KR20170075966A - 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지는, 실장영역을 갖는 본체; 상기 실장영역 상에 배치되는 발광소자; 및 상기 발광소자와 실장영역 사이에 개재되어 상기 발광소자와 실장영역 사이의 공간을 확보하며, 상기 발광소자에서 상기 실장영역으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면을 갖는 스페이서부;를 포함할 수 있다.

Description

광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE HAVING ENHANCED LIGHT EXTRACTING EFFICIENCY}
본 발명은 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지에 관한 것이다.
종래의 발광소자 패키지는 LED 칩을 패키지 내부에 실장하기 위해 상기 LED 칩의 하면과 상기 패키지 사이의 계면에 접착제를 개재하는 방법을 통해서 LED 칩을 패키지 내부에 고정시키고 있다.
이와 같이 LED 칩이 패키지와 접하게 되면, LED 칩의 하단부로 나오는 광은 패키지에 의해 LED 칩 내부로 반사되어 내부 전반사에 의해 외부로 빠져나오지 못함으로써 광 추출 손실이 발생하는 문제가 있었다. 즉, LED 칩 상태에서 발광하는 광도에 비해 패키지 내에 실장된 후에 발광하는 광도가 낮아져 발광효율이 저하되는 문제가 있었다.
이에, 당 기술분야에서는 LED 칩이 패키지 내에 실장된 상태에서 내부 전반사에 따른 광 추출 효율이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
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 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지는, 실장영역을 갖는 본체; 상기 실장영역 상에 배치되는 발광소자; 및 상기 발광소자와 실장영역 사이에 개재되어 상기 발광소자와 실장영역 사이의 공간을 확보하며, 상기 발광소자에서 상기 실장영역으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면을 갖는 스페이서부;를 포함할 수 있다.
상기 스페이서부는 상기 실장영역에 놓이는 제1 레이어, 및 상기 제1 레이어를 덮는 제2 레이어를 포함하며, 상기 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 상기 반사면을 가질 수 있다.
상기 제1 레이어는 상기 발광소자의 광축이 지나는 중앙이 상기 발광소자를 향해 돌출된 구조를 가지며, 상기 중앙의 높이가 상기 실장영역과 접하는 가장자리보다 더 높을 수 있다.
상기 제1 레이어는 제1 굴절률을 갖고, 상기 제2 레이어는 제2 굴절률을 가지며, 상기 제2 굴절률이 상기 제1 굴절률보다 더 클 수 있다.
상기 제2 레이어는 광 투과성 물질을 재질로 가지고, 상기 제1 레이어는 광 반사 물질을 재질로 가질 수 있다.
상기 제1 레이어와 제2 레이어 중 적어도 하나는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함하거나, 광 분산제를 포함할 수 있다.
상기 반사면은 상기 제1 레이어와 제2 레이어 사이의 계면 또는 상기 제1 레이어 표면을 덮는 반사막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지는, 반사 홈을 갖는 본체; 상기 반사 홈의 바닥면에 놓이는 스페이서부; 상기 스페이서부 상에 놓이는 발광소자; 및 상기 스페이서부 둘레를 감싸며, 상기 발광소자를 상기 스페이서부 상에 고정시키는 접착부;를 포함하고, 상기 스페이서부는 상기 발광소자와 반사 홈의 바닥면 사이의 공간을 확보하며, 상기 발광소자에서 상기 반사 홈의 바닥면으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면을 가질 수 있다.
상기 스페이서부는 경사진 측면을 가지며, 상기 측면은 상기 반사면을 정의할 수 있다.
상기 반사홈을 채우는 봉지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, LED 칩이 패키지 내에 실장된 상태에서 내부 전반사에 따른 광 추출 효율이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 발광소자 패키지가 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 예시적인 실시예에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 각각 발광소자 패키지에서 스페이서부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 스페이서부의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a와 도 6b는 각각 도 5의 발광소자 패키지에서 스페이서부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 채용가능한 형광체를 설명하기 위한 CIE1931 좌표계이다.
