KR102080778B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 패키지 몸체와, 패키지 몸체의 칩 실장 영역위에 배치된 발광 소자 칩 및 발광 소자 칩을 에워싸면서 패키지 몸체 위에 배치된 몰딩 부재를 포함하고, 패키지 몸체는 서로 이웃하는 칩 비실장 영역 및 칩 실장 영역을 갖고, 몰딩 부재가 배치된 중앙 영역 및 중앙 영역의 주변의 가장 자리 영역을 포함하고, 발광 소자 칩의 윗면은 칩 비실장 영역에서 패키지 몸체의 윗면보다 높고, 가장 자리 영역에서 패키지 몸체의 윗면보다 높다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting device package}
실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
도 1은 기존의 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 기존의 발광 소자 패키지는 절연 물질(20)에 의해 서로 전기적으로 이격된 패키지 몸체(10A, 10B), 발광 소자 칩(30), 서브 마운트(40), 와이어(50A, 50B) 및 몰딩부(60)로 구성된다.
도 1의 패키지 몸체(10A, 10B)는 캐비티를 형성하고, 발광 소자 칩(30)은 캐비티 내에서 패키지 몸체(10A) 위에 배치된다. 이와 같이, 발광 소자 칩(30)이 캐비티 내에 있을 경우, 발광 소자 칩(30)으로부터 방출된 광의 일부가 캐비티에 갇힘으로서, 광량이 저조해지는 문제점이 있다.
게다가, 발광 소자 칩(30)으로 공급되는 전류가 높을 경우 예를 들어 20 ㎃ 이상일 경우 몰딩부(60)가 깨질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 발광 소자 칩(30)이 캐비티에 갇혀져 있기 때문에 광은 수직 방향(5)으로만 출사될 수 있어, 고객의 다양한 욕구를 충족시키는 데 한계를 갖는다.
실시 예는 광 추출 효율이 개선되고 몰딩 부재가 깨지기 어려우며 사방으로 광을 출사시킬 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예의 발광 소자 패키지는, 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체의 칩 실장 영역 위에 배치된 발광 소자 칩; 및 상기 발광 소자 칩을 에워싸면서 상기 패키지 몸체 위에 배치된 몰딩 부재를 포함하고, 상기 패키지 몸체는 서로 이웃하는 칩 비실장 영역 및 상기 칩 실장 영역을 갖고, 상기 몰딩 부재가 배치된 중앙 영역; 및 상기 중앙 영역의 주변의 가장 자리 영역을 포함하고, 상기 발광 소자 칩의 윗면은 상기 칩 비실장 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고, 상기 가장 자리 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높다.
또한, 상기 발광 소자 칩의 아랫면은 상기 칩 비실장 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고, 상기 가장 자리 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높다.
상기 중앙 영역은 상기 발광 소자 칩이 배치된 제1 캐비티를 포함한다.
상기 패키지 몸체는 상기 패키지 몸체 상부의 상기 가장 자리 영역에서, 상기 중앙 영역과 접한 경계에 배치된 적어도 하나의 몰딩 홀을 포함하고, 상기 몰딩 부재는 상기 적어도 하나의 몰딩 홀의 내측 가장 자리까지 배치된다. 상기 적어도 하나의 몰딩 홀은 원형 평면 형상을 포함할 수 있다.
또는 상기 발광 소자 패키지는 상기 패키지 몸체 상부의 상기 가장 자리 영역에서, 상기 중앙 영역과 접한 경계에 배치되어 제2 캐비티를 형성하는 댐을 더 포함할 수 있다.
상기 댐의 상부면은 상기 발광 소자 칩의 윗면보다 높을 수 있고, 상기 댐은 투광성 물질을 포함할 수 있다.
또는, 상기 댐의 상부면은 상기 발광 소자 칩의 윗면보다 낮을 수 있고, 상기 댐의 상부면은 상기 발광 소자 칩의 아랫면보다 낮을 수 있다.
상기 몰딩 부재는 상기 제2 캐비티를 메우면서 상기 댐의 내벽까지 배치될 수 있다.
상기 몰딩 부재는 상기 댐에 얹혀져서 상기 제2 캐비티를 덮을 수 있다. 상기 몰딩 부재와 상기 댐은 유테틱(Eutecti) 본딩에 의해 결합될 수 있다. 상기 제2 캐비티는 진공 상태일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 발광 소자 칩이 캐비티에 갇히지 않고 패키지 몸체 위에 배치되므로 광이 캐비티에 갇히지 않아 광 추출 효율을 개선시킬 수 있고, 진공이나 공기 상태의 캐비티 위에 몰딩 부재가 얹혀 있어 몰딩 부재가 깨질 가능성을 줄이고, 수직 방향에 그치지 않고 사방으로 광을 출사시킬 수 있어 방사형 발광을 요구하는 고객의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있다.
