KR100634305B1 - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 몸체, 상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하며 내측면 및 외측면 중 적어도 어느 일측에 형광체 층이 형성되어 있는 투광성 물질의 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 몸체는 기판, 하우징에 장착된 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩 상에 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 색의 재현성이 우수하고 균일한 색을 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 발광 효율이 증대되고, 신뢰성을 향상시킬 수 있어 수명을 향상시킬 수 있다.
발광 다이오드, 형광체, 발광 효율, LED, 램프

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Light emitting diode and method for manufacturing the same}
도 1은 종래 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 2는 종래 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 의한 하우징을 포함한 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명을 응용한 발광 장치를 도시한 단면도와 평면도.
도 9c는 본 발명을 응용한 발광 장치의 회로 구성을 도시한 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 발광 다이오드 칩
30, 35 : 전극 40 : 반사부
50 : 형광체 55 : 형광체 층
60 : 몰딩부 65 : 외주 몰딩부
70 : 와이어 80, 85 : 리드 단자
88 : 리드 지지대 90 : 캡
100 : 하우징 110 : 기판
120 : 소켓 125 : 걸림턱
130 : 핀(pin) 140 : 납땜부
150 : 수지부 160 : 전극 패드
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드 칩 상에 형광체를 균일하게 분포시켜 색의 재현성이 우수하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 백색 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 양공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광 다이오드는 화합물 반도체의 발광 다이오드 칩과 형광체를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 이는 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 부착시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 즉, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색광 발광 다이 오드 칩과 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.
또한, 자외선을 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 발광된 UV광을 흡수하여 청색에서 적색까지의 가시광선을 발광하도록 형광체를 도포하여 백색을 얻을 수 있다. 즉, 350㎚ 내지 450㎚ 파장을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩과 적색, 청색 및 녹색 발광 특성을 갖는 형광체들이 일정한 비율로 혼합된 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.
도 1은 종래 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 전극(30, 35)이 형성된 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(20)과, 상기 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸며 기판(10) 상에 형성된 반사부(40)를 포함하여 이루어진다. 발광 다이오드 칩(20)은 제 1 전극(30) 상에 실장되고, 와이어(70)를 통하여 제 2 전극(35)과 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20)의 보호를 위해 액상 에폭시 수지 등을 상기 반사부(40) 내에 충진하여 소정 시간 동안 가열 경화시킨 몰딩부(60)가 형성된다.
도 2는 종래 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 선단에 반사부(40)를 포함하는 제 1 리드 단자(80)와, 상기 제 1 리드 단자(80)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(85)로 구성된다. 상기와 마찬가지로, 제 1 리드 단자(80)의 반사부(40) 내부에 발광 다이오드 칩(20)이 실장되고, 발광 다이오드 칩(20)의 상부에는 발광 다이오드 칩(20) 의 보호를 위해 액상 에폭시 수지 등을 상기 반사부(40) 내에 도포하여 소정 시간 동안 가열 경화시킨 몰딩부(60)가 형성된다. 또한 상기 리드 단자(80, 85)의 선단부에 성형용 틀을 이용하여 형성한 외주 몰딩부(65)를 포함한다.
도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 발광 다이오드에 있어서, 상기 몰딩부(60) 내에는 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광을 흡수하여 각각의 파장으로 광을 파장 전환시키는 형광체(50)가 혼합되어 있다.
이 때, 램프형 발광 다이오드에 있어서 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광에 의해 여기 발광되는 형광체(50)는 반사부(40) 내부에만 주입되고, 외주 몰딩부(65)에는 발광 다이오드 칩(20)에서 방출된 광의 투과율을 향상시킬 수 있도록 투명한 에폭시 수지로 제작된다.
