KR101865932B1 - 발광소자 패키지 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 패키지에 대한 것으로, 이 장치는 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치되는 방열 프레임, 상기 캐비티 내에 상기 방열 프레임을 중심으로 양측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 방열 프레임 위에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자, 그리고 상기 방열 프레임과 상기 제1 및 제2 전극 사이에 상기 몸체와 다른 물질로 형성되는 절연성 접착층을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다. 따라서, 리드 프레임과 발광 소자가 실장되는 방열 프레임 사이에 절연층을 형성함으로써 이 별도 분리되어 형성될 때, 상기 리드프레임과 방열 프레임 사이로 솔더가 침투하는 것을 방지하여 패키지 신뢰성이 향상된다.

Description

발광소자 패키지 및 조명 장치{The light emitting device package and the light emitting system}
본 실시예는 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.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예는 리드 프레임과 별도의 방열부를 가질 때, 리드 프레임과 방열부를 별도의 절연층으로 절연하여 솔더 침투 경로를 차단함으로 신뢰성이 향상되는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예는 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치되는 방열 프레임,
상기 캐비티 내에 상기 방열 프레임을 중심으로 양측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 방열 프레임 위에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자, 그리고 상기 방열 프레임과 상기 제1 및 제2 전극 사이에 상기 몸체와 다른 물질로 형성되는 절연성 접착층을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 발광소자 패키지에 있어서, 리드 프레임과 발광 소자가 실장되는 방열 프레임 사이에 절연층을 형성함으로써 이 별도 분리되어 형성될 때, 상기 리드프레임과 방열 프레임 사이로 솔더가 침투하는 것을 방지하여 패키지 신뢰성이 향상된다.
또한, 상기 리드 프레임과 방열 프레임을 일부 겹쳐 구성함으로써 리드 프레임과 상기 방열 프레임 사이의 거리가 감소하여 와이어 길이를 줄일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8은 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 예를 나타낸 도면이다.
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.
삭제
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 간접(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 상면도이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(100)는 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)을 포함한다.
상기 발광소자 패키지(100)는 상기 발광 소자(120)를 실장하기 위한 방열 프레(130)임을 포함하며, 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 몸체(110)는 전도성을 갖는 도체로 형성될 수도 있다. 몸체(110)가 전기 전도성을 갖는 재질인 경우, 몸체(110)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어 몸체(110)가 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 쇼트(short)되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 위에서 바라본 몸체(110)의 둘레 형상은 발광 소자 패키지(100)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 몸체(110)에는 상부가 개방되도록 캐비티(115)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(115)는 예를 들어, 사출 성형에 의해 형성되거나, 에칭에 의해 형성될 수 있다.
상기 캐비티(115)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 그 내측면은 바닥면에 대하여 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다. 상기 경사진 측면은 상기 몸체(110)에 습식 식각(Wet Etching)을 실시하여 형성된 경우, 50°내지 60°의 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 캐비티(115)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상 일 수 있다.
상기 몸체(110) 위에 상기 제1 전극(131), 제2 전극(132) 및 방열 프레임(130)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(131) 및 상기 제2 전극(132)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어, 상기 발광 소자(120)에 전원을 제공할 수 있다. 한편, 상기 발광 소자(120)의 설계에 따라, 상기 제1,2 전극(131,132) 외에 복수 개의 전극이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 제1, 2 전극(131,132)은 상기 캐비티(115) 내에 서로 분리되며 노출되어있으며, 도 2와 같이 몸체(110)의 측면을 감싸며 배면까지 연장되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1, 2 전극(131,132)은 도 1a와 같이 상기 캐비티(115) 바닥면의 폭과 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 도 1b와 같이 상기 캐비티(115) 바닥면의 폭보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1,2전극(131,132)은 단층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Sn, Ni, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1,2 전극(131,132)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1,2 전극(131,132)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au)이 순차적으로 적층된 Ti/Cu/Ni/Au층 일 수 있으나, 이것에 한정하지 않는다.
