KR20130101558A - 발광 변환 소자, 그 제조 방법 및 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자 - Google Patents

발광 변환 소자, 그 제조 방법 및 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 발광 변환 소자의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 발광 변환 소자 및, 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자에 관한 것이다. 방법은 다음 단계들을 포함한다: A) 제 1 및 제 2 주 표면과 제 1 측면을 가진, 세라믹 물질과 발광 변환 물질을 포함하는 성형 바디를 제공하는 단계; B) 제 1 측면에 대해 실질적으로 평행하게 연장된 적어도 하나의 제 1 가공 영역과 적어도 하나의 비가공 영역이 형성되도록, 패터닝 방법을 이용해서 제 1 주 표면 및/또는 제 2 주 표면을 가공하는 단계; C) 가공된 성형 바디의 가공된 주 표면 내로 제 1 측면에 대해 실질적으로 수직으로 삽입되는 커팅부에 의해 다수의 발광 변환 소자로 개별화하는 단계.

Description

발광 변환 소자, 그 제조 방법 및 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자{LUMINESCENCE CONVERSION ELEMENT, METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF AND OPTOELECTRONIC COMPONENT HAVING A LUMINESENCE CONVERSION ELEMENT}
본 발명은 발광 변환 소자의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된, 리세스를 가진 발광 변환 소자 및, 이러한 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자에 관한 것이다.
본 출원은 독일 특허 출원 10 2010 050 832.2의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
리세스, 예를 들어 본딩 와이어 접속을 위한 공간을 제공하는 리세스를 가진 발광 변환 소자의 제조는 통상 불량률을 높인다. 필수적인 기계적 가공에 의해 흔히 발광 변환 소자 내에 균열과 결함이 발생하고, 이것은 변환 소자를 사용할 수 없게 만든다. 또한, 연마 가공 방법은 세라믹 발광 변환 소자의 원치 않는 곡률을 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는 세라믹 발광 변환 소자를 제조하기 위한 개선된 방법, 상기 방법에 의해 제조된, 리세스를 가진 세라믹 발광 변환 소자 및, 상기 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항에 따른 세라믹 발광 변환 소자의 제조 방법, 세라믹 발광 변환 소자 및 광전자 소자에 의해 해결된다.
종속 청구항, 하기 설명 및 도면은 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예이다.
실시예에 따라 세라믹을 포함하는 발광 변환 소자의 제조 방법은 다음 단계들을 포함한다:
A) 제 1 및 제 2 주 표면과 적어도 하나의 제 1 측면을 가진 성형 바디가 제공된다. 적어도 하나의 제 1 측면은 특히 제 1 및 제 2 주 표면에 인접하게 형성된다. 제공된 성형 바디는 이 경우 세라믹 물질과 발광 변환 물질을 포함한다.
B) 다음 단계에서 성형 바디는 패터닝 방법에 의해 가공된다. 이 경우 제 1 주 표면 및/또는 제 2 주 표면에 적어도 하나의 제 1 가공 영역과 적어도 하나의 비가공 영역이 형성된다. 특히 제 1 가공 영역은 실질적으로 제 1 측면에 대해 평행하게 연장될 수 있다.
단계 C)에서 패터닝된 성형 바디는 다수의 세라믹 발광 변환 소자로 개별화 된다. 개별화는, 가공된 성형 바디의 가공된 주 표면에 제 1 측면에 대해 실질적으로 수직으로 연장된 커팅부가 제공됨으로써 이루어진다. 커팅부는, 개별 발광 변환 소자가 가공된 성형 바디의 나머지 부분과 완전히 분리되도록 제공된다. 이 경우, 단계 C)에서 가공된 성형 바디란, 단계 A)에서 제공된 성형 바디가 갖는 치수에 실질적으로 상응하는 성형 바디 뿐만 아니라, 예컨대 다른 부분 단계에서 형성된 "가공된 성형 바디"라고 표현하는 부분 바디에 커팅부가 제공될 수 있음을 의미한다.
세라믹을 포함하는 발광 변환 소자란(본 명세서에서 "세라믹 발광 변환 소자" 라고 함) 본 발명에 따라, 대부분 세라믹 물질을 포함하고 있는 발광 변환 소자이다. "대부분"이란 세라믹 물질이 발광 변환 소자의 중량의 50% 이상, 특히 75% 이상, 그리고 바람직하게 90% 이상 중량부를 차지하는 것이다. 발광 변환 소자는 대개 세라믹 물질로 이루어진다.
세라믹 물질이란 이 경우 특히 산화물 함유 또는 질화물 함유 물질이고, 이 경우 본 발명에 따라 장범위 규칙도가 아닌 단범위 규칙도를 갖는 물질도 "세라믹 물질"이다. 따라서 "세라믹 물질" 이라는 용어는 무기 유리를 포함한다.
