KR101789825B1 - 자외선 발광 다이오드를 이용한 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 패키지에 대한 것으로, 이 패키지는 캐비티가 형성되어 있는 세라믹 몸체, 상기 캐비티 내에 형성되는 자외선 발광 다이오드, 상기 세라믹 몸체 위에 형성되며, 상기 캐비티를 둘러싸는 지지부재, 및 상기 지지부재와 결합하며 상기 캐비티를 덮는 글라스 필름을 포함한다. 따라서, 자외선 발광소자 패키지에 있어서, 세라믹 몸체를 적용하여 방열성이 향상되며, 세라믹 몸체 위에 직접 글라스 필름을 부착하여 다른 구성 요소 없이 제조 공정이 단순화되어 제조 비용이 절감된다.

Description

자외선 발광 다이오드를 이용한 발광소자 패키지{The light emitting device package having UV light emitting diode}
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광소자 패키지로 이용되고 있으며, 발광소자 패키지는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
특히, 자외선 발광 다이오드(UV LED)의 경우, 245nm~405nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광 다이오드로서, 상기 파장대에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
그러나, 자외선 발광 다이오드는 발광 시에 열이 많이 발생하여 소자 불량이 초래되고, 동작 신뢰성이 떨어지며, 방열을 위해 패키지의 크기를 키우는 경우, 집적도 및 경제성이 낮아진다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 방열성이 확보되고, 파장에 관계 없이 범용으로 적용 가능한 자외선 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예는 캐비티가 형성되어 있는 세라믹 몸체, 상기 캐비티 내에 형성되는 자외선 발광 다이오드, 상기 세라믹 몸체 위에 형성되며, 상기 캐비티를 둘러싸는 지지부재, 및 상기 지지부재와 결합하며 상기 캐비티를 덮는 글라스 필름을 포함한다.
본 발명에 따르면, 자외선 발광소자 패키지에 있어서, 세라믹 몸체를 적용하여 방열성이 향상되며, 세라믹 몸체 위에 직접 글라스 필름을 부착하여 다른 구성 요소 없이 제조 공정이 단순화되어 제조 비용이 절감된다.
또한, 세라믹 몸체와 글라스 필름의 접착이 별도의 레이저나 용접 없이 접착제 및 나사 결합으로 형성됨으로써 조립이 용이하다.
또한, 245nm~405nm의 파장대의 자외선 발광 다이오드를 모두 적용할 수 있어 파장대별로 패키지를 별도로 제조하지 않아 범용 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 상면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이다.
도 5는 도 4의 점선영역의 다양한 적용예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이고, 도 4는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이며, 도 5는 도 4의 점선영역의 다양한 적용예를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(100)는 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80) 및 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95)를 포함한다.
상기 몸체(10)는 복수개의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)이 적층되어 형성되며, 각각의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)은 세라믹 소재로 구성된다. 상기 몸체(10)는 상기 세라믹 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)이 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC:low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC:high temperature co-fired ceramic)로서, 각각의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 사이에 설계에 따라 금속 패턴이 함께 형성될 수 있다.
상기 몸체(10)를 형성하는 세라믹 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)은 질화물 또는 산화물일 수 있으며, 열전도성을 향상시키기 위하여 바람직하게는 질화물일 수 있다.
상기 세라믹 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으며, 바람직하게는 질화알루미늄일 수 있다.
상기 몸체(10)에는 상부가 개방되도록 캐비티(15)가 형성될 수 있다.
상기 캐비티(15)는 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 설계에 의해 형성될 수 있으며, 도 2 및 도 4와 같이 제1 절연층(10a)은 기저 절연층으로서 패턴이 형성되지 않으며, 제2 절연층(10b) 및 제3 절연층(10c)은 발광 다이오드(20)를 실장할 수 있도록 중앙 영역이 개방되어 형성된다. 제4 절연층(10d)은 제3 절연층(10c) 위에 제3 절연층(10c)보다 더 큰 넓이의 개방 영역을 가지며 형성되어 캐비티(15)를 형성한다.
