KR20150065504A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR20150065504A KR1020130150903A KR20130150903A KR20150065504A KR 20150065504 A KR20150065504 A KR 20150065504A KR 1020130150903 A KR1020130150903 A KR 1020130150903A KR 20130150903 A KR20130150903 A KR 20130150903A KR 20150065504 A KR20150065504 A KR 20150065504A
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Abstract

실시예에 따른 발광소자 패키지는 캐비티가 형성된 몸체; 캐비티 내에 배치된 광원부; 광원부와 전기적으로 연결된 리드프레임; 및 광원부 상에 배치되며, 나노미터 크기의 결정으로 이루어진 복수의 형광체 입자를 포함하는 형광층;을 포함하고, 복수의 형광체 입자 각각은 일정한 빛 스펙트럼을 갖는 제1입자 및 제1입자를 둘러싸고, 제1입자와 조합되어 백색광과 유사한 스펙트럼을 갖도록 하는 제2입자를 포함한다.

Description

발광소자 패키지{Light emitting device package}
실시예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
한편, 이러한 발광소자는 백색광을 생성하기 위해서 형광 물질을 사용한다. 형광 물질은 발광소자를 외부로부터 보호하는 수지부에 포함될 수 있다. 이러한 경우, 발광소자에 의해 방출된 백색광의 균일성을 획득하기 어렵다는 문제점이 있다.
형광 물질을 이용하여 백색광을 생성하는데 있어서, 신뢰성을 향상시킨 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 캐비티가 형성되는 몸체, 캐비티 내에 배치되는 광원부, 광원부와 전기적으로 연결된 리드프레임, 리드프레임 상에 배치되고, 나노미터 크기의 결정으로 이루어진 복수의 형광체 입자로 이루어지는 형광층, 및 형광층 위에 배치되는 수지부를 포함하고, 복수의 형광체 입자 각각은 일정한 빛 스펙트럼을 갖는 제1입자 및 제1입자를 둘러싸고, 제1입자와 조합되어 백색광과 유사한 스펙트럼을 갖도록 하는 제2입자를 포함한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는, 리드프레임 표면에 형광체 입자로 이루어진 형광층을 도포함으로써, 리드 프레임 표면이 수분으로 인하여 부식되는 것을 방지한다.
또한, 색좌표가 균일해짐으로써 조명 효율이 증대될 수 있다.
또한, 형광체 입자를 소수성 물질로 코팅하여 형광층의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 빛의 파장에 비해 형광체 입자의 직경이 작아 확산 손실을 줄임으로써 광 전환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 형광체 입자 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 형광체 입자를 만드는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 구성에 따른 발광소자 패키지의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 구성에 따른 발광소자 패키지의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 표시장치의 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 실시예를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 형광체 입자(173) 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 형광체 입자(173)를 만드는 과정이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 캐비티가 형성된 몸체(110), 캐비티 내에 배치된 광원부(120), 광원부(120)와 전기적으로 연결된 제1 및 제2리드프레임(130,140) 및 광원부(120) 상에 배치되며, 나노미터 크기의 결정으로 이루어진 복수의 형광체 입자(173)를 포함하는 형광층(170)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 형광체 입자(173) 각각은 일정한 빛 스펙트럼을 갖는 제1입자(171) 및 상기 제1입자(171)를 둘러싸고, 상기 제1입자(171)와 조합되어 백색광과 유사한 스펙트럼을 갖도록 하는 제2입자(172)를 포함할 수 있다.
광원부(120)는 빛을 생성한다. 광원부(120)는 빛을 생성하는 모든 구성을 포함할 수 있다. 광원부(120)는 예를 들면, 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 또한, 광원부(120)는 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있다.
발광소자는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.
광원부(120)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140) 위에 실장된다. 광원부(120)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140)과 전기적으로 연결된다. 도 1에 나타낸 광원부(120)는 제1 리드프레임(130)과 제2 리드프레임(140)과 와이어(160)에 의해 본딩된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않으며, 특히 수직형 발광소자의 경우는 제1 및 제2 리드프레임(130,140) 중 어느 하나가 와이어(160)에 의해 본딩될 수 있으며, 플립 칩 방식에 의해 와이어(160) 없이 광원부(120)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 광원부(120)에 전기적으로 연결되어, 광원부(120)에 전원을 공급하게 된다. 제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 형광층(170) 및 수지부(150) 중 적어도 하나와 접촉할 수 있다.
