KR20130118446A - 기판 및 이를 구비한 발광 소자 모듈 - Google Patents

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KR20130118446A
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Abstract

기판은 열을 방출하는 방열판과, 방열판 상에 배치된 그래핀 층과, 방열판과 그래핀 층 사이에 배치된 절연층을 포함한다.

Description

기판 및 이를 구비한 발광 소자 모듈{Substrate and light emitting device module having the same}
실시예는 기판 및 이를 구비한 발광 소자 모듈에 관한 것이다.
발광 소자는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기 신호를 빛으로 변환시킨다.
발광 소자는 전광판, 표시장치의 광원 그리고 조명 장치에 널리 응용되고 있다.
발광 소자는 패키지 형태로 구현되거나 모듈 형태로 구현될 수 있다.
발광 소자 모듈은 다수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지와 이를 지지하며 구동하기 위한 기판을 포함한다.
발광 소자가 전광판, 광원 및 조명 장치 등과 다양한 분야로 응용됨에 따라 최적의 기판 구현이 더욱 더 중요해지고 있다.
실시예는 두께를 최소화할 수 있는 기판을 제공한다.
실시예는 방열 성능을 극대화할 수 있는 기판을 제공한다.
실시예는 구동 전압을 최소화할 수 있는 기판을 제공한다.
실시예는 이러한 기판을 구비한 발광 소자 모듈을 제공한다.
실시예에 따르면, 기판은 열을 방출하는 방열판; 상기 방열판 상에 배치된 그래핀 층; 및 상기 방열판과 상기 그래핀 층 사이에 배치된 절연층을 포함한다.
실시예에 따르면, 기판은 제1 그래핀 층; 상기 제1 그래핀 상에 배치된 제2 그래핀 층; 및 상기 제1 및 제2 그래핀 층 사이에 배치된 절연층을 포함한다.
실시예에 따르면, 기판은 전극으로 사용되기 위한 그래핀 층; 및 상기 그래핀 층은 지지하기 위해 상기 그래핀 층 아래에 배치되는 지지 부재를 포함한다.
실시예에 따르면, 발광 소자 모듈은 상술한 바와 같은 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판의 그래핀 층 또는 제2 그래핀 층에 전기적으로 연결된 발광 소자 패키지를 포함한다.
실시예는 열 전도도가 우수한 그래핀 층을 전극으로 사용함으로써, 열 방출이 용이하며 저전압 구동에 의한 소비전력이 줄어들 수 있다.
실시예는 열 전도도 및 전기 전도도가 우수한 그래핀 층을 전극으로 사용함으로써, 기판의 두께를 줄일 수 있다.
실시예는 방열판과 전극을 모두 그래핀 층으로 사용함으로써, 소비 전력을 줄이고, 열 방출을 향상시키며 기판의 두께를 줄일 수 있다.
실시예는 내구성, 절연성 및 방열 특성이 우수한 재질을 사용하여 방열판과 절연층의 역할을 하도록 함으로써, 기판의 두께를 줄일 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 3은 제3 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 4는 제4 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 5는 제5 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6의 발광 소자 모듈을 도시한 단면도이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 기판(100)은 방열판(1), 상기 방열판(1) 상에 형성된 절연층(3) 및 상기 절연층(3) 상에 형성된 그래핀 층(5)을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB), 플렉서블 인쇄회로기판 또는 메탈 코어 인쇄회로기판(metal core PCB)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도시되지 않았지만, 상기 그래핀 층(5) 상에 솔더 레지스트(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 솔더 레지스트는 상기 그래핀 층(5)을 보호하는 한편, 다수의 발광 소자나 발광 소자 패키지(미도시)에 대응하는 일부 영역에만 오픈된 개구를 가질 수 있다. 상기 솔더 레지스트의 개구를 통해 발광 소자나 발광 소자 패키지는 그래핀 층과 전기적으로 연결될 수 있다.
솔더 레지스트와 발광 소자 패키지 등은 도 7을 참조하여 나중에 상세히 설명될 것이다.
