KR101965422B1

KR101965422B1 - Pig 구조체 제조 방법

Info

Publication number: KR101965422B1
Application number: KR1020170095617A
Authority: KR
Inventors: 박태호; 이정수; 함헌주; 권광우; 임형석
Original assignee: 주식회사 베이스
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR20190012522A

Abstract

본 발명은 LED 칩 등의 발광 색변환 소자로 사용될 수 있는 PIG 구조체의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체 제조 방법은, 일면에 복수의 홈을 갖고 복수의 홈 사이의 격벽 상에 절취선이 형성된 글라스 기판을 준비하는 단계, 복수의 홈에 형광체를 주입하는 단계, 실링재가 도포된 글라스 리드를 복수의 홈이 형성된 글라스 기판의 일면에 안착시키고 글라스 리드와 글라스 기판을 접합하는 단계, 글라스 기판과 글라스 리드의 접합체 상에서 절취선이 형성된 부분을 따라 스크라이빙하는 단계 및 절취선을 따라 구조체 단위로 분리하는 단계를 포함한다.

Description

PIG 구조체 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR PHOSPHOR IN GLASS STRUCTURE}

본 발명은 PIG 구조체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 칩 등의 발광 색변환 소자로 사용될 수 있는 PIG 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(light emitting diode, 이하 'LED'라고 함)는 갈륨(Ga), 인(P), 비소(As) 등을 재료로 하여 만들어진 반도체로서, 전류를 흐르게 하면 빛을 발하는 성질을 갖는다. LED는 종래 전구에 비해 수명이 길고 응답속도가 빠를 뿐만 아니라 소형화가 가능하면서도 선명한 색의 광을 방출하기 때문에 각종 표시장치의 광원으로 널리 활용되고 있다. 예를 들어, 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)의 액정 화면 뒤에서 빛을 방출해 주는 백라이트 유닛(backlight unit, BLU)에서의 발광소자로 LED 칩을 포함하는 LED 패키지가 사용되고 있다.

일반적으로 백라이트 유닛 등에 사용되는 LED 패키지는 LED 칩을 리드프레임(Lead Frame)에 실장하고 봉지재로 봉지한 후 렌즈를 부착하여 형성한다. 여기에서, 봉지재는 기본적으로 LED 칩을 외부 충격 등으로부터 보호하면서 LED 칩으로부터의 빛을 투과시켜 외부로 방출시키는 역할을 한다. 또한, LED 칩에서의 발광색을 변환시키기 위해 LED 칩에서 방출되는 광의 경로 상에 형광체를 배치할 수 있다.

이러한 봉지재로는 에폭시 계열과 실리콘 계열의 수지를 사용하고, 형광체를 봉지재와 별개로 또는 봉지재와 혼합하여 사용하는 것이 일반적이나, 최근에는 형광체를 함유하는 유리(Phosphor in Glass; PIG)를 사용하여 색변환 기능을 수행하는 기술이 알려져 있다.

PIG 구조체를 제조하기 위하여는 사용하는 크기에 따라 유리 구조체를 절단하는 공정이 필수적이다. 예를 들어, 유리 구조체의 두께의 일정 간격을 남겨두고 절단하는 하프컷(half-cut), 전체를 절단하는 풀컷(full-cut) 등의 절단 가공이 수행될 수 있다.

하지만, 이러한 절단 가공을 수행하는 과정에서는 PIG 구조체가 갈라지고 파손될 수 있다는 문제가 있다. 또한, 이러한 절단 가공은 그 공정이 까다로울 뿐만 아니라 시간과 비용이 과도하게 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가공 과정에서 파손이 일어나는 것을 억제하여 수율을 향상시킬 수 있는 PIG 구조체 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제조공정을 단순화하고 가공 시간과 비용을 절감할 수 있는 PIG 구조체 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체 제조 방법은, 일면에 복수의 홈을 갖고 복수의 홈 사이의 격벽 상에 절취선이 형성된 글라스 기판을 준비하는 단계, 복수의 홈에 형광체를 주입하는 단계, 실링재가 도포된 글라스 리드를 복수의 홈이 형성된 글라스 기판의 일면에 안착시키고 글라스 리드와 글라스 기판을 접합하는 단계, 글라스 기판과 글라스 리드의 접합체 상에서 절취선이 형성된 부분을 따라 스크라이빙하는 단계 및 절취선을 따라 구조체 단위로 분리하는 단계를 포함한다.

