JP6510763B2 - 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。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)は、化合物半導体の特性を用いて電気を赤外線または光に変換させて信号をやり取りしたり、光源として使用される半導体素子の一種である。
III−V族窒化物半導体(group III−V nitride semiconductor)は、物理的及び化学的特性によって発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード(LD)などの発光素子の核心素材として脚光を浴びている。
このような発光ダイオードは、白熱灯と蛍光灯などの既存の照明器具に使用される水銀(Hg)のような環境有害物質が含まれていないので環境性に優れ、長寿命及び低電力消費特性などのような長所があるので、既存の光源を代替している。
図1は、既存の発光素子パッケージの断面図を示す。
図1に示された既存の発光素子パッケージは、絶縁物質20によって互いに電気的に離隔したパッケージボディー10A,10B、発光素子30、サブマウント40、ワイヤ50A,50B及びモールディング部60で構成される。
図1の発光素子30が深紫外線(DUV:Deep Ultraviolet)帯域の光を放出する場合、モールディング部60の粘度(viscosity)は非常に低い。例えば、発光素子30がブルー(blue)帯域の光を放出する場合、モールディング部60の粘度は20Pa−secより大きいが、深紫外線帯域の光を放出する場合、モールディング部60の粘度は3.2Pa−secで、非常に低くなる。これによって、モールディング部60は、膨らんでおらず、平たいドーム形状に形成されてしまい、光抽出効率を低下させることがある。
また、アルミニウムで具現されたパッケージボディー10A,10Bとサブマウント40との熱膨張係数の差によって、これらの接触が不良となり、製品の信頼性が低下することもある。
また、アルミニウムで具現されたパッケージボディー10A,10Bと、金で具現されたワイヤ50A,50Bとの間のボンディング(bonding)信頼性が低いため、製品の不良をもたらし得る。
実施形態は、改善された光抽出効率を有する発光素子パッケージを提供する。
実施形態の発光素子パッケージは、少なくとも一つのキャビティを含むパッケージボディーと;前記少なくとも一つのキャビティ上に実装される少なくとも一つの発光素子と;前記少なくとも一つのキャビティを充填するように前記発光素子上に配置されるモールディング部材と;を含み、前記パッケージボディーは、前記キャビティの底面より高い上側部分に形成された少なくとも一つの第1リセス部を含み、前記モールディング部材は、前記少なくとも一つの第1リセス部の内側縁部まで配置することができる。
前記少なくとも一つの第1リセス部の平面形状は、前記キャビティの平面形状と同一であってもよい。
前記少なくとも一つの第1リセス部は、前記キャビティの側部の縁に隣接して配置することができる。
前記少なくとも一つの第1リセス部は、前記キャビティを取り囲む円形の平面形状であってもよい。
前記発光素子は、200nm〜405nmの波長を有する光を放出することができる。
前記発光素子が紫外線光を放出するときに使用される前記モールディング部材の第1粘度は、前記発光素子がブルー光を放出するときに使用される前記モールディング部材の第2粘度よりさらに低くすることができる。
前記発光素子パッケージは、前記キャビティの縁から前記第1リセス部の内側縁部までの領域の少なくとも一部において、前記モールディング部材と前記パッケージボディーとの間に配置されたコーティング層をさらに含むことができる。
前記コーティング層は、前記モールディング部材との界面エネルギーが小さい物質を含むことができる。前記コーティング層は酸化物またはポリマーを含むことができる。
前記発光素子パッケージは、前記発光素子と前記パッケージボディーとの間に配置されるサブマウントをさらに含むことができる。
前記パッケージボディーは、前記サブマウントと接して配置された少なくとも一つの第2リセス部をさらに含むことができる。前記少なくとも一つの第2リセス部は、前記サブマウントの短軸の幅よりさらに大きい幅を有し、前記サブマウントの長軸方向に配列された複数の第2リセス部を含むことができる。
前記少なくとも一つの第2リセス部の深さは、下記の通りである。
Figure 0006510763
ここで、dは、前記少なくとも一つの第2リセス部の深さを示し、tは、前記複数の第2リセス部の間隔を示す。
前記少なくとも一つの第2リセス部は複数の第2リセス部を含み、前記複数の第2リセス部の長さ及び幅は互いに同一または異なっていてもよい。
前記少なくとも一つの第2リセス部の内部の少なくとも一部は空気であってもよい。
前記少なくとも一つの第2リセス部の内部の少なくとも一部に前記モールディング部材が充填されてもよい。
前記発光素子パッケージは、前記パッケージボディーと前記発光素子とを電気的に接続するワイヤをさらに含み、前記ワイヤがボンディングされる前記パッケージボディーのワイヤボンディング領域はラフネスを含むことができる。
前記ワイヤボンディング領域の表面平均粗さは、1.6μmより大きく、25μmより小さくすることができる。
前記パッケージボディーはアルミニウムを含み、前記ワイヤは金(Au)を含むことができる。
他の実施形態に係る発光素子パッケージは、少なくとも一つのキャビティを含むパッケージボディーと;前記キャビティ上に実装される少なくとも一つの発光素子と;前記キャビティを充填するように前記発光素子上に配置されるモールディング部材と;を含み、前記パッケージボディーは、前記キャビティの底面より高い上側部分に形成され、前記モールディング部材の縁領域に隣接するように形成されたモールディングホールディング部(molding holding unit)を含むことができる。
前記モールディングホールディング部は、少なくとも一つの第1リセス部を含むことができる。
前記モールディング部材は、前記少なくとも一つの第1リセス部の内側縁部まで配置されてもよい。
前記モールディング部材は、前記少なくとも一つの第1リセス部を埋めながら前記第1リセス部の外側縁部まで配置されてもよい。
