KR20090117905A - 발광 모듈 및 발광 모듈의 제조 방법 - Google Patents

발광 모듈 및 발광 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지지 부재(1), 전자기 복사(8)를 생성하기 위해 상기 지지 부재(1)상에 배치된 복수 개의 광전 반도체 소자들(2) 및 금속 연결층(3)을 포함한 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500)에 관한 것으로, 상기 금속 연결층에 의해 광전 반도체 소자들(2)이 동작 전압을 공급받는다. 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500)은, 지지 부재(1)와 금속 연결층(3) 사이에서 광전 반도체 소자들(2)의 영역에 절연층(4)이 배치되고, 금속 연결층은 광전 반도체 소자들(2)을 위한 조리개(5)를 형성하여, 전자기 복사(8)가 소정의 방향으로만 출사된다는 특징이 있다. 본 발명은 그러한 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500)의 제조 방법에 관한 것이기도 하다.
LED, 발광 모듈, 복사 방향 조절, 조리개, 콘트라스트 개선

Description

발광 모듈 및 발광 모듈의 제조 방법{LIGHT EMITTING MODULE AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF A LIGHT EMITTING MODULE}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2007 011 123.3의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
본 발명은 지지 부재, 전자기 복사의 생성을 위해 상기 지지 부재상에 배치된 복수 개의 광전 반도체 소자들 및 금속 연결층을 포함한 발광 모듈에 관한 것으로, 상기 금속 연결층에 의해 상기 광전 반도체 소자들이 동작 전압을 공급받는다.
본 발명은 발광 모듈의 제조 방법에 관한 것이기도 하다.
상기 서두에 언급한 종류의 발광 모듈은 예를 들면 독일 특허 출원 DE 10 2005 019375 A1에 공지되어 있다. 광전 반도체 소자들을 포함한 이러한 모듈은 여러 분야에 사용된다. 가령 백열등과 같은 종래의 조명 수단에 비해, 발광 모듈은 더 길어진 유효 수명 및 더 나은 에너지 변환 효율을 가진다. 예를 들면, 성능이 우수한 LED 소자들을 포함한 모듈이 자동차의 전조등으로 사용되는 것은 공지되어 있다. 그러나, 발광 모듈은 광도가 높은 표시 장치로도 사용된다.
공지된 발광 모듈의 문제는, 상기 발광 모듈이 소위 주변 발광 또는 광학적 간섭에 제한받는다는 것이다. 주변 발광이란, 하나의 반도체 소자가 그에 인접하 여 배치된 반도체 소자의 예기치 않은 광 조사에 의해 동시 발광하는 것을 의미한다. 이는, 표시 장치뿐만 아니라 조명 장치의 경우에도 콘트라스트를 감소시키고, 그리고/또는, 조사된 면의 명암 경계가 흐려지도록 한다.
개별 반도체 소자들을 구조적으로 분리함으로써 주변 발광을 줄일 수 있다. 또는, 콘트라스트를 개선하기 위해, 개별 반도체 소자들 앞에 추가적인 광학 부재들을 배치할 수 있다. 그러나, 개별 반도체 소자들의 물리적 분리 내지 추가적 광학 부재의 배치를 필요로 하는 장치는 제조 시 비교적 비용 소모적이어서 비용이 많이 든다.
본 발명의 과제는, 서두에 언급한 종류의 발광 모듈을 제조하되 주변 발광을 최소로 줄이는 발광 모듈을 제조하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는, 주변 발광이 감소된 발광 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이기도 하다.
상기 기본적 과제는 서두에 언급한 종류의 발광 모듈을 통해 해결되되, 이 때의 발광 모듈은, 지지 부재와 금속 연결층 사이에서 광전 반도체 소자들의 영역에 절연층이 배치되고, 상기 금속 연결층이 광전 반도체 소자들을 위한 조리개를 형성하여 전자기 복사가 소정의 방향으로만 출사되는 것을 특징으로 한다.
광전 반도체 소자들 상부에서 절연층상에 금속 연결층이 구비되고 형성됨으로써, 연결층을 이용한 조리개 효과가 달성된다. 일반적으로 연결층은 광전 반도체 소자들에 매우 가깝게 배치되므로, 발광 모듈에 있어 주변 발광을 감소시키고 콘트라스트가 개선된다. 이 때 발광 모듈상에 추가적으로 배치되는 추가 부재들은 생략될 수 있다.
유리한 형성예에 따르면, 2개의 인접한 광전 반도체 소자들 사이에 함몰부가 배치되고, 이 때 상기 함몰부는 금속 연결층에 의해 적어도 부분적으로 채워진다. 인접한 광전 반도체 소자들 사이에 함몰부가 구비되고 채워짐으로써 인접한 소자들의 주변 발광이 방지될 수 있다.
