KR100643583B1 - 메탈 ｐｃｂ를 이용한 다색 발광소자 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자 모듈에 관한 발명으로, 하나 이상의 단위 다색 발광소자에 대응되는 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB; 상기 메탈 PCB 상에 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 실장되고, 상기 접속단자 패턴을 통해 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트; 및, 상기 다이오드 세트가 외부회로와 연결 가능하게 하고, 상기 단위 발광 소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하는 하나 이상의 밀봉 부재를 포함한다.

그리고 금속 베이스 기판에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막상에 하나 이상의 단위 발광 소자에 대응되는 패턴이 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB를 형성하는 단계; 상기 메탈 PCB 상에 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 상기 단위 발광 소자에 대응되는 한 세트를 이루며 실장되고, 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트를 형성하는 단계; 및, 상기 접속단자 패턴들은 상기 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하는 하나 이상의 밀봉 부재를 형성하는 단계를 포함한다.

이와 같이 본 발명에 따른 다색 발광소자 및 그 제조방법을 제공하면, 효율적인 방열처리와 각각 다이오드의 개별적 제어로 인한 색조합 구현이 용이하여, 양질의 고휘도 다색발광을 현출할 수 있고 다양한 크기의 패키지를 용이하게 제작할 수 있어, 다양한 용도의 다색 발광소자 패키지를 대량 생산할 수 있게 된다.

다색 발광소자 패키지 모듈, 백색 발광소자 패키지, RGB, PCB

Description

메탈 ＰＣＢ를 이용한 다색 발광소자 모듈 및 그 제조방법{Module of multi-color LED package using metal PCB, and manufacturing method thereof}

도 1은 종래의 대면적 방열판에 인쇄회로기판과 발광소자가 형성된 발광소자 패키지의 실시예를 도시한 도면,

도 2는 종래의 방열판 끼움방식으로 제조되는 발광소자 패키지의 실시예를 도시한 도면,

도 3a는 본 발명에 따른 메탈 PCB를 이용하여 단위 다색 발광소자 패턴이 반복적으로 배열된 다색 발광소자 패키지 모듈의 실시예를 도시한 도면,

도 3b는 본 발명에 따른 단위 다색 발광소자 패키지 일예의 사시도를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 메탈 PCB층의 구조를 예시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 3개의 발광소자 칩이 실장된 단위 다색 발광소자 패키지의 평면도를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 4개의 발광소자 칩과 6개의 전기접속 패턴이 형성된 단위 다색 발광소자 패키지의 평면도를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 4개의 발광소자 칩과 8개의 전기접속 패턴이 형성된 단위 다색 발광소자 패키지의 평면도를 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 다양한 색조합 구현이 가능한 4개의 발광소자 칩의 배열을 예시한 도면,

도 9는 본 발명에 따른 밀봉부재를 포함하여 최종적인 단위 다색 발광소자의 패키지의 측면도를 나타낸 도면,

도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조공정의 흐름을 예시한 도면,

도 11은 본 발명에 따른 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법의 흐름도를 예시한 도면이다.

본 발명은 다색 발광소자 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 다양한 패키지 및 회로 배선 설계가 용이하고, 효율적인 방열 구조를 갖는 다색 발광소자 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

LED(발광다이오드; Light-Emitting Diod)는 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 지금까지 정보·통신기기를 비롯한 전자장치의 표시·화상용 광원으로 이용되어 왔다.

90년대 중반 이후, 질화갈륨(GaN) 청색 LED가 개발되면서 LED를 이용한 총천연색 display가 가능하게 되었으며, LED는 우리 생활 곳곳에 자리 잡기 시작했다.

가장 대표적인 예로, 핸드폰의 액정표시소자(LCD)와 key pad용 back-light 를 들 수 있으며, 이외에도 LED를 이용한 display는 옥외용 총천연색 대형 전광판, 그리고 교통 신호등, 자동차 계기판, 항만, 공항, 고층 빌딩의 경고 및 유도등과 같은 다양한 곳에서 사용되고 있다.

이처럼 1990년도 중반에 접어들면서부터 적색 LED 뿐만 아니라, 질화물 반도체 InGaN를 이용한 녹색 및 청색 LED의 조명 효율(luminous efficiency)이 백열 전구 수준을 능가하게 되어 고휘도 총천연색 디스플레이를 비롯한 광범위한 분야로의 LED의 응용이 본격화 되었다.