他の実施形態に係る発光素子パッケージは、互いに対向する第1及び第2面を有し、前記第1面上に配置された少なくとも一つのキャビティを含むパッケージボディーと;前記キャビティ内に実装される少なくとも一つの発光素子と;前記キャビティ上に配置されたモールディング部材と;を含み、少なくとも一つの第1リセス部が前記キャビティに隣接して配置され、前記少なくとも一つの第1リセス部は前記キャビティの高さより低い高さを有し、前記少なくとも一つの第1リセス部は、前記パッケージボディーの前記第1面上において前記モールディング部材の境界を定義することができる。
前記発光素子パッケージは、前記第1面上にある前記キャビティの縁と前記第1リセス部の縁との間の領域上に、前記モールディング部材と前記パッケージボディーとの間に配置されたコーティング層をさらに含むことができる。
前記サブマウントは、第1方向の幅を有し、第2方向の長さを有し、前記第1方向において前記サブマウントの幅よりさらに大きい幅を有する前記少なくとも一つの第2リセス部は、前記第2方向に配列された複数の第2リセス部を含むことができる。
前記少なくとも一つの第2リセス部の深さは、下記の通りである。
Figure 0006510763
ここで、dは、第3方向において前記少なくとも一つの第2リセス部の深さを示し、tは、前記第2方向において前記複数の第2リセス部の間隔を示す。
前記第1リセス部の縁は、前記キャビティの縁に最も近い内側縁部であり得る。
前記モールディング部材は、前記第1リセス部の縁を越えて拡張されなくてもよい。
更に他の実施形態に係る発光素子パッケージは、互いに対向し、第1高さだけ互いに離隔した第1及び第2面を有するパッケージボディーと;前記パッケージボディーの前記第1面上に配置され、前記第1高さより低い第2高さを有し、トップにおいて第1幅を有し、ボトムにおいて第2幅を有するキャビティと;前記キャビティに配置され、膨らんだ形状を有するモールディング部材と;を含み、前記パッケージボディーの前記第1面から前記膨らんだ形状のピークまでの第3高さは、前記第1幅の0.15乃至0.35であり得る。
前記モールディング部材は、前記キャビティに充填される時点である硬化する前の形態において、3,000mPa*secより小さい粘度を有することができる。
発光素子パッケージは、前記第1面上に形成され、前記第2高さよりさらに小さい高さを有するリセス部や突出部をさらに含み、前記リセス部や前記突出部が前記キャビティを取り囲むように、前記リセス部や前記突出部は前記第1幅よりさらに大きい幅を有し、前記リセス部や前記突出部の幅は前記パッケージボディーの幅より小さくすることができる。
前記リセス部や前記突出部は、前記モールディング部材の物質が前記リセス部に流れ込むか、または前記突出部を越えて延びることを防止することで、前記膨らんだ形状の前記ピークは、前記第1幅の0.15乃至0.35であり得る。
実施形態に係る発光素子パッケージは、少なくとも一つの第1リセス部及びコーティング層の存在によって、モールディング部材の曲率半径を既存より減少させることができるので、既存に比べて光抽出効率が約1.2倍まで向上することができ、パッケージボディーにおいて、サブマウントに隣接して少なくとも一つの第2リセス部を配置して、サブマウントとパッケージボディーとの間の熱膨張係数の差を減少させることで、接触不良の問題を防止し、製品の信頼性を向上させ、ワイヤボンディング領域にラフネスを付与することで、アルミニウム材質のパッケージボディーと金材質のワイヤとのボンディング結合力を向上させることができる。
下記の図面を参照して実施形態について詳細に説明する。ただし、図面中、同一の構成要素には同一の参照符号を付する。
既存の発光素子パッケージの断面図である。 実施形態に係る発光素子パッケージの斜視図である。 図2の発光素子パッケージの平面図である。 図3の4A−4A’線に沿って切断した断面図である。 図2乃至図4に示された発光素子とサブマウントとの例示的な結線構造を示す断面図である。 図4の‘A’部分を拡大して示した部分断面図である。 モールディング部材の曲率半径を説明するための図である。 モールディング部材の曲率半径を説明するための図である。 既存の発光素子パッケージと実施形態の発光素子パッケージの断面を撮影した写真である。 既存の発光素子パッケージと実施形態の発光素子パッケージの断面を撮影した写真である。 図3の‘B’部分を拡大して示した平面図である。 表面平均粗さを説明するための図である。 実施形態に係る照明ユニットの斜視図である。 実施形態に係るバックライトユニットの分解斜視図である。 実施形態に係る空気殺菌装置の斜視図である。
以下、本発明を具体的に説明するために実施形態を挙げて説明し、発明に対する理解を助けるために、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施形態は、様々な形態に変形可能であり、本発明の範囲が、以下に詳述する実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
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。
また、以下で使用される「第1」及び「第2」、「上部」及び「下部」などのような関係的用語は、必ず、かかる実体または要素間のいかなる物理的または論理的関係または順序を要求したり、内包したりすることはなく、ある一つの実体または要素を他の実体または要素と区別するためにのみ用いることができる。
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たり、省略されたり、又は概略的に図示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。
図2は、実施形態に係る発光素子パッケージ100の斜視図を示し、図3は、図2の発光素子パッケージ100の平面図を示し、図4は、図3の4A−4A’線に沿って切断した断面図を示す。便宜上、図2及び図3でモールディング部材150の図示は省略した。
実施形態に係る発光素子パッケージ100は、パッケージボディー110、絶縁部120、発光素子130、サブマウント(submount)140、モールディング部材150、コーティング層160及びワイヤ170A,170Bを含む。
パッケージボディー110は、絶縁部120によって互いに電気的に分離された第1ボディー部110A及び第2ボディー部110Bを含む。パッケージボディー110は金属を含ませて形成することができる。もし、発光素子(または、発光素子チップ)130が深紫外線(DUV:Deep UltraViolet)帯域の光を放出する場合、反射率を高め、放熱特性を向上させるために、パッケージボディー110の材質はアルミニウムAlを含むことができる。
