KR20160007196A - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시예의 발광 소자 패키지 및 발광 모듈은 캐비티가 형성된 몸체 및 캐비티의 적어도 하나의 바닥면에 배치된 복수의 발광 소자를 포함하고, 복수의 발광 소자의 최상면에서부터 몸체의 상부면과 평행한 가상선까지의 거리는 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 작아지게 되어, 복수의 발광 소자로부터 발광된 광이 도달되는 수광면에서 광의 균일도 및 조도를 높이는 효과를 가질 수 있다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광 모듈{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHT EMITTING MODULE INCLUDING THE SAME}
실시예는 복수개의 발광 구조물을 포함하는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광 모듈에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드 (Light Emitting Diode)나 레이저다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색광선도 구현이 가능하며 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광통신수단의 송신모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광다이오드 백라이트, 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 백색 발광다이오드 조명장치, 자동차 헤드라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있으며, 이러한 어플리케이션의 확대로 최근 복수의 발광 소자가 적용된 고전압용 발광 소자 패키지 또는 발광 모듈이 구현되고 있다.
도 1은 복수의 발광 소자를 포함하는 종래의 발광 소자 패키지(200)를 나타낸 도면이다. 복수의 발광 소자(110)가 하나의 패키지에 배치되는 경우 각각의 발광 소자(110)에서 발광된 빛이 혼합되어 수광면에 도달하게 된다.
다만, 도시된 도 1의 발광 소자 패키지(200)에서와 같이 바닥면이 플랫(flat)한 캐비티(150)에 복수의 발광 소자가 하나의 패키지로 실장 되어 사용된 조명 장치의 경우, 수광면의 외곽으로 갈수록 복수의 발광 소자 중 일부의 발광 소자에서 방출되는 광이 도달되는 양이 작아지므로 수광면의 중심과 외곽에서 측정되는 조도(Intensity of Illumination)가 균일하지 않은 문제가 있다.
실시예는 복수의 발광 소자가 배치되는 캐비티 바닥면의 형상을 변경하여 수광면에서의 광의 균일도 및 광 효율을 높일 수 있는 발광 소자 패키지와 발광 모듈을 구현하고자 한다.
실시예는 캐비티가 형성된 몸체; 및 상기 캐비티의 적어도 하나의 바닥면에 배치된 복수의 발광소자; 를 포함하고, 상기 복수의 발광 소자의 최상면에서부터 상기 몸체의 상부면과 평행한 제1 가상선까지의 거리는 상기 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 작아지는 발광 소자 패키지를 제공한다.
상기 적어도 하나의 바닥면은 상기 캐비티의 중심축을 기준으로 좌우가 대칭될 수 있다.
상기 바닥면은 적어도 하나의 단차를 가질 수 있으며, 상기 적어도 하나의 단차는 상기 복수의 발광 소자가 배치되는 복수의 제1면 및 서로 이웃하는 상기 복수의 제1면을 이어주는 복수의 제2면을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1면의 폭은 상기 복수의 발광 소자의 폭보다 클 수 있다.
상기 복수의 제1면의 폭은 서로 동일할 수 있다.
상기 복수의 제2면의 높이는 아래와 같을 수 있다. (여기서, h는 상기 복수의 제2면의 높이에 해당하고, a는 상기 발광 소자의 중심축으로부터 상기 발광 소자와 대향하는 가장 가까운 상기 제2면까지의 거리에 해당하며, θ는 상기 발광 소자로부터 방출된 광의 지향각에 해당한다)
h≤a*tan (90-(θ/2))
상기 복수의 제2면의 높이는 서로 동일할 수 있다.
상기 복수의 제2면의 높이는 상기 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 커질 수 있다.
다른 실시예는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 복수의 상기 실시예의 발광 소자 패키지;를 포함하며, 상기 복수의 발광 소자 패키지 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖는 발광 모듈을 제공한다.
상기 복수의 발광 소자 패키지는 상기 기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 가질 수 있다.
상기 복수의 발광 소자 패키지의 높이는 상기 기판의 중심에서 외곽으로 갈수록 커질 수 있다.
다른 실시예는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지;를 포함하고, 상기 복수의 발광 소자 패키지 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖는 발광 모듈을 제공한다.
상기 복수의 발광 소자 패키지는 상기 기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 가질 수 있으며, 상기 기판의 중심에서 외곽으로 갈수록 높이가 커질 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 발광 모듈의 경우 복수의 발광 소자가 배치되는 캐비티의 바닥면의 형상을 최적화하여 수광면에서의 광의 균일도 및 조도를 높일 수 있다.
