KR100449140B1 - 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 특히 LED 램프의 홀컵 부분에 미세분말 형태의 투명 에폭시 수지에, YAG 계열의 형광제나 적색, 녹색, 청색의 형광제를 일정한 비율로 혼합한 분말을 채우고, 소정의 온도로 소정 시간동안 가열 경화 반응시켜 LED 칩 주위를 에폭시 수지와 형광제 물질로 균일하게 도포 피막화시킨 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

LED 프레임의 반사구면 오목한 중심부에 형성된 홀 컵에 발광 LED 칩을 전도성 은 페이스트로 접착 고정하고, LED 칩 윗면의 전극부분을 미세한 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 세선으로 한쪽의 전극에 연결하고, 형광제가 배합된 분말 에폭시 수지를 전극 위의 오목한 홀컵 부분에 덮고, 분말 에폭시 수지와 형광제의 혼합물로 덮혀진 전극을 소정 온도와 시간으로 가열 경화 반응시키면 분말 에폭시 수지가 용해되어 LED 칩 주변과 반구면의 오목한 부분(홀컵)에 도포 피막시켜 최종제품인 백색 발광 다이오드가 제공된다.

Description

백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법{White Light-emitting Diode and Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 LED 램프의 홀컵 부분에 미세분말 형태의 투명 에폭시 수지에, YAG 계열의 형광제나 적색, 녹색, 청색의 형광제를 일정한 비율로 혼합한 분말을 채우고 소정의 온도로 소정 시간동안 가열, 경화 반응시켜 LED 칩 주변을 형광제 물질로 도포 피막화시킨 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 LED는, 예를 들어 GaAsP, GaAlAs, GaP, InGaAlP, GaN 등으로 구성된 1mm 내지 4mm 각 이하로 절단된 LED칩과, 1개 이상의 전극을 가지며, 상기 전극 중의 하나의 전극에는 반구형으로 형성된 홀컵 또는 리플렉터가 형성되어 있고, 홀컵의 하부 중앙부에 은 페이스트를 적하하고, 그 위에 LED칩을 접착 고정한 후, 상기 LED 칩을 금(Au) 세선 또는 알루미늄(Al) 세선에 의해 다른 하나의 전극에 전기적으로 접속되어 구성된다.이러한 종래 LED의 투명 에폭시 수지는 LED의 발광효율을 높이기 위하여 굴절률과 투명도가 높은 수지가 이용된다. 여기서, 에폭시 수지란 화학적 구성 분자가 에폭시기 그룹을 갖는 물질로서 에피클로로히드린과 비스페놀 A를 중합하여 제조하는 것이 대표적이며 경화제를 첨가하여 열경화성 물질로 변화시켜 사용되므로 보통 수지 중간체라 할 수 있다.일반적으로, 에폭시 수지는 그 형태에 따라 액상, 고상, 반고상으로 구분되며, 그 성분에 따라 1성분계 에폭시 수지와 2성분계 에폭시 수지로 구분된다.상기 2성분계 에폭시 수지란 공장에서 제조시 주제와 경화제를 미리 혼합한 형태(Premixed)로서, 액체 상태 또는 고체상태로 제공된다. 주제와 경화제가 혼합되어 있는 특성상 시간이 경과하게 되면 점차적으로 반응하여 경화되며, 따라서, 약 -5℃에서 보관하여야 하는 취급상의 주의를 요한다. 2성분계 에폭시 수지는 사용자에 의해 부가적인 취급이 필요치 않으며, 제품의 균일성(도)이 보장된다.한편, 1성분계 에폭시 수지는 액체상태의 주제와 경화제가 각기 따로 제공되며, 사용자가 그 의도에 맞게 일정량을 혼합하여 사용한다. 주제와 경화제가 따로 공급되기 때문에 2성분계 에폭시 수지보다 장시간 보관할 수 있으나 사용자가 정확한 양을 혼합하여 사용하기 곤란하고, 경화시간이 상대적으로 긴 문제점이 있다.상기와 같은 에폭시 수지의 일반적인 장점은 경화시 반응수축이 작으며, 휘발물을 발생시키지 않으며, 전기적, 기계적 성질이 매우 우수하며, 기계 가공성이 우수하고 내수성, 내약품성이 우수하고, 가소성과 내마모성이 우수한 성질을 부여 할 수 있으며, 각종의 충진제(무기, 유기, 금속분말, 모래 등)을 첨가할 수 있고, 금속, 목재, 시멘트, 유리, 플라스틱 등 거의 모든 재료에 접착이 가능하고, 금속과 시멘트 등 이종 재료간의 접착도 양호하고 저장 안정성이 높으며 경화제를 혼합하지 않으면 기후, 온도에 관계없이 장기간 동안 보관이 가능하는 등의 많은 장점이 있다.한편, LED의 발광색을 변환할 목적으로 위의 투명 에폭시 수지에 무기안료 또는 유기안료와 형광안료(형광제)를 혼입하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 것들은 모두 액상 에폭시 수지를 주체로 하고 있다.

