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KR20090002284A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20090002284A
KR20090002284A KR1020070062914A KR20070062914A KR20090002284A KR 20090002284 A KR20090002284 A KR 20090002284A KR 1020070062914 A KR1020070062914 A KR 1020070062914A KR 20070062914 A KR20070062914 A KR 20070062914A KR 20090002284 A KR20090002284 A KR 20090002284A
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KR
South Korea
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light emitting
layer
substrate
emitting diode
region
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Application number
KR1020070062914A
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English (en)
Inventor
이광철
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US12/145,252 priority patent/US8089079B2/en
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Abstract

본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광 장치는, 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판; 상기 기판의 다층 영역에 복수개의 발광 다이오드가 실장된 발광부를 포함한다.
LED, 발광부, 기판

Description

발광 장치{Light Emitting device}
도 1의 (a)(b)는 종래 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 정면도 및 그 측 단면도.
도 2는 종래 발광 다이오드 패키지의 다른 구조를 나타낸 정면도.
도 3은 본 발명 제 1실시 예에 따른 발광 장치를 나타낸 정면도.
도 4는 도 3의 측 단면도.
도 5는 도 3의 발광 다이오드들의 전극 연결 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 제 2실시 예에 따른 발광 장치를 나타낸 정면도.
도 7은 도 6의 전극 회로 구성도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100,200 : 발광 다이오드 패키지
101,201 : 기판 110,120,210,220 : 발광부
111,211 : 제 1층 영역 121,221 : 제 2층 영역
113,123,215 : 청색 발광 다이오드 213 : 녹색 발광 다이오드
223 : 적색 발광 다이오드 130,132 : 몰드 부재
119,129,219,229 : 전극패드
117,127,217,227 : 와이어
본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
일반적으로, 발광 다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있고, 이러한 발광 다이오드 소자의 특성은 1차적으로는 발광 다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. 고 휘도와 사용자 요구에 따른 휘도 각 분포를 얻기 위해서는 재료개발 등에 의한 1차적인 요소만으로는 한계가 있어 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
특히, 발광 다이오드는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착된 표면실장(SMD: Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다. 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 발광 다이오드도 SMD 형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD형의 발광 다이오드는 기존의 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 발광 다이오드의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등 요구되는 휘도량이 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.
도 1의 (a)(b)는 종래 발광 다이오드 패키지를 나타낸 정면도 및 그 측면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(10)의 기판(11) 상에는 반사컵(12)이 형성되며, 상기 반사컵(12) 내부에는 세 개의 청색 발광 다이오드(Blue LED)(20)가 실장되며, 상기 청색 발광 다이오드 주변에는 청색 광을 백색 광으로 여기시키는 형광체를 포함하는 투명 수지(30)가 채워진다.
이러한 발광 다이오드 패키지(10)는 하나의 패키지 내에서 단순히 백색 광만을 방출하게 되므로, 조명 또는 백 라이트 광원으로만 사용하고 있다.
그리고, 멀티 칼라를 구현하고자 할 경우, 발광 다이오드 패키지는 도 2와 같이 삼색의 발광 다이오드(Red LED, Green LED, Blue LED)(51,520,53)를 기판(41) 상에 실장한 후 투명 수지(42)를 몰딩한 후 사용하고 있다. 이때에는 삼색의 발광 다이오드(51,52,53)를 개별적으로 온/오프 구동하여 여러 가지 색의 구현이 가능하게 되므로, 지시용으로 사용하고 있다.
종래에는 도 1 및 도 2와 같이 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드를 선택적으로 이용하여 여러 가지의 용도로 사용할 수 있는 패키지 제품들이 요구되고 있다.
본 발명은 발광 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 기판 내부를 복수개의 층으로 만든 후, 각 층별로 서로 다른 크기의 발광 다이오드를 실장할 수 있도록 한 발광 장치를 제공한다.
본 발명은 백색 광의 색온도 및/또는 색 좌표 조절을 위해 각 층에 실장된 다이오드를 개별적으로 구동할 수 있도록 한 발광 장치를 제공한다.
