KR20140047855A - 발광소자 모듈 - Google Patents

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KR20140047855A
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Abstract

실시예는 적어도 하나의 홀이 형성된 기판; 및 상기 홀을 관통하여 배치되고, 상기 홀의 제1 방향과 제2 방향으로 빛을 방출하는 한 쌍의 발광소자 패키지를 포함하고, 상기 한 쌍의 발광소자 패키지는, 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임과, 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결되고 서로 다른 방향으로 배치된 한 쌍의 발광소자를 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.

Description

발광소자 모듈{LIGHT EMITTING DEVICE MODULE}
실시예는 발광소자 모듈에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 발광소자 패키지에는 발광소자에서 방출된 빛에 의하여 형광체가 여기되어 활성층에서 방출된 빛보다 장파장 영역의 빛을 방출할 수 있다.
발광소자 패키지는 발광소자에 연결된 리드 프레임을 통하여 전류가 공급되며, 발광소자로부터 방출된 빛이 형광체에 의하여 여기되어 파장이 변화될 수 있다. 그리고, 회로기판에 발광소자 패키지가 배치되고, 발광소자의 주변에는 반사컵 등이 형성되어, 발광소자로부터 방출된 빛은 주로 한 방향으로 전달된다.
도 1 및 도 2은 종래의 발광소자 모듈을 나타낸 도면이며, 양 방향으로 빛이 전달되는 발광소자 모듈을 나타내고 있다.
도시된 발광소자 모듈은 기판(10)의 양 방향에 각각 발광소자 패키지(20a, 20b, 30a, 30b)가 배치되고 있다. 도 1에서는 반사컵 내에 발광소자가 배치된 형상의 발광소자 패키지가, 도 2에서는 플랫한 기판(10)에 배치된 발광소자의 주변에 렌즈가 배치된 발광소자 패키지가 도시되고 있다.
도 2의 발광소자 모듈은 도 1의 발광소자 모듈에 비하여 하나의 발광소자 패키지에서 방출되는 빛이 전달되는 영역은 넓을 수 있으나, 서로 반대의 양방향으로 빛이 주로 전달되는 점에서 유사하다.
그러나, 상술한 종래의 양방향 발광소자 모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 양방향 발광소자 모듈은 기판의 양면에 발광소자 패키지가 배치되므로, 회로기판의 2개의 면에 각각 회로패턴이 구성되어야 하며, 각각의 발광소자 패키지의 리드 프레임이 상술한 회로기판의 양면의 회로 패턴에 각각 전기적으로 접촉하여야 한다.
이러한 구성은 회로기판의 비용 및 두께가 증가하고, 리드 프레임의 두께에 의하여 발광소자 모듈의 자체가 증가할 수 있다.
실시예는 발광소자 모듈의 회로기판의 두께와 비용을 줄이고자 한다.
실시예는 적어도 하나의 홀이 형성된 기판; 및 상기 홀을 관통하여 배치되고, 상기 홀의 제1 방향과 제2 방향으로 빛을 방출하는 한 쌍의 발광소자 패키지를 포함하고, 상기 한 쌍의 발광소자 패키지는, 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임과, 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결되고 서로 다른 방향으로 배치된 한 쌍의 발광소자를 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.
발광소자 패키지는 적어도 2개 이상 배치되고, 인접한 상기 발광소자 패키지 간의 피치(pitch)는 상기 발광소자 패키지의 폭의 1.4 배 내지 1.6 배일 수 있다.
각각의 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임은 상기 기판과 적어도 500 마이크로 미터의 폭만큼 접촉할 수 있다.
제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임은 도전성 접착제를 통하여 상기 기판과 접촉할 수 있다.
발광소자 패키지는 패키지 몸체에 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되고, 상기 패키지 몸체로부터 상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 돌출되어 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임은 상기 패키지 몸체의 서로 다른 방향으로 돌출되어 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 상기 기판과 접촉하는 폭은, 상기 패키지 몸체로부터 상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 돌출되는 거리보다 좁을 수 있다.
발광소자 패키지는 패키지 몸체에 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되고, 상기 패키지 몸체의 외주면은 상기 홀의 내측면과 동일한 형상일 수 있다.
