KR20060135848A

KR20060135848A - 발광 전환 요소를 포함하는 반도체 발광 소자 및 그의패키징 방법

Info

Publication number: KR20060135848A
Application number: KR1020067020239A
Authority: KR
Inventors: 마이클 양; 토마스 쥐. 콜만; 마리얀느 베세라
Original assignee: 크리 인코포레이티드
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-12-29
Also published as: TWI413272B; US7517728B2; US20050221519A1; JP5285271B2; US20090224277A1; US8039859B2; EP1730793A2; US20110006330A1; TWI452740B; EP1730793B1; TW201246629A; US7799586B2; US20120037931A1; JP2007531317A; WO2005098976A3; TW200603439A; WO2005098976A2

Abstract

발광 소자를 포함하는 공동 내에 제 1 분량의 봉지 물질을 투입하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법. 상기 공동 내의 제 1 분량의 봉지 물질은 선택된 형태의 경화된 상부 표면을 갖도록 처리된다. 발광 전환 요소가 처리된 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 제공된다. 상기 발광 전환 요소는 파장 전환 물질을 포함하고 공동의 가운데 영역에서의 두께가 공동의 측벽 근방에서보다 더 두껍다.

Description

발광 전환 요소를 포함하는 반도체 발광 소자 및 그의 패키징 방법 {Semiconductor light emitting devices including a luminescent conversion element and methods for packaging the same}

<관련 출원>

본 출원은 2004년 3월 31일에 출원된 미합중국 가출원 제60/558,314호 "Reflector Packages and Methods for Forming Packaging of a Semiconductor Light Emitting Device" 및 2004년 12월 21일에 출원된 미합중국 가출원 제60/637,700호 "Semiconductor Light Emitting Devices Including a Luminescent Conversion Element and Methods for Packaging the Same"의 우선권을 주장하며, 이들 출원에 개시된 내용은 본 출원에 전체가 설명된 것처럼 인용되어 포함된다.

<기술 분야>

본 발명은 반도체 발광 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 반도체 발광 소자의 패키징 및 패키징 방법에 관한 것이다.

발광 소자에서 나오는 빛에 대해 보호, 색채 선택, 포커싱 등을 제공할 수 있는 반도체 발광 소자형 광원이 패키지로 제공되는 것은 알려져 있다. 예를 들면, 상기 발광 소자는 발광 다이오드(LED: light emitting diode)일 수 있다. 광원으로 이용하기 위해 전력 LED를 패키징하면 다양한 문제점을 만날 수 있다. 도 1 및 도 2에 나타낸 전력 LED의 단면도를 참조하여 이러한 가능한 문제점의 예를 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 전력 LED 패키지(100)는 발광 소자(103)가 장착된 기판 부재(102)를 일반적으로 포함한다. 상기 발광 소자(103)는, 예를 들면, 상기 기판 부재(102) 위에 장착된 LED 칩/서브마운트 어셈블리(103b) 및 상기 LED 칩/서브마운트 어셈블리(103b) 위에 위치하는 LED(103a)를 포함할 수 있다. 상기 기판 부재(102)는 상기 패키지(100)를 외부 회로에 연결하기 위한 배선(trace) 또는 금속 리드(lead)를 포함할 수 있다. 상기 기판(102)은 작동하는 동안 상기 LED(103)로부터 열을 전도하여 제거하는 힛 싱크로서 작용할 수도 있다.

반사컵(104)과 같은 반사체가 상기 기판(102) 위에 장착되어 상기 발광 소자(103)를 둘러쌀 수 있다. 도 1에 나타낸 상기 반사컵(104)은 상기 LED(103)에서 생성된 빛을 위쪽 상기 LED 패키지(100)로부터 멀어지는 방향으로 반사하기 위해 각지거나 경사진 하부 측벽(106)을 포함한다. 도시된 상기 반사컵(104)은 상기 LED 패키지(100) 내에 렌즈(120)를 수용하기 위한 채널로서 작용할 수 있는, 상부로 연장되는 벽(105) 및 수평 어깨부(108)를 포함한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 발광 소자(103)가 상기 기판(102) 위에 장착된 후, 액체 실리콘 겔과 같은 봉지 물질(encapsulant material)(112)이 상기 반사컵(104)의 내부 반사 공동(115) 내에 주입된다. 도 1에 나타낸 상기 내부 반사 공동(115)은 상기 기판(102)에 의해 정의되는 바닥면을 갖고, 자신의 내부에 액체 봉지 물질(112)을 보유할 수 있는 폐쇄된 공동을 제공한다. 도 1에 자세히 보인 바와 같이, 상기 봉지 물질(112)이 상기 공동(115) 내부로 주입될 때, 상기 반사컵(104)의 측벽(105)의 내부면을 타고 올라 도시된 오목한 액위면(meniscus)을 형성할 수 있다.

그런 후, 도 2에 나타낸 바와 같이, 렌즈(120)가 상기 반사 공동(115) 내부에 봉지 물질(112)과 접촉하도록 위치될 수 있다. 상기 렌즈(120)가 상기 공동(115) 내에 위치할 때, 상기 액체 봉지 물질(112)은 이동하여 상기 렌즈(120)와 상기 측벽(105) 사이의 틈새(117)를 통해 움직일 수 있다. 따라서, 상기 봉지 물질은 상기 렌즈(120)의 위쪽 표면 위로 및/또는 상기 반사컵(104)의 측벽(105) 표면 위로 움직일 수 있다. 압착(squeeze-out)이라고도 불릴 수 있는 이러한 움직임은 수많은 이유로 인하여 일반적으로 바람직하지 않다. 기술된 패키지 배열에서, 만일 상기 봉지 물질이 렌즈 부착 단계 이전에 돔(dome) 형태의 액위면 모양으로 경화되지 않는다면 상기 렌즈는 하부 기단(shelf) 위에 앉게 될 것이다. 이것은 열적 순환(thermal cycling) 동안 렌즈가 부유(float)하지 못하게 할 수 있으며, 봉지 물질의 다른 표면으로의 박리에 의한 불량 또는 박리체(delaminate) 내에서의 접착 부족에 의한 불량을 일으킬 수 있으며, 이들은 모두 광 출력에 영향을 미칠 수 있다. 상기 봉지 물질 또는 겔은 일반적으로 점착성이 있고 각 부품을 생산하기 위해 사용되는 자동화된 공정 장비들을 방해할 수 있다. 게다가, 상기 겔은, 예를 들면, 광 분포 패턴을 변화시킴으로써 그리고/또는 상기 렌즈(120)의 일부분을 차단함으로써 상기 렌즈(120)로부터 나오는 광 출력을 방해할 수 있다. 상기 점착성의 겔은 상기 LED 패키지(100)로부터 나오는 광 출력을 차단하거나 감소시킬 수 있는 먼지, 오물 및/또는 다른 오염 물질을 유인할 수도 있다. 상기 겔은 유효 렌즈의 형태를 바꿀 수도 있는데, 이는 방사되는 광 패턴/빔 형태를 변화시킬 수 있다.

상기 렌즈(120)를 위치시킨 후, 상기 패키지(100)는 통상적으로 열 경화되어 상기 봉지 물질(112)의 고화 및 렌즈(120)에의 접착을 가져온다. 따라서, 상기 렌즈(120)는 경화된 봉지 물질(112)에 의해 제 위치에 고정될 수 있다. 그러나, 실리콘(silicone) 겔과 같이 경화에 따라 약간의 수축 인자를 갖는 봉지 물질들은 일반적으로 열 경화 공정 중 수축되는 경향이 있다. 또한, 열팽창계수(CTE: coefficient of thermal expansion) 효과는 일반적으로 고온에서 렌즈의 부유성이 더 높아진다. 냉각하는 동안, 부품들은 분리되려는 경향이 있다. 도 2에 나타낸 렌즈(120) 아래의 봉지 물질의 도시된 부피가 비교적 크기 때문에, 이러한 수축은 경화 공정 중에 상기 봉지 물질(112)이 상기 발광 소자(103), 기판(102)의 표면, 상기 반사컵(104)의 측벽(105), 및/또는 상기 렌즈(120)를 포함하는 상기 패키지(100)의 일부분으로부터 박리(이탈)되는 것을 가져올 수 있다. 상기 박리는 광학적 성능에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 특히 상기 박리가 다이와의 사이에 일어나는 때에는 내부 전반사를 일으킬 수도 있다. 이러한 수축은 상기 봉지 물질(112)과 상기 발광 소자(103), 렌즈(120), 및/또는 반사컵(104) 사이에 틈새 또는 공극(113)을 만들 수 있다. 상기 봉지 물질(112) 내의 3축 응력(tri-axial stress)은 상기 봉지 물질(112) 내에 접착성 방울(cohesive tear)(113')을 가져올 수도 있다. 이들 틈새(113) 및/또는 방울(113')은 상기 발광 소자 패키지(100)에 의해 방사되는 빛의 양을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 상기 수축은 균열부(즉, 반사체)로부 터 또는 소자의 하부(즉, 다이/서브마운트)로부터 공기 포켓을 당겨낼 수도 있고, 그러면, 공동의 광학적 성능을 방해할 수 있다.

램프의 동작 중에, 상기 발광 소자(103)로부터 많은 양의 열이 생성될 수 있다. 열의 상당 부분은 상기 패키지(100)의 힛 싱크 역할을 각각 할 수 있는 상기 기판(102) 및 반사컵(104)에 의해 소산될 수 있다. 그러나, 여전히 상기 패키지(100)의 온도는 작동 중에 현저하게 증가할 수 있다. 실리콘(silicone) 겔과 같은 봉지 물질(112)은 통상 높은 열팽창계수를 갖는다. 그 결과 상기 패키지(100)가 가열되는 경우, 상기 봉지 물질(112)은 팽창할 수 있다. 상기 렌즈(120)가 상기 반사컵(104)의 측벽(105)에 의해 정의되는 채널 내에 장착되어 있기 때문에, 상기 봉지 물질(112)이 팽창하고 수축함에 따라 상기 렌즈(120)는 상기 측벽(105) 내에서 위 아래로 움직일 수 있다. 상기 봉지 물질(112)의 팽창은 추후에 냉각되더라도 상기 봉지 물질이 공동 내부로 복원되지 않도록 상기 봉지 물질을 공간 내부로 또는 공동의 외부로 압출할 수 있다. 이는 박리, 공극, 더 높은 3축 응력 등을 일으켜 강건하지 못한 발광 소자를 가져올 수도 있다. 렌즈의 이러한 움직임은, 예를 들면, 미합중국 특허출원공개 제2004/0041222호에 상세히 기재되어 있다. 상기 측벽(105)은 상기 렌즈(120)를 기계적인 충격 및 응력으로부터 보호하는 것을 도울 수도 있다.

<발명의 개요>

본 발명의 구현예는 반도체 발광 소자의 패키징 방법을 제공한다. 발광 소자(발광 다이오드와 같이 복수개의 발광 소자일 수 있음)를 포함하는 공동 내에 제 1 분량의 봉지 물질이 투여되며, 상기 공동은 반사 공동(reflective cavity)일 수 있다. 상기 반사 공동 내 제 1 분량의 봉지 물질은 선택된 형태를 갖는 경화된 상부면을 형성하도록 처리된다. 발광 전환 요소(luminescent conversion element)가 제 1 분량의 처리된 봉지 물질의 상면 위에 제공된다. 상기 발광 전환 요소는 인광(phosphor) 및/또는 나노-크리스탈과 같은 파장 전환 물질을 포함하고, 반사 공동의 가운데 영역에서의 두께가 반사 공동의 측벽 근방 영역에서보다 더 두꺼운 두께를 갖는다.

상기 발광 전환 요소의 두께는 상기 발광 전환 요소가 가운데 영역으로부터 측벽 쪽으로 반경방향으로 바깥쪽으로 연장됨에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 상기 발광 전환 요소의 두께는 상기 발광 전환 요소의 최대 두께의 10 % 이상 변화할 수 있다. 상기 발광 전환 요소는 양면이 볼록하거나(biconvex), 평철(平凸, plano-convex)이거나, 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 방법은 원하는 렌즈 모양을 제공하는 봉지 물질의 볼록한 액위면을 상기 반사 공동 내에 형성하기 위해 상기 발광 전환 요소 위에 제 2 분량의 봉지 물질을 투여하는 것을 더 포함한다. 상기 제 2 분량의 봉지 물질은 경화되어 봉지 물질로부터 된, 패키지된 발광 소자용의 렌즈를 형성한다. 선택적인 구현예에서, 상기 방법은 제 2 분량의 봉지 물질을 상기 발광 전환 요소 위에 투입하는 단계 및 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질 위 반사 공동 내에 렌즈를 위치시키는 단계를 포함한다. 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질은 경화되어 상기 렌즈를 상기 반사 공동에 부착시킨다.

