KR101852876B1 - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1캐비티를 갖는 몸체; 상기 제1캐비티의 바닥에 배치된 복수의 리드 프레임; 상기 몸체와 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나의 사이에 배치되며 상기 몸체의 열 전도율보다 높은 열 전도율을 갖고 금속과 세라믹 계열의 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나의 위에 배치된 적어도 하나의 발광 칩; 및 상기 제1캐비티에 몰딩 부재를 포함한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
발광 다이오드는 전기 에너지를 빛으로 전환하는 과정에서 많은 열을 발생시키게 된다. 이러한 발광 다이오드로부터 발생된 열을 효율적으로 방열하기 위해, 국내 출원 번호 10-2009-15041호에는 패키지의 몸체에 패턴을 형성하여, 방열 효율을 개선한 구조가 제시되고 있다.
실시 예는 몸체와 리드 프레임 사이에 상기 몸체보다 열 전도성이 높은 재질의 버퍼층을 배치한 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 열 전도율이 몸체와 리드 프레임 사이의 값을 갖는 버퍼층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 몸체와 리드 프레임 사이에 세라믹 계열의 열 전도층인 버퍼층을 포함하는 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1캐비티를 갖는 몸체; 상기 제1캐비티의 바닥에 배치된 복수의 리드 프레임; 상기 몸체와 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나의 사이에 배치되며 상기 몸체의 열 전도율보다 높은 열 전도율을 갖고 금속과 세라믹 계열의 물질을 포함하는 버퍼층; 상기 복수의 리드 프레임 중 적어도 하나의 위에 배치된 적어도 하나의 발광 칩; 및 상기 제1캐비티에 몰딩 부재를 포함한다.
실시 예는 발광 소자의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 내습성의 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 칩의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 제조 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 제2실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 4는 실시 예에 있어서, 리드 프레임 상에 형성된 버퍼층의 예들을 나타낸 도면이다.
도 5는 제3실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 표시장치의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 실시 예에 따른 표시장치의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 실시 예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광소자에 대해 설명한다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자의 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 몸체(110), 제1 및 제2리드 프레임(121,131), 버퍼층(141), 발광 칩(171), 및 몰딩 부재(190)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 절연 재질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide), LCP(Liquid Crystal Polymer), PA9T(Polyamide9T)와 같은 수지 재질, 금속을 포함하는 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 몸체(110)는 리드 프레임(121,131)과의 사출 성형되는 수지 재질(예; PPA)을 그 예로 설명하기로 한다.
상기 몸체(110)의 상측에는 캐쏘드 마크(cathode mark)가 형성될 수 있다. 상기 캐쏘드 마크는 상기 발광 소자(100)의 제1 리드 프레임(121) 또는 제2 리드 프레임(131)을 구분하여, 상기 제1,2 리드 프레임(121,131)의 극성의 방향에 대한 혼동을 방지할 수 있다.
상기 몸체(110) 내에는 캐비티(160)가 형성되며, 상기 캐비티(160)는 상부가 개방된 오목한 형상을 포함한다. 상기 캐비티(160)의 바닥부에는 복수의 리드 프레임(121,131) 및 상기 복수의 리드 프레임(121,131)을 분리하는 분리부(112)가 배치된다. 상기 복수의 리드 프레임(121,131)은 물리적으로 분리된다. 상기 캐비티(160)는 소자 탑측에서 볼 때, 원 형상, 타원 형상, 다각형 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 분리부(112)는 상기 몸체(110)의 재질과 동일한 재질이거나, 절연성 재질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 리드 프레임(121,131)은 적어도 2개가 전기적으로 분리되며, 소정 두께를 갖는 금속 플레이트로 형성될 수 있으며, 상기 금속 플레이트의 표면에 다른 금속층이 도금될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 복수의 리드 프레임(121,131)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1, 2리드 프레임(121,131)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 두께는 0.8mm~1.5mm로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 리드 프레임(121,131)의 적어도 일부는 캐비티(160)의 바닥부에 배치되며, 상기 몸체(110)의 하부에 노출될 수 있다. 상기 캐비티(160)의 아래에 배치된 복수의 리드 프레임(121,131)의 하면은 상기 몸체(110)의 하면에 노출되며, 전극 단자로 사용된다.