도 8은 본 발명에 채용될 수 있는 발광소자의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(벌브형)를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(L램프형)를 개략적으로 나타내는 분해 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. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지를 설명한다. 도 1은 예시적인 실시예에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지(1)는 본체(10), 발광소자(20), 스페이서부(30)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(1)는 봉지부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 본체(10)는 상기 발광소자(20)가 실장되어 지지되는 베이스 부재에 해당한다.
상기 본체(10)는 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 발광소자(20)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다.
상기 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, 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 본체(10)에는 외부 전원과의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(11)이 구비될 수 있다. 상기 리드 프레임(11)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 리드 프레임(11)은 적어도 한 쌍이 전기적 절연을 위해 서로 분리되어 마주보는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 프레임(11)은 제1 극성을 갖는 제1 리드 프레임(11a) 및 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 갖는 제2 리드 프레임(11b)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 극성과 제2 극성은 각각 양극과 음극(또는 그 반대)일 수 있다. 그리고, 상기 제1 리드 프레임(11a)과 제2 리드 프레임(11b)은 서로 분리되어 상기 본체(10)에 의해 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(11a, 11b)의 바닥면은 상기 본체(10)의 바닥면을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이를 통해 상기 발광소자(20)에서 발생된 열을 외부로 방출시킴으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 본체(10)는 상면에 소정 깊이로 함몰된 반사 홈(12)을 가질 수 있다. 상기 반사 홈(12)은 그 내측면이 상기 본체(10)의 바닥면을 향해 경사진 테이퍼 형태의 컵 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 반사 홈(12)의 바닥면은 상기 발광소자(20)가 놓이는 실장영역(A)을 정의할 수 있다.
상기 반사 홈(12)의 바닥면에는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(11a, 11b)이 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 발광소자(20)는 와이어(21)를 통해서 상기 제1 및 제2 리드 프레임(11a, 11b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광소자(20)는 상기 실장영역(A) 상에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(20)는 상기 리드 프레임(11)을 통해 외부에서 인가되는 구동 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전소자(Optoelectronic Device)일 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층과 이들 사이에 개재되는 활성층을 갖는 반도체 발광다이오드(LED) 칩을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(20)는 함유되는 물질 또는 형광체와의 조합에 따라서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광, 자외 광 등을 발광할 수도 있다.
상기 발광소자(20)의 구체적인 구성 및 구조에 대해서는 추후 설명한다.
상기 스페이서부(30)는 상기 발광소자(20)와 실장영역(A) 사이에 개재되어 상기 발광소자(20)와 실장영역(A) 사이의 공간을 확보할 수 있다. 즉, 상기 발광소자(20)는 상기 스페이서부(30)에 의해 상기 실장영역과 이격되어 상기 실장영역(A)의 상부에 배치될 수 있다.
상기 스페이서부(30)는 상기 발광소자(20)에서 상기 실장영역(A)으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면(R)을 가질 수 있다.
상기 스페이서부(30)의 구체적인 구성 및 구조에 대해서는 추후 설명한다.
상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(20)와 스페이서부(30)를 덮을 수 있다. 상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(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.
본 실시 형태에서는 상기 봉지부(40)가 볼록한 돔 형태의 렌즈 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 봉지부(40)는 상기 본체(10)의 상면과 대응하여 평평한 형태를 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 그리고, 그 상면에 별도의 렌즈가 추가로 부착되는 것도 가능하다.
도 3a와 도 3b 및 도 4를 참조하여 상기 스페이서부에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 도 3a와 도 3b는 각각 발광소자 패키지에서 스페이서부를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 스페이서부의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 스페이서부(30)는 상기 실장영역(A)에 놓이는 제1 레이어(31), 및 상기 제1 레이어(31)를 덮는 제2 레이어(32)를 포함하며, 상기 실장영역(A) 상에 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 스페이서부(30)는 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32) 사이에 상기 반사면(R)을 가질 수 있다.
