KR20090028709A - 발광소자 실장용 기판과 그 제조방법, 발광소자 모듈과 그 제조방법, 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기 - Google Patents

발광소자 실장용 기판과 그 제조방법, 발광소자 모듈과 그 제조방법, 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 실장한 발광소자(24)로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부(28)가 설치된 코어 금속(22)의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범위의 법랑층(23)이 설치되어 있는 발광소자 실장용 기판 및 이 발광소자 실장용 기판에 발광소자가 실장되고, 당해 발광소자가 투명한 봉지수지(26)에 의해 봉지되어 있는 발광소자 모듈(20)을 제공한다. 본 발명에 의하면, 발광소자로부터의 광의 취출효율이 뛰어나고, 저비용으로 생산 가능한 발광소자 실장용 기판과 그 제조방법 및 그것을 이용한 발광소자 모듈과 그 제조방법 및 그 발광소자 모듈을 갖는 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기를 제공할 수 있다.
발광소자, 반사 컵부, 홈, 법랑층, 기판

Description

발광소자 실장용 기판과 그 제조방법, 발광소자 모듈과 그 제조방법, 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기{Light-emitting device mounting substrate and method for producing same, light-emitting device module and method for manufacturing same, display, illuminating device, and traffic signal system}
본 발명은, 발광 다이오드(이하, LED라고 기록함) 등의 발광소자를 실장하기 위한 발광소자 실장 기판과 그 제조방법, 이 기판에 발광소자를 실장하여 패키지한 발광소자 모듈과 그 제조방법, 이 발광소자 모듈을 이용한 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기에 관한 것이다.
종래, LED 등의 발광소자를 실장하여 패키지한 발광소자 모듈에 있어서, 그 패키지 구조를 소형화하고자 한 경우, 도 10에 나타내는 바와 같은 표면 실장형의 패키지 구조가 이용된다. 이 발광소자 모듈은 수지 혹은 세라믹스로 이루어진 기판(3)에 오목부(凹部)를 설치하고, 그 오목부의 저면에 양음의 양 전극(4, 4)을 배치하며, 발광소자(1)를 그 한쪽의 전극(4)에 도전 페이스트 등을 개재하여 전기적으로 접속, 고정한다. 발광소자(1)의 상측과 다른 쪽의 전극(4)은 금선 등의 와이어 본드(2)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이들 전극(4, 4)은 기판의 외부에 연장 설치된다. 발광소자(1)를 실장한 후, 오목부에는 에폭시 수지와 같은 광투과 성이 높은 봉지수지(5)를 충전, 경화시키고 발광소자(1)를 봉지(封止)한다. 특히 백색 LED의 경우는, 발광소자는 청색 LED로 하고, 봉지수지 중에 청색 여기(勵起) 황색 발광 형광체를 섞어 두고 마찬가지로 반사 오목부에 충전한다.
또한, 다수의 발광소자를 동일 기판에 실장하는 용도로는, 종래부터 조명장치, 표시장치인 도트·매트릭스·유닛이 일반적이다. 이들 장치는 다수의 LED 등의 발광소자를 실장 가능하게 하기 위해, 일반적으로는 유리 섬유 강화 에폭시 수지제 기판 등에 다수의 발광소자를 실장하여 일체형으로서 제품화되어 있다. 이 종류의 LED 유닛용의 기판에 관해서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다.
이 LED 유닛의 종래의 구조로는, 전자기판 상에 포탄형의 LED를 다수 실장한 구조 혹은 표면 실장형의 LED를 다수 실장한 형태를 취한다. 이 유닛을 제작하기 위해서는 포탄형 혹은 표면 실장형의 LED를 제작하고, 이를 필요에 따른 전자회로 패턴이 제작된 전자기판에 납땜 등에 의해 전기적으로 접속한다는 공정이 필요하게 된다. 따라서, 포탄형 혹은 표면 실장형의 LED와 그것을 복합화시킨 LED 유닛의 2단계의 제품 프로세스가 필요하게 된다.
최근 LED 유닛 등 발광소자 모듈의 제조에 있어서는, 발광소자를 전자기판에 직접 실장하는 칩·온·보드 방식이라고 불리는 제법이 주류가 되어 있다. 이 방법은 전자기판에 직접 발광소자를 실장함으로써, 상술한 바와 같은 반제품의 프로세스가 불필요하게 되고 구조도 간략화할 수 있는 이점을 갖고 있다.
