KR20130039973A - 발광소자 패키지 및 조명 장치 - Google Patents

발광소자 패키지 및 조명 장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자, 상기 발광 소자와 병렬 연결되는 제너 다이오드, 그리고 상기 발광 소자를 덮으며 상기 캐비티를 매립하는 수지재를 포함하며, 상기 제너 다이오드의 동작 전압과 상기 발광 소자의 동작 전압의 차가 2V이하를 갖는 발광소자 패키지를 제공한다. 따라서, 복수의 발광소자 패키지를 직렬로 연결하여 사용하는 경우, 하나의 발광소자 패키지 내에서 발생하는 발광 다이오드의 오동작에 의해 복수의 발광소자 패키지가 전부 단락되는 것을 방지할 수 있다.

Description

발광소자 패키지 및 조명 장치{The light emitting device package and the light emitting system}
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광소자 패키지로 이용되고 있으며, 발광소자 패키지는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예는 제너 다이오드의 동작 전압을 제어하여 오동작을 보상할 수 있는 발광소자 패키지 및 조명 장치를 제공한다.
실시예는 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자, 상기 발광 소자와 병렬 연결되는 제너 다이오드, 그리고 상기 발광 소자를 덮으며 상기 캐비티를 매립하는 수지재를 포함하며, 상기 제너 다이오드의 동작 전압과 상기 발광 소자의 동작 전압의 차가 2V이하를 갖는 발광소자 패키지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 발광소자 패키지 내에 병렬 연결되어 있는 제너 다이오드와 발광 다이오드의 동작 전압의 차를 2V 이하로 설정함으로써 상기 발광 다이오드가 오작동하더라도 상기 제너 다이오드를 통하여 전류가 흐를 수 있다.
따라서, 복수의 발광소자 패키지를 직렬로 연결하여 사용하는 경우, 하나의 발광소자 패키지 내에서 발생하는 발광 다이오드의 오동작에 의해 복수의 발광소자 패키지가 전부 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이다.
도 4는 도 3의 발광소자 패키지를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 3의 발광소자 패키지의 동작 전압을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 7은 도 6의 발광소자 패키지를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이다.
도 8은 도 6의 발광소자 패키지를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 발광 모듈의 연결을 나타내는 상면도이다.
도 11은 본 발명의 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"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.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 발광 다이오드의 단면도이고, 도 4는 도 3의 발광소자 패키지를 나타내는 회로도이며, 도 5는 도 3의 발광소자 패키지의 동작 전압을 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(100)는 몸체(110), 상기 몸체(110) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자(120), 그리고 상기 몸체(110) 상에 배치되어, 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는(100)는 상기 발광 소자(120)를 보호하는 수지재(170)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 몸체(110)는 전도성을 갖는 도체로 형성될 수도 있다. 몸체(110)가 전기 전도성을 갖는 재질인 경우, 몸체(110)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어 몸체(110)가 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 쇼트(short)되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 위에서 바라본 몸체(110)의 둘레 형상은 발광 소자 패키지(100)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 몸체(110)에는 상부(112)가 개방되도록 캐비티(115)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(115)는 예를 들어, 사출 성형에 의해 형성되거나, 에칭에 의해 형성될 수 있다.
상기 캐비티(115)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 그 내측면은 바닥면에 대하여 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다. 상기 경사진 측면은 상기 몸체(110)에 습식 식각(Wet Etching)을 실시하여 형성된 경우, 50°내지 60°의 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 캐비티(115)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상 일 수 있다.