도 1은 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 발광 소자 패키지의 일부분의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 6a 내지 6b는 발광 소자 패키지에 발광된 광에 대한 수광면에서의 광 분포를 나타낸 도면이고,
도 7은 일 실시예의 발광 소자 패키지 및 이에 대한 수광면에서의 광 분포를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광 모듈의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광 모듈의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10은 발광 소자 패키지가 배치된 조명 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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 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)"로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2", "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는 발광 소자 패키지(300A)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 발광 소자 패키지(300A)는 캐비티(150)가 형성된 몸체(100) 및 복수의 발광 소자(110)를 포함할 수 있다.
몸체(100)는 실리콘 재질, 합성수지 재질 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
몸체(100)의 상부에는 캐비티(150)를 형성하고 있으며, 캐비티(150)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있다.
캐비티(150)는 적어도 하나의 바닥면(150a)을 가질 수 있으며, 바닥면(150a)은 평탄(flat)한 평면이거나 또는 곡면의 형상일 수 있으며, 바닥면(150a)에 대하여 수직이거나 경사지는 측면을 더 포함할 수 있다.
캐비티(150)의 크기 및 형태는 다양할 수 있으며, 캐비티(150)를 위에서 바라본 형상은 원형, 다각형, 타원형 등일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
캐비티(150)의 적어도 하나의 바닥면(150a)에는 복수의 발광 소자(110)가 배치될 수 있다.
도 3은 발광 소자(110)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 발광 소자(110)는 지지기판(70), 발광 구조물(20), 오믹층(40), 제1 전극(80)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(20)은 제1 도전형 반도체층(22)과 활성층(24) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(22)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)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(22)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(22)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(24)은 제1 도전형 반도체층(22)과 제2 도전형 반도체층(26) 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(24)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.
제2 도전형 반도체층(26)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)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 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(26)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(26)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(22)의 표면이 패턴을 이루어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(22)의 표면에는 제1 전극(80)이 배치될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 제1 전극(80)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(22)의 표면은 패턴을 이루지 않을 수 있다. 제1 전극(80)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(20)의 둘레에는 패시베이션층(90)이 형성될 수 있다. 패시베이션층(90)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(90)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(20)의 하부에는 제2 전극이 배치될 수 있으며, 오믹층(40)과 반사층(50)이 제2 전극으로 작용할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(26)의 하부에는 GaN이 배치되어 제2 도전형 반도체층(26)으로 전류 내지 정공 공급을 원활히 할 수 있다.
오믹층(40)은 약 200 옹스트롱(Å)의 두께일 수 있다. 오믹층(40)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 한정하지 않는다.
반사층(50)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 반사층(50)은 활성층(24)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 반도체 소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
지지기판(support substrate, 70)은 금속 또는 반도체 물질 등 도전성 물질로 형성될 수 있다. 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 반도체 소자 작동 시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질(ex. 금속 등)로 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 지지기판(70)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가지기 위하여 50 내지 200 마이크로 미터(㎛)의 두께로 이루어질 수 있다.
접합층(60)은 반사층(50)과 지지기판(70)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.
도 3에 도시된 발광 소자(110)의 실시예는 수직형 발광 소자의 실시예에 해당하나, 도 2의 발광 소자 패키지(300A)에는 도시된 수직형 발광 소자 이외에 수평형 발광 소자 또는 플립칩 타입의 발광 소자가 배치될 수 있다.
도 2에서 도시된 실시예에서와 같이 복수의 발광 소자(110)의 최상면에서부터 몸체의 상부면과 평행한 제1 가상선(X)까지의 거리는 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 작아질 수 있다.
예를 들어, 캐비티의 중심에 배치된 발광 소자(110)의 최상면으로부터 제1 가상선(X)까지의 거리가 d1이고, 캐비티의 최외곽에 배치된 발광 소자(110)의 최상면으로부터 제1 가상선(X)까지의 거리가 d3, 캐비티의 중심과 최외곽에 배치된 발광 소자들 사이에 배치된 발광 소자(110)의 최상면으로부터 제1 가상선(X)까지의 거리를 d2라고 할 때, d1≥d2≥d3 일 수 있다.
캐비티의 바닥면(150a)은 도 2에 도시된 바와 같이 곡면 형상을 이룰 수 있으며, 바닥면(150a)은 캐비티 중심축(Y)을 기준으로 좌우가 대칭될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 발광 소자 패키지의 다른 실시예(300B)를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도 2의 발광 소자 패키지(300A)의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4의 실시예에서 몸체(100)에 형성된 캐비티(150)의 바닥면(150a)은 적어도 하나의 단차를 가질 수 있다.
