KR101934891B1 - 발광 디바이스용 기판에 반사성 코팅을 제공하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 디바이스(112)용 기판(104)에 반사성 코팅(114)을 제공하기 위한 방법과 관련된 것으로서, 본 방법은: 제1 표면 재료를 가진 제1 표면부(116) 및 제1 표면 재료와 다른 제2 표면 재료를 가진 제2 표면부(106, 108)를 갖는 기판(104)을 제공하는 단계(201); 제2 표면부(106, 108)에서의 기판(104)과 반사성 화합물(401) 사이의 접합보다 더 강한 제1 표면부(116)에서의 기판(104)과의 접합을 형성하기 위해 상기 제1 표면 재료에 부착되도록 구성된 반사성 화합물(401)을 적용하는 단계(202); 제1 표면부(116)에서의 기판(104)과 반사성 코팅(114) 사이의 상기 접합을 갖는 반사성 코팅(114)을 형성하기 위해 상기 반사성 화합물(401)을 경화시키는 단계(203); 및 상기 반사성 코팅(114)이 제1 표면부(116)상에는 남는 데 반하여 상기 반사성 코팅(114)을 상기 제2 표면부(106, 108)로부터 제거할(205) 정도의 강도를 갖는 기계적 처리를 상기 기판(104)이 받게 하는 단계를 포함한다.

Description

발광 디바이스용 기판에 반사성 코팅을 제공하는 방법{METHOD FOR PROVIDING A REFLECTIVE COATING TO A SUBSTRATE FOR A LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 디바이스(light-emitting device)용 기판에 반사성 코팅(reflective coating)을 제공하기 위한 방법과 관련된다. 본 발명은 또한 그러한 기판 및 그러한 기판을 포함하는 광 출력 디바이스와 관련된다.
오늘날 대다수의 LED 칩들은 전기적으로 LED 칩을 구동하기 위한 공급 트랙들(supply tracks) 및 장착용 콘택트들(mounting contacts)을 포함하는 세라믹 기판상에 장착된다. LED 기판 패키지는 보통은 콘택트들과 공급 트랙들로의 전기적 접속을 위해 그리고 발광 어셈블리의 히트 싱크로의 열적 연결을 위해 인쇄회로기판(PCB)에 납땜되거나 접착된다. 장착용 기판은 비교적 높은 열전도율을 갖지만 비교적 나쁜 광 반사율을 갖는 고밀도 다결정질 세라믹으로 종종 이루어진다. 세라믹의 반사율을 증가시키기 위한 공지된 수단은 세라믹의 기공률(porosity)을 증가시키는 것이다. 그러나, 이것은 동시에 상당한 정도로 열전도율을 감소시킨다.
이러한 문제들을 해결하기 위한 시도는, 기판상에 배치된 전극들 상에 장착된 LED 칩들을 갖는 반도체 패키지를 개시하는 WO 2009/075530에 제공된다. 기판 위에 및 전극들 바로 옆에 이산화 티타늄인 TiO2와 실리콘 바인더(silicone binder)를 포함하는 반사성 코팅이 제공된다. 전극들 상이 아니라 기판 위에 반사성 코팅을 제공하기 위해, WO 2009/075530은 전극들을 보호하기 위한 마스크를 이용하는 것을 제안한다. 그러나, 이 방법은 마스크를 전극들과 정렬하는 것을 수반하기 때문에, 복잡하고 시간 소모적인 것으로 보인다.
종래 기술의 상기 언급한 단점들 및 다른 단점들을 고려하여, 본 발명의 목적은 발광 디바이스용 기판에 반사성 코팅을 제공하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 반사성 코팅은 반사기에 의해 덮인 부분들에서 광 손실들을 감소시켜서 LED 패키지의 광 출력을 개선하는 데에 유리하다. 또한, 많은 광 응용들이 방출된 광속의 적어도 일부를 LED 패키지들에 되돌려 보내는 경향이 있기 때문에, 패키지들의 개선된 반사율은 또한 광 시스템의 효율을 향상시킨다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 이하 단계들을 포함하는, 발광 디바이스용 기판에 반사성 코팅을 제공하기 위한 방법이 제공된다: 제1 표면 재료를 가진 제1 표면부 및 제1 표면 재료와 다른 제2 표면 재료를 가진 제2 표면부를 갖는 기판을 제공하는 단계; 제2 표면부에서의 기판과 반사성 화합물 사이의 접합(bond)보다 더 강한 제1 표면부에서의 기판과의 접합을 형성하기 위해 제1 표면 재료에 부착되도록 구성된 반사성 화합물을 적용하는 단계; 제1 표면부에서의 기판과 반사성 화합물 사이의 접합을 갖는 반사성 코팅을 형성하기 위해 반사성 화합물을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계; 및 반사성 코팅이 제1 표면부상에는 남는 데 반하여 제2 표면부의 적어도 일부로부터 반사성 코팅을 제거할 정도의 강도를 가진 기계적 처리를 기판이 받게 하는 단계.
