KR101054769B1 - 발광 소자 패키지 및 그를 이용한 조명장치 - Google Patents
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Abstract
수분과 광, 또는 수분과 열 사이의 반응을 차단하여 패키지 열화를 방지할 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 발광소자와, 발광소자를 지지하는 패키지 몸체와, 패키지 몸체 상에 구비되고 발광 소자와 연결되는 전극과, 발광 소자를 커버하는 충진재와, 발광소자로부터 발생된 광 및 열 중 적어도 어느 하나가 도달하는 패키지 몸체의 표면 위에 형성되는 보호막을 포함할 수 있다.
Description
실시예는 열화방지를 위한 발광 소자 패키지 및 그를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광원을 구성함으로써, 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자이다.
발광 다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색, 휘도 및 광도 등이 있고, 이러한 발광 다이오드 소자의 특성은 1차적으로 발광 다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로는 칩을 실장하기 위한 패키지 구조에 의해서도 큰 영향을 받게 되므로, 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
특히, 발광 다이오드는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라, 더욱 소형화되고 있으며, PCB(Printed Circuit Board)에 직접 장착된 표면실장(SMD: Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다.
이에 따라, 표시소자로 사용되고 있는 발광 다이오드 램프도 표면실장형으로 개발되고 있으며, 이러한 표면실장형 발광 다이오드 램프는 기존의 점등램프를 대체하여 다양한 컬러를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등에 사용되고 있다.
이와 같이, 발광 다이오드는 그의 사용영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조신호용 전등 등 요구되는 휘도의 양도 갈수록 높아져서 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 사용되고 있다.
실시예는 수분과 광, 또는 수분과 열 사이의 반응을 차단하여 패키지 열화를 방지할 수 있는 발광 소자 패키지 및 그를 이용한 조명장치를 제공하고자 한다.
실시예는 발광소자와, 발광소자를 지지하는 패키지 몸체와, 패키지 몸체 위에 구비되고 발광 소자와 전기적으로 연결되는 전극과, 발광 소자를 커버하는 충진재와, 충진재와 패키지 몸체 사이에 배치되는 보호막을 포함할 수 있다.
여기서, 패키지 몸체는 TiO2를 포함하고, 보호막은 수분 차단 물질, 자외선 차단 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 수분 차단 물질은 PTFE(Poly Tetra FluoroEthylene), 난연성 PVC(Poly Vinyl chloride), 난연성 폴리에스테르(Poly Ether), PEI(Poly Ethylene Imide), 실리콘, 실리콘 러버, 불소수지, 테프론, PVC(Poly Vinyl chloride), PE(Poly Ethylene), PO(Poly Olefin), CF4, CH4, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 자외선 차단 물질은 크롬, 알루미늄, 이산화티탄(TiO2), 산화아연, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 카올린(kaolin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 보호막은 수분 차단 물질과 자외선 차단 물질이 혼합된 혼합물로 이루어지고, 자외선 차단 물질은 나노 크기를 갖는 입자 형태로 이루어질 수 있다.
이어, 보호막은 수분을 차단하는 제 1 층과 자외선을 차단하는 제 2 층이 적층되는 복수층으로 구성될 수도 있고, 보호막은 수분을 차단하는 제 1 층과 발광소자로부터 발생된 광을 반사하는 제 2 층과 충진재와의 접착 강화를 위한 제 3 층이 적층되는 복수층으로 구성될 수도 있다.
여기서, 광을 반사하는 제 2 층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 접착 강화를 위한 제 3 층은 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 보호막은 발광소자와 접촉되는 패키지 몸체의 표면 위, 발광소자의 주변부에 위치하는 패키지 몸체의 표면 위, 충진재와 패키지 몸체 사이 중 적어도 어느 한 영역에 형성될 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지를 이용한 조명장치는 발광 소자 패키지가 적어도 2개 이상 위치되는 지지기판과, 적어도 일부가, 발광 소자 패키지에 의해 방출되는 빛이 투과되는 광투과성 물질로 이루어지는 케이스를 포함할 수도 있다.
