KR102456886B1 - 픽셀 매트릭스, 광 변환 절편 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 패키지의 제조 방법 등에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법은, 서로 다른 종류의 광 변환 시트들을 순차적으로 적층하여 광 변환 블록을 형성하는 광 변환 블록 형성 단계; 상기 광 변환 블록을, 상기 광 변환 블록의 높이 방향을 따라 절단하여 광 변환 절편을 생성하는 광 변환 절편 생성 단계; 복수의 발광 소자들이 배열된 배열기판을 상기 광 변환 절편에 부착하여, 픽셀 매트릭스를 생성하는 픽셀 매트릭스 생성 단계; 및 상기 픽셀 매트릭스를 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지를 제조하는 픽셀 분할 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 LED 소자를 포함하는 발광 소자 패키지와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장된 후, 패키징될 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
디스플레이 등을 위한 발광 소자 패키지는 풀컬러(레드, 그린, 블루)의 지원이 가능하여야 한다. 풀컬러의 발광 소자 패키지를 제조하기 위한 방법으로서, 기판 상에 LED 소자를 전사(transfer)시키는 방법이 존재하나, 이러한 방법은 LED 소자 각각을 개별적으로 기판 상에 전사시켜야 한다는 점에서 제조 공정이 복잡하며 제품의 수율이 낮다는 단점이 있다.
또한, 그린 LED, 레드 LED 및 블루 LED 중 일부 LED는 수급 자체가 어려울 뿐만 아니라, 전사 방식으로 발광 소자 패키지를 제조하여도 광의 불규칙 발생, 미점등에 따른 동작 신뢰성 저하, 파장 조절의 어려움 등 다양한 문제점이 있으므로, 풀컬러 뿐만 아니라, 적용 제품에 따라 다양한 컬러를 방출할 수 있는 발광 소자 패키지의 새로운 제조 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법은 풀컬러뿐만 아니라 제조사의 니즈에 맞는 다양한 컬러를 지원할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법은 간단한 방법으로 제조함으로써 제품의 수율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법은 발광 소자 패키지의 파장 균일화, 동작의 신뢰성 상승, 고 대비를 달성할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조 방법은, 서로 다른 종류의 광 변환 시트들을 순차적으로 적층하여 광 변환 블록을 형성하는 광 변환 블록 형성 단계; 상기 광 변환 블록을, 상기 광 변환 블록의 높이 방향을 따라 절단하여 광 변환 절편을 생성하는 광 변환 절편 생성 단계; 복수의 발광 소자들이 배열된 배열기판을 상기 광 변환 절편에 부착하여, 픽셀 매트릭스를 생성하는 픽셀 매트릭스 생성 단계; 및 상기 픽셀 매트릭스를 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지를 제조하는 픽셀 분할 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 픽셀 분할 단계는 상기 픽셀 매트릭스를 열 단위로 절단하여 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 제조하는 단계; 및 상기 픽셀 어레이를 상기 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지들을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 픽셀 매트릭스 생성 단계는, 상기 배열기판을 상기 광 변환 시트 절편에 부착하는 단계; 및 상기 배열 기판에 포함된 각각의 발광소자를 픽셀단위로 구별하여 몰딩하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 픽셀 매트릭스 생성 단계는, 상기 배열 기판에서 열 방향으로 인접하는 발광소자를 3개씩 묶어서 각각 하나의 픽셀로 설정하고, 상기 픽셀에 포함되는 3개의 발광소자에는 각각 서로 상이한 종류의 광 변환 시트가 위치하도록 상기 광 변환 절편을 부착할 수 있다.
여기서 상기 광 변환 블록 형성 단계는, 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트를 순차적으로 적층하며, 상기 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트 사이에는 블랙시트를 포함하여 적층할 수 있다.
여기서 상기 광 변환 블록 형성 단계는, 상기 제3 광 변환 시트와 제1 광 변환 시트 사이에 적층되는 상기 블랙시트를, 상기 제1 광 변환 시트와 제2 광 변환 시트 사이에 적층되는 블랙시트 또는 상기 제2 광 변환 시트와 제3 광 변한 시트 사이에 적층되는 블랙시트 보다 두꺼운 두께로 적층할 수 있다.
여기서 상기 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트는, 기 설정된 파장의 빛이 입사되면, 입사되는 빛을 각각 레드, 그린, 블루 중 어느 하나의 빛으로 변환하여 방출할 수 있다.