본 발명은 전체 기판이 초기에 반사성 화합물로 덮일 수 있다는 인식에 기초한 것이다. 적어도 부분적 경화 후의 반사성 코팅과 기판의 표면 부분들 사이의 접합을 제어함으로써, 반사성 코팅은 깨끗하고 덮이지 않은 표면을 갖는 것이 바람직한 표면 부분들로부터 제거될 수 있다. 이로써, 반사성 층은 기판의 소망의 표면 부분들 상으로 자체 전개 방식으로 패터닝된다. 본 발명에 의한 이점은, 예를 들어 반사성 코팅을 기판의 소망의 부분들에 제공하기 위한 방법이 편리하고 덜 시간소모적 방식으로 실행될 수 있다는 것인데, 그 이유는 예를 들어 기판의 부분들을 보호하기 위한 마스크의 필요성이 감소될 수 있기 때문이다. 게다가, 이것은 그와 같은 마스크 처리와 관련된 신뢰성 문제들 및 오염 문제들을 개선시킬 수 있다. 이것은 또한 마스크 오염을 제거하고 또한 마스크와 기판 사이에서의 유출 - 이는 덮이지 않아야 하는 기판의 부분들을 덮는 코팅을 초래할 수 있다 - 을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 방법은 기판이 기계적 처리를 받게 하기 전에 기판을 용제에 담그는(soaking) 단계를 추가로 포함할 수 있다. 장점은 예를 들어 코팅이 기계적 처리 전에 담그는 단계에 노출되면 더 쉽게 제2 표면부로부터 제거될 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반사성 화합물은 졸 겔 바인더(sol-gel binder)를 포함할 수 있다. 졸 겔 바인더는 비교적 높은 열전도율을 가지고 있고, 기판위에 단단한 긁힘 방지 코팅(hard and scratch resistant coating)을 제공한다. 또한, 졸 겔 기반 바인더는 제2 표면부의 금속보다 제1 표면부의 세라믹 기판에 더 잘 부착되도록 준비될 수 있는데, 이는 추가로 제2 표면부로부터의 코팅의 제거를 단순화한다.
더욱이, 졸 겔 바인더는 적어도 부분적으로 가수분해된 실란 단량체(hydrolyzed silane monomer)를 포함할 수 있다. 단량체는 이량체들(dimers), 삼량체들(trimers), 또는 더 높은 분자량의 더 일반적 올리고머들(oligomers)을 형성하기 위해 부분적으로 응축(condense)될 수 있다. 이러한 전구체(precursor) 성분들은 전형적으로 적절한 용매에 용해되지만, 또한 부분적으로 그 용매에 분산된 작은 나노 미립자 종들(nano-particulate species)을 형성할 수 있다. 산과 같은, 추가적 촉매가 가수 분해 및 응축을 용이하게 하기 위해 존재할 수 있다. 단량체는 또한, 예를 들어, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane) 또는 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)일 수 있다. 일반적으로, 알킬알콕시실란들(alkylalkoxysilanes) 또는 알콕시실란들(alkoxysilanes) 및/또는 이런 재료들의 부분적으로 응축되거나 미리 중합된 버전들 또는 이러한 재료들의 혼합물들이 재료 후보들로서 적절하다. 이러한 실란 단량체들 및 프리폴리머들(pre-polymers)은 잘 알려져 있고, 공급하기 쉽다. 게다가, 실란 단량체들이 적어도 부분적으로 가수분해될 때, 이들은 응축 후에 실리케이트(silicate) 또는 알킬실리케이트(alkylsilicate) 네트워크를 형성한다. 그러한 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크는 기판의 제2 표면부보다 기판의 제1 표면부에 더 잘 부착되는 재료 조성을 갖는다.
