KR102224233B1 - 발광소자 패키지 및 이를 구비하는 조명 시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치된 적어도 하나의 전극과, 상기 전극 위에 배치된 발광소자와, 상기 패키지 몸체 상의 발광소자를 덮는 봉지 부재를 포함하고, 상기 봉지 부재는 발광소자에서 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 형성될 수 있다.
실시예는 봉지 부재가 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예는 봉지 부재가 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
실시예(Embodiment)는 광 효율을 향상시키기 위한 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 화합물 반도체로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다. 예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
발광소자 패키지는 빛을 생성하는 발광소자와, 파장을 변환시켜주는 형광체, 및 투광성 봉지재로 구성되어 있다. 발광소자에서 생성된 빛은 패키지 외부로 추출되는 빛의 양에 의해 광량이 결정된다.
하지만, 발광소자로부터 생성된 빛은 형광체, 봉지재 및 패키지 외부 공기층까지 도달하는 동안 내부 전반사가 많이 발생되며, 이로부터 광 효율이 저하되는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 광 효율을 향상시키기 위한 발광소자 패키지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체 상에 배치된 적어도 하나의 전극과, 상기 전극 위에 배치된 발광소자와, 상기 패키지 몸체 상의 발광소자를 덮는 봉지 부재를 포함하고, 상기 봉지 부재는 발광소자에서 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 형성될 수 있다.
실시예는 봉지 부재가 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 봉재 부재를 다층으로 형성시킴으로써, 빛을 2회 이상 산란시켜 광 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재에 포함된 분자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재에 포함된 분자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재에 포함된 분자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 패키지 몸체(110)와, 상기 패키지 몸체(100) 상에 배치된 적어도 하나의 전극(120, 130)과, 상기 전극(120, 130) 위에 배치된 발광소자(140)와, 상기 패키지 몸체(110) 상의 발광소자(140)를 덮는 봉지 부재(150)를 포함한다.
패키지 몸체(110)는 합성 수지 재질(예: PPA 등), 실리콘 재질(Si), 유리 재질, 또는 적어도 한 층에 금속층을 갖는 기판으로 형성될 수 있다. 상기 패키지 몸체(110)에는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극은 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 포함한다.
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 리드 프레임 또는 도금층으로 배치될 수 있으며, 서로 전기적으로 이격될 수 있다. 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 상기 패키지 몸체(110)의 상면에 배치되거나, 상기 패키지 몸체(110)의 내부에 관통되도록 배치될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)의 내에는 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 이외에 다른 전도층 예컨대, 금속으로 이루어진 층 또는 패턴을 더 포함할 수 있으며, 이러한 층 또는 패턴은 상기 발광 소자(110)의 아래에 배치되어 방열 플레이트로 사용되거나, 상기 패키지 몸체(110)에 비아 구조로 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)에는 상부가 개방된 캐비티가 형성될 수 있으며, 상기 캐비티에는 상기 제1전극(120) 및 제2전극(130) 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 캐비티 내에 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)이 모두 배치된 예로 설명하기로 한다.
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 Cu, Al, Ag, Ni, Ti, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 캐비티 내에 배치된 제1 전극(120) 및 제2전극(130)은 상기 캐비티 바닥면에 배치되고 서로 이격된다.
상기 캐비티 내의 적어도 한 전극 예컨대, 제1 전극(120) 위에는 발광 소자(140)가 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(140)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)과 와이어로 연결될 수 있다. 상기 발광 소자(140)는 전극 위가 아닌 상기 패키지 몸체(110) 상에 설치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(140)는 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(140)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 상기 발광 소자(140)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(140)로부터 전도된 열을 방열하는 역할을 수행하게 된다.
상기 캐비티의 하부 폭은 상부 폭보다 작을 수 있으며, 상기 캐비티의 측면은 예컨대, 상기 캐비티 바닥면을 기준으로 90°미만의 각도로 경사질 수 있다. 상기 캐비티의 측면은 단차 구조 또는 상기 캐비티 바닥면에 대해 수직한 면으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 봉지 부재(150)는 상기 발광소자(140)를 덮게 되며, 상기 발광소자(140)를 보호하게 된다. 상기 봉지 부재(150) 위에는 렌즈(미도시)가 배치되며, 상기 렌즈는 상기 발광 소자로부터 방출된 광의 분포를 변화시켜 줄 수 있으며, 그 형상은 오목부와 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 형상으로 제공될 수 있다.
