JP6776347B2 - 発光素子、発光素子の製造方法及び発光モジュール - Google Patents

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Description

実施例は、発光素子に関するものである。
実施例は、発光素子の製造方法に関するものである。
実施例は、発光素子を有する発光モジュールに関するものである。
実施例は、発光素子または発光モジュールを有する照明装置または表示装置に関するものである。
発光素子、例えば発光ダイオード(Light Emitting Diode)は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種として、既存の蛍光灯、白熱灯に代えて次世代の光源として脚光を浴びている。
発光ダイオードは、半導体素子を利用して光を生成するので、タングステンを加熱して光を生成する白熱灯や、高圧放電を通じて生成された紫外線を蛍光体に衝突させて光を生成する蛍光灯に比べて、非常に低い電力しか消耗しない。
発光ダイオードは、室内及び室外で使用される各種ランプ、液晶表示装置、電光掲示板、街灯、指示灯のような照明装置の光源としての使用が増加している。
実施例は、新しい放熱構造を有する発光素子を提供する。
実施例は、樹脂部材の開口部に熱抵抗が低い支持部材を配置し、前記熱抵抗が低い支持部材の上に発光チップを配置した発光素子を提供する。
実施例は、樹脂材質の第１支持部材とセラミック材質の第２支持部材の間を接着させ、前記第２支持部材の上に１つまたは複数の発光チップが配置された発光素子及びこれを備えた発光モジュールを提供する。
実施例は、第２支持部材と発光チップの間にリード電極が配置された発光素子及びこれを備えた発光モジュールを提供する。
実施例は、第１支持部材の開口部に接着層を利用して第２支持部材を接着させることができる発光素子及びその製造方法を提供する。
実施例は、第１支持部材内に発光チップの絶縁及び放熱のためのセラミック材質の第２支持部材を配置し、制御部品の非絶縁及び放熱のための金属材質の第３支持部材を配置した発光モジュールを提供する。
実施例に係る発光モジュールは、第１開口部及び第２開口部を有する第１支持部材と、前記第１支持部材の第１開口部に配置された第２支持部材と、前記第１支持部材の第２開口部に配置された第３支持部材と、前記第２支持部材の上に配置された第１リード電極と、前記第１及び第２支持部材の少なくとも１つの上に配置された第２リード電極と、前記第２支持部材の上に配置され、前記第１及び第２リード電極と電気的に連結された発光チップと、前記第３支持部材の上に配置された制御部品と、前記第１、第２及び第３支持部材の下に配置された伝導層とを含み、前記第１支持部材は樹脂材質を含み、前記第２支持部材はセラミック材質を含み、前記第３支持部材は金属材質を含む。
実施例に係る発光モジュールは、垂直方向に貫通する第１開口部及び第２開口部を有する第１支持部材と、前記第１支持部材の第１開口部に配置された第２支持部材と、前記第１支持部材の第２開口部に配置された第３支持部材と、前記第１、２開口部に接着部材と、前記第２支持部材の上に配置された第１リード電極と、前記第１及び第２支持部材の少なくとも１つの上に配置された第２リード電極と、前記第２支持部材の上に配置され、前記第１及び第２リード電極と電気的に連結された発光チップと、前記第３支持部材の上に配置された制御部品と、前記第３支持部材と前記制御部品の間に放熱パターンとを含み、前記第１支持部材は樹脂材質を含み、前記第２支持部材はセラミック材質を含み、前記第３支持部材は金属材質を含み、前記第１支持部材は相互異なる材質からなる多層構造を有し、前記第２、３支持部材は前記第１支持部材の厚さより薄い厚さを有する。
実施例によれば、前記伝導層は、前記第２及び第３支持部材に連結される。
実施例によれば、前記第３支持部材と前記制御部品の間に配置された放熱パターンを含み、前記放熱パターンは、前記制御部品と電気的に分離される。
実施例によれば、前記発光チップの上に配置された蛍光体層と、前記発光チップの周りに配置された樹脂材質の反射部材と、前記反射部材の周りに配置された樹脂材質の保護部材の少なくとも１つを含むことができる。
実施例によれば、前記第１開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に接着された第１接着部材を含み、前記第１接着部材は、前記第１リード電極及び前記伝導層に接触し、前記第１接着部材は、前記第２支持部材の上面外縁部に配置された第１接着部及び前記第２支持部材の下面外縁部に配置された第２接着部の少なくとも１つを含むことができる。
実施例によれば、前記第２開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第３支持部材の間に接着された第２接着部材を含むことができる。
実施例によれば、前記第１支持部材は、第１樹脂層、前記第１樹脂層の下に第２樹脂層、前記第１及び第２樹脂層の間に接着層、前記第１樹脂層の上に第１金属層及び前記第２樹脂層の下に第２金属層を含み、前記接着層は前記第１接着部材に連結される。
実施例によれば、前記接着層及び前記接着部材は、同一材質を含むことができ、前記第２支持部材は、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、及び窒化ホウ素のうち少なくとも１つを含むことができる。
実施例によれば、前記伝導層の下に複数の放熱ピンを有する放熱板を含むことができる。
実施例によれば、前記接着部材は、前記第１開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に接着された第１接着部材と、前記第２開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第３支持部材の間に接着された第２接着部材を含み、前記第１接着部材は、前記第２支持部材と垂直方向に重なり、前記第２接着部材は、前記第３支持部材と垂直方向に重なる。
実施例は、発光チップ及び発光素子の放熱効率を改善させることができる。
実施例は、樹脂材質の第１支持部材の開口部に発光チップが配置されたセラミック材質の第２支持部材を有する発光素子を提供する。
実施例は、発光チップが配置されたセラミック材質の支持部材の上面及び下面に金属層が配置され、放熱効率を改善させることができる。
実施例は、放熱効率が改善された発光素子を提供することができる。
実施例は、セラミック材質の支持部材を樹脂材質の支持部材の開口部に配置することで、発光素子をスリムな厚さで提供することができる。
実施例は、樹脂基板内に絶縁及び非絶縁のための相互異なる放熱部材を配置して、チップ及び部品の種類によって放熱特性を改善させることができる。
実施例は、発光素子及びこれを備えた発光モジュールの信頼性を改善することができる。
第１実施例に係る発光素子を示した平面図である。 図１の発光素子のＡ‐Ａ線断面図である。 図１の発光素子の別の例を示した図面である。 図２の発光素子の第１変形例である。 図２の発光素子の第２変形例である。 図５の発光素子の詳細構成である。 図５の発光素子において、接着部材の上に位置したリード電極の表面状態を示した図面である。 図５の発光素子において、接着部材の厚さ増加にともなうリード電極の表面状態を示した図面である。 図５の発光素子の接着部材の第１変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第２変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第３変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第４変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第５変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第６変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第７変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第８変形例である。 図５の発光素子の接着部材の第９変形例である。 実施例に係る発光素子を有する発光モジュールを示した図面である。 図１８の発光モジュールの側断面図である。 図１８の発光モジュールの第１変形例である。 図１８の発光モジュールの第２変形例である。 第２実施例に係る発光モジュールを示した側断面図である。 図２２の発光モジュールの別の例である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 図２の発光素子の製造過程を示した図面である。 実施例に係る発光チップを示した図面である。 実施例に係る発光チップの別の例を示した図面である。
以下、添付された図面を参照して実施例を説明する。実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターンまたは構造物が基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンの「上」または「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は「直接」または「他の層を介して」形成されるものも含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準に説明する。
