KR20170040761A - 경사 반사기를 갖는 발광 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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첸 치에
왕 충-시
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마븐 옵트로닉스 씨오., 엘티디.
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Abstract

LED 반도체 다이, 포토루미네선트 구조 및 반사기를 포함하는 발광 디바이스가 개시된다. 경사 에지면을 갖는 포토루미네선트 구조는 LED 반도체 다이의 최상부 상에 배치되고, 포토루미네선트 구조의 하부면은 LED 반도체 다이의 상부면에 접착한다. 반사성 수지 재료가 경사 반사기를 형성하는 포토루미네선트 구조와 LED 반도체 다이의 에지면을 둘러싸도록 배치된다. 상술한 발광 디바이스를 제조하는 방법이 또한 개시된다. 경사 반사기를 갖는 이러한 발광 디바이스의 이점은 광 추출 효율을 증가시키는 것, 시야각을 조절 가능하게 만드는 것, 공간 색 균일성을 향상시키는 것 및 컴팩트 폼-팩터 사이즈로 구현된 광원 에탕듀(etendue)를 감소시키는 것을 포함한다.

Description

경사 반사기를 갖는 발광 디바이스 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICE WITH BEVELED REFLECTOR AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 발광 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 작동 중에 전자기 방사를 생성하는 발광 다이오드(LED) 반도체 다이를 포함하는 칩-스케일(chip-scale) 패키징 발광 디바이스에 관한 것이다.
지난 수십년간, LED는 신호등, 백라이트 유닛, 일반 조명, 모바일 부품, 자동차 조명 등을 포함하는 어플리케이션에 넓게 사용되었다. 일반적으로 LED 반도체 다이는 패키지 구조 내에 배치되고/되거나 광 조사로를 따른 포토루미네선트(photoluminescent) 재료에 의해 커버되어 발광 디바이스를 형성한다.
발광 디바이스의 양호한 광 추출 효율 및 어플리케이션에 의해 요구되는 원하는 시야각(viewing angle) 양쪽은 패키지 구조의 적절한 기하학적 설계를 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 플라스틱 리디드 칩 캐리어(PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier) LED 패키지가 백색 LED를 형성하기 위한 경제적인 패키지 구조로서 넓게 사용된다. PLCC형 패키지 구조에 있어서, 원하는 시야각뿐만 아니라 광 추출 효율은 반사 컵 표면의 형상의 적절한 설계를 통해 효과적으로 최적화될 수 있다. 하지만, 이하를 포함하는 PLCC형 LED의 본질적인 한계가 있다: 1) 투영된 옐로우 링 또는 블루 링으로 귀결되는, 다른 발광 각도의 다양한 광 경로를 따른 길이의 큰 변화로 인한 빈약한 공간 색 균일성; 2) PLCC형 형광체 변환 발광 디바이스의 발광 표면 면적은 패키지의 내부에 접착된 LED 반도체 다이의 발광 표면 면적보다 현저히 더 크다. 더 큰 발광 표면 면적은 광원으로서의 LED의 더 큰 에탕듀(etendue)로 귀결될 것이며, 그에 따라 2차 광학 렌즈의 설계를 복잡하게 한다; 그리고 3) PLCC형 LED 패키지는 LED 반도체 다이와 리드 프레임 사이의 상대적으로 더 높은 열 저항으로 인해 열등한 열 분산을 갖는다.
최근, 플립-칩(flip-chip) LED 반도체 다이를 사용하여 훨씬 더 작은 폼-팩터(form-factor) 형광체-변환 LED를 제조하는 다른 접근법, 소위 칩-스케일 패키징(CSP)이 PLCC형 LED에서 통상적으로 볼 수 있는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. CSP형 LED의 이점은, 칩-스케일 컴팩트 발광 표면 면적으로 인한 근사적으로 이상적인 점 광원, 및 플립-칩 설계로 인한 우수한 열 분산 경로를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 그 단순화된 제조 프로세스는 PLCC형 LED에 비해 제조 비용을 감소시켜 CSP형 LED를 제조한다.
그러나 통상적인 PLCC형 LED 패키지에서 일반적으로 발견되는 양호한 광학 특성의 일부는 패키지 사이즈의 지속적인 축소로 인해 CSP형 LED에 대해 없어진다. 예를 들어, 이러한 CSP형 LED에 있어서, 4개의 표면 상의 반사기(reflector)에 의해 둘러싸여 있는 포토루미네선트 구조의 4개의 에지 표면은 기존 제조 프로세스의 한계로 인해 발광 (톱(top)) 표면에 수직인 4개의 수직 평탄면이다. 수직 평탄 반사기 설계의 하나의 단점은, 수직 평탄 측-반사기(side-reflector)를 향해 이동하는 포토루미네선트 구조 내부의 광의 대부분이 다시 반사되어 포토루미네선트 구조 내에 트래핑(trapping)되고, 더욱 좋지 않게는 포토루미네선트 구조의 톱 표면에서 발생하는 내부 전반사로 인해 LED 반도체 다이로 반사되고 이에 의해 흡수될 것이다. 더 많은 광이 파장 변환 후에 포토루미네선트 구조로부터 벗어날 수 없을 것이므로, 이러한 종류의 패키지 구조는 패키지 추출 효율을 감소시킬 것이고, 이는 발광 디바이스의 패키지 구조 내의 상당한 양의 광 에너지 손실로 귀결된다. 게다가, CSP형 LED의 시야각을 변화시키기 위해 현재 제공되는 적절한 해결책이 여전히 존재하지 않는다.
따라서, 광 추출 효율을 더욱 향상시키고, 공간 색 균일성을 향상시키고, 근사적으로 이상적인 점 광원으로 조사 면적을 감소시키고, 열 저항을 줄이고, 시야각을 조절 가능하게 하기 위한 향상된 CSP형 LED 구조를 설계할 필요성이 있다.
본 발명의 일부 실시예의 하나의 목적은, 더욱 양호한 광 추출 효율, 투영된 컬러 링(color ring)이 없는 향상된 공간 색 균일성, 더 작은 조사 면적, 더욱 양호한 열 분산을 제공하는 낮아진 열 저항 및 상이한 어플리케이션에 적절한 조절 가능한 시야각을 달성하는 발광 디바이스 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일부 실시예의 다른 목적은, 더욱 양호한 광 추출 효율, 투영된 컬러 링이 없는 향상된 공간 색 균일성, 더 작은 조사 면적, 더욱 양호한 열 분산을 제공하는 낮아진 열 저항 및 상이한 어플리케이션에 적절한 조절 가능한 시야각을 달성하는 소형 폼-팩터 CSP형 발광 디바이스 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일부 실시예에 따라, LED 반도체 다이, 포토루미네선트 구조 및 반사기를 포함하는 발광 디바이스가 개시된다. LED 반도체 다이는 상부면, 상부면에 평행하지만 대향하는 측 상에 있는 하부면, 에지면 및 전극의 세트를 포함한다. 에지면은 상부면과 하부면 사이에서 연장되며, 전극의 세트는 하부면 상에 배치된다. 포토루미네선트 구조가 LED 반도체 다이의 최상부 상에 배치되며, 포토루미네선트 구조는 상부면, 상부면에 평행하지만 대향 측에 있는 하부면, 및 상부면과 하부면 사이에서 연장되는 에지면을 포함한다. 포토루미네선트 구조의 상부면의 사이즈는 포토루미네선트 구조의 하부면의 사이즈보다 크다. 따라서, 경사 에지면이 포토루미네선트 구조의 더 큰 상부면과 더 작은 하부면 사이에 형성된다. 또한, 포토루미네선트 구조의 하부면은 LED 반도체 다이의 상부면에 인접한다. 반사성 재료가 포토루미네선트 구조의 경사 에지면과 LED 반도체 다이의 수직 에지면을 둘러싸도록 배치되어 경사 반사기를 형성한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일부 실시예에 따른 발광 디바이스의 제조 방법은 역피라미드 절두체(reverse pyramidal frustum) 형태의 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계, LED 반도체 다이의 최상부 상에 포토루미네선트 구조를 부착하여 전자-루미네선트(electro-luminescent) 구조를 형성하는 단계, 및 경사 반사기를 형성하기 위해 전자-루미네선트 구조를 둘러싸는 반사성 재료를 배치하는 단계를 포함한다.
상술한 목적을 더욱 달성하기 위해, 본 발명의 일부 실시예에 따른 포토루미네선트 구조는 제1 주요면(예를 들어, 상부면), 제1 주요면에 대향하는 제2 주요면(예를 들어, 하부면), 제1 주요면과 제2 주요면 사이에 연장되는 에지면, 및 포토루미네선트 구조 내에 배치되는 형광체 입자를 포함하며, 제1 주요면의 표면적은 제2 주요면의 표면적보다 커서, 포토루미네선트 구조의 에지면은 경사 에지면이고, 제1 주요면의 제1 치수(예를 들어, 폭)는 2.0mm 이하이고, 제1 치수에 수직인, 제1 주요면의 제2 치수(예를 들어, 길이)는 3.0mm 이하이다.