단계 B)에 따른 본 발명에 따른 패터닝 방법은 특히, 각각의 주 표면에 리세스가 제공되도록, 특히 홈 또는 폴드(fold;중공 홈이라고도 함) 방식의 리세스가 제공되도록 실시된다. 제공된 구조체의 입체적 형태는 다각형에 제한되는 것이 아니라, 오히려 모든 기하학적 형태를 고려할 수 있다.
일반적인 경우에, 전체 (길이방향) 연장부에 걸친 구조체의 깊이는 유사한 범위에 놓이고 즉, 특히 한 지점에서 위아래로 50%를 넘지 않게, 특히 20%, 대개 10%의 측정된 깊이는 (길이방향으로 각각의 최대 깊이의 측정에 의해 계산된) 평균 깊이의 편차를 갖는다. 극단적인 경우에 "리세스"는 2개의 표면이 패터닝 방법에 의해 가공되도록, 즉 성형 바디의 완전한 커팅이 이루어지도록 형성될 수 있다. 이러한 극단적인 경우에 단계 C)에서 예를 들어 발광 변환 소자의 장방형 또는 정방형 플레이트가 얻어지고, 상기 플레이트는 리세스를 포함하지 않는다. 일반적인 경우에 단계 B)에 따른 방법은, 패터닝 방법에 의해 2개의 주 표면들 중 하나의 표면만 가공되도록 실시된다.
기본적으로 단계 B)에서 가공된 성형 바디는 모든 기하학적 형태, 즉 원통형 또는 타원형 베이스 면을 가진 원통형 또는 임의의 다각형 베이스 면을 가진 각기둥 형태를 가질 수 있다. 그러나 흔히 성형 바디는 실질적으로 정방형(또는 타일 형태) 또는 큐빅 형상을 갖게 된다.
단계 C)에 따른 발광 변환 소자의 개별화는 예컨대 그라인딩 또는 다이싱 방법에 의해(예를 들어 와이어 다이싱(wire-dicing), 워터젯 커팅, 내부홀 직경 다이싱 또는 예컨대 레이저 커팅을 이용한 고에너지 방사를 이용한 커팅 방법에 의해) 이루어질 수 있다. 상응하는 방법들은 단계 B) 및 후속하는 단계 D)의 표면 가공에 이용될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 특히 하기 장점들을 갖는다:한편으로 발광 변환 소자의 제조시 선행기술과 같은 높은 불량률이 발생하는 것이 방지될 수 있는데, 그 이유는 얇은 플레이트에 구조체가 제공되지 않고, 기계적 손상, 예컨대 균열 발생에 자연적으로 덜 취약한 비교적 대형 성형 바디에 제공되기 때문이다. 특히, 예컨대 홈 방식의 패터닝시 에지가 형성되지 않는 경우에(즉 폴드에서처럼 제공된 성형 바디 내부를 향한 "에지"가 형성되지 않는 경우), 균열 형성 경향이 약하다.
다른 한편으로 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 발광 변환 소자의 2차 복사는 훨씬 더 정확히 조절될 수 있고, 이 경우 정밀 조정을 위한 추가 추후 가공 단계가 실행되지 않아도 된다. 단계 C)의 실행 전에 또는 경우에 따라서 단계 B)의 실행 전에 즉, 예컨대 변환될 1차 복사에 대해서 2차 복사의 어떤 파장 스펙트럼이 특정 두께의 발광 변환 소자에 의해 형성될 수 있는지(또는 어떤 파장 스펙트럼이 1차 복사의 파장 스펙트럼에 대해서 2차 복사를 갖게 되는지)이미 예측될 수 있다. 단계 C)에서 조절 가능한 발광 변환 소자의 두께는, 소정의 2차 복사 또는 2차 복사의 소장의 파장 스펙트럼이 달성되도록 커팅부 설정의 적절한 제어에 의해 선택될 수 있다. 복사를 방출하는 소자에 의해 방출된 주어진 1차 복사 및 상기 1차 복사의 적어도 부분적인 변환에 의해 발광 변환 소자에 의해 제공된 2차 복사의 혼합에 의해 1차 및 2차 복사로 형성된 전체 복사의 소정의 색 궤적이 조정될 수도 있다.
더 정확히는 소정의 2차 복사 또는 전체 복사는, 성형 바디에 대해서 각각 개별화된 제 1 발광 변환 소자가 정확히 측정됨으로써 그리고 개별화된 제 1 발광 변환 소자의 주어진 두께에서 얻어지는 2차 복사 또는 결과되는 전체 복사의 파장 또는 색을 참고로 후속해서 개별화될 발광 변환 소자의 두께를 어떻게 선택할지 결정됨으로써 조절되므로, 2차 복사 또는 전체 복사의 소정의 특수한 색감이 달성될 수 있다.
