KR20120106012A - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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KR20120106012A
KR20120106012A KR1020110023813A KR20110023813A KR20120106012A KR 20120106012 A KR20120106012 A KR 20120106012A KR 1020110023813 A KR1020110023813 A KR 1020110023813A KR 20110023813 A KR20110023813 A KR 20110023813A KR 20120106012 A KR20120106012 A KR 20120106012A
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김형근
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삼성전자주식회사
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Abstract

발광 소자 패키지가 개시된다. 개시된 발광 소자 패키지는 발광칩에서 방출된 광을 파장 변환하는 파장 변환층을 다층 구조로 형성하며, 발광칩으로부터 가까운 영역에 형성되는 파장 변환층은 발광칩으로부터 먼 영역에 형성되는 파장 변환층보다 큰 크기의 퀀텀 도트를 포함하도록 형성할 수 있다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting device package}
개시된 실시예는 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패키지 내의 발광 소자의 발광면 상에 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 지닌 파장 변환층을 다수개 형성시킨 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자(light emitting device)는 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 반도체 발광 장치로서, 발광 소자의 하나인 발광 다이오드(light emitting diode:LED)는 비교적 수명이 길며, 저전압 구동이 가능한 장점이 있다.
발광 소자는 응답 속도가 빠르며 청색 녹색 및 적색 발광 소자의 광량 조절이 용이하여 휘도 및 색온도를 변경할 수 있어 색재현성이 우수하다. 최근 고휘도를 지닌 백색 LED를 이용한 조명 장치가 종래의 발광 장치를 대체하여 사용되고 있다.
백색 LED(White LED)는 청색이나 자외선 계열의 빛을 방출하는 발광 소자에 적색, 녹색 또는 황색 등의 형광체를 도포함으로써 형성될 수 있다. 종래의 LED 패키지 공정에서는 백색 LED를 형성하기 위해 블루 칩에 형광체를 디스펜싱(dispensing)하거나, 시트 형태(sheet type)의 형광체를 프리컷(pre-cut)하여 LED 칩 상에 부착하거나, 또는 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 스크린 프린팅(screen printing)을 하는 방법 등을 사용하였다.
최근 퀀텀 도트가 포함된 파장 변환층을 채용한 발광 소자 패키지에 관한 연구가 진행중이다. 퀀텀 도트는 나노미터 크기를 지닌 물질로 퀀텀 제한 효과(quantum confinement effect)를 지닌 물질로, 전자가 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 천이하면서 발광 현상을 나타낸다. 이러한 퀀텀 도트는 여기광에 의해 특정 파장을 지닌 광을 발광할 수 있는 것으로 알려졌다.
본 발명의 일측면에서는 발광칩의 발광 방향에 형성된 것으로 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하는 파장 변환층이 다수 형성된 발광 소자 패키지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에서는
패키지 몰드;
상기 패키지 몰드 상에 형성된 발광칩; 및
상기 발광칩 상에 형성된 파장 변환층;을 포함하며,
상기 파장 변환층은 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하며, 상기 발광칩으로부터 가까운 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 발광칩으로부터 먼 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 큰 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 퀀텀 도트는 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 실리콘, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnTe, CdSeS, CdSeTe, ZnSeTe, GaN, GaAs, AlN, AlAs, InP, InP, InAs, GaNAs, AlNAs, GaInNP 또는 GaInNAs를 포함할 수 있다.
상기 발광칩은 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자일 수 있으며, 상기 파장 변환층은 두 층 이상의 다수의 파장 변환층들을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층들 사이에 형성된 수지층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광칩 측부에 형성된 봉지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 봉지부는 공기 또는 진공 영역일 수 있다.
상기 파장 변환층은, 제 1파장 변환층, 제 2파장 변환층 및 제 3파장 변환층을 포함하며, 상기 제 1파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 제 2파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 크며, 상기 제 2파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 제 3파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 클 수 있다.
상기 패키지 몰드 및 상기 파장 변환층 사이에 다수의 발광칩이 형성될 수 있다.
상기 상기 파장 변환층은 상기 발광칩 상에 직접 형성될 수 있다.
또한, 개시된 실시예에는 다수의 캐버티 영역을 포함하는 패키지 몰드;
상기 캐퍼티 영역에 각각 안착된 발광칩; 및
상기 발광칩들 상에 형성된 파장 변환층;을 포함하며,
상기 파장 변환층은 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하며, 상기 발광칩으로부터 가까운 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 발광칩으로부터 먼 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 큰 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 캐버티 영역들 사이에 형성된 분리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 발광 소자 패키지 내의 발광칩 상에 서로 다른 크기의 퀀텀 도트를 지닌 다수의 파장 변환층을 형성함으로써 백색 발광 소자 패키지를 용이하게 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지에서 제 1 및 제 2파장 변환층 사이에 형성된 수지층을 더 포함하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 3은 반사면이 형성된 발광 소자 패키지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지를 어레이 구조로 형성한 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지에 대해 상세히 설명하고자 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지는 하부 구조체(11), 하부 구조체(11) 상에 형성된 발광칩(12) 및 발광칩(12) 상에 형성된 파장 변환층(13)을 포함하는 구조를 지닐 수 있다.
