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KR102036347B1 - 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈 - Google Patents

발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈 Download PDF

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KR102036347B1
KR102036347B1 KR1020130014974A KR20130014974A KR102036347B1 KR 102036347 B1 KR102036347 B1 KR 102036347B1 KR 1020130014974 A KR1020130014974 A KR 1020130014974A KR 20130014974 A KR20130014974 A KR 20130014974A KR 102036347 B1 KR102036347 B1 KR 102036347B1
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삼성전자 주식회사
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Abstract

발광소자 어레이부 및 발광소자 어레이부를 포함하는 발광소자 모듈이 개시된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부는 발광소자 어레이 및 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하고 랭크 정보에 대응하는 신호를 발광소자 어레이부 외부로 출력하는 랭크 저장부를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 모듈은 발광소자 어레이부 및 발광소자 구동부를 포함할 수 있고, 발광소자 구동부는 랭크 저장부에 저장된 랭크 정보에 따라 발광소자 어레이부에 공급하는 전류의 크기를 조절할 수 있다.

Description

발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈{LED array unit and LED module comprising the same}
본 발명의 기술적 사상은 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈에 관한 것으로서, 자세하게는 발광소자의 밝기 특성에 대응하는 랭크 정보를 저장하는 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈에 관한 것이다.
발광소자(light emitting device; LED)는 형광등이나 백열등과 같은 광원보다 전력소모 특성이 우수하고 크기가 작은 특성으로 인해 다양한 어플리케이션에서 사용되고 있다. 특히, 복수개의 발광소자가 서로 연결된 어레이(array)는 최근 자동차의 전면, 후면 및 측면에 장착되는 램프의 광원으로서 사용되고 있다.
발광소자가 방출하는 빛의 세기는 발광소자를 통과하는 전류의 크기가 클수록 강해진다. 그러나, 발광소자 구성성분의 특성 또는 발광소자 제조 공정의 영향으로 인하여, 발광소자가 방출하는 빛의 세기와 발광소자를 통과하여 흐르는 전류의 관계는 각각의 발광소자마다 서로 다를 수 있다. 즉, 같은 제조공정을 거쳐서 생산된 발광소자들에 대하여 같은 전류를 통과시켰을 때, 각각의 발광소자는 서로 다른 세기의 빛을 방출 할 수 있다. 발광소자를 광원으로서 사용하는 어플리케이션은 일정한 빛의 세기를 필요로 하기 때문에, 발광소자가 방출하는 빛의 세기를 보상해줄 필요가 있다.
본 발명의 기술적 사상은 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈에 관한 것으로서, 발광소자 어레이부에 저장된 랭크 정보를 이용하여 발광소자의 밝기 특성을 보상하는 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부는 적어도 하나의 단자; 모듈 외부로부터 전류를 공급받아 빛을 방출하는 복수개의 발광소자들을 포함하는 발광소자 어레이; 및 상기 발광소자들의 밝기 특성에 따른 상기 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하고, 상기 단자를 통해서 상기 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력하는 랭크 저장부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 단자는 제1 및 제2 단자를 포함할 수 있고, 상기 발광소자 어레이는 제1 및 제2 랭크 중 어느 하나의 랭크를 가질 수 있고, 상기 제1 및 제2 단자는 상기 랭크 저장부에 의해서, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제1 랭크인 경우 개방(open)되고, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제2 랭크인 경우 단락(short)되거나 저항을 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 단자는 제1 및 제2 단자를 포함할 수 있고, 상기 랭크 저장부는 상기 제1 및 제2 단자 사이에 연결된 저항을 포함할 수 있고, 상기 저항은 상기 발광소자 어레이의 랭크에 따라 미리 정해진 저항치(resistance)를 가질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 저장부는 상기 단자에 연결된 반도체 메모리 칩을 포함할 수 있고, 상기 반도체 메모리 칩은 상기 랭크 정보를 저장할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 발광소자들의 랭크는 동일할 수 있고, 상기 발광소자 어레이의 랭크는 상기 발광소자들의 랭크와 일치할 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 모듈은, 복수개의 발광소자들을 포함하는 발광소자 어레이 및 상기 발광소자들의 밝기 특성에 따른 상기 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부를 포함하는 발광소자 어레이부; 및 상기 발광소자 어레이에 전류를 공급하고, 상기 랭크 저장부에 저장된 랭크 정보에 따라 상기 전류의 크기를 제어하는 발광소자 구동부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 발광소자 어레이부는 적어도 하나의단자를 더 포함하고, 상기 랭크 저장부는 상기 단자를 통해서 상기 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력할 수 있고, 상기 발광소자 구동부는 상기 단자에 연결되고, 상기 랭크 저장부에 저장된 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지하는 랭크 감지부; 및 상기 발광소자 어레이를 구동하는 전류를 출력하고, 상기 랭크 감지부에 의해 제어되는 가변 전류 출력부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 단자는 제1 및 제2 단자를 포함할 수 있고, 상기 발광소자 어레이는 제1 및 제2 랭크 중 하나의 랭크를 가질 수 있고, 상기 제1 및 제2 단자는 상기 랭크 저장부에 의해서, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제1 랭크인 경우 개방(open)되고, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제2 랭크인 경우 단락(short)되거나 저항을 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 상기 제1 및 제2 단자에 제1 및 제2 전압을 각각 인가할 수 있고, 상기 가변 전류 출력부는 상기 제2 단자와 연결되고, 상기 제2 단자의 전압에 따라 출력하는 전류의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있고, 상기 제1 또는 제2 단자는 상기 마이크로컨트롤러의 입력 포트에 연결될 수 있고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 입력 포트의 전압에 따라 상기 발광소자 어레이의 랭크를 판단할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 단자는 제1 및 제2 단자를 포함할 수 있고, 상기 랭크 저장부는 상기 제1 및 제2 단자 사이에 연결된 저항을 포함할 수 있고, 상기 저항은 상기 발광소자 어레이의 랭크에 따라 미리 정해진 저항치(resistance)를 가질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 상기 저항의 저항치를 감지하여 상기 발광소자 어레이의 랭크를 판단할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 상기 제1 또는 제2 단자에 일정한 전류를 공급하는 전류 공급 회로; 및 상기 제1 및 제2 단자 사이의 전압을 측정하는 전압 측정 회로;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 상기 제1 및 제2 단자 사이에 일정한 전압을 공급하는 전압 공급 회로; 및 상기 제1 또는 제2 단자에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정 회로;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 랭크 감지부는 상기 발광소자 어레이가 자동차용 램프에 적합한 세기로 발광하게 하는 전류를 공급받도록 상기 가변 전류 출력부를 제어할 수 있다.
상기의 발광소자 어레이부 및 이를 포함하는 발광소자 모듈에 따르면, 발광소자 어레이부에 저장된 발광소자의 랭크 정보를 이용하여 발광소자의 밝기 특성을 보상하고, 발광소자 모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 어레이의 랭크에 따른 발광소자 어레이부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 구동부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부 및 랭크 감지부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부 및 랭크 감지부의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 랭크 감지부의 구현예들을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 모듈을 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 일예를 나타내는 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 측단면도이다.