선행기술에 따라 2차 또는 전체 복사의 색감의 정확한 조정은 실질적으로, 준비된 발광 변환 소자가 일정 두께와 색감이 얻어질 때까지 그라인딩 됨으로써 이루어질 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법에 의해 불필요하다. 예컨대, 발광 변환 소자를 제조하기 위한 소결 또는 사출 성형 방법의 실행시 (세라믹 발광 변환 소자 내의 다공 형성에 의해) 경미한 차이에 의해 형성되거나 또는 발광 변환 소자를 형성하기 위한 세라믹 시트의 적층시 세라믹 그린 시트의 평균 층 두께와의 편차의 합에 의해 발생하는, 사용된 발광 변환 물질의 예컨대 품질 차를 제공하는 공차는 개별화 전에 실시되는 정밀 조정에 의해 문제없이 보상될 수 있다. 상기 문제점은, 세라믹 발광 변환 소자의 공지된 생산시 일반적인 "제조 방향"과 달리 거의 수직으로 가공됨으로써 완전히 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라, 단계 B) 전 또는 후에 추가로 단게 D)가 실시된다. 상기 단계 D)는 특히, 단계 B)에서 제 1 또는 제 2 주 표면만 가공되는 경우에는 항상 실시된다. 단계 D)에서는 제 1 및 제 2 주 표면의 가공이 이루어지므로, 지금까지 특히 일체형 성형 바디로부터 적어도 2개의 부분 바디가 형성된다. 단계 D)에 따른 가공시 제 2 가공 영역이 형성되고, 상기 영역은 제 1 측면에 대해 실질적으로 평행하게 연장된다(단계 B)전에 단계 D)가 실행되는 경우에, 제 1 가공 영역에 대해서도 실질적으로 평행하게 연장된다).
실질적으로 평행하다는 것은 본 발명과 관련해서, 실질적으로 동일한 형상을 갖는 발광 변환 소자들이 하나의 동일한 성형 바디로부터 형성되도록 방법이 실시되는 것이다. 발광 변환 소자의 표면의 치수 및/또는 면적비와 관련한 공차는 따라서 최대 10%이다. 이와 무관하게 (리세스를 포함하지 않는 상응하는 발광 변환 소자에 대해서) 리세스의 면적비의 공차는 최대 50%이다. 이 경우 공차란 최대값과 최소값의 차에 의해 산출된 값이다.
단계 D)에 의해 예컨대 타일 형태의 성형 바디로부터 바 형태의 다수의 부분 바디들이 형성될 수 있다. 다수의 부분 바디들이 형성되는 경우에, 본 발명에 따른 방법은 특히, 각각의 부분 바디들이 단계 B)에 제공된 가공 및 비가공 영역을 포함하도록 실시된다. 예컨대 바 형태의 다수의 소자들로부터 예를 들어 하나의 방법 단계에서 동시에 각각 모든 부분 성형 바디에서 개별화가 실행되어 발광 변환 소자가 될 수 있으므로, 단계 C)에 따른 실시된 모든 커팅 시, 사용된 부분 성형 바디에 해당하는 다수의 발광 변환 소자들이 얻어진다. 사전에 색의 정밀 조정을 실행하기 위해, 물론 개별 성형 바디로부터 개별화된 제 1 발광 변환 소자를 참고로 방출된 2차 복사 또는 전체 복사가 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법이 단계 B) 후에 실시되는 단계 D)를 포함하는 경우에, 본 발명의 실시예에 따라 인접한 2개의 부분 성형 바디에 대해서도 동시에 단계 B)에 따른 표면 가공이 이루어질 수 있다. 단계 B)에 제공된 리세스의 폭은 바람직하게, 2개의 부분 성형 바디의 형성된 발광 변환 소자를 위한 리세스의 소정의 폭과 단계 D)의 실시를 위한 톱니 블레이드의 커팅부 폭 또는 단계 D)를 위해 대안적으로 사용된 커팅 수단 또는 분리 수단의 커팅부 폭의 합으로 이루어지도록 선택된다.
실시예에 따라 단계 B)도 반복될 수 있으므로, (장방형 또는 정방형 발광 변환 소자의 예를 들어 2개, 3개 또는 4개 모서리에) 다수의 리세스들을 포함하는 발광 변환 소자들이 형성될 수 있다.
실시예에 따라 발광 변환 물질은 도핑된 세라믹 물질에 의해 형성된다. 단계 A)에 제공된 성형 바디의 세라믹 물질은 적어도 부분적으로 도펀트로 도핑된 세라믹 물질을 포함한다. 세라믹 물질 전체가 도펀트로 도핑될 수 있다. 그러나 부분만, 예를 들어 주 표면 영역만 도펀트로 도핑될 수도 있다.
