JP2008227458A - 発光ダイオードパッケージの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＬＥＤパッケージの製造方法に関する。
【解決手段】本発明は、ＬＥＤチップを設ける段階と、前記ＬＥＤチップの上部に蛍光層を形成する段階と、前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法を提供する。また、本発明は所定の厚さを有する蛍光層を形成する段階と、前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージの製造方法に関するもので、より詳細にはＬＥＤパッケージにおいてＬＥＤチップの前面に配置される蛍光層上にインクジェット工程を用いて格子構造の蛍光体を形成してＬＥＤパッケージの発光効率を増加させて、製造工程を単純化させることを目的とする。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、電極に順方向電圧を印加すると、伝導帯の電子が価電子帯の正孔と再結合するために遷移されるとき、そのエネルギーほど光に発光される現象を応用した発光素子の一つで、既存の電球に比べ小型、軽量化が可能で、発熱が少なく寿命が長くて高速の応答が可能な点等の様々な長所により多様な電気電子製品に活用されている。

最近、このようなＬＥＤ素子の発光効率を高めようとする研究が続けられており、その中の一つの方法が蛍光体の表面に一定の周期構造を有する構造物、或いはパターンを形成させることによりＬＥＤ素子の発光効率を増大させることである。

即ち、ＬＥＤ素子で蛍光体は大部分蛍光体パウダーを基本にスラリーやペースト形態にし平坦な面で塗布され形成される。この時照射される励起光源とこれにより蛍光体が励起され発生する光がパウダーにより散乱されるか、消失される比率が大きくて発光効率及び輝度が落ちる問題点がある。

このような問題点を改善するために蛍光体上に格子構造を形成して発光効率を増大させようと努力してきた。

図１は、従来技術（韓国公開公報２００６−００５５９３４号）によるＬＥＤパッケージの断面図である。

図１を参照すると、従来技術によるＬＥＤパッケージは発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップ１１、前記ＬＥＤチップが実装されるハウジング１４、前記ＬＥＤチップを密封する増幅板１２を含む。

前記ハウジング１４の内部には、前記ＬＥＤチップ１１からの光を反射するための反射板１４ａが形成されており、前記ＬＥＤチップ１１は前記ハウジング内でワイヤ１８によりボンディングされる。また、前記増幅板１２の一面には凹凸部１３が形成されている。前記凹凸部はＬＥＤチップから放出された光を散乱させ、増幅発光を可能にする。この時、前記凹凸部のピッチ（ｐｉｔｃｈ）、溝の深さ、凹凸部の模様を調節し増幅板を通じた屈折を極大化させ、前方への光放出効果を極大化させることができる。

前記の格子構造を形成する例としては、光感性ポリマーを蛍光体上に塗布し紫外線を照射して所定の格子構造のみを硬化させた後、格子構造以外の部分は食刻することにより３次元の格子構造を作ることができる。またはフォトリソグラフィ工程を用いて格子構造を有する薄膜形態の蛍光体を形成することができる。

しかし、食刻工程の場合、光の制御、食刻工程における解像度の問題により均一な周期を有する格子構造を形成することが困難であるという問題があり、フォトリソグラフィを用いた薄膜蛍光体の場合、蛍光体内部で発生した光が全反射により外に抜けないため、発光効率が落ちる問題がある。

本発明は、前記の問題点を解決するために蛍光層上により形成される格子構造をインクジェット方式を用いて形成することにより、製造工程を単純化させて均一な周期及び格子構造の正確度を高めることを一目的とする。

また、蛍光層シート上に直接格子構造を形成することにより量産性を向上させることを他の一目的とする。

本発明は、ＬＥＤチップを設ける段階と、前記ＬＥＤチップの上部に蛍光層を形成する段階、前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法を提供する。

前記蛍光層は、前記ＬＥＤチップの上面に取り付けられ、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層が取り付けられたＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階をさらに含むことができる。

前記ＬＥＤチップを設ける段階は、ＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階を含み、前記蛍光層は前記透明樹脂の上面に形成されることができる。

前記格子構造の蛍光体は、複数のドット（ｄｏｔ）の配列により形成されることができ、前記蛍光層の屈折率より大きい屈折率を有するように製造されることができる。

また、本発明は所定の厚さを有する蛍光層を形成する段階と、前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階と、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法を提供する。

前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階は、ＬＥＤチップ上面に前記蛍光層を取り付ける段階と、前記蛍光層が取り付けられたＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階と、前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階を含むことができる。

