KR20200023827A - 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지 - Google Patents
퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 퀀텀닷 형광체와 퀀텀닷 형광체를 내부에 수용하기 위한 글래스를 포함하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지에 관한 것으로서, 중공영역(Empty Portion)들과 측면 투광 플레이트들을 형성하는 단계; 퀀텀닷 형광체를 주입하는 단계; 상부 투광 플레이트를 배치하고, 레이저 빔을 조사하여 용접하는 단계; 및 상기 중공영역들의 측면 투광 플레이트들을 제2 파장의 레이저 빔으로 컷팅하여 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계;를 포함하되,상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 측면 투광 플레이트가 일정한 각도를 가지도록 사선 컷팅될 수 있다.
Description
본 발명은 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지에 관한 것으로서, 퀀텀닷 형광체와 퀀텀닷 형광체를 내부에 수용하기 위한 글래스를 포함하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광소자(LIGHT EMITTING DEVICE, LED)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
이에 기존의 광원을 발광 소자로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 실내/외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 발광 소자를 사용하는 경우가 증가하고 있다.
한편, LED 분야에서는 백색 LED에 대한 수요가 높다. 이러한 백색 LED를 구현하는 방식에는 여러 색상의 LED 칩들을 조합하는 방식과, 특정 색의 광을 방사하는 LED 칩과 해당 칩에서 방사되는 광의 파장을 변환하는 형광체를 조합하는 방식이 있다. 현재 백색 LED를 구현하기 위해서는 후자의 방식이 주로 사용되고 있으며, 가장 대표적으로는 청색 LED 칩 위에 YAG: Ce 벌크 형광체를 도포하여 백색 LED를 구현하고 있다.
그런데, 이러한 벌크 형광체를 적용한 발광소자 패키지는 디스플레이 제작 시, 고색재현성을 구현하기 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 최근에는 퀀텀닷(quantum dot, QD) 형광체를 이용하여 발광소자 패키지를 구현하기 위한 다양한 시도들이 진행되고 있다.
퀀텀닷은 반도체 특성을 갖는 수십 나노미터(nm) 이하 크기의 나노 입자를 말하며, 양자 제한 효과(quantum confinement effect)에 의해 벌크 크기의 입자들과는 상이한 특성을 나타내기 때문에 크게 주목 받고 있는 핵심 소재이다.
이러한 퀀텀닷 형광체는 외부의 환경 조건(수분, 산소, 열 등)에 매우 취약하여 성능 저하가 쉽게 발생하는 문제가 있다. 특히, 레일 타입의 퀀텀닷 형광체는 레일 형태에 따른 가공의 어려움이 있고 열에 취약한 문제가 있다. 또한, 필름 타입의 퀀텀닷 형광체는 대면적 사용에 따른 고 비용 문제가 있다.
그에 따라, 퀀텀닷 형광체를 글래스 사이의 빈 공간에 주입하고, 글래스를 서로 용접하여 퀀텀닷 형광체를 실링(sealing)함으로써 외부의 환경 조건에 취약한 퀀텀닷 형광체를 보호하는 구조가 제안되었다.
상기한 구조로 제작되는 발광소자 패키지는 발광소자로부터 출력되는 광이 글래스를 통과하게 되고, 출력되는 광 중 일부는 반사체에 의하여 반사되어 발광소자 패키지의 상부로 출력된다.
