KR100449502B1 - White Light Emitting Diode and Methode for Manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 에폭시 수지에 적색 여기 발광 특성과 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 혼합하여 제작함으로써 색도도, 피크 에미션 파장 등이 우수한 백색 발광 다이오드를 얻는 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a white light emitting diode, and more particularly, a white light emitting diode having excellent chromaticity, peak emission wavelength, and the like by mixing a powdered epoxy resin with a garnet-based phosphor having red excitation emission characteristics and green yellow excitation emission characteristics. Relates to a production method to obtain.
본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 청색 발광 다이오드 칩을 포함하며, 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 경화부는 Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체와, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체가 소정 비율로 혼합된 분말 에폭시 수지를 청색 발광 다이오드 칩 상부에 도포한 후 급속 가열 경화시킴으로써 형성된다.The white light emitting diode according to the present invention includes a blue light emitting diode chip having an emission wavelength of 430 nm to 530 nm, and the hardening part encapsulating the light emitting diode chip is a garnet-based phosphor activated by Cr 3+ ions, Tb 3+ and A powder epoxy resin, in which a garnet-based phosphor activated by Tm 3+ ions is mixed in a predetermined ratio, is applied to a blue light emitting diode chip, followed by rapid heat curing.
형광체들은 상기 분말 에폭시 수지에 대하여 3wt％-50wt％사이의 범위로 혼합된다.Phosphors are mixed in the range of 3wt% -50wt% with respect to the powder epoxy resin.
Description
본 발명은 백색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 에폭시 수지에 Cr, Tm 및 Tb를 활성이온으로 하는 가넷계 형광체를 혼합함으로써 색도도, 피크 에미션 파장 등을 향상시킨 백색 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a white light emitting diode, and more particularly, to a white light emitting diode having improved chromaticity, peak emission wavelength, and the like by mixing garnet-based phosphors having Cr, Tm, and Tb as active ions in a powder epoxy resin. will be.
일반적으로, 백색 발광 다이오드는 화합물 반도체의 P·N-접합 다이오드로 전압을 인가하여 빛을 발광하는 발광소자로서, 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 일부의 빛을 형광체에 의해 파장 전환시킴으로써 백색광을 방출한다.In general, a white light emitting diode is a light emitting device that emits light by applying a voltage to a P-N-junction diode of a compound semiconductor, and emits white light by wavelength-converting a part of light emitted from the light emitting diode chip by a phosphor.
백색 발광 다이오드에는 상기 발광소자에 의해 발광된 광의 일부를 흡수해서 흡수한 광의 파장과는 다른 황색광을 발광하는 이트륨 알루미늄 가넷계 형광체(YAG)가 일반적으로 사용된다.As the white light emitting diode, yttrium aluminum garnet-based phosphor (YAG) which generally absorbs a part of the light emitted by the light emitting element and emits yellow light different from the wavelength of the light absorbed is generally used.
이와 같은 백색 발광 다이오드는 도 1에서 도시된 바와 같이, 반사기(11)가 별도로 부착된 리드 프레임(1)의 상기 반사기(11)의 내측에 발광 다이오드 칩(2)을 실장한 후, 칩과 리드 프레임을 와이어(3)로 연결한다.As shown in FIG. 1, the white light emitting diode is mounted with the LED chip 2 inside the reflector 11 of the lead frame 1 to which the reflector 11 is separately attached, and then the chip and the lead. Connect the frame with wires (3).
그리고, 상기 반사기(11)의 내부에 액상 에폭시를 주입하고 상기 액상 에폭시 내에 형광체(4)를 디스펜서등에 의해 포팅(potting)시킨후, 소정 온도에서 일정 시간동안 경화시키면, 상기 반사기의 내부에 몰딩부(5)가 형성된다.Then, after injecting a liquid epoxy into the reflector 11 and potting the phosphor 4 into the liquid epoxy by a dispenser or the like, and curing at a predetermined temperature for a predetermined time, the molding part is formed inside the reflector. (5) is formed.
한편, 램프형 백색 발광 다이오드는 선단에 광반사용 반사컵(11)을 가진 제 1 리드 단자(1a)와, 상기 제 1리드 단자(1a)와 소정 간격 이격된 제 2리드단자(1b)를 포함한다.Meanwhile, the lamp type white light emitting diode includes a first lead terminal 1a having a light reflecting reflection cup 11 at its tip, and a second lead terminal 1b spaced apart from the first lead terminal 1a by a predetermined distance. do.
