KR101202174B1 - 형광체 시트를 갖는 발광장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 발광장치는, 기판; 상기 기판의 일면 상에 부착된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 형성된 본딩 패드; 상기 본딩 패드와 상기 기판을 연결하는 본딩 와이어; 상기 발광 다이오드 칩의 상부의 소정 영역에 도포된 접착부재; 및 상기 본딩 패드가 형성된 위치에 대응되게 모서리가 제거된 형광체 시트로서, 상기 접착부재에 의해 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 부착되는 형광체 시트를 포함한다.
발광 다이오드 칩, 형광체, 관통홀, 색재현성, 광효율
Description
본 발명은 형광체 시트를 갖는 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광 다이오드 칩의 상부에 형광체 시트를 부착하여 백색광 출력이 가능하도록 한 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광장치는 발광 다이오드 칩과 형광체를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 예를들어, 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩의 상부에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색을 발광하는 형광체를 배치시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 즉, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색 발광 다이오드 칩과 청 색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.
즉, 종래의 백색 발광장치는 고휘도의 청색 LED에서 방출되는 충분히 높은 에너지를 갖는 광이 황색 YAG계 형광체를 여기시켜 황색영역의 광을 방출시킴으로써 LED의 청색 및 형광체의 황색의 조합으로 백색을 유도하는 방법을 이용하였다.
도 1은 종래의 청색 LED(13) 및 파우더 타입 황색 발광 YAG계열 형광체(11)를 적용한 백색 발광장치(10)의 구조도이다. 그러나, 도 1과 같은 종래의 발광장치(10)는 LED 칩(13)에서 나오는 청색 및 형광체(11)에서 발광하는 황색의 조합이 형광체(11)의 도포방법 및 LED 칩(13)의 동작 조건에 아주 민감하기 때문에, 종래의 YAG계 백색 발광장치(10)는 동일한 백색을 재현하는 데 많은 어려움이 따른다. 특히, 도 1과 같이, 형광체(11)의 도포 시에 사용되는 에폭시 수지 혹은 실리콘 수지의 혼합 비율, 이러한 수지의 열적 불안정성, 그리고 경화시 형광체의 불규칙한 퇴적 등으로 발광 휘도가 불규칙하고 소자의 불량률이 높고, 색 재현성이 떨어지는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 파우더 형광체를 사용한 발광장치에 비해, 불량률이 감소하고, 우수한 열적 내구성 및 색 재현성을 갖는 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광장치 제조시 형광체의 사용량을 줄여 원가 절감 효과를 가져오며 생산성의 향상에 기여할 수 있는 발광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광의 손실을 줄이고 발광 효율을 증대시킬 수 있는 발광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광장치는, 기판; 상기 기판의 일면 상에 부착된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 형성된 본딩 패드; 상기 본딩 패드와 상기 기판을 연결하는 본딩 와이어; 상기 발광 다이오드 칩의 상부의 소정 영역에 도포된 접착부재; 및 상기 본딩 패드가 형성된 위치에 대응되게 모서리가 제거된 채, 상기 접착부재에 의해 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 부착되는 형광체 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트는, 형광체와 수지의 혼합물을 사용하여 시트 형상으로 제조된 형광체 시트 원판에 소정의 개구부를 형성하고, 상기 발광 다이오드 칩의 크기에 맞게 상기 개구부가 형성된 상기 형광체 시트 원판을 절단하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트 원판은, 프레스 성형법, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법 중 하나의 방법을 이용하여 상기 혼합물로부터 제조되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소정의 개구부는, 상기 형광체 시트 원판의 표면에 레이저를 조사하여 상기 형광체 시트 원판의 일부를 제거하거나, 펀칭기를 이용하여 상기 형광체 시트 원판을 그 상방으로부터 가압하여 상기 펀칭기가 통과된 부분을 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트의 두께는 15㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지의 반사율은 1.4 내지 1.8인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지의 경도는 쇼어 