KR101574364B1 - 광전 모듈 - Google Patents

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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

광전 모듈(1)은 다양한 회로(200)를 가진 캐리어-기판층(10)을 포함하고, 상기 회로는 캐리어-기판층(10)에서 또는 캐리어-기판층 상에서 프론트엔드 공정에서 웨이퍼레벨로 예비 구조화된다. 캐리어-기판층(10)상에 발광 다이오드(100)가 배치되고, 상기 발광 다이오드의 방출 특성, 밝기, 색은 상기 캐리어-기판층(10)에/캐리어-기판층상에 통합된 회로(200)에 의해 제어된다. 복수개의 광전 모듈(1, 2, 3)의 접속에 의해, 색 충실도 및 조광도와 관련하여 뛰어난 특성을 가지는, 최고 패킹 밀도의 모듈 조립체가 구현된다. 상기와 같은 모듈 조립체의 개별 광전 모듈은 자율적으로 또는 결합된 상태로 서로 동조되거나 환경에 동조될 수 있다.

Description

광전 모듈{OPTOELECTRONIC MODULE}
본 발명은 광 방출 구조의 제어를 위한 집적 회로를 포함하는 광전 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 복수 개의 광전 모듈로 구성된 광전 모듈 조립체에 관한 것이기도 하다. 또한, 본 발명은 광전 모듈의 제조 방법에 관한 것이기도 하다.
대상물을 효과적으로 조사하기 위해 사용되는 광전 모듈은 복수 개의 광 방출 소자를 포함한다. 광 방출 소자는 예컨대 LED(light emitting diode)일 수 있고, 상기 LED는 모듈의 모듈 회로 기판 상에 고정되며 전기적으로 접촉된다. 모듈의 접속은 대부분 하이브리드 기술로 수행되며, 이 때 개별적으로 안착된 광 방출 소자는 복수 개의 모듈 회로 기판 상에 분포할 수 있다. 광 방출 소자의 광 방출을 제어하기 위해, 조정 및 제어 회로가 사용된다. LED의 제어는 예컨대 센서를 이용하여 수행될 수 있고, 상기 센서는 이산된 소자로서 모듈 회로 기판 상에 도포된다. 상기 이산성 소자는 칩이 배치된 하우징을 포함한다. 모듈 회로 기판은 LED 칩 외에 예컨대, 그 하우징에서 광 측정, 온도 측정 또는 색점 측정을 위한 센서를 포함한 칩이 배치되어 있는 소자를 구비한다.
제어 및 조정 전자 장치, 그리고 센서 및 고출력 히트 싱크는 모듈 상에 또는 모듈에 통합되지 않는다. 상기 모듈 상에 광 방출 소자가 배치된다.
본 발명의 과제는 광 방출 구조의 광 생성을 효과적인 방법으로 제어할 수 있는 광전 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는, 광 방출 구조의 광 생성이 효과적으로 제어된 광전 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 상기와 같은 광전 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
광전 모듈은 복수 개의 반도체층을 포함한 층 구조를 포함하며, 이 때 복수 개의 반도체층은 기판층, 제1층조립체 및 적어도 하나의 제2층조립체를 포함한다. 제1층조립체는 기판층 상에 배치된 광 방출층을 포함한다. 제2층조립체는 광 방출층의 구동 상태를 제어하기 위한 적어도 하나의 회로를 포함한다.
제2층조립체는 기판층 상에 배치되거나/배치되고 기판층에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 때, 제2층조립체의 적어도 하나의 회로는 기판층 상에 배치되고, 제2층조립체의 적어도 하나의 회로는 기판층에 의해 둘러싸인다. 또한, 전체 회로, 즉 완전한 제2층조립체가 기판층에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2층조립체는 기판층에 완전히 통합되어 공간 절약적으로 배치된다.
제2층조립체는 2개 또는 다수의 서로 다른 회로를 포함할 수 있고, 상기 회로는 모듈에서 서로 다른 기능을 한다.
이 때, 회로 중 적어도 하나가 기판층에 의해 완전히 둘러싸이고, 회로 중 적어도 하나는 기판층 상에 배치되거나 부분적으로 기판층에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 회로 중 하나는 기판층에 통합될 수 있는 반면, 다른 하나의 회로는 적어도 국부적으로 기판층을 포함하지 않는다.
제1층조립체는 예컨대 발광다이오드, 특히 기판을 포함하지 않은 발광다이오드, CSP(chip scale package) 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드 또는 고출력 발광 다이오드를 포함한다. CSP 발광 다이오드는 예컨대 문헌 WO 2008/131736에 기재되어 있으며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
제2층조립체는 광전 모듈을 정전기 방전으로부터 보호하는 회로를 포함할 수 있다. 광전 모듈을 정전기 방전으로부터 보호하는 회로는 제1층조립체의 접촉을 위한 접촉 연결부의 하부에서 도핑된 영역들에 의해 형성될 수 있다.
