KR20170094859A - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 소자는 도전형 카본 블랙을 포함하는 블랙 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함하는 몸체와, 몸체에 의해 서로 전기적으로 이격된 제1 및 제2 리드 프레임과, 제1 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나의 위에 배치된 발광 소자 및 발광 소자를 에워싸도록 몸체와 제1 및 제2 리드 프레임 위에 배치된 몰딩 부재를 포함한다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치{Light emitting device package and lighting apparatus including the package}
실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
발광 다이오드를 포함하는 기존의 발광 소자 패키지의 기판은 세라믹 등으로 구현되므로 크랙을 야기시키며 높은 제조 비용을 갖는 문제점이 있다.
실시 예는 개선된 특성을 갖는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 도전형 카본 블랙을 포함하는 블랙 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함하는 몸체; 상기 몸체에 의해 서로 전기적으로 이격된 제1 및 제2 리드 프레임; 상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나의 위에 배치된 발광 소자; 및 상기 발광 소자를 에워싸도록 상기 몸체와 상기 제1 및 제2 리드 프레임 위에 배치된 몰딩 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 몸체의 탑면과 상기 제1 및 제2 리드 프레임 각각의 탑면은 동일 수평면 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 몸체의 탑면과 상기 제1 및 제2 리드 프레임 각각의 탑면은 플랫한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자로부터 상기 제1 및 제2 리드 프레임의 하단까지의 열 저항은 5 ℃/W일 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자는 발광 구조물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 활성층; 및 상기 활성층 위에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 이때, 발광 소자 패키지는 상기 제2 도전형 반도체층을 상기 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제1 와이어를 더 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 리드 프레임에 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 상기 발광 소자 패키지는 상기 제1 도전형 반도체층을 상기 제1 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제1 와이어; 및 상기 제2 도전형 반도체층을 상기 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제2 와이어를 더 포함할 수 있다.
또는, 예를 들어 상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층; 및 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 발광 소자는 상기 발광 구조물 위에 배치된 기판; 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제2 전극을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발광 소자 패키지는 상기 제1 전극과 상기 제1 리드 프레임 사이에 배치된 제1 솔더부; 및 상기 제2 전극과 상기 제2 리드 프레임 사이에 배치된 제2 솔더부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 몰딩 부재는 상기 발광 소자의 측부를 감싸며 상기 제1 및 제2 리드 프레임 위에 배치된 제1 몰딩 부재; 및 상기 발광 소자의 상부를 감싸며 상기 제1 몰딩 부재 위에 배치된 제2 몰딩 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 몰딩 부재의 두께는 상기 발광 소자의 두께와 동일할 수 있다. 상기 몸체의 두께와 상기 제1 및 제2 리드 프레임의 두께는 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 리드 프레임은 제1-1 층; 및 상기 제1-1 층 위에 배치되며, 상기 제1-1 층보다 넓은 제1-2 층을 포함하고, 상기 제2 리드 프레임은 제2-1 층; 및 상기 제2-1 층 위에 배치되며, 상기 제2-1 층보다 넓은 제2-2 층을 포함할 수 있다. 상기 몸체는 상기 제1-1 층이 수용되는 제1-1 수용 공간; 상기 제2-1 층이 수용되는 제2-1 수용 공간; 상기 제1-1 수용 공간과 상기 제2-1 수용 공간을 서로 이격시키며 배치된 격벽; 상기 제1-2 층이 수용되며 상기 제1-1 수용 공간 위에 제1-2 수용 공간; 및 상기 제2-2 층이 수용되며 상기 제2-1 수용 공간 위에 제2-2 수용 공간을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1-2 층은 상기 제1-2 수용 공간의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제2-2 층은 상기 제2-2 수용 공간의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제2 돌출부를 포함하고, 상기 몸체는 상기 제1 및 제2 돌출부를 수용하는 복수의 블라인드 홀을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1-1 층과 상기 제1-2 층은 일체형이고, 상기 제2-1 층과 상기인 제2-2 층은 일체형일 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자 패키지는, 상기 제1 및 제2 리드 프레임과 함께 상기 몰딩 부재를 가두는 댐을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자 패키지는 상기 제1 또는 제2 리드 프레임 중 다른 하나 위에 배치된 제너 다이오드; 및 상기 제너 다이오드와 상기 제2 리드 프레임을 서로 전기적으로 연결하는 제3 와이어를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 리드 프레임은 상기 몸체에 사출 성형 방식으로 결합될 수 있다.
다른 실시 예에 의한 조명 장치는, 상기 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치는 세라믹이나 AlN의 기판을 갖는 기존의 발광 소자 패키지보다 저렴한 비용으로 제조될 수 있고, 우수한 강성, 사출성, 공정성을 갖고, 단위 시간당 제조되는 더 많은 개수로 제조될 수 있고, 높은 설계의 자유도를 갖고, 우수한 방열 특성을 가지며, 크랙과 분진 발생을 방지할 수 있도록 한다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 전체 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 부분 결합 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 중간을 절개한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 및 제2 리드 프레임과 몸체의 분해 사시도를 나타낸다.
