KR20070029173A - 진공 또는 불활성 가스가 패키징된 엘이디용 일체형 게터 - Google Patents

진공 또는 불활성 가스가 패키징된 엘이디용 일체형 게터 Download PDF

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KR20070029173A
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마르꼬 아미오띠
로날드 오 피터슨
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사에스 게터스 에스.페.아.
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Abstract

제한하지 않은 본 발명의 실시예에 따른 LED 봉합 안의 분위기를 조절하기 위한 방법은 오염물질들이 분위기로부터 제거될 수 있도록, LED 봉합의 대기 안에 게터(getter)를 제공하는 것과 게터를 활성시키는 것을 포함한다.
실시예에서, LED 어셈블리는 게터 매터리얼로 코팅된 리플렉터 컵, 리플렉터 컵을 덮기 위한 돔 및 LED; 및 돔 안에 포함된 비-반응성 분위기를 포함한다. 또 다른 실시예는 베이스, 베이스에 부착된 발광 반도체, 발광 반도체 위에서 베이스를 봉합하는 반투명 커버 및 내부 공간을 한정하는 것, 및 100 PPM 이하의 산소 또는 물을 공간 안에 갖는 조절된 분위기를 포함한다. 제한하지 않은 실시예에서, LED 어셈블리는 또한 조절된 분위기와 접촉하는 게터를 포함하며, 이 조절된 분위기는, 제한되지 않는 예로서, 10 에서 10- 3토르(torr) 분위기이다. 대신으로, 조절된 대기는 10-3 토르 이하의 진공이다. 또한 대신으로, 조절된 분위기는 불활성 가스와 노블가스(noble gas)를 포함하는 그룹에서 선택된 반응하지 않는 가스를 포함한다. 여전히 또한 대신으로, 조절된 분위기는 공간에 노출된 면을 갖는 물질들과 반응하지 않는 유동체이다.
유리하게는, 특정한 실시예에 따라, 활성층에서의 수분과 산소의 해로운 영향은 조절된 대기, 이를테면 진공, 불활성기체, 또는 액체 안에 LED의 어셈블리를 유지함으로써 최소화될 수 있다. 또한, 수분과 산소는 게터를 사용함으로써 진공 또는 불활성기체로부터 제거될 수 있다. 구현들은 청색 LED, 녹색 LED, 자외선 LED, 및 백색 LED를 포함하는 다양한 양식의 LED에 대해 안정하다.
본 발명의 이러한, 그리고 다른 이점들은 하기 상세한 설명을 읽고 여러 개의 도면을 연구함에 따라 기술에 능숙한 자들에게 명백해질 것이다.
LED, 발광다이오드, 게터, 리플렉터

Description

진공 또는 불활성 가스가 패키징된 엘이디용 일체형 게터{Integrated Getter For Vacuum or Inert Gas Packaged LEDs}
동봉내의 분위기를 제어하는 본 발명은 동봉된 분위기 내에서 게터를 제공하는 방법을 포함한다. 본 발명에 따라 제작된 LED는 LED장치의 동봉된 체적내에 게터를 포함한다.
발광다이오드(LED)는 고체상태의 광원으로서 전자의 재조합 원리와 결합 p-반도체와 n-반도체간의 접합 내에 존재하는 전자 및 정공의 재결합에 의해 작동한다. LED의 발광은 LED 칩(기판)위에 증착된 발광물질의 각기 다른 층을 사용함으로써 조절된다. 각 층에서 발광되는 빛은 일반적으로 단색이다. 다른 색상들은 다층으로 구성된 발광물질 및 염료의 사용을 통해서 얻어진다. 예를 들어, 적절한 기판 위에서 성장된 InGaAlP 그룹내의 다층의 발광물질은 적색광, 황색광, 또는 오렌지색 광을 방출할 수 있다. SiC 및 Al2O3 기판 위에서 성장된 InAlGaN 그룹내의 다층의 발광물질은 청색광, 녹색 광 또는 자외선(UV광)을 방출할 수 있다.
백색광을 발광시키기 위해, 세 LED의 아웃풋(output), 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 LED가 조합될 수 있다. 대안적으로, 단일 청색 또는 자외선 LED는 청색 또는 자외선 LED의 가까이에 위치한 형광물질을 자극하기 위해 사용될 수 있다. 형광물질은 청색 또는 자외선을 흡수하고, 더욱 긴 파장을 포함하는 스펙트럼내에서 광을 재방출한다. 이와 같이, 형광 코팅된 청색 LED는 적정색의 스펙트럼을 방사하고, 이것은 백색광을 생성하기 위해 결합된다.
백색 LED는 p-층과 n-층을 얻기 위해 서로 다르게 도핑된 물질을 사용하여 InAlGaN 그룹 내에 서로 다른 물질들의 층을 성장시킴으로서 생산된다. 유기금속 기상에피택시(vapor-phase epitaxy, OMVPE)는 이러한 층들을 성장시키는 데 있어 일반적인 기술이다. OMVPE 기술에서, 바람직한 금속 원자들을 함유한 유기금속분자들은 기판 상부에 필름을 생성하기 위하여 적절한 기판 위에 가스/증기 상태로 이동된다.
