KR20130008376A - 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 구비된 발광 다이오드 칩; 상기 서브 마운트 상에 구비되되, 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 렌즈; 및 상기 렌즈의 내부 표면 상에 구비되되, 상기 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층을 포함하는 발광 다이오드 소자가 제공된다.

Description

발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법{A LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 기본적으로 P형 반도체와 N형 반도체의 접합인 PN 접합 다이오드이다.
상기 발광 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 뒤, 상기 P형 반도체와 N형 반도체에 전압을 인가하여 전류를 흘려주면, 상기 P형 반도체의 정공은 상기 N형 반도체 쪽으로 이동하고, 이와는 반대로 상기 N형 반도체의 전자는 상기 P형 반도체 쪽으로 이동하여 상기 전자 및 정공은 상기 PN 접합부로 이동하게 된다.
상기 PN 접합부로 이동된 전자는 전도대(conduction band)에서 가전대(valence band)로 떨어지면서 정공과 결합하게 된다. 이때, 상기 전도대와 가전대의 높이 차이 즉, 에너지 차이에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 상기 에너지가 빛의 형태로 방출된다.
이러한 발광 다이오드는 빛을 발하는 반도체 소자로서 친환경, 저 전압, 긴 수명 및 저 가격 등의 특징이 있으며, 종래에는 표시용 램프나 숫자와 같은 단순 정보표시에 많이 응용되어 왔으나, 최근에는 산업기술의 발전, 특히 정보표시 기술과 반도체 기술의 발전으로 디스플레이 분야, 자동차 헤드램프, 프로젝터 등 다방면에 걸쳐서 사용되기에 이르렀다.
또한, 발광 다이오드는 높은 연색성을 갖는 백색광 구현이 가능하기 때문에 형광등과 같은 백색광원을 대체하여 조명 장치에도 적용될 것으로 기대되고 있다.
이러한 발광 다이오드는 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층을 구비한 발광 다이오드 칩을 형성하고, 상기 발광 다이오드 칩을 서브 마운트에 실장한 후, 상기 발광 다이오드 칩 상에 균일한 형광체층을 형성하고, 몰딩하여 발광 다이오드 소자를 형성하거나, 상기 발광 다이오드 칩을 먼저 몰딩한 후, 상기 몰딩 상에 형광체층을 균일하게 형성하여 발광 다이오드 소자를 형성하였다.
그러나 종래의 발광 다이오드 소자는 형광체층은 발광 다이오드 칩 상에 균일하게 형성되어 있는 반면, 발광 다이오드 칩은 중심부와 외곽부에서 방출되는 광량이 차이가 나고 이로 인해 형광체층을 통해 나오는 광은 방위별로 색편차가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 발광 다이오드 소자는 개별 발광 다이오드 소자별로 형광체층 또는 몰딩을 형성하는 공정을 진행함으로써 생산성이 낮다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 발광 다이오드 소자는 몰딩 상에 형광체층이 구비되는 경우, 형광체층이 외부에 노출되어 형광체층의 내구성이 낮아지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드 칩의 발광 방위별 색 편차를 해소할 수 있는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 발광 다이오드 소자를 동시에 제조할 수 있어 생산성이 높은 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 형광체층이 외부에 직접 노출되지 않아 형광체층의 내구성이 우수한 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 구비된 발광 다이오드 칩; 상기 서브 마운트 상에 구비되되, 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 렌즈; 및 상기 렌즈의 내부 표면 상에 구비되되, 상기 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층을 포함하는 발광 다이오드 소자가 제공된다.
상기 발광 다이오드 소자는 상기 발광 다이오드 칩과 형광체층 사이를 채우는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
상기 내부 표면의 중심부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부와 대응되는 위치일 수 있다.
상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 연속적으로 얇아질 수 있다.
상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 불연속적으로 얇아질 수 있다.
상기 형광체층은 복수의 영역으로 구분될 수 있으며, 각각의 영역은 다른 두께를 갖는 영역들로 이루어질 수 있다.
