KR20040021951A - 백색 발광다이오드 - Google Patents

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Abstract

백색 발광다이오드에 대해 개시한다. 본 발명의 백색 발광다이오드는 LED칩에 스트레스가 인가되는 것을 방지함과 동시에 광경로차를 감소시키기 위해, LED칩 상부면을 포함하여 홀컵 또는 프레임 요부 내부로 투명한 실리콘층을 충진시키고, 상기 실리콘층 상부로 형광체를 포함하는 에폭시 몰드층을 홀컵 또는 프레임 요부 상면과 동일면을 갖게 충진시켜서 이루어진다. 본 발명에 따르면, LED칩과 에폭시몰드층 사이에 투명 실리콘층이 더 형성됨에 따라 LED칩에 인가되는 스트레스에 대해 실리콘층이 방어벽 역할을 수행함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 LED칩의 상면에서 발산되는 광경로와 측면으로 발산되는 광경로에 있어서 형광체를 투과하는 광경로차 감소를 통해 광도를 향상시킬 수 있는 특징이 있으며, 여기서의 광경로차의 감소는 두경로에서 광경로차에 의해 필연적으로 발생했던 발산광의 색도의 차를 최소화함으로써 조사면에서의 고른 색도 분포를 이룰 수 있다.

Description

백색 발광다이오드{White light emitted diode}
본 발명은 백색 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 형광체와 혼합된 수지몰드와 LED칩 사이에 실리콘 등의 투명 몰드재를 더 형성시켜 광도향상 및 소자의 신뢰성을 향상시킨 백색 발광다이오드에 관한 것이다.
기존의 백색 발광다이오드의 제작에 있어서, 패키지를 컵 형태의 반사판이 구현된 용기 내에 형광체 안료를 채워 제작하는 방법, 또는 반도체 패키지 몰드 공법인 트랜스퍼 몰드 공법을 사용하여 제작하는 방법이 이용되고 있다.
그러면, 여기서 종래 백색 발광다이오드의 구조에 대해 간략하게 살펴보자.
도 1은 패키지를 컵 형태의 반사판이 구현된 용기 내에 형광체 안료를 채워 제작한 리드타입 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, LED칩(1)에 애노드(anode; 2)와 캐소드(cathode; 3)를 연결하고, 여기에 형광체와 에폭시가 혼합된 에폭시 몰드층(4)을 형성시키고, 이 에폭시 몰드층(4)을 포함하여 그 주위를 무색 또는 착색된 투광성 수지로 몰딩하여 봉입하는 외장재(5)로 이루어진 구조의 패키지(package) 형태로 상품화되고 있다. 이 때, LED칩(1)의 p형 전극과 애노드(2)는 세금선(細金線, 6)으로 접속되고, 그 n형 전극은 메탈포스트(캐소드 리드, 7)에 의해 접속되게 된다. 한편, 캐소드(3)를 형성하는 리드프레임의 선단에 홀컵(Hall Cup, 8)을 마련하고, 이 홀컵(8)에 LED칩(1)을 수납하여 본딩시키는데, 상기 홀컵(8)은 LED칩(1)의 측면으로부터 방출되는 빛을 전방(위쪽)으로 반사시키는 역할을 수행하게 된다.
도 2는 표면실장형 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, LED칩(10)과, 플라스틱 사출구조물(11)와, 메탈포스트(애노드 리드, 12)와, 메탈포스트(캐소드 리드, 13)와, 수지몰드(14)로 이루어지게 된다. 상기 LED칩(10)은 Al2O3를 기판으로 하거나 SiC를 기판으로 하여 그 위에 발광층인 InGaN 등의 구조로 형성된 재료를 0.1㎜ 정도의 두께로 절단한 다음 Ag 페이스트 등으로 리드 프레임 전극(캐소드, 애노드)에 접착 고정되게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 백색 발광다이오드는 LED칩(1, 10)을 에워싸는 에폭시 몰드층(4) 및 수지몰드(14)가 직접 접촉함으로 인해 에폭시 몰드층(4) 및 수지몰드(14)가 응고되는 과정에서 LED칩(1, 10)에 스트레스가 가해질 뿐만 아니라 발광된 광이 에폭시 몰드층(4) 및 수지몰드(14)를 진행하면서 광의 경로차로 인해 광도가 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
광도가 저하되는 과정은 도 3에 잘 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 칩의 상부로 향하는 광경로는 "C" 가 되며, 홀컵(8) 측면의 반사판으로 향하여 반사면에서 반사되어 위로 향하는 광경로2에서는 형광체에 흡수된 제2 여기광의 광경로는 "A"+"B"가되어 광경로 1보다 거의 2배의 경로를 갖게되어 광경로2에 의한백색광원의 광도는 형광체에 흡수되면서 일부는 소멸되고, 일부는 확산되어 광경로1에 비하여 백색광의 광도가 현저히 저하된다.
