KR20150031715A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR20150031715A
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inorganic
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김백준
히로시 코다이라
김병목
김하나
유이치로 탄다
사토시 오제키
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 적어도 하나의 세라믹층을 포함하고, 캐비티를 가지는 패키지 몸체; 상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 배치되고, UV 영역의 광을 방출하는 발광소자; 및 상기 캐비티의 상부에 배치되는 무기물 커버층을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자 패키지(100)는 패키지 몸체(110a, 110b, 110c, 110d)에 캐비티 구조가 형성되고, 캐비티의 바닥 면에 발광소자(10)가 배치되며, 캐비티의 바닥면의 세라믹층(110b)과 발광소자(10)는 페이스트층(120)으로 본딩될 수 있다.
발광소자(10)의 제1 전극(10a)과 제2 전극(10b)은 캐비티의 바닥면의 세라믹층(110b)에 배치된 전극 패드(130a, 130b)와 와이어(140a, 140b)로 전기적으로 연결될 수 있다.
캐비티의 내부에는 몰딩부(160)가 채워지는데, 몰딩부(160)는 형광체(170)를 포함할 수 있으며, 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 형광체(170)를 여기시키고, 형광체(170)에서 제2 파장 영역의 광이 방출될 수 있다.
몰딩부(160)는 발광소자(10)와 와이어(140a, 140b)를 고정하고 보호하는 작용을 할 수 있는데, 도 1a에 도시된 바와 같이 몰딩부(160)의 표면이 오목하거나, 도 1b에 도시된 바와 같이 몰딩부(160)의 표면이 볼록하거나 또는 도시되지는 않았으나 플랫(flat)할 수도 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이 몰딩부(160)의 표면이 볼록할 때 몰딩부(160)은 발광소자(10)에서 방출된 빛의 진로를 변경하는 렌즈로 작용할 수도 있다.
몰딩부(160)는 실리콘이나 에폭시를 포함할 수 있고, 특히 탄소화합물 등의 유기물(175)이 포함될 수 있다. 발광소자(10)에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, 도 1c는 UV에 의하여 몰딩부(160) 내의 유기물(175)이 화학 반응 등을 일으킬 수 있는데, 유기물(175)이 UV와 반응하여 몰딩부(160)가 변색되거나 변질될 수 있다.
실시예는 발광소자 패키지에서 몰딩부 등이 발광소자에서 방출되는 UV 등과 반응하여 변색되거나 변질되는 것을 방지하고자 한다.
실시예는 적어도 하나의 세라믹층을 포함하고, 캐비티를 가지는 패키지 몸체; 상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 배치되고, UV 영역의 광을 방출하는 발광소자; 및 상기 캐비티의 상부에 배치되는 무기물 커버층을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
무기물 커버층은 사파이어(Al2O3)를 포함할 수 있다.
무기물 커버층은, 무기물 페이스트층으로 상기 세라믹층의 최상단과 본딩될 수 있다.
무기물 페이스트층은 Au, Ag 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광소자 패키지는 무기물 커버층의 가장 자리에 배치되는 리드를 더 포함하고, 상기 리드는 상기 세라믹층의 최상단과 상기 무기물 커버층을 고정하여, 상기 캐비티를 밀봉할 수 잇다.
리드는 무기물 페이스트층으로 상기 세라믹층의 최상단에 고정될 수 있다.
캐비티는 진공 상태일 수 있다.
캐비티는 에어(air)로 채워질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는, 세라믹층 상부에 무기물만으로 이루어진 커버층이 무기물 페이스트층으로 고정되어, 발광소자에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층과 커버층 내의 무기물이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층과 커버층이 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다. 또한, 캐비티 내부에 에어가 채워지거나 진공 상태로 유지되어 몰딩부 없이도 발광소자와 와이어 등을 보호할 수 있으며, 유기물을 포함하는 몰딩부가 생략되어 UV에 의하여 몰딩부 내의 유기물이 변색 내지 변질되지 않을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 도면이고,
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 몰딩부를 상세히 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a는 도 2의 구조를 상세히 나타낸 도면이고,
도 3b 내지 도 3c는 발광소자 패키지의 다른 실시예들을 나타낸 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 발광소자 패키지 내의 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자 패키지를 포함하는 살균장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(200)는 패키지 몸체가 복수 개의 세라믹층(210a, 210b, 210c, 210d)으로 이루어진다. 패키지 몸체는 고온 동시 소성 세라믹(High Temperature Cofired Ceramics, HTCC) 또는 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC) 기술을 이용하여 구현될 수 있다.
