KR20170104031A - 패키지 기판 및 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 형태에 따른 패키지 기판은, 복수의 실장 영역, 및 상기 복수의 실장 영역 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 단위 발광 영역을 갖는 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 일면에 마련되며, 상기 복수의 실장 영역에서 복수의 발광소자와 연결되는 복수의 제1 회로 패턴, 상기 복수의 단위 발광 영역에 연결되는 복수의 제2 회로 패턴, 및 서로 다른 상기 단위 발광 영역에 각각 연결되는 상기 제2 회로 패턴들을 서로 전기적으로 연결하거나, 상기 제1 회로 패턴과 상기 제2 회로 패턴을 서로 전기적으로 연결하는 와이어를 포함한다.
Description
본 발명은 패키지 기판 및 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 등의 소자를 포함하며, 낮은 소비 전력, 높은 휘도, 긴 수명 등의 여러 장점을 가지고 있어 광원으로 그 사용 영역을 점점 넓혀가고 있다. 발광소자는 다양한 분야에 광원으로 적용되며, 최근에는 백라이트 유닛, 조명 장치와 같은 일반적인 발광 장치 이외에도 발광소자를 적용할 수 있는 다양한 응용 분야가 연구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 기판에 마련되는 복수의 실장 영역 및 복수의 연결 라인을 형성하고, 복수의 연결 라인 중 적어도 하나를 다른 연결 라인, 또는 실장 영역과 와이어를 통해 선택적으로 연결함으로써 다양한 동작 조건에 대응할 수 있는 패키지 기판 및 발광소자 패키지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 패키지 기판은, 복수의 실장 영역, 및 상기 복수의 실장 영역 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 단위 발광 영역을 갖는 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 일면에 마련되며, 상기 복수의 실장 영역에서 복수의 발광소자와 연결되는 복수의 제1 회로 패턴, 상기 복수의 단위 발광 영역에 연결되는 복수의 제2 회로 패턴, 및 서로 다른 상기 단위 발광 영역에 각각 연결되는 상기 제2 회로 패턴들을 서로 전기적으로 연결하거나, 상기 제1 회로 패턴과 상기 제2 회로 패턴을 서로 전기적으로 연결하는 와이어를 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는, 복수의 발광소자, 및 상기 복수의 발광소자 각각에 연결되는 복수의 실장 영역에 의해 제공되는 복수의 단위 발광 영역과, 상기 복수의 단위 발광 영역 중 적어도 일부와 전기적으로 연결되는 복수의 연결 라인, 및 상기 복수의 연결 라인 중 적어도 하나를 상기 복수의 실장 영역 및 다른 상기 연결 라인 중 적어도 하나와 전기적으로 연결하는 와이어를 갖는 패키지 기판을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판은, 베이스 기판의 일면에 형성되는 복수의 실장 영역 및 복수의 연결 라인을 포함하며, 복수의 연결 라인 중 적어도 하나는, 다른 연결 라인 또는 실장 영역 등과 와이어를 통해 선택적으로 연결 또는 분리될 수 있다. 따라서, 패키지 기판에 실장되는 발광소자의 연결 구조를 변경할 수 있으며, 패키지 기판의 재설계 없이 다양한 동작 조건에 맞는 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
도 11 내지 도 13은 도 8 내지 도 10에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 채용될 수 있는 발광소자를 나타낸 도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지로 구현할 수 있는 백색 광원 모듈을 간단하게 나타내는 도이다.
도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시한 백색 광원 모듈의 동작을 설명하기 위해 제공되는 CIE 1931 좌표계이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지에 적용될 수 있는 파장 변환 물질을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용될 수 있는 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
도 11 내지 도 13은 도 8 내지 도 10에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 채용될 수 있는 발광소자를 나타낸 도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지로 구현할 수 있는 백색 광원 모듈을 간단하게 나타내는 도이다.
도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시한 백색 광원 모듈의 동작을 설명하기 위해 제공되는 CIE 1931 좌표계이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지에 적용될 수 있는 파장 변환 물질을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용될 수 있는 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(기판) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 내용은 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 COB(Chip On Board) 형태의 패키지일 수 있다. 발광소자 패키지(1)는 복수의 발광소자(2) 및 발광소자(2)가 실장되는 패키지 기판(4)을 포함할 수 있다. 발광소자(2)는, 패키지 기판(4)에 형성된 캐비티(5) 내에 정의되는 발광 영역(3)에 배치될 수 있다. 한편, 패키지 기판(4)에는 발광소자 패키지(1)를 외부 모듈에 고정하기 위한 고정부(6)가 하나 이상 마련될 수 있다.
발광소자(2)는 와이어 본딩 또는 플립칩(Flip Chip) 본딩 등의 방식에 의해 패키지 기판(4)에 마련된 회로 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어 본딩을 이용하는 경우, 발광소자(2)는 에피 업(Epi-up) 구조를 가질 수 있다. 와이어 본딩을 이용하는 경우에는 발광소자(2) 사이의 직/병렬 연결 구조를 자유롭게 변경할 수 있다. 따라서 발광소자 패키지(1)를 적용하고자 하는 장치의 스펙이 변경되는 경우에도 패키지 기판(4) 자체를 재설계할 필요없이 와이어 본딩만을 바꿔서 대응할 수 있다.
한편, 플립칩 본딩을 이용하는 경우, 와이어 본딩을 이용하는 경우에 비해 상대적으로 높은 광출력을 갖는 발광소자(2)를 이용하여 발광소자 패키지(1)를 구현할 수 있다. 또한, 와이어 본딩에 비해 상대적으로 우수한 방열 효율을 갖는 발광소자 패키지(1) 구현할 수 있다. 반면, 플립칩 본딩을 이용하는 경우에는, 발광소자 패키지(1)를 적용하고자 하는 장치의 스펙이 변경될 때, 패키지 기판(4)에 대한 설계 변경이 수반될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 발광소자 패키지(1)가 적용되는 장치의 스펙 변경에 대응하여 발광소자(1)의 직/병렬 연결을 변경할 수 있으면서, 동시에 플립칩 본딩으로 발광소자(1)를 실장할 수 있는 패키지 기판(4)을 제공한다. 이하, 도 2 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그에 적용될 수 있는 패키지 기판을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패키지 기판(100)은, 베이스 기판(105), 베이스 기판(105)의 일면에 마련되는 복수의 단위 발광 영역(110), 복수의 제1 및 제2 회로 패턴(120, 130) 등을 포함할 수 있다. 베이스 기판(105)의 일면에는 외부의 전원 공급 모듈과 연결되어 전원 전압을 공급받는 전원 패드(A, B) 및 전원 패드(A, B)에 공급된 전원 전압을 제1 및 제2 회로 패턴(120, 130)에 전달하기 위한 전원 패턴(101, 102) 등이 마련될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전원 패드(A)를 통해 구동 전압이 인가되고, 제2 전원 패드(B)를 통해 접지 전압이 인가될 수 있다.
