KR100702297B1 - 백색 ｌｅｄ의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백색 LED의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 패키징 기판을 이용한 자색광 발광 LED 칩에 적색, 청색 및 녹색의 삼색 혼합의 형광물질을 도포한 후 자색광 발광 LED 칩이 자색광을 발광하는 점을 이용해 상기 형광물질의 표면에 빛을 투과시켜 적색, 청색 및 녹색의 삼파장이 혼합된 백색광을 만드는 백색 LED의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

백색 ＬＥＤ의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A WHITE LED}
도 1은 종래의 방법에 따라 제조된 백색 LED의 패키징 리드 프레임을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명에 따라 제조된 백색 LED의 리드 프레임을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명에 따라 제조된 다른 형태의 백색 LED의 리드 프레임을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명에 따른 백색 LED의 몰딩 제작 구조도; 및
도 5는 본 발명에 따른 백색 LED의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 자색광 발광칩 2 : 삼원색 형광 물질
3, 9 : 패키징 리드 프레임 4 : 와이어 리드
5 : 리드 프레임 전극 10 : 기판 전극
본 발명은 백색 LED(Light Emitting Diode:발광 다이오드)의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 패키징 기판을 이용한 자색광(violet light) 발광 LED 칩에 적색, 청색 및 녹색의 삼색 혼합의 형광물질을 도포한 후 자색광 발광 LED 칩이 자색광을 발광하는 점을 이용해 상기 형광물질의 표면에 빛을 투과시켜 적색, 청색 및 녹색의 삼파장이 혼합된 백색광을 만드는 백색 LED의 제조 방법에 관한 것이다.
백색 LED 제조 방법의 종래예로는 2가지 방법이 있다.
첫번째 방법으로는 일본 니치아(Nichia)의 대만 특허 등록번호 제383508호에서 기술되어 있는 바와 같이 청색광 발광칩에 황색 형광물질(YAG)을 도포하는 방법이 있다.
그러나, 상기 방법으로 만들어지는 백색광은 청색과 황색의 쌍파장(two-wavelengh)으로 이루어져 지시용으로는 적합하나, 조명 용도 및 LCD 칼라 배경 광원 용도로는 적합하지 못했다. 또한 황색 형광물질의 양을 조절하는 어려움으로 인해 자주 빛의 색깔이 청색으로 치우치거나 황색으로 치우치는 문제점이 발생했다.
두번째 방법으로는 본 발명자의 대만 특허 등록번호 제385063호에서 기술되어 있는 바와 같이 자외선 발광칩에 적색, 청색 및 녹색의 혼합 형광물질을 도포한 후 빛을 투과시켜 백색광으로 보이게 하는 방법이 있다.
상기 방법은 자외선을 삼원색 형광물질에 투과시켜 삼파장 백색광을 만들어내는 가장 이상적인 방법이다. 그러나, 이전까지는 발광 효율이 높은 자외선 LED 발광칩이 나타나지 않아 제조상에 있어 많은 문제점이 있었다. 현재 자외선 LED를 이용하는 일본의 니치아의 경우 삼파장의 길이가 371nm이고 파워 역시 2~3mW이다. 마찬가지로 일본의 도요다 고세이(Toyoda Gosei)의 제품 역시 380nm의 삼파장 길이에 파워는 약 2~3mW이다. 이와 같이 고효율의 자외선 LED 발광칩 제조가 어려운 이유는 재료의 특성과 제조 공정때문이다.
또한, 현재까지는 자외선을 피복할 수 있는 투명한 수지가 없어 대부분 유기 수지가 사용되고 있고, 이러한 유기수지는 자외선을 흡수 및 열성화시켜 LED의 수명과 품질을 떨어뜨렸다.
본 발명은 종래형의 백색 LED의 결점 연구를 통해 보다 나은 백색 LED의 제조 기술을 제공하는 것으로, 자색광(파장 390~410nm)과 형광물질을 이용하여 삼파장 백색 LED를 만들어내는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 백색 LED 제조 기술은 파장 390~410nm 사이의 자색광을 형광물질에 투과시켜 백색광을 제조하는 기술로서, 상기한 청색 발광칩에 황색 형광물질(YAG)을 추가하는 기술이나 자외선을 삼색 형광물질에 투과시켜 삼파장의 백색광을 만드는 기술과는 다른 기술이다.
본 발명에서 자색광을 이용한 이유는 미국의 크리 코퍼레이션(Cree Corporation)이 390~395nm 사이의 파장을 이용해서 파워 20mW 이상을 만들어 내는 고효율 LED 칩을 만들어 냈기 때문인데, 이는 현재의 청색이나 자외선보다 높은 효율을 가지고 있다. 또한 390~410nm 범위의 자색광에 의해서 형광물질(적색, 청색 및 녹색)이 고르게 발광될 수 있음을 본인의 여러 차례의 실험으로 밝혀내었다.