한편, LED 등의 발광소자를 기판 상에 실장하는 경우, 그 광의 출사방향을 전방향으로 향하게 하기 위해서, 슬로프 형상의 반사면을 갖는 오목부인 반사 컵부 를 갖는 패키지 구조가 필요하게 된다. 이 반사 컵부의 형상은 그 설계에 의해 발광상태를 제어하는 것 및 발광소자를 봉지하는 수지를 유지하는 역할도 가진다. 또, 최근의 발광소자의 고발광강도화에 따라, 발광소자를 실장하는 전자기판에는 방열성의 기능을 가지게 하는 것이 중요하게 된다.
이러한 요구를 감안하여, 도 11에 나타내는 바와 같이 알루미늄판이나 구리판 등의 방열금속판(8) 상에 절연층(7)을 설치한 기판을 이용한 구조가 주류가 되어 있다. 도 11에 나타내는 LED 유닛은 방열금속판(8) 상에 절연층(7)을 설치하고, 당해 절연층(7) 상에 복수의 전극(4)을 설치하며, 이들 전극(4) 상에 발광소자(1)를 설치하고, 인접하는 전극과 발광소자(1)의 상측을 와이어 본드(2)로 전기적으로 접속하며, 슬로프부(6a)를 갖는 복수의 홀을 갖는 반사판(6)을 각각의 발광소자(1)가 오목부의 중앙에 위치하도록 안착하면서, 각각의 홀에 봉지수지(5)를 충전, 경화시켜 발광소자(1)를 봉지한 구조로 되어 있다. 또한, 도 12는 기판에 발광소자(1)를 실장한 상태의 평면도이다. 이 구조는, 예를 들어 특허문헌 2에 개시되어 있다.
또한, 이 경우의 전극 구조를 도 13에, 전기회로 구성을 도 14에 각각 나타낸다.
또, 칩·온·보드 방식으로의 발광소자 모듈은 일반적으로 이하의 공정을 거쳐 제작된다.
1. 발광소자를 기판의 반사 컵부 내의 전극 상에 은페이스트를 이용하거나 혹은 발광소자의 전극재료가 AuSn 등으로 구성되는 경우는, 가열, 진동을 부여한 접속, 이른바 공정(共晶)으로 장착하고, 전기적인 도통을 취한다. 또, 대극의 전극에 와이어 본드로 접속한다. 한쪽 면에만 전극이 있는 발광소자는, 양음 2개의 전극에 대해 양방으로 와이어 본드한다. 또, 형면(型面)에만 전극이 있는 발광소자에서는, 플립 칩 실장에 의해 전극 상에 배치한 금 등으로 이루어진 범프를 개재하여 접속할 수도 있다.
2. 봉지수지를 반사 컵부 내에 충전하고, 열경화나 UV경화 등의 사용하는 수지의 경화 방법에 수반하여 경화 처리하여 성형한다. 제작하는 발광소자 모듈이 백색 LED모듈과 같은 경우, 경화 전의 봉지수지에 미리 형광체를 혼입해 둔다.
3. 봉지수지의 상방, 발광소자 모듈의 상방에 필요에 따라 수지, 유리 등에 의한 렌즈체를 조합해도 된다.
한편, 반사 컵부를 설치하기 않고 기판 상에 발광소자를 직접 실장하고자 하는 경우, 도 15와 같이 평탄한 기판(11) 상에 전극(12)을 설치하고, 그 전극(12) 상에 발광소자(9) 및 와이어 본드(10)를 상기와 같은 방법에 의해 실장하며, 트랜스퍼·몰드와 같은 성형방법으로 봉지수지(13)를 성형하고, 발광소자(9) 및 와이어 본드(10)를 수지봉지하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 기판의 치수 공차 등의 문제에 의해 정확한 위치에 봉지수지(13)를 설치하기 어렵고, 또 백색 LED의 경우는 봉지수지(13)에 형광체를 섞으므로, 봉지수지(13)의 형상이 불안정하면, 발광소자(9)로부터 발생한 광이 형광체를 포함하는 봉지수지(13) 중을 통과하는 거리에 편차가 발생하기 때문에, 필요한 색도로 콘트롤하는 것이 어려워진다.
