KR20120037322A - 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 위에 적어도 하나의 전극; 상기 전극 위에 발광 소자; 상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 덮는 몰딩 부재; 및 상기 몰딩 부재의 표면과 상기 발광 소자의 사이에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 포함한다.

Description

발광 소자 패키지 및 라이트 유닛{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHT UINT}
실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 구비한 라이트 유닛에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD의 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 새로운 방열 구조를 갖는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 발광 소자와 몰딩부재의 표면 사이에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 배치하여 발광 소자로부터 발생된 열을 효과적으로 방열할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 몰딩부재 내에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 층, 패턴, 또는 전열체 형태로 배치하여 발광 소자로부터 발생된 열을 방열할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 발광 소자의 둘레에 전열층을 배치하여 발광 소자로부터 발생된 열을 직접 전도할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예는 새로운 방열 구조를 갖는 발광 소자 패키지 및 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 위에 적어도 하나의 전극; 상기 전극 위에 발광 소자; 상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 덮는 몰딩 부재; 및 상기 몰딩 부재의 표면과 상기 발광 소자의 사이에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 포함한다.
실시 예는 발광 소자로부터 방출되거나 전도된 열을 탄소 나노 튜브를 이용하여 효과적으로 방열할 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 둘레를 감싸는 전열층 또는 몰딩부재 내에 탄소 나노 튜브를 배치하여, 고 전력의 발광 소자를 장시간 구동하거나 밝기를 높이더라도, 발광 소자 또는 몰딩부재의 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시 예는 발광 소자 및 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2는 제2실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 3은 제3실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 4는 제4실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 5는 제5실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 6은 제6실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 구비한 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 구비한 표시 장치를 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 간접(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 발광 소자 패키지(30)는, 패키지 몸체(10)와, 상기 패키지 몸체(10)에 설치된 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)과, 상기 패키지 몸체(10)에 설치되어 상기 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 감싸는 몰딩 부재(37)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(10)는 합성 수지 재질(예: PPA 등), 실리콘 재질(Si), 유리 재질, 또는 적어도 한 층에 금속층을 갖는 기판으로 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체(10)에는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극은 제1전극(32) 및 제2전극(33)을 포함한다.
상기 복수의 전극(32,33)은 리드 프레임 또는 도금층으로 배치될 수 있으며, 서로 전기적으로 이격될 수 있다. 상기 복수의 전극(32,33)은 상기 패키지 몸체(10)의 상면에 배치되거나, 상기 패키지 몸체(10)의 내부에 관통되게 배치될 수 있다.
상기 패키지 몸체(10)의 내에는 상기 제1 및 제2전극(32,33) 이외에 다른 전도층 예컨대, 금속으로 이루어진 층 또는 패턴을 더 포함할 수 있으며, 이러한 층 또는 패턴은 상기 발광 소자(100)의 아래에 배치되어 방열 플레이트로 사용되거나, 상기 몸체(10)에 비아 구조로 형성될 수 있다.
상기 패키지 몸체(10)에는 상부가 개방된 캐비티(35)가 형성될 수 있으며, 상기 캐비티(35)에는 상기 제1전극(32) 및 제2전극(33) 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 이하, 캐비티(35) 내에 제1 및 제2전극(32,33)이 배치된 예로 설명하기로 한다. 상기 제1 및 제2전극(32,33)은 Cu, Al, Ag, Ni, Ti 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 캐비티(35) 내에 배치된 제1 및 제2전극(32,33)은 상기 캐비티 바닥면에 배치되고 서로 이격된다.
상기 캐비티(35) 내의 적어도 한 전극 예컨대, 제1전극(32) 위에는 발광 소자(100)가 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 제1전극(32) 및 제2전극(33)과 와이어(36)로 연결될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 전극 위가 아닌 상기 패키지 몸체(10) 상에 설치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)로부터 전도된 열을 방열하는 역할을 수행하게 된다.
