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KR100558446B1 - 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법과 이를이용한 백색 발광다이오드 제조방법 - Google Patents

파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법과 이를이용한 백색 발광다이오드 제조방법 Download PDF

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KR100558446B1
KR100558446B1 KR1020030082136A KR20030082136A KR100558446B1 KR 100558446 B1 KR100558446 B1 KR 100558446B1 KR 1020030082136 A KR1020030082136 A KR 1020030082136A KR 20030082136 A KR20030082136 A KR 20030082136A KR 100558446 B1 KR100558446 B1 KR 100558446B1
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phosphor
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Abstract

본 발명은 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법과 이를 이용한 백색 발광다이오드 제조방법에 관한 것으로서, 투과성 액상수지를 이용하여 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 과정에서 형광체 분말을 습식분산처리함으로써 상기 형광체 분말이 분산된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계와, 상기 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 소정의 압력을 적용하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 파장변환용 몰딩화합물 수지 태블릿의 제조방법을 제공한다. 또한, 상기 몰딩화합물 수지 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩공정으로 백색 발광다이오드를 제조하는 방법도 제공한다.
본 발명에 따르면, 몰딩 화합물 수지를 형성하기 위한 혼합공정 및/또는 니딩공정을 이용함으로써 보다 간소한 공정을 통해 투광성 액상수지 내에 형광체 분말을 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한, 트랜스퍼몰딩공정을 통해 우수한 광변환효율을 갖는 백색 발광다이오드를 제조할 수 있다.
형광체(phosphor), 백색 발광다이오드(white light emitting diode), 에폭시 몰딩 화합물(epoxy molding compound), 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)

Description

파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법과 이를 이용한 백색 발광다이오드 제조방법{MANFUCTURING METHOD OF MOLDING COMPOUND RESIN TABLET AND MANFUCTURING METHOD OF A WHITE LIGHT EMITTING DIODE USING THE SAME}
도1은 종래의 백색 발광다이오드를 나타내는 측단면도이다.
도2는 종래의 백색 발광다이오드 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도3은 본 발명의 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조공정에서 공정진행에 따른 경화율(%)을 나타내는 그래프이다.
도4 내지 도6은 각각 본 발명의 실시예에 따른 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도7는 본 발명의 방법으로 제조된 백색 발광다이오드의 일예를 나타내는 측단면도이다.
도8a 및 8b는 종래의 방법으로 제조된 백색 발광다이오드와 본 발명의 방법으로 제조된 백색 발광다이오드의 색조영역좌표를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
31: 패키지기판 33,34: 리드프레임
35: 발광다이오드 칩 36,37: 와이어
39: 파장변환용 몰딩부
본 발명은 백색 발광다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체(phosphor)의 균일한 분포를 보장할 수 있는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿의 제조방법과, 이를 이용한 백색 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드는 우수한 단색성 피크파장을 가지며 광효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로서 널리 사용되고 있다. 특히, 백색 발광다이오드는 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트를 대체할 수 있는 고출력, 고효율 광원으로서 적극적으로 활용되고 있다.
이러한 백색 발광다이오드를 구현하는 방안으로는, 청색 또는 자외선 발광다이오드에 형광체를 도포하여 백색광으로 변환하는 파장변환방법이 주로 사용되고 있다.
도1은 종래의 일방법에 따라 제조된 백색 발광다이오드 패키지(10)를 나타내는 단면도이다.
도1을 참조하면, 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)는 2개의 리드프레임(3,4)과, 상기 리드프레임(3)의 캡구조(3a)에 실장된 청색 발광다이오드 및, 리드프레임(3,4) 상부에 형성된 투명몰딩부(8)를 포함한 구조를 갖는다. 상기 청색발광다이오드(5)의 두 전극은 각 리드프레임(3,4)의 상단에 와이어(3,4)로 연결된다.
상기 리드프레임(4)의 캡구조 내부에는 상기 청색 LED(5) 주위를 둘러싸도록 Y-Al-Ga(YAG)계 형광체를 포함한 수지(9)가 몰딩된다. 이러한 형광체를 통해, 상기 청색광을 발산하는 청색 LED(5)는, 상기 수지(9)에 포함된 YAG 형광체에 의해 피크파장이 555㎚인 황록색으로 여기된 일부 광과, 직접 청색으로 발광되는 LED 일부광이 합성하여 원하는 백색광을 발산할 수 있다.