상기와 같은 종래 발광 다이오드의 몰딩 공정은 액상 에폭시 수지를 이용한 인캡슐레이션(Encapsulation) 방법을 사용한다. 액상 에폭시 수지를 이용한 인캡슐레이션 방법은 먼저 액상 에폭시 수지에 형광체를 일정 비율로 혼합하여 혼합물을 만들고, 혼합물을 발광 다이오드 칩의 상부에 도포한다. 도포된 혼합물의 외형이 일정 형상을 갖도록 격벽을 가진 성형기로 혼합물의 상부를 누른후, 장시간에 걸쳐 경화시킨다.
이러한 종래 백색 발광 소자의 제작 공정에 있어서, 형광체는 발광 다이오드 칩을 봉지하는 액상 에폭시 수지 내에 혼합된다. 여기서 액상 에폭시 수지가 경화되는 일정 시간동안, 비중이 높은 형광체가 상대적으로 비중이 낮은 에폭시와의 비중 차이로 인하여 하부로 가라앉는다. 이러한 형광체의 침전으로 인해 액상 에폭시 수지 내 농도차가 발생하고, 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 빛이 일정하지 않아 색의 재현성에 문제가 생기며, 색 얼룩이 발생할 수 있다. 따라서 균일한 색의 구현을 위하여 형광체가 많은 양이 포함되며, 이는 발광 효율의 저하를 야기할 수 있다.
또한 형광체가 몰딩부 내에서 균일하게 분포되지 않기 때문에 발광 다이오드를 보는 각도마다 방출되는 광의 색이 달라지는 문제점이 있다.
특히, 램프형 발광 소자의 경우에 매우 협소한 면적을 갖는 리드 단자의 반사부 내부에서 다량의 형광체가 침전되고, 상기 형광체는 대부분 발광 다이오드 칩 주변에 집중되기 때문에 칩에서 발광되는 광의 투과율이 감소되어 소비자가 요구하는 백색광이 구현되지 않을 뿐만 아니라 소자 자체의 휘도도 매우 불량하다.
기본적으로 발광 다이오드 칩에서 방출된 광이 형광체 내부에 흡수 소멸되는 비율은 일정하고, 이를 개선하기 위하여 발광 다이오드 칩의 출력을 높이면 과도한 열이 방출되어 형광체가 쉽게 열화되기 때문에 발광 소자의 휘도뿐만 아니라 신뢰성도 저하되며, 수명을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 다이오드 칩 상에 형광체를 균일하게 분포시켜 색의 재현성이 우수하고 균일한 색 발광을 할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 신뢰성을 높이고 효율을 증대시키며 수명을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 몸체, 상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하며 내측면 및 외측면 중 적어도 어느 일측에 형광체 층이 형성되어 있는 투광성 물질의 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다. 상기 몸체는 기판, 하우징에 장착된 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나일 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 캡은 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지 또는 유리로 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광하는 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 형광체 층은 황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩은 자외선을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 형광체 층은 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명은 발광 다이오드 칩이 실장된 몸체를 봉지하는 발광 다이오드용 캡에 있어서, 내측면 또는 외측면에 형광체 층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 캡을 제공한다.
또한 본 발명은 캡을 형성하는 단계, 상기 캡의 내측면 또는 외측면에 형광체 층을 형성하는 단계 및 상기 캡을 발광 다이오드 칩이 실장된 몸체에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
상기 형광체 층을 형성하는 단계는, 물 또는 유기 용매에 형광체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 상기 캡의 내측면 또는 외측면에 균일하게 도포하는 단계 및 소정 온도를 유지하여 상기 물 또는 유기 용매를 휘발시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 형광체 층은 스퍼터링 방법 또는 화학기상증착 방법으로 형성될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 형광체 층이 내측면 및 외측면 중 적어도 어느 일측에 형성된 캡을 별도로 형성하여 발광 다이오드 칩을 봉지한다. 여기서 상기 캡은 빛을 통과할 수 있는 물질을 사용하며, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지 또는 유리로 형성할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 칩형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(10)과, 기판 상(10)에 형성된 전극(30, 35)과, 제 1 전극(30) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)을 포함하고, 캡(90)의 내측면에는 균일하게 형성된 형광체 층(55)을 포함한다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 발광 다이오드는 반사부(40)가 형성된 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성된 전극(30, 35)과, 제 1 전극(30) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(20)과, 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)을 포함한다. 마찬가지로 캡(90)의 내측면에는 균일하게 분포된 형광체 층(55)을 포함한다.
