KR20140018633A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회로 구성이 간단하면서 고색재현을 구현할 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체와, 상기 패키지 본체에 수용되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하는 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 덮도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생된 광을 특정 파장의 광으로 전환하여 원하는 파장의 광을 출사하는 광전환층을 포함한다.

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 특히 회로 구성이 간단하면서 고색재현을 구현할 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있다. 이에 부응하여 근래에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel Device; PDP), 전기 발광 표시 장치(Electro Luminescence Display Device; ELD), 유기 전계 발광 표시 장치 등과 같이 종류가 다양하다.
여기서, 액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판과 칼러 필터 기판이 사이에 액정 셀을 구비하는 액정 표시 패널과, 액정 표시 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛과 액정 셀을 구동하기 위한 구동 회로부를 포함한다.
이와 같이, 액정 표시 장치는 자체 발광을 하지 못하므로, 액정 표시 패널 하부에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다. 백라이트 유닛은 광원으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode;LED), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), 외부 전극 발광 램프(EEFL) 등을 사용한다.
특히, 발광 다이오드 패키지는 본체와, 본체의 홈부에 실장된 R,G,B 발광 다이오드 칩과, R,G,B 발광 다이오드 칩과 와이어를 통해 전기적으로 연결된 리드 프레임과, R,G,B 발광 다이오드 칩을 덮도록 형성된 수지제를 포함한다.
이와 같이, 하나의 발광 다이오드 패키지에 백색 광을 출사하기 위해 적색 광을 출사하기 위한 R 발광 다이오드 칩과, 녹색 광을 출사하기 위한 G 발광 다이오드 칩과, 청색 광을 출사하기 위한 B 발광 다이오드 칩을 포함한다. 이와 같이, 하나의 발광 다이오드 패키지 내에 R,G,B 발광 다이오드 칩을 실장함으로써 그에 따른 와이어의 수가 증가하게 되며, 세 개 발광 다이오드 칩 각각에 서로 다른 전류인가를 위한 회로 구성을 해야하므로 그에 따른 회로 구성도 복잡하게 된다. 또한, R,G,B 발광 다이오드 칩이 필요하므로 그에 따른 비용도 증가하게 된다.
이를 해결하기 위해, 발광 다이오드 패키지는 하나의 발광 다이오드 칩과, 발광 다이오드를 덮도록 형성된 다수의 형광체를 포함한다. 이러한, 발광 다이오드 패키지는 하나의 발광 다이오드 칩으로부터 출사되는 단일 파장과 다수의 형광체의 조합으로 백색광을 출사하게 된다. 이때, 다수의 형광체를 혼합할지라도 형광체는 넓은 발광 파장 영역으로 고색재현을 표현하는데 제약이 많다.
이에 따라, 회로 구성이 간단하면서 고색재현을 구현할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 필요하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 회로 구성이 간단하면서 고색재현을 구현할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체와, 상기 패키지 본체에 수용되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하는 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 덮도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생된 광을 특정 파장의 광으로 전환하여 원하는 파장의 광을 출사하는 광전환층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 각각은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 버퍼층들과, 상기 버퍼층들 상에 형성된 N형 질화물 반도체층과, 상기 N형 반도체층 상에 다중 양자 우물 구조로 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 P형 질화물 반도체층과, 상기 P형 질화물 반도체층과 접속된 P형 전극과, 상기 N형 질화물 반도체층과 접속된 N형 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리드 프레임은 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩이 실장된 홈부와, 상기 제1 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제1 리드 프레임과, 상기 제1 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제2 리드 프레임과, 상기 제2 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제3 리드 프레임과, 상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제4 리드 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패키지 본체는 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 형성된 측벽과, 상기 제1 및 제2 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 제1 절연부와, 상기 제3 및 제4 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 제2 절연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광전환층은 레진에 복수개의 인광체가 혼합되어 형성되며, 상기 인광체는 발광 피크 파장이 550nm~660nm의 단일 또는 복수의 가시광 발광을 하며, 430nm~550nm의 에너지 흡수 효율을 갖는 구형 또는 비정형 인광체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 발광 다이오드 칩은 400nm~460nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM(Full Width Half Maximum)은 10nm~50nm의 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 발광 다이오드 칩은 상기 제1 발광 다이오드 