KR102369820B1 - 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템에 관한 것이다.
실시 예의 반도체 소자 패키지는 캐비티를 갖는 몸체, 캐비티 내에 배치된 반도체 소자, 캐비티 내에 배치되고 반도체 소자로부터 이격된 보호소자, 보호소자 상에 배치되며 제1 파장변환입자를 포함하는 제1 몰딩부, 제1 몰딩부 및 반도체 소자 상에 배치되며 제2 파장변환입자를 포함하는 제2 몰딩부를 포함할 수 있다.
실시 예의 반도체 소자 패키지는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 소자 패키지 및 조명 시스템 {SEMICONDUCTOR DEVICE PACKAGE AND LIGHT SYSTEM HAVING THE SAME}
실시 예는 반도체 소자 패키지에 관한 것이다.
실시 예는 조명 시스템에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)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, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 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 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
최근 들어 반도체 소자는 응용분야가 다양해지면서 고 전력(high power) 구동이 요구되고 있는데, 고 전류(high current)가 반도체 소자에 인가되어 반도체 소자 자체 발광 효율 또는 열에 의한 신뢰성 저하 등의 문제가 있었다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 광속을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 반사 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 제조 비용을 줄일 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예의 반도체 소자 패키지는 캐비티를 갖는 몸체; 상기 캐비티 내에 배치된 반도체 소자; 상기 캐비티 내에 배치되고, 상기 빈도체 소자로부터 이격된 보호소자; 및 상기 보호소자 상에 배치되며, 제1 파장변환입자를 포함하는 제1 몰딩부; 상기 제1 몰딩부 및 상기 반도체 소자 상에 배치되며, 제2 파장변환입자를 포함하는 제2 몰딩부를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 파장변환입자는 상기 제1 몰딩부의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 보호소자에 전기적으로 연결된 와이어를 더 포함하고, 상기 제1 몰딩부의 높이는 100㎛ 이하이고, 상기 제1 몰딩부는 상기 와이어를 덮을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 파장변환입자는 1㎛ 내지 20㎛의 입자 크기를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 파장변환입자는 상기 제1 몰딩부 내에서 상기 보호소자로부터 멀어질수록 밀도가 점차 증가할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 파장변환입자는 상기 와이어보다 위에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 몸체는 상기 반도체 소자로부터 방출되는 제1 파장대역의 빛을 입사 받고 상기 제1 파장대역에 비해 더 긴 제2 파장대역의 빛을 방출하는 제3 파장변환입자를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제3 파장변환입자는 상기 몸체의 전체 재료의 50% 미만의 함량을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 파장변환입자는 서로 같은 물질을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 파장변환입자는 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 파장변환입자는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 몰딩부는 화이트 실리콘을 포함할 수 있다.
실시 예는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시 예는 몸체의 반사율을 향상시킬 수 있다.
실시 예는 반도체 소자 패키지의 광속을 향상시킬 수 있다.
실시 예는 습기에 취약한 파장변환입자의 적용이 가능하여 파장변환입자 선택의 자유도를 향상시킬 수 있다.
실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도를 제공하여 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3은 제2 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4는 제3 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 5는 제4 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 6은 제5 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 7은 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에서 방출되는 빛의 색좌표를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에서 방출되는 빛의 광속을 도시한 도면이다.
도 10은 제6 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10의 B-B를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 12는 제7 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 13은 제8 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 14는 실시 예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광소자, 수광소자, 광 변조기 등 각종 전자 소자를 포함할 수 있으며, 발광소자, 수광소자, 광 변조기는 모두 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드 갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시 예의 반도체 소자 패키지(100)는 몸체(120), 반도체 소자(150), 보호소자(160), 제1 몰딩부(190) 및 제2 몰딩부(130)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(120)는 리세스 형태의 캐비티(120c)를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 리드부(141, 145)와 결합될 수 있다. 상기 캐비티(120c)는 상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)의 상면 일부를 노출 시키는 바닥면과 경사진 내측면을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 캐비티(120c)는 상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)의 상면으로부터 수직하거나, 계단 형상의 단면구조를 포함할 수 있다. 상기 캐비티(120c)는 오목 형상일 수 있고, 탑뷰가 사각, 다각 또는 원 형상일 수 있다.
