KR20080060114A - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법, 면 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법, 면 발광 장치에 관한 것이다.

본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 캐비티 내부에 리드 프레임이 형성되고 하나 이상의 발광소자가 탑재된 패키지 본체; 상기 패키지 본체 둘레의 적어도 한 측면에 형성된 반사막을 포함한다.

발광소자, 패키지, 캐비티, 반사막

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법, 면 발광 장치{Lighting emitting diode package and manufacturing method thereof, surface lighting apparatus}

도 1은 종래 발광 다이오드 패키지의 단면도.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 측면도.

도 3은 도 2의 정면도.

도 4는 도 2의 A-A' 단면도.

도 5는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지가 적용된 면 발광 장치를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 발광 다이오드 패키지 110 : 패키지 본체

111 : 캐비티 112 : 몰드부재

115 : 반사막 120 : 발광소자

131 : 리드 프레임 150 : 기판

160 : 도광판 170 : 반사판

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법, 그리고 상기 발광 다이오드 패키지를 구비한 면 발광 장치에 관한 것이다.

오늘날, 발광 소자나 수광 소자로 대표되는 반도체 소자와, 상기 발광 소자나 수광 소자를 외부 환경으로부터 보호하여, 이들의 전극과 접속하는 리드 프레임을 구비한 지지체를 갖는 발광 장치가 제공되어 있다.

특히 발광 장치로서, 상기 발광 소자와 그 발광 소자로부터의 빛을 흡수하여 서로 다른 파장을 갖는 빛을 발광하는 형광체를 조합하여 백색계의 혼색광을 고휘도로 발광하는 것이 가능한 발광 다이오드가 개발되었다. 이러한 발광 다이오드를 이용한 광원이 여러 가지의 분야에서 이용되고 있다.

또한 발광 다이오드는 발광 소자가 패키지(package)라고 불리는 지지체에 고정되어, 발광 장치로 사용되고 있다. 예를 들면, 발광 장치의 소자 실장 영역에 거의 평행한 방향으로 빛을 조사하는 것이 가능한 표면 실장형 발광 장치를 들 수 있다.

도 1은 종래 발광 다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(10)는 패키지 본체(11)의 양측 방향에는 은 도금된 리드 프레임(31)이 돌출되고, 사출 성형에 의하여 좁고 긴 길이의 홈으로 이루어지는 캐비티(12)가 형성된다.

그리고 상기 캐비티(12)의 내부에 발광 소자(20)가 칩 형태로 부착되고 와이어(21)를 본딩 한 후, 액상의 투명 수지를 충진하고 경화함으로써 몰드부재(16)가 형성한다. 이러한 몰드부재(16)는 에폭시나 실리콘 재료를 주로 쓰며 경우에 따라 형광체 분말을 첨가하기도 한다.

그리고 상기 몰드부재(16) 내 형광체의 양과 분포는 백색광의 색 좌표를 결정하며, 사출 성형된 캐비티(12)는 기본적으로 발광 소자(20)로부터 방출되는 광을 얇고 넓게 퍼지도록 하는 형태이다. 이러한 발광 다이오드 패키지는 측면 실장형 패키지로서, 백 라이트 유닛에 표면 실장형으로 결합된다.

그러나, PPA 재질의 패키지 본체가 점차 얇아(약 70um 이하)지게 됨에 따라 발광 소자에서 발생되는 광의 일부가 PPA 재질로 이루어진 패키지 본체의 측면을 통해 투과하게 됨으로써, 광 손실이 발생된다.

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법, 그리고 발광 다이오드 패키지를 구비한 면 발광 장치를 제공한다.

본 발명은 하나 이상의 발광 소자가 탑재된 캐비티 외측면에 반사막을 형성하여, 패키지 본체를 투과하는 광 손실을 차단할 수 있도록 한 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 외측면에 반사막이 형성된 발광 다이오드 패키지를 하나 이상 갖는 면 발광 장치를 제공한다.

본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 캐비티 내부에 리드 프레 임이 형성되고 하나 이상의 발광소자가 탑재된 패키지 본체; 상기 패키지 본체 둘레의 적어도 한 측면에 형성된 반사막을 포함한다.

본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법은, 캐비티 내부에 리드 프레임을 갖는 패키지 본체를 형성하는 단계; 상기 패키지 본체 둘레의 적어도 한 측면에 반사막을 형성하는 단계; 상기 리드 프레임 상에 하나 이상의 발광 소자를 실장하는 단계를 포함한다.

본 발명 실시 예에 따른 면 발광 장치는 측면에 반사막을 갖는 발광 다이오드 패키지; 상기 발광 다이오드 패키지가 하나 이상 실장된 기판; 상기 발광 다이오드 패키지의 출사 영역에 배치된 도광판을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 정면도이고, 도 3은 도 2의 정면도이며, 도 4는 도 2의 A-A' 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 측면 발광형 또는 상면 발광형 패키지 제품으로 액정표시장치의 백 라이트용 광원, 조명 분야 등의 면 발광 장치로서 다양하게 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 측면 발광형 발광 다이오드 패키지에 대해서 설명하기로 한다.

