KR20120116153A - 발광소자패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광소자패키지는 캐비티가 형성된 패키지몸체, 캐비티에 실장되는 광원부 및 캐비티에 충진된 수지물을 포함하고, 수지물은 수지물의 상면으로부터 소정깊이까지 이르는 오목부를 포함할 수 있다. 이에 의해 패키지 내부의 응력 발생을 감소시켜 외부 이물이 패키지 내부로 침투하는 것을 방지함으로써, 휘도를 증가시킬 수 있으며, 또한 방열효과, 와이어 스트레스 감소 및 기타 신뢰성 요인을 개선시킬 수 있다.

Description

발광소자패키지{Light-emitting device}
실시예는 발광소자패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 광의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있으며, 점차 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도 및 신뢰성이 높아지는 바, LED의 발광휘도 및 신뢰성을 증가시키는 것이 중요하다.
실시예는 패키지 내부의 응력 발생을 최소화하여 외부이물이 침투하는 것을 방지하여 휘도를 증가시킬 수 있으며, 또한 방열효과, 와이어 스트레스 감소 및 기타 신뢰성 요인을 개선할 수 있는 발광소자패키지를 제공함에 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 캐비티가 형성된 패키지몸체, 상기 캐비티에 실장되는 광원부 및 상기캐비티에 충진된 수지물을 포함하고, 상기 수지물은 상기 수지물의 상면으로부터 소정깊이까지 이르는 오목부를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 수지물에 오목부를 형성하여 패키지 내부의 응력 발생을 해소시킴으로써 외부 이물이 패키지 내부로 침투하는 것을 방지하여 휘도를 증가시킬 수 있으며, 또한 방열효과, 와이어 스트레스 감소 및 기타 신뢰성 요인을 개선시키는 효과를 가진다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2(a), (b)는 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5(a), (b), (c)는 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면과 평면을 나타내는 도이다.
도 6a는 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 조명장치의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 캐비티(C)가 형성된 패키지몸체(110), 캐비티에 실장되는 광원부(130), 리드프레임(120), 캐비티(C)에 충진되는 수지물(140)을 포함할 수 있다.
패키지몸체(110)는 하우징 역할을 수행하는데, 중앙부에 캐비티(C)가 형성되어 상기 캐비티(C)내부에 광원부(130)가 실장될 수 있다.
또한, 패키지몸체(110)는 리드프레임(120)을 감싸 지지하며, 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 패키지몸체(110)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
패키지몸체(110)에는 광원부(130)가 외부로 노출되도록 상부쪽이 개방된 캐비티(C)가 형성될 수 있으며, 캐비티(C)는 패키지몸체(110) 내부를 경사지게 형성할 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 광원부(130)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
광의 지향각이 줄어들수록 광원부(130)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 광원부(130)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
한편, 패키지몸체(110)에 형성되는 캐비티(C)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이 때, 캐비티(C)의 내벽을 이루는 캐비티(C)의 측면 및 바닥면에 반사코팅막(미도시)이 형성될 수 있다. 여기서, 반사코팅막(미도시)이 형성되는 패키지몸체(110)의 표면은 매끄럽거나 소정의 거칠기(roughness)를 가지도록 형성될 수 있으며, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등으로 이루어질 수 있다.
리드프레임(120)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 리드프레임(120)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 리드프레임(120)은 서로 다른 전원을 인가하도록 제1 리드프레임(121) 및 제2 리드프레임(122)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 리드프레임(121) 및 제2 리드프레임(122)은 소정 간격으로 서로 이격되어 형성되며 패키지몸체(110)에 의해 일부가 감싸질 수 있다.
광원부(130)는 제1 리드프레임(121) 및 제2 리드프레임(122) 중 어느 하나의 상부면에 실장되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정파장의 빛을 출사하는 반도체소자의 일종이며, GaN(질화 갈륨), AlN(질화 알루미늄), InN(질화 인듐), GaAs(갈륨 비소) 등의 3족 및 5족 화합물을 기반으로 하여 구현될 수 있다. 일 예로 광원부(130)는 발광 다이오드일 수 있다.
발광 다이오드는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 다이오드일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시예에서는 단일의 발광다이오드가 중심부에 구비되는 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정하지 않고 복수개의 발광다이오드를 구비하는 것 또한 가능하다.
또한, 발광 다이오드는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type) 모두에 적용 가능하다.