실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크는, 각각의 실리콘 원자가, 네트워크의 말단기들(end groups)을 제외하고, 세 개의 산소 원자를 인접 실리콘 원자와 공유하는 네트워크를 지칭한다. 그러한 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크의 일반적 구조식은 다음과 같다:
Figure 112013093949103-pct00001
여기서 "Si" 는 실리콘 원자, "O"는 산소 원자, 그리고 "R1" 내지 "R10"은 수소 원자 또는 알킬(alkyl), 알케닐(alkenyl), 알콕시(alkoxy), 아릴(aryl) 또는 페닐(phenyl) 기이다. 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크들은 실리콘들 및 순수 실리카(pure silica)와 다르다. 실리콘들은 (-Si-O-Si-O-)n 의 백본을 가진 선형 사슬(linear chain)들로 구성되고 이러한 재료들은 비교적 높은 열 안정성(전형적으로 0.2 W m-1 K-1) 과 비교적 높은 열팽창계수 - 이 열 팽창 계수는 전형적으로 250 - 350 ppm K-1의 범위에 있음 - 를 갖는 비교적 유연한(flexible) 재료들이다. 순수 실리카는 각각의 실리콘 원자가 (말단기들을 제외하고) 인접 실리콘 원자들과 공유되는 네 개의 산소 원자에 연결된 네트워크로 구성되고, 이 재료로 만들어진 층들은 비교적 유리질 층들이다. 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크들은 순수 실리카보다는 밀도가 낮지만 실리콘들보다는 밀도가 높아서, 순수 실리카와 비교하여 상대적으로 두꺼운 코팅층(예를 들어 50 - 100 ㎛)을 제조하는 것을 허용하지만 이는 실리콘으로부터 만들어진 층처럼 여전히 비교적 깨지기 쉽고(brittle) 유연하지 않다. 실리케이트 또는 알킬실리케이트 재료들의 열전도율은 실리콘들의 열전도율보다 높은데, 전형적으로 약 1 W m-1 K-1이고, 열팽창계수는 실리콘의 그것보다 낮은데, 전형적으로 20 - 30 ppm K-1의 범위이다. 후자는 LED의 금속 배선 및 세라믹 지지물의 열팽창계수와 더 잘 일치한다. 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크를 포함하는 반사성 코팅은 비교적 깨지기 쉽고, 따라서 기판의 제2 표면부로부터의 해당 코팅으로부터의 선택적 제거가 향상되는데, 그 이유는 반사성 코팅이 기판의 제1 및 제2 표면부들의 에지에서 비교적 쉽게 깨지기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 표면 재료는 세라믹 재료일 수 있다. 그러한 세라믹 재료는 예를 들어 알루미늄 산화물인 Al2O3일 수 있다. 장점은 그러한 재료들은 Al2O3의 경우 20-30 W/mK 와 같이 높은 열전도율을 가질 수 있어서, 발광 디바이스에 의해 생성된 열이 예를 들어 히트 싱크로 전달되도록 허용한다는 것이다. 기판의 제1 표면부상에 반사기(reflector)를 적용함으로써, 열전도율은 반사 특성들을 무시하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 열전도율을 개선하면서도 실질적으로 그 반사 특성들을 낮추도록 알루미나가 낮은 기공률로 소결(sinter)될 수 있다. 그러나, 알루미늄 질화물, 지르코니아, 지르코니아 강화 알루미나(zirconia toughened alumina), 실리콘, 알루미늄, 기타 등등과 같은 다른 재료들이 기판의 제1 표면부에 대해 또한 적용될 수 있다.
게다가, 제2 표면 재료는 금과 같은 금속일 수 있다. 금속은 전기적으로 발광 디바이스를 구동하기 위해 바람직한 전기적 도전율을 갖는다. 또한, 금속은 제1 표면부의 세라믹 재료와 비교하여 반사성 화합물에 대한 다른 접합을 갖도록 준비될 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 금 외의 다른 금속들, 예로, 구리 또는 은이 제2 표면부에 대하여 제공될 수 있다. 이러한 재료들은 얇은 표면 코팅으로서 존재할 수 있는데, 예를 들어, 금은 전형적으로 비용 절감을 위해 1미크론 미만 내지 몇 미크론 두께의 박층으로서 적용되고, 전형적으로 예를 들어 10 내지 100 미크론 두께의 값싼 두꺼운 구리층을 덮는다. 구리에 금을 접합하기 위한 니켈과 같은, 양 층들 사이의 중간 접착층이 존재할 수 있다.
추가로, 제2 표면부는 발광 디바이스를 기판에 전기적 연결하기 위한 접속 패드들을 포함할 수 있다. 표면상의 전기 트랙들(electrical tracks)은 또한 기판의 비아홀들을 통하여 기판의 이면(backside)을 향하여 접속될 수 있다. 기판의 이면에서의 추가적 트랙들은 디바이스가 표면 실장 디바이스(SMD)로서 후면에 남땜되도록 허용한다. 게다가 과도 전압 억제기들, 저항들, 정류기들, 인덕터들, 커패시터들, 다이오드들, 집적 회로들, 광다이오드들, 또는 다른 센서 기능들과 같은, 디바이스에서 사용되는 다른 전기 부품들을 부착하기 위한 추가 접속 패드들 및 트랙들이 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 표면부와 반사성 화합물 사이의 접합은 화학 결합(chemical bond)이다. 장점은, 적어도, 반사성 화합물이 제2 표면부보다 제1 표면부에 더 잘 부착되도록 화학 결합이 제어될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 졸 겔 바인더는 화학 결합을 형성하기 위해 알루미나 기판과 상호작용할 수 있는 반면에, 금 층과 졸 겔 바인더 사이에는 그와 같은 결합이 없다.