상기 제1 레이어(31)는 상기 발광소자(20)의 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 발광소자(20)를 향해 돌출된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 레이어(31)는 상기 발광소자(20)의 광축(Z)이 지나는 중앙의 높이가 상기 실장영역(A)과 접하는 가장자리보다 더 높을 수 있다.
상기 제1 레이어(31)의 표면은 상기 광축(Z)이 지나는 중앙에서 가장자리를 향해 높이가 낮아지는 곡면 또는 경사면을 가질 수 있다.
상기 제2 레이어(32)는 상기 실장영역(A)에서 상기 제1 레이어(31)를 덮을 수 있다. 상기 제2 레이어(32)의 상면에는 상기 발광소자(20)가 놓일 수 있다. 상기 제2 레이어(32)는 상기 발광소자(20)를 고정시켜 상기 발광소자(20)가 상기 실장영역(A) 상부에 배치되도록 할 수 있다. 즉, 상기 제2 레이어(32)는, 예를 들어, 접착제로서 기능을 할 수 있다.
상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32)는 광 투과성 물질을 재질로 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32)는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이어(31)는 제1 굴절률을 갖고, 상기 제2 레이어(32)는 제2 굴절률을 가지는 경우, 상기 제2 굴절률이 상기 제1 굴절률보다 더 클 수 있다. 이 경우, 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32) 사이의 계면은 상기 반사면(R)을 정의할 수 있다.
상기 발광소자(20)의 광(L)은 상대적으로 굴절률이 큰 상기 제2 레이어(32)를 통과하여 상대적으로 굴절률이 작은 상기 제1 레이어(31)로 진행하며, 상기 제2 레이어(32)와 제1 레이어(31) 사이의 계면에서 반사되어 상기 스페이서부(30)의 측방향으로 진행할 수 있다.
도 3b에서는 상기 스페이서부(30')의 변형예를 나타내고 있다. 도 3b를 참조하면, 상기 제2 레이어(32')는 광 투과성 물질을 재질로 가지고, 상기 제1 레이어(31')는 광 반사 물질을 재질로 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 레이어(32')는 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 이루어질 수 있고, 상기 제1 레이어(31')는 상기 본체(10)와 같은 백색 성형 복합재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 레이어(31')의 표면이 상기 반사면(R)을 정의할 수 있다.
상기 발광소자(20)의 광(L)은 제2 레이어(32')를 통과하여 상기 제1 레이어(31')로 진행하며, 상기 제1 레이어(31')의 표면에서 반사되어 상기 스페이서부(30')의 측방향으로 진행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 스페이서부(30'')는 상기 제1 레이어(31'') 표면을 덮는 반사막(33'')을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 반사막(33'')의 표면이 상기 반사면(R)을 정의할 수 있다.
상기 반사막(33'')은 반사율이 우수한 물질을 코팅, 증착, 부착 등의 방식을 통해 상기 제1 레이어(31'')의 표면을 덮는 형태로 형성될 수 있다.
상기 발광소자(20)의 광(L)은 제2 레이어(32'')를 통과하여 상기 제1 레이어(31'')로 진행하며, 상기 제1 레이어(31'')의 표면을 덮는 상기 반사막(33'')에 의해 반사되어 상기 스페이서부(30')의 측방향으로 진행할 수 있다.
한편, 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32) 중 적어도 하나는 적어도 1종 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 레이어(31)가 광 반사 물질로 이루어지거나 상기 반사막(33)이 상기 제1 레이어(31) 표면에 형성되는 경우 형광체는 상기 제2 레이어(32)에 포함될 수 있다.
상기 형광체는 상기 발광소자(20)에서 발생된 광(L)에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 방출할 수 있다.
예를 들어, 발광소자(20)가 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 및/또는 오랜지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광소자(20) 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 발광소자(100)는 연색성(CRI)을 '40'에서 '100' 수준으로 조절할 수 있으며, 또한, 색온도를 대략 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오랜지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 색을 조정할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색 발광소자와 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 7에서 도시하는 CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색 광의 색 온도는 대략 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.
