KR20080069244A - 발광용품 어레이 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

발광용품 및 이러한 용품의 제조 방법이 개시된다. 일 태양에서, 발광용품은 각각이 일정 크기인 입력 개구 및 출력 개구를 갖는 광학 소자를 포함한다. 일정 크기를 갖는 LED 다이는 광학 소자에 광학적으로 결합된다. 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치한다. 다른 태양에서, 발광용품 어레이는 래핑된 입력 개구 표면을 갖는 광학 소자의 어레이, 및 입력 개구에서 광학 소자에 광학적으로 결합된 LED 다이의 어레이를 포함한다. 다른 태양에서, 발광용품 어레이는 광학 소자의 어레이, 및 각각이 일정 크기를 갖는 LED 다이의 어레이를 포함한다. 각각의 LED 다이는 입력 개구에서 광학 소자에 광학적으로 결합된다. 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치한다.
발광용품, 광학 소자, 입력 개구, 출력 개구, LED 다이

Description

발광용품 어레이 및 이의 제조 방법{Arrays of Light Emitting Articles and Method of Manufacturing Same}
본 발명은 발광용품 및 이러한 용품의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 발광용품 어레이 및 이러한 용품을 제조하는 방법을 개시한다. 일 태양에서, 발광용품 어레이는 각각이 일정 크기인 입력 개구 및 출력 개구를 각각 갖는 광학 소자의 어레이 - 여기서, 광학 소자 어레이는 래핑된 입력 개구 표면을 가짐 - 와, 각각이 일정 크기를 갖고 입력 개구에서 하나 이상의 광학 소자에 광학적으로 결합되는 LED 다이의 어레이를 포함한다.
다른 태양에서, 발광용품 어레이는 각각이 일정 크기인 입력 개구 및 출력 개구를 각각 갖는 광학 소자의 어레이와, 각각이 일정 크기를 갖고 입력 개구에서 하나의 광학 소자에 광학적으로 결합되는 LED 다이의 어레이를 포함하며, 여기서 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치한다.
다른 태양에서, 발광용품은 각각이 일정 크기인 입력 개구 및 출력 개구를 갖는 광학 소자와, 광학 소자에 광학적으로 결합되고 일정 LED 다이 크기를 갖는 LED 다이를 포함하며, 여기서 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치한다.
본 발명의 상기의 개요는 본 발명의 각각의 개시되는 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 이들 및 기타 태양은 하기의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 어떤 경우에도 상기의 개요는 본 발명의 청구 요지에 대한 제한으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 요지는 특허 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명은 유사한 참조 부호가 유사한 구성요소를 나타내는 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시예에 대한 하기의 상세한 설명을 고려하여 보다 완전하게 이해될 수 있다. 첨부 도면은 설명을 위한 예시를 위한 것이며 한정적인 것으로 의도되어서는 안된다.
도 1은 일 실시예에서 광학 소자 및 LED 다이를 도시하는 개략 측면도.
도 2a 내지 도 2c는 광학 소자의 예시적인 형상의 사시도.
도 3은 광학 소자 어레이의 개략 측면도.
도 4a 및 도 4b는 두 개의 대안적인 광학 소자 어레이의 저면도.
도 5a 내지 도 5c는 제조 방법의 제1 실시예의 세 단계에서의 예시적인 광학 소자 어레이의 개략 측면도.
도 6은 제2 실시예에 따른 예시적인 제조 방법을 나타내는 블록도.
도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시된 제조 단계 동안의 광학 소자 어레이의 개략 측면도.
도 8은 제조 방법의 제3 실시예에서의 추가 단계를 나타내는 블록도.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 제조 단계 동안의 광학 소자 어레이의 개략 측면도.
도 10은 개시된 실시예에 의해 제조된 발광용품의 개략 측면도.
도 11a 내지 도 11d는 여러 실시예에 따른 광학 소자 및 LED 다이의 저면도.
적어도 하나의 치수가 수 밀리미터 미만인 광학 소자 및 반도체 소자가 현재 다수의 프로세스에 의해 제조되고 있다. 이들 프로세스는 원하는 형상을 형성하기 위하여 성형, 개별 소자의 래핑, 졸-젤로부터의 광학 소자의 주조에 이은 소결, 미세복제, 및 표면 장력이나 수축을 사용한 프로세스를 포함한다. 이들 프로세스 중에서, 단지 래핑만이 내화성 또는 결정질 재료로부터 정밀 형상의 제조를 가능하게 한다. 그러나, 다수의 광학 소자를 제조하는 데 있어서는, 래핑은 가장 느리고 가장 비싼 프로세스 중 하나인데 그 이유는 각각의 형상화된 소자가 개별적으로 취급되어야 하기 때문이다.
본 출원은 광학 소자 어레이를 제조하는 방법을 개시한다. 이들 방법은 대략적으로 형상화된 광학 소자의 어레이를 제공하는 단계, 인접한 광학 소자들 사이의 공간을 제거가능한 보호 재료로 채워 기계적으로 안정한 광학 소자 어레이를 형성하는 단계, 및 광학 소자에 원하는 형상 및 표면 정도(surface finish)를 부여하기 위해 기계적으로 안정한 어레이를 래핑하는 단계를 포함한다.
본 발명의 개시된 방법은 발광 디바이스(LED)에서 광 추출을 위해 사용되는 것과 같은 광학 소자의 제조에 특히 유용하다. 광학적으로 매끄러운(smooth) 최종 표면 정도를 위해 래핑이 요구되는 경우, 전형적으로 이러한 광학 소자는 개별 소자로서 제조된다. LED 다이와 함께 조립될 때, 개별 LED 다이/광학 소자 쌍(pair)의 취급은 느리고 성가시다. 본 출원은 LED 다이 어레이와 함께 조립을 가능하게 하여 다수의 개별 LED 다이/광학 소자 쌍을 생성하는 방식으로 광학 소자 어레이를 제조하는 방법을 개시한다. 발광 소자의 개별 쌍으로 분리하기 전에 LED 다이 어레이와 함께 광학 소자 어레이를 조립함으로써, 프로세스는 보다 빨라지고 더 비용 효율적이게 된다.
도 1은 예시적인 실시예에서의 광학 소자(20) 및 LED 다이(10)의 구성을 도시하는 개략 측면도이다. 광학 소자(20)는 투명하고, 바람직하게는 비교적 높은 굴절률을 갖는다.
