KR20060025724A - 삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 상부에 칩 마운팅 영역이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역의 주변에 한 쌍의 전극단자들이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들이 돌출되어 있는 패키지 기판과; 상기 패키지 기판의 칩 마운팅 영역에 본딩되고, 상기 전극단자들과 전기적으로 연결된 청색 발광 다이오드 칩과; 상기 청색 발광 다이오드 칩 상부에 도포되어 경화된 적색계 형광체가 분산된 고분자 수지와; 내부에 중공부가 있으며, 상기 중공부 내부에 몰딩 수지가 충진되어 있고, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어지며, 상기 패키지 기판의 청색계 발광 다이오드 칩, 전극단자들 및 와이어가 중공부 내부에 위치되도록 상기 패키지 기판에 접착되어 있는 렌즈로 구성된다.
따라서, 본 발명은 적색계 형광체와 녹색계 형광체를 혼합하지 않고 별도의 분리된 고분자 수지에 각각 분산시켜, 이 고분자 수지층을 적층함으로서, 적색계 형광체에 의해서 녹색계 형광체에서 발광하는 광이 흡수되는 현상이 발생하지 않아 우수한 색감과 높은 휘도를 가지는 효과가 있다.
삼파장, 백색, 형광체, 렌즈, 도포, 적색, 녹색

Description

삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 {Three wavelength white light emitting diode and method for manufacturing the same}
도 1은 종래 기술에 따른 형광체를 도포하여 구현되는 백색 발광 소자의 단면도
도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 삼파장 백색 발광 다이오드를 제조하는 공정을 나타내는 도면
도 3은 본 발명에 따른 삼파장 백색 발광 다이오드의 단면도
도 4a와 4b는 본 발명과 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드에서 측정된 발광 스펙트럼의 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
500 : 패키지 기판 520 : 칩 마운팅 영역
530a,530b : 전극단자 535a,535b : 리드
540 : 청색 발광 다이오드 칩 550 : 와이어
560 : 고분자 수지 600 : 렌즈
610 : 중공부 700 : 몰딩 수지
본 발명은 삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적색계 형광체와 녹색계 형광체를 혼합하지 않고 별도의 분리된 고분자 수지에 각각 분산시켜, 이 고분자 수지층을 적층함으로서, 적색계 형광체에 의해서 녹색계 형광체에서 발광하는 광이 흡수되는 현상이 발생하지 않아 우수한 색감과 높은 휘도를 가지는 삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드는 소형으로 색 순도가 높고 효율이 좋으며 반도체 소자이므로, 수명이 길고 초기 구동특성 및 내진성이 우수하다.
또한, 온(ON)/오프(OFF) 점등과 같은 반복에 의한 특성 변화가 적기 때문에 각종 표시기 또는 광원으로 다양하게 이용되고 있다.
최근에는 고휘도 및 고효율의 R, G, B의 발광 다이오드가 각각 개발되었으며, 이러한 발광 다이오드를 이용한 대화면의 발광 다이오드 디스플레이가 상용화되고 있다.
이러한 발광 다이오드 디스플레이는 가벼우면서 작은 소비전력으로, 동작이 가능하고 긴 수명 등의 우수한 특성으로 인해 향후 사용증대가 기대되고 있다.
또한, 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 이 외에 백색발광 광원으로 사용하기 위해 다양한 시도가 이루어지고 있다.
발광 다이오드를 이용하여 백색광을 얻기 위한 방법으로는 첫 번째, 단색성 피크파장을 가지는 R, G, B 3개의 발광 다이오드를 근접하여 설치한 후, 각각 발광시켜 확산 혼색하는 방법이 있으나, 이 방법은 발광 다이오드의 색조나 휘도 등이 불규칙하여 원하는 백색을 얻기 어려운 점이 있다.
또, 각 파장의 발광 다이오드가 서로 다른 재료로 형성되어 있어 구동 조건이 다르므로, 이 방법으로 백색광을 얻기 위해서는 각각의 발광 다이오드에 따른 구동조건을 맞추기 위해 구동회로가 복잡해진다는 단점이 있다.
