KR101941030B1 - 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광소자 패키지는, 기판; 및 상기 기판에 배치되는 복수 개의 발광소자를 포함하고, 상기 발광소자 중 적어도 하나는 평행 사변형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 수직 단면을 가진다.

Description

발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Lighit Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 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 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 발광 다이오드는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(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.
발광소자 패키지에서 전극으로 이용되는 리드 프레임 상에 반사층을 형성하여 광추출 효율을 높일 수 있다.
일반적으로 LED 광원에는 복수 개의 발광소자가 일정 간격 이격되어 배치되어 있는데 발광소자 각각의 지향각의 한계로 인하여 발광소자들 사이에 암부(dark spot)가 발생함으로써 휘도가 균일하지 못한 문제점이 있었다.
실시예는 발광소자들 사이에 형성되는 암부를 최소화하여 광의 균일도를 향상시키고자 한다.
실시예는, 기판; 및 상기 기판에 배치되는 복수 개의 발광소자를 포함하고, 상기 발광소자 중 적어도 하나는 평행 사변형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 수직 단면을 가진다.
상기 발광소자 중 적어도 하나는 상기 기판과 예각 또는 둔각을 이루는 경사면을 가질 수 있다.
상기 기판과 예각 또는 둔각을 이루는 상기 발광소자의 경사면은, 이웃하는 발광소자의 마주보는 경사면과 평행할 수 있다.
상기 발광소자의 경사면의 길이가 X1이고, 상기 기판과 상기 발광소자의 경사면이 이루는 각도가 θ1이고, 이웃하는 발광소자들의 마주보는 경사면 사이의 이격거리가 d1이라 할 때, 상기 이격거리 d1은 X1cos(θ1) ≤ d1 ≤ 2 X1cos(θ1)의 관계를 만족할 수 있다.
서로 인접하는 상기 발광소자들 사이의 대향면 중 적어도 하나는, 상기 기판 및 상기 대향면에 동시에 선 접하는 상기 발광소자의 일면과 예각 또는 둔각을 이루며, 상기 대향면은 서로 평행할 수 있다.
상기 대향면의 길이가 X2이고, 상기 대향면과 상기 발광소자의 일면이 이루는 각도가 θ2이고, 서로 인접하는 발광소자들의 대향면 사이의 이격거리가 d2라 할 때, 상기 이격거리 d2는 X2cos(θ2) ≤ d2 ≤ 2 X2cos(θ2)의 관계를 만족할 수 있다.
상기 기판은 도전성의 패턴을 가지는 회로기판일 수 있다.
상기 발광소자 각각과 전기적으로 연결되는 제1,2 리드 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 패키지 몸체일 수 있다.
상기 패키지 몸체는 캐비티를 가지고, 상기 발광소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치될 수 있다.
상기 제1,2 리드 프레임은 상기 패키지 몸체를 관통하여 배치될 수 있다.
상기 기판은 도전성 패턴이 형성된 AlN 기판일 수 있다.
실시예는, 캐비티를 가지며 회로패턴이 형성된 메탈기판; 상기 캐비티 내에 배치되며 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되는 도전성 패턴이 형성된 AlN 기판; 및 상기 AlN 기판 상에 배치되는 복수 개의 발광소자를 포함하고, 상기 발광소자 중 적어도 하나는 평행 사변형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 수직 단면 또는 수평 단면을 가진다.
상술한 실시예에 따른 발광소자 패키는 발광소자들의 개수를 증가시키지 않고도 발광소자들 사이에 형성되는 암부가 최소화되므로 균일하게 광을 발광할 수 있다.
도 1 내지 도 11은 발광소자의 제1 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 12 내지 도 14는 상술한 제1 실시예에 따른 발광소자의 평면도를 나타낸 도면이고,
도 15 내지 도 18은 발광소자의 제2 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이고,
도 19는 제1 실시예에 따라 제조된 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 20 내지 도 23은 제1 실시예에 따른 발광소자들의 배치 관계를 도시한 도면이고,
도 24는 제1 실시예에 따른 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 도시한 도면이고,
도 25는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 또다른 실시예를 도시한 도면이고,
도 26 내지 도 29는 제2 실시예에 따라 제조된 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 위에서 내려다 본 모습을 간략히 도시한 도면이고,
도 30은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈을 포함하는 헤드램프의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 31은 도 30의 발광소자 모듈의 단면도를 나타낸 도면이고,
도 32는 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 바디, 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 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
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 내지 도 11은 발광소자의 제1 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이다. 이하에서 도 1 내지 도 11을 참조하여 발광소자의 제1 실시예의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 버퍼층(미도시) 및 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 성장시킨다.