도 2 및 도 4의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)의 설계는 일 실시예로서, 이에 한정되지 않으며, 복수의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)의 설계에 따라 발광 다이오드(20)가 실장될 수 있는 캐비티(15)가 형성된다.
상기 캐비티(15)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 펀칭 등에 의해 형성됨으로써 바닥면에 대하여 수직한 측면을 가진다.
또한, 상기 캐비티(15)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상 일 수 있다.
상기 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 사이에는 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(31) 및 상기 제2 전극(32)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어, 상기 발광 다이오드(20)에 전원을 제공할 수 있다. 한편, 상기 발광 다이오드(20)의 설계에 따라, 상기 제1,2 전극(31,32) 외에 복수 개의 전극이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 전극(31,32)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1,2 전극(31,32)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au)이 순차적으로 적층된 Ti/Cu/Ni/Au층 일 수 있다.
즉, 상기 제1,2 전극(31,32)의 최하층에는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta)과 같이 상기 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)과의 접착력이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(31,32)의 최상층에는 금(Au)과 같이 와이어(Wire) 등이 용이하게 부착되며, 전기 전도성이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(31,32)의 최상층과 최하층 사이에는 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등으로 형성되는 확산 방지층(diffusion barrier layer)이 적층될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 전극(31,32)은 상기 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)의 소결 전에 패터닝되어 상기 절연층(10a, 10b, 10c, 10d)과 함께 적층되고, 동시 소성됨으로써 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 사이에 배치된다.
또한, 상기 제1 전극(31)은 제3 절연층(10c) 위에 노출되어 있으며, 상기 제3 절연층(10c)을 관통하는 비아로 상기 제2 절연층(10b) 위의 금속 패턴과 연결되어 몸체(10) 측면을 따라 몸체(10) 바닥면의 제1 패드(31a)와 연결된다.
상기 제2 전극(32)은 제2 절연층(10b)에 의해 노출되는 제1 절연층(10a) 위로부터 연장되어 상기 몸체(10) 측면을 따라 상기 몸체(10) 바닥면의 제2 패드(32a)와 연결된다.
상기 제1 패드 및 제2 패드(31a, 32a)는 외부로부터 각각의 전류를 인가받아 상기 제1 전극 및 제2 전극(31, 32)으로 전류를 인가한다.상기 제1 전극 및 제2 전극(31, 32)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 서로 분리되어 있으며 상기 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 사이에 형성될 수 있는 다양한 구성을 제외하지 않는다.
또한, 도 2와 같이 제2 전극(32)과 전기적으로 연결되며 제3 절연층(10c) 위에 형성되는 더미전극(33)을 더 포함할 수 있다. 상기 더미전극(33)이 형성되어 있는 경우, 상기 발광 다이오드(20) 이외의 소자의 전기적인 연결에 사용될 수 있다.
상기 제2 전극(32)은 상기 제1 절연층(10a)의 노출된 영역, 즉, 캐비티(15)의 바닥면에 형성됨으로써 상기 발광 다이오드(20)를 실장하는 실장패드로서 기능한다.
그리고, 상기 제1 전극(31)은 와이어(22)를 통하여 상기 발광 다이오드(20)의 상면과 전기적으로 연결할 수 있다.
한편, 상기 제1,2 전극(31,32)의 혼동 없이 구분하기 위해, 상기 몸체(10)에는 캐쏘드 마크(cathode mark)(도시하지 않음)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(10)의 상면의 제1 전극(31) 및 제2 전극(32) 상에는 상기 반사층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 상기 몸체(10) 상에 탑재될 수 있으며, 상기 발광 다이오드(20)는 상기 캐비티(15) 내에 탑재될 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 상기 발광소자 패키지(100)의 설계에 따라 적어도 하나가 상기 몸체(10) 상에 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)가 복수 개 탑재된 경우, 복수 개의 발광소자 패키지(100)에 전원을 공급하는 복수 개의 전극 및 복수 개의 반사층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 다이오드(20)는 상기 몸체(10)의 절연층(10a, 10b, 10c, 10d) 상에 직접 탑재되거나, 제1 또는 2 전극(31,32) 위에 전기적으로 접착될 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 자외선 발광 다이오드로서, 245nm 내지 405nm대의 파장을 가지는 자외선 발광 다이오드일 수 있다. 즉, 280nm 내외의 단파장 자외선을 방출하거나, 365 또는 385nm의 장파장 자외선을 방출하는 발광 다이오드(20)가 모두 적용될 수 있다.