본 실시예에 따른 글라스 기판을 준비하는 단계는, 제1 글라스 시트와 제2 글라스 시트를 준비하는 단계, 제1 글라스 시트에 복수의 홀을 형성하여 격자 패턴을 형성하는 단계, 제1 글라스 시트와 제2 글라스 시트를 부착하여 글라스 기판을 형성하는 단계, 글라스 기판의 복수의 홈 사이의 격벽을 따라 커팅하는 단계 및 글라스 기판을 소성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서, 제1 글라스 시트와 제2 글라스 시트는 각각 글라스 슬러리를 성형 및 가공 후 건조하여 형성된 복수의 그린 시트를 적층하고 압착하여 형성될 수 있다.

또한, 제1 글라스 시트는 TiO₂를 함유하는 불투명 글라스로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 형광체는 퀀텀닷 형광체, KSF형광체 및 CASN형광체, 산질화물(oxynitride) 형광체, YAG 형광체, 실리케이트(silicate) 형광체, ZnS 형광체, CdSe 형광체 중 하나를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 글라스 리드와 글라스 기판을 접합하는 단계에서는, 글라스 리드를 글라스 기판의 일면에 안착시키고 글라스 리드 상에서 실링재 위로 레이저를 조사하여 글라스 기판과 글라스 리드를 접합할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PIG구조체 제조과정에서 결과물의 파손을 억제시킬 수 있어, 불량품이 줄어들어 수율이 향상되고, 가공 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 제조 시간의 현저하게 단축하여 공정 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체를 포함하는 LED 패키지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체의 제조 과정 중 복수의 홈이 형성된 글라스 기판의 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "위"에 있다 라고 기재된 경우, 이는 다른 구성요소 "바로 위"에 위치하는 경우뿐만 아니라 이들 사이에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

PIG 구조체를 포함하는 LED 패키지

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체를 포함하는 LED 패키지를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, LED 패키지(10)는 PIG 구조체(100), LED 칩(200), 리드프레임(Lead Frame)(400)을 포함한다. LED 칩(200)은 리드프레임(400) 상에 실장되며, PIG 구조체(100)는 리드프레임(400)에 지지되어 배치될 수 있다. PIG 구조체(100)와 리드프레임(400)은 에폭시 또는 실리콘 등의 접합부재를 통해 접합될 수 있다.

LED 칩(200)이 실장되는 리드프레임(400)과 PIG 구조체(100) 사이에는 충진재(300)가 채워질 수 있으며, 본 실시예에서는 소정의 굴절율, 예를 들어 1.4 내지 1.55의 굴절율을 갖는 투명한 충진재(300)가 사용될 수 있다.

본 실시예에 따른 PIG 구조체(100)는 전체적으로 유리로 이루어져 LED 칩(200)에서 방출되는 광을 투과시키고, 또한 그 내부에 형광체(120)를 담지하여 LED 칩(200)에서 방출되는 광의 색을 변환시킨다.

본 실시예에서는 PIG 구조체(100)에 담지되는 형광체(120)로는 퀀텀닷(QD; Quantum Dot) 형광체, KSF(K₂SiF₆:Mn) 형광체, CASN(CaAlSiN₃:Eu) 형광체, 산질화물(oxynitride) 형광체, YAG 형광체, 실리케이트(silicate) 형광체, ZnS 형광체, CdSe 형광체 등을 사용할 수 있다. 이들 형광체들은 색재현율 등이 우수한 반면에 열과 습기에 취약하다는 문제가 있다.