상기 기판(100) 상에 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 실장되어 발광 소자 모듈이 될 수 있다. 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 상기 기판(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 기판(100)으로 공급된 전원에 의해 상기 발광 소자 및 발광 소자 패키지가 발광될 수 있다.
상기 발광 소자는 2족 내지 6족 화합물 반도체로 형성된 반도체 발광 다이오드일 수 있다.
상기 발광 소자는 와이어 본딩, 플립칩 본딩 또는 다이 본딩을 이용하여 상기 기판 상에 전기적으로 연결될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 소자 패키지는 발광 소자를 패키지 형태로 만든 것으로서, 상기 발광 효율을 향상시켜 주고, 상기 발광 소자를 지지하고, 상기 발광 소자를 외부로부터 보호하며, 상기 발광 소자의 출사 광을 제어하며, 상기 발광 소자의 열을 방출시켜주며, 상기 발광 소자의 광의 파장을 변환하여 백색 광을 생성하여 주는 역할을 할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 곧바로 실생활에 사용이 가능한 제품으로서, 발광 소자 패키지의 형태에 따라 전광판, 광원 및 조명 장치로 곧바로 사용될 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 몸체나 리드 전극 상에 발광 소자가 실장되고, 솔더 본딩 등을 이용하여 리드 전극이 상기 기판에 전기적으로 연결될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 방열판(1)은 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지에서 발생된 열을 용이하게 외부로 방출시켜 주는 역할을 할 수 있다.
상기 방열판(1)은 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 지지하여 주는 역할을 할 수 있다.
상기 방열판(1)은 열 전도도와 내구성이 우수하거나 높은 재질로 형성될 수 있다. 상기 방열판(1)은 금속 재질이나 플라스틱 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 방열판(1)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au) 및 은(Ag) 중 하나를 포함하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 방열판(1)은 지지 기능과 함께 방열 기능을 가져야 하므로, 비교적 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 방열판(1)은 600㎛ 내지 1200㎛의 두께를 가질 수 있지만 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 방열판(1)의 두께가 600㎛ 이하가 되면, 상기 방열판이 지지 기능이 저하될 수 있고, 상기 방열판(1)의 두께가 1200㎛ 이상이 되면, 제1 실시예에 따른 기판(100)이 전체적인 두께가 두꺼워지는 한편 열저항(Rth)의 증가로 인해 방열 기능이 저하될 수 있다.
상기 방열판(1) 상에 상기 절연층(3)이 형성될 수 있다.
상기 절연층(3)은 상기 그래핀 층(5)과 상기 방열판(1) 사이의 전기적인 쇼트를 방지하여 줄 수 있다. 따라서, 상기 절연층(3)은 전기 저항이 매우 높고 열 전도도가 우수한 부도체 재질로 형성될 수 있다. 상기 절연층(3) 예컨대 에폭시 계열(epoxy-based), 폴리이미드 계열(polyimide-based) 및 산화 하프늄(HfO2) 중 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 절연층(3)은 0.5㎛ 내지 20㎛의 범위를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 절연층(3)이 0.5㎛ 이하가 되면, 절연 파괴로 인해 그래핀 층(5)과 방열판(1) 사이의 전기적인 쇼트가 발생할 수 있고, 상기 절연층(3)이 20㎛이 되면, 제1 실시예에 따른 기판(100)의 전체적인 두께가 두꺼워질 수 있다.
상기 절연층(3) 상에 그래핀 층(5)이 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(5)은 발광 소자나 발광 소자 패키지에 전원을 공급하여 주기 위한 전극으로 사용될 수 있다.
그래핀은 탄소원자 6개가 만든 6각형 모양이 종이처럼 넓게 이어진 구조로서, 강도, 전기 전도도, 열 전도도, 탄성도 및 투명도가 뛰어나고 자유자재로 휘어지는 특성을 가지고 있다.
일반적으로 알려진 그래핀의 열 전도도는 4,000W/mk 내지 5,000W/mk로서 매우 우수한 열 전도도를 가진다. 이를 다른 재질과 비교하면, 일반적으로 널리 사용되는 전극인 구리(Cu)는 대략 400W/mk이고, 열 전도도가 매우 우수하다고 알려진 다이아몬드도 대략 2000W/mk이다.
