KR102237304B1 - 반사기 및 광학 요소를 갖는 발광 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 구조체는 반도체 발광 디바이스; 및 반도체 발광 디바이스 위에 배치된 광학 요소를 포함한다. 반도체 발광 디바이스는 광학 요소의 리세스에 배치된다. 광학 요소의 저부 표면 상에 반사기가 배치된다. 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 기판 상에 반도체 발광 디바이스를 배치하는 단계; 및 반도체 발광 디바이스에 인접하게 반사기를 형성하는 단계를 포함한다. 반도체 발광 디바이스 위에 광학 요소가 형성된다. 기판으로부터 반도체 발광 디바이스가 제거된다.
Description
본 발명은, 광학 요소 및 이 광학 요소의 저부 상의 반사기를 갖는 조명 디바이스에 관한 것이다.
현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중에는, 발광 다이오드들(LED들), 공진 공동 발광 다이오드들(RCLED들: resonant cavity light emitting diodes), 수직 공동 레이저 다이오드들(vertical cavity laser diodes)(VCSEL들) 및 단면 발광 레이저들(edge emitting lasers)을 비롯한 반도체 발광 디바이스들이 있다. 가시 스펙트럼에 걸쳐 동작할 수 있는 고휘도 발광 디바이스들의 제조에 있어서 현재 관심 대상인 재료계들은, Ⅲ족 질화물 재료들로 또한 지칭되는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체들, 특히 갈륨, 알루미늄, 인듐 및 질소의 2원, 3원 및 4원 합금들을 포함한다. 통상적으로, Ⅲ족 질화물 발광 디바이스들은, 유기 금속 화학 증착(MOCVD: metal-organic chemical vapor deposition), 분자 빔 에피택시(MBE: molecular beam epitaxy) 또는 다른 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 탄화물, Ⅲ족 질화물 또는 다른 적합한 기판 상에, 상이한 조성 및 도펀트 농도의 반도체 층들의 스택을 에피택셜 성장시킴으로써 제조된다. 종종, 스택은, 기판 위에 형성되며 예를 들어 Si로 도핑된 하나 이상의 n형 층, n형 층 또는 층들 위에 형성되는 활성 영역에서의 하나 이상의 발광 층, 및 활성 영역 위에 형성되며 예를 들어 Mg로 도핑된 하나 이상의 p형 층을 포함한다. n형 영역 및 p형 영역 상에 전기 콘택들이 형성된다.
도 1은 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제7,009,213호에 보다 상세하게 기재되어 있는 디바이스를 도시한다. 광 방출기(4)가 광학 요소(2)의 표면(22)의 리세스(38)에 위치되고, 이 광학 요소에 광 방출기(4)가 본딩된다. 광학 요소(2)는 광 방출기(4)에 직접 본딩된다. 광 방출기(4)는 광을 방출할 수 있는 활성 영역 및 반도체 층들의 스택을 포함한다. 반도체 층들의 스택은, 예를 들어 사파이어, SiC, GaN, AlN 또는 GaP와 같은 재료로 형성된 투명 기판(34)에 부착된다. 광 방출기(4)는 n형 도전성의 제1 반도체 층(8) 및 p형 도전성의 제2 반도체 층(10)을 포함한다. 반도체 층들(8 및 10)은 활성 영역(12)에 전기적으로 결합된다. 활성 영역(12)은, 예를 들어, 층들(8 및 10)의 계면과 연관된 p-n 다이오드 접합이다. 대안적으로, 활성 영역(12)은, n형이나 p형으로 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 하나 이상의 반도체 층을 포함한다. 활성 영역(12)은 양자 우물들을 또한 포함할 수 있다. n-콘택(14) 및 p-콘택(16)이 반도체 층들(8 및 10)에 각각 전기적으로 결합된다. 활성 영역(12)은 콘택들(14 및 16)에 걸친 적합한 전압의 인가 시에 광을 방출한다. 광학 요소(2)는 표면(24)에 의해 경계가 정해진다. 표면(24)의 형상은 광 방출기(4)에 의해 방출되는 광의 반사를 감소시킨다.
본 발명의 목적은, 광학 요소 및 이 광학 요소의 저부 상의 반사기를 갖는 조명 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 구조체는 반도체 발광 디바이스; 및 반도체 발광 디바이스 위에 배치된 광학 요소를 포함한다. 반도체 발광 디바이스는 광학 요소의 리세스에 배치된다. 광학 요소의 저부 표면 상에 반사기가 배치된다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법은 기판 상에 반도체 발광 디바이스를 배치하는 단계; 및 반도체 발광 디바이스에 인접하게 반사기를 형성하는 단계를 포함한다. 반도체 발광 디바이스 위에 광학 요소가 형성된다. 기판으로부터 반도체 발광 디바이스가 제거된다.
도 1은 광학 요소의 리세스에 배치된 광 방출기를 도시한다.