이에, 본 실시예에서는 이들 형광체로 습기가 침투하지 않도록 PIG 구조체(100)로 이를 완전히 밀봉함으로써, 사용 과정에서 외부 환경에 의한 영향을 차단하여 형광체의 특성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 형광체를 주입하여 밀봉하는 공정을 저온에서 수행함으로써, 제조 과정에서도 열과 습기 등에 의해 형광체의 특성이 저하되는 것을 방지하게 된다.

한편, PIG 구조체(100)의 측면부, 즉 도면 상에서 형광체(120)가 담지된 부분의 좌우측 부분은 TiO₂를 함유하는 불투명 글라스로 형성될 수 있다. TiO₂를 함유하는 불투명 글라스는 빛을 반사시키는 기능을 수행하여, LED 칩(200)에서 방출되는 광의 측면부로의 누설을 방지하여 직진성을 담보하고 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이러한 PIG 구조체의 제조 방법에 그 특징이 있는 것으로서, 이하에서는 구체적으로 PIG 구조체 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

PIG 구조체의 제조 방법

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체 제조 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이들 도면을 참조하면, PIG 구조체를 제조하기 위해 우선 글라스 기판(110)을 준비한다(S110). 구체적으로, 글라스 기판으로는 일면에 복수의 홈이 형성되고 복수의 홈 사이의 격벽을 따라 절취선이 형성된 글라스 기판(110)을 준비한다. 이처럼, 본 실시예에서는 글라스 기판(110) 상에 절취선을 미리 형성하는데, 이하 그 구체적인 방법을 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 구조체의 제조 과정 중 복수의 홈이 형성된 글라스 기판의 제조 시 이종 글라스 기판을 적용하여 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 두 장의 글라스 시트, 즉 제1 글라스 시트(111)와 제2 글라스 시트(112)를 준비한다(S111). 여기에서, 각 글라스 시트는 글라스 프릿을 솔벤트 바인더와 함께 슬러리로 만들어 성형 및 가공하고 건조한후 소정의 크기로 절단하여 그린시트 단위체를 형성하고, 이러한 그린시트 단위체를 복수 개 수직 방향으로 적층한 후 원하는 두께로 압착하여 형성할 수 있다.

이어서, 두 개의 글라스 시트 중 제1 글라스 시트(111)에 격자 패턴을 형성한다(S112). 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 글라스 시트 상의 격자 패턴 형성은 레이저를 이용한 홀 가공을 통해 이루어질 수 있다.

다음으로, 격자 패턴이 형성된 제1 글라스 시트(111)와 제2 글라스 시트(112)를 부착하여 글라스 기판을 형성한다(S113). 이를 통해, 제1 글라스 시트(111)의 격자 패턴 부분이 글라스 기판에서 형광체를 담지하기 위한 홈(110h)을 구성하게 된다.

이처럼, 본 실시예에서는 글라스 기판 상에 홈을 형성하는 방법으로 이종 글라스 시트를 접합하여 제조하는 시트 공법을 이용하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 마스크를 이용한 샌드 블라스팅(sand blasting), 산 부식(acid etching) 등 다른 공지의 기술을 이용할 수도 있다. 샌드 블라스팅 및 산 부식은, 표면처리를 하는 가공 방법으로, 샌드 블라스팅의 경우 모래, 알루미나, 탄화규소 등의 세라믹 분말 등을 분사하여 표면층을 깎아내어 소결체의 표면을 매끄럽게 하는 특징이 있으며, 산 부식의 경우 소결체 표면에 불필요한 부분을 제거함으로써 원하는 모양을 얻을 수 있다.

제1 글라스 시트(111)와 제2 글라스 시트(112)를 부착하여 글라스 기판을 형성한 후에는, 글라스 기판의 복수의 홈(110h) 사이의 격벽을 따라 커팅한다(S114). 구체적으로, 커팅은 글라스 기판(110)의 복수의 홈(110h) 사이에 형성된 격벽 상에서 수직 방향, 즉 제1 글라스(111)에서 제2 글라스(112)를 향한 방향을 따라 형성하며, 레이저 가공을 통해 수행할 수 있다.

