KR101979845B1

KR101979845B1 - 발광 소자 패키지

Info

Publication number: KR101979845B1
Application number: KR1020120126541A
Authority: KR
Inventors: 한사름
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2019-05-17
Also published as: KR20140059992A

Abstract

실시 예는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 발광 소자, 상기 발광 소자를 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제1 실리콘으로 이루어지는 보호층, 및 상기 보호층을 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제2 실리콘으로 이루어지는 렌즈를 포함하며, 상기 제1 실리콘은 벤젠 고리를 포함하지 않고, 상기 제2 실리콘은 벤젠 고리를 포함한다.

Description

발광 소자 패키지{A LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}

실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.

반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode:LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.

또한 백열 전구, 형광등, 네온등과 비교할 때, LED는 전력 소비가 적고, 높은 색온도로 인하여 시인성이 우수하고 눈부심이 적은 장점이 있다. LED가 사용되는 램프는 그 용도에 따라 백라이트(backlight), 표시 장치, 조명등, 차량용 표시등, 또는 해드 램프(head lamp) 등에 사용될 수 있다.

실시 예는 광에 기인하는 렌즈의 변형 또는 변색을 방지할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.

실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제1 실리콘으로 이루어지는 보호층; 및 상기 보호층을 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제2 실리콘으로 이루어지는 렌즈를 포함하며, 상기 제1 실리콘은 벤젠 고리를 포함하지 않고, 상기 제2 실리콘은 벤젠 고리를 포함한다.

상기 제1 실리콘은 메틸(Methyl)계 실리콘이고, 상기 제2 실리콘은 페닐(Phenyl)계 실리콘일 수 있다.

상기 발광 소자 패키지는 상기 보호층과 상기 렌즈 사이에 배치되는 형광체층을 더 포함할 수 있다.

상기 보호층은 상부면에 형성되는 홈부를 가지며, 상기 형광체층은 상기 홈부 내에 위치할 수 있다.

상기 발광 소자는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광을 발생할 수 있다.

상기 보호층의 높이는 100um ~ 700um이고, 상기 렌즈의 높이는 1325um ~ 1525um일 수 있다. 상기 홈부의 깊이는 50um ~ 70um일 수 있다.

상기 발광 소자 패키지는 상기 기판 상에 배치되는 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임; 및 상기 발광 소자와 상기 제2 리드 프레임을 연결하는 와이어를 더 포함하며, 상기 발광 소자는 상기 제1 리드 프레임 상에 배치되고, 상기 보호층은 상기 발광 소자와 상기 와이어를 포위할 수 있다. 상기 제1 실리콘과 상기 제2 실리콘은 서로 굴절률이 다를 수 있다.

실시 예는 발광 소자에서 발생하는 광에 기인하는 렌즈의 변형 또는 변색을 방지할 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 리드 프레임들을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 보호층이 포함하는 화학 구조식을 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 렌즈가 포함하는 화학 구조식을 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 보호층 및 렌즈의 크기를 나타낸다.
도 8은 자외선 또는 청색광에 의한 페닐계 실리콘의 열화 매커니즘을 나타낸다.
도 9는 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다
도 10은 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프를 나타낸다

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 설명한다.

도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100-1)의 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100-1)의 리드 프레임들(121,122)을 나타내는 평면도이다. 도 1은 도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 AB 방향의 단면도일 수 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 보호층(160) 및 렌즈(170)의 도시를 생략한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자 패키지(100-1)는 기판(110), 리드 프레임들(예컨대, 121,122), 접착 부재(130), 발광 소자(140), 와이어(150), 보호층(160), 렌즈(170), 방열 전극(180), 및 비아(191 내지 194)를 포함한다.

기판(110)은 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN), 또는 세라믹 기판(예컨대, Al₂O₃) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판일 수 있다. 또한 기판(110)은 반사도가 높은 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 또한 기판(110)은 단층 구조 또는 복수 개의 층들이 적층되는 구조일 수 있다.

예컨대, 기판(110)은 가로와 세로의 길이가 각각 3.4 밀리미터(mm)인 정사각형 형상의 사파이어(Al₂O₃)일 수 있으나, 그 크기가 이에 한정되는 것은 아니다.

리드 프레임들(121,122)은 도전성 물질, 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 하나, 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.