도 2는 LED, 렌즈, 및 렌즈의 저부 상에 배치된 반사성 재료를 포함하는 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 기판 상에 배치된 반사성 재료를 도시한다.
도 4는 4개의 LED 및 4개의 광학 요소의 배열을 도시한다.
도 5는 기판에 부착된 2개의 LED 및 이러한 LED들 위에 배치된 파장 변환 재료를 도시한다.
도 6은 도 3에 도시된 기판 상에 배치된 도 5의 LED들을 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 구조체 위에 광학 요소들을 몰딩하는 것을 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 몰딩 이후의 2개의 디바이스를 도시한다.
도 9는 LED, 렌즈, 및 렌즈의 저부 상에 배치된 반사성 재료를 포함하는 발광 디바이스를 도시한다.
도 10은 기판에 부착된 2개의 LED 및 이러한 LED들 위에 배치된 반사성 재료를 도시한다.
도 11은 반사성 재료를 시닝(thinning)한 이후의 도 10의 구조체를 도시한다.
도 12는 구조체를 제2 기판에 부착하고, 제1 기판을 제거하고, LED들 위에 파장 변환 층을 형성한 이후의 도 11의 구조체를 도시한다.
도 13은 LED들 위에 광학 요소들을 형성한 이후의 도 12의 구조체를 도시한다.
도 14는 LED들을 싱귤레이팅(singulating)한 이후의 도 13의 구조체를 도시한다.
도 15 및 도 16은 LED들 위에 배치된 광학 요소들을 도시하는데, 여기서 광학 요소들은 LED들과 실질적으로 동일한 폭을 갖는다.
도 2는 LED, 렌즈, 및 렌즈의 저부 상에 배치된 반사성 재료를 포함하는 발광 디바이스를 도시한다.
도 3은 기판 상에 배치된 반사성 재료를 도시한다.
도 4는 4개의 LED 및 4개의 광학 요소의 배열을 도시한다.
도 5는 기판에 부착된 2개의 LED 및 이러한 LED들 위에 배치된 파장 변환 재료를 도시한다.
도 6은 도 3에 도시된 기판 상에 배치된 도 5의 LED들을 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 구조체 위에 광학 요소들을 몰딩하는 것을 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 몰딩 이후의 2개의 디바이스를 도시한다.
도 9는 LED, 렌즈, 및 렌즈의 저부 상에 배치된 반사성 재료를 포함하는 발광 디바이스를 도시한다.
도 10은 기판에 부착된 2개의 LED 및 이러한 LED들 위에 배치된 반사성 재료를 도시한다.
도 11은 반사성 재료를 시닝(thinning)한 이후의 도 10의 구조체를 도시한다.
도 12는 구조체를 제2 기판에 부착하고, 제1 기판을 제거하고, LED들 위에 파장 변환 층을 형성한 이후의 도 11의 구조체를 도시한다.
도 13은 LED들 위에 광학 요소들을 형성한 이후의 도 12의 구조체를 도시한다.
도 14는 LED들을 싱귤레이팅(singulating)한 이후의 도 13의 구조체를 도시한다.
도 15 및 도 16은 LED들 위에 배치된 광학 요소들을 도시하는데, 여기서 광학 요소들은 LED들과 실질적으로 동일한 폭을 갖는다.
본 발명의 실시예들에서, LED와 같은 반도체 발광 디바이스에 광학적으로 결합된 광학 요소의 저부 표면 상에 반사기가 배치된다. 반사성 코팅은 LED로부터 이러한 LED가 부착되는 마운트 상으로의 광의 입사를 최소화할 수 있다. 따라서, 시스템으로부터의 광 추출에 악영향을 미치지 않으면서 비교적 낮은 반사율을 갖는 마운트들이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED는 땜납 부착(solder attach)을 통해 인쇄 회로 보드와 같은 마운트에 부착될 수 있다. 이러한 마운트들은, LED가 장착되는 마운트의 상부 표면 상에, 저반사율 땜납 마스크들을 종종 포함한다.
이하의 예들에서 반도체 발광 디바이스는 청색 또는 UV 광을 방출하는 Ⅲ족 질화물 LED들이지만, 레이저 다이오드들과 같은 LED들 외의 반도체 발광 디바이스들, 및 다른 Ⅲ-Ⅴ족 재료들, Ⅲ족 인화물, Ⅲ족 비화물, Ⅱ-Ⅵ족 재료들, ZnO, 또는 Si계 재료들과 같은 다른 재료계들로 이루어진 반도체 발광 디바이스들이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스를 도시한다. LED와 같은 반도체 발광 디바이스(40) 위에 돔 렌즈와 같은 광학 요소(42)가 배치된다.