도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 또 다른 예를 나타내는 측단면도이다.
도 14는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 기판에 실장된 발광소자 칩을 포함하는 발광소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 15는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다.
도 17은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치(4100)를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 19는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 20은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다.
도 23은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 운송수단을 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다. 발광소자 모듈(100)은 발광소자 어레이부(LED array unit)(1000) 및 발광소자 구동부(LED driving unit)(2000)를 포함할 수 있다. 발광소자 어레이부(1000)는 발광소자 어레이 모듈(LED Array Module; LAM)이라고 부를 수 있고, 발광소자 구동부(2000)는 발광소자 구동 모듈(LED Driving Module; LDM)이라고 부를 수 있다. 발광소자 어레이부(1000) 및 발광소자 구동부(2000)는 각각 별개의 모듈로서 제조될 수 있고, 발광소자 모듈(100)에 각각 조립되어 서로 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이부(1000)는 발광소자 어레이(1100), 랭크 저장부(1200) 및 적어도 하나의 단자(1300)를 포함할 수 있다. 발광소자 어레이(1100)는 복수개의 발광소자(light emitting device; LED)를 포함할 수 있고, 각각의 발광소자는 서로 직렬 연결될 수 있다. 도 1에서 발광소자 어레이(1100)는 모든 발광소자가 직렬 연결된 하나의 스트링(string) 만을 포함하는 것으로 도시되었으나, 발광소자 어레이(1100)는 병렬로 연결된 복수개의 스트링들을 포함할 수 있다.
발광소자가 방출하는 빛의 세기와 발광소자를 통과하여 흐르는 전류(이하에서, 구동 전류(driving current)라고 한다)의 관계는 각각의 발광소자마다 서로 다를 수 있다. 이러한 발광소자의 특성에 따라, 각각의 발광소자는 제조과정에서의 테스트를 통해 발광소자가 방출하는 빛의 세기와 발광소자 구동 전류의 관계에 따른 밝기 수준이 결정될 수 있다. 이와 같이, 발광소자의 특성에 따라 결정되는 발광소자의 밝기 수준을 랭크(rank)라고 한다. 예컨대, 랭크가 1인 발광소자는 랭크가 2인 발광소자에 비하여, 같은 크기의 발광소자 구동 전류를 공급받는 경우, 더 강한 빛을 방출할 수 있다. 랭크의 개수는 2개 이상일 수 있고, 발광소자의 종류 또는 발광소자가 사용되는 어플리케이션에 따라 결정될 수 있다.
발광소자 어레이부(1000)는 발광소자 구동부(2000)로부터 전류를 공급받을 수 있고, 공급받은 전류에 따라 빛을 방출하는 각각의 발광소자를 포함하는 발광소자 어레이(1100)를 통해서 빛을 방출할 수 있다. 발광소자는 구동 전류의 크기가 커질수록 방출하는 빛의 세기가 강해지므로, 발광소자 어레이부(1000)가 발광소자 구동부(2000)로부터 공급받는 전류의 크기가 클수록 발광소자 어레이부(1000)가 방출하는 빛의 세기도 강해질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이부(1000)는 랭크 저장부(1200)를 포함할 수 있다. 랭크 저장부(1200)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 발광소자 어레이(1100)의 랭크는 발광소자 어레이부(1100)를 생산하는 과정에서, 발광소자 어레이(1100)에 포함된 발광소자의 랭크에 의해 결정되거나 발광소자 어레이(1100)를 테스트함으로써 결정될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200)는 저장하고 있는 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보에 대응하는 신호(R_SIG)를 단자(1300)를 통해서 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이(1100)에 포함된 복수개의 발광소자들은 모두 동일한 랭크를 가질 수 있고, 발광소자 어레이(1100)의 랭크는 각 발광소자의 랭크와 일치할 수 있다. 예컨대, 발광소자는 그 제조과정에서 테스트를 통해 랭크가 결정될 수 있고, 결정된 랭크에 따라 분류될 수 있다. 이에 따라, 발광소자 어레이(1100)는 동일한 랭크를 가지는 발광소자를 포함하도록 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자 구동부(2000)는 발광소자 어레이(1100)가 발광하는데 이용되는 전류를 출력하여 발광소자 어레이부(1000)에 공급할 수 있다. 또한, 발광소자 구동부(2000)는 랭크 저장부(1200)가 저장하고 있는 랭크 정보에 대응하는 신호(R_SIG)를 발광소자 어레이부(1000)의 단자(1300)를 통해서 감지할 수 있다. 발광소자 구동부(2000)는 감지한 신호(R_SIG)를 통해서 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단하고, 판단 결과에 따라 발광소자 어레이부(1000)에 공급하는 전류의 크기를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 어레이의 랭크에 따른 발광소자 어레이부를 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 도 1의 발광소자 어레이부(1000)가 포함하는 발광소자 어레이(1100)는 특정 랭크를 가질 수 있다. 발광소자 어레이(1100)의 랭크는 발광소자 어레이(1100)에 포함되는 발광소자의 랭크와 일치하거나, 발광소자 어레이(1100)의 테스트를 통해서 결정될 수 있다. 발광소자 어레이(1100)의 랭크는 랭크 정보로서 랭크 저장부(1200)에 저장될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이(1100)는 n개의 랭크 중 하나를 가질 수 있다. 각각의 발광소자 어레이부(1000)에 포함되는 발광소자 어레이(1100)가 방출하는 빛의 세기를 동일하게 하기 위하여, 랭크에 따라 발광소자 어레이(1100)에 공급해야 하는 전류의 크기(I_1 내지 I_n)가 결정될 수 있다. 예컨대, 랭크가 1 내지 n인 발광소자 어레이(1100_1 내지 I_n)는 제1 내지 제n 전류(I_1 내지 I_n)를 각각 공급받는 경우, 같은 세기의 빛을 방출할 수 있다. 또한, 발광소자 어레이부(1000)에 포함된 랭크 저장부(1200)는 n개의 랭크 중 어느 하나를 랭크 정보로서 저장할 수 있다.
도 1의 발광소자 구동부(2000)는 발광소자 어레이(1000)의 랭크에 따라 발광소자 어레이부(1000)에 적절한 전류를 공급할 수 있다. 예컨대, 랭크가 3인 발광소자 어레이(1100_3)를 포함하는 발광소자 어레이부(1000_3)에 대하여, 발광소자 구동부(2000)는 랭크 저장부(1200_3)로부터 감지한 신호(R_SIG_3)에 따라 발광소자 어레이(1000)의 랭크가 3인 것으로 판단할 수 있고, 발광소자 구동부(2000)는 제3 전류(I_3)를 출력할 수 있다.