복수의 단위 발광 영역(110) 각각은, 복수의 실장 영역(111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에서, 실장 영역(111, 112, 113)은 서로 분리된 제1 회로 패턴(120)을 갖는 영역일 수 있다. 실장 영역(111, 112, 113) 내에 배치된 제1 회로 패턴(120)은, 실장 영역(111, 112, 113) 상에 마련되는 발광소자의 전극과 연결될 수 있다. 일 실시에에서, 제1 회로 패턴(120)은 솔더 범프 등을 이용한 플립칩(Flip Chip) 본딩에 의해 실장 영역(111, 112, 113)에서 발광소자의 전극과 연결될 수 있다. 제1 회로 패턴(120) 중 적어도 일부는 전원 패턴(101, 102)과 연결될 수 있다.
복수의 단위 발광 영역(110) 각각에 포함되는 실장 영역(111, 112, 113)의 개수에 의해 각 단위 발광 영역(110)에 포함되는 발광소자의 개수가 정의될 수 있다. 하나의 실장 영역(111, 112, 113)에는 하나의 발광소자가 배치될 수 있으며, 따라서 도 2에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100)에서, 단위 발광 영역(110)에는 3개의 발광소자가 배치될 수 있다. 한편, 복수의 단위 발광 영역(110)은 서로 동일한 형상을 가지며, 서로 동일한 개수의 실장 영역(111, 112, 113)을 갖는 것으로 도시하였으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
제2 회로 패턴(130)은 단위 발광 영역(110) 사이에 배치될 수 있다. 제2 회로 패턴(130)은 제1 회로 패턴(120)보다 상대적으로 작은 폭을 가질 수 있다. 제2 회로 패턴(130) 중 적어도 일부는 단위 발광 영역(110) 사이에서 실장 영역(111, 112, 113)의 폭보다 길게 연장될 수 있다. 제2 회로 패턴(130)은 제1 회로 패턴(120)과 마찬가지로 금속 등의 도전성 물질로 형성될 수 있다.
제2 회로 패턴(130)에는 선택적 연결용 패드(131)가 마련될 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에서는 선택적 연결용 패드(131)가 제2 회로 패턴(130)의 일단에 마련되는 것으로 도시하였으나, 제2 회로 패턴(130)의 일단이 아닌 다른 영역에도 선택적 연결용 패드(131)가 추가로 형성될 수 있다. 선택적 연결용 패드(131)는 발광소자 패키지 제조 공정에서 추가되는 와이어와 결합될 수 있으며, 선택적 연결용 패드(131)에 연결된 와이어에 의해 제2 회로 패턴(130)이 제1 회로 패턴(120) 또는 다른 제2 회로 패턴(130)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 패키지 기판(100)에는, 발광소자 패키지 제조 공정에서 와이어가 추가적으로 연결될 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100)의 실장 영역(111, 112, 113)에 복수의 발광소자를 배치하고, 와이어를 이용하여 제1 및 제2 회로 패턴(120, 130) 중 적어도 일부를 서로 연결함으로써 발광소자 패키지를 구현할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
우선 도 3을 참조하면, 복수의 와이어(141, 142)에 의해 제2 회로 패턴(130)이 제1 회로 패턴(120)과 연결될 수 있다. 와이어(141, 142)는 제2 회로 패턴(130)의 일단에 형성된 선택적 연결용 패드(131)로부터 연장되어 전원 라인(101, 102)에 직접 연결되는 제1 회로 패턴(120)과 연결될 수 있다. 와이어(141, 142)는 도전성을 가진 선 형태의 구조물로서, 구리(Cu) 등으로 형성되는 일반적인 와이어 외에 칩 저항기 또는 솔더 범프가 연장되어 구현될 수도 있다.
제1 전원 패드(A)를 통해 구동 전압이 공급되고, 제2 전원 패드(B)를 통해 접지 전압이 공급되는 경우를 가정하면, 도 3에 도시한 실시예에서 복수의 단위 발광 영역(110) 각각은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 하나의 단위 발광 영역(110)에는 3개의 실장 영역(111, 112, 113)이 마련되며, 각 실장 영역(111, 112, 113)에는 발광소자가 하나씩 실장될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시한 패키지 기판(100A)에 의해, 3개의 발광소자가 직렬로 연결된 발광소자 스트링 복수개가 서로 병렬로 연결되는 회로 구조가 제공될 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 도 3에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 5를 참조하면, 서로 직렬로 연결되는 3개의 발광소자를 갖는 발광소자 스트링(150) 12개가 전원 패드(A, B) 사이에서 서로 병렬로 연결될 수 있다. 도 3에 도시한 패키지 기판(100A)을 참조하면, 상부에 6개, 하부에 6개로 총 12개의 단위 발광 영역(110)이 제공되며, 각 단위 발광 영역(110)은 서로 직렬로 연결되는 3개의 실장 영역(111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 즉, 단위 발광 영역(110) 하나가 도 5에 도시한 발광소자 스트링(150) 하나에 대응할 수 있다.
도 3에 도시한 패키지 기판(100A)에 형성되는 제2 회로 패턴(130) 및 와이어(141, 142)에 의해, 단위 발광 영역(110) 각각은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 패키지 기판(100A)의 실장 영역(111, 112, 113)에 발광소자를 연결하면, 도 5에 도시한 바와 같이 서로 직렬로 연결된 3개의 발광소자를 갖는 발광소자 스트링(150) 12개가 서로 병렬로 연결되는 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
다음으로 도 4에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100B)은 도 3에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100A)과 다른 연결 형태의 와이어(143)를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 와이어(143)는 복수의 단위 발광 영역(110) 사이에서 제2 회로 패턴(130)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 하나의 와이어(143)에 의해 서로 연결되는 제2 회로 패턴(130) 각각은, 서로 다른 단위 발광 영역(110)에 연결될 수 있다.
와이어(143)에 의해 연결되는 단위 발광 영역(110)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시한 패키지 기판(100B)에 의해 제공되는 발광소자 패키지는, 도 3에 도시한 패키지 기판(100A)에 의해 제공되는 발광소자 패키지와 서로 다른 연결 구조를 가질 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 도 4에 도시한 패키지 기판으로 제공되는 발광소자의 연결 구조를 나타낸 회로도이다.
도 6을 참조하면, 하나의 발광소자 스트링(160)은 서로 직렬로 연결된 6개의 발광소자를 포함하며, 총 6개의 발광소자 스트링(160)이 서로 병렬로 연결될 수 있다. 발광소자 스트링(160)은 전원 패드(A, B)를 통해 구동 전압을 공급받아 동작할 수 있다.
