KR101278361B1 - 발광소자의 패키징 방법 및 패키징된 발광소자 - Google Patents

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Abstract

반사 공동 안에 위치된 반도체 발광소자를 패키징하는 방법이 제공된다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 그 안에 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스되고, 반사 공동 안의 제1 분량의 인캡슐런트가 큐어링된다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 상기 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스된다. 디스펜스된 제2 분량의 인캡슐런트 물질 위로 반사 공동 안에서 렌즈가 위치된다. 상기 디스펜스된 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 반사 공동 안에 렌즈를 부착시키기 위하여 큐어링된다.

Description

발광소자의 패키징 방법 및 패키징된 발광소자{METHODS FOR PACKAGING A LIGHT EMITTING DEVICE AND PACKAGED LIGHT EMITTING DEVICES}
본 발명은 반도체 발광소자 및 그를 위한 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 발광소자의 패키징 및 패키징 방법에 관한 것이다.
본 출원의 청구항들은 2004년 3월 31일 제출된 "Methods for Packaging a Light Emitting Device" 라는 제목의 미국 예비 특허출원 번호 60/557,924의 이익과 우선권을 주장하며, 그 개시내용이 전부가 설명된 것처럼 참조에 의하여 여기에 통합된다.
발광소자에 의해 방출되는 빛에 대한 보호, 색 선택, 포커싱 등을 제공할 수 있는 패키지에 있는 반도체 발광소자 타입의 광원을 제공하는 것이 알려져 있다.
예를 들면, 발광소자는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 전력 LED를 광원으로서 사용하기 위하여 패키징하는 동안 여러가지 문제들을 만날 수 있다. 그와 같은 가능한 문제들의 예들이 도 1 및 도 2의 전력 LED의 단면도와 관련하여 기술될 것이다. 도 1 및 도 2에 보이는 바와 같이, 전력 LED 패키지(100)는 일반적으로 그 위에 발광소자(103)가 실장되는 기판(102)을 포함한다. 발광소자(103)는, 예를 들면, 기판(102)에 실장된 LED 칩/서브마운트 어셈블리(103b) 및 LED 칩/서브마운트 어셈블리(103b) 위에 위치한 LED(103a)를 포함한다. 기판(102)은 패키지(100)를 외부 회로에 연결하기 위한 선(trace)이나 금속 리드를 포함할 수 있다. 기판(102)은 또한 동작 중 LED(103)으로부터 열을 전도하여 밖으로 내보내는 히트 싱크(heat sink)로서 작용할 수 있다.
리플렉터 컵(104)과 같은 리플렉터가 기판(102)에 실장되어 발광소자(103)를 감쌀 수 있다. 도 1에 도시된 리플렉터 컵(104)은 LED(103)에 의해 생성된 빛을 LED 패키지(100)로부터 위로 멀리 반사하기 위한 경사진 하부 측벽(106)을 포함한다. 도시된 리플렉터 컵(104)은 또한 렌즈(120) 및 수평 쇼울더 부분(108)을 지지하기 위한 틀로서 작용할 수 있는 위로 확장된 벽(105)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자(103)가 기판(102) 위에 실장된 후에 액체 실리콘 젤과 같은 인캡슐런트 물질(112)이 리플렉터 컵(104)의 내부 반사 공동(115)으로 디스펜스된다. 도 1에 도시된 내부 반사 공동(115)은 기판(102)에 의해 한정되어 그 안에 액체 인캡슐런트 물질(112)을 담을 수 있는 닫힌 공동을 제공한다. 더 나아가 도 1에 보이는 바와 같이, 인캡슐런트 물질(112)이 공동(115) 안에 채워졌을 때, 오목한 면을 형성하면서 리플렉터 컵(104)의 측벽(105)의 내부를 타고 높아질 수 있다.
도 2에 보이는 바와 같이, 그 후 렌즈(120)가 인캡슐런트 물질(112)와 접촉하면서 반사 공동(115)으로 놓여질 수 있다. 렌즈(120)가 공동(115)에 놓여질 때 액체 인캡슐런트 물질(112)이 대체되어 렌즈(120)와 측벽(105) 사이의 갭(117)을 통하여 이동할 수 있다. 인캡슐런트 물질은 따라서 렌즈(120)의 상부 표면 위로 및/또는 리플렉터 컵(104)의 측벽(105)의 상부 표면 위로 이동될 수 있다. 짜내기(squeeze out)라고 불릴 수 있는 이러한 움직임은 일반적으로 몇가지 이유에서 바람직하지 않다. 도시된 패키징 배치에서, 렌즈 부착 단계 전에 인캡슐런트 물질의 둥근 오목 메니스커스 형태가 큐어링되지 않으면 렌즈는 하부의 면에 얹혀질 것이다. 이것은 렌즈가 열 싸이클링 동안 부유하지 않도록 하고 다른 표면에 대한 인캡슐레이션의 갈라짐을 통하거나 또는 갈라짐 내에서의 응집 실패를 통한 파손을 야기할 수 있으며, 이들은 모두 광출력에 영향을 끼칠 수 있다. 인캡슐런트 물질 또는 젤은 일반적으로 점착성이 있으며 부품을 제조하는데 사용되는 자동화된 공정 장치에 해가 될 수 있다. 더 나아가, 젤은 예를 들면, 빛의 분배 패턴을 바꾸거나 및/또는 렌즈(120)의 일부를 차단함으로써 렌즈(120)로부터의 빛의 출력을 방해할 수 있다. 점착성의 젤은 또한 먼지나 티끌 및/또는 LED 패키지(100)로부터 빛의 출력을 막거나 감소시킬 수 있는 다른 오염물질을 끌어당길 수 있다. 젤은 또한 유효한 렌즈의 모양을 바꿀 수 있고, 이것은 방출되는 빛의 패턴/빔 형상을 변경할 수 있다.
렌즈(120)의 배치 후에, 패키지(100)는 통상 열-경화되고, 이것은 인캡슐런트 물질(112)이 굳어서 렌즈(120)에 고착되도록 한다. 따라서 렌즈(120)는 경화된 인캡슐런트 물질(112)에 의해 위치가 고정될 수 있다. 그러나, 경화에 의해 약간 수축되는 인자를 갖는 실리콘 젤과 같은 인캡슐런트 물질은 일반적으로 열경화 공정 동안 수축되는 경향이 있다. 덧붙여, 열팽창계수(CTE: coefficient of thermal expansion)의 효과는 일반적으로 높은 온도에서 렌즈가 더 많이 부유하도록 한다. 냉각되는 동안, 부품들은 층으로 갈라지는 경향이 있다. 도 2에 도시된 렌즈(120) 아래의 인캡슐런트 물질의 부피가 비교적 크기 때문에, 이 수축은 경화 공정 동안 인캡슐런트 물질(112)을 발광소자(103), 기판(102)의 표면, 리플렉터 컵(104)의 측면(105) 및/또는 렌즈(120)를 포함하는 패키지(100)의 일부로부터 층상으로 갈라지게(떨어지게) 할 수 있다. 층상 갈라짐은 광학적 성능, 특히 층상 갈라짐이 전반사를 야기할 수 있는 다이로부터인 경우 상당한 영향을 줄 수 있다. 이 수축은 인캡슐런트 물질(112)과 발광소자(103), 렌즈(120), 및/또는 리플렉터 컵(104) 사이의 갭(gap) 또는 보이드(void)(113)를 생성할 수 있다. 인캡슐런트 물질(112)에서 수축으로 인한 세-축 상의 스트레스(tri-axial stress)는 또한 인캡슐런트 물질(112)에서 응집성 틈(113')을 생성할 수 있다. 이 갭(113) 및/또는 틈(113')은 발광소자 패키지(100)에 의해 방출되는 빛의 양을 상당히 감소시킬 수 있다. 상기 수축은 또한 (리플렉터의) 틈으로부터 또는 (다이/서브마운트의) 하부 소자로부터 에어 포켓을 뽑아낼 수 있고, 이것은 광학 공동(optical cavity)의 성능을 방해할 수 있다.
