KR101902393B1 - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR101902393B1
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Abstract

실시예에 따른 발광소자 패키지는 관통 홀이 형성된 몸체; 상기 관통 홀 내에 삽입되어 배치되는 방열 블록; 및 상기 방열 블록 상에 배치되는 발광 소자를 포함한다.

Description

발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉 음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
자외선(UV) LED를 실장한 발광소자 패키지의 경우, 자외선 반사광이 패키지 몸체에 닿으면 몸체에 포함된 유기 재질이 변색되거나 변질되어 패키지의 신뢰성이 저하되는 문제점이 존재한다. 따라서, 우수한 방열 특성을 유지하면서도 발광소자 패키지의 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다.
또한, 일반적인 발광소자 패키지에서 패키지 몸체에 설치된 리드 프레임과 발광소자를 와이어 본딩 공정에 의해 전기적으로 연결하게 되는데, 이러한 와이어 본딩 공정을 간소화하여 우수한 공정성과 생산성을 확보할 필요가 있다.
실시 예는 발광소자 패키지의 신뢰성을 향상시키고, 제작 공정을 간소화하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 관통 홀이 형성된 몸체; 상기 관통 홀 내에 삽입되어 배치되는 방열 블록; 및 상기 방열 블록 상에 배치되는 발광소자를 포함한다.
상기 몸체는 측벽과 바닥 면으로 이루어진 캐비티를 포함하고, 상기 바닥 면에 상기 관통 홀이 형성될 수 있다.상기 몸체 상에 회로 패턴이 위치하고, 상기 발광소자는 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몸체는 세라믹 기판일 수 있다.
상기 몸체는 SixOy, SixNy, Al2O3, 또는 AlN을 포함할 수 있다.
상기 방열 블록는 Cu, M, W, Au 또는 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 금속일 수 있다.
상기 캐비티의 측벽은 특정 각도를 구현 할 수 있는 경사면을 포함할 수 있다.
상기 캐비티의 측벽은 계단 형으로 이루어질 수 있다.
상기 세라믹 기판은 회로 패턴을 포함하고, 상기 회로 패턴과 상기 발광소자가 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 관통홀의 개구부 일측 또는 양측 상에는 돌출방지층이 위치하여 상기 방열블록의 돌출을 방지할 수 있으며, 상기 돌출방지층은 상기 몸체와 일체로 형성하여 몸체의 일부를 이룰 수도 있다.
상기 돌출방지층의 상부에는 도전형 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 도전형 패턴 상에 상기 발광 소자가 위치하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광소자는 근 자외선(Near UV) LED 또는 심 자외선(Deep UV) LED를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면 발광소자 패키지의 제작 공정이 간소화되고, 방열 특성이 개선되며, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 일실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 3a 및 도 3b는 실시예에 따른 발광소자 패키지에 배치되는 발광소자의 일 실시예의 단면도이고,
도 4는 몸체에 회로 패턴을 형성하는 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 조명장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 실시 예들에 따른 발광소자 패키지가 배치된 백라이트 유닛의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 일실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 관통 홀(112)이 형성된 몸체(110)와, 상기 관통 홀(112) 내에 배치되는 방열 블록(120)과, 상기 방열 블록(120) 상에 배치되는 발광소자(100)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 단일 층의 세라믹 기판 또는 다층의 세라믹 기판일 수 있다.
상기 몸체(110)가 다층의 세라믹 기판인 경우, 예를 들어, 고온 동시 소성 세라믹(High Temperature Cofired Ceramics, HTCC) 또는 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC) 기술을 이용하여 구현될 수 있다.
상기 몸체(110)가 다층의 세라믹 기판인 경우, 각 층의 두께는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있으며, 이에 대해 제한을 두지 않는다.
상기 몸체(110)는 질화물 또는 산화물의 절연성 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SixOy, Si3Ny, SiOxNy, Al2O3, 또는 AlN을 포함할 수 있다.
상기 몸체(110)가 다층의 세라믹 기판인 경우, 발광소자(100)에 전류를 공급하기 위한 회로 패턴의 형성 방법에 대해서는 후술한다.
상기 몸체(110)는 측벽(114a)과 바닥 면(114b)으로 이루어진 캐비티(114)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(114)의 측벽(114a)은 경사면을 포함하여 이루어질 수 있다.
또는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 캐비티(114)의 측벽(114a)은 계단 형으로 이루어질 수도 있다.
