으로 변환하기 위한 형광체 분말(18)을 포함할 수 있다. 본 발명에 채용가능한 형광체 분말은 이에 한정되지는 않으나, 희토류로 도핑된 가넷, 희토류로 도핑된 알칼리토금속 황화물, 희토류로 도핑된 티오갈레이트, 희토류로 도핑된 알루미네이트, 및 희토류로 도핑된 오르토실리케이트로 구성된 그 룹에서 선택된 적어도 1종의 형광체를 포함한다.
예를 들어, 발광다이오드 칩(15)은 청색 발광다이오드 칩이며, 상기 형광체 분말은 적색 형광체 및 녹색 형광체의 조합 또는 적색 형광체, 황색 형광체 및 녹색 형광체의 조합으로 제공되어 백색광을 제공할 수 있다.
도4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 측단면도이다.
도4에 나타난 바와 같이, 본 실시형태에 따른 발광 장치(20)는 발광다이오드 칩(25)와 상기 발광 다이오드 칩(25)이 실장된 패키지 기판(21)을 포함한다.
상기 패키지 기판(21)은 앞선 실시형태와 유사하게 발광다이오드 칩(25)을 탑재하기 위한 오목부를 갖는 형태일 수 있다. 또한, 상기 발광장치(20)는 상기 오목부의 바닥면에 노출된 제1 및 제2 전극구조물(23a,23b)을 구비할 수 있다.
상기 발광다이오드 칩(25)의 양전극(미도시)은 상기 제1 및 제2 전극구조물(23a,23b)에 와이어로 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 이러한 전기적 연결은 반도체 칩의 형태에 따라 플립칩 본딩으로 구현될 수도 있다.
상기 패키지 기판(21)의 오목부 내부에는 상기 발광다이오드 칩(25)을 둘러싸는 수지포장부(27)가 형성된다.
본 실시형태에 채용된 수지 포장부(27)는, 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하 며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지로 이루어진다.
상기 수지포장부(27)는 그 내부에 분산되며 상기 발광다이오드 칩(25)으로부터 방출된 광의 파장을 다른 파장으로 변환하기 위한 형광체 분말(28)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광다이오드 칩(25)은 청색 발광다이오드 칩이며, 상기 형광체 분말(28)은 적색 형광체 및 녹색 형광체의 조합 또는 적색 형광체, 황색 형광체 및 녹색 형광체의 조합으로 제공되어 백색광을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 상기 수지포장부(27)는 그 내부에 분산되며, 광이 산란되도록 소정의 굴절률을 갖는 투명한 물질로 이루어진 광산란용 미세 투명 입자(29)를 더 포함할 수 있다.
본 실시형태에서 채용된 미세 투명 입자(29)는 광산란 효과를 높히기 위해서 주위의 수지포장부(27)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 실리콘 수지만 사용하는 경우보다는 에폭시 수지의 함유로 인해 다소 형광체 분말이 균일하게 분산되지 않을 경우에, 광산란을 위한 미세 투명입자(29)로 인해 보다 균질한 광의 제공을 도모할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에로부터 얻어진 에폭시 실리콘 화합물 수지를 나타내는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도2는 비교예에 따른 에폭시-실리콘 혼합 수지를 나타내는 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.
도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 나타내는 측단면도이다.
도4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 발광 장치를 나타내는 측단면도이다.
도5는 실리콘 수지 함량이 적은 에폭시-실리콘 혼합 수지로 제조된 발광장치에 대한 색좌표 산포를 나타내는 그래프이다.
도6a 및 도6b는 서로 다른 실리콘 수지 함량을 갖는 에폭시-실리콘 혼합수지로 제조된 발광장치를 촬영한 단면사진이다.

Claims (12)

  1. 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 수지는, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 수지는 상기 실리콘 에폭시 화합물 수지 중 80∼95wt%인 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 파장의 광을 다른 파장의 광을 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재료.
  6. 제5항에 있어서,
    입사되는 광이 산란되도록 소정의 굴절률을 갖는 투명한 물질로 이루어진 광산란용 미세 투명입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 봉지재료.
  7. 반도체 발광다이오드 칩;
    상기 반도체 발광다이오드 칩과 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 구조물; 및
    상기 반도체 발광다이오드 칩을 밀봉하도록 형성된 수지 포장부를 포함하며,
    상기 수지 포장부는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 적어도 1개의 옥실란기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며 상기 실리콘 수지의 수산기와 상기 에폭시 수지의 옥실란기가 화학적으로 결합된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함하는 발광소자용 봉지재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘 수지는, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는, 비스페놀 F형 에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 페놀 노볼락형 에폭시 및 크레졸 노볼락형 에폭시로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘 수지는 상기 실리콘 에폭시 화합물 수지 중 80∼95wt%인 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지포장부는 그 내부에 분산되며 상기 반도체 발광다이오드 칩으로부터 방출된 광의 파장을 다른 파장으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  12. 제11에 있어서,
    상기 수지포장부는 그 내부에 분산되며, 광이 산란되도록 소정의 굴절률을 갖는 투명한 물질로 이루어진 광산란용 미세 투명 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
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