KR20130115442A - 기판, 발광 모듈 및 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광 모듈은, 금속 및 상기 금속의 상부가 아노다이징된 제1절연층을 포함하는 금속층; 상기 금속층 상에 배치된 제2절연층; 상기 제2절연층 상에 배치된 적어도 하나 이상의 배선층; 및 상기 배선층 보호층을 포함하는 기판; 상기 기판의 배선층에 배치된 발광 소자; 및 상기 발광 소자와 상기 기판의 배선층 사이에 배치된 접합 부재를 포함하며, 상기 제1절연층은 상기 제2절연층의 두께보다 얇은 두께를 포함한다.

Description

기판, 발광 모듈 및 조명 시스템{PRINTED CIRCUIT BOARD, LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHTING SYSTEM}
실시 예는 기판, 발광 모듈 및 이를 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
정보처리 기술이 발달함에 따라서, LCD, PDP 및 AMOLED 등과 같은 표시장치들이 널리 사용되고 있다. 이러한 표시장치들 중 LCD는 영상을 표시하기 위해서, 광을 발생시킬 수 있는 백라이트 유닛을 필요로 한다.
발광 모듈은 복수의 발광 다이오드를 기판 상에 탑재하고, 커넥터를 통해 외부 전원을 공급하여 상기 복수의 발광 다이오드의 구동을 제어하게 된다.
실시 예는 열 전도율 개선을 위한 아노다이징(anodizing)된 절연층을 갖는 기판을 제공한다.
실시 예는 배선층과 금속층 사이에 아노다이징된 절연층을 갖는 기판을 포함하는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 배선층과 금속층 사이에 아노다이징된 영역이 배열된 절연층을 포함하는 기판을 포함하는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 모듈을 갖는 백라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 모듈은, 금속 및 상기 금속의 상부가 아노다이징된 제1절연층을 포함하는 금속층; 상기 금속층 상에 배치된 제2절연층; 상기 제2절연층 상에 배치된 적어도 하나 이상의 배선층; 및 상기 배선층 보호층을 포함하는 기판; 상기 기판의 배선층에 배치된 발광 소자; 및 상기 발광 소자와 상기 기판의 배선층 사이에 배치된 접합 부재를 포함하며, 상기 제1절연층은 상기 제2절연층의 두께보다 얇은 두께를 포함한다.
실시 예는 열 전도율이 개선된 기판을 제공할 수 있다.
실시 예는 기판의 내전압을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 다이오드를 갖는 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 시스템의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 모듈의 결합 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 모듈에 있어서, 기판의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 제2실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 5는 제3실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 6은 제4실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 7은 도 6의 발광 소자와 아노다이징 영역을 비교한 도면이다.
도 8은 제5실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 9는 제6실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 10은 제7실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자의 발광 칩의 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 칩의 다른 발광 칩을 나타낸 도면이다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 표시 장치에 있어서, 백라이트 유닛의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 프레임, 시트, 층 또는 패턴 등이 각 기판, 프레임, 시트, 층 또는 패턴 등의 "상/위(on)"에 또는 "아래/하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"과 "아래/하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 모듈의 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광 모듈의 결합 도면이다.
도 1을 참조하면, 발광 모듈(201)은 기판(200) 및 상기 기판(200) 위에 배치된 적어도 하나의 발광 소자(100)를 포함한다. 상기의 발광 소자(100)는 상기 기판(200) 상에 적어도 하나 또는 복수개가 배열된다.
상기 발광 소자(100)는 몸체(111), 제1 및 제2리드 프레임(121,123)을 갖는 복수의 리드 프레임, 적어도 하나의 발광 칩(101) 및 몰딩 부재(141)를 포함한다.
상기 몸체(111)는 절연 재질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Polychloro Tri phenyl) 계열의 재질, LCP(Liquid Crystal Polymer) 계열의 재질, PA9T(Polyamide9T)와 같은 수지 재질, 실리콘, 에폭시 몰딩 재질(EMC: Epoxy molding compounds), 금속을 포함하는 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 몸체(111)는 반사율이 높고 상기 리드 프레임과의 사출 성형이 용이한 수지 재질 예컨대, PPA 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 설명하기로 한다.
상기 몸체(111)의 상측에는 캐쏘드 마크(cathode mark)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 캐쏘드 마크는 상기 각 발광 소자(100)의 극성의 방향에 대한 혼동을 방지할 수 있다.
상기 몸체(111) 내에는 캐비티(115)가 형성되며, 상기 캐비티(115)는 상부가 개방된 오목한 홈 형상 또는 리세스 형상을 포함한다. 상기 캐비티(115)는 탑 측에서 볼 때, 원 형상, 타원 형상, 다각형 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몸체(111)는 상기 캐비티(115)의 둘레를 커버하게 된다.
