KR101909299B1 - 발광 디바이스의 제조를 위한 적층 지지막 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

광학 소자(130)들이 선택 위치에서 지지막(110)에 부착되며, 선택 위치는 다른 기판, 예를 들면 타일(150)의 기판 상의 발광 소자(140)들의 위치에 대응한다. 광학 소자들이 그들의 대응하는 발광 소자들에 접촉하도록, 발광 소자들을 포함하는 기판 상에 막이 배치된다. 광학 소자들이 발광 소자들에 적층되고, 지지막이 제거된다. 광학 소자들은 파장 변환 소자, 렌즈 소자, 소자들의 조합 등을 포함할 수 있다. 도체 및 반사체와 같은 다른 소자들도 적층 막 상에 배치될 수 있다.

Description

발광 디바이스의 제조를 위한 적층 지지막 및 그 제조 방법{LAMINATE SUPPORT FILM FOR FABRICATION OF LIGHT EMITTING DEVICES AND METHOD ITS FABRICATION}
본 발명은 발광 디바이스의 분야에 관한 것이며, 특히 패터닝된 적층 시트(lamination sheet) 및 이러한 시트에 의해 형성되는 대응하는 구조체 및 디바이스들에 관한 것이다.
Martin 등에 의해 2009년 7월 9일 공개되고 본 명세서에 참조에 의해 원용된 미국 특허 공개 2009/0173960 "SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE WITH PRE-FABRICATED WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT"는, 별도 제조된 파장 변환 소자를 갖는 반도체 발광 디바이스를 개시하고 있다. 예를 들면 인광체 및 유리로 이루어진 파장 변환 소자는, 발광 디바이스에 결합되는 개별 파장 변환 소자들로 분리되는 시트 내에 생성된다. 파장 변환 소자들은 그들의 파장 변환 특성들에 따라 그룹화되고 보관될 수 있다. 파장 변환 소자는, 기본 광과 보조 광의 원하는 혼합을 생성하기 위해, 반도체 발광 디바이스와 선택적으로 매칭될 수 있다.
파장 변환 소자 또는 기본 발광 구조체에 추가되는 다른 소자들을 갖는 발광 디바이스들을 생산하기 위해 이용되는 프로세스와 관련된 비용을 단순화 또는 감소시키는 것이 유리할 것이다.
광학 소자들은 선택 위치에서 지지막에 부착되며, 선택 위치는 개별 기판 상의 발광 소자들의 위치에 대응한다. 광학 소자들이 그들의 대응하는 발광 소자들에 접촉하도록, 발광 소자들을 포함하는 기판 상에 막이 배치된다. 광학 소자들이 발광 소자들에 적층되면, 지지막이 제거될 수 있다. 광학 소자들은 파장 변환 소자, 렌즈 소자, 소자들의 조합 등을 포함할 수 있다. 금속 도체와 같은 다른 소자들도 적층막 상에 배치될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예시로서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a-1e는 광학 소자 및 발광 디바이스들의 적층 배열의 형성의 일례를 도시하고 있다.
도 2a-2c는 패터닝된 광학 소자들의 예를 도시하고 있다.
도 3a-3b는 다층 광학 소자의 일례를 도시하고 있다.
도 4는 광학 소자 및 발광 디바이스의 적층 배열을 형성하기 위한 흐름도의 일례를 도시하고 있다.
모든 도면에 걸쳐, 동일한 참조 번호들은 유사하거나 대응하는 특징 또는 기능들을 가리킨다. 도면들은 예시의 목적으로 포함되었으며, 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
이하 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적으로, 발명의 개념에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 구조, 인터페이스, 기술 등과 같은 특정 상세들이 제시되었다. 그러나, 이러한 특정 상세로부터 벗어난 다른 실시예들에서 본 발명이 실현될 수 있음은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 마찬가지로, 본 설명의 본문은 도면에 도시된 바와 같은 실시예에 관한 것이며, 청구 범위에 명시적으로 포함된 제한을 넘어서 주장 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 단순성과 명확성을 위해, 잘 알려진 디바이스, 회로 및 방법들에 대한 상세한 설명들은, 불필요한 상세로 본 발명의 설명을 모호하게 하지 않기 위해 생략되었다.
