KR20210004548A - 발광소자 패키지, 광원장치 및 발광소자 패키지 제조방법 - Google Patents

발광소자 패키지, 광원장치 및 발광소자 패키지 제조방법 Download PDF

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Abstract

발명의 실시 예에 개시된 발광소자 패키지는 복수의 본딩부, 상기 복수의 본딩부 상에 발광 구조물, 및 상기 발광 구조물 상에 투광성 기판을 갖는 발광소자; 상기 발광소자 상에 배치된 파장 변환층; 상기 파장 변환층 상에 배치된 투광층 및 레진층 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 파장 변환층의 외측에는 상기 투광층 및 상기 레진층 중 적어도 하나가 배치되며, 상기 파장 변환층은 불소 원소를 갖는 형광체를 포함할 수 있다.

Description

발광소자 패키지, 광원장치 및 발광소자 패키지 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE, LIGHTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
발명의 실시 예는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발명의 실시 예는 하나 또는 복수의 발광소자 패키지를 갖는 광원 장치 또는 차량 램프에 관한 것이다.
3족-5족 또는/및 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 파장 대역의 빛을 구현할 수 있는 장점이 있다. 발광소자는 형광 물질을 이용하거나 서로 다른 색을 조합함으로써 백색 광원을 구현할 수 있다. 이러한 발광소자는 형광등, 백열등과 같은 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 또는 환경 친화성의 장점을 가진다.
한편, 최근에는 차량용 광원에 발광소자를 적용하려는 시도가 계속되고 있는바, 패키지(Package) 형태로 차량 내부에 설치되는 앰비언트 라이트, 무드등, 독서등 등과 같은 실내용 광원뿐만이 아니라, 차량의 헤드 램프, 테일 램프 등과 같은 외부용 광원에도 광범위하게 적용되고 있는 추세이다.
이 중, 차량의 헤드 램프는 어두운 야간에 보다 밝고 멀리 빛을 비추어야 하는 본연의 목적에 의해 복수 개의 발광소자 패키지를 사용하는 추세이며, 최근 특정 차량 제조 업체는 하나의 헤드 램프에 수 십개의 고성능 발광 다이오드 패키지를 사용하여 구현한 인텔리전트 라이트 시스템(Intelligent Light System)을 개발하여 적극적인 마케팅을 벌이고 있다. 이러한 차량 헤드 램프용 발광소자 패키지는 발광소자의 측면에서의 광의 손실을 줄이고 램프의 전체 광량을 증가시킬 수 있는 패키지가 요구된다.
발명의 실시 예는 발광소자와 이를 감싸는 반사측벽 하부에 금속 프레임이 배치된 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
발명의 실시 예는 발광소자와 이를 감싸는 반사측벽 상부에 파장 변환층 및 광학렌즈가 배치된 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
발명의 실시 예는 발광소자가 패키징된 패키지의 하부 외측에 금속 프레임을 노출시켜 솔더 필렛(fillet)의 형상이 가능한 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
발명의 실시 예는 하나 또는 복수의 발광소자 패키지를 갖는 광원 장치 또는 차량 램프를 제공한다.
발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 제1프레임 및 상기 제1프레임으로부터 분리된 제2프레임을 갖는 복수의 프레임; 상기 복수의 프레임 상에 배치된 복수의 본딩부, 상기 복수의 본딩부 상에 발광 구조물, 및 상기 발광 구조물 상에 투광성 기판을 갖는 발광소자; 상기 발광소자 상에 배치된 파장 변환층; 상기 복수의 프레임과 상기 파장 변환층 사이에 배치된 반사측벽; 및 상기 파장 변환층 상에 배치된 광학 렌즈를 포함하며, 상기 제1 및 제2프레임의 외 측면은 상기 반사측벽의 측면 하부에 노출되며, 상기 반사측벽은 상기 발광소자의 측면에 접착될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임은 금속 재질이며, 상기 제1 및 제2프레임의 외측에 배치된 솔더 필렛을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 반사측벽의 상면은 상기 발광소자의 상면과 같은 높이이며 상기 파장 변환층의 하면과 대면할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 반사측벽의 상면은 상기 발광소자의 상면보다 낮고 상기 파장 변환층의 하면과 대면하며, 상기 광학 렌즈의 외곽부는 상기 파장 변환층의 상면보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈의 외곽부는 상기 파장 변환층의 측면과 상기 발광소자의 측면에 접촉될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 반사측벽는 상기 발광소자의 상면보다 높은 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 파장 변환층의 외 측면과 상기 광학 렌즈의 하면에 접촉될 수 있다. 상기 파장 변환층의 상면 면적은 상기 광학 렌즈의 하면 면적보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학 렌즈는 상기 발광소자의 중심 방향으로 오목한 오목부 및 상기 오목부의 외측 둘레에 볼록한 볼록부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 발광소자 패키지의 광량을 증가시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 발광소자 패키지 내에서의 광 손실을 줄이고 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 고온 및 고습 환경에 적용될 수 있는 고출력 패키지를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 패키지의 하부 외측에 금속 프레임을 노출시켜 줌으로써, 솔더 필렛의 형성이 가능하며 회로기판과의 접합이 용이할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 발광소자 패키지의 제조공정을 단순화할 수 있고 공정 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 패키지에 광학렌즈를 별도로 부착하는 공정을 제거할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 패키지에 광학렌즈를 형성해 주어, 광 손실을 줄여줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 발광소자 상부에서의 크랙 발생을 줄일 수 있어, 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 발광소자 패키지의 전기적 특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 A-A측 단면도의 예이다.
도 3은 도 2의 발광소자 패키지의 제1변형 예이다.
도 4 및 도 5는 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지의 외측에 솔더 필렛을 형성한 예이다.
도 6은 도 2의 발광소자 패키지의 제2변형 예이다.
도 7은 도 2의 발광소자 패키지의 제3변형 예이다.
도 8은 도 2의 발광소자 패키지의 제4변형 예이다.
도 9는 도 1의 발광소자 패키지에서 금속 프레임의 다른 예이다.
도 10은 도 2의 발광소자 패키지의 제5변형 예이다.
도 11은 도 2의 발광소자 패키지의 제6변형 예이다.
도 12는 도 2의 발광소자 패키지의 제6변형 예이다.
도 13은 도 2의 발광소자 패키지의 제7변형 예이다.
도 14는 제2실시 예에 따른 발광소자 패키지의 측 단면도의 예이다.
도 15는 도 14의 발광소자 패키지의 제1변형 예이다.
도 16은 도 14의 발광소자 패키지의 제2변형 예이다.
도 17의 (A)-(E)는 도 10의 발광소자 패키지의 제조 공정을 나타낸 예이다.
도 18은 도 2의 발광소자 패키지가 회로기판에 배치된 광원장치의 예이다.
도 19는 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 발광소자의 일 예를 설명하는 단면도이다.
도 20은 발명의 실시 예(들)에 따른 발광소자 패키지가 적용된 차량 외부 광원을 나타낸 도면이다.
