KR20240101136A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기술적 사상은, 기판; 상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 감싸는 형광체; 상기 형광체의 상부에 위치하는 광 변환 구조체; 및 상기 형광체 및 광 변환 구조체 사이에 위치하는 투명체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 지향성 광을 방출하는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광소자(LIGHT EMITTING DEVICE, LED)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광소자로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 실내/외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 발광소자를 사용하는 경우가 증가하고 있다.
한편, 액정표시장치의 액정표시패널은 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이므로, 액정표시패널의 하부에서 해당 패널에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛이 필요하다. 이러한 백라이트 유닛은 LED 램프, 도광판, 반사 시트 및 광학 시트 등으로 구성된다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 지향성 광을 방출하는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명은 기술적 과제를 이루기 위하여, 다음과 같은 발광 다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 기판; 상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 감싸는 형광체; 상기 형광체의 상부에 위치하는 광 변환 구조체; 및 상기 형광체 및 광 변환 구조체 사이에 위치하는 투명체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 기판; 상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 둘러싸는 형광체; 상기 형광체의 측면 및 상면을 덮고 상기 발광 다이오드 칩의 중심 상부에 골짜기가 형성된 형상을 갖는 제1 투명체; 상기 제1 투명체를 둘러싸는 제2 투명체; 및 상기 제1 투명체의 골짜기를 채우고, 상기 제2 투명체의 상면을 덮는 광 변환 구조체;를 포함하고, 상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 발광 다이오드 칩의 중심을 향해 아래로 돌출된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 기판; 상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 둘러싸고, 파장변환 물질을 포함하는 형광체; 상기 형광체의 측면 및 상면을 덮고, 상기 발광 다이오드 칩의 중심 상부에 골짜기가 형성된 형상을 갖는 제1 투명체; 상기 제1 투명체를 둘러싸고, 상기 제1 투명체의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 제2 투명체; 및 상기 제1 투명체의 골짜기를 채우고, 상기 제2 투명체의 상면을 덮는 광 변환 구조체;를 포함하고, 상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 발광 다이오드 칩의 중심을 향해 아래로 돌출된 형상을 갖고, 상기 광 변환 구조체 및 형광체는 수직 방향으로 이격되고, 상기 광 변환 구조체의 하면과 상기 형광체의 상면의 최단 거리는 1mm를 초과하지 않으며, 상기 광 변환 구조체의 수평 거리는 상기 발광 다이오드 칩의 수평 거리의 2배 내지 3배의 범위에 있고, 상기 광 변환 구조체는 서로 다른 굴절률을 갖는 절연층들이 교대로 적층된 다층 반사구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 패키지는 형광체에 의해 램버시안(Lambertian) 형태로 방출되는 광이 발광 다이오드 칩의 측면을 향하도록 광의 경로를 설정하여 발광 다이오드 패키지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드 패키지를 A-A'방향에 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 패키지의 기판을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 2의 발광 다이오드 패키지의 형광체를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지의 지향각을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드 패키지를 A-A'방향에 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 패키지의 기판을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 2의 발광 다이오드 패키지의 형광체를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지의 지향각을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 발광 다이오드 패키지를 A-A'방향에 따라 절개한 단면도이다. 도 3은 도 2의 발광 다이오드 패키지의 기판을 설명하기 위한 개략도이다. 도 4는 도 2의 발광 다이오드 패키지의 형광체를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1, 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지(10)는 기판(100), 및 기판(100)의 상면 상에 소정의 피치(pitch)로 배열된 복수의 발광 다이오드 칩들(200)을 포함할 수 있다. 발광 다이오드 칩(200) 각각의 상부에는 광 변환 구조체(300)가 배치될 수 있으며, 발광 다이오드 칩(200) 및 광 변환 구조체(300)의 사이에는 투명체(400)가 배치될 수 있다. 도 1에는 복수의 발광 다이오드 칩들(200)이 기판(100) 상에 매트릭스(matrix) 배열된 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 헥사고날(hexagonal) 배열과 같은 다양한 구조로 배열될 수 있다.
