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KR102530759B1 - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광소자 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102530759B1
KR102530759B1 KR1020160073856A KR20160073856A KR102530759B1 KR 102530759 B1 KR102530759 B1 KR 102530759B1 KR 1020160073856 A KR1020160073856 A KR 1020160073856A KR 20160073856 A KR20160073856 A KR 20160073856A KR 102530759 B1 KR102530759 B1 KR 102530759B1
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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지는, 발광소자를 실장하기 위한 실장 영역(mounting region)을 제공하는 실장 표면을 가지며, 상기 실장 영역에 위치하며 상기 실장 표면보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공하는 홈부를 갖는 패키지 본체; 상기 패키지 본체에 의해 지지되며, 상기 홈부의 바닥면에 일부 영역이 위치하는 리드프레임; 및 전극 패드가 배치된 제1면과 상기 제1면과 반대에 위치하는 제2면과 상기 제1면과 제2면 사이에 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면을 가지며, 상기 제1면이 상기 실장 표면에 접하도록 상기 실장 영역에 배치되고, 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되도록 상기 전극 패드가 상기 홈부에 위치하는 발광소자;를 포함할 수 있다.

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 고전류 영역에서의 광효율 증대와 열전달 특성을 개선하기 위해 플립칩 구조의 LED를 장착한 패키지 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이러한 형태의 패키지는 솔더 범프를 LED의 하면에 형성하거나 솔더 페이스트를 리드프레임에 도포하여 LED를 장착하게 되는데, 솔더의 두께에 의해 리드프레임의 상면과 LED 사이에 간격이 발생하게 된다. 이는 LED에서 발생된 빛이 봉지부 내에 함유된 형광체와 산란을 일으키고, 일부 LED 아래로 들어간 빛이 솔더에 흡수되어 광손실을 발생시키는 원인이 된다.
또한, 패키지 본체에 실장되는 LED는 솔더를 매개로 접합시 LED가 평탄하게 접합되지 못하거나 회전 등에 의해 위치가 어긋나는 등의 문제가 있어 신뢰성 및 안정성을 저해하는 요소로 지적되고 있다.
이에, 당 기술분야에서는 플립칩 구조의 LED를 장착한 패키지에서 광손실의 발생을 방지하며, LED 접합 시 신뢰성을 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지는, 발광소자를 실장하기 위한 실장 영역(mounting region)을 제공하는 실장 표면을 가지며, 상기 실장 영역에 위치하며 상기 실장 표면보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공하는 홈부를 갖는 패키지 본체; 상기 패키지 본체에 의해 지지되며, 상기 홈부의 바닥면에 일부 영역이 위치하는 리드프레임; 및 전극 패드가 배치된 제1면과 상기 제1면과 반대에 위치하는 제2면과 상기 제1면과 제2면 사이에 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면을 가지며, 상기 제1면이 상기 실장 표면에 접하도록 상기 실장 영역에 배치되고, 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되도록 상기 전극 패드가 상기 홈부에 위치하는 발광소자;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지는, 제1 및 제2 리드프레임; 상기 제1 및 제2 리드프레임을 지지하며, 상기 제1 및 제2 리드프레임의 일부 영역이 노출되는 홈부를 가지는 패키지 본체; 상기 패키지 본체의 홈부를 덮도록 배치되며, 상기 홈부 내에 위치하여 상기 제1 및 제2 리드프레임의 노출된 영역에 각각 접속된 제1 및 제2 전극 패드를 갖는 발광소자; 및 상기 패키지 본체 상에 배치되며 상기 발광소자의 상면 및 측면을 덮는 광투과성 봉지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 광손실의 발생을 방지하며, LED가 솔더 등을 매개로 접합됨에 있어서 신뢰성이 향상될 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자 패키지를 I-I'선으로 절취한 단면도이다.
도 3은 도 2의 'A' 부분을 확대한 단면도이다.
도 4a는 홈부와 연결홈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 평면도이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 'B' 부분을 확대한 단면도이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 채용가능한 형광체를 설명하기 위한 CIE1931 좌표계이다.
도 12는 예시적 실시예에 따른 발광소자를 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 발광소자를 II-II'선으로 절취한 단면도이다.
도 14 내지 도 16은 각각 예시적 실시예에 따른 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 17a 및 도 17b는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 18 내지 도 21은 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 예시적 실시예에 따른 조명 장치(벌브형)를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 23은 예시적 실시예에 따른 조명 장치(L램프형)를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 24는 예시적인 실시예들에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 실내용 조명제어 네트워크 시스템이다.
도 25는 예시적인 실시예들에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 개방형 네트워크 시스템이다.
도 26은 예시적인 실시예들에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 가시광 무선 통신에 의한 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 1은 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발광소자 패키지를 I-I'선으로 절취한 단면도이며, 도 3은 도 2의 'A' 부분을 확대한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 발광소자(10), 리드프레임(20), 패키지 본체(30)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 발광소자(10)를 덮는 봉지부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 외부에서 인가되는 구동 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전소자(Optoelectronic Device)일 수 있다. 예를 들어, n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 갖는 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 자외 광 등을 발광할 수도 있다. 필요에 따라 형광체와 같은 파장변환물질과 결합하여 백색 광을 방출할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 다양한 구조를 갖는 발광다이오드(LED) 칩을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광소자(10)는 다양한 구조를 갖는 레이저 다이오드(LD) 칩을 포함할 수 있다.
도 3에서와 같이 상기 발광소자(10)는 제1면(10a), 상기 제1면(10a)과 반대에 위치한 제2면(10b), 및 상기 제1면(10a)과 제2면(10b) 사이의 제3면(10c)을 가질 수 있다. 상기 제1면(10a) 내지 제3면(10c)은 각각 상기 발광소자(10)의 밑면, 상면 및 측면에 해당할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 구동 전원을 공급받기 위한 전극 패드(11)를 상기 제1면(10a)에 가질 수 있다.
상기 리드프레임(20)은 도전성 범프(S)를 사용하여 상기 발광소자(10)와 플립칩 본딩될 수 있다. 상기 도전성 범프(S)는, 예를 들어, SAC 계열의 솔더를 포함할 수 있다. 상기 리드프레임(20)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 리드프레임(20)은 적어도 한 쌍이 전기적 절연을 위해 서로 분리되어 마주보는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 리드프레임(20)은 제1 극성을 갖는 제1 리드프레임(21) 및 상기 제1 극성과 다른 제2 극성을 갖는 제2 리드프레임(22)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 극성과 제2 극성은 각각 양극과 음극(또는 그 반대)일 수 있다.
상기 패키지 본체(30)에는 상기 발광소자(10)가 놓일 수 있다. 본 실시예에서는 단일의 발광소자(10)가 상기 패키지 본체(30)에 놓이는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 리드프레임(20)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 패키지 본체(30)는 상기 리드프레임(20)의 상면(20a)을 소정 두께로 덮을 수 있다. 상기 리드프레임(20)은 상기 패키지 본체(30) 내에 매설된 상태로 지지될 수 있다. 상기 리드프레임(20)의 하면(20b)은 상기 패키지 본체(30)의 하부로 노출될 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 발광소자(10)를 수용하는 반사컵(31)을 가질 수 있다. 상기 패키지 본체(30)는 상기 반사컵(31) 내에서 상기 발광소자(10)를 실장하기 위한 실장 영역(mounting region)을 제공하는 실장 표면(30a)과, 상기 실장 영역을 둘러싸도록 상기 실장 표면(30a)에서 상부를 향해 경사진 내부 측벽(30b)을 포함할 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 실장 표면(30a)에 홈부(32)를 가질 수 있다. 상기 홈부(32)는 상기 실장 표면(30a)의 대략 중앙 영역에 위치할 수 있다.
