KR101596001B1 - 변환되지 않은 광의 방출이 감소된 파장 변환형 발광 다이오드 - Google Patents

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마크 이. 제이. 시프케스
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Abstract

파장 변환형 발광 장치의 제조를 위한 방법이 제공된다. 광 경화성 코팅 재료는 파장 변환형 발광 다이오드의 외측 표면 상에 배치된다. 광 경화성 코팅 재료는 높은 광도의 변환되지 않은 LED광이 경화성 코팅 재료를 만나는 위치들에서 경화된다. 방법은 변환되지 않은 광이 장치를 빠져나가는 것을 선택적으로 중단시켜, 파장 변환형 LED가 본질적으로 변환된 광만을 방출하도록 하기 위해 이용될 수 있다.

Description

변환되지 않은 광의 방출이 감소된 파장 변환형 발광 다이오드{WAVELENGTH CONVERTED LIGHT EMITTING DIODE WITH REDUCED EMISSION OF UNCONVERTED LIGHT}
본 발명은, 발광 표면을 갖는 발광 다이오드를 포함하며, 그 발광 표면 상에 상기 발광 다이오드에 의해 방출되는 광을 수신하고 상기 광의 적어도 일부를 다른 파장의 광으로 변환하도록 적응된 자립형 파장 변환체(self-supporting wavelength converting body)가 배치되는 파장 변환형(wavelength converted) 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 장치들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode, LED)들은 많은 응용들을 위한 광원으로서 부상하고 있다.
광의 경로 내에 형광성(fluorescent) 및/또는 발광성(luminescent) 재료와 같은 파장 변환 재료를 적용하는 것에 의해, 방출된 파장은 많은 특정한 파장들로 적응될 수 있다. 파장 변환 재료는 전형적으로 다이오드에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 흡수하여 더 높은 파장을 갖는 광을 방출하기 때문에(레드-시프트), 특히 청색 및/또는 UV 발광 LED가 그러한 발광 다이오드들(이하에서는, 파장 변환형 발광 다이오드로 칭함)에서의 광원으로 적합하다.
파장 변환 재료는 변환된 파장의 광만이 장치로부터 출력되도록, LED에 의해 방출되는 광(주로 펌프 광이라고 칭해짐)의 본질적으로 전부를 흡수하도록 적응될 수 있다. 다른 파장 변환형 LED에서는, 총 출력이 변환된 광과 변환되지 않은 광의 혼합이도록, 파장 변환 재료가 펌프 광의 일부만을 흡수하여 변환하도록 적응된다. 예를 들어, 청색 광을 황색 광으로 부분적으로 변환하면, 희끄무레한(whitish) 총 출력이 야기된다.
그러한 파장 변환형 LED의 일례가 Koninklijke Philips Electronics N.V.의 WO 2007/085977 A1에 기술되어 있는데, 거기에서는 LED 칩에 의해 방출되는 광의 일부의 변환을 위해, 세라믹 변환 소자의 판이 LED 칩 상에 배치된다.
그러나, 펌프 광의 변환의 정도는 파장 변환 재료가 통과하는 광 경로의 거리의 인자(factor)이다. 특히, 파장 변환 재료의 에지들에서, 이것은 문제를 발생시킬 수 있다. 에지들에서, 펌프 광은 단지 파장 변환 재료를 통과하는 짧은 통로(short passage) 이후에 장치를 빠져나올 기회를 가지며, 이는 이러한 에지들에서의 낮은 변환 정도로 이어진다. 이것은 종종, 변환된 광을 둘러싸는 변환되지 않은 광의 링으로서 보여질 수 있다.
