KR101468696B1

KR101468696B1 - 발광 소자

Info

Publication number: KR101468696B1
Application number: KR1020070141581A
Authority: KR
Inventors: 이상민
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2014-12-08
Also published as: KR20090073602A

Abstract

발광 소자가 개시된다. 이 발광 소자는 상부면, 하부면 및 상기 상부면에 형성된 사각기둥 형상의 홈을 갖는 베이스 기판을 포함한다. 발광 다이오드가 홈 내에 실장되고, 그 상부면이 베이스 기판의 상부면 아래에 위치한다. 한편, 파장변환 물질이 홈을 채운다. 이때, 발광 다이오드의 상부면과 베이스 기판의 상부면 사이의 간격은 0.2 mm 이하이다. 이에 따라, 발광 다이오드 상부면에 균일한 두께의 파장변환 물질을 형성할 수 있어 발광 소자의 색좌표 분포를 균일하게 할 수 있다.

발광 소자, 발광 다이오드, 파장변환 물질

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 색좌표 분포를 구현할 수 있는 발광 소자에 관한 것이다.

무기계 발광 다이오드를 실장한 발광 소자는 컬러 구현이 가능하여 표시등, 전광판 및 디스플레이용으로 널리 사용되고 있으며, 백색광을 구현할 수 있어 일반 조명용으로도 사용되고 있다. 발광 다이오드는 효율이 높고 수명이 길며 친환경적이어서 그것을 사용하는 분야가 계속해서 증가하고 있다.

한편, 다색광 또는 백색광은 서로 다른 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드들을 조합하거나, 단파장의 광을 방출하는 발광 다이오드와 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 형광체를 조합하여 구현된다. 특히, 구조적으로 간단하고 연색성이 높은 백색광을 구현하기 위해 단일의 발광 다이오드와 형광체를 조합한 발광 소자가 많이 이용되고 있다.

형광체는 일반적으로 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 내에 분산되어 사용된다. 그러나, YAG계, 오소실리케이트계 또는 설파이드계 형광체와 같은 무기계 형광체는 수지에 비해 상대적으로 비중이 크기 때문에 수지 내에 균일하게 분포시키기 어렵다.

수지 내에 형광체가 균일하게 분산되지 못함에 따라, 동일 공정에 의해 제조된 발광 소자들 사이에 색상이 서로 다르게 나타나며, 색좌표에서 산포 범위가 상당히 넓게 된다. 이에 따라, 요구되는 색좌표 범위 내의 발광 소자 생산 수율이 감소되어 제조 비용이 증가된다.

한편, 발광 다이오드의 상부면에 파장변환 물질을 균일하게 코팅하는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법은 플립칩과 같이 전극들이 하부면에 위치하는 발광 다이오드에 적합하고, 전극들이 상부면에 위치하는 발광 다이오드에 적용하는 데는 어려움이 있다. 즉, 파장변환 물질이 발광 다이오드의 전극들을 덮도록 코팅될 경우, 발광 소자의 리드 전극들과 발광 다이오드의 전극들을 전기적으로 연결할 수 없다. 따라서, 발광 다이오드의 전극들을 제외한 나머지 영역들 상에 파장변환 물질을 코팅해야 하는 어려움이 따른다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 동일 공정에 의해 제조되는 발광 소자들의 색좌표 분포를 개선할 수 있는 발광 소자를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 균일한 두께의 파장변환물질층을 쉽게 형성할 수 있는 발광 소자를 제공하는 데 있다.

상기 과제들을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 상부면, 하부면 및 상기 상부면에 형성된 사각기둥 형상의 홈을 갖는 베이스 기판을 포함한다. 발광 다이오드가 상기 홈 내에 실장되고, 그 상부면이 상기 베이스 기판의 상부면 아래에 위치한다. 한편, 파장변환 물질이 상기 홈을 채운다. 이때, 상기 발광 다이오드의 상부면과 상기 베이스 기판의 상부면 사이의 간격에 의해 상기 발광 다이오드 상부면 상에 위치하는 파장 변환 물질의 두께가 제어된다.

상기 발광 다이오드의 상부면과 상기 베이스 기판의 상부면 사이의 간격은 0.2 mm 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 약 0.2mm 정도의 두께를 갖는 파장변환 물질층이 발광 다이오드 상부에 형성될 수 있다. 파장 변환 물질층의 두께가 약0.2mm 인 경우, 형광체가 파장변환 물질층 내에서 침전하더라도 형광체 분포의 차이가 크지 않으며, 따라서 동일 공정에 의해 균일한 색좌표의 발광 소자들을 제공할 수 있다.

한편, 상기 발광 다이오드와 상기 홈의 측벽들과의 간격은 0.1 mm 이하일 수 있다. 간격이 0.1mm를 초과할 경우, 발광 다이오드의 측면으로 방출된 광이 파장 변환 물질 내에서 발광 다이오드의 상부면으로 방출된 광에 비해 상대적으로 먼 경로를 진행하게 되어 색편차가 발생될 수 있다.

