KR20090045863A - 반도체 발광장치 및 평판광원 - Google Patents

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KR20090045863A
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타케시 사노
코우지 츠카고시
마사노리 호시노
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

주요면 중 하나에 형성된 공동부를 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 공동부의 저면에 실장되는 발광 엘리멘트를, 포함하고, 베이스부는 상기 발광 엘리멘트를 둘러싸는 측벽부를 포함하고, 발광 엘리멘트는 공동부에 충전된 수지부로 피복되며, 최소한 수지부의 상부면의 일부가 측벽부의 상부면 보다 공동부의 저면에 더 근접 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
공동부, 발광 엘리멘트, 주요면

Description

반도체 발광장치 및 평판광원{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND PLANAR LIGHT SOURCE}
본 출원은 2007년 11월 2일자 출원된 일본 실용신안출원 제2007-008501호의 기초출원이며, 그 내용은 모두 여기에 참조로 기재되어 있다.
본 발명은 반도체 발광장치(LED: Light Emitting Device) 및 이 반도체 발광장치를 포함하는 평판광원(planar source)에 관한 것이다.
도 4는 종래 표면 실장 반도체 발광장치(100)를 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 표면실장 반도체 발광장치(100)는 베이스부(102), 발광 다이오드 칩(105), 수지부(103)를 포함한다. 베이스부(102)의 상부면에는 요부가 형성된다. 발광 다이오드 칩(105)은 요부의 바닥면에 납땜으로 고정되는 발광 엘리멘트로서 사용된다. 수지부(103)는 발광 다이오드 칩(105)을 피복하고 있다. 베이스부(102)는 금속이 함유된 방열판(106)을 가지며, 이 방열판(106) 위에 발광 다이오드 칩(105)이 납땜에 의해 고정된다. 또한, 베이스부(102)는 방열판(106)을 둘러싸는 둘레부(104)를 포함하며, 여기서 둘레부(104)는 베이스부(102)의 측벽부(109)를 포함한다. 대향하는 한쌍의 측면(둘레부104의 측면)에서 리드 단자(107)가 도출되어 각 배선(108)을 통해 발광 다이오드 칩(105)에 전기적으로 접속된다. 반도체 발광 장치(100)와 광 안내판을 조합시켜 예를들면 액정 디스플레이용 백라이트 광원 등에 사용되는 평판광원을 구성한다. 평판광원에 있어서, 베이스부(102)의 측벽부(109)의 상부면(109a)은 도광판(즉, 광안내판)의 광입사면에 대향하도록 배열되어 발광 다이오드(105)로부터 발광된 빛이 수지부(103)를 통해 도광판의 광입사면으로 들어온다. 도광판으로 들어오는 빛은 도광판의 주요면으로부터 도광판의 외측으로 출력된다. 반도체 발광장치(100)로부터 출사되는 광의 지향성을 예리하게 하여 도광판의 한쪽 주요면으로부터 방출되는 광의 휘도를 향상시키기 위해, 측벽부(109)의 상부면(109a)과 대략 동일평면 상에 위치하거나, 또는 수지부(3)의 상부면(103a)은 측벽부(109)의 상부면(109a) 보다도 상측으로 돌출되어 있다. 또한, 이와 같은 평판광원은 예를들면 일본특허공개 제2007-041471호 공보에 개시되어 있다.
이러한 평판광원에 있어서는, 다음과 같은 이유로 반도체 발광장치와 도광판을 근접시켜 배치할 필요가 있다.
(1)반도체 발광장치와 도광판과의 사이에 간극 또는 공동부(이하 "공동부"라 함)을 형성하면, 공동부 내에 있는 공기층의 굴절율과 수지부의 굴절율의 차이에 의해 광이 굴절하고, 도광판에 도입되는 광량이 감소하고, 그 결과 도광판의 한쪽 주요면에 방출되는 광은 목표 휘도를 얻기가 곤란해진다.