전술한 공개된 출원은 광학 소자들을 추가하기 위한 적어도 두 가지의 기술을 개시하고 있으며, 이 경우는 파장 변환 소자(예를 들면 인광체)가 발광 소자에 추가된다. 제1 기술에서, 인광체 재료의 시트가 복수의 발광 소자를 포함하는 기판 위에 배치된 다음, 인광체 재료가 발광 소자에 부착하도록 처리된다. 이 기술을 이용하여 기판 전체가 인광체 재료로 덮여진다. 제2 기술에서, 인광체 재료의 시트가 개별 소자로 절단되고, 개별 소자들은 발광 소자들의 발광 부분에 부착되는데, 이에 의해서 이용되는 인광체의 양이 보존된다. 각각의 발광 소자 위에 각각의 인광체 재료들을 배치하기 위해서 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 프로세스가 이용될 수 있다.
도 1a-1e는 예시적인 적층 구조체(190)의 형성을 도시하고 있다. 도 1a는 적층막(100)의 단면도를 도시하고, 도 1b는 적층막(100)의 표면도(surface view)를 도시하고, 도 1c는 발광 디바이스들의 예시적인 타일(150)을 그 타일들이 개별 발광 디바이스(160)들로 슬라이싱/다이싱되거나 다른 방법으로 단수화(singularized)되기 전의 상태로 도시하고 있다. 용어가 본 명세서에서 이용될 때, '타일'은 단지 기판 상의 복수의 디바이스이며, 타일은 디바이스들이 위에 형성된 반도체 웨이퍼, 디바이스들이 안에 배치된 리셉터클을 갖는 프레임, 또는 디바이스들이 위에 위치된 임의의 다른 기판일 수 있다.
본 예의 적층막(100)은, 지지막(110)의 선택 위치에 배치되어, 지지막의 표면에 수직하게 높이 또는 프로파일의 변화를 야기하는 복수의 광학 소자(130)를 포함한다. 위치는, 적층막(100)이 뒤집혀서 발광 디바이스(160)의 타일(150) 위에 배치될 때, 광학 소자(130)가 발광 디바이스(160)의 특정 피처(140) 위에 배치되도록 선택된다. 예를 들면, 광학 소자(130)들이 인광체와 같은 파장 변환 재료를 포함하는 경우, 그들은 타일(150) 상의 발광 디바이스(160)의 발광 소자에 대응하는 위치에서 지지막(110) 상에 놓여질 수 있다.
도 1d에 도시된 바와 같이 적층막(100)이 뒤집혀서 타일(150) 위에 배치될 때, 광학 소자(130)들을 그들의 대응하는 피처(140)에 부착하여 도 1e에 도시된 바와 같은 적층 구조체를 형성하기 위해서, 열 및 진공 적층 프로세스가 이용될 수 있다. 즉, 적층막(100)은 진공을 이용하여 타일(150) 위로 끌어내려질 수 있고, 광학 소자(130)가 발광 디바이스(160)의 대응하는 피처(140)와 결합하도록 가열될 수 있다. 그 후, 지지막(110)이 제거될 수 있고, 광학 소자(130)들을 갖는 발광 디바이스(160)들에 대한 이후의 임의의 프로세스가 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 지지막(110)은, 광학 소자(130)에 대해서 비교적 낮은 접착력을 갖는 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 막일 수 있다. 광학 소자(130)는 발광 디바이스(160)의 피처(140)에 대해서 높은 접착력을 갖는 유리 또는 에폭시 소자일 수 있다. 사건 번호 PH015255US1이고 Grigoriy Basin, Kinya Kodama 및 Kazutoshi Iwata에 의해 2010년 8월 20일에 출원되어 공동 계류 중인 미국 특허 출원 12/375296 "LAMINATION PROCESS FOR LEDS"는, 예를 들면 실리콘 바인더 내의 인광체 분말의 층을 서브마운트 웨이퍼 상의 LED 다이들의 어레이 위에 적층하는 방법을 개시하고 있으며, 본 명세서에 참조에 의해 원용된다. 층은 LED 다이들 위에 실장되고, 구조체는 진공 상태에서 가열된다. 층이 LED 다이들의 상단에 부착되도록, 지지막에 하향 압력이 가해진다. 다음으로, 구조체가 주변 공기에 노출되고, 지지막이 제거된다. 제2 적층 단계에서, 층과 웨이퍼 사이에 남아있는 공기를 제거하기 위해서 구조체는 진공 상태에서 더 높은 온도로 가열된다.
