KR100632715B1 - Light emitting diode with pastel color of orange, yellow and green and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
청색 또는 청록색의 LED칩과 Sr1- xSx :Eu 형광체(단, x는 0.3 내지 0.7)를 포함하는 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 LED소자에 대하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파스텔 칼라 LED소자는 LED칩을 탑재하기 위한 부재, 청색 또는 청록색의 광을 방출하는 LED칩, LED칩을 봉지하고 있는 몰드용 수지 및 이 몰드용 수지에 고르게 분산되어 있으며 LED칩에서 방출되는 광을 형광 변환시키기 위한 Sr1- xSx :Eu 형광체를 포함한다. 본 발명에 의한 LED소자는 LED칩에서 방출된 광과 형광체에 의하여 형광 변화된 적색 계열의 광이 합쳐져서 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 광을 방출한다.An orange, yellow or green pastel color LED device comprising a blue or cyan LED chip and an Sr 1- x S x : Eu phosphor (where x is 0.3 to 0.7) is disclosed. Pastel color LED device according to an embodiment of the present invention is evenly dispersed in the member for mounting the LED chip, the LED chip for emitting blue or cyan light, the mold resin encapsulating the LED chip and the resin for the mold And Sr 1- x S x : Eu phosphor for fluorescence conversion of light emitted from LED chip. The LED device according to the present invention combines the light emitted from the LED chip with the red-based light fluorescence-changed by the phosphor and emits orange, yellow or green pastel color light.
발광 다이오드, 파스텔 칼라, 형광체, CIE 색도도Light Emitting Diode, Pastel Color, Phosphor, CIE Chromaticity Diagram
Description
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 램프형 파스텔 칼라 LED소자를 보여주는 개략적인 단면도이다.Figure 1a is a schematic cross-sectional view showing a lamp-type pastel color LED device according to an embodiment of the present invention.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 파스텔 칼라 LED소자를 보여주는 개략적인 단면도이다.Figure 1b is a schematic cross-sectional view showing a chip-like pastel color LED device according to another embodiment of the present invention.
도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탑형 파스텔 칼라 LED소자를 보여주는 개략적인 단면도이다.Figure 1c is a schematic cross-sectional view showing a top pastel color LED device according to another embodiment of the present invention.
도 2는 Sr1- xSx :Eu 형광체를 포함하지 않은 LED소자와 Sr1- xSx :Eu 형광체를 3중량%, 5중량% 및 7중량%를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 파스텔 칼라 LED소자의 광 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.2 is Sr 1- x S x: in accordance with an embodiment of the present invention containing 3% by weight of Eu phosphor, a 5% by weight and 7 weight%: Eu which does not include the LED element and the phosphor Sr 1- x S x This graph shows the light spectrum of pastel color LED devices.
도 3은 도 2에 도시된 LED소자들의 CIE색도도 상의 좌표 위치를 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a view showing coordinate positions on a CIE chromaticity diagram of the LED elements shown in FIG. 2.
도 4는 도 2에 도시된 LED소자들의 휘도를 측정하여 도시한 그래프이다.FIG. 4 is a graph illustrating measurements of luminance of the LED devices illustrated in FIG. 2.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파스텔 칼라 LED소자의 제조방법에서 시간에 따른 열 버짓을 보여주는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the thermal budget over time in the method of manufacturing a pastel color LED device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 파스텔 칼라 발광 다이오드 소자(Light Emitting Diode Device, LED소자)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 오렌지색, 노란색 또는 녹색(이하에서는 '오렌지색 등'이라 한다)의 파스텔 칼라 광을 방출하는 LED소자와 그것의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pastel color light emitting diode device (LED device), and more particularly to an LED device for emitting pastel color light of orange, yellow or green (hereinafter referred to as 'orange color'); It relates to a manufacturing method thereof.
'파스텔 칼라 LED소자'란 일반적으로 청색, 녹색 또는 적색의 원색광이 아닌 파스텔조의 유연한 중간색을 방출하는 LED소자를 말한다. 즉, 파스텔 칼라 LED소자는 CIE 색도도에서 적색, 청색 및 녹색을 연결하는 선상 부근의 광이 아니라 백색 영역과 인접한 영역에 위치하는 중간색 계열의 광을 방출한다. 이러한 파스텔 칼라 LED소자의 방출광은 일반적으로 2개 이상의 피크 파장을 가지는 광 스펙트럼으로 나타난다. 그러므로, 본 명세서에서 '녹색의 파스텔 칼라 LED소자'라고 하는 경우에는 피크 파장이 약 510-530nm에 나타나는 원색 LED소자가 아니라 보다 파장이 긴 적색 계열의 피크 파장이 합쳐져서 백색이 섞여 있는 중간 색조의 녹색(greenish white)광을 방출하는 LED소자를 가리킨다.'Pastel color LED device' generally refers to an LED device that emits pastel-colored flexible neutral colors instead of blue, green or red primary colors. That is, the pastel color LED device emits light of the intermediate color located in the region adjacent to the white region, not the light in the vicinity of the line connecting red, blue, and green in the CIE chromaticity diagram. The emitted light of such pastel color LED devices is generally represented by a light spectrum having two or more peak wavelengths. Therefore, in the present specification, the term “green pastel color LED device” is not a primary LED device having a peak wavelength of about 510-530 nm, but a mid-tone green color in which white peaks of a longer wavelength-based red color are added together. (greenish white) LED device that emits light.
