KR102051484B1 - 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광다이오드 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102051484B1
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이재엽
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Abstract

본 발명은 발광 반도체 칩이 열화되는 것을 효과적으로 방지하여 향상된 광효율을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 향상된 광속(luminous flux)을 구현할 수 있음은 물론 내열성 및 내수성을 확보함에 따라 고출력 및 가혹조건 하에 장기간 노출되어도 광속 변화를 야기 하지 않아 우수한 광효율을 구현할 수 있다.

Description

발광다이오드 패키지 및 그 제조방법{PACKAGE LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 광효율이 향상된 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED)는 백열등에 비해, 긴 수명, 낮은 전력 소비, 우수한 밝기, 인체에 유해하지 않은 환경 친화적 요소 등으로 인하여 주목받고 있다. 이에, 발광다이오드는 에너지 효율이 높은 제품으로 그 사용이 증대되고 있으며, 그에 대한 연구개발이 지속되고 있다.
고효율 발광다이오드는 형광램프를 대체할 것으로 기대되고 있으며, 특히 백색광원의 효율은 가장 널리 사용된다. 또한 발광다이오드에 있어서, 광효율은 가격에 직결되어 대중화를 위해서 지속적으로 개선될 여지가 있으며, 따라서 지속적인 효율 개선이 더욱 요구되고 있다.
이의 연구에 따르면, 발광다이오드의 효율을 개선하기 위해 두 가지의 주요한 접근을 들 수 있다. 첫째는 발광다이오드의 활성층에서 생성되는 빛의 산란을 담당하는 형광체의 파장변환 효율을 증가시키는 것이고, 둘째는 형광체를 감싸고 있는 실리콘 혹은 글라스(Glass)의 투과도를 증가시켜 내부에서 손실되는 빛을 최소화하는 것이다.
상술된 발광다이오드의 활성층에서 생성되는 빛의 산란을 담당하는 형광체의 파장변환 효율을 증가시키기 위한 방법의 일 양태로는, 발광 반도체 칩 주위에 형광체가 분산된 수지부를 형성하거나 직접 발광 반도체 칩 표면에 형광체막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 이때, 형광체가 분산된 수지부를 채용한 발광다이오드 패키지의 경우 방출되는 여기파장광이 수지부 내의 형광체를 많은 횟수로 지나가므로, 형광체에 의한 굴절 및 반사로 인해　효율이 저하된다는 문제점을 가진다. 이에 비해, 발광 반도체 칩 표면에 직접 형성된 형광체막을 채용한 발광다이오드　패키지의 경우 방출되는 여기파장광이 형광체에 직접 흡수되므로, 반사　또는 굴절로 인한　효율　저하를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 형광체막을 발광 반도체 칩 표면에 형성한 구조는 형광체막이 조밀한 구조를 가지므로, 원활한 광경로를 보장하기 곤란하며, 실제 형광체 입자에서 반사된 일부 광은 다시 발광 반도체　칩으로 흡수될 수 있으므로, 높은 광효율을 기대하기 어렵다는 문제점을 가진다.
이와 같은 문제점에 착안하여, 본 발명자들은 발광다이오드 패키지의 효율을 개선하기 위한 연구를 거듭하였다. 그 결과, 형광체를 이용하여 소수성의 수지 혼합재료와 소정의 조건을 만족하도록 형광물질층을 형성함에 따라 광효율이 현저하게 향상된 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명을 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 광효율이 현저하게 향상된 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 목적은 형광체와 소수성의 수지 혼합재료를 포함하는 투명 경화성 조성물을 이용하여 5%이상 향상된 광속을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 목적은 향상된 광속을 구현하고 열화에 의한 광속의 감소를 효과적으로 억제할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 목적은 가혹조건 하에서도 광속 유지율에 탁월함을 보이는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술된 발광다이오드 패키지를 포함하여 신뢰도 높은 발광장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술된 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼 기판 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 증착하여 발광 반도체 칩을 형성하는 단계; 상기 발광반도체 칩으로부터 출력되는　광의 파장을 검출하는 단계; 상기 검출된 발광 반도체 칩의 파장 데이터를 이용하여, 상기 발광 반도체 칩이 소망하는　광을 출력할 수 있도록 그에 대응하는 형광체 배합비를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질에 불소폴리머를 포함하는 실리콘 용액을 혼합한 투명 경화성 조성물을 상기 발광 반도체 칩 상면에 형광물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 경화성 조성물은 총 중량을 기준으로, 4중량%미만의 불소폴리머를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 경화성 조성물은 불소계 용매를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 경화성 조성물의 점도는 400 내지 20,000 cps 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 용액은 치환되거나 치환되지 않은 폴리실록산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 폴리실록산은 하기 화학식1, 화학식2 및 화학식3 등으로 표시되는 적어도 하나의 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식1]
(R1SiO3 /2)
[화학식2]
(R1 2SiO2 /2)
[화학식3]
(R1 3SiO1 /2)
[상기 화학식1 내지 화학식3에서,
R1은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄화수소기이고;