더불어, 발광 다이오드의 종류별 온도특성이나 경시변화가 달라 사용환경에 따라 색조가 변하거나 색 얼룩이 발생하는 경우가 생기며, 각각의 발광 다이오드에서 발생되는 광을 균일하게 확산 혼색시키기가 어려운 단점이 있다.
그리고, 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 얻는 두 번째 방법으로는 특정 파장의 광을 내는 발광 다이오드를 이용하고, 이 발광 다이오드의 소자부분을 커버하는 몰드 재료 중에 발광 소자로부터 나오는 광의 일부를 흡수하여 다른 파장의 광을 발광하는 형광체를 함유시키는 방법이 널리 알려져 있다.
이 방법은 청색계의 광을 흡수하여 황색계의 광을 발광하는 형광체를 함유한 수지를 청색계 발광 다이오드 상부에 도포하여 청색과 황색의 혼색에 의한 백색 발광을 구현한 것이나, 이 소자에서 방출되는 백색광은 적색 영역의 광이 거의 없어 3파장의 백색광을 얻기가 어려운 문제점이 있다.
그리고, 세 번째 방법으로는 자외선 대역의 발광 다이오드 상부에 R, G, B 형광체의 혼합물을 도포하여, 가시광선 전파장 영역의 발광을 유도하여 백색발광이 가능한 다이오드를 구현하는 시도가 있었으나, 이 방법에 적용된 자외선 다이오드는 발광 효율이 낮고, 더불어, 자외선 다이오드에 사용 가능한 형광체가 개발되지 않아 현재의 기술에서는 구현하기 어렵다.
도 1은 종래 기술에 따른 형광체를 도포하여 구현되는 백색 발광 소자의 단면도로서, 이 백색 발광 소자를 제조하기 위해서는 먼저, 리드프레임(120)의 반사판(121)에 청색 발광 다이오드(110)를 본딩하고, 상기 청색 발광 다이오드(110)와 리드프레임(120)을 와이어(140)로 본딩한 다음, 상기 청색 발광 다이오드(110)를 감싸도록, 적색계 및 녹색계 형광체가 분산되어 있는 고분자 수지(130)를 상기 리드프레임(120)의 반사판(121)에 도포한다.
여기서, 리드프레임(120)은 상호 이격된 한 쌍의 외부 인출용 단자(120a,120b)를 구비하고 있다.
그리고, 상기 형광체가 포함되어 있는 고분자 수지(130)는 적색계 및 녹색계 형광체를 분산되어 있는 투명한 고분자 수지로서, 고온에서도 장시간 황변(Yellowing) 현상이 없는 투명한 재료, 즉 에폭시, 요소, 실리콘 등과 같은 내열성, 내광성, 내후성이 뛰어난 자외선 또는 열 경화성 수지를 이용하였다.
또한, 외부환경으로부터 보호하기 위하여 광 투과성이 뛰어난 고분자 수지를 이용하여 오목 렌즈(Convex lens) 또는 볼록 렌즈(Concave lens) 형태의 몰딩부를 형성하게 되는데, 이때, 사용 가능한 몰딩 재료는 고온에서도 장시간 황변(Yellowing) 현상이 없는 투명한 재료, 즉 에폭시, 요소, 실리콘 등과 같은 수지도 이용하였다.
이와 같이, 적색계 및 녹색계 형광체가 혼합되어 분산된 고분자 수지를 도포하여 백색 광원을 구현할 경우, 녹색계 발광파장과 적색계 형광체의 흡수파장 겹침 현상으로 인하여 파장 변환되어 발광된 녹색형광을 적색계 형광체에서 일부 흡수하게 되는 문제가 발생하였다.
