WO2010071386A2 - 발광소자 패키지, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치 - Google Patents

발광소자 패키지, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 칩 실장영역을 제공하며 제1 및 제2 리드 단자를 구비한 패키지 본체와, 상기 칩 실장영역에 탑재되며, 상기 제1 및 제2 리드 단자에 전기적으로 연결된 LED 칩과, 상기 칩 실장영역에서 상기 LED 칩의 주위를 따라 형성된 홈부와, 상기 LED 칩을 둘러싸도록 파장변환물질이 함유된 수지로 형성되며 상기 홈부에 의해 정의되는 외곽형상을 갖는 파장변환부를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

발광소자 패키지, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것으로, 특히 파장변환물질이 함유된 수지포장부를 갖는 파장변환형 발광소자 패키지와, 그 발광소자 패키지를 이용한 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라고 함)는 전기에너지를 광에너지로 변환하는 반도체 소자로서, 에너지 밴드 갭에 따른 특정한 파장의 빛을 내는 화합물 반도체로 구성되며, 광통신 및 모바일 디스플레이, 컴퓨터 모니터 등과 같은 디스플레이, LCD용 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)에서부터 조명의 영역까지 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.
특히 조명용 LED 개발은 기존의 LED에 비해 고전류, 고광량 및 균일한 발광특성을 요구하므로 새로운 디자인 및 공정 개발이 요구된다.
종래에는, 주로 발광소자 패키지는 백색 발광을 위해 형광체와 같은 파장변환물질와 투명 수지의 혼합물을 디스펜싱(dispensing) 등의 공지된 방법으로 LED 칩 주위에 도포하여 제조되어 왔다. 이 경우, LED 칩의 상면과 측면에 위치한 파장변환물질의 양이 달라, 칩 상면에서 나오는 백색광과 칩 측면에서 나오는 백색광 사이에 색온도와 같은 색특성 차이가 발생하게 되는 문제가 있다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 색온도와 같은 색특성 차이는 발광시에 불스아이(bull's eye)라고 불리는 둥근 띠(X)를 형성하여 전체 영역에서 균일하지 않은 백색 발광특성을 보이게 된다.
또한, LED 칩이 실장되는 영역을 컵 구조를 형성하여 그 컵 구조 내에 수지를 충전하는 경우에는, 형광체와 같은 파장변환물질에 의한 산란으로 광경로가 길어져서 광효율도 떨어지는 문제점도 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 광효율을 증가시키고 발광영역에 따라 색온도와 같은 색특성 차이가 발생하지 않아 균일한 백색 발광특성을 구현할 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 발광소자 패키지를 구비한 광원 모듈과 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 발광소자 패키지를 구비한 디스플레이 장치와 조명장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
칩 실장영역을 제공하며 제1 및 제2 리드 단자를 구비한 패키지 본체와, 상기 칩 실장영역에 탑재되며, 상기 제1 및 제2 리드 단자에 전기적으로 연결된 LED 칩과, 상기 칩 실장영역에서 상기 LED 칩의 주위를 따라 형성된 홈부와, 상기 LED 칩을 둘러싸도록 파장변환물질이 함유된 수지로 형성되며 상기 홈부에 의해 정의되는 외곽형상을 갖는 파장변환부를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
상기 파장변환물질은 형광체, 양자점(quantum dot) 또는 그 혼합물을 포함한다.
상기 형광체는 실리케이트계 형광체, 산화물계 형광체, 질화물계 형광체, 가넷계 형광체, 황화물계 형광체 또는 그 조합일 수 있다.
상기 양자점은, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe과 같은 II-VI족 화합물 반도체 나노결정, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 그 혼합물일 수 있다.
필요에 따라, 상기 파장변환물질은 형광체와 양자점의 조합일 수 있다. 예를 들어, 황색 및 녹색 발광 형광체와 함께 적색 발광 양자점의 조합일 수 있다.
본 발명의 일 예에서, 상기 홈부는 상기 LED 칩을 둘러싸는 원형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 홈부는 상기 LED 칩의 외곽형상에 대응되는 형상을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 상기 LED 칩의 외곽형상은 다각형일 경우에, 상기 홈부도 상기 LED 칩을 둘러싸는 다각형상을 가질 수 있다.
특정 예에서, 상기 LED 칩의 외곽형상은 사각형이며, 상기 홈부는 상기 LED 칩을 둘러싸는 사각형상을 갖도록 형성된다.