이러한 형광체를 포함한 수지는 액상수지를 이용한 디스펜싱공정을 통해 LED(5) 상에 형성될 수 있었다.
하지만, 디스펜싱공정은 다른 몰딩공정에 비해 양산성이 떨어질 뿐만 아니라, 액상수지를 이용하므로 그 액상수지가 경화되는 동안에 액상수지 내에서 형광체분말이 침전되는 문제가 있어 왔다. 이와 같은 형광체 분말의 침전으로 인해, LED(5)를 둘러싼 수지층(9) 내에 형광체 분말이 균일하게 분산되지 못한다. 이렇게 형광체가 불균일한 수지층(9)으로부터 변환된 광은 부분적으로 황백색 또는 청백색을 띠게 되어 전체적인 색이 불량해지는 문제가 야기된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 국내특허등록 제348377호(등록일자: 2002.7.9등록)에서는 트랜스퍼 몰딩공정(transfer molding)을 이용한 방안이 제안되었다. 상기 특허에 따른 백색 발광다이오드 제조방법은 도2와 같이 형광체분말을 에폭시 몰딩 화합물(epoxy molding compound)과 같은 몰딩 화합물 수지분말과 혼합 하는 단계 (S21)로 시작된다. 이어, 그 혼합물로 몰딩 화합물 수지 태블릿(tablet)을 형성한 후(S25)에, 상기 태블릿으로 청색 발광다이오드를 트랜스퍼 몰딩함(S29)으로써 백색 발광다이오드를 제조할 수 있다.
상기 방법은 비교적 경화시간이 짧은 트랜스퍼 몰딩공정을 이용하므로, 형광체 분말의 침전에 따른 광변환효율의 저하를 방지할 수 있으며, 동시에 양산성을 높힐 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성하는데 있어서, 서로 다른 비중과 입자크기를 갖는 형광체 분말과 몰딩 화합물 수지분말을 혼합하므로, 이를 통해 얻어진 태블릿에서 형광체 분말의 균일한 분포를 실현하기가 매우 어렵다.
이러한 문제로 인해 트랜스퍼 몰딩공정의 장점에도 불구하고, 실제로 제조된 백색 발광다이오드에서는 여전히 부분적인 청백색 또는 황백색이 발광되며, 우수한 광변환효율을 갖는 발광다이오드를 제조하는데 어려움이 있어 왔다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 그 목적은 경화시간이 짧은 트랜스퍼 몰딩공정의 효과를 극대화할 수 있도록 형광체 분말이 균일하게 분산된 태블릿의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 태블릿 제조방법을 이용하여 우수한 백색 발광효율을 갖는 백색 발광다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,
적어도 일부의 파장을 변환하는 형광체가 균일하게 분산된 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿의 제조방법에 있어서, 투과성 액상수지를 이용하여 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 과정에서 형광체 분말을 습식분산처리함으로써 상기 형광체 분말이 분산된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계와, 상기 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 소정의 압력을 적용하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 파장변환용 몰딩화합물 수지 태블릿의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 채용되는 습식분산처리과정은 형광체 분말의 혼합시기에 따라 달리 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 형광체 분말을 포함한 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계를, 상기 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재와 형광체 분말을 혼합하고, 이어 상기 혼합물을 겔(gel)상태에서 혼련하는 니딩공정(kneading)을 실시한 후에, 상기 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 과정으로 구현된다.
바람직하게, 상기 니딩공정은 약 100℃ ∼ 약 120℃의 온도범위에서 실시되며, 상기 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계는, 상기 니딩공정의 결과물을 냉각 시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 니딩공정이 종료한 후 그리고 상기 결과물을 안정화시키기 전에, 추가적인 형광체의 분산처리를 위해, 상기 결과물에 대한 롤 밀링공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 형광체 분말은, 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재에 동시에 혼합하는 단계일 수 있으며, 이와 달리, 상기 투광성 액상수지와 상기 형광체분말을 1차 혼합한 후에, 상기 형광체분말이 혼합된 투광성 액상수지에 적어도 경화제가 포함된 부재를 투입하여 2차 혼합할 수도 있으며, 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 1차 혼합한 후에, 상기 1차 혼합물에 상기 형광체 분말을 투입하여 2차 혼합할 수도 있다.