여기서, 상기 발광소자는 블루 광을 출력하는 블루 LED(Light Emitting Diode)이고, 상기 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트는, 각각 상기 블루 광을 레드 광으로 변환하거나, 블루 광을 투과하거나, 블루 광을 그린 광으로 변환하는 광 변환 시트일 수 있다.
여기서 상기 광 변환 블록 형성 단계는, 상기 복수의 광 변환 시트의 상면 또는 하면에 접착 물질을 도포하고, 상기 광 변환 시트를 적층하여 생성할 수 있다.
여기서 상기 접착 물질은, 형광체와 함께 배합되어 상기 복수의 광 변환 시트들 중 적어도 일부에 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 픽셀 매트릭스는, 복수의 발광소자들이 기 설정된 배열에 따라 배치되는 배열기판; 및 상기 배열기판을 부착하는 광 변환 절편을 포함하는 것으로, 상기 광 변환 절편은, 서로 다른 종류의 광 변환 시트들을 순차적으로 적층하여 생성한 광 변환 블록을 절단한 것일 수 있다.
여기서 상기 배열기판은, 복수의 발광소자에 대하여, 인접하는 3개의 발광소자를 묶어서 하나의 픽셀로 설정하는 것일 수 있다.
여기서 상기 광 변환 절편은, 상기 픽셀에 포함되는 3개의 발광소자에, 각각 서로 다른 종류의 광 변환 시트가 부착되도록 상기 광 변환 시트를 적층시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광 변환 절편은, 제 1 광 변환 시트; 상기 제 1 광 변환 시트 상에 적층되는 제 2 광 변환 시트; 상기 제 2 광 변환 시트 상에 적층되는 제 3 광 변환 시트; 및 상기 제 1 광 변환 시트와 상기 제 2 광 변환 시트 사이, 그리고, 상기 제 2 광 변환 시트와 상기 제 3 광 변환 시트 사이에 적층되는 블랙 시트를 포함하되, 상기 제 1 광 변환 시트, 상기 제 2 광 변환 시트, 상기 제 3 광 변환 시트 및 상기 블랙 시트가 적층된 광 변환 시트 절편의 측면은, 복수의 발광소자들이 배열된 배열기판과 부착되는 면인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법, 및 광 변환 시트 패키지는 풀컬러뿐만 아니라 제조사의 니즈에 맞는 다양한 컬러를 지원할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법, 및 광 변환 시트 패키지는 간단한 방법으로 제조함으로써 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법, 및 광 변환 시트 패키지는 발광 소자 패키지의 파장 균일화, 동작의 신뢰성 상승, 고 대비를 달성할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이의 제조 방법, 및 광 변환 시트 패키지가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 광 변환 블록을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 절편을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광 변환 절편이 배열기판에 부착되는 것을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 매트릭스를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 블록을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 절편을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광 변환 절편이 배열기판에 부착되는 것을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 매트릭스를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 블록을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 '~부(유닛)', '모듈' 등으로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하의 설명에서는 '발광 소자 패키지'를 중심으로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하지만, 이하의 '발광 소자 패키지'는 디스플레이를 위한 백라이트로 활용될 수 있으며, 디스플레이 자체로도 활용될 수 있다. LED 소자들이 배치된 '발광 소자 패키지'를 이용하여 백라이트, 디스플레이 등으로 활용하는 것은 당업계에 자명한 사항인바, 이하에서 '발광 소자 패키지'를 중심으로 설명하더라도, 이러한 내용들이 백라이트 및 디스플레이에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 광 변환 블록을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 광 변환 블록(10)은 복수의 광 변환 시트들(11, 13, 15)이 적층된 구조를 가지며, 각각의 광 변환 시트(11, 13, 15) 사이에는 블랙 시트(12, 14)가 적층될 수 있다.
광 변환 시트(11, 13, 15)는 기 설정된 파장의 빛이 입사되면, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 중 어느 하나의 빛으로 변환하여 방출하는 것일 수 있다. 여기서, 동일한 파장의 빛이 입력되는 경우, 각각의 광 변환 시트(11, 13, 15)의 종류에 따라 방출하는 빛의 종류가 상이할 수 있다. 예를들어, 일정한 파장의 빛이 제1 광 변환 시트(11)에 입사되면 레드 광이 방출되고, 동일한 빛이 제2 광 변환 시트(12)에 입사되면 그린 광이 방출되며, 제3 광 변환 시트(13)에 입사되는 경우에는 블루 광이 방출되도록 선택할 수 있다. 즉, 동일한 파장의 빛을 방출하는 발광소자(110) 3개를 광 변환 시트(11, 13, 15)와 각각 결합하면, 빛의 3원색을 방출하도록 하는 것이 가능하므로, 이를 하나의 픽셀로 활용하여 다양한 색상의 빛을 표현하도록 할 수 있다. 한편, 입사하는 광이 레드, 그린, 블루 중 어느 하나인 경우에는, 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15) 중 어느 하나의 광 변환 시트를 발광 소자(31)로부터 발산되는 광을 투과시키는 클리어(clear) 시트로 구현하는 것도 가능하다.