구체적인 형태에서, 상기 LED 칩은 상기 제1 및 제2 리드 단자 중 하나의 상면에 탑재될 수 있다. 이 경우에, 상기 홈부는 상기 LED 칩이 탑재된 리드 단자의 상면에 형성된다. 필요에 따라, 상기 LED 칩이 탑재된 리드 단자는 하부로 향해 연장된 열싱크부를 가질 수 있다.
이와 달리, 상기 홈부는 리드 단자가 아닌 패키지 본체의 다른 표면에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 패키지 본체는 상기 칩 실장영역을 제공하는 세라믹 기판을 포함할 수 있으며, 이 경우에, 상기 홈부의 적어도 일부는 상기 세라믹 기판 상에 형성될 수 있다.
특정 실시형태에서, 상기 홈부는 제1 홈부라 할 때에, 상기 칩 실장영역에 형성되며, 상기 제1 홈부를 둘러싸면서 상기 제1 홈부와 일정한 간격으로 이격된 제2 홈부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 홈부를 따라 형성되는 파장변환부는 제1 파장변환부ㄹ라 할 때에, 상기 제1 파장변환부 상에 형성되며, 상기 제2 홈부에 의해 정의되는 제2 파장변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 파장변환부의 파장변환물질과 상기 제2 파장변환부의 파장변환물질은 서로 다른 파장의 발광을 갖는 파장변환물질을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 파장변환부의 파장변환물질은 상기 제2 파장변환부의 파장변환물질보다 짧은 파장의 광을 발생시킬 수 있다.
이에 한정되지는 않지만, 상기 홈부는 V자 형상, U자 형상 또는 사각형상일 수 있으며, 임프린팅 공정 또는 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다.
일 측면에서, 바람직하게, 상기 홈부로 둘러싸인 부분의 면적은 상기 LED 칩의 면적의 9배 이하일 수 있다.
다른 측면에서, 바람직하게, 상기 LED 칩 중심과 상기 홈부의 일 지점을 연결하는 임의의 직선의 길이는, 상기 LED 칩 중심으로부터 상기 직선이 지나는 상기 LED 칩 외곽의 일 지점까지의 길이보다 3배 이하일 수 있다.
또한, 상기 파장변환부의 최대 높이는 상기 LED 칩 두께의 4배 이하인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 LED 칩은 상기 제1 및 제2 리드 단자 중 적어도 하나에 의해 와이어로 연결되며, 상기 와이어의 높이는 상기 수지 포장부의 최대 높이보다 크다.
본 발명의 다른 측면은 상기한 발광소자 패키지를 구비한 광원 모듈과 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기한 발광소자 패키지를 구비한 디스플레이 장치와 조명장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래의 컵 구조 또는 다른 주형에 의존하지 않고, LED 칩 주위에 비교적 균일한 두께의 파장변환부를 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 홈부의 형상 및/또는 크기를 칩의 형상 및/또는 크기를 고려하여 적절하게 설정함으로써 전방위에서 광경로 길이를 최대한 균일하게 보장하고, 발광효율도 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지에서 광출력되는 상태를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발광소자 패키지의 상부 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 발광소자 패키지의 상부 평면도이다.
도 6은 본 발명에 채용되는 파장변환부 형상에 관련된 바람직한 조건을 설명하기 위한 측단면도이다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명에 채용되는 파장변환부 형성을 위한 홈부의 변형예를 설명하기 위한 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 측단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 발광소자 패키지의 상부 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 LED 광원모듈을 나타내는 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 다양한 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소되어 도시될 수 있음이 고려되어야 한다.
도2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 측단면도이며, 도3은 도2에 도시된 발광소자 패키지의 상부 평면도이다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 발광소자 패키지(10)는 칩 실장영역(11a)을 제공하는 패키지 본체(11)를 갖는다. 상기 칩 실장영역(11a)에는 LED 칩(15)이 탑재된다.
도2에서는 도시되지 않았으나, 상기 패키지 본체(11)는 상기 LED 칩(15)과 전기적으로 연결된 리드 단자(미도시)를 포함한다. LED 칩(15)은 그 전극구조에 따라 플립칩 본딩 또는 와이어를 통해서 리드 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시형태와 같이, 상기 패키지 본체(11)는 칩 실장영역(11a)을 둘러싸는 측벽구조(11b)를 포함할 수 있다. 상기 측벽구조(11b)를 반사면으로 제공될 수 있는 경사진 내벽을 가질 수 있다.
