KR101107144B1 - 엘이디 패키지의 제조방법 - Google Patents

엘이디 패키지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

핸드폰 플래쉬 등의 조명에 채용되는 엘이디 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 엘이디 패키지의 제조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지를 제시한다. 본 발명은 기판의 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자의 주위에 백색의 반사층을 형성하되, 반사층이 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉하게 형성한다. 반사층의 상부 및 발광소자의 상부에는 클리어층을 형성하고, 클리어층의 상부에는 형광체층을 형성한다. 칩 형태의 엘이디 주변에 백색의 반사층을 형성하고 엘이디와 형광체층 사이에 클리어층을 개재시킴으로써, 기존의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 향상될 뿐만 아니라 엘이디에서의 발열로 인한 형광체층의 변색 및 엘이디의 열화로 인한 세츄레이션을 개선시킨다. 반사층과 클리어층 및 형광체층을 경화시킴에 있어서 적외선 큐어링을 이용함으로써 기존의 오븐 큐어링에 의한 엘이디 패키지에 비해 계면 분리 방지의 효과가 크다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 엘이디 패키지는 색좌표상에서의 색온도 분포가 기존에 비해 보다 개선된다.

Description

엘이디 패키지의 제조방법{Method of manufacturing LED package}
본 발명은 엘이디 패키지의 제조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핸드폰 플래쉬 등의 조명에 채용되는 엘이디 패키지를 제조하는 방법 및 이에 의한 엘이디 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(light emission diode, 이하, 엘이디라 함)는 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자이다. 엘이디는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성한다. 현재, 이와 같은 반도체 소자가 전자부품에 패키지형태로 많이 채택되고 있다.
일반적으로, 조명기구 등에 채용되어 백색 엘이디를 구현하는 방법으로는, 가시광 영역중 파장이 대략 430nm～470nm인 청색 엘이디칩과 YAG계의 형광체(예컨대, yellow phosphor)를 조합하는 방법, 및 UV 엘이디칩과 적색/녹색/청색 형광체를 조합하는 방법, 적색/녹색/청색 엘이디칩을 조합하는 방법 등이 있다. 백색 엘이디를 저렴하게 구현할 수 있고 광효율이 높다라는 등의 이유로 인해 첫 번째 방법이 주로 많이 사용된다.
도 1은 종래의 엘이디 패키지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 종래의 엘이디 패키지는 기판(12)의 캐비티의 발광소자 실장영역에 엘이디칩(예컨대, 청색 엘이디칩)이 실장된다. 그리고, 와이어(14) 본딩후에 형광체층(예컨대, 형광체+실리콘 또는 에폭시)(16)이 캐비티에 충전된다.
이와 같은 엘이디 패키지의 응용(application) 동향은 전자기기의 단순 인디케이터(indicator) ⇒ 모바일 폰의 플래쉬 램프 ⇒ 간접조명/LCD TV의 백라이트 유니트 ⇒ 직접조명으로 진행되어 가고 있다. 이에 따라 소비전력도 계속적으로 증가되는 추세이다. 소비전력의 증가로 인하여 엘이디칩에서의 발열로 인해 다양한 문제가 발생된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 핸드폰 플래쉬 등의 조명에 채용되는 엘이디 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 엘이디 패키지의 제조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지의 제조방법은, 기판의 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자의 주위에 백색의 반사층을 형성하되, 반사층이 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉하게 형성하는 반사층 형성 단계; 반사층의 상부 및 발광소자의 상부를 덮는 클리어층을 캐비티에 형성하는 클리어층 형성 단계; 및 클리어층의 상부를 덮는 형광체층을 캐비티에 형성하는 형광체층 형성 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지의 제조방법은, 기판의 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자의 주위에 백색의 반사층을 형성하되, 반사층이 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉하게 형성하는 반사층 형성 단계; 반사층의 상부 및 발광소자의 상부를 덮는 클리어층을 상기 캐비티에 형성하는 클리어층 형성 단계; 클리어층의 상부를 덮는 디퓨저층을 캐비티에 형성하는 디퓨저층 형성 단계; 및 디퓨저층의 상부를 덮는 형광체층을 캐비티에 형성하는 형광체층 형성 단계;를 포함한다.
이러한 실시양태들에서, 반사층 형성 단계는 반사층을 내향되게 라운드지게 한다. 반사층 형성 단계는 백색의 수지를 이용하여 백색의 반사층을 형성한다.
반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 포함한다.
반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 포함하되, 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한다. 이 경우, 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지를 30 ~ 50중량%로 하고 에폭시 수지를 25 ~ 65중량%으로 한 부재료를 주재료와 함께 사용한다.
한편, 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 포함하여도 된다.
반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 주재료로 포함하되, 주재료를 5 ~ 60wt%으로 첨가한다. 이 경우, 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지를 5 ~ 30wt%로 하고 에폭시 수지를 20 ~ 65wt%로 한 부재료를 주재료와 함께 사용한다. 다르게는, 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지 또는 실리콘 수지와 경화제의 혼합물을 40 ~ 95wt%로 한 부재료를 주재료와 함께 사용한다.