상기 제1리드 프레임(121)은 상기 발광 칩(171)으로부터 발생된 열을 외측 방향(P1)으로 전도하여 방열하게 된다. 상기 제2리드 프레임(131)은 상기 발광 칩(171)이 탑재되지 않을 수 있으며, 이 경우 상기 제1리드 프레임(121)에 비해 온도가 높게 올라가지 않는다. 이에 따라 제2리드 프레임(131)보다는 제1리드 프레임(121)에 의한 방열 특성에 따라 발광 칩(171)에 많은 영향을 주게 된다. 이하, 설명에서는 제1리드 프레임(121)을 중심으로 설명하기로 한다.
상기 캐비티(160) 내에는 발광 칩(171)이 배치된다. 상기 발광 칩(171)은 제1리드 프레임(121) 상에 탑재되며, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 와이어(172,173)로 연결된다. 상기 발광 칩(171)은 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 가시광선 대역 또는 자외선(UltraViolet) 대역을 발광하는 다이오드로 구현될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(171)은 칩 내의 두 전극이 평행하게 배치된 수평형 칩, 또는 칩 내의 두 전극이 서로 반대 측면에 배치된 수직형 칩으로 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 수평형 칩은 적어도 2개의 와이어(172,173)에 연결될 수 있고, 수직형 칩은 적어도 1개의 와이어에 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(160)에는 몰딩 부재(190)가 형성되며, 상기 몰딩 부재(190)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 투광성의 수지 재질을 포함할 수 있다. 또한 상기 몰딩 부재(190)에는 형광체 또는 확산제가 선택적으로 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몰딩 부재(190) 위에는 렌즈가 형성될 수 있으며, 상기 렌즈는 오목한 렌즈 형상, 볼록한 렌즈 형상, 일정 부분이 오목하고 다른 부분이 볼록한 형상의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 예를 들면, YAG 계열, 실리케이트(Silicate)계열, 또는 TAG 계열의 형광 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1리드 프레임(121)의 상면과 상기 몸체(110) 사이에는 제1버퍼층(141)이 형성되고, 상기 제2리드 프레임(131)의 상면과 상기 몸체(110)의 사이에는 제2버퍼층(142)이 형성된다.
상기 제1버퍼층(141)은 상기 캐비티(160)와 상기 몸체(110)의 제1측면(S1) 사이의 간격에 대응되는 너비로, 상기 몸체(110)과 상기 제1리드 프레임(121) 사이에 압착된다.
상기 제2버퍼층(142)은 상기 캐비티(160)와 상기 몸체(110)의 제2측면(S2) 사이의 간격에 대응되는 너비로, 상기 몸체(110)과 상기 제2리드 프레임(131) 사이에 압착된다.
상기 제1 및 제2버퍼층(141,142)은 금속과 세라믹 재질의 분말을 혼합된 층이며, 상기 분말의 크기는 나노 크기로 형성될 수 있다. 상기 금속 분말은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도율이 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 재질은 예컨대, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C (다이아몬드, CNT)의 성분을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(141,142)의 열 전도율(thermal conductivity)은 상기 몸체(110)의 열 전도율 보다는 높고 상기 리드 프레임(121,131)의 열 전도율 보다는 낮은 값을 갖는다. 상기 재1 및 제2버퍼층(141,142)은 열 전도성 버퍼로 역할을 한다. 여기서, 상기 몸체(110)의 재질 예컨대, 플라스틱 수지(PPA)의 열 전도율은 약 0.47W/mK이며, 상기 리드 프레임(121,131)의 재질 예컨대, Cu의 열 전도율은 약 372W/mK 정도가 된다. 상기 버퍼층(141,142)의 열 전도율은 0.47W/mK 보다 큰 값으로서, 상기 몸체(110)의 열 전도율보다는 1.5배 이상의 열 전도율 예컨대, 약 0.6W/mK 이상이며, 상기 금속 분말의 함량에 따라 최대 50 W/mK 정도로 형성될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(121)은 상기 발광 칩(171)로부터 발생된 열을 표면을 통해 방열(F1)하고, 일부는 상기 제1버퍼층(141)으로 전도한다. 상기 제1버퍼층(141)으로 전도된 열은 상기 몸체(110)를 통해 방열되게 된다(F2). 상기 제2리드 프레임(131) 및 제2버퍼층(142)은 상기의 제1리드 프레임(121)과 제1버퍼층(141)에 의한 방열(F1,F2) 경로로 방열시켜 준다. 상기 제1버퍼층(141) 및 제2버퍼층(142)은 각 리드 프레임(121,131)과 몸체(110) 사이의 열 전도율을 갖고 있어, 각 리드 프레임(121,131)으로부터 전도된 열을 상기 몸체(110)로 효과적으로 전도할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 상기 리드 프레임(121,131) 및 몸체(110)를 통해 방열하게 되는데, 여기서, 상기 몸체(110)의 면적이 상기 방열 프레임(121,131)의 면적보다 더 넓은 면적으로 형성됨으로써, 발광 소자(100)의 방열 효율은 개선될 수 있다.
