KR102127445B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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    • H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating

Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 패키지 몸체와, 패키지 몸체 위에 발광 소자 및 발광 소자를 감싸며 패키지 몸체의 상부에 형성된 캐비티에 채워진 액상 몰딩 부재를 포함한다.

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.
한편, 심자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자 패키지의 방열 특성이 중요하게 대두된다. 왜냐하면, 블루 파장 대역의 광을 방출할 때보다 심자외선 파장 대역의 광을 방출할 경우, 발광 소자 패키지에서 상당한 량의 열이 발생하기 때문이다. 만일, 심자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자 패키지의 방열 특성이 열악할 경우, 발광 소자 패키지의 수명이 단축될 수 있다.
또한, 심자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자 패키지에서 발광 소자를 감싸는 몰딩 부재가 광을 흡수할 경우 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
실시 예는 긴 수명을 가지며 개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예의 발광 소자 패키지는, 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 위에 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 감싸며 상기 패키지 몸체 위에 배치되는 액상 몰딩 부재를 포함할 수 있다.
상기 패키지 몸체의 상부는 캐비티를 형성하고, 상기 액상 몰딩 부재는 상기 캐비티에 채워질 수 있다. 상기 액상 몰딩 부재는 기포를 포함할 수 있다.
상기 캐비티는 상기 발광 소자와 상기 액상 몰딩 부재가 배치되는 제1 리세스부; 및 상기 액상 몰딩 부재가 배치되며, 상기 제1 리세스부의 상부 양측에 형성된 제2 리세스부를 포함하고, 상기 패키지 몸체는 서로 전기적으로 이격된 제1 및 제2 몸체부를 포함하고, 상기 제1 몸체부의 상부면과 상기 제2 몸체부의 상부면은 단차를 가질 수 있다.
상기 제2 리세스부는 상기 제1 리세스부의 상부 양측으로부터 상기 발광 소자의 광 출사 방향에 수직한 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 제2 리세스부는 상기 제1 리세스부 내에서 대류하는 상기 액상 몰딩 부재에 포함된 상기 기포를 가두는 형상을 가질 수 있다.
상기 캐비티의 깊이는 상기 발광 소자의 높이보다 클 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 패키지 몸체 위에 배치된 격벽을 더 포함하고, 상기 액상 몰딩 부재는 상기 격벽과 상기 패키지 몸체의 상부면이 형성하는 공간에 채워질 수 있다.
상기 발광 소자는 제1 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 액상 몰딩 부재를 감싸며 배치된 고상 몰딩 부재를 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자를 감싸며 배치된 고상 몰딩 부재를 더 포함하고, 상기 액상 몰딩 부재는 상기 고상 몰딩 부재를 감쌀 수 있다.
상기 고상 몰딩 부재와 상기 액상 몰딩 부재는 서로 다르거나 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 액상 몰딩 부재는 1.3 내지 1.8의 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 액상 몰딩 부재는 규소 수지를 포함할 수 있다.
상기 액상 몰딩 부재는 0 보다 크고 10,000 cps보다 작은 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 액상 몰딩 부재는 1 cps 내지 2000 cps의 점도를 가질 수 있다. 상기 발광 소자는 500 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 방출할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나의 내부에 배치된 굴절 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 굴절 부재는 분말 또는 덩어리 형태를 가질 수 있으며, 석영, 붕규산염(borosilicate) 또는 사파이어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 굴절 부재는 볼 형상이나 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 90%의 광 투과율을 가질 수 있다. 상기 굴절 부재는 상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나가 수용되는 전체 공간의 50% 이상을 차지할 수 있다. 상기 굴절 부재, 상기 액상 몰딩 부재 및 상기 고상 몰딩 부재의 굴절률을 서로 동일할 수 있다. 상기 액상 및 고상 몰딩 부재 중에서, 상기 굴절 부재를 포함하지 않는 부재의 굴절률과 상기 굴절 부재의 굴절률은 서로 다를 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 액상 몰딩 부재의 상부에 배치되는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 렌즈를 상기 패키지 몸체의 상부에 접착시켜 상기 액상 몰딩 부재를 실링하는 제1 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 렌즈를 상기 격벽의 상부에 접착시켜 상기 액상 몰딩 부재를 실링하는 제2 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈는 반구형 또는 플랫한 입체 형상을 가질 수 있으며, 실리콘 계열의 물질을 포함할 수 있다. 상기 렌즈의 굴절률은 상기 액상 몰딩 부재의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 액상 몰딩 부재의 상부에 배치되는 렌즈; 및 상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나의 내부에 배치된 굴절 부재를 더 포함하고, 상기 렌즈의 굴절률은 상기 굴절 부재의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 패키지 몸체의 상부면에 배치된 리플렉터를 더 포함할 수 있다. 상기 캐비티의 상부면에 배치되는 상기 리플렉터는 상기 발광 소자의 측부와 접하도록 배치되고, 상기 액상 몰딩 부재는 상기 리플렉터의 상부에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물의 광 출사면에 배치되어, 상기 액상 몰딩 부재에 포함된 기포의 접착을 방해하는 기포 접착 방해층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물 위에 기판; 상기 발광 구조물과 상기 패키지 몸체 사이에 서브 마운트; 상기 서브 마운트 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속층; 상기 제1 및 제2 금속층과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 범프부; 및 기 제1 및 제2 범프부와 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 패키지 몸체와 상기 발광 구조물 사이에 기판; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 위에 각각 배치된 제1 및 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물과 상기 패키지 몸체 사이에 배치되며 전기적 전도성을 갖는 물질을 포함하는 지지 기판; 및 상기 발광 구조물의 상부에 배치된 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 캐비티 위에 배치되어, 상기 액상 몰딩 부재를 실링하는 글래스 커버를 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 발광 소자 패키지는 상기 격벽 위에 배치되어, 상기 액상 몰딩 부재를 실링하는 글래스 커버를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 우수한 방열 특성을 갖기 때문에 긴 수명을 가지며, 다양한 입체 형상의 렌즈를 가질 수 있고, 외부로 출사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 광 투과율을 더욱 개선시켜 광 손실이 감소하고 광도가 향상되며, 살균을 위해 사용될 수 있도록 하고, 광 추출 효율 보존 내지는 개선시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 예시된 패키지 몸체 및 절연부만을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 6은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 8은 또 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 11a 및 도 11b는 발광 소자 패키지의 내부로부터 외부로 광이 탈출하는 모습을 보이는 도면이다.
도 12는 시간에 따른 광속 유지율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 일반적인 파장별 몰딩 부재의 광 투과율을 나타낸다.
도 14는 파장별 살균 효과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시 예에 의한 파장별 몰딩 부재의 광 투과율을 나타낸다.
도 16 (a) 내지 (f)는 비교 예와 실시 예의 광 출력(Po)을 서로 비교하는 그래프이다.
도 17은 실시예에 의한 공기 살균 장치의 사시도를 나타낸다.
도 18은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 19는 실시 예에 따른 발광 소자 칩 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 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 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 예시된 발광 소자 패키지(100A)는 패키지 몸체(110), 절연부(120), 리플렉터(reflector)(130), 액상 몰딩 부재(140A), 렌즈(150A), 굴절 부재(160), 와이어(192, 194) 및 발광 소자(200)를 포함한다.