특히 일반조명으로의 응용을 위해서는 우선 LED를 이용한 백색광을 얻어야 한다. 백색 LED를 구현하는 방법은 크게 3가지로 나뉘어 진다. 첫째로, 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 LED를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법은 하나의 백색광원을 만드는데 3개의 LED를 사용해야 하며, 각각의 LED를 제어해야 하는 기술이 개발되어야 한다.

둘째는 청색 LED를 광원으로 사용하여 황색 형광체를 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법을 들 수 있는데, 이 방법은 발광 효율이 우수한 반면, color rendering index(CRI)가 낮으며, 전류 밀도에 따라 CRI가 변하는 특징이 있기 때문에 태양광에 가까운 백색광을 얻기 위해서는 많은 연구가 필요하다.

마지막으로 자외선 발광 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 형광체를 여기 시켜 백색을 만드는 방법이 있다. 이 방법은 색감이 우수하지만 고전류 하에서의 사용이 가능하다는 단점이 있다.

특히 위의 3색 발광다이오드를 조합하여 형성하는 백색 및 다색 발광소자 패 키지 및 그 제조방법에 있어서, 각각 특성이 다른 다이오드칩의 방열문제, 각 칩의 독립적 제어에 따른 배열문제, 생산단가와 공정의 면에서 많은 문제점이 있다.

방열문제에 관하여 반도체 소자의 하나인 발광다이오드는 정격 동작온도 보다 온도가 올라가면 수명이 감소되고 발광효율이 저하되기 때문에 발광다이오드의 출력을 높이기 위해서는 발광다이오드에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜 가능한 낮은 동작 온도내에서 동작 될 수 있는 구조가 요구된다.

종래의 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩이 안착된 리드프레임을 플라스틱소재로 몰딩한 구조로 형성 하였다. 이러한 구조의 발광다이오드는 리드프레임을 통해 방열이 이루어지기 때문에 방열능력이 낮아 고출력용 발광다이오드에 적용하기 어렵다.

이를 개선하기 위하여 하나의 대면적 방열판을 갖는 발광소자패키지 구조체(국내출원 2003-0030478)와 동 구조를 갖고 복수의 플립형 발광다이오드칩의 실장이 용이한 발광소자 패키지 구조체(국내출원 2004-0012008, 2004-0016269)등이 알려져 있다.

그러나 각각의 다이오드칩의 독립적 패키지로 구현되어 3개의 다이오드칩의 조합으로 구성되는 백색 발광다이오드 패키지로는 생산공정이 복잡하고, 다양한 색조합의 구현이 어렵다는 문제점이 있다.

또한 최근 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)은 내열성이 강화된 재료의 적용과 회로 형성기술이 적용되면서 반도체 패키지를 실장하는 기판으로서의 본래 용도를 넘어, 종래의 리드프레임과 세라믹 패키지를 대체한 반도체 패키지 자 체의 기판 소재로까지 사용이 확대되고 있다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)을 반도체 패키지의 기판 소재로 사용시 소형화 및 복합회로 내장이 용이하고, 공정 단축 및 생산성을 향상 시키는 원가 절감 효과도 크다.

하지만 플라스틱 재질의 인쇄회로 기판은 반도체 칩을 직접 실장하는 기판으로서 금속의 리드프레임이나 세라믹 기판에 비해 방열 효율이 좋지 않기 때문에 고 방열을 요구하는 반도체 패키지에서는 제외되고 있다.

이를 극복하기 위해 방열 수단을 구비한 인쇄회로기판의 개발이 다각도로 시도되고 있지만 종래 기술에서는 확고한 방열 수단을 제공하지 못하거나, 구조적인 면, 생산성 또는 경제성에서 반도체 패키지로 적용하는 장점을 상쇄하는 경우등이 있다.

구체적으로 첨부한 도면과 함께 설명하면, 도 1은 알루미늄 방열 판넬(1)에 박막의 인쇄회로기판(2)과 다이오드칩(3)을 부착한 방식이다. 이는 모든 전기적 회로가 방열판(1) 상부의 인쇄호로기판(2)에 형성되고 금속의 방열판과는 절연되어야 하기 때문에 방열판(1)의 상하면은 서로 전기적으로 단절되고 상부면에서 저면으로 회로의 연장부를 둘 수 없어 반도체 패키지로서 외부 단자를 설치하는데 여러 가지 구조적 제한이 따르고 난해한 공정이 수반된다.

