KR20150035178A - 수직형 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치 - Google Patents

수직형 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치 Download PDF

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Abstract

실시 형태는 수직형 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 상부에 제1 전극이 형성되고 하부에 제2 전극이 형성된 수직형 발광소자, 상기 수직형 발광소자 상에 접착재에 의하여 부착되는 형광체 플레이트를 포함하고, 상기 제1 전극의 적어도 일부를 에워싸는 범프가 형성된다.
이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 오염을 방지할 수 있다.

Description

수직형 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치{VERTICAL LED PACKAGE AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME}
실시 형태는 수직형 발광소자 패키지 및 이를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 램프는 특정한 목적을 위하여 빛을 공급하거나 조절하는 장치를 말한다. 램프의 광원으로는 백열 전구, 형광등, 네온등과 같은 것이 사용될 수 있으며, 최근에는 LED(Light Emitting Diode)가 사용되고 있다.
LED는 화합물 반도체 특성을 이용하여 전기 신호를 적외선 또는 빛으로 변화시키는 소자로서, 형광등과 달리 수은 등의 유해 물질을 사용하지 않아 환경 오염 유발 원인이 적다. 또한, LED는 백열 전구, 형광등, 네온등 보다 수명이 더 길고 소비전력이 적다. 또한, LED는 높은 색온도로 인하여 시인성이 우수하고 눈부심이 적은 장점이 있을 수 있다.
LED를 이용한 램프 유닛은 상기의 장점에 의해 널리 채용되고 있으며, 예를 들어 백라이트(backlight), 표시 장치, 조명등 또는 헤드 램프(head lamp) 등에 사용되고 있다.
LED를 이용한 램프 유닛은 시인성이 우수하고 눈부심이 적은 장점에 의해 차량용 램프에 사용되기 적합하다. 왜냐하면, 차량은 램프 유닛의 발광을 이용하여 차량을 인식 또는 차량의 운행상태를 외부에서 알 수 있어 램프 유닛의 시인성이 우수하고 눈부심이 적으면 인접한 다른 차량의 운전자 또는 보행자가 차량의 인식 또는 차량의 운행상태를 명확하게 식별할 수 있기 때문이다.
이러한, 차량용 램프의 LED는 일반적으로 플립(flip)형이거나, 수직(vertical)형 타입이다. 플립형 발광소자는 와이어 본딩(wire bonding)을 하지 않고 발광소자위에 범프(bump)를 형성한 뒤 그 범프를 실장기판에 접촉시켜 칩과 기판의 회로를 연결한 칩을 말한다. 플립형 발광소자는 패키지의 크기가 발광소자 크기와 같아 소형, 경량화에 유리하나 수직형 발광소자에 비하여 발광 효율이 좋지 않다. 한편, 수직형 발광소자는 고출력용으로 적합한 구조를 가지고 있으며 열 방출 특성도 좋으나, 아직은 양산 수율이 높지 않으며, 특히 발광소자에 플레이트를 접착할 때 사용하는 접착재로 인하여 전극이 오염되는 문제점이 있었다.
실시 형태는 전류의 집중을 완화하여 신뢰성이 향상되고 발광 얼룩짐이 저감된 수직형 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 실시 형태는 열저항성이 적고, 광속유지율이 향상된 수직형 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 실시 형태는 색분포가 균일한 수직형 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 실시 형태는 접착재에 의한 발광소자의 오염을 방지할 수 있는 수직형 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 수지 봉지성 및 와이어 본딩을 보호할 수 있는 수직형 발광소파 패키지를 제공한다.
또한, 실시 형태는 광손실이 적고, 와이어 넥(neck)부에 인가되는 응력을 완화할 수 있는 수직형 발광소자 패키지를 제공한다.
실시 형태에 따른 수직형 발광소파 패키지는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 상부에 제1 전극이 형성되고 하부에 제2 전극이 형성된 수직형 발광소자, 및 상기 수직형 발광소자 상에 접착재에 의하여 부착되는 형광체 플레이트를 포함하고, 상기 접착재에 의한 상기 제1 전극의 적어도 일부를 에워싸는 범프가 형성된다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 상부 전극의 오염을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 범프는 구형 또는 다면체 형상일 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 상부 전극의 오염을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 범프는 범프 도금에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 상부 전극의 오염을 방지하는데 더욱 효율적이다.
여기서, 상기 범프는 금으로 형성될 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 상부 전극의 오염을 방지하는데 더욱 효율적이다.
여기서, 상기 형광체 플레이트의 높이는, 상기 인입공간의 높이의 10배일 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 접착재에 의한 발광소자의 상부 전극의 오염을 방지하는데 더욱 효율적이다.
여기서, 상기 형광체 플레이트의 높이는 0.8mm이고, 상기 인입공간의 높이는 0.08mm일 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 수지봉지성을 향상시키고, 와이어 본딩을 보호할 수 있다.