LED(40)는 예를 들어 플립 칩 Ⅲ족 질화물 발광 디바이스일 수 있는데, 여기서 성장 기판이 제거되거나 디바이스의 부분을 유지한다. LED(40)는, 예를 들어, UV나 청색 피크 파장 또는 임의의 다른 적합한 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. LED(40)의 저부 표면은 인쇄 회로 보드와 같은 다른 구조체에 종종 납땜가능하다. 임의의 적합한 발광 디바이스(40)가 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 예시적인 LED에서, LED(40)는, 예를 들어 사파이어, SiC, Si, GaN, 유리 또는 복합 기판들과 같은 임의의 적합한 기판일 수 있는 성장 기판(44) 상에 성장된 반도체 구조체(46)를 포함한다. 반도체 구조체는 n형 영역과 p형 영역 사이에 삽입된 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n형 영역이 먼저 성장될 수 있고, 예를 들어, 발광 영역이 광을 효율적으로 방출하는데 바람직한 특정 광학 또는 전기 특성들을 위해 설계된 n형 또는 심지어는 p형 디바이스 층들, 및 n형이거나 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들, 및/또는 버퍼 층들 또는 핵형성 층들과 같은 준비 층들을 비롯하여, 상이한 조성 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있다. 발광 또는 활성 영역이 n형 영역 위에 성장된다. 적합한 발광 영역들의 예들은 단일의 두꺼운 또는 얇은 발광 층, 또는 장벽 층들에 의해 분리되는 다수의 얇은 또는 두꺼운 발광 층을 포함하는 다중 양자 우물 발광 영역을 포함한다. 다음에, 발광 영역 위에 p형 영역이 성장될 수 있다. n형 영역과 마찬가지로, p형 영역은, n형 층들 또는 의도적으로 도핑되지 않은 층들을 비롯하여, 상이한 조성, 두께 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있다. 디바이스에서의 모든 반도체 재료의 전체 두께는 일부 실시예들에서는 10㎛ 미만이며, 일부 실시예들에서는 6㎛ 미만이다. 일부 실시예들에서, p형 영역이 먼저 성장되고, 다음에 활성 영역이 성장되고, 다음에 n형 영역이 성장된다. 일부 실시예들에서, 반도체 재료는 성장 이후에 200℃ 내지 800℃에서 선택적으로 어닐링될 수 있다.
다음에, p형 영역 상에 금속 콘택(50)이 형성된다. 콘택(50)은 예를 들어 은과 같은 반사성 금속을 포함할 수 있다. 콘택(50)은, 예를 들어, 반사성 금속의 일렉트로마이그레이션(electromigration)을 방지하는 가드 층 및/또는 p형 Ⅲ족 질화물 재료에 옴 접촉하는 층과 같은 다른 금속 층들을 포함할 수 있다. p-콘택(50)을 형성한 이후에, LED들의 웨이퍼 상의 각각의 LED에 대해, 반도체 구조체(46)에서의 활성 영역, p형 영역 및 p-콘택(50)의 부분들이 제거되어, 금속 n-콘택(48)이 형성되는 n형 영역의 일부를 노출시킨다. p-콘택(50) 및 n-콘택(48)은 재분포될 수 있다. 예를 들어, p-콘택(50) 및 n-콘택(48)을 전기적으로 격리시키는 하나 이상의 유전체 층(52)이 형성된다. 개구들이 유전체 층(52)에 형성되고, 여기서 금속 p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)가 p-콘택(50) 및 n-콘택(48)에 전기적으로 접속할 것이다. 유전체 층(52) 위에 금속 층이 형성된 다음, 이 금속 층이 패터닝되어, p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)를 형성한다.
도 2의 LED(40)에서, LED로부터 추출되는 대부분의 광은 투명 기판(44)의 상부 및 측부들을 통해 추출된다. 반도체 구조체(46)는 디바이스의 부분을 유지하는 성장 기판(44)에 의해 지지된다. 일부 실시예들에서, 성장 기판(44)은 디바이스로부터 제거되거나 시닝되고, 반도체 구조체는 n-콘택(48) 및 p-콘택(50) 상에 형성된 두꺼운 금속 p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56) 또는 반도체 구조체에 본딩된 호스트 기판과 같은 다른 기판에 의해 지지된다. 임의의 적합한 발광 디바이스가 사용될 수 있으며, 본 발명은 도 2에 도시된 디바이스에 제한되지는 않는다.
