KR100683613B1

KR100683613B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR100683613B1
Application number: KR1020050076345A
Authority: KR
Inventors: 강석진; 류승렬; 서태원; 조재호; 즈바노프 알렉산더
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-20

Abstract

본 발명은 하우징이 구비된 발광소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발광소자의 하우징은 열전도성 수지를 포함한다. 본 발명은 발광소자용 하우징 재료로 열전도성 수지를 사용함으로써, 열 편차에 의한 기계적 변형을 막고 열적으로 더욱 안정화된 발광소자를 제작할 수 있다.

발광소자, 하우징, 열전도, 열저항, 내열성

Description

발광소자{LIGHT EMITTING ELEMENT}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 사시도.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도.

<도면의 주요 부위에 대한 설명>

120: 슬러그 130a, 130b: 절연막

140a, 140b: 리드 160: 발광칩

180a, 180b: 배선 200: 하우징

220: 몰딩부

본 발명은 열전도성이 높은 발광소자용 하우징과 이를 이용한 발광소자에 관한 것이다.

종래의 발광소자용 하우징에 사용되는 재료는 폴리프탈 아미드(Polyptal amide, PPA) 또는 에폭시 수지(Epoxy resin)계열로서 높은 열변형 온도를 가지며, 투명 내지 흰색의 범위에서 색을 조절할 수 있으며, 성형이 쉬워 광소자인 발광소자의 하우징용 재료로서 많이 사용되었다.

상기 폴리프탈 아미드 수지의 경우, 열변형 온도가 높아 내열성이 우수한 재료로 사용되나, 발광소자가 빛과 함께 열을 발산할 시에는 그 내열성으로 인해 발광소자 패키지 내부에서 외부로의 방열이 적어 발광소자 패키지의 열변형과 여러 불량 문제 등을 야기할 수 있다.

또한, 에폭시 수지를 하우징으로 사용할 경우, 내열성은 높으나 열전도도가 떨어지고 열로 인하여 급속하게 팽창하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 패키지 구조 자체가 높은 대칭성을 가져야 하며 발광소자에 고전류 및 고전압이 인가될 시에는 에폭시 수지가 연소하게 되어 광소자로서의 역할을 할 수 없는 단점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 발광소자의 하우징 재료의 열적 특성을 안정화시켜 발광소자가 광소자로서의 역할을 충분히 할 수 있도록 하고, 추후에 개발되는 새로운 발광소자 패키지에서도 열적 안정성이 이루어지도록 할 수 있는 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 슬러그와, 상기 슬러그 상에 실장된 발광칩과, 상기 슬러그를 둘러싸는 하우징을 포함하되, 상기 하우징은 액정 고분자 수지, 열 가소성 폴리이미드, 폴리 에테르 이미드, 폴리 에테르 설폰, 폴리설폰, 열전도성 액정 고분자 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자를 제공한다.

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이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 설명하기 위한 단면도 및 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체 상에 실장되고 N-전극 및 P-전극이 형성된 발광칩(160)과, 상기 발광칩(160)을 둘러싸는 하우징(200)을 포함한다.

상기 몸체는 하우징, 하우징에 장착된 히트싱크, 리드 단자 중 어느 하나로서, 본 실시예에서는 하우징에 장착된 히트싱크를 사용한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 슬러그(120)와, 상기 슬러그(120)의 상부에 형성된 절연막 (130a, 130b)과, 상기 슬러그(120) 상에 실장된 발광칩(160)과, 상기 절연막(130a, 130b) 상에 형성된 리드(140a, 140b)와, 슬러그(120)의 외측면을 둘러싸는 하우징(200)과, 발광칩(160)의 전극과 리드(140a, 140b)를 전기적으로 연결하는 소정의 배선(180a, 180b)을 포함한다.

상기 슬러그(120)는 발광칩(160)에서 발생되는 열을 흡수하기 위한 것으로서, 통상 금속재질의 원기둥형상이고, 그 측면에는 외주연을 따라 홈이 형성되어 그 외부를 둘러싸는 하우징(200)이 슬러그(120)에 견고하게 고정되도록 한다. 이러한 슬러그(120)의 전체적인 형상은 원기둥형상에 한정되지 않고 사각기둥, 타원기둥 등 다양한 형상일 수 있다.