상기 R1이 둘이상으로 반복되는 경우, 각각의 R1은 동일하거나 상이할 수 있다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 화학식1 내지 화학식3의 상기 R1은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 등의 알킬; 또는 페닐 등의 아릴;일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광체는 청색　형광체, 녹색　형광체, 적색　형광체 등에서 선택되는 단일　또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광체는 퀀텀닷일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 발광 반도체 칩에서 출력되는 상기 광의 파장은 청색파장 또는 자외선파장 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광물질층을 형성하는 단계는 제1경화에 의해 반경화하는 단계 및 제2경화에 의해 완전경화하는 단계를 포함하는 다단의 경화단계로 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 제1경화는 80 내지 150℃의 온도범위에서 수행되며, 상기 제2경화는 150 내지 250℃의 온도범위에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광물질층은 상기 발광 반도체 칩에서 출력되는 광이 타겟 색좌표로 변환되도록 형광물질 및 경화성 조성물을 배합하여 형성된 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상술된 제조방법으로 제조된 발광다이오드 패키지의 제조방법에 따라 제조된 발광다이오드 패키지로, 하기 관계식2를 만족하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
[관계식2]
LFM -1 ≥ 95%
[LFM은 초기 광속 대비 광속 유지율로,
100℃의 온도 조건 하, 30분 방치하는 1사이클 기준, 10사이클 반복하였을 때의 광속 유지율이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지에 있어서, 상기 발광다이오드패키지는 80℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하, 통전 500mA에서 1,000시간 방치하였을 때의　광속　유지율이 90%이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술된 발광다이오드 패키지를 포함하는 발광장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 내열성 및 내수성을 확보함에 따라 향상된 광속(luminous flux)을 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면 형광체와 소수성의 수지 혼합재료를 포함하는 투명 경화성 조성물을 이용함에 따라 본 발명에서 목적으로 하는 5%이상 향상된 광속을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면, 최대 11.7% 향상된 광속을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 발광 반도체 칩 상에 형광체가 균일하게 분산되고, 온도와 습도에 강해 고출력 및 가혹조건 하에 장기간 노출되어도 광속 변화를 야기 하지 않아 우수한 광효율을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 향상된 생산성을 갖는 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예1에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법의 일 양태를 개략적으로 도시한 순서도이고,
도2는 본 발명의 비교예1에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법의 다른 일 양태를 개략적으로 도시한 순서도이고,
도3은 본 발명의 실시예3 및 비교예1에서 제조된 발광다이오드 패키지의 광속을 대비한 도면이고,
도4는 본 발명의 실시예3에서 제조된 발광다이오드 패키지 내 형광물질층의 XPS 스펙트럼을 나타낸그래프이다.
본 발명에 따른 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량%(wt%) 또는 중량비를 의미한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
또한 본 명세서에서, "포함한다"는 표현은 "구비한다", "함유한다", "가진다" 또는 "특징으로 한다" 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다. 또한 "실질적으로?로 구성된다"는 표현은 특정된 요소, 재료 또는 공정과 함께 열거되어 있지 않은 다른 요소, 재료 또는 공정이 발명의 적어도 하나의 기본적이고 신규한 기술적 사상에 허용할 수 없을 만큼의 현저한 영향을 미치지 않는 양으로 존재할 수 있는 것을 의미한다. 또한 "구성된다"는 표현은 기재된 요소, 재료 또는 공정만이 존재하는 것을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "광효율"은 구체적으로 단위와트당 광속(luminous flux, 단위:lm/W)을 의미하며, 후술되는 가혹조건 하에서의 광속 유지율 또한 광효율에 포함할 수 있음은 물론이다.
또한 본 명세서에서, 상술된 광효율에 대한 상승효과는 종래 기술에 해당하는 형광체가 분산된 수지부가 형성된 발광다이오드 패키지로서, 본 명세서에서 개시하고 있는 비교예1의 효과에 대한 상대적 비교값에 해당할 수 있다.
또한 본 명세서에서, "반경화"는 실리콘(silicone)이 가교결합되어 3차원 망상구조를 부분적으로 형성하여 실리콘 경화물을 형성하는 것을 의미한다. 또한, 상기 반경화에 의해 형성된 실리콘 경화물은 아스커 C 경도계[Asker C hardness meter; 고분시게이키가부시키가이샤(Kobunshikeiki kabushkiki kaisha) 제품]로 측정하는 경우, 경도가 50을 초과하지 않고 JIS A 경도계로 측정하는 경우도 0을 초과하지 않는 것일 수 있다.
또한 본 명세서에서, "완전경화"는 상술된 반경화 후 잔류 가교결합성 작용 그룹 사이를 가교결합시켜 완전히 경화시키는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서의 완전경화는 반경화된 실리콘 경화물에 존재하는 잔류 가교결합성 작용 그룹의 일부 또는 전부가 형광체와 화학결합하는 것일 수 있다.
또한 본 명세서에서, "투명"은 UV-VIS분광광도계(시마즈(SHIMADZU)사 제품, UV-2500PC UV-VIS REDCORDING SPECTROPHOTOMETER)를 이용하여, 1㎝×1㎝ 석영 셀에서의 가시광영역(파장 600㎚)에 대한 광 투과율로, 90%이상의 값을 갖는 용액상태를 의미한다.
상기 언급에서와 같이, 본 발명자들은 발광다이오드 패키지의 광효율을 개선시킬 수 있는 방법에 대한 연구를 거듭하던 중, 형광체를 소수성의 수지 혼합재료와 소정의 조건을 만족하도록 혼합된 경화성 조성물을 이용하여 형광물질층이 형성된 발광다이오드 패키지를 제공함에 따라 현저하게 향상된 광효율을 갖는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명을 제안한다.
구체적으로, 실리콘(silicone) 용액의 투명도를 해치지 않는 수준의 불소폴리머 혼합용액을 이용하여 형광물질층을 형성하는 경우, 목적하는 5%이상 향상된 광속을 구현할 수 있다. 또한, 이의 경우 향상된 내열성 및 내수성의 구현으로 발광 반도체 칩의 열화에 대한 우수한 내성을 나타낸다.