以下、添付された図面を参照して実施例に係る発光素子を説明する。添付された図面の全体にわたり、同一または対応する構成要素は、同じ図面番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は第１実施例に係る発光素子を示した平面図であり、図２は図１の発光素子のＡ‐Ａ線断面図である。
図１及び図２に示されたように、発光素子１００は、開口部１５０を有する第１支持部材１１０と、前記第１支持部材１１０の開口部１５０に位置する第２支持部材１３１と、前記第２支持部材１３１の上に発光チップ１０１と、前記第２支持部材１３１と前記発光チップ１０１の間に配置された第１リード電極１６１と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の少なくとも１つの上に第２リード電極１６３と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の下に伝導層１６５を含む。
前記発光チップ１０１は、可視光線帯域から紫外線帯域の範囲で選択的に発光することができる。前記発光チップ１０１は、例えばUV(Ultraviolet) LED、赤色LED、青色LED、緑色LED、yellow green LEDまたは白色LEDの少なくとも１つを含むことができる。
前記発光チップ１０１は、チップ内の２つの電極が相互隣接するように配置された水平型LEDチップ構造または２つの電極が相互反対側に配置された垂直型LEDチップ構造のうち少なくとも１つを含むことができるが、これに対して限定はしない。実施例は、発光チップ１０１の下部に伝導性支持部材を有する垂直型チップを配置して、放熱効率を改善させることができる。
前記発光チップ１０１が垂直型LEDチップである場合、ワイヤー１０５で第２リード電極１６３に連結される。別の例として、前記発光チップ１０１が水平型LEDチップである場合、第１及び第２リード電極１６１、１６３にワイヤー１０５で連結されるが、これに対して限定はしない。前記発光チップ１０１がフリップチップ方式で搭載された場合、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３の上にボンディングされる。
前記第１支持部材１１０は樹脂材質を含み、前記第２支持部材１３１は非金属またはセラミック材質を含む。前記第１支持部材１１０は樹脂基板または絶縁基板からなることができ、前記第２支持部材１３１はセラミック基板または放熱基板からなることができる。前記第１、２支持部材１１０、１３１は、相互異なる材質を含むことができる。前記第１、２支持部材１１０、１３１は熱抵抗が異なる材質を含むことができる。前記第１支持部材１１０は相互異なる材質からなる多層構造を有し、前記第２支持部材１３１は単一物質からなる単層または多層構造を含むことができる。
前記第１支持部材１１０は、樹脂材質、例えばFR(fluororesins)系、CEM(Composite Epoxy Material)系のうち少なくとも１つを含むことができる。実施例に係る発光素子１００は、第１支持部材１１０を利用することで、製造コスト及び材料コストを節減することができ、軽量化することができる。
前記第２支持部材１３１は、樹脂材質に比べて熱電導度が高く熱抵抗が低い材質からなることができる。前記第２支持部材１３１は、例えばシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等のような金属元素が酸素、炭素、窒素等と結合して生成した酸化物、炭化物、窒化物からなることができる。前記第２支持部材１３１は、窒化アルミニウム(AlN)材質を含むことができる。前記第２支持部材１３１は、別の例として、炭化ケイ素(SiC)、アルミナ(Al２O３)、酸化ジルコニウム(ZrO２)、窒化ケイ素(Si３N４)、窒化ホウ素(BN)材質のうち少なくとも１つを含むことができる。熱伝導率は、AlNは７０〜２５０W/mK、BNは６０〜２００W/mK、Si３N４は６０〜９０W/mK、Siは１５０W/mK、SiCは２７０W/mK、Al２O３及びZrO２は２０〜３０W/mKである。前記第２支持部材１３１は放熱のために熱伝導率が６０W/mK以上の材質からなることができる。
前記第１支持部材１１０は、図２のように開口部１５０を含む。前記開口部１５０は、前記第１支持部材１１０の内部をＺ軸方向に貫通する形状で提供される。前記開口部１５０の上方から見た形状は、多角形形状、円形または楕円形状のうち少なくとも１つを含むことができるが、これに対して限定はしない。前記開口部１５０には第２支持部材１３１が配置される。これによって、前記発光チップ１０１の下の第２支持部材１３１が基板内に配置されるので、発光素子１００の厚さを増加させることなく短い放熱経路を確保できる効果がある。
図１のように、前記第２支持部材１３１はＹ軸またはＸ軸方向の長さＹ２、Ｘ２が前記開口部１５０のＹ軸またはＸ軸方向の長さより小さい。前記第２支持部材１３１のＹ軸及びＸ軸方向の長さＹ２、Ｘ２は、前記第１支持部材１１０のＹ軸及びＸ軸方向の長さＹ１、Ｘ１より小さい。前記長さＹ１>Ｙ２の関係を有し、前記長さＸ１>Ｘ２の関係を有することができる。これによって、前記第２支持部材１３１の周りには、第１支持部材１１０が対向することができる。前記第２支持部材１３１は、第１支持部材１１０の領域内に配置される。前記第１、２支持部材１１０、１３１はＸ軸方向とＹ軸方向に重なり、Ｚ軸方向に重ならないように配置される。前記Ｙ軸方向はＸ軸方向と直交する方向であり、前記Ｚ軸方向はＸ軸及びＹ軸方向と直交する方向である。実施例の説明の便宜を図り、Ｙ軸方向は第１軸方向、Ｘ軸方向は第２軸方向、Ｚ軸方向は第３軸方向として説明する。
別の例として、図３のように、前記開口部１５０の第２軸方向の長さが前記第２支持部材１３１の第２軸方向の長さＸ３と同一であるかより小さい場合、前記第２支持部材１３１のＸ軸方向の両側面は、前記第１支持部材１１０と対向しない。以下説明の便宜を図り、図１のように開口部１５０内に第２支持部材１３１が挿入された構造で説明することにする。
図２に示されたように、前記第１支持部材１１０は、少なくとも１つの樹脂層１１１、１１３、及び前記樹脂層１１１、１１３の上面及び下面のうち少なくとも１つに金属層１１８、１１９が配置される。前記樹脂層１１１、１１３は、例えばＺ軸方向に配置された第１樹脂層１１１及び第２樹脂層１１３を含むことができる。前記第１樹脂層１１１は、前記第２樹脂層１１３と金属層１１８の間に配置され、前記第２樹脂層１１３は、第１樹脂層１１１と金属層１１９の間に配置される。前記金属層１１８、１１９は、例えば前記第１樹脂層１１１の上面に第１金属層１１８及び前記第２樹脂層１１３の下面に第２金属層１１９が配置される。前記第１金属層１１８は、前記第１樹脂層１１１の上面に接触することができ、前記第２金属層１１９は、前記第２樹脂層１１３の下面に接触することができる。前記樹脂層１１１、１１３及び金属層１１８、１１９はＺ軸方向に重なるように配置される。前記樹脂層１１１、１１３及び金属層１１８、１１９は、前記第２支持部材１３１とＺ軸方向に重ならないように配置される。前記樹脂層１１１、１１３及び金属層１１８、１１９は、前記開口部１５０を有することができる。
前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３は同じ樹脂材質、例えばFR系またはCEM系からなることができる。前記第１及び第２金属層１１８、１１９は、チタン(Ti)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、錫(Sn)、銀(Ag)、リン(P)の少なくとも１つまたはこれらの選択的な合金からなることができ、単層または多層構造を有することができる。別の例として、前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３は、相互異なる樹脂材質からなることができるが、これに対して限定はしない。
前記第１金属層１１８は、パターン形状に応じて前記第１支持部材１１０の上面一部または全領域に選択的に配置されるが、これに対して限定はしない。前記第１金属層１１８は、相互異なるリード電極１６１、１６３と選択的に連結される電極パターンＰ３、Ｐ４に分離される。前記第２金属層１１９は、パターン形状に応じて前記第１支持部材１１０の下面一部または全領域に選択的に配置されるが、これに対して限定はしない。前記第２金属層１１９は放熱経路として提供されたり、電源経路として提供されるが、これに対して限定はしない。
前記第１支持部材１１０は、前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３の間に接着層１１５を含むことができる。前記接着層１１５は、第１及び第２樹脂層１１１、１１３を接着させる。前記接着層１１５は、シリコン、エポキシまたはプリプレグ(Prepreg)の少なくとも１つを含むことができる。前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３が単一層である場合、前記接着層１１５は除去されてもよいが、これに対して限定はしない。
一方、前記第２支持部材１３１の上面及び下面のうち少なくとも１つには金属層１３８、１３９が配置される。前記金属層１３８、１３９は、前記第２支持部材１３１の上面に第３金属層１３８及び下面に第４金属層１３９を含む。前記第３金属層１３８は、前記第２支持部材１３１とＺ軸方向に重なり、熱を伝達し、電流を供給する経路として用いられる。前記第３金属層１３８は、第１金属層１１８と電気的に連結される。前記第４金属層１３９は、前記第２支持部材１３１とＺ軸方向に重なって熱伝達経路として用いられる。前記第４金属層１３９は、前記第２金属層１１９と電気的に絶縁される。前記第３、４金属層１３８、１３９は、第１、２金属層１１８、１１９のＺ軸方向に重ならない領域に配置される。