LED(40) 위에 파장 변환 재료가 배치된다. 도 2에 도시된 실시예에서, LED(40) 위에서 LED(40)와 렌즈(42) 사이에 파장 변환 층(54)이 배치된다. 파장 변환 층(54)은 임의의 적합한 구조체일 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 층(54)은 투명 재료에 배치된 하나 이상의 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 재료(들)는 LED(40)에 의해 방출된 광을 흡수하고, 상이한 파장의 광을 방출한다. LED(40)에 의해 방출된 변환되지 않은 광은 종종 구조체로부터 추출된 광의 최종 스펙트럼의 부분이지만, 그것이 필요하지는 않다. 일반적인 조합들의 예들은, 황색-방출 파장 변환 재료와 결합된 청색-방출 LED, 녹색-방출 및 적색-방출 파장 변환 재료들과 결합된 청색-방출 LED, 청색-방출 및 황색-방출 파장 변환 재료들과 결합된 UV-방출 LED, 및 청색-방출, 녹색-방출 및 적색-방출 파장 변환 재료들과 결합된 UV-방출 LED를 포함한다. 구조체로부터 방출된 광의 스펙트럼을 조정하기 위해서 다른 컬러의 광을 방출하는 파장 변환 재료들이 부가될 수 있다.
파장 변환 층(54)에서의 파장 변환 재료(들)는 통상의 인광체들, 유기 인광체들, 양자점들, 유기 반도체들, Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체들, Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 양자점들 또는 나노결정들, 염료들, 폴리머들, 또는 발광(luminesce)하는 재료들일 수 있다. 가닛계 인광체들, 예컨대 Y3Al5O12:Ce(YAG), Lu3Al5O12:Ce(LuAG), Y3Al5-xGaxO12:Ce(YAlGaG), (Ba1-xSrx)SiO3:Eu(BOSE), 및 질화물계 인광체들, 예컨대 (Ca,Sr)AlSiN3:Eu 및 (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 분말 인광체가 이용될 수 있다.
파장 변환 층(54)에서의 파장 변환 재료들은, 예를 들어 실리콘, 에폭시, 유리 또는 임의의 다른 적합한 재료일 수 있는 투명 재료와 혼합될 수 있다. 파장 변환 층(54)은 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 스텐실, 몰딩, 라미네이팅(laminating) 또는 임의의 다른 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다. 파장 변환 층은 세라믹 파장 변환 부재와 같은 사전 형성된 강성 구조체, 또는 유리나 다른 강성의 투명 재료에 배치된 파장 변환 재료의 사전 형성된 슬래브일 수 있다. 파장 변환 층(54)은 단일 파장 변환 재료, 파장 변환 재료들의 혼합물, 또는 함께 혼합되는 것보다는 별개의 층들로서 형성된 다수의 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 상이한 컬러의 광을 방출하는 파장 변환 재료들이 별개의 영역들에 배치되거나 또는 함께 혼합될 수 있다.
일례에서, 적색-방출 및 녹색-방출 분말 인광체들이 실리콘과 혼합될 수 있다. 혼합물은 필름으로 캐스팅된다. 실리콘과 혼합되는 인광체 양들 및 인광체 재료들은 LED(40)에 의해 방출된 청색 광을 보완하도록 선택될 수 있고, 그에 의해, 혼합된 청색, 녹색 및 적색 광은 주어진 애플리케이션에 대한 규격을 충족시키게 된다. 인광체가 로딩된 실리콘 필름이 LED(40) 위에 라미네이팅된다.
일부 실시예들에서, 파장 변환 재료는, LED(40) 위에 배치된 코팅(54)에 부가하여 또는 이러한 코팅에서보다는 렌즈(42)의 표면 상에 또는 내에 배치될 수 있다.
광학 요소(42)는 LED(40)에 의해 방출된 광의 패턴을 변경할 수 있는 구조체이다. 적합한 광학 요소들의 예들은, 돔 렌즈들 및 프레넬 렌즈들과 같은 렌즈들, 및 광학적 집광기들(optical concentrators)과 같은 다른 구조체들을 포함한다. LED(40)와 광학 요소(42)를 포함하는 디바이스의 직경 또는 측방향 규모(lateral extent)는 일부 실시예들에서는 LED(40)의 직경 또는 측방향 규모의 적어도 1.5배이고, 일부 실시예들에서는 LED(40)의 직경 또는 측방향 규모의 4배 이하이다. 광학 요소(42)는 종종 도 2에 도시된 바와 같이 LED(40)의 측부들 위에 연장된다. 광학 요소(42)는 광학 요소(42)와 LED(40) 사이의 유일한 기계적 접속일 수 있는데, 즉 광학 요소는 LED(40) 및 광학 요소(42) 양쪽 모두를 지지하는 마운트나 기판 없이 광학 요소(42)를 LED(40)에 접속하도록 LED(40) 위에 몰딩될 수 있다.