상기 반사부(40)는 기계적 가공을 통해 기판(10)의 중심 영역에 소정의 홈을 형성한 것으로, 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 주어 형성된 영역을 지칭한다. 그 하부 면은 발광 다이오드 칩(20)의 실장을 위해 평면인 것이 바람직하다. 또한, 도 1에 설명한 바와 같이 평면 기판(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 둘러싸도록 반사부(40)를 형성할 수도 있다.
상기 반사부(40)를 형성하여 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고, 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
본 실시예의 전극(30, 35)은 기판(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(30, 35)으로 구성한다. 도면에서 발광 다이오드 칩(20)은 제 1 전극(30) 상에 실장되고, 와이어(70)를 통하여 제 2 전극(35)과 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드 칩(20)이 전극(30, 35) 상에 실장되지 않고 기판(10) 상에 형성되는 경우에, 2개의 와이어(70)를 통하여 각각 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(35)과 연결될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 인쇄 기법을 통해 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하되, 제 1 전극(30)과 제 2 전극(35)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
상기 캡(90)은 빛이 통과할 수 있는 투광성이 우수한 물질로 제조하며, 투광성 수지 또는 유리 등을 사용할 수 있다. 도면에는 캡(90)이 렌즈 형상으로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)의 형태는 렌즈 형상, 단면 사각 형태인 육면체 형상, 육면체 형상의 상부 평면에 렌즈 형태를 더 포함하는 형상 등으로 다양하게 구성 가능하다.
캡(90)의 내측면에는 원하는 색을 구현하기 위해 필요한 형광체 층(55)이 형성된다. 이는 물 또는 유기 용매에 형광체를 혼합하여 캡에 도포한 후, 소정 온도를 유지하여 물 또는 유기 용매를 휘발시킴으로써 형광체만 남길 수 있다. 캡(90)의 내부를 향해 스퍼터링 또는 기상화학증착을 실시하여 형광체를 증착할 수 있다. 또한, 캡(90)의 내측면에 형광 필름을 부착하여 형광체 층(55)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 공정상 편의에 따라 다양한 방법으로 형광체 층(55)을 형성할 수 있다. 또한, 도면 상에는 캡(90)의 내측면에만 형광체 층(55)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 캡(90)의 외측면에도 형광체 층(55)을 형성할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩과 형광체는 원하는 색을 얻기 위해 다양한 종류를 사 용할 수 있다. 백색 발광을 위하여, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 청색광 발광 다이오드 칩을 실장하고, 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체를 사용한다. 또한, 백색 발광을 위하여, 350㎚ 내지 450㎚ 파장을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 실장하고, 적색, 청색 및 녹색광을 발광하는 형광체들을 혼합한 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 발광 다이오드 칩의 개수는 하나일 수도 있고, 목적하는 바에 따라 다수 개로 구성할 수도 있다. 예를 들어, 다수 개의 청색 발광 다이오드 칩을 실장하고, 발광 다이오드 칩을 봉지하는 캡의 내측면 또는 외측면에 황색 발광 형광체 및 확산제를 포함하는 층을 형성할 수 있다.
상기 형광체 층(55)을 포함한 캡(90)이 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하고, 상기 캡(90)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(30, 35)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(30, 35)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 발광 다이오드는 상기 형광체 층(55)이 캡(90)의 내측면에 균일하게 분포되어 형성되기 때문에, 기존의 액상 에폭시 수지에 혼합되어 불균일하게 분포했던 형광체를 포함한 발광 다이오드에 비해 균일한 색상을 구현하며 재현성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 발광 다이오드 칩(20) 상에 형광체가 균일하게 분포하기 때문에, 발광 다이오드를 보는 각도마다 방출하는 광의 색을 일정하게 할 수 있다.
