KR101263041B1 - 광학 광선방출소자 제조방법 및 광학 광선방출소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 몰딩공정을 이용하여 광학 광선방출소자를 제조하는 방법 및 소정의 점도를 갖는 광학 광선방출소자에 관한 것이다.
광선방출소자, 몰딩 화합물, 전구산물, 하이브리드 물질, 경화
Description
본 발명은 성형공정(몰딩공정)에 의하여 광학 광선방출소자를 제조하는 방법 및 광학 광선방출소자에 관한 것이다.
영국특허출원서 GB 1 423 013에는, 반도체 칩이 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)을 사용하여 투명한 경화재에 매립되는 발광 다이오드가 개시되어 있다. 무엇보다도, 상기 칩을 실리콘 경화재에 의하여 주조하는 가능성이 언급된다.
미국특허출원서 US 4,198,131에는 콘택트 렌즈용 실리콘 경화재를 사용하여 광학소자를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이에 따르면, 실리콘 경화재를 사용함으로써 운반상의 안락함이 향상되는 것으로 개시되어 있다.
유럽특허출원서 EP 1 424 363 A1에는 발광 다이오드와 연결하여 파스칼 초(Pascal second) 이하의 점도를 갖는 다양한 실리콘 경화재의 사용이 개시되어 있다.
국제특허출원서 WO 01/50540 A1에는 광선방출 반도체 칩이 리드프레임 위에 트랜스퍼 몰딩공정에 의하여 합성수지를 사용하여 분사되는 표면실장가능한 발광 다이오드 광원이 개시되어 있다. 이때, 합성수지는 상기 발광다이오드 광원의 하우징을 형성한다.
광학소자는, 자외선 또는 청색 스펙트럼 영역에서 방출하는 광선방출 전자소자, 예를 들어, 발광다이오드(LED)의 광선 경로 내에 존재하는 경우에 주로 재료변성(material degradation)을 보여준다. 에너지가 풍부한 자외선 또는 청색 광선의 영향에 의하여 발생된 이러한 재료변성은, 이러한 광학소자가 제한된 수명을 가지도록 영향을 미치며, 여기서, 수명은, 상기 광학소자에 의하여 투과된 광선의 세기가 최초값의 절반으로 감소되는 시간에 의하여 제공된다. 이러한 재료변성은 예를 들어, 변색, 특히, 누렇게(허옇게) 만들거나 갈색으로 만들 뿐만 아니라 상기 광학소자의 영역의 유연성이 없어지고 크랙을 형성함으로써 나타날 수 있다. 온도 상승 및/또는 추가적인 적심(wetting) 영향에 의하여 상기 재료변성이 더 촉진될 수 있다. 이때, LED 반도체 물질의 방사성능의 향상에서 볼 때 LED 반도체 물질의 진보된 기술적 발전의 결과로서, 상기 광학소자의 수명이 추가로 감소된다.
지금까지 광선방출소자 또는 광학소자의 제조시 투명한 열가소성 물질, 경화재 또는 유리가 사용되었다.
열가소성 물질은 비용적합하고 간단한 가공에 의하여 특징지워진다. 물론, 상기 열가소성 물질은 단파장 광선의 작은 광선 안정성을 가지며 제한된 작동온도를 갖는다.
이와는 달리, 듀로플라스트(duroplast)는 상대적으로 높은 온도 안정성, 양호한 모형(본뜨기) 특성 또는 형태 충실성에 의하여 특징지워진다. 상기 듀로플라 스트는 마찬가지로 단파장 광선의 작은 광선 안정성을 갖는다. 가공공정은 비싸고 비교적 높은 물질 비용이 발생한다.
가스는 노화 안정성 및 양호한 온도 안정성에 의하여 특징지워지나 물질과 가공공정에 대해 높은 비용이 발생한다.
실리콘 경화재의 사용은 지금까지 제한적으로만 가능하다. 실리콘 경화재는 광선안정적이거나 노화안정적이나, 물론 실리콘 경화재의 성형공정(다이캐스팅 공정 또는 몰딩)은 비교적 시간과 비용이 많이 든다. 개시된 지금까지의 방법에 따라 제조된 소자는 실제적인 사용을 위해 작은 형태안정성을 갖는다.
본 발명의 목적은, 실리콘 경화재 및 몰딩공정을 사용하여 개선을 발생하는 광학소자 및 광선방출소자, 그리고 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 성형공정에서 에폭시 경화재가 사용되는 광학소자 및 광선방출 소자 그리고, 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실리콘 경화재로 이루어진 하이브리드 물질이 적합한 또 다른 경화재와의 혼합에 의하여 사용되는 광학소자 및 광선방출소자 그리고, 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 광학소자 및 광선방출소자에 관한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 독립항들에 의하여 해결한다. 상기 방법 및 소자의 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재된다.
본 발명에 따른 다이캐스팅 방법(사출성형)을 이용한 광학 광선방출소자의 제조방법은, 실온에서 측정했을 때 4.5Pas(pascal-second) 내지 20Pas 범위 내의 점도를 갖는 실리콘 경화재가 몰딩 화합물(moulding compound)로 사용된다. 이때, 실온에서 10Pas 점도가 바람직한 것으로 입증된다.
다이캐스팅 방법의 적용은, 실온에서 액체상태의 실리콘 경화재가 몰딩 화합물로 사용될 때 특히 바람직한 것으로 입증된다.
바람직하게는, 광선에 대한 광학 광선방출소자의 적합한 투명도를 보장하기 위해서, 명백한 실리콘 경화재, 특히, 다우코닝(Dow-Corning)에 의해 상업적으로 사용가능한 실리콘이 사용된다.
특히, 상기 사용된 실리콘 경화재는, 짧은 기계주기동안 효율적이고 비용적합한 제조방법이 노화안정적인 소자에 사용되도록 성형공정에 적합화된다.
이때, 상대적으로 높은 점도에 의하여 소위 플래시의 형성이 감소되는 것이 바람직하다. 플래시 하에서 당업자, 몰딩 화합물이, 예를 들어, 유연화 공정에 의하여 상기 몰딩 화합물로부터 바람직하게는 자유로이 머물러 있는 영역을 이용하는 원하지 않은 효과를 이해한다.
방법의 일실시예에서, 다이캐스팅 방법(사출성형)에는 100℃ 내지 220℃의 공정온도, 바람직하게는, 130℃ 내지 180℃의 공정온도가 적용된다. 바람직한 일실시예에서, 상기 공정온도는 150℃이다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 1000bar까지의, 특히, 50bar 내지 100bar의 분사압력이 가해진다.
상기 방법에 있어서, 상기 몰딩 화합물은 이격 또는 분리를 위한 혼합물을 포함하는 것이 또한 바람직하다. 이를 위해, 특히 바람직하게는, 왁스계 물질 또는 장쇄 카본산을 포함한 금속비누이다. 이러한 이격 또는 분리를 위한 혼합물은 실리콘 경화재와 관련될 뿐만 아니라 또 다른 몰딩 화합물, 특히, 예를 들어, 에폭시 또는 하이브리드 물질을 포함하는 경화될 몰딩 화합물과도 관련하여도 사용될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 사용된 몰딩 화합물은 전환물질을 포함한다. 상기 몰딩 화합물 안에 분산된 전환물질은 일반적인 화학식 A3B5X12:M을 갖는 발광물질을 포함하는 무기 발광물질 안료 분말일 수 있다. 특히, 발광물질 안료로서, 세륨(Ce)-도핑된 가닛(garnet)의 그룹, 여기서, 특히, 세륨-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Y3Al5O12:Ce, YAG:Ce), 세륨-도핑된 테르븀 알루미늄 가닛(TAG:Ce), 세륨-도핑된 테르븀-이트륨 알루미늄 가닛(TbYAG:Ce), 세륨-도핑된 가돌리늄-이트륨 알루미늄 가닛(GdYAG:Ce), 및 세륨-도핑된 가돌리늄-테르븀-이트륨 알루미늄 가닛(GdTbYAG:Ce)의 그룹으로부터의 입자가 사용될 수 있다. 또 다른 가능한 발광물질은 황-, 산화-황화물계 숙주(host) 격자, 단파장영역에서 여기가능한 금속 중심(center)을 갖는 알루민산염(aluminate), 및 붕산염(borate)이다. 금속 유기 발광물질체계도 사용가능하다. 여기서, 상기 발광물질 안료는 다수의 다양한 발광물질도 포함할 수 있고, 상기 전환물질은 다수의 다양한 발광물질 안료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전환물질은 용해가능하거나 어렵게 용해될 수 있는 유기 색소 및 발광물질 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 몰딩 화합물을 포함한 전환물질의 접착성을 향상시키기 위해서, 바람직하게는, 예비건조된 전환물질에 액체 형태의 접착제가 혼합되는 것이 바람직하다. 특히, 무기 발광물질 안료의 사용시 상기 접착제는 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 포함하거나 트리알콕시실란계의 또 다른 유도체를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 접착제의 사용은 실리콘 경화재와 관련한 사용으로 제한되지 않는다. 특히, 이러한 접착제는, 예를 들어, 에폭시 또는 하이브리드 물질을 포함하는 경화가능한 몰딩 화합물을 포함한 전환물질의 접착성 향상을 위해서도 사용될 수 있다.
또한, 상기 발광물질 표면을 변형하기 위해서, 카본산-, 카본산에스테르-, 에테르- 및/또는 알콜 그룹을 갖는 단순하거나 다기능적 극성화제(polar agent)를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르를 사용하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 이러한 변형에 의하여, 고에너지 발광물질 표면의 적심(wetting) 가능성이 향상될 수 있으므로 가공시 친화도와 분산성이 상기 몰딩 화합물에 의하여 향상될 수 있다.
상기 몰딩 화합물에 굴절률 향상을 위한 첨가제가 혼합될 때 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예가 발생한다. 첨가제는 특히, 유리 입자, TiO2, ZrO2, αAl2O3, 또 다른 금속산화물 및/또는 갈륨질화물을 포함하는 비산화물을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 갈륨질화물과 같이, 높은 굴절률을 갖는 비산화물을 포함한 첨가제가 혼합될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 성형공정(몰딩공정)의 주기는 30초 내지 2분이다. 이때, 상기 주기는 성형도구 내에서 상기 몰딩 화합물의 분사시간과 경화시간을 포함한다. 특히, 상기 분사시간은 25초까지의 범위, 바람직하게는, 25초 미만의 범위 내에 있으므로, 높은 이전(transfer)속도 또는 큰 점도에서 발생하는 소위 와이어 스윕(wire sweep)이 방지된다.