이에 대해 도 2는 인쇄회로기판에 관통공을 형성하여 방열판(21)을 강제 끼움 방식으로 삽입하여 발광소자(23) 패키지(24)를 제조하는 방식인데, 이 또한 외부단자와의 전기적 접속은 향상 되었으나 공정이 역시 난해하다는 문제점이 있다.

그리고 이와 더불어 각각 다이오드칩의 독립적 제어에 따른 배열문제는 앞서 설명한 바와 같이, 방열문제를 상당부분 해결했다고 하더라도 순도가 높은 다색 및 백색광을 현출하기 위해서는 가장 적합한 다이오드칩의 배열이 문제된다.

즉, 이러한 배열을 용이하게 구현하기 위해서는 종래의 방열구조에 따른 독립적 패키지로는 고휘도 다색광의 방출에 알맞는 각 다이오드칩 배열에 따른 접속단자의 패턴 형성이 어렵고, 백색광을 비롯한 다양한 색을 현출하기 위한 각 칩을 효율적으로 제어 할 수 없다는 문제점이 있다.

또한 이 모든 공정과 관련하여 R(적색), G(녹색), B(청색) 3개의 발광다이오드를 이용한 고휘도의 다색 발광소자를 용도에 맞게 생산하고, 단순한 공정으로 대량 생산하기 어렵다는 단점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 일체형의 발열구조를 갖는 기판을 이용하여 하나 이상의 RGB 발광다이오드 세트가 형성된 패키지 모듈을 형성함으로써, 하나의 기판을 이용해 효율적인 방열처리와 각각 다이오드의 개별적 제어로 인한 색조합 구현이 용이하여, 양질의 고휘도 다색발광을 현출할 수 있고 다양한 크기의 패키지를 용이하게 제작할 수 있어, 다양한 용도의 다색 발광소자 패키지를 대량 생산할 수 있게 된다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 다색 발광소자 패키지 모듈 및 그 제조 방법에 대한 본 발명의 제 1특징은 금속 베이스 기판 및 절연막 상에, 하나 이상의 단위 발광소자의 평면상의 규칙적 배열(array)을 형성하도록 구획되어, 복수개의 접속단자 패턴이 각각의 상기 단위 발광 소자에 대응되어 한 세트를 이루고, 상기 한 세트의 접속단자 패턴이 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB; 상기 메탈 PCB 상에 구획된 상기 각각의 단위 발광 소자에 대응되는 위치에 실장되고, 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 상기 단위 발광 소자에 대응되는 한 세트를 이루고, 여기서 상기 각각의 다이오드는 대응되는 상기 접속단자 패턴을 통해 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트; 및, 하면이 상기 메탈 PCB 표면에 접하고, 상기 접속단자 패턴들을 외부회로와 연결 가능하게 상기 패턴들의 일부가 노출되도록 상기 PCB 표면상에 패터닝되며, 상기 단위 발광 소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하여 상기 단위 발광 소자의 보호 케이스로 작용하는 하나 이상의 밀봉 부재를 포함한다.

여기서 상기 메탈 PCB는, 상기 발광 다이오드들로부터 방출되어 광의 반사율을 높이기 위해, 최상층이 은 또는 백금 코팅 층으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한 바람직하게는 상기 메탈 PCB의 상의 도전층은, 상기 절연층 위에 구리 층, 니켈 층이 적층되고, 그 상부의 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 갖는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

그리고 상기 하나 이상의 다이오드 세트는, 상기 발광 다이오드 보호를 위한 하나 이상의 제너 다이오드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

더하여 상기 각각의 다이오드 세트는, 각각 한 개의 적색 발광 다이오드, 녹 색 발광 다이오드 및 청색 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 정삼각형을 이루도록 배열되며, 상기 한 세트의 접속단자는 상기 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 배열된 6개의 접속단자들을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 바람직하게는 상기 각각의 다이오드 세트는, 두 개의 적색 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 사각형을 이루도록 배열되며, 상기 한 세트의 접속단자는 상기 두 개의 적색 발광 다이오드를 공통 제어하고, 그와는 독립적으로 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드를 각각 제어할 수 있도록 배열된 6개의 접속단자들을 포함하는 것일 수 있다.