도 4a는 홈부와 연결홈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 평면도이다. 도 2 및 도 3과 함께 도 4a와 도 4b를 참조하면, 상기 홈부(32)는 상기 실장 표면(30a)보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공할 수 있다.
상기 홈부(32)는 상기 실장 표면(30a)에서 상기 리드프레임(20)의 상면(20a)까지 함몰되어 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않을 수 있다. 즉, 상부에서 바라보았을 때 상기 패키지 본체(30)는 상기 홈부(32)를 제외하고 상기 리드프레임(20)을 덮을 수 있다.
상기 홈부(32)는, 상부에서 바라보았을 때, 상기 발광소자(10)의 제1면(10a)과 대응하는 단면 형상(예를 들어, 사각 형상)을 가질 수 있다. 다만, 그 크기는 상기 제1면(10a)의 면적보다 작을 수 있다.
상기 리드프레임(20)은 일부 영역이 상기 홈부(32)의 바닥면에 위치할 수 있다. 즉, 상기 홈부(32)는 상기 리드프레임(20)의 상면(20a) 중 상기 홈부(32)의 아래에 위치하여 상기 패키지 본체(30)에 의해 덮이지 않는 부분을 상기 홈부(32)의 바닥면 일부로 가질 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 실장 표면(30a)에 상기 홈부(32)와 연결되는 연결홈(33)을 가질 수 있다. 상기 연결홈(33)은 상기 실장 표면(30a)에서 소정 깊이로 함몰된 트렌치 구조를 가지며, 상기 홈부(32)에서 상기 내부 측벽(30b)으로 연장될 수 있다.
상기 연결홈(33)은 추후 설명하는 봉지부(40)를 이루는 수지가 상기 홈부(32)로 유입되는 통로 역할을 할 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 발광소자(10)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다.
상기 백색 성형 복합재는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC), 실리콘(silicone)과 같은 고 내열성의 열경화성 수지 또는 PPA, PCT와 같은 열가소성 수지와 그 내부의 백색 안료를 포함할 수 있다. 백색 안료로는 TiO2, ZnO 등이 사용될 수 있다. 또한, 내부에 충진제를 더 포함할 수 있다. 충진제로는 SiO2 등이 사용될 수 있다. 또한, 경화제, 이형제, 산화방지제, 접착력 향상제 등이 첨가될 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 또한 FR-4, CEM-3, 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 패키지 본체(30)가 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않는 홈부(32)를 실장 표면(30a)에 구비함으로써, 상기 발광소자(10)는 상기 실장 영역에 배치되어 상기 홈부(32)를 덮으며, 상기 도전성 범프(S)를 사용하여 상기 홈부(32)에 의해 덮이지 않는 상기 리드프레임(20)과 접속할 수 있다. 그리고, 상기 홈부(32)는 상기 전극 패드(11)와 상기 리드프레임(20) 사이게 개재되는 상기 도전성 범프(S)를 수용할 수 있다.
상기 홈부(32)는, 상기 발광소자(10)가 상기 홈부(32)를 덮는 상태에서, 상기 실장 표면(30a)과 단턱을 이루는 가장자리가 상기 전극 패드(11)와 상기 발광소자(10)의 외곽 사이에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 패키지 본체(30)는 상기 발광소자(10)의 외곽과 상기 전극 패드(11) 사이의 영역을 따라서 상기 발광소자(10)와 상기 리드프레임(20) 사이를 채울 수 있다.
따라서, 상기 발광소자(10)는 상기 홈부(32)를 덮도록 상기 실장 표면(30a)에 실장된 상태에서 상기 제1면(10a)이 상기 실장 표면(30a)과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1면(10a)은 상기 전극 패드(11)가 위치한 제1 영역(r1)과 상기 제1 영역(r1)을 둘러싼 제2 영역(r2)을 포함할 수 있다(도 3 및 도 12 참조). 상기 제2 영역(r2)은 상기 홈부(32)의 주위를 따라서 상기 실장 표면(30a)과 접촉할 수 있다.
상기 발광소자(10)의 상기 제2면(10b)과 제3면(10c)은 광방출면으로 제공되도록 상기 실장 표면(30a)에서 상부로 돌출되되 상기 내부 측벽(30b)과 분리되는 구조로 배치될 수 있다.
상기 연결홈(33)은 상기 발광소자(10)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 상기 연결홈(33)은 상기 발광소자(10)가 상기 홈부(32)를 덮도록 상기 실장 표면(30a)에 실장된 상태에서 상기 실장 표면(30a)으로 노출될 수 있다.
상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(10)를 덮을 수 있다. 상기 봉지부(40)는 파장변환물질 함유 수지가 경화되어 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사컵(31)을 채우도록 주입된 수지를 경화시켜 상기 봉지부(40)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 주입된 수지는 상기 연결홈(33)을 따라서 상기 홈부(32)로 유입되어 상기 홈부(32)에서 상기 전극 패드(11) 사이의 공간을 채울 수 있다.
상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(10)에서 발생된 광이 외부로 방출될 수 있도록 광투과성 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 봉지부(40)의 표면이 전체적으로 평평한 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 봉지부(40)는 표면이 볼록한 돔 형태의 렌즈 구조를 가지는 것도 가능하다. 또한, 상기 봉지부(40) 상에 별도의 렌즈를 추가로 부착하는 것도 가능하다.
상기 봉지부(40)는 파장변환물질을 함유할 수 있다. 상기 파장변환물질은 적어도 1종 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 상기 발광소자(10)와 상기 패키지 본체(30)의 표면에 인접한 영역에 상대적으로 많이 분포할 수 있다. 예를 들어, 도면에서 도시하는 바와 같이, 상기 형광체는 상기 발광소자(10)와 반사컵(31)의 바닥면(30a)과 반사면(30b)을 덮는 형광체층(41)을 형성할 수 있다.
상기 형광체층(41)은 상기 봉지부(40) 내에 함유된 형광체가, 예를 들어, 침강등에 의해 반사컵(31)의 아래쪽에 상대적으로 많이 분포되어 이루어지는 층 구조물에 해당할 수 있다. 상기 형광체층(41)은 상기 발광소자(10)의 제2면(10b)과 제3면(10c)을 덮을 수 있다.
실시형태에 따라서 상기 형광체층(41)은 박막 형태로 제조되어 상기 발광소자(10)의 표면에 부착되는 것도 가능하다.
본 실시예에 따르면, 홈부(32)에 의해 리드프레임(20)의 도전성 범프(S)와 접속하는 부분을 제외하고 리드프레임(20)의 상면(20a)이 패키지 본체(30)로 덮여진 구조를 가질 수 있다. 발광소자(10)는 밑면이 패키지 본체(30)의 실장 표면과 접촉하는 구조로 패키지 본체(30)에 장착되고, 홈부(32)에 위치하는 전극 패드(11)와 도전성 범프(S)는 발광소자(10)가 홈부(32)를 덮음으로써 노출되지 않을 수 있다.
