KR20120040549A - Ｌｅｄ 광원 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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문경미
김형근
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

LED 광원 모듈 및 그 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈은, 서로 전기적으로 분리된 제1 및 제2 배선라인을 구비하며, 전기적 절연성 물질인 연성 재질의 폴리머로 이루어지는 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 배선라인과 전기적으로 연결되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자를 수용하도록 상기 발광소자의 각 실장 위치에 대응하여 관통형성되는 복수의 수용홈을 구비하며, 상기 기판 상에 접합되는 반사부; 및 상기 수용홈 내에 구비되어 상기 발광소자를 각각 봉지하며, 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부가 형성되는 렌즈부;포함한다.

Description

ＬＥＤ 광원 모듈 및 그 제조 방법{LED Light Source Module and Method of Manufacturing The Same}
본 발명은 LED를 광원으로 사용한 광원 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
폴리머(polymer) 기반의 유기발광소자(OLED)는 면 광원이며, 가볍고 플렉서블하다는 특성을 나타내지만, 발광소자(LED)에 비해 출력이 낮고 수명이 짧다는 단점이 있다.
반면에, 반도체 기반의 LED는 OLED에 비하여 고출력 및 장수명의 우수한 특성을 나타내지만, 기본적으로 LED 다이(die)라는 작은 소자에서 발광을 하기 때문에 구조적으로 점 광원일 수 밖에 없다.
이러한 특성 때문에 LED를 이용한 평판형 조명장치의 광원 모듈은 LED를 패키징하여 형성되는 복수의 LED 패키지들을 배광분포를 고려하여 기판 위에 어레이 하고, 확산판 및 광학 시트 등을 활용하여 균일한 배광을 구현하고 있다.
이때, 기판은 방열을 위해 금속 기판 또는 MCPCB가 주로 사용되며, 그 상부에 어레이되는 광원도 LED 칩이 아닌 LED 패키지를 장착하는 것이 일반적이다. 그리고, 이러한 LED 패키지는 플라스틱, 세라믹, 메탈 등의 단단한 소재의 반사컵 내에 LED 칩이 실장되고, 형과체 실리콘층이 코팅 또는 채워지고, 투명 실리콘층으로 렌즈가 몰딩되거나 사전 형성된 렌즈가 접착되어서 구성된다. 또한, 조명에 응용되기 위해 LED 패키지를 알루미늄 기반의 리플렉터 안에 장착하거나, LED 패키지 상에 2차 광학계를 장착하여 원하는 방사패턴을 얻도록 한다.
이러한 종래의 방식은 원하는 방사각을 얻기 위해 추가되는 구성물들에 의해 전체 부피가 증가하고, 복잡한 제조공정에 의해 생산성이 저하됨은 물론 제조단가가 증가하며, 유연성이 없기 때문에 디자인 측면을 고려한 자유로운 설계가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 고휘도 및 장수명의 특성을 가지면서도, OLED와 같이 플렉서블하며 경량화의 구현이 가능한 LED 광원 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 유연한 LED 광원 모듈을 구비함으로써 설계상의 제약을 받지않고 자유로운 구조를 구현할 수 있는 LED 광원 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈은,
서로 전기적으로 분리된 제1 및 제2 배선라인을 구비하며, 전기적 절연성 물질인 연성 재질의 폴리머로 이루어지는 기판; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 배선라인과 전기적으로 연결되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자를 수용하도록 상기 발광소자의 각 실장 위치에 대응하여 관통형성되는 복수의 수용홈을 구비하며, 상기 기판 상에 접합되는 반사부; 및 상기 수용홈 내에 구비되어 상기 발광소자를 각각 봉지하며, 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부가 형성되는 렌즈부;포함할 수 있다.
또한, 상기 반사부는 고반사율을 갖는 연성 재질의 백색 폴리머로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반사부는 상기 렌즈부의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 상기 반사부는 상기 기판과 대응되는 형상의 플레이트 구조를 가지며, 상기 반사부와 상기 기판과의 사이에 구비되는 접착층을 통해 접착될 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 표면에 구비할 수 있다.
