KR101304843B1 - 발광 다이오드 칩과 광 도파로를 포함하는 조사 유닛과 그제조 방법 및 ｌｃｄ 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

칩 캐리어 위에 실장된 발광 다이오드 칩 및 광 도파로를 포함하는 조사 유닛이 제공된다. 광 도파로(3)는 적어도 두 개의 별도 파트들(4, 5)로 구성되는데, 이 때 광 도파로(3)의 일 파트(4)은 발광 다이오드 칩(2)을 캡슐화한다. 또한, 상기와 같은 발광 다이오드 칩(2)의 제조 방법 및 상기와 같은 조사 유닛을 구비하는 LCD-디스플레이가 제공된다.
발광 다이오드 칩, 칩 캐리어, 집광기, 광 도파로, 리드 프레임

Description

발광 다이오드 칩과 광 도파로를 포함하는 조사 유닛과 그 제조 방법 및 ＬＣＤ 디스플레이{ILLUMINATION UNIT COMPRISING LUMINESCENCE DIODE CHIP AND OPTICAL WAVEGUIDE, METHOD FOR PRODUCING AN ILLUMINATION UNIT AND LCD DISPLAY}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 102005052356.0 과 102005047064.5의 우선권을 주장하며, 이의 개시내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
본 발명은 발광 다이오드 칩(luminescence diode chip)과 광 도파로(optical waveguide)를 포함하는 조사 유닛 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기와 같은 조사 유닛을 구비하는 LCD-디스플레이에 관한 것이기도 하다.
일반적으로, 발광 다이오드 칩을 구비하는 LCD-디스플레이용 조사 유닛은 사전 제조된 다수의 발광 다이오드 칩-소자들을 포함하는데, 상기 소자들 내에서 발광 다이오드 칩은 하우징 물질(housing material)에 의해 각각 둘러싸여 있다. 광 도파로는 별도의 파트(part)로 마련된다. 광 도파로는 발광 다이오드-소자로부터 출력된 광이 광 도파로의 입력면에 입사되도록 배치된다.
광 도파로를 발광 다이오드-소자의 발광 다이오드 칩과 관련하여 정확하게 맞추는 것은, 기술적으로 비용이 발생한다. 또한, 광 도파로에 입사될 때, 입력면에서 반사 손실이 발생한다.
본 발명의 과제는 종래의 발광 유닛과 비교하여 광 도파로에 광 입력이 더욱 양호하게 수행되고, 광 도파로를 발광 다이오드 칩과 관련하여 정확하게 조정하는 것이 가능한 조사 유닛을 제공하는 것이다. 또한, 상기 조사 유닛의 제조 방법 및 LCD-디스플레이를 제공하는 것이기도 하다.
상기 과제는 독립 청구항들에 제공된 조사 유닛, LCD-디스플레이 및 방법을 통해 해결된다. 조사 유닛 및 방법의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제공된다.
본 발명에 따르면, 발광 다이오드 칩은 칩 캐리어(chip carrier) 위에 실장되고, 광 도파로의 일부에 의해 캡슐화된다. 따라서, 칩 캐리어, 발광 다이오드 칩 그리고 상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 일부의 광 도파로는 하나의 유닛으로 형성된다.
광 도파로가 발광 다이오드-소자와 관련하여 조정되는 것이 아니라, 발광 다이오드 칩을 기준으로 변형된다면, 광 도파로와 발광 다이오드 칩은 상호 간에 정확하게 맞추어질 수 있다. 또한, 이를 통해, 광 도파로에 광이 입력될 때 반사 손실이 현저히 감소될 수 있다.
이러한 접근법에 따라, 발광 다이오드 칩을 위한 추가적인 하우징 물질 및 광 도파로를 위한 추가적인 고정부재는 생략될 수 있다. 발광 다이오드 칩이 광 도파로에 통합됨으로써, 더욱 평편한 조사 유닛이 구현될 수 있는데, 이러한 점은 특히 LCD-디스플레이에 사용될 때 필요하다.
본 출원의 틀에서, 광 도파로란 유전성을 가진(dielectric) 광 도파로를 의미하는데, 광은 상기 도파로의 유전성 몸체의 외부면에서 수행되는 전반사를 통해 안내된다.
광 도파로는 바람직하게는 다수의 별도 파트들(parts)로 구성되며, 더욱 바람직하게는 두 개의 별도 파트들로 구성된다. 기본적으로, 광 도파로는 단일의 균질한 전기적 몸체로 구성될 수도 있다. 그러나, 다수의 별도 파트들로 광 도파로를 구성하는 것이 조사 유닛을 제조함에 있어 이점을 제공한다. 광 도파로의 파트들 중 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 파트는 광 도파로의 또 다른 파트와는 별도로 따로 제작될 수 있다.
발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 파트는 반사 기능을 가진(reflective) 외부면들을 포함하는 것이 바람직하다. 광 도파로의 별도 파트들은, 상기 별도 파트들의 에지(edge) 영역에서 상기 반사 기능을 가진 외부면들이 상호 접합되도록 형성된다.
바람직하게는, 광 도파로에서 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 별도 파트는 상기 광 도파로의 또 다른 파트와는 다른 물질로 형성된다.
