KR20130029652A - 발광소자 패키지 및 조명시스템 - Google Patents

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KR20130029652A
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문연태
송윤수
최광규
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디 상에 발광소자; 상기 패키지 바디 상에 구비되며, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 전극; 상기 발광소자 상에 수지층; 및 상기 수지층 상에 렌즈;를 포함하고, 상기 렌즈와 상기 패키지 바디 사이에 위치하는 전극은 일부 영역에 개구부를 가질 수 있다.

Description

발광소자 패키지 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체소자로서, 화합물 반도체의 조성을 제어하여 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 파장(색)의 빛을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 빛을 구현할 수 있다.
발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성 등의 장점이 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광다이오드 조명장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용범위가 확대되고 있다.
종래기술에 의한 발광소자 패키지는 패키지 바디 상에 발광소자가 실장되고, 상기 패키지 바디 상에 전극층이 형성되어 상기 발광소자와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 발광소자 상에는 형광체를 포함하는 수지층 및 상기 수지층 상에 소정의 렌즈 형태의 몰딩부가 형성된다.
그런데, 종래기술에 의한 발광소자 패키지는 고온고습 동작시 신뢰성에 문제가 지적된다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 렌즈 몰딩부와 전극층 사이의 접착력의 약화로 인해 측면부위가 습기 유입에 취약하여 기밀성(Sealing quality)이 문제되고, 습기침투로 인해 금속층이 변색하여 광효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디 상에 발광소자; 상기 패키지 바디 상에 구비되며, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 전극; 상기 발광소자 상에 수지층; 및 상기 수지층 상에 렌즈;를 포함하고, 상기 렌즈와 상기 패키지 바디 사이에 위치하는 전극은 일부 영역에 개구부를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자 패키지를 구비하는 발광모듈부를 포함할 수 있다.
실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도.
도 3a은 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 3b는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 공정 단면도.
도 8은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층폴리머 보호막(220)막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이며, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다. 도 1은 도 2의 I-I'선을 따른 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 패키지 바디(205)와, 상기 패키지 바디(205) 상에 발광소자(230)와, 상기 패키지 바디(205) 상에 구비되며, 상기 발광소자(230)와 전기적으로 연결되는 전극(211, 212)과, 상기 발광소자(230) 상에 수지층(240) 및 상기 수지층(240) 상에 렌즈(250)를 포함하고, 상기 렌즈(250) 외곽 하측의 전극(211, 212)은 소정의 패턴을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈(250)와 상기 패키지 바디(205) 사이에 위치하는 전극(211, 212)은 일부 영역에 개구부를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광소자(230)는 발광다이오드 칩일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 패키지 바디(205)는 세라믹 절연층일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 패키지 바디(205)를 형성하는 세라믹 절연층은 질화물 또는 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 패키지 바디(205)는 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극(211)은 상기 패키지 바디(205) 상부로 노출되는 제1 상부 전극(211a), 상기 제1 상부 전극(211a)과 연결되며 상기 패키지 바디(205)을 관통하는 제1 중간 전극(211b), 상기 제1 중간 전극(211b)과 연결되며 상기 패키지 바디(205) 하부에 형성되는 제1 하부 전극(211c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 중간 전극(211b)은 상기 패키지 바디(205)를 관통하지 않고, 상기 패키지 바디(205)의 측면을 따라 제1 하부 전극(211c)과 연결될수도 있다.
