KR20110042599A - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 캐비티가 형성된 몸체; 상기 몸체 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 캐비티에 탑재되는 발광 다이오드; 및 상기 캐비티 내에 형광체를 포함하는 제1 봉지재를 포함하며, 상기 발광 다이오드의 높이를 a라고 하고, 상기 캐비티의 깊이를 y라고 할 때, 상기 a와 y는 1.5a ≤ y ≤ 3.0a의 관계를 가지며, 상기 발광 다이오드의 상면에서 상기 캐비티의 내측면까지의 수평거리를 x라고 할 때, 상기 a와 x는 0.5a ≤ x ≤ 1.5a의 관계를 가진다.
발광 소자

Description

발광 소자{Lighting Device}
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이미 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
한편, 상기 발광 다이오드는 백색광을 발광하기 위해, 청색광과 황색 형광체를 사용하는 방법이나, 다양한 색의 광을 합성하는 방법 등을 사용한다.
그런데, 이와 같은 방법들에 의해 생성된 백색광은 색편차가 발생하게 되므로, 이를 개선하여 고품질의 백색광을 얻기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
실시예는 색편차가 적은 광을 발광하는 발광 소자를 제공한다.
실시예는 광 추출 효과가 높은 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 캐비티가 형성된 몸체; 상기 몸체 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 캐비티에 탑재되는 발광 다이오드; 및 상기 캐비티 내에 형광체를 포함하는 제1 봉지재를 포함하며, 상기 발광 다이오드의 높이를 a라고 하고, 상기 캐비티의 깊이를 y라고 할 때, 상기 a와 y는 1.5a ≤ y ≤ 3.0a의 관계를 가지며, 상기 발광 다이오드의 상면에서 상기 캐비티의 내측면까지의 수평거리를 x라고 할 때, 상기 a와 x는 0.5a ≤ x ≤ 1.5a의 관계를 가진다.
실시예는 색편차가 적은 광을 발광하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 광 추출 효과가 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예들을 설명함에 있어서, 각 층(막), 영역 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역 또는 구조물들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)"와 "다른 층을 게재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자에 대해 설명한다.
<제1 실시예>
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 단면도이며, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 상면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)는 캐비티(15)가 형성된 몸체(10)와, 상기 몸체(10) 상에 배치되는 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)과, 상기 몸체(10)의 캐비티(15)에 탑재되며 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)에 전기적으로 연결된 발광 다이오드(20)와, 상기 캐비티(15) 내에 제1 봉지재(50)와, 상기 제1 봉지재(50) 및 상기 몸체(10) 상에 제2 봉지재(60)를 포함한다.
상기 제1,2 전극(31,32)은 상기 몸체(10)의 캐비티(15) 내에 배치되지 않고, 상기 캐비티(15)의 외측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 몸체(10)의 둘레의 상면으로부터 상기 몸체(10)의 외측으로 연장될 수 있다.
상기 캐비티(15)의 깊이(y) 및 상기 발광 다이오드(20)의 측면 상부에서 상기 캐비티(15)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상기 발광 소자(100)의 출사광의 색편차를 줄이기 위해, 상기 발광 다이오드(20)의 높이(a)와 일정한 관계를 가지도록 설계된다.
상기 제1 봉지재(50)에는 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 형광체는 상기 발광 다이오드(20)의 출사광에 의해 여기되어 광을 발광할 수 있다.
상기 발광 다이오드(20)는 예를 들어, 청색광을 발광하는 발광 다이오드일 수 있다.
상기 제2 봉지재(60)는 돔(Dome) 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 상기 발광 소자(100)의 출사광의 광 추출 효율을 높일 수 있다.
이하, 상기 발광 소자(100)의 구성 요소들을 중심으로 설명한다.
상기 몸체(10)는 실리콘 재질, 세라믹 재질, 수지 재질 등을 이용하여 다수 개의 층을 적층하여 형성하거나, 사출 성형 등을 통해 선택적으로 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(10)에는 상기 발광 소자(100)를 정전기로부터 보호할 수 있는 보호소자와, 상기 발광 소자(100)의 설계에 따라 저항, 커패시터 등이 내장될 수 있다. 상기 몸체(10)가 실리콘 재질로 형성된 경우, 상기 보호소자, 저항 및 커패시터는 집적회로 형태로 형성될 수 있다.
