KR101440722B1 - 광공간을 갖는 발광장치의 제조방법 및 이에 의한 발광장치 - Google Patents
광공간을 갖는 발광장치의 제조방법 및 이에 의한 발광장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광공간부와 형광체층을 구비한 형광시트를 발광다이오드 칩 상에 부착하여 광효율을 높인 발광장치의 제조방법 및 이에 의한 발광장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 하부에 홀을 구비한 형광체 시트를 사용함에 따라 광변효율을 높일 수 있고, 또한, 좀 더 컨포멀하게 형광체 시트를 발광다이오드 주위에 위치시킬 수 있다.
본 발명에서는 제 1 기판에 홀을 형성시켜 하부에 광공간부를 구비하는 형광체 시트를 용이하게 제공할 수 있으므로 패키지 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 형광체 혼합액의 수지로 비중이 다른 2개 이상의 수지를 사용하여 광 공간부와 형광체층의 굴절률 변화를 유도하여 광변 효과를 높일 수 있다.
본 발명에서는 하부에 홀을 구비한 형광체 시트를 사용함에 따라 광변효율을 높일 수 있고, 또한, 좀 더 컨포멀하게 형광체 시트를 발광다이오드 주위에 위치시킬 수 있다.
본 발명에서는 제 1 기판에 홀을 형성시켜 하부에 광공간부를 구비하는 형광체 시트를 용이하게 제공할 수 있으므로 패키지 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 형광체 혼합액의 수지로 비중이 다른 2개 이상의 수지를 사용하여 광 공간부와 형광체층의 굴절률 변화를 유도하여 광변 효과를 높일 수 있다.
Description
본 발명은 광공간을 갖는 발광장치의 제조방법 및 이에 의한 발광장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 광공간부와 형광체층을 구비한 형광시트를 발광다이오드 칩 상에 부착하여 광효율을 높인 발광장치의 제조방법 및 이에 의한 발광장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광장치는 발광 다이오드 칩과 형광체를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 예를 들어, 청색을 발광하는 발광다이오드 칩 상부에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색을 발광하는 형광체를 배치시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 즉, 고휘도의 청색 LED에서 방출되는 충분히 높은 에너지를 갖는 광이 황색 YAG계 형광체를 여기시켜 황색영역의 광을 방출시킴으로써 LED의 청색 및 형광체의 황색의 조합으로 백색을 유도하는 방법을 이용하였다.
도 1은 종래의 청색 LED(2) 및 파우더 타입 황색 발광 YAG계열 형광체(1)를 적용한 백색 발광장치의 구조도이다. 그러나, 도 1과 같은 종래의 발광장치는 형광체가 균일하게 도포되지 않아 백색을 구현하였을 경우 가운데가 노랗게 변하는 나이테 현상 및 광변 효율의 저하가 발생하는 문제점이 있다.
최근에는, 이러한 문제점을 해결하기 위해 형광체와 수지를 배합하여 만든 슬러리를 이용하여 형광체 시트를 제조한 후 발광 다이오드 칩의 상부에 형성하는 기술이 시도되고 있다. 한국 등록특허 10-856834에는 형광체 시트 및 반사부재를 구비한 발광소자가 개시되어 있으나, 캐비티 측벽에 반사부재를 형성해야 하는 등 제조방법이 복잡하다는 문제점이 있다.
본 발명은 나이테 현상을 최소화하고, 광변 효율을 높일 수 있는 발광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 발광다이오드 칩 상부에 형광체를 컨포멀(conformal)하게 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 제조방법이 간단하면서도 광변 효율을 높일 수 있는 발광장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은 제 1 기판을 제공하는 단계 ; 상기 제 1 기판에 홀을 형성하는 단계 ; 형광체 혼합액을 상기 제 1 기판 상에 도포하여 형광체 시트를 제조하는 단계 ; 상기 형광체 시트를 상기 제 1 기판과 분리하는 단계 ; 및 상기 형광체 시트를 제 2 기판 상에 탑재된 발광다이오드 칩 상부에 부착하는 단계를 포함하는 발광장치 제조방법에 관계한다.