광 변환 시트(11, 13, 15)는 형광체가 투광성 수지에 분산된 것일 수 있으며, 상기 형광체는 실리케이트계 형광체, 실리콘 산화질화물계 형광체, 황화물계 형광체, 시알론(SiAlON)계 형광체, 산화물계 형광체 등이 사용될 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)는 시트형으로 제조하여 수지 상에 배치시킬 수 있으며, 실시예에 따라서는 수지 상에 형광체를 직접 도포하여 형성하는 것도 가능하다. 실시예에 따라서는, 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)가 양자점(quantum dot)들이 매트릭스 내부에 분산된 형태를 가지는 것일 수도 있다. 양자점은 특정 파장의 광을 방출하는 화합물로서, 특정 파장의 광을 방출하는 공지의 양자점들이 제한 없이 사용될 수 있고, 일례로 중심 입자 및 중심 입자의 표면에 결합된 리간드를 포함할 수 있다
한편, 도1에 도시한 바와 같이, 광 변환 블록(10)은 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)를 반복적으로 적층한 것일 수 있으며, 이 경우, 제 3 광 변환 시트(15)와 제 1 광 변환 시트(11) 사이에는 제 2 두께의 블랙 시트(14)가 적층될 수 있다. 여기서, 제 2 두께의 블랙 시트(14)는 제 1 두께의 블랙 시트(12)보다 두께가 두꺼울 수 있는데, 예를 들어, 제 2 두께의 블랙 시트(14)는 두 장의 제 1 두께의 블랙 시트(12)가 적층됨으로써 형성될 수 있다. 제 1 광 변환 시트(11)와 제 2 광 변환 시트(13) 사이에 위치하는 제 1 두께의 블랙 시트(12)와, 제 2 광 변환 시트(11)와 제 3 광 변환 시트(13) 사이에 위치하는 제 1 두께의 블랙 시트(12)는 그 두께가 서로 간에 동일할 수도 있고, 서로 간에 상이할 수도 있다. 즉, 제 1 두께의 블랙 시트(12)들은 서로 간에 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있지만, 제 2 두께의 블랙 시트(14)는 제 1 두께의 블랙 시트(12)들의 두께보다 두꺼울 수 있다. 제 1 두께의 블랙 시트(12)는 각각의 단일 발광 소자(110)에서 발산하는 광이 서로 간섭되지 않게 하기 위한 것이고, 제 2 두께의 블랙 시트(140)는 각 픽셀이 서로 간섭되지 않게 하기 위한 것이다.
도 1의 광 변환 블록(10)에는 각 2개의 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)가 적층되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)(그리고, 그 사이 사이의 블랙 시트(12))를 한 그룹으로 하여 단일 그룹 또는 복수의 그룹으로 적층하는 것도 가능하다.
종래에는 하나의 픽셀을 구현하기 위하여, 각각의 발광소자에 레드, 그린, 블루에 대응하는 광 변환 시트를 구별하여 부착하고, 이를 다시 3가지 색상별로 모아서 하나의 픽셀을 구성하였다. 그러나, 이 경우 각각의 LED에 광 변환 시트를 부착하고 이를 다시 색상별로 배열해야 하므로, 많은 시간과 노력이 소요되는 등의 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 도1에 도시한 바와 같이, 먼저 광 변환 시트(11, 13, 15)를 순차적으로 반복 적층하여 광 변환 블록(10)을 형성할 수 있다. 여기서, 적층되는 광 변환 시트(11, 13, 15)의 두께와 블랙시트의 두께는 배열기판(30)에 배열된 각각의 발광소자들의 배열 간격 등에 의하여 정해질 수 있다.
