JP2014072520A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】照明用又はディスプレイ用のバックライトユニットに使用される発光装置に関すること。
【解決手段】本発明の実施形態による発光装置は、第1電極及び第2電極を含む基板と、前記第1電極上に配置されるLEDチップと、前記基板上に配置されたダムとを含み、前記ダムは、前記LEDチップから離隔されて配置され、前記基板は、第1銅層、第2銅層及び基板本体を含むDCB基板であり、前記第1電極及び第2電極は、それぞれ表面のボイドを埋める金属被膜を含む。
【選択図】 図2

Description

本発明は、照明用又はディスプレイ用のバックライトユニットに用いられる発光装置に関する。
ここでは、本開示に関する背景技術が提供されるが、これらが必ずしも公知技術を意味する訳ではない。
発光素子(LED;Light Emitting Device)は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種である。LEDは、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、素早い応答速度、安全性、環境にやさしいという長所を有する。これにより、既存の光源を発光素子に代替するための多くの研究が進められており、すでに発光素子は室内外で使用される各種の液晶表示装置、電光掲示板、街灯などの照明装置の光源として使用が増加している趨勢である。
通常、このようなLEDを使用した発光装置は、基板上に配置された二つの電極パターンと、前記電極パターンの一部を内側に収容しながら、光透過部の充填空間となるキャビティーが形成されるように射出成形されたモールドハウジングと、前記キャビティー内の電極パターン上に配置された放熱層と、前記放熱層上に配置されたLEDチップと、前記電極パターンとLEDチップを電気的に連結するボンディングワイヤーとを含む。ここで、前記光透過部はキャビティーを満たしてLEDチップを密閉する。具現しようとするLEDチップの色に応じて、光透過部は蛍光体を含んだり、透明な樹脂からなる。
本発明の目的は、発光装置の面積を減少させることにある。
また、本発明の他の目的は、発光装置の高さを減少させることにある。
また、本発明の他の目的は、発光装置の輝度を向上させることにある。
また、本発明の他の目的は、発光装置の発光領域を小さくすることにある。
前述の課題を解決するための本発明の実施形態による発光装置は、第1電極及び第2電極を含む基板と、前記第1電極上に配置されるLEDチップと、前記基板上に配置されたダムとを含み、前記ダムは、前記LEDチップから離隔されて配置され、前記基板は、第1銅層、第2銅層及び基板本体を含むDCB基板であり、前記第1電極及び第2電極は、それぞれ表面のボイドを埋める金属被膜を含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記金属被膜は、前記ボイドが存在する表面に所定の金属ペーストを塗布し、前記金属ペーストを乾燥、焼成及び平坦化して形成されてもよい。
実施形態による発光装置において、前記金属被膜はAu又はAgのうち少なくとも一つ以上を含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記LEDチップは前記第1電極の金属被膜上に配置され、前記LEDチップと前記第1電極の金属被膜は接着剤により接着されてもよい。
実施形態による発光装置において、前記接着剤はAuSnを含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記LEDチップと前記第2電極の金属被膜を連結するボンディングワイヤーをさらに含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記LEDチップから放出された光を励起させる蛍光部をさらに含み、前記蛍光部は、前記LEDチップ上に配置されてもよい。
実施形態による発光装置において、前記蛍光部は、シリケート系列、サルファイド系列、YAG系列、TAG系列、Nitride系列のうち少なくとも一つ以上を含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記ダムは絶縁物質であってもよい。
実施形態による発光装置において、前記ダムの高さは、前記LEDチップの高さより高くても良い。
実施形態による発光装置において、前記第1電極及び前記第2電極の上側に配置されるエンキャップをさらに含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記エンキャップ層は光透過性保護樹脂であってもよい。
実施形態による発光装置において、前記第1電極及び前記第2電極上に配置され、前記基板と水平な反射防止用ガラスをさらに含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、第1銅層の表面に配置される腐食防止層をさらに含んでいてもよい。
実施形態による発光装置において、前記ダムは、半球形、半楕円形、半円形、四角形、上部の隅が面取りされた四角形のいずれか一つの形状を有していてもよい。