상기와 같은 종래의 LED는 LED칩의 크기에 대하여 수지 성형부의 크기가 수백배 내지 수천배까지 크기 때문에 LED칩 자체의 광도가 극단적으로 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 LED는 액상 에폭시 수지에 형광제를 배합하여 상기 에폭시 수지를 소정의 치구를 사용하여 적당량 LED 전극의 오목한 홀컵에 채우고 경화시켜 제조한다. 이러한 종래 기술에 따라 제조된 LED는 CIE(Commission International de I'Eclarge, 국제조명위원회) 색조표에 정의된 백색점, 예를 들면, x=0.3127, y=0.3291을 얻기 위해서는 이것에 상당하는 형광제를 액상 에폭시 수지에 배합하고, 150℃에서 5시간 정도 경화 반응시켜 제조하게 되는데, 형광제의 비중이 수지보다 크기 때문에 경화 중에 침전이 진행되어 색좌표(x=0.3127, y=0.3291)가 변화되기 때문에 제조할 때마다 색의 재현성에 문제가 발생하며, 또한 색 얼룩이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

LED 칩은 주로 청색, 자색 또는 자외선을 이용하면 효율이 높기 때문에 이를 백색에 이용할 수 있다. 예를 들어, 액체 상태의 몰딩 컴파운드 수지에 형광안료를 일정비율 혼합하여 혼합물을 만들고, 상기 혼합물에 150 ℃의 온도와 압력을 가하여 제조에 편리한 모양으로 만든 후, 그 것을 LED 칩 부분의 홀컵에 트랜스퍼 몰딩하여 혼합물 경화부를 형성하여 LED 칩에서 발광되는 청색광을 백색광으로 변환시키는 LED가 있었다.

즉, 액상 에폭시 수지에 형광제를 배합하고 디스펜서에 넣어서 디스펜싱 할 때, 형광제의 비중이 에폭시 수지에 비하여 크기 때문에 디스펜서의 하방으로 침전이 일어나 배합비율의 농도차가 생기며, 처음에 디스펜싱하는 것과, 나중에 디스펜싱하는 것의 농도차도 발생할 뿐만아니라, 디스펜싱 후, 5시간 정도 경화시키는 도중에 형광제가 침전되어 농도차가 생기므로 LED에서 나오는 광이 일정치 않게 되는 커다란 문제점이 있으며, 이는 재현성이 없다는 문제점이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 그 목적은 분말상의 투명 에폭시 수지에, YAG 계열의 형광제나 적색, 녹색, 청색의 형광제를 배합하여 급속 경화시켜 형광제의 미립자가 에폭시 수지의 아래쪽으로 침전되지 않고 균일하게 분산되어, 색얼룩이 없고, 색의 재현성이 우수한 백색 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명에 의한 백색 발광 다이오드는, LED 프레임의 반사구면의 오목한 중심부에 형성된 홀컵에 발광 LED 칩을 전도성 은 페이스트로 접착 고정하고, LED 칩 윗면의 전극 부분을 미세한 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 세선으로 한쪽의 전극에 연결하고, 형광제가 배합된 분말 에폭시 수지를 전극 위의 오목한 부분에 덮고, 분말 에폭시 수지와 형광제 혼합물로 덮혀진 전극을 소정의 온도와 시간으로 경화 반응시키면 분말 에폭시 수지와 형광제의 혼합물이 용해되어 LED 칩 주변과 반구면의 오목한 부분(홀컵)에 도막되어 혼합물 경화부를 형성하여 최종제품인 백색 발광 다이오드로 제조된다.

