KR102243743B1 - 파장 변환 요소의 제조 방법, 파장 변환 요소 및 파장 변환 요소를 포함하는 소자 - Google Patents

파장 변환 요소의 제조 방법, 파장 변환 요소 및 파장 변환 요소를 포함하는 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장 변환 요소(10)의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 파장 변환층(100)이 제공되고, 상기 층의 표면은 플라즈마(50)로 처리되고, 파장 변환층은 펀칭된다. 또한 본 발명은 파장 변환층 및 파장 변환층을 포함하는 광전 소자에 관한 것이다.

Description

파장 변환 요소의 제조 방법, 파장 변환 요소 및 파장 변환 요소를 포함하는 소자{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT, WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT, AND COMPONENT COMPRISING THE WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT}
본 발명은 파장 변환 요소의 제조 방법, 파장 변환 요소 및 파장 변환 요소를 포함하는 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 일반적으로 단색 광효과를 형성하는 좁은 파장 범위의 광을 생성한다. 다색 또는 혼합색의 광효과를 얻기 위해 LED 후방에 일반적으로 착색제가 배치되고, 상기 착색제는 LED로부터 발산된 광을 부분적으로 다른 파장의 광으로 변환한다. 변환된 광과 LED로부터 1차적으로 발산된 광의 중첩에 의해 더 넓은 파장 스펙트럼이 얻어질 수 있고, 상기 스펙트럼은 다색 또는 혼합색의 광효과를 낼 수 있다.
파장을 변환하는 착색제는 일반적으로 파장 변환층에 매립되고, 상기 파장 변환층은 광전 소자에서 사용될 수 있도록 하기 위해, 파장 변환 요소들로 개별화되어야 한다. 지금까지는 개별화가 만족스러운 품질로 이루어질 수 없다. 레이저에 의한 개별화는 요소의 흑화 및 그에 따른 LED의 명도 손실을 야기할 수 있고, 톱니 커팅은 요소 내에 홈을 구현할 수 없고, 워터젯 커팅은 파장 변환 요소의 낮은 단면 품질을 야기한다.
본 발명의 과제는 파장 변환 요소의 제조를 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는 개선된 특성을 갖는 파장 변환 요소의 제공 및 이러한 파장 변환 요소를 포함하는 소자를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
파장 변환 요소의 제조를 위한 방법은 하기 방법 단계들을 포함한다:
A) 제 1 표면과 제 1 표면에 대향 배치되고 캐리어층 위에 배치된 제 2 표면을 가진 파장 변환층을 제공하는 단계,
B) 제 1 표면을 플라즈마로 처리하는 단계,
C) 제 1 표면과 대향 배치된 제 2 표면을 가진 적어도 하나의 파장 변환 요소가 얻어지도록, 적어도 파장 변환층을 펀칭하는 단계.
방법 단계 A)에서 먼저 파장 변환층이 제조되고, 이는 예를 들어 압축 성형(compression molding), 사출 성형 또는 이송 성형에 의해 실시될 수 있다.
파장 변환층과 파장 변환 요소의 제 1 및 제 2 표면에 대해서 "대향되는"이란 표면들의 가능한 한 서로 평행한 배치를 의미한다.
파장 변환 요소는 측방향으로 연장되는 메인 연장 평면을 포함할 수 있다. 메인 연장 평면에 대해 수직으로, 즉 수직 방향으로 파장 변환 요소는 두께를 가질 수 있다. 파장 변환 요소의 두께는 바람직하게 측방향으로 파장 변환 요소의 최대 길이에 비해 작다. 파장 변환 요소의 메인 평면은 파장 변환 요소의 제 1 표면을 형성한다.
파장 변환층의 특성, 조성, 재료 및 충전도와 관련해서 하기 실시예들은 파장 변환층으로부터 개별화된 파장 변환 요소에 균일하게 적용된다. 개별화는 파장 변환층의 물리적 또는 화학적 변경 없이 또는 파장 변환층의 제 1 및/또는 제 2 표면의 변경 하에서만 이루어진다.
파장 변환층은 적어도 하나의 파장 변환 물질을 포함하고, 상기 물질은 완전히 매트릭스 재료 내에 매립된다. 파장 변환 물질은 특히, 반도체 칩으로부터 1차적으로 생성된 광을 적어도 부분적으로 흡수하고 적어도 부분적으로 1차 복사와 다른 파장 범위를 갖는 2차 복사로서 방출하는데 적합할 수 있다. 1차 복사와 2차 복사는 하나 이상의 파장을 포함할 수 있고 및/또는 적외선 내지 자외선 파장 범위, 특히 가시광선 파장 범위를 포함할 수 있다. 또한 1차 복사의 스펙트럼 및/또는 2차 복사의 스펙트럼은 협대역일 수 있고, 즉 1차 복사 및/또는 2차 복사는 단색 또는 거의 단색 파장 범위를 가질 수 있다. 1차 복사의 스펙트럼 및/또는 2차 복사의 스펙트럼은 대안으로서 광대역일 수도 있고, 즉 1차 복사 및/또는 2차 복사는 혼합색 파장 범위를 가질 수 있고, 이 경우 혼합색 파장 범위는 연속 스펙트럼 또는 다양한 파장을 갖는 다수의 분산 스펙트럼 요소를 포함할 수 있다. 1차 복사 및 2차 복사는 중첩되어 백색 광효과를 낼 수 있다. 대안으로서 파장 변환 요소는 1차 복사를 완전히 2차 복사로 변환할 수 있고, 이러한 경우에 소위 전체 변환이라고 할 수도 있다.
