KR100783794B1 - 복층 에폭시 수지 구조의 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

발광 다이오드 패캐지가 개시된다. 그러한 발광 다이오드 패캐지는 외관을 형성하며, 그 내부에 컵부를 형성하고, 한 쌍의 리드가 구비되는 몰드, 상기 몰드의 컵부에 실장되어 상기 한 쌍의 리드를 통하여 전원 인가시 광을 조사하는 발광 다이오드칩, 상기 몰드의 내측면에 형성됨으로써 상기 발광 다이오드칩으로부터 조사되는 광을 반사하는 반사층, 상기 반사층의 표면에 형성되어 상기 반사층을 보호하는 제1 에폭시 수지층과, 그리고 상기 제1 에폭시 수지층의 상부 공간을 충전시키며, 형광체를 함유함으로써 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 일정 파장으로 여기시키는 제2 에폭시 수지층을 포함하는 발광 다이오드를 포함한다.

발광 다이오드, 형광체, 반사층, 에폭시 수지층, 오염, 황, 은

Description

복층 에폭시 수지 구조의 발광 다이오드 패키지{LED PACKAGE HAVING DUAL EPOXY RESIN}

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 패캐지의 외관을 도시하는 사시도이다.

도2 는 도1 에 도시된 발광 다이오드 패캐지의 내부구조를 보여주는 도면이다.

도3 은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패캐지의 내부구조를 보여주는 도면이다.

도4 는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 돔형 발광 다이오드 패캐지의 내부구조를 보여주는 도면이다.

본 발명은 발광 다이오드 패캐지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몰드의 내부를 복층 에폭시 수지 구조로 형성함으로써 형광체의 황(Sulfide) 계열의 오염원으로부터 오염을 방지 할 수 있는 발광 다이오드 패캐지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합(再結合)에 의하여 발광시키는 전자부품이다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때 보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출한다.

이러한 발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있음으로 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화기기 등에 사용된다.

그리고, 발광 다이오드는 형광체(Phosphor)에 의하여 흡수한 빛을 다른 파장의 빛, 즉 다른 색상의 빛으로 방사한다. 따라서, 발광 다이오드는 다양한 색의 구현이 가능하다.

이러한 형광체는 단일 에폭시 수지층으로 형성됨으로써 발광 다이오드의 내부에 습기가 유입되는 경우, 형광체(Phosphor)의 스트론튬 황화물과 습기가 아래의 반응식에 의하여 반응함으로써 수산화 스트론튬 황화철과 수산화 황화물이 만들어 진다.

SrS + 2H₂O → Sr(OH)₂ + H₂S 식(1)

그리고, 수산화 황화물이 다시 분열하여 수산화 이온과 황 이온이 된다.

H₂S → HS- + H- 식(2)

따라서, 이 황이온(Sulfide ion)은 높은 이동성을 가짐으로써 모든 방향으로 이동하게 된다.

이와 같이 이동 가능한 황이온은 발광 다이오드의 금속 반사체의 성분인 은과 반응하여 갈색 황화은을 만들게 되며, 이 황화은은 발광 다이오드에서 방사되는 빛을 반사하지 않고 흡수함으로써 발광 다이오드의 발광 효율을 저하 시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 발광 다이오드를 복층 에폭시 수지 구조로 형성함으로써 황계열의 형광체 오염원으로부터 발광 다이오드의 오염을 방지 할 수 있는 발광 다이오드 패캐지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기에서 언급한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 외관을 형성하며, 그 내부에 컵부(S)를 형성하고, 한 쌍의 리드가 구비되는 몰드; 상기 몰드의 컵부에 실장되어 상기 한 쌍의 리드를 통하여 전원 인가시 광을 조사하는 발광 다이오드칩; 상기 몰드의 내측면에 형성됨으로써 상기 발광 다이오드칩으로부터 조사되는 광을 반사하는 반사층; 상기 반사층 표면의 상부에 형성되어 상기 반사층을 보호하는 제1 에폭시 수지층과; 그리고 상기 제1 에폭시 수지층의 상부 공간을 충전시키며, 형광체를 함유함으로써 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 일정 파장으로 여기시키는 제2 에폭시 수지층을 포함하는 발광 다이오드를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 상세하게 설명한다.