본 발명의 백색 발광 다이오드는 분말상의 에폭시 수지에, 에폭시 수지의 5 내지 50 wt%정도의 형광제를 배합하고, 상기 에폭시 수지와 형광제의 혼합물을 소정의 치구를 이용하여 적당량을 전극의 홀컵에 적하하여 채우고, 분말상의 에폭시 수지의 경우에 120 내지 180℃에서 1 내지 10분간 급속 경화 반응시키므로서 형광제의 미립자가 에폭시 수지의 아래쪽으로 침전되지 않고 균일하게 분산되어 재현성이 탁월하게 되는 특징이 있다.

이러한 방법으로 형광제의 미립자가 경화 반응하여 에폭시 수지에 균일하게 분산되므로 LED 칩에서 발광되는 빛이 형광제에 흡수 산란되어 발광되는 색의 얼룩이 감소되는 특징이 있다. 따라서, 원하는 광을 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 패키지 형태의 백색 발광 다이오드를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 탑 LED를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : LED 21, 22 : 전극

23 : 홀컵 24 : 은 페이스트

25 : LED 칩 26 : 금 세선

27 : 수지 몰딩 28 : 혼합물 경화부

이하에서 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 패키지형의 백색 발광 다이오드(20)를 도시하며, 도 2는 본 발명에 따른 탑 LED(30)를 도시한다. 도 2에서 도 1과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 사용한다. 백색 발광 다이오드(20, 30)는 전극(21, 22)을 가지며, 은 페이스트(24)로 접착 고정된 LED칩(25)을 가지며, 상기 LED칩(25)은 세선(26)에 의해 전극(21)에 전기적으로 접속된다. 상기 LED칩(25)은 홀컵(23)내에 수용되고(도 1 참조), 상기 홀컵(23)은 에폭시 수지와 형광제의 혼합물이 경화 처리되어 혼합물 경화부(28)(도 1참조)를 이룬다. 이렇게 형성된 것에 수지 몰딩(27)(도 1 참조)을 형성하여 최종 제품으로 제조된다. 그러나, 도 2에서 혼합물 경화부(28)는 리플렉터내에 형성된다.

분말 투명 에폭시 수지에 YAG 계열의 형광제 또는 적색, 녹색, 청색 형광제의 혼합물인 형광제를 5 내지 50 wt%를 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 홀컵(23)에 채운다. 그 후에 채워진 혼합물에 120 내지 180 ℃의 온도로, 1 내지 10분 동안 급속 가열 경화시키면 형광제가 미립자인 에폭시 수지의 아래쪽으로 침전되지 않고 균일하게 분산되어 경화된다. 상기 혼합물의 양은 홀컵(23)의 용량보다 많은 양으로 해서 경화시켜 혼합물 경화부(28)가 형성된다. 그 후, 투명 에폭시 수지로 소정의 형상으로 수지 몰딩(27)하므로서 최종 제품 형태로 백색 발광 다이오드가 얻어진다.

여기에서, YAG 계열의 형광제의 양을 조절함으로서 색좌표의 값을 변경 가능하고, 또한, 적색, 녹색, 청색 형광제의 조성 비율 또는/및 적색 : 녹색 : 청색의 조성 비율을 조절함으로서 색좌표의 값을 변경할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 비해 상기 YAG 계열의 형광제나, 적색 : 녹색 : 청색 형광제의 조성 비율에 따른 매우 정밀한 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 따라서, 재현성이 매우 정밀하게 되는 것이다.

상기와 같이 경화된 혼합물은 LED 칩에서 발광하는 청색, 자색 또는 자외선이 형광제에 흡수 산란되어 백색광을 발광하는 LED가 된다. 이와 같이 제조된 백색 발광 다이오드는 예를 들면, 발광 파장이 440 내지 470 nm 까지의 청색 발광 LED칩을 사용하여 에폭시 수지내의 형광제를 여기시킴으로서 원하는 백색광을 얻을 수 있다. 같은 방법으로, 발광 파장이 350 내지 430 nm까지의 자외선 또는 자색 발광 LED칩을 사용하여 백색광을 얻을 수 있게 된다.

형광제의 미립자가 경화 반응된 에폭시 수지에 균일하게 분산되므로 LED 칩에서 발광되는 빛이 형광제에 흡수산란이 균일하게 되게 되며, 발광하는 색의 얼룩이 감소하게 된다.