상기 캐비티(35)의 하부 폭은 상부 폭보다 작을 수 있으며, 상기 캐비티(35)의 측면은 예컨대, 상기 캐비티 바닥면을 기준으로 90°미만의 각도로 경사질 수 있다. 상기 캐비티(35)의 측면은 단차 구조 또는 상기 캐비티 바닥면에 대해 수직한 면으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩 부재(37)는 상기 발광 소자(100)를 덮게 되며, 상기 발광 소자(100)를 보호하게 된다. 상기 몰딩 부재(37)는 높은 굴절률과 광 투과율을 갖는 고무계, 아크릴레이트계, 실리콘계, 에폭시계, 비닐계 및 유리 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 몰딩 부재(37)에는 적어도 한 종류의 형광체가 포함되며, 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 상기 형광체는 YAG계, TAG계, 실리케이트(silicate)계, 질화물(nitride)계, 산화질화물(Oxynitride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 몰딩 부재(37) 위에는 렌즈가 배치되며, 상기 렌즈는 상기 발광 소자로부터 방출된 광의 분포를 변화시켜 줄 수 있으며, 그 형상은 오목부와 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 형상으로 제공될 수 있다.
상기 몰딩 부재(37) 내에는 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하는 전열 부재를 포함한다. 상기 전열 부재는 상기 몰딩 부재(37)의 표면과 상기 발광 소자(100) 사이에 적어도 하나가 층, 패턴, 파티클 형태 등으로 배치될 수 있다. 도 1은 일 예로서, 상기 몰딩 부재(37) 내에는 전열 부재로서 복수의 전열체(40)를 포함하며, 상기 복수의 전열체(40)는 상기 몰딩 부재(37)의 열 전도율보다 높은 열 전도율을 갖는다.
상기 탄소 나노 튜브는 전도성, 비 전도성(또는 반도체)의 특성으로 구현될 수 있다. 자세히 설명하면, 탄소 나노 튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 적어도 지름이 1nm 크기(예: 1~20nm)의 미세한 분자이고, 탄소 원자가 3개씩 결합해 벌집 모양의 구조를 갖게 된 탄소평면이 말려서 튜브 모양으로 형성된다. 이러한 탄소 나노 튜브는 유연성이 뛰어나고, 속이 비어 있어 가벼운 특성을 가지고 있다. 또한 상기 탄소 나노 튜브는 약 600~6000W/mK의 열 전도도를 갖는 것으로, 열 전도가 좋은 구리(Cu : 400W/mK)나, 알루미늄(열 전도도: 236 W/mK)과 비교할 때, 매우 높은 열 전도율을 갖는다. 상기의 열 전도율은 탄소 나노 튜브의 종류에 따라 차이가 있을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 탄소 나노 튜브는 하나의 튜브로 이루어진 단일 벽 탄소 나노 튜브(single walled carbon nanotubes, SWNTs), 두 개의 튜브가 겹쳐진 이중벽 탄소 나노 튜브(Double Walled Carbon Nanotubes, DWNTs) 및 다중벽 탄소 나노 튜브(Multi walled carbon nanotubes, MWNTs)의 구조를 가질 수 있다. 또한 탄소 나노 튜브는 메탈-탄소나노튜브, 고분자-탄소나노튜브, 액상-탄소나노튜브 중 어느 하나의 종류가 이용될 수 있다.
