KR20170124285A - 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 일면에 배치되는 제1 내지 제4리드전극을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하고, 상기 발광소자 패키지는, 상기 제1리드전극 상에 배치되는 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 배치되는 제1 내지 제3발광소자를 포함하고, 상기 제1발광소자는 상기 제2리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2발광소자는 상기 제3리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제3발광소자는 상기 제4리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 도전성 기판상에 배치되는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 제1 내지 제3발광소자의 활성층에서 발광하는 광의 파장대는 동일한 발광모듈을 개시한다.
Description
실시 예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 우수하다.
최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
청색 LED, 녹색 LED, 및 적색 LED를 이용하면 백색광을 구현할 수 있다. 또한, 각 LED의 발광 파장을 조절하여 원하는 컬러를 구현할 수도 있다.
그러나, 청색 LED, 녹색 LED, 및 적색 LED를 각각 제작하여 패키징하므로 공정 비용이 상승하는 문제가 있으며, 각 LED의 동작 전압이 달라 드라이버 회로가 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 개별 LED를 모듈에 각각 실장하므로 패키지의 사이즈가 증가하여 소형화에 제약이 있다.
실시 예는 제작이 간단한 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 소형화가 가능한 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 색온도, 색좌표의 조절이 용이하고, 연색성이 우수한 발광소자 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광모듈은, 일면에 배치되는 제1 내지 제4리드전극을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하고, 상기 발광소자 패키지는, 상기 제1리드전극 상에 배치되는 도전성 기판; 상기 도전성 기판 상에 배치되는 제1 내지 제3발광소자를 포함하고, 상기 제1발광소자는 상기 제2리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2발광소자는 상기 제3리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제3발광소자는 상기 제4리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 도전성 기판상에 배치되는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 제1 내지 제3발광소자의 활성층에서 발광하는 광의 파장대는 동일할 수 있다.
상기 제1발광소자와 제2리드전극을 연결하는 제1와이어, 상기 제2발광소자와 제3리드전극을 연결하는 제2와이어, 상기 제3발광소자와 제4리드전극을 연결하는 제3와이어를 포함할 수 있다.
상기 도전성 기판은 상기 제1 내지 제3발광소자의 공통 전극일 수 있다.
상기 발광 구조물은 웨이퍼 레벨 패키지로 제작될 수 있다.
상기 제1 내지 제3발광소자의 사이에 배치되는 광차단층을 포함할 수 있다.
상기 제2 및 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 파장 변환층을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 밴드 패스 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 색소층을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 각 발광소자의 동작 전압이 균일해질 수 있다.
또한, 단일 칩을 사용하므로 광원의 크기가 작아져 패키지 제작 비용이 감소할 수 있다.
또한, 형광체를 이용하여 백색광의 연색성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고,
도 2는 백색광이 구현되는 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 도 1을 A-A 방향에서 본 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 광 흡수층이 배치된 도면이고,
도 5는 발광소자에 색소층이 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 발광소자에 밴드 패스 필터가 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 밴드 패스 필터에 의해 백색광의 스펙트럼이 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지가 회로 기판에 전기적으로 연결된 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 11은 도 10을 다른 방향에서 본 도면이고,
도 12는 도 10의 제1변형예이고,
도 13은 도 10의 제2변형예이고,
도 14는 제2변형예의 발광 스펙트럼을 측정한 그래프이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 16은 도 15의 발광소자를 설명하기 위한 도면이고,
도 17은 도 15의 저면도이고,
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 19는 도 18의 저면도이다.
도 2는 백색광이 구현되는 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 도 1을 A-A 방향에서 본 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 광 흡수층이 배치된 도면이고,
도 5는 발광소자에 색소층이 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 발광소자에 밴드 패스 필터가 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 밴드 패스 필터에 의해 백색광의 스펙트럼이 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지가 회로 기판에 전기적으로 연결된 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 11은 도 10을 다른 방향에서 본 도면이고,
도 12는 도 10의 제1변형예이고,
도 13은 도 10의 제2변형예이고,
도 14는 제2변형예의 발광 스펙트럼을 측정한 그래프이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 16은 도 15의 발광소자를 설명하기 위한 도면이고,
도 17은 도 15의 저면도이고,
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고,
도 19는 도 18의 저면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고, 도 2는 백색광이 구현되는 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1을 A-A 방향에서 본 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 도전성 기판(105)과, 도전성 기판(105)상에 배치되는 복수 개의 발광소자(100A 내지 100D)를 포함한다. 복수 개의 발광소자(100A 내지 100D)는 청색광을 발광하는 제1발광소자(100A), 녹색광을 발광하는 제2발광소자(100B), 적색광을 발광하는 제3발광소자(100C)를 포함한다. 또한, 백색광을 발광하는 제4발광소자(100D)를 더 포함할 수 있다.