상기 몸체(110) 위에 상기 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(131) 및 상기 제2 전극(132)은 양극과 음극으로 전기적으로 분리되어, 상기 발광 소자(120)에 전원을 제공할 수 있다. 한편, 상기 발광 소자(120)의 설계에 따라, 상기 제1,2 전극(131,132) 외에 복수 개의 전극이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 제1, 2 전극(131,132)은 상기 캐비티(115) 내에 서로 분리되며 노출되어있으며, 도 2와 같이 몸체(110)의 측면을 감싸며 배면까지 연장되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1,2전극(131,132)은 단층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Sn, Ni, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1,2 전극(131,132)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1,2 전극(131,132)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au)이 순차적으로 적층된 Ti/Cu/Ni/Au층 일 수 있으나, 이것에 한정하지 않는다.
즉, 상기 제1,2 전극(131,132)의 최하층에는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta)과 같이 상기 몸체와의 접착력이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(131,132)의 최상층에는 금(Au)과 같이 와이어(Wire) 등이 용이하게 부착되며, 전기 전도성이 우수한 재질이 적층되고, 상기 제1,2 전극(131,132)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(131,132)은 도금 방식, 증착 방식, 포토리소그래피 등을 이용하여 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제1,2 전극(131,132)은 전도성 연결부재인 와이어(122)가 부착되어, 상기 제1,2 전극(131,132)을 상기 발광 소자(120)와 전기적으로 연결할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 상기 제1,2 전극(131,132)의 혼동 없이 구분하기 위해, 상기 몸체(110)에는 캐쏘드 마크(cathode mark)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(120)는 상기 몸체(110) 상에 탑재될 수 있다. 상기 몸체(110)가 상기 캐비티(115)를 포함하는 경우, 상기 발광 소자(120)는 상기 캐비티(115) 내에 탑재될 수 있다.
상기 발광 소자(120)는 상기 발광소자 패키지(100)의 설계에 따라 적어도 하나가 상기 몸체(110) 상에 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)가 복수 개 탑재된 경우, 복수 개의 발광소자 패키지(100)에 전원을 공급하는 복수 개의 전극 이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(120)는 상기 몸체(110) 상에 직접 탑재되거나, 제1 또는 2 전극(131,132) 위에 전기적으로 접착될 수 있다.
발광 소자(120)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.
발광 소자(120)는 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs 등의 계열의 반도체를 이용하여 제조된 반도체 발광소자를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 2와 같이, 상기 발광 소자(120)는 제2 전극(132)에 전도성 접착제로 부착되고, 와이어(122)로 제1 전극(131)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 발광 소자(120)는 수직형 발광소자라 명명하며, 도 3과 같이 전도성 지지기판(21), 본딩층(23), 제2 도전형 반도체층(25), 활성층(27), 및 제1 도전형 반도체층(29)을 포함한다.
전도성 지지기판(21)은 금속 또는 전기 전도성 반도체 기판으로 형성될 수 있다.
기판(21) 위에는 III족-V족 질화물 반도체층이 형성되는 데, 반도체의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
전도성 지지기판(21) 위에는 본딩층(23)이 형성될 수 있다. 본딩층(23)은 전도성 지지기판(21)과 질화물 반도체층을 접착되도록 한다. 또한, 전도성 지지기판(21)은 본딩 방식이 아닌 도금 방식으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 본딩층(23)은 형성되지 않을 수도 있다.
본딩층(23) 위에는 제2 도전형 반도체층(25)이 형성되며, 제2 도전형 반도체층(25)은 제1 전극(131)과 전기적으로 연결된다.
제2 도전형 반도체층(25)은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(25)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba를 포함한다.
제2 도전형 반도체층(25)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Mg와 같은 p형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 p형 GaN층으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)은 소정 영역에 전류 확산(current spreading) 구조를 포함한다. 전류 확산 구조는 수직 방향으로의 전류 확산 속도보다 수평 방향으로의 전류 확산 속도가 높은 반도체층들을 포함한다.