도 5는 제1 및 제2 리드 프레임과 몸체의 부분 결합 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 1 및 제2 리드 프레임과 몸체의 전체 결합 사시도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지에 포함되는 발광 소자의 다양한 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9d는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
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)”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.
이하, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)를 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 전체 분해 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 부분 결합 사시도를 나타내고, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 중간을 절개한 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)는 몸체(110), 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124), 발광 소자(130), 몰딩 부재(140), 제너 다이오드(150), 접착층(152), 제1 및 제3 와이어(162, 164)를 포함한다.
몸체(110)는 도전형 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 블랙 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC:Epoxy Molding Compound)를 포함할 수 있다. 몸체(110)는 발광 소자 패키지(100A)의 베이스에 해당하는 부분이다.
제1 리드 프레임(122)과 제2 리드 프레임(124)은 몸체(110)에 의해 서로 전기적으로 이격될 수 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)은 발광 소자(130)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)은 발광 소자(130)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 발광 소자(130)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 각각은 구리(Cu:Copper) 등과 같이 전기적 전도성을 갖는 물질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
제1 리드 프레임(122)은 제1-1 층(122L) 및 제1-2 층(122H)을 포함할 수 있다. 제1-1 층(122L)은 제1 리드 프레임(122)의 하층에 해당하고, 제1-2 층(122H)은 제1 리드 프레임(122)의 상층에 해당한다. 제1-2 층(122H)은 제1-1 층(122L) 위에 배치되며, 제1-1 층(122L)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1-1 층(122L)과 제1-2 층(122H)은 별개의 층인 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 제1-1 층(122L)과 제1-2 층(122H)은 일체형일 수도 있다.
제2 리드 프레임(124)은 제2-1 층(124L) 및 제2-2 층(124H)을 포함할 수 있다. 제2-1 층(124L)은 제2 리드 프레임(124)의 하층에 해당하고, 제2-2 층(124H)은 제2 리드 프레임(124)의 상층에 해당한다. 제2-2 층(124H)은 제2-1 층(124L) 위에 배치되며, 제2-1 층(124L)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2-1 층(124L)과 제2-2 층(124H)은 별개의 층인 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 제2-1 층(124L)과 제2-2 층(124H)은 일체형일 수도 있다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)과 몸체(110)의 분해 사시도를 나타내고, 도 5는 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)과 몸체(110)의 부분 결합 사시도를 나타내고, 도 6은 도 1 및 제2 리드 프레임(122, 124)과 몸체(110)의 전체 결합 사시도를 나타낸다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 몸체(110)는 제1-1 및 제2-1 수용 공간(H11, H21), 제1-2 및 제2-2 수용 공간(H21, H22) 및 격벽(B)을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1-1 수용 공간(H11)은 제1 리드 프레임(122)의 제1-1 층(122L)이 수용되는 공간을 형성하며, 제2-1 수용 공간(H21)은 제2 리드 프레임(124)의 제2-1 층(124L)이 수용되는 공간을 형성한다. 여기서, 제1-1 수용 공간(H11)과 제2-1 수용 공간(H21)은 몸체(110)의 격벽(B)에 의해 서로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 제1-1 수용 공간(H11)에 수용된 제1 리드 프레임(122)의 제1-1 층(122L)과 제2-1 수용 공간(H21)에 수용된 제2 리드 프레임(124)의 제2-1 층(124L)은 몸체(110)의 격벽(B)에 의해 서로 전기적으로 이격될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1-2 수용 공간(H21)은 제1 리드 프레임(122)의 제1-2 층(122H)이 수용되는 공간을 형성하며, 제1-1 수용 공간(H11) 위에 위치한다. 제2-2 수용 공간(H22)은 제2 리드 프레임(124)의 제2-2 층(124H)이 수용되는 공간을 형성하며, 제2-1 수용 공간(H21) 위에 위치한다. 여기서, 제1-2 수용 공간(H12)과 제2-2 수용 공간(H22)은 몸체(110)의 격벽(B)에 의해 서로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1-2 수용 공간(H12)에 수용된 제1 리드 프레임(122)의 제1-2 층(122H)과 제2-2 수용 공간(H22)에 수용된 제2 리드 프레임(124)의 제2-2 층(124H)은 격벽(B)에 의해 서로 전기적으로 이격될 수 있다.
또한, 제1 리드 프레임(122)의 제1-2 층(122H)은 제1-2 수용 공간(H12)의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제1 돌출부(P1)를 포함한다. 제2 리드 프레임(124)의 제2-2 층(124H)은 제2-2 수용 공간(H22)의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제2 돌출부(P2)를 포함할 수 있다.
