KR20130074326A - 파장변환층이 형성된 발광소자 제조방법 및 그에 따라 제조된 발광소자 - Google Patents

파장변환층이 형성된 발광소자 제조방법 및 그에 따라 제조된 발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판상에 파장변환층을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층에 소정의 간격으로 복수 개의 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈에 발광소자를 삽입하여 상기 발광소자의 전면과 측면에 파장변환층을 형성하는 단계, 및 상기 파장변환층이 형성된 복수 개의 발광소자를 분리하는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법 및 그에 따라 제조된 발광소자를 개시한다.

Description

파장변환층이 형성된 발광소자 제조방법 및 그에 따라 제조된 발광소자 {MANUFACTURING METHOD OF LIGHT EMITTING DEVICE HAVING WAVELENTH-CONVERTING LAYER AND LIGHT EMITTING DEVICE PRODUCED BY THE SAME}
본 발명은 발광소자 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 발광소자상에 파장변환층이 균일한 두께로 형성된 발광소자 제조방법 및 제조된 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode, 이하 LED 칩)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 높은 출력 등의 장점을 가지고 있어, 최근 다양한 형태의 조명장치와 디스플레이장치의 백라이트의 백색 광원으로 이용되고 있다.
이러한 LED 칩은 자외선 또는 청색 등의 단일 파장대의 광을 방출하며, 패키징 단계에서 LED 칩 상에 형광체가 충진됨으로써 백색광을 구현하게 된다.
한국 공개특허 제2010-0076639호에서는 칩 온 보드(COB) 방식의 LED 패키지를 개시하고 있으나, 패키지 단계에서 디스펜싱(Dispensing)에 의하여 LED 칩에 형광체를 도포한다. 그러나 패키징 단계에서 정확한 형광체 수지의 토출량을 제어하는 것은 매우 어려운 문제가 있다.
또한, LED 칩 상에 형성된 형광체층의 두께는 50~200㎛의 균일한 두께가 형성되어야 색좌표가 균일한 백색광을 구현할 수 있는데, 패키징 단계에서 디스펜싱 방식으로 형성된 형광체층은 표면장력 등의 이유에 의해 LED 칩을 덮는 전체적으로 반구 형상으로 형성되기 때문에 균일한 두께로 형성하는 것은 매우 어려운 문제가 있다. 그 결과, LED 패키지에서 방출되는 백색광은 색좌표가 불균일해지며, 수율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 발광소자 상에 파장변환층을 균일한 두께로 형성함으로써, 칩의 제작 단계에서 백색광의 구현이 가능하고 균일한 색좌표를 갖는 발광소자 제조방법 및 제조된 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 발광소자 제조방법은, 기판상에 파장변환층을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층에 소정의 간격으로 복수 개의 홈을 형성하는 단계와, 상기 홈에 발광소자를 삽입하여 상기 발광소자의 전면과 측면에 파장변환층을 형성하는 단계, 및 상기 파장변환층이 형성된 복수 개의 발광소자를 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 발광소자 제조방법은, 홈을 형성하는 단계에서, 일면에 오목부와 볼록부가 교대로 형성된 몰더를 상기 파장변환층에 가압한 상태에서 파장변환층을 경화시킨 후, 상기 몰더와 파장변환층을 분리한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 발광소자 제조방법은, 홈을 형성하는 단계에서, 상기 볼록부의 끝단면은 곡률을 갖도록 형성되어 상기 볼록부에 가압되는 파장변환층에 소정의 깊이를 갖고 밑면이 오목한 홈을 형성한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 발광소자 제조방법은, 상기 홈을 형성하는 단계와 상기 발광소자를 삽입하는 단계 사이에, 상기 홈의 오목한 밑면에 고분자 수지를 충진하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 발광소자 제조방법은, 일면에 소정의 간격으로 이격된 제1홈이 형성된 기판상에 파장변환층을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층에 상기 제1홈과 대응되는 위치에 제2홈을 형성하는 단계와, 상기 제2홈에 발광소자를 삽입하여 상기 발광소자의 전면과 측면에 파장변환층을 형성하는 단계, 및 상기 파장변환층이 형성된 복수 개의 발광소자를 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 발광소자 상에 파장변환층을 간단한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 칩 제조단계에서 파장변환층이 형성되므로, 패키징 단계에서 별도로 파장변환층을 형성하는 단계를 생략할 수 있다.