전류 확산 구조는 예컨대, 도펀트의 농도 또는 전도성의 차이를 가지는 반도체층들을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)은 그 위의 다른 층 예컨대, 활성층(27)에 균일한 분포로 확산된 캐리어를 공급될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25) 위에는 활성층(27)이 형성된다. 활성층(27)은 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물(MQW) 구조로 형성될 수 있다. 활성층(27)의 한 주기는 InGaN/GaN의 주기, AlGaN/InGaN의 주기, InGaN/InGaN의 주기, 또는 AlGaN/GaN의 주기를 선택적으로 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(25)과 활성층(27) 사이에는 제2 도전형 클래드층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 p형 GaN계 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 우물층의 에너지 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(27) 위에는 제1 도전형 반도체층(29)이 형성된다. 제1 도전형 반도체층(29)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등에서 적어도 하나를 첨가될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(29)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Si와 같은 n형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 n형 GaN층을 형성할 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(25)은 p형 반도체층, 제1 도전형 반도체층(29)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 발광 구조물은 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. 이하, 실시 예의 설명을 위해 반도체층의 최상층은 제1 도전형 반도체층(29)을 그 예로 설명하기로 한다.
제1 도전형 반도체층(29) 위에는 제1 전극 또는/및 전극층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 전극층은 산화물 또는 질화물 계열의 투광층 예컨대, ITO(indium tin oxide), ITON(indium tin oxide nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(indium zinc oxide nitride), 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), IrOx, RuOx, NiO의 물질 중에서 선택되어 형성될 수 있다. 전극층은 전류를 확산시켜 줄 수 있는 전류 확산층으로 기능할 수 있다.
또한, 전극층은 반사 전극층일 수 있으며, 반사 전극층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 제1 전극은 단층 또는 다층 구조의 금속층을 포함할 수 있으며, 예컨대 금속층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(120)는 복수 개가 상기 몸체(110) 상에 탑재될 수도 있다.
한편, 상기 발광소자 패키지(100)는 캐비티(115) 내에 제너 다이오드(150)를 포함한다.
상기 제너 다이오드(150)는 상기 발광 소자(120)보다 작은 크기를 가지며, 제1 전극(132)에 일전극이 부착되고 타전극이 와이어를 통해 제2 전극(131)에 연결되는 구조를 가질 수 있다.
상기 제너 다이오드(150)는 발광소자(120)와 병렬로 연결되어 제1 전극(132) 및 제2 전극(131)으로부터 인가되는 전류를 흘린다.
이때, 상기 제너 다이오드(150)는 동작 전압이 발광소자(120)보다 높게 설정되어 있어 발광소자(120)의 동작 전압에 맞춘 전류가 흐르는 경우, 제너 다이오드(150)로 전류가 흐르지 않는 구조를 가진다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여, 실시예의 제너 다이오드(150)에 대하여 상세히 설명한다.
도 4에서는 제1 전극(132)을 제1 노드(n1)로 표현하고, 제2 전극(131)을 제2 노드(n2)로 표현한다.
상기 제1 노드(n1)에 상기 발광 소자(120)의 양의 전극이 연결되고, 제2 노드(n2)에 발광 소자(120)의 음의 전극이 연결된다.
한편, 상기 제1 노드(n1)에 상기 제너 다이오드(150)의 양의 전극이 연결되고, 제2 노드(n2)에 제너 다이오드(150)의 음의 전극이 연결되어 상기 제너 다이오드(150)와 상기 발광 소자(120)가 정 방향으로 병렬 연결되어 있다.
이때, 상기 제1 노드(n1)로부터 제2 노드(n2)로 흐르는 동작 전류(If)는 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)에 따라 설정된다.
도 5에서 제1 그래프(fd)는 발광소자(120)의 전압-전류 그래프이고, 제2 그래프(fz)는 실시예의 제너 다이오드(180)의 전압-전류 그래프이고, 제3 그래프(fzref)는 비교 제너 다이오드의 전압-전류 그래프이다.
상기 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)이 도 5와 같이 Vd를 가지는 경우, 상기 동작 전류(If)는 상기 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)이 걸리는 만큼 제1 노드(n1)를 통해 인가된다.
