KR20130060638A - 발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명 시스템 - Google Patents

발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명 시스템 Download PDF

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KR20130060638A
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최성욱
황덕기
이정우
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 시스템에 관한 것으로서, 실시예의 발광 소자는, 기판 및 기판의 상부에 형성된 발광 구조물을 포함하는 발광 칩; 발광 칩의 외부면의 적어도 일부를 덮으며, 제1 인광 물질을 포함하는 적어도 하나의 인광층; 및 발광 칩과 인광층 사이에 개재된 접착층을 포함한다.

Description

발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, PACKAGE INCLUDING THE SAME, AND LIGHTING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시예는 발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 또는 조명용 광원으로 그 사용이 증가하고 있다.
최근에는 청색 또는 녹색 등의 단파장 광을 이용하여 풀 컬러 구현이 가능한 고출력 발광 칩이 개발된 바 있다.
대한민국 등록 번호 10-0632669
실시예는 발광 칩의 외부면을 컨포멀하게 덮는 인광층을 갖는 발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 시스템을 제공하고자 한다.
실시예의 발광 소자는, 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 발광 구조물을 포함하는 발광 칩; 상기 발광 칩의 외부면의 적어도 일부를 컨포멀하게 덮으며, 제1 인광 물질을 포함하는 적어도 하나의 인광층; 및 상기 발광 칩과 상기 인광층 사이에 개재된 접착층을 포함한다. 여기서, 상기 인광층은 필름 형태일 수 있다. 또한, 상기 인광층은 상기 발광 칩의 기판의 적어도 일부를 덮지 않을 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는 플립 칩 방식 또는 와이어 방식으로 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 인광층은 상기 접착층의 위에서 상기 발광 칩의 양 측벽 및 상면을 균일한 두께로 덮고, 상기 접착층은 상기 발광 칩의 양 측벽 및 상면을 균일한 두께로 덮을 수 있다.
또한, 상기 인광층 및 상기 접착층은 와이어가 매립될 홀을 갖고, 상기 홀은 상기 인광층 및 상기 접착층을 관통하며 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착층은 제2 인광 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 인광 물질과 상기 제2 인광 물질의 종류는 서로 다르거나 동일할 수 있다.
다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 발광 소자는 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 발광 구조물을 포함하는 발광 칩; 상기 발광 칩의 외부면의 적어도 일부를 컨포멀하게 덮으며, 제1 인광 물질을 포함하는 적어도 하나의 인광층; 및 상기 발광 칩과 상기 인광층 사이에 개재된 접착층을 포함한다.
또한, 상기 발광 소자와 상기 전극은 플립 칩 방식 또는 와이어 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 와이어 방식의 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자를 상기 전극에 전기적으로 연결시킴과 동시에 고정시키는 도전성 접합층을 더 포함할 수 있다. 상기 인광층 및 상기 접착층을 관통하여 형성된 홀을 통해 매립된 와이어에 의해 상기 발광 소자는 상기 전극과 연결될 수 있다.
또한, 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자 및 상기 전극 위에 형성되는 몰딩부를 더 포함할 수 있다. 상기 몰딩부는 상기 발광 소자에서 방출되는 광의 파장을 변화시키는 제3 인광 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 인광 물질과 상기 제3 인광 물질의 종류는 동일하거나 다를 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자, 이를 포함하는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 시스템은 발광 칩의 외부면을 인광층으로 컨포멀하게 덮기 때문에, 색감에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 1b는 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2a 및 2b는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 실시예에 의한 도 1a에 도시된 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 도 3b에 도시된 접착층과 결합된 인광층의 사시도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 도 3b에 도시된 접착층과 인광층의 결합된 단면도를 나타낸다.
도 6은 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 7은 다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템을 설명하는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템을 나타내는 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 요소(element)의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 요소들이 서로 직접(directly) 접촉되거나 하나 이상의 다른 요소가 상기 두 요소들 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)”로 표현되는 경우 하나의 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a 및 1b는 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타내고, 도 2a 및 2b는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 1a 내지 2b에 도시된 발광 소자(10A, 10B, 20A, 및 20B) 각각은 발광 칩(chip)(140), 접착층(162) 및 인광층(164)을 포함한다.
발광 칩(140)은 기판(142) 및 발광 구조물(144)를 포함한다.
