KR20110084294A - Ｌｅｄ를 위한 오버몰딩된 인광체 렌즈 - Google Patents

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KR20110084294A
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KR1020117012895A
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제롬 씨. 바트
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필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

직사각형 LED 다이들이 서브마운트 웨이퍼 상에 실장된다. 제1 몰드는 서브마운트 웨이퍼 상의 LED 다이들의 위치들에 대략적으로 대응하는 직사각형 인덴테이션들을 그 내부에 갖는다. 인덴테이션들은, 경화될 때 각각의 LED 위에 투명한 제1 렌즈를 형성하는 실리콘으로 채워진다. 웨이퍼는 몰드에 정밀하게 정렬되므로, 제1 렌즈들의 상부 표면들은 모두 웨이퍼 상에서의 LED들의 어떠한 x, y 및 z 오정렬에도 무관하게 단일의 기준 평면 내에 있다. 제2 몰드는 내측 및 외측 표면이 LED들의 어떠한 오정렬에도 완전히 독립적인 투명한 제1 렌즈 위에 정밀하게 정의된 인광체 층을 형성하도록 인광체-주입된 실리콘으로 채워진 직사각형 인덴테이션들을 갖는다. 제3 몰드는 외측 실리콘 렌즈를 형성한다. 결과적인 PC-LED들은 서브마운트 웨이퍼 내에서 PC-LED마다, 그리고 웨이퍼마다 높은 색도 균일성을 가지며, 넓은 시야각에 걸친 높은 컬러 균일성을 갖는다.

Description

ＬＥＤ를 위한 오버몰딩된 인광체 렌즈{OVERMOLDED PHOSPHOR LENS FOR AN LED}
본 발명은 발광 다이오드(LED)에 관한 것으로, 구체적으로는 인광체 변환형 LED(phosphor-converted LED(PC-LED))를 형성하기 위한 기술에 관한 것이다.
LED 위에 실리콘 렌즈를 형성하는 것으로서, 렌즈에 인광체 파우더가 주입되는 것이 알려져 있다. 예를 들어, LED 다이는 청색 광을 방출할 수 있고, 인광체는 황록색 광을 방출할 수 있거나 (예를 들어, YAG 인광체), 또는 인광체는 적색 인광체와 녹색 인광체의 조합일 수 있다. 렌즈를 통해 누설되는 청색 광과 인광체에 의해 방출되는 광의 조합이 백색 광을 생성한다. 많은 다른 컬러들이 이러한 방식으로 적절한 인광체들을 이용하는 것에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 그러한 인광체 변환형 LED(PC-LED)는 다음의 이유들, 즉 인광체 코팅의 두께의 변화, 인광체들이 상이한 시야각들에서 LED 다이로부터 상이한 평균 거리들에 있는 것, 광학적 효과들, 렌즈에 대한 LED 다이 배치의 오정렬 및 변화, 및 다른 요인들 중 하나로 인해 모든 시야각에 걸쳐 LED마다 재현가능한(reproducible) 컬러를 갖지 않는다. 본 양수인에게 양도되고 참조에 의해 여기에 포함되는 미국 특허 제7,322,902호는 LED들 위에 실리콘 렌즈를 형성하기 위한 몰딩 프로세스를 설명한다. 상기 특허는 반구형의 투명한 렌즈 위에 반구형의 인광체-주입된(phosphor-infused) 렌즈를 형성하기 위한 몰딩 프로세스를 설명하고 있다. 그러나, 그러한 구현은 매우 일관된 컬러 대 시야각(color vs. viewing angle)을 갖는 PC-LED는 여전히 만들지 못한다.
일관된 컬러 대 시야각은 광원들이 직접 확대되고 표면 상으로 투영되는 프로젝터, 플래시라이트, 차량용 조명등, 또는 카메라 플래시에서와 같이, 광이 혼합되지 않고 확산되는 경우에서 극도로 중요하다. 또한, 일관된 컬러 대 시야각은 복수의 PC-LED가 함께 이용되고, 스크린 전체에 걸쳐서 균일한 컬러를 생성하기 위해 매칭될 필요가 있을 때에도 극도로 중요하다.
그러므로, 매우 고도로 제어된 컬러 대 시야각을 갖는 PC-LED가 필요하다.
PC-LED를 위한 인광체-주입된 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈를 형성하기 위한 기술이 설명되는데, 인광체 렌즈의 특징 및 효과는 미국 특허 제7,322,902호에서 보다 더 신중하게 제어된다.