도 1은 기존의 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 A-A'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 'K' 부분을 확대 도시한 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 4의 'L' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 몰딩 부재의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 11은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 공기 살균 장치의 사시도를 나타낸다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 14는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 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 두개의 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)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 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 2는 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2에 예시된 발광 소자 패키지(100A)의 평면도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 A-A'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 2에서 절연부(120)의 도시는 생략되었고, 도 3에서 몰딩 부재(150A)의 도시는 생략되었다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)는 패키지 몸체(110), 절연부(120), 발광 소자 칩(130), 서브 마운트(submount)(140), 몰딩 부재(150A) 및 와이어(170A, 170B)를 포함한다.
패키지 몸체(110)는 절연부(120)에 의해 서로 전기적으로 분리된 제1 몸체부(110A) 및 제2 몸체부(110B)를 포함한다.
또한, 패키지 몸체(110)는 중앙 영역(CA) 및 가장 자리 영역(PA1, PA2)으로 분할되어 정의될 수도 있다.
여기서, 중앙 영역(CA)이란 발광 소자 칩(130)과 몰딩 부재(150A)가 배치되는 영역으로서 정의된다. 중앙 영역(CA)은 제1 중앙 세그먼트(CA1), 제2 중앙 세그먼트(CA2) 및 절연 세그먼트(IA)로 분할되어 정의될 수 있다. 제1 중앙 세그먼트(CA1)란 중앙 영역(CA)에서 제1 몸체부(110A)가 배치된 부분에 해당하고, 제2 중앙 세그먼트(CA2)란 중앙 영역(CA)에서 제2 몸체부(110B)가 배치된 부분에 해당하고, 절연 세그먼트(IA)란 중앙 영역(CA)에서 절연부(120)가 배치된 부분에 해당한다.
제1 또는 제2 중앙 세그먼트(CA1, CA2)은 서로 인접하는 칩 실장 영역(CMA)과 칩 비실장 영역으로 분할되어 정의될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 중앙 세그먼트(CA1)에서 발광 소자 칩(130)이 실장되는 칩 실장 영역(CMA)이 도시되어 있으며, 제1 중앙 세그먼트(CA1)에서 칩 실장 영역(CMA)을 제외한 부분이 칩 비실장 영역에 해당한다. 이때, 발광 소자 칩(130)이 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이 플립 본딩형 구조를 가질 경우, 서브 마운트(140)가 배치되는 영역이 칩 실장 영역(CMA)에 해당한다.
도 2 내지 도 4에서 발광 소자 칩(130)과 서브 마운트(140)는 패키지 몸체(110)의 제1 몸체부(110A) 위에 배치된 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
다른 실시 예에 따라, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 달리, 발광 소자 칩(130)과 서브 마운트(140)는 패키지 몸체(110)의 제2 몸체부(110B) 위에 배치될 수도 있으며 이 경우에도 하기의 설명은 적용될 수도 있다. 이 경우, 제2 중앙 세그먼트(CA2)에서 발광 소자 칩(130)과 서브 마운트(140)가 배치되는 영역은 칩 실장 영역(CMA)에 해당하고, 제2 중앙 세그먼트(CA2)에서 칩 실장 영역(CMA)을 제외한 부분이 칩 비실장 영역에 해당한다.
한편, 가장 자리 영역이란, 중앙 영역(CA)의 주변의 영역으로서 패키지 몸체(110)의 가장 자리를 포함하는 것으로 정의된다. 가장 자리 영역은 제1 및 제2 가장 자리 세그먼트(PA1, PA2)로 분할되어 정의될 수 있다. 제1 가장 자리 세그먼트(PA1)란 제1 몸체부(110A)에서 제1 중앙 세그먼트(CA1)를 제외한 부분에 해당하고, 제2 가장 자리 세그먼트(PA2)란 제2 몸체부(110B)에서 제2 중앙 세그먼트(CA2)를 제외한 부분에 해당한다.
패키지 몸체(110)는 세라믹이나 금속을 포함하여 형성될 수 있다. 만일, 발광 소자 칩(130)이 자외선 대역 특히, 심자외선(DUV:Deep UltraViolet) 대역의 광을 방출할 경우 반사율을 높이고 방열 특성을 향상시키기 위해 패키지 몸체(110)는 알루미늄(Al)으로 구현될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 발광 소자 칩(130)은 서브 마운트(140) 위에 배치되고, 서브 마운트(140)는 패키지 몸체(110)에서 제1 몸체부(110A) 위의 칩 실장 영역(CMA)에 실장된다. 서브 마운트(140)는 발광 소자 칩(130)과 제1 몸체부(110A) 사이에 배치된다. 후술되는 바와 같이, 발광 소자 칩(130)이 수평형이나 수직형 구조를 가질 경우, 발광 소자 칩(130)은 패키지 몸체(110)에서 제1 몸체부(110A)의 칩 실장 영역 위에 배치된다.