기판(142)은 전극의 역할을 수행할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자(10A, 10B, 20A, 또는 20B) 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
예를 들어, 기판(142)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 기판(142)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
발광 구조물(144)은 기판(142)의 상부에 형성되어 광을 방출한다. 이를 위해, 발광 구조물(144)은 제1 도전형 반도체층(미도시), 제2 도전형 반도체층(미도시) 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층의 사이에 형성되는 활성층(미도시)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층이 N형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
활성층은 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 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. 예를 들어, 활성층은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층의 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. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 낮은작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층이 P형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(144)은 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.
인광층(164)은 접착층(162)을 사이에 두고 발광 칩(140)의 외부면의 적어도 일부를 컨포멀(conformal)하게 덮는다.
일 실시예에 의하면, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 인광층(164)은 발광 칩(140)의 전체를 컨포멀하게 덮을 수 있다. 즉, 인광층(164)은 기판(142)과 발광 구조물(144)의 전체를 컨포멀하게 덮을 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 인광층(164)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(142)의 적어도 일부를 덮지 않을 수도 있다. 예를 들어, 인광층(164)은 발광 구조물(144)의 외부면 전체는 덮지만, 기판(142)의 전부를 덮지 않거나 기판(142)의 일부를 덮지 않을 수도 있다.
또한, 인광층(164)은 필름 형태일 수 있으며, 실리콘 또는 에폭시와 같은 재료로 형성될 수 있으며, 제1 인광 물질을 포함하며, 복수 개의 적층된 층으로 구현될 수 있다.
실시예에 의하면, 인광층(164)에 포함될 수 있는 제1 인광 물질은 YAG, TAG 같은 Garnet계, Silicate계, SiN을 포함하는 Nitride계, SiON을 포함하는 Oxynitride계로 이루어질 수 있다.
접착층(162)은 발광 칩(140)과 인광층(164) 사이에 개재되어, 발광 칩(140)의 외부면에 인광층(164)을 접착시킨다.
접착층(162)은 1.3 내지 1.6의 굴절율과 60% 내지 99%의 투과율을 갖는 물질로 구현될 수 있다. 예를 들면, 접착층(162)은 실리콘 레진 등으로 형성될 수 있다.
또한, 접착층(162)은 제2 인광 물질을 포함할 수 있고 포함하지 않을 수도 있다. 접착층(162)에 포함된 제2 인광 물질과 인광층(164)에 포함된 제1 인광 물질의 종류는 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 접착층(162)에 포함된 제2 인광 물질과 인광층(164)에 포함된 제1 인광 물질의 량은 동일하거나 다를 수 있다.
실시예에 의하면, 접착층(162)에 포함될 수 있는 제2 인광 물질은 YAG, TAG 같은 Garnet계, Silicate계, SiN을 포함하는 Nitride계, SiON을 포함하는 Oxynitride계로 이루어질 수 있다.
실시예에 의하면, 인광층(164)은 접착층(162) 위에서 발광 칩(140)의 양 측벽(140a 및 140b)과 상면(140c)을 균일한 두께로 덮는다. 즉, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 인광층(164)은 접착층(162)의 위에서 발광 칩(140)의 양 측벽(140a 및 140b)을 제1 두께(d1)로 덮고, 발광 칩(140)의 상면(140c)을 제2 두께(d2)로 덮는다. 여기서, 제1 두께(d1)와 제2 두께(d2)는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 제2 두께(d1 또는 d2)는 30㎛ 내지 80㎛일 수 있다.
또한, 접착층(162)은 발광 칩(140)의 양 측벽(140a 및 140b) 및 상면(140c)을 균일한 두께로 덮는다. 즉, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 접착층(162)은 발광 칩(140)의 양 측벽(140a 및 140b)을 제3 두께(d3)로 덮고, 발광 칩(140)의 상면(140c)을 제4 두께(d4)로 덮는다. 여기서, 제3 두께(d3)와 제4 두께(d4)는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제3 또는 제4 두께(d3 또는 d4)는 15㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
한편, 발광 칩(140) 내부의 전극 위치나 발광 칩(140)의 종류에 따라, 발광 소자는 플립 칩(flip chip) 방식이나 와이어 본딩(wire bonding) 방식 등과 같은 본딩 방식을 사용하여 후술되는 발광 소자 패키지의 전극(또는, 리드 프레임)에 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 즉, 후술되는 바와 같이 도 1a 및 2a에 도시된 발광 소자(10A 및 20A)는 플립 칩 방식으로 발광 소자 패키지의 전극과 전기적으로 연결된다. 이에 반하여, 도 1b 및 도 2b에 도시된 발광 소자(10B 및 20B)는 와이어 본딩 방식으로 발광 소자 패키지의 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(10B 및 20B)과 전극이 연결되는 형태에 따라 수평형이나 수직형으로 구분된다.
