KR20150019828A - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는, 리드 프레임이 구비된 본체; 및 상기 본체 상에 실장되며, 상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되어 광을 발광하는 발광 적층체;를 포함하고, 상기 발광 적층체는 복수의 발광소자가 상호 적층되어 이루어지는 복수의 층 구조를 가지며, 상기 복수의 발광소자 중 상층의 발광소자는 하층의 발광소자와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되어 상기 하층의 발광소자는 부분적으로 외부 노출되는 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
조명 시장에서 고휘도, 고광량의 제품에 대한 요구가 증가함에 따라 광효율이나 신뢰성이 높은 멀티 칩 패키지가 많이 사용되고 있다. 기존의 멀티 칩 패키지는 패키지 바닥면에 복수의 LED 칩을 수평하게 배열하여 와이어 본딩하는 구조를 가지고 있다. 그러나, 이러한 구조는 패키지 바닥면의 사이즈에 따라 칩을 배열할 수 있는 갯수가 제한되며, 따라서 고휘도 및 고광량을 구현하기가 용이하지 않다는 단점이 있다. 또한, 사이즈를 줄이는데 한계가 있어 최근 추세인 소형화가 용이하지 않다는 단점이 있다.
이에, 당 기술분야에서는 패키지 바닥면의 사이즈에 관계없이 복수의 발광소자를 실장하여 멀티 칩 패키지를 구현할 수 있으며, 소형화가 용이한 발광소자 패키지 및 그 제조방법이 요구된다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는,
리드 프레임이 구비된 본체; 및 상기 본체 상에 실장되며, 상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되어 광을 발광하는 발광 적층체;를 포함하고, 상기 발광 적층체는 복수의 발광소자가 상호 적층되어 이루어지는 복수의 층 구조를 가지며, 상기 복수의 발광소자 중 상층의 발광소자는 하층의 발광소자와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되어 상기 하층의 발광소자는 부분적으로 외부 노출될 수 있다.
상기 복수의 발광소자 중 상기 상층의 발광소자는 상기 하층의 발광소자에 대해 광축을 중심으로 회전된 상태의 배치구조를 가지며 적층될 수 있다.
상기 상층의 발광소자는 상기 하층의 발광소자에 대해 1도 내지 90도의 각도 범위 내에서 회전될 수 있다.
상기 복수의 발광소자는 각각 외부로 노출되는 꼭짓점 부분에 상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되는 전극 패드를 구비할 수 있다.
상기 복수의 발광소자 사이에 개재되는 접합층을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 발광소자를 덮도록 상기 본체 상에 형성되는 봉지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은,
리드 프레임이 구비된 본체를 마련하는 단계; 상기 본체 상에 제1 발광소자를 실장하는 단계; 상기 제1 발광소자 상에 제2 발광소자를 실장하여 적층하는 단계; 상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자와 상기 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 본체 상에 상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자를 덮는 봉지부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제2 발광소자는 상기 제1 발광소자와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되어 상기 제1 발광소자는 부분적으로 외부 노출될 수 있다.
상기 제2 발광소자를 실장하여 적층하는 단계는, 상기 제2 발광소자를 상기 제1 발광소자에 대해 광축을 중심으로 회전된 상태의 배치구조를 가지도록 적층할 수 있다.
상기 리드 프레임과 전기적으로 연결하는 단계는, 상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자 상에 각각 구비되는 전극 패드와 상기 리드 프레임을 와이어 본딩할 수 있다.
상기 전극 패드는 상기 제1 발광소자의 상기 외부로 노출되는 부분과 상기 제2 발광소자의 상기 부분과 대응되는 부분 상에 각각 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 패키지 바닥면의 사이즈에 관계없이 복수의 발광소자를 실장하여 멀티 칩 패키지를 구현할 수 있으며, 소형화가 용이한 발광소자 패키지 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3a는 도 1의 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 발광소자를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에서 복수의 발광소자가 적층되어 이루어진 발광 적층체를 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 7은 도 2에서 필러층이 구비된 접합층을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 2의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 2의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법을 각 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지가 사용된 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1)는 리드 프레임이 구비된 본체(10) 및 상기 본체(10) 상에 실장되는 발광 적층체(20)를 포함하며, 상기 발광 적층체(20)를 덮는 봉지부(30)를 더 포함할 수 있다.
