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KR102539444B1 - 반도체 발광 소자를 이용한 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 램프 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102539444B1
KR102539444B1 KR1020180056131A KR20180056131A KR102539444B1 KR 102539444 B1 KR102539444 B1 KR 102539444B1 KR 1020180056131 A KR1020180056131 A KR 1020180056131A KR 20180056131 A KR20180056131 A KR 20180056131A KR 102539444 B1 KR102539444 B1 KR 102539444B1
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최봉석
강민구
송후영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 램프 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기판, 상기 기판상에 배치되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들 사이에 형성되는 평탄층 및 상기 기판 및 상기 평탄층 사이에 배치되는 스페이서를 포함하고, 상기 반도체 발광소자들 각각과 상기 스페이서 사이에는 에어갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 램프를 제공한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 램프 및 그 제조 방법{LAMP USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 램프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
차량은 조명 기능이나 신호 기능을 가지는 다양한 차량용 램프를 구비하고 있다. 일반적으로, 할로겐 램프나 가스 방전식 램프가 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 차량용 램프의 광원으로 주목 받고 있다.
발광다이오드의 경우 사이즈를 최소화함으로서 램프의 디자인 자유도를 높여줄 뿐만 아니라 반영구적인 수명으로 인해 경제성도 갖추고 있으나, 현재 대부분 패키지 형태로 생산되고 있다. 패키지가 아닌 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 자체는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 개발 중이다.
하지만, 현재까지 개발된 차량용 램프는 패키지 형태의 발광 다이오드를 이용하는 것이기에 양산 수율이 좋지 않고 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 플렉서블의 정도가 약하다는 약점이 존재한다.
한편, 반도체 발광소자의 하부로 진행하는 빛은 램프의 광량을 저하시키는 요인이 된다. 이에, 반도체 발광소자 하부로 진행하는 빛을 반사시켜 램프의 광추출률을 상승시키기 위한 구조들이 개발되고 있다.
본 발명의 일 목적은 반도체 발광소자의 하부로 진행하는 빛을 반사시켜 램프의 광량을 증가시키기 위한 구조를 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 기판, 상기 기판상에 배치되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들 사이에 형성되는 평탄층 및 상기 기판 및 상기 평탄층 사이에 배치되는 스페이서를 포함하고, 상기 반도체 발광소자들 각각과 상기 스페이서 사이에는 에어갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 램프를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 에어갭은 상기 반도체 발광소자의 주변을 에워싸도록 형성될 수 있다. 또한, 실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 배선전극; 상기 배선전극 상에 배치되는 반도체 발광소자; 상기 배선전극과 상기 반도체 발광소자 사이에 배치되는 메탈 솔더층; 상기 반도체 발광소자의 측면에 배치되는 평탄층; 상기 기판과 상기 평탄층 사이에 배치되는 스페이서; 및 상기 반도체 발광소자와 상기 스페이서 사이에 배치되는 에어갭을 포함하며, 상기 에어갭은 상기 메탈 솔더층의 측면을 에워싸도록 배치될 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 에어갭의 상면은 상기 반도체 발광소자의 상면보다 낮게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 상기 기판 상에 배치되는 배선전극 및 상기 배선전극과 상기 반도체 발광소자 사이에 배치되는 메탈 솔더층을 더 포함하고, 상기 에어갭은 상기 배선전극 상에 형성되며, 상기 메탈 솔더층의 측면을 에워싸도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 각각의 측면의 일부는 상기 평탄층으로 에워싸이고, 나머지 일부는 상기 에어갭으로 에워싸일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 각각의 측면 전체는 상기 평탄층으로 에워싸이고, 상기 에어갭은 상기 메탈 솔더층을 에워싸도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 평탄층은 상기 반도체 발광소자들을 에워싸는 제1영역 및 상기 제1영역을 에워싸는 제2영역을 포함하고, 상기 에어갭은 상기 제1영역 및 상기 기판 사이에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스페이서는 상기 제1 및 제2영역의 경계에 형성되고, 상기 제2영역은 상기 스페이서를 