KR20130066313A - 보정된 색좌표를 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

보정된 색좌표를 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법 Download PDF

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KR20130066313A
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Abstract

보정된 색좌표를 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 발광 소자 제조 방법은, 발광 다이오드 칩을 덮는 파장변환층을 형성하고, 발광 다이오드 칩과 파장변환층의 조합에 의해 방출되는 광의 색좌표를 측정하고, 파장변환층의 상부면을 부분적으로 제거하여 홈을 형성하고, 홈을 채우는 파장보정층을 형성하는 것을 포함한다. 파장보정층에 의해 발광 소자의 색좌표를 보정할 수 있으며, 따라서 발광 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

보정된 색좌표를 갖는 발광 소자 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DEVICE WITH CORRECTED COLOR COORDINATE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 소자의 색좌표(또는 색온도) 보정에 관한 것이다.
발광 다이오드를 광원으로 사용하는 발광 소자는 저 전력 소모 및 긴 수명에 의해 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 발광 다이오드와 형광체의 조합에 의해 혼합광, 특히 백색광을 구현할 수 있어 액정 디스플레이의 백라이트 광원 및 다양한 종류의 조명 광원으로 사용된다.
일반적으로, 하나의 웨이퍼에서 복수의 발광 다이오드 칩이 동일 공정을 거쳐 제조되며, 형광체는 웨이퍼 레벨 또는 칩 레벨에서 발광 다이오드 칩에 코팅되거나 또는 패키지 레벨에서 몰딩 수지에 함유되어 발광 다이오드 칩 상에 배치된다. 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광과 형광체에서 방출되는 광의 혼합에 의해 특정 색좌표의 색이 구현된다. 따라서, 발광 소자를 제작할 경우, 요구되는 색좌표를 구현하기 위해 발광 다이오드 칩 및 형광체의 조합이 정해진다.
한편, 발광 소자들은 동일 공정을 거쳐 양산된다. 예컨대, 동일한 특성을 갖는 수많은 발광 다이오드 칩이 동일 공정을 거쳐 제작되고, 이들 발광 다이오드 칩에 동일 종류 및 동일 농도의 형광체를 함유하는 몰딩 수지가 도포될 수 있다. 이들 발광 소자들은 원하는 색좌표를 나타내도록 동일 공정을 거쳐 제조되기 때문에 동일한 색좌표를 나타낼 것으로 기대된다. 그러나, 각 공정 단계에서의 공정 마진이 발생하기 때문에, 동일 공정을 거쳐 제조되었더라도, 발광 소자들의 색좌표는 필연적으로 분산된다.
도 1은 동일 공정을 거쳐 제조된 발광 소자들의 색좌표 분포를 나타내는 그래프이다.
여기서, 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하여 제조된 다수의 발광 소자의 색좌표 분포를 나타낸다. 색좌표 상의 사각형 박스는 원하는 색좌표 타겟 범위를 빈(Bin) 코드로 나타낸 것이다.
단일 종류의 황색 형광체를 사용하므로, 발광 소자들은 청색광이 상대적으로 강한 부분에서 황색광이 상대적으로 강한 부분에 걸쳐 분산되어 있다. 이러한 색좌표 분포를 갖는 발광 소자들 중, 타겟 빈(Bin) 내에 있는 발광 소자들이 양호한 것으로 선별되고, 나머지 발광 소자들은 불량품으로서 폐기된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 원하는 타겟 빈으로 색좌표를 보정하여 발광 소자의 수율을 향상시키는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 원하는 타겟 빈으로 색좌표를 보정한 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 소자는, 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩을 덮고, 상부면에 홈을 가지며 형광체를 함유하는 파장변환층; 및 상기 파장변환층의 홈을 채우는 파장보정층을 포함한다.