본 발명에 따른 발광다이오드 패키지는 소수성의 수지 혼합재료에 균일하게 분산처리된 형광물질을 포함하는 형광물질층을 구비함에 따라, 최대 11.7% 향상된 광속을 장기에 걸쳐 매우 안정적으로 제공할 수 있고 이를 채용한 소자의 수명특성을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법은 소수성의 수지 혼합재료를 이용한 순차적 경화방식을 통해 형광체 자체의 광효율 대비 현저하게 향상된 광효율을 구현하는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다는 점에서 경제적·상업적으로 매우 높은 가치를 갖는다.
이하, 구체적으로 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 웨이퍼 기판 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 증착하여 발광 반도체 칩을 형성하는 단계; 상기 발광반도체 칩으로부터 출력되는　광의 파장을 검출하는 단계; 상기 검출된 발광 반도체 칩의 파장 데이터를 이용하여, 상기 발광 반도체 칩이 소망하는　광을 출력할 수 있도록 그에 대응하는 형광체 배합비를 결정하는 단계; 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질에 불소폴리머를 포함하는 실리콘 용액을 혼합한 투명 경화성 조성물을 상기 발광 반도체 칩 상면에 형광물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다. 이때, 상기 경화성 조성물은 실리콘 용액에 불소폴리머를 포함함에도 불구하고, 투명한 성상을 구현하는 것을 특징으로 하며, 육안상 투명하다 인식되는 수준이라면 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 발광다이오오드 패키지가 목적하는 5%이상 향상된 광속 구현을 위한 측면에서, 상기 경화성 조성물은 하기 관계식1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식1]
90%≤T1
[상기 관계식1에서,
T1은 600nm 파장에서의 광 투과율이다.]
상기 경화성 조성물의 광 투과율은 보다 구체적으로 93%이상일 수 있으며, 가장 구체적으로 95.5 내지 99.9%를 만족하는 것일 수 있다. 이와 같은 광 투과율을 만족하는 경화성 조성물을 사용하는 경우, 목적하는 향상된 광속 구현에 시너지를 부여할 수 있어 바람직하다.
상기 발광다이오드 패키지의 형광물질층은 경화공정을 통해, 상기 경화성 조성물 내 균일하게 분산된 소수성의 수지 혼합재료가 반응하여 화학결합될 수 있다. 상기 화학결합은 이온결합, 준이온결합, 공유결합 등에서 선택되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 발광다이오드 패키지의 형광물질층은 상술된 경화성 조성물의반응을 통해 형광체를 포함하는 소수성의 수지 혼합재료가 화학결합되어, 형광체 자체 또는 형광물질층의 내열성 및 내수성을 향상시키고 이들을 외부로부터 보호할 수 있다. 이에, 상기 발광다이오드 패키지는 보다 향상된 광속을 구현하는 등 광효율에 탁월함을 나타낸다.
또한, 상기 형광물질층은 불소폴리머를 포함하는 실리콘 매트릭스 내 형광체를 균일하게 포함함에 따라 목적하는 광효율 향상에 시너지를 부여할 수 있다.
또한, 상기 경화성 조성물은 상기 관계식1을 만족함에 따라, 배합시 미세기포의 발생을 최소화 하고 형광체가 불소폴리머를 포함하는 실리콘 용액 내 안정적으로 분산될 수 있도록 한다.
상술된 관계식1을 만족하지 않는 경화성 조성물은, 배합시 미세기포의 발생을 야기하여, 진공탈포기에서도 미세기포의 제거에 어려움을 초래하여 바람직하지 않다.
또한, 상술된 관계식1을 만족하지 않는 경우, 경화성 조성물이 우윳빛으로 불투명해지고 형광체의 안정적인 분산이 불가능하다. 이에, 경화성 조성물이 발광반도체 하부 패드면을 오염시키고, 발광 반도체 칩 상면으로부터 새어나와 균일하지 못한 형광체를 포함하는 형광물질층을 제공하는 등의 문제점을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 경화성 조성물의 광 투과율(T1)은 구체적으로 93%이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 95%이상일 수 있으며, 가장 구체적으로 95.5 내지 99.9%일 수 있다.
상기 경화성 조성물은 상술된 관계식1을 만족하되 총 중량을 기준으로, 4중량%미만의 불소폴리머를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 불소폴리머의 사용량은 고형분에 대한 중량%에 해당한다.
상기 경화성 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 4중량%미만의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 0.5 내지 3.5중량%의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 1.0 내지 3.0중량%의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 것일 수 있다. 가장 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 1.5 내지 2.5중량%의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 것이, 최대의 광속 구현의 측면에서 좋다.
일 예로, 상기 경화성 조성물은 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 0.5 내지 3.5중량%의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 경우, 본 발명에서 목적하는 5%이상 향상된 광속을 구현할 수 있다.
일 예로, 상기 경화성 조성물은 조성물은 총 중량을 기준으로, 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 1.5 내지 2.5중량%의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 경우, 7.7%이상 향상된 광속을 구현할 수 있다.
