WO2013024916A1 - 파장변환형 발광다이오드 칩 및 그 제조방법 - Google Patents

파장변환형 발광다이오드 칩 및 그 제조방법 Download PDF

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wavelength conversion
led chip
conductive
conversion type
type led
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김용태
이노우에토미오
김제원
쯔쯔이쯔요시
이종호
채승완
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삼성전자주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion type light emitting diode chip, and more particularly, to a wavelength conversion type light emitting diode chip capable of reducing color temperature variation according to an emission angle while implementing uniform light emitting characteristics and a method of manufacturing the same.
  • Light Emitting Diode (hereinafter, referred to as 'LED') is a semiconductor device that converts electrical energy into optical energy, and is composed of a compound semiconductor that emits light of a specific wavelength according to an energy band gap. Its use is expanding from the back light unit (BlU) for displays and LCDs to computer monitors.
  • BlU back light unit
  • a light emitting device package has been manufactured by applying a mixture of a phosphor and a transparent resin around a LED chip by a known method such as dispensing for white light emission.
  • a difference in color characteristics such as a color temperature occurs between the white light emitted from the upper surface and the side of the chip is different from the amount of phosphor located on the upper surface and the side of the LED chip.
  • the optical path is long due to scattering by the phosphor and thus there is a problem that the light efficiency is also lowered.
  • the semiconductor epitaxial layer is grown on the same wafer under the same growth conditions, it has different emission light characteristics according to each chip region.
  • the final white LED chip has different characteristics of white light due to different emitted light characteristics, which may cause color scattering problems.
  • the present invention is to solve the above problems of the prior art, one object of the present invention is to provide a wavelength conversion type LED chip manufacturing method having a fluorescent film that can be uniformly coated on the surface of the chip to provide a white light corresponding to the desired color coordinate region. It is.
  • Another object of the present invention is to provide a wavelength conversion type LED chip manufacturing method having a fluorescent film that is uniformly coated on the chip surface and can provide white light corresponding to a desired color coordinate region.
  • the plurality of LED chips may be selected based on the characteristics of a particular emitted light from among a plurality of LED chips obtained from at least one wafer.
  • the characteristic of the emitted light may be at least one of the peak wavelength and the light output of the emitted light.
  • the temporary support plate may have a dam structure surrounding the chip arrangement region.
  • the dam structure may have a height that is at least greater than the height of the chip on which the conductive bumps are formed.
  • An interval of the LED chip attached to the temporary support plate may be set larger than twice the thickness of the portion of the wavelength conversion layer to be located on the side of the LED chip.
  • the phosphor-containing resin package forming process may be performed by a process selected from dispensing, screen printing, spin coating, spray coating, or transfer molding.
  • the plurality of LED chips comprises an insulating substrate, a semiconductor epitaxial layer having a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer sequentially formed on the insulating substrate, and the first substrate. And first and second electrodes respectively formed on the second conductive semiconductor layer.
  • the plurality of LED chips comprises a conductive substrate, a semiconductor epitaxial layer having a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer sequentially formed on the conductive substrate, and the second It may include an electrode formed on the conductive semiconductor layer.
  • Another aspect of the invention is a semiconductor epitaxial layer having a substrate, a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer sequentially formed on the substrate, and at least one formed on the semiconductor epitaxial layer An electrode, a conductive bump formed on a surface of the at least one electrode, and a resin containing at least one phosphor powder, the conductive epitaxial layer being formed to surround the side surface of the substrate, wherein the conductive Provided is a wavelength conversion type LED chip including a wavelength conversion layer having an upper surface forming the same plane as an upper surface of a bump.
  • the substrate is an insulating substrate
  • the at least one electrode may include first and second electrodes formed on the first and second conductive semiconductor layers, respectively.
  • the substrate may be a conductive substrate
  • the at least one electrode may include an electrode formed on the second conductive semiconductor layer.
  • the present invention in manufacturing the phosphor film at the chip level, it is possible to provide a phosphor film forming technology capable of improving color scattering yield and minimizing color temperature variation for each orientation by applying the entire surface to the side as well as the top surface of the chip.
  • the phosphor can be uniformly coated according to the optical characteristics of the LED chip, thereby providing a high quality white LED chip corresponding to a desired target color coordinate region. It can achieve mass production through process yield and manufacturing cost reduction.
  • FIGS. 1A to 1F are cross-sectional views of processes for explaining a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing an example of an LED chip that can be used in one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a top plan view showing a temporary support plate attached to the LED chip during the manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side cross-sectional view showing a wavelength conversion type LED chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing a wavelength conversion type LED chip according to another embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are cross-sectional views illustrating a backlight unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A to 1F are cross-sectional views of processes for explaining a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing process according to the present embodiment begins with attaching a plurality of LED chips 20 to the chip arrangement region on the upper surface of the temporary support plate 11, as shown in FIG.
  • the plurality of LED chips 20 may have a structure shown in FIG. 1. That is, in the LED chip 20 employed in the present embodiment, the semiconductor epitaxial layer on which the first conductive semiconductor layer 25a, the active layer 25c and the second conductive semiconductor layer 25b are formed is formed on the insulating substrate 21. It has a shir layer 25. In addition, the first and second electrodes 27a and 27b may be formed on the first conductive semiconductor layer 25a and the second conductive semiconductor layer 25b which are exposed by mesa etching.