상기 본체(10)는 상기 발광 적층체(20)가 실장되어 지지되는 베이스 부재에 해당한다.
상기 본체(10)는 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 발광 적층체(20)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다. 이러한 백색 성형 복합재는 고 내열성의 열경화성 수지 계열 또는 실리콘 수지 계열을 포함할 수 있다. 또한, 열 가소성 수지 계열에 백색 안료 및 충진제, 경화제, 이형제, 산화방지제, 접착력 향상제 등이 첨가될 수 있다. 또한, FR-4, CEM-3, 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 본체(10)에는 외부 전원과의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(40)이 구비될 수 있다. 상기 리드 프레임(40)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 리드 프레임(40)은 적어도 한 쌍이 전기적 절연을 위해 서로 분리되어 마주보는 구조로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 프레임(40)은 제1 극성을 갖는 제1 리드 프레임(41) 및 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 갖는 제2 리드 프레임(42)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 극성과 제2 극성은 각각 양극과 음극(또는 그 반대)일 수 있다. 그리고, 상기 제1 리드 프레임(41)과 제2 리드 프레임(42)은 서로 분리되어 상기 본체(10)에 의해 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(41, 42)은 상기 본체(10) 내에 매립되어 고정될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(41, 42)의 바닥면은 상기 본체(10)의 바닥면을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이를 통해 상기 발광 적층체(20)에서 발생된 열을 외부로 방출시킴으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 본체(10)는 상면에 상기 발광 적층체(20)가 놓이는 리세스(11)를 구비할 수 있다. 상기 리세스(11)는 그 내측면이 상기 본체(10)의 바닥면을 향해 경사진 테이퍼 형태의 컵 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 리세스(11)의 저면에는 상기 발광 적층체(20)가 놓일 수 있다.
상기 리세스(11)의 저면에는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(41, 42)이 부분적으로 노출될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(41, 42)의 일부가 상기 리세스(11)의 저면으로 노출됨으로써 상기 리세스(11)의 저면을 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 발광 적층체(20)는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(41, 42) 중 어느 일측 상에 실장될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 발광 적층체(20)가 상기 제1 리드 프레임(41) 상에 실장되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 제2 리드 프레임(42) 상에 실장되는 것도 가능하다.
상기 발광 적층체(20)에서 발생되는 열은 상기 제1 리드 프레임(41)으로 전도되어 외부로 방출될 수 있다.
상기 리세스(11)에는 상기 발광 적층체(20)를 둘러싸는 반사면(12)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 반사면(12)은 반사율이 우수한 물질을 코팅, 증착, 부착 등의 방식을 통해 상기 리세스(11)의 내측면을 덮는 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이러한 반사면(12)은 선택적으로 구비될 수 있으며, 상기 반사면(12)이 생략되는 경우 상기 리세스(11)의 내측면이 반사면으로서 기능을 할 수도 있다.
본 실시 형태에서는 상기 본체(10)에 리세스(11)가 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 본체(10)는 상기 리세스(11)가 구비되지 않는 상면이 평평한 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 발광 적층체(20)는 상기 본체(10)의 상면에 실장되어 상기 본체(10)의 상면 위로 돌출된 형태로 배치될 수 있다.
상기 발광 적층체(20)는 상기 본체(10) 상에 실장되며, 상기 리드 프레임(40)과 전기적으로 연결되어 빛을 발광한다. 상기 발광 적층체(20)는 복수의 발광소자(20a, 20b)가 수직 배열되어 형성되는 적층 구조물로 이루어질 수 있다.