패키지 몸체는 상기 홀의 내측면으로부터 100 마이크로 미터 이내로 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임 또는 제2 리드 프레임으로부터 하나의 방향에 배치된 발광소자 방향의 패키지 몸체의 최고점까지의 높이는, 다른 방향에 배치된 발광소자 방향의 패키지 몸체의 높이의 1.1배 내지 1.3 배일 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 모듈은 하나의 도전성 패턴이 배치된 기판을 사용하여 기판의 비용 및 두께가 감소하고, 서로 다른 방향으로 배치되는 발광소자 패키지 한 쌍이 리드 프레임을 공유하여 리드 프레임의 비용 감소 및 발광소자 모듈 전체의 두께가 감소할 수 있다.
도 1 및 도 2은 종래의 발광소자 모듈을 나타낸 도면이고,
도 3a는 발광소자 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3b는 도 3의 발광소자 모듈의 발광소자 패키지를 상세히 나타낸 도면이고,
도 3c는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3d는 도 2의 발광소자 패키지의 평면도이고,
도 3e는 도 3a의 발광소자 모듈의 분해 상태를 나타낸 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 도 3a의 발광소자 모듈의 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 도 3b의 발광소자 패키지에 실장되는 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자가 배치된 백라이트 유닛의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광 소자가 배치된 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 3a는 발광소자 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3의 발광소자 모듈의 발광소자 패키지를 상세히 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 모듈(200)은 적어도 하나의 홀이 형성된 기판(280)과, 홀을 관통하여 배치되는 복수 개의 발광소자 패키지 쌍(pair)을 포함하여 이루어진다.
기판(280)은 PCB(printed circuit board)이나, 메탈(metal) PCB 또는 FR-4 등 제1,2 리드 프레임(221, 222)을 통하여 발광소자(240a, 240b)에 전류를 공급할 수 있는 기판이 사용되며, 기판(280)에는 구리(Cu) 등의 도전성 패턴이 한 층으로만 형성될 수 있다.
홀에는 발광소자 패키지가 삽입될 수 있는데, 발광소자 패키지의 패키지 몸체(210)의 형상에 따라 사각형 또는 원형 등으로 기판(280)을 관통하여 홀이 형성될 수 있다. 즉, 패키지 몸체(210)의 외주면은 홀의 내측면과 동일한 형상일 수 있다.
기판(280)의 일측면에 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임(221, 222)이 배치되는데, 도 3b에 도시된 바와 같이 도전성 접착제(270)를 통하여 기판(280)이 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 접촉할 수 있다. 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)이 접촉하는 방향의 기판(280)에는 도전성 패턴이 노출되어 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)의 일부가 기판(280)의 일면에 접촉하며 걸쳐지는 형상으로 배치되고, 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)의 양 방향(도 3a에서 제1 방향과 제2 방향)에 각각 발광소자(100a, 100b)가 배치되어, 제1 방향과 제2 방향으로 각각 빛을 방출할 수 있다.
각각의 발광소자(100a, 100b)는 제1 리드 프레임(221)의 서로 반대 방향의 면에 각각 도전성 접착제(230a, 230b)를 통하여 전기적으로 접촉하며 배치될 수 있고, 와이어(240a, 240b)를 통하여 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 하나의 발광소자 패키지 내에 배치된 각각의 발광소자(100a, 100b)는 제1 리드 프레임(221)을 사이에 두고 서로 대칭인 위치에 배치되며, 크기도 대칭일 수 있다. 기타 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)에 대하여 기판(210)의 형상과 와이어(240a, 240b)의 배치도 대칭일 수 있다.
패키지 몸체(210)는 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222) 등을 고정하고, 발광소자(100a, 100b)의 주변에 캐비티를 형성하여 각각의 발광소자(100a, 100b)로부터 방출되는 빛의 지향각을 조절할 수 있다. 패키지 몸체(210)의 내부에 형성되는 캐비티에는 몰딩부(250)가 채워지는데, 몰딩부(250)는 형광체(260)를 포함하는 수지(resin)으로 이루어질 수 있다.
상술한 수지(resin)는 실리콘 수지나 에폭시 수지 등 투광성 수지로 이루어지고, 형광체(260)은 발광소자(100a, 100b)로부터 방출되는 제1 파장 영역의 광을 보다 장파장인 제2 파장 영역의 광으로 변환시킬 수 있다.
상술한 구조는 홀을 관통하여 복수 개의 발광소자 패키지가 배치되고, 홀 또는 기판(280)을 기준으로 하여 제1 방향과 제2 방향으로 각각의 발광소자 패키지 내에 배치된 발광소자(100a, 100b)가 빛을 방출할 수 있다.