前記第３及び第４金属層１３８、１３９は、チタン(Ti)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、錫(Sn)、銀(Ag)、リン(P)の少なくとも１つまたはこれらの選択的な合金からなることができ、単層または多層構造を有することができる。前記第２支持部材１３１及び第３及び第４金属層１３８、１３９は、セラミック基板または絶縁性放熱基板と定義することができる。
前記第３金属層１３８は、前記第２支持部材１３１の上面エッジから離隔される。前記第３金属層１３８は、少なくとも２つの電極パターンＰ１、Ｐ２に分離される。前記少なくとも２つの電極パターンＰ１、Ｐ２は、前記第２支持部材１３１の上に接触して前記発光チップ１０１と電気的に連結される。前記少なくとも２つの電極パターンＰ１、Ｐ２は、間隙部(gap)１０９によって分離されるが、これに対して限定はしない。
前記少なくとも２つの電極パターンＰ１、Ｐ２は、第１電極パターンＰ１及び第２電極パターンＰ２を含み、前記第１電極パターンＰ１は、前記発光チップ１０１と前記第２支持部材１３１の間に配置される。前記第１電極パターンＰ１は、前記第１リード電極１６１と第２支持部材１３１の間に配置され、第２電極パターンＰ２は、前記第２リード電極１６３と第２支持部材１３１の間に配置される。
前記第１電極パターンＰ１及び第２電極パターンＰ２は、前記第２支持部材１３１の上面エッジから離隔される。前記第１電極パターンＰ１及び第２電極パターンＰ２が上面エッジに存在する場合、図１のように上面エッジにそって連結されて電気的なショート問題が発生することがある。
前記第４金属層１３９は、前記第２支持部材１３１の下面エッジから離隔される。前記第４金属層１３９が電気的な配線である場合、電気的な干渉を防止するために前記第２支持部材１３１の下面エッジから離隔される。これによって、第２支持部材１３１の第４金属層１３９を利用した電気的なパターンを設計しても、電気的なショート問題を解決することができる。
前記第３金属層１３８の下面面積は、前記第２支持部材１３１の上面面積より小さい面積を有することができる。前記第４金属層１３９の上面面積は、前記第２支持部材１３１の下面面積より小さい面積を有することができる。これによって、第３、４金属層１３８、１３９による電気的な干渉問題を減らすことができ、放熱経路を提供することができる。
図２に示されたように、前記第１支持部材１１０の厚さＢ１はＺ軸方向に前記第２支持部材１３１の厚さＢ２より厚くなる。前記第２支持部材１３１、第３及び第４金属層１３８、１３９の厚さの合計は、前記第１支持部材１１０の厚さＢ１と同一であってもよいが、これに対して限定はしない。前記第２支持部材１３１の厚さＢ２が前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３の厚さの合計より厚く形成されるので、十分な放熱表面積を確保することができる。
前記接着部材１５１は、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置される。前記接着部材１５１は、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に接着される。前記接着部材１５１は、前記第１、２樹脂層１１１、１１３と前記接着層１１５に接触することができる。
前記接着部材１５１の上部は、第１及び第３金属層１１８、１３８の間に配置される。前記接着部材１５１の上部は、前記第１支持部材１１０の上面と同じ高さまたはより低く配置される。前記接着部材１５１の上部が前記第１支持部材１１０の上面より高く配置された場合、リード電極１６１、１６３の表面がラフ(rough)に形成される。
前記接着部材１５１の下部は第２及び第４金属層１１９、１３９の間に配置される。前記接着部材１５１の下部は、前記第１支持部材１１０の下面と同じ高さまたはより高く配置される。前記接着部材１５１の上部が第１支持部材１１０の下面より突出した場合、伝導層１６５の表面がラフ(rough)に形成される。
前記接着部材１５１の一部はＺ軸方向に第２支持部材１３１と重なる。前記接着部材１５１はＺ軸方向に第１支持部材１１０と重ならないか、部分的に重なる。例えば、前記接着部材１５１は、前記第１、２支持部材１１０、１３１の少なくとも１つの上面及び下面のうち少なくとも１つの上に配置される。前記接着部材１５１は、第２支持部材１３１の上面外縁部に配置された第１接着部１５３、及び前記第２支持部材１３１の下面外縁部に配置された第２接着部１５５のいずれか１つまたは両方ともを含むことができる。前記第１接着部１５３及び前記第２接着部１５５は、前記接着部材１５１から内側方向に延長される。
前記第１接着部１５３は、前記第２支持部材１３１の上面周りに接着され、前記第３金属層１３８の周り及びリード電極１６１、１６３の下に配置される。このような第１接着部１５３は、第２支持部材１３１及びリード電極１６１、１６３と接着される。
前記第１接着部１５３は、図１のように間隙部１０９の上にも露出されるが、これに対して限定はしない。前記第１接着部１５３の厚さは、前記第３金属層１３８の厚さと同一であるか、より薄い。前記第１接着部１５３の厚さが前記第３金属層１３８の厚さより厚い場合、リード電極１６１、１６３の表面が不均一な問題がある。
前記第２接着部１５５は、前記第２支持部材１３１の下面周りに接着され、前記第４金属層１３９の周りに配置される。前記第２接着部１５５の厚さは、前記第４金属層１３９の厚さと同一であるか、より薄い。前記第２接着部１５５の厚さが前記第４金属層１３９の厚さより厚い場合、下部に配置されたリード電極１６１、１６３の表面が不均一な問題がある。このような第２接着部１５５は第２支持部材１３１及び伝導層１６５と接着される。
前記接着部材１５１は、前記接着層１１５と同じ材質からなることができ、例えばシリコン、エポキシまたはプリプレグ(Prepreg)の少なくとも１つを含むことができる。別の例として、前記接着部材１５１は、前記接着剤のうち前記接着層１１５の材質と異なる材質からなることができる。
一方、前記第１リード電極１６１は、前記第２支持部材１３１の上に配置され、一部が第１支持部材１１０の第２領域、例えば第１金属層１１８の第３電極パターンＰ３の上に延長される。前記第２リード電極１６３は、前記第１支持部材１１０の第１領域、例えば第１金属層１１８の第４電極パターンＰ４の上に配置され、一部が第２支持部材１３１の電極パターンＰ２の上に延長される。前記第１支持部材１１０の第１及び第２領域は、相互異なる領域であってもよい。
前記第１リード電極１６１は、前記第３金属層１３８の第１電極パターンＰ１及び第１金属層１１８の第３電極パターンＰ３に連結される。前記第１リード電極１６１は、第２支持部材１３１、接着部材１５１及び第１支持部材１１０の第２領域とＺ軸方向に重なるように配置される。前記発光チップ１０１は、第１支持部材１１０とＺ軸方向に重ならず、第２支持部材１３１とＺ軸方向に重なり、Ｚ軸方向に放熱経路を有することができる。
ここで、前記発光チップ１０１は、前記第１リード電極１６１及び前記第２支持部材１３１と垂直方向に重なり、前記第１リード電極１６１とボンディング物質でボンディングされる。前記発光チップ１０１が第１リード電極１６１にボンディングされた場合、そのボンディング物質は伝導性材質、例えば半田材質を含む。前記発光チップ１０１と前記第１リード電極１６１の間に電気的な連結が不必要な場合、前記ボンディング物質は、絶縁性材質、例えばシリコンまたはエポキシ材質からなることができる。
前記第２リード電極１６３は、前記第１支持部材１１０の第１領域、前記接着部材１５１、及び第２支持部材１３１の上に配置される。前記第２リード電極１６３は、前記第３金属層１３８の第２電極パターンＰ２及び第１金属層１１８の第４電極パターンＰ４と連結される。
前記第１及び第２リード電極１６１、１６３は、パッドとして、前記第１〜第４金属層１１８、１１９、１３８、１３９と異なる金属を含むことができ、例えばチタン(Ti)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、錫(Sn)、銀(Ag)、リン(P)の少なくとも１つまたはこれらの選択的な合金からなる単層または多層構造を有することができる。
前記第１及び第２リード電極１６１、１６３の上には、表面保護のために保護層(図示されない)が配置され、前記保護層はソルダーレジスト材質を含むことができる。
一方、前記伝導層１６５は、前記第２支持部材１３１の下に配置される。前記伝導層１６５は、前記第２支持部材１３１の下で前記第２支持部材１３１から伝導された熱を放熱することになる。前記伝導層１６５は、前記第１支持部材１１０の下に延長される。前記伝導層１６５は、前記第２及び第４金属層１１９、１３９の下に配置される。前記伝導層１６５はＹ軸またはＸ軸方向の長さが前記第２支持部材１３１のＹ軸またはＸ軸方向の長さより広く配置されて、伝導された熱を拡散させることができる。前記伝導層１６５の一部は、前記接着部材１５１とＺ軸方向に重なる。
前記伝導層１６５は、前記第１〜第４金属層１１８、１１９、１３８、１３９と異なる金属を含むことができ、例えばチタン(Ti)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、錫(Sn)、銀(Ag)、リン(P)の少なくとも１つまたはこれらの選択的な合金からなる単層または多層構造を有することができる。前記伝導層１６５は、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３と同じ金属を含むことができるが、これに対して限定はしない。