칩의 파장 에너지가 상기 인광체를 여기시켜 상기 제1 발광 다이오드 칩과 상기 인광체의 혼색 발광 빛이 색좌표계에서 Cx은 0.130~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.03~0.350의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 발광 다이오드 칩은 460nm~550nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM(Full Width Half Maximum)은 10nm~50nm의 폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 발광 다이오드 칩은 상기 제2 발광 다이오드 칩의 파장 에너지가 상기 인광체를 여기시키며, 상기 제2 발광 다이오드 칩과 상기 인광체의 혼색 발광 빛이 색좌표계에서 Cx은 0.200~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.200~0.730의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리드 프레임은 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩이 실장된 홈부와, 상기 제1 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제1 리드 프레임과, 상기 제2 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제3 리드 프레임과, 상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제4 리드 프레임을 포함하며, 상기 제1 발광 다이오드 칩의 P형 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 패키지 본체는 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 형성된 측벽과, 상기 제3 및 제4 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 절연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레진에는 빛을 산란시키는 필러(filler) 또는 UV 에너지 및 특정 파장 영역을 흡수하는 차단제가 첨가되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 서로 다른 파장을 출사하는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과, 복수개의 인광체를 포함하는 광전환층과, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 각각의 P형 전극과 N형 전극 각각과 전기적으로 접속된 리드 프레임을 포함한다.
이때, 리드 프레임은 제1 내지 제4 리드 프레임으로 분리된 4-Pad로 형성되거나, 세개의 리드 프레임으로 분리된 3-Pad로 형성하여 제1 및 제2 발광 다이오드 칩의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하여 고색재현을 구현할 수 있다.
또한, 가시광선 영역에서 좁은 파장의 폭을 가지는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩에 의해 고색재현을 구현할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 이종의 발광 다이오드 칩만으로도 고색재현이 구현가능하므로 종래 하나의 발광 다이오드 패키지에 세 개의 발광 다이오드 칩을 구비하는 것에 비해 발광 다이오드 칩의 수를 감소시킬 수 있으며, 발광 다이오드 칩의 수 감소에 따른 회로 구성을 간단히 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지의 평면도를 도시하고 있다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지의 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1에 발광 다이오드 패키지의 제1 및 제2 발광 다이오드를 나타낸 회로도이다.
도 5a는 제1 발광 다이오드 칩과 인광체의 혼색 발광을 나타낸 스펙트럼이며, 도 5b는 제1 발광 다이오드 칩과 인광체의 혼색 발광에 따른 색좌표계를 나타내고 있다.
도 6a는 제2 발광 다이오드 칩과 인광체의 혼색 발광을 나타낸 스펙트럼이며, 도 6b는 제2 발광 다이오드 칩과 인광체의 혼색 발광에 따른 색좌표계를 나타내고 있다.
도 7a는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩의 혼색 발광을 나타낸 스펙트럼이며, 도 7b는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과 인광체의 혼색 발광에 따른 색좌표계를 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 발광 다이오드 패키지의 평면도를 도시하고 있다.
도 10은 도 8에 발광 다이오드 패키지의 제1 및 제2 발광 다이오드를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성 요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지의 평면도를 도시하고 있고, 도 3은 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지의 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체와, 패키지 본체에 수용되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(Light Emitting Diode; LED)(200,300)와, 본딩 와이어(122 내지 128)를 통해 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300) 각각과 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하는 리드 프레임(132 내지 138)과, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)을 덮도록 형성되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에서 발생된 광을 특정 파장의 광으로 전환하여 원하는 파장의 광을 출사하는 광전환층(140)을 포함한다.
패키지 본체는 컵 모양으로 형성되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)을 둘러싸도록 형성된 측벽(110)과, 제1 및 제2 리드 프레임(132,134)을 전기적으로 분리되도록 형성된 제1 절연부(112)와, 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 전기적으로 분리되도록 형성된 제2 절연부(114)를 포함한다. 측벽(110)에는 반사 효율을 높이기 위해 반사 물질로 도금될 수 있으며, 패키지 본체는 제1 내지 제4 리드 프레임(132 내지 138)을 전기적으로 분리될 수 있도록 절연성 물질로 형성된다.