적절한 기판의 예들로는 갈륨 니트라이드(GaN), 알루미늄 니트라이드(AlN), 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 및 실리콘 카바이드(SiC)가 있다. 알루미늄 옥사이드와 실리콘 카바이드는 기판과 발광다이오드 구조층 사이에 AlN 버퍼(buffer)층을 가질수도 있다. 예를 들면 웨이퍼 기판(wafer substrate)은 웨이퍼 당 10,000개의 LED 다이(die)를 생산하기 위한 발광다이오드 구조층으로 완전히 덮인다. 각 다이는 그러고 나서 LED의 활성 요소가 되기 위해 두 전극 사이에 마운트된다.
입자 또는 얇은 필름 형태로 된 형광물질은 발광 LED의 최초의 방출 파장을 바람직한 가시광선 방출 스펙트럼으로 이동시키기 위해 InAlGaN 다층 위에 증착된다. 형광체들은 희귀 토양금속 및 전이금속과 같은 저농도의 활성(activator) 이온을 부물질로 포함하고, YAG, CdS, AnS 등과 같은 물질을 주물질로 포함한다. 형광체를 포함하는 InAlGaN 다층 LED는 전형적으로 에폭시 레진(resin)과 같은 고분자 레진으로 캡슐화된다.
LED의 전방 발광을 증가시키기 위해, 형광체가 덮인 다층 LED는 적절한 리플렉터 컵(reflector cup) 안에 배치될 수 있다. 리플렉터 컵은 LED의 말단을 향해 빛을 반사한다.
LED로부터 발산되는 열과 UV 에너지(energy)는 캡슐화된 고분자 레진의 열화를 야기할 수 있다. 캡슐화된 고분자 레진의 열화는, 차례로, 노랗게 물든 발광의 출현을 야기한다. 나아가서, 형광층과 InAlGaN 다층 구조 양쪽의 방출 효율은 수분의 존재 하에서 저하된다. 형광체 활성제의 산화상태는 산소의 존재 하에서 변화될 수 있고, 따라서 발광의 감소와 방출 파장에서 변화를 야기한다. 고 전력의 LED들(예를 들어, 백색광 LED)이 크게 높아진 온도에서 작동하기 때문에, 이 산화작용은 온도에 강인하다. 색상 및 LED의 방출 세기의 변화는 일반적으로 바람직하지 않으며, 특별히 백색광 LED에서 그러하다.
도 1은 베이스(base)나 베이스 112를 포함하는 종래의 LED 어셈블리(assembly) 100의 단면도이다. 물론, 이 어셈블리는 다양한 타입의 LED어셈블리 중 하나의 실시예이다.
도 1에서, LED 반도체 물질 106은 리드 108a에 고정된다. 이것은 높은 반사 율을 제공하는 은-함유 전도성 에폭시(epoxy)를 사용함으로써 제작될 수 있다.
다른 방법으로, 솔더 범프 본딩은 "플립-칩" 타입의 LED구조용으로 유리하게 사용될 수 있다. 왜냐하면, 그들은 활성 영역에서 방사되는 빛의 추출을 방해하지 않기 때문이다.
리플렉터 컵 104a, 리드 108a 및 108b는 베이스 112에 고정된다. 리플렉터 컵 104a는 반사면 104b을 제공하는 역전된 불완전한 원뿔꼴의 간극을 가지는 물질의 고체 덩어리일 수 있다. 리플렉터 컵 104a는 유리, 세라믹 또는 플라스틱과 같은 전기적으로 절연체인 물질로 만들어질 수 있다. 반사면 104b는 스퍼터링 방법이 적용된 알루미늄 박막일 수 있다. 리드 108a와 108b는 일반적으로 구리합금으로 만들어진다. 결합 와이어(bonding wire) 107은 리드 108b를 LED 매터리얼(material) 106의 탑(top)과 전기적으로 연결한다. 고분자 레진 103은 리플렉터 컵 104a의 원뿔꼴의 간극 내부에 배열되고, LED 매터리얼 106과 결합 와이어 107를 보호한다. 봉지제 103은 "백색"광과 같은 빛을 생성하는, LED 매터리얼의 발광파장을 변경하기 위한 형광 물질 102 내부에 분산되는 것이 바람직하다. "백색"으로, 여기에는 그것이 특정 주파수로 다소 엷게 물들었을지라도 (예를 들어 청색) 실제적으로 백색으로 보이는 광을 생산하는 광범한 가시광선의 스펙트럼의 생산이 의도된다. 고체 고분자 레진 캡슐화 돔(dome) 110은 리플렉터 컵 104a와 결합되고, 에폭시 수지로 접착되거나 아교로 붙여짐으로써 봉지제 103을 덮는다.
LED 매터리얼 106은 InAlGaN 다층 LED 구조를 포함할 수 있다. 베이스 112는 절연물질, 이를 테면 예를 들어 사파이어(Al2O3) 또는 실리콘 카바이드와 같은 것으로 만들어질 수 있다. 베이스 112는 매우 나쁜 전기 전도체 (예를 들면 절연체)이어야 하지만, 상당히 훌륭한 열 전도체인 것이 바람직하다. 열 싱크(heat sink)(도면에 미도시)는 선택적으로 베이스 112에 부착되거나 베이스 112의 일부를 형성하여, LED 어셈블리 100으로부터 나온 열의 발산을 도울 수 있다. 리드 108a와 108b는 전극 리드이며, 구리와 구리 합금을 포함하는 전기 전도 물질로 만들어질 수 있다. 리드 108a와 108b는 LED 매터리얼 106의 베이스와 대략 같은 폭일 수 있다. 리플렉터 컵 104a는 유리 또는 세라믹과 같은 절연 물질로 만들어질 수 있다.