제 1리드 단자의 반사컵(11)에 발광 다이오드 칩(2)을 실장하여 상기 반도체 칩(2)과 제 2 리드 단자(1b)를 와이어(3)로 와이어 본딩한 후, 상기 반사컵(11)의 내부에만 투명 또는 반투명 액상 수지를 도포하고, 상기 액상 수지내에 형광체(4)를 포팅(potting)한후, 소정 시간동안 경화시켜 경화부(5)를 형성한다.The light emitting diode chip 2 is mounted on the reflective cup 11 of the first lead terminal, and the semiconductor chip 2 and the second lead terminal 1b are wire-bonded with the wire 3, and then the reflective cup 11 A transparent or translucent liquid resin is applied only to the inside of the c), and the phosphor 4 is potted in the liquid resin, and then cured for a predetermined time to form a hardened portion 5.
이후, 리드 단자들(1a, 1b)을 반사컵(11)이 하향되도록 180°방향 전환하여, 소정 형태를 가진 성형용 틀(미도시)에 상기 리드 단자들의 선단부를 삽입하여 일정 시간 경화시켜, 렌즈 역할을 하는 외주 몰드부(6)를 형성한다.Thereafter, the lead terminals 1a and 1b are rotated by 180 ° so that the reflective cup 11 is downward, and the leading ends of the lead terminals are inserted into a molding frame (not shown) having a predetermined shape and cured for a predetermined time. An outer mold part 6 serving as a lens is formed.
이와 같은 과정에 의해 형성된 백색 발광 다이오드에 있어서, 발광 다이오드 칩으로부터 450㎚ 파장의 광이 방출되면, 그 중 일부는 몰드부(5, 6)를 그대로 통과하고, 일부는 형광체에 의해 가시광선으로 발광 파장이 변환되어, 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 광과 변환된 광, 즉 청색광과 황색광이 조합되어 백색광이 형성된다.In the white light emitting diode formed by the above process, when light of 450 nm wavelength is emitted from the light emitting diode chip, some of them pass through the mold portions 5 and 6 as they are, and some of the light is emitted in visible light by the phosphor. The wavelength is converted, and the light emitted from the light emitting diode chip and the converted light, that is, blue light and yellow light are combined to form white light.
그러나, 종래 백색 발광 다이오드는 칩을 봉지할 때 액상 에폭시를 사용하기 때문에 경화시간에 따라 급격한 비중의 감소를 보이는 에폭시에 비하여 형광체의 비중이 더 크다.However, since the conventional white light emitting diode uses liquid epoxy to encapsulate the chip, the specific gravity of the phosphor is larger than that of the epoxy which shows a rapid decrease in specific gravity with curing time.
이에 따라, 상기 형광체가 발광 다이오드의 주변에 집중되고, 특히 매우 협소한 면적을 갖는 리드 단자의 반사컵내부에서 다량의 형광체가 칩의 주변에 집중되므로 광의 투과율을 떨어뜨려 발광 다이오드의 휘도가 저하되고, 형광체의 불균일한 분포로 인하여 발광 다이오드를 보는 각도마다 방출되는 광의 색이 달라지는등 균일한 백색을 구현하기 어렵다.As a result, the phosphor is concentrated around the light emitting diode, and in particular, a large amount of phosphor is concentrated around the chip in the reflecting cup of the lead terminal having a very narrow area. Due to the non-uniform distribution of the phosphors, it is difficult to realize uniform white color such that the color of light emitted is different for each viewing angle of the light emitting diode.
또한, 액상 에폭시 수지내에 형광체를 포팅하면 형광체는 에폭시내에 임의의 방향을 향하여 산재되어 균일하게 혼합되지 않으므로 개별 발광 다이오드 뿐만 아니라 한번의 공정에서 제작되는 각각의 발광 다이오드에서 방출되는 색이 분산(scaterring)되는 등의 문제점이 발생한다.In addition, when the phosphor is potted in the liquid epoxy resin, the phosphors are scattered in any direction in the epoxy so that they are not uniformly mixed, so that the color emitted from each light emitting diode manufactured in one process as well as the individual light emitting diodes is scattered. Problems occur.
또, 액상 에폭시는 표면 장력에 의해 반사기의 내벽을 타고 오르기 때문에, 몰드 성형부의 상면이 평탄하게 형성되기 어려우며, 이에 따라 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 광이 몰드 성형부 상면에서 난반사를 일으켜 휘도가 저하된다.In addition, since the liquid epoxy rises on the inner wall of the reflector due to the surface tension, it is difficult to form the upper surface of the mold molding portion flatly, so that the light emitted from the light emitting diode chip causes diffuse reflection on the upper surface of the mold molding portion, resulting in low luminance. .