상술한 발광소자 모듈은 백라이트 유닛(backlight unit)의 광원 등으로 사용될 수 있으므로, 적어도 2개 이상 배치될 수 있다. 도 3a에서 2개의 발광소자 패키지가 배치되고 있는데, 각각의 발광소자 패키지는 동일한 형상일 수 있으며, 인접한 상기 발광소자 패키지 간의 피치(P, pitch)는 상기 발광소자 패키지의 폭(WP)의 1.4 배 내지 1.6 배일 수 있다.
여기서, 상술한 피치(P)는 각각의 발광소자 패키지의 중심(C1, C2) 사이의 거리일 수 있는데, 상술한 발광소자 패키지의 중심(C1, C2)은 각각의 발광소자 패키지가 대칭 구조일 경우(리드 프레임의 배치는 비대칭일 수 있다) 기하학적인 중앙을 뜻하고, 비대칭 구조일 경우 발광소자(10a, 100b)의 발광면의 중심을 뜻할 수 있다.
그리고, 상술한 발광소자 패키지의 폭(WP)은 도시된 바와 같이 제1 리드 프레임(221)의 한쪽 끝으로부터 제2 리드 프레인(222)의 한쪽 끝까지의 거리일 수 있다.
본 실시예에서 발광소자 패키지가 홀에 삽입되며, 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 기판(280)에 접착하며 발광소자 패키지가 기판(280)에 고정될 수 있다. 이때, 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 각각 기판(280)과 접촉하는 폭(W)은 적어도 500 마이크로 미터일 수 있는데, 상술한 폭(W)이 너무 좁으면 기판(280)과 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)의 결합 내지 접촉이 불안정할 수 있다.
도시된 바와 같이 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)은 서로 다른 방향으로 돌출되고 있는데, 도 3d에 도시된 바와 같이 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있으며, 여기서 돌출된다 함은 패키지 몸체(210)으로부터 돌출됨을 뜻한다.
도 3b에서 홀에 삽입된 발광소자 패키지에서 아랫 방향으로 배치된 패키지 몸체(210)는 홀의 테두리를 이루는 기판(280)과 기설정된 간격만큼 이격될 수 있는데, 상술한 이격된 거리(d)는 100 마이크로 미터 이내일 수 있다. 상술한 거리(d)가 너무 크면 발광소자 패키지의 패키지 몸체(210)의 고정이 불안정할 수 있다.
상술한 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 각각 기판(280)과 접촉하는 폭(W)은, 패키지 몸체(210)로부터 상기 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 돌출되는 거리보다 작을 수 있는데, 상술한 바와 같이 패키지 몸체(210)가 홀의 테두리를 이루는 기판(280)과 완전히 면접하지 않고 소정 거리(d) 만큼 이격될 수 있기 때문이다.
본 실시예에서 2개의 발광소자 패키지가 동일한 제1,2 리드 프레임(221, 222)를 공통으로 사용하는 것으로 가정하면, 제1 리드 프레임(221) 또는 제2 리드 프레임(222)으로부터 하나의 방향에 배치된 발광소자(100a) 방향의 패키지 몸체(210)의 최고점까지의 높이(H1)는, 다른 방향에 배치된 발광소자(100b) 방향의 패키지 몸체(210)의 높이(H2)의 1.1배 내지 1.3 배일 수 있다.
즉, 상술한 높이(H1)는 제1 리드 프레임(221) 또는 제2 리드 프레임(222)의 두께를 포함하므로 다른 높이(H2)보다 두꺼울 수 있다.
상술한 발광 소자 모듈은 하나의 도전성 패턴이 배치된 기판을 사용하여 기판의 비용 및 두께가 감소하고, 서로 다른 방향으로 배치되는 발광소자 패키지 한 쌍이 리드 프레임을 공유하여 리드 프레임의 비용 감소 및 발광소자 모듈 전체의 두께가 감소할 수 있다.
도 3c는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 도 3a 및 도 3b에 배치된 발광소자 패키지와 유사하나, 패키지 몸체(210)가 이루는 캐비티의 내부에 배치된 몰딩부(250)의 윗면이 플랫하지 않고 옴폭하게 파인 형상을 이루고 있다.