본 실시형태에 따른 발광소자 패키지(10)는 LED 칩(15)을 둘러싸도록 파장변환물질(18b)이 함유된 수지(18a)로 이루어진 파장변환부(18)를 포함한다. 바람직하게, 상기 파장변환물질(18b)은 형광체, 양자점(quantum dot) 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 일반적으로 상기 파장변환물질(18b)은 상기 LED 칩(15)의 방출파장에 따라 얻어지는 각 발광 파장이 혼합되어 백색광을 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, LED 칩(15)이 청색 계통의 광을 방출할 경우, LED 칩(15)을 둘러싸는 파장변환물질(18b)는 녹색 및 적색 발광 형광체 또는 양자점의 조합, 또는 추가적으로 황색 또는 주황색 발광 형광체 또는 양자점이 부가된 형태일 수 있다.
상기 녹색 형광체는 M2SiO4:R를 포함한 실리케이트계 형광체, β-SiAlON을 포함한 질화물계 형광체일 수 있다. 상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:R, MxSiyN(2/3x+4/3y):R, MxSiyOzN(2/3x+4/3y-2/3z):R 를 포함한 질화물계 형광체일 수 있다. 여기서, M은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 로 이루어진 제2족 원소 중에서 선택되는 적어도 1종 이상, R은 희토류 원소 중에서 선택되는 적어도 1종 이상이다.
이에 한정되지 않으며, 그 외에도 파장변환물질로 사용가능한 형광체로는, (Ba,Sr,Ca,Mg)2, SiO4:Eu 또는 (Ba,Sr,Ca,Mg)3SiO5:Eu와 같은 실리케이트계 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)(Sc,Y,Gd,La,Lu,Al,In)2O4:Ce와 같은 산화물계 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)(Al,Si,Ga,In)ON:Eu, α-SiAlON:Eu 또는 β-SiAlON:Eu과 같은 질화물계 형광체, (Y,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce와 같은 가넷계 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)(S,Se,Te):Eu와 같은 황화물계 형광체 또는 그 조합이 있을 수 있다.
상기 양자점의 경우에는, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe과 같은 II-VI족 화합물 반도체 나노결정, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 그 혼합물일 수 있다.
필요에 따라, 상기 파장변환물질은 형광체와 양자점의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 효율이 낮은 적색 형광체 대신에 적색 발광 양자점를 사용하여 황색, 녹색과 같은 발광 형광체와 조합된 형태로 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지(18b)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 그 혼합물 또는 그 화합물일 수 있다.
상기 파장변환부(18)의 형성영역은 상기 칩 실장영역(11a)에 형성된 홈부(G)에 의해 정의된다. 본 실시형태에서 채용된 홈부(G)는 상기 파장변환부(18)를 위해서 제공되는 파장변환물질 함유 액상수지의 외곽경계를 정의하면서 표면장력에 의해 볼록한 구조를 가질 수 있다. 이러한 볼록한 구조의 파장변환물질 함유 액상 수지는 경화공정을 걸쳐 원하는 파장변환부(18)로 제공될 수 있다.
이와 같이, 파장변환부(18)의 외곽형상이 홈부(G)에 의해 정의되면서 볼록한 구조를 가질 수 있다. 파장변환부(18)의 형상은 홈부(G)에 의해 주요하게 결정되나, 액상 수지의 점도, 표면특성(예, 거칠기, 소수성/친수성), 파장변환물질의 함량, 첨가제 종류 및 함량 등에 의해 다양하게 조절될 수 있다.
또한, 상기 파장변환부(18)는 LED 칩 주위에 형성된 홈부(G)에 의해 정의되므로, 실장영역을 제공하는 컵구조에 의해 충전된 형태일 경우에 비해 각 방위에서 광경로길이를 결정하는 두께의 편차를 감소시킬 수 있다.
이로써, 광경로길이가 상대적을 긴 가장자리영역에서 색온도 차이에 의해 발생되는 불스아이(bull's eye)현상을 해소하여 균일한 색온도를 갖는 백색광을 출력할 수 있다.