상기 파장보정층은 형광체를 함유할 수도 있으며 형광체를 함유하지 않을 수도 있다. 또한, 상기 파장보정층과 상기 파장변환층은 동일 종류의 형광체를 함유하되, 형광체 농도가 서로 다를 수 있다. 이와 달리, 상기 파장보정층은 상기 파장변환층과 다른 종류의 형광체를 함유할 수 있으며, 형광체 농도 또한 서로 다를 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 발광 소자 제조 방법은, 발광 다이오드 칩을 덮는 파장변환층을 형성하고, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 파장변환층의 조합에 의해 방출되는 광의 색좌표를 측정하고, 상기 파장변환층의 상부면을 부분적으로 제거하여 홈을 형성하고, 상기 홈을 채우는 파장보정층을 형성하는 것을 포함한다.
한편, 복수의 발광 다이오드 칩 상에 상기 파장변환층이 형성될 수 있으며, 그 후, 상기 파장변환층이 형성된 각 발광 다이오드 칩의 색좌표가 측정된다. 이어서, 상기 복수의 발광 다이오드 칩 상의 각각의 파장변환층에 홈이 형성되고, 상기 홈이 형성된 각각의 파장변환층 상에 파장보정층이 형성될 수 있다.
상기 파장변환층이 형성된 각 발광 다이오드 칩은 타겟 빈 범위를 벗어나는 색좌표 분포를 갖고, 상기 파장보정층이 형성된 발광 소자들은 타겟 빈 범위 내의 색좌표 분포를 갖는다.
또한, 복수의 발광 다이오드 칩 상의 각각의 파장변환층에 동일한 크기의 홈이 형성될 수 있으며, 각각의 파장보정층은 색좌표를 보정하기 위한 형광체 농도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 타겟 빈 범위를 벗어난 발광 소자들의 색좌표를 보정하여 발광 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 발광 다이오드 칩 상의 파장변환층에 일괄적으로 동일한 크기의 홈을 형성하고, 각 색좌표 보정에 적합한 형광체 농도를 갖는 파장보정층을 개별적으로 적용함으로써 색좌표 보정을 단순화할 수 있다.
도 1은 동일 공정으로 제조된 발광 소자들의 색좌표 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 색좌표 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예에 있어서, 발광 다이오드 패키지를 발광 소자의 예로서 설명한다.
우선, 도 2 및 도 3을 참조하면, 패키지 본체(21)에 실장된 발광 다이오드 칩(23) 상에 파장변환층(25)이 형성된다(단계 110). 상기 패키지 본체(21)는 캐비티를 가질 수 있으며, 발광 다이오드 칩(23)은 캐비티의 바닥에 실장될 수 있다. 또한, 패키지 본체(21)는 리드 전극들(도시하지 않음)을 갖고 발광 다이오드 칩(23)은 리드 전극들에 전기적으로 연결된다.
상기 파장변환층(25)은 형광체를 함유하는 몰딩 수지를 디스펜서를 이용하여 패키지 본체(21)의 캐비티 내에 도포하여 형성될 수 있다. 이외에도 다양한 몰딩 방식을 이용하여 캐비티 내에 파장변환층(25)을 형성할 수 있다. 상기 파장변환층(25)은 발광 다이오드 칩(23)을 덮는다. 나아가, 파장변환층(25)은 캐비티를 도신한 바와 같이 완전히 채울 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 캐비티의 상부 일부를 채우지 않고 남길 수 있다.
상기 파장변환층(25)이 형성된 후, 발광 다이오드 칩(23)을 동작시켜 색좌표를 측정한다(120). 이에 따라, 상기 발광 소자가 타겟 빈(Bin)을 벗어난 정도를 확인할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 파장변환층(25)의 일부를 제거하여 홈(25a)을 형성한다(130). 상기 홈(25a)은 파장변환층(25)의 상부면에 고르게 분포하도록 형성될 수 있으며, 규칙적으로 복수개 형성될 수도 있다.