종래에는 발광 다이오드 칩 상에 액상 에폭시 수지와 형광체를 혼합하여 몰 딩부를 형성하였기 때문에, 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광은 몰딩부를 통과하면서 또 다른 형광체 입자에 흡수되거나 또는 형광체에서 방출되는 광에 의하여 서로 상쇄되어 손실될 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩(20)과 별도로 형광체 층(55)이 균일하게 형성된 캡(90)을 형성하여 발광 다이오드 칩(20)을 봉지함으로써, 칩(20)에서 발광되는 광의 손실을 줄이고 발광 효율을 증대시킬 수 있다. 나아가 캡(90)의 내부를 진공으로 형성함으로써, 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한 형광체의 균일한 분포를 위해 의도적으로 형광체를 많은 양을 혼합시켰던 종래에 비해 캡(90)의 내측면에 형광체 층을 소정 두께로 일정하게 형성함으로써, 형광체의 사용량을 줄일 수 있어 재료 원가가 절감되고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 램프형 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드는 제 1 리드 단자(80)와, 상기 제 1 리드 단자(80)와 소정 간격 이격된 제 2 리드 단자(85)로 구성된다. 상기 제 1 리드 단자(80) 상에 발광 다이오드 칩(20)이 실장되고, 와이어(70)를 통하여 제 2 리드 단자(85)와 전기적으로 연결된다. 리드 단자(80, 85)의 선단에는 발광 다이오드 칩(20)의 보호를 위한 캡(90)을 포함하고, 캡(90)의 내측면에는 균일하게 분포된 형광체 층(55)을 포함한다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 제 1 리드 단자(80)는 소정 영역에 홈이 형성되고, 홈의 측벽면에 소정의 기울기를 갖는 반사부(40)를 포함할 수 있다. 반사부(40)의 하부 평면에 발광 다이오드 칩(20)을 실장하며, 이는 발광 다이오드 칩(20)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고, 발광 효율을 증대하기 위한 것이다.
상기 캡(90)은 빛이 통과할 수 있는 투광성이 우수한 물질로 제조하며, 투명한 수지 또는 유리 등을 사용할 수 있다. 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)의 형상은 도면에 도시한 바에 한정되지 않고, 원통 형상, 반구 형상, 육면체 형상 등으로 다양하게 구성할 수 있다.
캡(90)의 내측면에는 원하는 색을 구현하기 위해 필요한 형광체 층(55)이 형성된다. 이는 물 또는 유기 용매에 형광체를 혼합하여 캡(90)에 도포한 후, 소정 온도를 유지하여 물 또는 유기 용매를 휘발시킴으로써 형광체만 남길 수 있다. 캡(90)의 내부를 향해 스퍼터링 또는 화학기상증착을 실시하여 형광체를 증착할 수 있다. 또한, 캡(90)의 내측면에 형광 필름을 부착하여 형광체 층(55)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 공정상 편의에 따라 다양한 방법으로 형광체 층(55)을 형성할 수 있다. 또한, 도면 상에는 캡(90)의 내측면에만 형광체 층(55)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 캡(90)의 외측면에도 형광체 층(55)을 형성할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩과 형광체는 원하는 색을 얻기 위해 상기 설명한 바와 같이 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 발광 다이오드 칩의 개수 또한 하나에 한정되지 않고, 다수개를 사용하여 구성할 수도 있다.