따라서, 본 발명의 일부 실시예에 따른 향상된 LED 디바이스는 적어도 다음과 같은 이점을 제공한다: 1. 전자-루미네선트 구조를 둘러싸는 경사형 반사기는 전자-루미네선트 구조 내에서 조사된 광의 더욱 양호한 추출을 제공하여 광 효율 및/또는 공간 색 균일성을 향상시킨다; 2. 포토루미네선트 구조의 치수는 LED 반도체 다이의 치수보다 아주 약간 더 크게 되도록 제조될 수 있어, 전체적인 컴팩트-사이즈 발광 디바이스가 형성된다; 3. 경사 에지 표면을 갖는 포토루미네선트 구조가 대량 생산 프로세스로 제조될 수 있어 제조 비용을 낮출 수 있다; 4. 경사 에지 표면의 경사각이 적절한 제조 프로세스에 의해 추가로 조정될 수 있어, CSP형 LED의 시야각을 조절 가능하게 만든다.
본 발명의 다른 양태 및 실시예도 고려된다. 상술한 개요 및 후술하는 상세한 설명은 본 발명을 임의의 특정 실시예로 한정하려는 것이 아니고 단지 본 발명의 일부 실시예를 설명하려는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스를 도시하는 단면도의 개략도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 포토루미네선트 시트(photoluminescent sheet)를 형성하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다른 포토루미네선트 시트를 형성하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 13a 및 도 13b는 다양한 실시예의 LED 패키징 구조 내부의 광로를 나타내는 개략도(포토루미네선트 구조의 해칭(hatching) 섹션은 도시되지 않음)이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다른 포토루미네선트 시트를 형성하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 16e 및 도 16f는 본 발명의 일부 실시예에 따른 포토루미네선트 구조를 제조하는 펀칭(punching) 방법을 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예에 따른 포토루미네선트 구조를 제조하는 다이싱(dicing) 방법을 나타내는 개략도이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 일부 실시예에 따른 발광 디바이스를 제조하기 위한 전자-루미네선트 구조를 형성하기 위한 프로세스 흐름의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 따른 발광 디바이스를 제조하기 위한 반사 구조를 형성하는 제조 프로세스를 나타내는 개략도이다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 따른 발광 디바이스를 제조하기 위해 이형층(releasing layer)을 제거하는 제조 프로세스를 나타내는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예에 따른 발광 디바이스를 제조하기 위한 반사 구조를 다이싱하는 제조 프로세스를 나타내는 개략도이다.
도 22a, 도 22b, 도 22c, 도 22d 및 도 22e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스의 단면도의 개략도; 도 22d 및 22e는 발광 디바이스 내부 광로를 추가로 도시하는 도면; 및 도 22c는 랜덤하게 분산된(dispersed) 포토루미네선트 재료를 갖는 발광 디바이스 내부의 광로를 도시하는 도면이다.
정의
후술하는 정의는 본 발명의 일부 실시예에 대하여 설명된 기술적 양태의 일부에 적용된다. 이러한 정의는 마찬가지로 여기에서 확장될 수 있다.
여기에서 사용되는, 단수 용어인 "어느(a)", "어떤(an)" 및 "그(the)"는 문맥이 명확하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 층(layer)에 대한 언급은 문맥이 명확하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 층을 포함할 수 있다.
여기에서 사용되는 "세트"라는 용어는 하나 이상의 컴포넌트의 집합을 나타낸다. 따라서, 예를 들어, 층의 세트는 단일층 또는 복수의 층을 포함할 수 있다. 또한, 세트의 컴포넌트는 세트의 멤버로 칭해질 수 있다. 세트의 컴포넌트는 동일하거나 다를 수 있다. 일부 예에서, 세트의 컴포넌트는 하나 이상의 공통 특징을 공유할 수 있다.
여기에서 사용되는 "인접한"이라는 용어는 부근에 있거나 접하는 것을 나타낸다. 인접한 컴포넌트는 서로 이격될 수 있거나 서로 실제로 또는 직접 접촉할 수 있다. 일부 예에서, 인접한 컴포넌트는 서로 연결될 수 있거나 서로 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예의 설명에서, 다른 컴포넌트 "상에(on)" 또는 "최상부에(on top of)" 제공되는 컴포넌트는 후자의 컴포넌트가 전자의 컴포넌트 상에 직접(예를 들어, 직접 물리적으로 접촉) 존재하는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 개재 컴포넌트가 전자의 컴포넌트와 후자의 컴포넌트 사이에 위치되는 경우도 포함할 수 있다. 일부 실시예의 설명에서, 다른 컴포넌트 "아래에(underneath)" 제공되는 컴포넌트는, 후자의 컴포넌트가 전자의 컴포넌트의 바로 아래(예를 들어, 직접 물리적으로 접촉)에 존재하는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 개재 컴포넌트가 전자의 컴포넌트와 후자의 컴포넌트 사이에 위치되는 경우도 포함할 수 있다.
여기에서 사용하는 "연결하다", "연결되는" 및 "연결"이라는 용어는 동작 커플링(operational coupling) 또는 링킹(linking)을 나타낸다. 연결된 컴포넌트는 서로 직접 커플링될 수 있거나, 컴포넌트의 다른 세트를 통하는 것과 같이 서로 간접적으로 커플링될 수 있다.
여기에서 사용하는, "대략", "실질적으로" 및 "실질적"이라는 용어는 상당한 정도나 범위를 나타낸다. 이벤트 또는 상황과 연계하여 사용되는 경우, 이 용어는 이벤트 또는 상황이 정확하게 발생되는 경우뿐만 아니라 여기에서 설명되는 제조 동작의 전형적인 허용 수준을 나타내는 것과 같이 이벤트 또는 상황이 밀접하게 근사로 발생하는 경우도 나타낼 수 있다. 예를 들어, 수치와 연계하여 사용되는 경우, 이 용어는, ±5% 이하, ±4% 이하, ±3% 이하, ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.1% 이하, ±0.05% 이하와 같이 그 수치의 ±10% 이하의 변동 범위를 포함할 수 있다.
포토루미네선스에 대해 여기에서 사용되는 "효율" 또는 "양자(quantum) 효율"은 입력된 광자 수에 대한 출력된 광자 수의 비율을 나타낸다.
여기에서 사용하는 "사이즈"라는 용어는 특징적인 치수를 나타낸다. 구형인 객체(예를 들어, 입자)의 경우, 객체의 사이즈는 객체의 직경을 나타낼 수 있다. 비구형인 객체의 경우, 객체의 사이즈는 객체의 다양한 수직 치수의 평균을 나타낼 수 있다. 따라서, 예를 들어, 타원체인 객체의 사이즈는 객체의 장축 및 단축의 평균을 나타낼 수 있다. 특정 사이즈를 갖는 객체의 세트를 나타내는 경우, 그 객체는 그 사이즈 주위의 크기의 분포를 가질 수 있는 것이 고려된다. 따라서, 여기에서 사용되는 객체의 세트의 크기는 평균 사이즈 메디안(median) 사이즈 또는 피크 사이즈와 같은 사이즈의 분포의 전형적인 사이즈를 나타낼 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 개시된 발광 디바이스의 제1 실시예가 개략적으로 나타내어진다. 발광 디바이스(1A)는 LED 반도체 다이(10), 포토루미네선트 구조(20) 및 반사기(30)를 포함한다.
LED 반도체 다이(10)는 상부면(11), 하부면(12), 에지면(13) 및 전극의 세트(14)를 갖는 플립-칩 반도체 다이이다. 상부면(11)과 하부면(12)은 평행하며, 서로 대향되게 형성된다. 에지면(13)은 상부면(11)과 하부면(12) 사이에 형성되어, 상부면(11)의 외연을 하부면(12)의 외연에 연결시킨다. 전극의 세트(14) 또는 복수의 전극이 하부면(12) 상에 배치된다. 전기 에너지가 전극의 세트(14)를 통해 LED 반도체 다이(10)에 인가되어, 전자-루미네선스가 생성된다. 광자는 일반적으로 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)과 에지면(13)으로부터 조사된다.
도 1에 나타낸 바와 같이 상부면(21), 하부면(22) 및 에지면(23)을 갖는 포토루미네선트 구조(20)는 LED 반도체 다이(10)에 의해 방출된 광의 실질적으로 단색 파장을 더 긴 파장을 갖는 더 낮은 에너지의 광으로 변환하는 데 사용된다. 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21) 및 하부면(22)은 서로 평행하게 대향하여 형성된다. 에지면(23)이 상부면(21)과 하부면(22) 사이에 형성되어 상부면(21)의 외연을 하부면(22)의 외연에 연결시킨다. 상부면(21)과 하부면(22)은 실질적으로 수평이고 서로 평행하다.
상부면(21)의 표면적의 크기는 하부면(22)의 표면적보다 커서, 역-피라미드-절두체형 구조를 형성한다. 예를 들어, 상부면(21)에 대한 표면적의 사이즈는, 대략 1.2× 이상, 대략 1.3× 이상, 대략 1.4× 이상 또는 대략 1.5× 이상과 같이, 하부면(22)의 표면적의 대략 1.1× 이상의 크기일 수 있다. 상부면(21)에 대한 표면적의 사이즈가 하부면(22)의 표면적보다 크기 때문에, 에지면(23)은 상부면(21)의 가장자리와 하부면(22)의 가장자리를 따라 연결하는 경사 에지면을 나타낸다. 예를 들어, 에지면(23)과 수평면(하부면(22)에 평행함) 사이의 경사각은 대략 88° 이하, 대략 85° 이하 또는 대략 80° 이하와 같이, 대략 90°보다 작을 수 있다.
