WO2012148224A2 - 발광소자 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2012148224A2
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Definitions

  • a light emitting device package and a method of manufacturing the same are disclosed. More specifically, a light emitting device package and a method of manufacturing the same are disclosed that can reduce scattering loss.
  • a light emitting diode is a semiconductor light emitting device that emits light when current flows.
  • the light emitting device has been widely applied to a lighting device, a display board, and a backlight of a display device due to long life, low power consumption, fast response speed and excellent initial driving characteristics.
  • light emitting devices have been used as light sources of various colors.
  • high power and high brightness light emitting devices such as white light emitting devices for lighting increases
  • studies are being actively conducted to improve performance and reliability of light emitting device packages.
  • a phosphor is disposed on a blue or ultraviolet light emitting device.
  • the white light emitting device emits a portion of the light extracted from the ultraviolet or blue light emitting device in red, green, blue, and yellow.
  • Color conversion is performed by a combination of phosphors, and the white color is mixed and mixed. That is, in the white light emitting device package, the light of the short wavelength emitted from the light emitting device chip passes through the phosphor, and part of the light is changed to the long wavelength to emit white light. It acts as a wavelength conversion layer to convert to.
  • the Efficiency includes internal quantum efficiency and light extraction efficiency.
  • the internal quantum efficiency refers to the rate at which the charge injected from the light emitting device is converted into photons in the active layer
  • the light extraction efficiency refers to the rate at which light from the light emitting device chip is emitted to the outside through the phosphor.
  • the white light emitting device package has a phosphor layer around the light emitting device chip to perform color conversion, and then use a method of extracting light through the encapsulant resin.
  • the color converted light is scattered by the phosphor particles.
  • a light emitting device package and a method of manufacturing the same, which can reduce scattering loss.
  • a light emitting device package includes: a package body including a cavity and a lead frame disposed inside the cavity; a light emitting device chip mounted on a bottom surface of the cavity and wire-bonded with the lead frame; It is formed on the light emitting device chip, and includes a wavelength conversion layer containing a phosphor and a crystal glass (crystal) and converts the wavelength of light generated from the light emitting device chip.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be the same.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be 1.5 ⁇ 1.9.
  • the surface of the wavelength conversion layer may be textured.
  • the wavelength conversion layer may have a plate shape.
  • the wavelength conversion layer may be transparent.
  • the phosphor of the crystallized glass The weight ratio may be 6: 4 to 1: 9.
  • the phosphor may be selected from the group consisting of YAG (Yttrium Aluminum Garnet) phosphor, Lug (Lutetium Aluminum Garnet) phosphor, SiAlON phosphor, sulfide phosphor and silicate phosphor. have.
  • a method of manufacturing a light emitting device package preparing a package body including a cavity and a lead frame disposed inside the cavity, mounting a light emitting device chip on the bottom surface of the cavity, Wire bonding the lead frame and the light emitting device chip, and forming a wavelength conversion layer including phosphor and crystallized glass on the light emitting device chip and converting a wavelength of light generated from the light emitting device chip.
  • the wavelength conversion layer, the phosphor and the crystallized glass may be included as a composite sintered at a temperature of 600 ° C ⁇ 900 ° C.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be 1.5 ⁇ 1.9.
  • the wavelength conversion layer may be a plate shape.
  • the surface of the wavelength conversion layer may be textured.
  • the weight ratio of phosphor to crystallized glass may be 6: 4 to 1: 9.
  • a light emitting device package is formed on a light emitting device chip, includes a phosphor and crystallized glass, and includes a wavelength conversion layer for converting the wavelength of light generated from the light emitting device chip. Therefore, by matching the refractive indices of the phosphor and the crystallized glass included in the wavelength conversion layer, it is possible to reduce scattering loss generated when the refractive indices are different. Thus, the light emitting device package can improve the light extraction efficiency.
  • the light emitting device package is excellent in processability and reliability by using a wavelength conversion layer including a phosphor and crystallized glass, it is possible to reduce the process time for manufacturing the light emitting device package.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a light emitting device package according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a wavelength conversion layer in a light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating that the wavelength conversion layer of FIG. 3 is transparent.
  • 5 is a view showing a processed picture of the wavelength conversion insect of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an XRD result of the wavelength conversion layer of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a graph showing the intensity of light according to the wavelength in the light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view showing a light emitting device package 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view showing a light emitting device package 200 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is the same as the light emitting device package 100 of FIG. 1 except that a plurality of light emitting device chips 230 are disposed, the description will be made with reference to FIG. 1.
  • the light emitting device chip 130, the wires 141 and 142, and the wavelength conversion layer 160 are denoted by the cavity 250, the lead frame 221, 222, the package body 210, and the light emitting device chip of FIG. 2.