특허문헌 1: 일본특허공개 2001-332768호 공보
특허문헌 2: 일본특허공개 2001-332769호 공보
상술한 종래기술에는 이하와 같은 문제가 있었다.
표면 실장형의 패키지 구조에 있어서, 전극을 기재의 내부에 통과시킬 필요가 있고, 부재를 적층하여 조립할 필요가 있다.
종래의 알루미늄 적층기판이나 질화 알루미늄 기판은, 그 방열성에 대해서는 충분하다고 할 수 있지만, 반사 컵 형상을 제작하기 위해 상기와 같이 기판 상에 반사 컵부 형성용 기재를 더 적층시킬 필요가 있다. 특히 방열성을 중시한 경우, 열전도율의 관점에서 기판을 구성하는 재료로서 금속을 사용하는 것이 적당함은 물론이지만, 금속을 기판으로 이용하는 경우에는 도전성의 성질도 갖기 때문에 전극과 기재의 사이에 절연처리를 실시할 필요가 있고, 이 절연판도 적층구조 중의 하나의 요소가 되어 구조가 더 복잡화된다.
이 반사 컵부 형성용 기재의 조립은 통상 접착제 혹은 가열 프레스에 의해 행해지는데, 그 기판의 평활도가 낮거나 혹은 조립에 필요로 하는 접착제의 도포가 균일하지 않은 등의 원인에 의해, 반사 컵부 형성용 기재와 기판의 사이에 공극이 생기고, 그 후 봉지수지를 컵부 내에 넣은 경우에 기포의 발생으로 이어진다. 봉지수지 내에 기포가 남으면, 그 기포에서 발광소자로부터의 광이 크게 산란되어 버리기 때문에, 발광소자로부터의 광의 추출효율이 크게 저하된다는 문제가 있다.
또한, 기판과는 별도로 반사 컵부 형성용 기재를 필요로 하고, 조립에 여분 공정을 필요로 하기 때문에, 비용 증가를 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어져, 발광소자로부터의 광의 추출효율이 뛰어나고, 저비용으로 생산 가능한 발광소자 실장용 기판과 그 제조방법, 당해 기판에 발광소자를 실장하여 패키지한 발광소자 모듈과 그 제조방법, 이 발광소자 모듈을 이용한 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부가 설치된 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 20O㎛의 범위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판을 제공한다.
본 발명의 발광소자 실장용 기판에 있어서, 반사 컵부의 저부 둘레에 홈이 설치된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 관한 발광소자 실장용 기판에 발광소자가 실장되고, 당해 발광소자가 투명한 봉지수지에 의해 봉지되어 있는 발광소자 모듈을 제공한다.
본 발명의 발광소자 모듈에 있어서, 발광소자는 봉지수지 내에 형광체를 섞어서 백색광을 발생하는 백색 발광 다이오드인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 코어 금속의 원하는 위치에, 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부를 형성하고, 다음에 당해 코어 금속의 표면에 법랑재를 도포하여 도금하며, 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판을 얻는 발광소자 실장용 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 발광소자 실장용 기판의 제조방법에 있어서, 유리를 주체로 하는 법랑재를 코어 금속의 표면에 전착하고, 그 후 도금하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 코어 금속의 원하는 위치에, 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부를 형성하고, 다음에 당해 코어 금속의 표면에 법랑재를 도포하여 도금하며, 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판을 제작하고, 다음에 당해 발광소자 실장용 기판의 표면에 전극을 형성하며, 다음에 반사 컵부 중앙부의 전극 상에 발광소자를 실장하여 각 전극과 발광소자를 전기적으로 접속하고, 다음에 반사 컵부에 수지를 충전하여 경화시키며, 발광소자를 봉지하여 발광소자 모듈을 제작하는 발광소자 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 발광소자 모듈의 제조방법에 있어서, 형광체를 섞은 수지에 의해 발광소자를 봉지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광소자 모듈의 제조방법에 있어서, 발광소자가 청색 발광 다이오드이고, 형광체가 청색 여기 황색 발광 형광체인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 관한 발광소자 모듈을 갖는 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 관한 발광소자 모듈을 갖는 조명장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명에 관한 발광소자 모듈을 갖는 교통 신호기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 발광소자 실장용 기판에 발광소자를 실장하는 반사 컵부를 설치하고 있으므로, 기판과 별도의 반사 컵부 형성용 기재를 기판에 겹쳐 제작할 필요가 없고, 기판 구조가 단순하게 되어 조립에 드는 비용을 억제할 수 있다.