도 3d는 도 2의 발광소자 패키지의 평면도이며, 이해의 편의를 위하여 몰딩부(250)와 형광체(260)를 생략하고 도시하였다.
패키지 몸체의 일부가 4개의 경사면(211,212,213,214)과 바닥면(215)을 이루며 캐비티를 이루고 있고, 캐비티의 바닥면(215)에는 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 노출되고 있다. 제1 리드 프레임(221)이 제2 리드 프레임(222)보다 더 길게 바닥면(215)에서 노출되고 있으며, 노출된 제1 리드 프레임(221) 상에 발광소자(100)가 배치되며, 발광소자(100)는 제2 리드 프레임(222)과 와이어 본딩되고 있다.
도 3d에서 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 서로 다른 방향의 경사면(211, 212) 방향의 패키지 몸체의 바깥으로 돌출되고 있다. 제1 리드 프레임(221)과 제2 리드 프레임(222)이 각각 1개의 방향으로만 노출되면 전술한 바와같이 기판에 고정될 수 있으며, 3개 또는 4개의 방향으로 노출될 수도 있다.
도 3e는 발광소자 모듈의 분해 상태를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 기판(280)에 복수 개의 홀이 형성되고, 각각의 홀에 대응하여 하나의 발광소자 패키지가 삽입될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a의 발광소자 모듈의 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3a의 발광소자 패키지에서 상술한 캐비티 내에 형성된 몰딩부(250) 내에 형광체(260)가 배치되나, 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서는 형광체가 일정 두께로 코팅되어 형광체층(290a, 290b)을 이룰 수 있다.
도 4a에 도시된 실시예에서 각각의 발광소자(100a, 100b)에 형광체층(290a, 290b)이 컨포멀 코팅층(conformal coating layer)의 형식으로 배치되고 있으며, 도 4b에 도시된 실시예에서는 몰딩부(250)의 표면에 각각 형광체층(290a, 290b)이 배치되고 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 3b의 발광소자 패키지에 실장되는 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이다.
발광소자(100)는 기판(110)에 버퍼층(115)과 발광구조물(120)이 배치된다.
기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
버퍼층(115)은, 기판(110)과 발광구조물(120) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(115)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, AlN 외에 AlAs, GaN, InN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
사파이어 등으로 기판(110)을 형성하고, 기판(110) 상에 GaN이나 AlGaN을 포함하는 발광구조물(120)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, 버퍼층(115)으로 AlN을 사용할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 버퍼층(115)과 발광구조물(120)의 사이에는 언도프드 GaN층이나 AlGaN층이 배치되어, 발광구조물(120) 내로 상술한 전위 등이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 버퍼층(115) 내에서도 전위가 차단되어 고품질/고결정성의 버퍼층의 성장이 가능하다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 구조물(120) 상에는 투명 도전층(130)이 배치되어 제2 전극(146)으로부터 제2 도전형 반도체층(126)으로 넓은 면적에 고르게 전류가 공급되게 할 수 있다.
기판(110)이 절연성 기판일 경우 제1 도전형 반도체층(122)에 전류를 공급하기 위하여, 투명 도전층(130)으로부터 제1 도전형 반도체층(122)의 일부까지 메사 식각되어 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 노출될 수 있다.
노출된 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(142)이 배치되고, 투명 도전층(130) 상에 제2 전극(146)이 배치될 수 있다. 투명 도전층(130)의 표면은 플랫하게 형성되거나, 도시된 바와 같이 표면에 요철이 형성될 수 있는데 이때에도 제2 전극(146)이 배치되는 영역의 투명 도전층(130)은 플랫할 수 있다.
도 5b는 수직형 발광소자를 도시하고 있는 점에서 수평형 발광소자를 도시하고 있는 도 5a의 발광소자와 상이하다.
도 5b에서 발광 구조물(120)의 조성과 제1 전극(142)의 조성은 도 5a에 도시된 실시예와 동일할 수 있다. 발광구조물(120)의 제2 도전형 반도체층(126)에는 제2 전극이 배치되어야 하는데, 도 5b에서 하부에 도시된 오믹층(150)과 반사층(160)과 접합층(170) 및 도전성 지지기판(180)이 제2 전극으로 작용할 수 있다.
