KR101298406B1

KR101298406B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101298406B1
Application number: KR1020100046104A
Authority: KR
Inventors: 김태진
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2013-08-20
Also published as: US20110241030A1; CN102254910A; KR20110126430A; EP2388818A3; EP2388818A2; EP2388818B1; CN102254910B; US8405110B2

Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 캐비티의 경사면과 전극이 접촉하는 영역에 경계면을 두어 전극에 마운트되는 ESD 소자가 캐비티의 경사면을 따라 형성되는 것을 방지하고, 이를 통해 ESD 소자의 파손을 방지하여 발광 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

Description

발광소자{Light Emitting Device}

실시예는 발광 소자에 관한 것으로, 특히, 전극에 마운트되는 ESD 소자가 캐비티의 경사면을 따라 형성되는 것을 방지하는 발광 소자에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 하나로, 백열등, 형광등, 할로겐 램프, 및 기타 방전램프와 같은 기존의 광원에 비해 저 발열, 장 수명, 빠른 응답특성, 안정성, 및 친환경적인 장점을 갖는다. 발광 다이오드는 열, 또는 방전을 이용하는 기존의 광원과는 달리 칩(chip) 형태의 반도체를 이용한다. 기존의 광원에 비해 현저히 작은 크기의 칩과, 패키지 몸체로 구성되는 발광 다이오드는 ESD 충격에 약한 면이 있으며, 발광 다이오드의 ESD 충격을 저감하기 위해서 제너 다이오드와 같은 ESD 소자가 몸체에 마운트되어 이용되고 있다. 그러나, 발광 다이오드가 마운트되는 몸체의 크기는 매우 협소하며, 몸체에 마운트되는 ESD 소자는 몸체 내에서 정확한 위치에 마운트되지 않을 경우, 파손될 위험이 크다.

실시예는, 제너 다이오드가 캐비티의 경사면을 따라 형성되는 것을 방지함으로써 제너 다이오드의 파손을 방지하는 발광 소자를 제공한다.

또한, 실시예는 제너 다이오드의 파손 방지를 위해 캐비티 경사면의 일 영역에 경계면을 형성하고, 경계면을 이용하여 발광 칩에서 방출되는 빛의 조사각을 설정 가능한 발광 소자를 제공한다.

실시예에 따른 발광 소자는, 캐비티 경사면이 형성된 몸체, 및 발광 다이오드와 제너 다이오드를 각각 마운트하는 제1전극, 및 제2전극을 포함하며, 상기 제2전극과 이웃하는 상기 캐비티 경사면의 일 영역에는, 상기 캐비티 경사면이 상기 제2전극의 표면과 이루는 각도와 상이한 각도의 경계면이 형성된다.

실시예에 따른 발광 소자는, 제1각도의 경사면, 및 제2각도의 경계면이 형성된 캐비티를 구비하는 몸체, 및 발광 다이오드와 제너 다이오드를 각각 마운트하는 제1전극, 및 제2전극을 포함하고, 상기 제너 다이오드는 상기 경계면에 의해 상기 경사면을 향한 이동이 차단되며, 상기 경사면은 상기 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 조사각을 결정한다.

여기서, 상기한 발광 소자들의 경사면은 상기 제2전극의 표면에 대해 수직하게 형성되거나, 상기 제2전극의 표면과 둔각을 이룰 수 있다.

또한, 상기 경계면이 상기 제2전극의 표면과 이루는 각도는, 상기 캐비티 경사면이 상기 제2전극의 표면과 이루는 각도에 비해 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 경계면의 높이는, 상기 제너 다이오드와 동일한 높이거나, 상기 제너 다이오드의 높이보다 작거나, 또는 상기 제너 다이오드의 높이보다 높게 형성될 수 있다.

또한, 상기한 발광 소자는 기판에 어레이 배열되어 백라이트 유닛을 구성하거나 조명 장치에 적용될 수 있다.

실시예에 따른 발광 소자는, ESD 방지를 위한 제너 다이오드가 몸체의 캐비티 경사면을 따라 형성되는 것을 방지하여 ESD 소자의 파손을 방지한다.

실시예에 따른 발광 소자는, 제너 다이오드의 파손 방지를 위해 캐비티 경사면에 형성되는 경계면을 이용하여 발광 칩에서 방출되는 측광의 반사각을 설정할 수 있다.

도 1과 도 2는 통상적인 발광소자의 측면에서 바라본 발광소자의 개념도, 및
발광소자에서 크랙(crack)이 발생하는 과정을 설명하기 위한 참조도면,
도 3은 제1실시예에 따른 발광소자의 개념도,
도 4와 도 5는 제1실시예에서 경계면(A2)의 높이설정을 설명하기 위한 참조도면,
도 6은 경계면과 조사각도의 관계를 설명하기 위한 참조도면,
도 7은 경계면의 구조와 반사각을 설명하기 위한 참조도면,
도 8과 도 9는 경계면의 구조에 대한 제2실시예와 제3실시예에 대한 참조도면,
도 10은 캐비티 경사면의 일 예에 따른 발광 소자의 단면도,
도 11은 실시예에 따른 발광 소자의 구성 방법의 일 예에 대한 참조도면,
도 12 내지 도 15는 캐비티에 봉지재를 충진하는 다양한 방법을 설명하기 위한 참조도면,
도 17은 실시예에 따른 발광소자 어레이를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 제1 실시 예를 나타낸 사시도,
도 18은 실시예에 따른 발광소자 어레이를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 제2 실시 예를 나타낸 사시도, 그리고
도 19는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치의 일 예에 따른 사시도를 나타낸다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴이나 타 구조물의 "위(on)"에, "아래(under)"에, 상측(upper)에, 또는 하측(lower)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "아래(under)", 상측(upper), 및 하측(lower)은 "직접(directly)" 또는 "다른 층, 또는 구조물을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층, 또는 구조물들간의 위치관계에 대한 설명은 본 명세서, 또는 본 명세서에 첨부되는 도면을 참조하도록 한다.