  • the electrodes 27a and 27b of both polarities are located toward the direction in which the semiconductor epitaxial layer 25 is formed, the surfaces on which the two electrodes 27a and 27b are formed are attached upward.
  • the plurality of LED chips 20 may be selected based on characteristics of a particular emitted light from among a plurality of LED chips obtained from at least one wafer.
  • the characteristic of the emitted light may be at least one of the peak wavelength and the light output of the emitted light.
  • chips obtained on the same wafer also exhibit different wavelength characteristics. Therefore, when the phosphor film is collectively applied to the entire chip region at the wafer level, deviation occurs in the converted wavelength, that is, the characteristic of the white light, so that a plurality of chips do not satisfy the desired target color coordinate region.
  • the phosphor layer forming process is performed at the chip level, an appropriate phosphor film for distinguishing chips having similar wavelength characteristics in advance and obtaining desired color coordinate characteristics can be applied, and thus, a wafer level process. It can provide an advantageous advantage in providing a high-quality wavelength conversion type LED chip corresponding to the target color coordinate region than in.
  • the temporary support plate 11 is not limited, a material which is easy to separate the LED chip on which the fluorescent film is formed after the fluorescent film is formed or a material having excellent thermal properties is preferable.
  • UV curable PET having high heat resistance It may be a film, a metal substrate such as Al or Cu having excellent thermal conductivity, or an inorganic substrate such as silicon.
  • the spacing D of the LED chip 20 attached to the temporary support plate 11 is the thickness of the portion of the wavelength conversion layer 29 to be positioned on the side surface of the LED chip 20. It is preferable to set larger than twice ("d" in Fig. 1E). That is, the distance D may be set in consideration of the slicing width to be removed in the cutting process of FIG. 1E.
  • the temporary support plate 11 may include a dam structure 14 surrounding the chip arrangement region, as shown in FIG. 2.
  • the LED chip 20 attached to the chip arrangement region may have an M x N arrangement to maintain a constant interval.
  • the dam structure 14 may have a height greater than at least the height of the chip on which the conductive bumps are formed so that the phosphor layer to be formed in FIG. 1C may cover the conductive bumps 28a and 28b.
  • conductive bumps 28a and 28b are formed on the electrodes 27a and 27b of the respective LED chips 20.
  • the conductive bumps 28a and 28b are formed to have a height greater than the desired thickness of the phosphor layer to be formed on the surface thereof.
  • the conductive bumps 28a and 28b may be formed to have a thickness of 50 to 120 ⁇ m.
  • the stud bumps can be laminated in two or more stages.
  • a resin packaging portion 29 'containing phosphors is formed in the chip arrangement region.
  • the phosphor-containing resin packaging portion 29 'formed in this step is preferably formed to have a height H that can cover the conductive bumps 28a and 28b.
  • the phosphor-containing resin packaging part forming process may be performed by a process selected from dispensing, screen printing, spin coating, spray coating, and transfer molding. Among them, in the case of applying a liquid resin such as dispensing, the dam structure may play a role in determining the formation height.
  • the phosphor-containing resin packaging part 29 ' is polished so as to expose the conductive bumps 28a and 28b on the upper surface of the phosphor-containing resin packaging part 29'.
  • the thickness of the resin packaging portion 29 ' can be adjusted to the desired thickness over the entire area, and the bonding area e of the conductive bumps (e) can be provided to have almost the same thickness for the entire chip. ) Can be exposed on the upper surface of the phosphor resin packaging portion 29 '.
  • the phosphor-containing resin packaging part 29 ′ between the LED chips is cut to form a wavelength converting LED chip 30, and a wavelength converting LED chip 30. ) Is separated from the temporary support substrate (11).
  • the wavelength conversion type LED chip 30 obtained in this step may have a wavelength conversion layer 29 obtained from the above-mentioned phosphor-containing resin packaging part on its side and top surface.
  • the thickness h of the portion located on the upper surface of the chip can be precisely adjusted to an appropriate thickness by a polishing process, and the thickness d of the portion located on the side of the chip.
  • the spacing D and the slicing width w at the time of attaching the LED chip 20 it is possible to obtain a precise and uniform thickness.
  • an appropriate wavelength conversion layer may be provided according to the optical characteristics of the LED chip to provide a high quality white LED chip corresponding to a desired target color coordinate region.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing a wavelength conversion type LED chip obtained through the process shown in FIG. 1 as one embodiment of the present invention.
  • the wavelength conversion type LED chip 30 shown in FIG. 4 includes a substrate 21 and a first conductive semiconductor layer 25a, an active layer 25c, and a second conductive type sequentially formed on the substrate 21.
  • the substrate 21 may be an insulating substrate such as a sapphire substrate.
  • an exposed region is provided through mesa etching, and the exposed region of the first conductive semiconductor layer 25a is formed of the first electrode 27a.
  • the second electrode 27b is formed on the second conductive semiconductor layer 25b. In this way, both the bipolar electrodes 27a and 27b are located toward the same surface.
