KR101235460B1 - 측면 발광형 엘이디 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측면 발광형 LED에 관한 것이다.
본 발명에 따른 측면 발광형 LED는 단자부를 갖는 기판; 상기 기판에 발광할 수 있도록 실장되는 LED 칩; 상면이 상기 기판에 대하여 경사면을 갖도록 형성되고 상기 LED 칩과 기판을 밀봉하는 몰딩부; 상기 몰딩부의 상면을 커버하도록 형성되어 상기 LED 칩에서 방출된 광을 일측면으로 가이드하는 광 반사막;을 포함한다.
측면 발광, LED

Description

측면 발광형 엘이디 및 그 제조방법{Side-View Type Light Emitting Diode and Manufacturing Method thereof}
도 1은 종래 측면발광형 LED의 구조를 나타내는 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 측면발광형 LED를 개략적으로 나타내는 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 측면발광형 LED의 종단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 리드 프레임 11: 리드 단자
30, 120: LED 칩 40, 130 : 몰딩부
20 : 반사기 110 : 메인기판
140: 반사막
본 발명은 측면 발광형 LED에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED에서 방출된 빛을 측면으로 방출될 수 있도록 한 측면 발광형 LED에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 저소비전력, 고휘도 출력 광의 장점을 갖고 있으므로 이를 이용하는 광원 시스템에 대한 개발이 꾸준히 이루어지고 있으며, 사용 용도에 따라 빛을 방출하는 LED를 여러 형태로 패키징하고 있다.
특히, 경박 단소화된 핸드폰 등의 소형 디스플레이용 백라이트 조명, 키패드부(Key pad) 등에는 측면 발광형 LED가 요구된다. 이는 도광판의 측면에서 빛을 제공하여야 하기 때문에 발광소자가 탑재되는 회로 기판과 평행하게 빛이 방출되는 측면 발광형이 적합하기 때문이다.
종래 측면 발광형(side view) LED는 도 1에서 도시된 것과 같이, 주로 350~700nm 파장 범위의 빛을 방출하는 LED 칩(30)과, 상기 LED 칩(30)이 실장되고 한 쌍의 리드 단자(11)를 갖는 리드 프레임(10)과, 상기 LED 칩(30)을 내장할 수 있도록 상기 리드 프레임 상에 소정 형상으로 형성된 반사기(20), 몰딩부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 LED 칩(30)과 상기 리드 단자(11)는 와이어(도시되지 않음)에 의해 전기적으로 연결되며, 각각의 리드 단자(11)는 반사기(20)에 의하여 절연된다.
그리고, 상기 반사기(20)는 백색 플라스틱 등으로 형성되며, 내부에 위치된 상기 LED 칩(30)에서 방출되는 광을 소정 각도로 집광시켜 광효율을 향상시킬 수 있도록 내부면이 소정 기울기를 갖는다.
또한, 상기 반사기(20)의 내부에는 몰딩부(40)가 형성되는데, 상기 몰딩부(40)는 상기 LED 칩(30)을 밀봉할 수 있도록 투명 에폭시가 도포되며, 측면 발광형 백색 LED는 주로 청색 LED 칩을 실장하여 형광체를 이용하여 백색을 구현하는 구조로서, 상기 투명 에폭시의 내부에는 상기 LED 칩(30)에서 발광된 광을 여기(excitation)시켜 백색광을 형성할 수 있도록 형광체(미도시)가 도포되어 있다.
이때, 상기 반사기(20)는 전체 크기는 일반적으로 세로 길이가 2.0mm ~ 4mm 정도, 너비가 0.4mm ~ 2mm 정도이며, 높이가 0.6mm ~ 2mm 정도이다.
이러한 반사기를 사용해야 하는 측면 발광형(side view type) 백색 LED는 기존 LED 보다 제작이 용이하지 않다.