수지물(140)은 캐비티(C)에 충진되어 광원부(130) 및 와이어를 밀봉시켜 줄 수 있다. 이 때, 수지물(140)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재료로 형성될 수 있으며, 상기 재료를 캐비티(C) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
수지물(140)의 표면은 오목 렌즈 형상, 볼록 렌즈 형상, 플랫한 형상 등으로 형성될 수 있으며, 수지물(140)의 형태에 따라 광원부(130)에서 방출된 광의 지향각이 변화될 수 있다.
또한, 수지물(140)은 수지물(140)의 상면으로부터 소정깊이(d2)까지 이르는오목부(h1)를 포함할 수 있다.
발광소자패키지(100)는 열충격이나 외부 환경 변화에 의해 수지물(140) 등의 재료들이 팽창 및 수축을 반복함으로써 패키지몸체(110) 내부에 응력이 발생되는데, 수지물(140)에 오목부를 형성하면 패키지몸체(110) 내부의 응력 발생 영향을 해소할 수 있다.
오목부(h1)는 수지물(140)이 경도가 작아 소프트한 경우에는 수지물에 바늘을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 속이 빈 원통형 바늘을 오목부를 형성할 위치에 소정깊이(d2)까지 삽입시킨 후 공기압을 이용하여 바늘 구멍에 끼인 수지물을 제거하여 형성할 수 있다.
또한, 수지물(140)이 경도가 큰 경우에는 드릴을 이용하여 형성할 수 있으며, 이외에도 레이저를 이용하거나 수지물(140)이 완전히 경화되기 전에 강한 공기압을 이용하여 수지물 상면에 오목부(h1)를 형성할 수 있다.
오목부(h1)는 캐비티 깊이(d1)의 1/3 내지 2/3로 소정깊이(d2)를 가질 수 있다. 오목부(h1)의 깊이가 캐비티 깊이의 2/3보다 크면, 광원부(130)가 외부로 노출될 수 있고, 캐비티 깊이의 1/3보다 작으면, 패키지 몸체(110) 내부의 응력 발생을 효과적으로 감소시킬 수 없다.
또한, 오목부(h1)의 상부폭(w2)은 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있다.
오목부(h1)의 상부폭(w2)이 0.5mm보다 크면, 오목부(h1)에 불순물이 침투하기 쉽고 오목부(h1)를 형성하면서 제거되는 수지물(140)의 상면의 면적이 과도하게 감소되어 밀봉력이 약해질 수 있다. 반면에, 오목부의 상부폭이 0.1mm보다 작으면 오목부(h1)를 형성하는 공정이 용이하지 않으며 응력 발생을 효과적으로 감소시킬 수 없다.
또한, 광원부(130) 중심과 오목부(h1)의 중심축의 수평거리(L)가 캐비티(C) 상부폭(w1)의 1/6보다 작을 수 있다.
광원부(130)로부터 수평거리가 캐비티 상부폭(w1)의 1/6이내인 위치에서 응력발생이 집중되기 때문에 오목부(h1)가 광원부(130)로부터 수평거리가 캐비티 상부폭(w1)의 1/6이내인 위치에 형성되면 응력발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 오목부를 형성함으로써, 패키지몸체(110) 내부의 응력 발생에 의해 황(sulfur)과 같은 외부이물 플럭스(flux)가 패키지몸체(110) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있어 휘도증가, 와이어 스트레스 감소 및 기타 신뢰성 요인을 개선시킬 수 있다. 또한, 오목부(h1)를 통해 외기와 직접적 열교환이 가능하므로 방열효과를 가질 수 있다.
또한, 수지물(140) 위에는 다른 렌즈 형상의 수지물이 형성되거나 부착될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
수지물(140)에는 형광체를 포함할 수 있다. 여기서, 형광체는 광원부(130)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(100)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
즉, 형광체는 광원부(130)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있는바, 예를 들어, 광원부(130)가 청색 발광 다이오드이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기 되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자패키지(100)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 광원부(130)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 광원부(130)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.
도 2(a)는 광원부가 수평형 발광소자일 때의 도 1의 A부분을 확대한 도이고, 도 2(b)는 광원부가 수직형 발광소자일 때의 도 1의 A부분을 확대한 도이다.
도 2(a)를 참조하면, 실시예에 따른 수평형 발광소자는 지지기판(1), 제1 도전형 반도체층(2), 활성층(3), 제2 도전형 반도체층(4)을 포함하는 발광구조물(5), 투광성전극층(6), 제1 전극패드(8) 및 제2 전극패드(7)를 포함할 수 있다.