봉지 부재(150)는 발광소자(140)에서 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 형성될 수 있다. 봉지 부재(150)의 굴절율은 1.0 내지 2.6 범위를 가질 수 있다. 봉지 부재(150)는 높은 굴절률과 광 투과율을 갖는 고무계, 아크릴레이트계, 실리콘계, 에폭시계, 비닐계, 유리 및 세라믹 등을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 봉지 부재(150)에는 굴절율을 다르게 형성하기 위해 메탈기(Methyl), 페닐기(Phenyl) 또는 트리플루오로프로필(trifluoropropyl)을 포함할 수 있다.
봉지 부재(150)는 그 구조에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있으나, 와이어 본딩을 포함하는 구조에서는 최소 50㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 이와 다르게, 와이어 본딩이 필요 없는 구조에서는 5㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 봉지 부재(150)는 제1 봉지부재(152)와, 상기 제1 봉지부재(152) 상에 배치된 제2 봉지부재(154)를 포함할 수 있다.
상기 제1 봉지부재(152)는 발광소자(140)를 덮는 영역일 수 있다. 제1 봉지부재(152)는 발광소자(140)와 인접한 영역일 수 있다. 제1 봉지부재(152)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제1 봉지부재(152)의 실리콘 레진(S)은 페닐기 예컨대, C6H5을 포함할 수 있다. C6H5은 고굴절을 가지는 물질로서, 1.42 내지 1.55 의 굴절율을 가질 수 있다. 제1 봉지부재(152)는 도 3에 도시된 바와 같은 분자 구조를 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제2 봉지부재(154)의 실리콘 레진(S)은 메틸기 예컨대, CH3을 포함할 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다. 제2 봉지부재(154)는 도 4에 도시된 바와 같은 분자 구조를 가질 수 있다. 제2 봉지부재(154)에는 CH3을 대신하여 CH3과 유사한 굴절율을 가지는 C3H4F3을 포함할 수 있다. C3H4F3은 약 1.35의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)의 내측에는 일정 두께 범위 내에서 형광체층(156)이 더 포함될 수 있다. 상기 형광체층(156)은 발광소자(140)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 형광체층(156)으로는 YAG계, TAG계, 실리케이트(silicate)계, 질화물(nitride)계, 산화질화물(Oxynitride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
형광체층(156)은 최소 2회 이상 산란을 일으켜야되고, 광 경로상 최소한 2배 이상의 경로가 필요하기 때문에 0.8㎛ 내지 1.2㎛ 두께로 형성될 수 있다.
제1 실시예에 따른 발광소자 패키지는 봉지 부재를 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 제1 봉지부재에 실리콘 레진이 포함된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 고무계, 아크릴레이트계, 에폭시계, 비닐계, 유리 및 세라믹이 포함될 수 있다.
상기에서는 봉지 부재를 제1 봉지부재 및 제2 봉지부재로 구분하여 설명하였지만, C6H5 및 CH3의 함량을 각각 조절함으로써, 제1 봉지부재와 제2 봉지부재 사이의 경계 지역 없이 연속적으로 굴절율이 변되화도록 형성할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재(150)는 제1 봉지부재(152)와, 상기 제1 봉지부재(152) 상에 배치된 제2 봉지부재(154)를 포함할 수 있다.
제1 봉지부재(152)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제1 봉지부재(152)의 실리콘 레진(S)은 페닐기 예컨대, C6H5을 포함할 수 있다. C6H5은 고굴절을 가지는 물질로서, 1.42 내지 1.55 의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제2 봉지부재(154)의 실리콘 레진(S)은 페닐기와 메틸기를 함께 포함할 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다. 따라서, 제2 봉지부재(154)의 굴절율은 제1 봉지부재(152)의 굴절율 보다 낮을 수 있다.
제2 봉지부재(154)에는 CH3을 대신하여 CH3과 유사한 굴절율을 가지는 C3H4F3을 포함할 수 있다. C3H4F3은 약 1.35의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)의 내측에는 일정 두께 범위 내에서 형광체층(156)이 더 포함될 수 있다. 상기 형광체층(156)은 발광소자(140)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광소자 패키지는 봉지 부재를 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재(150)는 제1 봉지부재(152)와, 상기 제1 봉지부재(152) 상에 배치된 제2 봉지부재(154)를 포함할 수 있다.
