KR20090017576A - 발광 소자 실장용 기판, 광원, 조명 장치, 표시 장치, 교통신호기 및 발광 소자 실장용 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

코어 금속(21)의 표면을 법랑층(22)으로 피복하여 이루어진, 발광 소자 실장용 반사 오목부(23)가 마련된 발광 소자 실장용 기판으로서, 상기 반사 오목부의 주위에 홈(24)이 설치되어 있는 발광 소자 실장용 기판(20)이다.
코어, 법랑층, 피복, 반사 오목부, 홈, 발광소자

Description

발광 소자 실장용 기판, 광원, 조명 장치, 표시 장치, 교통 신호기 및 발광 소자 실장용 기판의 제조방법{Light emitting element mounting substrate, light source, lighting device, display device, traffic light, and method for fabricating light emitting element mounting substrate}
본 발명은 발광 다이오드(이하, LED로 기록한다.) 등의 발광 소자를 실장하기 위한 발광 소자 실장용 기판 및 그 제조방법, 해당 기판에 발광 소자를 실장하여 이루어진 광원, 해당 광원을 구비한 조명 장치, 표시 장치, 교통 신호기에 관한 것이다.
발광 소자는 외력이나 습기 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 보통은 기판에 실장하고 투명한 수지로 발광 소자를 더 봉지하여 패키지화된다. 또 발광 소자에서 발생하는 광을 집광, 확산 등의 제어를 행하기 위해 봉지 수지의 상부에 렌즈 형상의 돌기를 형성하는 경우도 있다. 이와 같은 렌즈 형상을 제작하려면, 예를 들면 경화 전의 수지를 표면 장력으로 부풀리고 그 형상을 유지한 채로 가열 경화 또는 자외선 경화시킴으로써 봉지 수지의 상부를 렌즈 형상으로 완성할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).
이와 같은 렌즈 형상의 제조방법에서 부풀린 수지의 부풀림양은 기판과 수지 의 누수성에 크게 영향을 받는다. 예를 들면, 기판 표면 상태의 불균일 등에 의해 봉지 수지의 도포량이 지나치게 많은 경우나 기판 표면의 누수성이 양호한 경우, 기판 표면에서 경화 전의 수지가 유출되어 이것을 제거하는데 품이 많이 들고, 경우에 따라서는 유출된 수지가 기판 측면 등에 마련된 전극을 덮어버려 기판을 땜납으로 고정시키려고 한 경우에 전극에 부착된 수지가 전기 절연막이 되어 도통 불량을 초래한다는 문제가 있다.
최근 LED는 조명 용도, 교통 신호기 등에 적용되고 있어 발광 강도의 향상이 더욱 강하게 요구되고 있다. 인가되는 전류량을 증대시킴으로써 LED의 발광 강도를 높일 수 있지만, 이 경우 동시에 발광 소자는 발열을 동반하기 때문에 효율적으로 방열시킬 필요가 있다. 방열이 불충분할 경우, 발광 소자는 점등 중에 고온이 되기 때문에 발광 효율이 저하되어 목표로 하는 발광 강도를 얻을 수 없게 된다. 또 장기적으로 사용할 경우, LED의 신뢰성이 저하되어 점등이 되지 않는 문제점이 발생할 가능성이 높아진다.
또한 발광 소자에서 발생하는 광을 효율적으로 전방으로 방사하기 위해서는 도 4에 도시한 반사 오목부를 설치하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시한 발광 소자의 패키지 구조는 절구형 반사 오목부(2)를 가지고, 일부가 해당 반사 오목부(2) 안으로 연장된 전극(3)이 설치되어 있는 패키지(1)를 사용하고, 이 패키지(1)의 반사 오목부(2) 안의 한쪽 전극(3) 위에 LED 등의 발광 소자(4)를 실장하고, 또 발광 소자(4)와 다른 쪽 전극(3)을 금선(5)에 의해 전기적으로 접속하고, 반사 오목부(2) 안에 봉지 수지(6)를 상부가 부풀어 오르도록 더 충전, 경화시켜 렌즈 형상 을 형성한 구성으로 되어 있다. 이 패키지 구조의 광원은, 전극(3)간에 통전됨으로써 발광 소자(4)를 점등하여 발광 소자(4)에서 발생하는 광의 일부는 직접 출사되고 다른 부는 반사 오목부(4)에 반사되어 출사되기 때문에 발광 소자(4)에서 발생한 광을 효율적으로 패키지 전방으로 출사할 수 있도록 되어 있다.