램프의 동작 중에, 발광소자(103)로부터 많은 양이 열이 생성될 수 있다. 많은 양의 열은 각각 패키지(100)를 위한 히트 싱크로서 작용할 수 있는 기판(102)과 리플렉터 컵(104)에 의해 흩어진다. 그러나 패키지(100)의 온도는 여전히 동작 중 상당히 증가할 수 있다. 실리콘 젤과 같은 인캡슐런트 물질(112)은 통상 높은 열팽창계수를 갖는다. 결과로서, 패키지(100)가 가열될 때, 인캡슐런트 물질(112)은 팽창할 수 있다. 렌즈(120)가 리플렉터 컵(104)의 측벽(105)에 의해 정의되는 틀 안에 실장되므로 인캡슐런트 물질(112)이 팽창하고 수축될 때 렌즈(120)가 측벽(105) 내에서 아래 위로 움직일 수 있다. 인캡슐런트 물질(112)의 팽창은 인캡슐런트 물질을 빈 공간으로 또는 공동의 밖으로 밀어낼 수 있고, 냉각되었을 때, 공동으로 다시 이동할 수 없을 수 있다. 이것은 팽창으로 인하여 인캡슐런트 물질에 박리 현상, 보이드(voids) 형성, 세 축 방향의 큰 변형 및/또는 그와 유사한 현상을 야기할 수 있고, 이것은 덜 튼튼한 발광소자를 만들 수 있다. 이러한 렌즈의 움직임은 예를 들면, 미국 특허 출원 공개번호 2004/0041222에 더 기술되어 있다. 측벽(105)은 기계적인 쇼크 및 스트레스로부터 렌즈(120)를 보호하는 것을 또한 도울 수 있다.
반도체 발광소자의 패키징에 있어서 패키징의 틈이나 갈라짐을 방지하고 광학적 성능을 향상시킨다.
본 발명의 실시예들은 반도체 발광소자를 패키징하는 방법을 제공하며, 여기서 발광소자는 반사 공동(reflective cavity)의 바닥 표면 위에 마운트될 수 있다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스되고, 반사 공동 안의 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 큐어링된다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스된다. 반사 공동 안에서 디스펜스된 제2 분량의 인캡슐런트 물질 위에 렌즈가 위치된다. 반사 공동 안에 렌즈를 부착하기 위하여 디스펜스된 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 큐어링된다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 제1 분량의 인캡슐런트 물질을 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스하는 단계는, 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분 및 제2 부분을 디스펜스하는 것을 포함한다. 제1 부분은 발광소자의 높이를 넘는 레벨로 반사 공동을 채우지 않고 발광소자를 충분히 적신다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제2 부분이 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분 위로 디스펜스된다.
본 발명의 더 나아간 실시예들에서, 제1 분량의 인캡슐런트 물질을 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스하는 단계는, 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분 및 제2 부분을 디스펜스하는 것을 포함한다. 제1 분량의 제1 부분은 인캡슐런트 물질 내에 어떠한 에어 포켓도 형성하지 않고 발광소자를 실질적으로 커버하기에 충분하다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제2 부분이 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분 위로 디스펜스된다. 제2 부분은 제1 부분의 약 2배일 수 있다. 제2 분량은 제1 분량의 제1 부분과 거의 동등할 수 있다. 제1 부분은 약 250 마이크론의 높이까지 반사 공동을 채우기에 충분하다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 인캡슐런트 물질의 제1 분량을 큐어링하는 단계는, 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제2 부분을 디스펜스하기 전에 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분을 큐어링하는 것을 포함한다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 부분은 형광체를 포함할 수 있고, 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제2 부분은 실질적으로 형광체가 없을 수 있다.
본 발명의 더 나아간 실시예들에서, 발광소자가 반사 공동의 약 중간점에 마운트된다. 인캡슐런트 물질이 발광소자의 직접 위로 디스펜스되지 않도록 인캡슐런트 물질이 공동의 측벽을 향하여 중간점으로부터 떨어진 지점에 디스펜스된다. 다르게는, 인캡슐런트 물질이 발광소자의 직접 위로 디스펜스될 수 있다. 인캡슐런트 물질을 디스펜스하는 단계는 디스펜서의 끝단에 인캡슐런트 물질의 비드(bead)를 형성하고, 디스펜서로부터 비드를 디스펜스하기 위하여, 형성된 비드를 반사 공동 및/또는 발광소자와 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. 인캡슐런트 물질은 실리콘 젤일 수 있다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질은 형광체를 포함할 수 있고, 제2 분량의 인캡슐런트 물질은 실질적으로 형광체가 없을 수 있다. 즉, 각각의 디스펜스는 형광체가 있거나 또는 형광체가 없는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 렌즈를 위치시키는 것은 렌즈가 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질에 접촉할 때까지 렌즈를 반사 공동으로 전진시키는 것을 포함한다. 반사 공동 안에서 렌즈를 위한 원하는 위치를 확립하기에 충분할 정도로 제1 분량의 인캡슐런트 물질을 디스펜스한다. 발광소자는 발광 다이오드(LED)일 수 있다.
본 발명의 더 나아간 실시예들에서, 반도체 발광소자를 패키징하는 방법은 발광소자를 반사 공동의 바닥 표면에 제공하는 것을 포함한다. 발광소자는 바닥 표면에 대하여 높이를 갖는다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스된다. 제1 분량은 발광소자의 높이를 넘는 레벨로 반사 공동을 채우지 않고 발광소자를 충분히 적신다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스될 수 있다. 디스펜스된 인캡슐런트 물질은 큐어링될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 반도체 발광소자를 패키징하는 것은 발광소자를 반사 공동의 바닥 표면에 제공하는 것을 포함한다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스된다. 제1 분량은 인캡슐런트 물질 내에 어떠한 에어 포켓도 형성하지 않고 발광소자를 실질적으로 커버하기에 충분하다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스될 수 있다. 디스펜스된 인캡슐런트 물질은 큐어링될 수 있다. 다른 디스펜스들이 다른 점성도 또는 다른 특성을 갖는 다른 물질들로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 다른 점송도의 물질이 적심 및/또는 메니스커스 형성 목적을 위하여 선택될 수 있다. 디스펜스된 인캡슐런트 물질은 큐어링된다.
본 발명의 더 나아간 실시예들에서, 반도체 발광소자를 패키징하는 것은 제1 굴절률을 갖는 제1 분량의 인캡슐런트 물질을 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스하는 것을 포함한다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질은 큐어링된다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질이 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스된다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질은 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는다. 제1 및 제2 굴절률은 반사 공동에 매몰 렌즈를 제공하도록 선택된다. 제2 분량의 인캡슐런트 물질은 매몰 렌즈를 형성하도록 큐어링된다.
본 발명에 의한 반도체 발광소자의 패키징은 인캡슐런트 물질의 디스펜스를 다중으로 실시하고 볼록 메니스커스를 형성하도록 조절함으로써 패키징의 틈이나 갈라짐을 방지하고 광학적 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 발광소자 패키지를 도시하는 측면 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하는 방법을 도시하는 측면 단면도들이다.
도 4a는 본 발명의 일부 실시예들에 사용되기 적절한 발광소자 패키지를 도시한 상면도이다.
도 4b는 도 4a의 발광소자 패키지를 도시한 측면 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 도시한 상면도이다.