(2)반도체 발광장치와 도광판 사이에 공동부를 설치하면, 평판광원의 평면치수가 커지게 된다.
그러나, 반도체 발광장치와 도광판을 근접시켜 배치하면, 발광 다이오드 칩의 발광성능을 손상시킬 우려가 있다. 이 것은 다음과 같은 이유 때문이다. 즉, 상기 반도체 발광장치에서는 발광 다이오드 칩의 발열에 의해 반도체 발광장치의 수지부가 가열되는 열팽창이 쉬어진다. 반도체 발광장치의 수지부가 열팽창하여 팽창된 수지부가 도광판의 광도입면에 접촉하면 도광판이 반도체 발광장치의 수지부 보다도 경화되기 때문에 반도체 발광장치의 수지부를 통하여 발광 다이오드 칩에 가압력이 인가된다. 그 결과, 발광 다이오드 칩에 발광성능이 손상되는 기계적 응력이 발생하고, 본딩 와이어(bonding wire)가 절단되거나 전극에서 벗겨지는 문제가 발생한다.
또, 도광판의 광도입면에 대하여 병렬로 복수의 반도체 발광장치를 배치한 경우, 반도체 발광장치의 수지부 상부면의 돌출정도가 제조단계에서 일정하지 않으면 반도체 발광장치의 수지부가 열팽창한 때에 비교적 돌출이 작은 반도체 발광장치는 도광판의 광도입면에 접촉하지 않지만, 비교적 돌출이 큰 반도체 발광장치는 도광판의 광도입면에 접촉하게 된다. 그 결과 반도체 발광장치가 도광판의 광도입면에 접촉한 부분에 있어서는 공동부가 없어지게 되고, 반도체 발광장치로부터 도광판에 도입되는 광이 증가한다. 따라서, 평판광원의 명도가 장소에 따라서 변동하며, 평판광원의 표시의 질(즉 선명도 등 디스플레이 등급)이 저하하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소할 수 있는 반도체 발광장치 및 평판광원을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1구성특징은 반도체 발광장치로서, 주요면 중 하나에 형성된 공동부를 갖는 베이스부와; 상기 베이스부의 공동부의 저면에 실장되는 발광 엘리멘트를: 포함하고, 상기 베이스부는 상기 발광 엘리멘트를 둘러싸는 측벽부를 포함하고, 상기 발광 엘리멘트는 상기 공동부에 충전된 수지부로 피복되며, 최소한 상기 수지부의 상부면의 일부가 상기 측벽부의 상부면 보다 상기 공동부의 저면에 더 근접 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제2구성특징은 평판광원으로서,
반도체 발광장치와 도광판을 포함하고, 상기 반도체 발광장치는 주요면 중 하나에 형성된 공동부를 갖는 베이스부와; 상기 베이스부의 공동부의 저면에 실장되는 발광 엘리멘트를: 포함하고, 상기 베이스부는 상기 발광 엘리멘트를 둘러싸는 측벽부를 포함하고, 상기 발광 엘리멘트는 상기 공동부에 충전된 수지부로 피복되며, 최소한 상기 수지부의 상부면의 일부가 상기 측벽부의 상부면 보다 상기 공동부의 저면에 더 근접 배치되고, 상기 도광판은 발광 엘리멘트로부터 출사되는 광을 도입하며, 상기 베이스부의 상기 측벽부의 상부면은 상기 도광판의 측면에 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 발광 엘리멘트에 의해 발생된 열에 따라서 수지부가 팽창된 경우에도, 수지부의 상부면은 측벽부의 상부면으로부터 상향으로 거의 돌출하지 않는다. 따라서, 반도체 발광장치가 발광판과 결합하여 평판광원을 구성할 때, 수지부가 열팽창하는 경우에도 수지부는 도광판의 광입사면(또는 광도입면)과 접촉하지 않으며, 수지부를 통해 발광 엘리멘트에 큰 압력이 가해지지 않는다. 