KR101689395B1

KR101689395B1 - 발광 소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101689395B1
Application number: KR1020100070397A
Authority: KR
Inventors: 오광용
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2016-12-23
Also published as: KR20120009765A

Abstract

본 발명에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 웨이퍼 기판을 마련하는 단계; 각각 그 상부에 금속 패드 갖는 복수의 발광 다이오드를 상기 웨이퍼 기판 상에 형성하는 단계; 상기 발광 다이오드 상부에 형광체와 수지의 혼합물을 도포하여 형광체층을 형성하는 단계; 상기 형광체층을 UV 경화시키는 단계; 및 상기 형광체층 중 일부를 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이렇게 제조된 발광 소자는 색 재현성이 뛰어나고, 형광체들의 균질성을 높일 수 있어 색수차 문제를 해결할 수 있으며, 불량률이 감소되어 발광 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{LIGHT-EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 웨이퍼 레벨에서 형광체가 코팅되는 발광 소자 및 그 제조 방법에 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.

발광 소자는 발광 다이오드 칩과 형광체를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 예를들어, 청색을 발광하는 발광 다이오드 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, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색 발광 다이오드 칩과 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.

즉, 종래의 백색 발광 소자는 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 LED 칩 상에의 형광체 코팅방법을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 리드 프레임(30)이 형성된 기판(20)의 상부에 예를들어, 청색 발광 다이오드 칩인 LED 칩(10)이 배치되고, 이를 에워싸는 형태로 하우징 몸체(50)가 형성되며, 이러한 패키지 레벨에서 예를들어, YAG계열의 형광체와 봉지제의 혼합물(70)이 실린지(syringe) 또는 디스펜서(60)로부터 도팅되어, LED 칩(10) 상부 및 하우징 몸체(50)의 내부 공간을 채운다.

그러나, 도 1과 같은 방식에 의해 형성된 종래의 발광 소자는 LED 칩(10)에서 나오는 청색 및 형광체(70)에서 발광하는 황색의 조합이 형광체(70)의 도포방법 및 LED 칩(10)의 동작 조건에 아주 민감하기 때문에, 종래의 YAG계 백색 발광 소자는 동일한 백색을 재현하는 데 많은 어려움이 따른다.

특히, 도 1과 같이, 형광체(70)의 도포 시에 사용되는 에폭시 수지 혹은 실리콘 수지의 혼합 비율, 이러한 수지의 열적 불안정성, 그리고 실린지(60) 내부에서의 봉지제의 점도 변화 및 경화시 형광체의 불규칙한 퇴적 등으로 발광 휘도가 불규칙하고 색좌표의 산포가 벌어지며 소자의 불량률이 높고, 색 재현성이 떨어지는 문제점을 지니고 있다. 또한, 봉지제의 점도 변화 및 경화 등으로 인하여 실린지(60) 내부 일정 부분의 재료는 사용할 수 없고 재료가 낭비되는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일한 형광체 분포 특성을 가지며 우수한 색 재현성을 갖고, 신뢰성이 향상된 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 소자 제조시 형광체의 사용량을 줄여 원가 절감 효과를 가져오며, 웨이퍼 단위의 대량 생산이 가능하여 생산 수율이 향상된 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 웨이퍼 기판을 마련하는 단계;

각각 그 상부에 금속 패드 갖는 복수의 발광 다이오드를 상기 웨이퍼 기판 상에 형성하는 단계;

상기 복수의 발광 다이오드 상부에 형광체와 수지의 혼합물을 도포하여 형광체층을 형성하는 단계;

자외선을 이용하여 상기 형광체층을 선택적으로 경화시키는 단계; 및

상기 형광체층 중 일부를 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 에칭하는 단계는 상기 금속 패드의 상부에 도포된 상기 형광체층을 제거하여, 상기 금속 패드를 노출시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제조 방법은 상기 노출된 금속 패드와 본딩 와이어를 전기적으로 연결하는 단계를 추가로 포함한다.