제1발광소자 내지 제3발광소자(100A 내지 100C)에서 방출된 광(B, G, R)은 혼합되어 제1백색광(W1)을 구현할 수 있다. 일 예로, 제1발광소자(100A)에서 출사된 청색광(B)과, 제2발광소자(100B)에서 출사된 녹색광(G), 및 제3발광소자(100C)에서 출사된 적색광(R)이 혼합되어 CIE 좌표계상 제1백색광(W1)을 구현할 수 있다.
그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 제1발광소자 내지 제3발광소자(100A 내지 100C)의 발광강도를 조절함으로써 제1백색광(W1)의 색좌표를 조절하거나 컬러를 구현할 수도 있다. 일 예로, 제1발광소자(100A)와 제2발광소자(100B)에만 전류를 인가하여 청색과 녹색의 혼합광을 출사할 수도 있다.
또한, 제4발광소자(100D)에서 출사된 제2백색광(W2)을 이용하여 백색 혼합광(제1백색광과 제2백색광의 혼합광)의 색온도 또는 연색성을 조절할 수도 있다. 제2백색광(W2)은 제1백색광(W1)과 색온도(Color Temperature)가 상이할 수 있다.
실시 예는 도전성 기판(105)이 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)의 공통 전극 역할을 수행할 수 있다. 공통 전극은 애노드 전극일 수도 있고, 캐소드 전극일 수도 있다. 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)는 수직형 발광소자일 수 있다.
도 3을 참고하면, 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)는 동일한 구조의 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP) 방식으로 제작될 수 있다.
발광 구조물(110)은 제1반도체층(101), 활성층(102), 및 제2반도체층(103)을 포함한다. 발광 구조물(110)의 발광 파장대는 자외선 파장대 또는 청색 파장대일 수 있다.
제1반도체층(101)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1반도체층(101)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1반도체층(101)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제1도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1반도체층(101)은 n형 반도체층일 수 있다.
도면에서는 단층의 제1반도체층(101)을 도시하였으나, 제1반도체층(101)은 다층 구조일 수 있다. 제1반도체층(101)이 다층 구조인 경우, 제1반도체층(101)은 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 언도프트 반도체층은 제1반도체층(101)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 도펀트가 도핑되지 않아 제1반도체층(101)에 비해 낮은 전기 전도성을 가질 수 있다.
활성층(102)은 제1반도체층(101)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2반도체층(103)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(102)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성한다.
활성층(102)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(102)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
활성층(102)이 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층(102)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2반도체층(103)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2반도체층(103)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2반도체층(103)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2반도체층(103)은 p형 반도체층일 수 있다.
발광 구조물(110)은 n형 반도체층인 제1반도체층(101)과 p형 반도체층인 제2반도체층(103)을 포함하여 이루어지거나, p형 반도체층인 제1반도체층(101)과 n형 반도체층인 제2반도체층(103)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 발광 구조물(110)은 제2반도체층(103)과 활성층(102) 사이에 n형 또는 p형 반도체층이 더 형성된 구조일 수 있다. 즉, 실시 예의 발광 구조물(110)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나의 구조로 형성될 수 있는 것으로, 실시 예의 발광 구조물(110)은 n형 반도체층과 p형 반도체층을 포함하는 다양한 구조일 수 있다.
제1반도체층(101) 및 제2반도체층(103) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 발광 구조물(110)의 도핑 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1도전층(104)은 제2반도체층(103)과 전기적으로 연결된다. 제1도전층(104)은 투명 전도성 산화막(Tranparent Conductive Oxide; TCO)으로 형성될 수 있다. 투명 전도성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO 등에서 선택될 수 있다.
제1도전층(104)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf 등과 같이 반사율이 높은 물질로 형성되거나, 상기 반사율이 높은 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 투명 전도성 물질이 혼합되어 형성될 수 있다.