また、パッケージボディー110の第1及び第2ボディー部110A,110Bは、少なくとも一つのキャビティ(cavity)112を形成する。ここで、キャビティ112は、カップ状の断面形状を有することができ、図4を参照すると、キャビティ112の底面112Aと側面112Bとの間の角度θは30°〜60°とすることができる。
図2乃至図4において、発光素子130及びサブマウント140は、パッケージボディー110の第1ボディー部110A上に配置されているが、実施形態はこれに限定されない。すなわち、他の実施形態によれば、図2乃至図4に示したものとは異なり、発光素子130及びサブマウント140は、パッケージボディー110の第2ボディー部110B上に配置してもよい。
以下、図2乃至図4に例示したように、発光素子130が、サブマウント140を介してパッケージボディー110とフリップボンディング構造で連結されているものとして説明するが、実施形態はこれに限定されない。すなわち、他の実施形態によれば、発光素子130は、水平または垂直型にパッケージボディー110と連結可能であり、この場合、サブマウント140なしに、発光素子130はキャビティ112内のパッケージボディー110上に実装される。例えば、発光素子130はキャビティ112の底面112Aに直接実装することができる。
発光素子130はサブマウント140上に配置され、サブマウント140は、キャビティ112内の底面112Aにおいてパッケージボディー110上に実装される。すなわち、サブマウント140は、発光素子130と第1ボディー部110Aとの間に配置される。
発光素子130は、複数の化合物半導体層、例えば、III−V族元素の化合物半導体層を用いたLEDを含み、LEDは、青色、緑色、または赤色などのような光を放出する有色LED、紫外線(UV:UltraViolet)LED、深紫外線(DUV)LEDまたは無分極LEDであってもよい。LEDの放出光は、様々な半導体を用いて具現することができ、これに対して限定しない。
図5は、図2乃至図4に示した発光素子130とサブマウント140との例示的な結線構造を示す断面図である。
発光素子130は、基板131、バッファ層132、発光構造物133,134,135、及び第1及び第2電極136A,136Bを含む。
活性層134から放出された光が基板131を介して出射され得るように、基板131は透光性を有することができる。例えば、基板131は、サファイア(Al)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Geのうち少なくとも一つで形成することができ、これらに限定されない。また、基板131は、全体窒化物半導体に反りをもたらすことなく、スクライビング(scribing)工程及びブレーキング(breaking)工程を通じて別個のチップに容易に分離できる程度の機械的強度を有することができる。
バッファ層132は、基板131と発光構造物133,134,135との間に配置されて、基板131と発光構造物133,134,135との間の格子整合を改善させる役割を果たす。例えば、バッファ層132は、AlNまたはアンドープ窒化物を含むことができるが、これに限定されない。バッファ層132は、基板131の種類と発光構造物133,134,135の種類によって省略してもよい。
発光構造物は、バッファ層132の下部に配置され、第1導電型半導体層133、活性層134及び第2導電型半導体層135が順次積層された形態であってもよい。
第1導電型半導体層133は、バッファ層132と活性層134との間に配置され、半導体化合物で形成することができる。III−V族、II−VI族などの化合物半導体で具現することができ、第1導電型ドーパントがドープされてもよい。例えば、第1導電型半導体層133は、AlInGa(1-x-y)N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質、InAlGaN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか一つ以上で形成することができる。第1導電型半導体層133がn型半導体層である場合、第1導電型ドーパントは、Si、Ge、Sn、Se、Teなどのようなn型ドーパントを含むことができる。第1導電型半導体層133は単層または多層に形成することができ、これに限定されない。もし、図5に例示した発光素子130が、紫外線(UV)、深紫外線(DUV)または無分極発光素子の場合、第1導電型半導体層133は、InAlGaN及びAlGaNのうち少なくとも一つを含むことができる。
活性層134は、第1導電型半導体層133と第2導電型半導体層135との間に配置され、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造、量子点構造または量子線構造のいずれか一つを含むことができる。活性層134は、III−V族元素の化合物半導体材料を用いて、井戸層と障壁層、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することができるが、これに限定されない。井戸層は、障壁層のエネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質で形成することができる。特に、実施形態による活性層134は、紫外線または深紫外線波長の光を生成することができる。
第2導電型半導体層135は、活性層134の下部に配置することができる。第2導電型半導体層135は半導体化合物で形成することができる。第2導電型半導体層135は、III−V族、II−VI族などの化合物半導体で具現することができ、第2導電型ドーパントがドープされてもよい。例えば、InAlGa1−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またはAlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか一つ以上で形成することができる。第2導電型半導体層135がp型半導体層である場合、第2導電型ドーパントは、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのようなp型ドーパントであってもよい。第2導電型半導体層135は単層または多層に形成することができ、これに限定されない。もし、発光素子130が、紫外線(UV)、深紫外線(DUV)または無分極発光素子である場合、第2導電型半導体層135は、InAlGaN及びAlGaNのうち少なくとも一つを含むことができる。
