KR20190058770A - 발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20190058770A
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Abstract

본 발명은 발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광다이오드(LED)를 금속 기판에 직접 실장하고, 상기 발광다이오드의 하부에 화이트 실리콘으로 언더필(underfill)을 형성하되, 상기 언더필이 상기 금속 기판에 장착되는 리플렉터에 대한 가이드 구조를 가지도록 하여, 상기 리플렉터가 정해진 위치에 정확하게 안착하도록 하여 단차 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 광추출 효율과 열 방출 효율 특성도 개선할 수 있는 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.
본 발명에서는, 금속 기판; 상기 금속 기판에 실장되어, 하부에 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드; 상기 금속 기판에 실장되어, 상기 발광다이오드의 빛을 반사하는 반사부를 포함하는 리플렉터; 상기 제 1 전극패드와 상기 제 2 전극패드 사이에 충진되는 하부 언더필층; 및 상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드와 상기 리플렉터 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층;을 포함하며, 상기 가이드 언더필층은 상기 리플렉터의 실장 경로를 안내하는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈을 개시한다.

Description

발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DIODE MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광다이오드(LED)를 금속 기판에 직접 실장하고, 상기 발광다이오드의 하부에 화이트 실리콘으로 언더필(underfill)을 형성하되, 상기 언더필이 상기 금속 기판에 장착되는 리플렉터에 대한 가이드 구조를 가지도록 하여, 상기 리플렉터가 정해진 위치에 정확하게 안착하도록 하여 단차 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 광추출 효율과 열 방출 효율 특성도 개선할 수 있는 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.
최근 조명, 디스플레이 등 다양한 용도에서 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 사용이 크게 늘어나고 있다. 특히, 발광다이오드(LED)는 종래의 광원에 비하여 소형이고 수명이 길뿐만 아니라 전기 에너지가 빛 에너지로 직접 변환되기 때문에 전력이 적게 소모되어 에너지 효율이 우수하며 고속응답 특성을 보인다는 장점을 가진다.
이때, 상기 발광다이오드(LED) 소자에서 광 추출 효율과 열 방출 효율은 제품의 성능에 큰 영향을 줄 수 있는 중요한 특성들 중 하나로서, 이를 개선하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 그런데, 광 추출 효율이 높아지면 이로 인하여 열 방출이 늘어나면서 이를 효과적으로 방출하지 못하면 발광다이오드 소자의 성능이 열화되거나 수명이 줄어드는 문제가 나타날 수 있다.
특히, UV-C(UltraViolet-C) 발광다이오드 소자나 고출력(High-Power) 발광다이오드 소자 등과 같이 높은 열이 발생하는 경우, 상기 발생된 열을 효과적으로 방출하지 못하면 내부 정션 온도(Tj)가 빠르게 상승하면서 발광다이오드 소자의 성능이 급격히 열화되거나 소자의 불량을 초래할 수 있다.
예를 들어, UV-C 발광다이오드 소자의 경우 UV-C 단파장을 발광하기 위하여 AlGaN 구조를 이용하면서 발광 효율이 2% 수준에 그치며, 이에 따라 나머지 약 98%의 에너지가 열로 방출되면서 높은 발열 특성을 나타내게 된다.
그런데, 종래에는, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 발광다이오드 칩(13)을 포함하는 발광다이오드 패키지(10)를 구성한 후, 상기 발광다이오드 모듈을 금속 기판(20) 등에 실장함으로써, 발광다이오드 칩에서 발생한 열이 상기 패키지를 거쳐 기판으로 방열되면서 방열 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
나아가, 방열 특성이 우수한 패키지를 적용하더라도 패키지와 기판 간의 접합 저항으로 인하여 상기 발광다이오드 칩에서 발생한 열을 기판으로 원활하게 방출하기에는 한계가 있었다.