또한, 상기 발광소자와 상기 형광층, 확산층 또는 혼합층 중 어느 하나와의 사이에 상기 발광소자를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼층은 상기 형광층, 확산층 또는 혼합층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 광투과성을 가지는 연성 재질의 투명한 폴리머로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 상기 기판 상면에 순차적으로 형성된 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층을 갖는 발광 적층체와, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 접속되도록 상기 발광 적층체의 대향하는 양면 각각에 위치하는 제1 및 제2 콘택을 구비하며, 상기 제1 콘택을 상기 제1 배선라인에 연결하는 연결 도체부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 적층체와 상기 기판 사이에서 상기 제2 콘택과 상기 제2 배선라인이 접속될 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광소자는 M개의 행과 N개의 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광소자는 상기 행방향을 따라서는 서로 직렬로 연결되며, 상기 열방향을 따라서는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 배선라인은 상기 행방향을 따라 배열된 복수의 발광소자의 제1 콘택을 연결하며, 상기 제2 배선라인은, 상기 행방향을 따라 배열된 복수의 발광소자의 제2 콘택을 연결하고, 상기 기판에 형성되며, 상기 열방향에 따라 배열된 복수의 발광소자가 서로 직렬로 연결되도록, 일 발광소자의 제2 콘택과 인접한 다른 발광소자의 제1 배선라인을 연결하는 제3 배선라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광소자의 표면에는 페시베이션층이 형성되고, 상기 연결 도체부는 상기 페시베이션층을 따라 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈의 제조방법은,
서로 전기적으로 분리된 제1 및 제2 배선라인을 구비하며, 전기적 절연성 물질인 연성 재질의 폴리머로 이루어진 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 발광소자를 형성하고, 상기 제1 및 제2 배선라인과 상기 발광소자를 전기적으로 연결하는 단계; 상기 발광소자의 실장 위치에 대응하여 관통형성된 수용홈을 구비하는 반사부를 상기 기판 상에 접착하는 단계; 상기 발광소자가 수용된 상기 수용홈 내에 투명 폴리머를 주입하여 렌즈부를 형성하는 단계; 및 상기 렌즈부의 상면에 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 상기 발광소자의 표면에 구비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈부를 형성하는 단계 이전에 상기 발광소자를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼층은 오버몰딩(overmolding) 방법을 통해 상기 반사부 보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 버퍼층을 형성하는 단계와 상기 렌즈부를 형성하는 단계 사이에 형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 상기 버퍼층 상에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴부를 형성하는 단계는 상기 수용홈 내에 주입된 상기 투명 폴리머가 완전히 경화되기 전에 상기 액상의 투명 폴리머 상면에 요철이 형성된 금형을 적용시킬 수 있다.
또한, 상기 발광소자를 형성하여 상기 배선라인과 전기적으로 연결하는 단계는, 결정 성장용 기판 상에 순차적으로 성장된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 적층체를 마련하는 단계; 상기 발광 적층체의 제2 도전형 반도체층 상에서 상기 복수의 발광소자에 해당하는 영역에 각각 제2 콘택이 형성하는 단계; 상기 제2 콘택이 상기 기판의 제2 배선라인과 접속되도록 상기 발광 적층체의 제2 콘택 상에 상기 기판을 부착하는 단계; 상기 발광 적층체로부터 상기 결정 성장용 기판을 분리하는 단계; 상기 발광 적층체를 상기 복수의 발광소자 단위로 절단하는 단계; 상기 복수의 발광소자의 제1 도전형 반도체층 상에 제1 콘택을 형성하는 단계; 및 상기 제1 콘택과 상기 기판의 제1 배선라인이 연결되도록 연결 도체부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 도체부를 형성하는 단계 이전에 상기 제1 콘택을 제외한 상기 발광소자 표면에 페시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 반도체 기반의 LED를 사용함으로써 고휘도 및 장수명의 특징을 가지며, 가볍고 플렉서블한 광원 모듈 및 조명의 구현이 가능하다.
또한, 설계상의 제약을 받지 않아 디자인의 자유도가 증가하여 다양한 구조로 설계하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 발광소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에서 발광소자가 가로방향으로 병렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에서 발광소자가 세로방향으로 직렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에서 발광소자가 가로 및 세로 방향으로 직병렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에서 도시한 LED 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 1에서 발광소자 상에 형광층이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6에서 도시한 LED 광원 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 광원 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈 및 그 제조 방법에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 광원 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 발광소자를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에서 발광소자가 가로방향으로 병렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에서 발광소자가 세로방향으로 직렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 도 1에서 발광소자가 가로 및 세로 방향으로 직병렬연결된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 도 1에서 도시한 LED 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 1에서 발광소자 상에 형광층이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 8은 도 6에서 도시한 LED 광원 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 모듈(1)은 기판(10), 복수의 발광소자(20), 반사부(30), 렌즈부(40)를 포함할 수 있다.