다른 유리한 형성예에 따르면, 금속 연결층은 제1 및 제2 영역들을 포함하고, 제1 영역들은 광전 반도체 소자들에 동작 전압을 공급하기 위해, 제2 영역들은 조리개 부재들을 형성하기 위해 형성된다. 금속 연결층이 제1 및 제2 영역들로 나누어짐으로써, 예를 들면 증가된 인터커넥트 커패시턴스(interconnect capacitance)와 같은 부정적 전기 효과를 감소시키기 위해, 전압을 안내하는 제1 영역들이 비율적으로 작게 실시될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 형성예에 따르면, 절연층은 광 루미네슨스(photoluminescence) 변환층을 포함하고, 상기 변환층은 제1 파장의 전자기 복사를 흡수하고 제2 파장의 전자기 복사를 방출한다. 절연층에 변환층을 구비함으로써, 방출된 전자기 복사의 색 온도는 특정한 응용에 따른 조건에 맞춰질 수 있다.
본 발명의 기본적 과제는 이하의 단계들을 포함한 발광 모듈 제조 방법을 통해 해결된다:
- 복수 개의 광전 반도체 소자들을 준비하는 단계
- 복수 개의 광전 반도체 소자들을 지지 부재상에 배치하는 단계
- 지지 부재상의 광전 반도체 소자들의 영역에 절연층을 도포하는 단계
- 광전 반도체 소자들에 공급 전압을 공급하기 위해 절연층상에 금속 연결층을 도포하되, 광전 반도체 소자들을 적어도 부분적으로 둘러싸는 적어도 하나의 조리개 부재가 형성된 금속 연결층을 도포하는 단계.
광전 반도체 소자들에 전압을 공급하기 위한 것으로, 광전 반도체 소자들의 조리개로도 역할하는 금속 연결층을 도포함으로써, 발광 모듈의 제조 방법이 간단해질 수 있다. 특히, 개별 방법 단계에서 2개의 기능, 즉 조리개의 접촉 및 도포 기능이 생긴다. 그러므로 추가적인 광학 부재들의 도포는 생략될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 형성예들은 종속 청구항들에 제공된다.
이하, 본 발명은 도면들에 따른 실시예들로 상세히 설명된다.
도 1은 제1 형성예에 따른 개략적 단면도이다.
도 2는 제2 형성예에 따른 개략적 단면도이다.
도 3은 제3 형성예에 따른 평면도이다.
도 4는 제4 형성예에 따른 평면도이다.
도 5는 제5 형성예에 따른 평면도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 제1 배열이다.
도 7은 종래 기술에 따른 제2 배열이다.
본 발명의 개별 형성예들을 기술하기 전에, 보다 나은 이해를 위해 공지된 발광 모듈의 배열을 먼저 설명한다.
도 6에 도시된 제1 배열(600)에서, 2개의 반도체 소자들(2), 실시예에서 표면 방출 발광 다이오드들(LEDs)은 공통의 지지 부재(1)상에 배치된다. 지지 부재(1)에 제1 도전로(6A) 및 제2 도전로(6B)의 형태로 금속 연결층(3)이 통합된다. 도전로들(6A, 6B)은 본딩 와이어(601)에 의해 반도체 소자(2)의 제1 접촉 및 제2 접촉(7A, 7B)과 연결된다.
도 6에 따른 제1 배열(600)에서는 반도체 소자들(2) 사이의 주변 발광이 방지되지 않는다. 표면 방출 반도체 소자들(2)을 사용함으로써, 반도체 소자들(2)로부터 방출되는 전자기 복사의 대부분이 상측 내지 하측으로 출사되어 나란히 배치된 소자들(2)의 예기치 않은 결합이 비율적으로 낮긴 하나, 주변 발광 및 그에 따른 콘트라스트 손실을 완전히 극복할 수는 없다. 또한, 도 6에 도시된 제1 배열은 기계적으로 비교적 취약하여, 일반적으로 개별 반도체 소자들은 보호 하우징에 둘러싸여야 한다.
도 7은 발광 모듈의 개선된 제2 배열(700)을 도시한다. 지지 부재(1)상에 2개의 반도체 소자들(2)이 배치된다. 실시예에서는 복사 아웃 커플링면(701)에 제1 접촉(7A)을, 상기 지지 부재(1)와 전기적으로 연결된 밑면(702)에 제2 접촉(7B)을 각각 구비한 반도체칩을 다룬다. 반도체 소자들(2)상에 덮개 몸체(703)가 배치되고, 상기 덮개 몸체의 하측에 도전로(6A)의 형태로 연결층(3)이 배치된다. 도전로(6A)는 투명 전도성 물질로 구성되며, 제1 접촉(7A)을 경유하여 반도체 소자들(2)에 전기적 동작 전압을 공급한다.