발광 소자(200)는 패키지 몸체(110) 위에 배치된다. 패키지 몸체(110)는 제1 및 제2 몸체부(112, 114)를 포함한다. 제1 및 제2 몸체부(112, 114) 각각은 금속을 포함하여 형성될 수 있다. 만일, 발광 소자(200)가 심자외선(DUV:Deep UltraViolet) 파장 대역의 광을 방출할 경우 반사율을 높이기 위해 패키지 몸체(110)의 재질은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 패키지 몸체(110)는 세라믹(ceramic) 재질일 수 있으나, 실시 예는 전술한 패키지 몸체(110)의 재질에 국한되지 않는다.
비록 도시되지는 않았지만, 패키지 몸체(110)는 기판 위에 배치된다. 여기서, 기판은 인쇄 회로 기판(PCB:Printed Circuit Board)일 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
도 1의 경우, 발광 소자(200)는 패키지 몸체(110)의 제1 몸체부(112) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 발광 소자(200)는 패키지 몸체(110)의 제2 몸체부(114) 위에 배치될 수도 있다.
절연부(120)은 제1 및 제2 몸체부(112, 114)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 절연부(120)는 SiO2, TiO2, SnO, ZnO, SixOy, SixNy(예를 들어, x=3이고 y=4이거나, x=y=1), SiOxNy, ITO 또는 AZO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
액상 몰딩 부재(140A)는 발광 소자(200)를 감싸며 패키지 몸체(110) 위에 배치된다. 액상 몰딩 부재(140A)는 1.3 내지 1.8의 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 몰딩 부재(140A)는 규소 수지(silicone)를 포함할 수 있다. 또한, 액상 몰딩 부재(140A)는 0 보다 크고 10,000 cps(centi poise)보다 작은 점도 예를 들어 1 cps 내지 2000 cps의 점도 바람직하게는 500 cps 내지 1000 cps의 점도를 가질 수 있다.
액상 몰딩 부재(140A)가 새지 않도록, 패키지 몸체(110)와 절연부(120)는 열에 의해 깨지기 쉽거나 갈라지지 않을 수만 있다면, 패키지 몸체(110) 및 절연부(120)는 전술한 물질에 국한되지 않고 다양한 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 1에 예시된 바와 같이 패키지 몸체(110)의 상부는 캐비티(C1, C2)를 형성할 수 있다. 이때, 액상 몰딩 부재(140A)는 캐비티(C1, C2)에 채워진다. 액상 몰딩 부재(140A)는 기포(170)를 포함하지 않는 것이 바람직하지만, 발광 소자(200)에서 방출된 광이 출사되는데 영향을 미치지 않을 정도의 크기를 갖는 기포(170)를 포함할 수도 있다.
도 2는 도 1에 예시된 패키지 몸체(110) 및 절연부(120)만을 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 캐비티는 제1 및 제2 리세스부(C1, C2)를 포함할 수 있다. 제1 리세스부(C1)는 발광 소자(200)와 액상 몰딩 부재(140A)가 배치되는 공간이다.
제1 리세스부(C1)는 제1 몸체부(112)의 제1 상부면(112A1) 및 제1 측부면(112B1)과, 가상의 수직면(112-1)과, 절연부(120)의 상부면(120A)과, 제2 몸체부(114)의 제1 상부면(114A1), 제1 측부면(114B1) 및 가상의 수직면(114-1)에 의해 정의된다. 제1 리세스부(C1)는 컵 모양의 단면 형상을 가질 수 있으며, 제1 상부면(112A1)과 제1 측부면(112B1) 사이의 각도(θ)는 120°내지 150°일 수 있다.
제2 리세스부(C21, C22)는 액상 몰딩 부재(140A)가 배치되며, 제1 리세스부(C1)의 상부 양측에 형성된다. 즉, 제2 리세스부(C21)는 제1 몸체부(112)의 제2 상부면(112A2) 및 제2 측부면(112B2)과, 가상의 수직면(112-1)에 의해 정의된다. 그리고, 제2 리세스부(C22)는 제2 몸체부(114)의 제2 상부면(114A2) 및 제2 측부면(114B2)과, 가상의 수직면(114-1)에 의해 정의된다.
제2 리세스부(C21, C22)는 제1 리세스부(C1)의 상부 양측으로부터 발광 소자(200)의 광 출사 방향인 X축 방향에 수직한 방향인 Y 방향으로 연장되어 형성될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 제2 리세스부(C21, C22)는 제1 리세스부(C1) 내에서 화살표 방향(D)으로 대류하는 액상 몰딩 부재(140A)에 포함된 기포(170)를 가두는 형상을 가질 수 있다.
이와 같이, 제1 및 제2 몸체부(112, 114)의 제1 상부면(112A1, 114A1)과 제2 상부면(112A2, 114B2)은 단차를 갖는다.
만일, 액상 몰딩 부재(140A)에 포함된 기포(170)가 발광 소자(200)의 중심축(RA)이나 중심축(RA) 인근에 존재할 경우, 기포(170)의 굴절률은 공기의 굴절률인 '1'과 같으므로, 발광 소자(200)에서 방출된 광은 발광 소자 패키지(100A)를 탈출하기 어렵게 된다. 제2 리세스부(C21, C22)는 이를 해소시키는데 도움을 준다. 그 이유는 다음과 같다.
발광 소자(200)가 발광하는 동안, 액상 몰딩 부재(140A)는 화살표 방향(D)으로 대류할 수 있다. 이때, 액상 몰딩 부재(140A)가 대류하면, 액상 몰딩 부재(140A)에 포함된 기포(170)는 제1 리세스부(C1)로부터 제2 리세스부(C21, C22)로 이동하여 갇힐 수 있다. 이와 같이, 기포(170)가 제2 리세스부(C21, C22)에 갇힐 경우, 발광 소자(200)로부터 방출된 광은 기포(170)에 영향을 받지 않고 발광 소자 패키지(100A)로부터 출사되어 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
액상 몰딩 부재(140A)는 제1 리세스부(C1)와 제2 리세스부(C2)에 채워지되, 패키지 몸체(110)의 상부면(112C, 114C)으로부터 Y축 방향으로 연장되는 가상의 수평면(HS)까지 채워질 수 있다.
또한, 액상 몰딩 부재(140A)를 캐비티(C1, C2)에 가두기 위해, 캐비티의 깊이(d)는 발광 소자(200)의 높이(h)보다 클 수 있다. 또한, 제1 리세스부(C1)는 제1 깊이(d1)를 갖고, 제2 리세스부(C2)는 제2 깊이(d2)를 갖는다. 이때, 제1 깊이(d1)는 발광 소자(200)의 높이(h)보다 클 수 있다.
한편, 렌즈(150A)는 액상 몰딩 부재(140A)의 상부에 배치되어 광 추출 효율을 개선시키는 역할을 한다. 렌즈(150A)를 패키지 몸체(110)의 상부(112C, 114C)에 접착시키기 위해, 발광 소자 패키지(100A)는 제1 접착제(152A)를 더 포함할 수 있다. 제1 접착제(152A)는 렌즈(150A)를 패키지 몸체(110)의 상부(112C, 114C)에 접착시킴과 동시에, 액상 몰딩 부재(140A)를 실링(sealing)하는 역할을 한다.