前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階は、ＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階と、前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階と、前記透明樹脂の上面に前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を取り付ける段階を含むことができる。

前記格子構造の蛍光体はシート単位の蛍光層上に形成され、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階の前に前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層シートをチップ単位に切断する段階をさらに含むことができる。

前記格子構造の蛍光体は、複数のドット（ｄｏｔ）の配列により形成されることができ、前記蛍光層の屈折率より大きい屈折率を有するように製造されることができる。

本発明によると、インクジェット工程を用いて蛍光層上に格子構造の蛍光体を形成するため、均一な周期及び正確度が向上された格子構造が具現でき、前記格子構造の蛍光体を製造する工程を単純化させることができる。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程に対する順序図である。図２（ａ）は、ＬＥＤチップ２１を設ける段階である。

本実施形態の場合、ウェーハレベルでチップ単位に切断されたＬＥＤチップが使用される。

図２（ｂ）は、前記ＬＥＤチップ２１上に蛍光層２２を形成する段階である。

前記蛍光層２２は、分散可能なナノ粒子の蛍光体粉末を透明性ポリマー樹脂に混合したペーストを前記ＬＥＤチップ２１上に塗布し硬化させる段階により形成されることができる。前記透明性ポリマー樹脂としては、硬化性樹脂またはアクリル系樹脂等を使用することができ、好ましくはエポキシ系ポリマー樹脂またはシリコン系ポリマー樹脂等を使用することができる。

図２（ｃ）は、前記蛍光層２２上に格子構造の蛍光体２３を形成する段階である。

本実施形態では、インクジェット工程により前記格子構造の蛍光体２３を形成する。前記格子構造を成す蛍光体により前記蛍光層２２上に突出部が形成され前記蛍光層２２の表面には凹凸構造が形成される。

本実施形態では、蛍光層２２上に突出した複数のドット２３の配列により格子構造を形成する。

前記格子構造の蛍光体２３を形成することにより前記蛍光層２２内部において発生した光は前記格子構造の蛍光体２３を通じブラッグ散乱により前面方向に抽出されることができる。このような格子構造によるブラッグ散乱による光抽出のメカニズムは格子構造の高さや周期によって決まる。

本実施形態のように、インクジェット工程を用いて前記格子構造を具現すると、用いられるヘッドの特性によって吐出される液滴の量とサイズを制御することができるため、このような格子構造の高さや幅、周期等を自由に調節することができる。また、インクジェット工程を用いると、従来のマスクを必要とする 露光工程なしで蛍光体が含まれたインクを直接印刷し格子構造を形成することが可能なので、工程が非常に簡単で蛍光体の使用量を最小にすることができ経済的である。

前記インクジェット工程に用いられるインクは、分散可能なナノ粒子の蛍光体粉末、ソルベント等の溶媒剤及び硬化性ポリマーを混合して形成することができる。前記インクは、ノズルにより吐出されることができるように適切な粘度を有するように形成することができ、前記インクの粘度により前記格子構造の蛍光体の高さ等を調節することができる。

また、前記格子構造の蛍光体２３は、下部の蛍光層２２と同一であるか、より高い屈折率を有する物質を使用することが全反射効果を除去するのに好ましい。

図２（ｄ）は、前記蛍光層２２が取り付けられたＬＥＤチップ２１をパッケージハウジング２４内部に実装する段階である。

前記パッケージハウジング２４の内部には前記ＬＥＤチップ２１が実装されることができる金属端子部（未図示）があり、前記金属端子部と前記ＬＥＤチップ２１はワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングにより電気的に連結されることができる。

図面では、ＬＥＤチップとパッケージハウジングの間に連結形態について具体的に図示はしていないが、ＬＥＤチップがパッケージハウジング内に実装されるという意味は前記ＬＥＤチップが前記パッケージハウジング内の端子部に電気的に連結されることを意味する。

前記パッケージハウジング２４の内部は、前記ＬＥＤチップから発生した光をＬＥＤチップの前面方向に反射させるために円錐台の斜面の形態で形成された反射板２４ａが形成されている。前記反射板２４ａは成形された熱硬化性高分子樹脂または金属板の一面の上にＡ１、Ａｇ、Ｃｒ、ＮｉまたはＴｉ等が薄くコーティングされ形成されることができる。