본 발명의 추가적인 구현예에서, 발광 전환 요소를 제공하는 단계는 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부면 위로 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 분량의 봉지 물질은 그 안에 파장 전환 물질을 포함한다. 상기 제 2 분량의 봉지 물질은 경화되어 상기 발광 전환 요소를 정의한다.

본 발명의 일부 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 양면이 볼록한(biconvex) 모양을 갖는다. 상기 선택된 형태는 오목하고 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하는 단계는 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하여 제 2 분량의 봉지 물질의 볼록한 상부면을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가적인 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 평철 모양을 갖고 상기 선택된 형태는 오목하다. 상기 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하는 단계는 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하여 제 2 분량의 봉지 물질의 평탄한 상부면을 형성하는 단계를 포함한다. 선택적인 평철 모양의 구현예에서, 상기 선택된 형태는 평탄하고, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하는 단계는 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하여 제 2 분량의 봉지 물질의 볼록한 상부면을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 갖고 상기 선택된 형태는 볼록하다. 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한 선택적인 구현예에서, 상기 선택된 형태는 오목하고, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하는 단계는 제 2 분량의 봉지 물질을 투입 및 경화하여 제 2 분량의 봉지 물질의 오목한 상부면을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가적인 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 처리하는 단계는 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 포함한다. 선택적인 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 처리하는 단계는 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 예비 경화(pre-curing)시켜 그의 상부면 위에 경화된 피층(skin)을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 발광 전환 요소를 제공한 다음에 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 더 포함한다. 상기 파장 전환 물질은 인광일 수 있으며, 상기 제 1 분량의 봉지 물질에는 인광이 실질적으로 없다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 예비-형성된 삽입물이고, 상기 예비-형성된 삽입물은 상기 처리된 제 1 분량의 봉지 물질의 상부면 위에 위치한다. 상기 예비-형성된 삽입물은 인광이 로딩(loading)되어 몰딩된 플라스틱 부품일 수 있다. 상기 예비-형성된 삽입물을 상기 상부면 위에 위치시키는 단계에 앞서 상기 예비-형성된 삽입물을 시험하는 단계가 선행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 패키징된 반도체 발광 소자는 반사체와 같은 몸체를 갖고, 상기 몸체는 공동을 정의하는 하부 측벽부를 가지며, 상기 공동은 반사 공동일 수 있는 몸체를 포함한다. 발광 소자는 상기 공동 내에 위치된다. 경화된 제 1 분량의 봉지 물질이 상기 발광 소자를 포함하는 공동 내에 제공된다. 발광 전환 요소는 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부면 위에 위치한다. 상기 발광 전환 요소는파장 전환 물질을 포함하고, 공동의 가운데 영역에서의 두께가 공동의 측벽 근방 영역에서의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는다. 상기 발광 전환 요소의 두께는 상기 발광 전환 요소가 가운데 영역으로부터 측벽 쪽으로 반경방향으로 바깥쪽으로 연장됨에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 상기 발광 전환 요소의 두께는 상기 발광 전환 요소의 최대 두께의 10 % 이상 변화할 수 있다.

본 발명의 일부 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 양면이 볼록하거나(biconvex), 평철(平凸, plano-convex)이거나, 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 가질 수 있다. 상기 발광 소자는 발광 다이오드(LED)일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 소자는 방사각(emission angle)의 180도(중심축으로부터 +/- 90도) 범위에 대하여 최대 색온도보다 단지 30% 아래인 최소 색온도를 갖는다. 상기 소자는 방사각의 180도(중심축으로부터 +/- 90도) 범위에 대하여 약 1000 K보다 작은 총 상관 색온도(CCT: correlated color temperature) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴(primary emission pattern)을 갖는다. 다른 구현예에서, 상기 소자는 방사각의 180도(중심축으로부터 +/- 90도) 범위에 대하여 또는 방사각의 120도(중심축으로부터 +/- 45도) 범위에 대하여 약 500 K보다 작은 총 CCT 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는다. 또 다른 구현예에서, 상기 소자는 방사각의 90도(중심축으로부터 +/- 45도) 범위에 대하여 500 K 보다 작은 총 상관 색온도(CCT: correlated color temperature) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는다.

본 발명의 다른 추가적인 구현예에서, 패키징된 반도체 발광 소자는 공동을 정의하는 측벽부를 갖는 몸체와, 상기 공동 내에 위치된 발광 소자를 포함한다. 경화된 제 1 분량의 봉지 물질이 발광 소자를 포함하는 공동 내에 있고, 발광 전환 요소가 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부면 위에 있다. 상기 발광 전환 요소는 파장 전환 물질을 포함한다. 상기 패키징된 반도체 발광 소자는 180도(중심축으로부터 +/- 90도) 범위의 방사각에 대하여 2000 K보다 작은 상관 색온도(CCT: correlated color temperature) 변화를 보인다.

도 1 및 도 2는 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 측단면도들이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 패키징 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 4a는 본 발명의 일 구현예에 사용하기에 적합한 발광 소자 패키지를 나타낸 평면도이다.

도 4b는 도 4a의 발광 소자 패키지를 나타낸 측단면도이다.

도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 평면도이다.

도 5b는 도 5a의 발광 소자 패키지를 나타낸 측단면도이다.

도 6은 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측단면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측단면도이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 11은 본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 조작을 나타낸 순서도이다.

도 12는 본 발명의 다른 일부 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 조작을 나타낸 순서도이다.

도 13은 본 발명의 다른 추가적인 구현예에 따른 발광 소자의 패키지 조작을 나타낸 순서도이다.

도 14는 빛이 층을 통과하여 이동하는 경로 길이를 나타낸 개념도이다.

도 15는 발광 다이오드(LED) 방사 패턴에 대한 색온도의 극좌표 플롯이다.

도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 발광 전환 요소를 포함하는 발광 소자를 패키징하는 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 다른 구현예에 따른 발광 전환 요소를 포함하는 발광 소자를 패키징하는 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일부 다른 구현예에 따른 발광 전환 요소를 포함하는 발광 소자를 패키징하는 방법을 나타낸 측단면도들이다.

도 19는본 발명의 일부 추가적인 구현예에 따른 발광 소자를 패키징하는 조 작을 나타낸 순서도이다.

도 20a는 본 발명의 발광 전환 요소가 없는 상부-방울형(glob-top type) 반도체 발광 소자의 발광 다이오드(LED) 방사 패턴에 대한 색온도의 극좌표 플롯이다.

도 20b는 본 발명의 일부 구현예에 따라 발광 전환 요소를 갖는 반도체 발광 소자의 발광 다이오드(LED) 방사 패턴에 대한 색온도의 극좌표 플롯이다.

도 21a 및 도 21b는 발광 전환 요소가 없이 패키지된 반도체 발광 소자의 근접장 방사 패턴의 디지털 분석된 플롯들이다.

도 22a 및 도 22b는 본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 전환 요소를 포함하여 패키지된 반도체 발광 소자의 근접장 방사 패턴의 디지털 분석된 플롯들이다.

이하에서는 본 발명의 구현예들을 나타낸 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 이들 구현예들은, 오히려, 본 발명의 개시가 보다 완전하도록 하기 위해 제공되는 것이며 또한 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서, 층 및 영역의 크기 및 상대적인 크기는 발명을 명확하게 설명하기 위해 과장되어 있을 수 있다. 시종 동일한 부재 번호는 동일한 요소를 가리킨다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위에" 있다고 언급되는 경우, 이는 다른 요소 위에 직접 있을 수도 있고 개재되는 요소가 있을 수도 있음은 이해 될 것이다. 표면과 같이 어느 요소의 일부가 "내부"라고 언급되면, 이는 그 요소의 다른 부분보다 소자의 외부에서 더 먼 것을 나타냄은 이해될 것이다. 또한, 도면에 나타낸 것과 같은 일 층 또는 영역의 기판 또는 기층에 대한 상대적인 다른 층 또는 영역에 대한 관계를 기술하기 위해 "밑에(beneath)" 또는 "위에(overlie)"와 같은 상대적인 용어가 여기서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에 나타낸 방향뿐만 아니라 소자의 상이한 방향들을 포괄하기 위해 의도되었다. 마지막으로, "직접"이라는 용어는 개재되는 요소가 없음을 의미한다. "및/또는"이라는 용어는 여기에서 사용될 때, 관련되어 열거된 항목의 하나 이상의 어느 것 또는 이들의 조합을 모두 포함한다.

여러 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 여기에 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 한정되어서는 아니됨을 이해할 것이다. 이들 용어들은 하나의 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 다른 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션과 구별하기 위해 사용되었을 뿐이다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션은 애당초 제 2 요소, 구성부, 영역, 층 및/또는 섹션으로 명명하였더라도 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않는다.

이하에서는 반도체 발광 소자(103)를 패키징하기 위한 본 발명의 여러 구현예를 설명한다. 반도체 발광 소자(103)라는 용어는 여기서 사용될 때 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및/또는 다른 반도체 소자를 포함할 수 있다. 상기 다른 반도체 소자는 실리콘, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 반도체 물질 을 포함할 수 있는 하나 이상의 반도체 층, 사파이어, 실리콘, 실리콘 카바이드 및/또는 다른 마이크로 전자 기판을 포함하는 기판, 금속 및/또는 다른 도전층을 포함할 수 있는 하나 이상의 콘택층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 자외선, 청색 및/또는 녹색 발광 다이오드("LED")가 제공될 수 있다. 적색 및/또는 앰버(amber) LED도 제공될 수 있다. 반도체 발광 소자(103)의 설계 및 제조는 당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있고 여기서 상세히 설명할 필요가 없다.

예를 들면, 상기 반도체 발광 소자(103)는 미합중국 북캐롤라이나 더햄(Durham)의 크리사(Cree, Inc.)에서 제조 판매되는 소자와 같이 실리콘 카바이드 기판 위에 제조되는 갈륨 질화물계 LED 또는 레이저일 수 있다. 본 발명은 미합중국 특허 제6201262호, 제6187606호, 제6,120,600호, 제5,912,477호, 제5,739,554호, 제5,631,190호, 제5,604,135호, 제5,523,589호, 제5,416,342호, 제5,393,993호, 제5,338,944호, 제5,210,051호, 제5,027,168호, 제5,027,168호, 제4,966,862호, 및/또는 제4,918,497호에 기재된 LED 및/또는 레이저와 함께 사용되는 것이 적합할 수 있다. 이들 미국특허들의 개시 내용은 본 발명에 모두 설명된 것처럼 본 발명에 인용되어 결합된다. 2003년 1월 9일 간행된 미합중국 특허공개 제2003/0006418A1호 "Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, GroupIII Nitride Based Quantum Well Structures and GroupIII Nitride Based Superlattice Structures", 및 간행된 미합중국 특허공개 제2002/0123164A1호 "Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor"에는 다른 적합한 LED 및/또는 레이저가 기재되어 있다. 또한, 2003년 9월 9일에 출원된 미합중국 출원 일련번호 제10/659,241호 "Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Methods Therefor"에 기재된 것과 같은 인광 코팅된 LED도 본 발명의 구현예에 사용되기에 적합할 수 있다. 상기 미합중국 출원 일련번호 제10/659,241호의 개시 내용은 본 발명에 모두 설명된 것처럼 본 발명에 인용되어 결합된다. 상기 LED 및/또는 레이저는 기판을 통해 빛이 방사되어 작동되도록 구성될 수 있다. 그러한 구현예에서, 상기 기판은, 예를 들면, 앞서 인용한 미합중국 특허공개 제2002/0123164A1호에 개시된 것처럼 기판이 소자의 광 출력을 향상시킬 수 있게 패턴될 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 11에 도시된 다양한 구현예들을 참조하여 본 발명의 구현예들을 설명한다. 더욱 구체적으로, 발광 소자(103)의 패키징에 사용될 수 있는 2중 경화 봉지 공정의 일부 구현예를 도 3a 내지 도 3c에 나타내었다. 이러한 2중 경화 봉지 공정은 경화 중에 발생하는 봉지 물질의 수축과 관련된 문제들을 감소시킬 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 본 발명의 일부 구현예에서, 2중 경화 공정은 3회의 투입 조작과 2회의 경화 조작을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 구현예에서의 발광 소자를 패키징할 때 더 많거나 더 적은 수의 투입 조작 및 경화 조작이 사용될 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 기재되는 바와 같이, 본 발명의 구현예들은 제 1 경화 조작이 이어지고, 계속하여 렌즈를 부착하기 위한 투입 및 경화 조작의 다른 세트가 후속되는 다중 투입 조작을 포함한다.