도면에서 각층, 또는 각 구조물의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 도면에 도시된 각 구조물들의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1과 도 2는 통상적인 발광소자의 측면에서 바라본 발광소자의 개념도, 및 발광소자에서 크랙(crack)이 발생하는 과정을 설명하기 위한 참조도면을 나타낸다.

먼저, 도 1을 참조하면, 통상의 발광소자는 경사면을 가지는 캐비티(51), 캐비티(51)와 접촉하는 제1전극(53)과 제2전극(54)을 구비하며, 제1전극(53)에는 발광 다이오드(52)가 마운트되고, 제2전극(54)에는 제너 다이오드(56)가 마운트된다.

제1전극(52)과 제2전극(54)은 발광 다이오드(52)에 구동 전압을 인가하며, 전도성 도체로 형성된다.

제2전극(54)에는 발광 다이오드(52)로 인가되는 구동 전압을 안정화하기 위한 제너 다이오드(56)가 마운트된다. 제너 다이오드(56)는 발광 다이오드(52)에서 방출되는 빛의 진로를 방해하지 않기 위해 발광 다이오드(52)와 이격되어 배치된다. 도 1에서, 제너 다이오드(56)는 제2전극(54)과 캐비티(51)가 이웃하는 영역에 가까이 배치된다.

제너 다이오드(56)는 "d1"만큼 이격되어 형성된다. 제너 다이오드와 캐비티(51) 사이의 이격 거리(d1)는 수십 ㎛ ∼ 수백 ㎛ 정도이며, 발광소자를 제조하는 제조공정에 의해 이격 거리(d1)는 더 커지거나 작아질 수 있다. 만일, 이격 거리(d1)가 감소할 때, 제너 다이오드(56)는 캐비티(51)의 경사면을 따라 형성되어 파손될 수 있다. 이는 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 제너 다이오드(56)는 제조 공정의 편차에 의해 캐비티(51)의 경사면을 따라 형성된다. 제너 다이오드(56)가 캐비티(51)의 경사면을 따라 형성될 경우, 제너 다이오드(56)는 제2전극(54)의 표면과 균일하게 결합되지 않으며, 크랙(Crack)이 발생할 수 있다.

제너 다이오드(56)가 캐비티의 경사면을 따라 형성되지 않도록 하기 위해서 경사면의 각도를 수직하게 설정하면 제너 다이오드(56)가 캐비티(51)의 경사면을 따라 형성되지 않을 수는 있다. 그러나, 이 경우, 발광 다이오드(52)에서 외부로 방출되는 빛의 조사각도는 매우 제한된다.

도 3은 제1실시예에 따른 발광 소자의 개념도를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 발광 소자는 캐비티(101), 및 캐비티(101)에 의해 몸체(100)에 형성되는 캐비티 경사면(101a, 101b), 제1전극(103), 제2전극(104), 제너 다이오드(105), 및 발광 다이오드(102)를 수납한다.

몸체(100)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al₂O₃), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(25)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.

몸체(100)는 캐비티(101), 및 제1전극(103)과 제2전극(104) 사이를 메워 제1전극(103)과 제2전극(104)을 전기적으로 절연하는 절연부재(100a)를 포함한다. 또한, 몸체(100)는 제1전극(103), 제2전극(104), 발광 다이오드(102), 및 제너 다이오드(105)를 수납할 수 있다. 몸체(100)의 형상은 사각형, 원형, 다각형, 및 기타 사용되는 용도에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

몸체(100)의 표면에는 습기, 이물질의 침입을 제한하기 위해 제1전극(103), 및 제2전극(104)이 접하는 영역, 또는 발광 소자 의 캐비티(101) 영역을 제외한 몸체(100)의 전 영역에 합성수지가 피복되거나 절연막이 코팅될 수도 있다.

도 3에서 몸체(100)의 상부는 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛을 외부로 조사하기 위한 캐비티(101)가 형성된다. 캐비티(101)가 몸체(100)에 형성될 때, 몸체(100)에는 캐비티 경사면(101a, 101b)이 형성되며, 캐비티 경사면(101a, 101b)이 제1전극(103), 또는 제2전극(104)과 이루는 각도에 따라 발광 다이오드(102)에서 외부로 방출되는 빛의 조사각도가 증감된다. 예컨대, 캐비티 경사면(101a, 101b)이 제1전극(103), 또는 제2전극(104)에서 수직하게 형성될수록 발광 다이오드(102)에서 외부로 방출되는 빛의 조사각은 늘어들며, 반대의 경우 빛의 조사각은 감소한다. 빛의 조사각이 줄어들수록 발광 다이오드(102)에서 외부로 방출되는 빛의 집중성은 증가하고, 빛의 조사각이 늘어날수록 발광 다이오드(102)에서 외부로 방출되는 빛의 집중성은 감소한다.

제1전극(103)과 제2전극(104)은 발광 다이오드(102)로 양(+) 전압과 음(-)전압을 인가하므로 전기적으로 도통되지 않도록 이격될 필요가 있다. 제1전극(103)과 제2전극(104)이 이격될 때, 제1전극(103)과 제2전극(104)이 이격된 영역에는 습기, 및 먼지와 같은 외부 이물질이 침투할 수 있다. 외부 이물질이 몸체(100) 내부로 침투하지 않도록 하기 위해, 캐비티(101)에는 봉지재가 충진되고, 제1전극(103), 및 제2전극(104)가 이웃하는 영역에는 밀봉부재(100a)가 형성될 수 있다.