세라믹 성형 바디는 예컨대 세륨, 유로피움, 네오디뮴, 테르븀, 에르븀 또는 프라세오디뮴에서 선택된 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다.
세라믹 물질은 특히 예컨대 US 2004-062699호 및 여기에 기술된 선행기술에 공개된 특히 희토류 및 알칼리 토금속의 석류석에서 선택될 수 있다. 세륨 도핑된 이트륨-알루미늄-석류석 및 세륨 도핑된 루테튬-알루미늄-석류석을 들 수 있다.
일반적으로 발광 변환 물질이라는 용어도 달리 이해될 수 있고, 특히 경우에 따라서 상기 석류석과 조합하는 하기 물질들을 포함할 수 있다:
- 예컨대 DE 10036940 및 여기에 기술된 선행기술에 공개된 클로로실리케이트(Chlorosilicates),
- 예컨대 WO 2003/33390 및 여기에 기술된 선행기술에 공개된 오르토실리케이트, 설파이드, 티오갈레이트, 바나데이트,
- 예컨대 US6616862 및 여기에 기술된 선행기술에 공개된 알루미네이트, 옥사이드, 할로포스페이트 및,
- 예컨대 DE 10147040 및 여기에서 기술된 선행기술에 공개된 니트라이드, SiON 및 SiAlON.
세라믹 물질은 곧 발광 변환 물질을 위한 매트릭스만을 형성하고, 전술한 바와 같이 임의의 산화물 재료 및 질화물 재료일 수 있다.
다른 실시예에 따라 세라믹 성형 바디는 발광 변환 물질 외에 다른, 특히 무기 입자를 포함할 수 있고, 상기 입자는 특히 파장 변환 특성을 갖지 않는다. 다른 입자로서 이 경우 예를 들어 원소 알루미늄, 붕소, 티타늄, 지르코늄 및 실리콘의 질화물 및 산화물 또는 상기 물질의 2개 이상의 혼합물이 고려된다.
성형 바디의 세라믹 물질은 특히 발광 변환 물질 입자를 포함하고, 상기 입자는 서로 및/또는 다른 입자와 결합하여 세라믹 물질을 형성한다. 발광 변환 물질 입자들의 상호 및/또는 세라믹 물질의 다른 입자들과 결합은 적어도 부분적으로 소결 네크에 의해 형성된다. 대안으로서 또는 추가로 인접한 - 및 특히 평면으로 서로 인접하는 - 입자들 사이에 결정 경계가 형성될 수 있다. 세라믹 물질은 이 경우 예컨대 발광 변환 물질 입자들로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따라 본 발명에 따른 방법은, 단계 B), C) 또는 D)전에 가공된 적어도 하나의 성형 바디 및/또는 가공된 적어도 하나의 부분 바디가 보조 캐리어 상에 고정되도록 실시될 수 있다.
보조 캐리어는 이 경우 특히, 추후에 개별화되는 발광 변환 소자를 고정하는데 이용될 수 있고, 예컨대 LED를 제조하기 위한 다음 가공 단계에 적절한 형태로 공급하는데 이용될 수 있다. 또한, 보조 캐리어에 의해 성형 바디 또는 부분 바디의 조정이 이루어질 수 있으므로, 단계들 B) 및/또는 D)의 도입될 가공, 단계 C)에 따른 개별화 또는 가공된 제 1 및 제 2 영역과 커팅부가 가능한 한 규정대로 도입될 수 있다.
성형 바디 또는 부분 바디를 보조 캐리어 상에 고정하는 것은 접착 물질, 접착제 또는 보조 캐리어와 성형 바디 또는 부분 바디 사이의 다시 분리 가능한 재료 결합식 연결을 형성하는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 발광 변환 소자 또는 중간 단계에서 얻어진 다른 부분 성형 바디의 추후 분리는 예를 들어 용매 또는 온도 증가(예컨대 번 아웃(burn out) 또는 탈중합)에 의해 이루어질 수 있다.
이러한 실시예의 변형예에 따라 가공된 성형 바디는 보조 캐리어의 리세스에 고정된다. 리세스는 이 경우 성형 바디 또는 부분 바디가 리세스 내에서 적어도 부분적으로 "매립"될 수 있도록 선택된 너비를 갖고, 이 경우 "고정 물질(예컨대 접착제)를 절약하기 위해, 성형 바디/부분 바디 및 보조 캐리어 사이의 나머지 갭은 가능한 한 길고 좁아야 한다.
리세스를 가진 보조 캐리어에 의해 개별화된 발광 변환 소자의 추가 고정이 이루어질 수 있다.
일반적으로 리세스를 갖거나 또는 갖지 않는 보조 캐리어도 개별화시 보조 캐리어가 완전히 분리되지 않도록 선택될 수 있으므로, 개별화시 형성된 발광 변환 소자들도 개별화 후에 모두 함께 보조 캐리어의 나머지 부분을 통해 서로 연결된다.