하부 구조체(11)는 발광 소자 패키지에서 발광칩(12)이 안착될 수 있도록 캐버티가 형성된 패키지 몰드일 수 있으며, 발광칩(12)과 본딩 와이어를 통하여 발광칩(12)에 전원을 공급할 수 있도록 전극 연결부, 예를 들어 리드 프레임을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지에서 파장 변환층(13)은 퀀텀 도트를 포함하여 형성된 것으로, 파장 변환층(13)은 각각 크기가 다른 퀀텀 도트(quantum dot)를 지닌 다수의 파장 변환층(13a, 13b, 13c)을 포함하도록 형성된 것일 수 있다. 발광칩(12)에서 방출되는 광이 각각의 파장 변환층(13a, 13b, 13c)의 퀀텀 도트에 입사하게 되면 퀀텀 도트의 크기에 따라 변환된 파장을 지닌 광을 방출할 수 있다. 퀀텀 도트는 반도체 물질로 형성된 것일 수 있으며, 단일 성분 또는 다수의 물질의 화합물로 형성된 것일 수 있다. 그리고, 퀀텀 도트는 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 크기를 지닌 것일 수 있으며, 코어 구조만 지닌 단일 구조이거나 코어-쉘 구조의 이중 구조를 지닌 것일 수 있다. 구체적으로 퀀텀 도트 물질의 예를 들면 실리콘, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnTe, CdSeS, CdSeTe, ZnSeTe, GaN, GaAs, AlN, AlAs, InP, InP, InAs, GaNAs, AlNAs, GaInNP, GaInNAs 등의 각종 화합물 반도체 물질일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 1a에서는 파장 변환층(13)이 3층의 파장 변환층(13a, 13b, 13c)들로 형성된 구조를 나타내었으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 도 1a를 참조하면 발광칩(12) 상에 제 1파장 변환층(13a), 제 2파장 변환층(13b) 및 제 3파장 변환층(13c)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서 발광칩(12)으로부터 가장 가까운 영역에 형성된 제 1파장 변환층(13a)의 퀀텀 도트의 크기는 제 2파장 변환층(13b)의 퀀텀 도트의 크기보다 크며, 제 2파장 변환층(13b)의 퀀텀 도트의 크기는 제 3파장 변환층(13c)의 퀀텀 도트의 크기보다 클 수 있다.
파장 변환층(13)은 발광칩(12) 상에 직접 형성된 것일 수 있으며, 이 경우 발광칩(12)과 파장 변환층(13) 사이에 다른 물질이 개재된 구조에 비해 투입되는 물질의 양을 줄일 수 있다. 퀀텀 도트는 파장 변환층(13) 내부에서 전체적으로 균일하게 분산되도록 형성된 것일 수 있으며, 분산 매질은 광 추출 효율을 높이기 위해 광투과성이 높은 재료를 사용할 수 있다. 분산 매질은 예를 들어, 실리콘이나 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 파장 변환층(13)의 폭은 발광 소자 패키지의 사용 환경에 따라 변화시킬 수 있으며, 발광칩(12)과 동일한 폭 또는 더 넓은 폭을 지니도록 형성된 것일 수 있다.
발광칩은(12)는 자외선 또는 청색광을 발광하는 발광 소자, 예를 들어 발광 다이오드일 수 있다.
예를 들어, 발광칩(12)이 자외선을 발광하는 자외선 발광 소자인 경우 제 1파장 변환층(13a)은 입사된 자외선의 파장을 변환하여 적색광을 발광할 수 있으며, 제 2파장 변환층(13b)은 입사된 적색광의 파장을 변환시켜 녹색 광을 발광할 수 있다. 또한, 제 3파장 변환층(13c)은 입사된 녹색광의 파장을 변환시켜 청색광을 발광할 수 있다. 또한, 발광칩(12)이 청색광을 발광하는 청색 발광 소자인 경우 제 1파장 변환층(13a)은 입사된 청색광의 파장을 변환하여 적색광을 발광할 수 있으며, 제 2파장 변환층(13b)은 입사된 적색광의 파장을 변환시켜 녹색광을 발광할 수 있다. 그리고 제 3파장 변환층(13c)은 생략될 수 있다. 도 1a에서는 파장 변환층(13)이 제 1 내지 제 3파장 변환층(13a, 13b, 13c)까지 포함된 구성을 도시하였으나, 상술한 바와 같이, 발광칩(12)이 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드인 경우 파장 변환층(13)은 두 층의 파장 변환층을 포함할 수 있다.
