KR20170123153A - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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KR20170123153A
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임우식
최석범
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것으로, 실시 예의 발광 소자 패키지는 투광성의 기판, 상기 기판 상부면에 배치되며 상기 기판의 일 끝단에 배치된 제 1 발광 소자, 상기 기판의 타 끝단에 배치된 제 2 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 발광 소자, 상기 제 1 발광 소자 상에 배치된 제 1 접속 패드와 상기 제 2 발광 소자 상에 배치된 제 2 접속 패드, 상기 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자 사이에 배치되어 상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 상기 제 1 접속 패드 상에 배치된 제 1 접속 부재 및 상기 제 2 접속 패드 상에 배치된 제 2 접속 부재를 포함하는 LED 어레이; 및 상기 LED 어레이의 상부면과 하부면 및 네 측면을 감싸며, 상부면에서 상기 제 1 접속 부재와 상기 제 2 접속 부재를 노출시키는 파장 변환 부재를 포함한다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명 실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 따라, 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 최근, 발광 다이오드는 실내 및 실외에서 사용되는 각종 액정 표시 장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
일반적으로 복수 개의 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 등과 같은 회로 기판에 나란하게 실장하여 조명 장치의 광원으로 사용 수 있다. 그러나, 이 경우, 회로 기판에 복수 개의 발광 다이오드를 개별적으로 실장 해야 하므로 공정이 복잡하다. 더욱이, 불투명한 회로 기판에 의해 회로 기판이 배치된 방향으로는 광 방출이 불가능하여 조명 장치의 광 효율이 저하될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 360°의 광 방출이 가능한 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지는 투광성의 기판, 상기 기판 상부면에 배치되며 상기 기판의 일 끝단에 배치된 제 1 발광 소자, 상기 기판의 타 끝단에 배치된 제 2 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 발광 소자, 상기 제 1 발광 소자 상에 배치된 제 1 접속 패드와 상기 제 2 발광 소자 상에 배치된 제 2 접속 패드, 상기 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자 사이에 배치되어 상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 상기 제 1 접속 패드 상에 배치된 제 1 접속 부재 및 상기 제 2 접속 패드 상에 배치된 제 2 접속 부재를 포함하는 LED 어레이; 및 상기 LED 어레이의 상부면과 하부면 및 네 측면을 감싸며, 상부면에서 상기 제 1 접속 부재와 상기 제 2 접속 부재를 노출시키는 파장 변환 부재를 포함한다.
본 발명 실시 예의 조명 장치는 적어도 하나의 개구부를 갖는 커버; 상기 커버 내부에 배치되며, 투광성의 기판, 상기 기판 상부면에 배치되며 상기 기판의 일 끝단에 배치된 제 1 발광 소자, 상기 기판의 타 끝단에 배치된 제 2 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 발광 소자, 상기 제 1 발광 소자 상에 배치된 제 1 접속 패드와 상기 제 2 발광 소자 상에 배치된 제 2 접속 패드, 상기 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자 사이에 배치되어 상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 상기 제 1 접속 패드 상에 배치된 제 1 접속 부재 및 상기 제 2 접속 패드 상에 배치된 제 2 접속 부재를 포함하는 LED 어레이 및 상기 LED 어레이의 상부면과 하부면 및 네 측면을 감싸며, 상부면에서 상기 제 1 접속 부재와 상기 제 2 접속 부재를 노출시키는 파장 변환 부재를 포함하는 하나 이상의 발광 소자 패키지; 상기 개구부에 체결되는 소켓; 및 상기 소켓을 관통하며, 상기 제 1 접속 부재와 전기적으로 연결되는 제 1 핀과 상기 제 2 접속 부재와 전기적으로 연결되는 제 2 핀을 포함한다.
본 발명의 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지는 기판에서 발광 소자를 분리하지 않고, 기판 상에서 복수 개의 발광 소자를 연결 전극을 통해 전기적으로 연결하여 기판과 발광 소자를 모두 포함하는 LED 어레이를 감싸도록 파장 변환 부재를 형성한다. 따라서, 복수 개의 발광 소자를 연결하기 위해 배선을 포함하는 인쇄 회로 기판을 구비할 필요가 없어 제조 비용 및 공정을 간소화할 수 있다.