이 때, 글래스는 상부 면에 수직한 방향으로 컷팅되어 제작되는데, 이러한 글래스를 둘러싸는 반사체 역시 수직하는 구조로 구성되어 광을 반사하게 된다. 이러한 경우, 퀀텀닷 형광체를 통과하지 않고 바로 반사체로 출력되는 광들은 굴절에 의하여 충분히 발광소자 패키지의 상부로 출력되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 글래스를 감싸는 반사체의 두께가 얇은 경우, 발광소자로부터 출력되는 광을 충분히 반사하지 못하게 되어 조사되는 광 중 일부가 반사체를 투과하여 외부로 출력되는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 구성을 포함하여 발광소자 패키지의 광량을 증대시킬 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 것과 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 발광소자 패키지의 글래스를 통과하는 광들이 반사체에 의하여 효율적으로 반사되도록 함으로써 발광소자 패키지의 광량을 증대시키는 것에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발광소자 패키지에서 반사체의 두께를 상대적으로 증가시킴으로써 반사체를 통과하여 유출되는 광량을 감소시키는 것에 다른 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법은 하부 투광 플레이트의 상면에 복수의 중공영역(Empty Portion)들과 상기 복수의 중공영역들의 외곽에 위치하는 복수의 측면 투광 플레이트들을 형성하는 단계; 상기 복수의 중공영역들에 퀀텀닷 형광체를 주입하는 단계; 상기 하부 투광 플레이트의 상부에 상부 투광 플레이트를 배치하고, 상기 상부 투광 플레이트의 상면에 수직한 방향으로 제1 파장의 레이저 빔을 조사하여 상기 측면 투광 플레이트들과 상기 상부 투광 플레이트를 용접하는 단계; 및 상기 중공영역들의 측면 투광 플레이트들을 제2 파장의 레이저 빔으로 컷팅하여 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 측면 투광 플레이트가 일정한 각도를 가지도록 사선 컷팅될 수 있다.
상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계는 상기 퀀텀닷 플레이트의 상면의 너비가 상기 퀀텀닷 플레이트의 하면의 너비보다 크도록 컷팅할 수 있다.
상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계에는 상기 상부 투광 플레이트에서 상기 하부 투광 플레이트로 갈수록 상기 중공영역과 가까워 지는 방향으로 상기 퀀텀닷 플레이트의 측면을 컷팅할 수 있다.
상기 일정한 각도는 60도 보다 크고 80도 보다 작은 각도를 가질 수 있다.
상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계는 상기 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제1 측면을 형성하기 위한 제1 컷팅 단계; 및 상기 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제2 측면을 형상하기 위한 제2 컷팅 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 상기 퀀텀닷 플레이트의 상기 퀀텀닷 형광체를 중심을 기준으로 대칭하도록 단면이 형성될 수 있다.
상기 제1 파장의 레이저와 상기 제2 파장의 레이저 빔은, 1000nm 내지 1100nm의 파장을 갖는 펨토 레이저 빔일 수 있다.
상기 상부 투광 플레이트, 상기 측면 투광 플레이트 및 상기 하부 투광 플레이트의 일면의 평탄도는 1 마이크로 미터(㎛)이하일 수 있다.
상기 중공영역들은, 기계적 가공 공정, 화학적 가공 공정 및 조립 공정 중 어느 하나의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 중공영역은 진공(vacuum)상태 일 수 있다.
상기 중공영역의 너비는 이후에 실장되는 발광소자의 너비보다 클 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지는 발광소자; 상기 발광소자 상부에 형성되며 하부 투광 플레이트, 상기 하부 투광 플레이트의 상면에 형성되는 복수개의 측면 투광 플레이트, 상기 하부 투광 플레이트의 상면에 대응하며 상기 복수개의 측면 투광 플레이트의 상면에 형성되는 상부 투광 플레이트 및 내측에 중공영역(Empty Portion)이 형성된 투광 플레이트 바디; 상기 중공영역에 형성되는 퀀텀닷 형광체; 및 상기 발광소자의 측면 및 투광 플레이트 바디의 측면을 둘러싸는 반사체;를 포함하며, 상기 투광 플레이트 바디의 측면은 일정한 각도의 사선 형태를 가지며, 상기 상부 투광 플레이트의 너비가 상기 하부 투광 플레이트의 너비보다 클 수 있다.
상기 일정한 각도는 60도 내지 80도 의 각도일 수 있다.
상기 일정한 각도는 상기 투광 플레이트 바디의 측면이 상기 상부 투광 플레이트에서 상기 하부 투광 플레이트로 갈수록 상기 중공영역과 가까워 지는 방향으로 형성될 수 있다.
상기 일정한 각도는 상기 퀀텀닷 형광체를 중심으로 상기 투광 플레이트 바디의 4개의 측면이 대칭하도록 형성될 수 있다.
상기 상부 투광 플레이트, 상기 측면 투광 플레이트 및 상기 하부 투광 플레이트의 일면의 평탄도는 1 마이크로 미터(㎛)이하일 수 있다.
상기 발광소자의 저면에는 적어도 하나 이상의 전극을 포함하며,
상기 전극은 상기 반사체의 저면보다 하부로 더 돌출될 수 있다.
