KR20090039932A

KR20090039932A - 발광 소자 패키지

Info

Publication number: KR20090039932A
Application number: KR20070105438A
Authority: KR
Inventors: 원유호; 송용선; 김근호
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-04-23

Abstract

본 발명은 발광 소자 패키지에 관한 것으로 특히, 균일한 색상의 발광이 가능하고 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 장착부가 형성된 패키지 바디와; 상기 장착부에 부착되는 발광 소자와; 상기 장착부에 채워지는 충진재와; 상기 충진재 상에 위치하는 형광 필름과; 상기 형광 필름과 충진재 사이 위치하는 다중 반사막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

발광 소자, 패키지, 장착부, 형광 필름, 반사막.

Description

발광 소자 패키지 {Light emitting device package}

본 발명은 발광 소자 패키지에 관한 것으로 특히, 균일한 색상의 발광이 가능하고 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.

최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 조명 및 자동차용 광원으로 사용되어 지고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 LED를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 LED도 구현이 가능하다.

이러한 목적으로 LED를 응용하기 위해서는 소자의 동작 전압이 낮아야 하고 발광 효율과 휘도가 높아야 한다.

이와 같은 LED를 제작함에 있어서, 효율을 증대시키고 LED 칩을 보호하기 위해서 패키지의 LED 칩 상에 실리콘 젤 또는 에폭시 수지를 도포한다. 이때, 실리콘 젤 또는 에폭시 수지의 도포 방법 및 도포 형상은 발광 효율에 큰 영향을 미친다.

또한 최근 LED 패키지는 발광 효율을 증대시키기 위해서 렌즈를 포함하고 있다. 이러한 렌즈는 발광 효율을 증대시킬 뿐 아니라 원하는 각도로 배광 특성을 조절할 수 있는 장점이 있다.

LED의 다양한 색을 구현하는 방법에 있어서, LED 칩에 형광체를 도포하여 다양한 색을 구현하는 방법이 많이 사용된다. 이때, 이러한 형광체를 도포하는 방법 및 위치에 따라서 발광 효율이 달라질 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 형광 필름을 이용하여 광 추출 효율이 우수하고, 색의 균일도가 우수하며 양산에 적합하고 수율을 향상시키기 위하여 재현성 있는 발광 소자 패키지를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 장착부가 형성된 패키지 바디와; 상기 장착부에 부착되는 발광 소자와; 상기 장착부에 채워지는 충진재와; 상기 충진재 상에 위치하는 형광 필름과; 상기 형광 필름과 충진재 사이 위치하는 다중 반사막을 포함하여 구성함으로써 달성된다.

본 발명은 패키지에 발광 소자를 부착한 뒤에 몰딩한 후 별도로 제작된 형광 필름을 부착하여 발광 소자 패키지를 제작하는 것으로, 발광 소자와 형광 필름 사이에 거리가 떨어져 있으므로 형광 필름에서의 발광이 발광 소자로 흡수되는 문제가 발생하지 않으며, 형광 필름은 균일한 두께를 갖으므로 균일한 색을 구현할 수 있고, 디스펜싱 시 발생할 수 있는 형광체 침전 현상을 방지함으로써 재현성이 우수한 발광 소자 패키지를 구현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명의 실시예들은 예를 들어, 사파이어(Al₂O₃)계 기판과 같은 비도전성 기판상에 형성된 질화갈륨(GaN)계 발광 소자를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자 패키지는, 홈(groove) 형상의 장착부(11)가 형성되고, 리드(20)가 구비되는 패키지 바디(10)에, 이 리드(20)와 연결되어 발광 소자(30)가 장착된다.

이때, 리드(20)는 장착부(11) 측까지 형성될 수 있고, 표면 실장의 편의를 위하여 패키지 바디(10)의 후면까지 연장되어 형성될 수 있다.

발광 소자(30)는 장착부(11)에 장착되어, 측면형 소자인 경우에는 리드(20)와 와이어(21)를 이용하여 본딩되거나 플립칩 본딩되고, 수직형 발광 소자인 경우에는 일측 전극은 리드(20)에 직접 장착되고, 타측 전극은 와이어(21)를 이용하여 본딩될 수 있다.

이때, 발광 소자(30)가 장착된 장착부(11)에는 충진재(40)가 채워지게 되는데, 이 충진재(40)에 발광 소자(30)에서 방출되는 빛과 반응하는 형광체(50)가 혼합되어 발광 색상을 변경할 수 있다. 예를 들어, 청색 발광 소자(30)의 빛을 흡수하여 황색을 발광하는 황색 형광체(50)가 혼합되는 경우에는 백색광을 방출시킬 수 있다.