도 3a에 나타낸 바와 같이,. 도시된 것과 같은 두 개의 봉지 물질 부분(112, 114)을 포함하는 미리 결정된 제 1 분량의 봉지 물질이 공동(115) 내에 투입된다. 상기 봉지 물질(112, 114)은, 예를 들면, 액체 실리콘 겔, 에폭시 등일 수 있다. 제 1 부분(112)은 발광 소자(103)의 노출된 표면부를 적시기 위해, 더욱 구체적으로는 상기 발광 소자(103)의 LED 칩/서브마운트 조립체(101) 및 기판(102)을 적시기 위해 투입될 수 있다. 상기 반사컵(104)의 일부분도 상기 초기 투입에 의해 적셔질 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 부분(112)으로서 투입되는 봉지 물질의 양은 발광 소자(103)의 높이를 넘을 정도로 반사 공동을 채우지 않고 발광 소자(103)를 적시기에 충분하다. 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제 1 부분(112)으로서 투입되는 봉지 물질의 양은 상기 봉지 물질(112) 내에 공기 포켓을 형성하지 않으면서 상기 발광 소자(103)를 실질적으로 덮기에 충분하다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 상기 발광 소자는 상기 반사 공동(115)의 중심점(115m) 근방에 위치한다. 상기 봉지 물질은 중심점(115m)으로부터 떨어진 지점(115d)에 상기 봉지 물질(112)이 상기 발광 소자(103) 위에 직접 투입되지 않도록 반사 공동(115)의 측벽(105)을 향하여 투입기(200)로부터 투입될 수 있다. 봉지 물질(112)을 상기 발광 소자(103) 위에 직접 투입하면, 상기 봉지 물질(112)이 발광 소자(103)의 구조물을 위로 넘어가면서 기포가 포획되어 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 봉지 물질(112)은 이격(offset) 투입 대신 또는 이격 투입과 더불어 발광 소자(103) 다이의 위에 투입된다. 봉지 물질(112)을 투입하는 단계는 투입기(200) 말단에 상기 봉지 물질(112)의 비드(bead)를 형성하 는 단계 및 상기 비드를 상기 투입기로부터 투입하기 위해 형성된 상기 비드를 반사 공동(115) 및/또는 상기 발광 소자(103)에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

투입에 사용되는 물질의 점도 및/또는 다른 물성은, 예를 들면, 기포 형성 없이 적심(wetting)이 일어나도록 선택될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 적시는 속도를 빠르게/느리게하기 위해 투입되는 물질에 의해 접촉되는 표면에 코팅을 가할 수 있다. 예를 들면, 오일 필름과 같이 미세한 잔사물을 남기는 알려진 세정 절차를 이용하여 선택된 표면을 처리하고, 따라서 적시는 작용의 다이나믹스를 처리하는 데 이용될 수 있다.

상기 공동(115)을 정의하는 반사컵(104), 발광 소자(103), 및 봉지 물질(112)의 내부 표면의 표면 성질로 인하여, 투입된 봉지 물질(112)은 상기 공동(115)의 중심점(115m)으로부터 떨어진 지점(115d)으로부터 투입될 때에도 여전히 상기 봉지 물질(112) 내에 기포가 발생될 수 있는 방식으로 상기 공동(115) 내로 흘러들어갈 수 있다. 특히, 상기 봉지 물질(112)은 발광 소자(103)의 상부 위보다 상기 반사컵(104)의 내부 표면 및 발광 소자(103)의 측벽 주위에 더욱 신속하게 움직이거나 타고 오를(wick) 것으로 기대된다. 그 결과, 옆으로 흐르는 봉지 물질이 만난 후 봉지 물질이 발광 소자(103)의 상부 위로 흐름으로써 국지적으로 공기가 측면으로 흘러 나갈 출구 없이 위에서 투입되는 경우에, 공동 내에서 봉지 물질이 투입되는 쪽의 반대쪽에 기포가 포확될 수 있다.

따라서, 투입되는 봉지 물질(112)의 제 1 부분의 양은 그러한 기포가 형성될 위험을 줄이거나 방지하도록 선택되어야 한다. 그러한 견지에서, 여기서 사용될 때, 발광 소자(103)를 "실질적으로" 덮는다는 언급은 제 1 분량의 봉지 물질(112, 114)의 나머지 부분(114)이 투입될 때 그러한 기포가 생기지 않도록 상기 발광 소자(103)의 구조물을 충분히 덮는 것을 의미한다.

초기에 투입된 상기 봉지 물질(112)을 정착시킨 후, 제 1 소정 분량의 봉지 물질 중 제 2 부분(114)를 상기 반사 공동(115) 내로 투입한다. 봉지 물질의 상기 제 2 부분(114)은, 본 발명의 일부 특정 구현예에서, 상기 제 1 부분(112)의 약 2배이다.

상기 제 1 분량의 봉지 물질(112, 114)를 투입한 후, 상기 제 1 분량의 봉지 물질(112, 114)을, 예를 들면, 열처리에 의해 경화시켜 상기 봉지 물질(112, 114)을 고화시킨다. 경화시킨 후, 상기 반사 공동(115) 내의 봉지 물질(112, 114)의 높이는 봉지 물질(112, 114)의 수축에 따른 결과 레벨(114a)에서 레벨(114b)로 떨어질 수 있다.

본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 부분(112)은 상기 제 2 부분(114)이 상기 반사 공동(115) 내로 투입되기 전에 경화된다. 예를 들면, 상기 패키지(100)로부터 방사되는 빛의 특성에 영향을 미치기 위해 상기 봉지 물질(112, 114)에 인광, 나노-크리스탈 등과 같은 광 전환 물질을 첨가하는 것이 알려져 있다. 여기서는 설명의 목적으로 광 전환 물질로서 인광(phosphor)을 언급한다. 그러나, 인광 대신 다른 광 전환 물질도 사용될 수 있음은 이해될 것이다. 상기 패키지(100)에 대하여 원하는 색 스펙트럼 및/또는 색온도 튜닝에 따라, 인광은 방사체(emitter)(103b)에 이웃하여 위치할 때, 다시 말해 상기 발광 소자(103)의 상부 위에 직접 있을 때 가장 유리하게 이용될 수 있다. 그러한 견지에서, 제 1 부분(112)에는 인광을 포함하지 않는 반면 제 2 부분(114)에는 인광을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 상기 제 1 부분(112)이 상기 제 2 부분(114)의 아래에 있기 때문에, 인광이 상기 제 2 부분(114)으로부터 상기 제 1 부분(112) 내로 침전되어 들어감으로써 제 2 부분(114)에 인광을 첨가하는 유효성이 감소할 수 있다. 따라서, 이러한 침전을 제한하기 위해 상기 제 1 부분(112)에 인광이 첨가될 수 있고, 그리고/또는 상기 제 1 부분(112)은 상기 제 2 부분(114)을 투입하기 전에 경화될 수 있다. 다중 투입 방법을 이용하면 광 전환을 위해 원하는 구성을 갖는 인광 프리폼(preform)/물의 첨가가 허용될 수 있다. 또한, 다중 투입은, 예를 들면, (즉, 상이한 굴절율을 갖는 투입된 두 물질 사이의 계면에서 형성된) 매몰 렌즈를 제공하기 위해 상이한 굴절율을 갖는 물질의 사용을 허용할 수도 있다.

도 3b에 나타낸 바와 같이, 제 2 분량의 봉지 물질(116)이 상기 반사 공동(115) 내의 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(112, 114) 위로 소정량 투입된다. 본 발명의 어떤 특정 구현예에서, 상기 제 2 분량(116)은 상기 제 1 분량의 봉지 물질(112, 114)의 제 1 부분(112)와 거의 동일하다. 상기 제 2 분량(116)에 인광이 실질적으로 없을 수 있지만, 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제 2 분량(116) 내에 인광이 포함될 수도 있다.

도 3c에 보인 바와 같이, 상기 제 2 분량의 봉지 물질(116)을 경화하기 전에, 렌즈(120)가 상기 반사 공동(115) 내 상기 제 2 분량의 봉지 물질(116) 위에 위치된다. 그런 후, 상기 제 2 분량의 봉지 물질(116)을, 예를 들면, 가열하여 상 기 봉지 물질(116)을 경화시켜 굳히고 상기 렌즈(120)를 상기 반사 공동(115) 내에 부착시킨다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 패키지(100) 내에 상기 발광 소자(103)를 봉지시키기 위해 위에서 설명한 2중 경화 공정을 사용하면, 경화된 봉지 물질(112, 114, 116)이 상기 발광 소자(103), 렌즈(120) 및/또는 상기 반사컵(104)으로부터 박리(delamination)되는 것을 줄일 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 반사컵(104)을 도 4a 및 도 4b에 더욱 상세히 나타내었다. 도 4a는 상부 측벽(105)의 상부면, 하부 측벽(106) 및 상기 상부 측벽(105)과 상기 하부 측벽(106) 사이의 실질적으로 수평인 어깨 측벽 부분(108)을 나타낸 반사컵(104)의 상부에서 바라본 평면도이다. 도 4b는 상기 도 4a의 B-B 선을 따라 취한 상기 반사컵(104)의 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 다양한 구현예에 따른 반사컵의 선택적인 구성을 그러한 선택적인 반사컵 구성을 이용한 발광 소자의 패키징 방법과 함께 설명한다. 본 발명의 다양한 구현예에서, 이들 선택적인 반사컵의 구성은 상기 반사컵 내의 봉지 물질 내로 렌즈가 삽입될 때 봉지 물질이 압착되는 빈도 및/또는 양을 감소시킬 수 있다. 도 5a 내지 도 5b, 도 6 및 도 7은 이하에서 설명할 다양한 선택적인 반사체의 구성을 나타낸다. 도 5a는 반사컵(4)의 상부 평면도이고, 도 5b는 상기 도 5a의 B-B 선을 따라 취한 상기 반사컵(4)의 단면도이다. 도 6은 반사컵(4A)의 단면도이고, 도 7은 반사컵(4B)의 단면도이다. 도시된 각 반사컵(4, 4A, 4B)은 상부 측벽(5), 비스듬한 하부 측벽(6) 및 상기 상부 측벽(5)과 하부 측벽(6) 사이의 수평의 어깨 부분(8)을 포함하며 이들은 함께 반사 공동(15)을 정의한다. 여기서, 상기 어깨 부분(8)에 관하여 사용될 때, "수평"이라 함은 상기 어깨 부분(8)이 상기 하부 측벽 부분(6)과 상기 상부 측벽 부분(5) 사이에서 연장되는 일반적인 방향을 지칭하는 것이지(즉, 하부 측벽 부분(6) 및 상부 측벽 부분(5)을 비교하였을 때), 그의 어느 중간 부분의 어깨 부분(8)의 특정 각도를 지칭하는 것이 아니다(예를 들면, 도 7에서 하부 측벽 부분(6) 및 상부 측벽 부분(5) 사이의 수직 높이가 다른 구조물에 맞춰 실제로 변화될 수 있는 점을 참조). 또한, 상기 각 반사컵(4, 4A, 4B)은 상기 하부 측벽(6)을 둘러싸는 외호(外濠)(18)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 상기 외호(18)는 가장자리(즉, 돌출 가장자리)(22)에 의해 상기 하부 측벽(6)으로부터 분리된다. 상기 외호(18)는 상기 어깨 부분(8)에 형성된 것으로 도시된다.

도 5a 내지 도 5b의 구현예에서, 상기 외호(18)는 스탬핑(stamping)에 의해 형성될 수 있다. 이 경우 상기 외호(18)와 상기 하부 측벽(6) 사이의 가장자리(22)는 평평한 표면이 아닌 날카로운 가장자리를 가질 수 있다. 그러나, 이용되는 제조 방법의 한계로 인하여, 도 5b에 개념적으로 나타낸 상기 가장자리(22)의 평평한 표면은 실제로는 더 둥근 단면을 가질 수 있음은 이해될 것이다. 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 과도하게 둥근 단면을 갖는 것은 바람직하지 않을 수 있다.