일부 실시예에서, 광학 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 테이퍼(taper)의 형태로 형상화될 수 있다. 테이퍼형 광학 소자는 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 것들을 비제한적으로 포함하는 매우 많은 형태를 가질 수 있다. 테이퍼형 광학 소자는 광학 소자의 특히 유리한 형상이다. 도 2a에서, 테이퍼형 광학 소자(20a)는 입력 개구(120a)보다 큰 출력 개구(130a)를 갖는다. 도 2a에 도시된 절두형 역 피라미드(TIP: truncated inverted pyramid), 도 2b에 도시된 절두 원추, 및 도 2c에 도시된 바와 같은 포물선 측벽을 갖는 형상을 포함하는 테이퍼형 형상과, 이들의 조합은 광을 시준하는 추가적인 이득을 제공하고, 본 명세서에서는 광 콜리메이터(collimator)로 부른다. LED 다이 외부로 광을 추출하기 위해 광 콜리메이터를 사용하는 것은 발광된 광의 각방향 분포에 대한 제어를 제공하기 때문에 특히 유리 하다. 광 콜리메이터에 대한 추가적인 형상은 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 TIP 형상은 도 2c에 도시된 것과 유사한 곡선형 측벽을 갖도록 수정될 수 있다. 다른 변형을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 측벽은 일련의 직선 구간, 일련의 곡선 구간 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 광학 소자는 고굴절률 재료로 형성되는 경우 고굴절률로 인해 LED 다이로부터의 광 추출을 증가시키고 그 형상으로 인해 광을 시준하여 광의 각방향 방출(emission)을 수정하게 된다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 시준이 덜 중요하거나 요구되지 않는 경우 다른 형상의 광학 소자가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1에서, LED 다이(10)는 단순화를 위해 특유하게 도시되었지만, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 종래의 설계 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, LED 다이(10)는 별개의 p형 및 n형 도핑된 반도체층, 버퍼층, 기판층 및 덮개층을 포함할 수 있다. 간단한 직사각형 LED 다이 배열이 도시되어 있지만, 다른 공지된 구성, 예를 들어 절두형 역 피라미드 LED 다이 형상을 형성하는 각진 측면 표면을 생각할 수도 있다. LED 다이(10)에 대한 전기적 접점이 단순하게 하기 위해 또한 도시되어 있지 않지만, 공지된 바와 같이 다이의 임의의 표면 상에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 다이는 모두 하부 표면에 배치된 두 개의 접점을 갖는다. 이 LED 다이 설계는 "플립 칩"(flip chip)으로 공지되어 있다. 본 발명은 광학 소자의 형상이나 LED 다이의 형상을 한정하고자 하는 것이 아니고, 단지 예시적인 예를 제공한다.
테이퍼형 광학 소자는 입력 개구(120), 출력 개구(130), 및 입력 개구와 출 력 개구 사이에 배치된 적어도 하나의 중간 측벽(140)을 갖는다. 도 2a에 도시된 바와 같이 광학 소자가 절두형 역 피라미드의 형태로 형상화되는 경우, 이러한 광학 소자(20a)는 네 개의 중간 측벽(140a)을 포함한다. 광학 소자가 회전 대칭인 경우, 단일 측벽을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학 소자가 도 2b에 도시된 바와 같이 역 원뿔로 형상화되거나 도 2c에 도시된 바와 같이 포물선 측벽을 갖도록 형상화되는 경우, 이러한 광학 소자(20b 또는 20c)는 각각 단일 측벽(140b 또는 140c)을 갖는다. 다른 형상의 변형예들이 사용될 수 있다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시된 각각의 광학 소자는 각각 입력 개구(120a, 120b, 120c) 및 출력 개구(130a, 130b, 130c)를 포함한다. 입력 개구 및 출력 개구의 형상 및 단면은 다양할 수 있다. 예시적인 형상으로는 정사각형, 직사각형 또는 원형 개구, 또는 이들의 조합이 포함된다. 단면은 입력 및 출력 개구 사이의 형상이 다양할 수 있다(예를 들어, 광학 소자가 정사각형 입력 개구와 직사각형 출력 개구를 갖거나 정사각형 출력과 함께 원형 입력 개구를 가짐).
도 3은 기판 재료(50)로 형성된 테이퍼형 광학 소자(20)의 어레이(30)를 도시한다. 복수의 개별 광학 소자(20)는 어레이를 형성하며, 인접한 광학 소자의 측벽(140)은 어레이 내의 채널(142)을 형성한다. 이러한 광학 소자 어레이는 대략적으로 형상화된 소자의 어레이로 공작물을 연마하거나 또는 유리로 성형함으로써 형성될 수 있다. 연마에 의해 형성되는 경우, 공작물은 전형적으로 기판 재료(50) 및 캐리어(52)를 포함한다. 선택적으로, 기판 및 캐리어 재료는 일체형일 수 있다. 유리로 성형되는 경우에는, 기판 및 캐리어 재료가 유리일 수 있다. 광학 소 자는 유리-세라믹 재료, 사출 성형을 통한 미립 다결정질 세라믹, 또는 졸-젤 유래된 유리 또는 결정질 재료와 같은 다른 재료를 사용하여 성형될 수 있다.
적합한 기판 재료는 무기 유리 및 세라믹(예를 들어, 방해석, 사파이어, 산화아연, 탄화규소, 다이아몬드, 지르코니아)과 같은 광학 재료 또는 이들의 조합을 포함한다. 특히 유용한 유리로는 굴절률이 약 1.7보다 크고 유리 전이 온도가 750℃보다 작은, 바람직하게는 유리 전이 온도가 650℃보다 작은 무연 유리가 비제한적으로 포함된다. 열팽창 계수가 낮은 유리가 바람직하다. 예시적인 유리로는 독일의 슈호트(Schott)로부터 모두 입수가능한 n-LAF7, n-LAF3, n-LAF33 및 n-LASF46과, (일본의) 오하라 코포레이션(Ohara Corporation)으로부터 입수가능한 S-NPH2가 포함된다. 다른 적합한 유리는 발명의 명칭이 "고굴절률 유리로 이루어진 LED 추출기"(LED EXTRACTOR COMPOSED OF HIGH INDEX GLASS)인 미국 특허 출원 제11/381,518호(레더데일(Leatherdale) 등)에 기재되어 있다.
광학 재료는 또한 이들 재료의 라미네이트, 예를 들어 유리에 접합된 탄화규소, 유리에 접합된 사파이어, 유리에 접합된 방해석, 및 유리에 접합된 중합체 필름을 포함할 수 있다. 광학 재료의 유리한 특징으로는 적어도 0.01 ㎠/s의 열확산도, 투명도, 고굴절률, 저색상(low color) 및 저독성이 포함된다.