상기 기판(10)은 상면과 하면이 평탄한 플레이트 구조로 연성 재질의 폴리머(polymer)로 이루어지며, 열 전도성을 갖는다. 따라서 상기 기판(10) 상에 실장되는 복수의 발광소자(20)에서 발생하는 열을 용이하게 분산시켜 외부로 방출시키는 것이 가능하다. 상기 기판(10)을 이루는 폴리머로는, 예를 들어 폴리카보네이트(polycarbonate), 액정 폴리머(Liquid Crystalline Polymer), 나일론(Nylon) 등이 사용될 수 있다.
상기 기판(10)은 도 2에서와 같이 발광소자(20)와 전기적으로 연결되는 회로패턴으로 제1 배선라인(110)과 제2 배선라인(120)을 구비한다. 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)은 전기전도성을 갖는 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하며, 따라서 기판(10)이 구부러지거나 휘어지더라도 연성 재질의 제1 및 제2 배선라인(110,120)은 단선되지 않고 상기 기판(10)과 같이 구부러질 수 있다. 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)은 예를 들어 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 폴리피롤(polypyrrole) 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어질 수 있다.
상기 기판(10)의 일측면으로는 미도시된 커넥터가 인출되어 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)과 연결되며, 미도시된 외부 전원과 연결되어 전기신호를 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)으로 공급한다.
상기 발광소자(20)는 복수개가 상기 기판(10) 상에 형성되어 어레이되며, 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)과 각각 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 발광소자(20)는 상기 기판(10) 상면에 순차적으로 형성된 제2 도전형 반도체층(220), 활성층(230) 및 제1 도전형 반도체층(210)을 갖는 발광 적층체(200)와, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(210,220)에 각각 접속되도록 상기 발광 적층체(200)의 대향하는 양면 각각에 위치하는 제1 및 제2 콘택(310,320)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 콘택(310,320)을 제외한 상기 발광소자의 표면에는 페시베이션층(240)이 형성된다. 상기 제1 콘택(310)은 상기 페시베이션층(240)을 따라 형성되는 연결 도체부(330)를 통해 상기 제1 배선라인(110)과 연결되며, 상기 제2 콘택(320)은 상기 발광 적층체(200)와 상기 기판(10) 사이에서 상기 제2 배선라인(120)과 접속된다.
도 3 내지 도 5에서와 같이, 상기 복수의 발광소자(20)는 M개의 행과 N개의 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 발광소자(20)는 상기 행방향을 따라서는 서로 직렬로 연결되며, 상기 열방향을 따라서는 서로 병렬로 연결된다. 구체적으로, 상기 제1 배선라인(110)은 상기 행방향을 따라 배열된 상기 복수의 발광소자(20)의 제1 콘택(310)을 연결하며, 상기 제2 배선라인(120)은 상기 행방향을 따라 배열된 상기 복수의 발광소자(20)의 제2 콘택(320)을 연결하고, 상기 기판(10) 상에 형성되는 제3 배선라인(130)을 통해 상기 열방향에 따라 배열된 복수의 발광소자가 서로 직렬로 연결되도록 일 발광소자의 제2 콘택(320)과 인접한 다른 발광소자의 제1 배선라인(110)을 연결한다.
이와 같이, 폴리머 기판(10)에 직병렬 혼용 배선라인을 구현하는 경우 다이싱 방향에 따라서 다양한 종류의 어레이로 구현이 가능하므로 어레이 형태에 따라 전류, 전압을 적절히 인가하여 발광소자를 구동할 수 있다.