제2층조립체는 제1층조립체의 광 방출층으로부터 방출된 복사의 밝기 또는 색을 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
또한, 제2층조립체는 집적 회로의 주변 밝기를 검출하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
제2층조립체는 제1층조립체의 광 방출층의 복사 생성을 위한 전압 또는 전류를 제공하도록 형성된 회로를 포함할 수 있다.
기판층은 예컨대 규소 또는 SiC 또는 게르마늄 또는 갈륨질화물 또는 알루미늄질화물 또는 알루미늄산화물 또는 규소질화물 또는 이들의 조합을 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 기판층은 필름으로서 형성될 수 있다.
이하, 광전 모듈 조립체가 제공된다. 광전 모듈 조립체는 상기에 기술된 실시예 중 어느 하나에 따른 복수 개의 통합된 광전 모듈을 포함한다. 하나 이상의 광전 모듈은, 하나 이상의 광전 모듈의 기판층 상에 도포되거나 하나 이상의 광전 모듈의 기판층에 의해 둘러싸이는 층조립체를 포함한다. 층조립체는 복수 개의 광전 모듈의 각각의 광 방출층으로부터 방출된 복사를 제어하기 위한 회로를 포함한다.
층조립체는 복수 개의 광전 모듈의 각각의 광 방출층으로부터 방출된 복사의 밝기, 색 또는 색 혼합을 동조시키기 위한 회로를 포함할 수 있다.
층조립체는 예컨대 복수 개의 광전 모듈의 각각의 광 방출층으로부터 방출된 복사의 무선 원격 제어를 위한 회로를 포함할 수 있다.
이하, 광전 모듈의 제조 방법이 기술된다. 본 방법에 따르면, 광 방출층을 구비한 제1층조립체가 캐리어층 상에 성장된다. 또한, 복수 개의 반도체층을 구비한 층구조가 준비되고, 이 때 복수 개의 반도체층은 기판층 및 제2층조립체를 포함하며, 상기 제2층조립체는 광 방출층의 구동 상태를 제어하기 위한 회로를 포함한다. 제1층조립체는 기판층 상에 도포된다.
상기 방법의 실시예에 따르면, 층구조는 복수 개의 반도체층을 포함하여 준비되고, 이 때 제2층조립체가 기판층 상에 도포되거나 기판층 안으로 통합되면서 그러하다.
상기 방법의 다른 실시예에 따르면, 제2층구조는 기판층 상에서 층 증착에 의해 도포되거나, 이온 주입에 의해 기판층 안으로 통합된다.
이하, 본 발명의 다른 특징, 유리한 실시예 및 적합성은 도면과 관련한 실시예의 설명으로부터 도출된다.
도 1은 광전 모듈의 제1실시예이다.
도 2a는 ESD 보호 회로를 포함한 광전 모듈의 제2실시예에 대한 평면도이다.
도 2b는 ESD 보호 회로를 구비한 광전 모듈의 제2실시예의 단면도이다.
도 3은 광전 모듈의 제3실시예이다.
도 4는 캐리어층 상에 성장된 광방출층이다.
도 5는 광 방출층의 광 방출을 제어하기 위한 회로가 통합되어 있는, 예비 구조화된 캐리어 기판이다.
도 6은 복수 개의 광전 모듈이 통합된 광전 모듈 조립체가다.
도 1은 능동 전자 소자 및 수동 전자 소자(200)를 구비한 집적 회로를 포함하는 광전 모듈(1)의 실시예를 도시하며, 상기 소자는 캐리어기판층에 예비 구조화된다. 캐리어기판층(10)은 예컨대 Si 웨이퍼이고, 상기 웨이퍼에/웨이퍼상에 다양한 집적 회로(200)가 예비 구조화된다. 캐리어 기판의 예비 구조화는 이미 프론트엔드(front-end) 프로세스로 웨이퍼레벨로 수행됨으로써, 집적 회로를 포함한 광전 모듈이 생성된다.
캐리어기판층(10) 상에 광 방출 반도체층 구조(100)가 도포된다. 반도체층 구조(100)는 예컨대 광 방출층(101, 102)을 포함한다. 반도체층 구조(100)는 예컨대 하나 이상의 LED칩을 포함할 수 있고, 상기 LED칩은 예컨대 적색광, 녹색광 또는 청색광을 방출한다. 각 LED칩은 고정층(40)을 이용하여 캐리어기판층(10) 상에 고정된다. 복사 방출 소자(100)로서 캐리어기판층(10) 상에 예컨대 유기 발광 다이오드(OLED), 고출력 LED 또는 CSP 발광 다이오드가 배치될 수 있다.