실시예들은 발광 칩으로부터 발생되는 광 또는 열이 닿는 패키지의 몰드 컵 내부에, 수분 또는 자외선 차단 물질을 포함하는 보호막을 형성함으로써, 외부로부터 침투되는 수분 및 산소와, 발광소자로부터 발생하는 광 및 열, 사이의 반응을 차단하여 패키지의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 기본 개념을 설명하기 위한 도면
도 2a는 수평형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 2b는 수직형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 2c는 하이브리드형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 보호막의 필요성을 설명하기 위한 도면
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 보호막의 다양한 위치를 보여주는 도면
도 10 및 도 11은 복수층으로 구성되는 보호막을 보여주는 도면
도 12는 혼합물로 이루어지는 보호막을 보여주는 도면
도 13 및 도 14는 요철 패턴을 갖는 보호막을 보여주는 도면
도 15는 요철 패턴의 단면을 보여주는 도면
도 16은 요철 패턴을 갖는 패키지 몸체 위에 형성되는 보호막을 보여주는 도면
도 17은 두께가 가변되는 보호막을 보여주는 도면
도 18 및 도 19는 다수의 미세 홈 패턴을 갖는 패키지 몸체 및 보호막을 보여주는 도면
도 20은 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면
도 2a는 수평형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 2b는 수직형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 2c는 하이브리드형 구조의 광원을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 보호막의 필요성을 설명하기 위한 도면
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 보호막의 다양한 위치를 보여주는 도면
도 10 및 도 11은 복수층으로 구성되는 보호막을 보여주는 도면
도 12는 혼합물로 이루어지는 보호막을 보여주는 도면
도 13 및 도 14는 요철 패턴을 갖는 보호막을 보여주는 도면
도 15는 요철 패턴의 단면을 보여주는 도면
도 16은 요철 패턴을 갖는 패키지 몸체 위에 형성되는 보호막을 보여주는 도면
도 17은 두께가 가변되는 보호막을 보여주는 도면
도 18 및 도 19는 다수의 미세 홈 패턴을 갖는 패키지 몸체 및 보호막을 보여주는 도면
도 20은 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광 소자 패키지는 발광 소자(100), 패키지 몸체(200), 전극(300), 충진재(400), 보호막(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 발광 소자(100)는 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
그리고, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 인광(Red phosphor)과 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있다.
여기서, 발광 소자(100)는 구조에 따라 수평형, 수직형, 및 하이브리형으로 구분될 수 있다.
도 2a는 수평형 구조의 광원을 보여주는 도면이고, 도 2b는 수직형 구조의 광원을 보여주는 도면이며, 도 2c는 하이브리드형 구조의 광원을 보여주는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 수평형 구조의 광원(100)은 최하부에 실리콘 또는 사파이어로 이루어진 기판(9)이 위치한다.
기판(9) 상에 n형 반도체층(2)이 위치할 수 있으며, n형 반도체층(2)은 예를 들어, n-GaN으로 이루어질 수 있다.
n형 반도체층(2) 상에 활성층(3)이 위치할 수 있으며, 활성층(3)은 예를 들어, InGaN(웰층)/GaN(베리어층)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 활성층(3) 상에 p형 반도체층(4)이 위치할 수 있으며, p형 반도체층(4)은 예를 들어, p-GaN으로 이루어질 수 있다.
그리고, p형 반도체층(4) 상에 p형 전극(5)이 위치할 수 있으며, p형 전극(5)은 예를 들어, 크롬, 니켈 또는 금 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, n형 반도체층(2) 상에는 n형 전극(6)이 위치할 수 있으며, n형 전극(6)은 예를 들어, 크롬, 니켈 또는 금 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 수직형 구조의 광원(100)은 반사면(5a)을 갖는 p형 전극(5), p형 반도체층(4), 활성층(3), n형 반도체층(2) 및 n형 전극(6)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같은 광원(100)은 p형 전극(5)과 n형 전극(6)에 전압이 인가되면, 활성층(3)에서 정공과 전자가 결합하면서, 전도대와 가전대의 높이차(에너지 갭)에 해당하는 빛 에너지를 방출하는 원리로 작동될 수 있다.