따라서, 그래핀은 전극으로 사용되는 구리(Cu)의 10배 정도의 열 전도도를 가지며, 다이아몬드의 2배 정도의 열 전도도를 가지는 매우 우수한 열 전도성 재질이다.
상기 그래핀 층(5)은 열 화학 기상 증착법(thermal CVD): 탄소를 포함하는 반응 가스(C2H2, CH4, C2H4, CO 등)를 촉매 상에서 열 분해하여 형성되거나, 흔하게 존재하는 흑연으로부터 벗겨내어 형성될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 그래핀 층(5)은 미리 테이프나 시트로 제작되어 상기 절연층(3) 상에 부착될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상기 그래핀 층(5)은 일반적인 전극인 구리(Cu)보다 10배 정도의 열 전도도를 가지므로, 상기 발광 소자나 발광 소자 패키지에서 발생된 열이 방열판으로 용이하게 전달될 수 있다.
아울러, 상기 그래핀 층(5)은 일반적인 전극인 구리(Cu)보다 100배 정도의 전기 전도도를 가지므로, 저항으로 인한 손실이 없으므로 보다 더 낮은 전압으로 발광 소자나 발광 소자 패키지가 구동되므로 소비 전력이 현저히 줄어들 수 있다.
따라서, 상기 그래핀 층(5)은 매우 얇은 두께를 가지더라도, 기존의 구리(Cu)에 비해 구동 전압을 낮추고 더 용이하게 열을 방출시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 그래핀 층(5)은 30nm 내지 1㎛의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 그래핀 층(5)의 전극으로 사용되기 위해 라인 패턴으로 형성이 가능하다면, 상기 그래핀 층(5)의 두께는 30nm 이하가 될 수도 있다. 상기 그래핀 층(5)의 두께가 1㎛ 이상이 되면, 전기 전도도가 감소될 수 있다.
제1 실시예에서, 상기 그래핀 층(5)은 다수의 층들을 포함할 수 있다. 각 층이 그래핀 층(5)일 수 있다.
상기 그래핀 층(5)에 포함된 단일 층의 두께는 2nm 내지 5nm일 수 있다. 따라서, 상기 그래핀 층(5)의 두께인 30nm 내지 1㎛에 적용되기 위해서는, 10층 내지 350층을 포함하는 그래핀 층이 형성될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 그래핀 층(5)에 전기적으로 연결되어, 상기 그래핀 층으로 공급된 전원에 의해 상기 발광 소자가 발광될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지의 리드 전극은 상기 그래핀 층(5)에 전기적으로 연결되어 상기 그래핀 층(5)으로 공급된 전원에 의해 상기 발광 소자 패키지에 실장된 발광 소자가 발광될 수 있다.
제1 실시예에 따른 기판(100)은 전기 전도도와 열 전도도가 우수한 그래핀 층으로 인해 기판(100)의 전체적인 두께가 현저하게 줄어들고, 발광 소자의 열이 신속히 방출되며, 발광 소자가 보다 저 낮은 전압에 의해 구동되어 소비 전력이 현저하게 감소될 수 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 방열판 대신에 그래핀 층(11)이 형성되는 것을 제외하고는 제1 실시예와 거의 유사하다.
제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 동일한 도면 부호가 부여되고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 기판(100A)은 제1 그래핀 층(11), 상기 제1 그래핀 층(11) 상에 형성된 절연층(3) 및 상기 절연층(3) 상에 형성된 제2 그래핀 층(5)을 포함할 수 있다.
상기 제1 그래핀 층(11)은 방열판 및/또는 지지 부재로 사용될 수 있고, 제2 그래핀 층(5)은 전극으로 사용될 수 있다.
상기 제1 그래핀 층(11)은 테이프나 시트일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 그래핀 층(11)은 기판(100A)을 전체적으로 지지하고, 다수의 발광 소자나 발광 소자 패키지에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있다.