지지기판(1)은 전도성 기판 또는 절연성 기판으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 이러한 지지기판(1)은 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있고, 지지기판(1)은 광 추출 효과를 향상시키기 위해 표면이 패터닝(Patterned SubStrate, PSS)될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 도시하지는 않았으나, 지지기판(1) 상에는 지지기판(1)과 제1 도전형 반도체층(2)간의 격자 부정합을 완화하고 도전형 반도체층들이 용이하게 성장될 수 있도록 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
버퍼층(미도시)은 지지기판(1)상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성정한 버퍼층(미도시)은 버퍼층(미도시)상에 성장하는 제1 도전형 반도체층(2)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
버퍼층(미도시)은 AlN, GaN를 포함하여 AlInN/GaN 적층 구조, InGaN/GaN 적층 구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층 구조 등의 구조로 형성될 수 있다.
발광구조물(130)은 지지기판(1) 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층(2), 활성층(3) 및 제2 도전형 반도체층(4)을 포함할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(2)과 제2 도전형 반도체층(4) 사이에 활성층(3)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(2)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한 N를 대신하여 다른 5족 원소를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 및 InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(2)이 일 예로, N형 도전형 반도체층인 경우는, N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(2)상에는 활성층(3)이 형성될 수 있다. 활성층(3)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(3)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(3)상에는 제2 도전형 반도체층(4)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(4)은 p형 도전형 반도체층으로 구현되어, 활성층(3)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 도전형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한 제2 도전형 반도체층(4)상에는 제3 도전형 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제3 도전형 반도체층은 제2 도전형 반도체층(4)과 극성이 반대인 도전형 반도체층으로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 제1 도전형 반도체층(2), 활성층(3) 및 제2 도전형 반도체층(4)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제 1도전형 반도체층(2)이 p형 도전형 반도체층으로 구현되고, 제2 도전형 반도체층(4)이 n형 도전형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
투광성전극층(6)은 발광구조물(5)상에 위치하며, 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극패드(8)는 투광성전극층(6)의 상부에 형성될 수 있으며, 제2 전극패드(7)는 제1 도전형 반도체층(2)의 상부에 형성될 수 있다. 이때, 제2 도전형 반도체층(4)부터 제1 도전형 반도체층(2)의 일부분까지 메사식각함으로써, 제2 전극패드(7)를 형성할 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(2) 표면의 식각되어 노출된 영역에 제2 전극패드(7)를 형성할 수 있다.
또한, 제1 전극패드(8) 및 제2 전극패드(7)는 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 인듐(In), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.
다시 도 2(a)를 참조하면, 수평형 발광소자는 2개의 와이어(9)를 통한 와이어본딩 방식으로 제1 리드프레임(121) 및 제2 리드프레임(122)과 전기적으로 연결되어 외부 전원을 인가 받는다.
도 2(b)를 참조하면, 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 수직형 발광소자는 지지기판(10), 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(22), 제2 도전형 반도체층(23)을 포함하는 발광구조물(20), 투광성전극층(30), 반사층(40), 전도층(50) 및 제1 전극패드(60)를 포함할 수 있다. 도 2(a)의 실시예와 비교하면, 지지기판(10)상에 전도층(50) 및 반사층(40)을 더 포함하고, 제1 전극패드(60)는 제1 도전형 반도체층(21)상에 형성된다는 차이가 있다. 이하 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
지지기판(10)은 전도성 물질로 형성 될 수 있으며, 예를 들어, 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr), Si, Ge, GaAs, ZnO, GaN, Ga2O3 또는 SiC, SiGe, CuW 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.
이와 같은 지지기판(10)은 발광소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
지지기판(10) 상으로는 지지기판(10)과 전도층(50)의 결합을 위하여 결합층(미도시)을 형성할 수 있다. 결합층(미도시)은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 나이오븀(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
전도층(50)은 니켈(Ni-nickel), 백금(Pt), 티탄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 철(Fe), 몰리브덴(Mo)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들이 선택적으로 포함된 합금으로 이루어질 수 있다.
전도층(50)은 스퍼터링 증착 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 스퍼터링 증착 방법을 사용할 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜, 전도층(50)의 소스 재료(source material)에 충돌시키면, 소스 재료의 원자들이 튀어나와 증착된다. 또한, 실시예에 따라 전기 화학적인 금속 증착 방법이나, 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수도 있다. 실시예에 따라 전도층(50)은 복수의 레이어로 형성될 수도 있다.
