KR20080053812A - 발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈 - Google Patents

Abstract

안정된 발광색 신뢰도를 갖고서, 백색광을 출사하는 발광모듈이 개시된다. 발광모듈은, 각각 단일 파장 발광을 하는 2종 이상의 파장을 갖는 발광소자를 다이본딩하고, 전기적인 연결을 위해 골드와이어로 와이어본딩한 후 480~490nm의 발광색(HUE)을 내도록 포토루미너선스 형광체가 함유된 광투과형 몰딩수지를 몰딩하여 하나의 HUE를 가지도록 하는 공정과 하나 이상의 발광소자는 고유 HUE가 그대로 발광 되도록 제작되어 두 가지의 HUE를 구현하도록 제작된다. 이에 따라, 발광소자의 한정된 파장에 의해 발산하는 색상 재현 한계를 극복하고, 백색광을 구현함에 있어, 보다 수율이 향상되어 일정한 색채를 유지하도록 발명된 발광모듈의 제조에 관한 것으로 색 재현성이 높은 백색광은 물론 차세대의 CCFL, EEFL, OLED를 대체할 발광효율이 극도로 높은 발광모듈을 제공할 수 있다.

백색광, 포토루미너선스 형광체, LED

Description

발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈{LIGHT EMITTING DIODE AND LIGHT EMITTING MODULE HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드의 패키지를 설명하는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 발광다이오드의 패키지를 설명하는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광모듈의 내부 회로 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 LED의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광모듈의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 101 : 발광소자 300 : 다이접착제

200 : 골드와이어 400, 403 : 리드프레임 리드

500 : 투과형 몰딩 봉지제 600 : 리플렉터

본 발명은 발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안정된 발광색 신뢰도를 갖고서, 백색광을 출사하는 발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈에 관한 것이다.

일반적으로, LED는 소자 자체의 발산(Emission) 파장을 이용하여 빛의 삼원색인 적색, 청색, 녹색을 조합하여 백색 또는 다양한 색을 구현하도록 제작된다.

하지만, 발광소자 고유의 개별 특성에 따라 삼색의 조합이 다양하게 나타남으로 원하는 색상을 일정하게 지속적으로 구현하지 못하여 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

또한, 청색 또는 자외선 발광소자에 포토루미너선스 형광체를 적용한 백색 또는 다색 LED는 포토루미너선스를 통해 발산되는 빛이 적어도 2종 이상이 되도록 즉, 빛의 삼색인 적색, 청색, 녹색을 표현하도록 포토루미너선스 형광체 특성을 제한함으로 인해 삼색 발광소자와 동일한 수준으로 포토루미너선스 형광체의 함량에 따른 색상 변화가 넓게 분포하며 삼색의 발광소자보다 특정한 파장 영역만을 발산함으로 NTSC(National Television System Committee) 영역의 다색을 구현할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 일정한 색채를 유지하면서 향상된 수율로 제조되는 백색광을 출사하는 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 발광다이오드를 갖는 발광모듈을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 발광다이오드는 각각 단일 파장 발광을 하는 2종 이상의 파장을 갖는 발광소자를 다이본딩하고, 전기적인 연결을 위해 골드와이어로 와이어본딩한 후 480~490nm의 발광색(HUE)을 내도록 포토루미너선스 형광체가 함유된 광투과형 몰딩수지를 몰딩하여 하나의 HUE를 가지도록 하는 공정과 하나 이상의 발광소자는 고유 HUE가 그대로 발광 되도록 제작되어 두 가지의 HUE를 구현하도록 제작된다.

일례로, 상기 하나 이상의 발광소자는 610~640nm의 HUE를 갖도록 구성된다. 상기 하나 이상의 발광소자는 480~490nm를 구현하기 위한 포토루미너선스 형광체에 의해 하나 이상의 발광소자의 자체 고유 파장이 미여기(non-excitation)되거나 반응이 적은 것을 특징으로 한다.

일례로, 상기 포토루미너선스 형광체의 발광 특징은 하나의 피크값을 가지도록 구성되어 480~490nm의 HUE를 구현할 수 있도록 제작된다.

일례로, 상기 포토루미너선스 형광체의 발광 특징은 발광소자의 단일 파장 HUE값과 포토루미너선스 형광체의 발광 HUE 파장과의 폭이 85nm이하의 범위 내에서 발광되도록 제작된다.