발광 소자 칩(130)은 복수의 화합물 반도체층, 예컨대, Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체층을 이용한 LED를 포함하며, LED는 청색, 녹색, 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED, 자외선(UV:UltraViolet) LED 특히, 심자외선(DUV) LED 또는 무분극 LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 'K' 부분을 확대 도시한 실시 예(K1, K2, K3)의 단면도를 나타내며, 참조부호 130A, 130B, 130C는 도 4의 130의 실시 예에 각각 해당한다.
일 실시 예에 따라, 도 5a를 참조하면, 발광 소자 칩(130A)은 기판(131), 버퍼층(132), 발광 구조물(133, 134, 135), 제1 및 제2 전극(136A, 136B)을 포함한다.
활성층(134)에서 방출된 광이 기판(131)을 통해 출사될 수 있도록, 기판(131)은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(131)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 기판(131)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
버퍼층(132)은 기판(131)과 발광 구조물(133, 134, 135)의 사이에 배치되어 기판(131)과 발광 구조물(133, 134, 135) 사이의 격자 정합을 개선시키는 역할을 한다. 예를 들어, 버퍼층(132)은 AlN을 포함하거나 언도프드 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 버퍼층(132)은 기판(131)의 종류와 발광 구조물(133, 134, 135)의 종류에 따라 생략될 수도 있다.
발광 구조물은 버퍼층(132)의 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(133), 활성층(134) 및 제2 도전형 반도체층(135)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(133)은 버퍼층(132)과 활성층(134) 사이에 배치되며, 반도체 화합물로 형성될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(133)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(133)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(133)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 도 5a에 예시된 발광 소자 칩(130A)이 자외선(UV) 특히, 심자외선(DUV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1 도전형 반도체층(133)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
활성층(134)은 제1 도전형 반도체층(133)과 제2 도전형 반도체층(135) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(134)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 특히, 실시 예에 의한 활성층(134)은 자외선 대역 특히 심자외선 대역의 빛을 생성할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(135)은 활성층(134)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(135)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(135)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(135)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(135)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 발광 소자 칩(130A)이 자외선(UV)(특히, DUV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제2 도전형 반도체층(135)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 제1 전극(136A)은 제1 도전형 반도체층(133) 하부에 배치된다. 제1 전극(136A)은 예를 들어 AlN 및 BN 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 즉, 활성층(134)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(133) 상에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질이든지 제1 전극(136A)을 형성할 수 있다.
또한, 제1 전극(136A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(136A)의 아래에 배치될 수도 있다.
또한, 제2 전극(136B)은 제2 도전형 반도체층(135)에 접해 있으며, 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(136B)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(136B)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(136B)은 전술한 금속 물질과 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 제2 전극(136B)은 제2 도전형 반도체층(135)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극(136B)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(136B)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
계속해서, 도 5a를 참조하면, 발광 소자 패키지(100A)는 발광 소자 칩(130A)과 서브 마운트(140) 사이에 배치된 보호층(passivation layer)(142), 제1 및 제2 전극 패드(144A, 144B) 및 제1 및 제2 범프(146A, 146B)를 더 포함할 수 있다.
도 5a에 예시된 플립 본딩 구조를 갖는 발광 소자 칩(130A)의 제1 및 제2 전극(136A, 136B)은 플립 본딩 방식으로 서브 마운트(140) 상에 위치한다.
서브 마운트(140)는 예를 들어 AlN, BN, 탄화규소(SiC), GaN, GaAs, Si 등의 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 이에 국한되지 않고 열전도도가 우수한 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 서브 마운트(140) 내에 제너 다이오드 형태의 정전기(ESD:Electro Static Discharge) 방지를 위한 소자가 포함될 수도 있다.