상기 몸체(111)의 캐비티(115)의 바닥부에는 복수의 리드 프레임(121,123)이 간극부에 의해 서로 분리되어 배치된다. 상기 복수의 리드 프레임(121,123)은 상기 몸체(111)의 하부에 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 리드 프레임(121,123)은 소정 두께를 갖는 금속 플레이트로 형성될 수 있으며, 상기 금속 플레이트의 표면에 다른 금속층이 도금될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 리드 프레임(121,123)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.8mm~2mm로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 상기의 리드 프레임(121,123) 중 적어도 하나는 상기의 캐비티(115)의 바닥보다 오목한 오목부를 구비할 수 있고, 상기 오목부 내에 발광 칩(101)을 배치할 경우, 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 칩(101)은 복수의 리드 프레임(121,123) 중 적어도 하나의 위에 배치된 본딩부재(135)에 의해 탑재되며, 연결 부재(131,132)에 의해 복수의 리드 프레임(121,123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 연결 부재(131,132)는 와이어를 포함한다. 상기의 발광 칩(101)은 제1리드프레임(121) 상에 직접 본딩되거나, 절연성 또는 전도성 페이스트(paste)에 의해 부착될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 절연성 페이스트는 에폭시 또는 실리콘과 같은 재질을 포함하며, 상기 전도성 페이스트는 은(Ag)를 포함한다. 다른 예로서, 상기 발광 칩(101)은 각 리드 프레임 위에 적어도 하나가 배치되거나, 어느 하나의 리드 프레임 상에 복수개가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(115)에는 몰딩 부재(141)가 형성되며, 상기 몰딩 부재(141)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 투광성의 수지 재질을 포함할 수 있다. 또한 상기 몰딩 부재(141)에는 적어도 한 컬러를 발광하는 형광체 또는/및 확산제가 배치될 수 있다. 상기 몰딩 부재(141) 위에는 렌즈가 형성될 수 있으며, 상기 렌즈는 오목한 렌즈 형상, 볼록한 렌즈 형상, 일정 부분이 오목하고 다른 부분이 볼록한 형상의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(100) 내에는 보호 소자가 배치될 수 있으며 상기 보호 소자는 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 제너 다이오드는 상기 발광 칩을 ESD(electro static discharge)로 부터 보호하게 된다.
한편, 상기 기판(200)은 금속층(211)을 갖는 메탈 코아(Metal Core) PCB을 포함한다. 상기 기판(200)은 금속층(211), 제1절연층(212), 상기 제1절연층(212) 상에 제2절연층(221), 상기 제2절연층(221) 상에 배선층(231), 및 상기 배선층(231) 상에 보호층(241)을 포함한다.
상기 금속층(211)은 일부 표면에 아노다이징된 제1절연층(212)을 포함한다. 상기 금속층(211)은 알루미늄 금속으로 형성되며, 상기 제1절연층(212)은 상기 금속층(211) 상에 아노다이징된 영역으로 형성된다. 상기 제1절연층(212)은 알루미늄 금속에 대한 산화 피막으로 형성되며, 그 형성 방법은 금속 표면 처리 방법으로서 양극과 음극 중 양극 처리(anodizing)하는 방법이며, 전자를 잘 모아야 하므로 산화 피막이 입혀진다. 이러한 처리 공법을 아노다이징, 알루마이트(Alumite), 알루미늄 산화 피막 처리라 하며 알루미늄 금속 표면에 산화 피막을 형성하게 된다. 상기의 금속층(211)은 알루미늄 이외에 티타늄, 마그네슘과 같은 금속을 이용할 수 있으며, 상기의 아노다이징된 제1절연층(212)은 산화 피막 처리된다.
상기 제1절연층(212)은 상기 금속층(211) 표면의 산화 처리된 영역으로써, 상기 금속층(211)과 상기 제1절연층(212) 사이에는 계면이 존재하지 않을 수 있다.
상기 제1절연층(212)은 상기 금속층(211) 상에 형성된 러프한 면(218)의 영역으로서, 상기 러프한 면(218)의 미세 요철은 간격이 규칙적으로 될 수 있으며, 불규칙적으로 배치될 수도 있으며, 크기도 일정하게 형성되거나 각기 다르게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 러프한 면(218)의 요부의 최대 깊이는 상기 제1절연층(212)의 두께와 동일할 수 있다.
상기 제1절연층(212)을 갖는 금속층(211)의 두께(T1)는 800㎛-1400㎛ 범위로 형성되며, 상기 제1절연층(212)의 두께(T4)는 상기 금속층(211)의 두께(T1)의 2% 이하 예컨대, 0.1%-2% 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1절연층(212)의 두께(T4)는 0.8㎛-28㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 제1절연층(212)의 재질은 Al2O3의 재질을 포함한다.
상기 제1절연층(212)의 두께(T4)가 얇으면 내전압이 약해지게 되고, 두꺼우면 내전압이 증가하고 상기 금속층(211)의 깨짐이 증가하게 된다. 상기 제1절연층(212)의 두께는 상기 금속층(211)의 내전압 및 깨어짐을 고려하여 설정될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1절연층(212)의 상면 면적은 상기 금속층(211)의 하면 면적보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1절연층(212)의 면적 증가를 통해 상기 제2절연층(221)을 통해 상기 금속층(211)으로 전달되는 열을 효과적으로 전달할 수 있다.
상기 제2절연층(221)은 상기 제1절연층(212) 상에 형성되며, 그 하면은 상기 제1절연층(212)의 러프한 면(218)으로 형성될 수 있다. 상기 제2절연층(221)은 상기 제1절연층(212) 상에 형성되므로, 서로 간의 결합력이 증대되어, 내전압을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 제2절연층(221)은 프리 프레그(Preimpregnated Materials)를 포함하며, 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스터 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 제2절연층(221)은 내부에 열 전도성 필러(filler)를 포함한다. 상기 필러는 Al2O3 , SiO2, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함한다. 상기 필러는 상기의 제1절연층(212)의 재질과 동일한 재질인 경우, 열 전도성 효율이 증가될 수 있다. 상기 필러는 Al2O3로 이루어질 수 있으며, 그 함량은 상기 제2절연층(221) 내에 9-12wt%의 함량으로 첨가될 수 있다.
상기의 제2절연층(221)은 상기 제1절연층(212)의 재질과 다른 재질로 형성되며, 내부의 필러는 상기 제1절연층(212)의 재질과 동일한 재질로 첨가될 수 있다.