패키지 몸체가 다층의 세라믹 기판인 경우, 각 층의 두께는 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 패키지 몸체는 질화물 또는 산화물의 절연성 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SixOy, Si3Ny, SiOxNy, Al2O3 또는 AlN을 포함할 수 있다.
일부의 세라믹층(210a, 210b)은 발광소자 패키지(200) 또는 캐비티(cavity)의 바닥을 이룰 수 있으며, 다른 일부의 세라믹층(210c, 210d)는 캐비티의 측벽을 이룰 수 있다.
상술한 복수 개의 세라믹 층(210a, 210b)으로 이루어지는 캐비티의 바닥 면에 발광소자가 (10)가 배치되는데, 발광소자(10)는 두 개 이상이 배치될 수도 있다.
발광소자(10)는 서브 마운트(250) 상에 배치되는데 금속으로 유테틱 본딩될 수 있으며, 서브 마운트(250)는 무기물 페이스트층(220)을 통하여 캐비티의 바닥면에 접촉하거나 결합될 수 있다. 서브 마운트(220)가 배치되는 캐비티의 바닥면에는 세라믹층이 배치되거나, 방열부(280)가 배치될 수 있다.
방열부(280)는 열전도성이 우수한 물질로 이루어질 수 있고, 특히 CuW으로 이루어질 수 있으며, 도 3에서는 하나의 방열부(230)가 도시되어 있으나 2개 이상의 방열부로 나뉘어 배치될 수도 있다.
방열부(230)가 세라믹층(210a, 210b) 내부에 배치될 수 있으며, 방열부(230)과 세라믹층(210a, 210b)의 위에는 도시되지는 않았으나 세라믹층이 얇게 배치되어 세라믹층(210a, 210b)의 열팽창을 방지할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 발광소자 패키지 내의 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 발광소자(10)는 기판(11)에 버퍼층(12)과 발광구조물이 배치된다.
기판(11)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
버퍼층(12)은 본 실시예에서 기판(11)과 발광구조물 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이며, 버퍼층(12)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, AlN 외에 AlAs, GaN, InN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
사파이어 등으로 기판(11)을 형성하고, 기판(11) 상에 GaN이나 AlGaN을 포함하는 발광구조물이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, 버퍼층(12)을 사용할 수 있다.
버퍼층(12)과 발광구조물의 사이에는 언도프드 GaN층(13)이나 AlGaN층이 배치되어, 발광구조물 내로 상술한 전위 등이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 버퍼층(12) 내에서도 전위가 차단되어 고품질/고결정성의 버퍼층의 성장이 가능하다.
발광 구조물은 제1 도전형 반도체층(14)과 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(16)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(14)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(14)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(14)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(14)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(10)가 자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1 도전형 반도체층(14)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(14)이 AlGaN으로 이루어질 경우 Al의 함량은 50 %일 수 있다. 자와선이나 심자외선을 방출하는 발광소자의 경우 GaN에서 심자외선의 흡수가 많이 이루어지므로, 발광 구조물의 재료로 AlGaN을 사용할 수 있다.
자외선(UV)은 파장이 10 나노미터 내지 397 나노미터인 전자기파이며, 파장이 290 나노미터 내지 397 나노미터인 자외선을 근자외선이라 할 수 있고, 파장이 190 나노미터 내지 290 나노미터인 자외선을 심자외선이라 할 수 있다.