제1 전극(136A)은 제1 범프(146A)를 통해 서브 마운트(140)의 제1 전극 패드(144A)에 연결되며, 제2 전극(136B)은 제2 범프(146B)를 통해 서브 마운트(140)의 제2 전극 패드(144B)에 연결된다. 와이어(170A, 170B)는 패키지 몸체(110)와 발광 소자 칩(130A)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 즉, 제1 전극 패드(144A)는 와이어(170A)를 통해 제1 몸체부(110A)와 연결되고, 제2 전극 패드(144B)는 와이어(170B)를 통해 제2 몸체부(110B)와 연결된다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 전극(136A)과 제1 범프(146A) 사이에 제1 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제1 전극 패드(144A)와 제1 범프(146A) 사이에 제1 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층과 제1 하부 범프 금속층은 제1 범프(146A)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다. 이와 비슷하게 제2 전극(136B)과 제2 범프(146B) 사이에 제2 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제2 전극 패드(144B)와 제2 범프(146B) 사이에 제2 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층과 제2 하부 범프 금속층은 제2 범프(146B)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
만일, 서브 마운트(140)가 Si과 같이 전기적 전도성을 갖는 물질로 구현된 경우, 도 5a에 예시된 바와 같이 제1 및 제2 전극 패드(144A, 144B)와 서브 마운트(140) 사이에 보호층(142)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 보호층(142)은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 4에 예시된 발광 소자 패키지(100A)에서 발광 소자 칩(130)은 도 5a에 예시된 바와 같이 패키지 몸체(110)와 플립 본딩형 구조로 연결된 형태(130A)를 가질 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 발광 소자 칩(130)은 도 5b에 예시된 바와 같이 패키지 몸체(100)와 수평형 본딩 구조로 연결된 형태(130B)를 가질 수도 있고 도 5c에 예시된 바와 같이 패키지 몸체(110)와 수직형 본딩 구조로 연결된 형태(130C)를 가질 수도 있다. 수평형 및 수직형의 경우, 서브 마운트(140)는 생략된다. 특히, 수직형의 경우, 발광 소자 칩(130)은 패키지 몸체(110) 위에 직접 실장되어 제1 몸체부(110A)와 와이어(170A)없이 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5a에 예시된 발광 소자(130A)는 플립 본딩 구조이기 때문에, 활성층(134)에서 방출된 광은 제1 도전형 반도체층(133)과 버퍼층(134)과 기판(131)을 통해 출사된다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(133), 버퍼층(132) 및 기판(131)은 투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
반면에 도 5b에 예시된 발광 소자(130B)는 수평형 구조이기 때문에, 활성층(134)에서 방출된 광은 제2 도전형 반도체층(135)과 제2 전극(134B)을 통해 출사된다. 이를 위해, 도 5b에 예시된 제2 도전형 반도체층(135)과 제2 전극(134B)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층(133), 버퍼층(132) 및 기판(131)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 도 5b에 예시된 발광 소자(130B)는 플립 칩 본딩 구조가 아니라 수평형 본딩 구조이므로, 제1 및 제2 범프(146A, 146B), 제1 및 제2 전극 패드(144A, 144B), 보호층(142) 및 서브 마운트(140)가 요구되지 않는다. 이러한 차이점을 제외하면, 도 5b에 예시된 발광 소자(130B)는 도 5a에 예시된 발광 소자(130A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도 5c에 예시된 수직형 본딩 구조의 발광 소자 칩(130C)은 지지 기판(137), 반사층(138), 발광 구조물(133, 134, 135) 및 제1 전극(136A)을 포함한다.
지지 기판(137)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(137)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 만일, 지지 기판(137)이 도전형일 경우, 지지 기판(137)의 전체는 반사층(138)과 함께 p형 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
예를 들어, 지지 기판(137)은 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) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
반사층(138)은 활성층(134)에서 방출된 빛을 상부로 반사시키는 역할을 하며, 지지 기판(137) 위에 배치되며, 약 2500 옹스르통(Å)의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사층(138)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 발광 소자의 광 추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
도 5c에서 활성층(134)에서 방출된 광은 제1 도전형 반도체층(133)과 제1 전극(136A)을 통해 출사된다. 이를 위해, 제1 도전형 반도체층(133)과 제1 전극(136A)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제2 도전형 반도체층(135)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 도 5c에 예시된 발광 소자(130C)는 플립 칩 본딩 구조가 아니라 수직형 본딩 구조이므로, 제1 및 제2 범프(146A, 146B), 제1 및 제2 전극 패드(144A, 144B), 보호층(142) 및 서브 마운트(140)가 필요하지 않다. 이러한 차이점을 제외하면, 도 5c에 예시된 발광 소자(130C)는 도 5a에 예시된 발광 소자(130A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
한편, 도 2 내지 도 5c를 참조하면, 실시 예에 의한 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1)은 중앙 영역(CA)의 칩 비실장 영역에서 패키지 몸체(110)의 윗면(111A)보다 높을 뿐만 아니라 가장 자리 영역(PA1, PA2)에서 패키지 몸체(110)의 윗면(111B)보다 높다. 또한, 발광 소자 칩(130)의 아랫면(130-2)은 중앙 영역(CA)의 칩 비실장 영역에서 패키지 몸체(110)의 윗면(111A)보다 높을 뿐만 아니라 가장 자리 영역(PA1, PA2)에서 패키지 몸체(110)의 윗면(111B)보다 높다.
도 5a에 예시된 발광 소자 칩(130A)의 윗면(130-1)은 기판(131)의 상부면에 해당하고, 도 5b에 예시된 발광 소자 칩(130B)의 윗면(130-1)은 제2 전극(136B)의 상부면에 해당하고, 도 5c에 예시된 발광 소자 칩(130C)의 윗면(130-1)은 제1 전극(136A)의 상부면에 해당한다.
또한, 도 5a에 예시된 발광 소자 칩(130A)의 아랫면(130-2)은 제2 전극(136B)의 하부면에 해당하고, 도 5b에 예시된 발광 소자 칩(130B)의 아랫면(130-2)은 기판(131)의 하부면에 해당하고, 도 5c에 예시된 발광 소자 칩(130C)의 아랫면(130-2)은 지지 기판(137)의 하부면에 해당한다.