발광 다이오드(20)는 와이어 본딩, 다이 본딩, 플립 본딩 방식을 선택적으로 이용하여 탑재할 수 있으며, 이러한 본딩 방식은 칩 종류 및 칩의 전극 위치에 따라 변경될 수 있다.
발광 다이오드(20)는 III족과 V족 원소의 화합물 반도체 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs 등의 계열의 반도체를 이용하여 제조된 반도체 발광소자를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 제2 전극(32)에 전도성 접착제로 부착되고, 와이어(22)로 제1 전극(31)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 발광 다이오드(20)는 수직형 발광소자라 명명하며, 도 3과 같이 전도성 지지기판(21), 본딩층(23), 제2 도전형 반도체층(25), 활성층(27), 및 제1 도전형 반도체층(29)을 포함한다.
전도성 지지기판(21)은 금속 또는 전기 전도성 반도체 기판으로 형성될 수 있다.
기판(21) 위에는 III족-V족 질화물 반도체층이 형성되는 데, 반도체의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
전도성 지지기판(21) 위에는 본딩층(23)이 형성될 수 있다. 본딩층(23)은 전도성 지지기판(21)과 질화물 반도체층을 접착되도록 한다. 또한, 전도성 지지기판(21)은 본딩 방식이 아닌 도금 방식으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 본딩층(23)은 형성되지 않을 수도 있다.
본딩층(23) 위에는 제2 도전형 반도체층(25)이 형성되며, 제2 도전형 반도체층(25)은 본딩층(23)과 전도성 지지기판(21)을 통하여 제2 전극(32)과 전기적으로 연결된다.
제2 도전형 반도체층(25)은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(25)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba를 포함한다.
제2 도전형 반도체층(25)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Mg와 같은 p형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 p형 GaN층으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)은 소정 영역에 전류 확산(current spreading) 구조를 포함한다. 전류 확산 구조는 수직 방향으로의 전류 확산 속도보다 수평 방향으로의 전류 확산 속도가 높은 반도체층들을 포함한다.
전류 확산 구조는 예컨대, 도펀트의 농도 또는 전도성의 차이를 가지는 반도체층들을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)은 그 위의 다른 층 예컨대, 활성층(27)에 균일한 분포로 확산된 캐리어를 공급될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25) 위에는 활성층(27)이 형성된다. 활성층(27)은 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물(MQW) 구조로 형성될 수 있다. 활성층(27)의 한 주기는 InGaN/GaN의 주기, AlGaN/InGaN의 주기, InGaN/InGaN의 주기, 또는 AlGaN/GaN의 주기를 선택적으로 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)과 활성층(27) 사이에는 제2 도전형 클래드층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 p형 GaN계 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 우물층의 에너지 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(27) 위에는 제1 도전형 반도체층(29)이 형성된다. 제1 도전형 반도체층(29)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등에서 적어도 하나를 첨가될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(29)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Si와 같은 n형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 n형 GaN층을 형성할 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(25)은 p형 반도체층, 제1 도전형 반도체층(29)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 이하, 실시 예의 설명을 위해 반도체층의 최상층은 제1 도전형 반도체층(29)을 그 예로 설명하기로 한다.
제1 도전형 반도체층(29) 위에는 제1 전극 또는/및 전극층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 전극층은 산화물 또는 질화물 계열의 투광층 예컨대, ITO(indium tin oxide), ITON(indium tin oxide nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(indium zinc oxide nitride), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, NiO의 물질 중에서 선택되어 형성될 수 있다. 전극층은 전류를 확산시켜 줄 수 있는 전류 확산층으로 기능할 수 있다.