LED 다이들(예를 들어, 가시 청색 광을 방출하는 GaN LED)은 어레이 내의 서브마운트 웨이퍼 상에 실장된다. 웨이퍼 상에는 수백개의 LED 다이들이 실장되어 있을 수 있다. 서브마운트 웨이퍼는 세라믹 기판, 실리콘 기판, 또는 LED 다이들이 지지 구조물 상의 금속 패드들에 전기적으로 접속되는 다른 유형의 지지 구조물일 수 있다.
제1 몰드는 그 내부에, 서브마운트 웨이퍼 상의 LED 다이들의 이상적인 위치들에 대응하는 제1 인덴테이션들(indentations)을 갖는다. 인덴테이션들은 액상의(liquid) 또는 연화된(softened) 실리콘으로 채워진다. LED들이 실리콘 내에 침지되도록(immersed), 서브마운트 웨이퍼는 제1 몰드에 대해 정밀하게 정렬된다. 그 다음, 실리콘은 굳혀진(hardened) 렌즈 재료를 형성하기 위해 경화된다. 인덴테이션들은 평면인 표면을 갖는 실질적으로 직사각형이고, 따라서 LED 형상에 대략적으로 비례하는 직사각형 형상을 갖는 제1 투명(clear) 렌즈가 각각의 LED 위에 형성된다. 인덴테이션들의 깊이 및 폭은 x, y 및 z 방향으로의 서브마운트 웨이퍼 상에서의 LED의 최악의 오정렬 하에서 렌즈가 LED들을 덮을 정도로 충분히 크다. z 방향으로의 오정렬은 LED들과 서브마운트 웨이퍼 간의 금속 본드들의 두께 변화 및 서브마운트 웨이퍼 표면에서의 변화에 의해 유발된다. 서브마운트 웨이퍼는 몰드에 정밀하게 정렬되므로, 평평한 렌즈들의 "상부" 표면은 모두 단일 기준 평면 내에 있을 것이다.
제2 몰드는 제1 몰드 내의 제1 인덴테이션들에 정밀하게 정렬되는 더 큰 인덴테이션들을 갖는다. 제2 인덴테이션들은 제1 인덴테이션들 및 LED들의 형상들에 비례하는 실질적으로 직사각형인 형상을 갖는다. 제2 인덴테이션들은 실리콘 및 인광체의 액상(liquid) 또는 연화된(softened) 혼합물로 채워진다. 그 다음, LED들 및 제1 렌즈들이 실리콘/인광체 내에 침지되도록, 서브마운트 웨이퍼가 제2 몰드에 대하여 정밀하게 정렬된다. 그 다음, 실리콘은 굳어진(hardened) 제2 렌즈 재료를 형성하도록 경화된다.
제1 렌즈들의 상부 표면들이 모두 동일한 기준 평면 내에 있었고, 제1 및 제2 인덴테이션이 서로 정밀하게 정렬되기 때문에, (인광체를 함유하는) 제2 렌즈의 내측 및 외측 표면은 LED들의 임의의 x, y, z 오정렬 대신에, 완전히 몰드들에 의해 결정된다. 따라서, (인광체를 함유하는) 제2 렌즈의 두께는 속성으로 단정할 수 있으며(predicable), 서브마운트 웨이퍼 상의 모든 LED에 대하여 정밀하게 동일하고, 모든 렌즈들은 동시에 형성된다. 또한, 청색 광이 인광체 렌즈 층을 통해 균일하게 누설되도록, 인광체 층은 청색 LED에 의해 실질적으로 균일하게 조명된다. 그러므로, PC-LED의 결과적인 컬러(또는 색도(chromaticity))는 LED마다 재현가능할 것이고, 광범위한 시야각에 걸쳐서 균일할 것이다.
그 다음, 실질적으로 직사각형인 제3 렌즈는, 다른 렌즈들보다 더 단단하고 더 낮은 굴절률을 가질 수 있는 인광체-주입된 제2 렌즈 위에 몰딩된다.
그 다음, 개별 PC-LED들을 분리해내기 위해 서브마운트 웨이퍼가 다이싱된다(diced). 그 다음, 서브마운트/PC-LED는 회로 보드 상에 실장되거나 패키징될 수 있다.
본 발명의 기술은 대부분의 또는 거의 모든 LED 광(예를 들어, 청색 또는 UV)이 인광체 층에 의해 흡수되고, 결과적인 광은 주로 인광체 층에 의해 방출되는 광인 PC-LED들에 동등하게 적용된다. 그러한 PC-LED는 인광체 렌즈 층 내에서 고밀도의 인광체 입자들을 이용할 것이다.
도 1은 서브마운트 웨이퍼 상에 실장된 4개의 LED 다이들의 측면도로서, LED 다이들이 부주의하게 상이한 높이들에서 실장되고/거나 약간 오정렬되어 있다.