도 3에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100A)에서는 제1 전원 패드(A)를 통해 공급되는 전류가 단위 발광 영역(110) - 제2 회로 패턴(130) - 와이어(142)를 거쳐서 제2 전원 패드(B)로 전달되거나, 와이어(141) - 제2 회로 패턴(130) - 단위 발광 영역(110)을 거쳐서 제2 전원 패드(B)로 전달될 수 있다. 반면, 도 4에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100B)에서는 제1 전원 패드(A)를 통해 공급되는 전류가, 단위 발광 영역(110) - 와이어(143) - 단위 발광 영역(110)을 거쳐서 제2 전원 패드(B)로 전달될 수 있다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 도 4에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(100B)에서는, 2개의 단위 발광 영역(110)이 와이어(143)에 의해 서로 직렬로 연결될 수 있다.
결과적으로, 도 6에 도시한 회로도와 같이, 하나의 발광소자 스트링(160)은 직렬로 연결되는 6개의 발광소자를 포함할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시한 패키지 기판(100B)은, 도 3에 도시한 패키지 기판(100A)보다 더 높은 구동 전압에 의해 동작하는 발광소자 패키지에 적용될 수 있다. 또는, 전원 패드(A, B) 사이의 전압차가 동일한 경우, 도 3에 도시한 패키지 기판(100A)에 실장되는 개별 발광소자의 포워드 전압이, 도 4에 도시한 패키지 기판(100B)에 실장되는 개별 발광소자의 포워드 전압보다 클 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 기판를 나타낸 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패키지 기판(200)은 전원 전압을 공급받기 위한 전원 패드(C, D)와 전원 라인(201, 202), 복수의 단위 발광 영역(210), 제1 및 제2 회로 패턴(220, 230) 등을 포함할 수 있다. 복수의 단위 발광 영역(210)은 발광소자가 실장될 수 있는 실장 영역(211, 212, 213)을 포함할 수 있다. 도 7에 도시한 실시예에서는 하나의 단위 발광 영역(210)에 3개의 실장 영역(211, 212, 213)이 포함되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 7에 도시한 실시예에서는, 적어도 일부의 단위 발광 영역(210)이 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 도 7을 참조하면, 가운데에 위치한 단위 발광 영역(210)은 3개의 실장 영역(211, 212, 213)이 상하로 연결되는 직사각형 형상을 갖는 반면, 다른 단위 발광 영역(210)은 이와 다른 형상을 가질 수 있다. 특히, 일부 단위 발광 영역(210)에 포함되는 3개의 실장 영역(211, 212, 213) 중 적어도 일부는, 제1 회로 패턴(220)이 아닌 제2 회로 패턴(230)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 회로 패턴(230)은 실장 영역(211, 212, 213)을 서로 연결하거나 또는 단위 발광 영역(210)을 서로 연결하기 위해 마련되는 회로 패턴으로서, 제1 회로 패턴(220)보다 좁은 폭을 가질 수 있다. 한편, 제2 회로 패턴(230) 중 적어도 일부는, 도 7에 도시한 바와 같이 단위 발광 영역(210) 사이에 배치되어 실장 영역(211, 212, 213)의 폭보다 길게 연장될 수 있다.
도 3에 도시한 패키지 기판(100)과 유사하게, 도 7에 도시한 실시예에서 실장 영역(211, 212, 213)은 서로 분리된 제1 회로 패턴(220)을 갖는 영역으로 정의될 수 있다. 실장 영역(211, 212, 213) 내에서 제1 회로 패턴(220)은 발광소자와 전기적으로 연결되며, 일 실시예로 플립칩 본딩에 의해 발광소자의 전극과 제1 회로 패턴(220)이 연결될 수 있다. 한편, 실장 영역(211, 212, 213)을 제공하는 제1 회로 패턴(220) 중 적어도 일부는, 전원 라인(201, 202)과 연결될 수 있다.
제2 회로 패턴(230)은 단위 발광 영역(210) 사이, 또는 일부 단위 발광 영역(210) 내에 배치될 수 있다. 단위 발광 영역(210) 사이에 배치되는 제2 회로 패턴(230)은 선택적 연결용 패드(231)를 포함할 수 있으며, 선택적 연결용 패드(231)에는 와이어가 연결되어 제2 회로 패턴(230)을 다른 제2 회로 패턴(230) 또는 제1 회로 패턴(220)과 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 와이어의 위치와 개수 등에 의해, 패키지 기판(200)이 적용되는 발광소자 패키지에서 발광소자의 직병렬 연결 구조가 결정될 수 있다. 즉, 상기 와이어의 위치와 개수를 변경함으로써, 패키지 기판(200)의 설계 변경 없이 다양한 스펙의 발광소자 패키지를 제공할 수 있다. 이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판으로 구현할 수 있는 발광소자의 연결 구조를 도시한 도이다.
우선 도 8에 도시한 실시예에서, 와이어(241)에 의해 제2 회로 패턴(230) 중 일부가 서로 연결되거나, 또는 제1 회로 패턴(220)과 연결될 수 있다. 도 8에 도시한 실시예에 따르면, 실장 영역(211, 212, 213)을 3개씩 포함하는 각 단위 발광 영역(210)이 모두 서로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 전원 패드(C, D) 사이에서 8개의 발광소자 스트링(250)이 병렬로 연결되는 구조의 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 와이어(242)가 도 8에 도시한 실시예와 다르게 연결될 수 있다. 도 9에 도시한 실시예에서 제1 전원 패드(C)에 가장 가깝게 배치되는 단위 발광 영역(210)을 살펴보면, 제1 전원 패드(C)를 통해 공급되는 전류는 단위 발광 영역(210) - 제2 회로 패턴(230) - 와이어(242) - 단위 발광 영역(210)을 순차적으로 거쳐서 제2 전원 패드(D)로 흐를 수 있다. 또한, 제1 전원 패드(C)를 통해 공급되는 전류가 와이어(242) - 제2 회로 패턴(230) - 단위 발광 영역(210) - 제2 회로 패턴(230) - 와이어(242) - 단위 발광 영역(210)을 거쳐서 제2 전원 패드(D)로 흐를 수도 있다.
결과적으로 도 9에 도시한 바와 같이 와이어(242)를 배치함으로써, 전원 패드(C, D) 사이에서 2개의 단위 발광 영역(210)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 도 9에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(200B)은, 도 12에 도시한 바와 같은 연결 구조의 발광소자 패키지에 적용될 수 있다. 즉, 패키지 기판(200B)은 서로 직렬로 연결되는 6개의 발광소자를 갖는 발광소자 스트링(260) 4개가 서로 병렬로 연결되는 구조의 발광소자 패키지에 채용될 수 있다.
한편 도 10에 도시한 실시예에서 패키지 기판(200C)은 도 8 및 도 9에 도시한 실시예와 다른 위치에 배치되는 와이어(243)를 포함할 수 있다. 도 10을 참조하면, 제1 전원 패드(C)를 통해 공급되는 전류가, 단위 발광 영역(210) - 제2 회로 패턴(230) - 와이어(243) - 단위 발광 영역(210) - 제2 회로 패턴(230) - 와이어(243) - 단위 발광 영역(210)을 거쳐서 제2 전원 패드(D)로 흐를 수 있다. 즉, 전원 패드(C, D) 사이에서 3개의 단위 발광 영역(210)이 서로 직렬로 연결될 수 있다.
