KR100425518B1 - 백색 발광 다이오드 - Google Patents

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KR100425518B1
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조재호
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Abstract

주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합하여 가공한 분말 수지, 즉, 수지의 흐름성과 겔(gel)화 시간 및 용융 점도를 사전에 조절하여 150℃에서 4분 이내에 경화완료하도록 한 분말 수지를, 첨가 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 배합시켜 자색 또는 청색 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 자색 파장(350-450㎚) 또는 청색 파장(440-480㎚)의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.

Description

백색 발광 다이오드{White Light Emitting Diode}
본 발명은 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉, 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서, 150℃ 4분에 경화 완료하도록 한 분말 수지를 더하여 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 혼합시켜서 UV 또는 청색 발광 다이오드 칩이 발광시키는 자색 파장(λ =350-410㎚) 또는 청색 파장(λ=440-475㎚)의 빛을 백색 파장으로 변환시켜서 백색 발광을 이끌어내는 백색 LED 에 관한 것이다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 액상 수지와 분말 수지의 경화 반응 온도가 서로 다르기 때문에, 상온에서 액상 수지의 점도가 극도로 저하되지 않고, 분말 수지가 액상 수지에 비하여 단시간에 경화 반응을 일으키기 때문에 수지보다도 비중이 무거운 형광체가 침전하지 않고, 수지 내에 균일하게 분산되어, 청색 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 청색 파장의 빛을 백색 파장의 빛으로 변환시켜 백색 발광을 구현시키는 경우, 백색 배합의 디스토션(distortion)이 작아지는 동시에, 제조 재현성도 향상된다.
종래의 기술에 있어서, 백색광을 발광하는 발광 다이오드 제조시, 청색 파장의 광을 발광하는 발광 다이오드 칩에 소정의 형광체를 수지에 혼합하여 도포(Potting)한 후, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지를 발광 다이오드 소자의 외장재로서 봉입 또는 성형(Casting)하여 제조하고 있다.
본 발명에 따른 방법을 채용하면, 액상 수지를 이용하여 백색 발광 다이오드 소자를 제조하는 경우, 종래의 제조 방법인 발광 다이오드 칩상에 수지에 혼합된 형광체를 도포(Potting)할 필요가 없게된다.
따라서, 제조원가의 절감과 상기 광학 특성의 디스토션(distortion)이 대단히 작아지게된다.
백색광은 일반적으로 그 파장이 400㎚부터 600㎚까지 균일하게 분포된 것을 말한다.
청색을 발광하는 발광 다이오드 칩은 황색의 형광체와 조화해서 적색과 녹색을 방출하고, 최종적으로 인간의 눈으로는 백색으로 보이게된다.
종래 백색을 발광하는 LED는 회로가 형성된 인쇄회로기판과 금속재질의 리드 프레임(6)상에 청색 발광 다이오드 칩(3)을 장착한 후, 형광체(2)를 디스펜서(Dispenser)를 이용하여 포팅(Potting)한 후, 램프의 형상을 한 몰드컵(Mold Cup)에 봉입 또는 성형(Casting)하여 LED 램프를 제작하는 방법 또는, 트랜스퍼 몰딩(Transfer Molding)성형을 거쳐 각각의 제품으로 잘라내는 방식등 다양한 형태의 제조 방법이 있다.
그런데, 근래에 이르러 백색 LED 제품은 일반적인 용도의 액정표시부의 후면발광용과, 가전 제품 또는 산업 기기등의 디스플레이용 등에 한정된 것이 아니라, 기술발전과 소비자의 다양한 요구에 의해 경박 단소한 휴대용무선 통신 기기같은 전자 제품과 자동차등에 사용하는 액정표시후면의 발광 용도에 사용되어 점차 소형화가 요구되고 있다.
그러나, 현재 생산되고 있는 방법에 의하면 그 제품의 크기를 줄이는 것에 한계가 있어, 일정 수준의 제품 생산에 있어서 수율의 문제가 발생되어 형광 재료의 양이 균일하지 않기 때문에, 생산품 자체의 색의 편차가 격심하고 제품 제작에 소요되는 공정 시간과 그것에 동반하는 비용이 커지는 등의 큰 문제가 있다.