도 1에 도시된 기존의 발광 소자 패키지의 경우, 발광 소자 칩(30)의 윗면(30-1)과 아랫면(30-2)은 패키지 몸체(10)의 중앙 영역의 윗면(11A)보다 높지만, 가장 자리 영역에서 패키지 몸체(10)의 윗면(11B)보다 낮다. 따라서, 발광 소자 칩(30)에서 방출된 광은 패키지 몸체(10)의 캐비티에 갇혀 발광 소자 패키지를 탈출하지 못할 수 있다. 또한, 발광 소자 칩(30)에서 방출된 광은 발광 소자 패키지의 수직 방향(5)으로만 탈출할 수 있으며 사방으로 탈출하지 못한다.
반면에, 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이 전술한 구조를 갖는 실시 예의 발광 소자 칩(130)은 패키지 몸체(110)에 갇히지 않고 탈출할 수 있기 때문에, 광 추출 효율이 25% 정도까지 개선될 수 있다. 또한, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)는 수직 방향(5)뿐만 아니라 사방(7)으로 발광할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 몰딩 부재(150A)는 발광 소자 칩(130)을 에워싸면서 패키지 몸체(110) 위에 배치된다. 또한, 몰딩 부재(150A)는 형광체를 포함하여 발광 소자 칩(130)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시 예에 의한 패키지 몸체(110)는 적어도 하나의 몰딩 홈(114)을 포함한다. 적어도 하나의 몰딩 홈(114)은 패키지 몸체(110) 상부의 가장 자리 영역(PA1, PA2)에서, 중앙 영역(CA1, CA2)과 주변 영역(PA1, PA2)이 접한 경계에 배치된다.
도 6은 도 4의 'L' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 몰딩 부재(150A)는 적어도 하나의 몰딩 홈(114)의 내측 가장 자리(114A)(즉, 중앙 영역(CA2)과 주변 영역(PA2)의 경계)까지 배치된다.
도 7a 및 도 7b는 몰딩 부재(150A)의 곡률 반경을 설명하기 위한 도면이다.
만일, 발광 소자 칩(130)이 200 ㎚ 내지 405 ㎚ 파장 대역을 갖는 심자외선 광을 방출할 경우, 전술한 바와 같이 블루 광을 방출하는 경우보다 점도가 낮은 젤(gel) 형태의 몰딩 부재(150A)가 사용된다. 이 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 점도가 낮은 몰딩 부재(150A)는 볼록한 반구 형상이 아니라 화살표 방향으로 펴져서 납작해진 반구 형상을 갖는 경향이 있다. 이와 같이, 몰딩 부재(150A)의 곡률 반경이 작을 경우, 발광 소자 패키지의 광 추출 효율이 저하된다.
그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 경우, 적어도 하나의 몰딩 홈(114)이 패키지 몸체(110)의 상부의 가장 자리 영역(PA1, PA2)에 배치되므로, 비록 몰딩 부재(150A)의 점도가 낮다고 하더라도, 몰딩 부재(150A)는 화살표 방향의 표면 장력의 영향에 의해 도 7b에 도시된 바와 같이 볼록한 반구 형상 또는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 몰딩 부재(150A)의 곡률 반경이 커짐으로서, 발광 소자 패키지(100A)의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
결국, 발광 소자 칩(30, 130)이 심자외선 대역의 파장을 갖는 광을 방출할 경우, 도 1에 도시된 기존의 발광 소자 패키지에서의 몰딩부(60)의 곡률 반경보다 도 2 내지 도 4에 도시된 실시 예의 발광 소자 패키지(100A)에서의 몰딩 부재(150A)의 곡률 반경이 더 큼을 알 수 있따. 즉, 몰딩 부재(150A)가 몰딩부(60)보다 더 볼록한 형상을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 몰딩 홈(114)의 존재로 인해, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 몰딩 부재(150A)의 점도를 높여 곡률 반경을 더욱 키울 수 있다. 몰딩 부재(150A)의 점도는 몰딩 부재(150A)에 포함된 용재의 함량을 이용하여 조정 가능하다.
또한, 도 4를 참조하면, 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1)과 몰딩 부재(150A)의 정점까지의 거리(a)가 클수록 더욱 많은 량의 빛이 사방으로 방출될 수 있다. 또한, 서브 마운트(140)로부터 몰딩 홀(114)까지의 거리(d)를 증가시켜 몰딩 부재(150A)의 높이(H)를 키움으로써 광이 사방으로 더욱 펴질 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 몰딩 홈(114)의 평면 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰딩 홈(114)의 평면 형상은 도 3에 예시된 바와 같이 원형일 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자 패키지(100A)에서 중앙 영역(CA)은 캐비티를 갖지 않는 반면, 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 제1 캐비티(180)를 갖는다. 즉, 도 4에 예시된 발광 소자 패키지(100A)에서 중앙 영역(CA)의 윗면(111A)은 단차를 갖지 않는 반면, 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100A)에서 중앙 영역(CA)은 제1 캐비티(180)의 존재로 인해 단차를 갖는다. 이를 제외하면 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 도 4에 예시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 제1 캐비티(180)는 중앙 영역(CA)의 제1 중앙 세그먼트(CA1)에 위치하며, 칩 실장 영역(CMA)와 칩 비실장 영역에 걸쳐서 형성되어 있다. 또는, 도 8에 예시된 바와 달리, 제1 캐비티(180)는 중앙 영역(CA)의 제2 중앙 세그먼트(CA2)에 위치할 수도 있다.