반사층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 반사층을 경화시키고, 클리어층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 클리어층을 경화시키고, 형광체층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 형광체층을 경화시키고, 디퓨저층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 디퓨저층을 경화시킨다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지는, 캐비티가 형성된 기판; 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자; 발광소자의 주위에 형성되되, 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉되게 형성된 백색의 반사층; 반사층의 상부 및 발광소자의 상부를 덮도록 캐비티에 형성된 클리어층; 및 클리어층의 상부를 덮도록 캐비티에 형성된 형광체층;을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지는, 캐비티가 형성된 기판; 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자; 발광소자의 주위에 형성되되, 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉되게 형성된 백색의 반사층; 반사층의 상부 및 발광소자의 상부를 덮도록 상기 캐비티에 형성된 클리어층; 클리어층의 상부를 덮도록 캐비티에 형성된 디퓨저층; 및 디퓨저층의 상부를 덮도록 캐비티에 형성된 형광체층;을 포함한다.
이러한 실시양태들에서, 반사층은 내향되게 라운드진다. 반사층은 백색의 수지로 형성된다. 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 포함한다.
반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 포함하되, 주재료가 5 ~ 25중량%으로 첨가된다. 이 경우, 반사층은 실리콘 수지를 30 ~ 50중량%로 하고 에폭시 수지를 25 ~ 65중량%으로 한 부재료를 주재료와 함께 포함한다.
반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 포함하여도 된다.
반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 주재료로 포함하되, 주재료가 5 ~ 60wt%으로 첨가된다. 이 경우, 반사층은 실리콘 수지를 5 ~ 30wt%로 하고 에폭시 수지를 20 ~ 65wt%로 한 부재료를 주재료와 함께 포함한다. 다르게는, 반사층은 실리콘 수지 또는 실리콘 수지와 경화제의 혼합물을 40 ~ 95wt%로 한 부재료를 주재료와 함께 포함한다.
반사층은 적외선 큐어링에 의해 경화되고, 클리어층은 적외선 큐어링에 의해 경화되고, 형광체층은 적외선 큐어링에 의해 경화되고, 디퓨저층은 적외선 큐어링에 의해 경화된 것이다.
기판의 캐비티의 내측면에는 단차부가 형성되고, 형광체층의 가장자리가 단차부에 접촉된다.
기판의 캐비티의 내측면에는 단차부가 형성되고, 디퓨저층의 가장자리가 단차부에 접촉된다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 칩 형태의 엘이디 주변에 백색의 반사층을 형성하고 엘이디와 형광체층 사이에 클리어층을 개재시킴으로써, 기존의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 향상될 뿐만 아니라 엘이디에서의 발열로 인한 형광체층의 변색 및 엘이디의 열화로 인한 세츄레이션을 개선시킨다.
반사층과 클리어층 및 형광체층을 경화시킴에 있어서 적외선 큐어링을 이용함으로써 기존의 오븐 큐어링에 의한 엘이디 패키지에 비해 계면 분리 방지의 효과가 크다.
기존의 엘이디 패키지에 비해 형광체의 사용량이 적어서 엘이디 패키지의 제조 단가를 절감시킨다.
기존의 경우에는 형광체의 불균일 침전으로 인해 백색 출력이 어려울 뿐만 아니라 광량 손실이 발생하였으나, 본 발명의 실시예는 기존과 비교하여 형광체층에 고밀도의 형광체 입자들이 고르게 분포되어 백색 출력이 쉽게 이루어지고 기존 대비 광량 증가의 효과를 얻는다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 엘이디 패키지는 색좌표상에서의 색온도 분포가 기존에 비해 보다 개선된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 하기의 설명에서 상술한 도 1의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 참조부호를 동일하게 부여하면서 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 2에서와 같이 세라믹 시트를 적층시킨 적층체의 중앙부에 캐비티(11)를 형성하여 만든 기판(10)에 칩 형태의 엘이디(12)를 실장하고 와이어(14) 본딩한다. 여기서, 적층체에 캐비티(11)를 형성하여 기판(10)으로 하는 공정, 캐비티(11)의 바닥면(발광소자 실장영역)에 엘이디(12) 실장 및 와이어 본딩에 대한 세부적인 내용은 동종업계에 종사하는 자라면 주지의 기술로 쉽게 이해할 수 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다. 물론, 도 2에서는 전극(예컨대, 애노드, 캐소드)을 도시하지 않았지만, 동종업계에 종사하는 자라면 전극은 캐비티(11)의 저 면에 형성됨을 쉽게 알 수 있다.
이와 같이 엘이디(12)가 실장된 기판(10)이 준비되면 그 준비된 기판(10)을 대략 120℃에서 30분 정도 열처리하여 기판(10)을 경화시킴과 더불어 기판(10)과 엘이디(12)와의 결합이 단단해지도록 한다. 그리고 나서, 후속의 공정에 의해 형성되는 반사층(18)과 기판(10)간의 접촉성을 높이기 위해 도 2의 기판(10)에 대해 플라즈마 처리를 행한다.
이후, 도 3에서와 같이 기판(10)의 캐비티(11)내에 반사층(18)을 형성한다. 즉, 엘이디(12)의 주위에서 해당 캐비티(11)의 바닥면 및 내측면에 접촉하도록 반사층(18)을 형성시킨다. 반사층(18)은 백색의 수지를 이용하여 내향되게 라운드지게 형성된다.
예를 들어, 90% 이상의 반사율 및 열경화성의 특징을 갖는 백색의 반사물질(하기의 표 1 참조)을 반사층(18)의 재료로 사용한다.
(표 1)