또한, 기판과 별도의 반사 컵용 기재를 이용하지 않음으로써, 봉지수지에의 기포의 혼입을 막을 수 있고, 발광소자로부터의 광의 추출효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 반사 컵부의 저부의 둘레에 홈을 형성하였으므로, 법랑층을 도금할 때에 유리가 용융하여 저부의 둘레가 둥글게 되지 않고 저부 중앙에 발광소자를 실장하는 부분이 확보된다.
코어 금속의 표면에 법랑층을 설치한 발광소자 실장용 기판을 이용하고 있으므로, 방열성이 뛰어나고, LED 등의 발광소자의 발광강도를 높게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광소자 모듈의 제1 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 법랑기판의 제1 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 법랑기판의 제1 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 발광소자 모듈의 제2 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 발광소자 모듈의 제3 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 홈부착의 반사 컵부의 일례를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 7은 홈부착의 반사 컵부의 다른 예를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 8은 실시예에서 제작한 반사 컵부의 주요부 단면도이다.
도 9는 저부 둘레가 둥글게 된 반사 컵부의 주요부 단면도이다.
도 10은 종래의 발광소자 패키지 구조를 예시하는 단면도이다.
도 11은 종래의 발광소자 모듈의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12는 종래의 발광소자 모듈의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 13은 종래의 발광소자 모듈의 전극구조를 나타내는 평면도이다.
도 14는 종래의 발광소자 모듈의 전기회로도이다.
도 15는 종래의 발광소자 모듈의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
<부호의 설명>
20, 30, 40 발광소자 모듈
21, 31, 41 법랑기판(발광소자 실장용 기판)
22, 32, 42 코어 금속
23, 33, 43 법랑층
24, 34, 44 발광소자
25, 35, 45 와이어 본드
26, 36, 46 봉지수지
27, 37, 47 전극
28, 38, 48, 51, 56, 60 반사 컵부
29a, 39a, 49a, 52, 57 저부
29b, 39b, 49b, 53, 58 슬로프부
50, 54, 59 홈
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 도면으로, 도 1은 발광소자 모듈의 단면도, 도 2는 같은 발광소자 모듈에 이용되고 있는 발광소자 실장용 기판(이하, 법랑기판이라고 기록함)의 단면도, 도 3은 같은 법랑기판의 평면도이다. 이들 도면 중 부호 20은 발광소자 모듈, 21은 법랑기판, 22는 코어 금속, 23은 법랑층, 24는 LED 등의 발광소자, 25는 와이어 본드, 26은 봉지수지, 27은 전극, 28은 반사 컵부, 29a는 저부, 29b는 슬로프부이다.
본 실시형태의 법랑기판(21)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 실장한 발광소자(24)로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부(28)가 종횡으로 복수개 설치되어 있는 코어 금속(22)의 표면에 두께가 50㎛ 내지 200㎛의 범위의 법랑층(23)이 설치된 구성으로 되어 있다.
또한, 본 실시형태의 발광소자 모듈(20)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 법랑기판(21), 당해 법랑기판(21)의 상면에 복수로 분할한 상태로 설치된 전극(27), 각 반사 컵부(28)의 저부(29a) 중앙부의 전극(27) 상에 실장된 발광소자(24), 각각의 발광소자(24)의 상측과 인접한 전극(27)을 전기적으로 접속하고 있는 와이어 본드(25), 각 반사 컵부(28) 내에 충전, 경화되어 발광소자(24)를 봉지하고 있는 투명한 봉지수지(26)를 구비하여 구성되어 있다.
상기 법랑기판(21)의 코어 금속(22)은 각종의 금속재료를 이용하여 제작할 수 있고, 그 재료는 한정되지 않지만, 저렴하고 가공하기 쉬운 금속재료, 예를 들 면 저탄소강, 스테인레스강 등이 바람직하다. 또, 본 예시에서는 사각형 판형상의 코어 금속(22)을 이용하고 있는데, 코어 금속(22)의 형상은 이에 한정되지 않고, 발광소자 모듈(20)의 용도 등에 따라 적절히 선택 가능하다.