여기서, 상기 형광체 플레이트의 저부는 상기 수직형 발광소자의 상부보다 면적이 좁으며, 상기 발광소자의 발광부보다 면적이 넓을 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 비발광부를 저감시키고, 색분포의 균일화를 이룰 수 있다.
여기서, 상기 형광체 플레이트는 형광체를 함유한 유리 플레이트일 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 광속유지율을 향상시킴과 함께, 희망하는 색상의 표현이 가능해진다.
여기서, 상기 접착재는, 실리콘, 불소수지, 무기 페이스트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 광속유지율을 향상시키면서, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 기판은 서로 전기적으로 분리된 제1 전원공급리드와 제2 전원공급리드를 포함하고, 상기 수직형 발광소자는, 상기 제1 전극이 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 제1 전극이 상기 제1 전원공급리드와 한 쌍의 와이어를 통하여 각각 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 전원공급리드와 직접 연결될 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 전류집중을 완화시켜 신뢰성을 향상시키고 발광 얼룩짐을 저감시킬 수 있다.
여기서, 상기 와이어는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 광속유지율을 향상시키면서, 전기전도성을 향상시킬 수 있다.
실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 전류의 집중을 완화하여 신뢰성이 향상되고 발광 얼룩짐이 저감시킬 수 있다.
또한, 열저항성이 적고, 광속유지율이 향상된다.
또한, 색분포가 균일하다.
또한, 접착재에 의한 발광소자의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 수지 봉지성 및 와이어 본딩을 보호할 수 있다.
또한, 광손실이 적고, 와이어 넥(neck)부에 인가되는 응력을 완화할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자 패키지의 발광소자와 형광체 플레이트를 분리시킨 사시도이다.
도 3은 더블 와이어 수직형 발광소자, 싱글 와이어 수직형 발광소자, 플립형 발광소자의 외관 및 휘도분포도를 나타내는 표이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 수직형 발광소자 패키지의 측면도 및 평면도이다.
도 5a는 도 1에 도시된 수직형 발광소자 패키지의 형광체 플레이트의 저면사시도이고, 도 5b 내지 도 5e는 접착재를 수용할 수 있는 인입공간의 다양한 실시 형태를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a에 도시된 형광체 플레이트의 측면도 및 평면도이다.
도 7a는 일반적인 조명장치의 구성도이며, 도 7b는 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 구성도이다.
도 8은 수지형 형광체를 포함하는 수직형 발광소자 패키지의 시험전 시험후의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 제2 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지의 사시도 및 측면도이다.
도 10a 일반적인 조명장치에 이용되는 수직형 발광소자 패키지의 사시도이며, 도 10b 및 도 10c는 도 10a의 수직형 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 11a는 조명장치에 이용되는 제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지를 사시도이며, 도 11b 및 도 11c는 도 11a의 수직형 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 12a는 조명장치에 이용되는 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지의 사시도이며, 도 12b 및 도 12c는 도 11a의 수직형 발광소자 패키지의 평면도 및 측면도이다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 형태에 따른 발광 모듈을 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수직형 발광소자 패키지의 발광소자와 형광체가 분리된 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는, 기판(100), 수직형 발광소자(200), 및 형광체 플레이트(300)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에는 적어도 하나의 수직형 발광소자(200)가 배치될 수 있다. 형광체 플레이트(300)는 각각의 발광소자(200) 상에 접착재(500)에 의하여 부착될 수 있다.
기판(100)은 발광소자 패키지(10)의 몸체 역할을 하는 것으로서 PCB (Printed Circuit Board), 실리콘 웨이퍼, 수지와 같은 다양한 것이 될 수 있다. 또한, 기판(100)으로 사용된 소재에 따라 플라스틱 패키지, 세라믹 패키지, 금속 패키지 등으로 분류되기도 한다.
기판(100) 위에는 절연층(미도시)이 배치될 수 있다. 절연층은 기판(100)과 다른 구성요소 사이의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다. 다만, 기판(100)이 비전도성 물질로 이루어져 있는 경우에는 절연층을 배치하지 않아도 무방하다.
기판(100) 위에는 제1 전원공급리드(110) 및 제2 전원공급리드(120)가 배치될 수 있다. 제1 전원공급리드(110) 및 제2 전원공급리드(120)는 서로 전기적으로 분리되며 수직형 발광소자(200)와 각각 전기적으로 연결된다. 수직형 발광소자(200)가 한 개 이상이므로, 제1 전원공급리드(110) 및 제2 전원공급리드(120)도 각각의 수직형 발광소자(200)가 연결되도록 하나 이상으로 형성될 수 있다.
수직형 발광소자(200)는 기판(100) 위에 배치될 수 있다. 수직형 발광소자(200)는 발광 다이오드(LED)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색, 청색 또는 백색 발광 다이오드일 수 있으나, 그 종류에 한정되지는 않는다.