상기 몸체(10)에는 상부가 개방된 캐비티(15)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(15)는 상기 적층 시 또는 사출 성형 시 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐비티(15)는 상기 적층 시 패터닝, 펀칭, 절단 공정 또는 에칭 공정에 의해 상기 몸체(10)에 형성되거나, 상기 사출 성형 시 상기 캐비티(15)의 형태를 본뜬 금속 틀에 의해 형성될 수 있다.
상기 캐비티(15)의 표면에는 반사 효과가 높은 물질, 예를 들어 은(Ag), 알루미늄(Al) 등의 금속 재질이 코팅 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 캐비티(15)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 그 내측면은 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다. 상기 경사진 측면은 실리콘 재질로 형성된 상기 몸체(10)에 습식 식각을 실시하여 형성된 경우 50°내지 60°의 경사를 가질 수 있다.
또한 상기 캐비티(15)의 표면 형상은 원형, 다각형 형상, 타원형 형상 등 일 수 있다.
실시예에서 상기 캐비티(15)의 깊이(y) 및 상기 발광 다이오드(20)의 측면 상부에서 상기 캐비티(15)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상기 발광 소자(100)의 출사광의 색편차를 줄이기 위해, 상기 발광 다이오드(20)의 높이(a)와 일정한 관계를 가지도록 설계된다.
상기 캐비티(15)의 깊이(y)는 상기 발광 다이오드(20)의 높이(a)의 1.5배 내지 3배일 수 있다. 즉, 상기 a와 y의 관계는 아래의 <식 1>을 만족한다.
1.5a ≤ y ≤ 3.0a ... <식 1>
또한 상기 발광 다이오드(20)의 측면 상부에서 상기 캐비티(15)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상기 발광 다이오드(20)의 높이(a)의 0.5배 내지 1.5배일 수 있다. 즉, 상기 a와 x의 관계는 아래의 <식 2>를 만족한다.
0.5a ≤ x ≤ 1.5a ... <식 2>
이때, 상기 캐비티(15)의 너비는 상기 발광 다이오드(20)의 너비와 같거나, 상기 x와 a가 상기 <식 2>의 관계를 가지는 범위 내에서 상기 발광 다이오드(20)의 너비보다 클 수 있다.
상기 제1,2 전극(31,32)은 상기 몸체(10) 상에 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1,2 전극(31,32)은 상기 몸체(10)의 캐비티(15) 내에 배치되지 않고, 상기 캐비티(15)의 외측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 몸체(10)의 둘레의 상면으로부터 상기 몸체(10)의 외측으로 연장될 수 있다.
상기 캐비티(15)의 너비는 앞에서 설명한 것과 같이 제한되므로, 상기 캐비티(15) 내에 상기 제1,2 전극(31,32)을 형성하지 않을 수도 있는 것이다.
상기 제1,2 전극(31,32)은 PCB 타입, 리드 프레임 타입, 도금 방식 등을 이용하여 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(15)에는 상기 발광 다이오드(20)가 탑재된다.
이때, 상기 발광 다이오드(20)는 상기 제1,2 전극(31,32)에 제1,2 와이어(41,42)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 제1,2 와이어(41,42)는 상기 제1 봉지재(50)를 관통하여 상기 제1,2 전극(31,32)과 연결될 수 있으며, 이에 상기 제1,2 와이어(41,42)는 상기 제1 봉지재(50) 상에 일부가 노출될 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드(20)는 이와 같은 와이어 방식 이외에도 다이 본딩 방식, 플립 칩 방식 등으로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서는 상기 발광 다이오드(20)가 청색광을 발광하는 경우를 중심으로 설명하지만, 상기 발광 다이오드(20)는 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 광을 발광하는 발광 다이오드일 수 있으며, 또는 자외선(UV)을 방출하는 발광 다이오드일 수도 있다. 상기 발광 다이오드(20)의 종류, 탑재 개수, 탑재 형태에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(15) 내에는 상기 발광 다이오드(20)를 밀봉하도록 상기 제1 봉지재(50)가 형성될 수 있다. 상기 제1 봉지재(50)는 상기 발광 다이오드(20)를 밀봉하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 제1 봉지재(50) 상에는 상기 제1,2 와이어(41,42)의 일부가 노출될 수 있다.
