KR20050090505A - 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 백색 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩과, 상면이 대략 반구형으로 발광 다이오드 칩을 밀봉하는 제1 몰딩부와, 제1 몰딩부의 반구형 상면 부분에 집중되어 분포되어 있는 형광체층 및 제1 몰딩부와 형광체층을 둘러싸고 있는 제2 몰딩부를 구비하여, 발광 다이오드 칩의 상면으로 방출되는 빛이나 측면으로 방출되는 빛이 모두 균일한 형광체층을 통과하게 되므로 빛의 방출 방향에 대해서 균일한 백색광을 얻을 수 있다.

Description

백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법{White light emitting diode and manufacturing method thereof}

본 발명은 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광체를 사용하는 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 다이오드나 발광 다이오드(LED)와 같은 발광 소자는 그 방출 파장이 일정한 영역대로 한정이 되어 있어서 다양한 파장의 빛을 방출하는데는 한계가 있다. 따라서, 다양한 파장의 광원이 필요한 경우에는 발광 다이오드 칩 위에 형광체를 도포하여 원하는 파장의 빛을 얻고 있다. 예를 들어, 백색 발광 소자를 얻기 위해서는 청색광을 방출하는 발광 다이오드 칩에 황색 여기 발광 특성을 가지는 형광체를 도포하여 청색광 및 황색광의 혼합광에 의하여 백색광을 구현하는 것이다.

이때, 형광체는 발광 다이오드 칩을 봉지하는 에폭시 수지와 혼합시켜 도포한 후 경화시키게 되는데, 형광체와 에폭시 수지의 비중 차이로 인하여 형광체가 가라앉는 현상이 나타나게 된다. 이러한 종래의 발광 다이오드 소자가 도 4에 도시되어 있으며, 리드 프레임(20)의 한 전극 위에 발광 다이오드 칩(10)을 배치하고 다른 전극과 전기적으로 연결시킨 후 형광체(30)를 에폭시 수지에 혼합시켜 경화시키고 마지막으로 투명 에폭시 수지로 몰딩부(40)를 형성한다. 이때, 형광체(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 에폭시 수지와의 비중 차이로 인하여 칩(10) 주위로 가라앉게 되어 형광체가 과다하게 사용될 뿐 아니라, 과다한 형광체 사용으로 인하여 발광 소자의 전체적인 발광 효율이 낮아지게 된다. 또한, 칩(10) 측면으로 방출되어 리드 프레임(20)에서 반사되어 나오는 빛의 경우, 칩(10)의 위쪽으로 방출되는 빛에 비하여 상대적으로 형광체와 반응이 많아지므로, 칩(10) 측면으로 방출되는 빛과 칩(10) 위쪽으로 방출되는 빛의 파장 차이가 현저하게 되어, 빛의 방출 방향에 따라 파란색 띠와 노란색 띠가 뚜렷하게 나타나는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 방출되는 빛이 방출 방향에 따른 띠 현상이 없이 균일한 백색광이 구현될 수 있는 백색 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 넓은 지향각을 가지면서 발광 효율을 향상시킬 수 있는 백색 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적 및 기타 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는

발광 다이오드 칩;

상면이 대략 반구형으로 발광 다이오드 칩을 밀봉하는 제1 몰딩부;

제1 몰딩부의 반구형 상면 부분에 집중되어 분포되어 있는 형광체층; 및

제1 몰딩부와 형광체층을 둘러싸고 있는 제2 몰딩부로 이루어진다.

본 발명의 다른 특징에 따른 백색 발광 다이오드 제조 방법은

대략 반구형 밑면을 가진 제1 몰드컵에 발광 다이오드 칩을 장착하고 형광체가 혼합된 제1 에폭시 수지를 주입하는 단계;

상기 형광체가 제1 몰드컵의 반구형 밑면으로 가라앉도록 제1 에폭시 수지를 경화시켜 제1 몰딩부를 형성하는 단계;

제1 몰딩부를 제1 몰드컵보다 직경이 큰 제2 몰드컵에 장착하고 제2 에폭시 수지를 주입하는 단계; 및

제2 에폭시 수지를 경화시켜 제2 몰딩부를 형성하는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 설명한다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 백색 발광 다이오드(100)는 발광 다이오드 칩(110)과 제1 몰딩부(140), 형광체층(130) 및 제2 몰딩부(150)로 이루어진다.