도 2는 평면화된 제1 투명 렌즈를 형성하기 위해 액상 (또는 연화된) 내측 렌즈 재료로 채워진 (또는 부분적으로 채워진) 제1 몰드 내의 인덴테이션들 내에 삽입된 LED 다이들의 측면도이다.
도 3은 액상 렌즈 재료 내에 합쳐진 LED 다이들의 측면도로서, 렌즈 재료가 경화된 것을 도시하고 있다.
도 4는 인광체 파우더를 함유하는 액상 (또는 연화된) 렌즈 재료로 채워진 (또는 부분적으로 채워진) 제2 몰드 내의 인덴테이션들에 삽입된, 제1 몰드로부터의 제거 후의 LED 다이들의 측면도로서, 제1 투명 렌즈는 결과적인 인광체로 채워진 렌즈가 정밀한 내측 및 외측 치수를 가질 수 있게 한다.
도 5는 액상 (또는 연화된) 외측 렌즈 재료로 채워진 (또는 부분적으로 채워진) 제3 몰드 내의 인덴테이션들에 삽입된, 제2 몰드로부터의 제거 후의 LED 다이들의 측면도이다.
도 6은 외측 렌즈 재료를 경화하는 동안 외측 렌즈 재료에 침수되는(submerged) LED 다이들의 측면도이다.
도 7은 3개의 몰딩된 렌즈를 갖는 LED 다이들의 측면도이다.
도 8은 3개의 몰딩된 렌즈를 갖는 LED 다이들의 어레이로 채워진 서브마운트 웨이퍼의 정면도이다.
도 9는 서브마운트 웨이퍼로부터 분리되어 회로 보드 상에 실장된 단일 플립 칩 LED/서브마운트의 단면도이다.
동일한 번호로 표시된 구성요소들은 동일하거나 등가이다.
예비적인 사항으로서, 종래의 LED가 성장 기판 상에 형성된다. 이용되는 예에서, LED는 청색 또는 UV 광을 생성하기 위한 AlInGaN LED와 같은 GaN계 LED이다. 전형적으로, 비교적 두꺼운 n형 GaN 층이 종래의 기술들을 이용하여 사파이어 성장 기판 상에 성장된다. 전형적으로, 비교적 두꺼운 GaN층은 n형 클래딩 층 및 활성층을 위한 저결함 격자 구조(low-defect lattice structure)를 제공하도록, 저온의 핵형성 층 및 하나 이상의 추가 층을 포함한다. 그 다음, 하나 이상의 n형 클래딩 층이 두꺼운 n형 층 위에 형성되고, 거기에 활성층, 하나 이상의 p형 클래딩 층 및 p형 컨택트 층(금속화를 위한)이 후속한다.
n층들로의 전기적 액세스를 얻기 위해 다양한 기술들이 이용된다. 플립칩 예에서, 금속화를 위해 n층을 노출시키기 위해, 활성층 및 p층들의 일부분들이 에칭된다. 이러한 방식으로, p 컨택트 및 n 컨택트가 칩의 동일측에 형성되고, 서브마운트 컨택트 패드들에 직접 전기적으로 부착될 수 있다. n 금속 컨택트로부터의 전류는 처음에 n층을 통해 측방향으로(laterally) 흐른다. 반대로, 수직 주입(vertical injection)(비-플립칩) LED에서, n 컨택트는 칩의 일측에 형성되고, p 컨택트는 칩의 다른 측에 형성된다. p 또는 n 컨택트 중 하나로의 전기적 컨택트는 전형적으로 배선 또는 금속 브리지로 이루어지며, 다른 컨택트는 패키지 (또는 서브마운트) 컨택트 패드에 직접 본딩된다. 단순함을 위하여, 도 1-9의 예에서는 플립칩 LED가 이용된다.
LED들을 형성하기 위한 예시들은 미국 특허 제6,649,440호 및 제6,274,399호에 설명되어 있으며, 이 특허들은 둘 다 Philips Lumileds Lighting, LLC에 양도되고 참조에 의해 포함된다.