일례로, 두 가지의 HUE값을 가지도록 구성함에 있어서 각 칩간 독립된 리플렉터를 가지도록 구성하여 포토루미너선스 형광체가 함유된 광투과형 몰딩수지와 포토루미너선스 형광체가 함유되지 않은 광투과형 몰딩수지를 개별적으로 채워지도 록 구성된다.

일례로, 두 가지의 HUE 발광색을 내기 위해 사용되는 발광소자(칩)의 주요 파장 영역은 각 파장과의 피크 간격이 최소한 140nm 이상을 적용하여 제작된다.

일례로, 동일 패키지 내에 포토루미너선스 형광체를 함유하여 두 HUE를 갖는 각각의 발광소자들은 직렬로 회로 구성되어 발광된다.

일례로, 동일 패키지 내에 포토루미너선스 형광체를 함유하여 두 HUE를 갖는 각각의 발광소자를 개별로 구동할 수 있도록 분리된 단자를 가지며, 외부 회로에서 직렬로 구동할 수 있도록 제조된다.

일례로, 상기 백색의 발광색은 색온도가 5,500K 이상이다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 발광모듈은, 480~490nm의 HUE가 되도록 독립된 하나 이상의 단일 패키지로 구성된 LED와 610~640nm의 HUE를 갖는 독립된 또 다른 하나 이상의 단일 패키지로 제작된 두 HUE의 발광소자를 사용하여 광색채 조합으로 백색을 구현한다.

이러한 발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈에 의하면, 발광소자의 한정된 파장에 의해 발산하는 색상 재현 한계를 극복하고, 백색광을 구현함에 있어, 보다 수율이 향상되어 일정한 색채를 유지하도록 발명된 발광모듈의 제조에 관한 것으로 색 재현성이 높은 백색광은 물론 차세대의 CCFL, EEFL, OLED를 대체할 발광효율이 극도로 높은 발광모듈을 제공할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광모듈의 패키지를 설명하는 사시도이다. 특히, 발광색(HUE)이 480~490nm가 되도록 포토루미너선스 형광체를 혼합한 발광소자와 적색 발광소자로 구성된 LED의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 리드프레임 패드에 610~640nm를 갖는 발광소자(101)와 포토루미너선스 형광체와 결합하여 480~490nm의 HUE를 발산할 수 있는 발광소자(100)를 다이접착제(300)를 도팅(Dotting)하여 다이본딩하고 경화시켜 안착한 후 와이어본더를 통해 골드와이어(200)로 전기적으로 전극을 리드프레임 리드(400~403)에 연결시켜주고, 연결된 상태로 610~640nm HUE를 발산하는 발광소자는 투과형 몰딩 봉지제를 이용하여 몰딩하고, 480~490nm HUE를 발산하도록 하는 발광소자에는 포토루미너선스 형광체가 함유된 투과형 몰딩 봉지제(500)로 충진하여 밀봉시킨 후, 트리밍 및 포밍 공정을 통해 개별화한 두 HUE를 갖는 발광소자를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 안정된 색상을 구현하기 위해 두 종류 이상의 발광소자들을 다수열의 리드프레임 내부에 다이본딩하고, 발광소자를 골드와이어를 통해 전기적으로 연결하여 LED가 제조된다. 두 종류 이상의 발광소자는 HUE가 480~490nm를 갖는 발광소자와 HUE가 610~640nm를 갖도록 하는 두 종류의 HUE를 제공한다. 480~490nm HUE를 구현함에 있어서는 칩 자체 HUE를 480~490nm로 제작할 수 있다.

또한, 480~490nm HUE를 구현함에 있어서는 440~470nm의 청색 발광소자를 적용하여 몰딩수지 내부에 균일한 발광 특성을 갖는 포토루미너선스 형광체를 적용하 므로써, 발광소자의 HUE를 480~490nm가 되도록 구성할 수도 있도록 구현한 LED로써, 두 가지의 보색 관계의 HUE를 갖는 발광소자의 밝기 특성을 조정함으로써, 색상 편차가 균일한 두 HUE를 연하는 선상에서 백색광은 물론 다양한 색상을 구현할 수 있다.

본 발명은 두 종류의 LED, 즉, HUE가 480~490nm의 LED와 610~640nm의 LED의 혼합으로 백색 등 다색을 표현하도록 발명되었으며 480~490nm의 LED의 구현은 포토루미너선스 형광체를 적용하여 넓은 파장대역을 갖도록 구성되어질 수 있다.

따라서, 일반적인 3종류의(청색, 녹색, 적색) 혼합에서 갖는 색 분포도를 두 종류의 HUE를 혼합 조절하므로써, 색분포가 일정한 LED를 제공할 수 있다.

