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KR100665219B1 - 파장변환형 발광다이오드 패키지 - Google Patents

파장변환형 발광다이오드 패키지 Download PDF

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KR100665219B1
KR100665219B1 KR1020050063532A KR20050063532A KR100665219B1 KR 100665219 B1 KR100665219 B1 KR 100665219B1 KR 1020050063532 A KR1020050063532 A KR 1020050063532A KR 20050063532 A KR20050063532 A KR 20050063532A KR 100665219 B1 KR100665219 B1 KR 100665219B1
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KR
South Korea
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refractive index
light emitting
emitting diode
high refractive
package
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KR1020050063532A
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Inventor
서효원
박희석
마사요시 코이케
Original Assignee
삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 파장변환형 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 리드 프레임을 갖는 패키지기판과, 상기 리드프레임에 전기적으로 접속되도록 상기 패키지기판 상에 실장된 발광다이오드와, 상기 발광다이오드를 둘러싸도록 형성되며, 제1 굴절률을 갖는 저굴절률영역과, 상기 저굴절률영역 상에 형성되며, 상면에 요철패턴이 형성되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는 고굴절률층과, 상기 고굴절률층 상에 형성되며, 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체를 함유하고 상기 제2 굴절률보다 낮은 제3 굴절률을 갖는 형광체함유 수지층을 포함하는 파장변환형 발광다이오드 패키지를 제공한다.
발광다이오드(light emitting diode), 형광체(phosphor), 광추출효율(light extraction efficiency), 굴절률(refractive index)

Description

파장변환형 발광다이오드 패키지{WAVELENGT-CONVERTED LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
도1은 종래의 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도2는 형광체입자에 의해 변환된 파장광의 방출방향을 나타내는 개략도이다.
도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도4는 도3에 도시된 발광다이오드 패키지에서 광추출메카니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도5a 및 도5b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
11a,31a: 하부 패키지기판 11b,31b: 상부 패키지기판
11,31,41,51,61: 패키지기판 12a,12b,32a,32b: 리드프레임
15,35,45,55,65: 발광다이오드 칩 18: 투명수지층
19,39,49,59,69: 형광체 36,46,56,66: 저굴절률영역
37,47,57,67 : 고굴절률층
본 발명은 파장변환형 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광체입자에 의해 산란되는 광자방향을 개선하여 광추출효율을 향상시킨 파장변환형 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 파장변환형 발광다이오드는 형광체 분말을 이용하여 고유 발광색의 파장을 변환시켜 원하는 발광색을 얻는 광원을 말한다. 특히, 백색 구현을 위한 파장변환형 발광다이오드는, 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트를 대체할 수 있는 고출력, 고효율 광원으로서 적극적으로 개발되고 있다.
도1는 종래의 일방법에 따라 제조된 백색 발광다이오드 패키지(10)를 나타내는 단면도이다.
도1을 참조하면, 상기 백색 발광다이오드 패키지(10)는 패키지기판(11)과 상기 패키지기판(11)에 실장된 청색 발광다이오드(15) 및 TAG 또는 YAG와 같은 형광체입자(19)를 함유한 투명수지층(18)을 포함한다. 상기 패키지기판(11)은 리드프레임(12a,12b)이 형성된 하부패키지기판(11a)과 상부로 경사진 내부측벽을 갖는 상부 패키지기판(11b)을 포함한다. 상기 발광다이오드(5)의 양전극(미도시)에 각각 연결된 전극부(미도시)은 각각 상기 리드프레임(12a,12b)의 상단에 와이어로 연결될 수 있다.
상기 청색 LED(15)로부터 방출되는 파장광은 형광체입자(19)에 의해 일부를 황색광으로 변환하고, 변환된 황색광은 변환되지 않은 청색광과 조합되어 원하는 백색광으로 발산될 수 있다.
하지만, 형광체입자(19)에 의해 여기되는 과정에서, 산란된 상당수의 광자는 외부로 유효하게 방출되지 못하고, 수지부(19) 또는 LED(15)로 향해 진행되어 흡수되는 문제가 있다.