상기 각각의 다이오드 세트는, 두 개의 적색 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 사각형을 이루도록 배열되며, 상기 한 세트의 접속단자는 상기 두 개의 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 배열된 8개의 접속단자들을 포함하는 것이 역시 바람직하다.

더 나아가 상기 각각의 다이오드 세트를 이루는, 두 개의 적색 발광다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드는, 두 개의 적색 발광 다이오드가 대각선을 이루는 상기 사각형의 두 꼭지점에 배열되며, 나머지 두 꼭지점에 상기 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드가 배치되는 것일 수 있 다.

한편, 상기 밀봉 부재는 소정 높이의 외벽을 갖고, 상기 한 세트의 다이오드를 둘러싸는 소정 경사의 내벽을 갖는 수지제의 리플렉터 컵 및, 상기 리플렉터 컵의 내벽 내에 봉입되는 투명 수지부를 포함하는 것일 수 있다. 여기서 상기 리플렉터 컵은 상기 메탈 PCB의 상면에 대한 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)을 통하여 형성된 것이 바람직하다.

그리고 발광소자 모듈의 제조방법으로서, 본 발명의 제2 특징은 금속 베이스 기판에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막상에 하나 이상의 단위 발광 소자의 평면상의 규칙적 배열(array)을 형성하도록 구획되어, 복수개의 접속단자 패턴이 각각의 상기 단위 발광 소자에 대응되어 한 세트를 이루어 형성하는 단계; 상기 단위 발광소자에 대응되어 한 세트를 이루고, 상기 한 세트의 접속단자 패턴이 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB를 구비하는 단계; 상기 메탈 PCB 상에 구획된 상기 각각의 단위 발광 소자에 대응되는 위치에, 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 상기 단위 발광 소자에 대응되는 한 세트를 이루며 실장되고, 여기서 상기 각각의 다이오드는 대응되는 상기 접속단자 패턴을 통해 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트를 형성하는 단계; 및, 상기 접속단자 패턴들을 외부회로와 연결 가능하게 상기 패턴들의 일부가 노출되도록 상기 PCB 표면상에 패터닝되며, 상기 단위 발광 소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하여 상기 단위 발광 소자의 보호 케이스로 작용하는 하나 이상의 밀봉 부재를 형성하는 단계 를 포함한다.

여기서 상기 메탈 PCB를 형성하는 단계는, 상기 발광 다이오드들로부터 방출되어 광의 반사율을 높이기 위해, 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 바람직하게는 상기 도전층은, 상기 절연층 위에 구리 층, 니켈 층이 적층되고, 그 상부의 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 밀봉 부재를 형성하는 단계는 소정 높이의 외벽을 갖고, 상기 한 세트의 다이오드를 둘러싸는 소정 경사의 내벽을 갖는 수지제의 리플렉터 컵을 형성하는 단계; 및, 상기 리플렉터 컵의 내벽 내에 투명수지부를 봉입하는 단계를 포함하는 것이 역시 바람직하다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다색 발광소자 모듈 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 바람직한 제1 실시예로서, 도 3a는 메탈 PCB를 이용하여 단위 다색 발광소자가 다수 실장된 모듈의 일예를 도시한 개략도이고 도 3b는 이에 상응하는 단위 다색 발광소자 패키지를 도시한 사시도이다.

도 3a에서 본 발명에 따른 다색 발광소자 모듈은 다수의 단위 다색 발광소자 패턴(34)과, 전기 접속단자 패턴(33)이 형성되어 있는 메탈 PCB(31), 이에 대응되는 다수의 단위 발광다이오드 세트, 다색 발광소자의 밀봉부재(35)로 구성된다.

여기서 메탈 PCB(31)의 기판은 금속 베이스 기판 및 절연막으로 형성되고, 절연막 상층에 하나 이상의 단위발광소자 패턴(34)이 평면상에 규칙적 배열을 형성하도록 구획되며, 복수개의 접속단자 패턴(33)이 각각의 단위 발광소자에 대응되어 한 세트(36)를 이루면서 평면상에서 반복적으로 배열되어 패터닝된 도전층을 구비한다.