단일의 LED 칩을 사용하는 파스텔 칼라 LED소자는 '가부시키가이샤 시티즌 덴시'가 2001년 9월 17일에 출원한 대한민국 특허출원공개 제2002-0025696호 "발광 다이오드"에 개시되어 있다. 상기 '시티즌 덴시'의 특허출원에 의하면, LED의 에 폭시 수지에 파장변환재료인 형광입자와 파장흡수재료인 색소입자가 몰딩용 수지에 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. 형광입자로는 YAG가 사용되고, 색소입자로는 염료가 사용된다. A pastel color LED device using a single LED chip is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2002-0025696, "Light Emitting Diode," filed on September 17, 2001, by Citizen Denshi. According to the patent application of Citizen Denshi, the fluorescent resin of the wavelength conversion material and the pigment particle of the wavelength absorbing material are dispersed in the molding resin in the epoxy resin of the LED. YAG is used as a fluorescent particle, and dye is used as a pigment particle.
상기 시티즌 덴시의 특허출원에 개시된 LED 소자는 다음과 같은 방법으로 파스텔 칼라의 광을 방출한다. 즉, LED칩에서 방출되는 원색광의 일부는 형광입자에 의하여 파장이 보다 긴 광으로 형광 변환된다. 그리고, 원색광의 다른 일부와 형광 변화된 광의 일부는 색소입자에 흡수되고, 원색광의 나머지 일부와 형광 변환된 광의 나머지 일부가 합해져서 전체적으로 파스텔 칼라의 광을 방출하게 된다. 상기 특허출원의 도 6에 개시된 CIE 색도도를 참조하면, 백색광 영역에 인접한 오렌지색, 노란색 및 녹색광 영역의 광을 방출하는 영역에도 표시가 되어 있다.The LED device disclosed in the Citizen Denshi patent application emits light of pastel color in the following manner. That is, part of the primary color light emitted from the LED chip is fluorescently converted into light having a longer wavelength by the fluorescent particles. The other part of the primary color light and the part of the fluorescently changed light are absorbed by the dye particles, and the remaining part of the primary color light and the remaining part of the fluorescently converted light are combined to emit light of the pastel color as a whole. Referring to the CIE chromaticity diagram disclosed in FIG. 6 of the patent application, the marking is also indicated in the region emitting light of the orange, yellow and green light regions adjacent to the white light region.
그러나, 종래 기술에 따른 오렌지색 등의 파스텔 칼라 LED소자는 원색광과 형광 변환된 광의 일부가 색소입자에 의해 흡수되기 때문에, LED소자의 외부로 방출되는 광의 휘도가 낮은 단점이 있다. 그리고, 종래 기술에 따른 오렌지색 등의 파스텔 칼라 LED소자는 수명이 500-1000시간 정도 밖에 되지 않기 때문에 수명이 짧고 신뢰도가 떨어지는 단점이 있다.However, the pastel-colored LED device such as orange according to the prior art has a disadvantage in that the brightness of light emitted to the outside of the LED device is low because some of the primary color light and the fluorescently converted light are absorbed by the dye particles. In addition, the pastel-colored LED device such as orange according to the prior art has a short lifespan and a low reliability because its lifespan is only about 500-1000 hours.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 휘도가 크고 수명이 긴 오렌지색 등의 광을 방출하는 파스텔 칼라 LED소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a pastel-color LED device and a method of manufacturing the same, which emits light such as orange with a long brightness and long life.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 색 분포가 분산되지 않고 가격 경쟁력이 있는 오렌지색 등의 광을 방출하는 파스텔 칼라 LED소자 및 그 제조방 법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a pastel-color LED device and a method of manufacturing the same, which emits light such as orange, which is not competitive in color distribution and price competitive.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 LED소자는 LED칩 탑재용 부재, LED칩, 몰드용 수지 및 Sr1-xSx :Eu 형광체(단, x는 0.3 내지 0.7)를 포함한다. 그러나, 파장흡수재료, 예컨대 염료는 포함하고 있지 않다. Orange, yellow or green pastel color LED device according to the present invention for achieving the above technical problem is the LED chip mounting member, LED chip, resin for the mold and Sr 1-x S x : Eu phosphor (where x is 0.3 to 0.7). However, no wavelength absorbing material such as dye is included.
