KR20050011324A - 반도체 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

발광 특성 및 발광효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자가 개시된다.
본 발명의 반도체 발광소자는 광투과성 수지층 내부에 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층이 형성된다.

Description

반도체 발광소자 및 그 제조방법{Semiconductor-emitting device and packaging method thereof}
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광 특성 및 발광효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 후레시용 고휘도 광원, 휴대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 PDA)에 사용되는 액정 디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display)의 후 광원(back light), 전광판용 광원, 조명 및 스위칭 조명 광원, 표시등, 교통신호등의 광원으로 그 사용범위가 점차 확대되고, 이에 따라 관련 기술 개발이 가속화되고 있다.
최근 들어, 질화물 반도체(GaN 등)를 이용형 고휘도 청색광의 발광이 가능한 반도체 발광소자가 개발되었다. 특히, 청색 발광소자칩으로부터 방출된 청색광의 일부를 흡수하여 황색, 핑크 또는 붉은색의 발광이 가능한 형광물질인 무기물계 형광물질 또는 유기물계 형광물질을 이용하여 넓은 범위 내에서 색온도가 조절될 수 있는 백색 발광다이오드(white LED)가 개발되었다.
도 1 내지 도 3은 종래의 백색 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 백색 발광다이오드 패키지는 애노드전극(1) 및 캐소드전극(2)으로 이루어지는 리드프레임이 마련되고, 상기 캐소드전극(2)의 상단(8)에 형성된 반사컵(3) 내에 발광다이오드칩(4)이 실장된다. 이때, 상기 반사컵(3)은 상기 발광다이오드칩(4)으로부터 발광된 광이 반사되어 전면으로 출력되도록 유도하여 발광효율이 향상되도록 하는 것으로서, 상기 캐소드전극(2)의 상단(8)에 일정정도 내부로 함몰되는 형태로 형성된다. 이와 같이 함몰된 반사컵(3) 내에 상기 발광다이오드칩(4)이 실장되게 된다.
상기 리드 프레임, 즉 애노드전극(1) 및 캐소드전극(2)과 상기 발광다이오드칩(4) 사이에 와이어(5) 본딩을 통해 상기 각 전극(1, 2)과 상기 발광다이오드칩(4) 사이의 전기적으로 접속되게 된다.
상기 발광다이오드칩(4)이 광투과성이 좋은 에폭시 수지(6)로 봉지된다. 이때, 상기 에폭시 수지(6)에는 분말 형태의 형광물질(7)이 혼합된다. 이와 같이 형광물질(7)이 혼합된 액상 수지(6)를 이용하여 봉지함으로써, 발광다이오드칩(4)으로부터 발광된 광이 에폭시 수지(6)에 혼합된 형광물질(7)들과 반응하여 백색광을 출력시키게 된다.
도 2는 도 1과 유사하지만, 도 2의 종래 백색 발광다이오드 패키지에서는 도 1에서 형광물질(7)이 에폭시 수지(6)에 혼합되는 것과는 달리 형광물질로 이루어진 형광체(9)가 반사컵(3) 내에 채워진다.
도 3의 종래의 백색 발광다이오드 패키지에서는 미리 제작된 소정의 금형틀(미도시)을 이용하여 형성된 형광물질이 함유된 캡(10)을 발광다이오드칩(4)으로부터 소정 공간을 두고 씌운 형태로 이루어진다. 즉, 캡(10)을 제작할 때 미리 형광물질이 캡 형성용 물질에 함유되고 이러한 캡 형성용 물질을 금형틀로 성형하여 소정의 캡(10)을 만든 다음, 이 캡(10)을 미리 전처리로 제조된 발광다이오드칩(4)에 씌우게 됨으로써, 백색 발광다이오드 패키지가 완성될 수 있다.
도 1 내지 도 3과 같은 종래의 백색 발광다이오드 패키지 구조에 따르면, 발광다이오드칩(4)으로부터 발광된 광이 소정의 형광물질(7) 또는 형광체(9)에 의해 백색광으로 변환되어 출력되게 된다.