상기 몸체(120)는 절연물질을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 몸체(120)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Polychloro Tri phenyl) 계열의 재질, LCP(Liquid Crystal Polymer) 계열의 재질, PA9T(Polyamide9T)와 같은 수지 재질, 실리콘, 에폭시 몰딩 재질(EMC: Epoxy molding compounds), 금속을 포함하는 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 실시 예의 몸체(120)는 반사율이 높고, 사출 성형이 용이한 수지 재질로써, PPA 및 실리콘을 일 예로 설명하도록 한다. 상기 몸체(120)는 TiO2와 SiO2와 같은 고굴절 필러를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)는 일정 간격 이격되어 상기 몸체(120)와 결합될 수 있다. 예로서, 상기 제1 리드부(141)에는 보호소자(160)가 실장될 수 있고, 제2 리드부(145)에는 반도체 소자(150)가 실장될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)의 상면에는 상기 몸체(120)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)의 이격된 영역에 상기 몸체(120)의 일부가 배치될 수 있다.
상기 제1 리드부(141)는 상기 반도체 소자(150)와 전기적으로 연결되는 와이어와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 상기 제1 리드부(141)의 상부면 일부는 상기 몸체(120)로부터 노출될 수 있다. 또한, 상기 제1 리드부(141)는 상기 보호소자(160)가 실장되는 영역과 대응되는 상부면 일부가 노출될 수 있다.
상기 제2 리드부(145)는 상기 캐비티(120c)의 바닥과 대응되는 상부면 일부가 노출될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)는 이격된 영역에 단차구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)는 이격된 영역 하부에 제공된 오목한 단차구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2 리드부(141, 145)는 Ti, Cu, Ni, Au, Cr, Ta, Pt, Sn, Ag, P, Fe, Sn, Zn, Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층일 수 있다.
상기 보호소자(160)는 상기 제1 리드부(141) 상에 배치될 수 있다. 상기 보호소자(160)는 제너 다이오드, 사이리스터(Thyristor), TVS(Transient Voltage Suppression) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예의 보호소자(160)는 ESD(Electro Static Discharge)로부터 상기 반도체 소자(150)를 보호하는 제너 다이오드를 일 예로 설명하도록 한다. 상기 보호소자(160)는 와이어(160W)를 통해서 상기 제2 리드부(145)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 몰딩부(190)는 상기 보호소자(160) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)는 절연성 물질 및 반사성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 몰딩부(190)는 PPA(Polyphthalamide)), PCT(Poly-cyclo-hecylene Dimethyl Terephthalate), 화이트 실리콘(white Silicone), 화이트(white) EMC(Epoxy Molding Compound) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 실시 예의 제1 몰딩부(190)는 화이트 실리콘을 일 예로 설명하도록 한다.
상기 제1 몰딩부(190)는 상기 보호소자(160) 상에 배치되어 반도체 소자(150)로부터 발광된 광을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 제1 몰딩부(190)는 보호소자(160) 및 상기 보호소자(160)와 전기적으로 연결된 제1 와이어(160W)의 일부 또는 전체를 덮을 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)는 보호소자(160) 및 제1 와이어(160W)에 흡수될 수 있는 광을 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 몰딩부(190)의 상부면은 상기 보호소자(160)의 상부면 보다 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)의 상부면은 상기 제1 와이어(160W)보다 위에 배치될 수 있다. 예컨대 상기 제1 몰딩부(190)의 높이(t1)는 100㎛ 이하일 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)의 높이(t1)가 100㎛ 초과일 경우, 상기 제1 몰딩부(190)의 주변에서 반도체 소자(150)로부터 발광된 광의 반사 영역이 증가함에 따라 반도체 소자 패키지(100)의 지향각이 변경되거나, 발광 효율이 저하될 수 있다.
상기 반도체 소자(150)는 제2 리드부(145) 상에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(150)는 제2 와이어를 통해서 상기 제1 리드부(141)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 반도체 소자(150)는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층일 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층일 수 있다.
상기 활성층은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층은 예로서 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 활성층이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(114)은 교대로 배치된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함할 수 있고, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 예컨대 상기 활성층은 InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 몰딩부(130)는 상기 캐비티(120c)에 배치될 수 있다. 상기 제2 몰딩부(130)는 반도체 소자(150) 및 제1 몰딩부(190) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 몰딩부(130)는 반도체 소자(150)를 외부로부터 보호하고, 습기 침투를 차단하는 기능을 포함할 수 있다.
상기 제2 몰딩부(130)는 상기 반도체 소자(150)로부터 발광된 광의 파장을 변환시키는 제2 파장변환입자(171)를 포함할 수 있다.