활성층(15)은 제1 도전형 반도체층(14)과 제2 도전형 반도체층(16) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(15)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 특히, 실시예에 의한 활성층(15)은 자외선 또는 심자외선 파장의 빛을 생성할 수 있으며, 이때 활성층(15)은 다중양자우물 구조로 이루어질 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)N (0<x<1)을 포함하는 양자벽층과 AlyGa(1-y)N (0<x<y<1)을 포함하는 양자우물층의 페어 구조가 1주기 이상인 다중양자우물 구조일 수 있고, 여기서 양자우물층은 후술하는 제2 도전형의 도펀트를 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(16)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(16)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(16)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(16)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(16)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 발광 소자(10)가 자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제2 도전형 반도체층(16)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 활성층(15)과 제2 도전형 반도체층(16)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)가 배치될 수 있는데 초격자(superlattice) 구조의 전자 차단층이 배치될 수 있다. 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있는데, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교변하여 배치될 수 있다.
발광 구조물 상에는 GaN(17)이 배치되어 제2 전극(10b)으로부터 제2 도전형 반도체층(16)으로 넓은 면적에 고르게 전류가 공급되게 할 수 있다.
기판(11)이 절연성 기판일 경우 제1 도전형 반도체층(14)에 전류를 공급하기 위하여, GaN(17)으로부터 제1 도전형 반도체층(14)의 일부까지 메사 식각되어 제1 도전형 반도체층(14)의 일부가 노출될 수 있다.
노출된 제1 도전형 반도체층(14) 상에 제1 전극(10a)이 배치되고, GaN(17) 상에 제2 전극(10b)이 배치될 수 있다. 제1 전극(10a) 및/또는 제2 전극(10b)은 도전성 물질 예를 들면 금속으로 형성될 수 있으며, 보다 상세하게는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있고, 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 4b에 수직형 발광소자가 배치되고 있다. 도 4b를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(14)과 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(16)을 포함하는 발광 구조물 상에 언도프드 GaN(13)이 배치되고, 언도프드 GaN(13)의 표면에는 요철이 형성되어 광추출 구조가 향상될 수 있다.
언도프드 GaN(13)의 상부에는 제1 전극(10a)이 배치될 수 있고, 발광 구조물의 하부에는 제2 전극이 배치될 수 있는데, 오믹층(18a)과 반사층(18b)과 접합층(18c) 및 도전성 지지기판(18d)이 제2 전극으로 작용할 수 있다.
발광 구조물의 주변에는 패시베이션층(19)이 배치될 수 있는데, 패시베이션층(19)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(19)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
오믹층(18a)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(18b)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
반사층(18b)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(15)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
도전성 지지기판(metal support, 18d)은 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
도전성 지지기판(18d)은 금속 또는 반도체 물질등으로 형성될 수 있다. 또한 전기전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 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.
상기 도전성 지지기판(18d)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.
접합층(18c)은 반사층(18b)과 도전성 지지기판(18d)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
오믹층(18a)과 반사층(18b)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있고 도전성 지지기판(18d)은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱(Eutetic) 메탈을 이용한 본딩 방법 등으로 형성하거나, 별도의 접합층(18c)을 형성할 수 있다.
발광소자(10)는 상술한 수평형 발광소자나 수직형 발광소자 외에 플립 칩 타입으로 배치될 수도 있다.
발광소자(10)의 제1 전극(10a)과 제2 전극(10b)은 서브 마운트(250) 상의 2개의 본딩 패드(250a, 250b)와 와이어(240a, 240b)로 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 서브 마운트(250) 상의 2개의 본딩 패드(250a, 250b)는 캐비티의 바닥면에 배치된 2개의 전극 패드(230a, 230b)와 와이어(245a, 245b)로 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상술한 전극 패드(230a, 230b)와 본딩 패드(250a, 250b)은 Au 등의 무기물로 이루어질 수 있다.
상술한 와이어(240a, 240b, 245a, 245b)들도 Au 등의 무기물로 이루어지고, 1 내지 1.5 밀(mil)의 직경을 가질 수 있는데, 너무 얇으면 끊어지거나 손상될 수 있고 너무 두꺼우면 빛을 차단하거나 흡수할 수 있다. 여기서, 1 밀(mil)은 약 1/40 밀리미터이다.