즉, 발광소자(10)와 리드프레임(20) 사이에 개재되는 도전성 범프(S)에 의해 발광소자(10)와 리드프레임(20) 사이에 간격이 존재하는 종래의 구조와 달리 본 실시예에서는 발광소자(10)의 밑면이 패키지 본체(30)의 표면과 접촉하기 때문에 종래와 같은 간격은 존재하지 않는다. 따라서, 종래와 같이 발광소자(10)에서 방출되는 광이 반사 또는 산란에 의해 발광소자의 밑면에서 도전성 범프(S)에 흡수되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 발광소자(10)의 밑면만이 패키지 본체(30)의 표면과 접촉하고, 발광소자(10)의 측면과 상면은 패키지 본체(30)와 분리되어 접촉하지 않는 구조를 가지기 때문에 발광소자(10)에서 발생되는 빛과 열에 의해 패키지 본체(30)가 황색화(yellowing)되는 등의 열화 문제를 완화할 수 있다. 즉, 발광소자(10)의 밑면을 제외한 나머지 부분이 패키지 본체(30)와 소정 간격으로 분리된 상태에서 형광체를 발광소자(10) 주위로 집중 분포되도록 함으로써 패키지 본체(30)에 도달하는 빛의 파장을 최대한 장파장으로 변환시키기 때문에 단파장 빛에 의한 패키지 본체(30)의 변색 및 광속 열화 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 홈부가 전극 패드의 외곽을 둘러싸는 구조를 가짐으로써 홈부에 의해 발광소자가 정렬되도록 할 수 있다. 즉, 발광소자의 밑면이 패키지 본체의 표면과 접촉한 상태에서 전극 패드와 도전성 범프가 홈부 내에 위치하기 때문에 플립칩 본딩 시 용융된 도전성 범프(S)가 확산되는 범위를 홈부 내부로 제한할 수 있다. 따라서, 종래의 도전성 범프(S)가 리드프레임의 표면을 따라서 넓게 확산됨으로써 발광소자(10)가 회전하거나 이동하여 실장 위치가 어긋나는 등의 문제가 발생하는 것과 이에 따른 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 5는 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 'B' 부분을 확대한 단면도이며, 도 7은 도 6의 평면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지(2)는 발광소자(10), 리드프레임(20), 패키지 본체(50) 및 봉지부(40)를 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 7에서 도시하는 실시예에 따른 발광소자 패키지(2)를 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)와 기본적인 구성이 실질적으로 동일하다. 다만, 패키지 본체(50)가 돌기(53)를 더 가지는 점에서 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서의 패키지 본체(30)와 차이가 있다.
상기 패키지 본체(50)는 상기 발광소자(10)를 수용하는 반사컵(51)을 가질 수 있다. 상기 패키지 본체(50)는 상기 반사컵(51) 내에서 상기 발광소자(10)가 실장되는 실장 영역을 제공하는 실장 표면(50a)과, 상기 실장 표면(50a)에서 상부를 향해 경사진 내부 측벽(50b)을 포함할 수 있다.
상기 패키지 본체(50)는 상기 실장 표면(50a)에 홈부(52)를 가질 수 있다. 상기 홈부(52)는 상기 실장 표면(50a)의 대략 중앙 영역에 위치할 수 있다. 상기 홈부(52)는 상기 실장 표면(50a)보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공할 수 있다.
상기 홈부(52)는 상기 실장 표면(50a)에서 상기 리드프레임(20)까지 함몰되어 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않을 수 있다. 즉, 상부에서 바라보았을 때 상기 패키지 본체(50)는 상기 홈부(52)를 제외하고 상기 리드프레임(20)을 덮을 수 있다.
상기 홈부(52)는, 상부에서 바라보았을 때, 상기 발광소자(10)의 제1면(10a)과 대응하는 단면 형상(예를 들어, 사각 형상)을 가질 수 있다. 다만, 그 크기는 상기 제1면(10a)의 면적보다 작을 수 있다. 그리고, 상기 홈부(52)는 상기 리드프레임(20) 중 상기 홈부(52)의 아래에 위치하여 상기 패키지 본체(50)에 의해 덮이지 않는 부분을 상기 홈부(52)의 바닥면 일부로 가질 수 있다. 즉, 상기 리드프레임(20)은 일부 영역이 상기 홈부(52)의 바닥면에 위치할 수 있다.
상기 패키지 본체(50)는 상기 실장 표면(50a)에 상기 발광소자(10)의 실장 위치를 가이드하기 위한 돌기(53)를 가질 수 있다. 상기 돌기(53)는 상기 홈부(52) 주위의 상기 실장 표면(50a)에 배열되는 복수의 돌기(53)를 포함할 수 있다.
상기 홈부(52)를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 돌기(53) 사이의 간격은 상기 발광소자(10)의 길이보다 클 수 있다. 따라서, 상기 패키지 본체(50)에 실장되는 발광소자(10)는 상기 돌기(53) 사이에 배치될 수 있다.
상기 돌기(53)는 상기 발광소자(10)의 측면으로 방출되는 빛과의 간섭을 최소화하기 위해 상기 발광소자(10)의 높이(두께)보다 작은 크기의 높이를 가질 수 있다.
상기 돌기(53)는 상기 발광소자(10)의 실장 위치를 안내하는 피듀셜 마크(fiducial mark)로서 기능을 할 수 있다. 또한, 상기 돌기(53)는 상기 발광소자(10)를 플립칩 본딩 시 용융된 도전성 범프(S)에 의해 상기 발광소자(10)가 실장 위치에서 회전하거나 움직이지 못하도록 구속하는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(10)가 실장 위치에서 어긋나는 등의 문제가 발생하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
도 8을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 8은 예시적인 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지(3)는 발광소자(10), 리드프레임(20), 패키지 본체(60) 및 봉지부(40)를 포함할 수 있다.
도 8에서 도시하는 실시예에 따른 발광소자 패키지(3)를 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)와 기본적인 구성이 실질적으로 동일하다. 다만, 패키지 본체(60)가 반사컵을 가지지 않는 점에서 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서의 패키지 본체(30)와 차이가 있다.
도 8을 참조하면, 상기 패키지 본체(60)는 상기 리드프레임(20)의 상면(20a)을 소정 두께로 덮을 수 있다. 상기 패키지 본체(60)의 표면은 전체적으로 평평한 구조를 가질 수 있다.
상기 패키지 본체(60)의 중앙 영역은 상기 발광소자(10)가 실장되는 실장영역일 수 있으며, 상기 홈부(62)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(62)는 상기 패키지 본체(60)의 표면에서 상기 리드프레임(20)까지 함몰되어 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않을 수 있다.
상기 발광소자(10)는 상기 홈부(62)를 덮도록 상기 패키지 본체(60)의 표면에 놓이며, 상기 도전성 범프(S)를 사용하여 상기 홈부(62)에서 상기 패키지 본체(60)에 의해 덮이지 않는 상기 리드프레임(20)과 접속할 수 있다. 상기 홈부(62)는 상기 전극 패드(11)와 상기 리드프레임(20) 사이에 개재되는 상기 도전성 범프(S)를 수용할 수 있다.