이에 따라, 상기 UV-C 발광다이오드 소자 등 높은 발열 특성을 가지는 발광다이오드 소자에서의 방열 특성을 개선하면서, 나아가 광 추출 효율도 개선할 수 있는 방안에 대한 지속적인 요구가 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 특허공개공보 제10-2011-0000001호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 상기 UV-C 발광다이오드 소자 등 높은 발열 특성을 가지는 발광다이오드 소자에 대한 방열 특성을 개선할 수 있는 발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법을 개시하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 상기 발광다이오드에 대한 방열 특성과 함께 광 추출 효율도 개선할 수 있는 발광다이오드 모듈 및 그 제조 방법을 개시하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈은, 금속 기판; 상기 금속 기판에 실장되어, 하부에 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드; 상기 금속 기판에 실장되어, 상기 발광다이오드의 빛을 반사하는 반사부를 포함하는 리플렉터; 상기 제 1 전극패드와 상기 제 2 전극패드 사이에 충진되는 하부 언더필층; 및 상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드와 상기 리플렉터 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층;을 포함하며, 상기 가이드 언더필층은 상기 리플렉터의 실장 경로를 안내하는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가이드 언더필층의 상기 경사면은 적어도 하나 이상의 기울기를 가질 수 있다.
또한, 상기 가이드 언더필층은 상기 금속 기판의 상부 표면 위를 일주하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 언더필층의 경사면은 하부로 갈수록 직경이 커질 수 있다.
또한, 상기 가이드 언더필층의 일측은 상기 발광다이오드의 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드의 측면까지 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 언더필층의 타측인 상기 경사면의 하부는 상기 리플렉터와 접할 수 있다.
또한, 상기 가이드 언더필층은 상기 하부 언더필층과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광다이오드는 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드일 수 있다.
이때, 상기 하부 언더필층과 상기 가이드 언더필층은 화이트 실리콘을 포함하여 구성되어 상기 자외선 영역에 대한 반사층으로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 금속 기판에는 상기 발광다이오드가 복수개 실장되며, 상기 복수개의 각 발광다이오드에 대응하는 복수개의 리플렉터가 구비될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 발광 다이오드 는 상기 금속 기판 상에 일정간격으로 일렬로 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 발광 다이오드는 상기 금속 기판 상에 원형으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 리플렉터는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 리플렉터의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층을 포함할 수 있다.
이때, 상기 리플렉터는 상기 투광층을 지지하여, 상기 투광층이 안착되는 안착홈을 더 포함하며, 상기 금속 기판의 상부면에서 상기 안착홈까지의 높이는, 상기 금속 기판의 상부면에서 상기 리플렉터의 상부면까지의 높이보다 낮을 수 있다.
이때, 상기 투광층은 석영(quartz) 계열의 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광다이오드 모듈 제조 방법은, 하부에 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드를 금속 기판에 전사하는 전사 단계; 상기 발광다이오드를 상기 금속 기판에 솔더링하는 1차 리플로우 단계; 상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드 주위 영역을 충진하는 언더필을 형성하는 언더필 단계; 및 상기 발광다이오드에서 발광되는 빛을 상부로 반사하는 리플렉터를 상기 금속 기판에 실장하는 리플렉터 실장 단계;를 포함하며, 상기 리플렉터 실장 단계에 있어서, 상기 언더필이 상기 리플렉터의 실장 경로를 안내하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 언더필 단계에서는, 상기 제 1 전극패드와 상기 제 2 전극패드 사이에 충진되는 하부 언더필층 및 상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드와 상기 리플렉터 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 언더필 단계에서는, 상기 언더필에 상기 리플렉터를 미리 정해진 위치로 용이하게 가이드하는 경사면을 형성할 수 있다.
또한, 상기 전사 단계에서는 상기 금속 기판에 상기 발광다이오드를 복수개 실장하며, 상기 리플렉터 실장 단계에서는 상기 복수개의 각 발광다이오드에 대응하는 복수개의 리플렉터를 실장할 수 있다.
또한, 상기 발광다이오드는 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드이며, 상기 언더필 단계에서는 화이트 실리콘을 이용하여 자외선 영역에 대한 반사층으로서 기능하는 언더필을 형성할 수 있다.
또한, 상기 리플렉터 실장 단계에서는, 상기 리플렉터를 상기 금속 기판에 솔더링하는 2차 리플로우 단계를 포함하며, 상기 2차 리플로우 단계에서는 상기 1차 리플로우 단계보다 저온에서 리플로우될 수 있다.
