JP2014057038A - 発光素子及びこれを備えた照明システム - Google Patents

発光素子及びこれを備えた照明システム Download PDF

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Abstract

【課題】高光束の発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、第１内側面７１及び第２内側面と、第１及び第２内側面に連結され、第３及び第４内側面７３，７４を有するキャビティー１０１を含む胴体１１１、キャビティーの底からキャビティーの第１内側面の下に延びた第１リードフレーム１２１、キャビティーの底からキャビティーの第２内側面の下に延びた第２リードフレーム１３１、キャビティーの底に配置され、第１及び第２リードフレームの間に間隙部、第１リードフレームの上に配置された発光チップ１７１、第２リードフレームの上に配置された保護チップ１７３、キャビティーの第３及び第４内側面のうち、少なくとも１つから胴体の外側面方向にリセスされた凹部、及び発光チップと上記凹部の側壁７５との間に配置された第２リードフレームの上に連結されたワイヤー１７５を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子及びこれを備えた照明システムに関するものである。
発光素子、例えば発光ダイオード（Light Emitting Device）は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種であって、既存の蛍光灯、白熱灯に代わる次世代の光源として脚光を浴びている。
発光ダイオードは、半導体素子を用いて光を生成するので、タングステンを加熱して光を生成する白熱灯や、または高圧放電を通じて生成された紫外線を蛍光体に衝突させて光を生成する蛍光灯に比べて非常に低い電力を消耗する。
また、発光ダイオードは、半導体素子の電位ギャップを用いて光を生成するので、既存の光源に比べて寿命が長く、応答特性が速く、親環境的な特徴を有する。
これによって、既存の光源を発光ダイオードに取り替えるための多くの研究が進められており、発光ダイオードは、室内及び室外で使われる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、街灯などの照明装置の光源として使用が増加している。
本発明の目的は、新たなキャビティー構造を有する発光素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、高光束の発光素子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、一瞬間に強い光を発することができる発光素子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、高電流による駆動に対応できる発光素子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、放熱性能が優れた発光素子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、高い反射率の発光素子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、全体的に薄い発光素子を提供することにある。
本発明に従う発光素子は、互いに対応する第１及び第２内側面と、上記第１及び第２内側面に連結され、互いに対応する第３及び第４内側面を有するキャビティーを含む胴体、上記キャビティーの底から上記キャビティーの第１内側面の下に延びた第１リードフレーム、上記キャビティーの底から上記キャビティーの第２内側面の下に延びた第２リードフレーム、上記キャビティーの底に配置され、上記第１及び第２リードフレームの間に間隙部、上記第１リードフレームの上に配置された発光チップ、上記第２リードフレームの上に配置された保護チップ、上記キャビティーの第３及び第４内側面のうちの少なくとも１つから上記胴体の外側面方向にリセスされた凹部、及び上記発光チップと上記凹部の側壁との間に配置された上記第２リードフレームの上に連結された第１ワイヤーを含み、上記第１リードフレームは上記間隙部からリセスされた第１リセス部と上記胴体の外側面からリセスされた第２リセス部を含み、上記第１リセス部と上記第２リセス部とは互いに異なる深さを含む。
本発明に従う発光素子は、第１乃至第４内側面を有するキャビティーを含む胴体、上記キャビティーの底から上記キャビティーの第１内側面の下に延びた第１リードフレーム、上記キャビティーの底から上記キャビティーの第２内側面の下に延びた第２リードフレーム、上記キャビティーの底に配置され、上記第１及び第２リードフレームの間に間隙部、上記第１リードフレームの上に配置された発光チップ、上記第２リードフレームの上に配置された保護チップ、上記キャビティーの第１乃至第４内側面のうち、少なくとも一内側面に上記胴体の外側面方向に凸な凹部、及び上記保護チップと上記第２リードフレームに連結され、一部が上記発光チップと上記凹部の側壁との間に配置された第１ワイヤーを含み、上記キャビティーの第３内側面は上記発光チップと第１間隔を有して対応する第１側壁と、上記発光チップと対応し、上記第１間隔より広い第２間隔を有する第２側壁を含み、上記第２側壁は上記キャビティーの第１内側面より上記間隙部に隣接するように配置される。
本発明によれば、発光素子のキャビティーのある一内側面にワイヤーのボンディングのためのリセス部を提供することができる。本発明によれば、発光素子において、大面積の発光チップや複数の発光チップを容易に搭載することができるキャビティー構造を提供することができる。
本発明によれば、発光素子のキャビティーの内での光効率を改善して信頼性を改善させることができる。本発明によれば、リードフレームの間の下部領域を効果的に支持することができる。本発明によれば、発光素子及びこれを備えた照明システムの信頼性を改善させることができる。
本発明の第１実施形態に従う発光素子を示す斜視図である。 図１の発光素子の平面図である。 図１の発光素子の部分拡大図である。 図２の発光素子のＡ−Ａ側断面図である。 図２の発光素子のＢ−Ｂ側断面図である。 図２の発光素子を示す胴体側面図である。 図２の発光素子を示す胴体側面図である。 図２の発光素子を示す胴体側面図である。 図２の発光素子を示す胴体側面図である。 図２の発光素子を示す底面図である。 図２の発光素子のリードフレームを示す上面図である。 図２の発光素子のリードフレームを示す底面図である。 本発明の第２実施形態に従う発光素子を示す側断面図である。 本発明の第３実施形態に従う発光素子を示す平面図である。 図１４の発光素子の側断面図である。 実施形態による発光素子の発光チップの１例を示す図である。 実施形態による発光素子の発光チップの他の例を示す図である。 実施形態による発光素子を有する表示装置を示す斜視図である。 実施形態による発光素子を有する表示装置を示す図である。 実施形態による発光素子を有する照明装置の例を示す図である。
本発明を説明するに当たって、各基板、フレーム、シート、層、またはパターンなどが、各基板、フレーム、シート、層、またはパターンなどの"上（on）"に、または"下（under）"に形成されることと記載される場合において、"上（on）"と"下（under）"は、"直接（directly）"または"他の構成要素を介して（indirectly）"形成されることを全て含む。また、各構成要素の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。図面において、各構成要素のサイズは説明のために誇張することがあり、実際に適用されるサイズを意味するものではない。
以下、実施形態は添付した図面及び実施形態に対する説明を通じて明白に表れるようになる。図面でサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際サイズを必ずしも正確に反映するものではない。また同一な参照番号は図面の説明を通じて同一な要素を表す。
以下、添付した図面を参照して実施形態に従う発光素子を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に従う発光素子を示す斜視図であり、図２は図１の発光素子の平面図であり、図３は図２の発光素子の部分拡大図である。図４は図１の発光素子のＹ−Ｙ側断面図であり、図５は図１の発光素子のＸ−Ｘ側断面図であり、図６乃至図９は図２の発光素子を示す胴体側面図であり、図１０は図２の発光素子の底面図であり、図１１及び図１２は、それぞれ、図２の発光素子のリードフレームの上面図及び底面図である。
図１乃至図５を参照すると、発光素子１００は、ある一側面に凹部７６を有するキャビティー１０１を含む胴体１１１、複数のリードフレーム１２１、１３１、発光チップ１７１、ワイヤー１７５、１７６、保護チップ１７３、及びモールディング部材１６１を含む。
上記胴体１１１は、絶縁材質、または伝導性材質を含むことができる。上記胴体１１１は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：Polyphthalamide）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ：Polycyclohexylene Terephthalate）のような樹脂材質、シリコン（Ｓｉ）、金属材質、ＰＳＧ（photo sensitive glass）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、印刷回路基板（ＰＣＢ）のうち、少なくとも１つで形成される。例えば、上記胴体１１１は注入方式により射出成形することができ、その材質はエポキシまたはシリコンなどの樹脂材質からなることができる。