도2는 이러한 광추출효율 저하문제를 설명하기 위한 개략도로서, 형광체 입자가 원형인 형태를 전제하여 도시한 것이다.
도2를 참조하면, LED로부터 방출된 광은 형광체입자에서 여기되어 입자표면 전체로부터 전방위로 산란될 수 있다. 그런, 이러한 산란광 중에서 입자의 180°선상의 광(A)은 유효하게 추출되나, 그 아래의 광(B)은 패키지 내부로 진행하므로, e다른 부재에 흡수되어 열로 변환될 수 있다.
이미 보고된 문헌인 J. Light Vis. Environ. 27(2), 70(2003)(K. Yamada외 다수)와 Phys. stat. sol.(a) 202(6), R60(N. Narendran 외 다수)에 따르면, 형광체에 의해 여기되는 백색광자 중 40%만이 유효하게 방출될 수 있으며, 나머지 60%의 광은 패키지 내부로 진행되어 소실되는 것으로 알려져 있다.
이와 같이, 파장변환형 발광다이오드 패키지는 형광체 입자에 의해 심각한 광추출효율의 저하문제를 갖는다. 따라서, 당 기술분야에서는 형광체 입자에 의해 산란된 광자의 진행을 유효한 방향으로 수정할 수 있는 새로운 광학적 구조를 채용한 파장변환형 발광다이오드 패키지가 요구되어 왔다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 상부에 형광체 함유 수지층을 배치하고, 그 하부에 서로 다른 굴절률과 요철을 이용하여 형광체 입자에 의해 산란되어 내부로 진행하는 광을 효과적으로 재추출시킬 수 있는 광학적 구조를 채용한 파장변환형 발광다이오드 패키지를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
리드 프레임을 갖는 패키지기판과, 상기 리드프레임에 전기적으로 접속되도록 상기 패키지기판 상에 실장된 발광다이오드와, 상기 발광다이오드를 둘러싸도록 형성되며, 제1 굴절률을 갖는 저굴절률영역과, 상기 저굴절률영역 상에 형성되며, 상면에 광추출향상을 위한 요철패턴이 형성되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는 고굴절률층과, 상기 고굴절률층 상에 형성되며, 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체를 함유하고 상기 제2 굴절률보다 낮은 제3 굴절률을 갖는 형광체함유 수지층을 포함하는 파장변환형 발광다이오 드 패키지를 제공한다.
실시형태에 따라, 상기 저굴절률영역은 빈 공간영역일 수 있다. 이 경우에 대기로 충전되므로, 상기 제1 굴절률은 약 1정도이다. 이와 달리, 상기 저굴절률영역을 투명수지로 충전된 영역일 수 있다. 이 경우에, 상기 투명수지는 에폭시수지, 실리콘수지 또는 그 혼합수지일 수 있다.
상기 고굴절률층은 다양한 구조를 가질 수 있다. 평균적으로 높은 굴절률을 갖는 투명수지층일 수 있으며, 요철패턴은 몰딩공정 또는 추가적인 식각공정으로 형성될 수 있다. 본 실시형태에 따른 고굴절률층은 고굴절률 입자가 분산된 투명수지로 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 고굴절률 입자는 GaP, Si, TiO2, SrTiO3, SiC, 큐빅 또는 비정질 카본, 카본나노튜브, AlGaInP, AlGaAs, SiN, SiON, ITO, SiGe, AlN 및 GaN로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 고굴절률층은 고굴절률 입자만으로 형성될 수도 있다. 이 경우에, 요철패턴은 그 입자의 자체 형상에 의해 결정될 수 있다.
상기 고굴절률층은 형광체 입자에서 산란된 광자가 저굴절률영역과의 계면에서 전반사될 수 있도록 높은 굴절률을 가지며, 바람직하게는 1.8이상의 굴절률을 갖는다.