  • Conductive bumps 28a and 28b are formed on the surfaces of the first and second electrodes 27a and 27b, respectively.
  • a wavelength conversion layer 29 made of a resin body 29b containing at least one phosphor powder 29a is formed.
  • the wavelength conversion layer 29 is formed to surround the surface of the semiconductor epitaxial layer 25 and the side surface of the substrate 21.
  • the wavelength conversion layer 29 has an overall flat upper surface to have a predetermined thickness h in the upper surface region of the chip 20, and the conductive bumps 28a and 28b have the same plane as the upper surface of the wavelength conversion layer 29. It has a bonding area. In addition, the wavelength conversion layer 29 is provided to have a constant thickness d on the side of the chip 20.
  • the wavelength conversion type LED chip 30 provided according to the present embodiment may have the thickness of the wavelength conversion layer 29 as a whole, and the thickness thereof may be precisely adjusted, thereby reducing the color temperature difference according to the emission angle. It can be minimized.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing a wavelength conversion type LED chip according to another embodiment of the present invention.
  • the wavelength conversion type LED chip 60 shown in FIG. 5 includes a substrate 51 and a first conductivity type semiconductor layer 55a, an active layer 55c, and a second conductivity type sequentially formed on the substrate 51.
  • the substrate 51 may be a conductive substrate such as a metal layer formed by plating.
  • an electrode that is conductive to the first conductivity type semiconductor layer 55a is provided through the substrate 51. Meanwhile, the exposed region electrode 57 of the first conductivity type semiconductor layer 55a is formed.
  • Conductive bumps 58 are formed on the surface of the electrode 57. Further, a wavelength conversion layer 59 made of a resin body 59b containing at least one phosphor powder 59a is formed.
  • the wavelength conversion layer 59 is formed to surround the surface of the semiconductor epitaxial layer 55 and the side surface of the substrate 51.
  • the wavelength conversion layer 59 has an overall flat upper surface to have a predetermined thickness h1 in the upper surface region of the chip 50, and the conductive bumps 58 have a plane having the same plane as the upper surface of the wavelength conversion layer 59. Has an area.
  • the wavelength conversion layer 59 is provided to have a constant thickness d1 at the side of the chip 50.
  • the wavelength conversion type LED chip 60 according to the present embodiment also has a thickness of the wavelength conversion layer 59 as a whole, similarly to the form shown in FIG. Because it can be precisely adjusted, the color temperature difference according to the radiation angle can be minimized. As such, the phosphor film forming technology according to the present invention may be advantageously applied to light emitting diodes having various structures.
  • the LED chip having the wavelength conversion layer described above may be implemented as various types of packages having electrode connection structures for easy connection with external circuits, and thus may be used as LED light sources of various devices.
  • 6A and 6B are cross-sectional views illustrating an example of a backlight unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • an edge type backlight unit 1300 is illustrated as an example of a backlight unit to which a light emitting diode package according to the present invention may be applied as a light source.
  • the edge type backlight unit 1300 may include a light guide plate 1340 and an LED light source module 1310 provided on both side surfaces of the light guide plate 1340.
  • the LED light source module 1310 is illustrated in the form provided on opposite sides of the light guide plate 1340, but may be provided only on one side, alternatively, additional LED light source module may be provided on the other side. .
  • a reflecting plate 1320 may be additionally provided under the light guide plate 1340.
  • the LED light source module 1310 employed in the present embodiment includes a printed circuit board 1301 and a plurality of LED light sources 1305 mounted on an upper surface of the substrate 1301, wherein the LED light source 1305 has the aforementioned wavelength. It is applied to a light emitting device package employing a conversion type LED chip.
  • a direct backlight unit 1400 is illustrated as an example of another type of backlight unit.
  • the direct type backlight unit 1400 may include a light diffusion plate 1440 and an LED light source module 1410 arranged on the bottom surface of the light diffusion plate 1440.
  • the backlight unit 1400 illustrated in FIG. 6B may include a bottom case 1460 to accommodate the light source module under the light diffusion plate 1440.
  • the LED light source module 1410 employed in this embodiment includes a printed circuit board 1401 and a plurality of LED light sources 1405 mounted on an upper surface of the substrate 1401.
  • the plurality of LED light sources 1405 are applied to the light emitting device package employing the above-described wavelength conversion type LED chip.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • the display device 2400 illustrated in FIG. 7 includes a backlight unit 2200 and an image display panel 2300 such as a liquid crystal panel.
  • the backlight unit 2200 includes a light guide plate 224 and an LED light source module 2100 provided on at least one side of the light guide plate 2240.
  • the backlight unit 2200 may further include a bottom case 2210 and a reflector 2220 disposed under the light guide plate 2120 as shown.
  • the light guide plate 2240 and the liquid crystal panel 2300 may include various types of optical sheets 2260 such as a diffusion sheet, a prism sheet, or a protective sheet.
  • the LED light source module 2100 may include a printed circuit board 2110 provided on at least one side of the light guide plate 2240, and mounted on the printed circuit board 2110 to inject light into the light guide plate 2240.
  • a plurality of LED light source 2150 is included.
  • the plurality of LED light sources 2150 may be light emitting device packages including the above-described wavelength converting LED chip.