이후, 광 변환 블록(10)이 형성되면, 도1에 도시한 바와 같이, 광 변환 블록(10)을 광 변환 블록(10)이 적층된 높이방향으로 절단할 수 있으며, 이를 통하여 도2에 도시한 바와 같은 광 변환 절편(20)을 생성할 수 있다. 즉, 광 변환 블록(10)을 높이 방향으로 절단함으로써, 적층한 순서에 따라 복수의 광 변환 시트(11, 13, 15)가 순차적으로 구비된 광 변환 절편(20)을 얻을 수 있다.
광 변환 절편(20)에는 도3에 도시한 바와 같이, 복수의 발광소자(31)들이 배열된 배열기판(30)이 부착될 수 있다. 여기서, 광 변환 절편(20)은, 상면(22) 또는 하면(23)이 아니라 측면(21)이 배열기판(30)과 부착될 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 배열기판(30)이 D 방향을 따라 이동하여, 배열기판(30)에 포함된 발광소자(31)의 발광면이 광 변환 절편(20)의 측면(21)과 부착되도록 할 수 있다. 도3에서는 배열기판(30)이 위로 이동하여 광 변환 절편(20)에 부착되는 실시예를 도시하고 있으나, 광 변환 절편(20)의 위치에 따라, 배열기판(30)을 아래 또는 좌우로 이송하여 광 변환 절편(20)에 부착시키는 것도 가능하다. 여기서, 광 변환 절편(20)은 접착력을 가지고 있는 재질로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서는, 광 변환 절편(20)과 배열기판(30) 사이에 접착제를 도포하는 것도 가능하다.
발광소자(31)들은 배열기판(30) 상에 행과 열을 이루며 배열될 수 있으며, 하나의 열에 포함된 발광소자(31)의 개수는 광 변환 절편(20)에 적층된 광 변환 시트(11, 13, 15)의 개수와 동일 또는 그보다 많을 수 있으며, 하나의 행에 포함된 발광소자(31)의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있다.
하나의 열을 이루는 발광 소자(31)들 중 적어도 일부 각각은 광 변환 절편(20)에 적층된 복수의 광 변환 시트(11, 13, 15) 각각에 대응하도록 부착될 수 있다. 다시 말하면, a 열에 속한 발광 소자(31)들 중 제 1 발광 소자(31a)는 제 1 광 변환 시트(11)에, 제 2 발광 소자(31b)는 제 2 광 변환 시트(13)에, 그리고 제 3 발광 소자(31c)는 제 3 광 변환 시트(15)에 부착될 수 있다. 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)를 포함하는 그룹이 복수 개로 적층되어 있는 경우에도 각 광 변환 시트에는 하나의 열에 속한 발광 소자(31)들 중 하나의 발광 소자(31)가 부착될 수 있다. 또한, 도3에 도시한 바와 같이, 제1 광 변환 시트(11), 제2 광 변환 시트(13) 및 제3 광 변환 시트(15)가 부착되는 제1 발광 소자(31a), 제2 발광 소자(31b) 및 제3 발광 소자(31c)를 하나의 픽셀로 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 발광 소자(31)들은 배열 기판(30) 상에 소정 파장의 광을 발생시키는 LED 반도체를 성장시켜 제조된 것일 수 있다. 여기서, 배열 기판(30)은 사파이어 웨이퍼, SiC 웨이퍼, GaN 웨이퍼, ZnO 웨이퍼를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 소정 파장의 광을 발생시키는 LED 반도체는 예를 들어, MOCVD법 등의 기상 성장법에 의해, 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, LED 반도체는 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성될 수도 있다. 이들 LED 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 포함할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자 웰 구조나 단일 양자 웰 구조를 포함한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다.
에피(epi) 웨이퍼는 LED 반도체가 성장된 기판을 의미하는데, 에피 웨이퍼를 소정 크기로 절단함으로써 상기 도 3에 도시된 배열 기판(30) 및 배열 기판(30)에 배치된 발광 소자(31)들이 획득될 수 있다.
배열 기판(30)상에 성장된 LED 반도체들은 MOCVD법 등의 기상 성장법에 따라 성장된 것이므로, 일반적으로 모두 동종이다. 따라서, 배열 기판(30)에 성장된 발광 소자(31)들은 동일한 파장의 단일 광만을 발산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 배열 기판(30)에 배치된 발광 소자(31)들은 모두 블루광을 방출하는 블루 LED일 수 있다.