  • the light emitting device package 100 according to an embodiment of the present invention, the cavity 150, the lead frame (121, 122), the package body 110, the light emitting device chip 130, the wire ( 141 and 142 and the wavelength conversion layer 160.
  • the package body 110 includes a cavity 150, a first lead frame 121, and a second lead frame 122.
  • the cavity 150 may mount the light emitting device chip 130. That is, the light emitting device chip may be mounted on the bottom surface of the cavity 150.
  • the first lead frame 121 and the second lead frame 122 may be disposed inside the cavity 150, and in particular, may be disposed on the bottom surface of the cavity 150 and extend outside the package body 110. .
  • the light emitting device chip 130 is mounted on the first lead frame 121 disposed on the bottom surface of the cavity 150, and is spaced apart from each other by bonding the wires 141 and 142. Is electrically connected to the second lead frame 122.
  • a third lead frame 223 may be further provided to mount the plurality of light emitting device chips 231, 232, 233, and 234 in the cavity 150 of the light emitting device package.
  • the arrangement relationship between the lead frame and the light emitting device chip and the structure connected by the wire are not limited thereto, and may be variously changed.
  • the wavelength conversion layer 160 is formed on the light emitting device chip 130.
  • the wavelength conversion layer 160 includes a phosphor and crystallized glass.
  • the wavelength conversion layer 160 serves to convert the wavelength of the light generated from the light emitting device chip 130. Even when a plurality of light emitting device chips are mounted as shown in FIG. 2, the wavelength conversion layer plays the same role and may be formed in a plate shape on the plurality of light emitting device chips as follows.
  • the light emitting device chip 130 may generate light in an ultraviolet wavelength region, and the wavelength conversion layer 160 may include blue, green, and red phosphors.
  • the light emitting device package when the light emitting device package generates white light, the light emitting device chip 130 may generate light in a blue wavelength region, and the wavelength conversion layer 160 may include a yellow phosphor.
  • the phosphor included in the wavelength conversion layer 160 may be selected from the group consisting of a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) phosphor, a LuAG Lutetium Aluminum Garnet (POG) phosphor, a SiAlON phosphor, a sulfide phosphor, and a silicate phosphor.
  • a YAG Yttrium Aluminum Garnet
  • POG LuAG Lutetium Aluminum Garnet
  • SiAlON phosphor SiAlON phosphor
  • sulfide phosphor a silicate phosphor.
  • the crystallized glass included in the wavelength conversion layer 160 may include Si0 2 , BaO, 3 ⁇ 40 3, or Na 2 C0 3 .
  • the dielectric constant is low, and the crystallized glass included in the wavelength conversion layer 160 includes Si0 2 , BaO and Na 2. If C0 3 is contained, the dielectric constant is high.
  • the refractive index of the crystallized glass can be adjusted according to the content of BaO, the high content of BaO In this case, the refractive index of the crystallized glass may increase.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass included in the wavelength conversion layer 160 may be the same.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be 1.5 to 1.9, and preferably the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be 1.7. Since the refractive indices of the phosphor and the crystallized glass included in the wavelength conversion insect 160 are the same, scattering loss generated when the refractive indices are different may be reduced.
  • the wavelength conversion layer 160 by using the crystallized glass having the same refractive index as the phosphor, the wavelength that serves to convert the light generated from the light emitting device chip 130 to the light of the desired wavelength Scattering loss caused by different refractive indexes of the phosphor and the ceramic resin included in the conversion layer 160 may be reduced.
  • the wavelength conversion layer 160 in the light emitting device package according to the exemplary embodiment of the present invention may have a plate shape in which the phosphor 161 is embedded in the crystallized glass 162.
  • the wavelength conversion layer 160 may be transparent.
  • the weight ratio of phosphor to crystallized glass may be 6: 4 to 1: 9, and preferably the weight ratio of phosphor to crystallized glass may be 4: 6 to 1: 9. More preferably the weight ratio of phosphor to crystallized glass may be 3: 7.
  • the thickness of the wavelength conversion layer 160 may be reduced, so that light extraction efficiency of the light emitting device package may be increased.
  • the particle size of the glass powder may be 2 to 3 m to increase the content of the phosphor.
  • the surface of the wavelength conversion layer 160 may be textured to improve light extraction efficiency of the light emitting device package.
  • the wavelength conversion layer 160 of the light emitting device package reduces scattering loss by using crystallized glass having a refractive index equal to 1.5 to 1.9, which is the refractive index of the phosphor, and reduces the surface of the wavelength conversion layer 160. By texturing the light extraction efficiency can be improved.
  • the wavelength conversion layer 160 may be changed to a dome shape in addition to the plate shape.