上記胴体１１１はエポキシを有するＥＭＣ（epoxy molding compound）材質を含み、上記ＥＭＣ材質は、成形性、耐湿性、及び接着性が改善され、絶縁性材質である。上記胴体１１１の内部には反射効率を上げるためにＴｉＯ２、ＳｉＯ２のような金属酸化物であるフィラーが添加できる。上記フィラーの含有比率は上記胴体１１１の内部に１０ｗｔ％以上、例えば１５ｗｔ％以上添加できる。
上記胴体１１１は光反射のために反射性材質で形成されるか、指向角分布を広めるために透光性材質で形成され、これに対して限定するものではない。
上記胴体１１１の外形状は上から見ると、矩形または正方形のような多角形構造で形成され、外郭隅部分は角面または曲面で形成される。
発光素子１００は、上記胴体１１１の形状が四角形状の場合、上記胴体１１１は複数の外側面、例えば、少なくとも４個の外側面６１〜６４を含むことができる。上記複数の外側面６１〜６４のうちの少なくとも１つは、上記胴体１１１の下面に対して垂直または傾斜するように配置される。上記胴体１１１は第１乃至第４外側面６１〜６４をその例として説明し、上記第１外側面６１と第２外側面６２とは互いに反対側面で対向しており、上記第３外側面６３と第４外側面６４とは互いに反対側面で対向している。
上記胴体１１１において、第３外側面６３または第４外側面６４の幅（Ｙ１）は第１外側面６１または第２外側面６２の幅（Ｘ１）より長く形成されることができ、例えば、１．２倍以上長く形成できる。他の例として、上記胴体１１１の第１乃至第４外側面６１〜６４の幅は互いに同一であり、これに対して限定するものではない。
上記胴体１１１は、リードフレーム１２１、１３１の下に配置された支持胴体１１２と、上記リードフレーム１２１、１３１の上部に配置された反射胴体１１３、上記第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の間に配置された間隙部１１５を含む。上記支持胴体１１２と上記反射胴体１１３、そして間隙部１１５は互いに連結できる。
上記胴体１１１には上部へ開放され、所定深さを有するキャビティー１０１が設けられる。上記キャビティー１０１は上記胴体１１１の上面より低い深さを有するカップ構造またはリセス構造のような形状に形成される。上記キャビティー１０１の底には複数のリードフレーム１２１、１３１と間隙部１１５が配置される。
上記キャビティー１０１は複数の内側面７１〜７４を含むことができる。上記キャビティー１０１の内側面７１〜７４は４個の内側面を含むことができる。上記内側面７１〜７４のうちの少なくとも１つは、上記リードフレーム１２１、１３１の上面または上記キャビティー１０１の水平な底に対して傾斜するように形成される。実施形態のキャビティー１０１の内側面７１〜７４は傾斜した面で形成された例として説明できるが、これに対して限定するものではない。例えば、上記キャビティー１０１の内側面７１〜７４のうちの少なくとも１つは、上記リードフレーム１２１、１３１の上面またはキャビティーの水平な底に対して垂直に形成され、これに対して限定するものではない。本実施例では、主にキャビティー１０１が４個の内側面を含む形に基づいて説明をしているが、キャビティー１０１は内側面を複数に区分できない、例えば円方の形であってもよい。
図２及び図３を参照すると、上記キャビティー１０１の内側面７１〜７４は第１乃至第４内側面７１〜７４として定義することができ、上記第１内側面７１は胴体１１１の第１外側面６１と対応し、上記第２内側面７２は胴体１１１の第２外側面６２と対応し、第３内側面７３は胴体１１１の第３外側面６３と対応し、第４内側面７４は胴体１１１の第４外側面６４と対応する。上記第１内側面７１及び上記第２内側面７２は上記第３及び第４内側面７３、７４とは直交するように配置される。上記第１乃至第４内側面７１〜７４の間の隅部分は曲面または角面で形成され、これに対して限定するものではない。
上記キャビティー１０１の第１及び第２内側面７１、７２の幅（Ｘ２）は同一に形成され、これに対して限定するものではない。上記第１乃至第４内側面７１〜７４は上記発光チップ１７１の側面と各々対応するように配置される。上記発光チップ１７１は上記キャビティー１０１の第２内側面７２よりは第１乃至第３内側面７１、７３、７４に一層隣接するように配置される。
図４のように、上記キャビティー１０１の第１内側面７１または上記第２内側面７２の角度（θ１）は上記リードフレーム１２１、１３１の上面またはキャビティー１０１の底に対して９０度以上、例えば、９１〜１２０度の範囲で形成される。上記第１内側面７１または上記第２内側面７２の角度（θ１）は同一または相異することができ、これに対して限定するものではない。
図５のように、上記キャビティー１０１の第４内側面７４の角度（θ２）は上記リードフレーム１２１、１３１の上面またはキャビティー１０１の底に対して９０度以上、例えば、９１〜１２０度範囲で形成される。上記キャビティー１０１の第３内側面７３の角度は上記第４内側面７４の角度（θ２）と同一であり、これに対して限定するものではない。
上記キャビティー１０１の第１乃至第４内側面７１、７２、７３、７４は、上記リードフレーム１２１、１３１の上面または上記キャビティー１０１の底に対して同一な角度に傾斜するように形成され、例えば上記角度（θ１、θ２）は９１〜９７度の範囲で形成される。
上記キャビティー１０１の内部には第１リードフレーム１２１と第２リードフレーム１３１が配置される。上記第１リードフレーム１２１は、キャビティー１０１の底面から上記胴体１１１の第１外側面６１方向に延びる。上記第１リードフレーム１２１はキャビティー１０１の内で第１、第３、及び第４内側面７１、７３、７４の下に延びることもできる。上記第２リードフレーム１２１は、キャビティー１０１の底面から上記胴体１１１の第２外側面６２方向に延びる。上記第２リードフレーム１３１はキャビティー１０１の内で第２、第３、及び第４内側面７２、７３、７４の下に延びることもできる。
上記第１リードフレーム１２１の上には発光チップ１７１が搭載され、第２リードフレーム１３１の上には保護チップ１７３が搭載される。上記発光チップ１７１は、上記第１リードフレーム１２１にボンディングされて電気的に連結され、第２リードフレーム１３１に１つ以上のワイヤー１７５により連結される。上記保護チップ１７３は、第２リードフレーム１２１にボンディングされて電気的に連結され、第１リードフレーム１２１とワイヤー１７６により連結される。上記発光チップ１７１だけでなく、上記保護チップ１７３は上記キャビティーによって発光方向へ露出されている。上記保護チップ１７３を露出することで、保護チップ１７３を埋め込む場合に比べて、キャビティーの開放面積をさらに広げることができる。これで保護チップ１７３を設けながらも発光効率を向上することができる。発光効率をさらに向上するために、保護チップ１７３を反射率の高い金属酸化物でコーティングすることもできる。この点については後術する。保護チップ１７３を露出することで、発光素子のサイズを全体的に薄くしながら発光効率を向上することができる。
図２及び図３のように、上記キャビティー１０１の内側面には、前記保護チップ１７３が接続される部分隣接した領域に凹部７６が形成される。上記キャビティー１０１が第１乃至第４内側面を有する場合、第１乃至第４内側面７１〜７４のうちの少なくとも１つ、例えば、いずれか１つの内側面７３に凹部７６が設けられる。上記凹部７６は、上記第３内側面７３の内に配置され、上記第３内側面７３から上記胴体１１１の第３外側面６３の方向に凹んで形成される。このような上記凹部７６は第１乃至第４内側面７１〜７４のうちの長側面である第３内側面７３の内に配置される。
上記凹部７６は、前記キャビティの内側面と平行に延びる側壁７５と、上記側壁７５と上記キャビティー１０１の第３内側面７３に連結された複数の延長部Ｒ２を含み、上記延長部Ｒ２は上記側壁７５の両側に連結され、曲面または折曲面であることがあり、これに対して限定するものではない。
また、上記凹部７６により上記第２リードフレーム１２１の露出面積がより増加する。上記第２リードフレーム１２１の露出面積が増加することで、より高い光束の発光が可能になる。上記凹部７６を設けることで、側壁７５と発光チップ１７１との間の空間をさらに広めるので、保護チップ１７３に連結されたワイヤー１７６がボンディングされる空間をさらに確保することができる。これは、発光チップ１７１のサイズを縮めたり胴体１１１のサイズを伸ばしてキャビティー１０１の面積を増加させなくてもよいという効果がある。本発明によれば、発光チップ１７１及び胴体１１１のサイズを変化させることなく、保護チップ１７３に連結されたワイヤー１７６がボンディングされる空間を確保すると共に、キャビティーの開放面積をさらに広げることができる。これで、保護チップ１７３を設けて保護チップ１７３のワイヤー１７６がボンディングされる空間を確保しながらも、より高い光束の発光ができるようになる。本発明を採用することで、約２３０ルーメン以上の光束の発光が可能となる。本発明によれば、特に高電流による駆動を要する照明装置の場合、保護チップを設けながら高光束の発光をすることができる。本発明を採用することで、１．２ＡのＤＣパルス電流が３００mAで約２３０ルーメン以上の光束の発光が可能となる。