상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형으로 얇아질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 렌즈가 구비된 렌즈 프레임과 복수 개의 발광 다이오드 칩이 실장된 서브 마운트 프레임을 준비하는 단계; 상기 렌즈들의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계; 상기 렌즈들 각각이 상기 발광 다이오드 칩들을 덮도록 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계; 및 상기 부착된 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 다이싱하여 개별 발광 다이오드 소자를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 소자 제조 방법이 제공된다.
상기 형광체층을 형성하는 단계는 스프레이법을 이용하여 상기 렌즈 프레임의 렌즈들의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 액상의 형광체층을 형성하는 단계; 및 상기 액상의 형광체층을 현상하여 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 연속적으로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 형광체층을 형성하는 단계는 상기 렌즈 프레임의 렌즈들 내부에 일정 두께의 액상의 형광체층을 형성하는 단계; 하프톤 마스크를 이용하여 상기 액상의 형광체층을 현상시켜 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 하프톤 마스크는 상기 렌즈들 각각과 대응하는 패턴 영역들을 구비하며, 상기 패턴 영역들 각각은 노광의 광원의 투과도를 달리하여 상기 액상의 형광체층을 현상함으로써, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 마스크일 수 있다.
상기 형광체층을 형성하는 단계는 상기 렌즈 프레임의 렌즈들 내부에 일정 두께의 액상의 형광체층을 형성하는 단계; 다중 마스크를 이용하여 상기 액상의 형광체층을 현상하여 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 다중 마스크는 각각 오픈 영역의 크기가 다른 복수 개의 마스크를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자 제조 방법은 상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 몰딩부를 형성하는 단계는 상기 렌즈들 내부 표면 상에 형광체층을 형성하는 단계 이후, 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계 이전에 상기 렌즈들 각각에 액상 수지를 채운 후 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착한 후 경화시켜, 상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계일 수 있다.
상기 몰딩부를 형성하는 단계는 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계 이후, 상기 부착된 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 다이싱하는 단계 이전에 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임 사이에 액상 수지를 주입한 후 경화시켜, 상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명에 의하면, 발광 다이오드 칩의 발광 방위별 색 편차를 해소할 수 있는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수 개의 발광 다이오드 소자를 동시에 제조할 수 있어 생산성이 높은 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 형광체층이 외부에 직접 노출되지 않아 형광체층의 내구성이 우수한 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(100)는 서브 마운트(110), 발광 다이오드 칩(120), 렌즈(130) 및 형광체층(140)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 발광 다이오드 소자(100)는 몰딩부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 마운트(110)는 그 일측 표면 상에 상기 발광 다이오드 칩(120)이 실장되어 있다. 이때, 도에서 자세히 도시하고 있지는 않지만, 상기 발광 다이오드 칩(120)은 상기 서브 마운트(110) 상에 플립 본딩으로 실장될 수도 있고. 상기 발광 다이오드 칩(120)이 접착 물질로 접착되어 실장될 수도 있다.
이때, 도에서 도시하고 있지 않지만, 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면 상에 복수 개의 전극 패드(미도시)가 구비되어 있고, 상기 발광 다이오드 칩(120)과 상기 전극 패드(미도시)가 와이어로 본딩되어 구비될 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(120)은 반도체 구조체층(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광 다이오드 칩(120)은 성장 기판(미도시) 상에 상기 반도체 구조체층(미도시)이 구비된 형태로 구비될 수 있다.
상기 반도체 구조체층(미도시)은 적어도 제1도전형 반도체층(미도시), 활성층(미도시) 및 제2도전형 반도체층(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 구조체층(미도시)은 초격자층(미도시) 또는 전자 브로킹층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 반도체 구조체층은 상기 활성층을 제외한 다른 층들은 생략될 수 있다.