제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(130,140)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이 2개의 리드프레임이 실장될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 및 제2리드프레임(130,140)은 몸체(110)에 결합될 수 있다. 제1 및 제2리드프레임(130,140)은 캐비티(C)의 저면의 적어도 일영역을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 형광층(170) 및 수지부(150) 중 적어노 하나와 접촉할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 캐비티(C)의 저면을 형성하여서, 광원부(120)에서 발생된 빛을 반사시켜 광효율을 증가시킬 수 있고, 광원부(120)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다
제1 리드프레임 및 제2 리드프레임(130,140)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 제1 리드프레임(130)은 광원부(120)와 직접 접촉하거나 또는 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다.
몸체(110)는 발광소자 패키지의 기본 골격을 형성한다.
몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(110)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(110)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140)이 노출되는 캐비티(C)를 가진다. 몸체(110)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140)을 포함할 수 잇다. 제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 광원부(120)와 전기적으로 연결되어 광원부(120)에 전원을 공급할 수 있다.
몸체(110)는 내부에 제1 및 제2 리드프레임(130,140)이 노출되는 캐비티(C)와 바닥부를 형성한다. 몸체(110)의 캐비티(C) 내에 광원부(120)가 실장된다. 제1 및 제2 리드프레임(130,140)은 일단 몸체(110)의 외부로 노출되어 외부의 전원과 연결되게 된다.
몸체(110)는 바닥을 형성하는 바닥부와 캐비티(C)가 형성됨으로써, 캐비티(C)를 둘러싸는 벽부가 형성된다. 벽부의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 광원부(120)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
광의 지향각이 줄어들수록 광원부(120)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 광원부(120)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
캐비티(C)는 광원부(120)가 내부에 위치하는 공간이다. 바람직하게는, 캐비티(C)의 저면은 제1 및 제2 리드프레임(130,140)으로 형성되고, 캐비티(C)의 측면은 몸체(110)의 벽부로 형성된다.
캐비티(C)의 폭과 높이는 광원부(120)의 폭 및 높이 보다 크게 형성된다.
벽부의 내측면에서 광원부(120)에서 발생되는 광을 반사시키는 반사물질이 도포되는 것이 바람직하다.
캐비티(C)의 내에는 광원부(120)를 감싸 외부로부터 보호하는 수지부(150)가 충진된다.
수지부(150)는 광원부(120)를 외부로부터 격리시킨다. 수지부(150)는 광원부(120)를 외부에서 격리시켜서 외부의 침습 등에서 광원부(120)를 보호한다. 수지부는(150)는 광원부(120)가 실장되는 제1 및 제2 리드프레임(130,140)과 형광층(170) 위에 배치될 수 있다. 수지부(150)는 형광층(170)을 덮거나, 혹은 광원부(120)와 형광층(170) 사이에 배치될 수 있다. 수지부(150)의 두께는 나노 미터 단위의 형광체 입자(173)를 포함하는 형광층(170)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
수지부(150)는 수밀성, 내식성, 절연성이 우수한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
수지부(150) 내에는 광원부(120)에서 발생되는 광을 분산사키는 광확산재(미도시)가 더 포함될 수 있다.
광확산재(미도시)는 입자 형태로, 금속으로 형성되는 것이 바람직한바, 광확산재(미도시)가 금속으로 형성되는 경우는 표면 플라즈몬 공명에 의해 발광소자 패키지의 광추출효율은 향상될 수 있다.
한편, 광에 의해 여기 되어 형성된 표면 플라즈몬 파는 금속층이 평평한 면을 갖는 경우에는, 금속 표면으로부터 내부 또는 외부로 전파되지 않는 특징이 있다. 따라서, 표면 플라즈몬 파를 빛으로 외부에 방출시킬 필요가 있는바, 광확산재(미도시)는 구 형상을 가질 수 있다.
한편, 이를 위해 광확산재(미도시)를 형성하는 금속은, 외부 자극에 의해 전자의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금, 은, 구리 및 알루미늄 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
렌즈(미도시)는 수지부(150)의 상부에 배치될 수 있다. 렌즈(미도시)는 상부가 오목한 형상, 평평한 형상, 볼록한 형상 등을 가질 수 있다. 렌즈(미도시)의 형상이 반구 형상인 경우, 외부로 방출되는 지향각이 커지고 광의 집중성은 감소하게 된다. 반대로 렌즈(미도시)의 형상이 상부가 오목한 형상인 경우, 외부로 방출되는 광의 지향각이 작아지고 광의 집중성은 증가하게 된다. 렌즈(미도시)는 표면의 곡률 정도를 조절하여 발광소자 패키지(100)의 휘도 또는 지향각을 조절할 수 있다.