상기 중공영역은 진공(vacuum)상태 일 수 있다.
본 발명은 발광소자 패키지의 글래스를 통과하는 광들이 반사체에 의하여 효율적으로 반사되도록 함으로써 발광소자 패키지의 광량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 발광소자 패키지에서 반사체의 두께를 상대적으로 증가시킴으로써 반사체를 통과하여 유출되는 광량을 감소시키는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 실시예에 따라 퀀텀닷 플레이트가 제조되는 과정을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 실시예에 따라 제조된 퀀텀닷 플레이트를 포함하는 발광소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 실시예에 따라 퀀텀닷 플레이트가 제조되는 과정을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 실시예에 따라 제조된 퀀텀닷 플레이트를 포함하는 발광소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명을 예시한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법은 중공영역 및 측면 투광 플레이트 형성 단계(S100), 퀀텀닷 형광체 주입 단계(S110), 용접 단계(S120) 및 퀀텀닷 플레이트 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다.
중공영역 및 측면 투광 플레이트 형성 단계(S100)는 퀀텀닷 플레이트 조립체를 구성하는 상부 투광 플레이트, 측면 투광 플레이트 및 하부 투광 플레이트를 마련하는 단계를 의미할 수 있다. 하부 투광 플레이트는 상부로 개방된 중공영역을 통하여 퀀텀닷 형광체를 수용할 수 있다. 하부 투광 플레이트와 측면 투광 플레이트에 수용된 퀀텀닷 형광체는 하부 투광 플레이트의 상부를 덮는 상부 투광 플레이트를 통해 실링될 수 있다.
여기서 퀀텀닷 형광체는 퀀텀닷(Quantum Dot)을 포함하는 색광 변환 물질로서, 아크릴레이트(acrylate) 또는 에폭시 폴리머(epoxy polymer) 또는 이들의 조합과 같은 매트릭스 물질에 퀀텀닷을 혼합 또는 분산하여 형성될 수 있다.
퀀텀닷은 지름이 수 나노미터(nm)인 반도체 나노 입자로 양자구속 혹은 양자가둠 효과(Quantum Confinement Effect)와 같은 양자 역학(Quantum Mechanics)적 특성을 지니고 있다. 여기서, 양자구속 효과란 반도체 나노 입자의 크기가 작아짐에 따라 띠 간격 에너지(band gap energy)가 커지는(역으로 파장은 작아지는) 현상을 의미한다. 화학 합성 공정으로 만들어지는 퀀텀닷은 재료를 바꾸지 않고 입자 크기를 조절하는 것만으로도 원하는 색상을 구현할 수 있다. 가령, 양자구속 효과에 따라 나노 입자 크기가 작을수록 짧은 파장을 갖는 청색 빛을 발광할 수 있고, 나노 입자의 크기가 클수록 긴 파장을 갖는 적색 빛을 발광할 수 있다. 본 실시 예에서, 나노 입자는 약 100nm 이하, 약 50nm 이하, 약 20nm 이하, 약 15nm 이하의 크기를 가질 수 있고, 또는 약 2 내지 10nm 크기 범위에 있을 수 있다.
퀀텀닷은 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅳ족 물질일 수 있으며, 구체적으로 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, InP, GaP, GaInP2, PbS, ZnO, TiO2, AgI, AgBr, Hg12, PbSe, In2S3, In2Se3, Cd3P2, Cd3As2 또는 GaAs일 수 있다. 또한, 퀀텀닷은 코어-쉘 구조(core-shell)를 가질 수 있다. 여기서, 코어(core)는 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함하고, 쉘(shell)은 CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기한 퀀텀닷 형광체를 수용하기 위한 하부 투광 플레이트는 투광성이 좋은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 하부 투광 플레이트는 용접성 또는 접합성이 좋은 재질로 형성될 수 있다. 바람직한 실시 예로, 상기 하부 투광 플레이트는 유리 재질로 형성될 수 있다. 또한, 하부 투광 플레이트와 마찬가지로, 상부 투광 플레이트도 투광성이 좋은 투명한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상부 투광 플레이트는 용접성 또는 접합성이 좋은 재질로 형성될 수 있다. 바람직한 실시 예로, 상부 투광 플레이트는 유리 재질로 형성될 수 있다.