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 하이브리드형 구조의 광원(100)은 기판(9) 위에 n형 반도체층(2), 활성층(3), p형 반도체층(4)이 형성된다.
그리고, n형 반도체층(2) 위에는 n형 전극(6)이 형성되고, p형 전극(5)은 기판(9)과 n형 반도체층(2) 사이에 형성되어 n형 반도체층(2) 및 활성층(3)을 거쳐 p형 반도체층(4)에 콘택된다.
즉, p형 전극(5)은 n형 반도체층(2) 및 활성층(3)을 통과하도록 형성된 홀을 통해 p형 반도체층(4)에 콘택된다.
그리고, 홀의 측면에는 절연막(7)이 코팅되어 p형 전극(5)은 전기적으로 절연된다.
이러한 구조의 광원(100)은 실시예로서, Al2O3 기판, 반도체 기판, 광추출구조를 갖는 도전성 기판 등으로부터 선택된 어느 한 기판을 사용할 수 있고, 기판 위에는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN/GaN SLS(Superlattices) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 버퍼층을 형성할 수 있으며, 버퍼층 위에는 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlInN, Superlattices(SLS) layer 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 1 N형 반도체층을 형성할 수 있다.
여기서, 제 1 N형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 이용할 수 있고, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가도핑될 수도 있다.
그리고, 제 1 N형 반도체층 위에는 InGaN/GaN SLS, AlGaN/GaN SLS, InGaN/InGaN SLS, AlGaN/InGaN SLS(약 3 - 10층) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 2 N형 반도체층을 형성할 수 있고, 제 2 N형 반도체층 위에는 InGaN/GaN 또는 InGaN/InGaN 웰(well)/베리어(barrier) 층 등으로부터 선택된 물질로 활성층을 형성할 수 있다.
여기서, 활성층은 단일양자우물구조, 다중양자우물구조(Multi Quantum Well), 양자점구조 또는 양자선구조 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
이어, 활성층 위에는 AlGaN, AlGaN/GaN SLS (약 30nm 이하) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 1 P형 반도체층을 형성할 수 있고, 제 1 P형 반도체층 위에는 GaN, AlGaN/GaN, Superlattices(SLS) layer 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 2 P형 반도체층을 형성할 수 있다.
여기서, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 이용할 수 있고, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수도 있다.
다음, 제 1 전극(n-electrode), 제 2 전극 패드(p-electrode pad), 제 2 전극(ohmic contact layer or transparent layer)은 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, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성 가능하다.
이와 같이, 본 실시예의 광원(202)은 다양한 형태의 발광 소자들을 사용할 수 있다.
한편, 패키지 몸체(200)는 중앙영역에 홈 형태의 충진재(400) 주입 공간이 형성되고, 그의 중앙영역에서 발광 소자(100)를 지지하고 있다.
여기서, 패키지 몸체(200)은 액정 폴리머, 열가소성 플라스틱, 결정성 폴리스티렌을 포함하는 고내열성 수지로 이루어질 수 있는데, 그 예로서 TiO2를 포함하는 PPA(Polyphthalamide)일 수 있다.
그리고, 전극(300)은 패키지 몸체(200) 상에 구비되는데, 발광 소자(100)와 전기적으로 연결되어 패키지 몸체(200)의 외부로 연장되어 형성될 수 있다.
이어, 충진재(400)는 발광 소자(100)를 커버하도록 패키지 몸체(200)의 충진재(400) 주입 공간 내에 주입된다.
여기서, 충진재(400)는 투명 에폭시, 실리콘계 수지, 그들의 혼합 수지를 이용할 수 있으며, 디스펜싱(dispensing) 공정으로 형성할 수 있다.
다음, 보호막(500)은 발광소자(100)로부터 발생된 광 및 열 중 적어도 어느 하나가 도달하는 패키지 몸체(200)의 표면 위에 형성될 수 있다.