기판 재료(50)는 또한 규소와 같은 반도체 재료 또는 탄화규소나 사파이어 상에 증착된 반도체를 포함할 수 있다. 기판 재료는 임의의 유형의 광학 및/또는 반도체 재료를 포함할 수 있지만, 패턴화된 연마재로 연마 및 폴리싱하는 것이 깨지기 쉽고 아주 경질이고/이거나 온도에 민감한 재료, 즉 종래의 방법을 사용하여 절단하기가 매우 어렵고 성형이 불가능한 재료의 경우에 특히 유리하다. 캐리어(52)는 본 기술 분야에 주지된 다수의 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다. 적합한 재료는 기계적으로 매우 안정적이어야 한다. 캐리어(52)는 대안적으로 기판 재료와 동일한 재료일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 광학 소자(20a, 21)의 두 개의 예시적인 어레이(30a, 30b)의 저면도를 도시한다. 도 4a는 정사각형 단면을 갖는 절두형 역 피라미드로 각각 형상화된 광학 소자(20a)의 어레이를 도시한다. 각각의 광학 소자(20a)는 네 개의 측벽(140a), 입력 개구(120a), 및 출력 개구(130a)를 갖는다. 인접한 광학 소자의 측벽(140a)은 어레이(30a) 내의 채널(142a)을 형성한다. TV, LCD 모니터 또는 디스플레이를 포함하는 응용예의 경우, 이들 응용예에 통상 사용되는 종횡비(예를 들어, 16:9 또는 4:3)의 직사각형 단면을 갖는 광학 소자 및 LED 다이를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 도 4b는 테이퍼형 광학 소자(21)의 어레이(30b)의 다른 실시예를 도시한다. 이 어레이에서, 개별 광학 소자(21)는 원형 입력 개구(121) 및 정사각형 출력 개구(131)를 갖는다. 측벽(141)은 그에 상응하게 입력 및 출력 개구를 접속시키도록 형상화된다. 인접한 광학 소자(21)의 측벽(141)은 어레이(30b) 내의 채널(142b)을 형성한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제조 방법의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서의 제1 단계는 대략적으로 형상화된 광학 소자(22)의 어레이(32)를 제공하는 것이다. 도 5a는 세 개의 대략적으로 형상화된 광학 소자(22)의 예시적인 어레이의 단면도를 도시한다. 각각의 형상화된 소자는 하나 이상의 측벽(42)을 갖는다. 인접한 광학 소자(22)의 측벽(42)은 어레이(32) 내의 채널(142)을 형성한다. 대략적으로 형상화된 광학 소자의 어레이는 광학 소자의 어레이를 유리 성분으로 성형하거나, 대략적으로 형상화된 광학 소자의 어레이로 공작물을 연삭 또는 연마하거나, 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 대략적으로 형상화된 소자의 어레이는 공작물로부터 제조될 수 있으며, 여기서 공작물은 발명의 명칭이 "광학 및 반도체 소자의 제조 프로세스"(PROCESS FOR MANUFACTURING OPTICAL AND SEMICONDUCTOR ELEMENTS)인 미국 특허 공보 제2006/0094340호(오우더커크(Ouderkirk) 등)에 기재된 바와 같이 형상화된 소자의 어레이를 한정하는 채널을 적어도 부분적으로 형성하도록 연마된다. 대안적으로, 대략적으로 형상화된 소자의 어레이는 몰딩 또는 점성 소결에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, N-LASF46(미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 쇼호트 노쓰 아메리카, 인크.(Schott North America, Inc.)로부터 입수가능함)과 같은 고굴절률 유리는 연화점보다 높은 온도로 가열되어 적합하게 형상화된 백금 코팅된 텅스텐 카바이드 몰드에 슬럼프(slump)되도록 할 수 있다.
이 실시예에서의 제2 단계는 어레이의 채널을 제거가능한 보호 재료로 채워 기계적으로 안정한 어레이를 형성하는 것이다. 도 5b는 도 5a의 대략적으로 형상화된 광학 소자의 어레이(32)를 제거가능한 보호 재료(40)로 채워 기계적으로 안정한 어레이(34)를 형성하는 것을 도시한다. 보호 재료는 용매로부터의 코팅으로부터 도포되거나, 유체로 직접 도포되거나, 전사 테이프를 사용하여 도포될 수 있다. 일부 재료는 도포된 후에 경화되는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 열경화성 물 질(thermosets)과 같은 경화성 재료는 열, 광 또는 이들의 조합과 같은 에너지원을 사용하여 경화될 수 있다. 열가소성 재료는 유리 전이 온도 아래로 냉각시킴으로써 경화될 수 있다.
적합한 보호 재료로는 기계적으로 강해야 하고, 광학 소자에 대한 양호한 접착력을 가져야 하며, 광학 소자에 손상을 입히는 일 없이 광학 소자 어레이로부터 제거가능해야 한다. 일부 실시예에서, 제거가능한 보호 재료가 래핑 프로세스 동안 사용되는 임의의 슬러리 재료(전형적으로, 수성계)에 용해될 수 없고 광학 소자와 사실상 동일한 속도로 연마되는 특성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 중합체의 일부 예로는 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리페닐 아크릴레이트 및 폴리아이소보리닐 아크릴레이트와 같은 아크릴이 포함된다. 다른 유용한 중합체로는 (폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은) 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아미드(나일론), 에폭시 수지, 폴리우레탄, 폴리에테르 및 폴리카르보네이트가 포함된다. 선형 중합체가 바람직하다. 또한, 경질 왁스, 천연 및 합성 피치(pitch)가 사용될 수 있다. 예시적인 재료로는 (미국 노쓰 캐롤라이나주 스타 소재의 서튼 테크놀로지 인크.(Sutton Technologies, Inc.)로부터 입수가능한) ACCULAP 합성 광학 피치를 포함한다. 또한, 저기능성 올리고머가 사용될 수 있다. 이 경우, 올리고머는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 적합한 경화성 촉매와 혼합되고, 그 혼합물은 소자들 사이의 공간에 배치되고 이어서 열, 광 또는 이들의 조합을 사용하여 경화된다. 광학 소자에 손상을 입히는 일 없이 제거될 수 있다면, 특정 졸-젤, 기타 무기 전구체, 저융점 금속, 저융점 유리 및 소석고(plaster of Paris)도 사용될 수 있다. 경화는 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 평균 분자량, 가교결합, 또는 기타 중합 표시(indicator)를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
이 실시예에서의 제3 단계는 원하는 형상 및 표면 정도로 기계적으로 안정한 어레이(34)를 래핑하는 것이다. 도 5c에서, 광학 소자(22)의 입력 개구 면을 래핑하도록 단면 래핑 단계가 채용된다. 도 5a의 각각의 대략적으로 형상화된 광학 소자(22)는 대략적인 입력 개구(24)를 갖는다. 래핑 후에, 도 5c의 어레이(36)에서의 각각의 광학 소자는 래핑된 입력 개구(26)를 갖는다. 광학 소자 어레이(36)는 래핑된 입력 개구 표면(27)을 갖는다. 래핑된 입력 개구 표면을 갖는 광학 소자 어레이는 사실상 동일한 평면에 있고 동일한 표면 토폴로지, 예를 들어 표면 거칠기를 나타내는 광학 소자를 전형적으로 가질 것이다.
일부 실시예에서, 보호 재료는 래핑될 때 보호 재료와 광학 소자 재료 둘 모두가 래핑되는 방식으로 어레이의 채널을 채운다. 이 경우, 래핑된 표면(27)은 도 5c에 도시된 바와 같이 어레이의 채널을 채우는 보호 재료와 함께 복수의 광학 소자를 포함한다. 다른 실시예에서, 보호 재료는 어레이의 채널을 부분적으로 채울 수 있다. 이 경우, 래핑된 표면(27)은 복수의 광학 소자만으로 형성된다.
선택적으로, 추가 단계가 본 발명의 개시된 방법에 추가될 수 있다. 예시적인 추가 단계는 제2 실시예에 대하여 설명된다.
도 6은 제2 실시예에 따라 본 발명의 개시된 제조 방법을 나타내는 블록도이다. 도 7은 도 6의 대응하는 제조 단계 동안의 광학 소자 어레이의 개략적인 측면도를 도시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서, 대략적으로 형상화된 광학 소 자의 어레이는 기판 재료(350) 및 캐리어(352)를 갖는 공작물을 연마함으로써 제조될 수 있다. 도 7a는 임의의 형상화가 일어나기 전의 공작물을 도시하고 있다.