따라서, 도 1에 도시된 종래 기술에서는 사용할 수 있는 형광체를 선정하는 데 있어 많은 어려움을 갖게되고, 소자의 전체 효율 또한 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 적색계 형광체와 녹색계 형광체를 혼합하지 않고 별도의 분리된 고분자 수지에 각각 분산시켜, 이 고분자 수지층을 적층함으로서, 적색계 형광체에 의해서 녹색계 형광체에서 발광하는 광이 흡수되는 현상이 발생하지 않아 우수한 색감과 높은 휘도를 가지는 삼파장 백색 발광 다이오드 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상부에 칩 마운팅 영역이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역의 주변에 한 쌍의 전극단자들이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들이 돌출되어 있는 패키지 기판과;
상기 패키지 기판의 칩 마운팅 영역에 본딩되고, 상기 전극단자들과 전기적으로 연결된 청색 발광 다이오드 칩과;
상기 청색 발광 다이오드 칩 상부에 도포되어 경화된 적색계 형광체가 분산된 고분자 수지와;
내부에 중공부가 있으며, 상기 중공부 내부에 몰딩 수지가 충진되어 있고, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어지며, 상기 패키지 기판의 청색계 발광 다이오드 칩, 전극단자들 및 와이어가 중공부 내부에 위치되도록 상기 패키지 기판에 접착되어 있는 렌즈로 구성된 삼파장 백색 발광 다이오드가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 상부에 칩 마운팅 영역이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역의 주변에 한 쌍의 전극단자들이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들이 돌출되어 있는 패키지 기판을 준비하는 제 1 단계와;
상기 패키지 기판의 칩 마운팅 영역에 청색 발광 다이오드 칩을 본딩하고, 상기 청색 발광 다이오드 칩과 상기 전극단자들을 와이어 본딩하는 제 2 단계와;
상기 패키지 기판의 청색 발광 다이오드 칩 상부에 적색 형광체가 분산된 고분자 수지를 도포하고, 경화시키는 제 3 단계와;
내부에 중공부를 갖으며, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어진 렌즈를 준비하는 제 4 단계와;
상기 렌즈의 중공부 내부에 상기 경화된 고분자 수지, 상기 패키지 기판의 청색 발광 다이오드 칩, 전극단자들 및 와이어를 위치시키고, 상기 렌즈 내부의 중공부에 몰딩 수지를 충진시켜 상기 렌즈를 상기 패키지 기판에 접착하는 제 5 단계로 구성된 삼파장 백색 발광 다이오드의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 삼파장 백색 발광 다이오드를 제조하는 공정을 나타내는 도면으로서, 도 2a,2b,2c와 2e는 상면도이고, 도 2d는 단면도이다.
먼저, 도 2a에서, 상부에 칩 마운팅 영역(520)이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역(520)의 주변에 한 쌍의 전극단자들(530a,530b)이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들(530a,530b)과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들(535a,535b)이 돌출되어 있는 패키지 기판(500)을 준비한다.(도 2a)
그 후, 상기 패키지 기판(500)의 칩 마운팅 영역(520)에 청색 발광 다이오드 칩(540)을 본딩하고, 상기 청색 발광 다이오드 칩(540)과 상기 전극단자들(530a,530b)을 와이어(550) 본딩한다.(도 2b)
계속하여, 상기 패키지 기판(500)의 청색 발광 다이오드 칩(540) 상부에 적색 형광체가 분산된 고분자 수지(560)를 도포한다.(도 2c)
이 때, 도포공정에서 균일성이 유지되지 않게 되면 제작된 소자간의 균일성이 떨어져 라트(Lot)별 편차가 발생됨으로, 적색 형광체가 분산된 고분자 수지(560)의 균일한 도포를 위해서 세심한 주의가 요구된다.
그 후, 도포된 고분자 수지를 고상으로 전환하기 위해서, 130 ~ 200℃의 온도에서 1시간 ~ 3시간 도포된 고분자 수지를 열 경화시킨다.