또한, 몰딩부의 상부 표면이 평평하지 않으면 개별 패키지마다 그 높이가 서로 다르게 되고, 이로 인해 패키지의 성능이 저하된다.In addition, if the upper surface of the molding part is not flat, the heights of the individual packages may be different from each other, thereby degrading the performance of the package.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 분말 에폭시 수지에 적색 여기 발광 특성과 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 가넷 계열의 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 반사기 또는 반사컵 내에 채워 급속 경화시킴으로써, 균일한 백색을 구현하여, 백색 발광 다이오드의 색도도 및 피크 에미션 등을 향상시키는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to rapidly cure a mixed powder obtained by mixing a garnet-based phosphor having a red excitation light emission property and a green yellow excitation light emission property into a powder epoxy resin in a reflector or a reflecting cup. By implementing a uniform white, the chromaticity diagram and peak emission of the white light emitting diode are improved.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은, 분말 에폭시 수지와 형광체의 혼합 분말을 이용하여 몰딩 성형부를 형성하여 형광체가 균일하게 몰딩 성형부내에 분포되도록 함으로써, 백색 발광 다이오드의 휘도를 향상시키고, 제품 수율을 증가시키는데 있다.Furthermore, another object of the present invention is to form a molding molding part by using a powder of a powder epoxy resin and a phosphor, so that the phosphor is uniformly distributed in the molding molding part, thereby improving the brightness of the white light emitting diode and producing a product yield. To increase.
더 나아가, 본 발명의 다른 목적은, 분말 에폭시와 형광체의 혼합 분말로 발광 다이오드 칩을 경화시킴으로써 발광 다이오드의 제작 공정을 단순화시키는데 있다.Furthermore, another object of the present invention is to simplify the manufacturing process of a light emitting diode by curing the light emitting diode chip with a mixed powder of powder epoxy and phosphor.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드를 봉지하는 에폭시 수지와, 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 광을 흡수하여 파장 변환시키는 형광체를 구비한 백색 발광 다이오드에 있어서, 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 청색 발광 다이오드 칩과; Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체와, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체가 소정 비율로 혼합된 분말 에폭시 수지를 청색 발광 다이오드 칩 상부에 도포한 후 급속 가열 경화시켜 경화부를 형성한다.In order to achieve this object, a white light emitting diode according to the present invention is a white light emitting diode having a light emitting diode chip, an epoxy resin encapsulating the light emitting diode, and a phosphor for absorbing and converting wavelengths of light emitted from the light emitting diode chip. A blue light emitting diode chip having a light emission wavelength of 430 nm to 530 nm; A powder epoxy resin, in which a garnet-based phosphor activated by Cr 3+ ions and a garnet-based phosphor activated by Tb 3+ and Tm 3+ ions, is mixed at a predetermined ratio, is applied to the top of the blue light emitting diode chip and cured by rapid heat curing Form wealth.
바람직하게, 형광체들은 상기 분말 에폭시 수지에 대하여 3wt％-50wt％사이의 범위로 혼합된다.Preferably, the phosphors are mixed in the range of 3wt% -50wt% with respect to the powder epoxy resin.
보다 바람직하게, Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체는 Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 Cr3+이온으로 활성화된 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체이다.More preferably, Cr 3+ ion-garnet fluorescent material activated by the activation by Y, Cr 3+ ions comprising at least one at least one element selected from the group consisting of elements with, Al, Ga selected from the group consisting of Gd It is a garnet-type phosphor which has the red excitation light emission characteristic.
보다 바람직하게, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체는 Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체이다.Than 3 Tb Preferably, a garnet phosphor activated by Tb 3+ and Tm 3+ ions is at least one element selected from the group consisting of at least one element, Al, Ga selected from the group consisting of Y, Gd Garnet-based phosphors having green-yellow excitation luminescence properties activated with + and Tm 3+ ions.
더 바람직하게, 형광체의 일반식은 (Y1-pGdp)3(Al1-x-yGaxCry)5O12이고, 단, 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1 또는, (Y1-x-a-bGdxTbaTmb)3(Al1-yGay)5O12이고, 단, 0≤x≤1.0, 0≤y≤1.0, 0≤a≤0.1, 0≤b≤0.05, 바람직하게 a=0.05 이면 b=0 이고, b=0.05 이면 a=0이다.More preferably, the general formula of the phosphor is (Y 1-p Gd p ) 3 (Al 1-xy Ga x Cr y ) 5 O 12 , provided that 0 ≦ p ≦ 0.9, 0 ≦ x ≦ 0.99, 0.001 ≦ y ≦ 0.1 or, (Y 1-xab Gd x Tb a Tm b ) 3 (Al 1-y Ga y ) 5 O 12 , provided that 0 ≦ x ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 1.0, 0 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≤ b ≤ 0.05, preferably a = 0.05 is b = 0, and b = 0.05 is a = 0.