도 5b는 도 5a의 발광소자 패키지를 도시한 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 더 나아간 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 도시한 측면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 도시한 측면 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 더 나아간 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하는 방법을 도시하는 측면 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하는 방법을 도시하는 측면 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 더욱 더 나아간 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하는 방법을 도시하는 측면 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하기 위한 작업을 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하기 위한 작업을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 발광소자를 패키징하기 위한 작업을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 본 발명의 실시예가 보여지는 첨부된 도면을 참조하여 여기에서 더욱 상세하게 기술될 것이다. 그러나 본 발명은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있으며 여기에 설명된 실시예들로만 한정되는 것으로 해석되서는 안된다. 오히려, 이러한 실시예들은 이 개시가 당업자에게 철저하고 완전하며 발명의 범위를 완전히 전달하기 위하여 제공된다. 도면에서 층들과 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 명확성을 위하여 과장될 수 있다. 동일한 숫자는 끝까지 동일한 요소를 지칭한다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 구성요소가 다른 구성요소 "위(on)"에 있다고 언급된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소의 직접 위에 있을 수 있고, 또는 개입하는 구성요소가 또한 존재할 수 있다. 표면과 같은 구성요소의 일부가 "안쪽(inner)"으로 지칭되면, 구성요소의 다른 부분들보다 소자의 바깥쪽으로부터 더 멀리 있는 것으로 이해될 것이다. 더 나아가, "아래의(beneath)" 또는 "위에 있다(overlies)"와 같은 상대적인 용어들은 여기에서 하나의 층 또는 영역이 도면에 도시된 기판 또는 기초층에 대하여 다른 층 또는 영역에 대한 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에 그려진 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포괄하도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 마지막으로, 용어 "직접(directly)"은 개입하는 다른 구성요소들이 없는 것을 의미한다. 여기에 사용된 바와 같이, "및/또는"의 용어는 관련되어 열거된 항목들의 하나 또는 그 이상의 임의의 또는 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2, 등과 같은 용어는 여기에서 여러가지 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 구역을 기술하는데 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 구역은 이러한 용어들에 제한되어서는 안된다. 이러한 용어들은 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 구역을 다른 영역, 층 또는 구역과 구별하기 위하여 사용된다. 따라서 아래에서 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 구역은 본 발명의 가르침을 벗어나지 않고 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 구역으로 불리어질 수 있다.
반도체 발광소자(103)의 패키징을 위한 본 발명의 다양한 실시예들이 여기에서 기술될 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 반도체 발광소자(103)의 용어는 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및/또는 다른 반도체 소자를 포함할 수 있으며, 여기서 다른 반도체 소자는 실리콘, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 반도체 물질을 포함할 수 있는 하나 또는 그 이상의 반도체층과 사파이어, 실리콘, 실리콘 카바이드 및/또는 다른 마이크로전자 기판을 포함할 수 있는 기판 및 금속 및/또는 다른 도전층을 포함할 수 있는 하나 또는 그 이상의 콘택층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자외선, 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드("LED")가 제공될 수 있다. 적색 및/또는 황색 LED가 또한 제공될 수 있다. 반도체 발광소자(103)의 디자인과 제조는 기술분야에 숙달된 이들에게 잘 알려져 있으며 여기에서 상세하게 기술될 필요는 없다.
예를 들면, 반도체 발광소자(103)는 North Carolina, Durham의 Cree. Inc. 에 의하여 제조되고 판매되는 소자들과 같이 갈륨 나이트라이드계의 LED 또는 실리콘 카바이드 기판 위에 제조되는 레이저일 수 있다. 본 발명은 그 기술 내용이 여기에서 상세하게 설명된 것과 같이 참조에 의하여 여기에 통합되는 미국 특허 번호 6,201,262; 6,187,606; 6,120,600; 5,912,477; 5,739,554; 5,631,190; 5,604,135; 5,523,589; 5,416,342; 5,393,993; 5,338,944; 5,210,051; 5,027,168; 5,027,168; 4,966,862 및/또는 4,918,497에 기술된 LED 및/또는 레이저에 대하여 사용되기 적절할 수 있다. 다른 적절한 LED 및/또는 레이저들이 Light Emitting Diodes Including Modifi cations for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor 라는 제목의 공개된 미국 특허 공개 번호 US 2002/0123164 A1 뿐만 아니라, 2003년 1월 9일에 공개된, Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice , Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures 라는 제목의 공개된 미국 특허 공개 번호 US 2003/0006418 A1에 기술된다. 더욱더, 그 기술 내용이 여기에서 상세하게 설명된 것과 같이 참조에 의하여 여기에 통합되는, 2003년 9월 9일 제출된 Phosphor - Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor 라는 제목의 미국 출원 일련 번호 10/659,241에 기술된 것과 같은, 형광체가 코팅된 LED가 또한 본 발명의 실시예들에서 사용되기에 적절하다. LED 및/또는 레이저는 발광이 기판을 통하여 일어나도록 작동되도록 만들어질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 예를 들면, 위에서 인용된 미국 특허 공개 번호 US 2002/0123164 A1에서 기술된 바와 같이, 소자의 광출력을 향상시키도록 기판이 패터닝될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 도 3 내지 도 11에 도시된 다양한 실시예들에 관련하여 지금부터 기술될 것이다. 특히, 발광소자(103)를 패키징하는데 사용되는 이중-큐어(double-cure) 인캡슐레이션(encapsulation) 공정의 일부 실시예들이 도 3a으로부터 도 3c에 도시된다. 이러한 이중 큐어 인캡슐레이션 공정은 큐어링 과정에서 인캡슐런트(encapsulant) 물질의 수축에 관련된 문제들을 감소시킬 수 있다. 여기에서 기술될 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에서, 이중 큐어 공정은 3개의 디스펜스(dispense) 실시와 2개의 큐어링 실시를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에서, 그보다 더 많거나 더 적은 디스펜스의 실시와 큐어링의 실시가 또한 사용될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다. 또한 여기에서 더 기술될 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서 또한 다중-디스펜스의 실시를 포함할 수 있으며, 이것은 렌즈를 붙이기 위한 다른 세트의 디스펜스와 큐어링의 실시가 뒤따르는 제1 큐어링의 실시에 이른다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 도시된 실시예들에서 두 인캡슐런트 물질 부분(112, 114)을 포함하는, 제1의 소정의 양(분량)의 인캡슐런트 물질이 공동(115) 안에 디스펜스된다. 인캡슐런트 물질(112, 114)은, 예를 들면, 액체 실리콘 젤, 에폭시 따위일 수 있다. 제1 부분(112)은 발광소자(103), 더욱 상세하게는, 발광소자(103)의 레드(led) 칩/서마운트 어셈블리(101)의 노출된 표면 부분과 기판(102)을 적시도록 디스펜스될 수 있다. 리플렉터 컵(104)의 일부가 또한 초기 디스펜스에 의하여 젖을 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 부분(112)으로서 디스펜스된 인캡슐런트 물질의 분량은 발광소자(103)의 높이를 넘는 레벨로 반사 공동(reflective cavity)을 채우지 않고 발광소자(103)를 충분히 적신다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 제1 부분(112)으로서 디스펜스된 인캡슐런트 물질의 분량은 인캡슐런트 물질(112) 내에 어떠한 에어 포켓도 형성하지 않고 발광소자(103)를 실질적으로 커버하기에 충분하다.
도 3a에 보이는 바와 같이, 발광소자는 반사 공동(115)의 약 중간점(115m)에 위치한다. 인캡슐런트 물질(112)이 발광소자(103) 위에 직접 디스펜스되지 않도록 인캡슐런트 물질은 반사 공동(115)의 측벽(105)을 향하여 중간점(115m)으로부터 떨어진 지점(115d)에 디스펜서(200)으로부터 디스펜스된다. 발광소자(103) 위에 직접 인캡슐런트 물질(112)을 디스펜스하는 것은 인캡슐런트 물질(112)이 발광소자(103)의 구조를 위로부터 가로질러 지날 때 버블의 트래핑을 야기할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에서 인캡슐런트 물질(112)은 오프셋 디스펜스에 덧붙여 또는 오프셋 디스펜스 대신에 발광소자(103) 다이의 상부에 디스펜스된다. 인캡슐런트 물질(112)을 디스펜스하는 것은 디스펜서(200)의 끝단에 인캡슐런트 물질(112)의 비드(bead)를 형성하고 디스펜서로부터 비드를 디스펜스하기 위하여, 형성된 비드를 상기 반사 공동(115) 및/또는 발광소자(103)와 접촉하는 것을 포함할 수 있다.