그 결과 발광 엘리멘트의 발광성능을 열화시키는 기계적 응력이 발광 엘리멘트에 발생하지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 평판광원에 있어서, 반도체 발광장치의 안정된 발광성능을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 그 결과, 높은 신뢰성을 갖는 평판광원을 실현할 수 있다. 또한, 평판광원의 명도가 그 평판광원의 위치에 따라서 변동하는 것을 억제할 수 있어 평판광원의 표시의 질(화면의 질 또는 선명도 등, 표시하는데 있어서의 성능의 등급, 또는 디스플레이 등급)을 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광장치에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광장치(1)는 금속물질을 함유하는 지지판(6)과, 발광 다이오드 칩(6), 리드 단자(7), 와이어(8), 둘레부(4)를 포함한다. 발광 다이오드(5)는 지지판(6)의 상부면에 고정되는 발광 엘리멘트로서 작용한다. 리드 단자(7)는 지지판(6)의 측면에 근접 배치 되어 지지판(6)의 측면으로부터 외측면으로 신장되어 있다. 와이어(8)는 발광 다이오드 칩(5)의 상부면 전극을 리드 단자(7)에 전기적으로 접속하고, 둘레부(4)는 리드 단자(7)의 일부와 지지판(6)의 측면을 피복한다.
도 2는 완성된 반도체 발광 장치를 나타낸다. 도시된 반도체 발광장치에 있어서는 발광 다이오드(5)의 단편(8)이 지지판(6)의 상부면에 고정되고, 발광 다이오드 칩(5)에 전기적으로 접속된 리드 단자(7)의 단편(16)이 배치된다. 지지판(6)과 외측 둘레부(4)가 베이스부(2)를 형성한다. 또한, 도 2에 도시한 바와같이, 반도체 발광 장치(1)에서 예를들면 블루(blue) 발광 다이오드 세트 여러개가 발광 다이오드 칩(5)으로 배열될 수도 있다. 또, 발광 다이오드가 단수로 배열되거나, 블루 발광 다이오드와 레드 발광 다이오드 등의 다른 파장의 광을 출사하는 발광 다이오드가 배열되어도 좋다.
지지판(6) 및 리드 단자(7)는 열전도율이 높은 금속, 예를들면 동, 알루미늄, 동합금 또는 알루미늄 합금 등에 의해 형성된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 지지판(6)은 대향하는 한쌍의 제1측면(10) 사이에 형성되는 한편 제1측면(10) 보다도 짧은 한쌍의 제2측면(11)을 가지며, 평면적으로 볼 때, 대략 장방형으로 형성되어 있다.
지지판(6)은 그 상부면에 홈 형상의 요부(12a)를 가진다. 이 요부(12a)는 지지판(6)의 상부면의 중앙측을 통과하고, 대향하는 제2측면(10)에 도달하도록 형성되어 있다. 지지판(6)의 요부의 저면에는 발광 다이오드 칩(5)이 고착되어 있다. 지지판(6)의 한쌍의 제1측면(10)은 요부(12a)의 저면 보다도 상방향으로 돌출하여 둘레부(4)의 일부로서 측벽부(9)를 구성하고 있다. 측벽부(9)는 하부면으로부터 떨어지는 방향(상방향)으로 향하여 확대하도록 경사져 있다. 측벽부(9)는 발광 다이오드 칩(5)의 광지향성 등을 향상시키는 리플렉터에 의해 발광 다이오드 칩(5)이 발생시키는 열을 외부로 양호하게 방출할 수 있다. 리드 단자(7)의 일단은 발광 다이오드 칩(5)의 상부면 전극 또는 하면 전극과 와이어(8) 등을 통해서 전기적으로 접속되어 있고, 타단은 둘레부(4)로부터 외부로 도출되어 있다.
