KR101945532B1 - 슬롯에 형성된 반사 벽을 갖는 led 혼합 챔버 - Google Patents

슬롯에 형성된 반사 벽을 갖는 led 혼합 챔버 Download PDF

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Abstract

비교적 큰 기판은 확산 백색 표면과 같은 반사 표면을 갖는다. 베어 LED 다이 또는 패키징된 LED 다이로서, LED 다이들은 기판에 실장되어 LED 다이들의 개별 어레이들을 형성한다. 각각의 어레이들은 개별 혼합 챔버를 위한 것이다. 실리콘과 같은 캡슐화제의 층이 기판 위에 퇴적되어 LED 다이들을 캡슐화한다. 레이저가 캡슐화제를 통해 에칭하여 슬롯을 형성하며, 백색 페인트와 같은 반사 물질이 슬롯에 퇴적되어 각각의 혼합 챔버들의 반사 벽들을 형성한다. 필요한 경우, 형광체 층이 캡슐화제와 반사 벽들 위에 퇴적된다. 이어서 기판이 싱귤레이트되어 혼합 챔버들을 분리한다. 개별 부품들이 조립되지 않고 복수의 혼합 챔버가 동시에 형성되기 때문에, 생성된 혼합 챔버들은 저렴하고 매우 신뢰할 수 있다.

Description

슬롯에 형성된 반사 벽을 갖는 LED 혼합 챔버{LED MIXING CHAMBER WITH REFLECTIVE WALLS FORMED IN SLOTS}
본 발명은 발광 다이오드(LED)를 위한 혼합 챔버에 관한 것이며, 특히 반사 벽을 갖는 혼합 챔버를 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반 조명 목적 또는 LCD 디스플레이를 위한 백라이트를 형성하기 위해서, 반사 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 LED의 어레이를 실장하고, 이어서 반사 측벽들을 갖는 박스 내에 PCB를 실장하는 것은 공지되어 있다. LED들은 적색, 녹색, 및 청색일 수 있으며, 이들의 혼합이 백색광을 형성하거나, 또는 백색광을 생성하기 위해 청색 LED만이 형광체와 조합하여 사용될 수 있다. 디퓨저는 필요하다면 일반적으로 박스의 상단 위에 배치된다. 따라서 전반적으로 균일한 광이 혼합 및 확산으로 인하여 혼합 챔버로부터 방출된다.
이러한 혼합 챔버는 개별 부품들의 조작 및 조립을 필요로 한다. 그 결과, 혼합 챔버는 비교적 고가이다.
필요한 것은 LED들을 포함하는 혼합 챔버를 형성하기 위한 개선된 기술이다.
이하의 기술은 본 발명에 따른 혼합 챔버를 형성하기 위한 방법의 일 실시예일 뿐이다. 다른 실시예들 또한 본 발명의 범위 내에 있다.
전원 공급 단말로 이어지는 트레이스들 및 금속 패드들을 갖는 비교적 큰 기판이 제공된다. 기판은 확산 백색 표면과 같은 반사 표면을 갖는다. 일례에서, 기판은 4개의 혼합 챔버를 형성할 것이다.
베어 LED 다이 또는 패키징된 LED 다이로서, LED 다이들은 기판에 실장되어 LED 다이들의 개별 어레이들을 형성한다. 각각의 어레이들은 개별 혼합 챔버를 위한 것이다. 예를 들면, 기판 상에 실장된 LED 다이들의 4개의 어레이가 있다.
사각형 금속 링은 레이저 에치 스톱으로 사용하기 위해 LED 다이들의 각각의 어레이 주위에 형성된다.
LED 다이들을 캡슐화하기 위해 실리콘과 같은 캡슐화제의 층이 기판과 금속 링들 위에 퇴적된다. LED 다이들을 캡슐화하기 위해, 캡슐화제가 액체로 퇴적되고 경화되거나, 또는 캡슐화제가 열과 압력을 이용하여 기판 위에 적층되고 경화될 수 있다.