제1 봉지부재(152)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제1 봉지부재(152)의 실리콘 레진(S)은 페닐기와 메틸기를 함께 포함할 수 있다. C6H5은 고굴절을 가지는 물질로서, 1.42 내지 1.55 의 굴절율을 가질 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제2 봉지부재(154)의 실리콘 레진(S)은 CH3을 포함할 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다. 따라서, 제2 봉지부재(154)의 굴절율은 제1 봉지부재(152)의 굴절율 보다 낮을 수 있다. 제2 봉지부재(154)에는 CH3을 대신하여 CH3과 유사한 굴절율을 가지는 C3H4F3을 포함할 수 있다. C3H4F3은 약 1.35의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(154)의 내측에는 일정 두께 범위 내에서 형광체층(156)이 더 포함될 수 있다. 상기 형광체층(156)은 발광소자(140)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
제3 실시예에 따른 발광소자 패키지는 봉지 부재를 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이고, 도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지의 봉지 부재를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 패키지 몸체(110)와, 상기 패키지 몸체(100) 상에 배치된 적어도 하나의 전극(120, 130)과, 상기 전극(120, 130) 위에 배치된 발광소자(140)와, 상기 패키지 몸체(110) 상의 발광소자(140)를 덮는 봉지 부재(250)를 포함한다. 여기서, 봉지 부재(250)를 제외한 구성은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지와 동일하므로 생략한다.
봉지 부재(250)는 제1 봉지부재(252)와, 상기 제1 봉지부재(252) 상에 배치된 제2 봉지부재(254)와, 상기 제2 봉지부재(252) 상에 배치된 제3 봉지부재(254)를 포함할 수 있다.
제1 봉지부재(252)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제1 봉지부재(252)의 실리콘 레진(S)은 C6H5을 포함할 수 있다. C6H5은 고굴절을 가지는 물질로서, 1.42 내지 1.55 의 굴절율을 가질 수 있다.
제2 봉지부재(254)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제2 봉지부재(254)의 실리콘 레진(S)은 페닐기와 메틸기를 함께 포함할 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다. 이에 의해, 제2 봉지부재(254)의 굴절율은 제1 봉지부재(252)의 굴절율 보다 낮을 수 있다. 제2 봉지부재(254)에는 CH3을 대신하여 CH3과 유사한 굴절율을 가지는 C3H4F3을 포함할 수 있다. C3H4F3은 약 1.35의 굴절율을 가질 수 있다. 제2 봉지부재(254)는 발광소자(140)로부터 멀어질수록 C3H4F3 의 함량이 적어질 수 있다. 이로부터 제2 봉지부재(254) 내부에서도 발광소자(140)로부터 멀어질수록 굴절율은 작아질 수 있다.
제3 봉재부재(256)는 실리콘 레진(S)을 포함할 수 있다. 제3 봉지부재(254)의 실리콘 레진(S)은 CH3을 포함할 수 있다. CH3은 저굴절율을 가지는 물질로서, 약 1.41의 굴절율을 가질 수 있다. 이에 의해, 제3 봉지부재(256)의 굴절율은 제2 봉지부재(254)의 굴절율 보다 낮을 수 있다.
제3 봉지부재(256)의 내측에는 일정 두께 범위 내에서 형광체층(258)이 더 포함될 수 있다. 상기 형광체층(258)은 발광소자(140)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
제3 실시예에 따른 발광소자 패키지는 봉지 부재를 발광소자로부터 멀어질수록 굴절율이 낮아지도록 함으로써, 패키지 내부에서 전반사가 일어나는 것을 방지하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 발광소자 패키지 110: 패키지 몸체
120: 제1 전극 130: 제2 전극
140: 발광소자 150: 봉재 부재
152: 제1 봉지부재 154: 제2 봉지부재
120: 제1 전극 130: 제2 전극
140: 발광소자 150: 봉재 부재
152: 제1 봉지부재 154: 제2 봉지부재
Claims (14)
- 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 상에 배치된 적어도 하나의 전극;
상기 전극 위에 배치된 발광소자;
상기 발광소자를 덮는 제1봉지 부재;
상기 제1봉지 부재 상에 배치되는 제2봉지 부재;
상기 제2봉지 부재 상에 배치되는 제3봉지 부재; 및
상기 제3봉지 부재의 내측에 형성되는 형광체층을 포함하고,
상기 제2봉지 부재의 굴절률은 상기 제1봉지 부재의 굴절률보다 낮고,
상기 제3봉지 부재의 굴절률은 상기 제2봉지 부재의 굴절률보다 낮으며,
상기 제1봉지 부재는 C6H5를 포함하고,
상기 제2봉지 부재는 C3H4F3를 포함하며,
상기 제3봉지 부재는 CH3를 포함하며,
상기 제2봉지 부재는 상기 발광소자로부터 멀어질수록 C3H4F3의 함량이 낮아지고,
상기 제2봉지 부재의 굴절률은 상기 제2봉지 부재의 하면에서 상기 제2봉지 부재의 상면 방향으로 갈수록 작아지고,
상기 형광체층은 상기 제3봉지 부재의 상면과 인접하게 배치되며, 상기 제3봉지 부재의 하면과 이격되고,
상기 형광체층은, 상기 제3봉지 부재의 두께보다 얇은 두께를 가지며, 0.8㎛ 내지 1.2㎛의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 삭제
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