KR20100098661A - 광전 소자의 제조 방법 및 광전 소자 - Google Patents

광전 소자의 제조 방법 및 광전 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복사 방출 장치 및 렌즈를 포함한 광전 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복사 방출 장치 및 렌즈를 포함한 광전 소자에 관한 것이기도 하다.

Description

광전 소자의 제조 방법 및 광전 소자{METHOD FOR PRODUCING AN OPTOELECTRONIC COMPONENT AND OPTOELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 광전 소자의 제조 방법 및 광전 소자에 관한 것이다.
본 원은 독일특허출원 10 2008 014122.4 및 10 2007 057470.5을 기초로 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
이제까지, 렌즈를 포함하는 광전 소자의 제조 방법은 제조 비용이 크고, 실장 비용이 크며, 렌즈의 기계적 안정성 부족 문제가 있었다.
본 발명은 광전 소자에 렌즈를 배치할 수 있는 비용 효율적이고 간단히 수행할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 방법에 의하여 해결된다. 본 발명에 따른 방법으로 제조된 광전 소자는 특허청구범위 제8항에 기술된다. 방법 또는 소자의 다른 실시예는 다른 청구항에 기술된다.
일 실시예에 따르면, 광전 소자의 제조 방법은, A) 복사 방출 장치의 준비 단계, B) 장치의 가열 단계 및 C) 장치의 광학 경로에 액상 렌즈 물질을 도포하는 단계를 포함하며, 이 때 렌즈 물질의 교차 결합에 의해 장치에 맞춰진 렌즈가 형성된다. 이미 완성된 복사 방출 장치 상에 렌즈 물질이 배치되어, 렌즈가 형성될 수 있다. 이는 예비 가열된 장치 상에 렌즈 물질이 도포되어 렌즈가 형성되는 간단한 제조 공정으로, 이미 완성된 렌즈를 복사 방출 장치상에 별도로 배치하여 기계적으로 고정하는 것과 같은 부가적 단계가 생략된다.
A) 단계는 A1) 하우징의 캐비티에 캐리어를 배치하는 단계, A2) 캐리어 상에 복사 방출 반도체 층 시퀀스를 배치하는 단계; 및 A3) 상기 반도체 층 시퀀스 상에 몰딩부를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. A) 단계에서 복사 방출 장치가 완성되고, B) 및 C) 단계를 위해 준비된다.
B) 단계에서 복사 방출 장치는 80℃ 내지 180℃의 온도 범위, 예컨대 150℃의 온도에서 가열될 수 있다. 상기 온도에서, 복사 방출 장치는 손상되지 않으면서, C) 단계에서 렌즈 물질의 교차 결합을 유도하기에 충분히 가열되어 있다.
또한, C) 단계에서 액상 렌즈 물질의 온도는 복사 방출 장치보다 더 낮을 수 있다. 예컨대, 액상 렌즈 물질은 상온을 가질 수 있다. 이를 통해, 액상 렌즈 물질은 복사 방출 장치와 접촉하기 전에 교차 결합되지 않는다. 렌즈 물질이 복사 방출 장치 상에 도포될 때 비로소, 복사 방출 장치에 의해 제공되는 온도 영향 하에 교차 결합된다.
또한, C) 단계에서 렌즈 물질은 복사 방출 장치 상에 적하되고, 복사 방출 장치 상에서 적하물이 형성될 수 있다. 상기 적하물은 복사 방출 장치에 의해 가열되어, 열 교차 결합성인 렌즈 물질은 복사 방출 장치의 가열에 의해 열 교차 결합된다. 즉, 다른 방법 단계 없이, 복사 방출 장치에 맞추어 렌즈가 형성된다. 렌즈의 정확한 형상은 공정 파라미터에 의해 영향을 받을 수 있다. 공정 파라미터는 예컨대 복사 방출 장치의 온도, 렌즈 물질의 온도 및 렌즈 물질의 조성을 포함한다. 렌즈의 형상에 미치는 다른 요인에는, 복사 방출 장치상에 도포될 때의 렌즈 물질의 유속이 포함될 수 있다.
또한, 적하물은 렌즈 물질과 복사 방출 장치의 몰딩부의 물질과의 화학적 반응에 의해 복사 방출 장치상에 고정될 수 있다. 화학 반응은 렌즈 물질 및 몰딩부의 물질의 용해 및 용융, 그리고 물질들 간의 화학적 결합을 포함할 수 있다. 적하물로부터 형성된 렌즈는 몰딩부 상에 고정되며, 이 때 예컨대 금속 클램프(metal clamp)와 같은 부가적인 기계적 홀딩 장치는 필요하지 않다. 따라서, 복사 방출 장치 상에 렌즈를 고정하는 다른 단계는 생략된다. 기계적 결합이 없으므로, 몰딩부 및 렌즈의 팽창 거동이 영향을 받지 않아, 기계적 응력이 발생하지 않는다.
본 방법은 C) 단계 이후에 수반되는 C1) 단계, 즉 렌즈가 플라즈마에 노출되는 단계를 포함할 수 있고, 따라서 렌즈의 비습윤성 표면층이 형성된다. 표면층은 렌즈 물질의 플라즈마 처리에 의해 생성된 유리층일 수 있다. 이러한 표면층은 비습윤성이어서, 먼지 입자 또는 부품이 렌즈에 쉽게 부착될 수 없다. 비습윤성 렌즈 표면층을 얻기 위한 다른 방법은 렌즈 물질의 특정한 혼합을 사용하거나, 형태가 완성된 렌즈의 부가적 코팅 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 방법에 따라 제조되는 광전 소자도 기술되며, 상기 광전 소자는 복사 방출 장치 및 상기 장치에 맞추어 형성된 렌즈를 포함한다. 복사 방출 장치의 광학 경로에 배치된 렌즈에 의해, 이러한 광전 소자의 복사 강도가 높아진다.