즉, 상기 제1,2 전극(131,132)의 최하층에는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta)과 같이 상기 몸체와의 접착력이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(131,132)의 최상층에는 금(Au)과 같이 와이어(Wire) 등이 용이하게 부착되며, 전기 전도성이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(131,132)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(131,132)은 도금 방식, 증착 방식, 포토리소그래피 등을 이용하여 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1,2 전극(131,132)은 전도성 연결부재인 와이어(122)가 부착되어, 상기 제1,2 전극(131,132)을 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 상기 제1,2 전극(131,132)의 혼동 없이 구분하기 위해, 상기 몸체(110)에는 캐쏘드 마크(cathode mark)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1, 2 전극(131, 132) 사이에 방열 프레임(130)이 배치되어 있다.
상기 방열 프레임(130)은 평면 형상을 가지고, 상기 캐비티(115) 내에 노출되어 있으며, 상기 발광 소자(120)를 직접 실장한다.
상기 방열 프레임(130)은 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)과 동일한 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 방열 프레임(130)은 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)보다 열전도성이 높은 물질로 형성될 수도 있다.
상기 방열 프레임(130)은 도 2와 같이 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)의 하부에 형성되어 있으며, 가장자리 영역의 일부가 상기 제1, 2 전극(131, 132)과 중첩되도록 배치된다.
중첩되는 폭(d2)은 상기 방열 프레임(130)의 폭(d1)에 대하여 일 수 있다.
상기 방열 프레임(130)과 상기 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이에는 절연층(140)이 형성되어 있다.
상기 절연층(140)은 절연 접착제를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 절연층(140)은 몸체(110)와 서로 다른 물질로서, 접착성 수지, 접착성 무기물을 포함하는 접착제로 구성될 수 있다.
일 예로, 상기 몸체(110)가 PPA로 형성될 때, 상기 절연층(140)은 SiO2를 포함하는 접착제일 수 있다.
이와 같이, 상기 방열 프레임(130)과 상기 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이에 별도의 절연층(140)을 형성함으로써, 방열 프레임(130) 상부로 솔더 및 수분이 침투하는 것을 차단할 수 있다.
상기 몸체(110)의 캐비티(115)의 측면에는 반사층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(120)는 상기 캐비티(115) 내의 방열 프레임(130) 위에 탑재될 수 있다.
상기 발광 소자(120)는 상기 발광소자 패키지(100)의 설계에 따라 적어도 하나가 상기 방열 프레임(130) 상에 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)가 복수 개 탑재된 경우, 복수 개의 발광소자 패키지(100)에 전원을 공급하는 복수 개의 전극(131, 132) 이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(120)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.
또한, 도 1과 같이 와이어 본딩에 의해 제1 및 제2 전극(131, 132)과 부착하는 경우, 상기 방열 프레임(130)과 제1 및 제2 전극(131, 132)가 상하방향으로 중첩되어으로 와이어(122)의 길이가 줄어들어 비용이 절감될 수 있다.
발광 소자(120)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.
도 3을 참고하면, 발광 소자(120)는 기판(251), 제1도전형 반도체층(253), 활성층(255), 제2도전형 반도체층(257), 전극층(259)을 포함한다.
상기 기판(251)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3, LiGaO3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(251)의 상면에는 복수의 돌출부가 형성될 수 있으며, 상기의 복수의 돌출부는 상기 기판(251)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 러프니스와 같은 광 추출 구조로 형성될 수 있다. 상기 돌출부는 스트라이프 형상, 반구형상, 또는 돔(dome) 형상을 포함할 수 있다. 상기 기판(251)의 두께는 30㎛~300㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(251) 위에는 버퍼층(도시하지 않음)이 형성되며, 상기 버퍼층은 2족 내지 6족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층을 포함하며, 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체로서, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 버퍼층은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자 구조로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 기판(251)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자 상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 형성될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 기판(251)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자 상수 사이의 값을 가질 수 있다.
상기 버퍼층 위에는 제1도전형 반도체층(253)이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(253)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현되며, 예컨대 nxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(253)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형의 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 버퍼층과 상기 제1도전형 반도체층(253) 사이에는 반도체층이 형성되며, 상기 반도체층은 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 Å이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(253)과 상기 활성층(255) 사이에는 제1도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(255)의 장벽층의 밴드 갭 이상으로 형성될 수 있다. 이러한 제1도전형 클래드층은 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다.