광학 요소(42)의 저부 표면의 적어도 일부 상에 반사기(60)가 배치된다. 반사기(60)는 예를 들어 반사성 금속 포일과 같은 정반사 반사기일 수 있다. 적합한 금속들의 예들은 알루미늄 및 은을 포함한다. 구조체에 의해 방출된 파장들을 반사하는 임의의 적합한 재료가 이용될 수 있다. LED(40)를 다른 구조체에 부착하기 위해 땜납이 이용되는 애플리케이션들에서 땜납 습윤성 금속(solder-wettable metal)인 반사성 재료는 광학 요소에 대향하는 표면 상에 형성된 비습윤성 재료(non-wettable material), 예컨대 반사성 재료의 자연 산화물(native oxide) 또는 유기 재료 층을 가질 수 있다. 광학 요소(42)의 저부 표면 상의 반사기(60)의 저부 표면은 LED(40)의 저부 표면과 동일한 높이에 있을 수 있다. 반사기(60)는 광학 요소(42)보다 더 낮은 굴절률을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 디바이스는 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 방법에 따라 형성될 수 있다.
도 3에서, 반사성 영역들(60)이 캐리어 기판(62) 상에 형성된다. 기판(62)은, 예를 들어, 표준 반도체 다이싱 테이프, 빈 테이프(bin tape), 실리콘 테이프, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 테이프, 폴리이미드 테이프 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 캐리어 테이프일 수 있다. 기판(62)은 처리 중에 반사성 영역들(60)을 제자리에 유지하기 위해 얇은 일시 접착제 층(temporary glue layer)을 가질 수 있다. 반사성 영역들(60)은 반사성 금속 포일을 기판(62) 상에 롤-라미네이팅함으로써 형성될 수 있다. 적합한 반사성 금속 포일은 예를 들어 일부 실시예들에서는 적어도 0.1㎛이며, 일부 실시예들에서는 30㎛ 이하일 수 있다. 반사성 포일을 기판(62)에 부착하기 전에 또는 후에, 반사성 포일에 개구들(64)이 형성될 수 있다. 개구들(64)은 반사성 금속 포일을 펀칭하거나 커팅하는 것과 같은 임의의 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다.
개구들(64)은 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 LED(40)의 크기, 형상 및 간격에 대응할 수 있다. 도 4에서, 4개의 LED의 예시적인 그룹을 위한 반사성 포일의 개구들(64)이 도시되어 있다. 저부 표면 상의 광학 요소(42)의 규모는 원들(70)로 도시되어 있다. LED들(40)의 풋프린트들(72)은 실질적으로 광학 요소들(70)의 중심에 위치된 것으로 도시되어 있다. 직사각형 풋프린트들(72)을 갖는 LED들 및 원형 풋프린트들(70)을 갖는 광학 요소들이 도시되어 있지만, 임의의 적합한 형상의 LED들 및 광학 요소들이 사용될 수 있다. 개구들(64)의 폭(80)은 일부 실시예들에서는 적어도 25㎛만큼 그리고 일부 실시예들에서는 400㎛ 이하만큼 풋프린트(72)의 폭(76)보다 더 넓을 수 있다. 개구들(64)은 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같은 직사각형 어레이로, 육각형 어레이로, 또는 임의의 다른 적합한 배열로 배열될 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 광학 요소의 베이스(70)의 폭(74)은 일부 실시예들에서는 LED의 폭(76)의 1.5배 내지 4배이다. 이웃하는 광학 요소들(70) 사이의 간격(78)은 개별 광학 요소들(70)의 싱귤레이팅을 허용하도록 일부 실시예들에서는 적어도 30㎛이며 일부 실시예들에서는 100㎛ 이하일 수 있다. x 축 상에서의 최근접 이웃 광학 요소들 사이의 간격(78)은 y 축 상에서의 최근접 이웃 광학 요소들 사이의 간격(82)과 상이할 수 있다. 광학 요소들(70) 아래에 있으며 광학 요소들 사이에 있는 개구들(64) 사이의 영역들(60)은 반사성 포일에 의해 점유된다.
도 5에서, 도 3에 도시된 프로세스와 별개로, 전술한 바와 같이 LED들(40)이 제조된다. 다음에, 기판(62)에 대해 위에서 열거된 재료들 중 임의의 것일 수 있는 캐리어 기판(66)에 LED들(40)이 부착된다. LED들(40) 위에 파장 변환 층(54)이 배치된다. 일부 실시예들에서, 실리콘과 같은 연성 재료에 하나 이상의 파장 변환 재료가 배치된 다음, LED들(40) 위에 연성 파장 변환 층(54)이 라미네이팅된다. 파장 변환 층(54)은 일부 실시예들에서는 적어도 20㎛의 두께, 일부 실시예들에서는 200㎛ 이하의 두께, 일부 실시예들에서는 적어도 50㎛의 두께, 일부 실시예들에서는 100㎛ 이하의 두께일 수 있다. 파장 변환 층(54)은, 파장 변환 층(54)이 실질적으로 일정한 두께를 갖도록 LED들(40)의 측부들 위에 연장되는 공형 층(conformal layer)일 수 있다. 대안에서, LED들(40)의 측부들 상의 파장 변환 층(54)의 두께는 LED들(40)의 상부 상의 두께와 상이할 수 있다. 층(54)에서의 파장 변환 재료는 일부 실시예들에서는 분말 인광체일 수 있다. 적합한 분말 인광체들은, 일부 실시예들에서는 적어도 5㎛의 입자 직경, 일부 실시예들에서는 100㎛ 이하의 입자 직경, 일부 실시예들에서는 적어도 20㎛의 입자 직경, 일부 실시예들에서는 40㎛ 이하의 입자 직경을 가질 수 있다. 층(54)에서의 파장 변환 재료는 일부 실시예들에서는 반도체 양자점들 또는 유기 재료들일 수 있다. 적합한 양자점들은 일부 실시예들에서는 10㎛ 이하의 입자 직경을 가질 수 있다.