한편, 상기 발광소자(20)는 도면으로는 도시하지 않았으나 플립 칩 타입(flip-chip type)으로 형성되어 솔더 범프 또는 스터드 범프와 같은 도전성 범프(미도시)를 통해 상기 기판(10) 상에 장착됨으로써 상기제1 및 제2 배선라인(110,120)과 연결되는 구조로 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 범프에 의해 형성되는 상기 발광소자(20)와 상기 기판(10) 사이 공간에는 언더필 공정을 통해 비전도성 물질로 이루어진 언더필이 채워질 수 있다. 따라서, 도전성 범프를 통해 기판(10) 상에 실장되는 발광소자(20)는 보다 안정적으로 지지될 수 있으며, 기판(10)이 구부러지거나 휘더라도 발광소자(20)가 분리되지 않고 안정적으로 고정될 수 있다. 또한, 전기적 쇼트의 발생을 방지하며, 발광소자(20)와 기판(10) 사이의 열확산 차이에 따른 스트레스의 발생을 완화하여 디라미네이션(delamination)과 같은 데미지를 방지할 수 있다.
도 7에서와 같이, 상기 발광소자(20)의 표면, 구체적으로 발광소자(20)의 상면에는 형광물질을 함유하는 형광층(50)이 구비될 수 있다. 이러한 형광층(50)은 형광물질 입자와 실리콘이 적절히 배합된 형광체 수지층으로 구성되며, 박막 또는 필름 형태로 부착되거나 증착 또는 도포되어 구비될 수 있다. 또한, 상기 형광층(50)은 형광물질을 고온 고압에서 가열하여 소성되는 형광체 세라믹층으로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(20)에서 방출되는 빛의 파장을 원하는 색상의 파장으로 변환시키는 것이 가능하다.
한편, 상기 발광소자(20)의 표면에는 형광물질이 아닌 확산물질을 함유하는 확산층(52)이 구비될 수 있으며, 또한, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층(54)이 구비될 수도 있다.
상기 발광소자(20)는 상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54) 중 적어도 하나를 표면에 구비하는데, 3종류의 층 중에서 어느 하나만(예를 들어, 형광층(50)만)을 구비하거나, 2종류 이상의 층을 적층하여(예를 들어, 형광층(50) 위에 확산층(52)을 적층) 구비할 수 있다. 이 경우, 각 층은 단층 또는 복수의 층이 적층된 다층구조로 구비될 수 있으며. 특히, 형광층(50,50')을 다층구조로 구비하는 경우 각 층에는 서로 상이한 형광물질이 함유될 수 있다.
한편, 상기 발광소자(20)가 플립 칩 타입으로 형성되어 상기 기판(10)상에 실장되는 구조인 경우 상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54)은 웨이퍼 레벨 상태에서 복수의 발광소자(20)들 상에 일괄적으로 구비될 수 있다. 즉, 웨이퍼로부터 개개의 발광소자(20)로 싱귤레이팅(singulating)되기 전인 웨이퍼 레벨 상태에서 형광층 등을 형성한 이후에 다이싱 공정을 거쳐서 개개의 발광소자(20)들로 분리될 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 않고 상기 발광소자(20)를 기판(10) 상에 실장한 상태에서 각 발광소자(20)의 표면에 구비되는 것도 가능하다.
한편, 도 8에서 도시하는 다른 실시예에서와 같이 상기 발광소자(20)와 상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54) 중 어느 하나와의 사이에 상기 발광소자(20)를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층(60)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 6에서 도시하는 실시예에서와 같이 상기 발광소자(20)의 표면에 상기 형광층(50)이 구비되는 구조와 달리 도 8에서 도시하는 실시예에서는 상기 발광소자(20)의 표면에 상기 발광소자(20)를 둘러싸는 버퍼층(60)을 구비하고, 상기 버퍼층(60)의 표면에 상기 형광층(50)을 구비하는 점에서 차이가 있다.
상기 버퍼층(60)은 광투과성의 투명한 연성 재질의 폴리머로 이루어지며, 광추출 효율의 향상을 위해 도면에서와 같이 상부로 볼록한 렌즈 형태로 구비될 수 있다. 상기 버퍼층(60)은 상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 발광소자(20)에서 발생하여 상기 버퍼층(60)과 상기 형광층(50) 등을 투과한 빛이 반사부(30)에서 반사되어 상기 형광층(50)과 버퍼층(60)으로 다시 들어오는 경우 상기 형광층(50)과 버퍼층(60)의 계면에서 전반사되어 다시 상기 형광층(50)을 통과하여 외부로 조사될 수 있도록 한다.