도 2는 유효 사용기간 후에 종래 LED 어셈블리 기술에서 직면하는 특정한 문제를 설명한다. LED 100의 유효 사용기간 후에, LED 매터리얼 106에 의해 생성된 자외선(UV)과 열에너지는 고분자 레진 캡슐화 돔 110의 변색이나 "황색화"를 야기할 것이다. 이것은 돔 110의 113의 변색에 의해 설명되어진다. 이후, 황색으로 물든 고분자 레진 캡슐화 돔 110은, InAlGaN 다층 구조와 형광 물질, 특히 가시광선의 청색 부분으로부터의 방사되는 빛의 흡수를 야기한다. 이것은 LED로부터의 발광 출력(output) 감소와, 출력 색상의 변화를 야기한다. 따라서, LED 100의 출력은 덜 밝아지고 덜 백색을 띠게 된다(예를 들면 좀 더 황색을 가진다.)
또한, 형광 물질과 InAlGan 다층 구조 모두는 고체 고분자 돔을 통해 발산하여 LED의 발광 세기의 저하를 야기할 수 있는 습기 115(예를 들면 수증기)와 반응한다. 또한, 어셈블리 100에 있는 습기는 전극과 어셈블리 100에 존재하는 다른 부 분의 부식을 야기할 수 있다. 형광물질들은 또한 고체 고분자 돔을 통해 발산할 수 있는 산소 114와 반응할 수 있으며, 발광 파장의 변경을 야기한다. 이와 같이, LED 어셈블리에서 습기와 산소의 영향은 LED의 성능에 유해하다.
전술한 내용에 기초하여, 동작 중에 LED 발광의 고강도와 안정적인 파장을 유지하고, 산소, 수분 및/또는 다른 오염물질에 노출된 사용으로 인해 빨리 저하되지 않는 LED 어셈블리를 생산할 필요가 있다.
도 1과 2는 종래의 기술과 관련하여 논의 되었다. 도 3~8D는 참조와 함께 본 발명의 다양한 실시예에 의해 도시된 조절된 내부 분위기 LED와 관련되어 논의될 것이다.
다음의 상세설명에서, 설명을 위해, 무수한 특정항목들이 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 나타난다. 이것은 명백하지만, 그러나 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 이러한 특정한 상세 설명이 없어도 실행 가능할 것이다. 다른 예시에서, 잘 알려진 구조와 장치들은 본 발명의 불필요한 애매함을 피하기 위해 도식적 형태들로 보여진다.
"조절된 분위기"란, LED의 활성 반도체 부분(예를 들어, InAlGaN 다층)과 접촉하는 분위기를 의미하며, 이것은 형광물질 및 InAlGaN 다층 구조와 반응할 수 있는 특정 오염물질의 유해한 효과를 줄이기 위해 조절된다. "조절된 분위기"는 진공으로부터 상기의 분위기 압범위에 이르는 저기압까지 걸쳐있을 수 있으며, 만일 진공이 아니라면, 노블 가스(noble gas)를 포함하여, 불활성 또는 "적절한"(benign)유동체를 포함할 수 있다. "조절된 분위기"는 가스일 수 있는, 특정 구현의 액체를 포함할 수 있는 유동체를 포함한다. 예를 들어, 조절된 분위기는 한정되지 않는 예로 미네랄 오일과 같은 것을 포함할 수도 있다.
"게터"는 특정 물질, 예를 들어 수소 또는 산소와 같은 물질에 친화성을 갖는 포착물질이다. 게터는 기체를 효과적으로 흡수하는 게터 물질과, 수분을 효과적으로 흡수하는 건조제를 포함하는 혼합제일 수 있다. 게터의 물질은 금속, 금속 화합물(예를 들어, 환원된 금속 산화물), 비금속 화합물, 지올라이트(zeolites), 특정 플라스틱 등이 조절된 분위기로부터 오염물질을 흡수하는 데 효과적인 물질일 수 있다.