도 21은 도 20에 도시된 차량 외부 광원이 적용된 차량 헤드 램프를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 확정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다. 상기 발광소자 패키지는 자외선, 적외선 또는 가시광선의 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 이하에서는 패키지에 발광소자가 적용된 경우를 기반으로 설명하며, 상기 발광소자가 적용된 패키지 또는 광원 장치에는 비 발광소자 예컨대, 제너 다이오드와 같은 소자나 파장이나 열을 감시하는 센싱 소자를 포함할 수 있다. 이하에서는 소자의 예로서 발광소자가 적용된 경우를 기반으로 설명하며, 발광소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다.
<제1실시 예>
도 1은 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 A-A측 단면도의 예이고, 도 3은 도 2의 발광소자 패키지의 제1변형 예이며, 도 3 및 도 4는 발광소자 패키지의 외측에 솔더 필렛을 형성한 예이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 복수의 금속 프레임(111,113), 상기 복수의 금속 프레임(111,113) 상에 배치된 발광소자(140), 상기 발광소자(140)의 둘레에 배치된 반사측벽(120), 및 상기 발광소자(140) 상에 배치된 파장 변환층(130)을 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)는 상기 파장 변환층(130) 상에 배치된 광학렌즈(150)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)는 라이트 유닛, 차량 램프, 각종 조명 장치나 표시 장치에 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 복수의 금속 (111,113)은 2개 이상의 프레임을 포함하며, 상기 발광소자(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 복수의 금속 프레임(111,113)은 제1프레임(111)과 상기 제1프레임(111)으로부터 이격된 제2프레임(113)을 포함할 수 있다. 상기 제1프레임(111) 및 제2프레임(113)은 금속 예컨대, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 탄탈늄(Ta), 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)은 단층 또는 서로 다른 금속 층을 갖는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)이 다층인 경우, 베이스 층 또는 코어 층은 구리 층이며, 상기 구리 층의 표면에 알루미늄 층이 형성되거나 니켈 층/알루미늄 층이 적층될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 두께(T1)는 100 마이크로 미터 이상 예컨대, 100 내지 350 마이크로 미터의 범위 또는 100 내지 200 마이크로 미터의 범위일 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 두께(T1)가 상기 범위보다 작으면, 패키지를 지지하는 강성이 약해지거나 방열 효율이 저하될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 두께(T1)가 상기 범위보다 크면 패키지의 두께가 증가될 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(111,113)은 상기 발광소자(140)의 하부에 각각 배치되고, 서로 반대측 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)은 제1방향(X)으로 이격되며, 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 제1방향(X) 길이(D3)는 제2방향(Y)의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 제1프레임(111)과 제2프레임(113)은 동일한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1프레임(111)과 제2프레임(113)의 상면 또는 하면 면적은 서로 동일할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2프레임(111,113)에서의 방열 차이로 인한 문제를 줄여줄 수 있다.
상기 제1프레임(111)의 외 측면은 상기 반사측벽(120)의 하부 외측에 각각 노출되며, 상기 제2프레임(113)의 외 측면은 상기 반사측벽(120)의 하부 외측에 각각 노출될 수 있다. 상기 제1프레임(111)의 측면들 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 상기 반사 측벽(120)의 측면 하부에 노출될 수 있다. 상기 제2프레임(113)의 측면들 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 상기 반사 측벽(120)의 측면 하부에 노출될 수 있다. 이에 따라 도 4 및 도 5와 같이, 상기 발광소자 패키지(100)는 하부에 제1 및 제2프레임(111,113)의 측면이 노출됨으로써, 상기 제 및 제2프레임(111,113)의 측면에 솔더 필렛(117,119)이 형성될 수 있다. 또한 제1 및 제2프레임(111,113)에 형성되는 솔더 필렛(117,119)이 패키지 외부에 배치됨으로써, 솔더 플렛(117,119)에 의한 광 손실을 줄여줄 수 있다. 즉, 솔더 필렛(117,119)을 패키지 내부가 아닌 외부에 노출시켜 줄 수 있다. 상기 솔더 필렛(117,119)은 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 측면에 접촉될 수 있으며, 상기 제 1 및 제2프레임(111,113)의 측면보다 외측으로 연장될 수 있다. 상기 솔더 필렛(117,119)의 최대 길이는 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 제2방향 길이와 같거나 클 수 있어, 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 결합력을 강화시켜 줄 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(111,113) 중 적어도 하나 또는 모두는 내부에 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다. 상기 홀은 상기 반사측벽(120)과 결합될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113) 중 적어도 하나 또는 모두는 적어도 하나의 오목한 홈을 포함할 수 있다. 상기 홈은 상기 반사측벽(120)과 결합될 수 있다.
상기 발광소자(140)는 상기 복수의 금속 프레임 상에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 제1프레임(111)의 일부와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 제2프레임(113)의 일부와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 제1프레임(111)과 상기 제2프레임(113)으로부터 전원을 공급받아 구동되며 발광하게 된다.
상기 발광소자(140)는 가시 광을 발광할 수 있다. 상기 발광소자(140)는 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있다. 예컨대, 상기 발광소자(140)는 청색 광을 발광하거나, 420nm 내지 450nm 범위의 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광소자(140)는 자외선부터 가시광선의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있다. 상기 발광소자(140)는 LED 칩으로 구현될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 플립 칩으로 배치될 수 있으며, 상기 플립 칩은 측면들 및 상면으로 발광하며, 상면 방향으로 가장 높은 광도로 발광될 수 있다. 다른 예로서, 상기 발광소자(140)는 적어도 하나의 와이어로 연결된 수평형 LED 칩 또는 수직형 LED 칩으로 제공될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 반사측벽(120) 내에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 반사측벽(120)의 개구부에 매립될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 파장 변환층(130)과 수직 방향으로 중첩되며, 상기 반사측벽(120)과 수직 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
상기 발광소자(140)는 발광 구조물(41)을 포함할 수 있다. 상기 발광소자(140)는 상기 발광 구조물(41)의 하부에 제1 및 제2 본딩부(43,44)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)는 상기 발광소자(140)의 하부에 제공될 수 있으며, 서로 이격될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)는 각 프레임(111,113)의 상면과 대면하며, 프레임(111,113)에 접합되고 상기 프레임(111,113)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)는 예컨대, Cu, Ti, Al, In, Ir, Ta, Pd, Co, Cr, Mg, Zn, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru, Rh, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO를 포함하는 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(41)은 상기 제1 및 제2본딩부(43,44) 상에 배치되고 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)로부터 전원을 공급받고 발광할 수 있다.
상기 제1본딩부(43)는 상기 제1프레임(111)과 수직 방향으로 중첩되며, 상기 제1프레임(111)과 접합되고 전기적 및 열적으로 연결될 수 있다. 상기 제2본딩부(44)는 상기 제2프레임(113)과 수직 방향으로 중첩되며, 상기 제2프레임(113)과 접합되고 전기적 및 열적으로 연결될 수 있다.