와이어 스윕 하에서, 당업자는 예를 들어, 다이캐스팅 방법, 분사 프레스 방법 또는 성형 프레스 방법과 같은 성형공정에서, 특히, 예를 들어 광선방출, 전자소자의 전기접촉이 수행되는 본딩 와이어와 같은 전자소자의 전기접촉에 대한 몰딩 화합물의 원하지 않은 영향을 이해한다. 예를 들어, 높은 분사압력 또는 높은 프레스 속도에 의하여 발생한 상기 몰딩 화합물의 높은 이전속도 및, 상기 몰딩 화합물의 높은 점도는 상기 본딩 와이어에 의한 전기도체의 차단에 의하여 상기 전자소자의 비접촉까지 본딩 와이어의 불리한 변형에 영향을 미친다.
광학소자의 일 실시예에서, 상기 광학소자는 전술한 방법에 따라 제조된다.
본 발명에 따른 광선방출소자를 제조학 위한, 또 다른 방법은, 분사 프레스 방법(트랜스퍼 몰딩)에서 150℃에서 측정될 때, 4Pas 내지 35Pas의 점도를 갖는 에폭시 경화재 또는 30% 내지 80%의 에폭시 경화재(하이브리드 물질)의 혼합물을 포함하고 실온에서 측정할 때 0.9Pas 내지 12Pas의 점도를 갖는 실리콘 경화재가 사용됨으로써 특징지워진다.
이때, 상기 분사 프레스방법에서, 특히, 타블렛(tablet) 형태의 물질인 고체물질이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 분사 프레스 방법에 의하여 예비제조된 소자, 예를 들어, 전자소자가 적어도 부분영역에서 몰딩 화합물을 구비하거나 오버몰딩(overmoulding)될 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에서, 에폭시 계열의 투명한 몰딩 화합물이 사용되는데, 바람직하게는, 10-20% 트리스-(2.3-에폭시프로필)-1.3.5-트리글리시딜-이소시아누레이트, 20-35% 테트라하이드로프탈산무수물, 45-60% 바이스페놀-A-에폭시 경화재, 및 2-3% 석영유리(예를 들어, Nitto NT 300H-10025의 상표 하에서 사용가능한)의 조성을 갖는 몰딩 화합물이 사용된다.
바람직한 실시예에서, 상기 에폭시 경화재는 150℃에서 10Pas의 점도를 갖는다. 이에 따라, 분사할 전자소자의 손상이 동시에 감소되는 상황 하에서 상기 몰딩 화합물의 양호한 가공성이 제공되는데, 특히, 150℃에서 측정된 50Pas의 점도로부터 와이어 스윕이 발생함으로써 상기 몰딩 화합물의 양화한 가공성이 제공된다.
바람직한 실시예에서, 상기 하이브리드 물질은 에폭시 경화재의 50퍼센트 혼합물을 포함한 실리콘 경화재를 포함한다.
상기 방법의 일 실시예에서, 분사 프레스 방법(트랜스퍼 몰딩)에서 상기 공정온도는 100℃ 내지 220℃, 바람직하게는 130℃ 내지 180℃이다. 이때, 특히 바람직하게는, 상기 공정온도는 150℃이다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 분사 프레스 방법에서 분사압력은 50bar 내지 100bar 범위 내에서 가해진다.
상기 광선방출 반도체 소자의 제조방법의 또 다른 실시예에서, 상기 사용된 몰딩 화합물은 이격 또는 분리를 위한 혼합물, 특히, 왁스계 물질 또는 장쇄 카본산을 포함한 금속비누를 포함한다.
상기 광선방출 반도체 소자의 제조방법의 또 다른 실시예에서, 상기 사용된 몰딩 화합물은 전환물질을 포함한다. 상기 몰딩 화합물 안에 분산된 전환물질은 일반적인 화학식 A3B5X12:M을 갖는 발광물질을 포함하는 무기 발광물질 안료 분말일 수 있다. 특히, 발광물질 안료로서, 세륨(Ce)-도핑된 가닛(garnet)의 그룹, 여기서, 특히, 세륨-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛(Y3Al5O12:Ce, YAG:Ce), 세륨-도핑된 테르븀 알루미늄 가닛(TAG:Ce), 세륨-도핑된 테르븀-이트륨 알루미늄 가닛(TbYAG:Ce), 세륨-도핑된 가돌리늄-이트륨 알루미늄 가닛(GdYAG:Ce), 및 세륨-도핑된 가돌리늄-테르븀-이트륨 알루미늄 가닛(GdTbYAG:Ce)의 그룹으로부터의 입자가 사용될 수 있다. 또 다른 가능한 발광물질은 황-, 산화-황화물계 숙주(host) 격자, 단파장영역에서 여기가능한 금속 중심(center)을 갖는 알루민산염(aluminate), 및 붕산염(borate)이다. 금속 유기 발광물질체계도 사용가능하다. 여기서, 상기 발광물질 안료는 다수의 다양한 발광물질도 포함할 수 있고, 상기 전환물질은 다수의 다양한 발광물질 안료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전환물질은 용해가능하거나 어렵게 용해될 수 있는 유기 색소 및 발광물질 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 몰딩 화합물을 포함한 전환물질의 접착성을 향상시키기 위해서, 바람직하게는, 예비건조된 전환물질에 액체 형태의 접착제가 혼합되는 것이 바람직하다. 특히, 무기 발광물질 안료의 사용시 상기 접착제는 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 포함하거나 트리알콕시실란계의 또 다른 유도체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발광물질 표면을 변형하기 위해서, 카본산-, 카본산에스테르-, 에테르- 및/또는 알콜 그룹을 갖는 단순하거나 다기능적 극성화제(polar agent)를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르를 사용하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 이러한 첨가제의 사용에 의하여, 고에너지 발광물질 표면의 적심(wetting) 가능성이 향상될 수 있으므로 가공시 친화도와 분산성이 상기 몰딩 화합물에 의하여 향상될 수 있다.
상기 몰딩 화합물에 굴절률 향상을 위한 첨가제가 혼합될 때 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예가 발생한다. 첨가제는 특히, 유리 입자, TiO2, ZrO2, αAl2O3, 또 다른 금속산화물 및/또는 갈륨질화물을 포함하는 비산화물을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 갈륨질화물과 같이, 높은 굴절률을 갖는 비산화물을 포함한 첨가제가 혼합될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 분사 프레스 방법은 2분 내지 8분의 주기를 갖는다. 특히, 상기 방법은 5분의 주기를 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 방법은 3분까지의 주기, 특히, 3분 미만의 주기를 갖는 것이 특히 바람직한데, 이는 상대적으로 긴 주기가 일반적으로 상기 방법의 수익성을 감소시키기 때문이다. 이때, 상기 주기는 성형도구 내에서 상기 몰딩 화합물의 분사시간과 경화시간을 포함한다. 특히, 상기 분사시간은 25초까지의 범위, 바람직하게는, 25초 미만의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 분사 프레스 방법에서 3분 내지 5분의 경화시간이 사용되는 것이 바람직할 수 있는데, 이는, 짧은 체류기간 내지 경화시간으로 상기 성형도구 내에서 상기 몰딩 화합물을 자동화된 가공공정에 적합화하는 것은 경제적인 방법을 가능케하기 때문이다.
짧은 경화시간 및 짧은 공정시간은 바람직하게는 상기 제조방법을 위해서인데, 다시 말해서, 출력량, 즉, 생산량이 너무 적지 않도록 하기 위함이므로, 상기 소자의 제조비용은 경제성의 범위 내에 있다.
광선방출소자의 일 실시예에서, 광선방출 반도체소자는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된다.
광선방출소자의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 광학소자를 포함하는 광선방출소자가 제조된다.
광선방출소자의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 광학소자는 광전자 반도체에 대해 후치된다.
이때, "후치된다" 는 것은 여기서 그리고 이하에서, 상기 광학소자가 상기 광선방출 반도체소자의 광선 경로 내에 존재하는 것을 의미한다.
광선방출 반도체소자의 일 실시예에서, 예비형성된 하우징(예비몰딩된 패키지)는 본 발명에 따른 반도체 칩의 오버몰딩(overmoulding)을 포함한다.
광선방출 반도체소자의 또 다른 실시예에서, 예비형성된 하우징은 본 발명에 따른 방법에 따른 예비형성된 하우징 내부에서 반도체 칩의 오버몰딩을 포함하고, 상기 광선방출 반도체소자는 상기 반도체 칩에 대해 후치된 광학소자를 포함한다.
광선방출 반도체소자의 일 실시예에서, 반도체 칩은 기본몸체(베이스 패키지) 위에 본 발명에 따른 실리콘 경화재 혼합에 의하여 오버몰딩된다.
광선방출 반도체소자의 또 다른 실시예에서, 오버몰딩된 반도체 칩에 대해 방사방향으로 광학소자가 후치되는데, 여기서, 상기 광학소자는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조되었다.
광선방출 반도체소자의 또 다른 실시예에서, 상기 반도체소자의 오버몰딩의 실리콘 혼합은 상기 후치된 광학소자의 실리콘 혼합보다 작은 형태안정성을 갖는다. 이러한 실시예는 특히 출력구조에 있어 바람직하다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 광학소자의 제조방법을 포함한다. 여기서, 상기 광학소자는 하이브리드 물질을 포함하는 물질로 제조되며, 상기 하이브리드 물질은,
- 제1 요소로서 적어도 하나의 실리콘 그룹을 포함하는 화합물을 포함하고,
- 기능적 그룹이 에폭시 그룹, 이미드 그룹 및 아크릴레이트 그룹으로부터 선택되는 화합물을 제2 요소로서 포함한다.