도 4(a)는 픽셀 매트릭스(100)의 상부면이고, 도4(b)는 픽셀 매트릭스의 하부면이다. 여기서, 픽셀 매트릭스(100)는, 상부면에 나타난 바와 같이 배열 기판(30)에 광 변환 절편(20)을 부착한 후, 하부면에 나타난 바와 같이 배열 기판(30)에 포함된 각각의 발광소자(31)들을 픽셀단위로 구별하여 몰딩한 것일 수 있다. 여기서, 동일한 행(b)에 위치하는 발광소자(31)들은 광 변환 시트(11, 13, 15)에 의하여 동일한 색상의 빛을 방출하고, 동일한 열(a)에 위치하는 발광소자(31)들은 각각 레드 광, 그린 광, 블루 광의 서로 다른 빛을 방출하게 된다. 따라서, 동일한 열(a)에 위치하는 연속되는 3개의 발광소자(31a, 31b, 31c)들을 묶으면 레드 광, 그린 광, 블루 광의 3가지 색을 방출하는 하나의 픽셀을 구현할 수 있다.
한편, 픽셀 매트릭스(100)를 절단선을 따라 열 단위로 절단하면, 도5에 도시된 바와 같이 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이(200)를 생성할 수 있다. 여기서는 하나의 열을 가지는 픽셀 어레이(200)가 도시되어 있으나, 실시예에 따라서는 복수의 열을 가지는 픽셀 어레이(200)를 생성하는 것도 가능하다. 또한, 픽셀어레이(200)는 다시 픽셀 단위의 발광 소자 패키지(300)들로 분할될 수 있으며, 이때 발광 소자 패키지(300)는 제2 두께를 가지는 블랙 시트(14)를 기준으로 절단하여 생성할 수 있다.
도6을 참조하면, 발광 소자 패키지(300)에는 3개의 발광소자(31)가 포함될 수 있으며, 각각의 발광소자(31)에는 제1 광 변환시트(11), 제2 광 변환 시트(13) 및 제3 광 변환 시트(15)가 부착될 수 있다. 여기서, 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15)를 어떠한 종류로 증착시키는지에 따라 발광 소자 패키지(300)의 지원 가능한 컬러가 다양해질 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(31)들이 모두 블루 LED인 경우, 블루 LED 소자(31)로부터 발산하는 블루 광을 레드 광으로 변환하는 광 변환 시트를 제 1 광 변환 시트(11)로 이용하고, 블루 LED 소자(31)로부터 발산하는 블루 광을 투과시키는 클리어 시트를 제 2 광 변환 시트(13)로 이용하고, 블루 LED 소자(31)로부터 발산하는 블루 광을 그린 광으로 변환하는 광 변환 시트를 제 3 광 변환 시트(15)로 이용하는 경우, 3개의 LED 소자(31)들이 하나의 픽셀을 이룰 수 있으며, 이에 따라 발광 소자 패키지(300)에 의해 구현된 픽셀은 풀컬러를 표현할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 제 1 광 변환 시트(11), 제 2 광 변환 시트(13) 및 제 3 광 변환 시트(15) 모두를, 블루 광을 레드 광으로 변환하는 광 변환 시트로 적층할 수 있으며, 이 경우 발광 소자 패키지(300)는 레드 광만을 지원할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 블록(10)을 제조하기 위한 제조 장비들을 도시하는 예시적인 도면이다. 도 7에 도시된 제조 공정은 하나의 실시예일 뿐이며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 광 변환 블록(10)는 다양한 방법으로 제조될 수도 있다.
복수의 광 변환 시트들 및 블랙 시트들을 적층하는데 있어, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 피더(feeder) 롤러(510-1, 510-2, …, 510-n)들로부터 광 변환 블록(10)의 각 층에 해당하는 시트들(520-1, 520-2, …, 520-n)이 공급된다. 다시 말하면, 제 1 피더 롤러(510-1)에 의해 광 변환 블록(10)의 가장 상부에 적층되는 시트(520-1)가 공급되고, 제 2 피더 롤러(510-2)에 의해 광 변환 블록(10)의 두 번째에 적층되는 시트(520-2)가 공급되고, 제 n 피더 롤러(510-n)에 의해 광 변환 블록(10)의 가장 하부에 적층되는 시트(520-n)가 공급된다. 각 피더 롤러(510-1, 510-2, …, 510-n)로부터 공급되는 시트들(520-1, 520-2, …, 520-n)은 압축 롤러(530)로 이송되고, 압축 롤러(530)에 의해 시트들(520-1, 520-2, …, 520-n)이 압착되어 광 변환 블록(10)이 제조될 수 있다. 이와 같이, 제 1 피더 롤러(510-1)로부터 제 n 피더 롤러(510-n)까지 각 층에 해당하는 시트들(520-1, 520-2, …, 520-n)이 공급됨으로써 광 변환 블록(10)이 제조될 수 있다.