만일, 발광 소자(10B 및 20B)가 와이어 본딩 방식으로 발광 소자 패키지의 전극과 연결될 경우, 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이 인광층(164) 및 접착층(162)은 와이어가 매립될 홀(118)을 갖는다. 이때, 홀(118)은 인광층(164) 및 접착층(162)을 관통하여 형성되어 있다.
또한, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 발광 소자(10A, 10B, 20A 또는 20B)의 경우, 접착층(162) 및 인광층(164)의 모서리는 라운드 형태를 가질 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 실시예에 의한 도 1a에 도시된 발광 소자(10A)의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 지지 기판(150) 상에 발광 칩(140)을 형성한다.
발광 칩(140)에서 기판(142) 상에 발광 구조물(144)은 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 이는 당업자에 의해 공지된 사항이므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
다만, 본 실시예의 경우, 지지 기판(150)의 상부에 형성되는 발광 칩(140) 간의 간격(d5)을 접착층(162)과 인광층(164)의 두께를 고려하여 기판(142)의 두께보다 더 크게 설정한다. 발광 칩(140) 간의 간격(d5)은 기판(142)의 두께의 대략 2배 정도일 수 있다.
다음, 도 3b를 참조하면, 인광층(164) 상에 접착층(162)을 형성하고, 이를 도 3c에 도시된 바와 같이 발광 칩(140)과 지지 기판(150)의 상부에 부착한다. 이를 위해, 정수압(Water Isostatic Pressure 또는 Warm Isostatic Pressure) 장치(미도시)가 사용될 수 있다.
이후, 그 결과물을 도 3c에 도시된 바와 같은 절취선(160)을 따라 소자 단위로 분리 또는 절단(dicing)하여, 도 1a에 도시된 바와 같은 발광 소자(10A)를 완성한다.
도 4는 실시예에 따른 도 3b에 도시된 접착층(162)과 결합된 인광층(164)의 사시도를 나타낸다.
접착층(162)과 인광층(164)이 결합된 결과물을 도 3c에 도시된 바와 같이 발광 칩(140)에 부착하기 이전에, 도 3b에 도시된 바와 같이 다이싱 가이드 라인(dicing guide line)(161)을 미리 만들수도 있다. 그 이유는, 추후에 다이싱 가이드 라인(161)을 따라 소자 단위의 다이싱을 쉽게 수행하도록 하기 위함이다.
전술한 바와 같이, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 발광 소자 제조 방법은 도 1a에 도시된 바와 같은 플립 칩 방식에 적합한 발광 소자(10A)를 제조할 때 사용된다. 그러나, 이러한 제조 방법은, 도 1b에 도시된 바와 같은 와이어 본딩 방식에 적합한 발광 소자(10B)를 제조하고자 할 경우에도 적용될 수 있다. 다만, 와이어 본딩 방식에 적합한 발광 소자(10B)를 형성할 경우, 홀(118)를 더 형성해야 한다. 예를 들면, 홀(118)은 다음과 같이 형성될 수 있다,
도 5는 다른 실시예에 따른 도 3b에 도시된 접착층(162)과 인광층(164)의 결합된 단면도를 나타낸다.
도 3b에 도시된 바와 같이 접착층(162)과 인광층(164)이 결합된 결과물을 도 3c에 도시된 바와 같이 발광 칩(140)에 덮기 이전에, 접착층(162)과 인광층(164)을 관통하는 홀(118)을 도 5에 도시된 바와 같이 형성한다. 즉, 접착층(162)을 인광층(164) 상에 형성하고, 그 결과물에 대해 통상의 리소그라피 공정에 의해 인광층(164)과 접착층(162)을 관통하는 홀(118)을 형성한다.
이후, 도 5에 도시된 홀(118)을 갖는 접착층(162)과 인광층(164)을 발광 칩(140)과 지지 기판(150) 상에 부착하고, 절취선(160)을 따라 절단하여 도 1b에 도시된 바와 같은 발광 소자(10B)를 형성한다.
한편, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 발광 소자(10A 및 10B)를 형성한 후, 지지 기판(150)을 발광 소자(10A 및 10B)로부터 분리시켜 제거한다.
