KR101163850B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체의 캐비티에 실장되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 봉지하는 봉지층; 및 상기 발광 소자에 연결되는 전극;을 포함하고, 상기 패키지 몸체는 상기 봉지층을 구성하는 물질보다 상대적으로 작은 열전도도의 물질로 이루어진다.
발광 소자 패키지

Description

발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 실시예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 발광 소자이다.
이러한 LED에 의해 방출되는 빛의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용되고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 LED를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 LED도 구현이 가능하다.
발광 다이오드로 인가된 전기적 에너지는 크게 광 에너지와 열 에너지로 변환되는데, 본 실시예는 발생되는 열 에너지의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
발광 다이오드의 방열 특성을 향상시킴으로써, 궁극적으로 발광 소자 패키지의 특성을 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
본 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체의 캐비티에 실장되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 봉지하는 봉지층; 및 상기 발광 소자에 연결되는 전극;을 포함하고, 상기 패키지 몸체는 상기 봉지층을 구성하는 물질보다 상대적으로 작은 열전도도의 물질로 이루어진다.
다른 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 캐비티가 형성된 패키지 몸체; 상기 캐비티에 배치된 복수의 전극; 상기 캐비티 내에서 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 위치하는 수지물; 및 상기 수지물 상에 위치하는 렌즈부;를 포함하고, 상기 패키지 몸체는 상기 렌즈부를 구성하는 물질의 열전도도보다 상대적으로 작은 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다.
제안되는 발광 소자 패키지에 의하여, 발광 다이오드에서 발생되는 열 에너지의 방열 경로를 제공하는 것이 가능해지고, 이를 통해 방열 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 각 층의 상/위 또는 하/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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 방열 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 방열 효과를 설명하기 위하여 종래의 패키지와 비교한 시뮬레이션 결과이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는 기판 상에 형성되는 전극(121,123)과, 제 1 전극(121) 상에 실장되는 발광 소자(125)와, 기판의 상부에서 발광 소자(125)를 감싸도록 형성되는 패키지 몸체(110)를 포함한다.
또한, 상기 패키지 몸체(110)의 캐비티에 상기 발광 소자(125)를 봉지하는 봉지층(130)을 포함하고, 상기 봉지층(130) 내에 위치하는 형광체(131)를 포함한다. 즉, 상기 패키지 몸체(110) 내에는 소정의 공간을 형성하는 캐비티가 형성되고, 상기 캐비티 내에 발광 소자(125) 및 봉지층(130)이 위치한다.
상기 전극(121,123)은 발광 소자(125)의 양극 단자 및 음극 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(121,123)으로 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 전극(121,123)은 인쇄 기법을 통해 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)은 서로 전기적으로 분리되고, 상기 패키지 몸체(110)를 관통하도록 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)은 상기 발광 소자(125)에서 발생된 빛을 반사시켜 광효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 실시예에 따라 발광 소자(125)에서 발생되는 열을 외부로 방열시키는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함하는 금속 물질로 형성된다.
상기 발광 소자(125)는 n측 전극층과 p측 전극층이 모두 발광 소자 구조물의 상면에 배치되는 수평형 타입의 발광 소자, n측 전극층과 p측 전극층이 모두 발광 소자 구조물의 하면에 배치되는 플립칩 타입의 발광 소자, 또는 n측 전극층과 p측 전극층이 각각 발광 소자 구조물의 상면과 하면에 배치되는 수직형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있다. 도 1에는 수직형 타입의 발광 소자가 예시되어 있으며, 상기 발광 소자(125)의 n측 전극층은 와이어(127)를 통해 제 1 전극(121)과 전기적으로 연결되고 상기 발광 소자(125)의 p측 전극층은 상기 제 2 전극(123)과 접촉하여 연결된다. 예를 들어, 상기 발광 소자(125)는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 발광 다이오드로 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123) 상에는 상기 발광 소자(125)를 둘러싸도록 캐비티를 포함하는 패키지 몸체(110)가 형성된다. 상기 패키지 몸체(110)의 내측면, 즉, 캐비티를 형성하는 내주 표면은 소정의 기울기를 갖도록 형성되면 발광 소자(125)에서 발생되는 광의 반사를 증대시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 패키지 몸체(110)는 열전도도가 낮은 물질로 이루어지며, 상기 패키지 몸체(110)의 물질은 상기 봉지층(130)의 물질을 고려하여 설계된다.
