KR101523004B1 - 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광칩에서 발광된 광이 몰딩부에 입사되면서 발광칩과 몰딩부의 굴절률 차이로 광추출 효율이 낮아지는 것을 줄일 수 있는 발광 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발광 장치는 기판과; 상기 기판 상에 실장되는 발광칩과; 상기 발광칩을 봉지하는 몰딩부와; 상기 발광칩의 발광면에 밀착되도록 결합되어 상기 발광칩에서 발광되는 광을 굴절시키는 굴절판을 포함하고, 상기 굴절판의 굴절률은 상기 발광칩의 굴절률보다 낮고, 상기 몰딩부의 굴절률 보다 높은 것을 특징으로 한다.

발광 다이오드, 굴절, 알루미나, 실리콘

Description

발광 장치{Light emitting device}

본 발명은 발광 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광칩에서 발광된 광이 몰딩부에 입사되면서 발광칩과 몰딩부의 굴절률 차이로 광추출 효율이 낮아지는 것을 줄일 수 있는 발광 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 장치의 개략 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 발광 장치는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 이격되어 구비되는 제 1 및 제 2 리드 프레임(30a,30b)과, 상기 기판(10) 상에 실장되는 발광칩(40)과, 상기 발광칩(40)과 제 1 및 제 2 리드 프레임(30a,30b)을 연결시키는 와이어(60)를 포함한다. 이때 상기 기판(10)에는 상기 발광칩(40)을 둘러싸는 반사기(20)가 구비되고, 상기 발광칩(40), 와이어(60) 및 리드 프레임(30a,30b)을 보호하기 위하여 상기 반사기(20)의 내부에는 몰딩부(50)가 형성된다. 상기 몰딩부(50)에는 형광체가 혼입될 수 있다.

상기 발광칩(40)은 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전 자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 사용된다. 발광 다이오드로는 GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다. 이러한 발광칩(40)은 약 2.2 정도의 굴절률을 갖는다.

상기 몰딩부(50)는 실리콘 수지가 몰딩되어 이루어지는데, 실리콘 수지로 형성되는 몰딩부(50)의 굴절률은 약 1.4 ~ 1.5이다.

따라서, 발광칩에서 발광된 광이 발광칩보다 굴절률이 낮은 몰딩부로 입사될 때 굴절률의 차이가 너무 커서 몰딩부로 입사되지 못하고 반사되는 광이 많아짐에 따라 발광칩의 광추출 효율이 상당히 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발광칩에서 발생된 광이 몰딩부로 입사될 때 발광칩과 몰딩부의 계면에서 광이 반사되는 양을 감소시켜 발광칩의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 장치는 기판과; 상기 기판 상에 실장되는 발광칩과; 상기 발광칩을 봉지하는 몰딩부와; 상기 발광칩의 발광면에 밀착되도록 결합되어 상기 발광칩에서 발광되는 광을 굴절시키는 굴절판을 포함하고, 상기 굴절판의 굴절률은 상기 발광칩의 굴절률보다 낮고, 상기 몰딩부의 굴절률 보다 높은 것을 특징으로 한다.

이때 상기 몰딩부는 실리콘 수지로 형성되고, 상기 굴절판은 실리콘 수지에 실리콘의 굴절률보다 굴절률이 높은 첨가물질이 균일하게 혼입되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 첨가물질은 알루미나인 것이 바람직하다.

상기 굴절판은 형광체가 더 혼입되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 굴절판은 상기 발광칩에 소성 공정을 통하여 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 발광칩과 몰딩부 사이에 발광칩과 몰딩부 사이의 굴절률을 갖는 굴절판을 배치함에 따라 발광칩에서 발생된 광이 순차적으로 굴절률이 낮아지는 굴절판 및 몰딩부을 순차적으로 통과하면서 각각의 계면에서 광이 전반사되는 양을 감소시켜 발광칩의 광추출 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 소성 공정을 통하여 굴절판을 발광칩에 긴밀하게 결합시킴에 따라 발광칩과 굴절판 사이에 떨어져서 이격공간이 발생되는 것을 방지하여 이격공간의 발생에 따라 광이 전반사되어 광추출 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 발광 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 이해에 필요한 전반사에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.