한편, 리드 전극들이 상기 베이스 기판의 상부면에 형성될 수 있으며, 본딩 와이어들이 상기 발광 다이오드와 상기 리드 전극들을 전기적으로 연결할 수 있다.

이에 더하여, 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판의 하부면으로부터 상기 리드전극들에 이르는 관통공들 및 상기 베이스 기판의 하부면으로부터 상기 발광 다이오드에 이르는 관통공 중 적어도 하나의 관통공을 가질 수 있다. 이에 따라, 동작시 발광 다이오드에서 방출된 열을 효율적으로 방출할 수 있다.

한편, 본딩 패드들이 상기 홈의 바닥면에 형성될 수 있으며, 상기 발광 다이오드는 상기 본딩 패드들에 플립 본딩될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 베이스 기판에 형성된 홈을 이용하여 균일한 두께의 파장변환 물질을 형성할 수 있어 동일한 공정에 의해 제조되는 발광 소자들의 색좌표 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 베이스 기판에 형성된 홈을 이용하여 파장 변환 물질을 형성하므로, 발광 다이오드와 리드전극들을 전기적으로 연결한 후 파장 변환 물질을 형성할 수 있으며, 따라서 균일한 두께의 파장변환물질층을 쉽게 형성할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 발광 소자는 베이스 기판(20), 발광 다이오드(30) 및 파장변환 물질(40)을 포함한다.

상기 베이스 기판(20)은 상부면(23) 및 하부면을 가지며 또한 상기 상부면에 내벽들(25) 및 바닥면을 갖는 사각기둥 형상의 홈을 갖는다. 베이스 기판(20)은, 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 인쇄회로기판(PCB), 메탈-PCB, 세라믹 기판, 금속 슬러그, 플라스틱 기판 등 다양할 수 있다.

발광 다이오드(30)가 상기 홈 내에 실장된다. 발광 다이오드는 수직형 발광 다이오드, 수평형 발광 다이오드 또는 플립칩형 발광 다이오드 등일 수 있으며, GaN 계열의 청색 또는 자외선 발광 다이오드일 수 있다. 상기 발광 다이오드(30)의 상부면과 베이스 기판(20)의 상부면(23) 사이의 간격(S1)은 0.2mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 발광 다이오드(30)와 베이스 기판(20)의 내벽들(25) 사이의 간격(S2)은 0.1mm 이하인 것이 바람직하다.

한편, 파장변환 물질(40)이 상기 베이스 기판(20)의 홈을 채운다. 파장변환 물질(40)은 형광체를 함유하는 에폭시 또는 실리콘 수지일 수 있다. 파장변환 물 질(40)은 발광 다이오드(30)와 베이스 기판(20)의 내벽들(25) 사이를 채우고, 상기 발광 다이오드(30) 상부면을 덮는다.

발광 다이오드(30)와 베이스 기판(20)의 상부면(23) 사이의 간격에 의해 발광 다이오드 상부에 형성되는 파장변환 물질층의 두께를 제어할 수 있다. 파장변환 물질(40)은 발광 다이오드(30)를 베이스 기판(20)에 형성된 리드 전극들(도시하지 않음)에 전기적으로 연결된 후 형성된다. 따라서, 발광 다이오드의 상부면에 전극들이 위치하더라도, 파장변환 물질(40)이 상기 전극들을 덮도록 형성될 수 있다.

파장변환 물질(40)은 평평한 상부면을 가질 수 있으며, 디스펜싱, 트랜스퍼 몰딩, 스텐실링 등 다양한 방법들 중에서 적합한 방법을 선택하여 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 발광 다이오드(30) 상부에 위치하는 파장변환 물질(40)의 두께를 약 0.2mm 이하로 제어할 수 있다. 따라서, 동일한 공정에 의해 제조되는 발광 소자들의 색좌표 분포를 균일하게 할 수 있어 생산 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광 다이오드(30)와 내벽들(25) 사이를 0.1mm 이하로 제어함으로써 발광 다이오드(30)의 측면을 통해 방출된 광이 파장변환 물질(40) 내에서 긴 경로를 이동하는 것을 방지하여 색편차를 감소시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 여기서, 도 2는 수평형 발광 다이오드(30)가 베이스 기판(20)에 실장된 것을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 베이스 기판(20)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 하부면(21) 및 상부면(23)을 가지며, 상부면(23) 쪽에 내벽들 및 하부면을 갖는 사 각기둥 형상의 홈을 갖는다. 또한, 발광 다이오드(30)가 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 홈 내에 배치된다.