상기 반사부(30)는 상기 발광소자(20)를 수용하도록 상기 발광소자(20)의 각 형성 위치에 대응하여 관통형성되는 복수의 수용홈(32)을 구비하며, 상기 기판(10) 상에 접합된다. 구체적으로, 상기 반사부(30)는 상기 기판(10)과 대응되는 형상의 플레이트 구조를 가지며, 상기 기판(10)상에 접합시 상기 복수의 발광소자(20)를 각각 수용하도록 컵 구조의 수용홈(32)을 상기 발광소자(20)의 각 위치에 대응하여 관통형성하여 구비한다.
상기 반사부(30)는 상기 기판(10)과의 사이에 구비되는 접착층(미도시)을 통해 접착되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 기판(10) 상에 몰딩되어 구비될 수도 있다. 상기 반사부(30)는 고반사율을 갖는 연성 재질의 백색 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기판(10)이 구부러지거나 휘더라도 상기 반사부(30)와 상기 기판(10)이 서로 분리되지 않고 안정적으로 결합을 유지할 수 있도록 한다.
상기 렌즈부(40)는 상기 수용홈(32) 내에 구비되어 상기 발광소자(20)를 보호하도록 봉지한다. 상기 렌즈부(40)는 광투과성을 가지는 연성 재질의 투명한 폴리머로 이루어지며, 그 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부(42)가 형성된다. 이러한 패턴부(42)는 패턴이 형성된 금형을 이용하거나 레이저 빔의 조사를 통해 미세한 요철 형태로 형성되거나, 프레넬 렌즈 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 발광소자(20)에서 발생한 빛을 효과적으로 방출하거나 글래어 방지를 통해 광추출 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
상기 렌즈부(40)는 상기 반사부(30)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 렌즈부(40)의 둘레를 감싸는 상기 반사부(30)의 굴절률이 상기 렌즈부(40)의 굴절률 보다 낮도록 함으로써 상기 렌즈부(40)와 반사부(30) 사이의 계면에서 전반사가 일어나도록 한다. 따라서, 상기 렌즈부(40)를 통과한 빛은 상기 반사부(30)와의 계면에서 상기 반사부(30)로 굴절되지 않고 전반사되어 상기 렌즈부(40)의 상면을 향하게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈(1)은 기판(10), 반사부(30) 및 렌즈부(40)가 모두 가벼운 연성 재질의 폴리머로 이루어짐으로써 광원 모듈 및 이를 장착하는 조명 장치의 경량화를 가능하게 하고, 유연성을 가져 충격을 완화시킴은 물론 설계 자유도가 증가하며, 구조 및 제조공정의 단순화를 통해 생산성 및 가격 경쟁력을 향상시키는 것이 가능하다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈의 제조방법에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 광원 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 광원 모듈의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
우선, 도 9a에서와 같이 연성 재질의 폴리머로 이루어진 기판(10)에 회로패턴으로 제1 및 제2 배선라인(110,120)을 형성한다. 상기 기판(10)을 이루는 폴리머로는, 예를 들어 폴리카보네이트(polycarbonate), 액정 폴리머(Liquid Crystalline Polymer), 나일론(Nylon) 등이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)도 전기전도성을 갖는 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하며, 따라서 기판(10)이 구부러지거나 휘어지더라도 연성 재질의 제1 및 제2 배선라인(110,120)은 단선되지 않고 상기 기판(10)과 함께 구부러질 수 있다. 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)은 예를 들어 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 폴리피롤(polypyrrole) 중 어느 하나 또는 그 이상의 혼합으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 배선라인(110.120)이 형성된 상기 기판(10) 상에 발광소자(20)를 형성하고, 상기 배선라인(110,120)과 상기 발광소자(20)를 전기적으로 연결한다.