다른 실시예에 따라 보조 캐리어는 유리 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 보조 캐리어의 물질은 대개, 사용된 다이싱 또는 그라인딩 방법과 관련해서 보고 캐리어 물질이 기계적 특성에 의해 성형 바디의 물질에 맞게 조정되도록 형성되므로, 개별화 수단 또는 가공 수단의 균일한 응력이 이루어진다. 예를 들어 보조 캐리어의 물질은 알루미늄을 포함할 수 있거나 또는 이것으로 이루어질 수 있다. 예컨대 석류석계 발광 변환 물질의 경우에 알루미나로 이루어진 보조 캐리어 상에서 특히 양호한 조정이 이루어진다.
대안으로서 보조 캐리어는 폴리머로 형성될 수 있거나 또는 이것을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라 본 발명에 따른 방법은, 단계 A)에서 제공된 성형 바디의 주 표면들의 간격이 형성된 발광 변환 소자의 대향 배치된 측면들의 간격에 실질적으로 상응하게(이 경우 측면이란 발광 변환 소자의 주 표면들 사이에 가로방향으로 배치된 면) 조정되도록 실시된다. 제공된 성형 바디의 두께에 의해 추후 발광 변환 소자의 치수는 부분적으로 미리 주어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 예를 들어 성형 바디를 제조하기 위한 소결 방법의 경우에 성형 바디의 실제 치수들은 서로 다를 수 있기 때문에, 성형 바디의(및 성형 바디 또는 단계 D)에서 형성된 제 1 부분 바디의 제 1 및 다른 모든 측면) 주 표면은 그라인딩을 이용해서 처리될 수 있다. 이로 인해 경우에 따라서 제공된 성형 바디의 주 표면들의 간격뿐만 아니라, 일반적으로(추후에 형성될 균일한 형태의 부분 성형 바디의 개수와 관련해서) 형성될 발광 변환 소자의 두께에 이르기까지 모든 치수들도 조정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 단계 A)에 따른 성형 바디는 세라믹 소자의 제조를 위한 임의의 모든 방법에 의해, 예를 들어 테이프 캐스팅, 단축 가압, 냉간 등압 성형, 열간 가압 또는 열간 등압 성형에 의해 제조된 베이스 바디의 사출 성형 방법 또는 소결에 의해 형성될 수 있다.
실시예에 따라 단계 C)에서 얻어진 발광 변환 소자들은 각각 대략 50 내지 200 ㎛의 두께를 갖는다. 동일한 종류의 다수의 발광 변환 소자 내에서 두께 편차는 1 내지 수 마이크로미터이다. 실제로, 방출된 2차 복사 또는 전체 복사와 관련해서 발광 변환 소자들의 재조정이 필요한 경우에, 특수한 경우에 발광 변환 소자의 주 표면의 연마 처리가 한 번 더 이루어질 수 있다. 그러나 일반적인 경우에 이것은 불필요해진다.
또한, 본 발명에 따라 전술한 하나 이상의 실시예에 따라 제공될 수 있는 리세스를 가진 세라믹 발광 변환 소자가 제공된다. 형성된 발광 변환 소자들이 선행기술에 따른 발광 변환 소자와 다른 점은, 발광 변환 소자의 주 표면에 방법 단계 C)에 따른 커팅부의 제공이 다이싱 또는 그라인딩 마크에 의해 식별될 수 있다는 것이다. 특히 리세스 영역의 발광 변환 소자의 측면에서도 기계적 패터닝 방법에 의한 가공이 검출될 수 있다.
세라믹 발광 변환 소자는 특히 플레이트 형태이다. 또한 모든 임의의 기하학적 형태를 가질 수 있고, 하나의 리세스 뿐만 아니라 다수의 리세스들을 포함할 수 있다. 이로 인해 예를 들어 형성된 플레이트 또는 형성된 다른 형태의 L-형상 T-형상 또는 크로스 형상이 주어질 수 있다. 크로스 형상의 플레이트는 예를 들어 정방형으로 나란히 배치되고 각각 본딩 와이어를 통해 접촉하는 4개의 복사 소스를 위해 하나의 공동의 발광 변환 소자를 제공하는데 이용될 수 있다.
실시예에 따라 발광 변환 소자는 적어도 하나의 주 표면을 가질 수 있고, 상기 표면은 적어도 부분 영역에 구조체를 갖는다. 이러한 구조체에 의해 발광 변환 소자 내로 또는 발광 변환 소자로부터 복사의 개선된 커플링 및/또는 디커플링이 이루어질 수 있다.