게다가, 본 발명의 실시예에 따르면, 반사성 화합물은 스프레이(spray)에 의해 적용될 수 있다. 이로써, 반사성 화합물은 균일하고 제어된 방식으로 기판에 제공될 수 있다. 피착(deposition)의 대안적인 방법들은 스크린 프린팅, 커튼 코팅, 스핀 코팅, 블레이드 코팅, 딥(dip) 코팅, 잉크젯 프린팅, 스텐실 프린팅, 오프셋 프린팅, 기타 등등과 같은, 다른 코팅 또는 프린팅 기법들을 포함한다.
더욱이, 경화(curing)는 열처리일 수 있다. 예로서, 열처리는 60℃ 내지 100℃의 약한 온도 구간에서 10 내지 50분 사이에, 바람직하게는 70℃ 내지 90℃의 온도 구간에서 20 내지 40분 사이에, 및 더 바람직하게는 80℃의 온도에서 30분 동안에 실행될 수 있다. 코팅의 최종적인 경화는 제2 표면부의 적어도 일부로부터 반사성 코팅을 떼어낸 후에 발생할 수 있다.
게다가, 기계적 처리는 제1 표면부에서 및 제2 표면부에서 실질적으로 동일 강도를 가질 수 있다. 이로써, 반사성 코팅의 제거는 균일한 방식으로 실행될 수 있고, 그에 의해 제2 표면부의 개별 처리 필요성을 감소시킨다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 이하의 것들을 포함하는 발광 디바이스가 제공되도록 적응된 기판으로서, 캐리어; 기판에 발광 디바이스를 전기적으로 접속하기 위한 도전체 패턴; 및 기판상에 제공되고 안료 및 실리케이트 네트워크 또는 알킬실리케이트 네트워크를 포함하는 반사성 코팅 - 네트워크는 반사성 코팅과 캐리어 사이의 접합을 제공하도록 준비됨 - 을 포함하고, 도전체 패턴은 반사성 코팅에 의해 적어도 부분적으로 덮이지 않고, 기판은 도전체 패턴 상에 배치되는 발광 디바이스를 포함하지 않는 기판이 제공된다.
발광 디바이스는 전형적으로 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 또는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)와 같은 고체 광 방출 소자(solid state light emitter)이다. LED와 같은, 발광 디바이스는 청색, 녹색, 적색, 황색, 또는 호박색과 같은 컬러 광을 방출할 수 있고, 또는 자외선 또는 적외선 광을 방출할 수도 있다. 기판과 마찬가지로 LED 칩은 전형적으로 자외선 또는 청색광을 다른 색들로 또는 심지어 혼합된 백색광으로 변환시키기 위해 인광체 층으로 덮일 수 있다. 반사기는 광 추출을 개선하고 인광체뿐만 아니라 LED 다이들에 의해 생성된 광의 광 손실을 감소시키는 기능을 한다.
발광 디바이스는 적절한 접합 기술들로 기판의 콘택트 영역들에 접합되는 칩 또는 다이 요소를 지칭할 수 있다. 대안적으로 발광 디바이스는 패키징된 LED 요소를 또한 지칭할 수 있는데, 전형적으로 이것은 캐리어 기판에 부착된 LED 다이로 구성되며, 선택적으로 추가로 인광체 층 및 돔과 같은 광 추출 층과 함께 패키징된다. 이 캐리어 기판은 세라믹일 수 있거나, 실리콘, PCB 또는 금속 코어 PCB일 수 있다. 캐리어 기판은 기판의 제2 표면부에 디바이스를 전기적으로 접속하기 위한 본딩 패드 접속들을 갖는다.
게다가, 반사성 코팅은 캐리어와 도전체 패턴 사이에 제공될 수 있다. 이로써, 반사성 코팅은 도전체 패턴에 적용되기 전에 캐리어에 제공될 수 있다. 도전체 패턴은 발광 디바이스가 소망의 방식으로 기판에 전기적으로 접속될 수 있게 한다.
실시예에 따르면, 반사성 코팅과 캐리어 사이의 접합은 화학 결합이다.
다양한 실시예들에 따른 기판은 바람직하게는 기판상에 장착된 적어도 하나의 발광 디바이스를 추가로 포함하는 광 출력 디바이스의 구성요소로서 제공될 수 있다.
게다가, 발광 디바이스는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 포함할 수 있다.
제2 양태의 효과들과 특징들은 본 발명의 상기 언급한 제1 양태와 관련하여 기술된 것들과 대체로 유사하다.
본 발명의 이들 양태들 및 다른 양태들은 이제 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 첨부된 도면들을 참조하여, 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 출력 디바이스의 투시도를 개략적으로 예시한다.
도 2는 본 발명에 따라 기판에 반사성 코팅을 제공하기 위한 방법의 실시예를 개략적으로 예시하는 흐름도이다.