상기 발광소자(20)는 복수개가 상기 기판(10) 상에 형성되어 어레이되며, 상기 제1 및 제2 배선라인(110,120)과 각각 전기적으로 연결된다. 이를 구체적으로 살펴보면, 우선 미도시된 성장용 기판 상에 순차적으로 성장된 제1 도전형 반도체층(210), 활성층(230) 및 제2 도전형 반도체층(220)을 갖는 발광 적층체(200)를 마련한다. 다음으로 상기 발광 적층체(200)의 제2 도전형 반도체층(220) 상에서 상기 복수의 발광소자(20)에 해당하는 영역에 각각 제2 콘택(320)을 형성한 후, 상기 제2 콘택(320)이 상기 기판(10)의 제2 배선라인(120)과 접속되도록 상기 기판(10) 상에 상기 발광 적층체(200)를 부착한다. 다음으로 상기 발광 적층체(200)로부터 상기 결정 성장용 기판을 분리하고, 상기 발광 적층체(200)를 상기 복수의 발광소자(20) 단위로 절단한다. 다음으로 상기 복수의 발광소자(20)의 제1 도전형 반도체층(210) 상에 제1 콘택(310)을 형성한 다음, 상기 제1 콘택(310)을 제외한 상기 발광소자(20)의 표면에 페시베이션층(240)을 형성한 후 상기 제1 콘택(310)과 상기 기판(10) 제1 배선라인(110)이 연결되도록 연결 도체부(330)를 상기 페시베이션층(240) 상에 형성한다.
다음으로, 도 9b에서와 같이 형광물질을 함유하는 형광층(50), 확산물질을 함유하는 확산층(52), 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층(54) 중 적어도 하나를 상기 발광소자(20)의 표면에 구비한다.
구체적으로, 상기 형광층(50)은 형광물질 입자와 실리콘이 적절히 배합된 형광체 수지층으로 구성되며, 박막 또는 필름 형태로 부착되거나 증착 또는 도포되어 구비될 수 있다. 또한, 상기 형광층(50)은 형광물질을 고온 고압에서 가열하여 소성되는 형광체 세라믹층으로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(20)에서 방출되는 빛의 파장을 원하는 색상의 파장으로 변환시키는 것이 가능하다.
이러한 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54)은 도 7에서 처럼 어느 하나만(예를 들어, 형광층(50)만)이 구비되거나, 2종류 이상의 층을 적층하여(예를 들어, 형광층(50) 위에 확산층(52)을 적층) 구비될 수 있다. 이 경우, 각 층은 단층 또는 복수의 층이 적층된 다층구조로 구비될 수 있으며. 특히, 형광층(50,50')을 다층구조로 구비하는 경우 각 층에는 서로 상이한 형광물질이 함유될 수 있다.
상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54)은 웨이퍼 레벨 상태에서 복수의 발광소자(20)들 상에 일괄적으로 구비될 수 있다. 즉, 웨이퍼로부터 개개의 발광소자(20)로 싱귤레이팅(singulating)되기 전인 웨이퍼 레벨 상태에서 형광층(50) 등을 형성한 이후에 다이싱 공정을 거쳐서 개개의 발광소자(20)들을 분리할 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 않고 상기 발광소자(20)를 기판(10) 상에 실장한 상태에서 각 발광소자(20)의 표면에 구비되는 것도 가능하다.
다음으로, 도 9c 및 도 9d에서와 같이 상기 발광소자(20)의 실장 위치에 대응하여 관통형성된 수용홈(32)을 구비하는 반사부(30)를 상기 기판(10) 상에 접착하여 상기 기판(10)과 상기 반사부(30)를 결합한다. 상기 반사부(30)는 상기 기판(10)과 대응되는 형상의 플레이트 구조를 가지며, 상기 기판(10)상에 접합시 상기 복수의 발광소자(20)를 각각 수용하도록 컵 구조의 수용홈(32)을 상기 발광소자(20)의 각 위치에 대응하여 관통형성하여 구비한다. 이러한 반사부(30)는 도 9c에서 처럼 상기 기판(10)과 별도로 몰드(M1)를 사용하여 사출성형 등의 공정을 통해 준비될 수 있으며, 고반사율을 갖는 연성 재질의 백색 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 9e에서와 같이 상기 발광소자(20)가 수용된 상기 수용홈(32) 내에 투명 폴리머를 주입하여 렌즈부(40)를 형성한다. 상기 렌즈부(40)는 광투과성을 가지는 연성 재질의 투명한 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부(42)가 형성된다. 이러한 패턴부(42)는 상기 수용홈(32) 내에 주입된 상기 투명 폴리머가 완전히 경화되기 전에 상기 액상의 투명 폴리머 상면에 요철이 형성된 금형(M2)을 적용시켜 형성할 수 있다. 또는, 상기 투명 폴리머가 경화된 상태에서 레이저 빔의 조사를 통해 미세한 요철 형태로 형성되거나, 프레넬 렌즈 형태로 형성될 수 있다. 이러한 렌즈부(40)는 상기 반사부(30)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 모듈의 제조방법에 대해 설명한다.