次に、第1電極136Aは、第1導電型半導体層133の下部に配置される。第1電極136Aは、例えば、AlN及びBNのうち少なくとも一つを含むことができるが、これに限定されない。すなわち、活性層134から放出された光を吸収せずに、反射させたり透過させたりすることができ、第1導電型半導体層133上に良質に成長できる物質であればいずれも、第1電極136Aを形成することができる。
また、第1電極136Aがオーミック接触する物質を含むことでオーミックの役割を果たす場合、別途のオーミック層(図示せず)を配置しなくてもよく、または別途のオーミック層を第1電極136Aの上部に配置してもよい。
また、第2電極136Bは、第2導電型半導体層135に接しており、金属で形成することができる。例えば、第2電極136Bは、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf、及びこれらの選択的な組み合わせからなることができる。
第2電極136Bは、透明伝導性酸化膜(TCO:Tranparent Conductive Oxide)であってもよい。例えば、第2電極136Bは、前述した金属物質と、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、IAZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium tin oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、及びNi/IrOx/Au/ITOのうち少なくとも一つを含むことができ、これらの材料に限定されない。第2電極136Bは、第2導電型半導体層135とオーミック接触する物質を含むことができる。
また、第2電極136Bは、オーミック特性を有する反射電極材料で単層または多層に形成することができる。もし、第2電極136Bがオーミックの役割を果たす場合、別途のオーミック層(図示せず)は形成しなくてもよい。
一方、図5に示すように、発光素子パッケージ100は、発光素子130とサブマウント140との間に配置された保護層(passivation layer)142、第1及び第2電極パッド144A,144B、及び第1及び第2バンプ146A,146Bをさらに含むことができる。
図5に例示したフリップボンディング構造を有する発光素子130の第1及び第2電極136A,136Bは、フリップ方式でサブマウント140上に位置する。
サブマウント140は、例えば、AlN、BN、炭化ケイ素(SiC)、GaN、GaAs、Siなどの半導体基板からなることができ、これに限定されず、熱伝導度に優れた半導体物質からなってもよい。また、サブマウント140内にツェナーダイオード形態の静電気(ESD:Electro Static Discharge)防止のための素子が含まれていてもよい。
第1電極136Aは、第1バンプ146Aを介してサブマウント140の第1電極パッド144Aに連結され、第2電極136Bは、第2バンプ146Bを介してサブマウント140の第2電極パッド144Bに連結される。ワイヤ170A,170Bは、パッケージボディー110と発光素子130とを電気的に接続する役割を果たす。すなわち、第1電極パッド144Aは、ワイヤ170Aを介して第1ボディー部110Aのワイヤボンディング領域116Aと連結され、第2電極パッド144Bは、ワイヤ170Bを介して第2ボディー部110Bのワイヤボンディング領域116Bと連結される。
図示していないが、第1電極136Aと第1バンプ146Aとの間に第1上部バンプ金属層(図示せず)をさらい配置し、第1電極パッド144Aと第1バンプ146Aとの間に第1下部バンプ金属層(図示せず)をさらに配置してもよい。ここで、第1上部バンプ金属層及び第1下部バンプ金属層は、第1バンプ146Aが位置する場所を表示する役割を果たす。これと同様に、第2電極136Bと第2バンプ146Bとの間に第2上部バンプ金属層(図示せず)をさらに配置し、第2電極パッド144Bと第2バンプ146Bとの間に第2下部バンプ金属層(図示せず)をさらに配置してもよい。ここで、第2上部バンプ金属層及び第2下部バンプ金属層は、第2バンプ146Bが位置する場所を表示する役割を果たす。
もし、サブマウント140がSiからなる場合、図5に例示したように、第1及び第2電極パッド144A,144Bとサブマウント140との間に保護層142をさらに配置してもよい。ここで、保護層142は絶縁物質からなることができる。
一方、モールディング部材150は、パッケージボディー110のキャビティ112を充填するように発光素子130上に配置される。モールディング部材150は、発光素子130、及びワイヤボンディング領域116A,116Bにボンディングされたワイヤ170A,170Bを包囲して保護する。また、モールディング部材150は、蛍光体を含むことで、発光素子130から放出された光の波長を変化させることができる。
一方、実施形態に係るパッケージボディー110は、キャビティ112の底面より高い上側部分に形成され、モールディング部材150の縁領域に隣接するように形成されてモールディング部材150をホールディングする、少なくとも一つのモールディングホールディング(molding holding)部を含むことができる。ここで、モールディング部材150の“ホールディング”とは、モールディング部材150が平たく水平方向に広がる現象を阻止すること、又はモールディング部材150とパッケージボディー110との間の結合力を向上させることのうち少なくとも一つを意味することができる。
例えば、モールディングホールディング部は、パッケージボディー110の上側部分110B−1に形成された少なくとも一つの第1リセス部114を含むことができる。以下、モールディングホールディング部は第1リセス部114を含むものとして説明するが、実施形態はこれに限定されない。すなわち、モールディングホールディング部は、第1リセス部114の代わりに、第1リセス部114が位置した所に突出した突出部(図示せず)を含むこともできる。
少なくとも一つの第1リセス部114は、パッケージボディー110において、キャビティ112の底面112Aより高い上側110B−1に形成され、キャビティ112の側部112Bの縁に隣接して配置可能である。
図6は、図4の‘A’部分を拡大して示した部分断面図を示す。