그 다음, 내부에 중공부(610)를 갖으며, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수 지로 만들어진 렌즈(600)를 준비한다.(도 2d)
여기서, 상기 렌즈(600)의 형상은 반구(半球) 형상이 바람직하다.
그리고, 상기 렌즈(600)는 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지를 사출 성형하여 만드는 것이 바람직하다.
여기에 적용하는 사출성형 공정은 단일공정에서 대량생산이 가능하며, 형광체가 분산된 고분자 수지의 도포 및 경화 공정이 없어지기 때문에 공정단순화가 가능하다.
또한, 상기 렌즈로 사용가능한 고분자 수지는 PMMA(Poly methyl meta acrylate), PC(Poly carbonate), COC(Cyclic olefin copolymer)와 같은 광투과성과 내광성이 뛰어난 고분자 재료가 바람직하고, 여기에 언급한 재료에 국한되지는 않는다.
전술된 적색 또는 녹색 형광체는 유기 및 무기 혼성형광체, 유기 형광체와 무기 형광체 중 선택된 어느 하나를 사용하여도 무방하다.
마지막으로, 상기 렌즈(600)의 중공부(610) 내부에 상기 경화된 고분자 수지, 상기 패키지 기판(500)의 청색 발광 다이오드 칩(540), 전극단자들(530a,530b) 및 와이어(550)를 위치시키고, 상기 렌즈(600) 내부의 중공부(610)에 몰딩 수지(700)를 충진시켜 상기 렌즈(600)를 상기 패키지 기판(500)에 접착한다.(도 2e)
도 3은 본 발명에 따른 삼파장 백색 발광 다이오드의 단면도로서, 상부에 칩 마운팅 영역(520)이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역(520)의 주변에 한 쌍의 전극단자들(530a,530b)이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들(530a,530b)과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들(535a,535b)이 돌출되어 있는 패키지 기판(500)과; 상기 패키지 기판(500)의 칩 마운팅 영역(520)에 본딩되고, 상기 전극단자들(530a,530b)과 전기적으로 연결된 청색 발광 다이오드 칩(540)과; 상기 청색 발광 다이오드 칩(540) 상부에 도포되어 경화된 적색계 형광체가 분산된 고분자 수지(560)와; 내부에 중공부(610)가 있으며, 상기 중공부(610) 내부에 몰딩 수지(700)가 충진되어 있고, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어지며, 상기 패키지 기판(500)의 청색계 발광 다이오드 칩(540), 전극단자들(530a,530b) 및 와이어(550)가 중공부(610) 내부에 위치되도록 상기 패키지 기판(500)에 접착되어 있는 렌즈(600)로 구성된다.
여기서, 상기 청색 발광 다이오드 칩(540)과 상기 전극단자들(530a,530b)과 전기적으로 연결은 와이어(550)로 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 적색계 형광체와 녹색계 형광체가 별도의 분리된 형태로 조립됨으로, 발광파장과 흡수파장의 겹침으로 인한 휘도 감소 및 색조변화를 방지할 수 있는 것이다.
도 4a와 4b는 본 발명과 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드에서 측정된 발광 스펙트럼의 그래프로서, 먼저, 도 4a는 적색계 및 녹색계 형광체가 혼합되어 분산된 고분자 수지를 청색 발광 다이오드에 도포하여 제작된 종래 기술에 따른 백색 발광 다이오드에서 측정된 발광 스펙트럼으로, 녹색계 형광체 발광파장의 중심에 발광감소(도 4a의 'a'영역)가 나타나고 있고, 즉, 적색계 형광체의 흡수파장 겹칩 현상으로 인해 녹색발광 휘도가 감소되었다.
그리고, 도 4b는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드에서 측정된 발광 스펙트럼으로, 청색, 녹색, 적색의 3파장의 광에서 발광 감소가 나타나지 않음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 적색계 형광체와 녹색계 형광체를 혼합하지 않고 별도의 분리된 고분자 수지에 각각 분산시켜, 이 고분자 수지층을 적층함으로서, 적색계 형광체에 의해서 녹색계 형광체에서 발광하는 광이 흡수되는 현상이 발생하지 않아 우수한 색감과 높은 휘도를 가지는 3파장 백색 발광 다이오드를 구현할 수 있는 것이다.