도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 발광 다이오드 패캐지(1)는 외관을 형성하며, 그 내부에 컵부(S)를 형성하고, 한 쌍의 리드(4,6)가 구비되는 몰드(3)와, 상기 몰드(3)의 컵부(S)에 실장되어 상기 한 쌍의 리드(4,6)를 통하여 전원 인가시 광을 조사하는 발광 다이오드칩(9)과, 상기 몰드(3)의 내측면에 형성됨으로써 상기 발광 다이오드칩(9)으로부터 조사되는 광을 반사하는 반사층(21,23)과, 그리고 상기 컵부(S)의 내부에 에폭시가 충전되어 광을 일정 파장으로 여기시키는 제1 및 제2 에폭시 수지층(5,7)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 발광 다이오드 패캐지에 있어서, 상기 몰드(3)는 수지를 성형함으로써 외관을 형성하게 된다. 그리고, 몰드(3)의 컵부(S)에 일정한 공간을 형성하여 발광 다이오드칩(9)이 실장될 공간을 확보하고, 이 공간의 주위에 반사층(21,23)을 형성하게 된다.

따라서, 이 반사층(21,23)에 의하여 발광 다이오드칩(9)으로부터 방사되는 광을 효율적으로 반사할 수 있다.

이 반사층(21,23)은 광 반사율을 높일 수 있는 소재, 바람직하게는 은(Ag:Silver)으로 형성된다. 즉, 은성분을 상기 몰드(3)의 반사벽과 내저면(10)에 코팅함으로써 일정 두께로 형성하게 된다.

이러한 내저면(10)의 상부에는 발광다이오드칩(9)이 실장된다. 상기 발광다이오드칩(9)은 통상적인 다이오드, 즉 P형 반도체(11), 공핍층(15), N형 반도 체(13)로 이루어지는 구조를 갖는다. 그리고, 이 발광 다이오드칩(9)은 와이어(W)에 의하여 한 쌍의 리드(4,6)에 각각 연결된다.

따라서, 리드(4,6)를 통하여 전원이 인가되는 경우, 발광 다이오드칩(9)이 일정 파장의 빛을 방사하게 된다.

그리고, 상기 발광 다이오드칩(9)의 주위 공간, 즉 컵부(S)에는 제1 에폭시 수지층(5) 및 제2 에폭시 수지층(7)이 형성됨으로써 형광체(P)와 반사층(21,23)의 사이에 경계를 이루게 된다.

따라서, 습기가 유입되는 경우, 형광체(P)의 황이온(Sulfide ion)과 반사층의 성분인 은(Silver)의 반응으로 인하여 생성되는 갈색 황화은(Brown Silver Sulfide)에 의한 오염을 방지할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 제1 에폭시 수지층(5)은 상기 반사층(21,23)의 표면에 일정 두께로 형성된다. 그리고, 이러한 제1 에폭시 수지층(5)은 에폭시 수지 화합물과 게터링 컴파운드로 이루어진다.

상기 에폭시 수지화합물은 작은 점성을 갖는 물성을 가지며, 그 점성은 형광체(P)와 반사층(21,23)의 사이에 물리적 경계면을 만들어 오염원의 확산을 막을 수 있다.

이러한 에폭시 수지 화합물은 바람직하게는 시안산염 에스테르 수지(Cyanate ester resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 에폭시(Epoxy), 우레탄(Urethane), 아크릴산염(Acrylate) 등의 성분을 포함한다.

그리고, 게터링 컴파운드는 상기 에폭시 수지 화합물에 혼합되어 사용 되거 나, 반사층(21,23)의 표면을 코팅(Coating)하여, 오염원과 화학적 반응에 의해 발광 다이오드 패캐지의 오염을 방지 한다.

이러한 게터링 컴파운드는 게터링 이온(Gettering ion)과 카운터 이온(Counter ion)으로 나누어 진다. 게터링 이온(Gettering ion)은 형광체(P)의 오염원과 반응한다.

그리고, 형광체(P)의 황 이온(Sulfide ion)과 게터링 이온 (Metal ion M+)은 아래와 같은 반응식으로 반응한다.

H2O

↓

xM+(aq) + yS2-(aq) --------→ MxSy(S) 식(3)

이때, 불용해성 반응 생성물은 발광 다이오드 환경에서 반응하지 않고, 포착된 황 이온의 재반응을 예방한다.

즉, 발광 다이오드 패캐지(1)의 내부 용해성 생성물의 용해도(Ksp)는 매우 작아서 황 이온은 게터링 이온 영역에 남게 된다.

그 용해성 생성물은 아래와 같이 표시될 수 있다.