본 발명 실시 예에 따른 발광 장치는, 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판; 상기 기판의 다층 영역에 복수개의 발광 다이오드가 실장된 발광부를 포함한다.
또한 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판; 상기 다층 영역의 제 1층 영역에 배치된 제 1청색 발광 다이오드를 갖는 제 1발광부; 상기 다층 영역의 제 2층 영역에 배치되며, 상기 제 1청색 발광 다이오드 보다 작은 크기를 갖는 제 2청색 발광 다이오드를 갖는 제 2발광부를 포함한다.
또한 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지는 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판; 상기 다층 영역의 제 1층 영역에 배치되며 녹색 발광 다이오드를 갖는 제 1발광부; 상기 다층 영역의 제 2층 영역에 배치되며 상기 발광 다이오드 보다 작은 크기를 갖는 적색/청색 발광 다이오드를 갖는 제 2발광부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지(100)의 구조를 도시한 상측 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 패키지(100)의 구조를 도시한 측 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 기판(101), 기판 내부의 제 1 발광부(110) 및 제 2발광부(120)를 포함한다.
상기 기판(101)은 패키지 몸체를 구성하는 것으로서, 내부에 탑층(top layer)에서 계단 형상으로 식각된 다층 영역이 형성되어 있다. 여기서, 상기 다층 영역은 1층 이상으로 형성될 수 있다.
상기 기판(101)은 다각 형상을 갖는 다면체(예: 직육면체) 또는 원(타원) 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 기판(101)의 재질은 실리콘(silicon)이나 실리콘 카바이드(silicon carbide : SiC), 질화 알루미늄(aluminum nitride ; AlN) 등의 세라믹이나 폴리프탈아마이드(poly phthal amide : PPA), 고분자액정(Liquid Crystal Polymer : LCP) 등의 열 경화성 수지 중 어느 하나 또는 몇 가지의 혼합 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(101)의 다층 영역 중에서 가장 깊은 층을 제 1층 영역(111)이라 하고, 상기 제 1층 영역의 위 층 영역을 제 2층 영역(121)이라 한다. 상기 제 1층 영역(111)은 제 2층 영역(121)의 중앙 또는 좌/우 측에 형성될 수 있다. 또한 제 1 층 영역 및 제 2층 영역의 위치가 반대로 형성될 수 도 있다.
이때, 제 1층 영역(111)은 기판(101)의 높이의 1/2 이상 또는 최소 150um±5 이상의 깊이로 식각되며, 상기 제 1층 영역(111) 및 제 2층 영역(121) 둘레면에 형성되는 반사판(115,125)은 경사지게 형성되는 데, 예컨대 각 층의 바닥면과 반사판(115,125)이 이루는 각도는 125±2도로 형성될 수 있다.
상기 제 1발광부(110)는 제 1층 영역(111)에 형성되며, 제 2발광부(120)는 제 2층 영역(121)에 형성된다. 상기 제 1 발광부(110)와 제 2발광부(120)에는 서로 다른 크기의 발광 다이오드들이 실장되며, 그 실장되는 발광 다이오드의 종류가 서로 같거나 다를 수도 있다. 여기서, 상기 발광 다이오드는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 제 1발광부(110)는 제 1층 영역(111)에서 백색 광을 방출한다. 이를 위해, 제 1청색 발광 다이오드(Blue LED)(113) 및 몰드 부재(130)를 포함하며, 상기 제 1청색 발광 다이오드(113)는 하나 이상이 제 1층 영역(111)의 바닥면 중심에 실장될 수 있으며, 상기 몰드 부재(132)는 형광체(미도시)가 혼합된 실리콘 또는 에폭시 수지가 제 1층 영역(111)에 채워진다.
이러한 제 1발광부(110)는 제 1청색 발광 다이오드(113)에서 발생되는 청색 광과 형광체에서 여기된 광이 혼색되어 백색 광으로 출력된다.