상기 발광 구조물(120)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기 발광구조물(120)과 기판(110) 사이에는 버퍼층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 발광 구조물(120) 위에 오믹층(140)과 반사 전극(150)을 형성할 수 있다. 발광 구조물(120), 특히 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 메탈과의 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 이러한 오믹 특성을 개선하기 위해 오믹층(140)을 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성할 수 있다. 오믹층(140)은 발광구조물(120)과 반사 전극(150) 사이에 형성되므로 오믹층(140)으로 투명 전극 등을 형성할 수 있다.
상기 오믹층(140)은 약 200 옹스트롬의 두께일 수 있다. 상기 오믹층(140)은 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, 및 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 한정되지는 않는다.
반사 전극(150)은 약 2500 옹스트롬의 두께로 형성할 수 있다. 반사 전극(150)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 반사 전극(150) 위에 접합층(160)과 도전성 지지기판(170)을 형성할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(170)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱(Eutetic) 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용하거나, 별도의 접합층(160)을 형성할 수 있다.
도전성 지지기판(170)은 제2 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(170)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)으로 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) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 지지기판(170)은 질화물 반도체를 포함하는 발광 구조물에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
접합층(160)은 상기 반사 전극(150)과 상기 도전성 지지기판(170)을 결합할 수 있다. 상기 접합층은(160) 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 분리한다. 상기 기판(110)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(110) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(110)의 분리가 일어난다.
그리고, 도 5에 도시된 점선 화살표의 방향대로, 각각의 발광소자의 단위로 다이싱(dicing)한다. 즉, 발광 구조물(120)의 수직 방향의 경계면이 직각이 아닌 경사면을 이루도록 다이싱한다.
도 6에서, 점선 화살표(a 및 b)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100A)가 나타나 있다. 발광 구조물(120)에서 도전성 지지기판(170)으로 갈수록 폭이 좁아지는 역사다리꼴 형상이다.
도 7에서, 점선 화살표(b 및 c)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100B)가 나타나 있다. 발광 구조물(120)에서 도전성 지지기판(170)까지 폭을 일정하게 유지하면서 양 측 수직 방향의 경사면이 서로 평행을 이루는 평행 사변형 형상이다.
도 7은 상부에서 하부로 갈수록 수직 방향의 경사면이 왼편으로 치우친 평행 사변형의 발광소자를 도시하고 있으나, 식각 방향에 따라 상부에서 하부로 갈수록 수직 방향의 경사면이 오른편으로 치우친 평행 사변형의 발광소자도 가능하다.
도 8에서, 점선 화살표(c 및 d)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100C)가 나타나 있다. 발광 구조물(120)에서 도전성 지지기판(170)으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 형상이다.
그리고, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 발광 구조물(120)의 표면, 즉 제1 도전형 반도체층(122)의 노출된 표면을 식각한다. 이때, 발광 구조물(120)의 표면에 마스크(미도시)를 씌우고 선택적으로 식각을 진행할 수 있으며, 건식 식각 또는 식각액을 이용하여 습식 식각을 진행할 수도 있다.
식각 공정이 종료된 발광 구조물(120)의 표면에 도시된 바와 같이 선택적인 요철 형상이 형성되어 있다. 선택적 식각 공정의 종류 후에 발광 구조물(120)의 표면의 일부는 플랫(flat)한 상태일 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(122)의 성장시 성장 속도를 부분적으로 증가/감소시키거나, 성장 온도를 부분적으로 증가/감소시켜 요철 형상을 만들 수도 있다.