무기물 페이스트층(220)은 탄소화합물 등의 유기물을 포함하지 않고 무기물(225) 만으로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 도전성 또는 비도전성의 무기물(225)을 포함할 수 있으며, 특히 Au, Ag 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지에서, 발광소자(10)와 와이어(240a, 240b, 245a, 245b) 주변의 캐비티의 내부는 에어(air)가 채워지거나 또는 진공 상태이며, 형광체나 기타 유기물을 포함하는 몰딩부가 채워지지 않을 수 있다.
따라서, 발광소자(10)에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층(220) 내의 무기물(225)이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층(220)은 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다. 또한, 캐비티 내부에 형광체나 기타 유기물이 채워지지 않으므로, UV에 의한 형광체나 기타 유기물의 변색이나 변질을 방지할 수 있다.
도 2에서 최상단에 배치된 세라믹층(210d) 위에는 커버층(290)이 배치될 수 있다. 커버층(290)은 무기물로만 이루어질 수 있는데, 상세하게는 투광성 글래스로 이루어질 수 있으며, 커버층(290)과 세라믹층(210d)은 무기물 페이스트층(290a)으로 결합될 수 있는데, 무기물 페이스트층(290a)의 조성은 상술한 무기물 페이스트층(220)과 동일할 수 있고, 투광성 글라스일 수 있는데 사파이어(Al2O3) 등을 포함할 수 있다.
다른 예로, 커버층(290)과 세라믹층(210d)은 유테틱 본딩(Eutectic Bonding) 또는 용접(Welding) 등의 방법으로 고정되어 캐비티 내부를 밀봉(Hermetic Sealing)할 수 있다.
그리고, 커버층(290)의 가장 자리에서 리드(295)가 배치되어, 커버층(290)의 가장 자리를 세라믹층(210d)과 결합되어, 캐비티 내부를 밀봉할 수 있는데 특히 캐비티 내부가 진공으로 유지될 수 있다.
무기물 페이스트층(290a)은 탄소 화합물 등의 유기물을 포함하지 않고 무기물 만으로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 Au, Ag 및 Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무기물 페이스트층(290a)은 최상단의 세라믹층(210d)의 상부면에 배치되고, 무기물 페이스트층(290a)의 내측은 커버층(290)과 외측은 리드(295)와 각각 접촉할 수 있으며, 리드(295)의 내측은 커버층(290)과 접촉하고 외측은 무기물 페이스트층(290a)과 각각 접촉할 수 있다.
발광소자(10)에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층(290a) 내의 무기물이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층이 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다.
도 3a는 도 2의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 3a에서 각각의 세라믹층(210a, 201b, 210c, 210d)의 두께(t1, t2, t3, t4)는 서로 동일할 수 있고, 도전성 페이스트층(220)의 두께(t5)와 서브 마운트(250)의 두께(t6)는 세라믹층(210c)의 두께(t3)보다 작을 수 있다. 그리고, 커버층(290)의 두께(t7)는 세라믹층(210c)의 두께(t3)보다 작을 수 있고, 도전성 페이스트층(290a)의 두께(t8)는 커버층(290)의 두께(t7)보다 작을 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 발광소자 패키지의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 실시예에서, 캐비티의 측벽을 이루는 세라믹층(210c, 210d)의 기울기는 서로 동일하나, 도 3b에 도시된 실시예에서 캐비티의 측벽을 이루는 세라믹층(210c, 210d)은 캐비티의 바닥면에 수직하고, 각각의 세라믹층(210c, 210d)의 폭(도 3b에서 가로 방향의 길이)은 서로 다를 수 있다. 특히 세라믹층(210d)의 폭이 다른 세라믹층(210c)의 폭보다 작아서, 캐비티의 크기가 위로 갈수록 커질 수 있다.
도 3c에 도시된 실시예에서 캐비티의 측벽을 이루는 세라믹층(210c, 210d)의 기울기는 서로 동일하나, 리드(295)와 커버층(290)의 배치가 도 2에 도시된 실시예와 상이하다.