일부 파장 변환 다이오드들은, 본딩 재료에 의해 LED 칩의 발광 표면 상에 본딩된, 세라믹과 같은 자립형(self-supporting)의 파장 변환체에 의존한다. 그러한 다이오드들에서, 본딩 재료는 파장 변환체와 다이오드 사이에 간격을 형성하며, 본래, 접착제(glue)는 LED 칩에 의해 방출된 펌프 광에 대해 투과성(transmissive)이어야 한다. 그러한 장치들에서, 일부 펌프 광은 본딩 재료의 측방향 표면(lateral surface)들을 통해 장치를 빠져나가기 쉽고, 이는 다시 한번, 변환된 광을 둘러싸는 변환되지 않은 광의 링을 야기한다.
특히 광의 완전한 변환이 소망되는 장치들에서, 이러한 링 효과는 출력된 변환되지 않은 광을 제거하기 위한 흡수성 필터가 필요하게 하므로, 매우 바람직하지 않다.
<발명의 개요>
본 발명의 목적은 이러한 문제를 극복하고, 제조하기 쉬우며 링 효과가 감소되는 파장 변환형 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 변환되지 않은 광에 의해 조명될 때 경화하는 광 경화성 코팅 재료를 이용하여, 변환되지 않은 광의 누설이 감소된 파장 변환형 발광 다이오드가 획득될 수 있음을 인식하였다. 경화된 상태에서, 코팅 재료는 높은 산란성, 흡수성 또는 반사성 재료와 같은, 본질적으로 차광성(light blocking)인 재료를 형성한다. 경화성 코팅 재료는 변환되지 않은 광이 장치로부터 누설되어 나오는 것으로 보여지거나 추측되는, 파장 변환형 발광 다이오드의 영역들 상에 적용될 수 있으며, 여기에서는 코팅 재료가 경화된 후에, 과잉의 경화되지 않은 재료가 세정될 수 있다.
그러므로, 일 양태에서, 본 발명은 파장 변환형 발광 장치(wavelength converted light emitting device)의 제조 방법으로서, 제1 파장의 광을 방출하기 위한 것으로서, 발광 표면을 갖는 발광 다이오드를 제공하는 단계 - 상기 발광 표면 상에는 상기 발광 다이오드에 의해 방출되는 광을 수신하고 상기 수신된 광의 적어도 일부를 제2 파장의 광으로 변환하도록 적응된 파장 변환 재료가 배치됨 -; 상기 파장 변환형 발광 장치의 외측 표면의 적어도 일부 상에, 광 경화성 코팅 재료를 배치하는 단계 - 유효 광도(effective intensity)의 상기 제1 파장의 광에 의한 조명은 상기 광 경화성 코팅 재료의 경화를 유발함 -; 및 상기 발광 다이오드를 이용하여 상기 재료를 조명함으로써 상기 광 경화성 코팅 재료의 적어도 일부를 경화하여, 경화된 차광 재료(cured light blocking material)를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 관한 것이다.
전형적으로, 차광 재료는 산란성, 흡수성 및 반사성 재료의 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 방법은 광 경화성 재료가 파장 변환형 LED의 외측 표면 상에서 많은 양의 변환되지 않은 광이 외측 표면에 도달하는 위치들에서만 경화한다는 점에서 유리하다. 경화된 재료의 산란, 흡수 또는 반사 작용으로 인해, 변환되지 않은 광이 장치를 빠져나가는 것이 크게 방지된다.
반사성 코팅 재료는, 변환되지 않은 광이 장치 내로 다시 반사되어, 변환될 새로운 기회를 제공받기 때문에 선호된다. 그러므로, LED에 의해 방출된 광이 높은 비율로 변환되기 때문에, 따라서 반사성 코팅 재료는 장치의 광 이용 효율을 증가시킨다.
경화성 코팅 재료를 경화시키기 위해 장치의 LED에 의해 방출된 광을 이용하면, 장치의 외측 표면에서, 변환되지 않은 광의 광도가 경화를 유발할 정도로 충분히 강한 위치들에서만 코팅 재료가 경화될 것이 보장된다.
본 발명의 실시예들에서, 방법은 경화되지 않은 코팅 재료를 제거하는 단계를 더 포함한다.