이때, 상기 제1도전형 반도체층은 제1도전형 불순물, 예컨대, N형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체층일 수 있으며, N형 불순물이 도핑된 GaN층, 즉, N-GaN층일 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층이 다중층으로 이루어지는 경우, 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
상기 활성층은 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층으로 이루어질 수 있으며, 상기 활성층은 단일층 또는 복수층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 활성층은 하나의 웰층(미도시)을 포함하는 단일 양자웰 구조일 수도 있고, 웰층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 반복되어 적층된 구조인 다중 양자웰 구조로 구비될 수 있으며, 상기 웰층(미도시) 또는 장벽층(미도시)은 각각 또는 둘 다 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층은 제2도전형 불순물, 예컨대, P형 불순물이 도핑된 Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, In, Ga)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체일 수 있으며, P형 불순물이 도핑된 GaN층, 즉, P-GaN층일 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층이 다중층으로 이루어지는 경우, 초격자 구조로 이루어질 수 있다.
상기 초격자층은 상기 제1도전형 반도체층과 활성층 사이에 구비될 수 있으며, Ⅲ-N 계열의 화합물 반도체, 예컨대 (Al, Ga, In)N 반도체층이 복수층으로 적층된 층, 예컨대, InN층과 InGaN층이 반복하여 적층된 구조일 수 있으며, 상기 초격자층은 상기 활성층 이전에 형성되는 위치에 구비됨으로써 상기 활성층으로 전위(dislocation) 또는 결함(defect) 등이 전달되는 것을 방지하여 상기 활성층의 전위 또는 결함 등의 형성을 완화시키는 역할 및 상기 활성층의 결정성을 우수하게 하는 역할을 할 수 있다.
상기 전자 브로킹층은 상기 활성층과 제2도전형 반도체층 사이에 구비될 수 있으며, 전자 및 전공의 재결합 효율을 높이기 위해 구비될 수 있으며 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖는 물질로 구비될 수 있다. 상기 전자 브로킹층은 (Al, In, Ga)N 계열의 Ⅲ족 질화물 반도체로 형성될 수 있으며, Mg이 도핑된 P-AlGaN층으로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈(130)는 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면 상에 구비되되, 상기 서브 마운트(110)와 체결되어 구비될 수 있다. 이때, 상기 렌즈(130)는 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면 상에 구비된 상기 발광 다이오드 칩(120)을 덮는 형태로 구비될 수 있다.
상기 렌즈(130)는 그 중심부가 상기 발광 다이오드 칩(120)의 중심부와 일치되도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 발광 다이오드 칩(120)의 중심부와 상기 렌즈(130)의 중심부는 도 1에 도시된 중심선(160) 상에 위치하도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 렌즈(130)의 중심부는 반구를 평면에서 보았을 때 중심점을 의미할 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(120)의 중심부는 상기 발광 다이오드 칩(120)에서 실제 발광되는 발광면을 기준으로 하여 발광면의 중심을 의미한다.
그러므로 상기 렌즈(130)의 중심부와 상기 발광 다이오드 칩(120)의 중심부가 일치한다는 의미는 상기 발광 다이오드 칩(120)의 발광 중심과 상기 렌즈(130)의 중심이 동일 직선상에 위치한다는 것을 의미하고, 상기 발광 다이오드 칩(120)에서 가장 높은 광량으로 발광하는 방위와 상기 렌즈(130)의 중심이 일치하는 것을 의미할 수 있다.
상기 렌즈(130)는 유리 또는 투명 수지로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈(130)는 렌즈 본체(132)와 렌즈 테두리(134)를 포함할 수 있으며, 상기 렌즈 본체(132)는 실제 렌즈로의 작용하는 부분이며, 상기 렌즈 테두리(134)는 상기 렌즈 본체(132)로부터 연장되어 구비되며, 상기 렌즈 본체(132)를 지지하는 역할을 하며, 상기 렌즈(130)가 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면에 부착되는 역할을 하는 부분이다. 즉, 도에서 자세히 도시하고 있지 않지만, 상기 서브 마운트(110)와 상기 렌즈 테두리(134) 사이에 접착층(미도시)을 구비할 수 있으며, 상기 접착층(미도시)은 상기 렌즈(130)을 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면 상에 부착하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 테두리(134)는 상기 서브 마운트(110)와의 부착를 통해 상기 렌즈 본체(132)와 서브 마운트(110) 사이의 공간을 외부 환경으로부터 밀봉하는 역할을 할 수 있다.