前記発光チップ１０１は、第１リード電極１６１と第２リード電極１６３に連結される。前記発光チップ１０１は、第１リード電極１６１にボンディングされて電気的に連結され、前記第２リード電極１６３とワイヤー１０５で連結される。前記発光チップ１０１は、第１及び第２リード電極１６１、１６３から供給された電源によって駆動されて光を放出することになる。前記発光チップ１０１から発生した熱は、前記第１リード電極１６１、第２支持部材１３１、及び伝導層１６５に伝導される。
実施例に係る発光チップ１０１は、前記第２支持部材１３１の上に１つまたは複数で配置されるが、これに対して限定はしない。前記複数の発光チップ１０１は直列または並列に連結されるが、これに対して限定はしない。
実施例に係る発光素子１００は、発光チップ１０１が配置された領域に前記発光チップ１０１と第２支持部材１３１の間に熱抵抗を最小化させることができる。この場合、前記発光チップ１０１と第２支持部材１３１の間に配置される絶縁性接着剤を除去して、熱抵抗の上昇を抑制することができる。実施例に係る発光素子１００は、発光チップ１０１が搭載された領域にセラミック材質の第２支持部材１３１を配置して、放熱効率を改善させることができる。実施例に係る発光素子１００は、第２支持部材１３１の周りに樹脂材質の第１支持部材１１０を配置することで、第１支持部材１１０の上の回路パターンやビアホールを介して背面との電気的な連結が容易となる。また、第１支持部材１１０の上に他の制御部品をさらに搭載することもできる。
図４は図２の発光素子の別の例である。
図４に示されたように、発光素子は、開口部１５０を有する第１支持部材１１０と、前記第１支持部材１１０の開口部１５０に位置する第２支持部材１３１と、前記第２支持部材１３１の上に発光チップ１０１と、前記第２支持部材１３１と前記発光チップ１０１の間に配置された第１リード電極１６１と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の少なくとも１つの上に第２リード電極１６３と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の下に伝導層１６５と、前記発光チップ１０１の上に投光層１７１を含む。
前記投光層１７１は、発光チップ１０１の表面、例えば発光チップ１０１の側面及び上面の上に配置される。前記投光層１７１は、シリコンまたはエポキシのような樹脂材質を含むことができる。
前記投光層１７１の上面は、ワイヤー１０５の高点高さより上に位置することができるが、これに対して限定はしない。前記投光層１７１内には、蛍光体、拡散剤または散乱剤のような不純物を含むことができるが、これに対して限定はしない。
前記投光層１７１は、前記第２支持部材１３１とＺ軸方向に重なり、前記投光層１７１の一部は、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３の間の間隙部１０９に形成される。これによって、間隙部１０９を通じた湿気浸透を遮断することができる。前記投光層１７１の一部は、前記第２支持部材１３１の上面と接触することができる。これによって、前記投光層１７１の放熱効率を改善させることができる。
図５に示されたように、発光素子は発光チップ１０１と、開口部１５０を有する第１支持部材１１０と、前記第１支持部材１１０の開口部１５０に位置し、前記発光チップ１０１の下に配置された第２支持部材１３１と、前記第２支持部材１３１と前記発光チップ１０１の間に配置された第１リード電極１６１と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の少なくとも１つの上に第２リード電極１６３と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の下に伝導層１６５と、前記発光チップ１０１の上に蛍光体層１７３、前記発光チップ１０１の周りに反射部材１７５を含む。
前記蛍光体層１７３は、前記発光チップ１０１の上面の上に配置される。前記蛍光体層１７３は、前記発光チップ１０１の側面にもさらに形成されるが、これに対して限定はしない。
前記蛍光体層１７３は、前記発光チップ１０１から放出された一部光を波長変換することになる。前記蛍光体層１７３は、シリコンまたはエポキシ樹脂内に蛍光体を含み、前記蛍光体は赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体の少なくとも１つを含むことができるが、これに対して限定はしない。前記蛍光体は、例えばYAG、TAG、Silicate、Nitride、Oxy-nitride系物質から選択的に形成される。
前記反射部材１７５は、発光チップ１０１及び蛍光体層１７３の周りに配置される。前記反射部材１７５は、前記発光チップ１０１から入射した光を反射させ、前記蛍光体層１７３を介して光が抽出されるようにする。
前記反射部材１７５は、非金属材質または絶縁材質を含み、例えばシリコンまたはエポキシのような樹脂材質からなることができる。前記反射部材１７５は、内部に前記樹脂材質の屈折率より高い屈折率を有する不純物を含むことができる。前記反射部材１７５は、Al、Cr、Si、Ti、Zn、Zrの少なくとも１つを有する酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物のような化合物の少なくとも１つが添加される。
前記反射部材１７５の上面は、前記ワイヤー１０５の高点より高く位置される。これによって、反射部材１７５は、前記ワイヤー１０５を保護することができる。前記反射部材１７５の上面は、フラットであるか、発光チップ１０１から離れるほど高さまたは厚さが漸減する。
前記反射部材１７５は、前記第２支持部材１３１とＺ軸方向に重なるように配置され、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３に接触することができる。このような反射部材１７５は、前記不純物による熱伝導によって表面を介して放熱することができる。前記反射部材１７５の一部は、前記第１支持部材１１０とＺ軸方向に重なってもよく、重ならなくてもよい。前記反射部材１７５の一部は、間隙部１０９内に配置されて第２支持部材１３１と接触することができる。
実施例に係る１つまたは複数の発光チップ１０１の上には、光学レンズまたは光学シートが配置されるが、これに対して限定はしない。
実施例に係る発光素子は、図６のように、第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置された接着部材１５１の厚さＤ１によって、図７または図８のようなリード電極１６３に凹部１６０、１６０Ａが発生することがある。図８のようなリード電極１６３の凹部１６０Ａがより深くなった場合、リード電極１６３がオープンされる問題が発生することがある。
前記接着部材１５１の厚さＤ１は、３００μｍ以下、例えば２５μｍ〜２００μｍの範囲を有することができる。前記接着部材１５１の厚さＤ１が２５μｍ〜２００μｍの範囲である場合、図７のように前記リード電極１６３の表面に微細な凹部１６０が発生し、前記凹部１６０の深さＴ２が前記リード電極１６１、１６３の厚さＴ１の１/３以下に形成されるので、リード電極１６１、１６３のオープン不良が発生しなくなる。
前記接着部材１５１の厚さＤ１が２５μｍ未満である場合、前記接着部材１５１の方向に応力緩和がなされず、熱衝撃試験において前記第２支持部材１３１にクラックが発生する問題がある。図８のように前記接着部材１５１の厚さＤ４が３００μｍ超えた場合、表面メタル処理が難しく、接着部材１５１の上のリード電極１６１、１６３の凹部１６０Ａの深さＴ３が深くなり、リード電極１６１、１６３がオープンされる不良が発生することがある。
前記接着部材１５１の第１接着部１５３によって、第２支持部材１３１の上面エッジにおける電極パターンＰ１、Ｐ２間の電気的なショート問題を防止することができる。前記第１接着部１５３は、５０μｍ以上、例えば５０μｍ〜１５０μｍの範囲の幅Ｄ３を有することができる。前記第１接着部１５３の幅Ｄ３が前記範囲より小さい場合、隣接したパターンＰ１、Ｐ２間の電気的な干渉問題が発生することがあり、前記範囲より大きい場合、リード電極１６１、１６３の表面に影響を与えることがある。
前記第２接着部１５５は、第２支持部材１３１の下面に電極パターンが形成された場合、前記第２支持部材１３１の下面で電極パターン間の電気的なショート問題を防止することができる。前記第２接着部１５５の幅Ｄ２は、前記第１接着部１５３の幅Ｄ３と同一またはより広い幅で形成され、５０μｍ以上、例えば７０μｍ〜２００μｍの範囲の幅を有することができる。前記第２接着部１５５の幅Ｄ２が前記範囲より小さい場合、電極パターン間の電気的な干渉問題が発生することがあり、前記範囲より大きい場合、伝導層１６５の表面に影響を与えることがある。
図９〜図１７は図２の発光素子の別の変形例である。このような変形例の説明において、上記と同じ構成は上記説明を参照し、詳細な説明は省略することにする。
図９に示されたように、接着部材１５１は、第１支持部材１１０と第２支持部材１３１の間に配置され、第１接着部１５３を備える。前記第１接着部１５３は、前記第２支持部材１３１の上面外縁部上に接着され、第３金属層１３８と第１金属層１１８の間に配置される。前記第１接着部１５３は、前記第１、２電極パターンＰ１、Ｐ２が開口部１０９の領域を通じて連結されることを防止することができる。
前記接着部材１５１は、第２接着部を備えず、下部が第２金属層１１９と第４金属層１３９の間に配置される。この場合、伝導層１６５が給電層ではない場合、第４金属層１３９が第２接着部の領域まで延長されるので、第４金属層１３９による熱伝道効率が改善される。