따라서, 도 10에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(200C)은 도 13에 도시한 바와 같은 연결 구조를 갖는 발광소자 패키지를 제공할 수 있다. 도 10에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(200C)을 포함하는 발광소자 패키지는 9개의 발광소자가 서로 직렬로 연결되는 발광소자 스트링(270)을 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 하나의 패키지 기판(200)에서 와이어(241, 242, 243)의 위치 및 개수를 변경함으로써 서로 다른 연결 구조를 갖는 패키지 기판(200A, 200B, 200C)을 제공할 수 있다. 따라서, 발광소자 패키지의 제조 공정에서 와이어(241, 242, 243)의 위치와 개수 등을 변경하여 패키지 기판(200)을 재설계할 필요 없이, 서로 다른 스펙을 갖는 발광소자 패키지를 제조할 수 있다.
도 8 내지 도 10에 도시한 패키지 기판(200A, 200B, 200C)은 서로 다른 구동 전압에 의해 동작하는 발광소자 패키지에 적용될 수 있다. 도 8 내지 도 10에 도시한 패키지 기판(200A, 200B, 200C)에 실장되는 발광소자의 포워드 전압이 서로 동일한 경우, 도 10에 도시한 패키지 기판(200C)이 가장 높은 구동 전압을 공급받는 발광소자 패키지에 적용될 수 있다.
한편, 전원 패드(C, D) 사이의 전압이 동일한 경우에는, 패키지 기판(200A, 200B, 200C)에 실장되는 발광소자의 포워드 전압에 따라 와이어(241, 242, 243)의 개수 및 위치 등이 결정될 수 있다. 일 실시예로, 상대적으로 높은 포워드 전압을 갖는 고출력의 발광소자를 적용하고자 하는 경우에는 도 8 또는 도 9에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(200A, 200B)을 이용할 수 있다. 반면, 상대적으로 낮은 포워드 전압을 갖는 발광소자를 적용하고자 하는 경우에는 도 10에 도시한 실시예에 따른 패키지 기판(200C)을 이용할 수 있다.
패키지 기판(200A, 200B, 200C)에 포함되는 와이어(241, 242, 243)는 제1 및 제2 회로 패턴(220, 230)보다 짧은 길이를 가질 수 있으며, 특히 발광 효율을 감소시키지 않도록 단위 발광 영역(210)과 중첩되지 않을 수 있다. 와이어(241, 242, 243)는 실장 영역(211, 212, 213)에 발광소자가 배치되기 이전 또는 이후에 마련될 수 있다. 와이어(241, 242, 243)는 베이스 기판(205)의 일면 상에서 도전성 라인으로 형성되거나, 또는 필요에 따라 저항 소자 등의 수동 소자로 대체될 수도 있다.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 채용될 수 있는 발광소자를 나타낸 도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(10)는 지지 기판(11), 제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14), 활성층(13), 제1 및 제2 전극(15, 16) 등을 포함할 수 있다. 도 14에 도시한 실시예에 따른 발광소자(10)는 플립칩 본딩에 의해 본 발명의 실시예에 따른 패키지 기판(100A, 100B, 200A, 200B, 200C)에 부착될 수 있다. 활성층(13)에서 생성되는 빛이 상부로 방출되어야 하므로, 지지 기판(11)은 투광성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
발광소자(10)에 포함되는 제1 도전형 반도체층(12) 및 제2 도전형 반도체층(14)은, n형 반도체층과 p형 반도체층일 수 있다. 일 실시예로, 제1 및 제2 도전형 반도체층(12, 14)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.
또한, 활성층(13)에서 생성되어 하부로 진행하는 빛을 반사시킬 수 있도록, 제2 전극(16)은 전기 전도성 및 반사율이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제2 전극(16)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자(20)는 제1 도전형 반도체층(22), 제2 도전형 반도체층(24), 그 사이에 위치하는 활성층(23), 제1 및 제2 도전형 반도체층(22, 24)에 각각 연결되는 제1 및 제2 전극(25, 26)을 포함한다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 전극(24, 26)은 제1, 제2 도전형 반도체층(22, 24)과 활성층(23)을 사이에 두고 마주하는 면에 각각 배치될 수 있다. 제2 전극(26) 상에는 지지 기판(21)이 본딩층(21a)에 의해 부착되어 발광소자(20)를 지지할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자(20)는 제2 전극(26)과 관련된 전극 요소로서 연결 전극(connecting electrode: 27)을 추가적으로 포함할 수 있다. 연결 전극(27)은 제1, 제2 도전형 반도체층(22, 24)과 활성층(23)의 적어도 일부 영역을 제거하여 형성된 관통홀(H)을 통해 제2 전극(26)과 연결될 수 있다. 관통홀(H)에 의해 제2 전극(26)의 적어도 일부 영역이 노출될 수 있으며, 상기 노출된 영역에서 제2 전극(26)과 연결 전극(27)이 서로 연결될 수 있다. 연결 전극(27)은 관통홀(H)의 측벽을 따라 형성될 수 있으며, 연결 전극(27)과 관통홀(H)의 측벽 사이에는 연결 전극(27)과 활성층(23) 및 제1 도전형 반도체층(22)이 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해 절연층(27a)이 마련될 수 있다.
상기와 같은 전극구조는 제1 및 제2 도전형 반도체층(22, 24)이 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층인 형태에서 더욱 효율적으로 적용될 수 있다. p형 질화물 반도체층은 n형 질화물 반도체층보다 콘택 저항이 크므로, 오믹 콘택을 구하는 것이 어려울 수 있다. 그러나, 도 15에 도시한 실시예에서는, 제2 전극(26)을 지지 기판(21)의 전면에 걸쳐서 배치하므로, 제2 도전형 반도체층(24)과 제2 전극(26) 사이의 콘택 면적을 충분히 확보함으로써 p형 질화물 반도체층과 오믹 콘택을 확보할 수 있다.
한편, 도 15에 도시한 실시예에 따른 발광소자(20)는 지지 기판(21)의 방향으로 광이 방출되는 플립칩 구조일 수 있다. 즉, 제1 전극(25)과 연결 전극(27)은 솔더 범프(28) 등을 통해 패키지 기판(29)의 회로 패턴(29a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 패턴(29a)은 도 1 및 도 7 등에 도시된 제1 회로 패턴(120, 220)에 대응할 수 있다.
제1 전극(25)은 오믹 콘택 특성뿐만 아니라 높은 반사율을 갖는 전극물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(26) 및 지지 기판(21)은 높은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(25)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(26)은 Ni/Au와 같은 투광성 금속 또는 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 또는 질화물일 수 있다. 지지 기판(21)은 글래스 기판 또는 투광성 폴리머 수지로 이루어진 기판일 수 있다.