상기 형광체층(140)은 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상에 구비될 수 있다. 상기 형광체층(140)은 상기 발광 다이오드 칩(120)에서 발광되는 광을 흡수할 수 있으며, 일반적으로 흡수된 광의 파장보다 높은 파장을 방출하여 역할, 즉 파장을 변환하는 역할을 한다.
상기 형광체층(140)은 도 1에서 도시하는 바와 같이 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상에 구비되되, 상기 렌즈(130)의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍게 구비되고, 상기 렌즈(130)의 중심부로부터 멀어질수록, 즉, 상기 렌즈 테두리(134)와 가까워질수록 그 두께가 얇아지도록 구비될 수 있다.
상기 형광체층(140)은 상기 발광 다이오드 칩(120)의 발광 방위별 발광량의 변화에 대응하도록 그 두께를 다르게 하여 구비할 수 있다.
이때, 상기 형광체층(140)의 두께는 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상의 중심부로부터 멀어짐에 따라 연속적으로 얇아지는 형태로 구비될 수 있다.
상기 형광체층(140)의 두께가 상기 렌즈(130)의 중심부로부터 멀어질수록 얇아지도록 구비되는 것은 상기 발광 다이오드 칩(120)의 발광 방위에 따라 발광량의 차이가 있기 때문이다. 즉, 상기 발광 다이오드 칩(120)은 상기 발광 다이오드 칩(120)의 표면과 수직하는 방향, 즉, 수직 방향으로의 발광 광량이 가장 높고, 상기 발광 다이오드 칩(120)의 표면과 평형한 방향, 즉, 수평 방향으로의 발광 광량이 가장 낮다. 그러므로 상기 발광 다이오드 칩(120)의 발광 방위별 발광량이 다름을 감안하여 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상에 구비된 상기 형광체층(140)의 두께, 즉, 형광체의 양을 달리하여 상기 발광 다이오드 칩(120)의 발광 방위별 색 편차가 발생되지 않도록 한다.
한편, 상기 형광체층(140)은 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상에 구비됨으로써 외부 환경에 직접 노출되지 않고, 이후 설명될 상기 몰딩부(150)에 의해 보호받을 수 있다.
상기 몰딩부(150)는 상기 서브 마운트(110)와 상기 렌즈(130) 사이에 구비되며, 상기 서브 마운트(110)와 상기 렌즈(130) 사이의 빈 공간을 채우는 형태로 구비될 수 있다. 정확하게는 상기 렌즈(130)의 내부 표면 상에 구비된 상기 형광체층(140)과 상기 서브 마운트(110)의 일측 표면 상에 구비된 상기 발광 다이오드 칩(120) 사이에 존재하는 빈 공간을 채우는 형태로 구비될 수 있다.
상기 몰딩부(150)는 투명한 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 발광 다이오드 칩(120)과 형광체층(140)을 보호하는 역할을 한다.
따라서, 본원 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(100)는 발광 다이오드 칩(120)의 발광 방위별 색 편차가 없는 발광 다이오드 소자를 제공할 뿐만 아니라 내구성이 우수한 형광체층(140)을 구비한 발광 다이오드 소자를 제공하는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(200)는 서브 마운트(210), 발광 다이오드 칩(220), 렌즈(230) 및 형광체층(240)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 발광 다이오드 소자(200)는 몰딩부(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자(200)는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(100)와 비교하여 볼 때, 상기 형광체층(240)에서 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일, 즉, 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(100)의 서브 마운트(110), 발광 다이오드 칩(120), 렌즈(130) 및 몰딩부(150)와 본 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(200)의 서브 마운트(210), 발광 다이오드 칩(220), 렌즈(230) 및 몰딩부(250)는 각각 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 한편, 도 1을 참조하여 설명한 중심선(160)과 도 2에 도시된 중심선(260) 역시 동일하므로 도 2에 도시된 중심선(260)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 형광체층(240)은 상기 렌즈(230)의 내부 표면 상의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 불연속적으로 얇아지는 형태로 구비될 수 있다.