광 도파로의 별도 파트들은 접착제를 이용하여 상호 접합되는 것이 바람직하다. 이를 위해 투명한 접착제가 사용될 수 있는데, 상기 접착제의 굴절률은 광 도파로의 각각의 파트들에 적합하게 맞춰지는 것으로 하여, 광의 경로에서 굴절 균열이 가능한한 작게 유지되도록 한다. 이를 통해, 경계면에서의 반사 손실은 가능한한 방지될 수 있다. 대안적으로, 광 도파로의 별도 파트들이 상호 플러깅(plugging together) 또는 또 다른 적합한 방법을 이용하여 접합될 수 있다.
광 도파로, 상세하게는 상기 광 도파로의 상기 발광 다이오드 칩을 변형시키는 파트는 열 경화성 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 광 도파로 또는 광 도파로의 일부를 열 경화성 물질을 이용하여 형성하는 것은 열 가소성 물질을 사용하는 것에 비해 비용이 많이 든다. 한편, 광 도파로를 발광 다이오드 칩을 기준으로 하여 변형 또는 발광 다이오드 칩에 맞추어 성형하기 위해, 열 가소성 물질을 사용한다면 기술적으로 더 많은 비용이 든다. 이는, 상기 열 가소성 물질이 경화 시 수축하여, 스스로 변형되거나 발광 다이오드 칩을 손상시킬 수 있기 때문이다.
열 경화성 물질에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 광 도파로는 적어도 하나의 열 가소성 물질 및/또는 적어도 하나의 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 도파로가 적어도 하나의 열 경화성 물질과 적어도 하나의 실리콘을 혼합한 물질을 포함하는 것이다.
또 다른 실시예에 따르면, 광 도파로의 별도 파트들은 접합면을 포함하여, 상기 파트들이 상기 접합면 위에서 접합된다. 상기 접합면은 정렬 구조를 포함하여, 상기 구조를 이용하여 상기 광 도파로의 별도 파트들이 맞춰진다. 별도의 파트들이 접합될 때, 정렬 구조가 바람직하게는 서로 맞물림으로써, 상기 별도의 파트들은 상기 구조에 의해 안내되어, 소정의 방식으로 상호 맞춰진다.
발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 별도 파트의 출력면은 렌즈 형태의 아치부 또는 렌즈 방식의 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광 도파로의 출력면에서 광 도파로의 또 다른 별도 파트가 접합된다면, 상기 또 다른 별도 파트는 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 파트와는 다른 굴절률을 포함하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 광은 광의 경로에서 안내될 뿐만 아니라, 가능한한 바람직한 방식으로 영향을 받게 된다. 광은 예컨대 시준(collimating) 및 포커싱(focusing)되거나 또 다른 우선 방향으로 선회될 수 있다.
바람직하게는, 광 도파로는 입력된 광의 분산을 감소시키기 위한 시준부(collimating part)를 포함한다. 상기 시준부는 광 도파로의 상기 발광 다이오드 칩을 향한 측에 배치되는 것이 적합하다. 상기와 같은 시준부를 이용하면, 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광은 상기 시준부와 매우 인접한 지점에서 미리 시준될 수 있고, 이를 통해 고 휘도 및 저 분산성 광 빔(light beam)이 구현될 수 있다.
바람직하게는, 시준부의 단면은 광 안내 방향으로 가면서 더 커지는데, 이 때 상기 단면은 광 도파로 또는 시준부의 광학 축에 대해 수직으로 연장된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 시준부는 상을 만들지 않는 광학 집광기의 방식으로 형성되고, 상기 광학 집광기는 기존의 집광기를 사용할 때와는 반대되는 방향으로 조사 작용을 하기 위해 구비된다. 상기와 같이 형성된 시준부를 사용하면, 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 광의 분산을 효율적인 방식으로 감소시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 시준부는 CPC, CEC 또는 CHC 방식으로 형성된다. 본문에서 상기의 약어들은, 집광기의 반사기능을 가진 측벽이 적어도 부분적으로 및/또는 적어도 가능한한 복합 포물면 집광기(compound parabolic concentrator, CPC), 복합 전기적 집광기(compound elliptic concentrator, CEC) 및/또는 복합 하이퍼볼릭 집광기(compound hyperbolic concentrator, CHC)의 형태를 포함하는 것을 의미한다.
대안적으로, 시준부는 외부면을 포함하는 것이 바람직한데, 상기 외부면 위에서 상기 시준부의 처음과 끝을 직접적으로 이어주는 라인은 실질적으로 직선이다. 더욱 바람직하게는, 이 때 시준부는 원뿔대 또는 각뿔대 형상으로 형성되는데, 상기 각뿔대는 사각형뿐만 아니라, 삼각형, 오각형 또는 다수 각을 가진 각뿔대일 수 있다.
조사 유닛의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 광 도파로의 별도 파트들의 두 개의 접합면이 시준부 내에 배치된다. 광 도파로의 별도 파트이면서 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 파트는 가능한한 작게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 파트가 예컨대 이송 성형(transfer molding) 또는 사출 성형(injection molding)으로 제조된다면, 동시에 제조될 수 있는 캡슐화된 발광 다이오드 칩 개수가 현저히 증가하여 제조 비용이 절감될 수 있다.