구조체는 실시예에 따라 발광 변환 소자의 주 표면들 중 하나의 표면의 러프닝에 의해 형성될 수 있지만, 주 표면에 예컨대 알루미나, 이산화티타늄, 이트륨-알루미늄-석류석 및/또는 이트륨-산화물로 이루어진 추가의 산란 중심이 형성될 수도 있다.
전술한 하나 또는 다수의 실시예에 따른 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자는 발광 변환 소자 외에 복사를 방출하는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함한다. 발광 변환 소자는 반도체 칩에 의해 방출된 1차 복사를 적어도 부분적으로 2차 복사로 변환하므로, 예컨대 관찰자에게 백색광으로 보이는 전체 복사가 제공된다. 그러나 다른 색감의 제공도 바람직할 수 있다.
반도체 칩은 1차 복사를 방출하기 위한 임의의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 370 내지 400 nm로부터 UV-복사의 방출이 이루어질 수 있다. 또한, 반도체 칩은 예컨대 질화 인듐 갈륨 및/또는 질화 갈륨에서 선택된 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 반도체 물질은 전기 작동시 특히 청색 1차 복사(예를 들어 400 내지 480 nm)를 방출한다. 황색 2차 복사와 조합하여 변환하는 발광 변환 물질(예를 들어 세륨 도핑된 이트륨 알루미늄 석류석)에서 백색광을 방출하는 소자가 얻어질 수 있다.
다른 특징 및 바람직한 실시예와 개선예들은 하기에서 도면에 설명된 실시예와 관련해서 제시된다.
도 1은 발광 변환 소자를 구비한 광전자 소자의 개략적인 사시도.
도 2a 내지 도 2d는 세라믹 발광 변환 소자를 제조하기 위한 방법의 실시예를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 제조될 수 있는 발광 변환 소자의 다양한 실시예들을 도시한 도면.
도 4는 성형 바디로부터 얻어진 부분 바디로 이루어진 발광 변환 소자의 제조시 표면의 사진을 도시한 도면.
동일한 또는 동일하게 작용하는 구성부들은 도면에서 동일한 도면부호를 갖는다. 구성부들의 상호 크기 및 크기 비율은 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다.
도 1에 따른 광전자 소자는 리드 프레임(7)을 포함한다. 리드 프레임(7)의 제 1 부분 영역에 복사를 방출하는 반도체 칩(6)이 고정된다. 상기 복사를 방출하는 반도체 칩(6)에 L 형상의 플레이트 형태의 발광 변환 소자(4)가 배치된다. 발광 변환 소자(4)는 예를 들어 반도체 칩(6) 위에 접착될 수 있다. 명료함을 위해 접착제 층의 도시는 생략되었다. 반도체 칩(6)을 향한 발광 변환 소자(4)의 주 표면과 위로 향하고, 제공된 복사의 관찰자를 향한, 발광 변환 소자(4)의 주 표면 사이에 발광 변환 소자(4)의 측면(40)이 도시된다. 발광 변환 소자(4)는 리세스(5)를 갖고, 상기 리세스를 통해 발광 변환 소자(4)를 향한, 반도체 칩(6)의 노출 측면을 볼 수 있다. 반도체 칩(6)의 이러한 노출 모서리 영역은 리드 프레임(7)과 떨어져 있는 표면에 전기 접속면(60)을 갖고, 상기 접속면은 특히 본딩 패드(60)일 수 있다. 본딩 와이어(8)는 본딩 패드(60)를 전기 리드 프레임(7)의 제 2 부분 영역에 연결하고, 상기 영역은 리드 프레임(7)의 제 1 부분 영역과 전기 절연된다. 일반적으로 발광 변환 소자(4)에 리세스(5)를 장착하는 것은 본딩 와이어(8)에 의한 반도체 칩(6)의 전기 접촉 전 또는 후에 이루어질 수 있다.
예를 들어 LED 소자일 수 있는 광전자 소자는, 실시예에서 리드 프레임이 압출되는 예컨대 플라스틱 또는 세라믹 물질로 형성된 반사기 트로프를 포함한다. 반사기 트로프는 이 경우 명료하게 도시하기 위해 생략된다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 발광 변환 소자를 제조하기 위한 방법을 도시한다.
도 2a는 발광 변환 물질, 예컨대 세륨 도핑된 이트륨-알루미늄-석류석으로 이루어진 성형 바디를 도시하고, 상기 성형 바디는 예컨대 20 x 20 mm의 치수 및 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 2개의 스토퍼(20)에 의해 베이스(25) 상에서 성형 바디(10)의 위치는, 단계 B) 및 D)에 따른 가공 및/또는 단계 C)에 따른 커팅부들의 제공이 가능하도록 조정 또는 고정된다.
