KR101768720B1 - 표면 실장 ｌｅｄ 모듈 및 표면 실장 ｌｅｄ 모듈의 제조 방법 - Google Patents

표면 실장 ｌｅｄ 모듈 및 표면 실장 ｌｅｄ 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 3 개의 LED 칩들(2a, 2b, 2c)이 배치되는 캐리어 기판(1)을 구비하는 표면 실장 LED 모듈(100)로서, 상기 LED 칩들(2a, 2b, 2c)이 전자기 복사를 생성하기 위해 각각 하나의 활성층을 구비하는 LED 모듈에 관한 것이다. 상기 캐리어 기판(1)은 적어도 3 개의 제1 전기 연결면(8a) 및 적어도 3 개의 제2 전기 연결면(8b)을 구비한다. 상기 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 각각 제1 접촉층(9a)을 구비하고, 이 접촉층(9a)은 각각 제1 연결면(8a)과 전기적으로 전도되게 연결된다. 상기 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 각각 제2 접촉층(9b)을 구비하고, 이 접촉층(9a)은 각각 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결된다. 제1 LED 칩(2a)은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 LED 칩(2b)은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 LED 칩(2c)은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출한다. 상기 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 각각 성장 기판을 구비하지 않는다. 또한 본 발명은 표면 실장 LED 모듈(100)의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

표면 실장 ＬＥＤ 모듈 및 표면 실장 ＬＥＤ 모듈의 제조 방법{SURFACE-MOUNTED LED MODULE AND METHOD FOR PRODUCING A SURFACE-MOUNTED LED MODULE}
본 발명은 표면 실장 LED 모듈에 관한 것이다. 또한 본 발명은 표면 실장 LED 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
표면 실장 LED 모듈은 땜질 가능한 접촉 표면을 이용하여 바로 납땜되거나 혹은 인쇄 회로 기판 상에 납땜될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이때 LED 칩은 바람직하게는 관통 접속부를 통해 인쇄 회로 기판의 배면에 배치되는 전기적 접촉부 영역과 전기적으로 전도되게 연결된다. 그 결과 매우 두꺼운 배치가 될 수 있고 그로 인해 모듈을 위한 소요 면적이 감소한다. 소형화 추세에서 예를 들면 모듈 높이 및/또는 모듈 기본 표면과 같이 점점 더 더욱 근소한 모듈 치수, 그리고 점점 더 더욱 높은 LED 칩의 실장 밀도가 요구된다.
본 발명의 과제는 특히 근소한 모듈 치수 및 동시에 LED 칩의 높은 실장 밀도를 구비한 표면 실장 LED 모듈을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은 그러한 표면 실장 LED 모듈의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 과제는 특허 청구항 1의 특징을 가진 표면 실장 LED 모듈과 특허 청구항 14의 특징을 가진 표면 실장 LED 모듈의 제조 방법에 의해 달성된다. 그러한 모듈 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시예 및 바람직한 추가 실시예는 종속항의 대상이다.
본 발명에 따라 캐리어 기판을 구비한 표면 실장 LED 모듈이 제공되고, 이 캐리어 기판 상에 적어도 3 개의 LED 칩이 배치된다. LED 칩들은 전자기 복사를 생성하기 위해 각각 하나의 활성층을 구비한다. 캐리어 기판은 적어도 3 개의 제1 전기 연결면 및 적어도 3 개의 제2 전기 연결면을 구비한다. LED 칩들은 각각 하나의 제1 접촉층을 구비하고, 이 접촉층은 각각 제1 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다. LED 칩들은 각각 하나의 제2 접촉층을 구비하고, 이 접촉층은 각각 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다. 제1 LED 칩은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 LED 칩은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 LED 칩은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출한다. LED 칩들은 각각 성장 기판을 구비하지 않는다.
따라서 LED 칩들은 이른바 기판 없는 LED 칩으로 형성된다. 본 출원의 범위에서 LED 칩은 "기판 없는 LED 칩"으로 간주되고, 그러한 LED 칩을 제조하는 동안 반도체층 시퀀스가 예를 들면 에피택시얼 성장되는 성장 기판은 완전히 분리된다. 또한 기판 없는 LED 칩들은 캐리어를 구비하지 않는다.
그 결과 예를 들면 종래의 박막 기술에서 이용되는 지지 물질, 예를 들면 게르마늄을 이용하지 않아도 되고, 그에 따라 제조 비용이 바람직하게 감소된다.
또한 기판 없는 LED 칩에 의해, 유리하게도, LED 모듈의 높이가 매우 낮게 된다. 모듈의 치수는 LED 칩 치수의 크기에 거의 근접할 수 있다.
바람직하게 LED 모듈의 높이는 100㎛와 500㎛ 사이이다. 바람직하게 개별 LED 칩의 높이는 50㎛ 보다 작다.
바람직하게 3 개의 LED 칩 가운데 적어도 2개의 이격 간격은 20㎛ 보다 작다. 특히 바람직하게는 LED 모듈의 모든 LED 칩들 사이에서 LED 칩의 이격 간격이 20㎛ 보다 작다. 그 결과 LED 모듈의 근소한 기본 표면만이 필요하게 된다. 또한 LED 칩들 간의 근소한 이격 간격에 의해 LED 모듈 내에서 LED 칩들의 높은 실장 밀도가 달성되고, 그 결과 바람직하게 LED 모듈의 복사 밀도가 높아진다.
바람직하게 LED 칩들은 질화물계 화합물 반도체, 인화물계 화합물 반도체 또는 비소 화합물 반도체를 토대로 한다. "질화물계 화합물 반도체, 인화물계 화합물 반도체 또는 비소 화합물 반도체를 토대로 한다"는 것은 당해 맥락에서 활성 에피택시 층시퀀스 또는 적어도 그 중에 하나의 층이 InxGayAl1 -x- yP, InxGayAl1 -x- yN 또는 InxGayAl1-x-yAs 조성이며, 각각 O ≤ x ≤ l , O ≤ y ≤ l 그리고 x + y ≤ 1인 III/V족 반도체 물질을 포함한다는 의미이다.
LED 칩의 활성층은 복사를 생성하기 위해 pn접합, 이중 이종 접합 구조, 단일 양자 우물 구조(SQW, single quantum well), 또는 다중 양자 우물 구조(MQW, multi quantum well)를 갖는다. 이때 양자 우물 구조 명칭이 양자화의 차원과 관련하여 의미를 지니는 것은 결코 아니다. 양자 우물 구조는 무엇보다도 양자샘, 양자선 및 양자점 및 이 구조들의 조합을 포함한다.
캐리어 기판은 바람직하게는 세라믹 또는 실리콘을 포함한다.
LED 모듈의 바람직한 실시예에서 3 개의 LED 칩들 가운데 적어도 2 개가 개별적으로 전기적으로 제어될 수 있다.
바람직하게는 제1 LED 칩은 제1 접촉 영역과 전기적으로 전도되게 연결되는 제1 연결면 상에, 제2 및 제3 LED 칩은 다른 제1 접촉 영역과 전기적으로 전도되게 연결되는 다른 제1 연결면 상에 배치된다. 그런 다음 제2 및 제3 LED 칩이 공통으로 전기적으로 제어될 수 있다.
따라서 예를 들면 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 LED 칩은 녹색 및 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 LED 칩들과는 별도로 전기적으로 제어될 수 있다.