상기 홈(25a)은 레이저 가공 또는 마이크로 드릴링 기술을 이용하여 정밀하게 형성될 수 있다. 상기 홈(25a)은 100마이크론 이하의 마이크로미터 스케일의 폭으로 복수개 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 단일의 홈이 형성될 수도 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 파장변환층(25)의 홈(25a)을 채우는 파장보정층(27)이 형성된다(140). 여기서, 상기 파장보정층(27)은 파장변환층(25)의 상부에 위치하며, 반드시 한정되는 것은 아니나, 파장변환층(25)의 홈(25a) 내부에만 형성되어 파장변환층(25)의 높이를 변경하지 않고 색좌표를 보정할 수 있다.
상기 파장보정층(27)은 형광체를 함유할 수 있으나, 홈(25a) 형성에 의해 색좌표 보정이 달성되는 경우, 형광체를 함유하지 않을 수도 있다. 한편, 상기 파장보정층(27)이 형광체를 함유하는 경우, 상기 파장변환층(25)과는 다른 파장변환 특성을 갖는다. 예컨대, 상기 파장보정층(27)이 파장변환층(25)과 동일한 형광체를 함유하더라도, 형광체 농도가 파장변환층(25)과 다를 수 있다. 나아가, 상기 파장보정층(27)은 파장변환층(25)과 다른 종류의 형광체를 함유할 수 있으며, 형광체 농도 또한 다를 수 있다.
상기 파장보정층(27)의 형광체 종류 및 형광체 농도는 단계 120에서 측정된 색좌표에 기초하여 발광 소자의 색좌표를 타겟 빈(Bin)으로 보정하도록 설정된다.
상기 파장보정층(27)은 디스펜싱, 스프레잉, 몰딩, 프린팅 방법이나, 진공 상태에서의 필링 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 파장보정층(27)이 형성된 후, 발광 소자의 색좌표를 다시 측정할 수 있으며, 이 색좌표가 타겟 빈을 벗어나는 경우, 다시 홈을 형성하고, 제2 파장보정층(도시하지 않음)을 형성하여 색좌표를 재보정할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 파장변환층(25) 형성 후의 발광 소자가 타겟 빈을 벗어난 경우, 이 발광 소자의 색좌표를 보정함으로써 발광 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 색좌표 보정 방법을 설명하기 위한 그래프로, 파장보정층(27)을 이용한 색좌표 보정 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 6을 참조하면, 단계 120에서 측정된 색좌표가 A 지점에 위치할 경우, 파장변환층(25)에 비해 고농도의 형광체를 함유하는 파장보정층(27)을 형성한다. 이에 따라, 발광 소자의 색좌표를 화살표로 표시한 바와 같이 형광체의 고유 색좌표쪽으로 이동시켜 타겟 빈 내에 들어가게 할 수 있다.
단계 120에서 측정된 색좌표가 B 지점에 위치할 경우에는, 파장변환층(25)에 비해 저농도의 형광체를 함유하거나 또는 형광체를 함유하지 않는 파장보정층(27)을 형성한다. 여기서, 상기 파장변환층(25)을 부분적으로 제거하고 상대적으로 저농도의 파장보정층(27)을 형성함으로써 발광 다이오드 칩의 색좌표쪽으로 이동시켜 타겟 빈 내에 들어가게 할 수 있다. 여기서, 상기 파장보정층(27)은 형광체를 전혀 함유하지 않는 수지로 형성될 수도 있다.
A 지점 또는 B 지점의 색좌표는 파장변환층(25)에 함유된 형광체가 황색 형광체와 같이 단일 종류의 형광체를 사용할 경우에 주로 발생될 수 있다. 이 경우, 이러한 색좌표를 갖는 발광 소자는 파장변환층(25)에 함유된 형광체와 동일 종류의 형광체를 사용하여 파장보정층(27)을 형성함으로써 색좌표를 보정할 수 있다. 이와 달리, 파장변환층(27)에 함유된 형광체와 다른 종류의 형광체를 사용하여 파장보정층(27)을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 파장보정층(27)내의 형광체 함량 또한 조절될 수 있다.