광학소자를 제조하기 위한 하이브리드 물질의 사용은, 상기 광학소자에 대해서, 실록산 그룹을 포함한 화합물, 예를 들어, 실리콘의 바람직한 특성을, 상기 광학소자에 대해서, 에폭시-, 이미드-, 및 아크릴레이트 그룹, 특히, 듀로플라스트를 포함한 화합물, 예를 들어, 에폭시 경화제, 폴리이미드 경화재, 및 아크릴 경화재와 같은 화합물의 바람직한 특성과 관련시키는 것을 가능케한다. 실록산 그룹을 포함하는 화합물의 바람직한 특성은, 예를 들어, 온도 안정성 및 노화 안정성이다. 에폭시-, 이미드- 및 아크릴레이트 그룹을 포함한 화합물의 바람직한 특성은, 상기 화합물이 광학적으로 투명한 폴리머를 포함하는 바와 같이, 예를 들어, 짧은 경화시간 및, 예를 들어, 구리, 은 또는 규소(Si)를 포함하는 표면에 대한 상기 물질의 양호한 접착성이다. 또한, 하이브리드 물질은 높은 경도 및 높은 탄성(elasticity), 및 특히, 경화된 상태에서 높은 경도를 갖는 실리콘에 비해서 낮은 비유연성 및 깨지기 쉬운 성질과 같은 바람직한 특성을 포함할 수 있다. 특히, 하이브리드 물질은 양호한 광학특성, 특히, 적어도 하나의 파장영역의 전자기적 광선에 대한 높은 투명도를 가지므로, 바람직하게는 광학소자의 제조에 사용될 수 있다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 상기 광학소자는 상기 하이브리드 물질로부터 형성된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질의 제1 및 제2 요소는 모노머(monomer)를 포함한다. 상기 모노머를 중합공정의 범위 내에서 가교(crosslink)결합할 때, 상기 제1 및 제2 요소의 모노머는 코폴리머(copolymer) 를 형성한다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질의 제1 및 제2 요소를 포함한다. 특히, 상기 제1 요소는 폴리실록산을 포함하고, 상기 제2 요소는 폴리머를 포함하며, 이들은 에폭시 경화재, 폴리이미드, 및 폴리아크릴레이트로부터 선택된다. 상기 폴리머를 경화공정의 범위 내에서 연속적으로 가교결합할 때, 상기 폴리머는, 상기 개개의 폴리머가 서로 가교결합되는 중합작용을 형성한다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질의 제2 요소는 추가적으로 실록산 그룹을 포함한다.
상기 하이브리드 물질은 10wt% 내지 90wt%의 실록산 부분을 포함한다. 바람직하게는, 상기 하이브리드 물질은 40wt% 내지 60wt%의 실록산 부분, 특히, 40wt% 또는 50wt%의 실록산 부분을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질은 상기 경화공정 이전에, 즉, 가
교결합되지 않은 채, 실온에서 측정된 0.5Pas 내지 200Pas의 점도를 갖는다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 상기 하이브리드 물질은 실온에서 고체의 전구산물(preproduct)로 예비경화된다. 이때, 상기 가교결합되지 않은 하이브리드 물질은 예를 들어, 온도, 압력, 자외선 또는 적외선의 파장영역 내의 광선과 같은 전자기적 광선 또는 이의 조합과 같은 적합한 조건에 따라 좌우되므로, 상기 하이브리드 물질의 상기 제1 요소와 상기 제2 요소 사이의 가교결합반응이 시작된다. 상기 가교결합, 예를 들어, 이전의 압력변화 또는 온도변화 또는 상기 전자기적 광선의 이전 차단에 의하여, 상기 가교결합반응은 정지되고, 상기 제1 요소 및 상기 제2 요소의 부분적인 가교결합을 포함하는 상기 하이브리드 물질은 실온에서 고체의 전구산물을 형성한다. 이렇게 획득가능한 전구산물은 소정의 고체 형태, 예를 들어, 플레이트 또는 블록 형태로 존재할 수 있다. 또한, 상기 이렇게 획득가능한 전구산물은, 예를 들어, 빻거나 으깨어서 잘게 부수는 것이 바람직할 수 있으며, 이때, 예를 들어, 미립 형태 또는 분말 형태로 이전된다. 상기 전구산물의 분말 형태는, 또 다른, 분말 형태 물질, 예를 들어, 첨가제 또는 파장전환물질을 상기 전구산물에 첨가하는 데 특히 적합하다. 또한, 상기 잘게 부숴진 전구산물은, 예를 들어, 응집하거고, 조밀하게 하거나 큰 덩어리로 만들거나, 바람직하게는, 프레스에 의하여 소정의 형태를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 분말 형태로 존재하는 전구산물은, 예를 들어, 타블렛(tablet) 형태 또는 펠릿(pellet) 형태로 압착된다. 이에 따라, 바람직하게는, 중량과 관련하여 상기 전구산물의 정확한 조제가 수행되고, 예를 들어, 상기 형태의 측정과 관련하여 정확한 기하학적 적합화가 수행된다. 따라서, 상기 전구산물은 또 다른 방법에 대해서 적합한 양과 치수로 제공될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 물질은 성형공정, 예를 들어, 주조 및 이어서 부분적인 경화에 의하여 펠릿 또는 타블렛 형태와 같은 덩어리진 형태를 갖는다.
또한, 상기 전구산물의 제1 요소 및 제2 요소는 예비경화 이후에 상기 전구산물로 형성되고 계속해서 소정의 형태로 가교결합될 수 있는데, 즉, 상기 전구산물은 계속적으로 경화된다. 이때, 조건은 상기 전구산물의 제조와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 광학소자는 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물로부터 형체로 형성된다. 상기 형체는 바람직하게는, 성형도구의 캐비티(cavity) 안에 형성되며, 여기서, 상기 광학소자는 상기 캐비티의 형태에 상응하는 소정의 형태로 형성된다. 이때, 특히, 성형 프레스, 분사 프레스 또는 다이 캐스팅 방법이 사용될 수 있다. 이때, 상기 형체는 상기 광학소자에 적합한, 소정의 형태를 가질 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 상기 형체는 분사 프레스 방법에서 상기 전구산물로부터 형성된다. 여기서, 상기 전구산물은 고체 형태, 예를 들어, 타블렛 형태로 압착된 분말의 형태로 분사 프레스 기계에 공급된다. 이때, 상기 분사 프레스 방법은 100℃ 내지 220℃의 온도에서, 바람직하게는, 130℃ 내지 180℃ 범위에서 수행되며, 여기서, 상기 전구산물은 다시 액체화되는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 이러한 액체화된 전구산물은 상기 성형도구의 캐비티 안으로 분사되며, 이때, 50bar 내지 100bar의 압력이 가해질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 전구산물은 150℃에서 1mPas 내지 30Pas의 점도를 갖는다. 바람직하게는, 상기 전구산물은 150℃에서 대조할만하거나 에폭시 계열 몰딩 화합물보다 높은 점도를 갖는데, 특히 바람직하게는, 4Pas 이상, 더욱 바람직하게는, 10Pas의 점도를 갖는다. 이에 따라, 상기 전구산물은 종래기술에 따른 분사 프레스 기계에서 가공될 수 있다. 여기서, 상기 분사 도구의 적합성이 요구되지 않거나 요구되더라도 적게 요구되는데, 특히, 상기 캐비티 또는 주형장치의 배기, 분사지점 및 성형경사와 관련해서 요구된다. 또한, 상대적으로 높은 점도는 주물 이음매(개탕) 형성, 소위 플래시를 위한 경사를 감소시킨다. 광학소자를, 특히, 광전자소자가 배치된 기판 위 또는 기판 주위에 형성하는 경우, 두께 공차 및 기판의 평탄하지 않음에 대한 방법의 민감도(sensivity)가 상대적으로 높은 점도에 의하여 저하될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 경화에 의하여 경화된 하이브리드 물질로 가공된다. 상기 하이브리드 물질의 경화는 예를 들어, 온도, 압력, 전자기적 광선 또는 이의 조합과 같은 적합한 조건에서 상기 제1 및 제2 요소의 가교결합반응에 의하여 수행된다. 상기 전구산물의 경화는 예를 들어, 온도, 압력, 전자기적 광선 또는 이의 조합과 같은 적합한 조건에서 가교결합반응의 수행에 의하여 발생한다. 이때, 상기 전구산물의 경화시의 조건은 상기 하이브리드 물질로부터 상기 전구산물을 제조하는 경우의 조건과 동일하거나 다를 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물의 경화는 경화된 하이브리드 물질에 대해서 형체로서 적어도 부분적으로 성형도구의 캐비티 안에서 발생한다. 경화된 하이브리드 물질에 대한 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물의 완전한 경화는 마찬가지로 상기 성형도구의 캐비티 안에서 수행되거나 대안적으로 상기 성형도구의 캐비티의 외부에서 수행될 수 있다. 이때, 상기 조건은 상기 경화중에 일정하게 유지되거나 변할 수 있다. 바람직하게는, 완전한 경화는 상기 제1 요소 및 상기 제2 요소의 가능한한 지속적인 가교결합을 의미한다.
바람직한 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 5분 미만의 경화시간을 갖는다. 짧은 경화시간은 바람직하게는 기계의 짧은 반복시간간격일 수 있는데, 이는 상기 방법의 수익성에 대해 유리하게 작용할 수 있다.
또 다른, 바람직한 실시예에서, 상기 경화된 하이브리드 물질은 60 쇼어(shore)(A) 내지 80 쇼어(D), 바람직하게는, 60 쇼어(D)의 경도를 갖는다. 경화된 상태에서 에폭시-, 이미드-, 및 아크릴레이트 그룹을 포함한 화합물은 높은 경도에 도달할 수 있는데, 이는, 바람직하게는 소자의 안정성 및 추후 가공성을 위한 것일 수 있다. 순수한 실리콘 경화재와는 달리, 하이브리드 물질은 상대적으로 높은 경도와 상대적으로 낮은 비유연성을 갖는다. 바람직하게는, 높은 경도는 상기 형체의 높은 경도와 관련될 수 있으며, 예를 들어, 상기 성형도구의 캐비티 안에 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물을 분사한 후에 상기 성형도구의 주형장치의 용이한 분리에 관한 것일 수 있다. 이에 따라, 바람직하게는 감소된 도구 오염은 상기 주형장치의 정의된 분해에 의하여 가능해질 수 있다. 이에 따라, 특히, 상대적으로 작은 세정비용이 발생하는데, 이는, 상기 방법의 수익성에 긍정적으로 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상기 광학소자는 바람직하게는 상기 경화된 하이브리드 물질의 높은 경도에서 기계적인 영향에 대한 높은 고정성을 가질 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 광학소자의 또 다른 기계적 가공시의 높은 경도는, 예를 들어, 쏘잉(sawing)에 의하여 발생된다. 이와는 달리, 낮은 경도를 위해서, 상기 광학소자는 기계적 가공중에 장력(tension)이 발생하면서 변형될 수 있으며, 상기 장력으로 인해 기계적 가공 이후에 다시 변형될 수 있는데, 이는 상기 광학소자의 불리하며 원하지 않는 형태 편차를 유발할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 상기 광학소자가 하이브리드 물질을 포함하는 물질로부터 제조되는 상기 광학소자 제조방법은,
a) 예비경화에 의하여 상기 하이브리드 물질로부터 획득된 전구산물을 액체상태 또는 반죽한 것같은 상태로 이전하는 단계, b) 상기 a)단계로부터의 전구산물을 성형도구의 캐비티로 도입하는 단계로서, 상기 캐비티는 소정의 형태를 갖는 단계, 및 c) 상기 전구산물을 고체의 하이브리드 물질로 경화하는 단계로서, 상기 광학소자는 상기 캐비티의 형태에 거의 상응하는 형태로 형성되는 단계를 포함한다.