상기 형광체층(240)은 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 렌즈(230)의 내부 표면 상에 복수 개의 영역들(242,244,246)로 이루어지되, 각각의 영역들은 서로 다른 두께를 갖도록 구비될 수 있다.
상기 형광체층(240)은 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 중심선(260), 즉, 상기 렌즈(230)의 내부 표면 상의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형으로 얇아지는 형태로 구비될 수 있다. 이때, 상기 계단형으로 얇아지는 형태는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 형광체층(240)을 복수 개의 영역들(242,244,246)로 구분하고, 영역들(242,244,246) 간은 서로 다른 두께를 가지도록 구비된 형태를 의미한다. 도 2에서는 도면 부호 242, 246, 246으로 도시된 세 개의 영역을 구비하는 것으로 도시하고 있으나 상기 영역들은 네 개 이상으로 구분할 수 있고, 두 개의 영역으로 구분하여 그 두께를 달리할 수도 있다.
이때, 상기 형광체층(240)의 각 영역들(242,244,246) 내에서의 두께는 상기 렌즈(230)의 내부 표면 상의 중심부로부터 멀어질수록 얇아지는 구조일 수도 있고, 또한, 동일한 두께로 구비될 수도 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법은 우선, 복수 개의 렌즈(130)가 구비된 렌즈 프레임(30)과 복수 개의 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 서브 마운트 프레임(10)을 준비한다.
이때, 상기 복수 개의 렌즈(130)가 구비된 렌즈 프레임(30)은 유리 기판 또는 수지 필름을 가공하여 형성할 수 있다. 또한 상기 복수 개의 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 서브 마운트 프레임(10)은 상기 발광 다이오드 칩(120)들을 일반적으로 알려진 공정으로 형성한 후, 상기 서브 마운트 프레임(10)의 일측 표면 상에 실장하여 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 렌즈(130)가 구비된 렌즈 프레임(30)과 복수 개의 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 서브 마운트 프레임(10)은 이후 공정에서 상기 렌즈 프레임(30)과 서브 마운트 프레임(10)을 부착하였을 때, 상기 렌즈(130)들과 상기 발광 다이오드 칩(120)들이 각각 서로 대응되도록 상기 렌즈(130)들을 성형하거나 상기 발광 다이오드 칩(120)들을 실장하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하여 설명하면, 상기 렌즈 프레임(30)의 렌즈(130)들의 내부 표면 상에 형광체층(140)들을 형성한다.
상기 형광체층(140)들은 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 상기 렌즈(130)들 각각의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 렌즈(130)들 각각의 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형태로 구비될 수 있다.
도에서 자세히 도시하고 있지는 않지만, 상기 형광체층(140)들의 형성은 다양한 방법을 통해 형성할 수 있다. 즉, 상기 형광체층(140)들은 콤프레션몰딩(compression molding)법, 트랜스퍼몰딩(transfer molding)법, 도팅(dotting) 법, 블레이드 코팅(blade coating)법, 딥 코팅(dip coating)법, 스핀코팅(spin coating)법, 스프레이(spray)법 또는 잉크젯프린팅(inkjet printing)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 형광체층(140)들을 형성하는 방법들 중, 스프레이법을 이용하여 상기 형광체층(140)들을 형성하는 방법을 설명하면, 상기 렌즈 프레임(30) 상에 스프레이법을 이용하여 액상의 형광체층을 형성한다.