図6を参照すると、モールディング部材150は、少なくとも一つの第1リセス部114の内側縁部114Aまで配置することができる。
図7A及び図7Bは、モールディング部材150の曲率半径を説明するための図である。
もし、発光素子130が、200nm〜405nmの波長帯域を有する光を放出する場合、前述したように、ブルー光を放出する場合より粘度が低いゲル(gel)形態のモールディング部材150が使用される。例えば、発光素子130がブルー光を放出する場合、キャビティ112に充填される時点にモールディング部材150の粘度は3,000mPasec〜30,000mPasecである。反面、発光素子130が200nm〜405nmの波長帯域を有する光を放出する場合、キャビティ112に充填される時点にモールディング部材150の粘度は0〜3,000mPasecであり得る。
この場合、図7Aに示すように、粘度の低いモールディング部材60は、膨らんだ半球形状ではなく、矢印方向に広がって平たくなった半球形状を有する傾向がある。このように、モールディング部材150の曲率半径が大きい場合、発光素子パッケージの光抽出効率が低下する。
しかし、実施形態による発光素子パッケージ100の場合、少なくとも一つの第1リセス部114がパッケージボディー110の上側110B−1に配置されているので、粘度の低いモールディング部材150は、矢印方向の表面張力の影響によって水平方向に平たく広がる現象が阻止されて、図7Bに示すように、膨らんだ半球形状またはドーム(dome)形状を有することができる。
発光素子30が430nm〜485nmの波長帯域を有する光を放出する場合、図1に示した既存の発光素子パッケージにおいて、キャビティの上側を基準とするモールディング部材60の第1高さh1は0〜0.1Dである。ここで、Dは、パッケージボディー110の上側部分110B−1に載せられるモールディング部材160の幅を意味する。反面、発光素子130が200nm〜405nmの波長帯域を有する光を放出する場合、図4を参照すると、キャビティ112の上側110B−1を基準とするモールディング部材150の第2高さh2は0.15D〜0.35Dであり得る。このように、リセス部114が配置されることによって、モールディング部材150の第2高さh2は、既存の第1高さh1よりも0.05D〜0.35Dだけ増加することができる。すなわち、高さの差(h2−h1)は0.05D〜0.35Dであり得る。
また、キャビティ112の上側110B−1の幅wが小さいほど、第2高さh2は増加し得る。ここで、幅wが1.0mmより小さい場合、発光素子130をパッケージボディー110に付着することができない。したがって、幅wは1.0mm以上とすることができる。
したがって、実施形態によれば、幅wに対する第2高さh2の比率h2/wは、幅wがDとほぼ同一であれば、0.15〜0.35であり得る。
このとき、図4及び図6に示すように、キャビティ112の縁から少なくとも一つの第1リセス部114の内側縁部114Aまでの領域Rの少なくとも一部において、モールディング部材150とパッケージボディー110との間にコーティング層160がさらに配置されてもよい。このように、コーティング層160がさらに配置される場合、そうでない場合に備えてモールディング部材150がさらに膨らんだ半球形状を有することができる。そのために、コーティング層160は、モールディング部材150との界面エネルギーが小さい物質からなることができる。例えば、コーティング層160は、SiOなどの酸化物またはポリマー(polymer)のうち少なくとも一つを含むことができる。
このようにコーティング層160が配置される場合、第2高さh2は、0.35D〜0.50Dだけ増加することができる。
または、図6に示したものとは異なり、モールディング部材150は、少なくとも一つの第1リセス部114を埋めながら第1リセス部114の外側縁部まで配置されてもよい。この場合、パッケージボディー110とモールディング部材150との間の結合力を向上させることができる。
図8A及び図8Bは、既存の発光素子パッケージと実施形態の発光素子パッケージの断面を撮影した写真を示す。
もし、発光素子30,130が深紫外線帯域の波長を有する光を放出する場合、図8Aに示した既存の発光素子パッケージにおけるモールディング部60の曲率半径よりも、図8Bに示した実施形態の発光素子パッケージ100におけるモールディング部材150の曲率半径がさらに小さいので、モールディング部材150がモールディング部60よりさらに膨らんだ形状を有することがわかる。
前述したように、少なくとも一つの第1リセス部114及びコーティング層160の存在によって、実施形態による発光素子パッケージ100において、モールディング部材150の曲率半径は3.8mmまで小さくなることができるので、既存に比べて光抽出効率を約1.2倍まで向上させることができる。
また、実施形態によれば、少なくとも一つの第1リセス部114の平面形状は、キャビティ112の平面形状によって多様にすることができる。例えば、少なくとも一つの第1リセス部114の平面形状は、キャビティ112の平面形状と同一であってもよい。例えば、図2及び図3に例示したように、キャビティ112の平面形状が円形の場合、第1リセス部114の平面形状は、キャビティ112を取り囲む円形とすることができる。しかし、実施形態はこれに限定されない。
一方、前述したように、発光素子130から放出された光を上部に反射させるために、パッケージボディー110の材質としてアルミニウムを使用することができる。この場合、アルミニウムからなるパッケージボディー110とサブマウント140との間の熱膨張係数の差によって接触不良が発生し得る。これを解消するために、図3及び図4に例示したように、パッケージボディー110は、少なくとも一つの第2リセス部118をさらに含むことができる。
少なくとも一つの第2リセス部118は、キャビティ112内でサブマウント140と接し、発光素子130が配置されたパッケージボディー110の上側に配置される。実施形態による、少なくとも一つの第2リセス部118の幅、深さ及び個数は、次の通りである。
図9は、図3の‘B’部分を拡大して示した平面図を示す。
図9を参照すると、少なくとも一つの第2リセス部118は、サブマウント140の短軸(すなわち、x軸)の幅W1よりさらに大きい幅W2を有することができ、複数個の第2リセス部118A,118B,118Cがサブマウント140の長軸(すなわち、y軸)方向に配列されてもよい。
また、少なくとも一つの第2リセス部118の深さdは、次の数式1の通りである。
Figure 0006510763