상기 LED칩 탑재용 부재는 LED칩이 접착되어 탑재되는 수단으로서 그 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 상기 LED칩 탑재용 부재는 인쇄회로기판(PCB)이거나 리드 프레임일 수 있다. 또한, LED칩 탑재용 부재는 반사판이나 반사컵을 더 구비하고 있을 수도 있다. The LED chip mounting member is a means to which the LED chip is attached and mounted, and the type thereof is not particularly limited. For example, the LED chip mounting member may be a printed circuit board (PCB) or a lead frame. The LED chip mounting member may further include a reflecting plate or a reflecting cup.
그리고, 상기 LED칩은 청색 또는 청록색 광을 방출하는데, 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 광을 방출하기 위해서는 파장이 490 내지 520nm 사이인 광을 방출하는 LED칩인 것이 바람직하다. LED칩이 탑재되는 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, LED칩은 발광 영역이 위를 향하도록 LED칩 탑재용 부재에 탑재되거나 플립 칩 방식으로 탑재될 수도 있다.The LED chip emits blue or cyan light. In order to emit orange, yellow or green pastel color light, the LED chip preferably emits light having a wavelength of 490 to 520 nm. There is no particular limitation on the way the LED chip is mounted. For example, the LED chip may be mounted on the LED chip mounting member so that the light emitting area faces upward or may be mounted in a flip chip method.
그리고, 상기 몰드용 수지는 투명한 물질로 형성하는데, 예컨대 투광성 에폭시 수지로 형성할 수 있다. The mold resin may be formed of a transparent material, for example, a transparent epoxy resin.
그리고, 상기 Sr1- xSx :Eu 형광체는 상기 LED칩에서 방출되는 광에 의하여 여기된 다음 안정 상태로 복귀하면서 오렌지색의 광을 방출한다. 따라서, Sr1- xS x :Eu 형광체가 많이 포함될 수록 오렌지색에 가까운 파스텔 칼라의 광이 방출되게 된다. 그리고, 상기 Sr1- xSx :Eu 형광체는 상기 몰드용 수지에 고르게 분산되어 있는 것이 바람직하다.The Sr 1- x S x : Eu phosphor emits orange light while being excited by the light emitted from the LED chip and then returning to a stable state. Therefore, as more Sr 1- x S x : Eu phosphors are included, light of a pastel color close to orange is emitted. The Sr 1- x S x : Eu phosphor is preferably evenly dispersed in the mold resin.
상기한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 형광체는 상기 몰드용 수지 중량의 0.1 내지 50중량%를 차지할 수 있으며, 형광체의 적정양은 LED칩에서 방출되는 광의 파장, 최종적으로 얻고자 하는 파스텔 칼라 광의 파장 그리고 몰드용 수지의 구조 등에 따라서 달라질 수가 있다.According to another aspect of the present invention, the phosphor may occupy 0.1 to 50% by weight of the weight of the resin for the mold, the appropriate amount of phosphor is the wavelength of the light emitted from the LED chip, the wavelength of the pastel color light finally to obtain And it can vary according to the structure etc. of the resin for mold.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오렌지색, 노란색 및 녹색의 파스텔 칼라 LED소자의 제조방법은 먼저, LED칩 탑재용 부재 상에 청색 또는 청록색 LED칩을 탑재하여 부착시키고, 상기 LED칩을 전기적으로 연결시킨다. 그리고, 에폭시 수지 및 상기 에폭시 수지에 혼합되어 있는 Sr1- xSx :Eu 형광체(단, x는 0.3 내지 0.7)를 포함하는 모체 수지를 준비하고, 상기 LED칩을 봉지하도록 상기 모체 수지로 몰딩하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing the orange, yellow and green pastel color LED device according to the present invention for achieving the above technical problem, first, by mounting a blue or cyan LED chip on the LED chip mounting member, and attaching the LED chip Electrically connected In addition, a mother resin including an epoxy resin and Sr 1- x S x : Eu phosphors mixed with the epoxy resin (where x is 0.3 to 0.7) is prepared and molded into the mother resin to seal the LED chip. It includes a step.
상기한 본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 몰딩하는 공정은 포팅법, 스크린 패턴 마스크법 또는 트랜스퍼 몰딩법을 사용하여 수행할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the molding process may be performed using a potting method, a screen pattern mask method or a transfer molding method.
그리고, 상기한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 먼저 상온에서 주제 및 경화제를 포함하는 액상 에폭시 수지를 1차 혼합한 다음, 70 내지 100℃의 온도 및 1 내지 30토르의 압력 하에서 상기 액상 에폭시 수지를 반경화시키는 제1 큐어 공정을 실시한다. 그리고, 상온에서 상기 반경화된 액상 에폭시 수지에 상기 Sr1-xSx:Eu 형광체를 첨가하고 2차 혼합하여 상기 모체 수지를 준비한다. 계속해서, 상기 LED칩 상에 상기 모체 수지를 도포한 다음, 120℃ 이상의 온도 및 상압 하에서 상기 모체 수지를 경화시키는 제2 큐어를 실시한다.According to another aspect of the present invention, first, the liquid epoxy resin including the main body and the curing agent is first mixed at room temperature, and then the liquid epoxy resin is mixed at a temperature of 70 to 100 ° C. and a pressure of 1 to 30 Torr. The first curing step of semi-curing is carried out. Then, the Sr 1-x S x : Eu phosphor is added to the semi-cured liquid epoxy resin at room temperature, followed by secondary mixing to prepare the parent resin. Subsequently, after apply | coating the said base resin on the said LED chip, the 2nd cure which hardens the said base resin under temperature and normal pressure of 120 degreeC or more is implemented.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 실시예의 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings of the embodiment.