도 3은 접속 패드들이 배치되어 있는 기판의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4는 반사성 화합물이 적용되어 있는 도 3의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 5는 도 4의 실시예를 개략적으로 예시하는 것으로, 반사성 코팅이 접속 패드들로부터 제거되었다.
이하 설명에서, 본 발명은 반사성 코팅을 발광 디바이스용 세라믹 기판에 제공하기 위한 방법과 관련하여 기술된다. 발광 디바이스를 전기적 접속하기 위한 금속성 접속 패드들을 갖는 기판 위에 반사성 화합물이 제공된다. 반사성 화합물은 경화 처리에 노출되고 그 후에 기판의 접속 패드들로부터 제거된다. 이하에서는 본 방법에 의해 제공되는 기판에 대해서도 기술할 것이다.
이 설명은 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니고, 본 발명은 동등하게 다른 기판 재료들, 예를 들어 알루미늄 질화물, 실리콘, 알루미늄, 기타 등등을 포함하여 적용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 알루미늄과 같은 금속 기판의 경우에, 도전성 기판으로부터 금속 전극들을 전기적으로 보호하기 위해 기판과 금속 트랙들 사이에 유전층이 형성될 수 있다. 또한, 금속성 접속 패드들 및 금속 트랙들은 반드시 상이한 금속 재료들로 된 3개 층에 의해 형성되어야만 하는 것은 아니다. 본 발명은 단일 또는 이중 재료 층을 포함하여 동등하게 적용 가능하거나, 또는 훨씬 더 많은 층들을 포함할 수 있다.
도 1은 복수의 광 출력 디바이스(102)를 포함하는 웨이퍼(100)를 개략적으로 예시하는데, 여기서 각각의 광 출력 디바이스(102)는 기판(104), 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)을 갖는다. 웨이퍼는 정사각형 모양일 수 있지만, 또한 다른 형태들, 예를 들어 직사각형이거나 둥근 형태가 될 수도 있다. 더욱 상세하게는, 각각의 광 출력 디바이스(102)는 발광 디바이스(112)를 전기적으로 구동하기 위한 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)을 그 상부 표면(110)상에 갖는 기판(104)을 포함하는데, 이 기판의 금속성 접속 패드들(106) 상에 발광 디바이스가 배치된다. 발광 디바이스(112)와 상부 표면(110) 사이의 영역/공간은 디바이스(112)를 지지하기 위한 충전제 재료로 채워질 수 있다. 충전제는 반사성 코팅(114)일 수 있거나 반사성 코팅(114)을 덮는 것일 수 있다. 기판(104)은 기술된 실시예에서, 알루미늄 산화물인 Al2O3와 같은 세라믹 재료로 이루어진다. 기판(104)은 소망의 열전도율을 가지고 있고, 그러므로 발광 디바이스(전형적으로 하나 또는 여러 개의 발광 다이오드들 - LED들)에 의해 발생된 열을 다른 데로 전도하기 위한 열 확산기의 역할을 할 수 있다. 게다가, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)이 제공되지 않은, 기판(104)의 제1 표면부(116)상에는, 발광 디바이스(112)에 의해 방출된 광을 반사하도록 배치된 반사성 코팅(114)이 제공된다. 더욱이, 반사성 코팅(114)은, 예시된 실시예에서, 안료들(pigments), 바인더 및 추가적 충전제들을 포함한다. 안료들은 코팅의 소망의 반사 특징을 제공하도록 준비되고 예시된 실시예에서 100 내지 1000 nm 사이의 범위의 입도 분포를 갖는 이산화 티타늄 재료로 이루어진다. 안료는 코팅에서 산란을 일으킨다. 바인더에 대하여 안료의 양을 최적화하고 큰 굴절률 차이들을 갖는 안료들 및 바인더들을 선택함으로써, 적절한 코팅 두께가 이용된다면 큰 산란성을 띠고 따라서 반사성인 코팅이 실현될 수 있다. 반사량은 조정될 수 있다. 전형적으로 높은 반사율을 달성하는 것, 예를 들어 80%보다 높은 반사율, 바람직하게는 90%보다 높은 반사율, 더 바람직하게는 95%보다 높은 반사율을 달성하는 것이 바람직하다. 반사성 코팅에 대한 전형적 층 두께는 약 1 미크론 내지 약 100 미크론의 범위를 갖는다. 더 두꺼운 층은 전형적으로 더 높은 반사율을 이끌어낸다. 코팅(114)이 소망의 방식으로 제1 표면부(116)에 부착되도록, 반사성 화합물의 바인더는 코팅(114)과 제1 표면부(116) 사이의 화학 결합을 제공하도록 준비된다. 바인더는, 예시된 실시예에서, 바람직하게는 실란 단량체로부터 파생되는 졸 겔 기반 바인더이다. 단량체들은 기판에 제공되기 전에 적어도 부분적으로 가수분해된다. 전형적 실란 단량체들은, 예를 들어 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane) 또는 알킬알콕시실란(alkylalkoxysilane), 기타 등등일 수 있다. 더욱이, 전형적인 추가적 충전제는 예를 들어 대략 5 내지 100 nm의 크기를 갖는 이산화규소 입자들, 알루미나 입자들 또는 이산화 티타늄 입자들일 수 있고, 이들은 경화 단계에서의 코팅(114)의 수축(shrinkage)을 감소시키도록 준비되는데, 이에 대해서는 코팅을 기판(104)에 제공하기 위한 방법과 관련하여 추가로 이하에 설명될 것이다.