여기서, 상기 제 1청색 발광 다이오드(113)는 각각이 어느 하나의 전극 패드(119)에 도전성 접착제에 의해 접착되고, 와이어(117)를 이용하여 본딩된다. 여기서, 상기 제 1청색 발광 다이오드(113)의 실장 방식은 다이 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 구현할 수도 있다.
여기서, 상기 제 1발광부(110)는 제 1층 영역(111)에 백색 발광 다이오드와 투명 몰드 부재로 구성하여, 백색 광이 방출되게 할 수도 있다.
한편, 상기 제 2발광부(120)는 제 2층 영역(121)에서 청색 광을 방출한다. 이를 위해, 제 2청색 발광 다이오드(Blue LED)(123) 및 몰드 부재(132)를 포함하며, 상기 제 2청색 발광 다이오드(123)는 제 2층 영역(121)의 각 코너 또는 각 측 변의 중심 위치에 배치될 수 있다. 상기 몰드 부재(132)는 투명한 실리콘 또는 에폭시 수지가 제 2층 영역(121)에 채워진다.
여기서, 제 2청색 발광 다이오드(123)는 각각이 어느 하나의 전극 패드(129)에 도전성 접착제에 의해 접착되고, 와이어(127)로 본딩된다. 여기서, 상기 제 2청색 발광 다이오드(123)의 실장 방식은 플립 칩 또는 다이 본딩 방식으로 구현할 수도 있다.
한편, 상기 제 1발광부(110)의 제 1청색 발광 다이오드(113)와 제 2발광부(120)의 제2 청색 발광 다이오드(123)는 서로 다른 크기로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1청색 발광 다이오드(113)의 한 변의 길이가 제 2청색 발광 다이오드(123)의 한 변의 길이 보다 2배 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2청색 발광 다이오드(123)의 전체 합 크기로 제 1청색 발광 다이오드로 배치할 수 있다. 예컨대, 제 2청색 발광 다이오드(123)가 4개 배치될 경우 제 1청색 발광 다이오드(113)는 제 2청색 발광 다이오드(123)의 크기 보다 4배 정도 크게 형성되게 할 수 있다.
그리고, 발광 다이오드 패키지(100)의 제조 방법을 보면, 기판 내부에 제 1 및 제 2층 영역(111,121)을 형성한 후, 상기 제 1층 영역(111)에는 제 1청색 발광 다이오드(113)가 실장되고, 제 2층 영역(121)에는 제 2청색 발광 다이오드(123)가 실장된다.
상기 기판 외부에는 복수개의 전극부(102,103)가 형성되며, 내부 회로 패턴에 의해 전극부(102,103)의 개수는 변경될 수 있다.
이후, 상기 제 1층 영역(111)에 황색 형광체를 포함하는 몰드 부재(130)를 채워 경화시킨 후, 상기 제 2층 영역(121)에 투명 몰드 부재(132)를 채워 경화시켜 준다. 이에 따라 발광 다이오드 패키지가 완성된다.
이러한 발광 다이오드 패키지(100)는 기판(101) 위에 볼록 렌즈나 평판형 프레넬 렌즈(fresnel lens) 등을 부착하여, 방출되는 광의 지향 특성을 변경할 수도 있다. 또는 이러한 렌즈 특징을 제 2층 영역(121)에 채워지는 몰드 부재(132)의 표면에 일체로 형성할 수도 있다.
이와 같이, 제 1발광부(110)에서 방출되는 백색 광을 제 2발광부(120)에서 방출되는 청색 광을 이용하여 색 온도를 조절할 수 있으며, 또 제 2발광부(120)의 제 2청색 발광 다이오드(123)의 구동 개수에 따라 색 온도 제어가 가능하게 된다.