상기 제2절연층(221)은 75~100㎛의 두께(T2)로 형성될 수 있으며, 상기 금속층(211)과 다른 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제1절연층(212)보다는 두껍게 형성될 수 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 금속층(211)의 너비(또는 면적)보다 더 작게 형성될 수 있다.
상기 배선층(231,232)은 제1 및 제2배선층(231,232)을 포함하며, 그 재질은 동(Cu), 금(Au), 알리미늄(Al), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하며, 예컨대 동(Cu)를 이용할 수 있다. 상기 배선층(231,232)은 25~75㎛의 두께(T3)로 형성될 수 있으며, 상기 제2절연층(221)의 두께보다 더 얇게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1 및 제2배선층(231,232)의 두께는 서로 동일할 수도 있으며, 서로 다른 두께로 형성할 수 있다. 이에 대해 한정하지 않는다..
상기 배선층(231,232) 및 상기 제2절연층(221) 상에는 보호층(241)이 형성되며, 상기 보호층(241)은 솔더 레지스트를 포함하며, 상기 솔더 레지스터는 상기 기판(200)의 상면에 패드 이외의 영역을 보호하게 된다. 상기 보호층(241)은 15~30㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 기판(200) 내에는 비아 홀이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 기판(200) 내에는 복수의 배선층이 배치될 수 있으며, 상기 복수의 배선층 사이에 절연층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(200)의 배선층(231,232) 상에 발광 소자(100)를 탑재하게 되며, 상기 발광 소자(100)는 상기 배선층(231,232)의 회로 패턴에 의해 직렬, 병렬, 직-병렬 혼합 구조로 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 소자(100)의 제1리드 프레임(121)은 제1접합 부재(251)에 의해 제1배선층(231)과 전기적으로 연결되며, 제2리드 프레임(123)은 제2접합 부재(252)에 의해 제2배선층(232)과 전기적으로 연결된다. 상기의 제1 및 제2접합 부재(251,252)는 금속 재질 예컨대, 은(Ag) 또는 솔더를 포함한다.
상기 발광 소자(100)는 제1 및 제2배선층(231,232)으로부터 공급된 전원에 의해 구동하게 되며, 상기 발광 소자(100)로부터 발생된 열은 상기 제1 및 제2배선층(231,232), 상기 제2절연층(221) 및 상기 제1절연층(212)을 통해 금속층(211)에 전도된다. 상기 제1절연층(212)은 상기 제2절연층(221)과의 접촉 면적이 증가되므로 열 전도율이 개선될 수 있다. 또한 상기의 금속층(211)의 재질이 알루미늄 금속으로 형성됨으로써, 상기의 열 전달에 따른 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 3은 도 1의 발광 모듈에 있어서, 기판의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 발광 모듈의 기판은 금속층(211)의 상부에 제1절연층(212) 및 상기 금속층(211)의 하부에 제3절연층(213)을 포함한다. 상기 제1절연층(212)은 러프한 면(218)과 상기 제3절연층(213)의 러프한 면(219)은 절대 평균값(rms)이 서로 다를 수 있다. 예컨대, 상기 제1절연층(212)의 러프한 면(218)은 제2절연층(221)과의 접촉을 위해 상기 제3절연층(213)의 러프한 면(219)보다 더 큰 거칠기 즉, 절대 평균값이 더 클 수 있다.
또한 상기 제1절연층(212)의 두께(T4)와 상기 제3절연층(213)의 두께(T5)는 서로 다를 수 있으며, 예컨대 제1절연층(212)의 두께(T4)가 상기 제3절연층(213)의 두께(T5)보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
도 4는 제2실시 예에 따른 발광 모듈의 측 단면도이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 모듈(201A)은 기판(200)과 상기 기판(200) 상에 배치된 발광 소자(100)를 포함한다.
상기 발광 소자(100)는 몸체(111) 내에 제1 및 제2리드 프레임(121A,123A)을 포함한다. 상기 제1리드 프레임(121A)은 상기 몸체(111)의 캐비티(115)의 바닥으로부터 상기 몸체(111)의 하면까지 절곡되며, 상기 몸체(111)의 하면에 노출된다. 상기 제1리드 프레임(121A)은 제1접합 부재(251)를 통해 기판(200)의 제1배선층(231)과 접합된다. 상기 제1리드 프레임(121A)의 단부는 상기 몸체(111)의 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2리드 프레임(123A)은 상기 몸체(111)의 캐비티(115)의 바닥으로부터 상기 몸체(111)의 하면까지 절곡되며, 상기 몸체(111)의 하면에 노출된다. 상기 제2리드 프레임(123A)은 제2접합 부재(252)를 통해 기판(200)의 제2배선층(232)과 접합된다. 상기 제1리드 프레임(123A)의 단부는 상기 몸체(111)의 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(121A,123A)의 일부가 상기 몸체(111) 내에 상기 몸체(111)의 바닥면에 대해 소정의 각도로 절곡되어 상기 몸체(111)를 관통하여 배치된다. 이에 따라 상기 몸체(111)의 측면으로 관통되지 않게 된다.