LED 모듈로부터 방출되는 복사는 개별 LED 칩들로부터 방출되는 복사의 누적되는 색 혼합으로부터 생겨난다. 앞서 언급된 스펙트럼 영역에서 방출되는 복사들 에서 누적되는 색 혼합에 의해 백색광의 인상이 야기될 수 있다.
바람직하게는 LED 칩들을 전기적으로 분리되게 제어함으로써 LED 모듈로부터 방출되는 복사의 색점(color point)의 제어 가능성이 개선된다.
"색점"이라 함은 다음에서 모듈의 발광 색상을 CIE 색 공간 내에서 설명하는 수치이다.
LED 모듈로부터 방출되는 복사의 색점은 바람직하게는 모듈 작동 중에 설정 가능하고, 그렇게 함으로써 작동 중에 LED 모듈로부터 방출되는 복사의 색점이 원하는 색점 영역으로 변위될 수 있다.
예를 들면 모듈로부터 방출되고, 상대적으로 더욱 높은 적색 부분을 구비한 복사의 색점을 원한다면, 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 LED 칩의 별도의 제어를 통해 모듈로부터 방출되는 복사의 적색 비율이 증가되고, 그렇게 함으로써 바람직하게 온백색(warm white) 분포의 색점 영역이 존재하게 된다. 온백색 분포의 색점 영역은 바람직하게는 CIE 색공간에서 6000K부터 2000K의 색 온도 영역 내에 있다.
모듈의 일 실시예에서 캐리어 기판은 LED 칩의 반대 방향을 향하는 표면 상에 제1 접촉 영역을 구비하고, 상기 제1 접촉 영역은 캐리어 기판을 통과하여 안내되는 제1 관통 접속부를 통해 각각 제1 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다.
바람직하게는 제1 연결면이 각각 LED 칩 쪽을 향하는 제1 관통 접속부의 표면에 의해 형성된다.
바람직하게는 캐리어 기판의 제1 접촉 영역이 방열판으로서 형성된다. 그 결과 바람직하게 LED 칩에서 생성되는 열량이 충분하게 LED 칩으로부터 배출될 수 있고, 그렇게 함으로써 LED 칩의 손상 위험이 감소된다.
특히 바람직하게는 캐리어 기판이 LED 칩의 반대 방향을 향하는 표면 상에 제2 접촉 영역을 구비하고, 이 제2 접촉 영역은 제1 접촉 영역과 전기적으로 절연되고 각각 캐리어 기판을 통과하여 안내되는 제2 관통 접속부를 통해 제2 연결면과 각각 전기적으로 전도되게 연결된다.
바람직하게는 각각 제2 연결면은 LED 칩 쪽을 향하는 제2 관통 접속부의 표면에 의해 형성된다.
그러므로, LED 칩의 전기 접촉은 바람직하게는 캐리어 기판을 통과하여 안내되는 제1 및 제2 관통 접속부를 통해 각각 이루어진다. 이러한 형식의 전기적 접촉부를 통해 바람직하게 높이 및 기본 표면과 관련하여 특히 근소한 모듈 치수가 나타나고, 이는 예를 들면 캐리어 기판과 간격을 두고 안내되고 전기적으로 절연되어 모듈 내에 통합되어야 할, 예를 들면 종래의 본딩 와이어와 같은 접촉부가 사용되지 않아도 되기 때문이다.
LED 모듈의 일 실시예에서 각각 제1 접촉층 및 제2 접촉층이 LED 칩의 캐리어 기판을 향하는 표면 상에 배치되고, 이때 각각 제1 연결면들이 제1 접촉층과, 각각 제2 연결면들이 각각 제2 접촉층과 전기적으로 전도되게 연결된다.
그러므로 이러한 실시예에서 LED 칩들의 2 개의 전기 접촉층들은 바람직하게는 LED 칩들의 발광 표면과 마주 보는 공통의 표면 상에서 전기적으로 상호 분리되어 배치된다(플립 칩 기술, Flip-Chip-Technology). 플립 칩 기술에 의해 전기적으로 접촉되는 발광 다이오드 및 그것의 제조 방법은 예를 들면 독일 특허 공보 10 2006 019 373 Al로부터 공지되었고, 따라서 그 개시 내용이 참조로 수용된다.
바람직하게는, 각각 제1 접촉층은 각각 제1 연결면과, 제2 접촉층은 제2 연결면과 솔더층(Solder layer)에 의해 전기적으로 전도되게 연결된다.
LED 모듈의 대안적인 실시예에서 각각 제1 접촉층은 캐리어 기판을 향한 표면 상에, 제2 접촉층은 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩의 표면 상에 배치되고, 이때 각각 제2 접촉층은 각각 접촉 도체를 통해 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다. 바람직하게는 각각 LED 칩 옆에 지지층이 배치되고, 이 지지층 상에서 접촉 도체가 안내된다.
이러한 경우 LED 칩의 전기 접촉은 제1 및 제2 관통 접속부와 접촉 도체에 의해 이루어진다.
이때 접촉 도체는 최대한 캐리어 기판에 근접하게 안내된다. 이때, 예를 들면 본딩 와이어의 경우와 같은, 캐리어 기판과 간격을 두고 안내되는 접촉이 방지될 수 있다. 모듈의 높이가 바람직하게 감소된다.
LED 모듈의 다른 실시예에서 각각 제1 접촉층은 캐리어 기판을 향한 표면 상에, 제2 접촉층은 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩의 표면 상에 배치되고, 이때 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩의 측면에 기판이 배치된다. 캐리어 기판과 기판 사이에 평탄화층이 배치되고, 이 평탄화층에 LED 칩들이 삽입된다. 평탄화층은 각각 LED 칩들의 제2 접촉층의 영역에 공동부(cavity)를 구비한다. 또한 기판은 LED 칩들을 향한 표면 상에 구조화된 도체 스트립을 구비한다.
바람직하게는 각각 제2 접촉층이 각각 도체 스트립의 부분 영역과 전기적으로 전도되게 연결되고, 이때 각각 도체 스트립의 부분 영역이 평탄화층을 통해 안내되는 제3 관통 접속부를 통해 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다.
제2 접촉층은 바람직하게는 각각 납땜에 의해 도체 스트립의 각각의 부분 영역과 연결된다. 바람직하게는 평탄화층을 통해 안내되는 제3 관통 접속부는 각각 다른 솔더층에 의해 제2 관통 접속부와 전기적으로 안내되는 방식으로 연결된다.
이러한 경우 LED 칩들의 전기적 접촉부는 제1 접촉 영역 및 제1 관통 접속부를 통해 LED 칩들의 제1 접촉층으로 안내되고, 제2 접촉층과 구조화된 도체 스트립과 제3 관통 접속부와 제2 관통 접속부를 통해 제2 접촉 영역으로 안내된다.
평탄화층은 바람직하게는 벤조시클로부텐(BCB)을 포함한다. 도체 스트립과 제3 관통 접속부는 바람직하게는 구리를 포함한다.