이상에서는 도 1a 및 도 1b에 도시된 발광 소자(10A 및 10B)의 제조 방법에 대해 개략적으로 설명하였으며, 이러한 방법은 도 2a 및 도 2b에 도시된 발광 소자(20A 및 20B)의 제조 방법에 대해서도 유사한 방법으로 제조될 수 있음은 자명하다.
도 6은 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
발광 소자 패키지(100)는 패키지 몸체(112), 제1 및 제2 전극(120A 및 120B), 몰딩(molding)부(130) 및 발광 소자(10A)를 포함한다.
도 6에 도시된 발광 소자 패키지는 도 1a에 도시된 발광 소자(10A)를 사용하지만, 도 2a에 도시된 발광 소자(20A)도 사용될 수 있음은 물론이다. 본 실시예는 아래의 설명에 국한되지 않는다. 또한, 도 6과 도 1a에서, 동일한 부재는 동일한 참조 부호(140, 162 및 164)를 사용하였으며 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
패키지 몸체(112)는 발광 소자(10A)의 주위를 둘러싸는 경사면을 포함할 수 있고, 경사면에는 반사층이 형성되어 발광 효율을 높일 수 있다.
예를 들어, 패키지 몸체(112)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 금속 재질, PSG(Photo Sensitive Glass), 사파이어(Al2O3), 또는 인쇄 회로 기판(PCB:Printed Circuit Board)을 포함하여 형성될 수 있다.
제1 전극(120A) 및 제2 전극(120B)은 패키지 몸체(112)에 설치된다. 제1 전극(120A) 및 제2 전극(120B)은 서로 전기적으로 분리되어 있으며, 패키지 몸체(112)에 설치된 발광 소자(10A)에 전기적으로 연결되어 전원을 제공한다.
또한, 제1 전극(120A) 및 제2 전극(120B)은 발광 소자(10A)에서 발생된 광을 반사시킬 수 있으며, 발광 소자(10A)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
이러한 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)의 형태는 발광 소자(10A)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
예를 들어, 패키지 몸체(112)가 인쇄회로기판(PCB, printed circuit board) 인 경우, 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)을 별도로 형성하지 않고, 인쇄회로기판에 미리 형성된 회로 패턴을 사용할 수 있다. 또한, 패키지 몸체(112)가 수지 재질인 경우, 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)은 리드 프레임 형태로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(120A 및 120B)은 금속 재질과 같은 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 국한되지 않는다.
또한, 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 발광 소자(10A)의 발광 칩(140)은 서로 대응되는 제1 및 제2 전극(120A 및 120B) 위에 전도성 범프 등을 이용하여 플립 칩 방식으로 탑재될 수 있다.
또한, 몰딩부(130)는 발광 소자(10A)를 보호하기 위해 제1 및 제2 전극들(120A 및 120B) 위에 형성되며, 예를 들면 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질의 몰딩재로 구현될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면, 몰딩부(130)는 발광 소자(10A)에서 방출되는 광의 파장을 변화시키는 제3 인광 물질(132)을 포함할 수 있다. 또한, 인광층(164)에 포함된 제1 인광 물질과 몰딩부(130)에 포함된 제3 인광 물질의 종류는 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 몰딩부(130)에 포함된 제3 인광 물질과 인광층(164)에 포함된 제1 인광 물질의 량은 동일하거나 다를 수 있다.
예를 들어, 몰딩부(130)에 포함될 수 있는 제3 인광 물질(132)은 YAG, TAG 같은 Garnet계, Silicate계, SiN을 포함하는 Nitride계, SiON을 포함하는 Oxynitride계로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 몰딩부(130)는 제3 인광 물질(132)을 포함하지 않을 수도 있다. 즉, 캐비티(134) 내에는 몰딩부(130) 만이 존재할 수 있다. 비록, 몰딩부(130)가 제3 인광 물질(132)을 포함하지 않는다고 하더라도, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 인광 물질을 포함하는 인광층(164)이 발광 칩(140)의 외부면을 컨포멀하게 덮으면서 균일한 두께로 형성되어 있기 때문에, 색감에 대한 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체(112), 제1 및 제2 전극(120A 및 120B), 와이어(114), 도전형 접합층(116), 몰딩부(130) 및 발광 소자(10B)를 포함한다.