상기 홈부(62)는, 상기 발광소자(10)가 상기 홈부(62) 상에 배치된 상태에서, 상기 패키지 본체(60)의 표면과 단턱을 이루는 가장자리가 상기 전극 패드(11)와 상기 발광소자(10)의 외곽(예를 들어, 상기 제3면(10c)) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 상기 홈부(62)는 상기 발광소자(10)의 모서리에 인접한 전극 패드(11)의 외곽을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
따라서, 상기 발광소자(10)는 상기 홈부(62)를 덮도록 상기 패키지 본체(60)의 표면에 실장된 상태에서 상기 제1면(10a)만이 패키지 본체(60)의 표면과 접촉하고, 상기 제2면(10b)과 제3면(10c)은 상기 표면에서 상부로 돌출되는 구조로 배치될 수 있다. 즉, 상기 발광소자(10)의 상면인 제2면(10b)과 측면인 제3면(10c)은 상기 패키지 본체(60)의 표면보다 높은 위치에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 발광소자(10)의 제2면(10b)과 제3면(10c)에서 방출되는 빛은 보다 넓은 지향각을 가지며 외부로 조사될 수 있다.
상기 봉지부(40)는 상기 패키지 본체(60) 상에서 상기 발광소자(10)를 덮을 수 있다. 상기 봉지부(40)는 상기 패키지 본체(60)의 표면을 전체적으로 덮거나 부분적으로 덮을 수 있다.
상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(10)의 표면을 덮는 형광체층(41)을 가질 수 있다.
상기 봉지부(40)는, 예를 들어, 돔 형상의 구조를 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 9에서 개시하는 상기 발광소자 패키지(3')는 봉지부(40')가 사각 형상의 구조를 가지는 것을 예시하고 있다. 상기 봉지부(40')는 측면이 상기 패키지 본체(60) 및 리드프레임(20)의 측면과 공면을 이루는 구조를 가질 수 있다.
도 10를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 10은 예시적인 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지(4)는 발광소자(10), 리드프레임(20), 패키지 본체(70) 및 봉지부(40)를 포함할 수 있다.
도 10에서 도시하는 실시예에 따른 발광소자 패키지(4)를 구성하는 구성은 상기 도 8에 도시된 실시예에 따른 발광소자 패키지(3)와 기본적인 구성이 실질적으로 동일하다. 다만, 패키지 본체(70)가 돌기(73)를 더 가지는 점에서 상기 도 8에 도시된 실시예에서의 패키지 본체(60)와 차이가 있다.
상기 패키지 본체(70)는 상기 리드프레임(20)의 상면을 소정 두께로 덮을 수 있다. 상기 패키지 본체(70)의 표면은 전체적으로 평평한 구조를 가질 수 있다.
상기 패키지 본체(70)의 중앙 영역은 상기 발광소자(10)가 실장되는 실장 영역일 수 있으며, 상기 홈부(72)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(72)는 상기 패키지 본체(70)의 표면에서 상기 리드프레임(20)까지 함몰되어 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않을 수 있다.
상기 홈부(72)는 상기 패키지 본체(70)의 표면보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공하며, 상기 리드프레임(20)은 일부 영역이 상기 홈부(72)의 바닥면에 위치할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 상기 홈부(72) 상에 배치되어 상기 도전성 범프(S)를 사용하여 상기 홈부(72)의 바닥면에 위치하는 상기 리드프레임(20)과 접속할 수 있다. 상기 홈부(72)는 상기 전극 패드(11)와 상기 리드프레임(20) 사이에 개재되는 상기 도전성 범프(S)를 수용할 수 있다.
상기 패키지 본체(70)는 상기 홈부(72) 주위에 배치되는 복수의 돌기(73)를 가질 수 있다. 상기 복수의 돌기(73)는 상기 홈부(72)를 에워싸는 구조로 상기 홈부(72) 주위에 배열될 수 있다.
상기 홈부(72)를 사이에 두고 서로 마주하는 한 쌍의 돌기(73) 사이의 간격은 상기 발광소자(10)의 길이보다 클 수 있다. 따라서, 상기 패키지 본체(70)에 실장되는 발광소자(10)는 상기 돌기(73) 사이에 배치될 수 있다.
상기 돌기(73)는 상기 발광소자(10)의 측면으로 방출되는 빛과의 간섭을 최소화하기 위해 상기 발광소자(10)의 높이(두께)보다 작은 크기의 높이를 가질 수 있다.
상기 돌기(73)는 도 5에 도시된 실시예에 따른 돌기(53)와 실질적으로 동일한 구조 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 상기 돌기(73)의 기능에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시예(예를 들어, 도 5 참조)를 참조하여 이해될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 다양한 색상의 광을 방출할 수 있다. 이를 위해서 상기 봉지부(40)에는 상기 발광소자(10)에서 발생된 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 방출하는 파장변환물질, 예컨대 형광체가 적어도 1종 이상 함유될 수 있다.
예를 들어, 발광소자(10)가 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 및/또는 오랜지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광소자(10) 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 발광소자(100)는 연색성(CRI)을 '40'에서 '100' 수준으로 조절할 수 있으며, 또한, 색온도를 대략 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오랜지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 색을 조정할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색 발광소자와 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 11에서 도시하는 CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색 광의 색 온도는 대략 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.
도 11에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서, 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) (단, 여기서 Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.)
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+ , K3SiF7:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
또한, 파장변환물질은 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 QD 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 QD는 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 대략 1 ~ 30nm, 나아가 대략 3 ~ 10nm일 수 있다. 상기 쉘 두께는 대략 0.1 ~ 20nm, 나아가 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지에 채용가능한 발광소자에 대해 설명한다.
도 12 및 도 13에서는 예시적 실시예에 따른 발광소자를 개략적으로 나타내고 있다. 도 12는 예시적 실시예에 따른 발광소자를 개략적으로 나타내는 저면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 발광소자를 II-II'선으로 절취한 단면도이다.
도 12에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광소자(100)는 직하부에서 바라보았을 때 전체적으로 사각 형상의 구조를 가질 수 있다. 그리고, 복수의 전극 패드(150)가 하부로 노출되는 구조를 가질 수 있다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 상기 발광소자(100)는 상기 복수의 전극 패드(150)가 위치한 제1 영역(r1)과 상기 제1 영역(r1)을 둘러싼 제2 영역(r2)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 발광소자(100)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 삼각형 또는 육각형, 기타 다각형의 형상을 가지는 것도 가능하다.
도 13을 참조하면, 상기 발광소자(100)는 발광 구조물(110), 제1 절연층(120), 전극층(130), 제2 절연층(140) 및 전극 패드(150)를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(110)은 복수의 반도체층이 적층된 구조를 가지며, 성장기판(101) 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 포함할 수 있다.
상기 성장기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다.
상기 성장기판(101)의 상면, 즉, 반도체층들이 성장하는 면에는 다수의 요철 구조(102)가 형성될 수 있으며, 이러한 요철 구조(102)에 의하여 반도체층들의 결정성과 광 방출 효율 등이 향상될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 요철 구조(102)가 돔 형상의 볼록한 형태를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 요철 구조(102)는 사각형, 삼각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 요철 구조(102)는 선택적으로 형성 및 구비될 수 있으며, 따라서 생략될 수도 있다.
한편, 이러한 성장기판(101)은 실시 형태에 따라서 추후 제거될 수도 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 성장시키기 위한 성장용 기판으로 제공된 후 분리 공정을 거쳐 제거될 수 있다. 성장기판(101)의 분리는 레이저 리프트 오프(LLO), 케미컬 리프트 오프(CLO) 등의 방식을 통해 반도체층과 분리될 수 있다.