상기 제2 파장변환입자(171)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 제2 파장변환입자(171)는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(QD: Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제2 파장변환입자(171)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
제1 실시 예는 보호소자(160) 상에 화이트 실리콘의 제1 몰딩부(190)가 배치되어 보호소자(160)로부터 흡수될 수 있는 반도체 소자(150)로부터의 광을 반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 제2 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하여 제2 실시 예의 반도체 소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
상기 제1 몰딩부(190)는 상기 보호소자(160) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)는 절연성 물질 및 반사성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 몰딩부(190)는 PPA(Polyphthalamide)), PCT(Poly-cyclo-hecylene Dimethyl Terephthalate), 화이트 실리콘(white Silicone), 화이트(white) EMC(Epoxy Molding Compound) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 실시 예의 제1 몰딩부(190)는 화이트 실리콘을 일 예로 설명하도록 한다.
상기 제1 파장변환입자(172)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 제1 파장변환입자(172)는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제1 파장변환입자(172)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 양자점은 코어 나노 결정 및 상기 코어 나노 결정을 둘러싸는 껍질 나노 결정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양자점은 상기 껍질 나노 결정에 결합되는 유기 리간드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 양자점은 상기 껍질 나노 결정을 둘러싸는 유기 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 껍질 나노 결정은 두 층 이상으로 형성될 수 있다. 상기 껍질 나노 결정은 상기 코어 나노 결정의 표면에 형성될 수 있다. 상기 양자점은 상기 코어 나오 결정으로 입광되는 빛의 파장을 껍질층을 형성하는 상기 껍질 나노 결정을 통해서 파장을 길게 변환시키고 빛의 효율을 증가시길 수 있다.
상기 양자점은 Ⅱ족 화합물 반도체, Ⅲ족 화합물 반도체, Ⅴ족 화합물 반도체 그리고 VI족 화합물 반도체 중에서 적어도 한가지 물질을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 상기 코어 나노 결정은 Cdse, InGaP, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 또는 HgS를 포함할 수 있다. 또한, 상기 껍질 나노 결정은 CuZnS, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 또는 HgS를 포함할 수 있다. 상기 양자점의 지름은 1 nm 내지 10 nm일 수 있다.
상기 양자점에서 방출되는 빛의 파장은 상기 양자점의 크기 또는 합성 과정에서의 분자 클러스터 화합물(molecular cluster compound)와 나노입자 전구체 (precurser)의 몰분율 (molar ratio)에 따라 조절이 가능하다. 상기 유기 리간드는 피리딘(pyridine), 메르캅토 알콜(mercapto alcohol), 티올(thiol), 포스핀(phosphine) 및 포스핀 산화물(phosphine oxide) 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드는 합성 후 불안정한 양자점을 안정화시키는 역할을 한다. 합성 후에 댕글링 본드(dangling bond)가 외곽에 형성되며, 상기 댕글링 본드 때문에, 상기 양자점이 불안정해 질 수도 있다. 그러나, 상기 유기 리간드의 한 쪽 끝은 비결합 상태이고, 상기 비결합된 유기 리간드의 한 쪽 끝이 댕글링 본드와 결합해서, 상기 양자점을 안정화 시킬 수 있다.
특히, 상기 양자점은 그 크기가 빛, 전기 등에 의해 여기되는 전자와 정공이 이루는 엑시톤(exciton)의 보어 반경(Bohr raidus)보다 작게 되면 양자구속효과가 발생하여 띄엄띄엄한 에너지 준위를 가지게 되며 에너지 갭의 크기가 변화하게 된다. 또한, 전하가 양자점 내에 국한되어 높은 발광효율을 가지게 된다.
이러한 상기 양자점은 일반적 형광 염료와 달리 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라진다. 즉, 입자의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 빛을 내며, 입자의 크기를 조절하여 원하는 파장의 가시광선영역의 형광을 낼 수 있다.
상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제1 몰딩부(190)의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제1 몰딩부(190)의 전체 재료의 30% 내지 49%의 함량으로 제공될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제1 몰딩부(190)의 전체 재료의 30% 미만의 함량으로 제공될 경우, 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제1 몰딩부(190)의 전체 재료의 50%이상의 함량으로 제공될 경우, 상기 제1 파장변환입자(172)의 입자들이 서로 뭉치게 되어 제1 몰딩부(190)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
상기 제1 파장변환입자(172)의 입자 크기는 1㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(172)의 입자 크기가 1㎛ 미만일 경우, 작은 입자 크기에 의해 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(172)의 입자 크기가 20㎛ 초과일 경우, 상기 제1 몰딩부(190)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제2 파장변환입자(171)와 같은 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 제1 파장변환입자(172)는 상기 제1 파장변환입자(171)와 상이한 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 파장변환입자(172)는 Y3Al5O12:Ce3+, 제2 파장변환입자(171)는 양자점일 수 있다.