  • the plurality of LED light sources employed in the present embodiment may be side view type light emitting device packages in which side surfaces adjacent to the light emitting surface are mounted.
  • the above-described phosphor may be applied to a package of various mounting structures to be applied to an LED light source module that provides various types of white light.
  • the light emitting device package or the light source module including the same may be applied to various types of display devices or lighting devices.

Abstract

본 발명의 일 측면은 임시 지지판 상면의 칩배열영역에 적어도 하나의 전극이 형성된 면이 상부로 향하도록 복수의 LED 칩을 부착시키는 단계와, 상기 각 LED 칩의 전극 상에 도전성 범프를 형성하는 단계와, 상기 도전성 범프를 덮도록 상기 칩배열영역에 형광체가 함유된 수지포장부를 형성하는 단계와, 상기 형광체 함유 수지포장부의 상면에 상기 도전성 범프가 노출되도록 상기 형광체 함유 수지포장부를 연마하는 단계와, 상기 LED 칩 사이의 상기 형광체 함유 수지포장부를 절단하여 파장변환형 LED 칩을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 파장변환형 LED 칩의 측면과 상면에는 상기 형광체 함유 수지포장부로부터 얻어진 파장변환층이 형성됨 - 와, 상기 파장변환형 LED 칩으로부터 상기 임시 지지판을 제거하는 단계를 포함하는 파장변환형 LED 칩 제조방법을 제공한다.

Description

파장변환형 발광다이오드 칩 및 그 제조방법
본 발명은 파장변환형 발광다이오드 칩에 관한 것으로서, 특히 균일한 발광특성을 구현하면서 방사각에 따른 색온도 편차를 저감시킬 수 있는 파장변환형 발광다이오드 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라고 함)는 전기에너지를 광에너지로 변환하는 반도체 소자로서, 에너지 밴드 갭에 따른 특정한 파장의 빛을 내는 화합물 반도체로 구성되며, 광통신 및 모바일 디스플레이, 컴퓨터 모니터 등과 같은 디스플레이, LCD용 평면광원(Back Light Unit: BlU)에서부터 조명의 영역까지 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.
특히, 조명용 LED 개발은 기존의 LED에 비해 고전류, 고광량 및 균일한 발광특성을 요구하므로 새로운 디자인 및 공정 개발이 요구된다.
종래에는, 주로 발광소자 패키지는 백색 발광을 위해 형광체와 투명 수지의 혼합물을 디스펜싱(dispensing) 등의 공지된 방법으로 LED 칩 주위에 도포하여 제조되어 왔다. 이 경우, LED 칩의 상면과 측면에 위치한 형광체의 양이 달라, 칩 상면에서 나오는 백색광과 칩 측면에서 나오는 백색광 사이에 색온도와 같은 색특성 차이가 발생하게 되는 문제가 있다.
또한, LED 칩이 실장되는 영역을 컵 구조를 형성하여 그 컵 구조 내에 수지를 충전하는 경우에는, 형광체에 의한 산란으로 광경로가 길어져서 광효율도 떨어지는 문제점도 있다.
다른 한편, 웨이퍼 레벨에서 직접 동일한 조건의 형광체층을 형성하는 경우에도 균일한 발광특성을 보장하기 어려운 문제가 있다.
구체적으로는, 동일한 웨이퍼에서 동일한 성장조건으로 반도체 에피택셜층을 성장시키더라도, 각 칩 영역에 따라 서로 상이한 방출광 특성을 갖게 된다.
따라서, 동일한 형광체층을 적용한 경우에는 최종 얻어진 백색 LED 칩은 상이한 방출광 특성으로 인해 백색광의 특성이 각 칩마다 상이하므로, 색산포 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 일 목적은 칩 표면에 균일하게 코팅되면서 원하는 색좌표 영역에 해당하는 백색광을 제공할 수 있는 형광막을 갖는 파장변환형 LED 칩 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 칩 표면에 균일하게 코팅되면서 원하는 색좌표 영역에 해당하는 백색광을 제공할 수 있는 형광막을 갖는 파장변환형 LED 칩 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면은
임시 지지판 상면의 칩배열영역에 적어도 하나의 전극이 형성된 면이 상부로 향하도록 복수의 LED 칩을 부착시키는 단계와, 상기 각 LED 칩의 전극 상에 도전성 범프를 형성하는 단계와, 상기 도전성 범프를 덮도록 상기 칩배열영역에 형광체가 함유된 수지포장부를 형성하는 단계와, 상기 형광체 함유 수지포장부의 상면에 상기 도전성 범프가 노출되도록 상기 형광체 함유 수지포장부를 연마하는 단계와, 상기 LED 칩 사이의 상기 형광체 함유 수지포장부를 절단하여 파장변환형 LED 칩을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 파장변환형 LED 칩의 측면과 상면에는 상기 형광체 함유 수지포장부로부터 얻어진 파장변환층이 형성됨 - 와, 상기 파장변환형 LED 칩으로부터 상기 임시 지지판을 제거하는 단계를 포함하는 파장변환형 LED 칩 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 복수의 LED 칩은, 적어도 하나의 웨이퍼로부터 얻어진 다수의 LED 칩 중에서 특정한 방출광의 특성을 기준으로 선택될 수 있다. 여기서, 상기 방출광의 특성은 그 방출광의 피크파장 및 광출력 중 적어도 하나일 수 있다.