따라서, 상기 발광 소자(120)는 동작 전류(If)를 받아 상기 동작 전압(Vd)이 걸리게 되어 일정한 발광량의 발광 동작을 진행한다.
일반적으로 사용되는 제너 다이오드(150)의 경우를 비교 제너 다이오드로 표현하였다.
일반적인 제너 다이오드는 발광 소자(120)에 정전기와 같은 과전류가 흐를 때 턴온되어 상기 과전류를 제너 다이오드(150)를 통해 흐르도록 함으로써 상기 발광 소자(120)로의 과전류 흐름을 차단하는 보호 소자로서 기능한다.
따라서, 상기 비교 제너 다이오드는 일반적인 발광 동작을 위한 동작 전류(If)가 흐르는 경우에는 저항값이 높도록 설정되어 동작 전압(Vd)이 높게 형성되어 있다.
상기 비교 제너 다이오드의 동작 전압(Vzref)은 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)이 3.2V 정도를 충족할 때, 10V 정도를 충족하도록 높게 설정되어 있다.
이때, 실시예의 제너 다이오드(150)의 경우, 동작 전압(Vz)을 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)과 유사한 범위를 갖도록 설정된다.
즉, 상기 제너 다이오드(150)의 동작 전압(Vz)은 발광 소자(120)의 동작 전압(Vd)에 대하여 1 내지 2V 높도록 설정되어 있다.
따라서, 상기 제너 다이오드(150)는 제1 노드(n1)를 통해 과전류가 흐를 경우에도 턴온되어 과전류를 제너 다이오드(150)를 통하여 흘림으로써 발광 소자(120)를 보호할 뿐만 아니라, 상기 발광 소자(120)와 상기 노드들(n1, n2) 사이의 연결에 단락이 발생하는 경우, 상기 동작 전류(If)를 상기 제너 다이오드(150)를 통해 흘릴 수 있다.
이와 같은 동작은 복수의 발광소자 패키지(100)를 직렬 연결할 경우, 하나의 발광소자 패키지(100)의 발광 소자(120)의 단락에 의해 발광소자 패키지(100) 전체가 오프되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 캐비티(115) 내에 상기 캐비티(115)를 매립하는 몰딩재(170)를 포함한다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 물질로 형성되며, 몸체(110)의 상부까지 형성된다.
상기 몰딩재(170)는 투광성 수지 내에 형광체가 분산되어 있는 구조를 가지며, 상기 형광체는 상기 발광 소자(120)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화하여 다른 파장의 빛으로 방출한다.
예컨대, 발광 소자(120)가 청색 발광 다이오드이고, 형광체가 황색 형광체인 경우 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 백색의 빛을 생성할 수 있다. 발광 소자(120)가 자외선(UV)을 방출하는 경우에는, Red, Green, Blue 삼색의 형광체가 첨가되어 백색광을 구현할 수도 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참고하여 다른 실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이고, 도 7은 도 6의 발광소자 패키지를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이며, 도 8은 도 6의 발광소자 패키지를 나타내는 회로도이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 발광 소자 패키지(200)는 몸체(220), 캐비티(240)를 갖는 제1리드 프레임(231) 및 제2 리드 프레임(232), 제3 리드 프레임(233), 복수의 발광 소자(220), 제너 다이오드(250) 및 와이어들(222)을 포함한다.
상기 몸체(210)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게 몸체(210)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 이루어질 수 있다.
상기 몸체(210)는 전도성을 갖는 도체로 형성될 수도 있다. 몸체(210)가 전기 전도성을 갖는 재질인 경우, 몸체(210)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어 몸체(210)가 제1 리드 프레임(231), 및 제2 리드 프레임(232)와 전기적으로 쇼트(short)되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 위에서 바라본 몸체(210)의 둘레 형상은 발광 소자 패키지(200)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 몸체(210)의 상부에는 개방 영역(215)을 포함하며, 광이 방출되는 영역이다.