여기서, 보호막(500)은 수분 차단 물질, 자외선 차단 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 수분 차단 물질은 PTFE(Poly Tetra FluoroEthylene), 난연성 PVC(Poly Vinyl chloride), 난연성 폴리에스테르(Poly Ether), PEI(Poly Ethylene Imide), 실리콘, 실리콘 러버, 불소수지, 테프론, PVC(Poly Vinyl chloride), PE(Poly Ethylene), PO(Poly Olefin), CF4, CH4, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 자외선 차단 물질은 크롬, 알루미늄, 이산화티탄(TiO2), 산화아연, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 카올린(kaolin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 보호막을 형성하는 이유는 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 보호막의 필요성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3a는 수분의 침투 영역과 발광 소자의 광 및 열의 도달 영역을 보여주는 도면이고, 도 3b는 외부의 수분 및 산소와, 내부의 광 및 열 사이에서 나타나는 열화반응을 보여주는 화학 반응식을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 외부로부터 수분 및 산소가 패키지 몸체(200)와 충진재(400) 계면 사이로 침투하면, 발광 소자(100)로부터 발생한 광과 열이 침투한 수분이나 산소와 화학적 반응을 일으키게 된다.
이러한 화학적 반응은 패키지 몸체(200)의 열화를 가속시킬 수 있고, 패키지 몸체(200)가 쉽게 변색되어 방출되는 광의 색상이 가변될 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 발광 소자(100)로부터 생성된 광과 열은, 외부로부터 침투된 수분(H2O)과, 패키지 몸체(200)의 PPA(Polyphthalamide)에 포함된 TiO2를 만나면서 서로 반응하여, O2- 이온과 OH- 이온을 생성하게 된다.
이와 같이, 생성된 O- 이온은 PPA와 반응하여 PPA를 열화시키게 되는 것이다.
결과적으로, 외부의 수분 및 산소와, 내부의 광 및 열과, 패키지 몸체의 PPA물질이 서로 함께 화학적 반응하면서, 패키지 몸체의 열화를 가속시키게 되고, 이로 인하여, 발광 소자 패키지에서 최종적으로 방출되는 광이 변색될 수 있는 문제들이 발생할 수 있다.
따라서, 열화를 일으키는 원인 요소들, 수분, 산소, 광, 열 등을 차단하여, 그들간의 화학적 반응을 제거한다면, 수명이 연장되고 신뢰성이 향상될 수 있는 발광 소자 패키지를 제작할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는 수분 차단 물질, 자외선 차단 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 보호막(500)을 이용하여, 열화를 일으키는 원인 요소들, 수분, 산소, 광, 열 등을 차단할 수 있다.
본 실시예의 보호막(500)은 다양한 위치에 형성될 수 있다.
도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 보호막의 다양한 위치를 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은 충진재(400) 주입 공간 내부 전면에 형성될 수 있다.
즉, 보호막(500)은 충진재(400)와 패키지 몸체(200) 사이에 형성되고, 발광 소자(100)와 패키지 몸체(200) 사이에 형성될 수 있다.
여기서, 발광소자(100)와 보호막(500) 사이에는 발광소자(100)와 보호막(500) 사이의 접착 강화를 위해, 접착층(600)이 더 형성될 수도 있다.
이때, 접착층(600)은 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
경우에 따라서는 보호막(500)의 사용물질에 따라서, 접착층(600)은 생략될 수도 있다.
예를 들면, 보호막(500)에 사용되는 물질이 발광소자(100)와 접착반응이 좋으면, 별도의 접착층(600)을 생략할 수 있고, 보호막(500)에 사용되는 물질이 발광소자(100)와 접착반응이 좋지 않으면, 별도의 접착층(600)을 형성할 필요가 있다.
또한, 보호막(500)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 충진재(400)와 패키지 몸체(200) 사이에만 형성되고, 발광 소자(100)와 패키지 몸체(200) 사이에는 형성되지 않을 수도 있다.
그리고, 보호막(500)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 발광소자(100)로부터 일정 간격 떨어진 주변영역에만 형성될 수도 있다.