이 코어 금속(22)에 반사 컵부(28)를 형성하는 방법으로는, 드릴 등의 절삭공구를 이용한 절삭가공이나 초경 숫돌을 이용한 연마가공 등에 의해 간단히 형성할 수 있다.
형성되는 반사 컵부(28)의 오목부 형상은 평탄한 저부(29a)와 그 둘레에서 상방으로 향하여 점차 넓어지는 경사를 가진 슬로프부(29b)를 갖는 형상으로 하는 것이 바람직하다.
이 코어 금속(22)의 표면에 설치되는 법랑층(23)의 재료는, 종래부터 금속 표면에 법랑층을 형성하기 위해 이용되는 유리를 주체로 한 재료 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 코어 금속(22)의 표면에 설치되는 법랑층(23)의 두께의 범위는 50㎛ 내지 200㎛이다. 법랑층(23)의 두께가 50㎛미만이면, 코어 금속(22) 표면에 도금할 때에 법랑층에 균열이 발생하고, 내부의 금속 코어가 외부로 노출되어 버릴 가능성이 있으며, 절연성능의 저하, 코어 금속(22)의 산화 등에 의한 기판의 장기 신뢰성의 저하를 일으킨다. 또한, 법랑층(23)의 두께가 200㎛을 넘으면, 역시 법랑층에 균열을 일으킬 가능성이 있고, 도금시에 법랑층이 저부(29a) 둘레에 쌓이기 쉬우며, 실장 공간의 감소에 의해 저부(29a)에 발광소자(24)를 실장할 수 없게 되는 문제가 있다. 본 발명에서는, 두께가 50㎛ 내지 200㎛의 범위의 법랑층(23)을 코어 금속(22)의 표면에 형성함으로써 뛰어난 절연성능 이 얻어지고, 균열이 없는 균일한 법랑층(23)을 형성할 수 있다. 또한, 이 두께의 법랑층(23)이면, 기초가 되는 코어 금속(22)의 형상을 그대로 재현하는 것이 가능하게 되고, 코어 금속(22)에 형성한 반사 컵부(28)의 형상도 법랑층(23)에 그대로 재현할 수 있다.
상기 법랑기판(21)의 상면에 설치되는 전극(27)은 후막 은페이스트에 의해 반사 컵부(28) 내부까지 신장하여 형성할 수 있다. 또한, 동박을 프레스 성형하여 반사 컵 내에 장착하는 것도 가능하다.
상기 발광소자(24)는 특히 한정되지 않지만, LED, 레이저 다이오드(LD) 등의 반도체 발광소자가 매우 적합하게 이용된다. 또한, 본 발명에서 이용하는 발광소자(24)의 발광색은 특히 한정되지 않고, 청색, 녹색, 적색 혹은 그 이외의 발광색이어도 되고, 질화물계 화합물 반도체로 이루어진 청색 발광의 반도체 소자와, 당해 청색계의 광의 적어도 일부를 흡수하여 가시파장영역의 광으로 파장 변환하는 형광체(예를 들면, 세륨으로 활성화된 이트륨·알루미늄·가넷 형광체 등)를 조합한 백색 LED를 이용해도 된다. 또한, 법랑기판(21)에 나열하여 실장되는 복수의 발광소자(24)는, 예를 들어 교통 신호기 등의 용도로는 같은 발광색의 LED 등이어도 되고, 다른 발광색의 LED 등을 순차적으로 또는 랜덤으로 배치하여 표시장치로 해도 된다. 또, 대면적의 법랑기판(21) 상에 다수의 청색 LED, 녹색 LED, 적색 LED를 순차적으로 또는 랜덤으로 배치함으로써 LED를 이용한 표시장치를 구성할 수 있다. 또한, 발광소자(24)로서 백색 LED를 이용하고, 다수의 백색 LED를 대형의 법랑기판(21)에 종횡으로 실장함으로써 대면적의 평면형 조명장치를 구성할 수도 있다.
봉지수지(26)로서는, 광투과율이 높은 에폭시계의 열경화형 수지, 자외선 경화형 수지, 열경화성의 실리콘 수지 등이 이용된다.
와이어 본드(25)로서는 금선 등이 이용된다. 이 와이어 본드(25)는 종래부터 발광소자(24) 등의 접속에 이용하는 와이어 본딩 장치를 이용하여 본딩할 수 있다.
