KR20100118115A - 발광 장치와, 그 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

발광 장치의 제조 공정에서 각각의 발광 소자의 방출광의 파장, 각각의 발광 소자의 방출광의 광출력, 및 각각의 혼합 수지를 통해서 방출된 혼합광의 색도 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및 혼합광의 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어가도록, 상기 측정하는 단계에서 얻어진 결과를 기초로 하여, 혼합 수지에 대해 소정의 색도 조절을 수행함으로써 각각의 발광 장치에 대해 색도를 조절하는 단계;를 포함하는 발광 장치 제조 방법.

Description

발광 장치와, 그 제조 방법 및 장치{LIGHT EMITTING DEVICE, AND METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 발광 장치와 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
질화 발광 소자와 같은 발광 소자로부터의 방출광(emitted light), 및 이 방출광을 흡수해서 여기된 형광체 입자로부터 방출된 파장변환광(wavelength-converted light)은 백색광, 백열광, 및 그와 같은 것을 얻기 위해서 적절하게 혼합될 수 있다. 이러한 발광장치는 전구 및 형광등과 비교해서 소형, 경량, 저전력소모, 및 긴 수명을 가지기 때문에, 디스플레이 장치, 액정화면을 위한 백라이트 광원, 및 실내 조명 장치와 같은 용도로 널리 사용되어 왔다.
발광 소자는 예컨대, 화합물 반도체의 박막 적층체로 만들어진 발광층을 포함하고, 피크(peak) 파장, 광출력, 및 그와 같은 것에서 분포(편차)를 가진다. 게다가, 미세한 입자로 만들어진 형광체는 예컨대, 입자 직경, 구성, 도포층(coating layer)의 두께, 및 용매인 액상 수지와의 혼합비의 변동에 의해서 발광 스펙트럼에서 분포를 보인다. 그래서, 방출광 및 파장변환광의 혼합색은 색도(chromaticity) 분포(distribution)를 보인다. 한편, 상기 용도를 위한 발광장치는 억제된(reduced) 색도 분포를 가진 고품질의 광을 방출할 것이 요구된다.
JP-A-2007-066969는 발광부의 색도 편차(variation)가 억제된 백색 발광 다이오드 장치와 그 제조 방법과 관련된 기술을 개시한다. 이 기술에서의 백색 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 칩의 피크 파장에 맞추어 설정된 도포 두께를 가지는 투명 수지와 형광체 입자를 포함하는 형광체층을 가진다.
그러나, 이러한 기술도 도포된 형광체층의 두께 분포에 의해서 야기된 색도 분포를 억제하기에는 충분하지 않다.
특허문헌1: JP-A-2007-066969
본 발명은 형광체 입자의 도포량이 제어되고, 억제된 색도 편차를 가진 혼합색을 방출할 수 있는 발광 장치와 그 제조 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 관점에 따라서, 발광 소자와 발광 소자로부터의 방출광을 흡수해서 파장변환광을 방출할 수 있는 형광체 입자로 혼합된 혼합 수지를 포함하는 발광 장치이면서, 방출광과 파장변환광을 포함하는 혼합광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제조하기 위한 방법으로서: 발광 장치의 제조 공정에서 각각의 발광 소자의 방출광의 파장, 각각의 발광 소자의 방출광의 광출력, 및 각각의 혼합 수지를 통해서 방출된 혼합광의 색도 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및 혼합광의 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어가도록, 상기 측정하는 단계에서 얻어진 결과를 기초로 하여, 혼합 수지에 대해 소정의 색도 조절을 수행함으로써 각각의 발광 장치에 대해 색도를 조절하는 단계;를 포함하는 발광 장치 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따라서, 발광 장치로서: 발광 소자; 발광 소자로부터 방출광을 흡수해서 방출광보다 긴 파장을 가지는 파장변환광을 방출하는 형광체 입자가 분산된 수지로 만들어진 제1 밀봉층으로서 발광 소자의 적어도 상부 표면을 덮고 있는 제1 밀봉층; 및 형광체 입자가 분산된 수지로 만들어진 제2 밀봉층으로서, 제1 밀봉층의 상부 표면을 덮고 있는 제2 밀봉층;을 포함하고, 방출광과 파장변환광의 혼합광을 방출하도록 작동할 수 있는 발광 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 발광 장치를 제조하기 위한 장치로서: 실장 부재에 접착된 발광 소자의 색도를 측정하도록 동작할 수 있는 검출부; 발광 소자 상에서 형광체 입자로 혼합된 혼합 수지를 적하할 수 있는 공급부; 및 검출부에 의해서 측정된 색도를 입력으로서 수신하고 색도가 소정의 범위에 들어갔는지에 대한 판단에 따라 혼합 수지의 적하를 멈출 수 있는 제어부;를 포함하는 발광 장치 제조 장치가 제공된다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치와 그 제조 방법의 개략도이다.
도 2a 및 2b는 비교예에 따른 발광 장치의 색도 다이어그램이다.
도 3a 및 3b는 제1 실시예에 따른 발광 장치의 색도 다이어그램이다.
도 4a 및 4b는 제2 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다.
도 5a 및 5b는 제3 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다.
도 7a 및 7c는 제5 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다.
도 8은 제6 실시예에 따른 발광 장치의 색도 다이어그램이다.
도 9는 제6 실시예에 따른 발광 장치의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 10은 제조 장치의 구성도이다.
도 11은 제7 실시예에 따른 발광 장치의 개략 투시도이다.
도 12는 제7 실시예에 따른 발광 장치의 제조 방법의 흐름도이다.
도 13a 및 13b는 색도 Cx를 도시하는 그래프이다.
도 14a 내지 14d는 수지 밀봉의 공정 단면도이다.
도 15a 내지 15c는 형광체의 중량을 산출하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 16a 및 16b는 혼합광(mixed light)의 색도 Cx의 도수(frequency) 분포를 도시하는 그래프이다.
도 17은 제8 실시예에 따른 발광 장치를 설명하는 색도 다이어그램이다.
도 18a 및 18b는 두 개의 유형의 형광체 입자가 분산된 발광 장치의 개략 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 장치와 그 제조 방법의 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 1a는 제1 혼합 수지를 도포한 공정 후의 개략 단면도이고, 도 1b는 제2 혼합 수지를 중복 도포하는 공정을 도시하는 도면이고, 도 1c는 제2 혼합 수지를 도포한 공정 후의 발광 장치의 개략 단면도이다.
도 1a 내지 1c에 도시된 발광 장치에서, 금속으로 된 제1 리드(lead)(12)와 제2 리드(14)는 예를 들어 열가소성 또는 열경화성 수지로 된 성형체(20)에 박힌(embeded)다. 이 성형체(20)는 함몰부(20a)를 가지고, 제1 및 제2 리드(12, 14) 각각은 함몰부(20a)의 바닥에 부분적으로 노출된다. 발광 소자(10)는 상기 바닥에 부분적으로 노출된 제1 리드(12)에 접착된다. 발광 소자(10)의 한쪽 전극은 상기 바닥에 노출된 제2 리드(14)의 일부에 접착 와이어(11)를 통해서 전기적으로 연결된다.
성형체(20)는 예를 들어 높은 내열성(heat resistance)을 가지는 폴리프탈아미드(polyphthalamide) 열가소성 수지 물질로 만들어질 수 있다. 이 경우에, 만일 반사성 충진재(filler)가 수지 물질에 혼합되면, 그 표면에서 광(light)이 반사될 수 있고, 함몰부(20a)의 안쪽 측벽(20b)은 용이하게 광 반사기(light reflector)로 제공될 수 있다.
도 1a에서와 같이, 함몰부(20a)에서, 제1 혼합 수지(30)는 적어도 발광 소자(10)의 표면 및 접착 와이어(11)를 덮도록 도포된다. 제1 혼합 수지(30)는 형광체 입자(30a) 및 액상 투광성 수지(30b)를 혼합함으로써 생성된다. 이 예에서, 발광 소자(10)는 질화 반도체로 만들어지고, 455-465 nm의 파장 범위에서 청색광을 방출한다. 투광성 수지(30b)는 예를 들어 실리콘 수지 또는 에폭시 수지로 만들어질 수 있다. 실리콘 수지는 자외선 내지 청색광의 조사(irradiation)에 의해서 상기 수지의 변색을 방지할 수 있다.
이 예에서, 형광체(phosphor)(30a)는 예를 들어 565-575 nm의 파장 범위에서 파장변환광을 방출하기 위해서 청색광을 흡수함으로써 여기될 수 있는 규산염 물질로 만들어진다. 규산염 형광체는 예를 들어 (Me1 - yEuy)2SiO4 (여기에서, Me는 Ba, Sr, Ca, 및 Mg로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, 0<y<1 또는 y=1)의 조성식으로 표현된다. 백색광은 적절한 광 강도비(light intensity ratio)로 청색광과 황색광을 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 도 1a의 상태에서는, 혼합광 G가 백색광보다도 백색광에 더 가깝도록, 도포되는 제1 혼합 수지(30)의 양이 조절된다.