<제1실시예>

이하, 도 2 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 패키지 바디(10)에 홈(groove) 형상으로 형성되는 장착부(11)에는 발광 소자(30)가 장착되고, 이와 같이 발광 소자(30)가 장착된 장착부(11)에는 실리콘 젤 또는 에폭시 수지와 같은 물질로 충진재(40)가 채워진다.

장착부(11)의 측벽은 발광 소자(30)에서 방출된 빛이 외측으로 효과적으로 추출될 수 있도록 각도를 가지고 있고, 경우에 따라 반사막이 형성될 수도 있다.

충진재(40) 상에는 형광 필름(60)이 위치하게 되는데, 이 형광 필름(60)은 도 3에서 도시하는 바와 같이, 균일한 두께를 가지는 모체 필름(61)에 형광체 입자(62)가 분포한다. 경우에 따라 형광체 입자(62)와 함께 확산제 또는 분산제(도시되지 않음)가 혼합될 수도 있다.

이와 같은 형광 필름(60)의 두께는 수 ㎛에서 수백 ㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 1 내지 900 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 형광 필름(60)은 모체 필름(61)과 형광체 입자(62)를 이용하여 형성되며, 용도에 따라 녹색, 황색, 또는 적색 형광체 입자(62)가 혼합될 수 있으며 그 이외의 색상을 발광하는 입자(62)가 혼합될 수도 있다.

이러한 형광체 입자(62)로 이용되는 물질은 무기 형광물질, 유기 형광물질, 유기 안료, 나노 물질 등이 이용될 수 있다. 이중 무기 형광물질은 가넷계(Gd) 물질에 Y₃Al₅O₁₂(YAG)에 세륨(cerium)을 도핑한 형광체로 구성될 수 있다. 이와 같이 가넷계에 의존하는 Ce³ ⁺ 발광은 광 효율의 감소 없이 녹색(~540 nm; YAG:Ga,Ce)에서 적색(~600 nm; YAG:Gd,Ce)까지 다양하게 발광시킬 수 있다. 또한 유기물 형광 물질도 청색, 녹색, 적색을 발광시킬 수 있다.

이와 같은 형광 필름(60)의 모체 필름(61)은 에폭시 계, 우레탄 계, 아크릴 계, PET 계, 폴리염화비닐 계, 폴리에스테르 계, 폴리카르보네이트 계, 비닐 계, 메타크릴산 에스테르 계, 폴리아미드 계, 합성 라바 계, 폴리스틸렌 계, CBS, 폴리메틸메타크릴레이트 계, 불소 수지 계, 폴리에틸렌 계, 폴리프로필렌 계, ABS 계, 페라 수지 계 등이 이용될 수 있고, 형광체 입자(62) 및 확산제 또는 분산제가 균 일하게 분포될 수 있도록 매트릭스 역할을 하게 된다.

이러한 형광 필름(60)의 제작은 압출 성형 방식 또는 인쇄법을 이용한 스크린 프린팅 방식 등이 주로 사용된다.

형광 필름(60) 제작의 일례를 설명하면, 먼저, 모체 필름(61)을 형성할 합성수지를 용융상태로 제작한 후, 여기에 형광체 입자(62) 및 확산제 또는 분산제를 포함시키고, 그 외에 침전 방지제, 기포 방지제, 바인더 등을 더 포함시킬 수 있다.

이러한 용융상태에서 빠르게 또는 느리게 냉각하여 원하는 물성의 형광 필름(60)을 제작한다. 이러한 냉각 시간에 따라 결정화도, 성형성, 내구성, 및 유연성 등이 결정될 수 있다.

이와 같이 별도로 제작된 형광 필름(60)은 장착부(11)의 크기로 절단되어 충진재(40) 상에 부착될 수 있는 것이다.

이와 같이 충진재(40) 상에 형광 필름(60)이 위치하면, 발광 소자(30)와 형광 필름(60) 사이에 거리가 있으므로 형광 필름(60)으로부터의 발광이 발광 소자(30)로 흡수되는 문제가 발생하지 않으며, 형광 필름(60)은 균일한 두께를 갖으므로 균일한 색을 구현할 수 있다.