용해도(Ksp)=[M+]^x[S2-] ^y 식(4)

이때, [ ]는 각각의 이온의 이온화 농도를 나타내고, 위 첨자 x와 y는 많은 수의 이온이 동등한 분열 반응으로 만들어 지는 것을 나타낸다.

그리고, 이러한 게터링 이온은 바람직하게는 크롬(Chromium), 몰리브 덴(Molybdenum), 텅스텐(Tungsten), 바나듐(Vanadium), 니오브(Niobium), 탄탈(Tantalum), 비스무트(Bismuth)등을 포함한다.

한편, 상기 제2 에폭시 수지층(7)은 에폭시(Epoxy)와 형광체(P)로 이루어진다.

상기 에폭시는 통상적으로 널리 사용되는 에폭시를 의미한다. 즉, 한 분자 속에 2개 이상의 에폭시기를 가진 수지를 의미한다. 이러한 에폭시는 비스페놀A와 에피클로로 히드린을 수산화나트륨 존재하에 반응시킴으로써 얻어진다.

그리고, 형광체(P)는 통상적으로 널리 사용되는 형광체(P)를 의미한다. 즉, 형광체는 스트론튬 (Strontium thiogallate), 칼슘 (Calcium thiogallate), 스트론튬 황화물 (Strontium sulfide)등을 포함한다. 물론, 상기 형광체 이외의 무기물인 사마륨, 테르븀, 유로퓸, 돌리늄, 디스프로슘, 황산염, 몰리브덴산칼슘, 텅스텐산칼슘과, 유기물인 벤젠, 나프탈렌, 에오신, 플루오레세인 등을 포함한다.

따라서, 이러한 형광체(P)는 발광 다이오드칩(9)의 주위에 형성된 컵부(S)에 에폭시와 혼합하여 충전시킴으로써 제2 에폭시 수지층(7)을 형성한다.

결과적으로, 제1 및 제2 에폭시 수지층(5,7)의 복층구조로 형성함으로써 형광체(P)와 반사층(21,23)을 서로 격리시켜 화학반응으로 인한 오염을 방지하여 발광효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예가 도3 에 도시된다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 패캐지(30)는 다른 구조의 발광 다이오드칩(32)을 적용한 차이점이 있다.

즉, P형 반도체(34), 공핍층(38), N형 반도체(36)로 구성되는 발광 다이오드칩(32)의 형상이 다르며, 1가닥의 와이어(39)에 의하여 전원이 인가된다.

따라서, 몰드(3)의 내부에 이러한 구조를 갖는 발광 다이오드칩(32)을 실장하고, 발광 다이오드칩(32)의 주위에 제1 및 제2 에폭시 수지층(35,37)을 형성할 수 있다.

상기에서는 몰드의 형상이 육면체인 발광 다이오드에 한정하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 통상적인 형상의 돔형(Dome Shape) 발광 다이오드에도 적용가능하다.

즉, 도4 에 도시된 바와 같이, 몰드(43)의 내측에 제1 에폭시 수지층(46)을 형성하고, 발광 다이오드칩(48)과의 사이 공간에 제2 에폭시 수지층(44)을 형성한다. 그리고, 발광 다이오드칩(48)을 한 쌍의 리드(47)와 와이어(49)에 의하여 전기적으로 연결한다. 그리고, 몰드(43)의 외부를 돔형으로 형성하게 된다.

상기에서는 발광 다이오드 패캐지를 육면체 형상 혹은 돔형 형상으로 한정하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상의 발광 다이오드에 적용가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 패캐지의 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 및 도2 를 참조하면, 발광 다이오드 패캐지에 제1 및 제2 에폭시 수지층(5,7)을 형성하는 경우, 먼저 몰드(3)의 컵부(S)에 발광 다이오드 칩(9)을 실장하고 한 쌍의 리드(4,6)와 연결하는 단계를 진행한다.

이때, 상기 발광 다이오드칩(9)이 한 쌍의 리드(4,6)의 상면에 실장되며, 와이어(W)가 한 쌍의 리드(4,6)에 각각 연결된다.

그리고, 상기 컵부(S) 내의 반사층(21,23) 표면에 제1 에폭시 수지층(5)을 형성하는 단계가 진행된다.

즉, 에폭시 화합물 및 게터링 컴파운드를 혼합하여 액상상태로 하여 몰드(3)의 컵부(S)에 일정량 주입함으로써 반사층(21,23)에 일정 두께로 제1 에폭시 수지층(5)을 형성한다.