즉, 발광소자(100)로부터 발생된 광이 도달하는 패키지 몸체(200)의 표면 위에만 보호막(500)을 형성하고, 광이 잘 닿지 않는 발광소자(100)의 인접영역에는 보호막(500)을 형성하지 않을 수도 있다.
이어, 보호막(500)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 충진재(400) 주입 공간인 패키지 몸체(200)의 홈 측면과 발광소자(100) 하부에만 형성될 수도 있다.
이와 같이, 형성하는 이유는, 패키지 몸체(200)의 홈 측면은 발광소자(100)에서 발생된 광이 가장 강하게 미치는 영역이고, 발광소자(100)의 하부는 발광소자(100)에서 발생된 열이 가장 강하게 미치는 영역이기 때문이다.
따라서, 발광소자(100)의 광이 가장 강하게 미치는 영역과 발광소자(100)의 열이 가장 강하게 미치는 영역에만 부분적으로 보호막(500)을 형성할 수도 있다.
다음, 보호막(500)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 발광소자(100)와 접촉되는 패키지 몸체(200)의 표면 위에만 형성할 수도 있다.
즉, 보호막(500)은 발광소자(100)의 하부에만 형성하는데, 그 이유는 보호막(500)에 의해 전체적으로 출사광의 휘도가 저하될 수도 있기 때문이다.
따라서, 수분에 취약한 발광소자(100)의 하부에만 보호막(500)을 형성하여, 전체적인 출사광의 휘도를 향상시킬 수도 있다.
그리고, 보호막(500)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 발광소자(100)와 보호막(500) 사이에 접착층(600)이 더 추가로 형성될 수도 있다.
접착층(600)은 발광소자(100)와 보호막(500) 사이의 접착 강화를 위한 것으로, 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 보호막(500)은 수분을 차단하는 물질, 자외선을 차단하는 물질, 그들의 혼합물 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 단일층으로 형성될 수도 있지만, 여러 층이 적층된 복수층으로 형성될 수도 있다.
도 10 및 도 11은 복수층으로 구성되는 보호막을 보여주는 도면으로서, 도 10은 2층 구조를 갖는 보호막이고, 도 11은 3층 구조를 갖는 보호막이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은, 수분을 차단하는 제 1 층(500a)과, 자외선을 차단하는 제 2 층(500b)이 적층되는 복수층으로 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 층(500a)은 PTFE(Poly Tetra FluoroEthylene), 난연성 PVC(Poly Vinyl chloride), 난연성 폴리에스테르(Poly Ether), PEI(Poly Ethylene Imide), 실리콘, 실리콘 러버, 불소수지, 테프론, PVC(Poly Vinyl chloride), PE(Poly Ethylene), PO(Poly Olefin), CF4, CH4, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제 2 층(500b)은 크롬, 알루미늄, 이산화티탄(TiO2), 산화아연, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 카올린(kaolin) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 2층 구조로 형성하는 이유는, 제 2 층(500b)에 의해 발광소자(100)에서 발생된 광의 자외선을 차단함으로써, 수분이나 산소와의 화학적 반응을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 층(500a)에 의해 외부에서 침투되는 수분을 차단함으로써, 발광 소자(100)로부터 출사된 광과의 화학적 반응을 동시에 억제할 수 있다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은, 수분을 차단하는 제 1 층(500a)과, 발광소자로부터 발생된 광을 반사하는 제 2 층(500c)과, 충진재와의 접착 강화를 위한 제 3 층(500d)이 적층되는 복수층으로 구성될 수도 있다.
여기서, 수분을 차단하는 제 1 층(500a)은 PTFE(Poly Tetra FluoroEthylene), 난연성 PVC(Poly Vinyl chloride), 난연성 폴리에스테르(Poly Ether), PEI(Poly Ethylene Imide), 실리콘, 실리콘 러버, 불소수지, 테프론, PVC(Poly Vinyl chloride), PE(Poly Ethylene), PO(Poly Olefin), CF4, CH4, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 광을 반사하는 제 2 층(500c)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 접착 강화를 위한 제 3 층(500d)은 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다.