조명에 의해 경화하는 단계 후에 경화되지 않은 재료를 제거하는 단계는, 장치에서, 변환되지 않은 광이 장치를 빠져나갈 장소들에만 코팅 재료가 존재할 것을 보장한다. 그러므로, 코팅 재료는 본질적으로, 변환된 광이 장치를 빠져나가는 것을 의도하지 않게 방해하지 않고서, 필요한 곳에만 존재한다.
본 발명의 실시예들에서, 파장 변환 재료는 자립형 파장 변환체(self-supporting wavelength converting body) 내에 포함될 수 있다.
파장 변환 재료를 자립형 바디에 포함시키면, 자립형 바디를 원하는 두께로 그라인딩하는 것 등에 의해, 파장 변환 재료의 두께가 정확하게 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 그러한 자립형 파장 변환체는 광 투과성 본딩층에 의해 상기 발광 다이오드 상에 배치될 수 있고, 상기 광 경화성 코팅 재료는 상기 본딩 재료의 측방향 표면(lateral surface) 상에 배치된다.
일부 유형의 파장 변환형 LED들에서, 파장 변환형 바디는 투과성 본딩 재료에 의해 LED에 본딩된다. 전형적으로, 이러한 본딩 재료는 LED와 파장 변환 바디 사이에 간격을 야기한다. 따라서, 본딩 재료의 측방향 에지들은 변환되지 않은 광이 통과하여 장치를 쉽게 빠져나올 수 있게 하는 창을 형성한다. 변환되지 않은 광이 본딩 재료의 측방향 에지를 통해 누설되는 것을 방지하기 위해, 이러한 측방향 에지 상에 경화성 코팅 재료를 배치한 다음, 그 코팅 재료를 경화하는 것이 명백히 유리하다.
본 발명의 실시예들에서, 광 경화성 코팅 재료는 에폭시 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에게, 다른 광 경화성 재료들이 알려져 있다.
본 발명의 실시예들에서, 광 경화성 코팅 재료는 상기 파장 변환 재료에 의해 변환된 광에 본질적으로 반응하지 않을 수 있다.
광 경화성 코팅 재료가 변환된 광에 본질적으로 반응하지 않으면 유리하며, 그렇지 않으면 코팅 재료는 원하지 않는 위치들에서 경화될 수 있다.
제2 양태에서, 본 발명은 파장 변환형 발광 장치로서, 제1 파장의 광을 방출하기 위한 것으로서, 발광 표면을 갖는 발광 다이오드를 포함하고, 상기 발광 표면 상에는 상기 발광 다이오드에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 수신하고 상기 광의 적어도 일부를 제2 파장의 광으로 변환하도록 적응된 파장 변환 재료가 배치되고, 상기 장치의 외측 표면의 적어도 일부에, 상기 제1 파장의 광에 의한 조명시에 경화하는 광 경화성 코팅 재료가 제공되고, 광 경화성 코팅 재료는 경화된 상태에서 산란성, 흡수성 및 반사성 재료의 그룹으로부터 선택된 재료를 제공하는 파장 변환형 발광 장치를 포함한다.
본 발명의 이러한 양태는 중간 제품, 즉 경화성 코팅 재료를 적용한 후이지만, 그것을 아직 경화하지는 않은 장치에 관한 것이다.
제3 양태에서, 본 발명은 파장 변환형 발광 장치로서, 발광 표면을 갖는 발광 다이오드를 포함하고, 상기 발광 표면 상에는 상기 발광 다이오드에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 수신하고 상기 광의 적어도 일부를 다른 파장의 광으로 변환하도록 적응된 파장 변환 재료가 배치되고, 산란성, 흡수성 및 반사성 재료의 그룹으로부터 선택되는 경화된 코팅 재료는 상기 장치의 외측 표면 상의 일부 장소들에 선택적으로 배치되고, 상기 일부 장소들은 상기 제1 파장의 광이 상기 측방향 에지를 만나는 위치들 중에서 선택되는 파장 변환형 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 양태는 최종 제품, 즉 경화성 코팅 합성물(composition)을 경화한 후의 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 청구항들의 모든 가능한 조합들에도 관련됨에 유의해야 한다.