또한, 전극층은 반사 전극층일 수 있으며, 반사 전극층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 제1 전극은 단층 또는 다층 구조의 금속층을 포함할 수 있으며, 예컨대 금속층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 복수 개가 상기 몸체(10) 상에 탑재될 수도 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 제2 전극(32) 위에 탑재되어 전기적으로 연결되고, 상기 와이어(22)에 의해 상기 제1 전극(31)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 와이어(22)는 상기 제1 전극(31)에 일단이 접합되고, 타단이 상기 발광 다이오드(20)에 접합될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(15)는 별도의 봉지재로 충진되지 않고, 비활성 기체로 채워질 수 있다. 즉, 질소 등과 같은 비활성 기체로 채워짐으로써 수분 및 산소 등과 같은 환경적 요인으로부터 발광 다이오드(20)를 보호한다.
상기 몸체(10) 위에는 상기 캐비티(15)를 덮으며 하드 글라스 필름(hard glass film)으로 투광 필름(80)이 형성된다.
상기 투광 필름(80)은 LiF, MgF2, CaF2, BaF2, Al2O3, SiO2 또는 광학유리(N-BK7○R)의 투명한 물질로 형성될 수 있으며, SiO2의 경우, 쿼즈 결정 또는 UV Fused Silica일 수 있다.
또한, 상기 투광 필름(80)은 저철분 글라스(low iron glass)일 수 있다.
상기 몸체(10)의 최 상단의 제4 절연층(10d) 위에 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95)가 형성되어 있다.
상기 지지부재(95)는 몸체(10)의 캐비티(15)와 투광 필름(80) 사이에 소정의 이격 거리를 충족하기 위하여 상기 몸체(10) 위에 형성되어 있다.
상기 지지부재(95)는 상기 제4 절연층(10d)과 동일 물질로서 일체화되어 형성될 수 있으며, 이와 달리 별도의 물질, 예를 들어 금속으로 형성되어 상기 제4 절연층(10d)에 부착될 수 있다.
상기 지지부재(95)는 상기 제4 절연층(10d) 위에 상기 제4 절연층(10d)의 개방 영역을 둘러싸는 링형(ring type) 또는 프레임형(frame type)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 투광 필름(80)은 상기 지지부재(95)의 상면과 레이저 또는 땜 용접 없이 접착제 등을 통하여 부착됨으로써 제조 공정 및 단가가 낮아질 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투광 필름(80)과 지지부재(95)의 부착 방식에 대하여 설명한다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 지지부재(95) 상면과 투광 필름(80)을 관통하는 결합핀(91)을 포함한다.
상세히 설명하면, 상기 지지부재(95)에 상기 결합핀(91)이 삽입되는 지지홈(11)이 형성되며, 상기 투광 필름(80)은 상기 지지홈(11)과 정렬하며 상기 결합핀(91)이 삽입되는 글라스홀(81)을 포함한다.
상기 결합핀(91)은 도 4와 같이, 핀헤드(85) 및 핀몸체(87)로 형성되며, 핀헤드(85)의 직경이 핀몸체(87)의 직경보다 크고, 핀몸체(87)가 핀헤드(85)로부터 멀어질수록 직경이 작아지는 원뿔형으로 형성될 수 있다.
상기 핀헤드(85)의 직경은 상기 글라스홀(81)의 직경보다 크도록 형성되고, 상기 글라스홀(81) 및 상기 지지홈(11)이 상기 핀몸체(87)와 끼움결합되도록 형성됨으로써, 상기 투광 필름(80)과 지재부재(95)를 결합한다.
도 4에서는 상기 핀헤드(85)의 형상을 반구형으로 형성하였으나, 이와 달리 상면이 평평한 평면을 가질 수도 있으며, 단면이 원형뿐만 아니라 다각형일 수도 있다.
또한, 도 5a와 같이, 상기 결합핀(91)의 핀몸체(87a)는 상기 핀헤드(85)로부터 멀어질수록 직경이 작아지는 원뿔형을 가지며, 상기 원뿔형의 표면에 나사돌기가 형성되고, 상기 지지홈(11)과 글라스홀(81)의 측면에 상기 나사돌기와 결합되는 나사홈이 형성되어 상기 결함핀과 상기 지지홈(11) 및 글라스홀(81)이 나사결합하여 결합될 수 있다.