LED들(40) 위에 파장 변환 층(54)을 배치한 이후에, 파장 변환 층(54)은 다이싱되어, LED들(40) 사이의 파장 변환 층(54)의 부분(68)을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 파장 변환 층(54)은 생략될 수 있다.
도 6에서, LED들은 도 5의 기판(66)으로부터 제거되고, 도 3의 기판(62) 상에서 반사성 영역들(60) 사이의 개구들(64)에 위치된다.
도 7에서, LED들(40) 위에 광학 요소들이 형성된다. 광학 요소들은 임의의 적합한 방식으로 LED들(40) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 사전 형성된 광학 요소들이 LED들(40) 위에 접착될 수 있다. 대안에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 개별 광학 요소들에 대응하는 피처들을 갖는 몰드(84)가 도 6에 도시된 구조체 위에 내려진다. 이웃하는 광학 요소들 사이의 영역(86)은 몰딩된 광학 요소들의 싱귤레이션(예를 들어, 소잉(sawing), 레이저 싱귤레이션 또는 임의의 다른 적합한 기술)을 용이하게 한다. 몰드(84)는 일부 실시예들에서는 금속일 수 있다. 몰드(84)의 일반 형상을 갖는 얇은 비점착성(non-stick) 필름(도 7에 도시되지 않음)이 몰드(84) 위에 형성되거나 배치될 수 있다. 비점착성 필름은 몰딩 재료가 몰드(84)에 점착하는 것을 방지하는 통상의 재료이며, 몰딩 재료가 몰드에 점착하지 않는 경우에는 필요하지 않다. 일부 실시예들에서, O2 플라즈마와 같은 플라즈마가 도 6에 도시된 구조체의 상부 표면에 가해져, LED들에 대한 몰딩 재료의 접착을 개선한다.
다음에, 도 6에 도시된 구조체와 몰드(84) 사이의 영역이 열 경화성 액체 몰딩 재료로 채워진다. 몰딩 재료는, 실리콘, 에폭시 또는 하이브리드 실리콘/에폭시와 같은 임의의 적합한 광학적으로 투명한 재료일 수 있다. 하이브리드는 몰딩 재료의 열 팽창 계수(CTE: coefficient of thermal expansion)를 LED(40)의 열 팽창 계수에 더 근접하게 매칭하기 위해 이용될 수 있다. 실리콘 및 에폭시는, 렌즈의 역할을 할 뿐만 아니라, LED들(40)로부터의 광 추출을 용이하게 하기에 충분히 높은 굴절률(1.4 초과)을 갖는다. 한가지 타입의 실리콘은 1.76의 굴절률을 갖는다. 일부 실시예들에서, 인광체와 같은 파장 변환 재료가 몰딩 재료에 분산되어 있다. 도 7에 도시된 파장 변환 층(54)에 부가하여 또는 이러한 파장 변환 층 대신에, 파장 변환 재료가 분산되어 있는 광학 요소가 이용될 수 있다.
몰드(84)와 기판(62)의 주변부 사이에 진공 밀봉이 생성될 수 있으며, 2개의 부분이 서로에 대해 가압될 수 있어, 각각의 LED 다이(40)가 액체 몰딩 재료로 삽입되며, 몰딩 재료가 압축을 받게 된다. 다음에, 몰드(84)는 예를 들어 몰딩 재료를 경화시키기에 적합한 시간 동안 약 150℃ 또는 다른 적합한 온도로 가열될 수 있다.
도 8에서, 몰딩된 디바이스들은 몰드로부터 분리되며 싱귤레이팅된다. 이용된 실시예들에서 비점착성 필름은 결과적인 경화된 광학 요소들이 몰드로부터 쉽게 릴리즈되게 할 수 있다. 다음에, 비점착성 필름이 제거된다. 디바이스들 사이의 영역(88)에서 임의의 몰딩 재료 및 반사성 포일(60)을 커팅함으로써 개별 디바이스들이 싱귤레이팅될 수 있다. 다음에, 디바이스들이 기판(62)으로부터 제거될 수 있다.