특히, 전체 영역에 걸쳐 상대적으로 평균 광경로 길이를 크게 감소되므로, 산란에 의한 광손실을 감소시킬 수 있다. 이러한 맥락에서, 파장변환부(18)는 원하는 파장변환을 위한 최소한 광경로길이를 보장하되 적절한 두께 범위로 감소시키는 방안이 고려될 수 있다.
바람직하게, 파장변환부(18)의 형성영역, 즉 홈부(G)의 면적을 가능한 작은 면적에 걸쳐 한정할 수 있으며, 이는 LED 칩 면적과의 상대적 비율로 표현될 수 있다.
구체적으로, 파장변환부(18)의 형성면적은 LED 칩 면적의 9배 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 다른 측면에서 바람직한 조건을 표현할 수 있다. 이에 대해서는 도6에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 실시형태에 채용된 홈부(G)는, 도3(파장변환부(18)를 생략하여 도시함)에 도시된 바와 같이 칩 실장영역(11a)의 바닥면에 원형이 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 홈부(G)는, 임프린팅 공정, 몰딩공정 또는 에칭 공정과 같은 공지된 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
홈부(G)가 형성된 영역은 패키지 본체의 바닥면 또는 리드 단자 혹은 바닥면에서 리드 단자를 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 패키지 본체(11)는 칩 실장영역을 제공하는 기판을 포함하며, 이러한 기판은 세라믹 물질, 합성수지와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 세라믹 기판을 채용하는 경우에, 소결 전에 그린시트 레벨에서 임프린팅 공정을 이용하여 홈부(G)를 형성한 후에 소결하여 얻어질 수 있다.
상기 발광소자 패키지(10)는 본 실시형태와 같이, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 그 혼합물 또는 그 화합물과 같은 투명한 수지로 형성된 수지 몰딩부(19)를 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 수지 몰딩부를 채용하지 않거나, 또는 이와 결합하여 패키지 본체 상단에 원하는 렌즈구조물을 장착할 수 있다.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다. 도5는 도4에 도시된 발광소자 패키지의 상부 평면도이다.
도4에 도시한 바와 같이, 본 발광소자 패키지(40)는 칩 실장영역(41a)을 제공하는 패키지 본체(41)를 갖는다.
도2에 도시된 실시형태와 유사하게, 상기 칩 실장영역(41a)에는 LED 칩(45)이 탑재된다. 상기 패키지 본체(41)는 칩 실장영역(41a)을 둘러싸는 측벽구조(41b)를 포함할 수 있다. 상기 LED 칩(45) 주위에는 파장변환물질(48b)이 함유된 수지(48a)로 이루어진 파장변환부(48)를 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 파장변환부(48)의 형성영역을 정의하는 홈부(G)는 칩(45)의 외곽형상과 대응되는 사각형상으로 형성된다. 이와 같이, LED 칩(45) 형상과 대응되는 형상으로 제공되는 홈부(G)는 LED 칩(45) 주위에서 형성되는 파장변환부(48)가 더욱 균일한 광경로 길이를 갖도록 두께분포를 유도할 수 있으므로, 거의 컨포멀(conformal) 코팅과 같은 효과를 기대할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도3에 도시된 원형인 홈부는 사각형인 칩(15)과 각 변의 위치에 따라 간격(d1>d2)이 서로 다른데 반하여, 본 실시형태에서, 사각형상의 홈부의 중앙영역에 배치된 LED 칩은 각 변에서 홈부(G)와 일정한 간격(da)을 가질 수 있다.
물론, 본 실시형태에서, 사각형인 홈부(G) 중 각진 코너부는 상대적으로 홈부와의 간격이 크게 나타나지만, 볼록한 파장변환부(48)의 전체 표면이 표면장력에 의해 일정한 곡률의 면을 가지려는 경향이 있으므로, 실제 코너부분에서의 파장변환층(48) 두께도 인접한 양변 부분과 유사한 두께를 가질 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 채용된 파장변환부(48)는 도3의 형태에서 형성된 파장변환부에 비해 전체 영역에서 광경로 길이의 편차를 완화하여 더욱 균일한 색특성을 기대할 수 있다.
이러한 홈부의 구조는 사각형상에 한정되지 아니하며, 홈부가 형성된 형상을 LED 칩의 다른 외곽형상과 대응되는 형상으로 제공함으로써 유사한 효과를 기대할 수 있다.