상기 불소폴리머는 통상의 것이라면 제한되지 않으나, 이의 비한정적인 일 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 플로린화에틸렌프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 퍼플루오로알콕시 공중합체, 비닐플루오라이드 단일중합체 고무, 비닐플루오라이드 공중합체 고무, 비닐리덴플루오라이드 단일중합체 고무 및 비닐리덴플루오라이드 공중합체 고무 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 불소폴리머는 불소계 용매를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 불소계 용매는 부분 또는 과불소 함유 통상의 용매라면 제한되지 않으나, 이의 비한정적인 일 예로는 플루오로 벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,3,4-테트라플루오로벤젠, 펜타플루오로벤젠, 헥사플루오로벤젠, 2-플루오로톨루엔, α,α,α-트리플루오로톨루엔, 3-플루오로톨루엔, 4-플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 3-플루오로-o-크실렌, 4-플루오로-o-크실렌, 2-플루오로-m-크실렌, 4-플루오로-m-크실렌 및 2-플루오로-p-크실렌 등의 불소함유 방향족계 용매; 플루오로에틸렌카보네이트, 디플루오로에틸렌카보네이트, 트리플루오로에틸렌카보네이트, 테트라플루오로에틸렌카보네이트, 3,3,3-트리플루오로프로필렌카보네이트 및 1-플루오로프로필렌카보네이트 등의 불소함유 환형 카보네이트계 용매; 디(2,2,2-트리플루오로에틸)카보네이트, 2,2,2-트리플루오로에틸메틸카보네이트, 플루오로메틸메틸카보네이트, 디플루오로메틸메틸카보네이트, 트리플루오로메틸메틸카보네이트, 플루오로메틸에틸카보네이트, 디플루오로메틸에틸카보네이트, 트리플루오로메틸에틸카보네이트 및 1-플루오로에틸메틸카보네이트 등의 불소함유 선형 카보네이트계 용매; α-플루오로-γ-부틸로락톤, β-플루오로-γ-부틸로락톤, α,α-디플루오로-γ-부틸로락톤, β,β-디플루오로-γ-부틸로락톤, α-플루오로-γ-발레로락톤, β-플루오로-γ-발레로락톤, α,α-디플루오로-γ-발레로락톤, α-플루오로-δ-발레로락톤 및 β-플루오로-δ-발레로락톤 등의 불소함유 에스테르계 용매; 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합용매일 수 있다.
일 예로, 상기 불소계 용매를 포함하는 불소폴리머는 통상의 불소계 코팅 용액일 수 있다. 이의 비한정적인 일 예로는 DuraSurf DS series((주)HARVES 제조), Mono Coat series(㈜Chemtrend 제조), Dyneon series(㈜3M 제도) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화성 조성물의 점도는 400 내지 20,000 cps인 것일 수 있다. 이때, 상기 점도는 회전　점도계(BROOKFIELD사제 B형 점도계 "Model RVDVII+")에 의해 측정한 25℃의　점도를 의미한다.
상술된 점도를 만족하는 경우, 배합시 발생된 미세기포의 제거가 용이하여 생산성을 높일 수 있으며, 형광체의 균일한 분산이 가능하여 불량률을 낮출 수 있어 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 경화성 조성물의 점도는 구체적으로 1,000 내지 10,000cps일 수 있고, 보다 구체적으로 2,000 내지 5,000cps일 수 있다.
상기 불소계 용매를 포함하는 불소폴리머를 포함하는 경우, 상술된 관계식1은 물론 상기 경화성 조성물의 점도를 고려하여, 그 사용량을 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 불소계 용매를 포함하는 불소폴리머는 상기 불소폴리머 0.001 내지 1중량% 및 잔량의 불소계 용매를 포함하는 것일 수 있다. 상기 불소계 용매를 포함하는 불소폴리머는 구체적으로 0.005 내지 0.5중량% 및 잔량의 불소계 용매를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 0.01 내지 0.3중량% 및 잔량의 불소계 용매를 포함하는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 용액은 치환되거나 치환되지 않은 폴리실록산을 포함하는 것일 수 있다.
상기 폴리실록산은 하기 화학식1, 화학식2 및 화학식3 등으로 표시되는 적어도 하나의 반복단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식1]
(R1SiO3 /2)
[화학식2]
(R1 2SiO2 /2)
[화학식3]
(R1 3SiO1 /2)
[상기 화학식1 내지 화학식3에서,
R1은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄화수소기이고;
상기 R1이 둘이상으로 반복되는 경우, 각각의 R1은 동일하거나 상이할 수 있다.]
상기 화학식1 내지 화학식3의 상기 R1은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지않은 C1-C7알킬; 치환되거나 치환되지 않은 C2-C7알케닐; 및 치환되거나 치환되지 않은 C6-C20아릴;에서 선택되는 탄화수소기일 수 있다. 이때, 상기 치환은 C1-C7알킬, C3-C20시클로알킬, C2-C7알케닐, C2-C7알키닐 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환체를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 화학식1 내지 화학식3의 상기 R1은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 등의 알킬; 비닐, 알릴, 부테닐 등의 알케닐; 및 페닐 등의 아릴;에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 폴리실록산은 상기 화학식1, 화학식2 및 화학식3 등으로 표시되는 적어도 하나의 반복단위를 포함하되, 상기 화학식1 내지 화학식3의 상기 R1은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 등의 알킬; 비닐, 알릴, 부테닐 등의 알케닐; 및 페닐 등의 아릴;에서 선택되는 것일 수 있으며, 상기 실리콘은 적어도 비닐, 알릴, 부테닐, 메틸 및 페닐 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 치환체를 포함하는 것 수 있다.