本発明の様々な実施形態によれば、基板と別に配置された電極パターンと前記電極パターン上に配置された放熱層を含まずに前記熱伝導性基板にLEDチップを直接実装するため、発光装置の高さを減少させることができる。
また、様々な実施形態によれば、LEDチップ実装部位の電極パターンの表面及びボンディングワイヤーが接合される部位の電極パターンの表面に発生したボイドの埋込層である金属被膜が形成されるため、電極パターンとLEDチップとの実装力及び電極パターンとボンディングワイヤーとの接合力を向上させることができる。
第1実施形態による発光装置の断面図である。 図1の“A”部分を拡大して示した断面図である。 図1のDCB基板の金属被膜形成方法を説明するための工程別断面図である。 図1のDCB基板の金属被膜形成方法を説明するための工程別断面図である。 図1のDCB基板の金属被膜形成方法を説明するための工程別断面図である。 図1の“B”部分を拡大して示した断面図である。 第2実施形態による発光装置の断面図である。 図5のLEDチップとレンズが結合した発光装置を示した概略図である。
図面において各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されるか、省略されるか、又は概略的に示された。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを必ずしも正確に反映するものではない。
また、本発明による実施形態の説明において、各基板の「上又は下(on or under)」に形成されるものと記載される場合において、上又は下(on or under)は、二つの同一の基板が互いに直接(directly)接触するか、又は一つ以上の別の基板が当該同一の基板の間に配置されて(indirectly)形成されることを全て含む。また、上又は下(on or under)と表現される場合、一つの基板を基準として上側方向だけではなく下側方向の意味も含まれる。
以下、添付された図面を参照して、実施形態による発光体とこれを含む発光装置を説明する。
図1は、第1実施形態による発光装置の断面図である。以下、図1を参照して、第1実施形態による発光装置の構造を詳しく見てみる。
図1に示されているように、第1実施形態による発光装置は、DCB(Direct copper bonding)基板11、LEDチップ14、蛍光部16、ボンディングワイヤー17、ダム18及びエンキャップ(Encap)層Sを含む。
DCB基板11は、基板本体1、第1銅層2及び第2銅層3を含む。
基板本体1は、セラミック材質、ポリマー材質、樹脂材質、シリコン材質などから形成され、前面101と前面101に対向する後面102を有する。前面101と後面102は基板本体1の外面をそれぞれ示し、基板本体1の何れか一つの外面が前面101ならば、それに対向する外面は後面102となる。
また、基板本体1は、前記言及した材質を有する基板以外にも、DCB基板11の本体の役割及び絶縁層の役割遂行が可能な材質ならば、いかなる材質でも基板本体1として使用され得る。例えば、Al、ALN、BeOなどが本体として使用される。
第1銅層2は基板本体1の前面に配置され、第2銅層3は基板本体1の後面に配置される。第1銅層2は、一定の回路パターンをマスクでエッチングして電極パターンを形成することもできる。したがって、第1銅層2は複数の電極パターンを含む。この時、複数の電極パターンは、第1電極パターン12と第2電極パターン13となる。
基板本体1は、0.2〜0.32mmの厚さを有する。また、第1銅層2と第2銅層3それぞれは、0.15〜0.25mmの厚さを有する。また、電極パターンは、LEDチップ14における熱排出やLEDチップ14の接合を考慮し、互いに電気的に分離するように形成される。電極パターンは、0.25mm〜0.4mmの範囲内の間隔を有する。
LEDチップ14を駆動するための駆動回路(図示せず)が実装されることもある。
駆動回路(図示せず)は、発光装置の目的及び用途に応じた機能を行うように、LEDチップ14を駆動する役割を行うことができる。
DCB基板11は、熱伝導性基板であって、LEDチップ14で発生した熱を外部に排出させる放熱の役割を行うこともできる。このような役割を行うため、DCB基板11は、第1及び第2銅層2,3を含む。
実施形態においては、第1及び第2銅層2,3で示したが、第1及び第2銅層2,3は他の金属層で形成されてもよい。例えば、第1及び第2銅層2,3は、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、ルテニウム(Ru)、レニウム(Re)、鉛(Pb)、錫(Sn)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)などから、少なくとも1種の金属層又はこれら金属の合金層で構成されてもよい。
第1及び第2電極パターン12,13は、LEDチップ14と電気的に連結するための電極で構成される。また、第1及び第2電極パターン12,13は、LEDチップ14を駆動するための駆動回路と電気的に連結されるようにパターニングされる。第1及び第2電極パターン12,13は、前記発光装置内で構成要素間を連結する電気導線の役割を行うことができる。したがって、前記第1及び第2電極パターン12,13は、LEDチップ14を駆動するためのアノード(Anode)及びカソード(Cathode)電極で構成される。第1電極パターン12上にはLEDチップ14が実装され、第2電極パターン13はLEDチップ14の電極パッド15と電気的に連結されてもよい。