上記凹部７６の幅（Ｄ１１）は上記キャビティー１０１の長さ（Ｙ２）または第３内側面７３の長さの１／５．５〜１／４．５の範囲で形成され、例えば３００μｍ〜５００μｍの範囲で形成される。また、上記凹部７６で側壁７５の幅（Ｄ１）は幅（Ｄ１１）と等しいか小さいことがあり、例えば３５０μｍ〜４５０μｍの範囲で形成される。このような凹部７６の幅（Ｄ１１）は上記ワイヤー１７６のボール１７７の直径を考慮したものであって、上記ワイヤー１７６のボール１７７の直径よりは１．１倍以上広く形成される。本発明を実際に実施した例において、胴体の第３外側面６３または第４外側面６４の幅（Ｙ１）が２．０７mm、キャビティー１０１の長さ（Ｙ２）が１．８２mm、ワイヤーボール１７７の直径が８５μｍ、ワイヤーボール１７７が付着するワイヤーバンプの直径が１１０μｍ、ワイヤーの直径が２５．４μｍである場合、凹部７６の幅（Ｄ１１）は３５０μｍ〜４５０μｍの範囲として、２３０ルーメン以上の高い光束の発光素子を実現することができる。本発明を実際に実施した他の例において、胴体の第３外側面６３または第４外側面６４の幅（Ｙ１）が２．０７mm、キャビティー１０１の長さ（Ｙ２）が１．８２mm、ワイヤーボール１７７の直径が８５μｍ、ワイヤーボール１７７が付着するワイヤーバンプの直径が１１０μｍ、ワイヤーの直径が２５．４μｍである場合、凹部７６の幅（Ｄ１１）は１．０１mm、側壁７５の幅（Ｄ１）は０．８mmとして、２３０ルーメン以上の高い光束の発光素子を実現することができる。
上記凹部７６の幅（Ｄ１１）が上記キャビティー１０１の長さ（Ｙ２）または上記第３内側面７３の長さの１／５．５〜１／４．５の範囲で小さく形成される。この場合、上記幅（Ｄ１１）が広過ぎる場合、キャビティー１０１の構造が脆弱になることがあり、また光の指向角分布が変わることがある。上記幅（Ｄ１１）が狭過ぎる場合、ワイヤー１７６をボンディングするための機構物の挿入が困難になることがある。
上記凹部７６の幅（Ｄ１１）が広過ぎる場合、上記胴体１１１の第３外側面６３が外部衝撃や湿気に脆弱になる問題があることがある。
上記凹部７６の側壁７５と上記発光チップ１７１との間の間隔（Ｄ２）は上記キャビティー１０１の第３内側面７３と上記発光チップ１７１との間の間隔（Ｅ１）よりは広く形成される。例えば、上記凹部７６の深さ（Ｄ３）は上記キャビティー１０１の第３内側面７３から４０μｍ以上、例えば、５０μｍ〜９５μｍの範囲で形成される。これは、キャビティー１０１の第３内側面７３の内に凹部７６を備えて、キャビティー１０１の第３内側面７３と発光チップ１７１との間の領域にワイヤー１７６をボンディングする面積を確保して、発光チップ１７１のある一方向に偏ることを抑制することができる。また、保護チップ１７３をキャビティー１０１でない領域に配置しなければならない問題を解決することができる。これによって、発光チップ１７１のサイズをキャビティーの面積に比べて極大化することができるので、光度が改善された発光素子を提供することができる。
また、凹部７６の側壁７５が上記発光チップ１７１と間隔（Ｄ２）位離隔することにより、ワイヤーボンディングのための機構物の挿入が容易であり、上記凹部７５の側壁７５の部分が崩れることを防止することができる。
また、上記発光チップ１７１と上記キャビティー１０１の第３内側面７３との間の間隔（Ｅ１）を発光チップ１７１と第４内側面７４との間の間隔（Ｅ２）よりさらに離隔させる。例えば、上記間隔（Ｅ１）は上記間隔（Ｅ２）より８０μｍ以上離隔させる。これによって、発光チップ１７１と上記凹部７６の側壁７５との間の空間を十分に確保できるようになる。ここで、上記間隔（Ｅ１）は３００μｍ以下、例えば２００μｍ〜３００μｍの範囲であり、上記間隔（Ｅ２）は２００μｍ以下、例えば８０μｍ〜２００μｍの範囲であり、これに対して限定するものではない。上記発光チップ１７１の第１側面から上記凹部７６の側壁７５の間の距離（Ｄ２）は上記発光チップ１７１の第１側面の反対側の第２側面から上記キャビティー１０１の第４内側面７４の間の間隔（Ｅ２）に比べて１．５〜３．５倍広く形成される。発光チップ１７１の第１側面から上記凹部７６の側壁７５の間の距離（Ｄ２）は上記ワイヤー１７６のボール１７７の直径を考慮したものであって、上記ワイヤー１７６のボール１７７の直径よりは１．１倍以上広く形成される。本発明を実際に実施した例において、胴体の第３外側面６３または第４外側面６４の幅（Ｙ１）が２．０７mm、キャビティー１０１の長さ（Ｙ２）が１．８２mm、ワイヤーボール１７７の直径が８５μｍ、ワイヤーボール１７７が付着するワイヤーバンプの直径が１１０μｍ、ワイヤーの直径が２５．４μｍである場合、発光チップ１７１の第１側面から上記凹部７６の側壁７５の間の距離（Ｄ２）は２５１μｍとして、２３０ルーメン以上の高い光束の発光素子を実現することができる。
上記凹部７６は、前記第１リードフレームと前記第２リードフレームの間隙に隣接して配置される。これにより、保護チップ１７３のワイヤー１７５が第１リードフレーム上に接続される位置をできるだけ保護チップに近くすることができる。上記凹部７６は、上記キャビティー１０１の底に配置された上記間隙部１１５から上記第１リードフレーム１２１の一部領域まで延びる。また、上記凹部７６は上記第１内側面７１よりは第２内側面７２により隣接するように配置され、これにより、上記凹部７６が保護チップ１７３に隣接するほどワイヤー１７６の直線区間（Ｄ８）が短くなる。これによって、ワイヤー１７６に伝達される外部衝撃を減らすことができる。また、上記ワイヤー１７６の長さは上記ワイヤー１７５の長さより短く形成される。
上記凹部７６の側壁７５と上記胴体１１１の第３外側面６３との間の間隔（Ｄ６）は、上記第１乃至第４内側面７１〜７４と胴体１１１の各外側面６１〜６４の間隔（Ｄ７）より狭いことがある。例えば、上記間隔（Ｄ６）は上記第３内側面７３と上記第３外側面６３との間の間隔（Ｄ７）より薄く形成され、例えば４０μｍ〜７０μｍの範囲で薄く形成される。
上記発光チップ１７１はキャビティー１０１の第２内側面７２との間隔（Ｅ４）は５００μｍ〜６５０μｍの範囲で離隔し、第１内側面７１との間隔（Ｅ３）は７５μｍ〜９５μｍの範囲で形成される。即ち、間隔（Ｅ４）は間隔（Ｅ３）の５倍以上になる。
図５のように、上記凹部７６で側壁７５の角度（θ３）は上記第３内側面７４の角度（θ２）より小さな角度に形成される。上記側壁７５の角度（θ３）はリードフレーム１２１の上面に対して９０〜９２度の範囲、例えば９０度（直角）に形成される。上記側壁７５の角度（θ３）は他の内側面７１〜７４の角度（θ２、θ１）より１〜３度小さく形成される。凹部７６がリードフレーム１２１と９０度（直角）をなす部分を少なくとも含むことで、キャビティー１０１の開放面積を維持しながら、第１リードフレーム上にワイヤー１７６がボンディングされる空間をさらに確保することができる。さらに、側壁７５の角度（θ３）を上記第３内側面７４の角度（θ２）より小さな角度にすることで、発光素子１００から発光される光の指向角の分布を望ましいものに調節することができる。例えば、キャビティー１０１の内側面に凹部７６を設けても、凹部７６が設けられていない場合と比べて光指向角に変化がないようにするには側壁７５の角度（θ３）を第３内側面７４の角度（θ２）より小さな角度にすることが望ましい。側壁７５の角度（θ３）及び延長部Ｒ２の角度を調整することで希望する指向角分布を得ることもできる。
図２、図６乃至図１２を参照してリードフレームの構造を見ると、上記第１リードフレーム１２１は、上記胴体１１１の第１外側面６１に露出された少なくとも１つの第１突起１２６、上記第３外側面６３に露出された第２突起１２７、上記第４外側面６４に露出された第３突起１２８を含む。上記第１乃至第３突起１２６〜１２８は上記胴体１１１の下面１１７から所定間隔（Ｇ１）に離隔する。上記間隔（Ｇ１）は１０μｍ以上であり、上記第１リードフレーム１２１の厚さ（Ｔ１）の５０％以下になる。
上記第２リードフレーム１３１は、上記胴体１１１の第２外側面６２に露出された少なくとも１つの第４突起１３６、上記第３外側面６３に露出された第５突起１３７、上記第４外側面６４に露出された第６突起１３８を含む。上記第４乃至第６突起１３６、１３７、１３８は上記胴体１１１の下面１１７から所定間隔（Ｇ１）で離隔する。上記間隔（Ｇ１）は１０μｍ以上であり、上記第２リードフレーム１３１の厚さ（Ｔ１）の５０％以下になる。
図１１及び図１２を参照すると、上記第１リードフレーム１２１の第２及び第３突起１２７、１２８は互いに反対側方向に突出し、上記第２リードフレーム１３１の第５及び第６突起１３７、１３８は互いに反対側方向に突出する。上記第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の隅部分は角面形態または曲面形態でありうる。
図４、図５、及び図１０のように、第１及び第２リードフレーム１２１、１３１は基板（ＰＣＢ）の上に接合できるリード領域を含む。上記第１リードフレーム１２１の第１リード領域１２５は上記胴体１１１の下面１１７に露出する。上記第２リードフレーム１３１の第２リード領域１３５は上記胴体１１１の下面１３７に露出する。
上記第１及び第２リード領域１２５、１３５の間の間隔（Ｃ３）は、上記キャビティー１０１の底の第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の間隔よりさらに離隔する。上記第１リード領域１２５の長さ（Ｃ１）は上記第２リード領域１３５の長さ（Ｃ２）より長く形成され、これに対して限定するものではない。上記第１リード領域１２５の長さ（Ｃ１）は０．５ｍｍ±０．１ｍｍの範囲で形成され、上記第２リード領域１３５の長さ（Ｃ２）は０．４ｍｍ±０．０５ｍｍの範囲で形成される。上記第１リード領域１２５の面積が上記第２リード領域１３５の面積より広いため、効果的に放熱することができる。