  • the wavelength conversion layer 160 including the crystallized glass it is possible to ensure excellent workability as shown in FIG. That is, as shown in Fig. 5 showing the processed picture of the wavelength conversion layer of Fig. 3, since the wavelength conversion layer including the crystallized glass to the phosphors 7: 3 and 9: 1 can be processed in the range of the line width tolerance, Processing is possible.
  • crystallized glass has a low thermal expansion rate and can withstand sudden changes in temperature.
  • the crystallized glass has a compressive force and a tensile force, respectively, on the surface and the inside thereof, so that the thermal lattice resistance is large, so that workability and reliability can be improved.
  • the crystallized glass is included in the wavelength conversion layer 160 in the light emitting device package according to the exemplary embodiment of the present invention, excellent processability and reliability can be ensured and used in the lighting and electric device.
  • wavelength conversion layer 160 is manufactured and attached to the light emitting device chip separately, The process time for manufacturing the light emitting device package can be reduced.
  • preparing a package body including a cavity and a lead frame disposed inside the cavity mounting a light emitting device chip on the bottom surface of the cavity, Wire bonding the lead frame and the light emitting device chip, and forming a wavelength conversion layer on the light emitting device chip including a phosphor and crystallized glass and converting a wavelength of light generated from the light emitting device chip.
  • a package main body is prepared and a light emitting element chip is mounted. Specifically, after the first lead frame and the second lead frame are formed on the bottom surface of the cavity of the package body, the light emitting device chip is mounted on the first lead frame. In this case, when a plurality of light emitting device chips are mounted as shown in FIG. 2, a third lead frame may be further provided.
  • the light emitting device chip After the light emitting device chip is mounted on the first lead frame, the first lead frame and the second lead frame and the light emitting device chip are wire bonded.
  • the light emitting device chip may include two electrodes having different polarities of light emitting surfaces, and may be electrically connected to the first lead frame and the second lead frame by wire bonding each of the two electrodes.
  • the wavelength conversion layer may include a composite in which the phosphor and the crystallized glass are sintered at a temperature of 600 ° C ⁇ 900 ° C.
  • the refractive index of the phosphor and the crystallized glass may be 1.5 to 1.9, preferably 1.7.
  • the wavelength conversion layer may have a plate shape, and the surface of the wavelength conversion layer may be textured.
  • the wavelength conversion layer is heated after heating the phosphor and glass of the composition containing Si0 2 , BaO, B 2 0 3 or Na 2 CO 3 at a temperature of 600 ° C to 900 ° C as described above, The glass becomes phase transition into crystallized glass.
  • the glass when the glass is heated to a temperature above the melting point and cooled to a temperature below the specific temperature, the glass becomes phase transition into crystallized glass.
  • the XRD of the composite including the phosphor and the crystallized glass may be confirmed to generate a strong crystallization peak and to crystallize it.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an XRD result of a wavelength conversion layer including phosphor and crystallized glass according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 when phase changes from glass to crystallized glass, crystallization peaks of 0, Na, Al, Si, and Ba, which are elements, may be confirmed. From this, the glass is phase-changed into crystallized glass at a temperature of 600 ° C ⁇ 900 ° C, it can be seen that the wavelength conversion layer according to an embodiment of the present invention includes a phosphor and a crystallized glass.
  • the weight ratio of the phosphor to the crystallized glass included in the wavelength conversion may vary the intensity of light according to the wavelength, X, y values in the CIE color coordinates may vary.
  • the weight ratio of phosphor to crystallized glass included in the wavelength conversion layer may be 6: 4 to 1: 9.
  • the weight ratio of the phosphor to the crystallized glass included in the wavelength conversion layer may be 4: 6 to 1: 9, more preferably 3: 7.
  • FIG. 7 is a graph showing the intensity of light according to the wavelength in the light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
  • YAG does not include crystallized glass and is a light emitting device package in which YAG phosphor powder is coated.
  • GC YAG is a weight ratio of crystallized glass to YAG phosphor and refers to a plate-shaped light emitting device package.
  • the light intensity at 450 nm shows the highest light emitting device package including the composite having GC: YAG of 9: 1, and the light emitting device package of YAG is medium : GC: YAG is 7: 3 It can be seen that the light emitting device package including the phosphor composite is the lowest. This means that the light emitting device package including the composite having GC: YAG of 7: 3 has a higher conversion rate of blue light from the light emitting device chip than the light emitting device package of YAG.
  • Table 1 shows lumens of the light emitting device package in FIG. (lumen, lm) value, xy value of CIE color coordinates The light emission wavelength Wp of the light emitting element chip was put together.
  • Table 2 summarizes the percentage of lumen values in a light emitting device package including a composite having a GC: YAG of 7: 3 and a GC: YAG of 9: 1 based on the average lumen value of YAG.