이제, 여기에 개시된 것과 그 외의 본 발명의 양태들이, 본 발명의 현재의 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 파장 변환형 장치를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 파장 변환형 장치의 제조를 위한 발명의 방법을 플로우차트로 나타낸 것이다.
본 발명의 장치의 실시예가 도 1에 도시된다. 본 실시예의 파장 변환형 장치(100)는 상향 발광의 발광 표면(102)(light upwards facing light emitting surface)을 갖는 발광 다이오드(LED) 칩(101)을 포함한다. 자립형 파장 변환체(103)는 투과성 본딩 재료(104)에 의해 다이오드(101)의 발광 표면(102)에 광학적으로 및 물리적으로 본딩된다.
발광 다이오드(101)는 주로 그것의 발광 표면을 통해 제1 파장(또는 제1 피크 광도를 갖는 제1 파장 간격)의 광을 방출한다.
파장 변환체(103)는 다이오드(101)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 수신 및 흡수하고, 흡수된 광을 제2의 더 높은 파장(또는 더 높은 파장에서 피크 광도를 갖는 제2 파장 간격)의 광으로 변환하도록 적응된다. 파장 변환은 파장 변환체 내에 포함된 형광 및/또는 인광 재료와 같은 파장 변환 재료로 인한 것이다.
파장 변환형 장치(100)는 전형적으로 기판(120) 상에 배치되고, LED 칩(101)은 전형적으로 LED 칩을 구동하기 위한 도전성 라인들(도시되지 않음)에 접속된다.
파장 변환의 정도는 광 파장 변환체(103)를 통한 경로의 길이의 인자(factor)이다. 그러므로, 장치의 외측 표면(110) 상에서, 파장 변환체(103)를 통한 광의 경로가 짧은 곳, 또는 본딩 재료(104)의 측방향 에지(114)와 같이, 변환되지 않은 광이 파장 변환체를 지나지 않고서 외측 표면에 도달할 수 있는 곳인 일부 위치들에서, 변환되지 않은 광, 즉 제1 파장의 광의 광도가 이 외측 표면에 도달할 것이다.
높은 광도를 갖는 변환되지 않은 광이 장치를 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 다르게는 변환되지 않은 광이 장치를 빠져나갔을 위치들에 코팅 재료가 배치된다.
전형적으로, 그러한 위치들은 투과성 본딩 재료의 측방향 에지(114) 및 LED 칩(101)의 측방향 에지를 포함한다.
여기에서 이용될 때, 발광 다이오드 또는 LED는 본 기술분야의 지식을 가진 자들에게 알려진 임의의 유형의 발광 다이오드를 참조하며, 유기물 기반 LED(OLED) 및 폴리머 기반 LED뿐만 아니라, 종래의 무기물 기반의 LED도 포함한다.
바람직하게는, LED 칩은 양 리드들(both leads)이 칩의 동일측에 배치되는 "플립칩" 유형이다. 이러한 설계는 장치의 발광 표면 상에 파장 변환체를 배치하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 다른 유형의 LED 칩들도 본 발명에서의 사용을 위해 고려된다.
본 발명에서 사용하기 위한 LED들은 UV 범위로부터 가시광 범위를 지나 IR 범위에 이르기까지, 임의의 컬러의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 파장 변환 재료는 통상적으로 레드 시프트(red shift)에 의해 광을 변환하므로, UV/청색 범위의 광을 방출하는 LED를 이용하는 것이 바람직한 경우가 많은데, 이는 그러한 광이 본질적으로 어떠한 다른 컬러로도 변환될 수 있기 때문이다.