상기 발광 소자(100)는 제1 및 제2배선층(231,232)으로부터 공급된 전원에 의해 구동하게 되며, 상기 발광 소자(100)로부터 발생된 열은 기판(200)의 제1 및 제2배선층(231,232), 제2절연층(221) 및 금속층(211)을 통해 전도된다. 상기 제1절연층(212)은 상기 제2절연층(221)과의 접촉 면적이 증가되므로 열 전도율이 개선될 수 있다. 또한 상기의 금속층(211)의 재질이 알루미늄 금속으로 형성됨으로써, 상기의 열 전달에 따른 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 5는 제3실시 예에 따른 발광 모듈의 측 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 모듈(201B)은 기판(200A)과 상기 기판(200A) 상에 배치된 발광 소자(100A)를 포함한다. 상기 기판(200A)은 금속층(211)과 제2절연층(221) 사이에 상기 금속층(211)의 표면 처리에 의해 형성된 복수의 아노다이징된 영역을 갖는 제1절연층(215)을 포함한다. 상기 제1절연층(215)은 서로 이격된 복수의 영역을 포함하며, 상기 금속층(211)의 상면(214)과 교대로 배치된다. 상기 제1절연층(215)의 너비(A2)는 상기 제1절연층(215) 사이에 배치된 상기 금속층(211)의 상면(214) 영역의 너비(A3)보다 더 넓게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 금속층(211)은 표면 처리되지 않는 상면 영역에 대해 마스크 패턴으로 처리하고, 아노다이징된 상부 영역에 대해 산화 피막 처리하여 형성하게 된다. 상기의 복수의 제1절연층(215) 간의 간격(A1)은 일정하거나 불규칙하게 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2절연층(221)은 상기 제1절연층(215)와 상기 금속층(211)의 상면(214)와 접촉될 수 있다. 상기 금속층(211)의 상면(214)과 아노다이징된 제1절연층(215)이 교대로 배치됨으로써, 상기 제2절연층(221)으로부터 전달되는 열을 분산시켜 상기 금속층(211)로 전달할 수 있다. 또한 상기 금속층(211)의 두께(T1)에 비해 상기 아노다이징된 제1절연층(215)의 두께를 더 두껍게 형성할 수 있다.
상기 발광 소자(100A)의 발광 칩(102)은 본딩부재(136)에 의해 제2리드 프레임(124) 상에 탑재되고, 제1리드 프레임(123)과 연결 부재(133)로 전기적으로 연결된다. 상기 발광 소자(100A)는 캐비티(115)의 아래에 제1 및 제2리드 프레임(123,124)이 배치되어 있기 때문에, 하부로의 방열 효율은 증가될 수 있다. 또한 발광 소자(100A)의 몸체(112)의 두께를 줄여줄 수 있어, 전체적인 발광 소자(100A)의 두께도 줄여줄 수 있다. 상기 발광 소자(100A)의 몸체(112)는 제1실시 예의 물질을 참조하기로 한다.
도 6은 제4실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이며, 도 7은 도 6의 기판의 하부에서 바라본 기판의 아노다이징된 제1절연층의 영역과 발광 소자의 영역을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 발광 모듈(201C)은 기판(200B)과 상기 기판(200B) 상에 배치된 발광 소자(100B)를 포함한다. 상기 기판(200B)은 제1너비(D1)를 갖는 금속층(211) 상에 제1너비(D1)보다 좁은 제2너비(D2)를 갖는 아노다이징된 제1절연층(216)을 포함한다. 상기 제1절연층(216)은 금속층(211)의 상면(214) 사이에 배치되며, 제1실시 예의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1절연층(216)의 두께(T6)는 도 1의 T4보다 두꺼운 2㎛-25㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 7을 참조하면, 금속층(211) 상에서 아노다이징된 제1절연층(216)의 면적은 상기 발광 소자(100B)의 하면 면적에 비해 1-3배 범위로 형성될 수 있다. 상기 발광 소자(100B)의 열 분포를 보면 중심 영역에서 주변 영역으로 갈수록 점차 줄어들기 때문에, 상기 발광 소자(100B)의 중심에서 발생된 대부분의 열을 상기 제1절연층(216)을 통해 효과적으로 전도할 수 있다. 상기 발광 소자(100B)의 중심은 상기 제1절연층(216)의 중심과 실질적으로 동일한 위치에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8은 제5실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 8을 참조하면, 발광 모듈(201D)은 기판(200C)과 상기 기판(200C) 상에 배치된 발광 소자(100C)를 포함한다.
상기 기판(200C)은 서로 이격된 제1배선층 내지 제3배선층(231,232,233)을 갖는 배선층을 포함하며, 상기 제3배선층(233)은 상기 제1 및 제2배선층(231,232) 사이에 배치되거나, 제1 및 제2배선층(231,232) 중 어느 하나와 일체로 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(100C)는 제1 내지 제3리드 프레임(125,126,127)을 포함하며, 발광 칩(101)은 제3리드 프레임(127) 상에 배치되고 제1 및 제2리드 프레임(125,126)과 전기적으로 연결된다.
상기 발광 소자(100C)의 제1 내지 제3리드 프레임(125,126,127)은 접합부재(251,252,253)에 의해 상기 제1 내지 제3배선층(231,232,233)과 접합될 수 있다. 상기 발광 칩(101)으로부터 발생된 대부분의 열은 제3리드 프레임(127)을 통해 전도되어 접합부재(253), 제3배선층(233), 제2절연층(221), 제1절연층(212), 그리고 금속층(211)을 통해 전도된다. 상기의 제3리드 프레임(127)은 무극성의 단자로 사용됨으로써, 열 전도 효과를 극대화시켜 줄 수 있다. 또한 상기의 제1절연층(212)은 상기 금속층(211)의 상부 전 영역에 형성되거나, 상기 제3리드 프레임(127)의 대응되는 영역에 상기 제3리드 프레임(127)의 영역보다 크게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9는 제6실시 예에 따른 발광 모듈의 측 단면도이다.
도 9를 참조하면, 발광 모듈(201E)은 기판(200D)과 플립 방식으로 배치된 발광 소자(300)를 포함한다.
상기 기판(200D)는 제1실시 예를 참조하며, 상기 발광 소자(300)와 접합부재(251,252)로 접착된다.