바람직하게, 상기 임시 지지판은 상기 칩 배열영역을 둘러싸는 댐구조물을 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 댐구조물은 적어도 상기 도전성 범프가 형성된 칩의 높이보다 큰 높이를 가질 수 있다.
상기 임시 지지판 상에 부착되는 LED 칩의 간격은, 상기 LED 칩의 측면에 위치할 파장변환층 부분의 두께의 2배보다 크게 설정할 수 있다.
상기 형광체 함유 수지포장부 형성공정은, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 또는 트랜스퍼 몰딩 중 선택된 공정으로 수행될 수 있다.
특정 실시형태에서, 상기 복수의 LED 칩은, 절연 기판과, 그 절연 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층과, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 상기 복수의 LED 칩은, 전도성 기판과, 그 전도성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층과, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 기판과, 상기 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층과, 상기 반도체 에피택셜층 상에 형성된 적어도 하나의 전극과, 상기 적어도 하나의 전극의 표면에 형성된 도전성 범프와, 상기 반도체 에피택셜층과 함께 상기 기판의 측면을 둘러싸도록 형성되며, 적어도 1종의 형광체 분말이 함유된 수지를 포함하고, 상기 도전성 범프의 상면과 동일한 평면을 이루는 상면을 갖는 파장변환층을 포함하는 파장변환형 LED 칩을 제공한다.
일 예에서, 상기 기판은 절연성 기판이며, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
이와 달리, 상기 기판은 전도성 기판이며, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 칩레벨에서 형광체막을 제조함에 있어서 칩 상면 뿐만 아니라 측면까지 전면 도포하여 색산포 수율 개선 및 지향각별 색온도 편차를 최소화할 수 있는 형광막 형성기술을 제공할 수 있다.
특히, 파장 및/또는 광출력 별로 LED 칩을 미리 구분하여 형광막을 형성함으로써 LED 칩의 광특성에 따라 형광체를 균일하게 코팅할 수 있으며, 이로써 원하는 목표 색좌표영역에 해당되는 고품질의 백색 LED 칩을 제공할 수 있으며, 공정수율 및 제조원가절감을 통하여 대량생산을 도모할 수 있다.
도1a 내지 도1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조공정을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조공정 중 LED 칩이 부착된 임시 지지판을 나타내는 상부 평면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파장변환형 LED 칩을 나타내는 측단면도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 LED 칩을 나타내는 측단면도이다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도1a 내지 도1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조공정을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
우선, 본 실시예에 따른 제조공정은 도1a에 도시된 바와 같이, 임시 지지판(11) 상면의 칩배열영역에 복수의 LED 칩(20)을 부착시키는 단계로 시작된다.
상기 복수의 LED 칩(20)은 도1에 도시된 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 실시형태에 채용된 LED 칩(20)은 절연 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(25a), 활성층(25c) 및 제2 도전형 반도체층(25b)이 형성된 반도체 에피택셜층(25)을 갖는다. 또한, 제1 및 제2 전극(27a,27b)이 메사에칭되어 노출된 제1 도전형 반도체층(25a) 영역과 제2 도전형 반도체층(25b) 상에 각각 형성될 수 있다.
이와 같이, 반도체 에피택셜층(25)이 형성된 방향을 향해 2 극성의 전극(27a,27b)이 모두 위치하는 경우에는 2개의 전극(27a,27b)이 형성된 면이 상부로 향하도록 부착된다.
이와 달리, 전도성 기판에 형성되어 그 반대면에 다른 하나의 극성의 전극만 위치하는 경우(일반적으로 "수직구조 발광소자"라 함)에는 도전성 범프가 형성될 전극이 형성된 면이 상부로 향하도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 LED 칩(20)은 적어도 하나의 웨이퍼로부터 얻어진 다수의 LED 칩 중에서 특정한 방출광의 특성을 기준으로 선택될 수 있다. 여기서, 상기 방출광의 특성은 그 방출광의 피크파장 및 광출력 중 적어도 하나일 수 있다.
일반적으로, 동일한 웨이퍼에서도 얻어진 칩도 서로 다른 파장특성을 나타난낸다. 따라서, 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 전체 칩영역에 일괄적으로 형광체막을 적용하는 경우에 변환된 파장, 즉 백색광의 특성에서도 편차가 발생되어 다수의 칩이 원하는 목표 색좌표영역을 만족하지 못하게 된다.
하지만, 본 실시형태는 칩 레벨(chip level)에서 형광체층 형성공정이 진행되므로, 파장특성이 유사한 칩끼리 미리 구분하여 원하는 색좌표 특성을 얻기 위한 적절한 형광체막을 적용할 수 있으며, 이를 통해서 웨이퍼 레벨의 공정에서 보다도 목표 색좌표영역에 해당되는 고품질 파장변환형 LED 칩을 제공하는데 유리한 장점을 제공할 수 있다.