이하 도면들에서, X축 방향 및 Y축 방향은 기판(100)의 상면 또는 하면의 표면에 평행한 방향을 나타내며, X축 방향 및 Y축 방향은 서로 수직한 방향일 수 있다. Z축 방향은 기판(100)의 상면 또는 하면의 표면에 수직한 방향을 나타낼 수 있다. 다시 말해, Z축 방향은 X-Y 평면에 수직한 방향일 수 있다.
또한, 이하 도면들에서 제1 수평 방향, 제2 수평 방향, 및 수직 방향은 다음과 같이 이해될 수 있다. 제1 수평 방향은 X축 방향으로 이해될 수 있고, 제2 수평 방향은 Y축 방향으로 이해될 수 있으며, 수직 방향은 Z축 방향으로 이해될 수 있다.
기판(100)은 글래스(glass) 기판일 수 있다. 글래스 기판은 유리, 경질 유리, 석영 유리 등으로 이루어진 베이스부에 전극 패턴이 형성된 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있다. 이러한 글라스 기판은, 유리 섬유를 수지에 함침하여 형성한 FR-4를 이용한 인쇄회로기판에 비해 높은 방열 효과를 가지며, 상대적으로 낮은 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion; CTE)를 가진다. 따라서, FR-4를 이용한 기존의 인쇄회로기판에 비해 더욱 미세화된 전극 패턴을 구현할 수 있다
기판(100)은 베이스부(130) 및 베이스부(130)의 상면에 형성된 제1 및 제2 전극 패턴(110a, 110b)을 포함할 수 있다. 회로 기판(100)의 표면에는, 회로 기판(100)을 전체적으로 덮는 피복층(120)이 배치될 수 있으며, 피복층(120)은 PSR(photo solder resist) 잉크를 도포하여 형성할 수 있다. 제1 전극 패턴(110a), 및 제2 전극 패턴(110b)의 일부 영역은 피복층(120)을 관통하여 기판(100)의 표면에 노출되도록 배치되어, 솔더 범프(solder bump) 등과 같은 전도성 접착층에 의해 복수의 발광 다이오드 칩들(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 발광 다이오드 칩들(200) 각각은 기판(100)의 표면에 실장될 수 있다. 복수의 발광 다이오드 칩들(200) 각각은 상부에서 보았을 때에, 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 발광 다이오드 칩들(200) 각각은 성장용 기판(210), 발광층(220) 및 전극(230)을 포함할 수 있다.
성장용 기판(210)은 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, AlN, 금속기판 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 질화물 반도체 성장용 기판으로 널리 이용되는 사파이어는, 전기 절연성을 가지며 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체일 수 있다.
발광층(220)은 성장용 기판(210)의 하면 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 즉, 성장용 기판(210)으로부터 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층 순서로 멀어지도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 일 실시예의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층은 각각 n형 및 p형 반도체층을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대 GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질로 이루어질 수 있다.
활성층은 가시광(약 350㎚ 내지 680㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 단일 또는 다중 양자 우물(multiple quantum well)구조를 갖는 언도프된 질화물 반도체층으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 활성층은 청색광을 방출할 수 있다. 활성층은 예를 들어 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)의 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로 형성되어 소정의 밴드갭을 가지는 구조를 사용할 수 있다. 이와 같은 양자우물구조에 의해 전자 및 정공이 재결합되어 발광한다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층과 활성층은 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), HVPE(hydride vapour phase epitaxy) 등과 같은 결정 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
발광 다이오드 칩(200)은 전극(230)이 일면에만 배치되는, 소위 플립 칩(flip-chip)구조의 발광 다이오드 칩이 사용될 수 있다. 일 실시예의 경우, 전극(230)은 제1 및 제2 전극(230a, 230b)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전극(230a, 230b)은 발광 다이오드 칩(200)의 제2 면(S1)에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극(230a, 230b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층에 외부 전원을 인가하기 위한 것으로, 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 오믹 접속을 하도록 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극(230a, 230b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층과 오믹 접속의 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, 및 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착시키거나 스퍼터링하는 공정으로 형성될 수 있다.
형광체(250)는 발광 다이오드 칩(200) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 형광체(250)는 발광 다이오드 칩(200)의 측면 및 상면을 덮도록 배치될 수 있다. 형광체(250)는 발광 다이오드 칩(200)의 측면과 상면을 덮는 일체의 형상으로 제공될 수 있다. 형광체(250)는 복수개가 제공될 수 있으며, 복수의 발광 다이오드 칩들(200) 각각을 덮도록 제공될 수 있다.