렌즈(150A)는 도 1에 예시된 바와 같이, 플랫(flat)한 입체 형상을 갖지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 렌즈(150A)는 다양한 입체 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 후술되는 바와 같이, 렌즈(150B)는 반구형 입체 형상을 가질 수도 있다.
또한, 렌즈(150A)는 실리콘 계열의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(150A)는 석영(quartz), 실리카(silica) 또는 실리콘 몰딩(silicon molding) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 렌즈(150A)의 굴절률은 액상 몰딩 부재(140A)의 굴절률보다 클 수 있다. 예를 들어, 렌즈(150A)는 1.8의 굴절률을 갖는 석영을 포함하고, 액상 몰딩 부재(140A)는 1.8보다 적은 굴절률을 갖는 규소 수지를 포함할 수 있다.
또는, 발광 소자 패키지(100A)는 렌즈(150A)를 포함하는 대신에 글래스 커버를 포함할 수도 있다. 글래스 커버는 도 1에 예시된 렌즈(150A)와 마찬가지로 플랫한 입체 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 글래스 커버는 렌즈(150A)와 마찬가지로 캐비티(C1, C2) 위에 배치되어, 액상 몰딩 부재(140A)를 실링한다.
또는, 도 9에서 후술되는 바와 같이, 렌즈(150A)는 생략될 수도 있다.
한편, 발광 소자(200)는 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
그리고, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 인광(Red phosphor)과 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor), 레드 인광(Red phosphor) 및 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다.
또한, 발광 소자(200)는 패키지 몸체(110) 위에 실장되며, 수직형, 수평형 또는 플립 칩 본딩형 구조를 가질 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자(200)의 일 실시 예(200A)의 단면도를 나타낸다. 여기서, 발광 소자(200A) 이외의 도 1과 동일한 부분(112, 114, 120)은 동일한 참조 부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
발광 소자(200A)는 플립 칩 본딩형 구조이다. 발광 소자(200A)는 기판(210A), 발광 구조물(220), 제1 및 제2 전극(232A, 234A), 제1 및 제2 범프부(242, 244), 제1 및 제2 금속층(또는, 전극 패드)(252, 254), 절연층(260) 및 서브 마운트(270)를 포함한다.
기판(210A) 아래에 발광 구조물(220)이 배치된다.
활성층(224)에서 방출된 광이 기판(210A)을 통해 출사될 수 있도록, 기판(210A)은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(210A)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 기판(210A)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.
비록 도시되지는 않았지만, 기판(210A)과 발광 구조물(220)의 사이에 버퍼층을 더 배치하여, 기판(210A)과 발광 구조물(220) 사이의 격자 정합을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 버퍼층은 AlN을 포함하거나 언도프드(undoped) 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 버퍼층은 기판(210A)의 종류와 발광 구조물(220)의 종류에 따라 도 3에 예시된 바와 같이 생략될 수도 있다.
발광 구조물(220)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(222, 226) 및 활성층(224)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(222)은 활성층(224)의 하부에 배치되어, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(222)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(222)이 p형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 발광 소자(200A)가 자외선(UV), 심자외선(DUV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1 도전형 반도체층(222)은 InAlGaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
활성층(224)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(222, 226) 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(224)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 의하면, 활성층(224)은 자외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 여기서, 자외선 파장 대역이란, 100 ㎚ 내지 500 ㎚의 파장 대역을 의미한다. 특히, 활성층(224)은 100 ㎚ 내지 280 ㎚ 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 기판(210A)과 활성층(224) 사이에 배치되며, 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(226)이 n형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 도 3에 예시된 발광 소자(200A)가 자외선(UV), 심자외선(DUV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제2 도전형 반도체층(226)은 InAlGaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
서브 마운트(270)는 발광 구조물(220)과 패키지 몸체(110) 사이에 배치된다. 서브 마운트(270)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(270) 내에 제너 다이오드 형태의 정전기(ESD:Electro Static Discharge) 방지를 위한 소자가 포함될 수도 있다.
제1 및 제2 금속층(252, 254)은 서브 마운트(270) 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된다. 제1 및 제2 금속층(252, 254)은 와이어(292, 294)에 의해 제1 및 제2 몸체부(112, 114)에 각각 전기적으로 연결된다.
제1 범프부(242)는 제1 금속층(252)과 제1 도전형 반도체층(222) 사이에 배치되고, 제2 범프부(244)는 제2 금속층(254)과 제2 도전형 반도체층(226) 사이에 배치된다.
제1 전극(232A)은 제1 범프부(242)와 제1 도전형 반도체층(222) 사이에 배치되고, 제2 전극(234A)은 제2 범프부(244)와 제2 도전형 반도체층(226) 사이에 배치된다.
제1 도전형 반도체층(222) 하부에 배치되는 제1 전극(232A)은 예를 들어 AlN 및 BN 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 즉, 활성층(224)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(222) 상에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질이든지 제1 전극(232A)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 전극(232A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(232A)의 상부에 배치될 수도 있다.
또한, 제2 전극(234A)은 메사 식각(Mesa etching)에 의해 노출된 제2 도전형 반도체층(226)에 접해 있으며, 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(234A)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다. 제2 전극(234A)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(234A)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, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 제2 전극(234A)은 제2 도전형 반도체층(226)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(234A)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(234A)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
제1 전극(232A)은 제1 범프부(242)를 통해 서브 마운트(270)의 제1 금속층(252)에 연결되며, 제2 전극(234A)은 제2 범프부(244)를 통해 서브 마운트(270)의 제2 금속층(254)에 연결된다. 와이어(192, 194)는 패키지 몸체(110)와 발광 소자(200A)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 즉, 제1 금속층(252)은 와이어(192)를 통해 제1 몸체부(112)와 전기적으로 연결되고, 제2 금속층(254)은 와이어(194)를 통해 제2 몸체부(114)와 전기적으로 연결된다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 전극(232A)과 제1 범프부(242) 사이에 제1 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제1 금속층(252)과 제1 범프부(242) 사이에 제1 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층과 제1 하부 범프 금속층은 제1 범프부(242)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다. 이와 비슷하게 제2 전극(234A)과 제2 범프부(244) 사이에 제2 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제2 금속층(254)과 제2 범프부(244) 사이에 제2 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층과 제2 하부 범프 금속층은 제2 범프부(244)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
만일, 서브 마운트(270)가 Si으로 이루어지는 경우, 도 3에 예시된 바와 같이 제1 및 제2 금속층(252, 254)과 서브 마운트(270) 사이에 절연층(260)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 절연층(260)은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 기포(170)가 발광 소자(200)의 상부에 붙을 경우, 발광 소자 패키지(100A)의 광 추출 능력은 현저히 저하된다. 왜냐하면, 기포(170)의 굴절률은 공기의 굴절률과 같은 '1'이기 때문이다. 이와 같이 기포(170)가 발광 소자(200)에 붙는 것을 방지하기 위해, 도 3을 참조하면, 발광 소자(200A)는 기포 접착 방해층(280)을 더 포함할 수 있다. 기포 접착 방해층(280)은 발광 구조물(220)의 광 출사면에 배치된다. 기판(210A)의 광 출사면 위에 기포 접착 방해층(280)이 배치될 경우, 액상 몰딩 부재(140A)에 포함된 기포(170)가 발광 소자(200A)의 광 출사면에 붙는 것 즉, 접착되는 것이 방해될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자(200)의 다른 실시 예(200B)의 단면도를 나타낸다. 여기서, 발광 소자(200B) 이외의 도 1과 동일한 부분(112, 114, 120)은 동일한 참조 부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
발광 소자(200B)는 수평형 구조이다. 발광 소자(200B)는 기판(210B), 발광 구조물(220), 제1 및 제2 전극(232B, 234B)을 포함한다. 여기서, 발광 구조물(220), 제1 전극(232B) 및 제2 전극(234B)은 도 3에 도시된 발광 구조물(220), 제1 전극(232A) 및 제2 전극(234A)과 각각 동일한 역할을 수행하므로 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
발광 구조물(220) 위에 배치되는 도 3에 도시된 기판(210A)과 달리 도 4에 도시된 기판(210B)은 발광 구조물(220)의 아래 즉, 패키지 몸체(110)와 발광 구조물(220) 사이에 배치된다.