여기서, 봉지재는 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재는 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체는 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.

봉지재는 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 파장에 따른 형광체를 포함하여 형성된 후, 캐비티(101)에 충진되거나, 캐비티(101)에 복수개의 층으로 적층될 수 있다. 봉지재가 복수개의 층으로 형성될 경우, 봉지재는 제1봉지재, 제2봉지재..., 제n 봉지재의 형태로 캐비티에 순차로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 층을 형성하는 각 봉지재는 형광체(또는 확산재를 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다.

한편, 봉지재는 하나, 또는 둘 이상의 형광체가 첨가될 수 있다.

봉지재에 첨가되는 형광체는 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 파장이 녹색, 또는 적색일 때이며, 최종 방출되는 빛이 백색광을 형성토록 하기 위해서 이중 형광체를 봉지재에 함께 첨가할 수 있다. 예컨대, 발광 다이오드(102)가 녹색 빛의 파장을 방출할 경우, 봉지재에는 적색, 및 청색을 여기하는 형광체가 함께 첨가되어 녹색 빛의 파장을 이용하여 백색광을 여기할 수 있다.

이때, 봉지재는 복수 개의 층으로 형성되어 캐비티(101)에 적층될 수도 있다. 발광 다이오드(102)에 직접 도포되는 봉지재에는 이중 형광체를 포함하는 봉지재가 충진되고, 그 위에 투명 재질의 봉지재가 충진되거나, 반대로, 발광 다이오드(102)에 직접 도포되는 봉지재에는 투명 재질의 봉지재가 충진되고, 그 위에 이중 형광체를 포함하는 봉지재가 적층되어 형성될 수도 있다. 또한, 봉지재는 캐비티(101)에 단일 층으로 형성되거나, 또는 투명 재질의 봉지재와 이중 형광체가 첨가된 봉지재가 교대로 층을 이루거나, 또는 단일 형광체를 포함하는 복수의 봉지재가 캐비티(101)에 적층되어 형성될 수도 있다. 다만, 봉지재를 충진하는 방식은 이에 한정하지 않는다.

발광 다이오드(102)는 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 다이오드 중 하나일 수 있다. 발광 다이오드(102)가 어떤 파장대의 색을 방출하는가에 따라 봉지재에 첨가되는 형광체가 결정된다. 예컨대, 발광 다이오드(102)가 청색 발광 다이오드일 경우, 봉지재는 황색 형광체로 충진되어 백색광을 여기할 수 있다.

한편, 발광 다이오드(102)는 수평형, 또는 수직형일 수 있다. 발광 다이오드(12)가 수평형 발광 다이오드일 경우, 발광 다이오드(102)는 제1전극(103), 및 제2전극(104)과 금속 와이어(wire)를 통해 전기적으로 결선된다. 발광 다이오드(102)가 수직형일 경우, 발광 다이오드(102)는 제2전극(104)과는 와이어 본딩 처리되고, 제1전극(103)과는 와이어 본딩 처리되지 않는다. 발광 다이오드(102)가 수직형 발광 다이오드일 때, 발광 다이오드(102)의 하단, 즉 발광 다이오드(120)와 제1전극(103)이 맞닿는 영역이 제1전극(103)에 전기적으로 연결 가능하므로 제1전극(103)과 별도의 와이어를 통해 외이어 본딩 처리될 필요는 없다.

캐비티 경사면(101a, 101b)은 몸체(100) 내측으로 함몰 형성되는 캐비티(101)에 의해 제1전극(103), 또는 제2전극(104)의 표면에 대해 경사지게 형성된다.

캐비티 경사면(101a, 101b)중 제2전극에 형성되는 캐비티 경사면(101a)은 제2전극(104)과 인접하는 경계면(A2), 및 경사면(A1)으로 구획된다. 경계면(A2)은 발광 다이오드(102)로 인가되는 전압을 안정화하고, 발광 다이오드(102)로 인가되는 ESD를 제어하는 제너 다이오드(105)가 캐비티 경사면(101a)을 따라 이동하지 않도록 제한한다. 경계면(A2)에 의해 제너 다이오드(105)가 경계면(A2)을 따라 이동하거나, 또는 제조공정 오차에 의해 경계면(A2)과 제2전극(104)에 함께 걸쳐진 형태로 제너 다이오드(105)가 형성되지 않는다. 제너 다이오드(105)가 경계면(A2)에 걸쳐진 형태로 형성될 경우, 제너 다이오드(105)의 하부가 제2전극(104)에 밀착되지 않아 외력이 가해질 때 파손될 수 있다.

경계면(A2)은 발광 다이오드(102)를 중심으로 제2전극(104)의 표면과 이루는 각도에 따라 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 조사각을 변경할 수 있다. 경계면(A2)과 제2전극(104)의 표면이 이루는 각도가 수직에 가까울수록 발광 다이오드(102)에서 캐비티(101)를 거쳐 외부로 방출되는 빛의 조사각은 증가하고, 방출되는 빛의 집중도는 감소한다.

반대로, 경계면(A2)과 제2전극(104)의 표면이 이루는 각도가 둔각, 또는 둔각에 가까울 경우, 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 조사각은 감소하고 방출되는 빛의 집중도는 증가한다.

경계면(A2)의 높이는 제2전극(104)의 표면을 기준으로 할 때, 제너 다이오드(105)의 높이와 동일하게 형성된다.