図１０に示されたように、接着部材１５１は、第１接着部を備えず、第２接着部１５５を備えた構造である。前記第２接着部１５５は、伝導層１６５が給電層である場合、第２支持部材１３１の下面外縁部における第４金属層１３９の電極パターン間の電気的なショートを防止することができる。
また前記接着部材１５１の上部は、前記第３金属層１３８と第１金属層１１８の間に配置され、間隙部１０９は、前記第２支持部材１３１の上の第１電極パターンＰ１と第２電極パターンＰ２を分離させることができる。これによって、接着部材１５１の第１接着部を除去しても、間隙部１０９によって第２支持部材１３１の上の電気的なショート問題を解決することができる。
図１１に示されたように、第２支持部材１３１は、上面エッジに配置された第１リセス６Ａ及び下面エッジに配置された第２リセス６Ｂの少なくとも１つを含む。前記第１リセス６Ａは、前記第２支持部材１３１の上面エッジにそって配置され、上面から段差を有するように形成される。前記第２リセス６Ｂは第２支持部材１３１の下面エッジにそって形成され、下面から段差を有するように形成される。
前記接着部材１５１は第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置され、第１接着部１５３は前記第１リセス６Ａに配置され、前記第２接着部１５５は第２リセス６Ｂに配置される。
前記第１接着部１５３は第３金属層１３８と第１金属層１１８の間に配置され、前記第２接着部１５５は第２金属層１１９と第４金属層１３９の間に配置される。このような第１接着部１５３は接着面積が増加し、前記第２支持部材１３１の上面におけるショート発生を防止することができる。
前記第１及び第２リセス６Ａ、６Ｂの幅は、前記第１、２接着部１５３、１５５の幅と同じ幅を有することができ、例えば２５μｍ〜３００μｍの範囲を有することができる。このような第１、２リセス６Ａ、６Ｂの幅を利用して隣接した電極パターン間の干渉を防止することができる。
図１２に示されたように、第２支持部材１３１は、上部周りに第１リセス６Ａを備え、下部周りの第２リセスは削除することができる。前記第１リセス６Ａには、第１接着部１５３が配置されるので、第２支持部材１３１の上部におけるショート問題を解決し、リード電極１６１、１６３との接着面積を改善させることができる。
図１３に示されたように、第２支持部材１３１の下部周りに第２リセス６Ｂを備え、上部周りの第１リセスは削除することができる。前記第２リセス６Ｂには、第２接着部１５５が配置されるので、第２支持部材１３１の下部におけるショート問題を解決し、伝導層１６５との接着面積を改善させることができる。
図１４に示されたように、接着部材１５１は、第１支持部材１１０の開口部１５０内で、第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置される。前記接着部材１５１の上部は、第１及び第３金属層１１８、１３８の間の領域と第１及び第２リード電極１６１、１６３の下に接触することができる。このような接着部材１５１の上部が別途の接着部を備えないので、間隙部１０９は第３金属層１３８の電極パターンＰ１、Ｐ２を相互分離させることができる。
前記接着部材１５１の下部は、第２及び第４金属層１１９、１３９の間の領域と伝導層１６５の上に配置される。
図１５に示されたように、接着部材１５１は、第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に接着され、前記第２支持部材１３１の上部周りには、第１リセス６Ａが配置される。前記第１リセス６Ａには、接着部材１５１の第１接着部１５４が配置される。前記第２支持部材１３１の下部周りには第２リセス６Ｂが配置され、前記第２リセス６Ｂには接着部材１５１の第２接着部１５６が配置される。前記第１及び第２リセス６Ａ、６Ｂの間には突出部１５が配置される。
ここで、接着部材１５１は、図１１と異なり、第２支持部材１３１の上面より上方に突出したり下面より下方に突出しなくてもよい。これによって、第１及び第２リード電極１６１、１６３の突起３Ａ、３Ｂは、前記第１及び第３金属層１１８、１３８の間の領域に突出して前記第１接着部１５４に接着される。前記伝導層１６５の突起５Ａ、５Ｂは、前記第２及び第４金属層１１９、１３９の間の領域に突出して前記第２接着部１５６に接触することができる。このような発光素子は、第１接着部１５４が第２支持部材１３１の上面より上方に突出しなくても、間隙部１０９によって電気的なショート問題を防止することができる。
前記突出部１５は、リセス６Ａ、６Ｂの間に配置され、第１支持部材１１０に隣接するように配置される。これによって、前記第２支持部材１３１は、突出部１５と第１支持部材１１０の間の間隔が、前記リセス６Ａ、６Ｂが配置された部分の間隔より狭く配置される。
図１６に示されたように、接着部材１５１は、第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置される。前記第２支持部材１３１の側面には、内側方向に凹んだ溝１６を含み、前記溝１６には、前記接着部材１５１の突出部１５２が配置される。前記溝１６の深さは、放熱効率が低下せず、前記第２支持部材１３１の強度が低下しない範囲で形成される。
前記接着部材１５１の上部は、前記第２支持部材１３１の上面より上方に突出し、下部は、前記第２支持部材１３１の下面より下方に突出することができる。
図１７に示されたように、接着部材１５１は、第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置され、前記第１支持部材１１０の上面内側に延長された第１接着部１５３Ａと、前記第１支持部材１１０の下面内側に延長された第２接着部１５５Ａの少なくとも１つまたは両方とも含むことができる。前記第１接着部１５３Ａは、前記第１支持部材１１０の上面のうち開口部１５０に隣接した領域に延長され、前記第１及び第３金属層１１８、１３８の間に配置される。前記第２接着部１５５Ａは、前記第１支持部材１１０の下面のうち開口部１５０に隣接した領域に延長され、第２及び第４金属層１１９、１３９の間に配置される。
実施例に係る発光素子は、接着部材１５１の第１及び第２接着部１５３Ａ、１５５Ａが第１支持部材１１０の上に配置されることで、第２支持部材１５１の放熱表面積を改善させることができる。前記第２支持部材１３１の上の第３金属層１３８は、予め決められた電極パターンＰ１、Ｐ２が間隙部１０９によって分離される。これによって、第２支持部材１３１の上の電極パターンＰ１、Ｐ２間のショート問題を解決することができる。
図１８は第２実施例に係る発光素子を有する発光モジュールを示した斜視図であり、図１９は図１８の発光モジュールのＢ‐Ｂ線断面図である。実施例に係る発光モジュールの説明において、上記に開示された構成と同じ部分は、上記した説明を参照することにする。
図１８及び図１９に示されたように、発光モジュール１００Ａは、複数の発光チップ１０１と、開口部１５０を有する第１支持部材１１０と、前記第１支持部材１１０の開口部１５０に位置し、前記発光チップ１０１の下に配置された第２支持部材１３１と、前記第２支持部材１３１の上に配置され、前記発光チップ１０１と連結された第１リード電極１６１と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の少なくとも１つの上に第２リード電極１６３と、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の下に伝導層１６５を含む。実施例に係る複数の発光チップ１０１の上には光学レンズが配置されるが、これに対して限定はしない。
前記第１、２支持部材１１０、１３１の材質は、上記に開示された材質と同じ材質からなることができる。前記接着部材１５１は、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の間に配置され、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１を相互接着させることができる。
前記第１支持部材１１０の上面には第１金属層１１８が配置され、下面には第２金属層１１９が配置され、前記第１及び第２金属層１１８、１１９のそれぞれは電極パターンによって１つまたは複数の領域に分離される。
前記第２支持部材１３１の上には、第３金属層１３８のパターン形態によって多数の電極パターンＰ１、Ｐ２が配置される。前記多数の電極パターンＰ１、Ｐ２のうち第１電極パターンＰ１は上に発光チップ１０１が配置され、各発光チップ１０１と電気的に連結される。前記多数の電極パターンＰ１、Ｐ２のうち第２電極パターンＰ２は、前記第１電極パターンＰ１と選択的に連結され、例えばワイヤー１０５で連結される。前記複数の発光チップ１０１は、第２支持部材１３１の上で前記多数の電極パターンＰ１、Ｐ２によって直列または並列に連結される。
前記第２支持部材１３１の上に配置された第１リード電極１６１は、前記第１支持部材１１０の第２領域上に延長される。前記第２リード電極１６３は、前記第１支持部材１１０の第１領域から第１支持部材１１０の上面に延長される。前記第１リード電極１６１及び第２リード電極１６３は、前記電極パターンＰ１、Ｐ２と選択的に連結される。
前記第１支持部材１１０の上には電極端子１９１、１９３が形成され、所定領域には、少なくとも１つの孔１８１または少なくとも１つのビアホール１８３が配置される。
前記第２支持部材１３１の下部には伝導層１６５が配置され、前記伝導層１６５は、前記第１支持部材１１０の下部に延長される。このような伝導層１６５は、第２支持部材１３１から伝導された熱を放熱することになる。