광전환층(140)은 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)을 덮도록 형성되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)으로부터 출사되는 광과 혼합하여 백색 광을 출사한다.
구체적으로, 광전환층(140)은 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지와 같은 폴리머(polymer) 특성을 갖는 레진(resin)(140a)에 복수개의 인광체(phosphor)(140b)가 혼합된 구조로 형성된다. 인광체(140b)는 발광 피크(peak) 파장이 550nm~660nm의 단일 또는 복수의 가시광 발광을 하며, 430nm~550nm의 에너지 흡수 효율을 갖는 구형 또는 비정형 인광체로 형성된다. 또한, 레진(140a)에는 빛을 산란시키는 필러(filler) 또는 UV 에너지 및 특정 파장 영역을 흡수하는 차단제 등이 첨가될 수 있다.
제1 발광 다이오드 칩(200)은 400nm~460nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM은 10nm~50nm의 특성을 가진다. 제1 발광 다이오드 칩(200)은 제1 발광 다이오드 칩(200)의 파장 에너지가 인광체(140b)를 여기시켜 제1 발광 다이오드 칩(200)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛이 CIE.1931 좌표계에서 Cx은 0.130~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.03~0.350의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타낸다.
구체적으로, 도 5a는 제1 발광 다이오드 칩과 인광체 혼색 발광을 나타낸 스펙트럼이며, 도 5a의 제1 곡선(10)은 제1 발광 다이오드 칩(200)으로부터 출사되는 광을 나타내고 있으며, 도 5a의 제2 곡선(20)은 제1 발광 다이오드 칩(300)으로부터 출사된 파장 에너지로부터 여기된 인광체(140b)의 파장대를 나타내고 있다. 이와 같이 혼색 발광 빛은 도 5b에 도시된 CIE.1931 좌표계에서 예를 들어, P1 포인트의 좌표값을 가진다.
또한, 제1 발광 다이오드 칩(200)으로부터 출사되는 광과 인광체(140b)로부터 출사되는 광은 혼합되어 도 5b에 도시된 CIE.1931 좌표계에서 제1 영역의 구간의 P1 포인트 지점을 조절할 수 있다. 즉, 광전환층(140)에 포함되는 인광체(140b)의 수를 조절하거나, 인광체(140b)의 파장대를 조절하여 CIE.1931 좌표계의 제1 영역의 P1 포인트 지점을 좌우로 조절할 수 있다.
한편, FWHM(Full Width Half Maximum)의 의미는 파장의 전체 높이에서 중간 지점의 폭을 의미하는 것으로, 중간 지점의 폭이 좁을수록 파장의 피크가 날카로울수록 색이 재현율이 좋은 것으로, 본 발명에 따른 제1 발광 다이오드 칩(200)의 FWHM은 10nm~50nm으로 색 재현율이 뛰어난 폭을 가진다.
이러한, 제1 발광 다이오드 칩(200)은 기판(202)과, 기판(202) 상에 형성된 버퍼층들(204,206)과, 버퍼층들(204,206) 상에 형성된 N형 질화물 반도체층(208)과, N형 질화물 반도체층(208) 상에 다중양자우물(Multi-Quantum-Well:MQW)구조로 형성된 활성층(220)과, 활성층(220) 상에 형성된 P형 질화물 반도체층(230)과, P형 질화물 반도체층(230) 상에 투명 도전 물질로 형성된 오믹 콘택층(232)과, N형 질화물 반도체층(208) 상에 형성되어 접속된 N형 전극(210)과, P형 질화물 반도체층(230) 상에 형성되어 접속된 P형 전극(234)을 포함한다.
기판(202)은 투광성 재질로서 사파이어 기판(Al2O3)을 사용할 수 있으며, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판 등을 사용할 수 있다.