몸체(110)는 복수의 블라인드 홀(blind hole)(H31, H32)을 더 포함할 수 있다. 제1 블라인드 홀(H31)은 제1 돌출부(P1)를 수용하며, 제2 블라인드 홀(H32)은 제2 돌출부(P2)를 수용할 수 있는 형상을 갖는다.
제1 블라인드 홀(H31)과 제1 돌출부(P1) 간의 결합 및 제2 블라인드 홀(H32)과 제2 돌출부(P2) 간의 결합에 의해 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)은 몸체(110)에 안정적으로 지지되어 고정될 수 있으며, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)과 몸체(110) 간의 접촉 면적이 넓어져서 방열이 더 우수해질 수 있다.
실시 예에 의하면, 몸체(110)가 블랙 EMC로 구현됨에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 몸체(110)의 탑면(110T)은 플랫(flat)한 형상을 가질 수 있다.
게다가, 제1 리드 프레임(122)의 탑면(122HT)과 제2 리드 프레임(124)의 탑면(124HT)도 플랫한 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 몸체(110)의 탑면(110T)과 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 탑면(122HT, 124HT)은 서로 동일 수평면 상에 위치할 수 있다.
또한, 몸체(110)는 제1 두께(T1)를 가질 수 있고, 제1 리드 프레임(122)과 제2 리드 프레임(124) 각각은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 리드 프레임(122)의 제2 두께(T2)는 제1-1 층(122L)과 제1-2 층(122H)의 각 두께를 합한 두께에 해당하고, 제2 리드 프레임(124)의 제2 두께(T2)는 제2-1 층(124L)과 제2-2 층(124H)의 각 두께를 합한 두께에 해당한다.
또한, 도시된 바와 같이, 제1 리드 프레임(122)의 제2 두께(T2)와 제2 리드 프레임(124)의 제2 두께(T2)는 서로 동일할 수 있다. 그러나, 다른 실시 예에 의하면, 제1 리드 프레임(122)의 제2 두께(T2)와 제2 리드 프레임(124)의 제2 두께(T2)는 서로 다를 수도 있다.
또한, 몸체(110)의 제1 두께(T1)와 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 각각의 제2 두께(T2)는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
또한, 제조 공정에서 후술되는 바와 같이, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)은 몸체(110)에 사출 성형(injection molding) 방식으로 결합될 수 있다.
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 양쪽면은 도금 처리될 수 있다. 즉, 제1 리드 프레임(122)에서 제1-1 층(122L)의 하부면과 제1-2 층(122H)의 상부면(122HT) 및 제2 리드 프레임(124)에서 제2-1 층(124L)의 하부면과 제2-2 층(124H)의 상부면(124HT) 각각은 은(Ag)이나 금(Au)으로 도금처리될 수 있다.
한편, 다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 소자(130)는 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 중 적어도 하나의 위에 배치될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 발광 소자(130)는 수직형 본딩 구조를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 발광 소자(130)는 수평형 본딩 구조 또는 플립칩형 본딩 구조를 가질 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)에 포함되는 발광 소자(130)의 다양한 실시 예(130A, 130B, 130C)의 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자(130)는 도 7a에 도시된 바와 같이 수직형 본딩 구조를 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시 예에 의하면, 발광 소자(130)는 도 7b에 도시된 바와 같이 수평형 본딩 구조를 가질 수도 있고 도 7c에 도시된 바와 같이 플립칩형 본딩 구조를 가질 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 발광 소자(130:130A 내지 130C)는 발광 구조물(134A, 134B, 134C)을 포함할 수 있다.
본딩 구조의 상이함에 무관하게, 발광 구조물(134A, 134B, 134C)은 제1 도전형 반도체층(134A-1, 134B-1, 134C-1), 활성층(134A-2, 134B-2, 134C-2) 및 제2 도전형 반도체층(134A-3, 134B-3, 134C-3)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(134A, 134B, 134C)은 서로 다른 구성 물질을 가질 수 있으며 이에 대해서는 다음과 같이 설명한다.
먼저, 도 7a에 도시된 수직형 본딩 구조를 갖는 발광 소자(130A)는 지지 기판(132), 발광 구조물(134A) 및 오믹 접촉층(136)을 포함할 수 있다.
지지 기판(132)은 발광 구조물(134A)를 지지하는 역할을 하며, 도전형 물질을 포함할 수 있다. 이는, 지지 기판(132) 위에 배치된 제1 도전형 반도체층(134A-1)이 지지 기판(132)을 통해 제1 리드 프레임(122)에 전기적으로 연결되도록 하기 위함이다.
예를 들어, 지지 기판(132)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 만일, 지지 기판(132)이 도전형일 경우, 지지 기판(132)의 전체는 제1 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자(130A)의 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다. 이를 위해, 지지 기판(132)은 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.
또한, 지지 기판(132)이 반사성 물질로 구현될 경우, 발광 구조물(134A)에서 방출되어 상부나 측부로 향하지 않고 지지 기판(134A)을 향하는 광을 반사시켜 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
또는, 지지 기판(132)과 발광 구조물(134A) 사이에 반사층(미도시)이 별도로 더 배치될 수도 있다.