바람직하게는, 광 도파로의 시준부 내에 선회 부재가 형성되어, 광이 상기 부재를 이용하여 광 도파로의 외부면 방향으로 선회된다. 상기와 같은 선회 부재에 의해, 입력되는 광선추(cone of light)가 확대됨으로써, 예컨대 광 도파로가 가능한한 균일하게 조사될 수 있다. 상기 광 도파로의 단면은 발광 다이오드 칩의 광 출사면보다 현저하게 크다.
발명의 목적에 따르는 실시예에서, 칩 캐리어는 리드 프레임(lead frame)을 포함한다. 특히, 상기 캐리어는 리드 프레임으로 구성될 수도 있다. 바람직하게는, 발광 다이오드 칩은 상기 칩의 주 출사 방향이 리드 프레임의 주 연장면에 대해 실질적으로 평행하도록 상기 칩 캐리어에 실장된다.
더욱 바람직하게는, 발광 다이오드 칩은 리드 프레임의 전면에 배치된다. 상기와 같이 처리함으로써, 조사 유닛은 매우 얇게 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 조사 유닛은 LCD-디스플레이의 백라이트(back light)로 적합하다. 상기와 같이 LCD-디스플레이를 위해 형성된 조사 유닛은 디스플레이의 매우 효율적인 백라이트를 달성할 수 있다.
더욱 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 조사 유닛은 다수의 발광 다이오드 칩들을 포함하고, 상기 칩들은 모두 광 도파로의 단일 별도 파트에 의해 캡슐화된다. 대안적으로, 조사 유닛은 발광 다이오드 칩들 뿐만 아니라 상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 광 도파로의 별도 파트들도 다수 개로 포함한다.
조사 유닛은 특히 단일의 광 도파로를 포함하지만, 다수의 광 도파로를 포함하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 조사 유닛을 포함하는 LCD-디스플레이가 제공된다.
또한, 조사 유닛의 제조 방법도 더 제공된다. 방법 단계에서, 칩 캐리어 및 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 준비된다. 다음의 방법 단계에서, 발광 다이오드 칩은 칩 캐리어 위에 실장된다. 상기 방법은, 광 도파로의 적어도 하나의 파트가 발광 다이오드 칩을 투명한 재료로 캡슐화하면서 형성이 되는 단계를 포함한다.
방법의 더욱 바람직한 실시예에 따르면, 다음의 방법 단계에서, 광 도파로의 적어도 하나의 또 다른 파트는 상기의 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 파트와 접합된다. 상기 광 도파로의 또 다른 파트와의 접합하는 것은 접착제를 이용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 다수의 발광 다이오드 칩들이 실질적으로 동시에 투명한 재료로 캡슐화된다. 발광 다이오드 칩들은 공용 칩 캐리어 위에 또는 두 개 이상의 별도의 칩 캐리어들 위에 실장된다. 발광 다이오드 칩의 실장이란 상기 칩의 기계적 및 전기적인 실장을 포괄한다.
발광 다이오드 칩의 캡슐화는 이송 성형 또는 사출 성형을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
조사 유닛, LCD-디스플레이 및 조사 유닛의 제조 방법에 대한 또 다른 장점들 및 실시예들은 도 1 내지 도 8과 연관하여 기재되는 실시예들로 이하에서 설명된다.
도 1은 조사 유닛의 제1 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 2는 조사 유닛의 제2 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 3은 조사 유닛의 제3 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 4는 조사 유닛의 제4 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 5는 조사 유닛의 제5 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 6은 조사 유닛의 제6 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 7은 조사 유닛의 제7 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
도 8은 조사 유닛의 제8 실시예에 따른 개략적 단면도이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소는 각각 동일한 참조번호로 표시된다. 도시된 구성 요소들 및 상기 구성 요소들의 상호 간 크 기 비율은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려 도면의 상세 내용은 보다 이해를 돕기 위해 과장되어 확대 도시되었다.
도 1 내지 도 8에 도시된 조사 유닛들은 모두 칩 캐리어(1)를 포함한다. 상기 칩 캐리어는 예컨대 리드 프레임을 포함하여, 상기 리드 프레임 위에 적어도 하나의 발광 다이오드 칩(2)이 실장된다. 발광 다이오드 칩(2)의 전기적 연결면은 리드 프레임과 도전적으로 연결된다.
발광 다이오드 칩(2)은 예컨대 리드 프레임의 전면에 배치되는데, 상기 전면은 리드 프레임의 주 연장 방향에 대해 실질적으로 수직으로 형성된다. 발광 다이오드 칩이 리드 프레임의 전면에 배치됨으로써, 리드 프레임은 예컨대 0.3 ㎜이상, 바람직하게는 0.5 ㎜이상의 두께를 포함한다. 발광 다이오드 칩(2)은, 상기 칩의 주 출사 방향이 리드 프레임의 주 연장면에 대해 실질적으로 또는 완전히 평행하도록 실장된다.