베이스 기판(20)의 상부면(23) 상에 리드 전극들(50)이 위치한다. 상기 리드 전극들은 인쇄회로 또는 리드프레임일 수 있다. 상기 발광 다이오드(30)는 본딩 와이어들(60)을 통해 리드 전극들(50)에 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 베이스 기판(20)은 하부면(21)으로부터 리드 전극들(50)에 이르는 관통공들(27)을 가질 수 있으며, 또한 하부면(21)으로부터 발광 다이오드(30)에 이르는 관통공(29)을 가질 수 있다. 상기 관통공들(27, 29)은 동작시 발광 다이오드(29)에서 발생된 열을 효율적으로 방출시킨다. 또한, 상기 관통공들(27, 29) 내에 금속 또는 다른 열전도율이 높은 물질이 채워질 수 있다.

파장변환 물질(40)은 본딩 와이어들(60)이 형성된 후, 디스펜싱 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 파장변환 물질(40)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성된 홈을 채워 발광 다이오드(30)를 덮는다.

본 실시예에 따르면, 전극들이 상부면에 형성된 수평형 발광 다이오드들의 경우에도 발광 다이오드(30)의 상부에 균일한 두께의 파장변환 물질(40)을 용이하게 형성할 수 있으며, 따라서 균일한 색좌표 분포를 갖는 발광 소자들의 수율을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 수평형 발광 다이오드를 예로 설명하였으나, 하나의 전극이 상부면에 위치하고 다른 전극이 하부면에 위치하는 수평형 발광 다이오드의 경우에도 적용될 수 있다. 이 경우, 본딩 패드가 상기 홈의 바닥면에 형성되어 외 부 리드에 전기적으로 연결되고, 상기 발광 다이오드의 하부면에 위치하는 전극이 상기 본딩 패드에 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 다이오드의 상부면에 위치하는 전극은 베이스 기판(20)의 상부면에 위치하는 리드 전극에 본딩 와이어를 통해 전기적으로 연결된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 여기서, 도 3은 플립칩형 발광 다이오드(30)가 베이스 기판(20)에 실장된 것을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 베이스 기판(20)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 하부면(21) 및 상부면(23)을 가지며, 상부면(23) 쪽에 내벽들 및 하부면을 갖는 사각기둥 형상의 홈을 갖는다. 또한, 발광 다이오드(30)가 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 홈 내에 배치된다.

상기 홈의 바닥면에 본딩 패드들(70)이 위치한다. 상기 본딩 패드들(70)은 외부의 리드들(도시하지 않음)에 전기적으로 연결된다. 이러한 연결은 다층 구조의 배선들을 갖는 PCB 또는 세라믹 기판 등에서 쉽게 연결될 수 있다.

상기 발광 다이오드(30)는 상기 본딩 패드들에 플립본딩된다. 즉, 발광 다이오드(30)의 하부면에 위치하는 전극들이 상기 본딩 패드들(70)에 각각 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 베이스 기판(20)은 하부면(21)으로부터 발광 다이오드(30)에 이르는 관통공(29)을 가질 수 있다. 또한, 상기 관통공(29)은 금속 또는 다른 열전도율이 높은 물질로 채워질 수 있다.

파장변환 물질(40)은 발광 다이오드(30)가 실장된 후, 디스펜싱, 트랜스퍼 몰딩, 스텐실링 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 파장변환 물질(40)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성된 홈을 채워 발광 다이오드(30)를 덮는다.

한편, 상기 파장변환 물질(40)의 상부면이 평평한 면인 것으로 도시하였으나, 상기 상부면은 평평한 면에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상, 예컨대, 볼록한 형상, 오목한 형상, 또는 프레넬 형상과 같은 렌즈 형상을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.

Claims

상부면, 하부면 및 상기 상부면에 형성된 사각기둥 형상의 홈을 갖는 베이스 기판;

상기 홈 내에 실장되고, 그 상부면이 상기 베이스 기판의 상부면 아래에 위치하는 발광 다이오드;

상기 홈을 채우는 파장변환 물질을 포함하고,

상기 발광 다이오드의 상부면과 상기 베이스 기판의 상부면 사이의 간격은 0.2 mm 이하이며,

상기 발광 다이오드의 상부면과 상기 베이스 기판 상부면 사이의 간격에 의해 상기 발광 다이오드 상부면 상에 위치하는 상기 파장변환 물질의 두께가 결정되는 발광 소자.
청구항 1에 있어서,

상기 발광 다이오드와 상기 홈의 측벽들과의 간격은 0.1 mm 이하인 발광 소자.
청구항 2에 있어서,

상기 베이스 기판의 상부면에 형성된 리드 전극들; 및

상기 발광 다이오드와 상기 리드 전극들을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들을 더 포함하는 발광 소자.
청구항 3에 있어서, 상기 베이스 기판은

상기 베이스 기판의 하부면으로부터 상기 리드전극들에 이르는 관통공들 및 상기 베이스 기판의 하부면으로부터 상기 발광 다이오드에 이르는 관통공 중 적어도 하나의 관통공을 갖는 발광 소자.
청구항 2에 있어서,

상기 홈의 바닥면에 형성된 본딩 패드들을 더 포함하고,

상기 발광 다이오드는 상기 본딩 패드들에 플립 본딩된 발광 소자.
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