"오염물질"이란 LED 어셈블리의 성능을 저하시킬 수 있는 어떤 물질을 의미한다. 예를 들어, 백색 LED의 경우, 오염물질은 산소와 수분을 포함할 수 있다. 그러나, 여기의 구현에서 사용된 게터는 다른 오염물질들을 제거하는 데 효과적일 수 있으며, 또한 만일 필요하다면, 다양한 실시예에 의해 변화될 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 적절한 게터는 지르코늄(zirconium), 바나듐(vanadium), 철, 망간 및 이트륨(yttrium), 란탄(lanthanum), 및 희귀 토금속 중 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 게터 합금과 같은 금속 게터를 포함한다. 티타늄(titanium) 게터 및 하프늄(hafnium)게터는 또한 적절할 수 있다. 다른 적절한 게터들은 주기율표에 있는 2A 족으로부터 선택된 산화물들을 포함한다. 카테고리 2A(2A 족) 산화물의 몇 예시들은 칼슘 산화물(calcium oxide), 망간 산화물(manganese oxide) 등이다. 구현들은 어떤 한가지 유형의 게터 또는 게터의 결합에 제한되지 않는다. 수분, 산소 및 다른 오염물질을 제거할 수 있는 또는 "포착할 수 있는" 어떠한 적절한 게터는 사용될 수 있다. 게터로 오염물질을 제거하기 위한 최초의 메카니즘(mechanism)은 "흡수하다", "흡수" 및 "흡착" 등으로 총체적으로 언급되는 흡수(예를 들어, 게터와 오염물질의 화학반응) 및 흡착(예를 들어, 게터의 표면에 붙는 오염물질)을 포함하는 반면에, 지올라이트의 매트릭스(matrix) 사이에 오염물질들을 빠뜨리는 것과 같은 다른 메카니즘들은 또한 주어진 실시예의 필요에 따라, 다양한 실시예에서 숙고될 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 게터들은 LED 어셈블리 안으로 당업자에서 잘 알려진 스퍼터링(sputtering) 및 증착과 같은 테크닉(technique)에 의해 LED 어셈블리에 도입된다. LED 어셈블리 안으로 게터를 도입하기 위한 또 다른 테크닉은 전기영동(electrophoresis)에 의한 것이다. 게터는 또한 LED 어셈블리 안으로 기계적으로 부착될 수 있고, 화학적으로 결합 등이 될 수 있다. 본 실시예는 적절한 게터들을 LED 어셈블리 안으로 도입하는 어떠한 하나의 방법에만 한정되지 않는다. 따라서, 적절한 게터의 LED 어셈블리 안으로의 도입은 다양한 실시예에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 발명의 특정 구현에 따른 LED 어셈블리 300의 횡단면도이다. LED 어셈블리 300은 베이스 312를 포함한다. LED 매터리얼 306은 리드 308a에 대해 고정된다. 리플렉터 컵 305a 및 리드 308a 및 308b는 베이스에 고정된다. 리플렉터 컵 304a는 바람직하게는 역전된, 불완전한 원뿔꼴의 간극 305을 가지며, 반사면 304b에 의해 제공된다. 결합선 307은 리드 308b를 LED 매터리얼 306의 상부에 솔더(solder) 결합 테크닉 등을 이용하여 결합한다. 형광물질 302의 층 또는 박막은 LED 어셈블리 306에 증착된다. 돔 310은 (예를 들어 에폭시, 풀, 인듐(indium)금속 또는 융해 결합에 의해) 리플렉터 컵 304a 위에 시일(seal)되어, 반사면 304b 및 LED 매터리얼 306을 완전히 둘러싼다.
LED 어셈블리, 예를 들어 LED 어셈블리 300의 작동은 당업자들에게 잘 알려져 있다. LED 어셈블리 306은 실제적으로 단 한 방향으로, 예를 들어 양극 또는 (+) 전극에서 음극 또는 (-) 전극으로만 흐르는 흐름을 허락하는 다이오드와 같이 작동하는 반도체 물질이다. 음극과 양극은 전형적으로 LED 매터리얼 306의 대립하는 위치에 존재한다. 이 예시에서, 리드 308a와 LED 매터리얼 306의 하부 사이의 접촉은 양극 결합을 포함하며, 결합선 307 및 LED 매터리얼 306의 꼭대기 사이의 접촉은 음극 결합을 포함한다. 물론, 이러한 결합들은 다른 실시예에서 뒤바뀔 수 있다. 일반적으로, 결합선 307의 LED 매터리얼 306의 상부와의 결합은 넓은 음극 접촉의 요구와 LED 매터리얼 306의 상부로부터의 방출을 차단하지 않기 위한 요구를 조화시키기 위한 형태로 행해진다.
반사면 304b는 LED 매터리얼 206과 형광체 302에서 발산이 LED어셈블리의 상부 352에서 직진되게 한다. 반사면 304b는 반사면 상부에 스퍼터링 되거나 기상 증착된 게터 318의 박막을 가진다.
돔 310은 어떠한 적절한 침투성이 없는 물질, 바람직하게는 UV에 의한 침식과 LED로부터 나오는 열 에너지에 저항하는 물질로 만들어질 수 있다. 돔 310을 위한 적절한 물질의 예시는 유리 및 석영(quartz)(순수 SiO2)을 포함한다. 유리는 다양하고 적절한 형태일 수 있다. 그러나, 인간이 UV 광선에 눈에 띄게 노출되었을 때 일반적으로 눈의 레티나(retina), 인간의 조직에 유해한 효과가 있을 수 있기 때문에 UV 광선을 흡수할 수 있는 유리가 선호된다. UV 광선의 이점을 응용하기 위해(예를 들어, 생물학적 정제), UV 광선을 흡수하지 않는 유리가 선호된다. 유리는 다른 성분 또는 화합물, 또는 당업자들에게 잘 알려진 다른 공식에 의한 물질이 첨가된 실제적으로 순수한 SiO2의 형태일 수 있다. 돔은 도 3에 묘사된 것처럼 볼록면(예를 들어 속이 텅 빈)일 수 있으나, 다른 실시예에서는 속이 꽉 차 있을 수 있다.