  • the light emitting device package including the composite having GC: YAG of 9: 1 has the lowest average lumen value, the light emitting device package of YAG is medium, and GC: YAG is It can be seen that the light emitting device package including the complex of 7: 3 is the highest. From this, a light emitting device package including a composite having a GC: YAG of 7: 3 was obtained from YAG. It can be seen that the conversion rate of the blue light emitted from the light emitting device chip is higher than that of the light emitting device package and the lumen value is higher.
  • the light emitting device package of YAG, the light emitting device package including the composite having GC: YAG of 7: 3, and the light emitting device package containing the composite having GC: YAG of 9: 1 all exhibit white light, but GC: YAG is 7
  • the light emitting device package including the complex of 3: 3 exhibits warm white light
  • the light emitting device package containing the complex having GC: YAG of 9: 1 exhibits cool white light.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는， 발광소자 칩 상에 형성되며，형광체 및 결정화 유리를 포함하고， 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환충을 포함한다. 따라서， 파장변환층에 포함되는 형광체 및 결정화 유리의 굴절율을 일치시킴으로써 굴절율이 상이한 경우 발생하는 산란 손실을 감소시킬 수 있다. 이로 인해， 발광소자 패키지는 광 추출효율을 향상시킬 수 있다. 또한， 발광소자 패키지는 형광체 및 결정화 유리를 포함하는 파장변환층을 사용함으로써 가공성 및 신뢰성이 우수하며, 발광소자 패키지를 제조하는 공정시간을 감소시킬 수 있다.

Description

【발명의 명칭】
발광소자 패키지 및 이의 제조방법
【기술분야】
발광소자 패키지 및 이의 제조방법이 개시된다. 더욱 상세하게는， 산란 손실 (scattering loss)을 감소시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 이의 제조방법이 개시된다.
【배경기술】
발광소자 (Light Emitting Diode, LED)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 발광장치이다. 발광소자는 긴 수명， 낮은 소비전력， 빠른 웅답속도 및 우수한 초기 구동특성 등으로 인해 조명 장치, 전광판， 디스플레이 장치의 백라이트 등에 널리 적용되고 있으며， 그 적용 분야가 점점 확대되고 있다.
최근에는 발광소자가 다양한 색의 광원으로 사용되고 있다. 조명용의 백색 발광소자 등 고출력， 고휘도 발광소자에 대한 수요가 증가함에 따라， 발광소자 패키지의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
발광소자 제품의 성능을 높이기 위해서는， 우수한 광효율을 갖는 발광소자 자체와 함께， 광을 효과적으로 추출하고 색순도가 우수하며 제품들 간의 특성이 균일한 발광소자 패키지가 동시에 확보되어야 한다.
발광소자를 이용하여 백색광을 얻기 위해서는 청색 또는 자외선 발광소자 상에 형광체를 배치하게 된다. 백색 발광소자는 자외선 또는 청색의 발광소자에서 추출된 빛의 일부를 빨강 (Red), 녹색 (Green), 청색 (Blue) 및 황색 (Yellow) 형광체의 조합으로 색변환시키고， 이를 흔합하여 백색을 구현하게 된다. 즉， 백색 발광소자 패키지에서는 발광소자 칩에서 방출된 단파장의 빛이 형광체를 통과하면서 일부가 장파장으로 변경되어 백색광을 방출하며， 형광체는 단파장의 빛 에너지를 흡수하여 장파장의 적색, 녹색， 황색의 빛으로 전환시키는 파장변환층의 역할을 한다. 백색 발광소자 자체의 성능을 판단하는 요소 중 색 품질 면에서는 색 균일도 (color uniformity)가 있으며, 가장 중요한 요소로 효율 (efficiency)이 있다.
효율에는 내부양자효율과 광 추출효율이 있다. 내부양자효율은 발광소자에서 주입된 전하가 활성층 내에서 광자로 변환되는 비율을 말하며， 광 추출효율은 발광소자 칩으로부터 나온 광이 형광체를 통해 외부로 방출되는 비율올 의미한다.
일반적으로 백색 발광소자 패키지는 발광소자 칩 주위에 형광체층을 두어 색변환을 하고, 이후 봉지재 수지를 통해 광 추출올 이끌어내는 방식을 사용한다. 발광소자 칩에서 나오는 자외선 또는 청색의 광이 형광체층을 만나 백색으로 색변환을 하는 과정에서， 색변환된 빛들은 형광체 입자에 의해 산란 (scattering) 되어 나간다.
이와 같이 형광체층 내부에서 광이 산란 손실 (scattering loss)이 발생되는 경우 광 추출효율을 감소시킬 수 있으므로， 산란 손실을 줄이기 위한 연구가 계속되고 있다.
【발명의 상세한 설명】 【기술적 과제】
산란 손실을 감소시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 이의 제조방법이 제공된다.