본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것은 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 사상은 청구항의 범주에 의해 정의된다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the spirit of the present invention is defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1a 내지 도 1c에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오렌지색 등의 광을 방출하는 램프형, 칩형 및 탑형 파스텔 칼라 LED소자에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.1A to 1C are schematic cross-sectional views of lamp type, chip type and top type pastel color LED elements emitting light such as orange according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, LED소자는 LED칩(14), LED칩(14)을 부착시켜서 탑재할 수 있는 부재(20, 24), LED칩(14)을 둘러싸고 있는 몰드용 수지(10) 및 몰드용 수지(10)에 분산되어 있는 형광체(12)를 적어도 포함하고 있다. 그러나, 전술한 시티즌 덴시의 특허출원에 개시된 것과 같은 파장흡수재료, 예컨대 염료는 포함하고 있지 않다. 이러한 LED소자의 단면 구조는 종래 기술에 따른 LED소자와 거의 차이가 나지 않는다. 따라서, 본 명세서에서는 LED소자의 구조에 대한 상세한 설명은 생략한다. 설명하지 않은 참조 번호 16은 접착제, 18은 본딩 와이어, 22는 외부 전극과 연결되는 리드 그리고 26은 몰드컵이다.1A to 1C, the LED device includes an
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 LED소자는 다음과 같은 특징이 있다.However, the LED device according to the embodiment of the present invention has the following features.
첫째, LED소자가 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 광을 방출할 수 있도록 하기 위하여 특정한 파장 범위의 광을 방출하는 청색 또는 청록색 LED칩(14)을 사용한다. LED칩(14)은 형광체의 특성, 즉 형광체가 여기되는 파장의 범위나 얻고자 하는 방출광의 최종 색상 등을 고려하여 청색 또는 청록색의 구체적인 파장 범위를 적절하게 선택할 수 있다. 본 발명의 경우에는 후술하는 바와 같이 Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)를 사용하고 오렌지색, 노란색 또는 녹색광을 얻는 것을 목적으로 하기 때문에, LED칩(14)의 파장 범위가 약 490 - 520nm 사이인 것이 바람직하다.First, in order to enable the LED device to emit orange, yellow or green pastel light, a blue or
둘째, 본 실시예에서는 형광체로서 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)를 사용한다. 여기서, x는 약 0.3 - 0.7사이이고, 유러퓸(Eu)은 SrS를 활성화시키는 이온으로서의 역할을 한다. 그리고, 형광체(12)에는 칼슘(Ca)이 더 포함될 수 있는데, 칼슘은 형광체(12)의 제조 공정에 따라 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있는 일종의 불순물이며, 방출광의 특성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 본 실시예에서 사용한 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)는 약 450-550nm의 광을 흡수하여 피크 파장이 약 615nm인 적색광을 방출하는 것이었다. 이 경우, 형광 변환된 오렌지색광의 CIE 색도도 상의 위치는 대략적으로 x=0.632이고, y=0.368이다.Second, in this embodiment, Sr 1- x S x :
본 실시예에 따른 LED소자는 다음과 같은 방식으로 오렌지색 등의 파스텔 칼라를 방출한다. 즉, LED칩(14)에서 방출되는 청색 또는 청록색 광의 일부는 Sr1-xSx : Eu 형광체(12)에 흡수되지만, 나머지 일부는 그대로 몰드용 수지(10)의 외부로 방출된다. Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)에 청색광 등이 흡수되면 Eu의 도움으로 Sr1-xSx가 여기된 후에 안정된 상태로 복귀하면서 형광 변환된 적색광을 방출한다. x값에 따라서 형광 변환된 적색광의 피크 파장은 약간 달라질 수는 있지만, x가 0.3 - 0.7 사이인 경우에는 방출광의 특성에 큰 영향이 없다. 결국, Sr1-
xSx
: Eu 형광체(12)에 흡수되지 않고 그대로 방출되는 청색 또는 청록색광과 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)에 흡수되어 형광 변환되어 방출되는 오렌지색 계열의 광이 조합되어서 상기 LED소자는 궁극적으로 오렌지색 등의 파스텔 칼라 광을 방출한다.The LED device according to the present embodiment emits pastel colors such as orange in the following manner. That is, a part of the blue or cyan light emitted from the
Sr1-xSx : Eu 형광체(12)에 흡수되는 광의 양과 흡수되지 않는 광의 양은 몰드용 수지(10)에 분산되어 있는 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)의 양에 따라서 달라진다. 본 실시예에서 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)는 몰드용 수지(10) 중량의 약 0.1-50중량%를 차지할 수 있다. 보다 구체적으로, 포팅법이나 스크린 패턴 마스크법 등과 같이 형광체가 혼합된 액상의 에폭시 수지를 사용하여 제조하는 LED소자의 경우에는 Sr1-xSx : Eu 형광체(12)가 몰드용 수지(10) 중량의 약 0.1-30중량%, 보다 바람직하게는 약 1-30중량% 범위일 수 있다. 그리고, 트랜스퍼 몰딩법과 같이 형광체가 혼합된 고상의 에폭시 수지 테블릿을 사용하여 제조하는 LED소자의 경우에는 Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)가 몰드용 수지(10) 중량의 약 0.1-50%, 보다 바람직하게는 약 2-30중량% 범위 이내일 수 있다.The amount of light absorbed in the Sr 1-x S x :