이때, 상기 스프레이법으로 액상의 형광체를 상기 렌즈 프레임(30) 상에 도포하면, 액상의 형광체층은 상기 렌즈 프레임(30)의 표면 전체에 걸쳐 형성되되, 상기 렌즈(130)들의 내부 표면, 정확하게는 상기 렌즈(130)의 렌즈 본체(132)의 내부 표면 상에는 상기 렌즈 본체(132)의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 액상의 형광체층을 할 수 있다.
이어서, 상기 액상의 형광체층을 현상하여 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층(140)을 할 수 있다.
그리고, 상기 렌즈 본체(132)들 각각 내부 표면 이외의 표면, 즉, 상기 렌즈(130)들의 렌즈 테두리(134)들의 표면 상에 구비된 형광체층은 제거하여 도 4에 도시된 바와 같이 상기 렌즈(130)들의 렌즈 본체(132)들의 내부 표면 상에 형광체층(140)들을 형성한다.
이때, 상기에서 상술한 바와는 다르게 상기 액상의 형광체를 스프레이법으로 도포하되, 상기 렌즈 본체(132) 내부 표면 상에만 선택적으로 도포하는 경우, 상기에서 상술한 바와 같이 상기 렌즈 테두리(134)들의 표면 상에 현상된 형광체층을 제거하는 공정은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, 상기 형광체층(140)들이 형성된 상기 렌즈 프레임(30)과 상기 복수 개의 발광 다이오드 칩(120)들이 실장된 서브 마운트 프레임(10)을 부착하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)의 체결은 상기 렌즈(130)들 각각이 상기 발광 다이오드 칩(120)들 덮도록 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)을 부착할 수 있다.
도에서는 도시하고 있지 않지만, 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30) 사이에 접착층(미도시)을 형성한 후 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)을 부착할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 상기 부착된 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)을 다이싱하여 개별 발광 다이오드 소자들, 즉, 도 1에서 도시하고 있는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(100)들을 형성할 수 있다.
이때, 상기 발광 다이오드 소자(100)들은 상기 몰딩부(150)들을 포함할 수 있다.
상기 몰딩부(150)들을 형성한 방법은 첫 번째로 상기 렌즈 프레임(30)의 렌즈(130)들 내부 표면에 상기 형광체층(140)을 형성한 후, 상기 형광체층(140)이 형성된 렌즈(130)들 내부에 액상 수지를 채운 후, 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)을 부착하는 부착 공정을 진행하고, 이어서 상기 액상 수지를 경화시켜 상기 몰딩부(150)들을 형성하는 방법일 수 있다.
두 번째로는 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30)을 부착한 후, 상기 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30) 사이로 액상 수지를 주입한 후, 경화시켜 상기 몰딩부(150)들을 형성하는 방법일 수 있다. 이때, 상기 몰딩부(150)들을 형성하는 두 번째 방법에서 상기 액상 수지 주입은 상기 부착된 서브 마운트 프레임(10)과 렌즈 프레임(30) 사이에 수지 주입 통로(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 액상 수지가 경화되어 상기 수지 주입 통로(미도시)를 밀봉할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법은 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(200)를 제조하는 방법으로, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법과 비교하여 형광체층(240)을 형성하는 방법에서 차이가 있을 뿐 다른 방법은 모두 동일하므로 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 형광체층(240)을 형성하는 방법만을 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법에서 형광체층(240)을 형성하는 방법은 하프톤 마스크(270)를 이용하여 상기 형광체층(240)을 형성하는 방법일 수 있다.
즉, 상기 렌즈 프레임(30) 전면, 즉, 렌즈 몸체(232) 및 렌즈 테두리(234)를 포함하는 렌즈(230) 전체 표면 상에 액상의 형광체층(40)을 형성하고, 하프톤 마스크(270)를 이용하여 상기 렌즈(230)들 내부 표면 상의 액상의 형광체층(40)을 영역별로 다른 강도로 노광하여 도 8에 도시된 바와 같이 상기 렌즈(230)들의 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형으로 얇아지는 형태로 상기 형광체층(240)을 형성하는 방법일 수 있다.