상기 제 1 리드 단자(80)와 제 2 리드 단자(85)를 관통하여 지지하는 리드 지지대(88)에 상기 형광체 층(55)을 포함한 캡(90)을 결합하여, 발광 다이오드 칩(20)을 봉지한다. 하부 노출된 제 1 및 제 2 리드 단자(80, 85)와 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
종래 램프형 발광 다이오드는 좁은 면적의 반사부(40) 내부에 액상 에폭시 수지와 형광체를 혼합한 혼합물을 충진하여, 경화시 다량의 형광체가 침전되고 칩 주변에 집중됨으로써, 발광 다이오드 칩(20)에서 발광되는 광의 투과율이 감소되고 색의 재현성이 떨어지며 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예는 상기 형광체 층(55)이 캡(90)의 내측면에 도포되고, 발광 다이오드 칩(20) 상에 균일하게 분포되어 형성되기 때문에, 광손실을 줄일 수 있고 발광 효율이 증대되는 장점이 있다. 또한 균일한 색의 발광으로, 색의 재현성을 높일 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 상기 캡(90)의 내부를 진공으로 형성함으로써, 더욱 좋은 효과를 얻을 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 의한 하우징을 포함한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드는 양측에 전극(30, 35)이 형성되고 관통홀을 포함하는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 관통홀에 장착되는 기판(10)과, 기판(10) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 이 때 상기 기판(10)은 열전도성이 우수한 재질을 사용하여 히트 싱크로 구성함으로써, 발광 다이오드에서 발산되는 열의 방출을 더욱 효과적으로 할 수 있다. 또한 상기 발광 다이오드 칩 (20)을 봉지하는 캡(90)을 포함하고, 상기 캡(90)의 내측면에는 균일하게 형성된 형광체 층(55)을 포함한다.
또한 도 8에 도시한 바와 같이, 기판(10) 중앙의 소정 영역에 역전된 절두원추 형상의 리세스 영역을 갖도록 반사부(40)를 형성하여, 그 하부 평면 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수 있다. 역전된 절두원추 형상의 리세스 영역은 빛의 휘도 및 집광 능력을 향상시키기 위해 소정 기울기를 갖도록 형성할 수 있다.
본 실시예의 전극(30, 35)은 기판(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(30, 35)으로 구성한다. 발광 다이오드 칩(20)은 기판(10) 상에 실장되고, 와이어(70)를 통하여 제 1 전극(30) 또는 제 2 전극(35)과 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 인쇄 기법을 통해 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 전극(30, 35)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하되, 제 1 전극(30)과 제 2 전극(35)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
캡(90)은 상기와 마찬가지로, 빛이 통과할 수 있는 투광성이 우수한 물질로 제조하며, 캡(90)의 내측면에는 원하는 색을 구현하기 위해 필요한 형광체 층(55)이 형성된다. 상세 내용은 도 3 내지 도 4의 경우와 동일하다.
또한 상기 발광 다이오드 칩과 형광체는 원하는 색을 얻기 위해 상기 설명한 바와 같이 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 발광 다이오드 칩의 개수 또한 하나에 한정되지 않고, 다수개를 사용하여 구성할 수도 있다.
상기 형광체 층(55)을 포함한 캡(90)이 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하고, 상기 캡(90)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(30, 35)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(30, 35)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
상술한 본 실시예는 상기 형광체 층(55)이 캡(90)의 내측면에 균일하게 분포되어 형성되기 때문에, 균일한 색상을 구현하며 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 발광 효율을 증대시킬 수 있으며, 캡(90)의 내부를 진공으로 형성함으로써, 더욱 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한 캡(90)의 내측면에 형광체를 소정 두께로 일정하게 도포하여 형광체 층(55)을 형성함으로써, 형광체의 사용량을 줄일 수 있어 재료 원가가 절감되고 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 발광 다이오드의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 발광 다이오드 칩(20)을 외부와 전기적으로 연결되도록 구성한다.
도 3 내지 도 4와 같은 칩형 발광 다이오드의 경우, 기판(10) 상에 전극(30, 35)을 형성하고, 양 전극과 음 전극은 서로 분리되도록 한다. 상기 전극(30, 35)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질을 사용하여 기판(10) 상에 인쇄 기법을 통해 형성할 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(40)를 형성할 수 있다.
다양한 전기적 실장 방법을 이용하여 발광 다이오드 칩(20)을 기판(10) 상에 실장한다. 도전성 접착제를 사용하여 전극(30, 35) 상에 실장할 수도 있고, 기판(10)의 소정 영역에 실버 페이스트를 도포하여, 그 상부에 발광 다이오드 칩(20)을 실장할 수도 있다.