덮개 몸체(703)상에 적어도 하나의 발광 변환 물질을 포함한 층(704)이 더 도포된다. 그 위에 광학 부재들(705)이 구비되고, 상기 광학 부재들은 응용 조건에 따라 전자기 복사를 집속한다. 제2 배열(700)에서도 개별 반도체 소자들(2)의 주변 발광은 방지될 수 없다.
도 1은 제1 발광 모듈(100)을 도시하며, 2개의 반도체 소자들(2)이 공통의 지지 부재(1)상에 배치된다. 제1 실시예에서, 반도체 소자들(2)이란, 상기 반도체 소자(2)의 전체 영역에서 전자기 복사(8)가 특히 광의 형태로 생성되는, 소위 볼륨 이미터(volume emitter)를 말한다. 본 출원에서 전자기 복사(8)란 가시적 파장 영역 외부의 복사, 특히 적외선 복사, 자외선 복사 및 뢴트겐 복사를 말한다.
반도체 소자(2) 내에서 다수 캐리어 및 소수 캐리어의 조합에 따른 광자 생성은 우선 등방적인데, 즉 전자기 복사(8)가 모든 가능한 공간 방향으로 출사될 수 있다. 발광 모듈(100)의 전자기 복사(8)가 출사 방향으로 집속되기 위해, 지지 부재(1)는 거울로 역할한다. 예를 들면, 지지 부재(1)는 반도체 소자들(2)의 영역에서 금속 물질로 구성될 수 있다.
반도체 소자들(2)상에 절연층(4)이 배치된다. 그 위에 추가적인 금속 연결층(3)이 배치된다. 절연층(4)은 반도체 소자들(2)를 둘러싼 영역에 배치되고, 실시예에서 연결층(3)을 지지 부재(1)뿐만 아니라 반도체 소자들(2)로부터, 특히 상기 반도체 소자들의 측면들로부터 전기적으로 분리시키는 역할을 한다. 그러나, 절연층(4)은, 지지 부재(1)에 통합된 도전로(6A)와 연결층(3) 사이에 전기적 접촉이 형성되는 연결 영역에서 중단된다.
연결층(3)이 위로부터 또는 지지 부재를 경유하지 않는 그 외의 방식으로 전 기적 전압을 공급받는 한, 절연층은 중단되지 않는다. 그 반대로, 동작 전압을 측면을 통해 공급하려는 경우, 절연층이 반도체 소자들(2)의 테두리에서 중단될 수 있다. 경우에 따라서, 광전 소자들(2)의 외부에 위치한 절연층(4)이 완전히 생략될 수 있는데, 이는 지지 부재(1) 자체가 가령 세라믹, 플라스틱 또는 코팅되지 않은 리드판과 같은 부도체 물질로 구성되는 경우에 해당한다.
연결층(3)에 의해 반도체 소자들(2)의 전압 공급을 위한 제1 접촉(7A)이 제조된다. 이 때, 연결층(3)은 반사체로도 역할하는데, 상기 반사체는 반도체 소자들(2)의 측면으로 출사된 전자기 복사(8)를 반사한다. 반도체 소자들(2)을 위한 제2 접촉(7B)은 실시예에서 지지 부재(1) 바로 위에 마련된다.
도 1에 도시된 발광 모듈(100)에서, 좌측 반도체 소자(2)는 좌측으로부터 접촉되는 반면 우측 반도체 소자(2)는 우측으로부터 접촉된다. 2개의 반도체 소자들(2) 사이에 함몰부(9)가 배치되고, 상기 함몰부는 조리개 부재(10)로 채워진다. 조리개 부재(10)는 연결층(3)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 이루어진 투광성 층 또는 다른 투광성 물질을 말할 수 있다. 조리개 부재(10)는 연결층(3)의 다른 부분들과 전기적으로 연결될 필요가 없다. 그 대신 접지 전위 또는 전혀 확정되지 않은 전기적 전위와 연결될 수 있다.