둘째, 기판이 투광성을 가져, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지는 상부면, 하부면 및 네 측면에서 모두 광이 방출되므로, 360°의 광 방출이 가능하다.
셋째, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지를 광원으로 사용하는 조명 장치는 광원에서 방출되는 광량이 증가하여 조명 장치의 발광 효율이 증가할 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지에 실장된 발광 소자의 개수를 감소시키거나 조명 장치에 포함되는 발광 소자 패키지의 개수를 감소시켜도 조명 장치가 충분한 효율을 가질 수 있다. 따라서, 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지의 상부 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED 어레이의 사시도이다.
도 3a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이다.
도 3b는 도 1의 상부 평면도이다.
도 3c는 제 1, 제 2 및 제 3 발광 소자의 연결을 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명 다른 실시 예의 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 5는 본 발명 다른 실시 예의 조명 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명 또 다른 실시 예의 조명 장치의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예의 발광 소자 패키지를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지의 상부 사시도이며, 도 2는 도 1의 LED 어레이의 사시도이다. 그리고, 도 3a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도이며, 도 3b는 도 1의 상부 평면도이다. 도 3c는 제 1, 제 2 및 제 3 발광 소자의 연결을 도시한 단면도이다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c와 같이, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지(1000)는 기판(10) 상에 배치된 복수 개의 발광 소자(20), 복수 개의 발광 소자(20) 중 기판(10)의 양 끝단에 배치된 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b) 상에 배치된 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b) 및 복수 개의 발광 소자(20) 중 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b) 사이에 배치된 나머지 제 3 발광 소자(20c)와 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b)를 연결하는 연결 전극(40) 및 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b) 상에 각각 배치된 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)를 포함하는 LED 어레이(100), 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)를 노출시키며 LED 어레이(100)를 감싸는 제 1 파장 변환 부재(110) 및 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)를 노출시키며 제 1 파장 변환 부재(110)를 감싸는 제 2 파장 변환 부재(120)를 포함한다.
기판(10)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지며, 막대 형상일 수 있다. 기판(10)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(10) 상에 배치된 복수 개의 발광 소자(20)는 기판(10)의 길이 방향을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 발광 소자(20)는 자외선 파장대의 광 또는 청색 파장대의 광을 방출할 수 있으며, 발광 소자(20)에서 방출되는 광은 제 1, 제 2 파장 변환 부재(110, 120)에 의해 특정 파장대의 광으로 변환된다. 예를 들어, 발광 소자(20)에서 방출되는 광이 제 1, 제 2 파장 변환 부재(110, 120)를 통해 백색광으로 변환될 수 있다.
발광 소자(20)는 기판(10) 상에 차례로 배치된 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3), 활성층(22_1, 22_2, 22_3), 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)을 포함할 수 있으며, 구조는 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 기판(10) 전면에 차례로 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3), 활성층(22_1, 22_2, 22_3), 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)을 형성하기 위한 반도체 물질을 성장시킬 수 있다. 이어, 차례로 적층된 반도체 물질을 메사(mesa) 식각하여 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)의 상부면을 노출시킨 후, 반도체 물질을 제거하여 복수 개의 발광 소자(20)로 분리할 수 있다.
제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)에 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제 1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제 1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제 1 도펀트가 도핑된 제 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(22_1, 22_2, 22_3)은 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(22_1, 22_2, 22_3)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(22_1, 22_2, 22_3)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(22_1, 22_2, 22_3)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)은 활성층(22_1, 22_2, 22_3) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)에 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)은 Inx5Aly2Ga1-x5-y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제 2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제 2 도펀트가 도핑된 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)은 p형 반도체층일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 활성층(22_1, 22_2, 22_3)과 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3) 사이에는 전자 차단층이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)에서 공급된 전자가 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(22_1, 22_2, 22_3) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다. 전자 차단층의 에너지 밴드갭은 활성층(22_1, 22_2, 22_3) 및/또는 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다. 전자 차단층은 Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
복수 개의 발광 소자(20)는 기판(10)의 양 끝단에 배치된 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b)와 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b) 사이의 나머지 제 3 발광 소자(20c)로 구분될 수 있다. 그리고, 복수 개의 발광 소자(20)는 연결 전극(40)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 예에서는 복수 개의 발광 소자(20)가 직렬로 연결된 것을 도시하였으나, 복수 개의 발광 소자(20)는 병렬로 연결될 수도 있으며, 직렬 및 병렬로 연결될 수도 있다.
