KR101120920B1 - Light emitting device array module using optical fiber and packaging method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법에 관한 것으로, 광 파이버의 렌즈 형상 홈부에 발광 다이오드를 위치시켜 패키징함으로써, 광 손실을 줄이고 모듈 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode array module using an optical fiber and a packaging method thereof, and has the effect of reducing light loss and reducing module size by placing a light emitting diode in a lens-shaped groove of the optical fiber.

또한, 본 발명은 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율과 비슷한 굴절율을 갖는 광 전달물질이 발광 다이오드 칩을 감싸게 되어, 전반사 현상을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the light transmitting material having a refractive index similar to the refractive index of the material forming the main light emitting surface of the light emitting diode chip wraps around the light emitting diode chip, thereby reducing the total reflection phenomenon to improve the light efficiency. .

발광다이오드, 파이버, 홈부, 굴절율, 전달Light Emitting Diode, Fiber, Groove, Refractive Index, Transmission

Description

광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법 { Light emitting device array module using optical fiber and packaging method thereof } Light emitting diode array module using optical fiber and its packaging method {Light emitting device array module using optical fiber and packaging method             

도 1은 일반적인 발광 다이오드와 광섬유가 결합된 상태를 도시한 측면도1 is a side view showing a state in which a general light emitting diode and an optical fiber are combined;

도 2는 종래 기술에 따라 렌즈계를 이용하여 발광 다이오드와 광섬유를 결합시킨 상태를 도시한 측면도2 is a side view illustrating a state in which a light emitting diode and an optical fiber are coupled using a lens system according to the related art.

도 3은 일반적인 발광 다이오드의 광 발산을 설명하기 위한 개략적인 단면도3 is a schematic cross-sectional view for explaining light divergence of a general light emitting diode.

도 4는 광의 전반사 현상을 설명하기 위한 개념도4 is a conceptual diagram for explaining a total reflection phenomenon of light;

도 5는 종래 기술에 따른 패키지된 발광 다이오드의 개략적인 일부 단면도5 is a schematic partial cross-sectional view of a packaged light emitting diode according to the prior art.

도 6은 종래 기술에 따른 패키지된 발광 다이오드의 측면도6 is a side view of a packaged light emitting diode according to the prior art.

도 7은 도 6의 발광 다이오드가 어레이된 모듈의 사시도7 is a perspective view of a module in which the light emitting diodes of FIG. 6 are arrayed.

도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 공정을 설명하는 개략적인 단면도8A to 8D are schematic cross-sectional views illustrating a packaging process of a light emitting diode array module using an optical fiber according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 모듈에서 발광 다이오드칩에서 광 파이버로 광이 방출되는 상태를 도시한 개략적인 단면도 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which light is emitted from an LED chip to an optical fiber in a module according to the present invention.                 

도 10은 본 발명에 따른 모듈의 베이스 기판에 플립칩 본딩된 발광 다이오드칩의 개략적인 단면도10 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode chip flip-chip bonded to the base substrate of the module according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따라 와이어 본딩용 발광 다이오드가 광 파이버와 결합된 상태의 단면도11 is a cross-sectional view of a light bonding diode coupled to an optical fiber according to the present invention;

도 12는 본 발명에 따라 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 사시도
12 is a perspective view of a light emitting diode array module using an optical fiber according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 베이스 기판 110 : 발광 다이오드 칩100: base substrate 110: light emitting diode chip

111 : 사파이어 기판 112,310 : N타입 반도체층111: sapphire substrate 112,310: N-type semiconductor layer

113,311 : 활성층 114,312 : P타입 반도체층113,311 Active layer 114,312 P-type semiconductor layer

115,314 : N 전극 패드 116,315 : P 전극 패드115,314: N electrode pad 116,315: P electrode pad

121,122 : 솔더 200 : 광 파이버121,122: solder 200: optical fiber

215 : 홈부 230 : 광 전달 물질215: groove 230: light transmission material

300 : 기판 313 : 전류 확산층
300 substrate 313 current diffusion layer

본 발명은 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 파이버의 렌즈 형상 홈부에 발광 다이오드를 위치시켜 패키징함으로써, 광 손실을 줄이고 모듈 사이즈를 줄일 수 있으며, 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율과 비슷한 굴절율을 갖는 광 전달물질이 발광 다이오드 칩을 감싸게 되어, 전반사 현상을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode array module using an optical fiber and a packaging method thereof, and more particularly, by placing a light emitting diode in a lens-shaped groove of an optical fiber and packaging the light emitting diode, thereby reducing light loss and reducing module size. A light emitting diode array module using an optical fiber that can improve the light efficiency by reducing the total reflection phenomenon by the light transmitting material having a refractive index similar to the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the diode chip wraps around the light emitting diode chip; To his packaging method.