도 11과 같은 3층 구조의 보호막(500)은 제 1 층(500a)에 의해, 외부에서 침투되는 수분을 차단함으로써, 발광 소자(100)로부터 출사된 광과의 화학적 반응을 억제할 수 있고, 제 2 층(500c)에 의해, 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시킴으로써, 수분이나 산소와의 화학적 반응을 억제할 뿐만 아니라, 전체적인 휘도를 향상시킬 수 있으며, 제 3 층(500d)에 의해, 충진재와의 접착력이 향상되어 수분 침투를 억제할 수 있는 효과가 있다.
한편, 보호막(500)은, 다른 실시예로서, 수분을 차단하는 물질과 자외선을 차단하는 물질이 혼합된 혼합물로 이루어진 단일층일 수도 있다.
도 12는 혼합물로 이루어지는 보호막을 보여주는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은 수분 차단 물질(500e)과 자외선 차단 물질(500f)이 혼합된 혼합물로 이루어질 수 있다.
여기서, 자외선 차단 물질(500f)은 나노 크기를 갖는 입자 형태로 이루어질 수 있는데, 자외선 차단 물질의 입자 크기는 약 10nm - 500nm일 수 있다.
입자 크기는 일정한 크기로 동일할 수도 있고, 경우에 따라서는 다양한 크기들이 혼재되어 있을 수도 있다.
또한, 자외선 차단 물질(500f)의 입자들은 충진재(400)에 인접한 영역에는 많은 개수가 밀집되어 입자 밀도가 높고, 패키지 몸체(200)에 인접한 영역에는 상대적으로 적은 개수가 존재하여 입자 밀도가 낮을 수 있다.
경우에 따라서는, 패키지 몸체(200)에 인접한 영역에서 충진재(400)에 인접한 영역으로 갈수록 입자 밀도가 점차적으로 높아질 수 있다.
그 이유는 보호막(500)에 도달하는 광의 세기가 패키지 몸체(200)에 인접한 영역보다 충진재(400)에 인접한 영역에서 더 크기 때문이다.
또 다른 실시예로서, 보호막(500)은 전체 또는 일부 표면 위에 요철 패턴 및 홈 패턴 중 적어도 어느 하나를 가질 수도 있다.
도 13 및 도 14는 요철 패턴을 갖는 보호막을 보여주는 도면으로서, 도 13은 전체 표면 위에 요철 패턴을 갖는 보호막이고, 도 14는 일부 표면 위에 요철 패턴을 갖는 보호막을 보여주고 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은 전체 표면 위에 스트라이프 타입(stripe type) 또는 도트 타입(dot type)의 요철 패턴(700)이 형성될 수 있다.
그리고, 도 14에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은 외부에 인접한 일부 표면 위에만 요철 패턴(700)이 형성될 수도 있다.
도 15는 요철 패턴의 단면을 보여주는 도면으로서, 도 15에 도시된 바와 같이, 도 13 및 도 14의 요철 패턴은 상부면의 넓이가 하부면의 넓이보다 더 큰 역사다리꼴 형태가 바람직하다.
그 이유는 수분 침투가 요철 패턴의 측면으로부터 상부면으로 타고 넘어가는 경로로 이루어지는데, 역사다리꼴 형태의 요철 측면은 수분이 타고 넘기 어려운 구조이기 때문이다.
이와 같이, 요철 패턴을 갖는 보호막(500)은 충진재(400)와의 접촉 면적이 크므로, 접착력이 향상되고, 수분 차단 효과가 더 우수하다.
또 다른 실시예로서, 요철 패턴을 갖는 보호막은 요철 패턴을 갖는 패키지 몸체 위에 형성될 수도 있다.
도 16은 요철 패턴을 갖는 패키지 몸체 위에 형성되는 보호막을 보여주는 도면으로서, 도 16에 도시된 바와 같이, 패키지 몸체(200)의 표면은 스트라이프 타입(stripe type) 또는 도트 타입(dot type)의 요철 패턴(700)이 형성될 수 있으며, 요철 패턴(700)을 갖는 패키지 몸체(200) 위에 형성되는 보호막(500)의 표면도 동일하게 요철 패턴을 가질 수 있다.