도 2에는 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)의 양에 따라서 LED소자로부터 방출되는 광의 스펙스럼을 측정한 그래프가 도시되어 있다. 여기서, 도 2의 A그래프는 Sr1-xSx : Eu 형광체(12)를 전혀 첨가하지 않은 경우이고, 도 2의 B, C 및 D 그래프는 Sr1-xSx : Eu 형광체(12)를 각각 3중량%, 5중량% 및 7중량% 첨가한 경우이다. 상기 실험에서는 Sr이 약 53중량%, S가 약 46중량% 그리고 불순물인 칼슘이 약 0.13중량%가 포함된 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)를 사용하였다.2 shows a graph in which the spectra of light emitted from the LED element are measured according to the amount of Sr 1- x S x :
도 2를 참조하면, Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)가 전혀 포함되지 않는 경우(그래프 A)에는 피크 파장이 약 510nm인 것을 알 수 있다. 이것은 실험에 사용된 LED칩(14)의 고유 발광 파장이다. 그리고, 그래프 B, C 및 D를 참조하면, Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)가 포함된 경우에는 파장이 약 615nm인 경우에 제2 피크 파장이 나타나며, Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)의 양이 증가함에 따라서 제2 피크 파장에서의 강도(intensity)도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)는 Ca1-
xSx : Eu 형광체(본 출원의 출원일과 동일자에 출원된 특허출원, "파스텔 칼라 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법" 참조, 대리인 파일번호(PN055368KR)에 비하여 적은 양을 사용하더라 LED칩에서 방출되는 광 중에서 보다 많은 양의 광을 형광 변환시킨다.2, it can be seen that the peak wavelength is about 510 nm when the Sr 1- x S x :
도 3에는 상기한 A 내지 D의 그래프에 대응하는 LED소자의 CIE 색도도 상의 위치를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 3의 CIE 색도도에서 A는 X=0.0943이고 Y=0.5814, B는 X=0.4084이고 Y=5814, C는 X=0.4525이고 Y=0.4551 그리고, D는 X=0.4824이고 Y=0.4517인 포인트를 나타낸다. 도 3을 참조하면, Sr1-
xSx
: Eu 형광체(12)가 소정의 양이 포함되는 본 발명에 따른 LED소자는 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 광을 방출한다는 것을 알 수 있다, 그리고, 포함된 Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)의 양에 따라서 상기 A 내지 D를 연결하는 직선 그래프 상의 어느 지점에 위치할 것이라는 것을 예측할 수 있다(Grassman의 색채 제2 법칙, 그러나, 직선 그래프는 LED칩의 발광 파장에 따라 달라질 수 있다). 이 경우, 포함된 Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)의 양이 적은 경우에는 녹색의 파스텔 칼라 광을 방출하지만, Sr1-xSx : Eu 형광체(12)의 양이 상대적으로 많은 경우에는 오렌지색의 파스텔 칼라 광을 방출할 것이라고 예측할 수 있다.3 is a graph showing a position on a CIE chromaticity diagram of an LED device corresponding to the graphs A to D described above. In the CIE chromaticity diagram of FIG. 3, A is X = 0.0943, Y = 0.5814, B is X = 0.4084, Y = 5814, C is X = 0.4525, Y = 0.4551 and D is X = 0.4824 and Y = 0.4517. Indicates. Referring to FIG. 3, it can be seen that the LED device according to the present invention in which Sr 1- x S x :
도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 LED소자와 종래 기술에 따른 LED소자의 휘도를 비교하여 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 4에서 A 내지 D는 전술한 도 2의 그래프 A 내지 D에 대응하는 LED소자의 휘도를 나타내며, E 내지 G는 각각 시티즌사에서 출시된 파스텔 칼라 LED소자인 PSG38, PSY29 및 PSY23 제품에 대하여 측정한 것이다. 도 4를 참조하면, 비록 본 발명에 따른 LED소자는 Sr1-
xSx
: Eu 형광체(12)의 양이 증가함에 따라서 휘도가 점점 감소하지만, 전체적으로 종래 기술에 따른 LED소자보다 휘도가 훨씬 크다는 것을 알 수 있다.4 is a graph showing a comparison of the brightness of the LED device according to an embodiment of the present invention and the LED device according to the prior art. In FIG. 4, A to D represent luminances of the LED devices corresponding to the above-mentioned graphs A to D of FIG. 2, and E to G are measured for PSG38, PSY29, and PSY23 products, which are pastel color LED devices respectively released by Citizen. It is. Referring to FIG. 4, although the LED device according to the present invention gradually decreases in brightness as the amount of Sr 1- x S x :
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 LED소자는 평균 수명이 약 50,000 내지 100,000시간으로서 종래 기술에 따른 LED소자보다 훨씬 길다.In addition, the LED device according to the present invention has an average lifetime of about 50,000 to 100,000 hours, which is much longer than the LED device according to the prior art.