상기 제1 버퍼층(141)과 상기 제2버퍼층(142)은 절연성 물질일 수 있으며, 상기 금속 분말의 양에 따라 전도성이 될 수 있다.
상기 제1버퍼층(141)과 상기 제2버퍼층(142)은 물리적으로 분리될 수 있으며, 이는 상기 제1버퍼층(141)은 제1리드 프레임(121)의 표면 위에 배치되며, 상기 제2버퍼층(142)은 제2리드 프레임(131)의 표면 위에 형성된다.
상기 제1버퍼층(141)과 상기 제2버퍼층(142)은 상기 캐비티(160)의 측면에 노출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2버퍼층(141,142)은 상기 리드 프레임(121,131)과 몸체(110) 사이의 계면에 배치됨으로써, 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 제조 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자를 제조하기 위해 발광 소자의 리드 프레임과 몸체의 계면을 중심으로 상부와 하부로 나누어, 미리 제조하게 된다. 상기 발광 소자의 상부는 구멍 형태의 캐비티(160)의 둘레에 몸체(110)로 이루어지며, 상기 발광 소자의 하부는 제1리드 프레임(121), 제2리드 프레임(131) 및 분리부(112)가 배치된다.
제1틀(145)의 오목부(145A)에는 발광 소자의 상부가 배치되고, 상기 제2틀(146)의 오목부(146A)에는 발광 소자의 하부가 배치된다. 상기 제1틀(145)은 상기 제2틀(146)의 상측에 대응된다.
상기 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131) 상에는 제1층(141A, 142A)이 배치된다. 상기 제1층(141A,142A)은 금속 분말 층으로서, 나노 크기의 금속 분말을 포함한다. 상기 금속의 종류는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 몸체(110)의 하면 중에서 상기 제1리드 프레임(121) 및 상기 제2리드 프레임(131)과 대응되는 영역에는 제2층(141A,142B)이 배치된다. 상기 제2층(141A,142B)는 세라믹 계열의 분말층으로서, 나노 크기의 세라믹 분말을 포함한다. 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제2층(141B,142B)은 상기 제1층(141A,141B) 상에 적층된 구조로 배치될 수 있으며, 또는 상기 제1층(141A,141B)과 제2층(141B,142B)은 금속 분말과 세라믹 분말이 혼합된 하나의 층으로 배치할 수 있다.
상기 제1틀(145)를 상기 제2틀(146) 상에서 소정 압력으로 압착하여 누르게 되면, 상기 제1틀(145)에 배치된 발광 소자 상부는 상기 제2틀(146)에 배치된 발광 소자 하부 상에 압착되어, 도 1과 같은 구조로 제조된다. 상기 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131) 상에 배치된 제1층(141A,141B)과 상기 몸체(110)의 하부에 배치된 제2층(141B,142B)은 서로 혼합되며, 상기 몸체(110)와 상기 리드 프레임(121,131) 사이에 압착된 하나의 버퍼층이 된다. 여기서, 상기 리드 프레임(121,131)의 상면에는 제1층(141A,142A)이 배치되어 있기 때문에 금속 분말 농도가 세라믹 분말의 농도보다 더 많을 수 있고, 상기 몸체(110)의 하면에는 제2층(141B,142B)이 배치되어 있기 때문에 세라믹 분말의 농도가 금속 분말의 농도보다 더 많을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 금속 분말과 세라믹 분말이 혼합된 버퍼층은 상기 리드 프레임(121,131)의 열 전도율보다는 낮고 상기 몸체(110)의 열 전도율보다 높은 열 전도율로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 리드 프레임(121,131)으로부터 전달된 열을 상기 몸체(110)로 전도하게 된다.