이 구조는 보호막(500)이 패키지 몸체(200)와의 접촉면도 크고, 충진재(400)와의 접촉면도 크기 때문에, 접착력이 향상되고, 수분 차단 효과가 매우 우수하다.
또 다른 실시예로서, 보호막(500)의 두께는 패키지 몸체의 외부 표면에 가까울수록 점차적으로 두껍게 형성될 수도 있다.
도 17은 두께가 가변되는 보호막을 보여주는 도면으로서, 도 17에 도시된 바와 같이, 보호막(500)은 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역에 위치하는 보호막(500)의 두께 d1보다 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역에 위치하는 보호막(500)의 두께 d2가 더 두꺼울 수 있다.
그 이유는 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역으로 침투되는 수분의 양이 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역으로 침투되는 수분의 양보다 더 많기 때문이다.
영역에 따라 두께가 다른 보호막(500)은 여기에서 소개된 모든 실시예에 적용가능하다.
또 다른 실시예로서, 패키지 몸체의 미세 홈 내에 보호막이 형성될 수도 있다.
도 18 및 도 19는 다수의 미세 홈 패턴을 갖는 패키지 몸체 및 보호막을 보여주는 도면으로서, 도 18은 사시도이고, 도 19는 단면도이다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 충진재 주입 공간 내의 패키지 몸체(200) 표면에는 다수의 미세 홈(800)들이 형성되고, 그 미세 홈(800) 내에는 보호막(500)이 채워질 수도 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 패키지 몸체(200)의 미세 홈(800)들은 크기 및 깊이가 전체적으로 동일할 수도 있고, 경우에 따라서는 다양한 크기 및 깊이를 갖는 미세 홈(800)들이 패키지 몸체(200) 표면에 혼재되어 있을 수도 있다.
또한, 미세 홈(800)들은 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역에는 많은 개수가 밀집되어 밀도가 높게 형성될 수도 있고, 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역에는 상대적으로 적은 개수가 존재하여 밀도가 낮게 형성될 수도 있다.
경우에 따라서는, 미세 홈(800)들은 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역에서 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역으로 갈수록 밀도가 점차적으로 높아지도록 형성될 수 있다.
따라서, 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역에 위치하는 미세 홈(800)들 사이의 간격 d1보다 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역에 위치하는 미세 홈(800)들 사이의 간격 d2가 더 넓도록 형성할 수 있다.
그 이유는 패키지 몸체(200) 외부 인접 영역으로 침투되는 수분의 양이 패키지 몸체(200) 내부 인접 영역으로 침투되는 수분의 양보다 더 많기 때문이다.
이와 같이, 상기와 같은 다양한 실시예들은 발광 소자로부터 발생되는 광 또는 열이 닿는 패키지의 몰드 컵 내부에, 수분 또는 자외선 차단 물질을 포함하는 보호막을 형성함으로써, 외부로부터 침투되는 수분 및 산소와, 발광소자로부터 발생하는 광 및 열, 사이의 화학적 반응을 차단하여 패키지의 열화를 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이러한 조명 시스템은 다수의 LED를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 셰이드의 개구부 측이 노출되게 장착 될 수 있도록 하는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.
도 20은 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면으로서, 도 20에 도시된 바와 같이, 조명장치는, LED(light emitting diode) 패키지(20)과, LED 패키지(20)에서 발광된 빛의 출사 지향각을 설정하는 셰이드(30)를 포함하여 구성된다.
LED 패키지(20)는 회로 기판(printed circuit board; PCB; 21) 상에 구비되는 적어도 하나 이상의 LED(22)를 포함할 수 있으며, 다수의 LED(22)가 회로 기판(21) 상에 배열되어 구비될 수 있다.
