JP6338838B2 - 発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

実施形態は、発光素子パッケージに関する。
半導体の３−５族または２−６族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発によって赤色、緑色、青色及び紫外線などの様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせることによって効率の良い白色光線も具現可能であり、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、速い応答速度、安全性、環境親和性などの長所を有する。
したがって、光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）表示装置のバックライトを構成する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替することができる白色発光ダイオード照明装置、自動車ヘッドライト及び信号灯にまで応用が拡大されている。
発光素子パッケージは、パッケージボディーに第１電極と第２電極が配置され、パッケージボディーの底面に発光素子が配置され、第１電極及び第２電極と電気的に接続される。
図１は、従来の発光素子パッケージを示す図である。
発光素子パッケージ１００は、パッケージボディー１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにキャビティ構造が形成され、キャビティの底面に発光素子１４０が配置される。パッケージボディー１１０ａ，１１０ｂ，１００ｃの下部には放熱部１３０を配置することができ、放熱部１３０と発光素子１４０は導電性接着層（図示せず）で固定することができる。
キャビティ内には、モールディング部１５０が発光素子１４０を取り囲んで保護することができる。モールディング部１５０は蛍光体１６０を含むことができ、発光素子１４０から放出された第１波長領域の光が蛍光体１６０を励起させ、蛍光体１６０で第２波長領域の光が放出され得る。
しかし、従来の発光素子パッケージは、次のような問題点がある。
図１で、放熱部１３０は熱伝導性に優れた物質からなることができ、発光素子パッケージ１００において発光素子１４０から熱が放熱部１３０を通じて放出され得る。
このとき、放熱部１３０が熱膨張すると、発光素子１４０に損傷を与えることがあるため、セラミック層１２０などを放熱部の上に配置して、放熱部の熱膨張による発光素子１４０の損傷を防止することができる。
しかし、放熱部１３０上にセラミック層１２０を配置すると、セラミックパッケージを作製する焼成（Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）工程の過程で、放熱部１３０とパッケージボディー１００ｂとの熱膨張係数の差（Ｍｉｓ−ｍａｔｃｈ）によって、放熱部１３０とパッケージボディー１００ｂとの境界部分の上のセラミック層１２０が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）を受けて、図１の‘Ａ’領域に示すように、焼成工程後、パッケージの内部のセラミック層１２０にクラックが生じうる。すなわち、異種物質間の熱膨張係数の差によってセラミック層１２０に損傷が与えられ、発光素子パッケージ１００の密封（Ｈｅｒｍｅｔｉｃ Ｓｅａｌｉｎｇ）耐久性の低下によって、長期駆動または高湿環境での動作時に寿命の低下を誘発することがある。
実施形態は、発光素子パッケージの密封耐久性を向上させようとする。
実施形態は、パッケージボディーと；前記パッケージボディーに配置される少なくとも一つの電極パターンと；前記電極パターンと電気的に接続される少なくとも一つの発光素子と；前記パッケージボディーの内部に挿入され、前記発光素子と熱接触する放熱部と；前記放熱部上に配置されるクラック防止部と；を含み、前記クラック防止部は、前記放熱部の周りの少なくとも一部の領域において前記放熱部と垂直に重畳する発光素子パッケージを提供する。
クラック防止部は、内部にオープン領域が形成され、前記オープン領域に前記発光素子を配置することができる。
パッケージボディーは、複数個の第１セラミック層からなることができる。
放熱部の水平方向の断面積は、第１断面積と、前記第１断面積と異なる第２断面積とを有することができる。
クラック防止部は、第２セラミック層からなることができる。
一つの第１セラミック層に対応する高さでの前記放熱部の水平方向の断面積は、他の第１セラミック層に対応する高さでの前記放熱部の水平方向の断面積と異なってもよい。
互いに異なる第１セラミック層間の境界に対応する領域で、前記放熱部に拡張部が形成されてもよい。
クラック防止部は、第２セラミック層からなることができる。
クラック防止部をなす第２セラミック層の厚さは、前記パッケージボディーをなすそれぞれの厚さの異なる第１セラミック層のうち、最も厚さが薄いセラミック層の０．５倍乃至１倍であってもよい。
オープン領域の面積は、前記発光素子方向の前記放熱部の断面積よりも小さくてもよい。
クラック防止部のオープン領域の面積が、前記放熱部の最小断面積よりも小さくてもよい。
クラック防止部のオープン領域の面積は、前記放熱部の最大断面積よりも小さく、前記放熱部の最小断面積よりも大きくすることができる。
放熱部は、前記発光素子方向の断面積を最も大きくすることができる。
発光素子パッケージは、放熱部と前記クラック防止部との間に配置される第３セラミック層をさらに含み、前記発光素子は、前記セラミック層を通じて前記放熱部と熱接触することができる。
発光素子は、近紫外線または深紫外線波長領域の光を放出することができる。
パッケージボディーとクラック防止部のうち少なくとも一つは、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＮのうち少なくとも一つを含むことができる。
他の実施形態は、パッケージボディーと；前記パッケージボディーに配置される少なくとも一つの電極パターンと；前記電極パターンと電気的に接続される少なくとも一つの発光素子と；前記パッケージボディーの内部に挿入され、前記発光素子と熱接触し、縁の一部領域に拡張部が形成される放熱部と；を含み、前記放熱部は、前記拡張部を除外した領域において、前記発光素子方向の断面積が最も大きい発光素子パッケージを提供することができる。