예를 들어, 다각형상의 칩을 사용하는 경우에, 칩의 다각형상에 대응되면서 각 대응변이 일정한 간격을 갖도록 다각형상의 홈부를 제공함으로써 더욱 균일한 광경로 길이를 갖는 파장변환부를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명에 채용되는 파장변환부 형상에 관련된 바람직한 조건을 설명하기 위한 측단면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 추가적인 관점에서 전체 영역에 걸쳐 평균 광경로 길이를 감소시켜 산란에 의한 광손실을 저감시키는 방안이 고려된다. 이는 파장변환부는 원하는 파장변환을 위한 최소한 광경로길이를 보장하되 적절한 두께 범위로 감소시키는 방안을 말한다.
이러한 방안은 우선적으로 파장변환부(68)의 형성영역, 즉 홈부의 면적을 제한하는 것을 고려할 수 있으나, 다른 측면에서, 상기 LED 칩 중심과 상기 홈(G)부의 일 지점을 연결하는 임의의 직선의 길이(W)는 상기 LED 칩 중심으로부터 상기 직선이 지나는 상기 LED 칩 외곽의 일 지점(D)까지의 길이보다 3배 이하인 것이 바람직하다.
특정 예에서, 원하는 파장변환부(68) 형성을 위한 최소의 조건으로는 상기 LED 칩 중심과 상기 홈부의 일 지점을 연결하는 임의의 직선의 길이(W)는 상기 LED 칩 중심으로부터 상기 직선이 지나는 상기 LED 칩 외곽의 일 지점(W)까지의 길이의 1.5배 수준, 바람직하게는 2배 정도로 형성될 수 있다.
이와 유사하게, 파장변환층(68)의 높이 조건에 대해서도 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 상기 파장변환부(68)의 최대 높이(H)는 상기 LED 칩 두께(t)의 4배 이하인 것이 바람직하다. 원하는 파장변환부(68) 형성을 위한 최소의 조건으로는 상기 파장변환부(68)의 최대 높이(H)는 상기 LED 칩 두께(t)의 1.5배 수준, 바람직하게는 2배 정도로 형성될 수 있다.
본 발명에 채용되는 홈부의 구조는 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있다. 도7a 및 도7b에는 본 발명에 채용되는 파장변환부 형성을 위한 홈부의 변형예가 도시되어 있다.
우선, 도7a에 도시된 형태에 채용된 홈부 구조는, 기판(71) 상에 LED 칩(75)을 둘러싸는 제1 홈부(G1)와 제1 홈부와 일정한 간격으로 이격되어 그 주위를 둘러싸는 제2 홈부(G2)의 이중구조로 제공된다. 여기서, 제2 홈부(G2)는 보조 홈부로서 제공된다.
즉, 제1 홈부(G1)에서 파장변환부(78)의 형성영역을 정의하고자 하지만, 파장변환물질 함유 액상수지의 점도 등의 조건이나 작업환경에 따라 부분적으로 제1 홈부(G1)를 지날 수 있다.
본 실시형태에서, 제1 홈부(G1)를 지나 흐르는 액상수지(A)는 제2 홈부(G2)에 의해 차단될 수 있다. 이와 같이, 파장변환부(78)의 형성영역이 제1 홈부(G1)를 벗어나는 경우에도, 제2 홈부(G2)로 다시 제한하므로, 그 형성영역에 대해 큰 오차를 발생시키지 않고, 원하는 파장변환부(78)를 구현할 수 있다.
이와 같이, 오차 발생을 감소시키기 위해서 제1 홈부(G1)와 제2 홈부(G2)의 간격(g)을 LED 칩 외곽에서 제1 홈부까지의 거리(Da)의 0.2배 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
본 예에서는 이중구조로 제시되어 있으나, 필요에 따라 추가적인 보조 홈부(G2)는 2개 이상 복수개로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 채용되는 홈부는 다양한 단면을 갖도록 구현될 수 있다. 앞선 실시헝태에서는 임프린팅 공정에 유리한 V자형 구조를 예시하였으나, 사각형상 및 곡면형상과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도7b에 도시된 바와 같이, LED 칩(85)이 실장된 기판(81) 상에 사각형상의 단면을 갖는 홈부(G3)를 형성하여 파장변환부(88)의 형성영역을 정의하는 수단으로 활용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 도8 및 도9에 도시되어 있다. 본 실시형태에서는 리드 단자 구조와 관련된 홈부 형성위치와 와이어 본딩과 관련된 사항이 구체적으로 예시되어 있다.
