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KR100567550B1 - 핑크색 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

핑크색 발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100567550B1
KR100567550B1 KR1020020029736A KR20020029736A KR100567550B1 KR 100567550 B1 KR100567550 B1 KR 100567550B1 KR 1020020029736 A KR1020020029736 A KR 1020020029736A KR 20020029736 A KR20020029736 A KR 20020029736A KR 100567550 B1 KR100567550 B1 KR 100567550B1
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epoxy resin
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임덕승
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곽호동
유재수
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서울반도체 주식회사
유재수
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Abstract

본 발명은 핑크색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 에폭시 수지에 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 혼합하여 제조함으로써 색도도, 피크 에미션 파장 등이 우수한 핑크광 발광 다이오드를 얻는 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 핑크색 발광 다이오드는 반사기를 갖는 리드 프레임 또는 반사컵을 갖는 리드 단자와, 상기 반사기 또는 반사컵의 내부에 도전성 또는 비도전성 접착제로 고정된 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩과, 분말 에폭시 수지에, 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채워 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 급속 가열·경화시켜 형성한 혼합물 경화부를 포함한다.
핑크색 발광 다이오드, 가넷계 형광체

Description

핑크색 발광 다이오드 및 그 제조 방법{Pink Light Emitting Diode and Methode for Manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 탑형 핑크 발광 다이오드 구조를 개략적으로 도시한 종단면도;
도 2는 본 발명에 따른 램프형 핑크 발광 다이오드를 개략적으로 도시한 종단면도;
도 3은 460㎚의 파장을 흡수하여 여기발광 되는 Cr3+의 스펙트럼;
도 4는 CIE 색도 좌표.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 발광 다이오드 10 : 리드 프레임
11 : 전극 30 : 발광 다이오드 칩
12 : 반사기 20a, 20b : 리드 단자
21 : 반사컵 50 : 형광체
본 발명은 핑크색 발광 다이오드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 에폭시 수지에 가넷계 형광체를 혼합함으로써 색도도, 피크 에미션 파장 등을 향상시킨 핑크 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로, 핑크색 발광 다이오드는 일본국 스미토모덴키고교 가부시키가이시에 의해 출원된 대한민국 특허출원번호 제 1999-0027851호 및 제 1999-0030713호에 제시된 것과 같이, ZnSe 기판에 황색-적색의 자기 여기 발광용 불순물을 도프하여 제작된다.
상기 발광 다이오드는 활성층이 증착되는 기판 특히, ZnSe 기판에 발광 중심으로서 요드, 알루미늄, 염소, 브롬, 갈륨, 인듐과 같은 불순물을 도프하여, 상기 기판위에 n형 버퍼층, n형 피복층, 활성층, p형 피복층, p형 콘택트 층을 에피택셜 성장시킨 것이다.
따라서, 발광 다이오드는 활성층에서 방출된 일부의 청색광이 기판에 도프된 불순물인, 형광체에 흡수되어 적색으로 여기 발광되고, 적색 파장에 이르는 가시광선으로 발광 파장이 변환된 변환광과 일부의 청색광이 조합되어 핑크광이 형성된다.
그러나, 종래 핑크 발광 다이오드는 기판에 형광체를 도프시켜야 하기 때문에, 별도의 기판 가공 기술이 요구되고 별도의 공정 장치들을 설치하여야 하므로 다이오드의 제작비용이 증가된다.
또한, 기판들마다 특정의 여기 발광 특성을 갖는 불순물이 도포되어 발광 다이오드의 특정 색상 구현시 지정된 기판만을 사용하여야 하므로 기판의 취급이 용 이하지 않으며, 기판의 호환성이 저하된다.
또, 기판에 형광체가 균일하게 도프되지 않은 경우, 각각의 LED 뿐만 아니라 개별 LED에서도 색이 분산(scaterring)되는 등의 문제점이 발생하고, 상기 기판들을 모두 파기하여야 하므로 작업공수가 저하된다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 분말 에폭시 수지에 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷 계열의 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 반사기 또는 반사컵 내에 채워 급속 경화시킴으로써, 핑크 발광 다이오드의 색도도 및 피크 에미션 등을 향상시키는데 있다.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은, 분말 에폭시 수지와 형광체의 혼합 분말을 이용하여 몰딩 성형부를 형성하여 형광체가 균일하게 몰딩 성형부내에 분포되도록 함으로써, 핑크 발광 다이오드의 휘도를 향상시키고, 제품 수율을 증가시키는데 있다.
