KR20040073869A - 발광 소자의 광 반사체 구조 및 그를 이용한 발광 소자패키지 - Google Patents

발광 소자의 광 반사체 구조 및 그를 이용한 발광 소자패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 소자의 광 반사체 구조 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 반사체의 표면에 유전체 미러층을 형성하고, 이 유전체 미러층의 상부에 발광 소자를 실장할 수 있는 반사체 구조를 구성함으로써, 발광 소자의 광출력 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

발광 소자의 광 반사체 구조 및 그를 이용한 발광 소자 패키지{Light- reflecting structure of light emitting device and light emitting device package using the same}
본 발명은 발광 소자의 광 반사체 구조 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 미러를 코팅하여 발광 소자의 광출력 효율을 증가시킬 수 있는 발광 소자의 광 반사체 구조 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드 소자, 레이저 다이오드 소자 등의 발광 소자, 태양전지, 광 센서 등의 수광 소자 또는 트랜지스터, 파워 디바이스 등의 전자 디바이스는 질화물 반도체로 이루어지는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 소자이다.
이 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 직접 천이형으로 되어 있어, 발광 효율이 높고, In 농도 조절을 통해 적색부터 보라색, 자외선 영역까지 발광 파장으로 사용할 수 있고, 특히 단파장 발광 소자 용도로 유용하게 되어 있다.
이러한 발광 소자는 MOVPE 성장법에 의해, 기판 위에 n형 질화갈륨계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층과 p형 불순물로 도핑된 p형 질화갈륨계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 층, p형과 n형 반도체 사이에 그 폭이 좁으며, p형과 n형 반도체의 에너지 대역의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가진 InxGa1-xN(0＜X＜1)의 형태로 표시되는 활성층이 적층된 구조를 가지고 있다.
최종적으로 발광 소자의 제조가 완료되면, 소자에서 발생된 광을 외부로 방출시키는 효율을 극대화시키기 위하여, 반사율이 좋은 반사체에 실장하여 패키징을 수행하고 있다.
도 1은 일반적인 패키징된 발광 다이오드의 단면도로써, 발광 다이오드가 제 1 리드프레임(40)에 형성된 컵(Cup)(40a)에 솔더(30)로 부착되어 있고, 발광 다이오드의 P,N 전극 패드들(22,23)은 제 1 리드프레임(40)과 제 2 리드프레임(41)에 와이어(35)로 본딩되어 있다.
상기 발광다이오드와 본딩 부위는 투명 에폭시(50)로 밀봉되어 외부로부터 보호되고, 상기 제 1, 2 리드프레임(40,41)과 연결된 제 1,2 리드(10.11)만 외부에 노출된다.
상기 발광다이오드는 사파이어 기판(28)의 상부에 N-GaN층(27), 활성층(26), P-GaN층(25)이 적층되어 있고, 상기 P-GaN층(25)의 상부에는 투명전극(21)이 형성되어 있으며, 상기 투명전극(21)의 상부에 P전극패드(22)가 형성되어 있고, 상기 N-GaN층(27)의 상부에는 N전극패드(23)가 형성되어 있다.
상기 P,N 전극패드(22,23)는 상기 제 1,2 리드(10,11)와 각각 와이어(35)로본딩되어 있어, 상기 P,N 전극패드(22,23)로 전류가 흐르면, 상기 활성층(26)에서는 광이 발생되고, 이 광은 투명전극(21)을 통하여 외부로 방출된다.
전술된 발광소자는 Al, Ag, Cu, Au 들 중 선택된 어느 하나의 메탈로 이루어진 메탈 컵(Cup)에 놓여져 패키징된다.
표 1은 여러 가지 금속 표면에 400㎚ ~ 460㎚의 파장을 갖는 광을 조사했을 때의 반사율을 측정한 것이다. 여기서, 모든 금속의 두께는 200㎚이고, Pt만 100㎚이다.
파장 ＼금속 Al Au Ni Pd Pt
400㎚ 67.0(%) 25.6(%) 30.7(%) 41.4(%) 39.5(%)
460㎚ 76.7(%) 29.2(%) 37.1(%) 46.5(%) 46.6(%)
상기 표 1의 반사율과 같이, 400㎚와 460㎚의 파장에서 반사율은 각각의 금속마다 다르고, 반사율이 저하된다.
따라서, 이러한 메탈 성분으로 이루어진 컵을 이용하여 패키징하였을 경우, 발광 소자가 발광하여 빛을 방출할 경우, 여러 경로를 거쳐 외부로 나올 때, 컵면을 대부분을 경유하게 되고, 이 때, 일정부분 메탈 표면에 흡수되어서 외부로의 광 출력 효율이 저하되게 되는 문제점이 발생된다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,유전체 미러를 코팅하여 발광 소자의 광출력 효율을 증가시킬 수 있는 발광 소자의 광 반사체 구조 및 이를 이용한 발광 소자 패키지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 발광 소자의 광 반사체 구조에 있어서,
상기 반사체의 표면에는 유전체 미러층이 형성되어 있고, 이 유전체 미러층의 상부에 발광 소자가 실장되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 광 반사체 구조가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 각각 분리되어 있는 제 1과 2 리드프레임과;
상기 1 리드프레임에 고정되어 있으며, 표면에 유전체 미러막이 코팅된 반사체와;
상기 반사체에 본딩된 발광소자와;
상기 발광소자에 형성된 전극패드들과 각각 상기 제 1과 2 리드프레임을 전기적 연결하는 와이어와;
상기 발광 소자와 제 1과 2 리드프레임을 외부로 보호하기 위해 밀봉되는 투명 에폭시가 포함되어 구성된 발광 소자의 광 반사체 구조 및 이를 이용한 발광 소자 패키지가 제공된다.