도 7b는 대략적으로 형상화된 광학 소자 어레이(332)를 도시한다. 대략적인 형상화(도 6의 단계 220)는 단계 210에 도시된 공작물을 연삭 또는 연마함으로써 행해질 수 있다. 광학 소자는 대략적인 연삭 프로세스를 사용하여 공작물의 일 표면 상에 두 세트의 홈을 90도 이격되게 형성함으로써 제조될 수 있다. 홈은 형상화된 다이아몬드 톱을 사용하거나 형상화된 표면 연삭 휠 또는 3M 트리작(Trizact™) 다이아몬드 타일(Diamond Tile)과 같은 형상화된 고정 연마재(미국 특허 공보 제2006/0094340호 참조)를 사용한 형상 연삭에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 대략적인 형상화(220)는 또한 유리 블랭크(glass blank)의 일 표면은 평평하지만 다른 표면은 대략적으로 형상화된 복수의 광학 소자를 갖도록 블랭크를 성형함으로써 행해질 수 있다. 어느 하나의 방법을 사용하여, 래핑 단계 중의 재료의 일부 제거를 보상하기 위해 최종 광학 소자보다 큰 대략적으로 형상화된 광학 소자가 형성될 수 있다.
도 6의 단계 230은 광학 소자의 측벽을 원하는 표면 정도로 다듬질하는 선택 단계이다. 이 단계에서, 광학 소자의 각진 측벽의 최종 기하학적 형상, 즉 각도와 표면 거칠기 둘 모두가 달성될 수 있다. 다듬질 프로세스는 대략적인 연삭 또는 성형 프로세스에서 최종 허용 오차에 얼마나 가까워졌는지에 따라 한 단계 또는 두 단계 프로세스일 수 있다.
대략적인 형상화 단계 220 동안에 최종 기하학 허용오차가 달성되지 않는 경 우, 다듬질 단계는 선택적인 미세 연삭 프로세스 뿐만 아니라 선택적인 폴리싱(polishing) 프로세스를 포함할 수 있다. 광학 소자의 미세 연삭은 대략적인 연삭 또는 성형 작업에서의 홈을 따르는, 공작물의 구조화 표면 상에 90도로 이격된 두 세트의 연삭 트레이스를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 미세 연삭 작업은 형상화된 다이아몬드 휠 또는 미국 특허 공보 제2006/0094340호(오우더커크 등)에 기재된 방법 중 어느 하나를 이용하여 행해질 수 있다. 필요한 재고 제거량은 광학 소자의 각진 측벽(342)에 대한 기하학적 허용오차를 달성하는 데에 필요로 하는 것을 계산함으로써 결정될 수 있다. 이어서, 광학 소자의 각진 표면의 각각에 대한 최종 표면 정도를 달성하기 위해 폴리싱 프로세스가 채용될 수 있다.
각도에 대한 최종 허용오차가 충족된다면, 광학 소자의 각진 측벽에 대한 최종 표면 정도를 달성하기 위해 단지 폴리싱 프로세스만 사용될 수 있다. 폴리싱은 공계류 중인 미국 특허 공보 제2006/0094340호(오우더커크 등)에 기재된 바와 같이 유리(loose) 및 고정 연마재 폴리싱 둘 모두를 포함하는 다수의 종래의 폴리싱 기술을 사용하여 행해질 수 있다.
예를 들어, 폴리싱은 슬러리 형태의 연마재와 탄성 패드 재료(형상화되었거나 평평함)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 대안으로서, 폴리싱은 탄성 고정 연마재 패드(형상화되었거나 평평함)를 사용하여 행해질 수 있다. 깊은 채널이 요구되는 경우에는, 형상화된 폴리싱 패드가 바람직할 수 있다. 발명의 명칭이 "공작물의 표면을 수정하는 연마용품 및 방법"(ABRASIVE ARTICLE AND METHOD OF MODIFYING THE SURFACE OF A WORKPIECE)인 공계류 중인 미국 특허 출원 제 11/254,614호(러그(Lugg) 등)에 기재된 바와 같이, 경질 세라믹 재료의 경우, 수지 상 및 금속 상을 갖는 정밀하게 형상화된 연마 복합재를 포함하는 연마용품을 사용하는 폴리싱 기술을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 유리 재료의 경우에는, 종래의 폴리싱 패드 및 슬러리(예를 들어, 연마재 슬러리를 사용하는 다공성 폴리우레탄 패드)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 실리카 함유 재료에 대해서는 산화세륨 연마재가 사용될 수 있다. 사파이어와 같은 보다 경질인 세라믹 재료에 대해서는 알루미나 또는 다이아몬드 연마재가 사용될 수 있다. 또한, 자기유동학적 다듬질(Magnetorheological finishing; MRF) 기술이 폴리싱을 위해 사용될 수 있다.
도 7c는 다듬질된 측벽(344)을 갖는 광학 소자 어레이(333)를 도시한다.
단계 220(도 7b)에서 대략적으로 형상화된 광학 소자의 측벽(342)이 허용가능한 각도와 표면 정도의 것인 경우, 단계 230이 생략될 수 있다. 대안적으로, 보호 재료가 다듬질 단계 전에 제거되었다면, 단계 230은 래핑 단계 250 후에 수행될 수 있다.
도 6의 단계 240에서, 어레이의 채널은 용해성 중합체와 같은 보호 재료(340)로 다시 채워져 기계적으로 안정한 어레이(334)를 형성한다. 도 7d는 보호 재료(340)로 어레이의 채널(342)을 채운 광학 소자 어레이를 도시한다. 이 프로세스에서, 광학 소자는 후속 다듬질 작업을 용이하게 하는 보호 재료로 둘러싸이게 된다. 이러한 재료는 용매로 현상가능한 포토레지스트와 같은 용해 중합성 재료일 수 있다. 광학 소자의 각진 측면을 봉지(encapsulating)하는 목적은 후속 래핑 작 업 동안 광학 소자에 대한 지지를 제공하고, 칩핑(chipping)을 방지하고, 래핑 및 폴리싱 동안의 에지 롤오프(edge roll off)를 감소시키기 위한 것이다. 이러한 재료는 단계 250 동안 래핑을 견딜 만큼 충분히 기계적으로 강해야 한다. 바람직하게는, 채널(342)은 래핑 단계 전에 과다한 봉지재를 제거하기 위한 추가적인 연삭 단계에 대한 필요성을 피하기 위해 광학 소자의 상부까지만 채워진다. 대안적으로, 보호 재료의 양이 여전히 광학 소자 어레이를 기계적으로 안정화하는 역할을 한다면, 채널(342)은 부분적으로 채워질 수 있다. 보호 재료는 단계 240에서 사용되는 슬러리 재료에 용해되어서는 안되지만, 하기에 설명되는 바와 같이 예를 들어 적합한 용매를 사용하여 여전히 용이하게 제거될 수 있어야 한다.
