KR101994440B1 - 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다. 본 발명은 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프를 제공한다. 여기서, 상기 광원부는 배선전극이 형성되는 기판, 상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들, 빛의 파장을 변환하고, 상기 복수의 반도체 발광소자들 각각을 덮도록 배치되는 복수의 형광체층들 및 빛을 반사하도록 상기 기판상에 형성되며, 상기 복수의 반도체 발광소자들 사이에 배치되는 격벽들을 포함하고, 상기 격벽들 각각은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 반도체 발광소자들보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 반도체 발광소자의 측면으로 진행하는 빛을 흡수 또는 반사 시켜, 차량용 램프에 포함된 반도체 발광소자들 각각에서 발광된 빛이 서로 간섭하지 않도록 할 수 있다. 반도체 발광소자들을 소자 단위로 제어할 수 있는 전극구조와 함께 본 발명에 따른 구조를 활용하는 경우, 차량용 램프의 전체 영역 중 일부 영역을 선택적으로 점등하는 것이 가능하게 된다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프{CAR LAMP USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다.
차량은 조명 기능이나 신호 기능을 가지는 다양한 차량용 램프를 구비하고 있다. 일반적으로, 할로겐 램프나 가스 방전식 램프가 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 차량용 램프의 광원으로 주목 받고 있다.
발광다이오드의 경우 사이즈를 최소화함으로서 램프의 디자인 자유도를 높여줄 뿐만 아니라 반영구적인 수명으로 인해 경제성도 갖추고 있으나, 현재 대부분 패키지 형태로 생산되고 있다. 패키지가 아닌 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 자체는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 개발 중이다.
하지만, 현재까지 개발된 차량용 램프는 패키지 형태의 발광 다이오드를 이용하는 것이기에 양산 수율이 좋지 않고 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 플렉서블의 정도가 약하다는 약점이 존재한다.
한편, 지능형 램프에 대한 수요가 증가함에 따라, 램프의 일부분을 선택적으로 점등할 수 있는 구조가 개발되고 있다. 이에 따라, 램프에 포함된 복수의 발광소자들 각각에서 발광된 빛이 서로 간섭하지 않도록 하는 구조가 개발되고 있다.
본 발명은 차량용 램프에 포함된 반도체 발광소자들 각각에서 발광된 빛이 서로 간섭하지 않도록 하는 격벽 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 차량용 램프에 포함된 반도체 발광소자들 사이에 배치된 격벽 구조를 정해진 위치에 정확하게 형성할 수 있고, 격벽 구조의 폭 및 높이를 자유롭게 조절할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프를 제공한다. 여기서, 상기 광원부는 배선전극이 형성되는 기판, 상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들, 빛의 파장을 변환하고, 상기 복수의 반도체 발광소자들 각각을 덮도록 배치되는 복수의 형광체층들 및 빛을 반사하도록 상기 기판상에 형성되며, 상기 복수의 반도체 발광소자들 사이에 배치되는 격벽들을 포함하고, 상기 격벽들 각각은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 반도체 발광소자들보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 격벽들 각각은 상기 기판상에 형성되는 제1격벽 및 상기 제1격벽 상에 형성되며, 상기 제1격벽과 다른 소재로 이루어지는 제2격벽을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1격벽의 높이는 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로 상기 제2격벽의 높이보다 낮을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1격벽은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 반도체 발광소자들보다 낮게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1격벽의 폭은 상기 제2격벽의 폭보다 클 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 격벽들 각각은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 형광체층의 상면보다 낮게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 상기 형광체층을 관통하고, 상기 반도체 발광소자의 상측에 형성되는 홀 및 상기 홀 내부에 배치되고, 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되는 상부 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자와 상기 형광체층은 소정거리 이격되고, 상기 반도체 발광소자와 상기 형광체층 사이에는 에어갭이 형성되거나, 광투과층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 복수의 반도체 발광소자들을 배치하는 제1단계, 상기 반도체 발광소자들 사이에 금속 또는 합금으로 이루어지는 시드층을 증착시키는 제2단계, 상기 반도체 발광소자들을 덮는 형광체층을 형성하는 제3단계, 상기 시드층이 외부로 노출되도록, 상기 형광체층의 일부를 식각하는 제4단계 및 상기 시드층에 전압을 인가한 상태로 도금액을 도포하여, 상기 시드층 상에 격벽을 형성하는 제5단계를 포함하는 차량용 램프의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2단계를 수행한 후 상기 제3단계를 수행하기 전, 상기 반도체 발광소자를 덮는 광투과층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 형광체층은 상기 광투과층 상에 형성되고, 상기 제4단계는 상기 시드층이 외부로 노출되도록, 상기 형광체층 및 상기 광투과층의 일부를 식각하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 발광소자의 측면으로 진행하는 빛을 흡수 또는 반사 시켜, 차량용 램프에 포함된 반도체 발광소자들 각각에서 발광된 빛이 서로 간섭하지 않도록 할 수 있다. 반도체 발광소자들을 소자 단위로 제어할 수 있는 전극구조와 함께 본 발명에 따른 구조를 활용하는 경우, 차량용 램프의 전체 영역 중 일부 영역을 선택적으로 점등하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에서는 격벽 구조가 도금을 통해 형성되기 때문에, 시드 금속의 배치를 통해 격벽 구조의 위치를 조절할 수 있고, 도금 조건을 조절하여 격벽의 폭 및 높이를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 단면도이며, 도 4는 도 3의 플립 칩 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 5c는 도 1의 A부분을 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