버퍼층(204,206)은 기판(202) 상에 형성된 제1 버퍼층(204)과, 제1 버퍼층(204) 상에 도핑되지 않은 질화물 반도체층으로 이루어진 제2 버퍼층(206)으로 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(204)은 기판(202)과의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등이 선택적으로 이용하여 소정의 두께로 형성할 수 있다. 제2 버퍼층(206)은 도핑되지 않은 질화물 반도체층으로 예를 들어, undoped GaN으로 형성될 수 있다. 한편, 버퍼층(204,206)은 제1 및 제2 버퍼층(204,206) 중 어느 하나로 형성되거나, 제1 및 제2 버퍼층(204,206)을 생략할 수 있다.
N형 질화물 반도체층(208)은 제2 버퍼층(206) 상에 형성되며, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체층에 n형 도전성 불순물 도핑된다. 예를 들어, N형 질화물 반도체층(208)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등에서 선택된 질화물 반도체층에 n형 도전성 불순물이 도핑되어 형성된다.
P형 질화물 반도체층(230)은 활성층(220) 상에 형성되며, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체층에 p형 도전성 불순물 도핑된다. 예를 들어, P형 질화물 반도체층(230)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등에서 선택된 질화물 반도체층에 p형 도전성 불순물이 도핑되어 형성된다.
N형 전극(210)은 N형 질화물 반도체층(208) 상에 형성되며, 제1 본딩 와이어(122)를 통해 제1 리드 프레임(132)과 접속되며, P형 전극(234)은 P형 질화물 반도체층(230) 상에 형성되며, 제2 본딩 와이어(124)를 통해 제2 리드 프레임(134)과 접속된다. 이에 따라, 리드 프레임(122,124)을 통해 N형 전극(210)과 P형 전극(234)에 전압을 인가함으로써 P형 전극(234)과 N형 전극(210)으로 정공과 전자가 주입되고, 활성층(220)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 칩 외부로 400nm~460nm의 범위의 광을 출사하게 된다.
활성층(220)은 전자-정공 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로, 에너지 밴드갭을 제어함으로써 그 발광 파장 대역이 조절된다. 활성층(220)은 양자우물층과 장벽층이 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN 또는 InGaN/InAlGaN의 한 쌍으로 구성되며, 다중 양자 우물층(Multi Quantum Well)으로 이루어진다.
제2 발광 다이오드 칩(300)은 460nm~550nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM은 10nm~50nm의 특성을 가진다. 제2 발광 다이오드 칩(300)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 파장 에너지가 인광체(140b)를 여기시키며, 제2 발광 다이오드 칩(300)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛이 CIE.1931 좌표계에서 Cx은 0.200~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.200~0.730의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타낸다.
구체적으로, 도 6a는 제2 발광 다이오드 칩(300)과 인광체(140b) 혼색 발광을 나타낸 스펙트럼이며, 도 6a의 제1 곡선(30)은 제2 발광 다이오드 칩(300)으로부터 출사되는 광을 나타내고 있으며, 도 6b의 제2 곡선(40)은 제2 발광 다이오드 칩(300)으로부터 출사된 파장 에너지로부터 여기된 인광체(140b)의 파장대를 나타내고 있다. 이와 같이 혼색 발광 빛은 도 6b에 도시된 CIE.1931 좌표계에서 예를 들어, P2 포인트의 좌표값을 가진다.
또한, 제2 발광 다이오드 칩(300)으로부터 출사되는 광과 인광체(140b)로부터 출사되는 광은 혼합되어 도 6b에 도시된 CIE.1931 좌표계에서 제2 영역의 P2 포인트 지점을 조절할 수 있다. 즉, 광전환층(140)에 포함되는 인광체(140b)의 수를 조절하거나, 인광체(140b)의 파장대를 조절하여 CIE.1931 좌표계의 제2 영역의 P2 포인트 지점을 좌우로 조절할 수 있다.
