KR20020009961A - 백색 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시 수지 고체 분말에 형광체를 고체 상태에서 미리 혼합하여 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.

본 발명은 인쇄회로기판이나 리드 프레임에 청색 발광 다이오드 칩을 접착제로 접착고정하여 탑재하고 전기적 회로 구성을 위하여 전도성 재질로 연결하고 몰딩 컴파운드 수지로 트랜스퍼 몰드 성형한 후 개별 제품으로 잘라낸 칩 LED 제조 방법에 있어서, 상기 고체 상태의 몰딩 컴파운드 수지에 형광안료를 일정 비율로 혼합하여 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물에 소정의 온도와 압력을 가하여 제조에 편리한 적당한 모양으로 제조한 후, 그 것을 칩 LED 부분에 트랜스퍼 몰딩하고, 다이서를 이용하여 개별 제품으로 절단하여 칩 LED를 제조하여 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색광을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드가 제공되며, 상기 방법으로 제조한 칩 LED는 액상 에폭시 수지에 형광체를 혼입하여 제조한 칩 LED에 비해 편리한 방법으로 순수 백색의 빛을 발광하는 칩 LED가 얻어진다.

Description

백색 발광 다이오드{White Light-emitting Diode}

본 발명은 에폭시 수지 고체 분말에 형광체를 미리 혼합하여 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로, 백색광을 발광하는 다이오드를 제조하기 위하여 청색 발광 다이오드 위에 형광 안료가 혼합된 액상 수지를 봉입하여 백색광 LED를 제조하여 왔다. 백색광이란 일반적으로 그 파장이 400 nm에서 600 nm까지 균일하게 분포된 것을 말한다. 적색, 녹색 그리고 청색 빛이 조화를 이루어서 나오는 청색은 적색과 녹색을 내는 형광체와 반응하여 적색과 녹색을 내게 되고, 이 색들은 미쳐 형광안료와 반응하지 못하고 그대로 투과되어 칩을 통과하여 나오는 청색과 조화를 이루어 최종적으로 인간의 눈에 백색으로 보이게 되는 것이다.

종래에 백색을 발광하는 LED는 회로가 구성되도록 되어 있는 인쇄회로기판이나 알루미늄 재질의 리드 프레임 위에 청색 발광 다이오드칩을 장착하고 형광안료를 이용하여 포팅하여 트랜스퍼 몰딩 성형을 하고 각각의 제품을 잘라내는 방식과, 일정한 형상을 갖는 플라스틱 재질의 사출물에 형광안료를 디스펜서를 이용하여 포팅한 후 에폭시로 마감을 하거나, 리드 프레임에 형광 안료를 포팅하여 램프의 형상을 한 몰드컵을 이용하여 LED 램프로 제작하는 방법 등 다양한 형태의 제조방법이 있었다.

그런데, 근래에 들어 백색 LED 제품은 일반적인 용도의 액정표시부 후면 발광용과, 가전제품 및 산업 기기 등의 디스플레이용 등에 한정되는 것이 아니라 기술 발전과 소비자의 다양한 요구에 의해 경박단소한 휴대용 무선 통신 기기와 같은전자 제품과 자동차 등에 쓰이는 액정 표시 후면 발광용도로 사용되어 점차로 소형화가 요구되고 있다. 그러나, 현재 생산되고 있는 방법에 의하면 그 제품의 크기를 줄이는데 한계가 있으며, 일정 수준의 제품생산에 수율 문제가 있으며 형광재료의 양이 균일하지 않아 생산품 자체의 색편차가 심하고 제품제작에 소요되는 공정 시간과 그에 따르는 비용이 크다고 하는 큰 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 몰딩 컴파운드 분말에 형광안료를 혼합, 압착하여 고형화된 몰딩 컴파운드를 만들고 이를 이용하여 청색 발광을 변환하여 백색으로 발광하는 칩 LED 제품을 제작하도록 하여, 기존에 사용되는 포팅 공정을 사용하지 않음으로써 경박단소한 전자제품에 사용되는 액정표시부 후면 발광과 디스플레이 용도에 적합하도록 박형으로 제작할 수 있으며 공정을 단순화시킴으로서 소요되는 비용과 시간이 단축되고 일정 수준의 품질을 갖는 제품 수율을 현저히 향상, 개선할 수 있는 백색 발광 칩 LED를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 청색을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩을 접착재료로 접착고정하여 탑재하고 전기적 회로를 구성하기 위하여 리드 프레임과 인쇄회로기판을 전도성 재질로 연결하고 몰딩 컴파운드 수지로 트랜스퍼 몰드 성형한 후 개별 제품으로 잘라내는 칩 LED 제조 방법으로서, 상기 투명 몰딩 컴파운드 수지에 일정 비율의 형광안료를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계와; 상기 혼합물에 소정의 온도와 압력을 가하여 제조에 적절한 모양을 갖도록 제조하는 단계(예를 들면, 태블릿형상)와; 상기 물을 칩 LED 부분에 트랜스퍼 몰딩하는 단계와; 다이서를 이용하여 개별 제품으로 절단하여 칩 LED를 제조하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하며, 이에 의해 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드가 제공되며, 상기 방법으로 제조한 칩 LED는 액상 에폭시 수지에 형광체를 혼입하여 제조한 칩 LED에 비해 손쉽고 저렴하게 고품질의 순수 백색의 빛을 발광하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 와이어가 접속된 백색 발광 칩 LED의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 두개의 와이어가 접속된 백색 발광 칩 LED의 단면도.