도 3은 제2실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 소자의 몸체(110)는 반사부(114) 및 지지부(116)를 포함하며, 상기 몸체(110)의 반사부(114) 내에는 캐비티(160)가 배치되며, 상기 반사부(114) 및 지지부(116) 사이에는 제 1 및 제2리드 프레임(121,131)이 배치된다. 상기 캐비티(160)의 바닥에 배치된 상기 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)의 하면은 상기 몸체(110)의 하면으로부터 이격된다. 상기 제1리드 프레임(121) 및 상기 제2리드 프레임(131)의 단부(P1,P2)는 절곡되어 상기 몸체(110)의 하면에 배치된다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 하면과 상기 몸체(110)의 지지부(116) 사이에는 버퍼층(143,144)이 배치된다. 상기 버퍼층(143,144)은 상기 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)과 상기 몸체(110)의 지지부(116) 사이에 배치된다. 상기 버퍼층(143,144)은 제1실시 예의 설명과 같이, 리드 프레임(121,131)의 열 전도율보다 낮아 상기 리드 프레임(121,131)으로부터 전도된 열을 상기 버퍼층(143,144)과 접촉된 몸체(110)의 하부(112)로 전도할 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131) 중 상기 버퍼층(143,144)과 접촉되는 하면에는 홈(121A,131A)이 형성된다. 상기 홈(121A,131)은 복수로 형성될 수 있으며, 그 단면 형상은 삼각형 형상, 사각형 형상과 같은 다각형 형상, 또는 반구형 형상을 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(143,144)은 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 홈(121A,131A)에 의해 상기 제 1 및 제2리드 프레임(121,131)과의 접촉 면적이 증가될 수 있어, 상기 리드 프레임(121,131)과의 접착력이 증가될 수 있고, 상기 몸체(110)로의 열 전도 효율을 증가시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1리드 프레임(121) 또는/및 상기 제2리드 프레임(131)의 하면 중 적어도 하나에는 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 돌기는 상기 리드 프레임(121,131)과 상기 버퍼층(143,144) 사이의 접착력이 증가시켜 줄 수 있고, 상기 몸체(110)로의 열 전도율을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 버퍼층(143,144)은 제1실시 예와 같이, 상기 몸체(110)와 상기 리드 프레임(121,131)의 상면 사이에 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4의 (A)(B)(C)는 실시 예에 따른 리드 프레임 상면 또는/및 하면에 배치된 버퍼층의 예를 나타낸 정면도이다. 설명의 편의를 위해 제1리드 프레임과 제1버퍼층의 예로 설명하기로 하며, 동일한 구조로 제2리드 프레임과 제2버퍼층으로 구현될 수 있다.
도 4의 (A)와 도시된 바와 같이, 제1버퍼층(141)은 제1리드 프레임(121) 위에 복수로 배열될 수 있으며, 상기 복수의 제1버퍼층(141)의 사이에는 상기 제1리드 프레임(121)이 배치된다. 이에 따라 제1버퍼층(141)과 상기 제1리드 프레임(121)은 상기 몸체와 교대로 접촉될 수 있다.
도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 제1버퍼층(141)은 상기 제1리드 프레임(121)의 너비와 동일한 너비로 형성될 수 있다.
도 4의 (C)와 같이, 상기 제1버퍼층(141)은 상기 제1리드 프레임(121)의 상면 또는/및 하면 둘레에 형성되어, 상기 제1리드 프레임(121)의 에지 부분으로 전도된 열을 상기 몸체로 전도하게 된다. 상기 제1버퍼층(141)이 상기 제1리드 프레임(121)의 에지 부분에 배치됨으로써, 제1리드 프레임(121)의 방열 효율을 더 개선시켜 줄 수 있다.
도 5는 제3실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(101)는 제1캐비티(60)를 갖는 몸체(10), 제2캐비티(25)를 갖는 제1리드 프레임(21), 제3 캐비티(35)를 갖는 제2리드 프레임(31), 발광 칩들(71,72), 버퍼층(145,146) 및 와이어들(73 내지 76)을 포함한다.
몸체(10)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게 몸체(10)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 플라스틱 수지 재질로 이루어질 수 있다.
몸체(10)의 상면 형상은 발광 소자(101)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(31)은 몸체(10)의 바닥에 배치되어 직하 타입으로 기판 상에 탑재될 수 있으며, 상기 몸체(10)의 측면에 배치되어 에지 타입으로 기판 상에 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(10)는 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어진 제1캐비티(cavity)(60)를 갖는다. 상기 제1캐비티(60)은 상기 몸체(10)의 상면(15)으로부터 오목한 컵 구조 또는 리세스 구조를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1캐비티(60)의 측면은 바닥에 대해 수직하거나 경사질 수 있다.