実施形態に係る発光素子パッケージは、パッケージの製造工程中、焼成（ｃｏｆｉｒｅｄ）工程の後に放熱部が熱膨張しても、第３セラミック層及びクラック防止部が放熱部の熱膨張による応力に耐えることができ、特に、放熱部の縁に対応する領域で第３セラミック層に加えられる応力をクラック防止部が相殺することができるので、発光素子パッケージの密封耐久性を向上させることができる。
従来の発光素子パッケージを示す図である。 発光素子パッケージの一実施形態の断面図である。 図２に示された放熱部とクラック防止部との位置関係の一実施形態を概略的に示す図である。 図２に示された放熱部とクラック防止部との位置関係の一実施形態を概略的に示す図である。 図２に示された放熱部とクラック防止部との位置関係の一実施形態を概略的に示す図である。 図２に示されたクラック防止部の他の実施形態を示す図である。 図２に示されたクラック防止部の他の実施形態を示す図である。 図２に示されたクラック防止部の他の実施形態を示す図である。 発光素子の配置及びキャビティの側壁の実施形態を示す図である。 発光素子の配置及びキャビティの側壁の実施形態を示す図である。 発光素子の配置及びキャビティの側壁の実施形態を示す図である。 発光素子の配置及びキャビティの側壁の実施形態を示す図である。 発光素子パッケージが配置された映像表示装置の一実施形態を示す図である。 発光素子パッケージが含まれた殺菌装置の一実施形態を示す図である。 発光素子パッケージが配置された照明装置の一実施形態を示す図である。
以下、上記の目的を具体的に実現することができる本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
本発明に係る実施形態の説明において、各構成要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の「上（上部）または下（下部）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、上（上部）または下（下部）は、二つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることを全て含む。また、「上（上部）」または「下（下部）」と表現される場合、一つの構成要素を基準にして上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
図２は、発光素子パッケージの一実施形態の断面図である。
実施形態に係る発光素子パッケージ２００は、パッケージボディーが複数個の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄからなる。パッケージボディーは、高温同時焼成セラミック（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、ＨＴＣＣ）または低温同時焼成セラミック（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、ＬＴＣＣ）技術を用いて具現することができる。
パッケージボディーが多層のセラミック基板である場合、各層の厚さは同一または異なってもよい。パッケージボディーは、窒化物または酸化物の絶縁性材質からなることができ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＮを含むことができる。
複数個の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄの幅がそれぞれ異なってもよく、一部２１０ａ，２１０ｂは、発光素子パッケージ２００またはキャビティの底をなすことができ、他の一部２１０ｃ，２１０ｄは、キャビティの側壁をなすことができる。
上述した複数個の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄからなるキャビティの底面に発光素子２４０ａ，２４０ｂが配置され、発光素子２４０ａ，２４０ｂは、二つ以上を配置することができる。
発光素子２４０ａ，２４０ｂとワイヤー２４５ａ，２４５ｂを取り囲んでいるキャビティの内部にはモールディング部（図示せず）が配置され、モールディング部は、シリコン樹脂や蛍光体（図示せず）を含むことができ、蛍光体は、発光素子２４０ａ，２４０ｂから放出された第１波長領域の光をより長波長である第２波長領域の光に変換することができる。例えば、第１波長領域が紫外線領域であれば、第２波長領域は可視光線領域であってもよい。発光素子２４０ａ，２４０ｂが紫外線、具体的には、近紫外線または深紫外線波長領域の光を放出するとき、モールディング部は蛍光体を含まなくてもよい。紫外線は、波長が１０ｎｍ乃至３９７ｎｍである電磁波であり、波長が２９０ｎｍ乃至３９７ｎｍである紫外線を近紫外線といい、波長が１９０ｎｍ乃至２９０ｎｍである紫外線を深紫外線といえる。
また、モールディング部の上部に金属蒸着またはメッキを行って、ガラスキャップ（Ｇｌａｓｓ ＣａｐまたはＬｉｄ）と共晶接合（Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）または溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）などを適用して密封（Ｈｅｒｍｅｔｉｃ Ｓｅａｌｉｎｇ）、または複数個の第１セラミック層２１０ｄ，２１０ｃのように段差構造を有するようにし、その段差溝に非反射コーティングガラス（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｇｌａｓｓ ｐｌａｔｅ）を接着剤（ＵＶ Ｂｏｎｄ、熱硬化性Ｂｏｎｄなど）を適用したボンディングを通じて密封（Ｈｅｒｍｅｔｉｃ Ｓｅａｌｉｎｇ）してもよい。
発光素子は、複数の化合物半導体層、例えば、３族−５族元素の半導体層を用いたＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を含み、発光素子は、青色、緑色または赤色などのような光を放出する有色発光素子、またはＵＶを放出するＵＶ発光素子であってもよい。