제2 실시 예의 반도체 소자 패키지는 화이트 실리콘의 제1 몰딩부(190) 내에 제1 파장변환입자(172)가 포함되어 반도체 소자(150)로부터 발광된 광을 상기 제1 파장변환입자(172)를 통해서 장파장으로 변환 및 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 소자(150)로부터 제1 파장대역의 빛이 방출될 수 있다. 그리고, 상기 제1 파장대역의 빛이 상기 제1 파장변환입자(172)에 의하여 상기 제1 파장대역에 비해 긴 제2 파장대역의 빛으로 변환되어 방출될 수 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에 의하면 상기 제1 파장변환입자(172)에 의하여 파장변환 효율이 증가될 수 있게 된다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 제1 몰딩부(190) 내에서 빛이 전파됨에 있어, 상기 반도체 소자(150)로부터 방출된 제1 파장대역의 빛에 비해 상대적으로 파장이 긴 제2 파장대역의 빛이 전파될 수 있다. 매질 내에서 빛이 전파되면서 산란 등에 의하여 소실되지 않고 추출되는 빛의 양은, 단파장의 빛에 비하여 장파장의 빛이 큰 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에 의하면, 상기 제1 파장변환입자(172)에 의하여 장파장으로 파장 변환된 빛이 상기 제1 몰딩부(190) 외부로 추출될 수 있는 광량이 증가될 수 있게 된다. 실시 예에 의한 반도체 소자 패키지에 의하면, 상기 제1 파장변환입자(172)에 의하여 반도체 소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 제3 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이고, 도 5는 제4 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이고, 도 6은 제5 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6를 참조하여 제3 내지 제5 실시 예의 반도체 소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
제1 몰딩부(190)는 상기 보호소자(160) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 몰딩부(190)는 절연성 물질 및 반사성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 몰딩부(190)는 PPA(Polyphthalamide)), PCT(Poly-cyclo-hecylene Dimethyl Terephthalate), 화이트 실리콘(white Silicone), 화이트(white) EMC(Epoxy Molding Compound) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 실시 예의 제1 몰딩부(190)는 화이트 실리콘을 일 예로 설명하도록 한다.
제3 실시 예의 반도체 소자 패키지는 몸체(120) 내에 제3 파장변환입자(173a)를 포함할 수 있다.
상기 제3 파장변환입자(173a)는 반도체 소자(150)로부터의 광을 장파장으로 변환할 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(173a)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(173a)는 Y3Al5O12:Ce3+, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(173a)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
상기 제3 파장변환입자(173a)는 상기 몸체(120)의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(173a)는 상기 몸체(120)의 전체 재료의 1% 내지 49%의 함량으로 제공될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(173a)는 상기 몸체(120)의 전체 재료의 1% 미만의 함량으로 제공되는 경우, 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(173a)은 상기 몸체(120)의 전체 재료의 50%이상의 함량으로 제공되는 경우, 상기 제3 파장변환입자(173a)의 입자들이 서로 뭉치게 되어 몸체(120)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
상기 제3 파장변환입자(173a)의 입자 크기는 5㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(173a)의 입자 크기가 5㎛ 미만일 경우, 작은 입자 크기에 의해 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(173a)의 입자 크기가 30㎛ 초과일 경우, 몸체(120)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
또한, 실시 예의 반도체 소자는 몸체(120) 내부에 제3 파장변환입자(173a)가 포함되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 즉, 실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
제3 실시 예의 반도체 소자 패키지는 화이트 실리콘의 제1 몰딩부(190) 내에 제1 파장변환입자(172a)가 배치되고, 몸체(120)내에 상기 제3 파장변환입자(173a)를 배치되어 장파장 변환 효율을 향상시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 파장변환입자(172a)는 제1 몰딩부(190) 내에서 균일한 밀도로 제공될 수 있고, 상기 제3 파장변환입자(173a)는 몸체(120) 내에서 균일한 밀도로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 제1 파장변환입자(172b, 172c) 및 상기 제3 파장변환입자(173b, 173c)의 밀도에 대한 다른 실시 예들을 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 제4 실시 예의 제1 파장변환입자(172b)는 제1 몰딩부(190)내에 배치되어 제1 몰딩부(190) 내에서 상기 제1 몰딩부(190)의 외측면 방향으로 밀도가 점차 증가할 수 있다. 또한, 상기 제3 파장변환입자(173b)는 몸체(120) 내에 배치되어 몸체(120) 내에서 캐비티(120c) 방향으로 밀도가 점차 증가할 수 있다.