이때, 상기 액상의 형광체층(40)이 노광 공정에서 포지티브형(positive type)인 경우, 상기 하프톤 마스크(270)는 적어도 셋 이상의 패턴 영역(272,274,276,278)들을 포함할 수 있다. 상기 패턴 영역(272,274,276,278)들 중 적어도 하나의 영역은 노광의 광원을 완전히 차단하는 완전 차단 패턴 영역(도 7에서는 도면 부호 272로 표시된 패턴 영역임)이고, 적어도 하나의 영역은 노광의 광원이 부분적으로 투과하여 부분 투과 패턴 영역(도 7에서는 도면 부호 274, 276로 표시된 패턴 영역일 수 있고, 상기 완전 차단 패턴 영역과 가까운 영역일수록 광의 투과율이 낮을 수 있음)이고, 적어도 하나의 영역은 노광의 광원을 완전히 투과시키는 완전 투과 패턴 영역(도 7에서는 도면 부호 278로 표시된 패턴 영역임)일 수 있다.
상기 하프톤 마스크(270)의 상기 완전 차단 패턴 영역(272), 부분 투과 패턴 영역(274, 276) 및 완전 투과 패턴 영역(278)을 이용하여 상기 액상의 형광체층(40)의 각 영역들을 다른 강도로 노광시키면, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 완전 차단 패턴 영역(272)에 대응하는 상기 액상의 형광체층(40)의 일정 영역은 그대로 남겨 상기 형광체층(240)에서 두께가 가장 두꺼운 영역(242)을 형성하고, 상기 부분 투과 패턴 영역(274, 276)들에 대응하는 상기 액상의 형광체층(40)의 일정 영역들의 일정 두께로 남기도록 형성하여 상기 가장 두꺼운 영역(242)에서 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 영역(244, 246)을 형성하고, 상기 완전 투과 패턴 영역(278)에 대응하는 상기 액상의 형광체층(40)의 일정 영역은 완전히 제거되어 없어지도록 형성할 수 있다.
한편, 상기 액상의 형광체층(40)이 네가티브형인 경우는 상기 하프톤 마스크(270)은 차단 영역과 투과 영역이 반대인 마스크를 이용할 수 있으며, 상기 렌즈 프레임(30)은 뒤집어서 노광하여 진행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법은 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자(200)를 제조하는 방법으로, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법과 비교하여 형광체층(240)을 형성하는 방법에서 차이가 있을 뿐 다른 방법은 모두 동일하므로 도 9를 참조하여 상기 형광체층(240)을 형성하는 방법만을 설명한다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 소자 제조 방법에서 형광체층(240)을 형성하는 방법은 다중 마스크(280)를 이용하여 상기 형광체층(240)을 형성하는 방법일 수 있다.
즉, 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 액상의 형광체층(40)이 형성된 렌즈 프레임(30) 상에 다중 마스크(280)를 위치시키고, 상기 액상의 형광체층(40)을 노광한 후 현상하여 도 8에 도시된 바와 같은 형광체층(240)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 다중 마스크(280)는 오픈 영역의 크기가 서로 상이한 복수 개의 마스크들(282, 284, 286)을 순차적으로 위치시킨 후 순차적으로 노광하여 상기 액상의 형광체층(40)의 영역별로 노광 광원이 도달하는 광량을 다르게 하도록 노광한 후, 상기 액상의 형광체층(40)을 현상하여 도 8에 도시된 바와 같은 형광체층(240)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 다중 마스크(280)은 도 9에 도시된 바와 오픈 영역의 크기가 서로 상이하고, 오픈 영역이 아닌 패턴 영역도 반 투과성인 복수 개의 마스크들(282, 284, 286)을 중첩시킨 후 노광하여 오픈 영역의 중첩 정도와 상기 반 투과성인 마스크들(282, 284, 286)의 중첩 정도에 따라 상기 액상의 형광체층(40)에 도달하는 노광 광원의 광량을 다르게 하도록 노광한 후, 상기 액상의 형광체층(40)을 현상하여 도 8에 도시된 바와 같은 형광체층(240)을 형성할 수 있다.