A(Shore A) 경도 50이상 또는 쇼어 D(Shore D) 경도 30이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광 다이오드 칩이고, 상기 형광체는 황색 발광 특성을 갖는 형광체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 발광장치의 제조방법은, 발광 다이오드 칩의 본딩 패드가 형성되는 위치에 대응되게 모서리가 제거된 형광체 시트를 제조하는 단계; 기판의 일면 상에 상기 발광 다이오드 칩을 부착하는 단계; 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 형성된 상기 본딩 패드와 상기 기판을 본딩 와이어를 이용하여 연결하는 단계; 상기 발광 다이오드 칩의 상부의 소정 영역에 접착부재를 도포하는 단계; 및 상기 접착부재에 의해 상기 형광체 시트를 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트를 제조하는 단계는, 형광체와 수지의 혼합물을 사용하여 시트 형상의 형광체 시트 원판을 제조하는 단계; 상기 형광체 시트 원판에 소정의 개구부를 형성하는 단계; 및 상기 발광 다이오드 칩의 크기에 맞게 상기 개구부가 형성된 상기 형광체 시트 원판을 절단하여 복수개의 상기 형광체 시트를 동시에 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트 원판을 제조하는 단계는, 프레스 성형법, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법 중 하나의 방법을 이용하여 상기 혼합물로부터 상기 형광체 시트 원판을 제조하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소정의 개구부를 형성하는 단계는, 상기 형광체 시트 원판의 표면에 레이저를 조사하여 상기 형광체 시트 원판의 일부를 제거하거나, 펀칭기 를 이용하여 상기 형광체 시트 원판을 그 상방으로부터 가압하여 상기 펀칭기가 통과된 부분을 제거함으로써 상기 개구부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 형광체 시트의 두께는 15㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지는, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지의 반사율은 1.4 내지 1.8인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수지의 경도는 쇼어 A(Shore A) 경도 50이상 또는 쇼어 D(Shore D) 경도 30이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광 다이오드 칩이고, 상기 형광체는 황색 발광 특성을 갖는 형광체인 것을 특징으로 한다
본 발명에 의한 발광장치 및 그 제조방법은 종래의 파우더 형광체를 사용한 발광장치에 비해, 균일한 색의 광을 방출할 수 있고, 불량률이 감소되며, 우수한 열적 내구성 및 색 재현성을 제공할 수 있고, 형광체 시트 내에서의 형광체들의 균질성을 높일 수 있어 색수차 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발광장치 및 그 제조방법은 형광체시트를 이용함으로 써 종래의 파우더 형광체를 사용한 발광장치에 비해, 형광체의 사용량을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래에는 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광이 몰딩부를 통과하면서 형광체 입자에 흡수되거나 또는 형광체에서 방출되는 광에 의하여 서로 상쇄되어 손실되었으나, 본 발명에 의한 발광장치 및 그 제조방법은 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광의 손실을 줄여 발광 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예시로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 발광장치의 구조를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트를 갖는 반도체 장치의 단면도이다. 도 2의 반도체 장치(20)는, 하부 기판(21), 상기 하부 기판(21) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(22), 상기 하부 기판(21)에 소정 형태로 형성된 패턴 전극(24, 25), 상기 발광 다이오드 칩(22) 상부에 형성된 본딩패드(28), 상기 본딩패 드(28)와 상기 패턴전극(24, 25)을 연결하는 본딩 와이어(26), 및 접착부재(25)에 의하여 상기 발광 다이오드 칩(22) 상부에 부착되는 형광체 시트(23)를 포함한다. 여기서, 도면의 간략화를 위하여 도 2에는 접착부재(25) 및 봉지부재(27)의 도시를 생략하였다.
여기서, 상기 하부 기판(21)은 발광 다이오드 칩(22)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 이러한 하부 기판으로는 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic) 등을 들 수 있다. 세라믹은 그 위에 금속 도체 배선 패턴을 형성하여 소성공정을 통해 적층형 세라믹 패키지(multi-layer ceramic package; MLP)로 사용이 가능하다. 이러한 패키지로 사용되는 경우 기밀성이 우수하다.