하지만, 도 1 및 도 3과 같은 종래의 백색 발광다이오드 패키지에서는 형광물질(7)이 성형된 에폭시 수지의 저 부분에 걸쳐서 분포되게 됨에 따라 필요 이상으로 많이 들게 된다. 일반적으로 형광물질이 매우 고가인 점을 감안하면 도 1 및 도 3과 같은 구조는 매우 비용이 많이 들게 되어 고가의 제조 단가가 요구되어진다.
또한, 도 2와 같은 종래의 백색 발광다이오드 패키지 구조에서는 도 1 및 도 3의 구조에 비해 형광체(9)가 적게 사용되게 되지만, 반사컵(3) 내에서 발광다이오드칩(4)을 감싸고 덮여진 형광체(9)가 위치에 따라 서로 다른 두께를 가지게 되어 광투과 효율이 나빠지게 되고 이에 따라 발광효율이 감소되게 된다. 즉, 반사컵(3) 내에 채워진 형광체(9)가 직선형태가 아닌 곡선 형태로 형성되게 되어, 반사컵(3) 가장자리에는 비교적 형광체(9)가 두껍게 형성되는데 반해 반사컵(3) 중앙의 발광다이오드칩(4) 상에는 발광다이오드칩 때문에 그만큼 형광체(9)가 채워지지 않게 되어 비교적 얇게 형성되게 된다. 이와 같이 형광체가 서로 다른 두께를 가지게 됨으로써, 투과율이 일정하지 않게 되고 또한 발광특성 및 발광효율이 저하되게 되는 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명은 균일한 두께를 갖는 판상의 형광체층을 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 형성함으로써, 발광 특성 및 발광효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 백색 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 일 예시도.
도 2는 종래의 백색 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 다른 예시도.
도 3은 종래의 백색 다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸 또 다른 예시도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 설명하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>
21, 51a, 51b, 51c : 애노드 전극
22, 52a, 52b, 52c : 캐소드전극
24, 54a, 54b, 54c : 발광다이오드칩
26, 56a, 56b, 56c ; 형광체층
27, 57 : 광투과성 에폭시 수지층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 반도체 발광소자는, 애노드전극 및 캐소드전극으로 이루어지는 금속단자부; 상기 전극들 중 하나의 전극의 상단에 형성된 반사컵 내에 실장되며, 와이어 본딩을 이용하여 상기 애노드전극 및 상기 캐소드전극에 각각 전기적으로 연결되는 발광소자칩; 및 상기 발광소자칩을 밀봉하여 형성되는 광투과성 수지층을 포함하고, 상기 광투과성 수지층 내부에 상기 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층이 형성된다. 이때, 상기 형광체층은 복수개로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따르면, 반도체 발광소자는, 복수의 애노드전극 및 복수의 캐소드전극으로 이루어지는 금속단자부; 서로 다른 파장에 상응하는 광을 발광하고, 상기 복수의 전극들의 상단에 형성된 반사컵 내에 실장되며, 와이어 본딩을 이용하여 상기 애노드전극 및 상기 캐소드전극에 각각 전기적으로연결되는 복수의 발광소자칩들; 및 상기 복수의 발광소자칩들을 밀봉하여 형성되는 광투과성 수지층을 포함하고, 상기 광투과성 수지층 내부에 상기 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층으로 형성된다. 이때, 상기 형광체층은 복수개로 이루어질 수 있다.
상기 광투과성 수지층은, 상기 발광소자칩을 1차 밀봉하고, 상기 1차 밀봉에 의해 마련되는 안착홈에 상기 형광체층을 형성한 다음, 상기 형광체층 상에 2차 밀봉하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 광투과성 수지층은, 상기 발광소자칩을 1차 밀봉하고, 상기 1차 밀봉에 의해 마련되는 제1 안착홈에 상기 복수의 형광체층들 중 제1 형광체층을 형성한 다음 상기 제1 형광체층 상에 2차 밀봉하고, 상기 2차 밀봉에 의해 마련되는 제2 안착홈에 상기 제2 형광체층을 형성한 다음 상기 제2 형광체층 상에 3차 밀봉하며, 상기 3차 밀봉에 의해 마련되는 제3 안착홈에 상기 제3 형광체층을 형성한 다음 상기 제3 형광체층 상에 4차 밀봉하여 형성될 수 있다.