금속 베이스 기판은 다색 발광소자에서 발생되는 열을 흡수하여 방열 효과를 갖는 방열판으로서 작용하고, 이러한 방열기능은 특성이 다른 각각의 발광다이오드의 방열을 하나의 금속 베이스 기판을 통해 처리 할 수 있게되어, 제작과 공정이 단순, 용이하게 된다.

그리고 절연막은 도전층과 방열층의 전기적 접속을 방지하면서 얇은 층으로 형성하여 방열효과를 높이는데 방해가 없도록 한다.

절연막 상층에는 백색 및 다색 발광소자를 실장하여 광을 방출 할 수 있게 하는 단위 다색 발광소자 패턴(34)과 그 전기접속 패턴(33)이 평면상에 규칙적, 반복적으로 배열되도록 구획되고 패턴화 된다.

이러한 패턴(36)은 일반적인 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 공정으로 형성되어 단순한 공정으로 다색 발광소자 패키지 모듈(30)을 제작 할 수 있게 되고, 크기와 용도에 맞게 커팅하여 사용함으로써 다양한 용도로 대량 생산할 수 있게 된다.

또한 메탈 PCB(31)상에 단위 다색 발광소자 패턴(34)에 대응되는 적색, 녹색, 청색 발광다이오드를 실장하고, 각각의 다이오드 칩을 독립적으로 제어 할 수 있게 전기접속 패턴(33)과 연결되어 백색 및 다색 발광을 현출할 수 있게 한다.

발광다이오드 칩은 실버 에폭시 또는 솔더 합금을 이용하여 접합하고, 전극을 도전패턴과 연결하면 된다. 접합 및 전극 연결은 발광다이오드 칩의 구조에 따라 다이본딩, 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩 등과 같은 적절한 방식에 의해 수행하면 된다.

도 3b에서 단위 다색 발광소자 패키지(36)로서 적색, 녹색, 청색 발광다이오드로 구성된 한 세트는 각각의 칩을 외부 회로와 연결 가능하게 하는 전기 접속단자(33)들이 노출 되도록 하고, 단위 발광소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하여 단위 발광소자의 보호 케이스로 작용하는 밀봉 부재(35,35')를 포함한다.

도 4는 메탈 PCB층의 구성의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 알루미늄의 금속 베이스 기판(41)에 절연층(43)을 형성하고 그 위에 패턴 형성을 위한 도전층으로서 구리(45), 니켈(47), 금 또는 은 층(49)의 순으로 적층한다.

여기서 방열판인 베이스 기판(41)은 열전도성이 높은 알루미늄(Al)을 사용하여 다이오드에서 발생되는 열을 흡수하게 된다. 더하여 방열판으로서의 베이스 기판은 다른 여러 가지의 열전도성이 높은 물질로 형성할 수 있다.

최상층은 금 또는 은 층(49)으로 형성되어, 발광다이오드 저면으로 방사되는 빛을 반사시켜 효율적으로 적출 할 수 있게 된다. 이는 광 반사율이 높은 금속을 사용하여 광을 다이오드의 일면 방향으로 적출시킴으로써 발광소자는 고휘도 발광을 현출할 수 있게 된다. 그러므로 광 반사율이 높은 다른 금속으로 반사층을 형성 할 수 도 있다.

회로부의 도전 배선의 역할을 하는 도전층으로 구리층(45)을 형성하는 것이 바람직하고, 그 상면에 니켈층(47)을 형성하는 것이 바람직한데, 이는 금속과 반도체 사이에서 전류의 운반체(전자 또는 양공)를 저지하여 한 쪽으로 쉽게 흐르지 못하도록 하는 장벽층(47)의 역할을 하기 때문이다.

도 5는 도전 패턴이 형성되어 있는 메탈 PCB에 다이오드칩이 실장되어 있는 단위 다색 발광소자 패키지(51) 구조의 실시예를 도시한 도면이다.