일부 실시예에서, 보호 재료와 함께 기계적으로 안정한 광학 소자 어레이(334)는 추가 처리를 위해 제공될 수 있다. 추가 처리의 예로는 LED 다이의 대응하는 어레이에 광학 소자를 부착시키는 것을 포함하는데, 이는 하기에서 설명될 것이다. 다른 실시예에서, 보호 재료는 추가 처리 단계 전에 제거될 수 있다.
도 7e에 도시된 도 6의 단계 250에서, 단계 240에서 형성된 기계적으로 안정한 어레이(334)는 래핑된 표면(327)을 제공하도록 래핑된다. 래핑은 광학 소자의 입력 개구(326)에 원하는 표면 정도를 제공한다. 이 프로세스에서, 광학 소자 아래의 여분의 재료가 제거되고, 광학 소자의 최종 높이가 달성되고, 웨이퍼 접합 또는 입력 개구 표면(326) 상에 원하는 표면 정도가 얻어진다. 래핑은 본 기술 분야에 공지된 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 래핑은 금속성 평판(예를 들어, 주철) 상의 고정 연마재(예를 들어, 3M 트리작 다이아몬드 타일) 또는 유리 연마재(예를 들어, 알루미나 또는 다이아몬드)를 이용하여 수행될 수 있다. 경질 세라믹 재료 또는 초경질 유리의 경우에, 발명의 명칭이 "자급식 조절 연마용품"(SELF-CONTAINED CONDITIONING ABRASIVE ARTICLE)인 공계류 중인 미국 특허 출원 제11/191,722호(플레처(Fletcher) 등), 발명의 명칭이 "연마 응집물 폴리싱 방법"(ABRASIVE AGGLOMERATE POLISHING METHOD)인 공계류 중인 미국 특허 출원 제11/191,711호(플레처 등), 및 발명의 명칭이 "공작물의 표면을 수정하는 연마용품 및 방법"(ABRASIVE ARTICLE AND METHOD OF MODIFYING THE SURFACE OF A WORKPIECE)인 공계류 중인 미국 특허 출원 제11/254,614호(러그 등)에 기재된 방법을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 6의 단계 260에서, 기계적으로 안정한 어레이의 출력 개구 면이 래핑된다. 도 7f는 래핑된 출력 개구 표면(327)을 갖는 기계적으로 안정한 어레이를 도시한다. 개별 광학 소자들 사이의 유리 또는 세라믹 재료의 두께는 이 단계 후에 매우 작아질 것이다(가능하게는 0). 광학 소자는 단계 240에서 적용된 보호 재료(340)에 의해 주로 함께 유지될 것이다.
대안적으로, 래핑 단계 250 및 260은 한 번의 양면 래핑 단계 265로 조합될 수 있다. 양면 래핑의 경우에는, 광학 소자의 입력 개구 및 출력 개구 면 둘 모두에 대해 최종 표면 정도(예를 들어, 광학적으로 매끄러운 표면 정도)가 동시에 얻어질 수 있다. 양면 래핑 프로세스는 매우 빠르고, 광학 소자의 입력 면과 출력 개구 면 사이의 양호한 평행도를 갖고서 높은 수율로 많은 수의 고품질 광학 소자를 준비하는 것을 매우 용이하게 한다. 예를 들어, 작은 테이퍼 각도와 광학 소자 들 사이의 좁은 갭의 경우에는, 형상화된 연마재를 이용하여도 채널의 직상부까지 폴리싱 또는 래핑하는 것이 매우 어려울 수 있다. 본 발명의 개시된 방법에 따르면, 초기 광학 소자 높이는 최종 제품보다 다소 더 크게 형성될 수 있고, 이어서 광학 소자의 상부 및 하부 중 하나 또는 둘 모두의 일부가 단면 래핑 또는 양면 래핑을 통하여 제거될 수 있다. 이 프로세스에서 광학 소자의 피치는 웨이퍼당 수율을 최대화하면서 여전히 최소화될 수 있다. 양면 래핑은 또한 LED 다이의 발광 표면에의 웨이퍼 접착 또는 광학적 결합에 이상적인 입력 개구 상의 고품질 광학 표면을 생성한다.
선택적으로, 래핑된 표면(들)은 또한 광학적으로 매끄러운 다듬질을 제공하도록 폴리싱될 수 있다. 폴리싱은 다공성 폴리우레탄, 중합체 복합재, 또는 합성 피치 폴리싱 패드에 대해 연마재 슬러리를 사용하여 수행될 수 있다. 실리카 함유 재료에 대해서는 산화세륨 연마재가 사용될 수 있다. 사파이어와 같은 보다 경질인 세라믹 재료에 대해서는 알루미나 또는 다이아몬드 연마재가 사용될 수 있다. 대안적으로, 실리카 연마재(바람직하게는, 콜로이달 실리카)는 (화학 기계적 폴리싱 작업을 통하여) 사파이어의 최종 폴리싱에 사용될 수 있다.
일부 응용예에 대하여, 웨이퍼 또는 LED 다이 소자에 접합된 광학 소자 어레이를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 도 8은 본 발명의 개시된 방법과 함께 사용될 수 있는 추가적인 선택적 단계를 도시한다. 도 8에 도시된 추가적인 처리 단계는 웨이퍼 캐리어에 광학 소자를 부착시키는 단계(단계 270), 에피 웨이퍼(epi-wafer)에 어레이와 웨이퍼 접합하는 단계(단계 280), 및 웨이퍼를 다이싱하여 LED 다이 소자에 접합된 개별 광학 소자를 제조하는 단계(단계 290)를 포함한다. 본 명세서에 개시된 방법은 단일 제조 작업으로 이러한 접합된 광학 소자/LED 다이 쌍을 제공한다. 일부 응용예에 대하여, LED 다이의 크기와 광학 소자의 출력 개구의 크기는 일치하도록 설계될 수 있다. 이는 대량 생산에 유리하다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 제조 단계 동안의 광학 소자 어레이의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 8의 단계 270 및 이에 대응하는 도 9a는 광학 소자를 웨이퍼 캐리어(370)에 부착시키는 선택적 단계를 도시한다. 적합한 웨이퍼 캐리어 재료는 광학 소자 어레이의 출력 개구 면에 부착될 수 있다. 부착된 웨이퍼 캐리어(370)는 에피 웨이퍼(380)에의 접합(단계 280) 전에 보호 재료(340)가 제거될 때 광학 소자에 대한 지지를 제공한다. 웨이퍼 캐리어(370)는 접착제를 사용하여 부착될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼를 강성의 균일한 지지 표면에 접합하도록 독특한 UV 경화성 3M 접착제를 이용하는 3M 웨이퍼 지지 시스템이 사용될 수 있다. 이는 웨이퍼 접합(단계 280) 및 광학 소자의 싱귤레이션(singulation)(단계 290) 동안 광학 소자 어레이에 대한 응력(stress)을 감소시킬 것이다.
