KR101343544B1 - 발광 장치 - Google Patents

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백준승
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이아름
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우리이앤엘 주식회사
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Abstract

본 개시는, 금속 재질의 기판과, 기판 위에 배치되는 발광 소자, 및 각각 부도체 재질의 하부층과 도체 재질의 상부층으로 이루어지며, 발광 소자와 떨어지게 기판 위에 배치되는, 제1 전극 패드와 제2 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치에 관한 것이다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시는 전체적으로 발광 장치에 관한 것으로, 특히 금속 재질의 기판을 사용하는 칩 온 보드(chip-on-board) 타입의 발광 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
근래 들어, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED)를 발광 소자로 사용하는 발광 장치가 점차 보편화되고 있다. 이와 같은 발광 장치는 다수의 LED를 소정의 배열 규칙에 따라 조립하여 균일한 조도를 제공하도록 할 수 있다. 일반적으로, LED들은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, 이하 PCB) 상에 장착되어 서로 전기적으로 연결되며, 다른 전기 시스템에 접속된다.
발광 장치를 구성하기 위해, LED들은 단순히 칩(chip) 형태로 기판에 직접 장착되거나, 먼저 LED 패키지(package) 형태로 제작된 다음 기판에 장착될 수 있다.
LED 패키지는, LED 칩, 상방으로 개방된 캐비티를 구비하여 LED 칩을 수용하는 하우징 및 하우징과 결합됨과 더불어 LED 칩을 지지하며 전원을 인가하는 프레임(frame)을 포함한다. 일반적으로, LED 패키지의 제조 공정은, 한 번의 공정에서 다수의 LED 패키지를 제조할 수 있는 방식으로 수행된다. 다수의 프레임부를 포함하는 회로 배선이 패터닝된 구리 재질의 패턴 프레임(patterned frame)이 사용되며, 이와 같은 패턴 프레임과 결합되도록 플라스틱 소재를 사용한 사출공정을 수행하여 각 프레임부에 하우징이 형성되도록 한다. 이어서, LED 칩이 각 프레임부에 전기적으로 연결한다. 형광체와 투명 재질의 수지가 혼합된 봉지제가 각 하우징의 캐비티에 적하되어, LED 칩을 봉지함과 더불어 광을 투과시키는 봉지부가 형성된다. 이후, 패키지 단위로 리드 프레임(lead frame)을 절단하여, 독립된 LED 패키지로 완성된다.
LED 패키지 형태로 제작된 다음 기판에 장착되는 구조의 발광 장치는 상기한 바와 같이 LED 칩을 패키지 형태로 제작하기 위한 선행되어야 할 복잡한 공정을 필수적으로 필요로 함에 따라, 단순히 LED 칩 형태로 기판에 직접 장착되는 구조의 칩 온 보드 타입의 발광 장치가 공정 단순화에 따른 생산성 향상과 원가절감 측면에서 주목받고 있는 실정이다.
칩 온 보드 타입의 발광 장치는 크게 절연 재질의 기판을 사용하거나 금속 재질의 기판을 사용하는 것으로 구분될 수 있다. 이 중, 알루미늄 등 금속 재질의 기판을 사용하는 발광 장치는 방열 성능이 요구되는 경우에 바람직하다.
도 1은 금속 재질의 기판을 사용한 종래기술의 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 종래기술에 따른 발광 장치(1)는, 금속 재질의 기판(10) 위에 절연층(20)과 회로동박층(30)을 순차적으로 적층하고, 회로동박층(30) 상부에 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist: 이하 PSR) 공정 및 도금 공정을 수행하여 인쇄 회로 기판(50)을 마련한 다음, PCB(50) 위에 LED 칩(60)과 전원을 인가하기 위한 한 쌍의 전극 패드(70, 80)를 장착하고, LED 칩(60)을 봉지하는 봉지부(90)를 구비한 구조로 제작된다. 이러한 형태의 PCB(50)가 일본 공개특허공보 특개평05-304346호에 제시되어 있다.