본 실시예에서는, 발광소자 표면에 피라미드 형상의 요철이 형성되어, 활성층(124)에서 발생한 빛이 소자의 표면에 도달할 때 소자 내부로 전반사되어 소모되는 빛을 줄여서, 발광소자의 광 적출 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122) 상에는 제1 전극(180)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(180)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제2 도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 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.
상술한 제1 실시예는 수직형 구조의 발광소자를 기준으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 수평형 구조 또는 플립형 구조의 발광소자에도 적용될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 상술한 제1 실시예에 따른 발광소자의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 9에 따른 발광소자의 경우 발광소자의 수직 단면이 역사다리꼴 형상이므로 위에서 내려다 보면 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극(180)만이 보이게 된다.
도 13을 참조하면, 도 10에 따른 발광소자의 경우 발광소자의 수직 단면이 평행 사변형 형상이므로 위에서 내려다 보면 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극(180)은 온전한 형태로 보이고 그 아래에 차례대로 존재하는 활성층 내지 도전성 지지기판이 왼편에 조금씩 나타난다.
도 14를 참조하면, 도 11에 따른 발광소자의 경우 발광소자의 수직 단면이 사다리꼴 형상이므로 위에서 내려다 보면 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극(180)은 온전한 형태로 보이고 그 아래에 차례대로 존재하는 활성층 내지 도전성 지지기판이 4면을 따라 조금씩 보이게 된다.
도 15 내지 도 18은 발광소자의 제2 실시예의 제조공정을 나타낸 도면이다. 이하에서 도 15 내지 도 18을 참조하여 발광소자의 제2 실시예의 제조방법을 설명한다.
도 1 내지 도 4의 과정은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 15는 발광 구조물을 위에서 내려다 봤을 때, 다이싱의 방향을 알 수 있도록 나타낸 도면이다.
도 4에서와 같이 기판(110)을 분리한 후에, 도 15에 도시된 점선 화살표(w,x,y,z)의 방향대로, 각각의 발광소자의 단위로 다이싱한다. 즉, 발광 구조물(120)의 수평 방향의 양측 경계면이 직각이 아닌 경사면을 이루도록 다이싱한다.
도 16에서, 점선 화살표(w 및 x)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100X)를 위에서 바라본 모습이 나타나 있다. 즉, 발광소자(100X)의 수평 단면이 역사다리꼴 형상이다.
도 17에서, 점선 화살표(x 및 y)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100Y)를 위에서 바라본 모습이 나타나 있다. 즉, 발광소자(100Y)의 수평 단면이 평행 사변형 형상이다.
도 17은 상부 에지에서 하부 에지로 갈수록 수평 방향의 경사면이 왼편으로 치우친 평행 사변형의 발광소자를 도시하고 있으나, 식각 방향에 따라 상부 에지에서 하부 에지로 갈수록 수평 방향의 경사면이 오른편으로 치우친 평행 사변형의 발광소자도 가능하다.
도 18에서, 점선 화살표(y 및 z)의 방향으로 식각을 하여 다이싱된 발광소자(100Z)를 위에서 바라본 모습이 나타나 있다. 즉, 발광소자(100Z)의 수평 단면이 사다리꼴 형상이다.
그리고, 도 9 내지 도 11과 관련해 상술한 바와 같이, 발광 구조물(120)의 표면, 즉 제1 도전형 반도체층(122)의 노출된 표면을 식각하여 요철 형상을 형성할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(180)을 형성할 수 있다.
이 밖에 설명하지 않은 사항은 제1 실시예에서와 같다.
도 19는 제1 실시예에 따라 제조된 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 캐비티가 형성된 몸체(210)와, 상기 몸체(210)를 관통하여 배치된 제1,2 리드 프레임(Lead Frame, 221, 222) 및 발광소자(100) 사이에 배치된 제3 리드 프레임(223)과, 상기 몸체(210)의 바닥면에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(222), 및 제3 리드 프레임(223)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(240)를 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(210)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2,3 리드 프레임(221, 222, 223) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(222), 및 제3 리드 프레임(23)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(222), 및 제3 리드 프레임(223)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 몸체(210) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(222), 또는 제3 리드 프레임(223) 상에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 몸체(210) 상에 발광소자(100)가 설치되고 상기 발광소자(100)는 와이어를 통하여 제1,2 리드 프레임(221, 222) 및 제3 리드 프레임(223)과 연결되어 있다. 발광소자(100)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(221, 222, 223)과 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(240)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(240) 상에는 형광체(250)가 포함되어, 상기 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(250)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
도 19에서는 일실시예로서 수직 단면이 평행 사변형인 발광소자(100B)와 수직 단면이 사다리꼴인 발광소자(100C)를 배치한 발광소자 패키지(200)를 도시하였다.