둘레부(4)는 예를들면 실리카, 산화 티타늄 등의 화합물(충전재)의 함유율이 상대적으로 큰 수지가 구성되어 있고, 예를들면 나일론 수지 또는 액정 중합체를 함유하는 백색계열의 수지를 포함한다. 둘레부(4)의 4개의 측면은 지지판(6)의 상부면 보다도 상방향으로 뻗어 있고, 발광 다이오드 칩(5)을 포위하는 측벽부(9)를 형성하고 있다. 측벽부(9)에 의해 형성되는 요부 내에는 광투과성을 갖는 수지부(3)가 설치되어 있다.
수지부(3)는 지지판(6)의 상부면, 발광 다이오드 칩(5), 와이어(8) 및 리드 단자(7)의 상부면을 피복한다. 둘레부(4)를 백색 수지 등의 광반사성을 갖는 재료로 형성하면, 측벽부(9)는 지지판(6)의 공동부와 마찬가지로, 발광 다이오드 칩(5)의 광지향성 등을 향상하는 리플렉터로서 기능한다.둘레부(4)의 공동부와 지지판의 공동부는 연속하여 있고, 본 발명에서의 베이스부(2)의 공동부(12)를 형성한다. 이 공동부(12) 내에는 광투과 특성을 갖는 수지부(3)가 형성되어 있다.
즉, 베이스부(2)의 공동부(12)는 지지판(6)의 상부면에 형성된 홈부에 의해 규정되는 공동부(12a), 둘레부(4)의 내측면에 의해 둘러싸이고, 지지판(6)의 상부 면으로부터 상향으로 뻗는 공간부를 포함한다. 제1측면(10)은 둘레부(4)의 내측면과, 요부(12a)에서의 지지판(6)의 내측면(6a)에 의해 형성되고, 제2측면(11)은 둘레부94)의 내측면(4b)에 의해 형성된다.
내측면(6a)은 도 1의 횡단면도를 기준으로 요부(12a)의 바닥면(6b)으로부터 외측으로 경사져있다. 따라서, 내측면(6a)이 상향으로 발광 다이오드 칩(5)으로부터 출사되는 광을 편향시킬 수 있다. 내측면(6a)과 바닥면(6b) 사이에 형성된 각도θ는 30°내지 60°가 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 약 52°이다. 또한, 제2측면(11)과 바닥면(6b) 사이에 형성된 각도약 45°정도가 바람직하다. 내측면(6a)이 높은 반사율을 갖기 위해 예를들면 은(은합금)을 갖는다. 제2측면(11)은 백색수지를 함유하는 둘레부(4)의 내측면(4b)에 의해 형성되기 때문에, 제1측면(10)의 일부로서 내측면(6a)은 제2측면 보다 높은 반사율을 갖는다.
수지부(3)는 굴절율 및 광투과성이 높은 수지에 의해 형성되고, 발광 다이오드 칩(5) 와이어(8)를 피복하고 있다. 본실시 형태의 반도체 장치(1)에서는 수지부(3)를 내열성 실리콘 수지에 의해 형성하였다. 수지부(3)에는 발광 다이오드 칩(5)으로부터 방출되는 광의 파장을 교환하기 위한 형광체가 함유되어 있다. 이 때문에 수지부(3)로부터는 발광 다이오드 칩(5)이 방출된 광과 형광체에 의해 파장교환된 광이 혼합한 광(예를들면 백색광)을 방출할 수 있다.
본실시형태의 반도체 발광장치(1)에서는 본발명에 따라서 수지부(3)의 상부면(3a)이 측벽부(9)의 상부면(9a) 보다도 지지판(6)에 형성된 공동부의 저면(수지부(3)의 상부면(3a)이 측벽부(9)의 상부면(9a) 보다도 낮은 위치) 측에 위치한다. 특히, 본 실시형태의 반도체 장치에서는 수지부(3)의 상부면이 그 중앙측에서 주변측에 비교하여 발광다이오드 칩(5)의 상부면측으로 위치하도록 하측으로 향하여 만곡한 형상으로 형성되어 있다. 즉, 수지부(3)의 상부면(3a)에 있어서, 발광 다이오드 칩(5)의 4변의 연장선상의 영역의 내측 영역이 그 외측 영역 보다도 낮아 진다.