제1 리드 프레임(121, 122) 및 제2 리드 프레임은 기판 상에 서로 전기적으로 분리되도록 이격하여 배치될 수 있다. 제1 리드 프레임(121)과 제2 리드 프레임(122)은 발광 소자(140)에서 방출된 빛을 반사시킬 수도 있다.

발광 소자(140)는 제1 리드 프레임(121) 상에 실장될 수 있다. 접착 부재(130)는 발광 소자(140)를 제1 리드 프레임(121) 상에 부착 또는 고정시킬 수 있다. 이때 접착 부재(130)는 절연성 물질 또는 도전성 물질일 수 있다.

와이어(150)는 발광 소자와 제2 리드 프레임(122)을 전기적으로 연결할 수 있다. 발광 소자(140)는 예컨대, 발광 다이오드(light emitting diode)일 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 발광 소자의 일 실시 예(140-1)를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 발광 소자(140-1)는 기판(310), 발광 구조물(320), 전도층(330), 제1 전극(342), 및 제2 전극(344)을 포함할 수 있다.

기판(310)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한 기판(310)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어 기판(310)은 사파이어(Al₂0₃), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga₂0₃, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 이러한 기판(310)의 상면에는 요철 패턴이 형성될 수 있다.

또한 기판(310) 위에는 2족 내지 6족 원소의 화합물 반도체를 이용한 층 또는 패턴, 예컨대, ZnO층(미도시), 버퍼층(미도시), 언도프드 반도체층(미도시) 중 적어도 한 층이 형성될 수 있다. 버퍼층 또는 언도프드 반도체층은 3족-5족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있으며, 버퍼층은 기판과의 격자 상수의 차이를 줄여주게 되며, 언도프드 반도체층은 도핑하지 않는 GaN계 반도체로 형성될 수 있다.

발광 구조물(320)은 빛을 발생하는 반도체층일 수 있으며, 제1 반도체층(322), 활성층(324), 및 제2 반도체층(326)을 포함할 수 있다.

제1 반도체층(322)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제1 반도체층(322)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다.

활성층(324)은 제1 반도체층(322) 및 제2 반도체층(326)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.

활성층(324)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(324)이 양자우물구조인 경우에는 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 In_aAl_bGa_1-a-bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질일 수 있다.

제2 반도체층(326)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제2 반도체층(326)은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.

발광 소자(140-1)는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광을 발생할 수 있으며, 이러한 광을 발생하기 위하여 발광 구조물(320)에 포함되는 제1 반도체층(322), 활성층(324), 및 제2 반도체층(326) 중 적어도 하나에 포함된 인듐(In) 또는/및 알루미늄(Al)의 함유량은 조절될 수 있다.

발광 구조물(320)는 제2 반도체층(326), 활성층(324) 및 제1 반도체층(322)의 일부가 제거되어 제1 반도체층(322)의 일부를 노출할 수 있다.

전도층(330)은 제2 반도체층(326) 상에 배치될 수 있다. 전도층(330)은 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 활성층(324)으로부터 제2 반도체층(326)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다.

전도층(330)은 투명 전도성 산화물, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc 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), IrOx, RuOx,RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.

제1 전극(342)은 노출되는 제1 반도체층(322) 상에 배치되며, 제2 전극(344)은 전도층(330) 상에 배치될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 발광 소자의 다른 실시 예(140-2)를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 발광 소자(300-2)는 제2 전극부(405), 보호층(440), 전류 차단층(Current Blocking Layer; 445), 발광 구조물(450), 패시베이션층(465), 및 제1 전극부(470)를 포함한다.

제2 전극부(405)는 제1 전극부(470)와 함께 발광 구조물(450)에 전원을 제공한다. 제2 전극부(405)는 지지층(support, 410), 접합층(bonding layer, 415), 배리어층(barrier layer, 420), 반사층(reflective layer, 425), 및 오믹 영역(ohmic layer, 430)을 포함할 수 있다.

지지층(410)는 발광 구조물(450)을 지지한다. 지지층(210)은 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 또한 지지층(410)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지층(410)는 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 물질이거나, 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.

접합층(415)은 지지층(410)와 배리어층(420) 사이에 배치될 수 있으며, 지지층(410)과 배리어층(420)을 접합시키는 본딩층(bonding layer)의 역할을 할 수 있다. 접합층(415)은 금속 물질, 예를 들어, In,Sn, Ag, Nb, Pd, Ni, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 접합층(415)은 지지층(410)을 본딩 방식으로 접합하기 위해 형성하는 것이므로 지지층(410)을 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 접합층(215)은 생략될 수 있다.