상기 형광체층은 적어도 상기 반사컵을 포함하는 면적으로서 판상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따르면, 반도체 발광소자의 제조방법은, 반사컵이 형성된 금속단자부와 상기 반사컵 내부에 실장되는 발광소자칩 사이를 와이어 본딩을 이용하여 전기적으로 연결하는 단계; 상기 발광소자칩을 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 상기 발광소자칩 상에 균일 두께를 갖는 형광체층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 형광체층을 밀봉하는 단계를 포함한다. 이때, 복수의 형광체층을 형성하기 위하여 상기 형광체층을 형성하는 단계 및 이를 밀봉하는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따르면, 반도체 발광소자의 제조방법은, 반사컵이 형성된 금속단자부와 서로 다른 파장에 상응하는 광을 발광하고 상기 반사컵 내부에 실장되는 복수의 발광소자칩들 사이를 와이어 본딩을 이용하여 전기적으로 연결하는 단계; 상기 복수의 발광소자칩들을 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 상기 발광소자칩 상에 균일 두께를 갖는 형광체층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 형광체층을 밀봉하는 단계를 포함한다. 이때, 복수의 형광체층을 형성하기 위하여 상기 형광체층을 형성하는 단계 및 이를 밀봉하는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 반도체 발광다이오드 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 백색 발광다이오드 패키지는 애노드전극(21) 및 캐소드전극(22)으로 이루어지는 금속단자부와, 상기 캐소드전극(22)의 상단에 형성된 반사컵(23) 내에 실장되며, 와이어(25) 본딩을 이용하여 상기 애노드전극(21) 및 상기 캐소드전극(22)에 각각 전기적으로 연결되는 발광다이오드칩(24)과, 상기 발광다이오드칩(24)을 밀봉하여 형성되는 광투과성 에폭시 수지층(27)을 포함한다. 본 발명에서는 발광다이오드칩(24)이 상기 캐소드전극(22) 상에 실장되었지만, 상기 발광다이오드칩(24)은 필요에 따라 상기 애노드전극(21) 상에 형성될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광다이오드칩(24)이 실장되는 반사컵도 상기 애노드전극의 상단에 함몰되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 광투과성 에폭시 수지(27) 내부에 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층(26)이 형성된다. 여기서, 상기 형광체층(26)은 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 발광된 광을 백색광으로 변환시킬 수 있는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 발광다이오드칩(24)이 청색광을 내는 것이라면, 상기 형광체층(26)은 YAG 형광물질로 이루어질 수 있다. 상기 형광체층(26)의 면적은 적어도 상기 반사컵(23)을 포함할 수 있을 정도로 넓게 형성되어야 한다. 즉, 상기 형광체층(26)은 원 형태로 이루어지고, 상기 애노드전극(21)과 상기 캐소드전극(22) 사이에 위치하되, 상기 반사컵(23)을 경유한 광이 반사되어 전면으로 진행될 때 반드시 상기 형광체층(26)을 통과하도록 적어도 반사컵(23)보다 일정 정도 넓은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 형광체층(26)은 2단계의 밀봉 공정으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광다이오드칩(24)이 실장된 다음에 에폭시 수지 등으로 밀봉을 하게 되는데, 먼저 형광체층(26)이 형성되기 위한 안착홈을 형성하기 위해 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 일정 거리가 이격될 수 있도록 에폭시 수지를 이용하여 1차 밀봉을 한다. 이에 따라, 상기 발광다이오드칩(24) 상에 소정의 제1 광투과성 에폭시 수지층이 형성된다. 이러한 1차 밀봉에 의해 상기 형광체층(26)을 형성할 안착홈이 상기 제1 광투과성 에폭시 수지층 상면에 형성되게 되고, 이와 같이 형성된 안착홈에 일정두께가 되도록 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입한 다음 경화시킴으로써, 일정 두께를 갖는 형광체층(26)이 형성된다. 여기서, 안착홈은 미리 적어도 상기 반사컵(23)을 포함할 수 있을 정도에 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 일정 거리 이격되도록 설계 제작된 금형틀에 형성되게 된다. 따라서, 이와 같이 형성된 금형틀에 에폭시 수지를 채운다음 와이어(25) 본딩 처리된 발광다이오드칩(24)을 상기 채워진 에폭시 수지에 삽입하여 경화를 시킴으로써, 1차 밀봉이 완성된다. 여기서, 상기 형광체층(26)은 형광체액을 주입하는 대신에 미리 만들어진 필름 형상을 이용할 수 도 있다. 즉, 미리 가공되어진 필름 형상의 형광체층을 상기 안착홈에 삽입시킨 다음 2차 밀봉을 통해 소정의 형광체층(26)이 형성되게 된다.