도 8에 도시된 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩들은, 상기 칩의 출사 방향으로부터 등지고 있는 면을 이용하여 캐리어(1)의 리드 프레임(11)의 전면에 실장된다. 발광 다이오드 칩들(2)은, 상기 리드 프레임과 등지고 있는 출력면에서 전기적 접촉 영역들을 포함하고, 상기 영역들은 본딩용 와이어(21)를 이용하여 상기 리드 프레임(11)의 전기적 연결 선들과 도전적으로 결합한다.
더욱 바람직하게는, 발광 다이오드 칩은 박막-발광 다이오드 칩이다. 박막-발광 다이오드 칩은 이하의 특성들을 가지는 것으로 나타난다:
- 광을 발생시키는 에피택시 층 시퀀스의 캐리어 부재를 향한 제1 주요면에 반사 기능을 가진 층이 적층되거나 형성되고, 상기 층은 에피택시 층 시퀀스에서 발생한 전자기 광의 일부를 상기 에피택시 층 시퀀스에 재 반사한다.
- 에피택시 층 시퀀스는 바람직하게는 20 ㎛ 이하의 영역, 더 바람직하게는 10 ㎛ 의 영역을 가지는 두께를 포함한다.
- 에피택시 층 시퀀스는 혼합 구조를 포함한 적어도 하나의 면을 구비하는 적어도 하나의 반도체 층을 포함하는데, 상기 혼합구조는 이상적인 경우, 광이 에피택시 층 시퀀스에서 거의 에르고드적(ergodic)으로 분포되도록 한다. 즉 상기 구조는 가능한한 에르고드적인 확률적 분산 태도를 포함한다.
예컨대 칩 캐리어 자체는 캐리어 부재의 역할을 할 수도 있다. 즉 에피택시 층 시퀀스는 칩 캐리어 위에 직접 적층될 수 있다.
에피택시 층 시퀀스는 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 성장 기판을 포함하지 않는다. 박막-발광 다이오드 칩의 기본 원칙은 예컨대 아이. 슈닛처 외(I.Schnitzer at al.), Appl. Phys. Lett. 63(16), 1993년 10월 18일, p2174-2176에 기재되어 있으며, 이의 개시내용은 박막 발광 다이오드 칩의 기본 원칙과 관련하여 본문에서 반복적으로 기재된다.
에피택시 층 시퀀스는 예컨대 질화물-화합물 반도체 물질들을 기반으로 하고, 청색 및/또는 자외선 스펙트럼을 가지는 전자기 광을 방출하는 데 적합하다. 질화물-화합물 반도체 물질들은 질소를 함유한 화합물 반도체 물질들로, 예컨대 0≤x≤1, 0≤y≤1 및 x+y≤1에 해당하는 InxAlyGa1 -x- yN 체계를 가진 물질들이다. 에피 택시 층 시퀀스는 예컨대 질화물-화합물 반도체 물질로 구성된 적어도 하나의 반도체 층을 포함한다.
에피택시 층 시퀀스는 예컨대 종래의 pn-접합, 더블 이종 구조, 단일-양자 우물 구조(SQW-structure) 또는 다중-양자 우물 구조(MQW-structure)를 포함할 수 있다. 그러한 구조들은 당업자에게 알려져 있으므로, 이 지점에서 더 상세하게 설명되지는 않는다. MQW-구조를 위한 예시로는 미국 특허 제 5,831,277호 및 제 5,684,309 호에 기재되었으며, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
발광 다이오드 칩은 예컨대 적어도 하나의 인광체(phosphor)를 포함하는 발광 변환 물질을 구비한다. 인광체는 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 전자기적 1차 광에 의해 여기될 수 있고, 2차 광을 방출하는데, 이 때 1차 광과 2차 광은 서로 다른 파장 영역을 포함한다. 소자의 소기의 색 위치는 예컨대 1차 광과 2차 광의 혼합 비율이 조정됨으로써 조정될 수 있다. 상기의 조정은 예컨대 사용된 인광체의 질량에 대해 이루어진다.
LED에 사용되는 것으로 개시된 모든 인광체는 기본적으로 발광 변환 물질로 사용되기에 적합하다. 상기와 같이 컨버터(coventer)로서 적합한 인광체 및 인광체 혼합물에 대한 예시는 다음과 같다.
- 예컨대 독일 특허 DE 10036940 및 그의 종래 기술에 개시된 클로로금산 규산염.
- 예컨대 국제 특허 WO 2000/33390 및 그의 종래 기술에 개시된 오르토 규산염, 황화물, 티오 메탈(thio metal), 바나듐산염.
- 예컨대 미국 특허 US 6,616,862 및 그의 종래 기술에 개시된 알루민산염, 산화물, 할로포스페이트(halophosphate).
- 예컨대 독일 특허 DE 10147040 및 그의 종래 기술에 개시된 질화물, 시온산(sione), 시알론(sialone).
- 예컨대 미국 특허 공개 US 2004-062699 및 그의 종래 기술에 개시된 YAG:Ce 및 알칼리토류 요소와 같은 희토류 석류석.