기판은 바람직하게는 유리 기판 또는 LED 칩으로부터 방출되는 복사를 위한 투명한 필름, 예를 들면 유리 필름이다. 특히 바람직하게 기판은 분산 플레이트이다. 분산 플레이트라 함은 무엇보다 그 안에 포함되는 분산 입자를 지닌 기판을 말한다. LED 칩의 활성층으로부터 방출된 복사가 분산 입자에서 바람직하게는 특정 방향 없이 모든 공간 방향(spatial dirction)으로 분산된다. 바람직하게는 분산 입자는 균일하게 기판에 분포되고, 그렇게 함으로써 산란 복사(scattered radiation)가 균일하게 퍼진다. 그에 따라 복사각 위쪽에서 색 불균일성이 감소된다. 모듈로부터 방출되는 복사의 균일한 발광 특성이 바람직하게 달성된다.
LED 모듈의 다른 실시예에서 각각 제1 접촉층은 캐리어 기판을 향한 표면 상에, 제2 접촉층은 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩의 표면 상에 배치되고, 이때 제2 접촉층은 전류 분배 구조를 구비한다.
바람직하게는 각각 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩들의 표면 상에 전기적 전도층이 배치된다. 전기적 전도층 상에 바람직하게는 기판이 배치되고, 이 기판은 LED 칩 쪽을 향하는 표면 상에 구조화된 TCO 층(TCO: Transparent Conductive Oxide)을 구비한다. LED 칩 쪽을 향한, 구조화된 TCO 층의 표면은 구조화된 도체 스트립을 구비하고, 이 도체 스트립은 바람직하게는 각각 고리 구조(ring structure)로 형성된다. 전류 분배 구조는 각각 바람직하게는 전기적 전도층을 통해 고리 구조와 전기적으로 전도되게 연결된다. 또한 TCO 층은 각각 프레임 접촉부를 통해 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다.
그러므로 LED 칩들과 기판 사이에는 각각 전기적 전도층과, 구조화된 도체 스트립과, 그리고 구조화된 TCO층이 배치된다.
전류 분배 구조는 바람직하게는 전류 확산층으로 이용되고, 그렇게 함으로써 LED칩들의 균일한 발광 특성이 가능해진다.
이러한 경우 LED 칩들의 전기적 접촉부는 전기적으로 전도층과, 고리 구조와, TCO 층과 프레임 접촉부를 통해 캐리어 기판의 제2 관통 접속부로 안내된다.
TCO 층들의 물질들은 예를 들면 ITO(인듐 주석 산화물) 또는 산화 아연이다. 고리 구조와 프레임 접촉부는 바람직하게는 금속을 포함한다.
전기적 전도층은 바람직하게는 ACA 층(ACA: Anisotropie Conductive Adhesive, 이방성 전도 접착제)이다. ACA 층이라 함은 무엇보다도 전기적 전도성 측면에서 이방적 속성을 구비하고 특히 접착력이 있는 층을 말한다. 전기적 전도층은 바람직하게는 횡방향 전도성은 없고 오로지 종방향 전도성만을 구비한다. 바람직하게는 전기적 전도층은 접착제를 포함하며, 이 접착제에는 전기적 전도 입자, 특히 금속 볼(metal ball)이 삽입되어 있다. 전기적 전도성과 관련된 이방성 속성은 바람직하게는 전기 전도 입자의 희석도에 의해 접착제 내에서 형성된다.
프레임 접촉부는 바람직하게는 ICA-접촉(ICA: Isotropie Conductive Adhesive, 등방성 전도 접착제)이다. ICA 층이라 함은 무엇보다도 전기적 전도성 측면에서 등방적 속성을 구비하고 특히 접착력이 있는 접촉을 말한다. 따라서 프레임 접촉부는 횡방향 전도성뿐만 아니라 종방향 전도성도 구비한다. 바람직하게는 프레임 접촉부는 접착제를 포함하며, 이 접착제에는 전기적 전도 입자, 특히 금속 볼이 삽입되어 있다. 전기적 전도성과 관련하여 등방적 속성은 바람직하게는 전도 입자의 희석도에 따라 접착제 내에서 형성된다.
LED 모듈의 다른 실시예에서는 캐리어 기판 상에 리플렉터(reflector)가 배치되고, 이 리플렉터는 LED 칩들을 둘러싼다.
바람직하게는 리플렉터는 캐리어 기판 상에 배치된다. 바람직하게는 리플렉터는 실리콘을 포함한다. 리플렉터는 예를 들면 LED 칩들 쪽을 향하는 밀폐되는 평면에 의해 형성될 수 있다.
LED 칩들을 바람직하게는 프레임 형태로 둘러싸는 리플렉터에 의해 LED 칩들로부터 방출되는 복사가 모듈의 복사 아웃커플링 측면 방향으로 반사될 수 있고, 그렇게 함으로써 LED 모듈의 아웃커플링 효율이 바람직하게 증가된다.
바람직하게는 LED 칩들 후방에 광학 요소가 배치된다. 바람직하게는 광학 요소는 LED 칩들의 복사 아웃커플링 측면 상에 배치된다.
특히 바람직하게는 캐리어 기판 상에 LED 칩들을 프레임 형태로 둘러싸는 리플렉터가 배치되고, 뿐만 아니라 리플렉터 상에 광학 요소가 배치된다.
광학 요소라 함은 무엇보다도 LED 칩들의 활성층으로부터 방출되는 복사를 위해 빔(beam)을 형성하는 속성을 구비한 구성 요소, 즉 특히 발광 특성 및/또는 방출되는 복사의 방향성에 의도된 대로 영향을 끼치는 구성 요소를 말한다. 예를 들면 LED 칩들 후방에 발광 방향으로 렌즈가 배치된다. 또한 광학 요소라 함은 LED 칩들로부터 방출되는 복사를 위한 투명한 커버를 말하며, 이 커버는 예를 들면 투명 필름 또는 유리 플레이트와 같이 LED 칩들을 기계적 영향으로부터 보호한다.
관통 접속부를 통해 안내되는 LED 칩들의 전기적 접촉부에 의해 광학 요소는 바람직하게 칩에 인접하여 LED 칩들에 배치되고, 이때 예를 들면 종래의 본딩 와이어에 있어서 불리할 수 있었던 바와 같이, 전기적 접촉부가 손상의 위험에 노출되지 않는다.
복수 개의 LED 모듈의 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 복수 개의 접촉 영역을 구비한 캐리어 기판을 제공하는 단계, 이때 접촉 영역을 마주 보는 캐리어 기판의 표면 상에 복수 개의 제1 전기적 연결면들과 제2 전기적 연결면들이 배치되고, 이 연결면들은 캐리어 기판을 통해 안내되는 제1 및 제2 관통 접속부를 각각 통해 접촉 영역들과 전기적으로 전도되게 연결된다.
- LED 캐리어의 제공 단계, 이 LED 캐리어 상에 LED 캐리어와 연결된 복수 개의 별도 LED 칩들이 배치되고, 이때 LED 칩들은 각각 활성층을 포함하는 반도체층 시퀀스를 구비하고, LED 칩들의 반도체층 시퀀스가 성장되는 성장 기판은 각각 완전히 제거된다.