광학 소자(130)들은 임의의 다양한 기술들을 이용하여 지지막(110)에 형성되거나 배치될 수 있다. 엠보싱 프로세스 또는 스크린 프린팅은 지지막 위에 광학 소자(130)들을 찍거나 프린트하기 위해 이용될 수 있으며, 포토-리소그래프(photo-lithograph) 프로세스는 지지막 위에 광학 소자(130)들을 형성하기 위해 이용될 수 있으며, 픽-앤-플레이스 프로세스는 지지막 위에 광학 소자(130)들을 배치하기 위해 이용될 수 있으며, 또는 당 업계에 알려진 이러한 기술 및 다른 기술들의 조합이 이용될 수 있다. 엠보싱 기술 또는 다른 '주조(casting)' 기술은 광학 소자(130)들 내에 원하는 패턴을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 이용되는 프로세스 및 재료들에 따라, 패턴은 광학 소자(130)들 위에 직접 형성될 수 있으며, 또는 지지막(110)은 광학 소자(130)들에 의해서 이후에 채택되는 패턴을 포함할 수 있다.
그 결과로서 생기는 적층막(100)이 장래의 타일(150)에의 적층을 위해 보관되는 경우, 광학 소자(130)들에 대한 오염 또는 손상을 방지하기 위해, 제거가능한 커버 막이 지지막(110)의 반대쪽에서 광학 소자(130)들 위에 배치될 수 있다. 이 점에서, 용어 '지지막'과 '커버 막'은 등가인 것으로 해석될 수 있다. 예를 들면, 소자(130)들이 위에 형성된 원래의 막과 요소(130)들을 덮는 다른 막 사이에 소자(130)들이 끼워진 경우, 소자(130)를 노출시키기 위해 어떤 막이 제거되는지는 중요하지 않고, 남은 막이 이후에 지지막이 될 수 있다.
적층막(100)은 단일 유형의 광학 소자(130)에 한정되지 않는다. 광학 소자(130)는 복수의 소자 및 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌즈 소자는 적층막에 형성될 수 있고, 다음에 렌즈 상에 인광체 소자가 형성되고, 다음에 인광체 소자 주위에 반사체가 형성될 수 있다. 유사한 방식으로, 회로 트레이스가 하나 이상의 전기 전도성 적층 층으로서 적층막(100) 내에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 열 전도성 적층 층이, 디바이스 또는 인광체 파장 변환 층과 같은 다른 층들 내에 생성된 열의 전달 또는 방출을 촉진시키기 위해 적층막 내에 형성될 수 있다. 열 전도성 층은 인접한 층들과 유사한 광학 특성을 갖도록 선택될 수 있으며, 또는 층이 그것의 기본 기능뿐만 아니라 열 전달 기능도 수행하도록, 열 전도성 물질이 '기존' 층 내에 내장될 수 있다. 예를 들면, 실리콘/인광체 폴리머가 파장 변환을 위해 이용되는 경우, 더 나은 열 전달을 제공하기 위해 폴리머에 실리카가 첨가될 수 있으며, 실리카는 실리콘과 비슷한 굴절률을 갖기 때문에, 실리카의 첨가가 디바이스의 광학 품질을 감소시킬 가능성은 적다.