또한, 상기 언더필 단계 이후에, 상기 리플렉터의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층을 상기 리플렉터에 안착시키는 투광층 안착 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈은 발광다이오드(LED)를 금속 기판에 직접 실장하고, 상기 발광다이오드의 하부에 화이트 실리콘으로 언더필(underfill)을 형성함으로써, 광추출 효율과 열 방출 효율 특성을 동시에 개선할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에서는 상기 언더필이 상기 금속 기판에 장착되는 리플렉터에 대한 가이드 구조를 형성하도록 함으로써, 상기 리플렉터에서의 단차 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며 나아가 발광 특성도 개선할 수 있다는 효과를 가진다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광다이오드 모듈의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 봉지층을 구비하는 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 발광다이오드 플립칩 및 리플렉터를 가지는 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수개의 발광다이오드 플립칩 및 리플렉터를 가지는 발광다이오드 모듈의 샘플 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 모듈 제작 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈(100)의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)는, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 금속 기판(120), 상기 금속 기판(120)에 실장되어, 하부에 제 1 전극패드(111) 및 제 2 전극패드(112)를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드(110), 상기 금속 기판(120)에 실장되어, 상기 발광다이오드(110)의 빛을 반사하는 반사부(141)를 포함하는 리플렉터(140), 상기 제 1 전극패드(111)와 상기 제 2 전극패드(112) 사이에 충진되는 하부 언더필층(132); 및 상기 제 1 전극패드(111) 및 상기 제 2 전극패드(112)와 상기 리플렉터(140) 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층(131)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 가이드 언더필층(131)은 상기 리플렉터(140)의 실장 경로를 안내하는 경사면(131a)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)은, 상기 리플렉터(140)의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층(150)을 더 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래에는 발광다이오드 칩(13)을 포함하는 발광다이오드 패키지(10)를 구성한 후, 상기 발광다이오드 모듈을 금속 기판(20) 등에 실장하면서 방열 효율이 떨어질 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서는 발광다이오드(110)를 금속 기판(120)에 직접 실장함으로써 상기 발광다이오드(110)에서 발생하는 열을 효과적으로 상기 금속 기판(120)으로 방출할 수 있게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드(110)는 발광다이오드 칩이 패키징된 형태의 발광소자일 수도 있겠으나, 상기 패키지가 구비되지 않은 발광다이오드 칩이 사용되어 상기 금속 기판(120)에 직접 실장됨으로써 방열 효율을 높이는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서는 상기 발광다이오드(110)의 하부를 포함하는 소정의 영역에 언더필층(130)을 형성함으로써, 상기 발광다이오드(110)와 상기 금속 기판(120) 간의 열팽창 계수 차이로 발생하는 응력을 완화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 발광다이오드(110)와 상기 금속 기판(120) 사이에 접합 강도(adhesion strength)를 제공하여 신뢰성도 향상시킬 수 있으며, 나아가 습기 등 외부 환경의 영향도 최소화할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
나아가, 상기 언더필층(130)은 화이트 실리콘(white silicon) 등으로 구성되어 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛에 대한 반사층으로 기능할 수 있으며, 이에 따라 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛의 손실을 줄이고 광 추출 효율도 개선할 수 있게 된다.
보다 구체적인 실시예로서, 상기 발광다이오드(110)로서 UV-C 발광다이오드 칩 등 고발열 특성을 가지는 플립칩을 사용하여 상기 금속 기판(120)에 실장하는 경우, 상기 언더필층(130)으로 화이트 실리콘을 사용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서는 상기 UV-C 발광다이오드 플립칩에서 발생하는 고온의 열을 상기 금속 기판(120)으로 효과적으로 방출하여 열 방출 효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 화이트 실리콘이 반사층(반사율 88% 수준)으로 기능하면서 상기 발광다이오드(110) 하부 방향으로 방출되는 UV-C를 반사하여 줌으로써 광 추출 효율도 개선할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서 상기 언더필층(130)을 형성함에 있어, 상기 발광다이오드(110)의 하부에 형성되는 하부 언더필층(132)와 함께, 상기 발광다이오드(110)과 상기 리플렉터(140) 간의 간극을 충진하는 가이드 언더필층(131)도 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 가이드 언더필층(131)이 상기 발광다이오드(110)와 상기 리플렉터(140) 간의 간극을 충진하여 상기 발광다이오드(110)에서 상기 간극 방향으로 발광되는 빛에 대한 반사층으로 기능하면서 상기 발광다이오드 플립칩(110)에서 발광되는 빛의 손실을 줄이고 광 추출 효율도 개선할 수 있게 된다.
또한, 상기 언더필층(130)에서 상기 가이드 언더필층(131)은 상기 리플렉터(140)가 실장되는 경로를 가이드하는 경사면(131a)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 리플렉터(140)가 정해진 위치에 정확하게 안착되면서 단차 발생을 방지할 있을 뿐만 아니라, 상기 반사면(131a)의 정확한 정렬에 따라 광효율도 개선할 수 있게 된다.