제4 실시 예는 상기 제1 몰딩부(190) 내에서 상기 제1 몰딩부(190)의 외측면으로 갈수록 밀도가 점차 증가하는 제1 파장변환입자(172b)를 포함하고, 상기 몸체(120)내에서 캐비티(120c) 방향으로 밀도가 밀도가 점차 증가하는 제3 파장변환입자(173b)를 포함하여 장파장 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 상기 제1 파장변환입자(172b)의 밀도는 보호소자(160)로부터 멀어질수록 증가하고, 제3 파장변환입자(173b)의 밀도는 몸체(120)의 외측으로부터 내측 방향으로 갈수록 증가할 수 있다. 여기서, 제4 실시 예의 제1 및 제3 파장변환입자(172b, 173b)의 함량과 입자 크기는 도 4의 제3 실시 예의 제1 및 제3 파장변환입자(172a, 173a)의 기술적 특징을 채용할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 몸체(120)의 외측에는 반사필름, 반사층 등과 같이 반사기능을 포함하는 반사부(미도시)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제5 실시 예의 제3 파장변환입자(173c)는 몸체(120)내에 배치되어 몸체(120)내에서 몸체(120)의 내측의 일부영역에만 배치될 수 있다. 상기 일부영역은 상기 몸체(120)의 내측과 인접한 영역으로 일정한 두께를 포함할 수 있다. 상기 일부영역은 두께와 대응되는 방향으로 몸체(120)의 상부면을 기준으로 제2 너비(W2)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 몸체(120)의 상부면은 제1 너비(W1)를 포함할 수 있다. 상기 제2 너비(W2)는 상기 제1 너비(W1)의 50% 이하일 수 있다.
제5 실시 예의 제1 파장변환입자(172c)는 제1 몰딩부(190)내에 배치되어 제1 몰딩부(190)내에서 일부영역에만 배치될 수 있다. 예컨대 상기 제1 파장변환입자(172c)는 보호소자(160)와 연결된 제1 와이어(160W)로부터 이격되어 상기 제1 와이어(160W) 상의 제1 영역(a1)에 배치될 수 있다.
제4 및 제5 실시 예의 반도체 소자 패키지는 화이트 실리콘의 제1 몰딩부(190) 내에 제1 와이어(160W) 보다 위에 제1 파장변환입자(172b, 172c)가 배치되고, 반도체 소자(150)와 인접한 일부영역의 몸체(120)내에 상기 제3 파장변환입자(173c)를 배치되어 장파장 변환 효율을 향상시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 제5 실시 예의 제1 및 제3 파장변환입자(172c, 173c)의 함량과 입자 크기는 도 4의 제3 실시 예의 제1 및 제3 파장변환입자(172a, 173a)의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
또한, 제3 내지 제5 실시 예의 반도체 소자 패키지는 제1 몰딩부(190) 내에 제1 파장변환입자(172a, 172b, 172c)가 포함되고, 몸체(120) 내부에 제3 파장변환입자(173a, 173b, 173c)가 포함되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 즉, 실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
도 7은 비교 예와 실시 예 1 및 실시 예 2의 백색 파장의 색좌표를 도시한 도면이고, 도 8 및 도 9는 비교 예와 실시 예1 및 실시 예 2의 광속을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 실시 예 1 및 실시 예 2는 비교 예보다 색변환 효율 및 광속이 향상될 수 있다. 여기서, 비교 예는 보호소자 상에 제1 몰딩부가 배치되지 않은 구조이고, 실시 예 1은 보호소자 상에 제1 몰딩부가 배치된 구조이고, 실시 예 2는 보호소자 상에 제1 파장변환입자를 포함하는 제1 몰딩부가 배치된 구조이다.