상기 성장기판(101) 상에 적층되는 제1 도전형 반도체층(111)은 n형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, n형 질화물 반도체층일 수 있다. 그리고, 제2 도전형 반도체층(113)은 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, p형 질화물 반도체층일 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라서 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113) 사이에 배치되는 활성층(112)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 활성층(112)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 활성층(112)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 활성층(112)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(Multiple Quantum Wells, MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 활성층(112)은 단일 양자우물 구조(Single Quantum Well, SQW)가 사용될 수도 있다.
상기 발광 구조물(110)은, 상기 제2 도전형 반도체층(113), 상기 활성층(112) 및 상기 제1 도전형 반도체층(111)의 일부가 식각된 식각 영역(EA)과, 상기 식각 영역(EA)에 의해 부분적으로 구획된 복수의 메사 영역(MA)을 포함할 수 있다.
상기 식각 영역(EA)으로 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(111)의 상부면에는 제1 콘택 전극(114)이 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층(111)과 접속되고, 상기 복수의 메사 영역(MA)의 상부면에는 제2 콘택 전극(115)이 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층(113)과 접속될 수 있다.
한편, 상기 식각 영역(EA)으로 노출되는 상기 활성층(112)을 덮도록 상기 메사 영역(MA)의 측면에는 절연 물질로 이루어지는 패시베이션층(110a)이 구비될 수 있다. 다만, 상기 패시베이션층(110a)은 선택적으로 구비되는 것으로, 실시 형태에 따라서 생략될 수도 있다.
제1 절연층(120)은 상기 발광 구조물(110)을 전체적으로 덮는 구조로 상기 발광 구조물(110) 상에 구비될 수 있다. 상기 제1 절연층(120)은 기본적으로 절연 특성을 지닌 재료로 이루어질 수 있으며, 무기질 또는 유기질 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(120)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 절연층(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiN, SiOxNy , TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 절연층(120)은 상기 식각 영역(EA)으로 노출된 제1 도전형 반도체층(111)과 상기 제2 도전형 반도체층(113) 상에 각각 배치되는 제1 개구부(121)를 복수개 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 개구부(121)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113) 상에서 상기 제1 콘택 전극(114)과 제2 콘택 전극(115)을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
상기 전극층(130)은 상기 제1 절연층(120) 상에 구비되며, 상기 제1 개구부(121)를 통해 상기 제1 도전형 반도체층(111) 및 상기 제2 도전형 반도체층(113)과 각각 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 전극층(130)은 상기 발광 구조물(110)의 상부면을 전체적으로 덮는 상기 제1 절연층(120)에 의해 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)과 절연될 수 있다. 그리고, 상기 제1 개구부(121)를 통해 외부로 노출되는 상기 제1 콘택 전극(114) 및 제2 콘택 전극(115)과 연결되어 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)과 접속될 수 있다.
상기 전극층(130)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)의 전기적 연결은 상기 제1 절연층(120)에 구비되는 상기 제1 개구부(121)에 의해 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 개구부(121)의 개수 및 배치 위치에 따라서 상기 전극층(130)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)과의 전기적 연결은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 전극층(130)은 상기 제1 도전형 반도체층(111) 및 제2 도전형 반도체층(113) 사이의 전기적 절연을 위해 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 제1 전극층(131)은 상기 제1 도전형 반도체층(111)과 전기적으로 접속하고, 제2 전극층(132)은 제2 도전형 반도체층(113)과 전기적으로 접속하며, 상기 제1 및 제2 전극층(131, 132)은 서로 분리되어 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 전극층(130)은, 예를 들어, Au, W, Pt, Si, Ir, Ag, Cu, Ni, Ti, Cr 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
제2 절연층(140)은 상기 전극층(130) 상에 구비되며, 상기 전극층(130)을 전체적으로 덮어 보호한다. 그리고, 상기 제2 절연층(140)은 상기 전극층(130)을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부(141)를 가질 수 있다. 상기 제2 개구부(141)는 상기 제1 전극층(131) 및 제2 전극층(132)을 각각 부분적으로 노출시킬 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다.
상기 제2 절연층(140)은 상기 제1 절연층(120)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극 패드(150)는 제1 전극 패드(151) 및 제2 전극 패드(152)를 포함하며, 상기 제2 개구부(141)를 통해 부분적으로 노출되는 상기 제1 및 제2 전극층(131, 132) 상에 각각 구비될 수 있다. 그리고, 상기 전극층(130)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(111) 및 제2 도전형 반도체층(113)과 각각 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 제1 전극 패드(151)와 제2 전극 패드(152)는 각각 복수개 구비될 수 있다.
플립 칩 본딩 방식을 통한 칩 온 보드(Chip on Board, COB) 타입의 구조를 구현하기 위해 상기 제1 전극 패드(151) 및 제2 전극 패드(152)는 상기 발광 구조물(110)에서 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
도 12에서 도시하는 바와 같이, 상기 제1 전극 패드(151)와 제2 전극 패드(152)는 각각 두 개씩 대칭을 이루며 배치될 수 있다. 물론 상기 제1 및 제2 전극 패드(151, 152)의 개수는 이 외에도 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 세 개씩 대칭을 이루며 배치되는 것도 가능하다.
도 14는 본 발명에 채용될 수 있는 발광소자의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 14에서 도시하는 바와 같이, 발광소자(100A)는 기판(101)과 발광구조물(110) 및 전극 패드(150)를 포함할 수 있다.
상기 기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 예를 들면 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 전기 절연성 및 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)과 그 사이에 배치된 활성층(112)을 포함할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 제1 도전형 반도체층(111)은 n형 불순물이 도핑된 반도체를 포함할 수 있으며, n형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(113)은 p형 불순물이 도핑된 반도체를 포함할 수 있으며, p형 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라서 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다.
이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113) 사이에 배치되는 활성층(112)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 활성층(112)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
또한, 활성층(112)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(Multiple Quantum Wells, MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 활성층(112)은 단일 양자우물 구조(Single Quantum Well, SQW)가 사용될 수도 있다.
상기 전극 패드(150)는 제1 전극 패드(151)와 제2 전극 패드(152)를 포함할 수 있다. 제1 전극 패드(151)는 상기 제2 도전형 반도체층(113), 상기 활성층(112) 및 상기 제1 도전형 반도체층(111)의 일부가 식각되어 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(111)의 노출면에 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층(111)과 접속될 수 있다. 제2 전극 패드(152)는 상기 제2 도전형 반도체층(113)의 상부면에 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층(113)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(151, 152)는 전기전도성 물질, 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, Ti 또는 이들을 포함하는 합금 물질 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 발광소자(100A)는 상기 제1 및 제2 전극 패드(151, 152)가 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)과 마주보도록 배치되며, 접속부재(S)를 매개로 하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자(100B)는 기판(101)에 형성된 발광구조물(120)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100B)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 123)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극 패드(151, 152)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 패드(151)는 제2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(121)과 접속된 도전성 비아(151a) 및 도전성 비아(151a)에 연결된 전극 연장부(151b)를 포함할 수 있다. 도전성 비아(151a)는 절연층(130)에 의해 둘러싸여 활성층(122) 및 제2 도전형 반도체층(123)과 전기적으로 분리될 수 있다. 도전성 비아(151a)는 발광구조물(120)이 식각된 영역에 배치될 수 있다. 도전성 비아(151a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(121)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다.
상기 제2 전극 패드(152)는 제2 도전형 반도체층(123) 상의 오믹 콘택층(152a) 및 전극 연장부(152b)를 포함할 수 있다.