상기 제1 봉지재(50)는 실리콘 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
앞에서 설명한 것처럼, 상기 캐비티(15)의 깊이(y) 및 상기 발광 다이오드(20)의 상면에서 상기 캐비티(15)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상기 발광 다이오드(20)의 높이(a)에 의해 결정되었다. 이처럼 제한된 형태를 가지는 상기 캐비티(15) 내에 상기 제1 봉지재(50)를 형성하므로, 상기 발광 다이오드(20)는 상기 제1 봉지재(50)에 의해 비교적 균일한 두께를 가지도록 밀봉되게 된다.
상기 제1 봉지재(50)는 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 예를 들어 황색 형광체일 수 있으며, 상기 발광 다이오드(20)에서 발광되는 청색광에 의해 여기되어 황색광을 발광할 수 있다.
즉, 상기 발광 소자(100)는 상기 발광 다이오드(20)에서 발광되는 청색광과 상기 형광체에 의해 발광되는 황색광을 동시에 출사할 수 있으며, 이에 상기 청색광과 황색광은 합성되어 백색광으로 출사될 수 있다. 다만, 상기 발광 다이오 드(20)가 발광하는 광의 색이나 상기 형광체가 여기되어 발광하는 광의 색에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 다이오드(20)는 상기 제1 봉지재(50)에 의해 비교적 균일한 두께를 가지도록 밀봉되므로, 상기 발광 다이오드(20)에서 출사된 광은 비슷한 길이의 경로를 가지도록 출사되게 된다. 따라서 상기 발광 소자(100)는 색편차가 적은 광을 출사할 수 있다.
상기 몸체(10) 및 상기 제1 봉지재(50) 상에는 상기 제2 봉지재(60)가 형성될 수 있다.
상기 제2 봉지재(60)는 돔(Dome) 형상을 가질 수 있으며, 상기 제1 봉지재(50) 상에 노출된 상기 제1,2 와이어(41,42)를 밀봉할 수 있다.
상기 제2 봉지재(60)는 돔 형상의 출사면을 가질 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제2 봉지재(60)의 출사면은 광 추출 효율을 높이기 위해 요철 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 또한 상기 제2 봉지재(60)에는 광의 산란을 위해 반사성 입자 또는 기포 등이 포함될 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 상기 발광 소자(100)의 출사광의 색편차에 대해 살펴본다.
도 3은 발광 소자들의 배광 각도에 따른 색편차를 나타내는 그래프이다.
상기 그래프의 x축은 배광 각도를 나타내며, 상기 배광 각도는 -90°내지 90°의 범위가 도시되었다. 상기 그래프의 y축은 발광 소자의 출사광의 색온도를 나 타낸다. 상기 색온도는 3000K 내지 6500K의 범위가 도시되었다. 실험에서는 배광 각도가 0°일 때 6000K의 색온도를 가지는 발광 소자들을 사용하였다.
한편, 상기 실험에서 사용된 각각의 발광 소자들의 상기 캐비티(15)의 깊이(y) 및 상기 발광 다이오드(20)의 상면에서 상기 캐비티(15)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상이하게 제작되었다. 이외 다른 조건은 모두 동일하며, 상기 발광 다이오드(20)는 높이가 100μm 인 것이 사용되었다.
<실험1> 에서는 상기 수평거리(x)는 실시예에 따른 x의 범위 내에 포함되는 70μm이고, 상기 깊이(y)는 실시예에 따른 y의 범위에 포함되는 200μm이다. 이때, 상기 발광 소자(100)의 색온도의 편차, 즉, 색편차는 대략 750K 정도를 나타낸다.
<실험2> 에서는 상기 수평거리(x)는 실시예에 따른 x의 범위에 포함되지 않는 300μm이고, 상기 깊이(y)는 실시예에 따른 y의 범위에 포함되는 200μm이다. 이때, 발광 소자의 색편차는 대략 1300K 정도를 나타낸다.