상기 형광체(250)는 서로 다른 파장의 광을 제공하는 2종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체(250)는 녹색 형광성 분말과 적색 형광성 분말이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체(250)는 복수의 파장 변환층이 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 형광체(250)는 녹색광을 출력하는 제1 파장 변환층 및 적색광을 출력하는 제2 파장 변환층이 적층된 구조일 수 있다. 이에 따라, 상기 형광체(250)는 상기 발광 다이오드 칩(200)에서 발생하는 광을 백색광 또는 특정 파장의 광으로 변환할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 형광체(250)는 파장변환 물질들(254)이 함유된 투광성 수지(252)로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 투광성 수지(252)는 에폭시, 실리콘(silicone), 변형 실리콘, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 형광체(250)는 전기적으로 절연성을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 도 4에 도시된 것과 같이, 형광체(250)는 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 청색 광(bL)을 백색 광(wL)으로 변환하도록 구성될 수 있다. 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 광은 파장변환 물질(254)을 통과하면서 백색 광(wL)으로 변환될 수 있다. 이때, 청색 광(bL)이 백색 광(wL)으로 변환되면서, 백색 광(wL)은 램버시안(Lambertian) 형태로 방출될 수 있다. 결국, 형광체(250)를 통과하는 광은 형광체(250) 밖으로 균일 발산할 수 있다.
광 변환 구조체(300)는 발광 다이오드 칩(200)의 상부에 배치될 수 있다. 광 변환 구조체(300)는 형광체(250)를 통과한 광을 반사하거나 흡수하도록 구성될 수 있다. 광 변환 구조체(300)는 상기 광을 흡수하거나 반사하여 상기 광의 경로를 변환시킬 수 있다.
광 변환 구조체(300)는 형광체(250)를 통과한 광이 발광 다이오드 칩(200)의 측면으로 방출되도록 광의 경로를 변환시킬 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(300)는 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 베트윙(betwing) 모양의 지향성을 갖도록 할 수 있다. 형광체(250)를 통과한 광은, 광 변환 구조체(300)에 의해 45도 방향으로 방출된 광이 수직 방향(Z)으로 방출된 광보다 1.2 내지 1.3배가 되도록 광의 경로를 변환시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(300)는 50프로 이상의 반사율을 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 광 변환 구조체(300)의 수평 길이는 발광 다이오드 칩(200)의 수평 길이보다 2배 내지 3배의 범위에 있을 수 있다. 광 변환 구조체(300)의 수평 길이가 상기 범위에 있는 경우, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광의 지향각을 상승시킬 수 있다. 광 변환 구조체(300)의 수평 길이가 상기 범위보다 작은 경우, 상기 광의 지향각이 낮아지며, 광 변환 구조체(300)의 수평 길이가 상기 범위보다 큰 경우, 큰 부피를 차지하여 공간 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(300)의 수평 거리는 약 1300μm 내지 1700μm 범위에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(300)는 형광체(250)의 상면으로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 광 변환 구조체(300)와 형광체(250) 사이의 수직 방향(Z)에 따른 이격 거리는 1mm를 초과하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(300)의 하면의 최하단에서 형광체(250)의 상면에 이르는 최단 거리는 1mm를 초과하지 않을 수 있다. 광 변환 구조체(300)와 형광체(250) 사이의 상기 거리가 1mm의 이격 거리를 초과하면, 발광 다이오드 패키지(10)의 광 균일도가 저하될 수 있다. 반면, 상기 거리가 1mm 이내에 있을 경우, 광 변환 구조체(300)가 커버할 수 있는 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 더욱 많아지며, 이에 상기 방출되는 광을 발광 다이오드 칩(200)의 측면으로 집중시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 광 변환 구조체(300)는 다층 반사구조 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 광 변환 구조체(300)는 분산형 브래그 반사기(distributed bragg reflector, DBR)로 제공될 수 있다. 다층 반사구조 형태의 광 변환 구조체(300)는 서로 다른 굴절률을 갖는 제1 절연층, 및 제2 절연층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 즉, 광 변환 구조체(300)는 서로 다른 굴절률을 갖는 절연층들이 교대로 적층된 다층 반사구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 절연 특성 및 광투과 특성을 지닌 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 다층 반사구조의 광 변환 구조체(300)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 구체적으로, SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 이루어질 수 있다. 일 실시예의 경우, 제1 절연층은 SiO2로 이루어지고, 제2 절연층은 TiO2로 이루어 질 수 있다. 광 변환 구조체(300)를 다층 반사구조로 형성하는 경우, 더욱 정밀한 형상으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 광 변환 구조체(300)의 하면이 수직 방향(Z) 아래를 향할수록 좁아지는 테이퍼드(tapered)한 형상으로 제조하는 경우에도, 보다 정밀하게 상기 형상을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 광 변환 구조체(300)는 TiO2로 구성될 수 있다. 즉, 광 변환 구조체(300)는 TiO2로 구성된 일체의 형상일 수 있다. 광 변환 구조체(300)를 TiO2로 구성할 경우, 제조 단가를 절감할 수 있다.