본 실시형태의 반도체 발광장치(1)에서의 치수의 실예를 나타내면 다음과 같다.
수지부(3)의 상부면(3a)의 폭(W1) = 4.23 [mm]
지지판(6)의 폭(W2) = 2.5[mm]
베이스부(2)의 높이(H1) = [1.5mm]
공동부(12a)의 바닥면(6b)에서의 지지판(6)의 높이(H3) = 1.0[mm].
수지부(3)의 선팽창계수의 일예는 200 ppm/℃ 이상, 350 ppm/℃ 이하이고, 지지판(6)과 둘레부(4)의 선팽창계수의 일예는 20 ppm/℃ 이상, 60 ppm/℃ 이하이다. 즉, 수지부(3)는 지지판(6)과 둘레부(4)와 비교할 때 충분히 큰 선팽창계수를 갖는다.
도 3은 반도체 발광장치(1)를 이용한 평판광원(50)을 나타낸다. 평팡광원(50)은 반도체 발광장치(1)와 광투과특성을 갖는 수지가 함유된 평판 광안내판(51)을 포함한다. 반도체 발광장치(1)와 광안태판(51)에 대하여, 반도체 발광장치(1)의 베이스부(2)의 측벽부(9)의 상부면(9a)는 측면(즉, 도광판51의 광입사면51a)에 대향하도록 배치된다. 도광판(51)의 하부면에는 반사판(52)이 배치된다. 그 결과, 반도체 발광장치(1)로부터 도광판(51)에 의해 수신된 광은 반사판(52)에 의해 반사되고, 이후, 반사된 광은 도광판(51)의 상부면(일 주요면)으로부터 도광판(51)의 외측으로 출력된다.
본 실시예의 반도체 발광장치(1)에 있어서는 측벽부(13)의 하부면 보다 하측에 수지부(3)의 상부면(3a)이 형성되므로, 공동부(53)가 수지부(3)의 상부면(3a)과 도광판(51)의 측면(51a)에 형성된다. 그 결과, 수지부(3)가 열적으로 팽창하여도, 팽창된 수지부(3)는 광입사면(또는 광도입면)의 측면(51a)에 접촉하지 않는다. 따라서, 가압력이 수지부(3)를 통해 발광 다이오드 칩(5)으로 가해지지 않는다. 그 결과, 발광 성능의 열화를 야기하는 기계적 응력이 발광 다이오드 칩(5)에 가해지지 않는다.
또한, 반도체 발광장치(1)의 수지부(3)의 상부면(3a)이 볼록형상인 경우, 일측 볼록형상의 상부면이 도광판(51)과 접촉할 수 있고, 타측 상부면이 도광판(51)과 접촉하지 않을 수 있는 구조가 가능해진다. 그 결과 평판광원의 휘도 변화가 발생할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 본실시예에 따르면, 수지부(3)의 상부면(3a)이 볼록형상을 가지고 있고, 이 볼록형상 상부면(3a)이 도광판(51)과 접촉하지 않으므로 휘도의 변화가 발생하지 않는다.