도 8a 내지 8c, 도 9a 내지 9c는 도 1의 A부분을 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 10은 수직형 반도체 발광소자의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 11은 수직형 반도체 발광소자를 이용한 광원을 간략하게 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 차량용 램프에는 전조등(헤드 램프), 미등, 차폭등, 안개등, 방향지시등, 제동등, 비상등, 후진등(테일 램프) 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프(10)는 차체에 고정되는 프레임(11)과, 프레임(11)에 설치되는 광원부(12)를 포함하여 이루어진다.
프레임(11)에는 광원부(12)에 전원을 공급하기 위한 배선라인이 연결되어 있으며, 상기 프레임(11)은 차체에 직접 체결 고정되거나 브라켓을 매개로 고정될 수 있다. 도시에 의하면, 광원부(12)가 발광하는 빛을 보다 확산하고 선명하게 하기 위하여 렌즈부가 구비될 수 있다.
상기 광원부(12)는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 플렉서블 광원부가 될 수 있다.
상기 광원부(12)가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 광원부(12)는 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 광원부는 적어도 일부가 휘어지거나 굽어진 곡면이 될 수 있다.
상기 광원부(12)의 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 광원부(12)는 단위 광원, 베이스 기판, 연결전극을 포함하여 이루어진다. 이하에서는, 상술한 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
광원부(12)는 상기 단위 광원만으로 이루어질 수 있다. 이하, 단위 광원만으로 이루어진 광원부(12)를 통해, 상기 단위 광원에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 단면도이며, 도 4는 도 3의 플립 칩 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 2, 도 3 및 도 4의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 단위 광원(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 경우를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 단위 광원(100)은 기판(110), 제1전극(120), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 전체 공정을 통해 구조가 형성되는 기본층(base layer)이며, 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있다. 상기 기판(110)은 플렉서블(flexible) 광원부를 구현하기 위하여 유리나 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 박형 금속이 될 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
한편, 상기 기판(110)에는 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착되어, 방열 기능이 구현될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1전극(120)이 배치되는 면의 반대면에 상기 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착될 수 있다.
제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치하며, 면 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극(120)은 상기 기판상에 배치되는 전극층이 될 수 있으며, 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(130)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(130)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(130)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(130)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(130) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(130)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 이 경우에, 단일 반도체 발광소자의 면적은 10-10~10- 5m2의 범위를 가지며, 발광소자 간 간격은 100㎛~10mm 의 범위를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
한편, 제2전극(140)은 반도체 발광 소자들(150) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(150)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(150)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(140)은 반도체 발광 소자들(150)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
이 경우에, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(150) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(140)은 반도체 발광 소자들(150) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제2전극(140)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다.
한편, 이 때에 컬러 필터(200)가 상기 형광체층(180)에 적층되어 변환된 광의 색순도를 향상시키는 것도 가능하다. 또한, 수분, 산소 및 외부충격으로부터 광원부를 보호하기 위하여 상기 컬러 필터(200)를 보호층(300)이 덮도록 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(300)은 필름 접함 또는 레진 코팅을 통하여 구현될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자들 각각에서 발광된 빛이 서로 간섭하는 것을 방지하기 위해, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(160)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(160)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있다.