투명체(400)는 발광 다이오드 칩(200), 및 광 변환 구조체(300) 사이에 배치될 수 있다. 투명체(400)는 형광체(250)의 측면 및 상면을 감싸며, 상기 투명체(400) 상에 광 변환 구조체(300)가 배치될 수 있다. 투명체(400)는 광이 투과할 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 투명체(400)는 실리콘을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 투명체(400)는 발광 다이오드 칩(200)을 외부 충격으로부터 보호하면서 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 측면으로 굴절되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 광 변환 구조체(300)는 하면이 평평한 형상일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변화 구조체(300)는 수직 방향에 따른 레벨이 증가할수록 수평 단면적이 상승하는 형상일 수 있다. 예를 들어, 광 변환 구조체(300)는 상기 광 변환 구조체(300)의 하면 중심이 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 광 변환 구조체(300)가 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 형상을 갖는 경우, 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 광이 광 변환 구조체(300)로 입사하는 입사각과 반사되는 반사각이 커질 수 있다.
광 변환 구조체(300)의 다양한 형상 실시예는 도 5 내지 도 9를 참조하여 후술하도록 한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(10)와 도 5의 발광 다이오드 패키지(11)의 중복된 내용은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(11)는 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 투명체(401), 및 광 변환 구조체(301)를 포함할 수 있다. 투명체(401)는 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)를 포함할 수 있다. 제1 투명체(411)는 형광체(250)의 측면 및 상면을 덮을 수 있으며, 제2 투명체(421)는 제1 투명체(411)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)의 굴절률은 서로 상이할 수 있다. 또한, 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)의 굴절률은 형광체(250)의 굴절률보다 높을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 투명체(411)의 굴절률은 제2 투명체(421)의 굴절률보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광은 제1 투명체(411)를 통과하면서 1차로 굴절되고, 제2 투명체(421)를 통과하면서 2차로 굴절될 수 있다. 상기 광의 굴절 방향은 모두 광의 속도가 감소하는 방향으로 굴절될 수 있다. 즉, 상기 광은 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)를 통과하면서 기판을 향하는 방향으로 굴절될 수 있다.
광 변환 구조체(301)의 수직 단면은 하면이 상기 하면의의 중심에서 멀어질수록 기울기가 점점 감소하는 모양일 수 있다. 광 변환 구조체(301)는 하면이 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 즉, 광 변환 구조체(301)의 하면은 아래로 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
광 변환 구조체(301)의 하면은 상기 하면의 중심에서 멀어질수록 발광 다이오드 칩(200)의 상면과의 거리가 멀어지는 형상일 수 있다.
제1 투명체(411)에는 골짜기(M)가 형성될 수 있다. 제1 투명체(411)는 발광 다이오드 칩(200)의 중심 상부에 형성된 골짜기(M)를 가질 수 있다. 골짜기(M)는 발광 다이오드 칩(200)의 상면 상에 위치하는 제1 투명체(411)에서 상기 발광 다이오드 칩(200)의 중심을 향해 함몰된 형상일 수 있다. 이에 따라, 광 변환 구조체(301)가 상기 골짜기(M)를 채우면서 아래로 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 투명체(411)의 수직 단면은 발광 다이오드 칩(200)의 중심 상부에서 언덕이 연속하여 2개 형성된 형사인 더블 돔 형상을 가질 수 있다. 상기 언덕들 사이에 좁아지는 간격은 전술한 골짜기(M)에 대응할 수 있다.