이하에서는 도 6의 단면도를 참조하여 반사컵(4A)의 추가적인 구현예를 설명할 것이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 외호(18)가 상기 상부 측벽(5) 및 하부 측벽(6) 사이에 형성된다. 제 1 또는 내부 가장자리(22)는 상기 하부 측벽(6)을 상 기 제 1 외호(18)로부터 분리한다. 상기 상부 측벽(5) 및 상기 제 1 외호(18) 사이에는 제 2 외호(24)가 형성된다. 제 2 또는 외부 가장자리(26)가 상기 제 2 외호(24)를 상기 제 1 외호(18)로부터 분리한다.

이하에서는 도 7의 단면도를 참조하여 반사컵(4B)의 또 다른 추가적인 구현예를 설명할 것이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제 1 외호(18)가 상기 상부 측벽(5) 및 상기 하부 측벽(6) 사이에 형성된다. 제 1 또는 내부 가장자리(22)는 상기 하부 측벽(6)을 상기 제 1 외호(18)로부터 분리한다. 상기 상부 측벽(5) 및 상기 제 1 외호(18) 사이에는 제 2 외호(24)가 형성된다. 제 2 또는 외부 가장자리(26')가 상기 제 2 외호(24)를 상기 제 1 외호(18)로부터 분리한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 가장자리(26')는 상기 제 1 가장자리(22)에 비교하여 높이가 높다.

본 발명의 특정 구현예에서, 상기 제 1 가장자리(22)는 약 50 마이크로미터(㎛) 미만의 곡률 반경을 갖는 피크를 갖고, 상기 제 2 가장자리(26, 26')는 약 50 ㎛ 미만의 곡률 반경을 갖는 피크를 갖는다. 상기 제 1 외호(18) 및 제 2 외호(24)는 상기 수평 어깨 부분(8)의 스탬프된 구조물일 수 있다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 외호(24)는상기 제 2 가장자리(26, 26')로부터 상기 상부 측벽 부분(5)까지 연장되는 폭을 가질 수 있다.

본 발명의 일부 구현예에서, 경사진 하부 측벽 부분(6)은 실질적으로 원뿔의 형태(conical)일 수 있고, 500 ㎛ 발광 소자 칩에 대하여 약 1.9 밀리미터(mm)부터 900 ㎛ 발광 소자 칩에 대하여 약 3.2 mm까지의 최소 지름을, 그리고 500 ㎛ 발광 소자 칩에 대하여 약 2.6 밀리미터(mm)부터 900 ㎛ 발광 소자 칩에 대하여 약 4.5 mm까지의 최대 지름을, 그리고 약 0.8 mm 내지 약 1.0 mm까지의 높이를 가질 수 있다. 상기 상부 측벽 부분은 실질적으로 타원형(oval)일 수 있으며 약 3.4 mm 내지 약 5.2 mm의 내부 지름과 약 0.6 mm 내지 약 0.7 mm의 높이를 갖는다. 수평 어깨 부분은 하부 측벽 부분과 상부 측벽 부분 사이에 약 0.4 mm 내지 약 0.7 mm의 폭을 가질 수 있다. 여기서 사용될 때, "타원형" 및 "원뿔의 형태"라는 용어는 원형, 실린더형 및 다른 모양을 포괄할 목적으로 사용되었음은 이해될 것이다. 발광 소자(103)용 반사체를 제공하기 위해 기판(2)과 결합하여 또는 다른 방법으로 작동되고 그 내부에 봉지 물질(12, 14, 16)을 유지 및 경화시킬 수 있는 상기 반사컵(4, 4A, 4B)을 형성하기 위해 사용되는 제조 기술에 근거한 불규칙한 형태도 포함된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 외호(18)는 약 0.3 mm 내지 약 0.4 mm의 폭을 갖고, 상기 제 2 외호(24)는 약 0.3 mm 내지 약 0.4 mm의 폭을 갖는다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 외호(18)의 가장자리는 상기 하부 측벽 부분(6)의 바닥 끝(즉, 기판(2)의 상부 표면)에 대하여 약 0.79 mm 내지 약 0.85 mm의 높이를 갖는 제 1 가장자리(22)일 수 있고, 상기 제 2 외호(24)의 가장자리는 상기 하부 측벽 부분(6)의 바닥 끝에 대하여 약 0.79 mm 내지 약 0.85 mm의 높이를 갖는 제 2 가장자리(26)일 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같은 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제 1 가장자리(22)는 상기 제 1 가장자리(22)는 상기 하부 측벽 부분의 바닥 끝에 대하여 약 0.79 mm 내지 약 0.85 mm의 높이를 갖고, 상기 제 2 가장자리(26')는 상기 하부 측 벽 부분의 바닥 끝에 대하여 약 0.9 mm 내지 약 1.0 mm의 높이를 갖는다.

본 발명의 다양한 구현예에서, 상기 반사컵(4, 4A, 4B)은 상기 발광 소자(103)를 반사컵(4, 4A, 4B) 내에 패키징할 때 액위면의 제어를 제공할 수 있다. 상세히 후술하는 바와 같이, 앞서 설명된 2중 경화 방법과 결합되는 경우, 봉지물질의 상이한 투입에 대하여 뚜렷하게 볼록한 액위면도 제공할 수 있고, 그 결과 도밍(doming) 불량의 빈도도 감소될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 제공된 액위면의 제어가 원하는 깊이 및/또는 각도로 렌즈를 배치하는 어려움을 감소시킬 수 있고, 렌즈의 상부면 위로 봉지 물질이 압착되거나 렌즈와의 모세관 현상에 의해 올라오는(wicking) 것이 감소하거나 그리고/또는 패키지된 발광 소자의 광학적 특성의 구성을 고려할 수 있다. 예를 들면, 인광이 로딩된 봉지 물질의 도밍(볼록 액위면)을 패키지 중심부 위에 형성함으로써 상기 패키지의 중심(중심부)에 인광을 집중시킬 수 있다.

상기 공정에서 다중 액위면 제어 기술을 다양한 투입 및/또는 경화와 조합하여 사용함으로써 상이한 광학적 패턴(화면각(viewing angle), 커스텀 색 스펙트럼, 색온도 튜닝 등)이 제공될 수 있다. 예를 들면, 인광이 로딩된 물질을 높은 봉우리를 갖는 돔(dome)의 형태로 사용하면, 발광 소자로부터 인광 로딩된 물질을 통한 빛의 경로 길이를 더욱 균일하게 제공함으로써 백색 온도 발광의 색 스펙트럼 균일도가 더 우수하고 반사컵의 가장자리 쪽의 황색 편이가 감소할 수 있다. 유사하게, 원하는 경우에는, 더 평평한 돔을 사용함으로써 중심부의 백색으로부터 가장자리에서의 황색까지 더 큰 색 스펙트럼 변화를 제공할 수도 있다. 렌즈가 아닌 다른 구 조물에 의해 보호와 관련된 기능이 제공되는 본 발명의 일부 다른 구현예에서, 액위면 제어는 봉지 물질을 렌즈로 이용하고 원하는 렌즈 형태를 제공하도록 액위면을 구성함으로써 렌즈 없이 발광 소자를 패키징할 수 있게 할 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일부 구현예에 따라 액위면 제어에 대하여 반사컵의 구조적 특성을 이용하여 발광 소자를 패키징하는 방법을 나타낸다. 도 8a 내지 도 8c에 나타낸 조작들은 도 5a 내지 도 5b에 나타낸 반사컵(4) 및 역시 앞서 설명한 2중 경화 조작을 이용한다. 도 8a에 나타낸 바와 같이, 패키지(10A)의 반사 공동(15) 내에 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 투입된다. 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제 1 분량(14)은 별도의 적심(wetting) 투입 및 제 2 투입을 이용하여 투입될 수 있다. 투입되는 봉지 물질의 양을 적절히 조절하면 표면 장력으로 인하여 상기 봉지 물질(14)이 상기 가장자리(22)에 달라붙어 도 8a에 나타낸 바와 같이 14A로 표시한 높이를 갖는 볼록한 액위면을 형성할 것이다. 따라서, 상기 가장자리(22)는 투입된 봉지 물질(14)이 상기 상부 측벽(5)을 접촉하여 이를 타오르거나 도 1에 나타낸 바와 같은 오목한 액위면을 형성하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

투입된 상기 봉지 물질(14)은, 예를 들면, 가열에 의해 경화될 수 있으며, 14B로 나타낸 높이까지 수축해 내려올 수 있다. 도 8B에 나타낸 바와 같이, 그런 후 경화된 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14) 위의 공동(15) 내에 제 2 분량의 봉지 물질(16)을 투입한다. 일부 구현예에서, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 제 2 분량의 봉지 물질(16) 역시 동일한 가장자리(22)에 달라붙어 볼록한 액위면을 형성할 수도 있다. 다른 구현예에서, 상기 가장자리(22)는 그 위에 내부 가장자리 및 외부 가장자리를 갖고, 제 1 분량의 봉지 물질(14)은 내부 가장자리에 달라붙고, 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 외부 가장자리에 달라붙을 수 있다. 따라서, 상기 제 2 분량의 봉지 물질은 상부 측벽(5)을 접촉하거나 타고 올라 오목한 액위면을 형성하지 않게 될 수 있다.

도 8c를 참조하면, 상기 렌즈(20)는 반사 공동(15) 내에 삽입되며 아직 경화되지 않은 액체 봉지 물질(16)과 접촉시켜 진다. 그로 인해, 상기 봉지 물질(16)은 상기 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 나간다. 그러나, 본 발명의 일부 구현예에서, (도 2에 나타낸 것과 같이) 반사컵과 렌즈의 노출된 상부면 위로 압착되어 나가는 대신, 과량의 봉지 물질(16)은 외호(18) 내부로 밀려들어가 여기에 수납되며, 따라서 상기 렌즈(20)가 삽입되어 도 8b에 보인 볼록한 액위면이 대체된 후에도 상기 측벽(5)을 상기 봉지 물질(16)이 타고 오르는 것이 제한된다. 그런 후, 상기 봉지 물질(16)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 상기 패키지(10A) 내에 부착시키고 고화된다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일부 구현예에 따라 액위면 제어에 관한 반사컵의 구조적인 특성을 이용하여 발광 소자를 패키징하는 방법을 나타낸다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 조작들은 도 6에 나타낸 반사컵(4A) 및 앞서 설명한 2중 경화 조작을 이용한다. 도 9a에 나타낸 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 상기 패키지(10B)의 반사 공동(15) 내에 투입된다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)은 별도로 제 1 (적심) 투입분과 상기 발광 소자를 적신 후 에 투입되는 제 2 투입분을 이용하여 투입할 수 있다. 투입되는 봉지 물질의 분량을 적절히 제어하면, 표면 장력으로 인하여 이 액체 봉지 물질(14)이 도 9a에 나타낸 바와 같이 내부 가장자리(22)에 달라 붙으며 14A로 표시한 높이로 볼록한 액위면을 형성할 것이다. 따라서, 상기 내부 가장자리(22)는 투입된 봉지 물질(14)이 상부 측벽(5)과 접촉하여 타고 오름으로써 도 1에 나타낸 바와 같은 오목한 액위면을 형성하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

상기 투입된 봉지 물질(14)은, 예를 들면, 가열에 의하여 경화되고, 14B로 표시한 높이로 수축되어 내려갈 수 있다. 도 9b에 나타낸 바와 같이, 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 그 후 상기 반사 공동(15) 내 상기 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(14) 위로 투입된다. 일부 구현예에서, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 외부 가장자리(26)에 달라붙어 볼록한 액위면을 형성한다. 따라서, 상기 외부 가장자리(26)는 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)이 상기 상부 측벽(5)과 접촉하여 타고 오름으로써 도 1에 나타낸 바와 같은 오목한 액위면을 형성하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

도 9c를 참조하면, 상기 렌즈(20)는 반사 공동(15) 내로 삽입되며 아직 경화되지 않은 액체 봉지 물질(16)과 접촉시켜 진다. 그로 인해, 상기 봉지 물질(16)은 상기 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 나간다. 그러나, 본 발명의 일부 구현예에서, (도 2에 나타낸 것과 같이) 반사컵과 렌즈의 노출된 상부면 위로 압착되어 나가는 대신, 과량의 봉지 물질(16)은 제 2 외호(24) 내부로 밀려들어가 여기에 수납되며, 따라서 상기 렌즈(20)가 삽입되어 도 9b에 보인 볼록한 액위면이 대체된 후 에도 상기 측벽(5)을 상기 봉지 물질(16)이 타고 오르는 것이 제한된다. 그런 후, 상기 봉지 물질(16)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 상기 패키지(10B) 내에 부착시키고 고화된다.