제2도전층(106)은 제1반도체층(101)과 전기적으로 연결된다. 제2도전층(106)은 와이어 본딩용 전극 패드일 수 있다. 제2도전층(106)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 등과 같은 불투명 금속을 포함할 수도 있다. 또한, 제2도전층(106)은 투명 전도성 산화막과 불투명 금속이 혼합된 하나 또는 복수 개의 층으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)는 파장 변환층(120)을 각각 포함한다. 전술한 바와 같이 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)는 각각 동일한 파장대의 광을 방출하므로 파장 변환층(120)을 이용하여 파장을 변환할 필요가 있다.
제1발광소자(100A)에 배치되는 파장 변환층(120)을 이용하여 청색광을 발광할 수 있다. 제1발광소자(100A)의 활성층(102)이 자외선 광을 발광하는 경우 파장 변환층(120)은 청색 형광체(P1)를 포함할 수 있다. 그러나, 제1발광소자(100A)의 활성층(102)이 청색광을 발광하는 경우, 파장 변환층(120)은 형광체가 포함되지 않은 수지층일 수 있다.
제3발광소자(100C)에 배치되는 파장 변환층(120)은 자외선 광 또는 청색광을 적색광으로 변환하는 형광체(P3)를 포함할 수 있다. 즉, 적색 형광체가 포함될 수 있다. 적색 형광체의 종류는 특별히 한정하지 않는다.
도시되지는 않았으나, 제2발광소자(100B)에 배치되는 파장변환층은 자외선 광 또는 청색광을 녹색광으로 변환하는 형광체일 수 있으며, 제4발광소자(100D)에 배치되는 파장변환층은 자외선 광 또는 청색광을 백색광으로 변환하는 형광체일 수 있다.
제4발광소자(100D)는 활성층(102)이 자외선 광을 발광하는 경우 청색 형광체, 녹색 형광체, 및 적색 형광체를 포함할 수 있다. 그러나, 활성층(102)이 청색광을 발광하는 경우 녹색 형광체와 적색 형광체가 혼합되거나, 또는 황색 형광체(YAG)를 포함할 수 있다.
실시 예는 하나의 성장기판에 각 발광소자를 제작한 뒤, 형광체를 이용하여 색을 구현하므로 각 발광소자의 동작 전압이 동일해지며, 패키지 소형화가 가능해진다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 광 흡수층이 배치된 도면이고, 도 5는 발광소자에 색소층이 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 발광소자에 밴드 패스 필터가 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 밴드 패스 필터에 의해 백색광의 스펙트럼이 변화하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 발광소자 패키지는 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D) 사이에 배치되는 광차단층(210)을 포함한다. 광차단층(210)은 제1발광소자내지 제4발광소자(100A 내지 100D)의 측면에서 방출되는 광을 차단할 수 있다. 광차단층(210)은 각 발광소자에서 방출되는 광의 순도를 향상시킬 수 있다.
광차단층(210)은 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)의 측면에서 방출되는 광을 흡수하거나, 반사하거나, 또는 산란시킬 수 있다. 광차단층(210)은 광흡수물질 또는 산란제를 포함할 수 있다. 광흡수물질 및 산란제의 종류에 대해서는 한정하지 않는다.
도 5를 참고하면, 각 발광소자는 파장 변환층(120) 상에 배치되는 색소층(130)을 포함할 수 있다. 색소층(130)은 각 발광소자에서 출사되는 광의 순도를 향상시킬 수 있다. 일 예로, 제3발광소자(100C)의 경우 파장 변환층(120)에 의해 대부분의 광은 적색광으로 변환되나 일부 광은 적색광으로 변환되지 않을 수 있다. 즉, 형광체의 종류에 따라 파장 변환 효율이 떨어질 수 있다. 이때, 파장 변환층(120)에 의해 변환되지 않은 광은 색소층(130)에 의해 적색광으로 변환될 수 있다.
제1발광소자(100A)의 색소층(130)은 청색 색소를 포함할 수 있고, 제2발광소자(100B)의 색소층(130)은 녹색 색소를 포함할 수 있고, 제3발광소자(100C)의 색소층(130)은 적색 색소를 포함할 수 있고, 제4발광소자(100D)의 색소층(130)은 청색, 녹색, 적색 색소를 모두 포함할 수 있다. 색소의 종류는 특별히 제한하지 않는다.