상기 폴리실록산은 ViMe2SiO1 /2, ViMePhSiO1 /2, Me3SiO1 /2, Me2SiO2 /2, ViMeSiO2 /2, PhMeSiO2/2, PhSiO3 /2, MeSiO3 /2, ViSiO3 /2 등의 반복단위를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 Me는 메틸, Vi는 비닐, Ph는 페닐일 수 있다.
상기 폴리실록산은 가장 좋게는, 메틸 및 페닐에서 선택되는 하나 이상의 R1을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 폴리실록산은 SiO4 /2　반복단위를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 폴리실록산은 투명한 액상일 수 있다.
일 예로, 상기 실리콘 용액은 회전　점도계(BROOKFIELD사제 B형 점도계 "Model RVDVII+")에 의해 측정한 25℃의　점도에서, 400 내지 10,000cps인 것일 수 있다. 즉, 상기 경화성 조성물의 점도 및 광 투과율(T1)의 변화는 불소폴리머의 추가에 의해 영향을 받는다.
또한, 상기 형광체는 당 기술분야의 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 이의 비한정적인 일 예로 청색　형광체, 녹색　형광체, 적색　형광체, 백색 형광체, 퀀텀닷 등을 들 수 있다.
상기 청색 형광체는 ZnS:Ag,　ZnS:(Ag,Cl), ZnS:(Ag,Al), ZnS:(Ag,Al,Cl), ZnS:Ag+In2O3, ZnS:Zn+In2O3　및 (Ba,Eu)MgAl10O17 등 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 녹색 형광체는 ZnS:(Ag,Cl), ZnS:(Ag,Al), ZnS:(Ag,Al,Cl), ZnS:(Cu,Al), Y3(Al,Ga)5O12:Ce, CaSc2O4:Ce, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, (Sr,Ba)2SiO4:Eu, (Si,Al)6(O,N)8:Eu (β-sialon), (Ba,Sr)3Si6O12N2:Eu, SrGa2S4:Eu 및 BaMgAl10O17:Eu,Mn등 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 적색 형광체는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, YVO4:Eu, CaAlSiN3:Eu, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, (Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu, (Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu, (Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)8:Eu, (Sr,Ba)3SiO5:Eu, (Ca,Sr)S:Eu, (La,Y)2O2S:Eu 및 K2SiF6:Mn등 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 특히, 본 발명의 발광다이오드 패키지는 K2SiF6:Mn 등과 같은 실리콘원자 및 불소원자를 포함하는 KSF계 형광체를 포함하는 것이 가장 좋다.
상기 퀀텀닷은 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe 및 InP 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 형광체 입자의 크기는 제한되지 않지만, 1nm 내지 50㎛일 수 있으며, 구체적으로 100nm 내지 40㎛, 보다 구체적으로 1㎛ 내지 30㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광물질층은 총 원자함량을 기준으로 5원자%~15원자% 미만의 불소원자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 형광물질층은, 구체적으로 7원자%~13원자%, 보다 구체적으로 9원자%~11원자%의 불소원자를 포함하는 것일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따른 발광다이오드 패키지는 하기 관계식2를 만족하는 것일 수 있다.
[관계식2]
LFM -1 ≥ 95%
[LFM은 초기 광속 대비 광속 유지율로,
100℃의 온도 조건 하, 30분 방치하는 1사이클 기준, 10사이클 반복하였을 때의 광속 유지율이다.]
상기 광속 유지율(LFM - 1)은 구체적으로 96%이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 98%이상일 수 있으며, 가장 구체적으로 99.0 내지 99.99%일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지에 있어서, 상기 발광다이오드패키지는 80℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하, 통전 500mA에서 1,000시간 방치하였을 때의　광속　유지율(LFM - 2)이 90%이상인 것일 수 있다.
상기 광속 유지율(LFM - 2)은 구체적으로 92%이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 94%이상일 수 있으며, 가장 구체적으로 95.0 내지 99.99%일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술된 발광다이오드 패키지를 포함하는 발광장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술된 발광다이오드 패키지를 포함하는 조명장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술된 발광다이오드 패키지를 포함하는 백라이트유닉을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 발광 반도체 칩으로부터 방출되는 광의 파장은 웨이퍼 레벨에서 측정될 수 있다. 또한, 상기 파장 측정결과를 기초로, 컨포멀 코팅이 상기 발광 반도체 칩 상에 도포되고 상기 파장에 기초한 형광체 배합비율이 선정될 수 있다.
또한, 상기 불소처리된 형광체는 황색, 녹색 또는 적색 중 적어도 하나의 색상을 포함하도록 배합될 수 있으며, 이로부터 상기 발광 반도체 칩에서　출력되는 광은 컨포멀 코팅을 사용하여 백색광으로 변환될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 단계들이 웨이퍼 레벨에서 수행되어 더 좋은 균일성과 일관성을 가질 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼 레벨은 웨이퍼 상에 형성된 각각의 개별단위 발광 반도체 칩을 잘라 분리하기 전의 웨이퍼 단계를 의미하는 것일 수 있다.
또한, 디스펜서의 개수를 늘리면 늘릴수록 웨이퍼 레벨에서 형성된 다양한 파장산포를 갖는 개별단위 발광 반도체 칩에 보다 정확한 배합비율의 형광물질층 코팅이 가능하다. 경우에 따라서는, 상술한 복수의 디스펜서로 임의의 배합비율의 형광물질을 웨이퍼 레벨의 개별단위 발광 반도체 칩마다 도포할 수도 있다.