비록 발광 소자 칩(130)이 배치되는 제1 캐비티(180)가 중앙 영역(CA)에 존재한다고 하더라도, 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1)과 아랫면(130-2) 각각은 칩 비실장 영역에서 패키지 몸체(110)의 윗면(111A, 111C)보다 높기 때문에, 발광 소자 칩(130)에서 방출된 광은 제1 캐비티(180)에 갇히지 않는다. 이를 위해, 서브 마운트(140)의 두께(T1)는 제1 캐비티(140)의 깊이(D)보다 크다. 만일, 발광 소자 칩(130)이 도 5b 또는 도 5c에 예시된 같이 수평형 또는 수직형일 경우 서브 마운트(140)는 생략되며, 이 경우 발광 소자 칩(130)의 두께(T2)는 제1 캐비티(180)의 깊이(D)보다 크다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 4 및 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100A, 100B)가 몰딩 홈(114)을 갖는 반면, 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C)는 댐(190A)을 갖는다. 이를 제외하면 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C)는 도 4에 예시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
댐(190A)은 몰딩 홈(114)이 배치되는 위치와 동일한 위치에 형성될 수 있다. 즉, 댐(190A)은 패키지 몸체(110) 상부의 가장 자리 영역(PA1, PA2)에서, 중앙 영역(CA)과 가장 자리 영역(PA1, PA2)이 접하는 경계에 배치될 수 있다. 댐(190A)에 의해 제2 캐비티(182)가 중앙 영역(CA)에 걸쳐서 형성되어 있다. 비록 발광 소자 칩(130)이 배치되는 제2 캐비티(182)가 존재한다고 하더라도 댐(190A)의 상부면(190-1)은 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1)과 아랫면(130-2) 각각보다 낮기 때문에, 발광 소자 칩(130)에서 방출된 광은 제2 캐비티(182)에 갇히지 않는다. 이를 위해, 서브 마운트(140)의 두께(T1)는 제2 캐비티(140)의 깊이(D)인 댐(190A)의 두께(T3)보다 크다. 만일, 발광 소자 칩(130)이 도 5b 또는 도 5c에 예시된 같이 수평형 또는 수직형일 경우 서브 마운트(140)는 생략되며, 이 경우 발광 소자 칩(130)의 두께(T2)는 댐(190A)의 두께(T3)보다 크다.
또한, 몰딩 부재(150A)는 댐(190A)에 의해 형성된 제2 캐비티(182)를 메우면서 댐(190A)의 내벽(192)까지 배치된다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100D)의 단면도를 나타낸다.
도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100D)는 중앙 영역(CA)에 제1 캐비티(180)를 더 갖는다. 이를 제외하면, 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100D)는 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 10에 예시된 제1 캐비티(180)는 도 8에 예시된 제1 캐비티(180)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다. 즉, 도 8 또는 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100B, 100C)와 달리, 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100D)는 제1 및 제2 캐비티(180, 182)를 모두 갖는다.
도 11은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100E)의 단면도를 나타낸다.
도 11에 예시된 발광 소자 패키지(100E)의 경우, 댐(190B)의 상부면(190-1)은 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1) 및 아랫면(130-2) 각각보다 높고, 몰딩 부재(150B)는 제2 캐비티(182)에 매립되는 대신에 댐(190B)에 얹혀진다. 이를 제외하면, 도 11에 예시된 발광 소자 패키지(100E)는 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 중복되는 설명을 생략한다.
도 11에 예시된 댐(190B)은 석영 등과 같은 투광성 물질을 포함할 수 있다.
댐(190B)의 두께(T3)는 서브 마운트(140)의 두께(T1)와 발광 소자 칩(130)의 두께(T2)를 합한 두께(T1+T2)보다 두껍다. 즉, 댐(190B)의 상부면(190-1)은 발광 소자 칩(130)의 윗면(130-1)보다 높다. 그러므로, 댐(190B)에 의해 형성된 제2 캐비티(182)에 발광 소자 칩(130)이 갇히게 된다. 그러나, 댐(190B)을 전술한 바와 같이 투광성 물질로 구현할 경우, 발광 소자 칩(130)에서 방출된 광(198)은 댐(190B)을 투과할 수 있다. 따라서, 발광 소자 칩(130)이 제2 캐비티(182)에 갇힌다고 하더라도 광 추출 효율이 저하되지 않는다.