또한, 도 5b와 같이, 상기 결합핀(91)의 핀몸체(87b)는 상기 핀헤드(85)로부터 종단까지 동일한 직경을 가지는 기둥형을 가질 수 있으며, 상기 기둥형의 표면에 나사돌기가 형성되고, 상기 지지홈(11)과 글라스홀(81)의 측면에 상기 나사돌기와 결합되는 나사홈이 형성되어 상기 결합핀(91)과 상기 지지홈(11) 및 글라스홀(81)이 나사결합하여 결합될 수 있다.
이와 같이, 상기 결합핀(91)은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 투광 필름(80)을 관통하여 상기 지지부재(95)와 결합함으로써 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95)를 결합한다.
이때, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95) 상면 사이에는 접착제(도시되지 않음)가 도포되어 있을 수 있으며, 상기 접착제는 Ag 페이스트, UV 접착제, Pb-free 저온유리, 아크릴 접착제 또는 세라믹 접착제 등일 수 있다.
이와 같이, 세라믹 몸체(10)를 사용하여 방열성을 확보함으로써 종래 자외선 파장에 따라 방열을 위해 패키지의 크기가 확장되던 문제점을 해결함으로써 발광 다이오드(20)의 파장과 관계 없이 동일한 패키지 구조를 적용할 수 있어 파장에 관계 없이 패키지의 범용 사용이 가능하다.
이하에서는 도 6을 참고하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 6의 발광 소자 패키지(100A)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100A)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95A)를 포함한다.
상기 도 6의 발광소자 패키지(100A)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(100A)의 지지부재(95A)는 상기 투광 필름(80)이 슬라이드 되는 글라스홈(96)이 형성된다.
상기 글라스홈(96)은 상기 몸체(10)를 향하는 안쪽 측벽에 형성되어 있으며, 상기 투광 필름(80)의 두께보다 크거나 같은 높이를 가지며 형성된다.
상기 글라스홈(96)을 따라 상기 투광 필름(80)이 측방향으로 슬라이드되어 상기 캐비티(15)를 밀봉한다.
상기 글라스홈(96) 내에는 접착제(도시하지 않음)가 도포될 수 있다.
상기 접착제는 Ag 페이스트, UV 접착제, Pb-free 저온유리, 아크릴 접착제 또는 세라믹 접착제 등일 수 있다.
이와 같이, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95A)가 슬라이드 결합하도록 지지부재(95A)의 내측면에 홈(96)이 형성되고, 그 사이에 접착제가 도포되어 결합이 더욱 공고해진다.
이하에서는 도 7을 참고하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 7의 발광 소자 패키지(100B)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100B)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95B)를 포함한다.
상기 도 7의 발광소자 패키지(100B)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(100B)는 투광 필름(80)과 부착되어 상기 지지부재(95B)와 나사결합하는 글라스케이스(88)를 포함한다.
상기 글라스케이스(88)는 상부에 안쪽으로 투광 필름(80)이 놓여지는 스텝구조(step structure)를 포함하며, 하부에 바깥쪽으로 상기 지지부재(95B)와 나사결합하기 위한 스텝 구조를 포함한다.
상기 하부에 형성되어 있는 스텝 구조의 측벽에는 상기 지지부재(95B)와 나사결합하는 나사홈이 형성되어 있다.
상기 지지부재(95B)는 상부에 글라스케이스(88)와 결합하는 스텝구조를 포함하며, 상기 스텝구조의 측벽에 상기 글라스케이스(88)의 나사홈과 나사결합하는 나사돌기(97)가 형성되어 있다.
상기 지지부재(95B)와 상기 투광 필름(80)의 결합은 상기 투광 필름(80)과 일체화 되어 있는 글라스케이스(88)를 상기 지지부재(95B)와 나사결합함으로써 형성할 수 있다.
이때, 상기 글라스케이스(88)는 상기 투광 필름(80)과 동일한 재질로 동시에 형성됨으로서 일체화되어 있을 수 있으며, 이와 달리, 상기 글라스케이스(88)와 접착되어 있는 금속부재로 형성될 수 있다.