上述した発光素子２４０ａ，２４０ｂは、垂直型発光素子または水平型発光素子であってもよく、それぞれ、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を含む発光構造物を含むことができる。
第１導電型半導体層は、半導体化合物で形成することができ、例えば、３族−５族または２族−６族などの化合物半導体で形成することができる。また、第１導電型ドーパントがドーピングされてもよい。第１導電型半導体層がｎ型半導体層である場合、前記第１導電型ドーパントは、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。
前記第１導電型半導体層は、第１導電型半導体層のみで形成されたり、前記第１導電型半導体層の下にアンドープ半導体層をさらに含むことができ、これに限定しない。
前記アンドープ半導体層は、前記第１導電型半導体層の結晶性の向上のために形成される層であって、前記ｎ型ドーパントがドーピングされないので前記第１導電型半導体層に比べて低い電気伝導性を有すること以外は、前記第１導電型半導体層と同一であってもよい。
第１導電型半導体層上に活性層を形成することができる。活性層は、第１導電型半導体層を通じて注入される電子と、以降に形成される第２導電型半導体層を通じて注入される正孔とが会って活性層（発光層）物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。
前記活性層は、二重接合構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、単一井戸構造、多重井戸構造、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、または量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成することができる。例えば、前記活性層は、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、及びトリメチルインジウムガス（ＴＭＩｎ）が注入されて多重量子井戸構造が形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
前記活性層の井戸層／障壁層は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ(ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ(ＩｎＧａＰ)／ＡｌＧａＰのいずれか一つ以上のペア構造で形成されてもよいが、これに限定されない。前記井戸層は、前記障壁層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する物質で形成することができる。
前記活性層の上及び／又は下には導電型クラッド層（図示せず）を形成することができる。導電型クラッド層は、活性層の障壁層のバンドギャップよりさらに広いバンドギャップを有する半導体で形成することができる。例えば、導電型クラッド層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたは超格子構造を含むことができる。また、導電型クラッド層は、ｎ型またはｐ型にドーピングされてもよい。
そして、活性層上に第２導電型半導体層を形成することができる。第２導電型半導体層は、半導体化合物で形成することができ、例えば、第２導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族化合物半導体で形成することができる。前記第２導電型半導体層は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。第２導電型半導体層がｐ型半導体層である場合に、前記第２導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができるが、これに限定しない。
ここで、上述とは異なり、第１導電型半導体層がｐ型半導体層を含み、前記第２導電型半導体層がｎ型半導体層を含むこともできる。また、前記第１導電型半導体層上には、ｎ型またはｐ型半導体層を含む第３導電型半導体層を形成することもでき、これによって、上述した発光素子２４０ａ，２４０ｂは、ｎ−ｐ、ｐ−ｎ、ｎ−ｐ−ｎ、ｐ−ｎ−ｐ接合構造のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。
そして、パッケージボディーが無機材質の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄからなっているので、紫外線ＬＥＤや約２８０ｎｍの波長を有する深紫外線（Ｄｅｅｐ ＵＶ）ＬＥＤ、または約３６５〜４０５ｎｍの波長を有する近紫外線（Ｎｅａｒ ＵＶ）ＬＥＤを含む発光素子２００を使用しても、発光素子２００から放出された紫外線光によってパッケージボディーが変色したり、変質する虞がないので、発光モジュールの信頼性を維持することができる。
本実施形態において、パッケージボディーは、互いに同一の厚さを有する４個の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄからなっているが、より多くの個数の第１セラミック層からなってもよく、それぞれの第１セラミック層の厚さが互いに異なるように備えられてもよい。
図２において、パッケージボディーの表面に発光素子２４０ａ，２４０ｂが配置されており、発光素子２４０ａ，２４０ｂは、導電性接着層２８６ａ，２８６ｂと第３セラミック層２２０を通じて放熱部２３０と接触している。放熱部２３０は、熱伝導性に優れた物質からなることができ、特に、Cu, W, ＣｕＷからなることができる。図２では、一つの放熱部２３０が図示されているが、２個以上の放熱部に分けて配置してもよい。
放熱部２３０を第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂの内部に配置することができ、放熱部２３０と第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂの上には第３セラミック層２２０とクラック防止部２７０を配置することができ、クラック防止部２７０は第２セラミック層からなることができる。