도 1은 일반적인 패키징된 발광 다이오드의 단면도
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자가 실장되는 반사체의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드가 리드프레임의 컵에 실장된 상태의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 유전체 미러층이 코팅된 컵에 광 반사율을 측정한 그래프
도 5는 본 발명에 따른 발광 소자의 광을 반사시키기 위한 반사체 구조를 이용한 발광 소자 패키지의 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,11 : 리드 21 : 투명전극
22,23 : P,N 전극패드 25 : P-GaN층
26 : 활성층 27 : N-GaN층
28 : 사파이어 기판 30 : 솔더
35,130,131 : 와이어 40,41,151,152 : 리드프레임
40a,45 : 컵(Cup) 50,180 : 투명 에폭시
70,140 : 유전체 미러막 100 : 발광소자
111,112 : 전극패드 120 : 반사체
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자가 실장되는 반사체의 단면도로서, 발광 소자를 실장하는 컵(Cup)(45)의 표면에는 유전체 미러층(70)이 코팅되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드가 리드프레임의 컵에 실장된 상태의 단면도로서, 리드프레임(40)에 형성된 컵(40a)의 표면에는 유전체 미러막(70)이 코팅되어 있고, 발광 다이오드는 솔더(30)에 의해 상기 유전체 미러막(70)의 상부에 본딩되어 있다.
전술된 유전체 미러막(70)은 이종 또는 동종 유전체막이 적층된 막으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 유전체 미러막(70)은 SiO2막, SiO2막의 적층막, TiO2막, TiO2막의 적층막, SiO2와 TiO2막이 조합되어 적층된 막들 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 더 바람직하다.
이러한 유전체 물질로 형성된 단층 또는 여러 층의 미러층을 코팅하여 컵면에서의 광의 반사율을 최대로 갖고자 한다.
즉, 본 발명은 발광 소자를 실장하는 반사체의 형상이 컵의 형상을 갖지 않는 다른 형상을 갖는 반사체에도 유전체 미러층을 형성하여 발광 소자에서 방출되는 광의 반사율을 증가시키는 데 특징이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 유전체 미러층이 코팅된 컵에 광 반사율을 측정한 그래프로서, 6층과 10층으로 유전체 미러층이 코팅된 컵에서는 360㎚ ~ 520㎚의 광에걸쳐 85%이상의 반사율값을 나타내고 있고, 특히, 대략 380㎚ ~ 500㎚의 광에서는 90%이상의 반사율값이 나타났다.
그리고, 340㎚ ~ 550㎚ 파장의 광에서는 10층으로 유전체 미러층이 코팅된 컵이 6층으로 코팅된 컵보다 반사율이 더 증가되는 것을 알 수 있다.
그러므로, 본 발명은 발광 다이오드의 파장에 따라 반사율이 최적화되는 유전체 미러층의 적층정도를 계산하고, 이렇게 계산된 값으로 발광 다이오드가 실장되는 컵면에 적층된 유전체 미러층을 코팅함으로써, 발광 다이오드의 광출력 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 발광 소자의 광을 반사시키기 위한 반사체 구조를 이용한 발광 소자 패키지의 단면도로서, 각각 분리되어 있는 제 1과 2 리드프레임(151,152)과; 상기 1 리드프레임(151)에 고정되어 있으며, 표면에 유전체 미러막(140)이 코팅된 반사체(120)와; 상기 반사체(120)에 본딩된 발광소자(100)와; 상기 발광소자(100)의 전극패드들(111,112)을 각각 상기 제 1과 2 리드프레임(151,152)과 전기적 연결하기 하는 와이어(130,131)와; 상기 발광 소자(100)와 제 1과 2 리드프레임(151,152)을 외부로 보호하기 위해 밀봉되는 투명 에폭시(180)로 구성하여, 패키지를 형성할 수 있다.
본 발명은 유전체 미러를 코팅하여 발광 소자의 광출력 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 발생한다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 발광 소자의 광 반사체 구조에 있어서,
    상기 반사체의 표면에는 유전체 미러층이 형성되어 있고, 이 유전체 미러층의 상부에 발광 소자가 실장되는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 광 반사체 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체는 컵 형상이며,
    상기 유전체 미러층은 컵 내부면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 광 반사체 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 미러층은,
    SiO2막, SiO2막의 적층막, TiO2막, TiO2막의 적층막, SiO2와 TiO2막이 조합되어 적층된 막들 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 광 반사체 구조.
  4. 각각 분리되어 있는 제 1과 2 리드프레임과;
    상기 1 리드프레임에 고정되어 있으며, 표면에 유전체 미러막이 코팅된 반사체와;
    상기 반사체에 본딩된 발광소자와;
    상기 발광소자에 형성된 전극패드들과 각각 상기 제 1과 2 리드프레임을 전기적 연결하는 와이어와;
    상기 발광 소자와 제 1과 2 리드프레임을 외부로 보호하기 위해 밀봉되는 투명 에폭시가 포함되어 구성된 발광 소자의 광 반사체 구조를 이용한 발광 소자 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사체는 컵 형상이며,
    상기 유전체 미러막은 이종 또는 동종 유전체막이 적층된 막인 것을 특징으로 하는 발광 소자의 광 반사체 구조를 이용한 발광 소자 패키지.
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