한편, 광 변환 블록(10)의 경우, 적층 구조를 형성할 때, 광 변환 시트들(11, 13, 15) 중 적어도 일부의 상면 또는 하면에는 접착 물질을 도포할 수 있으며, 접착 물질에 의하여 각각의 시트가 접착될 수 있다. 접착 물질은 예를 들어, 가경화된 실리콘일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 가경화된 실리콘이 접착 물질로서 이용되는 경우, 각각의 시트가 적층될 때마다 열을 가하여 실리콘이 경화되도록 할 수 있다. 또한, 접착 물질은 형광체와 함께 배합되어 복수의 광 변환 시트들(11, 13, 15) 중 적어도 일부에 도포될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법은 광 변환 블록 형성 단계(S10), 광 변환 절편 생성 단계(S20), 픽셀 매트릭스 생성 단계(S30) 및 픽셀 분할 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이하, 도8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명한다.
광 변환 블록 형성 단계(S10)에서는, 서로 다른 종류의 광 변환 시트들을 순차적으로 적층하여 광 변환 블록을 형성할 수 있다. 광 변환 시트는 입사되는 빛의 파장을 변환시켜 다른 색상의 빛으로 방출하는 것으로, 예를들어, 일정한 파장의 빛이 제1 광 변환 시트에 입사되면 레드 광이 방출되고, 동일한 빛이 제2 광 변환 시트에 입사되면 그린 광이 방출되며, 제3 광 변환 시트에 입사되는 경우에는 블루 광이 방출될 수 있다. 즉, 동일한 파장의 빛을 방출하는 발광소자 3개를 광 변환 시트와 각각 결합하면, 빛의 3원색을 방출하도록 하는 것이 가능하므로, 이를 하나의 픽셀로 활용하여 다양한 색상의 빛을 표현하도록 할 수 있다. 한편, 입사하는 광이 레드, 그린, 블루 중 어느 하나인 경우에는, 제 1 광 변환 시트, 제 2 광 변환 시트 및 제 3 광 변환 시트 중 어느 하나의 광 변환 시트를 발광 소자로부터 발산되는 광을 투과시키는 클리어(clear) 시트를 구현하는 것도 가능하다.
한편, 광 변환 블록 형성 단계(S10)에서는 제 1 광 변환 시트, 제 2 광 변환 시트 및 제 3 광 변환 시트를 순차적으로 적층할 수 있으며, 제1 광 변환 시트와 제2 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트와 제3 광 변환 시트 사이에는 제1 두께의 블랙시트를 더 포함하여 적층할 수 있다. 또한, 제 1 광 변환 시트, 제 2 광 변환 시트 및 제 3 광 변환 시트를 순차적으로 적층한 이후에 다시 제1 광 변환 시트를 적층하는 경우에는, 제2 두께의 블랙시트를 더 포함하여 적층할 수 있다. 즉, 제 1 광 변환 시트, 제 2 광 변환 시트 및 제 3 광 변환 시트를 하나의 그룹으로 볼 때, 하나의 그룹을 적층한 후 추가로 하나의 그룹을 더 적층하는 경우에는, 각각의 그룹 사이의 경계를 구별하기 위하여 블랙시트의 두께를 상이하게 할 수 있다. 따라서, 제2 두께의 블랙시트를 제1 두께의 블랙시트에 비하여 두껍게 적층할 수 있다.
제 1 두께의 블랙 시트는 각각의 단일 발광 소자에서 발산하는 광이 서로 간섭되지 않게 하기 위한 것이고, 제 2 두께의 블랙 시트는 각 픽셀이 서로 간섭되지 않게 하기 위한 것이다. 광 변환 블록 형성 단계(S10)에서 적층하는 광 변환 시트들의 두께와 블랙시트의 두께는, 배열기판에 배열된 각각의 발광소자들의 배열 간격 등에 의하여 정해질 수 있다.
한편, 광 변환 블록 형성 단계(S10)에서는, 광 변환 블록의 적층 구조를 형성할 때, 광 변환 시트들 중 적어도 일부의 상면 또는 하면에 접착 물질을 도포할 수 있으며, 접착 물질에 의하여 각각의 시트가 접착되도록 할 수 있다. 접착 물질은 예를 들어, 가경화된 실리콘일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 가경화된 실리콘이 접착 물질로서 이용되는 경우, 각각의 시트가 적층될 때마다 열을 가하여 실리콘이 경화되도록 할 수 있다. 또한, 접착 물질은 형광체와 함께 배합되어 복수의 광 변환 시트들 중 적어도 일부에 도포될 수 있다.