そして、クラック防止部２７０の一部ないし中心領域にオープン領域が形成され、上述したオープン領域を通じて第３セラミック層２２０が露出され、上述した第３セラミック層２２０の露出された領域の一部に発光素子２４０ａ，２４０ｂが配置されて、発光素子２４０ａ，２４０ｂが、第３セラミック層２２０を通じて放熱部２３０と熱接触することができる。そして、クラック防止部２７０は、放熱部２３０の周りの少なくとも一部の領域で、放熱部２３０と接触することができる。
第１セラミック層２１０ｃ，２１０ｄがキャビティの側壁をなし、発光素子パッケージ２００において発光素子２４０ａ，２４０ｂの電気的な接続について、以下で説明する。
複数個の第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ、第３セラミック層２２０及びクラック防止部２７０に、複数個の第１電極パターン２８１ａ〜２８４ａと第２電極パターン２８１ｂ〜２８４ｂが配置され、それぞれの第１電極パターン２８１ａ〜２８４ａの間、第２電極パターン２８１ｂ〜２８４ｂの間には、それぞれ連結電極２９１ａ〜２９３ａ、２９１ｂ〜２９３ｂが配置される。
具体的に説明すると、次の通りである。
放熱部２３０は第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂの内部に配置され、クラック防止部２７０にはそれぞれ、第１ボンディングパッド２８５ａと第２ボンディングパッド２８５ｂが配置され、発光素子２４０ａ，２４０ｂはそれぞれ、第１ボンディングパッド２８５ａ及び第２ボンディングパッド２８５ｂとワイヤー２４５ａ，２４５ｂでボンディングすることができる。そして、第１ボンディングパッド２８５ａ及び第２ボンディングパッド２８５ｂはそれぞれ、第１電極パターン２８４ａ及び第２電極パターン２８４ｂと連結電極２９４ａ，２９４ｂで電気的に接続することができる。
上述した連結電極２９１ａ〜２９４ａ，２９１ｂ〜２９４ｂは、第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂ、第３セラミック層２２０及びクラック防止部２７０内に貫通孔を形成し、前記貫通孔に導電性物質を充填して形成することができる。
図２において、第１セラミック層２１０ａの下には、放熱部２３０と第２電極パターン２８１ａ，２８１ｂが露出されて回路基板に直接電気的に接触することができ、放熱部２３０は電極パターンとして作用することができる。
図３Ａ乃至図３Ｃは、図２に示された放熱部とクラック防止部との位置関係の一実施形態を概略的に示す図である。
図３Ａにおいて、放熱部２３０は、第１セラミック層２１０ａと対応する高さでの幅Ｗａが、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗｂよりさらに広い。そして、クラック防止部２７０のオープン領域の幅Ｗｃは、上述した第１セラミック層２１０ａと対応する高さでの幅Ｗａより狭く、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗｂよりさらに広くすることができる。上述した幅Ｗａは、他の幅Ｗｂの１．１倍乃至１．２倍であってもよく、幅Ｗａは、３．０ｍｍ乃至３．４ｍｍであり、他の幅Ｗｂは、２．５ｍｍ乃至３．０ｍｍであってもよい。
すなわち、放熱部２３０は、発光素子と接触する部分での幅ないし面積よりも、反対方向に放出する部分での幅ないし面積がさらに広いので、放熱効果の向上を期待することができる。
そして、クラック防止部２７０のオープン領域の幅Ｗｃが、第１セラミック層２１０ａと対応する高さでの幅Ｗａより狭いので、放熱部２３０の熱膨張による応力をクラック防止部２７０が防ぐことで、第３セラミック層２２０に発生し得るクラック（ｃｒａｃｋ）を防止することができる。そして、第３セラミック層２２０が露出される領域には発光素子を配置することができるので、クラック防止部２７０のオープン領域の幅Ｗｃを、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗｂよりも広く配置することができる。
図３Ａにおいて、一つの第１セラミック層２１０ａの厚さｔ１は、他の第１セラミック層２１０ｂの厚さｔ２と同一であってもよい。そして、第２セラミック層であり得るクラック防止部２７０の厚さｔ３は、第３セラミック層ｔ４の厚さと同一であってもよく、第１セラミック層２１０ａの厚さｔ１の０．５倍ないし１倍の厚さに形成することができる。本実施形態では、第１セラミック層２１０ａの厚さｔ１，ｔ２は０．６ｍｍであり、クラック防止部２７０の厚さｔ３は０．４ｍｍであり、第３セラミック層の厚さｔ４は０．２ｍｍであってもよい。上述した第１セラミック層２１０ａの厚さｔ１は、発光素子パッケージの一実施形態に過ぎず、他の実施形態を例に挙げると、クラック防止部２７０の厚さｔ３と第１セラミック層２１０ａの厚さｔ１とが同一であってもよい。
図３Ｂに示された実施形態は、図３Ａの実施形態と比較すると、放熱部２３０の上、下の幅が変わっている。すなわち、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗａが、第１セラミック層２１０ａと対応する高さでの幅Ｗｂよりも広い。このとき、放熱部２３０の熱膨張による応力は、特に放熱部２３０の縁に集中し得るが、クラック防止部２７０のオープン領域の幅Ｗｃが、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗａより狭いので、放熱部２３０の縁に対応する領域の第３セラミック層２２０に集中し得る応力をクラック防止部２７０が緩和することができる。
また、発光素子と隣接した放熱部２３０の幅がさらに広いので、発光素子から放出される熱を放熱部２３０に容易に伝達することができる。但し、拡張部２３５が形成された領域の放熱部２３０の幅は、発光素子と隣接した放熱部２３０の幅よりもさらに広い幅を有することができる。
図３Ｃに示された実施形態は、図３Ａの実施形態と類似するが、クラック防止部２７０のオープン領域の幅Ｗｃが、第１セラミック層２１０ｂと対応する高さでの幅Ｗｂより狭く配置されて、放熱部２３０の縁に対応する領域の第３セラミック層２２０に集中し得る応力をクラック防止部２７０が緩和することができる。
図４Ａ乃至図４Ｃは、図２に示されたクラック防止部の他の実施形態を示す図である。