상기 발광 소자(300)는 투광성 기판(311), 발광 구조물(320), 반사 전극층(330), 제1절연층(321), 제1전극 구조(331,333,335), 제2전극 구조(332,334,336), 제2절연층(323), 제1연결 전극(341), 제2연결 전극(343) 및 지지부재(351)를 포함한다.
상기 투광성 기판(311)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.
상기 투광성 기판(311) 아래에는 발광 구조물(320)이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(320)은 III족-V족 화합물 반도체를 포함하며, 예컨대 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 갖고, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 주피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 구조물(320)은 제1도전형 반도체층(315), 제2도전형 반도체층(319), 상기 제1도전형 반도체층(315)과 상기 제2도전형 반도체층(319) 사이에 형성된 활성층(317)을 포함한다.
상기 투광성 기판(311) 아래에는 제1도전형 반도체층(315)이 형성될 수 있다. 상기 투광성 기판(311)과 상기 제1도전형 반도체층(315) 사이에는 다른 반도체층 예컨대, III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(315)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현되며, 상기 제1도전형 반도체층(315)은 n형 반도체층이며, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(315)과 상기 활성층(317) 사이에는 제1클래드층이 형성될 수 있다. 상기 제1클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(317)의 밴드 갭 이상으로 형성될 수 있다. 이러한 제1클래드층은 제1도전형으로 형성되며, 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다.
상기 제1도전형 반도체층(315) 아래에는 활성층(317)이 형성된다. 상기 활성층(317)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 1주기 이상으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(317) 아래에는 제2도전형 반도체층(319)이 형성된다. 상기 제2도전형 반도체층(319)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(319)이 p형 반도체층이고, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(319)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(319)의 초격자 구조는 비 정상적으로 전압에 포함된 전류를 확산시켜 주어, 활성층(317)을 보호할 수 있다.
또한 상기 발광 구조물(320)의 도전형을 반대로 배치할 수 있으며, 예컨대 제1도전형 반도체층(315)은 P형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(319)은 n형 반도체층으로 배치할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(319) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제1도전형의 반도체층이 더 배치될 수도 있다.
상기 발광소자(300)는 상기 제1도전형 반도체층(315), 활성층(317) 및 상기 제2도전형 반도체층(319)을 발광 구조물(320)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(320)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 여기서, 상기 p는 p형 반도체층이며, 상기 n은 n형 반도체층이며, 상기 -은 p형 반도체층과 n형 반도체층이 직접 접촉되거나 간접 접촉된 구조를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 발광 구조물(320)의 최 하층은 제2도전형 반도체층(319)으로 설명하기로 한다.
상기 제2도전형 반도체층(319) 아래에는 반사 전극층(330)이 형성된다. 상기 반사 전극층(330)은 오믹 접촉층, 반사층, 및 확산 방지층, 보호층 중 적어도 하나를 포함한다.
여기서, 상기 오믹 접촉층은 상기 제2도전형 반도체층(319) 아래에 접촉되며, 그 접촉 면적은 상기 제2도전형 반도체층(319)의 하면 면적의 70% 이상으로 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 오믹 접촉층 아래에 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 확산 방지층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 보호층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(319) 및 상기 반사 전극층(330) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 광 추출 구조는 요철 패턴, 또는 복수의 돌기들이 형성된 구조를 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(315)의 일부 영역 아래에는 제1전극(331)이 형성되며, 상기 제1전극(331)의 아래에는 제1접합 전극(333)이 배치되고, 상기 제1접합 전극(333)의 아래에는 제3접합 전극(335)이 배치된다. 상기 제1전극(331)은 패드로 사용될 수 있으며, 상기 제1접합 전극(333)과 상기 제3접합 전극(335)은 상기 제1전극(331)과 상기 제1연결 전극(341) 사이를 서로 접합시켜 주게 된다.
상기 제1접합 전극(333)의 일부는 상기 발광 구조물(320)의 아래에 배치된 제1절연층(321)의 아래에 더 배치될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(335)의 일부는 상기 발광 구조물(320)의 아래에서 상기 제1접합 전극(333)의 일부 아래에 더 형성될 수 있다. 상기 제1전극(331)는 상기 활성층(317) 및 제2도전형 반도체층(319)의 측면과 이격되며, 상기 제1도전형 반도체층(315)의 일부 영역 보다 작은 면적으로 접촉될 수 있다.
상기 반사 전극층(330)의 일부 아래에는 제2전극(332)이 형성될 수 있다. 상기 제2전극(332)의 아래에는 제2접합 전극(334)이 배치되고, 상기 제2접합 전극(334)의 아래에는 제4접합 전극(336)이 배치된다. 상기 제2전극(332)은 패드로 사용될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(334)과 상기 제4접합 전극(336)은 상기 제2전극(332)과 상기 제2연결 전극(343) 사이를 서로 접합시켜 주게 된다. 상기 제2접합 전극(334)과 상기 제4접합 전극(336) 중 적어도 하나는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2전극(332)은 상기 제2전극(322)의 아래에 접촉될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(334) 및 제4접합 전극(336)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2전극(332)은 상기 반사 전극층(330)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(319)과 물리적 또는/및 전기적으로 접촉될 수 있다. 상기 반사 전극층(330)에는 구멍이 형성되어, 상기 제2전극(332)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 제2전극(332)은 전극 패드를 포함한다.
상기 제1절연부재(321)는 상기 제1전극(332) 또는/및 반사전극층(330) 아래에 형성될 수 있다. 상기 제1절연부재(321)는 상기 제2도전형 반도체층(319)의 하면, 상기 제2도전형 반도체층(319) 및 상기 활성층(317)의 측면, 상기 제1도전형 반도체층(315)의 일부 영역의 하면에 형성될 수 있다. 상기 제1절연부재(321)는 상기 발광 구조물(320)의 하부 영역 중에서 상기 반사 전극층(330), 제1전극(331) 및 제2전극(332)을 제외한 영역에 형성되어, 상기 발광 구조물(320)의 하부를 전기적으로 보호하게 된다.