본 발명의 목적은 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 150℃에서 4분에 경화 완료하도록 된 분말 수지를, 첨가 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 혼합시켜서 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 청색 파장의 빛을 백색 파장으로 변환시켜 백색을 이끌어내는 백색 LED 에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해, 액상 수지와 분말 수지의 경화 반응 온도차이에 의하여 상온에서의 수지 점도의 급격한 저하가 발생되지 않고, 분말 수지가 액상 수지에 비하여 단시간에 제 1 경화 반응을 일으키고, 연이어, 액상 수지가 제 2 경화 반응을 진행한다.
액상 수지는 소정의 고온에서 경화 반응이 진행되면, 상온 때보다도 수지 점도가 1/10 - 1/100으로 저하한다. 이때의 액상 수지의 비중은 약 1.19이다. 형광체의 비중은 황색 형광안료 Y3Al5O12:Ce가 4.9 , 녹색 형광안료 ZnS : Cu, Au, Al가 4.1, 청색 형광안료(Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6C12: Eu가 3.8, 적색 형광안료 Y2O2S : Eu가 5.0이다.
따라서, 종래의 제조 방법에 있어서, 액상 수지의 고온 경화 반응 중에 형광체가 수지보다도 비중이 무겁기 때문에, 형광체가 침전한다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 분말 수지가 액상 수지에 비하여 단시간에 제 1 경화 반응을 일으켜서 경화되기 때문에 액상 수지의 고온 경화 반응 중에 형광체가 침전하는 일없이 수지 내에 균일하게 분산하기 때문에, 청색 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 청색 파장의 빛을 백색 파장에 변환시켜서 백색 발광을 획득하는 경우, 백색 색배합의 디스토션(distortion)이 작아지는 동시에, 제조 재현성도 향상된다.
또한, 본 발명에 따라, 청색 파장을 변화시켜 백색을 발광시키는 LED Lamp 또는, 리드 프레임 타입의 백색 발광 소자 제품을 제작할 때, 기존에 사용되는 형광체 포팅 공정이 사용되지 않기 때문에 경박 단소한 전자제품에 사용되는 액정표시부 후면의 발광과 디스플레이의 용도에 적합하도록 얇은 형태로 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 공정을 단순화시키기 위해서 소요되는 비용과 시간이 단축되어 일정수준의 품질을 갖는 제품의 수율이 현저히 향상되고, 개선된 백색 LED 소자 제품을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 청색을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩을 접착 재료로 접착 고정시켜서 탑재하고, 회로가 구성된 상기 리드 프레임과 인쇄회로기판을 전도성 재질로 연결시켜, 액상 수지에 본 발명에 따른 분말 수지와 형광체를 혼합한 수지를 발광 다이오드 소자의 외장재로써 봉입 또는 성형(Casting) 해서 제조한다.
상기에 의해 청색 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 청색 파장의 빛을 백색 파장의 광으로 변환시켜 백색 발광을 이끌어내는 백색 발광 다이오드 소자가 제공됨에 따라, 액상 수지에 형광체를 혼합시켜서 발광 다이오드 칩상에 포팅하여 제조된 기존의 백색 발광소자에 비교했을 때 그 제조가 용이하고, 염가로 고품질의 순수한 백색광을 구현시킬 수 있다.
도 1은 백색을 발광하는 종래 백색 발광 다이오드 소자의 일예를 나타내는 단면도;
도 2는 백색을 발광하는 종래 백색 발광 다이오드 소자의 일예를 나타내는 단면도;
도 3은 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드 소자의 일예를 나타내는 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드 소자의 일예를 나타내는 단면도.