또한, 도 3에 예시된 발광 소자(200A)는 플립 본딩 방식의 구조를 갖기 때문에, 활성층(224)에서 방출된 광은 제2 도전형 반도체층(226)과 기판(210A)을 통해 출사된다. 따라서, 제2 도전형 반도체층(226) 및 기판(210A)은 투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 반면에, 도 4에 예시된 발광 소자(200)는 수평형 구조를 갖기 때문에, 활성층(224)에서 방출된 광은 제1 도전형 반도체층(222)과 제1 전극(232B)을 통해 출사된다. 이를 위해, 도 4에 예시된 제1 도전형 반도체층(222)과 제1 전극(232B)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제2 도전형 반도체층(226) 및 기판(210B)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 제1 및 제2 전극(232A, 234A)이 제1 및 제2 도전형 반도체층(222, 226) 아래에 각각 배치되는 것과 달리, 도 4에 도시된 제1 및 제2 전극(232B, 234B)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(222, 226) 위에 각각 배치된다.
또한, 도 4에 예시된 발광 소자(200B)는 수평형 구조이기 때문에, 도 3에 예시된 제1 및 제2 범프부(242, 244), 제1 및 제2 금속층(252, 254), 절연층(260) 및 서브 마운트(270)를 요구하지 않는다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 4에 예시된 발광 소자(200B)는 도 3에 예시된 발광 소자(200A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자(200)의 또 다른 실시 예(200C)의 단면도를 나타낸다. 여기서, 발광 소자(200C) 이외의 도 1과 동일한 부분(112, 114, 120)은 동일한 참조 부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
발광 소자(200C)는 수직형 구조이다. 발광 소자(200C)는 지지 기판(210C), 발광 구조물(220), 제2 전극(234C)을 포함한다. 여기서, 발광 구조물(220)은 도 3에 도시된 발광 구조물(220)과 동일한 기능을 수행하므로 중복되는 설명을 생략한다.
지지 기판(210C)은 발광 구조물(220)과 패키지 몸체(110) 사이에 배치된다. 지지 기판(210C)은 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자(200C) 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다. 예를 들어, 지지 기판(210C)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. 지지 기판(210C)이 도전형 물질을 포함하기 때문에, 지지 기판(210C) 전체는 도 3 또는 도 4에 도시된 제1 전극(232A, 232B) 예를 들어 p형 전극의 역할을 할 수 있고 이 경우, 도 1에 도시된 와이어(192)는 생략된다.
비록 도시되지는 않았지만, 지지 기판(210C)과 제1 도전형 반도체층(222) 사이에 반사층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 반사층은 활성층(244)에서 방출된 빛을 상부인 +X축 방향으로 반사시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 반사층은 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(244)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광 소자의 광 추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
도 5에서 활성층(244)에서 방출된 광은 제2 도전형 반도체층(226)과 제2 전극(234C)을 통해 출사된다. 이를 위해, 제2 도전형 반도체층(226)과 제2 전극(234C)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제1 도전형 반도체층(222)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 만일, 지지 기판(210C)과 제1 도전형 반도체층(222) 사이에 반사층(미도시)이 더 배치될 경우, 제1 도전형 반도체층(222)은 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(234C)은 발광 구조물(220)의 상부에 배치되며, 와이어(194)를 통해 제2 몸체부(114)와 전기적으로 연결된다.
또한, 도 5에 예시된 발광 소자(200C)는 수직형 방식의 구조를 갖기 때문에, 도 3에 예시된 제1 및 제2 범프부(242, 244), 제1 및 제2 금속층(252, 254), 절연층(260) 및 서브 마운트(270)를 요구하지 않는다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 5에 예시된 발광 소자(200C)는 도 3에 예시된 발광 소자(200A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하며 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자 패키지(100A)의 리플렉터(130)는 패키지 몸체(110)의 상부면에 배치될 수 있다. 즉, 리플렉터(130)는 제1 몸체부(112)의 제1 상부면(112A1) 중 일부와 제1 측부면(112B1) 및 제2 몸체부(114)의 제1 상부면(114A1) 중 일부와 제1 측부면(114B1) 상에 배치될 수 있다.
또한, 제1 리세스부(C1) 내에서 제1 몸체부(112)의 제1 상부면(112A1)에 배치되는 리플렉터(130)의 단부는 발광 소자(200)의 측부와 접하도록 배치될 수 있다. 액상 몰딩 부재(140A)는 리플렉터(130)의 상부에 배치된다.
만일, 리플렉터(130)가 전기적 전도성을 갖는 물질로 구현될 경우, 제1 몸체부(112)의 제1 상부면(112A1) 위에 배치된 리플렉터(130)와 제2 몸체부(114)의 제1 상부면(114A1) 위에 배치된 리플렉터(130)는 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
리플렉터(130)는 발광 소자(200)에서 방출된 광을 반사시켜 상부로 출사되도록 돕는 역할을 한다. 따라서, 발광 소자 패키지(100A)가 리플렉터(130)를 포함할 경우 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 리플렉터(130)는 제1 리세스부(C1) 내에만 배치되고, 제2 리세스부(C2)의 내에는 배치되지 않는다. 이는, 발광 소자(200)에서 방출된 광이 제2 리세스부(C2)까지 도달하지 않기 때문이다. 그러나, 발광 소자(200)에서 방출된 광이 제2 리세스부(C2)까지 도달할 수 있다면, 리플렉터(130)는 도 1에 예시된 바와 달리, 제2 리세스부(C2) 내에도 배치될 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)가 리플렉터(130)를 포함하는 반면, 도 6에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 리플렉터(130)를 포함하지 않는다. 이 경우, 패키지 몸체부(110)는 광을 반사시켜 리플렉터(130)의 역할을 대신 수행할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)가 제1 및 제2 리세스부(C1, C2)를 포함하는 반면, 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 제2 리세스부(C2)를 포함하지 않는다. 즉, 도 1에 예시된 제2 리세스부(C2)는 도 6에 예시된 바와 같이 생략될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 렌즈(150A)는 플랫한 입체 형상을 갖는 반면, 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)의 렌즈(150B)는 반구형 입체 형상을 갖는다. 그러나, 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 반구형 입체 형상의 렌즈(150B) 대신에 도 1에 예시된 플랫한 입체 형상의 렌즈(150A)를 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1에 도시된 패키지 몸체(110)와 달리 도 6에 예시된 패키지 몸체(110)는 제1 및 제2 몸체부(112, 114)의 상부면(112C, 114C)에 형성된 홈(116)을 더 포함할 수 있다. 이때, 렌즈(150B)는 홈(116)의 내측 가장 자리(116A)까지 배치된다. 만일, 렌즈(150B)의 점도가 낮을 경우 렌즈(150B)는 볼록한 반구 형상이 아니라 Y축 방향으로 퍼져서 납작한 반구 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 렌즈(150B)의 곡률 반경이 클 경우, 발광 소자 패키지(100B)의 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 경우, 홈(116)이 패키지 몸체(110)의 상측(112C, 114C)에 배치되므로, 점도가 낮은 렌즈(150B)는 화살표 방향의 표면 장력의 영향을 받아 볼록한 반구 형상 또는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 따라서, 광 추출 효율 저하가 개선될 수 있다.