상기 제1절연부재(321)는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기의 절연성 수지는 폴리이미드 재질을 포함한다.
상기 제1전극 구조(331,333,335)와 상기 제2전극 구조(332,334,336)의 적층 구조는 동일한 적층 구조이거나, 서로 다른 적층 구조를 포함한다.
상기 제3접합 전극(335)의 아래에는 제2절연부재(323)가 배치되며, 상기 제2절연부재(323)의 일부는 상기 제1절연부재(321)에 접촉될 수 있다. 상기 제2절연부재(323)의 일부는 상기 제1 및 제3접합 전극(333,335)에 형성된 오픈 영역에 삽입되어, 상기 제2연결 전극(343)의 둘레에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 제2절연부재(323)는 상기 제2연결 전극(343)과 상기 제1 및 제3접합 전극(333,335) 사이를 이격시켜 주게 된다. 상기 제2절연부재(323)는 상기 제1절연부재(321)와 동일한 재질이거나, 다른 재질일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1전극 구조(331,333,335)의 아래 예컨대, 상기 제3접합 전극(335)의 아래에는 적어도 하나의 제1연결 전극(341)이 배치된다. 상기 제2전극 구조(332,334,336)의 아래 예컨대, 상기 제4접합 전극(336)의 아래에는 적어도 하나의 제2연결 전극(343)이 배치된다.
상기 제1연결 전극(341) 및 제2연결 전극(343)은 어느 하나의 금속 또는 합금을 이용하여 단일 층으로 형성될 수 있으며, 상기의 단일 층의 너비 및 높이는 1㎛~100,000㎛로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 단일층 층의 두께는 상기 제2전극(343)의 두께보다 더 두꺼운 높이로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(341) 및 제2연결 전극(343)은 Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들 금속의 선택적 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(341) 및 상기 제2연결 전극(343)의 표면에는 도금층이 더 형성될 수 있으며, 상기 도금층은 Tin 또는 이의 합금, Ni 또는 이의 합금, Tin-Ag-Cu 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.5㎛~10㎛로 형성될 수 있다. 이러한 도금층은 다른 본딩층과의 접합을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 지지 부재(351)는 발광 소자(300)를 지지하는 지지층으로 사용된다. 상기 지지 부재(351)는 절연성 재질로 형성되며, 상기 절연성 재질은 예컨대, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지층으로 형성된다. 다른 예로서, 상기 절연성 재질은 페이스트 또는 절연성 잉크를 포함할 수 있다. 상기 절연성 재질의 재질은 그 종류는 polyacrylate resin, epoxy resin, phenolic resin, polyamides resin, polyimides rein, unsaturated polyesters resin, polyphenylene ether resin (PPE), polyphenilene oxide resin (PPO), polyphenylenesulfides resin, cyanate ester resin, benzocyclobutene (BCB), Polyamido-amine Dendrimers (PAMAM), 및 Polypropylene-imine, Dendrimers (PPI), 및 PAMAM 내부 구조 및 유기-실리콘 외면을 갖는 PAMAM-OS(organosilicon)를 단독 또는 이들의 조합을 포함한 수지로 구성될 수 있다. 상기 지지부재(351)는 상기 제1절연부재(321)와 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지 부재(351) 내에는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물과 같은 화합물들 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 여기서, 상기 지지 부재(351) 내에 첨가된 화합물은 열 확산제일 수 있으며, 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 사용될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 열 확산제로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 열 확산제는 절연성 재질 또는 전도성 재질일 수 있으며, 그 크기는 1Å~100,000Å으로 사용 가능하며, 열 확산 효율을 위해 1,000Å~50,000Å로 형성될 수 있다. 상기 열 확산제의 입자 형상은 구형 또는 불규칙한 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 열 확산제는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도도가 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 재질은 예컨대, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C (다이아몬드, CNT)의 성분을 포함할 수 있다.
상기 지지 부재(351)는 세라믹 기반 지지층으로 형성되거나, 폴리이미드 재질로 형성되거나, 세라믹 기판 지지층의 아래에 폴리 이미드 재질을 더 형성하여 배치될 수 있다. 상기 폴리이미드는 고내열 재질로서, 발광 구조물(320)로부터 발생된 열과 본딩 과정에 전달되는 열에 대해 안정적이다. 상기 폴리이미드는 필름 형태로 제공될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 부재(351)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지 부재(351)는 내부에 세라믹 물질의 분말을 포함함으로써, 지지 부재(351)의 강도는 개선되고, 열 전도율 또한 개선될 수 있다.
상기 형광체층(364)은 상기 투광성 기판(311) 상에 배치되며, 투광성 수지층 내에 형광체가 첨가된다. 상기 투광성 수지층은 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질을 포함하며, 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 활성층(315)로부터 방출된 광의 일부를 여기시켜 다른 파장으로 발광하게 된다. 상기 발광 구조물(320)의 측면에는 보호를 위한 투광성 수지 재질의 보호층이나 형광체층이 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 제6실시 예는, 상기와 같이 발광 소자(300)의 제1연결 전극(341)은 상기 기판(200D)의 제2배선(232)과 접합 부재(252)에 의해 접착되고, 제2연결 전극(343)은 상기 기판(200D)의 제1배선층(231)과 접합 부재(251)에 의해 접착된다.
상기의 발광 소자(300)의 지지부재(351)의 하면은 상기의 제1 및 제2배선층(231,232) 상에 배치된 접합부재(251,252)에 접착된다. 이에 따라 상기의 연결 전극(341,342)과 지지부재(351)는 상기 기판(200D)으로의 열 전도율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 10은 제7실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측 단면도이다.