최근, 발광 다이오드는 계산기, 카메라, 컴퓨터 등 다양한 제품에 광원으로 사용되고 있고, 이외 상업적인 개발을 목적으로 하는 다양한 연구가 진행되고 있다.Recently, a light emitting diode is used as a light source in various products such as a calculator, a camera, a computer, and various researches for commercial development are being conducted.

현재, 발광 다이오드는 높은 광도와 여러 가지의 단색광을 발광되는 제품의 출현으로 조명용으로 다양하게 응용되고 있으며, 신호등 옥외광고용 간판 기타 다양하게 응용이 전 세계적으로 확산되고 있다.Currently, light emitting diodes have been widely applied for lighting due to the appearance of high luminance and various monochromatic light emitting products, and various applications such as traffic lights and outdoor signboards are spreading around the world.

더불어, 디스플레이의 광원으로 활용하기 위한 연구도 진행되고 있다.In addition, research is being conducted to utilize the light source of the display.

도 1은 일반적인 발광 다이오드와 광 파이버가 결합된 상태를 도시한 측면도로서, 기판(10) 상부에 발광 다이오드(11)를 어레이시키고, 각각의 발광 다이오드(11)에 광파이버(12)를 결합시켜, 발광 다이오드(11)에서 방출되는 광이 광파이버(12)를 통하여 전송된다. FIG. 1 is a side view illustrating a state in which a general light emitting diode and an optical fiber are coupled. The light emitting diodes 11 are arranged on the substrate 10, and the optical fibers 12 are coupled to each light emitting diode 11. Light emitted from the light emitting diodes 11 is transmitted through the optical fiber 12.

도 2는 종래 기술에 따라 렌즈계를 이용하여 발광 다이오드와 광파이버를 결합시킨 상태를 도시한 측면도로서, 발광 다이오드(11)는 광 집속하는 렌즈계(20)를 통하여 광파이버(12)로 전송된다. 2 is a side view illustrating a state in which a light emitting diode and an optical fiber are coupled using a lens system according to the related art, and the light emitting diode 11 is transmitted to the optical fiber 12 through the lens system 20 that focuses light.                         

상기 도 1의 모듈에서는 8%의 광 효율을 얻을 수 있고, 도 2의 모듈에서는 20%의 광 효율을 얻을 수 있다.In the module of FIG. 1, an optical efficiency of 8% may be obtained, and in the module of FIG. 2, an optical efficiency of 20% may be obtained.

그러나, 도 2의 모듈은 도 1의 모듈보다 광 집속이 효율적이나 광 집속 렌즈계(20)로 인해 모듈의 크기가 큰 단점이 있다.However, the module of FIG. 2 is more efficient than the module of FIG. 1, but has a disadvantage in that the size of the module is large due to the light focusing lens system 20.

도 3은 일반적인 발광 다이오드의 광 발산을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 발광 다이오드는 열전달이 우수한 사파이어(Al2O3) 기판(51) 상부에 화합물 반도체의 에피(Epi)층들(52)을 성장시켜 제조한다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for describing light emission of a general light emitting diode, in which the epitaxial layers 52 of the compound semiconductor are grown on a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate 51 having excellent heat transfer. To make it.

이 화합물 반도체의 에피층들은 통상, N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층을 순차적으로 적층된 것으로, P타입 반도체층에서 N타입 반도체층으로 전류가 흐르면, 활성층에서는 광이 방출된다.The epitaxial layers of the compound semiconductors are generally stacked with an N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer sequentially, and light is emitted from the active layer when current flows from the P-type semiconductor layer to the N-type semiconductor layer.