배리어층(420)은 반사층(425), 오믹 영역(430), 및 보호층(440)의 아래에 배치되며, 접합층(415) 및 지지층(410)의 금속 이온이 반사층(425), 및 오믹 영역(430)을 통과하여 발광 구조물(450)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 배리어층(420)은 Ni, Pt, Ti,W,V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.

반사층(425)은 배리어층(420) 상에 배치될 수 있으며, 발광 구조물(450)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 반사층(425)은 광 반사 물질, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.

반사층(425)은 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다.

오믹 영역(430)은 반사층(425)과 제2 반도체층(452) 사이에 배치될 수 있으며,제2 반도체층(452)에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 발광 구조물(450)에 전원이 원활히 공급되도록 할 수 있다.

투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용하여 오믹 영역(430)을 형성할 수 있다. 예컨대 오믹 영역(430)은 제2 반도체층(452)과 오믹 접촉하는 금속 물질, 예컨대, Ag, Ni,Cr,Ti,Pd,Ir, Sn, Ru, Pt, Au, Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

보호층(440)은 제2 전극층(405)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 보호층(440)은 오믹 영역(430)의 가장 자리 영역, 또는 반사층(425)의 가장 자리 영역, 또는 배리어층(420)의 가장 자리 영역, 또는 지지층(410)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다.

보호층(440)은 발광 구조물(450)과 제2 전극층(405) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(300-2)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(440)은 전기 절연성 물질, 예를 들어, ZnO, SiO₂, Si₃N₄, TiOx(x는 양의 실수), 또는 Al₂O₃ 등으로 형성될 수 있다.

전류 차단층(445)은 오믹 영역(430)과 발광 구조물(450) 사이에 배치될 수 있다. 전류 차단층(445)의 상면은 제2 반도체층(452)과 접촉하고, 전류 차단층(445)의 하면, 또는 하면과 측면은 오믹 영역(430)과 접촉할 수 있다. 전류 차단층(445)은 수직 방향으로 제1 전극부(470)와 적어도 일부가 오버랩되도록 배치될 수 있다.

전류 차단층(445)은 오믹 영역(430)과 제2 반도체층(452) 사이에 형성되거나, 반사층(425)과 오믹 영역(430) 사이에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광 구조물(450)은 오믹 영역(430) 및 보호층(440) 상에 배치될 수 있다. 발광 구조물(450)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 될 수 있다. 발광 구조물(450)은 제1 반도체층(456), 활성층(454), 및 제2 반도체층(452)을 포함할 수 있으며, 도 3에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 발광 소자(140-2)는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광을 발생할 수 있다.

패시베이션층(465)은 발광 구조물(450)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(450)의 측면에 배치될 수 있다. 패시베이션층(465)은 제1 반도체층(456)의 상면 일부 또는 보호층(440)의 상면에도 배치될 수 있다. 패시베이션층(465)은 절연 물질, 예컨대, SiO₂, SiO_x, SiO_xN_y,Si₃N₄, 또는 Al₂O₃로 형성될수 있다.

제1 전극부(470)는 제1 반도체층(456) 상에 배치될 수 있고, 소정의 패턴 형상일 수 있다. 제1 반도체층(456)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극부(470)의 상면에도 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다

보호층(160)은 기판(110) 상에 배치되며, 발광 소자(140) 및 와이어(150)를 밀봉하도록 감싼다. 보호층(160)은 발광 소자(140)로부터 발생하는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광에 의한 렌즈(170)의 변형, 또는 변색을 방지할 수 있다.

보호층(160)은 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광에 기인하는 열화에 강한 물질, 예컨대, 벤젠 고리를 갖지 않는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 보호층(160)은 벤젠 고리를 갖지 않는 실리콘, 예컨대, 메틸(Methyl)계 실리콘(silicon)일 수 있다. 보호층(160)의 형상은 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 보호층(160)이 포함하는 화학 구조식을 나타낸다.

보호층(160)은 도 5에 도시된 화학 구조식을 포함하는 실리콘(Polydimethylsiloxane)일 수 있다.