도 1은 서브마운트 웨이퍼(12) 상에 실장된 4개의 LED 다이들(10)의 측면도이다. 전형적으로, 서브마운트 웨이퍼(12)는 인쇄 회로 보드, 패키지 리드프레임, 또는 임의의 다른 구조로의 접속을 위한 금속 리드들(metal leads)을 갖는 세라믹 또는 실리콘이다. 기판 웨이퍼(12)는 원형 또는 직사각형일 수 있다. 서브마운트 웨이퍼(12) 상에의 실장 전에, LED 다이들(10)은 표준 소잉(sawing) 또는 스크라이빙/브레이킹(scribing-breaking) 동작에 의해 성장 기판(예를 들어, 사파이어) 상에 성장된 다른 LED들로부터 분리되고, 자동 배치 머신(automatic placement machine)에 의해 서브마운트 웨이퍼(12) 상에 배치된다. LED 다이들(10) 상의 금속 패드들은 초음파 본딩에 의해 서브마운트 웨이퍼(12) 상의 대응하는 금 범프들(gold bumps)에 본딩된다. 결합된 금속 패드들 및 금 범프들은 금속 본드들(14)로서 도시되어 있다. 금 범프들은 서브마운트 웨이퍼(12)를 통한 도전성 비아들에 의해, 회로 보드에의 표면 실장을 위해 서브마운트 웨이퍼(12)의 하부 표면 상의 본딩 패드들에 접속된다. 전력 공급장치에의 접속을 위한 단자들을 제공하기 위해, 서브마운트 웨이퍼(12) 상에서 임의의 구성의 금속이 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 성장 기판은 웨이퍼(12) 상에의 실장 후에 플립칩 LED들로부터 제거된다.
허용오차(tolerances)로 인해 서브마운트 웨이퍼(12) 상의 LED 다이들(10)의 약간의 오정렬이 존재하며, 웨이퍼(12) 표면 위에서의 LED 다이들(10)의 높이들은 금속 패드들, 금 범프들 및 초음파 본딩의 허용오차들로 인해 어느 정도 변화한다. 그러한 불균일성이 도 1에 도시되어 있다.
도 2에서, 제1 몰드(16)는 각각의 LED 다이(10) 위의 제1 렌즈의 원하는 형상에 대응하는 인덴테이션들(18)을 갖는다. 몰드(16)는 바람직하게는 금속으로 형성된다. 필요한 경우, 실리콘이 금속에 들러붙는 것을 방지하기 위해, 몰드(16)의 대략적인 형상을 갖는 매우 얇은 비-점착성(non-stick) 필름(도시되지 않음)이 몰드(16) 위에 배치될 수 있다. 비-점착성 몰드 코팅이 이용되는 경우, 또는 비-점착성 계면을 발생시키는 몰드 프로세스가 이용되는 경우, 필름은 필요하지 않다. 바람직한 실시예에서, 제1 렌즈들의 평면화된(planarized) 상부 표면을 달성하기 위해, 각각의 인덴테이션의 형상은 실질적으로 직사각형이다. 더 쉬운 릴리즈(release)를 위해, 그리고 임의의 밝은 점(bright points)을 방지하기 위해, 실질적으로 직사각형인 인덴테이션들의 에지들은 약간 둥글게 된다(rounded).
도 2에서, 몰드 인덴션들(18)은 열경화성의 액상 (또는 연화된) 렌즈 재료(20)로 채워졌다 (또는 낭비(waste)를 감소시키기 위해 부분적으로 채워졌다). 렌즈 재료(20)는 실리콘, 에폭시 또는 혼성(hybrid) 실리콘/에폭시와 같이, 임의의 적합한 광학적으로 투명한 재료일 수 있다. 혼성체는 일치하는(matching) 열 팽창 계수(CTE)를 달성하기 위해 이용될 수 있다. 실리콘 및 에폭시는 AlInGaN 또는 AlInGaP LED로부터의 광 추출을 크게 개선하기 위해, 충분히 높은(1.4보다 큰) 굴절률을 갖는다. 적합한 실리콘의 한 유형은 1.76의 굴절률을 갖는다. 바람직한 실시예에서, LED 다이들(10)과 경화된 렌즈 재료(20) 간의 CTE의 차이를 흡수하기 위해 경화될 때, 렌즈 재료(20)는 연성(soft)이다.
도 3에서, 기판 웨이퍼(12)의 에지들은 몰드(16) 상의 에지들(또는 다른 기준점들)에 정밀하게 정렬된다. LED 다이들(10)의 실장의 허용오차들로 인해, LED 다이들(10)이 x, y 및 z 방향에서 인덴테이션들(18)과 정밀하게 정렬되지 않음에 유의해야 한다.
서브마운트 웨이퍼(12)의 주변부와 몰드(16) 사이에 진공 밀봉이 생성되며, 두 부분들이 서로에 대해 눌러져서 각각의 LED 다이(10)가 액상 렌즈 재료(20) 내에 삽입되고 렌즈 재료(20)가 압축 하에 있게 된다.
그 다음, 몰드(16)는 렌즈 재료(20)를 굳히기 위한 시간 동안 약 섭씨 150도(또는 다른 적절한 온도)까지 가열된다.