도 10을 참조하면, 발광 모듈(201F)은 기판(200F) 상에 복수의 발광 칩(571)이 배열된다.
상기 기판(200F)는 금속층(211), 제1절연층(215), 제2절연층(221) 및 제1 및 제2배선층(231,232), 및 보호층(241)을 포함한다.
상기 제1절연층(215)은 상기 금속층(211)의 상면(214) 사이에서 상기의 발광 칩(571)의 아래에 대응되게 배치된다.
상기 발광 칩(571)은 연결 부재(521,522)에 의해 제1 및 제2배선층(231,232)과 연결되며, 본딩 부재(585)에 의해 제1배선층(231) 상에 부착된다.
상기 각 발광 칩(571)은 몰딩 부재(531)에 의해 몰딩되며, 상기 몰딩 부재(531)의 측 단면 형상은 반구형 형상 또는 다각형 형상을 포함한다. 상기 몰딩 부재(531)는 내부에 투광성 수지층을 포함할 수 있으며, 투광성 수지층에는 형광체 및/또는 확산제를 포함할 수 있다. 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 칩은 도 11 및 도 12를 예를 참조하여, 설명하기로 한다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 칩을 나타낸 도면이다. 도 11을 설명함에 있어서, 도 9와 동일한 부분은 생략하며 간략하게 설명하기로 한다.
도 11를 참조하면, 발광 칩(101)은 기판(11), 버퍼층(12), 발광 구조물(10), 제1전극(16) 및 제2전극(17)을 포함한다. 상기 기판(11)은 투광성 또는 비 투광성 재질의 기판을 포함하며, 또한 전도성 또는 절연성 기판을 포함한다.
상기 버퍼층(12)은 기판(11)과 상기 발광 구조물(10)의 물질과의 격자 상수 차이를 줄여주게 되며, 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(12)과 상기 발광 구조물(10)사이에는 도펀트가 도핑되지 않는 질화물 반도체층을 더 형성하여 결정 품질을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 구조물(10)은 제1도전형 반도체층(13), 활성층(14) 및 제2도전형 반도체층(15)를 포함하며, 이러한 구성은 도 8의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1도전형 반도체층(13) 상에는 제1전극(16)이 배치되고, 상기 제2도전형 반도체층(15) 상에는 전류 확산층을 갖는 제2전극(17)을 포함한다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 칩의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 12를 설명함에 있어서, 도 9와 동일한 부분은 생략하며 간략하게 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, 발광 칩(102)은 발광 구조물(10) 아래에 오믹 접촉층(21)이 형성되며, 상기 오믹 접촉층(21) 아래에 반사층(24)이 형성되며, 상기 반사층(24) 아래에 지지부재(25)가 형성되며, 상기 반사층(24)과 상기 발광 구조물(10)의 둘레에 보호층(23)이 형성될 수 있다.
이러한 발광 칩(102)는 제2도전형 반도체층(15) 아래에 오믹 접촉층(21) 및 보호층(23), 반사층(24) 및 지지부재(25)를 형성한 다음, 성장 기판을 제거하여 형성될 수 있다.
상기 오믹 접촉층(21)은 발광 구조물(10)의 하층 예컨대 제2도전형 반도체층(15)에 오믹 접촉되며, 그 재료는 금속 산화물, 금속 질화물, 절연물질, 전도성 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 또한 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예컨대, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 상기 오믹 접촉층(21) 내부는 전극(16)과 대응되도록 전류를 블록킹하는 층이 더 형성될 수 있다.
상기 보호층(23)은 금속 산화물 또는 절연 물질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(23)은 스퍼터링 방법 또는 증착 방법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반사층(24)과 같은 금속이 발광 구조물(10)의 층들을 쇼트시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 반사층(24)은 금속 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(24)은 상기 발광 구조물(10)의 폭보다 크게 형성될 수 있으며, 이는 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기의 반사층(24)과 상기 지지부재(25) 사이에 접합을 위한 금속층과, 열 확산을 위한 금속층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지부재(25)는 베이스 기판으로서, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W)와 같은 금속이거나 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC)으로 구현될 수 있다. 상기 지지부재(25)와 상기 반사층(24) 사이에는 접합층이 더 형성될 수 있으며, 상기 접합층은 두 층을 서로 접합시켜 줄 수 있다. 상기의 개시된 발광 칩은 일 예이며, 상기에 개시된 특징으로 한정하지는 않는다. 상기의 발광 칩은 상기의 발광 소자의 실시 예에 선택적으로 적용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
<조명 시스템>
상기에 개시된 실시 예(들)의 발광 모듈은 라이트 유닛 등과 같은 조명 시스템에 제공될 수 있다. 상기의 실시 예 중 선택된 발광 소자를 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 13 및 도 15에 도시된 표시 장치, 도 16에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 13을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(201)과, 상기 도광판(1041) 아래에 반사부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(201) 및 반사부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사부재(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(201)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(201)은 바텀 커버(1011) 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(201)은 실시 예에 따른 기판(200)과 발광 소자(100)를 포함하며, 상기 발광 소자(100)는 실시 예에 따른 기판(200) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(200)은 알루미늄과 같은 금속층을 갖는 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB) 내에 아노다이징된 제1절연층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(100)는 상기 기판(200) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 도광판(1041)의 일 측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(201) 및 반사부재(1022)를 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(201)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 14는 도 13의 백라이트 유닛의 다른 예를 나타낸 도면이다.]
도 14를 참조하면, 바텀 커버(1011) 내에는 측면부(1013)와 바텀부(1014)를 포함하며, 상기 바텀부(1014)의 상부에는 홈(1015)이 배치된다.