상부 투광 플레이트와 하부 투광 플레이트의 전체적인 형상은 얇은 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 상부 투광 플레이트와 하부 투광 플레이트의 상면과 하면은 미리 결정된 모양(가령, 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형 등)으로 형성될 수 있다. 상부 투광 플레이트와 하부 투광 플레이트의 상면과 하면은 서로 동일한 모양 및/또는 크기를 갖도록 형성되거나 혹은 서로 다른 모양 및/또는 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
하부 투광 플레이트에는 상기한 것과 같이 퀀텀닷 형광체를 수용하기 위한 중공영역이 하부 투광 플레이트의 상면에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 각각의 중공영역영역은 동일한 크기와 모양을 가지고, 일정한 간격으로 배열될 수 있다. 한편, 다른 실시예로 복수의 중공영역영역이 하부 투광 플레이트의 상면에 일렬로 배열되도록 형성될 수 도 있다. 이러한 중공영역영역은 하부 투광 플레이트의 상면에 대한 부분적 식각 과정을 통해 형성될 수 있다.
하부 투광 플레이트에 중공영역이 형성되는 과정에서 중공영역과 단차를 가지는 측면 투광 플레이트가 형성될 수 있다. 측면 투광 플레이트는 중공영역을 둘러싸는 격벽 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 중공영역들에 대응하여 복수의 중공영역의 외곽에 위치할 수 있다.
이후, 퀀텀닷 형광체 주입 단계(S110)는 복수의 상기 중공영역에 퀀텀닷 형광체를 주입하는 단계를 의미할 수 있다. 퀀텀닷 형광체 주입 단계(S110)는 중고영역이 형성된 투광 플레이트를 지그(jig) 내부로 이동시킨 후, 지그 내부를 진공 상태로 만든 후 퀀텀닷 형광체를 투광 플레이트의 중공영역에 주입하는 단계를 의미할 수 있다. 퀀텀닷 형광체는 졸(sol) 상태이므로, 중공영역의 하부에서부터 상부 방향으로 채워지게 된다. 퀀텀닷 형광체가 채워지면 지그 내부의 온도를 미리 결정된 온도까지 상승시켜 퀀텀닷 형광체를 단단하게 경화시킬 수 있다.
또한, 상부 투광 플레이트, 측면 투광 플레이트 및 하부 투광 플레이트는 높은 평탄도를 갖도록 형성되어, 후술할 레이저 용접으로 인한 접합율을 향상시킬 수 있다. 일 예로 하부 투광 플레이트, 측면 투광 플레이트 및 상부 투광 플레이트를 구성하는 적어도 일면은 평탄도는 1 마이크로미터 이하일 수 있다.
용접 단계(S120)는 복수의 퀀텀닷 형광체가 실링되도록 하부 투광 플레이트의 상부에 위치하는 측면 투광 플레이트에 상부 투광 플레이트를 용접하여 퀀텀닷 플레이트 조립체를 생성하는 단계일 수 있다. 이하, 퀀텀닷 플레이트 조립체는 상부 투광 플레이트, 측면 투광 플레이트, 하부 투광 플레이트 및 퀀텀닷 형광체를 포함하고, 퀀텀닷 플레이트는 퀀텀닷 플레이트 조립체가 후술할 과정을 통하여 컷팅되고 분리되어 퀀텀닷 형광체 단위로 구분되는 구성으로 정의하여 설명하기로 한다.
보다 상세하게, 하부 투광 플레이트의 상부에 상부 투광 플레이트를 배치하여 하부 투광 플레이트의 중공영역영역에 존재하는 퀀텀닷 형광체를 커버할 수 있다. 상부 투광 플레이트가 하부 투광 플레이트의 측면 투광 플레이트 상부에 적층된 상태에서 레이저 장치를 이용하여 미리 결정된 파장을 갖는 펨토 레이저 빔(femto laser beam)을 상부 투광 플레이트의 상면에 수직한 방향으로 조사할 수 있다. 이 때, 미리 결정된 파장은 1000㎚ 내지 1100㎚의 파장을 포함할 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 1030㎚ 내지 1060㎚의 파장을 포함할 수 있다.