상기 도 2에서는 상기 가이드 언더필층(131)에서 상기 경사면(131a)이 하나의 기울기를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 본 발명에서 상기 가이드 언더필층(131)은 복수의 기울기를 가지는 경사면(131a)을 구비할 수도 있다. 이에 따라, 상기 리플렉터(140)를 실장하는 과정에서 처음에는 용이하게 상기 경사면(131a)을 따라 가이드되도록 하다가 상기 리플렉터(140)가 상기 금속 기판(120)에 근접하게 되면 상기 경사면(131a)의 기울기가 달라지면서 상기 리플렉터(140)를 정확한 위치에 안착시키도록 할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 리플렉터(140)를 SMT 장치 또는 수작업 등을 통해 상기 금속 기판(120)에 실장하는 경우 실장 위치에 상당한 오차가 발생할 수 있고, 상기 리플렉터(140)의 실장 위치 오차에 의하여 발광다이오드 모듈(100)의 발광 패턴에 편차가 발생하면서 발광 특성이 나빠질 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 가이드 언더필층(131)을 이용하여 상기 리플렉터(140)를 정확한 위치에 안정적으로 실장하여 줌으로써, 상기 발광다이오드 모듈(100)에서의 발광 패턴 편차의 발생을 방지하여 발광 특성을 개선할 수 있게 된다.
또한, 상기 가이드 언더필층(131)의 경사면은 하부로 갈수록 직경이 커지는 것이 바람직하며, 나아가 상기 가이드 언더필층(131)은 상기 금속 기판(120)의 상부 표면 위를 일주하여 폐곡선을 형성하도록 할 수도 있다. 이에 따라, 상기 리플렉터(140)는 상기 가이드 언더필층(131)의 경사면(131a) 폐곡선에 맞추어 보다 정확한 위치에 안착될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 언더필층(130)의 가이드부(131)는 상기 발광다이오드 플립칩(110)에서 발광되는 빛을 반사하여 광 추출 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 리플렉터(140)가 정확한 위치에 실장될 수 있도록 가이드하는 역할도 수행하게 된다.
또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 가이드 언더필층(131)의 일측은 상기 발광다이오드(110)의 제 1 전극패드(111) 및 제 2 전극패드(112)의 측면까지 덮도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 가이드 언더필층(131)의 타측인 상기 경사면(131a)의 하부는 상기 리플렉터(140)와 접하도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 가이드 언더필층(131)은 상기 발광다이오드(110)와 상기 리플렉터(140) 간의 간극을 충진하여 상기 발광다이오드(110)에서 상기 간극 방향으로 발광되는 빛에 대한 반사층으로 기능하면서 상기 발광다이오드 플립칩(110)에서 발광되는 빛의 손실을 줄이고 광 추출 효율도 개선할 수 있게 된다.
또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 가이드 언더필층(131)은 상기 하부 언더필층(132)과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 가이드 언더필층(131)과 상기 하부 언더필층(132)은 동일한 공정을 통해 형성될 수 있어 제작 공정의 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 열팽창 계수 차이로 발생하는 응력을 완화시키는 등의 효과도 기대할 수 있다.
또한, 상기 리플렉터(140)는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있으며, 특히 위와 같이 알루미늄 소재를 이용하는 경우 UV 빛에도 변색을 효과적으로 억제할 수 있으며, 단파장에서의 반사율도 우수한 특성을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 발광다이오드(110)에서 측면 방향으로 발광되는 UV-C를 상기 발광다이오드(110)의 발광 방향(상부 방향)으로 반사하여 줌으로써 상기 발광다이오드 모듈(100)의 발광 패턴 등을 조절할 수 있으며, 나아가 발광 특성을 개선할 수 있게 된다.
나아가, 상기 발광다이오드(110)와 상기 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 장착하기 위하여 솔더(121) 등을 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서는 통상적인 납-주석(Pb-Sn) 솔더에 대신하여 은이나 구리 등이 포함되는 SAC(Sn-Ag-Cu) 솔더 등을 사용하여 상기 발광다이오드(110) 또는 상기 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 솔더링할 수 있다.
또한, 상기 금속 기판(120)은 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등 열전도 특성이 좋은 금속 재질을 사용하여 구성될 수 있다.