광 방출 반도체층 구조(100)는 예컨대 기판을 포함하지 않은 LED일 수 있다. 기판을 포함하지 않은 LED에서, 광 방출층(101, 102)은 더 이상 캐리어(10)의 캐리어 물질 상에 배치되지 않고, 캐리어 상에 직접 도포된다. 상기 캐리어는 예컨대 게르마늄캐리어 또는 규소캐리어이다. 광 방출 반도체층 구조(100)는 캐리어기판층(10) 상에 접착되거나 납땜될 수 있다. 상기와 같이 기판 및 전방측 접촉을 포함하지 않은 LED칩을 사용함으로써, 광전 모듈이 평평하고 균일한 구성을 가질 수 있다.
반도체층 구조(100)가 캐리어기판층(10) 상에 도포되면, 캐리어기판층은 이미 예비 구조화되어 있다. 예비 구조화는, 프론트엔드로 다른 층조립체(200)가 캐리어기판층(10)에 또는 캐리어기판층 상에 도포되면서 수행된다. 예컨대 SI 반도체 웨이퍼와 같은 캐리어기판층(10)에는 예컨대 프론트엔드로 층조립체(3201)가 삽입될 수 있고, 상기 층조립체는 정전기 방전으로부터 광 방출 반도체층 구조(100)를 보호하거나 캐리어기판층(10) 상에 또는 캐리어기판층에 도포된 다른 집적 회로를 보호하기 위해 형성된다. 캐리어기판층(10) 상에 통합된 층조립체(201)는 예컨대 통합된 보호 다이오드일 수 있다. 또한, 회로(201)는 기판층(10)에 통합된 ESD 필터를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 광전 모듈(1)에서, 캐리어기판층(10) 상에 예컨대 2개의 광 방출 반도체층 구조(100)가 도포되고, 예컨대 LED칩이 도포된다. 광전 모듈은 다른 LED칩을 포함할 수 있다. 방출 특성, 밝기 또는 LED칩의 광방출층(101, 102)으로부터 방출되는 색을 제어하기 위해, 프론트엔드로 광전 모듈의 제조 시 캐리어기판층(10)상에 다른 층조립체(202)가 배치될 수 있다. 층조립체(202)에 의해 예컨대 접적 회로 구조가 구현될 수 있고, 상기 회로 구조에 의해 캐리어기판층(10) 상에 배치된 복수 개의 LED칩(100)이 그 밝기, 색 및 방출 특성에 있어서 서로 동조될 수 있다. 이를 통해, 개별적으로 컬러 캐스트(colour cast)가 두드러진 조명 기구에 의한 원하지 않는 효과가 균일화될 수 있다.
도 1에 도시된 광전 모듈의 실시예에서, 캐리어기판층(10) 상에 다른 층조립체(203)가 도포된다. 층조립체(203)는 예컨대 포토다이오드의 회로를 포함한다. 층조립체(203)도 마찬가지로 이미 프론트엔드로 광전 모듈의 포토리소그라피 제조 시 캐리어기판층(10) 상에 배치된다.
이제까지, 개별 LED칩의 균일한 방출 특성을 생성하기 위해 제조 단계에서 모듈 장착 전에 LED칩의 그룹을 분류하는 것이 필요했다. 이 때 상기 그룹은 밝기 및 색(파장)과 관련하여 동일하거나 적어도 유사한 방출 거동을 가진다. 포토다이오드(203)에 의해, 도 1에 도시된 광전 모듈에서 주변 밝기가 감지될 수 있다. 이를 통해, 광 방출층(100)의 광 방출이, 지배적인 주변 밝기에 동조될 수 있다. 상기 동조는 LED칩(100)의 밝기, 색 및 방출 특성을 제어하는 제어 회로(202)를 이용하여 수행된다. LED칩의 방출 정합에 의해, 많은 소모를 들여 고비용으로만 수행될 수 있는 LED칩의 미세 분류 작업을 피할 수 있다. 상기 미세분류는 이제까지 조정을 포함하지 않은 모듈에서 필요했다.
개별적 광 방출층(101, 102)의 방출매개변수 조정에 의해, 최종 사용 시 개별 발광 다이오드의 방출 특성의 오차가 비용 경제적으로 효과적 보정될 수 있다. 따라서, 이제까지 비판매용으로 제외되었던 LED소자도 사용될 수 있다. 마찬가지로, 장애 요인으로 작용하는 렌즈의 영향, 또는 예컨대 광방출 반도체층 구조(100) 상에 배치된 변환 물질의 색 오차도 보상될 수 있다. 광방출층의 구동 조건 및 제조 편차에 따라, 그리고 특히 사용자 또는 생산자의 희망에 따라 방출 특성이 해당 지역에서 또는 공장에서 동조되고 조절될 수 있다.