연결 전극(27)은 절연층(27a)에 의해 제1 도전형 반도체층(22) 및 활성층(23)과 전기적으로 절연될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 절연층(27a)은 관통홀(H)의 측벽을 따라 형성될 수 있다. 또한 절연막(27a)은 제1, 제2 도전형 반도체층(22, 24) 및 활성층(23)의 측면에 형성되어 발광소자(20)를 위한 패시베이션층으로 제공될 수 있다. 절연층(27a)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
다음으로 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(30)가 개시되어 있다. 발광소자(30)는 기판(31)의 일면 상에 순차적으로 적층되는 제1 도전형 반도체층(32), 활성층(33), 제2 도전형 반도체층(34)과, 제1 및 제2 전극(35, 36)을 포함할 수 있다. 또한, 발광소자(30)는 절연부(37)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(35, 36)은 각각 컨택 전극(35a, 36a)과 연결 전극(35b, 36b)을 포함할 수 있으며, 절연부(37)에 의해 노출되는 컨택 전극(35a, 36a)의 일부 영역이 연결 전극(35b, 36b)과 연결될 수 있다.
제1 컨택 전극(35a)은 제2 도전형 반도체층(34) 및 활성층(33)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(32)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 제2 컨택 전극(36a)은 제2 도전형 반도체층(34)과 접속될 수 있다. 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수 개 형성될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(32, 34) 상에 도전성 오믹 물질을 증착하여 제1 및 제2 컨택 전극(35a, 56a)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 컨택 전극(35a, 36a)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 제2 컨택 전극(36a)은 활성층(33)에서 생성되어 발광소자(30)의 하부로 방출되는 빛을 반사시키는 역할을 할 수 있다.
절연부(37)는 제1 및 제2 컨택 전극(35a, 36a)의 적어도 일부를 노출시키는 오픈 영역을 구비하며, 제1 및 제2 연결 전극(35b, 36b)은 제1 및 제2 컨택 전극(35a, 36a)과 각각 연결될 수 있다. 절연부(37)는 SiO2 및/또는 SiN CVD 공정을 통해 500? 이하에서 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착될 수 있다. 제1 및 제2 전극(35, 56)은 패키지 기판(100A, 100B, 200A, 200B, 200C)에 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
제1, 제2 전극(35, 36)은 절연부(37)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(37)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있지만, 발광소자(30)의 광 추출 효율 저하를 방지하기 위해 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
기판(31)은 서로 대향하는 제1 및 제2 면을 가질 수 있으며, 제1 및 제2 면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수도 있다. 기판(31)의 일면에 형성된 요철 구조는 기판(31)의 일부가 식각되어 기판(31)과 동일한 물질로 이루어지거나, 기판(31)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 기판(31)과 제1 도전형 반도체층(32)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 활성층(33)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다. 또한, 기판(31)과 제1 도전형 반도체층(32) 사이에는 버퍼층이 마련될 수도 있다.
다음으로 도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1100)는, 기판(1111), 기판(1111)에 마련되는 발광 구조물(S), 발광 구조물(S) 상에 마련되는 제1, 제2 전극(1115, 1116) 등을 갖는 발광소자(1110)와, 발광소자(1110) 상에 배치되는 반사 금속층(1120), 및 전극 금속층(1130) 등을 포함할 수 있다. 발광 구조물(S)은 제1 도전형 반도체층(1112), 활성층(1113), 및 제2 도전형 반도체층(1114)을 포함할 수 있으며, 제1, 제2 컨택 전극(1115, 1116)은 제1, 제2 도전형 반도체층(1112, 1114)과 각각 연결될 수 있다.
도 17에 도시한 실시예에서, 제2 컨택 전극(1116)은 하부 제2 컨택 전극(1116a) 및 상부 제2 컨택 전극(1116b)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 제1 컨택 전극(1115)은 하나의 층을 포함하는 것으로 도시되었으나, 제2 컨택 전극(1116)과 마찬가지로 복수의 층을 포함할 수도 있다. 제1 컨택 전극(1115)은 제1 절연층(1141)에 의해 활성층(1113) 및 제2 도전형 반도체층(1114)과 분리되고, 제1 도전형 반도체층(1112)에만 전기적으로 연결될 수 있다.
제1, 제2 컨택 전극(1115, 1116) 상에는 제2 절연층(1142) 및 반사 금속층(1120)이 마련될 수 있다. 제2 절연층(1142)은 적어도 일부 영역에서 제1 절연층(1141)과 연결되어 절연층(1140)을 제공할 수 있으며, 절연층(1140)에 의해 반사 금속층(1120)이 제1, 제2 컨택 전극(1115, 1116)과 전기적으로 분리될 수 있다.
반사 금속층(1120) 및 절연층(1140) 상에는 제1, 제2 전극(1131, 1132)을 갖는 전극 금속층(1130)이 마련될 수 있다. 전극 금속층(1130)은 반사 금속층(1120) 상에 마련되는 제1층(1130a) 및 제1층(1130a) 상에 마련되는 제2층(1130b)을 포함할 수 있으며, 전극 금속층(1130)은 절연층(1140)에 의해 반사 금속층(1120)과 분리될 수 있다. 제2층(1132)은 제1층(1131)의 상면과 직접 접촉할 수 있으며, 제1층(1131)을 시드 층(seed layer)으로 이용하는 전해 도금 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 전극 금속층(1130)은 솔더 범프 등에 의해 패키지 기판(100A, 100B, 200A, 200B, 200C)의 제1 회로 패턴(120, 220)과 연결될 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1층(1131) 및 제2층(1132)은 제1 영역(150)에서 서로 분리되어 제1 전극(1131) 및 제2 전극(1132)을 제공할 수 있다. 제1 영역(1150)은 제1 및 제2 전극(1131, 1132)을 전기적으로 분리하는 영역일 수 있다. 한편, 제1 전극(1131)은 제1 전극(1131)의 하부에 위치하는 제2 영역(1160)에서 절연층(1140)을 통과하여 제1 컨택 전극(1115)과 전기적으로 연결되고, 유사하게, 제2 전극(1132)은 제2 전극(1132)의 하부에 위치하는 제2 영역(1160) 절연층(1140)을 통과하여 제2 컨택 전극(1116)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1, 제2 전극(1131, 1132) 각각은, 제1 영역(1150)과 다른 위치에 존재하는 복수의 제2 영역(1160)에서 제1, 제2 컨택 전극(1115, 1116)과 연결될 수 있다.