본 발명에서 채용된 고굴절률층은 비교적 낮은 형광체 함유 수지층으로의 광추출이 용이하게 실현되도록 상면에 요철패턴을 갖는다. 바람직하게 상기 요철의 형성주기는 약 0.001∼500㎛범위일 수 있다. 또한, 고굴절률층과 형광체 함유 수지층의 굴절률 차이가 지나치게 클 경우에, 요철에 의한 광추출이 한계가 있으므로, 상기 고굴절률층의 굴절률은 10이하인 것이 바람직하다.
본 발명은 다양한 형태의 패키지구조에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 패키지기판은 리드프레임이 형성된 하부 패키지기판과, 내부측벽이 상부를 향해 경사진 캐비티를 갖는 상부 패키지기판을 포함하며, 이 경우에, 상기 캐비티는 발광다이오드의 실장영역으로 제공되고, 상기 몰딩부의 형성영역을 정의한다.
또한, 발광다이오드로부터 생성된 광이 고굴절률층으로 보다 용이하게 추출되도록, 상기 고굴절률층 하면에 그 발광파장에서 무반사성을 갖는 무반사층으로 추가적으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도3을 참조하면, 상기 발광다이오드 패키지(30)는 패키지기판(31)과 상기 패 키지기판(31)에 실장된 발광다이오드(35)를 포함한다. 상기 패키지기판(31)은 2개의 리드프레임(32a,32b)이 형성된 하부 패키지기판(31a)과 상기 캐비티가 마련된 상부 패키지 기판(31b)로 이루어질 수 있다. 상기 캐비티영역 내에는 발광다이오드 칩(35)이 실장된다. 상기 발광다이오드칩(35)의 양전극(미도시)은 각각 상기 리드프레임(32a,32b)의 상단에 와이어로 연결된다.
상기 발광다이오드(35)를 둘러싸도록 저굴절률영역(36)이 제공된다. 상기 저굴절률영역(36)은 빈공간일 수 있으나, 비교적 낮은 굴절률을 갖는 투명수지로 충전된 영역일 수 있다. 저굴절률영역(36)이 빈공간일 경우에는 대기와 유사한 굴절률(n=1)을 갖는다. 또한, 투명수지로 저굴절률영역(36)을 형성할 경우에는 통상의 에폭시, 실리콘 또는 그 혼합수지를 사용할 수 있다. 이 경우에, 저굴절률영역(36)의 굴절률은 대략 1.7정도일 수 있다.
상기 저굴절률영역(36) 상에는 고굴절률층(37)이 형성된다. 상기 고굴절률층(37)은 적어도 상기 저굴절률영역(36)보다 높은 굴절률을 가지며, 상면에는 요철패턴(37a)이 형성된다. 또한, 상기 고굴절률층(37) 상에는 상기 발광다이오드(35)로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체(39)가 함유된 수지층(38)이 형성된다. 상기 형광체 함유 수지층(38)은 적어도 상기 고굴절률층(37)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.
본 발명에서 채용된 고굴절률층(37)은 자체가 높은 굴절률을 갖는 수지로 형성되거나, 높은 굴절률 입자가 함유된 통상의 투명수지층으로 구현될 수도 있다. 이 경우에, 상기 고굴절률 입자는 GaP, Si, TiO2, SrTiO3, SiC, 큐빅 또는 비정질 카본, 카본나노튜브, AlGaInP, AlGaAs, SiN, SiON, ITO, SiGe, AlN 및 GaN로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 고굴절률층(37)은 형광체 입자(39)에서 산란된 광자가 상기 저굴절률영역(36)과의 계면에서 전반사될 수 있도록 높은 굴절률을 갖는다. 상기 고굴절률층(37)은 1.8이상의 굴절률을 갖도록 형성하는 것이 바람직하지만, 저굴절률영역(36)을 특정 굴절률을 갖는 수지로 형성할 경우에는, 상기 특정 수지와의 충분한 굴절률 차이를 갖도록 보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 고굴절률층(37)을 형성할 수도 있다.