【과제의 해결 수단】
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는， 캐비티 및 상기 캐비티 내부에 배치되는 리드 프레임을 포함하는 패키지 본체， 상기 캐비티의 바닥면에 실장되며, 상기 리드 프레임과 와이어 본딩된 발광소자 칩 및 상기 발광소자 칩 상에 형성되며， 형광체 및 결정화 유리 (crystal)를 포함하고 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층을 포함한다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 동일할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 ~ 1.9일 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 파장변환층의 표면은 텍스쳐링 (texturing)될 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 파장변환층은 플레이트 형상일 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 파장변환층은 투명할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9일 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지에서， 형광체는 YAG(Yttrium Aluminium Garnet) 형광체， LuAG(Lutet ium Aluminium Garnet) 형광체， SiAlON 형광체， 설파이드 (Sulfide) 형광체 및 실리케이트 형광체로 이투어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은， 캐비티 및 상기 캐비티 내부에 배치되는 리드 프레임을 포함하는 패키지 본체를 준비하는 단계， 상기 캐비티의 바닥면에 발광소자 칩을 실장하고， 상기 리드 프레임과 상기 발광소자 칩을 와이어 본딩하는 단계 및 상기 발광소자 칩 상에， 형광체 및 결정화 유리를 포함하고 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층올 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에서, 파장변환층은， 형광체 및 결정화 유리가 600 °C ~ 900°C의 온도에서 소결된 복합체로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에서， 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 ~ 1.9일 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에서, 파장변환층은 플레이트 형상일 수 있다.
본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에서， 파장변환층의 표면은 텍스쳐링 (texturing)될 수 있다. 본 발명의 일 측에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에서， 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9일 수 있다.
【발명의 효과】
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는， 발광소자 칩 상에 형성되며, 형광체 및 결정화 유리를 포함하고， 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층을 포함한다. 따라서， 파장변환층에 포함되는 형광체 및 결정화 유리의 굴절율을 일치시킴으로써 굴절율이 상이한 경우 발생하는 산란 손실을 감소시킬 수 있다. 이로 인해， 발광소자 패키지는 광 추출효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광소자 패키지는 형광체 및 결정화 유리를 포함하는 파장변환층을 사용함으로써 가공성 및 신뢰성이 우수하며， 발광소자 패키지를 제조하는 공정시간을 감소시킬 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에서의 파장변환층을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 파장변환층이 투명하다는 것을 나타내는 도면이다. 도 5는 도 3의 파장변환충의 가공사진을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 파장변환층의 XRD 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에서 파장에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다.
[발명의 실시를 위한 형태]
본 발명의 설명에 있어서, 각 층， 면 또는 칩 등이 각 층， 면 또는 칩 등의 "상 (on)"에 또는 "아래 (under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어， "상 (on)"과 "아래 (under)"는 "직접 (directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것올 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. ； 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며， 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 하기의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광소자 패키지를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지 (100)를 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지 (200)를 나타내는 단면도이다.
도 2에서는 발광소자 칩 (230)이 복수개 배치되는 것을 제외하고는 도 1의 발광소자 패키지 (100)와 동일하므로 도 1을 기준으로 설명하기로 한다.
도 1에서의 캐비티 (150)， 리드 프레임 (121， 122), 패키지 본체 (110)， 발광소자 칩 (130)， 와이어 (141， 142) 및 파장변환층 (160)의 도면 부호는 도 2에서의 캐비티 (250)， 리드 프레임 (221， 222), 패키지 본체 (210)， 발광소자 칩 (231 232， 233, 234), 와이어 (241， 242, 243, 244, 245) 및 파장변환층 (260)의 도면 부호에 각각 대웅된다.
도 1을 참고하면， 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지 (100)는， 캐비티 (150)， 리드 프레임 (121， 122), 패키지 본체 (110)， 발광소자 칩 (130)， 와이어 (141， 142) 및 파장변환층 (160)을 포함한다.
패키지 본체 (110)는 캐비티 (150)， 제 1 리드 프레임 (121)， 제 2 리드 프레임 (122)을 포함한다. 캐비티 (150)는 발광소자 칩 (130)을 실장할 수 있다. 즉 발광소자 칩은 캐비티 (150)의 바닥면에 실장될 수 있다. 제 1 리드 프레임 (121)， 계 2 리드 프레임 (122)은 캐비티 (150) 내부에 배치되며， 특히 캐비티 (150)의 바닥면에 배치되어 패키지 본체 (110)의 외부로 연장된 형태일 수 있다.
발광소자 칩 (130)은 캐비티 (150)의 바닥면에 배치된 제 1 리드 프레임 (121) 상에 실장되며， 와이어 (141， 142) 본딩에 의해 서로 이격되어 있는 제 1 리드 프레임 (121) 및 제 2 리드 프레임 (122)과 전기적으로 연결된다.