레이저 장치는 측면 투광 플레이트의 상면과 상부 투광 플레이트의 하면이 서로 만나는 영역을 따라 펨토 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상기 펨토 레이저 빔이 조사된 글래스 영역은 고온(가령, 2000℃ 내지 3000℃)으로 용융되어, 하부 투광 플레이트 와 상부 투광 플레이트를 접합시킨다. 상기한 레이저 글래스 용접은 10-3g/㎡/day 미만의 투습도(즉, 단위면적당 습기가 침투할 수 있는 정도, Water Vapor Transmission Rate)를 유지함으로써, 상기 하부 투광 플레이트의 측면 투광 플레이트와 상부 투광 플레이트 사이로 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 레이저 글래스 용접을 통해, 하부 투광 플레이트의 측면 투광 플레이트와 상부 투광 플레이트 사이에 존재하는 복수의 중공영역영역들의 퀀텀닷 형광체를 실링할 수 있다.
퀀텀닷 플레이트 형성 단계(S130)는 퀀텀닷 플레이트 조립체를 퀀텀닷 형광체 단위로 컷팅하여 퀀텀닷 형광체를 생성하는 단계일 수 있다. 보다 상세하게, 퀀텀닷 플레이트 형성 단계(S130)는 퀀텀닷 플레이트의 상면의 너비가 퀀텀닷 플레이트의 하면의 너비보다 크도록 컷팅하는 단계일 수 있다.
퀀텀닷 플레이트 형성 단계(S130)는 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제1 측면을 형성하기 위한 제1 컷팅 단계와 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제2 측면을 형성하기 위한 제2 컷팅 단계를 포함할 수 있다. 여기서 제1 측면과 제2 측면은 퀀텀닷 형광체를 중심을 기준으로 서로 대칭하도록 단면이 형성될 수 있다.
퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하는 과정에서 소정의 파장을 가지는 펨토 레이저 빔이 사용될 수 있고, 퀀텀닷 형광체 단위로 퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하기 위해서 레이저 장치는 각각의 중공영역영역의 사이로 레이저를 조사할 수 있다.
그리고 다수의 퀀텀닷 형광체에 대응하여 복수의 레이저 장치가 동시에 레이저를 조사할 수 있다. 레이저 장치는 퀀텀닷 형광체를 기준으로 일면을 레이저로 컷팅하고, 상기 일면의 반대쪽 면을 다시 컷팅할 수 있다. 이러한 레이저 컷팅 과정은 퀀텀닷 플레이트를 둘러싸는 전후좌우의 사면에 대하여 모두 수행될 수 있다.
레이저 장치가 퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하기 위해 레이저를 조사할 때, 레이저 장치는 퀀텀닷 플레이트 조립체의 상면에 수직하는 방향으로 레이저를 조사하지 않고, 소정의 각도 기울어진 사선 방향으로 레이저를 조사할 수 있다. 이를 통해, 컷팅된 퀀텀닷 플레이트 조립체의 측면은 기울어진 경사면으로 형성될 수 있다.
이 때, 퀀텀닷 플레이트의 측면에 경사면을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 입사각은 10 내지 30의 각도로 설정함이 바람직하다.
이후, 개별 단위로 컷팅된 퀀텀닷 플레이트를 퀀텀닷 플레이트 조립체로부터 분리할 수 있다. 이러한 분리는 블레이드(blade)를 이용해 물리적인 힘을 가하여 분리시키는 브레이킹 공정을 통해 수행될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 실시예에 따라 퀀텀닷 플레이트가 제조되는 과정을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 상기한 하부 투광 플레이트(200)가 구비되는 단계(S200)와, 하부 투광 플레이트(200)에 대한 에칭 과정을 통해 중공영역(211)과 측면 투광 플레이트(210)가 형성되는 단계(S210) 및 상기 중공영역(211)에 퀀텀닷 형광체가 주입되는 단계(S220)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 하부 투광 플레이트(200)가 구비될 수 있고, 하부 투광 플레이트(200)에는 중공영역(211)과 측면 투광 플레이트(210)가 형성될 수 있다. 이후, 중공영역(211)에 퀀텀닷 형광체(300)가 주입되면서 하부 투광 플레이트(200)는 중공영역영역(211)과 중공영역(211)을 둘러싸는 측면 투광 플레이트(210)를 통해 퀀텀닷 형광체(300)를 수용할 수 있다.