제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b) 상에는 각각 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)는 외부 전류를 복수 개의 발광 소자(20)에 전달하기 위한 것이다.
제 1 접속 패드(30a)는 제 1 발광 소자(20a)의 제 1 반도체층(21_1) 상에 배치되어 제 1 발광 소자(20a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 접속 패드(30b)는 제 2 발광 소자(20b)의 제 2 반도체층(23_2) 상에 배치되어 제 2 발광 소자(20b)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)은 차례로 적층된 반도체 물질을 메사 식각하여 상부면이 노출되므로, 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)의 상부면의 높이와 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)의 상부면의 높이가 상이하다. 예를 들어, 제 2 반도체층(23_1, 23_2, 23_3)의 상부면의 높이가 제 1 반도체층(21_1, 21_2, 21_3)의 상부면의 높이보다 높을 수 있다.
따라서, 상기 높이 차이를 극복하기 위해, 제 1 접속 패드(30a)의 두께(T1)가 제 2 접속 패드(30b)의 두께(T2)보다 두꺼울 수 있다. 상기 높이 차이는 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b) 상에 각각 배치되는 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)의 두께를 조절하여 극복될 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 제 1 접속 패드(30a)의 두께(T1)와 제 2 접속 패드(30b)의 두께(T2)가 동일한 경우, 제 1 접속 부재(50a)의 두께가 제 2 접속 부재(50b)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제 1, 제 2 및 제 3 발광 소자(20a, 20b, 20c)는 연결 전극(40)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3c와 같이, 제 1 발광 소자(20a)와 제 2 발광 소자(20b) 사이에 한 개의 제 3 발광 소자(20c)가 배치된 경우, 연결 전극(40)은 제 1 발광 소자(20a)의 제 2 반도체층(23_1)과 제 3 발광 소자(20c)의 제 1 반도체층(21_3)을 전기적으로 연결시킨다. 그리고, 제 3 발광 소자(20c)의 제 2 반도체층(23_3)과 제 2 발광 소자(20b)의 제 1 반도체층(21_2)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상기와 같은 방법으로 연결 전극(40)을 이용하여 제 1, 제 2 발광 소자(20a, 20b) 사이에 복수 개의 제 3 발광 소자(20c)가 배치된 경우에도 제 1, 제 2, 제 3 발광 소자(20a, 20b, 20c)를 전기적으로 연결할 수 있다.
특히, 제 1 접속 패드(30a)는 제 1 발광 소자(20a)의 제 1 반도체층(21_1) 상에 배치되고, 제 2 접속 패드(30b)는 제 2 발광 소자(20b)의 제 2 반도체층(23_2) 상에 배치되므로, 제 1 발광 소자(20a)의 제 1 반도체층(21_1)과 제 2 발광 소자(20b)의 제 2 반도체층(23_2)은 충분한 면적을 가져야 한다. 즉, 제 1, 제 2 및 제 3 발광 소자(20a, 20b, 20c)의 크기는 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 제 1 발광 소자(20a)의 제 1 반도체층(21_1)의 면적은 제 2 발광 소자(20b) 및 제 3 발광 소자(20c)의 제 1 반도체층(21_2, 21_3)의 면적보다 넓을 수 있으며, 제 2 발광 소자(20b)의 제 2 반도체층(23_2)의 면적 역시 제 1 발광 소자(20a) 및 제 3 발광 소자(20c)의 제 2 반도체층(23_1, 23_3)의 면적보다 넓을 수 있다. 이를 위해, 제 1 발광 소자(20a)의 제 1 반도체층(21_1)의 폭(W4)은 제 3 발광 소자(20c)의 제 1 반도체층(21_3)의 폭(W2)보다 넓을 수 있으며, 제 2 발광 소자(20b)의 제 2 반도체층(23_2)의 폭(W3)은 제 3 발광 소자(20c)의 제 2 반도체층(23_3)의 폭(W1)보다 넓을 수 있다.
