KR101077945B1 - 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체가 혼합된 봉지재를 준비하는 단계, 캐비티 하단에 발광 다이오드 칩이 실장된 패키지를 상하 반전시키는 단계, 상기 패키지 저면을 통해 상기 봉지재를 상기 캐비티 내부로 주입하는 단계 및 상기 형광체와 봉지재의 비중차를 이용하여 상기 형광체를 상기 패키지 발광부 표면에 침강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지를 상하 반전시킨 상태에서 캐비티 내부로 형광체를 포함한 수지를 주입하여 형광체의 신속한 침강에 의해 발광 다이오드 칩 주변에서 형광체의 끼임 현상이 발생되지 않으며, 캐비티 상부면에 균일한 형광체 코팅층이 형성되는 효과가 있다.
또한, 형광체가 발광 다이오드 칩 주변에 끼임 현상을 방지하기 위해 발광 다이오드 패키지의 발광면을 볼록하게 형성시키지 않고 평탄하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수지 내에 희석제를 첨가하여 낮은 점도의 수지가 주입되어 침강속도가 향상되어 수율이 증가되는 효과가 있다.
또한, 발광 다이오드 패키지의 발광면이 평탄한 형상으로 코팅되어 형광체가 균일하게 침강되며, 렌즈가 없는 제품에도 적용이 가능한 효과가 있다.

Description

발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법{Method for coating phosphor of Light Emitting Diode package}
본 발명은 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체의 자연 침강으로 발광 다이오드 패키지 표면에 형광체가 균일하게 코팅되는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)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 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있다. 백색 발광 다이오드는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
발광 다이오드 기술에서 백색을 구현하는 방식은 크게 두 가지로 구분 가능하다.
첫 번째는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩을 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 그러나, 각 발광 다이오드 칩은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용 환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
두 번째는 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 예를 들어 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 상에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 분포시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 현재 이와 같이 청색 발광 다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 방법이 보편화 되어 있다.
도 1은 이러한 제조방법에 따라 제조된 발광 다이오드 패키지(100)의 단면도 이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(1000)는 리드 프레임(100)과, 리드 프레임(100) 내에 형성된 캐비티(200) 저면에 실장된 발광 다이오드 칩(300)을 포함하여 구성된다. 발광 다이오드 칩(300)은 와이어(400)를 이용하여 전극(500)과 연결되어 발광 다이오드 칩(300)에 소정의 전압이 인가될 수 있다.
발광 다이오드 칩(300)이 실장된 후 형광체(700)를 캐비티(200) 내부에 주입하게 된다. 이때에 형광체(700)는 직접 도포되지 않고, 수지가 포함된 봉지재(600)로 주입된다.
수지는 발광 다이오드 칩(300)으로부터 발생되는 광에 직접적으로 영향을 미치지 않도록 하면서, 발광 다이오드 칩(300)을 보호하도록 하며, 형광체(600)는 발광 다이오드 칩(300)으로부터 발생되는 광을 흡수하여 흡수된 광과 상이한 파장의 광을 발생시킨다. 그리고 수지가 경화되면 발광 다이오드 패키지(1000)가 완성된다.
이러한 발광 다이오드 패키지(1000) 제조방법은 아래와 같은 문제점이 발생된다.
먼저, 수지 내에 분산되어 있던 형광체(700)가 수지의 경화 과정에서 중력에 의해 바닥으로 침전된다. 이 때, 도 1에서와 같이 발광 다이오드 칩(300)의 측면에는 형광체(700)가 완전히 도포되지 않을 수 있다. 이로 인하여 발광 다이오드 칩(300)의 측면에서 나오는 광은 형광체(700)를 이용하여 변환되기 어려워 발광 다이오드 패키기(10000)를 통하여 발광되는 광의 색이 균일하지 못하게 된다. 또한, 형광체(700)의 뭉침 현상으로 인해 균일한 코팅이 이루어지지 않게 된다.