도8에 도시된 바와 같이, 본 발광소자 패키지(100)는 칩 실장영역(101a)을 제공하는 패키지 본체(101)를 갖는다. 상기 칩 실장영역(101a)에는 LED 칩(105)이 탑재된다.
상기 패키지 본체(101)는 칩 실장영역(101a)을 둘러싸는 측벽구조(101b)를 포함할 수 있다. 상기 측벽구조(101b)를 반사면으로 제공될 수 있는 경사진 내벽을 가질 수 있다.
본 실시형태에 채용된 패키지 본체(101)는 상기 LED 칩(105)과 전기적으로 연결된 제1 및 제2 리드 단자(102a,102b)를 포함한다. 상기 제1 리드 단자(102a)의 하부 중 상기 LED 칩(105)이 탑재된 영역에 대응하는 위치에 열싱크(103)를 포함한다.
도8에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩(105)은 상기 제1 리드 단자(102a) 상면에 실장되며, 와이어(106a,106b)에 의해 각각 상기 제1 및 제2 리드 단자(102a,102b)에 연결된다.
본 실시형태에 채용된 파장변환부(108,109)는 이중층 형태로 제공된다. 이러한 이중층구조를 위해서, 상술된 추가적인 홈부(G2)를 활용할 수 있다. 즉, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이,일정한 간격으로 이격된 2개의 홈부(G1,G2)를 형성하고, 내측에 위치한 제1 홈부(G1)를 이용하여 제1 파장변환부(108)를 형성한 후에 외측에 위치한 제2 홈부(G2)를 이용하여 제2 파장변환부(109)를 형성함으로써 원하는 이중층 구조의 파장변환부를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서 복수의 홈구조는 동일한 중심을 갖도록 형성되어 앞선 도7a에 도시된 형태와 달리, 2개의 파장변환층을 형성하는 용도로 사용될 수 있다.
상기 파장변환부(108,109)는 각각 다른 파장변환물질이 함유된 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 내측에 위치한 제1 파장변환부(108)는 상대적으로 단파장계열 발광 형광체 또는 양자점이 배치하며, 외측에 위치한 제2 파장변환부(109)는 상대적으로 장파장계열 발광 형광체 또는 양자점을 배치할 수 있다.
특정예에서, 상기 제1 파장변환부(108)는 녹색 형광체와 청색 형광체의 혼합 수지층일 수 있으며, 상기 제2 파장변환부(109)는 적색 형광체 또는 적색 발광 양자점일 수 있다.
본 실시형태에서는 2개의 홈부(G1,G2)를 이용하여 2개의 파장변환층을 제공하는 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 추가적인 홈부와 추가적인 파장변환층을 제공할 수 있다.
본 실시형태에 채용된 제1 및 제2 홈부(G1,G2)는 LED 칩(105)이 실장된 제1 리드 단자(102a)의 상면에 형성된 형태로 예시되어 있다. 상기 제1 및 제2 리드 단자(102a,102b)는 비교적 연성이 높은 금속 또는 합금재질로 이루어지므로, 압연공정을 통해 원하는 홈부(G1,G2)를 용이하게 형성될 수 있다.
본 실시형태에서는, 와이어(106a,106b)를 이용하여 LED 칩(105)과 제1 및 제2 리드 단자(102a,102b)가 연결된다. 이 경우에, 파장변환부(108)를 형성하기 위한 파장변환물질 함유 액상수지는 와이어 높이가 낮은 경우에 와이어를 따라 흘러 내려 원하는 볼록한 형상을 얻기 어려우므로, 도8에 도시된 바와 같이, 와이어(106a,106b)의 높이(h)는 상기 파장변환부(108)의 최대 높이(H)보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발광소자 패키지는 우수한 광효율과 함께 전체 영역에서 균일한 백색 특성을 제공하므로, 다양한 응용분야에서 유익한 백색 광원으로 활용될 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 측면으로서 상술된 발광소자 패키지가 적용되는 다양한 응용장치를 간략히 예시하여 설명하기로 한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 LED 광원모듈을 나타내는 사시도이다. 여기서, 예시된 LED 광원 모듈은 디스플레이용 백라이트 유닛을 위한 광원은 물론, 다양한 형태의 조명장치에 적용될 수 있을 것이다.