커버층(290)과 무기물 페이스트층(290a)과 리드(295)의 조성은 상술한 실시예들과 동일하나, 무기물 페이스트층(290a)은 최상단의 세라믹층(210d)의 상부면에 배치되고, 무기물 페이스트층(290a)의 상부면에는 리드(295)가 배치되며, 리드(295)가 단차 구조를 이루고 단차 구조 중 낮은 영역에 커버층(290)이 배치될 수 있다. 도 3c에서 리드(295)의 안쪽의 낮은 영역을 제1 영역이라 하고 바깥쪽의 높은 영역을 제2 영역이라 할 때, 리드(295)의 제1 영역에 커버층이 배치되고, 도시되지는 않았으나 리드(295)의 제1 영역과 커버층(290)은 무기물로 이루어진 페이스트층 등으로 결합될 수 있다.
그리고, 방열부(280)의 상,하의 폭이 상술한 실시예와 다를 수 있다. 즉, 도시된 실시예들에서는 제1 세라믹층(210b)과 대응되는 높이에서의 방열부(280)의 폭이 다른 세라믹층(210a)과 대응되는 높이에서의 방열부(280)의 폭보다 더 좁으나, 그와 반대로 배치될 수 있다. 이때, 세라믹층(210a, 210b)이 열이나 기타 원인에 의하여 압축 또는 냉각되어라도 방열부(280)가 세라믹층(210a, 210b)의 아래로 이탈되지 않을 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지들에서, 세라믹층 상부에 무기물만으로 이루어진 커버층이 무기물 페이스트층으로 고정되어, 발광소자에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층과 커버층 내의 무기물이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층과 커버층이 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다. 또한, 캐비티 내부에 에어가 채워지거나 진공 상태로 유지되어 몰딩부 없이도 발광소자와 와이어 등을 보호할 수 있으며, 유기물을 포함하는 몰딩부가 생략되어 UV에 의하여 몰딩부 내의 유기물이 변색 내지 변질되지 않을 수 있다.
발광소자 패키지들은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치, 살균장치 및 조명장치 등으로 구현될 수 있다. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 살균장치와 조명장치를 설명한다.
도 5는 발광소자가 배치된 살균장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 살균장치(500)는, 하우징(501)의 일면에 실장된 발광 모듈부(510)와, 방출된 심자외선 파장 대역의 광을 난반사시키는 난반사 반사 부재(530a, 530b)와, 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 전원 공급부(520)를 포함한다.
먼저 하우징(501)은 장방형 구조로 이루어지며 발광 모듈부(510)와 난반사 반사부재(530a, 530b) 및 전원 공급부(520)를 모두 내장하는 일체형 즉 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(501)은 살균장치(500) 내부에서 발생된 열을 외부로 방출시키기에 효과적인 재질 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(501)의 재질은 Al, Cu 및 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 하우징(501)의 외기와의 열전달 효율이 향상되어, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또는, 하우징(501)은 특유한 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(501)은 예를 들어 코러게이션(corrugation) 또는 메쉬(mesh) 또는 불특정 요철 무늬 형상으로 돌출 형성되는 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 하우징(501)의 외기와의 열전달 효율이 더욱 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
한편, 이러한 하우징(501)의 양단에는 부착판(550)이 더 배치될 수 있다. 부착판(550)은 도 5에 예시된 바와 같이 하우징(501)을 전체 설비 장치에 구속시켜 고정하는데 사용되는 브라켓 기능의 부재를 의미한다. 이러한 부착판(550)은 하우징(501)의 양단에서 일측 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 일측 방향은 심자외선이 방출되고 난반사가 일어나는 하우징(501)의 내측 방향일 수 있다.
따라서, 하우징(501)으로부터 양단 상에 구비된 부착판(550)은 전체 설비 장치와의 고정 영역을 제공하여, 하우징(501)이 보다 효과적으로 고정 설치될 수 있도록 한다.