제2 실시예에서, 상기 제1 그래핀 층(11)은 앞서 설명한 바와 같이, 강도, 전기 전도도, 열 전도도, 탄성도 및 투명도가 뛰어나고 자유자재로 휘어지는 특성을 갖는 탄소원자에 의해 이루어진 그래핀으로 구성될 수 있다.
상기 제1 그래핀 층(11)은 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 제1 그래핀 층(11)이 1㎛ 이하가 되면, 강성을 잃어버려 기판이 일정한 형태를 유지할 수 없게 된다. 상기 제1 그래핀 층(11)이 100㎛ 이상이 되면, 기판(100A)의 전체적인 두께가 증가되는 문제가 있다.
만일 기판(100A)이 휨이 가능한 구조를 갖는 경우에는 상기 제1 그래핀 층(11)은 1㎛이하의 두께를 가질 수 있다.
제1 실시예에서 살펴본 바와 같이, 방열판(1)이 기판(100)의 전체 두께의 99.9%를 차지하므로, 기판(100)의 두께를 줄이기 위해서는 상기 방열판(1)의 두께를 줄이는 것이 필수적이다.
제1 실시예에서 상기 방열판(1)은 600㎛ 내지 1200㎛의 두께를 갖는데 반해, 제2 실시예에서 제1 그래핀 층(11)은 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가지므로, 제2 실시예의 제1 그래핀 층(11)은 상기 제1 실시예의 방열판(1)의 두께의 1% 내지 15% 정도를 차지하므로, 제1 실시예의 방열판(1) 대신에 제2 실시예의 제1 그래핀 층(11)을 사용될 경우, 상기 기판(100A)의 두께는 현저하게 감소될 수 있어, 매우 얇은 기판 제조가 가능하여, 그 응용 가능성이 현저하게 증가될 것이다.
그래핀은 금속 재질에 비해 매우 높은 열 전도도를 가지므로, 제2 실시예의 제1 그래핀 층(11)에 의해 발광 소자나 발광 소자 패키지에서 생성된 열이 신속히 외부로 방출될 수 있다.
도 3은 제3 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
제3 실시예에서 제1 실시예와 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 동일한 도면 부호가 부여되고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 기판(100B)은 지지 부재(13)와 상기 지지 부재(13) 상에 형성된 그래핀 층(5)을 포함할 수 있다.
상기 그래핀 층(5)은 발광 소자나 발광 소자 패키지에 전원을 공급하여 주기 위한 전극으로 사용될 수 있다.
상기 지지 부재(13)는 상기 기판(100B)을 전체적으로 지지하고, 다수의 발광 소자나 발광 소자 패키지에서 생성되어 상기 그래핀 층(5)으로 전달된 열을 신속히 외부로 방출시키며, 상기 그래핀 층(5)을 전기적으로 절연시켜야 한다. 따라서, 상기 지지 부재(13)는 내구성, 절연성 및 방열 특성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 지지 부재(13)는 에폭시 계열 재질이나 실리콘 계열 재질이 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 4는 제4 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
제4 실시예에서 제1 실시예와 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 동일한 도면 부호가 부여되고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 기판(100C)은 방열판(1), 상기 방열판(1) 상에 형성되는 절연층(3), 상기 절연층(3) 상에 형성되는 전극층(19)을 포함할 수 있다.
상기 방열판(1)과 상기 절연층(3)은 제1 실시예와 동일하므로, 상기 제1 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 전극층(19)은 다수의 발광 소자나 발광 소자 패키지에 전원을 공급하여 주기 위한 전극으로서의 역할을 할 수 있다.
상기 전극층(19)은 금속층(15)과 그래핀 층(17)을 포함할 수 있다.
상기 금속층(15)은 상기 절연층(3) 상에 형성될 수 있다. 상기 금속층(15)은 전기 전도도가 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다, 예컨대, 상기 금속층(15)은 Cu, Ti, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Hf, Pt, Ru 및 Au 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 금속층(15)은 20㎛ 내지 40㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 금속층(15)이 20㎛ 이하가 되면, 금속 재질의 균일한 확보의 어려움으로 인해 단선이 발생될 수 있다. 상기 금속층(15)이 40㎛ 이상이 되면, 기판의 전체적인 두께가 증가되는 문제가 있다.