한편, 형광체층(26)이 형성되면, 상기 형광체층을 에폭시 수지로 덮기 위한 별도로 제작된 또 다른 금형틀을 이용하여 에폭시 수지를 2차 밀봉하게 된다. 다시 말해, 준비된 금형틀에 에폭시 수지를 채운다음 그 위에 형광체층(26)이 형성된 제1 광투과성 에폭시 수지층이 접촉되도록 삽입한 다음 경화시킴으로써, 2차 밀봉이 완성되게 된다. 이에 따라, 상기 제1 광투과성 에폭시 수지층 상면으로 소정의 제2 광투과성 에폭시 수지층이 형성된다.
이때, 상기 1차 밀봉과 2차 밀봉에 사용되는 에폭시 수지는 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 형광체층(26)은 판 형태로 일정한 두께를 갖고 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 형광체층(26)은 원형으로 이루어져 있으나 반드시 원형일 필요는 없고, 사용용도에 따라 원형, 사각형, 원뿔형, 타원형 등 어떠한 형태로 이루어져도 상관은 없지만, 반드시 일정한 두께를 갖는 판상으로 이루어져야 한다. 이와 같이 형광체층(26)이 형성되어야만, 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 발광된 광이 일정한 두께를 갖는 형광체층을 투과하게 됨으로써, 일정한 투과율로 인해 발광특성 밀 발광효율이 향상될 수 있게 된다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 설명한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 먼저 애노드전극(21)과 캐소드전극(22)으로 이루어지는 리드프레임이 마련된다. 이때, 상기 캐소드전극(22) 상단에는 반사컵(23)이 함몰된 형태로 형성된다.
상기 캐소드전극(22)에 형성된 반사컵 내에 미리 제조된 발광다이오드칩(24)을 실장한다. 그리고, 이어서 상기 애노드전극(21) 및 상기 캐소드전극(22) 각각과 상기 발광다이오드칩(24) 사이를 와이어(25)를 이용하여 본딩 처리하여 상기 전극들(21, 22)과 상기 발광다이오드칩(24)을 전기적으로 연결시킨다.
도 5b에 나타낸 바와 같이, 1차 밀봉을 위한 금형틀(28)이 마련된다. 이러한 금형틀(28)에는 형광체층을 형성할 안착홈(30)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 금형틀(28)에 광투과성이 뛰어난 에폭시 수지 등을 채워 제1 광투과성 에폭시 수지층(27a)을 성형한 다음, 이와 같이 성형된 제1 광투과성 에폭시 수지층(27a) 내부로 와이어(25) 본딩 처리된 발광다이오드칩(24)을 삽입시킨 다음 경화시킨다.
도 5c에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 광투과성 에폭시 수지층(27a)의 안착홈(30)에 미리 준비된 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입한 다음 경화시킴으로써, 소정의 형광체층(26)이 형성되게 된다. 상기 형광체층(26)은 상기 발광다이오드칩(24)으로부터 일정 거리 이격되고, 적어도 상기 반사컵(23)을 포함하며, 판 형태로 일정한 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 조건은 모두 상기 금형틀(28) 제작시 안착홈(30)을 적절히 설계함으로써 달성될 수 있다.
이와 같이 형광체층(26)이 상기 제1 광투과성 에폭시 수지층(27a) 상면의 안착홈(30)에 형성되면, 렌즈부를 형성하기 위해 마련된 또 다른 금형틀(29)에 상기 1차 밀봉에서 사용된 재료와 동일한 에폭시 수지를 채워 제2 광투과성 에폭시 수지층(27b)을 성형한다(도 5d).
다음에, 형광체층(30)이 형성된 제1 광투과성 에폭시 수지층(27a)이 상기 제2 광투과성 에폭시 수지층(27b) 상면에 접촉되도록 삽입한 다음 경화를 수행함으로써, 최종적인 발광다이오드 패키지가 제조되게 된다(도 5e).