도 2는 전반사를 설명하기 위한 개념도로서, 전반사란 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 빛이 입사할 때, 입사각이 임계각보다 큰 경우 빛이 굴절률이 작은 물질로 입사되지 못하고, 전부 반사되는 것을 말한다. 도면에 도시된 바와 같이 n1 물질의 굴절률이 n2 물질의 굴절률보다 큰 경우(n1 〉n2) 도면의 "C"의 경로로 입사되는 빛의 입사각(θ)이 임계각이 된다. 만약 n2 물질에 발생된 빛이 n2 물질로 입사될 때 입사되는 각이 임계각보다 작은 경우(도면의 "A" 및 "B"의 경로) n2 물 질로 입사되지만, 입사되는 각이 임계각보다 큰 경우(도면의 "D"의 경로) 빛은 n2 물질로 입사되지 않고 n1 물질로 모두 반사되는 현상이 발생된다. 그리고, n1 물질과 n2 물질 간의 굴절률 차이가 크면 클수록 임계각의 크기는 작아져서 전반사되는 양이 비례하여 증가하는 현상이 일어난다.

도 3은 본 발명에 따른 발광 장치의 개략 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발광 장치는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 이격되어 구비되는 제 1 및 제 2 리드 프레임(30a,30b)과, 상기 기판(10) 상에 실장되는 발광칩(40)과, 상기 발광칩(40)의 발광면에 밀착되도록 결합되어 상기 발광칩(40)에서 발광되는 광을 굴절시키는 굴절판(100)을 포함한다. 그리고, 상기 발광칩(40)과 제 1 및 제 2 리드 프레임(30a,30b)을 연결시키는 와이어(60)와, 상기 기판(10)에는 구비되어 상기 발광칩(40)을 둘러싸는 반사기(20)와, 상기 발광칩(40), 와이어(60) 및 리드 프레임(30a,30b)을 보호하기 위하여 상기 반사기(20)의 내부에는 형성되는 몰딩부(50)를 더 포함한다.

기판(10)은 발광칩(40)을 실장하기 위한 것으로서, 통상 절연성을 가진다. 이때, 상기 기판(10) 상에는 외부전원을 발광칩(40)에 인가하기 위한 제 1 및 제 2 리드 프레임(30a,30b)이 구비된다.

반사기(20)는 제 1 및 제 2 리드(30a,30b)와 기판(10)에 실장된 발광칩(40)을 수용시키는 캐비티를 구비한다. 이러한 반사기(20)는 기판(10)과 일체로 제작되거나 별개로 제작된 후 기판(10)과 접착시킬 수 있다. 반사기(20)의 캐비티를 형성 하는 내면은 소정의 경사면을 이루고 있으며, 이에 의해 발광칩(40)에서 발생되는 광이 상향 반사된다. 광의 효과적인 반사를 위해 그 내면에 반사 물질 혹은 반사판(미도시)을 부가시킬 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 리드(30a,30b)는 외부전원을 발광칩(40)에 인가하기 위한 것으로서, 서로 이격되어 형성된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 리드(30a,30b)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 도전체를 사용할 수 있다.

발광칩(40)은 외부전원의 인가에 의해 광을 발생시키는 수단으로, 적외선 영역에서부터 자외선 영역의 빛을 발광하는 칩 중에서 선택적으로 채택 가능하다. 예를 들어 종래의 기술에서도 설명한 바와 같이 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 사용된다. 발광 다이오드로는 GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 사용될 수 있으며, 이러한 발광칩(40)은 약 2.2 정도의 굴절률을 갖는다.

와이어(60)는 발광칩(40)에 형성되는 전극(41)과 제 1 및 제 2 리드(30a,30b)를 전기적으로 연결하기 위한 것으로서, 상기 와이어(60)는 와이어 접합 공정 등의 공정을 통해 금(Au) 또는 알루미늄(Al)으로 형성된다.

몰딩부(50)는 발광칩(40)을 봉지하고 상기 발광칩(40)과 연결된 배선, 예를 들어 와이어(60)을 고정시키기 위한 것으로서, 실리콘 수지와 같은 물질을 상기 반사기(20)의 내부에 주입하여 형성한다. 이때 실리콘 수지로 형성되는 몰딩부(50)의 굴절률은 약 1.4 ~ 1.5이다.

굴절판(100)은 굴절률이 상기 발광칩(40)의 굴절률보다 낮고, 상기 몰딩부(50)의 굴절률보다 높은 재료로 형성되어, 상기 발광칩(40)에서 발생된 광이 몰딩부(50)로 입사될 때 굴절률의 차이에 의해 전반사되는 양을 감소시키기 위한 수단으로서, 본 실시예에서는 몰딩부(50)를 형성하는 실리콘 수지(110)에 실리콘의 굴절률보다 굴절률이 높은 첨가물질을 균일하게 혼입시켜 굴절판(100)의 소성 경화시킴에 따라 굴절판(100)의 굴절률이 몰딩부(50)의 굴절률보다 높은 값이 되도록 한다. 이때 상기 첨가물질은 굴절률이 약 1.7 정도인 알루미나(120)를 사용한다.