상기 탄소 나노 튜브의 전열체는 튜브 형상이나 구 형상으로 제공될 수 있으며, 그 직경은 1nm~30㎛ 범위로 형성될 수 있다. 상기 전열체는 미세한 분자 구조를 갖는 탄소 나노 튜브를 몰딩 부재 내에 첨가하거나, 상기 탄소 나노 튜브와 코팅층을 이용하여 수㎛~수십 ㎛ 크기의 파티클 형태로 만들 수 있다. 상기 파티클의 코팅층은 TiO2, SiO2, Ta2O5, WO3 등이거나 1.6~3.2 정도의 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 전열체에는 미세한 탄소 나노 튜브와 형광체와 형광체를 함께 코팅층으로 코팅하여 파티클로 형성할 수 있다. 상기 형광체를 상기 전열체에 포함하는 것으로 설명하였으나, 몰딩 부재(37)에 첨가할 수 있으며, 상기 몰딩 부재에 다른 형광체를 첨가할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전열체는 상기 몰딩 부재 내에 불규칙하게 분산되어 배치됨으로써, 상기 몰딩 부재로 전도되는 열을 각각 전도하여 방열 효율을 높여줄 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(30)는 발광 소자(100)로부터 방출된 열을 제1 및 제2전극(32,33)을 통한 제1방열 경로(P1)와, 패키지 몸체(10)를 이용한 제2방열 경로(P2)와, 상기 전열체를 이용한 몰딩 부재(37)의 표면을 통한 제3방열 경로(P3)로 방열을 수행하게 됨으로써, 패키지의 전 영역을 통해 방열을 효과적으로 수행하여, 발광 소자(100)의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
발광 소자(100)는 예컨대, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)의 백라이트나 자동차의 전조등, 가로등, 조명등 등과 같은 고휘도가 요구되는 분야에 적용될 수 있으며, 이를 위해서는 개별 단위의 발광 소자의 광 출력을 크게 키우게 된다. 이러한 광 출력을 증대시켜 주기 위해서는 대 면적의 발광 소자를 제공하거나, 발광 소자의 구동 전류를 증가시켜 주게 되는 데, 이때 발광 소자는 필연적으로 발열이 더욱 심화되고, 이로 인해 발광 소자의 효율이나 수명이 단축되는 문제가 있다. 실시 예는 발광 소자 패키지의 몰딩 부재를 통해 방열 효율을 더 개선시켜 줌으로써, 발광 소자의 효율 저하를 방지할 수 있다.
상기와 같이 대 면적의 발광 소자는 몰딩 부재(37)와의 접촉 면적이 증가하게 됨으로써, 몰딩 부재(37)로도 많은 열이 전도될 수 있다. 따라서, 실시 예는 몰딩 부재(37) 내에 배치된 탄소 나노 튜브의 전열체(40)를 이용하여 열 전도율을 증대시켜 주어, 대 면적의 발광 소자의 특성 저하를 방지할 수 있다.
또한 다른 예로서, 상기 전열체(40)가 형광체 내에 혼합된 경우, 형광체의 비중을 낮게 하여, 상기 형광체가 캐비티 바닥면으로 가라앉는 것을 방지할 수 있으며, 또는 상기 전열체(40)와 형광체가 별도로 형성된 경우, 상기 몰딩 부재(37) 내에 배치된 형광체와 접촉하여 캐비티 바닥면으로 가라앉는 것을 방지하여, 광 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
도 2는 제2실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자 패키지(30A)는 몰딩 부재(37A,37B) 내에 상기 몰딩 부재(37A,37B)보다 열 전도성이 높은 전열층(41)을 배치한 구조이다.
상기 몰딩 부재(37A, 37B) 내에는 적어도 하나의 전열층(41)이 배치될 수 있으며, 상기 전열층(41)은 상기 몰딩 부재(37B)의 표면과 상기 발광 소자(100) 사이에 배치될 수 있다.
상기 전열층(41)은 탄소 나노 튜브로 형성될 수 있으며, 제1 및 제2몰딩 부재(37A,37B) 사이에서 열 전도를 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 전열층(41)은 탄소 나노 튜브를 증착하거나 코팅할 수 있으며, 상기 탄소 나노 튜브는 단일 벽, 이중 벽 또는 다중 벽 구조를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 전열층(41)의 투과율은 적어도 70%, 바람직하게 80% 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전열층(41)의 형성 방법은, 예컨대, 발광 소자(100)를 탑재한 후 제1몰딩 부재(37A)로 상기 발광 소자(100)를 덮고, 상기 제1몰딩 부재(37A) 위에 탄소 나노 튜브의 전열층(41)을 형성하며, 상기 전열층(41) 위에 제2몰딩 부재(37B)를 형성하게 된다.
상기 전열층(41)은 탄소 나노 튜브를 플라즈마-화학기상증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 레이저 증착법(Laser Vaporization), 열 화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor depositon), 기상 합성법(Vapor Phase Growth), 프레임(frame) 합성법을 선택적으로 이용하여 형성할 수 있다. 상기 탄소 나노 튜브는 수지계열의 코팅층 내에 혼합되어 증착될 수도 있다.