LED들(40)은 LED들(40)의 상부 및 측부들을 통해서만 광학 요소들(42)에 부착되는데, 즉 LED(40) 및 광학 요소(42) 양쪽 모두를 지지하는 지지 기판 또는 마운트가 존재하지 않는다. 최종 디바이스에서, LED(40)는 광학 요소(42)의 리세스에 위치되고, LED(40) 및 반사성 영역들(60)의 저부 표면들은 실질적으로 동일 평면에 있으며, 이는 그것들이 실질적으로 동일한 높이에 있는 것을 의미한다. LED(40) 및 반사성 영역들(60)의 저부 표면들은 도 8에 도시된 바와 같이 정밀하게 동일 평면에 있을 필요는 없지만, 그것들은 그러할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스를 도시한다. LED와 같은 반도체 발광 디바이스(40) 위에 돔 렌즈와 같은 광학 요소(42)가 배치된다. 도 9에 도시된 디바이스는, 광학 요소(42)의 저부 표면 상에 배치된 반사성 재료(90)가 도 2에서와 같은 정반사 반사기(60)가 아니라 일부 실시예들에서는 확산 반사기라는 점에서, 도 2에 도시된 디바이스와 상이하다. 또한, 일부 실시예들에서, LED(40)의 저부 상에서 n-본딩 패드(56)와 p-본딩 패드(58) 사이에 반사성 재료(90A)가 배치된다.
도 9에 도시된 디바이스는 도 10, 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14에 도시된 방법에 따라 형성될 수 있다. 도 10에서, 전술한 바와 같이 LED들(40)이 제조된다. 다음에, 도 3 및 도 5의 기판들(62 및 66)에 대해 위에서 열거된 재료들 중 임의의 것일 수 있는 캐리어 기판(62)에 LED들(40)이 부착된다. LED들(40)은 기판(62) 상에 장착되는데, 여기서 p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)는 기판(62)으로부터 떨어져 배향된다. LED들(40) 위에 반사성 재료(90)가 몰딩되거나 라미네이팅된다. 반사성 재료(90)는 확산 반사기일 수 있다. 임의의 적합한 고굴절률의 저흡수성 재료가 반사성 재료(90)로서 이용될 수 있다. 적합한 반사성 재료의 일례는 실리콘과 같은 투명 재료에 임베딩되거나 투명 재료와 혼합되는 TiO2와 같은 반사성 입자들이다. 반사성 재료(90)의 체적의 적어도 10%가 일부 실시예들에서는 반사성 입자들일 수 있고, 반사성 재료(90)의 체적의 30% 이하가 일부 실시예들에서는 반사성 입자들일 수 있고, 반사성 재료(90)의 중량의 적어도 10%가 일부 실시예들에서는 반사성 입자들일 수 있으며, 반사성 재료(90)의 중량의 30% 이하가 일부 실시예들에서는 반사성 입자들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 입자들은 고굴절률을 갖는 한편, 반사성 입자들이 배치되는 투명 재료는 저굴절률을 갖는다. 반사성 재료(즉, 반사성 입자들과 투명 재료의 혼합물)의 반사율은 양쪽 재료들의 굴절률에 종속한다. 반사성 재료의 열 팽창성 및 기계적 안정성을 조정하기 위해서, 다른 것들이 반사성 재료에 부가될 수 있거나 또는 반사성 입자들과 투명 재료가 변경될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, LED들(40)의 상부 위에 반사성 재료(92)가 배치될 수 있고, 반사성 재료(92)의 일부(90A)는 p-본딩 패드(58)와 n-본딩 패드(56) 사이에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 반사성 재료(92)의 일부(90)는 디바이스들 사이에 배치될 수 있다.
도 11에서, LED들(40)의 상부 위의 반사성 재료가 제거되어, p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)를 드러낸다. 임의의 적합한 제거 기술이 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, LED(40)의 표면들을 손상시키지 않으면서 반사성 재료(92)를 침식하기 위해 적절한 경도를 갖는 입자를 이용하여 애블레이션(ablation)(마이크로-비드 블라스팅(micro-bead blasting))에 의해 과도한 반사성 재료가 제거된다. 예를 들어, 압축된 공기 스트림에서의 탄산 나트륨 입자들이 이용되어, 과도한 반사성 재료를 제거할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 p-본딩 패드(58)와 n-본딩 패드(56) 사이의 반사성 재료가 제거될 수 있지만, 도 9에 도시된 바와 같이 그것이 필요하지는 않다. 일부 실시예들에서, 그라인딩에 의해 과도한 재료가 제거된다. 그라인딩은 과도한 반사성 재료에 부가하여 콘택들(56 및 58)의 두께의 작은 부분을 제거할 수 있다. 과도한 반사성 재료를 제거한 이후에, 남아있는 반사성 재료(90)는 LED들(40)의 상부 표면과 동일 평면에 있을 수 있거나, 또는 남아있는 반사성 재료(90)는 도 11에 도시된 바와 같이 LED들(40)의 상부 표면보다 더 낮은 높이에 있을 수 있다.