상기 발광 다이오드 패키지(100)는 반도체 소자로서 발광 소자(121), 캐비티(111)를 갖는 패키지 본체(110), 리드 프레임(131)을 포함한다.

상기 패키지 본체(110)는 프레스(Cu/Ni/Ag 기판)에 PPA(고강화플라스틱) 등의 수지 재질을 사출 성형하여 형성되며, 일측에 캐비티(111)가 형성되며, 패키지 본체(110)의 장축 방향으로 성형된 리드 프레임(131)이 일체로 삽입되고 그 양단이 외측으로 돌출된다. 상기 캐비티(111)는 출사 방향에 대해 경사진 구조로 형성될 수 있으며, 상기 경사면에 반사 물질이 증착될 수도 있다.

여기서 패키지 본체(110)는 발광 소자(120)가 탑재되는 캐비티(111)의 바닥면에서 볼 때 길이가 긴 방향의 대칭축을 장축이라 하고, 길이가 짧은 방향의 대칭축을 단축이라고 한다. 여기서, 상기 캐비티(111)의 바닥면은 리드 프레임의 일측 또는 상면일 수도 있다.

이러한 패키지 본체(110) 둘레의 한 측면 이상에는 반사막(115)이 형성된다. 상기 반사막(115)은 발광 소자에서 발생되는 광의 투과를 차단할 수 있는 영역에 소정 두께로 형성된다. 이러한 반사막(115)은 스퍼터링 또는 증착 방식, 도금 등의 방식을 사용하여 반사 특성이 좋은 금속 재료를 함유하여 500Å 이상으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 반사막(115)은 접착층(adhesion layer), 반사층, 보호층의 순서로 적층될 수 있으며, 여기서, 반사막이 형성될 측면의 거칠기 정도에 따라 접착층을 생략하여 바로 반사층을 형성하거나, 보호층도 생략할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층은 Ni,Ti,Cr 등의 재료를 하나 이상 이용하여 5~50Å로 형성할 수 있으며, 반사층은 Ag 또는 Al 재료를 하나 이상 이용하여 500Å 이상 형성할 수 있으며, 보호층은 Ti,Pt 등의 재료를 하나 이상 이용하여 10Å이상으로 형성될 수 있다.

이러한 반사막(115)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 패키지 본체(110)의 장축 방향의 양 외측면(114)에 형성되는 데, 반사막(115)이 형성되는 측면(114)은 장축 방향의 캐비티 폭(C) 보다는 크고 장변 길이(B) 보다는 짧게 형성되며, 리드 프레임(131)의 연장 선상을 기준으로 본체 상단까지의 높이(H1)로 형성될 수 있다.

여기서, 패키지 본체(110)는 PPA 재질 특성에 의해 450nm 파장대에서 90% 정도의 반사율을 나타내고 있지만, 패키지 본체(110)의 두께가 액정 표시 모듈의 박형화에 따라 점차 얇아지게 개발되고 있다. 이러한 패키지 본체의 외측면 두께(즉, 캐비티 측면 두께)가 30~70um 정도로 얇아지게 될 경우 발광 소자의 광이 PPA 재질을 투과하여 광 손실이 발생될 수 있다. 이때 본 발명의 반사막(115)에 의해 광 손실을 차단하게 된다. 이러한 반사막(115)은 발광 소자(120) 실장 전에 형성된다.

상기 캐비티(111) 내부의 리드 프레임(131)에는 하나 이상의 발광 소자(120)가 탑재될 수 있으며, 또한 발광 소자(120)의 보호를 위해 제너 다이오드와 같은 보호 소자가 탑재될 수도 있다.

상기 발광 소자(120)는 캐비티(111)의 바닥면에 위치한 상기 리드 프레임(131)에 와이어(121) 본딩(wire bonding) 또는/및 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 등의 방식으로 실장될 수 있으며, pn 또는 npn 접합 구조를 포함하는 질화물 반도체 발광소자이다.

또한 상기 발광 소자(120)는 청색 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구현할 수 있다. 또는 상기 발광 소자(120)는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩, 엘로 우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩을 하나 또는 하나 이상 조합한 패키지 형태로 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 캐비티(111)의 내부에는 발광 소자(101)가 본딩된 후 그 실장 영역으로 몰딩 부재(112)가 몰딩되는데, 상기 몰딩 부재(112)는 투명 수지가 캐비티 내부로 토출되고, 경화되는 과정을 거치게 된다.