반사층은 활성층(134A-2)에서 방출된 빛을 상부로 반사시키는 역할을 하며, 지지 기판(132) 위에 배치되며, 약 2500 옹스르통(Å)의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사층은 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(134A-2)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광 소자(130A)의 광 추출 효율을 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 이러한 반사층은 다양한 광 반사 패턴을 가질 수 있다. 광 반사 패턴은 반구형 양각 형태를 가질 수도 있지만, 음각 형태나 그 밖의 다양한 형태를 가질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(134A-1)은 지지 기판(132) 위에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(134A-1)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형이 n형일 경우 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(134A-1)은 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(134A-1)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층(134A-2)은 제1 도전형 반도체층(134A-1) 위에 배치된다. 활성층(134A-2)은 제1 도전형 반도체층(134A-1)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(134A-3)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서, 활성층(134A-2)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(134A-2)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
활성층(134A-2)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(134A-2)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(134A-2)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(134A-3)은 활성층(134A-2) 위에 배치된다. 제2 도전형 반도체층(134A-3)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(134A-3)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 예를 들어 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 만일, 제2 도전형이 p형 일 경우, 제2 도전형 반도체층(134A-3)은 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
오믹 접촉층(136)은 제2 도전형 반도체층(134A-3) 위에 배치된다. 제2 도전형 반도체층(134A-3)이 p형 반도체층일 경우 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로 이러한 오믹 특성을 개선하기 위해, 발광 소자(130A)는 오믹 접촉층(136)을 더 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(134A-3)의 위에 배치되는 오믹 접촉층(136)은 금속 및 투명 전도 산화막(TCO:Transparent Conductive Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오믹 접촉층(136)은 약 200 옹스트롱(Å)의 두께일 수 있으며, 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.
도 1 내지 도 3의 경우 발광 소자(130A)가 제1 리드 프레임(122) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 발광 소자(130A)는 제2 리드 프레임(124) 위에 배치될 수도 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(134A-1)은 지지 기판(132)을 통해 제1 리드 프레임(122)에 전기적으로 연결되므로, 와이어가 필요하지 않다. 즉, 지지 기판(132)은 제1 전극의 역할을 수행할 수 있다. 반면에, 제2 도전형 반도체층(134A-3)은 제1 와이어(162)에 의해 제2 리드 프레임(124)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 3 및 도 7a에 도시된 제1 와이어(162)는 제2 도전형 반도체층(134A-3)에 직접 연결된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제1 와이어(162)는 오믹 접촉층(136)을 통해 제2 도전형 반도체층(134A-3)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 이 경우, 오믹 접촉층(136)은 제2 전극의 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 7b에 도시된 수평형 본딩 구조를 갖는 발광 소자(130B)는 기판(131), 발광 구조물(134B), 제1 및 제2 전극(135, 137)을 포함할 수 있다.
기판(131)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(131)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 기판(131)이 실리콘 기판일 경우, (111) 결정면을 주면으로서 가질 수 있다. 실리콘 기판일 경우, 대구경이 용이하며 열전도도가 우수하지만, 실리콘과 질화물계 발광 구조물(134B) 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합에 의해 발광 구조물(134B)에 크랙(crack)이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수도 있다.
이를 방지하기 위해, 기판(131)과 발광 구조물(134B)의 사이에 버퍼층(또는, 전이층)(미도시)이 배치될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 Al, In, N 및 Ga로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층은 단층 또는 다층 구조를 가질 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(134B-1)은 기판(131) 위에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(134B-1)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(134B-1)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 도전형 반도체층(134B-1)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(134B-1)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
활성층(134B-2)은 제1 도전형 반도체층(134B-1) 위에 배치된다. 활성층(134B-2)은 제1 도전형 반도체층(134B-1)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 제2 도전형 반도체층(134B-3)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(134B-2)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(134B-2)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
활성층(134B-2)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(134B-2)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(134B-2)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(134B-3)은 활성층(134B-2) 위에 배치된다. 제2 도전형 반도체층(134B-3)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(134B-3)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(134B-3)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(134B-3)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제1 전극(135)은 제2 도전형 반도체층(134B-3)과 활성층(134B-2)과 제1 도전형 반도체층(134B-1)의 일부를 메사 식각하여 노출된 제1 도전형 반도체층(134B-1) 위에 배치된다. 제2 전극(137)은 제2 도전형 반도체층(134B-3) 위에 배치된다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 제1 및 제2 전극(135, 137)을 형성할 수 있다.