또한, 상기 패턴 전극(24, 25)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질을 사용하여 제조되고, 발광 다이오드 칩(22)의 양 전극과 음 전극에 대응하는 각 패턴 전극(24, 25)은 서로 분리되어 형성된다. 여기서, 상기 패턴 전극(24, 25)중 패턴 전극(24)은 애노드 전극이고 패턴 전극(25)은 캐소드 전극이다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩(22)은 청색 발광 LED 칩으로서, 430 내지 480nm의 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진다. 다만, 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩(22)은 다른 컬러 광을 출사하는 LED 칩이 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위가 특정 LED 칩으로 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 형광체 시트(23)는 상기 발광 다이오드 칩(22)으로부터 출사된 청색광에 의해 여기되어 방출되는 파장이 노란색인 형광체를 주성분으로 하여 제조된다. 여기서, 본 발명의 일 실시예는 상기 발광 다이오드 칩(22)이 청색광을 출력하는 경우, 백색광을 만들기 위한 형광체 시트(23)를 구성하는 경우에 해당하지만, 만약, 상기 발광 다이오드 칩(22)에서 출력되는 광의 색깔이 청색이 아니라면 백색광을 만들기 위해 상기 형광체 시트(23)의 형광체 역시 바뀌어야 한다. 형광체 시트(23)의 구성에 대하여는 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 애노드 전극(24)은 상기 하부 기판(21)상에서 LED칩 실장영역에 형성된 캐소드 전극(25)과의 전기적인 절연을 위해 이격되게 일측 상면에 형성된다. 그리고, 상기 애노드 전극(24)은 상기 하부 기판(21)의 저면에도 형성되는데, 그 하부 기판(21)의 저면에 형성된 애노드 전극(24)은 상기 하부 기판(21)의 상면에 형성된 애노드 전극(24)이 연장되는 형태이어도 되고 상기 하부 기판(21)의 상면에 형성된 애노드 전극(24)과 분리되어 있지만 전기적으로 연결되는 형태이어도 된다.
상기 캐소드 전극(25)은 상기 애노드 전극(21)과는 반대방향으로 형성된다. 그에 따라, 상기 발광 다이오드 칩(22)이 상기 캐소드 전극(25)상에 실장되고, 본딩 와이어(26)를 통해 그 애노드 전극(24)과 캐소드 전극(25)에 전기적으로 연결된다. 물론, 필요에 따라, 그 애노드 전극(24)을 캐소드 전극으로 하고 캐소드 전 극(25)을 애노드 전극으로 교체할 수도 있는데, 이 경우에는 구동전원 인가방식을 반대로 하면 된다.
또한, 상기 본딩 와이어(26)는 상기 발광 다이오드 칩(22) 상부에 형성된 본딩 패드(28)와 상기 패턴 전극(24, 25)을 연결하며, 이로써, 발광 다이오드 칩(22)이 외부와 전기적으로 접속된다. 본딩 와이어(26)는 통상 전기 전도도가 높은 금속, 예를들어 금으로 제조된 금선이다. 즉, 99.99% 이상의 고순도 금선을 초음파와 열로 금선의 끝을 녹여 본딩 패드(28) 및 패턴 전극(24, 25)에 접합한다. 여기서, 본딩 패드(28)와 접합된 일측은 금 볼(ball)(26a)(도 3 참조)의 형상을 가질 수 있다.
또한 상기 본딩 패드(28)는 통상 알루미늄 합금 또는 구리 합금 재질로 형성되며, 발광 다이오드 칩(22) 상부에 형성되고, 상기 본딩 와이어(26)를 통하여 하부 기판(210)에 형성된 패턴 전극(24, 25)과 연결된다.
한편, 도 3은 형광체 시트(23)를 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 부착하기 전, 기판(21)에 실장된 발광 다이오드 칩(22)을 상부에서 바라본 도면이다. 도 3을 참조하면, 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 두 개의 본딩 패드(28)가 형성되고, 상기 본딩 패드(28)에 본딩 와이어(26)가 각각 연결된다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트(23)에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 형광체 시트(23)의 평면도이다. 도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 본 딩 패드(28)의 위치에 대응되게 형광체 시트(23)의 모서리가 일부 제거된 것을 알 수 있다. 즉, 형광체 시트(23)는 네 개의 모서리 중 2개의 모서리가 본딩 패드(28)의 위치 및 형상에 대응되게 일부 제거되어 있으며, 전체적으로는 발광 다이오드 칩(22)으로부터 청색 광이 실질적으로 출사되는 영역인 액티브 영역(22a)(도 3 참조)의 형상과 같다. 이하, 일부 영역(29)이 제거된 형광체 시트(23)의 부위를 "모서리 절단부"라고 하기로 한다. 이로써, 상기 형광체 시트(23)를 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 부착하는 경우, 상기 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 형성된 본딩 패드(28) 및 본딩 와이어(26)를 간섭하여 손상시키는 일없이 상기 형광체 시트(23)를 부착할 수 있게 된다.