다음으로, 도 1b에서와 같이, 제2 혼합 수지(40)는 형광체(30a)와 액상 투광성 수지(30b)를 혼합함으로써 생성되고, 잉크 젯 장치(50)의 용기에 저장된다. 잉크 젯 장치(50)의 노즐(50a)로부터, 제1 혼합 수지(30)를 가지고 도포된 발광 소자(10)의 표면에 제2 혼합 수지(40)는 작은 액적(droplet)으로서 예를 들어 한 방울씩 토출하여 적하(滴下)된다. 작은 액적을 적하하기 위해서, 예를 들어 수십 마이크로미터의 내부 직경을 가지는 토출구(discharge hole)를 가진 노즐(50a)이 사용된다. 한편, 제1 혼합 수지(30)에 대해서, 많은 양을 적하할 수 있는 더 큰 직경을 가진 토출구가 더 높은 생산성을 위해서 사용될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 리드(12, 14)는 DC 전원(80)에 연결되어, 각각의 발광 소자(10)로 순방향 전류 If를 공급해서 발광 소자(10)가 발광하게 한다. 결과적으로, 발광 장치는 혼합광 G를 방출한다. 이 혼합광 G는 분광 장치(60)의 검출부(60a)에 입사되고, 디스플레이부(60b)에 그 색도를 출력한다. 작은 액적인 제2 혼합 수지(40)가 노즐(50a)로부터 연속적으로 적하되는 동안, 그와 관련된 각각의 색도의 변화가 디스플레이부(60b)를 사용해서 측정(모니터)된다(측정 공정). 분광 장치(60)는 예를 들어 휘도(luminance), 광속(light flux), 도미넌트(dominant) 파장, 피크(peak) 파장, 색도(chromaticity), 및 그와 같은 것을 측정할 수 있는 휘도 측정 분광 장치가 될 수 있다. 분광 장치(60) 대신, 색도 및 휘도를 측정할 수 있는 색도계(chromoscope)를 사용하는 것 또한 가능하다.
색도 좌표가 원하는 범위 또는 소정의 좌표값에 도달했는지를 검출부(60a)가 검출할 때, 분광 장치(60)는 제2 혼합 수지(40)의 적하를 멈춘다(색도 조절 공정). 이 경우에, 제2 혼합 수지(40)의 도포를 멈추게 하는 자동 제어를 제공하기 위해서 검출 신호가 분광 장치(60)로부터 잉크 젯 장치(50)로 전송될 수 있다.
여기서, 제2 혼합 수지(40)는 제1 혼합 수지(30)의 경화(curing) 후 또는 제1 혼합 수지(30)의 경화 전에 적하될 수 있다. 또는, 제2 혼합 수지(40)는 제1 혼합 수지(30)의 경화 동안 적하될 수 있다.
도 1c는 발광 장치의 단면을 도시하는데, 여기서 색도 좌표는 예를 들어 백색광을 나타내는 소정의 좌표에 도달했고, 제1 및 제2 혼합 수지(30, 40)는 열경화되어 있다. 즉, 제1 혼합 수지(30)는 열경화되어 제1 밀봉층(31)으로 된다. 적하된 제2 혼합 수지(40)는 열경화되어 제1 밀봉층(31)의 상부 표면상에서 제2 밀봉층(41)으로 된다. 열경화(heat curing)는 예를 들어 100-200 ℃의 온도 범위에서 열처리함으로써 수행될 수 있다.
예를 들어, 제1 혼합 수지(30)의 도포 후 경과된 시간과 열경화 공정의 존부에 따라서, 제1 밀봉층(31)과 제2 밀봉층(41) 사이의 경계면을 식별하는 것이 어려울 수 있다. 그러나, 일반적으로 동일한 물질들이 사용된다고 하더라도, 그 사이의 경계면은 예를 들어 단면의 형상, 제1 밀봉층(31)에서 형광체(30a)의 침강 상태, 및 투광성 수지의 배열 상태를 분석함으로써 종종 식별될 수 있다.
여기서, 제1 혼합 수지(30) 및 제2 혼합 수지(40)는 개별적으로 형성될 수도 있고, 또는 동시에 형성된 동일한 혼합 수지일 수도 있다.
개별적으로 형성된 경우에 있어서, 예를 들어 잉크 젯 장치(50)로부터 쉽게 토출되도록, 제2 혼합 수지(40)의 점도(viscosity) 및 여기에 포함된 형광체(30a)의 양은 제1 혼합 수지(30)와는 다르게 조절될 수 있다. 게다가, 잉크 젯 장치(50)의 노즐의 개구 직경의 관점에서, 제2 혼합 수지(40)로 혼합된 형광체(30a)의 입자 직경은 예를 들어 제1 혼합 수지(30)로 혼합된 형광체(30a)의 입자 직경보다 더 작게 만들어질 수 있다. 게다가, 제1 혼합 수지(30)를 위해 사용된 투광성 수지(30b)는 제2 혼합 수지(40)를 위해 사용된 투광성 수지(30b)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 혼합 수지(30)를 위해 사용된 투광성 수지(30b)는 발광 소자(10) 둘레에서 박음(embeding)을 용이하게 하도록 하는 유동성 또는 점도를 가질 수 있는 반면, 제2 혼합 수지(40)를 위해 사용된 투광성 수지(30b)는 잉크젯 장치에 의한 토출을 용이하게 하도록 하는 유동성 또는 점도를 가질 수 있다.
도 1c에 도시된 발광 장치는 표면-실장 장치(SMD: surface-mounted device)라고 불리는데, 이것은 디스플레이 장치, 백라이트 광원, 조명 장치, 및 그와 같은 것을 박형으로 하는 것이 가능하다.
도 2a 및 2b는 비교예에 따른 발광 장치의 색도를 도시하는 색도 다이어그램이다. 보다 구체적으로, 도 2a는 백색광의 범위를 나타내는 색도 다이어그램이고, 도 2b는 샘플들의 색도 분포를 나타내는 확대된 색도 다이어그램이다. 이 색도 다이어그램은 CIE(Commission Internationale de l'Eclairage: 국제조명위원회)의 표준을 기초로 하고, 비시감도 곡선(relative luminous efficiency curve)을 도시하는데, 여기서, 수평축 및 수직축은 각각 색도 좌표 Cx 및 Cy를 나타낸다.
도 2a에서와 같이, 청색광은 예를 들어 455-465 nm의 파장 범위에 있고 색도 다이어그램에서 점 B로 표시된다. 한편, 황색 형광체에 의해서 생성된 파장변환광은 예를 들어 565-575 nm의 파장 범위에 있고, 색도 다이어그램에서 점 Y로 표시된다. 청색광 및 황색광의 혼합광 G는, 이들 사이의 광 강도비에 따라서, 점 B와 점 Y 사이를 연결하는 선 M을 따라서 움직인다.
비교예에서, 예를 들어 파선(dashed line)으로 표시된 백색 영역 W에서 P1(0.3150, 0.290), P2(0.315, 0.350), P3(0.330, 0.370), P4(0.330, 0.305) 점들에 의해 둘러싸인 D 영역의 혼합광을 구현하기 위해서는, 미리 예정된 양의 혼합 수지가 한 번에 도포되고, 색도 모니터링을 수반하는 중복 도포는 수행되지 않는다. 이것은, 예를 들어 함몰부에서 발광 소자에 도포되는 혼합 수지의 양의 편차 및 형광체 입자의 침강률(precipitation rate)의 편차를 초래한다. 따라서, 이 혼합광은 큰 색도 편차를 가진다.
도 2B는 비교예에 따른 350개의 발광 장치들의 색도를 측정해서 얻은 색도 분포를 도시한다. 도시된 바와 같이 색도 편차가 크다. 만일, 색도 분포가 정규 분포라고 가정하면, 평균값은 Cx = 0.3181, Cy = 0.3098이었고, 표준편차 σ1은 Cx에 대해서 0.0046이었고, Cy에 대해서 0.0069이었다. (평균값 ± 3σ1)의 색도 범위는 Cx에 대해서는 0.3043-0.3319이었고 Cy에 대해서는 0.2891-0.3305이었다. 그 결과, 색도 분포의 꼬리부분이 도 2a의 D 영역으로부터 빠져나온다. 그래서, 색도는 큰 불균일성을 가지고, 제조 수율은 저하된다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 발광 장치의 색도를 도시하는 색도 다이어그램이다. 보다 구체적으로, 도 3a는 이 실시예의 중복 도포의 작용을 도시하고, 도 3b는 샘플들의 색도를 나타내는 확대된 색도 다이어그램이다.