그 다음, 서브마운트 웨이퍼(12)는 몰드(16)로부터 분리되고, 렌즈 재료(20)는 또한 각각의 LED 다이(10) 위에 제1 투명 렌즈(22)(도 4)를 형성하기 위해 UV 또는 열에 의해 경화될 수 있다. 렌즈(22)는 보호 및 열 제거를 위해 LED 다이(10)를 캡슐화하고, 서브마운트 웨이퍼(12)의 에지들(또는 웨이퍼(12) 상의 다른 기준점들)에 대하여 정밀하게 정렬되는 외측 치수들(outer dimensions)을 갖는다. 투명한 제1 렌즈(22)는 LED 다이와 대략적으로 동일한 형상을 갖지만, LED 다이의 최악의 경우의 배치(positioning) 하에서 전체 LED를 커버하기 위해 약간 더 크다. 중요한 것은, 모든 인덴테이션들(18)이 동일했기 때문에, LED 다이들(10) 위의 모든 제1 투명 렌즈(22)의 외측 "상부" 표면들은 동일한 평면화된 기준 평면 내에 있다는 것이다.
도 4에서, 제1 몰딩 프로세스와 동일한 제2 몰딩 프로세스에서, 제2 몰드(26) 내의 몰드 인덴션들(24)은 인광체 파우더를 함유하는 열 경화성의 액상 (또는 연화된) 렌즈 재료(28)로 채워진다 (또는 낭비를 감소시키기 위해 부분적으로 채워진다). 인광체 외의 렌즈 재료(28)는 내측 렌즈 재료(20)를 위해 이용되는 것과 유사할 수 있고, 또는 더 단단한 렌즈를 형성하기 위해 경화할 수 있다. 인광체는 황록색 광을 방출하는 종래의 YAG 인광체일 수 있고, 또는 생성될 광의 원하는 컬러에 따라, 적색 인광체, 녹색 인광체, 적색 및 녹색 인광체의 조합, 또는 임의의 다른 인광체일 수 있다. LED 다이(10)로부터의 청색광은 인광체를 통해 누설되어, 전체 광에 청색 성분을 추가한다. 인광체의 밀도 및 인광체 층의 두께는 PC-LED의 전체 컬러를 결정한다. LED마다의 재현가능한 컬러를 위해서는, 적어도 LED의 상부 표면 전체에 걸쳐서 인광체 층 두께가 한 LED로부터 다음 LED까지 항상 동일한 것이 필수적이다. 또한, 광범위한 시야각들에 걸친 컬러의 균일성을 위해, 인광체 두께는 각각의 LED 다이의 전체 표면에 걸쳐 균일해야만 하며, 실질적으로 동일한 양의 LED 광이 인광체 층의 모든 부분들을 조명해야 한다. 그러므로, 인광체 층의 형상은 대략적으로, 실질적으로 직사각형인 LED 다이(10)와 동일한 상대적인 치수를 가져야 한다.
제1 몰딩 프로세스에서와 마찬가지로, 서브마운트 웨이퍼(12)의 에지들은 몰드(26)의 에지들(또는 다른 기준점들)과 정밀하게 정렬된다. 이제, 인덴테이션들(18 및 24)이 몰드의 에지들(또는 서브마운트 웨이퍼(12)와의 정렬을 위한 다른 기준점들)에 대하여 정밀하게 정렬된 것으로 인해, 제1 투명 렌즈들(22)은 인덴테이션들(24)에 정밀하게 정렬된다는 점에 유의해야 한다.
서브마운트 웨이퍼(12)의 주변부(periphery)와 몰드(26) 사이에 진공 밀봉이 생성되며, 두 부분이 서로에 대해 눌러져서 각각의 LED 다이(10) 및 제1 투명 렌즈(22)가 액상 렌즈 재료(28) 내에 삽입되고, 렌즈 재료(28)가 압축 하에 있게 된다.
그 다음, 몰드(26)는 렌즈 재료(28)를 굳히기 위한 시간 동안 약 섭씨 150도(또는 다른 적합한 온도)까지 가열된다.
그 다음, 서브마운트 웨이퍼(12)는 몰드(26)로부터 분리되고, 렌즈 재료(28)가 UV 또는 열에 의해 더 경화되어, 각각의 제1 투명 렌즈(22) 위에 정밀한 내측 및 외측 치수를 갖는 인광체-주입된 제2 렌즈(32)(도 5)를 형성할 수 있다. 내측 치수들은 제1 투명 렌즈(22)에 좌우된다. 외측 치수들은 인덴션들(24)에 의해 좌우되고, 따라서 제2 렌즈들(32)은 모두 동일한 두께를 갖는다.