포토루미네선트 구조(20)는 또한 형광체 층(201)과 적어도 하나의 투명층(202)을 더 포함하며, 투명층(202)이 형성되어 주위 환경을 향해 형광체 층(201)의 최상부 상에 적층된다. 형광체 층(201)은 투명 재료 내부에 혼합된 입자의 형태로 하나의 유형 또는 복수의 유형의 형광체를 더 포함한다. LED 반도체 다이(10)로부터 방출된 광이 형광체 층(201)을 통과할 때, 일부 광이 파장 변환된 후, 발광 디바이스(1A) 내부로부터 외부 환경으로 벗어나기 전에 투명층(202)을 계속 통과한다.
경사 반사기(30)와 협업하여, 투명층(202)은 1차 광학 렌즈로서 기능하고, 발광 디바이스(1A)의 조사 패턴을 성형한다. 또한, 투명층(202)은 외부 환경으로부터 형광체 층(201)을 보호하는 장벽층으로서의 역할을 한다.
포토루미네선트 구조(20)는 LED 반도체 다이(10)의 최상부에 배치되어, 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)은 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)에 인접한다. 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)은 실리콘 수지(도 1에 미도시)와 같은 접착성 수지 재료를 사용하여 갭 없이 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)에 접착하는 것이 요망되며, 이는 포토루미네선트 구조(20)와 LED 반도체 다이(10) 사이의 더욱 양호한 광 추출로 귀결된다. 또한, 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)의 사이즈는, LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)의 사이즈와 동등하거나, LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)의 사이즈보다 약간 더 커서, 포토루미네선트 구조(20)는, 최상부 시야에서 보았을 때 LED 반도체 다이(10)를 실질적으로 완전히 커버한다. 예를 들어, 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)의 표면적의 사이즈는 대략 1.01× 이상 또는 1.05× 이상과 같이, LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)의 표면적의 대략 1× 이상의 사이즈일 수 있다. 이러한 구성에서, 포토루미네선트 구조(20)를 통과하지 않고 LED 반도체 다이(10)로부터 직접 누출되는 광이 회피될 수 있다.
도 1에서, 반사성 수지 재료가 LED 반도체 다이(10)의 수직 에지면(13)과 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23) 양쪽을 둘러싸도록 배치되어 반사기(30)를 형성한다. 본 실시예에서, 경사 에지면(23)은 반사기(30)에 의해 실질적으로 완전하게 커버된다. LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)을 향하여 방출되는 LED 반도체 다이(10)로부터의 광은 반사기(30)에 의해 실질적으로 다시 반사될 것이며, 광을 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)으로부터 벗어나게 하여 포토루미네선트 구조(20)를 통과하게 한다. 방출된 광 또는 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)을 향하여 이동하는 파장 변환된 광 중 어느 하나는 또한 실질적으로 다시 반사될 것이며, 재지향(redirecting)되고 최종적으로 상부면(21)으로부터 발광 디바이스(1A)를 벗어난다.
LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)과 반사기(30) 사이에는 실질적으로 갭이 존재하지 않는 것이 요망된다. 갭은 반사된 광을 트래핑하는 광 캐비티(optical cavity)를 생성하여 패키지 추출 효율을 감소시킬 것이다. 마찬가지로, 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)과 반사기(30) 사이에 실질적으로 갭이 존재하지 않는 것이 요망된다. 즉, 반사기(30)의 하부의 내부 에지면(31)은 LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)에 직접 접하고, 반사기(30)의 상부의 내부 경사 에지면(32)은 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)에 직접 접한다. 포토루미네선트 구조(20)의 외부 경사 에지면(23)은 역피라미드 형태로 성형된다; 내부 경사 에지면(32)이 역피라미드 형태로 성형되어, 그에 따라 내부 경사 반사면을 갖는 반사기(30)를 형성한다. 예를 들어, 내부 경사 에지면(32)과 수평면(반사기(30)의 상부 가장자리면(33)에 평행함) 사이의 경사각은, 대략 88° 이하, 대략 85° 이하 또는 대략 80° 이하와 같이 대략 90°보다 작을 수 있다. 또한, 반사기(30)의 상부 가장자리면(33)은 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)과 실질적으로 동일한 높이 레벨에서 형성된다. 즉, 상부 가장자리면(33)은 상부면(21)과 실질적으로 동일면이다. 또한, 반사기(30)는 하부의 내부 에지면(31)과 상부의 내부 경사 에지면(32)에 추가하여 외부의 수직 에지면(35)을 포함한다.
실시예에서, 반사기(30)는 투명하고 전성이 있는(malleable) 수지 재료를 사용하여 제조되며, 산란 (반사성) 입자가 분산된다. 일 실시예에서, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리시클올엑실렌-디-메틸렌 테레프탈레이트(PCT) 또는 에폭시 성형 혼합물(EMC)과 같은 전성이 있는 수지 재료가 반사기(30)에 대한 경사 형태를 형성하는 데 사용된다. 다른 예시적인 투명의 전성이 있는 수지 재료는 고굴절률(RI)(RI는 바람직하게는 대략 1.45와 대략 1.55 사이에 있음)을 갖는 실리콘 수지 또는 저굴절률 실리콘 수지(RI는 바람직하게는 대략 1.35와 대략 1.45 사이에 있음)일 수 있다. 투명하고 전성이 있는 수지 재료 내에 분산된 예시적인 산란 (반사성) 입자는 TiO2, BN, SiO2, Al2O3 또는 이러한 입자의 조합을 포함한다. 다른 산화물, 질화물 및 세라믹 입자가 사용될 수 있다. 산란 (반사성) 입자의 입자 사이즈는 가시광 스펙트럼의 대략 절반 파장, 예를 들어 대략 150nm 내지 대략 450nm에 분포하는 것이 요망된다. 또한, 반사기(30)는 다른 전자 캡슐화 또는 패키징 재료 등으로 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
경사 반사기(1A)를 갖는 발광 디바이스의 실시예는 적어도 이하의 기술적 이점을 보인다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, LED 반도체 다이(10)에 의해 직접 방출되거나 형광체 층(201)에 의해 변환된 광 빔 L은 경사 반사기(30)의 형태의 적절한 설계에 의해 더욱 효과적으로 포토루미네선트 구조(20)로부터 주위 환경을 향해 재지향될 수 있다. 즉, 경사 에지면(23)에 인접한 내부 경사 에지면(32)은 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)으로부터 외부 환경으로 벗어나는 광 빔 L을 재지향하여 발광 디바이스(1A)로부터의 광 추출을 촉진하고, 포토루미네선트 구조(20) 또는 LED 반도체 다이(10)로 광 빔 L이 다시 반사될 가능성을 감소시킨다. 따라서, 본 실시예에 따른 경사 반사기(30)를 갖는 발광 디바이스(1A)는 LED 반도체 다이(10)로부터 직접 생성되거나 포토루미네선트 구조(20)로부터 변환된 광의 더욱 양호한 추출에 의해 광 에너지 손실을 감소시킨다. 따라서, 발광 디바이스(1A)의 광 추출 효율에 대한 향상은 경사 반사기를 통합하지 않은 통상적인 LED 디바이스의 광 효율에 비해 일반적으로 대략 5% 내지 대략 20% 양호한 전체 광 효율로 귀결된다. 반대로, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 경사 에지면을 갖지 않는 포토루미네선트 구조(20)에 인접한 반사기(30)는 상부면(21)에서 발생하는 내부 전반사의 효과로 인해 포토루미네선트 구조(20) 자체 또는 LED 반도체 다이(10)로 다시 광 L이 용이하게 반사되게 할 것이다. 따라서, 경사 반사기를 갖지 않는 발광 디바이스에 비해, 발광 디바이스(1A)는 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)에 인접한 경사 성형 반사기(30)를 통합함으로써 광 추출 효율을 향상시키는 이점을 나타낸다.
광 추출 효율을 향상시키는 이점 외에, 형광체 층(201)은 실질적으로 균일한 박막 구조인 것이 요망되며, 이는 양호한 공간 색 균일성을 제공하여 투영 중의 옐로우 링(yellow ring)의 생성을 회피한다. 또한, 경사 에지면(23)에 인접한 경사 반사기(30)의 경사 형태를 조정하는 것은 발광 디바이스(1A)의 상이한 시야각으로 귀결될 것이다. 따라서, 경사 에지면(23)의 경사각을 설계하는 것을 통해 상이한 어플리케이션에 적절한 발광 디바이스(1A)의 시야각을 조절하는 것이 달성 가능하다.