광 변환 절편 생성 단계(S20)에서는, 광 변환 블록을 상기 광 변환 블록의 높이 방향을 따라 절단하여 광 변환 절편을 생성할 수 있다. 광 변환 블록은 복수의 광 변환 시트와 블랙시트들을 순차적으로 적층하여 형성하는 것으로, 단면에는 기 설정된 두께로 적층된 광 변환 시트와 블랙시트들이 나타날 수 있다. 여기서, 단면에 나타나는 각각의 광 변환 시트들의 두께와 블랙시트에 의하여 구별되는 각각의 광 변환 시트들 사이의 간격은, 배열기판에 배열된 복수의 발광소자들의 배열에 대응하도록 미리 설정될 수 있다. 따라서, 광 변환 절편 생성 단계(S20)에서는, 배열기판에 대응하도록 정렬된 광 변환 시트의 패턴을 포함하는 광 변환 절편을, 단순히 광 변환 블록을 높이 방향을 따라 절단하는 방식으로 용이하게 생성할 수 있다. 여기서, 광 변환 절편은 발광소자의 발광면에 부착되는 것으로서, 광 변환 절편은 얇은 필름 형태로 생성될 수 있다.
픽셀 매트릭스 생성 단계(S30)에서는, 복수의 발광 소자들이 배열된 배열기판을 상기 광 변환 절편에 부착하여 픽셀 매트릭스를 생성할 수 있다. 즉, 배열기판을 이송하여, 배열기판에 포함된 발광 소자들의 발광면이 광 변환 절편의 측면에 부착되도록 할 수 있다. 이때 배열 기판에 배열된 발광 소자의 행과 열을 구별하여, 각각의 발광 소자들이 광 변환 절편에 포함된 복수의 광 변환 시트들과 대응하도록 부착할 수 있다. 이후, 픽셀 매트릭스 생성 단계(S30)에서는 배열 기판에 포함된 각각의 발광소자를 픽셀단위로 구별하여 몰딩함으로써 픽셀 매트릭스를 생성할 수 있다.
배열기판의 부착시, 배열 기판 상에 위치하는 각각의 발광 소자들 중에서 열 방향으로 연속되는 3개의 발광소자를 하나의 픽셀로 설정할 수 있으며, 픽셀에 포함되는 3개의 발광 소자에 대하여 각각 서로 상이한 종류의 광 변환 시트가 위치하도록 광 변환 절편에 부착할 수 있다. 실시예에 따라서는, 광 변환 블록의 단면과 배열기판의 크기가 일치하도록 설계한 후, 광 변환 절편 상에 배열기판이 일치하도록 부착하는 것도 가능하다.
픽셀 분할 단계(S40)에서는 픽셀 매트릭스를 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지를 제조할 수 있다. 실시예에 따라서는, 픽셀 매트릭스를 열 단위로 절단하여 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이로 분할할 수 있으며(S41), 이후 픽셀 어레이를 다시 분할하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지를 제조할 수 있다(S42).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 블록의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S11 단계에서, 제1 두께의 블랙시트를 준비한다.
S12 단계에서, 블랙 시트 상에 제1 광 변환 시트를 증착한다.
S13 단계에서, 제1 광 변환 시트 상에 제1 두께의 블랙시트를 증착한다.
S14 단계에서, 블랙시트 상에 제2 광 변환 시트를 증착한다.
S15 단계에서, 제2 광 변환 시트 상에 제1 두께의 블랙시트를 증착한다.
S16 단계에서, 블랙시트 상에 제3 광 변환 시트를 증착한다.
S17 단계에서, 제3 광 변환 시트 상에 제2 두께의 블랙시트를 증착한다. 이후, S11단계 내지 S17단계를 반복적으로 수행하여 광 변환 블록을 생성할 수 있다.