<실험3> 에서는 상기 수평거리(x)는 실시예에 따른 x의 범위에 포함되는 100μm이고, 상기 깊이(y)는 실시예에 따른 y의 범위에 포함되지 않는 400μm이다. 이때, 발광 소자의 색편차는 대략 2000K 정도를 나타낸다.
상기 실험 결과를 살펴보면, 본 발명의 실시예의 범위에서 실시된 상기 <실험1>의 상기 발광 소자(100)의 색편차가 가장 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예에 따라 색편차가 적은 광을 발광하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
<제2 실시예>
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(101)에 대해 구성 요소를 중심으로 상세히 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상기 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 제1 실시예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광 소자(101)를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자(101)는 캐비티(215)가 형성된 몸체(210)와, 상기 몸체(10) 상에 배치되는 제1 전극(231) 및 제2 전극(232)과, 상기 몸체(210)의 캐비티(215)에 탑재되며 상기 제1 전극(231) 및 제2 전극(232)에 전기적으로 연결된 발광 다이오드(220)와, 상기 캐비티(215) 내에 제1 봉지재(250)와, 상기 제1 봉지재(250) 및 상기 몸체(210) 상에 제2 봉지재(260)를 포함한다.
상기 캐비티(215)는 단차(216)를 가지도록 형성될 수 있으며, 제1층(215a)과 제2층(215b)을 가질 수 있다.
상기 제1,2 전극(231,232)은 상기 몸체(210)의 캐비티(215) 내에 배치되지 않고, 상기 단차(216)로부터 외측으로 연장될 수 있다.
상기 캐비티(215)의 깊이(y) 및 상기 발광 다이오드(220)의 상면에서 상기 캐비티(215)의 내측면까지의 수평거리(x)는 상기 발광 소자(101)의 색편차를 줄이기 위해, 상기 발광 다이오드(220)의 높이(a)에 의해 결정될 수 있다. 이는 상기 제1 실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 봉지재(260)는 상기 제1 봉지재(250) 및 상기 몸체(210)의 둘레 상에 형성될 수 있다.
또는, 도 6을 참조하면, 상기 제2 봉지재(260)는 상기 단차(216) 및 상기 제 1 봉지재(250) 상에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 봉지재(260)는 돔 형상의 출사면을 가지므로, 상기 발광 소자(101)의 광 추출 효율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 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 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.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도
도 2는 도 1의 발광 소자의 상면도
도 3은 발광 소자들의 배광 각도에 따른 색편차를 나타내는 그래프
도 4는 제1 실시예에 따른 발광 소자의 제2 봉지재의 다른 예를 나타내는 도면
도 5는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 나타내는 도면
도 6은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 다른 예를 나타내는 도면

Claims (9)

  1. 캐비티가 형성된 몸체;
    상기 몸체 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 캐비티에 탑재되는 발광 다이오드; 및
    상기 캐비티 내에 형광체를 포함하는 제1 봉지재를 포함하며,
    상기 발광 다이오드의 높이를 a라고 하고, 상기 캐비티의 깊이를 y라고 할 때, 상기 a와 y는 1.5a ≤ y ≤ 3.0a의 관계를 가지며,
    상기 발광 다이오드의 상면에서 상기 캐비티의 내측면까지의 수평거리를 x라고 할 때, 상기 a와 x는 0.5a ≤ x ≤ 1.5a의 관계를 가지는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 봉지재 및 상기 몸체 상에 제2 봉지재가 형성되는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 캐비티 외측에 형성되며, 상기 몸체의 둘레의 상면으로부터 상기 몸체의 외측으로 연장되는 발광 소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 봉지재는 돔 형상을 가지는 발광 소자.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제2 봉지재의 출사면은 요철 구조를 가지는 발광 소자.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 상기 제1 전극 및 제2 전극에 와이어 방식, 다이 본딩 방식 또는 플립 칩 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 연결되는 발광 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 와이어 방식을 사용한 경우,
    상기 제1 봉지재 상에는 복수개의 와이어의 일부가 노출되며, 노출된 상기 복수개의 와이어는 상기 제2 봉지재에 의해 밀봉되는 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 봉지재는 실리콘 재질 또는 수지 재질로 형성된 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 실리콘 재질, 세라믹 재질 및 수지 재질 중 어느 하나로 형성된 발광 소자.
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