발광 다이오드는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 고체 소자의 일종으로서, 일반적으로 2개의 상반된 도핑층 사이에 개재된 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 2개의 도핑층 양단에 바이어스가 인가되면, 정공과 전자가 활성층으로 주입된 후 그 곳에서 재결합되어 빛이 발생되며, 활성층에서 발생된 빛은 모든 방향 또는 특정 방향으로 방출되어 노출 표면을 통해 발광 다이오드 밖으로 방출되게 된다.
수직형 발광소자(200)는 상부 전극(210) 및 하부 전극(220)을 구비할 수 있다. 수직형 발광소자(200)의 상부전극(210)은 제1 전원공급리드(110)에 연결되고, 하부 전극(220)은 제2 전원공급리드(120)에 연결될 수 있다. 이와 반대로, 도면에는 나타나 있지 않았지만, 상부전극(210)이 제2 전원공급리드(120)에 연결되고, 하부 전극(220)이 제1 전원공급리드(120)에 연결될 수 있다.
수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210)은 제1 전원공급리드(110)에 와이어(400)로 연결되고, 하부 전극(220)은 제2 전원공급리드(120)에 직접 연결될 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)의 수직형 발광소자(200)는, 상부 전극(210)이 제1 전원공급리드(110)와 두 개의 와이어로 연결되는 더블 와이어 수직형 발광소자일 수 있다. 더블 와이어 수직형 발광소자를 이용하면 싱글 와이어 수직형 발광소자나 플립형 발광소자보다 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 신뢰성이 향상되고 발광에 의한 얼룩짐을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
더블 와이어 수직형 발광소자와 싱글 와이어 수직형 발광소자, 플립형 발광소자에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다. 표 1 및 도 3은 플립형 발광소자, 싱글 와이어 수직형 발광소자, 더블 와이어 수직형 발광소자를 대비하여 보여준다.
수직형 발광소자
(더블 와이어)		 수직형 발광소자
(싱글 와이어)		 플립형 발광소자
플레이트 장착 X △ O
저항성 O O X
전류확산 O X O
표 1 및 도 3을 보면 알 수 있듯이, 더블 와이어 수직형 발광소자는 싱글 와이어 수직형 발광소자 및 플립형 발광소자보다 휘도분포가 발광소자 전체에 고르게 분포되는 것을 알 수 있다. 따라서, 발광의 신뢰성이 높아지고 색편차가 줄어드는 장점이 있다. 또한, 더블 와이어 수직형 발광소자는 방열성, 발광효율이 우수하고, 열저항성이 좋은 효과가 있다. 예를 들면, 플립형 발광소자의 열저항은 2.3℃/W이나, 수직형 발광소자(200)의 열저항은 1.5℃/W이다. 따라서, 수직형 발광소자(200)는 플립형 발광소자에 비하여 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210)은 제1 전원공급리드(110)와 와이어(400)로 연결될 수 있다. 즉, 상부 전극(210)은 두 개의 전극(210a, 210b)을 포함하고, 제1 전원공급리드(110)와 두 개의 와이어(400a, 400b)로 연결될 수 있다.
형광체 플레이트(300)는 수직형 발광소자(200)의 활성층에서 발생한 빛을 분산시키는 형광체를 함유한 플레이트로서, 수직형 발광소자(200)의 상부에 배치된다. 형광체 플레이트(300)의 하부에 접착재(500)가 도포되고, 형광체 플레이트(300)는 접착재(500)에 의하여 수직형 발광소자(200)의 상부에 배치된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 형광체 플레이트(300)는 수직형 발광소자(200)의 상부 중 두 개의 상부 전극(210a, 210b)을 제외한 나머지 부분을 덮도록 형성될 수 있다. 수직형 발광소자(200)의 두 개의 상부 전극(210a, 210b)은 제1 전원공급리드(110)와 가까운 모서리에 형성될 수 있다. 두 개의 상부 전극(210a, 210b)이 제1 전원공급리드(110)와 가까운 모서리에 형성되면 제1 전원공급리드(110)를 연결하는 와이어의 길이를 줄일 수 있는 효과가 있다. 형광체 플레이트(300)의 모서리 중 제1 전원공급리드(110)와 가까운 두 모서리는 상부 전극(210a, 210b)을 덮지 않도록 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자(200)와 형광체 플레이트(300)의 규격을 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 수직형 발광소자(200)의 가로 및 세로 크기를 각각 1이라고 할 때, 수직형 발광소자(200)의 높이는 0.12이고, 형광체 플레이트(300)의 높이는 0.2일 수 있다. 또한, 발광소자(200)는 정사각형 형상일 수 있으며, 형광체 플레이트(300)는 기본적으로 가로 및 세로가 0.98인 정사각형 형상이나, 상부 전극(210a, 210b)을 덮지 않도록 두 모서리가 형광체 플레이트(300)의 중심을 향하여 오목진 오목부(310a, 310b)가 형성될 수 있다. 또한, 수직형 발광소자(200)에서 실질적으로 빛이 방출되는 발광부(240)도 기본적으로 가로 및 세로가 0.935인 정사각형에서 두 모서리가 발광부(240)의 중심을 향하여 오목지게 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 발광소자(200), 형광체 플레이트(300) 및 발광부(240)의 사이즈는 발광소자(200) > 형광체 플레이트(300) > 발광부(240) 일 수 있으나, 반드시 전술한 수치로 한정되는 것은 아니다.