도 3a는 도 2a의 D 영역을 도시하는데, 이것은 백색광의 원하는 영역이다. 즉, D 영역은 네 점 P1, P2, P3, P4에 의해 둘러싸인 영역이다. 목표하는 소정의 색도 좌표는 이 D 영역에서 점 QW(0.322, 0.317)로 설정된다. 이 점 QW는 도 2a에서 점 B와 점 Y 사이를 연결하는 선 M상에 있다.
제1 혼합 수지(30)를 가지고 도포된 발광 장치는 색도 분포를 가지고, 점 Q1은 그 분포의 평균값에 해당한다. 이 점 Q1은 점 QW와 점 B 사이의 선 M 상에 설정된다. 제1 혼합 수지(30)의 양의 편차에 따라서, 형광체 입자(30a)의 양이 변하고, 색도 좌표는 원하는 영역, 즉 D 영역을 벗어나서 존재할 수 있다. 이 경우에, 색도 좌표가 D 영역에 들어갈 때까지 색도 모니터링을 수반하는 중복 도포가 수행될 수 있다. 그래서, 색도는 원하는 D 영역 내에 국한될 수 있고, 색도 분포는 억제될 수 있다.
색도 분포는 또한 점 Q1의 좌표를 적절하게 설정함으로써 억제될 수 있다. 제1 혼합 수지(30)의 색도 분포는 비교예와 대략 동일한 표준편차 σ1를 가진다고 고려된다. 소정의 색도 좌표를 나타내는 점 Q1과 점 QW 사이의 좌표 거리 L이 3σ1보다도 짧게 설정된다면, 색도 분포는 더 억제될 수 있는데, 이는 점 QW의 점 B 쪽에 위치한 분포 영역에서 색도가 점 QW에 근접할 때까지 제2 혼합 수지(40)가 중복 도포되기 때문이다.
한편, 좌표 거리 L이 3σ1 이상으로 설정된다면, 점 QW의 점 Y 쪽에 위치한 샘플들의 비율은 대략 0.26% 이하만큼 낮고, 색도 분포는 점 QW 근처에 위치한 평균값과 더욱 감소된 표준편차 σ2를 가지고 거의 정규 분포라고 간주할 수 있다. 그러나, 좌표 거리 L이 너무 길면, 색도를 점 Q1로부터 점 QW에 근접하도록 하기 위해 적하되는 제2 혼합 수지(40)의 양이 증가하고, 생산성이 감소한다. 그 결과, 비교예에서 색도 분포의 표준편차 σ1는 미리 결정되고, 좌표 거리 L이 대략 3σ1과 같도록 제1 혼합 수지(30)가 도포된다. 그래서, 대략 99.7% 비율의 샘플들에 있어서, 중복 도포에 의해서 색도가 점 QW의 근처에서 제어될 수 있다.
즉, 도 3a에서, 만일 제2 혼합 수지(40)의 작은 액적이 노즐(50a)으로부터 적하된다면, 색도 좌표는 화살표 방향으로 점 Y를 향해서 선 M을 따라 이동한다. 색도 좌표는 분광 장치(60)에 의해서 지속적으로 모니터 된다. 따라서, 색도 좌표값이 점 QW 값 이상이 되면 제2 혼합 수지(40)의 적하는 멈춘다. 제1 혼합 수지(30)에 포함된 형광체 입자(30a)의 양이 변화해도, 색도 좌표를 직접 모니터하면서 제2 혼합 수지(40)에 포함된 형광체 입자의 양이 적절하게 제어될 수 있다.
제1 혼합 수지(30)에서의 형광체 입자(30a)의 혼합비와 제2 혼합 수지(40)에서의 형광체 입자(30a)의 혼합비는 같을 수도 있고 다를 수도 있다는 점이 주목된다. 황색 형광체의 경우에, 형광체 입자(30a)의 양은 혼합 수지가 수 내지 50% 중량인 넓은 범위에서 선택될 수 있다. 원하는 영역의 색도가 넓은 범위인 경우에, 형광체 입자(30a)의 혼합비를 증가시키면 적은 수의 액적을 가지고 색도가 점 QW에 근접하도록 할 수 있다. 색도가 좁은 범위를 가지는 경우에, 형광체 입자(30a)의 혼합비를 감소시키면, 한 방울의 변화량을 더 작게 하는 것이 용이하게 된다.
도 3b는 본 실시예에 따른 제조 방법에 의해서 얻어진 329 개 샘플의 색도 분포를 도시한다. 평균값은 Cx = 0.3213, Cy = 0.3148이었고, 표준편차 σ2는 Cx에 대해서 0.0015이고 Cy에 대해서 0.0025이었고, 비교예의 약 1/3로 감소되었다. (평균값 ± 3σ2)의 범위는 Cx에 대해서 0.3168-0.3258이었고, Cy에 대해서 0.3073-0.3223이었으며, 샘플의 99.7% 이상의 비율을 포함하였다. 따라서, 이 실시예에서, 형광체 입자의 도포량이 제어되어, 색도 편차가 감소되고, 네 개의 점 P1-P4에 의해서 둘러싸인 원하는 D 영역 내로 색도 분포를 국한하는 것이 용이하였다. 그 결과, 본 실시예는 억제된 색도 편차를 가진 혼합색을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
더욱이, 예를 들어 입자 직경, 침강 상태, 형광체 구조, 발광 소자의 파장 분포, 및 열처리 조건에서의 차이에 의해서 생긴 σ2 정도의 분포는 비교예의 약 1/3 정도로 낮다. 그래서, 본 실시예는 향상된 수율과 높은 양산성(volume productivity)을 가진 발광 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
도 4a 및 4b는 제2 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 4a는 제2 혼합 수지의 도포 공정을 도시하고, 도 4b는 도포 공정 후의 발광 장치의 단면도이다.
성형체(20)의 함몰부(20a)에 있어서, 제1 혼합 수지(32)가 적어도 발광 소자(10)의 표면을 포함하는 함몰부(20a) 내의 일부를 충진하고, 잔여 공간을 충진하지 않도록, 제1 혼합 수지(32)는 잉크 젯 장치(50)를 이용하는 인쇄 공정에 의해서 도포된다. 결과적으로, 도 4a에서와 같이, 제1 혼합 수지(32)는 돔(dome)과 같은 형상을 이룬다.
게다가, 색도 모니터링과 동시에, 제2 혼합 수지(40)의 작은 액적이 제1 혼합 수지(32)로 도포된 발광 소자(10)의 상방으로부터 적하된다. 색도가 점 QW 이상의 소정의 색도 좌표에 도달하면, 적하를 멈춘다. 작은 내부 직경을 갖는 노즐(50a)을 사용함으로써, 제1 혼합 수지(32)로 도포된 발광 소자(10)의 상방으로부터 제2 혼합 수지(40)를 정확하게 적하하는 것이 용이하다. 이것은 도 4b에서와 같은 돔-형상 구조를 낳고, 여기서 제1 밀봉층(33)은 제2 밀봉층(43)에 의해서 적층된다.
이와 같은 공정에 의해서 제조된 발광 장치에서, 형광체 입자는 광을 반사하는 함몰부(20a)의 안쪽 측벽(20b) 가까이에 배치되지 않는다. 이것은 발광 소자(10)의 광로 길이와 파장변환광의 광로 길이 사이의 차를 감소시켜서, 안쪽 측벽(20b)의 근처가 황색 기운을 가지는 것을 막는 결과를 낳는다.
도 5a 및 도 5b는 제3 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 5a는 제2 혼합 수지의 도포 공정을 도시하고, 도 5b는 도포 공정 후의 발광 장치의 단면도이다.
제1 혼합 수지(34)는 웨이퍼 상태에서 발광 소자(10)의 상부 표면에 도포된다. 이후, 이것은 다이싱(dicing) 또는 절단(cleavage)에 의해서 칩으로 분할된다. 칩은 성형체(20)에서 형성된 함몰부(20a)의 바닥에 노출된 제1 리드(12)에 접착된다. 이후, 색도 모니터링과 동시에, 제2 혼합 수지(40)의 작은 액적이 제1 혼합 수지(35)로 도포된 발광 소자(10)의 상방으로부터 적하된다. 색도가 소정의 색도 좌표 이상에 도달하면, 적하를 멈춘다. 이것은 도 5b에서와 같은 구조를 낳고, 여기서 칩 상의 제1 밀봉층(35)은 제2 밀봉층(45)에 의해서 적층된다.