다른 양상에서, 본 발명은 기판 ; 상기 기판 상에 실장된 발광다이오드 칩; 및 상기 발광다이오드 칩 상에 형성되는 형광체 시트를 포함하고, 상기 형광체 시트는 광 공간부와 그 위에 위치하는 형광체층을 구비하는 발광장치에 관계한다.
본 발명에서는 하부에 홀을 구비한 형광체 시트를 사용함에 따라 광변효율을 높일 수 있고, 또한, 좀 더 컨포멀하게 형광체 시트를 발광다이오드 주위에 위치시킬 수 있다.
본 발명에서는 제 1 기판에 홀을 형성시켜 하부에 광공간부를 구비하는 형광체 시트를 용이하게 제공할 수 있으므로 패키지 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 형광체 혼합액의 수지로 비중이 다른 2개 이상의 수지를 사용하여 광 공간부와 형광체층의 굴절률 변화를 유도하여 광변 효과를 높일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 형광체 시트는 칩의 측면 부에서는 쉽게 변형이 가능하므로 형광체의 컨포멀 효과를 증대시킬 수 있다. 추가로, 웨이퍼 단위 형광체 형성 공정이 용이해진다,
도 1은 종래의 발광장치 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광장치를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 발광장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 형광체 시트가 발광다이오드 칩에 소정 깊이로 삽입된 발광장치를 보여준다
도 5는 웨이퍼 상에 다수의 발광다이오드 칩을 실장하고 여기에 형광체 시트를 부착한 것을 보여준다.
도 2는 본 발명의 발광장치를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 발광장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 형광체 시트가 발광다이오드 칩에 소정 깊이로 삽입된 발광장치를 보여준다
도 5는 웨이퍼 상에 다수의 발광다이오드 칩을 실장하고 여기에 형광체 시트를 부착한 것을 보여준다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 발광장치를 제조하는 방법을 나타낸다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 제조방법은 제 1 기판을 제공하는 단계(a), 제 1 기판에 홀을 형성하는 단계(b), 형광체 시트를 제조하는 단계(c), 형광체 시트를 제 1 기판과 분리하는 단계(d), 형광체 시트를 제 2 기판 상에 탑재된 발광다이오드 칩 상부에 부착하는 단계(e)를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 제 1 기판(10)은 형광체 시트를 제조하기 위한 용도로 사용된다. 이러한 제 1 기판으로는 플라스틱, 금속 (metals), 유기 박막(organic thin film) 등 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 홀을 형성하기 용이한 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 왁스, 올레핀계 고분자, PVC 등을 사용할 수 있다.
상기 제 1 기판(10)에 홀(11)을 형성하는 방법은 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 기판 위에 감광성 포토레지스트 조성물을 코팅하고, 상기 구조체 부분을 선택적으로 노광하고 및 상기 노광된 부분을 에칭하여 구조체를 형성할 수 있다. 이때 사용가능한 포토레지스트 조성물, 노광 조건 등은 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 제 1 기판으로 음각 패턴(음각 홀)이 형성된 마스터 몰드를 사용할 수 있다.
상기 홀(11)은 형광체 입자보다 직경이 작도록 형성한다. 상기 홀에는 형광체가 삽입되지 않고 수지만이 삽입될 수 있다. 통상적인 형광체 직경은 수 nm ~ 수십 ㎛이므로, 상기 홀의 직경은 0.01 ~ 100㎛범위일 수 있다.
상기 홀(11)은 상기 제 1 기판 표면에서 아래로 0.01~500㎛ 길이로 형성될 수 있으나, 이러한 홀의 길이는 LED 칩의 두께 사이즈 등에 영향을 받을 수 있으므로 상기 길이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
형광체 시트(20)를 제조하는 방법은 먼저 수지(21)와 형광체(22)를 혼합하여 형광체 혼합액을 제조하고, 이를 홀이 형성된 상기 제 1 기판(10)상에 도포한다.
상기 수지로는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 비중이 서로 다른 수지를 섞어 사용할 수 있는데, 특히, 상대적으로 비중이 큰 수지는 홀에 침투되고(광공간부 형성함), 비중이 작은 수지는 제 1 기판 상에서 형광체층을 형성할 수 있다.
한편, 상기 홀에 먼저 수지를 채운 후에 홀에 채워진 수지와 비중이 다른 수지를 형광체와 혼합한 후 이를 제 1 기판상에 도포할 수 있다.