형광체 분말을 2차 혼합단계를 통해 혼합하는 경우에는, 상기 형광체 분말을촉매제와 커플링제 중 적어도 하나와 함께 투입하여 혼합할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 상기 2차 혼합단계에서 혼합되는 상기 촉매제와 상기 커플링제 중 적어도 하나와 상기 형광체 분말은 동일한 밀링과정을 통해 얻어진 혼합물 형태로 투입되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 채용되는 습식분산처리공정은, 먼저 상기 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 혼합한 후에, 일부 반응이 진행되어 겔상태로 된 혼합물에 상기 형광체 분말을 투입하여 니딩공정을 통해 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 형광체는 Y,Lu,Sc,La,Gd, Ce 및 Sm으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 Al,Ga 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 형광체 물질일 수 있으며, 상기 투광성 액상수지는 대표적으로 에폭시 수지일 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 관점에서는 상기 태블릿 제조방법을 이용한 백색 발광다이오드 제조방법을 제공한다.
본 발명의 백색 발광다이오드 제조방법에 따르면, 적어도 일부의 파장을 변환하는 형광체가 균일하게 분산된 파장변환용 몰딩 화합물 수지가 몰딩된 백색 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 투과성 액상수지를 이용하여 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 과정에서 형광체 분말을 습식분산처리함으로써 상기 형광체 분말이 분산된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계와, 상기 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 소정의 압력을 적용하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하는 단계와, 청색 또는 자외선 발광다이오드가 실장된 패키지구조물 상에 상기 형광체가 분산된 몰딩 화합물 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징은 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성하는데 있어서, 형광체 분말이 균일한 분산을 보장하기 위해서, 분말간의 혼합이 아니라, 투광성 액상수지를 이용한 습식분산처리공정을 채용한다는데 있다. 본 발명에서 채용되는 습식분산처 리공정은 추가적인 공정없이 몰딩 화합물 수지를 형성하기 위한 혼합공정을 통해 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조공정에서 공정진행에 따른 경화율(%)을 나타내는 그래프이다. 도3의 각 단계별 구간에는 경화반응진행에 따른 조직상태가 개략적으로 도시되어 있다. 도3과 아래의 설명을 통해, 본 발명에서 형광체 분말이 투입되어 습식분산처리될 수 있는 시기와 조건을 이해할 수 있을 것이다.
우선, 도3의 구간(A1)과 같이 에폭시 수지와 같은 투광성 액상수지와 경화제를 혼합하는 공정이 수행된다. 보다 상세하게 투과성 액상수지와 경화제는 경화율이 10%미만인 반응과정을 거쳐서 구간(A2)로 도시된 바와 같이 소정의 믹서를 이용하여 혼합된다. 상기 혼합공정을 통해 40% 수준으로 경화되어 혼합물은 일정한 유동성을 갖는 겔상태로 존재하게 된다. 이러한 혼합과정에서는 경화제 외의 필요한 첨가제, 즉 촉매제, 커플링제 등이 추가될 수도 있다.
이어, 겔상태의 혼합물은 보다 균일한 혼합을 위해 니딩공정(B)이 실시된다. 니딩공정에서는 혼합물이 겔상태를 유지할 수 있는 온도조건에서 용융 혼합될 수 있다.
본 발명에서, 형광체분말은 도3에 도시된 A1,A2 및(또는) B구간에서 몰딩 화 합물 수지를 형성하기 위한 혼합물에 습식분산처리될 수 있다. 상기 구간에서 몰딩 화합물 수지를 위한 혼합물은 액상 또는 겔상이 유지되므로, 보다 효과적으로 형광체 분말을 균일하게 분산시킬 수 있다. 즉, 투광성 액상수지와 경화제의 액상 혼합공정 또는 겔상태의 혼합물에 대한 니딩공정시에 형광체 분말을 투입함으로써 몰딩 화합물이 분말상태로 존재할 때보다 훨씬 균일하게 형광체 분말을 분산시킬 있다.