도 1은 종래 탑형 백색 발광 다이오드를 개략적으로 도시하는 종단면도;1 is a longitudinal sectional view schematically showing a conventional tower white light emitting diode;
도 2는 종래 램프형 백색 발광 다이오드를 개략적으로 도시하는 종단면도;2 is a longitudinal sectional view schematically showing a conventional lamp type white light emitting diode;
도 3은 본 발명에 따른 탑형 백색 발광 다이오드 구조를 개략적으로 도시하는 종단면도;3 is a longitudinal sectional view schematically showing a tower white light emitting diode structure according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 램프형 백색 발광 다이오드를 개략적으로 도시하는 종단면도;4 is a longitudinal sectional view schematically showing a lamp-type white light emitting diode according to the present invention;
도 5은 460㎚의 파장을 흡수하여 여기발광 되는 Cr3+의 스펙트럼;5 is a spectrum of Cr 3+ that is excited by absorbing a wavelength of 460 nm;
도 6는 460㎚의 파장을 흡수하여 여기발광 되는 Tb3+, Tm3+의 조성비에 따른 스펙트럼;6 is a spectrum according to the composition ratio of Tb 3+ and Tm 3+ which are excited and absorbed at a wavelength of 460 nm;
도 7는 CIE 색도 좌표.7 is CIE chromaticity coordinates.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 10 : 리드 프레임 1a, 1b, 10a, 10b : 리드 단자1, 10: lead frame 1a, 1b, 10a, 10b: lead terminal
2, 20 : 발광 다이오드 칩 3, 30 : 와이어2, 20: light emitting diode chip 3, 30: wire
4, 40 : 형광체 5, 50 : 몰딩 성형부4, 40: phosphor 5, 50: molding part
본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 하기에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명된다.The white light emitting diode according to the present invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 탑형 및 램프형 백색 발광 다이오드 구조를 개략적으로 도시하는 종단면이고, 도 5 및 도 6은 460㎚의 파장을 흡수하여 여기발광 되는 Cr3+과, Tb3+, Tm3+의 조성비에 따른 스펙트럼이며, 도 7는 CIE 색도 좌표이다.3 and 4 are longitudinal cross-sectional views schematically showing the top and lamp type white light emitting diode structures according to the present invention, and FIGS. 5 and 6 are Cr 3+ and Tb 3+ which are excited by absorbing a wavelength of 460 nm. , Tm 3+ is a spectrum according to the composition ratio, and FIG. 7 is a CIE chromaticity coordinate.
본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 반사기(110)를 갖는 리드 프레임(10) 또는 리드 단자(10a, 10b)와, 상기 반사기(110)내에 실장되고 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 청색 발광 다이오드 칩(20)과, 상기 발광 파장을 흡수하여 적색 및 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체(40)를 분말 에폭시 수지에 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채워 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 급속 가열 경화 처리하여 형성한 혼합물 경화부(50)를 갖는다.As shown in FIGS. 3 and 4, the white light emitting diode according to the present invention includes a lead frame 10 or lead terminals 10a and 10b having a reflector 110 and a light emitting wavelength mounted in the reflector 110. The mixed powder obtained by mixing the 430 nm to 530 nm blue light emitting diode chip 20 and the garnet-based phosphor 40 having the red and green yellow excitation light emission characteristics by absorbing the light emission wavelength in a powder epoxy resin at a predetermined ratio Filled in a reflector or a reflecting cup has a mixture hardening portion 50 formed by rapid heat curing treatment for 1 to 10 minutes at a temperature of 120 ℃ to 180 ℃.
분말 에폭시 수지에 혼입되는 형광체는 일반적으로 임자 결정(host lattice)과 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성이온(activator)으로 구성되는데, 활성이온들의 역할은 발광과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 발광 색을 결정하며, 그 발광색은 결정구조 내에서 활성이온이 갖는 기저상태와 여기상태의 에너지 차(Energy gap)에 의해 결정된다.Phosphors incorporated into powdered epoxy resins generally consist of a host lattice and an activator in which impurities are incorporated at appropriate positions. The role of the active ions is to emit light by determining the energy level involved in the luminescence process. The emission color is determined by the energy gap between the ground state and the excited state of the active ion in the crystal structure.
활성이온을 갖는 형광체가 갖는 발광 중심 색은 궁극적으로 활성 이온들의 전자 상태 즉, 에너지 준위에 의해 결정된다.The emission center color of the phosphor having the active ion is ultimately determined by the electronic state of the active ions, that is, the energy level.
Tb3+이온의 경우에는, 임자결정 내에서 5D → 7F 천이가 가장 용이하여 녹황색 발광현상이 나타내고, Tm3+이온은 청색 발광 현상을 나타내며, Cr3+이온은 적색 발광현상을 나타낸다.In the case of Tb 3+ ions, the transition from 5D to 7F is most easily performed in the ferrite crystal, resulting in greenish yellow luminescence, Tm 3+ ions exhibit blue luminescence, and Cr 3+ ions exhibit red luminescence.