투명체(401)가 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)로 구성되고, 제1 투명체(411), 및 제2 투명체(421)의 굴절률이 상이하므로, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광에 2번의 굴절이 발생할 수 있다. 또한, 제1 투명체(411)의 굴절률보다 제2 투명체(421)의 굴절률이 더 크므로 상기 광은 발광 다이오드 칩(200)의 측면을 향해 방출될 수 있다. 같은 의미로, 상기 광의 지향각이 더욱 상승할 수 있다.
또한, 제1 투명체(411)의 상면에는 골짜기(M)가 형성되고, 상기 골짜기(M)를 광 변환 구조체(301)가 채우면서 광 변환 구조체(301)는 아래로 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 광이 광 변환 구조체(301)에 반사될 때, 광 변환 구조체(301)의 상기 형상에 의해 입사각과 반사각이 더욱 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 광은 발광 다이오드 칩(200)의 측면을 향하도록 반사될 수 있다. 같은 의미로, 상기 광의 지향각이 더욱 상승할 수 있다.
또한, 투명체(401)는 디스펜싱 공정에 의해 발광 다이오드 칩(200) 상에 형성될 수 있다. 투명체(401)를 발광 다이오드 칩(200) 상, 구체적으로는 형광체(250) 상에 디스펜싱 하여, 골짜기(M)를 가지는 제1 투명체(411)를 형성할 수 있다. 그리고 상기 제1 투명체(411) 상에 광 변환 구조체(301)를 형성하여 상기 광 변환 구조체(301)가 아래로 뾰족한 형상을 갖도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(10)와 도 6의 발광 다이오드 패키지(12)의 중복된 내용은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(12)는 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 투명체(400), 및 광 변환 구조체(302)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(302)의 수평 단면적은 수직 방향(Z) 레벨이 증가할수록 불연속적으로 증가하는 형상일 수 있다. 상기 형상은 케스케이드 타입, 즉 계단 타입으로 이해될 수 있다. 즉, 광 변환 구조체(302)의 하면은 상기 광 변환 구조체(302)의 하면 중심에서 멀어질수록 상기 하면의 수직 레벨이 상승하는 계단 형상을 가질 수 있다.
광 변환 구조체(302)의 하면이 계단 형상을 가지는 경우, 광 변환 구조체(302)를 제조하기가 용이하며, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 발광 다이오드 칩(200)의 측면을 향해 반사되도록 광의 경로를 설정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(302)가 상기 형상을 가질 때, 광 변환 구조체(302)를 발광 다이오드 칩(200), 및 형광체(250) 상에 먼저 배치한 후 그 사이에 투명체(400)를 도포하는 방식으로 발광 다이오드 패키지(12)를 형성할 수 있다. 또한, 반대로, 발광 다이오드 칩(200), 및 형광체(250)를 형성하고, 상기 형광체(250) 상에 투명체(400)를 디스펜싱한 후 하면이 계단 형상을 갖는 광 변환 구조체(302)를 형성할 수도 있다.
또한, 도 6의 투명체(400)는 도 6에 도시된 바에 한정되지 않으며, 도 5에서 설명한 것과 같이 제1 투명체, 및 제2 투명체를 포함하는 구조를 포함할 수 있으며, 골짜기가 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(10)와 도 7의 발광 다이오드 패키지(13)의 중복된 내용은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(13)는 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 투명체(400), 및 광 변환 구조체(303)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(303)는 아래로 볼록한 파라볼릭(parabolic) 형상을 가질 수도 있다. 즉, 광 변환 구조체(303)의 하면은 상기 하면의 중심에서 멀어질수록 기울기가 점차 연속적으로 증가하는 형상일 수 있다. 광 변환 구조체(303)의 하면은 중심에서 멀어질수록 발광 다이오드 칩(200)의 상면과 멀어질 수 있다.
광 변환 구조체(303)가 상기 형상을 갖는 경우, 광 변환 구조체(303)의 하면 중심에서는 완만한 경사를 갖고, 외곽에서는 가파른 경사를 가지므로, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광을 효율적으로 측면을 향해 반사시킬 수 있다.