몇몇 구현에 따르면, 챔버(chamber) 350에서는 진공이 유지된다. 다른 구현들에 따르면, 챔버 350은 아르곤(argon)과 같은 노블가스, 또는 게터 물질과 반응하지 않는 니트로겐(nitrogen)과 같은 불활성 기체를 포함할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "노블"가스는 주기율표의 18족에서 발견된 헬륨(helium), 네온(neon), 아르곤(argon), 크립톤(kryton) 등의 가스를 포함한다. 노블 가스는 전형적으로 다른 성분 또는 화합물과 반응하지 않는다. 여기서 "불활성"기체란 일반적으로 반응하지 않는 기체를 의미한다. 니트로겐은 이러한 한정에서 불활성 기체의 예시이다. "반응하지 않는" 유동체란, 일반적으로 다른 물질들과 접촉하거나, 면을 가진 물질들이 LED 어셈블리의 챔버에서 노출되었을 때와 같은 경우에 반응하지 않는 기체 또는 액체를 의미한다.
특정 게터 물질들은 그들이 수분, 산소 등과 같은 오염물질을 흡수하는 데 있어서 효과적으로 되기 전에 활성화를 요구한다. 다른 게터 물질들은 활성화를 요구하지 않는다. 활성화를 요구하는 이러한 유형의 게터들을 위한 좋은 예가 되는 활성화 과정은 훨씬 더 자세히 구체적으로 도 7과 8D를 참조하여 설명된다.
도 4는 발명의 특정 구현에 따른 돔 410의 내부면에 증착된 게터 매터리얼을 가지는 LED 어셈블리의 횡단면도이다. 도 4에서, LED 어셈블리 400은 베이스 412를 포함한다. LED 매터리얼 406은 리드 408a에 의하여 베이스 412에 고정된다. "리드 408a에 의하여 베이스 412에 대해 고정된다"란, 여기서 LED 매터리얼 406이 적절한 첨부 방법에 의해 리드 408a에 대해 고정된다는 것과 리드 408a가 적절한 첨부 방법에 의해 베이스 412에 대해 고정된다는 것을 의미한다. 즉, 말하자면 리드 408a는 부분적으로 LED 매터리얼 406과 베이스 412 사이에 끼워져 있다.
도 4의 예시에서, 리플렉터 컵 404a 및 리드 408b는 또한 베이스 412에 고정된다. 결합선 407은 리드 408b를 LED 매터리얼 406에 전기적으로 결합된다. 리플렉터 컵 404a는 반사면 404b에 의해 제공된 측벽이 있는 간극을 가진다. 물론, 다른 반사 형태와 구조는 다른 구현들에서 사용될 수 있다.
도 4의 예시에서, LED 매터리얼 406은 폴리머릭 레진(polymeric resin)403과 같은 봉지제 안에 캡슐화된다. 봉지제 403은 바람직하게는, 그 사이에 형광 물질 402를 산재시켜서 최초의 방출 파장을 이동하는데 효과적이다. 형광 물질 402는 LED 매터리얼 406 근처에 농축되거나 그렇지 않을 수 있으며, 몇몇 다른 구현에서 매터리얼들은 심지어 좀 더 분산되거나 다른 농축 프로파일과 함께 분산된다. 특정한 다른 구현에 따르면, 형광 물질의 층이나 얇은 필름은 LED 매터리얼 406 위에 증착될 수 있다. 돔 410은 예를 들어 에폭시, 풀, 인듐 금속 또는 융해 결합에 의하여 리플렉터 컵의 반사면 404b와 LED 매터리얼 406을 덮기 위해 리플렉터 컵 404a에 부착될 수 있다. 돔 410의 내부면 405는 LED 어셈블리 400 안쪽에서 챔버 450을 실제적으로 정의한다. 도 4의 예시에서, 돔 410의 내부면 405은 그 위에 증착된 게터 매터리얼 418를 가진다.
반사면 404b는 LED 매터리얼 406으로부터의 특정방출이 LED 어셈블리의 상부 434로 유도되도록 한다. 돔 410은 관심 파장의 빛이 통과하도록 어떠한 적절한 물질로 만들어질 수 있다. 광선이 통과할 수 있도록 하기 위해서, 돔 410의 꼭대기 부분 434은 일반적으로, 실제적으로, 또는 완전히 게터물질이 존재하지 않을 수 있다.
몇몇 구현에 따르면, 진공은 챔버 450에서 유지된다. 다른 구현들에 따르면, 챔버 450은 불활성 기체 또는 노블 가스를 포함할 수 있다. 다른 구현들에 따르면, 챔버 450은 반응하지 않는 유동체를 포함할 수 있다. 게터 418은 수분, 산소 등과 같은 오염물질들을 흡수할 수 있다. 몇몇 게터들은 게터를 화학적으로 다루는 것, 게터를 열이나 방사선에 노출시키는 것, 또는 다른 방법으로 게터를 활성시키는 것을 포함할 수 있는 활성화를 요구할 수도 있다.
도 5는 발명의 특정 구현에 따른 미립자 형태의 게터 매터리얼을 포함하는 LED 어셈블리 500의 횡단면도이다. "미립자"란 사용되고 있는 게터 매터리얼의 별개의 입자, 덩어리들, 큰 덩어리들 또는 몸체가 사용됨을 의미한다. 이러한 입자들은, 수 밀리미터의 크기의 부피를 가지는 상대적으로 큰 물질에서, 100 마이크론의 부피를 가지는 파우더와 같이 정제될 수 있다. 더 크거나 더 작은 입자들은 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 가로 몇 센티미터인 LED 어셈블리는 일 또는 그 이상의 센티미터부피를 갖는 상대적으로 큰 입자의 게터를 가질 수 있다.