더 나아가, 본 발명의 다른 목적은, 형광체를 별도로 기판에 도프하는 공정을 생략하여 핑크 발광 다이오드의 제작 공정을 단순화시키는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 핑크 발광 다이오드 제조 방법은 반사기를 갖는 리드 프레임 또는 반사컵을 갖는 리드 단자 상에 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩을 도전성 또는 비도전성 접착제로 접착 고정하는 단계와; 분말 에폭시 수지에, 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채우는 단계와; 상 기 혼합 분말이 급속 가열 경화되도록 상기 리드 프레임 또는 리드 단자를 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열하는 단계; 로 이루어진다.
바람직하게, 형광체는 Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 Cr3+으로 활성된 가넷계 형광체이고, 일반식은 (Y1-pGdp)3(Al1-x-yGa xCry)5O12 로 표시되고, 단, 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1이다
보다 바람직하게, 형광체는 상기 분말 에폭시 수지에 대하여 3wt％-50wt％사이의 범위로 혼합된다.
본 발명에 따른 핑크 발광 다이오드는 하기에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 탑형 핑크 발광 다이오드 구조를 개략적으로 도시한 종단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 램프형 핑크 발광 다이오드를 개략적으로 도시한 종단면도이며, 도 3은 460㎚의 파장을 흡수하여 여기발광 되는 Cr3+의 스펙트럼, 도 4는 CIE색도 좌표이다.
본 발명에 따른 핑크 발광 다이오드는 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 반사컵을 갖는 리드 프레임과, 상기 반사기내에 실장되고 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 파장을 흡수하여 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 분말 에폭시 수지에 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채워 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 급속 가열 경화시켜 형성한 혼합물 경화부를 갖는다.
본 발명에 따른 핑크 발광 다이오드 제조 방법은 반사기를 갖는 리드 프레임 또는 반사컵을 갖는 리드 단자 상에 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩을 도전성 또는 비도전성 접착제로 접착 고정하는 단계와; 분말 에폭시 수지에, 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채우는 단계와; 상기 혼합 분말이 급속 가열 경화되도록 상기 리드 프레임 또는 리드 단자를 120℃ 내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열하는 단계;로 이루어진다.
이 때, 상기 형광체는 가넷(Garnet)계 형광체(50)로서, Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고 Cr3+으로 활성된다.
상기 형광체의 일반식은 (Y1-pGdp)3(Al1-x-yGaxCr y)5O12 로 표시될 수 있고, 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1이고, 바람직하게 p≒0.2, x≒0.001, y≒0.005이다.
상기 가넷계 형광체는 430㎚-530㎚의 파장을 흡수하여 580㎚-720㎚ 파장의 적색으로 여기 발광되고, 도 4의 CIE 색도 좌표상에서 x= 0.5806, y= 0.2894의 좌표값을 갖는 인광 물질이다.
예를 들어, 상기 가넷계 형광체는 도 3에서 도시된 바와 같이, 460㎚파장의 광을 흡수하는 경우, 그 피크치의 파장은 712㎚의 영역이고, 상기 가넷계 형광체에 의해 발광 다이오드 칩(30)에서 발광된 광은 장파장으로의 쉬프트가 이루어져 충분한 적색광을 나타낸다.
만약 적절하다면, 활성제로 쓰이는 Cr3+이온 외에, 소량의 다른 첨가물, 특히 빛의 강도를 높일 수 있는 Li 이온, Ce 이온, B 이온 등을 소정 비율로 추가할 수도 있다.
이와 같은 형광체(50)는 Y원소를 포함하는 물질과, Al원소를 포함하는 물질과, Y의 격자 위치에 대신 들어가 격자를 완성시키는 Gd와, Al을 치환하는 Ga, Cr 소정 몰량만큼 혼합되도록 상기 물질을 포함하고, BaF, NH4F등의 융제와 함께 잘 혼합한 후, 1300℃내지 1800℃의 고온도에서 하에서 바람직하게, 2시간에서 5시간동안 가열하여 반응시키면, 단일 격자를 갖는 상기 형광체가 생산된다.
이에 따라, 도 4의 국제조명위원회 (CIE : , Commission International de l’Eclairage)에서 규정한 색도 좌표에서 보여지는 바와 같이, 방출 파장이 약 460㎚의 청색은 CIE좌표 상에서 A점에 위치되고, 상기 파장을 갖는 일부의 청색광은 상기와 같은 형광체에 흡수되어 형광체에 2.64eV를 제공하므로 형광체의 에너지 준위가 상승되었다가 하락하면서 방출되는 적색광이 방출된다.
상기 파장변환된 적색광의 좌표는 712nm의 장파장 영역에 위치하는 B점을 나타낸다.
이 때, 상기 색도 좌표에서 오른편 꼭지점은 약 700nm의 단색광이고 파장이 짧아짐에 따라 윗 방향으로의 가장자리 곡선을 따라가서 400nm의 단색광이 되면 x축과 붙어 있는 꼭지점에 이른다.