また、上記第１及び第２リード領域１２５、１３５の間の間隔（Ｃ３）は基板の回路パターンとの間隔を考慮したものであって、汎用性発光素子を提供することができる。これによって、上記第１リードフレーム１２１の下面の面積は上記第１リードフレーム１２１の上面面積より狭く形成され、例えば３０％以上狭く形成される。
上記第１リードフレーム１２１及び第２リードフレーム１３１の下部には上記胴体１１１の支持胴体１１２と接触または結合される複数の凹部が形成されることができる。
上記第１リードフレーム１２１には、例えば第１凹部１２２及び第２凹部１２３が形成される。上記第１凹部１２２は上記第１リードフレーム１２１の第１リード領域１２５と上記間隙部１１５との間の領域に形成され、図５のように支持胴体１１２が配置される。上記第１凹部１２２の幅は上記胴体１１１が幅（Ｘ１）または第１外側面１１の長さと同一な幅を有し、その深さ（Ｂ４）は第２凹部１２３の深さより２倍以上広く形成される。このような第１凹部１２２は、上記第１リードフレーム１２１の内側領域の下に段差付けた構造で配置されて、上記胴体１１１の支持胴体１１２と結合される。
上記第１凹部１２２の深さ（Ｂ４）は、上記第１リードフレーム１２１の長さ（Ｂ１）の３０〜６０％の範囲を有し、上記第１リード領域１２５の平坦な面に対して段差付けた構造で形成される。上記第１凹部１２２は、上記第１リードフレーム１２１の厚さ（Ｔ１）の５０％以下になることができる。上記第１凹部１２２は、発光チップ１７１が搭載された上記第１リードフレーム１２１の上面までの湿気侵入経路を増加させることができる。
また、発光チップ１７１が大面積化されれば、上記発光チップ１７１が搭載される上記第１リードフレーム１２１のサイズが上記発光チップ１７１のサイズに比例して増加する。これに伴い、上記キャビティー１０１に露出された上記第１リードフレーム１２１の上面が増加するが、第１リードフレームの底面に凹部（１２２、１２３）を設けることで下に配置されるパッド（図示なし）と接続される第１リード領域１２５の面積を小さくすることができる。これによって、第１リードフレームの上面に大面積の発光チップ１７１を搭載し、高光束の発光を確保しながら、従来の小さい面積のパッドに第１リードフレームの第１リード領域を接続することができる。第１リード領域は下のパッドに対応する面積であるため、発光素子１００を小さい面積のパッドに搭載する際に発生する短絡の問題も解消することができる。これにより、従来は大面積を占める高光束の発光素子を搭載できなかったり、短絡の問題が生じた、比較的小さい規格のパッドに対しても、大面積の発光チップを有する発光素子を接続させることができる。また、上記キャビティー１０１に露出された上記第１リードフレーム１２１の上面が増加すれば、上記第１リードフレーム１２１と上記第２リードフレーム１３１との間の領域での剛性はより脆弱になる。したがって、上記第１リードフレーム１２１の上面面積を減らさないで上記間隙部１１５の幅を増加することができる。即ち、上記第１リードフレーム１２１の下部に第１凹部１２２を形成して、上記間隙部１１５の面積を確保して上記第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の間の領域での剛性を補強することができる。また、大面積の発光チップ１７１を搭載しがならも、前述のように小さいパッドに搭載ができ、さらに、発光素子１００の剛性が補強されるので、希望する高光束の発光を保ちながら発光素子１００全体をスリム化することができる。さらに、小さいパッドに、大面積の発光チップだけでなく、保護チップ１７３も設けながらも、キャビティーの広い開放面積を確保できるので、これも発光素子１００全体のスリム化につながる。さらには、小さいパッドにこうした高光束の発光素子１００を搭載することができるので、照明装置全体のスリム化を図ることもできる。
上記第１リードフレーム１２１の第２凹部１２３は上記胴体１１１の第１外側面６１に隣接し、上記第１突起１２６の下に上記第１リード領域１２５から段差付けた構造で形成され、上記胴体１１１の下部、即ち支持胴体１１２と結合される。
上記第２リードフレーム１３１は上記第４乃至第６突起１３６、１３７、１３８の下に段差付けた構造の第３乃至第５凹部１３２、１３３、１３４を含み、上記第３凹部１３２は上記間隙部１１５に隣接した領域に形成され、上記第４凹部１３３には上記第２リードフレーム１３１の第２リード領域１３５から段差付けた領域であって、上記胴体１１１の下部である支持胴体１１２が結合される。上記第５凹部１３４は上記第５及び第６突起１３７、１３８の下に段差付けた構造で形成される。上記第３乃至第５凹部１３２、１３３、１３４は第２リードフレーム１３１の厚さ（Ｔ１）の５０％以下に形成される。
また、上記各凹部１２２、１２３、１３２、１３３、１３４は折曲部分に所定の曲率を有する曲面で形成され、このような曲面は上記支持胴体１１２との接触面積を増加させることができ、湿気侵入経路を増加させることができる。
上記第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の厚さ（Ｔ２）は０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲、例えば、０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲で形成される。上記第１リードフレーム１２１及び第２リードフレーム１３１は金属材質、例えばチタニウム（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタリウム（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、燐（Ｐ）のうち、少なくとも１つを含むことができ、単一金属層または多層金属層で形成できる。上記第１及び第２リードフレーム１２１、１３１の厚さ（Ｔ２）は互いに同一な厚さで説明しているが、これに対して限定するものではない。
上記発光チップ１７１は可視光線帯域から紫外線帯域の範囲のうちから選択的に発光することができ、例えばレッドＬＥＤチップ、ブルーＬＥＤチップ、グリーンＬＥＤチップ、イエローグリーン（yellow green）ＬＥＤチップ、白色ＬＥＤチップのうちから選択できる。上記発光チップ１７１はＩＩＩ族−Ｖ族元素の化合物半導体とＩＩ族−ＶＩ族元素の化合物半導体のうち、少なくとも１つを含むＬＥＤチップを含む。上記発光チップ１７１は上記キャビティー１０１の内部に１つまたは複数が配置され、これに対して限定するものではない。上記発光チップ１７１はアノードとカソード用の電極が上下に配置される垂直型チップ、アノードとカソード用電極がある一側方向に配置されたフリップチップ、またはアノードとカソード用電極が横側に配置される水平型チップでありうる。また、上記発光チップ１７１の横長さ（Ｙ３）は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲で形成され、縦の長さ（幅：Ｘ３）は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のサイズを含むことができ、これに対して限定するものではない。上記発光チップ１７１は横及び縦の長さが同一または相異することがあり、その厚さは１００〜３００μｍの範囲で形成される。上記保護チップ１７３は、サイリスタ、ツェナーダイオード、またはＴＶＳ（Transient voltage suppression）のようなチップが配置され、これに対して限定するものではない。
上記キャビティー１０１の内部にはモールディング部材１６１が配置され、上記モールディング部材１６１は上記発光チップ１７１の上をカバーするようになる。このようなモールディング部材１６１はシリコンまたはエポキシのような透光性樹脂層を含み、単層または多層で形成される。また、上記モールディング部材１６１は上記発光チップ１７１の上に放出される光の波長を変換するための蛍光体を含むことができ、上記蛍光体は発光チップ１７１から放出される光の一部を励起させて他の波長の光で放出するようになる。上記蛍光体はＹＡＧ、ＴＡＧ、シリケート（Silicate）、ナイトライド（Nitride）、オキシ−ナイトライド（Oxy-Nitride）系物質のうちから選択的に形成される。上記蛍光体は、赤色蛍光体、黄色蛍光体、緑色蛍光体のうちの少なくとも１つを含むことができ、これに対して限定するものではない。上記モールディング部材１６１の上面はフラットな形状、凹形状、凸形状などで形成され、光出射面になることができる。上記モールディング部材１６１の上部にはレンズが配置され、上記レンズは発光チップ１７１に対して凸レンズ、凹レンズ、中心部に全反射面を有する凸レンズを含むことができ、これに対して限定するものではない。
他の例として、上記モールディング部材１６１と上記発光チップ１７１の上に蛍光体層がさらに配置され、上記キャビティー１０１の内側面７１〜７４と上記発光チップ１７１の側面との間に反射特性を有するモールディング部材が配置される。上記反射性の材質は上記発光チップ１７１の放出波長に対して７０％以上反射する特性を有する材質を含む。上記反射特性を有するモールディング部材の上に透光性のモールディング部材が配置され、これに対して限定するものではない。