본 발명의 일부 구현예에서, 도 9c는 경화된 상기 봉지 물질(14)이 상기 렌즈(20)의 높이(위치한 깊이) 제어를 제공하기 위해 멈추개로서 사용될 수 있음을 나타낸다. 상기 렌즈(20)의 위치 조정에 관한 이러한 제어는 더욱 일관된 광학적 특성을 갖는 부품의 제조를 용이하게 할 수 있다.

도 9c에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 봉지 물질(16)의 필름이 렌즈(20)와 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(14) 사이에 잔존한 채 상기 렌즈(20)가 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(14)과 접촉하고서야 비로소 렌즈(20)가 공동 내부로 진입하여 위치한다. 따라서, 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 렌즈(20)가 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)에 의해 정해지는 위치까지 진입할 수 있도록 상기 소자는 구성될 수 있다. 본 발명의 다양한 구현예에서 상기 위치는 상기 렌즈(20)가 경화된 상기 봉지 물질(14)과 접촉 또는 비접촉한 상태로 정해질 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일부 구현예에 따른, 액위면 제어를 위한 반사컵의 구조적 특성을 이용한 발광 소자의 패키징 방법을 나타낸다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 조작은 도 7에 나타낸 반사컵(4B) 및 앞서 설명한 2중 경화 조작들을 이용한다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 상기 패키지(10C)의 반사 공동(15) 내에 투입된다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)은 별도의 (적심) 투입분과 제 2 투입분을 이용하여 투입할 수 있다. 투입되는 봉지 물질의 분량을 적절히 제어하면, 표면 장력으로 인하여 이 액체 봉지 물질(14)이 도 10a에 나타낸 바와 같이 내부 가장자리(22)에 달라붙으며 14A로 표시한 높이로 볼록한 액위면을 형성할 것이다. 따라서, 상기 내부 가장자리(22)는 투입된 봉지 물질(14)이 상부 측벽(5)과 접촉하여 타고 오름으로써 도 1에 나타낸 바와 같은 오목한 액위면을 형성하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

상기 투입된 봉지 물질(14)은, 예를 들면, 가열에 의하여 경화되고, 14B로 표시한 높이로 수축되어 내려갈 수 있다. 도 10b에 나타낸 바와 같이, 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 그 후 상기 반사 공동(15) 내 상기 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(14) 위로 투입된다. 일부 구현예에서, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 외부 가장자리(26')에 달라붙어 볼록한 액위면을 형성한다. 따라서, 상기 외부 가장자리(26')는 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)이 상기 상부 측벽(5)과 접촉하여 타고 오름으로써 도 1에 나타낸 바와 같은 오목한 액위면을 형성하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

도 10c를 참조하면, 상기 렌즈(20)는 반사 공동(15) 내로 삽입되며 아직 경화되지 않은 액체 봉지 물질(16)과 접촉시켜 진다. 그로 인해, 상기 봉지 물질(16)은 상기 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 나간다. 그러나, 본 발명의 일부 구현예에서, (도 2에 나타낸 것과 같이) 반사컵과 렌즈의 노출된 상부면 위로 압착되어 나가는 대신, 과량의 봉지 물질(16)은 제 2 외호(24) 내부로 밀려들어가 여기에 수 납되며, 따라서 상기 렌즈(20)가 삽입되어 도 10b에 보인 볼록한 액위면이 대체된 후에도 상기 측벽(5)을 상기 봉지 물질(16)이 타고 오르는 것이 제한된다. 그런 후, 상기 봉지 물질(16)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 상기 패키지(10C) 내에 부착시키고 고화된다.

도 10은 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 외부 가장자리(26')가 상기 렌즈(20)의 높이(위치한 깊이) 제어를 제공하기 위해 멈추개로서 사용될 수 있음을 나타낸다. 상기 렌즈(20)의 위치 조정에 관한 이러한 제어는 더욱 일관된 광학적 특성을 갖는 부품의 제조를 용이하게 할 수 있다. 본 구현예에서, 상기 렌즈의 위치는 제 1 경화 단계 동안 봉지 물질의 수축량에 의존하지 않는다. 도 9c에 도시된 것들과는 대조적으로, 도 10c에 도시된 구현예에 관하여, 상기 렌즈(20)의 위치는 위치하는 깊이가 외부 가장자리(26')의 높이에 의해 정의되기 때문에 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)의 수축량에 의존할 필요가 없다. 그에 의하여, 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 위치는 더욱 정확할 수 있으며, 이는 상기 패키지(10C)의 개선된 광학적 성능을 가져올 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일부 구현예에 따라 제 1 (적심) 투입분을 이용하여 발광 소자를 패키징하는 방법을 도 11에 나타낸 순서도를 참고하여 상세히 설명하고자 한다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 조작은 상기 발광 소자를 반사 공동의 바닥 표면 위에 장착하는 것에 의해 블록(1100)에서 시작될 수 있다. 장착된 상기 발광 소자는 상기 반사 공동의 바닥 표면에 대하여 관련된 높이를 갖는다. 제 1 분량의 봉지 물질이 상기 발광 소자를 포함하는 상기 반사 공동 내로 투입된다(블록 1120).

상기 제 1 분량의 봉지 물질은 상기 봉지 물질 내에 공기 포켓을 형성하는 일 없이 상기 발광 소자를 실질적으로 덮기에 충분할 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질은 상기 발광 소자의 높이를 초과하는 높이로 상기 반사 공동을 채우는 일 없이 상기 발광 소자를 충분히 적실 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 봉지 물질 내의 공기 포켓의 형성을 감소시키기 위해 상기 봉지 물질의 투입 시간/속도는 변화될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에서, 예를 들면, 작은 투입 바늘, 저압 등으로 낮은 투입 속도를 갖는 단일 투입 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법은 공기 포켓이 형성되고 그런 후 공기 포켓의 붕괴를 막기에 충분한 봉지 물질이 투입되기 전에 오목하게 패이거나 붕괴될 가능성이 있다. 따라서, 투입 조작 동안 형성된 공기 포켓의 함입(cave)/붕괴를 가능하게 하는 선택된 점도의 봉지 물질의 선택된 유량에서 연속적인 투입에 의해 상기 제 1 (적심) 투입분과 제 2 투입분이 제공될 수 있다. 상기 제 1 분량의 봉지 물질은 상기 발광 소자의 높이를 초과하는 높이로 상기 반사 공동을 채우는 일 없이 상기 발광 소자를 적시기에 충분할 수 있다.

제 2 분량의 봉지 물질이 상기 제 1 분량의 봉지 물질 위에 투입된다(블록 1130). 그런 후, 투입된 상기 제 1 및 제 2 분량의 봉지 물질은 경화된다(블록 1140). 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 투입 분량의 봉지 물질은 나머지 봉지 물질이 투입되기 전에 경화될 수 있다.

상기 제 1 분량의 봉지 물질(12, 14) 및 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 동일 한 물질일 수도 있고 상이한 물질일 수도 있다. 유사하게, 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 제 1 부분(12) 및 제 2 부분(14)은 동일한 물질일 수도 있고 상이한 물질일 수도 있다. 본 발명의 다양한 구현예에서 봉지 물질로서 사용될 수 있는 물질의 예는 실리콘을 포함한다.

이하에서는 도 12에 나타낸 순서도를 참조하여 액위면 제어를 이용하여 본 발명의 일부 구현예에 따른 반도체 발광 소자를 패키징하는 것과 관련된 조작들을 설명하고자 한다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 조작은 반사체(5)의 반사 공동(15) 내에 발광 소자(103)를 장착하는 블록(1200)에서 시작될 수 있다. 자신의 내부에 발광 소자(103)를 포함하는 반사 공동(15) 내부로 봉지 물질이 투입되어 상기 발광 소자(103)를 덮고, 상기 반사체(4, 4A, 4B)의 상부 측벽(5)과 접촉하지 않으면서 외호의 가장자리로부터 연장되는 상기 반사 공동 내에 봉지 물질의 볼록한 액위면을 형성한다(블럭(1210)). 더욱 일반적으로는, 블록(1210)에서의 조작은 상기 반사 공동(15) 내 액위면의 외측 가장자리를 위치시키는 높이인 액위면의 외측 가장자리로부터 연장되는 볼록한 액위면의 형성을 제공한다. 예를 들면, 상기 상부 측벽(5) 및 상기 봉지 물질(12, 14, 16)로서 사용되는 물질의 선택이 상기 반사 공동(15) 안으로 연장되는 오목하지 않고 볼록한 액위면의 형성을 용이하게 할 수 있다. 상기 봉지 물질(12, 14, 16)은 상기 반사 공동(15) 내에 있다(블록 1220). 렌즈(20)가 패키지(10A, 10B, 10C) 내에 포함되는 구현예에서, 상기 렌즈(20)의 삽입은 볼록한 액위면을 무너뜨리는 단계 및 렌즈(20)로 상기 봉지 물질(12, 14, 16)의 일부분을 상기 외호(18, 24) 내로 이동시키는 단계 및 그런 후 상기 봉지 물질(12, 14, 16)을 경화시켜 상기 렌즈(20)를 반사 공동(15) 내에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 봉지 물질(12, 14, 16)은 경화되어 패키징된 발광 소자(103)를 위한 렌즈를 봉지 물질(12, 14, 16)로부터 형성할 수도 있다. 상기 봉지 물질(12, 14, 16)은 원하는 렌즈 형태를 제공하도록 볼록한 액위면을 형성하도록 투입될 수 있다.

이하에서는 도 13을 참조하여 하부 측벽(6) 및 상부 측벽(5) 사이에 외호(18, 24)를 갖는 반사체(4, 4A, 4B) 내에 다중 투입 및/또는 경화 조작을 이용하여 반도체 발광 소자(103)를 패키징하는 방법의 구현예를 설명하고자 한다. 상기 하부 측벽(6) 및 상부 측벽(5)은 반사 공동(15)을 정의한다. 도 13의 구현예에 나타낸 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)을 상기 반사 공동(15) 내에 투입하여 제 1 볼록 액위면을 형성하는 블록(1300)으로 조작이 시작된다. 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 경화된다(블록 1310). 제 2 분량의 봉지 물질(16)이 경화된 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14) 위에 투입되어 상기 반사 공동(15) 내에, 상기 반사체(4, 4A, 4B)의 상부 측벽(5)을 접촉하는 일 없이 상기 외호(18, 24)의 가장자리로부터 연장되는 봉지 물질의 제 2 볼록 액위면을 형성한다(블록 1320).

상기 봉지 물질의 제 2 볼록 액위면 및 제 1 볼록 액위면은 도 8B에 나타낸 바와 같이 둘 다 외호(18)의 동일한 가장자리로부터 연장될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 외호(18, 24)는 제 1 가장자리(22) 및 제 2 가장자리(26, 26')와 같이 내부 가장자리 및 외부 가장자리를 가질 수 있고, 봉지 물질의 상기 제 2 볼록 액위면은 상기 외호(18, 24)의 외부 가장자리(제 2 가장자리(26, 26'))로부터 연장되고, 봉지 물질의 상기 제 1 볼록 액위면은 상기 외호(18, 24)의 내부 가장자리(제 1 가장자리(22))로부터 연장된다. 따라서, 상기 제 1 가장자리(22)를 이용하면, 상기 내부 외호(18)는 봉지 물질(14)이 수평의 어깨 부분(8)을 따라 바깥쪽으로 타고 나가는 것을 제한함으로써 상기 반사 공동(15) 내에 투입된 봉지 물질의 제 1 볼록 액위면을 형성하게 하도록 구성될 수 있다. 제 2 가장자리(26, 26')를 이용하면, 상기 외부 외호(24)는 봉지 물질이 수평의 어깨 부분(8)을 따라 바깥쪽으로 타고 나가는 것을 제한함으로써 상기 반사 공동(15) 내에 투입된 봉지 물질의 제 2 볼록 액위면을 형성하게 하도록 구성될 수 있다.

렌즈를 포함하는 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 렌즈(20)은 투입된 제 2 분량의 봉지 물질(16)에 인접하여 상기 반사 공동(15) 내에 위치된다(블록 1330). 상기 렌즈(20)의 배치는 제 2 볼록 액위면을 붕괴시키는 단계 및 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이 렌즈(20)로 제 2 분량의 봉지 물질(16)의 일부분을 외부 외호(24) 내로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 가장자리(26')는 제 1 가장자리(22)보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 상기 제 2 가장자리(26')의 높이는 상기 렌즈(20)의 원하는 높이를 제공하도록 선택될 수 있으며, 상기 렌즈(20)는 상기 제 2 가장자리(26')에 접촉할 때까지 상기 반사 공동(15) 내부로 진입할 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 도 9c에 나타낸 바와 같이, 상기 렌즈(20)는 경화된 제 1 분량의 봉지 물질(14) 및, 상기 반사 공동(15) 내에 상기 렌즈(20)가 원하는 위치에 위치하도록 하기에 충분하게 투입된 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)과 접촉할 때까지 상기 반사 공동(15) 내부로 진입한다. 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 상기 반사 공동(15) 내에 부착시킨다(블록 1340).