또한, 통상 충진재(40)에 디스펜싱과 같은 방법으로 형광체를 혼합시키는 경우에 발생할 수 있는 형광체 침전 현상을 제거함으로써 재현성이 우수한 발광 소자 패키지를 구현할 수 있다

한편, 도 4에서와 같이, 두 가지 이상의 형광체를 이용할 경우 하나의 형광 체(50)는 충진재(40)에 혼합시키는 디스펜싱 방법을 이용하고, 다른 형광체는 상술한 형광 필름(60)을 이용할 수도 있다. 이때 충진재(40)에 혼합되는 형광체(50)는 침전이 잘 이루어지지 않는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 두 가지 이상의 형광체를 사용하는 경우는 색재현 또는 연색지수를 높이기 위해서 사용될 수 있으며, 황색과 오렌지색, 황색과 녹색 및 오렌지색, 녹색 및 오렌지색, 황색 및 적색, 황색과 녹색 및 적색, 녹색 및 적색의 혼합 등을 이용할 수 있다.

또한, 도 5에서와 같이, 상술한 도 2의 구조에서 형광 필름(60) 상에 렌즈 또는 돔 몰딩(70)을 형성하거나 부착할 수 있다. 이와 같은 렌즈 또는 돔 몰딩(70)은 발광 소자에서 방출되는 빛을 모으거나 확산시켜 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

도 6에서는 상술한 구조를 가지는 발광 소자 패키지의 일례를 나타내고 있다. 이러한 패키지는 결합부(12)에 의하여 패키지 바디(10)가 리드(20)와 함께 고정되어 설치되고, 패키지 바디(10)에 발광 소자(30)가 결합된 상태는 상술한 바와 같다.

즉, 장착부에 발광 소자(30)가 리드(20)와 와이어(21) 본딩된 상태로 장착되고, 이 장착부 상측에는 결합부(12)의 내측을 포함한 부분이 충진재(40)로 채워진다. 이후, 충진재(40) 상에는 상술한 형광 필름(60)이 부착되는 것이다.

한편, 도 7에서와 같이, 이러한 형광 필름(60) 상에는 평탄한 형상의 몰딩부(71)가 더 형성될 수 있다. 이러한 몰딩부(71)는 형광 필름(60)을 보호하고 경우 에 따라 굴절률 분포에 의하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

<제2실시예>

이하, 도 8 내지 도 14를 참고하여 제2실시예를 설명한다. 여기에 설명되지 않은 부분은 제1실시예와 동일할 수 있다.

도 8에서 도시하는 바와 같이, 패키지 바디(100)에 홈(groove) 형상으로 형성되는 장착부(110)에는 발광 소자(300)가 장착되고, 이와 같이 발광 소자(300)가 장착된 장착부(110)에는 실리콘 젤 또는 에폭시 수지와 같은 물질로 충진재(400)가 채워진다.

이러한 충진재(400) 상에는 형광 필름(500)이 위치하게 되는데, 도 9에서와 같이, 이 형광 필름(500)은 균일한 두께를 가지는 모체 필름(510)에 형광체 입자(520)가 분포한다. 경우에 따라 형광체 입자(520)와 함께 확산제 또는 분산제(도시되지 않음)가 혼합될 수도 있다. 형광 필름(500)의 특성 및 제작은 제1실시예와 동일할 수 있다.

이와 같은 형광 필름(500)과 충진재(400) 사이에는 다중 반사막(600)이 위치하는데, 이 다중 반사막(600)은 발광 소자(300)에서 방출되는 빛은 통과시키고, 이 발광 소자(300)의 빛에 의하여 여기되어 방출되는 형광 필름(500)에서 방출되는 빛은 반사시킬 수 있다.

도 10에서 도시하는 바와 같이, 일례로, 다중 반사막(600)의 파장에 따른 반사율은 주 반사 파장이 500 nm 내지 600 nm인 것이 유리할 수 있다.

이러한 다중 반사막(600)은 굴절률이 서로 다른 두 물질이 교대로 위치하는 분배 브래그 반사막(Distributed Bragg Reflector; DBR)을 이용하는 것이 유리하고, 그 전체 두께는 1 Å 내지 10 ㎛일 수 있다.