<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 10 : 수지몰드 성형부 2, 20 : 형광체
3, 30: 발광 다이오드 칩 4, 40 : 접착제
5, 50 : 도전성 재료 6, 60 : 리드 프레임 또는 메탈 스템
진술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백색 LED는 리드 프레임과 인젝션 몰드(Injection Mold)로 하우징한 상기 리드 프레임상에 자색 또는 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩을 도전성과 비도전성의 접착제로 접착 고정시켜서 탑재하고, 상기 자색 또는 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 상기 리드 프레임을 연결한 후, 이를 형광체와 수지 등을 이용하여 봉지함으로써 백색을 발광하도록 하는 백색 LED에 있어서, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 급속 경화완료하도록 한 분말 수지를 첨가 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 배합시켜서, 램프의 형상을 한 몰드컵에 봉입 또는 성형할 수 있다.또 다른 본 발명에 따른 백색 LED는 인젝션 몰드(Injecting Mold)로 하우징을 성형(Casting)한 상기 리드 프레임 상에 자색 또는 청색을 발광하는 상기 발광 다이오드 칩을 도전성과 비도전성의 접착제로 접착 고정시켜서 탑재하고, 상기 자색 또는 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 상기 리드 프레임을 연결한 후, 이를 형광체와 수지 등을 이용하여 봉지함으로써 백색을 발광하도록 하는 백색 LED에 있어서, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 급속 경화완료하도록 한 분말 수지를 첨가혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 배합시켜서, 상기 하우징에 디스펜서를 이용하여 도포 봉입 또는 성형할 수 있다.상기 액상 모체 수지는 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 - 40％의 범위로 혼합시킬 수 있다. 또한, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 -40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 액상모체 수지에, 형광체를 액상 모체 수지 중량 100wt％에 대해서, UV광을 발광하는 상기 발광 다이오드 칩의 경우는 Y3Al5O12: Ce을 중량비로 0.1 - 20％의 범위로 혼합시킬 수 있다. 또한, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 -40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 액상모체 수지에, 형광체를 액상 모체 수지 중량 100wt％에 대해서, UV광을 발광하는 LED chip의 경우는, 즉, Y2O2S : Eu와 ZnS : Cu,Au,Al 또는 (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6C12: Eu를 소정의 배합비로 총수지 중량에 대하여 0.1 - 40％의 범위로 혼합시킬 수 있다. 상기 급속 경화완료하도록 한 분말 수지는 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 150℃ 4분으로 경화완료하도록 한 분말 수지일 수 있다.발광 다이오드의 전 도면에 있어서 같은 부분에 대해서는 동일한 도면부호가 첨부되어있다.
도면에서 도면부호 10은 수지몰드가 성형된 부분이고, 도면부호 20은 형광체이고, 도면부호 30은 발광 다이오드 칩이고, 도면부호 40은 Ag paste와 같은 접착제이고, 부호 50은 Au 또는 Al 와이어와 같은 도전성 재료이며, 부호 60은 리드 프레임 또는 메탈스템이다.
도 3및 도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 소자의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드소자를 표시한 것이고, 리드 프레임(60)상에 청색 또는 자색을 발광하는 발광 다이오드 칩(30)을 접착제(40, Ag paste)등을 이용하여 접착 고정시킨다.
접착제(40)가 경화되도록 특성에 맞게 일정한 온도조건, 예를 들면 100℃ 내지 150℃ 온도로 30분 내지 1시간정도 방치한 후 청색 또는 자색을 발광하는 다이오드 칩(30)에 위치한 전극과 리드 프레임(60)상에 형성된 패턴부분을 전기적으로 도전되도록 도전성 재료(50)로 연결한다.