상기 금속층(15)의 상면에는 내부로 움푹 들어간 그로브 영역이 형성될 수 있다. 상기 그로브 영역에 상기 그래핀 층(17)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 그로브 영역은 상기 그래핀 층(17)의 사이즈와 동일하거나 작을 수 있다.
상기 그래핀 층(17)이 상기 그로브 영역에 형성되므로, 상기 그래핀 층(17)은 보다 견고하게 상기 금속층(15) 상에 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(17)이 시트로 형성되는 경우, 상기 그래핀 층(17)이 접착층 등을 이용하여 상기 금속층(15)에 부착될 수 있다. 접착층의 접착력이 약한 경우 자칫 그래핀 층(17)이 금속층(15)으로부터 분리될 수 있다.
하지만, 제4 실시예와 같이, 금속층(15)의 상면에 형성된 그루브 영역에 그래핀 층(17)이 형성되므로, 그래핀 층(17)의 하면 및 측면 모두가 접착층에 의해 상기 금속층(15)에 부착되므로 그래핀 층은 금속층(15)으로부터 분리되지 않게 된다.
통상적으로 그래핀은 제조가 용이하지 않기 때문에 제조 비용이 매우 비싸다. 따라서, 기판의 전 영역에 그래핀 층을 형성하는 경우, 제조 비용이 현저하게 증가하게 되므로 경제성이 없게 될 수도 있다.
하지만, 제4 실시예와 같이, 금속층(15)의 전면 상에 그래핀 층(17)이 형성되는 것이 아니라 발광 소자나 발광 소자 패키지가 형성되는 영역에 대응되도록 금속층(17) 상에 형성된 그루브 영역에만 국부적으로 그래핀 층(17)이 형성되므로, 제조 비용을 현저하게 줄여주어 경제성을 획기적으로 높여줄 수 있다.
상기 기판(100C) 상에 배치되는 다수의 발광 소자나 발광 소자 패키지는 상기 그래핀 층(17)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 그래핀 층(17)은 30nm 내지 1㎛의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 그래핀 층(17)의 전극으로 활용되기 위해 라인 패턴으로 형성이 가능하다면, 상기 그래핀 층(17)의 두께는 30nm 이하가 될 수도 있다. 상기 그래핀 층(17)의 두께가 1㎛ 이상이 되면, 전기 전도도가 감소될 수 있다.
상기 그래핀 층(17)은 각각이 그래핀 기능을 갖는 다수의 층들을 포함할 수 있다.
상기 그래핀 층(17)에 포함된 단일 층의 두께는 2nm 내지 5nm일 수 있다. 따라서, 상기 그래핀 층(17)의 두께인 30nm 내지 1㎛에 적용되기 위해서는, 10층 내지 350층을 포함하는 그래핀 층이 형성될 수 있다.
도 5는 제5 실시예에 따른 기판을 도시한 단면도이다.
제5 실시예는 그래핀 층(17)이 그루브 영역에 형성되지 않고 금속층(15)의 상면에 형성되는 것을 제외하고는 제4 실시예와 거의 유사하다.
제5 실시예에서 제1 실시예 및 제4 실시예와 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 동일한 도면 부호가 부여되고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 제5 실시예에 따른 기판(100D)은 방열판(1), 상기 방열판(1) 상에 형성되는 절연층(3), 상기 절연층(3) 상에 형성되는 전극층(19)을 포함할 수 있다.
상기 전극층(19)은 금속층(15)과 그래핀 층(17)을 포함할 수 있다.
상기 그래핀 층(17)은 상기 금속층(15)의 상면에 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 그래핀 층(17)은 상기 금속층(15)의 상면으로부터 위로 돌출되도록 형성될 수 있다.