파장 변환 물질은 하나 이상의 하기 재료들을 포함할 수 있다: 희토류 가넷 및 알칼리토금속, 예를 들어 YAG:Ce3+, 질화물, 나이트리도실리케이트, 시온(Sione), 사이알론, 알루미네이트, 산화물, 할로포스페이트, 오르토규산염, 설파이드, 바나데이트 및 클로로규산염. 또한 파장 변환 물질은 추가로 또는 대안으로서 유기 재료를 포함할 수 있고, 상기 유기 재료는 페릴렌, 벤조피렌, 쿠머린 또는 로다민 및 아조 염료를 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다.
파장 변환층은 매트릭스 재료 내에 매립된 파장 변환 물질로서 적합한 상기 파장 변환 물질의 혼합 및/또는 조합을 포함할 수 있다. 매트릭스 재료는 파장 변환 물질을 둘러싸거나 포함할 수 있고 또는 파장 변환 물질에 화학적으로 결합될 수 있다. 파장 변환 물질은 또한 균일하게 매트릭스 재료 내에 분포될 수 있다. 파장 변환 물질은 예를 들어 입자의 형태로 형성될 수 있고, 상기 입자는 100 ㎛보다 작거나 같은 그리고 특히 2 ㎛ 내지 30 ㎛의 크기를 가질 수 있다.
또한 파장 변환층은 매트릭스 재료로서 투명 매트릭스 재료를 포함할 수 있고, 상기 재료 내에 파장 변환 물질이 매립된다. 투명 매트릭스 재료는, 유리, 실록산, 에폭시드, 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 이미드, 카보네이트, 우레탄 또는 단량체, 저중합체 또는 중합체 형태의 그의 유도체 및 또한 그의 혼합물 및 또한 공중합체 또는 화합물을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 예를 들어 매트릭스 재료는 에폭시드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트 또는 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 폴리실록산과 같은 실리콘수지 또는 그것으로 이루어진 혼합물일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
특히 매트릭스 재료는 실리콘수지를 포함할 수 있거나 실리콘일 수 있다. 실리콘은 열가소 특성으로 인해 한편으로는 양호하게 처리 가능할 수 있고, 다른 한편으로는 파장 변환 요소에 필요한 복사 안정성 및 필요한 광학 특성, 예컨대 투과성을 가질 수 있다.
또한 파장 변환층은 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘의 경우에 플라즈마에 의해 Si-O-기 및/또는 Si-OH-기가 플라즈마로 처리된 파장 변환층의 표면에 형성될 수 있다. 또한, 파장 변환층은 가수분해 가능한 화학기를 포함하는 것이 가능하다.
파장 변환 물질은 예를 들어 ≥ 15% 내지 ≤ 80%의 충전도를 갖는 매트릭스 재료 내에 제공될 수 있다. 파장 변환층은 제 1 표면과 제 1 표면에 대향 배치된 제 2 표면을 포함하고, 상기 표면들은 파장 변환층의 상부면 및 하부면이라고 할 수도 있다. 제 2 표면 또는 하부면은 캐리어층 위에 배치된다.
방법 단계 B)에서 제 1 표면을 처리하는 플라즈마는 산화 플라즈마, 예를 들어 산소- 및/또는 오존 플라즈마일 수 있다. "처리"란 이와 관련해서, 제 1 표면이 표면의 변경이 나타낼 때까지 플라즈마에 노출되는 것이다. 변경은 예를 들어 화학적 반응에 의해, 즉 플라즈마가 제 1 표면에 배치된 분자 또는 파장 변환층 내의 매트릭스 재료의 분자들의 치환물과 반응함으로써 야기될 수 있다. 또한 실리콘 함유 매트릭스 재료의 경우에 예를 들어 CmHn-기들이 산화될 수 있으므로, 표면에 SiO2가 남는다. 변경은 매트릭스 재료의, 제 1 표면에 배치된 중합체의 재구성에 의해서도 야기될 수 있다. 변경에 의해 제 1 표면의 점착성이 감소하고 또는 제 1 표면, 예를 들어 실리콘의 표면 접착이 감소한다. 이는 플라즈마 처리를 이용한 에싱 공정(ashing process)에 의한 글레이징(glazing)이라고 할 수도 있다. 이로써 파장 변환층 내에 제공된 매우 점착성 또는 탄성의 매트릭스 재료들이 방법 단계 C)에서 펀칭될 수 있다.
플라즈마 처리를 이용한 글레이징 시 파장 변환층의 점착성 재료 내로 산소- 및/또는 오존 플라즈마를 이용해서 산소가 삽입된다. 이로 인해 파장 변환층의 글레이징된 표면에 있는 파장 변환층의 점착성 재료는 점착성이 거의 없는 유리 재료로 변경된다. 글레이징된 표면은 이 경우 제 1 표면 및/또는 제 2 표면일 수 있다. 파장 변환층은 이 경우 즉 점착성 재료와 유리 재료를 포함하고, 유리 재료는 산소 및/또는 OH-기의 공급에 의해 점착성 재료로부터 생긴다.
또한 글레이징에 의해 파장 변환층의 글레이징된 표면에 오염 물질의 접착을 감소시키는 것이 가능하다. 점착성 감소의 과정은 이 경우 접착력 감소의 과정에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해서 재료의 점착성이 작을수록, 오염물의 접착력이 감소할 수 있다. 또한 글레이징 후에 더 감소한 접착력에 의해 글레이징 전에 글레이징된 표면의 표면 거칠기에 비해 감소한 표면 거칠기가 추론될 수 있다.