또한, 이러한 형광체분말의 분산과정은 별도의 추가공정없이 몰딩 화합물 수지체를 형성하기 위한 기존의 혼합공정 및/또는 니딩공정을 통해 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 혼합물은 냉각시킴(quenching)으로써 고상인 몰딩 화합물 수지체를 형성하며 상기 몰딩 화합물 수지체를 분쇄하여 얻어진 분말을 가압하여 형광체가 균일하게 분산된 몰딩 화합물 수지 태블릿을 제조할 수 있다. 본 과정에서 상기 몰딩화합물수지 태블릿은 구간(C)로 표시된 바와 같이, 경화반응이 진행되지 않는 안정화상태에 있다.
본 발명의 방법으로 제조된 몰딩 화합물 수지 태블릿은 백색 발광다이오드의 제조시에 트랜스퍼 몰딩공정을 통해 점선으로 표시된 구간(D)과 같이 비교적 짧은 경화시간에 완전히 경화될 수 있다. 이와 같이 태블릿을 이용한 트랜스퍼 몰딩과정은 일반 액상수지를 이용한 디스펜싱방법에 비해 경화시간이 매우 짧으므로, 몰딩 화합물 태블릿에서 이미 균일하게 분산된 형광체 분말이 몰딩과정에서 거의 침전되지 않을 수 있으며, 결과적으로 우수한 파장변환층을 형성할 수 있다.
본 발명에서 형광체 분말은 도3을 참조하여 설명된 바와 같이, 액상 또는 겔상의 혼합물상태에서 혼합됨으로써 몰딩 화합물 수지 태블릿 내에 효과적으로 분산될 수 있다. 또한, 본 발명은 형광체 분말의 투입시기에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도4 내지 도6은 본 발명에 따른 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿의 제조방법의 다양한 형태를 예시한다.
도4는 투광성 액상수지와 경화제 및 형광체를 동시에 투입하여 혼합하는 형태를 나타낸다.
본 실시예에 따른 방법은, 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재 및 형광체 분말을 혼합하는 단계(S41)로 시작된다. 보다 구체적으로, 형광체 분말은 투광성 액상수지와 1차적으로 투입되어 혼합된 후에, 경화제 등을 투입하여 혼합할 수 있으며, 이 반대의 경우도 가능하며, 투광성액상수지와 경화제를 형광체분말과 동시에 투입하여 혼합할 수도 있다. 이러한 혼합공정에서는 기본수지인 투광성 액상수지 내에 형광체 분말이 균일하게 분산할 수 있다.
상기 형광체는 Y,Lu,Sc,La,Gd, Ce 및 Sm으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 Al,Ga 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 물질로서 대표적으로 YAG계 형광체가 있을 수 있다. 본 발명에서 채용되는 형광체는 보다 균일한 분산을 위해 평균입경이 5 내지 50 마이크론범위인 분말형태로 사용하는 것이 바람직하다.
이어, 단계(S43)에서는, 상기 혼합과정에서 몰딩 화합물 수지를 형성하기 위한 첨가제를 추가적으로 혼합시킬 수 있다. 이러한 첨가제로는 당업자에게 이미 공지된 경화촉매제 및/또는 커플링제는 물론, 이형제, 개질제 등도 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 균일하게 혼합될 수 있도록 미리 밀링공정을 통해 분말로 제조된 상태로 투입된다.
다음으로, 상기 혼합물을 겔상태에서 혼련하는 니딩공정(S44)을 실시할 수 있다. 상기 니딩공정은 일정한 범위로 경화된 혼합물이 겔상을 유지하는 범위의 온도에서 충분히 균일하게 혼합될 수 있도록 반죽하는 공정을 말하며, 바람직하게는 니딩공정의 온도범위는 약 100℃ ∼ 약 120℃정도에서 수행된다.