여기서, 예비경화에 의하여 상기 하이브리드 물질로부터 획득한 전구산물이 액체상태 또는 반죽한 것같은 상태로 이전하는 단계는 열 작용 및/또는 압력촉진에 의하여 수행될 수 있다. 특히, 상기 전구산물을 액체상태 또는 반죽한 것같은 상태로 이전하는 것은 분사 프레스- 또는 다이캐스팅 도구의 주형장치 안에서 수행될 수 있다. 상기 주형장치에 의하여, 상기 전구산물은 상기 액체 또는 고체 상태로 상기 성형도구의 캐비티 안으로 삽입될 수 있다. 이때, 상기 전구산물은 적어도 부분적으로 상기 캐비티 내의 공동(hollow)을 채울 수 있고 상응하는 형태를 수용할 수 있다. 상기 전구산물을 경화된 하이브리드 물질로 경화함으로써, 상기 경화된 하이브리드 물질에 대한 캐비티의 형태에 상응하는 형태를 얻을 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 광학소자의 제조방법은, 상기 a)단계 이전에, a1) 상기 하이브리드 물질을 실온에서 고체의 전구산물로 예비경화하는 단계, a2) 상기 고체의 전구산물을 분말 또는 미립(granule) 형태의 상태로 잘게 부수는 단계, 및a3) 상기 잘게 부숴진 전구산물을 콤팩트한 형태로 이전하는 단계를 더 포함한다.
상기 잘게 부숴진, 예를 들어, 분말 또는 미립 형태로 존재하는 전구산물을 이전하는 단계는 응집, 콤팩트화에 의하여, 바람직하게는, 프레스에 의하여 수행될 수 있다. 이때, 상기 콤팩트한 형태는 타블렛 또는 펠릿 형태일 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물을 상기 성형도구의 캐비티 안에 첨가하기 전에 상기 캐비티의 내벽 위에는 적어도 부분적으로 하나의 호일(foil)이 배치된다(호일 몰딩). 이때, 상기 호일이 이하 성형공정에서 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물과 상기 캐비티의 내벽 사이에 존재하도록 배치되므로, 상기 캐비티의 내벽의 적심(wetting)과, 이와 관련된, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 상기 캐비티의 내벽에 접착하는 것이 방지될 수 있다. 특히 바람직하게는, 이때, 온도 작용 하에서 신장되는 내열성 호일의 사용이다. 호일의 사용은 특히 바람직하게는, 상대적으로 낮은 점도를 갖는 하이브리드 물질 또는 전구산물의 사용일 수 있다. 이에 따라, 상기 성형공정 이후 수반되는 필요한, 상기 성형도구의 세정공정에 관한 필요성이 방지될 수 있다. 이때, 상기 호일은 상기 캐비티의 형성에 영향을 미치지 않는데, 예를 들어, 상기 호일은 매우 얇은 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 상기 호일은 40 마이크로미터보다 두껍지 않다.
또한, 특히 바람직하게는, 상기 호일은 상기 캐비티의 내벽에 완전히 인접하며 상기 캐비티의 내벽의 형태와 균등해진다. 이는, 예를 들어, 상기 호일을 상기 캐비티의 내벽에, 상기 캐비티의 내벽의 적합한 구조에 의하여 흡입함으로써 수행될 수 있다. 상기 내벽의 적합한 구조는 예를 들어, 다공성 물질로 이루어진 다수의 개구부 및/또는 영역을 포함할 수 있다. 상기 다수의 개구부 및/또는 영역에 의하여 상기 호일은 적어도 상기 내벽에 인접하여 저압을 발생하는 진공장치에 의하여 흡입될 수 있다. 이때, 상기 호일은 추가적인 온도 작용 하에서 신장되는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 상기 캐비티의 내벽에 상기 호일을 완전히 인접하게 하는 것은 유리하게 작용할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 상기 호일에 접합되지 않거나 적합되더라도 약간만 접합되므로, 상기 성형 공정 이후에 상기 적어도 부분적으로 경화된 하이브리드 물질의 표면의 작은 영향 하에서 상기 호일을 쉽게 분리할 수 있다.
또한, 상기 호일의 사용에 의하여 상기 캐비티 및/또는 변형할 영역의 밀폐성이 향상될 수 있다. 따라서, 낮은 점도를 갖는 하이브리드 물질 또는 전구산물의 사용에서, 호일의 사용이 바람직할 수 있는데, 이는, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물로부터 자유로워야 하는 상기 성형도구의 영역의 적심이 실질적으로 감소될 수 있고 주물 이음매(플래시)가 약간 발생하기 때문이다. 이에 따라, 바람직하게는, 후속하는 세정공정을 방지할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 추가적으로 형태분리제가 첨가된다. 여기서, 상기 형태분리제는 상기 제조할 광학소자의 광학특성에 크게 영향을 미치지 않고 추가적으로 노화안정적인 것이 바람직하다. 형태분리제의 사용은 상기 광학소자의 제조시 특히 바람직한 것으로 입증될 수 있는데, 이는, 상기 형태분리제의 사용시 상기 적어도 부분적으로 경화된 하이브리드 물질을 상기 성형도구로부터 용해하는 것이 수월하기 때문이다. 이는, 제조할 광학소자의 특별한 특성에 의하여, 특히, 상기 제조할 광학소자가 매우 작은 구조를 포함하는 경우, 예를 들어, 상기 성형도구의 캐비티의 내벽에 호일을 배치함으로써 수월해진 형성의 또 다른 가능성이 가능하지 않는 경우가 특히 바람직할 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 파장전환물질이 혼합된다. 파장전환물질은, 상기 광학소자를 통해 투과되는 광선의 적어도 일부를 제1 파장영역에서 흡수하고, 상기 제1 파장영역과 다른 제2 파장영역을 갖는 전자기적 광선을 방출하는 데 적합하다. 이와 관련하여, 파장전환물질은 특히 무기 발광물질 분말, 질화물 및/또는 실리케이트를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어, 세륨-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛- 및 세륨-도핑된 테르븀 알루미늄 가닛 분말 및 이의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 유기 및 무기 발광물질은 예를 들어, 국제출원서 WO 01/50540 A1 및 WO 98/12757 A1에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 발광물질에 관하여 재귀적 방법에 의하여 기재될 것이다.
상기 방법의 일 실시예에서, 상기 파장전환물질은 상기 하이브리드 물질에 혼합된다. 이어서, 상기 하이브리드 물질은 전구산물로 예비경화되므로, 상기 전구산물과 상기 파장전환물질과의 혼합물이 예를 들어, 플레이트 형태로 얻어진다. 이렇게 획득한 상기 전구산물과 상기 파장전환물질과의 혼합물은 잘게 부숴질 수 있는데, 여기서, 바람직하게는 분말로 으깨어지며, 이렇게 얻어진 분말 혼합물은 콤팩트한 형태로 형성될 수 있고, 이때, 바람직하게는 타블렛 형태로 압착된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 파장전환물질은, 예를 들어, 서로 결합된 형체, 특히, 플레이트 또는 블록 형태로 존재하는 상기 전구산물에 첨가된다. 대안적으로, 상기 전구산물은 가닛으로 존재할 수 있다. 상기 전구산물은 상기 첨가된 파장전환물질과 함께 분말로 잘게 부숴질 수 있고, 이렇게 얻어진 분말 혼합물은 소정의 형태, 바람직하게는, 타블렛 형태로 압착된다. 이에 따라, 바람직하게는, 전구산물과 파장전환물질의 균질한 혼합물에 도달할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 바람직하게는 분말 형태로 존재하는 상기 파장전환물질은 분말 형태로 존재하는 전구산물에 첨가되고, 이렇게 얻어진 분말 혼합물은 소정의 형태, 바람직하게는 타블렛 형태로 압착된다.
상기 광학소자의 출사광선의 색상위치와 포화의 정확한 조정은 상기 파장전환물질의 정확한 혼합의 가능성에 의하여 가능해질 수 있다. 상기 출사광선의 균질한 색채인상은 상기 하이브리드 물질의 짧은 경화시간을 통한 상기 파장전환물질의 침적(sedimentation)에 의하여 가능해질 수 있다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 상기 파장전환물질은, 상기 광학소자로 입사하는 광선의 적어도 일부를 또 다른 파장으로 전환하도록 선택된다. 여기서, 상기 광학소자로 입사하는 광선은 자외선에서 녹색 광선까지의 영역의 파장을 가지며, 상기 전환된 광선은 녹색에서 적색 광선까지의 영역의 파장을 가질 수 있다. 상기 광학소자로 입사하는 광선의 일부만이 또 다른 파장으로 전환되거나 상기 광학소자로 입사하는 광선의 적어도 일부가 적어도 두 개의 파장으로 전환되는 경우, 상기 출사광선의 혼색 출사 스펙트럼이 발생할 수 있다. 이때, 상기 파장전환물질의 선택은 상기 광학소자로 입사하는 광선의 파장 스펙트럼 및 원하는 출사 스펙트럼에 따라서 수행된다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 상기 파장전환물질은, 상기 광학소자로 입사하는 광선이 청색 광선의 영역 내의 파장을 가지고 상기 광학소자로부터 출사하는 광선이 다수의 파장영역의 혼합을 포함하도록 선택되므로, 백색 광의 인상이 발생한다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 굴절률 향상을 위한 물질이 첨가된다. 상기 굴절룔의 향상은 예를 들어, 렌즈 또는 또 다른 광굴절 광학소자의 제조에 적합할 수 있다. 여기서, 상기 굴절률 향상을 위한 물질은 상기 하이브리드 물질에 화학적으로 결합될 수 있는데, 특히, 상기 물질은 화학적으로 결합된 타이탄, 지르콘 및/또는 황을 포함할 수 있다. 또한, 상기 굴절률 향상을 위한 물질은 산화물 형태로 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에 혼합될 수 있으며, 이때, 상기 물질은 특히, TiO2, ZrO2, αAl2O3 와 같은 금속 산화물이 중요할 수 있다. 또한, 상기 굴절률 향상을 위한 물질로서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는, 특히 유리 입자와 같은 입자가 혼합될 수 있다. 또한, 높은 굴절률을 갖는 비산화물질을 포함한 물질, 예를 들어, 갈륨 질화물이 혼합될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 광전자소자는 상기 경화된 하이브리드 물질 또는 전구산물을 포함하는 광학소자에 의하여 캡슐에 싸여지는데, 여기서, 상기 광학소자 및 상기 광전자소자는, 상기 광학소자가 상기 광전자소자를 둘러싸도록 서로 배치된다. 이때, 상기 광전자소자는 기판 위에 배치되거나 배치되지 않을 수 있다.