본 발명의 따른 발광소자는 칩 단위에서 균일한 색좌표를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 보여주는 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 보여주는 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 제조방법을 보여주는 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키징 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판(10)상에 파장변환층(20)을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층(20)에 소정의 간격으로 복수 개의 홈(21)을 형성하는 단계와, 상기 홈(21)에 발광소자(100)를 삽입하는 단계, 및 상기 복수 개의 발광소자(100)를 분리하는 단계를 포함한다.
먼저, 기판(10)상에 파장변환층(20)을 형성하는 단계는, 도 1 (a)와 같이 기판(10)상에 파장변환층(20)을 형성한다. 기판(10)의 종류는 다양한 종류가 선택될 수 있다. 예를 들면, PI 또는 PET 필름과 같이 플렉서블한 필름이 선택되거나, Si, 유리, 또는 사파이어 기판과 같이 소정의 강도를 갖는 기판이 선택될 수도 있다.
파장변환층(20)은 발광소자(100)에서 여기되는 단파장의 광원을 흡수하여 장파장으로 변환할 수 있는 다양한 파장변환물질이 선택될 수 있다. 예를 들면, 형광체(Phosphor), 양자점(Quantum dot), 나노 입자(Nano Particle) 등이 고분자 수지에 분산되어 형성될 수 있다. 이러한 파장변환층(20)에 의해 발광소자(100)에서 여기된 광원이 백색광으로 변환된다.
이러한 파장변환층(20)은 기판(10)상에 균일한 두께로 형성되며 그 두께는 발광소자(100)에서 여기되는 광을 백색광으로 변환할 수 있는 소정의 두께일 수 있다. 파장변환층(20)을 형성하는 방법은 기판(10)상에 디스펜서 등을 이용하여 파장변환물질을 도포한 후에 스핀 코팅 등에 의해 균일한 두께로 형성할 수 있다. 이때, 기판(10)과 파장변환층(20) 사이에는 미리 이형제(미도시)를 도포하여 이후에 기판(10)과 파장변환층(20)의 박리가 용이하도록 구성할 수 있다.
이후, 파장변환층(20)에 소정의 간격으로 복수 개의 홈(21)을 형성하는 단계는, 발광소자가 삽입되는 홈을 다양한 방법으로 형성할 수 있으나 본 실시예에서는 몰드(30)를 이용하여 홈을 형성한다.
도 1 (a)를 참조할 때, 몰드(30)는 일면에 오목부(32)와 볼록부(31)가 교대로 형성되고, 볼록부(31)는 소정의 돌출길이와 폭(L1)을 갖는다. 이후, 도 1 (b)와 같이 몰드(30)를 파장변환층(20)에 가압한 상태에서 파장변환층(20)을 경화시킨다. 파장변환층의 경화방법은 고분자 수지가 열 경화성 수지인 경우에는 경화 온도 이상으로 가열하여 경화시킬 수 있으며, 고분자 수지가 광경화성 수지인 경우에는 자외선을 조사하여 경화시킬 수 있다.
이후, 도 1 (c)와 같이 가압된 몰드(30)를 이격하면 파장변환층(20) 상에 다수의 홈(21)이 형성된다. 파장변환층(20)에 형성된 홈(21)의 깊이와 폭은 발광소자(100)가 삽입될 수 있는 정도의 깊이와 폭으로 형성된다. 이때, 몰드(30)와 파장변환층(20)이 용이하게 분리되도록 오목부(32)와 볼록부(31)가 형성된 몰드(30)의 일면에는 이형제(33)가 코팅되는 것이 바람직하다.