캐리어기판층(10) 상에 다른 층조립체(204)가 도포될 수 있다. 층조립체(204)는 층조립체(201, 202, 203)와 마찬가지로 이미 프론트엔드로 포토리소그라피 공정에 의해 캐리어기판층(10) 상에 도포된다. 층조립체(204)에 의해 회로 구조는 광전 모듈(1)에 통합될 수 있고, 상기 회로 구조는 광 방출층 구조(100) 또는 예컨대 제어 회로(202)와 같은 다른 능동 집적 회로의 전류/전압 조정을 위해 역할한다.
회로 구조(204)는 광 방출층의 전류 안정화 및 출력 안정화를 위해 사용되는 회로를 가리킬 수 있다. 회로 구조(204)는 예컨대 고정층(40)에 의해 캐리어기판층(10) 상에 배치된다.
광전 모듈(1)의 접촉을 위해, 캐리어기판층(10)에는 결합 도체(50), 소위 비아(via)가 제공된다. 캐리어기판층의 후방측에는 차후의 땜납 접촉을 위한 접촉(60)이 배치되고, 상기 접촉은 비아(50)와 연결된다. 접촉은 예컨대 범프 접촉(61) 또는 본딩 패드 접촉(62)일 수 있다.
층 조립체(100, 200)간의 연결 또는 층 조립체와 접촉(60)과의 연결을 위해, 캐리어기판층(10) 상에는 다른 층조립제가 제공된다.Steuerschaltung 층조립체는 예컨대 도전로(30)로서 캐리어기판층(10) 상에 증발증착되거나 스퍼터링될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 구조(100, 200)의 보호를 위해 캐리어기판(10) 상에 복사 투과성 보호층(20)이 도포된다. 보호층(20)은 예컨대 아크릴수지, 에폭시수지 또는 실리콘수지 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 보호층(20)에는 발광 변환 입자가 매립될 수 있다.
도 2a는 광전 모듈의 실시예를 도시하며, 도 2b에서 상기 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 광방출 반도체층 구조(100)는 예컨대 Si층과 같은 기판층(10)의 상측에 배치된다. 반도체층 구조(100)는 도전로(30)와 연결되고, 상기 도전로도 마찬가지로 기판층(10)의 상측에 배치된다. 도전로(30)는 예컨대 금으로 구성된 접촉 연결부로서 형성될 수 있다. 접촉 연결부는 관통 접촉홀(51)에 의해 후방측 접촉(31)과 연결된다. 후방측 접촉은 예컨대 금층과 같은 금속층일 수 있다.
접촉 연결부의 일부면의 아래에 층조립체(201)가 위치한다. 층조립체(201)는 예컨대 도 2a에 도시된 도핑 영역(201a, 201b)을 포함할 수 있고, 상기 도핑 영역은 이온 주입에 의해 기판층(10)에 형성된다. 도핑 영역(201a, 201b)으로 구성된 층구조는 ESD 보호 다이오드, 예컨대 쇼트키 다이오드를 형성한다. 다이오드의 특성은, 도핑 영역(201a, 201b)의 제조 시 상기 도핑 영역의 규격 및 도핑 영역의 간격을 변경함으로써 정해질 수 있다.
순방향과 관련하여, ESD 보호 다이오드(201)는 광방출 반도체층 구조(100)의 다이오드 구조의 순방향에 대해 반평행으로 배치된다. 반도체층(100)의 다이오드 구조의 정전기 충전 시, 전하 캐리어는 기판층(10)에 매립된 ESD 보호 다이오드(201)에 의해 배출될 수 있다.
도 3은 광전 모듈(1)의 다른 실시예를 도시한다. 도 3에 도시된 광전 모듈의 실시예에서, 캐리어기판층(10)에는 다른 층조립체(201, 202, 205, 206)가 프론트-엔드로 포토리소그리 공정에 의해 통합된다. 층조립체는 광방출층(100)의 ESD 보호 및 제어/조정을 위해 역할하는 집적 회로를 구현한다.