이는 좁고 작은 반사기(20)를 리드 프레임 상에 형성한 후, 그 반사기로 둘러싸인 공간 내에 위치된 리드 프레임(10)에 LED 칩(30)을 실장하고 이들을 전기적 연결해야 하기 때문이다.
즉, 협소한 패키지 공간으로 인하여 LED의 원활한 제작이 이루어지지 않으며, 불량 발생률이 높아져 생산성이 낮다.
그리고, 좁은 폭과 크기를 갖는 그 반사기 내부에 형광체가 혼합된 에폭시를 주입하여야 하기 때문에 충분히 백색광을 형성할 수 있도록 형광체를 도포하는 것이 용이하지 않아 측면 발광형 LED로부터 방출되는 백색광은 색 재현성이 떨어지고, 광 효율도 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 트랜스퍼 몰딩과 금속 증착법을 이용하여 측면발광형 LED를 용이하게 제작하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED 칩에서 방출된 광을 측면으로 효과적으로 반사시켜 발광효율이 향상된 측면 발광형 LED 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 측면발광형 LED는, 단자부 를 갖는 기판; 상기 기판에 실장되는 LED 칩; 상측이 상기 기판에 대하여 경사면을 갖도록 형성되고 상기 LED 칩을 밀봉하는 몰딩부; 상기 몰딩부의 외주면에 형성되어 상기 LED 칩에서 방출된 광을 개구 방향으로 가이드하는 반사막을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 측면 발광형 LED 제조방법은, 단자부를 갖는 기판 상에 LED 칩을 실장하여 전기적으로 연결하는 단계; 상기 기판에 대하여 경사면을 갖는 형상으로 상기 LED 칩을 밀봉하는 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 몰딩부의 외주면에 광을 개구할 수 있는 측면을 제외하고, 금속물질을 증착하여 반사막을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 측면 LED 패키지를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 측면 발광형 LED를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 측면 발광형 LED의 종단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 측면 발광용 LED(100)는 리드 프레임 또는 회로 패턴이 형성된 메인 기판(110)과, 상기 메인 기판(110)에 발광할 수 있도록 실장된 LED 칩(120)과, 상기 LED 칩(120)과 메인 기판(110)의 전기적 접속부를 밀봉하고 색변환을 위한 형광체가 도포된 몰딩부(130)와, 상기 LED 칩(120)으로부터 방출된 빛을 일 측면으로 집광시키기 위한 반사막(140)을 포함한다.
상기 메인 기판(110)은 플라스틱 등의 절연물질로 형성되며, 그 상면에는 소정의 간격으로 떨어져 배치되는 캐소드 단자, 애노드 단자(112) 등의 단자부가 배 치되며, 이들 단자들은 상기 메인 기판(110)의 하부면까지 연장될 수도 있다.
그리고, 상기 LED 칩(120)은 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED, GaN 계열의 녹색 LED 및 GaN계열의 청색 LED 들 중에서 선택적으로 실장되며, 일반적으로는 고휘도 발광이 가능한 청색 LED를 이용하여 백색광을 형성하는 것이 용이하다.
이러한 청색 LED는 사파이어 기판상에 N형 GaN 층을 형성하고, 그 상부에 N-메탈층과 광을 발광시키는 활성층을 형성하고, 상기 활성층 상에 P형 GaN 층과 P-메탈을 형성하여 이루어진다.
한편, 상기 메인 기판(110)의 상면에 서로 다른 발광 파장을 갖는 다수개의 LED 칩을 실장하여 백색광을 형성할 수도 있으며, 이를 위해서는 상기 메인 기판상에 다수개의 LED 칩에 개별적으로 전류를 인가할 수 있도록 캐소드 단자와 애노드 단자가 형성되어야 한다.
그리고, 상기 몰딩부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부면이 상기 메인 기판에 대하여 소정 각도를 갖는 경사면으로 형성되며, 그 경사각(α)은 상기 메인 기판(110)에 대해서 대략 15°~ 85°의 범위를 갖는다.