한편, 상기 형광체층을 선택적으로 경화시키는 단계는, 상기 금속 패드가 형성된 영역에 대응되는 패턴이 형성된 마스크를 제조하는 단계; 및 상기 마스크를 상기 웨이퍼 기판의 상부에 배치하여 상기 자외선을 조사하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 수지는 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄계, 이미드계 재료 중 적어도 하나를 포함하여 제조되는 광감성 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제조 방법은 상기 형광체층의 표면에 거칠기를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

또한, 상기 형광체층을 형성하는 단계는 스핀 코팅법, 스프레이법, 디핑법(dipping) 또는 스크린 프린팅법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 형광체와 수지의 혼합물을 도포하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 형광체층을 형성하는 단계는, 복수의 형광체층들을 상기 발광 다이오드 상부의 서로 다른 위치에 영역별로 형성하거나, 상기 복수의 형광체층들을 상기 발광 다이오드 상부의 층별로 상이한 위치에 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 발광 소자는, 웨이퍼 기판;

상기 웨이퍼 기판상에 형성되고 각각 그 상부에 금속 패드 갖는 복수의 발광 다이오드; 및

상기 복수의 발광 다이오드 상부에 도포된 형광체층을 포함하고,

상기 형광체층은 UV 경화되고, 그 일부가 에칭되어 상기 금속 패드를 노출시키는 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노출된 금속 패드는 본딩 와이어와 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 형광체층은 형광체와 수지의 혼합물을 이용하여 제조되며, 상기 상기 수지는 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄계, 이미드계 재료 중 적어도 하나를 포함하여 제조되는 광감성 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 형광체층의 표면은 소정의 거칠기를 포함한다.

또한, 상기 형광체층은 복수의 형광체층을 포함하며, 상기 복수의 형광체층은 상기 발광 다이오드 상부에 영역별로 도포되거나 층별로 상이한 위치에 도포되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 발광 소자는 균일한 색의 광을 방출하며 우수한 색 재현성을 제공할 수 있고, 형광체들의 균질성을 높일 수 있어 색수차 문제를 해결할 수 있으며, 불량률이 감소되어 발광 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 발광 소자는 종래의 형광체 코팅 방식에 비해, 발광 소자 제조시 형광체의 전체 사용량을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며, 웨이퍼 레벨에서 형광체를 코팅하여 많은 양의 발광 소자를 대량으로 생산할 수 있게 되어 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 종래의 발광 소자에서의 형광체 코팅 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 복수의 발광 다이오드가 형성된 웨이퍼를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 웨이퍼 상에 형성된 발광 다이오드 상부의 금속 패드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드가 형성된 웨이퍼 상에 형광체를 도포하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 형광체가 도포된 금속 패드를 도시한 단면도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체층의 UV 노광/경화 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴화된 형광체층을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체층의 패턴화 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이퍼 기판상에 형성된 복수의 발광 다이오드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 형성된 다중 형광체 패턴을 설명하기 위한 평면도.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예시로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일 유사한 참조번호들은 동일 유사한 구성요소들을 나타낸다.

도 2 및 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 코팅 방법이 적용될 수 있는 웨이퍼 기판 및 금속 패드에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 복수의 발광 다이오드가 형성된 웨이퍼 기판(500)을 도시한 도면이다. 도 2에서, 웨이퍼 기판(500)은 그 상부에 형성되는 복수의 발광 다이오드(1000)를 개별 LED 칩으로 분리하는데 추후 이용될 다이싱 선을 나타내는 선들에 의하여 복수의 영역으로 구획되어 있으며, 그 중 하나의 영역 내에 하나의 발광 다이오드(1000)가 형성되는 것으로 도시되었다.

도 2를 참조하면, 하나의 발광 다이오드(1000)의 상면에는 상기 발광 다이오드(1000)에 전원을 인가하는데 사용되는 금속패드(300, 400)가 형성될 수 있다. 이러한 금속패드(300, 400)는 각각 P형 반도체층 또는 N형 반도체층(도 7 참조)과 접촉되어 전원을 인가할 수 있는데, 금속패드(300, 400)의 자세한 구조는 후술하기로 한다.