또한， 도 2에서와 같이 발광소자 패키지의 캐비티 (150) 내에 복수개의 발광소자 칩 (231, 232, 233, 234)을 실장하기 위해 계 3 리드 프레임 (223)이 더 구비될 수 있다.
리드 프레임과 발광소자 칩의 배치관계， 와이어에 의해 연결되는 구조는 이에 한정되지 않고, 다양하게 변경될 수 있다. 파장변환층 (160)은 발광소자 칩 (130) 상에 형성된다. 파장변환층 (160)은 형광체 및 결정화 유리 (crystal)를 포함한다. 파장변환층 (160)은 발광소자 칩 (130)으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 역할을 한다. 도 2에서와 같이 복수개의 발광소자 칩이 실장된 경우에도 파장변환층은 동일한 역할을 하며， 하기와 같이 복수개의 발광소자 칩 상에 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지가 백색광을 발생시키는 경우, 발광소자 칩 (130)이 자외선 파장 영역의 광을 발생시키고 파장변환층 (160)이 청색， 녹색， 및 적색 형광체들을 포함할 수 있다.
또한， 발광소자 패키지가 백색광을 발생시키는 경우， 발광소자 칩 (130)이 청색 파장 영역의 광을 발생시키고, 파장변환층 (160)이 황색 형광체를 포함할 수 있다.
파장변환층 (160)에 포함되는 형광체는 YAG(Yttrium Aluminium Garnet ) 형광체， LuAG Lutetium Aluminium Garnet ) 형광체， SiAlON 형광체, 설파이드 (Sulfide) 형광체 및 실리케이트 (Silicate) 형광체로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
파장변환층 (160)에 포함되는 결정화 유리는 Si02, BaO, ¾03 또는 Na2C03를 포함할 수 있다. 여기서， 파장변환층 (160)에 포함되는 결정화 유리가 Si02, BaO 및 ¾03를 함유하는 경우에는 유전율이 낮으며， 파장변환층 (160)에 포함되는 결정화 유리가 Si02, BaO 및 Na2C03를 함유하는 경우에는 유전율이 높다. 또한， 결정화 유리의 굴절율은 BaO의 함량에 따라 조절될 수 있으며， BaO의 함량이 높은 경우에는 결정화 유리의 굴절율이 증가할 수 있다.
파장변환층 (160)에 포함되는 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 동일할 수 있다. 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 ~ 1.9일 수 있으며， 바람직하게 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.7일 수 있다. 파장변환충 (160)에 포함되는 형광체 및 결정화 유리의 굴절율이 동일하기 때문에， 굴절율이 상이한 경우 발생하는 산란 손실 (scattering loss)을 감소시킬 수 있다.
즉， 본 발명의 일 실시예에 따른 파장변환층 (160)에서는 형광체와 굴절율이 동일한 결정화 유리를 사용함으로써， 발광소자 칩 (130)으로부터 발생된 빛을 원하는 파장의 빛으로 변환하는 역할을 하는 파장변환층 (160)에 포함된 형광체와 세라믹 수지들의 굴절율이 상이하여 발생하는산란 손실을 줄일 수 있다.
도 3에서와 같이， 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에서의 파장변환층 (160)은 결정화 유리 (162)에 형광체 (161)가 박혀 있는 형태의 플레이트 형상일 수 있다. 또한， 도 4에서와 같이 파장변환층 (160)은 투명할 수 있다.
형광체 대 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9일 수 있으며， 바람직하게 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 4:6 ~ 1:9일 수 있다. 더 바람직하게 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 3:7일 수 있다.
파장변환층 (160)에 포함되는 형광체의 함량이 높은 경우에는 파장변환층 (160)의 두께를 낮출 수 있기 때문에 발광소자 패키지의 광추출효율이 증가될 수 있다. 이와 같이， 형광체의 함량을 높이기 위해 유리 분말의 입도가 2 ~ 3 m일 수 있다. 또한， 파장변환층 (160)의 표면은 텍스쳐링 (texturing)되어 발광소자 패키지의 광 추출효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 파장변환층 (160)은 형광체의 굴절율인 1.5 ~ 1.9와 동일한 굴절율인 결정화 유리를 사용함으로써 산란 손실을 감소시키고， 파장변환층 (160)의 표면을 텍스쳐링함으로써 광 추출효율을 향상시킬 수 있다. 나아가， 광 추출효율을 향상시키기 위해 파장변환층 (160)은 플레이트 형상 이외에, 돔 (dome) 형상 등의 형태로 변경되어 실시될 수 있다.