제1 실시예에 따른 발광소자들(100)의 배치 관계를 도 20 내지 도 23을 참조하여 자세히 설명한다.
도 20을 참조하면, 수직 단면이 평행 사변형인 발광소자(100B)와 수직 단면이 사다리꼴인 발광소자(100C)가 도시되어 있으며, 발광소자(100)의 수직 방향의 경사면이 상기 몸체(210)와 예각(θB2) 또는 둔각(θB1, θC1 , θC2)을 이룬다.
이 때, 발광소자(100)의 수직 방향의 경사면(g 또는 h)의 길이가 X1이고, 상기 몸체(210)와 상기 발광소자(100)의 경사면이 이루는 각도가 θ1이고, 이웃하는 발광소자들(100B, 100C)의 마주보는 경사면(g 및 h) 사이의 이격거리가 d1이라 할 때, 상기 이격거리 d1은 X1cos(θ1) ≤ d1 ≤ 2 X1cos(θ1)의 관계를 만족할 수 있다.
또한, 상기 몸체(210)와 예각 또는 둔각을 이루는 발광소자(100B)의 수직 방향의 경사면(g)은 이웃하는 발광소자(100C)의 마주보는 수직 방향의 경사면(h)과 평행할 수 있다.
즉, 발광소자(100B)의 오른쪽 수직 방향의 경사면(g)과 몸체(210)가 이루는 각(θB2)과 발광소자(100C)의 왼쪽 수직 방향의 경사면(h)과 몸체(210)가 이루는 각(θC3)은 동일할 수 있다.
이와 같은 방식으로 발광소자들(100)을 배치함으로써 발광소자의 개수를 증가시키지 않고도 발광소자들 사이에 형성되는 암부를 최소화할 수 있다.
도 21은 수직 단면이 사다리꼴인 발광소자(100C)와 수직 단면이 역사다리꼴인 발광소자(100A)의 배치관계를 도시하고, 도 22는 수직 단면이 역사다리꼴인 발광소자(100A)와 수직 단면이 평행 사변형인 발광소자(100B)의 배치관계를 도시하며, 도 23은 수직 단면이 모두 평행 사변형인 발광소자(100B)의 배치관계를 도시한다.
도 21 내지 도 23에서 발광소자들(100)의 그 밖의 다른 배치관계는 도 20에서 설명한 바와 같다.
이것 외에도 발광소자들의 다른 조합 역시 가능하며, 상술한 실시예들에서는 제1 실시예에 따른 두 개의 발광소자가 배치된 발광소자 패키지를 설명하였으나, 제작 방법에 따라 셋 이상의 발광소자가 배치된 발광소자 패키지도 가능할 수 있다.
도 24는 제1 실시예에 따른 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 상기 실시예를 설명함에 있어서 도 19에서와 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310)와, 상기 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(321), 제2 리드 프레임(322), 및 제3 리드 프레임(323)과, 상기 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321), 제2 리드 프레임(322), 및 제3 리드 프레임(323)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(240)를 포함한다.
상기 제1 리드 프레임(321), 제2 리드 프레임(322), 및 제3 리드 프레임(323) 상의 적어도 일부 영역에 발광소자(100)의 방출광을 반사시키는 반사막(361, 362, 363)이 형성될 수 있다.
도 24에서, 일실시예로서 수직 단면이 평행 사변형인 발광소자(100B)와 수직 단면이 사다리꼴인 발광소자(100C)를 배치한 발광소자 패키지(200)를 도시하였으나, 이것 외에도 발광소자들의 다른 조합 역시 가능하며, 발광소자들(100)의 배치관계는 도 20 내지 도 23과 관련하여 설명한 바와 같다.