LEDチップ14は、光を発光する発光手段のうちの一つである。このようなLEDチップ14は、有色LEDチップ、紫外線(UV)チップのいずれか一つとなる。有色LEDチップは、青色LED、赤色LED、緑色LED、イエローグリーン(Yellow green)LED、ホワイトLEDの少なくとも一つ以上を組み合わせたパッケージ形態で構成されてもよい。少なくとも一つ以上のLEDチップ14が実装されDCB基板11の一定領域に実装されて、光を発光する領域は発光領域になる。より具体的には、LEDチップ14は、DCB基板11の第1電極パターン12上の一定領域に実装される。
図2は、図1の“A”を拡大して示した断面図である。以下、図2を参照して、“A”部分の構造を詳しく見てみる。
前記LEDチップ14は、図2に示されているように、第1電極パターン12に形成された金属被膜35及び前記金属被膜35上に塗布された接着剤Aが介在して実装される。この時、前記金属被膜35は銀(Ag)、金(Au)等で形成され、前記接着剤AはAuSn等で形成される。しかし、金属被膜35と接着剤Aは必ずしもこれに限定されない。
前記金属被膜35は、LEDチップ14が実装される部位にだけ形成される。金属被膜35により、第1電極パターン12とLEDチップ14との間の実装力は向上する。
第1電極パターン12である第1銅層2の表面には、図3aに示されているように、第1銅層2の結晶粒界によって複数のボイド31が発生する。このようなボイド31によって、第1電極パターン12とLEDチップ14との実装力は減少する。しかし、金属被膜35を第1銅層2の表面に形成すれば、金属被膜35がボイド31を埋めるため、第1電極パターン12とLEDチップ14との実装力は、金属被膜35によって向上する。
図3aないし図3cは、図1のDCB基板の金属被膜形成方法を説明するための工程別断面図である。
以下では、図3aないし図3cを参照して、前記金属被膜35の形成方法を詳しく見てみる。
図3aに示されているように、前記第1銅層2の表面には第1銅層2の結晶粒界によって複数のボイド31が発生する。
図3bに示されているように、前記ボイド31が発生した第1銅層2の表面に金属ペースト33を塗布する。ここで、前記金属ペースト33は、LEDチップ14が実装される部位及びボンディングワイヤー17がボンディングされる部位に塗布される。
図3cに示されているように、前記金属ペースト33を乾燥させて、焼成及び平坦化工程を順次進めてボイド31を埋める金属被膜35を第1銅層2の表面に形成することができる。
ここで、前記金属被膜35が形成されない第1銅層2の表面には、銅の腐食を防止するための腐食防止層(図示せず)がさらに形成されてもよい。
また、前記LEDチップ14は電極パッド15を含む。前記電極パッド15は、LEDチップ14の上面で、第2電極パターン13が配置された方向の所定領域に形成される。
引き続き、前記ボンディングワイヤー17は、第1電極パターン12に実装されたLEDチップ14の電極パッド15と第2電極パターン13にそれぞれ接合される。これにより、前記第1電極パターン12に実装されたLEDチップ14の電極パッド15と第2電極パターン13は、ボンディングワイヤー17を介して電気的に互いに連結される。ボンディングワイヤー17は、電気的伝導性に優れた物質が使用される。例えば、金、銀などが使用される。
図4は、図1の“B”を拡大して示した断面図である。
前記第2電極パターン13とボンディングワイヤー17が接合する場合、ボンディングワイヤー17は、図4に示されているように、第2電極パターン13に形成された金属被膜35と接合することができる。
金属被膜35は、ボンディングワイヤー17が接合される部位にだけ形成され、第2電極パターン13とボンディングワイヤー17との接合力を向上させることができる。すなわち、第2電極パターン13である第1銅層2の表面には、図3aに示されているように、その結晶粒界によって複数のボイド31が発生し、このようなボイド31は第2電極パターン13とボンディングワイヤー17との接合力を減少させる要素になる。しかし、金属被膜35がボイド31を埋めるため、第2電極パターン13とボンディングワイヤー17との接合力は金属被膜35によって向上する。金属被膜35の形成方法は、前述の方法と同一なので、金属被膜35の形成方法に対する詳しい説明は省略する。
蛍光部16は、電極パッド15の隣接部位のLEDチップ14上に配置される。この時、蛍光部16は少なくとも一種類以上の蛍光体を含む。
蛍光部16は、前記LEDチップ14から放出された光を励起させる役割をすることができる。例えば、前記蛍光部16は、シリケート(Silicate)系列、サルファイド(Sulfide、硫化物)系列、YAG系列及びTAG系列、Nitride系列のうち少なくとも一つ以上が含まれる。
ダム18は、絶縁物質であって、前記第1及び第2電極パターン12,13の外廓のDCB基板11上に配置される。隔壁18は、LEDチップ14より高く形成される。隔壁18は多様な形状を有していてもよい。例えば、隔壁18は、半球形、半楕円形、半円形、四角形、上部の隅が面取りされた四角形のいずれか一つの形状を有していてもよい。