경계면(A2)의 높이가 제너 다이오드(105)의 높이와 동일할 때, 제너 다이오드(105)는 경계면(A2)을 따라 형성되거나, 경계면(A2)으로 밀려 이동하기 어렵다. 바람직하게는, 경계면(A2)의 높이는 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 진로를 방해하지 않도록 최소화하여야 한다.

경계면(A2)의 높이는 제너 다이오드(105)와 동일한 높이로 형성되거나, 또는, 그보다 작거나, 크게 형성될 수 있다. 제너 다이오드(105)의 높이는 통상 50um ~ 300um로 형성되므로, 경계면(A2)의 높이도 이를 기준으로 형성될 수 있다.

이하, 경계면(A2)의 높이를 설정하는 방법은 도 4와 도 5를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 4와 도 5는 제1실시예에서 경계면(A2)의 높이설정을 설명하기 위한 참조도면을 나타낸다.

먼저, 도 4를 참조하면, 캐비티 경사면(101a)의 일 영역에 형성되는 경계면(A2)의 높이(h1)는 제너 다이오드(105)의 높이(h2)에 비해 낮게 형성된다. 경계면(A2)의 높이(h1)가 제너 다이오드(105)의 높이보다 낮게 설정되더라도, 경계면(A2)은 제2전극(104)에서 수직하게 형성되므로 제너 다이오드(105)가 경계면(A2)을 따라 형성되기 어렵다. 또한, 경계면(A2)의 높이(h1)를 낮게 설정함으로써, 발광 다이오드(102)에서 방출되는 측광(side light)이 경계면(A2)에 의해 영향받는 것을 최소화할 수 있다.

이때, 제너 다이오드(105)와 경계면(A2)의 높이는 제2전극(104)의 표면을 기준으로 한다.

다음으로, 도 5를 참조하면, 캐비티 경사면(101a)에 형성되는 경계면(A2)의 높이(h3)는 제너 다이오드(105)의 높이(h4)에 비해 더 높게 설정되어있는 것을 볼 수 있다. 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 조사각도가 작을 경우, 즉, 발광 다이오드(102)의 측광이 경계면(A2)으로 거의 향하지 않을 경우, 경계면(A2)의 높이(h3)를 제너 다이오드(105)보다 더 높게 설정하여도 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 조사각도에 영향을 미치지 않을 수 있다.

경계면(A2)의 높이(h3)가 증가할수록 제너 다이오드(105)가 제2전극(104)에 형성될 때, 경계면(A2)을 따라 형성되거나, 이동하기 어려워지며, 이는, 제너 다이오드(105)에 의한 발광 소자의 불량률을 크게 감소시킨다.

도 6은 경계면과 조사각도의 관계를 설명하기 위한 참조도면을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 경계면(A2)은 발광 다이오드(102)의 측광(side light)을 R1 방향으로 반사한다. 경계면(A2)이 수직하게 형성될 때, 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛은 원하지 않는 방향(R1)으로 반사되어 발광 다이오드(102)에서 방출되는 빛의 집중도를 떨어뜨릴 수 있다.

따라서, 경계면(A2)이 제2전극(104)에서 수직하게 형성될 때, 경계면(A2)의 높이는 최소화하는 것이 바람직하다.

여기서, 발광 다이오드(102)에서 방출되는 측광이 미미하거나, 발광 다이오드(102) 자체의 조사각도가 작은 경우, 경계면(A2)의 높이를 더 증가시킬 수 있다.

도 7은 경계면의 구조에 반사각의 관계를 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 캐비티 경사면(201a)은 제2전극(204)의 표면과 이루는 각도가 서로 다른 경사면(C2), 및 경계면(C1)으로 형성되며, 경사면(C2)은 제2전극(204)의 표면과 Ø1의 각도를 이루고, 경계면(C1)은 제2전극(204)의 표면과 Ø2의 각도를 이룬다.

경사면(C2)과 경계면(C1)의 각도가 Ø1 > Ø2의 관계를 가짐에 따라, 제너 다이오드(205)는 경사면(C2)의 각도(Ø1)에 비해 가파른 경계면(C1)에 위치하기 어렵다. 도면에서 각도(Ø2)는 90도에 가까운 둔각으로 형성된다. 각도(Ø2)가 90도 각도에 가깝게 형성될수록 제1전극(203)에 마운트되는 발광 다이오드(202)에서 경계면(C1)을 향해 방출되는 측광은 센터 빔(center beam)으로 집중되지 못하고 센터 빔의 사이드(side) 방향으로 퍼진다.

따라서, 발광 다이오드(202)에서 측광이 발생하지 않는 경우, 경계면(C1)의 각도(Ø2)는 제2전극(205)의 표면에 대해 수직하게 형성될 수 있으나, 그렇지 않을 경우에는 90도 이상의 각도, 즉 둔각을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 경계면(C1)의 각도(Ø2)는 경사면(C2)의 각도(Ø1) 보다는 작아야 한다. 만일 경계면(C1)의 각도(Ø2)가 경사면(C2)의 각도(Ø1)보다 더 크거나 동일하게 설정될 경우, 제너 다이오드(205)는 경계면(C1)을 따라 형성될 수 있으며, 제너 다이오드(205)가 경계면(C1)과 제2전극(204)에 함께 형성될 대, 제너 다이오드(205)는 파손될 수 있다.

도 8과 도 9는 경계면의 구조에 대한 제1실시예와 제2실시예를 도시한다.