에워싸도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 주변에 형성되며, 상기 기판 상에 배치되는 글라스층을 더 포함하고, 상기 스페이서는 상기 글라스층에서 상기 반도체 발광소자의 두께 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2영역의 일부는 상기 글라스층 상에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 배선전극을 형성하는 단계, 측면에 칩 가이드가 형성된 반도체 발광소자들을 상기 배선전극에 상에 전사하는 단계, 상기 기판 상에 글라스 기반의 레진을 스핀 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 상기 코팅층을 경화시키는 단계, 상기 코팅층을 경화시킨 후, 상기 반도체 발광소자들 사이에 평탄층을 형성하는 단계, 상부 전극 형성을 위해, 평탄층의 일부를 식각하는 단계를 포함하고, 상기 배선전극에 반도체 발광소자를 전사하는 단계는 상기 칩 가이드와 상기 기판 사이에 이격 공간이 형성되도록 진행되고, 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 이격 공간에 코팅층이 형성되도록 진행되는 것을 특징으로 하는 램프의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 반도체 발광소자 주변에 형성된 에어갭이 반도체 발광소자 하부로 진행하는 빛을 전반사 시키기 때문에 램프의 광추출률을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 별도의 공정 추가 없이 반도체 발광소자 주변에 에어갭을 형성할 수 있기 때문에, 생산 비용 증가 없이 램프의 광추출률을 증가시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 단면도이다.
도 4는 도 3의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 램프의 단면도들이다.
도 7 내지 11은 본 발명에 따른 램프를 제조하는 방법을 나타내는 개념도이들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 램프는 차량에 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 램프는 전조등(헤드 램프), 미등, 차폭등, 안개등, 방향지시등, 제동등, 비상등, 후진등(테일 램프) 등이 포함될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명에 따른 램프가 차량에 적용되는 일 실시 예에 대하여 설명하나, 본 발명에 따른 램프는 차량에 한정되지 않고, 조명 기구가 필요한 모든 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 램프(10)는 차체에 고정되는 프레임(11)과, 프레임(11)에 설치되는 광원부(12)를 포함하여 이루어진다.
프레임(11)에는 광원부(12)에 전원을 공급하기 위한 배선라인이 연결되어 있으며, 상기 프레임(11)은 차체에 직접 체결 고정되거나 브라켓을 매개로 고정될 수 있다. 도시에 의하면, 광원부(12)가 발광하는 빛을 보다 확산하고 선명하게 하기 위하여 렌즈부가 구비될 수 있다.
상기 광원부(12)는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 플렉서블 광원부가 될 수 있다.
상기 광원부(12)가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 광원부(12)는 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 광원부는 적어도 일부가 휘어지거나 굽어진 곡면이 될 수 있다.
상기 광원부(12)의 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 광원부(12)는 단위 광원, 베이스 기판, 연결전극을 포함하여 이루어진다. 이하에서는, 상술한 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
광원부(12)는 상기 단위 광원만으로 이루어질 수 있다. 이하, 단위 광원만으로 이루어진 광원부(12)를 통해, 상기 단위 광원에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 단면도이며, 도 4는 도 3의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 2, 도 3 및 도 4의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 단위 광원(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 경우를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 단위 광원(100)은 기판(110), 제1전극(120), 제1접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 전체 공정을 통해 구조가 형성되는 기본층(base layer)이며, 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있다. 상기 기판(110)은 플렉서블(flexible) 광원부를 구현하기 위하여 유리나 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 박형 금속이 될 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
한편, 상기 기판(110)에는 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착되어, 방열 기능이 구현될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1전극(120)이 배치되는 면의 반대면에 상기 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착될 수 있다.