前記第１及び第２リード電極１６１、１６３の上には、保護層１８８が形成される。前記保護層１８８は、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３を保護することができ、ソルダーレジスト材質からなることができる。
図２０は図１９の発光モジュールの別の例である。
図２０に示されたように、発光モジュールは、下部に放熱板２１０をさらに含む。前記放熱板２１０は、第１及び第２支持部材１１０、１３１の下に配置された伝導層１６５に連結される。前記放熱板２１０は、支持プレート２１１及び下部放熱ピン２１３を含み、前記支持プレート２１１は接着剤で前記伝導層１６５に接着されたり、前記第１支持部材１１０の孔１８１を介して締結部材２０５にて締結される。
また前記ビアホール１８３には、コネクタ端子２０７が挿入されて連結され、コネクタ２０２が第２リード電極１６３と電気的に連結される。
そして、前記発光チップ１０１の上には蛍光体層１７３が配置され、前記蛍光体層１７３は発光チップ１０１から放出された一部光の波長を変換することになる。前記発光チップ１０１の周りには反射部材１７５が配置され、前記反射部材１７５は、前記発光チップ１０１の側方向に放出される光を反射して前記蛍光体層１７３を通じて抽出されるようにする。
図２１に示されたように、発光モジュールは、第１支持部材１１０の第１及び第２リード電極１６１、１６３の少なくとも１つに配置された制御部品２０１を含むことができる。前記制御部品２０１は、前記複数の発光チップ１０１の駆動を制御するための受動素子または能動素子からなることができるが、これに対して限定はしない。
前記制御部品２０１の上には保護部材２２０が配置され、前記保護部材２２０は、絶縁性材質、例えばエポキシまたはシリコン材質を含むことができる。
前記発光モジュールにはコネクタ２０２が連結されるが、これに対して限定はしない。
図２２は第２実施例に係る発光素子を有する発光モジュールを示した側断面図である。
図２２に示されたように、第１支持部材１１０内には、相互離隔した第２支持部材１３１及び第３支持部材１３２を含む。前記第１支持部材１１０は、第１及び第２開口部１５０、１５０Ｂを備えることができ、前記第１開口部１５０には第２支持部材１３１が配置され、前記第２開口部１５０Ｂには第３支持部材１３２が配置される。前記第１開口部１５０は、実施例に係る開口部と同じ構成として、上記に開示された実施例の説明を参照することにする。
前記第２支持部材１３１は、絶縁性放熱材質であるセラミック材質を含む。前記第２支持部材１３１は、例えばシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等のような金属元素が酸素、炭素、窒素等と結合して生成した酸化物、炭化物、窒化物からなることができる。前記第２支持部材１３１は、窒化アルミニウム(AlN)材質を含むことができる。前記第２支持部材１３１は、別の例として、炭化ケイ素(SiC)、アルミナ(Al２O３)、酸化ジルコニウム(ZrO２)、窒化ケイ素(Si３N４)、窒化ホウ素(BN)材質のうち少なくとも１つを含むことができる。
前記第２支持部材１３１の上に配置された第１及び第２リード電極１６１、１６３は、前記発光チップ１０１と電気的に連結される。ここで、前記発光チップ１０１は、下部に電極、例えば伝導性支持部材を有する垂直型チップで具現することができる。前記第２支持部材１３１は、熱伝導率が高いので、前記発光チップ１０１の下部伝導性支持部材を通じて第１リード電極１６１に伝導された熱を早く放熱または伝導することができる。前記第２支持部材１３１は、電気伝導は遮断するので、前記発光チップ１０１の放熱経路のみを提供することができる。これによって、前記第２支持部材１３１は、放熱特性と非絶縁特性を有する材質、例えばセラミック材質からなることができる。
前記第３支持部材１３２は、放熱特性を有する伝導性物質、例えば金属材質からなることができる。前記金属材質は、例えば銅(Cu)、銅合金(Cu-alloy)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(Al-Alloy)の少なくとも１つを含むことができる。前記第３支持部材１３２は、炭素材質を含むことができる。前記第３支持部材１３２は、金属材質にて単層または多層に形成されるが、これに対して限定はしない。
前記第３支持部材１３２は第２開口部１５０Ｂに配置され、前記第１支持部材１１０の樹脂層１１１、１１３に接触するが、これに対して限定はしない。前記第３支持部材１３２の厚さは、前記第１支持部材１１０の厚さより薄い厚さを有することができる。前記第１、２開口部１５１、１５１Ｂは、前記第１支持部材１１０の相互異なる領域で垂直方向に貫通することができる。
前記第１、３支持部材１１０、１３２の上には、前記発光チップ１０１の制御のための制御部品２０１、２０１Ａが配置され、前記発光チップ１０１と回路的に連結される。前記制御部品２０１、２０１Ａは、受動または能動部品、例えば制御用ＩＣ、トランス、抵抗、コンデンサ等のような部品を含むことができ、前記部品のうち発熱部品２０１Ａは、前記第３支持部材１３２の上に配置される。前記発熱部品２０１Ａは、前記第３支持部材１３２と放熱パターン１６４の間に配置され、前記放熱パターン１６４に隣接した第５及び第６電極パターンＰ５、Ｐ６に電気的に連結される。前記放熱パターン１６４は、前記第５、６電極パターンＰ５、Ｐ６や制御部品２０１、２０１Ａと電気的に分離される。前記放熱パターン１６４は、前記第３支持部材１３２の上面面積より大きい面積を有し、前記放熱部材１３２と発熱部品２０１Ａの間に配置される。
前記発熱部品２０１Ａは、下部に別途の電極経路を具備しないために、放熱パターン１６４と電気的に絶縁される。これによって、前記第３支持部材１３２は、前記発熱部品２０１Ａと電気的に絶縁され、前記発熱部品２０１Ａから発生した熱を放熱することができる。
前記第３支持部材１３２の厚さは、前記第２支持部材１３１と同一またはより厚い厚さを有することができるが、これに対して限定はしない。前記第３支持部材１３２の厚さは、前記第１支持部材１１０の厚さと同一またはより薄い厚さで形成されが、これに対して限定はしない。前記第３支持部材１３２の上面は、発熱部品２０１Ａの下面面積より大きく配置され、そのサイズは、前記発熱部品２０１Ａの大きさによって可変できる。
前記第２及び第３支持部材１３１、１３２は、前記第１支持部材１１０の第１、２開口部１５１、１５１Ｂを通じて前記第１支持部材１１０の上面と下面に露出する厚さで形成される。前記第１支持部材１１０の下に配置された伝導層１６５は、前記第２及び第３支持部材１３１、１３２に連結され、前記第２及び第３支持部材１３１、１３２を通じて伝導された熱を拡散させて放熱することができる。
前記発光チップ１０１の上には蛍光体層１７３が配置され、前記発光チップ１０１の周りには反射部材１７５が配置され、前記反射部材１７５の周りには保護部材２２０が配置される。前記保護部材２２０は、前記制御部品２０１、２０２Ａが露出することを防止することができる。
前記保護部材２２０の外縁部２１、２２は、前記リード電極１６１、１６３及び電極パターンＰ５、Ｐ６の周りに配置され、前記第１支持部材１１０の第１樹脂層１１１の上に接触することができる。このような保護部材２２０の外縁部２１、２２によって湿気浸透を防止することができる。
前記第１支持部材１１０内にはビアまたはビアホール１８４が配置され、前記ビアまたはビアホール１８４は、任意の電極パターン、例えば第６電極パターンＰ６と下部電極１６６を連結させてコネクタ２０２に連結される。
図２３は図２２の発光モジュールの別の例である。
図２３に示されたように、発光モジュールは、第１支持部材１１０内に第１開口部１５０及び第２開口部１５０Ｂを有し、前記第１開口部１５０内に第２支持部材１３１及び前記第２開口部１５０Ｂ内に第３支持部材１３２を配置する。
前記第１開口部１５０は、上方から見た形状が円形、多角形、非定形形状を有することができるが、これに対して限定はしない。前記第２開口部１５０Ｂは、前記円形、多角形、非定形形状を有することができるが、これに対して限定はしない。
前記第２支持部材１３１は、前記第１開口部１５０内で第１接着部材１５１にて第１支持部材１１０の樹脂層１１１、１１３に接着され、このような第１接着部材１５１は実施例に開示された接着部材の説明を参照することにする。
前記第２開口部１５０Ｂ内の第２接着部材１５１Ｂは、放熱パターン１６４と前記第３伝導層１６５の間に配置される。前記第２接着部材１５１Ｂは、前記放熱パターン１６４と第３伝導層１６５に接触することができる。前記第２接着部材１５１Ｂは、図２、図９〜図１７の接着部材と同一材質及び形状を有することができるが、これに対して限定はしない。
前記第２支持部材１３１は、絶縁性及び放熱性を有する材質からなることができ、上記した説明を参照することにする。前記第２支持部材１３１の上には、１つまたは複数の発光チップ１０１が配置されるが、これに対して限定はしない。
前記第３支持部材１３２は、前記第２開口部１５０Ｂ内で第２接触部材１５１Ｂにて第１支持部材１１０の樹脂層１１１、１１３に接着される。前記第２接触部材１５１Ｂは、前記第３支持部材１３２と垂直方向に重なる。このような第２開口部１５０Ｂ内の第２接着部材１５１Ｂは、実施例に開示された接着部材と同じ構成を有するので、上記した説明を参照することにする。前記第３支持部材１３２は、非絶縁性及び放熱性を有する材質を含むことができる。前記第３支持部材１３２の上には、１つまたは複数の発熱部品２０１Ａが配置されるが、これに対して限定はしない。
図２４〜図３０は、図２の発光素子の製造過程を示した図面である。