상기 발광 적층체(20)를 구성하는 상기 발광소자(20a, 20b)는 상기 리드 프레임(40)을 통해 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전 소자라면 어느 것이나 이용 가능하며, 대표적으로 성장 기판(21) 상에 반도체층을 에피텍셜 성장시킨 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(20a, 20b)는 함유되는 물질에 따라서 적색 광, 녹색 광 또는 청색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광을 발광할 수도 있다.
도 3a에서는 상기 발광소자를 개략적으로 나타내고 있다. 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 도 3a에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광소자(20a, 20b)는 n형 반도체층(22) 및 p형 반도체층(24)과 이들 사이에 배치되는 활성층(23)의 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층(23)은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다.
도 3b에서와 같이 상기 발광소자(20a, 20b)는 상부에서 바라보았을 때 직사각형의 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 3c에서와 같이 상기 발광소자(20a, 20b)는 상부에서 바라보았을 때 정사각형의 구조를 가질 수 있다. 이러한 발광소자의 구조는 이에 한정하지 않고 다양하게 변형이 가능함은 물론이다.
상기 발광소자(20a, 20b)에는 상기 리드 프레임(40)과 전기적 연결을 위한 복수의 전극 패드(25a, 25b)가 구비될 수 있다. 상기 전극 패드(25a, 25b)는 상기 n형 반도체층(22)의 노출면과 상기 p형 반도체층(24)의 일면에 각각 구비되어 해당 반도체층(22, 24)과 접속되는 n형 전극 패드(25a) 및 p형 전극 패드(25b)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 전극 패드(25a, 25b)가 동일한 방향, 즉 상방향을 향하도록 배치된 구조를 가지므로 상기 발광소자(20a, 20b)는 수평 구조를 갖는 LED 칩에 해당할 수 있다.
상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)는 상기 발광소자(20a, 20b)의 가장자리 영역인 모서리 부분에 각각 구비될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)가 상기 발광소자(20a, 20b)의 모서리 부분에 각각 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)는 서로 대향하는 양 면의 중앙 부분에 각각 구비되는 것도 가능하다. 이 외에도 다양한 위치에 구비될 수 있다.
본 실시 형태에서는 발광소자(20a, 20b)가 직사각형의 구조를 가지며, 대각선 방향의 양측 모서리 부분에 각각 전극 패드(25a, 25b)를 구비하는 것을 기준으로 설명한다.
도 4a와 도 4b 및 도 5a와 도 5b에서는 각각 상기 복수의 발광소자가 적층되어 이루어진 발광 적층체를 개략적으로 나타내고 있다. 도 4b는 도 4a에서 X-X축을 따라 절단한 상태를 개략적으로 나타내고, 도 5b는 도 5a에서 X-X축을 따라 절단한 상태를 개략적으로 나타내고 있다.
도 4a와 도 4b 및 도 5a와 도 5b에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광 적층체(20)는 수직 배열된 적어도 2개의 발광소자(20a, 20b)로 구성되며, 수직 방향으로 상호 적층되어 복수의 층 구조를 이룰 수 있다.
상기 복수의 발광소자(20a, 20b)는 동일한 사이즈 및 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어, 도 4a와 도 4b에서처럼 직사각형의 형태를 가지거나, 또는 도 5a와 도 5b에서처럼 정사각형의 형태를 가질 수 있다. 물론 이 외에도 다양한 형태의 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 4b 및 도 5b에 따르면 상기 발광소자(20a, 20b)의 크기가 서로 상이한 것으로 도시하고 있으나, 이는 도 4a 및 도 5a에서와 같이 X-X축을 따라 절개한 상태를 나타낸 것이며, 적층되는 발광소자(20a, 20b)의 크기 및 형태는 동일하다.
상기 복수의 발광소자(20a, 20b)는 모두 동일한 파장의 광을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또한, 서로 상이한 파장의 광을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다.