*상기 임시 지지판(11)은, 한정되지는 않으나, 형광막 형성 후에 형광막이 형성된 LED 칩을 분리하기 용이한 재질이거나 열적 특성이 우수한 재질이 바람직하며, 예를 들어, 고내열성을 갖는 UV 경화형 PET 필름이거나, 열전도도가 우수한 Al, Cu와 같은 금속기판이거나, 실리콘과 같은 무기재질의 기판일 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 상기 임시 지지판(11) 상에 부착되는 LED 칩(20)의 간격(D)은, 상기 LED 칩(20)의 측면에 위치할 파장변환층(29) 부분의 두께(도1e의 "d")의 2배보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 도1e의 절단공정에서 제거될 슬라이싱 폭을 고려하여 간격(D)를 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 임시 지지판(11)은 도2에 도시된 바와 같이, 상기 칩 배열영역을 둘러싸는 댐구조물(14)을 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 칩 배열영역에 부착된 LED 칩(20)은 일정한 간격을 유지하도록 M x N 배열을 가질 수 있다.
상기 댐구조물(14)은 도1c에 형성될 형광체층이 도전성 범프(28a,28b)를 덮을 수 있도록 적어도 상기 도전성 범프가 형성된 칩의 높이보다 큰 높이를 가질 수 있다.
이어, 도1b에 도시된 바와 같이, 상기 각 LED 칩(20)의 전극(27a,27b) 상에 도전성 범프(28a,28b)를 형성한다.
상기 도전성 범프(28a,28b)는 그 면에 형성될 형광체층의 원하는 두께보다 큰 높이를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 상기 도전성 범프(28a,28b)는 50∼120㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 큰 높이를 갖는 범프를 형성하기 위해서 스터드 범프를 2단 이상으로 적층시킬 수 있다.
다음으로, 도1c에 도시된 바와 같이, 상기 칩배열영역에 형광체가 함유된 수지포장부(29')를 형성한다.
본 공정에서 형성되는 형광체 함유 수지포장부(29')는 상기 도전성 범프(28a,28b)를 덮을 수 있는 높이(H)를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 형광체 함유 수지포장부 형성공정은, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 스핀 코팅, 스프레이코팅 및 트랜스퍼 몰딩 중 선택된 공정으로 수행될 수 있다. 이 중 디스펜싱과 같은 액상수지를 적용하는 경우에는 댐구조물이 그 형성높이를 결정해주는 역할을 할 수 있다.
이어, 도1d에 도시된 바와 같이, 상기 형광체 함유 수지포장부(29')의 상면에 상기 도전성 범프(28a,28b)가 노출되도록 상기 형광체 함유 수지포장부(29')를 연마한다.
본 공정을 통해서는, 전체 영역에 걸쳐 수지포장부(29')의 두께를 원하는 두께로 조절하면서 전체 칩에 대해서도 거의 동일한 두께를 갖도록 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 도전성 범프()의 본딩영역(e)을 형광체 수지포장부(29')상면에서 노출시킬 수 있다.
다음으로, 도1e 및 1f에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩 사이의 상기 형광체 함유 수지포장부(29')를 절단하여 파장변환형 LED 칩(30)을 형성하고, 파장변환형 LED 칩(30)을 임시 지지기판(11)으로부터 분리시킨다.
본 공정에서 얻어진 파장변환형 LED 칩(30)은 그 측면과 상면에는 상기 형광체 함유 수지포장부로부터 얻어진 파장변환층(29)을 가질 수 있다.
파장변환형 LED 칩에 제공된 파장변환층(29)에서, 칩 상면에 위치한 부분의 두께(h)는 연마공정에 의해 적절한 두께로 정밀하게 조절될 수 있으며, 칩 측면에 위치한 부분의 두께(d)는 LED 칩(20)을 부착할 때의 간격(D)과 슬라이싱폭(w)을 적절히 설정함으로써 정밀하면서 균일한 두께를 얻을 수 있다.
이와 같이, 칩 상면 뿐만 아니라 측면까지 전면에 걸쳐서 균일한 두께의 파장변환층을 제공함으로써 색산포 수율 개선 및 지향각별 색온도 편차를 최소화할 수 있으며, 특히, 칩 레벨에서 파장 및/또는 광출력 별로 LED 칩을 미리 구분하여 형광막을 형성함으로써 LED 칩의 광특성에 따라 적절한 파장변환층을 제공하여 원하는 목표 색좌표영역에 해당되는 고품질의 백색 LED 칩을 제공할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시형태로서 도1에 도시된 공정을 통해 얻어진 파장변환형 LED 칩을 나타내는 측단면도이다.
도4에 도시된 파장변환형 LED 칩(30)은, 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(25a), 활성층(25c) 및 제2 도전형 반도체층(25b)을 갖는 반도체 에피택셜층(25)을 포함한다.
상기 기판(21)은 사파이어 기판과 같은 절연성 기판일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(25a)에 도통하는 전극을 형성하기 위해서 메사에칭을 통해서 노출된 영역을 마련하고, 상기 제1 도전형 반도체층(25a)의 노출된 영역 제1 전극(27a)을 형성한다. 상기 제2 도전형 반도체층(25b) 상에는 제2 전극(27b)이 형성된다. 이와 같이, 동일한 면을 향해 2극성의 전극(27a,27b)이 모두 위치한다.