일반적으로, 발광소자 모듈이 방출하는 빛의 세기를 일정하게 하기 위하여, 서로 다른 종류의 발광소자 구동부가 사용될 수 있다. 예컨대, 서로 다른 전류를 출력하여 발광소자 어레이부로 공급할 수 있는 복수개의 발광소자 구동부들 중, 발광소자 어레이부가 포함하는 발광소자 어레이의 랭크에 적절한 전류를 출력하는 발광소자 구동부를 선택하고, 선택된 발광소자 구동부를 발광소자 어레이부와 연결시켜 발광소자 모듈을 생산할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이의 랭크가 1 내지 n 중 하나인 경우, 제1 내지 제n 전류(I_1 내지 I_n)을 각각 출력할 수 있는 n가지의 발광소자 구동부가 필요할 수 있다. 따라서, 발광소자 모듈을 생산하기 위하여, 종류가 다른 복수개의 발광소자 구동부가 보관되어야 하며, 발광소자 어레이의 랭크의 분포에 따라, 특정 랭크에 대한 발광소자 구동부의 수요량이 변동할 수 있다. 또한, 적절하지 않는 발광소자 구동부가 발광소자 어레이부와 연결되어 조립되어 발광소자 모듈의 불량이 발생할 수도 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이부(1000)의 랭크 저장부(1200)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보를 저장하고, 랭크 감지부(2200)는 랭크 저장부(1200)로부터 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지하여 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단하고, 가변 전류 출력부(2100)를 제어하여 적절한 전류를 출력하도록 제어할 수 있다. 따라서, 발광소자 모듈(100)은 단일 종류의 발광소자 구동부(2000)를 사용하여 생산될 수 있으므로, 발광소자 모듈(100)의 생산성이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)는 발광소자 어레이부의 외부로 노출되는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)와 연결될 수 있다. 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 통해서 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보에 대응하는 신호를 발광소자 어레이부(1000) 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이(1100)는 2개의 랭크 중 하나를 가질 수 있다. 예컨대, 발광소자 어레이(1100)의 랭크는 1 또는 2일 수 있다. 이에 따라, 랭크 저장부(1200)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1 또는 2에 대응하는 랭크 정보를 저장할 수 있다. 도 3은 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2개의 랭크 중 하나를 가지는 경우, 랭크 저장부(1200a)의 구현예들을 나타낸다.
도 3의 (a)는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 어레이의 랭크가 1인 경우, 랭크 저장부(1200a)의 구현예를 나타낸다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)는 랭크 저장부(1200a)에 의해서 개방(open)될 수 있다. 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)가 개방됨으로써, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 따라서, 랭크 감지부(2200)에 의해 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 서로 다른 제1 및 제2 전압이 각각 인가되는 경우, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)는 제1 및 제2 전압을 각각 유지할 수 있고, 랭크 감지부(2200)는 제1 또는 제2 전압이 유지되는 것을 감지하여 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1인 것을 판단할 수 있다.
도 3의 (b)는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 어레이의 랭크가 2인 경우, 랭크 저장부(1200a)의 구현예들을 나타낸다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)는 랭크 저장부(1200a)에 의해서, 단락(short)되거나 저항(R1)을 통해서 서로 연결될 수 있다. 따라서, 랭크 감지부(2200)에 의해 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 서로 다른 제1 및 제2 전압이 각각 인가되는 경우, 제1 및 제2 전압 중 더 높은 출력 저항을 통해서 출력되는 전압은 변할 수 있다. 따라서, 랭크 감지부(2200)는 제1 또는 제2 전압의 변화를 감지하여 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2인 것을 판단할 수 있다. 랭크 감지부(2200)를 포함한 자세한 내용은 도 7에서 후술한다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200b)는 발광소자 어레이부(1000)의 외부로 노출된 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 랭크 저장부(1200b)는 저항(R1)을 포함할 수 있고, 저항(R1)은 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이에 연결될 수 있다. 발광소자 어레이(1100)가 n개의 랭크 중 하나를 가지는 경우, 저항(R1)은 n개의 서로 다른 저항치(resistance)를 가질 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이(1100)가 4개의 랭크 중 하나를 가지는 경우, 저항(R1)은 4개의 서로 다른 저항치를 가질 수 있다. 즉, 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1 내지 4 중에서 하나를 가지는 경우, 저항(R1)의 저항치는 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ 및 1MΩ 중 어느 하나가 될 수 있다. 발광소자 어레이(1100)의 랭크에 따라 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이의 저항치가 다르므로, 랭크 감지부(2200)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이의 저항치를 감지하여 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200c)는 반도체 메모리 칩(1210)을 포함할 수 있다. 반도체 메모리 칩(1210)은 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보를 저장할 수 있고, 발광소자 어레이부(1000)의 외부로 노출된 단자(1300)를 통해서 저장된 랭크 정보를 출력할 수 있다. 반도체 메모리 칩(1210)은 전력 공급이 차단되어도 저장하고 있는 데이터를 유지하는 비휘발성 메모리 장치인 ROM, EEPROM 및 플래시 메모리 등을 포함할 수 있다. 도 5에서 반도체 메모리 칩(1210)이 하나의 단자(1300)를 통해서 발광소자 어레이부(1000)의 외부와 연결되는 것이 도시되었으나, 반도체 메모리 칩(1210)의 종류에 따라 2개 이상의 단자들을 통해서 발광소자 어레이부(1000)의 외부와 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 구동부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 발광소자 구동부(2000)는 발광소자 어레이부(1000)에 전류를 공급하고, 발광소자 어레이부(1000)로부터 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 발광소자 구동부(2000)는 가변 전류 출력부(2100) 및 랭크 감지부(2200)를 포함할 수 있다. 가변 전류 출력부(2100)는 발광소자 어레이(1100)가 발광하는데 이용되는 전류를 출력하여 발광소자 어레이부(1000)에 공급할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 가변 전류 출력부(2100)가 출력하는 전류의 크기는 랭크 감지부(2200)로부터 수신하는 제어신호(CTRL)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 랭크 감지부(2200)는 발광소자 어레이부(1000)에 포함된 랭크 저장부(1200)로부터 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보에 대응하는 신호(R_SIG)를 감지할 수 있다. 랭크 감지부(2200)는 감지한 신호(R_SIG)에 따라 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단하고, 판단 결과에 따라 가변 전류 출력부(2100)에 제어신호(CTRL)를 전송할 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부 및 랭크 감지부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이부(1000)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 포함할 수 있고, 발광소자 어레이부(1000)가 포함하는 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)와 연결되고, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 통해서 저장된 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 발광소자 구동부(2000)가 포함하는 랭크 감지부(2200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)와 전기적으로 연결될 수 있고, 랭크 저장부(1200a)에 저장된 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지하여, 도 6의 가변 전류 출력부(2100)에 전송하는 제어신호(CTRL)를 출력할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 랭크 감지부(2200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 제1 및 제2 전압(V1 및 V2)을 각각 인가할 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 랭크 감지부(2200a)는 제1 단자(1301)에 제1 전압(V1)을 직접 인가하고, 제2 단자(1302)에 저항(R2)를 통해서 제2 전압(V2)을 인가할 수 있다. 즉, 랭크 감지부(2200a)는 제1 및 제2 전압(V1 및 V2)을 출력할 수 있고, 제1 및 제2 전압(V1 및 V2)을 출력하는 출력 저항치를 서로 다르게 할 수 있다. 도 7의 (a)에 도시된 실시예에서, 저항(R2)로 인하여 제1 단자(1301)에 인가되는 제1 전압(V1)의 출력 저항치는 제2 단자(1302)에 인가되는 제2 전압(V2)의 출력 저항치보다 더 낮을 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 실시예에서, 랭크 저장부(1200a)는 도 3에서 설명된 랭크 저장부가 사용될 수 있다. 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 개방시키거나 단락시킴으로써 랭크 정보를 저장할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 단락시키는 대신 저항(R1)을 통해서 연결할 수도 있다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 서로 다른 랭크 정보를 저장하고 감지하는 본 발명의 예시적 실시예를 나타낸다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 개방함으로써 도 1의 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1인 것에 대응하는 랭크 정보를 저장할 수 있다. 랭크 감지부(2200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 각각 제1 및 제2 전압(V1 및 V2)를 인가하고 있으므로, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)의 전압은 유지될 수 있다. 따라서, 랭크 감지부(2200a)는 가변 전류 출력부(2100)에 제어신호(CTRL)로서 제2 단자(1302)의 전압인 제2 전압(V2)을 인가할 수 있다.