図１３は、本発明の第２実施形態に従う発光素子を示す側断面図である。図１３の発光素子のキャビティー１０１の構造は、第１実施形態に図示された構造を含むことができ、同一部分は上記の実施形態の説明を参照することにする。
図１３を参照すると、発光チップ１７１の上に蛍光体層１８１が配置され、モールディング部材１６１の内部には蛍光体が添加されないか、上記蛍光体層１８１に添加された蛍光体とは異なる種類の蛍光体が添加される。
上記蛍光体層１８１は、上記発光チップ１７１の上面面積より小さい面積で形成されるか、上記発光チップ１７１の上面及び側面に形成され、これに対して限定するものではない。上記蛍光体層１８１は、青色、赤色、黄色、緑色蛍光体のうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記キャビティー１０１には上記発光チップ１７１の上面より低い高さを有する第１モールディング部材１６１Ａと、上記発光チップ１７１と上記第１モールディング部材１６１Ａの上に配置された第２モールディング部材１６１Ｂを含む。上記第１モールディング部材１６１Ａは、少なくとも保護チップ１７３をカバーする。上記第２モールディング部材１６１Ａは、少なくとも上記発光チップ１７１をカバーする。上記第１及び第２モールディング部材１６１Ａ、１６１Ｂは金属酸化物を含むことができ、例えば互いに同一な金属酸化物または互いに異なる金属酸化物を含むことができる。上記キャビティー１０１の内での上記発光チップ１７１は、キャビティー中心（Ｚ０）から第１内側面７１の方向に偏って配置される。
上記第１モールディング部材１６１Ａは第１金属酸化物を含み、上記第２モールディング部材１６１Ｂは第２金属酸化物を含む。上記第１金属酸化物はＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちのいずれか１つを含み、上記第２金属酸化物はＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちのいずれか１つを含む。
上記第１金属酸化物は上記第１モールディング部材１６１Ａの内部に７．５〜１２．５ｗｔ％の範囲で添加される。これによって、上記第１モールディング部材１６１Ａは、上記発光チップ１７１の周りに配置された反射層として機能するようになる。上記第２金属酸化物は、上記第２モールディング部材１６１Ｂの内部に７．５〜１２．５ｗｔ％の範囲で添加される。これによって、上記第２モールディング部材１６１Ｂは上記発光チップ１７１の上で拡散層として機能することができる。上記第１モールディング部材１６１Ａに第２金属酸化物を添加することで、保護チップが露出している領域の反射率を上げることができ、発光効率をさらに向上することができる。第１モールディング部材１６１Ａの代わりに、または共に、第１金属酸化物で保護チップをコーティングすることもできる。
図１４は本発明の第３実施形態に従う発光素子の平面図であり、図１５は図１４の発光素子の側断面図である。第３実施形態を説明するに当たって、第１実施形態と同一な部分は第１実施形態を参照することにする。
図１４及び図１５を参照すると、発光素子は凹部４７を有するキャビティー２０１を含む胴体２１１と、上記胴体２１１の内部に配置された複数のリードフレーム２２１、２３１、上記複数のリードフレーム２２１、２３１のうち、いずれか１つの上に配置された少なくとも１つの発光チップ２７１、保護チップ２７３、及びモールディング部材２６１を含む。
上記胴体２１１は第１乃至第４外側面３１〜３４を含み、上記第３及び第４外側面３３、３４にはリブ１５、１６が上記第３及び第４外側面３３、３４に沿って長く形成される。このようなリブ１５、１６は間隙部１１５の幅よりは広く形成され、第１及び第２リードフレーム２２１、２３１の間の間隙部１１５での剛性を補強することができる。
ここで、上記間隙部１１５は下部の幅が広く、上部の幅が狭い構造で形成され、その上部は平坦な第１面５１と、上記第１面５１に対して傾斜した第２面５２を含む。上記第１面５１は上記第２ボンディング部２３２の上面と同一な平面または異なる平面に配置され、その高さは発光チップ２７１の上面より高く形成される。上記第２面５２は上記発光チップ２７１に側面と対応して、光の反射を効果的に遂行することができる。
上記キャビティー２０１は少なくとも第１乃至第４内側面４１〜４４を含む。上記第１乃至第４内側面４１〜４４は平面または曲面であり、また第１乃至第４内側面４１〜４４の間を連結する面は曲面または角面でありうる。上記胴体２１１の上部周り２１６はキャビティー２０１と連結される部分に段差付けるように形成される。上記第３内側面４３のうち、第１内側面４１に隣接した部分には第３外側面３３に凸な曲面４８を含み、上記第４内側面４４のうち、第１内側面４１に隣接し、上記曲面４８に対応する領域に第４外側面３４の方向に凸な曲面４９を含む。
上記第１リードフレーム２２１はキャビティー２０１の底に配置された第１ボンディング部２２２及び上記胴体２１１の第２外側面３２に突出した複数の第１リード部２２３を含む。上記第２リードフレーム２３１はキャビティー２０１の底に配置された第２ボンディング部２３２及び胴体２１１の第１外側面３１に突出した第２リード部２３３を含む。上記第１リード部２２３及び第２リード部２３３は上記胴体２１１の下面に露出する。
上記第１及び第２リードフレーム２２１、２３１の上面及び下面のうちの少なくとも１つには、凹凸パターン５５、５６のようなラフな構造が形成されたり、リセスされた構造を含むことができる。このような凹凸パターン５５、５６は胴体２１１との結合を改善させ、湿気侵入を抑制することができる。
上記第２リードフレーム２３１の第２ボンディング部２３２の上面は上記第１リードフレーム２２１の第１ボンディング部２２２の上面より高い位置に配置される。これによって、上記キャビティー２０１の深さは上記胴体２１１の上面から上記第１リードフレーム２２１の第１ボンディング部２２２までの深さが上記第２リードフレーム２３１の第２ボンディング部２３２までの深さより深く形成される。
上記第１ボンディング部２２２と上記第２ボンディング部２３２との間の領域には間隙部２１５が配置される。上記間隙部２１５は段差付けた構造、例えば少なくとも一部が傾斜した面を含むことができる。
上記第１リードフレーム２２１の第１ボンディング部２２２とキャビティー２０１の第２内側面４２との間の角度（θ４）は９１〜１６０度の範囲で形成され、上記第２リードフレーム２３１の第２ボンディング部１３１とキャビティー２０１の第１内側面４１との間の角度（θ５）は上記角度（θ３）より小さな角度、例えば９０〜１４０度の範囲で形成される。また、第１内側面４１と上記第２内側面４２の傾斜した角度は同一な角度に形成される。
上記発光チップ２７１は第１リードフレーム２２１の上に伝導性接着部材２９１により連結され、ワイヤー２７５により第２リードフレーム２３１と連結される。上記保護チップ２７３は第２リードフレーム２３１の上に配置され、第１リードフレーム２２１とワイヤー２７６により連結される。
上記キャビティー２０１の第４内側面４４には凹部４６を含み、上記凹部４６は上記第４内側面４４より胴体４１１の外側面方向、即ち第４外側面３４の方向に凸に形成される。上記凹部４６と上記発光チップ２７１との間には保護チップ２７３に連結されたワイヤー２７６が連結される。これによって、上記発光チップ２７１に隣接した領域に保護チップ２７３に連結されたワイヤー２７６が配置されても、上記発光チップ２７１を甚だしく移動しなくてもよい効果がある。
上記凹部４６の側壁４５は、上記第１リードフレーム２２１の上面に対して垂直に形成される。上記凹部４６の側壁４５は、上記キャビティー２０１の第４内側面４４より外側に配置されることによって、発光チップ２７１と側壁４５との間の空間を確保することができる。上記凹部４６の幅（Ｄ１）と第４外側面３４との間の厚さ（Ｄ７）、上記凹部の深さは第１実施形態を参照することにする。
上記キャビティー２０１にはモールディング部材２６１が形成される。上記モールディング部材２６１はシリコンまたはエポキシのような透光性樹脂層を含み、単層または多層で形成できる。
本発明は凹部を１つの位置に形成するものと説明したが、互いに反対側の内側面に凹部を各々配置して、複数の保護チップと連結されるワイヤーの空間を各々確保することもできる。
図１６は、本発明の実施形態に従う発光チップの一例を示す側断面図である。
図１６を参照すると、発光チップは、基板３１１、バッファ層３１２、発光構造物３１０、第１電極３１６、及び第２電極３１７を含む。上記基板３１１は透光性または非透光性材質の基板を含み、また伝導性または絶縁性基板を含む。
上記バッファ層３１２は基板３１１と上記発光構造物３１０の物質との格子定数差を減らすようになり、窒化物半導体で形成される。上記バッファ層３１２と上記発光構造物３１０との間にはドーパントがドーピングされない窒化物半導体層をさらに形成して結晶品質を改善させることができる。
上記発光構造物３１０は、第１導電型半導体層３１３、活性層３１４、及び第２導電型半導体層３１５を含む。
上記第１導電型半導体層３１３は第１導電型ドーパントがドーピングされたＩＩＩ族−Ｖ族化合物半導体で具現され、上記第１導電型半導体層３１３はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含む。上記第１導電型半導体層３１３は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのような化合物半導体のうち、少なくとも１つを含む層の積層構造を含むことができる。上記第１導電型半導体層３１３はｎ型半導体層であり、上記第１導電型ドーパントはｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含む。