예를 들어, 상기 복수의 발광소자(20a, 20b)는 각각 청색 발광다이오드 칩을 포함하고, 각각 형광체가 함유된 파장변환층에 의해 커버되어 백색 광을 발광할 수 있다. 상기 파장변환층은 상기 발광소자(20a, 20b)로부터 방출된 광의 파장을 변환하는 기능을 수행하며, 이를 위해 투명 수지 내에 적어도 1종의 형광체가 분산된 구조가 사용될 수 있다. 그리고, 파장변환층에 의해 변환된 광은 상기 발광소자(20a, 20b)로부터 방출된 광과 혼합되어 백색 광을 구현할 수 있다.
예컨대, 상기 발광소자(20a, 20b)가 청색 광을 방출하는 청색 발광다이오드 칩인 경우에는 황색 형광체를 사용할 수 있다. 이외에, 자외 광을 방출하는 UV 발광다이오드 칩인 경우에는 적색, 녹색, 청색 형광체를 혼합하여 사용할 수 있을 것이다.
또한, 도 6a 및 도 6b에서 도시하는 바와 같이, 백색 광 구현을 위해 상기 복수의 발광소자(20a, 20b, 20c)는 각각 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩을 포함하여 적어도 3개의 칩이 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 각 발광다이오드 칩에서 발생된 상이한 파장의 광, 즉, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 혼합을 통해 원하는 백색 광을 구현할 수 있다.
한편, 상기 복수의 발광소자(20a, 20b) 중 상층의 발광소자(20b)는 하층의 발광소자(20a)와 모서리 부분이 중첩되지 않고 서로 어긋나도록 적층되어 상기 하층의 발광소자(20a)는 상기 상층의 발광소자(20b)에 의해 복개(覆蓋)되지 않고 부분적으로 외부 노출될 수 있다. 즉, 사각 형태를 갖는 발광소자에서 4개의 모서리와 꼭짓점이 상호 접하는 형태로 일치되도록 적층되지 않고 어긋난 형태로 적층되며, 따라서, 상부에서 바라볼 때 하층의 발광소자(20a)는 상층의 발광소자(20b) 밑에서 꼭짓점 부분과 모서리 부분이 부분적으로 노출될 수 있다.
이와 같이 복수의 발광소자(20a, 20b)가 상호 어긋난 형태로 적층된 구조는, 예를 들어, 도 4a 및 도 5a에서 도시하는 바와 같이, 상기 복수의 발광소자(20a, 20b) 중 상기 상층의 발광소자(20b)가 상기 하층의 발광소자(20a)에 대해 광축(Z)을 중심으로 회전된 상태의 배치구조를 가지며 적층되는 경우를 예를 들 수 있다.
구체적으로, 상층의 발광소자(20b)는 하층의 발광소자(20a) 상에 광축(Z)을 따라 수직하게 적층되되, 중심인 상기 광축(Z)을 중심축으로 하여 고정된 하층의 발광소자(20a)에 대해 소정 각도(θ)의 범위 내에서 회전된 구조로 적층될 수 있다.
적층되는 발광소자의 회전 각도는 소정 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에서와 같이 발광소자가 직사각형의 형태를 가지는 경우에는 1도 내지 90도의 각도 범위 내에서 회전되어 적층될 수 있다. 그리고, 도 5a에서와 같이 발광소자가 정사각형의 형태를 가지는 경우에는 1도 내지 45도의 각도 범위 내에서 회전되어 적층될 수 있다. 이와 같이, 적층되는 발광소자의 회전 각도는 발광소자의 크기 및 형태 등에 따라서 다양하게 조절될 수 있다.