구체적으로는, 도 4를 참조하면, 형광체 시트(23)의 상부의 2개의 모서리가 점선으로 표시된 영역(29)만큼 일부 제거되어, 형광체 시트(23)의 윗변의 길이(L1)가 아랫 변의 길이(L2)보다 짧고, 전체적으로는 凸 자 형상이 되도록 형광체 시트(23)가 제조된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 만일 발광 다이오드 칩(22) 상부에 본딩 패드가 하나만 형성되는 경우에는 그 본딩 패드의 형성 위치에 대응되는 부분만 형광체 시트의 일부가 제거될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 특정 형광체 시트의 형상으로 제한되지 않는다.
한편, 본 발명에 따른, 형광체 시트(23)는 형광체와 수지를 혼합한 슬러리를 이용하여 제조될 수 있다. 여기서, 형광체와 혼합되는 수지는 경도가 높고 신뢰성이 좋은 것이 바람직하다. 제한적이지는 않으나, 예를들어, 수지의 경도는 쇼어 A(Shore A) 경도 약 50이상 또는 쇼어 D(Shore D) 경도 약 30이상인 재질이 바람직하다.
또한, 상기 수지로는, 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 등 투명성을 가진 열경화성 수지를 이용할 수 있다.
또한, 액상 에폭시 수지와 형광체를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 이 때 필요에 따라 솔벤트와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 액상 수지에 한정되지 않고 고상 수지를 더 포함하여 슬러리를 제조할 수도 있다.
또한, 실시예에 따라서, 형광체와 혼합되는 수지의 반사율은 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 약 1.4 내지 약 1.8이 될 수 있다.
또한, 형광체 시트(23)의 두께(도 7의 d1 참조)는 실시예에 따라, 약 15㎛ 내지 약 500㎛까지 다양하며, 바람직하게는 약 30㎛ 내지 약 150㎛의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 형광체 시트(23)가 약 30㎛ 미만으로 너무 얇으면, 형광체 시트(23) 내부에 형광체가 균일하게 분포되기 어렵기 때문에 발광장치(20)가 백색광을 출광시키기 어려울 수 있고, 형광체 시트(23)가 약 150㎛를 초과하여 너무 두꺼우면, 형광체 시트(23)의 전면부가 아닌 측면부로도 광이 출사될 수 있기 때문에 광도(cd)가 떨어질 수 있다.
또한, 상기 수지와 혼합되는 형광체는 한 종류의 형광체뿐 아니라 필요에 따라 다수의 형광체를 혼합하여 사용할 수 있다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 종래의 파장변환 발광장치는 청색/근자외선 영역의 발광다이오드(13)를 형광체(11)와 혼합된 에폭시(12)에 매립하는 방식으로 제작되어 열적 안정성이 떨어지고, 광안정성이 불안한 반면, 본 발명의 형광체 시트(23) 내 형광체는 열적 안정성 및 광안정성이 우수하고, 고휘도의 발광이 가능하다. 상기 형광체의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 파장변환용 형광체 모두 사용 가능하며, 제한적이지는 않으나 예를들어, (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu2 +, YAG((Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +)계열 형광체, TAG((Tb, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +)계열 형광체, (Ba, Sr, Ca)3SiO5:Eu2 +, (Ba, Sr, Ca)MgSi2O6: Eu2+, Mn2 +, (Ba, Sr, Ca)3MgSi2O8: Eu2 +, Mn2 + 및 (Ba, Sr, Ca)MgSiO4: Eu2 +, Mn2 +로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 들 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 형광체 시트(23)를 제조하는데 사용되는 형광체 시트 원판(33)에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 형광체와 수지 혼합물의 슬러리를 이용하여 시트 형상으로 제조한 형광체 시트 원판(33)을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5(a)의 형광체 시트 원판(33)의 개구부(30)를 둘러싼 복수개의 형광체 시트(23)의 배열을 도시한 도면이다.