형광층(170)은 광원부(120)에서 발생하는 빛의 파장을 변환시킬 수 있다. 광원부(120)에서 방출되는 광의 파장에 종류가 선택되어 발광소자 패키지가 백색광을 구현하도록 할 수 있다. 이와 유사하게, 광원부(120)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광층 또는 청색과 적색의 형광층을 혼용하는 경우, 광원부(120)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광층 또는 청색과 녹색 형광층을 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
형광층(170)은 나노미터 크기의 결정으로 이루어진, 복수의 형광체 입자(173)로 이루어질 수 있다. 양자점 형광체(quantum dot phosphor)라고도 하는 복수의 형광체 입자(173)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140) 상에 배치될 수 있다. 즉, 복수의 형광체 입자(173)는 제1 및 제2 리드프레임(130,140) 상에 도포(dispensing)될 수 있다. 형광층(170)은 캐비티 내에 배치되고, 광원부(120)의 측면 및 상부면 중 적어도 일면에 접촉되게 배치될 수 있다. 형광층(170)의 두께는 수지부(150)의 두께보다 더 얇을 수 있다. 예를 들어, 형광층(170)은 단일 형광체 입자(173)의 직경을 최소 두께로 가질 수 있다. 양자점(quantum dot)은 나노 크기의 반도체 물질로서 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭(band gap)을 조절할 수 있게 되어 다양한 수준의 파장대의 에너지를 이용할 수 있다. 일반적으로 확산에 의해 손실되는 전환된 빛의 양 혹은 여기되는 양을 감소시키면 광 전환 효율이 개선될 수 있다. 형광체 입자(173)의 직경을 작게 함으로써, 확산 손실을 감소시키고, 광 전환 효율을 개선시킬 수 있다.도 2는 도 1의 수지부에 포함된 복수의 형광체 입자 중 임의의 형광체 입자(173)에 대하여 설명하며, 복수의 형광체 입자는 서로 동일한 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 2를 참조하면, 형광체 입자(173)는 일정한 빛 스펙트럼을 갖는 제1입자(171) 및 제1입자(171)를 둘러싸고, 제1입자(171)와 조합되어 백색광과 유사한 스펙트럼을 갖도록 하는 제2입자(172)를 포함할 수 있다. 제1입자(171) 및 제2입자(172)는 각각 코어(core) 및 쉘(shell) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1입자(171) 및 제2입자(172)는 각각 ZnS 및 CdSe로 코어(core)-쉘(shell) 구조를 이룰 수 있다.
제1입자(171)는 가넷, 설파이드, 티오메탈레이트, 실리케이트, 옥사이드, 옥시나이트라이드, 나이트라이드 및 셀레나이드계 형광체를 포함할 수 있다. 제1입자(171)는 여기원으로부터 흡수한 빛을 일정한 (빛의 파장에 따른 광도로 표현되는) 스펙트럼을 갖는 광으로 변환시킬 수 있다.
제2입자(172)는 CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, HgS, HgSe, HgTe, Cd(S1-xSex)(0≤x≤1), BaTiO3, PbZrO3, PbZrZTi1-ZO3(0≤z≤1), BaXSr1-XTiO3(0≤x≤1), SrTiO3, LaMnO3, CaMnO3 및 La1-XCaXMnO3(0≤x≤1)를 포함할 수 있다. 제2입자(172)는 제1입자(171)와 마찬가지로 여기원으로부터 흡수한 빛을 일정한 (빛의 파장에 따른 광도로 표현되는) 스펙트럼을 갖는 광으로 변환시킬 수 있다. 제1입자(171) 및 제2입자(172)가 조합된 스펙트럼의 강도는 제1입자(171) 및 제2입자(172) 각각이 나타내는 스펙트럼보다 더 균일하도록 선택될 수 있다. 제1입자(171) 및 제2입자(172)가 조합된 스펙트럼은 백색광으로 인지될 수 있다. 즉, 백색광에 더 가까운 조합된 스펙트럼을 갖는 복사선을 재방출할 수 있다.
형광체 입자(173)는 각각 상기 제2입자(172)를 둘러싸고, 소수성 물질로 형성되는 제3입자(174)를 포함할 수 있다. 형광체 입자(173)는 일반적으로 습기에 민감하므로, 입자를 습기로부터 보호하기 위한 내습성 코팅 물질로 표면이 코팅될 수 있다.