오믹층(150)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(150)은 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
반사층(160)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다.반사층(160)은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 반도체 소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
도전성 지지기판(metal support, 180)은 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 반도체 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
도전성 지지기판(180)은 금속 또는 반도체 물질등으로 형성될 수 있다. 또한 전기전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(180)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
접합층(170)은 반사층(160)과 도전성 지지기판(180)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)의 표면이 플랫하게 도시되나, 도 5a에 도시된 실시예와 같이 표면에 요철이 형성되어 광추출 효과를 향상시킬 수 있다.
도 6은 발광소자가 배치된 백라이트 유닛의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 백라이트 유닛에서 도광판(300)과 발광소자 모듈(200) 만을 간략히 도시하고 있으며, 직하형의 백라이트 유닛에 사용될 수 있다. 즉, 상술한 구조의 발광소자 모듈(200)이 도광판(300)의 중앙에 배치되어 양 방향으로 빛을 방출할 수 있으며, 기판이 도광판의 일부에 삽입되어 고정될 수 있다.
또한, 백라이트 유닛 내의 발광 소자 모듈은 상술한 바와 같이 기판의 비용 및 두께가 감소하고, 리드 프레임의 두께가 감소하고 발광소자 모듈 전체의 두께가 감소할 수 있다.
도광판(300)은 발광소자 모듈(200)에서 양방향으로 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치 등의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(300)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
도 7은 발광소자 모듈을 포함하는 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 헤드 램프(400)는 상술한 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 발광소자 모듈(401)에서 빛이 양 방향으로 배치될 수 있으므로, 차체 전방으로는 발광소자 모듈(401)에서 직접 방출된 빛과 반사된 빛이 모두 진행할 수 있으므로 광속이 증가할 수 있다.
본 실시예에 헤드 램프 내의 발광 소자 모듈은 상술한 바와 같이 기판의 비용 및 두께가 감소하고, 리드 프레임의 두께가 감소하고 발광소자 모듈 전체의 두께가 감소할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 280: 기판
20a, 20b, 30a, 30b: 발광소자 패키지
100: 발광소자 110: 기판
115: 버퍼층 120: 발광 구조물
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
126: 제2 도전형 반도체층 130: 투명 도전층
142: 제1 전극 146: 제2 전극
150: 오믹층 160: 반사층
170: 접합층 180: 도전성 지지기판
190: 패시베이션층 200: 발광소자 모듈
210: 패키지 몸체 221: 제1 리드 프레임
222: 제2 리드 프레임 230a, 230b, 720: 도전성 접착제
240a, 240b: 와이어 250: 몰딩부
260: 형광체 290a, 290b: 형광체층
400 : 헤드 램프

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 홀이 형성된 기판; 및
    상기 홀을 관통하여 배치되고, 상기 홀의 제1 방향과 제2 방향으로 빛을 방출하는 한 쌍의 발광소자 패키지를 포함하고,
    상기 한 쌍의 발광소자 패키지는, 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임과, 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결되고 서로 다른 방향으로 배치된 한 쌍의 발광소자를 포함하는 발광소자 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지는 적어도 2개 이상 배치되고, 인접한 상기 발광소자 패키지 간의 피치(pitch)는 상기 발광소자 패키지의 폭의 1.4 배 내지 1.6 배인 발광소자 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    각각의 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임은 상기 기판과 적어도 500 마이크로 미터의 폭만큼 접촉하는 발광소자 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임은 도전성 접착제를 통하여 상기 기판과 접촉하는 발광소자 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지는 패키지 몸체에 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되고, 상기 패키지 몸체로부터 상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 돌출되어 배치되는 발광소자 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임은 상기 패키지 몸체의 서로 다른 방향으로 돌출되어 배치되는 발광소자 모듈.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 상기 기판과 접촉하는 폭은, 상기 패키지 몸체로부터 상기 제1 리드 프레임 및/또는 제2 리드 프레임이 돌출되는 거리보다 좁은 발광소자 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지는 패키지 몸체에 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임이 고정되고, 상기 패키지 몸체의 외주면은 상기 홀의 내측면과 동일한 형상인 발광소자 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 상기 홀의 내측면으로부터 100 마이크로 미터 이내로 배치되는 발광소자 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임 또는 제2 리드 프레임으로부터 하나의 방향에 배치된 발광소자 방향의 패키지 몸체의 최고점까지의 높이는, 다른 방향에 배치된 발광소자 방향의 패키지 몸체의 높이의 1.1배 내지 1.3 배인 발광소자 모듈.
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