상기 제1도전형 반도체층(253) 위에는 활성층(255)이 형성된다. 상기 활성층(255)은 이중 접합, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(255)은 우물층/장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN의 적층 구조를 이용하여 2~30주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(255) 위에는 제2도전형 클래드층이 형성되며, 상기 제2도전형 클래드층은 상기 활성층(255)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 높은 밴드 갭을 가지며, III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN 계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 클래드층 위에는 제2도전형 반도체층(257)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(257)은 제2도전형의 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(257)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(257)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물 내에서 상기 제1도전형과 상기 제2도전형의 전도성 타입은 상기의 구조와 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형의 반도체층(257)은 N형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층(253)은 P형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(257) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층인 N형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 발광소자(250)는 상기 제1도전형 반도체층(253), 활성층(255) 및 상기 제2도전형 반도체층(257)을 발광 구조물(220)로 정의할 수 있으며, 상기 발광 구조물(220)은 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. 상기 N-P 및 P-N 접합은 2개의 층 사이에 활성층이 배치되며, N-P-N 접합 또는 P-N-P 접합은 3개의 층 사이에 적어도 하나의 활성층을 포함하게 된다.
상기 제1도전형 반도체층(253) 위에 제1전극 패드가 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(257) 위에 전극층(259) 및 제2전극 패드가 형성된다.
상기 전극층(259)은 전류 확산층으로서, 투과성 및 전기 전도성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전극층(259)은 화합물 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률로 형성될 수 있다.
상기 전극층(259)은 상기 제2도전형 반도체층(257)의 상면에 형성되며, 그 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 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), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 등 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(259)은 다른 예로서, 반사 전극층으로 형성될 수 있으며, 그 물질은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir와 같은 금속 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 제1전극 패드와 상기 제2전극 패드는 전도성 물질로서, Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광 소자(120)의 표면에 절연층이 더 형성될 수 있으며, 상기 절연층은 발광 소자의 층간 쇼트(short)를 방지하고, 습기 침투를 방지할 수 있다.
상기 발광 소자(120)를 덮으며 상기 캐비티(115) 내에 상기 캐비티(115)를 매립하는 몰딩재(170)를 포함한다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 물질로 형성되며, 몸체(110)의 상부까지 형성된다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 수지 내에 형광체가 분산되어 있는 구조를 가지며, 상기 형광체는 상기 발광 소자(120)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화하여 다른 파장의 빛으로 방출한다.
예컨대, 발광 소자(120)가 청색 발광 다이오드이고, 형광체가 황색 형광체인 경우 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 백색의 빛을 생성할 수 있다. 발광 소자(120)가 자외선(UV)을 방출하는 경우에는, Red, Green, Blue 삼색의 형광체가 첨가되어 백색광을 구현할 수도 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참고하여 다른 실시예를 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(100A)는 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132), 그리고 상기 발광 소자를 지지하는 방열 프레임(130A)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100A)는 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 캐비티(115)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 그 내측면은 바닥면에 대하여 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다. 상기 경사진 측면은 상기 몸체(110)에 습식 식각(Wet Etching)을 실시하여 형성된 경우, 50°내지 60°의 경사를 가질 수 있다.
상기 몸체(110) 위에 상기 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(131) 및 상기 제2 전극(132)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어, 상기 발광 소자(120)에 전원을 제공할 수 있다. 한편, 상기 제1, 2 전극(131,132)은 상기 캐비티(115) 내에 서로 분리되며 노출되어있으며, 도 2와 같이 몸체(110)의 측면을 감싸며 배면까지 연장되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제1,2 전극(131,132)은 전도성 연결부재인 와이어(122)가 부착되어, 상기 제1,2 전극(131,132)을 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제1, 2 전극(131, 132) 사이에 방열 프레임(130A)이 배치되어 있다.