放熱部２３０は、第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂからなっているので、異種の材質に熱が加えられる時に、熱膨張係数の差などによって、特に、図３Ａや図３Ｃに示された形状のような場合、放熱部２３０が図面の下側方向に離脱することがある。
したがって、放熱部２３０の水平方向の断面積ないし水平方向の一辺の長さが、互いに異なる第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂに対応する高さにおいてそれぞれ異なってもよい。したがって、放熱部２３０の水平方向の断面積は、第１断面積と、前記第１断面積と異なる第２断面積とを有することができる。そして、第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂの間の境界に対応する領域で、放熱部２３０に拡張部を形成することができる。
したがって、図４Ａ及び図４Ｂに示されたように、放熱部２３０の一部の領域に拡張部２３５が形成されて、放熱部２３０を固定させることができる。拡張部２３５は、放熱部の最上端の縁が突出して形成可能であり、‘Ｃ’領域と‘Ｄ’領域で、拡張部２３５が第１セラミック層２１０ｂによって支持され得る。
図４Ｃは、拡張部２３５が‘Ｃ’領域と‘Ｄ’領域に形成されて、放熱部２３０を第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂにさらに堅固に固定させることができる。図４Ａ乃至図４Ｃにおいて、‘Ｅ’領域にも拡張部が形成されているが、放熱部２３０の固定に寄与する程度は、‘Ｃ’領域と‘Ｄ’領域に比べて小さいことがある。
上述した実施形態において、拡張部２３５は、放熱部２３０の縁に円形に形成することができるが、断面図で両側にのみ示されており、一つの拡張部２３５は、隣接した２個の層、例えば、第１セラミック層２１０ａ，２１０ｂの間、または第１セラミック層２１０ｂと第３セラミック層２２０との間に配置することができる。
上述した発光素子パッケージの一実施形態は、放熱部２３０が熱膨張しても、第３セラミック層２２０とクラック防止部２７０が放熱部２３０の熱膨張による応力に耐えることができ、特に、放熱部２３０の縁に対応する領域で第３セラミック層２２０に加えられる応力をクラック防止部２７０が相殺することができるので、発光素子パッケージの耐久性が向上することができる。
図５Ａ乃至図５Ｄは、発光素子の配置及びキャビティの側壁の実施形態を示す図である。
図５Ａにおいてキャビティの底面、本実施形態では第３セラミック層２２０上に４個の発光素子２４０ａ〜２４０ｄが配置され、２個のセラミック層２１０ｃ，２１０ｄが四角形状にキャビティの側壁をなしている。
図５Ｂにおいてキャビティの底面、本実施形態では第３セラミック層２２０上に４個の発光素子２４０ａ〜２４０ｄが配置され、２個のセラミック層２１０ｃ，２１０ｄが円形状にキャビティの側壁をなしている。
図５Ｃに示された実施形態は、図５Ａに示された実施形態と類似するが、キャビティの側壁をなす２個のセラミック層２１０ｃ，２１０ｄの対向する２個の辺に一対のオープン領域が形成されている。
図５Ｄに示された実施形態は、図５Ｂに示された実施形態と類似するが、キャビティの側壁をなす２個のセラミック層２１０ｃ，２１０ｄの対向する領域に一対のオープン領域が形成されている。
実施形態に係る発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記発光素子パッケージの光経路上に光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シートなどを配置することができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。更に他の実施形態は、上述した各実施形態に記載された半導体素子または発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明システムで具現することができ、例えば、照明システムは、ランプ、街灯を含むことができる。以下では、上述した発光素子パッケージが配置されたバックライトユニット、殺菌装置及び照明装置を説明する。図６は、発光素子パッケージを含む映像表示装置の一実施形態を示す図である。
図示のように、本実施形態に係る映像表示装置５００は、光源モジュールと、ボトムカバー５１０上の反射板５２０と、前記反射板５２０の前方に配置され、前記光源モジュールから放出される光を映像表示装置の前方にガイドする導光板５４０と、前記導光板５４０の前方に配置される第１プリズムシート５５０及び第２プリズムシート５６０と、前記第２プリズムシート５６０の前方に配置されるパネル５７０と、前記パネル５７０の前方に配置されるカラーフィルター５８０と、を含んでなる。
光源モジュールは、回路基板５３０上の発光素子パッケージ５３５を含んでなる。ここで、回路基板５３０はＰＣＢなどを使用することができ、発光素子パッケージ５３５は、図２などで説明した通りであり、特に可視光線領域の光を放出することができる。ボトムカバー５１０は、映像表示装置５００内の構成要素を収納することができる。反射板５２０は、図６でのように別途の構成要素として設けてもよく、導光板５４０の後面や、前記ボトムカバー５１０の前面に反射度の高い物質でコーティングされる形態で設けてもよい。
反射板５２０は、反射率が高く、超薄型に形成可能な素材を使用することができ、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ；ＰＥＴ）を使用することができる。
導光板５４０は、発光素子パッケージモジュールから放出される光を散乱させて、その光が液晶表示装置の画面の全領域にわたって均一に分布するようにする。したがって、導光板５４０は、屈折率及び透過率の良い材料からなり、ポリメチルメタクリレート（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、またはポリエチレン（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ；ＰＥ）などで形成することができる。そして、導光板５４０が省略されると、エアーガイド方式の表示装置を具現することができる。