즉, 상기 몰딩부(130)는 그 종단면이 메인 기판에 대해서 일측은 좁고, 타측은 넓은 폭을 갖는 "∠, >" 등과 같은 형상의 경사를 갖으며, 넓은 폭을 갖는 몰딩부를 통하여 LED 칩에서 발생된 광이 외부로 방출된다. 여기서, 상기 경사면은 1차의 경사면 또는 다차의 경사면을 포함한다.
또한, 상기 몰딩부(130)의 광 방출용 개구부는 빛을 가능한 집속시킬 수 있 도록 "⌒"와 같은 단면을 갖는 원호형으로 형성될 수도 있으며, 이는 렌즈와 같은 집광효과를 위한 것이다.
또한, 상기 몰딩부(130)의 외주면에는 높은 광반사율과 낮은 광흡수율을 갖는 반사막(140)이 형성된다. 상기 반사막(140)은 상기 몰딩부(130)의 외주면을 커버하여, LED 칩에서 방출된 광을 개구 방향으로 가이드하게 된다. 상기 반사막(140)의 경사면 각도는 몰딩부(130)의 경사면의 각도와 동일할 수도 있으며, 반사막(140)의 경사면이 몰딩부(130)의 경사면과 같은 1차 또는 다차 경사면으로 형성될 수도 있다.
이러한 반사막(140)은 Al, Ag 등의 금속 또는 산화물 계열의 반사율이 높은 물질로 도포되어 형성된다. 예를 들어, 은(Ag )은 법선 입사시에 전체 가시광대역에 걸쳐 약 98%의 반사율을 갖는다. 또한, 은(Ag)은 거의 지표각 수준의 입사시에도 약 96%의 고반사율을 갖는다.
이러한 반사막(140)은 금속증착(deposition)방법에 의해 용이하게 이루어질 수 있으며, 상기 몰딩부의 일측면인 광 방출용 개구부를 제외하고 증착이 이루어지도록 한다. 한편, 상기 반사막(140)의 형성시, 상기 기판(110)에 형성된 캐소드, 애노드 단자(112)는 테이프 등을 이용하여 블록킹하여 금속 증착이 이루어지지 않도록 한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 측면발광형 LED(100)의 제작 방법은 하기와 같다.
본 발명에 따른 측면발광형 LED(100)는 캐소드 및 애노드 단자(112)가 서로 이격되도록 형성된 메인 기판(110)상에 도전성/비도전성 접착제를 이용하여 LED 칩(130)을 실장한 후, 소정 시간 열을 가하여 접착제를 경화시켜 칩을 고정한다.
그리고, 상기 LED 칩(130)의 전극과 상기 기판의 캐소드 및 애노드 단자를 각각 전기적으로 연결할 수 있도록 와이어 본딩한 후, 상기 LED 칩(130) 및 와이어를 덮도록 몰드부(130)를 형성한다.
상기 몰드부(130)는 에폭시 몰드 컴파운드를 원자재로 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에 의해 형성되며, LED 칩(130)에서 발생된 광에 반응하여 여기(excitation)되는 형광체 안료를 원자재인 몰드 컴파운드에 혼합하여 트랜스퍼 몰드 공법을 실시한다.
와이어 본딩 공정을 거친 메인 기판(110)은 몰딩 형태에 따른 형상을 갖는 금형이 설치된 트랜스퍼 몰딩 프레스 위에 배열되어, 분말 에폭시 수지로 제작된 태블릿에 의해 트랜스퍼 몰드된다.
이때, 에폭시 수지는 칩에서 발광된 빛의 투과율이 높고, 저응력성을 가지며, 상기 기판에 잘 밀착될 수 있는 성질 등을 고려하여 선택한다.