본 발명에서 사용하기 위한 파장 변환 재료는 변환되지 않은 광에 의해 여기되고 완화(relaxation) 시에 광을 방출하는 형광 및/또는 인광 재료인 것이 바람직하다.
현재의 바람직한 실시예에서, 파장 변환체는 파장 변환 재료를 포함하거나 그것으로 이루어지는 자립형 파장 변환체의 형상으로 만들어진다.
일 실시예에서, 자립형 파장 변환체는, 제한적이지 않은 예로서 PMMA(polymethylmethacrylate) 또는 입자들이 도핑될 수 있는 기타 재료와 같이, 치수 안정 매트릭스 재료(dimensionally stable matrix material) 또는 본질적으로 파장 변환 재료의 프레스된 세라믹 재료(pressed ceramic material)를 포함할 수 있고, 내장된 파장 변환 입자들을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 자립형 파장 변환체는 이론적인 고체상태 밀도의 97％를 넘는 밀도를 갖는 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
발광 세라믹 층으로 형성될 수 있는 인광체들의 예는 황색-녹색 범위의 광을 방출하는
Figure 112011007065868-pct00001
및
Figure 112011007065868-pct00002
와 같은 일반식
Figure 112011007065868-pct00003
(여기에서, 0<x<1, 0<y<1, 0<z≤0.1, 0<a≤0.2 및 0<b≤0.1)을 갖는 알루미늄 가넷 인광체; 및 적색 범위의 광을 방출하는
Figure 112011007065868-pct00004
와 같은
Figure 112011007065868-pct00005
(여기에서, 0≤a<5, 0<x≤1, 0≤y≤1 및 0<z≤1)를 포함한다. 적합한
Figure 112011007065868-pct00006
세라믹 슬랩(slab)은 노스캐롤라이나주 샬롯의 Baikowski International Corporation으로부터 구입할 수 있다. 예를 들어
Figure 112011007065868-pct00007
를 포함하는
Figure 112011007065868-pct00008
Figure 112011007065868-pct00009
Figure 112011007065868-pct00010
Figure 112011007065868-pct00011
Figure 112011007065868-pct00012
; 예를 들어
Figure 112011007065868-pct00013
를 포함하는
Figure 112011007065868-pct00014
;
Figure 112011007065868-pct00015
; 및 예를 들어,
Figure 112011007065868-pct00016
및
Figure 112011007065868-pct00017
를 포함하는
Figure 112011007065868-pct00018
(0<x≤1)를 포함하는, 다른 녹색, 황색 및 적색 방출 인광체들도 적합할 수 있다.
자립형 파장 변환체는 전형적으로 평판(flat plate) 또는 (LED를 향한 평평한 표면을 갖는) 돔 형상의 바디의 형상으로 만들어지거나, 장치의 응용에 적합할 임의의 다른 형상으로 만들어진다. 전형적으로 본 발명에서 사용하기 위한 평판 형상의 파장 변환체는 약 100 내지 500㎛와 같이, 10 내지 1000㎛의 두께, 예를 들어 약 250㎛의 두께를 갖는다.
자립형 파장 변환체를 LED에 광학적으로 및 물리적으로 본딩할 때 이용하기 위한 본딩 재료는 적어도 제1 파장의 변환되지 않은 광에 대해 본질적으로 투과성인 것이 바람직하다.
이용하기에 적합한 본딩 재료의 예는 응용, LED의 발광 표면의 재료, 파장 변환 바디의 재료, 및 본딩 재료가 노출될 온도에 따라 달라진다.
본딩 재료들의 예는, 예를 들어 저융점 글래스(low-melting glass), 에폭시 재료, 투과성 폴리머, 및 PDMS와 같은 실록세인(siloxane)을 포함한다.
발광성 세라믹 층은 예를 들어, 웨이퍼 본딩, 소결(sintering), 에폭시 또는 실리콘과 같은 알려진 유기 접착제의 얇은 층들을 이용한 접착, 높은 지수의 무기 접착제(high index inorganic adhesive)를 이용한 접착, 및 졸-겔 글래스(sol-gel glasses)를 이용한 접착에 의해 발광 장치에 접착될 수 있다.