한편, 하층의 발광소자(20a)는 4개의 꼭짓점 부분을 포함한 일부 모서리 부분이 상층의 발광소자(20b)에 의해 복개(覆蓋)되지 않고 외부로 노출될 수 있다. 이 경우, 상기 발광소자(20a, 20b) 상에 구비되는 상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)는 상기 외부로 노출된 4개의 모서리 중 서로 대향하는 2개의 모서리 부분 상에 각각 구비될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 발광소자(20a, 20b)는 상호 적층된 상태에서 각각의 발광소자에 구비되는 전극 패드(25a, 25b)가 외부로 노출되는 구조를 가지게 되며, 본딩 와이어(W)를 통해 상기 리드 프레임(40)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 4개의 모서리 중 대각선 방향으로 서로 대향하는 2개의 모서리 부분 상에 상기 전극 패드(25a, 25b)가 각각 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이와 같이, 발광소자(20a, 20b)가 회전된 형태로 적층되어 수직 배열된 구조를 이룸으로써 상기 발광소자(20a, 20b)에서 외부로 조사되는 광은 전체적으로 원형 또는 원형에 가까운 배광을 구현할 수 있다. 즉, 사각 형상을 갖는 단일의 발광소자는 그 형상에 대응하여 사각 형태의 배광을 구현하며, 적층된 발광소자의 회전 배치 구조에 따라서 복수의 발광소자 각각이 구현하는 사각 형태의 배광은 서로 중첩되지 않고 회전되어 어긋나게 되어서 전체적으로 원형의 배광을 구현할 수 있다.
한편, 상기 적층된 복수의 발광소자(20a, 20b) 사이에는 접합층(50)이 개재될 수 있다. 상기 접합층(50)은 상기 복수의 발광소자(20a, 20b)를 적층하는데 있어서 발광소자(20a, 20b)간 접착 및 고정시키는 역할을 한다. 상기 접합층(50)은 다이 어태치 필름(Die Attach Film, DAF)을 포함할 수 있다. 이를 통해 멀티 칩 스택 패키지 구조를 형성할 수 있다. 상기 접합층(50)은 전기절연성 및 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 접합층(50)은 1㎛ 내지 50㎛의 범위의 두께로 구비될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서 도시하는 바와 같이, 상기 접합층(50)의 어느 일면에는 필러층(51)이 더 구비될 수 있다. 이러한 필러층(51)은 상기 접합층(50)의 두께 및 강도를 보완하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 필러층(51)은 상기 접합층(50)과 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 내부에 필러(filler)가 함유될 수 있다. 상기 필러는 비전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.
상기 봉지부(30)는 상기 발광 적층체(20)를 덮도록 상기 본체(10) 상에 형성될 수 있다.
상기 봉지부(30)는 상기 발광 적층체(20)에서 발생된 광이 외부로 방출될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있다.
상기 봉지부(30)에는 상기 발광 적층체(20)에서 방출된 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 외부로 방출하는 파장변환물질, 예컨대 형광체가 적어도 1종 이상 함유될 수 있다. 또한, 상기 봉지부(30)에는 광반사 물질이 함유될 수 있다. 상기 광반사 물질로는 예를 들어, SiO2, Al2O3, TiO2 등을 포함할 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 봉지부(30)가 볼록한 돔 형태의 렌즈 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 봉지부(30)는 상기 본체의 상면과 대응하여 평평한 형태를 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 그 상면에 별도의 렌즈가 추가로 부착되는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1)는 복수의 발광소자(20a, 20b)가 적층 형태의 구조물을 이룸으로써 실장 면적의 크기에 관계없이 고효율 및 고광량의 멀티 칩 패키지를 구현할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 실장 면적이 좁은 패키지 구조에서 멀티 칩 패키지를 구현하지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
특히, 복수의 발광소자(20a, 20b)를 수직 배열하는데 있어서 중앙의 광축(Z)을 기준으로 소정 각도(θ)로 회전상태의 배치구조를 가지도록 적층함으로써 상기 발광소자(20a, 20b)에서 조사되는 광이 전체적으로 원형 또는 원형에 가까운 배광을 가지도록 할 수 있다. 이와 더불어, 광추출 효율이 전체적으로 향상되는 효과를 얻을 수 있는데, 이는 적층된 발광소자(20a, 20b)의 발광면이 발광소자의 회전 배치에 의해 중첩되지 않아 외부로 노출되는 발광면이 증가함에 따른 것으로 해석될 수 있다.
도 8 및 도 9에서는 각각 본 발명 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 변형예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 8 및 도 9에서 도시하는 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 구성하는 구조는 상기 도 1에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 발광 적층체가 실장되는 위치가 차이가 있다.