도 17에 도시한 실시예에서는, 절연층(1140)이 반사 금속층(1120)과 발광소자(1110) 사이에 배치되는 제1 절연층(1141) 및 반사 금속층(1120)과 전극 금속층(1130) 사이에 배치되는 제2 절연층(1142)을 포함할 수 있다. 따라서 반사 금속층(1120)과 전극 금속층(1130)이 전기적으로 분리될 수 있으므로, 제1 영역(1150)의 하부에서 반사 금속층(1120)을 제거할 필요가 없다. 결국, 제1 영역(1150)보다 상대적으로 작은 면적을 갖는 복수의 제2 영역(1160)에서 반사 금속층(1120)이 선택적으로 제거되므로, 발광소자(1100)의 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 또한, 발광소자(1100)를 패키지 기판(100A, 100B, 200A, 200B, 200C)에 실장함에 있어서, 언더필(under-fill) 레진으로 반사물질을 포함하지 않은 레진을 적용할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1200)는 발광 구조물(S), 발광 구조물(S) 상에 마련되는 제1, 제2 컨택 전극(1215, 1216)을 갖는 발광소자(1210)와, 발광소자(1210) 상에 배치되는 반사 금속층(1220)과 전극 금속층(1230), 및 봉지부(1290) 등을 포함할 수 있다.
발광소자(1210)의 구조는 도 17에 도시한 발광소자(110)와 유사할 수 있다. 발광 구조물(S)은 제1 도전형 반도체층(1212), 활성층(1213), 및 제2 도전형 반도체층(1214)을 포함할 수 있으며, 소정의 성장 기판 상에 형성된 후 성장 기판을 제거하는 방식으로 형성될 수 있다. 성장 기판이 제거된 제1 도전형 반도체층(1212)의 일면에는 봉지부(1290)가 부착될 수 있다. 봉지부(1290)는 광 투과율이 우수한 수지(1293), 및 발광소자(1210)가 방출하는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 파장 변환 물질(1295)이 포함될 수 있다.
도 18에 도시한 실시예에 따른 발광소자 패키지(1200)는 서로 직렬로 연결되는 2개의 발광소자(1210a, 1210b)를 포함할 수 있다. 제1 발광소자(1210a)의 제2 도전형 반도체층(1214)과 제2 발광소자(1210b)의 제1 도전형 반도체층(1212)은 연결 전극(1233)에 의해 서로 연결되며, 따라서 발광소자 패키지(1200)는 서로 직렬로 연결되는 제1 및 제2 발광소자(1210a, 1210b)를 포함할 수 있다.
발광소자(1210) 상에는 반사 금속층(1220) 및 전극 금속층(1230)이 마련될 수 있다. 반사 금속층(1220)과 발광소자(1210) 사이에는 제1 절연층(1241)이 마련될 수 있고, 반사 금속층(1220)과 전극 금속층(1230) 사이에는 제2 절연층(1242)이 마련될 수 있다. 따라서, 반사 금속층(1220)은 발광소자(1210) 및 전극 금속층(1230)과 전기적으로 분리될 수 있다. 반사 금속층(1220)은 Ag Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 및 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전극 금속층(1230)은 제1층(1230a) 및 제2층(1230b)을 포함할 수 있다. 제1층(1230a)은 스퍼터링 공정 등에 의해 형성될 수 있으며 Ti 및/또는 Cu를 포함할 수 있다. 제2층(1230b)은 제1층(1230a)을 시드 층(seed layer)으로 이용하는 전해 도금 공정에 의해 형성될 수 있으며, 제1층(1230a)보다 상대적으로 두꺼울 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 제2층(1230b)의 일부 영역은 제1 및 제2 금속 포스트(1231a, 1232a)로 제공될 수 있다. 전극 금속층(1130)은 솔더 범프 등에 의해 패키지 기판(100A, 100B, 200A, 200B, 200C)의 제1 회로 패턴(120, 220)과 연결될 수 있다.
전극 금속층(1230)은 제1 영역(1250)에서 선택적으로 제거되어 제1 및 제2 전극(1231, 1232)과, 연결 전극(1233)을 제공할 수 있다. 연결 전극(1233)은 발광소자 패키지(1200)에 포함되는 제1 및 제2 발광소자(1210a, 1210b)를 서로 직렬로 연결할 수 있다. 제1 전극(1231)은 제1 발광소자(1210a)에 포함되는 제1 도전형 반도체층(1212)과 전기적으로 연결되며, 제2 전극(1232)은 제2 발광소자(1210b)에 포함되는 제2 도전형 반도체층(1214)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 전극(1231, 1232)에 전기 신호가 입력되면, 제1 및 제2 발광소자(1210a, 1210b)가 동시에 동작하여 빛을 방출할 수 있다. 제1, 제2 전극(1231, 1232) 및 연결 전극(1233)을 서로 전기적으로 분리하기 위해, 발광소자 패키지(1200)는 복수의 제1 영역(1250)을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 제1 영역(1250)에서 전극 금속층(1230)의 일부 영역이 제거되어 제1, 제2 전극(1231, 1232) 및 연결 전극(1233)이 형성될 수 있다.
한편, 반사 금속층(1220)은 복수의 제1 영역(1250)과 다른 복수의 제2 영역(1260)에서 존재하지 않을 수 있다. 즉, 복수의 제2 영역(1260)에서 제1, 제2 전극(1231, 1232) 및 연결 전극(1233)은 반사 금속층(1220)을 관통하여 제1, 제2 컨택 전극(1215, 1216)에 각각 연결될 수 있다. 제1 발광소자(1210a)를 참조하면, 복수의 제2 영역(1260)에서 반사 금속층(1220) 및 절연층(1240)이 존재하지 않으며, 제1 전극(1231)이 제1 컨택전극(1215)과 전기적으로 연결되고 연결 전극(1233)이 제2 컨택 전극(1216)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 발광소자(1210b)의 경우, 복수의 제2 영역(1260)에서 연결 전극(1233)이 제1 컨택전극(1215)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극(1232)이 제2 컨택전극(1216)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 제1 영역(1250)은 복수의 제2 영역(1260)보다 상대적으로 큰 면적을 가질 수 있다. 복수의 제2 영역(1260)에서만 선택적으로 반사 금속층(1220)을 형성하지 않음으로써 반사 금속층(1220)의 면적을 더 넓게 확보하여 발광소자 패키지(1200)의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 또한, 제조 공정 상에서 제1 영역(1250)을 형성할 때, 전극 금속층(1230)만이 제거되고 반사 금속층(1220)은 제거되지 않으므로, 제1층(1230a)이 과도하게 식각되어 발생하는 언더 컷 현상을 방지하여 전극 금속층(1230)의 박리 현상을 방지할 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지로 구현할 수 있는 백색 광원 모듈을 간단하게 나타내는 도이다. 한편, 도 20은 도 19a 및 도 19b에 도시한 백색 광원 모듈의 동작을 설명하기 위해 제공되는 CIE 1931 좌표계이다.