단차는 계단 형상일 수 있으며, 캐비티 바닥면(150a)에 형성되는 적어도 하나의 단차는 복수의 발광 소자(110)가 배치되는 복수의 제1면(151) 및 서로 이웃하는 복수의 제1면(151)을 이어주는 복수의 제2면(152)을 포함할 수 있다.
도 4의 실시예에서 적어도 하나의 단차를 포함하는 캐비티의 바닥면(150a)은 캐비티의 중심축(Y)을 기준으로 좌우가 대치될 수 있다. 예를 들어, 캐비티 중심에 배치되는 바닥면에 형성된 단차를 기준으로 좌우에 형성된 단차의 형상 및 개수는 서로 동일할 수 있다.
단차를 이루는 복수의 제1면(151)의 폭은 복수의 발광 소자(110)의 폭 보다 클 수 있다.
도 5를 참조하면, 단차를 이루는 제1면(151)의 폭이 w1이고, 제1면(151)에 배치되는 발광 소자(110)의 폭이 w2 일 때, w1>w2 일 수 있다.
단차를 이루는 복수의 제1면(151)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
또한, 캐비티의 중심축을 기준으로 좌우에 대칭되게 배치되는 단차를 이루는 복수의 제1면(151)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
단차를 이루는 복수의 제2면(152)의 높이(h)는 h≤a*tan (90-(θ/2)) 와 같을 수 있다.
도 5를 참조하면, 여기서, a는 발광 소자(110)의 중심축(Z)으로부터 발광 소자(110)와 대향하는 가장 가까운 제2면(152a)까지의 거리에 해당하며, θ는 상기 발광 소자(110)로부터 방출된 광의 지향각에 해당한다.
예를 들어, 제2면(152)의 높이(h)는 발광 소자가 배치되는 단차의 제1면(151)의 폭과 제1면(151)에 배치된 발광 소자와 이웃하는 제2면(152)까지의 거리 및 발광 소자(110)가 방출하는 광의 지향각에 따라 서로 다른 값을 가질 수도 있다.
또한, 복수의 제2면(152)의 높이(h)는 서로 동일할 수 있다.
도 6a 내지 6b는 발광 소자 패키지에서 발광되는 빛이 도달되는 수광면에서의 광 분포 및 상대적인 조도값을 시뮬레이션을 통하여 나타낸 도면이다.
도 6a는 종래의 평탄한 바닥면을 가지는 캐비티에 복수의 발광 소자가 배치되는 경우의 발광 소자 패키지(200)에서의 광분포를 나타낸 것이며, 도 6b는 실시예의 발광 소자 패키지(300B)에 대한 수광면에서의 광 분포를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6b에서 복수의 발광 소자(110)로부터 발광된 광이 모두 수렴하여 가장 높은 조도를 나타내는 영역은 수광면의 중앙(C)영역에 해당하고, 수광면의 외곽(E)영역으로 갈수록 조도는 낮아지게 된다.
도 6a에 도시된 발광 소자 패키지(200)에서와 같이 수광면으로부터 발광 소자까지의 거리가 캐비티 중심과 외곽에서 균일한 경우와 비교하여, 도 6b에서 도시된 발광 소자 패키지(300B)의 실시예의 경우 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 발광 소자와 수광면의 거리가 작아지게 되는 경우에 해당할 수 있다.
따라서, 도 6b에 도시된 실시예의 경우 상대적으로 수광면의 외곽 영역에서 캐비티의 외곽에 배치되는 발광 소자로부터 입사되는 광량이 많아지게 되어 조도가 종래의 발광 소자 패키지(200)의 경우에 비하여 커지게 된다.
즉, 종래의 발광 소자 패키지(200)를 사용한 경우에 비하여 실시예의 발광 소자 패키지(300B)의 경우에서 조도가 높은 수광면의 면적이 늘어나게 되며, 일정조도 이상의 값을 가지는 수광면이 넓어지게 되어 광 분포의 균일도가 높아지게 된다.
광 분포의 균일도는 발광 소자 패키지의 캐비티 중심에 배치되는 발광 소자에서 방출되는 광이 최대로 도달하는 영역의 수광면의 폭을 기준으로 비교하여 볼 수 있다.