발광 다이오드 칩(110)은 리드 프레임(120)의 한 전극 위에 배치되어 있고, 칩(110)을 다른 전극과 전기적으로 연결시켜 사용하게 된다. 발광 다이오드 칩(110)이 배치되는 리드 프레임은 칩에서 방출되는 빛을 효율적으로 모으기 위하여 오목한 컵 형태로 되어 있다.

제1 몰딩부(140)는 상면이 대략 반구형으로 되어 있으며 발광 다이오드 칩을 밀봉한다. 제1 몰딩부(140)는 투명성이 좋은 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.

형광체층(130)은 발광 다이오드 칩(110)에서 나온 빛을 다른 파장의 빛을 변환시키는 역할을 하며, 제1 몰딩부(140)의 반구형 상면 부분에 집중되어 분포된다. 즉, 형광체층(130)이 발광 다이오드 칩(110)의 주위로 거의 균일하게 분포하기 때문에 형광체층(130)에 의하여 파장변환되는 빛도 균일하게 방출되게 된다. 또한, 형광체층(130)이 발광 다이오드 칩(110)과 일정 거리를 유지하며 분포하기 때문에 칩(110)과 리드프레임(120)을 연결하는 와이어에는 상대적으로 형광체가 분포하지 않게 되어 제품의 신뢰성이 향상된다.

제2 몰딩부(150)는 제1 몰딩부(140)와 형광체층(130)을 둘러싸도록 이루어지며, 제1 몰딩부(140)와 마찬가지로 투명성이 좋은 에폭시 수지로 이루어진다. 이때, 제1 몰딩부(140)와 제2 몰딩부(150)의 에폭시 수지가 동일한 경우에는 제1 몰딩부(140)와 제2 몰딩부(150) 사이의 경계면이 없어지기 때문에 발광 다이오드(100)의 내부에서는 빛이 굴절되지 않고 방출되게 된다. 제1 몰딩부(140)와 제2 몰딩부(150)의 에폭시 수지를 굴절률이 다른 종류로 사용하는 경우, 제1 몰딩부(140)와 제2 몰딩부(150)의 경계면에서 빛이 굴절되므로 이 현상을 이용하여 최종적으로 방출되는 빛의 지향각을 조절할 수도 있다.

발광 다이오드 칩(110)의 종류와 형광체의 종류는 방출 파장과 변환 파장에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 청색 파장 영역의 빛을 방출하는 발광 다이오드 칩을 사용하고 황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 사용하는 경우 발광 다이오드 칩(110)에서 방출하는 청색광과 형광체에서 여기 발광된 황색광의 조합에 의하여 최종적으로 발광 다이오드(100)는 백색광을 방출하게 된다.

이러한 본 발명에 따른 발광 다이오드(100)는 발광 다이오드 칩(110)의 상면으로 방출되는 빛이나 측면으로 방출되어 리드프레임(120)에서 반사되는 빛이 모두 균일한 형광체층(130)을 통과하게 되므로 빛의 방출 방향에 대해서 균일한 백색광을 얻을 수 있다. 즉, 칩(110) 측면으로 방출되어 리드 프레임(120)에서 반사되어 나오는 빛의 경우도 칩(110)의 상면으로 방출되는 빛과 동일하게 형광체층(130)과 반응하기 때문에 빛의 방출 방향에 따라서 파장 차이가 나지 않게 된다.

또한, 형광체를 필요한 양만큼만 사용하여도 균일한 백색광을 얻을 수 있기 때문에 형광체 재료를 절감할 수 있어서 제조 비용을 절감할 수 있다.

다음으로, 도 2 및 도 3a-3c를 참조하여, 본 발명이 구현되는 백색 발광 다이오드(LED)의 제조 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 백색 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 3a-3c는 각각의 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(120)의 한 전극 위에 발광 다이오드 칩(110)을 배치하고 다른 전극과 전기적으로 연결시킨 후, 대략 반구형 밑면을 가진 제1 몰드컵에 발광 다이오드 칩(110)을 아래로 향하게 배치시킨다.(도 2의 S10) 다음으로, 형광체(131)가 혼합된 제1 에폭시 수지(140)를 제1 몰드컵에 주입한다.(도 2의 S20)