제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)와 연결 전극(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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 또한, 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)와 연결 전극(40)은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속층을 더 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b) 상에 각각 배치된 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)는 LED 어레이(100)와 외부 회로를 전기적으로 연결시키기 위한 것이다.
제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)는 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 또한, 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)는 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속층을 더 포함할 수 있다.
도면에서는 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)가 상부면이 돔 형상으로 돌출된 구조로 도시하였으나, 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)의 개수 및 형상은 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 솔더(solder)등과 같은 본딩 부재를 이용하여 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)를 외부 전원에 연결할 때, 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)의 개수가 증가할수록 본딩 부재와 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)의 접촉 면적이 증가하여 본딩 신뢰성이 향상될 수도 있다.
한편, 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)와 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)를 일체형으로 형성할 수도 있다.
상기와 같은 LED 어레이(100)를 감싸도록 제 1 파장 변환 부재(110)가 배치될 수 있다. 제 1 파장 변환 부재(110)는 제 1 파장 변환 입자가 분산된 고분자 수지로 형성될 수 있다. 이 때, 고분자 수지는 광 투과성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 고분자 수지는 실리콘 수지일 수 있다.
제 1 파장 변환 부재(110)는 LED 어레이(100)가 지지 기판(미도시) 등에 안착된 상태에서 LED 어레이(100)를 덮도록 액상 상태로 도포되므로, 제 1 파장 변환 부재(110)는 LED 어레이(100)의 하부면에는 도포되지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 파장 변환 부재(110)는 LED 어레이(100)의 상부면 및 네 측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 파장 변환 부재(110)의 상부면을 연마(polising)하여 제 1, 제 2 접속 패드(30a, 30b)가 제 1 파장 변환 부재(110)의 상부면에서 노출될 수 있다.
제 1 파장 변환 입자는 형광체, QD(Quantum Dot) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이하에서는 제 1 파장 변환 입자를 형광체로 설명한다. 형광체는 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 형광 물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 제한되지 않는다.
YAG 및 TAG계 형광 물질은 (Y, Tb, Lu, Sc, La, Gd, Sm)3(Al, Ga, In, Si, Fe)5(O, S)12:Ce 중에서 선택될 수 있으며, Silicate계 형광 물질은 (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:(Eu, F, Cl) 중에서 선택 사용 가능하다. 또한, Sulfide계 형광 물질은 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중 선택 가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16일 수 있다. 이 때, M은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 and 0.03<y<0.3을 만족하는 형광체 성분 중에서 선택될 수 있다. 적색 형광체는 N(예, CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체거나 KSF(K2SiF6) 형광체일 수 있다.
제 1 파장 변환 부재(110)를 감싸도록 제 2 파장 변환 부재(120)가 배치될 수 있다. 제 2 파장 변환 부재(120)는 제 1 파장 변환 부재(110)가 배치되지 않은 LED 어레이(100)의 하부면을 감싸도록 배치되며, 동시에 제 1 파장 변환 부재(110)의 네 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 제 2 파장 변환 부재(120)는 제 1 파장 변환 입자가 분산된 고분자 수지를 포함하거나, 제 1 파장 변환 입자와 상이한 제 2 파장 변환 입자가 분산된 고분자 수지로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 파장 변환 부재(120)는 제 1, 제 2 파장 변환 입자가 모두 분산된 고분자 수지를 포함할 수 있다.
예를 들어, 발광 소자(20)에서 방출되는 광이 청색인 경우, 제 1, 제 2 파장 변환 입자는 녹색, 적색 형광체에서 선택될 수 있다. 또한, 제 1 파장 변환 부재(110)와 제 2 파장 변환 부재(120)가 제 1 파장 변환 입자만을 포함하는 경우, 제 1 파장 변환 입자는 황색 형광체일 수 있다. 상기와 같은 제 1, 제 2 파장 변환 입자는 이에 한정하지 않고 용이하게 변경 가능하다.