도 10에 도시된 제조방법은 도 8에 도시된 광원 모듈에 대한 제조방법으로 발광소자(20)를 둘러싸는 버퍼층(60)을 더 구비하는 점에서 도 9에 도시된 제조방법과 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 제조방법과 중복되는 단계에 관한 구체적인 설명은 생략한다.
우선, 도 10a에 도시된 바와 같이, 같이 연성 재질의 폴리머로 이루어진 기판(10)에 연성 재질의 폴리머로 이루어진 제1 및 제2 배선라인(110,120)을 형성한다. 그리고, 제1 및 제2 배선라인(110,120)이 형성된 상기 기판(10) 상에 복수의 발광소자(20)를 형성하여 어레이를 이루고, 상기 배선라인(110,120)과 상기 발광소자(20)를 전기적으로 연결한다.
다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층(60)을 형성한다. 구체적으로, 상기 버퍼층(60)은 광투과성의 투명한 연성 재질의 폴리머로 이루어지며, 광추출 효율의 향상을 위해 도면에서와 같이 상부로 볼록한 렌즈 형태로 구비될 수 있다. 이러한 버퍼층(60)은 압축성형(compression molding), 사출성형(injection molding)등의 다양한 오버몰딩(overmolding) 방법을 통해 상기 반사부(30) 보다 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 10c에서와 같이, 형광물질을 함유하는 형광층(50), 확산물질을 함유하는 확산층(52), 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층(54) 중 적어도 하나를 상기 버퍼층(60) 상에 형성한다. 이 경우, 상기 버퍼층(60)은 상기 형광층(50), 확산층(52) 또는 혼합층(54)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 발광소자(20)에서 발생하여 상기 버퍼층(60)과 상기 형광층(50) 등을 투과한 빛이 반사부(30)에서 반사되어 상기 형광층(50)과 버퍼층(60)으로 다시 들어오는 경우 상기 형광층(50)과 버퍼층(60)의 계면에서 전반사되어 다시 상기 형광층(50)을 통과하여 외부로 조사될 수 있도록 한다.
다음으로, 도 10d 및 도 10e에서와 같이 상기 발광소자(20)의 각 실장 위치에 대응하여 관통형성된 수용홈(32)을 구비하는 반사부(30)를 상기 기판(10) 상에 접착하여 상기 기판(10)과 상기 반사부(30)를 결합한다.
다음으로, 도 10f에서와 같이 상기 발광소자(20)가 수용된 상기 수용홈(32) 내에 투명 폴리머를 주입하여 렌즈부(40)를 형성한다. 상기 렌즈부(40)는 광투과성을 가지는 연성 재질의 투명한 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부(42)가 형성된다.