이와 같은 칩 온 보드 타입의 발광 장치는, LED 패키지 형태로 기판에 장착되는 발광 장치와 비교했을 때, 이미 공정 단순화와 원재료 절감 통해 생산성 향상과 원가 절감 측면에서 상당한 정도의 개선을 이루었지만, 여전히 더욱 개선된 발광 장치를 제공하기 위한 연구가 당업자에 의해 진행되고 있는 실정이다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
이를 위하여, 본 개시는, 금속 재질의 기판과, 기판 위에 배치되는 발광 소자, 및 각각 부도체 재질의 하부층과 도체 재질의 상부층으로 이루어지며, 발광 소자와 떨어지게 기판 위에 배치되는, 제1 전극 패드와 제2 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 금속 재질의 기판을 사용한 종래기술의 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도이다.
도 5는 실시예 2에 따른 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 C-C선 단면도이다.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 실시예 1에 따른 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도이다.
발광 장치(100)는, 기판(110), 발광 소자(130), 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160), 및 봉지부(170)를 포함한다.
기판(110)은 금속 재질이며, 회로를 형성하기 위한 절연층과 회로동박층 등의 추가적인 적층 공정이나 PSR 공정 및 도금 공정을 수행할 필요 없이, 원재료 그대로 사용될 수 있다. 즉, 기판(110) 위의 발광 소자(130) 및 전극 패드들(150)(160)이 점유하는 부분을 제외한 나머지 표면은 금속 재질의 기판의 표면일 수 있다.
기판(110)은, 예를 들어 알루미늄 재질일 수 있다. 종래기술에 따른 기판의 경우, PSR과 같은 백색 도료를 표면에 덮어 반사율을 높이는데, 고온에서 장시간 동작할 경우 변색에 의한 광흡수가 일어나지만, 알루미늄 재질의 기판은, 시간이나 온도에 따른 표면에서의 반사율 변화가 거의 없어 장시간 동작에 따른 제품의 신뢰성을 향상시킨다.
한편, 기판(110)은 은(Ag)층 또는 은층과 함께 투명산화막을 더 포함할 수도 있을 것이다. 반사율이 높은 은을 증착 또는 도금과 같은 방법으로 기판 위에 올리는 방식으로 형성되는 은층은 알루미늄과 같은 금속 재질의 기판 표면에서의 광흡수를 줄이고 반사율을 증가시킬 수 있도록 한다. 또한, 은층 위에 형성되는 투명산화막은 은층의 변색을 막을 수 있도록 한다.
발광 소자(130)는 기판(110) 위에 다이 본딩과 같은 방식으로 장착된다. 발광 소자(130)는 전원이 인가되면 발광하는 반도체 소자, 예를 들어, LED 일 수 있다. 본 실시예에서는 2×2 배열 구조로 발광 소자(130)가 장착되지만, 발광 소자(130)의 수와 배열 구조는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 발광 소자(130)가 금속 재질의 기판(110) 위에 직접 접촉하도록 장착됨에 따라, 발광시 발생하는 열이 열전달 능력이 우수한 금속 재질의 기판을 통해 효과적으로 방출될 수 있다.
제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)는, 발광 소자(130)와 떨어지게 기판(110) 위에 장착된다. 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)는 모두, 금속 재질의 기판(110)과의 단락을 방지하기 위해, 기판(110)과 직접 접촉하는 부도체 재질의 하부층(151, 161)과 도체 재질의 상부층(153, 163)을 포함하는, 복층 구조로 이루어진다. 또한, 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 와이어 본딩 및 전원 연결시 공간적인 편의를 위해, 발광 소자(130)를 가운데 두고 대향하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
선택적으로, 별도로 도시하진 않지만, 발광 소자들(130) 사이의 간접적인 연결을 위한 것으로서, 다수의 발광 소자(130)를 구비하는 발광 장치에서 회로 구성을 위해 필요한 경우, 제1 전극 패드(150) 및 제2 전극 패드(160)와 마찬가지로 기판(110)과 직접 접촉하는 부도체 재질의 하부층과 도체 재질의 상부층을 포함하는 복층 구조로 이루어지는, 하나 이상의 연결 전극 패드를 포함할 수도 있다. 더불어, 회로 구성을 위해 필요한 경우, 역전류 방지를 위한 제너 다이오드와 같은 비발광 소자 또한 발광소자들 사이사이에 배치될 수 있을 것이다.