실시 예 1은 보호소자 상에 화이트 실리콘의 제1 몰딩부가 배치되어 보호소자의 광 흡수를 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 실시 예 2는 보호소자 상에 화이트 실리콘의 제1 몰딩부가 배치되어 보호소자의 광 흡수를 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 몰딩부에 포함된 제1 파장변환입자에 의해 일부 광(예컨대 청색 파장을 발광하는 반도체 소자일 경우, 청색 파장)을 장파장으로 변환시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 실시 예 2는 비교 예보다 1.6% 이상 광속이 향상될 수 있다.
또한, 실시 예 2는 제1 몰딩부 내에 제1 파장변환입자가 함유되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 구체적으로 일부 파장변환입자는 습기에 취약한 특징을 갖는데, 실시 예의 제1 파장변환입자는 제1 몰딩부 내에 제공되어 외부오 습기와의 직접적인 접촉을 방지할 수 있다. 즉, 실시 예 2는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
도 10은 제6 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 평면도이고, 도 11은 도 10의 B-B를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하여 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
제6 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 기판(210) 상에 복수의 반도체 소자(201)가 배치될 수 있다. 또한, 제6 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 상기 복수의 반도체 소자(201)를 수용하는 캐비티(220c)를 포함하고, 가장자리를 따라 격벽 구조의 몸체(220)를 포함할 수 있다.
상기 제6 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 상기 몸체(220) 내에 제3 파장변환입자(273)를 포함할 수 있다.
상기 제3 파장변환입자(273)는 반도체 소자(201)로부터의 광을 장파장으로 변환할 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(273)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(273)는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3+, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(273)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
상기 제3 파장변환입자(273)는 상기 몸체(220)의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다. 예컨대 상기 제3 파장변환입자(273)는 상기 몸체(220)의 전체 재료의 1% 내지 49%의 함량으로 제공될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(273)는 상기 몸체(220)의 전체 재료의 1% 미만의 함량으로 제공되는 경우, 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(273)은 상기 몸체(220)의 전체 재료의 50%이상의 함량으로 제공되는 경우, 상기 제3 파장변환입자(273)의 입자들이 서로 뭉치게 되어 몸체(220)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
상기 제3 파장변환입자(273)의 입자 크기는 5㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(273)의 입자 크기가 5㎛ 미만일 경우, 작은 입자 크기에 의해 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제3 파장변환입자(273)의 입자 크기가 30㎛ 초과일 경우, 몸체(220)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
또한, 제6 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 몸체(220) 내부에 제3 파장변환입자(273)가 포함되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 즉, 실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
제6 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 몸체(220)내에 상기 제3 파장변환입자(273)를 배치되어 반도체 소자(201)의 단파장을 장파장 변환시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 12는 제7 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제7 실시 예의 반도체 소자 패키지(200)는 기판(310) 상에 복수의 반도체 소자(201)가 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자(201)는 기판(310)의 일면상에 직접 연결되는 COB(Chip on Board) 방식일 수 있다. 예컨대 실시 예의 상기 반도체 소자(201)는 기판(310) 상에 직접 다이 본딩(die bonding)하고, 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 방식일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(310)은 지지부재(311), 지지부재(311) 상에 도전층(313), 상기 도전층(313)의 상부면 일부를 덮는 절연층(315)을 포함할 수 있다.
상기 도전층(313)은 상기 반도체 소자(201)와 본딩될 수 있다. 구체적으로 상기 도전층(313)은 지지부재(311)로부터 노출되고, 본딩 공정을 통해서 상기 반도체 소자201와 전기적으로 연결될 수 있다.
제7 실시 예는 기판(310)의 절연층(315) 내에 파장변환입자(371)를 포함할 수 있다.
상기 파장변환입자(371)는 반도체 소자(201)로부터의 광을 장파장으로 변환할 수 있다. 예컨대 상기 파장변환입자(371)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 파장변환입자(371)는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 파장변환입자(371)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
상기 파장변환입자(371)는 상기 절연층(315)의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 절연층(315)는 화이트 솔더 레지스트일 수 있다. 상기 파장변환입자(371)는 상기 절연층(315)의 전체 재료의 1% 내지 49%의 함량으로 제공될 수 있다. 상기 파장변환입자(371)는 상기 절연층(315)의 전체 재료의 1% 미만의 함량으로 제공되는 경우, 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 파장변환입자(371)은 상기 절연층(315)의 전체 재료의 50%이상의 함량으로 제공되는 경우, 상기 파장변환입자(371)의 입자들이 서로 뭉치게 되어 절연층(315)의 성형이 어려울 수 있다.