상기 형광체 함유 수지층(38)과의 계면에서 비교적 높은 광추출임계각을 갖더라도 상기 고굴절률층(37) 상에 형성된 요철패턴(37a)에 의해 형광체 함유 수지층(38)으로의 광추출이 보다 용이하게 실현한다. 바람직하게 상기 요철(37a)의 형성주기는 약 0.001∼500㎛범위일 수 있다. 또한, 고굴절률층(37)과 형광체 함유 수지층(38)의 굴절률 차이가 지나치게 클 경우에, 요철(37a)에 의해서도 충분한 광추출을 기대하기 어려우므로, 상기 고굴절률층(37)의 굴절률은 10이하인 것이 바람직하다.
도4는 도3에 도시된 발광다이오드 패키지에서 광추출메카니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도3과 함께 도4를 참조하면, 발광다이오드(35)로부터 방출되는 광(①)은 저굴절률영역(36)과 고굴절률층(37)를 지나 형광체 함유 수지층(38)으로 진행된다. x통상적으로, 저굴절률영역(36)은 LED(35)를 구성하는 질화물보다 낮은 굴절률을 갖지만, LED 표면에 요철패턴(미도시)이 형성되므로, LED(35)로부터 발생된 광은 저굴절률영역(36)으로 효과적으로 추출될 수 있다. 또한, 저굴절률영역(36)에서 고굴절률층(37)으로 향하는 광은 높은 굴절률 물질로 진행되므로, 효과적으로 추출될 수 있다. 형광체 함유 수지층은 고굴절률층보다 낮은 굴절률이 가지므로, 제한된 광추출임계각을 갖지만, 고굴절률층의 상면에 형성된 요철에 의해 효과적으로 추출될 수 있다.
이어, LED의 방출광(①)은 형광체 입자(39)에서 여기되고, 그 여기된 일부 광(②)은 원하는 방향, 즉 패키지 상부를 향해 추출될 수 있다. 반면에, 다른 일부의 여기광(③)은 패키지 내부로 향하여 형광체 함유 수지층(38)에서 고굴절률층(37)으로 진행될 수 있다. 상기 형광체 함유수지층(38)은 고굴절률층(37)보다 낮은 굴절률을 가지므로, 패키지 내부로 향하는 광(③)은 거의 소실되지 않고 고굴절률층(37)으로 진입될 수 있다. 고굴절률층에 진입된 광(③)은 저굴절영역(36)과의 계면에서는 높은 굴절률차이에 의해 대부분 전반사된다. 전반사된 광(④)은 고굴절률층(37)의 상부로 진행되며, 고굴절률층(37)과 형광체 함유 수지층(38)의 계면을 통과하여 원하는 방향으로 추출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 고굴절률층(37)과 형광체 함유 수지층(38)은 굴절률차이에 의해 그 계면에서 제한된 광추출임계각을 갖지만, 고굴절률층(37)의 상면에 형성된 요철(37a)에 의해 용이하게 추출될 수 있다.
이와 같이, 형광체 입자(39)에 의해 산란되어 패키지 내부로 진행되는 광(③)은 상면에 요철(37a)이 형성된 고굴절률층(37)과 저굴절률영역(36)에 의해 원하는 상부 방향으로 효과적으로 전반사시킬 수 있다.
본 발명은 형광체 입자를 함유한 수지층을 상부에 배치하고, 그 하부에 요철면을 갖는 고굴절률층과 저굴절률영역으로 이루어진 광학적 구조를 도입함으로써 형광체 입자에서 전반위로 산란된 광의 진행방향을 광추출효율이 개선되도록 상부 방향으로 재조정할 수 있다.
본 발명은 상기한 특징적인 구성요소를 유지하면서 다양한 실시형태로 변형되어 구현될 수 있다. 도5a 및 도5b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 파장변환형 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다. 도5a는 형광체 함유 수지층을 개선한 구조이며, 도5b는 패키지기판의 구조가 다른 실시형태를 예시한다.
도5a에 도시된 발광다이오드 패키지(40)는 도3과 유사하게 패키지기판(41)과 상기 패키지기판(41)에 실장된 발광다이오드(45)를 포함한다. 상기 패키지기판(41)은 2개의 리드프레임(42a,42b)이 형성된 하부 패키지기판(41a)과 상기 캐비티가 마련된 상부 패키지 기판(41b)로 이루어질 수 있다. 상기 발광다이오드 칩(45)의 양전극(미도시)은 각각 상기 리드프레임(42a,42b)의 상단에 와이어로 연결된다.