그 중:
적색의 형광 물질은 Y2O2S:Eu,Gd이고
녹색의 형광 물질은 ZnS:Cu,Al 또는 Ca2MgSi2O7:Cl이고,
청색의 형광 물질은 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4) 6Cl2:Eu이다.
적색, 청색 및 녹색의 적당한 배합을 통해 백색광이나 여러 가지 빛의 색깔 온도나 다양한 빛의 색깔을 만들어 낼 수 있다.
도 2를 보면, 먼저 적당한 비율로 배합시킨 적색, 청색 및 녹색의 삼원색 형광물질(2)이 자색광에서 충분한 백색광을 만들어낸다. 또한, 이 백색광은 고객의 다른 수요에 대처하기 위해 3000~8000K의 사이에서 조정될 수 있으며 적색, 청색 및 녹색의 삼원색의 형광물질(2) 역시 그 비율에 적용시켜 조정될 수 있다.
자색광 발광칩(1)을 패키징 리드 프레임(frame)(3)이나 패키징 리드 프레임(9)에 고정시키고, 와이어 리드(4)를 LED 발광칩, 리드 프레임 전극(5)(또는 기판 전극(10))과 패키징 리드 프레임(또는 패키징 리드 프레임(9))에 각각 연결 시킨다. 다음으로, 적절히 혼합된 삼원색 형광물질(2)을 직접 또는 간접으로(도 3, 도 4참조) 자외선 발광 LED 칩(1)의 표면에 도포하는데 이를 빛에 투과시키면 삼파장의 백색광이 만들어지게 된다(도 5참조).
본 발명의 삼원색 형광 물질(2)의 구성은 다음과 같다.
적색의 형광 물질은 Y2O2S:Eu,Gd이고,
녹색의 형광 물질은 ZnS:Cu,Al 또는 Ca2MgSi2O7:Cl이고,
청색의 형광 물질은 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4) 6Cl2:Eu이다.
상술한 형광 물질이외에 기타 형광물질을 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 형광 물질만을 한정하는 것에 그치지 않고, 기타 자색광 파장(390~410nm) 범위를 발생시키는 형광물질 역시 포함한다.
기존의 형광물질의 연구는 파장이 254nm 또는 365nm 범위내의 것에 한정해서 행해졌다. 반면에, 본 발명과 같이 자색광을 이용한 백색 발광 연구는 극소수였는데, 이는 고효율의 자색광 발광 LED 칩이 최근 1년에서야 비로소 개발된데 따른 것이다. 본 발명은 고효율의 자색광 LED 발광칩을 이용해서 형광물질을 백색광으로 만들어 내는 기술에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 백색광을 양호하게 발생시킬 수 있고 또 삼파장으로도 발생시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 패키징 기판 또는 리드 프레임으로 구성되는 자색광 발광 LED 칩에 적색, 청색 및 녹색의 삼원색을 혼합한 형광물질을 공지된 방법으로 직접 또는 간접적으로 코팅하는 방식으로 도포한 후 자색광 발광 LED 칩을 패키징 기판이나 리드 프레임상에 고정시킨 다음 전극에 연결시키는 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법을 제공하고, 그리고 상기 자색광 발광 LED 칩이 발생시키는 자색광의 파장 범위가 390nm~410nm 사이인 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법, 상기 패키징 기판이 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB), 세라믹 기판, 실리콘 기판, 또는 금속 기판으로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법, 및 상기 적색의 형광 물질은 Y2O2S:Eu,Gd이고, 녹색의 형광 물질은 ZnS:Cu,Al 또는 Ca2MgSi2O7:Cl이고, 청색의 형광 물질은 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu인 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법을 제공한다.
이상과 같이, 본원 발명은 고효율의 자색광 LED 발광칩을 이용하여 형광물질을 백색광으로 만들어 냄으로서, 단일 칩을 이용한 백색 LED 제조 기술중 발광 효율이 가장 높은 삼파장의 백색광을 제조할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (4)

  1. 패키징 기판 또는 리드 프레임으로 구성되는 자색광 발광 LED 칩에 적색, 청색 및 녹색의 삼원색을 혼합한 형광 물질을 코팅한 후 자색광 발광 LED 칩을 패키징 기판이나 리드 프레임에 고정시킨 다음 전극에 연결시키는 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    자색광 발광 LED 칩이 발생시키는 자외선 빛의 파장 범위는 390nm~410nm인 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    패키징 기판은 인쇄회로기판(PCB), 세라믹 기판, 실리콘 기판, 또는 금속 기판인 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적색의 형광 물질은 Y2O2S:Eu,Gd이고, 녹색의 형광 물질은 ZnS:Cu,Al 또는 Ca2MgSi2O7:Cl이고, 청색의 형광 물질은 BaMgAl10O17 또는 (Sr,Ca,BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu인 것을 특징으로 하는 백색 LED의 제조 방법.
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