글레이징은 특히 특정한 침투 깊이를 가질 수 있다. 다시 말해서 파장 변환층은 수직 방향으로, 즉 글레이징된 표면에 대해 수직으로 침투 깊이까지 플라즈마 처리를 이용한 글레이징 후에 파장 변환층의 두께의 예를 들어 최대 2%, 바람직하게 최대 1%까지 글레이징될 수 있고, 즉 유리를 포함할 수 있다. 예를 들어 침투 깊이는 적어도 30 nm이고 최대 600 nm이다. 파장 변환층은 제조 공차의 범위에서 제 1 표면에 대해 수직으로 연장되는 방향을 따라, 글레이징된 표면으로부터 침투 깊이까지 유리를 포함할 수 있다. 침투 깊이에 따라 파장 변환층은 파장 변환층의 글레이징된 그리고 글레이징되지 않은 재료로 이루어진 혼합물을 포함한다.
방법 단계 C)에서 적어도 파장 변환층이 펀칭되고, 이 경우 적어도 하나의 파장 변환 요소가 얻어진다. 방법 단계 C)에서 하나의 파장 변환 요소가 얻어지는지 또는 다수의 파장 변환 요소가 얻어지는지 여부는, 사용된 펀칭툴이 하나의 파장 변환 요소만 또는 다수의 파장 변환 요소들을 동시에 펀칭할 수 있는지에 의존한다. 이는, "적어도 하나" 또는 "최소한 하나"가 제조된 파장 변환 요소와 관련해서 명시적으로 제시되지 않더라도 방법에 관한 하기 실시예들에도 적용된다.
방법 단계 C)는 여러 번 반복될 수 있으므로, 방법 단계 A)에서 제공되고 방법 단계 B)에서 플라즈마로 처리된 파장 변환층으로부터 다수의 파장 변환 요소들이 개별화되고, 이 경우 파장 변환층의 제공 및 플라즈마 처리는 제 1 방법 단계 C)의 실시 전에 한 번만 이루어진다.
파장 변환 요소는 제 1 표면 및 대향 배치된 제 2 표면을 포함하고, 상기 표면들은 파장 변환층의 제 1 및 제 2 영역, 경우에 따라서 플라즈마 처리된 표면에 해당한다. 또한 파장 변환 요소는 측면 가장자리를 포함하고, 상기 측면 가장자리들은 제 1 표면 또는 제 2 표면과 함께 에지를 형성한다.
방법 단계 C)는 파장 변환층으로부터 파장 변환 요소의 개별화와 관련된다.
방법에서 캐리어층은 방법 단계 B) 후에 제거될 수 있다. 이로써 제 1 표면의 플라즈마 처리는, 캐리어층이 파장 변환층의 제 2 표면에 여전히 배치되는 한 이루어질 수 있다. 이는 경우에 따라서 플라즈마 처리 동안 파장 변환층을 위한 복잡한 홀더를 불필요하게 만들 수 있다.
대안으로서 캐리어층은 방법 단계 B)전에, 즉 파장 변환층의 제 1 표면의 플라즈마 처리 전에 제거될 수도 있다. 이러한 경우에 파장 변환층의 제 1 표면과 동시에 제 2 표면이 플라즈마로 처리될 수 있다.
또한 방법에서 방법 단계 B)에 후속하는 방법 단계 B1)에서 파장 변환층의 제 2 표면이 플라즈마로 처리될 수 있다. 이는 특히, 캐리어층이 방법 단계 B)후에 제거되면, 이루어질 수 있다. 이러한 경우에 파장 변환층의 제 1 및 제 2 표면은 플라즈마로 동시에 처리되는 것이 아니라, 차례로 처리된다. 플라즈마로 파장 변환층의 제 2 표면의 처리에 파장 변환층의 제 1 표면의 플라즈마 처리를 위한 실시예들이 유사하게 적용된다.
또한 방법 단계 C)에서 파장 변환층이 펀칭될 수 있고, 파장 변환 요소는 컨테이너 내에 수용될 수 있다. 따라서 제 1 및 제 2 표면이 플라즈마로 처리된 파장 변환 요소는 캐리어 없이 컨테이너 내로 얻어진다. 이러한 컨테이너는, 파장 변환 요소를 이송하고 다른 방법 단계에서 기계적으로 분류하고 그 특성을 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 또한 파장 변환 요소는 보조층 위에 제공되고 또는 보조층이 제공되고, 후속해서 상기 파장 변환 요소가 제공되는 반도체 칩으로 이송될 수 있다. 보조층은 재분리 가능한 필름, 예를 들어 열 이형 필름이거나 UV 이형 필름일 수 있다.
방법 단계 C)는 또한 여러 번 반복될 수 있으므로, 하나의 파장 변환 요소가 구현되는 것처럼 다수의 파장 변환 요소들이 컨테이너에 수용될 수 있고, 계속해서 처리될 수 있다.
다른 실시예에 따라 방법 단계 B) 전 또는 후에 캐리어층이 제거될 수 있고, 방법 단계 C)에서 파장 변환층이 펀칭될 수 있고, 이 경우 파장 변환 요소의 제 2 표면은 보조층 위에 배치된다. 보조층은 재분리 가능한 필름, 예를 들어 열 이형 필름 또는 UV 이형 필름일 수 있다. 이 실시예에서 이로써 파장 변환 요소의 제 2 표면은 방법 단계 C)에서 보조층 위로 펀칭된다. 방법 단계 C)는 여러 번 반복될 수 있으므로, 다수의 파장 변환 요소들이 함께 보조층 위에 배치되고 또는 펀칭될 수 있다. 이 경우 방법 단계 C)의 실시 후마다 펀칭툴은 보조층에 대해서 평행하게 이동되고, 따라서 다음 방법 단계 C)에서 제조된 파장 변환 요소는 아직 파장 변환 요소가 위치하지 않은 보조층의 영역 위로 펀칭된다.