본 단계에서는 경화된 파장변환층(20)을 기판(10)과 분리하는 과정을 더 포함할 수 있다. 그러나 파장변환층(20)을 기판(10)으로 분리하는 단계는 반드시 본 단계에서 수행될 필요는 없으며 후술하는 발광소자로 분리하는 단계 이전에만 분리하면 된다. 또한, 필요에 따라 기판(10)을 분리하지 않을 수도 있다.
발광소자(100)를 삽입하는 단계는, 도 1 (d)와 같이 파장변환층(20)에 형성된 복수 개의 홈(21)에 각각 발광소자(100)를 삽입한다. 이때 도시되지는 않았지만 홈(21)에 소정의 접착제가 도포되어 홈(21)에 발광소자(100)가 견고히 고정되도록 구성될 수 있다.
발광소자(100)는 소정의 발광파장 대역을 갖는 발광다이오드 또는 유기발광소자 등일 수 있으며, 발광다이오드인 경우에는 청색 발광다이오드(Blue LED) 또는 자외선 발광다이오드(UV LED) 일 수 있다. 발광소자(100)는 n형 반도체층, 활성층, 및 p형 반도체층으로 구성된 질화물 반도체일 수 있으며, 일면에 전극(110)이 형성되는 플립칩 구조가 바람직하다.
복수 개의 발광소자(100)를 분리하는 단계는, 도 1 (e)와 같이 발광소자(100)가 이격된 간격을 따라 파장변환층(20)을 스크라이빙하여 칩 단위로 분리한다. 이때, 발광소자(100)의 양측면에는 동일한 두께(L2, L3)의 파장변환층(20)이 형성되도록 간격을 조절하여 스크라이빙한다.
본 실시예에 따르면, 칩 단위에서 파장변환층이 형성되기 때문에 이후 패키징 단계에서 형광체를 도포하는 과정을 생략할 수 있으며, 기판 상에 파장변환층(20)을 동일한 두께로 형성하므로 파장변환층(20)의 두께를 일정하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판(10)상에 파장변환층(20)을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층(20)에 소정의 간격으로 복수 개의 홈(22)을 형성하는 단계와, 상기 홈(22)에 발광소자(100)를 삽입하는 단계, 및 상기 복수 개의 발광소자(100)를 분리하는 단계를 포함한다. 이 중 제1 실시예와 동일한 단계에서는 중복되는 설명은 생략하고 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
먼저, 도 2 (a)를 참조할 때, 몰드(30)에 형성된 볼록부(31)의 끝단면(31a)은 볼록한 곡률을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 볼록부(31)에 의해 가압된 파장변환층(20)에 형성되는 홈(22)은 도 2 (c)와 같이 밑면(22a)이 오목하게 형성된다.
본 발명의 실시예에서는 파장변환층(20)에 홈을 형성하는 단계와 발광소자(100)를 삽입하는 단계 사이에, 홈(22)의 오목한 밑면(22a)에 고분자 수지(40)를 충진하는 단계를 더 포함한다. 도 2(d)를 참조할 때, 파장변환층(20)의 홈(22)의 오목한 밑면(22a)에 실리콘과 같은 고분자 수지(40)를 충진한다. 구체적으로는 홈(22)에 발광소자(100)가 삽입되는 공간을 고려하여 홈(22)의 오목한 밑면(22a)에만 부분적으로 고분자 수지(40)를 충진하는 것이 바람직하다. 이러한 고분자 수지(40)는 별도의 접착제 없이 파장변환층(20)과 발광소자(100)를 접착할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이러한 고분자 수지(40)에 형광체를 분산시킨 경우에는, 발광소자(100)에서 방출된 광이 고분자 수지(40)에 포함된 형광체에 의해 1차 파장 변환이 발생하고, 이후 파장변환층(20)에 의해 2차 파장변환이 발생하게 되어 더욱 균일한 파장변환이 가능해진다. 그리고, 파장변환층(20)과 고분자 수지(40)의 경계면에서 굴절률 차이에 의해 광확산이 발생할 수 있다.