상기 굴절판(100)은 실리콘 수지(110)에 알루미나(120) 분말을 혼합시킨 상태에서 가경화를 거쳐 소정의 플레이트 형상으로 형성한다. 이렇게 소정의 형상으로 형성된 굴절판(100)을 상기 발광칩(40)의 발광면에 긴밀하게 결합시키기 위하여 고온의 소성 공정을 진행한다. 따라서 실리콘 수지(110)에 고 굴저률의 알루미나(120)가 혼입되어 분포됨에 따라 상기 굴절판(100)의 평균 굴절률은 1.6이 되어 몰딩부(50)의 굴절률보다 높게 된다.

또한, 고온의 소성 공정을 거치면서 상기 굴절판(100)이 상기 발광칩(40)의 발광면에 긴밀하게 결합된다. 따라서 소성 공정에 의하여 발광칩(40)과 굴절판(100)이 물리적으로 긴밀하게 밀착된 상태가 되므로 발광칩(40)과 굴절판(100)이 이격되어 그 사이에 이격공간이 발생되는 것을 방지한다.

그리고, 상기 굴절판(100)에는 실리콘 수지(110)에 알루미나(120)를 혼입시 형광체(130)를 더 혼합시켜 형성할 수 있다.

상기 굴절판(100)에 혼입되는 형광체(130)는 발광칩(40)으로부터 발광된 1차 광의 일부를 흡수하여 흡수된 1차 광과 상이한 파장의 2차 광을 방출하는 것으로서, 임자결정(Host Lattice)과 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성이온으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 발광장치를 종래의 발광장치와 비교하면 다음과 같다.

종래의 발광장치는 발광칩(40)의 굴절률이 2.2이고, 몰딩부(50)의 굴절률이 1.5이다. 따라서 발광칩(40)에서 발생된 빛은 굴절률의 차이가 0.7인 굴절판(100)과 몰딩부(50) 사이의 계면을 통과하게 된다.

본 발명에 따른 발광장치는 종래의 발광장치와 마찬가지로 발광칩(40)의 굴절률이 2.2이고, 몰딩부(50)의 굴절률이 1.5이며, 발광칩(40)과 몰딩부(50) 사이에는 굴절률이 1.6인 굴절판(100)이 배치된다. 따라서 본 발명에 따르면 발광칩(40)에서 발생된 빛은 1차 적으로 굴절률의 차이가 0.6인 발광칩(40)과 굴절판(100) 사이의 계면을 한번 통과하고, 다시 한번 굴절률이 차이가 0.1인 굴절판(100)과 몰딩부(50) 사이의 계면을 통과하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 발광장치는 발광칩(40)에서 발생된 빛이 굴절률 차이가 많이 나는 굴절판(100)으로 직접 입사되지 않고 발광칩(40)과 몰딩부(50)의 사이의 굴절률을 갖는 굴절판(100)을 거치면서 전반사 되는 양을 감소시켜 초기 광추출 효율을 종래에 비하여 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 장치의 개략 단면도이고,

도 2는 전반사를 설명하기 위한 개념도이며,

도 3은 본 발명에 따른 발광 장치의 개략 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 발광 장치의 요부 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 30a,30b: 제 1 및 제 2 리드 프레임

40: 발광칩 50: 몰딩부

100: 굴절판 110: 실리콘 수지

120: 알루미나 130: 형광체

Claims (5)

1. 기판;

   상기 기판 상에 실장되는 발광칩;

   상기 발광칩을 봉지하는 몰딩부;

   상기 발광칩의 발광면 일부에 밀착되도록 결합되어 상기 발광칩에서 발광되는 광을 굴절시키는 굴절판;

   상기 기판 사이에 이격되어 구비되는 제1 및 제2 리드 프레임; 및

   상기 굴절판이 결합되지 않은 상기 발광면의 나머지 부분에 형성된 전극들과 상기 제1 및 제2 리드 프레임을 각각 전기적으로 연결하는 와이어를 포함하고,

   상기 굴절판의 굴절률은 상기 발광칩의 굴절류보다 낮고, 상기 몰딩부의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 몰딩부는 실리콘 수지로 형성되고,

   상기 굴절판은 실리콘 수지에 실리콘의 굴절률보다 굴절률이 높은 첨가물질이 균일하게 혼입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 첨가물질은 알루미나인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 굴절판은 형광체가 더 혼입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 굴절판은 상기 발광칩에 소성 공정을 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.

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