발광 다이오드 칩(300)의 측면에서 나오는 광의 파장을 변환하기 위해 발광 다이오드 칩(300)의 상면에 더 많은 양의 형광체(700)를 도포할 경우 과도하게 많은 형광체(700)로 인해 휘도가 감소하게 되어 광효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본공개특허 제 2002-151743호에서 발광 다이오드 패키지 제조 방법에 대해 제안된 바 있다.
도 2는 일본공개특허 제 2002-151743호의 발광 다이오드 칩의 빛을 형광체에 따라서 파장 변환하는 발광 장치의 제조 방법의 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 제안 기술은 캐비티(3)에 수지를 주입한 후, 캐비티(3)의 상면을 커버(12)로 덮은 상태에서 발광 다이오드 패키지를 반전시킨 후 가열경화하고, 케이스(2a)의 상부 천면을 삭제하여 수지층(5a)이 상부로 돌출되도록 하는 방법으로 차광비율을 감소하며 지향각을 넓게 할수 있는 기술이다.
그러나 본 제안 기술은 근래 칩 대형화 추세로 인해 캐비티(3) 내에 수지의 수용공간이 좁아져 발광 다이오드 칩 측면과 캐비티 내주면 사이에 형광체(6)가 침강하게 되어 표면의 균일한 코팅이 이루어지지 않는 문제점이 발생된다.
다른 제안기술로 일본등록특허 제 4229447호에서도 발광 장치의 제조 방법에 대해 제안된 바 있다.
도 3은 일본등록특허 제 4229447호의 발광장치 및 제조 방법의 실시예를 나타내는 공정도이다.
도면을 참조하면, 다른 제안 기술은 캐비티(2) 내에 형광체(5) 혼합 수지(6)를 볼록하게 쌓고 반전시킨 상태에서 열경화하는 방법으로 점도를 높여 반전시 수지(6)가 떨어지지 않도록 하고, 수지(6)를 볼록하게 쌓아 형광체 침강 면적을 확보하는 기술이다.
그리나 또 다른 제안 기술은 정상상태의 발광 다이오드 패키지 내에 수지(6) 주입 후 발광 다이오드 패키지를 반전시키는 공정으로 인해 공정수가 증가하게 되며, 수지(6)의 점도가 높으므로 형광체의 침강 속도가 저하되며, 수지(6)가 볼록한 형태로 경화되므로 가운데 부분에 형광체(5)가 집중적으로 침강되어 가장자리 부분에 빛샘이 발생되어 얼룩현상이 나타나게 된다. 또한, 볼록한 렌즈 형태로 제작되므로 렌즈가 없는 제품에는 적용하기 어려우며, 수지(6)의 점도가 높아 렌즈면 평탄도가 낮은 문제점이 발생된다.
따라서, 이러한 종래 발광 다이오드 패키지 제조 방법의 문제점을 해결하기 위한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 형광체의 자연 침강으로 발광 다이오드 패키지 표면에 형광체가 균일하게 코팅되는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 형광체가 혼합된 봉지재를 준비하는 단계, 캐비티 하단에 발광 다이오드 칩이 실장된 패키지를 상하 반전시키는 단계, 상기 패키지 저면을 통해 상기 봉지재를 상기 캐비티 내부로 주입하는 단계 및 상기 형광체와 봉지재의 비중차를 이용하여 상기 형광체를 상기 패키지 발광부 표면에 침강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지의 형광체 코팅방법을 제공한다.
그리고 상기 형광체는 희석제와 혼합되어 희석된 상태로 상기 봉지재와 혼합되고, 상기 형광체의 침강 후 상기 희석제를 증발시켜 상기 패키지 발광부 표면에 형광체가 균일하게 코팅된다.
또한, 상기 패키지 저면에는 봉지재 투입을 위한 투입 노즐이 형성된다.
그리고 필름부재가 상기 패키지의 개방된 상부를 밀봉한 상태에서 상기 봉지재가 상기 캐비티 내부로 주입되고, 상기 형광체가 상기 패키지 발광부 표면에 균일하게 코팅된 후 상기 필름부재가 제거된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지를 상하 반전시킨 상태에서 캐비티 내부로 형광체를 포함한 수지를 주입하여 형광체의 신속한 침강에 의해 발광 다이오드 칩 주변에서 형광체의 끼임 현상이 발생되지 않으며, 캐비티 상부면에 균일한 형광체 코팅층이 형성되는 효과가 있다.