도 5의 예시에서, LED 어셈블리 500은 베이스 512를 포함한다. LED 매터리얼 506은 리드 508a에 의해 베이스 512에 고정된다. 또한 베이스 512에 대해 고정되는 것은 리드 508b 및 반사면 504b를 제공하는 간극을 포함하는 리플렉터 컵 504a이다. 형광물질 502의 층은 바람직하게는 LED 매터리얼 506 위에 증착된다.
도 5의 예시에서, 돔 510은 리플렉터 컵의 반사면 504b와 LED 매터리얼 506을 완전히 캡슐화하도록 리플렉터 컵 504a에 시일된다. 돔 510은 어떠한 적절한 비-침투성 물질로 만들어질 수 있다. 돔 510을 LED로부터 나오는 UV와 열에너지 때문에 침식하지 않고 관심 파장을 통과하는 물질로 형성하는 것은 바람직할 수 있다. 그러한 물질은 제한되지 않는 예로서 유리 또는 쿼츠를 포함할 수 있다.
게터 522의 분리된 입자들은 리플렉터 컵의 반사면 504b에 들러붙는다. 리플렉터 컵 504a에 게터 매터리얼의 입자들을 증착시키는데 다양한 기법들이 사용될 수 있다. 몇몇의 구현들에 따르면, 만일 리플렉터 컵이 간극의 벽면에 부착된 금속 필름을 가진다면, 금속 필름은 전기 영동에 의해 리플렉터 컵에 입자의 부착 목적을 수행하는 데 있어 전극으로 작용할 수 있다. 유사하게, 전극으로서 사용되기 위한 도체 필름의 증착 후에, 전기영동은 돔 510상에 게터의 입자들을 증착시키는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 입자들은 접착될 수 있고, 스웨이지(swage)될 수 있거나 또는 반면에 리플렉터 컵 504a의 간극의 벽면 표면에 부착될 수 있다.
도 6은 LED 어셈블리의 또 다른 구현의 횡단면도이다. 도 6의 예시에서, LED 어셈블리 600은 베이스 612를 포함한다. LED 매터리얼 606은 리드 608a에 의해 베이스 612에 고정된다. 또한 리플렉터 컵 604a와 리드 608b는 베이스에 고정된다. 선 607은 리드 608b를 LED 매터리얼 606의 꼭대기에 부착된다. 리플렉터 컵 604a는 반사면 604b에 의해 제공된 간극을 가진다. 형광물질 602의 층은 LED 매터리얼 606에 증착된다. 속이 빈 덮개 609는 리플렉터 컵의 반사면 604b와 LED 매터리얼 606을 봉하기 위해 리플렉터 컵 604a에 부착된다.
속이 빈 덮개 609는 플라스틱, 유리 또는 적절한 렌즈(lens) 611로 뚜껑을 씌운 쿼츠 실린더(cylinder) 616를 포함할 수 있다. 렌즈 611은 유리, 쿼츠 또는 다른 적절한 물질로 만들어질 수 있다. 적절한 물질들은 LED의 열 에너지 때문에 침식되지 않거나 또는 그러한 침식에 대해 저항성이 있다. 적절한 물질은 또한 일반적으로 불투과성일 수 있다. 플라스틱 쉘(shell)613은 어셈블리를 결합시키는 데 사용될 수 있다.
실린더 616은 오염물질을 흡수하기 위한 적절한 게터를 함유할 수 있다. 대안적으로, 실린더는 단지, 예를 들어, 플라스틱이나 유리 실린더일 수 있다. 만일 실린더 616이 플라스틱이라면, 그것은 실제적으로 불투과성이 되도록 코팅되어야 한다. 이 코팅은 실린더 616의 내부 표면상에 제공되는 게터 필름 618일 수 있다. 게다가, 게터는 반사면 604b에 제공될 수 있다. 그러나 빛이 자유롭게 통과할 수 있도록 어떠한 게터나 또는 다른 장애물을 렌즈 611 위에 구비하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 한 구현에서, 렌즈는 제한되지 않는 예로서 유리 또는 쿼츠와 같은 불투과성 물질로 만들어진다. 대안적으로, 렌즈는 예를 들어 투명한 실링 층으로 코팅된 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
도 7은 LED 어셈블리를 제조하기 위한 몇몇 기본 작동을 묘사하는 흐름 다이어그램(diagram)으로, 이것은 도 8A로부터 도 8D까지의 결합에 있어서 유리하게 고려될 수 있다. 도 7에서, 제조 과정 700은 702에서 시작하여 게터 성분이 생산되는 단계 704에 이른다. 게터 성분은 예를 들어 리플렉터 컵 및/또는 돔 또는 게터 매터리얼의 층이 부착한 속이 빈 덮개, 또는 LED 어셈블리의 내부 대기와 유체 커뮤니케이션(communication)에 있는 다른 어떠한 게터 성분 단계 706에서 LED 어셈블리의 내부 챔버를 위해 적절한 분위기가 제공된다. 적절한 분위기는 진공, 불활성 기체, 노블 가스 또는 어떠한 다른 적절한 유체일 수 있다.