예컨대 LED칩일 수 있는 광방출층(100)은 도 1에 도시된 실시예와 유사하게 캐리어기판층(10) 상에 배치된다. LED는 예컨대 기판층 상에 접착되거나 납땜된다. 광방출층은 예컨대 유기 발광 다이오드(OLED), 고출력 발광 다이오드 또는 CSP 발광 다이오드로서 형성될 수 있다. 광 방출층(100) 상에, 분산체 또는 변환체(70)가 배치될 수 있다. 상기와 같은 변환체(70)에 의해, 층조립체(100)의 광방출층(101, 102)에서 생성된 복사는 다른 파장의 복사로 변환될 수 있다. 광전 모듈은 혼합색의 광을 방출할 수 있고, 바람직하게는 백색광을 방출할 수 있다.
개별적 광방출층(101, 102)의 방출 특성을 제어하고, 특히 방출된 광의 밝기 및 색을 제어하기 위해, 프론트엔드로 광전 모듈의 제조 시 캐리어기판층(10)에 층조립체(202)가 통합된다. 제어 회로(202)에 의해, 예컨대, 광방출층(101, 102)으로부터 방출된 광의 색혼합이 발생할 수 있다. 이를 통해, 특히, 복수 개의 LED구조(100)가 캐리어기판(10) 상에 배치된 경우에, 화이트스폿이 발견될 수 있다.
광방출 반도체층 구조(100)의 광방출의 제어는 예컨대 온도에 의존하여 수행될 수 있다. 이를 위해, 층조립체(202)에는 광전 모듈의 온도를 감지하기 위한 회로(205)가 포함될 수 있다.
광방출층(100)의 방출 특성의 제어는 주변 밝기에 의존하여 수행될 수 있다. 이를 위해, 캐리어기판층(10)의 상측에는 포토리소그라피 공정에 의해 층조립체(203)가 도포되고, 상기 층조립체는 예컨대 포토다이오드 회로로서 형성된다. 포토다이오드에 의해, 광학 부재(80), 바람직하게 빔 형성 부재가 배치될 수 있다. 상기 빔 형성 부재는 예컨대 렌즈이다. 포토다이오드에 의해 감지된 주변 밝기 평가에 따라, 제어 회로(202)는 광방출층(100)의 광생성을 조정한다.
다른 실시예에서, 광방출은 사용자에 의한 무선 원격 제어에 의해 변경될 수 있다. 이를 위해, 층조립체(202)는 제어 신호의 수신을 위한 수신회로를 포함할 수 있고, 상기 제어 신호는 송신 유닛으로부터 무선 연결에 의해 전송된다.
캐리어기판층(10) 상에 또는 캐리어기판층에 통합된 능동 회로 구조 및 광방출층(101, 102)을 정전기 방전에 의한 파괴로부터 보호하기 위해, 기판층(10)에는 층조립체(201)가 예비 구조화된다. 층조립체(201)에 의해 ESD 보호 회로가 구현된다. ESD 보호 회로는 예컨대 기판층(10)에 통합된 보호다이오드일 수 있다. 회로 구조(201)에 의해, ESD 필터가 구현될 수 있다. 회로 구조(201)는 그 외의 수동망일 수 있으며, 상기 망은 이미 프론트-엔드로 캐리어기판층(10)을 포토리소그라피 공정에 의해 제조할 때 웨이퍼(10)에 통합된다.
광전 모듈의 회로 구조(200) 및 광방출 반도체 구조(100)로부터 생성된 열을 배출하기 위해, 히트 싱크(300)가 제공된다. LED 반도체 구조(100)는 히트 싱크와 연결된다. 히트 싱크(300)는 예컨대 탄소계 다이아몬드로 구성되는 고출력 히트싱크일 수 있다. 히트싱크는 기판층(10)에 또는 기판층의 상측에 통합될 수 있다. 상기 기판층은 예컨대 규소웨이퍼이다.
또한, 규소 서브마운트(10)의 후방측 부분에는 능동 냉각 장치 또는 수동 냉각 장치가 통합될 수 있다. 광전 모듈의 부재의 능동 냉각을 위해 예컨대 마이크로펌프(206)가 캐리어기판층(10)에 통합될 수 있다. 광전 모듈의 제조 시, LED가 기판층(10)의 상측에 접착되거나 납땜되기 전에, 이미 프론트-엔드로 웨이퍼 가공 중에 기판층(10)에 또는 기판층 상에는 다른 초미세 전기 기계 시스템이 통합되거나 예비 구조화될 수 있다. 이러한 시스템에는, 전류 공급부로서, 특히 비접근형 소형 제어 모듈을 위한 전류 공급부로서의 태양 전지 또는 고출력 규소 릴레이 회로(relay circuit)가 속한다.
LED 구조(100)는 도전로(30)를 포함한 배선면에 의해, 웨이퍼에 또는 웨이퍼상에 예비 구조화되거나 통합된 회로 구조(200)와 연결된다. LED는 도전로(30)에 의해 웨이퍼 후방측에 통합된 제어 및 조정 부재와 연결될 수 있다.