상기 발광소자(140)는 상기 발광 구조물(41) 위에 투광성 기판(42)을 포함할 수 있다. 상기 투광성 기판(42)은 투명한 재질이며, 절연성 재질 또는 반도체 재질로 형성될 수 있다. 상기 투광성 기판(42)은 예컨대, 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 투광성 기판(42)은 표면에 요철 패턴이 형성될 수 있다. 상기 투광성 기판(42)은 제거되거나, 다른 수지 재질의 투광성 재질이 배치될 수 있다. 상기 투광성 기판(42)은 발광소자(140)의 최상층에 배치되거나, 광 추출 층으로 기능할 수 있다.
여기서, 상기 발광소자(140)가 플립 칩으로 배치된 경우, 상기 발광소자(140)는 5면 발광하므로, 상기 투광성 기판(42)의 상면 및 측면을 통해 대부분의 광이 방출될 수 있다. 상기 투광성 기판(42)의 상면으로 진행하는 광은 파장 변환층(130)을 통해 광학렌즈(150)로 진행할 수 있으며, 상기 투광성 기판(42)의 측면으로 진행하는 광은 상기 반사측벽(120)을 통해 방출될 수 있다. 상기 발광 구조물(41)은 상기 투광성 기판(42)이 제거될 경우, 발광소자(140)의 상부에 노출되고 상기 파장 변환층(130)과 접촉될 수 있다.
상기 발광 구조물(41)은 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 상기 발광 구조물(41)은 예로서 2족-6족 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 발광 구조물(41)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P), 비소(As), 질소(N)로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 제공될 수 있다. 상기 발광 구조물(41)은 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 활성층을 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층은 상기 투광성 기판(42)과 상기 활성층 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층은 상기 활성층과 상기 제1 및 제2 본딩부(43,44) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광 구조물(41)은 상기 제1도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 한 층의 상면 또는/및 하면에 다른 반도체층이 더 배치될 수 있다. 상기 제1 본딩부(43)는 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 본딩부(44)는 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 반대로, 상기 제2 본딩부(44)는 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 본딩부(43)는 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광소자(140)에서 발광된 빛은 파장 변환층(130)을 통해 파장 변환되며 광학 렌즈(150)을 통해 제공될 수 있다. 상기 발광소자(140)의 두께는 상기 투광성 기판(42)의 상면부터 제1 및 제2본딩부(43,44)의 하면까지의 직선 거리일 수 있으며, 예컨대 200 마이크로 미터 이하이거나, 80 내지 200마이크로 미터의 범위 또는 100 내지 200 마이크로 미터의 범위일 수 있다. 상기 발광소자(140)의 두께 또는 면적은 패키지의 크기에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 본딩부(43)는 상기 발광 구조물(41)의 제1영역 아래에 배치될 수 있으며, 상기 제2 본딩부(43A)는 상기 발광 구조물(41)의 제2영역 아래에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)는 전극 또는 패드일 수 있으며, 각 프레임(111,113)에 본딩 물질 예컨대, 솔더 페이스트, Ag 페이스트, SAC(Sn-Ag-Cu) 계열의 물질을 포함할 수 있다. 상기 본딩 물질은 솔더 필렛일 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 발광소자(140)는 상기 발광 구조물(41)과 상기 제1 및 제2본딩부(43,44) 사이에 반사층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 반사층은 금속 또는/및 비 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사층은 상기 발광 구조물(41)로부터 발생된 광을 투광성 기판 방향으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 반사층은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 반사측벽(120)은 상기 발광소자(140)의 측면에 배치되어, 입사된 광을 반사하게 된다. 상기 반사측벽(120)은 상기 발광소자(140)의 둘레에 배치되거나, 전 측면에 배치될 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 복수의 금속 프레임(111,113) 위에 배치될 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 제1프레임(111)과 제2프레임(113) 위에 배치될 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 제1 및 제2프레임(111,113)에 의해 지지되며 상기 발광소자(140)의 외측을 커버할 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 상면에서 상기 발광소자(140)의 상면까지를 커버할 수 있다.
상기 반사측벽(120)의 상면 일부는 상기 발광소자(140)의 상면 위치와 같거나 다를 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상면 및 하면이 개방된 개구부를 가지며, 상기 개구부 내에 상기 발광소자(140)가 배치될 수 있다. 상기 개구부의 높이 또는 깊이는 상기 반사측벽(120)의 두께와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 개구부의 바닥에는 발광소자(140)의 하부가 배치될 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 하면은 상기 발광소자(140)의 하면 위치와 같거나, 상기 제1 및 제2본딩부(43,44)의 하면과 같은 위치에 배치될 수 있다.
상기 반사측벽(120)의 두께(T2)는 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 상면에서 상기 발광소자(140)의 상면까지 거리이거나, 상기 발광소자(140)의 두께와 동일할 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 두께(T2)는 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 두께(T1)보다 두꺼울 수 있다.
상기 반사측벽(120)의 두께(T4)는 150 마이크로 미터 이상 예컨대, 150 내지 200 마이크로 미터의 범위일 수 있다. 상기 반사측벽(120)이 상기 발광소자(140)의 측면을 커버하도록 제공됨으로써, 발광소자(140)의 측면으로 누설된 광을 반사시켜 줄 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 발광소자(140)의 둘레를 지지할 수 있고, 상기 반사측벽(120)을 통해 상기 발광소자(140) 방향으로 습기나 물이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 반사측벽(120)의 폭는 상기 발광소자(140)의 측면으로부터 상기 반사측벽(120)의 외면까지의 거리로서, 30 마이크로 미터 이상 예컨대, 30 내지 100 마이크로 미터의 범위일 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 폭이 상기 범위보다 작은 경우, 광의 반사 효율이 저하될 수 있고 상기 범위보다 큰 경우 패키지 사이즈가 커질 수 있다.
여기서, 상기 제1프레임(111)과 상기 제2프레임(113) 사이에 배치된 분리부(115)는 절연 재질로 형성될 수 있다. 상기 분리부(115)는 상기 반사측벽(120)으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113) 사이를 따라 배치된 분리부(115)는 상기 반사측벽(120)에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2프레임(111,113) 사이의 영역 또는 상기 분리부(115)와 프레임(111,113) 사이의 계면을 통해 습기나 물이 침투하는 것을 억제할 수 있다. 상기 분리부(115)는 상기 제1본딩부(43)와 제2본딩부(44) 사이에 배치될 수 있다.
상기 분리부(115)는 상기 발광소자(140)의 외측에서 상기 반사측벽(120)과 연결될 수 있다. 도 8과 같이, 제1프레임(111)의 양측에 리세스(R1,R2) 또는/및 제2프레임(113)의 양측에 리세스(R3,R4)가 배치된 경우, 상기 분리부(115)의 면적은 증가될 수 있고, 프레임(111,113) 또는/및 반사측벽(120)과의 결합이 강화될 수 있다. 상기 리세스(R1,R2,R3,R4)는 상기 발광소자(140)과 수직 방향으로 중첩되지 않는 영역 또는 상기 발광소자(140)의 제2방향(Y)의 양측에 배치될 수 있다. 여기서, 서로 마주하는 리세스(R1,R2,R3,R4)에 채워지는 분리부(115)의 최대 길이(B5)는 발광소자(140)의 한 변의 길이의 1/2이상일 수 있다.