상기 전열층(41)의 두께는 수 ㎛ 이상의 두께로서, 상기 제1몰딩 부재(37A)와 상기 제2몰딩 부재(37B) 중 적어도 하나의 두께보다는 얇게 형성될 수 있다. 상기 전열층(41)이 상기 제1몰딩 부재(37A)와 상기 제2몰딩 부재(37B)의 사이에 면 접촉됨으로써, 몰딩부재(37A,37B) 내부의 열을 제2몰딩부재(37B)의 표면으로 효과적으로 전도시켜 줄 수 있다. 또한 상기 전열층(41)은 패키지 몸체(10)의 캐비티 측면에 접촉됨으로써, 패키지 몸체(10)에 열을 전도할 수 있다.
따라서, 발광 소자(100)로부터 발생된 열을 전극(32,33)들과 패키지 몸체(10)뿐만 아니라,몰딩 부재(37A,37B)를 통해서 효과적으로 방열할 수 있다. 즉, 패키지 몸체(10)의 전 영역을 통해 방열을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광 소자 패키지(30B)는 발광 소자(100)를 덮는 몰딩 부재(37A,37B) 내부에 서로 이격된 패턴을 갖는 전열층(41A)을 배치하여, 발광 소자(100)로부터 발생된 열을 몰딩 부재(37A,37B)의 내부를 통해 보다 빠르게 전도할 수 있다.
또한 상기 전열층(41A)이 패턴으로 형성된 경우, 연속적인 또는 불연속적인 패턴이 서로 이격되어 있어서, 상기 제1몰딩 부재(37A)의 상면으로부터 전도된 열을 제2몰딩 부재(37B)로 전도하여, 상기 제2몰딩 부재(37B)의 표면을 통해 열 방열을 수행할 수 있다.
상기 전열층(41A)의 각 패턴은 구형 또는 다각형 형상의 패턴으로 형성될 수 있으며, 각 패턴은 파티클 형태를 증착하거나, 마스크 패턴을 배치한 다음 전열층을 증착하거나 패턴닝을 통해 상기의 패턴으로 형성할 수 있다.
상기 전열층(41A)은 복수의 패턴 즉, 전열체가 제1몰딩 부재(37A)의 상면 상에 서로 이격되고, 상기 제1몰딩 부재(37A)와 상기 전열층(41A) 상에 제2몰딩 부재(37B)가 형성된다. 상기 전열층(41A)은 상기 제1몰딩 부재(37A)와 상기 제2몰딩 부재(37B)와의 접촉 면적이 증대될 수 있으며, 상기 제1몰딩 부재(37A)로부터 전도된 열을 제2몰딩 부재(37B)로 효과적으로 전도할 수 있다.
상기 전열층(41A)은 상기 몰딩 부재(37A,37B) 내의 적어도 한 영역 예컨대, 제1몰딩 부재(37A)의 하면 또는 내부, 상기 제2몰딩 부재(37B)의 내부 또는 상면 중 적어도 한 영역에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4를 참조하면, 발광 소자 패키지(30C)는 발광 소자(100)를 제1 및 제2전극(32,33)에 전기적으로 연결하고, 상기 발광 소자(100)의 둘레를 전열층(42)으로 덮게 된다.
상기 발광 소자(100)는 기판(L1) 위에 발광 구조층(L2)이 배치되며, 상기 기판(L1)은 전도성 또는 절연성 기판으로 구현될 수 있다. 상기 기판(L1) 및 상기 발광 구조층(L2)의 측면에 탄소 나노 튜브를 이용한 전열층(42)가 부착됨으로써, 발광 소자(100)의 기판(L1) 및 발광 구조층(L2)을 통해 방열되는 열을 전도받아 방열할 수 있다.
상기 발광 구조층(L2)은 3족-5족 화합물 반도체 재료를 포함하며, 예컨대 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 바람직하게 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판(L1)은 예를 들어, SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 또는 Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 사파이어(Al2O3) 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 구조층(L2)은 극성이 다른 반도체층을 이용하여 NP, PN, NPN, PNP 접합 구조로 제공할 수 있으며, 자외선 대역부터 가시광선 대역의 광을 선택적으로 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조층(L2)의 제1반도체층(N층 또는 P층) 및 제2반도체층(P층 또는 N층)에는 전극을 각각 형성하여 와이어(36)로 각각 연결해 줄 수 있다.