上記第１導電型半導体層３１３と上記活性層３１４との間には第１クラッド層が形成される。上記第１クラッド層はＧａＮ系半導体で形成され、そのバンドギャップは上記活性層３１４のバンドギャップ以上に形成される。このような第１クラッド層は第１導電型に形成され、キャリアを拘束させる役割をする。
上記活性層３１４は上記第１導電型半導体層３１３の上に配置され、単一量子井戸、多重量子井戸（ＭＱＷ）、量子線（quantum wire）構造または量子点（quantum dot）構造を選択的に含む。上記活性層３１４は井戸層と障壁層の周期を含む。上記井戸層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含み、上記障壁層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含むことができる。上記井戸層／障壁層の周期は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮの積層構造を用いて１周期以上に形成される。上記障壁層は上記井戸層のバンドギャップより高いバンドギャップを有する半導体物質で形成される。
上記活性層３１４の上には第２導電型半導体層３１５が形成される。上記第２導電型半導体層３１５は第２導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を含む。上記第２導電型半導体層３１５は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのような化合物半導体のうち、いずれか１つからなることができる。上記第２導電型半導体層３１５がｐ型半導体層であり、上記第２導電型ドーパントはｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを含むことができる。
上記第２導電型半導体層３１５は超格子構造を含むことができ、上記超格子構造はＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子構造、またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を含むことができる。上記第２導電型半導体層３１５の超格子構造は非正常に電圧に含まれた電流を拡散させて、活性層３１４を保護することができる。
また、上記発光構造物３１０の導電型を反対に配置することができ、例えば第１導電型半導体層３１３はｐ型半導体層、上記第２導電型半導体層３１５はｎ型半導体層に配置することができる。上記第２導電型半導体層３１５の上には上記第２導電型と反対の極性を有する第１導電型の半導体層がさらに配置されることもできる。
上記発光構造物３１０は、ｎ−ｐ接合構造、ｐ−ｎ接合構造、ｎ−ｐ−ｎ接合構造、ｐ−ｎ−ｐ接合構造のうち、いずれか一構造で具現することができる。ここで、上記ｐはｐ型半導体層であり、上記ｎはｎ型半導体層であり、上記−はｐ型半導体層とｎ型半導体層とが直接または間接接触された構造を含む。以下、説明の便宜のために、発光構造物３１０の最上層は第２導電型半導体層３１５として説明することにする。
上記第１導電型半導体層３１３の上には第１電極３１６が配置され、上記第２導電型半導体層３１５の上には電流拡散層を有する第２電極３１７を含む。上記第１及び第２電極３１６、３１７はワイヤーにより連結されるか、他の連結方式により連結できる。
図１７は、本発明の実施形態に従う発光チップの他の例を示す図である。実施形態を説明するに当たって、図２７と同一な部分は省略し、簡略に説明する。
図１７を参照すると、実施形態に従う発光チップは、発光構造物３１０の下に接触層３２１が形成され、上記接触層３２１の下に反射層３２４が形成され、上記反射層３２４の下に支持部材３２５が形成され、上記反射層３２４と上記発光構造物３１０の周りに保護層３２３が形成される。
上記発光構造物３１０の上に配置された第１電極３１６は１つまたは複数で形成され、ワイヤーがボンディングされるパッドを含む。
このような発光チップは第２導電型半導体層３１５の下に接触層３２１及び保護層３２３、反射層３２４、及び支持部材３２５を形成した後、成長基板を除去して形成される。
上記接触層３２１は発光構造物３１０の下層、例えば第２導電型半導体層３１５にオーミック接触され、その材料は、金属酸化物、金属窒化物、絶縁物質、伝導性物質のうちから選択され、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらの選択的な組合により構成された物質の中で形成できる。また、上記金属物質とＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯなどの透光性伝導性物質を用いて多層で形成することができ、例えば、ＩＺＯ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ、ＩＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ／Ｎｉなどで積層することができる。上記接触層３２１の内部は電極３１６と対応するように電流をブロッキングする層がさらに形成される。
上記保護層３２３は金属酸化物または絶縁物質のうちから選択され、例えばＩＴＯ（indium tin oxide）、ＩＺＯ（indium zinc oxide）、ＩＺＴＯ（indium zinc tin oxide）、ＩＡＺＯ（indium aluminum zinc oxide）、ＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）、ＩＧＴＯ（indium gallium tin oxide）、ＡＺＯ（aluminum zinc oxide）、ＡＴＯ（antimony tin oxide）、ＧＺＯ（gallium zinc oxide）、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２から選択的に形成される。上記保護層３２３はスパッタリング方法または蒸着方法などを用いて形成することができ、反射層３２４のような金属が発光構造物３１０の層をショートさせることを防止することができる。
上記反射層３２４は金属、例えば、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、及びこれらの選択的な組合により構成された物質で形成される。上記反射層３２４は、上記発光構造物３１０の幅より大きく形成され、これは光反射効率を改善させることができる。上記の反射層３２４と上記支持部材３２５との間に接合のための金属層と、熱拡散のための金属層がさらに配置され、これに対して限定するものではない。
上記支持部材３２５はベース基板として、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデニウム（Ｍｏ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）のような金属、またはキャリアウエハ（例：Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＳｉＣ）で具現できる。上記支持部材３２５と上記反射層３２４との間には接合層がさらに形成され、上記接合層は２層を互いに接合させることができる。上記の開示された発光チップは一例であり、上記に開示された特徴に限定するものではない。上記の発光チップは上記の発光素子の実施形態に選択的に適用され、これに対して限定するものではない。
実施形態に従う発光素子は、カメラ、撮影装置、信号灯、前照灯、電光板などの照明システムに適用できる。
＜照明システム＞
実施形態による発光素子又は発光素子は、照明システムに適用される。前記照明システムは、複数の発光素子がアレイされた構造を含み、図１８及び図１９に示されている表示装置、図２０に示されている照明装置とを含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光板などが含まれる。
図１８は、実施形態による発光素子を有する表示装置の分解斜視図である。
図１８を参照すると、実施形態による表示装置１０００は、導光板１０４１と、前記導光板１０４１に光を提供する光源モジュール１０３１と、前記導光板１０４１の下に反射部材１０２２と、前記導光板１０４１上に光学シート１０５１と、前記光学シート１０５１ 上に表示パネル１０６１と、前記導光板１０４１、光源モジュール１０３１、及び反射部材１０２２を収納するボトムカバー１０１１とを含むが、ここに限定されない。
前記ボトムカバー１０１１と、反射シート１０２２と、導光板１０４１と、光学シート１０５１とは、ライトユニット１０５０として定義される。
前記導光板１０４１は、光を拡散して、面光源化する役目を果たす。前記導光板１０４１は、透明な材質からなり、例えば、PMMA(polymethylmetaacrylate)のようなアクリル樹脂系列、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC(cycloolefin copolymer)、及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂の１つを含むことができる。