도 2a-2c는 예시적인 광학 소자들(130A-130C)의 표면도를 도시하고 있다. 도 2a에서, 예시적인 광학 소자(130A)는 아마도 시준, 편광, 분광 등과 같은 특정한 광학 패턴 또는 특성을 형성하기 위해 패터닝(210)될 수 있다. 이 패터닝(210)은, 예를 들면, 적층 프로세스 동안 패턴을 광학 재료(230)로 변형시키기 위해 패터닝된 적층막(100)을 이용하여 패턴을 갖는 광학 소자(130A)의 표면을 형성함으로써 생성될 수 있다. 또는, 패턴(210)은 지지막에 금속과 같은 제2 재료를 원하는 패턴으로 도포한 다음에 이 재료를 광학 재료(230)로 덮는 것에 의해 형성될 수 있다. 패터닝된 표면을 생성하는 다른 기술들은 당 업계에 잘 알려져 있다.
도 2b 및 도 2c에서는, 다른 음영들로 도시된 바와 같이, 다른 종류의 재료들이 광학 소자들(130B, 130C)을 형성하고 있다. 도 2b에서는, 두 개의 다른 인광체와 같은 두 개의 다른 재료들(250, 255)이 교대 패턴으로 배치되어 있다. 이러한 조합은, 예를 들면 넓은 스펙트럼의 출력 광을 원하는 경우, 원래 방출되는 광을 두 개의 다른 파장의 광으로 변환함으로써 이용될 수 있다. 이 개념은 임의의 수의 조합을 포함하도록 확장될 수 있으며, 도 2c에는 4개의 인광체(260, 262, 264, 266)의 조합이 도시되어 있다.
도 3a-3b는 인광체(330) 및 반사체(320)를 포함하는 광학 소자(350)의 표면도와 단면도를 도시하고 있다. 반사체(320)는 인광체(330)의 맨 위에 도포되는 금속 또는 유전체 층일 수 있다. 반사체(320)는 발광 디바이스(340) 내의 발광 소자로부터의 광이 인광체 층(330)으로 들어가는 것을 허용하는 개구부(325)를 포함한다. 인광체 층(330)보다 작은 것으로 도시되었지만, 반사체(320)는 인광체 층(330)을 넘어서 확장될 수 있다.
도 4는 광학 소자 및 발광 디바이스들을 갖는 적층 구조체의 형성을 위한 흐름도의 일례를 도시하고 있다.
단계(410)에서, 지지막이 제공된다. 위에서 언급한 바와 같이, 지지막은 낮은 접착력을 갖는 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 막일 수 있다. 단계(420)에서, 이 막 위에, 개별 광학 소자들이 선택 위치들에 배치되거나 형성될 수 있다. 이 위치들은 각각의 발광 디바이스 내의 발광 소자의 위치와 같은, 개별 기판 상의 발광 디바이스의 피처의 위치들에 대응하여 선택된다. 또한 위에서 언급한 바와 같이, 이 광학 소자들은 지지막 위에 엠보싱되거나 프린트될 수 있으며, 또는 포토-리소그래픽 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 광학 소자들은, 이후에 지지막 위에서 경화되거나 부분적으로 경화되어 적층막을 형성하는 에폭시 또는 유리 슬러리 내의 인광체를 포함할 수 있다. 단계(430)에서, 개별 광학 소자들의 추가 부분일 수 있는 다른 소자들도 적층막에 추가될 수 있다.