상기 투광 필름(80)이 부착되어 있는 글라스케이스(88)와 상기 지지부재(95B)에 의해 나사결합만으로 간단하게 투광 필름(80)을 발광소자 패키지에 부착할 수 있다.
이하에서는 도 8을 참고하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 8의 발광 소자 패키지(100C)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100C)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95C)를 포함한다.
상기 도 8의 발광소자 패키지(100C)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지(100C)는 지지부재(95C) 상면으로부터 돌출되어 있는 복수의 결합돌기(98) 및 상기 결합돌기(98)와 정렬하며 상기 결합돌기(98)가 삽입되는 투광 필름(80)의 복수의 결합홈(82)을 포함한다.
상기 결합돌기(98)는 상기 지지부재(95C)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 투광 필름(80)의 결합홈(82)에 상기 지지부재(95C)의 결합돌기(98)가 걸림됨으로써, 상기 투광 필름(80)에 의해 캐비티(15)가 밀봉되며, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95C) 상면 사이에는 접착제(92)가 도포되어 있다.
상기 접착제(92)는 Ag 페이스트, UV 접착제, Pb-free 저온유리, 아크릴 접착제 또는 세라믹 접착제 등일 수 있다.
이와 같이, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95C)가 걸림되어 있으며, 사이에 접착제(92)가 도포되어 결합이 더욱 공고해진다.
이하에서는 도 9을 참고하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 9의 발광 소자 패키지(100D)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100D)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95D)를 포함한다.
상기 도 9의 발광소자 패키지(100D)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광소자 패키지(100D)는 몸체 위에 형성되어 있는 투광 필름(80) 중 상기 지지부재(95D) 상면과 닿는 영역에 복수의 접착홀(83)을 포함한다.
상기 투광 필름(80)과 지지부재(95D) 상면 사이에는 접착제(84)가 도포되어 있다.
상기 접착제(84)는 Ag 페이스트, UV 접착제, Pb-free low temperature glass, 아크릴 접착제 또는 세라믹 접착제 등일 수 있으며, 상기 접착제(84) 도포 후 상기 투광 필름(80)과 지지부재(95D)를 가압함으로써 상기 접착홀(83)을 상기 접착제(84)로 매립한 뒤 경화한다.
이와 같이, 상기 접착제(84)로 상기 접착홀(83)을 매립 후, 상기 접착제(84)를 경화함으로써 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95D) 사이에 접착제(84)에 의해 부착하면서도, 상기 접착홀(83)과 접착제(84) 사이의 물리적 결합을 유도하여 결합을 더욱 공고히할 수 있다.
도 9에서는 투광 필름(80)에 복수의 접착홀(83)이 형성되는 것으로 기재하였으나, 이와 달리 접착홈이 형성되고, 상기 접착제(84)가 상기 접착홈을 매립할 수도 있으며, 접착홀(83)의 구성은 다양하게 형성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 10의 발광 소자 패키지(100E)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100E)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95E)를 포함한다.
상기 도 10의 발광소자 패키지(100E)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광소자 패키지(100E)는 상기 캐비티(15) 하부의 몸체(10) 내부에 상기 발광 다이오드(20)로부터 방출되는 열을 방열부재(90)로 전달하기 위한 복수의 방열홀(14)이 형성된다.
상기 방열홀(14)은 캐비티(15) 바닥면으로부터 상기 방열부재(90)까지의 몸체(10)를 관통하며, 상기 발광 다이오드(20) 하부에도 형성될 수 있다.
상기 방열부재(90)는 상기 몸체(10)보다 열 전도성이 높은 물질로 구현될 수 있으며, 상기 방열홀(14)는 제1 절연층(10a)의 세라믹을 소결 전에 펀칭하여 형성한다.
도 10에서는 상기 방열홀(14)의 내부에 공간을 형성함으로써 열이 대류를 통하여도 전달될 수 있도록 형성하였으나, 이와 달리, 상기 방열홀(14)의 내부를 상기 몸체(10)의 재질보다 열전도성이 높은 물질로 매립하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95E)의 접착은 도 4 내지 도 9의 어느 한 실시예를 적용할 수 있으나, 도 10과 같이, 투광 필름(80)에 글라스 돌기(86)가 형성되고, 지지부재(95E) 상면에 상기 글라스 돌기(86)와 정렬하는 돌기홈(99)이 형성되어 글라스 돌기(86)와 상기 돌기홈(99)의 끼움 결합으로 접착될 수 있다.