실시예들에서, 조사 유닛은 광 도파로(3)를 포함하고, 상기 광 도파로는 발광 다이오드 칩(2)과 직접적으로 결합하거나, 상기 칩(2) 위에 적층된 물질과 결합한다. 이를 통해, 발광 다이오드 칩(2)으로부터 방출되는 광이 광 도파로(3)에 적합하게 입력되는 것이 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 광 도파로(3)는 예컨대 다수의 별도 파트들(4, 5)로 구성된다. 광 도파로는 발광 다이오드 칩(2)을 캡슐화하는 제1 파트(4)를 포함한다. 바람직하게는, 발광 다이오드 칩(2)은 광 도파로(3)의 제 1 파트(4)에 의해 완전히 캡슐화된다. 이와 동시에, 발광 다이오드 칩(2)은 광 도파로(3)에 의해 외부의 영향들로부터 보호된다. 별도의 하우징(housing) 또는 예컨대 추가적인 하우징 물질은 필요하지 않다.
광 도파로(3)의 제 1 파트(4)가 형성되어, 발광 다이오드 칩(2)을 캡슐화하는 것은 몰딩 방법 예컨대 이송 성형을 이용하여 수행된다. 이 때 사용되는 물질은 예컨대 투명한 플라스틱인데, 상기 플라스틱은 예컨대 적합한 에폭시 수지와 같은 열 경화성 물질이다. 캐리어(1)는 그 위에 실장된 발광 다이오드 칩(2)과 함께 적 합한 이송 성형 틀에 삽입되고, 발광 다이오드 칩 및 캐리어(1)의 일부는 이송 성형을 이용하여 변형된다. 이를 통해, 광 도파로(3)의 제1 파트(4)은 캐리어 및 발광 다이오드 칩(2)에 맞추어 성형된다. 바람직하게는, 캐리어 위에 다수의 발광 다이오드 칩이 예컨대 일 열로 실장된다.
방법 단계에서, 상기와 같은 방식으로 광 도파로(3)의 전체를 제조하는 것도 또한 가능하다. 그러나, 광 도파로(3)의 또 다른 파트는 별도로 제조된 후, 예컨대 접착제를 이용하여 제1 파트과 접합되는 것이 바람직하다. 광 도파로(3)의 또 다른 파트(5)는 예컨대 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 제1 파트(4)와는 다른 물질로 구성되며 다른 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
상기의 또 다른 파트(5)은 예컨대 열 가소성 물질로 제조된다. 적합한 물질들로는 예컨대 PMMI, PMMA, 폴리탄산에스테르(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfon)이 있다. 제조는 예컨대 사출 성형을 이용하여 수행될 수 있다. 광 도파로의 파트들을 위한 대안적인 물질은 실리콘 또는 혼합 물질들이다.
혼합 물질들로는 예컨대 실리콘-개질된 에폭시 수지가 고려될 수 있는데, 상기 물질은 종래의 에폭시 수지와 비교하여, 실질적으로 긍정적인 물리적 특성을 포함하면서도, 자외선 광의 작용시 노화가 느리다. 또한, 적어도 하나의 에폭시 수지와 적어도 하나의 실리콘을 서로 혼합하는 것도 가능하다. 상기와 같은 적합한 혼합 물질을 위한 예시는 미국 특허 공개 US 2002/0192477 A1 또는 US 2005/0129957 A1에 제공되어 있고, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다. 다양한 물질들의 혼합에 의해, 혼합 물질의 굴절률이 목적에 맞게 조정됨으로써, 서로 다른 물질들의 굴절률이 서로 동조될 수 있거나, 광 도파로(3)의 서로 다른 파트들 간의 굴절률이 목적에 맞게 구현될 수 있다.
광 도파로(3)의 별도의 파트들이 접합되기 위해 적합한 접착제는 예컨대, 에폭시 수지 및/또는 실리콘을 기반으로 하는 접착제이다. 접합 과정 전에, 광 도파로(3)의 파트들(4, 5)의 서로 접합되는 면은 표면 처리되는데, 상세하게는 표면을 거칠게 함으로써, 확실하고 지속적인 접합을 보장하면서 광 도파로의 파트들 사이에서 층간 분리(delamination) 및 공기 갭의 형성은 방지한다.
도 1 내지 도 7에 도시된 실시예들에 있어서, 광 도파로(3)의 제1 파트(4) 및 또 다른 파트(5)는 상기 제1 파트의 출력면(7) 및 상기 제2 파트(5)의 입력면(8)에 의해 서로 접합되는데, 즉 출력면(7)과 입력면(8)이 접합면으로서 기능한다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기와 같은 면들은 바람직하게는 정렬 구조를 포함하고, 상기 구조를 이용하여 상기 파트들(4, 5)이 맞춰진다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 광 도파로(3)의 제1 파트(4)의 출력면(7)은 각이 지게 형성된 돌출부를 정렬 구조로서 포함하고, 광 도파로(3)의 제2 파트(5)은 상기 돌출부에 상응하여 각이 지게 형성된 리세스를 구비하여, 상기 돌출부가 상기 리세스에 맞물린다. 따라서 광 도파로(3)의 두 파트들(4, 5)이 서로 맞춰진다.