보조층 위에 배치된 하나 또는 다수의 파장 변환 요소는 테스트, 분류 및 이송될 수 있다. 경우에 따라서 하나 또는 다수의 파장 변환 요소의 제 1 표면은 후속하는 이송을 위한 새 보조층 위에 제공될 수 있고, 이 경우 파장 변환 요소의 제 2 표면의 측면 상의 보조층은 제거된다. 이 실시예에서 파장 변환층의 제 1 표면의 한 측면만 플라즈마 처리가 필요하다.
다른 실시예에 따라 파장 변환층은 캐리어층 위에 배치될 수 있고, 방법 단계 C)에서 파장 변환층과 캐리어층이 함께 펀칭될 수 있다. 이 경우 파장 변환 요소는 펀칭된 캐리어층 위에 배치되어 얻어진다. 이 실시예에서 파장 변환층의 제 1 표면만이 플라즈마로 처리된다. 펀칭된 캐리어층 및 그 위에 배치된 파장 변환 요소의 측면 에지들은 합동으로 상하로 배치될 수 있다.
또한 방법 단계 C)에서 펀칭된 캐리어층에서 파장 변환 요소를 등지는 측은 접착층 위에 배치될 수 있다. 이로써 펀칭되고 또한 접착층 위에 배치된 캐리어층 위에 배치된 파장 변환 요소가 얻어진다.
방법 단계 C)는 여러 번 반복될 수 있고, 따라서 펀칭된 캐리어층 위에 각각 배치된 다수의 파장 변환 요소들이 얻어진다. 또한 펀칭된 캐리어층 위에 배치된 다수의 파장 변환 요소들이 방법 단계 C)에서 함께 접착층 위에 배치될 수 있다. 또한 방법 단계 C)의 실시 후마다 접착층은 펀칭툴에 대해 평행하게 이동되므로, 다음 방법 단계 C)에서 얻어지는, 펀칭된 캐리어층 위에 배치된 파장 변환 요소는 펀칭된 캐리어층과 파장 변환 요소를 포함하지 않는 접착층의 영역에 배치된다.
또한 방법 단계 C)에 후속하는 방법 단계 C1)에서 파장 변환 요소의 제 1 표면 위에 보조층이 배치되고 접착층은 제거될 수 있다. 보조층으로서 재분리 가능한 필름, 예를 들어 열 이형 필름 또는 UV 이형 필름이 사용될 수 있다. 상기 필름들이 파장 변환 요소의 제 1 표면에 제공되는 즉시, 접착 필름은 펀칭된 캐리어층과 함께 파장 변환 요소로부터 분리된다. 대안으로서 제 1 접착층이 제거될 수 있고 그리고 나서 별도의 과정에서 펀칭된 캐리어층이 제거될 수 있다. 이로써 보조층 위에 배치된 제 1 표면을 갖는 파장 변환 요소가 얻어진다. 상기 파장 변환 요소는 계속해서 그 특성이 테스트되고 분류될 수 있고, 경우에 따라서 계속해서 이송될 수 있도록 하기 위해 새로운 보조층 위에 제공될 수 있다.
방법 단계 C)가 여러 번 반복된 경우에, 보조층은 접착층 위에 배치된 모든 파장 변환 요소들 위에 제공될 수 있고, 접착층과 펀칭된 캐리어층들은 모든 파장 변환 요소들로부토 제거될 수 있다.
이로써 파장 변환층 내의 매우 점착성의 또는 탄성의 매트릭스 재료들이 펀칭될 수 있고, 이 경우 펀칭 과정에 의해 파장 변환 요소들의 경우에 따라서 라운드된 에지들은 조절되어 파장 변환 요소의 하나의 측면에, 예를 들어 하부면 또는 제 2 표면에 위치하고, 날카로운 에지들은 조절되어 파장 변환 요소의 다른 측면에, 예를 들어 제 1 표면에 위치한다.
날카로운 에지는 이 경우 및 하기에서, 상기 에지가 파장 변환 요소의 제 1 및/또는 제 2 표면과 측면 가장자리에 의해 형성되는 거의 90°각도를 포함하는 것을 의미한다. 날카로운 에지는 특히, 파장 변환 요소가 포팅(potting)에 의해 둘러싸이는 경우에 바람직하고, 상기 포팅은 파장 변환 요소의 표면들 중 하나의 표면과 동일 평면으로 끝난다.
또한 방법의 방법 단계 C)에서 펀칭 툴이 사용되고, 상기 펀칭 툴은 내부 형상을 갖고, 상기 내부 형상은 사각형 또는 거의 사각형, 원형, 적어도 하나의 홈이 있는 사각형 또는 거의 사각형 및 적어도 하나의 홈이 있는 원형에서 선택된다. 다른 형상, 예를 들어 각각 홈이 있거나 홈이 없는 다각형, 타원형 또는 비대칭 형상이 고려될 수도 있다. "홈"이란 이 경우 및 하기에서, 파장 변환 요소의 가장자리, 특히 환형 가장자리에 오목부가 제공되는 것을 의미하고, 상기 오목부는 펀칭 툴의 내부 형상에 의해 형성된다. 또한 홈은 파장 변환 요소의 영역의 내부에도 제공될 수 있다. 예를 들어 파장 변환 요소의 가장자리에 2개의 홈이 제공될 수 있다. 2개의 홈은 예를 들어 나란히 또는 서로 대향 배치될 수 있다.