이어서 레이저가 사용되어 금속 링들 위의 캡슐화제를 에칭하여 슬롯을 형성하며, 금속 링들은 기판을 에칭하는 것을 방지하기 위해 레이저 에치 스톱의 역할을 한다. 레이저는, 이후의 싱귤레이션 과정 동안에 캡슐화제가 소잉되지 않게 하기 위해서, 싱귤레이션 라인들을 따라 선택적으로 에칭할 수 있다.
이어서 백색 페인트와 같은 반사 물질이 각각의 LED 어레이들 주위의 슬롯에 퇴적되어 각각의 혼합 챔버들의 반사 벽들을 형성한다. 페이스트 또는 액체 물질인 경우 반사 물질은 슬롯에 용이하게 압착될 수 있다. 이어서 캡슐화제의 표면은 필요한 경우 세정된다.
LED 다이들이 청색 광만을 방출하고 원하는 방출은 백색 광일 경우, 형광체 층이 캡슐화제와 반사 벽들 위에 퇴적될 수 있다. 형광체 층은 대략 기판의 크기로 미리 형성된 타일일 수 있다.
이어서 기판이 싱귤레이트되어 4개의 혼합 챔버가 분리된다.
이어서 생성된 혼합 챔버들은 LCD 디스플레이의 후면에 결합되어 백라이트로 사용될 수 있다. 개별 부품들이 조립되지 않고 다수의 혼합 챔버가 동시에 형성되기 때문에, 생성된 혼합 챔버들은 저렴하고 신뢰할 수 있다.
도 1은 복수의 LED 다이를 상호연결하기 위한 트레이스들 및 금속 패드들을 갖는 반사 기판의 평면도이다. 금속 링들은 연관된 LED 어레이들을 둘러싸고 있는 것으로 도시된다.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 따른 단면도로서 하나의 혼합 챔버의 영역 내에 있는 두 개의 LED 다이를 도시한다.
도 3은 기판 위에 퇴적된 캡슐화제를 도시한다.
도 4는 레이저에 의해서 캡슐화제를 관통하여 형성된 슬롯을 도시하며, 슬롯은 각각의 혼합 챔버를 위한 반사 측벽들의 위치를 규정한다.
도 5는 반사 물질로 채워진 슬롯을 도시한다.
도 6은 필요한 경우 백색 광을 생성하기 위해 캡슐화제 위에 퇴적된 형광체 층을 도시한다.
도 7은 대안 실시예를 도시하며, 여기서는 이후의 소잉이 유기 층들을 관통할 필요가 없게 하기 위해 레이저가 싱귤레이션 라인에 대응하는 슬롯들을 추가적으로 에칭한다.
도 1은 반사 기판(10)의 평면도이다. 기판(10)은 세라믹, 절연된 금속, FR-4, 또는 다른 물질로 형성된 서브마운트일 수 있다. 기판(10)은 그 상단 표면에 기판(10) 상에 실장된 복수의 LED 다이(12)를 상호연결하기 위한 트레이스들 및 금속 패드들을 갖는다. 상단 금속 패드들은 관통 비아들에 의해서 인쇄 회로 기판 또는 다른 디바이스의 패드에 납땜되는 하단 금속 패드들에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서는, 비아가 사용되지 않고, 상단 금속 패드들이 전원 공급 장치에 연결되는 상단 표면 상의 다른 패드들에 연장된다. 예컨대 구리로 형성된 금속 링들(14)은 연관된 LED 어레이들을 둘러싸고 있는 것으로 도시된다.
기판(10)의 상단 표면은 반사 백색 페인트 또는 적층된 반사층과 같은 다른 적합한 반사 코팅으로 코팅될 수 있다.
각각의 어레이에는 혼합 챔버의 원하는 크기 및 밝기에 따라 임의의 수의 LED 다이(12)가 있을 수 있으며, 어레이는 임의의 모양이 될 수 있다. 일 실시예에서, LED 다이들(12)은 베어, 플립-칩 다이들이다. LED 다이들은 대신에 와이어 본딩을 위해 하나 이상의 상단 전극을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, LED 다이들(12)은 렌즈와 패키징되거나 또는 렌즈 없이 패키징될 수 있다.