반도체 소자들(2)의 일 측에 위치한 연결층(3) 및 반도체 소자들의 다른 측에 위치한 조리개 부재(10)를 통해 인접한 반도체 소자들(2)의 주변 발광이 방지된다. 전자기 복사(8)는 상측으로만 방출될 수 있어서, 반도체 소자들(2)로부터 생성되며 우선 등방성인 복사는 반사를 통해 하나의 공간 방향으로 집속된다. 이 때, 연결층(3) 및 조리개 부재(10)가 함께 작용하여, 뚜렷하게 한정된 조리개 구멍(11)을 형성한다.
조리개 구멍(11)은 적합한 광학 소자를 이용하여 조사될 면에 모사될 수 있다. 이 때의 이점은, 발광 모듈(100)의 콤팩트한 구조때문에 상기 광학 소자들이 반도체 소자들(2)에 매우 밀착하여 배치될 수 있다는 것이다. 따라서 예를 들면 자동차 전조등에 발광 모듈(100)을 사용하는 경우, 뚜렷한 명암 경계가 형성될 수 있고, 이는 운전자의 인지를 개선시킨다.
도 2는 상기 발광 모듈(100)과 유사하게 구성된 제2 발광 모듈(200)을 도시한다. 상기 발광 모듈(100)과 달리, 반도체 소자들(2)은 표면 이미터(surface emitter)로 형성된다. 특히, 반도체 소자들(2)은 광학적으로 수동적인 기판(201), 및 광학적으로 활성이며 pn 접합이 통합된 층(202)을 포함한다. 전자기 복사(8)는 광학적으로 활성인 층(202)의 영역에서만 생성되기 시작한다. 그러므로, 상기 발광 모듈(200)에서 반도체 소자들(2)의 주변 발광은, 조리개 부재(10)가 인접한 반도체 소자들(2) 사이의 함몰부(9)로 상기 광학적으로 활성인 층(202)의 두께만큼의 깊이로 삽입되는 경우에, 있을 수 있다.
도 2에 따른 배열은 매우 조밀하게 배치된 반도체 소자들(2) 또는 매우 얇은 절연층들(4)이 있는 경우에 유리하다. 예를 들면, 절연층(4)은 투명 플라스틱 호일 또는 실리콘으로 구성될 수 있다. 유리한 형성예에서, 광 루미네슨스 변환층은 절연층에 통합되거나, 상기 절연층상에 도포되어, 예를 들면 청색 광과 같은 제1 파장 또는 제1 스펙트럼의 전자기 복사(8)를 적어도 부분적으로 흡수하고, 예를 들면 백색 광과 같은 제2 파장 또는 제2 스펙트럼의 전자기 복사(8)를 방출한다.
도 3은 발광 모듈(300)의 제3 형성예에 따른 평면도를 도시한다. 지지 부재(1)상에 2개의 반도체 소자들(2)이 배치되고, 상기 반도체 소자들은 지지 부재(1) 상측의 제1 도전로들(6A) 및 지지 부재(1) 하측의 제2 도전로들(6B)에 의해 동작 전압을 공급받는다. 이를 위해, 제1 도전로들(6A)에는 제1 접촉(7A)이 형성되어 반도체 소자들(2)과의 제1 전기 접촉을 형성한다. 제2 전기 접촉(7B)은 반도체 소자들(2)의 하측에 의해 형성된다.
제1 접촉들(7A)과 함께 제1 도전로들(6A)은 제1 연결층(3)에 배치되고, 제1 연결층은 지지 부재(1)의 상부에 배치되며 상기 도전로 및 접촉보다 돌출되어 있다. 이 때, 연결층(3)의 제1 접촉들(7A)은 제1 공간 방향에서 반도체 소자들(2)을 한정한다. 같은 높이의 추가적 조리개 부재들(10)은 연결층(3) 평면의 3개의 각 공간 방향에서 반도체 소자들(2) 둘레에 배치된다. 조리개 부재들(10)은 마찬가지로 연결층(3)에 통합되고, 그와 동일하거나 다른 불투명 물질로 구성될 수 있다.
도 4는 발광 모듈(400)의 다른 형성예를 도시한다. 도 4의 형성예에서 4개의 반도체 소자들(2)은 2차원 어레이로 배치된다. 도 4에 따른 형성예에서 반도체 소자들(2)은 그보다 높은 제1 접촉들(7A)에 의해 완전히 둘러싸인다. 접촉들(7A)은 제1 전기적 도전로(6A)에 대한 전기적 연결을 형성하며, 상기 접촉들에 의해 반도체 소자들(2)은 전기적 동작 전압을 공급받는다. 반도체 소자들(2)의 하측에는 다시 제2 접촉들(7B)이 위치하며, 상기 제2 접촉들은 지지 부재(1)와의 연결을 형성한다. 이는 도 4에 도시되어 있지 않다.