또한, 웨이퍼 기판(500)은 LED 칩을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하고, 제한적이지는 않으나, 예를 들어, 사파이어(sapphire), 세라믹, SiC, 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic) 등을 이용하여 제조된 기판일 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 패드를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 금속 패드(300, 400)는 1차 금속패드(310, 410) 및 그 상부에 추가로 형성되는 2차 금속패드(320, 420)를 포함할 수 있다.

여기서, 도 3의 (a)는 1차 금속 패드(310, 410) 위에 솔더 볼(320, 420)로서 2차 패드를 형성한 예를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3의 (b)는 1차 금속 패드(310, 410) 위에 전자 빔(e-beam) 또는 스퍼터링 장치 등을 이용한 증착 방식을 적용하여 2차 패드를 형성한 예를 개략적으로 도시한 것이다.

다만, 2차 금속 패드(320, 420)는 전술한 방식 외에도 다른 공지의 금속 패드 형성방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예를들어, 감광성 재료를 도포 한 후 노광 및 현상하여 제조할 수도 있으므로, 본 발명이 특정 금속 패드 형성방법으로 제한되는 것은 아니다.

또한, 실시예에 따라서는, 발광 다이오드 상부에 1차 금속 패드(310, 410)만을 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위가 1차 금속 패드(310, 410) 및 2차 금속 패드(320, 420)를 포함하는 특정한 실시예로 제한되는 것으로 해석해서는 안 된다.

다만, 이하의 실시예들은 1차 금속 패드(310, 410) 상부에 2차 금속 패드(320, 420)가 형성되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 도 3에서는, 도시의 간략화를 위하여, 웨이퍼 기판(500) 상부에 형성되는 반도체 적층 구조체의 자세한 구조(도 7 참조)는 생략하였고, 웨이퍼 기판(500)과 금속 패드(300, 400) 만을 강조하여 도시하였다.

이하, 도 4 및 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 코팅 방법을 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드가 형성된 웨이퍼 기판 상에 형광체를 도포하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 형광체가 도포된 금속 패드를 도시한 단면도이다.

도 4a에는, 웨이퍼 기판(500) 상부에 형광체와 광감성 수지의 혼합물(700)을 실린지(600)를 이용하여 도팅하는 과정이 도시되어 있다.

여기서, 상기 형광체의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 파장변환용 형광체가 모두 사용 가능하며, 제한적이지는 않으나 예를들어, (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 들 수 있다.

또한, 상기 광감성 수지의 재료는 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄계, 이미드계를 포함하며, 네거티브/포지티브(negative/positive) 광감성 수지 재료가 모두 사용가능하다.

혼합된 형광체와 광감성 수지 재료(700)는 실린지 또는 디스펜서(600)의 내부로부터 그 배출구를 통하여, 복수의 발광 다이오드가 형성되어 있는 웨이퍼 기판(500) 위에 소정량 도팅되고, 이후 웨이퍼의 회전에 의한 원심력에 의해 발광 다이오드 상부(또는 웨이퍼 기판 상부)로 고르게 확산되어, 형광체층(750)을 형성할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이퍼 상에 형광체와 광감성 수지 재료 혼합물(700)을 도팅하는 경우는, 칩 단위마다 형광체 및 수지 혼합물을 도팅할 때에 비하여, 복수개의 칩이 형성된 웨이퍼 상에 한꺼번에 많은 형광체 및 수지 혼합물을 도팅하게 되므로, 수지 내지 봉지제의 경화가 감소되어, 형광체 및 수지 혼합물이 낭비되는 문제가 해소될 수 있다.