셰이드(30)는 LED 패키지(20)에서 발광되는 광을 집속하여 일정 지향각을 가지고 개구부를 통하여 출사될 수 있도록 하며, 내측면에는 미러면을 가질 수 있다.
여기서, LED 패키지(20)와 셰이드는 일정거리 간격 d만큼 이격되어 설치될 수 있다.
이와 같은 조명장치는 상술한 바와 같이, 다수의 LED(22)를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 셰이드(30)의 개구부 측이 노출되게 장착 될 수 있도록 하는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지를 이용한 조명장치는 발광 소자 패키지가 적어도 2개 이상 위치되는 지지기판과 적어도 일부가, 발광 소자 패키지에 의해 방출되는 빛이 투과되는 광투과성 물질로 이루어지는 케이스를 포함하여 구성할 수도 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 발광소자;
상기 발광소자를 지지하는 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 위에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 전극;
상기 발광 소자를 커버하는 충진재; 그리고,
상기 충진재와 상기 패키지 몸체 사이에 배치되고, 수분 차단 물질과 자외선 차단 물질 중 적어도 하나를 포함하는 보호막을 포함하는 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서, 상기 패키지 몸체는 TiO2를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 수분 차단 물질은 PTFE(Poly Tetra FluoroEthylene), 난연성 PVC(Poly Vinyl chloride), 난연성 폴리에스테르(Poly Ether), PEI(Poly Ethylene Imide), 실리콘, 실리콘 러버, 불소수지, 테프론, PVC(Poly Vinyl chloride), PE(Poly Ethylene), PO(Poly Olefin), CF4, CH4, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 차단 물질은 크롬, 알루미늄, 이산화티탄(TiO2), 산화아연, 규산마그네슘, 산화마그네슘, 카올린(kaolin) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 수분 차단 물질과 자외선 차단 물질이 혼합된 혼합물로 이루어지고, 상기 자외선 차단 물질은 나노 크기를 갖는 입자 형태로 이루어진 발광 소자 패키지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 자외선 차단 물질의 입자 크기는 10nm - 500nm인 발광 소자 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 수분을 차단하는 제 1 층과, 자외선을 차단하는 제 2 층이 적층되는 발광 소자 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 수분을 차단하는 제 1 층과, 상기 발광소자로부터 발생된 광을 반사하는 제 2 층과, 상기 충진재와의 접착 강화를 위한 제 3 층이 적층되는 발광 소자 패키지.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광을 반사하는 제 2 층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 이산화 티타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제 9 항에 있어서, 상기 접착 강화를 위한 제 3 층은 에폭시 수지, 실리콘 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 발광소자;
상기 발광소자를 지지하는 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 위에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 전극;
상기 발광 소자를 커버하는 충진재; 그리고,
보호막을 포함하며,
상기 보호막은 상기 발광소자와 접촉되는 상기 패키지 몸체의 표면 위, 상기 발광소자의 주변부에 위치하는 상기 패키지 몸체의 표면 위, 상기 충진재와 상기 패키지 몸체 사이 중 적어도 어느 한 영역에 형성되는 발광 소자 패키지. - 발광소자;
상기 발광소자를 지지하는 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 위에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 전극;
상기 발광 소자를 커버하는 충진재; 그리고,
보호막을 포함하며,
상기 보호막은 전체 또는 일부 표면 위에 요철 패턴 및 홈 패턴 중 적어도 어느 하나를 갖는 발광 소자 패키지. - 발광소자;
상기 발광소자를 지지하는 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 위에 구비되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 전극;
상기 발광 소자를 커버하는 충진재; 그리고,
보호막을 포함하며,
상기 보호막의 두께는 상기 패키지 몸체의 외부 표면에 가까울수록 두꺼운 발광 소자 패키지. - 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 14 항에 언급된 어느 하나의 발광 소자 패키지에 있어서,
상기 발광 소자 패키지가 적어도 2개 이상 위치되는 지지기판;
적어도 일부가, 상기 발광 소자 패키지에 의해 방출되는 빛이 투과되는 광투과성 물질로 이루어지는 케이스를 포함하는 조명장치.
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