- LED 칩들이 연결면들을 향하도록 캐리어 기판과 LED 캐리어를 서로에 대해 배치하는 단계,
- 각각 LED 칩들에 할당되는 제1 연결 영역에서 복수 개의 LED 칩들을 캐리어 기판과 기계적으로 결합하는 단계, 각 LED 칩들의 제1 접촉층을 LED 칩들에 할당된 제1 연결 영역의 제1 연결면들과 전기적으로 전도되게 연결하는 단계, 그리고 캐리어 기판과 연결된 LED 칩들을 LED 캐리어로부터 분리하는 단계,
- LED 칩들 각각의 제2 접촉층을 LED 칩 각각에 할당된 제2 연결 영역의 제2 연결면 각각과 전기적으로 전도되게 연결하는 단계,
- 캐리어 기판을 복수 개의 분리된 LED 모듈들로 분할하는 단계, 이 LED 모듈들은 적어도 3 개의 제1 및 제2 연결면들을 구비하고, 각각 제1 연결면 상에 배치되고 그리고 각각 제1 및 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결되는 적어도 3 개의 LED 칩을 구비하며, 여기서
- 제1 LED 칩은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 LED 칩은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 LED 칩은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출한다.
본원의 방법의 바람직한 실시예는 LED 모듈의 바람직한 실시예와 유사하게 나타나고 그 역도 마찬가지이다. 당해 방법을 이용하여 특히 여기서 설명되는 LED 모듈을 제조할 수 있다.
바람직하게는 LED 칩을 캐리어 기판 상에 제공하기 전에 LED 칩의 제1 접촉층이 갈바니(Galvanic) 전기에 의해 강화된다.
바람직하게는 LED 칩들을 제공하기 전에, LED 칩들을 LED 캐리어 상에 분배하는 것이 캐리어 기판의 제1 연결면들에 분배하는 것과 일치하는 방식으로 LED 캐리어 상에 배치되고 고정된다.
본원의 방법의 일 실시예에서 LED 칩들을 캐리어 기판과 연결하기 전에 각각 제1 접촉층 및 제2 접촉층이 LED 캐리어의 반대 방향을 향하는 각각의 LED 칩들의 표면 상에 배치되고 이어서 각각 제1 접촉층이 제1 연결면과 바람직하게는 솔더층을 통해, 그리고 각각 제2 접촉층이 각각 제2 연결면과, 바람직하게는 제2 솔더층을 통해 전기적으로 전도되게 연결된다.
본원의 방법의 대안적인 실시예에서 LED 칩들을 LED 캐리어로부터 분리한 후에 각각 제2 접촉층이 각각 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩들의 표면 상에 제공되고 이어서 각각 제2 접촉층이 각각 접촉 도체를 통해 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결되고, 이때 각각 LED 칩 옆에 지지층이 배치되고, 이 지지층 상에서 접촉 도체가 안내된다.
바람직하게는 지지층의 물질은 성형 화합물로서 스핀 온(spin-on)되고 후속하여 경화된다.
다른 실시예에서는 표면 상에 구조화된 스트립 도체를 구비하는 기판이 제공되고, 이때 이어서 구조화된 도체 스트립을 포함하는 표면 상에 평탄화층이 제공되며, 이 평탄화층은 LED 칩들의 전기적 접촉부를 위해 도체 스트립들의 부분 영역 내에 공동부를 구비한다.
바람직하게는 평탄화 물질은 성형 화합물로서 스핀 온(spin-on)되고 후속하여 경화된다.
LED 캐리어로부터 LED 칩들을 분리한 후에 바람직하게는 각각 제2 접촉층이 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩들의 표면에 제공되고, 이때 각각 제2 접촉층이 각각 기판의 도체 스트립의 부분 영역과 바람직하게는 납땜에 의해 전기적으로 전도되게 연결되고, 각각 도체 스트립의 부분 영역은 평탄화층을 통해 안내되는 제3 관통 접속부를 통과하여 각각 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다.
다른 실시예에서는 LED 칩들이 LED 캐리어로부터 분리된 후에 각각 제2 접촉층은 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩의 표면 상에 배치되고, 이때 제2 접촉층은 전류 분배 구조를 구비한다. 이어서 각각 캐리어 기판의 반대 방향을 향하는 LED 칩들의 표면 상에 전기적 전도층이 제공된다. 또한 표면 상에 구조화된 TCO 층을 구비한 기판이 제공되고, 이때 TCO 층 상에 각각 고리 구조로 형성되는, 구조화된 도체 스트립이 배치된다. 기판은 전류 분배 구조가 각각 전기적 전도층을 통해 고리 구조와 전기적으로 전도되게 연결되도록 전기적 전도층 상에 배치된다. TCO 층은 각각 프레임 접촉부를 통해 제2 연결면과 전기적으로 전도되게 연결된다.
그 외의 특성들, 이점들, 바람직한 구조 그리고 모듈의 적합성은 다음에서 도 1에서부터 8과 관련하여 설명되는 실시예들에서 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 모듈의 제1 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 모듈의 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 모듈의 제2 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모듈의 제3 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모듈의 제 4 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 모듈의 제 5 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모듈의 제 6 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모듈을 분리하는 공정 단계 이전의 일 실시예의 개략적 횡단면도이다.
동일한 구성 요소 또는 동일한 기능의 구성 요소는 각각 동일한 부재 번호가 제공된다. 도시된 구성 요소들 및 구성 요소들 상호 간의 크기 비율은 비례가 정확하게 맞지 않은 것으로 간주되어야 한다.
도 1은 표면 실장 LED 모듈을 개략적인 횡단면도로 도시하고 있다. 도 2는 도 1에 도시한 본 발명에 따른 모듈의 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
표면 실장 LED 모듈은 특히 캐리어 기판에 조립할 때, 바람직하게는 인쇄 회로 기판 상에 조립할 때 특히 취급하기 용이함을 특징으로 한다. 예를 들면 자동 장착 공정(Pick and Place processes)에 의해 인쇄 회로 기판 상에 위치 결정될 수 있고, 후속하여 전기적으로 그리고/또는 열적으로 연결될 수 있다.
LED 모듈은 적어도 3 개의 LED 칩들(2a, 2b, 2c)이 배치되는 캐리어 기판(1)을 구비한다. 제3 LED 칩(2c)은 도 1에 도시된 LED 모듈의 횡단면도에서는 보이지 않는다. 제3 LED 칩(2c)은 도 1에서 제2 LED 칩(2b)의 후방에 배치되고 따라서 제2 LED 칩(2b)에 의해 가려진다.
LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 전자기 복사를 생성하기 위해 각각 하나의 활성층을 구비한다. LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 활성층은 복사를 생성하기 위해 각각 pn접합, 이중 이종 접합 구조, 단일 양자 우물 구조(SQW) 또는 다중 양자 우물 구조(MQW)를 갖는다.
제1 LED 칩(2a)은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 LED 칩(2b)은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 LED 칩(2c)은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출한다.
LED 모듈의 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 각각은 성장 기판을 갖지 않는다. 따라서 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 기판 없는 LED 칩으로 형성된다.
기판 없는 LED 칩을 통해, 유리하게도, LED 모듈의 높이가 매우 낮게 된다. 바람직하게 개별 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 높이는 50㎛ 보다 작다. LED 모듈의 치수는 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 치수의 크기에 거의 근접할 수 있다.
LED 모듈의 높이는 바람직하게 100㎛ 이상과 500㎛ 사이의 범위이다.
개별 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 사이의 이격 간격(D)은 바람직하게는 20㎛ 보다 작다. 그로 인해 바람직하게 LED 모듈의 기본 표면이 근소하게 되고, 따라서 모듈 치수가 더욱 감소하게 된다. 또한 LED 칩들 간의 근소한 이격 간격에 의해 앞서 언급한 영역의 LED 모듈 내에서 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 높은 실장 밀도가 달성되고, 그 결과 바람직하게 LED 모듈의 복사 밀도가 높아진다.