제1캐비티(60)를 위에서 바라본 형상은 원형, 타원형, 다각형(예컨대, 사각형)일 수 있다. 제1캐비티(60)의 모서리는 곡면이거나, 평면일 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21)은 상기 제1캐비티(60)의 제1영역에 배치되며, 상기 제1캐비티(60)의 바닥에 일부가 배치되고 그 중심부에 상기 제1캐비티(60)의 바닥보다 더 낮은 깊이를 갖도록 오목한 제2캐비티(25)가 배치된다. 상기 제2캐비티(25)는 상기 제1리드 프레임(21)의 상면으로부터 상기 몸체(10)의 하면 방향으로 오목한 형상, 예컨대, 컵(Cup) 구조 또는 리세스(recess) 형상을 포함한다. 상기 제2캐비티(25)의 측면은 상기 제2캐비티(25)의 바닥으로부터 경사지거나 수직하게 절곡될 수 있다. 상기 제2캐비티(25)의 측면 중에서 대향되는 두 측면은 동일한 각도로 경사지거나 서로 다른 각도로 경사질 수 있다.
상기 제2리드 프레임(31)은 상기 제1캐비티(60)의 제1영역과 이격되는 제2영역에 배치되며, 상기 제1캐비티(60)의 바닥에 일부가 배치되고, 그 중심부에는 상기 제1캐비티(60)의 바닥보다 더 낮은 깊이를 갖도록 오목한 제3캐비티(35)가 형성된다. 상기 제3캐비티(35)는 상기 제2리드 프레임(131)의 상면으로부터 상기 몸체(10)의 하면 방향으로 오목한 형상, 예컨대, 컵(Cup) 구조 또는 리세스(recess) 형상을 포함한다. 상기 제3캐비티(35)의 측면은 상기 제3캐비티(35)의 바닥으로부터 경사지거나 수직하게 절곡될 수 있다. 상기 제3캐비티(35)의 측면 중에서 대향되는 두 측면은 동일한 각도로 경사지거나 서로 다른 각도로 경사질 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21)의 하면 및 상기 제2리드 프레임(31)의 하면은 상기 몸체(10)의 하면으로 노출되거나, 상기 몸체(10)의 하면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21)의 제1리드부(23)는 상기 몸체(10)의 하면에 배치되고 상기 몸체(10)의 제1측면(13)으로 돌출될 수 있다. 상기 제2리드 프레임(31)의 제2리드부(33)는 상기 몸체(10)의 하면에 배치되고 상기 몸체(10)의 제1측면의 반대측 제2측면(14)으로 돌출될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(31)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2리드 프레임(21,31)의 두께는 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2캐비티(25) 및 상기 제3캐비티(35)의 바닥 형상은 직사각형, 정 사각형 또는 곡면을 갖는 원 또는 타원 형상일 수 있다.
상기 몸체(10) 내에는 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)를 제외한 다른 금속 프레임이 더 배치되어, 방열 프레임이나 중간 연결 단자로 사용된다.
상기 제1리드 프레임(21)의 제2캐비티(25) 내에는 제1발광 칩(71)이 배치되며, 상기 제2리드 프레임(31)의 제3캐비티(35) 내에는 제2발광 칩(72)이 배치될 수 있다. 상기 발광 칩(71,72)는 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 레드 LED 칩, 블루 LED 칩, 그린 LED 칩, 엘로우 그린(yellow green) LED 칩 중에서 선택될 수 있다. 상기 발광 칩(71,72)은 III족 내지 V족 원소의 화합물 반도체 발광소자를 포함한다.
상기 몸체(10)의 제1캐비티(60), 상기 제2캐비티(25) 및 제3캐비티(35) 중 적어도 한 영역에는 몰딩 부재(90)가 배치되며, 상기 몰딩 부재(90)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지층을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(90) 또는 상기 발광 칩(71,72) 상에는 방출되는 빛의 파장을 변화하기 위한 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 발광 칩(71,72)에서 방출되는 빛의 일부를 여기시켜 다른 파장의 빛으로 방출하게 된다. 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몰딩 부재(90)의 표면은 플랫한 형상, 오목한 형상, 볼록한 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(10)의 상부에는 렌즈가 더 형성될 수 있으며, 상기 렌즈는 오목 또는/및 볼록 렌즈의 구조를 포함할 수 있으며, 발광 소자(101)가 방출하는 빛의 배광(light distribution)을 조절할 수 있다.