높은 지수의 접착제의 예는 Schott 글래스 SF59, Schott 글래스 LaSF 3, Schott 글래스 LaSF N18 및 그들의 혼합과 같은 높은 지수의 광학 글래스들을 포함한다. 이러한 글래스들은 종종 1.8보다 큰 굴절 지수를 가지며, 펜실베니아주 더리카(Duryca)의 Schott Glass Technologies Incorporated로부터 입수할 수 있다. 다른 높은 지수의 접착제의 예들은 (Ge,Sb,Ga)(S,Se) 칼코게나이드 글래스와 같은 높은 지수의 칼코게나이드 글래스(chalcogenide glass), GaP, InGaP, GaAs 및 GaN을 포함하지만 그에 제한되지는 않는 Ⅲ-Ⅴ 반도체, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe 및 CdTe를 포함하지만 그에 제한되지는 않는 Ⅱ-Ⅵ 반도체, Si 및 Ge를 포함하지만 그에 제한되지는 않는 Ⅳ족 반도체 및 화합물, 유기 반도체, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 니켈 산화물, 지르코늄 산화물, 인듐 틴 산화물 및 크롬 산화물을 포함하지만 그에 제한되지는 않는 금속 산화물, 마그네슘 불화물 및 칼슘 불화물을 포함하지만 그에 제한되지는 않는 금속 불화물, Zn, In, Mg 및 Sn을 포함하지만 그에 제한되지는 않는 금속, YAG(yttrium aluminum garnet), 인화물 화합물(phosphide compounds), 비화물 화합물(arsenide compounds), 안티몬화물 화합물(antimonide compounds), 질화물 화합물, 높은 지수의 유기 화합물, 및 그들의 혼합물 또는 합금들을 포함한다. 높은 지수의 무기 접착제를 이용한 접착은 2000년 9월 12일에 출원된 출원번호 제09/660,317호, 및 2001년 6월 12일에 출원된 출원번호 제09/880,204호에 상세하게 설명되어 있으며, 이들 모두가 여기에 참조에 의해 포함된다.
졸-겔 글래스를 이용한 접착은 미국 특허 제6,642,618호에 상세하게 설명되어 있으며, 이것은 여기에 참조에 의해 포함된다. 발광성 세라믹이 졸-겔 글래스에 의해 장치에 접착되는 실시예들에서, 티타늄, 세륨, 납, 갈륨, 비스무스, 카드뮴, 아연, 바륨 또는 알루미늄의 산화물들과 같은 하나 이상의 재료가 SiO2 졸-겔 글래스 내에 포함되어, 글래스의 지수를 발광성 세라믹 및 발광 장치의 지수에 더욱 밀접하게 일치시키기 위해 글래스의 굴절 지수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, Y3Al5O12:Ce3 + 세라믹 층은 약 1.75와 1.8 사이의 굴절 지수를 가질 수 있으며, 반도체 발광 장치의 사파이어 성장 기판에 접착될 수 있고, 이 사파이어 성장 기판은 약 1.8의 굴절 지수를 갖는다. 접착제의 굴절 지수를 Y3Al5O12:Ce3 + 세라믹 층 및 사파이어 성장 기판의 굴절 지수에 일치시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하기 위한 코팅 재료는, 경화시에 차광성(light blocking), 전형적으로 산란성, 흡수성 또는 반사성 재료를 형성하는 광 경화성 코팅 재료이다. 여기에서 사용될 때, "차광성 재료"는 변환되지 않은 광의 >80％와 같은 적어도 과반(예를 들어, >95％, 가장 바람직하게는 본질적으로 100％)이 차광 재료를 통해 투과되는 것을 차단하는 재료를 참조하는 것이다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 재료의 많은 예가 존재한다.