나아가, 상기 투광층(150)은 UV 등에 대하여 높은 투과율(89% 수준)을 가지면서도 크랙(crack)의 발생 가능성이 낮고 높은 신뢰성을 가지는 석영(quartz) 계열의 물질로 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)은 상기 발광다이오드 플립칩(110)을 외부 환경으로부터 보호하면서도 상기 발광다이오드 플립칩(110)에서 발광되는 빛의 발광 효율을 최대화할 수 있다는 효과를 가지게 된다.
또한, 상기 리플렉터(140)는 상기 투광층(150)을 지지하여, 상기 투광층(150)이 안착되는 안착홈을 구비할 수 있으며, 이때 상기 금속 기판(120)의 상부면에서 상기 안착홈까지의 높이는, 상기 금속 기판(120)의 상부면에서 상기 리플렉터(140)의 상부면까지의 높이보다 낮도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 투광층(150)은 상기 리플렉터(140)의 안착홈에 안정적으로 안착되어 상기 리플렉터(140)의 개구를 차폐함과 동시에 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛을 효과적으로 투과시켜 방출할 수 있게 된다.
나아가, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서 상기 리플렉터(140)는 곡면 형상의 반사면을 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서 상기 리플렉터(140)는 곡면 형상의 반사면을 구비하여 상기 발광다이오드 모듈(100)에서 발광되는 빛의 방향에 따라 보다 적절한 방향으로 반사시켜 줌으로써, 상기 발광다이오드 모듈(100)의 발광 패턴 등을 보다 효과적으로 조절하고 발광 특성을 개선할 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 리플렉터(140)는 상기 발광다이오드(110)의 측면 방향 발광 패턴을 고려하여 상기 곡면 형상의 구체적인 형태를 구현하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리플렉터(140)는 상기 발광다이오드(110)에 근접하는 위치까지 배치되는 형상(즉, 상기 발광다이오드(110)과 상기 리플렉터(140) 사이의 간격이 좁은 형상)으로 구현될 수 있으며, 이에 따라 상기 발광다이오드(110)에서 측면 방향으로 발광하는 빛의 손실을 최소화하면서 발광 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서, 상기 언더필층(130)이 반드시 상기 리플렉터(140)를 미리 정해진 위치로 용이하게 가이드할 수 있는 경사면을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 가이드 언더필층(131)이 경사면을 구비하지 않고 상기 제 1 전극패드(111) 및 상기 제 2 전극패드(112)와 상기 리플렉터(140) 간의 간극만을 충진하는 형태로 구성될 수도 있다.
덧붙여, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 투광층(150)을 대신하여 봉지층(160)을 구비할 수도 있다. 특히, 상기 발광다이오드(110)가 습기 등 외부 환경에 민감한 경우에는 상기 봉지층(160)을 사용하여 상기 발광다이오드(110)를 외부 환경으로부터 보다 확실하게 봉지하는 것이 바람직할 수도 있다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에서, 상기 금속 기판(120)에는 상기 발광다이오드(110)가 복수개 실장되고, 상기 복수개의 각 발광다이오드(110)에 대응하는 복수개의 리플렉터(140)가 구비될 수도 있다.
즉, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)에는 복수개의 발광다이오드(110)와 복수개의 리플렉터(140)가 구비되어 모듈을 구성할 수 있다.
이러한 경우, 복수의 각 리플렉터(140)를 실장하면서 상당한 편차가 발생할 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 가이드 언더필층(131)을 이용하여 상기 복수의 각 리플렉터(140)를 정확한 위치에 안정적으로 실장하여 줌으로써, 상기 복수의 리플렉터(140)의 실장 위치 편차의 발생을 방지하고 발광 특성을 개선할 수 있게 된다.
이때, 상기 복수 개의 발광다이오드(110)는 상기 금속 기판(120) 상에 일정간격으로 일렬로 배치되거나, 원형으로 배치되어 발광다이오드 모듈(100)을 구성할 수도 있다.
또한, 도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)의 샘플 사진을 예시하고 있다.
도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)은, 상기 금속 기판(120)에 발광다이오드(110)가 복수개 실장되고, 상기 복수개의 각 발광다이오드(110)에 대응하는 복수개의 리플렉터(140)가 구비되어 구성될 수 있다.