도 2에 도시된 실시예에 있어서, 상기 별도의 파트들(4, 5)이 가지는 출력면(7) 및 입력면(8)은 계단을 포함한다. 상기의 면들은, 서로가 정확하게 맞물리게 되도록 형성된다. 접합면들은 조사 유닛의 광학 축에 대해 실질적으로 수직으로 연 장되는 부분면들을 포함한다. 각 접합면의 또 다른 부분면은 계단 영역에서는 조사 유닛의 광학 축에 대해 실질적으로 평행하게 형성된다. 그러나, 대안적으로, 이러한 면들이 조사 유닛 또는 광 도파로의 광학 축에 대해 경사지도록 형성될 수도 있다.
도 3에 도시된 실시예에 있어서, 접합면들의 정렬 구조들은 오목하고 볼록한 만곡부들을 포함한다. 상기 면들이 이와 같이 형성됨으로써, 광 도파로(3)의 두 개의 파트들이 서로 정확하게 맞물린다.
도 4에 도시된 실시예에서도, 접합면이 만곡부를 포함한다. 제1 파트(4)의 출력면(7)은 집광 렌즈(condencer lens)의 방식으로, 중앙에 볼록한 만곡부를 포함한다. 이러한 실시예에서, 광 도파로(3)의 제2 파트(5)는 광 도파로(3)의 제1 파트(4)를 형성하는 물질에 비해 더 낮은 굴절률을 가지는 물질로 형성된다. 따라서, 제1 파트(4)의 출력면(7)의 만곡부는 광 도파로(3)의 내부에서 집광 렌즈처럼 작용한다.
광 도파로(3)의 별도의 파트들(4, 5) 사이의 접착제(6)는 제1 파트(4) 또는 제2 파트(5)와 동일한 굴절률을 포함하거나, 제1 파트(4)과 제2 파트(5)의 굴절률들 사이값을 포함한다.
도 1 내지 도 7에 도시된 실시예에 있어서, 광 도파로(3)는 시준부들(9)을 포함한다. 시준부들은 발광 다이오드 칩(2)으로부터 생성되어 광 도파로(3)에 입력되는 광의 분산을 감소시킨다. 모든 시준부들(9)은 광 안내 방향으로 커지는 단면을 포함하는데, 상기 단면은 조사 유닛의 광학 축에 대해 수직으로 측정된다.
시준부들(9)은 예컨대 상을 만들지 않는 광학 집광기로서 형성된다. 광 안내 방향의 뒤에 위치한 상기 시준부(9)의 말단은 예컨대 실질적으로 일정한 단면을 포함한다. 일반적으로, 광 도파로는 예컨대 적어도 하나의 파트를 포함하여, 상기 파트에서는 광 도파로의 두 개의 서로 마주 놓인 외부 면들의 주 연장면이 서로 평행하게 연장된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 광 도파로의 시준부(9)는 원뿔대 또는 각뿔대 형상으로 형성된다.
도 2 내지 도 4 및 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 시준부들(9)은 외부면을 포함하고, 상기 외부면의 단면은 광 안내 방향을 따라 볼록하게 만곡된다. 이러한 시준부들(9)은 예컨대 CPC 방식으로 형성된다. 이러한 형태에 의해, 광 도파로(3)에 입사되는 광의 분산은 더욱 효율적으로 감소되며, 상기 광의 시준이 이루어진다.
도 5에 도시된 실시예에 있어서, 시준부(9)는 오목하게 만곡한 외부면을 포함한다(도 5에 도시된 바와 같이, 광 안내 방향을 따르는 단면을 보았을 때). 이러한 실시예에서는, 시준부(9) 내에 선회 부재(41)가 형성되고, 상기 선회 부재를 이용하여 전자기 광은 광 도파로(3)의 내부에서 그 외부면으로 선회된다. 특히, 광은 시준부(9)의 오목하게 만곡한 외부면으로 선회된다. 상기 시준부(9)의 오목하게 만곡한 외부면과 선회 부재(41)에서 수행되는 반사 작용에 의해, 광이 시준되어 광 도파로의 전체 단면에 균일하게 분배된다.
광은 선회 부재(41)에서 예컨대 전반사를 이용하여 반사되며, 즉 선회 부재 는 시준부(9) 보다 현저히 작은 굴절률을 가진 매질을 포함한다. 상기와 같이 선회 부재(41)가 형성되므로, 전반사의 임계 각보다 작은 입사각을 가지는 광이 부분적으로는 선회 부재(41)를 투과한다.
선회 부재(41)는 예컨대 광 도파로의 내부에서 공동(cavity)을 포함하거나, 그러한 공동으로 구성될 수 있다. 광학 특성을 개선하기 위해, 공동의 내벽들은 부분적으로 또는 완전히 코팅물을 구비할 수 있다. 공동의 형태는, 소기의 선회 특성을 달성할 수 있는 것으로 선택한다. 도 5에는 예컨대 광 도파로(3) 내에서 두 개의 광선 경로가 화살표로 표시된다. 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 선회 부재의 중공체(hollow body)는 발광 다이오드 칩을 향한 측에서 볼록한 만곡부를 포함하는데, 이는 그에 맞는 곡선으로 표시되어 있다.