제1 전극(135)이 제1 와이어(166)에 의해 제1 리드 프레임(122)에 전기적으로 연결됨으로써, 제1 도전형 반도체층(134B-1)은 제1 리드 프레임(122)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 전극(137)이 제2 와이어(168)에 의해 제2 리드 프레임(124)에 전기적으로 연결됨으로써 제2 도전형 반도체층(134B-3)은 제2 리드 프레임(124)에 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 도 7c에 도시된 플립칩형 본딩 구조를 갖는 발광 소자(130C)는 기판(131), 발광 구조물(134C), 제1 전극(135) 및 제2 전극(137)을 포함할 수 있다.
기판(131) 아래에 발광 구조물(134C)이 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(134C-1)은 기판(131) 아래에 배치된다. 활성층(134C-2)은 제1 도전형 반도체층(134C-1) 아래에 배치된다. 제2 도전형 반도체층(134C-3)은 활성층(134C-2) 아래에 배치된다. 제1 전극(135)은 제1 도전형 반도체층(134C-1) 아래에 배치된다. 제2 전극(137)은 제2 도전형 반도체층(134C-3) 아래에 배치된다.
도 7c에 도시된 기판(131), 제1 도전형 반도체층(134C-1), 활성층(134C-2), 제2 도전형 반도체층(134C-3), 제1 전극(135) 및 제2 전극(137)은 도 7b에 도시된 기판(131), 제1 도전형 반도체층(134B-1), 활성층(134B-2), 제2 도전형 반도체층(134B-3), 제1 전극(135) 및 제2 전극(137) 각각과 동일한 역할을 수행할 수 있으며 동일한 물질로 구현될 수 있다. 다만, 도 7b에 도시된 발광 소자(130B)의 경우 광이 상부와 측부 방향으로 방출되므로, 제2 도전형 반도체층(134B-3)과 제2 전극(137) 각각은 광 투과성 물질로 구현될 수 있다. 이와 달리, 도 7c에 도시된 발광 소자(130C)의 경우 광이 상부와 측부 방향으로 방출되므로 제1 도전형 반도체층(134C-1), 기판(131) 및 제1 전극(135) 각각은 광 투과성 물질로 구현될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이 발광 소자(130C)가 플립칩형 본딩 구조를 가질 경우, 발광 소자 패키지(100A)는 제1 및 제2 솔더부(139A, 139B)를 더 포함할 수 있다.
제1 솔더부(139A)는 제1 전극(135)과 제1 리드 프레임(122) 사이에 배치된다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(134C-1)은 제1 전극(135)과 제1 솔더부(139A)를 통해 제1 리드 프레임(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 솔더부(139B)는 제2 전극(137)과 제2 리드 프레임(124) 사이에 배치된다. 따라서, 제2 도전형 반도체층(134C-2)은 제2 전극(137)과 제2 솔더부(139B)를 통해 제2 리드 프레임(124)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 발광 구조물(134A, 134B, 134C) 각각에서 제1 도전형 반도체층(134A-1, 134B-1, 134C-1)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(134A-3, 134B-3, 134C-3)은 n형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(134A-1, 134B-1, 134C-1)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(134A-3, 134B-3, 134C-3)은 p형 반도체층으로 구현할 수도 있다.
발광 구조물(134A, 134B, 134C)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 몰딩 부재(140)는 발광 소자(130)를 에워싸도록 몸체(110)와 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 위에 배치될 수 있다. 몰딩 부재(140)는 발광 소자(130)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩 부재(140)는 형광체를 포함하여, 발광 소자(130)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
몰딩 부재(140)는 제1 및 제2 몰딩 부재(142, 144)를 포함할 수 있다.
제1 몰딩 부재(142)는 발광 소자(130)의 측부를 감싸며 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 위에 배치될 수 있다. 제1 몰딩 부재(142)는 발광 소자(130)로부터 방출되는 광의 광속을 향상시키며 외부의 환경으로부터 발광 소자(130)가 손상(damage)을 입는 것을 방지하는 역할을 한다.
제2 몰딩 부재(144)는 발광 소자(130)의 상부를 감싸며 제1 몰딩 부재(142) 위에 배치될 수 있다. 제2 몰딩 부재(144)는 발광 소자(130)로부터 방출되는 광의 광속을 2차로 향상시키는 역할을 한다. 또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 및 제3 와이어(162, 164)는 제2 몰딩 부재(144)까지 배치되지 않고 제1 몰딩 부재(142)의 내부에만 배치된 것으로 예시되어 있다. 그러나, 설계에 따라, 제1 와이어(162, 166), 제2 와이어(168) 및 제3 와이어(164) 각각은 제1 몰딩 부재(142) 뿐만 아니라 제2 몰딩 부재(144)의 내부까지 연장되어 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 몰딩 부재(144)는 제1 와이어(162, 166), 제2 와이어(168) 및 제3 와이어(164) 각각을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
몰딩 부재(140)는 실리콘으로 구현될 수 있다. 이 경우, 제1 몰딩 부재(142)는 화이트 실리콘(white silicone)으로 구현되고, 제2 몰딩 부재(144)는 클리어 실리콘(clear silicone)으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 몰딩 부재(140)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
제1 몰딩 부재(142)의 제3 두께(T3)와 발광 소자(130)의 제4 두께(T4)는 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 제3 두께(T3)는 제4 두께(T4)와 동일할 수 있다.