렌즈 물질은 실리콘 겔을 포함할 수 있고, 상기 실리콘 겔은 복사 방출 장치의 온도 영향 하에 교차 결합되어 실리콘 수지가 되고, 열에 의해 교차 결합될 수 있다. 실리콘 겔은 경화제, 촉매 또는 다른 첨가물을 더 포함할 수 있고, 이는 장치 상에 실리콘 겔이 적하되기 전에 실리콘 겔과 혼합되고, 요구되는 렌즈 특성에 따라 수지의 성질에 영향을 미친다. 예컨대, 실리콘 겔에서 경화제 비율을 증가시켜 접착성 및 겔 특성이 더 적은 실리콘 수지가 생성될 수 있다. 이러한 실리콘 수지는 광 세기가 높을 때도 손상 없이 사용될 수 있다. 또한, 그러한 렌즈 물질은 비용 효율이 높아, 광전 소자의 제조 공정도 효과적이다.
광전 소자는 캐리어 및 상기 캐리어 상의 반도체 층 시퀀스를 구비한 복사 방출 장치를 포함할 수 있다. 상기 반도체 층 시퀀스는 하우징의 캐비티에 배치된다. 또한, 하우징의 캐비티에서 반도체 층 시퀀스 상에 몰딩부가 배치될 수 있다. 몰딩부는 예컨대 실리콘 수지를 포함할 수 있고, 상기 실리콘 수지는 렌즈 물질의 실리콘 수지에 상응하거나 그와 상이하다. 몰딩부는 에폭시 수지를 더 포함할 수 있다. 반도체 층 시퀀스는 LED칩을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 의해 상세히 설명된다.
도 1은 광전 소자의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 렌즈를 포함한 복사 방출 장치의 사진을 도시한다.
도 3은 광전 소자의 방출 특성을 도시한다.
도 1은 복사 방출 장치 및 렌즈를 포함한 광전 소자의 개략적인 횡단면도이다. 복사 방출 장치는 반도체 층 시퀀스(1)를 포함하고, 상기 반도체 층 시퀀스는 도체판(7)과 직접적으로, 그리고 연결부(2)에 의해 상기 도체판(7)과 접촉한다. 또한, 반도체 층 시퀀스는 캐리어(4)상에 배치된다. 반도체 층 시퀀스(1) 및 캐리어(4)는 하우징(5)의 캐비티에 위치하고, 상기 캐비티의 외부에 몰딩부(3)가 배치된다. 몰딩부(3) 및 하우징 상에 표면층(6a)을 포함한 렌즈(6)가 배치된다. 몰딩부(3) 및 렌즈(6a)는 예비 가열된 복사 방출 장치 상에 렌즈 물질이 도포될 때 서로 화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로 구성된다. 예컨대, 몰딩부의 물질 및 렌즈의 물질은 동일하거나 서로 다른 실리콘 수지일 수 있다. 렌즈의 표면층은 렌즈의 플라즈마 처리에 의해 생성된 유리층일 수 있다. 표면층은 부가적으로 그 위에 도포된 코팅을 포함할 수 있고, 상기 코팅은 비접착성 및 비습윤성 특성을 가지는 물질을 포함한다. 렌즈(6)는 몰딩부(3)의 물질과 렌즈 물질과의 화학적 결합에 의해 복사 방출 장치 상에 고정된다. 렌즈는, 복사 방출 장치로부터 방출된 광의 복사 강도가 높도록 형성된다. 표면층(6a)에 의해 렌즈(6)는 오염물질이 묻지 않고, 다른 부품에도 접착되지 않는다.
도 2a는 렌즈를 포함한 복사 방출 장치의 평면도를, 도 2b는 렌즈를 포함한 복사 방출 장치의 측면도를 도시한다. 복사 방출 장치는 실리콘 수지로 구성된 렌즈가 도포된 LED칩을 가리킨다. 렌즈는 상기에 기술된 방법에서 액상 렌즈 물질의 형태, 예컨대 실리콘 겔의 형태로 LED칩 상에 적하되며, 이 때 LED칩은 가열되었다. 따라서, 렌즈 물질은 교차 결합되고, 렌즈의 형태로 LED칩 상에 고정된다. 따라서, 단순한 비용 경제적인 공정에 의해 LED칩 상에 렌즈가 배치된다. 부가적인 기계적 고정 단계는 필요하지 않다. LED칩은 상기 칩을 다른 부품 상에 또는 다른 부품에 납땜할 때 이용하는 사이드 암을 더 포함한다.
도 3은 광전 소자의 방출된 광의 방출 특성을 도시한다. 상기 광전 소자는 렌즈를 구비한 복사 방출 장치를 포함한다. 방출각(α, 단위는 °임)에 대한 자의적 단위의 세기(I)가 도시되어 있다. 선 A는 이상적인 코사인 곡선으로, 렌즈를 포함하지 않은 복사 방출 장치의 방출 특성을 나타낸다. 측정 데이터(B)는 상술한 방법에 따라 렌즈가 도포된 복사 방출 장치, 즉 LED칩의 세기 측정값을 도시한다. 곡선 하부의 면으로 표시되는 방출된 복사의 효율이 코사인 곡선에 비해 약 20%만큼 증가한 것으로 보아, 복사 방출 장치의 복사 세기가 렌즈에 의해 증가함을 확인할 수 있다.
렌즈를 도포한 경우, 렌즈를 포함하지 않은 복사 방출 장치에 비해 방출 특성이 변경되며, 이는 측정 데이터의 서로 다른 피크값을 통해 확인할 수 있다. 그러나, 이는 광전 소자의 다양한 응용의 경우에 중요하지 않다.
도 1 내지 도 3에 도시된 예 및 실시예는 임의적으로 변경될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 예에 한정되지 않고, 본 명세서에 설명되지 않은 다른 실시예도 포함함을 알려둔다.