디스펜스에 사용되는 물질의 점도(viscosity) 및/또는 다른 특성은 예를 들면 버블의 형성 없이 적심(wetting)이 일어나도록 선택될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 적심 속도를 빠르게/느리게 하기 위하여 디스펜스 물질에 의하여 접촉되는 면이 코팅될 수 있다. 예를 들면, 극히 미세한 잔여물(microscopic residue)을 남기는 것으로 알려진 클리닝 공정을 사용하여 선택된 표면들이 처리될 수 있으며, 따라서 적심 작용의 힘을 강화하기 위하여 사용될 수 있다.
공동(115)을 한정하는 리플렉터 컵(104)의 안쪽 표면, 발광소자(103) 및 인캡슐런트 물질(112)의 표면 특성에 기인하여 디스펜스된 인캡슐런트 물질(112)은, 공동(115)의 중간점(115m)으로부터 떨어진 지점(115d)로부터 디스펜스되더라도, 인캡슐런트 물질(112) 안에 여전히 버블을 야기하는 방식으로 공동(115) 안에서 흐를 수 있다. 특히, 인캡슐런트 물질(112)은 발광소자(103)의 상부에서보다 리플렉터 컵(104)의 안쪽 표면과 발광소자(103)의 측면의 주위에서 더욱 빠르게 이동하는 것으로 예상된다. 그 결과, 측면으로 흐르는 인캡슐런트 물질이 발광소자(103)의 상부를 만나 그위를 흘러감에 따라 공기 흐름을 위한 측면 아웃렛 없이 인캡슐런트 물질이 위로부터 국부적으로 디스펜스될 때, 인캡슐런트 물질이 디스펜스되는 측에 대향하는 공동(115) 측에 버블이 트랩될 수 있다. 따라서, 디스펜스된 인캡슐런트 물질(112)의 제1 부분의 분량은 이러한 버블을 형성하는 위험을 감소하거나 예방하도록 선택될 수 있다. 그렇게, 여기에서 사용된 바와 같이, "실질적으로" 발광소자(103)를 커버링하는 것은 제1 분량의 인캡슐런트 물질(112, 114)의 나머지 부분(114)이 디스펜스되는 때에 그러한 버블이 생기지 않도록 발광소자(103)의 구조를 충분히 커버링하는 것을 의미한다.
처음 디스펜스된 인캡슐런트 물질(112)이 안정된 다음, 인캡슐런트 물질의 제1 예정 분량의 제2 부분(114)이 반사 공동(115)으로 디스펜스된다. 인캡슐런트 물질의 제2 부분(114)은, 본 발명의 일부 특정 실시예들에서 제1 부분(112)의 약 2배이다.
제1 분량의 인캡슐런트 물질(112, 114)의 모두가 디스펜스된 후에, 제1 분량의 인캡슐런트 물질(112, 114)은 인캡슐런트 물질(112, 114)을 굳히기 위하여 예를 들어 열처리에 의하여 큐어링된다. 큐어링 후에, 인캡슐런트 물질(112, 114)의 수축의 결과로서 반사 공동(115) 내에서 인캡슐런트 물질(112, 114)의 레벨은 레벨 114A로부터 레벨 114B로 떨어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제2 부분(114)이 반사 공동(115)으로 디스펜스되기 전에 제1 부분(112)이 큐어링된다. 예를 들면, 패키지(100)로부터 방출되는 빛의 특성에 영향을 끼치기 위하여 인캡슐런트 물질(112, 114)에 형광체, 나노결정, 또는 그와 유사한 광전환(light converting) 물질들을 첨가하는 것이 알려져 있다. 여기에서 개시를 위한 목적으로, 광전환 물질로서 형광체가 인용될 것이다. 그러나, 형광체 대신에 다른 광전환 물질이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 패키지(100)를 위한 원하는 색 스펙트럼 및/또는 색 온도 튜닝에 따라 형광체는 에미터(103b)에 인접하여, 즉, 발광소자(103)의 직접 상부 위에 위치할 때 가장 유리하게 사용될 수 있다. 그러러면 형광체를 제1 부분(112)에는 포함하지 않으면서 형광체를 제2 부분(114)에 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 제1 부분(112)이 제2 부분(114)의 아래에 있기 때문에, 형광체는 제2 부분(114)으로부터 제1 부분(112)으로 가라앉아서, 제2 부분(114)에 형광체를 첨가하는 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서 그러한 가라앉음을 제한하기 위하여 제1 부분(112)에 형광체가 첨가될 수 있고/또는 제2 부분(114)을 디스펜스하기 전에 제1 부분(112)이 큐어링될 수 있다.
다중 디스펜스의 사용은 광변환을 위한 원하는 형태의 형광체 프리폼(preform)/웨이퍼를 첨가할 수 있도록 한다. 덧붙여, 다중 디스펜서는 예를 들면, (다른 굴절률을 갖는 물질의 두 디스펜스 사이의 경계에 의해 형성되는) 매몰 렌즈를 제공하기 위하여 굴절률이 다른 물질을 사용하도록 할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 반사 공동(115) 안에서 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질(112, 114) 위에 제2 분량의 인캡슐런트 물질(116)이 소정의 양으로 디스펜스된다. 본 발명의 일부 특정 실시예들에서 제2 분량(116)은 제1 분량의 인캡슐런트 물질(112, 114)의 제1 부분(112)과 대략 동등하다. 제2 분량(116)은 실질적으로 형광체가 없을 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에서 형광체는 또한 제2 분량(116)에 포함될 수 있다.
도 3c에 보이는 바와 같이, 제2 분량의 인캡슐런트 물질(116)이 큐어링되기 전에 렌즈(120)가 반사 공동(115) 내에서 제2 분량의 인캡슐런트 물질(116)에 마주하여 배치된다. 인캡슐런트 물질(116)을 굳히고 반사 공동(115) 내에 렌즈(120)를 부착하기 위하여 제2 분량의 인캡슐런트 물질(116)은 그후 예를 들면 열에 의하여 큐어링된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 위에서 기술된 바와 같은 패키지(100)에 발광소자(103)를 인캡슐레이트하기 위한 이중 큐어 공정의 사용은 발광소자(103), 렌즈(120) 및/또는 리플렉터 컵(104)으로부터 큐어링된 인캡슐런트 물질(112, 114, 116)의 박리(delamination)를 감소시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3b에 보이는 리플렉터 컵(104)이 도 4a 및 도 4b에 더 도시되었다. 도 4a는 리플렉터 컵(104)의 상면도이며 상부 측면(105)의 위 표면, 하부 측면(106) 및 상부 측면(105)과 하부 측면(106) 사이의 실질적으로 수평인 쇼울더 측면 부분(108)을 보여준다. 도 4b는 도 4a의 B-B라인을 따라 잘려진 리플렉터 컵(104)의 단면도이다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 대안의 리플렉터 컵 형태가 그러한 대안의 리플렉터 컵 형태를 사용하여 발광소자를 패키징하기 위한 방법과 더불어 기술될 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 이러한 대안의 리플렉터 컵 형태는 리플렉터 컵 안에서 인캡슐런트 물질로 렌즈를 삽입할 때 인캡슐런트 물질의 삐져나감의 발생 및/또는 양을 감소시킬 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6 및 도 7은 지금 기술될 바와 같이 여러가지 대안의 리플렉터 컵 형태를 도시한다. 도 5a는 리플렉터 컵(4)의 상면도이고, 도 5b는 도 5a의 B-B 라인을 따라 자른 리플렉터 컵(4)의 단면도이다. 도 6은 리플렉터 컵(4A)의 단면도이고, 도 7은 리플렉터 컵(4B)의 단면도이다. 도시된 리플렉터 컵(4, 4A, 4B)의 각각은 상부 측벽(5), 경사진 하부 측벽(6) 및 상부 측벽(5)과 하부 측벽(6) 사이의 수평 쇼울더 부분(8)을 포함하며, 이들이 함께 반사 공동(15)을 한정한다. 쇼울더 부분(8)에 관해 사용된 바와 같이, "수평"은 쇼울더 부분(8)이 하부 측벽 부분(6)과 상부 측벽 부분(8) 사이에서 확장되는 일반적인 방향을 일컬으며, (즉, 하부(6)와 상부(5) 측벽 부분에 비교하여) 쇼울더 부분(8)의 임의의 중간 부분에서 쇼울더 부분(8)의 특정 각도를 일컫는 것이 아니다. (수평 쇼울더 부분이 하부(6)와 상부(5) 측벽 부분 사이의 수직 높이에서 다른 구조를 수용하기 위하여 실질적으로 일부 변화를 가질 수 있는 도 7을 보라) 덧붙여, 리플렉터 컵(4, 4A, 4B)의 각각은 하부 측벽(6)을 둘러싸되, 격벽(즉, 경사진 에지, 22)에 의해 하부 측벽(6)으로부터 분리된 적어도 하나의 해자(moat, 18)를 포함할 수 있다. 해자(18)가 쇼울더 부분(8)에 형성된 대로 도시되었다.