도 16에 도시된 발광소자(100C)는 기판(101)과, 상기 기판(101)에 형성된 제1 도전형 반도체 베이스층(102)과, 상기 제1 도전형 반도체 베이스층(102)에 형성된 복수의 나노 발광구조물(140)을 포함한다. 그리고, 절연층(103) 및 충진부(104)를 더 포함할 수 있다.
상기 나노 발광구조물(140)은 제1 도전형 반도체 코어(141)와 그 코어(141)의 표면에 셀층으로 순차적으로 형성된 활성층(142) 및 제2 도전형 반도체층(143)을 포함할 수 있다. 본 예에서, 나노 발광구조물(140)은 코어-셀(core-shell) 구조로서 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체 베이스층(102)은 나노 발광구조물(140)의 성장면을 제공하는 층일 수 있다. 상기 절연층(103)은 나노 발광구조물(140)의 성장을 위한 오픈 영역을 제공하며, SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다. 상기 충진부(104)는 나노 발광구조물(140)을 구조적으로 안정화시킬 수 있으며, 빛을 투과 또는 반사하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제1 전극 패드(151)는 제1 도전형 반도체 베이스층(102)의 노출된 표면에 위치하고, 제2 전극 패드(152)는 나노 발광구조물(140) 및 충진부(104)의 하부에 형성되는 오믹 콘택층(152a) 및 전극 연장부(152b)를 포함할 수 있다. 상기 오믹 콘택층(152a)과 전극 연장부(152b)는 일체로 형성될 수도 있다.
도 17a와 17b 및 도 18a 내지 도 21b를 참조하여 본 발명의 예시적 실시태에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 설명한다. 도 16은 예시적인 실시예에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 17a 내지 도 19b는 발광소자 패키지 제조방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면들이다.
도 18a 및 도 18b에서는 리드프레임을 덮는 패키지 본체를 형성하는 단계를 개략적으로 나타내고 있다(도 17a의 S10). 도 18a는 리드프레임을 덮는 패키지 본체가 형성된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 18b는 도 18a의 패키지 본체와 리드프레임을 I-I'선으로 절취한 단면도이다.
도 18a 및 도 18b에서와 같이, 상기 리드프레임(20)은 서로 분리된 제1 리드프레임(21)과 제2 리드프레임(22)을 포함하며, 상기 패키지 본체(30)는 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)을 덮을 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)은 상기 패키지 본체(30) 내에 매설된 상태로 고정될 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)의 상면을 소정 두께로 덮을 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 반사컵(31)을 가지며, 발광소자가(10) 장착될 상기 반사컵(31)의 중앙 영역에 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않는 홈부(32)를 가질 수 있다. 상기 홈부(32)는 상기 패키지 본체(30)의 표면에서 상기 리드프레임(20)까지 함몰되어 상기 리드프레임(20)을 부분적으로 덮지 않을 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)의 일부는 상기 홈부(32)를 통해서 노출될 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 홈부(32)와 연결되는 연결홈(33)을 가질 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 사출성형을 통해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 금형 내에 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)을 배치한 상태에서 액상의 수지를 주입하고, 경화시킨 후 금형을 제거하여 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)을 일체로 덮으며 반사컵(31)과 홈부(32) 및 연결홈(33)을 가지는 패키지 본체(30)를 형성할 수 있다. 실시예에 따라서 상기 패키지 본체(30)는 상기 반사컵(31)을 가지지 않을 수도 있다.
도 19a 및 도 19b에서는 발광소자를 상기 패키지 본체에 장착하는 단계를 개략적으로 나타내고 있다(도 17a의 S20).
도 19a와 도 19b는 각각 발광소자를 패키지 본체에 장착하는 단계를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 19a 및 도 19b와 함께 도 17b를 참조하여 발광소자를 장착하는 단계를 설명한다. 도 17b는 발광소자를 장착하는 단계를 개략적으로 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 19a에서와 같이, 발광소자(10)의 전극 패드(11)에 솔더볼(S')을 형성할 수 있다(도 17b의 S21). 상기 솔더볼(S')은, 예를 들어, SAC 계열의 솔더볼을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 상기 리드프레임(20)과 접속하는 상기 전극 패드(11)를 가질 수 있다. 상기 전극 패드(11)는 제1 및 제2 전극 패드(11a, 11b)를 포함하며, 상기 발광소자(10)는 상기 제1 및 제2 전극 패드(11a, 11b)가 동일한 방향을 향하는 구조를 가질 수 있다.
상기 발광소자(10)는 상기 솔더볼(S')이 형성된 상기 제1 및 제2 전극 패드(11a, 11b)가 상기 제1 및 제2 리드프레임(21, 22)과 마주하도록 상기 패키지 본체(30)상에 배치될 수 있다.
다음으로, 도 19b에서와 같이, 상기 솔더볼(S')이 상기 홈부(32)를 통해 노출되는 상기 리드프레임(20)과 접촉하도록 상기 홈부(32)를 상기 발광소자(10)로 덮을 수 있다(도 17b의 S22).
상기 홈부(32)는, 상기 발광소자(10)의 밑면과 대응하는 단면 형상을 가지되 상기 밑면의 단면적보다 작은 단면 크기를 가질 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(10)가 상기 홈부(32) 상에 배치된 상태에서, 상기 홈부(32)는 상기 패키지 본체(30)의 표면과 단턱을 이루는 가장자리가 상기 전극 패드(11)와 상기 발광소자(10)의 외곽 사이에 위치할 수 있다.
이와 같이, 상기 발광소자(10)는 밑면이 상기 패키지 본체(30)의 표면과 접촉하고, 상면과 측면은 상기 패키지 본체(30)와 접촉하지 않는 구조로 상기 패키지 본체(30)에 놓여 상기 홈부(32)를 덮을 수 있다. 상기 솔더볼(S')은 상기 홈부(32) 내에 수용되며, 상기 발광소자(10)가 상기 홈부(32)를 덮음에 따라 외부로 노출되지 않을 수 있다.
다음으로, 리플로우 공정을 진행할 수 있다(도 17b의 S23).
도 20a는 발광소자가 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 20b는 도 20a의 발광소자가 장착된 패키지 본체와 리드프레임을 I-I'선으로 절취한 단면도이다.
상기 발광소자(10)는 상기 홈부(32)에 의해 덮이지 않는 상기 리드프레임(20)과 상기 전극 패드(11) 사이에 개재되는 도전성 범프(S)를 통해서 플립칩 본딩될 수 있다.
도 21a 및 도 21b에서는 상기 발광소자를 덮는 봉지부를 형성하는 단계를 개략적으로 나타내고 있다(도 17a의 S30). 도 21a는 발광소자가 봉지부에 의해 덮인 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 21b는 도 21a의 봉지부가 형성된 패키지 본체와 리드프레임을 I-I'선으로 절취한 단면도이다.
상기 봉지부(40)는 형광체 함유 수지가 경화되어 이루어질 수 있다. 상기 봉지부(40)는 상기 발광소자(10)에서 발생된 광이 외부로 방출될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성될 수 있다.
한편, 상기 봉지부(40)의 상에 별도의 렌즈를 추가로 부착하는 공정을 진행하는 것도 가능하다.
도 22 및 도 23을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 패키지를 채용하는 다양한 조명 장치를 설명한다.