단계 708에서, LED는 적절한 분위기가 있는 LED 패키지(package)내에 조립된다. 분위기에서 사용되기에 적절한 기체의 예시들은 니트로겐, 아르곤, 헬륨, 및 네온을 포함한다. "진공"이란, 압력이 대기압보다 현저하게 낮은, 예를 들어 10-3 토르(torr)보다 더 적고 바람직하게는 약 10-5 토르보다 더 적은 것을 의미한다. 단계 712에서 LED 패키지는 어떠한 적절한 시일링 방법을 사용해서 시일된다. 단계 714에서, 만일 게터가 활성화를 필요로 할 경우 게터는 활성화된다. 게터는 LED 패키지가 시일되기 전에/동시에/또는 후에 활성화될 수 있다. 예를 들어, 게터는 약 350℃의 열을 약 10분에서 30분 동안 가함으로써 활성화될 수 있다. 게터가 활성화된 동안, 게터에 의해 흡수된 오염물질은 게터의 벌크(bulk) 안으로 확산하거나 또는 게터로부터 방출된다. 활성화 후에, 활성화된 게터는 오염물질을 흡수할 준비를 한다. 과정 700은 716에서 완성된다.
도 8A-8C는 LED 어셈블리의 여러 구현 구성요소를 묘사한 횡단면도이다. 그들은 또한 도 7에서의 다양한 단계를 진행시키는데 관해서 예시로 사용될 수 있다. 도 8A는 베이스 812와 반사면 804b를 제공하는 간극을 갖는 리플렉터 컵 804a을 보여준다. 반사면 804b는 스퍼터링되고, 기상증착된 게터 매터리얼의 박막을 포함한다. 도 8b는 반사면 804b를 포함하는 베이스 812와 리플렉터 컵 804a를 나타낸다.반사면 804b에 들러붙은 것은 게터 입자 820이다. 도 8C에서, 돔 810은 돔 810의 내부면에 제공된 게터 816의 필름을 포함한다.
도 8D는 게터 매터리얼을 활성화하기 위해 사용될 수 있는 레이저 빔(laser beam) 860이 있는 본 발명의 레이저 게터 활성화 방법을 나타낸다. 레이저 빔 860은 861에서 지시된 돔 810을 통해 비쳐들어와서 게터 매터리얼 804b를 가열한다. 레이저 빔 860과 게터 매터리얼 사이에 상대적인 움직임을 만들어내는 몇몇 메카니즘이 있을 수 있다. 예를 들어, 레이저는 이동될 수 있고, 또는 LED 어셈블리 800가 이동될 수 있고, 또는 레이저 빔 860은 이를테면 거울이나 프리즘 어셈블리(prism assembly)(도면 미도시)에 의해 이동될 수 있다. 특별히 활성화 과정에 기인한 열이 가해지는 동안에, 돔 810과 리플렉터 컵 804a 사이의 기체가 꽉 찬 시일을 확실히 하기 위한 추가적인 시일링 비드(bead) 813이 또한 보여진다. 다양한 또 다른 기법들이 당업자들에게 이해되는 것처럼 게터 매터리얼을 활성화 하기 위해 사용된다.
LED 어셈블리 안의 분위기를 조절하기 위해 하나 또는 그 이상의 게터들이 지속적으로 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 예를 들면, 금속 게터가 산소를 흡수하는 데 사용될 수 있는 반면에, 산화칼슘(CaO)은 수분을 흡수하는 데 사용될 수 있다. 게터들은 LED의 작동을 방해하지 않는 한 다양한 위치에 배열될 수 있다. 예를 들면, 한 게터는 리플렉터 위에 제공될 수 있고, 또 다른 게터는 돔 위에 제공될 수 있다.
특정 구현에 따르면, LED 어셈블리는 InAlGaN 다층 구조에 아주 근접한 곳에 형광층을 포함한다. LED는 바람직하게는 백색 LED 또는 고광도 LED이다. 그러나, 본 실시예는 백색 LED 또는 고광도 LED에 제한되지 않는다. 리플렉터 컵은 LED로부터의 특정 방출이 LED 어셈블리의 상부로 직진하도록 한다. LED와 리플렉터 컵은 적절한 결합 기법에 의해 베이스에 결합된다. 리플렉터 컵과 다층 발광 다이오드 구조 다이는 바람직하게는 UV 광선을 막는 데 적합한 유리 돔으로 완전히 덮인다. 리플렉터 컵은 리플렉터 컵 상부로 스퍼터링 또는 증착된 게터 매터리얼 박막을 가질 수 있다. 예를 들면, 게터 매터리얼은 이탈리아(Italy) 라이네이트(Lainate)(밀라노 Milan)에 있는 사에스 게터스 에스.페.아.(SAES Getters S.p.A.)의 상업적으로 가능한 St 787TM 게터 매터리얼일 수 있다. 어셈블리의 내부 분위기는 또한 진공이거나 비-반응성 유동체이다. 유리 돔은 베이스 또는 리플렉터 컵과 어셈블리를 시일하기 위한 InAlGaN 다층 구조를 지지하는 다른 지지구조들에 접착될 수 있다.