봉지부(170)는 형광체와 광을 투과시키는 투명 재질의 수지가 혼합된 봉지제를 발광 소자(130)와 발광 소자의 주변에 적하하여 반구형 또는 돔형으로 형성되며, 발광 소자(130)를 봉지함과 더불어 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)를 각각 부분적으로 덮는다. 이때, 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)는 발광 소자(130)와 인접한 내측 부분들(157, 167)만 부분적으로 봉지부(170)에 의해 덮이는 것이 바람직하다.
발광 소자(130)와 제1 전극 패드(150) 사이, 발광 소자(130)와 제2 전극 패드(160) 사이, 및 발광 소자(130)와 발광 소자(130) 사이에, 와이어(180)가 와이어 본딩 공정을 통해 연결된다. 이 중에서, 발광 소자(130)와 제1 전극 패드(150) 사이 및 발광 소자(130)와 제2 전극 패드(160) 사이에 와이어(180)를 연결할 때, 와이어(180)는 봉지부(170)에 의해 봉지되는 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160)의 내측 부분들(157, 167)에 연결된다. 따라서, 와이어(180) 또한 봉지부(170)에 의해 완전하게 봉지되어, 외부의 충격으로부터 안전하게 보호될 수 있다. 된다. 한편, 전원은 봉지부(170)로 덮이지 않는 제1 전극 패드(150) 및 제2 전극 패드(160)의 외측 부분(159, 169)에 각각 연결된다.
실시예 1에 따른 발광 장치(100)에 의하면, 공정 수가 대폭 감소함과 더불어 원재료가 현저히 절감된다. 따라서, 생산성 향상 및 원가절감 측면에서 상당한 개선을 달성할 수 있도록 한다.
도 5는 실시예 2에 따른 발광 장치의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 6의 C-C선 단면도이다.
발광 장치(200)는, 경계턱(210)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 실시예 1의 발광 장치(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서 동일한 구성요소에 동일한 참조부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.
경계턱(210)은, 봉지부(170)의 가장자리를 따라 배치되어 봉지부(170)를 둘러싸도록 기판(110) 및 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160) 위에 형성된다. 경계턱은 기판(110)과 전극 패드들(150, 160) 사이의 단락을 방지하기 위해 비전도성 재료로 이루어진다. 이와 같은 경계턱(210)은, 봉지부(170)를 형성할 때, 경계턱(210) 내부에 적하되는 봉지제가 퍼져나갈 수 있는 수평방향 한계로 작용함에 따라, 봉지부(170)가 항상 일정한 돔형 또는 반구형 형상으로 형성될 수 있도록 하여, 봉지부(170) 불량을 예방할 수 있도록 한다. 또한, 경계턱(210)은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 환형으로 형성되어 봉지부(170)의 평면 형상을 한정한다.
한편, 경계턱(210)은 전체적으로 일정한 상면의 높이를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 경계턱(210)의 제1 전극 패드(150)와 제2 전극 패드(160) 위에 놓이는 부분(211, 213)은 기판(110) 위에 놓이는 경계턱(210)의 나머지 부분(217, 219)보다 얇게 형성된다. 경계턱(210)은 화이트 실리콘 및 잉크 도팅(INK Dotting) 방식, 잉크 스크린 인쇄(INK Screen Print) 방식 및 잉크 사출 방식 등을 이용하여, 금속 재질의 기판(110) 상부에 100㎛ 내지 500㎛ 범위 이내의 일정한 높이로 형성될 수 있다.
실시예 2에 따른 발광 장치(200)에서, 제1 전극 패드(150) 및 제2 전극 패드(160) 각각의 봉지부에 의해 덮이는 내측 부분(157, 167)과 나머지 외측 부분(159, 169)은 경계턱(210)에 의해 명확하게 구분될 수 있다.