이어, 상기 니딩공정의 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계(S45)을 실시한다. 여기서 얻어진 몰딩 화합물 수지체는 혼합과정 및 니딩과정을 통해 형광체분말이 균일하게 분산된 고체상태의 수지체이다. 본 단계는 고온의 니딩공정을 겪은 결과물을 냉각시키는 공정(quenching)을 통해 구현될 수 있다. 추가적으로 냉각시키기 전에, 즉 안정화시키기 전에, 니딩공정을 통해 얻어진 결과물에 대해 추가적인 롤링공정을 추가함으로써, 형광체 분말 등의 보다 균일한 분산을 도모할 수도 있다.
상기 공정을 통해 얻어진 몰딩화합물 수지체를 분말로 분쇄한 후(S47)에, 소 정의 압력으로 가압하여 형광체가 균일하게 분산된 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성할 수 있다(S49).
도5는 혼합공정 중에 형광체분말이 촉매제와 커플링제 등의 첨가제와 함께 투입되는 형태를 예시한다.
본 실시예에 따른 방법은, 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재 를 혼합하는 단계(S51)로 시작된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 투광성 액상수지로는 에폭시 수지가 있다. 이어, 상기 혼합과정(S51)의 초기에, 즉 경화반응이 덜 진행된 상태에서 혼합할 다른 첨가제와 함께 형광체를 적절한 분말상태로 마련한다(S52). 이러한 첨가제로는 당업자에게 이미 공지된 경화촉매제 및/또는 커플링제는 물론, 이형제, 개질제 등도 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 균일하게 혼합될 수 있도록 미리 밀링공정을 통해 분말로 제조될 때에 본 발명에서 사용되는 형광체를 함께 밀링하여 분말로 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 형광체를 추가적인 밀링공정없이 분말로 마련할 수 있다.
이와 같이 마련된 분말형태의 형광체 및 첨가제를 투광성 액상수지와 경화제의 혼합물과 함께 혼합하는 공정(S53)을 수행한 후에, 상기 혼합물을 겔상태에서 혼련하는 니딩공정(S54)을 실시한다. 상기 니딩공정은 앞서 설명한 바와 같이 바람직하게는 약 100℃ ∼ 약 120℃정도의 온도범위에서 상기 혼합물의 보다 균일한 분산을 위해 수행될 수 있다.
이어, 상기 니딩공정의 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계(S55)을 실시한다. 여기서 얻어진 몰딩 화합물 수지체는 혼합과정 및 니딩과정을 통해 형광체분말이 균일하게 분산된 고체상태의 수지체이며, 앞서 설명한 바와 같이, 니딩공정의 결과물을 냉각시키는 공정을 통해 구현될 수 있다. 추가적으로 냉각시키기 전에, 니딩공정을 통해 얻어진 결과물에 대해 추가적인 롤링공정을 추가할 수 있다.
끝으로, 상기 공정을 통해 얻어진 몰딩화합물 수지체를 분말로 분쇄한 후(S57)에, 소정의 압력으로 가압하여 형광체가 균일하게 분산된 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성할 수 있다(S59).
도6은 니딩공정에 형광체분말이 습식분산처리되는 형태를 나타낸다.
앞서 설명한 바와 같이, 형광체분말은 투광성 액상수지 또는 낮은 경화정도(30%미만인 상태)의 혼합물과도 혼합될 수 있으나, 겔상태(예, 경화율: 30-40%)인 혼합물 상태에서 니딩공정을 통해 분산처리될 수 있다.
본 실시예에 따른 방법은 상기 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 혼합하는 단계(S61)로 시작된다. 이어, 단계(S63)에서 상기 혼합과정의 초기에 즉 경화반응이 덜 진행된 상태에서 밀링처리된 다른 첨가제 분말을 혼합한다. 이러한 첨가제로는 당업자에게 이미 공지된 경화촉매제 및/또는 커플링제는 물론, 이형제, 개질제 등도 사용될 수 있다.
다음으로, 미리 마련된 형광체분말과 함께 상기 혼합물을 겔상태에서 혼련하는 니딩공정(S64)을 실시한다. 적절한 분말로 형성된 형광체분말은 니딩공정 전에 또는 니딩공정동안에 투입될 수 있다. 본 실시예에서 형광체분말은 니딩공정을 통해 겔상의 혼합물에서 습식분산처리된다. 이러한 니딩공정은 약 100℃ ∼ 약 120℃정도의 적절한 고온에서 수행되므로, 겔상으로 유지되는 혼합물 내에서 형광체분말을 충분히 균일하게 분산시킬 수 있다.