한편, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 단락시킴으로써 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2인 것에 대응하는 랭크 정보를 저장할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 랭크 감지부(2200a)가 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 인가하는 제1 전압(V1)의 출력 저항치가 제2 전압(V2)의 출력 저항치 보다 낮으므로, 랭크 저장부(1200a)가 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 단락시킴으로써 제2 단자(1302)의 전압은 제1 전압(V1)이 될 수 있다. 따라서, 랭크 감지부(2200a)는 가변 전류 출력부(2100)에 제어신호(CTRL)로서 제2 단자(1302)의 전압인 제1 전압(V1)을 인가할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 7에 도시된 서로 다른 제1 및 제2 전압(V1 및 V2)은 발광소자 구동부(2000)의 전원 전압 및 접지 전압 중 하나가 될 수 있다. 또한, 저항(R2)은 제2 전압(V2)의 출력 저항치를 높이기 위한 것으로서, 출력 저항치을 높이는 다른 수단이 사용될 수 있으며, 예컨대 저항(R2)은 트랜지스터 등으로 대체될 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 저장부 및 랭크 감지부의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 발광소자 어레이부(1000)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 포함할 수 있고, 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 통해서 저장하고 있는 랭크 정보에 대응하는 신호를 발광소자 구동부(2000)로 출력할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 발광소자 구동부(2000)에 포함된 랭크 감지부(2200b)는 마이크로컨트롤러(2210)를 포함할 수 있다. 마이크로컨트롤러(2210)는 미리 정의된 명령어(instruction)들을 수행하는 장치로서, 입력포트(IN)를 포함할 수 있고, 입력포트(IN)로 입력되는 전압의 고저에 따라 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 마이크로컨트롤러(2210)의 입력포트(IN)는 발광소자 어레이부(1000)의 제1 단자(1301)와 연결될 수 있고, 발광소자 어레이부(1000)의 제2 단자(1302)는 접지에 연결될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 실시예에서, 랭크 저장부(1200a)는 도 3에서 설명된 랭크 저장부가 사용될 수 있다. 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 개방시키거나 단락시킴으로써 랭크 정보를 저장할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 단락시키는 대신 저항(R1)을 통해서 연결할 수도 있다.
랭크 저장부(1200a)가 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 개방시키거나 단락시킴에 따라, 마이크로컨트롤러(2210)는 입력포트(2210)에 인가되는 전압은 입력포트(2210)의 개방 상태의 전압 또는 접지 전압이 될 수 있다. 입력포트(2210)의 개방 상태의 전압은 마이크로컨트롤러(2210)의 전원 전압과 일치할 수 있다. 예컨대, 입력포트(IN)는 풀업(pull-up) 저항을 통해 전원 전압과 연결되어, 외부에서 입력포트(IN)에 전압이 인가되지 않는 경우, 입력포트(IN)의 전압이 전원 전압이 되도록 할 수 있다. 도 8에 도시되지 않았지만, 풀업 저항은 마이크로컨트롤러(2210) 내부에 포함되거나, 풀업 저항은 마이크로컨트롤러(2210)의 외부에 설치될 수도 있다. 예컨대, 풀업 저항은 랭크 감지부(2200b)에 설치되거나 랭크 저장부(1200a)에 설치될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 랭크 저장부(1200a)가 도 1의 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1인 것에 대응하는 랭크 정보를 저장하기 위하여 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 개방시킨 경우, 마이크로컨트롤러(2210)의 입력포트(IN)의 전압은 전원 전압이 될 수 있다. 이에 따라, 마이크로컨트롤러(2210)는 입력포트(IN)의 전압이 고준위(high level)인 것을 감지하여, 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 1인 것을 판단할 수 있다.
한편, 도 3의 (b)와 같이, 도 8의 랭크 감지부(1200a)가 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2인 것에 대응하는 랭크 정보를 저장하기 위하여 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)를 단락시키거나 저항(R1)를 통해서 연결시킨 경우, 마이크로컨트롤러(2210)의 입력포트(IN)의 전압은 접지 전압 또는 접지 전압에 근접한 전압이 될 수 있다. 이에 따라, 마이크로컨트롤러(2210)는 입력포트(IN)의 전압이 저준위(low level)인 것을 감지하여, 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2인 것을 판단할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 마이크로컨트롤러(2210)는 입력포트(IN)를 통해서 감지한 발광소자 어레이(1100)의 랭크에 따라, 가변 전류 출력부(2100)에 제어신호(CTRL)를 전송할 수 있다. 또한, 도 8에서 마이크로컨트롤러(2210)와 랭크 저장부(1200a)는 1개의 단자(1301)를 통해서 연결되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 마이크로컨트롤러(2210)는 2개 이상의 입력포트(IN)들을 포함할 수 있고, 랭크 저장부(1200a)는 마이크로컨트롤러(2210)의 입력포트(IN)들에 연결된 2개 이상의 단자들을 통해 랭크 정보를 출력할 수 있다. 랭크 저장부(1200a)와 마이크로컨트롤러(2210)가 연결된 입력포트(IN)(또는 단자)의 개수가 n인 경우, 랭크 저장부(1200a)가 저장하거나 마이크로컨트롤러(2210)가 감지할 수 있는 발광소자 어레이(1100)의 종류는 2n개가 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 랭크 감지부의 구현예들을 나타내는 도면이다. 도 4에서 설명한 바와 같이, 발광소자 어레이부(1000)가 포함하는 랭크 저장부(1200b)는 저항(R1)을 포함할 수 있고, 저항(R1)은 발광소자 어레이부(1000)의 외부로 노출된 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이에 연결될 수 있다. 저항(R1)의 저항치는 발광소자 어레이부(1000)의 랭크에 따라 정해질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 랭크 감지부(2200c 및 2200d)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 연결될 수 있고, 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이의 저항치를 감지하여 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단할 수 있다.