상기 반사측벽(120)은 수지 재질 또는 반사성 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 재질은 수지 재질 내부에 금속 산화물, 예로서 TiO2, SiO2, Al2O3와 같은 불순물을 포함할 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 백색 재질일 수 있다. 상기 반사측벽(120)이 백색 재질인 경우, 상기 발광소자(140)의 측면을 통해 진행하는 광은 반사될 수 있으며, 상기 반사된 광은 파장 변환층(130)의 방향으로 진행할 수 있다. 상기 반사측벽(120)은 상기 발광소자(140)의 주변을 커버하며 발광소자(140)로부터 방출된 광의 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 반사측벽(120)의 상면은 상기 발광소자(140)의 상면과 같은 평면이거나, 상기 투광성 기판(42)의 상면과 같은 평면일 수 있다. 다른 예로서, 상기 반사측벽(120)은 경화 수지로 형성되므로, 상기 반사측벽(120)의 상면이 상기 발광소자(140)의 상면보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 상면은 평탄하거나 도 11과 같이 요철 패턴(S12)이 배치될 수 있다.
상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140) 상에 배치될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140)와 상기 반사측벽(120)의 위에 배치될 수 있다. 도 1과 같이, 상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140)와 수직 방향으로 중첩된 제1영역(P1), 상기 제1영역(P1)의 외측 둘레에 배치된 제2 및 제3영역(P2,P3)을 포함할 수 있다. 상기 제2영역(P2)는 상기 발광소자(140)와 수직 방향으로 중첩되지 않으며 상기 광학 렌즈(150)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 제3영역(P3)은 광학 렌즈(150)와 수직 방향으로 중첩되지 않는 외측에 배치되며, 상기 제2영역(P2)의 외측 둘레를 따라 복수의 영역으로 분리될 수 있다. 상기 제1 내지 제3영역(P1,P2,P3) 중에서 제2영역(P2)이 제1 또는 제33영역(P1,P3)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이러한 파장 변환층(130)의 상면 면적은 상기 광학 렌즈(150)의 하면 면적보다 크게 배치될 수 있다. 이에 따라 광학 렌즈(150)은 하면 전 영역으로 파장 변환된 광들이 입사될 수 있다. 또한 광학 렌즈(150)으로 입사된 광은 파장 변환층(130)과 광학 렌즈(150) 사이의 계면에서 광 손실 없이 입사될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 상면 면적은 상기 광학 렌즈(150)의 하면 면적과 같을 수 있으며, 이 경우 광학 렌즈(150)의 주변으로 광이 누설되는 문제를 방지하고 색 재현성이 개선될 수 있다.
상기 파장 변환층(130)은 내부에 형광체 또는/및 양자점과 같은 파장변환부재를 포함할 수 있다. 상기 형광체나 양자점은 상기 발광소자(140)에서 방출된 광을 흡수하여 장 파장으로 발광하게 된다. 상기 파장 변환층(130)은 청색, 황색, 녹색, 또는 적색의 광을 발광할 수 있다. 상기 형광체는 녹색 형광체, 적색 형광체, 황색 형광체 및 청색 형광체 중 적어도 한 종류 또는 두 종류를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 불소함유 형광체, 황화물(Sulfide)계 형광체, 불화물 형광체, 포스페이스트 형광체, 실리게이트(silicate)계 형광체, 질화물(Nitride)계 형광체, 알루미네이트(aluminate)계 형광체, YAG계 형광체, 및 TAG계 형광체 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 파장 변환층(130)은 황색, 적색 및 녹색 광 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 파장 변환층(130)에 의해 파장 변환된 광과 상기 발광소자(140)로부터 방출된 광이 혼합될 수 있고, 상기 혼합된 광이 발광될 수 있다. 상기 혼색된 광은 백색으로 발광할 수 있다.
상기 파장 변환층(130)의 두께(T3)는 50 마이크로 미터 이상 예컨대, 50 내지 300 마이크로 미터 또는 50 내지 250 마이크로 미터의 범위일 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 두께(T3)가 상기 범위보다 작은 경우, 파장 변환 효율이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 형광체 함량에 비해 파장 변환 효율의 개선 효과가 미미하거나 패키지의 두께가 증가될 수 있다.
상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140)의 상면 및 상기 반사측벽(120)의 상면에 접착될 수 있다. 도 3의 제1변형 예와 같이, 상기 파장 변환층(130)은 접착층(125)으로 접착될 수 있다. 상기 접착층(125)은 상기 발광소자(140)의 상면 또는/및 상기 반사측벽(120)의 상면에 배치되고 상기 파장 변환층(130)의 하면에 접착될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 일부 측면은 상기 반사측벽(120)의 측면과 같은 직선 상에 배치될 수 있다.
상기 파장 변환층(130)의 하면 면적은 상기 발광소자(140)의 상면 면적보다 클 수 있다. 이에 따라 파장 변환층(130)은 광의 입사 면적이 증가되며, 파장 변환 효율이 증가될 수 있다. 상기 발광소자(140)로부터 방출된 광은 파장 변환층(130)을 통해 방출되므로, 상기 발광소자(140)로부터 파장 변환층(130)을 거치지 않고 방출되는 광의 광량을 억제할 수 있다.
상기 파장 변환층(130)이 상기 발광소자(140)의 상부를 밀봉시켜 줌으로써, 습기에 의한 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기 파장 변환층(130)에 의해 색 재현성 또는 광학적 특성의 저하를 차단할 수 있다. 따라서 발광소자 패키지(100)를 장시간 사용하더라도, 신뢰성 저하를 줄여줄 수 있다.
상기 파장 변환층(130)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명한 수지 재질이거나 유리 재질로 형성될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 굴절률은 1.4 내지 1.7 범위로서, 상기 화합물 반도체의 굴절률보다 낮으며, 수지 재질의 굴절률과의 차이가 0.3 이하일 수 있다. 일 예로서, 상기 파장 변환층(130)은 상면 또는/및 하면의 전 영역은 평탄한 면으로 제공될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)은 상면 또는/및 하면은 상기 투광성 기판(42)의 상면과 평행하게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 파장 변환층(130)의 외측면, 상기 반사측벽(120)의 외 측면 및 상기 각 프레임(111,113)의 외 측면은 같은 평면에 배치될 수 있다. 이에 따라 각 프레임(111,113)과 반사측벽(120) 사이의 계면, 또는 상기 반사측벽(120)과 상기 파장 변환층(130) 사이의 계면을 통해 습기나 물이 침투하는 것을 억제할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1프레임(111)은 상기 반사측벽(120)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 상기 솔더 필렛은 상기 제1프레임(111)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 상기 제2프레임(113)은 상기 반사측벽(120)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 상기 솔더 필렛은 상기 제1프레임(111)의 상면 및 측면에 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)에서 돌출된 부분은 서로 반대측 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 외측 단부는 적어도 하나 또는 둘 이상의 리세스를 가질 수 있으며, 상기 리세스에는 상기 반사측벽(120)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 제1프레임(111)의 리세스는 상기 제1프레임(111)의 외측 단부에서 제2프레임(113) 방향으로 함몰될 수 있으며, 상기 제2프레임(113)의 리세스는 상기 제2프레임(113)의 외측 단부에서 제1프레임(111) 방향으로 함몰될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 리세스 폭은 100 마이크로 미터 이상 예컨대, 100 내지 500 마이크로 미터이거나, 각 프레임(111,113)의 폭의 0.2배 이상이고 0.5배 이하일 수 있다.