먼저, 도 8을 참조하면, 캐비티 경사면(201a)은 경사면(D2)과 경계면(D1)으로 구성되며, 경계면(D1)의 각도(Ø3)는 완만한 둔각을 이루고 있다. 경계면(D1)의 각도(Ø3)는 제1전극(203)에 마운트되는 발광 다이오드(202)에서 방출되는 측광을 R3 방향으로 반사하며, 반사광이 발광 다이오드(202)에서 방출되는 센터 빔(center beam)에 근접하도록 한다.

도 8에 도시된 경계면(D1)이 제2전극(204)의 표면과 이루는 각도(Ø3)는 경사면(D2)이 제2전극(204)의 표면과 이루는 각도와 큰 차이가 없으며, 다만 제너 다이오드(205)가 경계면(D1)을 따라 형성되지 않는 최소한의 각도만을 유지한다. 따라서, 캐비티 경사면(201a)에 대한 제1실시예는 발광 다이오드(202)에서 방출되는 빛의 집중도를 최대화하면서도 제너 다이오드(205)의 파손을 줄이는 특징이 있다.

도 8의 실시예에 따른 캐비티 경사면을 구비하는 발광 소자는, 백화점에서 디스플레이 대상 상품에 집중적인 조명을 해야할 경우, 또는 전시 대상물에만 조명을 주어야 하는 경우에 매우 유효하며, 기타 집중적인 빛을 방출하는 조명 장치, 또는 BLU(Back Light Unit)등에 적용될 수 있다.

그러나, 경계면(D1)의 각도(Ø3)가 완만하여 발광 소자의 제조 공정 오차에 의해 제너 다이오드(205)가 경계면(D1)의 일 영역에 형성될 소지는 있다. 여기서, 경계면(D1)의 각도(Ø3)는 90도 ~ 150도 사이의 값을 가지며, 경계면(D1)의 각도(Ø3)는 경사면(D2)의 각도(Ø4) 보다 작아야 한다.

다음으로, 도 9를 참조하면, 캐비티 경사면(201a)은 경사면(E2)과 경계면(E1)으로 구성되며, 경계면(E1)의 각도(Ø5)는 수직에 가까운 둔각을 이루고 있다. 경계면(E1)의 각도(Ø5)는 제1전극(203)에 마운트되는 발광 다이오드(202)에서 방출되는 측광을 R4 방향으로 반사하며, 반사광이 발광 다이오드(202)에서 방출되는 센터 빔(center beam)에서 이격되도록 한다.

따라서, 캐비티 경사면(201a)에 대한 제2실시예는 발광 다이오드(202)에서 방출되는 빛의 집중도를 감소시키는 대신 빛의 확산성을 증가시키면서 제너 다이오드(205)의 파손은 확실히 감소시키는 특징이 있다.

도 9에 도시된 캐비티 경사면(201a)을 구비하는 발광 소자는 빛의 확산성이 요구되는 가정용 조명, 사무용 조명, 또는 무드 조명에 적용되는 것이 바람직하다.

도 10은 캐비티 경사면의 일 예에 따른 발광 소자의 단면을 개념적으로 도시한다.

도 10을 참조하면, 캐비티 경사면은 단차를 가지고 복층 구조로 형성되는 제1캐비티 경사면(301a)과 제2캐비티 경사면(301b)을 구비한다.

제1캐비티 경사면(301a)은 제너 다이오드(305)가 마운트되지 않도록 제2전극(304)의 표면에서 수직하게 형성되는 경계면(B3), 경계면(B3)과 이웃하게 형성되는 제1경사면(B2), 및 제1경사면(B2)과 단차를 이루며, 제1경사면(B2)와 이웃하게 배치되는 제2경사면(B1)을 구비한다.

제1캐비티 경사면(301a)을 단차를 가지는 두 개의 경사면(B1. B2)으로 구성하여 제1캐비티 경사면(301a)을 반사경으로 활용할 수 있다. 제1경사면(B2)과 제2경사면(B1)이 단차를 가지면서 상측으로 신장할 때, 반사경의 길이가 증가하는 효과, 즉 발광 다이오드(302)에서 방출되는 센터 빔을 강화하는 방향으로 빛의 집중성이 향상될 수 있다.

도 10에 도시된 발광 소자의 제1전극(303)에 마운트되는 발광 소자(302)의 하단에는 방열구(303a)가 형성될 수 있다.

방열구(303a)는 발광 다이오드(302)에서 방출되는 열을 발광 다이오드(302)의 하단으로 방출하여 발광 다이오드(302)의 방열 특성을 향상시킨다. 방열구(303a)는 도 10 이외에도, 본 명세서에서 설명되는 발광 소자 전반에 걸쳐 형성될 수 있으며, 발광 다이오드의 하단에 형성되는 것이 바람직하다.

제1전극(303)과 제2전극(304) 사이에는 외부 이물질의 침투를 방지하기 위한 보호 캡(300a)이 형성될 수 있다. 제1전극(303)과 제2전극(304)은 발광 다이오드(302)에 양(+) 전압과 음(-) 전압을 제공하므로 전기적으로 이격되어 형성되어야 하며, 제1전극(303)과 제2전극(304)이 이격된 영역에는 먼지, 습기, 및 기타 이물질이 침투할 수 있다. 보호 캡(300a)은 이물질이 제1전극(303)과 제2전극(304) 사이로 침투하지 못하도록 실리콘, 및 에폭시와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다.

제2캐비티 경사면(301b)은 제3경사면(B4), 제4경사면(B5)으로 구성된다. 제2캐비티 경사면(301b)은 제1캐비티 경사면(301a)과는 달리 제너 다이오드(305)가 제4경사면(B5)를 따라 형성될 우려가 없으므로 별도의 경계면을 필요로 하지 않는다.