제1 접촉들(7A)은 연결층(3)에 배치되고, 그와 동시에 반도체 소자들(2)로부터 측면으로 복사의 방출을 방지하는 조리개 부재(11)로서 역할한다. 이 때 제1 접촉들(7A)에 통합된 조리개 구멍(11)의 형태에 의해 발광 모듈(400)로 조사되는 면의 외곽선이 결정될 수 있다. 연결층(3)은 절연층(4)상에 배치되며, 절연층은 연결층(3)을 지지 부재(1)(미도시)로부터 전기적으로 분리한다.
도 5는 발광 모듈(500)의 제5 형성예를 도시하며, 제1 접촉들(7A) 및 제2 접촉들(7B)은 지지 부재(1)상에 배치된 반도체 소자들(2)의 상측에 위치하는 연결층(3)에 형성된다. 예를 들면, 반도체 소자들(2)은 표면 이미터를 말하며, 여기서 pn 접합의 연결부들은 둘 다 반도체 소자(2)의 표면에 배치된다. 제1 접촉들(7A) 및 제2 접촉들(7B)은 각각 반도체 소자들(2) 주변에서 반구체의 절반을 형성한다. 따라서, 발광 모듈(500)의 반도체 소자들(2)의 경우 전자기 복사(8)의 방출은 관찰면으로부터 상측으로만 가능하다. 하부에서는 공통의 지지 부재(1)가 반사체 또는 흡수체로 역할한다.
본 발명은 실시예들에 따른 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징, 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.

Claims (11)

  1. 지지 부재(1), 전자기 복사(8)의 생성을 위해 상기 지지 부재(1)상에 배치된 복수 개의 광전 반도체 소자들(2), 및 상기 광전 반도체 소자들(2)에 동작 전압이 공급될 때 경유하는 금속 연결층(3)을 포함한 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500)에 있어서,
    상기 지지 부재(1)와 상기 금속 연결층(3) 사이에서 상기 광전 반도체 소자들(2)의 영역에 절연층(4)이 배치되고,
    상기 금속 연결층(3)은 상기 광전 반도체 소자들(2)을 위한 조리개(5)를 형성하여, 상기 전자기 복사(8)가 소정의 방향으로만 출사되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500).
  2. 청구항 1에 있어서,
    2개의 인접한 광전 반도체 소자들(2) 사이에 함몰부(9)가 배치되고, 상기 함몰부(9)는 상기 금속 연결층(3)으로 적어도 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 함몰부(9)는 상기 광전 반도체 소자(2)의 전체 높이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 연결층(3)은 제1 영역들 및 제2 영역들을 포함하고, 상기 제1 영역들은 상기 광전 반도체 소자들(2)에 동작 전압을 공급하기 위해 형성되고, 상기 제2 영역들은 조리개 부재들(10)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200, 300).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 연결층(3)은 상기 복수 개의 광전 반도체 소자들(2)에 동작 전압을 공급하기 위한 제1 연결 가능 수단을, 상기 지지 부재(1)는 제2 연결 가능 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200, 300, 400).
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 반도체 소자들(2)은 특히 LED 또는 OLED와 같은 루미네슨스 다이오드로서 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 반도체 소자들(2)은 표면 이미터로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(200, 500).
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 광전 반도체 소자들(2)은 일 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(400, 500).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층(4)은 광 루미네슨스 변환층을 포함하고, 상기 광 루미네슨스 변환층은 제1 파장의 전자기 복사(8)를 흡수하고, 제2 파장의 전자기 복사(8)를 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200).
  10. 복수 개의 광전 반도체 소자들(2)을 준비하는 단계;
    상기 복수 개의 광전 반도체 소자들(2)을 지지 부재(1)상에 배치하는 단계;
    상기 지지 부재(1)상에서 상기 광전 반도체 소자들(2)의 영역에 절연층(4)을 도포하는 단계; 및
    상기 광전 반도체 소자들(2)에 공급 전압을 공급하기 위해 상기 절연층(4)상에 금속 연결층(3)을 도포하는 단계
    를 포함하고,
    상기 금속 연결층(3)에 적어도 하나의 조리개 부재(10)가 형성되며, 상기 조리개 부재는 상기 광전 반도체 소자들(2)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발광 모듈(100, 200, 300, 400, 500)의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 지지 부재(1)상에 상기 복수 개의 광전 반도체 소자들(2)의 배치 단계에서 상기 광전 반도체 소자들(2)과의 제1 전기 접촉(7A)을, 상기 금속 연결층의 도포 단계에서 상기 광전 반도체 소자들(2)과의 제2 전기 접촉(7B)을 제조하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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