상기 그래핀 층(17)은 상기 금속층(15)의 전면에 형성되지 않고 상기 금속층(15)의 일부 영역에만 국부적으로 형성될 수 있다. 여기서, 일부 영역은 상기 발광 소자나 상기 발광 소자 패키지가 위치된 영역일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
상기 발광 소자나 상기 발광 소자 패키지에서 생성된 열은 상기 그래핀 층(17)을 통해 상기 금속층(15)으로 전달되고, 상기 금속층(15)의 전 영역으로 열이 퍼지는 한편 상기 방열판(1)으로 전달되어 외부로 방출되게 된다.
아울러, 상기 그래핀 층(17)은 상기 발광 소자나 상기 발광 소자 패키지에 전기적으로 연결되므로, 상기 그래핀 층(17)의 매우 우수한 전기 전도도로 인해 손실 없이 전원이 발광 소자나 발광 소자 패키지로 공급될 수 있다. 따라서, 저전압 구동이 가능하여 소비 전력이 줄어들 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6의 발광 소자 모듈을 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 모듈(200)은 기판(100)과 상기 기판(100) 상에 실장된 발광 소자 패키지(23)를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(23) 대신에 발광 소자가 상기 기판(100) 상에 실장될 수도 있다.
상기 기판(100)은 제1 내지 제5 실시예의 기판일 수 있다.
상기 기판(100)은 방열판(1), 절연층(3), 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b) 및 솔더 레지스트(solder resist)(6)를 포함할 수 있다.
상기 방열판(1), 상기 절연층(3) 및 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)은 제1 실시예의 기판(100)의 설명에서 용이하게 이해될 수 있다.
제1 실시예의 기판(100)에서는 절연층(3)의 전 영역에 그래핀 층(5)이 형성되고 있지만, 상기 그래핀 층(5)은 발광 소자 패키지(23)의 제1 및 제2 리드 전극(33a, 33b)에 전원을 공급해야 하므로 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)으로 분리되어야 한다. 이에 따라, 발광 소자 패키지(23)의 제1 리드 전극(33a)은 상기 제1 그래핀 층(5a)에 전기적으로 연결되고, 발광 소자 패키지(23)의 제2 리드 전극(33b)은 상기 제2 그래핀 층(5b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)은 서로 전기적으로 쇼트되지 않도록 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 솔더 레지스트(6)는 상기 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)을 외부이 이물질 등으로부터 보호해주는 역할을 한다.
상기 솔더 레지스트(6)는 상기 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b) 및 상기 절연층(3) 상에 형성될 수 있다.
상기 솔더 레지스트(6)는 상기 발광 소자 패키지(23)가 솔더 본딩에 의해 실장될 때 솔더가 접촉되는 영역이 오픈된 개구가 형성될 수 있다.
기본적으로 상기 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)은 상기 솔더 레지스트(6)로 덮여질 수 있고, 상기 개구에 한해 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)이 노출될 수 있다.
따라서, 상기 발광 소자 패키지(23)의 제1 및 제2 리드 전극(5a, 5b)은 솔더를 이용하여 상기 솔더 레지스트(6)의 개구를 통해 상기 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b) 각각에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 기판(100)의 일측에 커넥터(21)가 형성될 수 있다. 상기 커넥터(21)는 상기 기판(100)에 배치된 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 커넥터(21)는 전원에 연결된 또 다른 커넥터(미도시)와 결합될 수 있다. 이러한 결합에 의해 전원이 커넥터(21)와 상기 기판(100) 상의 제1 및 제2 그래핀 층(5a, 5b)을 통해 발광 소자 패키지(23)로 공급될 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(23)는 몸체(31), 제1 및 제2 리드 전극(33a, 33b), 발광 소자(37) 및 몰딩 부재(41)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(31)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(41)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티의 둘레에는 캐비티 바닥에 대해 경사진 면으로 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(33a) 및 상기 제2 리드전극(33b)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(31) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 리드전극(33a) 및 상기 제2 리드전극(33b)은 일부는 상기 캐비티 내부에 배치되고, 다른 부분은 상기 몸체(31)의 외부에 배치될 수 있다.