도 2b는 성형 바디(10)로부터 2개의 부분 성형 바디(11, 11')가 형성된 상태를 도시한다. 도 2b에는 방법 단계 B) 전에 방법 단계 D)가 실시되는 실시예가 도시된다. 이 경우 성형 바디(10)의 제 1 주 표면(12)은, 성형 바디(10)의 제 1 측면(13)에 대해 평행한 커팅부(14)가 제공되도록 가공되므로, 커팅부 영역에 각각 제 2 가공 영역(16;도 2b에서 가려짐)이 형성된다.
그라인딩 디스크에 의해 부분 바디의 가공이 이루어지는 경우에, 그라인딩 디스크는 제공될, 예컨대 폴드 형태의 구조체보다 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서 폴드 형태의 구조체는 예컨대 150 내지 250 ㎛의 너비일 수 있고, 상기 너비는 그라인딩 디스크의 두께의 4 내지 5배의 두께이다. 그라인딩 또는 다이싱 공구의 치수와 관련해서 본 발명에 따른 방법에 의해 즉, 단계 B), 단계 C) 또는 단계 D)에서 제한이 이루어진다. 20 x 20 mm 크기의 성형 바디로부터 예컨대 14개의, 로드 형태의 동일한 형상의 부분 바디(11)가 형성될 수 있다.
도 2c는 방법 단계 B)가 실시된 후의 상태를 도시한다. 방법 단계 B)를 실시하기 위해 스토퍼(20)도 조정하는데 이용되므로, 구조체의 규정된 가공 및 규정된 도입이 이루어질 수 있다. 도 2c에는 하나의 부분 바디(11)만 도시되고, 그러나 기본적으로 (동일하거나 상이한 기하학적 형태를 갖는) 다수의 부분 바디들(11)이 동시에 방법 단계 B)에서 가공될 수도 있다. 제 1 주 표면(12)에 폴드 방식의 구조체 또는 제 1 가공 영역(15)이 예컨대 그라인딩 방법에 의해 제공된다. 이 경우, 구조체는 이미 제공된 제 1 측면(13) 또는 단계 D)에서 형성된 제 2 가공 영역(16)에 대해 실질적으로 다시 평행하게 연장된다.
도 2d는 발광 변환 소자(4)의 개별화 후의 상태를 도시한다. 단계 B)에 의해 구조화된 로드 형태의 부분 바디(11)는 보조 캐리어(17) 상에 배치된 것을 볼 수 있다. 이 경우 편의상 보조 캐리어(17)가 부분 바디(11)의 "매립"을 위한 리세스를 포함하지 않는 도면이 선택되었다. 상기 보조 캐리어(17)는 예를 들어 평행한 트랜치 형태의 리세스를 포함할 수 있고, 상기 리세스에 로드 형태의 부분 바디(11)가 예컨대 그 높이의 절반으로 매립된다. 또한, 보조 캐리어(17) 상에 부분 바디(11)를 고정하기 위한 고정 수단이 간단함을 위해 도시되지 않는다.
도 2d에서, 동일한 형식의 로드 형태의 7개의 부분 바디들(11)이 보조 캐리어(17) 상에 서로 평행하게 나란히 배치되고, 각각 폴드 형태의 구조체(15)를 포함하는 것이 도시된다. 단계 C)에 따른 개별화에 의해 부분 바디(11)의 전방 단부에 커팅부(18)가 제공되고, 상기 커팅부도 부분적으로 보조 캐리어(17) 내로 연장된다. 이러한 커팅부(18)에 의해 다수의 발광 변환 소자들(4)이 형성되었고, 상기 발광 변환 소자의 경우에 리세스(5)를 볼 수 있는데, 상기 리세스는 커팅부에 의해 폴드 형태의 구조체(15)가 형성되고 보조 캐리어(17)를 통해 서로 연결다.
도 2b 내지 2d에 따른 커팅부 또는 구조체의 제공은 예컨대 정밀 톱(예컨대 CNC 톱니)에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대 이트륨-알루미늄-석류석-성형 바디가 알루미나 캐리어로부터 다이싱되는 경우에, 2개의 물질들의 거의 균일한 마모가 이루어진다.
20 x 20 mm 크기의 성형 바디로부터 전술한 바와 같이 14개의 부분 바디들(1)이 얻어질 수 있고, 이로부터 방법 단계 C)에서 대략 1300개의 플레이트가 얻어질 수 있다. 플레이트들의 두께 편차는 5 내지 7 ㎛이고, 예컨대 190 x 190 ㎛ 크기의 리세스의 편차는 이 경우 6 내지 8 ㎛(190 ㎛당)이다. 1000 x 1000 ㎛의 변환 소자 치수 편차는 5 내지 6 ㎛이다.
도 3a는 각각 본딩 와이어에 의해 접촉되는 반도체 칩(6)을 위한 다수의 리세스들(5)을 가진 플레이트 형태의 발광 변환 소자(4)의 주 표면의 평면도를 도시한다.