前記光源モジュール１０３１は、前記導光板１０４１の少なくとも一側面に光を提供し、 窮極的には、表示装置の光源として作用するようになる。
前記光源モジュール１０３１は、少なくとも１つを含み、前記導光板１０４１の一側面で直接又は間接的に光を提供することができる。前記光源モジュール１０３１は、基板１０３３と前記に開示された実施形態による発光素子又は発光素子１０３５を含み、前記発光素子又は発光素子１０３５は、前記基板１０３３上に所定間隔でアレイされる。
前記基板１０３３は、回路パターン(図示せず)を含む印刷回路基板(PCB、Printed Circuit Board)である。但し、前記基板１０３３は、一般のPCBのみならず、メタルコア PCB(MCPCB、Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB、 Flexible PCB)などを含み、これに対して限定しない。前記発光素子１０３５は、前記ボトムカバー１０１１の側面又は放熱プレート上に搭載される場合、前記基板１０３３は、除去され得る。ここで、 前記放熱プレートの一部は、前記ボトムカバー１０１１の上面に接触される。前記基板１０３３をセラミックとすることで放熱効果を向上することもできる。特に、高光束を要する分野で前記基板１０３３をセラミックとした場合、約２３０ルーメン以上の高光束の発光素子１０３５を効率よく放熱することが可能となる。
そして、前記複数の発光素子１０３５は、前記基板１０３３上に光が放出される出射面が、前記導光板１０４１と所定の距離離隔して搭載され、これに対して限定しない。前記発光素子１０３５は、前記導光板１０４１の一側面である入光部に光を直接又は間接的に提供することができ、これに対して限定しない。
前記導光板１０４１の下には、前記反射部材１０２２が配置される。前記反射部材１０２２は、前記導光板１０４１の下面に入射した光を反射させて、上に向かわせることで、前記ライトユニット１０５０の輝度を向上することができる。前記反射部材１０２２は、例えば、PET、PC、PVCレジンなどで形成されるが、これに対して限定しない。前記反射部材１０２２は、前記ボトムカバー１０１１の上面であり、これに対して限定しない。
前記ボトムカバー１０１１は、前記導光板１０４１、光源モジュール１０３１、及び反射部材１０２２などを輸納することができる。このため、前記ボトムカバー１０１１は、上面が開口したボックス(box)形状を有する収納部１０１２が備えられ、これに対して限定しない。前記ボトムカバー１０１１は、トップカバーと結合され、これに対して限定しない。
前記ボトムカバー１０１１は、金属材質又は樹脂材質で形成され、プレス成形又は押出成形などの工程を用いて製造されることができる。また、前記ボトムカバー１０１１は、熱伝導性の良い金属又は非金属材料を含み、これに対して限定しない。
前記表示パネル１０６１は、例えば、LCDパネルとして、互いに対向する透明な材質の第１及び第２の基板、そして、第１及び第２の基板の間に介在した液晶層を含む。前記表示パネル１０６１の少なくとも一面には、偏光版が取り付けられ、このような偏光版の取付構造に限定しない。前記表示パネル１０６１は、光学シート１０５１を通過した光により情報を表示することになる。このような表示装置１０００は、各鐘の携帯端末機、ノートＰＣのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビなどに適用されることができる。
前記光学シート１０５１は、前記表示パネル１０６１と前記導光板１０４１との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。前記光学シート１０５１は、例えば、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートなどのようなシートから少なくとも１つを含む。前記拡散シートは、入射される光を拡散させ、前記水平又は/及び垂直プリズムシートは、入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは、損失される光を再使用して、輝度を向上させる。また、前記表示パネル１０６１上には、保護シートが配置され、これに対して限定しない。
ここで、前記光源モジュール１０３１の光経路上には、光学部材として、前記導光板１０４１、及び光学シート１０５１を含み、これに対して限定しない。
図１９は、実施形態による発光素子を有する表示装置を示す図である。
図１９を参照すると、表示装置１１００は、ボトムカバー１１５２と、前記の発光素子１１２４がアレイされた基板１１２０と、光学部材１１５４と、表示パネル１１５５とを含む。
前記基板１１２０と前記発光素子１１２４とは、光源モジュール１１６０と定義される。 前記ボトムカバー１１５２と、少なくとも１つの光源モジュール１１６０と、 光学部材１１５４とは、ライトユニット１１５０と定義される。前記ボトムカバー１１５２には、収納部１１５３を具備することができ、これに対して限定しない。前記の光源モジュール１１６０は、基板１１２０、及び前記基板１１２０上に配列した複数の発光素子又は発光素子１１２４を含む。
ここで、前記光学部材１１５４は、レンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シートなどから少なくとも１つを含む。前記導光板は、ＰＣ材質又はＰＷＭА(polymethyl methacrylate)材質からなり、このような導光板は除去されることができる。前記拡散シートは、入射される光を拡散させ、前記水平及び垂直プリズムシートは、入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは、損失される光を再使用して、輝度を向上させる。
前記光学部材１１５４は、前記光源モジュール１１６０上に配置され、前記光源モジュール１１６０から放出された光を面光源するか、拡散、集光などを行うようになる。
図２０は、実施形態による発光素子を有する照明装置の分解斜視図である。
図２０を参照すると、実施形態による照明装置は、カバー２１００と、光源モジュール２２００と、放熱体２４００と、電源提供部２６００と、内部ケース２７００と、ソケット２８００とを含む。また、実施形態による照明装置は、部材２３００とホルダー２５００ のいずれか１以上を更に含むことができる。前記光源モジュール２２００は、実施形態による発光素子、又は発光素子パッケージを含むことができる。
例えば、前記カバー２１００は、バルブ(bulb)又は半球の形状を有し、中空であり、一部分が開口した形状で提供される。前記カバー２１００は、前記光源モジュール２２００と光学的に結合され、前記放熱体２４００と結合されることができる。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合する凹部を有することができる。
前記カバー２１００の内面には、拡散嶺を有する乳白色塗料がコートされる。このような乳白色材料を用いて、前記光源モジュール２２００からの光を散乱及び拡散して、外部に放出させることができる。
前記カバー２１００の材質は、ガラス、プラスチック、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)などである。ここで、ポリカーボネートは、耐光性、耐熱性、強度が優れている。前記カバー２１００は、外部から前記光源モジュール２２００が見えるように透明であるか、不透明である。前記カバー２１００は、ブロー(blow)成形により、形成されることができる。
前記光源モジュール２２００は、前記放熱体２４００の一面に配置される。したがって、 前記光源モジュール２２００からの熱は、前記放熱体２４００に伝導される。前記光源モジュール２２００は、発光素子２２１０と、連結プレート２２３０と、コネクター２２５０とを含む。
前記部材２３００は、前記放熱体２４００の上面上に配置され、複数の照明素子２２１０と、コネクター２２５０が挿入されるガイド溝２３１０とを有する。前記ガイド溝２３１０は、前記照明素子２２１０の基板、及びコネクター２２５０と対応される。
前記部材２３００の表面は、白色の塗料で塗布又はコートされる。このような前記部材２３００は、前記カバー２１００の内面に反射して、前記光源モジュール２２００側方向に戻って来る光を、再度前記カバー２１００方向に反射する。したがって、実施形態による照明装置の光効率を向上させる。
前記部材２３００は、例として、絶縁物質からなる。前記光源モジュール２２００の連結プレート２２３０は、電気伝導性の物質を含む。したがって、前記放熱体２４００と前記連結プレート２２３０との間に電気的な接触が行える。前記部材２３００は、絶縁物質で構成され、前記連結プレート２２３０と前記放熱体２４００との電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体２４００は、前記光源モジュール２２００からの熱と、前記電源提供部２６００からの熱を伝達されて、放熱する。
前記ホルダー２５００は、内部ケース２７００の絶縁部２７１０の収納溝２７１９を塞ぐ.したがって、前記内部ケース２７００の前記絶縁部２７１０に収納される前記電源提供部２６００は密閉される。前記ホルダー２５００は、ガイド突出部２５１０を有する。前記ガイド突出部２５１０は、前記電源提供部２６００の突出部２６１０が貫通するホールを具備することができる。
前記電源提供部２６００は、外部から提供された電気的信号を処理又は変換して、前記光源モジュール２２００に提供する。前記電源提供部２６００は、前記内部ケース２７００の収納溝２７１９に収納され、前記ホルダー２５００により、前記内部ケース２７００の内部に密閉される。