특허문헌 1: 일본특개평9-153646호 공보
방열성이 양호한 기판으로서, 예를 들면 도 5에 도시한 법랑 기판(9)을 생각할 수 있다.
이 법랑 기판(9)은 절구형 반사 오목부(11)가 형성된 코어 금속(7)의 표면을 유리로 이루어진 얇은 법랑층(8)으로 피복하여 구성되어 있다. 법랑층(8) 위에는 일부가 해당 반사 오목부(11) 안으로 연장된 전극(10)이 설치되어 있다.
도 5에 도시한 반사 오목부(11)를 가진 법랑 기판(9)은, 그 코어 금속(7)을 반사 오목부(11)의 형상이 되도록 가공할 필요가 있다. 이 가공 방법으로서는, 드릴에 의한 가공, 금속 프레스에 의한 압축 가공 등을 들 수 있는데, 생산성, 가공 비용의 관점에서 프레스 가공을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나 금속 프레스에 의한 압축 가공을 할 경우, 코어 금속의 형상을 특별히 고려하지 않은 경우에 금속 프레스에 의한 압압에 의해 기판 전체가 휘거나 국부적으로 금속이 뜯겨져 팽창이나 돌기가 생기는데, 이들을 수정하기 위해 후가공이 필요함에 따라 생산 효율이 악화되는 문제가 있었다. 도 6b, 도 6c는, 코어 금속을 압축하는 가공에서 발생하기 쉬운 팽창이나 돌기를 예시하는 도면, 도 6a가 제작하려고 하는 코어 금속(7)의 단면도, 도 6b는 반사 오목부(11)의 이면쪽에 팽창부(12)가 발생한 경우를 도시한 단면도, 도 6c는 반사 오목부(11)의 테두리가 부풀어 올라 돌기(13)를 생성한 경우를 도시한 단면도이다. 이러한 팽창(12)이나 돌기(13)를 연삭 가공 등으로 수정하려면 많은 노력과 시간을 필요로 한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 반사 오목부를 가진 법랑 기판을 효율적이고 저비용으로 제작할 수 있는 반사 오목부가 있는 법랑 기판으로 이루어진 발광 소자 실장용 기판, 해당 기판에 발광 소자를 실장하여 이루어진 광원, 해당 광원을 구비한 조명 장치, 표시 장치, 교통 신호기 및 발광 소자 실장용 기판의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 코어 금속과, 상기 코어 금속의 표면에 피복된 법랑층과, 발광 소자 실장용 반사 오목부와, 상기 반사 오목부의 주위에 형성된 홈을 구비한 발광 소자 실장용 기판을 제공한다.
또 본 발명은 상술한 발광 소자 실장용 기판과 상기 반사 오목부 안에 실장된 발광 소자를 구비한 광원을 제공한다.
본 발명의 광원에서 상기 반사 오목부 안이 수지 봉지되고, 또한 수지 봉지된 해당 봉지 수지의 상부가 렌즈 형상으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
또 본 발명은, 상술한 본 발명에 관한 광원을 가지고 있는 조명 장치를 제공한다.
또 본 발명은, 상술한 본 발명에 관한 광원을 가지고 있는 표시 장치를 제공한다.
또 본 발명은, 상술한 본 발명에 관한 광원을 가지고 있는 교통 신호기를 제공한다.
또 본 발명은, 코어 금속을 제작하기 위한 금속판에 홈을 형성하는 공정과, 상기 금속판에 기계 가공을 하여 상기 홈에서 이격된 위치에 발광 소자 실장용 반사 오목부를 형성하는 공정과, 상기 금속판에 홈 및 반사 오목부를 형성함으로써 제작된 코어 금속의 표면을 피복하여 법랑층을 형성하는 공정을 구비한 발광 소자 실장용 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 발광 소자 실장용 기판은, 발광 소자를 실장하는 반사 오목부의 주위에 홈을 형성한 법랑 기판을 사용하였기 때문에 금속 프레스에 의한 압축 가공으로 코어 금속을 제작한 경우, 코어 금속이 휘거나 변형되지 않고 반사 오목부를 형성할 수 있고, 변형 등을 수정하기 위한 후가공을 할 필요가 없어 효율적이면서 저렴하게 기판을 제작할 수 있다.