따라서, 실시예 2에 따른 발광 장치(200)에서도, 발광 소자(130)와 전극 패드들(150, 160) 사이를 연결하는 와이어(180)는, 봉지부(170)에 의해 덮이게 되는 제1 전극 패드(150) 및 제2 전극 패드(160)의 경계턱(210) 내측의 부분들(157, 167)에 연결된다. 마찬가지로, 전원 또한 봉지부(170)로 덮이지 않는 제1 전극 패드(150) 및 제2 전극 패드(160)의 경계턱(210) 외측의 부분들(159, 169)에 각각 연결된다.
실시예 2에 따른 발광 장치(200)에 의하면, 실시예 1에 따른 발광 장치(100)와 마찬가지로, 공정 수가 대폭 감소함과 더불어 원재료가 현저히 절감된다. 따라서, 생산성 향상 및 원가절감 측면에서 상당한 개선을 달성할 수 있도록 한다. 더불어, 경계턱(210)을 구비함에 따라, 봉지부(170)가 항상 일정한 평면 형상, 및 돔형 또는 반구형의 입체 형상으로 형성될 수 있도록 하여, 봉지부 불량을 예방할 수 있도록 한다.
본 개시는 생산성 향상과 원가 절감 측면에서 더욱 개선된 발광 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 개시에 따른 발광 장치는 실내외 조명, 광고 간판과 같은 전광판 및 표시 장치 등에 광출사 장치로 사용될 수 있다.
본 개시는 절연층과 회로동박층을 포함하지 않을 뿐만 아니라 도금 공정이나 PSR 공정을 수행하지 않는 대신, 단순히 부도체 성질의 하부층과 도체 성질의 상부층으로 이루어진 전극 패드들을 사용함으로써, 칩 온 보드 타입의 발광 장치를 구성함에 있어서 현저한 원재료 절감 및 공정 단순화를 통해, 생산성 향상 및 원가 절감 측면에서 더욱 향상된 개선을 달성할 수 있도록 한다.
100, 200: 발광 장치 110: 기판
130: 발광 소자 150: 제1 전극 패드
151, 161: 하부층 153, 163: 상부층
160: 제2 전극 패드 170: 봉지부
180: 와이어 210: 경계턱

Claims (13)

  1. 금속 재질의 기판;
    기판 위에 배치되는 발광 소자;
    제1 전극 패드와 제2 전극 패드로서, 각각 부도체 재질의 하부층과 도체 재질의 상부층으로 이루어지며, 발광 소자와 떨어지게 기판 위에 배치되는, 제1 전극 패드와 제2 전극 패드;
    발광 소자를 봉지하고, 제1 전극 패드와 제2 전극 패드를 각각 부분적으로 덮는 봉지부; 그리고,
    봉지부의 가장자리를 따라 배치되어 봉지부를 둘러싸도록 기판 및 제1 전극 패드와 제2 전극 패드 위에 형성되는 경계턱;을 포함하며,
    경계턱은 비전도성 재료로 이루어지고,
    경계턱의 제1 전극 패드와 제2 전극 패드 위에 놓이는 부분은 기판 위에 놓이는 경계턱의 나머지 부분보다 얇게 형성되어, 경계턱이 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드의 높이보다 높게 전체적으로 일정한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    봉지부는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    발광 소자는 봉지부에 의해 덮이는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드의 경계턱 내측의 부분들과 각각 와이어 본딩 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    발광 소자와 발광 소자 사이의 간접적인 연결을 위한 연결 전극 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    외부 전원이 봉지부로 덮이지 않는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드의 경계턱 외측의 부분들에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    경계턱은 환형으로 형성되어 봉지부의 평면 형상을 한정하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  11. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 6 내지 청구항 8, 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전극 패드와 제2 전극 패드는 발광 소자를 가운데 두고 대향하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    기판 위의 발광 소자 및 전극 패드들이 점유하는 부분을 제외한 나머지 표면은 금속 재질의 기판의 표면인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    기판은 고 반사율의 은층 및 그 위의 투명산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101096639B1 (ko) 2010-12-24 2011-12-21 주식회사 이츠웰 트렌치 기판과 서브마이크로 렌즈를 구비한 발광다이오드 어레이 및 그 제조방법

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KR101096639B1 (ko) 2010-12-24 2011-12-21 주식회사 이츠웰 트렌치 기판과 서브마이크로 렌즈를 구비한 발광다이오드 어레이 및 그 제조방법

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