또한, 도 7의 투명체(400)는 도 7에 도시된 바에 한정되지 않으며, 도 5에서 설명한 것과 같이 제1 투명체, 및 제2 투명체를 포함하는 구조를 포함할 수 있으며, 골짜기가 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(10)와 도 8의 발광 다이오드 패키지(14)의 중복된 내용은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 8을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(14)는 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 투명체(400), 및 광 변환 구조체(304)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광 변환 구조체(304)는 하면이 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 광 변환 구조체(304)의 수직 단면은 하면의 중심이 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 삼각형의 형상일 수 있다. 따라서, 광 변환 구조체(304)의 하면의 기울기는 하면의 중심에서 멀어져도 일정할 수 있다. 상기 하면의 중심에서 멀어질수록 광 변환 구조체(304)의 하면의 수직 레벨이 점차 증가할 수 있다.
광 변환 구조체(304)의 하면이 아래로 돌출된 삼각형 형상을 갖는 경우, 광 변환 구조체(304)를 제조하는 것이 보다 용이하며, 광 변환 구조체(304)의 하면의 기울기가 일정하므로 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광의 경로를 보다 쉽게 예측할 수 있다.
또한, 도 8의 투명체(400)는 도 8에 도시된 바에 한정되지 않으며, 도 5에서 설명한 것과 같이 제1 투명체, 및 제2 투명체를 포함하는 구조를 포함할 수 있으며, 골짜기가 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지(10)와 도 9의 발광 다이오드 패키지(15)의 중복된 내용은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(15)는 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 투명체(402), 및 광 변환 구조체(305)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 투명체(402)는 광 변환 구조체(305) 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 광 변환 구조체(305)가 투명체(402) 내부에 위치하도록 투명체(402)를 광 변환 구조체(305) 상에 형성할 수 있다. 투명체(402)가 광 변환 구조체(305)의 전체를 덮으므로, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 광 변환 구조체(305)에 투사되지 않더라도 투명체(402)를 통한 굴절을 이용하여 상기 광을 측면으로 집중시킬 수 있다.
광 변환 구조체(305)는 하면이 발광 다이오드 칩(200)을 향해 돌출된 형상일 수 있다. 광 변환 구조체(305)는 도 9에 도시된 것에 한정되지 않으며, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 광 변환 구조체(305)는 도 5에 도시된 것과 같이 기울기가 점차 감소하는 형상일 수도 있고, 도 6에 도시된 계단 타입, 혹은 도 7에 도시된 아래로 볼록한 형상일 수도 있다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지의 지향각을 개략적으로 나타내는 개략도이다. 도 10은 본 발명에 기술적 사상에 의한 발광 다이오드 패키지의 여러 실시예들 중 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지(11)의 효과를 나타내는 그래프이다. 상기 효과는 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지(11)에 한정되는 것이 아니며, 도 6 내지 도 9에 도시된 발광 다이오드 패키지들도 실질적으로 동일하거나 유사한 효과를 나타낼 수 있다.
도 10을 참조하면, 발광 다이오드 칩(200)으로부터 방출된 광은 광 변환 구조체(301)의 아래로 돌출된 하면에 의해 반사되어 발광 다이오드 칩(200)의 측면을 향해 반사될 수 있다. 또한, 상기 반사된 광은 제1 투명체(411)에서 제2 투명체(421)로 통과되면서 기판(100) 쪽을 향해 굴절될 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광은 발광 다이오드 칩(200)의 측면 쪽으로 다량이 방출될 수 있다.