또한, 광 추출 효율도 형광체 층(201)의 RI보다 낮은 RI를 갖는 투명층(202)을 도입함으로써 향상될 수 있다. 즉, 투명층(202)의 RI는 형광체 층(201)과 주위 공기의 RI 사이에서 선택될 수 있으며, 이는 광이 주위 공기로 벗어나기 전에 형광체 층(201) 및 투명층(202)을 통과할 때 내부 전반사로 인한 광 손실을 추가로 감소시킬 수 있다.
투명층(202)의 다른 실시예는 층들 중에서 RI의 기울기를 갖는 복수층의 투명층(도 1에 미도시)이며, RI는 층별로 외부를 향해 서서히 감소하며, 이는 광 추출 효율을 추가로 향상시킨다.
이 외에, 포토루미네선트 구조(20)의 사이즈는 LED 반도체 다이(10)의 사이즈보다 약간 더 큰 것이 요망되어, 광이 포토루미네선트 구조(20)를 통과하지 않고 LED 반도체 다이(10)로부터 주위 공기로 실질적으로 직접 누출되지 않을 것이다. 또한, 포토루미네선트 구조(20)의 사이즈는 거의 LED 반도체 다이(10)만큼 컴팩트하게 유지된다. 반사기(30)의 컴팩트 설계와 함께, 발광 디바이스(1A)는 소형의 사이즈로 형성된다. 따라서, 발광 디바이스(1A)는 칩-스케일 패키징 유형의 LED(CSP형 LED)의 범주에 속한다. 포토루미네선트 구조(20)가 실용적인 것만큼 얇고 컴팩트하게 제조되면, 광 추출 효율도 향상되는데, 이는 발광 디바이스(1A)의 내부로부터 주위 환경으로 광이 벗어나는 더 짧은 이동 경로를 제공하기 때문이다. 예시적인 실시예에서, 반사기(30)의 길이에 의해 규정되는 발광 디바이스(1A)의 길이는 대략 3.0mm 이하이고, 반사기(30)의 폭에 의해 규정되는 발광 디바이스(1A)의 폭은 대략 2.0mm 이하이다. 예시적인 실시예에서, (예를 들어, 그 상부면(21)에서의) 포토루미네선트 구조(20)의 길이는 대략 3.0mm 이하이고, (예를 들어, 그 상부면(21)에서의) 포토루미네선트 구조(20)의 폭은 대략 2.0mm 이하이다. CSP 사이즈는 통상적으로 LED 반도체 다이(10)의 사이즈보다 단지 대략 20% 더 크다.
상술한 단락은 발광 디바이스(1A)에 대한 실시예의 상세한 설명이다. 본 발명에 따른 경사 반사기를 갖는 발광 디바이스의 다른 실시예의 상세한 설명은 이하와 같이 설명된다. 발광 디바이스의 이하의 실시예에서 발견되는 특징 및 이점의 일부 상세한 설명은 발광 디바이스(1A)의 특징 및 이점과 유사하므로, 간략화를 위해 생략된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1B)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1B)와 디바이스(1A) 사이의 주요 차이점은, 투명 이격층(transparent spacer layer)(202)이 형광체 층(201) 아래의 포토루미네선트 구조(20)의 일부로서 형성된다는 것이다. 즉, 투명층(202)이 형광체 층(201)과 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11) 사이에 배치되어, 형광체 층(201)이 LED 반도체 다이(10)와 직접적인 접촉을 이루지 않는다. 본 실시예의 하나의 이점은, LED 반도체 다이(10)로부터 생성되어 후속적으로 형광체 층(201)으로 전달된 열이 투명 이격층(202)에 의해 경감되므로, 형광체 층(201)의 동작 온도가 낮아진다는 것이다. 따라서, 더 낮은 온도에서 동작하는 형광체 층(201)은 더 높은 변환 효율을 달성한다. 추가적으로, 인덱스 매칭(index matching)을 목적으로, 광 추출 효율을 추가로 향상시키기 위해 형광체 층(201)의 RI가 투명층(202)의 RI보다 작게 되도록 선택될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1C)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1C)와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 포토루미네선트 구조(20)가 형광체 층(201)의 최상부에 형성된 마이크로-렌즈 어레이층(203)을 추가로 포함한다는 것이다. 투명층(202)은 마이크로-렌즈 어레이층(203)의 일부로 고려될 수 있으며, 양쪽 층은 하나의 단일 제조 프로세스에서 동시에 형성될 수 있다. 높이에 대해서, 단면도에서, 마이크로-렌즈 어레이층(203)은 반사기(30)의 상부면(33)보다 더 높을 수 있어, 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)의 적어도 일부분을 반사기(30)의 상부면(33)보다 약간 더 높게 한다. 발광 디바이스(1C)의 광 추출 효율은 마이크로-렌즈 어레이층(203)을 포함함으로써 추가로 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1D)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 적어도 포토루미네선트 구조(20)가 복수의 투명층(202)을 포함하고, 형광체 층(201)이 투명층(202) 사이에 배치되고 샌드위칭된다는 점에서, 발광 디바이스(1D)는 다른 실시예와 상이하다. 본 실시예에서, 투명층(202)은 동작 중에 LED 반도체 다이(10)로부터 생성된 열의 영향을 경감시키는 것과 같은 다른 이점에 수반하여 형광체 층(201)에 대한 소정의 보호를 제공한다. 또한, 형광체 층(201)의 RI는 하부 투명층(202)의 RI보다 작을 수 있지만, 상부 투명층(202)의 RI보다 클 수 있어, 광 추출 효율을 향상시킨다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1E)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1E)와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 임의의 투명 이격층 없이 형광체 층(201)을 포함하여, 발광 디바이스(1E)의 포토루미네선트 구조(20)가 단일층 포토루미네선트 구조로서 형성된다는 것이다. 형광체 층(201)의 환경은 단일 포토루미네선트 재료 또는 단일 형광체 층뿐만 아니라, 복수의 균질 혼합 포토루미네선트 재료 또는 복수의 층별 포토루미네선트 재료에도 한정되는 것으로 의미되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 형광체 층(201)의 복수의 포토루미네선트 재료는 LED 반도체 다이(10)로부터 방출된 광의 일부를 상이한 파장의 광 스펙트럼으로 변환하는 데 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 더 낮은 상관 색 온도(CCT:correlated color temperature)를 갖는 웜 화이트(warm white) LED와 같은 일부 백색 LED 어플리케이션에 대해 바람직하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1F)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1F)와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 발광 디바이스(1F)가 LED 반도체 다이(10)의 전극(14)에 대한 팬-아웃(fan-out) 구조를 형성하기 위한 기판(40)을 더 포함한다는 것이다. LED 반도체 다이(10) 및 반사기(30) 양쪽은 기판(40) 상에 배치되고, LED 반도체 다이(10)의 전극(14)의 세트가 기판(40)에 추가로 전기적으로 접속된다. 기판(40)은 기판(40) 아래의 패드와 LED 반도체 다이(10)의 전극(14)에 접속하기 위해 전략적으로 놓여진 비아형(via-shaped) 도전체의 세트를 통해 전기를 전달할 수 있는 전기 절연체로서 통상적으로 형성된다. 따라서, 전극 패드의 더 큰 세트는 기판(40) 하부에 형성된다. 기판의 예는 세라믹 기판, 인쇄 회로 보드(PCB), 리드 프레임 등이다. 전기 에너지는 전극 패드 하부로부터 기판(40)을 통해 발광 디바이스(1F)를 구동하도록 전달된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 반사기(30)는 LED 반도체 다이(10)의 하부면(12)과 기판(40) 사이의 갭을 충전하도록 형성될 수 있다. 본 실시예의 하나의 이점은, 기판(40)이 LED 반도체 다이(10)에 환경적인 장벽 보호기를 제공한다는 것이다. 다른 이점은, 발광 디바이스(1F)의 커진 팬-아웃 전기 패드가 이어지는 표면 장착 기술(SMT:Surface Mount Technology) 프로세스를 편리하게 한다는 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1G)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1G)와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 반사기(30)의 상부 가장자리면(33)의 단면도에서의 높이가 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)의 높이보다 낮지만, 형광체 층(201)의 상부면의 높이보다 높다는 것이다. 즉, 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)은 반사기(30)에 의해 부분적으로 커버되고, 반사기(30)로부터 부분적으로 노출된다. 본 실시예의 주요 이점은, 반사성 수지 재료를 몰딩(molding) 또는 디스펜싱(dispensing) 중 어느 것에 의해 반사기(30)의 제조 프로세스 동안 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)으로 넘치는 것을 방지하여 제조 수율을 향상시키는 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1H)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1H)의 실시예와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 평탄면이 되는 것 대신에, 반사기(30)의 상부면(33)이 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)의 외연 에지로부터 연장되는 오목형 표면을 일반적으로 보인다는 것이다. 표면 장력 및 재료 수축의 상호 작용으로 인해, 전자-루미네선트 구조를 둘러싸는 반사기(30)를 제조하는 디스펜싱 방법은 일반적으로 반사성 수지 재료를 경화한 후에 오목한 상부면을 보인다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1I)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1I)와 다른 실시예 사이의 차이점은, 적어도 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)의 외연 에지가 반사기(30)의 외연 에지에 정밀하게 접한다는 것이다. 따라서, 본 실시예에서는, 반사기(30)의 치수가 더욱 감소될 수 있고, 발광 디바이스(1I)를 더욱 더 컴팩트하게 만든다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스(1J)의 단면도의 개략도를 나타낸다. 발광 디바이스(1J)와 다른 실시예 사이의 주요 차이점은, 반사기(30)의 하부면(34)이 반사기(30)의 내부 에지면(31)의 하부 가장자리로부터 상방으로 굴곡되고, 그에 따라 오목한 공간이 발광 디바이스(1J) 하부에 형성된다는 것이다. 구체적으로, 반사기(30)는 예를 들어, 실리콘 수지 재료에 대해 대략 150℃와 같이 보다 높은 경화 온도에서 고체화된 유동 수지 재료를 사용하여 제조된다. 액체 상태로부터 고체 상태로의 이러한 경화 프로세스는 수지 재료의 화학적 중합 반응으로 인해 반사기(30)의 체적 수축을 유발한다. 또한, 상승된 경화 온도로부터 상온으로 냉각하면서 반사기(30)의 체적 열수축은 오목한 구조를 생성하는 것도 돕는다. LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)과 인터페이싱된 반사기(30)의 인접하는 에지면(31)에 의해 반사기(30)의 변형이 제한되는 경계 조건 하에서, 반사기(30)의 체적의 화학적 수축 및 물리적 수축 양쪽은 오목 공간을 형성하는 반사기(30)의 하부면(34)의 상방 굴곡을 야기한다.