반사성 코팅을 기판에 제공하기 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예가 방법의 흐름도를 설명하는 도 2를 참조하여 지금 기술될 것이다. 본 방법이 금속성 접속 패드들(106) 상에 배치된 발광 디바이스(112) 없이 기술된다는 것을 주의해야 한다. 그러나, 이것은 본 출원의 범위를 제한하는 것으로서 해석해서는 안 되며, 본 출원은 방법의 제1 단계(201)와 관련해서 금속성 접속 패드들(106) 상에 배치된 발광 디바이스(112)를 포함하여 적용 가능할 수도 있다.
방법의 제1 단계(201)에 따르면, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)이 기판(104)의 상부 표면(110)상에 배치되는데, 이는 도 3에 의해 상세히 예시되어 있다. 게다가, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)은, 예시된 실시예에서, 니켈층(302)과 금 층(303)으로 코팅된 구리 층(301)에 의해 형성되는데, 여기서 금 층(303)은 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)의 상부 표면(110)상에, 도 1에 예시된 바와 같이 거기에 배치된 발광 디바이스(112)를 전기적으로 구동하기 위해 제공된다. 대안적으로, 금 층은 또한 구리를 정합하여(conformably) 덮을 수 있고, 그러므로 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)의 측면들도 덮는다.
이제, 도 4에도 예시된, 방법의 제2 단계(202)를 참조한다. 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108) 위를 포함하여, 기판(104)의 상부 표면(110)상에 반사성 화합물(401)이 제공된다. 반사성 화합물(401)은 예시된 실시예에서, 미리 정해진 속도로, 예를 들어 10 mm/s의 속도로 기판(104)을, 예를 들어 스프레이 코팅함으로써 제공될 수 있다. 따라서 기판(104), 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)은, 제2 단계(202) 후에, 반사성 화합물(401)에 의해 적어도 부분적으로 덮인다. 반사성 화합물은 도 1과 관련하여 기술된 바와 같이, 안료들, 바인더 및 추가적 충전제를 포함한다. 또한, 반사성 화합물(401)은 용매, 예를 들어, 물 또는 에탄올, 이소프로판올 또는 부탄올과 같은 다른 용매들을 추가로 포함한다. 스프레이 층은 전체 기판 영역 상에 적용될 수 있지만, 기판 영역의 적어도 일부분 상에만 적용될 수도 있다. 코팅 후에, 기판은 용매들의 적어도 일부분을 제거하기 위해 건조된다.
그 후에, 제3 단계(203)에서, 반사성 화합물(401)은 미리 정해진 시간 동안 미리 정해진 온도로 적어도 부분적으로 경화되어, 기판(104), 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108) 상의 반사성 코팅(114)을 형성한다. 적어도 부분적 경화는, 예시된 실시예에서, 화합물(401)이 대략 80℃의 온도에서 30분 동안 가열되는 열처리이다. 경화 단계에 노출되고 있는 경우, 졸 겔 바인더의 프리-폴리머들(pre-polymers) 또는 실란 단량체들은 실리케이트 네트워크 또는 알킬실리케이트 네트워크에 반응하여, 바인더의 가교 결합을 형성할 것이다. 양호하게는, 졸 겔 바인더는, 기판의 제1 표면부(116)의 세라믹 기판에는 소망의 방식으로 부착되지만 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)의 상부 표면(110)에는 그다지 부착되지 않을 수 있는, 메틸실리케이트 네트워크를 형성한다. 이것은 졸 겔 바인더와 알루미나 기판 사이의 화학적 결합이 형성되기 때문에 성취된다. 한편, 표면 거칠기의 차이도 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)보다 세라믹 기판에 더 잘 부착되는 반사성 코팅을 제공한다. 예를 들어, 세라믹 기판은 반사성 코팅의 고정을 위한 영역을 제공하기 위해 비교적 거칠 수 있지만, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)은 덜 거친 표면을 갖는다. 게다가, 졸 겔 바인더는 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)의 구리(301) 및 니켈(302) 재료들에도 마찬가지로 소망의 방식으로 부착되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 실시예에 따르면, 반사성 코팅(114)은 10-60v% 사이의 안료들을 포함하고 나머지 부분은 바인더에 의해 형성된 조성을 가질 수 있다. 선택적으로, 추가적 충전제, 예를 들어 0-30v%의 사이의 충전제가 존재할 수 있다. 예를 들어, 조성은 20v% 나노-SiO2, 30v% 메틸실리케이트 바인더 및 50v% TiO2일 수 있다. 코팅은 산란에 또한 기여할 수 있는, 언급된 부피 퍼센트에 표현되지 않은 공극들(pores)을 또한 포함할 수 있다. 더욱이, 예컨대 반사율 또는 표면 균일성 또는 표면 평탄성을 개선하기 위해 반사성 코팅(114)의 두께를 증가시키는 것이 바람직하다면, 앞서 기술된 제1(201), 제2(202) 및 제3(203) 단계들이 만족스러운 양의 반사성 코팅(114)이 기판(104)에 적용될 때까지 반복될 수 있다.