규소 서브마운트의 후방측에는 프로그래밍 및 저장이 가능한 논리 회로 부재가 통합될 수 있다. 이러한 조정 또는 회로 부재도 마찬가지로 무선 원격 제어되거나, 도전로(30)에 의해 프로그래밍되거나, 고정식(stationary)일 수 있다. 후방측 대신에 전방측에 통합되는 것으로도 충분할 수 있다. 규소 회로 소모가 큰 경우에, 복수 개의 Si층이 적층될 수 있다. 이러한 논리 접속에 의해, 광전 모듈의 구동점은 사용 목적에 맞추어 조절될 수 있다. 광전 모듈(1)의 트리밍(trimming)은 지속적으로 공장에서 수행될 수 있다. 따라서, 시효 과정도 균일화될 수 있다.
광전 집적 회로의 접촉을 위해, 외부 연결부(60)가 제공되고, 상기 외부 연결부는 범프 접촉(61) 또는 본딩 패드 접촉(62)으로 형성될 수 있다. 외부 연결부와 광전 모듈의 회로 구조와의 연결을 위해, 기판층(10)의 내부에는 결합 도체(비아)(50)가 제공된다. 통합형 광전 모듈(1)과 다른 통합형 광전 모듈이 하나의 모듈 조립체로 결합되기 위해, 예컨대 캐리어기판층(10)의 상측에, 예컨대 직접적으로 광학적 빔 경로에 있지 않은 캐리어기판층의 일측에는 모듈간 결합을 위한 연결부(63)가 제공될 수 있다. 상기 연결부(63)는 예컨대 전기적, 기계적 또는 광학적 플러그 결합 또는 나사 결합으로서 형성될 수 있다.
바람직하게, 캐리어기판층(10)을 위한 물질로서, SI, SiC, Ge, GaN이 사용된다. 또한, 캐리어물질은 알루미늄질화물, 알루미늄산화물 또는 규소질화물을 포함할 수 있다. 광 생성층으로부터 생성된 광이 반도체 웨이퍼로서 형성된 캐리어층에서 자유 전하 캐리어를 생성하는 경우를 방지하기 위해, 캐리어 기판층(10)은 패시베이션층(400)으로 덮이며, 특히 광방출층(100)의 영역에서 상측에서 덮인다. 패시베이션층(400)상에, 다른 보호층, 변환층, 반사방지층 또는 다른 광학 부재가 배치될 수 있다.
규소 웨이퍼의 사용 대신, 캐리어기판층(10)으로서 가요성 필름이 사용될 수 있다. 필름은 접착될 수 있다. 상기 실시예에서, 열소산 또는 전류 공급은 적합한 밴드(band)에 의해 조정될 수 있다.
도 1, 2 및 3에 도시된 실시예의 광전 모듈은 하우징에 배치될 수 있다. 여러 경우에, 하우징은 더 이상 필요하지 않다. 모듈은 예컨대 직접적으로 할로겐 레트로피팅(retrofitting)으로 소모될 수 있다.
도 4 및 5는 도 1, 2 및 3에 도시된 바와 같은 광전 모듈을 제조하기 위한 제조 방법을 도시한다. 도 4는 캐리어층(500)을 도시하고, 캐리어층 상에 광 방출층(101, 102)을 구비한 층조립체(100)가 성장된다. 광방출층은 예컨대 캐리어층으로서의 사파이어 상에 성장된 에피층들일 수 있다. 광 방출층(101, 102)은 캐리어층(500)으로부터 리프트 오프되고, 접촉부를 구비한다. 상기 접촉부는 예컨대 금속 접촉부이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 금속 접촉부를 구비한 광방출층을 포함하는 LED칩은 예비 구조화된 캐리어기판층(10) 상에 배치된다. 캐리어기판층(10)은 예컨대 규소웨이퍼일 수 있고, 상기 웨이퍼에서는 프로트엔드로 상기 웨이퍼의 제조 시 도 1, 2 및 3에 도시된 바와 같은 회로(200)가 통합된다. 회로(200)는 예컨대 LED칩의 방출 특성, 밝기 또는 색혼합을 제어하기 위한 제어 및 조정 회로이거나 ESD 보호 회로일 수 있다. LED칩(100)으로부터 생성된 복사의 밝기를 제어하기 위해, 반도체 웨이퍼(10)는 이미 프론트엔드 시 포토다이오드로서 형성된 층조립체를 포함하여 예비구조화될 수 있다. 도 1, 2 및 3에 따라 기술된 개별 회로(201, 202, 203, 204, 205, 206, 207)는 예컨대 반도체 웨이퍼(10)의 제조 또는 가공 시 포토리소그라피 방법에 의해 통합될 수 있다. 회로는 예컨대 캐리어기판층(10) 상에 개별층이 증착됨으로써 층구조로서 도포된다. 또한, 층들은 도핑 공정 또는 이온 주입에 의해 캐리어 기판 안으로 직접적으로 통합될 수 있다.