그리고, 상기 트랜스퍼 몰드 공법은 요구되는 몰딩 형태에 따른 형상을 갖는 금형내에 기판을 설치하고, 이에 컴파운드형 에폭시를 1OO톤이상의 압력으로 주입함으로써 이루어진다.
한편, 상기 형광체는 상기 LED 칩으로부터 방출되는 광을 여기시켜 측면발광형 LED 칩으로부터 백색광이 발광될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 예를 들어, 상기 메인 기판에 청색 LED 칩이 실장된 경우, 청색의 450 nm를 여기 에너지원으로 하고 황록색을 내는 YAG:Ce 형광체(Phosphor)가 도포되며 이에 따라 백색을 구현할 수 있다.
청색을 발광하는 LED 칩이 실장된 경우에는 주로 청색을 흡수하여 주황색을 띄는 노란색을 발광하는 형광체가 도포된다.
이와 같은 방법으로 형성된 상기 몰딩부(130)는 메인 기판(110)에 대해서 대략 15°~ 85°의 범위의 경사각을 갖도록 상부면이 경사면으로 형성됨에 따라 그 종단면에 있어서, 메인 기판(110)에 대해서 일측은 좁고, 타측은 넓은 폭을 갖는 "∠,>" 등과 같은 형상의 경사를 갖는다.
그리고, 상기 몰딩부(130)는 세로 길이가 3.5mm ~ 5mm 정도, 가로 길이가 1mm ~ 2mm 정도이며, 최고 높이는 1mm ~ 2.5mm 정도이다.
측면발광형 LED(100)의 전체 크기는 LED가 사용되는 제품에 따라 특정 크기로 제한되며, 제품 보호와 지향각 및 광출력을 개선할 수 있도록, 상기 몰딩부(130)의 최고 높이도 전체의 크기에 맞추어 LED의 광효율을 극대화시키도록 최적화된다.
그리고, 상기 몰딩부(130)의 상면에 반사율이 높은 Al, Ag 등의 금속 또는 산화물 계열의 반사율이 높은 물질을 금속증착법에 의하여 증착시켜 반사막(140)을 형성한다.
이 후, 상기 메인 기판(110)을 고정시킨 상태에서 상기 LED 칩(120)이 실장된 기판의 싱귤레이션 라인을 따라 소잉 수단으로 소잉하면, 개별의 LED(100)로 형성된다.
본 발명에 따른 측면발광형 LED의 제작과정에 있어서, 4×4, 5×5등의 배열로 형성된 메인 기판(110)의 각 LED 칩 탑재 영역에 다수개의 LED 칩을 부착하고, 각 LED 칩의 본딩패드와 메인 기판을 와이어로 본딩한 후, 상기 다수의 LED 칩과 와이어 등을 한꺼번에 수지로 몰딩한다.
이 후, 상기 몰딩부에 반사율이 높은 금속을 증착시켜 개별 LED로 싱귤레이션하는 소잉 공정 중에 상기 몰딩부(130)의 개구부에서 반사막이 제거되도록 증착막을 제거하여 측면발광용 개구부를 형성할 수도 있다.
상기에서는 상부전극 구조를 갖는 LED 칩에 대하여 설명하였으나, 수직형 전극 구조를 갖는 LED 칩과 하부전극 구조를 갖는 LED 칩도 본 발명에 따른 측면발광용 LED의 구현이 가능하다.
그리고, 하나의 칩과 형광체를 이용하는 것을 설명하였으나, 이와 달리 3원색 LED 칩을 상기 기판에 실장하여 백색을 구현할 수도 있다.
즉, 다수개의 LED 칩이 메인 기판상에 실장되는 경우에는, 레드 칩, 그린 칩, 블루 칩의 순서대로 일렬 배열하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 레드 칩, 그린 칩, 블루 칩이 실장되는 메인 기판에는 각 칩으로 인가되는 구동전류를 개별적으로 조절할 수 있도록 상기 메인 기판의 단자부가 배치된다.