또한, 상술된 제조방법을 통해 제조된 형광물질층을 포함함에 따라 높은 광속을 구현한다. 경우에 따라서는, 변환된 백색광을 특정 방향으로 집중시킬 수도 있으며; 발광다이오드 패키지의 열화에 의한 광속의 감소, 에이징 타임 내의 광속의 감소, 일부 발광다이오드 패키지의 에러로 인한 광속의 감소 등 발광다이오드 패키지 자체의 상태 변화에 따른 광속의 감소를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법은 이하, 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
먼저, 웨이퍼 기판 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 증착 형성한다. 그 다음에, 상기 웨이퍼 기판 상의 상기 N형 반도체층에 연결되는 N형 전극패드 및 상기 P형 반도체층에 연결되는 P형 전극패드를 형성한다. 상기 N형 전극패드 및 P형 전극패드에 바이어스 전압을 인가하여 상기 웨이퍼 기판 상의 각각의 발광 반도체 칩 별로　출력 광의 파장을 검출한다. 여기서, 상기 N형 전극패드 및 상기 P형 전극패드 형성단계는 상기 파장검출단계 이후 과정 상에서 임의의 단계에서 이루어질 수 있다.
상기 검출된 파장을 기초로 상기 복수의 발광 반도체 칩의　출력 광을 소망하는 광으로 변환하기 위한 형광체 배합비율을 결정한다. 상기 복수의 발광 반도체 칩 중 적어도 2개 이상을 서로 전기적으로 연결하는 메탈라인을 상기 웨이퍼 기판 상에 형성하여 발광다이오드 모듈을 만든다. 이때, 상기 메탈라인을 형성하는 과정이 상기 파장 검출단계 및 상기 전극패드 형성단계 보다 먼저 선행될 수 있다. 이 경우, 상기　출력 광의 파장 검출은 각각의 발광 반도체 칩이 아닌 발광다이오드 모듈 별로 이루어질 수 있다. 그리고, 후술할 형광체 코팅층도 각각의 발광 반도체 칩이 아닌 발광다이오드 모듈 별로 코팅이 이루어 질 수 있다. 즉, 상술한 2개의 발광 반도체 칩으로 구성된 발광다이오드 모듈의　출력광 파장을 검출한 후, 그에 대응하는 형광체 배합비율을 갖는 형광물질층을 형성함으로써 파장보상을 수행할 수 있다.
상기 결정된 형광체 배합비율에 따라 상기 복수의 발광 반도체 칩마다 상기 관계식1을 만족하는 경화성 조성물을 이용하여 형광물질층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 경화성 조성물은 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질에 불소폴리머를 포함하는 실리콘 용액을 혼합한 것일 수 있으며, 이는 투명한 성상을 갖는 것일 수 있다. 이와 같은 경화성 조성물을 이용하여 형성된 형광물질층은 불소원자 형태가 아닌 불소계 수지 형태로 형광체 표면을 보호하고 있어, 보다 현저한 시너지를 부여할 수 있는 것으로 예상한다.
일 예로, 상기 형광물질층은 상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질, 4중량%이하의 불소폴리머 및 잔량의 실리콘 용액을 포함하는 경화성 조성물을 통한 것일 수 있다. 이때, 상기 형광물질층은 50㎛ 내지 500㎛ 두께로 형성될 수 있다. 상기 형광물질층은, 구체적으로 80㎛ 내지 300㎛, 보다 구체적으로 100㎛ 내지 200㎛ 두께로 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 형광물질층은 상기 경화성 조성물을 발광 반도체 칩 상면에 도포함 후 이를 오븐 큐어링하여 형성된 것일 수 있다. 이에 의해, 상기 형광물질층이 경화된다. 이때, 상기 도포는 용액공정을 통한 통상의 방법으로 수행될 수 있음은 물론이고, 구체적으로는 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(injet pringting), 스프레이(spray) 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 오븐 큐어링은 2단계로 수행되며, 제1경화 온도 하에서 제1경화하는 단계 및 제2경화 온도 하에서 제2경화하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1경화하는 단계는 80 내지 150℃의 온도범위에서 수행되는 반경화하는 단계일 수 있으며, 상기 제2경화하는 단계는 150 내지 250℃의 온도범위에서 수행되는 완전경화하는 단계일 수 있다. 이와 같은 순차적인 경화단계를 채용하는 경우, 폴리실록산의 가교도를 높이고 상기 폴리실록산에 존재하는 잔류 가교결합성 작용 그룹과 불소폴리머에 존재하는 불소원자와의 화학결합으로 광효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
일 예로, 상기 제1경화하는 단계는 구체적으로 90 내지 130℃, 보다 구체적으로90 내지 120℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 제1경화하는 단계는 상술된 온도범위 하에서 30분 내지 3시간동안 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 제2경화하는 단계는 구체적으로 150 내지 250℃, 보다 구체적으로 150 내지 200℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
일 예로, 상기 제2경화하는 단계는 상술된 온도범위 하에서 1 내지 10시간동안 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한 온도는 모두 ℃ 단위이고, 각 성분의 사용량 단위는 g이다. 또한, 본 명세서에서 달리 언급하지 않는한 온도는 20 ℃, 대기압(1 atm)에서 수행된다.
(평가방법)
1.광속 및 광속 유지율 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 발광다이오드 패키지에 대한 광속 및 광속 유지율평가를 위해, 각 발광다이오드 패키지를 동작시키며 전광속 측정 시스템(나노베이스 주식회사, XPE600-HS)을 이용하여 광속을 측정하였다. 이때, 상기 광속은 비교예1의 광속을 100% 기준으로 한, 상대적 백분위 값으로 나타내었다. 또한, 상기 광속 유지율은 초기 결과값(A0) 대비 하기 가혹조건 하에 방치 후 확인되는 결과값(A1)의 백분위 환산된 값으로 나타내었다.