후속하는 표면 장착 기술(SMT) 접착 프로세스 중에 발광 디바이스(1J)가 기판과 접하고 있을 때, 반사기(30)의 하부면(34)으로부터 오목 공간을 생성하는 것은 납땜 품질을 향상시키는 이점을 갖는다. 예시적인 SMT 프로세스는 이하를 포함한다: 1. 기판 접착 패드 상으로 납땜 페이스트의 적절한 양을 디스펜싱, 2. 기판 상으로 발광 디바이스(1J)를 피킹(picking), 정렬 및 위치시킴, 3. 땜납이 용융하고, 다시 리플로우(reflow)하고 발광 디바이스(1J)와 기판 사이에 접착을 형성하도록 고온 오븐에서 납땜 페이스트를 리플로우. 발광 디바이스(1J) 및 기판(도 10에 미도시)이 리플로우 오븐에서 열을 경험할 때, 수직 방향으로의 반사기(30)의 열팽창은 LED 반도체 다이(10)의 열팽창보다 일반적으로 훨씬 더 크며, 이는 통상적으로 무기 재료로 이루어지는 LED 반도체 다이(10)에 대한 열팽창 계수보다 통상적으로 유기 재료로 이루어지는 반사기(30)에 대해 열팽창 계수(CTE)가 보통 훨씬 더 크기 때문이다. 따라서, 반사기(30)의 하부면(34)은 수직으로 더욱 팽창한 후, LED 반도체 다이(10)를 상승시켜 LED 반도체 다이(10)와 기판 사이에 보이드 갭(void gap)을 생성하여 SMT 프로세스 중에 기판과 LED 반도체 다이(10)의 전극(14)의 세트 사이에 불량한 접착을 야기한다. 하지만, 본 실시예에 따른 발광 디바이스(1J)의 반사기(30)의 하부면(34) 아래의 오목 공간은 고온 리플로우 프로세스 동안 반사기(30)의 열팽창을 보상하는 공간을 제공하여 갭이 회피된다.
도 10에서 X로 표기된 오목 공간의 높이는 재료 특성, 포토루미네선트 구조(20)와 반사기(30)의 기하 치수 및 경화 프로세스 파라미터 등에 의해 일반적으로 결정된다. 오목한 높이 X는 이러한 조절 팩터를 적절히 선택함으로써 설계될 수 있다. SMT 프로세스 동안 반사기(30)의 열팽창을 보상하기 위한 충분한 공간을 제공하도록 오목한 높이 X는 적어도 대략 3μm인 것이 요망된다.
발광 디바이스(1A 내지 1J)의 상술한 실시예 중에서, 기술적인 양태 및 이점이 적용 및 서로 조합될 수 있고 하나의 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 발광 디바이스(1C)의 마이크로-렌즈 어레이층(203)의 실시예, 발광 디바이스(1F)의 기판(40)의 실시예 및 발광 디바이스(1J)의 하부면(34) 아래의 오목 공간의 실시예 등은 다른 실시예와 조합되거나 통합될 수 있다. 또한, 특정의 원하는 광학 특성에 따라, 복수의 형광체 층(201) 및/또는 복수의 투명층(202)이 발광 디바이스(1A 내지 1J)의 포토루미네선트 구조(20)를 형성하기 위해 도입될 수 있다. 또한, 층의 적층 순서를 변화시키는 것 및/또는 TiO2 등과 같은 광학 산란 입자를 추가로 포함하는 것과 같은 실시예의 다른 변형도 포토루미네선트 구조(20)를 형성하기 위해 도입될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 본 발명에 따른 발광 디바이스(1A 내지 1J)의 실시예도 단색 칩-스케일 패키징 발광 디바이스(1K)에 적용될 수 있으며, LED 반도체 다이(10)는 동작 중에 실질적으로 단색광 스펙트럼을 조사한다. 도 22a에 나타낸 바와 같이, 예시의 용이함을 위해, 발광 디바이스(1K)는 상술한 발광 디바이스의 포토루미네선트 구조(20)를 그 내부에 혼합된 형광체 또는 다른 포토루미네선트 재료가 없는 투명 재료를 사용하여 형성된 투명 구조(20')로 치환함으로써 구현된다. 따라서, LED 반도체 다이(10)에 의해 조사된 광의 단색 파장은, 광이 동작 중에 투명 구조(20')를 통과하고 있을 때 변환 또는 스토크-시프트(Stoke-shift)되지 않을 것이다. 본 실시예는 레드, 그린, 블루, 적외선 또는 자외선 LED 등과 같은 단색 칩-스케일 패키징 LED를 구현하는 데 사용될 수 있다. 발광 디바이스(1A 내지 1J)의 다른 실시예와 마찬가지로, 단색 CSP형 LED도 더 작은 에탕듀, 2차 광학 렌즈의 보다 용이한 설계를 위한 감소된 발광 면적, 보다 낮은 열 저항 및 특정 어플리케이션에 적절한 조절 가능한 시야각 등의 이점을 갖는다.
이 외에, 스포트라이트 또는 차량 신호등과 같은 일부 어플리케이션은 더 높은 지향성 및 더 작은 에탕듀를 갖는 광원을 특정한다. 도 22b에 나타낸 바와 같이, 포토루미네선트 구조(20')에 대한 수직 에지면(23')을 통합함으로써, 발광 디바이스(1K)의 발산각이 더욱 더 작아질 수 있고, 반사기(30)의 높이 H를 추가로 증가시킴으로써 더욱 감소될 수 있다. 높이 H는 LED 반도체 다이(10)의 길이 W의 대략 0.1배 이상, LED 반도체 다이(10)의 길이 W의 대략 5배 이하이며, 즉 반사기(30)의 종횡비는 대략 0.1≤H/W≤대략 5이다. 수직 에지면(23')을 갖는 투명 구조(20')가 광 추출 효율을 희생한다고 해도, 단위 면적 당 광속(luminous flux) 즉 조도는 특정 어플리케이션에 대해 원하는 방향으로 증가될 것이다. 투명 구조(20')가 외부 환경에 매칭되는 인덱스의 목적으로 낮은 RI 투명 재료로 이루어지는 것이 추가로 요망된다.