재료
함량

Titanium dioxide,
Zinc Oxide,
Lithopone(BaSO2 + ZnS) 등


5 ~ 25중량%

실리콘 수지(Resin)
30 ~ 50중량%

솔벤트 등과 같은 첨가제,
에폭시 수지 등
25 ~ 65중량%
표 1에서는, 백색을 구현하기 위해 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 사용하였다. 점도 및 점착성을 위해 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등을 사용하였다. 반사층(18)은 반사판의 역할을 수행한다. 표 1에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등이 백색을 내기 위한 주재료가 되고, 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등이 부재료가 된다. 표 1에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 5중량% 미만으로 사용하게 되면 백색 구현이 어렵다. TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 25중량%를 초과하여 사용하게 되면 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등의 첨가량이 적게 되어 원하는 점도 및 점착성을 얻기 어렵다. 실리콘 수지를 30중량% 미만으로 사용하게 되면 점도가 너무 낮게 되어 도 3에서와 같이 내향되게 라운드진 형태를 만들어 내기 어렵다. 실리콘 수지를 50중량%를 초과하여 사용하게 되면 점도가 너무 높게 되어 도 3에서와 같이 내향되게 라운드진 형태를 만들어 내기 어렵다. 에폭시 수지 등을 25중량% 미만으로 사용하게 되면 약한 점착력을 얻기 때문에 도 3에서와 같은 라운드진 형태를 유지하기 어렵다. 에폭시 수지 등을 65중량%를 초과하여 사용하게 되면 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등이나 실리콘 수지의 함량이 미달되어 백색 구현이 어렵거나 원하는 점도를 얻지 못하게 된다. 광 흡수도가 적고 반사율이 좋은 백색의 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 어느 하나를 주재료로 선택해서 반사층(18)을 만듬으로써 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없게 될 뿐만 아니라 엘이디(12)로부터의 광을 거의 모두 반사시키게 되어 기존의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 향상된다.
한편, 반사층(18)은 하기의 표 2의 재료를 사용하여도 된다.
(표 2)

재료
함량

Titanium dioxide,
Zinc Oxide,
Lithopone(BaSO2 + ZnS)
ZnS,
BaSO4,
SiO2,
PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)