도 11 내지 도 13의 순서도 및 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9c, 및 도 10a 내지 도 10c의 개념도는 본 발명의 일부 구현예에 따라 발광 소자를 패키징하는 방법의 가능한 기능성 및 조작상의 적용을 나타낸다. 선택적인 일부 적용에서, 도면의 설명에 언급된 행위가 도면에 나타낸 순서와 달리 수행될 수 있다. 예를 들면, 연속적으로 보여진 두 개의 블록/조작은 관련된 기능에 따라 사실은 실질적으로 동시에 수행되거나 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

앞서 논한 바와 같이, 다중 액위면 제어 기술을 조작에 있어서 투입 및/또는 경화의 변용과 결합함으로써 상이한 광학적 패턴(화면각(viewing angle), 커스텀 색 스펙트럼, 색온도 튜닝 등)이 제공될 수 있다. 예를 들면, 예를 들면, 인광이 로딩된 물질을 높은 봉우리를 갖는 돔(dome)의 형태로 사용하면, 발광 소자로부터 인광 로딩된 물질을 통한 빛의 경로 길이를 더욱 균일하게 제공함으로써 백색 온도 발광의 색 스펙트럼 균일도가 더 우수하고 반사컵의 가장자리 쪽의 황색 편이가 감소할 수 있다.

본 발명의 구현예는 발광 소자로서, 상기 발광 소자에 인접하여 형성되고(즉, 이웃하거나 간격을 두고 그에 대하여 이격된 관계로) 인광이 로딩된 발광 전환층을 갖는 광학적 공동 내에 장착된 발광 소자(즉, 칩)를 하나 이상 제공한다. 종래의 패키징 기술은 발광 전환층이 상기 발광 전환층의 평균 두께의 10 % 이내의 두께 편차를 가져야 한다고 가르쳐 왔다. 그러나, 이러한 요구는 광학적 공동으로 부터 방사되는 빛이 방사각에 따라 발광 전환층을 통해 실질적으로 상이한 경로를 따라 움직이며, 그 결과 화면각의 함수에 따라 불균일한 파장 전환(따라서, 불균일한 상관 색온도 또는 CCT)을 가져옴을 의미한다. 예를 들면, 두께 t를 갖는 발광 전환층에 수직한 방향으로 움직이는 빛은 t와 동일한 경로 길이(PL: path length)(가능한 가장 짧은 경로 길이)로 상기 발광 전환층을 관통하여 움직일 것이다. 그러나, 도 14에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 발광 소자(103)에 의해 방사되어 상기 발광 전환층을 α의 입사각으로 통과하는 빛은 입사각의 코사인 값으로 두께 t를 나눈 것과 동일한 경로 길이를 갖는다. 따라서, 예를 들면, 60도의 입사각으로 발광 전환층을 통과하는 빛은 수직 방향으로 움직이는 빛의 경로 길이의 두 배에 해당하는 경로 길이로 상기 층을 통과할 것이다. 도 15는 발광 다이오드(LED)를 포함한 통상의 상부-방울형(glob-top type) 반도체 발광 소자로부터 나올 수 있는 방사광의 비축각(off-axis angle)에서의 실질적인 사이드로브(sidelobe)를 나타내는 방사 패턴의 극좌표 플롯이다.

액위면 제어에 대해 여기에 개시한 방법들은 개선된 색 균일도를 가져올 수 있는 성형된 발광 전환 영역 또는 요소를 형성하기 위해 채용될 수 있다. 개선된 색 균일도는, 예를 들면, 상관 색온도의 각 균일도의 개선 또는 모든 화면각에 대하여 CCT의 변동의 감소에 의해 정량화될 수 있다. 선택적으로, 개선된 상기 균일도는 근접장(near field) 광학 측정에 의해 LED의 방사 표면에 걸쳐 공간적 CCT 변동의 감소로서 입증될 수 있다.

일부 구현예에서, 인광이 로딩된 발광 전환 영역 또는 요소는 광학적 공동의 중심부에서 더 크고 상기 광학적 공동의 측벽 근방에서 더 작은 불균일한 두께에 의해 특성화된다. 일부 구현예에서, 인광이 로딩된 발광 전환 영역 또는 요소는 상기 광학적 공동의 중심에서 가장 두껍고, 상기 발광 전환 영역의 가장자리를 향하여 반경을 따라 바깥쪽으로 갈수록 얇아진다. 일부 구현예에서, 인광이 로딩된 발광 전환 영역의 상기 두께의 변화는 상기 발광 전환 영역의 최대 두께의 10% 보다 크다. 일부 구현예에서, 상기 발광 전환 영역 또는 요소는 양면이 볼록하거나(biconvex), 평철(平凸, plano-convex)이거나, 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 형태로 성형된다. 일부 구현예에서, 상기 발광 전환 요소는 몰딩된 플라스틱제의 인광이 로딩된 피스(piece) 부품과 같이 패키지의 반사 공동 내에 삽입되는 프리폼된 구조물을 포함한다.

도 16a 내지 도 16c는 개선된 색 균일도를 제공하기 위해 인광-로딩 영역이 성형되는 본 발명의 구현예들을 나타낸다. 이들은 발광 소자의 패키징 방법과 액위면 제어를 위한 반사컵의 구조적 특성을 이용하는 제조된 소자를 나타낸다. 도 16a 내지 도 16c에 도시된 조작들은 도 5a 내지 도 5b에 도시된 반사컵(4) 및 앞서 설명한 바와 유사한 다중 경화 조작을 이용한다. 도 16a에 나타낸 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 상기 패키지(10)의 반사 공동(15) 내에 투입된다. 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)은 별도의 (적심) 예비-투입과 후속되는 또 다른 투입을 이용하여 투입될 수 있다. 투입되는 봉지 물질의 분량을 적절히 제어하면, 표면 장력으로 인하여 이 액체 봉지 물질(14)이 도 16a에 나타낸 바와 같이 내부 가장자리(22)에 달라붙으며 14A로 표시한 높이로 액위면을 형 성할 것이다. 봉지 물질(14)에 의해 형성되는 초기 액위면은 도 16a에 나타낸 것과 같이 오목하거나, 볼록하거나 또는 실질적으로 편평할 수 있다.

상기 투입된 봉지 물질(14)은, 예를 들면, 가열에 의하여 경화되고, 14B로 표시한 높이로 수축되어 내려갈 수 있다. 도시된 구현예에서, 경화된 봉지 물질(14)은 수축되어 3차원적으로는 실질적으로 사발(bowl) 형태(즉, 중심에서 가장 낮고, 반경을 따라 위쪽으로 경사지게 올라가는)일 수 있는 오목한 표면(14C)을 형성한다. 일부 구현예에서(제 1 봉지 물질(14)이 투입되여 경화되기 전에 오목한 표면을 형성하는 특수한 구현예에서), 상기 봉지 물질(14)은 예비 경화, 즉 상대적으로 낮은 또는 상대적으로 짧은 경화시간 동안 노출되어 상기 봉지 물질이 완전히 고화되지는 않고 그 표면에 고체 "스킨" 형성만 되도록 할 수 있다. 상기 스킨을 형성하는 목적은 후속적으로 투입되는 봉지 물질이 제 1 봉지 물질(14)과 상호 혼합되는 것을 막기 위해서이다. 후속적으로 투입되는 봉지 물질은 (인광과 같은) 파장 전환 물질을 포함할 수 있고, 인광-로딩된 발광 전환 영역은 앞서 논한 바와 같이, 제 1 봉지 물질(14)과 상호 혼합되는 것보다는 특성적인 형태를 얻는 것이 바람직할 수 있다.상기 제 1 봉지 물질(14)을 완전 경화시키는 대신 예비-경화시키는 것은 제조 공정의 속도를 높일 수 있고, 상기 제 1 봉지 물질과 후속적인 봉지 물질 영역 사이의 계면의 개선을 가져올 수 있다.

그런 후, 도 16b에 나타낸 바와 같이, 제 2 분량의 봉지 물질(16)을 상기 공동(15) 내에 사발 형태의 표면(14C) 위로 투입된다. 도시된 구현예에서, 상기 제 2 분량의 봉지 물질(16)은 인광과 같은 발광 파장 전환 물질을 포함한다. 일부 구현 예에서, 상기 제 1 봉지 물질(14)은 발광 파장 전환 물질을 포함하지 않는다. 다른 구현예에서, 상기 제 1 봉지 물질(14)은 제 2 봉지 물질(16)보다 낮은 농도의 발광 파장 전환 물질을 포함한다.

도 16b에 나타낸 바와 같이, 일부 구현예에서, 상기 제 2 봉지 물질(16) 역시 상기 가장자리(22)의 동일한 가장자리에 달라붙어 볼록한 액위면을 형성한다. 그런 후, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 (만일 상기 제 2 봉지 물질(16)이 투입되기 전에 제 1 봉지 물질(14)이 예비 경화되었을 뿐이라면 상기 제 1 봉지 물질과 함께) 경화된다. 일부 구현예에서, 후속적으로 투입되는 봉지 물질이 상기 제 2 봉지 물질(16)과 상호 혼합되는 위험을 막거나 줄이기 위해 상기 제 2 봉지 물질(16)도 예비 경화, 즉 상대적으로 낮은 온도에 또는 상대적으로 짧은 경화 시간 동안 노출될 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 상기 렌즈(20)가 상기 공동(15) 내에 삽입되기 전에 그 물질을 고화시키기 위해 더욱 완전히 경화될 수도 있다. 이하에서 논하는 바와 같이, 일단 고화가 되면, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 상기 렌즈(20)의 정확한 배치를 돕는 기계적인 멈추개의 역할을 할 수 있다.

그 결과 제조되는 경화된 (또는 예비-경화된) 제 2 봉지 물질(16)은 발광 전환 요소(19)를 정의한다. 상기 발광 전환 요소(19)는 광학적 공동의 중심 근처에서 가장 크고, 상기 발광 전환 요소(19)의 외측 가장자리를 향해 반경 방향으로 갈수록 감소하는 불균일한 두께에 의해 특성화된다. 도시된 구현예에서, 상기 발광 전환 요소(19)는 볼록한 상부 표면(19A) 및 볼록한 하부 표면(19B)를 포함하는 2중 볼록 구조이다.

앞서 언급한 바와 같이, 여기에 설명한 액위면 제어 방법을 이용하여 상기 발광 전환 요소(19)를 형성하는 것이 가능하지만, 다른 구현예에서, 상기 발광 전환 요소(19)는 상기 패키지(10)의 반사 공동(15) 내에 위치되어 예비-형성된 인광이 로딩된 삽입물일 수 있다. 그러한 구조물은 소자 성능 및 생산성 측면에서 소정의 장점을 가질 수 있다. 특히, 발광 전환 요소(19)를 예비-형성된 삽입물로서 형성하는 것은 상기 예비-형성된 삽입물이 삽입되기 전에 개별적으로 티스트될 수 있으므로 개선된 품질 제어를 가져올 수 있다. 또한, 인광이 로딩된 발광 전환 요소(19)를 예비-형성된 삽입물로서 형성하는 것에 의해 액체 인광-로딩 물질은 최종 조립 과정에서 사용될 필요가 없다. 인광-로딩 물질이 마모성이 있고 자동화된 기계류의 작동을 방해할 수 있기 때문에 이것은 이점을 제공할 수 있다. 마지막으로, 인광이 로딩된 발광 전환 요소(19)를 예비-형성된 삽입물로서 형성하는 것에 의해 경화 단계를 피할 수 있다.

추가적인 구현예에서, 투명하고 볼록한 반구형 주형(mold)가 제 1 봉지 물질(14) 위에 제 2 봉지 물질(16)을 수용하기 위해 경화되기 전 또는 후에 위치할 수 있다. 경화되자마자, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 볼록한 반구형 주형의 모양을 가질 것이고, 이러한 모양은 발광 전환 요소(19)의 최종 형태에 대한 개선된 제어를 제공할 수 있다.