저굴절률영역(46)은 상기 발광다이오드(45)를 둘러싸도록 제공된다. 상기 저굴절률영역(46)은 빈공간 또는 에폭시 또는 실리콘 수지와 같은 비교적 낮은 굴절률을 갖는 투명수지로 충전된 영역일 수 있다. 또한, 저굴절률영역(46)을 빈공간영역으로 형성하되, 그 빈공간영역에 낮은 굴절률을 갖는 수지로 형성된 렌즈(미도시)를 발광다이오드 칩(45)를 둘러싸도록 배치하는 방식으로 저굴절률영역(46)을 제공할 수도 있다.
상기 저굴절률영역(46) 상에는 고굴절률층(47)이 형성된다. 상기 고굴절률층(47)은 적어도 상기 저굴절률영역(46)보다 높은 굴절률을 가지며, 상면에는 요철패턴(47a)이 형성된다. 상기 고굴절률층(47) 상에 형성된 요철패턴(47a)은 비교적 낮은 형광체 함유 수지층(48)으로의 광추출을 보다 용이하게 할 수 있다. 바람직하게 상기 요철(47a)의 형성주기는 약 0.001∼500㎛범위일 수 있다.
또한, 본 실시형태와 같이, 고굴절률층(47)의 하면, 즉 고굴절률층(47)과 저굴절률영역(46) 계면에 무반사층(47b)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 무반사층(47b)은 발광다이오드(45)의 광파장대역에서 무반사성을 갖는 물질로 이루어지며, 발광다이오드(45)로부터 생성된 광이 고굴절률층(47)으로 보다 효과적으로 진행되는 것을 도모할 수 있다.
상기 고굴절률층(47) 상에는 상기 발광다이오드(45)로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체(49)가 함유된 수지층(48)이 형성된다. 상기 형광체 함유 수지층(48)은 적어도 상기 고굴절률층(47)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.
본 실시형태에서 형광체 함유 수지층(48)은 통상적인 투명수지영역을 형성한 후에 그 상면에 형광체(49)를 도포하는 방식으로 형성된 예이다. 이러한 구조에서도 형광체 입자(49)로 이루어진 층이 고굴절률층(47) 및 저굴절률영역(46)으로 이루어진 광학구조 상에 위치하므로, 본 발명에 따른 광추출효율의 개선효과를 충분히 기대할 수 있다.
또한, 상기 고굴절률층(47)은 자체가 높은 굴절률을 갖는 수지로 형성되거나, 높은 굴절률 입자가 함유된 통상의 투명수지로 형성될 수도 있다. 상기 고굴절률층(47)은 형광체 입자(49)에서 산란된 광자가 상기 저굴절률영역(46)과의 계면에서 전반사될 수 있도록 적어도 1.8이상의 굴절률을 가지며, 형광체함유 수지층(48)으로의 광추출이 용이하도록 10이하의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 따른 패키지의 제조공정은 이에 한정되지는 않으나, 저굴절률영역(46)을 에폭시 또는 실리콘 수지와 같은 투명수지로 형성할 경우에는 고굴절률층(47)과 형광체 함유 수지층(48)을 연속적인 도포 및 경화공정을 통해 형성될 수 있다. 다만, 상기 고굴절률층(47) 상에 형성된 요철(47a)은, 경화공정 후에 기계적 또는 화학적 식각을 적용하거나, 경화 전에 몰딩프레임을 이용하여 형성될 수 있다.
도5b에 도시된 발광다이오드 패키지(50)는 패키지기판(51)과 상기 패키지기판(51) 상에 실장된 발광다이오드(55)를 포함한다. 상기 패키지기판(51)은 이에 한정되지는 않으나, 그 상면에 형성된 2개의 리드프레임(52a,52b)과, 그 하면에 형성 된 2개의 접속패드(54a,54b)와, 각각을 연결하는 도전성 비아홀(53a,53b)을 포함한다.