상기 발광 모듈(201A)은 실시 예에 개시된 금속층(211), 제1절연층(212), 제2절연층(221), 배선층(231), 보호층(241)을 갖는 기판(200)과, 상기 기판(200) 상에 발광 소자(100)가 배치된 구성이다.
상기의 제2절연층(221), 상기 배선층(231), 상기 보호층(241)은 상기 금속층(211)에 대해 절곡된 방열부(211A)로부터 이격될 수 있으며, 그 거리는 5mm~13mm 범위로 형성될 수 있다.
상기 금속층(211)은 상기 바텀 커버(1011)의 측면부(1013)에 접착 부재(1007)로 부착되고, 상기 금속층(211)의 방열부(211A)는 상기 바텀 커버(1011)의 바텀부(1014)에 배치된 홈(1015)에 배치되고 접착 부재(1008)로 접착된다. 상기 금속층(211)은 방열부(211A)를 구비한다. 상기 방열부(211A)는 상기 제2절연층(221)의 측면보다 더 외측에 배치되며 상기 제2절연층(221)에 대해 80도 이상으로 절곡되며, 상기 제2절연층(221)의 너비보다 1.5배 이상 넓은 너비를 갖고, 상기 바텀 커버(1011)의 바텀부(1014)로 연장되어, 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 상기 제1절연층(221)은 아노다이징된 영역으로서, 상기 금속층(211)과 상기 제2절연층(221) 사이에 배치되거나, 상기 방열부(211A) 상에 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기의 방열부(211A)의 하부에는 아노다이징된 제3절연층이 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 15는 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(100)가 어레이된 기판(200), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(200)과 상기 발광 소자(100)는 발광 모듈(201)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(201), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(1150)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(201) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(201)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 16은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 16을 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(201)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(201)은 기판(200)과, 상기 기판(200)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(200)은 실시 예에 따른 금속층 및 아노다이징된 제1절연층을 포함한다. 또한, 상기 기판(200)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(200) 상에는 적어도 하나의 발광 소자(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(201)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자(100)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(201)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
실시 예에 따른 발광 모듈은 휴대 단말기, 컴퓨터 등의 백라이트 유닛 뿐만 아니라, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 가로등 등의 조명 장치에 적용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 직하 타입의 발광 모듈에는 상기 도광판을 배치하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기 발광 모듈 위에 렌즈 또는 유리와 같은 투광성 물질이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100, 100A, 100B, 100C, 300: 발광 소자
111,112: 몸체 121,123: 리드 프레임
101,102: 발광 칩 141,531: 몰딩 부재
200, 200A, 200B, 200C, 200D, 200F: 기판
201,201A,201B,201C,201D,201E,201F: 발광 모듈
211: 기판 212,215,216: 제1절연층
221: 제2절연층 231,232,233: 배선층
241: 보호층 251,252,253: 접합부재
211A: 방열부

Claims (16)

  1. 금속 및 상기 금속의 상부가 아노다이징된 제1절연층을 포함하는 금속층; 상기 금속층 상에 배치된 제2절연층; 상기 제2절연층 상에 배치된 적어도 하나 이상의 배선층; 및 상기 배선층 보호층을 포함하는 기판;
    상기 기판의 배선층에 배치된 발광 소자; 및
    상기 발광 소자와 상기 기판의 배선층 사이에 배치된 접합 부재를 포함하며,
    상기 제1절연층은 상기 제2절연층의 두께보다 얇게 두께를 포함하는 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄 금속을 포함하는 발광 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2절연층 내에 필러를 포함하며, 상기 필러의 재질은 상기 제1절연층의 재질과 동일한 재질을 포함하는 발광 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1절연층은 Al2O3의 재질을 포함하는 발광 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1절연층의 상면은 러프한 면을 포함하는 발광 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1절연층의 상면 면적은 상기 금속층의 상기 금속층의 하면 면적보다 넓은 발광 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 하부에 상기 금속층의 하부가 아노다이징된 제3절연층을 포함하는 발광 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1절연층의 두께는 상기 금속층의 두께의 0.1%-2% 범위를 갖는 발광 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1절연층의 면적은 상기 발광 소자의 하면 면적의 1-3배의 크기를 갖는 발광 모듈.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한에 있어서, 상기 발광 소자는 캐비티를 갖는 몸체; 상기 캐비티에 배치되며 상기 접합 부재와 접합된 복수의 리드 프레임; 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나에 배치된 발광 칩; 및 상기 캐비티에 몰딩 부재를 포함하는 발광 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나는 무극성의 프레임을 포함하며, 상기 무극성의 프레임 상에 발광 칩이 배치되는 발광 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 발광 소자는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 아래에 반사 전극층; 상기 발광 구조물 아래에 제1연결 전극; 상기 반사 전극층 아래에 제2연결 전극; 상기 제1 및 제2연결 전극의 둘레에 배치된 지지부재를 포함하며,
    상기 지지부재는 상기 접합 부재에 접촉되는 발광 모듈.
  13. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 상기 제2절연층의 측면보다 더 외측으로 배치된 방열부를 포함하며, 상기 방열부는 상기 제2절연층으로부터 절곡되는 발광 모듈.
  14. 제12항에 있어서, 상기 방열부의 상부 및 하부 중 적어도 하나에는 상기 아노다이징된 제1절연층이 더 배치된 발광 모듈.
  15. 제13항에 있어서, 상기 방열부는 상기 제2절연층으로부터 80도 이상으로 절곡되며, 상기 제2절연층의 너비보다 1.5배 이상 넓은 너비를 갖는 발광 모듈.
  16. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 발광 모듈을 포함하는 조명 시스템.
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