발광 전환 요소(19)의 형성 또는 삽입 후에 제 3 분량의 봉지 물질(17)이 도 16b에 상세히 나타낸 바와 같이 상기 공동(15) 내에 투입된다. 상기 제 3 봉지 물 질(17)은 발광 전환 물질이 없거나 발광 전환 물질의 농도가 낮고 실리콘(silicone) 또는 에폭시와 같이 광학적으로 투명한 물질일 수 있다. 상기 제 3 봉지 물질(17)이 경화 또는 예비-경화에 이어서 투입되기 때문에, 상기 발광 전환 요소(19)에 내재된 인광 전환 물질은 상기 제 3 봉지 물질(17)과 실질적으로 상호 혼합되지 않을 수 있다.

일부 구현예에서, 도 16b에 나타낸 바와 같이, 상기 가장자리(22)는 그 위에 내부 가장자리 및 외부 가장자리를 가질 수 있다. 제 3 분량의 봉지 물질은 상기 가장자리(22)의 외부 가장자리에 달라붙어 발광 전환 요소(19) 위로 볼록한 액위면을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 3 봉지 물질(17)은 상부 측벽(5)과 접촉하거나 타고 오르지 않고 오목한 액위면을 형성할 수도 있다.

도 16c를 참조하면, 상기 렌즈(20)는 반사 공동(15) 내로 삽입되고 아직 경화되지 않은 액체 제 3 봉지 물질(17)과 접촉하게 된다. 그로 인해, 상기 제 3 봉지 물질(17)은 상기 렌즈(20)의 아래로부터 압착되어 나갈 수 있다. 그러나, 본 발명의 일부 구현예에서, (도 2에 나타낸 것과 같이) 반사컵과 렌즈의 노출된 상부면 위로 압착되어 나가는 대신, 과량의 제 3 봉지 물질(17)은 외호(18) 내부로 밀려들어가 여기에 수납되며, 따라서 상기 렌즈(20)가 삽입되어 도 16b에 보인 제 3 봉지 물질(17)의 볼록한 액위면이 대체된 후에도 상기 측벽(5)을 상기 봉지 물질(17)이 타고 오르는 것이 제한된다. 그런 후, 상기 봉지 물질(17)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 상기 패키지(10C) 내에 부착시키고 고화된다.

일부 구현예에서, 상기 렌즈(20)는 발광 전환 요소(19)와 접촉하여 반사 공 동(15) 내의 원하는 렌즈(20) 위치를 정할 때까지 상기 반사 공동(15) 내부로 진입한다. 다시 말해, 상기 발광 전환 요소(19)는 상기 렌즈(20)의 정확한 배치를 보장하기 위한 기계적 멈추개로서 역할할 수 있다. 다른 구현예에서, 도 10c에 나타낸 바와 같이, 상기 렌즈(20)는 상기 반사 공동(15) 내에 원하는 렌즈(20) 위치를 정하기에 충분하도록 공동 내에 형성된 가장자리에 접촉할 때까지 반사 공동(15) 내로 진입한다.

일부 구현예에서, 상기 제 1 봉지 물질(14)은 자신을 통과하여 지나가는 빛을 산란시키기 위해 그 안에 산란 물질을 포함할 수 있으며, 이는 방사되는 광의 각 균일도를 더 잘 개선할 수 있다.

일부 구현예에서, 상기 제 1 봉지 물질(14)은 상기 소자(103)로부터의 더욱 우수한 광추출(light extraction)을 위해 높은 굴절율을 가질 수 있다. 만일 발광 전환 요소(19)가 제 1 봉지 물질(14)과 상이한 굴절율을 갖는다면, 두 영역 사이의 계면을 통과해 지나가는 광선은 굴절되어 소자의 빛 방사 패턴을 변화시킬 수 있다. 만일 상기 발광 전환 요소(19)의 굴절율이 제 1 봉지 물질(14)의 그것보다 낮으면, 광선은 수직방향으로부터 먼 쪽으로 굴절되는 경향이 있을 것이며 이는 더욱 두드러진 경로 길이의 차이를 가져올 것이다. 상기 발광 전환 요소(19)의 형태는 그러한 효과가 바뀌거나 상쇄시킬 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들면, 상기 발광 전환 요소(19)는 양면이 볼록하거나(biconvex), 평철(平凸, plano-convex)이거나, 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 형태로 성형된다.

여기에 설명된 액위면 제어 기술을 이용하여 평철(平凸)의 발광 전환 요소를 형성하는 예가 도 17a 내지 도 17c에 도시되어 있다. 여기에 보인 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)이 패키지(10)의 반사 공동(15) 내에 투입된다. 투입되는 봉지 물질의 분량을 적절히 제어하면, 표면 장력으로 인하여 이 액체 봉지 물질(14)이 도 17a에 나타낸 바와 같이 내부 가장자리(22)에 달라붙으며 14A로 표시한 높이로 볼록한 액위면을 형성할 것이다. 경화시킨 후에는, 상기 제 1 봉지 물질(14)은 대략 편평한 표면(14C)를 형성하며 14B로 표시한 높이로 이완된다. 그런 후, 제 2 봉지 물질(16)이 투입되어 가장자리(22)의 내부 가장자리 또는 외부 가장자리에 달라붙어 볼록한 액위면을 형성한다. 경화시킨 후에는, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 편평한 표면(19B) 위로 볼록한 표면(19A)를 갖는 평철(平凸) 발광 전환 요소(19)를 형성할 수 있다. 나머지 제조 단계들은 도 16a 내지 도 16c와 관련하여 앞서 설명한 것과 대체로 마찬가지이다.

유사한 기술을 이용하여, 상기 발광 전환 요소(19)는 볼록한 표면 위에 편평한 영역을 갖는 평철(平凸, plano-convex) 영역(도 18a), 오목한 표면 위에 볼록한 표면을 갖는 오목-볼록 영역(concavo-convex region)(도 18b), 볼록한 표면 위에 오목한 표면을 갖는 오목-볼록 영역(도 18c)으로 형성될 수 있다. 위에서 논한 바와 같이, 각 구현예에서, 상기 발광 전환 요소(19)는 인광 물질과 같은 파장 전환 물질을 포함한다. 제 1 봉지 물질(14) 및 제 3 봉지 물질(17)은 파장 전환 물질을 포함하지 않거나 상기 발광 전환 요소(19)에 비하여 낮은 농도의 파장 전환 물질을 포함할 수 있다. 도 16a 내지 도 16c, 도 17a 내지 도 17c, 및 도 18a 내지 도 18c 의 구현예가 도 5a 내지 도 5b에 나타낸 반사컵(4)과 관련하여 도시되었지만, 위에서 설명한 기술은 다중 외호를 포함하는 반사컵 및 외호를 포함하지 않는 반사컵을 포함하는 다른 반사컵 디자인에 대하여도 적용할 수 있다.

이하에서는 도 19를 참조하여 반사 공동(15)을 정의하는 하부 측벽(6) 및 상부 측벽(5)을 갖고 불균일한 두께의 인광-로딩 발광 전환 요소(19)를 포함하는 반사체(4) 내에 반도체 발광 소자(103)을 패키징하는 방법의 구현예들을 설명하고자 한다. 도 19의 구현예에 나타낸 바와 같이, 제 1 분량의 봉지 물질(14)을 반사 공동(15) 내에 투입하여 제 1 액위면을 형성하는 블록(1900)에서 조작이 시각된다. 상기 액위면은 발광 전환 요소(19)의 원하는 최종 형태에 따라 볼록, 오목 또는 실질적으로 편평한 형태일 수 있다. 상기 액위면의 형태는 상기 반사체(4)의 물리적인 치수와 상기 공동 내부로 투입되는 봉지 물질의 양에 의해 결정된다. 그런 후, 상기 제 1 분량의 봉지 물질(14)은 경화되거나 예비-경화된다(블록 1910). 다음으로, 만일 액위면 제어 방법을 이용하여 상기 발광 전환 요소(19)를 형성하고자 한다면 도 19에 나타낸 순서도의 A 방향을 따를 수 있다. 만일 예비-형성된 삽입물을 이용하여 발광 전환 요소(19)를 형성하고자 한다면 B 방향을 따를 수 있다.

A 방향을 따르면, 파장 전환 물질을 제 1 봉지 물질(14)보다 높은 농도로 함유하는 제 2 분량의 봉지 물질(16)이 경화된 상기 제 1 봉지 물질(14) 위로 투입된다(블록 1920).

그런 후, 상기 제 2 봉지 물질(16)은 경화되거나 예비-경화되어 발광 전환 요소(19)를 형성한다(블록 1930).

만일 B 방향을 따르면, 예비-형성된 발광 전환 요소(19)가 상기 제 1 봉지 물질(14)과 접촉하면서 상기 공동(15) 내에 삽입된다(블록 1950). 일부 구현예에서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계는 예비-형성된 발광 전환 요소(19)의 삽입 이후에 수행될 수 있다.

발광 전환 요소(19)를 형성하거나 삽입한 후에(블록 1930 또는 블록 1950), 제 3 봉지 물질(17)이 공동(15) 내에 투입된다(블록 1960). 렌즈를 포함하는 본 발명의 일부 구현예에서, 상기 렌즈(20)는 상기 반사 공동(15) 내에 투입된 상기 제 3 분량의 봉지 물질(17)에 근접하여 위치된다(블록 1970). 상기 렌즈(20)를 배치하는 단계는 제 3 봉지 물질(17)의 액위면을 무너뜨리는 단계 및 상기 렌즈(20)로 상기 제 3 분량의 봉지 물질(17)의 일부분을 도 9c, 도 10c, 도 16c 및 도 17c에 도시한 바와 같이 외호(18, 24) 내부로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 도 10c에 나타낸 바와 같이, 상기 패키지는 제 1 가장자리(22)보다 높은 높이를 갖는 제 2 가장자리(26')를 포함할 수 있다. 상기 제 2 가장자리(26')의 높이는 상기 렌즈(20)에 원하는 위치를 제공하도록 선택될 수 있으며, 상기 렌즈(20)는 상기 제 2 가장자리(26')를 접촉할 때까지 상기 반사 공동(15) 내부로 이동할 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 도 9c, 도 16c 및 도 17c에 나타낸 바와 같이, 상기 렌즈(20)가 상기 반사 공동(15) 내의 원하는 위치에 자리잡기에 충분하도록 발광 전환 요소(19)와 접촉할 때까지 상기 렌즈(20)는 상기 반사 공동(15) 내로 진입한다. 투입된 제 3 분량의 봉지 물질(17)은 경화되어 상기 렌즈(20)를 반사 공동(15) 내에 부착시킨다(블록 1980).

도 19의 순서도 및 도 16a 내지 도 16c, 도 17a 내지 도 17c, 및 도 18a 내지 도 18c의 개념도는 본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 소자의 패키징 방법의 가능한 적용에 관해 기능성 및 작동을 나타낸다. 일부 선택적인 적용에서, 도면의 설명에 언급된 행위가 도면에 나타낸 순서와 달리 수행될 수 있다. 예를 들면, 연속적으로 보여진 두 개의 블록/조작은 관련된 기능에 따라 사실은 실질적으로 동시에 수행되거나 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

이하에서는, 도 20a, 도 20b 및 도 21을 참조하여 발광 소자 패키지의 방사 패턴을 상세히 설명하고자 한다. 도 20a는 본 발명의 발광 전환 요소가 없는 상부-방울형(glob-top) 발광 다이오드(LED)의 방사 패턴에 대해 색온도를 각도기(goniometer)를 이용하여 나타낸 극좌표 플롯이다. 도 20a는 본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 전환 요소가 있는 발광 다이오드(LED)의 방사 패턴에 대해 색온도를 나타낸 극좌표 플롯이다. 도 20b를 도 20a와 비교해 보면, 발광 전환 영역에 의해 균일도에서 개선되었음을 보여준다(즉, 방사 패턴의 반지름이 도 20b에서 더욱 균일하다). 도 20b에서 보는 바와 같이, 패키지된 반도체 발광 소자는 방사각의 측정된 180도(수직 또는 중심축으로부터 +/- 90도) 범위에 대하여 최소 색온도(약 -85도에서 5.3 kK)를 최대 색온도(약 0도에서 7.2 kK)의 약 26 퍼센트 아래에서 갖는다. 본 발명의 다양한 구현예는 반도체 발광 소자 패키지에 대하여 방사각의 180도(수직 또는 중심축으로부터 +/- 90도) 범위에 대하여 또는 방사각의 120도(수직 또는 중심축으로부터 +/- 45도) 범위에 대하여 최대 색온도보다 30 퍼센트 이내로 낮은 최소 색온도를 제공할 수 있다.