캐리어 기판(1)은 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 반대 방향을 향하는 표면 상에 제1 접촉 영역(30a, 31a)과 제2 접촉 영역(30b, 31b)을 구비한다. 제1 접촉 영역(30a, 31a)들은 상호 간에 그리고 제2 접촉 영역들(30b, 31b)로부터 이격 간격을 두고 전기적으로 절연된다. 또한 제2 접촉 영역(30b, 31b)은 이격 간격을 두고 상호 전기적으로 절연된다.
캐리어 기판(1)은 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는 표면 상에 3 개의 제1 연결면(8a)와 3 개의 제2 전기적 연결면(8b)을 구비한다. 각각 제1 연결면(8a)는 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제1 접촉층과 전기적으로 전도되게 연결된다. 이를 위해 각각 LED 칩(2a, 2b, 2c)이 예를 들면 솔더층에 의해 제1 전기적 연결면(8a) 상에 제공된다.
각각 제1 연결면(8a)은 캐리어 기판을 통과하여 안내되는 제1 관통 접속부(40a, 41a)을 통해 제1 접촉 영역(30a, 31a)과 전기적으로 전도되게 연결된다.
LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 각각 제2 접촉층을 구비한다. 제2 접촉층은 각각 접촉 도체(5)를 통해 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되고, 이때 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 곁에 지지층(6)이 배치되며, 이 지지층(6) 상에 접촉 도체(5)가 안내된다. 바람직하게는 지지층(6)은 웨지(wedge) 형태의 모양을 구비하며, 그렇게 함으로써 접촉 도체(5)는 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에서 시작하여 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 지지층(6)의 표면 상에서, 바람직하게는 캐리어 기판(1)에 대해 가능한 한 근소한 이격 간격을 두고 제2 연결면(8b)으로 안내될 수 있다.
제2 연결면(8b)은 각각 제2 관통 접속부들(40b, 41b)을 통해 각각 제2 접촉 영역(30b, 31b)과 전기적으로 전도되게 연결된다.
바람직하게는 제1 연결면(8a)이 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는 제1 관통 접속부(40a, 41a)의 표면에 의해 형성되고, 제2 연결면(8b)은 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는 제2 관통 접속부(40b, 41b)의 표면에 의해 형성된다.
LED칩들(2a, 2b, 2c)의 접촉은 따라서 캐리어 기판(1)을 통해 안내되는 제1 및 제2 관통 접속부들(40a, 41a, 40b, 41b)에 의해 이루어지고 또한 캐리어 기판(1)에 대해 최대한 근소한 이격 간격을 두고 안내되는 접촉 도체(5)에 의해 이루어진다. 이러한 형식의 전기적 접촉부를 통해 바람직하게 근소한 모듈 치수가 나타난다.
제1 접촉 영역(30a, 31a)은 바람직하게는 방열판으로서 형성된다. 이는 제1 접촉 영역(30a, 31a)이 바람직하게는 우수한 열 전도성 및/또는 충분한 두께를 지닌 물질을 포함한다는 의미이다. 그 결과 바람직하게 LED 칩들(2a, 2b, 2c)에서 생성되는 열량이 충분하게 LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 배출될 수 있고, 그렇게 함으로써 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 손상 위험이 감소된다.
바람직하게는 예를 들면 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 LED 칩(2a)은 녹색 및 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 LED 칩들(2b, 2c)과는 별도로 전기적으로 제어될 수 있다. 이를 위해 각각 제1 LED 칩(2a)은 제1 접촉 영역(30a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 제1 연결면(8a) 상에 배치되고 제2 및 제3 LED 칩(2b, 2c)은 제1 연결면(8a)로부터 전기적으로 절연되고 추가적인 제1 접촉 영역(31a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 추가적인 제1 연결면(8a) 상에 공통으로 배치된다.
LED 모듈로부터 방출되는 복사는 개별 LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 방출되는 복사의 누적되는 색 혼합으로부터 생겨난다. 앞서 언급된 스펙트럼 영역 가운데 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 영역에서 방출되는 복사들에서 누적되는 색 혼합에 의해 백색광의 인상이 야기될 수 있다.
적어도 부분적으로 LED 칩들(2a, 2b, 2c)을 전기적으로 개별 제어함으로써 모듈의 작동 중에 LED 모듈로부터 방출되는 복사의 색점이 원하는 색점의 색점 영역에서 변위될 수 있다. 만일 예를 들면 상대적으로 더욱 높은 적색 부분을 구비하고 모듈로부터 방출되는 복사의 색점을 원한다면, 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하는 제1 LED 칩의 별도의 제어를 통해 모듈로부터 방출되는 복사의 적색 비율이 증가되고, 그렇게 함으로써 바람직하게 온백색 분배의 색점 영역이 존재하게 된다.
지지층(6)은 바람직하게는 벤조시클로부텐(BCB)을 포함한다. 지지층(6)은 바람직하게는 LED 모듈의 제조 시에 캐리어 기판(1) 상에서 스핀 온 되고 후속하여 경화된다.
제1 및 제2 접촉 영역들(30a, 30b, 31a, 31b)과, 제1 및 제2 관통 접속부들(40a, 40b, 41a, 41b) 그리고 접촉 도체(5)는 바람직하게는 구리를 포함하고, 캐리어 기판(1)은 바람직하게는 세라믹을 포함한다.
도 2에는 개별 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 전기적 접촉부 및 접촉 도체가 전체 구조의 이해를 돕기 위해 도시되지 않았다.
도 3에 도시된 LED 모듈의 실시예는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 전기적 접촉부 면에서 도 1에 도시된 실시예와 구분된다.
도 3의 실시예에서는 각각 제1 접촉층(9a)와 제2 접촉층(9b)이 캐리어 기판(1) 쪽을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치된다. 각각 제1 연결면(8a)는 바람직하게는 솔더층(7)에 의해 제1 접촉층(9a)와 전기적으로 전도되게 연결된다. 각각 제2 연결면(8b)은 바람직하게는 제2 솔더층(7)에 의해 각각 제1 접촉층(9b)와 전기적으로 전도되게 연결된다.
도 1에 도시된 실시예와 달리 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 플립칩 LED 칩들로서 형성된다. 따라서 도 3에 도시된 실시예에는 접촉 도체 및 지지층이 이용되지 않는다.
도 4에 도시된 LED 모듈의 실시예는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 전기적 접촉부 면에서 도 1에 도시된 실시예와 구분된다.
LED칩들(2a, 2b, 2c)은 도 1에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로 제1 접촉층(9a)와 제2 접촉층(9b)를 구비하여 형성되고, 이 제1 및 제2 접촉층들은 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 마주보는 표면 상에 배치된다. LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제1 접촉층(9a)은 각각 제1 연결면(8a) 상에, 바람직하게는 솔더층(7)에 의해 배치되고 전기적으로 전도되게 연결된다.
도 1에 도시된 LED 모듈과 달리 도 4에 도시된 실시예의 경우 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 측면 상에 기판(13)이 배치된다. 그러므로 LED 칩들(2a, 2b, 2c)은 캐리어 기판(1)과 기판(13) 사이에 배치된다.