도 5 및 도 6에서, 제3 몰딩 단계는 이전 몰딩 단계들에 동일하게 수행되지만, 광을 공기(n=1) 내로 더 잘 커플링시키기 위해, 외측 렌즈 재료(34)(예를 들어, 실리콘)는 2개의 내측 렌즈보다 더 낮은 굴절률을 가져야 한다. 제3 몰드(36) 인덴테이션들(38)은 제2 몰드(26)의 인덴테이션들(24)보다 약간 더 크다. 인덴테이션들(38)은 투명한 액상 (또는 연화된) 렌즈 재료(34)로 채워지고, 서브마운트 웨이퍼(12)와 몰드(36)가 진공 하에서 침수된다. 도 6은 인덴테이션들(38)이 내측 투명 렌즈(22) 및 인광체-주입된 제2 렌즈(32) 둘 다에 정렬되도록 제3 몰드(36)에 정렬된 서브마운트 웨이퍼(12)를 도시한 것이다. 결과적인 외측 렌즈(40)(도 7)는 보호를 제공하고 깨끗하게 유지하기 위해 단단하게 경화하는 실리콘으로 형성되어야 한다.
일 실시예에서, 제1 투명 렌즈(22)의 경도 범위는 쇼어 00 5-90이고, 투명 외측 렌즈(40)의 경도는 쇼어 A 30보다 더 크다. 제2 렌즈(32)는 단단할 수 있고, 또는 CTE의 차이를 흡수하기 위해 중간 경도를 가질 수 있다.
도 7은 몰드(36)로부터 분리된 후의, 그리고 PC-LED들(50)로부터의 개선된 광 추출 및 보호를 위한 단단한 외측 렌즈들(40)을 생성하기 위해 완전히 경화된 후의 서브마운트 웨이퍼(12)를 도시한 것이다. 또한, 외측 렌즈(40)는 넓은 시야각에 걸친 개선된 컬러 및 밝기 균일성을 위해 광을 확산시키거나 광의 추출을 증가시키는, 조면화(roughening), 프리즘 또는 인덴테이션들(38)로부터의 다른 특징형상들과 같은 몰딩된 특징형상들(features)을 포함할 수 있다. 외측 렌즈(40)는 직사각형, 반구형, 시준, 측면 방출, 또는 특정한 응용에 대해 요구되는 다른 형상과 같은 임의의 형상일 수 있다.
제1 및 제2 렌즈 층 각각의 두께는 전형적으로 100-200 마이크로미터일 수 있지만, 일부 경우들에서는, 요구되는 인광체의 양 및 다른 요인들에 따라 그 범위는 50-250 마이크로미터이거나 더 두꺼울 수 있다. 외측 투명 렌즈는 그것의 원하는 광학 특성들에 따라, 50 마이크로미터로부터 수 밀리미터 초과까지와 같은 임의의 두께를 가질 수 있다.
도 8은 도 7의 완성된 웨이퍼-프로세싱된 PC-LED들(50)을 갖는 서브마운트 웨이퍼(12)의 정면도이다. 그 다음, 서브마운트 웨이퍼(12)는 회로 보드 상의 실장을 위하여, 또는 패키징을 위하여, 개별 LED들/서브마운트들을 분리해내기 위해 다이싱된다.
도 9는 소잉(sawing)에 의해 서브마운트 웨이퍼(12)로부터 분리되는, 서브마운트(52) 상의 단일 플립칩 PC-LED(50)의 일 실시예의 단순화된 클로즈업 도면이다. PC-LED(50)는 하부 p-금속 컨택트(54), p-컨택트 층(55), p형 층들(56), 발광 활성층(57), n형 층들(58), 및 n형 층들(58)에 접촉하는 n-금속 컨택트(59)를 갖는다. 서브마운트(52) 상의 금속 패드들은 컨택트들(54 및 59)에 직접 금속 본딩된다. 서브마운트(52)를 관통하는 비아들(62)은 서브마운트(52)의 하부 표면 상의 금속 패드들에서 종단되며, 그 금속 패드들은 인쇄 회로 보드(66) 상의 금속 리드들(64 및 65)에 본딩된다. 금속 리드들(64 및 65)은 다른 LED들에, 또는 전력 공급장치에 접속된다. 회로 보드(66)는 금속 판(예를 들어, 알루미늄)일 수 있으며, 금속 리드들(64 및 65)은 절연층 위에 놓인다.