다만, 웨이퍼 기판(500) 상에 형광체와 광감성 수지의 혼합물(700)을 도포하는 방법은 전술한 "스핀 코팅법"으로 제한되는 것은 아니며, 예를들어, 스프레이, 디핑(dipping) 또는 스크린 프린팅 법 등의 다른 공지된 코팅법이 이용될 수도 있다. 이로써, 형광체는 일정한 두께를 갖는 박막의 형태로 웨이퍼 기판(500)의 발광 다이오드 상부(1000)에 도포될 수 있다. 도 4b는 전술한 바와 같이 형성된 형광체 층(750)이 다양한 두께를 가질 수 있음을 도시한다.

구체적으로, 도 4b의 (a) 또는 (b)를 참조하면, 2차 금속 패드(320, 420)의 상면 높이를 기준으로 하여, 2차 금속 패드(320, 420) 보다 형광체층(750)의 높이가 낮거나(A-A'선 참조), 2차 금속 패드(320, 420)와 형광체층(750)의 높이가 같거나(B-B'선 참조), 또는 2차 금속 패드(320, 420) 보다 형광체층(750)의 높이가 높을 수(A-A'선 참조) 있음을 알 수 있다. 이는, 예를들어, 스핀 코팅법의 경우, 웨이퍼 기판(500) 상에 도팅된 형광체와 광감성 수지 혼합물(700)의 양이나 형광체의 종류, 타겟 색좌표, 스핀 회전력, 스핀 회전속도 등에 따라, 형광체층(750)의 두께가 변화할 수 있음을 의미한다.

또한, 형광체층(750)의 두께가 너무 두꺼우면, 완성된 발광 다이오드 칩에서 형광체층(750)의 전면부가 아닌 측면부로도 광이 출사될 수 있기 때문에 광도(cd)가 떨어질 수 있으므로, 형광체층(750) 형성시에, 상기 두께에 영향을 미칠 수 있는 요인들을 제어할 필요가 있다.

한편, 도 4b의 경우는, 1차 금속 패드(310, 410) 상부에 2차 금속 패드(320, 420)를 추가로 형성하는 경우의 예를 도시한 것이지만, 실시예에 따라서, 발광 다이오드 상부에 1차 금속 패드(310, 410)만을 형성할 수도 있으며, 이 경우, 형광체층(750)의 높이는 1차 금속 패드(310, 410)의 상면 높이를 기준으로 하여, 이보다 낮거나 높거나 같은 경우를 상정할 수 있다.

형광체층(750)이 2차 금속 패드(320, 420)(1차 금속 패드만 형성되는 경우에는, 1차 금속 패드(310, 410); 이하 "금속 패드(300, 400)"로 통칭함) 의 높이보다 두껍게 형성된 경우, 즉, 금속 패드(300, 400)가 형광체층(750)에 의해 매립된 상태인 경우에는(도 4b에서 형광체층(750)의 상면이 C-C'선에 위치하는 경우), 추후 금속 패드(300, 400)를 본딩 와이어(미도시)와 전기적으로 연결하기 위해서는, 금속 패드(300, 400)의 상면에 도포되어 있는 형광체층(750)을 일부 제거하는 작업(예를들어, 연마작업)이 필요하게 된다. 그러나, 경화된 형광체층(750)을 연마하여 제거하는 작업은 쉽지 않으며, 완벽히 제거하기도 어려울 뿐더러 매우 더딘 작업이라고 할 수 있다. 반면, 종래기술과 달리, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 패드(300, 400)의 상면에 형성되어 있는 형광체 코딩(750)의 제거작업 내지 형광체층(750)의 패턴화가 용이하게 이루어질 수 있다. 이하 자세히 설명하기로 한다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 형광체층(750)을 패턴화하기 위한 과정의 일부로서, 형광체층(750)을 UV 노광/경화하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 패턴화된 형광체 코팅을 도시한 단면도이다.