홈들은, 파장 변환 요소를 통해 아래에 배치된, 광전 소자 내의 반도체 칩에 대한 액세스를 가능하게 하기 위해 그리고 예를 들어 반도체 칩의 접촉을 위해 상기 액세스를 이용하기 위해 사용된다.
전술한 방법에 의해 파장 변환층은 펀칭될 수 있고, 따라서 파장 변환 요소들이 개별화될 수 있고, 이때 거기에 포함된 파장 변환 물질 또는 매트릭스 재료는 손상되지 않는다. 이 경우 또한 추후 포팅을 위한 날카로운 에지를 갖는 파장 변환 요소의 저렴한 제조 방법이 관련되고, 상기 포팅은 파장 변환 요소의 표면으로 끝나야 한다. 파장 변환 요소의 제조 공정은 또한 파장 변환 플레이트로서 사용되는 세라믹 플레이트의 제조보다 저렴하다. 펀칭 공정에 의해 예를 들어 스크린 프린팅 공정에 의해 가능한 것보다 양호한 표면 및 양호한 단면 품질이 얻어진다.
또한 전술한 방법에 의해 제조되는 파장 변환 요소가 제시된다. 파장 변환 요소는 제 1 및/또는 제 2 표면의 측면에 날카로운 에지를 가질 수 있다. 이로써 예를 들어 파장 변환 요소의 제 2 표면은 파장 변환 요소의 측면 가장자리와 함께 거의 90°각도를 형성할 수 있다.
파장 변환 요소는 30 ㎛ 내지 300 ㎛에서 선택된 두께를 가질 수 있다. 두께는 이 경우 제조 공차의 범위에서 파장 변환층의 제 1 표면에 대해 수직으로 연장되는 방향으로 지정될 수 있다. 전술한 방법에 의해 파장 변환 요소의 응용 분야에 따라 다양한 두께의 파장 변환 요소들이 제조될 수 있다. 또한 파장 변환 요소는 0.1 ㎟ 내지 20 ㎟, 특히 0.1 ㎟내지 10 ㎟, 바람직하게 0.25 ㎟ 내지 5 ㎟, 그리고 예를 들어 0.5 ㎟ 내지 2 ㎟ 에서 선택된 면적을 가질 수 있다.
또한 복사 방출 반도체 칩과 상기 실시예에 따른 파장 변환 요소를 포함하는 광전 소자가 제안되고, 상기 파장 변환 요소의 제 1 표면 또는 제 2 표면은 반도체 칩의 빔 경로 내의 반도체 칩 위에 배치된다. 파장 변환 요소는 이로써 반도체 칩 위에 배치되고, 이 경우 반도체 칩의 상부면과 파장 변환 요소 사이에 연결층이 배치될 수 있고, 상기 연결층은 반도체 칩 위에 파장 변환 요소를 고정하는데 이용된다. 발광 반도체 칩은 예를 들어 비소화-, 인화-, 및/또는 질화 화합물 반도체 재료 시스템에 기반하고 광을 생성하는 활성 영역을 포함하는 반도체층 시퀀스를 가진 발광 다이오드로서 구현될 수 있다. 이러한 반도체 칩은 당업자에게 공개되어 있고, 여기에서 상세히 설명되지 않는다.
반도체 칩과 파장 변환 요소를 포함하는 광전 소자는 또한 예를 들어 캐리어 위에 및/또는 하우징 내에 배치될 수 있고, 전기 접속부들에 의해, 예를 들어 소위 리드 프레임에 의해 전기 접촉될 수 있다.
또한 파장 변환 요소는 전술한 적어도 하나의 홈을 포함할 수 있고, 상기 홈은 반도체 칩의 상부면 위에 배치될 수 있고, 상기 홈 내에 반도체 칩의 콘택 영역이 배치된다. 다시 말해서 홈에 의해 반도체 칩의, 예를 들어 반도체 칩의 표면 상의 콘택 영역에 파장 변환 요소를 통해 액세스 할 수 있으므로, 반도체 칩은 파장 변환 요소를 통해 와이어 콘택을 위해, 예를 들어 본드 패드를 위해 액세스할 수 있다. 광전 소자는 또한 본딩 와이어를 포함할 수 있고, 상기 본딩 와이어는 홈을 통해 반도체 칩의 콘택 영역에 접속된다. 콘택 영역은 반도체 칩의 상부면의 가장자리 영역 내에 또는 가장자리로부터 분리된, 반도체 칩의 상부면의 중앙 영역에 배치될 수 있고, 이 경우 따라서 파장 변환 요소의 홈도 가장자리에, 즉 특히 환형 가장자리의 영역에, 또는 중앙 영역에 배치된다.
또한 소자는 반도체 칩을 둘러싸는 포팅을 포함할 수 있고, 상기 포팅은 파장 변환 요소의 제 2 표면 또는 제 1 표면에 대해 동일 평면으로 끝난다. 전술한 방법에 의해 제조된 파장 변환 요소는 제 2 표면 및/또는 제 1 표면의 측면에 날카로운 에지를 갖는다. 포팅은 이로써 반도체 칩 및 파장 변환 요소를 둘러싼다. 포팅은 예를 들어 TiO2 및 실리콘을 포함할 수 있고, 따라서 복사에 대해 비투과성이거나 적어도 거의 비투과성이다. 포팅을 위한 대안 물질은 각각 실리콘과 혼합될 수 있는 SiO2, Al2O3 및 BaSO4에서 선택될 수 있다.