이와 같이, 종래의 백색 발광다이오드는 거시적으로 볼 때, 구조상 Blue 칩으로부터 발생된 기준광은 칩의 상면으로 뿐만 아니라 칩의 저면과 측면으로 방출된 광이 형광체에 흡수되어 방출되는 제2의 여기광이 가법 혼색되어 백색으로 표시된다. 그러나 미시적으로 볼 때, 칩의 표면에서 근접한 부분은 기준광이 형광체에 흡수되어 여기된 2차광으로 방출되게 된다. 그러나 이 여기된 2차 방출 광은 경로상으로 칩 표면에서 떨어진 형광체에 흡수되지 않고 부딪쳐 일부는 투과하고 일부는 반사되어 확산되며, 또 일부는 소멸되게 된다. 이로 인하여 일정 두께의 형광체를 지나게 되면 각 방향에 따라서 광경로는 큰 차이를 보이게 되고, 경로가 긴 부분은 백색의 강도가 떨어지게 된다. 결과적으로, 칩의 상면은 형광체를 통과하는 광경로가 짧아 푸른색의 백색의 광도도 강하지만 상대적으로 푸른색이 강하여 발산광의 광도분포는 중앙부분은 푸른색을 발광시키고, 각도가 넓은 부분은 노란색이 강한 백색을 발광시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 반사면을 갖는 컵내에 칩 본딩된 LED칩 상부에 실리콘 등의 투명 몰드재를 LED칩 상부에 적층 형성시켜 이후 진행되는 형광체와 혼합된 수지몰드의 응고과정에서 발생하는 스트레스가 LED칩으로 인가되는 것을 방지할 뿐만 아니라 LED칩으로부터 발산된 광이 투명 몰드재에 의해 광경로차를 감소시킴으로써 광도를 향상시키는 백색 발광다이오드를 제공하는데 있다.
도 1은 통상의 리드타입 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도,
도 2는 표면실장형 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도,
도 3은 표면실장형 백색 발광다이오드의 광경로를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 리드타입 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도,
도 5는 본 발명의 표면실장형 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도,
도 6은 본 발명에 의해 형성된 표면실장형 백색 발광다이오드의 광경로를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20, 30 : LED칩 21 : 애노드
22 : 캐소드 25 : 홀컵(Hall Cup)
26, 36 : 실리콘층 27 : 에폭시 몰드층
28 : 외장재 31 : 플라스틱 사출 구조물
34 : 수지몰드 35 : 프레임 요부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반사 컵 또는 반사판 모양의 댐이 형성되어 있는 구조의 리드타입 또는 표면실장형 모두에 적용되는데, 리드타입의 경우에는 LED칩 상부면을 포함하여 홀컵 내부로 투명한 실리콘층을 충진시키고, 상기 실리콘층 상부로 형광체를 포함하는 에폭시 몰드층을 홀컵 상면과 동일면을 갖게 충진시키며, 상기 에폭시 몰드층 및 애노드와 캐소드의 일부를 포함하여 투광성 외장재로 코팅시켜서 이루어지며, 표면실장형의 경우에는 LED칩 상부면을 포함하여 프레임 요부 내부로 투명한 실리콘층을 충진시키고, 상기 실리콘층 상부로 형광체를 포함하는 에폭시 몰드층을 프레임 요부 상면과 동일면을 갖게 충진시켜서 이루어진다. 