상기 방법의 바람직한 실시예에서, 적어도 부분적으로 상기 광전자소자에 형성되는 광학소자는, 상기 광전자소자가 상기 광학소자와 접촉하도록 형성된다. 특히 바람직하게는, 상기 광학소자는 상기 광전자소자를 적어도 부분적으로 형태맞춤식으로 덮는다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 광전자소자는 광학소자에 의하여 캡슐화되는데, 여기서, 상기 광전자소자는 기판 위에 배치되고 상기 광학소자는, 상기 광전자소자가 상기 기판과 상기 광학소자에 의해 둘러싸이도록 상기 광전자소자에 의해 배치된다. 따라서, 상기 광학소자는 광전자소자의 캡슐화의 일부일 수도 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 광전자소자는 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물의 경화중에 적어도 부분적으로 상기 기판에 의해 둘러싸인다. 이때, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 적어도 부분적으로 또는 완전히 경화될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 광전자소자는, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물이 상기 캐비티로 분사할 때 적어도 부분적으로 상기 광전자소자에 형성되도록 상기 성형도구의 캐비티 안에 배치된다. 여기서, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 상기 광전자소자 및 상기 기판을 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 상기 기판의 적합한 기하학은, 상기 경화된 하이브리드 물질이 낮은 경도를 가지는 경우에 바람직한 것으로 입증될 수 있다. 특히, 이에 따라, 상기 광학소자의 형태안정성이 바람직하게 영향받을 수 있는데, 특히 약간 향상될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 광전자소자로서 광선방출 광전자소자가 사용된다. 여기서, 바람직하게는, 발광 다이오드 칩, 반도체 칩, 박막 발광 다이오드 칩 또는 유기 발광 다이오드 칩(OLED)와 같은 루미네선스 다이오드 칩과 같은 광선방출 반도체 칩이 중요하다.
박막-발광 다이오드 칩은 특히, 하기와 같은 특징에 의하여 특징지워진다.
- 캐리어 부재로 향한, 광선을 발생하는 에피택시 층 시퀀스의 제 1 주요 평면에는 상기 에피택시 층 시퀀스에서 발생한 전자기적 광선의 적어도 하나의 일부를 반사층으로 재귀반사하는 반사층이 배치되거나 형성되고,
- 상기 에피택시 층 시퀀스는 20㎛ 이하의 영역, 특히 10㎛ 영역 내의 두께 를 갖는다.
- 상기 에피택시 층 시퀀스는, 이상적인 경우 상기 에피택시 층 시퀀스의 광의 대략적으로 에르고딕(ergodic) 분할을 유발하는, 즉, 가능한한 에르고딕 통계학적 분산방법을 포함하는 혼합구조를 포함하는 적어도 하나의 평면을 갖는 적어도 하나의 반도체 층을 포함한다.
박막-발광 다이오드 칩의 기본원리는 예를 들어, 아이 슈니쳐(I. Schnitzer) 등등에 의하여 Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993년 10월 18일, 2174-2176에 기재되어 있으며 그 개시내용은 재귀적 방법에 의하여 기재되어 있다.
OLED는 원칙적으로 두 개의 전극 사이에 배치된 유기 EL(electroluminescent)층으로 이루어진다. 전위가 상기 전극들에 배치되는 경우, 전자 사이의 재결합 및, 상기 유기층 안에 주입되는 "정공(hole)" 으로 인해 광이 방출된다.
상기 방법의 또 다른 실시에에서, 광전자소자로서, 광 다이오드, 광 트랜지스터 또는 광-IC와 같이, 광선에 민감한 광전자소자가 사용된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 광선방출 반도체 칩이, 작동시 자외선에서 녹색까지의 파장영역으로 이루어진 파장을 갖는 광선을 방출할 수 있는 광전자소자로서 사용된다. 바람직하게는, 작동시 청색 파장영역 내의 광선을 방출할 수 있는 광선방출 반도체 칩이 사용된다.
또한, 상기 광전자소자는 기판 위에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 리드프레임, 인쇄회로기판(PCB), 가요성 물질계열 구조 또는 세라믹 계열 구조를 포함한다.
또한, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물과 접촉하여 존재하는 상기 기판 및/또는 상기 광전자소자의 적어도 부분은, 상기 기판 및/또는 상기 광전자소자와 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물 사이의 접합을 개선하는 데 적합한 물질에 의해 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 상기 물질은 실리케이트를 포함한다. 여기서, 특히, 규소(Si) 유기 화합물의 화염 규산화에 의하여 얇고, 매우 두꺼우며 고체로 접합되는 실리케이트층이 상기 기판 위에 배치된다. 상기 실리케이트층은 높은 표면에너지를 가지며 이에 따라, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물을 상기 기판에 접합하는 것을 향상시키는 데 특히 적합하다. 상기 방법의 이러한 실시예는, 상기 광학소자가 상기 기판 또는 상기 광전자소자에 의한 기계적인 고정을 포함하지 않고, 단지 상기 기판 및/또는 상기 광전자소자에 접합되는 경우가 바람직하다.
또한, 상기 기판 및/또는 상기 광전자소자와 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물 사이의 접합은 상기 기판 및/또는 상기 광전자소자의 플라즈마 처리에 의하여 향상될 수 있다.
또한, 상기 성형도구의 캐비티는, 성형 공정에서 다수의 광전자소자가 제조되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 다수의 광전자소자는 유닛으로 제조되는데, 즉, 상기 광전자소자가 상기 성형 공정 이후에 적어도 부분영역에서 결합되도록 제조된다. 캐비티 안에 다수의 광학소자의 제조는, 상기 성형 공정의 범위에서 단지 하나의 캐비티가 진공상태가 되어야만 하도록 상기 제조공정을 수월케한다. 이러한 진공상태화는, 광학소자가 형성되는 상기 캐비티의 다수 또는 모든 영역에 대해서 상기 캐비티 안의 공통 개구부에 의하여 수행된다. 마찬가지로, 충진, 즉, 에를 들어, 상기 몰딩 화합물을 상기 캐비티 안에 분사하는 것은 공통의 주형장치에 의하여, 광학소자가 형성되는 다수 또는 모든 영역에서 수행될 수 있다. 이는, 상기 광학소자가 매우 작은 크기를 갖는 경우 특히 바람직할 수 있는데, 이는, 단지 하나의 광학소자가 형성될 수 있는 개개 캐비티가 마찬가지로 상기 캐비티의 진공화를 위한 개구부와 주형장치를 구비해야만 하기 때문이다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 캐비티는, 상기 다수의 광학소자가 일렬로 평행하게 배치되도록 형성된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 상기 캐비티는, 상기 다수의 광학소자가 편평하게 배치되도록, 즉, 상기 광학소자가 평행하게 평면에 배치되도록 형성된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 공통의 캐비티 안에 형성된 다수의 소자가 상기 성형 공정 이후에 분리된다. 여기서, 상기 분리는 절개(cutting), 쏘잉(sawing), 카빙(carve), 차단(break) 및/또는 연마(polishing)에 의하여 수행된다. 여기서, 상기 광학소자가 형성되는 영역 사이의 캐비티는, 상기 분리가 수행될 수 있는 상기 광학소자 사이의 연결영역이 형성되는 영역을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 연결영역은 바람직하게는, 상기 광학소자보다 얇게 구현될 수 있으며 예를 들어, 설정단면(predetermined breaking point)을 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 다수의 광전자소자가 공통의 캐비티에 배치된다. 이에 따라, 공통의 성형공정에서 상기 다수의 광전자소자가 상기 다수의 광학소자의 형성에 의하여 형성되거나 캡슐화될 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 각각의 광전자소자는 자체의 기판 위에 배치되고, 광전자소자를 포함한 다수의 기판은 상기 성형공정 이전에 상기 성형도구의 캐비티 안에 배치된다.
상기 방법의 또 다른 실시예에서, 다수의 광전자소자가 공통의 소자에 배치되고, 상기 다수의 광전자 반도체소자를 포함한 공통의 기판은 상기 성형공정 이전에 상기 성형도구의 캐비티 안에 배치된다.
본 발명의 실시예의 주제는 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하여 획득할 수 있는 광학소자이다.
또 다른 실시예에서, 상기 광학소자는 전자기적 광선의 광선 경로 내에 존재한다. 특히, 상기 광학소자의 적어도 부분들이 전자기적 광선의 광선 경로 내에 존재한다. 여기서, 상기 전자기적 광선은 광선방출소자에 의해 방출될 수 있다. 특히, 상기 광학소자는 상기 광학소자가 상기 전자기적 광선에 대해 적어도 부분적으로 투명한 영역을 적어도 포함한다. 바람직하게는, 상기 투명도는, 상기 광학소자를 통하여 투과된 광선의 세기의 감소가 반사 또는 흡수공정에 의하여 상기 광학소자 내에서 또는 상기 광학소자의 경계면에서 방지될 수 있도록 형성된다.