도 5a, 도 5b의 실시예에서, 해자(18)는 스탬핑에 의해 형성될 수 있고, 이 경우 해자(18)와 하부 측벽(6) 사이의 격벽(22)은 편평한 표면 대신 샤프한 에지로서 제공될 수 있다. 그러나, 사용되는 제조 공정의 제한 때문에, 도 5b에 개략적으로 도시된 격벽(22)의 편평한 표면은 실질적으로 더 둥근 프로파일을 가질 수 있음이 이해될 것이다. 도 8a 내지 도 8c에 관하여 더욱 기재될 바와 같이 너무 많이 라운드된 프로파일은 바람직하지 않을 수 있다.
리플렉터 컵(4A)의 다른 실시예들이 도 6의 단면도와 관련하여 지금 기술될 것이다. 도 6에 보이는 바와 같이, 제1 해자(18)가 상부측벽(5)과 하부측벽(6) 사이에 형성되고, 제1 또는 내부 격벽(22)이 하부측벽(6)과 제1 해자(18)를 분리시킨다. 제2 해자(24)가 상부측벽(5)과 제1 해자(18) 사이에 형성된다. 제2 또는 바깥쪽 격벽(26)이 제2 해자(24)를 제1 해자(18)로부터 분리시킨다.
리플렉터 컵(4B)의 또 다른 실시예들이 도 7의 단면도와 관련하여 지금 기술될 것이다. 도 7에 보이는 바와 같이, 제1 해자(18)가 상부측벽(5)과 하부측벽(6) 사이에 형성되고, 제1 또는 내부 격벽(22)이 하부측벽(6)과 제1 해자(18)를 분리시킨다. 제2 해자(24)가 상부측벽(5)과 제1 해자(18) 사이에 형성된다. 제2 또는 바깥쪽 격벽(26')이 제2 해자(24)를 제1 해자(18)로부터 분리시킨다. 도 7에 보이는 바와 같이, 제2 격벽(26')은 제1 격벽(22)에 비하여 상승되어 있다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 제1 격벽(22)은 약 50㎛보다 작은 곡률반경을 갖는 피크를 가지며, 제2 격벽(26, 26')은 약 50㎛보다 작은 곡률반경을 갖는 피크를 가진다. 제1 해자(18)와 제2 해자(24)는 수평의 쇼울더 부분(8)의 스탬프된 형태일 수 있다. 도 6 및 도 7에 보이는 바와 같이, 제2 해자(24)는 제2 격벽(26, 26')으로부터 상부측벽 부분(5)으로 연장되는 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 경사진 하부측벽 부분(6)은 실질적으로 원뿔형일 수 있고, 500㎛의 발광소자 칩에 대한 약 1.9㎜로부터 900㎛의 발광소자 칩에 대한 약 3.2㎜에 이르는 최소 직경과, 500㎛의 발광소자 칩에 대한 약 2.6㎜로부터 900㎛의 발광소자 칩에 대한 약 4.5㎜에 이르는 최대 직경 및 약 0.8㎜로부터 약 1.0㎜에 이르는 높이를 가질 수 있다. 상부측벽 부분은 실질적으로 타원형일 수 있고, 약 3.4㎜로부터 약 5.2㎜에 이르는 내부 직경과 약 0.6㎜로부터 약 0.7㎜에 이르는 높이를 가질 수 있다. 수평의 쇼울더 부분은 하부측벽 부분으로부터 상부측벽 부분까지의 약 0.4㎜로부터 약 0.7㎜에 이르는 폭을 가질 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "타원형(over)"과 "원뿔형(conical)"은 리플렉터 컵(4, 4A, 4B)을 형성하는데 사용되는 제조 기술에 바탕을 둔 불규칙한 형태를 포함하여, 원형, 실린더형, 원통형 및 다른 형태를 포괄하는 의도이며, 그럼에도 불구하고 기판(2)과 결합하거나 다른 방법으로, 발광소자(103)를 위한 리플렉터를 제공하고, 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)을 그 안에 담고 굳게 하기 위한 작용을 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 해자(18)는 약 0.3㎜로부터 약 0.4㎜에 이르는 폭을 갖고, 제2 해자(24)는 약 0.3㎜로부터 약 0.4㎜에 이르는 폭을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 해자(18)의 에지는 하부측벽 부분(6)의 바닥 끝(즉, 기판(2)의 상부 표면)에 대하여 약 0.79㎜로부터 약 0.85㎜에 이르는 상대적인 높이를 갖는 제1 격벽(22)일 수 있고, 제2 해자(24)의 에지는 하부측벽 부분(6)의 바닥 끝(즉, 기판(2)의 상부 표면)에 대하여 약 0.79㎜로부터 약 0.85㎜에 이르는 상대적인 높이를 갖는 제2 격벽(26)일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예들에서, 제1 격벽(22)은 하부측벽 부분의 바닥 끝에 대하여 약 0.79㎜로부터 약 0.85㎜에 이르는 상대적인 높이를 갖고, 제2 격벽(26')은 하부측벽 부분의 바닥 끝에 대하여 약 0.9㎜로부터 약 1.0㎜에 이르는 상대적인 높이를 갖는다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 리플렉터 컵(4, 4A, 4B) 안에 발광소자(103)를 패키징할 때 리플렉터 컵(4, 4A, 4B)은 메니스커스(요철) 조절을 제공한다. 더 기술될 바와 같이, 위에서 기술된 이중 큐어 방법과 결합하여, 인캡슐런트 물질의 상이한 디스펜스에 대하여 별개의 볼록 메니스커스가 또한 제공될 수 있으며, 그 결과로서 도밍(doming) 실패의 발생을 줄일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 제공된 메니스커스 조절은 원하는 깊이 및/또는 각도로 렌즈를 배치하는 어려움을 줄 일 수 있고, 렌즈 위킹(wicking) 또는 렌즈의 상부로 인캡슐런트 물질이 삐져나오는 것을 감소시킬 수 있고/또는 패키징된 발광소자의 광학적 특성을 조절할 수 있도록 한다. 예를 들면, 패키징의 중간점 위로 형광체가 포함된 인캡슐런트 물질을 돔형상으로 함(볼록 메니스커스)에 의하여 형광체는 패키징의 중앙(중간점)에 집결될 수 있다.