図２４及び図２５に示されたように、第１樹脂基板１１０Ａ、接着層１１５及び第２樹脂基板１１０Ｂに開口部１５０Ａを形成した後整列することになる。前記第１樹脂基板１１０Ａは、第１樹脂層１１１及びその上に第１金属層１１８を含むことができ、前記第２樹脂基板１１０Ｂは第２樹脂層１１３及びその下に第２金属層１１９を含むことができる。
前記第１樹脂基板１１０Ａ及び第２樹脂基板１１０Ｂの間に接着層１１５を位置させた後、前記接着層１１５にて前記第１及び第２樹脂基板１１０Ａ、１１０Ｂを付着させる。これによって、図２４のように第１支持部材１１０となる。
そして、第２支持部材１３１を前記開口部１５０に位置させた後、挿入することになる。前記第２支持部材１３１はセラミック材質を含み、上面及び下面のうち少なくとも１つに金属層１３８、１３９が配置される。前記第２支持部材１３１の金属層１３８、１３９は、電極パターンを備えることができるが、これに対して限定はしない。
前記第２支持部材１３１の上面外縁部Ｒ１及び下面外縁部Ｒ２には、前記第３及び第４電極層１３８、１３９が形成されない領域からなることができるが、これに対して限定はしない。
図２６のように、第１支持部材１１０の開口部１５０に第２支持部材１３１が配置されると、図２７のように上下圧搾プレート２５１、２５６を利用して前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の上下部を圧搾する。
このとき、前記第１及び第２樹脂層１１１、１１３の間に配置された接着層１１５が圧搾されて、前記開口部１５０に移動することになる。前記開口部１５０に移動した接着物質は、接着部材１５１として第１及び第２支持部材１１０、１３１を接着させる。
前記接着部材１５１は、前記第２支持部材１３１の上面外縁部及び下面外縁部に延長されて、第１及び第２接着部１５３、１５５を形成する。
図２８に示されたように、前記第１及び第２支持部材１１０、１３１の上面及び下面にメッキ工程によってリード電極１６１Ａ及び伝導層１６５を形成する。前記リード電極１６１Ａは、第１、２支持部材１１０、１５１の上面全領域に形成されるか、選択的に形成される。前記伝導層１６５は、前記第１、２支持部材１１０、１５１の下面全領域に形成されるか、選択的に形成される。
ここで、前記メッキ工程前に、前記第１支持部材１１０内に孔またはビアホールを形成することができるが、これに対して限定はしない。
図２８及び図２９に示されたように、パターン形状のために、前記リード電極１６１Ａをエッチングして間隙部１０９を形成し、複数のリード電極１６１、１６３に区分することになる。また、伝導層１６５もエッチング工程によって必要なパターン形態にエッチングすることができるが、これに対して限定はしない。
図３０に示されたように、前記第２支持部材１３１の上に配置された第１リード電極１６１の上に発光チップ１０１を配置する。前記発光チップ１０１は、ボンディング物質にて第１リード電極１６１にボンディングされ、前記第１及び第２リード電極１６１、１６３と電気的に連結される。
前記発光チップ１０１は、垂直型チップを例として説明したが、水平型チップであってもよく、これに対して限定はしない。また、前記発光チップ１０１はフリップチップ形態で搭載されるが、これに対して限定はしない。
発光チップ１０１の上には蛍光体層または投光層が配置され、前記発光チップ１０１の周りには反射部材が配置されるが、これに対して限定はしない。
図３１は実施例に係る水平型発光チップの一例を示した側断面図である。
図３１に示されたように、発光チップは、基板３１１、バッファ層３１２、発光構造物３１０、第１電極３１６及び第２電極３１７を含む。前記基板３１１は、透光性または非透光性材質の基板を含み、また、伝導性または絶縁性基板を含む。
前記バッファ層３１２は、基板３１１と前記発光構造物３１０の物質との格子定数差を減らすことができ、窒化物半導体からなることができ。前記バッファ層３１２と前記発光構造物３１０の間には、ドーパントがドーピングされていない窒化物半導体層をさらに形成して結晶品質を改善させることができる。
前記発光構造物３１０は、第１導電型半導体層３１３、活性層３１４及び第２導電型半導体層３１５を含む。
前記第１導電型半導体層３１３は、第１導電型ドーパントがドーピングされたIII族-V族化合物半導体から具現され、前記第１導電型半導体層３１３は、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を含む。前記第１導電型半導体層３１３は、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのような化合物半導体のうち少なくとも１つを含む層の積層構造を含むことができる。前記第１導電型半導体層３１３はｎ型半導体層であり、前記第１導電型ドーパントはｎ型ドーパントとしてSi、Ge、Sn、Se、Teを含む。
前記第１導電型半導体層３１３と前記活性層３１４の間には第１クラッド層が形成される。前記第１クラッド層はGaN系半導体から形成され、そのバンドギャップは前記活性層３１４のバンドギャップ以上で形成される。このような第１クラッド層は、第１導電型となってキャリアを拘束する役割をする。
前記活性層３１４は、前記第１導電型半導体層３１３の上に配置され、単一量子井戸、多重量子井戸(MQW)、量子線(quantum wire)構造または量子ドット(quantum dot)構造を選択的に含む。前記活性層３１４は井戸層と障壁層の周期を含む。前記井戸層はInxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を含み、前記障壁層はInxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を含むことができる。前記井戸層／障壁層の周期は、例えばInGaN/GaN、GaN/AlGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/InAlGaNの積層構造を利用して１周期以上に形成される。前記障壁層は、前記井戸層のバンドギャップより高いバンドギャップを有する半導体物質から形成される。
前記活性層３１４の上には第２導電型半導体層３１５が形成される。前記第２導電型半導体層３１５は第２導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えばInxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を含む。前記第２導電型半導体層３１５は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのような化合物半導体のうちいずれか１つからなることができる。前記第２導電型半導体層３１５がｐ型半導体層であり、前記第２導電型ドーパントはｐ型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Baを含むことができる。
前記第２導電型半導体層３１５は超格子構造を含むことができ、前記超格子構造はInGaN/GaN超格子構造またはAlGaN/GaN超格子構造を含むことができる。前記第２導電型半導体層３１５の超格子構造は、非正常的に電圧に含まれた電流を拡散させ、活性層３１４を保護することができる。
また、前記発光構造物３１０の導電型を逆に配置することができ、例えば第１導電型半導体層３１３はｐ型半導体層、前記第２導電型半導体層３１５はｎ型半導体層として配置することができる。前記第２導電型半導体層３１５の上には、前記第２導電型と反対極性を有する第１導電型の半導体層がさらに配置されてもよい。
前記発光構造物３１０は、ｎ‐ｐ接合構造、ｐ‐ｎ接合構造、ｎ‐ｐ‐ｎ接合構造、ｐ‐ｎ‐ｐ接合構造のいずれか１つで実現することができる。ここで、前記ｐはｐ型半導体層であり、前記ｎはｎ型半導体層であり、前記‐はｐ型半導体層とｎ型半導体層が直接または間接接触した構造を含む。以下、説明の便宜を図り、発光構造物３１０の最上層は第２導電型半導体層３１５として説明することにする。
前記第１導電型半導体層３１３の上には第１電極３１６が配置され、前記第２導電型半導体層３１５の上には電流拡散層を有する第２電極３１７を含む。
図３２は、実施例に係る発光チップの別の例を示した図面である。実施例の説明において、図３１と同じ部分は詳しい説明は省略することにする。
図３２に示されたように、実施例に係る垂直型発光チップは、発光構造物３１０の下に接触層３２１が形成され、前記接触層３２１の下に反射層３２４が形成され、前記反射層３２４の下に支持部材３２５が形成され、前記反射層３２４と前記発光構造物３１０の周りに保護層３２３が形成される。
このような発光チップは、第２導電型半導体層３１５の下に接触層３２１及び保護層３２３、反射層３２４及び支持部材３２５を形成した後、成長基板を除去することで形成される。
前記接触層３２１は、発光構造物３１０の下層、例えば第２導電型半導体層３１５にオーミック接触し、その材料は金属酸化物、金属窒化物、絶縁物質、伝導性物質から選択され、例えばITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、IAZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium tin oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc oxide)、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組合せで構成された物質からなることができる。また、前記金属物質とIZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO等の透光性伝導性物質を利用して多層にすることができ、例えばIZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni、AZO/Ag/Ni等に積層することができる。前記接触層３２１の内部には、電極３１６と対応するように電流をブロッキングする層がさらに形成される。