도 9의 (a)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 감지부의 구현예를 나타낸다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 랭크 감지부(2200c)는 전류 공급 회로(2220) 및 전압 측정 회로(2230)를 포함할 수 있다. 전류 공급 회로(2220) 및 전압 측정 회로(2230)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 공급 회로(2220)는 일정 크기의 직류(DC) 전류를 출력할 수 있다. 전압 측정 회로(2230)는 2개 노드 사이의 전압을 측정할 수 있고, 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 전류 공급회로(2220)는 제1 단자(1301)를 통해서 일정한 크기의 전류를 공급할 수 있고, 전압 측정 회로(2230)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정 회로(2230)가 측정한 전압은 랭크 저장부(1200b)가 포함하는 저항(R1)의 저항치에 비례하여 커질 수 있다. 따라서, 전압 측정 회로(2230)에 의해 측정되는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이의 전압의 크기에 따라, 랭크 감지부(2200c)는 저항(R1)의 저항치를 감지할 수 있고, 결과적으로 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단할 수 있다. 예컨대, 발광소자 어레이(1100)와 저항(R1) 이 도 4의 (b)와 같은 관계에 있고, 전압 측정 회로(2230)가 저항(R1)의 저항치를 10kΩ으로 감지한 경우, 랭크 감지부(2200c)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크가 2인 것으로 판단할 수 있다.
도 9의 (b)는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 랭크 감지부의 구현예를 나타낸다. 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 랭크 감지부(2200d)는 전압 공급 회로(2240) 및 전류 측정 회로(2250)를 포함할 수 있다. 전압 공급 회로(2240) 및 전류 측정 회로(2250)는 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 전압 공급 회로(2240)가 공급하는 전압은 전류 측정 회로(2250)를 거쳐 제1 및 제2 단자(1301 및 1302) 사이에 일정 크기의 직류(DC) 전압을 출력할 수 있다. 전류 측정 회로(2250)는 제1 또는 제2 단자(1301 또는 1302)에 직렬로 연결되어 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정 회로(2250)가 측정한 전류는 랭크 저장부(1200b)가 포함하는 저항(R1)의 저항치에 비례하여 커질 수 있다. 따라서 전류 측정 회로(2250)에 의해 측정되는 전류의 크기에 따라, 랭크 감지부(2200c)는 저항(R1)의 저항치를 감지할 수 있고, 결과적으로 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 모듈을 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 발광소자 모듈(100)은 발광소자 어레이부(1000) 및 발광소자 구동부(2000)가 각각 별개의 모듈로서 제조될 수 있고, 발광소자 모듈(100)에 각각 조립되어 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이부(1000)는 발광소자 어레이(1100) 및 랭크 저장부(1200)를 포함할 수 있다. 랭크 저장부(1200)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크 정보를 저장할 수 있다(S01). 랭크 저장부(1200)에 랭크 정보를 저장하는 단계는 발광소자 어레이부(1000)를 제조하는 과정 중에 실시될 수 있다. 일예로서, 발광소자 어레이(1100)에 포함되는 발광소자들의 랭크가 모두 동일한 경우, 랭크 저장부(1200)는 상기 발광소자들의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 다른 예로서, 발광소자 어레이(1100)는 테스트를 통해 랭크가 결정될 수 있고, 랭크 저장부(1200)는 테스트에 따라 결정된 랭크 정보를 저장할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 구동부(2000)는 가변 전류 출력부(2100) 및 랭크 감지부(2200)를 포함할 수 있다. 랭크 감지부(2200)는 발광소자 어레이부(1000)에 포함된 랭크 저장부(1200)에 저장된 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지하고, 발광소자 어레이(1100)의 랭크를 판단할 수 있다(S02). 랭크 감지부(2200)는 발광소자 어레이(1100)의 랭크에 따라 가변 전류 출력부(2100)를 제어하여 발광소자 어레이부(1000)에 포함된 발광소자 어레이(1100)에 공급되는 전류의 크기를 제어할 수 있다(S03). 결과적으로, 발광소자 모듈(100)은 발광소자 어레이(1100)가 포함하는 발광소자의 특성에 관계없이 일정한 빛을 방출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 일예를 나타내는 측단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 칩(1500)은 반도체 기판(1501) 상에 형성된 발광 적층체(S)를 포함한다. 상기 발광 적층체(S)는 제1 도전형 반도체층(1504), 활성층(1505) 및 제2 도전형 반도체층(1506)을 포함한다.
또한, 제2 도전형 반도체층(1506) 상에 형성된 오믹전극층(1508)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(1504) 및 오믹 콘택층(1508)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)이 형성된다.
본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
이하, 발광소자 칩(1505)의 주요 구성요소에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 기판(1501)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(1501)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. 이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용될 수 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가할 수 있다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 될 수 있다. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
상기 버퍼층(1502)은 AlxInyGa1 -x- yN (0<x<1, 0<y<1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(1504)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전류 확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(1506)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1505)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(1506)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
상기 발광 적층체(S)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 기판(1501)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)를 공급하고, 기판의 온도를 900℃~1100℃의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p 형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506) 사이에 배치된 활성층(1505)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
상기 오믹 콘택층(1508)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상 시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(1508)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성 될 수 있다.
제1 또는 제2 전극(1509a, 1509b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
도 11에 도시된 발광소자 칩은 하나의 예로 제1 및 제2 전극이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성된 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아를 형성하여 전극구조를 채용한 수직수평 구조등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 측단면도이다. 조명용으로 고출력을 위한 대면적발광소자 칩을 제조하는 경우, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로서 도 12에 도시된 발광소자 칩이 사용될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 발광소자 칩(1600)은 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(1604), 활성층(1605), 제2 도전형 반도체층(1606), 제2 전극층(1607), 절연층(1602), 제1 전극층(1608) 및 기판(1601)을 포함한다. 이 때 제1 전극층(1608)은 제1 도전형 반도체층(1604)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1608)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1604)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(1608)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(1608)의 계면에서부터 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1604) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1605) 및 제1 도전형 반도체층(1604)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1604)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1604)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제1 도전형 반도체층(1604)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(1606) 상에 형성된 제2 전극층(1607)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1606)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용 할 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(1604)에 연결되도록 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 콘택홀(H)은 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
상기 콘택홀(H)의 측벽과 상기 제2 도전형 반도체층(1606) 표면을 덮도록 절연체(1602)를 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(H)의 저면에 해당하는 제1 도전형 반도체층(1604)은 적어도 일부가 노출될 수 있다.상기 절연체(1602)는 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H) 내부에는 도전 물질을 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제2 전극층(1608)이 형성된다. 이어 제2 전극층(1608) 상에 기판(1601)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(1601)은 제1 도전형 반도체층(1604)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 기판(1601)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, SiC, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1604, 1606)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
발광소자 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에, 조명장치에 채용되는 발광소자 칩 자체를 발열량이 적은 발광소자 칩으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 발광소자칩으로서, 나노 구조체를 포함한 발광소자 칩(이하, "나노 발광소자 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.
이러한 나노 발광소자 칩으로 최근에 개발된 코어(core)/셀(shell)형 나노 발광소자 칩이 있으며, 특히, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드랍(droop)특성을 개선할 수 있다.
