KR100545739B1 - 백색 발광소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광칩의 파장변화에 민감하지 않은 고휘도의 백색 발광소자 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 백색 발광 소자는 외부와 전기적으로 연결되도록 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계와, 상기 청색을 발광하는 발광칩을 덮도록 고체 또는 액체수지에 황색광을 방출하는 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 첨가하여 형광물질층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계는 자외선을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 발광칩의 수는 패키지에 따라 상기 파장영역 내의 하나 또는 둘 이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 청색 발광칩 뿐만 아니라 광원파워가 큰 자외선 발광칩을 이용하여 백색 발광소자를 제조하므로 여기 광원칩의 파장 변화에 민감하지 않고 안정된 고휘도의 백색 발광소자를 얻을 수 있는 이점이 있다.
백색 발광소자, 형광 안료, 자외선, 발광칩

Description

백색 발광소자의 제조 방법{fabrication of white Light Emitting Diodes}
도 1은 백색 발광소자의 일 예를 도시하는 단면도.
도 2는 백색 발광소자의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 3은 백색 발광소자의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 4는 백색 발광소자의 또 다른 예를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에서 사용된 형광 안료의 여기 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 백색 발광소자를 스펙트로메타로 측정한 그래프.
본 발명은 백색 발광소자의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 발광칩의 파장 변화에 민감하지 않은 고휘도의 백색 발광소자 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 백색광을 발광하는 다이오드를 제조하기 위하여 청색 발광 다이오드 상에 형광 안료가 혼합된 액상 수지를 봉입하여 백색광 LED를 제조하여 왔다. 백색광이란 일반적으로 그 파장이 400 nm에서 600 nm까지 균일하게 분포된 광을 말한다.
종래에 백색을 발광하는 LED는 회로가 구성되어 있는 인쇄회로기판 또는 철이나 구리 재질의 리드 프레임 상에 청색 발광칩을 장착하고 칩 상부에 액상 수지와 형광체를 믹싱하여 경화시키는 방법과, 일정한 형상을 갖는 플라스틱 재질의 사출물에 형광 안료를 디스펜서를 이용하여 포팅한 후 에폭시로 마감을 하는 방식과, 리드 프레임에 형광 안료를 포팅하여 램프의 형상을 한 몰드컵을 이용하여 LED 램프로 제조하는 방식 등 다양한 종류의 제조 방법이 있었다.
일반적으로 종래에는 가시광 영역 중 특히 파장 450 ～ 470 nm의 청색 발광칩을 외부와 전기적으로 도전상태가 되도록 실장한 후, 상기 발광칩을 덮도록 Yttrium Aluminum Garnet(Y3Al5O12 ; 이하 'YAG'라 칭함)계 형광 안료를 포함하는 형광물질층을 형성하는 방법을 이용하였다.
상술한 바와 같이 제조된 종래의 백색 발광소자는 청색 발광칩의 청색광이 상기 형광물질층 내에 첨가된 YAG계 형광 안료와 반응하여 나오는 적색 및 녹색 가시광과 형광 안료와 반응하지 못하고 투과한 원래 청색광 사이의 색조합에 의하여 백색광을 구현하였다.
그러나, 450 ～ 470 nm의 청색 발광칩은 여기 파워가 약해 자연색에 가까운 조명용 백색광을 형성하기에는 어려운 문제가 있어 현재 광원 파워가 큰 370 ～ 410 nm의 자외선 발광칩을 이용하여 백색광을 형성하고자하는 노력들이 진행되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 청색 발광칩 뿐만 아니라 광원파워가 큰 자외선 칩 등을 이용하여 발광칩의 파장변화에 민감하지 않는 고휘도의 백색 발광소자 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백색 발광 소자는 외부와 전기적으로 연결되도록 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계와, 상기 청색을 발광하는 발광칩을 덮도록 액체 또는 고체수지에 황색광을 방출하는 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 첨가하여 형광물질층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계는 자외선을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 발광칩의 수는 패키지에 따라 상기 파장영역 내의 하나 또는 둘 이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도 1 내지 도 6의 도면을 참고로 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에서 도시된 백색 발광소자의 단면도와 같이, 필요에 따라 각각의 재질로 여러 층 도금이 되어 일정한 패턴을 이루고 있는 인쇄회로기판(7)과 이와 비슷한 역할을 하는 리드프레임(6) 상에 발광칩(3)을 접착제(4)를 이용하여 접착 고정하고, 상기 접착제(4)가 경화되도록 일정 온도조건에 일정시간을 방치한다. 본 발명에 따른 백색 발광소자를 제조하기 위해 상기 발광칩(3)으로 청색광 영역에서부터 가시광 영역의 발광다이오드에 이르기까지 250 ～ 500 nm 파장 범위 내에서 사용할 수 있다.
이렇게 실장된 발광칩(3)을 전기적으로 도전 상태로 만들기 위하여 도전성 재료로 와이어(5) 본딩한다. 이어서 상기 발광칩(3)을 덮도록 액체 또는 고체수지에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 첨가하여 형광물질층(2)을 형성한다.
상기 형광물질층(2)을 형성하는 방법은 액체수지를 이용하는 방법과, 고체수지를 이용하는 방법으로 크게 분류할 수 있다.