前記第１プリズムシート５５０は、支持フィルムの一面に、透光性で且つ弾性を有する重合体材料で形成され、前記重合体は、複数個の立体構造が反復して形成されたプリズム層を有することができる。ここで、前記複数個のパターンは、図示のように、山と谷が反復形成されたストライプ状に備えることができる。
前記第２プリズムシート５６０において、支持フィルムの一面の山と谷の方向は、前記第１プリズムシート５５０内の支持フィルムの一面の山と谷の方向と垂直にすることができる。これは、光源モジュールと反射シートから伝達された光を前記パネル５７０の全方向に均一に分散させるためである。
本実施形態において、前記第１プリズムシート５５０と第２プリズムシート５６０とが光学シートを構成するが、前記光学シートは、他の組み合わせ、例えば、マイクロレンズアレイにしてもよく、拡散シートとマイクロレンズアレイとの組み合わせ、または一つのプリズムシートとマイクロレンズアレイとの組み合わせなどで構成できる。
前記パネル５７０としては、液晶表示パネル（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）を配置してもよいが、液晶表示パネル５６０の他に、光源を必要とする他の種類のディスプレイ装置を備えてもよい。
前記パネル５７０は、ガラスボディー同士間に液晶が位置し、光の偏光性を用いるために偏光板を両ガラスボディーに載せた状態となっている。ここで、液晶は、液体と固体の中間的な特性を有し、液体のように流動性を有する有機分子である液晶が結晶のように規則的に配列された状態を有するもので、前記分子配列が外部電界によって変化する性質を用いて画像を表示する。
表示装置に使用される液晶表示パネルは、アクティブマトリクス（ＡｃｔｉｖｅＭａｔｒｉｘ）方式であって、各画素に供給される電圧を調節するスイッチとしてトランジスタを使用する。
前記パネル５７０の前面にはカラーフィルター５８０が備えられ、前記パネル５７０から投射された光を、それぞれの画素ごとに赤色、緑色及び青色の光のみを透過することで画像を表現することができる。
本実施形態に係る映像表示装置に配置された発光素子パッケージは、第３セラミック層とクラック防止部によって耐久性が向上することができる。
図７は、発光素子パッケージが配置された殺菌装置の一実施形態を示す図である。
図７を参照すると、殺菌装置６００は、ハウジング６０１の一面に実装された発光モジュール部６１０と、放出された深紫外線波長帯域の光を乱反射させる乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂと、発光モジュール部６１０で必要な可用電力を供給する電源供給部６２０と、を含むことができ、発光モジュール部６１０は、紫外線や近紫外線または深紫外線波長領域の光を放出することができる。
まず、ハウジング６０１は、長方形構造からなり、発光モジュール部６１０、乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂ及び電源供給部６２０を全て内蔵する一体型、すなわち、コンパクトな構造で形成することができる。また、ハウジング６０１は、殺菌装置６００の内部で発生した熱を外部に放出させるのに効果的な材質及び形状を有することができる。例えば、ハウジング６０１の材質は、Ａｌ、Ｃｕ及びこれらの合金のうちいずれか一つの材質からなることができる。したがって、ハウジング６０１の外気との熱伝逹効率が向上して、放熱特性を改善させることができる。
または、ハウジング６０１は、特有の外部表面形状を有することができる。例えば、ハウジング６０１は、コルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）、メッシュ（ｍｅｓｈ）または不特定の凹凸形状に突出形成される外部表面形状を有することができる。したがって、ハウジング６０１の外気との熱伝逹効率がさらに向上して、放熱特性を改善させることができる。
一方、このようなハウジング６０１の両端には、付着板６５０をさらに配置することができる。付着板６５０は、図示のように、ハウジング６０１を全体設備装置に拘束させて固定するのに用いられるブラケット機能の部材を意味する。このような付着板６５０は、ハウジング６０１の両端から一側方向に突出形成されてもよい。ここで、一側方向は、深紫外線が放出され、乱反射が起こるハウジング６０１の内側方向を意味することができる。
したがって、ハウジング６０１の両端上に備えられた付着板６５０は、全体設備装置との固定領域を提供して、ハウジング６０１をより効果的に固定設置できるようにする。
付着板６５０は、ねじ締結手段、リベット締結手段、接着手段及び着脱手段のいずれか一つの形態を有することができ、これら様々な結合手段の方式は、当業者の水準で自明であるので、ここで詳細な説明は省略する。
一方、発光モジュール部６１０は、前述したハウジング６０１の一面上に実装される形態で配置される。発光モジュール部６１０は、空気中の微生物を殺菌処理するように深紫外線を放出する役割を果たす。そのために、発光モジュール部６１０は、基板６１２と、基板６１２に搭載された多数の発光素子パッケージ２００とを含む。ここで、発光素子パッケージ２００は、上述の通りであり、第３セラミック層とクラック防止部によって耐久性が向上することができる。
基板６１２は、ハウジング６０１の内面に沿って単一の列に配置されており、回路パターン（図示せず）を含むＰＣＢであってもよい。ただし、基板６１２は、一般のＰＣＢだけでなく、メタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ、Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ）、軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ＰＣＢなどを含むこともでき、これに限定しない。
次に、乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂは、前述した発光モジュール部６１０から放出された深紫外線を強制的に乱反射させるように形成される反射板形態の部材を意味する。このような乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂの前面形状及び配置形状は様々な形状を有することができる。乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂの面状構造（例：曲率半径など）を少しずつ変更して設計することによって、乱反射された深紫外線が重なるように照射されて照射強度が強くなったり、または照射される領域の幅を拡張することができる。