다양한 광학 패턴들(시야 각도(viewing angles), 커스텀 칼라(custom color) 스펙트럼, 색온도 조절 등)이 공정에서 디스펜스 및/또는 큐어링 변화와 함께 다중 메니스커스 조절 테크닉을 사용하여 제공될 수 있다. 예를 들면, 형광체가 도입된 물질의 높은 봉우리 돔은 발광소자로부터 형광체가 도입된 물질을 통한 더 균일한 빛 경로의 길이를 제공함에 의하여 리플렉터 컵의 에지를 면하여 옐로우에 덜 치우치는 더 큰 색스펙트럼 균일도를 갖는 백색 온도 발광을 제공할 수 있다. 유사하게, 원하는 곳에서, 중간점의 화이트로부터 에지의 옐로우까지의 더 큰 색스펙트럼 변동이 더 편평한 돔에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 일부 다른 실시예들에서, 렌즈 이외의 다른 구조물에 의하여 보호와 관계된 기능이 제공되는 곳에서, 메니스커스가 원하는 렌즈 형상을 제공하도록 형성하여 인캡슐런트 물질을 렌즈로서 사용함에 의하여, 메니스커스 조절은 렌즈 없는 발광소자의 패키징을 허용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 8a 내지 도 8c는 메니스커스 조절을 위하여, 리플렉터 컵의 구조적인 특징을 사용하여 발광소자를 패키징하는 방법을 도시한다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 실시는 도 5a 및 도 5b에 도시된 리플렉터 컵(4)과 또한 이전에 기술된 이중 큐어 공정을 이용한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질이 패키징(10A)의 반사 공동(15)에 놓여진다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 분량(14)은 별개의 (적심(wetting)) 디스펜스와 제2 디스펜스를 사용하여 디스펜스될 수 있다. 디스펜스되는 인캡슐런트 물질의 양을 적절히 조절하면, 도 8a에 도시된 바와 같이 14A에 지시된 높이에서 볼록 메니스커스를 형성하면서, 표면 장력이 액체 인캡슐런트 물질(14)이 격벽(22)에 달라붙게 할 수 있다. 따라서, 격벽(22)은 디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)이 상부측벽(5)과 접촉하면서 따라 올라가 도 1에 보이는 바와 같은 오목 메니스커스를 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)은 예를 들면 열에 의하여 큐어링되어, 14B에 지시된 높이로 낮게 수축될 수 있다. 도 8b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 그후 큐어링된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질 위로 공동(15) 안으로 디스펜스된다. 일부 실시예들에서, 도 8b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 동일한 격벽(22)의 에지에 달라붙어 볼록 메니스커스를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 격벽(22)은 그 위에 안쪽과 바깥쪽 에지를 가지며, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질은 바깥쪽 에지에 달라붙을 수 있고, 제1 분량(15)은 안쪽 에지에 달라붙을 수 있다. 따라서, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질은 또한 상부측벽(5)과 접촉하거나 상부측벽(5)을 따라올라가 오목 메니스커스를 형성하지 않을 수 있다.
도 8c를 참조하면, 렌즈(20)가 공동(15)으로 삽입되어 큐어되지 않은 액체 인캡슐런트 물질(16)과 접촉하도록 된다. 이렇게 하면, 인캡슐런트 물질(16)이 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 삐져나올 수 있다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들에서, 인캡슐런트 물질(16)의 초과분이 리플렉터 컵과 렌즈의 노출된 상부 표면 위로 삐져나오는 대신에 (도 2에 도시된 바와 같이) 해자(18)로 들어가 수용되며, 따라서 렌즈(20)가 삽입되어 도 8b에 보이는 볼록 메니스커스가 대체 된 후에 조차 인캡슐런트 물질(16)이 상부측벽(5) 위로 따라 올라감을 제한한다. 인캡슐런트 물질(16)은 그후 패키징(10A)에 렌즈(20)를 부착하고 인캡슐런트 물질(16)을 굳히기 위하여 큐어링된다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 9a 내지 도 9c는 메니스커스 조절을 위하여 리플렉터 컵의 구조적인 특징을 사용하여, 발광소자를 패키징하는 방법을 도시한다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 실시는 도 6에 도시된 리플렉터 컵(4A)과 또한 이전에 기술된 이중 큐어 공정을 이용한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질이 패키징(10B)의 반사 공동(15)에 놓여진다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 분량(14)은 별개의 (적심) 디스펜스와 발광소자의 적심 후의 제2 디스펜스를 사용하여 디스펜스될 수 있다. 디스펜스되는 인캡슐런트 물질의 양을 적절히 조절하면, 도 9a에 도시된 바와 같이 14A에 지시된 높이에서 볼록 메니스커스를 형성하면서, 표면 장력이 액체 인캡슐런트 물질(14)이 안쪽 격벽(22)에 달라붙게 할 수 있다. 따라서, 안쪽 격벽(22)은 디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)이 상부측벽(5)과 접촉하면서 따라 올라가 도 1에 보이는 바와 같은 오목 메니스커스를 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)은 예를 들면 열에 의하여 큐어링되어, 14B에 지시된 높이로 낮게 수축될 수 있다. 도 9b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 그후 큐어링된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질 위로 공동(15) 안으로 디스펜스된다. 일부 실시예들에서, 도 9b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 바깥쪽 격벽(26) 에 달라붙어 볼록 메니스커스를 형성할 수 있다. 따라서, 바깥쪽 격벽(26)은 디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)이 상부측벽(5)과 접촉하면서 따라 올라가 도 1에 보이는 바와 같은 오목 메니스커스를 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 렌즈(20)가 공동(15)으로 삽입되어 큐어되지 않은 액체 인캡슐런트 물질(16)과 접촉하도록 된다. 이렇게 하면, 인캡슐런트 물질(16)이 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 삐져나올 수 있다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들에서, 인캡슐런트 물질(16)의 초과분이 리플렉터 컵과 렌즈의 노출된 상부 표면 위로 삐져나오는 대신에 (도 2에 도시된 바와 같이) 제2 해자(24)로 들어가 수용되며, 따라서 렌즈(20)가 삽입되어 도 9b에 보이는 볼록 메니스커스가 대체 된 후에 조차 인캡슐런트 물질(16)이 상부측벽(5) 위로 따라 올라감을 제한한다. 인캡슐런트 물질(16)은 그후 패키징(10B)에 렌즈(20)를 부착하고 인캡슐런트 물질(16)을 굳히기 위하여 큐어링된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 도 9c는 큐어링된 인캡슐런트(16)가 렌즈(20)를 위한 레벨(배치 깊이)를 제공하기 위한 멈춤으로써 사용될 수 있는 것을 도시한다. 렌즈(20)의 배치에 대한 그러한 조절은 더욱 일관성 있는 광학적 성능을 가진 부품의 제조를 촉진할 수 있다.