기판(13)은 바람직하게는 유리 기판이거나 또는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 방출되는 복사를 위한 투명한 필름, 예를 들면 유리 필름이다. 특히 바람직하게 기판은 분산 입자를 포함하는 분산 플레이트이다. LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 활성층으로부터 방출되는 복사가 분산 입자에서 바람직하게는 특정 방향 없이 모든 공간 방향으로 분산된다. 바람직하게는 분산 입자는 균일하게 기판에 분포되고, 그렇게 함으로써 산란 복사(scattered radiation)가 균일하게 퍼진다. 그에 따라 복사각 위쪽에서 색 불균일성이 감소된다. 모듈로부터 방출되는 복사의 균일한 발광 특성이 바람직하게 달성된다.
기판(13)은 LED 칩들(2a, 2b, 2c)을 향한 표면 상에 구조화된 도체 스트립(10)을 구비한다. LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제2 접촉층(9b)은 각각 도체 스트립(10)의 부분 영역과, 바람직하게는 솔더에 의해 전기적으로 전도되게 연결된다.
또한 캐리어 기판(1)과 기판(13) 사이에 평탄화층(12a, 12b)이 배치된다. 평탄화층은 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제2 접촉층(9b) 영역 내에 각각 공동부를 구비한다.
제2 연결면(8b)은 평탄화층(12a, 12b)를 통해 안내되는 제3 관통 접속부부(11)를 통해 각각 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제2 접촉층(9b)과 전기적으로 전도되는 방식을 연결되는 도체 스트립(10)의 부분 영역과 전기적으로 전도되게 연결된다. 따라서 도체 스트립(10)의 부분 영역 각각은 정확하게 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 정확하게 접촉층(9b)와 전기적으로 전도되게 연결된다. 또한 도체 스트립(10)의 부분 영역 각각은 정확하게 제3 관통 접속부(11)와 각각 전기적으로 전도되게 연결된다.
바람직하게는 제3 관통 접속부(11)는, 바람직하게는 솔더층(7)에 의해, 각각 제2 관통 접속부(40b, 41b)와 전기적으로 전도되게 연결된다.
이러한 경우 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 전기적 접촉부는 제1 접촉 영역(30a, 31a) 및 제1 관통 접속부(40a, 41a)를 통해 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 제1 접촉층(9a)으로 안내되고, 제2 접촉층(9b)과, 구조화된 도체 스트립(10)과, 제3 관통 접속부(11)와 제2 관통 접속부(40b, 41b)를 통해 제2 접촉 영역(30b, 31b)으로 안내된다.
평탄화층(12a, 12b)은 바람직하게는 벤조시클로부텐(BCB)을 포함한다. 도체 스트립과, 제1, 제2 그리고 제3 관통 접속부들(40a, 40b, 31a, 41b, 11)은 바람직하게는 구리를 포함한다.
LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 방출되는 복사의 분리는 바람직하게는 기판(13)을 통해 이루어진다. 복사 아웃커플링은 도 4에서 화살표로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 실시예는 도 1, 3 및 4에 도시된 실시예와 달리 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 대안적인 전기적 접촉부를 도시하고 있다.
당해 실시예에서 각각 제1 접촉층(9a)은 캐리어 기판(1)을 향한 표면 상에, 제2 접촉층(9b)은 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고, 이때 제2 접촉층(9b)은 전류 분배 구조를 구비한다.
따라서 제2 접촉층(9b)은 연결 영역 및 연결 통로로 구성되고, 그것을 통과하여 바람직하게 전류 확산이 이루어지며, 그렇게 함으로써 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 균일한 발광 특성이 가능하게 된다.
캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 전기적 전도층(15)이 배치된다. 전기적 전도층(15) 상에 기판(13)이 배치되고, 이때 기판(13)은 LED 칩들(2a, 2b, 2c)을 향하는 표면 상에 ITO(indium tin oxide)를 구비한 구조화된 TCO 층(16)을 구비한다.
또한 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는, 구조화된 TCO 층(16)의 표면은 구조화된 도체 스트립(17)을 구비하고, 이 도체 스트립(17)은 각각 고리 구조로 형성된다.
따라서 제2 접촉층(9b)은 전기적 전도층(15)을 통해 각각 고리 구조(17)와 전기적으로 전도되게 연결된다. 또한 구조화된 TCO 층(16)은 각각 프레임 접촉부(18)를 통해 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결된다.
그러므로 LED 칩들(2a, 2b, 2c)과 기판(13) 사이에 각각 전기적 전도층(15)과, 구조화된 도체 스트립(17)과, 그리고 구조화된 TCO층(16)이 배치된다.
도 5에 도시된 실시예의 기판(13)은 본질적으로 도 4에 도시된 실시예의 기판(13)과 일치한다.
구조화된 TCO 층(16)의 각각의 부분 영역과 고리 구조(17) 각각은 각각 LED 칩(2a, 2b, 2c) 위쪽에 배치되고 전기적 전도층(15)을 통해 이 LED 칩(2a, 2b, 2c)과 전기적으로 전도되게 연결된다. 이때 전기적 전도층(15)과, 구조화된 TCO층(16)과 그리고 링 구조(17)는, 각각 LED 칩(2a, 2b, 2c)과 전기적으로 전도되게 연결되는 층들이 인접하는 LED 칩들과 전기적으로 전도되게 연결되는 층들에 대해 이격 간격에 의해 전기적으로 상호 분리되도록 형성된다.
당해 실시예에서 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 전기적 접촉부는 각각 전기적 전도층(15)과, 고리 구조(17)와, TCO 층(16)과 그리고 프레임 접촉부(18)를 통해 캐리어 기판(1)의 제2 관통 접속부(40b) 쪽으로 안내된다.
바람직하게는 프레임 접촉부(18)는 ICA-접촉부이다. 전기적 전도층(15)은 바람직하게는 ACA 층이다.
LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 방출되는 복사의 아웃커플링은, 도 4에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 바람직하게는 기판(13)을 통해 이루어진다. 복사의 아웃커플링은 도 5에 화살표로 도시되어 있다.
도 1, 3 및 4에 도시된 실시예들과 달리 도 5에 도시된 실시예에서 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 및 프레임 접촉부(18)는 바람직하게는 AIN을 포함하는 금속막(14) 상에 배치된다.
도 6에 도시된 LED 모듈은 LED 모듈의 추가적인 실시예를 개략적인 사시도로 도시하고 있다. 도 2 에 도시된 실시예와 달리 캐리어 기판(1) 상에 추가적으로 LED 칩들(2a, 2b, 2c)을 둘러싸는 리플렉터(19)가 배치된다.
리플렉터(19)는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)을 바람직하게는 프레임 형태로 둘러싼다. 그 결과 LED 칩들(2a, 2b, 2c)로부터 방출되는 복사는 아웃커플링면 방향으로 복사되고, 그렇게 함으로써 LED 모듈의 아웃커플링 효율이 바람직하게 증가된다.
리플렉터(19)는 바람직하게는 캐리어 기판 상에 배치된다. 리플렉터(19)는 바람직하게는 실리콘을 포함하고, 이때 특히 바람직하게는 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는, 리플렉터의 내부면(20)이 밀폐되는 면으로 형성된다.