한편, 제너 다이오드(150)는 제1 또는 제2 리드 프레임(122, 124) 중 다른 하나 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 발광 소자(130)가 수직형 본딩 구조를 갖고 제1 리드 프레임(122) 위에 배치될 경우 제너 다이오드(150)는 제2 리드 프레임(124) 위에 배치될 수 있다. 이때, 제너 다이오드(150)와 제2 리드 프레임(124)은 제3 와이어(164)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 제1 와이어(162, 166), 제2 와이어(168) 및 제3 와이어(164) 각각은 금(Au)으로 구현될 수 있다.
제너 다이오드(150)는 발광 소자 패키지(100A)에 흐르는 과전류나 인가되는 전압 ESD(ElectroStatic Discharge)를 방지하는 역할을 한다.
또한, 접착층(152)은 제너 다이오드(150)와 제2 리드 프레임(124) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(152)은 제너 다이오드(150)를 제2 리드 프레임(124)에 본딩시키는 역할을 하며, 일종의 페이스트(paste) 형태를 가지며, 은(Ag)과 에폭시(epoxy)를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 발광 소자 패키지(100A)는 제너 다이오드(150) 및 접착층(152)을 포함하지 않을 수도 있으며, 실시 예는 이들(150, 152)의 형태나 존재 여부에 국한되지 않는다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 8에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 몸체(110), 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124), 발광 소자(130), 몰딩 부재(140), 제너 다이오드(150), 접착층(152), 제1 및 제3 와이어(162, 164) 및 댐(dam)(170)을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 댐(170)을 더 포함하는 것을 제외하면, 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하다. 따라서, 도 8에 도시된 발광 소자 패키지(100B)에서 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.
도 8에 도시된 댐(170)은 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 위에 배치된 몰딩 부재(140)를 가두는 역할을 한다. 즉, 댐(170)과 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 상부면(122HT, 124HT)이 형성하는 캐비티에 몰딩 부재(140)가 배치될 수 있다.
이하, 도 3에 도시된 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 제조 방법을 도 9a 내지 도 9d를 참조하여 다음과 같이 살펴본다. 그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)는 도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 다른 제조 방법에 의해서도 제조될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 8에 도시된 발광 소자 패키지(100B)의 경우에도 댐(170)이 더 형성됨을 제외하면 도 9a 내지 도 9d에 도시된 방법에 의해서 제조될 수 있음은 물론이다.
도 9a 내지 도 9d는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 9a를 참조하면, 몸체(110)와 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)을 형성한다. 여기서, 몸체(110)는 블랙 EMC에 의해 제조되며, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 각각은 구리(Cu)에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 구리를 에칭(etching) 및 스탬핑(stamping)하여 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 패턴을 먼저 형성한다. 이후, 패터닝된 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)에 블랙 EMC를 사출 성형(injection molding)함으로써, 몸체(110)를 형성할 수 있다.
이후, 제1 리드 프레임(122) 위에 발광 소자(130)를 다이 본딩(die bonding)한다. 예를 들어, 발광 소자(130)는 도 7a에 도시된 바와 같은 구조로 다음과 같이 형성될 수 있다.
제1 리드 프레임(122) 위에 지지 기판(132)을 형성하고, 지지 기판(132) 위에 발광 구조물(134A)을 형성한다. 제1 도전형 반도체층(134A-1)을 위한 제1 물질층, 활성층(134A-2)을 위한 제2 물질층, 제2 도전형 반도체층(134A-3)을 위한 제3 물질층을 지지 기판(132) 위에 순차적으로 형성한다.
제1 물질층은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 물질층은 페어 구조로 반복되는 우물층/장벽층을 포함할 수 있으며, 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제3 물질층은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 예를 들어 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
이후, 제1 내지 제3 물질층을 통상의 사진 식각 공정에 의해 패터닝하여 발광 구조물(134A)을 형성할 수 있다. 이후, 발광 구조물(134) 위에 오믹 접촉층(136)을 형성한다.
이때, 발광 소자(130)가 형성되는 동안 접착층(152)과 제너 다이오드(150)를 제2 리드 프레임(124) 위에 형성할 수 있다.
이후, 도 9b를 참조하면, 발광 소자(130)를 와이어 본딩(Wire bonding)한다. 즉, 발광 소자(130)의 제2 도전형 반도체층(134A-3)과 제2 리드 프레임(124)을 전기적으로 연결하는 제1 와이어(162)를 형성하고, 제너 다이오드(150)를 제1 리드 프레임(122)과 전기적으로 연결하는 제3 와이어(164)를 형성한다.