제3입자(174)는 퍼플루오르옥테인티올(PFOT: 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)를 포함할 수 있다. 퍼플루오르옥테인티올 (PFOT: 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)은 소수성 물질로 ZnS와 같은 설파이드계로 이루어진 제2입자(172)에 코팅될 수 있다. 제3입자(174)는 형광체 입자(173)가 수분에 의해 광 전환 효율이 저하되는 것을 방지하는 것과 동시에 리드프레임(130,140) 표면이 수분으로부터 부식되는 것을 막아줄 수 있다. 제3입자(174)는 수지부(150)를 형성하는 실리콘 자체의 소수성 성질로 인해 수지부(150)가 퍼플루오르옥테인티올(PFOT:1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)로 코팅된 형광체 입자(173)에 잘 도포될 수 있도록 도와준다.. 또한. 제3입자(174)는 형광체 입자(173)들이 서로 뭉치려는 현상을 방지하여, 입자의 균일성과 광 전환 효율을 개선시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 퍼플루오르옥테인티올(PFOT: 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)로 이루어진 제3입자(174)는 다음과 같은 방식으로 형광체 입자(173) 표면에 코팅될 수 있다. 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO: trioctylphosphineoxide)로 캡핑(capping)된 형광체 입자(173)는 표면이 ZnS로 이루어져, 퍼플루오르옥테인티올(PFOT: 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)과 혼합시켜 주면, 표면 상에 다이설파이드(disulfide) 결합이 형성되면서 상온에서 코팅이 일어날 수 있다. 이때, 퍼플루오르데칼린(PFD: perfluorodecalin)과 PFOT(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)가 용해된 톨루엔이 층분리 되어있는 용액 속에서 형광체 입자(173)과 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO: trioctylphosphineoxide)와 혼합시키면, 상전이가 일어나면서 형광체 입자(173)는 PFOT(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)로 코팅된다. 이후, 수용액으로 워싱(washing)하여 소수성 물질로 코팅된 형광체 입자(173)를 만들어낼 수 있다.
도 4는 도 1의 구성에 따른 발광소자 패키지의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a),(b),(c)는 도 1에 나타낸 발광소자 패키지(100)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이며, 도 1에 나타낸 발광소자 패키지(100)의 구성요소와 동일하나, 각각의 형광층(175,176,177)이 다양하게 배치될 수 있음을 보여준다.
먼저, 도 4의 (a)를 참조하면, 형광층(175)은 광원부(120)의 외부면에 둘러싸여 형성될 수 있다. 이 때, 와이어(160)의 일부는 수지부(150)에 위치하며, 제1 및 제2 리드프레임(130,140)의 일영역은 수지부(150)와 접촉할 수 있다.
여기서, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 형광층(175)는 광원부(120)의 외부면에 접촉됨으로써, 광원부(120)에서 방출되는 광을 흡수하기 용이하며, 결과적으로 백색광을 방출하기 용이할 수 있다.
도 4의 (b)에 나타낸 형광층(176)은 수지부(150) 상에 배치되며, 발광소자 패키지(100)의 캐비티(C)의 상부면까지 배치될 수 있으며, 도 4의 (c)에 나타낸 형광층(177)은 도 4의 (b)에 나타낸 형광층(176)과 유사하게 수지부(150) 상에 배치되지만, 캐비티(C)의 상부, 즉 몸체(110)의 상부면에 접촉되도록 함으로써, 외부로부터 캐비티(C) 내부로 유입되는 수분 등에 의한 제1 및 제2 리드프레임(130, 140)의 부식을 방지할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자 패키지(200)는 는 빛을 생성하는 광원부(220), 내부에 광원부(220)가 배치되는 캐비티가 형성되는 몸체(210), 몸체(210) 상에 배치되고 광원부(220)와 전기적으로 연결된 제1 및 제2 리드프레임(230,240), 광원부(220) 상에 배치되며, 나노미터 크기의 결정으로 이루어진 복수의 형광체 입자(173)를 포함하는 형광층(270), 형광층 상에 배치되거나 또는 형광층과 광원부 사이에 배치된 수지부(250) 및 수지부(250)와 형광층(270) 사이에 형성되는 계면층(280)을 포함할 수 있다.