경사면 또는 계단 형상의 상기 측벽(114a)은 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 오픈 영역인 캐비티(112)의 상면으로 진행하도록 하여 발광소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 경사면 또는 계단 형상의 상기 측벽(114a)은 드릴링을 통해 기계적으로 가공하거나, 상기 몸체(110)가 다층의 세라믹 기판인 경우 길이가 서로 다른 복수 개의 세라믹 층을 적층하여 소성함으로써 구현될 수 있으나, 구현 방법에 대해서는 제한을 두지 않는다.
상기 캐비티(114)의 측벽(114a)과 바닥 면(114b)의 적어도 일부에 반사 층이 코팅될 수도 있다.
몸체(110)를 구성하는 세라믹 기판은 공정상 캐비티를 형성하는 것이 용이하고 열에 강한 장점이 있다.
상기 몸체(110)에는 관통 홀(112)이 형성되며, 상기 몸체(110)에 캐비티(114)가 형성될 경우 상기 캐비티(114)의 바닥 면(114b)에 관통 홀(112)이 형성될 수 있다.
상기 관통 홀(112) 내에 방열 블록(120)이 삽입되어 배치된다.
세라믹으로 이루어진 몸체(110)는 메탈에 비해 열 전도성이 떨어지기 때문에 방열 특성을 보상하기 위하여 메탈 슬러그(metal slug)로 이루어진 방열 블록을 결합하여 사용할 수 있다.
상기 방열 블록(120)이 상기 방열의 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 방열 블록(120)은 열 전도성이 우수한 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, CuW, CuMo와 같이 Cu가 포함된 합금, Cu 단일 금속, W, Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광소자(100)가 상기 방열 블록(120) 상에 배치되므로, 발광소자(100)에서 발생한 열이 열 전도성이 우수한 방열 블록(120)을 통해 외부로 방출되어 발광소자 패키지의 방열 특성이 개선되고 신뢰성이 향상될 수 있다. 그리고 상기 방열 블록(120)은 동시 소성(Co-fired)되거나, 또는 AgCu로 본딩하여 열 처리 후 상기 몸체(110)에 결합 또는 삽입하여 사용할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 관통 홀(112)의 내 측면과, 상기 내 측면과 접하는 상기 방열 블록(120)의 외 측면에 패턴을 형성하여 접촉 면적을 넓힘으로써 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에는 일 예로서 상기 패턴이 계단 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 패턴 형상에 대해서는 제한을 두지 않는다.
상기 발광소자(100)는 도전성 패턴(140)을 통해 상기 방열 블록(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어 Ag 페이스트를 이용한 본딩 또는 Au-Sn 유테틱 본딩으로 고정될 수 있다.상기 방열 블록(120)은 도전성을 갖도록 형성되고, 상기 방열 블록(120) 상의 도전성 패턴(140)에 발광소자(100)가 본딩되므로, 상기 방열 블록(120)과 상기 발광소자(100)는 별도의 와이어 본딩 공정 없이 직접 통전할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 실시예에 따른 발광소자 패키지에 배치되는 발광소자의 일 실시예의 단면도이며, 도 3a는 수평형 발광소자를 도 3b는 수직 형 발광소자를 각각 도시하고 있다.
발광소자는 복수의 화합물 반도체 층, 예를 들어 3족-5족 원소의 반도체 층을 이용한 LED(Light Emitting Diode)를 포함하며, LED는 청색, 녹색 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED이거나 UV LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(110)가 무기 재질의 세라믹 기판으로 이루어져 있으므로, 약 260~385nm의 파장을 갖는 심 자외선(Deep UV) LED 또는 근 자외선(Near UV) LED를 포함한 발광소자(100)를 사용하더라도 발광소자(100)에서 방출된 자외선 광에 의해 몸체(110)가 변색되거나 변질될 우려가 없어 발광 모듈의 신뢰성을 유지할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같은 일실시예에 따른 수평형 발광소자는 기판(210) 상에, 개구면을 가지는 제1 도전 형 반도체 층(222)과 활성 층(224) 및 제2 도전 형 반도체 층(226)을 포함하는 발광 구조물(220)이 구비된다.