도 12에서, 도 11에 도시된 구조체는 뒤집혀서 기판(94) 상에 장착되는데, 이 기판은 기판들(62 및 66)에 대해 위에서 열거된 재료들 중 임의의 것일 수 있다. p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)는 도 12에 도시된 바와 같이 기판(94)의 오목부들(indentations)에 접속될 수 있거나, 또는 p-본딩 패드(58) 및 n-본딩 패드(56)는 기판(94)의 표면에 접속될 수 있다. LED들(40) 위에 파장 변환 층(54)이 배치된다. 파장 변환 층(54)은, 예를 들어 도 5를 수반하는 텍스트에서 전술한 것과 동일한 방식으로 형성되며 전술한 것과 동일한 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(54)이 LED들(40)의 측부들 위에 연장되지 않도록 LED들(40) 사이에 충분한 반사성 재료(90)가 남아있다. 일부 실시예들에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(54)이 LED들(40)의 측부들 위에 연장되도록 LED들(40) 사이의 충분한 반사성 재료(90)가 제거된다.
도 13에서, LED들(40) 위에 개별 광학 요소들(42)이 형성된다. 광학 요소들(42)은, 예를 들어 도 7 및 도 8을 수반하는 텍스트에서 전술한 것과 동일한 방식으로 형성되며 전술한 것과 동일한 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소들(42)의 폭은 LED들(40)의 폭과 실질적으로 동일하거나, 또는 도 4와 관련하여 설명된 LED의 폭의 최소 1.5배 미만이다. 도 15 및 도 16은 LED들(40)과 실질적으로 동일한 폭을 갖는 광학 요소들(42)의 2가지 예를 도시한다. 도 15에 도시된 구조체에서, 광학 요소들(42)은 돔 렌즈들이다. 도 16에 도시된 구조체에서, 광학 요소들(42)은 피라미드들이다.
도 14에서, 디바이스들은 예를 들어 디바이스들 사이의 영역(96)에서 임의의 몰딩 재료, 파장 변환 재료 및 반사성 재료를 커팅함으로써 싱귤레이팅된다. 다음에, 디바이스들은 기판(94)으로부터 제거될 수 있다. 완성된 디바이스들은 예를 들어 납땜에 의해 PC 보드와 같은 구조체 상에 장착될 수 있다.
본 발명을 상세하게 설명하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 개시물을 고려하면, 본 명세서에 설명된 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 변형이 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시되고 설명된 특정 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지는 않는다.
Claims (13)
- 방법으로서,
반사성 포일에 개구를 형성하는 단계;
상기 개구를 형성하는 단계 후에 기판 상에 상기 반사성 포일을 배치하는 단계;
상기 기판 상에 반도체 발광 디바이스를 배치하는 단계 - 상기 반도체 발광 디바이스는 상기 반사성 포일의 상기 개구에 배치됨 -;
상기 반사성 포일이 광학 요소의 베이스의 전체 길이에 접촉하도록 상기 반도체 발광 디바이스 위에 상기 광학 요소를 형성하는 단계; 및
상기 기판으로부터 상기 반도체 발광 디바이스를 제거하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 발광 디바이스 위에 광학 요소를 형성하는 단계는, 상기 개구에 상기 반도체 발광 디바이스를 배치한 이후에 상기 반도체 발광 디바이스 위에 렌즈를 몰딩하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 발광 디바이스는 상기 광학 요소의 리세스에 배치되는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 발광 디바이스 위에 파장 변환 층을 라미네이팅(laminating)하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 파장 변환 층은 상기 반도체 발광 디바이스의 상부 표면 및 적어도 하나의 측부 표면을 커버하는 방법. - 제1항에 있어서,
기판 상에 반사성 포일을 배치하는 단계는 상기 기판 상에 금속 포일을 롤-라미네이팅하는 단계를 포함하는 방법. - 제6항에 있어서,
상기 롤-라미네이팅하는 단계 전에 상기 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사성 포일은 0.1㎛과 30㎛ 사이의 두께인 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사성 포일을 펀칭함으로써 상기 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사성 포일을 커팅함으로써 상기 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 방법으로서,
기판 상에 반사성 포일을 배치하는 단계;
상기 기판 상에 상기 반사성 포일을 배치하는 단계 후에 상기 반사성 포일에 개구를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 반도체 발광 디바이스를 배치하는 단계 - 상기 반도체 발광 디바이스는 상기 반사성 포일의 상기 개구에 배치됨 -;
상기 반사성 포일이 광학 요소의 베이스의 전체 길이에 접촉하도록 상기 반도체 발광 디바이스 위에 상기 광학 요소를 형성하는 단계; 및
상기 기판으로부터 상기 반도체 발광 디바이스를 제거하는 단계
를 포함하는 방법. - 삭제
- 삭제
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