이러한, 제2 발광 다이오드 칩(300)은 기판(302)과, 기판(302) 상에 형성된 버퍼층들(304,306)과, 버퍼층들(304,306) 상에 형성된 N형 질화물 반도체층(308)과, N형 질화물 반도체층(308) 상에 다중양자우물(Multi-Quantum-Well:MQW)구조로 형성된 활성층(320)과, 활성층(320) 상에 형성된 P형 질화물 반도체층(330)과, P형 질화물 반도체층(330) 상에 투명 도전 물질로 형성된 오믹 콘택층(332)과, N형 질화물 반도체층(308) 상에 형성되어 접속된 N형 전극(310)과, P형 질화물 반도체층(330) 상에 형성되어 접속된 P형 전극(334)을 포함한다.
기판(302)은 투광성 재질로서 사파이어 기판(Al2O3)을 사용할 수 있으며, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaN 기판 등을 사용할 수 있다.
버퍼층(304,306)은 기판(302) 상에 형성된 제1 버퍼층(304)과, 제1 버퍼층(304) 상에 도핑되지 않은 질화물 반도체층으로 이루어진 제2 버퍼층(306)으로 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(304)은 기판(302)과의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등이 선택적으로 이용하여 소정의 두께로 형성할 수 있다. 제2 버퍼층(306)은 도핑되지 않은 질화물 반도체층으로 예를 들어, undoped GaN으로 형성될 수 있다. 한편, 버퍼층(304,306)은 제1 및 제2 버퍼층(304,306) 중 어느 하나로 형성되거나, 제1 및 제2 버퍼층(304,306)을 생략할 수 있다.
N형 질화물 반도체층(308)은 제2 버퍼층(306) 상에 형성되며, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체층에 n형 도전성 불순물 도핑된다. 예를 들어, N형 질화물 반도체층(308)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등에서 선택된 질화물 반도체층에 n형 도전성 불순물이 도핑되어 형성된다.
P형 질화물 반도체층(330)은 활성층(320) 상에 형성되며, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 질화물 반도체층에 p형 도전성 불순물 도핑된다. 예를 들어, P형 질화물 반도체층(330)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN 등에서 선택된 질화물 반도체층에 p형 도전성 불순물이 도핑되어 형성된다.
N형 전극(310)은 N형 질화물 반도체층(308) 상에 형성되며, 제3 본딩 와이어(126)를 통해 제3 리드 프레임(136)과 접속되며, P형 전극(334)은 P형 질화물 반도체층(330) 상에 형성되며, 제4 본딩 와이어(128)를 통해 제4 리드 프레임(138)과 접속된다. 이에 따라, 리드 프레임(136,138)을 통해 N형 전극(310)과 P형 전극(334)에 전압을 인가함으로써 P형 전극(334)과 N형 전극(310)으로 정공과 전자가 주입되고, 활성층(320)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 칩 외부로 460nm~550nm의 범위의 광을 출사하게 된다.
활성층(320)은 전자-정공 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로, 에너지 밴드갭을 제어함으로써 그 발광 파장 대역이 조절된다. 활성층(320)은 양자우물층과 장벽층이 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN 또는 InGaN/InAlGaN의 한 쌍으로 구성되며, 다중 양자 우물층(Multi Quantum Well)으로 이루어진다.
리드 프레임(132 내지 138)은 일정 공간을 가지며 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)이 실장된 홈부(131)와, 제1 발광 다이오드 칩(200)과 전기적으로 연결된 제1 및 제2 리드 프레임(132,134)과, 제2 발광 다이오드 칩(300)과 전기적으로 연결된 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 포함한다.
구체적으로, 제1 리드 프레임(132)은 제1 발광 다이오드 칩(200)의 N형 전극(210)과 제1 본딩 와이어(122)를 통해 접속되며, 제2 리드 프레임(134)은 제1 발광 다이오드 칩(200)의 P형 전극(234)과 제2 본딩 와이어(124)를 통해 접속되며, 제3 리드 프레임(136)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 N형 전극(310)과 제3 본딩 와이어(126)를 통해 접속되며, 제4 리드 프레임(138)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 P형 전극(334)과 제4 본딩 와이어(128)를 통해 접속된다. 이와 같이, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)은 본딩 와이어들(122 내지 128)을 매개로 전기적으로 연결된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지(100)는 리드 프레임이 제1 내지 제4 리드 프레임(132 내지 138)으로 분리되어 있어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에 서로 다른 전류나 동일한 전류를 인가해줄 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에 인가되는 전류 비율에 따라 제3 영역의 선형적인 컬러 컨트롤이 가능함으로써 색재현율이 뛰어나다. 즉, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에 인가되는 전류를 조절하여 고색재현을 할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드 패키지의 동작 특성을 도 7b를 결부하여 설명하기로 한다.