도 22는 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다. 도 22를 참조하면, 조명 장치(1100)는 소켓(1110), 전원부(1120), 방열부(1130), 광원 유닛(1140) 및 광학부(1170)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원 유닛(1140)은 기판(1142), 상기 기판(1142) 상에 장착된 복수의 발광소자 패키지(1141) 및 컨트롤러(1143)를 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러(1143)는 복수의 발광소자 패키지(1141)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
광원 유닛(1140)의 상부에는 반사판(1150)이 배치될 수 있으며, 반사판(1150)은 광원 유닛(1140)으로부터의 빛을 측방 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(1150)의 상부에는 통신 모듈(1160)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(1160)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 모듈(1160)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
상기 반사판(1150)과 통신 모듈(1160)은 광학부(1170)에 의해 커버될 수 있다.
상기 소켓(1110)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(1100)에 공급되는 전력은 소켓(1110)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(1120)는 제1 전원부(1121) 및 제2 전원부(1122)로 분리되어 조립될 수 있다.
상기 방열부(1130)는 내부 방열부(1131) 및 외부 방열부(1132)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(1131)는 광원 유닛(1140) 및/또는 전원부(1120)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(1132)로 열이 전달되게 할 수 있다.
상기 광학부(1170)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원 유닛(1140)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원 유닛(1140)의 복수의 발광소자 패키지(1141)들은 상기 전원부(1120)로부터 전력을 공급받아 상기 광학부(1170)로 빛을 방출할 수 있다. 본 실시예에서 상기 발광소자 패키지(1141)는 도 1 내지 도 10의 발광소자 패키지(1, 2, 3, 3', 4)와 실질적으로 대응되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 발광소자 패키지(1141)의 각 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시예를 참조하여 이해될 수 있다.
도 23은 예시적인 실시예에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 23을 참조하면, 조명 장치(1200)는 방열 부재(1210), 커버(1240), 광원 모듈(1250), 제1 소켓(1260) 및 제2 소켓(1270)을 포함할 수 있다.
상기 방열 부재(1210)의 외부 또는/및 내부 표면에 다수개의 방열 핀(1211, 1212)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 상기 방열 핀(1211, 1212)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다.
방열 부재(1210)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(1231)가 형성되어 있다. 지지대(1231)에는 광원 모듈(1250)이 고정될 수 있다. 방열 부재(1210)의 양 끝단에는 걸림 턱(1232)이 형성될 수 있다.
상기 커버(1240)에는 걸림 홈(1242)이 형성되어 있으며, 상기 걸림 홈(1242)에는 상기 방열 부재(1210)의 걸림 턱(1232)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(1242)과 걸림 턱(1232)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
상기 광원 모듈(1250)은 기판(1251), 복수의 발광소자 패키지(1252), 컨트롤러(1253)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(1253)는 상기 복수의 발광소자 패키지(1252)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 상기 기판(1251)에는 상기 복수의 발광소자 패키지(1252)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 상기 복수의 발광소자 패키지(1252)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
본 실시예에서 상기 발광소자 패키지(1252)는 상기 도 1 내지 도 10의 발광소자 패키지(1, 2, 3, 3', 4)와 실질적으로 대응되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 발광소자 패키지(1252)에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시예를 참조하여 이해될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제1 및 제2 소켓(1260, 1270)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(1210) 및 커버(1240)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(1260)은 전극 단자(1261) 및 전원 장치(1262)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(1270)에는 더미 단자(1271)가 배치될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 조명 장치(1200)에는 광센서 및/또는 통신 모듈이 장착될 수 있다.
이러한 광센서 및/또는 통신 모듈은 광원 모듈(1250)의 기판(1251)에 발광소자 패키지(1252)와 함께 장착될 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 소켓(1260, 1270) 중 어느 하나에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다. 예를 들어, 더미 단자(1271)가 배치된 제2 소켓(1270)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다.
조명 장치(1200)는 통신 모듈을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 모듈은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
본 발명에서 사물인터넷(Internet Of Things; IoT) 기기는 접근 가능한 유선 또는 무선 인터페이스를 가지며, 유선/무선 인터페이스를 통하여 적어도 하나 이상의 다른 기기와 통신하여, 데이터를 송신 또는 수신하는 기기들을 포함할 수 있다. 상기 접근 가능한 인터페이스는 유선 근거리통신망(Local Area Network; LAN), Wi-Fi(Wireless Fidelity)와 같은 무선 근거리 통신망 (Wireless Local Area Network; WLAN), 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Network; WPAN), 무선 USB (Wireless Universal Serial Bus), Zigbee, NFC (Near Field Communication), RFID (Radio-frequency identification), PLC(Power Line communication), 또는 3G (3rd Generation), 4G (4th Generation), LTE (Long Term Evolution) 등 이동 통신망(mobile cellular network)에 접속 가능한 모뎀 통신 인터페이스 등을 포함할 수 있다. 상기 블루투스 인터페이스는 BLE(Bluetooth Low Energy)를 지원할 수 있다.
도 24는 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치를 채용할 수 있는 실내용 조명제어 네트워크 시스템이다.
본 실시예에 따른 네트워크 시스템(2000)은 LED 등의 반도체 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(2000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(2000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(2000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(2000)에 포함되는 LED 램프(2200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(2100)로부터 수신하여 LED 램프(2200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(2200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(2300~2800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 24를 참조하면, 네트워크 시스템(2000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(2100), 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED를 광원으로 포함하는 LED 램프(2200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(2300~2800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(2000)을 구현하기 위해, LED 램프(2200)를 비롯한 각 장치(2300~2800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(2200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(2210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(2000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(2000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(2000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(2300~2800)는 냉장고(2320), 텔레비전(2310) 등의 가전 제품(2300), 디지털 도어록(2400), 차고 도어록(2500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(2600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(2700) 및 스마트 폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(2800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(2000)에서, LED 램프(2200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(2300~2800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(2200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(2200)는 LED 램프(2200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi(LED WiFi) 통신을 이용하여 네트워크 시스템(2000)에 포함되는 장치들(2300~2800)을 컨트롤할 수도 있다.
우선, LED 램프(2200)는 램프용 통신 모듈(2210)을 통해 게이트웨이(2100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(2200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(2200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비전(2310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(2200)의 조명 밝기는 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(2200)는 게이트웨이(2100)와 연결된 램프용 통신 모듈(2210)로부터 텔레비전(2310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(2210)은 LED 램프(2200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 설정된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12,000 K 이하의 색 온도로(예를 들면 6,000 K로) 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 설정값에 따라 색 온도가 6,000 K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(2000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(2400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(2200)를 모두 턴-오프시켜 전력 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(2800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(2400)이 잠기면, LED 램프(2200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(2200)의 동작은, 네트워크 시스템(2000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(2000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합하고, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 할 수 있다. 일반적으로 LED 램프(2200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(2200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(2200)는 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(2210) 등과 결합하여, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(2200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
도 25는 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치를 채용할 수 있는 개방형 네트워크 시스템이다.