추가적으로, 높은 종횡비의 반사기를 갖는 형광체 변환된 백색 CSP 발광 디바이스가 또한 높은 조도를 특정하는 특정 어플리케이션에 대해 바람직하다. 도 22d는 높은 종횡비의 반사기(30)를 갖는 백색 CSP 발광 디바이스(1K)의 다른 실시예를 나타낸다. 도 22b에 나타낸 단색 CSP 발광 디바이스의 실시예와 본 실시예의 주요 차이점은, 형광체 층(201')이 LED 반도체 다이(10)에 인접한 투명 구조(20)의 바닥에 콤팩트하게 형성된다는 것이다. 만일 이와 다르게, 도 22c와 반대로, 포토루미네선트 재료가 투명 구조(20') 내부에 랜덤하게 분산되어 있을 때, 광 L은 일부 흡수 및 재방출될 수 있거나, 포토루미네선트 재료의 입자에 의해 여러 방향으로 산란될 수 있다. 이러한 재산란 효과는 높은 종횡비의 반사기(30)를 사용하여 달성되는 광의 높은 지향성의 목적을 방해할 것이다. 따라서, 투명 구조(20')의 바람직하지 않은 광 산란을 회피하기 위해, 형광체 층(201')은 LED 반도체 다이(10)에 인접한 투명 구조(20')의 바닥에 배치된다. 도 22d에 나타낸 바와 같이, 투명 구조(20')에서의 랜덤하게 분산된 광 산란 입자 없이, 큰 입사각을 갖는 광 L은 높은 종횡비의 반사기(30) 내에서 다시 반사될 것이며, 이는 트래핑된 광의 급속한 소멸로 귀결된다. 반대로, 도 22e에 나타낸 바와 같이, 작은 입사각을 갖는 광 L은 높은 종횡비의 반사기(30)에 의해 다시 반사되지 않을 것이며, 이는 투명 구조(20')로부터 외부 환경으로 광이 벗어나게 한다. 즉, 발광 디바이스(1K)의 높은 종횡비의 반사기(30)는 보다 큰 입사각을 갖는 광 L을 실질적으로 걸러낼 수 있으며, 보다 작은 입사각을 갖는 광 L을 통과시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 디바이스(1K)에 대한 투명 구조(20')의 치수는 LED 반도체 다이(10)의 치수와 동등하거나 약간 더 크며; 반사기(30)를 포함하는 디바이스(1K)의 전체 치수도 LED 반도체 다이(10)의 치수보다 약간 더 크다. 따라서, 높은 종횡비의 반사기(30)를 갖는 발광 디바이스(1K)는 컴팩트한 칩-스케일 패키징 사이즈로 구현된 높은 지향성의 광원을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 디바이스(1A 내지 1J)의 실시예에 대한 제조 방법은 이하와 같이 설명된다. 제조 방법은 일반적으로 이하의 주요 단계를 포함한다: 1. 경사 에지면을 갖는 역피라미드 절두체형 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계; 2. 전자-루미네선트 구조를 형성하기 위해 LED 반도체 다이 상에 포토루미네선트 구조를 부착하는 단계; 및 3. 역피라미드 절두체형 포토루미네선트 구조에 인접한 내부 경사 에지면을 갖는 반사기를 형성하기 위해 전자-루미네선트 구조를 둘러싸는 반사성 재료를 배치하는 단계. 각 제조 단계의 기술적 양태를 이하와 같이 추가로 설명한다.
우선, 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 방법이 개시된다. 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 방법은 일반적으로 직접 방법 또는 간접 방법 중 어느 하나로 분류될 수 있다. 일부 실시예의 간접 방법은 이하의 2단계 절차를 따른다: 포토루미네선트 시트가 우선 형성된 후 후속적으로 복수의 포토루미네선트 구조로 싱귤레이팅(singulating)된다. 일부 실시예의 직접 방법과는 반대로, 독자적인 그리고 실질적으로 완전한 포토루미네선트 구조는 싱귤레이션 프로세스를 사용하지 않고 직접 형성된다. 도 11a 내지 11d는 포토루미네선트 시트를 형성하는 단계별 제조 프로세스를 나타낸다.
도 11a에 나타낸 바와 같이, 우선, 이형층(50)이 포토루미네선트 시트를 형성하는 추가적인 프로세싱을 위해 준비된다. 이형층(50)은 실리콘 기판, 글래스 기판 등과 같은 지지 기판(도 11a에 미도시) 상에 추가로 배치될 수 있다.
도 11b에 나타낸 바와 같이, 두번째로, 형광체 층(201)이 이형층(50) 상에 형성된다. 형광체 층(201)을 형성하는 방법은 스프레이 코팅, 프린팅, 몰딩 또는 형광체 및 관련 접합 수지 재료를 이형층(50) 상에 도포하는 다른 기술을 포함하며, 그 후 형광체 층(201)은 경화 프로세스에 의해 고화된다. 미국 특허 출원 US2010/0119839호 및 US2010/0123386호에 의해 개시된 형광체 층을 형성하는 예시적인 방법은 형광체 층의 균일성 및 두께의 정확한 제어 및 그 전체로서 여기에 참조로써 통합되는 기술적 내용을 제공한다.
도 11c에 나타낸 바와 같이, 세번째로, 투명층(202)은 후속적으로 형광체 층(201)의 최상부 상에 형성된다. 제조 방법은 스프레이 코팅, 프린팅, 몰딩, 디스펜싱 또는 다른 기술을 포함한다. 스프레이 코팅의 방법은, 복수의 투명층(202)이 포함될 때 요망된다.
도 11d에 나타낸 바와 같이, 넷째로, 투명층(202)을 형성한 후에, 이형층(50)이 형광체 층(201) 및 투명층(202)을 포함하는 독립 포토루미네선트 시트(200)를 형성하기 위해 제거된다. 발광 디바이스(1G, 1H 및 1J)(도 7, 8 및 10)의 포토루미네선트 구조(20)뿐만 아니라 발광 디바이스(1A)(도 1)의 포토루미네선트 구조(20)가 포토루미네선트 시트(200)를 싱귤레이팅함으로써 제조될 수 있다. 마찬가지로, 역으로 놓인 포토루미네선트 시트(200)를 싱귤레이팅함으로서, 발광 디바이스(1B)(도 2)의 포토루미네선트 구조(20)가 달성된다.
포토루미네선트 시트(200)의 실시예의 변형은 형광체 층(201) 및 투명층(202)의 형성 시퀀스를 변화시킴으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 12c에 나타낸 바와 같이, 투명층(202), 형광체 층(201) 및 다른 투명층(202)이 발광 디바이스(1D)(도 4)의 포토루미네선트 구조(20)에 대응하는 포토루미네선트 시트(200)를 구축하기 위해 이형층(50) 상에 순차적으로 형성된다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 단일 형광체 층(201)이 이형층(50) 상에 형성된다. 도 14에 나타낸 포토루미네선트 시트(200)의 본 실시예는 포토루미네선트 형광체 시트(200)를 싱귤레이팅한 후에 발광 디바이스(1E, 1F 및 1I)(도 5, 6 및 9)의 포토루미네선트 구조(20)를 추가로 제조하는 데 사용될 수 있다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 형광체 층(201)을 형성한 후에, 마이크로-렌즈 어레이층(203)이 포토루미네선트 시트(200)의 다른 실시예를 구축하기 위해 형광체 층(201)의 최상부 상에 후속적으로 형성된다. 마이크로-렌즈 어레이층(203)은 몰딩 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 몰딩 제조 프로세스의 실시예는 이하를 포함한다.: 1. 이형층 상에 형성된 형광체 층(201)은 몰드(미도시)의 바닥면 내부에 놓인다; 2. 실리콘과 같은 마이크로-렌즈 어레이층(203)을 제조하는 데 사용되는 수지 재료는 최상부로부터 몰드로 주입된다. 및 3. 마이크로-렌즈 어레이층(203)이, 수지 재료가 경화된 후에 후속적으로 형성된다. 형광체층(201) 및 마이크로-렌즈 어레이층(203)을 포함하는 포토루미네선트 시트(200)가 발광 디바이스(1C)(도 3)의 포토루미네선트 구조에 대응하는 포토루미네선트 구조(20)를 제조하기 위해 싱귤레이팅될 수 있다.
복수의 독립 포토루미네선트 구조(20)로의 포토루미네선트 시트(200)의 싱귤레이션은 설계된 제조 프로세스이며, 특히 본 발명의 일부 실시예에 따라 역피라미드 절두체형 포토루미네선트 구조(20)를 형성한다. 싱귤레이션 프로세스의 예시적인 실시예는 원하는 경사 에지면을 갖는 복수의 포토루미네선트 구조(20)로의 포토루미네선트 시트(20)를 분리 또는 구분하는 펀칭 프로세스이다.
구체적으로, 도 16a 및 16b에 나타낸 바와 같이, 포토루미네선트 시트(200)는 다른 이형층(50') 상에 역으로 놓인 후 펀칭 툴(60)에 의해 펀칭된다. 도 16c에 나타낸 바와 같이, 펀칭 툴(60)은 복수의 어레이형 펀칭 블레이드(61)를 갖는다. 블레이드(61)는 서로 연결되고, 정방형 어레이와 같은 포토루미네선트 구조(20)의 원하는 기계적 형태에 따라 배치된다. 따라서, 도 16d에 나타낸 바와 같이, 포토루미네선트 시트(200)는 펀칭 툴(60)을 사용하여 단일 펀칭 프로세스를 갖는 복수의 포토루미네선트 구조(20)로 싱귤레이팅될 수 있다. 펀칭 후에, 원하는 경사 형태를 갖는 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)은 도 16e에 나타낸 바와 같이 아래로 향한다. 마찬가지로, 마이크로-렌즈 어레이를 갖는 포토루미네선트 구조(20)는 도 16f에 나타낸 바와 같이 동일 싱귤레이션 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다.
따라서, 펀칭 프로세스는 원하는 경사 형태를 갖는 복수의 포토루미네선트 구조(20)로 포토루미네선트 시트(200)를 효과적으로 싱귤레이팅하는 방법의 실시예를 제공한다. 또한, 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)의 경사각은 블레이드 각 프로파일, 포토루미네선트 구조(20)의 기계적 치수, 포토루미네선트 시트(200)의 탄성 또는 플라스틱 재료 특성 등과 같은 몇몇 설계 팩터에 의해 미리 결정될 수 있다. 이러한 팩터는 경사 에지면(23)의 원하는 경사각을 얻기 위해 미리 설계될 수 있다.