한편, 단계 120에서 측정된 색좌표가 C 또는 D 지점에 위치할 경우에는, 색좌표를 보정하기에 적합한 형광체들을 함유하는 파장보정층(27)을 형성할 수 있다. 색좌표가 타겟 빈을 벗어나 C 또는 D 지점에 위치하는 것은, 파장변환층(25)이 두 종류 이상의 형광체를 함유할 경우에 보통 발생할 수 있다. 이 경우, 파장변환층(25)에 함유된 복수의 형광체의 동일한 형광체를 사용하되 이들 형광체의 농도 비율을 조절하거나 파장변환층(25)에 함유된 형광체와 다른 형광체를 사용하여 파장보정층(27)을 형성함으로써 화살표로 표시한 바와 같이 타겟 빈에 들어가도록 색좌표를 보정할 수 있다.
한편, 앞의 실시예에서, 단일의 발광 소자를 제조하는 방법을 설명하여 색좌표를 보정하는 것에 대해 설명하였으나, 위 발광 소자 제조 방법은 수많은 발광 소자들에 일괄적으로 적용될 수 있다.
즉, 복수의 패키지 본체(21)에 각각 발광 다이오드 칩(23)을 실장하고 각 발광 다이오드 칩(23)을 덮는 파장변환층(25)을 형성한다(단계 110). 이어서, 상기 파장변환층(25)이 형성된 발광 다이오드 칩(23)의 색좌표를 측정한다(120). 그 후, 타겟 빈을 벗어나는 복수의 패키지에 대해, 복수의 파장변환층(25)에 각각 동일한 크기의 홈(25a)을 형성하고(130), 파장보정층(27)을 형성한다(140). 이때, 각 발광 다이오드 칩(23)과 파장변환층(25)에 의해 측정된 색좌표에 기초하여 각 발광 소자에 적용된 파장보정층(27)의 형광체 농도가 결정될 수 있으며, 따라서, 서로 다른 색좌표를 갖는 발광 소자들이 동일한 타겟 빈 내의 색좌표를 갖도록 보정될 수 있다.
파장변환층들(25)에 형성되는 홈(25a)의 크기나 형상 등을 서로 다르게 할 수도 있으나, 파장변환층들(25)에 모두 동일한 홈을 형성으로써, 홈(25a) 형성 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 최종 발광 소자들은 동일한 형상의 파장변환층을 가질 수 있으며, 따라서 색좌표 뿐만 아니라 광 지향 분포나 외관이 동일할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 대체로 유사하나, 파장변환층(35)이 파장 변환 시트인 것에 차이가 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 패키지 본체(21)에 발광 다이오드 칩(23)이 실장된 후, 패키지 본체(21) 상에 파장변환 시트(35)가 부착된다. 상기 파장변환 시트(35)를 부착하기 전에 광 투과성 몰딩 수지(33)가 패키지 본체(21)의 캐비티를 채울 수 있다. 상기 파장변환 시트(35)를 부착한 후, 색좌표가 측정된다.
도 8을 참조하면, 이어서, 상기 파장변환 시트(35)에 홈(35a)이 형성된다. 상기 홈(35a)은 앞서 설명한 바와 같이 레이저 가공 또는 마이크로 드릴링 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 파장변환 시트(35) 상에 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이 상기 홈(35a)을 채우는 파장보정층(37)이 형성된다.
본 실시예에 따르면, 파장변환 시트(35)를 적용하는 발광 소자의 색좌표를 보정할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 발광 소자 제조 방법과 대체로 유사하나, 파장변환층(35)이 발광 다이오드 칩(23)에 적용된 형광체 코팅층인 것에 차이가 있다. 여기서, 발광 소자는 컨포멀 코팅층이 적용된 발광 다이오드 칩을 의미한다.
도 10을 참조하면, 발광 다이오드 칩(23) 상에 파장변환층으로서 형광체 코팅층(45)이 형성된다. 상기 형광체 코팅층(45)은 웨이퍼 레벨에서 또는 칩 레벨에서 발광 다이오드 칩(23) 상에 적용될 수 있다. 상기 형광체 코팅층(45)이 형성된 후, 상기 발광 다이오드 칩(23)과 형광체 코팅층(45)에 의한 색좌표를 측정한다.