도 7에 도시된 발광 소자 패키지(200)는 도 1b에 도시된 발광 소자(10B)를 사용하지만, 도 2b에 도시된 발광 소자(20B)도 사용될 수 있음은 물론이다. 본 실시예는 아래의 설명에 국한되지 않는다.
도 6에 도시된 발광 소자(10A)가 플립 칩 방식으로 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)과 전기적으로 연결된 반면, 도 7에 도시된 발광 소자(10B)는 와이어 본딩 방식으로 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)과 연결된다. 이를 제외하면, 도 7에 도시된 발광 소자 패키지는 도 6에 도시된 발광 소자 패키지와 동일하다. 따라서, 도 7과 도 6에서, 동일한 부재는 동일한 참조 부호(112, 120A, 120B 및 130)를 사용하였으며 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 발광 소자(20B)는 도전형 접합층(116)에 의해 제1 전극(120A)과 전기적으로 연결 및 견고하게 고정되고, 와이어(114)에 의해 제2 전극(120B)과 연결된다. 여기서, 와이어(114)가 미리 형성된 홀(118)에 매립됨은 전술한 바와 같다.
특히, 도 7에 도시된 발광 소자(10B)는 수직형 타입으로 제1 및 제2 전극(120A 및 120B)과 와이어 본딩 방식으로 연결된다. 그러나, 본 실시예는 이에 국한되지 않으며, 수평형 타입의 발광 소자의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 발광 소자 패키지가 수평형 타입으로 발광 소자를 각 전극(120A 및 120B)에 전기적으로 연결할 경우, 도전형 접합층(116) 대신에 비도전형 접합층이 사용되고, 발광 소자는 각 전극(120A 및 120B)에 와이어(114)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 소자(10B)는 패키지 몸체(112) 상에 설치되거나 제1 전극(120A) 또는 제2 전극(120B) 상에 설치될 수 있다. 도 6의 경우, 발광 소자(10A)는 제1 전극(120A) 상에 설치되어 있다.
도 7에 도시된 발광 소자 패키지의 경우, 발광 칩(10B)을 제1 전극(120A)과 전기적으로 연결시키는 동시에 제1 전극(120A) 상에 견고히 고정 및 설치하기 위해, 발광 칩(10B)과 제1 전극(120A) 사이에 도전형 접착층(116)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 접착층(116)으로서 AuSn(골드틴)과 같은 접착력이 높으면서 전기 전도성을 갖는 금속 물질 또는 수지 재질에 도전성 필러가 포함된 전기 전도성을 갖는 재질 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다른 실시 예는 전술한 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 또는 조명 장치 등과 같은 조명 시스템으로 구현될 수 있다.
이하, 전술한 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템의 실시예를 설명한다.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템(300)을 설명하는 도면이다. 다만, 도 8의 조명 시스템(300)은 일례에 불과하며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8을 참조하면, 조명 시스템(300)은, 케이스 몸체(310), 케이스 몸체(310)에 설치된 발광 모듈(330), 케이스 몸체(310)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(320)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(310)는 방열 특성이 양호한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈(330)은, 기판(334) 및 이 기판(334)에 탑재되는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(332)를 포함할 수 있다. 여기서, 발광 소자 패키지(332)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 발광 소자 패키지에 해당하며 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(334)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, 기판(334)은 빛을 효율적으로 반사하는 물질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(334) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(332)가 탑재될 수 있다. 발광 소자 패키지(332)는 각각 적어도 하나의 발광 소자(예:10A, 10B, 20A, 또는 20B)를 포함할 수 있다. 발광 소자는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 소자 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 소자를 포함할 수 있다.
발광 모듈(330)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 소자, 적색 발광 소자 및 녹색 발광 소자를 조합하여 배치할 수 있다. 또한, 발광 모듈(330)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 광가이드 부재, 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나가 배치되어, 원하는 광학적 효과를 얻을 수 있다. 형광 시트는 발광 모듈(330)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 발광 모듈(330)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 발광 모듈(330)에서 방출된 광은 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
연결 단자(320)는 발광 모듈(330)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 8에 도시된 것에 따르면, 연결 단자(320)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다.
예를 들어, 연결 단자(320)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 조명 시스템은 광 효율이 향상되고 균일한 광을 방출하는 발광 소자 패키지를 포함함으로써, 우수한 광 효율 및 특성을 가질 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른, 발광 소자 패키지(532)를 포함하는 조명 시스템(500)을 나타내는 도면이다.