도 13는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 칩의 또 다른 예를 나타내는 측단면도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 나노 발광소자칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 나노 발광소자 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 베이스층(1702)을 포함한다. 상기 베이스층(1702)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 상기 제1 도전형 반도체일 수 있다. 상기 베이스층(1702) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈영역을 갖는 마스크층(1703)이 형성될 수 있다. 상기 마스크층(1703)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 나노 발광 구조체(N)는 오픈영역을 갖는 마스크층(1703)을 이용하여 제1 도전형 반도체를 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(1704)를 형성하고, 상기 나노 코어(1704)의 표면에 쉘층으로서 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체가 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 나노 발광소자 칩(1700)은 나노발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(1707)을 포함한다. 상기 충전물질(1707)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시킬 수 있다. 상기 충전물질(1707)은 이에 한정되지는 않으나, SiO2와 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(1706)에 접속되도록 오믹콘택층(1708)이 형성될 수 있다. 상기 나노 발광소자 칩(1700)은 제1 도전형 반도체로 이루어진 상기 베이스층(1702)과 상기 오믹콘택층(1708)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1709a,1709b)을 포함한다.
나노 발광 구조체(N)의 직경 또는 성분 또는 도핑 농도를 달리 하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 발광소자 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
도 14는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 기판에 실장된 발광소자 칩을 포함하는 발광소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다. 도 14에 도시된 반도체 발광소자(1800)는 실장 기판(1820)과 실장 기판(1820)에 탑재된 발광소자 칩(1810)을 포함한다. 상기 발광소자 칩(1810)은 앞서 설명된 예와 다른 발광소자 칩으로 제시되어 있다.
상기 발광소자 칩(1810)은 기판(1801)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(S)와, 상기 발광 적층체(S)를 기준으로 상기 기판(1801) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극 (1808a,1808b)을 포함한다. 또한, 상기 발광소자 칩(1810)은 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)을 덮도록 형성되는 절연부(1803)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 제1 및 제2 전기연결부(1809a,1809b)에 의해 제1 및 제2 전극 패드(1819a,1819b)를 포함할 수 있다.
상기 발광 적층체(S)는 기판(1801) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(1804), 활성층(1805) 및 제2 도전형 반도체층(1806)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(1804)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)은 제2 도전형 반도체층(1806)과 접속될 수 있다.
상기 절연부(1803)는 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a,1819b)는 상기 제1 및 제2 전극(1808a,1808b)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1809a,1809b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1804,1806)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1809a,1809b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립 칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극(1809a,1809b)은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1804) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 발광 적층체(S) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(1804)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전극(1808a)에 의해 제1 전기연결부(1809a)가 형성될 수 있다.
도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(1809a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(1804)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(1809a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
다른 한편의 전극구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 상에 직접 형성되는 제2 전극(1808b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(1809b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)은 상기 제2 도전형 반도체층(23)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도 14에 도시된 바와 같이, 발광소자 칩(1810)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(1805)에서 방출된 빛을 기판(1801) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 상기 제2 전극(41)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(1803)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(18030)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 덜어, 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.
상기 제1 및 제2 전극패드(1819a, 1819b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(1809a,1809b)와 접속되어 발광소자 칩(1810)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(1820)에 실장시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립 칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
상기 기판(1801) 및 상기 발광 적층체(S)는 반대되는 설명이 없는 한, 도 57을 참조하여 설명된 내용을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광구조물(S)과 기판(1801) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
상기 기판(1801)은 서로 대향하는 제1및 제2 주면을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(1801)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(1801)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(1801)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 상기 기판(1801)과 상기 제1 도전형 반도체층(1804)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(1805)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
구체적으로, 상기 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있으며, 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indum Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al, 또는 굴절율이 서로 다른 다층막의 DBR을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기판(1801)은 상기 제1 도전형 반도체층(1804)으로부터 제거 될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO (Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용 할 수 있다. 또한 기판이 제거후 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성 할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자칩(1810)은 실장 기판(1820)에 탑재되어 있다. 상기 실장 기판(1820)은 기판 본체(1811) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(1812b,1812a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(1812b,1812a)을 연결하도록 상기 기판 본체(1811)를 관통하는 비아(1813)를 포함한다. 상기 기판 본체(1811)는 수지 또는 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(1812b,1812a)은 Au, Cu, Ag, Al와 같은 금속층일 수 있다.
물론, 상술된 발광소자 칩(1810)이 탑재되는 기판은 도60에 도시된 실장 기판(1820)의 형태에 한정되지 않으며, 발광소자 칩(1801)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 발광소자 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.
상술된 발광소자 칩 외에도 다양한 구조의 발광소자 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, 발광소자 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용 시킴으로써 광추출효율을 크게 개선된 발광소자 칩도 유용하게 사용될 수 있다.
다양한 형태의 발광소자 칩이 베어 칩으로 회로기판에 실장되어 상술된 발광소자 어레이에 사용될 수 있으나, 이와 달리, 한 쌍의 전극구조를 갖는 패키지 본체에 실장된 다양한 형태의 패키지 구조로 사용될 수 있다.
이러한 발광소자 칩을 구비한 패키지(이하, 발광소자 패키지)는 외부 회로와 연결을 용이한 외부단자구조를 제공할 뿐만 아니라, 발광소자 칩의 방열 특성을 개선하는 방열구조 및 광특성을 향상시키기 위한 다양한 광학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한광학적 구조로서, 발광소자 칩으로부터 방출된 광을 다른 파장의 광을 변환하는 파장변환부 또는 배광특성을 개선하기 위한 렌즈구조가 있을 수 있다.
상술된 조명장치에 채용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예로서, 칩 스케일 패키지(chip scale package: CSP) 구조를 갖는 발광소자 칩 패키지가 사용될 수 있다.
상기 칩 스케일 패키지는 상기 발광소자 칩 패키지의 사이즈를 줄이고 제조 공정을 단순화하여 대량 생산에 적합하며, 발광소자 칩과 함께, 형광체와 같은 파장변환물질과 렌즈와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있으므로, 특히 조명 장치에 적합하게 사용될 수 있다.
도 15는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다. 칩 스케일 패키지의 일 예로서 도 15에 도시된 패키지 구조는 주된 광추출면과 반대 방향인 발광소자(1910)의 하면을 통해 전극이 형성되며 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)가 일체로 형성될 수 있다.
도 15에 도시된 칩 스케일 패키지(1900)는 기판(1911)에 배치된 발광 적층체(S), 제1 및 제2 단자부(Ta,Tb), 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)를 포함한다.
상기 발광 적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 그 사이에 배치된 활성층(1905)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906) 사이에 형성되는 활성층(1905)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 활성층(1905)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도 15에 도시된 발광소자(1910)은 성장 기판이 제거된 상태이며, 성장 기판이 제거된 면에는 요철(P)이 형성될 수 있다. 또한, 요철이 형성된 면에 광변환층으로서 형광체층(1907)이 적용된다.
상기 발광소자(1910)은 상기 제1 및 제2 도전형반도체층(1904,1906)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)을 갖는다. 상기 제1 전극(1909a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1906) 및 활성층(1905)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(1904)에 접속된 도전성 비아(1908)를 구비한다. 상기 도전성 비아(1908)는 활성층(1905) 및 제2 도전형 반도체층(1906) 사이에는 절연층(1903)이 형성되어 단락을 방지할 수 있다.