도 3은 종래의 백색을 발광하는 LED의 한예를 도시한 단면도.

도 4는 종래의 백색을 발광하는 LED의 다른예를 도시한 단면도.

도 5는 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른예를 도시한 단면도.

도 6은 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른 한예를 도시한 단면도.

도 7은 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른 한예를 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 몰드 성형부분 2 : 형광안료

3 : 발광 다이오드 칩 4 : Ag 페이스트

5 : 와이어 6 : 리드 프레임

7 : 인쇄회로기판 8 : 리드 프레임

9 : 반사판

이하에서 전도면에 걸쳐 같은 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 첨부되어 있다. 도면들에서 도면 부호 1은 몰드가 성형된 부분이며, 도면 부호 2는 형광안료이며, 도면 부호 3은 발광 다이오드 칩이며, 도면 부호 4는 Ag 페이스트와 같은 접착제이고, 도면 부호 5는 AU, Al 와이어이고, 도면 부호 6은 인쇄회로 기판이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 칩 LED를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 칩 LED를 도시한 것으로서, 필요에 따라 각각의 재질로 여러층 도금이 되어 일정한 패턴을 이루고 있는 인쇄회로기판과 이와 비슷한 역할을 하는 리드 프레임에 청색을 발광하는 다이오드 칩(3)을 접착제 등을 이용하여 접착 고정한다. 접착제가 경화되도록 특성에 맞도록 일정한 온도 조건, 예를 들면 100 내지 150℃의 온도로 30분 내지 1시간 정도 방치한 후 청색을 발광하는 다이오드에 위치한 전극과 인쇄회로기판이나 리드 프레임에 있는 패턴 부분을 전기적으로 도전 상태로 만들어 주기 위해 도전성의 재료로 연결하여 준다. 이 때 청색을 발광하는 다이오드의 종류와 제조 방법에 따라서 도전 상태로 만들어 주는방법과 그 형상은 다양하게 바뀔 수 있다.

이와 같은 공정은 인쇄회로기판이나 리드 프레임에 형성되어 있는 패턴에 따라 1회에 생산 할 수 있는 갯수가 변경될 수 있도록 회로가 구성되게 된다.

한편, 몰딩 컴파운드 수지는 고체 파우더의 형태에서 특수하게 처리된 (Y, Ce)₃Al₅O₁₂또는 (Y, Gd, Ce)₃Al₅O₁₂와 같은 형광 안료 분말을 원하고자 하는 품질의 백색광 수준에 따라 일정한 비율, 바람직하게는 몰딩 컴파운드 수지 질량의 5 내지 50%의 비율로 잘 혼합하여 섞어준 다음에 이를 대량 생산작업에 편리하고 최종제품에 기포가 생기는 등의 문제점을 제거하기 위해 일정한 형태의 금형에 혼합된 분말을 만들어주기 위해 적절히 50 내지 300 Kg/cm²의 압력으로 가압해 준다. 광도와 발광 파장은 상기 형광 안료 중에서 Gd와 Ce의 양을 가감하므로써 달성된다.

상기 과정 이전에 이미 제조된 여러개의 인쇄회로 기판(트랜스퍼 몰드 금형의 형태에 따라 그 수가 달라지는)을 알맞는 금형이 설치된 트랜스퍼 몰딩 프레스 위에 배열하고 형광안료가 첨가된 몰딩 컴파운드 태블릿을 넣고 0.5 내지 2톤/cm²의 압력으로 130 내지 180℃의 온도로 200 내지 600 초의 조건하에서 성형을 한다.

트랜스퍼 몰드 성형 후 인쇄회로기판과 리드 프레임 자체를 도금된 패턴에 따라서 개개의 칩 LED 제품으로 절단하기 위해 다이싱 공정을 진행한다. 이후 다이싱 공정 중에 생기는 수분을 제거해 주고 성형된 몰드의 상태를 안정화 시켜주기 위해 100 내지 250℃의 온도로 1시간 전후의 조건으로 방치해 주기도 한다.

이렇게 완성된 백색을 발광하는 칩 LED는 이후 각각 알맞는 수준의 백색의종류와 그 발광하는 광도값에 따라 일정하게 분류 및 테스트하여 표면 실장에 편리하도록 자동화 설비를 통해 릴에 감아서 출하하게 된다.