도 3, 4 및 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 광 도파로(3)의 별도의 파트들(4, 5)이 가지는 두 개의 접합면(7, 8)은 시준부(9) 내에 배치된다. 다른 말로 하면, 시준부(9)는 광 도파로의 단일 별도 파트 내에 완전히 배치되는 것이 아니라, 두 개의 별도 파트들 위로 연장된다.
발광 다이오드 칩(2)을 캡슐화하는 광 도파로(3)의 파트(4)의 길이(L)(도 3 참조)를 가능한한 짧게 유지함으로써, 조사 유닛을 비용에 적합하게 제조할 수 있다. 이러한 점은, 서로 다른 별도의 파트들을 위해 서로 다른 물질들 및 서로 다른 제조 방법이 사용될 수 있다는 점에 근거를 둔다. 발광 다이오드 칩의 캡슐화를 위해 일반적으로 고 비용의 제조 방법 및 고가의 물질들이 필요한 반면, 광 도파로(3)의 또 다른 파트를 제조하는 것은 더 효율적인 물질 및 제조 방법으로도 가능 하다. 또한, 가능한한 작은 파트만을 캐리어와 발광 다이오드 칩(2)에 직접 맞추어 성형하는 것이, 광 도파로(3)의 더 큰 파트 또는 전체가 캐리어(1) 및 발광 다이오드 칩(2)에 맞추어 성형되는 것에 비해 기술적으로 더 간단하다.
도 6, 7 및 도 8에 도시된 실시예에 있어서, 조사 유닛은 다수의 발광 다이오드 칩들(2)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 상기 칩들은 공용의 칩 캐리어(1) 위에 기계적 및 전기적으로 실장된다. 그러나, 상기 칩들이 서로 다른 칩 캐리어(1) 위에 실장되는 것도 가능한데, 즉 도 7 및 도 8에 도시된 실시예가 그와 같은 경우이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 조사 유닛은 LCD-디스플레이의 백라이트로 적합하다. 도 6에 도시된 조사 유닛은 광 도파로(3)의 다수의 별도 파트들(4)을 포함하고, 상기 파트들이 각각 단일의 발광 다이오드 칩(2)을 캡슐화한다. 이러한 실시예에 대해 대안적으로, 다수의 발광 다이오드 칩이 광 도파로(3)의 별도의 제1 파트들(4) 중 한 파트에 의해 캡슐화될 수도 있다. 광 도파로(3)의 다수의 제1 파트들(4)은 예컨대 광 도파로(3)의 또 다른 단일 파트(5)와 함께 연결된다. 이러한 또 다른 파트는 예컨대 판(plate)의 형태로 형성된다.
도 7에 도시된 실시예에 있어서, 조사 유닛은 다수의 발광 다이오드 칩들(2)을 포함하고, 상기 칩들은 광 도파로(3)의 단일의 제1 파트(4)에 의해 캡슐화된다. 예컨대 도 8에 도시된 실시예가 그와 같은 경우이다.
LCD-디스플레이를 위한 조사 유닛의 경우, 커버링(covering)되지 않은 칩들이 소정의 어레이(array)로 실장되는데, 이 때 상기 어레이는 예컨대 발광 다이오 드 칩들을 50 개까지 포함할 수 있다. 예컨대 20 내지 50개의 칩을 포함하는 조사 유닛은 모니터에 사용될 수 있는데, 반면 핸드폰에 사용하기 위한 LCD-디스플레이의 경우 예컨대 1 내지 6개의 발광 다이오드 칩이 사용된다. 모든 발광 다이오드 칩들은 단일 또는 다수의 광 도파로(3)에 의해 동시에 캡슐화되며, 이는 몰딩 방법 및 적합한 몰딩 틀을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재 내용에만 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 새로운 특징들 및 그 특징들의 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징들 또는 이러한 조합이 그 자체로 명확하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 제공되지 않더라도, 이러한 특징들의 조합은 특허 청구 범위에 포함된다.