일반적으로 발광 소자를 조명 장치의 광원으로 사용하는 경우, 발광 소자를 배선이 형성된 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)에 개별적으로 실장하므로 공정이 복잡하다. 또한, 불투명한 회로 기판에 의해 회로 기판이 배치된 방향으로는 광 방출이 불가능하여 조명 장치의 광 효율이 저하될 수 있다.
반면에, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지(1000)는 기판(10)에서 발광 소자(20)를 분리할 필요 없이 복수 개의 발광 소자(20) 및 기판(10)을 감싸도록 파장 변환 부재(110, 120)를 형성하여, 기판(10) 및 발광 소자(20)를 포함하는 LED 어레이(100)를 그대로 조명 장치의 광원으로 사용할 수 있다. 이 때, 복수 개의 발광 소자(20)를 연결 전극(40)을 통해 전기적으로 연결할 수 있으므로, 배선이 형성된 인쇄 회로 기판 등에 발광 소자(20)를 개별적으로 실장할 필요가 없어 공정이 간소화된다. 동시에, 발광 소자(20) 상에 바로 접속 패드(30a, 30b)를 형성함으로써, 발광 소자(20)와 접속 패드를 와이어 본딩할 필요가 없다.
특히, 기판(10)이 투광성을 갖는 경우, 파장 변환 부재(110, 120)가 배치된 발광 소자 패키지(100)의 상부면, 하부면 및 네 측면에서 모두 백색 광이 방출됨으로써, 360°의 광 방출이 가능하다. 따라서, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지(100)는 광 방출 효율이 증가할 수 있다.
본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지(100)는 상술한 바와 같이 기판(10)에서 발광 소자(20)를 분리하지 않으므로, 기판(10)의 두께가 너무 얇은 경우 외부 충격에 의한 LED 어레이(100)의 지지력이 충분하지 않아 기판(10)에 크랙 등이 발생할 수 있다. 따라서, 기판(10)의 두께는 최소 200㎛일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
한편, 제 1, 제 2 파장 변환 부재(110, 120)의 형상은 용이하게 변경될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명 다른 실시 예의 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 4a와 같이, 제 1 파장 변환 부재(110)가 LED 어레이(100)의 상부면에만 배치되어, 제 2 파장 변환 부재(120)가 LED 어레이(100)의 네 측면 및 하부면을 직접 감싸는 구조일 수 있다. 또한, 도 4b와 같이, 제 1 파장 변환 부재(110)가 LED 어레이(100)의 상부면 및 네 측면을 감싸며, 제 2 파장 변환 부재(120)는 LED 어레이(100)의 하부면에만 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명 다른 실시 예의 조명 장치의 단면도이며, 도 6은 본 발명 또 다른 실시 예의 조명 장치의 단면도이다.
도 5와 같이, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 하나 이상의 발광 소자 패키지(1000)를 광원으로 사용할 수 있으며, 실시 예에서는 조명 장치가 전구인 것을 도시하였다. 실시 예에서는 발광 소자 패키지(1000)가 세로 방향으로 나란하게 배열된 것을 도시하였으나, 발광 소자 패키지(1000)는 가로 방향으로 배열될 수도 있으며, 발광 소자 패키지(1000)의 배열은 이에 한정하지 않는다.
일반적으로, 전구는 텅스텐과 같은 선(line) 형상의 필라멘트에 전류가 전류에 의해 가열되어 발광할 수 있다. 그런데, 필라멘트는 소비 전력이 높고 외부 충격에 의해 쉽게 끊어지는 경향이 있다. 그러나, 발광 소자 패키지(1000)를 포함하는 본 발명 실시 예의 전구는 소비 전력이 낮고 반영구적인 수명을 가지며, 동시에 발광 소자 패키지(1000)가 360°의 광 방출이 가능하므로 조명 장치의 지향각이 커질 수 있다.
구체적으로, 커버(160a)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(160a)는 개구된 영역이 소켓(160)과 체결될 수 있다. 커버(160a)는 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등으로 형성될 수 있다.