발광 구조물(220)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착 법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착 법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착 법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장 법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장 법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 재료, 또는 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 기판(210)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(210) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
발광 구조물(220)과 기판(210) 사이에는 버퍼 층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부 정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼 층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼 층 위에는 언도프드(undoped) 반도체 층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체 층(222)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 또한 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 층(222)이 n형 반도체 층인 경우, 상기 제1 도전 형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또는 상기 제1 도전형 반도체 층(222)이 p형 반도체 층인 경우, 상기 제2도전 형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전 형 반도체 층(222)은 제1 도전 형 반도체 층으로만 형성되거나, 상기 제1 도전 형 반도체 층 아래에 언도프트 반도체 층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 언도프트 반도체 층은 상기 제1 도전형 반도체 층의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 상기 n형 도펀트가 도핑되지 않아 상기 제1 도전 형 반도체 층에 비해 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 상기 제1 도전 형 반도체 층과 같을 수 있다.
제1 도전 형 반도체 층(222) 상에 활성 층(224)이 형성될 수 있다.
활성 층(224)은 제1 도전 형 반도체 층(222)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전 형 반도체 층(226)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성 층(발광 층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성 층(224)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성 층(224)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자 우물 구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성 층(224)의 우물 층/장벽 층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, InGaN/InAlGaN, InGaN/AlGaN, (In)AlGaN/AlGaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물 층은 상기 장벽 층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성 층(224)의 위 또는/및 아래에는 도전 형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전 형 클래드 층은 활성 층의 장벽 층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 형 클래드 층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초 격자 구조를 포함할 수 있다. 또한, 도전 형 클래드 층은 n형 또는 p형으로 도핑 될 수 있다.
그리고, 상기 활성 층(224) 상에 제2 도전 형 반도체 층(226)이 형성될 수 있다.
제2 도전 형 반도체 층(226)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전 형 도펀트가 도핑 된 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전 형 반도체 층(226)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전 형 반도체 층(226)이 p형 반도체 층인 경우, 상기 제2도전 형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 제2 도전 형 반도체 층(226)이 n형 반도체 층인 경우, 상기 제1 도전 형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
여기서, 상술한 바와 다르게, 상기 제1 도전 형 반도체 층(222)이 p형 반도체 층을 포함하고 상기 제2 도전 형 반도체 층(226)이 n형 반도체 층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전 형 반도체 층(222) 상에는 n형 또는 p형 반도체 층을 포함하는 제3 도전 형 반도체 층(미도시)이 형성될 수도 있는데, 이에 따라 본 실시예에 따른 상기 발광소자는 n-p, p-n, n-p-n, p-n-p 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제1 도전 형 반도체 층(222) 및 제2 도전 형 반도체 층(226) 내의 도전 형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불 균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 반도체 층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 제1 도전 형 반도체 층(222)의 일부가 메사 식각되어 형성된 개구면 상에 제1 전극(230)이 형성되고, 상기 제2 도전 형 반도체 층(226) 상에 제2 전극(240)이 형성된다. 상기 제1 전극(230)과 제2 전극(240)은 각각 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 3b 에 도시된 바와 같은 일실시예에 따른 수직 형 발광소자는 지지기판(270)과, 상기 지지기판(270) 상에 배치된 반사 층(260) 및 오믹 층(250)과, 상기 오믹 층(250) 상의 발광 구조물(220)을 포함할 수 있다.
지지기판(270)은 발광 구조물(220)을 지지하며, 전도성 기판일 수 있다. 또한, 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지기판(270)은 소정의 두께를 갖는 베이스 기판(substrate)으로서, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 또는 전도성 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
제1 도전 형 반도체 층(222)과 활성 층(224) 및 제2 도전 형 반도체 층(226)에 관한 내용은 수평형 발광소자와 관련해서 상술한 바와 같다.
발광 구조물(220)의 제2 도전 형 반도체 층(226)과 접하여 오믹 층(250)이 형성될 수 있다. 제2 도전 형 반도체 층(226)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 금속과의 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 오믹 층(250)은 이러한 오믹 특성을 개선하기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹 층(250)은 투광성 전도 층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
오믹 층(250) 하부에 반사 층(260)이 배치될 수 있다. 반사 층(260)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다. 또한, 반사 층(260)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한, 반사 층(260)이 발광 구조물(예컨대, 제2 도전 형 반도체 층(226))과 오믹 접촉하는 물질로 형성될 경우, 오믹 층(250)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
반사 층(260)은 활성 층(224)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광 추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
상기 반사 층(260)과 지지기판(270) 사이에는 결합 층(275)이 형성될 수 있다. 결합 층(275)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 제1 도전 형 반도체 층(222)의 표면에 요철이 형성될 수 있다. 제1 도전 형 반도체 층(222)의 요철 형상은 PEC(Photo enhanced chemical) 식각 방법이나 마스크 패턴을 이용한 에칭 공정 수행하여 형성할 수 있다. 상기 요철 구조는 상기 활성 층에서 발생한 광의 외부 추출 효율을 증가시키기 위한 것으로서, 규칙적인 주기를 갖거나 불규칙적인 주기를 가질 수 있다.