또한， 결정화 유리를 포함하는 파장변환층 (160)을 사용함으로써 도 5에서와 같이 우수한 가공성을 확보할 수 있다. 즉， 도 3의 파장변환층의 가공 사진을 나타내는 도 5에서와 같이, 결정화 유리 대 형광체를 7:3 및 9:1로 포함하는 파장변환층은 선폭 공차가 士 범위에서 가공할 수 있으므로， 정밀한 가공이 가능하다.
즉， 일반 유리는 비정질 (amorphous)이므로 작은 외부에너지가 가해질 경우 쉽게 파손되고 신뢰성 및 수명이 저하되나， 결정화 유리는 열팽창률이 작고 온도의 급변에 견딜 수 있다. 또한， 결정화 유리는 그 표면과 내부에 각각 압축웅력과 인장웅력이 생기기 때문에 열층격저항이 커서 가공성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 결국， 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에서 파장변환층 (160)에 결정화 유리가 포함됨으로써， 우수한 가공성 및 신뢰성을 확보하여 조명 및 전장 장치에 사용할 수 있다.
나아가， 파장변환층 (160)은 발광소자 칩과 따로 제작되어 부착되기 때문에 발광소자 패키지를 제조하는 공정시간을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에 대해 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이， 도 1의 발광소자 패키지를 기준으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은， 캐비티 및 상기 캐비티 내부에 배치되는 리드 프레임을 포함하는 패키지 본체를 준비하는 단계, 상기 캐비티의 바닥면에 발광소자 칩을 실장하고， 상기 리드 프레임과 상기 발광소자 칩을 와이어 본딩하는 단계 및 상기 발광소자 칩 상에， 형광체 및 결정화 유리를 포함하고 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저， 패키지 본체를 준비하여， 발광소자 칩을 실장한다. 구체적으로， 패키지 본체의 캐비티 바닥면에 제 1 리드 프레임 및 제 2리드 프레임을 형성한 후， 제 1 리드프레임에 발광소자 칩을 실장한다. 이때， 도 2에서와 같이 복수개의 발광소자 칩이 실장되는 경우에는 제 3 리드 프레임이 더 구비될 수 있다.
제 1 리드 프레임에 발광소자 칩이 실장된 후， 제 1 리드 프레임 및 계 2 리드 프레임과 발광소자 칩을 와이어 본딩시킨다. 구체적으로， 발광소자 칩은 광 방출면이 상이한 극성을 갖는 2개의 전극을 포함하며， 이러한 2개의 전극 각각을 와이어 본딩하여 제 1 리드 프레임 및 제 2 리드 프레임에 전기적으로 연결할 수 있다.
발광소자 칩과 리드 프레임을 와이어에 의해 연결시킨 후， 발광소자 칩 상에 파장변환층을 형성한다. 파장변환층은 형광체 및 결정화 유리가 600°C ~ 900°C의 온도에서 소결된 복합체로 포함될 수 있다.
이때， 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 - 1.9일 수 있으며， 바람직하게는 1.7일 수 있다. 또한， 파장변환층은 플레이트 형상일 수 있으며， 파장변환층의 표면은 텍스쳐링 (texturing)될 수 있다.
파장변환층은 Si02, BaO, B203 또는 Na2C03를 포함하는 조성의 형광체 및 유리 (glass)를 전술한 바와 같이 600°C ~ 900°C의 온도에서 가열한 후 넁각시키면， 유리가 결정화 유리로 상전이 된다.
즉， 유리를 녹는점 이상의 온도로 가열한 후 특정 온도 이하로 냉각시킨 경우에 유리가 결정화 유리로 상전이 된다. 이와 같이 유리에서 결정화 유리로 상전이 되는 경우, 형광체 및 결정화 유리를 포함하는 복합체의 XRD를 측정하면 강한 결정화 피크 (peak)가 발생하여 결정화되었음올 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광체 및 결정화 유리를 포함하는 파장변환층의 XRD 결과를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면， 유리에서 결정화 유리로 상전이 될 때， 각각의 원소인 0, Na, Al, Si, Ba의 결정화 피크를 확인할 수 있다. 이로부터 600 °C ~ 900°C의 온도에서 유리가 결정화 유리로 상전이 되어， 본 발명의 일 실시예에 따른 파장변환층은 형광체 및 결정화 유리를 포함함을 확인할 수 있다.
파장변환충에 포함되는 형광체 대 결정화 유리의 중량비에 따라 파장에 따른 빛의 강도가 달라질 수 있으며, CIE 색좌표에서의 X, y 값이 달라질 수 있다. 파장변환층에 포함되는 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9일 수 있다. 바람직하게， 파장변환층에 포함되는 형광체 대 결정화 유리의 중량비는 4:6 ~ 1:9일 수 있으며， 더 바람직하게는 3:7일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에서 파장에 따른 빛의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 7에서 YAG는 결정화 유리를 포함하지 않으며， YAG 형광체 분말을 도포한 상태의 발광소자 패키지이며， GC:YAG는 결정화 유리 대 YAG 형광체의 중량비로 포함하며 플레이트 형상의 발광소자 패키지를 의미한다.