예를 들어, 종래의 발광 소자 패키지(200)인 도 6a에서의 광 균일도를 판단하는 수광면의 폭(z1)은 수광면의 중심을 기준으로 조도의 분포를 나타낸 그래프에서-80mm 에서 80mm의 영역에 해당하고, 도 6b에서의 수광면의 폭(z2)은 -100mm에서 100mm의 영역에 해당할 수 있다. 따라서, 도 6b에 도시된 실시예의 발광 소자 패키지(300B)의 경우 광 분포의 균일도를 가지는 수광면의 폭이 종래의 발광 소자 패키지의 경우에 비하여 25%이상 커질 수 있다.
광 균일도가 높은 수광면의 면적은 발광 소자 패키지 실시예의 바닥면(150a)의 배치 및 바닥면을 이루는 단차의 크기와 배치에 따라 달라질 수 있으며, 도 6b의 시뮬레이션 결과는 일 실시예에 해당하며, 광 균일도가 향상되는 정도는 실시예에 표시된 것에 한정하지 않는다.
도 7에 도시된 바와 같이 복수의 제2면(152)의 높이는 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 커질 수 있다.
예를 들어, 캐비티(150)의 중심에 인접한 제2면(152)의 높이를 h1, 캐비티(150) 최외곽에 인접한 제2면(152)의 높이를 h3, 캐비티(150)의 중심과 최외곽 사이에 배치되는 제2면(152)의 높이를 h2라고 할 때, h1<h2<h3 일 수 있다.
도 7의 발광 소자 패키지 실시예(300C)에서도 도 6b에 도시된 바와 같이 일정 조도 이상을 가지는 수광면의 면적이 넓어져 광 균일도가 개선될 수 있다.
도 8은 발광 모듈의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예의 발광 모듈은 기판(210) 및 발광 소자 패키지(300)를 포함할 수 있고, 실시예에서 발광 소자 패키지(300)는 상술한 실시예들의 발광 소자 패키지(300A, 300B, 300C) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판(210)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)일 수 있으며, 도전성 물질이 패터닝되어 발광 소자 패키지(300)에 전류를 공급할 수 있다. 인쇄 회로기판은 메탈 코어(Metal Core PCB) 타입 또는 연성(Flexible PCB) 타입을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지 않는다.
상술한 실시예들의 발광 소자 패키지(300A, 300B, 300C)는 복수개가 기판(210) 상에 배치될 수 있으며, 배치된 복수의 발광 소자 패키지(300) 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(210)에 고정되는 발광 소자 패키지(300)의 몸체 바닥면에서부터 캐비티가 형성된 몸체 상부까지를 발광 소자 패키지의 높이라고 할 때, 기판 상에 배치된 복수의 발광 소자 패키지(300)의 높이는 서로 다를 수 있다.
기판(210)에 배치된 복수의 발광 소자 패키지는 기판(210)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(210)의 중심을 기준으로 하여 좌우에 대칭되게 배치되는 발광 소자 패키지(300)의 높이는 서로 동일할 수 있다.
기판(210)의 중심을 기준으로 하여 기판의 양 측에 대칭되게 배치되는 발광 소자 패키지(300)의 높이가 서로 동일한 경우, 상술한 실시예들의 발광 소자 패키지 실시예(300A, 300B, 300C)로부터 방출된 광에 대한 광 분포의 균일도와 유사한 광 균일도 분포를 얻을 수 있다. 즉, 발광 모듈에서 방출되는 광이 도달하는 수광면의 외곽 영역에서 일정 값 이상의 조도를 얻을 수 있는 영역이 넓어지게 되어 광 균일도가 개선될 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자 패키지(300)의 높이는 기판의 중심에서 외곽으로 갈수록 커질 수 있다.
기판(210)의 중심에 배치된 발광 소자 패키지(300)의 높이가 D3이고, 기판의 최외곽에 배치된 발광 소자 패키지의 높이가 D1이며, 그 사이에 배치된 발광 소자 패키지의 높이를 D2라고 할 때, D1>D2>D3 일 수 있다.
한편, 도 8에서는 기판(210)의 중심에서 외곽으로 갈수록 발광 소자 패키지(300)의 높이가 커지고, 기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 발광 소자 패키지(300)가 동일한 높이를 가지는 발광 모듈의 실시예를 도시하고 있으나, 서로 다른 높이를 갖는 발광 소자 패키지(300)는 원하는 수광면의 광 분포에 따라 다양한 형태로 기판(210) 상에 배치될 수 있다.
도 9는 발광 모듈의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9의 실시예에서, 발광 모듈은 기판(210) 및 기판(210) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지(400)를 포함할 수 있다.