또한, 상기 광학소자는 실시예에서, 상기 전자기적 광선이 입사하고 입사면으로서 특징지워지는 적어도 하나의, 제1 표면을 포함한다. 또한, 상기 광학소자는, 상기 전자기적 광선이 확산 이후에 상기 광학소자의 적어도 개개의 영역을 통하여 다시 출사되고 출사면으로서 특징지워지는 적어도 하나의, 제2 표면을 포함한다. 여기서, 상기 광학소자의 입사면과 출사면이 임의로 형성될 수 있고 임의로 서로에 대해 배향될 수 있다. 또한, 상기 광학소자로 입사하는 전자기적 광선 및, 상기 광학소자로부터 출사하는 전자기적 광선은 자체의 특성, 예를 들어, 세기, 방향, 파장, 편광, 및 코히런스 길이에 관한 특성으로 구분될 수 있다.
상기 광학소자의 또 다른 실시예에서, 상기 광학소자는 특히, 광선 휨(bending) 광학소자, 광선굴절 광학소자, 반사경, 파장전환기, 하우징, 하우징의 부분, 캡슐부(encapsulation), 캡슐부의 부분 또는 이의 조합이다.
상기 광학소자의 또 다른 실시예에서, 상기 광선굴절 광학소자는 구면렌즈, 비구면렌즈, 원통형 렌즈 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈이다.
본 발명의 실시예의 주제는 또한, 본 발명에 따른 방법에 따라 획득가능한 광학소자, 및 광전자소자를 포함하는 장치이다. 특히, 상기 광학소자는 광전자소자에 의하여, 상기 광학소자의 적어도 일부가 상기 광전자소자의 광선 경롱 내에 존재하도록 배치된다. 여기서, 상기 광학소자는 상기 광전자소자를 적어도 부분적으로 둘러싸는 형태를 갖는다. 이에 따라, 특히, 상기 광학소자는 상기 광전자소자를 적어도 부분적으로 캡슐화할 수 있다. 여기서, 상기 광전자소자는 기판 위에 배치될 수 있고, 이때, 상기 광학소자는 상기 기판의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 장치의 또 다른 실시예에서, 상기 장치는 표면실장가능한 형태를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 광학소자를 갖는 광선방출 반도체 소자의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 광학소자를 갖는 광선방출 반도체 소자의 또 다른 개략도이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 또 다른 개략도이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 또 다른 개략도이며,
도 6은 광학소자를 포함한 장치의 또 다른 개략도이며,
도 7a 내지 도 7e는 광학소자를 포함한 장치의 제조방법의 또 다른 개략도이며,
도 8은 광학소자를 포함한 장치의 또 다른 개략도이며,
도 9는 광학소자에 사용되는 몇 가지 물질의 노화안정성을 측정한 그래프이다.
본 발명의 또 다른 장점 및 바람직한 실시예들은 이하 도 1 내지 도 8에서 설명된 실시예들과 관련하여 발생한다.
실시예들 및 도면에서, 동일하거나 동일하게 작용하는 부재들은 도면에서 동일한 참조부호를 갖는다. 도시된 부재들 및 그 치수비율은 기본적으로 정확한 치수로 볼 수 없으며, 오히려 보다 양호한 도식 및 이해를 위해 부분적으로 과장되어 크게 도시될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 광학소자(1)가 기판(3) 위에 배치된 반도체 칩(2) 위에 배치된다. 상기 광학소자(1)에서 소위 포물형 집광기(CPC; Compound Parabolic Concentrator)가 중요하다.
본 발명에 따른 실시에는 물론, 렌즈, 확산렌즈, 반사경과 같은 광학소자 또는 일반적으로 모든 종류의 광학소자를 포함한다.
본 발명에 따른 방법으로 상기 광학소자를 제조함으로써, 일반적으로 모든 광학소자의 제조에 실리콘 경화재를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 실리콘 경화재의 노화안정성의 장점을 명백히 개선된 형태안정성에 연관시키는 광학소자를 제조할 수 있는 가능성을 제공한다.
도 1에 도시된, 광선방출 반도체 소자의 실시에에서, 소위 COB(Chip-On-Board-Montage)가 중요하다.
여기서, 상기 반도체 칩(2)은 종래기술에 따른 발광 다이오드 칩이거나 또한 박막 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 광학소자(1)는 다수의 기능을 수행할 수 있다. 상기 광학소자(1)는 광선형성에 사용될 수 있지만 상기 반도체 칩의 발광 스펙트럼의 변형에도 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 광학소자(1)의 몰딩 화합물에는 소위 전환물질이 혼합된다. 상기 전환물질은, 예를 들어, 다색 광원, 특히, 백색 광원의 인상을 발생시키기 위해서, 단파장 광선의 소정의 부분을 장파장 광선으로 이전하는 발광물질 안료 분말일 수 있다.
또 다른 광학소자는 타원형 집광기(CEC: Compound Elliptic Concentrator) 또는 쌍곡선 집광기(CHC: Compound Hyperbolic Concentrator)일 수 있다. 이러한 소자는 반사측벽을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 집광기의 입사면과 출사면은 임의의 기하학적 형태를 가질 수 있는데, 특히, 타원형, 원형, 정사각형, 및 사각형의 규칙적이거나 불규칙적인 형태를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 집광기는 상기 반도체 칩과 이의 주요 방사방향에 대해 후치되는데, 즉, 상기 집광기는 상기 반도체 칩의 광학 광선 경로 내에 존재한다.
상기 반도체 칩(2)은 상기 광학소자(1)가 배치되는 프레임에 의해 추가로 둘러싸일 수 있다. 상기 프레임은 상기 광학소자(1)를 고정하거나 상기 광학소자(1)를 칩 분리면에 대해서 조정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 또 다른 실시예를 나타낸다. 상기 반도체 소자에서, 반도체 칩(2)은 기판(3) 위에 배치된다. 상기 반도체 칩(2)에는 본 발명에 따른 광학소자(12)가 후치된다. 상기 광학소자(12)에서, CPC 렌즈의 효과와 유사한 렌즈가 중요하다. 상기 렌즈는 비교할만한 효율을 가지고 간단해진 제조에 의하여 특징지워진다. 원하는 광학특성들은 직선의 측면을 통하여, 아치형으로 굽어진 출사면과의 결합으로 달성된다. 도 2에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 마찬가지로 소위 Chip-on-Board-유닛에 의하여 특징지워진다.
도 3은 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 두 가지 실시예의 개략도를 두 가지 도면(3a, 3b)으로 도시한다. 상기 두 가지 도면(3a, 3b)은, 예비형성된 하우징(4)의 내부에 반도체 칩(2)이 배치되고 오버몰딩된(overmoulded) 영역(5)에 의해 둘러싸이는 점에 있어서 공통적이다. 상기 영역(5)의 오버몰딩은 본 발명에 따른 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 오버몰딩된 영역(5)의 상부에는 렌즈(8 또는 81)가 배치된다. 상기 렌즈(8 또는 81)는 본 발명에 따른 방법단계에서 상기 오버몰딩된 영역(5)과 공통으로 제조되거나 본 발명에 따른 방법에 따라 별도로 제조되고 그리고 나서 상기 오버몰딩된 영역(5) 위에 배치될 수 있다. 렌즈(8 또는 81)의 가능한 예들은 프레넬(Fresnel) 렌즈, 구면렌즈, 비구면렌즈 또는 확산렌즈이다.
도 4는 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 또 다른 두 가지 실시예의 개략도를 두 가지 도면(4a, 4b)으로 도시한다. 제조시, 리드프레임(6) 위에 배치된 반도체 칩(2)은 분사 프레스 방법으로 분사 화합물에 의해 주조되고 다이캐스팅 하우징(몰딩된 패키지)(7)이 발생한다. 이러한 기술은 이미 알려져 있으며, 예를 들어, 오스람(Osram) 회사가 "SmartLED" 또는 "Firefly" 라는 상표 하에 제품을 판 매하고 있다. 지금까지 이러한 제조방법은 실리콘을 포함하지 않는 경화재에 적용될 수 있었다.
본 발명에 따른 방법은 이러한 영역에서 실리콘 경화재의 사용을 가능케한다. 상기 다이캐스팅 하우징(7) 위에 렌즈(82 또는 83)가 배치될 수 있다. 이러한 렌즈(82 또는 83)는 상기 다이캐스팅 하우징(7)과 공통으로 분사 프레스 방법으로 제조될 수 있거나 본 발명에 따른 방법으로 별도로 제조되거나 그리고 나서 상기 다이캐스팅 하우징(7) 위에 배치될 수 있다. 하이브리드 물질을 형성하기 위해 상기 실리콘 경화재를 에폭시 경화재와 혼합함으로써, 상기 리드프레임(6) 또는 상기 기판에서의 상기 몰딩 화합물의 높은 형태 안정성 및 양호한 접합성을 가능케한다. 상기 리드프레임(6)의 자유 연결은 콘택(13)에 의하여 상기 칩(2)에 전기연결된다. 또 다른 전기접속은 칩 하측에서 수행된다.
상기 다이캐스팅 하우징(7) 및 상기 렌즈(82 또는 83)도 전환 또는 발광물질을 포함할 수 있다.
상기 리드프레임(6)은 표면실장가능한, 광선방출 반도체 소자를 형성하기 위해서 S자 형태의 곡률(curvature)을 구비할 수도 있다.
도 4a는 확산렌즈를 포함한 실시예를 나타내고, 도 4b는 구면렌즈를 포함한 실시예를 나타낸다.
도 5에는 본 발명에 따른 광선방출 반도체 소자의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서 소위 출력구조가 중요하며, 여기서, 반도체 칩(2)은 베이스 패키지(9) 위에 배치된다. 상기 반도체 칩(2)은 렌즈(11)가 후치된 오버몰 딩(10)을 구비한다. 출력구조에서, 상기 반도체 칩(2)의 오버몰딩은 높은 광선 세기에 좌우된다. 따라서, 상기 오버몰딩(10)에는 노화안정적이거나 광선안정적인 물질을 사용하는 것이 중요하다. 따라서, 상기 오버몰딩(10)은 바람직하게는 높은 실리콘 경화재 부분을 포함한 몰딩 화합물로 이루어진다. 실리콘 경화재는 노화 및 광선 안정성에 대한 요구를 충족시킨다. 상기 실리콘 경화재의 형태 안정성의 결여는 본 실시예에서 형태안정적인 렌즈(11)의 후치에 의하여 보상된다. 따라서, 상기 렌즈(11)는 상기 오버몰딩(10)을 둘러싸고 이의 형태 안정성을 보장한다. 상기 렌즈(11) 자체가 실리콘 경화재의 부분을 포함하므로, 이의 노화 안정성 및 광선 안정성이 마찬가지로 향상되고, 상기 렌즈(11)와 상기 오버몰딩(10) 사이의 양호한 연결이 발생한다.