ここで、tは、複数の第2リセス部118A,118B,118Cの間隔すなわち、第2リセス部118A,118B,118C間の離隔距離を示す。
もし、第2リセス部118の深さdがt以下であれば、サブマウント140とパッケージボディー110間の熱膨張係数の差によるストレスが緩衝されないことがあり、深さdが5t以上であれば、熱伝達が遅くなることがある。したがって、第2リセス部118の深さは、数式1の通りである。
また、第2リセス部118A,118B,118Cのうちサブマウント140の長軸(y軸)の外郭に配置された第2リセス部118A,118Cは、サブマウント140より長軸方向にさらに突出して形成され得る。すなわち、Δyは、0より大きくすることができる。
図9の場合、3個の第2リセス部118A,118B,118Cのみが図示されているが、これよりさらに少ない又は多い第2リセス部を配置できることは勿論である。また、図3、図4及び図9において、複数の第2リセス部118A,118B,118Cの深さd及び幅W2は全て同一であるものとして図示しているが、実施形態はこれに限定されず、複数の第2リセス部118A,118B,118Cの深さd及び幅W2は互いに異なっていてもよい。
また、第2リセス部118A,118B,118Cの内部の少なくとも一部は空気であってもよい。しかし、モールディング部材150がキャビティ112を充填するとき、モールディング部材150が第2リセス部118A,118B,118Cの内部に浸透して存在してもよい。
前述したように、パッケージボディー110において、サブマウント140に隣接して少なくとも一つの第2リセス部118が配置されるので、サブマウント140とパッケージボディー110との間の熱膨張係数の差が減少することができる。したがって、x軸及びy軸方向への引張応力が減少して接触不良の問題を防止できるので、発光素子パッケージ100の信頼性が向上する。
一方、アルミニウム材質のパッケージボディー110と金(Au)材質のワイヤ170A,170Bとのボンディング結合力が強くない。これを解消するために、実施形態によれば、図2乃至図5に例示したワイヤ170A,170Bがボンディングされるパッケージボディー110のワイヤボンディング領域116A,116Bは、ラフネス(roughness)を有することができる。反面、キャビティ112内においてワイヤボンディング領域116A,116Bを除外した領域は、内部反射度を向上させるために、ラフネスを有さずに滑らかにすることができる。例えば、ワイヤボンディング領域116A,116Bの表面平均粗さ(Ra:average roughness)は、1.6μmより大きく、25μmより小さくすることができ、キャビティ112内でワイヤボンディング領域116A,116Bを除外した領域の表面平均粗さは、1.6μmとすることができる。
図10は、表面平均粗さ(R)を説明するための図である。
図10を参照すると、表面平均粗さは、表面平均高さとの差の絶対値に対する算術平均を意味し、次の数式2の通りである。
Figure 0006510763
前述したように、実施形態に係るワイヤボンディング領域116A,116Bはラフネスを有するので、アルミニウム材質のパッケージボディー110と金材質のワイヤ170A,170Bとのボンディング結合力を向上させることができる。
他の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、発光素子パッケージから放出される光の経路上に、光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シート、蛍光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、殺菌装置、バックライトユニットとして機能したり、または照明ユニットとして機能することができ、例えば、照明システムは、バックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、街灯を含むことができる。
図11は、実施形態に係る照明ユニット300の斜視図である。但し、図11の照明ユニット300は照明システムの一例であり、これに限定されるものではない。
実施形態において、照明ユニット300は、ケースボディー310と、ケースボディー310に設置され、外部電源から電源の提供を受ける接続端子320と、ケースボディー310に設置された発光モジュール部330とを備えることができる。
ケースボディー310は、放熱特性の良好な材質で形成され、金属または樹脂で形成することができる。
発光モジュール部330は、基板332と、基板332に搭載される少なくとも一つの発光素子パッケージ100とを備えることができる。ここで、発光素子パッケージ100は、図2乃至図5に例示した発光素子パッケージに該当するので、同一の参照符号を使用する。
基板332は、絶縁体に回路パターンが印刷されたものであってもよく、例えば、一般の印刷回路基板(PCB:Printed Circuit Board)、メタルコア(metal Core)PCB、軟性(flexible)PCB、セラミックPCBなどを含むことができる。
また、基板332は、光を効率的に反射する材質で形成するか、または表面を光が効率的に反射されるカラー、例えば、白色、銀色などで形成することができる。
基板332上には少なくとも一つの発光素子パッケージ100を搭載することができる。発光素子パッケージ100のそれぞれは、少なくとも一つの発光素子130、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を含むことができる。発光ダイオードは、赤色、緑色、青色または白色の有色光をそれぞれ発する有色発光ダイオード、及び紫外線UV(特に、深紫外線)を発するUV(特に、DUV)発光ダイオードを含むことができる。
発光モジュール部330は、色感及び輝度を得るために、様々な発光素子パッケージ100の組み合わせを有するように配置することができる。例えば、高演色性(CRI)を確保するために、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードを組み合わせて配置することができる。
接続端子320は、発光モジュール部330と電気的に接続されて電源を供給することができる。実施形態において、接続端子320は、ソケット方式で外部電源に螺合されるが、これに限定されない。例えば、接続端子320は、ピン(pin)形状に形成されて外部電源に挿入されるか、または配線により外部電源に連結されてもよい。