5 ~ 60중량%

실리콘 수지(Resin)
5 ~ 30중량%

솔벤트 등과 같은 첨가제,
에폭시 수지 등
20 ~ 65중량%
표 2에서는, 백색을 구현하기 위해 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 주재료로 사용하였다. 물론, 표 2에서는 백색을 구현하기 위해 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 사용하였으나, 필요에 따라서는 백색 구현이 가능한 다른 재료를 추가적으로 사용할 수도 있다. 예를 들어 ZnS, BaSO4, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 대신에 다른 재료를 사용하여도 된다. 점도 및 점착성을 위해 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등을 사용하였다. 표 2에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등이 백색을 내 기 위한 주재료가 되고, 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등이 부재료가 된다. 표 2에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 5중량% 미만으로 사용하게 되면 백색 구현이 어렵다. TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 60중량%를 초과하여 사용하게 되면 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등의 첨가량이 적게 되어 원하는 점도 및 점착성을 얻기 어렵다. 실리콘 수지를 5중량% 미만으로 사용하게 되면 점도가 너무 낮게 된다. 실리콘 수지를 30중량%를 초과하여 사용하게 되면 점도가 너무 높게 된다. 에폭시 수지 등을 20중량% 미만으로 사용하게 되면 점착력이 약해진다. 에폭시 수지 등을 65중량%를 초과하여 사용하게 되면 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등이나 실리콘 수지의 함량이 미달되어 백색 구현이 어렵거나 원하는 점도를 얻지 못하게 된다. 광 흡수도가 적고 반사율이 좋은 백색의 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 어느 하나를 주재료로 선택해서 반사층(18)을 만듬으로써 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없게 될 뿐만 아니라 엘이디(12)로부터의 광을 거의 모두 반사시키게 되어 기존의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 향상된다.
다른 한편으로, 반사층(18)은 하기의 표 3의 재료를 사용하여도 된다.
(표 3)

재료
함량


Titanium dioxide,
Zinc Oxide,
Lithopone(BaSO2 + ZnS)
ZnS,
BaSO4,
SiO2,
PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)




5 ~ 60중량%


실리콘 수지(Resin), 또는
실리콘 수지 + 경화제의 혼합물(혼합제)