다음으로 도 3b와 같이, 에폭시 수지보다 비중이 큰 형광체(131)는 아래쪽으로 가라앉게 되어 제1 몰드컵(200)의 반구형 밑면의 형상과 유사하게 균일한 반구형의 분포를 가진 형광체층(130)을 형성하고, 제1 에폭시 수지(141)가 경화되어 제1 몰딩부(140)를 형성하게 된다.(도 2의 S30)

다음으로 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 몰드컵(200) 보다 직경이 큰 제2 몰드컵(300)에 제1 몰딩부(140)를 장착하고 다시 제2 에폭시 수지(151)를 주입한다.(도 2의 S40) 이후에, 제2 에폭시 수지(151)를 경화시켜 제2 몰딩부를 형성하면, 도 1과 같이 제1 및 제2 몰딩부(140, 150)의 중간에 형광체층(130)이 반구형으로 분포된 백색 발광 다이오드(100)를 제조할 수 있다.

이때, 제1 몰드컵(200)과 제2 몰드컵(300)은 종래에 사용하던 몰드컵을 그대로 이용할 수 있으며, 예를 들어 일반적으로 많이 사용하는 직경 3mm용의 몰드컵과 5mm 용의 몰드컵을 사용할 수 있다. 즉, 제1 몰드컵(200)으로 직경 3mm용의 몰드컵과 제2 몰드컵(300)으로 직경 5mm의 몰드컵을 사용하여 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있어서 별도의 주형기가 필요하지 않다. 따라서, 종래에 사용하던 몰드컵과 성형 장치를 그대로 이용할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다.

이상에서는 램프형 백색 다이오드를 중심으로 설명하였으나 표면 실장형 백색 다이오드의 경우에도 본 발명을 응용할 수 있음은 당연하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩 주위로 거의 균일하게 형광체가 분포하기 때문에 균일한 백색광을 구현할 수 있으며 종래의 백색 발광 다이오드에서 발생하였던 띠 현상을 제거할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩에서 일정 거리에 형광체를 분포시킬 수 있기 때문에, 칩과 전극을 연결하는 와이어에 형광체의 침전층이 생겨 발생했던 종래의 백색 발광 다이오드의 신뢰성 문제를 극복할 수 있다.

본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 제1 및 제2 몰드컵의 반구형상을 조절함으로써 넓은 지향각을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 필요한 양만큼의 형광체만 사용하기 때문에 불필요한 형광체에 의한 발광 효과의 감소 문제도 극복하여 최대 발광 효율을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조 방법은 종래에 사용하던 몰드컵과 성형 장치를 그대로 이용할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 형광체를 필요한 양만큼만 사용하여도 균일한 백색광을 얻을 수 있기 때문에 형광체 재료를 절감할 수 있어서 제조 비용을 더 낮출 수 있다.

이상에서 본 고안의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 고안에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.

도 1은 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조 방법에 대한 순서도이고,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하는 도면이며,

도 4는 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드를 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 110: 발광 다이오드 칩 20, 120: 리드 프레임

30, 131: 형광체 40, 141, 151: 에폭시 수지

130: 형광체층 140, 150: 몰딩부

200: 제1 몰드컵 300: 제2 몰드컵

100: 백색 발광 다이오드

Claims (4)

1. 발광 다이오드 칩;

   상면이 대략 반구형으로 상기 발광 다이오드 칩을 밀봉하는 제1 몰딩부;

   상기 제1 몰딩부의 반구형 상면 부분에 집중되어 분포되어 있는 형광체층; 및

   상기 제1 몰딩부와 형광체층을 둘러싸고 있는 제2 몰딩부

   를 포함하는 백색 발광 다이오드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 백색 발광 다이오드는 램프형인 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 몰딩부와 제2 몰딩부는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
4. 대략 반구형 밑면을 가진 제1 몰드컵에 발광 다이오드 칩을 장착하고 형광체가 혼합된 제1 에폭시 수지를 주입하는 단계;

   상기 형광체가 제1 몰드컵의 반구형 밑면으로 가라앉도록 제1 에폭시 수지를 경화시켜 제1 몰딩부를 형성하는 단계;

   제1 몰딩부를 제1 몰드컵보다 직경이 큰 제2 몰드컵에 장착하고 제2 에폭시 수지를 주입하는 단계; 및

   제2 에폭시 수지를 경화시켜 제2 몰딩부를 형성하는 단계

   를 포함하는 백색 발광 다이오드 제조 방법.