이에, 도 10 하단에 도시된 그래프와 같이 기판(100)과 40도 내지 60도를 이루는 방향에서 강한 광이 방출될 수 있다. 상기 그래프의 형상은 박쥐의 날개 형상인 베트윙 형상으로 지칭될 수 있다. 이처럼, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광이 베트윙 형상을 갖는 경우, 방출된 광의 지향각이 상승함을 의미하고, 이는 발광 다이오드 패키지의 효율이 상승했음을 의미할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 기판,
200: 발광 다이오드 칩, 250: 형광체, 252: 투과성 수지, 254: 파장변환 물질,
300, 301, 302, 303, 304, 305: 광 변환 구조체,
400, 401, 402: 투명체, 411: 제1 투명체, 421: 제2 투명체,
M: 골짜기,
200: 발광 다이오드 칩, 250: 형광체, 252: 투과성 수지, 254: 파장변환 물질,
300, 301, 302, 303, 304, 305: 광 변환 구조체,
400, 401, 402: 투명체, 411: 제1 투명체, 421: 제2 투명체,
M: 골짜기,
Claims (10)
- 기판;
상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩;
상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 감싸는 형광체;
상기 형광체의 상부에 위치하는 광 변환 구조체; 및
상기 형광체 및 광 변환 구조체 사이에 위치하는 투명체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광 변환 구조체는 수직 방향에 따른 레벨이 증가할수록 수평 단면적의 넓이가 증가하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제2항에 있어서,
상기 투명체는 상기 발광 다이오드 칩의 중심 상부에 골짜기가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제3항에 있어서,
상기 투명체는 제1 투명체, 및 제2 투명체를 포함하고, 상기 형광체의 측면 및 상면을 감싸고, 상기 제2 투명체는 상기 제1 투명체의 측면을 둘러싸며, 상기 제1 투명체의 굴절률은 상기 제2 투명체의 굴절률보다 낮은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제3항에 있어서,
상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 하면의 중심에서 멀어질수록 기울기가 점차 감소하는 형상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광 변환 구조체 및 형광체는 수직 방향으로 이격되고, 상기 광 변환 구조체의 하면과 상기 형광체의 상면의 최단 거리는 1mm를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광 변환 구조체의 수평 거리는 상기 발광 다이오드 칩의 수평 거리의 2배 내지 3배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 기판;
상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩;
상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 둘러싸는 형광체;
상기 형광체의 측면 및 상면을 덮고 상기 발광 다이오드 칩의 중심 상부에 골짜기가 형성된 형상을 갖는 제1 투명체;
상기 제1 투명체를 둘러싸는 제2 투명체; 및
상기 제1 투명체의 골짜기를 채우고, 상기 제2 투명체의 상면을 덮는 광 변환 구조체;를 포함하고,
상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 발광 다이오드 칩의 중심을 향해 아래로 돌출된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 제8항에 있어서,
상기 제1 투명체의 수직 단면은 상기 발광 다이오드 칩의 상면 상에서 더블 돔 형상을 갖고,
상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 하면의 중심에서 멀어질수록 기울기가 점차 감소하는 형상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지. - 기판;
상기 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩;
상기 발광 다이오드 칩의 측면 및 상면을 둘러싸고, 파장변환 물질을 포함하는 형광체;
상기 형광체의 측면 및 상면을 덮고, 상기 발광 다이오드 칩의 중심 상부에 골짜기가 형성된 형상을 갖는 제1 투명체;
상기 제1 투명체를 둘러싸고, 상기 제1 투명체의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 제2 투명체; 및
상기 제1 투명체의 골짜기를 채우고, 상기 제2 투명체의 상면을 덮는 광 변환 구조체;를 포함하고,
상기 광 변환 구조체의 하면은 상기 발광 다이오드 칩의 중심을 향해 아래로 돌출된 형상을 갖고,
상기 광 변환 구조체 및 형광체는 수직 방향으로 이격되고, 상기 광 변환 구조체의 하면과 상기 형광체의 상면의 최단 거리는 1mm를 초과하지 않으며,
상기 광 변환 구조체의 수평 거리는 상기 발광 다이오드 칩의 수평 거리의 2배 내지 3배의 범위에 있고,
상기 광 변환 구조체는 서로 다른 굴절률을 갖는 절연층들이 교대로 적층된 다층 반사구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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|---|---|---|---|
| KR1020220183495A KR20240101136A (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 발광 다이오드 패키지 |
| EP23219385.4A EP4391094A1 (en) | 2022-12-23 | 2023-12-21 | Light-emitting diode package |
| US18/393,855 US20240213415A1 (en) | 2022-12-23 | 2023-12-22 | Light-emitting diode package |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220183495A KR20240101136A (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 발광 다이오드 패키지 |
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| KR1020220183495A KR20240101136A (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 발광 다이오드 패키지 |
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