본 발명에서는 수지의 비중 차이에 따라 광 공간부와 형광체층의 굴절률 변화를 유도하여 광변 효과를 높일 수 있다.
상기 형광체로는 예를 들어, (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu2 +, YAG((Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +)계열 형광체, TAG((Tb,Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +)계열 형광체, (Ba, Sr, Ca)3SiO5:Eu2 +, (Ba, Sr, Ca)MgSi2O6: Eu2 +, Mn2 +, (Ba, Sr,Ca)3MgSi2O8: Eu2 +, Mn2 + 및 (Ba, Sr, Ca)MgSiO4: Eu2 +, Mn2 +로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기 형광체 혼합액이 제 1 기판 상에 도포되면, 상기 수지가 중력 침강하여 상기 홀을 채우고, 상기 형광체는 홀에 삽입되지 않고 기판 상에 위치할 수 있다.
형광체가 제 1 기판 상에 도포되면 소정 시간 동안 형광체 시트를 건조시킨 후 이를 제 1 기판과 분리시킨다(d).
도 2를 참고하면, 분리된 형광체 시트 하부에는 다수의 홀(231)을 가진 광공간부(23)가 형성된다. 상기 홀(231)은 제 1 기판에 형성된 돌출부(12)와 대응되고, 광공간부에 형성된 돌출부(232)는 제 1 기판의 홀(11)에 대응된다.
본 발명에서는 상기 홀(231) 패턴의 밀도(density)를 조절하여 발광패턴을 제어할 수 있다. 즉, 상기 형광체 시트 중앙과 에지(edge)에 형성된 홀 밀도를 다르게 하여 발광패턴을 조절할 수 있다. 예를 들면, 발광다이오드 칩의 센터에 대응되는 형광체 시트 중앙부에서는 홀의 밀도(density) 를 높이고, 형광체 시트 양 측면 에지 부분은 홀의 밀도를 줄여 발광 패턴을 조절할 수 있다.
본 발명에서는 분리된 상기 형광체 시트(20)를 제 2 기판(30) 상에 탑재된 발광다이오드 칩(40) 상부에 부착한다(e). 상기 형광체 시트(20)의 광공간부(23)는 발광다이오드칩(40)과 형광체(21) 사이에 공간을 제공하여 광변환 효율을 높일 수 있다.
제 2 기판(30)은 발광 다이오드 칩(40)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어, 이러한 기판으로는 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic) 등을 사용할 수 있으며, 또한, 폴리이미드(polyimide) 수지 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 유연성 플라스틱을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용가능한 발광 다이오드 칩(40)은 430 내지 480nm의 파장을 가지는 청색 발광 LED 칩을 사용할 수 있으며, 또한, 청색 외의 다른 컬러를 나타내는 LED 칩도 사용할 수도 있다.
본 발명의 발광장치는 형광체가 시트 하부로 침강 적층되더라도, 그 아래에 형성된 구조물(광공간부)에 의해 중간에 떠있는 형태가 됨으로서 종래 장치에 비해 형광체와 발광다이오드 칩 사이에 충분한 갭(gap)을 확보할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 광공간을 가지는 발광장치에 관계한다. 도 3은 본 발명의 발광장치를 나타내는 개략도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 발광장치는 기판(30), 발광다이오드 칩(40) 및 그 위에 부착된 형광체 시트(20)을 포함한다.
상기 기판(30)과 발광다이오드 칩(40)은 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
상기 형광체 시트(20)는 광 공간부(23)와 그 위에 위치하는 형광체층을 구비한다. 상기 형광체층은 수지(21)와 형광체(22)를 포함한다.
상기 광 공간부(23)는 형광체 시트 하부에 홀(231)을 구비한 음각 구조물층일 수 있다. 상기 광공간부(23)는 홀(231)과 돌출구조물(232)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 광공간부(23)에 형성된 홀과 홀 사이 간격은 상기 형광체 직경보다 작다.
상기 광 공간부는 높이가 0.01~500㎛일 수 있다.