前記保護層３２３は、金属酸化物または絶縁物質から選択され、例えばITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、IAZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium tin oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc oxide)、SiO２、SiOx、SiOxNy、Si３N４、Al２O３、TiO２から選択的に形成される。前記保護層３２３は、スパッタリング方法または蒸着方法等を利用して形成することができ、反射層３２４のような金属が発光構造物３１０の層をショートさせることを防止することができる。
前記反射層３２４は、金属、例えばAg、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf及びこれらの選択的な組合せで構成された物質からなることができる。前記反射層３２４は、前記発光構造物３１０の幅より大きく形成され、これは光反射効率を改善させることができる。前記反射層３２４と前記支持部材３２５の間に、接合のための金属層と熱拡散のための金属層がさらに配置されるが、これに対して限定はしない。
前記支持部材３２５は、伝導性支持部材として、ベース基板からなることができ、銅(Cu)、金(Au)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、銅-タングステン(Cu-W)のような金属やキャリアウェハー(例えば、Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC)で具現することができる。前記支持部材３２５と前記反射層３２４の間には接合層がさらに形成され、前記接合層は両層を相互接合させることができる。上記に開示された発光チップは一例であり、上記開示された特徴に限定されるものではない。上記した発光チップは、上記した発光素子の実施例に選択的に適用することができるが、これに対して限定はしない。
以上の実施例で説明された特徴、構造、効果等は少なくとも１つの実施例に含まれ、必ず１つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果等は、実施例が属する分野で通常の知識を有する者によって別の実施例に組合せまたは変形して実施可能である。従って、そのような組合せと変形に係る内容は、実施例の範囲に含まれると解釈されるべきである。
以上、実施例を中心に説明したが、これは単なる例示にすぎず、実施例を限定するものではなく、実施例が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施可能であり、そしてそのような変形と応用に係る差異点は、添付された特許請求の範囲で設定する実施例の範囲に含まれると解釈されるべきである。
実施例は、放熱効率が改善された発光素子を有する発光モジュールや照明モジュールに適用することができる。
実施例は、放熱効率が改善された発光素子を多様な照明装置に適用することができる。
実施例は放熱効率が改善された発光素子を多様な表示装置に適用することができる。

Claims (20)

  1. 垂直方向に貫通する第１開口部及び第２開口部を有する第１支持部材と、
    前記第１支持部材の第１開口部に配置された第２支持部材と、
    前記第１支持部材の第２開口部に配置された第３支持部材と、
    前記第２支持部材の上に配置された第１リード電極と、
    前記第１及び第２支持部材の少なくとも１つの上に配置された第２リード電極と、
    前記第２支持部材の上に配置され、前記第１及び第２リード電極と電気的に連結された発光チップと、
    前記第３支持部材の上に配置された制御部品と、
    前記第１、第２及び第３支持部材の下に配置された伝導層と、を含み、
    前記第１支持部材は、樹脂材質を含み、
    前記第２支持部材は、セラミック材質を含み、
    前記第３支持部材は、金属材質を含み、
    前記第１及び第２開口部は、相互離隔された発光モジュール。
  2. 前記伝導層は、前記第２及び第３支持部材に連結される、請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記第３支持部材と前記制御部品の間に配置された放熱パターンを含み、
    前記放熱パターンは、前記制御部品と電気的に分離される、請求項２に記載の発光モジュール。
  4. 前記発光チップの上に配置された蛍光体層と、前記発光チップの周りに配置された樹脂材質の反射部材と、前記反射部材の周りに配置された樹脂材質の保護部材の少なくとも１つを含む、請求項１から３のいずれかに記載の発光モジュール。
  5. 前記第１開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に接着された第１接着部材を含む、請求項１から３のいずれかに記載の発光モジュール。
  6. 前記第１接着部材は、前記第１リード電極及び前記伝導層に接触する、請求項５に記載の発光モジュール。
  7. 前記第２開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第３支持部材の間に接着された第２接着部材を含む、請求項５または６に記載の発光モジュール。
  8. 前記第１接着部材は、前記第２支持部材の上面外縁部に配置された第１接着部及び前記第２支持部材の下面外縁部に配置された第２接着部の少なくとも１つを含む、請求項５から７のいずれかに記載の発光モジュール。
  9. 前記第１支持部材は、第１樹脂層、前記第１樹脂層の下に第２樹脂層、前記第１及び第２樹脂層の間に接着層、前記第１樹脂層の上に第１金属層及び前記第２樹脂層の下に第２金属層を含み、
    前記接着層は、前記第１接着部材に連結される、請求項５から８のいずれかに記載の発光モジュール。
  10. 前記接着層及び前記第１接着部材は、同一材質を含む、請求項９に記載の発光モジュール。
  11. 前記第２支持部材は、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、及び窒化ホウ素のうち少なくとも１つを含む、請求項５から１０のいずれかに記載の発光モジュール。
  12. 前記伝導層の下に複数の放熱ピンを有する放熱板を含む、請求項５から１１のいずれかに記載の発光モジュール。
  13. 垂直方向に貫通する第１開口部及び第２開口部を有する第１支持部材と、
    前記第１支持部材の第１開口部に配置された第２支持部材と、
    前記第１支持部材の第２開口部に配置された第３支持部材と、
    前記第１、２開口部に接着部材と、
    前記第２支持部材の上に配置された第１リード電極と、
    前記第１及び第２支持部材の少なくとも１つの上に配置された第２リード電極と、
    前記第２支持部材の上に配置され、前記第１及び第２リード電極と電気的に連結された発光チップと、
    前記第３支持部材の上に配置された制御部品と、
    前記第３支持部材と前記制御部品の間に放熱パターンと、を含み、
    前記第１支持部材は、樹脂材質を含み、
    前記第２支持部材は、セラミック材質を含み、
    前記第３支持部材は、金属材質を含み、
    前記第１支持部材は、相互異なる材質からなる多層構造を有し、
    前記第２、３支持部材は、前記第１支持部材の厚さより薄い厚さを有する発光モジュール。
  14. 前記放熱パターンは、前記第３支持部材の上面面積より大きい面積を有する、請求項１３に記載の発光モジュール。
  15. 前記第１、第２及び第３支持部材の下に配置された伝導層を含み、
    前記伝導層は、前記第２及び第３支持部材に連結される、請求項１４に記載の発光モジュール。
  16. 前記放熱パターンは、前記制御部品と電気的に分離される、請求項１４に記載の発光モジュール。
  17. 前記発光チップの上に配置された蛍光体層と、前記発光チップの周りに配置された樹脂材質の反射部材を含み、
    前記蛍光体層及び前記反射部材は、前記第２支持部材と垂直方向に重なる、請求項１４から１６のいずれかに記載の発光モジュール。
  18. 前記接着部材は、
    前記第１開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第２支持部材の間に接着された第１接着部材と、
    前記第２開口部に配置され、前記第１支持部材と前記第３支持部材の間に接着された第２接着部材を含む、請求項１４から１６のいずれかに記載の発光モジュール。
  19. 前記第１接着部材は、前記第２支持部材と垂直方向に重なり、
    前記第２接着部材は、前記第３支持部材と垂直方向に重なる、請求項１８に記載の発光モジュール。
  20. 前記第１支持部材は、第１樹脂層、前記第１樹脂層の下に第２樹脂層、前記第１及び第２樹脂層の間に接着層、前記第１樹脂層の上に第１金属層及び前記第２樹脂層の下に第２金属層を含み、
    前記接着層は、前記第１接着部材に連結される、請求項１８に記載の発光モジュール。
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