이후, 와이어 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(30, 35)을 전기적으로 연결한다. 이 때, 전극(30, 35) 상에 칩(20)을 실장하는 경우에는 하나의 와이어(70)를 형성하여 연결하고, 전극(30, 35) 상이 아닌 기판(10) 상에 실장하는 경우에는 두 개의 와이어(70)를 형성하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(30, 35)을 각각 연결하도록 한다.
도 5 내지 도 6과 같은 램프형 발광 다이오드의 경우, 상기와 동일한 방법으로 제 1 리드 단자(80) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장하고, 와이어(70)를 통해 칩(20)과 제 2 리드 단자(85)와 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(40)를 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 8과 같은 하우징을 포함한 발광 다이오드의 경우, 관통홀을 포함하는 하우징(100) 상의 양측에 전극(30, 35)을 형성하고, 강제 압입식 방법 또는 열 융착을 이용한 장착 방법을 이용하여 상기 하우징(100)의 관통홀에 기판(10) 또는 히트 싱크를 장착한다. 이 때 히트 싱크는 열전도성이 우수한 재질을 사용하여 발광 다이오드 칩(20)에서 발산되는 열의 방출을 더욱 효과적으로 한다. 기판(10) 또는 히트 싱크 상부의 발광 다이오드 칩(20)이 실장되는 소정 영역에 빛의 휘도 향상을 위해 반사부(40)를 형성할 수 있다.
기판(10) 또는 히트 싱크 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장한 후, 와이어 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩(20)과 전극(30, 35)을 와이어(70)를 통해 전기 적으로 연결한다.
이와 같이 다양한 구조의 발광 다이오드에 있어서, 발광 다이오드 칩(20)을 외부와 전기적으로 연결되도록 구성한 후, 상기 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)을 별도로 형성한다.
캡(90)은 빛이 통과할 수 있는 투광성이 우수한 물질로 제조하며, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지 또는 유리로 형성할 수 있다. 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)의 형상은 원통 형상, 반구 형상, 육면체 형상, 상부에 렌즈 형태를 더 포함하는 육면체 형상 등으로 다양하게 구성할 수 있다.
이와 같이 다양한 형상으로 형성되는 캡(90)의 내측면에 형광체 층(55)을 형성한다.
형광체 층(55)을 형성하는 방법은 물 또는 유기 용매에 형광체를 혼합하여 캡(90)의 내측면에 도포한 후, 소정 온도를 유지하여 물 또는 유기 용매를 휘발시킴으로써 형광체만 남기는 방법이 있다. 캡(90)의 내부를 향해 스퍼터링 또는 화학기상증착을 실시하여 형광체를 증착할 수도 있다. 또한, 캡(90)의 내측면에 형광 필름을 부착하여 형광체 층(55)을 형성할 수도 있다. 이와 같이 공정상 편의에 따라 다양한 방법으로 형광체 층(55)을 형성할 수 있다. 또한, 도면 상에는 캡(90)의 내측면에만 형광체 층(55)을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 캡(90)의 외측면 에도 형광체 층(55)을 형성할 수 있다.
이후, 상기 형광체 층(55)을 포함하는 캡(90)으로 발광 다이오드 칩(20)을 봉지한다. 이는 접착제를 사용하여 기판(10) 및 전극(30, 35)이나 리드 지지대(88) 상에 부착시켜 결합할 수 있다.
이 때, 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하는 캡(90)의 내부를 진공으로 형성함으로써 효율을 더욱 증대시킬 수 있다. 이는 캡(90)의 한 쪽에 구멍을 내어 공기를 빼거나, 진공 분위기에서 발광 다이오드 칩(20)을 봉지하거나, 또한 소량의 N2 가스를 주입하여 실링함으로써, 캡(90)의 내부를 진공으로 형성할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 상기 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 방법으로 제조될 수 있으며, 다양한 구성을 갖는 제품으로의 응용이 가능하다.