40 ~ 95중량%
표 3에서는, 반사율이 좋은 재료로 백색의 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 주재로로 사용하였다. 물론, 필요에 따라서는 다른 재료를 추가적으로 사용할 수도 있고, 예를 들어 ZnS, BaSO4, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 대신에 다른 재료를 사용하여도 된다. 점도 및 점착성을 위해 예컨대, 실리콘 수지, 또는 실리콘 수지 및 경화제의 혼합물(혼합제)를 사용하였다. 표 3에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등이 백색을 내기 위함과 더불어 반사율이 우수한 주재료가 되고, 실리콘 수지, 또는 실리콘 수지 및 경화제의 혼합물(혼합제)이 부재료가 된다. 표 3에서, TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 5중량% 미만으로 사용하게 되면 백색 구현이 어렵다. TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 를 60중량%를 초과하여 사용하게 되면 부재료의 첨가량이 적게 되어 원하는 점도 및 점착성을 얻기 어렵다. 실리콘 수지, 또는 실리콘 수지 및 경화제의 혼합물을 40중량% 미만으로 사용하게 되면 점도가 너무 낮게 된다. 실리콘 수지, 또는 실리콘 수지 및 경화제의 혼합물을 95중량%를 초과하여 사용하게 되면 점도가 너무 높게 된다.
광량 증대를 위해서는 반사층(18)이 백색인 것이 유리하다. 백색으로 구현해야 광 흡수도가 적게 된다. 광 흡수도가 적고 반사율이 좋은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중의 어느 하나 또는 그 이상을 포함시켜 반사층(18)을 만듬으로써 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없게 될 뿐만 아니라 엘이디(12)로부터의 광을 거의 모두 반사시키게 되어 기존의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 향상된다.
이상에서와 같이 반사층(18)을 내향되게 라운드지게 하고, 반사율이 우수한 백색 수지를 반사층(18)의 재질(표 1, 표 2, 표 3 참조)로 사용하게 되면 엘이디(12)에서의 광이 반사층(18)에 의해 손실없이 거의 모두 반사되어 상방향으로 나가게 된다. 상기의 표 1, 표 2, 표 3에 근거하여 볼 때, 예를 들어 청색의 엘이디(12)를 사용할 경우에는 TiO2를 사용할 수 있고, UV칩을 사용할 경우에는 ZnO를 사용할 수 있다.
여기서, 반사층(18)을 형성함에 있어서 경화과정이 포함된다. 경화시 반사층(18)을 구성하는 재료를 해당 부위에 디스펜싱한 이후에 적외선(IR) 큐어링을 실 시한다. 적외선 큐어링은 예를 들어 예열 1분, 60℃에서 3분, 70℃에서 3분, 80℃에서 3분, 냉각 1분의 순서대로 진행한다. 상기 예시한 온도 및 시간은 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것이 아니다. 상기 예시한 온도 및 시간은 필요에 의해 조정가능하다. 적외선 큐어링은 적외선을 이용하는 것이다. 적외선 큐어링을 실시하면 반사층(18)의 영역중에서 기판(10)과 접촉하고 있는 부위(즉, 계면이라고 할 수 있음)부터 시작하여 바깥(즉, 반사층(18)의 상면)으로 경화되기 때문에 계면의 접착성을 높이게 된다. 이로 인해, 계면 분리 방지에 큰 효과를 얻게 될 뿐만 아니라, 엘이디 패키지가 장시간 구동된다고 하더라도 기존과 비교하여 계면 분리 발생이 대폭적으로 줄어들게 된다. 기존의 오븐 큐어링은 열풍에 의해 표면(즉, 반사층(18)의 상면)부터 경화되어 계면쪽으로 경화가 이루어지므로, 엘이디 패키지의 장시간 동작시 계면 분리가 많이 발생한다. 이후의 공정(도 4, 도 5 참조)에서 오븐 큐어링 대신에 적외선 큐어링을 실시하는 이유도 상술한 바와 동일하다. 반사층(18)에 대한 적외선 큐어링 이후에 후속적으로 형성되는 클리어층(20)과 반사층(18)간의 접촉성을 높이기 위해 플라즈마 처리를 행한다.
이어, 도 4에서와 같이 반사층(18)의 상부 및 엘이디(12)의 상부를 덮도록, 투명한 클리어층(20)을 캐비티(11)에 형성한다. 클리어층(20)은 투명 실리콘 등을 이용하여 디스펜싱에 의해 형성가능하다. 예를 들어, 투명 실리콘의 굴절률은 대략 1.53 정도이고 점도는 대략 7000 정도이다. 클리어층(20)은 엘이디(12)와 후술할 형광체층(22)간의 직접적인 접촉을 방지한다. 칩 형태의 엘이디(12)와 형광체 층(22) 사이에 클리어층(20)이 형성됨에 따라, 엘이디(12)에서의 발열로 인한 형광체층의 변색 및 엘이디(12)의 열화로 인한 세츄레이션(saturation)을 개선시킨다.
여기서, 클리어층(20)을 형성함에 있어서 경화과정이 포함된다. 경화시 클리어층(20)을 구성하는 재료를 해당 부위에 디스펜싱한 이후에 적외선(IR) 큐어링을 실시한다. 적외선 큐어링은 앞서의 설명에서와 같이 예를 들어 예열 1분, 60℃에서 3분, 70℃에서 3분, 80℃에서 3분, 냉각 1분의 순서대로 진행한다. 상기 예시한 온도 및 시간은 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것이 아니다. 상기 예시한 온도 및 시간은 필요에 의해 조정가능하다. 적외선 큐어링을 실시하면 클리어층(20)의 영역중에서 반사층(18)과 접촉하고 있는 부위(즉, 계면이라고 할 수 있음)부터 시작하여 바깥(즉, 클리어층(20)의 상면)으로 경화되기 때문에 계면의 접착성을 높이게 된다. 이로 인해, 계면 분리 방지에 큰 효과를 얻게 될 뿐만 아니라, 엘이디 패키지가 장시간 구동된다고 하더라도 기존과 비교하여 계면 분리 발생이 대폭적으로 줄어들게 된다. 클리어층(20)에 대한 적외선 큐어링 이후에 후속적으로 형성되는 형광체층(22)과 클리어층(20)간의 접촉성을 높이기 위해 플라즈마 처리를 행한다.