도 5a를 참조하면, 형광체층(750)이 형성된 웨이퍼 기판(500)을 UV 노광하는 단계가 도시되어 있다. 구체적으로는, 예를들어, 도 4a와 같은 스핀 코팅법에 의해 형광체층(750)이 형성된 웨이퍼 기판(500)을 웨이퍼 지지체(850) 상부에 배치시킨 후, 웨이퍼 기판(500) 상부에 마스크(800)를 위치시키고 UV를 조사하여, 금속 패드(300, 400)가 형성된 위치(도 5의 영역 "A")를 제외한 영역에 형성되어 있는 형광체층(750)을 UV 경화시킨다.

여기서, 마스크(800)는 석영 기판(810)과 그 상부에 형성된 크롬패턴(820)을 포함할 수 있는데, 크롬패턴(820)은 영역 "A"에 대응하는 위치에 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 마스크(800) 하부에 배치되며, 영역 "A"에 대응하는 위치에 형성되어 있는 형광체층(750)은 UV를 조사하더라도 다른 영역과 달리, 경화되지 않은 채 남아있어, 후속하는 에칭공정에 의하여 용이하게 제거될 수 있다.

즉, 도시하지는 않았으나, 영역 "A"에 위치한 형광체층(750)은 건식 내지 습식 에칭의 방법을 통하여 금속 패드(300, 400)의 상부로부터 제거되어(즉, 형광체층(750)이 패턴화되어), 금속 패드(300, 400)를 노출시킬 수 있다.

한편, 도 5a에 도시된 마스크(800)는 형광체층(750)이 네거티브 광감성 수지 재료인 경우를 예를 들어 도시한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않고 형광체층(750)이 포지티브 광감성 수지 재료인 경우 크롬패턴(820)은 영역 "A"를 제외한 영역에 형성될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 형광체층(750)의 높이가 도 4b의 A-A'와 같이, 금속 패드(300, 400)의 상면 높이보다 낮은 경우에, 패턴화된 형광체층(750)은 도 5b의 (a)와 같이 형성될 수 있고, 형광체층(750)의 높이가 도 4b의 B-B'와 같이, 금속 패드(300, 400)의 상면 높이와 동일한 경우에는, 패턴화된 형광체층(750)은 도 5b의 (b)와 같이 형성될 수 있으며, 형광체층(750)의 높이가 도 4b의 C-C'와 같이, 금속 패드(300, 400)의 상면 높이보다 높은 경우는, 패턴화된 형광체층(750)은 도 5b의 (c)와 같이 형성될 수 있다.

다만, 여기서, 도 4a와 같은 코팅공정이 완료된 상태의 형광체층(750)의 상면이, 도 4b의 A-A'선과 같이, 금속 패드(300, 400)의 상면 높이보다 낮거나 같은 경우에는, 금속 패드(300, 400)의 상부에 형광체층(750)이 존재하지 않는 경우가 대부분이지만, 코팅 과정 중에 형광체와 광감성 수지의 혼합물(700)이 일부라도 금속 패드(300, 400)의 상부에 잔존하게 되는 경우, 추후 금속 패드(300, 400)와 본딩 와이어의 전기적 접촉을 방해할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 패드(300, 400) 상부에 남아 있는 형광체와 광감성 수지의 혼합물(700) 내지 형광체층(750)을 실질적으로 완전히 제거하는 공정이 요구될 수 있고, 그 경우, UV 조사/경화 공정 및 에칭 공정 이후 단계에서의 형광체층(750)의 형상이 각각 도 5b의 (a) 및 (b)와 같이 됨을 의미하는 것으로 이해하여야 한다.

따라서, 도 5b를 통해 알 수 있듯이, 전술한 UV 노광/에칭 과정(즉, 형광체층(750)의 패턴화)을 통하여, 금속 패드(300, 400) 또는 형광체층(750)의 높이에 상관없이, 상기 금속 패드(300, 400)를 형광체층(750)의 외부로 완전히 노출시키는 것이 가능해지고, 그 노출된 금속 패드(300, 400)를 본딩 와이어와 연결시킴으로써, 작업성이 개선되고 불량률이 감소될 수 있다.