제1 실시 형태와 같이, 발광소자(200)의 사이즈가 형광체 플레이트(300)의 사이즈보다 크면, 발광소자(200)가 형광체 플레이트(300)를 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 형광체 플레이트(300)의 사이즈가 발광부(240)의 사이즈보다 크면, 발광소자(200)의 활성층에서 발생한 빛 전체가 형광체 플레이트(300)를 통하여 방출될 수 있다. 따라서, 제1 실시 형태에 따르면, 전체적인 구조의 안정성을 도모하면서, 색분포의 균일화를 이룰 수 있는 효과가 있다. 따라서, 제1 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는 높은 신뢰성을 가지며 색편차가 적다. 또한, 제1 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는 열저항성이 적은 LED 광원을 구현할 수 있다.
와이어(400)는 제품의 신뢰성, 생산성, 원가, 성능 등을 고려하여 선택될 수 있다. 와이어(400)의 소재로는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속이 사용될 수 있다.
접착재(500)는 내열, 내광성의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 실리콘(silicon), 불소 수지, 무기(유리) 페이스트(paste) 일 수 있다.
접착재(500)가 내열, 내광성이 높아지면 발광소자 패키지의 신뢰성이 향상되므로, 광속유지율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
접착재(500)에 의하여 형광체 플레이트(300)가 수직형 발광소자(200)에 접착되는 것에 의하여, 형광체 플레이트(300)는 형광체 플레이트(300)와 수직형 발광소자(200) 사이의 틈으로 빛이 새는 것을 방지할 수 있다. 형광체 플레이트(300)가 수직형 발광소자(200)에 접착되는 것에 의하여, 형광체 플레이트(300)는 수직형 발광소자(200)의 빛을 안정적으로 도광할 수 있다.
도 5a는 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)의 저면 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 형광체 플레이트의 측면도 및 평면도이다.
도 5a, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 형광체 플레이트(300)의 변을 따라서 공간이 형성될 수 있다. 변을 따라서 형성되는 공간에는 형광체 플레이트(300)가 접착재(500)에 의하여 도포될 때, 접착재(500)가 인입될 수 있다. 도 5a에 도시된 실시 형태에 의하면, 접착재(500)가 도포되는 형광체 플레이트(300)의 접착면에 접착재의 인입공간으로서의 홈(310)이 가공된다. 홈(310)은 형광체 플레이트(300)의 저부의 변을 따라 오목지게 형성된다. 홈(310)에는 접착재(500)가 수용될 수 있다. 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)의 인입공간은 도 5a에 도시된 홈(310)의 형태에 국한되지 않고 접착재(500)를 수용할 수 있는 공간을 형성할 수 있는 다양한 형태의 구조를 포함한다. 도 5b 내지 도 5e는 접착재를 수용할 수 있는 인입공간의 다양한 실시 형태를 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바에 따르면, 인입공간의 단면은 정방형인 형상을 가진다. 단면이 정방형이므로 면적대비 접착재의 수용효율이 높다. 도 5c에 도시된 바에 따르면, 인입공간은 단면이 원호상인 형상을 가진다. 단면이 원호상인 경우 각진 부분이 없으므로 크랙이 발생할 우려가 적다. 도 5d에 도시된 바에 따르면, 인입공간은 칼로 자르듯 단면이 경사진 직선의 형상을 가진다. 즉, 단면이 직각삼각형의 형상을 가진다. 인입공간의 단면이 직선이므로 가공이 용이하다. 도 5e에 도시된 바에 따르면, 인입공간은 형광체 플레이트(300)의 저부 변에 일정한 또는 일정하지 않은 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다. 인입공간이 저부 변에 전체적으로 형성되지 않을 수 있으므로 인입공간의 형성으로 인한 효율저하와 접착재 수용의 효과를 상충하는 설계가 가능하다.