그러므로, 본 실시예에서는 LED소자가 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 광을 방출하도록 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)를 사용하며, Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)의 양을 조절하여 원하는 파장 범위의 파스텔 색상을 얻을 수가 있다. 또한, 본 발명에 따른 LED소자는 색소염료는 전혀 사용하지 않기 때문에 종래 기술에 따른 LED소자보다 휘도가 클 뿐만이 아니라 수명도 훨씬 길다.Therefore, in the present embodiment, the LED is orange, yellow or green to emit light pastel 1- x Sr x S: Eu phosphor amount of 12: Eu using the
셋째, 본 발명에 따른 파스텔 칼라 LED소자는 Sr1-xSx :Eu 형광체(12)가 몰드용 수지(10) 내에 고르게 분산되도록 제조할 수도 있다. 몰드용 수지(10)에 형광체가 얼마나 균일하게 분산되어 있는가 하는 것도 LED소자의 방출광 특성에 영향을 미친다. 일반적으로, 형광체는 에폭시 수지에 비하여 비중이 크기 때문에 침전하는 경향이 있는데, 색 분산이 적은 원하는 색상의 파스텔 칼라 LED소자를 제조하기 위해서는 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)가 고르게 분산되어 있는 것이 바람직하다. 본 특허의 출원인과 동일인에 의하여 2003년 11월 25일에 출원된 한국특허출원 제2003-0084173호, "2단계 큐어 공정을 포함하는 백색 발광 다이오드 소자의 제조방 법"에 개시된 바와 같이, 2단계 큐어 공정을 사용하면 몰드 수지(10)에 Sr1-
x
Sx : Eu 형광체(12)가 고르게 분산되어 있는 LED소자를 제조할 수가 있다. 상기 특허출원 명세서는 참조에 의하여 본 명세서에 완전히 결합한다.Third, the pastel color LED device according to the present invention may be manufactured so that the Sr 1-x S x :
이하에서는, 2단계 큐어 공정을 포함하는 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 파스텔 칼라 LED소자 제조방법에 대하여 간단히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명에 따른 LED소자의 제조방법은 2단계 큐어 공정을 사용하는 제조방법에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 LED소자도 이미 공지되어 있는 여러 가지 제조방법을 사용하여 제조할 수 있다. 예컨대, 2단계 큐어 공정을 거치지 않은 Sr1-
xS
x : Eu 형광체(12)가 포함된 모체 수지를 사용하는 포팅법이나 스크린 패턴 마스크법으로 LED소자를 제조하거나 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)가 포함된 모체수지의 태블릿을 이용한 트랜스퍼 몰딩법으로 LED소자를 제조할 수도 있다. 본 명세서에서 '모체 수지'란 LED칩 상에 도포되거나 몰딩되기 전의 상태에 있는 Sr1-
xSx : Eu 형광체(12)와 몰드용 수지인 에폭시 수지가 혼합되어 있는 조성물을 가리킨다.Hereinafter, an orange, yellow, or green pastel color LED device manufacturing method including a two-step curing process will be briefly described. However, the manufacturing method of the LED device according to the present invention is not limited to the manufacturing method using a two-step curing process. That is, the LED device according to the present invention can also be manufactured using various known manufacturing methods. For example, an LED device may be manufactured by a potting method or a screen pattern mask method using a mother resin containing the Sr 1- x S x :
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단계 큐어 공정을 포함하는 오렌지색 등의 파스텔 칼라 LED소자를 제조할 때 가하는 열 버짓(thermal budget)을 보여주는 그래프가 도시되어 있다.FIG. 5 is a graph showing a thermal budget applied when fabricating a pastel-colored LED device such as an orange including a two-step curing process according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 주제(main gradient)와 경화제를 1차로 혼합하여 액상 에폭시 수지를 제조한다. 1차 혼합 공정에서 Sr1- xSx : Eu 형광체를 더 첨가할 수도 있다. 그러나, 1차 혼합 공정에서 실리콘 수지나 EMC 파우더는 더 첨가하지 않는다. 주제로는 예를 들어, 크레졸 노보락 에폭시, 페놀 노보락 에폭시 또는 비스페놀 A형 에폭시 중의 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다. 그리고, 경화제는 무수산물, 방향족 아민 변성물 또는 페놀 노보락 에폭시 중의 하나이거나 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 1차 혼합 공정에서 필요한 경우에는 경화 반응을 촉진시키기 위하여 이민다졸 화합물이나 아민 화합물과 같은 경화 촉진제를 더 첨가할 수도 있다.Referring to FIG. 5, first, a main epoxy and a curing agent are mixed first to prepare a liquid epoxy resin. In the first mixing step, an Sr 1- x S x : Eu phosphor may be further added. However, no further silicone resin or EMC powder is added in the primary mixing process. Subjects can be, for example, one of cresol novolac epoxy, phenol novolac epoxy or bisphenol A epoxy or mixtures thereof. In addition, the curing agent may be one of an anhydride, an aromatic amine modified product, or a phenol novolak epoxy, or a mixture thereof. If necessary in the primary mixing step, a curing accelerator such as an imidazole compound or an amine compound may be further added to promote the curing reaction.