우선, 제1 발광 다이오드 칩(200)은 제1 발광 다이오드 칩(200)의 파장 에너지가 인광체(140b)를 여기시켜 제1 발광 다이오드 칩(200)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛이 CIE.1931 좌표계에서 Cx은 0.130~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.03~0.350의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타낸다. 예를 들어, 제1 발광 다이오드 칩(200)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛은 CIE.1931 좌표계에서 P1 포인트와 같은 동작 특성을 나타낸다.
제2 발광 다이오드 칩(300)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 파장 에너지가 인광체(140b)를 여기시키며, 제2 발광 다이오드 칩(300)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛이 CIE.1931 좌표계에서 Cx은 0.200~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.200~0.730의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타낸다. 예를 들어, 제2 발광 다이오드 칩(300)과 인광체(140b)의 혼색 발광 빛은 CIE.1931 좌표계에서 P2 포인트와 같은 동작 특성을 나타낸다.
이러한, 제1 및 제2 리드 프레임(132,134)을 통해 제1 발광 다이오드 칩(200)의 전류를 조절하고, 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 통해 제2 발광 다이오드 칩(300)의 전류를 조절하여 제3 영역의 구간의 P3 포인트의 지점을 상하로 조절할 수 있다. 제3 영역의 구간의 P3 포인트 지점을 조절함으로써 발광 다이오드 패키지(100)로부터 출사되는 컬러가 조절된다. 이에 따라, 고색재현을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 리드 프레임으로 분리된 4-Pad로 형성할 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이 세개의 리드 프레임으로 분리된 3-Pad로 형성할 수 있다. 3-Pad로 형성된 발광 다이오드 패키지를 도 8 및 도 9를 결부하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 9는 도 8에 도시된 발광 다이오드 패키지의 평면도를 도시하고 있다.
도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체와, 패키지 본체에 수용되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(Light Emitting Diode; LED)(200,300)와, 본딩 와이어(122 내지 128)를 통해 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300) 각각과 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하는 리드 프레임(132 내지 138)과, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)을 덮도록 형성되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에서 발생된 광을 특정 파장의 광으로 전환하여 원하는 파장의 광을 출사하는 광전환층(140)을 포함한다. 이때, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구성 요소 중 패키지 본체, 리드 프레임, 와이어를 제외하고 동일한 구성 요소를 가지므로 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
패키지 본체(110)는 컵 모양으로 형성되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200)을 둘러싸도록 형성된 측벽(110)과, 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 전기적으로 분리되도록 형성된 절연부(116)를 포함한다. 측벽(110)에는 반사 효율을 높이기 위해 반사 물질로 도금될 수 있으며, 패키지 본체(110)는 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 전기적으로 분리될 수 있도록 절연성 물질로 형성된다.
리드 프레임(132,136,138)은 일정 공간을 가지며 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)이 실장된 홈부(131)와, 제1 발광 다이오드 칩(200)과 전기적으로 연결된 제1 리드 프레임(132)과, 제2 발광 다이오드 칩(300)과 전기적으로 연결된 제3 및 제4 리드 프레임(136,138)을 포함한다.