우선, 도 8a 및 도 8b에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광 적층체(20)는 상기 제1 리드 프레임(41) 및 제2 리드 프레임(42) 상에 각각 부분적으로 걸치는 형태로 실장될 수 있다.
또한, 도 9a 및 도 9b에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광 적층체(20)는 상기 리드 프레임(40) 상에 실장되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 제1 리드 프레임(41)과 제2 리드 프레임(42) 사이에 배치되어 상기 리드 프레임(40)과 직접적으로 접촉하지 않으며, 상기 봉지부(30) 내에 매립되어 고정될 수 있다. 이 경우, 상기 발광 적층체(20)의 하면은 상기 본체(10)의 바닥면으로 직접 노출될 수 있다.
도 10 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법을 각 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
우선, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 리드 프레임(40)이 구비된 본체(10)를 마련한다.
상기 본체(10)는 이후 설명하는 발광 적층체(20)가 실장되어 지지되는 베이스 부재에 해당하며, 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이를 통해 발광 적층체(20)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 본체(10)는 방열 효율의 극대화를 위해 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 본체(10)에는 상기 발광 적층체(20)를 수용하는 반사컵 구조의 리세스(11)가 구비될 수 있다. 상기 리세스(11) 내에는 반사면(12)이 선택적으로 구비될 수 있다.
다음으로, 도 11a 및 도 11b에서 도시하는 바와 같이, 상기 본체(10) 상에 제1 발광소자(20a)를 실장한다. 상기 제1 발광소자(20a)는 n형 반도체층(22) 및 p형 반도체층(24)과 이들 사이에 배치되는 활성층(23)의 적층 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 발광소자(20a)에는 상기 리드 프레임(40)과 전기적 연결을 위한 복수의 전극 패드(25a, 25b)가 구비될 수 있다. 상기 전극 패드(25a, 25b)는 상기 n형 반도체층(22)의 노출면과 상기 p형 반도체층(24)의 일면에 각각 구비되어 해당 반도체층과 접속되는 n형 전극 패드(25a) 및 p형 전극 패드(25b)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)는 상기 제1 발광소자(20a) 상에서 동일한 방향, 즉 상방향을 향하도록 배치될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 전극 패드(25a, 25b)는 상기 제1 발광소자(20a)의 가장자리 영역인 모서리 부분, 예를 들어, 대각선 방향으로 서로 대향하는 양 꼭짓점 부분에 각각 구비될 수 있다.
다음으로, 도 12a 및 도 12b에서 도시하는 바와 같이, 상기 제1 발광소자(20a) 상에 제2 발광소자(20b)를 실장하여 적층한다. 상기 제2 발광소자(20b)는 상기 제1 발광소자(20a)와 동일한 사이즈 및 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 발광소자(20a)와 마찬가지로 모서리 부분 중 서로 대향하는 양 꼭짓점 부분에 각각 전극 패드(25a, 25b)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 제2 발광소자(20b)는 상기 제1 발광소자(20a)와 실질적으로 동일하다.
상기 제1 발광소자와 제2 발광소자 사이에는 접합층(50)이 개재될 수 있다.
한편, 상기 제2 발광소자(20b)는 상기 제1 발광소자(20a)와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되며, 따라서, 상기 제1 발광소자(20a)는 상면 전체가 상기 제2 발광소자(20b)에 의해 복개되지 않고 일부 영역이 외부로 부분적으로 노출될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 발광소자(20b)를 상기 제1 발광소자(20a)에 대해 광축을 중심으로 소정 각도로 회전된 상태의 배치구조를 가지도록 적층하며, 상부에서 바라볼 때 상기 제1 발광소자(20a)는 상기 제2 발광소자(20b) 밑에서 부분적으로 노출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발광소자(20a)의 4개의 꼭짓점 부분과 일부 모서리 부분이 노출될 수 있다.