전술한 차이점을 제외하면 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 도 1에 예시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 캐비티가 제1 및 제2 리세스부(C1, C2)를 포함하는 반면, 도 7에 예시된 발광 소자 패키지(100C)는 제2 리세스부(C2)를 포함하지 않는다.
또한, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)에서 발광 소자(200)는 도 3 또는 도 4에 각각 도시된 플립 칩 본딩형 또는 수평형 구조의 발광 소자(200A, 200B)이다. 따라서, 와이어(192, 194)에 의해 발광 소자(200, 200A, 200B)는 제1 및 제2 몸체부(112, 114)에 전기적으로 연결된다. 반면에, 도 7에 예시된 발광 소자(200)는 도 5에 예시된 바와 같은 수직형 구조를 갖는다. 따라서, 발광 소자(200C)는 제1 전극인 지지 기판(210C)을 통해 제1 몸체부(112)와 전기적으로 연결되고, 와이어(194)에 의해 제2 몸체부(114)와 전기적으로 연결된다.
또한, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 렌즈(150A)는 플랫한 입체 형상을 갖는 반면, 도 7에 예시된 발광 소자 패키지(100C)의 렌즈(150B)는 반구형 입체 형상을 갖는다. 그러나, 도 7에 예시된 발광 소자 패키지(100C)는 반구형 입체 형상의 렌즈(150B) 대신에 도 1에 예시된 플랫한 입체 형상의 렌즈(150A)를 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1에 예시된 발광 소자 패키지(100A)는 액상 몰딩 부재(140A)만을 포함한다. 반면에, 도 7에 예시된 발광 소자 패키지(100C)는 액상 몰딩 부재(140B)뿐만 아니라 고상 몰딩 부재(180A)를 더 포함한다. 고상 몰딩 부재(180A)는 발광 소자(200)를 감싸며 배치된다. 이때, 액상 몰딩 부재(140B)는 고상 몰딩 부재(180A)를 감싸며 배치된다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 7에 예시된 액상 몰딩 부재(140B)는 도 1에 예시된 액상 몰딩 부재(140A)와 동일하고, 발광 소자 패키지(100C)는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
도 8은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100D)의 단면도를 나타낸다.
도 7에 예시된 발광 소자 패키지(100C)에서 발광 소자(200)는 고상 몰딩 부재(180A)에 의해 감싸진다. 반면에, 도 8에 예시된 발광 소자(200)는 액상 몰딩 부재(140C)에 의해 감싸진다.
또한, 도 7에 예시된 액상 몰딩 부재(140B)는 고상 몰딩 부재(180A)를 감싸도록 배치된다. 반면에, 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100D)의 고상 몰딩 부재(180B)는 액상 몰딩 부재(140C)를 감싸며 배치된다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 8에 예시된 액상 및 고상 몰딩 부재(140C, 180B)는 도 7에 예시된 액상 및 고상 몰딩 부재(140B, 180A)와 각각 동일한 특성을 가지므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도 7에 도시된 렌즈(150B)는 액상 몰딩 부재(140B)를 실링하도록 형성되는 반면, 도 8에 도시된 렌즈(150B)는 고상 몰딩 부재(180B)를 실링하도록 형성된다.
결국, 전술한 차이점을 제외하면 도 8에 예시된 발광 소자 패키지(100D)는 도 7에 도시된 발광 소자 패키지(100C)와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100E)의 단면도를 나타낸다.
도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 렌즈(150B)를 포함하는 반면, 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100E)는 렌즈(150B)를 포함하지 않는다. 이와 같이, 발광 소자 패키지(100E)에서 렌즈(150B)가 생략되는 이유는, 도 9에 예시된 고상 몰딩 부재(180C)가 도 6에 도시된 렌즈(150B)의 역할을 수행하기 때문이다.
또한, 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 액상 몰딩 부재(140A)만을 포함하는 반면, 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100E)는 액상 몰딩 부재(140C)뿐만 아니라 고상 몰딩 부재(180C)도 포함한다. 고상 몰딩 부재(180C)는 도 8에 예시된 고상 몰딩 부재(180B)처럼, 액상 몰딩 부재(180C)를 감싸도록 배치된다. 이와 같이, 도 9에 예시된 고상 몰딩 부재(180C)는 도 8에 예시된 고상 몰딩 부재(180B)의 역할 및 렌즈(150B)의 역할을 동시에 수행한다.
만일, 발광 소자(200)가 200 ㎚ 내지 405 ㎚ 파장 대역을 갖는 심자외선 광을 방출할 경우, 블루 광을 방출하는 경우보다 점도가 낮은 젤(gel) 형태의 고상 몰딩 부재(180C)가 사용된다. 이 경우, 점도가 낮은 몰딩 부재(180C)는 볼록한 반구 형상이 아니라 Y축 방향으로 펴져서 납작해진 반구 형상을 갖는 경향이 있다. 이와 같이, 고상 몰딩 부재(180C)의 곡률 반경이 클 경우, 발광 소자 패키지의 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100E)의 경우, 홈(116)이 패키지 몸체(110)의 상측(112C, 114C)에 배치되어 있으므로, 점도가 낮은 고상 몰딩 부재(180C)는 화살표 방향의 표면 장력의 영향에 의해 볼록한 반구 형상 또는 돔 형상을 가질 수 있다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100E)는 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 7 내지 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C, 100D, 100E)에서 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C)와 액상 몰딩 부재(140B, 140C)는 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수도 있다.
전술한 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)나 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)는 형광체(미도시)를 포함하여, 발광 소자(200)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100F)의 단면도를 나타낸다.
도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)와 달리, 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100F)는 캐비티(C1, C2)를 포함하지 않고 대신에 격벽(118)을 포함한다. 따라서, 도 10에 예시된 패키지 몸체(110)의 상부면은 플랫한 형상을 갖는다.