바람직하게는 LED 칩들(2a, 2b, 2c) 쪽을 향하는, 리플렉터의 내부면(20)은 경사지게 형성된다. 그 결과 리플렉터의 내부면(20) 상에 충돌하는 복사는 LED 칩들(2a, 2b, 2c)의 발광 특성에 따라 원하는 아웃커플링면 방향으로 반사될 수 있다.
도 7은 LED 모듈의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 1, 2, 3, 4, 5 또는 6에 도시된 바와 같은 LED 모듈(100)이 바람직하게는 에폭시 수지를 포함하는 하우징 내에 장착된다. 그러나 하우징 내에 삽입되는 LED 모듈(100)은 캐리어 기판(1)을 구비하지 않는다. 캐리어 기판(1)은 당해 실시예에서 하우징의 일부이고 LED 칩들의 조립면을 형성한다. 따라서 하우징은 캐리어 기판(1)과 리플렉터(19)로 구성된다. 리플렉터(19)는 바람직하게는 LED 모듈(100) 쪽을 향하는, 반사하는 내부면(20)을 구비한다.
하우징 상에는 바람직하게는 광학 요소(21)가 배치되고, 이 광학 요소(21)는 바람직하게는 LED 칩들의 복사 아웃커플링 측면 후방에 배치된다. 광학 요소(21)라 함은 무엇보다도 LED 칩들의 활성층으로부터 방출되는 복사를 위해 빔을 형성하는 속성을 구비한 구성 요소, 즉 특히 발광 특성 및/또는 방출되는 복사의 방향성에 의도된 대로 영향을 끼치는 구성 요소를 말한다. 예를 들면 LED 칩들 후방에 발광 방향으로 렌즈가 배치된다. 또한 광학 요소라 함은 LED 칩들로부터 방출되는 복사를 위한 투명한 커버로 이해할 수 있으며, 이 커버는 예를 들면 투명 필름 또는 유리 플레이트와 같이 LED 칩들을 기계적 영향으로부터 보호한다.
도 7은 하우징 상에 광학 요소(21)를 제공하는 공정 단계 동안의 광학 요소(21)를 도시하고 있다. 이는 광학 요소(21)가 캐리어 기판(1)의 반대 방향을 향하는 하우징의 표면과 접촉하도록, 광학 요소(21)가 하우징 상에서 아래로 접혀야 한다는 의미이다. 아래로 접히는 방향이 도 7에 화살표로 도시되어 있다.
캐리어 기판(1)의 관통 접속부를 통해 안내되는 LED 모듈의 LED 칩들의 전기 접촉부에 의해 광학 요소(21)는 칩에 인접하여 LED 칩들에 배치되고, 이때 예를 들면 종래의 본딩 와이어에 있어서 불리할 수 있었던 바와 같이, 전기적 접촉부가 손상의 위험에 노출되지 않는다.
도 8a부터 8c에 도시된 실시예들은 LED 모듈(100a, 100b)의 제조 과정 중의 중간 생산물들이며, 이 중간 생산물들은 캐리어 기판을 복수 개의 분리된 LED 모듈(100a, 100b)로 분할하기 전에 생성된다.
LED 모듈들은 바람직하게는 복수 개의 LED 모듈들(100a, 100b)을 구비하는 클러스터(cluster)로 제조된다. 따라서 표면 실장 LED 모듈을 대량 제조하는 것이 유리하게 가능하다.
이를 위해 복수 개의 제1 및 제2 접촉 영역과, 복수 개의 제1 및 제2 연결면들과, 복수 개의 제1 및 제2 관통 접속부들과 그리고 복수 개의 제1, 제2 및 제3 LED 칩들이 하나의 캐리어 기판 상에 공통으로 배치된다. 이어서 클러스터는, 바람직하게는 예를 들면 절단(22)에 의해 표면 실장 LED 모듈들(100a, 100b)로 분리된다. 분리 후에 표면 실장 LED 모듈(100a, 100b)은 개별적으로 놓인다.
바람직하게는 각 표면 실장 LED 모듈(100a, 100b)은 분리 후에 정확하게 제1 , 제2 및 제3 LED 칩을 구비한다.
또한 LED 모듈의 대량 제조를 통해 유리하게 LED 모듈(100a, 100b)에 배치되는 LED 칩들의 개수를 개별적으로 LED 모듈을 위해 제공되는 어플리케이션에 맞추는 것이 가능하다.
개별적인 표면 실장 LED 모듈 (100a, 100b)는 분리 후에 전기적으로 또한 광학적으로 테스트될 수 있다. 대안적으로 전체 클러스터가 분리 전에 전기적으로 또한 광학적으로 테스트될 수 있고, 이어서 분리될 수 있다. 분리 후에 표면 실장 LED 모듈(100a, 100b)은 바람직하게는 예를 들면 인쇄 회로 기판 상에 조립하는 데에 적합하게 제작될 수 있다.
도 8a는 도 1에 도시된 LED 모듈들(100a, 100b)로 구성된 클러스터를 도시하고 있고, 도 8b는 도 4에 도시된 LED 모듈들로 구성된 클러스터를, 도 8c는 도 5에 도시된 LED 모듈들로 구성된 클러스터를 도시하고 있다.
본 특허 출원은 독일 특허 10 2008 021 402.7의 우선권을 요구하며, 그리하여 그 개시 내용이 참조로 수용된다.
본 발명은 실시예들을 이용한 설명에 의해 그 설명에 제한되지 않고 오히려 각각의 신규한 특성들 및 특성들의 각각의 조합을 포함하며, 이러한 특징 또는 특징들의 조합 자체가 본 특허 청구의 범위 혹은 실시예에 명백하게 제시되지 않는다 하더라도, 특히 특징들의 각각의 조합은 특허 청구의 범위에 포함되어 있다.