여기서 상기 몰딩 부재(112)는 투명한 재질의 에폭시 또는 실리콘 등을 이용할 수 있으며, 필요에 따라 형광체 분말이 혼합되어 몰딩될 수도 있다. 상기 몰딩 부재(112)는 몰딩액 또는 첨가물을 사용 목적, 사용 환경, 제품의 특성에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.

이러한 몰딩 부재(112)는 표면이 캐비티(111)의 상단과 동일한 높이로 몰딩되는 플랫(flat) 형태, 캐비티(111) 상단에 대해 오목한 오목 렌즈 형태, 또는 캐비티(111) 상단에 대해 볼록한 볼록 렌즈 형태 중 어느 한 형태로 형성될 수 있다.

도 5는 도 2의 발광 다이오드 패키지(100)가 라이트 광원으로 적용된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5를 참조하면, 기판(150)에는 하나 이상의 발광 다이오드 패키지(100)의 일측이 탑재된다. 발광 다이오드 패키지(100)의 타측에는 반사판(170)이 결합되며, 발광 소자(120)의 광 출사 방향에는 도광판(LGP: Light Guide Plate)(160)이 결합된다.

상기 발광 소자(120)에서 발생되는 광은 캐비티 내부에서 전 방향으로 방사 되는 데, 이때 패키지 본체(110)의 양 측면의 반사막(115)에서 패키지 본체(110)의 외측으로 투과되는 광을 차단해 줌으로써, 패키지에서 출사되는 광량을 증대시켜 줄 수 있다. 이때 반사막(115)이 설치됨에 따라 반사판(170)의 길이를 줄여 줄 수도 있다.

상기 도광판(160)은 발광 다이오드 패키지(100)로부터 입사되는 광을 발광 영역 전체로 분산시켜 주어 면 광원으로 출사해 주고, 반사판(170)은 도광판(160)으로 누설되는 광을 재 반사시켜 줄 수 있다. 이러한 반사판(170)은 생략할 수도 있다.

본 발명의 면 발광 장치를 이용하여 휴대 단말기 등의 액정 표시장치의 프론트 라이트 또는/및 백 라이트 등의 광원, 조명 분야 등의 발광장치로서 구성할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명의 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.

본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법, 면 발광 장치에 의하면 패키지 본체에 의한 광 손실을 최소화하여, 광도를 개선시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 박형화되는 패키지 제품에서의 신뢰성을 향상시켜 줄 수 있다.

Claims (18)

1. 캐비티 내부에 리드 프레임이 형성되고 하나 이상의 발광소자가 탑재된 패키지 본체;

   상기 패키지 본체의 외 측면에 형성된 반사막을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반사막은 캐비티 내부의 리드 프레임의 연장 선상 위에 형성되는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 반사막은 패키지 본체의 장축 방향의 양 측면에 형성되는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 반사막은 500Å 이상으로 형성되는 발광 다이오드패키지.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 반사막은 Ag 또는 Al를 이용한 반사층을 포함하는 발광 다이오드 패키 지.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 반사막은 한 층이상으로 형성되는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 패키지 본체의 외측면과 반사층 사이에는 Ni,Ti,Cr 중 하나 이상을 이용하여 5 ~ 50Å으로 형성된 접착층을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 반사층 표면에는 Ti,Pt 중 하나 이상을 이용하여 10Å 이상으로 형성된 보호층을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 패키지 본체는 PPA 재질로 이루어지는 발광 다이오드 패키지.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 반사막이 형성되는 패키지 본체의 외측면 두께는 30 ~ 70um 이하로 이루어지는 발광 다이오드 패키지.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 패키지는 백색, 청색, 황색, 녹색 발광 다이오드 패키지 중 어느 하나인 발광 다이오드 패키지.
12. 캐비티 내부에 리드 프레임을 갖는 패키지 본체를 형성하는 단계;

    상기 패키지 본체의 외측면에 반사막을 형성하는 단계;

    상기 리드 프레임 상에 하나 이상의 발광 소자를 실장하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 반사막은 반사특성이 좋은 금속 재료를 이용하여 스퍼터링, 증착, 도금 방법 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 반사막은 Ag 또는 Al을 500Å 이상으로 형성되는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
15. 제 12항에 있어서,

    상기 반사막은 패키지 본체의 외측면에 Ni,Ti,Cr 중 하나 이상을 이용한 접착층과, Ag 또는 Al를 이용한 반사층과, Ti,Pt 중 하나 이상을 이용한 보호층의 순 서로 적층되는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
16. 제 12항에 있어서,

    상기 반사막은 리드 프레임의 연장 선상 위에 형성되는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
17. 제 1항의 발광 다이오드 패키지;

    상기 발광 다이오드 패키지가 하나 이상 실장된 기판;

    상기 발광 다이오드 패키지의 출사 영역에 배치된 도광판을 포함하는 면 발광 장치.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 도광판 및 발광 다이오드 패키지 하부에는 반사판이 부착되는 면 발광 장치.

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