본 발명의 양상들이 하기 도면 및 실시예들을 참고로 설명된다.
도 1a는 광전 소자를 개략적으로 도시한 측면도.
도 1b는 광전 소자를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2a 내지 도 2c는 제 1 실시예에 따른 본 발명에 따른 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 제 2 실시예에 따른 본 발명에 따른 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 제 3 실시예에 따른 본 발명에 따른 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5d는 방법의 제 1 실시예에 따라 제조된 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6g는 방법의 제 1 실시예에 따라 제조된 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7e는 방법의 제 2 실시예에 따라 제조된 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8f는 방법의 제 2 실시예에 따라 제조된 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한 도면.
실시예 및 도면에서 동일하거나 동일한 작용을 하는 부품들에 동일한 도면부호가 제공될 수 있다. 도시된 요소들 및 요소들의 상호 크기 비율은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없고, 오히려 개별 요소들, 특히 층, 부품, 소자 및 영역들은 더 명확한 도시 및/또는 보다 나은 이해를 위해 과도하게 두껍게 또는 크게 치수 설정되어 도시될 수 있다.
도 1a는 반도체 칩(2)과 파장 변환 요소(10)를 포함하는 광전 소자의 개략적인 측면도를 도시한다. 파장 변환 요소(10)의 제 1 표면(10a)은 반도체 칩 위에 배치되고, 상기 반도체 칩은 또한 캐리어(1) 위에 배치된다. 반도체 칩(2)과 파장 변환 요소(10)는 포팅(5)에 의해 둘러싸이고, 상기 포팅은 파장 변환 요소의 제 2 표면(10b)과 동일 평면으로 끝난다. 파장 변환 요소(10)는 홈(11)을 갖고, 상기 홈을 통해 접촉부(4)가 반도체 칩(2)으로 안내된다. 제 2 접촉부(3)는 캐리어(1)를 통해 반도체 칩(2)으로 안내된다.
여기에 파장 변환 요소(10)가 접촉부(3)를 반도체 칩으로 안내하는 제 2 홈(11)을 갖는 다른 실시예는 도시되지 않는다. 또한 대안으로서, 2개의 접촉부(3, 4)는 캐리어(1)를 통해 반도체 칩(2)으로 안내될 수 있다. 이러한 경우에 파장 변환 요소(10)는 홈을 포함하지 않는다.
포팅(5)은 예를 들어 비투과성이거나 거의 비투과성일 수 있고, 바람직하게는 강하게 반사하는 TiO2를 포함하는 포팅일 수 있다. 파장 변환 요소(10)는 상기 매트릭스 재료들 중 하나 이상의 매트릭스 재료 및 거기에 분포된 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 반도체 칩(2)으로부터 방출된 1차 복사는 이로써 파장 변환 요소(10)에 입사하고, 상기 파장 변환 요소는 반도체 칩으로부터 방출된 1차 복사를 적어도 부분적으로 2차 복사로 변환한다.
도 1b는 파장 변환 요소의 제 2 표면(10b)과 포팅(5)을 포함하는 광전 소자의 개략적인 평면도를 도시한다. 이 경우 파장 변환 요소(10) 내의 홈(11)이 도시되고, 상기 홈을 통해 접촉부(4)가 안내된다.
도 2a 내지 도 2c는 파장 변환 요소(10)의 제조를 위한 방법의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2a에 파장 변환층(100)이 도시되고, 상기 층의 양측면은 플라즈마(50;개략적으로 파선 화살표로 도시됨)로, 예를 들어 산소 플라즈마로 처리된다. 이는 방법의 간단한 설명이다. 또한, 파장 변환층(100)이 캐리어(200) 위에 배치되고 (여기에 도시되지 않음) 먼저 파장 변환층의 제 1 표면(100a)만이 플라즈마(50)로 처리된 후에, 캐리어(200)가 제거되고, 또한 제 2 표면(100b) 또는 하부면이 플라즈마(50)로 처리되는 것도 가능하다.
도 2b는 파장 변환층(100)을 도시하고, 상기 층은 베이스(42) 및 공동부(41)를 가진 펀칭 툴(40) 내에 고정된다. 펀칭 툴 자체는 다이(20)와 핸들(40)을 포함하고, 이들은 공동부(41)를 통해 펀칭 툴(40)을 통과한다.
도 2c는 펀칭 툴(40)을 통과하고 파장 변환 요소(10)를 펀칭하는 다이(20)를 도시한다. 파장 변환 요소(10)는 컨테이너(60) 내에 수용되고, 거기에서부터 컨테이너 내의 또는 이송층 위에 배치된 파장 변환 요소가 계속해서 이송되고 및/또는 처리될 수 있다. 도 2c에 도시된 펀칭은 여러 번 반복될 수 있고, 이 경우 각각의 실시 후에 파장 변환층(100)은, 다른 파장 변환 요소(10)가 펀칭될 수 있도록 이동된다. 얻어진 파장 변환 요소들(10)은 함께 컨테이너(60) 내에 수용될 수 있다.
도 3a에 파장 변환층(100)이 도시되고, 상기 층의 제 1 표면(100a)은 플라즈마(50)로 처리된다. 이 경우, 또한 설명은 간단한데, 그 이유는 파장 변환층(100)은 캐리어(200) 위에 배치될 수 있고, 상기 캐리어(200)는 플라즈마 처리 후에 제거될 수 있기 때문이다.