다이싱 소(dicing saw) 또는 워터-제트 소(water-jet saw), 정밀 머시닝, 마이크로머시닝 등을 사용하는 소잉(sawing)과 같은 다른 싱귤레이션 방법이 또한 복수의 포토루미네선트 구조(20)로 포토루미네선트 시트(200)를 분리하는 데 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 듀얼-각 밀링 커터(dual-angle milling cutter)(70)와 같은 소(saw)가 복수의 포토루미네선트 구조(20)로 포토루미네선트 시트(200)를 절단 및 분리하는 데 사용된다. 마찬가지로, 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)은 듀얼-각 밀링 커터(70)의 블레이드(71)로 향하여 마주보고 있어, 원하는 경사 에지면(23)이 그에 따라 형성된다. 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)의 원하는 각은 블레이드(71)의 각 프로파일에 의해 머시닝 아웃(machining out) 및 제어될 수 있다. 포토루미네선트 시트(200)의 싱귤레이션 방법의 다른 실시예에서, 하드 마스크 피착(hard mask deposition)을 통한 마이크로머시닝, 패턴 데피니션(pattern definition), 에칭 등이 원하는 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 데 사용될 수 있다.
상술한 제조 프로세스는 포토루미네선트 시트(200)를 싱귤레이팅함으로써 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 간접 방법을 나타낸다. 하지만, 몰딩 또는 마이크로머시닝의 제조 프로세스를 통해, 포토루미네선트 구조(20)가 싱귤레이션 프로세스를 사용하지 않고 독립적으로 그리고 직접 형성될 수 있다. 몰딩 프로세스를 사용하는 직접 방법의 예시적인 실시예는 이하의 제조 단계를 포함한다: 우선, 어레이 방식으로 배치된 복수의 캐비티를 갖는 몰드(미도시)와 포토루미네선트 구조(20)의 형태를 규정하는 각각의 캐비티가 제공되고; 두번째로, 예를 들어 형광체와 혼합된 실리콘 수지인 포토루미네선트 구조(20)를 제조하는 데 사용되는 슬러리(slurry) 재료가 몰드 내부의 캐비티의 어레이로 주입되고; 세번째로, 포토루미네선트 구조(20)가, 슬러리 재료가 경화된 후에 형성된다. 마이크로머시닝을 사용하는 다른 실시예에서, 슬러리 재료의 코팅, 리소그래피, 현상 및/또는 에칭을 포함하는 프로세스가 직접 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 몰딩과 마이크로머시닝 프로세스 양쪽의 방법은 동시에 복수의 포토루미네선트 구조(20)를 제조할 수 있는 배치(batch) 프로세스이어서 제조 비용이 감소되는 것이 이해될 것이다.
실리콘 수지와 같은 투명 유기 수지 재료뿐만 아니라 글래스, 세라믹 등과 같은 투명한 무기 재료도 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 데 사용될 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 무기 재료를 사용하여 포토루미네선트 구조(20)를 제조하는 간접 방법의 예시적인 실시예는 아래와 같이 상세히 설명하는 소결(sintering) 프로세스이다. 우선, 포토루미네선트 플레이트가 고온 소결 프로세스를 사용하여 형성되고; 두번째로, 포토루미네선트 플레이트가 소잉 등의 방법을 사용하여 복수의 포토루미네선트 구조(20)로 싱귤레이팅된다. 무기 재료로 이루어진 포토루미네선트 구조(20)를 제조하는 직접 방법의 다른 예시적인 실시예로서의 소결 프로세스가 또한 아래와 같이 상세하게 설명된다. 포토루미네선트 재료 및 투명 재료의 입자가 공급되고 소결 몰드 내에 놓인 후 상승된 온도로 가열되어 직접 복수의 포토루미네선트 구조(20)를 형성한다. 포토루미네선트 구조(20)를 제조하는 이러한 방법이 또한 투명 구조(20')를 제조하기 위해 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 복수의 투명 구조(20')는 또한 소잉 등의 방법을 사용하여 글래스 기판 또는 세라믹 기판을 싱귤레이팅함으로써 형성될 수 있다.
상술한 다양한 방법을 사용하여 포토루미네선트 구조(20)를 형성한 후에, 두번째로, 포토루미네선트 구조(20)를 LED 반도체 다이(10)에 접합하는 접착 프로세스가 개시된다. 도 18a 및 18b에서, LED 반도체 다이(10) 및 포토루미네선트 구조(20)를 포함하는 전자-루미네선트 구조를 형성하는 프로세스가 설명된다. 우선, 복수의 LED 반도체 다이(10)가 고정된 피치(pitch) 거리를 갖는 LED 반도체 다이(10)의 어레이로서 이형층(50'') 상에 배치된다. 이형층(50'')의 예시적인 실시예는 UV 이형 테이프(tape) 또는 열 이형 테이프이다. LED 반도체 다이(10)의 어레이의 전극(14)의 각 세트가 놓이고 강력하게 가압되어, 이들이 소프트 이형층(50'')에 매립되는 것이 요망된다. 이는 후속 프로세싱 동안 전극(14)의 오염에 대항하여 완화시킬 것이다. 도 6에 나타낸 실시예에 따른 발광 디바이스(1F)를 제조하는 것에 있어서, LED 반도체 다이(10)의 어레이는 이형층(50'') 상에 배치되는 대신 기판(40) 상에 배치된다.
도 18b에 나타낸 바와 같이, 포토루미네선트 구조(20)의 어레이는 LED 반도체 다이(10)의 미리 배치된 어레이의 상부면(11) 상으로 후속적으로 부착된다. 부착 프로세스는 정밀하게 제어 및 정렬되어, 포토루미네선트 구조(20)의 하부면(22)이 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)을 실질적으로 완전히 커버하는 것이 요망된다. 포토루미네선트 구조(20)는 접착성 재료 또는 접착성 테이프를 사용하여 LED 반도체 다이(10)의 상부면(11)에 접합될 수 있다. 따라서, LED 반도체 다이(10) 및 포토루미네선트 구조(20)를 포함하는 전자-루미네선트 구조가 형성된다.
접착 프로세스 후에, 세번째로, 전자-루미네선트 구조를 둘러싸는 반사기(30)를 형성하는 제조 프로세스가 개시된다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 반사기(30)의 수지 재료는 동시에 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)과 LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)을 둘러싸도록 배치되어 반사기(30)를 형성한다. 예시적인 배치 방법은 몰딩 또는 디스펜싱이다. 예시적인 몰딩 프로세스에 있어서, 우선, 이형층(50'') 상에 미리 배치된 전자-루미네선트 구조의 어레이가 몰드(미도시) 내부에 놓이고; 두번째로, 반사기(30)를 제조하는 데 사용되는 수지 재료가 LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)과 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23) 양쪽을 둘러싸는 몰드로 주입되고; 세번째로, 반사기(30)가 수지 재료를 경화한 후에 형성된다.
디스펜싱 프로세스를 사용하여 반사기(30)를 제조하는 것에 있어서, 몰드는 생략될 수 있다. 예시적인 디스펜싱 방법은 이하와 같다: 우선, 반사기(30)를 제조하는 데 사용되는 수지 재료가 예를 들어, 이형층(50'')의 최상부 상에 미리 배치된 전자-루미네선트 구조의 어레이 사이의 갭으로 수지 재료를 직접 디스펜싱하기 위해 니들 주사기(needle syringe)를 사용하여 디스펜싱된다. 두번째로, 디스펜싱된 양이, 포토루미네선트 구조(20)의 경사 에지면(23)과 LED 반도체 다이(10)의 에지면(13)을 실질적으로 완전히 커버할 때까지 점차 증가한다. 반사기 수지 재료의 양은 정밀하게 제어되어, 포토루미네선트 구조(20)의 상부면(21)을 오염하도록 과도 유출되지 않을 것이라는 것이 이해될 것이다. 마지막으로, 수지 재료를 경화시킨 후에 반사기(30)가 형성된다.
마찬가지로, 도 7 및 8에 나타낸 발광 디바이스의 실시예는 반사기(30)의 디스펜싱된 수지 재료의 전체 양을 감소시킴으로써 반사기(30)를 추가로 성형하는 것에 의해 제조될 수 있다.
반사기 형성 프로세스 후에, 마지막으로, 싱귤레이션 프로세스가 개시된다. 일단 반사기(30)가 형성되면, 도 20에 나타낸 바와 같이, 이형층(50'')은 발광 디바이스, 예를 들어 디바이스(1A)의 어레이를 얻도록 제거될 수 있다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 다이싱 프로세스가 복수의 발광 디바이스(1A)를 얻기 위해 반사기(30)를 싱귤레이팅하는 데 사용된다.
일부 실시예의 요약에서, 본 발명의 발광 디바이스를 제조하는 제조 방법은 4개의 주요 단계를 포함한다: 우선, 복수의 포토루미네선트 구조(20)를 형성하는 단계; 두번째로, 포토루미네선트 구조(20)를 LED 반도체 다이(10)의 어레이에 부착 및 접착시켜 전자-루미네선트 구조 어레이를 형성하는 단계; 세번째로, 전자-루미네선트 구조의 어레이를 둘러싸는 반사기(30)의 어레이를 형성하는 단계, 네번째로, 복수의 개별 발광 디바이스를 형성하기 위해 반사기(30)의 어레이를 다이싱하는 단계.