상기 파장변환입자(371)의 입자 크기는 5㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 파장변환입자(371)의 입자 크기가 5㎛ 미만일 경우, 작은 입자 크기에 의해 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 파장변환입자(371)의 입자 크기가 30㎛ 초과일 경우, 절연층(315)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
또한, 제7 실시 예의 반도체 소자 패키지(300)는 기판(310)의 절연층(315) 내부에 파장변환입자(371)가 포함되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 즉, 실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
도 13은 제8 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제8 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지(400)는 반도체 소자(202), 패드부(410), 리드 프레임(420), 패키지 몸체(430), 기판(500)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(202)는 상기 패키지 몸체(430)에 제공된 상기 패드부(410)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 패드부(410)는 하부에 배치된 상기 기판(500)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예로서, 상기 패드부(410)는 하부에 배치된 상기 리드 프레임(420)을 통하여 상기 기판(500)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 반도체 소자(202)는 상기 리드 프레임(420) 위에 제공된 상기 패드부(410)에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(202)는 상기 패키지 몸체(430)에 의하여 제공된 캐비티 내에 배치될 수 있다. 상기 반도체 소자(202) 위에는 제2 몰딩부(440)가 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제2 몰딩부(440)는 상기 반도체 소자(202)로부터 제공되는 빛을 입사 받고 파장 변환된 빛을 방출하는 파장변환 입자를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자 패키지(400)는 상기 패드부(410) 위에 배치된 제1 본딩층(415)과 상기 리드 프레임(420) 아래에 배치된 제2 본딩층(510)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 제1 본딩층(415)은 다층 또는 단층 구조일 수 있고, 솔더링 공정에 이용되는 본딩 물질을 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(202)는 상기 패드부(410)에 플립 칩 본딩 방식으로 연결될 수 있다. 상기 반도체 소자(202)는 상부 발광 및 측면 발광될 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자(202)는 하부 방향으로도 빛을 방출할 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 따른 반도체 소자(202)는 6면 방향으로 빛을 방출하는 플립 칩 발광소자일 수 있다.
제8 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지(400)는 반도체 소자(202)의 하부방향에 제1 몰딩부(490)를 포함할 수 있다. 상기 제1 몰딩부(490)는 상기 반도체 소자(202)와 상기 기판(500) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 몰딩부(490)는 상기 반도체 소자(202)의 제1 본딩층(415) 사이에 배치될 수 있다.
제8 실시 예는 제1 몰딩부(490) 내에 재1 파장변환입자(472)를 포함할 수 있고, 상기 패키지 몸체(430)는 제2 파장변환입자(471)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 파장변환입자(472, 471)는 반도체 소자(202)로부터의 광을 장파장으로 변환할 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2 파장변환입자(472, 471)는 550㎚ 내지 580㎚ 파장으로 변환하는 엘로우 파장변환입자일 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2 파장변환입자(472, 471)는 Y3Al5O12:Ce3 +, LaSi3N5:Ce3 +, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2 +, BaSiO4:Eu2 +, 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제1 및 제2 파장변환입자(472, 471)는 적색 파장변환입자 및 녹색 파장변환입자 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
상기 제1 파장변환입자(472)는 상기 제1 몰딩부(490)의 전체 재료의 50% 미만의 함량으로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 제1 몰딩부(490)는 PPA(Polyphthalamide)), PCT(Poly-cyclo-hecylene Dimethyl Terephthalate), 화이트 실리콘(white Silicone), 화이트(white) EMC(Epoxy Molding Compound) 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 파장변환입자(472)는 상기 제1 몰딩부(490)의 전체 재료의 1% 내지 49%의 함량으로 제공될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(471)는 상기 제1 몰딩부(490)의 전체 재료의 1% 미만의 함량으로 제공되는 경우, 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(472)은 상기 제1 몰딩부(490)의 전체 재료의 50%이상의 함량으로 제공되는 경우, 상기 제1 파장변환입자(472)의 입자들이 서로 뭉치게 되어 제1 몰딩부(490)의 성형이 어려울 수 있다.
상기 제1 파장변환입자(472)의 입자 크기는 5㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(472)의 입자 크기가 5㎛ 미만일 경우, 작은 입자 크기에 의해 장파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 상기 제1 파장변환입자(472)의 입자 크기가 30㎛ 초과일 경우, 제1 몰딩부(490)의 사출 성형이 어려울 수 있다.