이때, 상기 지지부재(95E) 상면과 상기 투광 필름(80) 사이에는 접착제(87)가 더 형성될 수 있으며, 상기 투광 필름(80)과 상기 지지부재(95E) 사이에 돌기(86)와 홈(99)에 의해 고정하면서도 상기 접착제(87)에 의해 결합을 더욱 공고히할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 11의 발광 소자 패키지(100F)는 세라믹 몸체(10), 상기 몸체(10) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드(20), 그리고 상기 몸체(10) 상에 배치되어, 상기 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극(도시하지 않음)을 포함한다.
또한, 상기 발광소자 패키지(100F)는 상기 발광 다이오드(20)를 보호하는 투광 필름(80), 상기 투광 필름(80)을 지지하는 지지부재(95)를 포함한다.
상기 도 11의 발광소자 패키지(100F)의 몸체(10), 절연층(12), 발광 다이오드(20), 전극의 구성은 도 1 내지 도 3의 발광소자 패키지(100)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 11의 발광소자 패키지(100F)의 발광 다이오드(20)는 자외선 발광 다이오드 일 수 있으며, 245nm 내지 405nm대의 파장을 가지는 발광 다이오드(20)일 수 있다. 즉, 280nm 내외의 단파장 자외선을 방출하거나, 365 또는 385nm의 장파장 자외선을 방출하는 발광 다이오드(20)가 모두 적용될 수 있다.
자외선 발광 다이오드(20)는 제1 전극(31)에 전도성 접착제로 부착되고, 와이어(22)로 제2 전극(32)에 전기적으로 연결될 수 있다. 발광 다이오드(20)는 와이어 본딩, 다이 본딩, 플립 본딩 방식을 선택적으로 이용하여 탑재할 수 있으며, 이러한 본딩 방식은 칩 종류 및 칩의 전극 위치에 따라 변경될 수 있다.
이때, 상기 캐비티(15) 내에 상기 자외선 발광 다이오드(20)와 전기적으로 연결되어 있는 유색 발광 다이오드(30) 및 제너 다이오드(35)를 더 포함한다.
상기 유색 발광 다이오드(30)는 청색, 녹색 또는 적색 발광 다이오드일 수 있으며, 도 11과 같이 자외선 발광 다이오드(20)와 동일하게 제2 전극(32) 위에 탑재되어 상기 제2 전극(32)과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 전극(31)과 와이어(도시하지 않음)를 통해 연결될 수 있다.
상기 유색 발광 다이오드(30)와 상기 자외선 발광 다이오드(20)가 병렬 연결되어 있는 경우, 상기 유색 발광 다이오드(30)는 상기 자외선 발광 다이오드(20)와 동일하게 동작하여 유색의 빛을 방출함으로써 상기 자외선 발광 다이오드(20)의 동작 여부를 육안으로 식별 가능하도록 한다.
이와 달리, 상기 유색 발광 다이오드(30)는 별개의 전극(도시하지 않음)으로부터 전원을 인가받아 상기 자외선 발광 다이오드(20)가 동작하는 시작점에서 발광 후 발광하지 않는 펄스형 발광 동작을 수행할 수도 있다.
한편, 상기 캐비티(15) 내에 도 11과 같이 제너 다이오드(35)를 포함함으로써 역전류가 흐를 경우 역전류를 제너 다이오드(35)로 흘려줌으로써 자외선 발광 다이오드(20)를 보호할 수 있다. 상기 제너 다이오드(35)는 도 11과 같이 더미 전극(33) 위에 배치되며 별도의 단자로부터 전원을 인가받을 수 있다.