렌즈(170)는 기판(110) 상에 위치하며, 보호층(160)을 밀봉하도록 감쌀 수 있다. 렌즈(170)는 발광 소자(140)로부터 방출된 빛의 경로를 변경하는 역할을 할 수 있다. 렌즈(170)는 돔 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

렌즈(170)는 발광 소자(140)로부터 발생하는 열에 내성이 강한 실리콘, 예컨대, 벤젠 고리를 갖는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 렌즈(170)는 페닐(phenly)계 실리콘일 수 있다. 이는 렌즈(170)가 발광 소자(140)의 열에 의하여 형상이 변형되거나 손상될 경우 원하는 광출사각을 얻지 못할 수 있기 때문이다.

도 6은 도 1에 도시된 렌즈(170)가 포함하는 화학 구조식을 나타낸다.

렌즈(170)는 도 6에 도시된 화학 구조식을 포함하는 실리콘(Methylphenysiloxane)일 수 있다.

도 7은 도 1에 도시된 보호층(160) 및 렌즈(170)의 크기를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 발광 소자(140)의 높이(D1)는 70um ~ 90um일 수 있다. 보호층(160)의 높이(H3)는 100um ~ 700um일 수 있다. 발광 소자(140)를 충분히 감쌀 수 있어야 하기 때문에 발광 소자(140)와 보호층(160) 사이의 높이(H3)의 차이는 적어도 10um이상이어야 한다. 보호층(160)은 렌즈(170)보다 열에 약하기 때문에 보호층(160)의 높이를 700um보다 크게 할 경우 열에 의한 변형이 크게 발생할 수 있다.

렌즈(170)는 발광 소자(140)에 대응하도록 중앙에 위치하는 광굴절부(A1) 및 광굴절부(A1)의 가장 자리에 인접하여 위치하는 플랫부(A2)를 포함할 수 있다. 렌즈(170)의 전체 직경은 2.6 ~ 2.7 화이(PHI)일 수 있다.

광굴절부(A1)는 발광 소자(140)에서 방출된 빛의 진로를 변경하도록 돔형상일 수 있으며, 플랫부(A2)는 기판(110)과 평행하도록 편평한 형상일 수 있다.

광굴절부(A1)의 높이(H1)는 1325um ~ 1525um일 수 있으며, 플랫부(A2)의 높이(H2)는 90um ~ 110um일 수 있다. 또한 광굴절부(A1)의 직경은 1.7 ~ 1.9 화이(PHI)일 수 있다.

보호층(160)의 굴절률과 렌즈(170)의 굴절률은 서로 다를 수 있다. 이러한 굴절률의 차이에 의하여 실시 예는 광출사각을 향상시킬 수 있다.

렌즈(170)를 이루는 페닐계 실리콘은 고온(예컨대, 80℃ ~ 90℃) 고습(예컨대, 80% ~ 90%) 조건에서 UV(Ultra Violet) 및 청색광(예컨대, 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광)을 흡수하여 재료 구조 및 물성이 변화하여 열화, 예컨대, 변형 또는 변색이 발생할 수 있다.

도 8은 자외선 또는 청색광에 의한 페닐계 실리콘의 열화 매커니즘(mechanism)을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 자외선 또는 청색광 흡수에 의하여 페닐계 실리콘의 구성 물질 중 방향족 화합물, 즉 벤젠 고리를 가진 화합물의 탄소 이중 결합이 파괴되고, O₂ 가스에 의한 산화로 인하여 COOH, 및 C=O 등을 포함하는 발색 물질을 형성할 수 있다.

실시 예는 UV(Ultra Violet) 및 청색광(예컨대, 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광)에 기인하는 렌즈(170)의 변형 또는 변색을 방지하기 위하여 발광 소자(140)와 렌즈(170) 사이에 보호층(160)을 구비한다.

렌즈(170)를 이루는 페닐계 실리콘과 비교할 때, 보호층(160)을 이루는 메틸계 실리콘은 UV(Ultra Violet) 및 청색광(예컨대, 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광)에 기인하는 변형 또는 변색이 거의 없다. 이는 메틸계 실리콘은 UV(Ultra Violet) 및 청색광에 기인하여 파괴될 벤젠 고리 내의 탄소 결합이 존재하지 않기 때문이다.

따라서 실시 예는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광을 발생하는 발광 소자(140)를 감싸는 제1차 몰딩 부재인 보호층(160)을 구비함으로써, UV 및 청색광에 기인하는 렌즈(170)의 변형 또는 변색을 방지할 수 있다.