図12は、実施形態に係るバックライトユニット400の分解斜視図である。但し、図12のバックライトユニット400は照明システムの一例であり、これに限定されない。
実施形態に係るバックライトユニット400は、導光板410と、導光板410の下の反射部材420と、ボトムカバー430と、導光板410に光を提供する発光モジュール部440とを含む。ボトムカバー430は、導光板410、反射部材420及び発光モジュール部440を収納する。
導光板410は、光を拡散して、面光源化する役割を果たす。導光板410は、透明な材質からなり、例えば、PMMA(polymethylmethacrylate)のようなアクリル樹脂系列、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC(cycloolefin copolymer)及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂のうち一つを含むことができる。
発光モジュール部440は、導光板410の少なくとも一側面に光を提供し、究極的にはバックライトユニットが設置されるディスプレイ装置の光源として作用するようになる。
発光モジュール部440は、導光板410と接することができるが、これに限定されない。具体的に、発光モジュール部440は、基板442と、基板442に搭載された複数の発光素子パッケージ100とを備える。ここで、発光素子パッケージは、図2乃至図4に例示した光素子パッケージ100に該当するので、同一の参照符号を使用する。
基板442は、導光板410と接することができるが、これに限定されない。基板442は、回路パターン(図示せず)を含むPCBであってもよい。但し、基板442は、一般のPCBのみならず、メタルコアPCB(MCPCB、Metal Core PCB)、軟性(flexible)PCBなどを含むこともでき、これに限定されない。
そして、複数の発光素子パッケージ100は、基板442上に光が放出される発光面が導光板410と所定距離離隔するように搭載することができる。
導光板410の下には反射部材420を形成することができる。反射部材420は、導光板410の下面に入射された光を反射させて上方に向かうようにすることによって、バックライトユニットの輝度を向上させることができる。反射部材420は、例えば、PET、PC、PVCレジンなどで形成することができるが、これらに限定されない。
ボトムカバー430は、導光板410、発光モジュール部440及び反射部材420などを収納することができる。そのために、ボトムカバー430は、上面が開口されたボックス(box)形状に形成することができるが、これに限定されない。
ボトムカバー430は、金属または樹脂で形成することができ、プレス成形または押出成形などの工程を用いて製造することができる。
更に他の実施形態に係る発光素子パッケージにおいて、発光素子が深紫外線帯域の光を放出する場合、前述した発光素子パッケージ100は各種殺菌装置に適用することができる。
図13は、実施形態に係る空気殺菌装置500の斜視図を示す。
図13を参照すると、空気殺菌装置500は、ケーシング501の一面に実装された発光モジュール部510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530a,530bと、発光モジュール部510で必要な可用電力を供給する電源供給部520とを含む。
まず、ケーシング501は、長方形構造からなり、発光モジュール部510、乱反射反射部材530a,530b及び電源供給部520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、ケーシング501は、空気殺菌装置500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、ケーシング501の材質は、Al、Cu及びこれらの合金のいずれか一つの材質からなることができる。したがって、ケーシング501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、ケーシング501は、特有の外部表面形状を有することができる。例えば、ケーシング501は、コルゲーション(corrugation)またはメッシュ(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、ケーシング501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、このようなケーシング501の両端には付着板550をさらに配置することができる。付着板550は、図13に例示したように、ケーシング501を全体設備装置に拘束させて固定するのに使用さ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550は、ケーシング501の両端から一側方向に突設することができる。ここで、一側方向は、深紫外線が放出され、乱反射が起こるケーシング501の内側方向であり得る。
したがって、ケーシング501から両端上に備えられた付着板550は、全体設備装置との固定領域を提供することで、ケーシング501をより効果的に固定設置できるようにする。
付着板550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、ここでは詳細な説明を省略する。
一方、発光モジュール部510は、前述したケーシング501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510は、空気中の微生物を殺菌処理するよう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510は、基板512と、基板512に搭載された複数の発光素子パッケージ100とを備える。ここで、発光素子パッケージは、図2乃至図4に例示した発光素子パッケージ100に該当するので、同一の参照符号を使用する。
基板512は、ケーシング501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。但し、基板512は、一般のPCBのみならず、メタルコアPCB(MCPCB、Metal Core PCB)、軟性(flexible)PCBなどを含むこともでき、これに限定されない。