따라서, 상기 제1 발광소자(20a)의 상기 외부로 노출되는 부분과 상기 제2 발광소자(20b)의 상기 부분과 대응되는 부분 상에 각각 구비되는 상기 전극 패드(25a, 25b)는 외부로 노출될 수 있다.
본 실시 형태에서는 발광 적층체(20)가 상기 제1 및 제2 발광소자(20a, 20b)가 적층되어 2개의 발광소자로 구성되는 칩 스택 구조를 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 발광소자(20b) 상에 다른 발광소자, 즉, 제3 발광소자를 더 실장하는 것도 가능하다. 또한, 상기 제3 발광소자 상에 또 다른 발광소자를 연속하여 더 실장할 수도 있다.
다음으로, 도 13a 및 도 13b에서 도시하는 바와 같이, 상기 제1 발광소자(20a) 및 제2 발광소자(20b)와 상기 리드 프레임(40)을 전기적으로 연결한다. 예를 들어, 상기 제1 발광소자(20a) 및 제2 발광소자(20b) 상에 각각 구비되며 외부로 노출되는 전극 패드(25a, 25b)와 상기 리드 프레임(40)을 와이어(W)를 본딩하여 상호 연결한다.
다음으로, 도 14a 및 도 14b에서 도시하는 바와 같이, 상기 본체(10) 상에 상기 제1 발광소자(20a) 및 제2 발광소자(20b)를 덮는 봉지부(30)를 형성한다. 상기 봉지부(30)는 유동성의 용제, 예를 들어 수지를 상기 리세스(11) 내에 주입하여 고형화하는 방식으로 형성될 수 있다.
상기 봉지부(30)에는, 예를 들어 SiO2, Al2O3, TiO2 등의 광반사 물질이 함유될 수 있다. 또한, 적어도 1종 이상의 형광체가 함유될 수도 있다.
도 15에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지가 사용된 조명 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
본 실시 형태에 따른 조명 장치(100)는 히트 싱크(200), 상기 히트 싱크(200)의 후방에 체결되는 하우징(300), 상기 히트 싱크(200)의 전방에 체결되는 광원 모듈(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 히트 싱크(200)는 중앙이 비어있는 중공형 구조를 가지며, 외측면에는 복수의 방열핀(210)이 방사상으로 돌출되어 구비될 수 있다. 상기 히트 싱크(200)는 상기 광원 모듈(400)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있도록 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(300)은 외부 전원, 예컨대 소켓에 체결되어 상기 광원 모듈(400)에 외부 전원을 공급한다. 상기 하우징(300)은 플라스틱, 수지 등의 전기 절연성 재질로 이루어질 수 있다. 상기 하우징(300) 내에는 전원공급장치(PSU)(310)가 수용될 수 있다.
상기 광원 모듈(400)은 상기 히트 싱크(200)에 장착되는 기판(410), 상기 기판(410) 상에 실장되는 복수의 발광소자 패키지(420) 및 상기 복수의 발광소자 패키지(420)를 덮는 커버(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기판(410)은 상기 발광소자 패키지(420)가 실장되기 위한 회로기판을 구성하는 베이스 부재에 해당하며, 이른바 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)일 수 있다. 상기 기판(410)은 예를 들어, FR-4, CEM-3 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기판(410)은 글라스나 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판(410)은 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB 등을 포함할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(420)는 상기 기판(410) 상에 실장되어 상기 전원공급장치(310)를 통해 인가되는 전원에 의해 발광할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(410)의 구성 및 구조는 상기 도 1 내지 도 14에서 도시 및 설명하였으며, 따라서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 커버(430)는 상기 발광소자 패키지(420)에서 발생된 광이 외부로 조사될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질, 예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있으며, 글라스를 소재로 형성될 수도 있다.