도 5에서 도시된 제조 방법을 이용함으로써, 형광체 입자(30a)는 발광 소자(10)의 칩의 상부 표면 상에만 배치될 수 있다. 이것은 청색광과 파장변환광의 발광 방향을 더욱 일치시켜서, 안쪽 측벽(20b)의 근처가 황색 기운을 가지는 것을 막는 것을 더욱 용이하게 하는 결과를 낳는다. 그러나, 형광체 입자(30a)를 웨이퍼 상으로 도포하는 공정이 필요하다.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다. 제1 혼합 수지(30)의 도포 이후의 색도 분포의 평균의 좌표값을 나타내는 점 QY는 소정의 색도 좌표를 가지는 점 QW의 점 Y 측에 설정된다. 과잉된 제1 혼합 수지(30)는 흡인 장치(70)에서 제공된 흡인 노즐(70a)을 통해서 파선의 화살표에 표시된 바와 같이 점차적으로 제거된다. 색도가 점 Y 측 상에서 원하는 D 영역을 벗어난다면, 색도가 D 영역에 들어갈 때까지 색도 모니터링과 함께 흡인이 수행된다(조절 공정). 결과적으로 색도 분포가 억제될 수 있다.
만일, 색도 좌표가 점 QW 이하의 소정의 좌표값에 도달한 경우에 멈추면, 색도 분포는 더 좁은 범위로 억제될 수 있다. 예컨대, 점 QW와 점QY 사이의 좌표 거리는 비교예의 3σ1 이상으로 설정되고, 흡인은 점 QW 이하의 색도 좌표값에서 멈춘다. 이후, 색도 분포는 점 QW 근처에 위치한 평균값과 감소된 표준편차를 가지는 거의 정규 분포라고 간주할 수 있다. 이 실시예에서, 한 번의 도포 공정으로도 색도 분포가 억제될 수 있다.
도 4a 및 4b 내지 6에서, 발광 소자(10)은 칩의 위아래에 전극을 가진다. 하지만, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않는다. 칩은 그 한 쪽에 두 개의 전극을 가질 수 있고, 플립(flip) 칩 구조를 사용해서 서브마운트(submount) 물질을 매개로 해서 실장 부재(mounting member)에 접착될 수 있다.
도 3의 색도 다이어그램을 참조로 설명된 발광 장치에서, 형광체 입자는 황색 형광체로 만들어진다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 예컨대, 점 B에 의해 도시된 청색광, 점 Y에 의해 도시된 황색광, 및 오렌지색광(orange light)을 기초로 하는 3색 혼합을 사용하는 것이 가능하다. 이와 달리, 발광 소자(10)의 방출광은 자외선에서부터 청색광까지의 파장 범위를 가질 수 있고, YAG(yttrium-aluminum-garnet: 이트륨-알루미늄-가넷) 형광체로부터 방출된 R(적색광), G(녹색광), 및 B(청색광)을 기초로 한 3색 혼합을 사용하는 것이 가능하다.
도 7a 및 7c는 제5 실시예에 따른 발광 장치의 개략도이다. 보다 구체적으로, 도 7a는 표면-변형(surface-modified) 발광 장치를 도시하고, 도 7b는 형광체 입자가 혼합되지 않은 표면-변형 투광성 수지를 포함하는 발광 장치를 도시하고, 도 7c는 산란성 입자가 혼합된 혼합 수지를 포함하는 발광 장치를 도시한다.
도 7a에서, 발광 소자(10)로부터의 청색광 B는 발광 소자(10)의 표면에 대략 수직인 광축 45 근처에서 최대 강도를 가진다. 발광 소자(10)의 위에서는, 혼합 수지로 만들어진 제1 밀봉층(31)이 주변부에서보다도 더 얇다. 그래서, 형광체 입자에서 흡수된 청색광 B는 감소하고, 청색광 B의 강도는 증가하는 경향이 있다. 한편, 형광체 입자는 함몰부(20a) 내에서 분산된다. 그 결과, 청색광보다는 황색광이 함몰부(20a) 위에서 더 균일하게 방출된다.
본 실시예에 있어서, 제1 혼합 수지(30)가 경화된 후에, 그 표면은 플라즈마 또는 오존을 조사(irradiation)함으로써 거칠게 되어 산란 영역 D를 형성한다. 거칠게 함으로써 야기된 표면 요철은 채워진 사각형(■)으로 표현된다. 청색광 B의 일부는 산란광 Bs로 산란된다. 그 결과, 청색광 B는 중앙부에서 약해진다. 산란 영역 D의 폭 또는 요철 형상을 기초로 하여 산란 정도를 변화시킴으로써 색도가 조절될 수 있다(조절 공정).
이와 달리, 도 7b에서와 같이, 형광체 입자가 혼합되지 않은 투광성 수지(42)는 제1 밀봉층(31)에 도포되고, 그 표면은 플라즈마 또는 오존을 조사함으로써 거칠게 되어 산란 영역 D를 형성할 수 있다. 또한, 이 경우에 청색광 B의 일부는 산란광 Bs로 산란되고, 이것은 방출광의 색도 조절을 허용한다. 이 경우에, 형광체 입자가 투광성 수지(42)에 혼합되지 않기 때문에 표면 수정은 더욱 용이하게 된다.
또한, 이와 달리, 도 7c에서와 같이, 형광체 입자가 혼합되지 않은 액상 투광성 수지(42)가 제1 밀봉층(31)에 도포되고, 예를 들어 SiO2 또는 TiO2로 만들어진 산란성 입자(46)는 완전히 경화되기 전에 혼합되어 산란 영역 D를 형성할 수 있다(조절 공정). 또한, 이 경우에, 청색광 B의 일부는 산란광 Bs으로 될 수 있고, 이것은 색도 조절을 허용한다. 여기서, 산란성 입자(46)는 제1 혼합 수지(30)의 완전한 경화 전에 혼합될 수 있다. 하지만, 도 7c에서와 같이 형광체 입자가 혼합되지 않은 투광성 수지(42)를 사용함으로써, 산란성 입자(46)의 양은 증가될 수 있고, 이것은 산란 방향이 더 크게 변화하는 것을 용이하게 한다. 이 실시예에서, 산란 영역 D에 의해 산란의 정도를 변화시켜서, 혼합색의 색도가 소정의 색도에 가까워지게 된다. 그 결과, 도포된 제1 혼합 수지(30)에 포함된 형광체의 양은 색도가 점 QW의 색도 보다 낮도록 제어된다.
도 8은 제6 실시예에 따른 발광 장치를 도시하는 색도 다이어그램이다.
도 3의 색도 다이어그램을 참조하여 설명된 발광 장치에서, 형광체 입자는 황색 형광체로 만들어진다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 점 B에 의해 도시된 청색광, 점 Y에 의해 도시된 황색광, 및 오렌지색광을 기초로 하는 3색 혼합을 사용하는 것이 가능하다. 이와 달리, 발광 소자(10)의 방출광은 자외선에서부터 청색광까지의 파장 범위를 가질 수 있고, YAG(이트륨-알루미늄-가넷) 형광체로부터 방출된 G(녹색광), 산화물 형광체 또는 그와 같은 것으로부터 방출된 R(적색광), 및 발광 소자로부터 방출된 B(청색광)을 기초로 한 3색 혼합을 사용하는 것이 가능하다.
녹색 형광체로부터의 녹색광 G, 적색 형광체로부터의 적색광 R, 발광 소자(10)로부터의 방출광인 청색광 B은 혼합색으로 합성될 수 있다. 점 QW는 목표하는 소정의 색도 범위로 설정되고, 이것은 예를 들어 백색광 또는 백열광이 될 수 있다.
도 9는 녹색 형광체 입자 및 적색 형광체 입자가 혼합된 제1 밀봉층(31)을 포함하는 발광 장치의 발광 스펙트럼의 상대 발광 강도를 도시한다. 청색광 B, 녹색광 G, 및 적색광 R의 상대 발광 강도는 각각 455 nm, 525 nm, 및 620 nm 근처의 파장에서 최대이다. 혼합색이 소정의 색도 QW를 달성하도록, 녹색 형광체 및 적색 형광체의 혼합비는 발광 소자(10)의 특성 분포의 중심값으로 조정될 수 있다.
제2 혼합 수지(용액)(40)는 녹색 형광체와 적색 형광체로 혼합된 액상 투광성 수지로 만들어지고, 이것은 별개의 노즐로부터 적하된다. 적하 후에 혼합된 제2 혼합 수지(40)는 제1 밀봉층(31) 상에 적층된 제2 밀봉층(41)으로 경화된다.
점 Q1에 의해 표시된 측정된 색도는 점 QW에 의해 표시된 소정의 색도와 비교된다. 만일, 적색광 R의 상대적인 강도가 불충분하다면, 제2 혼합 수지(40)는 증가된 비율의 적색 형광체로서 적하된다. 이후에, 점 Q2의 색도가 측정된다. 만일, 녹색광 G의 상대적인 강도가 불충분하다면, 제2 혼합 수지(40)는 증가된 비율의 녹색 형광체로서 적하된다. 그래서, 점 QW의 소정의 색도가 달성될 때까지 적하되는 제2 혼합 수지(40)의 각각의 방울에 대해서 색도가 측정된다.