상기 도전성 비아(1906)는 1개로 예시되어 있으나, 전류 분산에 유리하도록 상기 도전성 비아(1906)는 2개 이상 구비하고, 다양한 형태로 배열될 수 있다.
본 예에 채용된 실장 기판(1911)은 실리콘 기판과 같은 반도체 공정이 용이하게 적용될 수 있는 지지 기판으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실장 기판(1911)과 상기 발광소자(1910)은 본딩층(1902,1912)에 의해 접합될 수 있다. 상기 본딩층(1902,1912)은 전기 절연성 물질 또는 전기 전도성 물질로 이루어지며, 예를 들어 전기 절연성 물질의 경우, SiO2, SiN등과 같은 산화물, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등과 같은 수지류의 물질, 전기 전도성 물질로는 Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속을 들 수 있다. 본 공정은 발광소자(1910)와 기판(1911)의 각 접합면에 제1 및 제2 본딩층(1902,1912)을 적용한 후에 접합시키는 방식으로 구현될 수 있다.
상기 실장 기판(1911)에는 접합된 발광소자(1910)의 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)에 연결되도록 상기 실장 기판(1911)의 하면으로부터 비아가 형성된다. 상기 비아의 측면 및 상기 실장 기판(1911)의 하면에 절연체(1913)가 형성될 수 있다. 상기 실장 기판(1911)이 실리콘 기판일 경우에 상기 절연체(1913)는 열 산화공정을 통해서 실리콘 산화막으로 제공될 수 있다. 상기 비아에 도전성 물질을 충전함으로써 상기 제1 및 제2 전극(1909a,1909b)에 연결되도록 제1 및 제2 단자(Ta,Tb)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 단자(Ta,Tb)는 시드층(1918a,1918b)과 상기 시드층(1918a,1918b)을 이용하여 도금공정으로 형성된 도금 충전부(1919a,1919b)일 수 있다.
도 16은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 직하형 백라이트 어셈블리(3000)는 하부 커버(3005), 반사 시트(3007), 발광 모듈(3010), 광학 시트(3020), 액정 패널(3030) 및 상부 커버(3040)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 본 발명의 발광소자 어레이부는 직하형 백라이트 어셈블리(3000)에 포함된 발광 모듈(3010)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광 모듈(3010)은 하나 이상의 발광소자 패키지와 회로 기판을 포함하는 발광소자 어레이(3012) 및 랭크 저장부(3013)를 포함할 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예들과 같이, 랭크 저장부(3013)는 발광소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 발광소자 어레이(3012)는 지하형 백라이트 어셈블리(3000) 외부의 발광소자 구동부로부터 발광을 위한 전력을 공급받을 수 있고, 발광소자 구동부는 랭크 저장부(3013)에 저장된 발광소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 감지하고, 감지된 랭크 정보에 기반하여 발광소자 어레이(3012)에 공급하는 전류 등을 조절할 수 있다.
광학 시트(3020)는 발광 모듈(3010)의 상부에 구비되며, 확산 시트(3021), 집광 시트(3022), 보호 시트(3023) 등을 포함할 수 있다. 즉, 발광 모듈(3010) 상부에 상기 발광 모듈(3010)로부터 발광된 빛을 확산시키는 확신 시트(3021), 확산 시트(3021)로부터 확산된 광을 모아 휘도를 높여주는 집광 시트(3022), 집광 시트(3022)를 보호하고 시야각을 확보하는 보호 시트(3023)가 순차적으로 마련될 수 있다.
상부 커버(3040)는 광학 시트(3020)의 가장자리를 테두리하며, 하부 커버(3005)와 조립 체결될 수 있다.
상기 광학 시트(3020)와 상부 커버(3040)사이에는 액정 패널(3030)을 더 구비할 수 있다. 상기 액정 패널(3030)은 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 한 쌍의 제1 기판(미도시) 및 제2 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판에는 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인이 교차하여 화소 영역을 정의하고, 각 화소 영역의 교차점마다 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되어 각 화소 영역에 실장된 화소전극과 일대일 대응되어 연결된다. 제2 기판에는 각 화소 영역에 대응되는 R, G, B 컬러의 컬러필터와 이들 각각의 가장자리와 게이트 라인과 데이터 라인 그리고 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치(4100)를 간략하게 나타내는 도면이다. 평판 조명 장치(4100)는 광원(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4130)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4110)은 전술한 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 전술한 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원(4110)은 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 도 17에 도시된 바와 같이 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이부는 발광소자 어레이 및 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부를 포함할 수 있다.
전원공급장치(4120)는 광원(110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 전원공급장치(4120)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있다. 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
하우징(4130)은 광원(4110) 및 전원공급장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 18은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이다. 또한, 도 19는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다. 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4240)은 전술한 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 전술한 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)는 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 전원부(4220)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 구동부를 포함할 수 있다. 즉, 전원부(4220)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있고, 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4131)는 광원(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수있고, 광원(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원(4240)는 전원부(4240)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원(4240)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부를 포함할 수 있다. 광원(4240)은 하나 이상의 발광소자 패키지(4241), 회로기판(4242) 및 랭크 저장부(4243)를 포함할 수 있고, 랭크 저장부(4243)는 발광소자 패키지(4241)들의 랭크 정보를 저장할 수 있다.
광원(4240)이 포함하는 복수의 발광소자 패키지(4241)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발광소자 패키지(4241)는 청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오랜지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 조명 장치(4200)는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며 또한 색 온도를 촛불(1500K)에서 파란하늘(12000K) 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절 할 수 있다. 또한 식물 성장을 촉진 할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
상기 청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 19와 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 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치 할 수 있다. 상기 백색광의 색온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당 한다.
도 20은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다. 도 18의 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원(4240)의 상부에 반사판(4310)이 포함되어 있으며, 상기 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게하여 눈부심을 줄일 수 있다.
상기 반사판(4310) 상부에 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신이 가능하다. 예를 들면, 상기 통신 모듈(4320)은 직비(Zigbee)를 이용한 무선 통신 모듈이며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 램프의 온/오프, 밝기 조절등과 같은 가정내 조명을 컨트롤할 수 있다.
도 21은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다. 가정내 무선 통신(Zigbee, WiFi 등)을 활용하여 침실, 거실, 현관, 창고, 가전제품 등의 동작 상태 및 주위 환경/상황에 따라 조명의 밝기가 자동으로 조절되는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들면, 도 21과 같이 TV(5100)에서 나오는 TV 프로그램의 종류 또는 TV(5100)의 화면 밝기에 따라 조명(5200)의 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 휴먼 드라마 등이 상영되어 아늑한 분위기가 필요할 때는 조명도 거기에 맞게 색 온도가 12000K 이하로 낮아지고 색감이 조절된다. 반대로 개그프로그램과 같은 가벼운 분위기에서는 조명도 색 온도가 12000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절된다.