상기 광학 렌즈(150)는 상기 발광소자(140) 상에 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)는 상기 파장 변환층(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 하면은 상기 파장 변환층(130)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)는 별도의 접착제 없이 상기 파장 변환층(130)의 상면에 형성될 수 있다. 이에 따라 광학 렌즈(150)와 파장 변환층(130) 사이의 계면에서의 광 손실은 줄여줄 수 있다. 실시 예에서 상기 광학 렌즈의 하부는 상기 파장 변환층(130)의 상면 또는/및 상기 반사측벽(120)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명한 수지 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 광학 렌즈(150)는 유리 재질로 형성되거나, 투명한 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
상기 광학 렌즈(150)의 높이(B1)는 상기 광학 렌즈(150)의 최대 길이(예, D1)보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 광학 렌즈(150)의 최대 길이는 상기 파장 변환층(130)의 한 변의 길이(D1)와 같을 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 높이(B1)는 2mm 이하 예컨대, 1.2mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 상기 높이(B1)가 상기 범위를 벗어난 경우 발광소자 패키지(100)의 두께가 커질 수 있으며, 상기 범위보다 작은 경우 광 추출 효율이 저하될 수 있다.
상기 광학 렌즈(150)는 볼록부(C1)를 포함하며, 상기 볼록부(C1)는 출사면이며, 렌즈 하면의 반대측 방향으로 볼록한 곡면을 포함할 수 있다. 상기 볼록부(C1)는 반구형 형상 또는 쌍곡선 형상일 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)는 오목부(C0)를 포함하며, 상기 오목부(C0)는 상기 볼록부(C1)의 센터 측에서 발광소자(140) 방향으로 함몰될 수 있다. 상기 볼록부(C1)는 상기 오목부(C0)의 둘레에 볼록한 구면 또는 비구면 형상으로 연장될 수 있다. 또한 상기 오목부(C0)는 오목한 곡면을 포함할 수 있어, 입사된 광을 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 오목부(C0)의 높이(B2)는 상기 볼록부(C1)의 고점에 수평한 직선보다 상기 파장 변환층(130)의 상면에 더 인접하게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 볼록부(C1)의 고점은 상기 발광소자(140)의 외 측면과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 볼록부(C1)의 고점은 상기 발광소자(140)와 반사측벽(120) 사이의 계면 사이의 영역과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 이에 따라 상기 볼록부(C1)의 고점 상에서 가장 높은 광도 분포를 가질 수 있고, 상기 볼록부(C1)의 고점에서 내측 또는 외측으로 갈수록 더 낮은 광도 분포로 형성될 수 있다.
상기 광학 렌즈(150)의 에지부(C3)는 상기 볼록부(C1)로부터 곡면 또는 평면으로 연장될 수 있다. 상기 에지부(C3)의 외 형상은 원 형상일 수 있다. 상기 에지부(C3)는 상기 파장 변환층(130)의 외 형상 즉, 사각형 형상의 내측에 배치될 수 있다. 상기 에지부(C3)는 제1방향 및 제2방향의 양단에서 상기 파장 변환층(130)의 외 측면과 같은 직선상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 에지부(C3)는 상기 파장 변환층(130)의 측면 외측으로 벗어나지 않거나 상기 파장 변환층(130)의 측면 외측으로 돌출되지 않을 수 있다.
도 6은 도 2의 제2변형 예이다. 도 6 및 도 2를 참조하면, 광학 렌즈(150)는 외곽부(152)가 반사측벽(140) 방향으로 연장될 수 있다. 파장 변환층(130)의 제1방향 또는/및 제2방향의 길이는 상기 광학 렌즈(150)의 하면 길이 또는 최대 길이보다 작을 수 있다. 상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140)의 한 변의 길이보다 크고 상기 광학 렌즈(150)의 최대 길이보다 작을 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 외곽부(152)는 반사측벽(120)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 외곽부(152)는 파장 변환층(130)의 상면보다 낮게 배치되며, 상기 파장 변환층(130)의 외 측면에 접촉될 수 있다.
상기 외곽부(152)의 폭(E1)은 상기 반사측벽(120)의 폭(E0)의 40% 이상 예컨대, 40% 내지 60% 범위로 배치될 수 있다. 상기 외곽부(152)의 폭(E1)이 상기 범위보다 작으면 접촉력이 저하될 수 있고 상기 범위보다 크면 파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 이러한 외곽부(152)는 도 1에서 제3영역(P3)에서 이격되거나 제3영역(P3)으로 연장될 수 있다.
도 7은 도 2의 제3변형 예이다. 도 7 및 도 2를 참조하면, 반사측벽(120)는 돌출부(122)를 포함하며, 상기 광학 렌즈(150)의 외측 하부에서 상기 광학 렌즈(150)의 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 제1방향 또는/및 제2방향의 길이는 상기 광학 렌즈(150)의 하면 길이 또는 최대 길이보다 작을 수 있다. 상기 파장 변환층(130)은 상기 발광소자(140)의 한 변의 길이보다 크고 상기 광학 렌즈(150)의 최대 길이보다 작을 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 외측 하면은 반사측벽(120)의 돌출부(122)의 상면에 접착될 수 있다. 상기 돌출부(122)는 상기 파장 변환층(130)의 하면보다 높게 배치되며, 상기 파장 변환층(130)의 외 측면에 접촉될 수 있다.
상기 돌출부(122)는 파장 변환층(130)의 외측으로 누설되는 광을 반사시켜 줄 수 있다. 상기 돌출부(122)의 폭은 상기 반사측벽(120)의 폭의 40% 이상 예컨대, 40% 내지 60% 범위로 배치될 수 있다. 상기 돌출부(122)의 폭이 상기 범위보다 작으면 접촉력이 저하될 수 있고 상기 범위보다 크면 파장 변환 효율이 저하될 수 있다. 이러한 돌출부(122)는 도 1에서 제3영역(P3)에서 이격되거나 제3영역(P3)으로 연장될 수 있다.
도 9는 도 2의 제4변형 예이다. 도 9, 도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 렌즈(150)는 버퍼부(154)를 포함할 수 있다. 상기 버퍼부(154)는 상기 광학 렌즈(150)의 외측 둘레를 따라 일정한 두께로 반사측벽(120)의 측면 방향으로 연장될 수 있다. 상기 버퍼부(154)는 상기 발광소자(140)의 외측보다 더 외측에 배치되며, 상기 파장 변환층(130)의 상면에 접촉될 수 있다.