계속해서 상기 액상 에폭시 수지에 대하여 1차 큐어 공정을 실시한다. 제1 큐어 공정은 소정의 시간(t4 - t1)동안 실시한다. 상기 제1 큐어 단계의 온도 및 시간은 상호 의존적인데, 특히 온도(T1)에서의 가열 시간은 액상 에폭시 수지의 가열 온도에 따라서 변할 수가 있다. 예컨대, 온도(T1)가 약 80-100℃인 경우에 승온 시간(t2 - t1)은 약 30분, 가열 시간(t3 - t2)은 약 1 ~ 2시간 그리고 감온 시간(t4 - t3)은 약 30분이 될 수 있다. 도 5에서 T0는 상온을 나타낸다. 그리고, 상기 제1 큐어 공정은 저압 상태에서 실시하는데, 저압 상태로 공정을 실시하는 이유는 기포가 발생하는 것을 방지하기 위해서이다. 저압 상태는 약 1-30토르일 수 있다. 상기한 제1 큐어 공정의 결과, 액상 에폭시 수지는 반경화 상태의 에폭시 수지로 숙성된다.Subsequently, a primary curing step is performed on the liquid epoxy resin. The first curing process is performed for a predetermined time t 4 -t 1 . The temperature and time of the first cure step are mutually dependent, in particular the heating time at temperature T 1 may vary depending on the heating temperature of the liquid epoxy resin. For example, when the temperature T 1 is about 80-100 ° C., the temperature increase time (t 2 -t 1 ) is about 30 minutes, the heating time (t 3 -t 2 ) is about 1 to 2 hours and the temperature reduction time (t 4 -t 3 ) can be about 30 minutes. In FIG. 5, T 0 represents room temperature. The first curing process is carried out in a low pressure state, but the reason for performing the process in a low pressure state is to prevent bubbles from occurring. The low pressure may be about 1-30 torr. As a result of the above first curing process, the liquid epoxy resin is aged into an epoxy resin in a semi-cured state.
계속해서 도 5를 참조하면, 반경화 상태의 에폭시 수지에 대하여 제2 혼합 공정을 실시하여 모체 수지를 제조한다. 제2 혼합 공정은 반경화 상태의 에폭시 수지의 구성 원료들이 보다 잘 섞여 있도록 하기 위한 공정이다. 제1 혼합 공정에서 Sr1- xSx : Eu 형광체를 첨가한 경우에는 이 때 형광체도 함께 혼합된다. 그리고, 제2 혼합 공정에서는 형광체를 필요한 양 또는 부족한 양을 첨가한다. 모체 수지에 포함되는 Sr1- xSx : Eu 형광체의 최종적인 양은 파스텔 칼라 LED소자의 색깔 등의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 모체 수지의 중량을 기준으로 했을 때, Sr1-xSx : Eu 형광체는 모체 수지 중량의 약 1-60중량%일 수 있다. 제2 혼합 공정은 상온(T0)에서 실시하여, 공정 소요 시간(t5 t4)에는 특별한 제한이 없다. Subsequently, referring to FIG. 5, a mother resin is produced by performing a second mixing step with respect to the semi-cured epoxy resin. The 2nd mixing process is a process for making the raw material of semi-hardened epoxy resin mix better. In the case where the Sr 1- x S x : Eu phosphor is added in the first mixing step, the phosphor is also mixed together. In the second mixing step, the required amount or insufficient amount of the phosphor is added. The final amount of Sr 1- x S x : Eu phosphor contained in the mother resin may vary depending on the characteristics of the color of the pastel-colored LED device. For example, based on the weight of the parent resin, the Sr 1-x S x : Eu phosphor may be about 1-60% by weight of the parent resin. A second mixing process, there is no particular limitation on the performed at room temperature (T 0), the process time (t 5 t 4).