도 2 내지 도 6에서 2개의 퀀텀닷 형광체(300)가 하부 투광 플레이트(200)에 수용된 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 하나 이상의 퀀텀닷 형광체(300)가 하부 투광 플레이트(200)에 수용될 수 있다. 또한, 이에 대응하여 상부 투광 플레이트(100) 및 하부 투광 플레이트(200)의 크기나 길이도 다양할 수 있다.
도 3은 상기한 퀀텀닷 플레이트 조립체가 생성되는 과정을 설명하기 위한 도면으로 이해될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 투광 플레이트(100) 및 하부 투광 플레이트(200)가 레이저 장치(10)에 의해 용접되어 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)를 형성할 수 있다. 레이저 장치(10)는 상부 투광 플레이트(100)와 하부 투광 플레이트(200)의 측면 투광 플레이트(210)가 접촉하는 지점을 레이저로 용융하여 용접시킴으로써 앞선 과정에서 중공영역에 주입된 퀀텀닷 형광체(300)가 내부에 실링되도록 할 수 있다.
도 4와 도 5는 상기한 퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하는 과정을 설명하기 위한 도면으로 이해될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 장치(20)는 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)의 상면에 수직하는 방향에서 소정 각도 기울어진 상태로 레이저를 조사할 수 있다. 도 4의 과정을 통해 퀀텀닷 플레이트는 기울어진 경사면을 가지는 제1 측면(410)을 형성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 레이저 장치(20)는 레이저의 조사를 통하여 제1 측면(410)과 반대쪽 측면인 제2 측면(420)을 형성할 수 있다. 이 때, 레이저 장치(20)는 제1 측면(410)과 제2 측면(420)이 퀀텀닷 형광체를 기준으로 서로 대칭하여 형성되도록 레이저가 조사되는 입사각(A, B)을 조절할 수 있다.
제1 측면(410)을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 입사각(A)과 제2 측면(420)을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 입사각(B)은 제조하고자 하는 발광소자 패키지의 크기와 환경에 따라 다양할 수 있고, 서로 같거나 다를 수 있다. 본 발명에서 레이저의 입사각(A, B)은 10도 내지 30도의 범위로 함이 바람직하다.
퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하는 과정을 통하여 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)는 상면의 너비가 하면의 너비보다 긴 형태의 퀀텀닷 플레이트를 생성할 수 있다. 각각의 퀀텀닷 플레이트는 하나의 퀀텀닷 형광체(300)를 포함할 수 있다.
퀀텀닷 플레이트 조립체를 컷팅하는 과정은 퀀텀닷 플레이트를 둘러싸는 전후좌우의 사면에 대하여 모두 수행될 수 있다.
도 6은 상기한 퀀텀닷 플레이트 조립체를 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면으로 이해될 수 있다. 도 6을 참조하면, 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)에 대한 브레이킹 공정을 통하여 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)가 하나 이상의 퀀텀닷 플레이트(401, 402)로 분리된 것을 알 수 있다. 각각의 퀀텀닷 플레이트(401, 402)의 상면과 측면이 이루는 내각(C)은 상기한 레이저의 입사각(A, B)이 10도 내지 30도인 것에 대응하여 60도 내지 80도로 형성될 수 있다.
도 7은 도 1의 실시예에 따라 퀀텀닷 플레이트(401)를 포함하는 발광소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 발광소자 패키지는 퀀텀닷 형광체(300)를 내부에 수용하는 퀀텀닷 플레이트(401), 발광소자(500) 및 반사체(600)를 포함할 수 있다. 도 7의 설명에 있어 앞선 도면들과 중복되는 구성 또는 효과에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 7의 퀀텀닷 플레이트(401)는 앞서 설명한 퀀텀닷 플레이트 조립체(400)로부터 분리된 하나 이상의 퀀텀닷 플레이트 중 하나를 예시한다.
도 7에서 상부 투광 플레이트와 측면 투광 플레이트를 포함하는 하부 투광 플레이트는 투광 플레이트 바디로 정의될 수 있다.