상기 제1 및 제2 전극(27a,27b)의 표면에는 각각 도전성 범프(28a,28b)가 형성된다. 또한, 적어도 1종의 형광체 분말(29a)이 함유된 수지체(29b)로 이루어진 파장변환층(29)이 형성된다. 상기 파장변환층(29)은 상기 반도체 에피택셜층(25)의 표면과 상기 기판(21)의 측면을 둘러싸도록 형성된다.
상기 파장변환층(29)은 칩(20) 상면영역에서 일정한 두께(h)를 갖도록 전체적으로 평탄한 상면을 가지며, 상기 도전성 범프(28a,28b)는 상기 파장변환층(29)의 상면과 동일한 평면을 갖는 본딩영역을 갖는다. 또한, 상기 파장변환층(29)은 칩(20)의 측면에서 일정한 두께(d)를 갖도록 제공된다.
이와 같이, 본 실시형태에 따라 제공된 파장변환형 LED 칩(30)은 전체적으로 파장변환층(29)의 두께를 균일하게 가질 수 있으며, 그 두께를 정밀하게 조절할 수 있으므로, 방사각에 따른 색온도 차이를 최소화할 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 LED 칩을 나타내는 측단면도이다.
도5에 도시된 파장변환형 LED 칩(60)은, 기판(51)과, 상기 기판(51) 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층(55a), 활성층(55c) 및 제2 도전형 반도체층(55b)을 갖는 반도체 에피택셜층(55)을 포함한다.
상기 기판(51)은 도금에 의해 형성된 금속층과 같은 전도성 기판일 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 도전형 반도체층(55a)에 도통하는 전극은 상기 기판(51)을 통해서 제공된다. 한편, 상기 제1 도전형 반도체층(55a)의 노출된 영역 전극(57)을 형성한다.
상기 전극(57)의 표면에는 도전성 범프(58)가 형성된다. 또한, 적어도 1종의 형광체 분말(59a)이 함유된 수지체(59b)로 이루어진 파장변환층(59)이 형성된다.
상기 파장변환층(59)은 상기 반도체 에피택셜층(55)의 표면과 상기 기판(51)의 측면을 둘러싸도록 형성된다. 상기 파장변환층(59)은 칩(50) 상면영역에서 일정한 두께(h1)를 갖도록 전체적으로 평탄한 상면을 가지며, 상기 도전성 범프(58)는 상기 파장변환층(59)의 상면과 동일한 평면을 갖는 본딩영역을 갖는다. 또한, 상기 파장변환층(59)은 칩(50)의 측면에서 일정한 두께(d1)를 갖도록 제공된다.
본 실시형태(수직구조 반도체 발광소자)에 따른 파장변환형 LED 칩(60)도 도4에 도시된 형태와 유사하게, 전체적으로 파장변환층(59)의 두께를 균일하게 가질 수 있으며, 그 두께를 정밀하게 조절할 수 있으므로, 방사각에 따른 색온도 차이를 최소화할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 형광체막 형성기술은 다양한 구조의 발광다이오드에 유익하게 적용될 수 있을 것이다.
상술된 파장변환층을 갖는 LED 칩은 외부 회로와 용이한 연결을 위한 전극연결구조를 갖는 다양한 형태의 패키지로 구현되어 다양한 장치의 LED 광원으로 사용될 수 있다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 백라이트 유닛의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도6a를 참조하면, 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지가 광원으로 적용될 수 있는 백라이트 유닛의 일 예로서 에지형 백라이트 유닛(1300)이 도시되어 있다.
본 실시형태에 따른 에지형 백라이트 유닛(1300)은 도광판(1340)과 상기 도광판(1340) 양측면에 제공되는 LED 광원 모듈(1310)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에서는 도광판(1340)의 대향하는 양측면에 LED 광원 모듈(1310)이 제공된 형태로 예시되어 있으나, 일 측면에만 제공될 수 있으며, 이와 달리, 추가적인 LED 광원 모듈이 다른 측면에 제공될 수도 있다.
도6a에 도시된 바와 같이, 상기 도광판(1340) 하부에는 반사판(1320)이 추가적으로 제공될 수 있다. 본 실시형태에 채용된 LED 광원 모듈(1310)은 인쇄회로기판(1301)과 그 기판(1301) 상면에 실장된 복수의 LED 광원(1305)을 포함하며, 상기 LED 광원(1305)은 상술된 파장변환형 LED 칩을 채용한 발광소자 패키지로 적용된다.
도6b를 참조하면, 다른 형태의 백라이트 유닛의 일 예로서 직하형 백라이트 유닛(1400)이 도시되어 있다.
본 실시형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(1400)은 광확산판(1440)과 상기 광확산판(1440) 하면에 배열된 LED 광원 모듈(1410)을 포함할 수 있다.
도6b에 예시된 백라이트 유닛(1400)은 상기 광확산판(1440) 하부에는 상기 광원 모듈을 수용할 수 있는 바텀케이스(1460)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에 채용된 LED 광원 모듈(1410)은 인쇄회로기판(1401)과 그 기판(1401) 상면에 실장된 복수의 LED 광원(1405)을 포함한다. 상기 복수의 LED 광원(1405)은 상술된 파장변환형 LED 칩을 채용한 발광소자 패키지로 적용된다.