다음으로, 제2 혼합 공정이 완료된 모체 수지를 사용하여 LED칩을 봉지한다. 여기서, LED칩은 도전성 또는 비도전성 접착제를 사용하여 LED칩 탑재용 부재 상에 부착되어 탑재되어 있다. 그리고, 필요한 경우에는 와이어 본딩 공정도 수행이 완료되어 LED칩에 대한 전기적인 연결도 완료되어 있다. 봉지 공정은 예컨대 전술한 바와 같이, 포팅법이나 스크린 패턴 마스크법을 사용할 수 있다.Next, the LED chip is encapsulated using the mother resin in which the second mixing process is completed. Here, the LED chip is attached to and mounted on the LED chip mounting member using a conductive or nonconductive adhesive. In addition, if necessary, the wire bonding process is completed and electrical connection to the LED chip is completed. As the sealing step, for example, as described above, a potting method or a screen pattern mask method can be used.
계속해서 도 5를 참조하면, 모체 수지가 도포된 결과물을 열처리하는 제2 큐어 공정을 실시한다. 제2 큐어 공정은 모체 수지를 완전히 경화시키기 위한 공정이다. 제2 큐어 공정은 상압에서도 실시할 수 있으며, 제1 큐어 공정의 온도(T1)보다 높은 온도(T2)에서 소정의 시간(t7 t6)동안 실시한다. 예를 들어, 제2 큐어 공정의 가열 단계는 약 120-130℃의 온도에서 약 1-2시간 실시할 수 있다. 보다 구체적으로 제2 큐어 공정은 약 30분 정도의 승온 단계(t6 t5), 약 130℃의 온도에서 약 1시간의 가열 단계(t7 t6) 및 약 30분의 감온 단계(t8 t7)로 구성될 수 있다. 제2 큐어 공정에서도 가열 시간과 가열 온도는 서로 의존적이다.Subsequently, referring to FIG. 5, a second curing process of heat-treating the resultant to which the matrix resin is applied is performed. The second curing step is a step for completely curing the parent resin. The second curing process can also be carried out at atmospheric pressure, and is carried out for a predetermined time t 7 t 6 at a temperature T 2 higher than the temperature T 1 of the first curing process. For example, the heating step of the second curing process may be carried out at a temperature of about 120-130 ° C. for about 1-2 hours. More specifically, the second curing process includes a temperature raising step (t 6 t 5 ) of about 30 minutes, a heating step (t 7 t 6 ) of about 1 hour at a temperature of about 130 ° C., and a temperature reduction step (t 8 ) of about 30 minutes. t 7 ). In the second curing process, the heating time and the heating temperature are mutually dependent.
이러한 2단계 큐어 공정을 거치는 경우에는 최종 가열 단계인 제2 큐어 공정이 진행되는 동안에 에폭시 수지의 점도가 감소하는 폭이 현저히 작기 때문에, 형광체가 에폭시 수지 등과 같은 몰드 수지의 하부로 침전되는 현상을 방지할 수 있다. 그 결과, Sr1- xSx : Eu 형광체가 몰드 수지에 고르게 분산되어 있기 때문에 색 분산이 적은 우수한 특성을 가진 LED소자를 만들 수가 있다.In the case of this two-step curing process, since the viscosity of the epoxy resin decreases significantly during the second curing process, which is the final heating step, the phosphor is prevented from being precipitated under the mold resin such as epoxy resin. can do. As a result, since the Sr 1- x S x : Eu phosphor is evenly dispersed in the mold resin, it is possible to produce an LED device having excellent characteristics with little color dispersion.
본 발명에 의하면 청색 또는 청록색의 LED칩과 Sr1- xSx :Eu를 형광체로서 사용하여 휘도가 큰 오렌지색 등의 파스텔 칼라 LED소자를 제공할 수가 있다. 아울러, 본 발명에 의한 LED소자는 첨가되는 Sr1-xSx :Eu의 양을 조절하면 오렌지색, 노란색 또는 녹색의 다양한 색조를 띠는 LED소자를 제조할 수가 있을 뿐만이 아니라 LED소자의 수명도 상대적으로 길다. According to the present invention, a blue or cyan LED chip and Sr 1- x S x : Eu are used as phosphors to provide a pastel color LED element such as orange with high luminance. In addition, the LED device according to the present invention can not only manufacture LED devices having various shades of orange, yellow or green by controlling the amount of Sr 1-x S x : Eu added, but also have relatively long lifespan of the LED devices. Long as
그리고, 본 발명에 따른 LED소자는 색 분포가 분산되지 않아서 광학적 특성이 우수할 뿐만이 아니라 제조 공정이 간단하기 때문에 가격 경쟁력도 있다.In addition, the LED device according to the present invention is not only excellent in optical characteristics because the color distribution is not dispersed, and also has a cost competitiveness because the manufacturing process is simple.
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