또한, 도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100) 제조 방법의 순서도를 도시하고 있다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100) 제조 방법은, 하부에 제 1 전극패드(111) 및 제 2 전극패드(112)를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드(110)를 금속 기판(120)에 전사하는 전사 단계 (S110), 상기 발광다이오드(110)를 상기 금속 기판(120)에 솔더링하는 1차 리플로우 단계 (S120), 상기 제 1 전극패드(111) 및 상기 제 2 전극패드(112) 주위 영역을 충진하는 언더필층(130)을 형성하는 언더필 단계 (S130) 및 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛을 상부로 반사하는 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 실장하는 리플렉터 실장 단계 (S140)를 포함할 수 있으며, 이때 상기 리플렉터 실장 단계에서는, 상기 언더필층(130)이 상기 리플렉터(140)가 정해진 위치에 정확하게 안착할 수 있도록 상기 리플렉터(140)의 실장 경로를 가이드하게 된다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100) 제조 방법을 각 단계별로 나누어 살핀다. 다만, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100)과 겹치는 부분은 추가적인 설명을 생략하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 모듈(100) 제조 방법의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
먼저, 상기 전사 단계(S110)에서는 쉬트(Sheet) 등에 부착된 발광다이오드 (110)를 상기 금속 기판(120)으로 전사(transfer)하게 된다. 상기 발광다이오드(110)를 상기 금속 기판(120)으로 적절하게 전사할 수 있는 공정이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
이어서, 상기 1차 리플로우 단계(S120)에서는 리플로우(reflow) 공정 등을 통해 상기 발광다이오드(110)를 상기 금속 기판(120)에 솔더링하여 장착하게 된다. 본 단계에서도 상기 발광다이오드(110)를 상기 금속 기판(120)으로 적절하게 솔더링할 수 있는 공정이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 발광다이오드(110)를 금속 기판(120)에 직접 실장함으로써 상기 발광다이오드(110)에서 발생하는 열을 효과적으로 상기 금속 기판(120)으로 방출할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 언더필 단계(S130)에서는 상기 발광다이오드(110)의 상기 제 1 전극패드(111) 및 상기 제 2 전극패드(112) 주위 영역을 충진하는 언더필층(130)을 형성하게 된다.
여기서, 상기 발광다이오드 플립칩(110)은 고발열 특성을 가지는 UV-C 발광다이오드 플립칩일 수 있으며, 이에 따라 상기 언더필 단계(S130)에서는 화이트 실리콘을 이용하여 UV-C에 대한 반사층으로서 기능하는 언더필층(130)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 언더필 단계(S130)에서는, 상기 제 1 전극패드(111)와 상기 제 2 전극패드(112) 사이에 충진되는 하부 언더필층(132)와 함께 상기 제 1 전극패드(111) 및 상기 제 2 전극패드(112)와 상기 리플렉터(140) 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층(131)을 형성할 수 있으며, 특히 상기 가이드 언더필층(131)에 경사면(131a)을 형성하여 상기 리플렉터(140)를 미리 정해진 위치로 용이하게 가이드할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 언더필층(130)이 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛을 반사하여 광 추출 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 리플렉터(140)가 정확한 위치에 실장될 수 있도록 가이드하는 역할도 수행하게 된다.
이때, 상기 발광다이오드(110)는 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드일 수 있으며, 이때 상기 언더필 단계(S130)에서는 화이트 실리콘을 이용하여 자외선 영역에 대한 반사층으로서 기능하는 언더필층(130)을 형성할 수 있다.
나아가, 상기 언더필 단계(S130) 이후에, 상기 리플렉터(140)의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층(150)을 상기 리플렉터(150)에 안착시키는 투광층 안착 단계를 더 포함할 수도 있다.
마지막으로, 상기 리플렉터 실장 단계(S140)에서는 상기 언더필층(130)을 이용하여 상기 발광다이오드(110)에서 발광되는 빛을 미리 정해진 방향(예를 들어 상부 방향)으로 반사하는 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 실장하게 된다.