도 1에 도시된 백색 발광소자의 경우는 고체수지를 이용한 것으로서, 상기 과정에 이미 제조된 인쇄회로기판(7)을 알맞은 금형이 설치된 트랜스퍼 몰딩 프레스 상에 배열하고 형광 안료가 첨가된 몰딩 컴파운드 태블릿을 넣고 소정의 압력, 온도 그리고, 시간을 두어 외부와 전기적으로 연결된 상기 발광칩(3)을 덮도록 성형하여 형광물질층(2)을 형성한다. 상기에서 몰딩 컴파운드 태블릿은 고체분말수지에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 10 ～ 100 wt% 범위 내에서 상기 발광칩(3)에 따라 적절한 비율로 조절하여 첨가 및 혼합한 후, 0.5 ～ 3 톤의 압력과 50 ～ 180℃의 온도 조건을 맞추어 100 ～ 600 초간 유지하여 형성한다.
도 2 및 도 4의 백색 발광소자는 액체수지를 이용하여 형성한 예로서, 액체수지에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 10 ～ 50 wt% 혼합하여 믹싱(Mixing) 한 후 디스펜서로 몰딩 또는 스크린 인쇄하여 형성한다.
상기 형광물질층(2)을 액체수지를 이용할 경우의 또 다른 예로는 액체수지에 실리콘(Si)과 고체분말수지를 15 : 1 : 4 정도의 비율로 혼합한 후, 여기에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 1 ～ 50 wt%를 혼합하고 믹싱하여 몰딩하는 방법이 있다. 상기에서 실리콘(Si)은 상기 형광물질층(2)과 발광칩(3)의 완충작용을 위해 첨가하고, 상기 고체분말수지는 고체수지에 형광물질을 첨가할 때 사용하는 것과 동일한 종류의 것으로서 여기서 고체분말수지는 액체수지와 혼합하였을 때 경화를 촉진한다.
첨부된 도면에서 도 1은 칩 발광다이오드(Chip LED), 도 2는 탑 발광다이오드(Top LED), 도 3은 램프 발광다이오드(Lamp LED) 그리고, 도 4는 COB(Chip On Board)를 개략적으로 도시한 단면도로서, 각각의 구조에 맞춘 인쇄회로기판 또는 리드프레임 상에 외부와 전기적으로 도전되도록 청색 또는 가시광 영역의 발광파장을 갖는 발광칩을 실장한 후, 상기 발광칩을 덮도록 액체 또는 고체수지에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 포함시킨 형광물질층을 형성하는 본 발명의 실시 예를 적용하여 각각의 목적과 쓰임새에 맞춘 다양한 백색 발광소자를 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 적용된 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료의 여기 특성 테이터로, 상기 형광 안료의 고체시료에 45˚방향으로 광을 쏘아주어 여기되는 파장 변화를 도시하는 그래프이다.
도시된 바와 같이 상기 형광 안료는 250 ～ 500 nm 범위의 빛에 의하여 여기시킬 수 있음을 알 수 있다. 즉 상기 (Sr,Ba)2SiO4:Eu를 형장 안료로 사용하였을 때, 발광칩은 일부 가시광 영역에서부터 자외선 영역에 이르는 파장 범위의 것을 제한 없이 이용할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 4에는 발광칩을 하나를 이용하여 제조한 백색 발광소자를 도시하였으나, 각각 파장이 다른 두 개 이상의 발광칩을 집적시켜 몰딩한 백색 발광소자의 제작에도 적용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예로 470 nm 청색 발광다이오드 칩에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 도포하여 제조한 백색 발광소자의 스펙트로미터 데이터이다.
도시된 바와 같이 청색 발광칩에서 나오는 450 ～ 500 nm의 청색광과 여기된 형광 안료의 550 ～ 620 nm의 노란색광이 혼합되어 백색광을 얻었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 청색 발광칩 뿐만 아니라 광원파워가 큰 자외선 발광칩을 이용하여 백색 발광소자를 제조하여 여기 광원칩의 파장범위 변화에 민감하지 않은 안정된 고휘도의 백색 발광소자를 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 외부와 전기적으로 연결되도록 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계와,
    상기 청색을 발광하는 발광칩을 덮도록 고체 또는 액체수지에 황색광을 방출하는 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 첨가하여 형광물질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 청색을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계는,
    자외선을 발광하는 발광칩을 실장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 발광칩의 수는 패키지에 따라 하나 또는 둘 이상도 적용 가능한 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 둘 이상의 발광칩은 파장이 서로 같거나 다른 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 형광물질층을 형성하는 단계는,
    고체분말수지에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 첨가하여 태블릿을 형성하고, 상기 태블릿을 몰딩 프레스를 이용하여 상기 형광물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 형광 안료의 혼합율은 10 ～ 100 wt% 인 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 형광물질층을 형성하는 단계는,
    액체수지에 실리콘, 고체분말수지 및 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 혼합하고 믹싱한 후 몰딩하여 형성하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 형광물질층은 액체수지 : 실리콘 : 고체분말수지가 15 : 1 : 4의 비율로 혼합된 것에 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광 안료를 1 ～ 50 wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 백색 발광소자의 제조 방법.
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