발광소자(500)는 미리 결정된 광을 방사하기 위한 구성으로서, 플립칩 타입의 LED 발광 소자가 대표적으로 예시될 수 있다. 발광소자(500)는 상부 및 측부를 통해 광을 출력할 수 있다. 그리고 발광소자(500)는 기판, 도전형 반도체층, 활성층, 도전형 메탈층 등을 포함하여 제작될 수 있다.
발광소자(500)는 화합물 반도체의 조성비에 따라 서로 다른 파장의 광을 방사할 수 있다. 즉, 발광소자(500)는 적색, 녹색, 청색 등의 빛을 방출하는 유색 LED 칩, 백색 빛을 방출하는 백색 LED 칩 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) LED 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광소자(500)는 접착층(도시되지 않음)을 통해 퀀텀닷 플레이트(401)에 접착될 수 있다. 접착층(또는 접착 시트)은 발광소자(500)와 퀀텀닷 플레이트(401)의 사이에 배치되어, 발광소자(500)와 퀀텀닷 플레이트(401)를 접착시킬 수 있다. 상기 접착층은 발광소자(500)의 상면에 전체적으로 도포며, 발광소자(500)에서 출력되는 광이 쉽게 투과할 수 있도록 투명한 재질로 형성될 수 있다.
발광소자(500)의 저면에는 적어도 하나 이상의 전극을 포함할 수 있고, 전극은 후술할 반사체(600)가 형성된 상태에서 반사체(600)의 저면보다 하부로 더 돌출될 수 있다. 돌출된 발광소자(500)의 전극을 통하여 발광소자(500)는 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
반사체(600)는 퀀텀닷 플레이트(401) 및 발광소자(500)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 반사체(600)는 외부 환경 및/또는 외부 충격 등으로부터 발광소자(500) 및 퀀텀닷 플레이트(401)를 보호할 수 있다. 또한, 반사체(600)는 발광소자(500)에서 방사되는 빛을 특정 방향(가령, 상부 방향)으로 반사시킬 수 있다.
반사체(600)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드 9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직한 실시 예로, 상기 반사체(600)는 실리콘(Silicon) 재질로 형성될 수 있다.
반사체(600)는 도 7에 도시된 바와 같이, 양 측면이 경사진 퀀텀닷 플레이트(401)의 형상에 대응하여 퀀텀닷 플레이트(401)와 발광소자(500)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 퀀텀닷 플레이트(401)의 측면을 둘러싸는 반사체(600)는 상부보다 하부가 상대적으로 큰 두께를 가지게 된다. 이를 통하여, 발광소자(500)에서 출력되는 광이 반사체에 반사되어 효율적으로 발광소자 패키지의 상부로 출력될 수 있다.
또한, 동일한 크기의 발광소자 패키지와 비교할 때, 상대적으로 반사체(600)의 두께를 증가시킬 수 있으므로, 반사체(600)를 통해 외부로 유출되는 광량을 줄일 수 있다. 결과적으로 발광소자 패키지의 상부로 출력되는 광량을 증대시킬 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 중공영역 및 측면 투광 플레이트 형성 단계
S110: 퀀텀닷 형광체 주입 단계
S120: 용접 단계
S130: 퀀텀닷 플레이트 형성 단계
S110: 퀀텀닷 형광체 주입 단계
S120: 용접 단계
S130: 퀀텀닷 플레이트 형성 단계
Claims (18)
- 하부 투광 플레이트의 상면에 복수의 중공영역(Empty Portion)들과 상기 복수의 중공영역들의 외곽에 위치하는 복수의 측면 투광 플레이트들을 형성하는 단계;
상기 복수의 중공영역들에 퀀텀닷 형광체를 주입하는 단계;
상기 하부 투광 플레이트의 상부에 상부 투광 플레이트를 배치하고, 상기 상부 투광 플레이트의 상면에 수직한 방향으로 제1 파장의 레이저 빔을 조사하여 상기 측면 투광 플레이트들과 상기 상부 투광 플레이트를 용접하는 단계; 및
상기 중공영역들의 측면 투광 플레이트들을 제2 파장의 레이저 빔으로 컷팅하여 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 측면 투광 플레이트가 일정한 각도를 가지도록 사선 컷팅되는 것을 특징으로 하는 퀀텀탓 플레이트의 제조방법. - 제1 항에 있어서, 상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계는 상기 퀀텀닷 플레이트의 상면의 너비가 상기 퀀텀닷 플레이트의 하면의 너비보다 크도록 컷팅하는 것을 특징으로 하는 퀀텀탓 플레이트의 제조방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계에는 상기 상부 투광 플레이트에서 상기 하부 투광 플레이트로 갈수록 상기 중공영역과 가까워 지는 방향으로 상기 퀀텀닷 플레이트의 측면을 컷팅하는 것을 특징으로 하는 퀀텀탓 플레이트의 제조방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 일정한 각도는 60도 보다 크고 80도 보다 작은 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 퀀텀탓 플레이트의 제조방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 복수의 퀀텀닷 플레이트를 형성하는 단계는
상기 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제1 측면을 형성하기 위한 제1 컷팅 단계; 및
상기 퀀텀닷 플레이트의 경사진 제2 측면을 형상하기 위한 제2 컷팅 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 제 5항에 있어서, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은
상기 퀀텀닷 플레이트의 상기 퀀텀닷 형광체를 중심을 기준으로 대칭하도록 단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 파장의 레이저와 상기 제2 파장의 레이저 빔은, 1000nm 내지 1100nm의 파장을 갖는 펨토 레이저 빔임을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법.