상기 슬러그(120) 상부에 형성된 절연막(130a, 130b)은 슬러그(120)와 절연막(130a, 130b) 상에 형성되는 리드(140a, 140b)가 모두 금속재질로서 전도성을 갖기 때문에 이들을 전기적으로 절연시키기 위한 것이다.

상기 발광칩(160)은 동일 평면측에 N형 전극 및 P형 전극이 형성된 수평형 발광칩으로서, 상기 발광칩(160)과 슬러그(120) 사이에는 발광칩(160)을 접착하기 위해 (도시되지 않은) 비도전성 접착제가 형성된다. 하지만, 이에 한정되지 않고 상부에 P형 전극이, 하부에 N형 전극이 형성된 수직형 발광칩을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 발광소자는 발광칩(160) 상부에 발광칩(160)으로부터 방출된 광을 흡수하여 파장을 변화시키는 적어도 하나 이상의 (도시되지 않은) 형광체를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 발광칩(160)은 청색광을 방출하는 발광칩(160)을 포함하고, 상기 형광체는 황색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광칩(160)은 자외선을 발광하는 UV 발광칩을 포함하고, 상기 형광체는 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광체와, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광체를 소정 비율로 혼합한 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광칩(160)을 봉지하는 몰딩부(220)를 더 포함할 수 있다.

상기 하우징(200)은 열전달속도가 빠른 열전도성 수지로서, 액정 고분자 수지(Liquid Crystal Polymer, LCP), 열 가소성 폴리 이미드(Thermoplastic Poly Imide, TPI), 폴리 에테르 이미드(Poly Ether Imide, PEI), 폴리 에테르 설폰(Poly Ether Sulfone, PES), 폴리 설폰(Poly Sulphone, PSU), 폴리아미드 6T(Poly Amide 6T, PA6T), 열전도성 액정 고분자 수지(Thermally Conductive Liquid Crystal Polymer, TCLCP) 중 적어도 한가지를 포함한다. 상기 열전도성 수지는 열전도성이 우수한 엔지니어링 플라스틱으로서, 열전도성이 범용의 플라스틱에 비해 약 5 ~ 10배 정도 높아 금속과 거의 유사한 열전도성을 지닌다. 또한, 금, 은보다도 내화학성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지로서, 분자량이 수십 내지 수백 정도의 저분자 물질인 종래의 플라스틱과는 달리, 수십만 내지 수백만의 고분자물질이다. 따라서, 내열성, 내화학성, 전기절연성이 우수하다.

본 실시예에서는 히트싱크를 포함한 파워형 발광소자를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다양한 형태의 패키지 구조를 포함한다.

표 1은 여러가지 패키지 형태의 발광소자의 하우징 물질로 본 발명의 열전도성 수지를 사용한 경우 각 발광소자에서의 최고온도와 최저온도, 즉 발광칩 부근에서의 온도와 하우징 외측에서의 온도를 측정한 것이고, 표 2는 상기 표 1의 하우징 물질들의 최고온도와 최저온도의 편차를 나타낸 것이다.

하기한 표 1 및 표 2에 의하면 상기와 같은 열 특성이 좋은 재료를 사용하였을 경우는 종래 재료인 폴리프탈아미드(Poly Phthal Amid, PPA)와 에폭시(Epoxy)를 사용하였을 경우보다 최고온도가 하강하고, 발광소자 내부에 발생하는 온도 차이는 종래 재료를 사용했을 때의 온도 차이보다 줄어드는 것을 볼 수 있다. 또한, 열전도성 액정 고분자 수지(Thermally Conductive Liquid Crystal Polymer, TCLCP)의 경우는 종래 재료를 사용할 때보다 온도차이의 감소폭이 커 발광소자용 하우징으로서 가장 우수한 성능을 나타내고 있다. 이는 열 편차에 의한 기계적 변형이 종래의 것보다 향상됨을 알 수 있으며, 열적으로 더욱 안정화되는 발광소자 패키지를 제작할 수 있음을 보여준다.