이와 달리, 녹색 형광체 및 적색 형광체의 혼합비를 일정하게 한 제2 혼합 수지(40)는 하나의 노즐로부터 적하될 수 있고, 나아가, 방울이 연속될 수 있다. 그래서, 소정의 색도가 달성될 때까지 제2 혼합 수지(40)가 적하된다. 이 경우에, 도포 공정은 단순화될 수 있고, 용이하게 생산성이 증가된다.
도 10은 발광 장치의 제조 장치의 구성도이다.
이 제조 장치는 잉크 젯 장치(50) 또는 디스펜서와 같은 공급부, 검출부(60a)를 포함하는 분광 장치(60), 발광 장치로 전류 If를 공급할 수 있는 DC 전원(80), 및 제어부(84)를 포함한다.
우선, 실장 부재에 접착된 발광 소자(10)의 표면을 덮기 위해서, 형광체 입자로 혼합된 제1 혼합 수지(30)가 노즐로부터 토출되도록, 제어부(84)는 적하 시작 신호(S10)를 공급부로 출력한다. 이후, 순방향 전류가 발광 소자(10)로 공급되도록 DC 전원(80)을 턴온(turn on)하기 위해, 제어부(84)는 ON 신호(S12)를 출력한다.
제어부(84)는 적하 시작 신호(S10)를 공급부로 출력한다. 그래서, 공급부는 제2 혼합 수지(40)를 노즐(50)로부터 제1 혼합 수지(30)의 표면으로 토출한다. 검출부(60a)에 의해서 검출된 색도 신호(S16)의 입력에 반응해서, 색도가 소정의 범위 내로 되었다는 것을 제어부(84)가 판단하면, 제어부(84)는 제2 혼합 수지(40)에 대한 적하 정지 신호(S18)를 공급부로 출력하고, 순방향 전류 If에 대한 OFF 신호(S20)를 DC 전원으로 출력한다. 그래서, 혼합 수지(40)의 도포는 종료된다. 산란 영역이 색도 조절에 대해서 변하는 경우에, 산란 영역의 형성을 멈추라는 신호가 출력될 수 있다. 상술한 제조 장치는 색도가 제어되는 발광 장치를 높은 수율로 생산하는 것을 용이하게 하여, 비용절감을 가능하게 한다.
제1 내지 제5 실시예는 금속 리드(lead)가 수지 또는 다른 성형체에 박힌 패키지 구조를 가진다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 예컨대, 예를 들어 도전(conductive) 패턴이 형성된 세라믹 또는 글래스 에폭시(glass epoxy)로 만들어진 유전체 기판 패키지를 사용하는 것도 가능하다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 장치의 개략 투시도이다.
도 11에서 도시된 발광 장치는 측면 발광(사이드-뷰)형으로 이루어져 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 발광 장치는 상면 발광형으로 이루어질 수도 있다. 도 11의 투시도에서, 발광 소자(10)의 칩 주변을 도시하기 위해서, 제1 밀봉층(30) 및 제2 밀봉층(40)은 A-A 선을 따라서 절단되고, 성형체(20)는 B-B 선을 따라서 절단된다.
제1 리드(12)는 예를 들어 캐소드 전극이고, 제2 리드(14)는 애노드 전극이다. 예를 들어 열가소성 수지로 만들어진 성형체(20)에 박힌 제1 및 제2 리드(12, 14)는, 성형체(20) 내부에서 서로 마주보는 내부 리드 부분 및 성형체(20)로부터 반대 방향으로 돌출한 외부 리드 부분을 가진다. 성형체(20)는 함몰부(20a)를 가진다. 제1 리드(12)는 함몰부(20a)의 바닥에 노출되고, 발광 소자(10)는 예를 들어 은 페이스트(silver paste)를 사용해서 여기에 접착된다. 발광 소자(10)는 접착 와이어(11)를 통해서 제1 리드(12)에 연결되고, 접착 와이어(19)를 통해서 제2 리드(14)에 연결된다.
발광 소자(10)는, 제1 투광성 수지(대략 1.5의 굴절률 n1을 가짐)에 제1 형광체의 요구 중량이 혼합된 제1 혼합 수지로 만들어진 제1 밀봉층(30)으로 덮힌다. 발광 소자(10)로부터 방출된 1차광(primary light)의 일부(즉, 방출광)는 제1 투광성 수지에서 흡수되고, 다른 파장을 가지는 파장변환광으로 변환된다. 제1 밀봉층(30)은 형광체 입자 없이 혼합된 제2 투광성 수지(대략 1.4의 굴절률 n2를 가짐)로 만들어진 제2 밀봉층(40)으로 덮힌다. 제1 투광성 수지 및 제2 투광성 수지는 발광 소자(10)로부터 방출된 1차광에 기인한 수지의 변색을 막기 위해서, 예를 들어 실리콘 수지로 만들어질 수 있다.
만일 발광 소자(10)가 질화 반도체로 만들어진다면, 백색광 또는 그와 같은 것은, 발광 소자(10)로부터 방출된 1차광인 청색광과 규산염 물질로 만들어진 황색 형광체에 의해서 생성된 파장변환광과의 혼합광으로서 얻어질 수 있고, 디스플레이 장치의 백라이트 광원으로 사용될 수 있다.
도 12는 제7 실시예에 따른 발광 장치의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
발광 소자(10)로부터 방출된 1차광의 파장 Ld, 광출력 Po, 및 그와 같은 것은 웨이퍼의 평면 내에서 분포되어 있다. 이러한 특성들의 허용 분포 범위가 너무 좁다면, 양품 칩의 수율이 감소한다. 한편, 허용 분포 범위가 너무 넓다면, 발광 장치의 색도 편차가 증가하고 광학 특성의 질이 떨어진다.
예비 공정으로서, 1차광의 파장 Ld 및 광출력 Po의 웨이퍼 내 분포가 측정되고(S100), 예컨대, Po (mW)는 15보다 작지 않고 17보다 크지 않으며 Ld (nm)는 450보다 작지 않고 460보다 크지 않다와 같이 허용 분포 범위가 적절하게 정의된다.
이어서, 파장 Ld 및 광출력 Po의 정의된 허용 분포 범위 내에 있는 발광 소자(10)를 추출해서 발광 장치를 조립하는데 사용한다. 이러한 발광 장치는 방출된 혼합광의 색도가 예를 들어 Cx가 0.294보다 작지 않고 0.304보다 크지 않은 소정의 색도 범위를 가지도록 준비되고, 혼합광의 색도는 분광 장치를 포함하는 광학 특성 측정 장치(60)에 의해서 측정된다. 그래서, 혼합광의 색도의 1차광의 파장에 대한 의존성(파장 의존성) 및 1차광의 광출력에 대한 의존성(광출력 의존성)이 결정된다(S101).
도 13a 및 13b는 혼합광의 색도 Cx를 도시하는 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 13a는 발광 장치로부터 방출된 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 광출력에 대한 의존성을 도시하고, 도 13b는 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 파장에 대한 의존성을 도시한다. 수직축은 색도 다이어그램의 색도 좌표(Cx)를 나타내고, 수평축은 발광 소자로부터 방출된 1차광의 광출력 Po (mW) 또는 파장 Ld (nm)을 나타낸다.
도 13a는 1차광의 파장 Ld을 분포 상한인 460 nm로 유지하면서, 혼합 수지액이 일정한 부피로서 채워지되 형광체 배합비 ai (i=1, ..., N, N: 정수)가 파라미터로서 변화되는 경우에 대한, 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 광출력 의존성을 도시한다. 형광체 배합비 ai는 혼합 수지액의 중량에 대한 형광체 중량의 비이고, 중량 % (wt%)로 표현된다. 형광체 배합비 ai는 예를 들어 5-50 wt%의 범위에 존재할 수 있다.
형광체 배합비 ai가 일정한 경우에, 1차광의 광출력 Po가 감소하면, 혼합광의 색도 Cx는 증가한다. 형광체 배합비 ai가 감소하면, 파장변환광인 황색광의 강도는 감소한다. 그래서, 혼합광의 색도 Cx는 감소하고, 1차광의 청색광에 근접하게 된다. 일반적으로, 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 광출력에 대한 의존성이 항상 직선에 의해서 표현될 수만은 없다. 그러나, 1차광의 광출력 Po의 허용 분포 범위가 그 중심값 주변의 플러스 또는 마이너스 10% 이하의 좁은 범위로 제한된다면, 혼합광의 색도 Cx는 선형으로 근사될 수 있고, 형광체 중량의 계산 방법이 단순화된다. 게다가, 선형 근사는 예비 공정에서 조립되는 발광 장치의 수를 감소시킬 수 있다. 여기서, 파장 Ld가 허용 분포 범위의 상한인 460 nm보다 짧은 일정한 파장값으로 설정되는 경우에 있어서의 광출력 의존성 또한 결정된다.