상기 오버몰딩(10)이 실리콘 경화재로 형성되고 상기 렌즈(11)가 상기 실리콘/에폭시-하이브리드 물질이 형성될 수 있으므로, 본 실시예에서 상기 오버몰딩과 상기 렌즈의 굴절률 차이가 감소된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 광학소자(21)가 리드프레임(6) 위에 배치된 광전자소자(2)를 둘러싸도록 상기 광학소자(21)는 본 발명에 따른 방법에 의하여 분사 프레스 방법으로 전구산물로부터 형성된다. 상기 광학소자(21)에 의해 둘러싸인 상기 리드프레임(6)의 S자 형태 곡률에 의하여, 상기 광학소자(21)를 이용한 상기 리드프레임(6)의 기계적인 고정이 발생한다. 상기 장치는 표면실장가능한 소자를 형성한다.
상기 전구산물에는, 상기 분사 프레스 방법으로 광학소자(21)를 형성하기 이 전에 내부 형태분리제가 혼합될 수 있으므로, 상기 성형 공정 이후에 형성과정이 수월해진다.
상기 광학소자는 예를 들어, 대략 1.3mm +/- 0.1mm의 길이, 대략 0.8mm +/- 0.1mm의 폭, 및 대략 0.3mm +/- 0.1mm의 높이를 갖는다. 대안적으로, 상기 광학소자는 예를 들어, 대략 1.7mm +/- 0.1mm의 길이, 대략 0.8mm +/- 0.1mm의 폭, 및 대략 0.65 +/- 0.05mm의 높이를 갖는다. 상기 광학소자는 예를 들어, 수직선(30)에 대해서 5도 내지 7도의 각도(31, 32)를 갖는 측벽(22, 23)에서의 경사도 포함할 수 있다. 상기 경사는 예를 들어, 상기 분사 프레스 방법에 따라 형성을 수월하게 할 수 있다. 대안적으로, 상기 각도는 0도일 수도 있다.
상기 광전자소자에서, 본딩 와이어(13)에 의하여 상기 기판에 대해 전향한 측면과 접촉하는 LED 칩이 중요하다. 예를 들어, 470nm의 발광 최대값을 갖는 InGaN 계열 LED 칩이 중요하다. 예를 들어, YAG:Ce계열의 하이브리드 물질 또는 전구산물에 대한 파장전환물질의 혼합에 의하여 냉간 백색 내지 열간 백색의 발광 인상을 얻을 수 있다. 특히, 상기 광학소자로부터 발생하는 상기 장치의 광선은 예를 들어, CIE 1931에 따른 색상위치 좌표(x=0.30, y=0.28)를 갖는 백색 색상 인상을 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 광학소자로부터 발생하는 상기 장치의 광선은 예를 들어, CIE 1931에 따른 색상위치 좌표(x=0.32, y=0.31)를 갖는 백색 색상 인상을 가질 수 있다.
대안적으로, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 파장전환물질이 혼합되지 않는다. 여기서, 상기 광학소자로부터 발생하는 광선은 예를 들어, 상기 LED 칩으로부터 방출된 청색 광선(470nm)을 포함한다. 또한, 상기 장치는 예를 들어, 상기 기판에 대해 전향한 상기 광학소자의 측면 위에서 130도 내지 170도 범위내의 방사각도를 갖는다.
도 7a 내지 도 7d에 따른 실시예에서, 본 발명에 따른 방법 수행중에 광학소자가 광전자소자를 포함한 기판에 의하여 배치된다.
여기서, 도 7a는 다수의 광전자소자(2)가 방향(100)을 따라서 행(row) 형태로 평행하게 배치되는 기판(6)을 도시한다. 상기 기판(6)에서, 예를 들어, 리드프레임이 중요하다. 상기 광전자소자(2)에서, 상기 리드프레임(6) 위에, 예를 들어, 0.6mm의 거리(101) 간격으로 규칙적으로 이격되어 배치되는 LED 칩이 중요하다. 상기 발광 다이오드는 예를 들어, 대략 0.4mm 미만의 행방향(100)에서 에지 길이(102)를 갖는다. 기판 위에 배치된 LED 칩의 수는 사용된 성형도구에 따라 좌우되며 예를 들어, 26개일 수 있다(도시되지 않음). 상기 리드프레임은 예를 들어, 상기 행방향(100)에 대해 수직으로 대략 2.3mm의 폭을 갖는다.
도 7b에 도시된 또 다른 방법 단계에서, 상기 발광 다이오드(2)를 포함한 상기 리드프레임(6)은 분사 프레스 도구의 캐비티(40) 안에 배치된다. 여기서, 상기 분사 프레스 도구는 예를 들어, 상기 캐비티(40)를 둘러싸는 적어도 두 개의 부분(41, 42)을 포함한다. 상기 캐비티(40)는 형성할 광학소자의 형태를 갖는데, 특히, 상기 LED 칩(2) 상부의, 상기 기판(6)에 대해 전향한, 상기 캐비티(40)의 측면 위에 배치된 영역(43)도 포함한다. 상기 영역(43)은 예를 들어, 길이에 따라서 절개된 원통의 형태에 따라서 형성되며 대략 0.225mm의 직경을 가진다. 주형장 치(45)에 의하여, 액체화된 전구산물이 상기 캐비티(40) 안에 삽입된다. 상기 전구산물은 상기 캐비티(40) 안에서 적어도 부분적으로 경화되며, 바람직하게는, 상기 전구산물은 경화된 하이브리드 물질로 경화되는데, 여기서, 상기 광학소자가 형성된다. 상기 전구산물은 내부 형태분리제를 포함한다. 상기 내부 형태분리제에 의하여, 상기 경화공정 이후에 상기 분사 프레스 도구의 부분들(41, 42)로 이루어진 광학소자의 형성이 수월해진다.
상기 분사 프레스 도구의 부분들(41, 42) 사이의 연결면(44)에서 상기 분사 프레스 도구를 개방함으로써, 도 7c에 따른 LED 칩(2)을 포함한 상기 리드프레임(6)에 형성된 상기 광학소자(21)로 이루어진 장치가 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물의 경화 이후에 제거될 수 있다. 여기서, 상기 장치는 LED 칩(2)이 존재하지 않는 영역(51)을 포함하고, 각각 LED 칩이 존재하는 영역(54)을 포함한다. 여기서, 상기 광학소자(21)는, 상기 LED 칩(2) 상부의, 상기 기판에 대해 전향한 측면 위의 장치의 영역(54)으로 상기 길이에 따라서 절개된 원통의 형태에 따른 영역(50)을 포함한다. 상기 영역(51) 안에는 상기 영역(54)의 분리가 수행될 수 있다. 상기 분리에 의하여, 각각의 영역(54)은 측면(52)을 포함한다. 예를 들어, 0.2mm의 톱질(쏘잉) 폭을 갖는 영역(51)으로의 쏘잉에 의하여 분리가 수행될 수 있다.
상기 분리에 의하여, 상기 분리된 영역(54)으로부터, 광학소자(21)와 함께 형성된 리드프레임(6) 위의 LED 칩(2)을 포함하는 도 7d 및 도 7e에 따른 장치가 발생한다. 여기서, 도 7d는 상기 장치의 전면도이고, 도 7e는 이의 측면도이다. 상기 장치는 예를 들어, 대략 0.4mm x 2.3mm의 베이스 면과, 대략 0.5mm 내지 0.7mm의 높이를 가진다. 상기 광학소자(21)는 상기 분리에 의하여 발생된 측면(52)과, 상기 길이에 따라서 절개된 원통의 형태에 따른 굽어진 영역(50)을 포함한다. 상기 굽어진 영역(50)에 의하여 예를 들어, 상기 개선된 분리 또는 상기 LED 칩(2)으로부터 발생한 광선의 초점화가 수행될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에서, 광학소자(21)가 LED 칩(2)을 포함한 기판(60)에 형성된다. 상기 기판(2)에서, 인쇄회로기판(PCB)이 중요하다. 상기 광학소자(21)는 수월한 형성을 위한 호일(foil)의 사용(호일 몰딩) 하에서 분사 프레스 방법에 의하여 상기 기판(60)과 상기 LED 칩(2)에 형성될 수 있다. 상기 광학소자(21)의 형성은 다수의 LED 칩에 의하여 인쇄회로기판에서 수행될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(60)의 표면(61)으로 상기 광학소자(21)를 접합하는 것을 향상하기 위해서, 상기 분사 프레스 방법 이전에 상기 표면은 화염 규산화에 의하여 처리될 수 있다 상기 광학소자를 형성한 후에, 상기 장치는, LED 칩에 의하여 인쇄회로기판에 형성되는 광학소자를 포함하는 장치로 분리될 수 있다. 상기 광학소자는 상기 분리공정 이후에 예를 들어, 1.1mm 내지 1.3mm의 길이, 0.55mm 내지 0.65mm의 폭, 및 0.3mm 내지 0.7mm의 높이를 가진다.