여기서, 블랙시트, 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트는 기 설정된 두께와 크기에 따라 증착될 수 있으며, 증착되는 두께와 크기는 배열기판의 크기와 배열기판에 배열된 발광소자들의 배열에 따라 설정될 수 있다. 한편, 제2 두께의 블랙시트는 제1 두께의 블랙시트보다 두꺼울 수 있으며, 실시예에 따라서는 제1 두께의 2배로 설정될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 광 변환 블록 11: 제1 광 변환 시트
12: 제1 두께의 블랙 시트 13: 제2 광 변환 시트
14: 제2 두께의 블랙 시트 15: 제3 광 변환 시트
20: 광 변환 절편 30: 배열기판
31: 발광소자 100: 픽셀 매트릭스
200: 픽셀 어레이 300: 발광소자 패키지
S10: 광 변환 블록 형성 단계 S20: 광 변환 절편 형성 단계
S30: 픽셀 매트릭스 생성 단계 S40: 픽셀 분할 단계
S41: 픽셀 어레이 생성 단계 S42: 발광소자 패키지 생성 단계
12: 제1 두께의 블랙 시트 13: 제2 광 변환 시트
14: 제2 두께의 블랙 시트 15: 제3 광 변환 시트
20: 광 변환 절편 30: 배열기판
31: 발광소자 100: 픽셀 매트릭스
200: 픽셀 어레이 300: 발광소자 패키지
S10: 광 변환 블록 형성 단계 S20: 광 변환 절편 형성 단계
S30: 픽셀 매트릭스 생성 단계 S40: 픽셀 분할 단계
S41: 픽셀 어레이 생성 단계 S42: 발광소자 패키지 생성 단계
Claims (14)
- 서로 다른 종류의 광 변환 시트들을 순차적으로 적층하여 광 변환 블록을 형성하는 광 변환 블록 형성 단계;
상기 광 변환 블록을, 상기 광 변환 블록의 높이 방향을 따라 절단하여 광 변환 절편을 생성하는 광 변환 절편 생성 단계;
복수의 발광 소자들이 배열된 배열기판을 상기 광 변환 절편에 부착하여, 픽셀 매트릭스를 생성하는 픽셀 매트릭스 생성 단계; 및
상기 픽셀 매트릭스를 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지를 제조하는 픽셀 분할 단계를 포함하며,
상기 광 변환 블록 형성 단계는 상기 광 변환 시트와 블랙시트를 교차로 적층하되, 상기 광 변환 시트가 적층되는 순서는 서로 다른 종류의 광 변환 시트인 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트가 순차적으로 적층되도록 하며,
상기 제3 광 변환 시트와 제1 광 변환 시트 사이에 적층되는 상기 블랙시트를, 상기 제1 광 변환 시트와 제2 광 변환 시트 사이에 적층되는 블랙시트 또는 상기 제2 광 변환 시트와 제3 광 변환 시트 사이에 적층되는 블랙시트 보다 두꺼운 두께로 적층하고,
상기 복수의 광 변환 시트는 상면 또는 하면에 접착 물질을 도포하여 적층하며,
상기 복수의 광 변환 시트 및 상기 복수의 블랙시트는 각각 피더 롤러들로부터 공급되며, 압축 롤러에 의해 시트들이 압착되어 광 변환 블록을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 픽셀 분할 단계는
상기 픽셀 매트릭스를 열 단위로 절단하여 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 제조하는 단계; 및
상기 픽셀 어레이를 상기 픽셀 단위로 절단하여, 픽셀 단위의 발광 소자 패키지들을 제조하는 단계를 포함하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스 생성 단계는
상기 배열기판을 상기 광 변환 절편에 부착하는 단계; 및
상기 배열 기판에 포함된 각각의 발광소자를 픽셀단위로 구별하여 몰딩하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 픽셀 매트릭스 생성 단계는
상기 배열 기판에서 열 방향으로 연속되는 3개의 발광소자를 하나의 픽셀로 설정하고, 상기 픽셀에 포함되는 3개의 발광소자에는 서로 상이한 종류의 광 변환 시트가 위치하도록 상기 광 변환 절편을 부착하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트는, 기 설정된 파장의 빛이 입사되면, 입사되는 빛을 각각 레드, 그린, 블루 중 어느 하나의 빛으로 변환하여 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 발광소자는 블루 광을 출력하는 블루 LED(Light Emitting Diode)이고,
상기 제1 광 변환 시트, 제2 광 변환 시트 및 제3 광 변환 시트는, 각각 상기 블루 광을 레드 광으로 변환하거나, 블루 광을 투과하거나, 블루 광을 그린 광으로 변환하는 광 변환 시트인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 접착 물질은
형광체와 함께 배합되어 상기 복수의 광 변환 시트들 중 적어도 일부에 도포되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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