한편, 도 13b는 1차광의 광출력 Po를 분포 상한인 17 mW로 유지하면서, 제1 혼합 수지액이 일정한 부피로서 채워지되 형광체 배합비 ai가 파라미터로서 변화되는 경우에 대한, 혼합광의 색도 Cx의 파장 의존성을 근사적으로 도시한다. 형광체 배합비 ai가 일정한 경우에, 1차광의 파장이 감소하면, 혼합광의 색도 Cx는 증가한다. 형광체 배합비 ai가 감소하면, 파장변환광인 황색광의 강도는 감소하고, 혼합광의 색도 Cx는 감소한다. 일반적으로, 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 파장에 대한 의존성이 항상 직선에 의해서 표현될 수만은 없다. 그러나, 파장 Ld의 허용 분포 범위가 그 중심값 주변의 플러스 또는 마이너스 1.5% 이하의 좁은 범위로 제한된다면, 혼합광의 색도 Cx는 선형으로 근사될 수 있고, 형광체 중량의 계산 방법이 단순화된다. 여기서, 1차광의 광출력 Po가 허용 분포 범위의 상한인 17 mW보다 낮은 일정한 파장값으로 설정되는 경우에 있어서의 광출력 의존성 또한 결정된다.
만일, 발광 소자(10)를 위한 웨이퍼 제조 공정 조건이 정확하게 제어된다면, 도 13a 및 13b에서 도시된 파장 의존성 및 광출력 의존성이 웨이퍼들 간에 크게 달라지는 것을 막을 수 있으며, 이러한 의존성들이 용이하게 도출된다.
혼합광의 색도 Cx가 0.294-0.304라는 소정의 범위를 가지는 경우에 있어서, 그 목표값은 예를 들어 0.3으로 설정될 수 있다. 1차광에 대한 Po = 17 mW (광출력 상한) 및 L = 460 nm (파장 상한)에서, Cx = 0.3으로 하는 형광체 배합비 a1이 예를 들어 도 13a 및 도 13b를 이용해서 결정될 수 있다(S102). 이와 같이, 예비 공정이 완료된다.
다음으로 발광 장치의 조립 공정이 수행된다.
도 14a 내지 14d는 수지 밀봉의 공정 단면도이고, 도 11에서 선 C-C를 따라 취해진 단면을 도시한다.
발광 소자(10)들 각각이 패키지에 접착되고, 와이어 접착이 수행된다(S104). 이어서, 도 14a에서와 같이 각각의 발광 소자(10)의 파장(Ld) 및 광출력(Po)은 광학 특성 측정 장치(60)를 이용해서 측정된다(S106: 측정 공정).
예비 공정에서 미리 결정된 혼합광의 색도 Cx의 1차광의 파장에 대한 의존성(도 13a) 및 광출력에 대한 의존성(도 13b)과, 발광 소자(10)의 1차광의 파장 및 광출력 측정값을 기초로 해서 형광체 입자의 요구 중량 b을 산출하는 공정을 이하에서 설명한다.
도 15a 내지 15c는 형광체 입자의 중량을 산출하는 방법을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 15a는 1차광의 파장 Ld이 상한 460 nm에 있는 경우에, 파장변환광의 색도 Cx를 목표값 0.3으로 설정하기 위한 형광체 배합비의 광출력 의존성을 도시하는 그래프이고, 도 15b는 혼합 수지의 최대 부피를 도시하고, 도 15c는 혼합 수지와 투광성 수지의 2층 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 15a에서, 수직축은 형광체 배합비 (wt%)를 나타내고, 수평축은 1차광의 광출력 Po (mW)을 나타낸다.
도 13a에서와 같이 형광체 배합비 ai를 나타내는 N 개의 곡선군은 예비 공정에서 결정될 수 있다. 1차광의 광출력에 대한 의존성은 도 15에서 도시된 바와 같이 곡선군을 기초로 하여 선형적으로 근사될 수 있다. Po = 17 mW 및 Ld = 460 nm에 해당하는 점 Q에서, 형광체 입자의 중량은 최대가 되고, 그 결과 형광체 배합비 또한 최대가 된다(a1).
S106의 측정 공정에서, 칩(발광 소자)으로부터 방출된 1차광의 광출력 Pox은 광출력 상한인 17 mW보다 낮은 것으로 한다. 설명의 단순화를 위해서, 1차광의 파장 Ld은 상한인 460 nm인 것으로 한다. 광출력 Pox에 대응하는 형광체 배합비 ax는 형광체 배합비의 광출력 의존성으로부터 판독된다. 여기서, 형광체 입자의 중량 b는 수학식 1에 의해서 산출될 수 있다.
Figure pct00001
여기서, Vpm은 혼합 수지로 채워질 수 있는 함몰부(컵)의 최대 부피(칩 부피를 제외함)이고, dx는 형광체 배합비 ax를 가지는 혼합 수지의 밀도이다.
제7 실시예의 실장(mounting) 공정에서, 형광체 배합비가 a1으로 설정되고, 혼합 수지의 부피가 제어된다. 형광체 배합비 a1을 가지는 혼합 수지의 부피 Vp는 수학식 2에 의해서 산출될 수 있다.
Figure pct00002
여기서, d1은 형광체 배합비 a1을 가지는 혼합 수지의 밀도이다.
판독되는 형광체 배합비 ax는 형광체 배합비 a1(최대값)보다 작고, dx는 d1보다 작다. 그 결과, 혼합 수지의 부피 Vp는 최대 부피 Vpm보다 작다(S108). 다시 말해, 각각의 발광 장치에 대해서, 혼합 수지의 부피 Vp는 혼합광의 색도 Cx가 소정의 범위에 들어가도록 제어될 수 있다.
도 15a 내지 15c를 참조로 한 상술한 설명에서, 1차광의 파장 Ld는 그 상한 460 nm로 일정한 것으로 하였지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 1차광의 광출력이 그 상한 17 mW에서 일정한 동안 파장이 변하는 경우에, 형광체 배합비의 파장 의존성은 도 13b를 기초로 하여 결정될 수 있다. 이후, 수학식 2는 형광체 입자의 요구 중량 b와 혼합 수지의 부피를 산출하기 위해서 이용될 수 있다.
도 13a에서, 1차광의 파장 Ld는 허용 분포 범위의 상한인 460 nm으로 설정되고, 도 13b에서 1차광의 광출력 Po는 허용 분포 범위의 상한인 17 mW로 설정된다. 1차광의 파장 Ld이 460 nm보다 짧고, 광출력 Po이 17 mW보다 짧은 범위에서, 혼합 수지의 색도 Cx는 동일한 형광체 배합비보다 높고, 그 결과 광출력 의존성 및 파장 의존성을 나타내는 곡선군은 도 13a 및 13b에 비해 전체적으로 상방으로 시프트(shift)된다. 이들 곡선군은 예비 공정인 S101에서 결정될 수 있다.
이 경우에, 동일한 색도를 달성하기 위한 형광체 배합비는 도 15a 내지 15c에서 도시된 곡선에 비해 하방으로 시프트된 곡선을 사용해서 결정될 수 있다.
이어서, 도 14b에서와 같이, 부피 Vp에 대응하는 양으로 형광체 배합비 a1를 가지는 혼합 수지액(30a)은 잉크 젯 장치의 노즐(50a)로부터 토출되고, 함몰부(20a)로 적하된다(S110: 조절 공정). 이와 달리, 적하는 디스펜서를 이용해서 수행될 수 있다.
더욱이, 도 14c에서와 같이, 다른 노즐을 사용해서, 형광체 입자를 포함하지 않는 제2 투광성 수지액(40a)(n2<n1 또는 n2=n1인 굴절률 n2를 가짐)이 부피 Vt(= Vc-Vp)에 해당하는 양으로 적하된다. 제2 투광성 수지(40b)로 만들어진 제2 밀봉층(40)은 제1 밀봉층(30)의 부피 Vp의 변화에 기인한 방출광의 지향성의 변동을 막는데 용이하다. 여기서, Vc는 성형체(20)의 함몰부 20a(컵)의 부피를 나타낸다.