여기서, 활성층에서 방출된 광이 발광 다이오드 외부로 방출될 때, 내부 전반사 때문에 일부의 광만이 방출된다.Here, when light emitted from the active layer is emitted outside the light emitting diode, only part of the light is emitted because of total internal reflection.

이러한, 전반사 현상은 도 4에 도시된 바와 같이, 고굴절율(n1) 매질에서 저굴절율(n2) 매질로 광이 입사될 때, 임계각(α) 이하의 각도를 갖는 광('a'경로)은 저굴절율(n2) 매질로 전송되나, 임계각 이상의 각도를 갖는 광('b'경로)은 외부로 빠져나가지 못하고, 표면에서 반사되어 다시 고굴절율(n1) 매질 내부로 들어가는 현상이다.This total reflection phenomenon is, when the light is incident from the high refractive index (n1) medium to the low refractive index (n2) medium, as shown in Figure 4, the light ('a' path) having an angle of less than the critical angle (α) is The light is transmitted to the low refractive index n2, but light having an angle greater than the critical angle ('b' path) does not escape to the outside, but is reflected from the surface to enter the high refractive index n1 medium.

그러므로, 사파이어 기판의 굴절율은 1.7로 사파이어 기판을 통과하여 공기중으로 광이 입사되면, 임계각은 35도이다. Therefore, the refractive index of the sapphire substrate is 1.7, and when light enters the air through the sapphire substrate, the critical angle is 35 degrees.                         

따라서, 활성층에서 발생된 광들중, 35도 이상되는 각도로 진행하는 경로를 갖는 광들은 소자 외부로 빠져나가지 못한다.Therefore, among the light generated in the active layer, light having a path traveling at an angle of more than 35 degrees does not escape to the outside of the device.

도 5는 종래 기술에 따른 패키지된 발광 다이오드의 개략적인 일부 단면도로서, 전술된 내부 전반사 현상을 줄이기 위해, 도 5와 같이 발광 다이오드를 패키지한다.FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a packaged light emitting diode according to the prior art. In order to reduce the aforementioned total internal reflection phenomenon, the light emitting diode is packaged as shown in FIG. 5.

즉, 프레임(55) 상에 고정되어 있는 반사판(54) 상부에 접착제(54)로 발광 다이오드(52)를 본딩하고, 그 후, 사파이어 기판(51)과 굴절율이 유사한 실리콘 젤(56)이 충진된 플라스틱 캡(57)을 상기 프레임(55) 상부에 봉지제(58)로 접착시켜 패키지한다.That is, the light emitting diode 52 is bonded to the upper part of the reflector plate 54 fixed on the frame 55 with an adhesive 54, and then, a silicon gel 56 having a refractive index similar to that of the sapphire substrate 51 is filled. The packaged plastic cap 57 is adhered with an encapsulant 58 on the frame 55.

여기서, 상기 발광 다이오드와 전기적으로 연결된 리드는 통상적인 것이므로 생략한다.Here, the lead electrically connected to the light emitting diode is a conventional one and thus will be omitted.

이렇게 패키지된 발광 다이오드의 광은 내부 전반사없이 사파이어 기판을 빠져나가 플라스틱 캡(57)에 도달하게 된다.The light of the packaged light emitting diode exits the sapphire substrate without total internal reflection and reaches the plastic cap 57.

그 후, 원형의 플라스틱 캡(57) 표면에서 법선에 수직으로 나오는 광들은 공기중으로 빠져나올 수 있게되어 광 효율을 향상시킬 수 있게된다.Thereafter, the light perpendicular to the normal from the surface of the circular plastic cap 57 can escape into the air to improve the light efficiency.

한편, 발광 다이오드의 패키지는 도 6에 도시된 바와 같이, 플라스틱 캡(57)이 몰딩부(59)의 상부로 돌출되고, 상기 몰딩부(59)의 양측면으로 리드들(50a,50b)이 돌출되어 있다.On the other hand, the package of the light emitting diode, as shown in Figure 6, the plastic cap 57 is projected to the upper portion of the molding portion 59, the leads 50a, 50b protrudes on both sides of the molding portion 59 It is.