상기 몸체(220)의 하면에는 제1 리드 프레임(231)의 하면 및 제2리드 프레임(232)의 하면이 배치되며, 상기 하면은 보드 위의 패드에 솔더와 같은 접속 부재로 연결되고, 방열 플레이트로 사용된다.
상기 개방 영역(215)를 덮으며 수지재(270)가 형성된다.
상기 수지재(270)는 투광성 물질로 디스펜싱될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 리드 프레임(231)은 캐비티(240)를 포함하며, 상기 캐비티(240)는 상기 제2리드 프레임(231)의 상면으로부터 오목한 형상, 예컨대, 컵(Cup) 구조 또는 리세스(recess) 형상을 포함한다. 상기 캐비티(240)의 측면은 상기 캐비티(240)의 바닥면으로부터 경사지거나 수직하게 절곡될 수 있다.
상기 제2 리드 프레임(232)은 캐비티(240)를 포함하며, 구성은 제1 리드 프레임(231)의 그것과 동일하다.
제3 리드 프레임(233)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임의 중앙 영역에 형성되어 있으며, 상기 제1 및 제2 리드 프레임과 분리되어 형성되어 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임은 각각의 양의 전극 및 음의 전극으로 기능할 수 있으며, 제3 리드 프레임은 무극성 전극으로 기능할 수 있다.
상기 개방 영역(215)의 아래에 제2리드 프레임(231)의 캐비티(215) 및 제2 리드 프레임(232)의 캐비티(240)가 배치된다.
상기 캐비티(240)에는 적어도 하나의 발광 소자(220)가 배치되며, 상기 발광 소자(220)는 상기 캐비티(240)의 바닥에 부착된다.
상기 제3 리드 프레임(233) 위에는 제너 다이오드(250)가 부착되어 있다.
상기 2개의 발광 소자(220) 및 제너 다이오드(250)는 와이어(222)를 통해 서로 연결되어 있다.
상기 발광 소자(220) 및 제너 다이오드(250)의 전기적 연결은 도 8을 참고하여 설명한다.
도 8에서 제1 리드 프레임(231) 및 제2 리드 프레임(232)은 각각 제1 노드(n1) 및 제2 노드(n2)로 정의된다.
제1 및 제2 리드 프레임(231, 232) 위의 발광 소자(220)를 각각 제1 발광소자(220a) 및 제2 발광소자(220b)로 정의할 때, 상기 와이어(222)의 연결에 따라 상기 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)가 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 직렬 연결되어 있다.
상기 제너 다이오드(250)는 상기 와이어(222)의 연결에 따라 상기 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에서 상기 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)와 정방향으로 병렬 연결되어 있다.
이때, 제2 실시예의 발광 소자(220a, 220b)의 경우에도 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)의 동작 전압(Vd)의 합이 도 5의 발광소자 동작전압과 같을 수 있으며, 각각의 발광 소자(220a, 220b)에 할당되는 동작 전압이 3.2V 라 할 때, 상기 제1 노드 및 제2 노드 사이에 걸리는 전압은 6.4V를 충족한다.
이때, 상기 제너 다이오드(250)의 동작 전압(Vz)을 상기 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 걸리는 전압보다 1 내지 2V 높게 설정한다.
즉, 상기 제너 다이오드(250)의 동작 전압이 7.4 내지 8.4V를 충족한다.
따라서, 도 8과 같이 정상적인 동작 전류가 흘러 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)가 발광 동작을 진행할 때, 다수의 와이어 연결 중 하나의 와이어가 단락되는 경우 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)는 발광 동작을 진행할 수 없다.