電源供給部６２０は、電源を導入して、前述した発光モジュール部６１０で必要な可用電力を供給する役割を果たす。このような電源供給部６２０は、前述したハウジング６０１内に配置することができる。図示のように、電源供給部６２０は、乱反射反射部材６３０ａ，６３０ｂと発光モジュール部６１０との間の離隔空間の内壁側に配置することができる。外部電源を電源供給部６２０側に導入させるために、相互間を電気的に接続する電源連結部６４０をさらに配置することができる。
電源連結部６４０の形態は面状であってもよいが、外部の電源ケーブル（図示せず）が電気的に接続できるソケットまたはケーブルスロットの形態を有することができる。そして、電源ケーブルは、フレキシブルな延長構造を有し、外部電源との接続が容易な形態からなることができる。
図８は、発光素子パッケージを含む照明装置を示す。
本実施形態に係る照明装置は、カバー１１００、光源モジュール１２００、放熱体１４００、電源提供部１６００、内部ケース１７００、及びソケット１８００を含むことができる。また、実施形態に係る照明装置は、部材１３００とホルダー１５００のうち、いずれか一つ以上をさらに含むことができ、光源モジュール１２００は、可視光線領域の光を放出することができ、上述した実施形態に係る発光素子パッケージを含むことで、上述したように、第３セラミック層とクラック防止部によって耐久性が向上することができる。
カバー１１００は、バルブ（ｂｕｌｂ）または半球の形状を有し、中空の内部を有し、一部分が開口した形状に提供することができる。前記カバー１１００は、前記光源モジュール１２００と光学的に結合することができる。例えば、前記カバー１１００は、前記光源モジュール１２００から提供される光を拡散、散乱または励起させることができる。前記カバー１１００は、一種の光学部材であり得る。前記カバー１１００は、前記放熱体１４００と結合することができる。前記カバー１１００は、前記放熱体１４００と結合する結合部を有することができる。
カバー１１００の内面には、乳白色塗料をコーティングすることができる。乳白色の塗料は、光を拡散させる拡散材を含むことができる。前記カバー１１００の内面の表面粗さは、前記カバー１１００の外面の表面粗さよりも大きく形成することができる。これは、前記光源モジュール１２００からの光を十分に散乱及び拡散させて外部に放出させるためである。
カバー１１００の材質は、ガラス（ｇｌａｓｓ）、プラスチック、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などであってもよい。ここで、ポリカーボネートは、優れた耐光性、耐熱性、及び強度を有する。前記カバー１１００は、外部から前記光源モジュール１２００が見えるように透明であってもよく、または不透明であってもよい。前記カバー１１００は、ブロー（ｂｌｏｗ）成形を通じて形成することができる。
光源モジュール１２００は、前記放熱体１４００の一面に配置することができる。したがって、光源モジュール１２００からの熱は、前記放熱体１４００に伝導される。前記光源モジュール１２００は、発光素子パッケージ１２１０、連結プレート１２３０、及びコネクタ１２５０を含むことができる。
蛍光体は、上述したカバー１１００の一側面に配置したり、発光素子パッケージ１２１０内に配置することができる。蛍光体が発光素子パッケージ１２１０内に配置される場合、赤色、緑色及び青色の蛍光体などがそれぞれ別個の発光素子上に配置されたり、赤色、緑色及び青色の蛍光体などが混合されてそれぞれの発光素子上に配置されてもよい。
部材１３００は、前記放熱体１４００の上面上に配置され、複数の発光素子パッケージ１２１０とコネクタ１２５０が挿入されるガイド溝１３１０を有する。ガイド溝１３１０は、前記発光素子パッケージ１２１０の基板及びコネクタ１２５０と対応する。
部材１３００の表面は、光反射物質で塗布またはコーティングされたものであってもよい。例えば、部材１３００の表面は、白色の塗料で塗布またはコーティングされたものであってもよい。このような前記部材１３００は、前記カバー１１００の内面で反射されて前記光源モジュール１２００側の方向に戻ってくる光を再び前記カバー１１００の方向に反射する。したがって、実施形態に係る照明装置の光効率を向上させることができる。
部材１３００は、例として絶縁物質からなることができる。前記光源モジュール１２００の連結プレート１２３０は電気伝導性の物質を含むことができる。したがって、前記放熱体１４００と前記連結プレート１２３０との間に電気的な接触が可能となる。前記部材１３００は、絶縁物質で構成されて、前記連結プレート１２３０と前記放熱体１４００との電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体１４００は、前記光源モジュール１２００からの熱及び前記電源提供部１６００からの熱が伝達されて放熱する。
ホルダー１５００は、内部ケース１７００の絶縁部１７１０の収納溝１７１９を塞ぐ。したがって、前記内部ケース１７００の前記絶縁部１７１０に収納される前記電源提供部１６００は密閉される。ホルダー１５００はガイド突出部１５１０を有する。ガイド突出部１５１０は、前記電源提供部１６００の突出部１６１０が貫通するホールを有する。
電源提供部１６００は、外部から提供された電気的信号を処理または変換して、前記光源モジュール１２００に提供する。電源提供部１６００は、前記内部ケース１７００の収納溝１７１９に収納され、前記ホルダー１５００によって前記内部ケース１７００の内部に密閉される。前記電源提供部１６００は、突出部１６１０、ガイド部１６３０、ベース１６５０、及び延長部１６７０を含むことができる。
前記ガイド部１６３０は、前記ベース１６５０の一側から外部に突出した形状を有する。前記ガイド部１６３０は前記ホルダー１５００に挿入可能である。前記ベース１６５０の一面上に多数の部品を配置することができる。多数の部品は、例えば、外部電源から提供される交流電源を直流電源に変換する直流変換装置、前記光源モジュール１２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール１２００を保護するためのＥＳＤ(Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）保護素子などを含むことができるが、これに限定するものではない。