격벽(118)은 패키지 몸체(110) 위에 배치된다. 액상 몰딩 부재(140A)는 격벽(118)과 패키지 몸체(110)의 상부면(112D, 114D)이 형성하는 공간에 채워진다.
또한, 렌즈(150B)는 액상 몰딩 부재(140A)의 상부에 배치된다. 렌즈(150B)를 격벽(118)의 상부(118A)에 접착시키기 위해, 발광 소자 패키지(100F)는 제2 접착제(152B)를 더 포함할 수 있다. 제2 접착제(152B)는 렌즈(150B)를 격벽(118)의 상부(118A)에 접착시킴과 동시에, 액상 몰딩 부재(140A)를 실링하는 역할을 한다. 여기서, 렌즈(150B)는 도 1에 예시된 렌즈(150A)와 같이 플랫한 입체 형상을 가질 수 있다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100F)는 도 6에 예시된 발광 소자 패키지(100B)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
또한, 도 10에 예시된 바와 달리, 발광 소자 패키지(100F)는 도 7 내지 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C, 100D, 100E)처럼, 액상 몰딩 부재(140B, 140C)뿐만 아니라 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C)를 더 포함할 수도 있다.
또는, 발광 소자 패키지(100F)는 렌즈(150B)를 포함하는 대신에 글래스 커버를 포함할 수도 있다. 글래스 커버는 도 1에 예시된 렌즈(150A)와 마찬가지로 플랫한 입체 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 글래스 커버는 격벽(118) 위에 배치되어 액상 몰딩 부재(140A)를 실링할 수 있다.
도 1, 도 6 내지 도 8 및 도 10에서 렌즈(150A, 150B) 대신에 사용될 수 있는 글래스 커버는 투광성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 글래스 커버는 유리(glass)나 실리카(silica) 계열의 투광성 물질을 포함할 수 있다.
전술한 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)가 글래스 커버에 의해 실링되거나 렌즈(150A, 150B)에 의해 실링되거나 상관없이, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)는 발광 소자(200)로부터 광이 방출되거나 방출되지 않거나 언제나 액체 상태를 유지한다.
한편, 도 1에 예시된 발광 소자(200)의 활성층(224)은 500 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 방출할 수 있다. 특히, 활성층(224)은 280 ㎚ 이하의 자외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 활성층(224)에서 방출된 자외선 파장 대역의 광은 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C) 및 액상 몰딩 부재(140A, 140B, 140C)에 흡수될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 도 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)는 굴절 부재(160)를 더 포함할 수 있다.
굴절 부재(160)는 액상 몰딩 부재(140A, 140B, 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C) 중 적어도 하나의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 굴절 부재(160)는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 및 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)의 내부에 배치될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 의하면, 굴절 부재(160)는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)의 내부에만 배치되거나 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)의 내부에만 배치될 수도 있다. 이 경우, 굴절 부재(160)를 포함하지 않는 액상 몰딩 부재(140B, 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C)의 굴절률과 굴절 부재(160)의 굴절률은 서로 다를 수 있다.
또한, 도 1, 도 6 내지 도 8 및 도 10에 예시된 렌즈(150A, 150B)의 굴절률은 굴절 부재(160)의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 굴절 부재(160)는 분말(또는, 가루) 또는 덩어리 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 바와 같이 굴절 부재(160)는 덩어리 형태를 가질 수 있다.
또한, 굴절 부재(160)는 90%의 광 투과율을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 굴절 부재(160)는 석영, 붕규산염(borosilicate) 또는 사파이어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 굴절 부재(160)는 도 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 바와 같이 볼 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 굴절 부재(160)는 직육면체 형상을 가질 수도 있다.
또한, 굴절 부재(160)는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C) 중 적어도 하나가 수용되는 전체 공간의 50% 이상을 차지하도록 배치될 수도 있다.
또한, 도 7 내지 도 9에 예시된 발광 소자 패키지(100C, 100D, 100E)에서, 굴절 부재(160), 액상 몰딩 부재(140B, 140C) 및 고상 몰딩 부재(180A, 180B, 180C)의 굴절률을 서로 동일할 수 있고, 서로 다를 수도 있다.
또한, 고상 몰딩 부재(180A, 180B)의 굴절률은 렌즈(150B)의 굴절률과 동일할 수도 있다.
또한, 도 8 및 도 9에 예시된 바와 같이, 고상 몰딩 부재(180B, 180C)가 액상 몰딩 부재(140C)를 감싸도록 배치될 경우, 고상 몰딩 부재(180B, 180C)의 굴절률은 액상 몰딩 부재(140C)의 굴절률보다 크고 굴절 부재(160)의 굴절률보다 클 수 있다. 이때, 굴절 부재(160)와 액상 몰딩 부재(140C)의 광 투과율이 서로 다르더라도, 굴절 부재(160)의 굴절률은 액상 몰딩 부재(140C)의 굴절률과 동일할 수 있다.
전술한 바와 같이, 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)에서 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C) 중 적어도 하나의 내부에 굴절 부재(160)가 배치됨으로 인해, 발광 소자(200)로부터 방출된 광이 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)의 외부로 출사되는 량이 증가한다. 또한, 이러한 출사 광량을 더욱 증가시키기 위해, 굴절 부재(160), 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 및 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)의 각 굴절률이 결정된다.
특히, 굴절 부재(160)는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)보다는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)의 내부에서 더 골고루 분산되어 배치될 수 있다. 굴절 부재(160)가 액상 몰딩 부재(140A, 140B, 140C)의 내부에서 골고루 분산됨으로써, 발광 소자(200)로부터 방출된 광이 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)의 외부로 방출되는 량이 더욱 증가할 수 있다. 이를 고려하여, 굴절 부재(160)는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C) 중 적어도 하나의 내부에 배치될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 발광 소자 패키지의 내부로부터 외부로 광이 탈출하는 모습을 보이는 도면이다. 여기서, 렌즈(150)는 도 1, 도 6 내지 도 8 및 도 10에 도시된 렌즈(150A, 150B)에 해당한다.
만일, 공간(A1)이 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)나 고상 몰딩 부재(180A, 180B) 대신에 도 11a에 도시된 바와 같이 공기로 채워지거나 진공 상태이거나 질소(N2)로 채워지고 발광 소자(200)에서 심자외선 파장 대역의 광이 방출될 경우, X축뿐만 아니라 Y축으로도 광이 방출되어, 광이 발광 소자 패키지의 내부에 갇힐 수 있다. 왜냐하면, 심자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광 구조물(220)은 GaN 계열의 물질 대신에 AlN이나 AlGaN 계열의 물질을 포함하기 때문이다.