제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치하며, 면 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극(120)은 상기 기판상에 배치되는 전극층이 될 수 있으며, 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 한편, 후술할 도 6과 같이, 제1전극(120)위에는 연결 전극(220)과 전기적 연결을 용이하게 하는 전극패드(123)가 배치될 수 있다.
제1접착층(130)은 제1전극(120)이 위치하는 기판(110)상에 형성된다.
상기 제1접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 제1접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 따라서, 상기 제1접착층은 전도성 제1접착층으로 지칭될 수 있다. 또한 제1접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 광원부에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 제1접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 제1접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 제1접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다.
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
기판(110) 상에 제1전극(120)이 위치하는 상태에서, 예를 들어 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)가 제1전극(120)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 제1접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 제1전극(120) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
또 다른 예로서, 상기 제1접착층은 Eutectic bonding을 위한 주석계열 alloy, Au, Al 또는 Pb 등을 구비하며, 상기 기판과 상기 반도체 발광소자는 Eutectic bonding에 의하여 결합될 수 있다.
반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 이 경우에, 단일 반도체 발광소자의 면적은 10-10~10-5m2 의 범위를 가지며, 발광소자 간 간격은 100um~10mm 의 범위를 가질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는 복수의 제2전극(140)이 위치하며, 상기 복수의 제2전극(140)은 상기 반도체 발광 소자(150)와 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154)상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 제1전극(120)과 제1접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 후술하는 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 복수의 반도체 발광 소자(150)의 사이에는 절연층(160)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1접착층(130)의 일면에 절연층(160)이 형성되어 상기 반도체 발광 소자(150)의 사이 공간을 채우게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연층(160)이 없이 상기 제1접착층(130)이 상기 반도체 발광소자의 사이를 모두 채우는 구조도 가능하다.
상기 절연층(160)은 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층이 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 절연층(160)에는 전극간의 short를 방지하기 위한 구조로 절연특성이 우수하고 광흡수가 적은 에폭시 혹은 methyl, phenyl 계열 실리콘 등의 고분자 물질 혹은, SiN, Al2O3 등의 무기 물질이 사용될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
상기 형광체층(180)은 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(151)이고, 이러한 청색(B) 광을 다른 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(180)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(180)은 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체, 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체 또는 청색 광을 백색(W) 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체를 구비할 수 있다.
이 경우에, Nitride 기반 반도체 발광소자에서 형성되는 광의 파장은 390~550nm 의 범위를 가지며, 형광체가 삽입된 필름을 통해 450~670nm 로 변환시킬 수 있다. 또한, 적색 형광체 및 녹색 형광체를 전부 구비하여, 여러 파장의 광을 혼합하여, 백색 광을 구현할 수 있다. 또한, 적색계열의 광이 필요할 때, GaAs 계열의 적색 반도체 발광소자를 사용할 경우 형광체가 아닌 광 확산 필름을 사용할 수 있다. 또한, 광추출 효율을 향상시키기 위해 패턴된 시트가 삽입될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자(150)와 상기 형광체층(180)의 사이에는 광학갭층(171)이 존재할 수 있다. 상기 광학갭층(171)은 광흡수가 적고 bending 특성이 우수한 에폭시, 아크릴, 혹은 methyl, phenyl 계열 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 광효율 최적화를 위해 패턴된 시트가 삽입되거나, 굴절율이 다른 입자가 혼합될 수 있다.
한편, 이 때에 컬러 필터(172)가 상기 형광체층(180)에 적층되어 변환된 광의 색순도를 향상시키는 것도 가능하다. 또한, 수분, 산소 및 외부충격으로부터 광원부를 보호하기 위하여 상기 컬러 필터(172)를 보호층(173)이 덮도록 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(173)은 필름 접합 또는 레진 코팅을 통하여 구현될 수 있다.
본 발명은 기판, 복수의 반도체 발광소자들(350), 평탄층(330), 스페이서(371) 및 에어갭(380)을 포함한다. 이하, 상술한 구성요소에 대하여 첨부된 도면을 통해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 램프의 단면도이다.