次に、乱反射反射部材530a,530bは、前述した発光モジュール部510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530a,530b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530a,530b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畳す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が拡張され得る。
電源供給部520は、電源を導入して、前述した発光モジュール部510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520は、前述したケーシング501内に配置することができる。図13に例示したように、電源供給部520は、乱反射反射部材530a,530bと発光モジュール部510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520側に導入するために、相互間を電気的に接続する電源連結部540をさらに配置することができる。
図13に例示したように、電源連結部540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してもよい。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。
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内で、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よる差異点は、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 (12)

  1. 互いに対向する第1及び第2面を有し、前記第1面上に配置されたキャビティ並びに前記キャビティに隣接して配置された第1リセス部及び前記キャビティの底面に配置された第2リセス部を含むパッケージボディーと、
    前記第2リセス部上に配置されたサブマウントと、
    前記キャビティ内に実装され、且つ、前記サブマウント上に配置された発光素子と、
    前記キャビティを充填するように配置されたモールディング部材とを含み、
    前記パッケージボディーは、それぞれが金属を含む第1ボディー部及び第2ボディー部を含み、
    前記発光素子は、その下面側に、前記第1ボディー部と第1ワイヤを介して電気的に接続された第1電極及び前記第2ボディー部と第2ワイヤを介して電気的に接続された第2電極を含み、
    前記モールディング部材は、単一の材料によって構成され、
    前記モールディング部材が前記第1リセス部を埋めながら前記第1リセス部の外側縁部まで配置される、発光素子パッケージ。
  2. 記サブマウントは、第1方向の幅を有し、第2方向の長さを有し、
    前記第2リセス部は、複数存在し、
    複数の前記第2リセス部は、前記第2方向に配列され、
    複数の前記第2リセス部のそれぞれは、前記第1方向において前記サブマウントの幅よりさらに大きい幅を有する、請求項に記載の発光素子パッケージ。
  3. 記第2リセス部の深さは下記の通りである、請求項に記載の発光素子パッケージ。
    Figure 0006510763

    (ここで、dは、第3方向において前記第2リセス部の深さを示し、tは、前記第2方向において隣接する2つの記第2リセス部の間隔を示す。)
  4. 記第2リセス部は複数存在し複数の記第2リセス部の長さ及び幅は互いに同一である、請求項乃至のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  5. 記第2リセス部は複数存在し複数の記第2リセス部の長さ及び幅は互いに異なる、請求項乃至のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  6. 記第2リセス部の内部の少なくとも一部に空気が配置される、請求項乃至のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  7. 記第2リセス部の内部の少なくとも一部に前記モールディング部材が配置された、請求項乃至のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  8. 第1ワイヤがボンディングされる前記第1ボディー部第1ワイヤボンディング領域はラフネスを含み、
    前記第2ワイヤがボンディングされる前記第2ボディー部の第2ワイヤボンディング領域はラフネスを含む、請求項1乃至のいずれかに記載の発光素子パッケージ。
  9. 前記第1ワイヤボンディング領域及び前記第2ワイヤボンディング領域の表面平均粗さは1.6μmより大きく、25μmより小さい、請求項に記載の発光素子パッケージ。
  10. 前記パッケージボディーはアルミニウムを含み、前記第1ワイヤ及び前記第2ワイヤは金(Au)を含む、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. 互いに対向し、第1高さだけ互いに離隔した第1及び第2面を有するパッケージボディーであって、前記第1面上に配置され、前記第1高さより低い第2高さを有し、トップにおいて第1幅を有し、ボトムにおいて第2幅を有するキャビティ、並びに、前記第1面上に配置され、前記第2高さよりさらに低い高さを有する第1リセス部、及び、前記キャビティの底面に配置された第2リセス部を含むパッケージボディーと、
    前記キャビティを充填するように配置され、膨らんだ形状を有するモールディング部材とを含み、
    前記パッケージボディーの前記第1面から前記膨らんだ形状のピークまでの第3高さは、前記第1幅の0.15乃至0.35であり、
    前記パッケージボディーは、それぞれが金属を含む第1ボディー部及び第2ボディー部を含み、
    前記モールディング部材は、単一の材料によって構成され、
    前記モールディング部材が前記第1リセス部を埋めながら前記第1リセス部の外側縁部まで配置される、発光素子パッケージ。
  12. 前記第1リセス部が前記キャビティを取り囲むように、前記第1リセス部は前記第1幅よりさらに大きい幅を有し、前記第1リセス部の幅は前記パッケージボディーの幅より小さい、請求項11に記載の発光素子パッケージ。
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