도 25는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 또다른 실시예를 도시한 도면이다. 상기 실시예를 설명함에 있어서 도 19 및 도 24에서와 동일한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(400)는 발광소자(100)를 칩 형태로 기판에 실장하는 COB(Chip On Board) 타입으로, 상술한 실시예들에 따른 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급하도록 도전성의 패턴을 가지는 회로기판(410)과, 상기 발광소자(100)를 덮는 몰딩부(410)를 포함한다.
발광소자들(100)의 조합 및 배치관계는 상술한 실시예에서 설명한 바와 같다.
도 26 내지 도 29는 제2 실시예에 따라 제조된 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 위에서 내려다 본 모습을 간략히 도시한 도면이다.
제2 실시예에 따라 제조된 두 개의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 구성은, 발광소자들을 위에서 내려다 봤을 때 이들의 배치관계를 제외하고는 도 19, 도 24 및 도 25와 관련하여 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
제2 실시예에 따른 발광소자들(100)의 배치 관계를 도 26 내지 도 29를 참조하여 자세히 설명한다. 도 26 내지 도 29는 발광소자들(100)의 배치 관계를 위에서 내려다 본 평면도이다.
도 26을 참조하면, 수평 단면이 평행 사변형인 발광소자(100Y)와 수평 단면이 사다리꼴인 발광소자(100Z)가 도시되어 있다.
도 26에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 발광소자들(100Y,100Z) 사이의 대향면(m, n)은, 상기 몸체(210) 및 상기 대향면(m 또는 n)에 동시에 선 접하는 발광소자(100Y)의 일면(각각 p 또는 q)과 예각(θY2) 또는 둔각(θY2, θZ1, θZ2)를 이루며, 상기 대향면(m, n)은 서로 평행하다.
이 때, 상기 대향면(m 또는 n)의 길이가 X2이고, 상기 대향면과 상기 발광소자의 일면(각각 p 또는 q)이 이루는 각도가 θ2이고, 서로 인접하는 발광소자들(100Y, 100Z)의 대향면(m 및 n) 사이의 이격거리가 d2라 할 때, 상기 이격거리 d2는 X2cos(θ2) ≤ d2 ≤ 2X2cos(θ2)의 관계를 만족할 수 있다.
상기 몸체(210)는 발광소자 패키지의 타입에 따라 도전성 패턴을 가지는 회로기판일 수도 있고, 도전성 패턴을 가지는 AlN 기판일 수도 있다.
이와 같은 방식으로 발광소자들(100)을 배치함으로써 발광소자의 개수를 증가시키지 않고도 발광소자들 사이에 형성되는 암부를 최소화할 수 있다.
도 27은 수평 단면이 사다리꼴인 발광소자(100Z)와 수평 단면이 역사다리꼴인 발광소자(100X)의 배치관계를 도시하고, 도 28은 수평 단면이 역사다리꼴인 발광소자(100X)와 수평 단면이 평행 사변형인 발광소자(100Y)의 배치관계를 도시하며, 도 29는 수평 단면이 모두 평행 사변형인 발광소자(100Y)의 배치관계를 도시한다.
도 27 내지 도 29에서 발광소자들(100)의 그 밖의 다른 배치관계는 도 26에서 설명한 바와 같다.
이것 외에도 발광소자들의 다른 조합 역시 가능하며, 상술한 실시예들에서는 제2 실시예에 따른 두 개의 발광소자가 배치된 발광소자 패키지를 설명하였으나, 제작 방법에 따라 셋 이상의 발광소자가 배치된 발광소자 패키지도 가능할 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 특징과 제2 실시예에 따른 특징을 조합한 발광소자가 둘 이상 배치된 발광소자 패키지도 가능할 수 있다.
상술한 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 30은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈을 포함하는 헤드램프의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 31은 상기 말광소자 모듈의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 30을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(901)에서 생성된 빛이 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체의 전방을 향할 수 있다.
도 31을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(710)은 캐비티(711)를 가지며 회로패턴이 형성된 메탈기판(712)과, 상기 캐비티(711) 내에 배치되며 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되는 도전성 패턴이 형성된 AlN 기판(713)과, 상기 AlN 기판(713) 상에 배치되는 상술한 실시예들에 따른 복수 개의 발광소자(100)를 포함한다.