복수의 반도체 발광소자들(350)은 기판(310) 상에 배치된다. 구체적으로, 기판(310) 상에는 복수의 반도체 발광소자(350)에 전압을 인가하는 배선전극(320)이 배치되며, 상기 반도체 발광소자(350)들 각각은 상기 배선전극(320)에 전기적으로 연결된다. 본 발명은 상술한 이방성 전도성 필름을 사용하지 않고, 메탈 솔더를 이용하여 반도체 발광소자(350)들과 배선전극(320)을 전기적으로 연결시킨다. 이에 따라, 반도체 발광소자(350)와 기판(310) 사이에는 배선전극(320) 및 메탈 솔더층(360)이 배치된다.
한편, 상기 반도체 발광소자(350)들 사이에는 평탄층(330)이 형성된다. 상기 평탄층(330)은 광투과성 레진으로 이루어질 수 있다. 상기 평탄층(330)은 반도체 발광소자(350)의 높이까지 형성된다. 이를 통해, 상기 평탄층(330)은 상술한 형광체층, 컬러 필터 등이 상기 반도체 발광소자(350) 상에 안정적으로 적층되도록 한다.
한편, 스페이서(371)는 상기 평탄층(330)과 기판(310) 사이에 형성된다. 상기 스페이서(371)는 상기 기판(310) 또는 상기 배선전극(320) 상에 형성되며, 상기 반도체 발광소자들 각각의 주변을 에워싸도록 형성된다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 배선전극(320)이 지나는 영역에서 상기 스페이서(371)는 상기 배선전극(320) 상에 형성된다. 이와 달리, 도 6을 참조하면, 상기 배선전극(320)이 지나지 않는 영역에서 상기 스페이서(371)는 상기 기판(310)상에 형성된다.
도시되지 않았지만, 상기 배선전극(320)이 면 형태로 이루어지는 경우, 상기 스페이서(371)는 상기 배선전극(320) 상에만 형성된다.
한편, 상기 스페이서(371)는 상기 반도체 발광소자들보다 낮은 높이로 형성되기 때문에, 상술한 메탈 솔더(360)층 및 반도체 발광소자의 하측 일부분만 에워싸도록 형성된다. 이러한 경우, 상기 에어갭(380)은 상기 반도체 발광소자의 측면 일부분을 에워싸도록 형성된다. 이때, 상기 에어갭(380)은 상기 반도체 발광소자의 측면으로 향하는 빛의 일부를 전반사시켜 램프의 광추출률을 향상시킬 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 스페이서(371)는 상기 메탈 솔더층(360)과 같은 높이로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 상기 스페이서(371)는 상기 반도체 발광소자(350)의 측면을 에워싸지 않는다.
한편, 상기 스페이서(371)는 Spin on Glass와 같은 Siloxane 또는 Silica 기반의 레진으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 반도체 발광소자(350) 주위의 평탄층(330)은 상기 기판(310) 및 상기 배선전극(320)과 소정 거리 이격되도록 형성될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 반도체 발광소자 주변에 이격 공간이 형성된다. 이러한 이격 공간이 본 발명에 따른 에어갭(380)이다.
상기 스페이서(371)는 상기 기판(310) 및 상기 배선전극(320)과 상기 평탄층(330)이 이격되어 형성된 공간에 배치된다. 상기 에어갭(380)은 상기 스페이서(371)와 상기 반도체 발광소자(350) 사이에만 형성되며, 상기 스페이서(371)로 에워싸인 영역 외의 영역에는 형성되지 않는다.
본 발명에 따른 램프의 구조를 보다 명확히 설명하기 위해, 상술한 평탄층(330)을 두 개의 영역으로 나누어 설명한다. 상기 두 개의 영역을 이루는 물질은 서로 같으며, 상기 두 개의 영역은 물리적으로 구분된 영역이거나, 가상으로 구획된 영역일 수 있다. 본 명세서에서는 평탄층의 전체 영역 중 반도체 발광소자를 에워싸는 영역을 제1영역(331)이라 하고, 상기 제1영역(331)을 에워싸는 영역을 제2영역(332)이라 한다.