상기 제2 전극(212)은 상기 패키지 바디(205) 상부로 노출되는 제2 상부 전극(212a), 상기 제2 상부 전극(212a)과 연결되며 상기 패키지 바디(205)에 형성된 제2 중간 전극(212b), 상기 제2 중간 전극(212b)과 연결되며 상기 패키지 바디(205) 하부에 형성되는 제2 하부 전극(212c)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(211) 중 제1 상부 전극(211a)은 상기 패키지 바디(205) 상에 노출되며 상기 발광소자(230)를 실장하는 실장패드로서 기능할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 제1 전극의 제1 상부 전극(211a)과 제2 전극의 제2 상부 전극(212a)은 개구부를 가지도록 패턴되며, 상기 개구부를 통해 상기 패키지 바디(205)의 일부가 노출되며, 상기 렌즈(250)는 상기 노출된 패키지 바디(205)의 일부와 접할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 렌즈(250)가 노출된 패키지 바디(205)와 결합함으로써 상기 렌즈(250)와 전극의 결합력에 비해 세라믹 재질의 패키지 바디(205)와 렌즈(250)의 결합력이 더 우수함으로써 렌즈와 패키지 바디 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 렌즈(250)가 상기 노출된 패키지 바디(205)의 상면과 견고히 결합함으로써 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 전극(211, 212)의 단면에서 수평 폭이 상부에서 하부 방향으로 감소할 수 있다. 한편, 이와 반대로 상기 패키지 몸체(205)의 노출된 면과 접하는 상기 전극의 측면은 상기 패키지 몸체(205)의 노출된 면과 예각을 이루며, 이로 인해 서로 마주보는 상기 전극의 측면 사이의 거리는 하부 방향으로 증가할 수 있다.
예를 들어, 상기 전극(211, 212)의 단면은 역메사 구조를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 의하면 상기 전극의 단면이 상부에서 하부 방향으로 감소함에 따라 전극 패턴 사이에 형성되는 렌즈의 단면은 하부에서 상부로 갈수록 증가한다. 이에 따라 렌즈가 전극 패턴 사이에 구조적으로 견고히 결합함으로써 렌즈와 전극 사이의 결합력이 현저히 증가하여 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
상기 수지층(240)은 형광체(미도시)를 포함할 수 있으며, 발광소자(230) 상에 컨포멀 코팅에 의해 발광소자(230) 상에 균일한 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 수지층(240)은 도팅(dotting) 형식으로 형성되어 돔 형상을 가질 수도 있다.
상기 발광소자(230)의 측면에는 절연층으로 수지층(240)베이션(미도시)이 형성되어 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
상기 렌즈(250)은 실리콘(silicone)에 의해 돔형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 3a은 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지(202)의 단면도이고, 도 3b는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예는 상기 렌즈(250) 외곽 하측과 상기 패키지 바디(205) 사이에 폴리머 보호막(220)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 보호막(220)은 상기 패키지 바디(205) 상에 배치되는 전극(211, 212)과 상기 렌즈(250) 사이에 배치될 수 있다.
상기 폴리머 보호막(220)은 상기 전극(211, 212) 및 상기 렌즈(250)와 접할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리머 보호막(220)은 발광소자(230)의 둘레에 위치하며 다각형 또는 폐곡선의 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴리머 보호막(220)은 도 3b와 같이 상기 발광소자(230)의 둘레에 위치하며 직선형으로 형성되거나, 곡선형(미도시)으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 렌즈(250) 외곽 하측과 상기 패키지 바디(205) 상에 폴리머 보호막(220)을 구비하여 외부 습기가 발광소자(230) 주의에 침투하는 침투경로를 길게 가져감으로써 침습경로를 차단하거나 저지함으로써 전극이나 발광소자의 다이본딩 영역이 습기와 결합하여 발생하는 수 있는 변색을 방지할 수 있다.
실시예에서 채용하는 상기 폴리머 보호막(220)은 솔더 리지스트(Solder resist)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 보호막(220)은 PSR(Photo Solder Resist) 또는 화이트 솔더 리지스트(white Solder resist) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 솔더 리지스트(Solder resist)는 렌즈(250)와 패키지 몸체 또는 전극과의 접착력을 강화시켜 발광소자 패키지 측면으로 침투되는 습기를 차단하여 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
이에 실시예는 상기 렌즈(250)의 외곽 하측에 폴리머 보호막(220)을 배치함으로써 렌즈(250)와 전극(211, 212) 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화하여 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 렌즈(250)의 외곽 하측에 배치된 폴리머 보호막(220)에 의해 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에서 폴리머 보호막(220)은 소정의 패턴 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 폴리머 보호막과 상기 제2 폴리머 보호막은 상기 발광소자(230)를 둘러싸는 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리머 보호막은 링 형상, 격자형태의 패턴 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 폴리머 보호막(220)이 소정의 패턴을 구비함으로써 렌즈(250)와 전극(211, 212) 사이의 결합력을 더욱 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화하여 습기침투를 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 폴리머 보호막에 패턴을 구비함으로써 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 효율적으로 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템을 제공할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법을 설명하면서 실시예의 특징을 좀 더 상술하기로 한다.