특히, 제조비용을 절감과 슬림(slim)형 제품을 얻기위해서는 얇은 도광판이 요구된다. 이러한 요구와 관련되어 평판발광원의 폭을 좁게할 필요가 있다. 그 결과, 지지판(6)의 폭이 좁아야할 필요가 있어 발광 다이오드 칩(5)으로부터 발생되는 열을 적절하게 반도체 발광장치(1)로부터 외측으로 방사하는 것이 실질적으로 어렵다. 그 결과, 측벽부(9)와 접촉하는 수지부(3)의 상부면(3a)의 한 점을 시작점 으로 정의하는 한편, 수지부(3)의 상부면(3a)을 발광 다이오드 칩(5)에 밀접한 중앙측에 세울 수 있다. 발광 다이오드 칩(5) 위에 위치하는 수지부(3)의 상부면(3a)을 세운 경우에도 측벽부(9)의 위치가 수지부(3)의 상부면(3a)의 위치 보다 상측에 위치하므로 수지부(3)의 상부면(3a)의 위치가 가장 높은 위치가 된다. 따라서, 평판광원의 폭이 좁아질 수 있고, 도광판에 적합한 평판광원을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 예를들면, 상기 실시예에서는 반도체 발광장치(1)의 측벽부(9)의 상부면(9a)이 도광판(51)으로부터 다소 분리되어 있다. 이와는 달리, 상부면(9a)과 측면(51a) 모두를 상호 접촉시킬 수도 있다. 이러한 변형의 경우, 수지부(3)가 열적으로 팽창할 때 수지부(3)의 상부면(3a)이 도광판(51)의 측면(51a)과 접촉할 수 있다. 그러나, 수지부(3)의 상부면(3a)이 측벽부(9)의 상부면(9a) 보다 낮은 측에 형성되므로, 발광 다이오드 칩(5)에 큰 가압력을 가하는 것을 피할 수 있다. 반도체 발광장치(1)의 방열특성을 증대시키기 위해 금속을 함유한 방열판을 지지판(6)의 하부면에 교대로 또는 이와는 다른 방식으로 적절히 배치할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 발광장치를 나타낸 횡단면도.
도 2는 도 1의 반도체 발광장치의 사시도.
도 3은 일실시예에 따른 평판광원를 나타낸 도면.
도 4는 관련 종래기술에 따른 표면실장 반도체 발광장치를 나타낸 도면.

Claims (6)

  1. 반도체 발광장치로서,
    주요면 중 하나에 형성된 공동부를 갖는 베이스부와;
    상기 베이스부의 공동부의 저면에 실장되는 발광 엘리멘트를:
    포함하고,
    상기 베이스부는 상기 발광 엘리멘트를 둘러싸는 측벽부를 포함하고,
    상기 발광 엘리멘트는 상기 공동부에 충전된 수지부로 피복되며,
    최소한 상기 수지부의 상부면의 일부가 상기 측벽부의 상부면 보다 상기 공동부의 저면에 더 근접 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지부의 상부면의 전체부분은 상기 측벽부의 상부면 보다도 상기 공동부의 저면으로 더 떨어져 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  3. 제1항에 있어서,
    수지부의 상부면과 상기 공동부의 저면을 포함하는 평면 사이에 형성된 높이가 횡단면도에서 볼 때 수지부의 중앙을 향하여 감소하는 것을 특징으로 하는 반도 체 발광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는
    금속을 함유하는 지지판과;
    상기 지지판을 둘러싸는 한편 상기 지지판의 상부면으로부터 상향으로 뻗는 신장부를 포함하는 둘레부를; 포함하며,
    상기 발광 엘리멘트는 상기 지지판에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지판 위에는 홈부가 형성되고,
    상기 발광 엘리멘트는 상기 홈부의 저면에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  6. 반도체 발광장치와 도광판을 포함하는 평판광원으로서,
    상기 반도체 발광장치는
    주요면 중 하나에 형성된 공동부를 갖는 베이스부와;
    상기 베이스부의 공동부의 저면에 실장되는 발광 엘리멘트를:
    포함하고,
    상기 베이스부는 상기 발광 엘리멘트를 둘러싸는 측벽부를 포함하고,
    상기 발광 엘리멘트는 상기 공동부에 충전된 수지부로 피복되며,
    최소한 상기 수지부의 상부면의 일부가 상기 측벽부의 상부면 보다 상기 공동부의 저면에 더 근접 배치되고,
    상기 도광판은 발광 엘리멘트로부터 출사되는 광을 도입하며,
    상기 베이스부의 상기 측벽부의 상부면은 상기 도광판의 측면에 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 평판광원.
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