상기 발광다이오드 패키지(50)는 다른 실시형태와 유사하게, 상기 발광다이오드(55)를 둘러싸는 반구형 저굴절률영역(56)과, 상기 저굴절률영역(56) 상에 형성된 고굴절률층(57)과, 상기 고굴절률층(57) 상에 형성된 형광체함유수지층(58)을 포함한다. 상기 고굴절률층(57)은 적어도 상기 저굴절률영역(56)보다 높은 굴절률을 가지며, 상면에는 요철패턴(57a)이 형성된다. 상기 형광체 함유 수지층(58)은 적어도 상기 고굴절률층(57)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.
본 실시형태에서, 반구형인 저굴절영역(56)을 투명수지층으로 형성할 경우에는 트랜스퍼 몰딩공정과 같은 종래의 몰딩공정을 이용하여 용이하게 형성될 수 있다. 이 경우에, 다른 층(57,58)의 공정도 유사한 몰딩공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 상기 저굴절영역(56)은 빈공간으로 제공할 경우에는, 고굴절률층(57) 및/또는 형광체 함유 수지층(58)을 별도의 몰딩공정을 통해 원하는 형상으로 제조한 후에, 패키지기판(51) 상에 부착시키는 방식으로 구현될 수도 있다. 고굴절률층(57) 및 형광체 함유 수지층(58)은 반구형이 예시되어 있으나, 단면이 사각형 또는 삼각형 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
이러한 형상의 다양성은 도5a의 구조에서도 유사하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 도5a의 실시형태에서는 고굴절률층(47)이 평탄한 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 도5b와 유사하게 반구형 또는 다른 형상을 갖도록 변형될 수 있다.
본 발명에서 채용되는 고굴절률층은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 특히, 요철패턴을 형성하는 방식을 통상의 몰딩공정이나 에칭공정을 이용하지 않고, 고굴절률입자 자체의 형상만을 이용하여 형성할 수도 있다. 이러한 실시형태는 도6에 예시되어 있다.
도6을 참조하면, 상기 발광다이오드 패키지(60)는 도3에 도시된 실시형태와 유사하게, 패키지기판(61)과 상기 패키지기판(61)에 실장된 발광다이오드(65)를 포함하며, 상기 패키지기판(61)은 2개의 리드프레임(62a,62b)이 형성된 하부 패키지기판(61a)과 상기 캐비티가 마련된 상부 패키지 기판(61b)로 이루어질 수 있다.
상기 캐비티영역 내에는 발광다이오드 칩(65)이 실장된다. 상기 발광다이오드칩(65)의 양전극(미도시)은 각각 상기 리드프레임(62a,62b)의 상단에 와이어로 연결된다. 상기 발광다이오드(65)를 둘러싸도록 저굴절률영역(66)이 제공된다.
상기 저굴절률영역(66)은 빈공간일 수 있거나, 비교적 낮은 굴절률을 갖는 투명수지로 충전된 영역일 수 있다. 저굴절률영역(66)이 빈공간일 경우에는 대기와 유사한 굴절률(n=1)을 갖는다. 또한, 투명수지로 저굴절률영역(66)을 형성할 경우에는 통상의 에폭시, 실리콘 또는 그 혼합수지를 사용할 수 있다. 이 경우에, 저굴절률영역(66)의 굴절률은 대략 1.7정도일 수 있다.