도 7에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서, 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) (단, 여기서 Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.)
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+ , K3SiF7:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 QD 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 QD는 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 대략 1 ~ 30nm, 나아가 대략 3 ~ 10nm일 수 있다. 상기 쉘 두께는 대략 0.1 ~ 20nm, 나아가 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
한편, 상기 제1 레이어(31)와 제2 레이어(32) 중 적어도 하나는 광 분산제를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 레이어(31)가 광 반사 물질로 이루어지거나 상기 반사막(33)이 상기 제1 레이어(31) 표면에 형성되는 경우 광 분산제는 상기 제2 레이어(32)에 포함될 수 있다.
상기 광 분산제는, 예를 들어, SiO2, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 발광소자(20)와 본체(10)의 실장영역(A) 사이에 개재되는 스페이서부(30)에 의해 발광소자(30)가 실장영역(A)과 접하지 않고 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 스페이서부(30)를 통해서 발광소자(20)와 실장영역(A) 사이에 광 추출을 위한 공간을 확보함으로써 발광소자(20)의 하단부로 나오는 광(L)이 발광소자(20) 내부로 반사되지 않고 측방향으로 반사되도록 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 종래와 같이 발광소자의 하단부로 나오는 광이 발광소자 내부로 반사되어 발광소자 내에서 전반사되어 외부로 빠져나오지 못함으로써 광 추출 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
도 5 및 도 6a와 도 6b를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 5는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6a와 도 6b는 각각 도 5의 발광소자 패키지에서 스페이서부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지(2)는 본체(10), 발광소자(20), 스페이서부(50), 접착부(60)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(2)는 봉지부(40)를 더 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 6b에서 도시하는 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(2)를 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1)와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 스페이서부(50)의 구조가 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 상기 본체(10)는 반사 홈(12)을 가지며, 상기 스페이서부(50)는 상기 반사 홈(12)의 바닥면에 놓일 수 있다. 발광소자(20)는 상기 스페이서부(50) 상에 놓여 상기 반사 홈(12)의 바닥면과 상기 스페이서부(50)의 높이에 해당하는 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 상기 발광소자(20)는 와이어(21)를 통해서 상기 반사 홈(12)으로 노출되는 제1 및 제2 리드 프레임(11a, 11b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 스페이서부(50)는 상기 발광소자(20)와 반사 홈(12)의 바닥면 사이의 공간을 확보할 수 있다.
상기 스페이서부(50)는 상기 발광소자(20)의 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 발광소자(20)를 향해 돌출된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 발광소자(20)와의 접촉면을 최소화할 수 있도록 중앙이 대체로 뾰족한 형태의 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 스페이서부(50)는 상기 반사 홈(12)의 바닥면과 접하는 하면(51), 상기 발광소자(20)의 하단부와 접하는 상면(52), 및 상기 하면(51)과 상면(52)을 연결하는 측면(53)을 가질 수 있다.
상기 상면(52)은 상기 하면(51)보다 작은 크기의 단면적을 가질 수 있다. 특히, 상기 상면(52)은 상기 발광소자(20)의 하단면과의 접촉면적을 최소화할 수 있도록 단면적의 크기가 작을 수 있다.
도 6a에서와 같이, 상기 측면(53)은 직선 형태로 경사진 구조를 가질 수 있다. 상기 측면(53)은 상기 발광소자(20)의 하단면에서 상기 반사 홈(12)의 바닥면으로 향하는 광(L)을 측방향으로 반사하는 반사면(R)을 정의할 수 있다.
또한, 6b에서와 같이, 상기 스페이서부(50')는 하면(51'), 상면(52') 및 측면(53')을 가지며, 상기 측면(53')은 곡선 형태로 경사진 구조를 가질 수 있다. 상기 측면(53')은 상기 발광소자(20)의 하단면에서 상기 반사 홈(12)의 바닥면으로 향하는 광(L)을 측방향으로 반사하는 반사면(R)을 정의할 수 있다.