상기 격벽(160)은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로 상기 반도체 발광소자들보다 높게 형성된다. 이를 통해, 상기 격벽(160)은 반도체 발광소자에서 발광된 빛 뿐만 아니라 반도체 발광소자 상측에 배치된 형광체층에서 출력된 빛을 흡수하거나 반사 시킨다. 구체적으로, 상기 격벽(160)은 반도체 발광소자에서 발광된 빛 및 형광체 층에서 출력된 빛 중 반도체 발광소자의 측면 방향으로 향하는 빛을 흡수하거나 반사 시킨다.
이를 위해, 상기 격벽(160)은 광 흡수율이 높은 Black material 이나 반사율이 높은 White material로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 격벽(160)은 반사율이 높은 Ni, Cr 또는 Cu 등과 같은 광택을 갖는 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다.
상술한 격벽(160) 및 형광체(180)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하에서는, 격벽(160) 및 형광체(180)를 구성하는 다양한 실시 예에 대하여 설명한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 광원을 구성하는 구성요소들 중 반도체 기판(110), 반도체 발광소자(150), 격벽(160) 및 형광체(180)를 제외한 다른 구성요소들에 대한 설명은 생략하나, 당업자라면 도 2 내지 4의 설명을 통해 도시되지 않은 구성요소들을 용이하게 유추할 수 있을 것이다.
도 2, 3 및 5a를 참조하면, 형광체층(180)은 반도체 발광소자(150)의 측면 및 상면을 에워싸도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 반도체 발광소자(150)와 형광체층(180) 사이에 다른 층이 배치되지 않으며, 반도체 발광소자(150)에서 발광된 빛은 곧바로 형광체층(180)에서 변환된다.
도 5b를 참조하면, 형광체층(180)과 반도체 발광소자 사이에는 광학갭(190)이 형성될 수 있다. 상기 광학갭(190)은 공기로 채워질 수 있으며, 투명 레진으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 반도체 발광소자(150)에서 발광되어 반도체 발광소자(150)의 측면으로 향하는 빛은 광학갭(190)을 거쳐 형광체층(180)에 흡수된다.
도 5c를 참조하면, 형광체층(180) 하측에는 광학갭층(191)이 배치될 수 있다. 상기 광학갭층(191)은 공기로 채워질 수 있으며, 투명 레진으로 이루어질 수 있다. 도 5b와 달리 도 5c의 구조에서는, 반도체 발광소자(150)에서 발광되어 반도체 발광소자(150)의 측면으로 향하는 빛은 광학갭층(191)을 거쳐 격벽에 흡수되거나, 격벽에서 반사된다.
한편, 상기 광학갭층(191)은 반도체 발광소자(150)를 배선전극에 전기적으로 연결하기 위한 구조물로 활용될 수 있다. 구체적으로, 상기 광학갭층(191)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 광학갭층(191)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 광학갭층(191)은 연성을 가지며, 이를 통하여 차량용 램프에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 광학갭층(191)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 광학갭층(191)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 광학갭층(191)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다.
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뾰족한 단부를 가질 수 있다.
상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
도 5a 내지 5c에서 설명한 광원에서 설명한 격벽의 폭은 수십 마이크로미터이기 때문에, 상기 격벽을 정해진 위치에 정확하게 형성하는 것이 어려우며, 격벽을 정해진 높이로 정확하게 형성하는 것이 어렵다. 또한, 격벽을 일정 높이 이상으로 형성할 경우, 격벽의 내구성이 떨어져, 광원 제조 중 격벽이 회손될 수 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 격벽 구조를 설명하기에 앞서, 격벽의 높이를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 기판에 복수의 반도체 발광 소자들을 배치하는 제1단계가 진행된다. 예를 들어, 성장기판에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 성장시키고, 식각을 통하여 각 반도체 발광소자를 생성한 후에 제1도전형 전극(156)과 제2도전형 전극(152)을 형성한다.