도 25를 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(2000')은 통신 연결 장치(2100'), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(2100')와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(2200', 2300'), 서버(2400'), 서버(2400')를 관리하기 위한 컴퓨터(2500'), 통신 기지국(2600'), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(2700'), 및 모바일 기기(2800') 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(2200', 2300') 각각은 스마트 엔진(2210', 2310')을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(2210', 2310')은 빛을 내기 위한 반도체 발광소자, 반도체 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(2210', 2310')은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(2210')은 다른 스마트 엔진(2310')과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(2210', 2310') 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(2210')은 통신망(2700')에 연결되는 통신 연결 장치(2100')와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(2210', 2310')을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(2100')와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(2100')는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(2700')과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(2100')는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(2700')과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(2200', 2300') 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(2100')는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(2800')와 연결될 수 있다. 모바일 기기(2800')의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(2200')의 스마트 엔진(2210')과 연결된 통신 연결 장치(2100')를 통해, 복수의 스마트 엔진(2210', 2310')이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(2800')는 통신 기지국(2600')을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(2700')에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(2700')에 연결되는 서버(2400')는, 각 조명 기구(2200', 2300')에 장착된 스마트 엔진(2210', 2310')이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(2200', 2300')의 동작 상태 등을 모니터링 할 수 있다. 각 조명 기구(2200', 2300')의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(2200', 2300')를 관리하기 위해, 서버(2400')는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(2500')와 연결될 수 있다. 컴퓨터(2500')는 각 조명 기구(2200', 2300'), 특히 스마트 엔진(2210', 2310')의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
도 26은 예시적인 실시예들에 따른 조명 장치를 채용할 수 있는 가시광 무선 통신에 의한 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 26을 참조하면, 스마트 엔진(2210')은 신호 처리부(2211'), 제어부(2212'), LED 드라이버(2213'), 광원부(2214'), 센서(2215') 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(2210')과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(2800')는, 제어부(2801'), 수광부(2802'), 신호처리부(2803'), 메모리(2804'), 입출력부(2805') 등을 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상기 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있어 편리하고 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
스마트 엔진(2210')의 신호 처리부(2211')는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(2211')는 센서(2215')에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(2212')에 전송할 수 있다. 제어부(2212')는 신호 처리부(2211')와 LED 드라이버(2213') 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(2211')가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(2213')의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(2213')는 제어부(2212')가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(2214')를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(2800')로 전달할 수 있다.
모바일 기기(2800')는 제어부(2801'), 데이터를 저장하는 메모리(2804'), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(2805'), 신호 처리부(2803') 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(2802')를 포함할 수 있다. 수광부(2802')는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(2803')는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(2801')는 신호 처리부(2803')가 디코딩한 데이터를 메모리(2804')에 저장하거나 입출력부(2805') 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2, 3, 4... 발광소자 패키지
10, 100, 100A, 100B, 100C... 발광소자
20... 리드프레임
30, 50, 60, 70... 패키지 본체
40... 봉지부

Claims (20)

  1. 발광소자를 실장하기 위한 실장 영역(mounting region)을 제공하는 실장 표면을 가지며, 상기 실장 영역에 위치하며 상기 실장 표면보다 낮은 레벨의 바닥면을 제공하는 홈부를 갖는 패키지 본체;
    상기 패키지 본체에 의해 지지되며, 상기 홈부의 바닥면에 일부 영역이 노출되는 리드프레임; 및
    전극 패드가 배치된 제1면과 상기 제1면과 반대에 위치하는 제2면과 상기 제1면과 제2면 사이에 상기 제1면과 제2면을 연결하는 제3면을 가지며, 상기 제1면이 상기 실장 표면에 접하도록 상기 실장 영역 상에 배치되고, 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되도록 상기 전극 패드가 상기 홈부에 위치하는 발광소자;를 포함하고,
    상기 홈부는 상기 발광소자의 제1면의 면적보다 작은 표면적을 가지며, 상기 패키지 본체의 상기 실장 표면을 제공하는 부분은 상기 리드 프레임과 상기 발광 소자의 제1 면 사이에 위치하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자의 제2면과 제3면은 광방출면으로 제공되도록 상기 패키지 본체로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자의 제1면은 상기 전극 패드가 위치한 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싼 제2 영역을 포함하며,
    상기 제2 영역은 상기 홈부 주위를 따라서 상기 실장 표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임과 상기 전극 패드는 도전성 범프에 의해 연결되며, 상기 도전성 범프는 상기 홈부에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈부에 의해 상기 발광소자가 정렬되도록 상기 홈부는 상기 전극 패드의 외곽을 둘러싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 실장 영역을 둘러싸도록 상기 실장 표면에 위치하며 상부를 향해 경사진 내부 측벽을 갖는 반사컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광소자의 제3면은 상기 내부 측벽으로부터 분리되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 실장 표면에 배치되어 상기 발광소자의 실장 위치를 가이드하기 위한 돌기를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 홈부 주위의 상기 실장 표면에 배열되는 복수의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패드는 복수의 전극 패드이며,
    상기 홈부는 상기 발광소자의 모서리에 인접한 복수의 전극 패드의 외곽을 둘러싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자를 덮으며, 파장변환물질이 함유된 봉지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 실장 표면에 상기 홈부와 연결되는 연결홈을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  14. 제1 및 제2 리드프레임;
    상기 제1 및 제2 리드프레임을 지지하며, 상기 제1 및 제2 리드프레임의 일부 영역이 노출되는 홈부를 가지는 패키지 본체;
    상기 패키지 본체의 홈부를 덮도록 배치되며, 상기 홈부 내에 위치하여 상기 제1 및 제2 리드프레임의 노출된 영역에 각각 접속된 제1 및 제2 전극 패드를 갖는 발광소자; 및
    상기 패키지 본체 상에 배치되며 상기 발광소자의 상면 및 측면을 덮는 광투과성 봉지부;를 포함하고,
    상기 홈부는 상기 발광소자의 면적보다 작은 표면적을 가지며,
    상기 패키지 본체에서 상기 홈부의 주위에 위치한 부분은 상기 발광 소자의 하면과 접하며 상기 리드 프레임과 상기 발광 소자 사이에 위치하는 발광소자 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발광소자의 상면과 측면은 광방출면으로 제공되도록 상기 패키지 본체로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 발광소자의 모서리에 인접한 제1 및 제2 전극 패드의 외곽을 둘러싸는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  17. 제1 및 제2 리드프레임을 지지하며, 상기 제1 및 제2 리드프레임의 일부 영역이 노출되는 홈부를 가지는 패키지 본체를 마련하는 단계;
    제1 및 제2 전극 패드를 홈부에 위치시켜 상기 제1 및 제2 리드프레임과 각각 접속하도록 발광소자를 상기 패키지 본체에 장착하는 단계 - 상기 홈부는 상기 발광소자의 면적보다 작은 면적을 가짐 - ; 및
    상기 발광소자를 덮는 봉지부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 발광소자를 상기 패키지 본체에 장착하는 단계에서, 상기 패키지 본체에서 상기 홈부 주위에 위치한 부분은 상기 발광 소자의 하면과 접하며 상기 리드 프레임과 상기 발광 소자 사이에 위치하는 발광소자 패키지 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발광소자를 장착하는 단계에서,
    상기 홈부로 일부 노출되는 상기 제1 및 제2 리드프레임과 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재되는 도전성 범프를 통해서 플립칩 본딩되는 발광소자 패키지 제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 발광소자를 장착하는 단계는,
    상기 발광소자의 제1 및 제2 전극 패드에 솔더볼을 형성하는 단계;
    상기 솔더볼이 상기 홈부를 통해 노출되는 상기 제1 및 제2 리드프레임과 접촉하도록 상기 홈부를 상기 발광소자로 덮는 단계; 및
    리플로우 공정을 진행하는 단계;
    를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 발광소자를 장착하는 단계에서,
    상기 홈부는, 상기 발광소자의 모서리에 인접한 상기 제1 및 제2 전극 패드의 외곽을 둘러싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
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