또 반사 오목부의 주위에 홈을 형성했기 때문에 봉지 수지를 다량으로 도포한 경우에도 기판의 바깥쪽까지 수지가 유출되지 않고, 유출된 수지에 의해 전극 표면에 전기 절연막이 형성되는 문제점을 방지할 수 있다.
또 코어가 금속인 법랑 기판에 발광 소자를 실장하는 구조로 했기 때문에 방열성이 양호해져 다수의 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자 1개당 통전되는 전력량을 늘린 경우에도 온도 상승에 의한 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어 발광 강도를 기대에 맞게 향상시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 발광 소자 실장용 기판에 사용되는 코어 금속의 일례로서, 코어 금속의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 발광 소자 실장용 기판에 사용되는 코어 금속의 일례로서, 코어 금속의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자 실장용 기판의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명 광원의 일례를 도시한 단면도이다.
도 4는 종래의 발광 소자의 패키지 구조를 예시한 단면도이다.
도 5는 법랑 기판의 일례를 도시한 단면도이다.
도 6a는 적절한 상태에서 제작된 코어 금속을 도시한 단면도이다.
도 6b는 코어 금속의 가공시에 발생하는 팽창을 예시한 단면도이다.
도 6c는 코어 금속의 가공시에 발생하는 돌기를 예시한 단면도이다.
*부호의 설명
20…발광 소자 실장용 기판, 21…코어 금속, 22…법랑층, 23…반사 오목부, 24…홈, 25…저면, 26…테이퍼면, 27…전극, 28…광원, 29…발광 소자, 30…금선, 31…봉지 수지
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명하기로 한다.
도 1a∼도 3은 본 발명의 일 실시형태를 도시한 도면으로서, 도 1a, 도 1b는 본 발명의 발광 소자 실장용 기판에 사용되는 코어 금속(21)의 일례를 도시하며, 도 1a는 코어 금속(21)의 측면도, 도 1b는 평면도이다. 도 2는 본 발명의 발광 소 자 실장용 기판(20)의 일례를 도시한 단면도이다. 또 도 3은, 도 2에 도시한 발광 소자 실장용 기판(20)에 발광 소자(29)를 실장하여 구성된 본 발명의 광원(28)의 일례를 도시한 단면도이다.
한쪽면에 발광 소자(29)의 실장 위치가 되는 반사 오목부(23)와, 그 주위에 홈(24)이 설치된 도 1에 도시한 코어 금속(21)의 표면에, 법랑층(22)을 피복하여 이루어진 법랑 기판을 주체로 하고 이 법랑 기판의 한쪽면에 일부가 반사 오목부(23)로 연장되어 있는 한쌍의 전극(27)을 설치한 구성으로 되어 있다.
이 발광 소자 실장용 기판(20)에 형성된 반사 오목부(23)는 절구 형태로 되어 있으며 발광 소자(29)가 실장된 평탄한 저면(25)과 그 테두리의 테이퍼면(26)을 가지고 있다.
또 반사 오목부(23)의 주위에 설치된 홈(24)은, 본 예시에서는 반사 오목부(23)의 외주에 동심원 형태로 설치되어 있다.
코어 금속(21)의 재질은 열전도율이 좋아 법랑층(22)을 견고하게 녹여붙일 수 있는(燒付) 금속 재료가 바람직하며, 예를 들면 저탄소 강판 등이 바람직하다.
또 법랑층(22)의 재질은, 코어 금속(21)의 표면에 얇게 녹여붙일 수 있고 충분한 전기 절연성을 얻을 수 있는 재료가 바람직하며, 예를 들면 유리 등이 바람직하다.
도 3에 도시한 광원(28)은, 상술한 발광 소자 실장용 기판(20)을 사용하여 그 반사 오목부(23)의 저면(25) 위에 연장된 한쪽 전극(27) 위에 다이 본딩으로 발광 소자(29)를 실장하고, 발광 소자(29)와 다른 쪽의 전극(27)을 금선(30)으로 접 속시키고, 상부가 부풀어 오른 상태에서 반사 오목부(23) 안을 봉지 수지(31)로 더 봉지한 구성으로 되어 있다.