도 11을 참조하면, 상기 형광체 코팅층(45)을 부분적으로 제거하여 홈(45a)이 형성된다. 상기 홈(45a)은 앞서 설명한 실시예들과 같이 레이저 가공 또는 마이크로 드릴링 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 홈(45a)은 또한 앞서 설명한 실시예들과 같이 100마이크론 이하의 마이크로미터 스케일의 폭으로 복수개 형성될 수 있으며, 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 단일의 홈이 형성될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 상기 홈(45a)을 갖는 형광체 코팅층(45) 상에 파장보정층(47)이 형성된다. 상기 파장보정층(47)은 형광체 코팅층(25)의 홈(45a)을 채운다. 여기서, 상기 파장보정층(47)이 형광체 코팅층(45)의 상부에 위치하며, 상기 형광체 코팅층(45)의 상부면을 덮을 수도 있다. 그러나, 상기 파장보정층(47)이 형광체 코팅층(25)의 홈(45a) 내부에만 형성할 경우, 파장변환층 전체의 높이를 변경하지 않기 때문에, 광 지향 특성에 영향을 주지 않고 색좌표를 보정할 수 있어 유리하다. 상기 파장보정층(47)에 대해서는 앞서 설명한 실시예들과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이에 따라, 웨이퍼 레벨 또는 칩 레벨에서 형광체 코팅층(45)을 적용하는 발광 소자의 색좌표를 보정할 수 있다.

Claims (15)

  1. 발광 다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩을 덮고, 상부면에 홈을 가지며 형광체를 함유하는 파장변환층;
    상기 파장변환층의 홈을 채우는 파장보정층을 포함하는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장보정층과 상기 파장변환층은 동일 종류의 형광체를 함유하되, 형광체 농도가 서로 다른 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장보정층은 상기 파장변환층과 다른 종류의 형광체를 함유하는 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장보정층은 상기 파장변환층의 상부면에 위치하는 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    캐비티를 갖는 패키지 본체를 더 포함하고,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 캐비티 내에 실장되고,
    상기 파장변환층은 상기 캐비티 내에서 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장변환층은 파장변환 시트인 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파장변환층은 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 코팅층인 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    복수의 홈이 상기 파장변환층의 상부면 상에 규칙적으로 분산되어 위치하는 발광 소자.
  9. 발광 다이오드 칩을 덮는 파장변환층을 형성하고,
    상기 발광 다이오드 칩과 상기 파장변환층의 조합에 의해 방출되는 광의 색좌표를 측정하고,
    상기 파장변환층의 상부면을 부분적으로 제거하여 홈을 형성하고,
    상기 홈을 채우는 파장보정층을 형성하는 것을 포함하는 발광 소자 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 홈은 레이저 가공 또는 마이크로 드릴링 기술을 이용하여 형성되는 발광 소자 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 파장보정층과 상기 파장변환층 동일 종류의 형광체를 함유하되, 형광체 농도가 서로 다른 발광 소자 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 파장보정층은 상기 파장변환층과 다른 종류의 형광체를 함유하는 발광 소자 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    복수의 발광 다이오드 칩 상에 상기 파장변환층이 형성되고,
    상기 파장변환층이 형성된 각 발광 다이오드 칩의 색좌표가 측정되고,
    복수의 발광 다이오드 칩 상의 각각의 파장변환층에 홈이 형성되고,
    상기 홈이 형성된 각각의 파장변환층 상에 파장보정층이 형성되는 발광 소자 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 파장변환층이 형성된 각 발광 다이오드 칩은 타겟 빈 범위를 벗어나는 색좌표 분포를 갖고,
    상기 파장보정층이 형성된 발광 소자들은 타겟 빈 범위 내의 색좌표 분포를 가지는 발광 소자 제조 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    복수의 발광 다이오드 칩 상의 각각의 파장변환층에 동일한 크기의 홈이 형성되고,
    각각의 파장보정층은 상기 측정된 색좌표를 보정하기 위한 형광체 농도를 갖는 발광 소자 제조 방법.
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