이런 발광 다이오드를 도 7와 같이, 인쇄회로기판(30) 상부에 발광 다이오드 패키지(50)를 열과 행으로 어레이시키고, 각각의 발광 다이오드 패키지(50)의 리드 들(51a,51b)를 기판(30) 상부에 본딩시켜 모듈을 형성할 경우, 몰딩부 및 리드들이 존재하여 모듈의 사이즈가 커지는 문제점이 있다.As shown in FIG. 7, the LED package 50 is arrayed in columns and rows on the printed circuit board 30, and the leads 51a and 51b of the respective LED packages 50 are arranged on the substrate 30. When bonding to the upper part to form a module, there is a problem in that the size of the module increases because of the molding part and leads.

즉, 이런 모듈의 사이즈는 대략 46㎜(W1) X 25㎜(W2)이다.
That is, the size of such a module is approximately 46 mm (W1) x 25 mm (W2).

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 광 파이버의 렌즈 형상 홈부에 발광 다이오드를 위치시켜 패키징함으로써, 광 손실을 줄이고 모듈 사이즈를 줄일 수 있는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a light emitting diode array module using an optical fiber that can reduce light loss and reduce module size by packaging a light emitting diode in a lens-shaped groove of an optical fiber, and a packaging method thereof. The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율과 비슷한 굴절율을 갖는 광 전달물질이 발광 다이오드 칩을 감싸게 되어, 전반사 현상을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈 및 그의 패키징 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an optical fiber that has a refractive index similar to the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the LED chip to surround the LED chip, thereby reducing the total reflection phenomenon to improve the optical efficiency The present invention provides a light emitting diode array module and a packaging method thereof.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상부에 전극 패턴이 형성된 베이스 기판과; A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is a base substrate having an electrode pattern formed thereon;

상기 베이스 기판의 전극 패턴에 전기적으로 연결되며 본딩되며, 상호 이격되어 있는 복수개의 발광 다이오드 칩과; A plurality of light emitting diode chips electrically connected to and bonded to the electrode patterns of the base substrate and spaced apart from each other;

각각의 끝단면에 홈부가 형성되어 있고, 상기 각각의 홈부 내부에 발광 다이오드 칩이 위치되어 상기 베이스 기판 상부에 본딩되어 있는 복수개의 광 파이버들로 구성된 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈이 제공된다. Provided is a light emitting diode array module using an optical fiber including a plurality of optical fibers having grooves formed at each end surface and having a light emitting diode chip positioned in each of the grooves and bonded to the base substrate.                         

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 베이스 기판 상부에 형성된 전극 패턴에 발광 다이오드 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 복수개의 발광 다이오드칩을 상기 베이스 기판 상부에 플립칩(Flip chip) 본딩하는 단계와;According to another preferred aspect of the present invention, a plurality of light emitting diode chips are flip-chip mounted on the base substrate such that the electrodes of the light emitting diode chip are electrically connected to an electrode pattern formed on the base substrate. (Flip chip) bonding;

끝단면에 홈부가 형성된 광 파이버를 복수개 준비하는 단계와;Preparing a plurality of optical fibers having grooves formed at end surfaces thereof;

상기 복수개의 광 파이버 각각의 홈부에 광전달 물질을 충진하는 단계와; Filling a light-transmitting material into grooves of each of the plurality of optical fibers;

상기 광 파이버 홈부 내부에 상기 발광 다이오드칩이 위치되도록, 상기 복수개의 광 파이버 각각을 상기 베이스 기판에 본딩하는 단계로 이루어진 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 방법이 제공된다.
A method of packaging a light emitting diode array module using an optical fiber includes bonding each of the plurality of optical fibers to the base substrate so that the light emitting diode chip is positioned inside the optical fiber groove.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 베이스 기판(100) 상부에 형성된 전극 패턴에 발광 다이오드 칩(110)의 전극이 전기적으로 연결되도록 복수개의 발광 다이오드칩(110)을 상기 베이스 기판(100) 상부에 플립칩(Flip chip) 본딩한다.(도 8a)8A to 8D are schematic cross-sectional views illustrating a packaging process of a light emitting diode array module using an optical fiber according to the present invention, wherein the electrodes of the light emitting diode chip 110 are electrically connected to an electrode pattern formed on the base substrate 100. A plurality of light emitting diode chips 110 are flip-chip bonded to the base substrate 100 so as to be connected to each other (FIG. 8A).