또한, 발광원인 AlInGaN, GaN, InGaP 등 LED 칩을 이용하여 적어도 2개 이상의 밴드 폭을 갖는 칩을 조합하여 두 개의 HUE 값을 구현하도록 제작되며, 이 두 HUE 발광소자를 개별 구동이 아닌 단일 구동 구조로 구성하여 일정한 색상 대역을 갖게 대량 제조할 수 있다.

도 1에서는 포토루미너선스 형광체를 별개의 리플렉터(600)에 적용하도록 하였으나, 일체형으로 포토루미너선스 형광체를 몰딩할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 패키지를 설명하는 사시도이다. 특히, 두 파장대역의 발광소자를 한번에 몰딩수지를 도포하여 일체형으로 발명된 발광다이오드의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 리드프레임 패드에 610~640nm를 갖는 발광소자(101)와 포토루미너선스 형광체를 결합하여 480~490nm의 HUE를 발산할 있는 발광 소자(100)를 다이접착제(300)를 도팅하여 다이본딩하고 경화시켜 안착한 후 와이어본더를 통해 골드와이어(200)로 전기적으로 전극을 리드프레임 리드(400~403)에 연결시켜주고 연결된 상태로 610~640nm HUE를 발산하는 발광소자를 포함하여 패키지 리플렉터에 480~490nm HUE를 발산하도록 포토루미너선스 형광체가 함유된 투과형 몰딩 봉지제(500)로 모두 충진하여 밀봉시킨 후 트리밍 및 포밍 공정을 통해 개별화한 두 HUE를 갖는 발광소자를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 일체형으로 포토루미너선스 형광체를 몰딩함으로써, 공정 단순화를 통한 원가를 절약할 수 있고, 포토루미너선스 형광체의 비율을 최저로 할 수 있어, 포토루미너선스 형광체의 함량에 따른 색 편차를 최대로 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈의 내부 회로 구성도이다.

도 3을 참조하면, 포토루미너선스 형광체와 혼합되어 480~490nm의 HUE를 가질 수 있도록 구성된 제1 발광소자(100)의 캐소드와 610~640nm의 HUE를 발산하는 제2 발광소자(101)의 애노드를 골드와이어나 외부 PCB(Print Circuit Board)에 연결하여 직렬로 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 LED의 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 특히, 적색의 밝기 비율에 따른 CIE 색좌표계의 일부를 도시한다.

도 4를 참조하면, 일반적인 적색, 청색, 녹색을 이용한 삼색 LED 대비 두 가지 HUE LED의 실시예가 얼마나 많은 효과를 제공하는지 표시한 예로써 일반적인 적색 발광소자의 광량을 0~20% 상승시켰을 때, CIE 좌표계에서 색조가 어떻게 변화되 는지를 보여주고 있으며 본 발명의 두 가지 HUE를 사용하는 실시예에서 610~640nm의 HUE를 갖는 발광소자의 광량을 0~35%까지 상승시켰을 때 CIE 좌표 변화를 보여주고 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 적색 광량이 35%가 변화더라도 색 변화가 상대적으로 크지 않으며, 일반적인 적색, 청색, 녹색의 삼색의 LED를 사용하는 방식의 20% 광량 변화와 동일한 수준의 산포를 갖는다.

즉, 일반적인 적색, 청색, 녹색 삼색 발광소자는 본 그래프에서 보듯이 적색 발광소자의 광량 변화에 민감하게 색좌표 변화가 일어나며 구성 요소의 3가지를 감안하면 그 편차는 더 심해짐을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 반도체 리드프레임 패드에 610~640nm를 갖는 발광소자(101)와 포토루미너선스 형광체와 결합하여 480~490nm의 HUE를 발산할 수 있는 발광소자(100)를 다이접착제(300)를 도팅(Dotting)하여 다이본딩한다(단계 S110).

이어, 단계 S110에 의한 결과물을 경화시켜 발광소자들을 반도체 리드프레임 패드에 안착시킨다(단계 S120).

이어, 와이어본더를 통해 골드와이어(200)로 전기적으로 전극을 리드프레임 리드(400~403)에 연결시킨다(단계 S130).

이어, 610~640nm HUE를 발산하는 발광소자는 투과형 몰딩 봉지제를 이용하여 몰딩하고, 480~490nm HUE를 발산하도록 하는 발광소자에는 포토루미너선스 형광체 가 함유된 투과형 몰딩 봉지제(500)로 충진하여 밀봉시킨다(단계 S140).