전형적으로, 산란성, 흡수성 또는 반사성 입자들이 바람직하게는 높은 점성을 갖는 경화성 매질 내에 분산된다.
예를 들어, 금속 산화물, 반사성 금속 플레이크(reflective metal flakes) 및/또는 흡수성 염료 또는 색소들과 같은 산란 입자들이 경화성 매질 내에 분산될 수 있다.
산란 입자들에 관한 한, 매질 내에서의 농도는 전형적으로 경화 시에 본질적으로 불투명한 코팅을 형성할 정도로 충분히 높다.
예를 들어, 마이크로미터 미만(sub-micrometer)의 직경을 갖는 TiO2 입자들이 산란성 입자로서 이용될 수 있다.
광 경화성 코팅 재료는 제1 파장의 경화 유효 광도(curing effective intensity)의 광으로 조명할 때 국부적으로 경화하도록 적응된다. 또한, 광 경화성 코팅 재료는 본질적으로 제2의 변환된 파장의 광의 조명에는 반응하지 않는(non-reactive) 것이 바람직하다. 적어도, 상기 코팅 재료의 경화를 시행하는 데에 필요한 상기 제2 파장의 광도가, 본 발명의 파장 변환형 장치에서 정상적으로 달성할 수 있는 것보다 높은 것이 바람직하다.
광 경화성 코팅 재료의 경화성 매질은 전형적으로, 제한적인 것은 아니지만 에폭시 및 폴리비닐 알코올과 같은 중합가능한(polymerizable) 재료를 포함한다. 중합가능한 재료는 내재적으로 상기 제1 파장의 광(즉, 변환되지 않은 광)에 의한 조명에 반응할 수 있거나(즉, 그에 의해 활성화될 수 있음), 대안적으로 또는 추가적으로 광 유도성 중합화 개시자(light-inducible polymerization initiator)를 포함할 수 있다.
전형적인 실시예에서, 제1 파장의 광은 UV 또는 청색 파장 범위에 있고, 따라서 이러한 파장 범위 내에 있고 일정 광도 이상인 광이 중합화를 유발해야 하는 한편, 녹색, 황색 및 적색 파장 범위의 광은 임의의 주목할만한 범위로까지 중합화를 유발하지 않는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 코팅 재료의 경화는 조명되는 영역들로 국부화되어야 하는데, 즉 경화의 개시가 전체 코팅 재료 벌크의 완전한 경화로 이어지는 연쇄 반응 등을 시작해서는 안 된다. 대안적으로, 그러한 연쇄 반응이 발생한다면, 그것은 경화되지 않은 재료의 제거를 허용하도록 느리게 진행해야 한다.
미국 뉴욕주 워터포드의 General Electric's Silicone products로부터 입수할 수 있는 Octacat™, 또는 3M으로부터 입수할 수 있는 FC530, 및 미국 밀포드의 Dentsply Caulk, Inc로부터 입수할 수 있는 Dentsply's Prime and Bond는 그러한 UV/청색 광 경화성 코팅 재료의 비제한적인 예시들이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2a는 광 경화성 코팅 합성물을 도포하기 전의 파장 변환형 발광 장치를 도시한 것이다.
광 경화성 코팅 재료(105)는 전형적으로, 파장 변환 재료의 측방향 표면, 본딩 재료(104)의 측방향 에지(114) 및 LED 칩(101)의 측방향 표면 위와 같이, 파장 변환형 장치(100)의 외측 표면(110)의 소망의 부분들에 적용된다 (도 2b).
광 경화성 코팅 재료(105)가 배치되는 파장 변환 장치(100)는 본 발명의 예상되는 양태들을 나타내는 것임에 유의해야 한다.
그 다음에, LED 칩(101)이 활성화되어, 제1 파장의 광이 경화를 유발할만큼 충분히 강한 광도(즉, 유효 광도)로 코팅 재료(105)를 만나는 위치들에서, 코팅 재료(105)의 조명 및 경화를 발생시킨다 (도 2c).