우선, 도 4와 같이 패키지 바디(205)를 준비하고, 상기 패키지 바디(205)에 전극(211, 212)을 형성한다.
상기 패키지 바디(205)는 세라믹 절연층일 수 있으며, 예를 들어 복수의 세라믹 절연층(미도시)이 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC:low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC:high temperature co-fired ceramic)로서, 각각의 절연층 사이에 설계에 따라 금속 전극패턴이 함께 형성될 수 있다.
상기 패키지 바디(205)를 형성하는 세라믹 절연층은 질화물 또는 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 패키지 바디(205)는 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전극(211, 212)은 상기 패키지 바디(205) 상에 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(211) 및 상기 제2 전극(212)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어, 상기 발광소자(230)에 전원을 제공할 수 있다. 한편, 상기 발광소자의 설계에 따라, 상기 제1,2 전극(211, 212) 외에 복수 개의 전극이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 전극(211)은 상기 패키지 바디(205) 상부로 노출되는 제1 상부 전극(211a), 상기 제1 상부 전극(211a)과 연결되며 상기 패키지 바디(205)을 관통하는 제1 중간 전극(211b), 상기 제1 중간 전극(211b)과 연결되며 상기 패키지 바디(205) 하부에 형성되는 제1 하부 전극(211c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 중간 전극(211b)은 상기 패키지 바디(205)를 관통하지 않고, 상기 패키지 바디(205)의 측면을 따라 제1 하부 전극(211c)과 연결될수도 있다.
상기 제2 전극(212)은 상기 패키지 바디(205) 상부로 노출되는 제2 상부 전극(212a), 상기 제2 상부 전극(212a)과 연결되며 상기 패키지 바디(205)에 형성된 제2 중간 전극(212b), 상기 제2 중간 전극(212b)과 연결되며 상기 패키지 바디(205) 하부에 형성되는 제2 하부 전극(212c)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(211) 중 제1 상부 전극(211a)은 상기 패키지 바디(205) 상에 노출되며 상기 발광소자(230)를 실장하는 실장패드로서 기능할 수 있다.
상기 제1,2 전극(211,212)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1,2 전극(211,212)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au)이 순차적으로 적층된 Ti/Cu/Ni/Au층 일 수 있다.
즉, 상기 제1,2 전극(211,212)의 최하층에는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta)과 같이 상기 패키지 바디(205)와 접촉력이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(211,212)의 최상층에는 금(Au)과 같이 와이어(Wire) 등이 용이하게 부착되며, 전기 전도성이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(211,212)의 최상층과 최하층 사이에는 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등으로 형성되는 확산 방지층(diffusion barrier layer)이 적층될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 전극(211,212)은 상기 패키지 바디(205)의 소결 전에 패터닝되어 상기 패키지 바디(205)와 함께 적층되고, 동시 소성됨으로써 패키지 바디(205) 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제2 전극(212)은 와이어(245)를 통하여 상기 발광소자(230)의 상면과 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 패키지 바디(205)의 상면의 제1 전극(211) 및 제2 전극(212) 상에는 반사층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5a와 같이 실시예에서 제1 전극의 제1 상부 전극(211a)과 제2 전극의 제2 상부 전극(212a)은 패턴되어 상기 패키지 바디(205)의 상면이 일부 노출되며, 상기 렌즈(250)는 상기 노출된 패키지 바디(205)의 상면과 접할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 렌즈(250)가 노출된 패키지 바디(205)와 결합함으로써 상기 렌즈(250)와 전극의 결합력에 비해 세라믹 재질의 패키지 바디(205)와 렌즈(250)의 결합력이 더 우수함으로써 렌즈와 패키지 바디 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 렌즈(250)가 상기 노출된 패키지 바디(205)의 상면과 견고히 결합함으로써 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 전극(211, 212)의 단면에서 수평 폭이 상부에서 하부 방향으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(211, 212)전극(211, 212)은 역메사 구조를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 의하면 상기 전극의 단면이 상부에서 하부 방향으로 감소함에 따라 전극 패턴 사이에 형성되는 렌즈의 단면은 하부에서 상부로 갈수록 증가한다. 이에 따라 렌즈가 전극 패턴 사이에 구조적으로 견고히 결합함으로써 렌즈와 전극 사이의 결합력이 현저히 증가하여 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
한편, 제2 실시예에 의하면 도 5b와 같이 상기 렌즈(250) 외곽 하측과 상기 패키지 바디(205) 사이에 폴리머 보호막(220)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 보호막(220)은 상기 패키지 바디(205) 상에 배치되는 전극(211, 212)과 상기 렌즈(250) 사이에 배치될 수 있다.