방열 전극(180)은 기판(110)의 뒷면에는 배치될 수 있다. 방열 전극(180)은 열전도성이 우수한 물질로 이루어지고, 발광 소자 패키지(100-1)로부터 발생하는 열을 방출시키는 경로로 작용할 수 있다. 방열 전극(180)의 수는 복수 개일 수 있고, 복수의 방열 전극들(예컨대, 181, 182,183)은 기판(110)의 뒷면에 서로 이격하여 배치될 수 있다.

비아(191 내지 194)는 기판(110)을 관통하여 리드 프레임(121, 122)과 방열 전극(181, 183)을 연결할 수 있다. 비아(191, 192)는 기판(110)에 마련되는 비아 홀 내에 도전 물질이 채워진 관통 전극일 수 있다.

예컨대, 제1 비아(191)는 제1 리드 프레임과 제1 방열 전극을 연결할 수 있고, 제2 비아(192)는 제2 리드 프레임과 제2 방열 전극을 연결할 수 있다. 이때 제1 및 제2 리드 프레임(121,122)은 기판(110)의 상부에 위치하는 상부 전극으로 작용하고, 제1 및 제2 방열 패드(191, 193)은 기판(110)의 하부에 위치하는 하부 전극으로 작용하고, 비아는 양자를 서로 전기적으로 연결할 수 있다.

도 9는 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100-2)를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.

도 9를 참조하면, 발광 소자 패키지(100-2)는 기판(110), 리드 프레임들(예컨대, 121,122), 접착 부재(130), 발광 소자(140), 와이어(150), 보호층(160), 렌즈(170), 형광체층(205), 방열 전극(180), 및 비아(191 내지 194)를 포함한다.

도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100-1)와 비교할 때, 발광 소자 패키지(100-2)는 보호층(160) 상에 위치하는 형광체층(205)을 더 포함할 수 있다.

형광체층(205)은 보호층(160-1)과 렌즈(170) 사이에 위치할 수 있다. 형광체층(205)은 형광체와 수지(resin)이 혼합된 형태일 수 있다. 또한 형광체층(205)는 플레이트(plate) 형태일 수 있다.

형광체와 혼합되는 수지는 경도가 높고, 신뢰성이 좋은 투명성의 열경화성 수지, 예컨대, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스(glass), 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 등일 수 있다. 바람직하게 형광체 플레이트(150)는 폴리카보네이트, 글래스, 또는 글래스 세라믹 중 어느 하나일 수 있다.

수지와 혼합되는 형광체는 종류가 하나 이상일 수 있으며, 실리케이트(silicate)계 형광체, YAG계 형광체 또는 나이트라이드(Nitride)계 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 실리케이트계 형광체는 Ca₂SiO₄:Eu, Sr₂SiO₄:Eu, Sr₃SiO₅:Eu, Ba₂SiO₄:Eu, 및 (Ca, Sr, Ba)₂SiO₄:Eu)일 수 있고, YAG계 형광체는 Y₃Al₅O₁₂:Ce, (Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ce)일 수 있고, 나이트라이드계 형광체는 Ca₂Si₅N₈:Eu, CaAlSiN₂:Eu, (Sr, Ca)AlSiN₂:Eu, α,β-SiAlON:Eu일 수 있다.

도 9에 도시된 형광체층(205)은 발광 소자(140)와 이격하여 위치하기 때문에, 실시 예는 발광 소자(140)로부터 발생하는 열에 의한 형광체층(205)의 열화를 방지할 수 있다.

도 10은 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100-3)를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.

도 9에 도시된 발광 소자 패키지와 비교할 때, 발광 소자 패키지(100-3)의 보호층(160-1)은 발광 소자(140)에 대응하는 또는 정렬하는 홈부(201)를 상부면(161)에 가질 수 있다. 홈부(201)는 보호층(160-1)의 상부면으로부터 일부가 함몰된 구조일 수 있다. 홈부(201)는 바닥(201-1) 및 측면(201-2)으로 구성될 수 있으며, 측면(201-2)은 바닥(201-1)과 이루는 각도가 둔각인 경사면일 수 있다. 홈부(201)의 바닥(201-2)의 면적은 적어도 발광 소자(140)의 상부면의 면적보다 클 수 있다.

홈부(201)의 깊이는 50um ~ 70um일 수 있으며, 형광체층(205-1)의 두께는 홈부(201)의 깊이와 동일하거나 작을 수 있다. 홈부(201)의 깊이가 70um보다 클 경우에 와이어(150) 본딩에 어려움이 있을 수 있고, 렌즈(170)의 변색을 방지하기에 충분한 두께가 아닐 수 있다.