エンキャップ層Sは、第1及び第2電極パターン12,13の上側に配置される。すなわち、エンキャップ層Sは、第1及び第2電極パターン12,13の上側とダム18内の空間に形成される。エンキャップ層Sは、光透過性保護樹脂を含んでいてもよい。例えば、エンキャップ層Sは、蛍光体を含有したシリコン(silicon)やエポキシ(epoxy)樹脂を含んでいてもよい。
LEDチップ14から発生した基準光は、上面に進行する。LEDチップ14の表面から近接した部分において、基準光はエンキャップ層Sに注入された蛍光体に吸収されて再放出される第2の励起光(励起された2次光)と混色される。したがって、基準光は白色で表示される。この時、蛍光体が注入されたエンキャップ層Sの形態に応じて色に対する偏差及び均一度の違いが発生するので、エンキャップ層Sは偏平に形成される。
前述のように、第1実施形態による発光装置は、DCB基板11とDCB基板11に実装されたLEDチップ14とを含むことにより、基板と別に配置された電極パターンと前記電極パターン上に配置された放熱層を含まずにDCB基板11にLEDチップ14を直接実装するため、発光装置の高さを減少させることができる。
また、前記発光装置は、LEDチップ14の実装部位の第1電極パターン12の表面及び電極パッド15と連結部品であるボンディングワイヤー17が接合される部位の第2電極パターン13の表面に発生したボイド31の埋込層である金属被膜35が形成されるため、第1電極パターン12とLEDチップ14との実装力及び第2電極パターン13とボンディングワイヤー17との接合力を向上させることができる。
図5は、第2実施形態による発光装置の断面図である。
図面を参照すると、第2実施形態による発光装置は、DCB(Direct copper bonding)基板11、LEDチップ14、蛍光部16、ボンディングワイヤー17、隔壁18及び反射防止用ガラス19を含む。
基板11、LEDチップ14、ボンディングワイヤー17及び隔壁18の構成は、前述の第1実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。また、LEDチップ14の実装部位の第1電極パターン12の表面及び電極パッド15と連結部品であるボンディングワイヤー17が接合される部位の第2電極パターン13の表面に発生したボイド31の埋込層である金属被膜35は、前述の第1実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。
蛍光部16は、電極パッド15の隣接部位のLEDチップ14上に配置される。この時、前記蛍光部16は、少なくとも一種類以上の蛍光体を含む。
蛍光部16は、前記LEDチップ14から放出された光を励起させる役割をすることができる。例えば、前記蛍光部16は、シリケート(Silicate)系列、サルファイド(Sulfide、硫化物)系列、YAG系列及びTAG系列、Nitride系列のうち少なくとも一つ以上が含まれる。
蛍光部16は、LEDチップ14に応じて相違した種類及び量が含まれる。例えば、LEDチップ14が白色光を放出する場合、蛍光部16は緑色及び赤色蛍光体が含まれる。また、LEDチップ14が青色光を放出する場合、蛍光部16は緑色、黄色及び赤色蛍光体が含まれる。
前記反射防止用ガラス19は、第1及び第2電極パターン12,13の上側と隔壁18上にDCB基板11と水平に配置され、蛍光部16と離隔される。前記反射防止用ガラス19はフィルムであってもよい。
反射防止用ガラス19は、樹脂より反射率が低いため、光拡散を抑制して発光領域を小さくすることができる。例えば、30個のLEDチップ14に対する発光領域は140平方mmとなる。
図6は、図5のLEDチップとレンズが結合した発光装置を示した概略図である。
前述のように、第2実施形態による発光装置は、DCB基板11とDCB基板11に実装されたLEDチップ14を含むことにより、基板と別に配置された電極パターンと前記電極パターン上に配置された放熱層を含まなくてもよい。このように、DCB基板11にLEDチップ14を直接実装するため、発光装置の高さを減少させることができる。
また、前記発光装置は、LEDチップ14上に配置された蛍光部16を含むことにより、発光装置の面積を減少させることができ、発光装置の輝度を向上させることができる。
さらに、前記発光装置は、反射防止用ガラス19を含むことにより、光拡散を抑制して発光領域を小さくすることができる。
すなわち、図6及び下記の表1を参照すると、前記発光装置は、Edisonと比較する時、高さ(44.2mm→22mm)、外径(87mm→60mm)、有効直径(70mm→44mm)、フィールドアングル(60°→58°)等がそれぞれ減少する。ここで、前記発光装置は、図6に示されているように、内部表面の内径が23.24mmであり、内部表面の外径が23.85mmであるレンズを含む。
Figure 2014072520

さらに、前記発光装置は、基板の金属層として金(Au)を使用することができて、発光の変色を抑制することができる。これにより、前記発光装置は光速低下を抑制することができる。すなわち、前記発光装置は、LEDチップ14上に配置された蛍光部16と前記蛍光部16と離隔配置された反射防止用ガラス19を含むことにより、第1及び第2電極パターン12,13にほとんど光が当たらず、反射率が低い金(Au)を基板の金属層にも使用することができる。