이때, 상기 리플렉터 실장 단계(S140)에서는 상기 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 솔더링하는 2차 리플로우 단계를 포함할 수 있으며, 상기 2차 리플로우 단계에서는 상기 1차 리플로우 단계보다 저온의 리플로우 공정을 이용하여 상기 1차 리플로우 단계를 거쳐 형성된 발광다이오드(110)의 솔더링 상태를 유지하면서, 상기 리플렉터(140)를 상기 금속 기판(120)에 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 전사 단계(S110)에서는 상기 금속 기판(120)에 상기 발광다이오드 플립칩(110)을 복수개 실장하고, 상기 리플렉터 실장 단계(S140)에서는 상기 복수개의 각 발광다이오드 플립칩(110)에 대응하는 복수개의 리플렉터(140를 실장할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광소자 모듈 110 : 발광다이오드
111 : 제1 전극패드 112 : 제2 전극패드
120 : 금속 기판 121 : 솔더
130 : 언더필층 131 : 가이드 언더필층
131a : 경사면 132 : 하부 언더필층
140 : 리플렉터 141 : 반사부
150 : 투광층 160 : 봉지층

Claims (23)

  1. 금속 기판;
    상기 금속 기판에 실장되어, 하부에 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드;
    상기 금속 기판에 실장되어, 상기 발광다이오드의 빛을 반사하는 반사부를 포함하는 리플렉터;
    상기 제 1 전극패드와 상기 제 2 전극패드 사이에 충진되는 하부 언더필층;및
    상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드와 상기 리플렉터 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층;을 포함하며,
    상기 가이드 언더필층은 상기 리플렉터의 실장 경로를 안내하는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층의 상기 경사면은 적어도 하나 이상의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층은 상기 금속 기판의 상부 표면 위를 일주하도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층의 경사면은 하부로 갈수록 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층의 일측은 상기 발광다이오드의 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드의 측면까지 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층의 타측인 상기 경사면의 하부는 상기 리플렉터와 접하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 언더필층은 상기 하부 언더필층과 같은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드는 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 언더필층과 상기 가이드 언더필층은 화이트 실리콘을 포함하여 구성되어 상기 자외선 영역에 대한 반사층으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 기판에는 상기 발광다이오드가 복수개 실장되며,
    상기 복수개의 각 발광다이오드에 대응하는 복수개의 리플렉터가 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광 다이오드는 상기 금속 기판 상에 일정간격으로 일렬로 배치됨을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광 다이오드는 상기 금속 기판 상에 원형으로 배치됨을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리플렉터는 상기 투광층을 지지하여, 상기 투광층이 안착되는 안착홈을 더 포함하며,
    상기 금속 기판의 상부면에서 상기 안착홈까지의 높이는, 상기 금속 기판의 상부면에서 상기 리플렉터의 상부면까지의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 투광층은 석영(quartz) 계열의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈.
  17. 하부에 제 1 전극패드 및 제 2 전극패드를 포함하는 플립 타입의 발광다이오드를 금속 기판에 전사하는 전사 단계;
    상기 발광다이오드를 상기 금속 기판에 솔더링하는 1차 리플로우 단계;
    상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드 주위 영역을 충진하는 언더필을 형성하는 언더필 단계; 및
    상기 발광다이오드에서 발광되는 빛을 상부로 반사하는 리플렉터를 상기 금속 기판에 실장하는 리플렉터 실장 단계;를 포함하며,
    상기 리플렉터 실장 단계에 있어서, 상기 언더필이 상기 리플렉터의 실장 경로를 안내하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 언더필 단계에서는,
    상기 제 1 전극패드와 상기 제 2 전극패드 사이에 충진되는 하부 언더필층 및 상기 제 1 전극패드 및 상기 제 2 전극패드와 상기 리플렉터 간의 간극에 충진되는 가이드 언더필층을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 언더필 단계에서는,
    상기 언더필에 상기 리플렉터를 미리 정해진 위치로 용이하게 가이드하는 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 전사 단계에서는 상기 금속 기판에 상기 발광다이오드를 복수개 실장하며,
    상기 리플렉터 실장 단계에서는 상기 복수개의 각 발광다이오드에 대응하는 복수개의 리플렉터를 실장하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 발광다이오드는 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광다이오드이며,
    상기 언더필 단계에서는 화이트 실리콘을 이용하여 자외선 영역에 대한 반사층으로서 기능하는 언더필을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 리플렉터 실장 단계에서는,
    상기 리플렉터를 상기 금속 기판에 솔더링하는 2차 리플로우 단계를 포함하며,
    상기 2차 리플로우 단계에서는 상기 1차 리플로우 단계보다 저온에서 리플로우되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 언더필 단계 이후에,
    상기 리플렉터의 개구를 차폐하면서도 상기 발광다이오드에서 발광되는 빛은 투광시키는 투광층을 상기 리플렉터에 안착시키는 투광층 안착 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈 제조 방법.
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