화합물을 경화시킨 후, 즉 방법의 제3 단계(203) 후에, 기판은 담그는 단계, 즉, 도 2의 제4 단계(204)에 노출된다. 이렇게 하여 기판(104)은 용매, 예를 들어, 물 및/또는 아세톤에 노출되고, 이는 반사성 코팅(114)과, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108) 간의 접합을 추가로 감소시킬 수 있다. 용매는 코팅 릴리스(release)를 용이하게 하기 위한, 산과 같은, 금속 패드들에 대한 부식액(etchant)을 포함할 수 있다.
이제, 방법의 제5 단계(205), 즉 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)로부터 반사성 코팅(114)의 제거를 예시하는 도 5를 참조한다. 이 단계에서, 기판(104)은 유체 스프레이 압력(fluid spray pressure)과 같은 기계적 처리에 노출되고, 이는 금속성 접속 패드들(106)로부터뿐만 아니라 금속 트랙(108)들로부터도 반사성 코팅(114)을 제거한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 반사성 코팅(114)의 졸 겔 바인더와 세라믹 기판(104) 사이의 화학 결합 때문에, 반사성 코팅(114)은 기계적 처리를 받을 때 세라믹 기판(104)으로부터 제거되지 않는다. 그러므로, 도 5에 예시된 것처럼, 세라믹 기판(104)은 반사성 코팅(114)으로 코팅되는 반면, 금속성 접속 패드들(106) 및 금속 트랙들(108)은 거기에 접속되는 발광 디바이스(112)에 소망의 전기적 접속을 제공하기 위한 "깨끗한(clean)" 표면을 갖는다.
본 발명에 따라서 그리고 추가로 기판(110)의 반사율을 증가시키기 위해, 금속 트랙들(108)에는 방법의 제5 단계(205) 후에 반사성 코팅(114)이 또한 제공될 수 있다. 이런 경우에, 조립 후에 발광 디바이스(112)와 접속하게 되지 않을 금속 트랙들(108)의 적어도 일부분에는 도 4에서뿐만 아니라 방법의 제2 단계(202)에서 예시된 것과 같이 반사성 화합물(401)을 적용하기 전에 접착 촉진제(adhesion promoter)가 제공될 수 있다. 이것을 달성하기 위한 방법은 포토레지스트 층으로 만들어진 패턴으로 기판을 미리 패터닝하는 것이다. 포토레지스트층은 접착 촉진층으로 덮여서는 안 되는 영역들을 덮는다. 다음으로, 접착 촉진층은 예를 들어 용매에 용해된 접착 촉진제를 포함하는 용기에 기판을 담금으로써 적용된다. 접착 촉진제는, 예를 들어, 그로부터의 메르캅토기(mercapto group)가 예를 들어 금과 반응하는 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane)일 수 있고, 메톡시기(methoxy group)들은 실리케이트 또는 알킬실리케이트 네트워크에 화학적으로 링크될 수 있다. 이로써, 금속 트랙들(108)과 반사성 코팅(114) 사이의 화학 결합은, 제1 표면부(116)에서와 같은 방식으로, 상술한 바와 같은 제4(204) 및 제5(205) 단계들을 견디도록 증가될 수 있다.