예를 들어 도 9a 내지 도 9c는 본 발명을 전구에 응용한 실시예를 설명하기 위한 것이다. 도면을 참조하면, 걸림턱(125)을 포함하는 금속 물질의 소켓(120)과, 상기 소켓(120) 내에 충진된 수지부(150)와, 상기 소켓(120)의 걸림턱(125)에 장착되는 기판(110)과, 상기 수지부(150)와 상기 기판(110)을 관통하는 금속 물질의 핀(130)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 다수 개의 발광 다이오드 칩(20)을 포함한다. 도 9b에서 볼 수 있듯이, 기판(110)에는 금속 물질의 전극 패드(160) 상에 다수 개의 발광 다이오드 칩(20)이 실장된다. 도 9c는 기판(110) 상의 회로 구성을 도시한 회로도이며, 실장되는 발광 다이오드 칩(20)의 종류, 개수와 위치는 한정되 지 않고 원하는 바에 따라 다양하게 형성한다. 다수 개의 발광 다이오드 칩(20)은 직렬로 연결되어 있으며, 도면에는 도시되지 않았지만 교류 전원 인가시 필요할 경우 정류부를 더 포함할 수 있다. 상기 기판(110)은 납땜(140)을 사용하여 상기 소켓(120)에 결합된다. 또한 도 9b의 A-A' 선의 단면도를 도시한 도 9a에서 볼 수 있듯이, 상술한 소켓(120)과 결합되고, 투명한 수지나 유리로 형성되는 전구 형상의 캡(90)을 포함한다. 캡(90)의 내측면 또는 외측면에는 원하는 색을 구현하기 위해 필요한 형광체 층(55)을 형성할 수 있다. 상기 형광체 층(55)이 캡(90)의 내측면 또는 외측면에 균일하게 분포되어 형성되기 때문에, 균일한 색상을 구현할 수 있다.
물론 이에 한정되지 않고, 본 발명은 가로등, 손전등, 형광등 등의 다른 제품에도 마찬가지로 다양하게 적용할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 발광 다이오드는 형광체 층이 내측면 또는 외측면에 균일하게 형성된 캡을 사용하여 발광 다이오드 칩을 봉지함으로써, 광손실을 줄이고 발광 효율을 높이며, 균일한 색의 발광으로 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있다. 일반 조명용 램프에 사용함에 있어서, 발광 다이오드의 신뢰성과 수명은 매우 중요한 요소이다. 따라서 본 발명은 보다 높은 신뢰성과 재현성을 갖는 발광 다이오드의 향상된 특성으로, 전광판, 주거용, 장식용, 도로용 등에 사용되는 일반 조명에 응용될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 발광 다이오드 칩 상에 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 색의 재현성이 우수하고 균일한 색을 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 발광 효율이 증대되고, 신뢰성을 향상시킬 수 있어 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법은 형광체의 사용량을 줄일 수 있어 재료의 절감 효과를 가져오며 생산성의 향상에 기여할 수 있다.

Claims (9)

  1. 몸체;
    상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하며 내측면에 형광체 층이 형성되어 있는 투광성 물질의 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 몸체;
    상기 몸체 상에 실장되는 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하며 내측면 및 외측면에 형광체 층이 형성되어 있는 투광성 물질의 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 몸체는 기판, 하우징에 장착된 히트 싱크 또는 리드 단자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 캡은 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 수지 또는 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 자외선을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 포함하고,
    상기 형광체 층은 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 캡을 형성하는 단계;
    상기 캡의 내측면에 형광체 층을 형성하는 단계; 및
    상기 캡을 발광 다이오드 칩이 실장된 몸체에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 형광체층을 형성하는 단계는 상기 캡의 외측면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 형광체 층을 형성하는 단계는,
    물 또는 유기 용매에 형광체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 상기 캡의 내측면 또는 외측면에 균일하게 도포하는 단계; 및
    소정 온도를 유지하여 상기 물 또는 유기 용매를 휘발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 형광체 층은 스퍼터링 방법 또는 화학기상증착 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
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