또한, 상기 발광 구조물(220)의 측면 및 제1 도전 형 반도체 층(222) 상의 적어도 일부에 패시베이션 층(280)이 형성될 수 있다.
패시베이션 층(220)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어져 발광 구조물을 보호한다. 일 예로서, 상기 패시베이션 층은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물 층, 산화 알루미늄 층으로 이루어질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 몸체(110)는 회로 패턴(미도시)을 포함하고, 상기 회로 패턴과 발광소자(100)가 와이어(150)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 회로 패턴은, 발광소자(100)와 직접 통전되는 상기 방열 블록(120)과 함께 상기 발광소자(100)의 구동에 필요한 전류를 공급할 수 있다.
도 4는 몸체에 회로 패턴을 형성하는 일실시예를 나타낸 도면이다.
상기 몸체(110)가 HTCC 또는 LTCC와 같은 기술을 이용하여 구현된 다층의 세라믹 기판인 경우, 도 4를 참조하여 회로 패턴의 형성 방법을 설명한다.
먼저, 세라믹과 바인더를 혼합하여 복수 개의 그린 시트(310)를 제작한다. 이렇게 제작된 복수 개의 그린시트 각각(311~314)에, 세라믹 기판(110) 전체를 고려하여 정확한 위치에 비아 홀(320)을 형성하고, 비아 홀(320)과 연결되는 전극 패턴(330)을 형성한다. 이때, 전극 패턴(330)을 형성한 후 비아 홀(320)을 형성할 수도 있다. 그 후, 비아 홀(320) 내부에 전극 물질(325)을 충진하며, 비아 홀(320)의 내벽에만 충진하거나 비아홀(320)의 전체를 충진한다.
이렇게 만들어진 그린 시트들(310)을 일정한 순서로 적층하여 동시 소성하면 각각의 그린 시트들이 일체로 결합되면서 다층의 세라믹 기판으로 이루어진 몸체가 완성될 수 있다.
다층의 세라믹 기판은 3차원 구조의 층간 회로 구현이 가능하여 높은 설계 유연성을 가질 수 있다.
이와 같이 형성된 몸체(110)의 회로 패턴(미도시)과 상기 발광소자(100)가 전기적으로 연결되어, 외부 전원으로부터 상기 발광소자(100)의 구동에 필요한 전류를 공급할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광소자(100)를 포위하여 외부로부터 유입되는 이물질이나 수분 등으로부터 발광소자(100)를 보호하도록 몰딩부(160)가 형성될 수 있다.
상기 몰딩부(160)는 몸체(110)에 형성된 캐비티(112)를 채우도록 형성될 수 있으며, 도 1 및 도 2에는 일 예시로서 상면이 플랫한 몰딩부(160)가 도시되었으나, 상면이 볼록하여 렌즈 역할을 하는 몰딩부(160)가 형성될 수도 있다.
상기 발광소자(100)가 UV LED인 경우 상기 몰딩부(160)는 자외선 광에 의해 변색 또는 변질되지 않는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 몰딩부(160)에는 형광체를 포함하여, 상기 발광소자(100)에서 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체에 의하여 여기 되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광 경로가 변경될 수 있다.
예를 들어, 상기 몰딩부(160)에는, 형광체 혼합된 고 굴절률 또는 저 굴절률 Si-Resin, 자외선에 강한 Si-Resin, 하이브리드 계 수지 등을 포함할 수 있으며 이에 대해 제한을 두지 않는다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다. 상술한 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 관통 홀(112)이 형성된 몸체(110)와, 상기 관통 홀(112) 내에 배치되는 방열 블록(120)과, 상기 방열 블록(120) 상에 배치되는 발광소자(100)를 포함한다. 그리고, 상기 몸체(110)는 상기 발광소자(100)와 상기 방열 블록(120) 사이에 위치하는 돌출방지층(180)을 포함한다.
상기 몸체(110)와 상기 방열 블록(120)은 구성되는 물질이 달라 열팽창 계수가 차이가 나기 때문에, 방열 블록(120)을 몸체(110)에 삽입한 후 동시-소성 가공을 거치거나, 발광소자 패키지의 사용 중 발광소자(100)에서 발생하는 열에 의해 방열 블록(120)이 팽창하면서, 발광소자(100)가 실장되는 방열 블록(120)의 상면이 볼록하게 돌출되어 나올 수 있다.