인입공간(310)은 형광체 플레이트(300)의 저면의 테두리를 따라 형성될 수 있다. 또한, 인입공간(310)는 소정의 폭을 가지고 형성될 수 있으며, 소정의 폭은 일정한 값일 수 있다. 예를 들면, 발광소자(200)의 가로 및 세로를 1이라고 할 때, 형광체 플레이트(300)의 높이, 즉 두께는 0.2이고 가로 및 세로가 0.98이며, 인입공간(310)의 높이는 0.02이고 폭은 0.04일 수 있다. 인입공간(310)의 높이가 0.01이고 폭은 0.04일 때 안정적이면서 접착재의 수용에 효율적이다. 예를 들면, 접착재(500)의 두께는 약 0.003mm 내지 0.006mm이므로 접착재(500)가 수용되는 인입공간의 높이는 0.01mm이상이 바람직하다. 인입공간(1)의 폭은 형광체 플레이트(300)를 실장했을 경우에 접착재(500)가 초과하는 양과 대략 같도록 0.04mm일 수 있다. 그러나, 형광체 플레이트(300)와 인입공간(310)의 사이즈는 전술한 수치로 한정되는 것은 아니며, 발광소자(200)의 크기와 접착재(500)의 특성에 따라 달라질 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 인입공간(310)은 접착재(500)를 수용할 수 있도록 형성될 수 있다. 도포된 접착재(500)의 양이 적정량보다 많거나 접착재(500)가 적절하게 도포되지 않은 경우, 상부 전극(200)에 와이어(400)를 본딩(bonding)하기 전에, 형광체 플레이트(300)가 수직형 발광소자(200)의 상부에 배치되는 과정에서 접착재(500)가 수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210a, 210b)을 오염시킬 수 있다. 인입공간(310)은 적정량보다 초과된 접착재(500) 또는 적절하게 도포되지 않은 접착재(500)를 수용하여 접착재(500)가 형광체 플레이트(300)의 외부로 새는 것을 막을 수 있다. 따라서, 상부 전극(210a, 210b)은 플레이트(300)에 도포된 접착재(500)로부터 보호될 수 있다. 또한, 수직형 발광소자(200)의 전극의 오염을 방지하는 것에 의하여, 와이어 본딩성능(W/B)이 향상되는 효과가 있다.
한편, 도 4a 내지 6b에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자(200)의 사이즈, 형광체 플레이트(300)의 사이즈 및 발광부(240)의 사이즈 간에는 발광부(240)의 사이즈 < 형광체 플레이트(300)의 사이즈 < 수직형 발광소자(200)의 사이즈의 관계가 성립할 수 있다. 따라서, 수지의 봉지성이 향상되고, W/B 성능이 보장된다.
한편, 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)는 형광체를 함유하는 유리 플레이트일 수 있다. 따라서, 플레이트 내에 형광체가 분산되거나 형광체를 포함하는 봉지재를 이용하지 않고 유리 플레이트(300)가 형광체를 함유하므로 광속유지율이 향상될 수 있다. 따라서, 발광소자 패키지의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 7a는 일반적인 수직형 발광소자 패키지(1)를 포함하는 조명장치의 간략도이고, 도 7b는 제1 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)를 포함하는 조명장치의 간략도이다.
도 7a를 참조하면, 조명장치에 사용되는 수직형 발광소자 패키지(1)는 기판 상에 발광소자가 배치되고 발광소자 패키지의 상부에 AR(anti glare) 유리가 배치되고, 발광소자 패키지(1) 내부는 형광체 수지로 채워진다.
그러나, 도 7b를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)는 두께가 80μm이상일 수 있으며, 투과성이 없는 수지 봉지를 가질 수 있다. 따라서, AR 유리를 사용하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있으며, 발광소자(200)와 형광체 플레이트(300)가 밀접하게 접촉하고 있으므로, 청색광의 누출을 방지할 수 있는 효과가 있다.
추가적으로, 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)의 유리표면에는 대전방지처리가 될 수 있다. 대전방지처리에 의하여 표면저항값은 1010Ω 이하일 수 있다. 참고로, 일반적인 유리의 표면저항값은 1010~1012Ω 이다. 따라서, 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)는 먼지 등의 오염물질이 유리면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 일반적인 발광소자 패키지에 사용된 수지 타입의 형광체를 나타낸다.
주위 온도 Ta=85℃, 접합부의 온도 Tj=150℃, 습도 = 85%, 순방향 전류 If = 1000mA인 시험 조건 하에서 1000시간 동안의 시험을 거치면, (a) 시험전의 형광체는 (b) 시험후의 형광체에서 볼 수 있듯이, 형광체층에 크랙이 발생하는 것을 알 수 있다. 그러나, 제1 실시 형태에 따른 형광체 플레이트(300)는 수지가 아니라, 유리 플레이트 일 수 있으며, 이 경우 형광체층에 크랙이 발생하지 않아 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
다음으로 제2 실시 형태에 대하여 설명하도록 한다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(11)는 기판(100), 수직형 발광소자(200), 및 형광체 플레이트(300)를 포함할 수 있다.