前記電源提供部２６００は、突出部２６１０と、ガイド部２６３０と、ベース２６５０と、延在部２６７０とを含む。
前記ガイド部２６３０は、前記ベース２６５０の一側から外部に突出した形状を有する。 前記ガイド部２６３０は、前記ホルダー２５００に挿入される。前記ベース２６５０の一面の上に多数の部品が配置される。多数の部品は、例えば、直流変換装置、前記光源モジュール２２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール２２００を保護するためのＥＳＤ(ElectroStatic discharge)保護素子などを含むが、これに対して限定しない。
前記延在部２６７０は、前記ベース２６５０の他の一側から外部に突出した形状を有する。前記延在部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０内に挿入され、外部からの電気的信号を提供される。例えば、前記延在部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の幅と同一であるか、小さく提供される。前記延在部２６７０は、電線を通じて、ソケット２８００に電気的に連結される。
前記内部ケース２７００は、内部に前記電源提供部２６００と共にモールディング部を含むことができる。モールド部は、モールディング液体が固まった部分であって、前記電源提供部２６００が、前記内部ケース２７００内に固定できるようにする。
上述した様々な実施形態に係る発光素子は、特に、高光束の照明装置が要求される応用分野（例えば、カメラ等の撮影装置のフラッシュ用の照明装置、一瞬間に強い光を発する必要がある電子機器、医療用照明装置、及び、車両用照明装置などの応用分野）において用いることに適したものである。上述した様々な実施形態に係る発光素子は、このような応用分野において要求される、高光束、高電流による駆動、高効率の放熱、高効率の反射率等を実現することができる。さらに、上述した様々な実施形態に係る発光素子は、省スペース化において有利であるので、コンパクト化が要求される高光束の照明装置に用いることにも適したものである。
さらに、上述した様々な実施形態に係る発光素子は、被写体への照明源として撮影装置等に搭載することが可能なものである。
以上、説明した本発明は前述した実施形態及び添付した図面に限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形、及び変更が可能であるということは本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に当たって明らかである。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載により定まるべきである。
４１−４４、７１−７４ 内側面
６１−６４ 外側面
４６、７５ 側壁
４７、７７ 凹部
１０１、２０１ キャビティー
１１１、２１１ 胴体
１２１、１３１、２２１、２３１ リードフレーム
１２２、１２３、１３２、１３３ 凹部
１２５、１３５ リード領域
１６１、１６１Ａ、１６１Ｂ、２６１ モールディング部材
１７１、２７１ 発光チップ
１７３、２７３ 保護チップ
１８１ 蛍光体層

Claims (24)

  1. 互いに対向する第１及び第２外側面と第３及び第４外側面を有し、上部へ開放したキャビティーが設けられた胴体と、
    前記キャビティーの底面から前記第１外側面方向に延びた第１リードフレームと、
    前記キャビティーの底面から前記第２外側面方向に延びた第２リードフレームと、
    前記第１リードフレームの上に配置された発光チップと、
    前記第２リードフレームの上に配置され前記第１リードフレームに第１ワイヤーで連結される保護チップと、を含み、
    前記キャビティーの内側面に、前記第１ワイヤーが接続される部分に隣接した領域に凹部が形成される
    ことを特徴とする、発光素子。
  2. 前記凹部は前記第１リードフレームの上面に対して直角である部分を少なくとも含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記凹部は前記第１リードフレームと前記第２リードフレームの間隙に隣接して配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光素子。
  4. 前記凹部は前記第３又は第４外側面に隣接した領域に配置されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
  5. 前記キャビティーの内側面は、前記第１及び第２リードフレームのうち、いずれか１つの上面に対して傾斜するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  6. 前記凹部は前記キャビティーの長さの１／５．５〜１／４．５範囲の幅を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
  7. 前記凹部は前記キャビティーの内側面と平行に延びる側壁と前記側壁と前記キャビティーの内側面を繋ぐ少なくとも二つの延長部を含むことを特徴とする、請求項１乃至６のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  8. 前記凹部の前記側壁と前記第１リードフレームの上面は、前記キャビティーの内側面の傾斜した角度と異なる角度を有することを特徴とする、請求項７に記載の発光素子。
  9. 前記延長部は曲面を含むことを特徴とする、請求項８に記載の発光素子。
  10. 前記キャビティーの内側面のうち、前記凹部に隣接した領域と前記発光チップとの間の間隔は、他の領域より大きいことを特徴とする、請求項１乃至９のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  11. 前記キャビティーの内側面のうち、前記凹部に隣接した領域と前記発光チップとの間の間隔は、他の領域より１．５〜３．５倍大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子。
  12. 前記凹部の前記キャビティーの内側面と平行に延びる側壁と前記胴体の外側面との間の間隔は、前記キャビティーの内側面と前記胴体の外側面との間の間隔より狭いことを特徴とする、請求項１乃至１１のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  13. 前記凹部は少なくとも二つが設けられることを特徴とする、請求項１乃至１２のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  14. 前記凹部は前記第１外側面よりは前記第２外側面に近く配置されることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発光素子。
  15. 少なくとも前記保護チップをカバーする第１金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の発光素子。
  16. 少なくとも前記保護チップをカバーし前記第１金属酸化物を含む第１モールディング部材を含むことを特徴とする請求項１５に記載の発光素子。
  17. 少なくとも前記発光チップをカバーする第２金属酸化物を含み、前記第１金属酸化物と前記第２金属酸化物は異なることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の発光素子。
  18. 前記第１のリードフレームには、前記胴体の第１外側面に対向する領域に凹部が形成されることを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の発光素子。
  19. 前記第１のリードフレームには、前記第２のリードフレームに隣接した領域に凹部が形成されることを特徴とする請求項１乃至１８に記載の発光素子。
  20. 前記第１リードフレームの上面は前記第２リードフレームの上面より低く配置されることを特徴とする、請求項１乃至１９のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  21. 前記第１リードフレームと前記第２リードフレームとの間の間隙の下面の幅が上面の幅より２倍以上広いことを特徴とする、請求項１乃至２０のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  22. 前記第１リードフレームの下面の面積は前記第２リードフレームの下面の面積より３０％以上狭く形成されることを特徴とする、請求項１乃至２１のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  23. 前記発光チップと前記第２リードフレームとを連結する第２ワイヤーを含み、前記第１ワイヤーの長さは前記第２ワイヤーの長さより短いことを特徴とする、請求項１乃至２２のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
  24. 被写体への照明として請求項１乃至請求項２３のうちいずれかの発光素子を備えた撮影装置。
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