図２（ｅ）は、前記パッケージハウジング２４の内部に透明樹脂２５でモールディングする段階である。

前記透明樹脂２５は、前記ハウジング２４の内部に実装されたＬＥＤチップを外部から保護する機能をし、前記樹脂２５には蛍光体が含まれることもある。前記透明樹脂としては透明ポリマー樹脂を用いることができ、好ましくはエポキシ樹脂またはシリコン樹脂等を用いることができる。

図３の（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。

図３の（ａ）は、ＬＥＤチップ３１をパッケージハウジング３４内部に実装する段階である。

前記ＬＥＤチップ３１をパッケージハウジング３４に実装するという意味は、前記ＬＥＤチップをワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングにより前記パッケージハウジング３４の端子に電気的に連結することを意味する。

図３の（ｂ）は、前記ハウジングパッケージ３４の内部を透明樹脂３５でモールディングする段階である。

前記透明樹脂３５は透明性ポリマー樹脂を用いることができ、好ましくはエポキシ樹脂またはシリコン樹脂を用いることができる。

図３の（ｃ）は、前記透明樹脂３５の上面に蛍光層３２を形成する段階である。

前記蛍光層３２は、蛍光体粉末とエポキシ樹脂等が混合された蛍光体ペーストを前記透明樹脂３５の上部に塗布し硬化させる段階を通じ形成されることができる。

図３の（ｄ）は、前記蛍光層３２上にインクジェット工程により格子構造の蛍光体３３を形成する段階である。

ここで、格子構造の蛍光体３３を形成する工程は、前記図２の（ｃ）段階と同じ工程で行われることができる。

図４の（ａ）及び（ｂ）は、前記図２及び図３の実施形態でインクジェット工程により蛍光層上に格子構造の蛍光体を形成する工程の断面図及び斜視図である。

図４の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、ＬＥＤチップまたは透明樹脂の上面に形成されたチップサイズの蛍光層４２上にインクジェットノズル４７を用いて格子構造の蛍光体４３を形成する。

本実施形態では、前記インクジェットノズル４７は不連続的に液滴を吐出することができるようにし、複数の突出したドットの配列が格子構造を成すようにしたが、前記ノズルの形態及び特性は多様に具現できる。即ち、前記ノズルで連続的に液滴を吐出させ連続的な突出形態の格子構造の蛍光体を形成することができる。

前記インクジェット工程に用いられるインクは、蛍光体粉末、ソルベント等の溶媒剤及びポリマー樹脂等を含むことができる。前記インクは、混合されるポリマー樹脂及び溶媒剤の比率を調節し粘度を調節することができる。インクの粘度により前記格子構造の蛍光体の高さ及び面積を調節することができる。また、このような格子構造の蛍光体を成すドットの大きさと高さの調節は基本的にヘッドノズルサイズ、駆動電圧、駆動波形等を調節することにより所望の大きさと形態の格子構造の蛍光体を形成することができる。

このように、インクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する場合、従来の食刻工程やフォトリソグラフィ工程に比べ凹凸の形態及び間隔を調節することが容易で、蛍光体上に直接印刷する技法を用いるので工程を簡素化させることができる。

図５の（ａ）乃至（ｃ）は、本発明のさらに他の実施形態で格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を形成する工程の順序図である。

図５の（ａ）は、蛍光層シート５２を形成する段階である。

前記蛍光層シート５２は所定の厚さを有するように形成され、蛍光体粉末が混合された透明性樹脂を硬化させて形成することができる。

図５の（ｂ）は、前記蛍光層シート５２上に格子構造の蛍光体５３をインクジェット方式で形成する段階である。

本実施形態によると、インクジェットノズル５７を前記蛍光層シート５２に従って矢印方向に移動させながら前記格子構造の蛍光体５３を形成することができる。本実施形態ではドット（ｄｏｔ）形態の格子構造の蛍光体を形成したが、前記インクジェットノズル５７の特性を調節すれば前記格子構造の蛍光体の形態は連続的な形態でも具現できる。

図５の（ｃ）は、前記格子構造の蛍光体５３が形成された蛍光体シート５２をチップ単位５２ａ、５２ｂ、５２ｃに切断する段階である。

本実施形態のようにシート構造の蛍光層上に格子構造の蛍光体を一括的に形成した後、所望の大きさのチップ単位に切断して使用する場合には、夫々のチップ単位ＬＥＤチップまたはＬＥＤパッケージ上でインクジェット工程を行う場合より工程が容易になることができる。

図６の（ａ）乃至（ｃ）は、前記図５の順序により得られた格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を用いる一実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。