즉, 상기 패키지 몸체(110)의 물질과 봉지층(130)의 물질 간의 열전도도 차이를 이용하여, 상기 발광 소자(125)의 구동에 따라 발생되는 열을 방열시킬 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 패키지 몸체(110)는 상기 봉지층(130)을 구성하는 물질의 열전도도 보다 상대적으로 10W/m.k 이상 작은 물질로 이루어진다. 따라서, 상기 발광 소자(125)를 중심으로 발생한 열은 열전도도가 낮은 물질인 패키지 몸체(110)로 이동하기 보다는, 열전도도가 높은 물질의 전극(121,123)과 상측 외부로 이동하게 된다.
결국, 상기 패키지 몸체(110)의 물질과 봉지층(130)의 물질의 열전도도 차이를 이용하여, 열의 이동 경로가 형성되는 것이며, 이를 통해서 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예의 발광 소자 패키지에서 열전달 경로가 도 2에 H로 도시되며, 봉 지층(130) 아래에서 발생되는 열은 열전도도가 상대적으로 낮은 패키지 몸체(110)로 전달되기 보다는 상기 발광 소자(125)의 상측 외부와 하측의 전극으로 전달된다.
이에 대한 실험 결과는 도 3에 도시되며, 도 3의 (a)는 실리콘 재질의 봉지층과 합성수지 재질의 패키지 몸체로 이루어져 열전도도에 있어서 거의 유사한 기존의 발광 소자 패키지를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 3의 (b)는 본 실시예에 따라 패키지 몸체(110)의 열전도도 보다 10W/m.k이상 큰 열전도도를 갖는 물질로 봉지층(130)을 형성한 경우를 나타내는 도면이다.
실험 결과, 기존의 경우는 최고 온도가 93.4℃로 나타났으며, 열저항은 68.4[K/W]으로 나타났다. 이에 반해, 본 실시예의 발광 소자 패키지 경우, 최고 온도는 74℃로 나타났으며, 열저항은 49[K/W]로 나타났다.
그리고, 도 3의 (a)와 (b)에는, 열전달 경로를 확인할 수 있는 도면이 도시되어 있으며, 기존의 경우는 봉지층의 상측을 통한 외부로의 방열이 극히 적으면서, 금속의 전극으로 방열이 집중되는 것을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 본 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 경우, 방열 경로가 금속의 전극 방향과 봉지층 상측을 통한 외부로의 방열이 함께 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 상기 패키지 몸체(110)를 단순히 금속 재질로 구성하는 것보다 상기 봉지층(130)의 열전도도 보다 적어도 10W/m.k 작은 열전도도의 물질로 구성시킴으로써, 방열 특성이 더 우수하게 나타난다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다. 제 2 실시예에 대한 설명에서, 제 1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 제 1 실시예를 참조하여 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는 제 1 캐비티(115), 제 2 캐비티(117), 제 1 전극(121), 제 2 전극(123), 패키지 몸체(110), 발광 소자(125), 수지물(140) 및 렌즈부(150)을 포함한다.