도 3b는 파장 변환층(100)이 배치된 펀칭 툴(40)을 다시 도시한다. 도 2b와 달리 이 경우 펀칭 툴(40)의 베이스(42)가 보조층(70) 위에, 예를 들어 열 이형 필름 위에 배치된다.
도 3c에 개략적으로 도시된 펀칭 과정 동안 파장 변환 요소(10)의 제 2 표면(10b)은 직접 보조층(70) 위에 배치된다. 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a)은 보조층(70)을 등지는 파장 변환 요소의 측에 위치한다. 상기 보조층(70)에서 파장 변환 요소(10)가 테스트될 수 있고, 경우에 따라서 분류되어 새로운 보조층(70) 위에 배치될 수 있다. 도 3b에 도시된 펀칭 과정은 여러 번 반복될 수 있고, 이 경우 각각의 실시 후에 파장 변환층(100)이 이동되므로, 새로운 파장 변환 요소(10)가 얻어질 수 있고, 새로운 보조층(70) 또한 이동되므로, 새로운 파장 변환 요소(10)가 파장 변환 요소(10)를 포함하지 않는(도시되지 않음) 보조층(70)의 영역에 배치될 수 있다.
도 4a는 방법의 제 3 실시예를 도시한다. 이 경우 파장 변환층(100)은 캐리어(200) 위에 배치된다. 파장 변환층의 제 1 표면(100a)의 한 측면은 플라즈마(50)로 처리된다.
도 4b에, 캐리어층(200) 및 플라즈마 처리된 파장 변환층(100)이 펀칭 툴(40) 내에 배치된 것이 도시된다. 펀칭 툴(40)의 베이스(42)는 접착층(80) 위에 배치된다. 펀칭 과정 후에 펀칭된 캐리어층(220)과 파장 변환 요소(10)는 접착층(80) 위에 배치되고, 이 경우 파장 변환 요소(10)의 제 2 표면(10b)은 펀칭된 캐리어층(220) 위에 배치된다.
도 4c는 펀칭된 캐리어층(220)을 등지는, 파장 변환 요소(10)의 제 1 표면(10a) 위에 보조층(70)이 배치되고, 접착층(80)은 펀칭된 캐리어층(220)과 함께 파장 변환 요소로부터 제거되는 것을 도시한다. 도 4c에 다수의 파장 변환 요소(10)와 펀칭된 캐리어층(220)이 도시되고, 상기 캐리어층은 따라서 접착층(80)에서 다수의 펀칭 과정 후에 얻어진다.
도 1a 내지 도 4c에 각각 펀칭 툴이 도시되고, 상기 펀칭 툴은 하나의 펀칭 과정으로 하나의 파장 변환 요소만을 형성한다. 대안으로서 펀칭 툴은, 펀칭 과정에 의해 동시에 다수의 파장 변환 요소들이 얻어지도록 형성될 수도 있다. 이는 명료함을 위해 여기에 도시되지 않는다.
계속해서 방법의 실시예에 의해 제조된 파장 변환 요소들이 도시된다. 도 5 및 도 6에 도시된 예에서 1 ㎟의 면적을 갖는 파장 변환 요소가 도시되고, 상기 파장 변환 요소의 양측면은 산소 플라즈마에 의해 글레이징되었고, 펀칭 과정 후에, 즉 개별화 후에 컨테이너 내에 수용되었다. 파장 변환 요소는 매트릭스 재료로서 예를 들어 실리콘 및 착색제 I(녹색-황색 발광체)과 II(적색 발광체)를 포함한다. 바람직한 발광체는 산화물, 질화물, 산화질화물, 사이알론 및 오르토규산염이다. 파장 변환 요소의 두께는 약 110 ㎛이다.
도 7 및 도 8은 2 ㎟의 면적을 갖고 한 측면만이 산소 플라즈마로 처리되고, 개별화 시 보조층으로서 열 이형 필름 위로 펀칭된 파장 변환 요소를 도시한다. 두께 및 재료들은 도 5 및 도 6의 실시예에서와 동일하다.
개별화를 위한 방법 전에 파장 변환층은 각각 캐리어층 위에 배치되어 있었다.
도 5a 내지 도 5d는 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한다. 도 5a는 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a) 또는 상부면을 도시하고, 도 5b는 파장 변환 요소의 제 2 표면(10b) 또는 하부면을 도시한다. 도 5c 및 도 5d는 각각 파장 변환 요소의 측면 가장자리를 포함하는 부분을 확대 도시한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 모서리에 홈(11)을 갖는 사각형 파장 변환 요소이다.
도 6a 내지 도 6g는 각각 상기 파장 변환 요소의 전자 현미경 이미지를 도시한다. 도 6a 내지 도 6d는 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a)을 도시하고, 도 6e 내지도 6g는 파장 변환 요소의 제 2 표면(10b)을 도시한다. 특히 도 6b 및 도 6d에 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a)과 측면 가장자리 사이의 날카로운 에지가 더 잘 도시된다. 또한, 제 1 표면(10a)의 글레이징은 파장 변환 요소의 두께의 대략 1%에 상응하는 작은 침투 깊이를 갖는 것을 도시한다. 도 6c는 파장 변환 요소의 모서리에 있는 홈(11)을 확대 도시한다.