커버(160a) 내에 배치된 복수 개의 발광 소자 패키지(1000)의 제 1 접속 부재(50a)는 조명 장치의 제 1 핀(150a) 또는 제 2 핀(150b)과 전기적으로 접속될 수 있으며, 실시 예와 같이 제 1 접속 부재(50a)가 제 1 핀(150a)과 연결된 경우, 제 2 접속 부재(50b)는 제 2 핀(150b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 핀(150a)과 제 2 핀(150b) 중 하나는 조명 장치의 양극(+)으로 기능하고, 다른 하나는 음극(-)으로 기능할 수 있다. 실시 예에서는 제 1 핀(150a)이 양극(+)으로 기능하고 제 2 핀(150b)이 음극(-)으로 기능하는 것을 도시하였다.
한편, 본 발명 실시 예의 조명 장치는 도 6과 같이 원통형의 램프일 수 있다. 램프 내에는 하나 이상의 발광 소자 패키지(1000)가 배치될 수 있으며, 도면에서는 하나의 발광 소자 패키지(1000)가 원통형의 커버(160b) 내에 배치된 것을 도시하였다. 발광 소자 패키지(1000)의 양 끝단의 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)는 각각 커버(160b)의 양 끝단에 체결된 소켓(160)을 관통하는 제 1, 제 2 핀(150a, 150b)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 1, 제 2 핀(150a, 150b)과 제 1, 제 2 접속 부재(50a, 50b)의 연결 방법은 이에 한정하지 않는다.
상기와 같은 본 발명 실시 예의 조명 장치는 상부면, 하부면 및 네 측면에서 모두 광이 방출되는 발광 소자 패키지(1000)를 광원으로 사용하므로, 광원에서 방출되는 광량이 증가하여 조명 장치의 발광 효율이 증가할 수 있다. 또한, 발광 소자 패키지(1000)에 실장된 발광 소자(20)의 개수를 감소시켜도 조명 장치가 충분한 효율을 가질 수 있다. 따라서, 조명 장치의 광원의 개수를 감소시켜 제조 비용을 절감할 수 있다.
특히, 본 발명 실시 예의 발광 소자 패키지(1000)는 기판(10)에서 발광 소자(20)를 분리하지 않고, 기판(10) 상에서 복수 개의 발광 소자(20)를 연결 전극(40)을 통해 전기적으로 연결하여 기판(10)과 발광 소자(20)를 모두 포함하는 LED 어레이(100)를 감싸도록 제 1, 제 2 파장 변환 부재(110, 120)를 형성한다. 따라서, 복수 개의 발광 소자(20)를 연결하기 위해 배선을 포함하는 인쇄 회로 기판을 구비할 필요가 없어 제조 비용 및 공정을 간소화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 기판 20: 발광 소자
20a: 제 1 광원 20b: 제 2 광원
20c: 제 3 광원 21_1, 21_2, 21_3: 제 1 반도체층
22_1, 22_2, 22_3: 활성층 23_1, 23_2, 23_3: 제 2 반도체층
30a: 제 1 접속 패드 30b: 제 2 접속 패드
40: 연결 전극 50a: 제 1 접속 부재
50b: 제 2 접속 부재 100: LED 어레이
110: 제 1 파장 변환 부재 120: 제 2 파장 변환 부재
150a: 제 1 핀 150b: 제 2 핀
160: 소켓 160a: 커버

Claims (10)

  1. 투광성의 기판, 상기 기판 상부면에 배치되며 상기 기판의 일 끝단에 배치된 제 1 발광 소자, 상기 기판의 타 끝단에 배치된 제 2 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 발광 소자, 상기 제 1 발광 소자 상에 배치된 제 1 접속 패드와 상기 제 2 발광 소자 상에 배치된 제 2 접속 패드, 상기 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자 사이에 배치되어 상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 상기 제 1 접속 패드 상에 배치된 제 1 접속 부재 및 상기 제 2 접속 패드 상에 배치된 제 2 접속 부재를 포함하는 LED 어레이; 및
    상기 LED 어레이의 상부면과 하부면 및 네 측면을 감싸며, 상부면에서 상기 제 1 접속 부재와 상기 제 2 접속 부재를 노출시키는 파장 변환 부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접속 패드와 상기 제 1 접속 부재는 일체형이며,
    상기 제 2 접속 패드와 상기 제 2 접속 부재는 일체형인 발광 소자 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접속 패드가 상기 제 1 발광 소자의 제 1 반도체층 상에 배치되고,