상술한 발광소자 모듈(20)은, 법랑기판(21)에 발광소자를 실장하는 반사 컵부(28)를 설치하고 있으므로, 기판과 별도의 반사 컵부 형성용 기재를 기판에 겹쳐 제작할 필요가 없고, 기판 구조가 단순하게 되어 조립에 드는 비용을 억제할 수 있다.
또한, 기판과 별도의 반사 컵용 기재를 이용하지 않음으로써, 봉지수지(26)에의 기포의 혼입을 막을 수 있고, 발광소자(24)로부터의 광의 취출효율의 저하를 방지할 수 있다.
코어 금속(22)의 표면에 법랑층(23)을 설치한 법랑기판(21)을 이용하고 있으므로, 방열성이 뛰어나고 LED 등의 발광소자(24)의 발광강도를 높게 할 수 있다.
또, 상기 법랑기판(21)의 구조에서는, 기판 상면에 전극(24)이 노출되는 구조가 되는데, 그 노출된 부분에 전기 절연을 취하기 위한 수지 등을 배치해도 된다.
또한, 봉지수지(26)의 상방 또는 발광소자 모듈(20)의 상방에 필요에 따라 수지, 유리 등에 의한 렌즈체를 조합해도 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태를 나타내는 발광소자 모듈의 단면도이고, 도 4 중의 부호 30은 발광소자 모듈, 31은 법랑기판, 32는 코어 금속, 33은 법랑층, 34는 LED 등의 발광소자, 35는 와이어 본드, 36은 봉지수지, 37은 전극, 38은 반사 컵부, 39a는 저부, 39b는 슬로프부이다.
본 실시형태의 발광소자 모듈(30)은, 발광소자(34) 단체(單體)를 실장하기 위한 법랑기판(31)을 이용한 구조를 나타내고, 법랑기판(31)의 형상, 발광소자(34)의 실장 개수가 다른 것 이외에는 상기 제1 실시형태에 의한 발광소자 모듈(20)과 같으며, 이 발광소자 모듈(30)을 구성하는 법랑기판(31), 코어 금속(32), 법랑층(33), 발광소자(34), 와이어 본드(35), 봉지수지(36), 전극(37) 및 반사 컵부(38)는 상기 제1 실시형태에 의한 발광소자 모듈(20)을 구성하는 법랑기판(21), 코어 금속(22), 법랑층(23), 발광소자(24), 와이어 본드(25), 봉지수지(26), 전극(27) 및 반사 컵부(28)와 같이 하여 구성할 수 있다.
본 실시형태의 발광소자 모듈(30)은, 상기 제1 실시형태에 의한 발광소자 모듈(20)과 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태를 나타내는 발광소자 모듈의 단면도이고, 도 5 중의 부호 40은 발광소자 모듈, 41은 법랑기판, 42는 코어 금속, 43은 법랑층, 44는 LED 등의 발광소자, 45는 와이어 본드, 46은 봉지수지, 47은 전극, 48은 반사 컵부, 49a는 저부, 49b는 슬로프부이다.
본 실시형태의 발광소자 모듈(40)은, 반사 컵부(48)의 저부(49a) 둘레에 홈(50)이 설치된 법랑기판(41)을 이용하고 있는 것 이외에는 상기 제1 실시형태에 의한 발광소자 모듈(20)과 같고, 이 발광소자 모듈(40)을 구성하는 법랑기판(41), 코어 금속(42), 법랑층(43), 발광소자(44), 와이어 본드(45), 봉지수지(46), 전 극(47) 및 반사 컵부(48)는 상기 제1 실시형태에 의한 발광소자 모듈(20)을 구성하는 법랑기판(21), 코어 금속(22), 법랑층(23), 발광소자(24), 와이어 본드(25), 봉지수지(26), 전극(27) 및 반사 컵부(28)와 같이 하여 구성할 수 있다.