부가적으로, 개시된 실시예들에 대한 변형들이, 도면들, 명세서, 및 첨부된 청구항들을 살펴봄으로써, 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 실현될 수 있다. 예를 들어, 반사성 코팅에 사용된 안료는, 루틸(rutile) TiO2 또는 아나타제(anatase) TiO2 유형의 이산화 티타늄 대신에, 알루미나, 지르코니아, 하프늄 산화물, 이트륨 산화물 또는 탄탈 산화물, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬 또는 그와 같은 안료들의 혼합, 기타 등등의 것 중 하나일 수 있다. 더욱이, 금속 트랙들에 적용되는 접착 촉진제는 예를 들어 담그는 처리 또는 박리 처리를 또한 추가로 포함할 수 있다. 더욱이, 반사성 코팅을 금속성 접속 패드들로부터 제거하기 위한 기계적 처리는 솔질(brushing), 그라인딩, 제팅(jetting), 초음파, 메가소닉 기타 등등을 또한 포함할 수 있다. 금속 트랙들로부터 코팅의 제거를 더욱 용이하게 하기 위해, 표면은 릴리스층(release layer)으로 미리 처리될 수 있다. 릴리스층은 발광 디바이스에 대한 신뢰성 있는 콘택트 영역을 달성하기 위한 코팅 릴리스 후에 제거될 수 있다. 릴리스층은 기능화된 티올(functionalized thiols)의 자기 조립 단분자막(self-assembled monolayer)과 같은 박층일 수 있다. 티올기들은 금에 부착되는 것으로 알려져 있고, 작용기(functional group)는 비접착성 속성들을 제공할 수 있다. 릴리스층은 이후에, 예를 들어, 산소 플라스마 처리에 의해 제거될 수 있다. 릴리스층은 또한 적절한 금속 트랙들 상에 제공된 포토레지스트 또는 다른 릴리스층일 수 있다.
또한, 반사성 코팅의 재료 조성은, 10 - 90 v% 경화된 졸 겔, 10 - 60 v% 이산화티타늄 안료 충전제 및 0 - 40 v% 나노 이산화규소 충전제의 변형을 포함하는 조성을 가질 수 있다. 더 양호하게는, 조성은 20 - 50v% 바인더, 30 - 50v% 안료 및 10 - 20v% 나노 충전제이다.
게다가, 포토레지스트 패턴은 반사성 코팅에 의해 덮이게 될 영역들에서 금속 트랙들 및 금속성 접속 패드들을 덮을 수 있다. 반사성 코팅으로 덮이지 않아야 하는 영역들은 이후 접착을 감소시키는 릴리즈층(releasing layer)으로 처리될 수 있다. 포토레지스트의 제거 후에는 미리 패터닝된 릴리스층으로부터만 코팅 릴리스를 야기하는 코팅 처리가 수행된다. 더욱이, 기판 캐리어는 또한 인쇄 회로 기판 또는 라미네이트(laminate), 예를 들어 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다. 이렇게 하여, 캐리어는 다중 층으로 구성될 수 있고, 기판 표면은 반드시 하나의 재료 유형만으로 구성되어야 하는 것은 아니고 다양한 재료들로 또한 덮일 수 있다.
더욱이, 반사성 코팅의 단순화된 제거를 가능하게 하기 위해 담그는 단계에서 물 또는 아세톤 외의 다른 물질들, 예를 들어, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 부틸, 에탄올, 이소프로판올 또는 다른 알코올 기타 등등이 사용될 수 있다.
청구항에서, 단어 "포함하는(comprising)"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛이 청구항들에 기재된 여러 항목의 기능들을 완수할 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속항들에서 기재되었다는 단순한 사실이 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (15)

  1. 발광 디바이스(112)용 기판(104)에 반사성 코팅(114)을 제공하기 위한 방법으로서,
    제1 표면 재료를 가진 제1 표면부(116) 및 상기 제1 표면 재료와 다른 제2 표면 재료를 가진 제2 표면부(106, 108)를 갖는 기판(104)을 제공하는 단계(201);
    상기 제2 표면부(106, 108)에서의 상기 기판(104)과 반사성 화합물(401) 사이의 접합보다 더 강한, 상기 제1 표면부(116)에서의 상기 기판(104)과의 접합을 형성하기 위해 상기 제1 표면 재료에 부착되도록 구성된 상기 반사성 화합물(401)을 가하는(apply) 단계(202);
    상기 제1 표면부(116)에서의 상기 기판(104)과 반사성 코팅(114) 사이의 상기 접합을 갖는 상기 반사성 코팅(114)을 형성하기 위해 상기 반사성 화합물(401)을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계(203); 및
    상기 반사성 코팅(114)이 상기 제1 표면부(116)상에는 남는 데 반하여 상기 제2 표면부(106, 108)의 적어도 일부로부터 상기 반사성 코팅(114)을 제거할(205) 정도의 강도를 갖는 기계적 처리를 상기 기판(104)이 받게 하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판(104)이 상기 기계적 처리를 받게 하는 단계 전에 상기 기판(104)을 용제에 담그는 단계(204)를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사성 화합물(401)은 졸 겔 바인더를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 졸 겔 바인더는 적어도 부분적으로 가수분해된 실란 단량체를 포함하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 표면 재료는 세라믹 재료인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 표면 재료는 금(303)과 같은 금속인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 표면부(106, 108)는 발광 디바이스(112)를 상기 기판(104)에 전기적 접속하기 위한 접속 패드들(106)을 포함하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사성 화합물(401)은 스프레이에 의해 적용되는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합은 화학 결합인 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기계적 처리는 상기 제1 표면부(116)와 상기 제2 표면부(106, 108)에서 실질적으로 동일 강도를 갖는 방법.
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