상기 제1영역(331)은 상기 반도체 발광소자(350)의 측면을 에워싸도록 형성된다. 여기서, 상기 제1영역(331)은 상기 기판(310) 및 상기 배선전극(320)과 소정거리 이격되어 형성되며, 상기 메탈 솔더층(360)의 측면을 에워싸지 않도록 형성된다. 한편, 상기 제1영역(331)은 상기 반도체 발광소자(350)의 측면 전체를 에워싸거나, 상기 반도체 발광소자(350)의 측면 일부를 에워싸지 않도록 형성될 수 있다. 상기 스페이서(371)는 상기 제1영역(331)과 상기 기판(310) 사이에 형성되거나, 상기 제1영역(331)과 상기 배선전극(320) 사이에 형성된다.
한편, 상기 스페이서(371)는 상기 제1영역(331)과 상기 제2영역(332)의 경계에 형성된다. 상기 제2영역(332)은 스페이서(371)를 에워싸도록 형성되며, 상기 기판(310) 및 상기 배선전극(320)과 이격되지 않는다. 구체적으로, 상기 배선전극(320)이 지나는 영역에서 상기 제2영역(332)은 상기 배선전극(320)을 덮도록 배치되고, 상기 배선전극(320)이 지나지 않는 영역에서 상기 제2영역(332)은 상기 기판(310)을 덮도록 배치된다. 이에 따라, 상기 제2영역(332)과 상기 기판(310) 및 상기 배선전극(320) 사이에는 에어갭이 형성되지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 램프는 상기 반도체 발광소자(350)들 주변에 형성되며 상기 기판(310) 및 상기 배선기판(320) 상에 배치되는 글라스층(370)이 배치될 수 있다. 도 5와 같이, 상기 배선기판(320)이 지나는 영역에서 상기 글라스층(370)은 상기 배선기판(320)을 덮도록 배치된다. 이와 달리, 도 6을 참조하면, 상기 배선기판(320)이 지나지 않는 영역에서 상기 글라스층(370)은 상기 기판(310)을 덮도록 배치된다.
한편, 상기 글라스층(370)은 상기 제2영역(332)이 배치되는 영역까지 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2영역(332)의 적어도 일부는 상기 글라스층(370) 상에 형성될 수 있다.
상기 스페이서(371)는 상기 글라스층(370)에서 상기 반도체 발광소자(350)의 두께 방향으로 돌출되어 형성된다. 상기 스페이서(371)와 상기 글라스층(370)은 동일한 물질로 이루어진다.
상기 글라스층(370)과 상기 평탄층(330)은 소정거리 이격되며, 상기 에어갭(380)은 상기 글라스층(370)과 상기 평탄층(330) 사이에 형성된다.
상술한 구조에 따르면, 반도체 발광소자(350)의 하측에 에어갭(380)이 형성된다. 상기 에어갭(380)은 상기 반도체 발광소자에서 발광되어 발광소자 하측으로 진행하는 빛을 전반사시키기 때문에, 램프의 광추출률을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 상기 에어갭(380)은 금속 반사층과는 달리 광 흡수에 의한 손실이 없기 때문에 램프의 광손실을 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 에어갭은 별도의 공정 추가 없이 간단하게 형성될 수 있다. 이하, 상기 에어갭을 형성하는 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 7 내지 11은 본 발명에 따른 램프를 제조하는 방법을 나타내는 개념도이들이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 기판(410)상에 배선전극(420)을 배치하고, 상기 배선전극(420) 상에 반도체 발광소자(450)를 전사하는 단계가 진행된다.