성장기판 (웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(2101)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제1도전형 전극(156) 및 제1도전형 반도체층은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 제2도전형 전극(152) 및 제2도전형 반도체층은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
다음으로, 반도체 발광 소자를 배선기판에 결합시키고, 성장기판을 제거한다. 반도체 발광 소자를 배선기판에 결합시킬 때, 상술한 전도성 접착층이 활용될 수 있다.
상기 배선기판은 제1 및 제2전극이 형성된 상태이며, 전도성 접착층 등을 통해, 제1 및 제2도전형 전극 각각이 제1 및 제2전극과 전기적으로 연결된다.
한편, 도 2 및 3에서 설명한 바와 같이, 기판 상에 절연층(130)이 형성되는 경우, 상기 반도체 발광소자는 상기 절연층(130)위에 형성된 배선전극 상에 배치될 수 있다. 이하에서 기판 위에 배치되는 구성요소들은 배선전극을 구성하는 방식에 따라, 도 2 및 3에서 설명한 절연층(130) 상에도 배치될 수 있다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들 사이에 금속 또는 합금으로 이루어지는 시드층을 증착시키는 제2단계가 진행된다.
본 발명에 따른 격벽은 전해 도금을 통해 형성된다. 전해 도금을 하기 위해서는 기판상에 도금을 위한 전극인 시드층(161)이 구성되어야 한다. 기판(110)과 시드층(161)간 결합력을 높이기 위해, 기판(110) 상에 접착층이 미리 증착 될 수 있다. 접착층은 Ti, TiN, Cr등의 금속으로 이루어질 수 있고, 상기 시드층(161)은 Au, Cu 등으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 반도체 발광소자들을 덮는 형광체층을 형성하는 제3단계가 진행된다.
형광체층(180)은 기판 위에 형광체가 혼합된 레진을 도포한 후 경화시켜 형성할 수 있다. 이러한 경우, 형광체층(180)은 도 5a에서 설명한 구조를 가지게 된다.
한편, 형광체층(180)을 플레이트 형태로 제조한 후, 기판에 접착 시키는 방식이 활용될 수 있다. 구체적으로, 플레이트 형태의 형광체층(180)은 형광 재료 분말을 소성하여 플레이트 형태로 제조하는 단계, 플레이트의 한쪽면에 습식 에칭 또는 건식 에칭을 통하여 음각 구조를 형성하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 여기서, 상기 음각구조는 반도체 발광소자가 배치되는 위치에 형성되어야 한다.
상술한 형광체 플레이트를 통해 형광체층을 구성하는 경우, 반도체 발광소자와 형광체층 사이에 갭이 형성될 수 있다. 즉, 형광체 플레이트를 통해 형광체층을 구성하는 경우, 도 5b와 같은 구조가 형성될 수 있다. 한편, 상기 음각구조에 투명 레진을 충전한 후, 상기 형광체 플레이트를 기판에 접착 시키는 경우, 반도체 발광소자와 형광체층 사이에 투명 레진으로 이루어지는 광학갭이 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 시드층이 외부로 노출되도록, 상기 형광체층의 일부를 식각하는 제4단계가 진행된다.
상기 제3단계에서 형성된 상기 형광체층(180)은 반도체 발광소자(150) 및 시드층(161)을 덮고 있다. 시드층(161)을 이용한 도금을 위해서는 시드층(161)이 외부로 노출되어야 한다. 이를 위해, 형광체층(180)을 식각하는 단계가 진행된다. 상기 형광체층(180)의 전체 영역 중 시드층(161)과 오버랩되는 영역이 식각되어야 한다. 예를 들어, 상기 시드층(161)이 메쉬 형태로 기판 상에 배치되는 경우, 형광체층(180)도 메쉬 형태로 식각되어야 한다.
형광체층의 식각은 습식 에칭 또는 건식 에칭을 통해 이루어질 수 있다.
한편, 식각을 통해, 홀(h1)이 형성될 수 있는데, 상기 홀은 상술한 격벽이 형성되는 몰드(mold) 역할을 한다. 상기 홀(h1)의 형태에 따라 격벽의 구조가 달라질 수 있다. 또한, 상기 홀(h1)의 폭을 조절하여 격벽의 폭을 조절할 수 있다.
마지막으로, 상기 시드층에 전압을 인가한 상태로 도금액을 도포하여, 상기 시드층 상에 격벽을 형성하는 제5단계가 진행된다.