이때, 자색 또는 청색을 발광하는 다이오드 소자의 종류와 제조 방법에 대하여 도전상태로 만들어주는 방법과 그 형상은 다양하게 변할 수 있는 것이다.본 발명에 따른 백색 발광다이오드는 하기와 같은 방법으로 제조된 몰딩제를 사용하여 제조될 수 있다.본 발명에 따른 몰딩제의 제조방법은 다음과 같다. 우선, 주제와 경화제를 혼합한 투명 액상 수지를 준비하고, 주제와 경화제를 혼합하여 가공한 분말 투명 수지를 준비한다. 이때, 상기 분말 투명 수지는 수지의 흐름과 겔화시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 예를 들어 150℃ 4분으로 경화완료하도록 한 것으로 준비하여, 소정의 점도가 되도록 바람직하게는 상기 액상 수지에 대해 1 ~ 40%의 범위가 되도록 액상 수지에 첨가하여 혼합시킨다. 액상 수지와 분말수지를 혼합한 모체 수지에, 특수하게 처리된 Y3Al5O12 :Ce, (ZnS:Cu,Au,Al) 또는 (Sr,Ca,Ba, Ma)10(PO4)6C12: Eu, (Y2O2S: Eu)와 같은 형광안료 분말을 원하는 특성 품질의 백색광 수준에 대응하여 소정 비율로, 상기 모체 수지의 중량에 대하여 형광안료 분말을 5 ~ 50％의 비율로 잘 혼합한다. 이때, 상기 모체 수지의 중량 100wt%에 대해서 Y3Al5O12 :Ce를 사용할 경우에는 중량비로 0.1 ~ 20%의 범위로 첨가하여 혼합시킨다. (Y2O2S: Eu), (ZnS:Cu,Au,Al) 또는 (Sr,Ca,Ba, Ma)10(PO4)6C12: Eu 를 첨가하여 혼합시킬 시에는 총수지 중량에 대하여 0.1 ~ 40%의 범위로 혼합시킨다. 상기와 같이 혼합된 수지 등을 교반시킨 후, 최종 제품에 기포가 생기는 문제점을 제거하기 위해 진공탈포하여 몰딩제를 제조완료한다.상기와 같은 방법으로 제조된 몰딩제를 사용하여 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드를 제조하는 방법은 다음과 같다.리드 프레임 상에 자색 또는 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩을 도전성과 비도전성의 접착제로 접착 고정시켜서 탑재한 후, 상기 발광 다이오드 칩 상의 전극들과 상기 리드 프레임을 연결한다. 다음으로 램프 형상의 몰드컵에 상기 발광 다이오드 칩을 상기 방법으로 제조된 몰딩제를 이용하여 봉입 또는 성형한다. 또는, 발광 다이오드 칩을 장착한 후 디스펜서를 이용하여 형광체를 포팅한 후 몰딩제를 이용하여 몰드컵에 봉입 또는 성형할 수 있다. 이때, 트랜스퍼 몰딩 성형을 거쳐 각각의 제품으로 잘라내는 방식으로 제조할 수도 있다.
광도와 발광파장은 앞에 기록한 형광체의 중량비를 변화시킴에 따라 자유로이 제어 가능하다.
이와 같이 완성된 백색을 발광하는 LED 소자는 이후 각각의 비슷한 수준의 백색 종류와 그 발광 광도의 차이에 따라, 일정하게 분류 또는 테스트해서, 표면실장에 편리하게 자동화설비를 통해서 릴에 말아서 출하하게 된다.
따라서, 형광체(20)를 별도 액상상태의 수지(액상 수지와 분말 수지를 혼합한 모체 수지)에 혼합시켜서 각각의 청색을 발광하는 LED chip(440 -480㎚ 정도의 파장을 갖는다), 또는 자색을 발광하는 LED chip(350 - 365㎚ 정도의 파장을 갖는다)위에 포팅(Potting)하는 등의 작업을 하지 않더라도, 즉 일반적인 파장(430, 450, 470, 590, 600, 620, 660㎚등)의 빛을 발광하는 LED 소자를 제조하는 기존공정으로 크게 빗나가지 않게, 도 3 또는 도 4에서 도시된 백색을 발광하는 LED 소자를 용이하게 제조할 수 있고, 기존에 사용했던 제품 대신에 좀 더 콤팩트한 전자제품을 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라 동일한 조성의 형광체를 갖는 LED 소자 제품을 대량으로 제조할 수 있어서 CIE(국제조명위원회)에 의한 색좌표상의 색도 편차가 표준편차 0.05 이내로 대단히 작아짐으로서 균일한 품질로 생산시키는 것이 가능하며, 따라서 엄격한 품질수준에 어울리는 우수한 수율을 이룰 수 있다.
그리고, 특별히 형광체를 각각 포팅하는 공정을 수행하지 않기 때문에 시간과 비용이 낭비되는 불편함을 해소할 수 있다.