반사 컵부(48)를 갖는 법랑기판(41)을 제작하는 경우, 코어 금속(42)에 법랑재를 도포, 도금에 의해 코어 금속(42) 표면에 법랑층(43)을 고착하게 되는데, 도금을 행할 때, 유리체가 도금 전 일시적으로 용융하여 그것이 흐르기 때문에 컵의 저부 둘레가 둥글게 되고, 경우에 따라서는 발광소자(44)를 실장하는 평활한 면을 확보할 수 없을 가능성이 있다. 본 실시형태에서는, 저부(49a) 둘레에 홈(50)이 설치된 법랑기판(41)을 이용함으로써, 저부 둘레의 홈에 유리체가 쌓이고, 그 이외의 저부(49a)는 평탄한 상태를 유지할 수 있다. 저부(49a)의 홈(50)을 설치한 이외의 부분이 발광소자(44)를 실장하는 부분이고, 그 면적을 적정하게 함으로써 발광소자를 실장하는 평탄한 부분을 확보할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과가 얻어지고, 반사 컵부(48)의 저부(49a)의 둘레에 홈(50)을 더 형성하였으므로, 법랑층(43)을 도금할 때에 유리가 용융하여 저부(49a)의 둘레가 둥글게 되지 않고, 저부 중앙에 발광소자(44)를 실장하는 부분이 확보되며, 수율을 향상할 수 있다.
도 6은 홈부착의 반사 컵부의 일례를 나타내는 도면이고, 본 예시에서 반사 컵부(51)는 저부(52)와 슬로프부(53)의 사이에 홈(54)을 형성함과 동시에, 저부(52)의 둘레에 볼록부(55)를 설치한 구성으로 되어 있다. 이 구조에서는, 홈(54)을 설치함과 동시에 저부(52) 둘레에 볼록부(55)를 설치함으로써, 용융한 유리가 홈(54) 중으로 흘러 떨어지는 것을 막을 수 있다.
도 7은 홈부착의 반사 컵부의 다른 예를 나타내는 도면이고, 본 예시에서 반사 컵부(56)는 저부(57)와 슬로프부(58)의 사이에 저부(57)의 외방으로 향하여 점차 깊어지는 형상의 홈(59)을 설치한 구성으로 되어 있다. 이러한 형상의 홈(59)에서는, 용융한 유리가 저부(57)로부터 이격하여 쌓이기 쉬우므로, 저부(57)의 둘레가 둥글게 되는 것을 막는 효과를 높일 수 있다.
또, 반사 컵부의 저부 둘레에 홈을 형성하는 방법이라면, 법랑층의 두께를 적정하게 하지 않으면 도금시에 법랑층이 국부적으로 흘러 법랑층에 함몰이 쉽게 발생하는데, 전극에 관해서는, 은페이스트로 제작하는 경우 도포 전은 액상이므로, 이 홈의 부분에서도 연속하여 전기적인 도통을 확보하는 것이 가능하다.
(실시예)
코어 금속으로서 길이 50mm, 폭 50mm, 두께 1mm의 저탄소강판을 이용하였다. 이 강판의 표면에 드릴 가공에 의해 종횡으로 3개씩, 합계 9개의 오목부를 균등하게 배치하도록 형성하였다. 이들 오목부 저면의 치수는 직경 1mm, 깊이는 0.5mm이고, 45˚의 각도로 경사부가 형성되어 있었다.
법랑층 형성용의 유리 분체를 분산매에 분산시킨 것에 코어 기판과 그 코어 금속의 대극 전극인 알루미늄판의 거리가 15mm가 되도록 배치하고, 금속판과 알루미늄판을 상기 분산매 중에 침지하였다. 또, 이들 코어 금속과 알루미늄판의 사이에 금속판을 음극측으로 하여 직류전압을 인가하여 코어 금속의 표면에 유리 분체를 전착하였다. 그 후, 대기 중에서 소성하고, 코어 금속의 표면에 유리로 이루어 진 법랑층을 형성함으로써 법랑기판을 제작하였다. 전극은 법랑층 상에 은페이스트를 도포하여 소성함으로써 제작하였다.
법랑층의 두께가 변화하도록 유리 분말의 도포를 조정하여 표 1에 나타내는 법랑기판을 제작하였다.
기판 상의 법랑의 두께(㎛) 오목부 저면부의 법랑의 두께(㎛) 오목부 저면부의 도전층의 두께(㎛) 균열의 유무
실시예 1 50 52 30 없음
실시예 2 97 98 31 없음
실시예 3 210 200 28 없음
비교예 1 30 34 30 1개소
비교예 2 300 320 29 5개소
표 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 기판 상의 법랑층의 두께가 50㎛이상인 경우에는 기판 상에 균열은 발생하지 않는다. 한편, 50㎛이하의 두께이면 법랑층의 일부에 균열이 발생하고, 내부의 금속 코어가 외부로 노출되어 버린다. 이 경우, 절연성능의 저하, 코어 금속의 산화 등에 의한 기판의 장기 신뢰성의 저하가 걱정된다. 균열은 도 8에 나타내는 반사 컵부(60)의 어깨(61) 부분에 발생하기 쉽다.