상기 시드층(161)이 외부로 노출 시킨 후, 도금액 내에서 상기 시드층(161)에 전압을 인가하면 시드층(161) 상에 금속이 증착되기 시작한다. 여기서, 증착되는 금속은 광택을 띄는 금속일 수 있다. 도금액의 농도, 도금 시간, 인가되는 전압의 세기 등을 조절하는 경우, 격벽의 높이를 조절할 수 있게 된다.
한편, 도 7과 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 상기 제2단계를 수행한 후 상기 제3단계를 수행하기 전, 상기 반도체 발광소자를 덮는 광투과층(191)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 제조 방법으로 제조된 광원은 도 5c와 같은 구조를 가지게 된다.
상기 광투과층(191)은 상술한 이방성 전도성 필름일 수 있다. 이러한 경우, 상기 광투과층(191)은 반도체 발광소자(150)를 배선기판에 전기적으로 연결하는데 활용될 수 있고, 형광체층(180)은 이방성 전도성 필름 상에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 시드층(161)은 광투과층(191)으로 덮이게 된다. 격벽 생성을 위해서는 시드층(161)이 외부로 노출되어야 하므로, 상술한 광투과층(191)을 형성하는 경우, 상기 제4단계에서 상기 형광체층 및 상기 광투과층의 일부를 식각해야 한다. 구체적으로, 상기 시드층(161)과 오버랩되는 형광체층(180) 및 광투과층(191)의 일부 영역이 식각되어야 한다. 이러한 방식으로 형성되는 홀(h2)의 측면은 형광체층(180) 및 광투과층(191)으로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법에서는 격벽 구조가 도금을 통해 형성되기 때문에, 시드 금속의 배치를 통해 격벽 구조의 위치를 조절할 수 있고, 도금 조건을 조절하여 격벽의 폭 및 높이를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
이하에서는, 상술한 제조방법에 따라 제조되는 광원의 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이하에서는, 상술한 시드층을 제1격벽, 시드층위에 도금된 금속층을 제2격벽이라 칭한다.
도 8a 내지 8c, 도 9a 내지 9c는 도 1의 A부분을 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 8a 내지 8c를 참조하면, 상기 제1격벽(161)의 높이는 상기 반도체 발광소자(150)의 두께 방향을 기준으로 상기 제2격벽(162)의 높이보다 낮은 것이 바람직하다. 제1격벽(161)은 도금 시 전압을 인가하기 위한 금속으로 이루어지기 때문에 제2격벽(162)을 이루는 금속보다 반사율이 낮을 수 있다. 이러한 경우, 제1격벽(161)으로 향하는 광량보다 제2격벽(162)으로 향하는 광량이 많아지도록, 제2격벽(162)을 제1격벽(161)보다 높게 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 반사율이 상대적으로 높은 제2격벽(162)에서 실질적인 반사가 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 제1격벽(161)은 반도체 발광소자(150)의 두께 방향을 기준으로, 반도체 발광소자(150)들보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 제1격벽(161)이 제2격벽(162)보다 반사율이 낮은 금속으로 이루어지는 경우, 반도체 발광소자 측면으로 향하는 빛이 제2격벽(162)으로 향하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 제1격벽(161)을 최대한 얇게 형성해야 한다. 이를 통해, 반도체 발광소자 측면으로 향하는 빛이 대부분 제2격벽(162)으로 향하도록 할 수 있다.
한편, 도 9a 내지 9c에 도시된 바와 같이, 상기 제1격벽(161)의 폭은 상기 제2격벽(162)의 폭보다 큰 것이 바람직하다. 제1격벽(161)이 도 6 및 7에서 설명한 형광체층 식각 과정에서 손실될 수 있기 때문에, 제1격벽(161)은 최대한 넓은 폭으로 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 형광체층(180) 식각 과정에서 제1격벽(161)의 일부가 손실되더라도 제1격벽(161)이 제2격벽(162)과의 접착력을 유지하도록 할 수 있다. 또한, 제1격벽(161)을 넓게 형성하는 경우, 제1격벽(161)이 반도체 발광소자 하측으로 진행하는 빛의 일부를 반사 시킬 수 있기 때문에, 광원의 광량을 증가시킬 수 있다.