도7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해사시도이다.
도7에 도시된 디스플레이 장치(2400)는, 백라이트 유닛(2200)과 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2300)을 포함한다. 상기 백라이트 유닛(2200)은 도광판(224)과 상기 도광판(2240)의 적어도 일 측면에 제공되는 LED 광원모듈(2100)을 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 백라이트 유닛(2200)은 도시된 바와 같이, 바텀케이스(2210)와 도광판(2120) 하부에 위치하는 반사판(2220)을 더 포함할 수 있다.
또한, 다양한 광학적인 특성에 대한 요구에 따라, 상기 도광판(2240)과 액정패널(2300) 사이에는 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 광학시트(2260)를 포함할 수 있다.
상기 LED 광원모듈(2100)은, 상기 도광판(2240)의 적어도 일 측면에 마련되는 인쇄회로기판(2110)과, 상기 인쇄회로기판(2110) 상에 실장되어 상기 도광판(2240)에 광을 입사하는 복수의 LED 광원(2150)을 포함한다. 상기 복수의 LED 광원(2150)은 상술된 파장변환형 LED칩을 포함한 발광소자 패키지일 수 있다. 본 실시형태에 채용된 복수의 LED 광원은 광방출면에 인접한 측면이 실장된 사이드 뷰타입 발광소자 패키지일 수 있다.
이와 같이, 상술된 형광체는 다양한 실장구조의 패키지에 적용되어 다양한 형태의 백색광을 제공하는 LED 광원 모듈에 적용될 수 있다. 상술된 발광소자 패키지 또는 이를 포함한 광원 모듈은 다양한 형태의 디스플레이 장치 또는 조명장치에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (17)

  1. 임시 지지판 상면의 칩배열영역에 적어도 하나의 전극이 형성된 면이 상부로 향하도록 복수의 LED 칩을 부착시키는 단계;
    상기 각 LED 칩의 전극 상에 도전성 범프를 형성하는 단계;
    상기 도전성 범프를 덮도록 상기 칩배열영역에 형광체가 함유된 수지포장부를 형성하는 단계;
    상기 형광체 함유 수지포장부의 상면에 상기 도전성 범프가 노출되도록 상기 형광체 함유 수지포장부를 연마하는 단계
    상기 LED 칩 사이의 상기 형광체 함유 수지포장부를 절단하여 파장변환형 LED 칩을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 파장변환형 LED 칩의 측면과 상면에는 상기 형광체 함유 수지포장부로부터 얻어진 파장변환층이 형성됨 - ; 및
    상기 파장변환형 LED 칩으로부터 상기 임시 지지판을 제거하는 단계를 포함하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 칩은, 적어도 하나의 웨이퍼로부터 얻어진 다수의 LED 칩 중에서 특정한 방출광의 특성을 기준으로 선택된 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방출광의 특성은 그 방출광의 피크파장 및 광출력 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임시 지지판은 상기 칩 배열영역을 둘러싸는 댐구조물을 구비하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 댐구조물은 적어도 상기 도전성 범프가 형성된 칩의 높이보다 큰 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임시 지지판 상에 부착되는 LED 칩의 간격은, 상기 LED 칩의 측면에 위치할 파장변환층 부분의 두께의 2배보다 큰 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 임시 지지판은 UV 경화형 PET 필름인 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 함유 수지포장부를 형성하는 단계는, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 스핀코팅, 스프레이코팅 및 트랜스퍼 몰딩 중 선택된 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 칩은, 절연 기판과, 그 절연 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층과, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 칩은, 전도성 기판과, 그 전도성 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층과, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩 제조방법.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 에피택셜층;
    상기 반도체 에피택셜층 상에 형성된 적어도 하나의 전극;
    상기 적어도 하나의 전극의 표면에 형성된 도전성 범프; 및
    상기 반도체 에피택셜층과 함께 상기 기판의 측면을 둘러싸도록 형성되며, 적어도 1종의 형광체 분말이 함유된 수지를 포함하고, 상기 도전성 범프의 상면과 동일한 평면을 이루는 상면을 갖는 파장변환층을 포함하는 파장변환형 LED 칩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 절연성 기판이며, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 전도성 기판이며, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 LED 칩.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 파장변환형 LED 칩을 포함하는 발광소자 패키지.
  15. 도광판; 및
    상기 도광판의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판 내부에 광을 제공하는 LED 광원 모듈;을 포함하며,
    상기 LED 광원 모듈은, 회로 기판과, 상기 회로기판에 실장되며 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 파장변환형 LED 칩을 갖는 LED 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  16. 화상을 표시하기 위한 화상표시패널; 및
    상기 화상표시패널에 광을 제공하는 제15항에 따른 면광원 장치를 갖는 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
  17. LED 광원 모듈; 및
    상기 LED 광원 모듈의 상부에 배치되며, 상기 LED 광원 모듈로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트;를 포함하며,
    상기 LED 광원 모듈은, 회로 기판과, 상기 회로기판에 실장되며 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 파장변환형 LED 칩을 갖는 LED 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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