마지막으로, 도 5에서와 같이 클리어층(22)의 상부를 덮도록, 형광체층(22)을 캐비티(11)에 형성한다. 형광체층(22)은 소정량의 형광체와 소정량의 실리콘(또는 에폭시)의 혼합으로 구성될 수 있다. 도 5의 경우, 엘이디(12)에서 방출되는 광이 클리어층(20)을 통과하여 형광체층(22)에서 직접 백색 변환(White conversion)되어 외부로 출력된다. 본 발명의 실시예의 경우, 기존의 엘이디 패키지(도 1 참 조)에 비해 형광체의 사용량이 적음을 알 수 있다. 이로 인해 엘이디 패키지의 제조 단가를 절감시킨다. 또한, 형광체층에는 형광체가 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직한데, 기존의 경우에는 본 발명의 실시예에 비해 많은 양의 형광체를 사용하므로 형광체의 불균일 침전이 발생한다. 이로 인해, 기존의 경우에는 원하는 백색 출력이 어려울 뿐만 아니라 광량 손실이 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 기존에 비해 사용되는 형광체의 양을 줄일 수 있고 형광체의 균일한 분산이 보다 쉽게 되어 상술한 문제를 해결하게 된다.
여기서, 형광체층(22)을 형성함에 있어서 경화과정이 포함된다. 경화시 형광체층(22)을 구성하는 재료를 해당 부위에 디스펜싱한 이후에 적외선(IR) 큐어링을 실시한다. 적외선 큐어링은 앞서의 설명에서와 같이 예를 들어 예열 1분, 60℃에서 3분, 70℃에서 3분, 80℃에서 3분, 냉각 1분의 순서대로 진행한다. 상기 예시한 온도 및 시간은 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것이 아니다. 상기 예시한 온도 및 시간은 필요에 의해 조정가능하다. 적외선 큐어링을 실시하면 형광체층(22)의 영역중에서 클리어층(20)과 접촉하고 있는 부위(즉, 계면이라고 할 수 있음)부터 시작하여 바깥(즉, 형광체층(22)의 상면)으로 경화되기 때문에 계면의 접착성을 높이게 된다. 이로 인해, 계면 분리 방지에 큰 효과를 얻게 될 뿐만 아니라, 엘이디 패키지가 장시간 구동된다고 하더라도 기존과 비교하여 계면 분리 발생이 대폭적으로 줄어들게 된다. 한편, 필요에 따라서는 형광체층(22)에 대한 적외선 큐어링 이후에 통상의 오븐 큐어링을 재차 실시하여도 무방하다.
이와 같이 하면, 본 발명의 실시예에서 얻고자 하는 엘이디 패키지가 완성된다.
기존의 엘이디 패키지(도 1 참조)와 상술한 본 발명의 실시예에 의한 엘이디 패키지에 대하여 테스트를 실시하여 본 결과, 하기의 표 1과 같은 결과를 얻었다.
(표 1)
IF
[mA]		 VF
[V]		 Chrom
x		 Chrom
y		 Color Tem [K] Gen CRI TLF
[lm]
기존 350 3.38 0.33 0.34 5534 63.11 66.54
본 발명 350 3.37 0.33 0.35 5541 63.06 95.22
표 1에서, IF는 발광소자(LED칩)의 순방향 정격 전류이고, VF는 발광소자(LED칩)의 순방향 정격 전압이다. Chrom x 및 Chrom y는 CIE 1941 기준의 색좌표 x, y이다. Color Tem은 색온도이고, Gen CRI는 색연색성(연색지수)이다. TLF(Total Luninous Flux)는 광원으로부터 방출되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량(광량)이다.
상술한 표 1를 보면, 광량면에서 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. 기존의 엘이디 패키지(도 1 참조)의 광량은 대략 66.54㏐인데 반해, 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지는 대략 95.22㏐이다. 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지가 기존의 엘이디 패키지에 비해 대략 30% 이상의 광량 증가 효과를 얻게 된다.
도 6은 기존 및 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지에서의 엘이디칩의 열화 반응을 비교한 그래프이다.
도 6에서, 곡선 L1은 기존 엘이디 패키지의 세츄레이션(Saturation) 곡선이고, 곡선 L2는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 세츄레이션(Saturation) 곡선이다.
기존의 엘이디 패키지의 경우 대략 1A 전후의 전류가 인가되고 대략 160㏐ 전후에서 칩 형태의 엘이디의 열화에 의한 세츄레이션(Saturation)이 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지는 대략 2.7A 전후의 전류가 인가되고 대략 300㏐ 전후에서 세츄레이션(Saturation)이 발생하는 것처럼 보인다.
도 6을 보면 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지가 기존의 엘이디 패키지에 비해 세츄레이션 문제를 개선시켰음을 알 수 있다.
도 7은 기존 및 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 색온도 분포를 그래프로 표현한 도면이다. 도 7의 (a)는 기존의 엘이디 패키지(디스펜싱 타입)(대략 989개 정도)를 샘플로 하여 해당 샘플들의 색좌표상에서의 색온도 분포를 도시한 것이다. 도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지(대략 954개 정도)를 샘플로 하여 해당 샘플들의 색좌표상에서의 색온도 분포를 도시한 것이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)의 점선 원을 보게 되면, 기존의 엘이디 패키지의 색좌표상에서의 색온도 분포가 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지에 비해 매우 벌어졌음을 알 수 있다. 이는, 기존의 엘이디 패키지의 형광체층의 형광체 입자들이 불균일하게 침전되어 색좌표상에서의 색온도 분포가 벌어진 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지는 색좌표상에서의 색온도 분포가 좁다. 이는 형광체층(22)에 고밀도의 형광체 입자들이 고르게 분포되었음을 의미한다고 볼 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 엘이디 패키지의 색좌표상에서의 색온도 분포가 기존에 비해 보다 개선되었음을 의미한다.