상기 방열 프레임(130A)은 상기 캐비티(115) 내에 노출되어 있으며, 상기 발광 소자(120)를 직접 실장한다.
상기 방열 프레임(130A)은 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)과 동일한 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 방열 프레임(130A)은 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)보다 열전도성이 높은 물질로 형성될 수도 있다.
상기 방열 프레임(130A)은 도 4와 같이 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)보다 하부에 형성되어 있으며, 일부가 상기 제1, 2 전극(131, 132)과 중첩되도록 배치된다.
상기 방열 프레임(130A)은 상기 발광 소자를 실장하기 위한 실장홈을 포함하며, 상기 실장홈은 상기 방열 프레임(130A)의 하면이 몸체(110) 바닥면에 노출되도록 함몰되어 있다.
이와 같이, 방열 프레임(130A)이 몸체(110)의 바닥면에 노출되어 기판과 솔더링을 통해 직접 부착됨으로써 상기 발광 소자(120)의 발열을 기판으로 직접 전달할 수 있어 방열성이 향상된다.
상기 방열 프레임(130A)과 상기 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이에는 절연층(140A)이 형성되어 있다.
상기 절연층(140A)은 절연 접착제를 이용하여 형성할 수 있다.
상기 절연층(140A)은 몸체와 서로 다른 물질로서, 접착성 수지, 접착성 무기물을 포함하는 접착제로 구성될 수 있다.
일 예로, 상기 몸체(110)가 PPA로 형성될 때, 상기 절연층(140A)은 SiO2를 포함하는 접착제일 수 있다.
이와 같이, 상기 방열 프레임(130A)과 상기 제1 및 제2 전극(131, 132) 사이에 별도의 절연층(140A)을 형성함으로써, 방열 프레임(130A) 상부로 솔더 및 수분이 침투하는 것을 차단할 수 있다.
상기 발광 소자(120)를 덮으며 상기 캐비티(115) 내에 상기 캐비티(115)를 매립하는 몰딩재(170)를 포함한다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 물질로 형성되며, 몸체(110)의 상부까지 형성된다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 수지 내에 형광체가 분산되어 있는 구조를 가지며, 상기 형광체는 상기 발광 소자(120)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화하여 다른 파장의 빛으로 방출한다.
예컨대, 발광 소자(120)가 청색 발광 다이오드(150)이고, 형광체가 황색 형광체인 경우 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 백색의 빛을 생성할 수 있다. 발광 소자(120)가 자외선(UV)을 방출하는 경우에는, Red, Green, Blue 삼색의 형광체가 첨가되어 백색광을 구현할 수도 있다.
한편, 도 5의 발광소자 패키지(100B)의 경우, 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132), 그리고 상기 발광 소자를 지지하는 방열 프레임(130B)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100B)는 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
이하에서는 도 1의 실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
발광소자 패키지(100B)의 방열 프레임(130B)은 도 5와 같이 평편한 형상을 가진다.
상기 방열 프레임(130B)은 캐비티(115)의 바닥면으로부터 함몰되어 몸체(110)의 바닥면과 동일 평면 상에 배치됨으로써 몸체(110)의 바닥면에 외부로 노출되어 있다.
상기 방열 프레임(130B)의 상면에는 발광 소자(120)가 부착되어 있으며, 상기 방열 프레임(130B)과 제1 및 제2 전극(131, 132)의 중첩 영역에는 접착성 절연층(140B)이 형성되어 있다.
이와 같이 접착성 절연층(140B)이 두껍게 형성되어 제1 및 제2 전극(131, 132)과 상기 방열 프레임(130B) 사이를 절연함으로써 상기 방열 프레임(130B)을 따라 캐비티(115) 내부로 침투하는 수분 및 솔더를 방지할 수 있다.
상기 절연층(140B)의 높이는 상기 몸체(110)의 하부의 높이와 동일할 수 있다.
한편, 도 6의 상기 발광 소자 패키지(100C)는 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132), 그리고 상기 발광 소자를 지지하는 방열 프레임(130C)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100C)는 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
이하에서는 도 1의 실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
발광소자 패키지(100C)의 방열 프레임은 도 6과 같이 평편한 형상을 가진다.