상기 측면(53')의 다양한 곡률 변화를 통해서 상기 스페이서부(50')의 측방향으로 반사되는 광(L)의 방향을 다양하게 조절할 수 있다.
상기 스페이서부(50)는 상기 본체(10)와 같은 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 스페이서부(50)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 금속 등을 포함한 기타 다른 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
한편, 상기 발광소자(20)는 상기 스페이서부(50) 둘레를 감싸는 접착부(60)에 의해 상기 스페이서부(50) 상에 고정될 수 있다. 상기 접착부(60)는 상기 스페이서부(50)에 의해 반사된 광이 외부로 방출될 수 있도록 광 투과성을 가질 수 있다.
상기 반사홈(12)을 채우는 봉지부(40)는 상기 발광소자(20)와 스페이서부(50) 및 접착부(60)를 덮을 수 있다. 상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(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.
도 8에서는 상기 발광소자를 개략적으로 나타내고 있다. 도 8은 본 발명에 채용될 수 있는 발광소자의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광소자(20)는 제1 도전형 반도체층(22) 및 제2 도전형 반도체층(24)과 이들 사이에 배치되는 활성층(23)의 적층 구조를 가질 수 있다.
투광성을 갖는 성장 기판(22) 상에 놓이는 제1 도전형 반도체층(23)은 n형 불순물이 도핑된 반도체를 포함할 수 있으며, n형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(25)은 p형 불순물이 도핑된 반도체를 포함할 수 있으며, p형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라서 제1 및 제2 도전형 반도체층(23, 25)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다.
이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층(23, 25)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(23, 25) 사이에 배치되는 활성층(24)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 활성층(24)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(23, 25)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(23, 25)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 활성층(24)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
또한, 활성층(24)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(Multiple Quantum Wells, MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 활성층(24)은 단일 양자우물 구조(Single Quantum Well, SQW)가 사용될 수도 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(25), 상기 활성층(24) 및 상기 제1 도전형 반도체층(23)의 일부가 식각되어 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(23)의 노출면에는 제1 전극 패드(26)가 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층(23)과 접속될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(25)의 상부면에는 제2 전극 패드(27)가 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층(25)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(26, 27)는 각각 상기 와이어(21)와 연결되어 상기 제1 및 제2 리드 프레임(11a, 11b)과 접속될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 채용하는 다양한 조명 장치를 설명한다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 조명 장치(1100)는 소켓(1110), 전원부(1120), 방열부(1130), 광원 유닛(1140) 및 광학부(1170)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원 유닛(1140)은 기판(1142), 상기 기판(1142) 상에 장착된 복수의 발광소자 패키지(1141) 및 컨트롤러(1143)를 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러(1143)는 복수의 발광소자 패키지(1141)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
광원 유닛(1140)의 상부에 반사판(1150)이 포함되어 있으며, 반사판(1150)은 광원 유닛(1140)으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(1150)의 상부에는 통신 모듈(1160)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(1160)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 모듈(1160)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
상기 반사판(1150)과 통신 모듈(1160)은 광학부(1170)에 의해 커버될 수 있다.
상기 소켓(1110)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(1100)에 공급되는 전력은 소켓(1110)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(1120)는 제1 전원부(1121) 및 제2 전원부(1122)로 분리되어 조립될 수 있다.
상기 방열부(1130)는 내부 방열부(1131) 및 외부 방열부(1132)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(1131)는 광원 유닛(1140) 및/또는 전원부(1120)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(1132)로 열이 전달되게 할 수 있다.