이어, 상기 니딩공정의 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계(S65)을 실시하고, 이를 통해 얻어진 고체상태의 몰딩화합물 수지체를 분말로 분쇄한 후(S67)에, 소정의 압력으로 가압하여 형광체가 균일하게 분산된 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성할 수 있다(S69).
본 발명에 따른 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿의 제조방법은 액상 또는 겔상의 수지형성을 위한 혼합물에서 형광체분말을 균일하게 분산시키므로써, 전체 영역에서 균일한 파장변환을 보장할 수 있는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿을 제조할 수 있다. 궁극적으로, 이러한 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿은 백색발광다이오드를 제조하기 위한 형광체층을 트랜스퍼 몰딩공정으로 형성하는데 유익하게 채용될 수 있다.
즉, 본 발명은 투광성 액상수지를 이용하여 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 과정에서 형광체 분말을 습식분산처리함으로써 상기 형광체 분말이 분산된 몰딩 화합물 수지체를 형성하고, 이러한 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 소정의 압력을 적용하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하여, 청색 또는 자외선 발광다이오드가 실장된 패키지구조물 상에 상기 형광체가 분산된 몰딩 화합물 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩을 실시하는 백색 발광다이오드 제조방법을 제공할 수 있다.
도7는 본 발명의 방법으로 제조된 백색 발광다이오드(30)의 일예를 나타내는 측단면도이다.
도7를 참조하면, 2개의 리드프레임(33,34)이 형성된 패키지기판(31) 상에 청색 또는 자외선 발광다이오드(35)가 배치된 발광다이오드 구조(30)가 도시되어 있다. 상기 청색 또는 자외선 발광다이오드(35)의 두 전극(미도시)은 각각 상기 리드프레임(33,34)에 와이어(36,37)를 통해 접속되어 있다. 이러한 구조에서 상기 발광다이오드(35)를 둘러싸도록 본 발명의 제조방법으로 얻어진 파장변환용 몰딩화합물 수지 태블릿을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써, 도5에 도시된 바와 같이 상기 패키지기판(31)에 파장변환용 몰딩부(39)를 형성할 수 있다. 물론, 당업자에게 자명한 바와 같이, 백색 발광다이오드의 전체 구조는 물론, 트랜스퍼 몰딩장비에 따라 파장변환용 몰딩부의 형상도 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
본 발명으로 얻어진 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿은 균일하게 분산된 형광체 분말을 포함하며, 트랜스퍼 몰딩공정을 통해 비교적 짧은 경화시간을 통해 파장변환용 몰딩부(39)를 형성하므로 형광체 분말의 침전에 따른 악영향을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 백색 발광다이오드의 특성을 종래의 방법으로 제조된 백색 발광다이오드의 특성과 비교하는 실험을 실시하였다.
(실시예)
우선, 도2에서 설명된 종래의 방법에 따라 에폭시 몰딩 화합물 수지 분말과 YAG 계열 형광체분말을 거의 유사한 평균입경(약 7㎛)을 갖도록 마련한 후에, 믹서를 통해 충분히 혼합하였다. 이어, 혼합된 결과물을 압축하여 태블릿상으로 제조하였다. 도7과 유사한 구조를 가지며, 460nm파장대역의 발광다이오드를 채용한 패키지구조에 트랜스퍼 몰딩공정을 이용하여 형광체가 포함된 에폭시 화합물 수지 태블릿으로 파장변환용 몰딩부를 형성하였다.
또한, 도5에 설명된 본 발명의 태블릿 제조방법을 따라 형광체분말이 균일하게 분산된 에폭시 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성하였다. 즉, 액상의 에폭시수지를 기본수지로 하고, 상기 에폭시수지에 약 7㎛의 평균입경을 갖는 형광체분말을 혼합하고, 이어 경화제를 투입한 후에 계속 혼합공정을 실시하였다. 연속되는 혼합공정에서 촉매제와 커플링제를 첨가하여 함께 혼합되도록 하였다.