도 11은 본 실시예에 따른 발광 소자의 구성 방법의 일 예에 대한 참조도면을 나타낸다.

도 11을 참조하면, 발광 소자는 R, G, 및 B 발광 다이오드(402a, 402b, 402c), 제1전극(403), 제2전극(404), 보호 캡(400a), 제1전극(403)에서 돌출된 단자(407a, 407b), 제2전극(404)에서 돌출된 단자(407c, 407d), 캐비티(401), 캐비티(401)에 의해 형성되는 제1캐비티 경사면(401a)과 제2캐비티 경사면(401b), ESD 방지, 및 정전압 유지를 위한 제너 다이오드(405), 및 극성 판단을 위한 캐소드 마크(400b)를 포함한다.

본 실시예에 따른 발광 다이오드는 R, G, 및 B 색상이 개별 형성되며, R, G, 및 B 발광 다이오드에서 방출되는 빛이 혼색되어 백색광을 형성한다. R, G, 및 B 발광 다이오드(402a, 402b, 402c)에서 개별적으로 R, G, 및 B 색상의 빛이 방출되므로 캐비티(401)에는 형광체가 포함되지 않는 투명 재질의 봉지재가 충진된다.

만일, 도 11에 도시된 실시예에서, 발광 다이오드가 R 발광 다이오드(402a)와 G 발광 다이오드(402b)만이 배치되는 경우, B(Blue) 색상을 여기하기 위한 형광체가 봉지재에 첨가되어야 백색광을 여기할 수 있고, R 발광 다이오드(402a)와 B 발광 다이오드(402c)만이 배치되는 경우, G 색상을 여기하기 위한 형광체가 봉지재에 첨가되어야 백색광을 여기할 수 있으며, G 발광 다이오드(402b)와 B 발광 다이오드(402c)만 배치될 경우에는 R 색상을 여기하기 위한 형광체가 봉지재에 첨가되어야 백색광을 여기할 수 있다.

제1전극(403)에는 셋, 또는 두 개의 발광 다이오드가 마운트될 수 있으며, 마운트되는 발광 다이오드의 색상에 따라 봉지재에 첨가되는 형광체가 결정될 수 있다.

R, G, 및 B 발광 다이오드(402a, 402b, 402c)는 도 11에 도식된 바와 같이 삼각형을 이루며 제1전극(403)에 배치되는 것이 무난하나, 배열 형태를 따로 한정하지는 않는다.

도 12 내지 도 16은 캐비티에 형광체를 형성하는 다양한 방법을 설명하기 위한 참조도면을 나타낸다.

먼저, 도 12를 참조하면 캐비티(501)에는 형광체를 포함하는 제1봉지재(503)가 발광 다이오드(504) 위에 충진되고, 제1봉지재(503)가 충진된 후, 그 위에 투명 재질의 제2봉지재(502)가 적층 형성된다.

발광 다이오드(504)와 동일 평면상에 제너 다이오드(506)가 배치되며, 제너 다이오드(506)의 좌측에는 경계면(505)이 형성되어 제너 다이오드(506)가 캐비티(501)의 경사면을 따라 형성되지 않도록 제한한다.

다음으로, 도 13을 참조하면, 캐비티(511)에는 투명 재질의 제1봉지재(513)가 발광 다이오드(514) 위에 충진되고, 제1봉지재(513)가 충진된 후, 그 위에 형광체를 포함하는 제2봉지재(512)가 적층되어 형성되는 일 예를 도시한다.

발광 다이오드(514)와 동일 평면상에 제너 다이오드(516)가 배치되며, 제너 다이오드(516)의 좌측에는 경계면(515)이 형성되어 제너 다이오드(516)가 캐비티(511)의 경사면을 따라 형성되지 않도록 한다.

다음으로, 도 14는 캐비티(521)에 동일한 형광체가 포함되는 봉지재를 적층하는 일 예를 도시한다.

도 14를 참조하면, 발광 다이오드(524)에서 방출되는 빛은 발광 다이오드(524)와 인접한 제1봉지재(523), 및 제1봉지재(523) 위에 적층 형성되는 제2봉지재(522)를 통과하여 외부로 방출된다. 발광 다이오드(524)가 청색 광을 방출한다고 가정할 때, 제1봉지재(523), 및 제2봉지재(522)는 황색 형광체를 포함할 수 있다. 이때, 제1봉지재(523)와 제2봉지재(522)에 포함되는 형광체의 농도는 상이할 수 있으며, 제2봉지재(522)는 렌즈 형태로 가공되어 발광 다이오드(524)에서 외부로 방출되는 빛의 특성을 변경할 수 있다.

발광 다이오드(524)의 좌 측에는 발광 다이오드의 전압 안정화, 및 ESD 충격을 저감하는 제너 다이오드(526)이 마련되며, 제너 다이오드(526)가 캐비티(521)의 경사면을 따라 형성되지 않도록 하는 경계면(525)이 마련된다.

다음으로, 도 15는 둘 이상의 형광체를 포함하는 봉지재가 순차로 적층되는 일 예를 도시한다.

도 15를 참조하면, 발광 다이오드(534)가 청색 광을 방출하는 청색 발광 다이오드가 아닌 경우, 둘 이상의 형광체가 캐비티(531)에 차례로 적층되어 백색광을 여기할 수 있다. 도 15에서, 발광 다이오드(534)는 G 색상인 것을 예시하고 있으며, 발광 다이오드(534)에서 차례로 B 색상, 및 R 색상을 여기하는 제1봉지재(533)와 제2봉지재(532)가 적층되어 최종적으로 백색광을 여기할 수 있다.