상기 버퍼부(154)의 두께(B3)는 200 마이크로 미터 이하 예컨대, 50 내지 200 마이크로 미터의 범위로 배치할 수 있다. 상기 버퍼부(156)의 두께(B3)가 상기 범위보다 작은 경우 벗겨질 수 있고, 상기 범위보다 두꺼운 경우 광 손실이 증가될 수 있다. 상기 버퍼부(222)의 두께(B3)는 상기 렌즈의 오목부의 높이보다 낮을 수 있다. 상기 버퍼부(154)는 상기 광학 렌즈(150)의 외측 에지를 따라 형성될 수 있어, 습기 침투를 방지할 수 있다. 상기 버퍼부(222)의 두께(B3)는 습기 침투를 방지할 수 있는 두께로 제공할 수 있다. 상기 버퍼부(154)의 상면은 플랫하거나, 오목 또는 볼록할 수 있다. 상기 버퍼부(154)의 외측 에지부(C3)는 수직한 평면으로 제공될 수 있다.
도 10은 도 2의 제5변형 예이다. 도 10, 도 1 및 도 2를 참조하면, 파장 변환층(130)의 외측 상면(P31)은 상기 광학 렌즈(150)의 에지부(C3)보다 더 외측에 배치될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)의 외측 상면(P31)은 광학 렌즈(150)의 외측에 노출될 수 있다. 여기서, 상기 광학 렌즈(150)의 최대 길이는 상기 파장 변환층(130)의 한 변의 길이의 95% 이하 예컨대, 70% 내지 95%의 범위로 배치될 수 있다. 이에 따라 파장 변환층(130)의 외측 상면을 통해 파장 변환된 광이 조사될 수 있으며, 대부분의 광은 광학 렌즈(150)의 볼록부(C11,C12)를 통해 방출될 수 있다. 또한 광학 렌즈(150)의 오목부(C10)는 오목한 곡면을 포함할 수 있어, 입사된 광을 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
도 11은 도 2의 제6변형 예이다. 도 11, 도 1 및 도 2를 참조하면, 반사측벽(120)의 상면 외측은 요철 패턴(S12)가 배치되며, 상기 요철 패턴(S12)는 상기 파장 변환층(130)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다. 상기 파장 변환층(130)이 다각형 형상인 경우, 상기 요철 패턴(S12)은 다각형 형상을 갖고, 연속적인 루프 또는 불 연속적인 루프(Loop)로 형성될 수 있다. 상기 요철 패턴(S12)는 상기 파장 변환층(130)의 측면보다 더 외측에 배치되어, 파장 변환층(130)의 외측으로 누설된 광을 반사시켜 줄 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 상면 내측(S10)은 플랫할 수 있으며, 상기 파장 변환층(130)과 접촉되거나 대면할 수 있다.
도 12는 도 2의 제7변형 예이다. 도 12, 도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 렌즈(150)의 외곽부(159)는 반사측벽(120)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 반사측벽(120)의 두께는 상기 발광소자(140)의 두께보다 작을 수 있으며, 상기 외곽부(159)는 상기 발광소자(140)의 측면, 상기 파장 변환층(130)의 측면에 접촉될 수 있다. 상기 외곽부(159)는 투광성 기판(42)의 측면에 접촉될 수 있어, 입사된 광을 효과적으로 가이드할 수 있다. 여기서, 상기 파장 변환층(130)과 상기 반사측벽(120) 사이의 영역(B20)은 오목한 영역으로 제공될 수 있으며, 상기 영역으로 외곽부(159)가 연장될 수 있다. 상기 외곽부(159)의 외측에 배치된 에지부(C3)는 수직한 평면으로 제공될 수 있어, 반사측벽(120)의 측면과 같은 평면일 수 있다.
도 13은 도 2의 제8변형 예이다. 도 13, 도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 렌즈(150)는 측 단면에서 볼 때, 2개 이상의 볼록부(C31,C32,C33)를 포함하며, 상기 2개 이상의 볼록부(C31,C32,C33) 사이에 오목부(C01,C02)를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(150)의 각 볼록부(C31,C32,C33)는 발광소자(150)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 이에 따라 각 볼록부(C31,C32,C33)는 입사된 광을 집광시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 센터측 볼록부(C31)의 최대 직경은 상기 발광소자(140)의 한 변의 길이보다 작을 수 있다. 상기 오목부(C01,C02)는 상기 발광소자(140)와 수직 방향으로 중첩되게 배치되어, 입사된 광을 반사시켜 줄 수 있다.
도 14는 제2실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 구성은 선택적으로 적용할 수 있으며, 상기에 개시된 구성을 참조하기로 한다.
도 14를 참조하면, 발광소자 패키지는 광학 렌즈(150A)가 반구형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 광학 렌즈(150A)의 볼록부(C21)는 센터 측이 가장 높고 외측으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다. 상기 광학 렌즈(150A)의 에지부(C3)는 수평한 면이거나 곡면일 수 있다.
파장 변환층(130)의 내측부는 발광소자(140)와 광학 렌즈(150A) 사이에 배치될 수 있다. 파장 변환층(130)의 외측부는 반사측벽(120)과 광학 렌즈(150A) 사이에 배치될 수 있다.
도 15는 도 14의 제1변형 예이며, 파장 변환층(130)의 길이는 광학 렌즈(150A)의 하면 길이보다 작을 수 있다. 이에 따라 상기 광학 렌즈(150A)의 외곽부는 상기 파장 변환층(130)의 외측에 배치되고 반사측벽(120)의 상면에 접촉될 수 있다. 또한 반사측벽(120)의 상면 외측은 노출되거나 광학 렌즈(150A)의 에지부(C3)로부터 이격될 수 있다.
도 16은 도 14의 제2변형 예이며, 파장 변환층(130)의 길이는 광학 렌즈(150A)의 하면 길이보다 작을 수 있다. 반사측벽(120)의 한 변의 길이는 상기 광학 렌즈(150A)의 최대 길이보다 작을 수 있고 파장 변환층(130)의 길이보다 클 수 있다. 이에 따라 상기 광학 렌즈(150A)의 외곽부(156)는 상기 파장 변환층(130)의 외측에 배치되고 반사측벽(120)의 상면 및 측면에 접촉될 수 있다. 또한 반사측벽(120)의 상면 외측은 상기 광학 렌즈(150A)의 표면 내측에 배치되거나 광학 렌즈(150A)에 매립될 수 있다.