다음으로, 개별 광학 소자의 어레이(338)를 노출시키도록 보호 재료가 제거될 수 있다. 특정 제거 프로세스에 따라, 제거 프로세스 동안 광학 소자 표면의 다듬질 품질을 유지하도록 적합한 단계가 취해질 수 있다. 포토레지스트를 사용하는 경우, 애싱(ashing) 또는 화학적 에칭(etching)과 같은 표준 포토레지스트 제거 프로세스가 보호 재료를 제거하는 데 이용될 수 있다. 보호 재료의 제거를 위한 다른 적합한 방법으로는 가열(예를 들어, 열가소성 재료 또는 저융점 금속을 용융 또는 연화시키기 위해), 플라즈마 애싱, 열분해(pyrolysis) 및 레이저에 의한 분해가 비제한적으로 포함된다. 대안적으로, 보호 재료(340)는 웨이퍼 캐리어에 부착되기 전에 광학 소자 어레이로부터 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 에피 웨이퍼에 대한 광학 소자 어레이의 깨끗한 접촉을 여전히 가능하게 하면서 접합을 위한 어레이의 안정화를 위해 접합 전에 보호 재료의 단지 소량만 제거하는 것이, 예를 들어 보호 재료 두께의 5-10%를 에칭 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
단계 280에서의 도 8 및 도 9b는 에피 웨이퍼(380)에 광학 소자 어레이를 웨이퍼 접합하는 단계를 도시한다. 에피 웨이퍼(380)는 LED 다이 어레이를 포함한다. 이러한 단계 동안, 광학 소자 어레이의 입력 개구 표면은 적합한 접합 기술을 사용하여 에피 웨이퍼(380)의 표면에 접합될 수 있다. 플립 칩 LED 설계를 사용하는 경우, 에피 웨이퍼(380) 상의 LED 다이에 대한 광학 소자의 정렬은 접합 전에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 소자 어레이는 종래의 포토리소그래피(photolithography)에서 사용되는 바와 같은 마스크 얼라이너(mask aligner)를 사용하여 플립칩 LED 어레이에 대해 정렬될 수 있다. 기판 및 반도체층은 시각적으로 투명하기 때문에, 에피 웨이퍼를 통하여 이미징하고, 에칭된 금속 접점이나 에피 웨이퍼의 배면 상의 다른 불투명한 기점 마킹(fiducial marking)을 식별하고, 이들 축을 현미경 이미지에 대한 십자선(cross-hairs)에 따라 정렬할 수 있다. 이어서, 현미경 대물렌즈는 광학 소자 어레이의 평면에 초점이 맞춰질 수 있으며, 어레이는 마찬가지로 현미경이나 머신 비전 시스템(machine vision system) 상의 십 자선에 따라 정렬(예를 들어, 얼라이너 스테이지 상의 x, y 및 θ 제어를 사용하여 중심을 맞추거나 회전될 수 있음)될 수 있다. 결국, x, y, 및 θ에 대한 미세 조정을 수행하면서 광학 소자 어레이와 에피 웨이퍼가 긴밀 접촉할 수 있게 되고 앞서 설명된 기술을 사용하여 접합될 수 있다.
도 8의 단계 290 및 도 9c는 LED 다이 소자(382)에 접합된 복수의 개별 광학 소자(328)가 제조되는 싱귤레이션 또는 웨이퍼 다이싱 단계를 도시한다. 이러한 단계 동안, 에피 웨이퍼(380)가 다이싱되어 개별 LED 다이 소자(382)의 어레이를 제조한다. 에피 웨이퍼(380)를 포함하는 LED 다이는 수지 또는 금속 접합된 다이아몬드 톱을 사용하는 연마재 절단(abrasive sawing), 건식 레이저 스크라이빙(scribing), 워터젯 가이드 레이저 다이싱 및 습식 또는 건식 에칭을 비제한적으로 포함하는 본 기술 분야에 공지된 방법을 사용하여 개별 LED 다이 소자(382)로 싱귤레이션될 수 있다. 결과적인 LED 다이 소자 - 광학 소자 쌍의 어레이는 이 단계후 웨이퍼 캐리어(370)에 접합된 채 남아 있게 된다.
단계 270 내지 290은 광학 소자가 LED 다이와 접합되지 않은 구성으로 사용될 경우에는 필요하지 않다. 도 1에 의하면, 광학 소자는 접합 없이도 LED 다이에 광학적으로 결합될 수 있다. 비접합 구성에서는, 발명의 명칭이 "비접합 광학 소자를 갖는 LED 패키지"(LED PACKAGE WITH NON-BONDED OPTICAL ELEMENT)인 미국 특허 공보 제2006/0091784호(콘너(Connor) 등)에 기재된 바와 같이, 광학 소자(20)가 클램프를 사용하여 LED 다이(10) 위의 일정 위치에 유지될 수 있으며 에어 갭(150) 또는 얇은 광학 전도층, 예를 들어 굴절률 정합 유체 또는 겔을 통하여 광학적 접 촉이 달성된다.
각각의 광학 소자 - LED 다이 쌍은 어레이 내의 발광용품을 형성한다. 다이싱 후에, 발광용품은 웨이퍼 캐리어로부터 제거될 수 있다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 일부 응용예의 경우, LED 다이의 크기와 광학 소자의 출력 개구의 크기는 일치하도록 설계될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법은 이러한 발광용품의 대량 제조에 특히 적합하다.
도 10은 본 발명의 개시된 방법에 의해 제조된 단일 발광용품(200)을 도시한다. 광학 소자(28)는 출력 개구 크기(b)에 의해 특징지워지는 출력 개구(130)를 갖는다. 마찬가지로, LED 다이 소자(82)는 LED 다이 크기(b)에 의해 특징지워진다. 크기는 일차원 측정치, 예를 들어 길이, 폭 또는 직경일 수 있다. 대안적으로, 크기는 표면적이라 불릴 수 있다. 본 발명의 개시된 방법은 LED 다이 크기가 출력 개구 크기와 그 크기가 사실상 동일한 발광용품을 제조한다. 예를 들어, 광학 소자는 정사각형인 출력 개구를 갖지만 LED 다이가 직사각형인 경우, 다이싱 단계는 두 개의 평면(x-y) 치수 중 하나(예를 들어, x 방향)만 실질적으로 일치하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 이 다이싱 단계는 또한 광학 소자의 출력 개구의 표면적과 일치하는 LED 다이 표면적 크기를 제공하도록 적응될 수 있다.
바람직하게는, 입력 개구의 크기는 발광 표면에서 LED 다이의 크기와 일치한다. 도 11a 내지 도 11d는 이러한 배열의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 11a에서, 원형 입력 개구(125a)를 갖는 광학 소자는 정사각형 발광 표면(107a)을 갖는 LED 다이에 광학적으로 결합된다. 여기서, 입력 개구 및 발광 표면은 원형 입력 개구(125a)의 치수 "d"를 정사각형 발광 표면(107a)의 대각선 치수(또한, "d")와 동일하게 함으로써 일치된다. 도 11b에서, 육각형 입력 개구(125b)를 갖는 광학 소자는 정사각형 발광 표면(107b)을 갖는 LED 다이에 광학적으로 결합된다. 여기서, 육각형 입력 개구(125b)의 높이 "h"는 정사각형 발광 표면(107b)의 높이 "h"와 일치된다. 도 11c에서, 직사각형 입력 개구(125c)를 갖는 광학 소자는 정사각형 발광 표면(107c)을 갖는 LED 다이에 광학적으로 결합된다. 여기서, 입력 개구와 발광 표면 둘 모두의 폭 "w"는 일치된다. 도 11d에서, 정사각형 입력 개구(125d)를 갖는 광학 소자는 육각형 발광 표면(107d)을 갖는 LED 다이에 광학적으로 결합된다. 여기서, 입력 개구 및 발광 표면 둘 모두의 높이 "h"는 일치된다. 물론, 입력 개구와 발광 표면이 둘 모두 동일하게 형상화되고 동일한 표면적을 갖는 단순한 배열도 또한 이러한 기준을 충족시킨다. 여기서, 입력 개구의 표면적은 LED 다이의 발광 표면의 표면적과 일치된다.