따라서, 실시 예에 의하면, 도 11b에 도시된 바와 같이, 공간(A1)에 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A, 180B) 중 적어도 하나를 채운다. 이 경우, 도 11a와 비교할 때, 도 11b에 도시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100D, 100F)의 경우, 훨씬 많은 광이 화살표 방향으로 탈출할 수 있어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
만일 발광 소자(200)가 도 3에 예시된 바와 같이 플립 칩 본딩형 구조를 가질 경우, 도 11a에서 사파이어 재질을 갖는 기판(210A)의 굴절률이 1.8이고, 공기의 굴절률이 1이고, 석영 재질을 갖는 렌즈(150)의 굴절률은 1.46이다. 따라서, 발광 소자(200)에서 방출된 광이 발광 소자 패키지를 탈출하기 위한 굴절률은 1.8에서 1로 변하고, 1에서 1.46으로 변하고, 1.46에서 다시 1로 변한다. 이와 같이 광이 방출되어 출사되는 경로 상에 배치된 물질들의 굴절률 변화가 심할 경우, 발광 소자(200)에서 방출된 광은 발광 소자 패키지의 외부로 탈출하지 못하고 도 11a에 예시된 바와 같이 발광 소자 패키지의 내부에 갇히게 된다.
그러나, 실시 예에 의하면, 도 11b에 도시된 바와 같이 공간(A1)에 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A, 180C) 중 적어도 하나로 채우기 때문에, 도 11a에 도시된 경우보다 굴절률 변화가 감소한다. 만일, 공간(A1)에 채워지는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A, 180B)가 실리콘 재질일 경우, 굴절률은 1.8에서 1.4로 변하고, 1.4에서 다시 1.46으로 변하고, 1.46에서 1로 변한다. 이와 같이, 굴절률 변화가 도 11a에 도시된 경우보다 도 11b에 도시된 경우가 더 작으므로, 훨씬 많은 광이 발광 소자 패키지로부터 탈출하여 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 도 7에 예시된 바와 같이 고상 몰딩 부재(180A)에 의해 발광 소자(200)를 감쌀 경우, 발광 소자(200)와 고상 몰딩 부재(180A)가 서로 이격되어 고상 몰딩 부재(180A)와 발광 소자(200) 사이에 공기가 개재될 수 있다. 이 경우, 굴절률 변화량이 커짐으로써 광 추출 효율이 저하될 수도 있다. 그러나, 도 1, 도 6, 도 8 내지 도 10에 예시된 바와 같이 액상 몰딩 부재(140A, 140C)에 의해 발광 소자(200)를 감쌀 경우 액상 몰딩 부재(140A, 140C)는 발광 소자(200)를 고상 몰딩 부재(180A)보다 긴밀하게 감쌀 수 있어, 발광 소자(200)와 액상 몰딩 부재(140A, 140C) 사이에 공기가 개재될 가능성이 저하된다. 따라서, 굴절률 변화량이 커지지 않아, 광 추출 효율이 보존 내지는 개선될 수 있다.
또한, 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)가 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 포함할 경우, 도 1에 예시된 바와 같이 렌즈(150A)의 형상이 플랫한 입체 형상인 경우에도 도 6 내지 도 10에 예시된 바와 같이 렌즈(150B)의 형상이 볼록한 입체 형상일 경우와 비교할 때 광 추출 효율이 현저히 저하되지 않는다. 즉, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 사용함으로써, 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)에 포함되는 렌즈가 다양한 입체 형상을 갖도록 한다.
도 12는 시간에 따른 광속 유지율을 나타내는 그래프로서, 발광 소자 패키지에 흐르는 전류가 60 ㎃일 때 측정된 값이다.
전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)는 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 포함하기 때문에, 발광 소자(200)에서 광을 방출할 때 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)가 대류함으로써, 우수한 방열 특성을 갖는다. 또한, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)의 점도가 낮을수록 방열 특성은 우수해지므로, 이를 고려한 점도를 갖는 물질로 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 구현할 수 있다.
도 12를 참조하면, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 포함하지 않은 기존의 발광 소자 패키지의 광속 유지율(300)은 시간이 경과할수록 현저히 저하된다. 반면에, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C)를 포함하는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)의 광속 유지율(302)은 시간이 경과할수록 저하되는 정도가 기존의 발광 소자 패키지의 광속 유지율(300)보다 작다. 그러므로, 실시 예의 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)는 기존의 발광 소자 패키지보다 긴 수명을 갖는다.
도 13은 일반적인 파장별 몰딩 부재의 광 투과율(transmittance)을 나타낸다.
발광 소자(200)가 200 ㎚ 내지 405 ㎚ 파장 대역을 갖는 심자외선 광을 방출할 경우 특히, 280 ㎚ 이하의 파장을 갖는 광을 방출할 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 몰딩 부재의 투과율은 현저히 저하된다. 이와 같이, 투과율이 저하될 경우, 발광 소자 패키지의 광 손실은 커질 수 있다.
도 14는 파장별 살균 효과(sterilization effectiveness)를 나타내는 그래프이다.
만일, 발광 소자 패키지가 살균을 위해 사용될 경우, 도 14를 참조하면, 발광 소자(200)는 소정 파장 대역(308) 예를 들어 265 ㎚ 파장을 갖는 광을 방출할 필요가 있다. 참고로, 일반적으로 살균을 위해 사용되는 수은 램프로부터 방출되는 광의 파장 대역은 253.7 ㎚이다. 그러나, 도 13을 참조하면 이러한 파장 대역에서 몰딩 부재의 광 투과율은 현저히 저하됨을 알 수 있다.
도 15는 실시 예에 의한 파장별 몰딩 부재의 광 투과율을 나타낸다.
이때, 90% 이상의 투과율을 갖는 굴절 부재(160)를 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C) 중 적어도 하나의 내부에 배치시킬 경우 투과율이 개선되어 광 손실이 감소하여 광도가 향상될 수 있다.
도 15를 참조하면, 액상 몰딩 부재(140A ~ 140C) 또는 고상 몰딩 부재(180A ~ 180C)의 광 투과율은 굴절 부재(160)로서 사파이어를 사용할 경우(312)에 84 %이고, 굴절 부재(160)로서 붕규산염을 사용할 경우(314)에 88 %이고, 굴절 부재(160)로서 석영을 사용할 경우(316)에 92 %가 된다. 도 13과 비교할 때, 굴절 부재(160) 덕택에 광 투과율이 현저히 개선됨을 알 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)가 살균을 위해 사용될 수 있도록 한다.
도 16 (a) 내지 (f)는 비교 예와 실시 예의 광 출력(Po)을 서로 비교하는 그래프로서, 종축은 광 출력을 나타내고, 횡축은 샘플의 종류를 나타낸다.
먼저, 비교 예의 발광 소자 패키지의 광 출력은 다음과 같다.
만일, 도 6에 예시된 캐비티에 액상 몰딩 부재(140A) 대신에 공기가 채워지고 석영 재질의 렌즈(150B)를 포함하는 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 광 출력은 도 16 (a)에 도시된 바와 같다.
또한, 도 6에 예시된 캐비티에 액상 몰딩 부재(140A) 대신에 공기가 채워지고 실리콘 계열의 물질로 이루어진 렌즈(150B)를 포함하는 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 광 출력은 도 16 (b)에 도시된 바와 같다.
또한, 도 9에 예시된 캐비티 내에 액상 몰딩 부재(140C)가 배치되지 않고 고상 몰딩 부재(180C)만 배치되고 굴절 부재(160)를 갖지 않은 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 광 출력은 도 16 (c)에 도시된 바와 같다.
반면에, 실시 예의 발광 소자 패키지의 광 출력은 다음과 같다.