도 7을 참고하면， 450 nm에서 빛의 강도를 보면 GC:YAG가 9:1인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 가장 높으며， YAG의 발광소자 패키지는 중간 정도이며: GC:YAG가 7 :3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 가장 낮음을 알 수 있다. 이는 GC:YAG가 7 :3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 YAG의 발광소자 패키지보다 발광소자 칩으로부터 나온 청색광의 변환율이 높다는 것을 의미한다.. 표 1은 도 7에서의 발광소자 패키지의 루멘 (lumen, lm) 값， CIE 색좌표의 x.y 값 발광소자 칩의 발광 파장 (Wp)을 정리하였다.
【표 11
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
표 2는 YAG의 평균 루멘값을 기준으로 할 때， GC:YAG가 7:3 및 GC:YAG가 9:1인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지에서의 루멘값의 백분율을 정리하였다. 【표 2】
Figure imgf000016_0002
도 7 및 표 1， 표 2를 참고하면， GC:YAG가 9:1인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 평균 루멘값이 가장 낮으며, YAG의 발광소자 패키지는 중간 정도이며， GC:YAG가 7:3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 가장 높음을 알 수 있다. 이로부터 GC:YAG가 7:3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지가 YAG의 발광소자 패키지보다 발광소자 칩으로부터 나온 청색광의 변환율이 더 높으몌 루멘값이 더 높다는 것을 알 수 있다.
또한， YAG의 발광소자 패키지， GC:YAG가 7:3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지， GC:YAG가 9:1인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지 모두 백색광을 나타내나， GC:YAG가 7:3인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지는 온 (warm) 백색광을 나타내나， GC:YAG가 9:1인 복합체를 포함하는 발광소자 패키지는 넁 (cool) 백색광을 나타낸다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며， 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 웅용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어， 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

【청구범위】
1. 캐비티 및 상기 캐비티 내부에 배치되는 리드 프레임을 포함하는 패키지 본체;
상기 캐비티의 바닥면에 실장되며， 상기 리드 프레임과 와이어 본딩된 발광소자 칩； 및
상기 발광소자 칩 상에 형성되며， 형광체 및 결정화 유리 (crystal)를 포함하고， 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층을 포함하는 발광소자 패키지.
2. 제 1항에 있어서，
상기 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 동일한 발광소자 패키지.
3. 제 2항에 있어서，
상기 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 ~ 1.9인 발광소자 패키지.
4. 제 1항에 있어서，
상기 파장변환층의 표면은 텍스쳐링 (texturing)된 발광소자 패키지.
5. 제 1항에 있어서，
상기 파장변환층은 플레이트 형상인 발광소자 패키지.
6. 제 1항에 있어서，
상기 파장변환층은 투명한 것인 발광소자 패키지.
7. 제 1항에 있어서，
상기 형광체 대 상기 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9인 발광소자 패키지.
8. 제 1항에 있어서，
상기 형광체는 YAG(Yttrium Aluminium Garnet ) 형광체 LuAGCLutet ium Aluminium Garnet ) 형광체， SiAlON 형광체， 설파이드 (Sulfide) 형광체 및 실리케이트 형광체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 발광소자 패키지.
9. 캐비티 및 상기 캐비티 내부에 배치되는 리드 프레임을 포함하는 패키지 본체를 준비하는 단계;
상기 캐비티의 바닥면에 발광소자 칩을 실장하고， 상기 리드 프레임과 상기 발광소자 칩을 와이어 본딩하는 단계 ; 및
상기 발광소자 칩 상에， 형광체 및 결정화 유리를 포함하고 상기 발광소자 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환하는 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법 .
10. 제 9항에 있어서，
상기 파장변환층은, 상기 형광체 및 결정화 유리가 600°C ~ 900°C의 온도에서 소결된 복합체로 포함되는 발광소자 패키지의 제조방법.
11. 제 9항에 있어서,
상기 형광체 및 결정화 유리의 굴절율은 1.5 - 1.9인 발광소자 패키지의 제조방법.
12. 제 9항에 있어서，
상기 파장변환층은 플레이트 형상인 발광소자 패키지의 제조방법.
13. 제 9항에 있어서， 상기 파장변환층의 표면은 텍스쳐링 (texturing)된 발광소자 패키지의 제조방법 .
14. 제 9항에 있어서,
상기 형광체 대 상기 결정화 유리의 중량비는 6:4 ~ 1:9인 발광소자 패키지의 제조방법.
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