다음에, 상술한 실시예 1~3, 비교예 1~2의 각 법랑기판에 LED를 실장하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또, LED는 세로 300㎛, 폭 300㎛, 두께 200㎛의 InGaN으로 구성된 청색 LED(발광중심파장 λ=460nm)를 이용하여 평가하였다.
기판 상의 법랑의 두께(㎛) 오목부 저면부의 법랑의 두께(㎛) 오목부 저면부의 도전층의 두께(㎛) 발광소자의 실장
실시예 1 50 52 30 문제없음
실시예 2 97 98 31 문제없음
실시예 3 210 200 28 문제없음
비교예 1 30 34 30 문제없음
비교예 2 300 320 29 2개소에서 실장을 확인할 수 없음
표 2의 결과에서, 비교예 2에서는 9개소 중 2개소에서 발광소자를 실장할 수 없었다. 그 이유는, 단면을 관찰해보면, 오목부의 저면 둘레(62)의 기판 형상이 도 9에 나타내는 바와 같이 둥근 형태를 하고 있기 때문에, 발광소자를 실장할 수 있는 평탄부의 영역이 작아졌기 때문이라고 생각된다. 이 형상이 되는 이유는, 법랑층을 도금할 때에 그 원료의 유리 분체가 용융하고 유동하여 쌓인 결과라고 생각된다. 200㎛이하의 두께의 법랑층이면, 발광소자를 실장하기 위해 충분한 영역이 확보되어 있다고 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광소자로부터의 광의 취출효율이 뛰어나고, 저비용으로 생산 가능한 발광소자 실장용 기판과 그 제조방법, 당해 기판에 발광소자를 실장하여 패키지한 발광소자 모듈과 그 제조방법, 이 발광소자 모듈을 이용한 표시장치, 조명장치 및 교통 신호기를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부가 설치된 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 컵부의 저부 둘레에 홈이 설치된 것을 특징으로 하는 발광소자 실장용 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 발광소자 실장용 기판에 발광소자가 실장되고, 상기 발광소자가 투명한 봉지수지에 의해 봉지되어 있는 발광소자 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광소자가 상기 봉지수지 내에 형광체를 섞어서 백색광을 발하는 백색 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  5. 코어 금속의 원하는 위치에, 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부를 형성하고, 다음에 상기 코어 금속의 표면에 법랑재를 도포하여 도금하며, 상기 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범 위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판을 얻는 발광소자 실장용 기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    유리를 주체로 하는 상기 법랑재를 상기 코어 금속의 표면에 전착하고, 그 후 도금하는 것을 특징으로 하는 발광소자 실장용 기판의 제조방법.
  7. 코어 금속의 원하는 위치에, 실장한 발광소자로부터 발생하는 광을 소정 방향으로 향하여 반사하는 반사 컵부를 형성하고, 다음에 상기 코어 금속의 표면에 법랑재를 도포하여 도금하며, 상기 코어 금속의 표면에 두께가 50㎛ ~ 200㎛의 범위의 법랑층이 설치된 발광소자 실장용 기판을 제작하고, 다음에 상기 발광소자 실장용 기판의 표면에 전극을 형성하며, 다음에 상기 반사 컵부 중앙부의 상기 전극 상에 상기 발광소자를 실장하여 상기 각 전극과 발광소자를 전기적으로 접속하고, 다음에 상기 반사 컵부에 수지를 충전하여 경화시키며, 상기 발광소자를 봉지하여 발광소자 모듈을 제작하는 발광소자 모듈의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    형광체를 섞은 수지에 의해 상기 발광소자를 봉지하는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광소자가 청색 발광 다이오드이고, 상기 형광체가 청색 여기 황색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈의 제조방법.
  10. 제3항에 기재된 발광소자 모듈을 가지는 표시장치.
  11. 제4항에 기재된 발광소자 모듈을 가지는 조명장치.
  12. 제3항에 기재된 발광소자 모듈을 가지는 교통 신호기.
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