도 7a 내지 도 7e는 전술한 바와 같이 제조된 파장 변환 요소의 현미경 이미지를 도시한다. 이 경우 도 7a 내지 도 7e에 도시된 바와 같이, 파장 변환 요소의 대향 배치된 측면에 2개의 홈(11)이 제공되었다. 도 7a에 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a)이 도시되고, 도 7c는 파장 변환 요소의 제 2 표면(10b)을 도시한다. 도 7d는 파장 변환 요소의 측면도를 확대 도시하고, 이 경우 상부에 제 2 표면 또는 하부면이 도시되고, 하부에 제 1 표면 또는 상부면이 도시된다. 도 7e는 파장 변환 요소의 확대된 측면도를 도시하고, 이 경우 상부에 제 1 표면 또는 상부면이 배치되고, 하부에 제 2 표면 또는 하부면이 배치된다.
도 8a 내지 도 8f는 이러한 파장 변환 요소의 전자 현미경 이미지를 도시한다. 도 8a 내지 도 8c는 제 1 표면(10a)을 도시하고, 도 8d 내지 도 8f는 제 2 표면(10b)을 도시한다. 특히 도 8b 및 도 8c에 다시 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a)과 측면 가장자리 사이의 날카로운 에지를 도시한다.
파장 변환 요소의 예에서 볼 수 있는 날카로운 에지는, 광전 소자에서 사용될 수 있고 거기에서 파장 변환 요소를 둘러싸는 포팅과 동일 평면으로 끝날 수 있는 파장 변환 요소를 제조하기 위해 상기 방법이 적합한 것을 입증한다.
본 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2013 104 776.9의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히, 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제시되지 않더라도 그러하다.
10 파장 변환 요소
10a 제 1 표면
10b 제 2 표면
11 홈
50 플라즈마
60 컨테이너
70 보조층
80 접착층
100 파장 변환층
200 캐리어층
220 펀칭된 캐리어층

Claims (17)

  1. 파장 변환 요소(10)의 제조 방법에 있어서,
    A) 제 1 표면(100a)과, 상기 제 1 표면(100a)에 대향 배치되고 캐리어층(200) 상에 배치된 제 2 표면(100b)을 가진 파장 변환층(100)을 제공하는 단계;
    B) 상기 제 1 표면(100a)을 플라즈마(50)로 처리하는 단계; 및
    C) 제 1 표면(10a)과 대향 배치된 제 2 표면(10b)을 가진 적어도 하나의 파장 변환 요소(10)가 얻어지도록, 적어도 상기 파장 변환층(100)을 펀칭하는 단계를 포함하는 파장 변환 요소의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어층(200)은 상기 방법 단계 B)후에 제거되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 B)에 후속하는 방법 단계 B1)에서 상기 파장 변환층(100)의 제 2 표면(100b)은 플라즈마(50)로 처리되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에서 상기 파장 변환층(100)이 펀칭되고, 상기 파장 변환 요소(10)는 컨테이너(60) 내에 수용되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에서 상기 파장 변환층(100)이 펀칭되고, 상기 파장 변환 요소(10)의 제 2 표면(10b)은 보조층(70) 상에 배치되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에서 상기 파장 변환층(100)과 상기 캐리어층(200)이 펀칭되고, 상기 파장 변환 요소(10)는 펀칭된 캐리어층(220) 상에 배치되어 얻어지는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에서 상기 펀칭된 캐리어층(220)에서 상기 파장 변환 요소(10)를 등지는 측은 접착층(80) 상에 배치되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에 후속하는 방법 단계 C1)에서 보조층(70)이 상기 파장 변환 요소(10)의 제 1 표면(10a) 상에 배치되고, 상기 접착층(80)은 제거되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법 단계 C)에서 펀칭 툴(40)이 사용되고, 상기 펀칭 툴은 내부 형상을 갖고, 상기 내부 형상은 사각형, 원형, 적어도 하나의 홈(11)이 있는 사각형 및 적어도 하나의 홈(11)이 있는 원형에서 선택되는 것인 파장 변환 요소의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 표면(10a) 및 상기 제 1 표면(10a)에 대향 배치된 제 2 표면(10b)을 가진 파장 변환 요소(10)로서, 상기 파장 변환 요소(10)는 상기 제 1 표면(10a) 및 상기 제 2 표면(10b) 중 적어도 하나로부터 수직 방향으로 소정 침투 깊이까지 연장된 유리를 포함하고, 상기 침투 깊이부터 유리 재료보다 점착성을 갖는 재료를 포함하는 것인 파장 변환 요소(10).
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 표면(10a) 및 상기 제 2 표면(10b) 중 적어도 하나의 측에 날카로운 에지를 갖는 파장 변환 요소(10).
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 30 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위로부터 선택된 두께를 갖는 파장 변환 요소(10).
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 침투 깊이는 최대로 상기 파장 변환 요소(10)의 2%의 두께에 해당하는 것인 파장 변환 요소(10).
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 0.1 ㎟ 내지 20 ㎟의 범위에서 선택된 면적을 갖는 파장 변환 요소(10).
  16. 복사를 방출하는 반도체 칩(2)과 제 11 항 또는 제 12 항에 따른 파장 변환 요소(10)를 포함하는 광전 소자로서, 상기 파장 변환 요소의 제 1 표면(10a) 또는 제 2 표면(10b)은 상기 반도체 칩(2)의 빔 경로 내에서 상기 반도체 칩(2) 상에 배치되는 광전 소자.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 반도체 칩(2)을 둘러싸는 포팅(potting; 5)을 더 포함하고, 상기 포팅은 상기 파장 변환 요소(10)의 제 2 표면(10b) 또는 제 1 표면(10a)과 동일 평면으로 종단되는 것인 광전 소자.
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