이 때, 상기 실리콘층은 리드타입의 홀컵 또는 표면실장형의 프레임 요부 바닥면을 기준으로 하여 150㎛ ∼ 250㎛ 범위내에서 설정된 높이로 충진시키는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 리드타입 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, LED칩(20)에 애노드(anode; 21)와 캐소드(cathode; 22)를 연결하되, 상기 LED칩(20)의 p형 전극과 애노드(21)는 세금선(細金線, 23)으로 접속되고, 그 n형 전극은 메탈포스트(캐소드 리드, 24)에의해 접속되게 된다. 한편, 캐소드(22)를 형성하는 리드프레임의 선단에 홀컵(Hall Cup, 25)을 마련하고, 이 홀컵(25)에 LED칩(20)을 수납하여 본딩(bonding)시키는데, 상기 홀컵(25)은 LED칩(20)의 측면으로부터 방출되는 빛을 전방(위쪽)으로 반사시키는 역할을 수행하게 된다. 상기 리드프레임에 형성된 홀컵(25) 내부에 칩 본딩된 LED칩(20) 주변 영역을 포함하여 그 상부 임의의 영역까지 투명한 성질의 실리콘을 적층시켜 실리콘층(26)을 형성시킨다. 구체적으로, 홀컵(25)의 깊이가 0.25㎜ ∼ 0.55㎜ 범위내에서 설정됨과 아울러 LED칩(20)의 높이가 홀컵(25) 바닥면을 기준으로하여 100㎛ 임을 감안하여, 상기 실리콘층(26)은 홀컵(25) 바닥면을 기준으로 하여 대략 150㎛ ∼ 250㎛ 범위내에서 설정된 높이만큼 적층시키는 것이 바람직하다. 이후, 상기 실리콘층(26) 상부에 형광체와 에폭시가 혼합된 에폭시 몰드층(27)을 형성시키고, 이 에폭시 몰드층(27)을 포함하여 그 주위를 무색 또는 착색된 투광성 수지로 몰딩하여 봉입하는 외장재(28)로 형성시킨다. 이 때, 상기 에폭시 몰드층(27)은 홀컵 상단, 즉 리드프레임 선단의 상면과 동일면을 갖게 형성시키는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 표면실장형 백색 발광다이오드의 개략적인 구성도 및 일부 확대단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, LED칩(30)과, 플라스틱 사출구조물(31)와, 메탈포스트(애노드 리드, 32)와, 메탈포스트(캐소드 리드, 33)와, 수지몰드(34)로 이루어지게 된다. 여기서, 수지몰드(34)는 형광체를 포함할 수 있다. 상기 LED칩(10)은 Al2O3를 기판으로 하거나 SiC를 기판으로 하여 그 위에 발광층인 InGaN 등의 구조로 형성되 재료를 0.1㎜ 정도의 두께로 절단한 다음 Ag 페이스트 등으로 리드 프레임 전극(캐소드, 애노드)에 접착 고정되게 된다. 여기에 본 발명의 특징부로서, 프레임 요부(35)에 설치되는 LED칩(30) 상부로 투명 실리콘 또는 투명 몰드재(36)를 먼저 적층시키고, 이후, 수지몰드(34)를 프레임 요부(35)의 상면과 동일면으로 형성시킨다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 백색 발광다이오드는 LED칩(20, 30)을 에워싸는 에폭시 몰드층(27) 및 수지몰드(34)가 LED칩(20)과 직접 접촉하지 않으므로 상기 에폭시 몰드층(27) 및 수지몰드(34)가 사계절의 환경변화에 의해 수축 팽창되는 환경에 노출되어도 LED칩(20, 30)에 스트레스가 인가되는 것을 방지할 뿐만 아니라 발광된 광이 최초에 실리콘층(26, 36)을 통과한 이후에 에폭시 몰드층(27) 및 수지몰드(34)를 진행하게 되므로 광의 경로차가 감소되어 광도를 향상시키게 된다. 여기서, 광도가 향상되는 과정은 도 6에 잘 도시되어 있다.