상기 광학 렌즈(150A)의 외곽부(156)는 상기 프레임(111,113)의 상면에 접촉될 수 있다. 여기서, 탑뷰에서 볼 때, 상기 반사측벽(120)의 일부는 패키지의 각 모서리 방향(도 1의 P3 영역)으로 더 연장되어, 상기 광학 렌즈(150A)의 외곽부(156)에 접촉될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 외측 단부는 제1방향으로 상기 반사측벽(120)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 상기 광학 렌즈(150A)의 최 하면과 대면하거나 접촉될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)의 외측 단부는 리세스가 배치될 수 있으며, 상기 리세스에 광학 렌즈(150A)의 일부가 배치되거나, 상기 반사측벽(120)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 제1프레임(111)의 외측 단부에서 리세스는 제2프레임 방향으로 함몰되며, 상기 제2프레임(113)의 외측 단부에서 리세스는 제1프레임 방향으로 함몰될 수 있다
제1 및 제2실시 예의 발광소자 패키지는 하부에 금속 재질의 프레임을 갖고 있어, 솔더 필렛이 형성될 수 있는 부분을 제공할 수 있다. 이에 따라 발광소자를 갖는 패키지를 탑재할 때 솔더 필렛이 금속 프레임에 형성될 수 있어, 광 손실을 줄이고, 패키지 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 렌즈를 일체로 파장 변환층 상에 형성해 줌으로써, 렌즈를 별도로 부착하는 공정이나 계면에서의 광 손실을 줄여줄 수 있다.
도 17은 (A)-(E)는 도 10의 발광소자 패키지의 제조 공정을 나타낸 예이다.
도 17의 (A)와 같이, 프레임 판(110) 상에 복수의 발광소자(140)를 각각 탑재하게 된다. 이때 프레임 판(110)은 제1방향으로 소정 간격을 갖고 분리된 영역을 포함할 수 있다. (B)와 같이, 반사측벽(120)을 상기 프레임 판(110) 상에 형성하게 된다. 상기 반사측벽(120)은 수지 재질로 사출되거나 스크린 인쇄 방식으로 형성될 수 있다. 이때 상기 반사측벽(120)의 일부는 프레임 판(110) 사이에 배치될 수 있으며, 이 경우 프레임 판(110)의 하부에 지지 플레이트가 더 배치될 수 있다.
상기 반사측벽(120) 및 발광소자(140) 상에 파장 변환층(130)이 부착되거나 디스펜싱될 수 있다. 상기 파장 변환층(130) 상에 광학 렌즈(150)를 형성하게 된다. 상기 광학 렌즈(150)가 형성되면, 단위 패키지 크기에 따라 커팅하여, 개별 패키지(101)로 분리할 수 있다. 다른 예는 2개 또는 3개의 볼록부를 갖는 광학 렌즈를 단위 패키지에 배치할 수 있다. 이때 상기 커팅 공정에 의해 상기 프레임 판은 각 프레임으로 분리될 수 있으며, 반사측벽 및 파장 변환층도 패키지 사이즈에 따라 커팅된 라인에 의해 분리될 수 있다. 이러한 공정을 통해 제1,2실시 예 및 변형 예에 따른 패키지를 제조할 수 있다.
도 18은 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 조명 장치의 예이다.
도 18을 참조하면, 조명 장치는 지지 부재(10) 상에 하나 또는 복수의 발광소자 패키지(100)가 배열될 수 있다.
상기 지지 부재(10)는 상기 발광소자 패키지(100)를 지지하는 부재일 수 있다. 상기 지지부재(10)는 몸체(11) 및 적어도 2개 이상의 패드(13,15)을 포함한다. 상기 몸체(11)는 절연 재질 또는 열 전도성 재질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(11)는 예컨대, 세라믹 소재를 포함한다. 상기 세라믹 소재는 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함한다. 상기 몸체(11)의 재질은 금속 화합물 예컨대, Al2O3, 또는 AlN일 수 있으며, 바람직하게는 질화 알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있으며, 또는 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 몸체(11)는 다른 예로서, 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), 실리콘, 에폭시 수지, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)의 두께는 0.5mm 이하 예컨대, 0.3mm 내지 0.5mm 범위로 형성될 수 있다. 상기 몸체(11)의 두께가 상기 범위보다 얇을 경우 방열 효율 저하 및 지지할 수 없는 문제가 있으며, 상기 범위보다 두꺼울 경우 방열 효율의 개선이 미미하며 패키지 두께가 증가하는 문제가 있다. 여기서, 상기 발광소자(140)의 사이즈는 한 변의 길이가 1mm 이상일 수 있다. 상기 지지부재(10)의 너비 또는 길이는 발광소자(140)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)는 지지부재(10) 상에 발광소자(140) 보다 넓은 광학 렌즈(150)를 배치됨으로써, 광을 집광시켜 줄 수 있다. 상기 지지 부재(10)는 회로 패턴을 갖는 PCB일 수 있다. 예컨대, 연성 기판 또는 비 연성 재질의 기판을 포함할 수 있다.
상기 지지부재(10)의 패드(13,15)는 프레임(111,113)과 본딩되고, 상기 발광소자(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광소자(140)는 지지부재(10)의 제1 및 제2프레임(111,113) 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2프레임(111,113)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(111,113)와 상기 지지부재(10)의 각 패드(13,15) 사이는 본딩층 예컨대, 솔더 페이스트, Ag 페이스트, SAC(Sn-Ag-Cu) 계열의 물질로 접합될 수 있다. 상기 지지부재(10)는 하부 프레임 또는/및 내부 비아 구조를 포함하여, 상기 상부 프레임과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 지지부재(10)의 패드(13,15)는 금속을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 제공될 수 있다. 상기 패드들은 예컨대, Ti, Cu, Ni, Au, Cr, Ta, Pt, Sn, Ag, P, Fe, Sn, Zn, Al를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
상기 지지부재(10)의 몸체(11) 상에는 절연층(17)이 배치될 수 있다. 상기 절연층(17)은 상기 패드(13,15)의 노출을 최소화하고 표면을 보호할 수 있다. 상기 절연층(17)은 솔더 레지스트 재질로 형성될 수 있다. 발광소자 패키지 또는 조명 장치는 보호 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 보호 소자는 상기 발광소자(140)를 전기적으로 보호할 수 있다. 상기 보호 소자는 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 보호 소자는 상기 발광소자(140)를 ESD(electro static discharge)로부터 보호하게 된다.
이러한 조명장치는 하나 또는 복수개의 발광소자 패키지가 지지부재(10)에 배치되어 광원 장치에 적용될 수 있다. 또한, 광원 장치는 산업 분야에 따라 표시 장치, 조명 장치, 헤드 램프 등을 포함할 수 있다.
도 19는 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 발광소자의 예를 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 발광소자(140)는 투광성 기판(221), 발광 구조물(225) 및 복수의 전극(245,247)을 포함한다. 상기 복수의 전극(245,247)은 상기 발광 구조물(225)의 반도체층에 선택적으로 연결되며, 전원을 공급하게 된다. 상기 투광성 기판(221)은 상기 발광 구조물(225) 위에 배치된다. 상기 투광성 기판(221)은 예컨대, 투광성, 절연성 기판, 또는 전도성 기판일 수 있다. 상기 투광성 기판(221)과 상기 발광 구조물(225) 사이에는 버퍼층(미도시) 및 저 전도성의 반도체층(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층 및 저 전도성의 반도체층은 III족-V족 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(225)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.