한편, 적색, 녹색, 청색에 상응하는 복수의 발광다이오드칩과 하나의 형광체층, 또는 하나의 발광다이오드칩과 복수의 형광체층(예컨대, R, G, B 형광체)을 이용하여 백색을 생성할 수 있는 발광다이오드 패키지도 만들 수 있다.
필요에 따라서는 복수의 발광다이오드칩과 복수의 형광체층으로 백색을 구현할 수도 있다. 물론, 복수의 발광다이오드칩만을 가지고서 백색을 구현할 수도 있지만, 연색성에 문제가 있어 통상적으로는 형광체를 이용하여 백색을 구현하게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6a는 복수의 발광다이토드칩에 하나의 형광체층 또는 복수의 형광체층을 이용한 발광다이오드 패키지를 나타내고, 도 6b는 하나의 발광다이오드칩에 복수의 형광체층을 이용한 발광다이오드 패키지를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 백색 발광다이오드 패키지는 복수의 애노드전극들(51a, 51b, 51c) 및 복수의 캐소드전극들(52a, 52b, 52c)로 이루어지는 금속단자부와, 상기 복수의 캐소드전극들(52a, 52b, 52c)의 상단에 각각 형성된 반사컵(53) 내에 실장되며, 와이어(55a, 55b, 55c) 본딩을 이용하여 상기 복수의 애노드전극들(51a, 51b, 51c) 및 상기 복수의 캐소드전극들(52a, 52b, 52c)에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c)과, 상기 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c)을 밀봉하여 형성되는 광투과성 에폭시 수지층(57)을 포함한다. 본 발명에서는 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c) 각각이 상기 복수의 캐소드전극들(52a, 52b, 52c) 상에 실장되었지만, 상기 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c) 각각은 필요에 따라 상기 복수의 애노드전극들(51a, 51b, 51c) 상에 형성될 수도 있다. 이에 따라 상기 복수의 발광다이오드칩들이(54a, 54b, 54c) 실장되는 반사컵(53)도 상기 복수의 애노드전극들(51a, 51b, 51c)의 상단에 함몰되도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c)은 각각 적색, 녹색, 청색 발광다이오드칩으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 광투과성 에폭시 수지층(57) 내부에 상기 복수의 발광다이오드칩들(54a, 54b, 54c)로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 하나의 형광체층(56c) 또는 복수의 형광체층(예컨대, R, G, B 형광체층)이 형성된다. 여기서, 상기 형광체층(56)은 상기 복수의 발광다이오드칩(54a, 54b, 54c)의 조합에 의해 발광된 광을 백색으로 변환시킬 수 있는 형광물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 복수의 발광다이오드칩에 하나의 형광체층 또는 복수의 형광체층을 이용하여 백색을 구현할 수 있다.
이미 앞서 설명한 바와 같이, 상기 형광체층(56c)의 면적은 적어도 상기 반사컵(53)을 포함할 수 있을 정도로 넓게 형성되어야 한다. 즉, 상기 형광체층(56c)은 원 형태로 이루어지고, 상기 복수의 애노드전극들(51a, 51b, 51c)과 상기 복수의 캐소드전극들(52a, 52b, 52c) 사이에 위치하되, 상기 반사컵(53)을 경유한 광이 반사되어 전면으로 진행될 때 반드시 상기 형광체층(56c)을 통과하도록 적어도 반사컵(53)보다 일정 정도 넓은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 백색 발광다이오드 패키지는 하나의 발광다이오드칩(54a)에 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c)를 이용하여 만들어질 수 있다. 즉, 백색 발광다이오드 패키지는 하나의 애노드전극(51a) 및 하나의 캐소드전극(52a)으로 이루어지는 금속단자부와, 상기 하나의 캐소드전극(52ac)의 상단에 형성된 반사컵(53) 내에 실장되며, 와이어(55a) 본딩을 이용하여 상기 하나의 애노드전극(51a)및 상기 하나의 캐소드전극(52a)에 전기적으로 연결되는 하나의 발광다이오드칩(54a)과, 상기 하나의 발광다이오드칩(54a)을 밀봉하여 형성되는 광투과성 에폭시 수지층(57)을 포함한다.