상기 저굴절률영역(66) 상에는 고굴절률층(67)이 형성된다. 상기 고굴절률층(67)은 적어도 상기 저굴절률영역(36)보다 높은 굴절률을 갖는 고굴절률 입자로 형 성되며, 그 상면의 요철패턴(67a)은 상기 입자의 형상에 의해 형성된다. 따라서, 본 실시형태에서 요철패턴(67a)의 형상이나 주기는 상기 고굴절률 입자의 입경이나 형상에 의해 결정된다. 상기 고굴절률 입자는 GaP, Si, TiO2, SrTiO3, SiC, 큐빅 또는 비정질 카본, 카본나노튜브, AlGaInP, AlGaAs, SiN, SiON, ITO, SiGe, AlN 및 GaN로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 실시형태에 채용된 고굴절률층(67)은 별도의 공정에서 적어도 상부표면이 상기한 고굴절률입자로 배열된 막구조로 형성하여 상기 캐비티영역에 배치하는 방식으로 형성할 수 있다. 이와 달리, 저굴절률영역(66)을 특정 수지로 형성하는 경우에는 그 수지 상부면에 상기한 고굴절률입자는 조밀하게 도포하여 형성할 수도 있다.
상기 고굴절률층(67) 상에는 상기 발광다이오드(65)로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체(69)가 함유된 수지층(68)이 형성된다. 상기 형광체 함유 수지층(68)은 적어도 상기 고굴절률층(67)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.
상기 고굴절률층(67) 상에 형성된 요철패턴(67a)은 비교적 낮은 굴절률을 갖는 형광체 함유 수지층으로 광추출을 보다 용이하게 한다. 또한, 고굴절률층(67)과 형광체 함유 수지층(68)의 굴절률 차이가 지나치게 클 경우에, 요철(67a)에 의해서도 충분한 광추출을 기대하기 어려우므로, 상기 고굴절률층(67)의 굴절률은 10이하인 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상부에 형광체 함유 수지층을 배치하고, 그 하부에 서로 다른 굴절률과 요철을 이용한 새로운 광학적 구조를 채용함으로써 형광체 입자에 의해 산란되어 내부로 진행하는 광을 원하는 방향으로 효과적으로 재추출시킬 수 있다. 우수한 광추출효율을 갖는 파장변환형 발광다이오드를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 리드 프레임을 갖는 패키지기판;
    상기 리드프레임에 전기적으로 접속되도록 상기 패키지기판 상에 실장된 발광다이오드;
    상기 발광다이오드를 둘러싸도록 형성되며, 제1 굴절률을 갖는 저굴절률영역;
    상기 저굴절률영역 상에 형성되며, 상면에 광추출을 위한 요철패턴이 형성되고 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는 고굴절률층; 및
    상기 고굴절률층 상에 형성되며, 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 파장을 변환시키기 위한 형광체를 함유하고 상기 제2 굴절률보다 낮은 제3 굴절률을 갖는 형광체함유 수지층을 포함하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저굴절률영역은 빈 공간영역이며, 상기 제1 굴절률은 1인 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저굴절률영역은 투명수지로 충전된 영역인 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투명수지는 에폭시수지, 실리콘수지 및 그 혼합수지로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률층은 1.8∼10의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률층의 요철주기는 0.001∼500㎛범위인 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률층은 고굴절률 입자가 혼합된 투명수지층이며, 상기 요철패턴은 상기 수지층의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고굴절률 입자는 GaP, Si, TiO2, SrTiO3, SiC, 다이아몬드, 비정질 카본, 카본나노튜브, AlGaInP, AlGaAs, SiN, SiON, ITO, SiGe, AlN 및 GaN로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률층은 고굴절률 입자로 형성된 층이며, 상기 고굴절률층의 요철패턴은 상기 고굴절률층의 상부에 배열된 고굴절률 입자의 자체 형상에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고굴절률 입자는 GaP, Si, TiO2, SrTiO3, SiC, 다이아몬드, 비정질 카본, 카본나노튜브, AlGaInP, AlGaAs, SiN, SiON, ITO, SiGe, AlN 및 GaN로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 패키지기판은 리드프레임이 형성된 하부 패키지기판과, 내부측벽이 상부를 향해 경사진 캐비티를 갖는 상부 패키지기판을 포함하며, 상기 캐비티는 발광다이오드의 실장영역으로 제공되고, 상기 몰딩부의 형성영역을 정의하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률층 하면에 형성되며 상기 발광 다이오드로부터 생성되는 광의 파장에서 무반사성을 갖는 무반사(AR)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장변환형 발광다이오드 패키지.
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