도 9c에 보이는 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에서 렌즈(20)는 인캡슐런트 물질(16)의 필름이 그 사이에 남아있도록 큐어링된 제1 분량의 인캡슐런트 물질(14)과 접촉할 때까지 공동으로 전진하지 않고 배치된다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에서, 소자는 렌즈(20)가 제1 분량의 인캡슐런트 물질(14)에 의해 확립된 위치로 전진할 수 있도록 형성되며, 상기 위치는 본 발명의 다양한 실시예들에서 큐어링된 인캡슐런트 물질(14)과 렌즈(20)의 접촉 또는 접촉없이 확립될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 10a 내지 도 10c는 메니스커스 조절을 위하여 리플렉터 컵의 구조적인 특징을 사용하여, 발광소자를 패키징하는 방법을 도시한다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 실시는 도 7에 도시된 리플렉터 컵(4B)과 또한 이전에 기술된 이중 큐어 공정을 이용한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질이 패키징(10C)의 반사 공동(15)에 놓여진다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 분량(14)은 별개의 (적심) 디스펜스와 제2 디스펜스를 사용하여 디스펜스될 수 있다. 디스펜스되는 인캡슐런트 물질의 양을 적절히 조절하면, 도 10a에 도시된 바와 같이 14A에 지시된 높이에서 볼록 메니스커스를 형성하면서, 표면 장력이 액체 인캡슐런트 물질(14)이 안쪽 격벽(22)에 달라붙게 할 수 있다. 따라서, 안쪽 격벽(22)은 디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)이 상부측벽(5)과 접촉하면서 따라 올라가 도 1에 보이는 바와 같은 오목 메니스커스를 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)은 예를 들면 열에 의하여 큐어링되어, 14B에 지시된 높이로 낮게 수축될 수 있다. 도 10b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 그후 큐어링된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질 위로 반사 공동(15) 안으로 디스펜스된다. 일부 실시예들에서, 도 10b에 보이는 바와 같이, 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 바깥쪽 격벽(26') 에 달라붙어 볼록 메니스커스를 형성할 수 있다. 따라서, 바깥쪽 격벽(26')은 디스펜스된 인캡슐런트 물질(14)이 상부측벽(5)과 접촉하면서 따라 올라가 도 1에 보이는 바와 같은 오목 메니스커스를 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 렌즈(20)가 공동(15)으로 삽입되어 큐어되지 않은 액체 인캡슐런트 물질(16)과 접촉하도록 된다. 이렇게 하면, 인캡슐런트 물질(16)이 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 삐져나올 수 있다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들에서, 인캡슐런트 물질(16)의 초과분이 리플렉터 컵과 렌즈의 노출된 상부 표면 위로 삐져나오는 대신에 (도 2에 도시된 바와 같이) 제2 해자(24)로 들어가 수용되며, 따라서 렌즈(20)가 삽입되어 도 10b에 보이는 볼록 메니스커스가 대체 된 후에 조차 인캡슐런트 물질(16)이 상부측벽(5) 위로 따라 올라감을 제한한다. 인캡슐런트 물질(16)은 그후 패키징(10C)에 렌즈(20)를 부착하고 인캡슐런트 물질(16)을 굳히기 위하여 큐어링된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 도 10c는 바깥쪽 격벽(22)이 렌즈(20)를 위한 레벨(배치 깊이)를 제공하기 위한 멈춤으로써 사용될 수 있는 것을 도시한다. 렌즈(20)의 배치에 대한 그러한 조절은 더욱 일관성 있는 광학적 성능을 가진 부품의 제조를 촉진할 수 있다.
본 실시예에서, 렌즈 배치는 제1 큐어링 단계 동안 인캡슐런트의 수축량에 의존하지 않는다. 도 10c에 도시된 실시예들에 대하여, 도 9c에 도시된 것과 대조적으로, 렌즈(20)의 배치는 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질의 수축량에 의존할 필요가 없고, 렌즈(20)의 배치 깊이는 대신에 바깥쪽 격벽(26')의 높이에 의하여 한정된다. 이와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에서, 배치는 더 정확할 수 있으며, 이것은 패키징(10C)의 향상된 광학적 성능을 가져올 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 제1 (적심) 디스펜스를 사용한 발광소자의 패키징을 위한 방법은 도 11의 흐름도와 관련하여 지금부터 더 기술될 것이다. 도 11에 보이는 바와 같이, 방법의 실시는 블록 1100에서 발광소자를 반사 공동의 바닥 표면 위에 마운트하는 것에 의하여 시작될 수 있다. 마운트된 발광소자는 반사 공동의 바닥표면에 상대적인 높이를 갖는다. 제1 분량의 인캡슐런트 물질이 발광소자를 포함하는 반사 공동으로 디스펜스된다(블록 1120).
제1 분량은 인캡슐런트 물질 내에 어떠한 에어 포켓도 형성하지 않고 발광소자를 실질적으로 커버하기에 충분할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제1 부분은 발광소자의 높이를 넘는 레벨로 반사 공동을 채우지 않고 상기 발광소자를 적시기에 충분할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 인캡슐런트 물질의 디스펜스 시간/속도는 인캡슐런트 물질에서 에어 포켓의 형성을 감소시키기 위하여 변화될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 예를 들면, 작은 디스펜스 니들(needle)로부터, 낮은 디스펜스 속도, 낮은 압력 등을 갖는, 단일 디스펜스가 사용되어, 에어포켓이 잠재적으로 형성되고 그 후 에어포켓의 붕괴를 방지할 정도로 충분한 인캡슐런트 물질이 디스펜스되기 전에 에어포켓이 함몰될 수 있다. 따라서, 디스펜스 실시 동안 형성된 에어 포켓의 함몰/붕괴를 허용하도록 선택된 점도를 갖는 인캡슐런트 물질의 선택된 속도의 제1 (적심) 디스펜스와 제2 디스펜스가 연속적인 디스펜스에 의해 제공될 수 있다. 제1 부분은 발광소자의 높이를 넘는 레벨로 반사 공동을 채우지 않고 발광소자를 적시기에 충분할 수 있다.
제2 분량의 인캡슐런트 물질은 제1 분량의 인캡슐런트 물질 위로 디스펜스된다 (블록 1130). 디스펜스된 제1 및 제2 분량의 인캡슐런트 물질은 그후 큐어링된다 (블록 1140). 본 발명의 일부 실시예들에서, 인캡슐런트 물질의 제1 디스펜스된 적심 분량은 인캡슐런트 물질의 나머지가 디스펜스되기 전에 큐어링될 수 있다. 제1 분량(12,14) 및 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질은 동일하거나 다른 물질일 수 있다. 유사하게, 제1 분량의 인캡슐런트 물질의 제1 (12) 및 제2 (14) 부분은 동일하거나 다른 물질일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서 인캡슐런트 물질로서 사용될 수 있는 물질의 예는 실리콘을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따른, 메니스커스 조절을 사용한 반도체 발광소자의 패키징에 관련된 실시가 도 12의 흐름도와 관련하여 지금부터 기술될 것이다. 도 12에 보이는 바와 같이, 방법의 실시는 블록 1200에서 발광소자(103)를 리플렉터(5)의 반사 공동(105)에 마운트하는 것에 의하여 시작될 수 있다. 인캡슐런트 물질이, 발광소자(103)를 커버하고 반사 공동 안에서 리플렉터(4,4A, 4B)의 상부측벽(5)과 접촉함 없이 해자의 에지로부터 확장되는 인캡슐런트 물질의 볼록 메니스커스를 형성하도록, 발광소자(103)를 포함하는 반사 공동(15)으로 디스펜스된다. 더욱 일반적으로, 블록 1210에서의 실시는 메니스커스의 바깥쪽 에지를 반사 공동(15) 내에 위치시키는 높이에 있는 메니스커스의 바깥쪽 에지로부터 확장되는 볼록 메니스커스의 형성을 제공한다. 예를 들면, 상부측벽(5)과 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)을 위하여 사용되는 물질의 선택은 반사 공동(15)으로 확장되는 오목보다는 볼록 메니스커스의 형성을 촉진할 수 있다. 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)은 반사 공동(15) 안에 있다 (블록 1220). 렌즈(20)가 패키징(10A, 10B, 10C)에 포함된 경우에, 렌즈(20)의 삽입은 볼록 메니스커스의 붕괴와 인캡슐런트 물질(12, 14, 16) 일부의 해자(18, 24)로의 이동과 그 후 반사 공동(15) 안에서 렌즈(20)를 부착하기 위하여 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)을 큐어링하는 것을 포함할 수 있다. 다르게는, 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)로부터 패키징된 발광소자(103)를 위한 렌즈를 형성하도록 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)이 큐어링될 수 있고, 인캡슐런트 물질(12, 14, 16)은 원하는 렌즈의 형태를 제공하는 볼록 메니스커스를 형성하도록 디스펜스될 수 있다.