따라서, 홈(22)의 오목한 밑면(22a)에 형광체가 분산된 고분자 수지(40)를 충진하는 경우, 발광소자(100)와 파장변환층(20)의 접착력을 향상시키는 동시에 발광소자(100)에서 방출되는 광을 더욱 균일하게 파장 변환할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 제조방법의 흐름도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 일면에 소정의 간격으로 이격된 제1홈(미도시)이 형성된 기판(10)상에 파장변환층(20)을 형성하는 단계와, 상기 파장변환층(20)에 상기 제1홈과 대응되는 위치에 제2홈(22)을 형성하는 단계와, 상기 제2홈(22)에 발광소자(100)를 삽입하는 단계, 및 상기 발광소자(100)을 분리하는 단계를 포함한다. 이 중 제1, 2 실시예와 동일한 단계에서는 중복되는 설명을 생략하고 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 3 (a)와 같이, 기판(10)상에는 복수개의 제1홈이 형성되어 있다. 따라서 기판(10)상에 충진된 파장변환층(20)의 일면에는 볼록한 렌즈형상(20a)이 형성된다. 이후, 도 3 (b)와 같이 파장변환층(20)을 볼록부(31)가 형성된 몰드(30)로 가압하고 경화시킨다. 볼록부(31)의 끝단(31a)이 볼록한 곡률을 갖도록 형성된다.
이후, 도 3 (c)와 같이 몰드(30)를 분리하여 파장변환층(20)의 타면에 복수의 제2홈(22)을 형성한다. 제2홈(22)의 밑면(22a)은 오목하게 형성된다. 이후, 도 3 (d)와 같이 제2홈의 오목한 밑면에 고분자 수지(40)가 충진된다.
이때, 파장변환층(20)의 일면에 형성된 렌즈형상(20a)과 타면에 형성된 제2홈(22)은 서로 대응되는 위치에 형성된다. 그러나 렌즈형상(20a)의 크기와 제2홈(22)의 크기는 반드시 대응될 필요는 없으며 렌즈 형상(20a)이 더 크게 형성되어도 무방하다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 4를 참조할 때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 n형 반도체층, 활성층, 및 p형 반도체층으로 구성된 질화물 반도체 소자일 수 있으며, 발광소자(100)의 전면과 측면에는 편광변환층(200)이 형성되므로 바람직하게는 하부에 n전극(111)과 p전극(112)이 형성된 플립칩(flip chip)일 수 있다.
파장변환층(200)은 발광소자(100)에서 방출한 광을 흡수하여 녹색 또는 적색의 광을 방출하여 백색광을 구현할 수 있는 다양한 형광체가 혼합될 수 있다.
파장변환층(200)은 발광소자(100)의 전면에 형성된 두께(d1)와 측면에 형성된 두께(d2, d3)가 모두 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 파장변환층(200)이 발광소자(100)의 전면과 측면에 균일한 두께로 형성되면 광이 파장변환층(20)을 통과하는 거리가 모두 동일해져 균일한 색좌표를 가질 수 있다. 특히 발광소자(100)는 측면에서도 광이 일부 방출되므로 파장변환층(200)이 발광소자(100)의 측면에도 동일한 두께로 형성된 경우 더욱 균일한 색좌표를 가질 수 있다.
도 5를 참조할 때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자(100)는, 발광소자(100)의 전면에 반구형상의 광학층(300)이 형성된다. 광학층(300)은 실리콘과 같은 고분자 수지로 형성되어 파장변환층(20)과 발광소자(100)를 접착하는 역할을 수행한다.