예를 들어, LED 다이 발광 표면이 1 ㎜의 변을 갖는 정사각형인 경우, 광학 소자 입력 개구는 이에 부합되게 1 ㎜의 변을 갖는 정사각형을 갖도록 형성될 수 있다. 대안적으로, 정사각형 발광 표면은 직사각형 입력 개구에 광학적으로 결합될 수 있는데, 상기 직사각형은 그 변 중의 하나가 상기 발광 표면의 변의 크기와 그 크기가 일치하게 된다. 직사각형의 일치하지 않는 변은 정사각형의 변보다 크거나 작을 수 있다. 선택적으로, 발광 표면의 대각선 치수와 동일한 직경을 갖는 원형 입력 개구를 갖는 광학 소자가 형성될 수 있다. 예를 들어, 1 ㎜ x 1 ㎜ 정사각형 발광 표면의 경우, 1.41 ㎜의 직경을 갖는 원형 입력 개구가 본 출원의 목 적상 그 크기가 일치하는 것으로 고려될 것이다. 입력 개구의 크기는 또한 발광 표면의 크기보다 약간 작게 형성될 수도 있다. 이는 발명의 명칭이 "고휘도 LED 패키지"(HIGH BRIGHTNESS LED PACKAGE)인 본 출원인의 공동 소유인 미국 특허 공보 제2006/0091411호에 기재된 바와 같이 목적 중 하나가 광원의 외견상 크기를 최소화하는 것인 경우 이점을 가질 수 있다.
도 5c는 래핑된 입력 개구 표면(27)을 갖는 광학 소자(36) 어레이를 도시한다. 일부 응용예에서, 광학 소자 어레이가 어레이의 특성 가로 치수의 비율(percentage)로서 표현되는 100 ppm 미만의 총 두께 편차(TTV)를 갖는 광학 소자 어레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 50 ㎜의 특성 가로 치수를 갖는 어레이에 대해 측정된 5 ㎛의 두께 편차는 100 ppm의 TTV로 표현될 것이다. 다른 응용예에서는, 원하는 허용오차보다 작은 표면 거칠기, 예를 들어 50 ㎜ 미만의 피크-밸리 표면 거칠기(peak to valley surface roughness)를 갖는 다듬질된 입력 개구를 갖는 광학 소자를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 입력 개구와 출력 개구가 일정 허용오차 내에서 서로 평행한, 예를 들어 1°내에서 평행한 광학 소자의 어레이를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 개시된 방법은 단일 재료로 이루어진 광학 소자에 대하여 상세하게 설명되었지만, 이들 방법은 또한 둘 이상의 재료를 포함하는 광학 소자에도 적용가능하다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "복합 광학 소자(들)를 갖는 고휘도 LED 패키지"(HIGH BRIGHTNESS LED PACKAGE WITH COMPOUND OPTICAL ELEMENT(S))인 미국 특허 공보 제2006/0091798호(오우더커크 등)에 개시된 바와 같이, 본 방법은 복합 광학 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 개시된 방법은 발명의 명칭이 "다수의 광학 소자를 갖는 고휘도 LED 패키지"(HIGH BRIGHTNESS LED PACKAGE WITH MULTIPLE OPTICAL ELEMENTS)"인 미국 특허 공보 제2006/0092532호(오우더커크 등)에 기재된 바와 같이, 단일 LED 다이와 결합될 복수의 광학 소자를 제공하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 개시된 방법은 발명의 명칭이 "수렴 광학 소자를 갖는 LED 패키지"(LED PACKAGE WITH CONVERGING OPTICAL ELEMENT)인 미국 특허 출원 제11/381,324호(레더데일 등)에 기재된 바와 같이, 하나 이상의 수렴 면을 갖는 광학 소자 어레이를 제공하는 데 마찬가지로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 개시된 방법은 LED 다이와 조합되기 전에 다른 소자와 조합될 광학 소자 어레이를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 소자 어레이는 발명의 명칭이 "고휘도 LED 패키지"(HIGH BRIGHTNESS LED PACKAGE)인 미국 특허 공보 제2006/0091411호(오우더커크 등)에 기재된 바와 같이, 패턴화된 저굴절률 층과 광 접촉하도록 위치될 수 있다. 마찬가지로, 광학 소자 어레이는 발명의 명칭이 "편광 LED"(POLARIZED LED)인 미국 특허 공보 제2006/0091412호(휘틀레이(Wheatley) 등)에 기재된 바와 같이, 복굴절 재료 또는 반사 편광기와 광 접촉하도록 위치될 수 있다. 광학 소자 어레이는 형광체 재료의 층과 마찬가지로 조합될 수 있다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "간섭 반사기를 갖는 형광체 광원의 형성 방법"(METHODS OF MAKING PHOSPHOR BASED LIGHT SOURCES HAVING AN INTERFERENCE REFLECTOR)인 미국 특허 출원 공보 제2004/0116033호(오우더커크 등)에 기재된 바 와 같이, 형광체 코팅이 광학 소자 어레이에 추가될 수 있거나 또는 형광체 코팅된 다층 광학 필름이 광학 소자 어레이와 광 접촉하도록 위치될 수 있다.
본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌 및 공보는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 본 발명으로 명백하게 포함된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 설명되고, 본 발명의 범주 내에서 가능한 변형에 대해 언급하였다. 본 발명에서의 상기의 그리고 다른 변형 및 수정은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 그러므로, 본 발명은 이하에 제공되는 청구의 범위에 의해서만 한정될 것이다.

Claims (20)

  1. 각각이 입력 개구를 갖는 광학 소자의 어레이 - 여기서, 상기 광학 소자 어레이는 래핑된 입력 개구 표면을 가짐 - 와;
    각각이 입력 개구에서 하나 이상의 광학 소자에 광학적으로 결합되는 LED 다이의 어레이를 포함하는 발광용품 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 광학 소자는 출력 개구를 가지며, 출력 개구는 LED 다이와 크기가 일치하는 어레이.
  3. 제2항에 있어서, LED 다이의 크기와 출력 개구의 크기는 둘 모두 일차원으로 측정되는 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 광학 소자는 테이퍼 형태(taper)로 형상화되는 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 광학 소자 어레이는 LED 다이 어레이에 접합되는 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 광학 소자 어레이와 광 접촉하는 반사 편광기를 추가로 포함하는 어레이.