상기 제1발광 칩(72)은 와이어(73,74)로 상기 제1캐비티(60)의 바닥에 배치된 제1리드 프레임(21)과 제2리드 프레임(31)에 연결될 수 있다. 상기 제2발광 칩(73)은 와이어(75,76)로 상기 제1캐비티(60)의 바닥에 배치된 제1리드 프레임(21)과 제2리드 프레임(31)에 연결될 수 있다.
상기 제1캐비티(60) 내에는 보호 소자가 배치될 수 있으며 상기 보호소자는 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 제너 다이오드는 상기 발광 칩을 ESD(electro static discharge)로 부터 보호하게 된다.
상기 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(31)과 몸체(10) 사이에는 버퍼층(145,146)을 포함하며, 상기 버퍼층(145,146)은 상기 몸체(10)과 상기 리드 프레임(21,31) 사이의 열 전도율을 가지고 있어서, 상기 리드 프레임(21,31)로부터 전도된 열을 상기 몸체(10)로 효과적으로 전도하게 된다.
제1버퍼층(145)은 제1리드 프레임(21)의 하면 중에서 상기 제2캐비티(25)의 측면부(22)의 외측 둘레와 몸체(10) 사이에 배치된다. 상기 제1버퍼층(145)은 상기 제1리드 프레임(21)의 제2캐비티(25)에 배치된 제1발광 칩(71)으로부터 발생된 열을 상기 제1리드 프레임(21)으로부터 전도받아 상기 몸체(10)를 통해 전도하게 된다.
제2버퍼층(146)은 제2리드 프레임(31)의 하면 중에서 상기 제3캐비티(35)의 측면부(32)의 외측 둘레와 몸체(10) 사이에 배치된다. 상기 제2버퍼층(146)은 상기 제2리드 프레임(31)의 제3캐비티(35)에 배치된 제2발광 칩(72)으로부터 발생된 열을 상기 제2리드 프레임(31)으로부터 전도받아 상기 몸체(10)로 전도하게 된다.
상기 제1 및 제2버퍼층(145,146)은 상기 제2 및 제3캐비티(25,35)의 둘레에 배치되어, 상기 제2및 제3캐비티(25,35)의 바닥에 배치된 리드 프레임(21,31)으로부터 전도된 고온의 열이 상기 몸체(10)로 직접 전도되지 않도록 함으로써, 상기 몸체(10)의 변색도 방지할 수 있다.
상기 제1 및 제2버퍼층(145,146)은 상기 몸체(10)과 상기 리드 프레임(21,31)의 경계 부분에 형성됨으로써, 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 6 및 도 7에 도시된 표시 장치, 도 8에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 바텀 커버 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함하며, 상기 발광 소자(100)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 기판(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자(100)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(100)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자(100)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1155)으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 8은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자(100)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광 소자, 110,10: 몸체, 160,60: 캐비티, 171,71,72: 발광칩, 190,90:몰딩 부재 121,131,21,31: 리드 프레임, 141,142,143,144,145,146: 버퍼층

Claims (14)

  1. 지지부와 상기 지지부 상에 배치되는 반사부와 상기 반사부 내에 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 반사부와 상기 지지부 사이에 배치되는 제1리드 프레임과 제2리드 프레임을 포함하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임 상에 배치되는 발광칩; 및
    상기 리드 프레임과 상기 지지부 사이에 배치되는 버퍼층을 포함하고,
    상기 리드 프레임은 상기 리드 프레임의 하면과 상기 버퍼층이 접촉하는 하면에 복수의 홈을 포함하며,
    상기 버퍼층의 상면은 돌출되어 상기 홈과 접촉하며,
    상기 버퍼층의 적어도 일부는 상기 발광칩과 수직으로 중첩되는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광칩은 상기 제1리드 프레임 상에 배치되고,
    상기 버퍼층은 상기 제1리드 프레임 하에 배치되는 제1버퍼층과 상기 제2리드 프레임하에 배치되는 제2버퍼층을 포함하고,
    상기 제1버퍼층과 상기 발광칩은 수직으로 중첩되는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버퍼층의 열전도율은 상기 몸체의 열전도율보다 높고 상기 리드 프레임의 열전도율보다 낮은 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리드 프레임의 하면 중 적어도 하나에 돌기를 포함하는 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홈의 단면은 다각형 형상 또는 반구형 형상을 포함하는 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1버퍼층은 상기 제1리드 프레임의 너비와 동일한 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1버퍼층은 상기 제1리드 프레임의 하면 둘레에 배치되는 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1버퍼층은 상기 제1리드 프레임 위에 복수로 배열되며 서로 이격되어 배치되는 발광 소자.
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