도 19a 및 도 19b에 도시된 백색 광원 모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 하나의 백색 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광소자 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 19a를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지(`40`, `30`)와 적색 발광 소자 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 상기 백색 광원 모듈은 색온도 3000K ~ 4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra도 95 ~ 100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 19b에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지(`27`)와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지(`50`)를 조합하여 색온도 2700K ~ 5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3100K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 소자 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다. 상술한 백색 광원 모듈은 다양한 형태의 조명 장치에 광원으로서 채용될 수 있다.
단일 발광소자 패키지에서는, 발광소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 9에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K ~ 20000K 사이에 해당한다. 도 20에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지에 적용될 수 있는 파장 변환 물질을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
파장 변환 물질은 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다
일 실시예에서, 파장 변환 물질에 적용되는 형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4)- 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상에서 해당 원소가 포함되는 족 내의 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 주파장이 440~460nm인 청색 LED 칩 또는 주파장이 380~440nm인 UV LED 칩을 사용하는 발광소자 패키지에 있어서, 각 응용분야별로 적용될 수 있는 형광체의 종류를 나타낸 것이다.
| 용도 | 형광체 | 용도 | 형광체 |
| LED TV BLU | β-SiAlON:Eu2 + (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 + La3Si6N11:Ce3 + K2SiF6:Mn4 + SrLiAl3N4:Eu Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) K2TiF6:Mn4 + NaYF4:Mn4 + NaGdF4:Mn4 + K3SiF7:Mn4 + |
Side View (Mobile, Note PC) |
Lu3Al5O12:Ce3 + Ca-α-SiAlON:Eu2 + La3Si6N11:Ce3 + (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 + Y3Al5O12:Ce3 + (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 + K2SiF6:Mn4 + SrLiAl3N4:Eu Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) K2TiF6:Mn4 + NaYF4:Mn4 + NaGdF4:Mn4 + K3SiF7:Mn4 + |
| 조명 | Lu3Al5O12:Ce3 + Ca-α-SiAlON:Eu2 + La3Si6N11:Ce3 + (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 + Y3Al5O12:Ce3 + K2SiF6:Mn4 + SrLiAl3N4:Eu Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) K2TiF6:Mn4 + NaYF4:Mn4 + NaGdF4:Mn4 + K3SiF7:Mn4 + |
전장 (Head Lamp, etc.) |
Lu3Al5O12:Ce3 + Ca-α-SiAlON:Eu2 + La3Si6N11:Ce3 + (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 + Y3Al5O12:Ce3 + K2SiF6:Mn4 + SrLiAl3N4:Eu Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) K2TiF6:Mn4 + NaYF4:Mn4 + NaGdF4:Mn4 + K3SiF7:Mn4 + |
한편, 파장 변환 물질은 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하기 위한 목적으로 제공되는 양자점(Quantum Dot, QD)을 포함할 수 있다.
도 21은 양자점의 단면 구조를 나타내는 도이다. 양자점은 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 포함하는 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core) 및 ZnS, ZnSe 등과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어 직경은 1 ~ 30nm, 일 실시예에서는 3 ~ 10nm일 수 있다, 쉘의 두께는 0.1 ~ 20nm, 일 실시예에서는 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 좁은 반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 제공되거나, 또는 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학 장치의 표면에 부착될 수도 있다. 필름 형상으로 미리 제조되는 파장 변환 물질을 이용하는 경우, 균일한 두께를 갖는 파장 변환 물질을 용이하게 구현할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 22를 참조하면, 평판 조명 장치(2000)는 광원모듈(2010), 전원공급장치(2020) 및 하우징(2030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(2010)은 발광소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(2020)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 도 22에 도시한 실시예에 따른 평판 조명 장치는, 본원의 다양한 실시예에 따른 LED 구동 장치를 포함할 수 있다.
광원모듈(2010)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 한편, 전원공급장치(2020)는 광원모듈(2010)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(2030)은 광원모듈(2010) 및 전원공급장치(2020)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원모듈(2010)은 하우징(2030)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 장치가 적용될 수 있는 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(2100)는 방열 부재(2110), 커버(2120), 광원 모듈(2130), 제1 소켓(2140) 및 제2 소켓(2150)을 포함한다. 방열 부재(2110)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(2111, 2112)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(2111, 2112)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(2110)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(2113)가 형성되어 있다. 지지대(2113)에는 광원 모듈(2130)이 고정될 수 있다. 방열 부재(2110)의 양 끝단에는 걸림 턱(2114)이 형성될 수 있다.
커버(2120)에는 걸림 홈(2121)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(2121)에는 방열 부재(2110)의 걸림 턱(2114)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(2121)과 걸림 턱(2114)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(2130)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(2130)은 인쇄회로기판(2131), 광원(2132) 및 컨트롤러(2133)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(2133)는 광원(2132)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(2131)에는 광원(2132)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(2132)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1, 2 소켓(2140, 2150)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(2110) 및 커버(2120)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(2140)은 전극 단자(2141) 및 전원 장치(2142)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(2150)에는 더미 단자(2151)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(2140) 또는 제2 소켓(2150) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(2151)가 배치된 제2 소켓(2150)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(2141)가 배치된 제1 소켓(2140)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 24은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 24를 참조하면, 조명 장치(2200)는 소켓(2210), 구동 회로(2220), 방열부(2230), 광원(2240) 및 광학부(2250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(2240)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 구동 회로(2220)는 정류 회로와 DC-DC 컨버터 또는 AC 직결형 구동 회로 등을 포함할 수 있다. 광원(2240)의 상부에는 반사판(2210)이 배치될 수 있으며, 반사판(2210)은 광원(2240)으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
소켓(2210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(2200)에 공급되는 전력은 소켓(2210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 구동 회로(2220)는 제1 회로부(2221) 및 제2 회로부(2222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(2230)는 내부 방열부(2231) 및 외부 방열부(2232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(2231)는 광원(2240) 및/또는 구동 회로(2220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(2232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(2250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원(2240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원(2240)은 구동 회로(2220)로부터 전력을 공급받아 광학부(2250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원(2240)은 하나 이상의 발광소자(2241), 회로기판(2210) 및 컨트롤러(2243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(2243)는 발광소자(2241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다. 컨트롤러(2243)는 본 발명의 실시예에 따른 전원 검출 회로와 제어 회로 등을 포함할 수 있으며, 소켓(2210)을 통해 공급되는 전력을 검출하여 광원(2240)에 포함된 복수의 LED의 불량 여부를 판단할 수 있다.