전도층(50)은 발광 소자의 제조 공정상 발생할 수 있는 기계적 손상(깨짐 또는 박리 등)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전도층(50)은 지지기판(10) 또는 결합층(미도시)을 구성하는 금속 물질이 발광 구조물(20)으로 확산되는 것을 방지하는 효과가 있다.
한편, 제 1도전형 반도체층(21)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철을 형성해 줄 수 있다.
투광성전극층(30)은 본딩층(미도시) 및 반사층(40)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal), 또는 본딩 금속, 예를 들어, 티탄(Ti), 금(Au), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 탄탈(Ta) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
투광성전극층(30)은 오믹층/반사층/본딩층의 구조이거나, 오믹층/반사층의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)/본딩층의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 위 층들은 매우 얇은 두께로 형성되어 실제 제조시에는 층간 물질 중 일부가 섞여있는 형태(alloy)로 나타날 수도 있다.
반사층(40)은 발광구조물(20)의 활성층(22)에서 발생된 광 중 일부가 지지기판(10) 방향으로 향하는 경우, 발광소자의 상부 방향으로 향하도록 광을 반사시켜 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사층(40)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어지거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(270)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(40)을 발광 구조물(예컨대, 제 2도전형 반도체층(23))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(미도시)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(미도시)은 발광 구조물(예컨대, 제2 도전형 반도체층(23))의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(미도시)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있다. 상기 오믹층(미도시)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 그리고, 상기 오믹층(미도시)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
반사층(40)과 투광성전극층(30)은 폭 및 길이가 동일한 것으로 설명하지만, 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상이할 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
다시 도 2(b)를 참조하면, 수직형 발광소자는 1개의 와이어(70)를 통한 와이어본딩 방식으로 제1 리드프레임(121) 및 제2 리드프레임(122)과 전기적으로 연결되어 외부 전원을 인가 받는다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 오목부(h2)는 광원부(230)와 수직적으로 중첩되게 형성할 수 있다.
광원부(230)와 수직적으로 중첩되는 위치에 열충격이 집중되므로 그 위치에 오목부(h2)를 형성하면 응력발생 감소 효과를 크게 할 수 있다.
이 때, 광원부(230)나 와이어(250)가 외부로 노출되지 않도록 오목부(h2)를 형성하는 것이 중요하다. 따라서, 광원부(230)나 와이어(250)의 위치를 고려하여 광원부(230)와 오목부(h2) 및 와이어(250)와 오목부(h2)가 소정거리로 이격되도록 오목부(h2)를 형성할 수 있다.
도 4은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 오목부(h3)의 일부는 봉지재(360)로 충진될 수 있다.
오목부(h3)에 먼지등의 외부 불순물이 침투하게 되면 응력발생을 효과적으로 해소할 수 없기 때문에 오목부(h3)를 봉지재(360)로 충진하여 외부 불순물이 침투하는 것을 방지 할 수 있다.
이 때, 오목부(h3)를 충진하는 봉지재(360)는 상기 수지물(340)보다 경도가 크거나 같으면 오히려 응력발생이 증가할 수 있기 때문에 상기 수지물(340)보다 경도가 작은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 소프트한 실리콘 등일 수 있다.
또한, 오목부(h3)의 전체가 아닌 일부에 봉지재(360)를 충진하여 불순물 침투를 방지하면서도 효과적으로 응력발생 영향을 해소할 수 있다.
도 5(a), (b), (c)는 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면과 평면을 나타내는 도이다.
도 5(a), (b), (c)를 참조하면, 오목부(h)의 수직단면은 사각형상, V자형상, U자형상일 수 있으며, 오목부(h)의 평면형상은 원형이나 사각형 등이 될 수 있다.
여기서, 오목부(h)의 형상은 원통형(원기둥형상)일 수 있다. . 오목부(h)의 형상을 원통형으로 하면 상술한 바와 같이 원통형 바늘을 이용하여 쉽게 오목부(h)를 형성할 수 있고, 체적대비 표면적이 넓어 응력발생을 감소시키는데 효과적일 수 있다.
다만, 오목부(h)의 형상을 상술한 형상들에 한정하는 것은 아니고 다양한 형태로 형성할 수 있다.