도 6을 참고하면, 파장 변환층(120)상에는 밴드 패스 필터(140)가 배치될 수 있다. 밴드 패스 필터(140)는 설정된 파장대의 광 이외의 광은 반사하는 필터로 정의할 수 있다. 일 예로, 제3발광소자(100C)는 발광 구조물(110)에서 출사된 광이 파장 변환층(120)에 의해 적색광으로 변환되어 방출되나, 일부 광은 적색광으로 변환되지 않을 수 있다. 이때, 변환되지 않은 청색광은 밴드 패스 필터(140)에 의해 반사되고, 다시 파장 변환층(120)에 의해 적색광으로 변환된 후 밴드 패스 필터(140)를 통과할 수 있다.
제1발광소자(100A)의 밴드 패스 필터(140)는 청색광만을 통과시킬 수 있고, 제2발광소자(100B)의 밴드 패스 필터(140)는 녹색광만을 통과시킬 수 있고, 제3발광소자(100C)의 밴드 패스 필터(140)는 적색광만을 통과시킬 수 있다.
제4발광소자(100D)의 밴드 패스 필터(140)는 특정 파장대의 광만을 통과시키도록 설계될 수 있다. 도 7과 같이 밴드 패스 필터를 이용하는 경우 백색광의 스펙트럼에서 청색 파장대의 발광 강도는 감소되고 녹색 및 적색 파장대의 발광 강도는 증가하여 연색성이 향상될 수 있다.
밴드 패스 필터(140)는 저굴절층과 고굴절층을 교번 적층하여 제작할 수 있다. 그러나, 밴드 패스 필터의 종류는 특별히 제한하지 않는다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참고하면 발광 구조물을 제작하는 단계는, 성장기판(10) 상에 제1반도체층(101), 활성층(102), 및 제2반도체층(103) 및 제1도전층(104)을 차례로 형성한다.
도 8b를 참고하면 도전성 기판을 형성하는 단계는, 제1도전층(104)에 도전성 기판(105)을 형성한다. 이때, 발광 구조물(110)의 성장기판(10)은 제거될 수 있다. 성장기판(10)을 제거하는 방법은 레이저 리프트 오프 공법(LLO)을 이용할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 필요에 따라 발광 구조물(110)의 상면에는 요철을 형성할 수도 있다.
도 8c를 참고하면, 발광소자를 제작하는 단계는, 발광 구조물(110)을 메사 식각(M)하여 복수 개의 발광소자로 분리한다. 이때, 발광 구조물(110)은 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)로 분리될 수 있다. 이후, 각 발광소자의 상부에 제2도전층(106)을 형성할 수 있다.
따라서, 제1발광소자 내지 제4발광소자(100A 내지 100D)의 발광 구조물(110)은 동일한 구조를 가질 수 있고, 동일한 파장대의 광을 발광할 수 있다. 따라서, 동작 전압도 동일해진다. 도면에서는 제1발광소자(100A)와 제3발광소자(100C)만을 예시하였다.
도 8d를 참고하면 광차단층을 형성하는 단계는, 메사 식각된 영역에 광차단층(210)을 형성한다. 이때, 광차단층(210)의 높이는 제2도전층(106)의 높이와 동일할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 도시되지는 않았으나, 추가적으로 밴드 패스 필터 및 색소층을 더 형성할 수도 있다.
도 8e를 참고하면 파장 변환층을 형성하는 단계는, 각 발광소자상에 형광체가 분산된 파장 변환층(120)을 형성한다. 전술한 바와 같이 제1발광소자(100A)에는 청색 형광체(P1)가 분산된 파장 변환층(120)을 형성하고, 제3발광소자(100C)에는 적색 형광체(P3)가 분산된 파장 변환층(120)을 형성한다. 만약, 발광 구조물에서 생성된 광이 청색광인 경우 제1발광소자(100A)의 파장 변환층(120)은 형광체가 분산되지 않은 수지층일 수 있다.
도 9를 참고하면, 발광소자의 도전성 기판(105)은 공통 전극으로 기능하며, 각 발광소자의 제2도전층(106)은 와이어(W)를 이용하여 회로기판(20)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고, 도 11은 도 10을 다른 방향에서 본 도면이고, 도 12는 도 10의 제1변형예이고, 도 13은 도 10의 제2변형예이다.
도 10을 참고하면, 실시 예에 따른 발광모듈은 일면(20a)과 타면(20b)을 갖는 모듈 기판(20)과 모듈 기판(20) 상에 배치되는 발광소자 패키지(100)를 포함한다.
모듈 기판(20)은 일면(20a)에는 제1 내지 제4리드전극(21, 22, 23, 24)이 배치될 수 있다. 제1리드전극(21)의 면적은 발광소자 패키지(100)의 면적보다 클 수 있다.