부착판(550)은 나사 체결 수단, 리벳 체결 수단, 접착 수단 및 탈착 수단 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이들 다양한 결합 수단의 방식은 당업자의 수준에서 자명하므로, 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 모듈부(510)는 전술한 하우징(501)의 일면 상에 실장 되는 형태로 배치된다. 발광 모듈부(510)는 공기 중의 미생물을 살균 처리하도록 심자외선을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(510)는 기판(512)과, 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(200)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(200)는 상술한 바와 같이, 세라믹층 상부에 무기물만으로 이루어진 커버층이 무기물 페이스트층으로 고정되어, 발광소자에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층과 커버층 내의 무기물이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층과 커버층이 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다.
기판(512)은 하우징(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(512)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 난반사 반사부재(530a, 530b)는 전술한 발광 모듈부(510)에서 방출된 심자외선을 강제로 난반사시키도록 형성되는 반사판 형태의 부재를 의미한다. 이러한 난반사 반사부재(530a, 530b)의 전면 형상 및 배치 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 난반사 반사부재(530a, 530b)의 면상 구조(예: 곡률반경 등)를 조금씩 변경하여 설계함에 따라, 난반사된 심자외선이 중첩되게 조사되어 조사 강도가 강해지거나, 또는 조사 영역되는 영역의 폭이 확장될 수 있다.
전원 공급부(520)는 전원을 도입 받아 전술된 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한 전원 공급부(520)는 전술한 하우징(501) 내에 배치될 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 전원 공급부(520)는 난반사 반사부재(530a, 530b)와 발광 모듈부(510) 사이의 이격 공간의 내벽 쪽에 배치될 수 있다. 외부 전원을 전원 공급부(520) 측으로 도입시키기 위해 상호 간을 전기적으로 연결하는 전원 연결부(540)가 더 배치될 수 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 전원 연결부(540)의 형태는 면상일 수 있으나, 외부의 전원 케이블(미도시)이 전기적으로 접속될 수 있는 소켓 또는 케이블 슬롯의 형태를 가질 수 있다. 그리고 전원 케이블은 플렉시블한 연장 구조를 가져, 외부 전원과의 연결이 용이한 형태로 이루어질 수 있다.
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있어서, 세라믹층 상부에 무기물만으로 이루어진 커버층이 무기물 페이스트층으로 고정되어, 발광소자에서 자외선(UV) 파장 영역의 광을 방출할 때, UV에 의하여 무기물 페이스트층과 커버층 내의 무기물이 UV와 반응하지 않으므로, 무기물 페이스트층과 커버층가 변색되지 않고 결합력이 약화되지도 않을 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
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.
10: 발광소자 10a, 10b: 제1 전극, 제2 전극
100, 200: 발광소자 패키지 110a~110d: 패키지 몸체
120: 페이스트층 175: 유기물
130a, 130b, 230a, 230b: 전극 패드
140a, 140b, 240a, 240b, 245a, 245b: 와이어
160: 몰딩부 170: 형광체
210a~210d: 세라믹층 220, 290a: 무기물 페이스트층
250: 서브 마운트 250a, 250b: 본딩 패드
280: 방열부 290: 커버층
295: 리드 500: 방열 부재

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 세라믹층을 포함하고, 캐비티를 가지는 패키지 몸체;
    상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 상에 배치되고, UV 영역의 광을 방출하는 발광소자; 및
    상기 캐비티의 상부에 배치되는 무기물 커버층을 포함하는 발광소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 무기물 커버층은 사파이어(Al2O3)를 포함하는 발광소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 무기물 커버층은, 무기물 페이스트층으로 상기 세라믹층의 최상단과 본딩되는 발광소자 패키지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 무기물 페이스트층은 Au, Ag 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 무기물 커버층의 가장 자리에 배치되는 리드를 더 포함하고, 상기 리드는 상기 세라믹층의 최상단과 상기 무기물 커버층을 고정하여, 상기 캐비티를 밀봉하는 발광소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 리드는 무기물 페이스트층으로 상기 세라믹층의 최상단에 고정되는 발광소자 패키지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티는 진공 상태인 발광소자 패키지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티는 에어(air)로 채워진 발광소자 패키지.
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