이때, 상기 광투과성 에폭시 수지층(57) 내부에 상기 하나의 발광다이오드칩들(54a)로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c)이 형성된다. 여기서, 상기 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c)은 상기 하나의 발광다이오드칩(54a)의 조합에 의해 발광된 광을 백색으로 변환시킬 수 있는 형광물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 하나의 발광다이오칩(54a)에 복수의 형광체층을 이용하여 백색을 구현할 수 있다.
이미 앞서 설명한 바와 같이, 상기 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c) 각각의 면적은 적어도 상기 반사컵(53)을 포함할 수 있을 정도로 넓게 형성되어야 한다. 즉, 상기 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c)은 원 형태로 이루어지고, 상기 하나의 애노드전극(51a)과 상기 하나의 캐소드전극(52a) 사이에 위치하되, 상기 반사컵(53)을 경유한 광이 반사되어 전면으로 진행될 때 반드시 상기 복수의 형광체층(56a, 56b, 56c)을 통과하도록 적어도 반사컵(53)보다 일정 정도 넓은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 밀봉은 형광체층이 한개인 경우에는 2번만 수행하면 되지만, 형광체층이 복수인 경우에는 여러번 수행되게 된다.
이하에서, 이러한 밀봉 과정을 포함하여 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백색 발광다이오드 패키지의 제조방법을 설명하는 도면이다. 도 7a 내지 도 7h는 복수개의 형광체층을 형성하는 방법에 대해 설명하고 있다. 물론, 한개의 형광체층을 형성하는 경우에는 도 5a 내지 도 5e에 설명되는 공정에 따라 형성될 수 있다. 따라서, 복수개의 형광체층을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 먼저 애노드전극(51a)과 캐소드전극(52a)으로 이루어지는 리드프레임이 마련된다. 이때, 상기 캐소드전극(52a) 상단에는 반사컵(53)이 함몰된 형태로 형성된다. 상기 캐소드전극(52a)에 형성된 반사컵(53) 내에 미리 제조된 발광다이오드칩(54a)을 실장한다. 이어서 상기 애노드전극(51a) 및 상기 캐소드전극(52a) 각각과 상기 발광다이오드칩(54a) 사이를 와이어(55a)를 이용하여 본딩 처리하여 상기 전극들(51a, 52a)과 상기 발광다이오드칩(54a)을 전기적으로 연결시킨다. 이때, 상기 발광다이오드칩(54a)는 하나일 수도 있고 또는 복수개일 수도 있다.
다음에, 미리 준비된 1차 밀봉을 위한 제1 금형틀(60)에 광투과성이 뛰어난 에폭시 수지 등을 채워 제1 광투과성 에폭시 수지층(64)을 형성한 다음, 이와 같이 형성된 제1 광투과성 에폭시 수지층(64) 내부로 와이어(55a) 본딩 처리된 발광다이오드칩(54a)을 삽입시킨 다음 경화시킨다(도 7b). 이때, 상기 제1 금형틀(60)에는 형광체층(56)을 형성할 제1 안착홈(68)이 형성되어 있다.
상기 제1 금형틀(60)로부터 성형된 제1 광투과성 에폭시 수지층(64)을 이탈시킨 다음, 상기 제1 안착홈(68)에 미리 준비된 적색용 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입한 다음 경화시킴으로써, 소정의 제1 형광체층(56a)이 형성되게 된다(도 7c). 상기 제1 형광체층(56a)은 상기 발광다이오드칩(54a)으로부터 일정 거리 이격되고, 적어도 상기 반사컵(53)을 포함하며, 판 형태로 일정한 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 조건은 모두 상기 제1 금형틀(60) 제작시 제1 안착홈(68)을 적절히 설계함으로써 달성될 수 있다.
한편, 도 7d에 나타낸 바와 같이, 미리 준비된 2차 밀봉을 위한 제2 금형틀(61)에 광투과성이 뛰어난 에폭시 수지 등을 채워 제2 광투과성 에폭시 수지층(65)을 형성한 다음, 이와 같이 형성된 제2 광투과성 에폭시 수지층(65) 상면과 접촉되도록 상기 제1 형광체층(56a)이 형성된 제1 광투과성 에폭시 수지층(64)을 삽입시킨 다음 경화시킨다. 이때, 상기 제2 금형틀(61)에는 제2 형광체층(56b)을 형성할 제2 안착홈(69)이 형성되어 있다.