따라서, 형광체를 따로 액상 상태의 에폭시 수지에 혼합하여 일일이 청색을 발광하는 다이오드 칩(일반적으로 400 내지 500nm 정도의 파장을 갖는) 위에 포팅하는 등의 작업을 하지 않고서도 일반적인 파장(430, 450, 470, 570, 590, 600, 620, 635, 660nm 등)의 빛을 발광하는 칩 LED를 제조하는 기존 공정에서 크게 벗어나지 않고서도 도 1 및 도 2와 같이 손 쉽게 백색을 발광하는 칩 LED를 제조하여, 기존에 사용되던 제품을 대신하여 더욱 콤팩트한 전자제품에 사용가능하게 되었을 뿐만아니라 한번의 트랜스퍼 몰드 성형 작업으로 동일한 조성의 형광 안료를 가지는 칩 LED제품을 대량으로 제조할 수 있으며 CIE(Commission International de l'Eclarage, 국제조명위원회)에 의한 색좌표상의 색도편차가 극히 적고, 엄격한 품질 수준에 맞는 우수한 수율을 이루게 된다. 그리고, 따로 형광안료를 일일이 포팅해주는 공정이 없으므로 시간과 비용이 낭비되는 불편함을 해소할 수 있다.

이러한 백색을 발광하는 칩 LED는 전술한 바와 같이 휴대전화 등의 휴대용 무선통신 기기와 같은 전자제품과 자동차 및 가전제품 등에서 사용되는 백색광을 발광하는 디스플레이 용도와 액정표시부 후면 발광용도에만 한정되는 것은 아니며, 현재 백색을 이용한 형광등과 같은 전기기기 뿐만아니라 현재 발광 다이오드가 사용되고 있는 모든 종류의 전자기기 등에 적용할 수 있다.

이상에서 설명한바와 같이 구성된 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 백색을 발광가능하게 하는 형광안료를 사용되는 몰딩 컴파운드 수지에 혼합하여 성형하고 이를 트랜스퍼 몰드 프레스에 적용함으로써 기존에 일일이 형광안료를 제품마다 포팅함으로서 백색을 내는데 고품질 수준을 이루는데 한계가 있었으나 1회 제품 생산품에서도 균일한 조성을 이루도록 하여 백색을 내는 수율을 극대화할 수 있고, 청색을 발광하는 다이오드 칩 위에 일일이 포팅하고 다시 그 위에 몰딩 컴파운드 수지를 이용하여 몰드 성형함으로서 일정한 높이 이하로는 제조가 불가능하였으나 포팅하는 공정을 제거함으로서 최종제품의 높이를 최소의 박형화를 이루어 백색발광 칩LED가 사용 가능한 전자기기 등을 더욱 콤팩트하고 경박단소하게 제조할 수 있으며 불필요한 공정을 없애 비용과 시간을 줄일 수 있는 우수한 백색 발광 칩 LED를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 프린트 기판에 다양한 재질로 여러 층 도금되어 있는 인쇄회로기판이나 리드 프레임 위에 청색을 발광하는 다이오드 칩을 도전성이나 비도전성의 접착제로 접착 고정하여 탑재하고 청색발광 다이오드 칩상의 전극들과 인쇄회로기판이나 리드 프레임 위에 도금된 회로 패턴 또는 그 자체에 연결하고 형광안료와 에폭시 수지 등을 이용하여 백색을 발광하도록 하는 백색 발광 LED 제품에 있어서,

   몰딩 컴파운드 수지에 형광안료를 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계와; 상기 혼합물에 소정의 온도와 압력을 가하여 일정한 형상(예를 들면, 태블릿)으로 제조하는 단계와; 그 형성된 태블릿을 칩 LED 부분에 트랜스퍼 몰딩하는 단계와; 다이서를 이용하여 개별 제품으로 절단하여 칩 LED를 제조하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광안료는 몰딩 컴파운드 분말에 대하여 5 내지 50%의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.
3. 제 1 항에 있어서,

   몰딩컴파운드 분말을 50 내지 300 Kg/cm²의 압력을 가하여 압축하여 소정 형상의 태블릿을 제조하는 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.
4. 제 1 항에 있어서,

   광도와 발광 파장 및 발광 색상은 형광안료를 이루는 조성 중 Gd와 Ce의 양을 제어하여 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.
5. 제 1 항에 있어서,

   최대 0.2 mm의 두께까지 줄일 수 있는 극한의 박형제품을 생산하는 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.
6. 제 1 항에 있어서,

   목표 백색에 대하여 CIE에 의한 색좌표상의 편차(x좌표, y좌표)가 표준편차 0.05 이내로 균일한 품질로 생산되는 것을 특징으로 하는 백색발광 다이오드.