이와 같이 백색을 발광하는 LED 소자는 상기에서 설명한 바와 같이 휴대전화등의 휴대용 무선통신기 같은 전자 제품과 자동차 또는 가전 제품 등으로 사용되는 백색광을 발광하는 디스플레이용도와 액정표시부의 후면발광용도에만 한정된 것이 아니라, 현재 백색을 이용했던 형광등 같은 기기 뿐만 아니라 현재 발광 LED가 사용되고 있는 모든 종류의 전자기기 등에 적용할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합하여 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 및 용융 점도를 사전에 조절해서 150℃ 4분에 경화 완료하도록 가공한 분말 수지를 첨가 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체(20)를 혼합시켜서 수지성형 한 것은 기존에 형광체를 각각의 제품마다에 포팅하는 것보다 고품질의 백색광을 균일하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 포팅작업에서의 형광체가 배합된 수지량을 정확히 제어하지 못하는 문제점등을 사전에 방지할 수 있고, 상기 광학 특성의 수율이 저하되어, 제품의 수익에 많은 손실을 초래하는 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서, 발광 다이오드 칩상에 형광체가 배합된 수지를 포팅하는 공정을 삭제함으로써, 모체 수지에 소정의 형광체를 혼합시켜 수지를 발광 다이오드 소자에 수지 성형(Molding) 하기 때문에 제품 생산에 있어서, 형광체가 균일하게 분포되므로 제품의 휘도가 향상되고, 각각의 발광 다이오드에서 발생되는 색도편차가 감소된다.
상기 제조 방법에 의하여 불필요한 공정이 감소되고 비용과 시간이 단축되어 우수한 백색형광 LED 소자 제공될 수 있다.

Claims (6)

  1. 리드 프레임과 인젝션 몰드(Injection Mold)로 하우징한 상기 리드 프레임상에 자색 또는 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩을 도전성과 비도전성의 접착제로 접착 고정시켜서 탑재하고, 상기 자색 또는 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 상기 리드 프레임을 연결한 후, 이를 형광체와 수지 등을 이용하여 봉지함으로써 백색을 발광하도록 하는 백색 LED에 있어서,
    주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 급속 경화완료하도록 한 분말 수지를 첨가 혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 배합시켜서, 램프의 형상을 한 몰드컵에 봉입 또는 성형한 것을 특징으로하는 백색 LED.
  2. 인젝션 몰드(Injecting Mold)로 하우징을 성형(Casting)한 상기 리드 프레임 상에 자색 또는 청색을 발광하는 상기 발광 다이오드 칩을 도전성과 비도전성의 접착제로 접착 고정시켜서 탑재하고, 상기 자색 또는 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 상기 리드 프레임을 연결한 후, 이를 형광체와 수지 등을 이용하여 봉지함으로써 백색을 발광하도록 하는 백색 LED에 있어서,
    주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지, 즉 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 급속 경화완료하도록 한 분말 수지를 첨가혼합한 모체 수지에 소정의 형광체를 배합시켜서, 상기 하우징에 디스펜서를 이용하여 도포 봉입 또는 성형한 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액상 모체 수지는 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 - 40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 -40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 액상모체 수지에, 형광체를 액상 모체 수지 중량 100wt％에 대해서, UV광을 발광하는 상기 발광 다이오드 칩의 경우는 Y3Al5O12: Ce을 중량비로 0.1 - 20％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 주제와 경화제를 혼합한 액상 수지에, 주제와 경화제를 혼합해서 가공한 분말 수지를 1 -40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 액상모체 수지에, 형광체를 액상 모체 수지 중량 100wt％에 대해서, UV광을 발광하는 LED chip의 경우는, 즉, Y2O2S : Eu와 ZnS : Cu,Au,Al 또는 (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6C12: Eu를 소정의 배합비로 총수지 중량에 대하여 0.1 - 40％의 범위로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 백색 LED.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 급속 경화완료하도록 한 분말 수지는 수지의 흐름과 겔화 시간 또는 용융 점도를 사전에 조절해서 150℃ 4분으로 경화완료하도록 한 분말 수지인 것을 특징으로 하는 백색 LED.
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