    상기 제 2 접속 패드가 상기 제 2 발광 소자의 제 2 반도체층 상에 배치되는 발광 소자 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 소자의 상기 제 1 반도체층의 면적이 상기 제 2, 제 3 발광 소자의 제 1 반도체층의 면적보다 넓고,
    상기 제 2 발광 소자의 상기 제 2 반도체층의 면적이 상기 제 1, 제 3 발광 소자의 제 2 반도체층의 면적보다 넓은 발광 소자 패키지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 소자의 제 1 반도체층의 폭이 상기 제 3 발광 소자의 제 1 반도체층의 폭보다 넓고,
    상기 제 2 발광 소자의 제 2 반도체층의 폭이 상기 제 3 발광 소자의 제 2 반도체층의 폭보다 넓은 발광 소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 변환 부재는 제 1 파장 변환 부재와 제 2 파장 변환 부재를 포함하며,
    상기 제 1 파장 변환 부재는 상기 LED 어레이의 상부면에 배치되고,
    상기 제 2 파장 변환 부재는 상기 LED 어레이의 하부면에 배치되어,
    제 1 파장 변환 부재와 제 2 파장 변환 부재 중 적어도 하나의 파장 변환 부재가 상기 LED 어레이의 네 측면을 감싸며,
    상기 제 1 파장 변환 부재의 상부면에서 상기 제 1, 제 2 접속 부재가 노출되는 발광 소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 파장 변환 부재는 동일한 파장 변환 입자를 포함하거나, 서로 상이한 파장 변환 입자를 포함하는 발광 소자 패키지.
  8. 적어도 하나의 개구부를 갖는 커버;
    상기 커버 내부에 배치되며, 투광성의 기판, 상기 기판 상부면에 배치되며 상기 기판의 일 끝단에 배치된 제 1 발광 소자, 상기 기판의 타 끝단에 배치된 제 2 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 발광 소자, 상기 제 1 발광 소자 상에 배치된 제 1 접속 패드와 상기 제 2 발광 소자 상에 배치된 제 2 접속 패드, 상기 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자 사이에 배치되어 상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 상기 제 1 접속 패드 상에 배치된 제 1 접속 부재 및 상기 제 2 접속 패드 상에 배치된 제 2 접속 부재를 포함하는 LED 어레이 및 상기 LED 어레이의 상부면과 하부면 및 네 측면을 감싸며, 상부면에서 상기 제 1 접속 부재와 상기 제 2 접속 부재를 노출시키는 파장 변환 부재를 포함하는 하나 이상의 발광 소자 패키지;
    상기 개구부에 체결되는 소켓; 및
    상기 소켓을 관통하며, 상기 제 1 접속 부재와 전기적으로 연결되는 제 1 핀과 상기 제 2 접속 부재와 전기적으로 연결되는 제 2 핀을 포함하는 조명 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버가 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가져 하나의 개구부를 가지며,
    상기 제 1 핀과 상기 제 2 핀이 상기 개구부에 체결되는 상기 소켓을 관통하는 조명 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버는 양 끝단이 개구된 원통 형상이며,
    상기 커버의 양 끝단에 각각 상기 소켓이 체결되며,
    상기 커버의 일 끝단에 체결된 상기 소켓에 상기 제 1 핀이 관통되며,
    상기 커버의 타 끝단에 체결된 상기 소켓에 상기 제 2 핀이 관통하는 조명 장치.
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KR1020160052428A KR20170123153A (ko) 2016-04-28 2016-04-28 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019137776A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtmodul, leuchtmittel und verfahren zur herstellung eines leuchtmoduls
KR20190128870A (ko) * 2018-05-09 2019-11-19 삼성전자주식회사 Led 장치 및 이를 이용한 led 램프

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