이후, 도 9c를 참조하면, 몸체(110)와 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 측부에 댐(210)을 형성하여 몰딩 부재(140)가 수용될 캐비티를 형성하는 댐 공정을 진행한다. 이와 같이, 댐 공정을 수행하는 이유는, 흐름성(또는, 점성)을 갖는 제1 및 제2 몰딩 부재(142, 144)가 경화되기 이전에 흘러내리지 않도록 하기 위함이다.
이후, 도 9d에 도시된 바와 같이, 댐(210), 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124) 및 몸체(110)에 의해 형성되는 공간에 몰딩 부재(140)를 채우는 디스펜싱(dispensing) 공정을 진행한다. 이때, 제1 몰딩 부재(142)를 발광 소자(130)의 높이까지 형성한 후, 제2 몰딩 부재(144)를 발광 소자(130)의 상부면과 제1 몰딩 부재(142) 위에 형성한다. 전술한 바와 같이, 댐(210)이 배치됨으로 인해, 디스펜싱된 몰딩 부재(140)가 경화되기 이전에 흘러내리지 않을 수 있다.
이후, 도 9d에 도시된 댐(210)을 제거하면 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100A)가 완성될 수 있다. 도 9a 내지 도 9d는 하나의 발광 소자 패키지(100A)를 제조하는 공정 단면도이지만, 복수의 발광 소자 패키지(100A)가 도 9a 내지 도 9d에 도시된 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 이 경우, 도 9d에 도시된 바와 같은 공정 이후에, 다이싱(dicing) 공정을 수행하여 단일 발광 소자 패키지(100A)로 분리될 수 있다.
이하, 블랙 EMC로 구현된 몸체(110)를 갖는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)와 화이트(white) EMC, PCT(polycyclohexylene-dimethylene terephthalates) 같은 세라믹, 또는 AlN으로 구현된 기판을 갖는 비교 예에 의한 발광 소자 패키지를 다음과 같이 비교한다. 또한, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지는 비록 도시되지는 않았지만, 설명의 편의상, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)에서 몸체(110) 대신에 기판을 포함하는 것으로 가정한다.
비교 예에 의한 발광 소자 패키지에서와 같이 기판을 화이트 EMC, 세라믹 또는 AlN으로 구현할 경우 다양한 문제가 야기될 수 있다.
예를 들어, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 제조 비용보다 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)의 제조 비용이 훨씬 더 저렴하다. 왜냐하면 세라믹이나 AlN의 가격은 블랙 EMC보다 10배 내지 30배 정도 더 비싸기 때문이다.
또한, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지가 PCT나 화이트 EMC로 구현된 기판을 가질 경우, 발광 소자 패키지의 강성, 사출성, 공정성이 불안해질 수 있다. 반면에, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)는 몸체(110)를 블랙 EMC로 구현하여 이러한 불안한 문제가 해소될 수 있다.
또한, 블랙 EMC나 화이트 EMC는 입자를 포함하며, 블랙 EMC에 포함된 입자는 화이트 EMC에 포함된 입자보다 크기가 더 작다. 따라서, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)에서와 같이 몸체(110)를 블랙 EMC로 제조할 경우, 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 집적도가 증가하여, 단위 시간 당 제조 가능한 발광 소자 패키지의 개수를 증가시킬 수 있다. 더욱이, 입자의 크기가 작아질 경우, 발광 소자 패키지(100A, 100B)를 다양한 모습으로 설계할 수 있는 등, 설계의 자유도가 증가할 수 있다.
또한, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지는 발광 소자(130)로부터 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)까지의 열 저항(thermal resistance)은 7.5℃/W이다. 반면에, 몸체(110)를 블랙 EMC로 구현할 경우, 발광 소자(130)로부터 제1 및 제2 리드 프레임(122, 124)의 하단(122L의 저면 또는 124L의 저면)까지의 열 저항은 5℃/W로서 상대적으로 더 작다. 따라서, 동일 전력에서, 블랙 EMC로 구현된 몸체(110)를 갖는 발광 소자 패키지(100A, 100B)는 세라믹이나 AlN 등으로 구현된 기판을 갖는 비교 예에 의한 발광 소자 패키지보다 상대적으로 열 전도가 빨라 우수한 방열 특성을 갖는다.
또한, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지에서와 같이 기판을 화이트 EMC나 세라믹으로 구현할 경우 기판에 크랙(crack)이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정상 분진이 발생하여 발광 소자 패키지의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지에서와 같이 몸체(110)를 블랙 EMC로 구현할 경우 이러한 크랙과 분진 발생을 방지할 수 있다.