이와 같이 충진재(400) 상에 형광 필름(500)이 위치하면, 발광 소자(300)와 형광 필름(500) 사이에 거리가 있으므로 형광 필름(500)으로부터의 발광이 발광 소자(300)로 흡수되는 문제가 발생하지 않으며, 형광 필름(500)은 균일한 두께를 갖으므로 균일한 색을 구현할 수 있다. 더불어, 다중 반사막(600)은 이러한 형광 필름(500)에서 방출되는 빛을 선택적으로 반사시킴으로써 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도 11에서와 같이, 두 가지 이상의 형광체를 이용할 경우 하나의 형광체(530)는 충진재(400)에 혼합시키는 디스펜싱 방법을 이용하고, 다른 형광체는 상술한 형광 필름(500)을 이용할 수도 있다. 이때 충진재(400)에 혼합되는 형광체(530)는 침전이 잘 이루어지지 않는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 두 가지 이상의 형광체를 사용하는 경우는 색재현 또는 연색지수를 높이기 위해서 사용될 수 있으며, 황색과 오렌지색, 황색과 녹색 및 오렌지색, 녹색 및 오렌지색, 황색 및 적색, 황색과 녹색 및 적색, 녹색 및 적색의 혼합 등을 이용할 수 있다. 이러한 사항은 제1실시예와 동일할 수 있다.

또한, 도 12에서와 같이, 상술한 도 11의 구조에서 형광 필름(500) 상에 렌즈 또는 돔 몰딩(700)을 형성하거나 부착할 수 있다. 이와 같은 렌즈 또는 돔 몰딩(700)은 발광 소자에서 방출되는 빛을 모으거나 확산시켜 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

도 13은 도 12의 구조를 가지는 발광 소자 패키지의 일례를 나타내고 있다. 이러한 패키지는 결합부(120)에 의하여 패키지 바디(100)가 리드(200)와 함께 고정되어 설치되고, 패키지 바디(100)에 발광 소자(300)가 결합된 상태는 상술한 바와 같다.

즉, 장착부에 발광 소자(300)가 리드(200)와 와이어 본딩된 상태로 장착되고, 이 장착부 상측에는 결합부(120)의 내측을 포함한 부분이 충진재(400)로 채워진다. 이후, 충진재(400) 상에는 상술한 다중 반사막(600)과 형광 필름(500)이 부착되는 것이다. 도 8 및 도 11의 구조를 가지는 패키지의 구조도 도 13의 구조와 동일할 수 있다.

한편, 도 14에서와 같이, 이러한 형광 필름(500) 상에는 평탄한 형상의 몰딩부(710)가 더 형성될 수 있다. 이러한 몰딩부(710)는 형광 필름(500)을 보호하고 경우에 따라 굴절률 분포에 의하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 몰딩부(710) 또는 충진재(400)는 실리콘 젤 또는 에폭시 수지로 형성될 수 있고, 이러한 실리콘 젤 또는 에폭시 수지에 분산제 또는 확산제를 첨가하는 것이 가능하다. 이와 같이 분산제를 이용하여 실리콘 젤 또는 에폭시 수지의 굴절율을 높여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

도 1은 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 단면도로서,

도 2는 발광 소자측의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 3은 형광 필름을 나타내는 단면도이다.

도 4는 발광 소자측의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 5는 발광 소자측의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 6은 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 7은 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 8 내지 도 14는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 단면도로서,

도 8은 발광 소자측의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 9는 형광 필름 및 다중 반사막을 나타내는 단면도이다.

도 10은 다중 반사막의 반사율을 나타내는 그래프이다.

도 11은 발광 소자측의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 12는 발광 소자측의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 13은 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 14는 패키지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

Claims

발광 소자 패키지에 있어서,

장착부가 형성된 패키지 바디와;

상기 장착부에 부착되는 발광 소자와;

상기 장착부에 채워지는 충진재와;

상기 충진재 상에 위치하는 형광 필름과;

상기 형광 필름과 충진재 사이 위치하는 다중 반사막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 다중 반사막은, 굴절률이 서로 다른 두 물질이 교대로 위치하는 분배 브래그 반사막(Distributed Bragg Reflector; DBR)인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 다중 반사막의 두께는, 1 Å 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 다중 반사막은, 상기 발광 소자에서 방출되는 빛은 통과시키고, 상기 형광 필름에서 방출되는 빛은 반사시키는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 다중 반사막은, 주 반사 파장이 500 nm 내지 600 nm인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 충진재에는, 분산제 또는 확산제가 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 충진재에는, 상기 형광 필름과 다른 색을 발광하는 형광체가 포함되는 것을 특징으로 하는
제 1항에 있어서, 상기 형광 필름 상에는, 렌즈 또는 돔 몰딩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 1항에 있어서, 상기 형광 필름 상에는, 평탄한 형상의 몰딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
제 9항에 있어서, 상기 몰딩부에는, 분산제 또는 확산제가 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.