또한, 실시예에 따라서는, 금속 패드(300, 400)의 전체 높이가 형광체층(750)의 상면 높이보다 낮은 경우에도, 본 발명에 따라 금속 패드(300, 400)와 본딩 와이어의 전기적 연결이 가능해지므로, 본딩 와이어와의 연결을 위하여 1차 금속 패드(310, 410) 상부에 전체 금속 패드의 높이를 증가시키기 위해 추가적인 금속 패드를 형성하여야 하는 번거로움을 해소할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체층의 패턴화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

우선, 단계 S610에서, 웨이퍼 기판(500)을 준비하여, 그 상부에 복수의 발광 다이오드(1000)를 형성시킨다.

이와 관련하여, 상기 웨이퍼 기판(500)은 전술한 바와 같이, LED 칩을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하고, 본 발명이 특정 웨이퍼 기판의 종류로 제한되는 것은 아니며, 발광 다이오드(1000)는 도 7a에 도시된 바와 같이 수평형 발광 다이오드일 수도 있고, 도 7b와 같은 수직형 발광 다이오드일 수도 있다. 즉, 웨이퍼 기판(500) 상에 형성할 수 있는 발광 다이오드의 종류에도 제한이 없다.

다음으로, 단계 S620에서, 각각의 발광 다이오드(1000) 상부에 금속 패드(300, 400)를 형성한다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 발광 다이오드(1000) 상부에는 N형 또는 P형 반도체층(도 7a의 210 및 250 참조)과 직접 접촉하는 1차 금속 패드(310, 410)만을 형성할 수도 있고, 그 상부에 추가적으로 2차 금속 패드(320, 420)를 형성하는 것도 가능하다.

다음으로, 단계 S630에서, 금속 패드(300, 400)가 형성된 발광 다이오드(1000)들의 상부, 즉, 웨이퍼 기판(500)의 상부에 형광체와 수지의 혼합물(700)을 도포한다. 이 경우, 형광체의 도포 방법으로는 스핀 코팅법, 스프레이법, 디핑법, 스크린 프린팅법 등 공지의 코팅방법을 적용할 수 있다.

다음으로, 단계 S640에서, 도포된 형광체층(750)을 마스크(80)를 이용하여 UV 노광/경화시킨다. 이때, 마스크(80)의 패턴(820)은 금속 패드(300, 400)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 이로써, 패턴(820)에 대응되는 위치에 형성되어 있는 금속 패드(300, 400) 상부 영역(영역 "A")의 형광체층(750)은 UV 조사에도 불구하고 경화되지 않으므로, 이후 적용되는 에칭에 의해 용이하게 제거될 수 있다.

즉, 완전히 경화된 형광체 층을 연마공정 등을 통하여 평탄하게 하는 종래기술 대비, 본 발명에 따를 경우, 영역 "A"에 형성된 형광체층은 경화가 되지 않으므로, 보다 손쉽고 완전하게 금속 패드(300, 400)의 상부로부터 제거될 수 있게 된다.

다음으로, 단계 S650에서, 전술한 바와 같이, 영역 "A"에 형성되어 있는 형광체층(750)을 건식 또는 습식 에칭에 의하여 제거한다.

이때, 습식 에칭 공정의 경우, 후속하는 베이킹 공정을 통하여 에칭공정시 사용된 화학 약품 등을 건조시켜 제거할 수도 있다. 또한, 건식 에칭의 경우는 IBE(ion beam etching), sputtering, RIE(reactive ion etching) 등의 공지의 에칭 방법을 이용하는 것이 가능하다.