이때, 상기 제너 다이오드(250)의 동작 전압이 제1 및 제2 발광소자(220a, 220b)의 동작전압의 합과 큰 차이가 없는 경우, 상기 제너 다이오드(250)를 통해 동작 전류(Id)가 흐름으로써 상기 발광소자 패키지(200)를 통한 전류 흐름은 정상적으로 진행할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 9에 도시된 표시 장치, 도 11에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이고, 도 10은 도 9의 발광 모듈의 상면도이다.
도 9를 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(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 반사 부재(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 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 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 배치되어 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(100)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 기판(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(33)은 복수의 단자패드(1034), 커넥터 패드(1035) 및 상기 단자패드(1034)와 커넥터 패드(1035)를 연결하는 배선(1032)을 포함한다.
상기 단자패드(1034) 및 커넥터 패드(1035)는 외부에 노출되어 있으며, 상기 배선(1032)은 솔더 레지스트에 의해 덮여있을 수 있다.
상기 기판(33) 위에 복수의 발광소자 패키지(100)가 배치되는 경우, 상기 복수의 발광소자 패키지(100)는 도 10과 같은 단자패드(1034)의 형성에 의해 서로 직렬 연결될 수 있다. 즉, 이웃한 발광소자 패키지(100)의 제1 전극과 제2 전극이 하나의 단자패드(1034)에 동시에 연결됨으로써 이웃한 발광소자 패키지(100)가 직렬 연결된다.
이와 같이 하나의 발광 모듈(31)에 복수의 발광소자 패키지(100)가 직렬 연결되어 있는 경우, 하나의 발광소자 패키지(100)의 발광소자에서 발생하는 단락에 의해 복수의 발광소자 패키지(100)가 전부 오프되는 위험을 방지하기 위하여, 실시예와 같이 제너 다이오드의 동작 전압을 제어할 수 있다.
상기 복수의 발광 소자 패키지(100)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(100)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(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 반사 부재(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 커버(미도시)와 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 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 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 상기 표시 패널(1061)로 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.
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 11은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 11을 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(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100)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(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(100)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 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
발광소자 패키지 100, 200
발광 소자 120, 220
몸체 110, 210
제너 다이오드 150. 250

Claims (10)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체,
    상기 캐비티 내에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자,
    상기 발광 소자와 병렬 연결되는 제너 다이오드, 그리고
    상기 발광 소자를 덮으며 상기 캐비티를 매립하는 수지재
    를 포함하며,
    상기 제너 다이오드의 동작 전압과 상기 발광 소자의 동작 전압의 차가 2V이하를 갖는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제너 다이오드의 동작 전압은 상기 발광소자의 동작 전압보다 1V이상 높은 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광소자 패키지는 2개 이상의 발광 소자를 가지며,
    상기 2개 이상의 발광 소자는 서로 직렬 연결되어 있는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제너 다이오드는 직렬 연결된 상기 2개 이상의 발광 소자와 병렬 연결되어 있는 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제너 다이오드의 동작 전압은 상기 제너 다이오드와 병렬 연결되어 있는 상기 발광 소자의 동작 전압의 합과의 차가 2V 이하를 충족하는 발광소자 패키지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 몸체에 서로 분리되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 가지며, 상기 발광 소자는 상기 제1 전극 및 제2 전극에 각각 배치되는 발광소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극과 분리되어 있는 제3 전극을 가지며,
    상기 제너 다이오드는 상기 제3 전극에 배치되는 발광소자 패키지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발광 소자 및 상기 제너 다이오드의 연결은 와이어를 통해 형성되는 발광소자 패키지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 복수의 발광소자 패키지, 그리고
    상기 복수의 발광소자 패키지를 지지하며, 상기 복수의 발광소자 패키지를 직렬 연결하는 모듈 기판
    을 포함하는 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모듈 기판은
    상기 복수의 발광소자 패키지에 전류를 제공하는 패드를 포함하며, 이웃한 상기 발광소자 패키지는 서로 다른 전극이 하나의 상기 패드에 연결되는 발광소자 패키지.
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