각각의 파장 변환층(13a, 13b, 13c) 사이에는 별도의 수지층이 더 개재될 수 있다. 도 1b는 는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지에서 제 1 및 제 2파장 변환층 사이에 형성된 수지층을 더 포함하는 구조를 나타낸 도면이다. 도 1b를 참조하면, 제 1파장 변환층(13a) 및 제 2파장 변환층(13b) 사이에 수지층(14)이 형성되어 있다. 수지층(14)은 퀀텀 도트 또는 형광체를 포함하지 않은 실리콘 또는 에폭시 수지 등으로 형성된 것일 수 있다. 또한, 제 2파장 변환층(13b) 및 제 3파장 변환층(13c) 사이에도 선택적으로 수지층이 더 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 패키지 몰드(21), 패키지 몰드(21) 상에 형성된 발광칩(22), 발광칩(22)와 패키지 몰드(21)의 전극 연결부(미도시), 예를 들어 리드 프레임부와 연결된 본딩 와이어(23)를 포함할 수 있다. 그리고, 발광칩(22) 측면에는 봉지부(24)가 형성되어 있으며, 발광칩(22) 및 봉지부(24) 상에는 파장 변환층(25)이 형성되어 있다. 파장 변환층(25)은 다수의 파장 변환층(25a, 25b, 25c)을 포함하는 구조로 형성된 것일 수 있으며, 다수의 파장 변환층(25a, 25b, 25c)은 각각 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하고 있다. 발광칩(22)과 가까운 영역에 형성된 파장 변환층(25a)의 퀀텀 도트의 크기는 발광칩(22)와 상대적으로 먼 거리에 있는 파장 변환층(25c)의 퀀텀 도트의 크기에 비해 상대적으로 클 수 있다. 각각의 파장 변환층(25a, 25b, 25c)들 사이에는 실리콘 또는 에폭시 수지 등으로 형성된 수지층이 더 포함될 수 있다.
도 2에 나타낸 발광 소자 패키지 구조는 파장 변환층(25)의 폭이 발광칩(22)의 폭보다 넓은 구조를 나타낸 것이다. 도 2의 봉지부(24)는 패키지 몰드(21) 및 발광소자(22) 사이 영역을 나타내며, 수지 등의 절연 물질을 도포하여 형성된 영역일 수 있다. 또한 봉지부(24)는 공기로 채워지거나 진공 영역일 수 있다. 이처럼 봉지부(24) 영역을 공기 또는 진공 영역으로 형성함으로써 봉지부에 들어가는 물질을 절약하여 경제성을 높일 수 있다.
도 3은 발광칩의 출사면 방향에 반사면을 형성한 구조를 지닌 발광 소자 패키지의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 패키지 몰드(31), 패키지 몰드(31) 내측의 바닥부에 형성된 반사판(32)을 포함하며, 반사판(32) 상에는 파장 변환층(33)이 형성되어 있다. 파장 변환층(33) 상에는 봉지부(34)가 형성되어 있으며, 봉지부(34)에는 발광칩(35)이 삽입되어 있다. 발광칩(34)에서 발출된 광은 다수의 파장 변환층(33a, 33b, 33c)를 거쳐 반사판(32)에서 반사된 뒤 상방으로 방출된다. 다수의 파장 변환층(33a, 33b, 33c)은 각각 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하고 있으며, 발광칩(34)과 가까운 영역에 형성된 파장 변환층(33c)의 퀀텀 도트의 크기는 발광칩(34)와 상대적으로 먼 거리에 있는 파장 변환층(33a)의 퀀텀 도트의 크기에 비해 상대적으로 클 수 있다. 다수의 파장 변환층(33a, 33b, 33c)들 사이에는 실리콘 또는 에폭시 수지 등으로 형성된 수지층이 더 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지를 어레이 구조로 형성한 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 패키지 몰드(41)에는 다수의 발광칩(42)이 형성되어 있으며, 발광칩(42) 상에는 파장 변환층(44)이 형성되어 있으며, 파장 변환층(44)은 서로 다른 크기의 퀀텀 도트를 각각 포함하는 다수의 파장 변환층(44a, 44b, 44c)을 포함할 수 있다. 여기서도 발광칩(42)과 가까운 영역에 형성된 파장 변환층(44a)의 퀀텀 도트의 크기는 발광칩(42)과 상대적으로 먼 거리에 있는 파장 변환층(44c)의 퀀텀 도트의 크기보다 상대적으로 클 수 있다. 다수의 파장 변환층(44a, 44b, 44c)들 사이에는 실리콘 또는 에폭시 수지 등으로 형성된 수지층이 더 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, 먼저 패키지 몰드(51, 52)를 마련한다. 패키지 몰드(51, 52)는 발광칩이 안착되는 영역인 다수의 캐버티 영역을 포함할 수 있으며, 각각의 캐버티 영역들 사이에는 분리부(52)가 형성될 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 패키지 몰드(51, 52)의 캐버티 영역에 각각 발광칩(53)들을 위치시킨다. 발광칩(53)은 청색 또는 자외선을 발광할 수 있는 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자일 수 있으며, 도면에 도시되지 않았으나 패키지 몰드(51, 52)의 전극 연결부와 와이어 본딩 공정을 함께 실시할 수 있다.