형광체층(205-1)은 홈부(201) 내에 위치할 수 있다. 결국 도 9에 도시된 실시 예와 비교할 때 도 10에 도시된 실시 예는 형광체층(160-1)과 발광 소자(140) 사이의 거리가 감소할 수 있고, 이로 인하여 보호층(160-1)에 의하여 흡수되거나 손실되는 광이 적어 광 효율을 향상시킬 수 있다.

도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.

도 11을 참조하면, 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과, 광원의 열을 방출하는 방열부(740)와, 광원(750)과 방열부(740)를 수납하는 하우징(700)과, 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.

하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함할 수 있다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.

하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비될 수 있으며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.

광원(750)은 기판(754) 상에 실장되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함할 수 있다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 발광 소자 패키지(752)는 상술한 실시 예들(100-1, 100-2, 100-3) 중 어느 하나일 수 있다.

광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.

도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 표시 장치(800)는 바텀 커버(810)와, 바텀 커버(810) 상에 배치되는 반사판(820)과, 광을 방출하는 발광 모듈(830, 835)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광 모듈(830,835)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 프리즘 시트들(850,860)을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널(870)과, 디스플레이 패널(870)과 연결되고 디스플레이 패널(870)에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로(872)와, 디스플레이 패널(870)의 전방에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버(810), 반사판(820), 발광 모듈(830,835), 도광판(840), 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.

발광 모듈은 기판(830) 상에 실장되는 발광 소자 패키지들(835)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있으며, 발광 소자 패키지(835)는 실시 예들(100-1, 100-2, 100-3) 중 어느 하나일 수 있다.

바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 그리고, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있으며, 도광판(840)의 후면이나, 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.

여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.

그리고, 도광판(830)은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.

그리고, 제1 프리즘 시트(850)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.

그리고, 제2 프리즘 시트(860)에서 지지 필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 디스플레이 패널(1870)의 전면으로 고르게 분산하기 위함이다.

그리고, 도시되지는 않았으나, 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산 시트가 배치될 수 있다. 확산 시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다. 그리고, 확산 시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.

실시 예에서 확산 시트, 제1 프리즘시트(850), 및 제2 프리즘시트(860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.

디스플레이 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 표시 장치가 구비될 수 있다.

도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다. 도 13을 참조하면, 해드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903), 및 렌즈(904)를 포함한다.

발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 또는 100-3)를 포함할 수 있다.

리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.

쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.

발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 기판 121,122: 리드 프레임
130: 접착 부재 140: 발광 소자
150: 와이어 160: 보호층
170: 렌즈 180: 방열 전극
191,192: 비아 205: 형광체층

Claims

기판;
상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;
상기 발광 소자를 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제1 실리콘으로 이루어지는 보호층;
상기 보호층을 포위하도록 상기 기판 상에 배치되고, 제2 실리콘으로 이루어지는 렌즈; 및
상기 보호층과 상기 렌즈 사이에 배치되는 형광체층을 포함하고,
상기 제1 실리콘은 벤젠 고리를 포함하지 않고, 상기 제2 실리콘은 벤젠 고리를 포함하고,
상기 보호층은 상부면에 형성되는 홈부를 가지며, 상기 형광체층은 상기 홈부 내에 위치하는 발광 소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 제1 실리콘은 메틸(Methyl)계 실리콘이고, 상기 제2 실리콘은 페닐(Phenyl)계 실리콘인 발광 소자 패키지.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 발광 소자는 380nm ~ 460nm의 파장을 갖는 광을 발생하는 발광 소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 보호층의 높이는 100um ~ 700um이고, 상기 렌즈의 높이는 1325um ~ 1525um인 발광 소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 홈부의 깊이는 50um ~ 70um인 발광 소자 패키지.
제1항, 제2항, 또는 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 상에 배치되는 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임; 및
상기 발광 소자와 상기 제2 리드 프레임을 연결하는 와이어를 더 포함하며,
상기 발광 소자는 상기 제1 리드 프레임 상에 배치되고, 상기 보호층은 상기 발광 소자와 상기 와이어를 포위하는 발광 소자 패키지.
제1항, 제2항, 또는 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 실리콘과 상기 제2 실리콘은 서로 굴절률이 다른 발광 소자 패키지.