Claims (15)

  1. 전자기 복사를 생성하기 위해 각각 활성층을 구비한 적어도 3 개의 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED) 칩들(2a, 2b, 2c)이 배치되는 캐리어 기판(1)을 구비하는 표면 실장 가능한 발광다이오드 모듈(100)에 있어서,
    - 상기 캐리어 기판(1)은 적어도 3 개의 제1 전기 연결면(8a) 및 적어도 3 개의 제2 전기 연결면(8b)을 구비하고,
    - 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 각각은 제1 접촉층(9a)을 구비하고, 상기 접촉층(9a) 각각은 제1 연결면(8a)과 전기적으로 전도되게 연결되고,
    - 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 각각은 제2 접촉층(9b)을 구비하고, 상기 접촉층(9b) 각각은 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되고,
    - 제1 발광다이오드 칩(2a)은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 발광다이오드 칩(2b)은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 발광다이오드 칩(2c)은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고
    - 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)은 각각 성장 기판을 구비하지 않고,
    - 상기 적어도 3 개의 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 가운데 적어도 2 개의 발광다이오드 칩들 사이의 간격이 20㎛ 보다 작고,
    상기 제1 발광다이오드 칩(2a)은 제1 접촉 영역(30a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 제1 연결면(8a) 상에 배치되고, 상기 제2 및 제3 발광다이오드 칩(2b, 2c)은 상기 제1 연결면(8a)으로부터 전기적으로 절연되고 추가적인 제1 접촉 영역(31a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 추가적인 제1 연결면(8a) 상에 공통으로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 3 개의 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 가운데 적어도 2 개가 전기적으로 개별 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 캐리어 기판(1)은 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 등지는 표면 상에 제1 접촉 영역들(30a, 31a)을 구비하고, 상기 제1 접촉 영역들(30a, 31a)은 상기 캐리어 기판(1)을 통과하여 안내되는 제1 관통 접속부들(40a, 41a)을 통해 각각의 제1 연결면(8a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 캐리어 기판(1)은 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 등지는 표면 상에 제1 접촉 영역들(30a, 31a)과 전기적으로 절연되는 제2 접촉 영역들(30b, 31b)을 구비하고, 상기 제2 접촉 영역들(30b, 31b) 각각은 상기 캐리어 기판(1)을 통과하여 안내되는 제2 관통 접속부들(40b, 41b)을 통해 각각의 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 접촉층(9a)과 상기 제2 접촉층(9b) 각각은 상기 캐리어 기판(1)을 향하는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고, 상기 제1 연결면(8a) 각각은 상기 제1 접촉층(9a) 각각과 전기적으로 전도되게 연결되고, 상기 제2 연결면(8b) 각각은 상기 제2 접촉층(9b) 각각과 전기적으로 전도되게 연결되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 접촉층(9a) 각각은 상기 캐리어 기판(1)을 향하는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고, 상기 제2 접촉층(9b)은 상기 캐리어 기판(1)을 등지는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고,
    상기 제2 접촉층(9b) 각각은 접촉 도체(5) 각각을 통해 상기 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되고, 각각 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 옆에 지지층(6)이 배치되고, 상기 지지층(6) 상에서 상기 접촉 도체(5)가 안내되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 접촉층(9a) 각각은 상기 캐리어 기판(1)을 향하는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고, 상기 제2 접촉층(9b)은 상기 캐리어 기판(1)을 등지는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고,
    상기 캐리어 기판(1)을 등지는 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 측 상에 기판(13)이 배치되고, 상기 기판(13)은 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 향하는 표면 상에 구조화된 도체 스트립(10)을 구비하고,
    상기 캐리어 기판(1)과 상기 기판(13) 사이에 평탄화층(12a, 12b)이 배치되고, 상기 평탄화층(12a, 12b)은 각각의 제2 접촉층(9b) 영역에서 공동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 접촉층(9b) 각각이 상기 도체 스트립(10) 각각의 부분 영역과 전기적으로 전도되게 연결되고,
    각각의 도체 스트립(10)의 부분 영역은 상기 평탄화층(12a, 12b)에 의해 안내되는 제3 관통 접속부(11)를 각각 통과하여 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 접촉층(9a) 각각은 상기 캐리어 기판(1)을 향한 표면 상에, 상기 제2 접촉층(9b)은 상기 캐리어 기판(1)을 등지는 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 배치되고,
    상기 제2 접촉층(9b)은 전류 분배 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 캐리어 기판(1)을 각각 등지는 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 표면 상에 전기적 전도층(15)이 배치되고,
    상기 전기적 전도층(15) 상에 기판(13)이 배치되고, 상기 기판(13)은 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 향하는 표면 상에 구조화된 TCO층(16)을 구비하고,
    상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 향하는 상기 구조화된 TCO층(16)의 표면은 구조화된 도체 스트립(17)을 구비하고, 상기 전류 분배 구조는 상기 전기적 전도층(15) 각각을 통해 구조화된 도체 스트립(17)과 전기적으로 전도되게 연결되고,
    상기 TCO층(16)은 각각 프레임 접촉부(18)를 통해 상기 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 캐리어 기판(1) 상에 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 둘러싸는 리플렉터(19)가 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 후방에 광학 요소(21)가 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  13. 복수 개의 표면 실장 가능한 발광다이오드 모듈들(100a, 100b)을 제조하는 방법에 있어서,
    - 복수 개의 접촉 영역들(30a, 30b, 31a, 31b)을 구비한 캐리어 기판(1)을 제공하는 단계로서, 상기 접촉 영역들(30a, 30b, 31a, 31b)을 마주 보는 캐리어 기판(1)의 표면 상에 복수 개의 제1 전기적 연결면들(8a)과 제2 전기적 연결면들(8b)이 배치되고, 상기 연결면들은 상기 캐리어 기판(1)을 통해 안내되는 제1 및 제2 관통 접속부들(40a, 40b, 41a, 41b)을 각각 통해 상기 접촉 영역들(30a, 30b, 31a, 31b)과 전기적으로 전도되게 연결되는 것인, 상기 캐리어 기판을 제공하는 단계;
    - 발광다이오드 캐리어를 제공하는 단계로서, 상기 발광다이오드 캐리어 상에 상기 발광다이오드 캐리어와 연결된 복수 개의 분리된 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)이 배치되고, 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)은 각각 활성층을 포함하는 반도체층 시퀀스를 구비하고, 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)의 반도체층 시퀀스가 그 상에서 성장되었던 성장 기판은 각각 완전히 제거된 것인, 상기 발광다이오드 캐리어를 제공하는 단계;
    - 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)이 상기 연결면들(8a, 8b)을 향하도록 상기 캐리어 기판(1)과 상기 발광다이오드 캐리어를 서로에 대해 배치하는 단계;
    - 상기 복수 개의 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 각각에 할당된 제1 연결 영역 내에서 상기 캐리어 기판(1)과 기계적으로 연결하고, 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 각각의 제1 접촉층(9a)을 상기 발광다이오드 칩(2a, 2b, 2c)에 할당된 제1 연결 영역의 제1 연결면(8a)과 전기적으로 전도되게 연결하며, 그리고 상기 캐리어 기판(1)과 연결된 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 상기 발광다이오드 캐리어로부터 분리하는 단계;
    - 상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c) 각각의 제2 접촉층(9b)을 상기 발광다이오드 칩(2a, 2b, 2c) 각각에 할당된 제2 연결 영역의 제2 연결면(8b)과 각각 전기적으로 전도되게 연결하는 단계;
    - 상기 캐리어 기판(1)을 복수 개의 분리된 발광다이오드 모듈들(100a, 100b)로 분할하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발광다이오드 모듈들은 적어도 3 개의 제1 연결면들(8a) 및 적어도 3 개의 제2 연결면들(8b)을 구비하고, 각각 제1 연결면(8a) 상에 배치되고 그리고 각각 제1 연결면(8a) 및 제2 연결면(8b)과 전기적으로 전도되게 연결되는 적어도 3 개의 발광다이오드 칩(2a, 2b, 2c)을 구비하며,
    제1 발광다이오드 칩(2a)은 적색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 제2 발광다이오드 칩(2b)은 녹색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고, 그리고 제3 발광다이오드 칩(2c)은 청색 스펙트럼 영역에서 복사를 방출하고,
    상기 제1 발광다이오드 칩(2a)은 제1 접촉 영역(30a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 제1 연결면(8a) 상에 배치되고, 상기 제2 및 제3 발광다이오드 칩(2b, 2c)은 상기 제1 연결면(8a)으로부터 전기적으로 절연되고 추가적인 제1 접촉 영역(31a)과 전기적으로 전도되게 연결되는 추가적인 제1 연결면(8a) 상에 공통으로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈들을 제조하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩들(2a, 2b, 2c)을 상기 캐리어 기판(1) 상에 제공하기 전에 상기 제1 접촉층(9a)이 각각 갈바니 전기에 의해 강화되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈들을 제조하는 방법.
  15. 삭제
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