(가혹조건1)
100℃의 온도 조건 하, 30분 방치하는 1사이클 기준, 10사이클 반복
(가혹조건2)
80℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하, 통전 500mA에서 1,000시간 방치
상술된 방법으로 측정된, 광속 및 가혹조건 전·후의 광속 유지율은 하기 표1에 도시하였다.
2.광특성 평가
스펙트로미터(Spectrometer, 주식회사 TSE, P6602F)에 의해, 실시예 및 비교예에서 제조된 형광체 및 발광다이오드 패키지의 분석을 수행하였다.
3.화학조성 확인
XPS (X-Ray Photoemission Spectroscopy)분석을 통해, 실시예 및 비교예에서 제조된 백색발광다이오드 패키지의 불소함량(원자%)을 확인하였다.
4.광 투과율 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 발광다이오드 패키지에 형성된 형광물질층의 광 투과율은 UV-VIS분광광도계(시마즈(SHIMADZU)사 제품, UV-2500PC UV-VIS REDCORDING SPECTROPHOTOMETER)를 이용하여, 1㎝×1㎝ 석영 셀에서의 가시광영역(파장 600㎚)에 대한 광 투과율로 측정되었으며, 그 값을 하기 표1에 도시하였다.
이때, 광 투과율(T1)이 100%에 가까울수록 투명함을 의미한다.
(실시예1)
백색발광다이오드 패키지의 제조
형광체(KSF(Red)+ β-sailon(Green)=80:20, wt:wt, 3g) 입자 및 실리콘 용액(OE-6662, Dow corning)을 1:4 중량비(wt:wt)로 혼합한 후 폴리테트라플루오로에틸렌 0.5wt%를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액A) 0.06g을 투입하고, 5분동안 교반하였다(점도: 2000cps). 반응용액을 필터한 후 청색 LED 칩(제조사: 세미콘라이트, 제품명 : SKYII3535) 상에 도포하였다. 이후, 100℃의 경화오븐에서 2시간동안 열처리(반경화)하고, 170℃의 경화오븐에서 5시간동안 열처리(완전경화)하여, 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다. 또한, 상기 실시예1로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지의 제조방법에 대한 개략적인 순서도를 도1에 도시하였다.
이로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지를 이용하여, 상술된 평가방법을 통해 광속 및 광속 유지율을 평가하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다. 이때, 상기 백색발광다이오드 패키지에 포함되는 형광물질층의 두께는 150㎛이다.
그 결과는 하기 표1에 도시하였다.
(실시예2 내지 실시예4)
상기 실시예1과 유사한 방법을 통해, 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다.
실시예2에서는 실시예1에서 사용한 불소용액A 대신 폴리테트라플루오로에틸렌 1.5wt% 를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액B)을 사용하였다.
실시예3에서는 폴리테트라플루오로에틸렌 2.0wt% 를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액C)을 사용하였다.
실시예4에서는 폴리테트라플루오로에틸렌 2.5wt% 를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액D)을 사용하였다.
이로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지를 이용하여, 상술된 평가방법을 통해 광속 및 광속 유지율을 평가하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다.
그 결과는 하기 표1에 도시하였다.
(실시예5)
백색발광다이오드 패키지의 제조
실리콘 용액(OE-6662, Dow corning) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 0.5wt%를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액A)을 98:02 중량비로 혼합하였다. 이후, 혼합용액 3g에 형광체(KSF(Red)+ β-sailon(Green)=80:20, wt:wt, 3g) 입자를 투입하고, 5분동안 교반하였다(점도: 2,000cps). 반응용액을 필터한 후 청색 LED 칩(제조사: 세미콘라이트, 제품명 : SKYII3535) 상에 도포하였다. 이후, 100℃의 경화오븐에서 2시간동안 열처리(반경화)하고, 170℃의 경화오븐에서 5시간동안 열처리(완전경화)하여, 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다. 또한, 상기 실시예6으로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지의 제조방법에 대한 개략적인 순서도를 도2에 도시하였다.
이로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지를 이용하여, 상술된 평가방법을 통해 광속 및 광속 유지율을 평가하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다.
(비교예1)
상기 실시예1과 유사한 방법을 통해, 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다. 구체적으로, 실시예1에서 불소폴리머를 포함하지 않는 경화성 조성물을 이용하여 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다.
이로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지를 이용하여, 상술된 평가방법을 통해 광속 및 광속 유지율을 평가하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다.
그 결과는 하기 표1에 도시하였다.
(비교예2 내지 비교예3)
상기 실시예1과 유사한 방법을 통해, 백색발광다이오드 패키지를 제조하였다.
비교예2에서는 폴리테트라플루오로에틸렌 4.0wt% 를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액E)을 사용하였다.
비교예3에서는 폴리테트라플루오로에틸렌 10.0wt% 를 포함하는 플루오로 벤젠 용액(불소용액F)을 사용하였다.
이로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지를 이용하여, 상술된 평가방법을 통해 광속 및 광속 유지율을 평가하였다. 또한, 이로부터 제조된 형광물질층의 광 투과율을 측정하였다.
그 결과는 하기 표1에 도시하였다.
Figure 112019018811182-pat00001
상기 표1 및 도3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색발광다이오드 패키지는 비교예1 대비 현저하게 향상된 광속 및 광속 유지율을 구현할 수 있음을 확인하였다.