또한 본 발명은 제 2발광부(120)에 제 2청색 발광 다이오드(123)와 형광체가 포함된 몰드 부재로 구성하여, 제 1발광부(110) 및 제 2발광부(120)로부터 방출되는 백색 광의 광도를 증가시켜 줄 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 전극부 구성 예를 나타낸 도면이다. 기판 내부의 회로 패턴에 의해 2 ~ 10개의 전극 단자로 구성할 수 있다. 본 발명은 도 5와 같이 4개의 전극 단자로 구성하여, 도 1에 도시된 제 1발광부(110)의 제 1청색 발광 다이오드(113)의 구동 제어 동작과, 제 2발광부(120)의 제 2청색 발광 다이오드(123)의 구동 제어 동작을 개별적으로 할 수 있다.
또한 발광 다이오드별로 양 전극 단자를 구성하여 모든 발광 다이오드를 개별적으로 제어할 수도 있다. 예를 들면, 백색 광을 발광하기 위해 제 1청색 발광 다이오드(113)를 온 시킨 후, 다수개의 제 2청색 발광 다이오드를 차례대로 온 시켜 주어, 발광 다이오드 패키지의 연색성을 개선하고 색 온도를 조절할 수 있다. 이러한 전극 단자의 구성은 도 2에 도시된 기판의 각 층 영역을 전기적으로 연결해 주는 비아 홀(134)의 연결 패턴에 따라 변경해 줄 수 있다.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 예이다. 이러한 실시 예는 도 3의 실시 예와 중복 되는 부분의 설명은 배제하고 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(200)는 기판(201), 제 1발광부(210) 및 제 2발광부(220)를 포함한다.
상기 제 1발광부(210)는 기판(201)의 제 1층 영역(211)에 형성되는데, 상기 제 1층 영역(211)에는 녹색 발광 다이오드(213)가 도전성 접착제에 의해 실장되며, 와이어(217) 또는 플립 칩 방식에 의해 전극 패드(219)와 전기적으로 연결된다.
상기 제 2발광부(220)는 기판(201)의 제 2층 영역(221)에 의해 형성되는데, 상기 제 2층 영역(221)에는 복수개의 적색 및 청색 발광 다이오드(223,225)가 실장되며, 각 다이오드들은 도전성 접착제에 의해 어느 하나의 전극 패드(229)에 실장되며, 와이어(227) 또는 플립칩 방식에 의해 전극패드(229)와 전기적으로 연결된다.
이때의 적색 발광 다이오드(223)와 녹색 발광 다이오드(225)는 각각이 서로 마주보는 위치(또는 대각선 위치)에 배치된다. 이러한 배치 순서는 광 효율을 위해 변경될 수도 있다.
이러한 제 1 층 영역(211) 및 제 2층 영역(221)에는 몰드 부재(미도시)가 채워지는 데, 상기 몰드 부재는 투명한 에폭시 또는 실리콘 등의 수지 재질로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 제 1발광부(210)의 녹색 발광 다이오드(213)는 제 2층 영역(221)에 실장된 다이오드(223,225)의 크기 보다 2배 이상으로 형성될 수 있다. 또는 그 역으로 적색 또는 청색 발광 다이오드(223,225)가 녹색 발광 다이오드 보다 1/2배로 형성될 수 있다.
또한, 녹색 발광 다이오드(213)는 적색 또는/및 녹색 발광 다이오드(223,225)의 크기 합에 비례하는 크기로 형성될 수 있다. 또는 녹색 발광 다이오드(213)의 최대 크기는 제 2층 영역(221)에 실장되는 발광 다이오드(223,225)의 크기 합 이하로 형성될 수 있다.
상기 기판(201) 외측에는 상기 전극 패드(219,229)의 구성에 따라 복수개의 전극부(202,203)가 형성될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전극부의 구성은 녹색 발광 다이오드(213)에 2개의 전극 단자를 구성하고, 적색 및 청색 발광 다이오드(223,225)를 공통으로 연결하여 2개의 전극 단자를 구성하여, 층별로 개별 구동할 수 있다. 이러한 발광 다이오드들의 구동 방식은 전극 단자를 개별적으로 인출하는지, 다이오드 종류 별로 인출하는지, 층별로 인출하는지에 따라 구동 방식이 변경될 수 있다.