도 5에서 메탈 PCB상에 도전 패턴(52)이 형성되고, 그 패턴에 대응되는 RGB 다이오드 칩(53,54,55)이 실장과 함께 하나 이상의 제너다이오드(56)를 더 실장 할 수 있는데, 이 제너다이오드에 의해 정전기 혹은 급격한 전류가 공급되는 경우에도 정전압이 유지되어 제품에 대한 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

다이오드 칩의 배열은 적색(R)(53), 녹색(G)(54), 청색(B)(55)을 정삼각형(57)으로 배열 하고, 이에 대응되는 도전패턴은 각각의 칩을 독립적으로 제어 할 수 있도록 6개의 접속단자(58)를 포함한다.

여기서 다이오드 칩을 정삼각형(57)으로 배열하는 것은 소자의 상부로 광을 방출하는 경우 백색 및 다색광을 구현하기 위해 각 칩의 제어에 따른 색 조합의 구현을 용이하게 할 뿐만 아니라 고 순도의 백색 및 다색을 현출 할 수 있기 때문이다.

또한 이러한 적색, 녹색, 청색 다이오드 칩(53,54,55)을 독립적으로 제어하기 위해 입, 출력 단자가 각각 구비되는 6개의 접속단자(58)를 형성함으로써, 고순 도의 백색 및 다색 발광을 용이하게 현출할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 적색(R)(62), 적색(R), 녹색(G)(63), 청색(B)(64)의 4개의 칩이 메탈 PCB에 실장되어 형성되고, 각 다이오드칩과 외부를 전기적으로 연결하는 6개의 접속단자(65등)로 구성된 단위 다색 발광소자 패키지(61)구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.

발광다이오드칩이 4개로서 전기접속단자가 6개인 것은 적색 발광다이오드(62) 2개를 2개의 접속단자(66,65)에 연결하여 공통적으로 제어하고, 녹색, 청색은 각각 2개(68,67)씩 4개의 접속단자로 외부와 연결하여 제어함으로써, 효율적이고 안정된 색조합을 구현 할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 적색(R)(72), 적색(R), 녹색(G)(74), 청색(B)의 4개의 칩이 메탈 PCB상에 실장되어 형성되고, 각 다이오드칩과 외부를 전기적으로 연결하는 8개의 접속단자(75,76등)로 구성된 단위 다색 발광소자 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.

발광다이오드칩이 4개로 각 칩을 접속단자(75,76) 2개씩 총 8개로 하여 각 칩을 독립적으로 제어함으로써, 백색 및 다색 발광의 색조합 구현을 용이하게 하고, 고순도의 발광을 현출할 수 있게 된다.

도 8은 도 6과 도 7에서 예시한 단위 다색 발광소자의 각 다이오드칩 배열의 일 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 다색 발광소자 모듈은 단위 다색 발광소자를 평면상에 다양한 모양으로 반복적으로 배열하여 구성 되는데, 그 일시예로서 도 8에서 나타낸 바 와 같이, 4개의 칩으로 구성되면서 배열을 4각형(81)으로 형성한다.

여기서 적색(R) 발광다이오드칩은 대각선을 이루며 마주보고, 녹색(G)과 청색(B) 발광다이오드는 4각형(81)의 나머지 꼭지점에 위치 함으로써, 적색, 녹색, 청색광을 조합하여 형성하는 백색 및 다색 발광을 다양한 조합(80)을 가지고 구현할 수 있다. 즉, 적색, 적색, 녹색, 청색 또는 적색, 녹색, 청색등의 다양한 조합으로 고 휘도의 백색 및 다색광을 현출할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 밀봉부재(94,96)를 형성한 단위 다색 발광소자 패키지의 일실시예를 측면에서 관찰한 측면도이다.

밀봉부재(96,94)는 소정의 높이의 외벽을 갖고, 한 단위의 다이오드(93)세트를 둘러싸는 소정 경사의 내벽(95)을 갖는 수지제의 리플렉터컵과, 리플렉터컵 내부에 투명 수지부(96)로 구성된다.

리플렉터컵이 소정 경사(95)를 이루는 것은 다이오드에서 발생되는 빛을 반사하여 빛을 적출할 수 있게 하여, 고휘도의 발광을 현출 할 수 있게 하기 위함이다. 그러므로 리플렉터컵의 내벽(95)을 광 반사율의 높은 재질로 하여 형성함이 바람직하다.