실시예에 의하면 상기 렌즈(250) 외곽 하측과 상기 패키지 바디(205) 상에 폴리머 보호막(220)을 구비하여 외부 습기가 발광소자(230) 주의에 침투하는 침투경로를 길게 가져감으로써 침습경로를 차단하거나 저지함으로써 전극이나 발광소자의 다이본딩 영역이 습기와 결합하여 발생하는 수 있는 변색을 방지할 수 있다.
실시예에서 채용하는 상기 폴리머 보호막(220)은 솔더 리지스트(Solder resist)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 보호막(220)은 PSR(Photo Solder Resist) 또는 화이트 솔더 리지스트(white Solder resist) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 솔더 리지스트(Solder resist)는 렌즈(250)와 패키지 몸체 또는 전극과의 접착력을 강화시켜 발광소자 패키지 측면으로 침투되는 습기를 차단하여 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
이에 실시예는 상기 렌즈(250)의 외곽 하측에 폴리머 보호막(220)을 배치함으로써 렌즈(250)와 전극(211, 212) 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화하여 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 렌즈(250)의 외곽 하측에 배치된 폴리머 보호막(220)에 의해 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에서 폴리머 보호막(220)은 소정의 패턴 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 폴리머 보호막과 상기 제2 폴리머 보호막은 상기 발광소자(230)를 둘러싸는 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리머 보호막은 링 형상, 격자형태의 패턴 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 상기 폴리머 보호막(220)이 소정의 패턴을 구비함으로써 렌즈(250)와 전극(211, 212) 사이의 결합력을 더욱 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화하여 습기침투를 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 폴리머 보호막에 패턴을 구비함으로써 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 효율적으로 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
다음으로, 도 6a와 같이 상기 패키지 바디(205) 상에 발광소자(230)를 실장한다.
상기 발광소자(230)는 상기 패키지 바디(205) 상에 탑재될 수 있다.
상기 발광소자(230)는 상기 패키지 바디(205)의 절연층 상에 직접 탑재되거나, 제1 전극(211) 또는 제2 전극(212) 위에 전기적으로 접착될 수 있다.
상기 발광소자(230)는 제1 전극(211) 위에 탑재되어 전기적으로 연결되고, 상기 와이어(245)에 의해 상기 제2 전극(212)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어(245)는 상기 제2 전극(212)에 일단이 접합되고, 타단이 상기 발광소자(230)에 접합될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광소자(230)는 245nm 내지 405nm대의 파장을 가지는 자외선 발광 다이오드, 또는 가시광선 파장을 가지는 Blue 발광다이오드, Red 발광다이오드 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광소자(230)는 와이어 본딩, 다이 본딩, 플립 본딩 방식을 선택적으로 이용하여 탑재할 수 있으며, 이러한 본딩 방식은 칩 종류 및 칩의 전극 위치에 따라 변경될 수 있다.
발광소자(230)는 III족과 V족 원소의 화합물 반도체 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs 등의 계열의 반도체를 이용하여 제조된 반도체 발광소자를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 발광소자(230)는 제1 전극(211)에 전도성 접착제로 부착되고, 와이어(245)로 제2 전극(212)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 발광소자(230)는 수직형 발광소자라 명명한다.