상기 커버(430)는 각 발광소자 패키지(420)에 대응하여 렌즈(440)를 구비할 수 있다. 상기 렌즈(440)는 각 발광소자 패키지(420)와 마주하여 배치되며, 상기 발광소자 패키지(420)에서 발생되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 커버(430)에 각 발광소자 패키지(420)에 대응하는 렌즈(440)가 구비되는 구조를 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 커버(430)는 그 자체가 렌즈로서 기능을 수행할 수 있도록 볼록 렌즈 형태로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
상기 커버(430)는 광 확산제를 함유할 수 있다. 이러한 광 확산제는 나노 크기의 입도를 가질 수 있으며, SiO2, TiO2 및 Al2O3등으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상술된 LED를 이용한 조명 장치는 그 용도에 따라 크게 실내용(indoor) 과 실외용(outdoor)으로 구분될 수 있다. 실내용 LED 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용(Retrofit)으로 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명장치가 여기에 해당되며 실외용 LED 조명장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
또한, LED를 이용한 조명장치는 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.
아울러, 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED 조명 장치가 적용될 수 있다. 특히, 특수한 파장대를 이용한 LED 조명은 식물의 성장을 촉진시키고, 감성 조명으로서 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다.
LED를 이용한 조명 장치는 제품 형태, 장소 및 목적에 따라 광학 설계가 변할 수 있다. 감성 조명과 관련하여 조명의 색, 온도, 밝기 및 색상을 컨트롤하는 기술 및 스마트폰과 같은 휴대기기를 활용한 무선(원격) 제어 기술을 이용하여 조명 제어가 가능하다.
또한, 이와 더불어 LED 조명 장치와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 가시광 무선통신 기술도 가능하다. 이는 LED 광원이 기존의 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 디지털 통신을 위한 스위칭 속도가 빠르고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다.
또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1... 발광소자 패키지 10... 본체
11... 리세스 12... 반사면
20... 발광 적층체 20a, 20b, 20c... 발광소자
21... 성장 기판 22... n형 반도체층
23... 활성층 24... p형 반도체층
25a... n형 전극 패드 25b... p형 전극 패드
30... 봉지부 40... 리드 프레임
50... 접합층 51... 필러층

Claims (10)

  1. 리드 프레임이 구비된 본체; 및
    상기 본체 상에 실장되며, 상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되어 광을 발광하는 발광 적층체;를 포함하고,
    상기 발광 적층체는 복수의 발광소자가 상호 적층되어 이루어지는 복수의 층 구조를 가지며,
    상기 복수의 발광소자 중 상층의 발광소자는 하층의 발광소자와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되어 상기 하층의 발광소자는 부분적으로 외부 노출되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자 중 상기 상층의 발광소자는 상기 하층의 발광소자에 대해 광축을 중심으로 회전된 상태의 배치구조를 가지며 적층된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상층의 발광소자는 상기 하층의 발광소자에 대해 1도 내지 90도의 각도 범위 내에서 회전된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 각각 외부로 노출되는 꼭짓점 부분에 상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되는 전극 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자 사이에 개재되는 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자를 덮도록 상기 본체 상에 형성되는 봉지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 리드 프레임이 구비된 본체를 마련하는 단계;
    상기 본체 상에 제1 발광소자를 실장하는 단계;
    상기 제1 발광소자 상에 제2 발광소자를 실장하여 적층하는 단계;
    상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자와 상기 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 본체 상에 상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자를 덮는 봉지부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 발광소자는 상기 제1 발광소자와 꼭짓점 부분이 중첩되지 않고 어긋나도록 적층되어 상기 제1 발광소자는 부분적으로 외부 노출되는 것을 특징으로 하는 광소자 패키지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 발광소자를 실장하여 적층하는 단계는, 상기 제2 발광소자를 상기 제1 발광소자에 대해 광축을 중심으로 회전된 상태의 배치구조를 가지도록 적층하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 리드 프레임과 전기적으로 연결하는 단계는,
    상기 제1 발광소자 및 제2 발광소자 상에 각각 구비되는 전극 패드와 상기 리드 프레임을 와이어 본딩하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극 패드는 상기 제1 발광소자의 상기 외부로 노출되는 부분과 상기 제2 발광소자의 상기 부분과 대응되는 부분 상에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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