본 발명의 발광장치는 상기 홀(231) 패턴의 밀도(density)에 따라 발광패턴이 제어될 수 있다. 즉, 상기 형광체 시트 중앙과 에지(edge)에 형성된 홀 밀도를 다르게 하여 발광패턴을 조절 할 수 있다. 예를 들면, 상기 광 공간부는 시트 에지(edge) 영역보다 중앙 영역에서 홀의 밀도가 더 높을 수 있으며, 또한, 시트 에지 영역에서부터 중앙으로 점차 홀의 밀도가 증가할 수 있다.
상기 발광장치는 상기 발광다이오드 칩 및 형광체 시트가 부착된 기판의 일면을 밀봉하는 봉지부재를 포함한다. 상기 봉지부재는 상기 형광체 혼합액 수지를 사용할 수 있다.
도 4는 형광체 시트가 발광다이오드 칩에 소정 깊이로 삽입된 발광장치를 보여준다. 도 4를 참고하면, 상기 형광체 시트(120)의 광공간부(123)는 다수의 홀(1231)을 구비하고, 플렉시블한 수지로 형성되므로, 상기 형광체 시트가 발광다이오드 칩(140) 상에 압착되면 소정 깊이로 압착될 수 있다.
도 4의 발광장치는 발광다이오드 칩 상부에만 위치하는 종래 발광소자에 비해 형광체를 좀 더 컨포멀(conformal)하게 위치시킬 수 있다.
도 5는 웨이퍼 상(230)에 다수의 발광다이오드 칩(240)을 실장하고 여기에 형광체 시트(220)를 부착한 것을 보여준다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 발광장치는 다수의 발광 다이오드 칩 위에 광공간부(223)를 가지는 형광체 시트를 제공함으로서 간단한 제조방법으로 광변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 제 1 기판 11 : 홀
20, 120, 220 : 형광체 시트 21 : 수지
22 : 형광체 23, 123 223 : 광공간부
30 : 제 2 기판 40, 140, 240 : 발광다이오드칩
230 : 웨이퍼
20, 120, 220 : 형광체 시트 21 : 수지
22 : 형광체 23, 123 223 : 광공간부
30 : 제 2 기판 40, 140, 240 : 발광다이오드칩
230 : 웨이퍼
Claims (12)
- 제 1 기판을 제공하는 단계 ;
상기 제 1 기판에 홀을 형성하는 단계 ;
형광체 혼합액을 상기 제 1 기판 상에 도포하여 형광체 시트를 제조하는 단계 ;
상기 형광체 시트를 상기 제 1 기판과 분리하는 단계 ; 및
상기 형광체 시트를 제 2 기판 상에 탑재된 발광다이오드 칩 상부에 부착하는 단계를 포함하고,
상기 형광체 혼합액은 비중이 서로 다른 2 이상의 수지를 포함하되, 상대적으로 비중이 큰 수지가 홀에 침투되어 시트의 광공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법. - 제 1항에 있어서, 상기 홀은 상기 형광체 보다 직경이 작은 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 형광체 혼합액은 형광체를 수지에 넣어 혼합한 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스, 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 및 폴리올레핀 수지의 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 방법은 제 1 기판에 홀을 형성한 후 상기 홀에 수지를 채우는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 형광체 시트를 제조하는 단계는
형광체 혼합액을 도포하는 단계 ; 및
상대적으로 비중이 큰 상기 수지가 중력 침강하여 상기 홀을 채우고, 상기 형광체는 제 1 기판 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광장치 제조방법. - 기판 ;
상기 기판 상에 실장된 발광다이오드 칩; 및
상기 발광다이오드 칩 상에 형성되는 형광체 시트를 포함하고, 상기 형광체 시트는 광 공간부와 그 위에 위치하는 형광체층을 구비하고,
상기 광 공간부는 상기 형광체 시트 하부에 다수의 홀이 소정 높이로 형성된 층으로서, 상기 홀과 홀 사이 간격이 상기 형광체 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 발광장치. - 제 8항에 있어서, 상기 광 공간부는 상기 형광체 시트 하부에 홀을 구비한 음각 구조물층인 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 삭제
- 제 9항에 있어서, 상기 형광체 시트 중앙과 에지(edge)에 형성된 홀 밀도를 다르게 하여 발광패턴을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 발광장치는 상기 발광다이오드 칩 및 형광체 시트가 부착된 기판의 일면을 밀봉하는 봉지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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