특정한 다른 구현들에 따르면, LED 어셈블리의 내부 분위기는 대기압보다 높은 압력으로 가압된다. 예를 들면, LED 어셈블리의 내부 분위기는 주변분위기보다 약 1에서 100배로 가압될 수 있다. 내부 분위기는 니트로겐 및 노블가스와 같은 반응하지 않는 기체들을 포함할 수 있는 어셈블리 등이다. 가압된 실시예는 리플렉터 컵 및/또는 LED 어셈블리의 유리 돔 상부의 게터를 포함할 수 있다. 유리 돔은 실제적으로 불투과성의 물질이라는 점에서 유리하다. 특정한 다른 가압된 실시예에서, 게터들은 생략될 수 있다.
상기 설명된 예시들은 LED 매터리얼에 대해 언급한다. 이러한 예시들은 가능한 실시예들만으로 의도되지 않았음에 유의하여야 한다. 나노 튜브(nanotube), 광학 수용체(optical receptor) 및 다른 장치들이 다른 실시예에서 LED 매터리얼을 대신하여 사용될 수 있다.
상기 설명된 예시들은 장치의 내부 대기를 덮는 돔과 렌즈에 대해 언급한다. 다른 실시예에서 돔들은 속이 꽉 차거나 속이 텅 비어있을 수 있음에 유의하여야 한다. 속이 꽉 찬 돔의 경우, 게터의 배치는 대체로 속이 꽉 찬 돔의 내부에 있지 않을 수 있다(도 4 참조). 또 다른 실시예에서, 리플렉터 컵은 속이 꽉 차 있을 수 있고, 제한되지 않는 예로서 에폭시로 채워질 수 있으며, 게터 매터리얼은 도 4에 묘사된 것처럼 속이 빈 돔 내부에 위치할 수 있다. 일반적으로, 다른 실시예에서, 내부 대기의 어떠한 부분은 제한되지 않는 예로서 레진과 같은 고체 물질로 대신될 수 있다.
상기 설명된 예시들은 장치 안의 내부 분위기에 대해 언급한다. 다른 실시예에서, "분위기"는 예를 들어 진공 또는 흐름일 수 있다. 대기 안에 있는 구성요소들의 성질과 장치의 내부 부피를 한정하는 벽면에 따라, 구성요소들의 기능을 방해하지 않고 매터리얼들에 관하여 불활성인 다양한 흐름 또는 진공은 바람직할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 대기는 내부 부피를 채움으로써 장치의 내구성을 증가시키는 압축할 수 없는(또는 압축에 저항하는) 흐름일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 예를 드는 방법으로 설명되며, 제한의 방법으로 설명되지 않고, 덧붙인 도면의 그림과 유사요소에 상응하는 참조번호로 설명된다:
도 1은 종래의 LED 어셈블리의 횡단면도.
도 2는 종래의 LED 어셈블리의 사용기간 후의 열화 문제를 설명하기 위한 횡단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 어셈블리의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐화된 돔에 게터가 배치된 LED 어셈블리의 횡단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 형태의 게터 물질을 포함하는 LED 어셈블리의 횡단면도.
도 6은 플라스틱과 유리 성분 모두를 포함할 수 있는 캡슐화된 커버를 구성하는 LED 어셈블리의 또 다른 구현의 횡단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 어셈블리를 제조하는 방법을 설명하는 플로우 다이어그램(flow diagram.)
도 8A-8C는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 어셈블리의 다양한 구성성분의 횡단면도.
도 8D는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성화된 LED 어셈블리의 횡단면도.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, LED의 열화문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. LED 어셈블리 챔버 내부에 LED 매터리얼을 제공하는 단계;
    상기 LED 어셈블리의 챔버내에 게터를 제공하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 상기 게터의 사용을 통하여 상기 LED 어셈블리의 챔버내부에 분위기를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    오염물질이 상기 LED 어셈블리 내부의 분위기에서 제거되도록, 게터를 활성화 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 LED어셈블리 챔버 안에 게터를 캡슐화하는 과정을 통하여 게터를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    조절된 분위기를 제공하는 챔버 안에서 LED 매터리얼을 봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버의 반사면 상에 게터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 어셈블리의 챔버를 적어도 부분적으로 정의하는 돔 상에 게터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 어셈블리를 부분적으로 정의하는 실린더의 내부 표면상에 게터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 간극을 가지는 리플렉터 컵;
    리플렉터 컵과 결합된 LED 어셈블리;
    리플렉터 컵의 간극 안에 적어도 부분적으로 증착된 게터 매터리얼; 및
    비-반응성 분위기내에서 LED와 게터 물질을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 커버를 포함하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 간극은 역전된 불완전한 원뿔꼴을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 게터 매터리얼은 하나 또는 그 이상의 분리된 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 게터 매터리얼은 게터 매터리얼의 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 비-반응성 분위기는 100기압과 10-3 토르 사이의 압력에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 비-반응성 분위기는 산소 또는 수분을 약 100PPM 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 비-반응성 분위기는 불활성 기체와 노블 가스를 포함하는 그룹에서 선 택된 비-반응성 기체를 포함하는 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 조절된 분위기는 진공상태인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 커버는 돔을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 8항에 있어서,
    상기 커버는 실린더와 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 8항에 있어서,
    상기 커버는 반투명인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 간극을 가지는 리플렉터 컵;
    리플렉터 컵과 결합된 LED;
    비-반응성 분위기내에서 LED를 적어도 부분적으로 캡슐화하는 커버 ; 및
    게터를 포함하지 않는 커버 상부에 적어도 부분적으로 증착된 게터 물질을 포함하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 커버는 실린더와 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 게터 물질을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 장치.
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