Claims (31)

  1. 조사 유닛(illumination unit)에 있어서,
    칩 캐리어 위에 실장된 발광(luminescence) 다이오드 칩; 및
    광 도파로를 포함하고, 상기 광 도파로는 제1 별도 파트와 제2 별도 파트가 상호접합되어 구성되며, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트에 직접적으로 연결되고 상기 제1 별도 파트에 의해 캡슐화되며,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트는 상기 광 도파로의 반사 외부면들을 포함하는 것인 조사 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트는 접착제를 이용하여 서로 접합되는 것인 조사 유닛.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트는 상기 광 도파로의 상기 제2 별도 파트와 상이한 물질로 형성되는 것인 조사 유닛.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트는 열 경화성(thermosetting) 플라스틱, 실리콘 또는 적어도 하나의 열 경화성 플라스틱 및 적어도 하나의 실리콘을 포함하는 혼합 물질을 포함하는 것인 조사 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트는 적어도 하나의 에폭시 수지 및 적어도 하나의 실리콘을 포함하는 혼합 물질을 포함하는 것인 조사 유닛.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트가 서로 접합되도록 하는 접합면들은 정렬(alignment) 구조를 포함하여, 상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트는 상기 정렬 구조를 이용하여 서로 정렬되는 것인 조사 유닛.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 제1 별도 파트의 출력면(coupling-out area)은 렌즈 형태의 아치부 또는 렌즈 방식의 구조를 포함하는 것인 조사 유닛.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광 도파로는 입력된 광의 발산(divergence)을 감소시키기 위한 시준부(collimating part)를 포함하는 것인 조사 유닛.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 시준부는 광 안내 방향으로 더 커지는 단면을 갖는 것인 조사 유닛.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 시준부는 상을 만들지 않는(non-imaging) 광학 집광기의 방식으로 형성되고, 상기 광학 집광기는 집광기를 기존의 사용 방식대로 사용할 때와는 반대되는 방향으로 방사 작용(through-radiation)을 하기 위해 구비되는 것인 조사 유닛.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 시준부는 복합 포물면 집광기(compound parabolic concentrator, CPC),복합 타원형 집광기(compound elliptic concentrator, CEC) 또는 복합 하이퍼볼릭 집광기(compound hyperbolic concentrator, CHC) 방식으로 형성되는 것인 조사 유닛.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 시준부는 원뿔대 또는 각뿔대 형상으로 형성되는 것인 조사 유닛.
  13. 청구항 8항에 있어서,
    상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트의 두 개의 접합면들은 상기 시준부 내에 배치되는 것인 조사 유닛.
  14. 청구항 8항에 있어서,
    상기 시준부 내에 선회 부재가 배치되고, 상기 선회 부재는 광을 상기 광 도파로의 내부에서 상기 광 도파로의 외부면 방향으로 선회시키는(deflect) 것인 조사 유닛.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 칩 캐리어는 리드 프레임을 포함하는 것인 조사 유닛.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은, 상기 발광 다이오드 칩의 주 출사 방향이 상기 리드 프레임의 주 연장 면에 대해 실질적으로 평행하게 진행하도록, 상기 칩 캐리어 위에 실장되는 것인 조사 유닛.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 리드 프레임의 전도체의 단부에 실장되는 것인 조사 유닛.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조사 유닛은 LCD-디스플레이의 백라이팅(backlighting)을 위한 것인 조사 유닛.
  19. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조사 유닛은 복수의 발광 다이오드 칩들을 포함하고, 상기 칩들은 상기 광 도파로의 하나의 별도 파트에 의해 함께 캡슐화되는 것인 조사 유닛.
  20. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조사 유닛은 복수의 발광 다이오드 칩들 및 상기 발광 다이오드 칩들을 캡슐화하는 광 도파로의 복수의 파트들을 포함하는 것인 조사 유닛.
  21. 청구항 1 또는 청구항 2에 따르는 조사 유닛을 포함하는 LCD-디스플레이.
  22. 조사 유닛을 제조하는 방법에 있어서,
    칩 캐리어 및 발광 다이오드 칩을 준비하는 단계;
    상기 발광 다이오드 칩을 상기 칩 캐리어 위에 실장하는 단계; 및
    상기 발광 다이오트 칩에 투명한 조성물을 직접적으로 도포(apply)함으로써 광 도파로의 제1 별도 파트를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트는 상기 광 도파로의 반사 외부면들을 포함하는 것인 조사 유닛의 제조 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 광 도파로의 적어도 하나의 또 다른 파트는 상기 발광 다이오드 칩을 캡슐화하는 상기 제1 별도 파트에 접합되는 것인 조사 유닛의 제조 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 광 도파로의 또 다른 파트는 접착제 본딩을 이용하여 접합되는 것인 조사 유닛의 제조 방법.
  25. 청구항 22 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩의 캡슐화 과정은 이송 성형(transfer molding) 또는 사출 성형(injection molding)을 포함하는 것인 조사 유닛의 제조 방법.
  26. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광 도파로는 입력된 광의 발산(divergence)을 감소시키기 위한 시준부(collimating part)를 포함하고, 상기 광 도파로의 상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트의 두 개의 접합면들은 상기 시준부 내에 배치되는 것인 조사 유닛.
  27. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트의 출력면과 입력면은 계단 형태(step)를 갖는 것인 조사 유닛.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 제1 별도 파트 및 제2 별도 파트의 접합면들은 상기 조사 유닛의 광학 축에 대하여 수직으로 연장하는 부분면들을 포함하고, 각각의 접합면의 또 다른 부분면들은 상기 조사 유닛의 광학 축에 대하여 평행하거나 비스듬하게(obliquely) 연장하는 것인 조사 유닛.
  29. 청구항 14에 있어서,
    상기 선회 부재는 공동(cavity)을 포함하고, 상기 공동의 내부벽에는 코팅이 부분적으로 또는 완전하게 제공되는 것인 조사 유닛.
  30. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩들은 별도의 하우징 또는 추가적인 하우징 물질을 갖지 않는 것인 조사 유닛.
  31. 청구항 6에 있어서,
    상기 정렬 구조는 계단 형상의 구조를 포함하고, 상기 계단 형상의 구조는 상기 조사 유닛의 세로축에 대하여 비대칭인 것인 조사 유닛.
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