또한, 제8 실시 예의 반도체 소자 패키지(400)는 제1 몰딩부(490) 내에 제1 파장변환입자(472)가 포함되어 습기에 취약하여 사용이 어려운 파장변환입자들을 적용할 수 있다. 즉, 실시 예는 파장변환입자 선택의 자유도가 개선되어 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 실시 예의 반도체 소자 패키지(400)에 의하면, 상기 반도체 소자(202)로부터 방출된 빛이 상기 제1 몰딩부(490)에 의하여 장파장으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 소자(202)의 하부에 배치된 상기 패키지 몸체(430)에는 상대적으로 장파장으로 변환된 빛이 입사될 수 있다. 장파장의 빛은 단파장의 빛에 비하여 상대적으로 낮은 에너지를 갖는다. 따라서, 실시 예에 의하면, 상기 반도체 소자(202) 아래에 배치된 상기 패키지 몸체(430) 영역에 에너지가 큰 단파장의 빛의 입사되어 상기 패키지 몸체(430)가 변색되거나 열화되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 도 1 내지 도 13에 도시된 반도체 소자 패키지들은 반도체 소자 상에 입자형태로 배치된 파장변환층과 보호소자 상에 몰딩부 내에 입자형태로 배치된 파장변환층을 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 다른 예의 반도체 소자 패키지는 필름 타입으로 반도체 소자 및 보호소자 각각을 덮는 리모트 파장변환 필름을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보호소자 상에 배치된 리모트 파장변환 필름의 적어도 상부 또는 하부에 화이트 실리콘과 같은 몰딩층이 포함될 수 있다.
도 14는 실시 예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시 예에 따른 조명시스템은 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 반도체 소자를 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.
실시 예에 따른 반도체 소자는 상기 조명시스템 외에 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
발광소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다. 이상에서 실시 예를 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.
190, 490: 제1 몰딩부
130, 440: 제2 몰딩부
120, 220: 몸체
172, 172a, 172b, 172c, 472: 제1 파장변환입자
171, 471: 제2 파장변환입자
173a, 173b, 173c: 제3 파장변환입자
160: 보호소자

Claims (13)

  1. 캐비티를 갖는 몸체;
    상기 캐비티 내에 배치된 반도체 소자;
    상기 캐비티 내에 배치되고, 상기 반도체 소자로부터 이격된 보호소자;
    상기 보호소자 상에 배치되며, 제1 파장변환입자를 포함하는 제1 몰딩부;
    상기 제1 몰딩부 및 상기 반도체 소자 상에 배치되며, 제2 파장변환입자를 포함하는 제2 몰딩부를 포함하며,
    상기 제1 파장변환입자는 상기 제1 몰딩부의 전체 재료의 30%~49%의 함량으로 제공되며,
    상기 보호소자에 전기적으로 연결된 와이어를 더 포함하고,
    상기 제1몰딩부의 최대 높이는 상기 반도체 소자의 상면보다 높고 제2 몰딩부의 표면보다 낮게 배치되며,
    상기 제1 몰딩부는 상기 반도체 소자의 일 측면과 마주하는 표면이 곡면을 가지며,
    상기 제1 몰딩부는 상기 와이어를 덮는,
    반도체 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 몰딩부의 높이는 100㎛ 이하이고,
    상기 제1 파장변환입자는 1㎛ 내지 20㎛의 입자 크기를 포함하며,
    상기 제1 몰딩부는 화이트 실리콘을 포함하는 반도체 소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 파장변환입자는 상기 제1 몰딩부 내에서 상기 보호소자로부터 멀어질수록 밀도가 점차 커지며,
    상기 제1 파장변환입자의 적어도 일부는 상기 와이어보다 위에 배치된 반도체 소자 패키지.
  4. 제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 반도체 소자로부터 방출되는 제1 파장대역의 빛을 입사 받고 상기 제1 파장대역에 비해 더 긴 제2 파장대역의 빛을 방출하는 제3 파장변환입자를 포함하며,
    상기 제3 파장변환입자는 상기 몸체의 전체 재료의 50% 미만의 함량을 포함하는 반도체 소자 패키지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 파장변환입자는 서로 같은 물질을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 파장변환입자 중 적어도 하나는 Y3Al5O12:Ce3+, LaSi3N5:Ce3+, (Ba, Sr) 3Si6O3N8:EU2+, BaSiO4:Eu2+, 및 양자점(Quantum Dot) 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자 패키지.
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