기판(100), 수직형 발광소자(200), 및 형광체 플레이트(300)는 제1 실시 형태에서 기술한 바와 같으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 9a 및 도 9b는 제2 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(11)의 사시도 및 측면도이다.
도 1, 도 2, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210)에는 접착재(500)에 의한 상부 전극(210)의 오염을 방지하는 범프(230)가 형성될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자(200)의 상부에 형성된 두 상부 전극(210a, 210b)에는 범프(230a, 230b)가 형성될 수 있다. 형광체 플레이트(300)의 저면에 도포된 접착재(500)의 양이 적정량보다 많거나 접착재(500)가 적절하게 도포되지 않은 경우, 형광체 플레이트(300)가 수직형 발광소자(200)의 상부에 배치되는 과정에서 접착재(500)가 수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210a, 210b)을 오염시킬 수 있다. 범프(230)는 와이어(400)가 연결되는 상부 전극(210)을 에워싸는 것에 의하여, 접착재(500)에 의하여 상부 전극(210)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 범프(230)는 상부 전극(210)의 일부를 에워싸도록 형성될 수 있으며, 접착재(500)에 의한 오염을 완전히 차단하기 위해서 범프(230)는 상부 전극(210) 전체를 에워싸도록 형성될 수도 있다.
제2 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 수직형 발광소자(200)에 형광체 플레이트(300)를 부착하기 전에 와이어(400)가 연결되는 수직형 발광소자(200)의 상부 전극(210)에 범프(230)를 형성하여 본딩 부위를 둘러싼다. 따라서, 형광체 플레이트(300)가 발광소자(200)에 부착되는 과정에서 상부 전극(210)이 접착재(500)에 의하여 오염되는 것이 방지된다. 또한, 수직형 발광소자(200)의 전극의 오염을 방지되므로, 와이어 본딩성능(W/B)이 향상되는 효과가 있다.
범프(230)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 범프(230)는 구형이거나 다면체 형상일 수 있다. 예를 들면, 범프는 구형이거나 단면이 정다각형인 정다면체 구조일 수도 있다. 범프는(230)는 범프 도금에 의하여 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 범프(230)는 금속으로 이루어질 수 있다. 특히, 범프(230)는 내산화성이 좋은 금으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 제1 및 제2 실시 형태에 따른 수직형 발광소자를 포함하는 조명장치인 제3 실시 형태에 대하여 설명하도록 한다.
<제3 실시 형태>
도 10a 내지 도 10c는 제3 실시 형태에 따른 조명장치가 차량용 램프에 이용되는 경우의 수직형 발광소자 패키지(1)를 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 광학설계상 전조등으로 이용되는 차량용 램프의 광출사구의 짧은 변은 1mm, 긴 변은 4~6mm가 적당하며, 차량에 따라 규격이 정해진다. 본 명세서에서는, 광출사구가 짧은 변이 1mm, 긴 변이 5mm인 경우에 대하여 설명하도록 한다.
한편, 차량용 램프는 고온에서 구동되기 때문에, 수직형 발광소자 패키지의 무기(無機)재료화, 특히 형광체층이 무기화되고 있으며, 또한 형광체 플레이트의 사이즈가 커지고 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 일반적인 차량용 램프(1)는 가로 및 세로가 각각 1mm인 정사각형의 발광소자 5개가 일렬로 배열된 형태를 가질 수 있음을 알 수 있다. 즉, 차량용 램프에서 빛이 출사되는 광출사구의 사이즈에 맞게 수직형 발광소자 패키지(1)를 실장한 것이다. 그러나, 이 경우에는 발광소자의 상부 전극(2a, 2b)에서는 빛이 방출되지 못한다. 이는 표 1 및 도 3의 더블 와이어 수직형 발광소자의 휘도분포도에서도 알 수 있다. 즉, 일반적인 차량용 램프에 사용되는 수직형 발광소자 패키지(1)는 발광소자에서 발생된 빛이 형광체를 거쳐 방출되는 과정에서 와이어가 연결되는 각 발광소자의 상부 전극(2a, 2b)에서는 빛이 방출되지 못한다. 따라서, 일반적인 차량용 램프에 사용되는 수직형 발광소자 패키지(1)는 광출사구 전체에서 빛이 출사되지 못한다. 또한, 형광체 플레이트의 탑재를 위해 수직형 발광소자의 전극가공 및 정밀 탑재기가 필요하다.
도 11a 내지 도 11f는 제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)를 나타낸다.