광전 모듈의 제조 시, 가능한 한 많은 부재가 캐리어기판층(10) 상에 또는 캐리어기판에 직접적으로 통합되고, 프론트엔드 공정으로 통합된다. 도 5에 도시된 회로 외에, 또한 논리 회로, 비아, 열 전도층 및 접촉, 특히 차후의 땜납 접촉을 위한 본딩 패드 접촉 및 범프 접촉이 반도체 웨이퍼 상에 또는 반도체 웨이퍼에 예비구조화될 수 있다. 이를 통해, 예컨대 픽앤플레이스 방법을 이용하여 개별 소자들이 도포되는 경우가 방지된다. 기능 유닛들이 웨이퍼 상에 나란히 통합되어 구성되고, 제조 종료시점이 되어서야 분리되므로, 상기와 같은 광전 모듈은 매우 콤팩트하고 비용 효과적으로 제조된다.
도 6은 모듈 조립체의 실시예를 도시하며, 이 때 복수 개의 광전 모듈(1, 2, 3)은 서로 결합된다. 모듈 조립체에 속하는 개별 광전 모듈은 예컨대 도 1, 2 또는 3에 도시된 구성을 포함할 수 있다. 광전 모듈은 모듈간 결합부(63)에 의해 상호간 결합된다.
도 6에 도시된 모듈 조립체에서, 광전 모듈(1)은 통합된 제어 회로(202)를 포함하고, 상기 회로는 캐리어기판층(10)에서 예비 구조화된다. 제어 회로(202)는 전체 모듈 조립체의 제어를 위한 역할을 한다. 개별 광전 모듈(1, 2, 3)은 자율적으로 또는 결합된 상태로 서로 동조되거나 주변에 동조되며, 예컨대 주변 밝기에 동조된다. 따라서, 예컨대 공간은 조명 기구별로 따듯하거나 차가운 백색의 균일한 복사로 조사될 수 있다. 개별적으로 컬러캐스트가 두드러진, 조명 기구에 의한 효과는 균일화될 수 있다.
캐리어기판층(10)에 통합된 제어 회로(202)가 사용됨으로써, 도 6에 도시된 모듈 조립체는 마스터/슬레이브 기술(master/slave technique)로 구동될 수 있다. 이를 통해, 예컨대 모듈 조립체에서 색 혼합 및 화이트스폿이 발견되며, 이는 또한 다른 모듈에도 대응되어 수행될 수 있다.
도 6에 도시된 모듈 조립체는 예컨대 공간 또는 공간 일부를 조사하기 위해, 예컨대 식료품 계산대를 조사하기 위해 사용될 수 있다. 모듈 조립체를 마스터/슬레이브 기술로 구동할 수 있다는 점에 의해, 광전 모듈 상에 배치된 개별 LED칩은, 예컨대 모든 식료품이 주변 밝기 및 계산대의 면적과 무관하게 균일하게 조사되도록 제어될 수 있다. 마스터 회로는 예컨대 그와 연결된 개별 모듈의 집적 회로를 제어하되, 예컨대 계산대앞에 고객이 없을 경우에 전원 절약 프로그램이 작동하도록 제어할 수 있다.
발광 다이오드의 방출 특성을 변경할 수 있으므로, 예컨대 발광 다이오드의 시효 효과가 균일화될 수 있고, 예컨대 동일한 모듈 조립체에서 청색 발광 다이오드에 비해 적색 다이오드가 초기에는 더 밝고 나중에는 과도하게 더 어둡게 발광하는 경우에 그러할 수 있다. 방출 특성의 제어 및 조정에 의해, 색 혼합이 달라질 수 있어서, 예컨대 식료품 계산대에서 육류 제품의 녹색의 색조로 조사되는 경우가 신뢰할만하게 방지될 수 있다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 024927.0 및 10 2008 049777.0을 기초로 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
본 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 상기 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.