일 실시예에서, LED 다이들(12)은 모두 GaN 기반이고 청색 광을 방출한다. 다른 실시예에서는, 적색, 녹색, 및 청색 LED 다이들(12)이 있으며, 이들의 광은 혼합되면 백색 광을 생성한다. 각각의 LED 다이(12)는 n-타입 반도체 층, p-타입 반도체 층, n-타입과 p-타입 층 사이의 활성 층, 및 n-타입과 p-타입 층을 전기적 접촉하는 적어도 두 개의 전극을 포함한다.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 따른 단면도로서 기판(10)의 싱귤레이션 이전에 하나의 혼합 챔버에서 사용되는 4개의 LED 다이(12) 중 두 개를 도시한다. LED 다이들(12)의 하단 표면 상에 형성되는 LED 전극들(16)은 기판(10) 상의 대응하는 금속 패드들(18, 20)에 본딩된다. 본딩은 초음파 용접, 납땜, 또는 다른 수단에 의할 수 있다. LED 다이들(12)은 예를 들면 LED 전극들(16) 간에 연결된 트레이스에 의해서 직렬로 연결될 수 있다. 적어도 일부의 금속 패드(18, 20)는, 금속으로 채워진 비아(22)에 의해서, LED 다이들(12)에 전원을 공급하는 다른 디바이스 또는 인쇄 회로 기판에 납땜되는 견고한 하단 금속 패드들(23, 24)에 연결된다.
금속 링들(14)은 각각의 혼합 챔버의 경계를 규정하는 것으로 도시된다.
금속 층들은 인쇄(예를 들면, 구리 층을 적층한 다음 선택적 에칭), 스퍼터링, 또는 임의의 다른 적합한 기술로 형성될 수 있다.
LED 다이들(12)은 1mm2 정도일 수 있다. 기판(10)은 30cm 이상의 변들을 갖는 사각형과 같이 임의의 크기일 수 있다.
도 3은 기판(10) 위에 퇴적되어 LED 다이들(12)을 밀봉하고 높은 지수의 굴절 인터페이스 물질을 제공하는 캡슐화제(26)의 일례를 도시한다. 캡슐화제(26)는 실리콘, SU8, 에폭시, 또는 다른 물질일 수 있다. 캡슐화제(26)는 스펀 온(spun on)되거나 아니면 액체로 퇴적되고 경화될 수 있다. 대안적으로, 캡슐화제(26)는 연화 시트로 미리 형성되고 열과 압력을 이용하여 기판(10) 상에 적층될 수 있다. 이어서 캡슐화제(26)는 경화된다. 예에서, 캡슐화제(26)의 상단 표면은 실질적으로 평면이지만 다른 표면 형태가 사용될 수 있다. 캡슐화제(26)의 두께는 혼합 챔버 벽들의 높이를 규정한다. 캡슐화제(26)의 두께는 불과 몇 밀리미터일 수 있다.
도 4는 예시적인 355nm 펄스 레이저에 의해서 캡슐화제(26)를 관통하여 형성된 슬롯(28)을 도시하며, 슬롯(28)은 각각의 혼합 챔버를 위한 반사 측벽들의 위치를 규정한다. 금속 링들(14)은 에치 스톱을 제공하여 레이저가 기판(10)에 손상을 주는 것을 방지한다. 레이저는 금속 링들(14)에 자동적으로 정렬될 수 있다. 레이저 대신에, 임의의 다른 적합한 마스킹 및 에칭 공정이 사용될 수 있다.
도 5는 캡슐화제(26)의 표면 위에 압착된 적합한 백색 페인트(예를 들면, TiO2를 포함하는)와 같은 반사 물질(30)로 채워진 슬롯(28)을 도시한다. 스크린 프린팅 또는 다른 공정들이 사용될 수 있다. 반사 물질(30)은 액체, 페이스트, 건조 입자, 또는 다른 적합한 물질일 수 있다. 반사 물질(30)은 경화된 후에 혼합 챔버의 반사 벽들을 형성한다. 이어서 캡슐화제(26)의 상단 표면은 필요한 경우 세정된다. 캡슐화제의 상단 표면은 광 추출 증가를 위해 및/또는 빛을 확산시키기 위해 거칠어질 수 있다.