여기서, 도 8a와 같이, 솔더(121,122)를 이용하여 발광 다이오드칩(110)의 전극은 베이스 기판(100)의 전극 패턴에 본딩된다. Here, as illustrated in FIG. 8A, the electrodes of the light emitting diode chip 110 are bonded to the electrode patterns of the base substrate 100 using the solders 121 and 122.                     

그 후, 끝단면(210)에 홈부(215)가 형성된 광 파이버(200)를 복수개 준비한다.(도 8b)Thereafter, a plurality of optical fibers 200 having groove portions 215 formed on the end surfaces 210 are prepared. (FIG. 8B).

연이어, 상기 복수개의 광 파이버(200) 각각의 홈부(215)에 광전달 물질(230)을 충진한다.(도 8c) Subsequently, the groove 215 of each of the plurality of optical fibers 200 is filled with the light transmitting material 230 (FIG. 8C).

여기서, 상기 발광 다이오드칩(110)의 주(主) 광방출면이란, 발광 다이오드칩(110)에서 외부로 광이 방출될 때, 많은 광이 방출되는 발광 다이오드칩(110)의 면을 지칭한다.Here, the main light emitting surface of the light emitting diode chip 110 refers to a surface of the light emitting diode chip 110 that emits a lot of light when light is emitted from the light emitting diode chip 110 to the outside. .

즉, 도 10과 같은 플립칩 본딩용 발광 다이오드칩에서는 사파이어 기판을 통하여 대부분의 광이 방출됨으로, 주 광방출면은 사파이어 기판면이 되고, 도 11과 같은 와이어 본딩용 발광 다이오드칩에서는 활성층에서 상부 방향으로 광이 대부분 방출됨으로, P타입 반도체층 상방에 위치된 전류 확산층면이 주 광방출면이 된다.That is, since most of the light is emitted through the sapphire substrate in the flip chip bonding LED chip as shown in FIG. 10, the main light emitting surface becomes the sapphire substrate surface, and in the wire bonding LED chip as shown in FIG. Since most of the light is emitted in the direction, the surface of the current diffusion layer positioned above the P-type semiconductor layer becomes the main light emitting surface.

그리고, 상기 플립칩 본딩용 발광 다이오드칩에서는 사파이어 기판의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖도록, 상기 광전달 물질(230)은 실리콘 젤로 형성하는 것이 바람직하다.In the flip chip bonding LED chip, the light transmitting material 230 is preferably formed of silicon gel so as to have a refractive index that is substantially the same as that of the sapphire substrate.

또한, 상기 광전달 물질(230)의 굴절율은 발광 다이오드칩(110)의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율이 동일한 것이 바람직하다.In addition, the refractive index of the light transmitting material 230 is preferably the same as the refractive index of the material forming the main light emitting surface of the light emitting diode chip (110).

한편, 상기 광전달 물질(230)의 굴절율은 발광 다이오드칩(110)의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율보다는 크고, 상기 광 파이버(200)의 굴절율보다는 작은 것이 바람직하다.On the other hand, the refractive index of the light-transmitting material 230 is preferably larger than the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the light emitting diode chip 110, and smaller than the refractive index of the optical fiber 200.

마지막으로, 상기 광 파이버(200) 홈부(215) 내부에 상기 발광 다이오드칩 (110)이 위치되도록, 상기 복수개의 광 파이버(200) 각각을 상기 베이스 기판(100)에 본딩한다.(도 8d)Finally, each of the plurality of optical fibers 200 is bonded to the base substrate 100 so that the light emitting diode chip 110 is positioned in the groove 215 of the optical fiber 200 (FIG. 8D).