도 11과 같이 캐비티(15) 내에 유색 발광 다이오드(30)와 제너 다이오드(35)를 자외선 발광 다이오드(20)와 함께 배치할 수 있으며, 상기 몸체(10)와 투광 필름(80)의 결합 방법은 도 4 내지 도 10 중 어느 한 방법을 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
발광소자 패키지 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F
지지부재 95, 95A, 95B, 95C, 95D, 95E
발광 다이오드 20
몸체 10
캐비티 15
투광 필름 80
제1 전극, 제2 전극 31, 32

Claims (20)

  1. 캐비티를 포함하는 세라믹 몸체,
    상기 캐비티 내에 배치되는 자외선 발광 다이오드,
    상기 세라믹 몸체 위에 배치되며, 상기 캐비티를 둘러싸는 지지부재, 및
    상기 지지부재와 결합하며 상기 캐비티를 덮는 글라스 필름을 포함하고,
    상기 세라믹 몸체는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 상기 자외선 발광 다이오드가 실장되도록 중앙 영역이 개방된 제2 절연층 및 제3 절연층과, 상기 제3 절연층 상에 상기 제3 절연층 보다 큰 넓이의 개방 영역을 가지는 캐비티를 가지는 제4 절연층을 포함하고,
    상기 몸체에 서로 이격되어 상기 자외선 발광 다이오드와 전기적으로 연결되어 있는 제1 및 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극은 제3 절연층 위에 노출되며, 상기 제3 절연층을 관통하는 비아로 제2 절연층 위의 금속 패턴과 연결되어 상기 제1 절연층 및 제2 절연층의 측면을 따라 상기 제1 절연층의 바닥면의 제1 패드와 연결되고,
    상기 제2 전극은 상기 제2 절연층 위에 노출되는 제1 절연층 위로부터 연장되어 상기 제1 절연층 및 제2 절연층의 측면을 따라 상기 제1 절연층의 바닥면의 제2 패드와 연결되고,
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되도록 제3 절연층 위에 배치되는 더미 전극을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 와이어를 통해 상기 자외선 발광 다이오드의 상면과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극은 상기 제1 절연층 위에 노출되는 상기 제2 전극의 상면에 실장된 상기 자외선 발광 다이오드와 전기적으로 연결되는 자외선 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극 상에는 반사층이 더 형성되는 발광소자 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부재 상면에 적어도 하나의 결합 돌기를 포함하며, 상기 글라스 필름은 상기 결합 돌기와 끼움결합하는 적어도 하나의 결합홈을 포함하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부재 상면에 적어도 하나의 결합홈을 포함하며, 상기 글라스 필름은 상기 결합홈에 끼움결합하는 적어도 하나의 결합 돌기를 포함하는 발광소자 패키지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 글라스 필름과 상기 지지부재를 고정하는 적어도 하나의 결합핀을 더 포함하고,
    상기 글라스 필름은 상기 결합핀을 통과시키는 적어도 하나의 관통홀을 포함하며,
    상기 결합핀은 상기 글라스 필름의 관통홀의 직경보다 큰 직경을 가지는 핀헤드 및 상기 핀헤드로부터 연장되어 상기 관통홀과 끼움결합하는 핀몸체를 포함하고, 상기 핀몸체는 표면에 나사돌기를 포함하며, 상기 핀몸체는 상기 핀헤드로부터 일정한 직경을 가지며 연장되는 발광소자 패키지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부재의 상면과 상기 글라스 필름 사이에 접착부재가 배치되며, 상기 접착부재는 UV 접착제를 포함하고, 상기 글라스 필름은 상기 접착부재로 매워지는 적어도 하나의 접착홀을 더 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부재의 내측면에 상기 글라스 필름을 슬라이드하는 홈이 더 형성되고, 상기 지지부재는 상기 세라믹 몸체와 일체로 형성되며 상기 세라믹 몸체는 상기 캐비티 바닥면으로부터 상기 세라믹 몸체의 바닥면까지 연장되는 적어도 하나의 방열홀을 포함하는 발광소자 패키지.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 몸체의 상기 캐비티 내에 상기 자외선 발광 다이오드의 동작을
    표시하는 유색 발광 다이오드를 더 포함하고, 상기 글라스 필름을 둘러싸며 상기 지지부재와 나사결합하는 글라스 케이스를 더 포함하는 발광소자 패키지.
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