  7. 제1항에 있어서, LED 다이는 단면이 직사각형인 어레이.
  8. 각각이 일정 크기인 입력 개구 및 출력 개구를 각각 갖는 광학 소자의 어레이와;
    각각이 일정 크기를 갖고 상기 입력 개구에서 하나의 광학 소자에 광학적으로 결합되는 LED 다이의 어레이 - 여기서, 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치함 - 를 포함하는 발광용품 어레이.
  9. 제8항에 있어서, LED 다이 크기와 출력 개구 크기는 둘 모두 일차원으로 측정되는 어레이.
  10. 제8항에 있어서, 각각의 광학 소자는 테이퍼 형태로 형상화되는 어레이.
  11. 제8항에 있어서, 광학 소자 어레이는 래핑된 입력 개구 표면을 갖는 어레이.
  12. 제8항에 있어서, 광학 소자 어레이는 LED 다이 어레이에 접합되는 어레이.
  13. 제8항에 있어서, 광학 소자 어레이와 광 접촉하는 반사 편광기를 추가로 포함하는 어레이.
  14. 제8항에 있어서, LED 다이는 직사각형 단면을 갖는 어레이.
  15. 각각이 일정 크기인 입력 개구와 출력 개구를 갖는 광학 소자와;
    광학 소자에 광학적으로 결합되고 일정 LED 다이 크기를 갖는 LED 다이 - 여기서, 광학 소자의 출력 개구 크기는 LED 다이 크기와 일치함 - 를 포함하는 발광용품.
  16. 제15항에 있어서, LED 다이 크기와 출력 개구 크기는 둘 모두 일차원으로 측정되는 발광용품.
  17. 제15항에 있어서, 광학 소자는 테이퍼 형태로 형상화되는 발광용품.
  18. 제15항에 있어서, 광학 소자 어레이는 LED 다이 어레이에 접합되는 어레이.
  19. 제15항에 있어서, 광학 소자 어레이와 광 접촉하는 반사 편광기를 추가로 포함하는 어레이.
  20. 제15항에 있어서, LED 다이는 직사각형 단면을 갖는 어레이.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7594845B2 (en) * 2005-10-20 2009-09-29 3M Innovative Properties Company Abrasive article and method of modifying the surface of a workpiece
WO2008064068A2 (en) * 2006-11-17 2008-05-29 3M Innovative Properties Company Planarized led with optical extractor
EP2092576A1 (en) * 2006-11-17 2009-08-26 3M Innovative Properties Company Optical bonding composition for led light source
JP4561732B2 (ja) * 2006-11-20 2010-10-13 トヨタ自動車株式会社 移動体位置測位装置
WO2008063884A1 (en) * 2006-11-20 2008-05-29 3M Innovative Properties Company Optical bonding composition for led light source
US20090050921A1 (en) * 2007-08-23 2009-02-26 Philips Lumileds Lighting Company Llc Light Emitting Diode Array
US20090154137A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Illumination Device Including Collimating Optics
US20090166654A1 (en) * 2007-12-31 2009-07-02 Zhiyin Gan Light-emitting diode with increased light efficiency
DE102008035255B4 (de) 2008-07-29 2021-10-07 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
US8803967B2 (en) 2009-07-31 2014-08-12 Mesa Imaging Ag Time of flight camera with rectangular field of illumination
TW201137960A (en) * 2010-04-20 2011-11-01 Raydium Semiconductor Corp Integrated circuit wafer dicing method
US8269235B2 (en) * 2010-04-26 2012-09-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Lighting system including collimators aligned with light emitting segments
JP5216113B2 (ja) * 2011-02-24 2013-06-19 フェニックス電機株式会社 発光装置
DE102011080179A1 (de) * 2011-08-01 2013-02-07 Osram Ag Wellenlängenkonversionskörper und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2013085874A1 (en) 2011-12-05 2013-06-13 Cooledge Lighting Inc. Control of luminous intensity distribution from an array of point light sources
US9053952B2 (en) * 2012-09-28 2015-06-09 Apple Inc. Silicon shaping
ITTO20120988A1 (it) 2012-11-14 2014-05-15 Light In Light S R L Sistema di illuminazione artificiale per simulare un'illuminazione naturale
JP6568062B2 (ja) * 2013-07-18 2019-08-28 ルミレッズ ホールディング ベーフェー 発光デバイスのウェファのダイシング
US9451247B2 (en) 2013-11-25 2016-09-20 Ul Llc Camera test apparatus
EP3092522B1 (en) 2014-01-08 2019-08-14 Signify Holding B.V. Color mixing output for high brightness led sources
CN107342354B (zh) * 2017-06-28 2019-08-20 深圳市环基实业有限公司 一种ic封装工艺
WO2024018291A1 (en) 2022-07-22 2024-01-25 Centitvc - Centro De Nanotecnologia E Materiais Técnicos Funcionais E Inteligentes Natural stone panel with surface lighting properties and respective manufacturing process
EP4310392A1 (en) 2022-07-22 2024-01-24 CENTITVC - Centro de Nanotecnologia e Materiais Tecnicos, Funcionais e Inteligentes Natural stone panel with surface lighting properties and respective manufacturing process

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020035819A (ko) * 2002-04-25 2002-05-15 주식회사 포스기술 방수, 방진 구조를 가진 방열판 겸용 반사면을 구비한발광소자 매트릭스 모듈 및 그 형성방법
US7118438B2 (en) 2003-01-27 2006-10-10 3M Innovative Properties Company Methods of making phosphor based light sources having an interference reflector
US6942360B2 (en) * 2003-10-01 2005-09-13 Enertron, Inc. Methods and apparatus for an LED light engine
KR100592327B1 (ko) * 2003-12-19 2006-06-21 주식회사 코스텍시스 전자기기용 발광다이오드 모듈
KR100574628B1 (ko) * 2004-03-10 2006-04-28 서울반도체 주식회사 색 필름을 이용한 발광 다이오드 모듈
US7070300B2 (en) * 2004-06-04 2006-07-04 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Remote wavelength conversion in an illumination device
US20060091412A1 (en) 2004-10-29 2006-05-04 Wheatley John A Polarized LED
US7329982B2 (en) 2004-10-29 2008-02-12 3M Innovative Properties Company LED package with non-bonded optical element
US7330319B2 (en) 2004-10-29 2008-02-12 3M Innovative Properties Company High brightness LED package with multiple optical elements
US7404756B2 (en) 2004-10-29 2008-07-29 3M Innovative Properties Company Process for manufacturing optical and semiconductor elements
US7304425B2 (en) 2004-10-29 2007-12-04 3M Innovative Properties Company High brightness LED package with compound optical element(s)
US20060091411A1 (en) 2004-10-29 2006-05-04 Ouderkirk Andrew J High brightness LED package
US7169031B1 (en) 2005-07-28 2007-01-30 3M Innovative Properties Company Self-contained conditioning abrasive article
US7494519B2 (en) 2005-07-28 2009-02-24 3M Innovative Properties Company Abrasive agglomerate polishing method
US7594845B2 (en) 2005-10-20 2009-09-29 3M Innovative Properties Company Abrasive article and method of modifying the surface of a workpiece

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