발광소자 패키지는 제1 내지 제3발광소자(100A, 100B, 100C) 및 이들이 전기적으로 연결된 도전성 기판(105)을 포함할 수 있다. 발광소자 패키지의 구성은 도 1 내지 도 6에서 설명한 구조가 모두 적용될 수 있다. 즉, 제1발광소자(100A)는 청색광을 발광하고, 제2발광소자(100B)는 녹색광을 발광하고, 제3발광소자(100C)는 청색광을 발광할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3발광소자(100A, 100B, 100C)는 하나의 발광 구조물을 절단하여 제작할 수도 있다.
제1발광소자(100A)는 제2리드전극(22)과 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결되고, 제2발광소자(100B)는 제3리드전극(23)과 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결되고, 제3발광소자(100C)는 제4리드전극(24)과 와이어(30)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 11을 참고하면, 모듈 기판(20)의 타면(20b)에는 제1 내지 제4전극패드(41, 42, 43, 44)가 배치될 수 있다. 이때, 제1전극패드(41)는 제1리드전극(21)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2전극패드(42)는 제2리드전극(22)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제3전극패드(43)는 제3리드전극(23)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제4전극패드(44)는 제4리드전극(24)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극패드와 리드전극의 전기적 연결은 특별히 제한되지 않는다. 예시적으로 모듈 기판은 일면과 타면을 관통하는 비아전극이 배치되어 전극패드와 리드전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
제1 내지 제3발광소자(100A, 100B, 100C)는 제1리드전극(21)에 공통으로 연결되고, 제2 내지 제4리드전극(22, 23, 24)에 각각 연결되므로 개별 구동될 수 있다. 예시적으로 제1리드전극(21)과 제3리드전극(23)에 전원이 인가된 경우 제2발광소자(100B)만이 구동될 수 있고, 제1 내지 제4리드전극(21, 22, 23, 24)에 모두 전원이 인가된 경우 제1 내지 제3발광소자(100A, 100B, 100C)가 모두 발광하여 백색 광이 출력될 수 있다.
도 12를 참고하면, 제3발광소자(100C)는 적색 파장대의 광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다. 즉, 제3발광소자(100C)는 파장변환층없이 그 자체로 적색광을 방출하는 칩일 수 있다. 적색 LED칩을 이용하면 적색 형광체를 이용하는 경우에 비해 발광 스펙트럼의 반치폭을 좁게 구현할 수 있다.
제3발광소자(100C)는 제4리드전극(24) 상에 칩을 실장하고 와이어를 이용하여 제1리드전극(21)과 전기적으로 연결할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1리드전극(21) 상에 칩을 실장하고 와이어를 이용하여 제4리드전극(24)과 전기적으로 연결할 수도 있다.
도 13과 도 14를 참고하면, 실시 예에 따른 발광모듈은 제4발광소자(100D)를 더 구비할 수 있다.
실시 예는 제1발광소자(100A) 내지 제3발광소자(100C)에서 방출된 광(T1, T2, T3)을 혼합하여 컬러를 구현하거나, 백색광을 구현할 수 있다. 전술한 바와 같이 레드 칩을 사용하는 경우 색 순도는 높아지나 녹색광과 적색광 사이에서 상대적으로 발광강도가 낮아질 수 있다. 따라서, 실시 예에서는 550nm 내지 680nm 사이에서 피크를 갖는 제4발광소자(100D)를 더 구비할 수 있다. 제4발광소자(100D)는 황색 영역의 발광강도를 보강할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고, 도 16은 도 15의 발광소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 도 15의 저면도이다.
도 15 및 도 16를 참고하면, 제1발광소자(100A) 내지 제4발광소자(100D)는 플립칩(Flip Chip) 또는 박막 플립칩(TFFC)일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1전극(115)과 제2전극(116)이 일 측에 나란히 배치된 구조라면 제한 없이 적용될 수 있다.
도 16을 참고하면, 발광 구조물(110)의 하부 및 측면에는 절연층(112)이 배치되고, 절연층(112)에는 지지층(117)이 배치될 수 있다. 제1전극(115)은 지지층(117)과 절연층(112)을 관통하여 제1반도체층(101)과 전기적으로 연결되고, 제2전극(116)은 지지층(117)과 절연층(112)을 관통하여 제2반도체층(103)(113)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1전극(115)은 제1반도체층(101)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2전극(116)은 반사전극층을 통해 제2반도체층(103)과 전기적으로 연결될 수 있다.