단계(440)에서, 선택적으로, 보호 커버 막이 지지막의 반대편에서 적층막에 추가될 수 있다. 이 커버 막도 낮은 접착력을 갖는 ETFE 막일 수 있다.
단계(450)에서, 발광 디바이스들의 타일이 제공되고, 단계(455)에서, 보호 커버가 만약 있다면 제거될 수 있다. 보호 커버 막이 추가되었다면, 광학 소자의 특정 구조체에 따라, 이 커버 막 또는 원래의 막 중 어느 하나가 이후에 지지막으로 간주될 수 있으며, 다른 막이 제거된 후 남은 막이 지지막이 된다.
단계(460)에서, 광학 소자들이 발광 디바이스들의 대응하는 피처와 접촉하도록, 적층막이 타일 위에 배치된다. 다음에 단계(470)에서, 적층막이 발광 디바이스들에 적층된다. 적층은 위에서 상세하게 설명한 바와 같이 진공 및 가열 프로세스를 이용하여 수행될 수 있으며, 또는 임의의 대체 적층 기술이 이용될 수 있다. 그 결과로서 생기는 적층 구조체는 이후 프로세싱을 위해서 보관될 수 있으며, 지지막은 이 구조체를 위한 보호 커버를 형성한다.
단계(480)에서 지지막이 제거될 수 있으며, 단계(490)에서 테스팅, 캡슐화, 단수화 등의 임의의 나머지 프로세스들이 수행될 수 있다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 이러한 도시 및 설명은 제한이 아닌 설명과 예시로 고려되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않는다. 예를 들면, 한 층의 프로파일의 변화가 다른 층들에 의해 보상되어 실질적으로 균일한 두께의 적층된 막을 제공하지만, 패터닝된 층들 중 적어도 하나가 지지막에 대한 그 층의 높이의 변화를 제공할 실시예에서 본 발명을 운용하는 것이 가능하다.
당 업계에서 통상의 지식을 가진 자들은 청구 발명을 실행하는 데 있어서 도면, 개시 및 청구 범위를 숙지함으로써, 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들을 이해하고 시행할 수 있다. 청구항들에서, "포함"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계들을 제외하는 것이 아니고, 복수 표현이 없는 것(부정관사 "a" 또는 "an"을 사용하는 것)은 복수를 제외하는 것이 아니다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항들에 기재된 여러 항목의 기능들을 수행할 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속항들에 기재되었다는 단순한 사실은, 이러한 수단들의 조합이 이익이 되게 이용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항 내의 모든 참조 기호들은 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 유연한(flexible) 지지막을 제공하는 단계;
    적어도 복수의 개별(discrete) 광학 소자들을 형성하기 위해, 패턴에 따라, 상기 지지막의 표면에 하나 이상의 층을 추가하는 단계 - 상기 패턴은 상기 지지막의 표면에 수직인 적어도 하나의 층의 높이(elevation)의 변화를 가져오고, 상기 패턴은 개별 기판 상의 발광 디바이스들의 배열에 대응함 -;
    적층 구조체(laminate structure)를 형성하기 위해, 상기 복수의 개별 광학 소자들을 갖는 유연한 지지막을, 접착제 없이, 상기 개별 기판 상의 발광 디바이스들 상에 배치하는 단계;
    상기 개별 광학 소자들 사이의 지지막을 상기 개별 기판으로 끌어당겨서 상기 개별 광학 소자들을 상기 발광 디바이스들 상에 누르는 힘을 가하기 위해 진공을 가하는 단계;
    상기 개별 광학 소자들을 상기 발광 디바이스들에 부착하기 위해 상기 적층 구조체를 가열하는 단계; 및
    상기 지지막을 제거하여 상기 복수의 발광 디바이스들에 부착된 상기 복수의 광학 소자들을 남기는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자들은 파장 변환 소자들을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 층은 전기 전도성 소자들의 층을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 층은 열 전도성을 향상시키는 재료를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 층은 반사성 재료의 층을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 광학 소자는 복수의 인광체 소자들을 포함하는 방법.