특히, 도 7의 (b)를 보게 되면 본 발명의 방법에 의해 제조된 엘이디 패키지의 색좌표상에서의 색온도 분포가 매우 좁게 되므로, 형광체층(22)의 형광체 량의 조절에 의해 원하는 색온도로의 집중을 유도할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 1변형예를 도시한 도면이다. 제 1변형예는 상술한 본 발명의 실시예와 비교하여 디퓨저층(diffuser layer; 24)을 추가로 형성시킨다는 점에서 차이난다.
제 1변형예는 도 2 내지 도 5의 제조공정순서대로 제조되는 엘이디 패키지에서 클리어층(20) 형성 이후에 디퓨저층(24)을 형성하고 나서 형광체층(22)을 형성하도록 함이 특징이다.
여기서, 디퓨저층(24)은 클리어층(20)의 상부를 덮는다. 디퓨저층(24)은 엘이디(12)로부터의 광을 확산(분산)시키는 역할을 한다. 디퓨저층(24)을 형성함에 있어서 경화과정이 포함된다. 경화시 디퓨저층(24)을 구성하는 재료를 해당 부위에 디스펜싱한 이후에 적외선(IR) 큐어링을 실시한다. 적외선 큐어링은 앞서의 설명에서와 같이 예를 들어 예열 1분, 60℃에서 3분, 70℃에서 3분, 80℃에서 3분, 냉각 1분의 순서대로 진행한다. 상기 예시한 온도 및 시간은 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것이 아니다. 상기 예시한 온도 및 시간은 필요에 의해 조정가능하다. 적외 선 큐어링을 실시하면 디퓨저층(24)의 영역중에서 클리어층(20)과 접촉하고 있는 부위(즉, 계면이라고 할 수 있음)부터 시작하여 바깥(즉, 디퓨저층(24)의 상면)으로 경화되기 때문에 계면의 접착성을 높이게 된다. 이로 인해, 계면 분리 방지에 큰 효과를 얻게 될 뿐만 아니라, 엘이디 패키지가 장시간 구동된다고 하더라도 기존과 비교하여 계면 분리 발생이 대폭적으로 줄어들게 된다. 디퓨저층(24)에 대한 적외선 큐어링 이후에 후속적으로 형성되는 형광체층(22)과 디퓨저층(24)간의 접촉성을 높이기 위해 플라즈마 처리를 행한다.
이와 같은 제 1변형예의 엘이디 패키지도 상술한 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지와 같은 효과를 얻게 된다. 또한, 디퓨저층(24)의 존재로 인해 제 1변형예는 본 발명의 실시예에 비해 보다 넓은 지향각을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 혹시 모를 옐로우 링 발생을 제거하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 2변형예를 도시한 도면이다. 제 2변형예는 상술한 본 발명의 실시예의 제조공정과 동일한 수순에 의해 제조된다. 다만 차이나는 점은 제 2변형예의 기판(10)의 캐비티의 형태에서 차이날 뿐이다.
제 2변형예는 기판(10)의 캐비티(11)의 내측면에 단차부(10a)가 형성됨이 특징이다. 단차부(10a)의 존재로 인해 형광체층(22)의 형성 방식을 다양하게 할 수 있다. 예를 들어, 통상의 디스펜싱 방식에 의해 형광체층(22)을 형성할 수도 있고, 평판 형태의 소정 두께를 갖는 형광체층(22)을 단차부(10a)에 얹혀서 기판(10) 및 클리어층(20)과 결합되게 하여도 된다.
이와 같은 제 2변형예의 엘이디 패키지도 상술한 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지와 같은 효과를 얻게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 3변형예를 도시한 도면이다. 제 3변형예는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 변형예이기도 하지만 제 2변형예의 변형예라고도 할 수 있다. 제 3변형예는 제 2변형예와 비교하여 디퓨저층(24)이 더 형성되었음이 차이난다.
제 3변형예는 상술한 제 2변형예에서와같은 제조공정을 따르되, 클리어층(20) 형성 이후에 디퓨저층(24)을 형성하고 나서 형광체층(22)을 형성하도록 함이 특징이다.
제 3변형예의 디퓨저층(24)은 통상의 디스펜싱 방식으로도 형성가능하다. 다르게는, 평판 형태의 소정 두께를 갖는 디퓨저층(24)을 별도로 제작하여 단차부(10a)에 얹히는 방식을 취하여도 무방하다.
제 3변형예의 형광체층(22)은 제 2변형예의 형광체층(22)과 동일한 방식으로 형성시킨다.
이와 같은 제 3변형예의 엘이디 패키지도 상술한 본 발명의 실시예의 엘이디 패키지와 같은 효과를 얻게 된다. 또한, 디퓨저층(24)의 존재로 인해 제 3변형예는 본 발명의 실시예에 비해 보다 넓은 지향각을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 혹시 모를 옐로우 링 발생을 제거하게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 종래의 엘이디 패키지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제조방법 및 이에 의한 엘이디 패키지의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 기존 및 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지에서의 엘이디칩의 열화 반응을 비교한 그래프이다.
도 7은 기존 및 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 색온도 분포를 그래프로 표현한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 1변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 2변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제 3변형예를 도시한 도면이다.