마지막으로, 임의의 경화되지 않은 코팅 재료(105)가 장치로부터 제거되어, 다르게는 변환되지 않은 광이 높은 광도로 장치를 빠져나갔을 위치들에 경화된 차광 코팅 재료(산란성, 흡수성 또는 반사성)(115)가 배치된 파장 변환형 발광 장치(100)가 만들어질 수 있다 (도 2d).
본 기술분야에 지식을 가진 자들은, 본 발명이 결코 위에 설명된 바람직한 실시예들로 제한되지 않음을 인식할 것이다. 반대로, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 많은 수정 및 변경이 가능하다. 예를 들어, 둘 이상과 같이, 하나보다 많은 발광 다이오드가 하나의 동일한 자립형 파장 변환체에 본딩될 수 있다. 또한, 상기의 설명은 주로 자립형 파장 변환체 내에 포함된 파장 변환 재료를 참조하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 파장 변환 재료는 예를 들어 LED의 발광 표면 상에 파우더로서 분사 퇴적될(spray deposited) 수 있음에 유의해야 한다.

Claims (12)

  1. 파장 변환형 발광 장치(wavelength converted light emitting device)의 제조 방법으로서,
    발광 표면(102)을 가지며 제1 파장의 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(101)를 제공하는 단계 - 상기 발광 표면(102) 상에는, 상기 발광 다이오드(101)에 의해 방출되는 광을 수광하고 상기 수광된 광의 적어도 일부를 제2 파장의 광으로 변환하도록 되어 있는 파장 변환 재료(103)가 배치됨 -;
    상기 파장 변환형 발광 장치(100)의 외측 표면(110)의 적어도 일부 상에, 광 경화성 코팅 재료(105)를 배치하는 단계 - 유효 광도(effective intensity)의 상기 제1 파장의 광에 의한 조명은 상기 광 경화성 코팅 재료의 경화를 유도하고, 상기 광 경화성 코팅 재료(105)는 상기 제2 파장의 광에 반응하지 않음 -; 및
    상기 발광 다이오드(101)를 이용하여 상기 재료(105)를 조명함으로써 상기 광 경화성 코팅 재료(105)의 적어도 일부를 경화하여, 경화된 차광 재료(cured light blocking material)(115)를 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    경화되지 않은 코팅 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료(103)는 자립형 파장 변환체(self-supporting wavelength converting body) 내에 포함되는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자립형 파장 변환체(103)는 광 투과성 본딩층(104)에 의해 상기 발광 다이오드(101) 상에 배치되고,
    상기 광 경화성 코팅 재료는 상기 본딩층(104)의 측방향 표면(lateral surface; 114) 상에 배치되는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 경화성 코팅 재료(105)는 에폭시 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  6. 파장 변환형 발광 장치(100)로서,
    발광 표면(102)을 가지며 제1 파장의 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(101)를 포함하고, 상기 발광 표면(102) 상에는, 상기 발광 다이오드(101)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 수광하고 상기 광의 적어도 일부를 제2 파장의 광으로 변환하도록 되어 있는 파장 변환 재료(103)가 배치되고,
    상기 장치(100)의 외측 표면(110)의 적어도 일부에, 상기 제1 파장의 광에 의한 조명 시에 경화하도록 배치되는 광 경화성 코팅 재료(105)가 제공되고, 상기 광 경화성 코팅 재료(105)는 상기 제2 파장의 광에 반응하지 않고;
    광 경화성 코팅 재료(105)는 경화된 상태에서 광을 차단하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 파장 변환형 발광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료(103)는 자립형 파장 변환체 내에 포함되는 파장 변환형 발광 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파장 변환 재료(103)는 광 투과성 본딩 재료(104)에 의해 상기 발광 표면(102) 상에 배치되고, 상기 본딩 재료(104)의 측방향 표면(114)에는 상기 광 경화성 코팅 재료(105)가 제공되는 파장 변환형 발광 장치.
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