Claims (13)

  1. 광전 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    A) 복사 방출 장치를 준비하는 단계;
    B) 상기 장치를 가열하는 단계; 및
    C) 상기 장치의 광학 경로에 액상 렌즈 물질을 도포하는 단계를 포함하며, 상기 렌즈 물질의 교차 결합에 의해 상기 장치에 맞추어 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 A) 단계는:
    A1) 하우징의 캐비티에 캐리어를 배치하는 단계;
    A2) 상기 캐리어 상에 복사 방출 반도체 층 시퀀스를 배치하는 단계; 및
    A3) 상기 반도체 층 시퀀스 상에 몰딩부를 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 B) 단계에서 상기 복사 방출 장치는 80℃ 내지 180℃의 온도 범위에서 가열되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 C) 단계에서 상기 액상 렌즈 물질의 온도는 상기 복사 방출 장치보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 C) 단계에서 상기 렌즈 물질은 상기 복사 방출 장치 상에 적하되고, 상기 복사 방출 장치 상에 적하물이 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적하물은 상기 렌즈 물질 및 상기 몰딩부의 물질 간의 화학적 반응에 의해 상기 복사 방출 장치 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액상 렌즈 물질은 열 교차 결합될 수 있고, 상기 복사 방출 장치의 가열에 의해 열 교차 결합되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 C) 단계 이후에 수반되는 C1) 단계에서 상기 렌즈는 플라즈마에 노출되어, 렌즈의 비습윤성 표면층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 광전 소자 제조 방법에 따라 제조되며, 복사 방출 장치 및 상기 장치에 맞추어 형성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 렌즈는 실리콘 수지를 함유한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 복사 방출 장치는 캐리어 및 상기 캐리어 상의 반도체 층 시퀀스를 포함하고, 상기 반도체 층 시퀀스는 하우징의 캐비티에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 캐비티에서 상기 반도체 층 시퀀스 상에 몰딩부가 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 반도체 층 시퀀스는 LED칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
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