여기서, 상기 형광체 시트 원판(33)은 전술한 형광체와 수지의 혼합물인 슬러리를 금형에서 시트 형상으로 프레스 성형하여 제조하거나, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법(Doctor Blade) 등의 다양한 제조 공정을 통하여 형성할 수도 있다. 즉, 슬러리를 압출기에 공급하고 금형에서 밀어내어 형광체 시트 원판(33)을 형성할 수도 있고, 슬러리를 바닥에 부어 놓고 바닥과 일정한 간격을 유지하도록 설계된 블레이드를 그 슬러리 위로 지나가게 하여 일정한 두께의 형광체 시트 원판(33)을 형성할 수도 있다.
도 5(a)를 참조하면, 형광체 시트(23)에 2개의 모서리절단부를 형성하여 도 4에 도시된 바와 같은 형상을 제조하기 위해, 복수의 개구부(30)가 형광체 시트 원판(33)에 형성된다.
구체적으로는, 형광체 시트 원판(33) 표면에 레이저를 조사하여 개구부(30)를 형성하거나, 펀칭기를 이용하여 상기 형광체 시트 원판을 그 상방으로부터 가압하여 상기 펀칭기가 통과된 부분을 제거함으로써 복수의 개구부(30)를 형성할 수 있다. 다만, 개구부(30)은 형광체 시트 원판(33)을 시트 형상으로 제작한 이후의 단계에서 추가적인 공정을 통하여 형성할 수도 있지만, 형광체 시트 원판(33)을 전술한 프레스 가공법 등을 이용하여 제조하는 경우에는 시트 형상으로 제작하는 공정과 동시에 개구부(30)를 형성할 수도 있다.
도 5(b)는 도 5(a)의 점선을 따라서, 형광체 시트 원판(33)을 절단한 모양을 도시한 도면이다. 여기서, 형광체 시트 원판(33)은, 예를 들어, 쏘잉(sawing) 또는 스크라이빙(Scribing) 공정을 통하여 절단될 수 있다. 다만, 본 발명이 특정 절단 공정 방법으로 제한되는 것은 아니며, 공지의 시트류를 절단하는 방식이 제한없이 사용될 수 있다.
한편, 도 6은 도 5(b)의 점선으로 표시한 영역(영역 A)을 확대 도시한 도면이며, 하나의 개구부(30)를 중심으로 하여 도 4의 형상을 갖는 총 4개의 형광체 시트(23)가 제조될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 하나의 개구부(30)의 크기는 형광체 시트(23)의 모서리에서 절단되는 부분(영역 29)의 면적의 4배가 된다. 따라서, 영역(29)보다 사이즈가 상대적으로 큰 개구부(30)를 형광체 시트 원판(33)에 형성하여 상기 개구부(30)를 중심으로 4개의 조각으로 형광체 시트 원판(33)를 절단하여 형광체 시트(23)를 제조함으로써, 개별 형광체 시트(23)에서 영역(29)을 제거하는 것보다 모서리절단부를 보다 용이하게 제작할 수 있게 된다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 형광체 시트(23)를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 먼저, 형광체와 수지를 혼합한 슬러리를 이용하여 시트 형태로 형광체 시트 원판(33)을 제조한다(단계 S810). 여기서, 상기 형광체 시트 원판(33)은 전술한 바와 같이, 프레스 가공법, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법 등의 다양한 제조 공정을 통하여 형성될 수 있다.
다음으로, 형광체 시트 원판(33)에 레이저 또는 펀칭기 등을 이용하여 복수의 개구부(30)를 형성한다(단계 S820). 상기 개구부(30)는 전술한 바와 같이 상기 형광체 시트(23)에 모서리 절단부를 형성하기 위해 형광체 시트 원판에 형성된다.