이상 본 발명을 상기 실시 예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100, 200 : 발광 다이오드 소자 110, 210 : 서브 마운트
120, 220 : 발광 다이오드 칩 130, 230 : 렌즈
140, 240 : 형광체층 150, 250 : 몰딩부

Claims (14)

  1. 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 상에 구비된 발광 다이오드 칩;
    상기 서브 마운트 상에 구비되되, 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 렌즈; 및
    상기 렌즈의 내부 표면 상에 구비되되, 상기 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층을 포함하는 발광 다이오드 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩과 형광체층 사이를 채우는 몰딩부를 더 포함하는 발광 다이오드 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 내부 표면의 중심부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부와 대응되는 위치인 발광 다이오드 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 연속적으로 얇아지는 발광 다이오드 소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 불연속적으로 얇아지는 발광 다이오드 소자.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 형광체층은 복수의 영역으로 구분될 수 있으며, 각각의 영역은 다른 두께를 갖는 영역들인 발광 다이오드 소자.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 형광체층은 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단형으로 얇아지는 발광 다이오드 소자.
  8. 복수 개의 렌즈가 구비된 렌즈 프레임과 복수 개의 발광 다이오드 칩이 실장된 서브 마운트 프레임을 준비하는 단계;
    상기 렌즈들의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계;
    상기 렌즈들 각각이 상기 발광 다이오드 칩들을 덮도록 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계; 및
    상기 부착된 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 다이싱하여 개별 발광 다이오드 소자를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는
    스프레이법을 이용하여 상기 렌즈 프레임의 렌즈들의 내부 표면의 중심부 상에서 그 두께가 가장 두껍고, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께가 얇아지는 액상의 형광체층을 형성하는 단계; 및
    상기 액상의 형광체층을 현상하여 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 연속적으로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는
    상기 렌즈 프레임의 렌즈들 내부에 일정 두께의 액상의 형광체층을 형성하는 단계;
    하프톤 마스크를 이용하여 상기 액상의 형광체층을 현상시켜 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단 형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 하프톤 마스크는 상기 렌즈들 각각과 대응하는 패턴 영역들을 구비하며, 상기 패턴 영역들 각각은 노광의 광원의 투과도를 달리하여 상기 액상의 형광체층을 현상함으로써, 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단 형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 마스크인 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 형광체층을 형성하는 단계는
    상기 렌즈 프레임의 렌즈들 내부에 일정 두께의 액상의 형광체층을 형성하는 단계;
    다중 마스크를 이용하여 상기 액상의 형광체층을 현상하여 상기 내부 표면의 중심부로부터 멀어질수록 그 두께는 계단 형태로 얇아지는 형광체층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 다중 마스크는 각각 오픈 영역의 크기가 다른 복수 개의 마스크를 포함하는 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 발광 다이오드 소자 제조 방법은
    상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 몰딩부를 형성하는 단계는
    상기 렌즈들 내부 표면 상에 형광체층을 형성하는 단계 이후, 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계 이전에 상기 렌즈들 각각에 액상 수지를 채운 후 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착한 후 경화시켜, 상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계인 발광 다이오드 소자 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 몰딩부를 형성하는 단계는
    상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 부착하는 단계 이후, 상기 부착된 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임을 다이싱하는 단계 이전에 상기 서브 마운트 프레임과 렌즈 프레임 사이에 액상 수지를 주입한 후 경화시켜, 상기 형광체층과 서브 마운트 프레임 사이에 몰딩부를 형성하는 단계인 발광 다이오드 소자 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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