본 실시예에서 사용된 경화제 및 각 첨가제의 종류와 양을 종래예에서 사용된 몰딩화합물수지의 제조시에 채용된 경화제 및 각 첨가제의 종류와 양과 동일한 조건으로 측량하여 사용하였다. 다음으로, 겔상의 혼합물에 대해 니딩공정과 추가적으로 롤밀링공정을 수행하였으며, 그 결과물을 냉각하여 고체상태의 몰딩 화합물 수지체를 형성하였다.
이어. 상기 수지체를 약 7㎛의 평균입경을 갖는 분말로 분쇄하고, 상기 수지분말을 이용하여 형광체가 분산된 몰딩 화합물 수지 태블릿을 제조하였다. 상기한 종래예와 동일하게 도7과 유사한 구조를 가지며, 460㎚파장대역의 발광다이오드를 채용한 패키지구조에 트랜스퍼 몰딩공정을 이용하여 형광체가 포함된 에폭시 화합물 수지 태블릿으로 파장변환용 몰딩부를 형성하였다.
이렇게 얻어진 종래예와 비교예에 따른 각 백색 발광다이오드에 대한 색조영역을 분석하였고, 그 결과를 각각 도8a 및 8b의 그래프로 도시하였다.
도8a을 참조하면, 종래예에 따른 백색발광다이오드는 좌표상에 색조영역이 넓게 분포한 것을 알 수 있다. 즉, 백색광 외에도 청백색광과 황백색광이 상당양 발산되고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 넓은 색조영역의 원인은 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성할 때에 수지분말과 형광체분말을 혼합할 때에 입자의 마찰 및/또는 비중차이로 인해 균일하게 혼합되지 않은 상태에서 태블릿으로 제조되기 때문이다.
반면에, 도8b와 같이, 본 실시예에 따른 백색발광다이오드는 좁은 색조영역(X: 0.28∼0.30, Y: 0.25∼0.32)을 갖는 것으로 나타났다. 즉, 청백색광 황백색광이 거의 존재하지 않고, 백색광으로 거의 모든 광이 변환되었음을 확인할 수 있다. 이러한 우수한 광변환효율은 본 발명에 따라 제조된 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 내에 형광체 분말이 균일하게 분포하고 있으며, 또한, 이러한 형광체분말의 균일한 분포가 비교적 짧은 트랜스퍼 몰딩공정에서 유지될 수 있기 때문이다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 몰딩 화합물 수지 태블릿을 형성하는데 있어서, 분말의 혼합이 아니라 투광성 액상수지를 이용한 습식분산처리공정을 채용함으로써 형광체 분말이 몰딩 화합물 수지 내에서 보다 균일한 분산을 보장할 수 있으며, 분산처리를 위한 추가적인 공정없이 몰딩 화합물 수지를 형성하기 위한 혼합공정 또는 니딩공정으로 대체되어 전체적인 공정을 간소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 파장변환용 몰딩화합물 수지 태블릿의 제조방법을 백색 발광다이오드의 제조방법에 채용함으로써 몰딩 화합물 수지 태블릿 내에 형광 체분말이 거의 침전되지 않고, 균일한 분산상태를 유지하므로써 우수한 광변환효율을 갖는 백색 발광다이오드를 제조할 수 있다.