따라서, 전술된 패키징 공정에 의하여, 상부에 전극 패턴이 형성된 베이스 기판과; 상기 베이스 기판의 전극 패턴에 전기적으로 연결되며 본딩되며, 상호 이격되어 있는 복수개의 발광 다이오드 칩과; 각각의 끝단면에 홈부가 형성되어 있고, 상기 각각의 홈부 내부에 발광 다이오드 칩이 위치되어 상기 베이스 기판 상부에 본딩되어 있는 복수개의 광 파이버들과; 상기 광 파이버 각각의 홈부 내부에 충진되어 있는 광전달 물질로 구성된 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈이 완성된다.Thus, by the above-described packaging process, the base substrate having an electrode pattern formed thereon; A plurality of light emitting diode chips electrically connected to and bonded to the electrode patterns of the base substrate and spaced apart from each other; A plurality of optical fibers in which grooves are formed in each end surface, and a light emitting diode chip is positioned in each of the grooves and bonded to the base substrate; A light emitting diode array module using an optical fiber made of a light transmitting material filled in a groove of each of the optical fibers is completed.

도 9는 본 발명에 따른 모듈에서 발광 다이오드칩에서 광 파이버로 광이 방출되는 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 발광 다이오드칩(110)에서 방출된 광이 광전달 물질(230)을 통과하여 광 파이버(200)의 홈부(215)를 거쳐 광 파이버(200)를 따라 전송된다.FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which light is emitted from a light emitting diode chip to an optical fiber in a module according to the present invention, in which light emitted from the light emitting diode chip 110 passes through a light-transmitting material 230. It is transmitted along the optical fiber 200 via the groove 215 of the fiber 200.

이 때, 상기 발광 다이오드칩(110)의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율은 상기 광전달 물질(230) 및 광 파이버(200)의 굴절율과 거의 비슷하기 때문에, 발광 다이오드칩(110)에서 방출된 광은 내부 전반사 없이 광 파이버(200)로 잘 전송된다.In this case, since the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the light emitting diode chip 110 is almost the same as the refractive index of the light transmitting material 230 and the optical fiber 200, the light emitting diode chip 110 The light emitted from) is well transmitted to the optical fiber 200 without total internal reflection.

또한, 상기 광 파이버(200)의 홈부(215)는 원형의 오목 렌즈 형상으로 가공되어 있는 것이 바람직하며, 오목 렌즈 형상으로 홈부(215)가 가공되면, 광 파이버(200)로 입사되는 광의 각도를 작게 만들어 집속하므로, 광 손실없이 광 파이버 (200)로 전송될 수 있게 된다.In addition, the groove portion 215 of the optical fiber 200 is preferably processed into a circular concave lens shape, and when the groove portion 215 is processed into a concave lens shape, the angle of light incident on the optical fiber 200 is adjusted. Because it is made small and focused, it can be transmitted to the optical fiber 200 without losing light.

도 10은 본 발명에 따른 모듈의 베이스 기판에 플립칩 본딩된 발광 다이오드칩의 개략적인 단면도로서, 플립칩 본딩용 발광 다이오드 칩(110)은 사파이어 기판(111) 상부에 N타입 반도체층(112), 활성층(113)과 P타입 반도체층(114)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(114)에서 N타입 반도체층(112)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(112) 상부에 N전극 패드(115)가 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(114) 상부에 P전극 패드(116)가 형성되어 이루어진다.10 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode chip flip-chip bonded to a base substrate of a module according to the present invention, in which the flip chip bonding light emitting diode chip 110 is an N-type semiconductor layer 112 on the sapphire substrate 111. The active layer 113 and the P-type semiconductor layer 114 are sequentially formed, mesa-etched from the P-type semiconductor layer 114 to a part of the N-type semiconductor layer 112, and the mesa etching. The N electrode pad 115 is formed on the N-type semiconductor layer 112, and the P electrode pad 116 is formed on the P-type semiconductor layer 114.

이렇게 구성된 플립칩 본딩용 발광 다이오드 칩(110)은 베이스 기판(100) 상부에 형성된 전극 패턴(101,102)에 발광 다이오드 칩(110)의 전극(115,116)을 솔더(121,122)를 이용하여 본딩한다.The flip chip bonding LED chip 110 configured as described above bonds the electrodes 115 and 116 of the light emitting diode chip 110 to the electrode patterns 101 and 102 formed on the base substrate 100 using solders 121 and 122.