본 발명에 따른 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광체(40)는 가넷(Garnet)계 형광체로서, Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고 Cr3+이온으로 활성화된다.The phosphor 40 having a red excitation emission characteristic according to the present invention is a garnet-based phosphor and includes at least one element selected from the group consisting of Y and Gd and at least one element selected from the group consisting of Al and Ga. And activated with Cr 3+ ions.
상기 형광체의 일반식은 (Y1-pGdp)3(Al1-x-yGaxCry)5O12로 표시될 수 있고, 단 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1이며, 바람직하게 p≒0.2, x≒0.001,y≒0.005이다.The general formula of the phosphor may be represented by (Y 1-p Gd p ) 3 (Al 1-xy Ga x Cr y ) 5 O 12 , except that 0 ≦ p ≦ 0.9, 0 ≦ x ≦ 0.99, and 0.001 ≦ y ≦. 0.1, preferably p ≒ 0.2, x ≒ 0.001, y ≒ 0.005.
그리고, 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체(40)도 가넷(Garnet)계 형광체로서, Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고 Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된다.The phosphor 40 having green-yellow excitation light emission characteristics is also a garnet-based phosphor, and includes at least one element selected from the group consisting of Y and Gd, and at least one element selected from the group consisting of Al and Ga. Activated with Tb 3+ and Tm 3+ ions.
상기 녹황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체의 일반식은 (Y1-x-a-bGdxTbaTmb)3(Al1-yGay)5O12이고, 단, 0≤x≤1.0, 0≤y≤1.0, 0≤a≤0.1, 0≤b≤0.05, 바람직하게 a=0.05 이면 b=0 이고, 또는 b=0.05 이면 a=0이다.The general formula of the phosphor having green yellow excitation light emission characteristics is (Y 1-xab Gd x Tb a Tm b ) 3 (Al 1-y Ga y ) 5 O 12, where 0 ≦ x ≦ 1.0 and 0 ≦ y ≦ 1.0 , 0 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.05, preferably b = 0 if a = 0.05, or a = 0 if b = 0.05.
이와 같은 형광체(40)는 Y원소를 포함하는 물질과, Al원소를 포함하는 물질과, Y을 치환하는 Gd, Tb 및 Tm과, Al을 치환하는 Ga, Cr가 소정 몰량만큼 혼합되도록 BaF, NH4F등의 융제를 함께 섞어 잘 혼합한 후, 1300℃내지 1800℃정도의 온도에서 바람직하게, 2시간에서 5시간동안 가열하여 반응시키면 생산될 수 있다.The phosphor 40 includes BaF and NH such that a material containing Y element, a material containing Al element, Gd, Tb and Tm replacing Y, and Ga and Cr replacing Al are mixed by a predetermined molar amount. It was mixed well and mix with the flux, such as 4 F, preferably at a temperature of about 1300 ℃ to 1800 ℃, can be produced when the reaction is heated to from 2 hours to 5 hours.
한편, Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)는, 도 5에서 도시된 바와 같이, 430㎚-530㎚의 파장을 흡수하여 580㎚-720㎚ 파장의 적색으로 여기 발광되고, 예를 들어 460㎚파장의 광을 흡수하는 경우, 그 피크치의 파장은 712㎚의 영역이다.On the other hand, the garnet-based phosphor 40 activated with Cr 3+ ions, as shown in Figure 5, absorbs the wavelength of 430nm-530nm and is excited to emit red light of the wavelength of 580nm-720nm, for example For example, when absorbing light having a wavelength of 460 nm, the wavelength of the peak value is a region of 712 nm.
이에 따라, 상기 가넷계 형광체에 의해 발광 다이오드 칩(20)에서 발광된 광은 장파장으로의 쉬프트가 이루어져 충분한 적색광을 나타낸다.As a result, the light emitted from the light emitting diode chip 20 by the garnet-based phosphor is shifted to a long wavelength to display sufficient red light.
또한, 도 6에서 도시된 바와 같이, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)는 430㎚-530㎚의 파장을 흡수하여 550㎚-570㎚ 파장의 녹황색으로 여기 발광되고, 그 피크치의 파장은 Tb3+및 Tm3+이온의 몰분량에 따라 조금씩 다르나 대략 544㎚이다.In addition, as shown in FIG. 6, the garnet-based phosphor 40 activated with Tb 3+ and Tm 3+ ions absorbs wavelengths of 430 nm-530 nm and is excited to emit green light of 550 nm-570 nm wavelength. The wavelength of the peak value is approximately 544 nm although it varies slightly depending on the molar amount of Tb 3+ and Tm 3+ ions.