상기 메탈기판(712)과 상기 AlN 기판(713)은 도전성 본딩(714)될 수 있다.
또한, 상기 발광소자(100)는 Ag 페이스트(715)를 이용하여 상기 AlN 기판(713) 상에 고정될 수 있다.
도 32는 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(820) 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 도 11에서 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 전영역에 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 프리즘층을 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 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 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 편광판을 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 실시예는 비록 한정된 실시예와 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 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100A, 100B, 100C, 100X, 100Y, 100Z: 발광소자
210, 310: 패키지 몸체
221, 321: 제1 리드 프레임
222, 322: 제2 리드 프레임
223, 323: 제2 리드 프레임
230, 330, 430: 와이어
240, 340, 440: 몰딩부
110: 기판 120: 발광 구조물
140: 오믹층 150: 반사 전극
160: 접합층 170: 도전성 지지기판
180: 제1 전극 410: 회로기판
710: 발광소자 모듈 720: 리플렉터
730: 쉐이드 740: 렌즈
800: 표시 장치 820: 반사판
830, 835: 광원 모듈 840: 도광판
850, 860: 제1,2 프리즘 시트 870: 패널
880: 컬러필터

Claims (13)

  1. 캐비티와 측면의 돌출부를 가지는 몸체;
    상기 캐비티의 바닥면 일부분에 배치되고, 상기 캐비티 외부로 연장되어 상기 몸체의 측면의 돌출부를 각각 감싸는 제1, 2 리드 프레임;
    상기 캐비티의 바닥면에 배치되고, 상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드프레임 사이에 각각 이격되어 배치되는 제3 리드프레임;
    상기 제1 내지 제3 리드프레임 상에 각각 배치되는 반사막;
    상기 제1 내지 제3 리드프레임과 전기적으로 연결되는 복수개의 발광소자; 및
    상기 캐비티에 형성된 몰딩부를 포함하고,
    상기 발광소자 중 적어도 하나는 평행 사변형, 사다리꼴, 또는 역사다리꼴의 수직 단면 또는 수평 단면을 가지고,
    상기 반사막은 상기 몸체의 측면의 돌출부에 배치된 상기 제1,2 리드 프레임의 제1 영역들의 표면에 배치되고, 상기 몸체의 측면의 돌출부에 배치된 상기 제1,2 리드 프레임의 제2 영역들의 표면은 노출되고,
    상기 제1,2 리드 프레임은 상기 몸체의 바닥면에 연장되어 배치되고,
    상기 몸체의 바닥면의 하부에서 상기 제1,2 리드 프레임의 하면은 노출되고,
    상기 제1 내지 제3 리드프레임은 상기 복수의 발광소자 각각과 전기적으로 연결되는 발광소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자 중 적어도 하나는 상기 몸체와 예각을 이루는 경사면을 가지고,
    상기 몸체와 예각을 이루는 상기 발광소자의 경사면은, 이웃하는 발광소자의 마주보는 경사면과 평행한 발광소자 패키지.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광소자의 경사면의 길이가 X1이고, 상기 몸체와 상기 발광소자의 경사면이 이루는 각도가 θ1이고, 이웃하는 발광소자들의 마주보는 경사면 사이의 이격거리가 d1이라 할 때, 상기 이격거리 d1은 X1cos(θ1) ≤ d1 ≤ 2X1cos(θ1)의 관계를 만족하는 발광소자 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 발광소자들 사이의 대향면 중 적어도 하나는,
    상기 몸체 및 상기 대향면에 동시에 선 접하는 상기 발광소자의 일면과 예각을 이루며, 상기 대향면은 서로 평행한 발광소자 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대향면의 길이가 X2이고, 상기 대향면과 상기 발광소자의 일면이 이루는 각도가 θ2이고, 서로 인접하는 발광소자들의 대향면 사이의 이격거리가 d2라 할 때, 상기 이격거리 d2는 X2cos(θ2) ≤ d2 ≤ 2X2cos(θ2)의 관계를 만족하는 발광소자 패키지.
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