대안적으로, 상기 복수의 개구부(30)를 형성하는 단계는 형광체 시트 원판(33)을 제조하는 단계와 동시에 진행할 수도 있는데, 즉, 형광체 시트 원판(33)을 프레스 가공법으로 제조하는 경우에는, 시트 형상으로 제조하는 과정과 상기 개구부(30)를 형성하는 과정을 동시에 진행할 수도 있다.
다음으로, 상기 개구부(30)를 중심으로 하여 이를 둘러싼 영역을 절단하여 복수개의 형광체 시트(23)를 제조한다(단계 S830).
구체적으로는, 상기 개구부(30)가 형성된 형광체 시트 원판(33)을 도 5(a)에 점선으로 도시된 절단선을 따라서 예를 들어, 쏘잉(sawing) 또는 스크라이빙(Scribing) 공정을 통하여 절단할 수 있다. 즉, 대형으로 제작된 형광체 시트 원판(33)을 발광 다이오드 칩(22)에 적합한 크기로 절단함으로써, 한번에 다량의 형광체 시트(23)를 만들 수 있기 때문에, 형광체 시트(23)의 균질도가 높아지고 형광체 시트의 제조과정에 있어서 생산성이 향상될 수 있다.
이하, 도 9 내지 11을 참조하여, 도 2에 도시된 반도체 장치(20)를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트가 발광 다이오드 칩의 상부에 부착되는 구조를 도시한 단면도이고, 도 10은 봉지부재가 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 단면도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 발광장치를 제조하는 방법을 설명한 흐름도이다.
이하의 설명에서는 발광 다이오드 칩(22)이 청색광을 출력하고, 형광체 시 트(23)는 청색광에 의해 여기되어 방출되는 파장이 노란색인 형광체를 주성분으로 하는 것으로 가정하고 설명한다.
도 11을 참조하면, 먼저, LTCC공정 등에 의해 제조 가능한 기판(21) 및 소정 두께의 형광체 시트(23)를 별도로 제조한다(단계 S1110). 여기서, 그 제조된 기판(21)에는 패턴 전극(24, 25)이 형성된 것으로 한다. 그리고, 제조된 형광체 시트(23)의 두께는 실시예에 따라, 약 15㎛ 내지 약 500㎛ 내에서 균일한 것으로 한다.
본 발명에 따를 때, 형광체 시트(23)를 별도로 제작한 후, 발광 다이오드 칩(22) 상부에 형성시키기 전에 형광체 시트(23) 자체의 품질 내지 분류기에 의한 색감을 확인할 수 있어, 완성된 발광장치(20)의 불량률을 줄이고 수율 향상에 도움을 줄 수 있다.
그 후, 발광 다이오드 칩(22)을 기판(21)에 부착한 후에 와이어(26)를 통해 애노드 전극(24)과 캐소드 전극(25)에 전기적으로 연결시킨다(단계 S1120). 도시의 간략화를 위해 생략하였지만, 그 발광 다이오드 칩(22)과 캐소드 전극(25) 사이에는 절연재가 배치되어 그 발광 다이오드 칩(22)과 캐소드 전극(25)을 절연시킨다.
여기서, 발광 다이오드 칩의 상부 평면에 양 전극 및 음 전극을 가지는 발광 다이오드 칩(22)을 기판(21) 상에 실장하는 경우에는 두 개의 와이어(26)를 형성하여 발광 다이오드 칩(22)과 전극(24, 25)을 각각 연결할 수 있지만, 이와 달리 발광 다이오드 칩의 상부와 하부 평면에 양 전극 및 음 전극을 가지는 발광 다이오드 칩을 전극(24, 25) 상에 실장하는 경우에는 와이어(26)를 하나만 형성하여 발광 다 이오드 칩의 상부의 전극과 연결할 수도 있다.
그 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 접착 부재(25)를 도포한다(단계 S1130). 여기서, 상기 접착부재(25)로는 UV 경화성 수지, 열경화성 수지, 실란트 등 투명한 접착제를 이용할 수 있으며 발광 다이오드 칩(22) 상부의 본딩 패드(28)를 제외한 영역에 도포하는 것이 바람직하다.