이어서, 앞서 설명한 것과 유사하게 상기 제2 금형틀(61)로부터 제2 광투과성 에폭시 수지층(65)을 이탈시킨 다음, 상기 제2 안착홈(69)에 미리 준비된 녹색용 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입한 다음 경화시킴으로써, 소정의 제2 형광체층(56b)이 형성되게 된다(도 7e).
다음에, 제3형광체층(56c)을 형성하기 위한 제3 밀봉 공정이 수행된다.
즉, 도 7f에 나타낸 바와 같이, 미리 준비된 3차 밀봉을 위한 제3 금형틀(62)에 광투과성이 뛰어난 에폭시 수지 등을 채워 제3 광투과성 에폭시 수지층(66)을 형성한 다음, 이와 같이 형성된 제3 광투과성 에폭시 수지층(66) 상면과 접촉되도록 상기 제2 형광체층(56b)이 형성된 제2 광투과성 에폭시 수지층(65)을삽입시킨 다음 경화시킨다. 이때, 상기 제3 금형틀(62)에는 제3 형광체층(56c)을 형성할 제3 안착홈(70)이 형성되어 있다.
이어서, 상기 제3 금형틀(62)로부터 상기 3 광투과성 에폭시 수지층(66)을 이탈시킨 다음, 상기 제3 안착홈(70)에 미리 준비된 청색용 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입한 다음 경화시킴으로써, 소정의 제3 형광체층(56c)이 형성되게 된다(도 7g).
이와 같이, 3개의 서로 다른 형광체층들(56a, 56b, 56c)을 형성하기 위해 매우 유사한 제1, 제2 및 제3 밀봉 공정이 수행된다. 이때, 각 밀봉 공정에서 금형틀의 내부 깊이는 증가되게 된다. 즉, 서로 다른 형광체층(56a, 56b, 56c)을 차례로 형성시켜야 하고, 각 형광체층을 형성할 때마다 광투과성 에폭시 수지층(64, 65, 66)의 두께가 조금씩 증가하게 되므로, 밀봉 공정이 진행될수록 해당 밀봉 공정에서 사용되는 금형틀의 내부 깊이는 증가되게 된다.
이와 같은 제1, 제2 및 제3 밀봉 공정에 의해 적색, 녹색 및 청색의 형광체층들(56a, 56b, 56c)이 모두 형성되게 되면, 마지막으로 렌즈부를 형성하기 위한 제4차 밀봉 공정이 진행된다.
즉, 미리 준비된 제4 금형틀(63)에 에폭시 수지 등을 채워 제4 광투과성 에폭시 수지층(67)을 형성한 다음, 이와 같이 형성된 제4 광투과성 에폭시 수지층(67) 상면과 접촉되도록 상기 제3 형광체층(56c)이 형성된 제3 광투과성 에폭시 수지층(66)을 삽입시킨 후 경화시킨 다음, 상기 제4 금형틀(63)로부터 상기 제4광투과성 에폭시 수지층(67)을 이탈시킴으로써 최종적인 발광다이오드 패키지가제조되게 된다(도 7h). 이때, 제4 금형틀(63)은 기존의 것을 그대로 이용해도 무방하다.
한편, 안착홈을 이용하여 각 형광체층을 형성하는 경우에 앞서 설명한 바와 같이 미리 준비된 형광체액을 도포, 코팅 또는 인쇄 등을 이용하여 주입하는 방법도 있지만, 이와는 별도로 미리 각 형광체층들에 맞도록 필름형태로 가공하여, 이와 같이 가공된 필름을 상기 안착홈에 삽입하는 방법도 고려할 수 있다.