상기 기판(L1)과 상기 제1전극(32) 사이에는 접착 부재(34)가 형성되며, 상기 접착 부재(34)는 전도성 또는 비 전도성의 페이스트로 사용될 수 있다. 상기 발광 소자(100)과 상기 접착 부재(34)의 둘레에는 전열층(42)이 형성되며, 상기 전열층(42)은 상기 발광 소자(100)로부터 발생된 열을 효과적으로 전도해 주게 된다. 여기서, 접착 부재(34)는 상기 탄소 나노 튜브를 이용하여 제공될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전열층(42)은 절연성 특성을 갖는 탄소 나노 튜브를 포함하며, 상기 절연성 특성의 탄소 나노 튜브는 반도체 특성을 포함할 수 있다.
상기 탄소 나노 튜브를 이용한 전열층(42)은 상기 발광 소자(100)의 표면에 부착되고, 상기 발광 소자(100)로부터 발생된 열을 상기 몰딩 부재(37)로 열 전도해 주며, 또한 상기 제1전극(32)의 상면으로도 전도해 줄 수 있다.
상기 전열층(42)을 통해 상기 발광 소자(100)의 표면으로 방출된 열을 직접 전도받아 몰딩 부재(37)로 전도해 줌으로써, 발광 소자(100)에서의 열적인 문제를 방지할 수 있다.
상기 몰딩 부재(37) 내에는 도 1 내지 도 3과 같은 전열체 또는 전열층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몰딩 부재(37) 내에는 형광체가 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5를 참조하면, 발광 소자 패키지(30D)는 발광 소자(100A)의 지지 기판(L3)의 측면에 형성된 전열층(42A)을 포함할 수 있다. 상기 지지 기판(L3)은 전도성 기판으로 이루어질 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)의 발광 구조층(L4)을 지지하며, 상기 발광 구조층(L4)으로부터 발생된 광을 반사시켜 주며, 전원을 공급해 줄 수 있다. 상기 발광 구조층(L4)은 도 3의 적층 구조와 반대로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 기판(L3)은 복수의 전도층을 포함하며, 상기 복수의 전도층은 상기 발광 구조층(L4) 아래에 오믹층, 반사층, 접합층, 지지층의 순으로 적층될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지층은 상기 발광 소자(100A)의 하부에 배치되며, 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지층의 두께는 30~500㎛ 정도로 형성될 수 있으며, 이러한 두께는 다른 층보다 더 두꺼워 상기 전열층(42A)으로의 열 전도율을 높일 수 있다.
상기 지지 기판(L3)은 발광 소자(100A)와 접착 부재(34A)로 접착되고, 상기 접착 부재(34A)는 전도성 페이스트로 형성되거나, 탄소 나노 튜브로 사용될 수 있다.
상기 전열층(42A)은 상기 발광 구조층(L4)과 접촉되지 않도록 이격될 수 있다. 상기 전열층(42A)은 상기 발광 구조층(L4)의 하부에 배치된 지지 기판(L3)의 둘레와 상기 제1전극(32)의 상면에 접촉됨으로써, 상기 몰딩 부재(37)와 상기 제1전극(32)을 통해 열 전도하여 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 전열층(42A)은 상기 제1전극(32)의 접촉 면적을 통해 상기 발광 소자(100A)와 상기 제1전극(32)로 전도된 열을 몰딩 부재(37)로 전도해 줄 수 있다. 이에 따라 발광 소자 패키지(30D)의 전 영역을 통해 방열을 수행하여, 대면적의 발광 소자를 구동하더라도 발열 문제를 줄일 수 있다.