도 6은 필요한 경우 백색 광을 생성하기 위해 캡슐화제(26)의 상단 표면 위에 퇴적된 형광체 층(34)을 도시한다. 형광체 층(34)은 임의의 방식으로 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 형광체 층(34)은, 예를 들면 실리콘 박층에 의해서 캡슐화제(26)에 부착된, 미리 형성된 시트이다. 다른 실시예들에서, 형광체 층(34)은 처음에는 액체 또는 부분적으로 경화된 물질이며, 스프레이 온 되거나, 스핀 온 되거나, 또는 다른 방법으로 퇴적될 수 있다. 또한, 형광체 층(34)은 연속된 층으로 퇴적되거나, (도트와 같은) 미리 정의된 패턴으로 퇴적되거나, 그레이딩된 두께를 갖도록 퇴적되거나, 또는 후처리 단계를 이용하여 패터닝될 수 있다. 형광체 층(34)을 싱귤레이트하지 않는 것이 바람직하다면, 형광체는 싱귤레이션 라인 위에 있지 않도록 퇴적될 수 있다.
RGB LED 다이들(12)이 사용되면, 형광체 층(34)은 확산 층으로 대체될 수 있다. 선택적으로, 확산 층은 형광체 층(34) 위에 퇴적될 수 있다.
이어서 기판(10)이 금속 링들(14) 사이에서 소잉같은 것에 의해 싱귤레이트된다. 각각의 혼합 챔버는 도 6과 유사할 수 있다. 다양한 LED 다이들(12)로부터의 광은, 각각의 LED 다이(12)로부터의 광각 방출, 기판(10) 표면으로부터의 반사, 및 측벽들로부터의 반사에 의해서 혼합될 것이다. 또한 형광체 층(34)은 광을 확산시킨다. 방출에 대한 균일성 향상이 필요한 경우 확산 층이 삽입될 수 있거나, 또는 형광체 층(34)이 퇴적되기에 앞서 캡슐화제(26)의 상단 표면이 마이크로 렌즈를 갖도록 형성되거나 거칠어진다.
도 7은 대안 실시예를 도시하며, 여기서는 이후의 소잉이 유기 층들을 관통할 필요가 없게 하기 위해 레이저가 싱귤레이션 라인(44)에 대응하는 캡슐화제(26)를 관통하여 슬롯들(40)을 추가적으로 에칭한다. 이러한 경우에, 금속 링들(14)은 레이저 에치 스톱의 역할을 하기 위해 혼합 챔버들의 경계를 넘어 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 혼합 챔버는 하나의 LED 다이만을 포함할 수 있고, 광선의 혼합은 혼합 챔버의 경계 내에서 실질적으로 균일한 발광을 생성한다.
보여진 바와 같이, 개별 부품들을 처리하거나 조립하지 않고서 많은 혼합 챔버들이 웨이퍼 스케일 상에서 동시에 조립된다. 따라서 그 결과로 생기는 혼합 챔버들은 저렴하고 신뢰할 수 있다.
혼합 챔버들은 임의의 크기의 LCD를 백라이팅하기(backlight) 위해 사용될 수 있다. 혼합 챔버들은 일반 조명 목적을 위한 백색 광을 생성하도록 사용될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 넓은 관점으로 본 발명에서 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이며, 따라서, 첨부된 청구 범위는 그 범위 내에 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 포괄할 것이다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드(LED)들을 포함하는 혼합 챔버를 제조하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계 - 상기 기판은 제1 복수의 혼합 챔버 영역을 가짐 -;
    제1 복수의 LED 다이를 상기 기판의 상단 표면 상에 실장하는 단계 - 각각의 혼합 챔버 영역은 적어도 하나의 LED 다이를 포함함 -;
    상기 기판 위에 상기 복수의 LED 다이를 둘러싸는 금속 링을 제공하는 단계 - 상기 금속 링은 에치 스톱을 제공하고, 상기 금속 링은 적어도 상기 혼합 챔버에 대한 싱귤레이션 라인까지 연장되는 폭을 가짐 -;
    상기 기판 및 LED 다이들 위에 커버링 층을 형성하는 단계;
    상기 커버링 층을 형성하는 단계 후에, 상기 금속 링 위에 위치하는 슬롯들을 형성하기 위해 상기 커버링 층의 적어도 일부분을 통해 에칭하는 단계;
    각각의 혼합 챔버 영역을 둘러싸는 반사 벽들을 형성하기 위해 반사 물질로 적어도 부분적으로 상기 슬롯들을 채우는 단계; 및
    개별 혼합 챔버로 분리하기 위하여 상기 기판을 싱귤레이트하는 단계
    를 포함하고,