커팅은 격벽의 중앙부를 따라 수행하는 것이 바람직하다. 커팅 깊이는 다양하게 할 수 있는데, 바람직하게는 격벽의 수직 방향을 따라 글라스 기판을 관통하도록 풀컷(full-cut)으로 할 수 있다. 그리고 커팅 폭은 추후 글라스 기판의 소성 시 글라스의 팽창률을 고려하여 결정할 수 있다.

글라스 기판의 격벽을 따라 커팅한 후에는 글라스 기판을 소성한다(S115). 글라스 기판을 소성함에 따라 글라스의 팽창이 일어나면서 커팅한 부위를 따라 절취선이 형성된다. 이와 같이 글라스 기판(110)에 절취선을 미리 형성해둠으로써 추후 PIG 구조체 단위로 분리할 때 가공 시간을 현저하게 줄일 수 있는데, 이에 대하여는 뒤에서 다시 설명한다.

위와 같은 과정을 통해 글라스 기판(110)을 준비한 후에는 글라스 기판(110)에 형성된 복수의 홈(110h)에 형광체(120)를 주입한다(S120). 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 형광체(120)로 퀀텀닷(quantum dot; QD), KSF 형광체 또는 CASN 형광체를 사용할 수 있다.

이어서, 실링재가 도포된 글라스 리드(130)를 글라스 기판(110) 상에 안착시키고 이들을 접합한다(S130).

글라스 기판(110)과 글라스 리드(130)의 접합을 위하여는 실링재의 용융 및 경화 과정이 필요한데, 본 실시예에서는 이를 위해 레이저를 이용할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 실링재를 적외선 흡수율이 높은 글라스 프릿 조성물로 형성하고 레이저로서 적외선 레이저를 사용함으로써, 글라스 리드(130)를 글라스 기판(110) 상에 안착시킨 후 실링재를 저온에서 용융시켜 접합을 수행할 수 있다. 예를 들어, 실링재로서, V₂O₅, 30 ~ 60중량%, BaO 1 ~ 10중량%, ZnO, P₂O₅ 10 ~ 20중량%, TeO₂ 10 ~ 30중량%, Cu₂O 1 ~ 5중량%, SeO₂ 10 ~ 30중량% 및 Fe₂O₃ 5중량% 이하를 포함하여, 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하이고 800~820nm 파장대에서의 적외선 흡수율이 80% 이상이 되는 저융점 글라스 프릿 조성물을 사용할 수 있다.

퀀텀닷 형광체 등 본 실시예에서 사용하는 형광체는 우수한 반면에 열과 습기에 취약하다는 문제가 있는데, 본 실시예에서와 같이 레이저 조사를 통해 국부 가열에 의해 실링이 이루어지는 경우, 형광체에 열 영향이 미치지 않게 되므로 열에 취약한 퀀텀닷 형광체 등의 특성 변화를 방지할 수 있게 된다.

글라스 기판(110)과 글라스 리드(130)의 접합이 이루어진 후에는 글라스 리드(110) 상에서 절취선이 형성된 부분을 따라 스크라이빙(scribing) 작업을 수행하고(S140), 각 구조체 단위로 분리한다(S150).

스크라이빙 작업은 일반 커터와 같은 날카로운 물체로 일정한 경로를 따라 금을 긋는 작업을 의미하는 것으로, 본 실시예에 따르면 글라스 기판(110) 상에 미리 절취선을 형성해 둠으로써 그에 상응하는 글라스 리드(130) 상에서의 스크라이빙 작업 후 작업자가 소정의 압력을 가하는 정도로 PIG 구조체 단위로의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있다.

또한, 절단선을 미리 형성해두고 스크라이빙 공정으로 PIG 구조체 단위의 절단 및 분리가 이루어짐으로써 공정에 소요되는 시간과 그에 따른 비용을 현저히 줄일 수 있게 된다. 실제로, 기존의 절단 및 분리 방식, 즉 글라스 기판과 글라스 리드를 접합한 후에 풀컷 방식으로 절단하는 경우 30분 내외의 시간이 소요되는데 비하여, 본 실시예에서와 같이 글라스 기판에 절취선을 형성해두고 글라스 리드와 접합한 후 스크라이빙 방식으로 절단, 분리하는 경우에는 1분 미만의 시간만이 소요된다.