  7. 적층막으로서,
    유연한 지지막; 및
    상기 지지막 상의 하나 이상의 적층된 층 - 상기 층들 중 적어도 하나는 개별 기판 상의 발광 디바이스들의 위치들에 대응하는 패턴에 따라 상기 지지막 상에 놓여지는 복수의 개별 광학 소자들을 포함하며, 상기 패턴은 상기 지지막의 표면에 수직인 상기 적어도 하나의 층의 높이의 변화를 가져옴 -
    을 포함하고,
    상기 개별 광학 소자들은 상기 지지막에 대해서보다 상기 발광 디바이스들에 대해서 더 높은 접착력을 갖고,
    상기 복수의 개별 광학 소자들은, 상기 복수의 개별 광학 소자들이 접착층의 사용 없이 상기 복수의 발광 디바이스들에 진공 적층된 후에, 상기 지지막이 상기 광학 소자들에 대한 손상 없이 상기 복수의 광학 소자들로부터 제거될 수 있을 정도의 낮은 접착력으로 상기 지지막의 표면에 부착되어 있는 적층막.
  8. 제7항에 있어서, 상기 지지막의 반대편에서 상기 복수의 광학 소자들을 덮는 커버막 층을 포함하는 적층막.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광학 소자들은 파장 변환 소자들을 포함하는 적층막.
  10. 제7항에 있어서, 상기 광학 소자들은 인광체-유리 소자들을 포함하는 적층막.
  11. 제7항에 있어서, 상기 광학 소자들 각각은 복수의 인광체 소자들을 포함하는 적층막.
  12. 제7항에 있어서, 상기 층들 중 적어도 하나는 전도성 소자들의 층을 포함하고, 상기 전도성 소자들은 전기 전도성 소자들 또는 열 전도성 소자들 중 적어도 하나를 포함하는 적층막.
  13. 제7항에 있어서, 상기 층들 중 적어도 하나는 반사성 재료의 층을 포함하는 적층막.
  14. 적층 구조체로서,
    복수의 발광 디바이스들을 포함하는 타일; 및
    유연한 지지막, 및 상기 타일 상의 상기 복수의 발광 디바이스들의 위치들에 대응하는 위치들에서 상기 지지막의 표면 상에 놓여지는 복수의 개별 광학 소자들 - 상기 광학 소자들은 상기 유연한 지지막의 표면에 수직인 불규칙한 프로파일을 형성함 - 를 포함하는 적층막
    을 포함하고,
    상기 개별 광학 소자들은 상기 지지막에 대해서보다 상기 발광 디바이스들에 대해서 더 높은 접착력을 갖고,
    상기 복수의 개별 광학 소자들은, 상기 복수의 광학 소자들이 접착층의 사용 없이 상기 복수의 발광 디바이스들에 진공 적층된 후에, 상기 지지막이 상기 광학 소자들에 대한 손상 없이 상기 복수의 광학 소자들로부터 제거될 수 있을 정도의 낮은 접착력으로 상기 지지막의 표면에 부착되어 있는 적층 구조체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광학 소자들은 파장 변환 소자들을 포함하는 적층 구조체.
  16. 제14항에 있어서, 상기 광학 소자들 각각은 복수의 인광체 소자들을 포함하는 적층 구조체.
  17. 제14항에 있어서, 상기 적층막은 전기 전도성 층, 열 전도성 층, 반사성 층, 및 커버 층 중 적어도 하나를 포함하는 적층 구조체.
  18. 제1항에 있어서, 상기 지지막은 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 막을 포함하는 방법.
  19. 제7항에 있어서, 상기 지지막은 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 막을 포함하는 적층막.
  20. 제14항에 있어서, 상기 지지막은 에틸렌 테트라 플루오로 에틸렌(ETFE) 막을 포함하는 적층 구조체.
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