만일, 발광 다이오드(534)가 적색 광을 방출하는 경우, 제1봉지재(533)은 G 색상, 또는 B 색상을 여기하는 형광체 중 하나가 첨가되고, 제2봉지재(532)에는 G 색상 또는 B 색상을 여기하는 형광체 중 제1봉지재(533)에 포함되지 않은 형광체가 첨가될 수 있다.

발광 다이오드(534)의 일측에는 발광 다이오드(534)로 인가되는 전압을 안정화하고, ESD 충격을 저감하기 위한 제너 다이오드(536)가 마련되며, 제너 다이오드(536)와 인접한 캐비티(531)의 경사면에는 제너 다이오드(536)가 캐비티(531)의 경사면을 따라 형성되지 않도록 경계면(535)이 형성된다.

마지막으로 도 16을 참조하면, 발광 소자는 제1전극(544), 제2전극(541), 제1전극(544)에 마운트되는 발광 다이오드(548), 제2전극(541)에 마운트되는 제너 다이오드(542), 및 캐비티(549)의 상측에 마련되는 PLF(550) 를 포함한다.

제너 다이오드(542)가 제1캐비티 경사면(545)을 향해 이동하거나 제1캐비티 경사면(545)에 형성되지 않도록 하기 위해, 제1캐비티 경사면(545)과 제2전극(541)이 접하는 영역에는 경계면(551)이 형성된다. 제1전극(544)와 제2전극(541)은 전기적으로 통전되지 않도록 이격되며, 이격되는 영역에는 헤드 캡(547)이 형성되어 제1전극(544)과 제2전극(541) 사이로 외부 이물질이 침투하지 않도록 한다.

발광 다이오드(548)의 하부에는 방열구(543)가 형성되어 발광 다이오드(548)에서 발생하는 열이 방열될 수 있도록 한다.

캐비티(549)의 상측에는 형광 물질을 포함하는 수지 재질의 필름인 PLF(Photo Luminescent Film)(550)가 마련된다. PLF(Photo Luminescent Film)(550)는 발광 다이오드(548)에서 방출되는 빛에 여기되어 백색광을 내는 형광체를 포함한다. 만약, 발광 다이오드(548)가 청색 광을 방출할 경우, 황색 형광체를 포함하는 PLF(550)는 청색 광에 여기되어 백색 광을 형성할 수 있다.

PLF(550)가 캐비티(549)의 상측에 형성되면, 캐비티(549)에는 별도의 형광체가 존재하지 않아도 된다. PLF(550)가 캐비티(549)의 상측에 형성될 때, 캐비티(549)에는 투명 재질의 수지가 충진될 수 있다.

발광 다이오드(548)에서 방출되는 빛이 R, 및 G 색상이거나, UV 일 경우, PLF(550)는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 발광 다이오드(548)가 적색 광(R)을 방출할 경우, PLF(550)는 청색, 및 녹색을 여기하는 형광체가 함께 포함되어 하나의 필름으로 형성되거나, 청색, 및 녹색을 여기하는 별개의 필름이 적층되어 형성될 수도 있다.

전술한 발광 다이오드는 백 라이트 유닛(BLU : Back Light Unit), 또는 조명장치에 적용될 수 있다.

도 17은 실시 예에 따른 발광소자를 어레이(array) 배열하여 구성한 백라이트 유닛의 제1 실시예에 대한 사시도를 도시한다.

도 17은 수직형 백라이트 유닛을 나타내며, 도 17를 참조하면 백라이트 유닛은 하부 수납 부재(650), 반사판(620), 복수의 발광소자모듈(640) 및 다수의 광학 시트(630)를 포함할 수 있다.

이때, 발광소자모듈(640)은 복수의 발광소자(644)가 어레이 배열되기용이하도록 인쇄회로 기판(642)에 실장될 수 있다.

한편, 발광소자(644)의 바닥면에는 다수의 돌기 등이 형성되어, 발광소자(644)들이 R, G, B 색상의 빛을 방출하는 것들로 구성되어 백색광을 형성할 경우, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 색 혼합효과를 향상시킬 수도 있다. 물론, 발광소자(644)가 백색광만 방출하는 경우에도, 바닥면의 돌기에 의해 백색광이 고루 퍼지면서 방출되도록 할 수 있다.

반사판(620)은 높은 광 반사율을 갖는 플레이트를 사용하여 광손실을 줄일 수 있다. 광학 시트(630)는 휘도 향상 시트(632), 프리즘 시트(634) 및 확산시트(636) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

확산 시트(636)는 발광소자(640)로부터 입사된 광을 액정 표시 패널(미도시)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정 표시 패널(미도시)에 조사할 수 있다. 프리즘 시트(634)는 프리즘 시트(634)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되게 변화시키는 역할을 한다. 즉, 확산 시트(636)로부터 출사되는 광을 수직으로 변환시키기 위해 적어도 하나의 프리즘 시트(634)를 액정 표시 패널(미도시) 하부에 배치시킬 수 있다. 휘도 향상 시트(632)는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시키고 투과축에 수직한 광은 반사시킨다.

실시예에 따른 발광 소자가 백 라이트 유닛에 적용될 때, 백 라이트 유닛의 내구성, 및 신뢰성이 더욱 향상될 수 있으며, 백 라이트 유닛을 구성하는 각 발광 소자의 제너 다이오드(105)가 제조 공정에서 파손될 위험이 적으므로 외부 ESD 충격에 대해 적절히 대응할 수 있다.

도 18은 실시예에 따른 발광소자를 어레이 배열하여 구성한 백라이트 유닛의 제2실시예에 대한 사시도를 도시한다.