    상기 반사 벽은 상기 복수의 LED 다이에 면하는 내측 표면과 외측 표면을 갖고, 상기 커버링 층의 일부는 상기 반사 벽의 외측 표면의 주위에 존재하고, 상기 금속 링은 상기 반사 벽의 외측 표면을 넘어서 상기 커버링 층까지 연장되는 혼합 챔버 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상단 표면의 적어도 일부는 반사성인 혼합 챔버 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 에칭하는 단계는 상기 금속 링의 적어도 일부분이 노출될 때까지 상기 커버링 층을 에칭하는 단계를 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에칭하는 단계는 레이저를 사용하여 상기 커버링 층을 에칭하는 단계를 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 부분적으로 상기 슬롯들을 채우는 단계는 상기 슬롯들 내에 반사 물질을 퇴적하는 단계를 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 혼합 챔버 영역은 제2 복수의 LED 다이를 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 커버링 층은 캡슐화 층인 혼합 챔버 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 LED 다이들은 베어 다이들인 혼합 챔버 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판은 금속 패드들을 갖고, 상기 LED 다이를 상기 기판의 상단 표면 상에 실장하는 단계는 상기 LED 다이들의 전극들을 상기 금속 패드들에 본딩하는 단계를 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 LED 다이들은 청색 광을 방출하고, 상기 방법은 상기 LED 다이들 위에 형광체 층을 퇴적하는 단계를 더 포함하는 혼합 챔버 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 커버링 층은 실질적으로 평면인 표면을 갖는 혼합 챔버 제조 방법.
  13. 발광 다이오드(LED)들을 포함하는 혼합 챔버로서,
    적어도 일부가 반사성인 상단 표면을 가지는 기판;
    상기 기판의 상단 표면 상에 실장된 복수의 LED 다이;
    상기 기판 위에 형성되고 상기 복수의 LED 다이를 둘러싸는 금속 링 - 상기 금속 링은 에치 스톱을 제공하고, 상기 금속 링은 적어도 상기 혼합 챔버에 대한 싱귤레이션 라인까지 연장되는 폭을 가짐 -;
    상기 기판 및 LED 다이들 위의 커버링 층;
    상기 커버링 층에 형성되고 상기 금속 링 위에 위치하는 슬롯들 - 상기 슬롯들은 상기 혼합 챔버의 외형 치수에 대응함 -; 및
    상기 혼합 챔버를 둘러싸는 반사 벽들을 형성하도록 상기 슬롯들을 적어도 부분적으로 채우는 반사 물질
    을 포함하고,
    상기 반사 벽은 상기 복수의 LED 다이에 면하는 내측 표면과 외측 표면을 갖고, 상기 커버링 층의 일부는 상기 반사 벽의 외측 표면의 주위에 존재하고, 상기 금속 링은 상기 반사 벽의 외측 표면을 넘어서 상기 커버링 층까지 연장되는 혼합 챔버.
  14. 제13항에 있어서, 상기 LED 다이들은 청색 광을 방출하고, 상기 혼합 챔버는 상기 커버링 층 위에 위치하는 파장 변환 층을 더 포함하는 혼합 챔버.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파장 변환 층은 시트 물질, 액체 물질, 부분적으로 경화된 물질, 또는 스핀-온 물질로 도포된 혼합 챔버.
  16. 제13항에 있어서, 상기 커버링 층은 실질적으로 평면인 상단 표면을 갖는 혼합 챔버.
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서, 상기 커버링 층은 상기 LED 다이들을 캡슐화하는 혼합 챔버.
  19. 제13항에 있어서, 상기 LED 다이들은 베어 다이들인 혼합 챔버.
  20. 제13항에 있어서, 상기 기판은 금속 패드들을 갖고 상기 LED 다이들의 전극들은 상기 금속 패드들에 본딩된 혼합 챔버.
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