다중 디스펜스 및/또는 큐어 실시를 사용하여, 반사 공동(15)을 한정하는 상부(5)와 하부(6) 측벽의 사이에 배치된 해자(18, 24)를 갖는 리플렉터(4, 4A, 4B) 안에 반도체 발광소자(103)를 패키징하는 방법의 실시예들이 도 13에 관련하여 지금부터 더 기술될 것이다. 도 13에 보이는 바와 같이, 실시는 블록 1300에서 제1 볼록 메니스커스를 형성하기 위하여 반사 공동(15)에 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질을 디스펜스하는 것에 의하여 시작한다. 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질은 큐어링된다 (블록 1310). 리플렉터(4, 4A, 4B)의 상부측벽(5)에 접촉함 없이 해자(18, 24)의 에지로부터 확장되는, 반사 공동(15) 안의 인캡슐런트 물질의 제2 볼록 메니스커스를 형성하기 위하여, 큐어링된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질 위에 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질이 디스펜스된다 (블록 1320).
인캡슐런트 물질의 제2 볼록 메니스커스와 제1 볼록 메니스커스는 도 8b에 도시된 바와 같이 모두 해자(18)의 동일한 에지로부터 확장될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에서, 해자(18, 24)는 제1 격벽(22)과 제2 격벽(26, 26')과 같이 안쪽 에지와 바깥쪽 에지를 가질 수 있고, 인캡슐런트 물질의 제2 볼록 메니스커스는 해자(18, 24)의 바깥쪽 에지(제2 격벽(26, 26'))로부터 확장되고, 인캡슐런트 물질의 제1 볼록 메니스커스는 해자(18, 24)의 안쪽 에지(제1 격벽(22))로부터 확장된다. 따라서, 안쪽 해자(18)는 제1 격벽(22)를 사용하여, 인캡슐런트 물질(14)이 수평 쇼울더 부분(8)을 타고 바깥쪽으로 올라가는 것을 제한하여 반사 공동(15)으로 디스펜스된 인캡슐런트 물질의 제1 볼록 메니스커스를 형성할 수 있도록 한다. 제2 격벽(26, 26')를 사용하여, 바깥쪽 해자(24)는 인캡슐런트 물질이 수평 쇼울더 부분(8)을 타고 바깥쪽으로 올라가는 것을 제한하여 반사 공동(15)으로 디스펜스된 인캡슐런트 물질의 제2 볼록 메니스커스를 형성할 수 있도록 한다.
렌즈를 포함하는 본 발명의 일부 실시예들에서, 렌즈(20)는 디스펜스된 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질에 근접하게 반사 공동(15) 안에 위치한다 (블록1330). 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이 렌즈(20)를 위치시키는 것은 제2 볼록 메니스커스를 붕괴하고 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질의 일부를 바깥쪽 해자(24)로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 덧붙여, 도 10c에 도시된 바와 같이, 제2 격벽(26')은 제1 격벽(22)보다 더 높은 높이를 가질 수 있다. 제2 격벽(26')의 높이는 렌즈(20)를 위한 원하는 높이를 제공하도록 선택될 수 있고, 렌즈(20)는 제2 격벽(26')을 접촉할 때까지 반사 공동(15)으로 이동될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 도 9c에 도시된 바와 같이, 렌즈(20)는 큐어링된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질을 접촉할 때까지 반사 공동(15)으로 전진되고, 디스펜스된 제1 분량(14)의 인캡슐런트 물질은 반사 공동(15) 안에 렌즈(20)를 위한 원하는 위치를 확립하기에 충분하다. 디스펜스된 제2 분량(16)의 인캡슐런트 물질은 렌즈(20)를 반사 공동(15) 안에 부착하기 위하여 큐어링된다 (블록 1340).
도 11 내지 도 13의 흐름도와 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9c, 도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광소자의 패키징을 위한 방법의 가능한 실시의 기능과 작동을 도시한다. 일부 대체적인 실시에서, 도면을 기술하는데 지시된 행위들은 도면에 지시된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 예를 들면, 두 개의 연속하는 블록/실시는 실제로는 관련된 기능에 따라서 실질적으로 동시에 실행되거나 또는 반대의 순서로 실행될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명을 설명하는 것으로서 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 비록 본 발명의 소수의 실시예들이 기술되었으나, 기술분야의 숙달된 이들은 본 발명의 새로운 가르침과 장점에서 실질적으로 벗어남 없이 구체적인 실시예들에서 많은 변형이 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 모든 그러한 변형들은 청구항들에 의하여 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 내용은 본 발명을 설명하는 것으로서 본 발명을 개시된 특정한 실시예들에 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 다른 실시예들 뿐만 아니라, 개시된 실시예들에 대한 변형은, 덧붙인 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명은 다음의 청구항들과 그에 포함되는 등가의 청구항들에 의하여 한정된다.
100: 전력 LED 패키지
102: 기판
103: 발광소자
104: 리플렉터 컵
105: 측벽
112 인캡슐런트 물질
115: 공동
120: 렌즈

Claims (17)

  1. 패키징된 반도체 발광소자에 있어서,
    기판 위에 배치된 발광소자;
    상기 발광 소자 위로 연장되고 제 1 굴절률을 갖는 상기 기판 상의 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질;
    상기 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는, 상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 상의 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 - 상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 및 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질의 경계는 상기 발광소자의 상부 표면 위로 연장되고, 상기 발광소자로부터 상기 경계에서 방출되는 광 패턴의 경로의 방향을 변화시킴 - ; 및
    반사 공동을 정의하는 하부 측벽 부분을 갖는 리플렉터를 포함하고,
    상기 발광소자는 상기 반사 공동 내에 위치하고;
    상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질은 상기 발광소자를 포함하는 상기 반사 공동 내에 있으며,
    상기 리플렉터는 그 사이에 수평 쇼울더 부분을 가지는 상부 및 하부 측벽을 포함하고, 상기 쇼울더 부분은 그 안에 상기 하부 측벽에 근접한 제1 격벽을 정의하는 해자(moat)를 가지는, 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 및 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 중 적어도 하나는 광전환 물질을 포함하는, 반도체 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광전환 물질은 오직 상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 내에만 있는, 반도체 발광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질은 상기 발광소자의 상부 표면 아래에 상기 광전환 물질이 없는 제1 큐어링된 부분을 포함하고, 상기 발광소자의 상부 바로 위에 상기 광전환 물질을 포함하는 제2 큐어링된 부분을 포함하는, 반도체 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 큐어링된 부분은 상기 발광소자 위에 광전환 물질을 집중시키기 위하여 상기 발광소자 위에 중심을 둔 볼록 메니스커스 형상을 갖는, 반도체 발광소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 광전환 물질은 오직 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 내에만 있는, 반도체 발광소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 및 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 둘 다 상기 광전환 물질을 포함하는, 반도체 발광소자.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 및 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질 중 적어도 하나는 복수의 상이한 광전환 물질을 포함하는, 반도체 발광소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 해자는 상기 발광소자의 주위로 연장되는 제1 해자를 포함하고, 상기 발광 소자의 주위로 연장되는 상기 쇼울더 부분 내의 제2 해자를 더 포함하며, 상기 제2 해자는 상기 제1 해자 및 상기 제2 해자 사이에 근접하는 제2 격벽을 정의하는, 반도체 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 상기 하부 측벽 부분의 바닥 끝에 대하여 상기 제2 격벽의 높이와 동일한 높이를 갖는, 반도체 발광소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 상기 하부 측벽 부분의 바닥 끝에 대하여 상기 제2 격벽의 높이와 상이한 높이를 갖는, 반도체 발광소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 인캡슐런트 물질은 실리콘 젤을 포함하는, 반도체 발광소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 위에 배치되고 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질에 접촉하는 렌즈를 더 포함하는 반도체 발광소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질에 의해 상기 기판에 결합되는, 반도체 발광소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 굴절률은, 상기 제1 분량 및 제2 분량의 큐어링된 인캡슐런트 물질의 경계에 의해 형성되고 상기 발광소자 위로 연장되는 매몰 렌즈를 제공하도록 선택되는 반도체 발광소자.
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