상기 반도체 발광소자(450)는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성된다. 웨이퍼 상에 형성된 반도체 발광소자(450)는 상기 웨이퍼로부터 분리되어 전사된다. 상기 반도체 발광소자(450)를 웨이퍼로부터 분리시킬 때, 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO) 등이 사용될 수 있다.
반도체 발광소자(450)를 웨이퍼에서 분리시킬 때, 반도체 발광소자(450)가 파손되는 것을 방지하기 위해, 반도체 발광소자(450) 주변에는 칩 가이드(431)가 형성된다. 상기 칩 가이드(431)는 광투과성 레진으로 이루어지며, 반도체 발광소자(450) 전사시 제거되지 않고 잔류한다.
상기 칩 가이드(431)는 반도체 발광소자(450)의 측면의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 구체적으로, 상기 칩 가이드(431)는 반도체 발광소자(450)가 배선전극(420) 상에 전사되었을 때, 반도체 발광소자(450)의 측면의 적어도 일부를 덮도록 형성된다.
상기 반도체 발광소자(450)와 상기 배선전극(420) 사이에는 메탈 솔더층(460)이 형성되는데, 이로 인하여, 상기 칩 가이드(431)와 상기 배선전극(420)은 소정 거리 이격된다. 또한, 상기 배선전극(420)이 지나지 않는 영역에서는 상기 칩 가이드(431)와 상기 기판(410)이 소정거리 이격된다.
본 명세서에서는 상기 배선전극(420)이 지나는 영역에서 상기 배선전극(420)과 상기 칩 가이드(431) 사이에 형성되는 공간, 상기 배선전극(420)이 지나지 않는 영역에서 상기 기판(410)과 상기 칩 가이드(431) 사이에 형성되는 공간을 모두 "이격 공간"(S)이라 칭한다.
상기 칩 가이드(431)가 상기 반도체 발광소자(450)의 측면 전체를 덮더라도, 상기 메탈 솔더층(460)으로 인하여, 상기 칩 가이드(431)와 상기 배선전극(420) 및 상기 기판(410)은 소정거리 이격된다.
다음으로, 도 8과 같이, 반도체 발광소자(450)를 상기 배선전극(420)에 전사시킨 후, 글라스 기반의 레진을 스핀 코팅하는 단계가 진행된다. 스핀 코팅되는 레진의 점도는 약 1cp일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 스핀 코팅에 따라 형성되는 코팅층(470)의 두께는 수백 nm 내지 1㎛이다. 상기 코팅층(470)은 반도체 발광소자의 상측, 상기 칩 가이드(431)의 측면, 상기 배선전극(420) 및 상기 기판(410) 상에 형성된다. 이때, 상기 코팅층(470)은 이격 공간(S)에도 형성된다.
다음으로, 도 9과 같이, 코팅층 형성이 완료된 후, 상기 코팅층을 경화시키는 단계가 진행된다.
상기 코팅층(470 및 470')은 60 내지 200℃의 온도에서 경화된다. 상기 경화과정에서, Ethyl acetate 또는 PGMEA와 같은 용매가 증발되는데, 이로 인하여 상기 코팅층의 두께는 수십 내지 수백 nm로 감소한다.
한편, 상기 경화과정에서, 상기 이격 공간(S)에 형성된 코팅층(470)은 외부로 빠져나가며 경화되는데, 이때, 상기 칩 가이드(431) 주변에 스페이서(471)를 형성하게 된다. 상기 스페이서(471)로 인하여 상기 반도체 발광소자(450) 주변에는 닫힌 공간이 형성된다. 상기 스페이서(471)는 이후 외부 물질이 상기 이격 공간(S)으로 유입되는 것을 방지하며, 상기 반도체 발광소자(450) 주변에 에어 갭(480)이 형성되도록 한다.
다음으로, 도 10과 같이, 상기 코팅층을 경화시킨 후, 상기 반도체 발광소자들 사이에 평탄층(432)을 형성하는 단계가 진행된다.