상기 제1 리드전극(33a) 및 제2 리드전극(33b)은 상기 발광 소자(37)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(37)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(37)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 리드 전극(33a, 33b)은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(37)는 상기 몸체(31) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(33a) 또는/및 제2 리드전극(33b) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(37)를 본딩 패드(35)를 이용하여 상기 제1 리드전극(33a) 또는/및 제2 리드전극(33b) 상에 부착될 수 있다.
상기 발광 소자(37)는 와이어(39)로 제2 리드전극(33b)과 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이러한 경우, 발광 소자(37)는 또한 상기 제1 리드전극(33a) 또는/및 제2 리드전극(33b)에 직접 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광 소자(37)는 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자를 포함하거나 백색 발광 소자일 수 있다.
도 6에서는 백색 발광 소자의 전기적인 연결 구조를 도시한 것이다.
상기 몰딩부재(41)는 상기 발광 소자(37)를 포위하여 상기 발광 소자(37)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(41)에는 형광체(43)가 포함되고, 이러한 형광체(43)에 의해 상기 발광 소자(37)에서 방출된 광의 파장이 변화될 수 있다.
한편, 적색 발광 소자가 실장된 제1 발광 소자 패키지(미도시), 녹색 발광 소자가 실장된 제2 발광 소자 패키지(미도시) 및 청색 발광 소자가 실장된 제3 발광 소자 패키지(미도시)가 기판(100)에 전기적으로 연결되기 위해서는 적어도 제1 내지 제4 그래핀 층(미도시)들이 기판(100)에 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 제4 그래핀 층은 상기 제1 내지 제3 발광 소자 패키지의 제2 리드 전극들에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제1 그래핀 층은 상기 제1 발광 소자 패키지의 제1 리드 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 그래핀 층은 상기 제2 발광 소자 패키지의 제1 리드 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 제3 드래핀 층은 상기 제3 발광 소자 패키지의 제1 리드 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 그래핀 층은 서로 간에 전기적으로 절연되도록 비어(via)를 이용한 다층 구조로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
1: 방열판
3: 절연층
5, 5a, 5b, 11, 17:그래핀 층
6: 솔더 레지스트
13: 지지 부재
15: 금속층
19: 전극층
21: 커넥터
23: 발광 소자 패키지
31: 패키지 몸체
33a, 33b: 리드 전극
35: 본딩층
37: 발광 소자
39: 와이어
41: 몰딩 부재
43: 형광체
100, 100A, 100B, 100C, 100D: 기판
200: 발광 소자 모듈

Claims (15)

  1. 방열판;
    상기 방열판 상에 배치된 그래핀 층; 및
    상기 방열판과 상기 그래핀 층 사이에 배치된 절연층을 포함하는 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 전극인 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 그래핀 층 사이에 배치된 금속층을 더 포함하는 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속층 및 상기 그래핀 층은 전극인 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 상면은 내부로 움푹 들어간 그루브 영역을 포함하고,
    상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 상기 그루브 영역에 배치되는 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 상기 금속층의 상면에 배치되는 기판.
  7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 30nm 내지 1㎛의 두께를 갖는 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 10층 내지 350층을 포함하는 기판.
  9. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 그래핀 층은 테이프나 시트인 기판.
  10. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판은 600㎛ 내지 1200㎛의 두께를 갖는 기판.
  11. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 에폭시 계열(epoxy-based), 폴리이미드 계열(polyimide-based) 및 산화 하프늄(HfO2) 중 하나를 포함하는 기판.
  12. 제1 그래핀 층;
    상기 제1 그래핀 상에 배치된 제2 그래핀 층; 및
    상기 제1 및 제2 그래핀 층 사이에 배치된 절연층을 포함하는 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 그래핀 층은 방열 기능을 가지고, 제2 그래핀 층은 전극인 기판.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 그래핀 층은 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가지고, 상기 제2 그래핀 층은 30nm 내지 1㎛의 두께를 갖는 기판.
  15. 제1항 내지 제6항 및 제12항 내지 14항의 어느 한 항에 의한 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판의 그래핀 층 또는 제2 그래핀 층에 전기적으로 연결된 발광 소자 패키지를 포함하는 발광 소자 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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