본 발명의 기술은 대부분의 또는 거의 모든 LED 광(예를 들어, 청색 또는 UV)이 인광체 층에 의해 흡수되고, 결과적인 광은 주로 인광체 층에 의해 방출되는 광인 PC-LED들에 동등하게 적용된다. 그러한 PC-LED는 인광체 층 내에서 고밀도의 인광체 입자들을 이용할 것이다. 그러한 PC-LED는 황색, 적색, 녹색, 또는 백색 외의 다른 컬러의 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 숙련된 기술자들에게 있어서, 본 발명의 보다 더 넓은 국면들에서 본 발명을 벗어나지 않고서 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음이 분명할 것이고, 따라서 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 취지 및 범위 내에 드는 것으로서 그러한 모든 변경들 및 수정들을 그들의 범위 내에 포괄해야 한다.

Claims (15)

  1. 인광체 변환형 발광 다이오드(phosphor-converted light emitting diode (PC-LED))를 형성하기 위한 방법으로서,
    서브마운트 웨이퍼 상에 실질적으로 직사각형인 복수의 LED 다이들(dice)을 실장하는 단계;
    압축 몰딩(compression molding)에 의해 각각의 LED 다이들 바로 위에 실질적으로 직사각형인 투명한(clear) 제1 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제1 몰드가 제1 렌즈 재료로 채워진 다음, LED 다이들이 압축 하에서 상기 제1 렌즈 재료 내에 침지되는(immersed) 한편, 상기 서브마운트 웨이퍼가 상기 제1 몰드와 정렬되고, 그 후에 투명한 제1 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들 및 투명한 제1 렌즈들이 상기 제1 몰드로부터 분리되고, 상기 투명한 제1 렌즈들은 상기 LED 다이들을 캡슐화함 -;
    상기 투명한 제1 렌즈들의 외측 표면을 실질적으로 완전하게 덮기 위해, 압축 몰딩에 의해 상기 투명한 제1 렌즈들 각각의 바로 위에, 인광체를 함유하는 실질적으로 직사각형인 제2 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제2 몰드가 상기 인광체를 함유하는 제2 렌즈 재료로 채워진 다음, 상기 LED 다이들 및 투명한 제1 렌즈들이 압축 하에서 상기 제2 렌즈 재료 내로 침지되고, 그 후에, 상기 제2 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들 및 상기 제2 렌즈들이 상기 제2 몰드로부터 분리되며, 상기 제2 렌즈는 상기 서브마운트 웨이퍼 상에서의 x, y 및 z 방향으로의 LED 다이들의 어떠한 오정렬에도 관련이 없는 치수들을 가지며, 상기 제2 렌즈들 모두의 상부 표면들은 실질적으로 단일의 기준 평면 내에 있고, 상기 제2 렌즈들의 두께는 실질적으로 균일함 -;
    상기 제2 렌즈들의 외측 표면을 실질적으로 완전히 덮기 위해, 압축 몰딩에 의해 상기 제2 렌즈들 각각의 바로 위에 투명한 제3 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제3 몰드가 제3 렌즈 재료로 채워진 다음, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들 및 상기 제2 렌즈들이 압축 하에서 상기 제3 재료 내에 침지되고, 그 후에 상기 제3 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들, 상기 제2 렌즈들 및 상기 투명한 제3 렌즈들은 상기 제3 몰드로부터 분리됨 -; 및
    상기 서브마운트 웨이퍼를 분리하여 개별 PC-LED들을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 제3 렌즈는 상기 투명한 제1 렌즈보다 더 단단한(harder) 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 제3 렌즈는 상기 투명한 제1 렌즈의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브마운트 웨이퍼는 상기 LED 다이들 상의 금속 컨택트들과 전기적으로 접촉하는 금속 리드들(metal leads)을 갖는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 제3 렌즈는 상기 투명한 제3 렌즈의 광학적 특성들에 영향을 주기 위해 몰딩된 특징형상들(features)을 갖는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 제1 렌즈는 둥글게 된(rounded) 에지들을 갖는 실질적으로 직사각형인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 제1 렌즈의 경도(hardness)의 범위는 쇼어(Shore) 00 5-90이고, 상기 투명한 제3 렌즈의 경도는 쇼어 A 30보다 큰 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED 다이들은 가시 청색 광을 방출하고, 상기 PC-LED에 의해 방출되는 전체적인 컬러는 상기 청색 광과 상기 제2 렌즈 내의 상기 인광체에 의해 방출되는 광의 조합인 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LED 다이들은 제1 광 컬러를 방출하고, 상기 PC-LED에 의해 방출되는 전체적인 컬러는 주로 상기 제2 렌즈 내의 상기 인광체에 의해 방출되는 광인 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 복수의 인광체 유형을 포함하는 방법.