또한, 형광체가 발광 다이오드 칩 주변에 끼임 현상을 방지하기 위해 발광 다이오드 패키지의 발광면을 볼록하게 형성시키지 않고 평탄하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수지 내에 희석제를 첨가하여 낮은 점도의 수지가 주입되어 침강속도가 향상되어 수율이 증가되는 효과가 있다.
또한, 발광 다이오드 패키지의 발광면이 평탄한 형상으로 코팅되어 형광체가 균일하게 침강되며, 렌즈가 없는 제품에도 적용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 제조방법에 따라 제조된 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도 2는 일본공개특허 제 2002-151743호의 발광 다이오드 칩의 빛을 형광체에 따라서 파장 변환하는 발광 장치의 제조 방법의 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도 3은 일본등록특허 제 4229447호의 발광장치 및 제조 방법의 실시예를 나타내는 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법에 의해 제조된 발광 다이오드 패키지(1)의 단면도이다.
도 5a~5d는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법의 공정을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 형광체(60) 코팅방법에 의해 제조된 발광 다이오드 패키지(1)의 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)는 리드 프레임(10), 전극(70), 발광 다이오드 칩(30), 와이어(40) 및 형광체(60)가 혼합된 봉지재(50)를 포함하여 구성된다.
더욱 자세히, 발광 다이오드 패키지(1)에는 컵 형상의 캐비티(20)가 형성된 리드 프레임(10)과, 캐비티(20) 하단에 실장된 발광 다이오드 칩(30)과, 전극(70)과 발광 다이오드 칩(30) 상면을 연결하여 전압이 발광 다이오드 칩(30)에 인가하는 와이어(40)를 포함하여 구성된다.
또한, 봉지재(50)는 수지, 형광체(60) 및 희석제를 혼합하여 구성된다.
수지는 경화되어 발광 다이오드 패키지(1)와 형광체(60)를 결합시키는 물질로 발광 다이오드 칩(30)으로부터 광에 영향을 미치지 않으면서, 발광 다이오드 칩(30)을 보호할 수 있도록 하기 위하여 투광성 몰딩 수지로 에폭시 수지 또는 실리콘 수지가 사용될 수 있다.
형광체(60)는 발광 다이오드 칩(30)이 발산하는 광의 파장을 변환시키게 되어, 발광 다이오드 칩(30)과 형광체(60)를 조합하여 발광 다이오드 칩(30)의 원래 색상과 다른 색상의 광을 얻게 된다. 빛의 가법혼색에 따라 기본색인 적색, 녹색 및 청색 중 하나 이상을 선택하여 혼합하면 원래의 색보다 더 밝은 색을 나타낸다. 예를 들면, 적색 및 녹색 빛을 혼합하면 황색을 나타내는 광을 얻게 된다.
희석제는 형광체(60)와 수지를 액상화시켜 용이하게 주입되도록 하기 위한 물질로서, 용해도가 크며, 회수성이 우수한 석유경질유분, 알코올, 톨루엔, 에테르, 아세톤 및 할로겐화탄화수소 등이 사용될 수 있다. 희석제의 함량은 수지의 종류에 따라 다르게 설정할 수 있다.
상기와 같이 혼합된 봉지재(50)는 캐비티(20) 내부에 경화되어 결합되며, 이때에 형광체(60)는 캐비티(20)의 상단 즉, 발광 다이오드 패키지(1) 발광부 표면에 고르게 분포하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 형광체(60) 코팅방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5a~5d는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 형광체(60) 코팅방법의 공정을 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 형광체(60) 코팅방법은 형광체(60)가 혼합된 봉지재(50)를 준비하는 단계, 캐비티(20) 하단에 발광 다이오드 칩(30)이 실장된 패키지를 상하 반전시키는 단계, 상기 패키지 저면을 통해 상기 봉지재(50)를 상기 캐비티(20) 내부로 주입하는 단계 및 상기 형광체(60)와 봉지재(50)의 비중차를 이용하여 상기 형광체(60)를 상기 패키지 발광부 표면에 침강시키는 단계를 포함한다.