도 11은 본 발명에 따라 와이어 본딩용 발광 다이오드가 광 파이버와 결합된 상태의 단면도로서, 와이어 본딩용 발광 다이오드는 기판(300) 상부에 N타입 반도체층(310), 활성층(311)과 P타입 반도체층(312)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(312)에서 N타입 반도체층(310)의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고, 상기 P타입 반도체층(312) 상부에 전류확산층(313)이 형성되어 있고, 상기 메사 식각된 N타입 반도체층(310) 상부에 N전극 패드(314)가 형성되어 있고, 상기 전류확산층(313) 상부에 P전극 패드(315)가 형성되어 이루어진다.FIG. 11 is a cross-sectional view of a wire bonding light emitting diode coupled to an optical fiber according to the present invention. The wire bonding light emitting diode includes an N-type semiconductor layer 310, an active layer 311, and a P-type on a substrate 300. The semiconductor layer 312 is sequentially formed, and a mesa is etched from the P-type semiconductor layer 312 to a part of the N-type semiconductor layer 310, and a current is formed on the P-type semiconductor layer 312. A diffusion layer 313 is formed, an N electrode pad 314 is formed on the mesa-etched N-type semiconductor layer 310, and a P electrode pad 315 is formed on the current diffusion layer 313. Is done.

이렇게 구성된 와이어 본딩용 발광 다이오드 칩(330)은 베이스 기판(100) 상부에 접착제에 의해 본딩하고, 상기 발광 다이오드 칩(330)의 전극(314,315)과 베 이스 기판(100) 상부에 형성된 전극 패턴(101,102)을 와이어(320) 본딩한다.The wire bonding LED chip 330 configured as described above is bonded to the base substrate 100 by an adhesive, and formed on the electrode patterns 314 and 315 of the light emitting diode chip 330 and the base substrate 100. 101, 102 to bond the wire (320).

도 12는 본 발명에 따라 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 사시도로서, 베이스 기판(100) 상부에 각각의 끝단면에 홈부를 갖는 광 파이버가 어레이되어서 본딩되어 있다.12 is a perspective view of a light emitting diode array module using an optical fiber according to the present invention, in which optical fibers having grooves at end portions of the base substrate 100 are arrayed and bonded.

그러므로, 발광 다이오드가 광 파이버 내부에 위치되어 어레이되므로, 모듈의 사이즈가 획기적으로 작아지게 된다.
Therefore, since the light emitting diodes are located and arrayed inside the optical fiber, the size of the module is significantly reduced.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 광 파이버의 렌즈 형상 홈부에 발광 다이오드를 위치시켜 패키징함으로써, 광 손실을 줄이고 모듈 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of reducing the light loss and module size by placing and packaging the light emitting diode in the lens-shaped groove of the optical fiber.

또한, 본 발명은 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율과 비슷한 굴절율을 갖는 광 전달물질이 발광 다이오드 칩을 감싸게 되어, 전반사 현상을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the light transmitting material having a refractive index similar to the refractive index of the material forming the main light emitting surface of the light emitting diode chip wraps around the light emitting diode chip, thereby reducing the total reflection phenomenon to improve the light efficiency. .

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.



Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.



Claims (11)