さらに、前記発光装置は、LEDチップ14の実装部位の第1電極パターン12の表面及び電極パッド15と連結部品であるボンディングワイヤー17が接合される部位の第2電極パターン13の表面に発生したボイド31の埋込層である金属被膜35が形成されるため、第1電極パターン12とLEDチップ14との実装力及び第2電極パターン13とボンディングワイヤー17との接合力を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも一つの実施形態にのみ限定される訳ではない。さらに、各実施形態において例示された特徴、構造、効果などは、当業者によって、他の実施形態についても組み合わせ又は変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形に関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
また、以上、実施形態を中心に説明したが、これは単に例示であるだけであって、本発明を限定する訳ではなく、当業者であれば、本実施形態の本質的な特性を外れない範囲で、以上において例示されない様々な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができる。そして、このような変形と応用に係る相違点は、添付の特許請求の範囲において規定する本発明の技術的範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
1 基板本体
2 第1銅層
3 第2銅層
11 DCB基板
12 第1電極パターン
13 第2電極パターン
14 LEDチップ
15 電極パッド
16 蛍光部
17 ボンディングワイヤー
18 隔壁
19 反射防止用ガラス
33 金属ペースト
35 金属被膜
S エンキャップ(Encap)層

Claims (15)

  1. 第1電極及び第2電極を含む基板と、
    前記第1電極上に配置されるLEDチップと、
    前記基板上に配置されたダムと、を含み、
    前記ダムは、前記LEDチップから離隔されて配置され、
    前記基板は、第1銅層、第2銅層及び基板本体を含むDCB基板であり、
    前記第1電極及び第2電極は、それぞれ表面のボイドを埋める金属被膜を含む、発光装置。
  2. 前記金属被膜は、
    前記ボイドが存在する表面に所定の金属ペーストを塗布し、前記金属ペーストを乾燥、焼成及び平坦化して形成された、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記金属被膜は、
    Au又はAgのうち少なくとも一つ以上を含む、請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記LEDチップは、前記第1電極の金属被膜上に配置され、
    前記LEDチップと前記第1電極の金属被膜は、接着剤により接着される、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記接着剤は、
    AuSnを含む、請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記LEDチップと前記第2電極の金属被膜を連結するボンディングワイヤーをさらに含む、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記LEDチップから放出された光を励起させる蛍光部をさらに含み、
    前記蛍光部は、前記LEDチップ上に配置される、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記蛍光部は、
    シリケート系列、サルファイド系列、YAG系列、TAG系列、Nitride系列のうち少なくとも一つ以上を含む、請求項7に記載の発光装置。
  9. 前記ダムは、
    絶縁物質である、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記ダムの高さは、
    前記LEDチップの高さより高い、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記第1電極及び前記第2電極の上側に配置されるエンキャップをさらに含む、請求項1ないし10のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 前記エンキャップ層は、
    光透過性保護樹脂である、請求項11に記載の発光装置。
  13. 前記第1電極及び前記第2電極上に配置され、前記基板と水平な反射防止用ガラスをさらに含む、請求項1ないし12のいずれか一項に記載の発光装置。
  14. 第1銅層の表面に配置される腐食防止層をさらに含む、請求項1ないし13のいずれか一項に記載の発光装置。
  15. 前記ダムは、
    半球形、半楕円形、半円形、四角形、上部の隅が面取りされた四角形のいずれか一つの形状を有する、請求項1ないし14のいずれか一項に記載の発光装置。
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