이렇게 함으로써, 형광체층(750) 내부에 매립되어 있던 금속 패턴(300, 400)(도 4b의 C-C'선의 경우)을 노출시키거나, 금속 패턴(300, 400)의 상부에 형광체층(750) 일부가 잔존하고 있는 경우(도 4b의 A-A'선 또는 B-B'선의 경우) 이를 제거하여 금속 패턴(300, 400)의 표면을 완전히 노출시킴으로써, 금속 패턴(300, 400)과 본딩 와이어의 연결 작업을 용이하게 할 수 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체층의 패턴화 방법은 형광체층(750)의 상부에 대하여 플라즈마 공정에 의한 식각 내지 표면처리를 하거나, 또는 샌드 블라스팅법에 의해 압축공기로 모래를 분사하여 형광체층(750) 표면에 거칠기를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다. 이렇게 함으로써, 동작시 발광 다이오드(1000)의 활성층(예를들어, 도 7a의 230) 내에서 생성된 광이 형광체층(750)에 의해 난반사됨으로써 외부로 출사될 수 있으므로, 발광 다이오드의 광방출 효율이 증가된다.

다음으로, 단계 S650에서, 웨이퍼 기판(500) 상에 형성되어 있는 복수의 발광 다이오드들(1000)을 예를들어, 도 7a의 점선의 위치에서 절단 또는 다이싱하여, 한번에 많은 양의 개별 칩들을 제조할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라, 발광 다이오드 칩(1000)과 형광체층(750)은 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택될 수 있다. 예를들어, 백색 발광을 구현하기 위하여, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 청색 발광 다이오드 칩을 실장하고, 상기 발광 다이오드 칩 상에 황색 발광 형광체를 코팅할 수 있다. 이때, 발광 다이오드 칩에서 청색광이 방출되고, 그 청색광은 황색 발광 형광체층에 직접 입사되어, 입사된 광의 일부가 황색 광으로 파장 변환된다. 이에 따라, 1차 발광의 일부인 청색광과 형광체층(750)에 의해 파장 변환된 황색광이 혼색되어 백색을 구현할 수 있게 된다. 또한, 이 경우, 형광체층(750) 내의 형광체의 농도 및 분포나 형광체층(750)의 두께를 조절함으로써, 광 변환 정도 또는 색좌표를 조절할 수 있다.

다만, 대안적으로, 백색 발광을 위하여, 350㎚ 내지 410㎚ 파장을 발광하는 UV 발광 다이오드 칩을 실장하고, 그 발광 다이오드 칩 상에 적색, 청색 및 녹색 발광 형광체들을 포함하여 제조된 형광체층을 형성할 수도 있다. 다시 말해, 형광체와 광감성 수지의 혼합물(700)을 제조하는 단계에서 단일 형광체가 아닌 종류가 다른 복수개의 형광체들을 혼합하여 제조할 수도 있다. 다만, 이 경우, 여러 종류의 형광체를 수지에 혼합하여 발광 다이오드 칩 상부에 코팅함에 따라, 각 형광체가 종류별로 밀도가 상이하여 수지 내에서 불균일하게 침전하게 되고, 형광체들 상호간에 발광 간섭 등이 일어나서 광효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 8과 같이, 복수의 다종 형광체를 형광체별로 레이어를 달리하여 발광 다이오드 상부에 코팅함으로써, 이러한 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있다.

즉, 도 8을 참조하면, 제1 형광체는 제1 레이어(710), 제2 형광체는 제2 레이어(720) 및 제3 형광체는 제3 레이어(730)의 형태로 영역을 달리하여 발광 다이오드의 칩 상부에 형성될 수 있다. 이를 위해, 전술한 UV 노광 및 에칭 작업을 복수회 반복함으로써, 예를들어, 총 3개의 형광체 레이어로 구성된 형광체층을 발광 다이오드 상부에 영역별로 도포할 수 있다.

다만, 이와 달리, 도시하지는 않았으나, 발광 다이오드 칩 상에 각각 청색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 적색 발광 형광체를 포함하여 제조된 개별 형광체층을 순차적으로 적층하여, 복수의 형광체층을 층별로 형성할 수도 있다. 이 경우에도, 전술한 UV 노광 및 에칭 작업을 복수회 반복함으로써, 예를들어, 총 3개의 형광체 레이어로 구성된 형광체층을 발광 다이오드 상부에 층별로 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 영역별로 또는 층별로 복수개의 형광체층을 발광 다이오드 칩 상부에 형성하는 경우에는, 복수의 형광체를 한꺼번에 수지와 혼합한 후 발광 다이오드 상부에 도포하는 경우와 대비하여, 각 형광체들 간의 발광 간섭이 억제되어 광효율이 증가될 수 있다.