본 발명의 특징 중의 하나는 미세한 분말 형태의 에폭시 수지에 형광제를 상기와 같은 양을 혼합한 분말을 경화처리하여 도막할 수 있기 때문에 재현성과 생산성과 전기적 특성 관리에 최대의 효과가 발휘된다.

본 발명의 방법으로 제조된 백색 발광 다이오드는 하나의 예로서 에폭시 수지에 조합 혼입된 형광제는 단파장의 빛에 의해서만 여기되어 여기 파장과는 다른 CIE 백색점의 색좌표의 x=0.32, y=0.32 부근 및 피크 에미션 파장은 460nm이고, 도미넌트 피크 파장은 550nm 의 백색광이 발광되는 백색 발광 다이오드가 제공된다.

상기와 같이 제조된 백색 발광 다이오드는 형광등을 대체하는 조명 기구, 표시 패널, LCD 표시 광원 등 산업 기기와 생활 용품의 광원으로 사용 될 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는, 형광제의 미립자가 에폭시 수지 아래로 침전되지 않고 균일하게 분산되어 LED 칩에서 발광되는 빛이 형광제에서 흡수 산란이 균일하게 되므로 색좌표에 변화가 발생되지 않아 재현성이 우수하고, 발광되는 색의 얼룩이 감소되며, 양산성이 우수하고, 소형, 경량, 낮은 가격 및 긴 수명을 나타내는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나 이는 예시에 불과하며, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술 사상이나 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경 및 수정을 할지라도 본 기술 분야에 숙달된 자들에게는 자명할 것이며, 본원은 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (7)

1. 발광 파장이 440 내지 470 nm 까지의 청색 발광 다이오드 칩을 가지는 백색 발광 다이오드의 제조방법에 있어서,

   분말 에폭시 수지에, YAG 계열의 형광제를 상기 에폭시 수지의 5 내지 50 wt%로 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 홀컵에 채우고, 채워진 혼합물에 120 내지 180℃의 온도로, 1 내지 10분 동안 급속 가열하여 형광제가 분말 에폭시 수지의 아래쪽으로 침전되지 않고 균일하게 분산되도록 경화시켜 최종 제품 형태로 제조하는 것을 특징으로 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 YAG 계열의 형광제의 양을 조절함으로서 색좌표의 값을 변경 가능한 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
3. 발광 파장이 350 내지 430 nm 까지의 자외선 또는 자색 발광 다이오드 칩을 가지는 백색 발광 다이오드의 제조방법에 있어서,

   분말 에폭시 수지에, 적색, 녹색, 청색 형광제를 상기 에폭시 수지의 5 내지 50 wt%로 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 홀컵에 채우고, 채워진 혼합물에 120 내지 180 ℃의 온도로, 1 내지 10분 동안 급속 가열하여 형광제가 분말 에폭시 수지의 아래쪽으로 침전되지 않고 균일하게 분산되도록 경화시켜 최종 제품 형태로 제조하는 것을 특징으로 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 에폭시 수지 대 적색, 녹색, 청색 형광제의 조성 비율 또는/및 적색 : 녹색 : 청색 형광제의 조성 비율을 조절함으로서 색좌표의 값을 변경 가능한 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
5. 전극을 가지며, 홀컵의 하단부에 은 페이스트를 적하하고, 그 위에 LED 칩을 접착 고정하고, 상기 LED 칩을 금(Au) 세선 또는 알루미늄(Al) 세선에 의해 전극에 전기적으로 접속된 백색 발광 다이오드에 있어서,

   상기 홀컵에 분말 에폭시 수지와, 상기 에폭시 수지의 5 내지 50 wt%의 비율로 YAG 계열의 형광제 또는 적색, 녹색, 청색 형광제의 혼합물인 형광제의 혼합물을 채워 가열 경화처리한 혼합물 경화부를 구비한 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
6. 제 5 항에 있어서,

   발광 파장이 440 내지 470 nm 까지의 청색 발광 다이오드 칩을 사용하여 에폭시 수지내의 형광체를 여기시켜 백색광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.
7. 제 5 항에 있어서,

   발광 파장이 350 내지 430 nm 까지의 자외선 또는 자색 발광 다이오드 칩을 사용하여 에폭시 수지내의 형광체를 여기시켜 백색광을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드.