구체적으로, 제1 리드 프레임(132)은 제1 발광 다이오드 칩(200)의 N형 전극(210)과 제1 본딩 와이어(122)를 통해 접속되며, 제3 리드 프레임(136)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 N형 전극(310)과 제3 본딩 와이어(126)를 통해 접속되며, 제4 리드 프레임(138)은 제2 발광 다이오드 칩(300)의 P형 전극(334)과 제4 본딩 와이어(128)를 통해 접속된다. 이때, 제1 발광 다이오드 칩(200)의 P형 전극(234)은 제2 발광 다이오드 칩(100)의 P형 전극(334)과 제2 본딩 와이어(124)를 통해 접속된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 리드 프레임이 세개의 리드 프레임으로 분리되어 있어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에 서로 다른 전류나 동일한 전류를 인가해줄 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(200,300)에 인가되는 전류 비율에 따라 제3 영역의 선형적인 컬러 컨트롤이 가능함으로써 색재현율이 뛰어나다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
100 : 발광 다이오드 패키지 110 : 패키지 본체의 측벽
112 : 제1 절연부 114 : 제2 절연부
116 : 절연부 122 내지 128 : 제1 내지 제4 본딩 와이어
132 내지 138 : 제1 내지 제4 리드 프레임
140: 광전환층 140a: 레진
140b: 인광체 200 : 제1 발광 다이오드 칩
202,302 : 기판 204,304 : 제1 버퍼층
206,306 : 제2 버퍼층 208,308 : N형 질화물 반도체층
210,310 : N형 전극 220,320 : 활성층
230,330 : P형 질화물 반도체층 232,332 : 오믹 콘택층
234,334 : P형 전극

Claims (12)

  1. 패키지 본체와;
    상기 패키지 본체에 수용되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과;
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 발광 다이오드 칩의 전류 비율에 따라 컬러를 조절하는 리드 프레임과;
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 덮도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생된 광을 특정 파장의 광으로 전환하여 원하는 파장의 광을 출사하는 광전환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 각각은
    기판과;
    상기 기판 상에 형성된 버퍼층들과;
    상기 버퍼층들 상에 형성된 N형 질화물 반도체층과;
    상기 N형 반도체층 상에 다중 양자 우물 구조로 형성된 활성층과;
    상기 활성층 상에 형성된 P형 질화물 반도체층과;
    상기 P형 질화물 반도체층과 접속된 P형 전극과;
    상기 N형 질화물 반도체층과 접속된 N형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 프레임은
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩이 실장된 홈부와;
    상기 제1 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제1 리드 프레임과;
    상기 제1 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제2 리드 프레임과;
    상기 제2 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제3 리드 프레임과;
    상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제4 리드 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패키지 본체는
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 형성된 측벽과;
    상기 제1 및 제2 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 제1 절연부와;
    상기 제3 및 제4 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 제2 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전환층은 레진에 복수개의 인광체가 혼합되어 형성되며,
    상기 인광체는 발광 피크 파장이 550nm~660nm의 단일 또는 복수의 가시광 발광을 하며, 430nm~550nm의 에너지 흡수 효율을 갖는 구형 또는 비정형 인광체로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드 칩은 400nm~460nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM(Full Width Half Maximum)은 10nm~50nm의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드 칩은 상기 제1 발광 다이오드 칩의 파장 에너지가 상기 인광체를 여기시켜 상기 제1 발광 다이오드 칩과 상기 인광체의 혼색 발광 빛이 색좌표계에서 Cx은 0.130~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.03~0.350의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 발광 다이오드 칩은 460nm~550nm의 파장대의 광을 출사하며, FWHM(Full Width Half Maximum)은 10nm~50nm의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 발광 다이오드 칩은 상기 제2 발광 다이오드 칩의 파장 에너지가 상기 인광체를 여기시키며, 상기 제2 발광 다이오드 칩과 상기 인광체의 혼색 발광 빛이 색좌표계에서 Cx은 0.200~0.700의 좌표 값을 가지며, Cy은 0.200~0.730의 좌표 값을 가지는 동작 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 리드 프레임은
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩이 실장된 홈부와;
    상기 제1 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제1 리드 프레임과;
    상기 제2 발광 다이오드 칩의 N형 전극과 접속된 제3 리드 프레임과;
    상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 제4 리드 프레임을 포함하며,
    상기 제1 발광 다이오드 칩의 P형 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제2 발광 다이오드 칩의 P형 전극과 접속된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패키지 본체는
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 형성된 측벽과;
    상기 제3 및 제4 리드 프레임을 전기적으로 분리되도록 형성된 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 레진에는 빛을 산란시키는 필러(filler) 또는 UV 에너지 및 특정 파장 영역을 흡수하는 차단제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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