절연층(112)과 지지층(117)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 그룹에서 적어도 하나가 선택될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 지지층(117)은 열 전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 지지층(117)은 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹은 열 전도도가 10W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일 예로 세라믹 재질은 Y2O3, ZrO2, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC, BeO, CeO, AlN 등으로 이루어진 그룹에서 적어도 하나가 선택될 수 있다.
도 17를 참고하면, 제1발광소자(100A)는 제1리드전극(21)과 제2리드전극(22) 상에 배치될 수 있다. 제2발광소자(100B)는 제1리드전극(21)과 제3리드전극(23) 상에 배치될 수 있다. 제3발광소자(100C)는 제1리드전극(21)과 제4리드전극(24) 상에 배치될 수 있다. 제4발광소자(100D)는 제1리드전극(21)과 제5리드전극 상에 배치될 수 있다. 따라서, 별도의 와이어 없이 전기적 연결이 가능하기 때문에 소형화가 가능해진다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광모듈의 개념도이고, 도 19는 도 18의 저면도이다.
도 18 및 도 19를 참고하면, 제1 내지 제4발광소자(100A, 100B, 100C, 100D)는 일방향으로 연장된 직사각형 형상을 가질 수 있다. 실시 예에 따르면, 복수 개의 발광소자의 형상 및 전극 연결 구조는 자유롭게 변형할 수 있다. 따라서, 작은 사이즈의 색상 변환 가능한(color tunable) 광원을 제작할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 조명 장치와 같은 다양한 광학 어플리케이션에 적용될 수 있다. 특히, 높은 연색성 또는 색온도 조절을 필요로 하는 어플리케이션에 유용할 수 있다. 조명 장치는 기판과 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다.
일 예로, 각 발광소자를 독립적으로 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 각 발광소자에 인가되는 전류값을 제어하여 컬러, 색좌표, 색온도, 및 연색성을 조절할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지들을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.
100A: 제1발광소자
100B: 제2발광소자
100C: 제3발광소자
100D: 제4발광소자
101: 제1반도체층
102: 활성층
103: 제2반도체층
105: 도전성 기판
120: 파장 변환층
210: 광차단층
100B: 제2발광소자
100C: 제3발광소자
100D: 제4발광소자
101: 제1반도체층
102: 활성층
103: 제2반도체층
105: 도전성 기판
120: 파장 변환층
210: 광차단층
Claims (8)
- 일면에 배치되는 제1 내지 제4리드전극을 포함하는 기판; 및
상기 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하고,
상기 발광소자 패키지는,
상기 제1리드전극 상에 배치되는 도전성 기판;
상기 도전성 기판 상에 배치되는 제1 내지 제3발광소자를 포함하고,
상기 제1발광소자는 상기 제2리드전극과 전기적으로 연결되고,
상기 제2발광소자는 상기 제3리드전극과 전기적으로 연결되고,
상기 제3발광소자는 상기 제4리드전극과 전기적으로 연결되고,
상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 도전성 기판상에 배치되는 제1반도체층, 활성층, 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
상기 제1 내지 제3발광소자의 활성층에서 발광하는 광의 파장대는 동일한 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 제1발광소자와 제2리드전극을 연결하는 제1와이어, 상기 제2발광소자와 제3리드전극을 연결하는 제2와이어, 상기 제3발광소자와 제4리드전극을 연결하는 제3와이어를 포함하는 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 기판은 상기 제1 내지 제3발광소자의 공통 전극인 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 발광 구조물은 웨이퍼 레벨 패키지로 제작된 발광모듈.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제3발광소자의 사이에 배치되는 광차단층을 포함하는 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 및 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 파장 변환층을 포함하는 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 밴드 패스 필터를 포함하는 발광모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3발광소자는 상기 발광 구조물 상에 배치되는 색소층을 포함하는 발광모듈.
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|---|---|---|---|
| KR1020160053979A KR102598476B1 (ko) | 2016-05-02 | 2016-05-02 | 발광소자 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102598476B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006023100A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-03-02 | Gelcore Llc | White leds with tunable cri |
| KR20150025797A (ko) * | 2013-08-30 | 2015-03-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 차량용 조명 장치 |
| JP2016027620A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
-
2016
- 2016-05-02 KR KR1020160053979A patent/KR102598476B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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