계면층(280)은 플루오르(F)기를 가진 실리콘으로 형성될 수 있다. 플루오르기를 가진 계면층(280)은 형광층(170)에 적층되는 실리콘이 고르게 도포되도록 할 수 있다. 또한, 계면층(280)은 외부로부터 수분이 투과되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6은 도 5의 구성에 따른 발광소자 패키지의 다양한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 실시예 (a),(b),(c)는 도 6의 실시예에서의 구성요소와 동일하나, 각각의 형광층(271,272,273) 및 계면층(281,282,283)이 다양하게 배치될 수 있음을 보여준다. 계면층(281,282,283)은 형광층(271,272,273)과 수지부(250) 사이에 위치할 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면 형광층(271)은 광원부(220)의 외부면에 둘러싸여 형성될 수 있고, 계면층(281)은 형광층(271)을 둘러싸아 형성될 수 있다. 이 때, 와이어(260)의 일부는 수지부(250)에 위치하며, 제1 및 제2 리드프레임(130,140)의 일영역은 수지부(250)와 접촉할 수도 있다. 형광층(271)은 와이어의 하단부와 접촉될 수도 있다.
도 6의 (b) 및 (c)를 참조하면, 각각의 계면층(282,283)은 수지부(250) 상에 적층되고, 각각의 형광층(272,273)은 각각의 계면층(282,283) 상에 적층될 수 있다. 계면층(272,273) 및 형광층(282,283)은 단차지게 형성될 수 있다. 형광층(272)은 수지부 상에 적층되어 상면이 몸체(210)의 상면과 일치될 수 있다. 형광층(273)은 몸체(210)의 상면 상에 적층될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 광원 모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 발광 소자(1035)를 포함하며, 상기 발광 소자(1035)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자(1035)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일측 면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8은 도 7의 표시장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(1124)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자(1124)는 광원 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 광원 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트유닛(1150)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기의 광원 모듈(1160)은 기판(1120) 및 상기 기판(1120) 위에 배열된 복수의 발광 소자(1124)를 포함한다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(polymethyl methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 광원 모듈(1160) 위에 배치되며, 상기 광원 모듈(1160)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 광원부(120)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 돌출부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)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(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 돌출부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 돌출부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 돌출부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 돌출부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 수지부(150)를 포함할 수 있다. 수지부(150)는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110 : 몸체
120 : 광원부
130 : 제1 리드프레임
140 : 제2 리드프레임
150 : 수지부
160 : 와이어
170 : 형광층
171 : 제1입자
172 : 제2입자
173 : 형광체 입자
174 : 제3입자
280 : 계면층

Claims (11)

  1. 캐비티가 형성된 몸체;
    상기 캐비티 내에 배치된 광원부;
    상기 광원부와 전기적으로 연결된 리드프레임; 및
    상기 광원부 상에 배치되며, 나노미터 크기의 결정으로 이루어진 복수의 형광체 입자를 포함하는 형광층;을 포함하고,
    상기 복수의 형광체 입자 각각은 일정한 빛 스펙트럼을 갖는 제1입자 및 상기 제1입자를 둘러싸고, 상기 제1입자와 조합되어 백색광과 유사한 스펙트럼을 갖도록 하는 제2입자를 포함하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광층은 상기 캐비티 내에 배치되고, 상기 광원부의 측면 및 상부면 중 적어도 일면에 접촉되게 배치된 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형광층을 덮으며, 상기 캐비티에 충진된 수지부;를 포함하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 형광층 사이에 배치된 수지부;를 포함하는 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 형광체 입자 각각은 상기 제2입자를 둘러싸며, 소수성 물질로 형성되는 제3입자를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1입자는 가넷, 설파이드, 티오메탈레이트, 실리케이트, 옥사이드, 옥시나이트라이드, 나이트라이드 및 셀레나이드계 형광체 중 하나를 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2입자는 CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, HgS, HgSe, HgTe, Cd(S1-xSex)(0≤x≤1), BaTiO3, PbZrO3, PbZrZTi1-ZO3(0≤z≤1), BaXSr1-XTiO3(0≤x≤1), SrTiO3, LaMnO3, CaMnO3 및 La1-XCaXMnO3(0≤x≤1) 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자 패키지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제3입자는 퍼플루오르옥테인티올(PFOT: 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanethiol)을 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 형광층 상에 배치되거나, 또는 상기 형광층과 상기 광원부 사이에 배치된 수지부;를 포함하고,
    상기 수지부와 상기 형광층 사이에 형성된 계면층을 포함하는 발광소자 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리드프레임은 형광층 및 수지부 중 적어도 하나와 접촉하는 발광소자 패키지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 수지부의 두께는 상기 형광층의 두께보다 더 두꺼운 발광소자 패키지.
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