이러한 장점을 이용하여 본 발명은 휴대폰 또는 모바일(Mobile) 기기 등에 사용되는 LCD의 백라이트(Back light) 광원 또는 디스플레이용 광원, 일반조명 등으로 다양한 응용성을 가지는 백색광원 소자를 제작함에 있어 기존 공정의 큰 변화없이 성능이 개선된 3파장의 백색 광원 소자를 제조할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 적색계 형광체와 녹색계 형광체를 혼합하지 않고 별도의 분리된 고분자 수지에 각각 분산시켜, 이 고분자 수지층을 적층함으로서, 적색계 형광체에 의해서 녹색계 형광체에서 발광하는 광이 흡수되는 현상이 발생하지 않아 우수한 색감과 높은 휘도를 가지는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 상부에 칩 마운팅 영역이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역의 주변에 한 쌍의 전극단자들이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들이 돌출되어 있는 패키지 기판과;
    상기 패키지 기판의 칩 마운팅 영역에 본딩되고, 상기 전극단자들과 전기적으로 연결된 청색 발광 다이오드 칩과;
    상기 청색 발광 다이오드 칩 상부에 도포되어 경화된 적색계 형광체가 분산된 고분자 수지와;
    내부에 중공부가 있으며, 상기 중공부 내부에 몰딩 수지가 충진되어 있고, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어지며, 상기 패키지 기판의 청색계 발광 다이오드 칩, 전극단자들 및 와이어가 중공부 내부에 위치되도록 상기 패키지 기판에 접착되어 있는 렌즈로 구성된 삼파장 백색 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 또는 녹색 형광체는,
    유기 및 무기 혼성형광체, 유기 형광체와 무기 형광체 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 삼파장 백색 발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 형상은,
    반구 형상인 것을 특징으로 하는 삼파장 백색 발광 다이오드.
  4. 상부에 칩 마운팅 영역이 형성되어 있고, 이 칩 마운팅 영역의 주변에 한 쌍의 전극단자들이 형성되어 있고, 이 한 쌍의 전극단자들과 각각 전기적으로 연결되어 외부로 한 쌍의 리드들이 돌출되어 있는 패키지 기판을 준비하는 제 1 단계와;
    상기 패키지 기판의 칩 마운팅 영역에 청색 발광 다이오드 칩을 본딩하고, 상기 청색 발광 다이오드 칩과 상기 전극단자들을 와이어 본딩하는 제 2 단계와;
    상기 패키지 기판의 청색 발광 다이오드 칩 상부에 적색 형광체가 분산된 고분자 수지를 도포하고, 경화시키는 제 3 단계와;
    내부에 중공부를 갖으며, 녹색계 형광체가 분산된 고분자 수지로 만들어진 렌즈를 준비하는 제 4 단계와;
    상기 렌즈의 중공부 내부에 상기 경화된 고분자 수지, 상기 패키지 기판의 청색 발광 다이오드 칩, 전극단자들 및 와이어를 위치시키고, 상기 렌즈 내부의 중공부에 몰딩 수지를 충진시켜 상기 렌즈를 상기 패키지 기판에 접착하는 제 5 단계로 구성된 삼파장 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적색 또는 녹색 형광체는,
    유기 및 무기 혼성형광체, 유기 형광체와 무기 형광체 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 삼파장 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈는,
    녹색 형광체가 분산된 고분자 수지를 사출 성형하여 만들어진 것을 특징으로 하는 삼파장 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 도포된 고분자 수지를 경화시키는 것은,
    상기 도포된 고분자 수지를 130 ~ 200℃의 온도에서 1시간 ~ 3시간 열 경화시키는 것을 특징으로 하는 삼파장 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
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