그리고 리플렉터컵 내부에는 발광소자 칩을 외부와 밀폐되고 보호할 수 있게 형성된 것으로 투명 수지부(96)로 트랜스퍼 몰딩하여 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 또한 렌즈 기능의 역할 도 가능하고, 또한 보호캡(96) 자체를 별도로 성형된 렌즈를 적용 할 수도 있다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 제2 실시예로서, 다색 발광소자 모듈 의 제조공정의 흐름을 예시한 도면이고, 도 11은 이에 상응하는 공정의 흐름도를 예시한 도면으로서, 이하 본 발명에 따른 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법을 도 11의 공정의 흐름도와 함께 설명하면 다음과 같다.

도 10a에서 금속 베이스 기판(101)에 절연막(102)을 형성(S210)한다. 앞서 설명한 바와 같이 금속 베이스 기판(101)은 방열판으로서 작용하게 되고, 절연막(102)은 그 상층에 형성되게 될 도전층과 전기적으로 절연하기 위함이다.

베이스 기판(101)은 방열성과 넓은 파장대역에 대해 반사율이 좋은 알루미늄 소재 또는 알루미늄 합금으로 형성하는 것이 바람직하고, 메인 절연층(102)은 기판과의 결합성이 좋고 열전도성이 뛰어난 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 10b에서 절연막 상층에는 백색 및 다색 발광소자를 실장하여 광을 방출 할 수 있게 하는 단위 다색 발광소자 패턴과 그 전기접속 패턴이 평면상에 규칙적, 반복적으로 배열되도록 구획되고 패턴화(103)되는 메탈 PCB를 형성(S220)한다.

이러한 패턴(103)은 일반적인 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB) 공정으로 형성되어 단순한 공정으로 다수의 다색 발광소자를 제작 할 수 있게 되고, 크기와 용도에 맞게 커팅(CUTTING)하여 사용함으로써 다양한 용도로 대량생산할 수 있게 된다.

그리고 적색, 녹색, 청색 다이오드칩은 메탈 PCB상에 형성된 다수의 단위 다색 발광소자 패턴에 대응되어 실장(S230)한다. 발광다이오드 칩은 실버 에폭시 또는 솔더 합금을 이용하여 접합하고, 전극을 도전패턴과 연결하면 된다. 접합 및 전 극 연결은 발광다이오드 칩의 구조에 따라 다이본딩, 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩 등과 같은 적절한 방식에 의해 수행하면 된다.

도 10c는 메탈 PCB상에 3색 발광다이오드칩이 실장된 다수의 단위 다색 발광소자 패키지가 형성된 다색 발광소자 패키지 모듈의 일예를 대각선에서 바라본 사시도이다.

금속 베이스 기판(101)에 절연층(102)을 형성하고 그 상층에 도전패턴화된 도전층이 형성된 메탈 PCB상에 다수의 3색 발광다이오드를 실장하고, 보호캡으로서 밀봉부재(103)가 형성(S240)된 다색 발광소자 패키지 모듈을 나타낸다. 여기서 외부와의 전기적 접속을 위해 접속 패턴(104)이 밀봉부재(103) 외부로 노출 되어 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이와 같이 본발명에 따른 다색 발광소자 및 그 제조방법을 제공하면, 효율적인 방열처리와 각각 다이오드의 개별적 제어로 인한 색조합 구현이 용이하여, 양질의 고휘도 다색발광을 현출할 수 있고 다양한 크기의 패키지를 용이하게 제작할 수 있어, 다양한 용도의 다색 발광소자 패키지를 대량 생산할 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 금속 베이스 기판 및 절연막 상에, 하나 이상의 단위 발광 소자의 평면상의 규칙적 배열(array)을 형성하도록 구획되어, 복수개의 접속단자 패턴이 각각의 상기 단위 발광 소자에 대응되어 한 세트를 이루고, 상기 한 세트의 접속단자 패턴이 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB;

   상기 메탈 PCB 상에 구획된 상기 각각의 단위 발광 소자에 대응되는 위치에 실장되고, 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 상기 단위 발광 소자에 대응되는 한 세트를 이루고, 여기서 상기 각각의 다이오드는 대응되는 상기 접속단자 패턴을 통해 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트;