발광 소자(29)는 질화 화합물 반도체와 같은 청색 발광 소자, 녹색 발광 소자여도 좋고, GaP로 대표되는 적색, 적외 발광 소자여도 좋다. 또 질화 화합물 반도체와 같은 청색 발광 소자를 실장하고 봉지 수지(31) 안에, 예를 들면 세륨을 활성화 시킨(賦活) 이트륨·알루미늄·가넷 형광체와 같은 청색 여기의 황색 발광 형광체를 분산시켜 백색 LED로 해도 좋다.
다음으로, 이 발광 소자 실장용 기판(20)의 제조방법을 설명하기로 한다.
우선, 코어 금속(21)인 금속판에 반사 오목부(23)의 형성 위치 주위에 홈(24)을 형성한다. 이 홈(24)은 드릴 가공으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 금속판에 금속 프레스에 의한 압축 가공을 하고 반사 오목부(23)을 형성하여 도 1에 도시한 형상의 코어 금속(21)을 제작한다.
반사 오목부(23) 형성 위치의 외주에 홈(24)을 미리 마련해둠으로써 금속 프레스에 의한 압축 가공에 의해 금속판에 반사 오목부(23)을 형성할 때, 압압으로 반사 오목부(23)를 제작했을 때 발생하는 응력이 상기 홈(24)의 방향으로 발생하기 때문에 금속판 전체가 휘거나 금속판 일부가 부풀어 오르는 것이 억제된다.
또 홈(24)의 폭을 넓힘으로써 압축 가공 후에 금속이 쓸려나간 후에도 일정한 폭의 홈(24)이 남는다.이 홈(24)이 잔존한 상태에서 기판 표면을 법랑 처리하고, 전극을 더 형성하고 발광 소자 실장용 기판(20)을 사용하여 광원(28)을 제작할 때에 봉지 수지(31)가 반사 오목부(23)에서 유출되어도 이것을 홈(24)으로 막아서 다른 부분으로 수지가 유출되는 것을 막을 수 있다.
다음으로, 상기 코어 금속(1)의 표면에 유리를 녹여붙이고 코어 금속(21) 표면을 법랑층(22)으로 피복하여 법랑 기판으로 한다. 법랑층(22) 형성 방법으로서는, 예를 들면 유리 분말을 2―프로판올과 같은 적당한 분산매에 분산시켜 그 분산 매질 중에 상기 코어 금속(21)을 넣고 반대극이 되는 전극을 해당 분산매 안에 더 삽입 배치하여 코어 금속(21)과 반대극간에 통전시킴으로써 유리 분말을 코어 금속(21) 표면에 전착(電着)시킨다. 그 후, 유리 전착 후의 코어 금속(21)을 끌어올려 건조시키고 고온의 소부로(燒付爐)에 넣어 가열시켜 유리를 녹여붙임으로써 코어 금속(21) 표면에 치밀하고 균일하고 얇은 법랑층(22)을 형성할 수 있다. 또 법랑층(22)을 견고하게 피복하기 위해 상기 코어 금속(21)의 표면을 산화 처리해도 좋다.
다음으로, 상기와 같이 제작한 법랑 기판의 표면에 발광 소자(29)에 전력 공급을 하기 위한 한쌍의 전극(27)을 제작한다. 이 전극(27)은, 도 2에 도시한 바와 같이 일부가 반사 오목부(23) 안에 연장되는 패턴을 따라서 은페이스트 또는 동페이스트를 도포한 후 녹여붙여서 제작하는 것이 바람직하다. 이로써 도 2에 도시한 발광 소자 실장용 기판(20)이 제작된다.
다음으로, 발광 소자(29)를 은페이스트에 의해 반사 오목부(23) 안의 한쪽 전극(27) 위에 다이 본딩하고, 또 와이어 본딩을 수행하여 발광 소자(29)와 다른 쪽 전극(27)을 금선(30)으로 접속시킨다. 그 후, 반사 오목부(23) 안에 그 상부가 표면 장력으로 충분히 부풀어 오를 때까지 봉지 수지, 예를 들면 열경화성 에폭시 수지를 주입하고 그 형상을 유지한 채로 경화시켜 렌즈 형상의 봉지 수지(31)를 형성한다. 이로써 도 3에 도시한 광원(28)이 제작된다.