Claims (28)

  1. 파장변환용 형광체가 균일하게 분산된 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿의 제조방법에 있어서,
    투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재와 형광체 분말을 혼합하는 단계와,
    상기 혼합물을 겔상태에서 혼련하는 니딩공정을 실시하는 단계와,
    상기 결과물이 안정화되어 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체가 형성되도록 상기 결과물을 냉각시키는 단계와,
    상기 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 가압하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 파장변환용 몰딩화합물 수지 태블릿의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니딩공정은 100℃ ∼ 120℃의 온도범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 니딩공정이 종료한 후 그리고 상기 결과물을 냉각시키기 전에, 상기 결과물에 대한 롤 밀링공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    투광성 액상수지와 형광체 분말 및 적어도 경화제가 포함된 부재를 동시에 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    상기 투광성 액상수지와 상기 형광체분말을 1차 혼합하는 단계와,
    상기 형광체분말이 혼합된 투광성 액상수지에 적어도 경화제가 포함된 부재를 투입하여 2차 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 1차 혼합하는 단계와,
    상기 1차 혼합물에 상기 형광체 분말을 투입하여 2차 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2차 혼합단계는,
    상기 형광체 분말과 함께 촉매제와 커플링제 중 적어도 하나를 투입하여 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 2차 혼합단계에서 혼합되는 상기 촉매제와 상기 커플링제 중 적어도 하나와 상기 형광체 분말은 동일한 밀링과정을 통해 얻어진 혼합물 형태로 투입되는 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 포함한 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계는,
    상기 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 혼합하는 단계와, 겔상태인 혼합물을 상기 형광체 분말과 함께 혼련시키는 니딩공정을 실시하는 단계와, 상기 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계를 포함하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 니딩공정은 100℃ ∼ 120℃의 온도범위에서 실시되며,
    상기 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계는, 상기 니딩공정의 결과물을 냉각시키는 단계인 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 니딩공정이 종료한 후 그리고 상기 결과물을 안정화시키기 전에, 상기 결과물에 대한 롤 밀링공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  13. 제1항과 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광체는 Y,Lu,Sc,La,Gd, Ce 및 Sm으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 Al,Ga 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  14. 제1항과 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 액상수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  15. 파장변환용 형광체가 균일하게 분산된 파장변환용 몰딩 화합물 수지가 몰딩된 백색 발광다이오드의 제조방법에 있어서,
    투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재와 형광체 분말을 혼합하는 단계와,
    상기 혼합물을 겔상태에서 혼련하는 니딩공정을 실시하는 단계와,
    상기 결과물이 안정화되어 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체가 형성되도록 상기 결과물을 냉각시키는 단계와,
    상기 몰딩 화합물 수지체를 분말상으로 분쇄한 후에 상기 수지 분말에 가압하여 태블릿상의 몰딩 화합물을 형성하는 단계와,
    청색 또는 자외선 발광다이오드가 실장된 패키지구조물 상에 상기 형광체가 분산된 몰딩 화합물 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩을 실시하는 단계를 포함하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 니딩공정은 100℃ ∼ 120℃의 온도범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 니딩공정이 종료한 후 그리고 상기 결과물을 냉각시키기 전에, 상기 결과물에 대한 롤 밀링공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    투광성 액상수지와 형광체 분말 및 적어도 경화제가 포함된 부재를 동시에 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    상기 투광성 액상수지와 상기 형광체분말을 1차 혼합하는 단계와,
    상기 형광체분말이 혼합된 투광성 액상수지에 적어도 경화제가 포함된 부재를 투입하여 2차 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  21. 제15에 있어서,
    상기 형광체 분말을 혼합하는 단계는,
    투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 1차 혼합하는 단계와,
    상기 1차 혼합물에 상기 형광체 분말을 투입하여 2차 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 2차 혼합단계는,
    상기 형광체 분말과 함께 촉매제와 커플링제 중 적어도 하나를 투입하여 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 2차 혼합단계에서 혼합되는 촉매제와 커플링제 중 적어도 하나와 상기 형광체 분말은 동일한 밀링과정을 통해 얻어진 혼합물 형태로 투입되는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 형광체 분말을 포함한 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계는,
    상기 투광성 액상수지와 적어도 경화제가 포함된 부재를 혼합하는 단계와, 겔상태인 혼합물을 상기 형광체 분말과 함께 혼련시키는 니딩공정을 실시하는 단계와, 상기 결과물을 안정화시켜 형광체가 함유된 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계를 포함하는 파장변환용 몰딩 화합물 수지 태블릿 제조방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 니딩공정은 100℃ ∼ 120℃의 온도범위에서 실시되며,
    상기 몰딩 화합물 수지체를 형성하는 단계는, 상기 니딩공정의 결과물을 냉각시키는 단계인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 니딩공정이 종료한 후 그리고 상기 결과물을 안정화시키기 전에, 상기 결과물에 대한 롤 밀링공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  27. 제15항 및 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광체는 Y,Lu,Sc,La,Gd, Ce 및 Sm으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와 Al,Ga 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
  28. 제15항 및 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 액상수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드 제조방법.
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