몰딩 부재(150B)는 댐(190B)에 얹혀져서 제2 캐비티(182)를 덮는다. 몰딩 부재(150B)는 렌즈 단면 형상을 갖지만 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이때, 몰딩 부재(150B)와 댐(190B)은 유테틱(Eutecti) 본딩에 의해 결합될 수 있으나 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 11에 예시된 제2 캐비티(182)는 몰딩 부재(150B)에 의해 메워지지 않고 공기로 채워질 수 있다. 예를 들어, 제2 캐비티(182)는 진공 상태일 수 있다. 이와 같이 몰딩 부재(150B)가 제2 캐비티(182)를 메우지 않아 제2 캐비티(182)가 공기 상태일 경우, 몰딩 부재(150B)가 깨지는 현상이 제거될 수 있다. 특히, 20 ㎃의 고전류가 발광 소자 칩(130)에 인가되는 경우에도 몰딩 부재(150B)는 깨지지 않을 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능하거나 공기 살균 장치 등과 같은 각종 전자 제품에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12는 실시 예에 의한 공기 살균 장치(500)의 사시도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 공기 살균 장치(500)는, 케이싱(501)의 일면에 실장된 발광 모듈부(510)와, 방출된 심자외선 파장 대역의 광을 난반사시키는 난반사 반사 부재(530a, 530b)와, 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 전원 공급부(520)를 포함한다.
먼저 케이싱(501)은 장방형 구조로 이루어지며 발광 모듈부(510)와 난반사 반사부재(530a, 530b) 및 전원 공급부(520)를 모두 내장하는 일체형 즉 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(501)은 공기 살균 장치(500) 내부에서 발생된 열을 외부로 방출시키기에 효과적인 재질 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)의 재질은 Al, Cu 및 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 향상되어, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또는, 케이싱(501)은 특유한 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)은 예를 들어 코러게이션(corrugation) 또는 메쉬(mesh) 또는 불특정 요철 무늬 형상으로 돌출 형성되는 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 더욱 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
한편, 이러한 케이싱(501)의 양단에는 부착판(550)이 더 배치될 수 있다. 부착판(550)은 도 12에 예시된 바와 같이 케이싱(501)을 전체 설비 장치에 구속시켜 고정하는데 사용되는 브라켓 기능의 부재를 의미한다. 이러한 부착판(550)은 케이싱(501)의 양단에서 일측 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 일측 방향은 심자외선이 방출되고 난반사가 일어나는 케이싱(501)의 내측 방향일 수 있다.
따라서, 케이싱(501)으로부터 양단 상에 구비된 부착판(550)은 전체 설비 장치와의 고정 영역을 제공하여, 케이싱(501)이 보다 효과적으로 고정 설치될 수 있도록 한다.
부착판(550)은 나사 체결 수단, 리벳 체결 수단, 접착 수단 및 탈착 수단 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이들 다양한 결합 수단의 방식은 당업자의 수준에서 자명하므로, 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 모듈부(510)는 전술한 케이싱(501)의 일면 상에 실장 되는 형태로 배치된다. 발광 모듈부(510)는 공기 중의 미생물을 살균 처리하도록 심자외선을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(510)는 기판(512)과, 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(100)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(100)는 도 2 내지 도 4, 도 8 내지 도 11에 예시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100E)에 해당한다.
기판(512)은 케이싱(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(512)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 난반사 반사부재(530a, 530b)는 전술한 발광 모듈부(510)에서 방출된 심자외선을 강제로 난반사시키도록 형성되는 반사판 형태의 부재를 의미한다. 이러한 난반사 반사부재(530a, 530b)의 전면 형상 및 배치 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 난반사 반사부재(530a, 530b)의 면상 구조(예: 곡률반경 등)를 조금씩 변경하여 설계함에 따라, 난반사된 심자외선이 중첩되게 조사되어 조사 강도가 강해지거나, 또는 조사 영역되는 영역의 폭이 확장될 수 있다.
전원 공급부(520)는 전원을 도입 받아 전술된 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한 전원 공급부(520)는 전술한 케이싱(501) 내에 배치될 수 있다. 도 12에 예시된 바와 같이, 전원 공급부(520)는 난반사 반사부재(530a, 530b)와 발광 모듈부(510) 사이의 이격 공간의 내벽 쪽에 배치될 수 있다. 외부 전원을 전원 공급부(520) 측으로 도입시키기 위해 상호 간을 전기적으로 연결하는 전원 연결부(540)가 더 배치될 수 있다.