Claims (32)

  1. 세라믹 시트를 적층시킨 적층제의 중앙부에 캐비티를 형성하여 만든 기판에 있어서, 칩 형태의 발광소자를 상기 기판의 캐비티의 바닥면에 실장하고, 플라즈마 처리를 행하는 기판 제공 단계;
    상기 기판의 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자의 주위에 실리콘 수지를 포함하는 백색의 반사층을 디스펜싱한 후 적외선 큐어링에 의해 경화시켜 형성하되, 상기 반사층이 상기 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉하게 형성하는 반사층 형성 단계;
    상기 반사층의 상부 및 상기 발광소자의 상부를 덮는 클리어층을 상기 캐비티에 형성하는 클리어층 형성 단계; 및
    상기 클리어층의 상부를 덮는 형광체층을 상기 캐비티에 형성하는 형광체층 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  2. 세라믹 시트를 적층시킨 적층제의 중앙부에 캐비티를 형성하여 만든 기판에 있어서, 칩 형태의 발광소자를 상기 기판의 캐비티의 바닥면에 실장하고, 플라즈마 처리를 행하는 기판 제공 단계;
    상기 기판의 캐비티의 바닥면에 실장된 칩 형태의 발광소자의 주위에 실리콘 수지를 포함하는 백색의 반사층을 디스펜싱한 후 적외선 큐어링에 의해 경화시켜 형성하되, 상기 반사층이 상기 캐비티의 바닥면 및 내측면에 접촉하게 형성하는 반사층 형성 단계;
    상기 반사층의 상부 및 상기 발광소자의 상부를 덮는 클리어층을 상기 캐비티에 형성하는 클리어층 형성 단계;
    상기 클리어층의 상부를 덮는 디퓨저층을 상기 캐비티에 형성하는 디퓨저층 형성 단계; 및
    상기 디퓨저층의 상부를 덮는 형광체층을 상기 캐비티에 형성하는 형광체층 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계는, 상기 반사층을 내향되게 라운드지게 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계는 백색의 수지를 이용하여 상기 백색의 반사층을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 포함하되, 상기 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지를 30 ~ 50중량%로 하고 에폭시 수지를 25 ~ 65중량%으로 한 부재료를 상기 주재료와 함께 사용한 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 TiO2, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 주재료로 포함하되, 상기 주재료를 5 ~ 60wt%으로 첨가한 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지를 5 ~ 30wt%로 하고 에폭시 수지를 20 ~ 65wt%로 한 부재료를 상기 주재료와 함께 사용한 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 반사층 형성 단계에 의해 형성된 반사층은 실리콘 수지 또는 실리콘 수지와 경화제의 혼합물을 40 ~ 95wt%로 한 부재료를 상기 주재료와 함께 사용한 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 클리어층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 상기 클리어층을 경화시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 형광체층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 상기 형광체층을 경화시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  15. 청구항 2에 있어서,
    상기 디퓨저층 형성 단계는 적외선 큐어링에 의해 상기 디퓨저층을 경화시키 는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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