따라서, 청색광과 적색광인 단색광들이 합성된 복합광은 상기 CIE좌표 상에서, 두 지점을 가중 평균한 지점, 즉 두 지점을 이어준 선상에 놓이게 된다.
상기 A점과 B점을 연결하는 중간에 위치되는 파장대가 적색광과 청색광을 더해서 혼합한 색의 색좌표가 되며, 이는 A와 B의 두 빛을 혼합하면 이들 밝기의 비로 가중 평균한 지점의 색이 된다는 Grassman의 색채 제 2 법칙에 따른 것이다.
이에 따라, 사람의 눈에는 적색과 청색의 중간에 위치한 파장대 즉, 핑크색광이 본 발명에 따른 발광 다이오드로부터 방출되는 것과 같이 보여지는 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 따라, 탑형 핑크 발광 다이오드(1)는 하기와 같은 방법으로 제조된다.
박막 패턴이 형성된 주면에 반사기(12)를 갖는 리드 프레임(10)에 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚까지인 청색 발광 다이오드 칩(30)을 실장한다.
상기 반사기(12)는 박막 패턴의 증착으로 형성된 리드 프레임의 정·부 극성(11)을 에워싸는 일정 두께의 내벽을 갖는 다면체이고, 플라스틱 수지 또는 세라믹 등으로 형성된다.
그리고, 상기 반사기(12)의 내측벽은 발광 다이오드 칩(30)에서 방출되는 빛을 전반사하기 위하여 다소 경사지게 형성되거나 백색으로 도장되거나 또는 금속으로 증착되거나 또는 다른 형태의 반사기가 내부에 설치될 수도 있다.
상기 청색 발광 다이오드 칩(30)은 도전성 또는 비도전성 접착제에 의해 전 극상(11)에 고정되고, 칩을 실장한 리드 프레임(10)은 접착제가 경화되도록 특성에 맞는 온도 조건하에서, 예를 들어 100℃ 내지 150℃의 온도로 30분 내지 1시간 정도 방치한다.
상기 전극(11)과 발광 다이오드 칩(30)이 전기적으로 연결되도록 결합수단으로 본딩한 후, 가넷계 형광체(50)가 혼합된 분말 에폭시 수지를 분사 장치를 통해 상기 반사기(12) 내부에 소정량 충진한다.
이 때, 상기 가넷계 형광체(50)는 에폭시 수지에 중량당 3％ 내지 50％로 혼합된다.
한편, 상기 분사 장치(미도시)는 규칙적으로 행과 열의 방식으로 소정 위치에 입력 물질을 주사하는 디스펜서로서, 분말 에폭시 수지를 담을 수 있는 유·고압 실린더와, 상기 에폭시의 분사 압력을 조절하는 압력 장치와, 상기 분사 압력을 감지하는 압력 감지 센서(미도시)등으로 이루어져 있다.
이후, 리드 프레임(10)을 120℃내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열하면, 분말 상태의 에폭시 수지가 단시간에 융해 경화되고, 에폭시 수지에 분포된 형광체(50)는 아래쪽으로 침전되지 않고 함께 경화되어 경화부(40)를 형성한다.
이와 같은 방법으로 경화부(40)가 형성된 리드 프레임(10)은 2차 경화를 위하여, 소정 온도로 가열된 오븐(미도시)내에 삽입되어진다.
이후, 상기 리드 프레임(10)을 절단 수단을 이용하여 개별 발광 다이오드로 분리한다.
한편, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따라, 램프형 핑크 발광 다이오드 의 제조방법은 하기와 같다.
램프형 발광 다이오드(1)는 선단에 광반사용 반사컵(21)을 가진 제 1 리드 단자(20a)와, 상기 제 1리드 단자(20a)와 소정 간격 이격된 제 2리드 단자(20b)를 포함한다.
램프형 발광 다이오드(1)는 상기에서 설명된 방법과 동일한 방법으로 상기 발광 다이오드 칩(30)이 실장된 리드 단자(20a)의 반사컵 내부에 경화부(40)를 형성하고, 상기 리드 단자의 선단부를 성형용 틀(미도시)을 이용하여 외주 몰딩부(60)를 형성하는 단계가 더 포함된다.
이 때, 색변환을 위하여 상기 발광 다이오드 칩(30)으로부터 방출되는 광에 의해 여기 발광되는 형광 안료(50)는 리드 단자(20a)의 상단부에 형성된 반사컵(21) 내부에만 도포되고, 외주 몰딩부(60)는 발광 다이오드 칩(30)에서 방출된 빛의 투과율을 향상시키기 위해 에폭시 수지가 사용된다.