図６の（ａ）は、ＬＥＤチップ６１上に格子構造の蛍光体が形成された蛍光層６６を取り付ける段階である。

ここで、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層６６は前記図５の（ａ）乃至（ｃ）の工程により製造されたチップ単位蛍光層である。本実施形態は、前記図２の実施形態と異なり格子構造の蛍光体が形成された蛍光層６６をシート上で一体に製造した後、チップ単位に切断しＬＥＤチップ上に取り付けるため、製造工程を単純化することができる。

図６の（ｂ）は、前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層６６が取り付けられたＬＥＤチップ６１をパッケージハウジング６４内部に実装する段階で、図６の（ｃ）は、前記パッケージハウジング６４内部を透明樹脂でモールディングする段階である。

本実施形態で図６の（ｂ）及び（ｃ）段階は、図２の実施形態で（ｄ）及び（ｅ）段階と同じ工程で行われる。

図７の（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の他の一実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。

図７の（ａ）は、パッケージハウジング７４内部にＬＥＤチップ７１を実装する段階で、図７の（ｂ）は、前記パッケージハウジング７４内部に透明樹脂７５をモールディングする段階である。

本実施形態で図７の（ａ）及び（ｂ）段階は、図３の実施形態で（ａ）及び（ｂ）段階と同じ工程で行われる。

図７の（ｃ）は、前記透明樹脂７５上面に格子構造の蛍光体が形成された蛍光層７６を取り付ける段階である。

ここで前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層７６は、前記図５の（ａ）乃至（ｃ）の工程により製造されたチップ単位蛍光層である。本実施形態は前記図３の実施形態と異なり格子構造の蛍光体が形成された蛍光層７６を一体に製造した後、ＬＥＤチップ上に取り付けるため、製造工程を単純化することができる。

このように、本発明は前述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではない。即ち、インクジェット工程に用いられる蛍光体が含まれたインク、格子構造の蛍光体の形態等は多様に具現できる。前記の請求範囲により権利範囲を限定し、請求範囲に記載の本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有する者には自明である。

従来技術によるＬＥＤパッケージの断面図である。 （ａ）乃至（ｅ）は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージ製造工程の順序図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態においてインクジェット工程により蛍光層上に格子構造の蛍光体を形成する工程の断面図及び斜視図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、本発明の他の実施形態において格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を形成する工程の順序図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、前記図５の順序により得られた格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を使用する一実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、前記図５の順序により得られた格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を使用する他の実施形態によるＬＥＤパッケージの製造工程の順序図である。

符号の説明

２１：ＬＥＤチップ
２２：蛍光層
２３：格子構造の蛍光体
２４：パッケージハウジング
２５：透明樹脂
４７：インクジェットノズル
６６：格子構造の蛍光体が形成された蛍光層

Claims (11)

1. ＬＥＤチップを設ける段階、
   前記ＬＥＤチップの上部に蛍光層を形成する段階、
   前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法。
2. 前記蛍光層は、前記ＬＥＤチップの上面に取り付けられ、
   前記蛍光層が取り付けられたＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、
   前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
3. 前記ＬＥＤチップを設ける段階は、
   ＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、
   前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階を含み、
   前記蛍光層は、前記透明樹脂の上面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
4. 前記格子構造の蛍光体は、
   複数のドット（ｄｏｔ）の配列により形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
5. 前記格子構造の蛍光体は、
   前記蛍光層の屈折率より大きい屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
6. 所定の厚さを有する蛍光層を形成する段階、
   前記蛍光層上に蛍光体粉末が含まれたインクを使用するインクジェット工程により格子構造の蛍光体を形成する段階、
   前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階を含むＬＥＤパッケージの製造方法。
7. 前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階は、
   ＬＥＤチップ上面に前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を取り付ける段階、
   前記蛍光層が取り付けられたＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、
   前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階を含むことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
8. 前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階は、
   ＬＥＤチップをパッケージハウジング内部に実装する段階、
   前記パッケージハウジング内部を透明樹脂でモールディングする段階、
   前記透明樹脂の上面に前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層を取り付ける段階を含むことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
9. 前記格子構造の蛍光体は、シート単位の蛍光層上に形成され、
   前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層をＬＥＤチップ上部に配置する段階の前に前記格子構造の蛍光体が形成された蛍光層シートをチップ単位に切断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
10. 前記格子構造の蛍光体は、
    複数のドット（ｄｏｔ）の配列により形成されることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
11. 前記格子構造の蛍光体は、
    前記蛍光層の屈折率より大きい屈折率を有することを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。

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