만약 적절하다면, 활성제로 쓰이는 Cr3+이온, Tb3+및 Tm3+이온외에, 소량의 다른 첨가물, 특히 빛의 강도를 높일 수 있는 Li 이온, Ce 이온, B 이온 등을 소정 비율로 추가할 수도 있다.If appropriate, in addition to Cr 3+ ions, Tb 3+ and Tm 3+ ions used as activators, small amounts of other additives, especially Li ions, Ce ions, and B ions, which can increase the intensity of light, may be added at a predetermined rate. It may be.
그리고, Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)에 의해 파장변환된 광은 도 7의 CIE 색도 좌표상에서 x= 0.5806, y= 0.2894의 좌표값을 갖고, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)에 의해 파장변환된 광은 상기 색도 좌표상에서 x= 0.368, y= 0.539의 좌표값을 갖는다.Light converted by the garnet-based phosphor 40 activated with Cr 3+ ions has a coordinate value of x = 0.5806, y = 0.2894 on the CIE chromaticity coordinate of FIG. 7, and Tb 3+ and Tm 3+ ions. The light wavelength-converted by the garnet-based phosphor 40 activated by has a coordinate value of x = 0.368 and y = 0.539 on the chromaticity coordinates.
따라서, 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 청색광과, Cr3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)에 의해 파장변환된 적색광과, Tb3+및 Tm3+이온으로 활성화된 가넷계 형광체(40)에 의해 파장변환된 녹황색광을 조합하여 만들어 낼 수 있는 색의 영역은 세 색이 만드는 삼각형 내부이고, 이에 따라 백색광이 구현된다.Therefore, blue light emitted from the light emitting diode chip, red light wavelength-converted by the garnet phosphor 40 activated with Cr 3+ ions, and garnet phosphor 40 activated with Tb 3+ and Tm 3+ ions. The area of the color that can be produced by combining the wavelength-converted green-yellow light is inside the triangle created by the three colors, thereby realizing white light.
즉, 사람의 눈에는 적색과 청색과 녹황색의 중간에 위치한 파장대 즉, 백색이 본 발명에 따른 발광 다이오드로부터 방출되는 것과 같이 보여지는 것이다.That is, in the human eye, the wavelength band located between red, blue and green yellow, that is, white is seen as emitted from the light emitting diode according to the present invention.
이와 같은 형광체(40)들은 분말 에폭시 수지에 대하여 중량당 3％-50％사이의 범위로 골고루 혼합되어, 반사기 또는 반사컵(110)내부에 도포되고, 상기 리드 프레임(10) 또는 리드 단자를 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열함에 따라, 상기 혼합 분말이 10분이내에 급속하게 가열 경화되어 반사기와 반사컵내부에 경화부(50)가 형성된다.The phosphors 40 are evenly mixed in a range of 3% -50% per weight with respect to the powder epoxy resin, and applied to the inside of the reflector or the reflecting cup 110, and the lead frame 10 or the lead terminal 120 As it is heated for 1 to 10 minutes at a temperature of ℃ to 180 ℃, the mixed powder is rapidly heat-cured within 10 minutes to form a curing portion 50 in the reflector and the reflecting cup.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 따라, 탑형 백색 발광 다이오드는 하기와 같은 방법으로 제작된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the tower white light emitting diode is manufactured by the following method.
박막 패턴이 형성된 주면에 반사기(110)를 갖는 리드 프레임(10)에 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚까지인 청색 발광 다이오드 칩(20)을 실장한다.The blue light emitting diode chip 20 having an emission wavelength of 430 nm to 530 nm is mounted on the lead frame 10 having the reflector 110 on the main surface on which the thin film pattern is formed.
상기 반사기(110)는 박막 패턴의 증착으로 형성된 리드 프레임의 정·부 극성을 에워싸는 일정 두께의 내벽을 갖는 다면체이고, 플라스틱 수지 또는 세라믹 등으로 형성된다.The reflector 110 is a polyhedron having an inner wall of a predetermined thickness surrounding the positive and negative polarities of the lead frame formed by the deposition of a thin film pattern, and is formed of a plastic resin or a ceramic.
그리고, 상기 반사기(110)의 내측벽은 발광 다이오드 칩(20)에서 방출되는 빛을 전반사하기 위하여 다소 경사지게 형성되거나 백색으로 도장되거나 또는 금속으로 증착되거나 또는 다른 형태의 반사기가 내부에 설치될 수도 있다.In addition, the inner wall of the reflector 110 may be formed to be slightly inclined, painted in white, deposited in metal, or may be provided with a reflector of another type in order to totally reflect the light emitted from the LED chip 20. .