도10a에 도시된 LED 광원 모듈(110)은, 인쇄회로기판(111)과 그 상면에 실장된 복수의 LED 광원(115)을 포함한다. 본 실시형태에서, 상기 LED 광원(115)은 상술된 발광소자 패키지로 제공된다.
본 실시형태에 채용된 발광소자 패키지(115)는 상기 인쇄회로기판(111) 상면에 광방출면(115a)과 인접한 측면이 접하도록 실장된 형태로 예시되어 있다. 상기 LED 광원 모듈(110)은 도시된 바와 같이, 외부 전원회로 또는 다른 LED 광원 모듈과 연결하기 위한 커넥터(117)를 포함할 수 있다.
도10b에 도시된 LED 광원 모듈(120)은, 앞선 실시형태와 유사하게, 인쇄회로기판(121)과 상술된 발광소자 패키지로 제공되는 복수의 LED 광원(125)와 커넥터(127)를 포함할 수 있다. 다만, 본 실시형태에 채용된 발광소자 패키지(125)는 앞선 실시형태와 달리 광방출면(125a)과 반대에 위치한 하면이 실장면으로 제공되는 형태이다.
이와 같이, 상술된 발광소자 패키지는 다양한 실장구조의 패키지로 구현될 수 있으며, 다양한 형태의 백색광을 제공하는 LED 광원 모듈에 적용될 수 있다. 상술된 발광소자 패키지 또는 이를 포함한 광원 모듈은 다양한 형태의 디스플레이 장치 또는 조명장치에 적용될 수 있을 것이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도11a을 참조하면, 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지가 광원으로 적용될 수 있는 백라이트 유닛의 일 예로서 에지형 백라이트 유닛(150)이 도시되어 있다.
본 실시형태에 따른 에지형 백라이트 유닛(150)은 도광판(144)과 상기 도광판(144) 양측면에 제공되는 LED 광원 모듈(130)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에서는 도광판(144)의 대향하는 양측면에 LED 광원 모듈이 제공된 형태로 예시되어 있으나, 일 측면에만 제공될 수 있으며, 이와 달리, 추가적인 LED 광원 모듈이 다른 측면에 제공될 수도 있다.
도11a에 도시된 바와 같이, 상기 도광판(144) 하부에는 반사판(142)이 추가적으로 제공될 수 있다. 본 실시형태에 채용된 LED 광원 모듈(130)은 도10b에 도시된 형태와 유사한 구조로 이해할 수 있다. 즉, 상기 광원 모듈은 인쇄회로기판(131)과 그 기판 상면에 실장된 복수의 LED 광원(135)을 포함하며, 상기 LED 광원(135)로는 상술된 발광소자 패키지가 적용된다.
도11b을 참조하면, 다른 형태의 백라이트 유닛의 일 예로서 직하형 백라이트 유닛(180)이 도시되어 있다.
본 실시형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(180)은 광확산판(174)과 상기 광확산판(174) 하면에 배열된 LED 광원 모듈(160)을 포함할 수 있다.
도11b에 예시된 백라이트 유닛(180)은 상기 광확산판(174) 하부에는 상기 광원 모듈을 수용할 수 있는 바텀케이스(171)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에 채용된 LED 광원 모듈(150)은 인쇄회로기판(161)과 그 기판(161) 상면에 실장된 복수의 LED 광원(165)을 포함한다. 상기 복수의 LED 광원은 상술된 발광소자 패키지일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 분해사시도이다.
도12에 도시된 디스플레이 장치(240)는, 백라이트 유닛(220)과 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(230)을 포함한다. 상기 백라이트 유닛(220)은 도광판(224)과 상기 도광판(224)의 적어도 일 측면에 제공되는 LED 광원모듈(210)을 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 백라이트 유닛(220)은 도시된 바와 같이, 바텀케이스(221)와 도광판(212) 하부에 위치하는 반사판(222)을 더 포함할 수 있다.
또한, 다양한 광학적인 특성에 대한 요구에 따라, 상기 도광판(224)과 액정패널(230) 사이에는 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 광학시트(226)를 포함할 수 있다.