상기 발광 구조물(225) 아래에는 제1 및 제2전극(245,247)이 배치된다. 상기 제1전극(245)은 상기 제1도전형 반도체층(222)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극(247)은 제2도전형 반도체층(224)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 및 제2전극(245,247)은 바닥 형상이 다각형 또는 원 형상일 수 있다. 상기 발광 구조물(225) 내에는 복수의 리세스(226)를 구비할 수 있다.
상기 발광소자는 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 절연층(231,233)을 포함한다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242) 각각은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 전류 확산층으로 기능할 수 있다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 상기 발광 구조물(225)의 아래에 배치된 제1전극층(241); 및 상기 제1전극층(241) 아래에 배치된 제2전극층(242)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 전류를 확산시켜 주게 되며, 상기 제2전극층(241)은 입사되는 광을 반사하게 된다.
상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속 산화물 또는 금속 질화물로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 예컨대 ITO(indium tin oxide), ITON(ITO nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), 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) 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 제2전극층(242)은 상기 제1전극층(241)의 하면과 접촉되며 반사 전극층으로 기능할 수 있다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제2전극층(242)의 아래에 배치되며, 상기 제1 및 제2전극층(241,242)과 전기적으로 절연된다. 상기 제3전극층(243)은 금속 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제3전극층(243) 아래에는 제1전극(245) 및 제2전극(247)가 배치된다.
상기 절연층(231,233)은 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 제1 및 제2전극(245,247), 발광 구조물(225)의 층 간의 불필요한 접촉을 차단하게 된다. 상기 절연층(231,233)은 제1 및 제2절연층(231,233)을 포함하며, 상기 제1절연층(231)은 상기 제3전극층(243)과 제2전극층(242) 사이에 배치된다. 상기 제2절연층(233)은 상기 제3전극층(243)과 제1,2전극(245,247) 사이에 배치된다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제1도전형 반도체층(222)과 연결된다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)는 상기 제1, 2전극층(241, 242) 및 발광 구조물(225)의 하부를 통해 비아 구조로 돌출되며 제1도전형 반도체층(222)과 접촉된다. 상기 연결부(244)는 복수로 배치될 수 있다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)의 둘레에는 상기 제1절연층(231)의 일부(232)가 발광 구조물(225)의 리세스(226)을 따라 연장되며 제3전극층(243)과 상기 제1 및 제2전극층(241,242), 제2도전형 반도체층(224) 및 활성층(223) 간의 전기적인 연결을 차단한다. 상기 발광 구조물(225)의 측면에는 측면 보호를 위해 절연 층이 배치될 수 있다.
상기 제2전극(247)은 상기 제2절연층(233) 아래에 배치되고 상기 제2절연층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제1 및 제2전극층(241, 242) 중 적어도 하나와 접촉되거나 연결된다. 상기 제1전극(245)은 상기 제2절연층(233)의 아래에 배치되며 상기 제2절연층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제3전극층(243)과 연결된다. 이에 따라 상기 제2전극(247)의 돌기(248)는 제1,2전극층(241,242)을 통해 제2도전형 반도체층(224)에 전기적으로 연결되며, 제1전극(245)의 돌기(246)는 제3전극층(243)을 통해 제1도전형 반도체층(222)에 전기적으로 연결된다.
도 20은 발명의 실시 예에 따른 차량 헤드 램프용 발광소자 패키지(100)가 적용된 외부 광원(200)을 나타낸 도면이다.
도 20와 같이, 외부 광원(200)은 상기에 개시된 발광소자 패키지(100)가 하나 이상 배치된 발광 모듈(201)로 제공될 수 있으며, 상기 발광 모듈 (201)로부터 조사된 빛이 리플렉터(202)와 쉐이드(203)에서 반사된 후, 렌즈(204)를 투과하여 외부로 방출될 수 있다.
도 21은 도 20에 도시된 외부 광원(200)이 적용된 차량 헤드 램프(300)를 나타낸 도면이다. 도 21과 같이, 헤드 램프(300)는 하나 이상의 차량 외부 광원(200)을 포함할 수 있으며, 이들 차량 외부 광원(200)의 구동 시점을 개별적으로 제어하여 통상적인 헤드 램프로서의 기능뿐만 아니라, 운전자가 차량 도어를 오픈한 경우 웰컴등 또는 셀레브레이션(Celebration) 효과 등과 같은 부가적인 기능까지 제공할 수 있다. 상기 램프는 다른 예로서, 스탑 램프, 안개등, 방향 지시등, 리어 램프, 후진등, 안개등, 차폭등, 상향등, 하향등과 같은 차량 램프에 선택적으로 적용될 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 발광소자는 발광 구조물이 단일 개 또는 하나의 발광 셀을 갖는 구조로 설명되었다. 이는 발광 셀이 상기의 발광 구조물을 포함하는 경우, 발광소자의 구동 전압은 하나의 발광 셀에 걸리는 전압일 수 있다. 실시 예에 개시된 발광소자의 예로서, 하나의 패키지 내에 2개 또는 3개 이상의 발광 셀을 갖는 발광소자를 포함할 수 있다. 이에 따라 고전압의 발광소자 패키지를 제공할 수 있다. 이러한 고전압의 발광소자 패키지는 전압 조절이 가능하여, 디밍 효과를 줄 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 실시 예가 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 특허청구범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 제1프레임 및 상기 제1프레임으로부터 분리된 제2프레임을 갖는 복수의 프레임;
    상기 복수의 프레임 상에 배치된 복수의 본딩부, 상기 복수의 본딩부 상에 발광 구조물, 및 상기 발광 구조물 상에 투광성 기판을 갖는 발광소자;
    상기 발광소자 상에 배치된 파장 변환층;
    상기 복수의 프레임과 상기 파장 변환층 사이에 배치된 반사측벽; 및
    상기 파장 변환층 상에 배치된 광학 렌즈를 포함하며,
    상기 제1 및 제2프레임의 외 측면은 상기 반사측벽의 측면 하부에 노출되며,
    상기 반사측벽은 상기 발광소자의 측면에 접착되는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2프레임은 금속 재질이며,
    상기 제1프레임과 상기 제2프레임의 외측에 배치된 솔더 필렛을 포함하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사측벽의 상면은 상기 발광소자의 상면과 같은 높이이며 상기 파장 변환층의 하면과 대면하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사측벽의 상면은 상기 발광소자의 상면보다 낮고 상기 파장 변환층의 하면과 대면하며,
    상기 광학 렌즈의 외곽부는 상기 파장 변환층의 상면보다 낮게 배치되는 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 외곽부는 상기 파장 변환층의 측면과 상기 발광소자의 측면에 접촉되는 발광소자 패키지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반사측벽는 상기 발광소자의 상면보다 높게 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 파장 변환층의 외 측면과 상기 광학 렌즈의 하면에 접촉되는 발광소자 패키지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파장 변환층의 상면 면적은 상기 광학 렌즈의 하면 면적보다 작은 발광소자 패키지.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 상기 발광소자의 중심 방향으로 오목한 오목부 및 상기 오목부의 외측 둘레에 볼록한 볼록부를 포함하는 발광소자 패키지.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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