상기 평탄층(432)은 상기 칩 가이드(431)와 동일한 물질로 이루어진다. 이로 인하여, 상기 칩가이드(431)와 상기 평탄층(432)은 물리적으로 구분되지 않을 수 있다. 도 5 및 6에서 설명한 평탄층의 제1영역(331)은 상기 칩 가이드(431)이며, 상기 제2영역(332)은 현 단계에서 형성된 평탄층(432)이다.
마지막으로, 도 11과 같이, 상부 전극 형성(440)을 위해, 평탄층(430)의 일부를 식각하는 단계가 진행된다. 이러한 과정에서, 상기 반도체 발광소자를 덮는 글라스 층(471') 및 평탄층(430)이 제거된다. 결과적으로, 상기 글라스 층은 상기 기판(410) 또는 상기 배선전극(420) 상에만 배치된다.
상술한 제조방법에 따르면, 상기 에어갭은 램프의 절연성을 향상시키기 위한 글라스 층 코팅과정에서 형성된다. 즉, 본 발명에 따르면 별도의 에어갭 형성 공정 없이도, 에어갭을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 배선전극;
    상기 배선전극 상에 배치되는 반도체 발광소자;
    상기 배선전극과 상기 반도체 발광소자 사이에 배치되는 메탈 솔더층;
    상기 반도체 발광소자의 측면에 배치되는 평탄층;
    상기 기판과 상기 평탄층 사이에 배치되는 스페이서; 및
    상기 반도체 발광소자와 상기 스페이서 사이에 배치되는 에어갭을 포함하며,
    상기 에어갭은 상기 메탈 솔더층의 측면을 에워싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어갭은 상기 반도체 발광소자의 주변을 에워싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어갭의 상면의 높이는 상기 반도체 발광소자의 상면의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 각각의 측면의 일부는 상기 평탄층으로 에워싸이고,
    나머지 일부는 상기 에어갭으로 에워싸이는 것을 특징으로 하는 램프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 각각의 측면 전체는 상기 평탄층으로 에워싸이고,
    상기 에어갭은 상기 메탈 솔더층을 에워싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  6. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 반도체 발광소자;
    상기 반도체 발광소자의 측면에 배치되는 평탄층;
    상기 기판과 상기 평탄층 사이에 배치되는 스페이서;
    상기 반도체 발광소자와 상기 스페이서 사이에 배치되는 에어갭;을 포함하며,
    상기 평탄층은,
    상기 반도체 발광소자들을 에워싸는 제1영역; 및상기 제1영역을 에워싸는 제2영역을 포함하고,
    상기 에어갭은 상기 제1영역과 상기 기판 사이에 배치되며,
    상기 스페이서는 상기 제1 및 제2영역의 경계에 배치되고,
    상기 제2영역은 상기 스페이서를 에워싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에어갭의 상면은 상기 반도체 발광소자의 상면보다 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 램프.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되는 글라스층을 더 포함하고,
    상기 스페이서는 상기 글라스층에서 상기 반도체 발광소자의 두께 방향으로 돌출되어 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2영역의 일부는 상기 글라스층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 램프.
  10. 기판 상에 배선전극을 형성하는 단계;
    측면에 칩 가이드가 형성된 반도체 발광소자들을 상기 배선전극에 상에 전사하는 단계;
    상기 기판 상에 글라스 기반의 레진을 스핀 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층을 경화시키는 단계;
    상기 코팅층을 경화시킨 후, 상기 반도체 발광소자들 사이에 평탄층을 형성하는 단계; 및
    상부 전극 형성을 위해, 평탄층의 일부를 식각하는 단계를 포함하고,
    상기 배선전극에 반도체 발광소자를 전사하는 단계는 상기 칩 가이드와 상기 기판 사이에 이격 공간이 형성되도록 진행되고,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 이격 공간에 코팅층이 형성되도록 진행되는 것을 특징으로 하는 램프의 제조방법.
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