먼저 형광체(60), 수지 및 희석제가 혼합된 봉지재(50)를 마련한다.
그리고 도 5a에서와 같이 발광 다이오드 칩(30)이 실장된 발광 다이오드 패키지(1)를 마련하고, 도 5b에 도시된 바와 같이 발광 다이오드 패키지(1)를 상하 반전시킨다. 이때, 캐비티(20)의 상부 즉, 발광 다이오드 패키지(1) 발광부 표면은 필름 부재로 밀봉되며, 발광 다이오드 패키지(1) 저면에는 봉지재(50) 투입을 위한 투입노즐(90)이 별도로 형성될 수 있다.
그리고 도 5c에서와 같이 상하 반전된 발광 다이오드 패키지(1)에 형성된 투입노즐(90)을 통해 봉지재(50)를 캐비티(20) 내부로 주입한다. 캐비티(20) 내부로 주입된 봉지재(50)는 형광체(60)와 봉지재(50)의 밀도 차이에 의해 형광체(60)가 하부로 침강하게 된다. 이때에 형광체(60)는 발광 다이오드 패키지(1)를 반전시킨 상태에서 주입되어 자연 침강에 의해 발광 다이오드 칩(30)의 측면과 내주면 사이에 침강되지 않으며 캐비티(20) 상부면 즉, 발광 다이오드 패키지(1) 발광부 표면에 균일하게 침강된다. 또한, 큰 사이즈의 에이디 칩이 실장되더라도 캐비티(20) 상부면에 균일하게 형광체(60) 코팅층이 형성될 수 있다.
도 5d는 형광체(60)가 균일하게 침강된 상태의 도면으로, 형광체(60)가 침강된 후에는 희석제가 증발되면서 형광체(60)가 균일하게 코팅된다. 이때에 봉지재(50)에는 희석제가 첨가되어 수지의 점도가 낮아져 형광체(60)가 신속하게 침강된다. 따라서 발광 다이오드 패키지(1) 제조 수율이 향상된다. 또한, 점도가 낮아 발광 다이오드 패키지(1) 발광부 표면의 평탄도가 높아지게 된다.
형광체(60)가 균일하게 코팅된 후 필름부재(80)를 제거한다. 필름부재(80)를 제거한 후 필요에 따라 일정 형상으로 형성된 렌즈 커버를 씌워 발광 다이오드 패키지(1)를 완성하게 된다. 이때에, 필름부재(80)를 제거한 발광 다이오드 패키지(1) 발광부 표면은 형광체가 발광 다이오드 칩 주변에 끼임 현상을 방지하기 위해 표면을 볼록하게 형상하지 않고 평탄한 형태로 제조 가능하여 렌즈가 없는 제품에도 적용 가능하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 발광 다이오드 패키지 10 : 리드 프레임
20 : 캐비티 30 : 발광 다이오드 칩
40 : 와이어 50 : 봉지재
60 : 형광체 70 : 전극
80 : 필름부재 90 : 투입노즐

Claims (4)

  1. 형광체가 혼합된 봉지재를 준비하는 단계;
    캐비티 하단에 발광 다이오드 칩이 실장된 패키지를 상하 반전시키는 단계;
    상기 패키지 저면을 통해 상기 봉지재를 상기 캐비티 내부로 주입하는 단계; 및
    상기 형광체와 봉지재의 비중차를 이용하여 상기 형광체를 상기 패키지 발광부 표면에 침강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 희석제와 혼합되어 희석된 상태로 상기 봉지재와 혼합되고,
    상기 형광체의 침강 후 상기 희석제를 증발시켜 상기 패키지 발광부 표면에 형광체가 균일하게 코팅되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패키지 저면에는 봉지재 투입을 위한 투입 노즐이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    필름부재가 상기 패키지의 개방된 상부를 밀봉한 상태에서 상기 봉지재가 상기 캐비티 내부로 주입되고, 상기 형광체가 상기 패키지 발광부 표면에 균일하게 코팅된 후 상기 필름부재가 제거되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 형광체 코팅방법.
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