한편, 측면발광형 LED의 몰딩부는 트랜스퍼 몰드 방법이 아니라, 액상 에폭시를 몰딩 칩상부에 도포하는 방법으로도 성형될 수 있으며, 상기 몰딩부에는 형광체를 도포하지 않을 수도 있다.
상기 방출 광은 자연광이므로 모든 방향으로 방출되며 일부는 상기 몰딩부 (130)의 일측 개구부를 통해 직접적으로 방출되고, 일부의 광은 상기 경사각을 갖는 반사막(140)에 부딪혀 몰딩부의 개구부를 통해 외부로 방출된다.
이때, 투명한 몰딩부(130)를 통과하는 일부의 광은 몰딩부에 산재되어 있는 특정 파장에 반응하는 형광체에 부딪히고, 이에 반응한 형광체에서 색변환이 발생되어 색 혼합이 발생되어 백색광이 구현된다.
형광체는 LED 칩(120)에서 발광되는 파장에 대해 여기가 일어나는 물질이기때문에 상기 LED 칩(120)에서의 발광이 선택적으로 형광체에 흡수되고, 형광체에서 흡수된 파장과 보색관계의 파장을 방출시켜 백색 발광이 동시에 일어난다.
본 발명의 상세한 설명에는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 측면 발광형 LED는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 좁은 폭을 갖는 반사기 대신에 트랜스퍼 몰딩부를 형성하고 그 상면에 반사막을 형성함으로써, 메인 기판에 LED 칩을 실장하고 그 주변에 형광체를 위치시키는 것이 용이하므로 생산수율을 향상시키는 효과가 있다.
둘째, 본 발명에 따른 측면 발광형 LED는 방열효과가 낮은 반사기 대신 몰딩부에 형성된 반사막을 통해 용이하게 외부로 열을 방출할 수 있으므로 열에 의한 LED의 발광효율 저하를 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 다수의 단자부를 갖는 기판;
    상기 기판에 실장되고, 상기 다수의 단자부와 전기적으로 연결되는 LED 칩;
    상기 기판 및 상기 LED 칩 상에 몰딩부; 및
    상기 몰딩부의 외주면에 형성된 반사막;을 포함하고,
    상기 다수의 단자부는 상기 기판의 상면의 적어도 일부분 및 상기 기판의 하면의 적어도 일부분에 형성되며,
    상기 몰딩부 및 상기 반사막은 상기 기판의 상면의 면적보다 작은 면적으로 형성되어 상기 다수의 단자부의 일부분이 상측방향으로 노출되며,
    상기 몰딩부는,
    종단면이 상기 기판에 대해 일측은 좁고 타측은 넓은 폭을 갖는 형상의 경사를 구비하며, 상기 몰딩부의 일측 단면은 상기 넓은 폭을 갖는 상기 몰딩부를 통하여 상기 LED 칩에서 발생된 광이 방출되는 경로인 개구면을 구비하는 측면 발광형 LED.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부에는 형광체가 포함되는 측면 발광형 LED.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부는 상기 기판과 이루는 경사각이 15°~ 85°의 범위 내에 있는 경사면을 갖는 측면 발광형 LED.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부의 외주면은 광이 방출되는 경로인 일측의 상기 개구면을 제외하고, 상기 반사막이 증착되며,
    상기 몰딩부의 개구부는
    원호형 단면을 구비하는 측면 발광형 LED.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 단자부 사이에 개재되는 테이프를 더 포함하며,
    상기 반사막은 Al, Ag를 포함하는 금속 또는 산화물 계열의 금속을 포함하는 측면 발광형 LED.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 단자부는 상기 기판의 측면을 따라 형성된 측면 발광형 LED.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 칩은 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED, GaN 계열의 녹색 LED 및 GaN 계열의 청색 LED 중 어느 하나인 측면 발광형 LED.
  8. 삭제
  9. 삭제
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