예를 들어, 상기 LED 칩에서, 470nm의 발광 최대값을 갖는 InGaN계열 LED 칩이 중요하다. 예를 들어, YAG:Ce계열 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에 대한 파장전환물질의 혼합에 의하여, 상기 광학소자로부터 발생하는 상기 장치의 광선이 예를 들어, 200mcd의 발광세기를 갖는 CIE 1931에 따른 색상위치 좌 표(x=0.30, y=0.28)를 갖는 백색 색상 인상을 갖는다. 여기서, 상기 LED 칩은, 상기 광선 방출이 상기 표면(61)에 대해 평행하게 수행되도록 선택될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에는 광학소자에 사용되는 몇 가지 물질의 노화안정성에 대한 측정이 그래프로 도시되어 있다. 이를 위해, 405nm 파장, 20 마이크로미터의 광선 직경, 및 1mm 두께의 광학소자를 통한 투과 이후 25mW의 출력성능을 갖는 레이저 광선의 광 세기가 광검출기(photodetector)에 의하여 측정되었다. 상기 그래프의 수평축 위에는 분 단위의 시간이 배치되고, 수직축 위에는 상기 측정된, 투과된 광 세기가 광 전류의 단위로 배치된다. 측정(91, 92)에는 통상적인 에폭시 경화재가 사용되는 반면에, 측정(93, 94, 95)에는 본 발명에 따른 하이브리드 물질로 제조된 광학소자들이 사용되었다. 상기 레이저의 광선 작용에 의하여 지속적인 노화, 예를 들어, 약간 투과된 광 세기로 경사지는 광학소자의 누렇게(허옇게) 된 형태의 지속적인 노화가 수행된다. 완전히 투명한 광학소자는 300 마이크로암페어의 광 세기에 대해 가정되었고, 50 마이크로암페어 미만의 광 세기에 대해 완전한 노화가 가정되었다. 상기 측정(93, 94, 95)에 따른 광학소자는 광선유도된 노화와 관련하여, 상기 측정(91, 92)에 따른 광학소자보다 큰 노화안정성을 나타낸다.
Claims (72)
- 사출성형공정을 이용한 광학소자 제조방법으로서,4.5Pas 내지 20Pas의 점도를 갖는 실리콘 경화재가 몰딩 화합물(moulding compound)로 사용되고,상기 광학소자는 성형도구의 캐비티 내에서 몰딩되어 형성되고,상기 광학소자는 상기 성형도구로부터 제거되기 용이하도록 호일(foil)을 사용하여 기판 및 LED 칩 상에 몰딩되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항에 있어서,사출성형공정의 공정온도는 130℃ 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,사출성형공정의 분사압력은 50bar 내지 100bar인 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 왁스계 물질 또는 장쇄 카본산을 포함한 금속비누와 같은, 이격 또는 분리를 위한 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 적어도 하나의 전환물질을 포함하고,상기 전환물질은 유기 또는 무기발광물질 또는 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 적어도 하나의 전환물질을 포함하고,상기 전환물질은 YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce, GdYAG:Ce 또는 GdTbYAG:Ce 또는 이로부터 형성된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 몰딩 화합물에는 굴절률 향상을 위한 첨가제가 첨가되며,상기 첨가제는 유리 입자, TiO2, ZrO2, αAl2O3, 또 다른 금속산화물 또는 갈륨질화물을 포함하는 비산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 방법에서 주기는 30초 내지 2분인 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 삭제
- 광선방출 반도체소자 제조방법으로서,트랜스퍼 몰딩 공정에서, 4Pas 내지 35Pas의 점도를 갖는 에폭시 경화재, 또는 30% 내지 80%의 에폭시 경화재의 혼합물을 포함하고 0.9Pas 내지 12Pas의 점도를 갖는 실리콘 경화재를 포함하는 몰딩 화합물이 사용되고,광학소자가 성형도구의 캐비티 내에서 몰딩되어 형성되고,상기 광학소자는 상기 성형도구로부터 제거되기 용이하도록 호일을 사용하여 기판 및 LED 칩 상에 몰딩되는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항에 있어서,트랜스퍼 몰딩 공정의 공정온도는 130℃ 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,트랜스퍼 몰딩 공정의 분사압력은 50bar 내지 100bar인 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 왁스계 물질 또는 장쇄 카본산을 포함한 금속비누와 같은, 이격 또는 분리를 위한 혼합물과 혼합되는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 적어도 하나의 전환물질을 포함하고,상기 전환물질은 유기 또는 무기발광물질 또는 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 몰딩 화합물은 적어도 하나의 전환물질을 포함하고,상기 전환물질은 YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce, GdYAG:Ce 또는 GdTbYAG:Ce 또는 이로부터 형성된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 몰딩 화합물에는 굴절률 향상을 위한 첨가제가 첨가되며,상기 첨가제는 유리 입자, TiO2, ZrO2, αAl2O3, 또 다른 금속산화물 또는 갈륨질화물을 포함하는 비산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 방법에서 주기는 2분 내지 8분인 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서,상기 트랜스퍼 몰딩 공정을 위해, 3분 내지 5분의 경화시간이 사용되는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제10항 또는 제11항에 있어서,반도체 칩의 오버몰딩(overmoulding)이 예비형성된 LED 패키지 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제22항에 있어서,상기 오버몰딩에 대해서 광학소자가 후치하는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 제23항에 있어서,반도체 칩이 실리콘 경화혼합물에 의하여 베이스 패키지 위에 오버몰딩되는 것을 특징으로 하는 광선방출 반도체소자 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 광학소자 제조방법에 있어서,상기 광학소자는 하이브리드 물질을 포함하는 물질로 제조되며,상기 하이브리드 물질은,- 제1 요소로서 적어도 하나의 실리콘 그룹을 포함하는 화합물을 포함하고,- 기능적 그룹이 에폭시 그룹, 이미드 그룹 및 아크릴레이트 그룹으로부터 선택되는 화합물을 제2 요소로서 포함하고,- 전구산물(preproduct)이 예비경화되며, 상기 전구산물은 실온에서 고체이고,- 상기 광학소자는 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물로부터 형체로서 형성되고,- 상기 형체는 성형 프레스, 분사 프레스, 다이 캐스팅으로부터 선택된 방법을 사용하여 형성되고,- 상기 형체는 성형도구의 캐비티 안에 형성되고,- 상기 캐비티의 표면 상에 적어도 부분적으로 호일이 부착되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항에 있어서,상기 소자는 상기 하이브리드 물질로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,코폴리머(copolymer)로 가공될 모노머(monomer)를 제1 및 제2 요소로서 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,제1 및 제2 요소로서 폴리머를 포함하고 폴리머 혼합물로 가공될 하이브리드 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 제2 요소는 추가적으로 실록산 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 10wt% 내지 90wt%의 실록산 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제32항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 40wt% 내지 60wt%의 실록산 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 실온에서 0.5Pas 내지 200Pas의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 삭제
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 전구산물은 잘게 부숴지는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제36항에 있어서,상기 잘게 부숴진 전구산물은 소정의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 전구산물은 분사 프레스 방법으로 가공되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 전구산물은 150℃에서 1mPas 내지 30Pas의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서,상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물은 경화에 의하여 경화된 하이브리드 물질로 가공되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제43항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 5분보다 짧은 경화시간을 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제43항에 있어서,상기 경화된 하이브리드 물질은 60 쇼어(shore) 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 광학소자 제조방법에 있어서,성형공정에서, 상기 광학소자는 하이브리드 물질을 포함하는 물질로 제조되며,상기 하이브리드 물질은:- 제1 요소로서 적어도 하나의 실리콘 그룹을 포함하는 화합물을 포함하고,- 기능적 그룹이 에폭시 그룹, 이미드 그룹 및 아크릴레이트 그룹으로부터 선택되는 화합물을 제2 요소로서 포함하고,상기 제조방법은:a) 예비경화에 의하여 상기 하이브리드 물질로부터 획득된 전구산물을 액체상태 또는 반죽한 것 같은 상태로 이전하는 단계;b) 상기 a)단계로부터의 전구산물을 성형도구의 캐비티로 도입하는 단계로서, 상기 캐비티는 제조되는 광학소자의 형태를 갖고, 성형공정 전에 상기 성형도구의 캐비티의 표면 상에 적어도 부분적으로 호일이 배치되는, 도입 단계; 및c) 상기 전구산물을 고체의 하이브리드 물질로 경화하는 단계로서, 상기 광학소자는 상기 캐비티의 형태에 상응하는 형태로 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항에 있어서,상기 a)단계 이전에,a1) 상기 하이브리드 물질을 실온에서 고체의 전구산물로 예비경화하는 단계;a2) 상기 고체의 전구산물을 분말 또는 미립(granule) 형태의 상태로 잘게 부수는 단계; 및a3) 상기 잘게 부숴진 전구산물을 콤팩트한 형태로 이전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 삭제
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 호일은 상기 캐비티의 표면의 적심(wetting)을 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에 의하여 방지하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 내부 형태분리제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 파장전환물질이 첨가되며,상기 파장전환물질은 YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAG:Ce, GdYAG:Ce, GdTbYAG:Ce, 질화물 또는 실리케이트 또는 이로부터 형성된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에는 굴절률 향상을 위한 물질이 첨가되며,상기 물질은 상기 하이브리드 물질에 화학적으로 결합되며, 산화물 또는 입자(particle) 또는 이의 조합으로 존재하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제52항에 있어서,상기 굴절률 향상을 위한 물질은 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물에 화학적으로 결합한 타이탄, 지르콘 또는 황을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제52항에 있어서,상기 굴절률 향상을 위한 물질에는, TiO2, ZrO2 및 αAl2O3 를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 산화물이 첨가되거나, 갈륨질화물을 포함하는 비산화물이 첨가되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제54항에 있어서,상기 굴절률 향상을 위한 물질에는 유리 입자가 혼합되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 광학소자에 의하여 적어도 하나의 광전자소자가 기판 위에서 캡슐에 싸여지는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물을 경화하는 중에 광전자소자가 기판 위에서 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제57항에 있어서,상기 광전자소자는 기판 위에서 상기 성형도구의 캐비티 안에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제56항에 있어서,광전자소자로서 광선방출 반도체 칩이 사용되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제59항에 있어서,작동시 광선을 방출할 수 있는 광선방출 반도체 칩이 사용되며,상기 광선은 녹색 파장영역으로까지의 자외선 내의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제56항에 있어서,리드프레임, 인쇄회로기판(PCB), 가요성 물질계열 구조 또는 세라믹계열 구조를 포함하는 기판이 사용되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제56항에 있어서,상기 성형공정 이전에 상기 기판 또는 상기 광전자소자의 적어도 부분은, 상기 하이브리드 물질 또는 상기 전구산물로의 접합을 향상시키는 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제62항에 있어서,상기 물질은 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제62항에 있어서,상기 코팅은 화염 규산화에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제46항 또는 제47항에 있어서,다수의 광학소자가 제조되며,상기 다수의 광학소자는 이어서 분리되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
- 제65항에 있어서,상기 분리는 절개(cutting), 쏘잉(sawing), 카빙(carve), 차단(break) 또는 연마(polishing)에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 광학소자 제조방법.
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