이상에서는, 플립 칩 타입의 반도체 발광소자를 이용하여 광원을 구성하는 실시 예에 대하여 설명하였다. 하지만, 본 발명은 플립 칩 타입 뿐만 아니라 수직형 반도체 발광소자에도 적용될 수 있다.
도 9는 수직형 반도체 발광소자의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154)상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
상술한 수직형 반도체 발광소자를 이용하여 광원을 구성하는 경우, n형 전극(152)과 전기적으로 연결되는 제2전극(140)이 반도체 발광소자(150) 상측에 배치되기 때문에, 제2전극(140)과 금속으로 이루어지는 격벽 간의 합선이 문제될 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 구조를 제시한다.
도 10은 수직형 반도체 발광소자를 이용한 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
수직형 반도체 발광소자를 이용하여 광원을 구성하는 경우, 기판상에 형성되는 격벽들 각각은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 형광체층의 상면보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 수직형 반도체 발광소자를 이용하여 도 5a 내지 5c에서 설명한 구조로 광원을 구성하는 경우, 제2전극(140)은 형광체층 상에 형성되어야 한다. 이때에 제2전극(140)과 격벽(160)이 합선되는 것을 방지하기 위해, 도 10과 같이 격벽은 형광체층의 상면보다 낮게 형성되어야 한다.
추가적인 절연을 위해, 형광체층의 상면보다 낮게 형성된 격벽 상에 절연물질이 도포될 수 있다. 이러한 경우, 제2전극(140)은 상기 절연물질 위에 배치될 수 있다.
한편, 형광체층(180) 상에 배치된 제2전극(140)이 수직형 반도체 발광소자(150)와 전기적으로 연결되도록 형광체층에 홀(181)이 형성될 수 있으며, 상기 홀(181) 에 제2전극(140)을 반도체 발광소자(150)와 전기적으로 연결하는 연결전극(182)이 배치될 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 수직형 반도체 발광소자를 이용하여 광원을 구성하는 경우에도 배선전극과 격벽이 합선되지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프에 있어서,
    상기 광원부는,
    배선전극이 형성되는 기판;
    상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들;
    빛의 파장을 변환하고, 상기 복수의 반도체 발광소자들 각각을 덮도록 배치되는 복수의 형광체층들; 및
    빛을 반사하도록 상기 기판상에 형성되며, 상기 복수의 반도체 발광소자들 사이에 배치되는 격벽들을 포함하고,
    상기 격벽들 각각은 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 반도체 발광소자들보다 높게 형성되며, 상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 형광체층의 상면보다 낮게 형성되고,
    상기 형광체층을 관통하고, 상기 반도체 발광소자의 상측에 형성되는 홀; 및
    상기 홀 내부에 배치되고, 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되는 상부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽들 각각은,
    상기 기판상에 형성되는 제1격벽; 및
    상기 제1격벽 상에 형성되며, 상기 제1격벽과 다른 소재로 이루어지는 제2격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1격벽의 높이는,
    상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로 상기 제2격벽의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1격벽은,
    상기 반도체 발광소자의 두께 방향을 기준으로, 상기 반도체 발광소자들보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1격벽의 폭은 상기 제2격벽의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자와 상기 형광체층은 소정거리 이격되고, 상기 반도체 발광소자와 상기 형광체층 사이에는 에어갭이 형성되거나, 광투과층이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  9. 기판 상에 복수의 반도체 발광소자들을 배치하는 제1단계;
    상기 반도체 발광소자들 사이에 금속 또는 합금으로 이루어지는 시드층을 증착시키는 제2단계;
    상기 반도체 발광소자들을 덮는 형광체층을 형성하는 제3단계;
    상기 시드층이 외부로 노출되도록, 상기 형광체층의 일부를 식각하는 제4단계; 및
    상기 시드층에 전압을 인가한 상태로 도금액을 도포하여, 상기 시드층 상에 격벽을 형성하는 제5단계를 포함하는 차량용 램프의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2단계를 수행한 후 상기 제3단계를 수행하기 전, 상기 반도체 발광소자를 덮는 광투과층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 형광체층은 상기 광투과층 상에 형성되고,
    상기 제4단계는 상기 시드층이 외부로 노출되도록, 상기 형광체층 및 상기 광투과층의 일부를 식각하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프의 제조방법.
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