그 후, 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 도 9의 화살표 방향으로 상기 형광체 시트(23)를 부착한다(단계 S1140). 이 때, 본딩 패드(28)에 해당하는 영역의 형광체 시트(23)에는 모서리 절단부가 형성되어 있기 때문에, 상기 부착 단계에 의하여 본딩 패드(28) 및 본딩 와이어(26)가 손상될 우려는 없다. 즉, 발광 다이오드 칩(22)을 외부와 전기적으로 연결되도록 구성한 후, 상기 발광 다이오드 칩(22)의 상부에 상기 접착부재(25)를 이용하여 형광체 시트(23)를 부착한다. 이렇게 함으로써, 일반적인 칩 공정을 그대로 이용하여 본 발명을 적용할 수 있는 장점이 있다. 다만, 본딩 와이어(26)를 이용하여 발광 다이오드 칩(22)을 연결한 이후에 형광체 시트(23)를 부착하는 것은 공정이 어렵고 불량이 발생될 우려가 있을 수 있다. 따라서, 대안적으로는, 본딩 와이어(26)의 연결 전에 발광 다이오드 칩(22)의 상면에 형광체 시트(23)를 부착하는 것도 가능하다. 이 경우, 본딩 패드(28)를 두껍게 증착하거나 또는 본딩 패드(28) 위에 범프 볼(bump ball)을 형성함으로써 와이어 본딩을 할 수 있으며, 전술한 방법 대비 공정이 좀 더 쉬워 질 수 있고 불량률이 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따를 경우, 형광체 시트(23)가 모서리 절단부를 가지기 때문에, 형광체 시트(23)를 먼저 부착하더라도 본딩 와이어(26)의 연결 작업 에 어려움을 야기시키지 않는다. 또한, 대안적으로는, 형광체 시트(23)가 부착된 발광 다이오드 칩(22)을 패키지에 실장하는 방법도 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 발광장치의 제조방법이 본 명세서에 기술된 특정 순서로 제한되는 것으로 해석하여서는 안 된다.
그 후, 도 10에 도시된 바와 같이, 그 상부에 형광체 시트(23)가 부착된 발광 다이오드 칩(22)을 포함하는 기판의 일면을 밀봉하는 투광성의 봉지부재(27)가 형성된다(단계 S1150). 상기 봉지부재(27)는 에폭시 또는 실리콘 재질로 형성된 것으로, 트랜스퍼 몰딩 등 금형을 이용한 몰딩에 의해 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 봉지부재(27)는 발광 다이오드 칩(22)을 봉지하는 역할 외에, 상기 발광 다이오드 칩(22)으로부터 나온 광의 지향각을 조절하는 렌즈로서의 역할도 겸할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 발광장치에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩(22)과 형광체 시트(23)는 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택하여 형성할 수 있다. 백색 발광을 구현하기 위하여, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩을 실장하고, 상기 발광 다이오드 칩 상에 접착부재를 이용하여 황색 발광 형광체를 포함하여 제조된 형광체 시트를 부착한다. 이 때 발광 다이오드 칩에서 청색광이 방출되고, 그 청색광은 황색 발광 형광체 시트에 직접 입사되어, 입사된 광의 일부가 황색 광으로 파장 변환된다. 이에 따라, 1차 발광의 일부인 청색광과 형광체 시트에 의해 파장 변환된 황색광이 혼색되어 백색을 구현할 수 있게 된 다. 또한, 형광체 시트(23) 내의 형광체(32)의 농도 및 분포나 형광체 시트(23)의 두께를 조절함으로써, 광 변환 정도를 조절할 수 있다.
대안적으로, 백색 발광을 위하여, 350㎚ 내지 410㎚ 파장을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 실장하고, 그 발광 다이오드 칩 상에 적색, 청색 및 녹색 발광 형광체들을 포함하여 제조된 형광체 시트를 형성할 수 있다. 또는 발광 다이오드 칩 상에 각각 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 적색 발광 형광체를 포함하여 제조된 개별 형광체 시트를 순차적으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 발광장치 및 이의 제조방법은 상기 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 형광체를 포함하는 다양한 구조를 갖는 제품으로의 응용이 가능하다.
본 발명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 발광장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치의 단면도.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 칩의 상부 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트의 평면도.