이어, 트리밍 및 포밍 공정을 통해 개별화한 두 HUE를 갖는 발광소자를 제공한다(단계 S150).

이어, 제조된 발광소자들의 전기적 및 광학적 테스트 공정을 진행하고(단계 S150), 테스트에 의해 정상적인 발광소자들에 대해 테이핑 및 패키징 공정을 진행한다(단계 S170).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 발광다이오드 및 이를 갖는 발광모듈에 따르면, 전류 및 전압의 변화에 따른 발광 다이오드의 광도 및 다색 발광 다이오드의 색 조합에 있어서, 광도에 따른 색 분포를 최소한으로 줄일 수 있다.

또한, 발광 다이오드의 사용 환경 및 발광 전기 광학적 특성에 민감하지 않게 일정한 색상을 유지할 수 있다. 특히, 발광원인 AlInGaN, GaN, InGaP 등 LED 칩을 이용하여 적어도 2개 이상의 밴드 폭을 갖는 칩을 조합하여 두 개의 HUE 값을 구현하도록 제작되며, 이 두 HUE 발광소자를 개별 구동이 아닌 단일 구동 구조로 구성하여 일정한 색상 대역을 갖게 대량 제조할 수 있다.

또한, 사용 환경에 따른 색상 변화도 3가지의 혼합에서 오는 변화 요인에서 2가지로 감소됨에 따라, 30% 이상 수율이 개선되어 원하는 범위의 수율을 30% 이상 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 제조 원가를 절감할 수 있고, 신뢰도가 높은 백색 LED를 제공할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 각각 단일 파장 발광을 하는 2종 이상의 파장을 갖는 발광소자를 다이본딩하고, 전기적인 연결을 위해 골드와이어로 와이어본딩한 후 480~490nm의 발광색(HUE)을 내도록 포토루미너선스 형광체가 함유된 광투과형 몰딩수지를 몰딩하여 하나의 HUE를 가지도록 하는 공정과 하나 이상의 발광소자는 고유 HUE가 그대로 발광 되도록 제작되어 두 가지의 HUE를 구현하도록 제작된 발광다이오드.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 발광소자는 610~640nm의 HUE를 갖도록 구성된 발광다이오드.
3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 발광소자는 480~490nm를 구현하기 위한 포토루미너선스 형광체에 의해 하나 이상의 발광소자의 자체 고유 파장이 미여기(non-excitation)되거나 반응이 적은 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
4. 제1항에 있어서, 상기 포토루미너선스 형광체의 발광 특징은 하나의 피크값을 가지도록 구성되어 480~490nm의 HUE를 구현할 수 있도록 제작된 발광다이오드.
5. 제1항에 있어서, 상기 포토루미너선스 형광체의 발광 특징은 발광소자의 단일 파장 HUE값과 포토루미너선스 형광체의 발광 HUE 파장과의 폭이 85nm이하의 범 위 내에서 발광되도록 제작된 발광다이오드.
6. 제1항에 있어서, 두 가지의 HUE값을 가지도록 구성함에 있어서 각 칩간 독립된 리플렉터를 가지도록 구성하여 포토루미너선스 형광체가 함유된 광투과형 몰딩수지와 포토루미너선스 형광체가 함유되지 않은 광투과형 몰딩수지를 개별적으로 채워지도록 구성된 발광다이오드.
7. 제1항에 있어서, 두 가지의 HUE 발광색을 내기 위해 사용되는 발광소자(칩)의 주요 파장 영역은 각 파장과의 피크 간격이 최소한 140nm 이상을 적용하여 제작된 발광다이오드.
8. 제1항에 있어서, 동일 패키지 내에 포토루미너선스 형광체를 함유하여 두 HUE를 갖는 각각의 발광소자들은 직렬로 회로 구성되어 발광되는 발광다이오드.
9. 제1항에 있어서, 동일 패키지 내에 포토루미너선스 형광체를 함유하여 두 HUE를 갖는 각각의 발광소자를 개별로 구동할 수 있도록 분리된 단자를 가지며, 외부 회로에서 직렬로 구동할 수 있도록 만들어진 발광다이오드.
10. 제1항에 있어서, 상기 백색의 발광색은 색온도가 5,500K 이상인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
11. 480~490nm의 HUE가 되도록 독립된 하나 이상의 단일 패키지로 구성된 LED와 610~640nm의 HUE를 갖는 독립된 또 다른 하나 이상의 단일 패키지로 제작된 두 HUE의 발광소자를 사용하여 광색채 조합으로 백색을 구현하는 발광모듈.

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