도 21a 및 도 21b, 및 도 22a 및 도 22b는 본 발명의 일부 구현예에 따라 얻은 색온도의 개선을 상세히 나타낸다. 도 21a 및 도 21b는 Cree 사에 의해 제조된 모델 C460XB900 발광 다이오드가 장착된 기판/반사체 어셈블리를 포함하는 제 1 패키지 소자의 근접장(near field) 방사 패턴을 디지털 분석한 플롯이다. 실리콘(silicone)(예: 예를 들면, Nye Synthetic Lubricants에서 판매) 0.0030 cc를 세륨 인광(Ce Phosphor)이 도핑된 YAG 4% 와 혼합하여 상기 발광 소자 위에 예비-투입한 후, 동일한 봉지 물질 0.0070 cc 투입하였다. 다음으로, 투입된 상기 봉지 물질을 70 ℃의 온도에서 60분간 경화시켰다. 그런 후, 순수한 봉지 물질을 0.0050 cc의 제 2 분량으로 광학 공동 내에 투입하고, 렌즈를 제 2 분량의 봉지 물질과 접촉하도록 상기 광학 공동 내에 위치시켰다. 그런 후, 제 2 분량의 봉지 물질을 70 ℃의 온도에서 60분간 경화시켰다. 결과 구조물에 에너지를 가하고 근접장 방사 패턴을 기록하여 분석하였다. 상기 방사 패턴은 180도 범위의 방사각(수직 또는 중심축으로부터 +/- 90도)에 대하여 약 2000 K의 총 CCT 변화를 갖는 것을 보여준다.

도 22a 및 도 22b는 Cree 사에 의해 제조된 모델 C460XB900 발광 다이오드가 장착된 기판/반사체 어셈블리를 포함하는 제 2 패키지 소자의 근접장(near field) 방사 패턴을 디지털 분석한 플롯이다. 순수한 실리콘(silicone)(예: 예를 들면, Nye Synthetic Lubricants에서 판매) 0.0020 cc를 상기 발광 소자 위에 예비-투입한 후, 동일한 봉지 물질 0.0035 cc 제 1 투입하였다. (예비-투입된 봉지 물질을 포함하여) 상기 제 1 봉지 물질은 파장 전환 물질을 포함하지 않는다. 다음으로, 상기 제 1 봉지 물질을 70 ℃의 온도에서 60분간 경화시켰다. 그런 후, 파장 전환 인광, 즉 세륨 인광(예: Philips사 제품)이 도핑된 YAG 7 중량% 함유하는 봉지 물질을 제 2 분량 즉 0.0045 cc 상기 제 1 봉지 물질에 의해 형성된 오목한 액위면 내에 투입하였다. 그런 후, 제 2 분량의 봉지 물질을 70 ℃의 온도에서 60분간 경화시켜 광학 공동의 중심에서 더 큰 두께를 갖고 반경 방향으로 바깥쪽으로 갈수록 얇아지는 발광 전환 요소를 형성하였다. 그런 후, 제 3 분량 0.0050 cc의 봉지 물질(파장 전환 물질을 포함하지 않음)을 광학 공동 내에 투입하고 렌즈를 제 3 분량의 봉지 물질과 접촉하도록 상기 광학 공동 내에 위치시켰다. 그런 후, 제 3 분량의 봉지 물질을 70 ℃의 온도에서 60분간 경화시켰다. 결과 구조물에 에너지를 가하고 근접장 방사 패턴을 기록하여 분석하였다. 상기 방사 패턴은 동일한 범위의 방사각에 대하여 약 500 K의 총 CCT 변화를 보여준다.

본 발명의 일부 구현예에서, 측정된 180도, 120도 또는 90도 범위의 방사각(수직 또는 중심축을 중심으로 함)에 대하여 약 1000 K 미만의 CCT 변화가 제공된다. 본 발명의 다른 구현예에서, 측정된 180도, 120도 또는 90도 범위의 방사각(수직 또는 중심축을 중심으로 함)에 대하여 약 2000 K 미만의 CCT 변화가 제공된다. 본 발명의 다른 추가적인 구현예에서, 측정된 120도 또는 90도 범위의 방사각(수직 또는 중심축을 중심으로 함)에 대하여 약 500 K 미만의 CCT 변화가 제공된다. 여기에 언급된 CCT 변화는, 색 변화를 개선하기 위해 반도체 발광 소자 패키지에 추가되거나 결합되어 사용된 추가적인 제 2 광학의 사용 없이 상기 소자와 함께 가공된 제 1 광학을 포함하는 소자의 제 1 방사 패턴에 근거하는 것임은 이해될 것이다. 제 1 광학은 본 발명의 다양한 구현예에 대해 여기서 설명한 바와 같이 소자 내에 설치된 렌즈와 결합되는 발광 전환 요소와 같이 소자에 통합되는 광학을 말한다.

이상은 본 발명의 예시이고 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 몇몇 예시적인 구현예가 설명되었지만 당업자는 본 발명의 새로운 가르침과 장점에서 현저하게 벗어남 없이 예시적 구현예에 수많은 변용이 가능함을 쉽게 알 것이다. 따라서, 이러한 모든 변용이 청구항에 정의된 것과 같은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 의도된다. 그러므로, 이상의 설명은 본 발명의 예시이고 개시된 구체적인 구현예에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 개시된 구현예 뿐만 아니라 다른 구현예에 대한 변용이 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 것으로 의도되었음은 이해될 것이다. 본 발명은 다음 청구항과 여기에 포함되는 균등물로서 정의된다.

Claims

반도체 발광 소자의 패키징 방법으로서,

상기 발광 소자를 포함하는 공동 내에 제 1 분량의 봉지 물질을 투입하는 단계;

상기 공동 내의 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면이 선택된 형태로 경화되도록 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 처리하는 단계; 및

처리된 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 파장 전환 물질을 포함하고 상기 반사 공동의 가운데 영역에서의 두께가 상기 공동의 측벽 근방 영역에서의 두께보다 두꺼운 발광 전환 요소를 제공하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법
제 1 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 반경을 따라 바깥쪽으로 가운데 영역에서 측벽 쪽으로 연장될수록 상기 발광 전환 요소의 두께가 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소의 두께가 상기 발광 전환 요소의 최대 두께의 10 퍼센트 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 양면이 볼록하거나(biconvex), 한 면은 편평하고 다른 면은 볼록하거나(平凸, plano-convex), 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서,

원하는 형태의 렌즈를 제공하는 봉지물질의 볼록한 액위면을 상기 공동 내에 형성하기 위해 상기 발광 전환 요소 위에 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하는 단계; 및

상기 봉지 물질로부터 패키지된 발광 소자용 렌즈를 형성하기 위해 상기 제 2 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 발광 전환 요소 위에 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하는 단계;

상기 공동 내에, 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질 위에 렌즈를 위치시키는 단계; 및

상기 공동 내에, 상기 렌즈를 부착시키기 위해, 투입된 상기 제 2 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소를 제공하는 단계가

자신의 내부에 파장 전환 물질을 포함하는 제 2 분량의 봉지 물질을 상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 투입하는 단계; 및

상기 발광 전환 요소를 정의하기 위해 상기 제 2 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 양면이 볼록하고(biconvex), 상기 선택된 형태가 오목하며, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계가 제 2 분량의 봉지 물질의 상부 표면을 볼록하게 형성하기 위해 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 한 면은 편평하고 다른 면은 볼록하고(平凸, plano-convex), 상기 선택된 형태가 오목하며, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계가 제 2 분량의 봉지 물질의 상부 표면을 편평하게 형성하기 위해 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 한 면은 편평하고 다른 면은 볼록 하고(平凸, plano-convex), 상기 선택된 형태가 편평하며, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계가 제 2 분량의 봉지 물질의 상부 표면을 볼록하게 형성하기 위해 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록하고(concave-convex), 상기 선택된 형태가 볼록하며, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계가 제 2 분량의 봉지 물질의 상부 표면을 볼록하게 형성하기 위해 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록하고(concave-convex), 상기 선택된 형태가 오목하며, 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계가 제 2 분량의 봉지 물질의 상부 표면을 오목하게 형성하기 위해 제 2 분량의 봉지 물질을 투입하고 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 파장 전환 물질이 인광(phosphor) 및/또는 나노-크리스탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 처리하는 단계가 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 처리하는 단계가 상기 제 1 분량의 봉지 물질을 예비-경화(pre-curing)시켜 그의 상부 표면에 경화된 스킨을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 발광 전환 요소를 제공한 후에 제 1 분량의 봉지 물질을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 파장 전환 물질이 인광을 포함하고, 상기 제 1 분량의 봉지 물질에 인광이 실질적으로 포함되지 않은 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 파장 전환 물질이 인광을 포함하고, 상기 제 1 분량의 봉지 물질이 인광을 포함하며, 상기 제 1 분량의 봉지 물질이 중량 퍼센트 기준으로 상기 발광 전환 요소보다 적은 인광을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 예비-형성된(pre-formed) 삽입물 을 포함하고, 상부 표면에 상기 발광 전환 요소를 제공하는 단계가 처리된 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 상기 예비-형성된 삽입물을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 예비-형성된 삽입물이 몰딩된 플라스틱제의 인광-로딩된 피스(piece) 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 예비-형성된 삽입물을 상부 표면 위에 위치시키는 단계에 앞서 상기 예비-형성된 삽입물을 테스트하는 단계가 선행되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자의 패키징 방법.
공동을 정의하는 측벽부를 갖는 몸체;

상기 공동 내에 위치하는 발광 소자;

상기 발광 소자를 포함하는 상기 공동 내의 경화된 제 1 분량의 봉지 물질; 및

상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 위치하고, 파장 전환 물질을 포함하며, 상기 공동의 가운데 영역에서의 두께가 상기 공동의 측벽 근방 영역에서의 두께보다 두꺼운 발광 전환 요소를 포함하는 패키지된 반도체 발광 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 반경을 따라 바깥쪽으로 가운데 영역에서 측벽 쪽으로 연장될수록 상기 발광 전환 요소의 두께가 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소의 두께가 상기 발광 전환 요소의 최대 두께의 10 퍼센트 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 양면이 볼록하거나(biconvex), 한 면은 편평하고 다른 면은 볼록하거나(平凸, plano-convex), 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 발광 소자가 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 최대 색온도보다 30 퍼센트 이내로 작은 최소 색온도를 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 약 1000 K 미만의 총 상관 색온도(CCT: correlated color temperature) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴(primary emission pattern)을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 약 500 K의 총 CCT 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 소자가 120도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 45도)에 대하여 약 1000 K 미만의 총 상관 색온도(CCT) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 소자가 90도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 45도)에 대하여 약 500 K 미만의 총 상관 색온도(CCT) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 21 항에 있어서, 상기 몸체가 반사체를 포함하고, 상기 공동이 반사 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
공동을 정의하는 측벽부를 갖는 몸체;

상기 공동 내에 위치하는 발광 소자;

상기 발광 소자를 포함하는 상기 공동 내의 경화된 제 1 분량의 봉지 물질; 및

상기 제 1 분량의 봉지 물질의 상부 표면 위에 위치하고, 파장 전환 물질을 포함하는 발광 전환 요소를 포함하고,

상기 패키지된 반도체 발광 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 2000 K 미만의 상관 색온도의 변화를 보이는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소는 상기 공동의 가운데 영역에서의 두께가 상기 공동의 측벽 근방 영역에서의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 소자.
제 33 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소의 두께가 상기 발광 전환 요소의 최대 두께의 10 퍼센트 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 발광 전환 요소가 양면이 볼록하거나(biconvex), 한 면은 편평하고 다른 면은 볼록하거나(平凸, plano-convex), 또는 한 면은 오목하고 다른 면은 볼록한(concave-convex) 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 발광 소자가 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 최대 색온도보다 30 퍼센트 이내로 작은 최소 색온도를 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 약 1000 K 미만의 총 상관 색온도(CCT) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 소자가 180도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 90도)에 대하여 약 500 K의 총 CCT 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 소자가 120도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 45도)에 대하여 약 1000 K 미만의 총 상관 색온도(CCT) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 소자가 90도 범위의 방사각(중심축에 대하여 +/- 45도)에 대하여 약 500 K 미만의 총 상관 색온도(CCT) 변화를 갖는 제 1 방사 패턴 을 갖는 것을 특징으로 하는 소자.
제 32 항에 있어서, 상기 몸체가 반사체를 포함하고, 상기 공동이 반사 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.