상기 광학부(1170)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원 유닛(1140)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원 유닛(1140)의 복수의 발광소자 패키지(1141)들은 상기 전원부(1120)로부터 전력을 공급받아 상기 광학부(1170)로 빛을 방출할 수 있다. 본 실시예에서 상기 발광소자 패키지(1141)는 상기 도 1 내지 도 6의 발광소자 패키지(1, 2)와 실질적으로 대응되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 발광소자 패키지(1141)의 각 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시예를 참조하여 이해될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 조명 장치(1200)는 방열 부재(1210), 커버(1241), 광원 모듈(1250), 제1 소켓(1260) 및 제2 소켓(1270)을 포함할 수 있다.
상기 방열 부재(1210)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(1220, 1231)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 상기 방열 핀(1220, 1231)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다.
상기 방열 부재(1210)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(1232)가 형성되어 있다. 상기 지지대(1232)에는 상기 광원 모듈(1250)이 고정될 수 있다. 상기 방열 부재(1210)의 양 끝단에는 걸림 턱(1233)이 형성될 수 있다.
상기 커버(1241)에는 걸림 홈(1242)이 형성되어 있으며, 상기 걸림 홈(1242)에는 상기 방열 부재(1210)의 걸림 턱(1233)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(1242)과 걸림 턱(1233)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
상기 광원 모듈(1250)은 발광소자 패키지 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(1250)은 인쇄회로기판(1251), 발광소자 패키지(1252) 및 컨트롤러(1253)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(1253)는 발광소자 패키지(1252)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(1251)에는 발광소자 패키지(1252)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광소자 패키지(1252)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 본 실시 형태에서 발광소자 패키지(1252)는 상기 도 1 내지 도 6의 발광소자 패키지(1, 2)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제1 및 2 소켓(1260, 1270)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(1210) 및 커버(1241)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(1260)은 전극 단자(1261) 및 전원 장치(1262)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(1270)에는 더미 단자(1271)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(1260) 또는 제2 소켓(1270) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(1271)가 배치된 제2 소켓(1270)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(1261)가 배치된 제1 소켓(1260)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
발광소자를 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 벌브형 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명 장치가 여기에 해당되며, 실외용 LED 조명 장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
또한, LED를 이용한 조명 장치는 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.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2... 발광소자 패키지
10... 본체
20... 발광소자
30, 50... 스페이서부
40... 봉지부
60... 접착부

Claims (10)

  1. 실장영역을 갖는 본체;
    상기 실장영역 상에 배치되는 발광소자; 및
    상기 발광소자와 실장영역 사이에 개재되어 상기 발광소자와 실장영역 사이의 공간을 확보하며, 상기 발광소자에서 상기 실장영역으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면을 갖는 스페이서부;
    를 포함하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서부는 상기 실장영역에 놓이는 제1 레이어, 및 상기 제1 레이어를 덮는 제2 레이어를 포함하며, 상기 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 상기 반사면을 가지는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 상기 발광소자의 광축이 지나는 중앙이 상기 발광소자를 향해 돌출된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 상기 발광소자의 광축이 지나는 중앙의 높이가 상기 실장영역과 접하는 가장자리보다 더 높은 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 제1 굴절률을 갖고, 상기 제2 레이어는 제2 굴절률을 가지며, 상기 제2 굴절률이 상기 제1 굴절률보다 더 큰 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 레이어는 광 투과성 물질을 재질로 가지고, 상기 제1 레이어는 광 반사 물질을 재질로 가지는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 제1 레이어와 제2 레이어 사이의 계면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이어 표면을 덮는 반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자와 스페이서부를 덮는 봉지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
  10. 반사 홈을 갖는 본체;
    상기 반사 홈의 바닥면에 놓이는 스페이서부;
    상기 스페이서부 상에 놓이는 발광소자; 및
    상기 스페이서부 둘레를 감싸며, 상기 발광소자를 상기 스페이서부 상에 고정시키는 접착부;
    를 포함하고,
    상기 스페이서부는 상기 발광소자와 반사 홈의 바닥면 사이의 공간을 확보하며, 상기 발광소자에서 상기 반사 홈의 바닥면으로 향하는 광을 측방향으로 반사하는 반사면을 갖는 것을 특징을 하는 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지.
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