상부에 전극 패턴이 형성된 베이스 기판과; A base substrate having an electrode pattern formed thereon; 상기 베이스 기판의 전극 패턴에 전기적으로 연결되며 본딩되며, 상호 이격되어 있는 복수개의 발광 다이오드 칩과; A plurality of light emitting diode chips electrically connected to and bonded to the electrode patterns of the base substrate and spaced apart from each other; 각각의 끝단면에 홈부가 형성되어 있고, 상기 각각의 홈부 내부에 발광 다이오드 칩이 위치되어 상기 베이스 기판 상부에 본딩되어 있는 복수개의 광 파이버들과;A plurality of optical fibers in which grooves are formed in each end surface, and a light emitting diode chip is positioned in each of the grooves and bonded to the base substrate; 상기 광 파이버 각각의 홈부 내부에 충진되어 있는 광전달 물질로 구성된 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.A light emitting diode array module using an optical fiber made of a light transmitting material filled in the grooves of each of the optical fibers. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광전달 물질과 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율은 동일한 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.And a refractive index of the light transmitting material and the material forming the main light emitting surface of the light emitting diode chip is the same. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광 파이버의 홈부는, The groove portion of the optical fiber, 원형의 오목 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.A light emitting diode array module using an optical fiber, characterized by a circular concave lens shape. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광전달 물질의 굴절율은, The refractive index of the light transmitting material, 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율보다는 크고, 상기 광 파이버의 굴절율보다는 작은 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.A light emitting diode array module using an optical fiber, characterized in that it is larger than the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the light emitting diode chip and smaller than the refractive index of the optical fiber. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 발광 다이오드 칩은, The light emitting diode chip, 사파이어 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고; 상기 메사 식각된 N타입 반도체층 상부에 N전극 패드가 형 성되어 있고; 상기 P타입 반도체층 상부에 P전극 패드가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.An N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer are sequentially formed on the sapphire substrate; Mesa is etched from the P-type semiconductor layer to a portion of the N-type semiconductor layer; An N electrode pad is formed on the mesa-etched N-type semiconductor layer; The LED array module using the optical fiber, characterized in that the P electrode pad is formed on the P-type semiconductor layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면은 사파이어 기판면이고,The main light emitting surface of the light emitting diode chip is a sapphire substrate surface, 상기 광전달 물질은 실리콘 젤인 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.The light emitting diode array module using the optical fiber, characterized in that the light transmitting material is a silicon gel. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 발광 다이오드 칩은,The light emitting diode chip, 기판 상부에 N타입 반도체층, 활성층과 P타입 반도체층이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 P타입 반도체층에서 N타입 반도체층의 일부까지 메사(Mesa) 식각되어 있고; 상기 P타입 반도체층 상부에 전류확산층이 형성되어 있고; 상기 메사 식각된 N타입 반도체층 상부에 N전극 패드가 형성되어 있고; 상기 전류확산층 상부에 P전극 패드가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈.An N-type semiconductor layer, an active layer and a P-type semiconductor layer are sequentially formed on the substrate; Mesa is etched from the P-type semiconductor layer to a portion of the N-type semiconductor layer; A current diffusion layer is formed on the P-type semiconductor layer; N electrode pads are formed on the mesa-etched N-type semiconductor layer; The LED array module using the optical fiber, characterized in that the P electrode pad is formed on the current diffusion layer. 베이스 기판 상부에 형성된 전극 패턴에 발광 다이오드 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 복수개의 발광 다이오드칩을 상기 베이스 기판 상부에 플립칩(Flip chip) 본딩하는 단계와;Flip chip bonding a plurality of light emitting diode chips on the base substrate such that the electrodes of the light emitting diode chip are electrically connected to an electrode pattern formed on the base substrate; 끝단면에 홈부가 형성된 광 파이버를 복수개 준비하는 단계와;Preparing a plurality of optical fibers having grooves formed at end surfaces thereof; 상기 복수개의 광 파이버 각각의 홈부에 광전달 물질을 충진하는 단계와; Filling a light-transmitting material into grooves of each of the plurality of optical fibers; 상기 광 파이버 홈부 내부에 상기 발광 다이오드칩이 위치되도록, 상기 복수개의 광 파이버 각각을 상기 베이스 기판에 본딩하는 단계로 이루어진 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 방법.Bonding each of the plurality of optical fibers to the base substrate such that the light emitting diode chip is positioned inside the optical fiber groove portion. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 광 파이버의 홈부는, The groove portion of the optical fiber, 원형의 오목 렌즈 형상으로 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 방법.A packaging method of a light emitting diode array module using an optical fiber, which is processed into a circular concave lens shape. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 11. The method according to claim 9 or 10, 상기 광전달 물질의 굴절율은, The refractive index of the light transmitting material, 발광 다이오드칩의 주(主) 광방출면을 이루는 물질의 굴절율보다는 크고, 상기 광 파이버의 굴절율보다는 작은 것을 특징으로 하는 광 파이버를 이용한 발광 다이오드 어레이 모듈의 패키징 방법.A packaging method of a light emitting diode array module using an optical fiber, characterized in that it is larger than the refractive index of the material constituting the main light emitting surface of the light emitting diode chip and smaller than the refractive index of the optical fiber.
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