상기 단계 후, 상기 컵부(S)의 반사층(21,23)과 발광 다이오드칩(9)의 사이 공간에 제2 에폭시 수지층(7)을 형성하는 단계를 진행한다, 즉, 형광체(P)와 에폭시수지를 일정 비율로 서로 혼합하여 액상상태로 한 후, 몰드(3)의 컵부(S) 내부 공간에 충전한다.

따라서, 발광 다이오드칩(9)의 주위 공간이 제2 에폭시 수지층(7)에 의하여 충전됨으로써 발광 다이오드칩(9)으로부터 방사되는 광이 장파장으로 여기됨으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.

상기 단계 후, 상기 제1 및 제2 에폭시 수지층(5,7)을 경화, 건조시키는 단계를 진행함으로써 발광다이오드를 제조한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드패캐지 및 그 제조방법은 반사층과 형광체를 포함한 제2 에폭시 수지층 사이에 제1 에폭시 수지층을 적용함으로써 형광체와 반사층의 화학반응으로 인한 오염을 방지하여 발 광효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 제1 및 제2 에폭시 수지층에 의하여 발광 다이오드 칩의 발광 파장과 형광체에 의한 파장의 혼합에 따른 다양한 색상의 표현이 가능한 장점이 있다.

또한, 형광체가 제2 에폭시 수지층에 위치함으로써, 즉 발광다이오드 상부에 위치 함으로써 형광체의 침전 현상에 의한 발광 다이오드의 발광 효율 저하 현상을 막을 수 있다. 따라서 소량의 형광체로 높은 발광 효율을 가진 발광 다이오드 제작이 가능한 장점이 있다.

이상을 통해서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (9)

1. 외관을 형성하며, 그 내부에 컵부를 형성하고, 한 쌍의 리드가 구비되는 몰드;

   상기 몰드의 컵부에 실장되어 상기 한 쌍의 리드를 통하여 전원 인가시 광을 조사하는 발광 다이오드칩;

   상기 몰드의 내측면에 형성됨으로써 상기 발광 다이오드칩으로부터 조사되는 광을 반사하는 반사층;

   상기 반사층의 표면에 형성되어 상기 반사층을 보호하는 제1 에폭시 수지층과; 그리고

   상기 제1 에폭시 수지층의 상부공간을 충전시키며 형광체를 함유함으로써 발광 다이오드로부터 방사되는 광을 일정 파장으로 여기시키는 제2 에폭시 수지층을 포함하며,

   상기 제2 에폭시 수지층은 에폭시와 형광체로 이루어지고, 상기 형광체는 스트론튬 (Strontium thiogallate), 칼슘 (Calcium thiogallate), 스트론튬 황화물 (Strontium sulfide)을 포함하는 발광 다이오드 패캐지.
2. 제1 항에 있어서, 상기 반사층은 은(Silver)로 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패캐지.
3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 에폭시 수지층은 에폭시 수지화합물과 게터링 컴파운드로 이루어지는 발광다이오드 패캐지.
4. 제3 항에 있어서, 상기 에폭시 수지화합물은 시안산염 에스테르 수지(Cyanate ester resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 에폭시(Epoxy), 우레탄(Urethane), 아크릴산염(Acrylate)을 포함하는 발광 다이오드 패캐지.
5. 제3 항에 있어서, 상기 게터링 컴파운드는 크롬 (Chromium), 몰리브덴 (Molybdenum), 텅스텐 (Tungsten), 바나듐 (Vanadium), 니오브 (Niobium), 탄탈 (Tantalum), 비스므트 (Bismuth), 하프늄 (Hafnium)을 포함하는 발광 다이오드 패캐지.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서, 상기 몰드는 육면체 형상 혹은 돔형을 포함하는 발광 다이오드 패캐지.
9. 몰드의 컵부에 발광 다이오드 칩을 실장하고 한 쌍의 리드와 연결하는 단계;

   상기 컵부 내의 반사층 표면에 에폭시 화합물 및 게터링 컴파운드를 혼합하여 주입함으로써 제1 에폭시 수지층을 형성하는 단계;

   상기 컵부의 제1 에폭시 수지층의 상부공간에 에폭시와, 스트론튬 (Strontium thiogallate), 칼슘 (Calcium thiogallate), 스트론튬 황화물 (Strontium sulfide)을 포함하는 형광체를 혼합하여 주입함으로써 제2 에폭시 수지층을 형성하는 단계; 그리고

   상기 제1 및 제2 에폭시 수지층을 경화, 건조시키는 단계를 포함하는 발광다이오드 패캐지의 제조방법.

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