구체적으로, 본 발명에 따른 백색발광다이오드 패키지는 비교예 대비 최대 111.7%이상의 광속을 구현할 수 있음을 확인하였다. 특히, 본 발명에 따른 백색발광다이오드 패키지는 총 중량 기준 불소폴리머의 함량이 1.5 내지 2.5중량%를 만족하는 경화성 조성물을 이용하여 제조된 형광물질층을 포함하는 경우, 현저하게 향상된 광속의 구현은 물론 이의 효과를 매우 안정적으로 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한 가혹조건 하에서도 광특성의 변화가 거의 확인되지 않았을 뿐 아니라 100%의 상대습도 조건 하에서도 높은 광속과 광속 유지율을 구현할 수 있음을 확인하였다.
또한 하기 도4에 도시한 바와 같이, 상기 제조방법으로부터 제조된 백색발광다이오드 패키지에 포함된 형광물질층(실시예3)에서는 불소원자가 10원자%로 검출되었다.
또한 관계식1을 만족하지 않는 경화성 조성물을 사용한 비교예2 및 3의 경우, 향상된 광속을 구현할 수 있었으나 급격히 증가된 경화성 조성물의 점도에 의해 배합시 발생하는 미세기포의 제거에 어려움이 따랐으며, 실시의 재현성이 나빴다. 더불어, 비교예3의 경우, 상분리가 야기되는 등 제형상의 문제점으로 경화성 조성물을 청색 LED 칩 상에 도포시 용액이 새어나와 높은 불량률을 초래하여 바람직하지 않았다.
이와 같은 결과는, 본 발명에 따른 백색발광다이오드 패기지의 제조시 소정의 조건을 만족하는 경화성 조성물을 통해 제조된 형광물질층에 의한 것으로, 이로부터 외부의 투습을 효과적으로 차단하여 LED 칩의 열화를 방지함에 따른 것으로 예상한다. 또한, 상술한 바와 같은 현저한 광속의 구현은 통상적으로 예측가능한 결과를 현저하게 상회하는 결과에 해당하는 바, 본 발명은 이와 같은 효과의 상승에 주목하였다.
따라서, 본 발명에 따른 백색발광다이오드 패키지는 LED 칩으로부터 방출되는 여기파장광의 산란에 시너지를 부여하여 외부로 방출되는 광원의 광효율을 현저하게 향상시키고 광속 변화를 야기하지 않아, 광특성이 우수한 발광다이오드 패키지 및 이를 포함하는 발광장치에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 구현예일뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정하여진다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 발광다이오드 패키지의 제조방법에 있어서,
    웨이퍼 기판 상에 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 증착하여 발광 반도체 칩을 형성하는 단계;
    상기 발광반도체 칩으로부터 출력되는　광의 파장을 검출하는 단계;
    상기 검출된 발광 반도체 칩의 파장 데이터를 이용하여, 상기 발광 반도체 칩이 소망하는　광을 출력할 수 있도록 그에 대응하는 형광체 배합비를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 형광체 배합비에 따른 형광물질에 0.5 내지 2.5중량%의 불소폴리머를 포함하는 실리콘 용액을 혼합한 투명 경화성 조성물로 상기 발광 반도체 칩 상면에 형광물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 조성물은,
    불소계 용매를 더 포함하는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 용액은,
    치환되거나 치환되지 않은 폴리실록산을 포함하는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리실록산은,
    하기 화학식1 내지 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법:
    [화학식1]
    (R1SiO3/2)
    [화학식2]
    (R1 2SiO2/2)
    [화학식3]
    (R1 3SiO1/2)
    상기 화학식1 내지 화학식3에서,
    R1은 각각 독립적으로 수소, C1-C7알킬 및 C6-C20아릴에서 선택되고,
    상기 R1이 둘이상으로 반복되는 경우, 각각의 R1은 동일하거나 상이할 수 있다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화학식1 내지 화학식3에서,
    상기 R1은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 또는 페닐인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는,
    청색　형광체, 녹색　형광체, 적색　형광체　또는 이들의 조합인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는,
    퀀텀닷인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광 반도체 칩에서 출력되는 상기 광의 파장은,
    청색파장 또는 자외선파장인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층을 형성하는 단계는,
    제1경화에 의해 반경화하는 단계; 및
    제2경화에 의해 완전경화하는 단계;를 통해 수행되는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1경화는 80 내지 150℃의 온도범위에서 수행되며, 상기 제2경화는 150 내지 250℃의 온도범위에서 수행되는 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 형광물질층은,
    상기 발광 반도체 칩에서 출력되는 광이 타겟 색좌표로 변환되도록 형광물질 및 경화성 조성물을 배합하여 형성된 것인, 발광다이오드 패키지의 제조방법.
  14. 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제13항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 발광다이오드 패키지의 제조방법에 따라 제조된 발광다이오드 패키지로, 하기 관계식2를 만족하는 발광다이오드 패키지:
    [관계식2]
    LFM-1 ≥ 95%
    LFM-1은 초기 광속 대비 광속 유지율로,
    100℃의 온도 조건 하, 30분 방치하는 1사이클 기준, 10사이클 반복하였을 때의 광속 유지율이다.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발광다이오드 패키지는,
    80℃의 온도 및 100%의 상대습도 조건 하,
    통전 500mA에서 1,000시간 방치하였을 때의　광속　유지율(LFM - 2)이 90%이상인,　발광다이오드 패키지.
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