상기 청색 발광 다이오드 칩(20)은 도전성 또는 비도전성 접착제에 의해 전극상(11)에 고정되고, 칩을 실장한 리드 프레임(10)은 접착제가 경화되도록 특성에 맞는 온도 조건하에서, 예를 들어 100℃ 내지 150℃의 온도로 30분 내지 1시간 정도 방치한다.The blue light emitting diode chip 20 is fixed to the electrode phase 11 by a conductive or nonconductive adhesive, and the lead frame 10 having the chip mounted thereon is under a temperature condition suitable for characteristics so as to cure the adhesive, for example, 100 It is left to stand for 30 minutes-about 1 hour at the temperature of 150 to 150 degreeC.
상기 전극과 발광 다이오드 칩(20)이 전기적으로 연결되도록 결합수단으로본딩한 후, 가넷계 형광체(40)가 혼합된 분말 에폭시 수지를 분사 장치를 통해 상기 반사기(110) 내부에 소정량 충진한다.After bonding the electrode and the light emitting diode chip 20 to the coupling means so as to be electrically connected, a powder epoxy resin mixed with the garnet-based phosphor 40 is filled into the reflector 110 through a spraying device.
이 때, 상기 가넷계 형광체(40)는 에폭시 수지에 중량당 3％ 내지 50％로 혼합된다.At this time, the garnet-based phosphor 40 is mixed in 3% to 50% by weight of the epoxy resin.
한편, 상기 분사 장치(미도시)는 규칙적으로 행과 열의 방식으로 소정 위치에 입력 물질을 주사하는 디스펜서로서, 분말 에폭시 수지를 담을 수 있는 유·고압 실린더와, 상기 에폭시의 분사 압력을 조절하는 압력 장치와, 상기 분사 압력을 감지하는 압력 감지 센서(미도시)등으로 이루어져 있다.On the other hand, the injection device (not shown) is a dispenser for injecting the input material at a predetermined position in a regular manner in a row and column, an oil-high pressure cylinder that can contain a powder epoxy resin, and a pressure for adjusting the injection pressure of the epoxy Device and a pressure sensing sensor (not shown) for sensing the injection pressure.
이후, 급속 가열 경화 처리를 위해 리드 프레임(10)을 120℃내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열하면, 분말 상태의 에폭시 수지가 단시간에 융해 경화되고, 에폭시 수지에 분포된 형광체(40)는 아래쪽으로 침전되지 않고 함께 경화되어 경화부(50)를 형성한다.Subsequently, when the lead frame 10 is heated at a temperature of 120 ° C. to 180 ° C. for 1 to 10 minutes for rapid heat curing, the epoxy resin in a powder state is melted and cured in a short time, and the phosphor 40 distributed in the epoxy resin ) Is cured together without being precipitated downward to form a hardened portion (50).
이와 같은 방법으로 경화부(50)가 형성된 리드 프레임(10)은 2차 경화를 위하여, 소정 온도로 가열된 오븐(미도시)내에 삽입되어진다.The lead frame 10 in which the hardening part 50 is formed in this manner is inserted into an oven (not shown) heated to a predetermined temperature for secondary curing.
이후, 상기 리드 프레임(10)을 절단 수단을 이용하여 개별 발광 다이오드로 분리한다.Thereafter, the lead frame 10 is separated into individual light emitting diodes using cutting means.
한편, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따라, 램프형 백색 발광 다이오드의 제작방법은 하기와 같다.On the other hand, according to a preferred embodiment of the present invention, the manufacturing method of the lamp type white light emitting diode is as follows.
램프형 발광 다이오드는 선단에 광반사용 반사컵(100)을 가진 제 1 리드 단자(10a)와, 상기 제 1리드 단자(10a)와 소정 간격 이격된 제 2리드 단자(10b)를 포함한다.The lamp type LED includes a first lead terminal 10a having a light reflecting reflection cup 100 at a tip thereof, and a second lead terminal 10b spaced apart from the first lead terminal 10a by a predetermined distance.
램프형 발광 다이오드는 상기에서 설명된 방법과 동일한 방법으로 상기 발광 다이오드 칩(20)이 실장된 리드 단자(10a)의 반사컵 내부에 경화부(50)를 형성하고, 상기 리드 단자의 선단부를 성형용 틀(미도시)을 이용하여 외주 몰딩부(60)를 형성하는 단계가 더 포함된다.In the lamp type LED, the hardening part 50 is formed inside the reflecting cup of the lead terminal 10a on which the LED chip 20 is mounted in the same manner as described above, and the leading end of the lead terminal is formed. Forming the outer molding portion 60 by using a mold (not shown) is further included.
이 때, 색변환을 위하여 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 방출되는 광에 의해 여기 발광되는 형광체(40)는 리드 단자(10a)의 상단부에 형성된 반사컵(110) 내부에만 도포되고, 외주 몰딩부(60)는 발광 다이오드 칩(20)에서 방출된 빛의 투과율을 향상시키기 위해 에폭시 수지가 사용된다.At this time, the phosphor 40 excited by the light emitted from the light emitting diode chip 20 for color conversion is applied only to the inside of the reflective cup 110 formed at the upper end of the lead terminal 10a, and the outer molding part. Reference numeral 60 is an epoxy resin is used to improve the transmittance of light emitted from the light emitting diode chip 20.