본 실시형태의 발광 소자 실장용 기판(20)은 발광 소자(29)를 실장하는 반사 오목부(23) 주위에 홈(24)을 형성한 법랑 기판을 사용하였기 때문에 금속 프레스에 의한 압축 가공으로 코어 금속(21)을 제작한 경우, 코어 금속(21)이 휘거나 변형되지 않고 반사 오목부(23)를 형성할 수 있으며 변형 등을 수정하기 위한 후가공을 할 필요가 없어 효율적으로 저렴하게 기판을 제작할 수 있다.
또 반사 오목부(23) 주위에 홈(24)를 형성했기 때문에 봉지 수지(31)를 다량으로 도포한 경우에도 기판의 바깥쪽까지 수지가 유출되지 않아 유출된 수지에 의해 전극 표면에 전기 절연막이 형성되는 문제점을 방지할 수 있다.
또 코어가 금속인 법랑 기판에 발광 소자(29)를 실장하는 구조로 하였기 때문에 방열성이 양호해져 다수의 발광 소자를 실장한 경우, 발광 소자 1개당 통전되는 전력량을 늘린 경우에도 온도 상승에 의한 발광 효율의 저하를 억제할 수 있어 발광 강도를 기대한 만큼 향상시킬 수 있다.
아울러 상술한 예시에서는 프레스 가공(압축 가공)을 전제로 설명했으나, 드릴 가공 등 다른 기계 가공에 의해 코어 금속에 반사 오목부를 형성하는 경우에도 반사 오목부 주위에 홈을 마련함으로써 봉지 수지에 렌즈체를 형성하는 경우의 수지 유출 방지에 효과가 있다는 것은 말할 것도 없다.
또 상술한 예시에서는 법랑 기판에 1개의 반사 오목부를 제작한 경우에 대해서 설명했으나, 주위에 홈을 가진 반사 오목부를 법랑 기판상에 여러개 설치해도 좋다.
(실시예)
1.5mm 두께의 저탄소 강판에 금속 프레스에 의한 압축 가공으로 반사 오목부를 형성할 예정인 위치의 테두리부에 원형 홈을 드릴로 제작했다. 치수는 내주 φ10mm, 외주 φ2mm, 깊이 0.5mm가 되도록 가공했다. 그 후 금속 프레스 가공에 의해 도 1에 도시한 형상이 되도록 금속판을 뚫어 반사 오목부를 성형했다. 코어 금속의 사이즈는 15×15mm로 하고, 반사 오목부의 치수는 깊이 0.6mm, 바닥면 φ2.1mm, 테이퍼면의 경사 각도 45°가 되도록 제작했다. 그 결과, 반사 오목부에 대해서는 거의 설계대로의 치수가 얻어지고 홈은 당초 2mm의 폭이 평균 0.8mm 정도로 줄어든 것을 확인했다.
본 발명의 활용예로서 LED 등의 발광 소자를 실장하기 위한 발광 소자 실장용 기판에 적절히 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 코어 금속과,
    상기 코어 금속의 표면에 피복된 법랑층과,
    발광 소자 실장용 반사 오목부와,
    상기 반사 오목부의 주위에 형성된 홈을 구비한 발광 소자 실장용 기판.
  2. 제1항에 기재된 발광 소자 실장용 기판과 상기 반사 오목부 안에 실장된 발광 소자를 구비한 광원.
  3. 제2항에서, 상기 반사 오목부 안이 수지 봉지되고, 또한 수지 봉지된 봉지 수지의 상부가 렌즈 형상으로 돌출되어 있는 광원.
  4. 제2항에 기재된 광원을 가지고 있는 조명 장치.
  5. 제2항에 기재된 광원을 가지고 있는 표시 장치.
  6. 제2항에 기재된 광원을 가지고 있는 교통 신호기.
  7. 코어 금속을 제작하기 위한 금속판에 홈을 형성하는 공정,
    상기 금속판에 기계 가공을 하여 상기 홈에서 이격된 위치에 발광 소자 실장용 반사 오목부를 형성하는 공정,
    상기 금속판에 상기 홈 및 반사 오목부를 형성함으로써 제작된 코어 금속의 표면을 피복하여 법랑층을 형성하는 공정을 구비한 발광 소자 실장용 기판의 제조방법.
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