상기 공정에서, 가넷계 형광체가 분포시켜 경화부(40)를 형성한 리드 단자(20a, 20b)를 180°회전시켜 리드 단자의 상단부를 성형용 틀에 삽입한 후, 상기 성형용 틀을 소정 온도로 가열하여 경화시킨다.
상기 성형용 틀은 몰드 성형부의 요구 형상에 따라 다양한 형태로 그 내부가 형성될 수 있고, 그 내부에는 에폭시 수지, 바람직하게는 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지가 삽입되어 있다.
소정 온도의 오븐에 상기 리드 단자(20a, 20b)를 삽입하여 상기 에폭시를 소정 시간동안 경화시킨 후, 개별 발광 다이오드로 분리한다.
이와 같은 과정을 통해 형성된 핑크 발광 다이오드(1)에 있어서, 전류가 인가되어 청색 발광 다이오드 칩(30)으로부터 단파장의 청색광이 방출되면, 일부의 빛은 경화부(40)를 그대로 통과하고, 일부의 빛은 가넷계 형광체(50)에 흡수되어 장파장의 적색으로 파장 변환되어, 상기 청색광과 적색광의 중간색인 핑크색광이 발현된다.
이 때, 급속 경화로 인하여 미립자인 형광체(50)가 에폭시 수지에 균일하게 분산되어 있으므로 발광 다이오드 칩(30)에서 발광되는 빛이 형광체에 균일하게 흡수되어 여기 발광되므로 색의 얼룩이 감소된다.
또한, 미세한 분말 형태의 에폭시 수지에 형광체가 소정 비율로 혼합된 혼합분말을 발광 다이오드 칩상부에 도막할 수 있기 때문에 색의 재현성뿐만 아니라 생산성과 전기적 특성 관리 등의 효율이 향상된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 핑크 발광 다이오드는 분말 상태의 에폭시와 형광체를 발광 다이오드 칩상부에 분사한 후, 급속 경화시켜 경화부를 형성하므로 형광체가 균일하게 경화부내에 분산되어 발광 다이오드 칩에서 발광되는 칩이 형광체에 균일하게 여기 발광되므로 발광 다이오드의 색의 얼룩이 감소된다.
또한, 분말 상태의 에폭시 수지에 형광체가 균일하게 혼합되어 급속 경화되기 때문에 개별 발광 다이오드뿐만 아니라, 1회 제품 생산품에서 생산되는 발광 다이오드들마다 그 핑크색광이 균일하게 발광되므로 제품 공급 수율 및, 발광 휘도가 향상된다.
그리고, 고체 상태의 에폭시 수지를 사용하기 때문에 액상의 에폭시 수지와 달리 에폭시 수용기, 돌출턱과 같은 가이드 등을 설치할 필요가 없으므로 그 공정이 단순화된다.
또한, 기판에 형광 중심인 불순물을 도프하는 별도의 공정이 필요하지 않으므로 제작비용이 감소된다.




Claims (6)

  1. 반사기를 갖는 리드 프레임 또는 반사컵을 갖는 리드 단자 상에 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩을 도전성 또는 비도전성 접착제로 접착 고정하는 단계와;
    분말 에폭시 수지에, 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채우는 단계와;
    상기 혼합 분말이 급속 가열 경화되도록 상기 리드 프레임 또는 리드 단자를 120℃내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 가열하는 단계;로 이루어진 핑크 발광 다이오드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 분말 에폭시 수지에 대하여 3wt％-50wt％사이의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 하는 핑크 발광 다이오드 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 Y, Gd로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소와, Al, Ga로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 Cr3+으로 활성된 가넷계 형광체인 것을 특징으로 하는 핑크 발광 다이오드 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 형광체의 일반식은 (Y1-pGdp)3(Al1-x-yGaxCr y)5O12 이고, 단, 0≤p≤0.9, 0≤x≤0.99, 0.001≤y≤0.1인 것을 특징으로 하는 핑크 발광 다이오드 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    분말 에폭시 수지를 이용하여 상기 반사컵을 갖는 리드 단자의 선단부를 봉지하는 외주 몰딩부를 형성하는 단계를 더 포함하는 핑크 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 반사기를 갖는 리드 프레임 또는 반사컵을 갖는 리드 단자와,
    상기 반사기 또는 반사컵의 내부에 도전성 또는 비도전성 접착제로 고정된 발광 파장이 430㎚ 내지 530㎚인 발광 다이오드 칩과;
    분말 에폭시 수지에, 적색 여기 발광 특성을 갖는 가넷계 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합 분말을 상기 반사기 또는 반사컵에 채워 120℃내지 180℃의 온도로 1 내지 10분 동안 급속 가열 경화시켜 형성한 혼합물 경화부를 갖는 핑크 발광 다이오드.
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