도 18은 엣지형 백라이트 유닛을 도시하며, 도 18을 참조하면, 백라이트 유닛은 하부 수납 부재(800), 빛을 출력하는 발광소자모듈(810), 발광소자모듈(810)에 인접 배치된 도광판(820) 및 다수의 광학 시트(미도시)를 포함할 수 있다. 다수의 광학 시트(미도시)는 도광판(820) 상에 위치할 수 있으며, 이는 도 17을 통해 도시되고 설명된 다수의 광학 시트(630)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

발광소자모듈(810)은 복수의 발광소자(814)가 인쇄회로기판(812)상에 실장되어 어레이를 이룰 수 있다. 이러한 인쇄회로기판(812)으로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB를 사용할 수 있으며, 이 외에도 다양한 종류가 적용될 수도 있다. 또한 인쇄회로기판(812)은 사각 판 형태뿐만 아니라 백라이트 어셈블리의 구조에 따라 다양한 형태로의 제작이 가능하다.

도광판(820)은 발광소자(814)에서 출력한 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(미도시)로 제공하며, 도광판(820)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 만들고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 광학 필름(미도시) 및 도광판(820)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(820)으로 반사시키는 반사 시트(미도시)가 도광판(820)의 배면에 위치할 수 있다.

한편, 도 17에서 나타내고 설명한 수직형 백라이트 유닛의 구조와 도 18에서 나타내고 설명한 엣지형 백라이트 유닛의 구조는 혼합하여 사용될 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 발광 소자는 조명 장치에 적용될 수 있다.

본 실시예에 따른 발광 소자가 조명 장치에 적용되는 일 예는 도 19를 참조하여 설명하도록 한다.

도 19를 참조하면, 조명장치(900)는 등갓(902), 및 등갓(902)의 일 측면에 배열되는 발광 소자(901a ∼ 901n)로 구성되며, 도면에는 도시되지 않았으나, 각 발광 소자(901a ∼ 901n)에 전원을 공급하기 위한 전원장치가 마련될 수 있다. 본 실시예에 따른 발광 소자는 통상의 발광 소자에 비해 제너 다이오드와 같은 ESD 소자에 의해 흡수되는 빛이 없으므로 더 높은 광량의 출력을 기대할 수 있다.

도 19는 형광등 타입의 등갓을 예시하고 있다. 그러나, 실시예에 따른 발광 소자는 일반 장미전구 타입, FPL() 타입, 형광등 타입, 할로겐 램프 타입, 메탈램프 타입, 및 기타 다양한 타입과 소켓 규격에 적용될 수 있음은 물론이며, 이에 한정하지 않는다.

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.

100 : 몸체 101 : 캐비티
101a, 101b : 캐비티 경사면 102 : 발광 다이오드
103 : 제1전극 104 : 제2전극
105 : 제너 다이오드

Claims

캐비티 경사면이 형성된 몸체; 및
발광 다이오드와 제너 다이오드를 각각 마운트하는 제1전극, 및 제2전극;을 포함하며,
상기 제너 다이오드를 마운트하는 상기 제2전극과 이웃하는 상기 캐비티 경사면은,
상기 제2 전극과 제1각도를 이루는 경사면 및
상기 제2전극의 표면과 상기 제1각도와 서로 다른 제2각도를 이루며, 상기 경사면과 상기 제2전극 사이에 형성된 경계면으로 형성되며,
상기 발광 다이오드와 인접한 상기 캐비티 경사면은 상기 제1전극의 표면과 상기 제1각도를 이루는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면은,
상기 제2전극의 표면에 대해 수직하게 형성되는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면은,
상기 제2전극의 표면과 둔각을 이루는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면이 상기 제2전극의 표면과 이루는 각도는,
상기 캐비티 경사면이 상기 제2전극의 표면과 이루는 각도에 비해 작은 값으로 설정되는 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면의 높이는,
상기 제너 다이오드와 동일한 높이인 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면의 높이는,
상기 제너 다이오드의 높이보다 작은 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 경계면의 높이는,
상기 제너 다이오드의 높이보다 더 큰 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제너 다이오드는,
상기 제2전극의 표면에서 100㎛ 이하로 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 캐비티 경사면이 형성되는 영역에는 봉지재가 충진되는 발광 소자.
제9항에 있어서,
상기 봉지재는,
R(Red), G(Green), 및 B(Blue), Y(Yellow) 색상의 형광체 중 어느 하나가 첨가되는 발광 소자.
제9항에 있어서,
상기 봉지재는,
형광체를 포함하는 제1봉지재; 및
형광체를 포함하지 않는 제2봉지재;로 구성되는 발광 소자.
제9항에 있어서,
상기 봉지재는,
서로 다른 이종 형광체를 포함하는 제1봉지재, 및 제2봉지재로 구성되는 발광 소자.
캐비티 경사면이 형성된 몸체; 및
발광 다이오드와 제너 다이오드를 각각 마운트하는 제1전극, 및 제2전극;을 포함하며,
상기 제너 다이오드를 마운트하는 상기 제2전극과 이웃하는 상기 캐비티 경사면은,
상기 제2 전극과 제1각도를 이루는 경사면 및
상기 제2전극의 표면과 상기 제1각도와 서로 다른 제2각도를 이루며, 상기 경사면과 상기 제2전극 사이에 형성된 경계면으로 형성되며,
상기 발광 다이오드와 상기 제너 다이오드는 동일한 평면 상에 배치되는 발광소자.
제13항에 있어서,
상기 제1각도는,
상기 제2각도에 비하여 더 큰 각도인 발광소자.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자를 구비하는 조명장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자를 구비하는 백 라이트 유닛.