도 22는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 발광 장치(6000)는 방열 부재(6100), 커버(6200), 발광 모듈(6300), 제1 소켓(6400) 및 제2 소켓(6500)을 포함한다.방열 부재(6100)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(6110, 6120)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(6110, 6120)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(6100)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(6130)가 형성되어 있다. 지지대(6130)에는 발광 모듈(6300)이 고정될 수 있다. 제1커버(6100)의 양 끝단에는 걸림 턱(6140)이 형성될 수 있다.
커버(6200)에는 걸림 홈(6210)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(6210)에는 방열 부재(6100)의 걸림 턱(6140)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 예로서, 걸림 홈(6210)과 걸림 턱(6140)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
발광 모듈(6300)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부를 포함할 수 있다. 발광 모듈(6300)은 인쇄 회로 기판(6310), 발광소자 어레이(6320) 및 랭크 저장부(6330)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 랭크 저장부(6330)는 발광소자 어레이(6320)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 인쇄 회로 기판(6310)에는 발광소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1,2소켓(6400, 6500)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(6100) 및 커버(6200)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다.
예로서, 제1소켓(6400)은 전극 단자(6410) 및 전원 장치(6420)를 포함할 수있고, 제2소켓(6500)에는 더미 단자(6510)가 배치될 수 있다. 전원 장치(6420)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 구동부를 포함할 수 있다. 구체적으로 전원 장치(6420)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있고, 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
또한, 제1소켓(6400) 또는 제2소켓(6500) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 예로서, 더미 단자(6510)가 배치된 제2소켓(6500)에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(6410)가 배치된 제1소켓(6400)에 광센서 모듈이 내장될 수도 있다.
도 23은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 운송수단을 나타내는 도면이다. 자동차 또는 오토바이 등과 같은 운송수단(7000)에서 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 모듈은 운송수단(7000)의 외부로 빛을 방출하는 램프의 광원으로서 사용될 수 있다. 운송수단(7000)에 사용되는 램프가 방출하는 빛의 세기는 각 국가나 지역에 따라 규정되어 있을 수 있다. 예컨대, 운송수단(7000)에 사용되는 램프는 운전자의 시야확보 또는 다른 운전자의 안전 등을 위해서 적절한 세기의 빛을 방출하도록 규정 될 수 있고, 상기 규정은 빛의 세기에 대한 범위로서 상한값과 하한값을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 운송수단(7000)은 운송수단(7000)의 전면에 설치되는 제1 램프(7100), 운송수단(7000)의 후면에 설치되는 제2 램프(7200) 및 운송수단(7000)의 측면에 설치되는 제3 램프(7300)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 램프(7100 내지 7300)는 설치되는 위치에 따라 요구되는 빛의 세기에 대한 범위가 다를 수 있으므로, 서로 다른 상한값과 하한값을 가질 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 모듈은 발광소자 어레이부의 특성과 무관하게 규정된 범위를 만족하는 빛의 세기를 방출할 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적 실시예에 따라 발광소자 어레이부 및 발광소자 구동부를 포함하는 발광소자 모듈은 운송수단(7000)의 제조과정에서 제작될 수 있다. 예컨대, 운송수단(7000)의 구조적인 특성에 따라, 발광소자 어레이부 및 발광소자 구동부는 하나의 발광소자 모듈로서 운송수단(7000)에 설치되지 않고, 발광소자 어레이부 및 발광소자 구동부 별로 각각 설치되어 연결될 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예들에 따라, 발광소자 어레이부는 자신이 포함하는 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부를 포함할 수 있고, 발광소자 구동부는 랭크 저장부의 랭크 정보를 감지하는 랭크 감지부 및 가변 전류 출력부를 포함할 수 있으므로, 운송수단(7000)의 제조과정에서 발광소자 어레이부의 특성을 고려할 필요 없이 발광소자 어레이부 및 발광소자 구동부가 운송수단(7000)에 설치될 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 단자 및 제2 단자;
    모듈 외부로부터 전류를 공급받아 빛을 방출하는 복수개의 발광소자들을 포함하는 발광소자 어레이; 및
    상기 발광소자들의 밝기 특성에 따른 상기 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 통해서(via) 상기 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력하는 랭크 저장부를 포함하고,
    상기 랭크 정보에 대응하여 출력되는 신호는, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자간에 연결 상태에 기반하여 결정되고,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자의 상기 연결 상태는, 상기 발광소자들의 상기 발광소자들의 밝기 특성에 기반하여 미리 설정되는 발광소자 어레이 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랭크 저장부는 상기 제1 및 제2 단자 사이에 연결된 저항을 포함하고,
    상기 저항은 상기 발광소자 어레이의 랭크에 따라 미리 정해진 저항치(resistance)를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자들의 랭크는 동일하고,
    상기 발광소자 어레이의 랭크는 상기 발광소자들의 랭크와 일치하는 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이 모듈.
  4. 복수개의 발광소자들을 포함하는 발광소자 어레이 및 상기 발광소자들의 밝기 특성에 따른 상기 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부 및 상기 랭크 저장부와 연결되고, 상기 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력하는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하는 발광소자 어레이부; 및
    상기 발광소자 어레이에 전류를 공급하고, 상기 랭크 저장부에 저장된 랭크 정보에 따라 상기 전류의 크기를 제어하는 발광소자 구동부를 포함하고,
    상기 랭크 정보에 대응하여 출력되는 신호는, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자간에 연결 상태에 따라 결정되고,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자의 상기 연결 상태는, 상기 발광소자들의 밝기 특성에 기반하여 미리 설정되는 발광소자 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 랭크 저장부는 상기 단자를 통해서 상기 랭크 정보에 대응하는 신호를 출력하고,
    상기 발광소자 구동부는
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 연결되고, 상기 랭크 저장부에 저장된 랭크 정보에 대응하는 신호를 감지하는 랭크 감지부; 및
    상기 발광소자 어레이를 구동하는 전류를 출력하고, 상기 랭크 감지부에 의해 제어되는 가변 전류 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발광소자 어레이는 제1 및 제2 랭크 중 하나의 랭크를 가지고,
    상기 제1 및 제2 단자는 상기 랭크 저장부에 의해서, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제1 랭크인 경우 개방(open)되고, 상기 발광소자 어레이의 랭크가 상기 제2 랭크인 경우 단락(short)되거나 저항을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 랭크 감지부는 마이크로컨트롤러를 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 단자는 상기 마이크로컨트롤러의 입력 포트에 연결되고,
    상기 마이크로컨트롤러는 상기 입력 포트의 전압에 따라 상기 발광소자 어레이의 랭크를 판단하는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 랭크 저장부는 상기 제1 및 제2 단자 사이에 연결된 저항을 포함하고,
    상기 저항은 상기 발광소자 어레이의 랭크에 따라 미리 정해진 저항치(resistance)를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 랭크 감지부는
    상기 저항의 저항치를 감지하여 상기 발광소자 어레이의 랭크를 판단하는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 랭크 감지부는 상기 발광소자 어레이가 자동차용 램프에 적합한 세기로 발광하게 하는 전류를 공급받도록 상기 가변 전류 출력부를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광소자 모듈.
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