다수의 리세스를 가진 발광 변환 소자는 예컨대 LED 칩의 어레이 방식 배치를 위해 사용될 수 있다. 이러한 어레이의 용도는 예를 들어 자동차 전조등 또는 프로젝터 광원일 수 있다. 이러한 발광 변환 소자를 제공하기 위해, 단계 B)는 적어도 2번 실시되어야 하고 즉, 성형 바디의 제 1 및 제 2 주 표면에는 특히 홈 형태 또는 폴드 형태의 구조체가 제공되어야 한다.
도 3b는 4개의 리세스를 가진 즉, 본딩 와이어에 의해 접촉되는 4개의 LED들의 어레이를 위한 발광 변환 소자의 적절한 배치를 도시한다.
도 4는 2개의 로드 형태의 부분 바디(11)의 표면의 사진을 도시하고, 상기 사진에서 단계 B) 또는 단계 D)에 따른 기계적 가공에 의한 구조체의 마킹을 확실히 볼 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 한 설명에 의해 상기 실시예에 제한되지 않는다. 오히려 본 발명은 모든 새로운 특징 및 특징들의 모든 조합이 실시예 또는 청구범위에 명시적으로 제시되지 않더라도 상기 특징 및 상기 조합을 포함한다.

Claims (15)

  1. 세라믹 물질을 포함하는 발광 변환 소자(4)를 제조하기 위한 방법으로서, 하기 단계 즉,
    A) 제 1 주 표면(12), 제 2 주 표면 및 제 1 측면(13)을 가진, 세라믹 물질과 발광 변환 물질을 포함하는 성형 바디(10)를 제공하는 단계;
    B) 상기 제 1 측면(13)에 대해 실질적으로 평행하게 연장된 적어도 하나의 제 1 가공 영역(15)과 적어도 하나의 비가공 영역이 형성되도록, 패터닝 방법을 이용해서 상기 성형 바디(10)의 상기 제 1 주 표면(12) 및/또는 상기 제 2 주 표면을 가공하는 단계;
    C) 가공된 성형 바디(10, 11, 11')의 가공된 주 표면 내로 상기 제 1 측면(13)에 대해 실질적으로 수직으로 제공되는 커팅부(18)에 의해 다수의 상기 발광 변환 소자(4)를 개별화하는 단계
    를 포함하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 B) 전 또는 후에 추가로 하기 단계 즉,
    D) 상기 제 1 측면(13)에 대해 실질적으로 평행하게 연장된 적어도 하나의 제 2 가공 영역(16)을 포함하는 적어도 2개의 부분 바디(11, 11')가 형성되도록, 상기 제 1 주 표면(12)과 상기 제 2 주 표면을 가공하는 단계가 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발광 변환 물질은 세라믹 물질의 도핑에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 희토류 및 알칼리 토금속 원소의 석류석으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 B), C) 또는 D) 전에 적어도 하나의 가공된 성형 바디(10) 및/또는 적어도 하나의 가공된 부분 바디(11, 11')는 보조 캐리어(17) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가공된 성형 바디(10) 및/또는 상기 적어도 하나의 가공된 부분 바디(11, 11')는 상기 보조 캐리어(17)의 리세스에 고정되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 보조 캐리어(17)는 유리 또는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 A)에서 제공된 상기 성형 바디(10)의 상기 주 표면들의 간격은, 상기 단계 C)에서 형성된 상기 발광 변환 소자(4)의 대향 배치된 측면들(40)의 간격에 상응하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 제공될 상기 성형 바디(10)의 상기 주 표면들의 상기 간격은 상기 주 표면들 중 적어도 하나의 주 표면의 그라인딩에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 A)에서 제공된 상기 성형 바디(10)는, 테이프 캐스팅, 단축 가압, 냉간 등압 성형, 열간 가압 또는 열간 등압 성형을 이용한 사출 성형 방법에 의해 제조된 베이스 바디가 소결됨으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 C)에서 얻어진 다수의 상기 발광 변환 소자(4)의 두께는 50 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 B), C) 및 D) 들 중 적어도 하나의 단계는 그라인딩 또는 다이싱에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 발광 변환 소자 제조 방법.
  13. 세라믹 발광 변환 소자(4)로서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 리세스(5)를 가진 세라믹 발광 변환 소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 발광 변환 소자(4)의 적어도 하나의 주 표면은 적어도 부분적으로 복사의 개선된 커플링 및/또는 디커플링을 위한 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 발광 변환 소자.
  15. 복사를 방출하는 반도체 칩(6) 및 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 세라믹 발광 변환 소자(4)를 구비한 광전자 소자로서,
    상기 발광 변환 소자(4)는 상기 반도체 칩(6)에 의해 방출된 1차 복사를 적어도 부분적으로 2차 복사로 변환하는 광전자 소자.
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