또한, 오목부(h)는 복수개로 형성될 수 있으며, 상기 복수개의 오목부(h)는 규칙적 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다. 이 때, 오목부(h)가 복수개로 형성되면 하나의 오목부(h)가 형성될 때보다 응력발생을 효과적으로 감소시킬수 있다.
그 밖에, 오목부(h)는 연속적으로 형성되어 홈(오목하고 길게 패인 줄)의 형상도 가질 수 있는데, 이 때 하나의 홈을 형성함으로써 복수의 오목부(h)가 형성되는 효과가 있다.
도 6a는 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 조명장치의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
이하에서는, 실시 예에 따른 조명장치(400)의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치(400)의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 6b는 도 6a의 조명장치(400)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 조명장치(400)는 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자모듈(440)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자패키지(444)에서 발생된 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자패키지는(444)는 PCB(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB (442)로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
한편, 발광소자패키지(444)는 다수의 홀이 형성되고, 전도성 물질로 이루어진 필름을 포함할 수 있다.
금속 등의 전도성 물질로 형성된 필름은 광의 간섭현상을 많이 일으키기 때문에, 광파의 상호 작용에 의해 광파의 강도가 강해질 수 있어 광을 효과적으로 추출 및 확산시킬 수 있으며, 필름에 형성된 다수의 홀은 광원부에서 발생한 광의 간섭과 회절을 통해 효과적으로 광을 추출할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 조명장치(400)의 효율이 향상될 수 있다. 이때, 필름에 형성되는 다수의 홀의 크기는 광원부에서 발생하는 광의 파장보다 작은 것이 바람직하다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자모듈(440)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(430)는 발광소자패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자패키지(444)에서 발생한 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로 커버(430)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(444)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(450)에는 전원핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(400)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자모듈(520), 발광소자모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 560, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자모듈(520)은 복수의 발광소자패키지(524)와 복수의 발광소자패키지(524)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자패키지(524)는 다수의 홀이 형성된 필름을 발광면에 포함함으로써, 렌즈를 생략할 수 있어 슬림한 발광소자패키지를 구현할 수 있고, 동시에 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 보다 박형화한 백라이트유닛(570)의 구현이 가능해진다.
한편, 백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(560)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
다만, 도 7에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 8은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(610)은 도 7에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자모듈(623), 반사시트(624), 발광소자모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자모듈(623) 복수의 발광소자패키지(622)와 복수의 발광소자패키지(622)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자패키지(622)는 전도성 물질로 형성되고, 다수의 홀을 포함하는 필름을 발광면에 구비함으로써, 렌즈를 생략할 수 있게되어 슬림한 발광소자패키지를 구현할 수 있고, 동시에 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 보다 박형화한 백라이트유닛(670)의 구현이 가능해진다.
반사 시트(624)는 발광소자패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100, 200, 300 : 발광소자패키지 110 : 패키지몸체
120 : 리드프레임 130, 230 : 광원부
140, 340 : 수지물 150, 250 : 와이어
360 : 봉지재

Claims (13)

  1. 캐비티가 형성된 패키지몸체;
    상기 캐비티에 실장되는 광원부; 및
    상기 캐비티에 충진된 수지물을 포함하고,
    상기 수지물은 상기 수지물의 상면으로부터 소정깊이까지 이르는 오목부를 포함하는 발광소자패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 소정깊이는 상기 캐비티 깊이의 1/3내지 2/3인 발광소자패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 광원부와 수직적으로 중첩되도록 위치하는 발광소자패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 중심축과 상기 광원부 중심의 수평거리는 상기 캐비티 상부폭의 1/6보다 작은 발광소자패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패키지몸체는 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임을 구비하고,
    상기 광원부는 상기 제1 리드 프레임 및 상기 제2 리드 프레임 중 어느 하나의 상부에 배치된 발광소자패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 제1 리드프레임 및 상기 광원부와 상기 제2 리드프레임을 전기적으로 연결시키는 와이어를 더 포함하고,
    상기 오목부와 상기 와이어 및 상기 오목부와 상기 광원부는 소정거리로 이격되어 위치하는 발광소자패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 수직 단면은 V자 형상, U자 형상 및 사각형상 중 어느 하나인 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 상부폭은 0.1mm내지 0.5mm인 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 일부가 봉지재로 충진된 발광소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 복수개로 형성되며, 상기 복수 개의 오목부는 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 발광소자패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수지물은 형광체를 포함하는 발광소자패키지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 발광소자패키지를 포함하는 조명장치.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 발광소자패키지를 포함하는 백라이트장치.
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