반사판(2210)의 상부에는 통신 모듈(2220)이 장착될 수 있으며 통신 모듈(2220)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(2220)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
반사판(2210)과 통신 모듈(2220)은 커버부(2230)에 의해 커버될 수 있다. 한편, 통신 모듈(2220)은 컨트롤러(2243)와 하나의 집적회로로 구현될 수도 있다. 또한, 컨트롤러(2243)는 광원(2240)과 별개의 모듈로 마련되어 제공될 수 있다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지가 적용될 수 있는 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 25는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
본 실시예에 따른 네트워크 시스템(3000)은 LED 등의 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(3000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(3000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(3000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(3000)에 포함되는 LED 램프(3200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(3100)로부터 수신하여 LED 램프(3200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(3200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(3300-3800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 25를 참조하면, 네트워크 시스템(3000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(3100), 게이트웨이(3100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광소자를 포함하는 LED 램프(3200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(3100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(3300-3800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(3000)을 구현하기 위해, LED 램프(3200)를 비롯한 각 장치(3300-3800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(3200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(3100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(3210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(3000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(3000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(3000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(3100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(3300-3800)는 가전 제품(3300), 디지털 도어록(3400), 차고 도어록(3500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(3600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(3700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(3800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(3000)에서, LED 램프(3200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(3300-3800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(3200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(3200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(3000)에 포함되는 장치들(3300-3800)을 컨트롤 할 수도 있다.
우선, LED 램프(3200)는 램프용 통신 모듈(3210)을 통해 게이트웨이(3100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(3200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(3200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼(3310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(3200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(3200)는 게이트웨이(3100)와 연결된 램프용 통신 모듈(3210)로부터 텔레비전(3310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(3210)은 LED 램프(3200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(3000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(3400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(3200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(3800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(3400)이 잠기면, LED 램프(3200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(3200)의 동작은, 네트워크 시스템(3000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(3000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(3200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(3200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(3200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(3210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(3200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(3000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(3000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(3000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(3000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다. 이하, 도 21을 참조하여 설명한다.
도 26은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(4000)의 일 실시예를 나타낸다. 도 26을 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(4000)은 통신 연결 장치(4100), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(4100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(4200, 4300), 서버(4400), 서버(4400)를 관리하기 위한 컴퓨터(4500), 통신 기지국(4600), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(4700), 및 모바일 기기(4800) 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(4200, 4300) 각각은 스마트 엔진(4210, 4310)을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(4210, 4310)은 빛을 내기 위한 발광소자, 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(4210, 4310)은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(4210)은 다른 스마트 엔진(4310)과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(4210, 4310) 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(4210)은 통신망(4700)에 연결되는 통신 연결 장치(4100)와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(4210, 4310)을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(4100)와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(4100)는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(4700)과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(4100)는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(4700)과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(4200, 4300) 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(4100)는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(4800)와 연결될 수 있다. 모바일 기기(4800)의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(4200)의 스마트 엔진(4210)과 연결된 통신 연결 장치(4100)를 통해, 복수의 스마트 엔진(4210, 4310)이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(4800)는 통신 기지국(4600)을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(4700)에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(4700)에 연결되는 서버(4400)는, 각 조명 기구(4200, 4300)에 장착된 스마트 엔진(4210, 4310)이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(4200, 4300)의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(4200, 4300)의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(4200, 4300)를 관리하기 위해, 서버(4400)는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(4500)와 연결될 수 있다. 컴퓨터(4500)는 각 조명 기구(4200, 4300), 특히 스마트 엔진(4210, 4310)의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
스마트 엔진(4210, 4310)이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(4800)로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다. 도 26을 참조하면, 스마트 엔진(4210, 4310)과 연결된 통신 연결 장치(4100)를 통해, 스마트 엔진(4210, 4310)이 수집한 정보가 모바일 기기(4800)로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(4210, 4310)과 모바일 기기(4800)가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(4210, 4310)과 모바일 기기(4800)는 가시광 무선통신(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다. 이하, 도 27을 참조하여 설명한다.
도 27은 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(4200)의 스마트 엔진(4210)과 모바일 기기(4800)의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 27을 참조하면, 스마트 엔진(4210)은 신호 처리부(4211), 제어부(4212), LED 드라이버(4213), 광원부(4214), 센서(4215) 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(4210)과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(4800)는, 제어부(4801), 수광부(4802), 신호처리부(4803), 메모리(4804), 입출력부(4805) 등을 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상기 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
도 27을 참조하면, 스마트 엔진(4210)의 신호 처리부(4211)는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(4211)는 센서(4215)에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(4212)에 전송할 수 있다. 제어부(4212)는 신호 처리부(4211)와 LED 드라이버(4213) 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(4211)가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(4213)의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(4213)는 제어부(4212)가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(4214)를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(4800)로 전달할 수 있다.
모바일 기기(4800)는 제어부(4801), 데이터를 저장하는 메모리(4804), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(4805), 신호 처리부(4803) 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(4802)를 포함할 수 있다. 수광부(4802)는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(4803)는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(4801)는 신호 처리부(4803)가 디코딩한 데이터를 메모리(4804)에 저장하거나 입출력부(4805) 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 100A, 100B, 200, 200A, 200B, 200C: 패키지 기판
110, 210: 단위 발광 영역
120, 220: 제1 회로 패턴
130, 230: 제2 회로 패턴
141, 142, 143, 241, 242, 243: 와이어
110, 210: 단위 발광 영역
120, 220: 제1 회로 패턴
130, 230: 제2 회로 패턴
141, 142, 143, 241, 242, 243: 와이어
Claims (10)
- 복수의 실장 영역, 및 상기 복수의 실장 영역 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 단위 발광 영역을 갖는 베이스 기판;
상기 베이스 기판의 일면에 마련되며, 상기 복수의 실장 영역에서 복수의 발광소자와 연결되는 복수의 제1 회로 패턴;
상기 복수의 단위 발광 영역에 연결되는 복수의 제2 회로 패턴; 및
서로 다른 상기 단위 발광 영역에 각각 연결되는 상기 제2 회로 패턴들을 서로 전기적으로 연결하거나, 상기 제1 회로 패턴과 상기 제2 회로 패턴을 서로 전기적으로 연결하는 와이어; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 단위 발광 영역 각각에 포함되는 상기 실장 영역의 개수는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 단위 발광 영역 중 적어도 일부는 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 회로 패턴 중 일부는, 상기 복수의 실장 영역 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 회로 패턴 중 일부는, 상기 복수의 실장 영역 각각의 폭보다 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 와이어는 상기 복수의 단위 발광 영역과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 와이어는, 상기 복수의 제2 회로 패턴보다 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 회로 패턴 중 적어도 하나는, 상기 복수의 단위 발광 영역 중 어느 하나에 포함되는 상기 제1 회로 패턴들을 서로 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 패키지 기판.
- 복수의 발광소자; 및
상기 복수의 발광소자가 배치되는 복수의 단위 발광 영역을 제공하는 복수의 제1 회로 패턴, 상기 복수의 제1 회로 패턴 중 적어도 하나와 연결되는 복수의 제2 회로 패턴, 및 상기 복수의 제2 회로 패턴 중 적어도 하나를 상기 제1 및 제2 회로 패턴 중 적어도 하나와 연결하는 와이어를 갖는 패키지 기판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제9항에 있어서,
상기 복수의 발광소자는, 플립칩(Flip Chip) 본딩에 의해 상기 복수의 단위 발광 영역에서 상기 복수의 제1 회로 패턴과 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
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