- 1 항에 있어서, 상기 상부 투광 플레이트, 상기 측면 투광 플레이트 및 상기 하부 투광 플레이트의 일면의 평탄도는
1 마이크로 미터(㎛)이하인 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 중공영역들은,
기계적 가공 공정, 화학적 가공 공정 및 조립 공정 중 어느 하나의 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 중공영역은
진공(vacuum)상태 인 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 중공영역의 너비는
이후에 실장되는 발광소자의 너비보다 큰 것을 특징으로 하는 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법. - 발광소자;
상기 발광소자 상부에 형성되며 하부 투광 플레이트, 상기 하부 투광 플레이트의 상면에 형성되는 복수개의 측면 투광 플레이트, 상기 하부 투광 플레이트의 상면에 대응하며 상기 복수개의 측면 투광 플레이트의 상면에 형성되는 상부 투광 플레이트 및 내측에 중공영역(Empty Portion)이 형성된 투광 플레이트 바디;
상기 중공영역에 형성되는 퀀텀닷 형광체; 및
상기 발광소자의 측면 및 투광 플레이트 바디의 측면을 둘러싸는 반사체;를 포함하며,
상기 투광 플레이트 바디의 측면은 일정한 각도의 사선 형태를 가지며, 상기 상부 투광 플레이트의 너비가 상기 하부 투광 플레이트의 너비보다 큰 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지. - 제12 항에 있어서, 상기 일정한 각도는 60도 내지 80도 의 각도인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제12 항에 있어서, 상기 일정한 각도는 상기 투광 플레이트 바디의 측면이 상기 상부 투광 플레이트에서 상기 하부 투광 플레이트로 갈수록 상기 중공영역과 가까워 지는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제12 항에 있어서, 상기 일정한 각도는 상기 퀀텀닷 형광체를 중심으로 상기 투광 플레이트 바디의 4개의 측면이 대칭하도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제12 항에 있어서, 상기 상부 투광 플레이트, 상기 측면 투광 플레이트 및 상기 하부 투광 플레이트의 일면의 평탄도는 1 마이크로 미터(㎛)이하인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제 12항에 있어서,
상기 발광소자의 저면에는 적어도 하나 이상의 전극을 포함하며,
상기 전극은 상기 반사체의 저면보다 하부로 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지. - 제 12항에 있어서,
상기 중공영역은 진공(vacuum)상태 인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180100246A KR20200023827A (ko) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | 퀀텀닷 플레이트의 제조 방법 및 발광소자 패키지 |
| PCT/KR2018/016210 WO2019190026A1 (ko) | 2018-03-26 | 2018-12-19 | 퀀텀닷 플레이트 조립체와 이를 포함하는 발광소자 패키지 및 led 모듈 |
| US16/272,210 US10879432B2 (en) | 2018-03-26 | 2019-02-11 | Quantum dot plate assembly and LED package and module comprising the same |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20200023827A (ko) |
-
2018
- 2018-08-27 KR KR1020180100246A patent/KR20200023827A/ko not_active Application Discontinuation
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