또한, 광학층(300)에 형광체가 분산된 경우 발광소자(100)에서 방출된 광이 광학층(300)을 통과하면서 제1 파장변환이 일어나고, 다시 파장변환층(200)을 통과하면서 제2파장변환이 발생하여 균일한 파장변환이 가능해진다.
그리고, 광학층(300)과 파장변환층(200)이 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 구성된 경우에는 광학층(300)이 볼록 렌즈의 역할을 수행하여 발광소자(100)에서 방출된 광을 확산시키는 기능을 추가적으로 수행할 수 있다.
도 6을 참조할 때, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자(100)는, 파장변환층(200)의 상면에 상기 광학층(300)에 대응되는 광학렌즈(200a)가 일체로 형성된다. 이러한 광학렌즈(200a)에 의해 광의 분산도가 더욱 증가하게 된다.
또한, 광학층(300)에 형광체가 포함되지 않은 경우, 발광소자(100)의 전면에서 방출된 광과 발광소자(100)의 측면에서 방출된 광이 동일한 색좌표를 갖도록 하기 위해서, 발광소자(100)의 전면에 형성된 파장변환층의 두께(d4)와 발광소자의 측면에 형성된 파장변환층의 두께(d2, d3)는 동일하도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조할 때, 파장변환층(200)이 형성된 발광소자(100)을 포함하는 LED 패키지는, 칩 온 보드(chip on board, COB)방식으로 제조될 수 있으며, 구체적으로는 수지(resin) 계열의 절연층에 구리 등의 재질로 형성된 회로 패턴(미도시)이 형성된 기판(A)과, 상기 기판(A)상에 실장되는 발광소자(100), 및 상기 발광소자(100)를 커버하는 봉지제(B)를 포함한다.
이러한 구조의 COB 방식의 LED 패키지는 파장변환층(200)이 발광소자(100) 상에 직접 형성되어 있으므로 별도로 봉지제(B)에 형광체를 혼합할 필요가 없으며, 파장변환층(200)이 균일한 두께로 형성되어 있으므로 균일한 색좌표를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.
10: 기판(10) 20, 200: 편광변환층
20: 홈 30: 몰드
100: 발광소자 300: 광학층

Claims (10)

  1. 기판상에 파장변환층을 형성하는 단계;
    상기 파장변환층에 소정의 간격으로 복수 개의 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈에 발광소자를 삽입하여 상기 발광소자의 전면과 측면에 파장변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 파장변환층이 형성된 복수 개의 발광소자를 분리하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계는, 일면에 오목부와 볼록부가 교대로 형성된 몰더를 상기 파장변환층에 가압한 상태에서 상기 파장변환층을 경화시킨 후, 상기 몰더와 파장변환층을 분리하는 발광소자 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 몰더의 일면에는 이형제가 코팅된 발광소자 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 홈은 밑면이 오목한 발광소자 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계와 상기 발광소자를 삽입하는 단계 사이에, 상기 홈의 오목한 밑면에 고분자 수지를 충진하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.
  6. 일면에 소정의 간격으로 이격된 제1홈이 형성된 기판상에 파장변환층을 형성하는 단계;
    상기 파장변환층에 상기 제1홈과 대응되는 위치에 제2홈을 형성하는 단계;
    상기 제2홈에 발광소자를 삽입하여 상기 발광소자의 전면과 측면에 파장변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 파장변환층이 형성된 복수 개의 발광소자를 분리하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2홈을 형성하는 단계는, 일면에 오목부와 볼록부가 교대로 형성된 몰더를 상기 파장변환층에 가압한 상태에서 상기 파장변환층을 경화시킨 후, 상기 몰더와 파장변환층을 분리하는 발광소자 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2홈은 밑면이 오목한 발광소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계와 상기 발광소자를 삽입하는 단계 사이에, 상기 제2홈의 오목한 밑면에 고분자 수지를 충진하는 단계를 더 포함하는 발광소자 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의해 제조된 발광소자.
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