도 6에 예시된 바와 같은 구성을 갖고 석영 재질의 렌즈(150B)를 포함하는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 광 출력은 도 16 (d)에 도시된 바와 같다.
또한, 도 8에 예시된 바와 같은 구성을 갖고 석영 재질의 렌즈(150B)를 포함하는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100D)의 광 출력은 도 16 (e)에 도시된 바와 같다.
또한, 도 9에 예시된 바와 같은 구성을 갖는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100E)의 광 출력은 도 16 (f)에 도시된 바와 같다.
전술한 바와 같이, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 도 16 (a) 내지 도 16 (c)에 도시된 광 출력과 비교할 때, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B, 100D, 100E)의 광 출력은 도 16 (d) 내지 도 16 (f)에 도시된 바와 같이 매우 큼을 알 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 몰딩 부재로서 액상 몰딩 부재를 포함함으로써 우수한 방열 특성을 갖기 때문에 시간이 경과할수록 광속 유지율이 저하되는 정도가 기존보다 작아 긴 수명을 가지며, 다양한 입체 형상의 렌즈를 가질 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 굴절 부재가 고상 몰딩 부재 또는 액상 몰딩 부재 중 적어도 한 곳의 내부에 배치됨으로써 외부로 출사되는 광량을 증가시킬 수 있고, 특히, 90% 이상의 투과율을 갖는 굴절 부재를 액상 몰딩 부재 또는 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나의 내부에 배치시킴으로써 광 투과율을 더욱 개선시켜 광 손실이 감소하고 광도가 향상되며, 살균을 위해 사용될 수 있도록 한다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자가 발광하는 동안 대류하는 액상 몰딩 부재의 기포를 제2 리세스부에 가둠으로써 발광 소자로부터 방출된 광이 기포에 영향을 받지 않고 출사되도록 하여 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 액상 몰딩 부재에 의해 발광 소자를 긴밀하게 감쌀 수 있어 발광 소자와 액상 몰딩 부재 사이에 공기가 개재될 가능성을 저하시켜 광 추출 효율을 보존 내지는 개선시킬 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 각종 살균 장치에 이용되거나 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 17은 실시예에 의한 공기 살균 장치(500)의 사시도를 나타낸다.
도 17을 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 17에 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 모듈 기판(512)과, 모듈 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(100)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(100)는 도 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)에 해당한다.
모듈 기판(512)은 케이싱(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있으며, 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 자외선을 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 17에 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 17에 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 18은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 모듈 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 발광 소자 패키지는 도 1, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같을 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 19는 실시 예에 따른 발광 소자 칩 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 19를 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 1, 도 6 내지 도 10에 예시된 발광 소자 패키지(100A ~ 100F)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 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
100, 100A ~ 100F: 발광 소자 패키지 110: 패키지 몸체
112, 114: 몸체부 116: 홈
120: 절연부 130: 리플렉터
140A ~ 140C: 액상 몰딩 부재 150A, 150B: 렌즈
160: 굴절 부재 170: 기포
180A ~ 180C: 고상 몰딩 부재 192, 194: 와이어
200, 200A ~ 200C: 발광 소자 210A, 210B: 기판
220: 발광 구조물 232A, 232B: 제1 전극
234A, 234B, 234C: 제2 전극 242, 244: 범프부
252, 254: 금속층 260: 절연층
270: 서브 마운트 280: 기포 접착 방해층
500: 공기 살균 장치 501: 케이싱
510: 발광 모듈부 530a, 530b: 난반사 반사 부재
520: 전원 공급부 800: 표시 장치
810: 바텀 커버 820: 반사판
830, 835, 901:발광 모듈 840: 도광판
850, 860: 프리즘 시트 870: 디스플레이 패널
872: 화상 신호 출력 회로 880: 컬러 필터
900: 헤드 램프 902: 리플렉터
903: 쉐이드 904: 렌즈
1000: 조명 장치 1100: 커버
1200: 광원 모듈 1400: 방열체
1600: 전원 제공부 1700: 내부 케이스
1800: 소켓

Claims (37)

  1. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 위에 발광 소자; 및
    상기 발광 소자를 감싸며 상기 패키지 몸체의 상부에 형성된 캐비티에 채워지며 기포를 포함하는 액상 몰딩 부재를 포함하고,
    상기 캐비티는
    상기 발광 소자와 상기 액상 몰딩 부재가 배치되는 제1 리세스부; 및
    상기 액상 몰딩 부재가 배치되며, 상기 제1 리세스부의 상부 양측에 형성된 제2 리세스부를 포함하고,
    상기 발광 소자는
    제1 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 발광 구조물의 광 출사면에 배치되어, 상기 액상 몰딩 부재에 포함된 기포의 접착을 방해하는 기포 접착 방해층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 리세스부는 상기 제1 리세스부의 상부 양측으로부터 상기 발광 소자의 광 출사 방향에 수직한 방향으로 연장되어 형성되고,
    상기 제2 리세스부는 상기 제1 리세스부 내에서 대류하는 상기 액상 몰딩 부재에 포함된 상기 기포를 가두는 형상을 갖고,
    상기 캐비티의 깊이는 상기 발광 소자의 높이보다 큰 발광 소자 패키지.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 위에 발광 소자;
    상기 패키지 몸체 위에 배치된 격벽; 및
    상기 발광 소자를 감싸며, 상기 격벽과 상기 패키지 몸체의 상부면이 형성하는 공간에 채워진 액상 몰딩 부재를 포함하고,
    상기 발광 소자는
    제1 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 발광 구조물의 광 출사면에 배치되어, 상기 액상 몰딩 부재에 포함된 기포의 접착을 방해하는 기포 접착 방해층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서, 상기 액상 몰딩 부재를 감싸며 배치된 고상 몰딩 부재를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
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  17. 제9 항에 있어서, 상기 발광 소자는 500 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 방출하고,
    상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나의 내부에 배치된 굴절 부재를 더 포함하고,
    상기 굴절 부재는 분말 또는 덩어리 형태 또는 볼 형상이나 직육면체 형상을 갖고,
    상기 굴절 부재는 90%의 광 투과율을 갖고,
    상기 굴절 부재는 상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나가 수용되는 전체 공간의 50% 이상을 차지하고,
    상기 액상 몰딩 부재 및 상기 고상 몰딩 부재 중에서, 상기 굴절 부재를 포함하지 않는 부재의 굴절률과 상기 굴절 부재의 굴절률은 서로 다른 발광 소자 패키지.
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  32. 제9 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는
    상기 액상 몰딩 부재의 상부에 배치되는 렌즈; 및
    상기 액상 몰딩 부재 또는 상기 고상 몰딩 부재 중 적어도 하나의 내부에 배치된 굴절 부재를 더 포함하고,
    상기 렌즈의 굴절률은 상기 굴절 부재의 굴절률보다 큰 발광 소자 패키지.
  33. 제1 항에 있어서, 상기 패키지 몸체의 상부면에 배치된 리플렉터를 더 포함하고,
    상기 캐비티의 상부면에 배치되는 상기 리플렉터는 상기 발광 소자의 측부와 접하도록 배치되고, 상기 액상 몰딩 부재는 상기 리플렉터의 상부에 배치된 발광 소자 패키지.
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