상기 LED 광원모듈(210)은, 상기 도광판(224)의 적어도 일 측면에 마련되는 인쇄회로기판(211)과, 상기 인쇄회로기판(211) 상에 실장되어 상기 도광판(224)에 광을 입사하는 복수의 LED 광원(215)을 포함한다. 상기 복수의 LED 광원(215)은 상술된 발광소자 패키지일 수 있다. 본 실시형태에 채용된 복수의 LED 광원은 도10a에 도시된 형태와 같이, 광방출면에 인접한 측면이 실장된 사이드 뷰타입 발광소자 패키지일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 따라 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 따라 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (29)

  1. 칩 실장영역을 제공하며 제1 및 제2 리드 단자를 구비한 패키지 본체;
    상기 칩 실장영역에 탑재되며, 상기 제1 및 제2 리드 단자에 전기적으로 연결된 LED 칩;
    상기 칩 실장영역에서 상기 LED 칩의 주위를 따라 형성된 홈부; 및
    상기 LED 칩을 둘러싸도록 파장변환물질이 함유된 수지로 형성되며 상기 홈부에 의해 정의되는 외곽형상을 갖는 파장변환부를 포함하는 발광소자 패키지
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 LED 칩의 외곽형상에 대응되는 형상을 갖도록 형성되는 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 LED 칩의 외곽형상은 다각형이며,
    상기 홈부는 상기 LED 칩을 둘러싸는 다각형상을 갖도록 형성되는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 LED 칩의 외곽형상은 사각형이며,
    상기 홈부는 상기 LED 칩을 둘러싸는 사각형상을 갖도록 형성되는 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 LED 칩을 둘러싸는 원형상을 갖도록 형성되는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 형광체, 양자점 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 적어도 녹색 형광체와 적색 형광체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 M2SiO4:R, β-SiAlON 또는 그 혼합물이며, 상기 적색 형광체는 CaAlSiN3:R, MxSiyN(2/3x+4/3y):R, MxSiyOzN(2/3x+4/3y-2/3z):R 또는 그 혼합물이고, 여기서, M은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 로 이루어진 제2족 원소 중에서 선택되는 적어도 1종 이상이며, R은 희토류 원소 중에서 선택되는 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 파장변환물질의 양자점은, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe과 같은 II-VI족 화합물 반도체 나노결정, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 그 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 서로 다른 발광색을 갖는 복수의 형광체와 적색 발광 양자점의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은 상기 제1 및 제2 리드 단자 중 하나의 상면에 탑재된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 LED 칩이 탑재된 리드 단자의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 LED 칩이 탑재된 리드 단자는 하부로 향해 연장된 열싱크부를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 칩 실장영역을 제공하는 세라믹 기판을 포함하며,
    상기 홈부의 적어도 일부는 상기 세라믹 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 V자 형상, U자 형상 또는 사각형상인 수직 단면을 갖는 발광소자 패키지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 임프린팅 공정 또는 에칭 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 홈부로 둘러싸인 부분의 면적은 상기 LED 칩의 면적의 9배 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩 중심과 상기 홈부의 일 지점을 연결하는 임의의 직선의 길이는, 상기 LED 칩 중심으로부터 상기 직선이 지나는 상기 LED 칩 외곽의 일 지점까지의 길이보다 3배 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환부의 최대 높이는 상기 LED 칩 두께의 4배 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 홈부는 제1 홈부이며,
    상기 칩 실장영역에 형성되며, 상기 제1 홈부를 둘러싸면서 상기 제1 홈부와 일정한 간격으로 이격된 제2 홈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 홈부를 따라 형성되는 파장변환부는 제1 파장변환부이며,
    상기 제1 파장변환부 상에 형성되며, 상기 제2 홈부에 의해 정의되는 제2 파장변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 파장변환부의 파장변환물질과 상기 제2 파장변환부의 파장변환물질은 서로 다른 파장의 발광을 갖는 파장변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 파장변환부의 파장변환물질은 상기 제2 파장변환부의 파장변환물질보다 짧은 파장의 광을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩은 상기 제1 및 제2 리드 단자 중 적어도 하나에 의해 와이어로 연결되며, 상기 와이어의 높이는 상기 수지 포장부의 최대 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 칩 실장영역을 둘러싸는 측벽구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 LED 광원 모듈.
  27. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛.
  28. 화상을 표시하기 위한 패널; 및
    상기 패널에 광을 제공하는 제27항에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
  29. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치.
PCT/KR2009/007644 2008-12-19 2009-12-21 발광소자 패키지, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치 WO2010071386A2 (ko)

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