상기 공정에서, 가넷계 형광체가 분포시켜 경화부(50)를 형성한 리드 단자(10a, 10b)를 180°회전시켜 리드 단자의 상단부를 성형용 틀에 삽입한 후, 상기 성형용 틀을 소정 온도로 가열하여 경화시킨다.In the above process, the lead terminals 10a and 10b in which the garnet-based phosphor is distributed to form the hardened portion 50 are rotated by 180 ° to insert the upper end of the lead terminal into the mold for molding, and then the mold for molding is Heated to harden.
소정 온도의 오븐에 상기 리드 단자(10a, 10b)를 삽입하여 상기 에폭시를 소정 시간동안 경화시킨 후, 개별 발광 다이오드로 분리한다.The lead terminals 10a and 10b are inserted into an oven at a predetermined temperature to cure the epoxy for a predetermined time, and then separated into individual light emitting diodes.
이와 같은 과정을 통해 형성된 백색 발광 다이오드에 있어서, 전류가 인가되어 청색 발광 다이오드 칩(20)으로부터 단파장의 청색광이 방출되면, 일부의 빛은 경화부(50)를 그대로 통과하고, 일부의 빛은 가넷계 형광체(40)에 흡수되어 적색 및 녹황색으로 파장 변환되어, 상기 청색광과 적색광 및 녹황색광의 중간색인 백색이 발현된다.In the white light emitting diode formed by the above process, when a current is applied to emit blue light having a short wavelength from the blue light emitting diode chip 20, some light passes through the curing unit 50 as it is, and some light is garnet. Absorbed by the system phosphor 40 and wavelength-converted to red and greenish yellow, white color which is intermediate between the blue light, red light and greenish yellow light is expressed.
이 때, 급속 경화로 인하여 미립자인 형광체(40)가 에폭시 수지에 균일하게 분산되어 있으므로 발광 다이오드 칩(20)에서 발광되는 빛이 형광체에 균일하게 흡수되어 여기 발광되므로 색의 얼룩이 감소된다.At this time, since the phosphor 40 as the fine particles is uniformly dispersed in the epoxy resin due to the rapid curing, light emitted from the light emitting diode chip 20 is uniformly absorbed by the phosphor and excited to emit light, thereby reducing color unevenness.
또한, 미세한 분말 형태의 에폭시 수지에 형광체가 소정 비율로 혼합된 혼합분말을 발광 다이오드 칩상부에 도막할 수 있기 때문에 색의 재현성뿐만 아니라 생산성과 전기적 특성 관리 등의 효율이 향상된다.In addition, since a mixed powder in which phosphors are mixed with a fine powder-type epoxy resin in a predetermined ratio can be coated on the light emitting diode chip, not only color reproducibility but also productivity and electrical property management efficiency are improved.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는 분말 상태의 에폭시와 형광체를 발광 다이오드 칩상부에 분사한 후, 급속 경화시켜 경화부를 형성하므로 형광체가 균일하게 경화부내에 분산되어 발광 다이오드 칩에서 발광되는 칩이 형광체에 균일하게 여기 발광되므로 발광 다이오드의 색의 얼룩이 감소된다.As described above, the white light emitting diode according to the present invention sprays epoxy and phosphor in the powder state on the light emitting diode chip, and then rapidly hardens to form a hardened portion, so that the phosphor is uniformly dispersed in the hardened portion, Since the chip that emits light is uniformly excited on the phosphor, color unevenness of the light emitting diode is reduced.
또한, 분말 상태의 에폭시 수지에 형광체가 균일하게 혼합되어 급속 경화되기 때문에 개별 발광 다이오드뿐만 아니라, 1회 제품 생산품에서 생산되는 발광 다이오드들마다 그 백색이 균일하게 발광되므로 제품 공급 수율 및, 발광 휘도가 향상된다.In addition, since the phosphor is uniformly mixed and rapidly cured in the epoxy resin in a powder state, the white light is uniformly emitted not only for individual light emitting diodes but also for each light emitting diode produced in a single product product. Is improved.
그리고, 고체 상태의 에폭시 수지를 사용하기 때문에 액상의 에폭시 수지와 달리 에폭시 수용기, 돌출턱과 같은 가이드 등을 설치할 필요가 없으므로 그 공정이 단순화된다.In addition, since the epoxy resin in the solid state is used, unlike the liquid epoxy resin, there is no need to install an epoxy receptor, a guide such as a protrusion, and the process is simplified.
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