기판(210)은 인쇄 회로 기판일 수 있으며, 복수의 발광 소자 패키지(400) 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 가질 수 있다.
실시예에서 발광 소자 패키지(400)에 형성된 캐비티의 바닥면은 단차가 없는 평탄(flat)한 바닥면을 가질 수 있으며, 복수의 발광 소자(110)는 평탄한 캐비티 바닥면에 배치될 수 있다. 하나의 발광 소자 패키지에 하나의 발광 소자가 배치될 수 있으며, 또는 하나의 발광 소자 패키지에 복수의 발광 소자가 배치될 수도 있다.
복수의 발광 소자 패키지(400)는 기판(210)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(210)의 중심에서 외곽으로 갈수록 발광 소자 패키지의 높이는 커질 수 있으며(D1>D2>D3), 기판(210)의 중심을 기준으로 기판의 양측에 서로 대칭되어 배치되는 발광 소자 패키지(400)의 높이는 서로 동일할 수 있다.
도 9의 실시예의 경우 발광 소자 패키지에 형성된 캐비티의 형상을 변경하지 않고, 패키지 몸체의 높이를 조절하여 서로 다른 높이를 가지는 패키지 몸체에 발광 소자를 배치한 복수의 발광 소자 패키지(400)를 적절히 배치함으로써 원하는 광 분포를 가지는 발광 모듈을 구현할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일 실시예로서 일반 조명 장치를 설명한다.
도 10은 실시예의 발광소자 패키지(300A, 300B, 300C)를 포함하는 조명 장치의 일 실시예를 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 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, 폴리카보네이트는 내광성, 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.
형광체는 커버(1100)의 적어도 일 측면에 코팅 등의 방법으로 배치되거나, 광원 모듈(1200) 내의 발광소자 패키지(1210) 내에 배치될 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. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
상술한 실시예의 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 실시예는, 패키지 몸체에 형성된 캐비티 바닥면의 형상을 최적화하여 복수의 발광 소자를 배치한 것으로서 조도가 높은 수광면의 면적이 커질 수 있도록 하여, 균일한 조도값을 가지는 조명을 구현할 수 있다.
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.
110 : 발광 소자 150 : 캐비티
150a : 캐비티 바닥면 151 : 단차의 제1면
152 : 단차의 제2면
200, 300A, 300B, 300C, 400 : 발광 소자 패키지

Claims (15)

  1. 캐비티가 형성된 몸체; 및
    상기 캐비티의 적어도 하나의 바닥면에 배치된 복수의 발광소자; 를 포함하고,
    상기 복수의 발광 소자의 최상면에서부터 상기 몸체의 상부면과 평행한 제1 가상선까지의 거리는 상기 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 작아지는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 바닥면은 상기 캐비티의 중심축을 기준으로 좌우가 대칭되는 발광 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 바닥면은 적어도 하나의 단차를 갖는 발광 소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단차는 상기 복수의 발광 소자가 배치되는 복수의 제1면 및 서로 이웃하는 상기 복수의 제1면을 이어주는 복수의 제2면을 포함하는 발광 소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1면의 폭은 상기 복수의 발광 소자의 폭보다 큰 발광 소자 패키지.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제1면의 폭은 서로 동일한 발광 소자 패키지.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제2면의 높이는 아래와 같은 발광 소자 패키지.
    h≤a*tan (90-(θ/2))
    (여기서, h는 상기 복수의 제2면의 높이에 해당하고, a는 상기 발광 소자의 중심축으로부터 상기 발광 소자와 대향하는 가장 가까운 상기 제2면까지의 거리에 해당하며, θ는 상기 발광 소자로부터 방출된 광의 지향각에 해당한다)
  8. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제2면의 높이는 서로 동일한 발광 소자 패키지.
  9. 제4항에 있어서, 상기 복수의 제2면의 높이는 상기 캐비티의 중심에서 외곽으로 갈수록 커지는 발광 소자 패키지.
  10. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되며, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 상기 발광 소자 패키지;를 포함하며,
    상기 복수의 발광 소자 패키지 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖는 발광 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자 패키지는 상기 기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 갖는 발광 모듈.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자 패키지의 높이는 상기 기판의 중심에서 외곽으로 갈수록 커지는 발광 모듈.
  13. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지;를 포함하고,
    상기 복수의 발광 소자 패키지 중 적어도 하나는 서로 다른 높이를 갖는 발광 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자 패키지는 상기 기판의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 높이를 갖는 발광 모듈.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자 패키지의 높이는 상기 기판의 중심에서 외곽으로 갈수록 커지는 발광 모듈.
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