도 12에 예시된 바와 같이, 전원 연결부(540)의 형태는 면상일 수 있으나, 외부의 전원 케이블(미도시)이 전기적으로 접속될 수 있는 소켓 또는 케이블 슬롯의 형태를 가질 수 있다. 그리고 전원 케이블은 플렉시블한 연장 구조를 가져, 외부 전원과의 연결이 용이한 형태로 이루어질 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때 발광 소자 패키지는 도 2 내지 도 4, 도 8 내지 도 11에 도시된 실시 예(100A ~ 100E)일 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
도 14는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 조명 장치(1000)는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700) 및 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치(1000)는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
광원 모듈(1200)은 도 2 내지 도 4, 도 8 내지 도 11에 예시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100E) 또는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 발광 소자(130A ~ 130C)를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상일 수 있으며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(1100)는 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(1100)는 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(1100)는 외부에서 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 불투명할 수 있다. 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있으며, 광원 모듈(1200)로부터 발생한 열은 방열체(1400)로 전도될 수 있다. 광원 모듈(1200)은 광원부(1210), 연결 플레이트(1230) 및 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 방열체(1400)의 상면 위에 배치될 수 있고, 복수의 광원부(1210)와 커넥터(1250)가 삽입되는 가이드홈(1310)을 갖는다. 가이드홈(1310)은 광원부(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응 또는 정렬될 수 있다.
부재(1300)의 표면은 광 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(1300)는 커버(1100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(1200)을 향하여 되돌아오는 빛을 다시 커버(1100) 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(1400)와 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(1230)와 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(1400)는 광원 모듈(1200)로부터의 열과 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열할 수 있다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)에 수납되는 전원 제공부(1600)는 밀폐될 수 있다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 가질 수 있으며, 가이드 돌출부(1510)는 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 가질 수 있다
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납될 수 있고, 홀더(1500)에 의해 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐될 수 있다. 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650) 및 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
가이드부(1630)는 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 가이드부(1630)는 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 베이스(1650)의 일 면 위에는 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(1670)는 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입될 수 있고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 예컨대, 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)와 폭이 같거나 작을 수 있다. 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결될 수 있고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(1600)가 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10A, 10B, 110: 패키지 몸체 30, 130, 130A ~ 130C: 발광 소자 칩
40, 140: 서브 마운트 50A, 50B, 170A, 170B: 와이어
60: 몰딩부 100, 100A ~ 100E: 발광 소자 패키지
120: 절연부 131: 기판
132: 버퍼층 133: 제1 도전형 반도체층
134: 활성층 135: 제2 도전형 반도체층
136A, 136B: 전극 144A, 144B: 전극 패드
146A, 146B: 범프 150A, 150B: 몰딩 부재
500: 공기 살균 장치 501: 케이싱
512: 기판 520: 전원 공급부
530a, 530b: 난반사 반사 부재 540: 전원 연결부
550: 부착판 900: 헤드 램프
902: 리플렉터 903: 쉐이드
904: 렌즈 1000: 조명 장치
1100: 커버 1200: 광원 모듈
1300: 부재 1400: 방열체
1500: 홀더 1600: 전원 제공부
1700: 내부 케이스 1800: 소켓

Claims (14)

  1. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체의 칩 실장 영역 위에 배치된 발광 소자 칩; 및
    상기 발광 소자 칩을 에워싸면서 상기 패키지 몸체 위에 배치된 몰딩 부재를 포함하고,
    상기 패키지 몸체는
    서로 이웃하는 칩 비실장 영역 및 상기 칩 실장 영역을 갖고, 상기 몰딩 부재가 배치된 중앙 영역; 및
    상기 중앙 영역의 주변의 가장 자리 영역을 포함하고,
    상기 발광 소자 칩의 윗면은 상기 칩 비실장 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고, 상기 가장 자리 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고,
    상기 패키지 몸체에서 상기 칩 비실장 영역에서의 상기 윗면은 상기 칩 비실장 영역의 가장자리에 있는 상부 가장 자리 면을 포함하고,
    상기 상부 가장 자리 면은 상기 몰딩 부재와 콘택하고,
    상기 발광 소자 칩의 아래면은 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고,
    상기 중앙 영역은 제1 캐비티를 형성하는 단차를 갖고, 상기 제1 캐비티의 바닥면에 서브 마운트가 배치되고, 상기 서브 마운트 상에 상기 발광 소자 칩이 배치되고,
    상기 패키지 몸체 상부의 상기 가장 자리 영역에서, 상기 중앙 영역과 접한 경계에 댐이 배치되어 제2 캐비티를 형성하고,
    상기 서브 마운트의 윗면의 높이는, 상기 칩 비실장 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면의 높이 및 상기 가장 자리 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면의 높이보다 높고,
    상기 서브 마운트의 윗면의 높이는, 상기 댐의 윗면의 높이보다 낮고,
    상기 댐의 윗면의 높이는 상기 발광 소자 칩의 윗면의 높이보다 낮은 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자 칩의 아랫면은 상기 칩 비실장 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높고, 상기 가장 자리 영역에서 상기 패키지 몸체의 윗면보다 높은 발광 소자 패키지.
  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 댐은 투광성 물질을 포함하는 발광 소자 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 몰딩 부재는 상기 제2 캐비티를 메우면서 상기 댐의 내벽까지 배치된 발광 소자 패키지.
  12. 삭제
  13. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 몰딩 부재와 상기 댐은 유테틱(Eutecti) 본딩에 의해 결합된 발광 소자 패키지.
  14. 삭제
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