   하면이 상기 메탈 PCB 표면에 접하고, 상기 접속단자 패턴들을 외부회로와 연결 가능하게 상기 패턴들의 일부가 노출되도록 상기 PCB 표면상에 패터닝되며, 상기 단위 발광 소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하여 상기 단위 발광 소자의 보호 케이스로 작용하는 하나 이상의 밀봉 부재를 포함하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메탈 PCB는, 상기 발광 다이오드들로부터 방출되어 광의 반사율을 높이기 위해, 최상층이 은 또는 백금 코팅 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 메탈 PCB의 상기 도전층은, 상기 절연층 위에 구리 층, 니켈 층이 적층되고, 그 상부의 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 갖는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 하나 이상의 다이오드 세트는, 상기 발광 다이오드 보호를 위한 하나 이상의 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
5. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 다이오드 세트는, 각각 한 개의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 정삼각형을 이루도록 배열되며,

   상기 한 세트의 접속단자는 상기 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 배열된 6개의 접속단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
6. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 다이오드 세트는, 두 개의 적색 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 사각형을 이루도록 배열되며,

   상기 한 세트의 접속단자는 상기 두 개의 적색 발광 다이오드를 공통 제어하고, 그와는 독립적으로 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드를 각각 제어할 수 있도록 배열된 6개의 접속단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
7. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 다이오드 세트는, 두 개의 적색 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 포함하고, 이들은 상기 메탈 PCB상에서 사각형을 이루도록 배열되며,

   상기 한 세트의 접속단자는 상기 두 개의 발광 다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 배열된 8개의 접속단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 각각의 다이오드 세트를 이루는, 두 개의 적색 발광다이오드, 한 개의 녹색 발광 다이오드 및 한 개의 청색 발광 다이오드는, 두 개의 적색 발광 다이오드가 대각선을 이루는 상기 사각형의 두 꼭지점에 배열되며, 나머지 두 꼭지점에 상기 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드가 배치되는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
9. 제1항에 있어서,

   상기 밀봉 부재는,

   소정 높이의 외벽을 갖고, 상기 한 세트의 다이오드를 둘러싸는 소정 경사의 내벽을 갖는 수지제의 리플렉터 컵; 및,

   상기 리플렉터 컵의 내벽 내에 봉입되는 투명 수지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
10. 제9항에 있어서,

    상기 리플렉터 컵은,

    상기 메탈 PCB의 상면에 대한 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)을 통하여 형성된 것임을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈.
11. 금속 베이스 기판에 절연막을 형성하는 단계;

    상기 절연막상에 하나 이상의 단위 발광 소자의 평면상의 규칙적 배열(array)을 형성하도록 구획되어, 복수개의 접속단자 패턴이 각각의 상기 단위 발광 소자에 대응되어 한 세트를 이루고, 상기 한 세트의 접속단자 패턴이 하나 이상 평면상으로 반복 배열되어 패터닝된 도전층을 갖는 메탈 PCB를 구비하는 단계;

    상기 메탈 PCB 상에 구획된 상기 각각의 단위 발광 소자에 대응되는 위치에, 하나 이상의 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드가 상기 단위 발광 소자에 대응되는 한 세트를 이루며 실장되고, 여기서 상기 각각의 다이오드는 대응되는 상기 접속단자 패턴을 통해 외부와 전기적으로 접속된 하나 이상의 다이오드 세트를 형성하는 단계; 및,

    상기 접속단자 패턴들을 외부회로와 연결 가능하게 상기 패턴들의 일부가 노출되도록 상기 PCB 표면상에 패터닝되며, 상기 단위 발광 소자에 포함된 한 세트의 다이오드를 외기와 밀봉 및 절연하여 상기 단위 발광 소자의 보호 케이스로 작용하는 하나 이상의 밀봉 부재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 메탈 PCB를 구비하는 단계는 상기 발광 다이오드들로부터 방출되어 광의 반사율을 높이기 위해, 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 도전층은, 상기 절연층 위에 구리 층, 니켈 층이 적층되고, 그 상부의 최상층에 은 또는 백금 코팅 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법.
14. 제11항에 있어서,

    상기 밀봉 부재를 형성하는 단계는,

    소정 높이의 외벽을 갖고, 상기 한 세트의 다이오드를 둘러싸는 소정 경사의 내벽을 갖는 수지제의 리플렉터 컵을 형성하는 단계; 및,

    상기 리플렉터 컵의 내벽 내에 투명수지부를 봉입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다색 발광소자 패키지 모듈의 제조방법.

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