도 5는 도 4의 형광체 시트를 제조하기 위한 형광체 시트 원판의 평면도.
도 6은 도 5의 형광체 시트 원판 내에서의 형광체 시트의 배열을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트의 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트의 제조방법을 설명한 흐름도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 시트가 부착되는 구조를 도시한 단면도.
도 10은 봉지부재가 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광장치를 제조하는 방법을 설명한 흐름도.
Claims (18)
- 기판;상기 기판의 일면 상에 부착된 발광 다이오드 칩;상기 발광 다이오드 칩의 상부에 형성된 본딩 패드;상기 본딩 패드와 상기 기판을 연결하는 본딩 와이어;상기 발광 다이오드 칩의 상부의 일정 영역에 도포된 접착부재; 및상기 본딩 패드가 형성된 위치에 대응되게 모서리가 제거된 채, 상기 접착부재에 의해 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 부착되는 형광체 시트를 포함하며,상기 형광체 시트는, 형광체와 수지의 혼합물을 사용하여 시트 형상으로 제조된 형광체 시트 원판에 일정의 개구부를 형성하고, 상기 발광 다이오드 칩의 크기에 맞게 상기 개구부가 형성된 상기 형광체 시트 원판을 절단하여 제조된 것이며,상기 수지의 경도는 쇼어 A(Shore A) 경도 50이상 또는 쇼어 D(Shore D) 경도 30이상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 형광체 시트 원판은, 프레스 성형법, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법 중 하나의 방법을 이용하여 상기 혼합물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 일정의 개구부는, 상기 형광체 시트 원판의 표면에 레이저를 조사하여 상기 형광체 시트 원판의 일부를 제거하거나, 펀칭기를 이용하여 상기 형광체 시트 원판을 그 상방으로부터 가압하여 상기 펀칭기가 통과된 부분을 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 형광체 시트의 두께는 15㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수지의 반사율은 1.4 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광 다이오드 칩이고, 상기 형광체는 황색 발광 특성을 갖는 형광체인 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 발광 다이오드 칩의 본딩 패드가 형성되는 위치에 대응되게 모서리가 제거된 형광체 시트를 제조하는 단계;기판의 일면 상에 상기 발광 다이오드 칩을 부착하는 단계;상기 발광 다이오드 칩의 상부에 형성된 상기 본딩 패드와 상기 기판을 본딩 와이어를 이용하여 연결하는 단계;상기 발광 다이오드 칩의 상부의 일정 영역에 접착부재를 도포하는 단계; 및상기 접착부재에 의해 상기 형광체 시트를 상기 발광 다이오드 칩의 상부에 부착하는 단계를 포함하며,상기 형광체 시트를 제조하는 단계는,형광체와 수지의 혼합물을 사용하여 시트 형상의 형광체 시트 원판을 제조하는 단계;상기 형광체 시트 원판에 일정의 개구부를 형성하는 단계; 및상기 발광 다이오드 칩의 크기에 맞게 상기 개구부가 형성된 상기 형광체 시트 원판을 절단하여 복수개의 상기 형광체 시트를 동시에 제조하는 단계를 포함하며,상기 수지의 경도는 쇼어 A(Shore A) 경도 50이상 또는 쇼어 D(Shore D) 경도 30이상인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 삭제
- 청구항 10에 있어서, 상기 형광체 시트 원판을 제조하는 단계는,프레스 성형법, 압출 성형법 또는 닥터 블레이드법 중 하나의 방법을 이용하여 상기 혼합물로부터 상기 형광체 시트 원판을 제조하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 일정의 개구부를 형성하는 단계는,상기 형광체 시트 원판의 표면에 레이저를 조사하여 상기 형광체 시트 원판의 일부를 제거하거나, 펀칭기를 이용하여 상기 형광체 시트 원판을 그 상방으로부터 가압하여 상기 펀칭기가 통과된 부분을 제거함으로써 상기 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 형광체 시트의 두께는 15㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 수지는,실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 수지의 반사율은 1.4 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 삭제
- 청구항 10에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 청색 발광 다이오드 칩이고, 상기 형광체는 황색 발광 특성을 갖는 형광체인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
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