방열 블록(120)의 상면이 볼록하게 돌출되면 발광소자(100)와의 접촉 불량이 발생하여 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 발광소자(100)와 방열 블록(120) 사이에 돌출방지층(180)을 위치시켜, 방열 블록(120)의 상면이 발광소자(100) 방향으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 돌출방지층(180)은 별도로 형성하여 몸체(110)에 배치되거나, 상기 몸체(110)와 일체로 형성하여 몸체(110)의 일부를 이룰 수도 있다.
상기 돌출방지층(180)에는 도전성 패턴(미도시)이 위치하여, 상기 발광소자(100)와 상기 돌출방지층(180)이 전기적으로 연결될 수 있다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 몸체(110)와 방열 블록(120)의 하부에도 별도의 돌출방지층(190)이 배치될 수 있다.
상기 방열 블록(120)은 상면뿐만 아니라 하면도 볼록하게 돌출되어 나올 수 있기 때문에, 방열 블록(120)의 하부에도 돌출방지층(190)을 배치할 수 있다.
상기 돌출방지층(190) 또한 별도로 형성하여 몸체(110)에 고정되거나, 상기 몸체(110)와 일체로 형성하여 몸체(110)의 일부를 이룰 수 있다.
도 5 및 도 6에는 돌출방지층(180, 190)이 몸체(110)의 폭과 동일한 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며, 관통 홀(112)의 폭 이상으로 형성될 수 있다.
이하에서는, 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명 장치와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열 부(500) 및 상기 광원(600)과 방열 부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합 부(410)와, 상기 소켓 결합 부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체 부(420)를 포함한다. 몸체 부(420)에는 하나의 공기 유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체 부(420) 상에 복수 개의 공기 유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기 유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 상술한 실시 예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 8은 실시 예들에 따른 발광소자 패키지가 배치된 백라이트 유닛의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(810) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(830) 상의 상술한 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(835)는 상술한 실시 예들에서 설명한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전 영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘 층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전 방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시 예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광 판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
이상과 같이 실시 예는 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 발광소자 110: 몸체
114: 캐비티 120: 방열 블록
140: 도전성 패턴 150: 와이어
210: 기판, 220: 발광 구조물,
222: 제1 도전 형 반도체 층, 224: 활성 층
226: 제2 도전 형 반도체 층, 230: 제1 전극
240: 제2 전극 250: 오믹 층
260: 반사 층, 270: 지지기판
275: 결합 층 280: 패시베이션 층
310: 그린 시트 320: 비아 홀
330: 전극 패턴

Claims (13)

  1. 다층의 세라믹 기판으로 이루어지며 측벽과 바닥면을 가지는 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 캐비티에 내에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 자외선 발광 소자;
    상기 캐비티의 바닥면에 형성되는 관통 홀;
    상기 발광 소자의 아래에 위치하며 상기 관통 홀에 삽입되어 배치되는 방열 블록;
    상기 발광 소자와 상기 방열 블록 사이에 배치되며, 상기 방열 블록이 상기 캐비티의 바닥면으로부터 돌출되는 것을 방지하는 제1돌출방지층;
    상기 발광 소자와 상기 제1돌출방지층의 사이에 배치되는 도전성 패턴;
    상기 몸체와 상기 방열 블록의 하부에 배치되는 제2돌출방지층;
    상기 방열 블록과 인접하도록 상기 몸체 내부에 배치되고, 상기 다층의 세라믹 기판 사이에 배치된 복수의 패턴을 포함하는 전극 패턴; 및
    상기 복수의 패턴 사이에 형성되고, 상기 복수의 패턴을 연결하는 비아 홀; 을 포함하고,
    상기 발광 소자의 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 전극 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 방열 블록은 상기 관통 홀 내에서 상기 몸체로부터 이격되어 배치되는 발광 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 내 측면과 상기 내 측면과 접하는 상기 방열 블록의 외측면에 패턴이 형성되는 발광 소자 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 패턴은 계단 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 블록은 Cu, W, M, Au 또는 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티의 측벽은 경사면을 포함하는 발광 소자 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티의 측벽은 계단형으로 이루어진 발광 소자 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자에서 발산하는 광은 260~385nm의 파장 범위에 속하는 발광 소자 패키지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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JP2007214524A (ja) * 2006-01-13 2007-08-23 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置およびその製造方法
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