다른 실시예에 따른 조명 시스템(500)은 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 반사판(520)의 전방에 배치되며 광원 모듈에서 방출되는 빛을 표시 장치의 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550) 및 제2 프리즘시트(560)와, 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광 소자 패키지(532)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)으로서 인쇄 회로 기판 등이 사용될 수 있고, 발광 소자 패키지(532)는 도 6 및 도 7에서 설명한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 조명 시스템(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 도 9와 같이 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:PolyEthylene Terephtalate)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광 소자 패키지(532)에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전체 영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(540)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어진다. 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA:PolyMethylMethAcrylate), 폴리카보네이트(PC:PolyCarbonate), 또는 폴리에틸렌(PE:PolyEthylene) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 조명 시스템이 구현될 수 있다.
제1 프리즘 시트(550)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 중합체는 복수 개의 입체 구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도 9에 도시된 바와 같이 마루(552)와 골(554)이 반복적으로 스트라이프 타입(stripe type)으로 구비될 수 있다.
제2 프리즘 시트(560)에서 지지 필름 일면의 마루(562)와 골(564)의 방향은, 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지 필름 일면의 마루(552)와 골(554)의 방향과 수직일 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 패널(570)의 전체 방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
패널(570)로서 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 액정 표시 패널 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리 바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식을 이용하는 것으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
패널(570)의 앞면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
실시예에 따라, 발광 소자 패지지(532)에 사용되는 발광 소자의 효율이 향상될 수 있으므로, 조명 시스템(500)의 광특성은 향상될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10A, 10B, 20A, 20B: 발광 소자
100, 200, 332, 532: 발광 소자 패키지
112: 패키지 몸체 114: 와이어
116: 도전성 접합층 118: 홀
120A: 제1 전극 120B: 제2 전극
130: 몰딩부 132: 인광물질
134: 캐비티 140: 발광 칩
142: 기판 144: 발광 구조물
150: 지지 기판 162: 접착층
164: 인광층 310: 케이스 몸체
320: 연결 단자 330: 발광 모듈
510: 바텀커버 520: 반사판
530: 회로 기판 540: 도광판
550: 제1 프리즘시트 560: 제2 프리즘시트
570: 패널 580: 컬러필터

Claims (20)

  1. 기판 및 상기 기판의 상부에 형성된 발광 구조물을 포함하는 발광 칩;
    상기 발광 칩의 외부면의 적어도 일부를 덮으며, 제1 인광 물질을 포함하는 적어도 하나의 인광층; 및
    상기 발광 칩과 상기 인광층 사이에 개재된 접착층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 인광층은 필름 형태인 발광 소자.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 인광층은 상기 발광 칩의 기판의 적어도 일부를 덮지 않는 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 플립 칩 방식으로 외부와 전기적으로 연결되는 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 인광층은 상기 접착층의 위에서 상기 발광 칩의 양 측벽 및 상면을 균일한 두께로 덮는 발광 소자.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 접착층은 상기 발광 칩의 양 측벽 및 상면을 균일한 두께로 덮는 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 와이어 본딩 방식으로 외부와 전기적으로 연결되는 발광 소자.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 인광층 및 상기 접착층은 와이어가 매립될 홀을 갖고, 상기 홀은 상기 인광층 및 상기 접착층을 관통하여 형성되어 있는 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 접착층은 제2 인광 물질을 포함하는 발광 소자.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 제1 인광 물질과 상기 제2 인광 물질의 종류는 서로 다른 발광 소자.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 제1 인광 물질과 상기 제2 인광 물질의 종류는 서로 동일한 발광 소자.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 발광 소자; 및
    상기 발광 소자에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전극을 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 전극은 플립 칩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 전극은 와이어 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 발광 소자를 상기 전극에 전기적으로 연결시킴과 동시에 고정시키는 도전성 접합층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 인광층 및 상기 접착층을 관통하여 형성된 홀을 통해 매립된 와이어에 의해 상기 발광 소자는 상기 전극과 연결되는 발광 소자 패키지.
  17. 제12 항에 있어서, 상기 발광 소자 및 상기 전극 위에 형성되는 몰딩부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 몰딩부는
    상기 발광 소자에서 방출되는 광의 파장을 변화시키는 제3 인광 물질을 포함하는 발광 소자 패키지.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 제1 인광 물질과 상기 제3 인광 물질의 종류는 서로 다른 발광 소자 패키지.
  20. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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