제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 광효율을 높이기 위하여 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 발광소자보다 큰 사이즈의 발광소자를 실장할 수 있다. 즉, 제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지는 4개의 수직형 발광소자가 배열된 형태를 가질 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자(200)의 상부가 정사각형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 수직형 발광소자(200) 각각의 상부는 정사각형 형상이며, 상기 광출사구 규격의 장변은 수직형 발광소자(200) 상부의 정사각형의 변의 대략 정수배일 수 있다. 또한, 광출사구 규격의 단변은 상기 정사각형의 변보다 길 수 있다. 그리고, 발광소자(200)의 상부에는 형광체 플레이트(300)가 부착된다. 수직형 발광소자(200)의 발광부(240)를 차량용 램프의 광출사구를 통해 빛이 출사되는 제1 발광부(241)와 제1 발광부(241)를 제외한 제2 발광부(242)로 나누면, 제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)의 형광체 플레이트(300)는 제1 발광부(241)의 상부에만 형성되어도 충분하므로, 전극가공 및 정밀 탑재가 필요없다.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 제2 발광부(242)는 제1 상부 전극(210a, 210b) 사이에 위치하고, 제1 발광부(241)는 제2 발광부(242) 및 제1 상부 전극(210a, 210b)를 제외한 직사각형 형상일 수 있다. 제3 실시 형태에 따른 차량용 램프의 광출사구는 제1 발광부(241)에 꼭 맞게 형성되므로, 제1 발광부(241) 전 영역에서 나온 빛이 광출사구를 통해 출사되므로, 광효율이 높은 효과가 있다. 또한, 도 10a 내지 도 10c의 수직형 발광소자 패키지(1)는 발광소자가 5개이므로 빛이 방출되지 않는 부분인 발광소자 사이의 간격이 4개이다 그러나, 제3 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 발광소자가 4개이므로 발광소자 사이의 간격도 4개로 줄어들어 광효율이 더욱 높은 효과가 있다.
한편, 도 11a 내지 도 11c는 수직형 발광소자(200)가 정사각형 형상인 실시 형태에 대해서 도시하고 있으나, 반드시 정사각형 형상으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 11d 및 도 11e에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자(200)는 직사각형 형상일 수 있다. 예를 들면, 도 11d 및 도 11e와 같이 수직형 발광소자(200)는 광출사구의 장변 방향의 변이 긴 직사각형이거나 단변 방향의 변이 긴 직사각형일 수 있다. 이 때, 발광소자의 형상에 따라 발광소자의 개수도 달라질 수 있다. 또한, 도 11f에 도시된 바와 같이, 도 11d의 수직형 발광소자와 도 11e의 수직형 발광소자가 혼합되어 배치될 수도 있다.
<제 4실시 형태>
도 12a 내지 도 12c는 도 11a 내지 도 11c에 도시된 수직형 발광소자 패키지(10)의 제2 발광부(242) 상부에 도광층이 형성된 수직형 발광소자 패키지(10)를 나타낸다. 도 11a 내지 도 11c에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 광출사구를 통해 형광체 플레이트(300)의 제1 발광부(241)의 빛이 방출되나, 제2 발광부(242)의 빛은 방출되지 못한다.
한편, 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 발광소자(200) 상에 빛을 분산시키는 형광층(300)일 수 있으며, 반드시 플레이트로 한정되는 것은 아니다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 제2 발광부(242)의 빛이 광출사구를 통해 출사되도록 도광하는 도광층(700)을 더 포함할 수 있다. 도광층(700)은 제2 발광부(242)의 상부에 형성될 수 있다. 따라서, 제2 발광부(242)에서 방출된 빛도 도광층(700)에 의하여 안정적으로 출사되므로 더욱 광효율이 높아지는 효과가 있다.
또한, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는, 기판(100) 상에 배치되고, 형광체 플레이트(300)의 측면과 도광층(700) 및 와이어(400)를 둘러싸는 반사 및 와이어 보호층(800)을 더 포함할 수 있다. 반사 및 와이어 보호층(800)은 형광체 플레이트(300) 또는 도광층(700)에서 방출되는 빛의 적어도 일부를 반사하고, 와이어(400)를 보호할 수 있다.
도 12c에 도시된 바와 같이, 수직형 발광소자 패키지(10)는 기판(100), 기판 상에 위치하는 수직형 발광소자(200), 수직형 발광소자(200) 상에 형성되는 형광체 플레이트(300)를 포함하고, 수직형 발광소자(200)는 기판(100) 상에 형성되는 제1 전원공급리드(110) 및 제2 전원공급리드(120)과 연결될 수 있다. 상부 전극(200) 상에 상부전극(210)이 형성되고, 와이어(400)는 상부전극(210)과 제1 전원공급리드(110)를 연결할 수 있다. 이러한 수직형 발광소자 패키지(10)의 구조는 전술한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
도광층(700)은 제2 발광부(242)에서 방출된 빛을 반사 또는 굴절시켜 광출사구로 보낼 수 있다. 형광체 플레이트(300)는 질화갈륨(GaN)을 포함할 수 있다. 따라서, 도광층(700)의 굴절율은 반사 및 와이어 보호층(800)의 굴절률보다 크면, 도광층(700)은 제2 발광부(242)로부터 입사된 빛을 전반사시킬 수 있다. 예를 들면, 형광체 플레이트(300)의 굴절률은 1.4이고 반사 및 와이어 보호층(800)을 이루는 질화갈륨(GaN)의 굴절률이 2.5이므로, 도광층(700)의 굴절률의 범위는 1.4 이상 2.5 이하가 바람직하다. 도광층(700)과 반사 및 와이어 보호층(800)의 굴절율 비에 따라 제2 발광부(242)로부터 도광층(700)으로의 입사각은 소정각도 이상일 수 있다.