10....... 기판 20....... 발광소자
30....... 반사부 32....... 수용홈
40....... 렌즈부 42....... 패턴부
50....... 형광층 52....... 확산층
54....... 혼합층 60....... 버퍼층
110...... 제1 배선라인 120...... 제2 배선라인
130...... 제3 배선라인 200...... 발광 적층체
210...... 제1 도전형 반도체층 220...... 제2 도전형 반도체층
230...... 활성층 240...... 페시베이션층
310...... 제1 콘택 320...... 제2 콘택
330...... 연결 도체부

Claims (22)

  1. 서로 전기적으로 분리된 제1 및 제2 배선라인을 구비하며, 전기적 절연성 물질인 연성 재질의 폴리머로 이루어지는 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 배선라인과 전기적으로 연결되는 복수의 발광소자;
    상기 복수의 발광소자를 수용하도록 상기 발광소자의 각 실장 위치에 대응하여 관통형성되는 복수의 수용홈을 구비하며, 상기 기판 상에 접합되는 반사부; 및
    상기 수용홈 내에 구비되어 상기 발광소자를 각각 봉지하며, 상면에는 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부가 형성되는 렌즈부;
    포함하는 LED 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 고반사율을 갖는 연성 재질의 백색 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 렌즈부의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 기판과 대응되는 형상의 플레이트 구조를 가지며, 상기 반사부와 상기 기판과의 사이에 구비되는 접착층을 통해 접착되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발광소자는 형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 표면에 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발광소자와 상기 형광층, 확산층 또는 혼합층 중 어느 하나와의 사이에 상기 발광소자를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 형광층, 확산층 또는 혼합층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 광투과성을 가지는 연성 재질의 투명한 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 기판 상면에 순차적으로 형성된 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제1 도전형 반도체층을 갖는 발광 적층체와, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 접속되도록 상기 발광 적층체의 대향하는 양면 각각에 위치하는 제1 및 제2 콘택을 구비하며, 상기 제1 콘택을 상기 제1 배선라인에 연결하는 연결 도체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광 적층체와 상기 기판 사이에서 상기 제2 콘택과 상기 제2 배선라인이 접속되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 M개의 행과 N개의 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 행방향을 따라서는 서로 직렬로 연결되며, 상기 열방향을 따라서는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 배선라인은 상기 행방향을 따라 배열된 복수의 발광소자의 제1 콘택을 연결하며, 상기 제2 배선라인은, 상기 행방향을 따라 배열된 복수의 발광소자의 제2 콘택을 연결하고,
    상기 기판에 형성되며, 상기 열방향에 따라 배열된 복수의 발광소자가 서로 직렬로 연결되도록, 일 발광소자의 제2 콘택과 인접한 다른 발광소자의 제1 배선라인을 연결하는 제3 배선라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자의 표면에는 페시베이션층이 형성되고,
    상기 연결 도체부는 상기 페시베이션층을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈.
  15. 서로 전기적으로 분리된 제1 및 제2 배선라인을 구비하며, 전기적 절연성 물질인 연성 재질의 폴리머로 이루어진 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 발광소자를 형성하고, 상기 제1 및 제2 배선라인과 상기 발광소자를 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 발광소자의 실장 위치에 대응하여 관통형성된 수용홈을 구비하는 반사부를 상기 기판 상에 접착하는 단계;
    상기 발광소자가 수용된 상기 수용홈 내에 투명 폴리머를 주입하여 렌즈부를 형성하는 단계; 및
    상기 렌즈부의 상면에 원하는 배광분포를 얻을 수 있도록 패턴부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 상기 발광소자의 표면에 구비하는 단계를 더 포함하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 렌즈부를 형성하는 단계 이전에 상기 발광소자를 둘러싸는 투명한 폴리머층으로 이루어지는 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 버퍼층은 오버몰딩(overmolding) 방법을 통해 상기 반사부 보다 낮은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 버퍼층을 형성하는 단계와 상기 렌즈부를 형성하는 단계 사이에 형광물질을 함유하는 형광층, 확산물질을 함유하는 확산층, 형광물질과 확산물질을 함유하는 혼합층 중 적어도 하나를 상기 버퍼층 상에 형성하는 단계를 더 포함하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 패턴부를 형성하는 단계는 상기 수용홈 내에 주입된 상기 투명 폴리머가 완전히 경화되기 전에 상기 액상의 투명 폴리머 상면에 요철이 형성된 금형을 적용시키는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 발광소자를 형성하여 상기 배선라인과 전기적으로 연결하는 단계는,
    결정 성장용 기판 상에 순차적으로 성장된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 적층체를 마련하는 단계;
    상기 발광 적층체의 제2 도전형 반도체층 상에서 상기 복수의 발광소자에 해당하는 영역에 각각 제2 콘택이 형성하는 단계;
    상기 제2 콘택이 상기 기판의 제2 배선라인과 접속되도록 상기 발광 적층체의 제2 콘택 상에 상기 기판을 부착하는 단계;
    상기 발광 적층체로부터 상기 결정 성장용 기판을 분리하는 단계;
    상기 발광 적층체를 상기 복수의 발광소자 단위로 절단하는 단계;
    상기 복수의 발광소자의 제1 도전형 반도체층 상에 제1 콘택을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 콘택과 상기 기판의 제1 배선라인이 연결되도록 연결 도체부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 연결 도체부를 형성하는 단계 이전에 상기 제1 콘택을 제외한 상기 발광소자 표면에 페시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 모듈의 제조방법.
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