본 실시예에 따르면 PIG 구조체를 이루는 유리 구조물의 파손을 최소화할 수 있고, 글라스 기판과 글라스 리드를 접합하는 실링재의 파손 역시 최소화할 수 있다. 이를 통해, 글라스 기판과 글라스 리드 사이의 접합력 저하를 방지하고 완성도 높은 결과물을 구현할 수 있으며, 이는 제품 수율의 향상으로도 이어질 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 위에서 설명한 제조 방법은 PIG 구조체 뿐만 아니라 유리를 이용하는 다양한 제품의 제조 공정에도 적용할 수 있다. 즉, 글라스 시트(또는 글라스 기판)가 복수 개 접합되어 이루어진 모기판을 소정의 유닛으로 절단, 분리하는 공정에 있어서, 상술한 제조 방법과 유사하게 모기판을 형성하기 전 미리 절취선을 형성해 두고 모기판 상에서 스크라이빙 공정만을 수행하는 방식으로 절단 및 분리 공정을 수행할 수 있으며, 이를 통해 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 공정 시간과 비용을 현저히 절감할 수 있다.

이처럼, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

10: LED 패키지
100: PIG 구조체
110: 글라스 기판
110h: 홈
111: 제1 글라스
112: 제2 글라스
120: 형광체
130: 글라스 리드
140: 실링재
200: LED 칩
300: 충진재
400: 리드프레임

Claims

일면에 복수의 홈을 갖고 상기 복수의 홈 사이의 격벽 상에 절취선이 형성된 글라스 기판을 준비하는 단계,
상기 복수의 홈에 형광체를 주입하는 단계,
실링재가 도포된 글라스 리드를 상기 복수의 홈이 형성된 글라스 기판의 일면에 안착시키고 상기 글라스 리드와 상기 글라스 기판을 접합하는 단계,
상기 글라스 기판과 상기 글라스 리드의 접합체 상에서 상기 절취선이 형성된 부분을 따라 스크라이빙하는 단계 및
상기 절취선을 따라 구조체 단위로 분리하는 단계
를 포함하고,
상기 글라스 기판을 준비하는 단계는,
제1 글라스 시트와 제2 글라스 시트를 준비하는 단계,
상기 제1 글라스 시트에 복수의 홀을 형성하여 격자 패턴을 형성하는 단계,
상기 제1 글라스 시트와 상기 제2 글라스 시트를 부착하여 일면에 복수의 홈을 갖는 글라스 기판을 형성하는 단계,
상기 글라스 기판의 복수의 홈 사이의 격벽을 따라 커팅하는 단계 및
상기 글라스 기판을 소성하는 단계
를 포함하여,
상기 글라스 기판을 소성하는 단계에서 글라스가 팽창하면서 커팅한 부위를 따라 절취선이 형성되는, PIG 구조체 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 글라스 시트와 상기 제2 글라스 시트는 각각 글라스 슬러리를 성형 및 가공 후 건조하여 형성된 복수의 그린 시트를 적층하고 압착하여 형성되는, PIG 구조체 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 글라스 시트는 TiO₂를 함유하는 불투명 글라스로 형성되는, PIG 구조체 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 형광체는 퀀텀닷 형광체, KSF 형광체 및 CASN 형광체, 산질화물(oxynitride) 형광체, YAG 형광체, 실리케이트(silicate) 형광체, ZnS 형광체, CdSe 형광체 중 하나를 포함하는, PIG 구조체 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 글라스 리드와 상기 글라스 기판을 접합하는 단계에서는, 상기 글라스 리드를 상기 글라스 기판의 일면에 안착시키고 상기 글라스 리드 상에서 실링재 위로 레이저를 조사하여 상기 글라스 기판과 상기 글라스 리드를 접합하는, PIG 구조체 제조 방법.