본 발명의 발광 디바이스를 제조하는 제조하는 제조 방법은 또한 경사 반사기를 갖는 발광 디바이스의 상이한 실시예를 제조하는 데 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 개시된 제조 방법은 작은 폼 팩터를 갖는 발광 디바이스를 제조하는 데, 특히 CSP형 LED를 제조하는 데 바람직하다. 또한, 개시된 제조 방법은 또한 배치-프로세싱 방식으로 포토루미네선트 구조를 제조하기 위해 적용될 수 있다. 또한, 개시된 제조 방법은 몰드를 사용하지 않고 LED 반도체 다이를 둘러싸는 반사기를 형성하는 데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명이 그 특정 실시예를 참조하여 개시되었지만, 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 동등물이 첨부된 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 치환될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 이해되어야 한다. 또한, 많은 수정이 본 발명의 객체, 사상 및 범위에 특정 상황, 재료, 물질의 조성, 방법 또는 프로세스를 적응시키도록 이루어질 수 있다. 이러한 모든 수정은 여기에 첨부된 청구항의 범위 내에 드는 것으로 의도되었다. 특히, 여기에 개시된 방법이 특정 순서로 수행되는 특정 동작을 참조하여 설명되었지만, 이러한 동작은 본 발명의 교시를 벗어나지 않고도 동등한 방법을 형성하기 위해 조합, 하위 분할 또는 재순서화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 여기에서 구체적으로 특정하지 않는다면, 동작의 순서 및 그룹화는 본 발명의 제한 사항이 아니다.

Claims (26)

  1. 발광 디바이스로서,
    상부면, 상기 상부면에 대향하는 하부면, 에지면 및 전극의 세트를 포함하는 발광 다이오드(LED) 반도체 다이로서, 상기 LED 반도체 다이의 상기 에지면은 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면과 상기 LED 반도체 다이의 상기 하부면 사이에서 연장되고, 상기 전극의 세트는 상기 LED 반도체 다이의 상기 하부면 상에 배치되는 상기 발광 다이오드 반도체 다이;
    상기 LED 반도체 다이 상에 배치되는 포토루미네선트(photoluminescent) 구조로서, 상부면, 상기 상부면에 대향하는 하부면, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 상부면과 상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면 사이에 연장되는 에지면을 포함하고, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 상부면은 상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면보다 커서, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 에지면이 경사 에지면이고, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면이 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면에 인접하는 상기 포토루미네선트 구조; 및
    상기 LED 반도체 다이의 상기 에지면과 상기 포토루미네선트 구조의 상기 경사 에지면을 커버하는 반사기를 포함하는, 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면의 사이즈는, 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면의 사이즈와 동등하거나, 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면의 사이즈보다 약간 더 큰, 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사기는 투명 수지 재료와 상기 투명 수지 재료 내에 분산된 반사성 입자를 포함하는, 발광 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투명 수지 재료는 폴리프탈아미드, 폴리시클올엑실렌-디-메틸렌 테레프탈레이트, 에폭시 몰딩 혼합물 또는 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하고; 상기 반사성 입자는 TiO2, BN, SiO2 또는 Al2O3 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 LED 반도체 다이의 상기 에지면에 인접한 내부 에지면과, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 경사 에지면에 인접한 내부 경사 에지면을 갖는, 발광 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조는 단일층 포토루미네선트 구조인, 발광 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조는 형광체 층과, 상기 형광체 층의 최상부 상에 배치된 적어도 하나의 투명층을 포함하는, 발광 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명층의 굴절률은 상기 형광체 층의 굴절률보다 작은, 발광 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조는 형광체 층과 상기 형광체 층의 최상부 상에 배치된 마이크로-렌즈 어레이층을 포함하는, 발광 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조는 형광체 층과 상기 형광체 층 아래에 배치된 투명층을 포함하는, 발광 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사기의 하부면은 오목 공간을 규정하는, 발광 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면은 상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면에 수직한 방향에서 볼 때 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면을 완전히 커버하는, 발광 디바이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조의 상기 상부면의 높이는 상기 반사기의 상부면의 높이보다 더 높고, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 경사 에지면은 상기 반사기로부터 일부 노출되는, 발광 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조의 상기 상부면의 가장자리에 접하는 상기 반사기의 상부면은 오목 형태인, 발광 디바이스.
  15. 제1항에 있어서,
    기판을 더 포함하고, 상기 LED 반도체 다이 및 상기 반사기는 상기 기판 상에 배치되고, 상기 LED 반도체 다이는 상기 기판에 전기적으로 접속되는, 발광 디바이스.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반사기의 폭은 2.0mm 이하이고, 상기 반사기의 길이는 3.0mm 이하인, 발광 디바이스.
  17. 발광 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    역피라미드-절두체(reverse-pyramidal-frustum) 형태의 에지면을 포함하는 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계;
    LED 반도체 다이 상에 상기 포토루미네선트 구조를 부착하여 전자-루미네선트 구조를 형성하는 단계; 및
    역피라미드-절두체 형태의 내부 에지면을 포함하는 반사기를 형성하기 위해 상기 전자-루미네선트 구조의 에지면을 커버하는 단계를 포함하는, 발광 디바이스 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계는:
    상부면, 하부면 및 경사 에지면을 포함하는 상기 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계로서, 상기 상부면은 상기 하부면보다 크고, 상기 경사 에지면은 상기 상부면과 상기 하부면 사이에 연장되는, 상기 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계를 포함하고;
    상기 전자-루미네선트 구조를 형성하는 단계는:
    상기 포토루미네선트 구조의 상기 하부면이 상기 LED 반도체 다이의 상부면을 완전히 커버하도록 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면 상에 상기 포토루미네선트 구조를 부착하는 단계를 포함하고; 및
    상기 반사기를 형성하는 단계는:
    상기 LED 반도체 다이의 에지면과 상기 포토루미네선트 구조의 상기 경사 에지면 양쪽을 커버하는 단계를 포함하는, 발광 디바이스 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계는:
    펀칭, 몰딩, 소잉(sawing), 정밀 머시닝 또는 마이크로머시닝에 의해 상기 경사 에지면을 형성하는 단계를 포함하는, 발광 디바이스 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 구조를 형성하는 단계는:
    포토루미네선트 시트를 펀칭하여 상기 포토루미네선트 시트를 경사 에지면을 갖고 상기 포토루미네선트 구조를 포함하는 복수의 포토루미네선트 구조로 싱귤레이팅(singulating)하는 단계를 더 포함하는, 발광 디바이스 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 포토루미네선트 시트는 형광체 층 및 투명층을 포함하는 단일층 포토루미네선트 시트이고, 상기 형광체 층은 상기 투명층의 최상부 상에 또는 상기 투명층의 아래에 배치되는, 발광 디바이스 제조 방법.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 반도체 다이 상에 상기 포토루미네선트 구조를 부착하는 단계는 상기 LED 반도체 다이에 상기 포토루미네선트 구조를 접착시키는 단계를 포함하는, 발광 디바이스 제조 방법.
  23. 발광 디바이스로서,
    상부면, 상기 상부면에 대향하는 하부면, 에지면 및 전극의 세트를 포함하는 LED 반도체 다이로서, 상기 에지면은 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면과 상기 LED 반도체 다이의 상기 하부면 사이에 연장되고, 상기 전극의 세트는 상기 LED 반도체 다이의 상기 하부면 상에 배치되는 상기 LED 반도체 다이;
    상기 LED 반도체 다이의 최상부 상에 배치되는 투명 구조로서, 상부면, 상기 상부면에 대향하는 하부면, 및 상기 투명 구조의 상기 상부면과 상기 투명 구조의 상기 하부면 사이에 연장되는 에지면을 포함하고, 상기 투명 구조의 상기 상부면의 사이즈는 상기 투명 구조의 상기 하부면의 사이즈 이상이고, 상기 투명 구조의 상기 하부면은 상기 LED 반도체 다이의 상기 상부면에 인접하는 상기 투명 구조; 및
    상기 LED 반도체 다이의 상기 에지면과 상기 투명 구조의 상기 에지면을 커버하는 반사기로서, 상기 반사기의 높이는 상기 LED 반도체 다이의 높이의 0.1배 이상이고, 상기 LED 반도체 다이의 길이의 5배 이하인 상기 반사기를 포함하는, 발광 디바이스.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 투명 구조는 수지 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 투명 구조의 바닥부는 형광체 층을 더 포함하는, 발광 디바이스.
  26. 포토루미네선트 구조로서,
    제1 주요면, 상기 제1 주요면에 대향하는 제2 주요면, 상기 제1 주요면과 상기 제2 주요면 사이에 연장되는 에지면, 및 상기 포토루미네선트 구조 내에 배치되는 형광체 입자를 포함하고,
    상기 제1 주요면의 표면적은 상기 제2 주요면의 표면적보다 커서, 상기 포토루미네선트 구조의 상기 에지면은 경사 에지면이고, 상기 제1 주요면의 제1 치수는 2.0mm 이하이고, 상기 제1 치수에 직교하는, 상기 제1 주요면의 제2 치수는 3.0mm 이하인, 포토루미네선트 구조.
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