상기 방열 프레임(130C)은 캐비티(115)의 바닥면으로부터 함몰되어 몸체(110)의 바닥면과 동일 평면 상에 배치됨으로써 몸체(110)의 바닥면에 외부로 노출되어 있다.
상기 방열 프레임(130C)의 상면에는 발광 소자(120)가 부착되어 있으며, 상기 방열 프레임(130C)과 제1 및 제2 전극(131, 132)의 중첩 영역에는 접착성 절연층(140C) 및 접착성 도전층(141)이 형성되어 있다.
상기 발광 소자(120C)가 도 3과 같은 수평형 발광 소자가 아닌 수직형 발광 소자로서, 상기 방열 프레임(130C)과 전기적으로 통전되도록 부착되는 경우, 제1 전극(131)과 방열 프레임(130C)은 상기 접착성 도전층(141)에 의해 통전되고, 상기 제2 전극(132)과 발광 소자(120)는 와이어(122)를 통해 통전된다.
이때, 상기 접착성 도전층(141)은 전기전도성이 높은 금속재로 형성될 수 있으며, 전도성 필러가 포함되어 있는 전도성 접착제를 이용하여 형성될 수도 있다.
한편, 상기 방열 프레임(130C)과 제2 전극(132) 사이의 접착성 절연층(140C)은 도 1과 같이 수지 또는 무기물이 포함되어 있는 접착제를 이용할 수 있다.
이와 같이 수직형 발광 소자를 적용 하는 경우, 일 전극과의 연결을 전도성접착(141)제를 통해 형성할 수 있으며, 이와 달리 제1 전극(131)과 방열 프레임(130C)을 일체로 형성할 수도 있다.
한편, 도 7의 상기 발광 소자 패키지(100D)는 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132), 그리고 상기 발광 소자를 지지하는 방열 프레임(130D)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100D)는 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
이하에서는 도 1의 실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
상기 방열 프레임(130D)은 캐비티(115)의 바닥면으로부터 함몰되어 몸체(110)의 바닥면과 동일 평면 상에 배치됨으로써 몸체(110)의 바닥면에 외부로 노출되어 있다.
상기 방열 프레임(130D)의 상면에는 발광 소자(120)가 부착되어 있으며, 상기 방열 프레임(130D)과 제1 및 제2 전극(131, 132)의 중첩되는 경사부가 형성되어 있다.
상기 경사부는 도 7과 같이 하방으로 경사지게 형성되어 있어 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)과 평행하게 형성되지 않는다.
상기 경사부는 상기 제1 및 제2 전극(131, 132)과 경사를 가짐으로써 솔더의 침투를 방지할 수 있다.
또한 상기 경사부는 복수의 절곡을 가짐으로써 솔더의 침투 경로를 연장하여 솔더가 발광 소자까지 침투하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8에 도시된 표시 장치, 도 9에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 기판(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지(100)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자 패키지(100)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(100)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
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
발광 소자 120
몸체 110
방열 프레임 130, 130A, 130B, 130C, 130D

Claims (16)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 캐비티 내에 배치되며 상기 캐비티의 바닥면으로부터 함몰되어 바닥면이 상기 몸체의 바닥면과 동일 평면 상에 배치되는 방열 프레임;
    상기 캐비티 내에 상기 방열 프레임을 중심으로 양측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 방열 프레임 위에 배치되며 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 발광 소자; 및
    상기 방열 프레임과 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 배치되는 절연성 접착층을 포함하고,
    상기 방열 프레임 중 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 수직으로 중첩된 영역은 복수의 절곡 영역을 포함하며,
    상기 절연성 접착층은 상기 방열 프레임의 복수의 절곡 영역과 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 수직으로 중첩된 사이에 배치되는 발광소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열 프레임의 바닥면은 외부로 노출되는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방열 프레임의 복수의 절곡 영역은 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 평행하지 않은 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열 프레임 중 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 수직으로 중첩된 영역은 상기 방열 프레임의 가장자리 영역인 발광소자 패키지.
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