이러한 발광 다이오드 패키지(200)는 서로 다른 크기를 갖는 녹색 발광 다이오드(213)와 함께 복수개의 적색/청색 발광 다이오드(223,225)를 선택적으로 구동함에 따라 색 온도 및 색 좌표를 조절할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 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.
본 발명 실시 예에 따른 발광 장치에 의하면, 기판의 서로 다른 층 영역에 서로 다른 크기를 갖는 발광 다이오드를 배치하여, 백색 광의 색 온도 및 색 좌표 를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한 연색성을 부분을 개선한 고 휘도의 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판;
    상기 기판의 다층 영역에 복수개의 발광 다이오드가 실장된 발광부를 포함하는 발광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부는, 상기 기판의 제 1층 영역에 실장되며, 다른 층의 다이오드 보다 2배 이상의 크기를 갖는 제 1발광부와, 상기 기판의 제 2층 영역에 실장된 하나 이상의 제 1발광 다이오드를 갖는 제 2발광부를 포함하는 발광 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1층 영역은 제 2층 영역의 바닥면 부분이 식각되어 형성되는 발광 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2발광부는 하나 이상의 청색 발광 다이오드와, 상기 제 2층 영역에 채워지는 투명 몰드부재를 포함하는 발광 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1발광부는 백색 광의 방출을 위해 하나 이상의 청색 발광 다이오드와, 상기 제 1층 영역에 채워지는 형광체가 혼합된 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2발광부는 하나 이상의 적색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드와, 상기 제 2층 영역에 채워지는 투명 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1발광부는 하나 이상의 녹색 발광 다이오드와, 상기 제 1층 영역에 채워지는 투명 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 기판의 각 층에는 각 다이오드의 실장을 위해 복수개의 리드 프레임이 각각 형성되는 발광 장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2층 영역은 상기 제 1층 영역의 중앙 또는 좌/우에 형성되는 발광 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2층 영역의 둘레에는 경사진 구조의 반사판이 각각 형성되는 발광 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반사판은 각 층 영역의 바닥면을 기준으로 125±2도를 갖고 형성되는 발광 장치.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1발광 다이오드는 제 2발광 다이오드들의 크기 합 이하의 크기로 형성되는 발광 장치.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 발광 다이오드 및 제 2발광 다이오드는 개별 구동되는 발광 장치.
  14. 제 4항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2층 영역의 몰드 부재 위에는 렌즈가 형성되는 발광 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 탑층에는 각 층 영역에 실장되는 다이오드의 보호를 위해 쇼트키 다이이드(shottky diode) 또는 제너 다이오드(zener diode)가 실장되는 발광 장치.
  16. 제 2항에 있어서,
    상기 기판의 제 1층 영역은 기판 높이의 1/2 로 형성되는 발광 장치.
  17. 제 2항에 있어서,
    상기 기판의 제 1층 영역은 기판 탑층으로부터 150±5um로 형성되는 발광 장치.
  18. 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판;
    상기 다층 영역의 제 1층 영역에 배치된 제 1청색 발광 다이오드를 갖는 제 1발광부;
    상기 다층 영역의 제 2층 영역에 배치되며, 상기 제 1청색 발광 다이오드 보다 작은 크기를 갖는 제 2청색 발광 다이오드를 갖는 제 2발광부를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  19. 내부에 계단 형상의 다층 영역이 형성된 기판;
    상기 다층 영역의 제 1층 영역에 배치되며 녹색 발광 다이오드를 갖는 제 1발광부;
    상기 다층 영역의 제 2층 영역에 배치되며 상기 발광 다이오드 보다 작은 크 기를 갖는 적색/청색 발광 다이오드를 갖는 제 2발광부를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    상기 제 1층 영역 및 제 2층 영역 중 적어도 한 영역은 투명한 몰드 부재 또는 황색 형광체가 혼합된 몰드 부재가 채워지는 발광 다이오드 패키지.
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