도 6b와 같이 발광소자(230)는 제2 전극층(238), 제2 도전형 반도체층(236), 활성층(234), 및 제1 도전형 반도체층(232)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극층(238)은 오믹층(미도시), 반사층(미도시), 결합층(미도시), 전도성 기판(미도시) 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극층(238)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(232)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(232)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 도전형 반도체층(232)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(234)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(234)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(236)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(236)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(236)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(232)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(236)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(236) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이, 발광소자(230) 상에 수지층(240)을 형성하고, 수지층(240) 상에 렌즈(250)를 형성한다. 상기 제2 전극(212)은 상기 발광소자(230)와 와이어(245)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수지층(240)은 형광체(미도시)를 포함할 수 있으며, 발광소자(230) 상에 컨포멀 코팅에 의해 발광소자(230) 상에 균일한 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 수지층(240)은 도팅(dotting) 형식으로 형성되어 돔 형상을 가질 수도 있다.
상기 발광소자(230)의 측면에는 절연층으로 패시베이션(미도시)이 형성되어 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
상기 렌즈(250)은 실리콘(silicone)에 의해 돔형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 렌즈(250)는 상기 수지층(240)의 물질과 유사한 물성을 물질로 형성하여 열응력에 따른 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈(250)는 실리콘(Silicone) 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 패턴된 전극에 의해 패키지 몸체가 일부 노출되고, 렌즈가 노출된 패키지 몸체와 결합함으로써 렌즈와 패키지 바디 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 렌즈가 노출된 패키지 몸체의 상면과 견고히 결합함으로써 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전극의 단면에서 수평 폭이 상부에서 하부 방향으로 감소할 수 있고, 이에 따라 전극 패턴 사이에 형성되는 렌즈의 단면은 하부에서 상부로 갈수록 증가한다. 그러므로, 렌즈가 전극 패턴 사이에 구조적으로 견고히 결합함으로써 렌즈와 전극 사이의 결합력이 현저히 증가하여 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화할 수 있고, 이에 따라 습기침투를 방지하여 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 렌즈의 외곽 하측에 폴리머 보호막을 배치함으로써 렌즈와 전극 사이의 결합력을 증대시켜 렌즈 측면부위의 기밀성(Sealing quality)을 강화하여 습기침투를 방지하여 전극의 변색이나 발광소자의 다이 접착제의 변색을 막음으로써 광효율을 증대시켜 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 렌즈의 외곽 하측에 배치된 폴리머 보호막에 의해 열응력 스트레스에 의한 렌즈의 변형을 저지해 줌으로써 렌즈의 박리(Delamination)문제를 방지하여 습기침투에 대한 기밀성이 강화되어 신뢰성이 개선된 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도이다.
도 8은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 8의 조명 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에서 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이스 몸체(1110)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)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 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(240)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(240)는 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 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)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(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
실시예는 신뢰성이 향상된 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템을 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 발광소자;
    상기 패키지 바디 상에 구비되며, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 전극;
    상기 발광소자 상에 수지층; 및
    상기 수지층 상에 렌즈;를 포함하고,
    상기 렌즈와 상기 패키지 바디 사이에 위치하는 전극은 일부 영역에 개구부를 가지는 발광소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 개구부에 의해 패키지 몸체의 일부가 노출되며,
    상기 렌즈는 상기 노출된 패키지 몸체 및 상기 개구부를 형성하는 전극의 단면과 접하는 발광소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전극의 단면에서,
    수평 폭이 상부에서 하부 방향으로 감소하는 발광소자 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 패키지 바디의 노출된 면과 접하는 상기 전극의 측면은 상기 패키지 바디의 노출된 면과 예각을 이루는 발광소자 패키지.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 전극의 단면은 역메사 구조를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 렌즈 외곽 하측의 상기 전극 상에 폴리머 보호막을 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 폴리머 보호막은
    상기 패키지 바디 상에 위치하는 전극과 상기 렌즈 사이에 위치하며, 상기 전극 및 상기 렌즈와 접하는 발광소자 패키지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 폴리머 보호막은
    상기 발광소자의 둘레에 위치하며 다각형 또는 폐곡선의 형상을 가지는 발광소자 패키지.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 폴리머 보호막은
    상기 발광소자의 둘레에 위치하며 직선형 또는 곡선형 중 적어도 하나를 포함하는 형상을 가지는 발광소자 패키지
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 폴리머 보호막은
    솔더 리지스트(Solder resist)를 포함하는 발광소자 패키지.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 구비하는 발광모듈부를 포함하는 조명시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101718959B1 (ko) 2016-11-23 2017-03-24 (주)한승 고조파 왜곡이 개선된 엘이디 조명 장치

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