또한, 비교 예에 의한 발광 소자 패키지의 기판은 수지 등으로 구현되므로 컵 형태를 가지며 그의 상부면이 플랫한 단면 형상을 가질 수 없다. 그러나, 기판을 세라믹으로 구현할 경우 기판의 상부면은 플랫한 단면 형상을 가질 수 있으나, 세라믹은 전술한 바와 같이 블랙 EMC와 비교할 때 다양한 문제점이 있다. 반면에, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B)의 경우 세라믹보다 저렴한 블랙 EMC를 사용하여 가격을 줄이면서도 몸체(110)의 상부면(110T)을 도 6에 예시된 바와 같이 플랫하게 형성할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100A, 100B)는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광 소자 패키지(100A, 100B)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(100A, 100B), 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100A, 100B)는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치에 적용될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100A, 100B)를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 헤드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
헤드 램프는 기판 상에 배치되는 발광 소자 패키지(100A, 100B)들을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다. 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.
100A, 100B: 발광 소자 패키지 110: 몸체
122, 124: 리드 프레임 130, 130A, 130B, 130C: 발광 소자
140, 142, 144: 몰딩 부재 150: 제너 다이오드
152: 접착층 162, 164, 166, 168: 와이어
170: 댐

Claims (21)

  1. 도전형 카본 블랙을 포함하는 블랙 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)를 포함하는 몸체;
    상기 몸체에 의해 서로 전기적으로 이격된 제1 및 제2 리드 프레임;
    상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나의 위에 배치된 발광 소자; 및
    상기 발광 소자를 에워싸도록 상기 몸체와 상기 제1 및 제2 리드 프레임 위에 배치된 몰딩 부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 몸체의 탑면과 상기 제1 및 제2 리드 프레임 각각의 탑면은 동일 수평면 상에 위치한 발광 소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 몸체의 탑면과 상기 제1 및 제2 리드 프레임 각각의 탑면은 플랫한 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자로부터 상기 제1 및 제2 리드 프레임의 하단까지의 열 저항은 5 ℃/W인 발광 소자 패키지.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 발광 구조물을 포함하는 발광 소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 발광 구조물은
    제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 위에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는
    상기 제2 도전형 반도체층을 상기 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제1 와이어를 더 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 리드 프레임에 전기적으로 연결된 발광 소자 패키지.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는
    상기 제1 도전형 반도체층을 상기 제1 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제1 와이어; 및
    상기 제2 도전형 반도체층을 상기 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 제2 와이어를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 발광 구조물은
    제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 발광 소자는
    상기 발광 구조물 위에 배치된 기판;
    상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는
    상기 제1 전극과 상기 제1 리드 프레임 사이에 배치된 제1 솔더부; 및
    상기 제2 전극과 상기 제2 리드 프레임 사이에 배치된 제2 솔더부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 몰딩 부재는
    상기 발광 소자의 측부를 감싸며 상기 제1 및 제2 리드 프레임 위에 배치된 제1 몰딩 부재; 및
    상기 발광 소자의 상부를 감싸며 상기 제1 몰딩 부재 위에 배치된 제2 몰딩 부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제1 몰딩 부재의 두께는 상기 발광 소자의 두께와 동일한 발광 소자 패키지.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 몸체의 두께와 상기 제1 및 제2 리드 프레임의 두께는 서로 동일한 발광 소자 패키지.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 제1 리드 프레임은
    제1-1 층; 및
    상기 제1-1 층 위에 배치되며, 상기 제1-1 층보다 넓은 제1-2 층을 포함하고,
    상기 제2 리드 프레임은
    제2-1 층; 및
    상기 제2-1 층 위에 배치되며, 상기 제2-1 층보다 넓은 제2-2 층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 몸체는
    상기 제1-1 층이 수용되는 제1-1 수용 공간;
    상기 제2-1 층이 수용되는 제2-1 수용 공간;
    상기 제1-1 수용 공간과 상기 제2-1 수용 공간을 서로 이격시키며 배치된 격벽;
    상기 제1-2 층이 수용되며 상기 제1-1 수용 공간 위에 제1-2 수용 공간; 및
    상기 제2-2 층이 수용되며 상기 제2-1 수용 공간 위에 제2-2 수용 공간을 포함하는 발광 소자 패키지.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 제1-2 층은 상기 제1-2 수용 공간의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제1 돌출부를 포함하고,
    상기 제2-2 층은 상기 제2-2 수용 공간의 바깥쪽으로 돌출된 적어도 하나의 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 몸체는 상기 제1 및 제2 돌출부를 수용하는 복수의 블라인드 홀을 포함하는 발광 소자 패키지.
  17. 제14 항에 있어서, 상기 제1-1 층과 상기 제1-2 층은 일체형이고, 상기 제2-1 층과 상기인 제2-2 층은 일체형인 발광 소자 패키지.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 리드 프레임과 함께 상기 몰딩 부재를 가두는 댐을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지는
    상기 제1 또는 제2 리드 프레임 중 다른 하나 위에 배치된 제너 다이오드; 및
    상기 제너 다이오드와 상기 제2 리드 프레임을 서로 전기적으로 연결하는 제3 와이어를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 리드 프레임은 상기 몸체에 사출 성형 방식으로 결합된 발광 소자 패키지.
  21. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치.
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