<표 1>

<표 2>

또한, 상기한 발광소자용 하우징 재료들은 성형이 쉬워 발광소자 패키지의 성형 시 사출성형 및 압출성형 등 여러 성형법을 이용하여 발광소자 패키지의 제조를 쉽게 할 수 있다. 또한, 열전도성 수지는 재료 자체의 높은 열특성으로 인하여 방열 효과가 향상되며, 기존의 재료와 같은 강도를 가지면서도 성형성이 뛰어나 하우징의 디자인을 쉽게 변경할 수 있다. 또한, 내화학성이 뛰어나 화학적인 환경에 놓이더라도 오랫동안 견딜 수 있는 특징을 가진다.

표 3은 종래 및 본 발명의 발광소자용 하우징 재료들의 열저항을 표로 나타낸 것이다.

하기한 표 3에 의하면, 종래의 발광소자용 하우징 재료들보다 본 발명의 하우징 재료들이 열저항이 유사하거나 작다는 것을 알 수 있다. 이는 열저항이 작을수록 발광소자 내부의 열을 외부로 빠르게 배출하여 발광소자 내부와 외부의 온도차가 적으므로, 본 발명의 하우징 재료들이 종래의 하우징 재료들보다 열전도성이 좋아 발광소자의 변형을 감소시킬 수 있다.

<표 3>

이하 상기한 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 내지 도 3g를 참조하면, 우선 소정의 금형 공정을 통해 제작된 슬러그(120)를 준비하고(도 3a), 상기 슬러그(120) 상부에 절연막(130a, 130b)을 형성한다(도 3b). 이때, 절연막(130a, 130b)은 절연막(130a, 130b) 상에 형성될 리드(140a 140b)와 슬러그(120)가 금속이므로 이들을 서로 절연시키기 위한 것이다. 이와 같이 형성된 절연막(130a, 130b) 상에 리드(140a, 140b)를 실장한다(도 3c). 상기 슬러그(120) 둘레에 일정한 틀을 형성하고 본 발명에 따른 하우징용 재료를 액상의 형태로 한 후, 슬러그(120)와 틀 사이의 공간에 용액을 주입하여 하우징(200)을 형성한다(도 3d). 하지만 이에 한정되지 않고, 소정의 사출성형 및 압출성형을 실시하여 중공의 형상으로 하우징(200)을 제조하여 슬러그(120)를 하우징(200)에 장착할 수도 있다. 또한, 상기 하우징(200)은 상술한 실시예에 한정되지 않고 탑뷰 방식, 사이드뷰 방식의 발광소자 및 교류형 발광소자 등의 하우징(200)에도 적용될 수 있다. 이와 같이 하우징(200)을 형성한 다음, 상기 슬러그(120) 상에 비도전성 접착제를 이용하여 발광칩(160)을 실장하고(도 3e), 발광칩(160)의 전극과 리드(140a, 140b)를 와이어 접합 공정을 통해 배선(180a, 180b)으로 연결한다(도 3f). 이후, 상기 발광칩(160) 상에 몰딩부(220)를 형성하여 발광소자를 완성한다(도 3g).

전술된 실시예에서는 발광칩(160)이 히트싱크인 슬러그(120) 상에 장착된 발광소자를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다른 형태로도 구현될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 단면도로서, 열전도성 수지로 형성된 하우징(200)과, 상기 하우징(200)을 관통하여 형성된 N측 및 P측 리드(140a, 140b)와, 상기 N측 리드(140a) 상에 실장된 발광칩(160)과, 상기 발광칩과 P측 리드(140b)를 연결하는 배선(180a)과, 상기 발광칩(160)과 배선(180a)을 봉지하는 몰딩부(220)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이 발광칩(160)이 상기 열전도성 수지로 형성된 하우징(200)에 직접 실장될 수 있다. 이때, 하우징(200)은 리드(140a, 140b)를 지지하고, 발광소자의 동작 시 발광칩(160)에서 발생되는 열을 외부로 배출한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 발광소자의 하우징 재료로 열전도성 수지를 사용함으로써, 열 편차에 의한 기계적 변형을 막고 열적으로 더욱 안정화되는 발광소자를 제작할 수 있다.

Claims

슬러그와,

상기 슬러그 상에 실장된 발광칩과,

상기 슬러그를 둘러싸는 하우징을 포함하되,

상기 하우징은 액정 고분자 수지, 열 가소성 폴리이미드, 폴리 에테르 이미드, 폴리 에테르 설폰, 폴리설폰, 열전도성 액정 고분자 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
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