  11. 서브마운트 웨이퍼 상에 실질적으로 직사각형인 복수의 LED 다이들을 실장하는 단계;
    압축 몰딩에 의해 각각의 LED 다이들 바로 위에 실질적으로 직사각형인 투명한 제1 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제1 몰드가 제1 렌즈 재료로 채워진 다음, LED 다이들이 압축 하에서 상기 제1 렌즈 재료 내에 침지되는 한편, 상기 서브마운트 웨이퍼가 상기 제1 몰드와 정렬되고, 그 후에 투명한 제1 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들 및 투명한 제1 렌즈들이 상기 제1 몰드로부터 분리되고, 상기 투명한 제1 렌즈들은 상기 LED 다이들을 캡슐화함 -;
    상기 투명한 제1 렌즈들의 외측 표면을 실질적으로 완전하게 덮기 위해, 압축 몰딩에 의해 상기 투명한 제1 렌즈들 각각의 바로 위에, 인광체를 함유하는 실질적으로 직사각형인 제2 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제2 몰드가 상기 인광체를 함유하는 제2 렌즈 재료로 채워진 다음, 상기 LED 다이들 및 투명한 제1 렌즈들이 압축 하에서 상기 제2 렌즈 재료 내로 침지되고, 그 후에, 상기 제2 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들 및 상기 제2 렌즈들이 상기 제2 몰드로부터 분리되며, 상기 제2 렌즈는 상기 서브마운트 웨이퍼 상에서의 x, y 및 z 방향으로의 LED 다이들의 어떠한 오정렬에도 관련이 없는 치수들을 가지며, 상기 제2 렌즈들 모두의 상부 표면들은 실질적으로 단일의 기준 평면 내에 있고, 상기 제2 렌즈들의 두께는 실질적으로 균일함 -;
    상기 제2 렌즈들의 외측 표면을 실질적으로 완전히 덮기 위해, 압축 몰딩에 의해 상기 제2 렌즈들 각각의 바로 위에 투명한 제3 렌즈를 몰딩하는 단계 - 우선 제3 몰드가 제3 렌즈 재료로 채워진 다음, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들 및 상기 제2 렌즈들이 압축 하에서 상기 제3 재료 내에 침지되고, 그 후에 상기 제3 렌즈 재료가 경화되고, 상기 LED 다이들, 상기 투명한 제1 렌즈들, 상기 제2 렌즈들 및 상기 투명한 제3 렌즈들은 상기 제3 몰드로부터 분리됨 -; 및
    상기 서브마운트 웨이퍼를 분리하여 개별 PC-LED들을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 형성되는 인광체 변환형 발광 다이오드(PC-LED).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 투명한 제3 렌즈는 상기 투명한 제1 렌즈보다 더 단단한 PC-LED.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 투명한 제3 렌즈는 상기 투명한 제1 렌즈의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 PC-LED.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 LED 다이들은 가시 청색 광을 방출하고, 상기 PC-LED에 의해 방출되는 전체적인 컬러는 상기 청색 광과 상기 제2 렌즈 내의 상기 인광체에 의해 방출되는 광의 조합인 PC-LED.
  15. 제조 동안의 중간 발광 다이오드(LED) 구조물로서,
    실질적으로 직사각형인 복수의 플립 칩 LED 다이들이 그 위에 실장되어 있는, 다이싱 이전의 서브마운트 웨이퍼;
    실질적으로 직사각형인 투명한 제1 렌즈가 그 바로 위에 몰딩되는 각각의 LED 다이 - 상기 서브마운트 상의 상기 LED 다이들의 오정렬들이 각각의 LED 다이의 상기 투명한 제1 렌즈의 위치들에 영향을 주지 않도록, 각각의 투명한 제1 렌즈는 상기 LED 다이들 대신에 상기 서브마운트 웨이퍼에 대하여 정렬됨 -;
    각각의 투명한 제1 렌즈의 외측 표면을 실질적으로 완전하게 덮기 위해, 인광체를 함유하는 실질적으로 직사각형인 제2 렌즈가 그 바로 위에 몰딩되는 각각의 투명한 렌즈 - 각각의 제2 렌즈는 상기 LED 다이들보다는 상기 서브마운트 웨이퍼에 대하여 정렬되고, 그에 의해 각각의 제2 렌즈는 상기 서브마운트 웨이퍼 상의 x, y 및 z 방향으로의 상기 LED 다이들의 어떠한 오정렬에도 관련없는 치수들을 갖고, 상기 제2 렌즈들 모두의 상부 표면들은 실질적으로 단일의 기준 평면 내에 있고, 상기 제2 렌즈들의 두께는 LED 다이마다 실질적으로 균일함 -; 및
    상기 제2 렌즈의 외측 표면을 실질적으로 완전히 덮도록 투명한 제3 렌즈가 그 위에 몰딩된 각각의 제2 렌즈
    를 포함하는 중간 LED 구조물.
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