이어서, 수지 경화 공정이 예컨대 일반적으로 2시간 동안 150 ℃에서 열처리에 의해 수행된다(S112). 그래서, 도 14d에서와 같이, 제2 투광성 수지(40b)로 만들어진 제1 밀봉층(30) 및 제2 밀봉층(40)이 함몰부(20a)에서 적층된 발광 장치가 완성된다. 즉, 도 15c에서와 같이, 형광체 입자(30c)가 분산된 제1 밀봉층(30)과 형광체 입자가 분산되지 않은 제2 밀봉층(40)의 2층 구조로 하는 것이 가능하다.
이와 달리, 형광체 중량 b은 또한 상이한 형광체 배합비 ai를 가지는 다른 노즐로 절환(switching)하거나 복수의 노즐을 이용함으로써 제어될 수 있다. 이 경우에, 발광 소자(10)의 파장 Ld 및 광출력 Po의 임의의 편차에도 불구하고 혼합 수지액(30a)의 부피를 대략 최대 부피(Vpm)로 설정하는 것이 용이하게 된다.
도 16a 및 16b는 혼합광의 색도 Cx의 도수(frequency) 분포를 도시하는 그래프이다. 도 16a 및 16b는 각각 본 실시예 및 비교예에 해당한다. 수직축은 도수를 나타내고, 수평축은 혼합광의 색도 Cx를 나타낸다.
소정의 색도 범위 0.294-0.304에 대해서, 도16a에 도시된 본 실시예에 있어서, 혼합광의 색도 Cx는 0.296-0.303의 범위 내에서 제어된다. 한편, 형광체 중량을 제어하지 않는 비교예에 있어서, 혼합광의 색도 Cx는 0.281-0.312의 범위에서 넓게 분포되고, 소정의 범위 내에서 유지시키는 것이 어렵다. 즉, 비교예는 큰 색도 편차를 가지고, 혼합광의 광학 특성의 품질이 불충분하다. 대조적으로, 본 실시예는 색도를 제어하는 것을 용이하게 하고, 높은 품질의 광학 특성을 갖는 발광 장치와 향상된 양품률(conforming rate)을 가진 발광 장치의 제조 방법을 제공한다.
도 12의 예는 1차광의 파장 및 광출력을 측정하고, 혼합광 색도의 1차광의 파장 및 광출력에 대한 의존성을 측정한다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
예를 들어, 1차광의 파장이 상대적으로 작은 편차를 가지는 경우에, 형광체 입자의 요구량은 1차광의 광출력만을 측정하고, 또한 혼합광의 색도의 1차광의 광출력에 대한 의존성을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이와 역으로, 1차광의 광출력이 상대적으로 작은 편차를 가지는 경우에, 형광체 입자의 요구량은 1차광의 파장만을 측정하고, 또한 혼합광의 색도의 1차광에 대한 의존성을 측정함으로써 결정될 수 있다.
도 17은 제8 실시예에 따른 발광 장치를 도시하는 색도 다이어그램이다.
본 실시예에 따른 발광 장치는 발광 소자(10)로부터 방출된 450-460 nm의 파장 범위를 가지는 청색광인 1차광 B와, 예를 들어 질화 물질 또는 YAG(이트륨 알루미늄 가넷)로 만들어진 녹색 형광체로부터의 파장변환광 G와, 예를 들어 질화 물질 또는 YAG로 만들어진 적색 형광체로부터의 파장변환광 R과의 혼합광 W를 방출할 수 있다.
또한, 이 경우에, 웨이퍼에 분포된 청색 1차광 B의 파장 Ld 및 광출력 Po가 측정되고(도 12의 S100), 그 허용 분포 범위가 설정된다.
설정된 파장 Ld 및 광출력 Po의 허용 분포 범위에서의 발광 소자(10)가 추출되어 발광 장치의 조립에 사용된다. 여기서, 혼합광 W가 소정의 범위 내에 들어가도록 녹색 형광체와 적색 형광체와의 적절한 혼합비가 설정된다. 이 혼합비를 유지하면서, 제1 혼합 수지액(30a)에 대한 각각의 형광체 배합비를 바꿔가며 혼합광 W의 색도 (Cx, Cy)를 측정한다. 그래서, 혼합광의 색도의 예를 들어 파장 의존성 및 광출력 의존성이 결정된다(S101).
이 의존성을 이용하여, 허용 분포 범위의 상한, 즉 1차광에 대해 Po = 17 mW 및 L = 460 nm에서, 색도 목표값으로 될 수 있는 녹색 형광체 배합비(최대값) 및 적색 형광체 배합비(최대값)를 결정한다(S102). 이상과 같이 예비 공정이 완료된다.
다음으로, 발광 장치의 조립 공정이 수행된다. 발광 소자(10)는 각각 패키지에 접착되고, 와이어 접착이 수행된다(S104). 이어서, 각각의 발광 소자(10)의 1차광의 파장 Ld 및 광출력 Po이 분광 장치와 같은 광학 특성 측정 장치(60)를 이용해서 측정된다(S106).
사전에 예비 공정에서 결정된 혼합광의 색도의 1차광의 파장에 대한 의존성 및 광출력에 대한 의존성과, 1차광의 파장 Ld 및 광출력 Po의 측정값을 기초로 하여, 녹색 형광체 입자의 요구 중량과 적색 형광체 입자의 요구 중량이 각각 산출된다(S108).
요구 중량의 형광체 입자로 혼합된 혼합 수지액이 노즐로부터 적하되고(S110), 경화된다(S112). 그래서, 조립 공정이 종료된다.
도 18a 및 도 18b는 제8 실시예의 개략 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 18a는 두 개의 유형의 형광체 입자가 공통의 투광성 수지(31b)에 분산된 밀봉층을 포함하는 구조를 도시하고, 도 18b는 각각의 유형의 형광체 입자가 분산된 두 개의 밀봉층(32, 33)을 포함하는 구조를 도시한다.
제1 형광체 입자(31c) 및 제2 형광체 입자(31d)의 혼합비는 미리 결정될 수 있다. 도 18a에서는, 형광체 입자(31c 및 31d)의 결정된 혼합비를 가지는 혼합 수지액이 잉크 젯 장치(50)에 준비된다.
발광 소자(10)를 덮기 위해 그 요구되는 부피가 적하되고, 예를 들어 열경화에 의해서 제3 밀봉층으로 형성된다. 이와 달리, 형광체 입자(31c)를 포함하는 혼합 수지액과 형광체 입자(31d)를 포함하는 혼합 수지액이 개별적으로 준비되어 개별적인 노즐로부터 적하될 수 있다. 투광성 수지로 만들어진 제2 밀봉층(40)이 제3 밀봉층(31) 상에 추가적으로 제공될 수 있다.
도 18b에서는 투광성 수지(32b)에서 요구 중량의 형광체 입자(32d)를 혼합함으로써 혼합 수지액이 준비되고, 발광 소자(10)의 칩 상에 적하된다. 또한, 요구 중량의 형광체 입자(33c)와 혼합된 투광성 수지(33b)로 만들어진 혼합 수지액이 적하된다. 이후, 제4 및 제5 밀봉층(32, 33)이 열경화에 의해서 형성된다. 이와 달리, 제4 밀봉층(32)이 열경화에 의해서 형성된 후에, 그 위에 제5 밀봉층(33)을 형성하기 위한 혼합 수지액이 적하될 수 있다. 투광성 수지로 만들어진 제2 밀봉층(40)이 제5 밀봉층(33) 상에 추가적으로 제공될 수 있다. 따라서, 도 17에서 도시된 색도 다이어그램에서 혼합색 W가 목표하는 색도 범위 내에서 용이하게 제어된다.
제7 및 제8 실시예는 소정의 색도 범위 내에서 제어되는 혼합광을 방출할 수 있는 발광 장치와 이에 근거한 조명 장치를 제공할 수 있다. 예컨대, 측면 발광형과 같은 발광 장치가 백라이트 광원을 형성하도록 배열되고, 이것은 균일한 색도와 고화질을 가지는 디스플레이 장치의 제공을 용이하게 한다.
게다가, 제1 실시예 및 제7 실시예는 조합될 수 있다. 보다 구체적으로, 1차광(발광 소자로부터의 방출광)의 파장 및 광출력 중 적어도 하나에 대한 혼합광의 색도의 의존성이 미리 결정된다. 1차광의 파장 및 광출력의 적어도 하나는 각각의 발광 소자를 위해서 측정된다. 혼합광의 색도를 소정의 범위 내로 설정하기 위한 형광체 입자의 요구량은, 1차광의 파장 및 광출력의 적어도 하나에 대한 혼합광의 색도의 상기 결정된 의존성과 1차광의 측정된 적어도 하나의 파장 및 광출력을 근거로 하여 결정된다. 이 요구량의 예컨대 90% 이상의 범위에서 형광체 입자를 포함하는 혼합 용액이 발광 소자를 덮기 위해서 채워진다.