前記延長部１６７０は、前記ベース１６５０の他の一側から外部に突出した形状を有する。前記延長部１６７０は、前記内部ケース１７００の連結部１７５０の内部に挿入され、外部からの電気的信号を受ける。例えば、前記延長部１６７０は、前記内部ケース１７００の連結部１７５０の幅と同一または小さくして提供することができる。前記延長部１６７０には、“＋電線”と“−電線”の各一端が電気的に接続され、“＋電線”と“−電線”の他の一端はソケット１８００に電気的に接続され得る。
内部ケース１７００は、内部に前記電源提供部１６００と共にモールディング部を含むことができる。モールディング部は、モールディング液体が固まった部分であって、前記電源提供部１６００を前記内部ケース１７００の内部に固定できるようにする。
上述した照明装置は、発光素子パッケージ内の発光素子から放出されるＵＶ光によって、蛍光体で赤色、緑色及び青色波長領域の光が放出されて白色光が具現されて、青色発光素子に黄色蛍光体を使用する発光素子パッケージよりも色再現性が向上することができる。
以上、実施形態を中心に説明したが、これは単なる例示で、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示していない種々の変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施形態に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用に係る差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (15)

  1. 複数個のセラミック層からなり、キャビティを有するパッケージボディーと、
    前記キャビティの底面に配置される少なくとも一つのボンディングパッドと、
    前記セラミック層上及びパッケージボディーの下面に配置される複数個の電極パターンと、
    前記複数個のセラミック層内に配置され、前記電極パターンを接続する複数個の連結電極と、
    前記キャビティの下部領域に配置され、前記ボンディングパッドと電気的に接続され、１９０ｎｍ〜４０５ｎｍの波長領域の光を放出する少なくとも一つの発光素子と、
    前記パッケージボディーの内部に配置される放熱部と、を含み、
    前記複数個の連結電極のうち垂直方向に沿った異なる高さに配置された複数の連結電極は、垂直方向に互いに重畳せず、前記ボンディングパッドの一部分は、前記放熱部と垂直方向に重畳し、前記放熱部は、本体と、前記本体の縁に配置される複数個の突起と、を含み、前記複数個の突起のうち一部は、前記パッケージボディーをなす複数個のセラミック層の間に配置される、発光素子パッケージ。
  2. 前記発光素子の下部に配置される接着層をさらに含む、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  3. 前記複数個の突起のうち一部は、前記本体の最上端及び最下端からそれぞれ延びて配置される、請求項１又は２に記載の発光素子パッケージ。
  4. 前記本体の最上端から延びて配置された突起の長さと、前記本体の最下端から延びて配置された突起の長さとは互いに異なる、請求項３に記載の発光素子パッケージ。
  5. 前記複数個の突起のうち一部は、前記セラミック層の間に配置される、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  6. 前記放熱部と前記発光素子との間に配置される第３セラミック層をさらに含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  7. 前記第３セラミック層は、前記放熱部の上面全体と直接接触する、請求項６に記載の発光素子パッケージ。
  8. 前記発光素子は、１９０ｎｍ〜２９０ｎｍの波長領域の光を放出する、請求項１乃至７のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  9. 前記発光素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に配置され、ＡｌＧａＮ障壁層を含む活性層、及び前記活性層上に配置され、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを含む導電型クラッド層を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  10. 前記キャビティの内側壁は段差を有する、請求項１乃至９のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  11. 前記キャビティの下部領域で前記キャビティの内側壁の幅は、前記キャビティの上部領域で前記キャビティの内側壁の幅よりも小さい、請求項１０に記載の発光素子パッケージ。
  12. 前記放熱部の上面の幅は、前記放熱部の下面の幅よりも大きい、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  13. 前記パッケージボディー及び前記第３セラミック層のうち少なくとも一つは、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＮのうち少なくとも一つを含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  14. 前記パッケージボディーをなす複数個の第１セラミック層は互いに異なる厚さを有する、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  15. 前記放熱部の水平方向の最大幅は、水平方向の最小幅の１．１倍〜１．２倍である、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
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