도 5(c)를 참조하면, 발광칩(53) 측면에 수지 등의 물질을 주입하여 봉지부(55)를 형성할 수 있으며, 선택적으로 봉지부(55)는 별도의 물질을 채우지 않은 공기층이거나 진공 상태로 형성될 수 있다. 그리고, 발광칩(53) 상면에 파장 변환층(54)을 직접 형성할 수 있다. 파장 변환층(54)은 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하도록 다수의 파장 변환층(54a, 54b, 54c)을 다층 구조로 형성할 수 있으며, 실리콘, 에폭시 수지 등의 분산 용매에 반도체 물질 등을 균일하게 분산시켜 형성할 수 있다. 추가적으로 파장 변환층(54)을 경화시키는 공정을 더 실시할 수 있다. 파장 변환층(54)을 형성하는 과정에서 각각의 파장 변환층(54a, 54b, 54c)들 사이에 퀀텀 도트나 형광체를 포함하지 않은 수지층을 형성할 수 있다.
도 5(d)를 참조하면, 선택적으로 개개의 발광 소자 패키지를 분리하고자 하는 경우, 발광칩(53) 사이의 분리부(52)의 D 부위를 예를 들어 다이싱(dicing) 공정을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 발광 소자 패키지 상에 서로 다른 크기의 퀀텀 도트를 지닌 다수의 파장 변환층을 형성함으로써 백색 발광 소자 패키지를 용이하게 제공할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 발광칩 상에 형성되는 파장 변환층은 2층 이상으로 형성될 수 있으며, 발광 소자 특성에 따라 선택될 수 있다. 또한, 파장 변환층의 형태도 다양하게 선택될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11, 21, 31, 41, 51, 52... 패키지 몰드 12, 22, 34, 42, 53... 발광칩
13, 25, 33, 44, 54... 파장 변환층 14... 수지층
23... 본딩 와이어 24, 34, 43, 55... 봉지부
32... 반사판

Claims (12)

  1. 패키지 몰드;
    상기 패키지 몰드 상에 형성된 발광칩; 및
    상기 발광칩 상에 형성된 파장 변환층;을 포함하며,
    상기 파장 변환층은 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하며, 상기 발광칩으로부터 가까운 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 발광칩으로부터 먼 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 큰 발광 소자 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 퀀텀 도트는 반도체 물질로 형성된 발광 소자 패키지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 퀀텀 도트는 실리콘, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnTe, CdSeS, CdSeTe, ZnSeTe, GaN, GaAs, AlN, AlAs, InP, InP, InAs, GaNAs, AlNAs, GaInNP 또는 GaInNAs를 포함하는 발광 소자 패키지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발광칩은 청색 발광 소자 또는 자외선 발광 소자이며, 상기 파장 변환층은 두 층 이상의 다수의 파장 변환층들을 포함하는 발광 소자 패키지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 파장 변환층들 사이에 형성된 수지층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광칩 측부에 형성된 봉지부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 봉지부는 공기 또는 진공 영역인 발광 소자 패키지.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 파장 변환층은,
    제 1파장 변환층, 제 2파장 변환층 및 제 3파장 변환층을 포함하며, 상기 제 1파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 제 2파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 크며, 상기 제 2파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 제 3파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 큰 발광 소자 패키지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 패키지 몰드 및 상기 파장 변환층 사이에 다수의 발광칩이 형성된 발광 소자 패키지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 상기 파장 변환층은 상기 발광칩 상에 직접 형성된 발광 소자 패키지.
  11. 다수의 캐버티 영역을 포함하는 패키지 몰드;
    상기 캐퍼티 영역에 각각 안착된 발광칩; 및
    상기 발광칩들 상에 형성된 파장 변환층;을 포함하며,
    상기 파장 변환층은 서로 다른 크기를 지닌 퀀텀 도트를 포함하며, 상기 발광칩으로부터 가까운 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기는 상기 발광칩으로부터 먼 거리에 형성되는 파장 변환층의 퀀텀 도트의 크기보다 큰 발광 소자 패키지.
  12. 상기 캐버티 영역들 사이에 형성된 분리부를 포함하는 발광 소자 패키지.
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