이상과 같은 방법으로 백색 발광다이오드 패키지를 제조하게 되면, 하나의 형광체층 또는 복수의 형광체층들이 발광다이오드칩으로부터 일정 거리 이격되는 위치에 일정 두께를 갖고 형성되게 됨으로써, 균일한 투과율에 의해 발광 특성 및 발광 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 반도체 발광소자 및 그 제조방법에 의하면, 일정한 두께를 갖는 판상의 형광체층을 발광소자칩으로부터 일정 거리 이격되게 형성시킬 수 있어 비교적 소량의 형광체를 이용하여 균일한 발광 특성을 얻을 수 있고 나아가 발광소자칩으로부터 발광된 모든 광들이 반드시 형광체를 투과하게 됨으로써, 발광효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 애노드전극 및 캐소드전극으로 이루어지는 금속단자부;
    상기 전극들 중 하나의 전극의 상단에 형성된 반사컵 내에 실장되며, 와이어 본딩을 이용하여 상기 애노드전극 및 상기 캐소드전극에 각각 전기적으로 연결되는 발광소자칩; 및
    상기 발광소자칩을 밀봉하여 형성되는 광투과성 수지층을 포함하고,
    상기 광투과성 수지층 내부에 상기 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 발광소자칩으로부터 발광된 광을 백색광으로 변환시킬 수 있는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형광체층은 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 복수의 애노드전극 및 복수의 캐소드전극으로 이루어지는 금속단자부;
    서로 다른 파장에 상응하는 광을 발광하고, 상기 복수의 전극들의 상단에 형성된 반사컵 내에 실장되며, 와이어 본딩을 이용하여 상기 애노드전극 및 상기 캐소드전극에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 발광소자칩들; 및
    상기 복수의 발광소자칩들을 밀봉하여 형성되는 광투과성 수지층을 포함하고,
    상기 광투과성 수지층 내부에 상기 발광소자칩으로부터 소정 거리 이격된 위치에 균일 두께를 갖는 형광체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 복수의 발광소자칩들로부터 발광된 광을 백색광으로 변환시킬 수 있는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 형광체층은 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 광투과성 수지층은,
    상기 발광소자칩을 1차 밀봉하고, 상기 1차 밀봉에 의해 마련되는 안착홈에 상기 형광체층을 형성한 다음, 상기 형광체층 상에 2차 밀봉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 광투과성 수지층은,
    상기 발광소자칩을 1차 밀봉하고, 상기 1차 밀봉에 의해 마련되는 제1 안착홈에 상기 복수의 형광체층들 중 제1 형광체층을 형성한 다음 상기 제1 형광체층 상에 2차 밀봉하고, 상기 2차 밀봉에 의해 마련되는 제2 안착홈에 상기 제2 형광체층을 형성한 다음 상기 제2 형광체층 상에 3차 밀봉하며, 상기 3차 밀봉에 의해 마련되는 제3 안착홈에 상기 제3 형광체층을 형성한 다음 상기 제3 형광체층 상에 4차 밀봉하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 이격된 위치는 적어도 상기 와이어와 접촉되지 않는 위치인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 형광체층은 적어도 상기 반사컵을 포함하는 면적으로서 판상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 광투과성 수지층의 내부로 형광체액을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  12. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 형광체층은 상기 광투과성 수지층의 내부로 미리 가공된 필름 형상을 삽입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 반사컵이 형성된 금속단자부와 상기 반사컵 내부에 실장되는 발광소자칩 사이를 와이어 본딩을 이용하여 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 발광소자칩을 밀봉하는 단계;
    상기 밀봉된 상기 발광소자칩 상에 균일 두께를 갖는 형광체층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 형광체층을 밀봉하는 단계
    를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 복수의 형광체층을 형성하기 위하여 상기 형광체층을 형성하는 단계 및 이를 밀봉하는 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 밀봉에 의해 상기 형광체층을 형성하기 위한 안착홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 밀봉 재질은 동일한 광투과성 수지층이 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  17. 반사컵이 형성된 금속단자부와 서로 다른 파장에 상응하는 광을 발광하고 상기 반사컵 내부에 실장되는 복수의 발광소자칩들 사이를 와이어 본딩을 이용하여전기적으로 연결하는 단계;
    상기 복수의 발광소자칩들을 밀봉하는 단계;
    상기 밀봉된 상기 발광소자칩 상에 균일 두께를 갖는 형광체층을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 형광체층을 밀봉하는 단계
    를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 복수의 형광체층을 형성하기 위하여 상기 형광체층을 형성하는 단계 및 이를 밀봉하는 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  19. 제17 또는 제18항에 있어서, 상기 형광체층을 형성하기 위한 안착홈들이 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 밀봉 재질은 동일한 광투과성 수지층이 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
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