상기 패키지 몸체(110)의 제 1 캐비티(115)에는 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)의 일단이 배치될 수 있으며, 그 둘레는 제 1 캐비티(115)의 바닥면에 대해 수직하거나 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제 1 캐비티(115)에는 발광 소자(125)가 배치되며, 상기 발광 소자(125)는 적어도 하나의 전극(121) 위에 매치될 수 있으며, 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 제 1 캐비티(115)에는 복수의 LED 칩이 탑재될 수 있으며, 이러한 경우에 상기 전극(121,123)의 패턴은 변경될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)에는 제 2 캐비티(117)가 형성될 수 있으며, 상기 제 2 캐비티(117)는 상기 패키지 몸체(110)의 상부에 형성되며, 상기 제 1 캐비티(115)는 상기 제 2 캐비티(117)의 중앙 하부에 배치된다. 상기 제 2 캐비티(117)의 직경은 상기 제 1 캐비티(115)의 상부 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제 1 캐비티(115) 및/또는 제 2 캐비티(117)의 공간은 상기 패키지 몸체(110) 및/또는 적어도 하나의 전극(121,123)에 의해 형성될 수 있으며, 이러한 캐비티 공간은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 제 1 캐비티(115)에는 수지물(140)이 형성된다. 상기 수지물(140)에는 적어도 한 종류의 형광체 및/또는 확산제가 첨가될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체 및 청색 형광체를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 수지물(140)의 표면은 오목한 형상, 볼록한 형상 또는 플랫한 형상으로 형성될 수 있으며, 그 표면에 패턴이 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110) 내의 제 1 캐비티(115) 및 제 2 캐비티(117)는 평면상의 형태가 원 형태 또는 다각형 형태를 갖는 홈의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 발광 소자(125)에서 방출된 광의 일부는 상기 제 1 캐비티(115)의 둘레면에서 반사되거나 투과될 수 있다.
제 2 실시예에서의 패키지 몸체(110) 역시 열전도도가 낮은 물질로 이루어지는데, 상기 패키지 몸체(110)는 상기 렌즈부(150)의 열전도도 보다 적어도 10W/m.k 작은 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다.
즉, 상기 발광 소자(125)를 중심으로 발생되는 열은 상대적으로 열전도도가 낮은 패키지 몸체(110)로 전달되기 보다는, 상대적으로 열전도도가 높은 상기 제 1 전극(121) 및 제 2 전극(123)으로 전달되는 것과 함께 상기 렌즈부(150)로 전달됨으로써 방열된다. 즉, 앞선 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, 상기 패키지 몸체(110)를 캐비티 내에 위치하는 물질(예를 들면, 상기 렌즈부)의 열전도도보다 상대적으로 10W/m.k이상 작은 열전도도를 갖는 물질로 구성시킴으로써, 방열 경로가 형성되도록 한다.
따라서, 패키지의 방열은 금속의 전극(121,123)과 렌즈부(150)를 통하여 이 루어지며, 발광 소자(125)의 상하 방향으로 방열 경로가 형성되는 것이다.
전술한 바와 같은 본 실시예에 의해서, 발광 소자의 구동에 따라 발생되는 열의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 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.
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.
도 1은 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도.
도 2는 본 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 방열 특성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 방열 효과를 설명하기 위하여 종래의 패키지와 비교한 시뮬레이션 결과.
도 4는 제 2 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도.

Claims (5)

  1. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체의 캐비티에 실장되는 발광 소자;
    상기 발광 소자를 봉지하는 봉지층; 및
    상기 발광 소자에 연결되는 전극;을 포함하고,
    상기 패키지 몸체는 상기 봉지층을 구성하는 물질과의 열전도도 차가 적어도 10W/m.k 이상을 갖도록 상기 봉지층을 구성하는 물질보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지는 발광 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층은 상기 패키지 몸체의 캐비티 내에 위치하는 발광 소자 패키지.
  4. 캐비티가 형성된 패키지 몸체;
    상기 캐비티에 배치된 복수의 전극;
    상기 캐비티 내에서 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 위치하는 수지물; 및
    상기 수지물 상에 위치하는 렌즈부;를 포함하고,
    상기 패키지 몸체는 상기 렌즈부를 구성하는 물질과의 열전도도 차가 적어도 10W/m.k 이상을 갖도록 상기 렌즈부를 구성하는 물질보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지는 발광 소자 패키지.
  5. 삭제
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