Claims (15)

  1. 광전 모듈에 있어서,
    규소, SiC, 게르마늄, 갈륨질화물 또는 이들의 조합으로 구성된 기판층(10), 제1층조립체(100) 및 제2층조립체(200)를 포함한 복수 개의 반도체층들(10, 20, 100, 200)을 구비한 층 구조체를 포함하고,
    상기 제1층조립체(100) 및 상기 제2층조립체(200)는 도전로(30)에 의해 연결되고,
    상기 제1층조립체(100)는, 상기 기판층(10) 상에 배치되는 하나 이상의 광방출층(101, 102)을 갖는 복수 개의 발광 다이오드들을 포함하고,
    상기 제2층조립체(200)는 상기 발광 다이오드의 구동 상태를 제어하기 위한 복수 개의 회로들(201, 202, 203, 204)를 포함하고,
    제1회로가 상기 발광 다이오드들의 밝기를 제어하기 위한 제어 회로(202)를 포함하고,
    제2회로가 주변 밝기를 검출하기 위한 밝기 센서(203)를 포함하고,
    상기 제2회로는, 상기 기판층(10) 상에서, 상기 제1층조립체(100) 옆에 측면으로 배치되고,
    상기 제1회로는 상기 기판층(10)에 통합되어 상기 기판층(10)에 의해 완전히 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 층 조립체(200, 202, 203, 204)의 적어도 하나의 회로와 전기 전도적으로 연결되는 적어도 하나의 도전로(30)가 상기 기판층(10)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2층조립체(200)는 정전기 방전으로부터 상기 광전 모듈을 보호하기 위한 회로(201)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정전기 방전으로부터 광전 모듈을 보호하기 위한 회로(201)는, 상기 제1층조립체(100)의 접촉을 위해 접촉 연결부로서 형성된 도전로(30)의 하부에서 상기 기판층(10)의 도핑된 영역들(201a, 201b)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2층조립체(200)는 상기 제1층조립체(100)의 광방출층의 복사 생성을 위해 전압 또는 전류를 제공하도록 형성된 회로(204)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2층조립체(200)는 정전기 방전으로부터 상기 광전 모듈을 보호하기 위한 회로(201), 및 상기 제1층조립체(100)의 광방출층의 복사 생성을 위한 전압 또는 전류를 제공하도록 형성된 회로(204)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  7. 광전 모듈 조립체에 있어서,
    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광전 모듈(1, 2, 3)을 복수 개 포함하고,
    상기 복수 개의 광전 모듈들 중 하나의 광전 모듈(1)은, 상기 복수 개의 광전 모듈들(1, 2, 3) 중 상기 하나의 광전 모듈의 기판층(10) 상에 적층되거나, 상기 복수 개의 광전 모듈들(1, 2, 3) 중 상기 하나의 광전 모듈의 기판층(10)에 의해 둘러싸이는 제3층조립체를 포함하고,
    상기 제3층조립체는 상기 광전 모듈(1, 2, 3) 각각으로부터 방출된 복사를 제어하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3층조립체는 광전 모듈(1, 2, 3) 각각으로부터 방출된 복사의 밝기, 색 또는 색혼합을 동조시키기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3층조립체는 상기 광전 모듈(1, 2, 3) 각각으로부터 방출된 복사의 무선 원격 제어를 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 조립체.
  10. 광전 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 광방출층(101, 102)을 갖는 복수 개의 발광 다이오드들을 포함하는 제1층조립체(100)를 캐리어층(600) 상에 성장시키는 단계;
    규소, SiC, 게르마늄, 갈륨질화물 또는 이들의 조합으로 구성된 기판층(10) 및 제2층조립체(200)를 포함하는 복수 개의 반도체층(10, 20, 200)을 구비한 층 구조를 제공하는 단계로서, 상기 제2층조립체(200)는 상기 광방출층의 구동 상태를 제어하기 위한 복수 개의 회로들(201, 202, 203, 204)을 포함하고, 제1회로가 상기 발광 다이오드들의 밝기를 제어하기 위한 제어 회로(202)를 포함하고, 제2회로가 주변 밝기를 검출하기 위한 밝기 센서(203)를 포함하고, 상기 제2회로는 상기 기판층(10) 상에 배치되고, 상기 제1회로는 상기 기판층(10)에 통합되어 상기 기판층(10)에 의해 완전히 둘러싸이는 것인, 상기 층 구조를 제공하는 단계;
    상기 기판층(10) 상에서 상기 제2 회로 옆에 측면으로 상기 제1층조립체(100)를 적층하는 단계; 및
    상기 제1층조립체(100) 및 상기 제2층조립체(200)를 도전로(30)로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체층(10, 20, 200)을 구비한 상기 층 구조는, 상기 제2층조립체(200)가 상기 기판층(10) 상에 적층되거나 상기 기판층(10) 안에 통합됨으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2층조립체(200)의 적어도 하나의 회로는, 층 증착에 의해 상기 기판층(10) 상에 적층되거나 또는 이온 주입에 의해 상기 기판층(10) 안으로 통합되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈 제조 방법.
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