또한, 도광층(700)은 도 12c에 도시된 바와 같이, 원호형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도광층(700)은 제2 발광부(242)로부터의 빛이 광출사구로 전반사되면 되므로, 단면이 기울기를 갖는 경사진 직선일 수도 있다.
제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)의 도광층(700)은 연성이 높도록 형성될 수 있다. 따라서, 도광층(700)에 위치하는 와이어(400)에 가해지는 응력을 줄일 수 있다.
제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)의 도광층(700)은 연성재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도광층(700)은 고굴절률의 실리콘 젤, 실리콘 고무 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 연성재질의 도광층(700)은 상부전극(210) 및 제2 발광부(242) 상에 형성되어 와이어 넥(wire neck)부에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다.
예를 들면, 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)의 도광층(700)은 와이어에 발생할 수 있는 응력으로 인해 와이어가 단선되는 등의 문제를 방지하기 위하여 경도가 낮은 수지를 쓰는 것이 바람직하다. 수지의 경도는 패키지의 구성에 따라 달라질 수 있지만, 대체로 쇼어(shore) 경도 A 50이하인 것이 바람직하다.
일반적으로, 상부 전극(210a, 210b)과의 본딩을 위한 와이어는 끊어짐에 약하고, 특히, 와이어 넥(wire neck)부에 가해지는 응력이 가장 높다. 따라서, 제4 실시 형태에 따른 수직형 발광소자 패키지(10)는 도광층(700)의 연성을 높임으로써, 와이어 넥부에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 와이어의 끊어짐을 방지하여 와이어의 수명을 늘리는 효과가 있다.
한편, 수직형 발광소자(200) 상에 연성의 도광층(700)을 형성하는 것은 반드시 수직형 발광소자에 적용되는 것이 아니라. 도광층이 형성되는 발광소자라면 수직형 발광소자 이외의 다른 형태의 발광소자에도 적용될 수 있다. 즉, 경도가 낮은 수지를 첨가하는 것에 의하여, 발광소자의 전극에 본딩되는 와이어에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다.
예를 들면, 발광소자 패키지는, 적어도 하나의 전원공급리드를 포함하는 기판, 기판 상에 배치되고, 와이어를 통하여 상기 적어도 하나의 전원공급리드와 연결되는 적어도 하나의 전극을 포함하는 발광소자, 및 발광소자 상에 배치되고 발광소자로부터의 빛을 도광하고, 저경도의 수지를 포함하는 도광층을 포함할 수 있다.
이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 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.
100: 기판
200: 수직형 발광소자
300: 형광체 플레이트
400: 와이어
500: 접착재
700: 도광층
800: 반사층 및 와이어 보호층

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 상부에 제1 전극이 형성되고 하부에 제2 전극이 형성된 수직형 발광소자; 및
    상기 수직형 발광소자 상에 접착재에 의하여 부착되는 형광체 플레이트
    를 포함하고,
    상기 제1 전극의 적어도 일부를 에워싸는 범프(bump)가 형성된,
    수직형 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 범프는 구형 또는 다면체 형상인,
    수직형 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 범프는 범프 도금에 의하여 형성된,
    수직형 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 범프는 금으로 형성된,
    수직형 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트의 높이는, 상기 공간의 높이의 10배인,
    수직형 발광소자 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트의 높이는 0.8mm이고, 상기 공간의 높이는 0.08mm인,
    수직형 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트의 저부는 상기 수직형 발광소자의 상부보다 면적이 좁으며, 상기 수직형 발광소자의 발광부보다 면적이 넓은,
    수직형 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 형광체를 함유한 유리 플레이트인,
    수직형 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 접착재는,
    실리콘, 불소수지, 무기 페이스트 중 적어도 하나를 포함하는,
    수직형 발광소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 서로 전기적으로 분리된 제1 전원공급리드와 제2 전원공급리드를 포함하고,
    상기 수직형 발광소자는,
    상기 제1 전극이 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 제1 전극이 상기 제1 전원공급리드와 한 쌍의 와이어를 통하여 각각 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 전원공급리드와 직접 연결되는,
    수직형 발광소자 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와이어는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는,
    수직형 발광소자 패키지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 수직형 발광소자 패키지를 포함하는, 조명장치.
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