도 6을 참조하면, 발광 소자 패키지(30E)는 패키지 몸체(12)의 상부에 제1전극(13) 및 제2전극(14)를 배치하고, 상기 제1전극(13) 위에 발광 소자(100A)의 부착한 후, 몰딩 부재(38)로 덮게 된다. 상기 몰딩 부재(38)는 반구 형상 또는 표면에 광 추출 구조와 같은 요철 구조를 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 패키지 몸체(12)는 세라믹 기판, 플렉시블 기판, 또는 수지 계열의 기판일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전열층(42A)은 상기 발광 소자(100A)의 하부 둘레에 접촉되고, 상기 제1전극(13)의 상면에 접촉됨으로써, 몰딩 부재(38)를 통해 보다 효과적으로 전도할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입으로 구현되어, 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 기판 상에 복수로 어레이되어 라이트 유닛으로 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 경우, 실시 예와 같이 발광 소자 패키지 자체에서 충분한 방열이 이루어지도록 함으로써, 발광 소자 패키지가 인접하더라도 충분한 자체 방열을 수행하여 발광 소자의 구동에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
<조명 시스템>
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 7 및 도 8에 도시된 표시 장치, 도 9에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(30)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 다수의 발광 소자 패키지(30)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PVC(polyvinylchloride), 레진(resin) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자 패키지(30)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자 패키지(30)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 9는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(30)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(30)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(30) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(30)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
30, 30A-30E:발광 소자 패키지, 10:패키지 몸체, 32,33:전극, 100,100A:발광 소자, 41:전열체, 41,41A,42,42A:전열층, 37:몰딩 부재

Claims (13)

  1. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체 위에 적어도 하나의 전극;
    상기 전극 위에 발광 소자;
    상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 덮는 몰딩 부재; 및
    상기 몰딩 부재의 표면과 상기 발광 소자의 사이에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전열 부재는 상기 몰딩 부재의 내부에 첨가된 복수의 전열체를 포함하는 발광 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몰딩 부재는 상기 발광 소자를 덮는 제1몰딩 부재; 및 상기 제1몰딩 부재 위에 제2몰딩 부재를 포함하며,
    상기 전열 부재는 상기 제1몰딩 부재와 상기 제2몰딩 부재의 사이에 형성된 전열층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 몰딩 부재는 상기 발광 소자를 덮는 제1몰딩 부재; 및 상기 제1몰딩 부재 위에 제2몰딩 부재를 포함하며,
    상기 전열 부재는 상기 제1몰딩 부재와 상기 제2몰딩 부재의 사이에 복수의 패턴을 포함하는 발광 소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전열 부재는 상기 발광 소자의 적어도 한 표면에 접촉되어 상기 발광 소자의 적어도 일부를 덮는 발광 소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는 기판 및 상기 기판 위에 발광 구조층을 포함하며,
    상기 전열 부재는 상기 기판 둘레에 형성되는 발광 소자 패키지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패키지 몸체는 상부가 개방된 캐비티를 포함하며,
    상기 캐비티 내에는 상기 전극, 상기 발광 소자, 및 상기 몰딩 부재가 배치되는 발광 소자 패키지.
  8. 제2항에 있어서, 상기 복수의 전열체 중 적어도 하나는 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브의 직경은 적어도 1nm인 발광 소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브는 단일 벽 탄소 나노 튜브(single walled carbon nanotubes, SWNTs), 두 개의 튜브가 겹쳐진 이중벽 탄소 나노 튜브(Double Walled Carbon Nanotubes, DWNTs) 및 다중벽 탄소 나노 튜브(Multi walled carbon nanotubes, MWNTs)의 구조 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  11. 제6항에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 전극 위에 배치되며,
    상기 전열 부재는 상기 발광 소자의 둘레부터 상기 전극의 상면까지 연장되는 발광 소자 패키지.
  12. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 몰딩 부재 내에 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 복수의 발광 소자 패키지;
    상기 복수의 발광 소자 패키지가 탑재된 기판; 및
    상기 복수의 발광 소자 패키지의 적어도 일측에 도광판 및 광학 시트 중 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 발광 소자 패키지는, 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 위에 적어도 하나의 전극; 상기 전극 위에 발광 소자; 상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 덮는 몰딩 부재; 및 상기 몰딩 부재의 표면과 상기 발광 소자의 사이에 탄소 나노 튜브를 포함하는 전열 부재를 포함하는 라이트 유닛.
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