본 발명의 발광 소자 및 이의 제조 방법은 상기 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 형광체층을 포함하는 다양한 구조를 갖는 발광 소자로의 응용이 가능하다.

본 발명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

300, 400: 금속 패드 500: 웨이퍼 기판
600: 실린지 700: 형광체 및 수지 혼합물
750: 형광체층 800: 마스크
1000: 발광 다이오드

Claims

반도체 적층 구조체를 가지는 웨이퍼 기판을 마련하는 단계;
상기 반도체 적층 구조체를 이용하여 각각 그 상부에 금속 패드를 갖는 복수의 발광 다이오드를 상기 웨이퍼 기판 상에 형성하는 단계;
상기 복수의 발광 다이오드 상부에 형광체와 수지의 혼합물을 도포하여 형광체층을 형성하는 단계;
자외선을 이용하여 상기 형광체층을 선택적으로 경화시키는 단계;
상기 형광체층 중 일부를 에칭하는 단계;
상기 형광체층의 표면에 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 난반사 하도록 거칠기를 형성하는 단계; 및
상기 웨이퍼 기판을 다이싱함으로써 상기 형광체층이 형성된 상기 복수의 발광 다이오드를 복수의 개별 칩으로 분리하는 단계;
를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에칭하는 단계는 상기 금속 패드의 상부에 도포된 상기 형광체층을 제거하여, 상기 금속 패드를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 노출된 금속 패드와 본딩 와이어를 전기적으로 연결하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 형광체층을 선택적으로 경화시키는 단계는,
상기 금속 패드가 형성된 영역에 대응되는 패턴이 형성된 마스크를 준비하는 단계; 및
상기 마스크를 상기 웨이퍼 기판의 상부에 배치한 후 상기 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 수지는 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄계, 이미드계 재료 중 적어도 하나를 포함하여 제조되는 광감성 수지인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는 스핀 코팅법, 스프레이법, 디핑법(dipping) 또는 스크린 프린팅법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 형광체와 수지의 혼합물을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는, 복수의 형광체층들을 상기 발광 다이오드 상부의 서로 다른 위치에 영역별로 형성하거나, 상기 복수의 형광체층들을 상기 발광 다이오드 상부의 층별로 상이한 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
웨이퍼 기판;
상기 웨이퍼 기판상에 형성되고, 각각 그 상부에 금속 패드를 갖는 복수의 발광 다이오드; 및
상기 복수의 발광 다이오드 상부에 도포된 형광체층을 포함하고,
상기 형광체층은 UV 경화되고 그 일부가 에칭되어 상기 금속 패드를 노출시키는 패턴을 가지며,
상기 형광체층의 표면은 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 난반사 하도록 소정의 거칠기가 형성되며,
상기 복수의 발광 다이오드는 각각 반도체 적층 구조체를 포함하고,
상기 반도체 적층 구조체는 상기 웨이퍼 기판에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
청구항 9에 있어서, 상기 노출된 금속 패드는 본딩 와이어와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
청구항 9에 있어서, 상기 형광체층은 형광체와 수지의 혼합물을 이용하여 제조되며, 상기 수지는 아크릴계, 실리콘계, 에폭시계, 우레탄계, 이미드계 재료 중 적어도 하나를 포함하여 제조되는 광감성 수지인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
삭제
청구항 9에 있어서, 상기 형광체층은 복수의 형광체층을 포함하며, 상기 복수의 형광체층은 상기 발광 다이오드의 상부에 영역별로 도포되거나 층별로 상이한 위치에 도포되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.