여기서, 발광 소자가 발광하도록 야기되고, 혼합색의 색도가 측정되는 것을 허용하는 조건에서 유지되는 동안, 혼합색의 색도가 소정의 색도 범위에 들어갈 때까지 혼합 용액은 추가적으로 적하된다. 이에 의해, 혼합색의 색도를 소정의 색도 범위 내로 설정하기 위해서 요구되는 형광체 입자의 적하 방울들의 수를 감소시킬 수 있고, 색도 조절이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 즉, 향상된 생산성을 가진 발광 장치의 제조 방법이 제공된다. 이 경우에, 혼합 용액에서 형광체 배합비는 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 발광 장치를 구성하는 투광성 수지, 형광체 입자, 성형체, 리드, 및 발광 소자의 물질, 사이즈, 형상, 레이아웃, 및 이와 같은 것은 당업자에 의해서 변형될 수 있고, 이러한 변형은 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 본 발명의 범위에 속한다.
형광체 입자의 도포량이 제어되고, 억제된 색도 편차를 가진 혼합색이 방출될 수 있는 발광 장치와 그 제조 방법 및 장치가 제공된다. 이러한 발광 장치의 사용은 균일한 색도를 갖는 조명 장치와 달성하고자 하는 고화질을 가지는 디스플레이 장치를 가능하게 한다.
10: 발광 장치
20: 성형체
20a: 함몰부
30, 32, 34: 제1 혼합 수지
30a: 형광체 입자
30b, 42: 투광성 수지
31, 33, 35: 제1 밀봉층
40: 제2 혼합 수지
40b: 제2 투광성 수지
41, 43, 45: 제2 밀봉층
46: 산란성 입자
50: 잉크 젯 장치
50a: 노즐(nozzle)
84: 제어부
G: 혼합광
B: 방출광의 색도 좌표
Y: 파장변환광의 색도 좌표
Q1: 제1 혼합 수지 도포 후의 색도 좌표
QW: 소정의 색도 좌표
ai: 형광체 배합비
b: 형광체 입자의 요구 중량

Claims (20)

  1. 발광 소자와 발광 소자로부터의 방출광을 흡수해서 파장변환광을 방출할 수 있는 형광체 입자로 혼합된 혼합 수지를 포함하는 발광 장치이면서, 방출광과 파장변환광을 포함하는 혼합광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제조하기 위한 방법으로서:
    발광 장치의 제조 공정에서 각각의 발광 소자의 방출광의 파장, 각각의 발광 소자의 방출광의 광출력, 및 각각의 혼합 수지를 통해서 방출된 혼합광의 색도 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및
    혼합광의 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어가도록, 상기 측정하는 단계에서 얻어진 결과를 기초로 하여, 혼합 수지에 대해 소정의 색도 조절을 수행함으로써 각각의 발광 장치에 대해 색도를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는, 발광 소자로부터 방출광을 흡수해서 방출광보다 큰 파장을 가지는 파장변환광을 방출하는 형광체 입자가 액상 투광성 수지에 혼합된 제1 혼합 수지를 가진 발광 소자의 적어도 표면을 덮는 단계;와 제1 혼합 수지로 덮힌 표면을 가진 발광 소자가 발광하게 하면서 혼합광의 색도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는, 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어갈 때까지 발광 소자의 표면을 덮는 제1 혼합 수지의 표면상에 제2 혼합 수지를 적하하는 단계를 포함하고, 제2 혼합 수지는 액상 투광성 수지에 형광체 입자를 혼합함으로써 준비되는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 장치 제조 방법이:
    발광 소자를 실장 부재에 형성된 함몰부로 접착하는 단계를 더 포함하고,
    발광 소자의 적어도 표면을 포함하는 함몰부의 일부가 제1 혼합 수지 및 제2 혼합 수지로 충진되고, 함몰부에서의 잔여 공간이 제1 혼합 수지 및 제2 혼합 수지로 충진되지 않는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 혼합 수지를 적하하는 단계는, 잉크 젯 노즐로부터의 토출에 의해서 제1 혼합 수지와 다르거나 동일한 제2 혼합 수지를 적하하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는, 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어가도록 제1 혼합 수지의 표면 주변이나 위에 산란 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산란 영역을 형성하는 단계는, 제1 혼합 수지의 표면 주변 또는 제1 혼합 수지에 제공된 투광성 수지의 표면 주변을 플라즈마 또는 오존으로 조사(irradiation)함으로써 거칠게 된 표면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 산란 영역을 형성하는 단계는, 제1 혼합 수지에 적하된 액상 투광성 수지가 완전하게 경화되기 전에 산란성 입자를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    형광체 입자는 두 개의 유형을 포함하되, 제1 파장변환광을 방출하는 제1 형광체 입자와, 제1 파장변환광의 파장과 다른 파장을 가지는 제2 파장변환광을 방출하는 제2 형광체 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는, 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어갈 때까지 발광 소자를 덮는 혼합 수지를 흡인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  11. 발광 장치로서:
    발광 소자;
    발광 소자로부터 방출광을 흡수해서 방출광보다 긴 파장을 가지는 파장변환광을 방출하는 형광체 입자가 분산된 수지로 만들어진 제1 밀봉층으로서 발광 소자의 적어도 상부 표면을 덮고 있는 제1 밀봉층; 및
    형광체 입자가 분산된 수지로 만들어진 제2 밀봉층으로서, 제1 밀봉층의 상부 표면을 덮고 있는 제2 밀봉층;을 포함하고,
    방출광과 파장변환광의 혼합광을 방출하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제2 밀봉층의 표면 주변이나 위에 제공된 산란 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    산란 영역은 산란성 입자가 제2 밀봉층 또는 제2 밀봉층 상에 제공된 수지로 만들어진 층에 분산되어 있는 영역인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  14. 발광 장치를 제조하기 위한 장치로서:
    실장 부재에 접착된 발광 소자의 색도를 측정하도록 동작할 수 있는 검출부;
    발광 소자 상에서 형광체 입자로 혼합된 혼합 수지를 적하할 수 있는 공급부; 및
    검출부에 의해서 측정된 색도를 입력으로서 수신하고 색도가 소정의 범위에 들어갔는지에 대한 판단에 따라 혼합 수지의 적하를 멈출 수 있는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    발광 장치 제조 방법은:
    방출광의 파장 및 방출광의 광출력 중 적어도 하나에 대한 혼합광의 색도의 의존성을 미리 결정하는 단계; 및
    측정된 각각의 발광 소자에 대한 파장 및 광출력 중 적어도 하나와, 결정된 혼합광의 색도의 의존성을 기초로 하여 혼합광의 색도를 소정의 범위 내로 설정하기 위한 형광체 입자의 개별적 요구량을 결정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 조절하는 단계는 요구량의 형광체 입자와 혼합된 혼합 수지로 각각 발광 소자를 덮는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    발광 장치 제조 방법은:
    패키지 부재에 제공된 함몰부에서 발광 소자를 접착하는 단계를 더 포함하고,
    상기 조절하는 단계는, 방출광의 파장과 방출광의 광출력 중 적어도 하나가 미리 정의된 허용 상한값을 가지는 경우에 결정된 최대값인, 혼합광의 색도를 소정의 범위 내로 설정하기 위한 최대값과 함몰부에서의 충진을 위한 소정의 부피를 기초로 하여 형광체 입자의 최대값의 요구량이 소정의 부피로 포함된 소정의 배합비를 가지는 혼합 수지를 미리 준비하는 단계와 발광 소자에 대해서 개별적으로 결정된 형광체 입자의 요구량에 따라서 소정의 배합비를 가진 혼합 수지의 필요량을 함몰부에 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    발광 장치 제조 방법은:
    혼합 수지의 필요량을 함몰부에 충진한 후에, 혼합 수지의 굴절률 이하의 굴절률을 가지면서 형광체 입자를 포함하지 않는 투광성 수지를 함몰부에 충진하는 단계를 더 포함하고,
    투광성 수지는 함몰부에 충진될 수 있는 최대 부피와 이미 충진된 혼합 수지의 부피 사이의 차이에 해당하는 양으로 충진되는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    형광체 입자는 두 개의 유형을 포함하되, 제1 파장변환광을 방출할 수 있는 제1 형광체 입자와, 제1 파장변환광의 파장과 다른 파장을 가지는 제2 파장변환광을 방출할 수 있는 제2 형광체 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 발광 소자를 덮는 것은 잉크 젯 장치의 노즐로부터 혼합 수지를 토출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는 혼합 수지가 덮힌 상태로 혼합광의 색도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조절하는 단계는 혼합 수지로 덮힌 상태에서 측정된 혼합광의 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어가기에 부족한 경우에는 색도가 미리 설정된 소정의 범위에 들어갈 때까지 혼합 수지를 추가적으로 적하함으로써 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치 제조 방법.
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