도 6은 본 발명에 의해 형성된 백색 발광다이오드의 광경로를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, LED칩(20, 30)의 상부로 향하는 광경로 1a는 그림에서처럼 "Ca" 가 되며, 홀컵(25) 및 프레임 요부(35) 측면의 반사판으로 향하여 반사면에서 반사되어 위로 향하는 광경로2에서는 그림과 같이 기준광이 투명한 재질을 투과하면서 광의 광도 저하 없이 반사판에 도달하고 반사판의 반사면에서 반사된 기준광이 형광체에 흡수되어 제2 여기광의 광경로는 "Ba"가되어 광경로 1a에서의 "Ca"와 광경로 2a에서 "Ba"와 거의 같은 경로를 갖게되어 광경로 1a를 통한 제2 여기광과 광경로 2a를 통과한 제2 여기광의 광도는 거의 같게 되며, 반사판으로 향한 광의 종래의 방식에서 광경로2의 광도에 비하여 광도가 증강되는 효과를 갖게 되는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 칩 본딩이 완료된 리드프레임의 컵에 LED칩(20, 30)의 두께보다 높은 일정 두께를 투명 실리콘으로 채워 몰드 에폭시의 수축에 의하여 칩에 주는 압력을 완충시켜 스트레스를 감소시키며, 칩위로 일정두께로 채워진 실리콘 위로 형광체액을 도포하여 상면, 저면 및 측면으로 발산된 광이 리드프레임 반사컵의 반사면에서 반사되어 상면으로 향하는 광의 광경로를 일정하게 하여 광도의 증강 효과를 가지며, 종래 백색발광다이오드의 광특성에서 구조적으로 기인된 색띠 발생을 방지하여 고른 색의 백색 발광다이오드 제품을 양산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 발광다이오드는, LED칩과 에폭시몰드층 사이에 투명 실리콘층이 더 형성됨에 따라 LED칩에 인가되는 스트레스에 대해 실리콘층이 방어벽 역할을 수행함으로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 광경로차의 감소를 통해 광도를 향상시킬 수 있어 동일전원에 대비하여 광출력을 향상시킬 수 있으므로 소비전력량을 낮출 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (3)

  1. 캐소드를 형성하는 리드프레임의 선단에 마련된 홀컵에 LED칩을 수납하여 본딩시키고, 이 LED칩과 애노드 및 캐소드를 애노드 리드 및 캐소드 리드로 각각 연결시키며, 상기 LED칩 주위를 포함하여 형광체를 갖는 에폭시를 홀컵에 봉입하는 리드타입의 백색 발광다이오드에 있어서,
    상기 LED칩에 스트레스가 인가되는 것을 방지함과 동시에 상기 홀컵에서 반사되는 광경로차를 감소시키기 위해 상기 LED칩 상부면을 포함하여 상기 홀컵 내부로 투명한 실리콘층을 충진시키고, 상기 실리콘층 상부로 형광체를 포함하는 에폭시 몰드층을 홀컵 상면과 동일면을 갖게 충진시키며, 상기 에폭시 몰드층 및 애노드와 캐소드의 일부를 포함하여 투광성 외장재로 코팅시켜서 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  2. 프레임 요부에 LED칩을 설치하고, 상기 프레임 요부에 소정의 형광체를 포함하는 몰드 에폭시 층을 충진하며, 상기 LED칩을 프레임에 설치된 단자와 플라스틱 사출구조물을 에워싼 애노드 및 캐소드를 애노드 리드 및 캐소드 리드로 각각 접속시켜서 이루어진 표면실장형태의 백색 발광다이오드에 있어서,
    상기 LED칩에 스트레스가 인가되는 것을 방지함과 동시에 상기 프레임 요부에서 반사되는 광경로차를 감소시키기 위해 상기 LED칩 상부면을 포함하여 상기 프레임 요부 내부로 투명한 실리콘층을 충진시키고, 상기 실리콘층 상부로 형광체를포함하는 에폭시 몰드층을 프레임 요부 상면과 동일면을 갖게 충진시켜서 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 실리콘층은 홀컵 또는 프레임 요부 바닥면을 기준으로 하여 150㎛ ∼ 250㎛ 범위내에서 설정된 높이로 충진시키는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드.
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