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KR20150042362A - 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광다이오드 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20150042362A
KR20150042362A KR20130120760A KR20130120760A KR20150042362A KR 20150042362 A KR20150042362 A KR 20150042362A KR 20130120760 A KR20130120760 A KR 20130120760A KR 20130120760 A KR20130120760 A KR 20130120760A KR 20150042362 A KR20150042362 A KR 20150042362A
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emitting diode
package body
wavelength conversion
light
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이상현
감동혁
김용태
용감한
이승재
황성덕
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US14/314,650 priority patent/US20150102373A1/en
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Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 패키지 본체; 상기 패키지 본체 상에 실장된 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 배치되며 광투과성을 포함하고, 상부를 향하는 경사면을 갖는 측면경사부; 및 상기 경사면 및 상기 발광다이오드 칩의 상면에 배치된 파장변환층;을 포함하여,발광다이오드 패키지의 색온도 편차가 감소되고 색품질이 향상되는 효과가 있다.

Description

발광다이오드 패키지 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME }
본 발명은 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드는 전기에너지를 이용하여 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 접합된 반도체의 전자와 정공이 재결합하며 발생하는 에너지를 광으로 변환하여 방출한다. 이러한 발광다이오드는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
특히, 최근 그 개발 및 사용이 활성화된 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드를 이용한 휴대폰 키패드, 턴 시그널 램프, 카메라 플래쉬 등의 상용화에 힘입어, 최근 발광 다이오드를 이용한 일반 조명 개발이 활기를 띠고 있다. 대형 TV의 백라이트 유닛 및 자동차 전조등, 일반 조명 등 그의 응용제품과 같이, 발광다이오드의 용도가 점차 대형화, 고출력화, 고효율화된 제품으로 진행하고 있으므로 이와 같은 용도에 사용되는 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위한 방법이 요청되고 있다.
당 기술분야에서는, 색온도 편차가 감소되고 색품질이 향상된 발광다이오드 패키지가 요청되고 있다.
본 발명의 일 실시형태는 패키지 본체; 상기 패키지 본체 상에 실장된 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 배치되며 광투과성 물질을 포함하고, 상부를 향하는 경사면을 갖는 측면경사부; 및 상기 경사면 및 상기 발광다이오드 칩의 상면에 배치된 파장변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
상기 경사면은 상기 실장된 발광다이오드 칩의 상면 모서리로부터 상기 패키지 본체의 실장면을 따라 형성될 수 있다.
상기 경사면은 곡면을 가질 수 있다.
상기 경사면의 곡면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 오목한 곡면을 이룰수 있다.
상기 경사면의 곡면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 볼록한 곡면을 이룰 수 있다.
상기 광투과성 물질은 투명 수지일 수 있다.
상기 파장변환층은 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 제1 및 제2 전극구조를 구비하는 패키지 본체; 제1 및 제2 전극이 형성된 일면을 가지며 상기 패키지 본체의 제1 및 제2 전극구조에 실장된 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 배치되며 광투과성 물질을 포함하고, 상부를 향하는 경사면을 갖는 측면경사부; 및 상기 경사면 및 상기 발광다이오드 칩의 상면에 배치된 파장변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 패키지 본체의 실장면에 발광다이오드 칩을 실장하는 단계; 상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 투명 수지를 도포하되, 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리로부터 상기 패키지 본체의 실장면을 따라 경사면을 갖도록 도포하는 단계; 및 상기 발광다이오드 칩의 상면과 상기 측면경사부의 경사면을 덮도록 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지 제조방법을 제공한다.
상기 파장변환층을 형성하는 단계는 파장변환물질을 컨포멀 코팅하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지는, 발광다이오드 패키지의 색온도 편차가 감소되고 색품질이 향상되는 효과가 있다.
도 1(a)는 본 발명의 일 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.
도 1(b)는 도 1(a)의 발광다이오드 칩을 확대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태의 변형예에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 1(a)의 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 11은 도 4의 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1(a)는 본 발명의 일 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 발광다이오드 칩을 확대한 도면이다.
도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지(100)는 패키지 본체(110), 상기 패키지 본체(110)의 일면에 실장되는 발광다이오드칩(120), 상기 발광소자칩(120)의 측면에 형성되는 측면경사부(130)와, 파장변환층(140)을 포함한다.
패키지 본체(110)에는, 제1 및 제2 전극 구조(111, 112)가 형성되며, 이러한 제1 및 제2 전극주조(111, 112)에는 발광다이오드 칩(120)이 실장되고, 상기 발광다이오드 칩(120)의 제1 및 제2 전극(126, 127)은 상기 제1 및 제2 전극 구조(111, 112)에 솔더 범프(solder bump, 121, 122) 등과 같은 전도성 접착층에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서 패키지 본체(110)는, 발광다이오드 패키지(100)는 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성될 수 있으나, 방열 특성 및 발광 효율의 향상을 위해, 고내열성, 우수한 열전도성, 고반사효율 등의 특성을 갖는 세라믹(ceramic) 재질, 예를 들어, Al2O3, AlN 등과 같은 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 패키지 본체(110)의 재질이 이에 국한되는 것은 아니며, 발광다이오드 패키지(100)의 방열 특성 및 전기적 연결 관계 등을 고려하여 다양한 재질의 패키지 본체(110)가 이용될 수 있다.
또한 상술한 세라믹 기판 이외에도, 인쇄회로기판(printed circuit board) 또는 리드 프레임(lead frame) 등도 본 실시예의 패키지 본체(110)로 이용될 수 있다.
도 1(b)를 참조하면, 상기 발광다이오드칩(120)은 제1 면(A)과 상기 제1 면(A)에 반대되는 제2 면(B)을 갖는 투광성 기판(128)과, 상기 기판(128)의 제1 면(A) 상에 배치된 발광구조물(123)과, 상기 발광구조물(123)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(126, 127)을 포함할 수 있다.
상기 기판(128)은 사파이어, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 반도체 성장용 기판을 사용할 수 있다. 이 경우, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.00A과 4.758 A이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판(128)은 서로 대향하는 제1 및 제2 면(A, B)을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 면(A, B) 중 적어도 하나에는 요철구조가 형성될 수 있다. 상기 요철구조는 상기 기판(128)의 일부를 식각함으로써 제공될 수 있으며, 이와 달리 상기 기판(128)과 다른 이종 물질을 형성함으로써 제공될 수도 있다.
도 1(b)에 도시된 바와 같이, 발광구조물(123)의 성장면으로 제공되는 상기 제1 면(A)에 요철구조가 형성되는 경우, 상기 기판(128)과 제1 도전형 반도체층(123a) 사이 계면에서 결정 상수 차이에 의한 스트레스를 완화시킬 수 있다. 구체적으로, 사파이어 기판 상에 3족 질화물계 반도체층을 성장시키는 경우, 기판과 3족 질화물계 화합물 반도체층과의 격자 상수의 차이로 인해 전위 결함이 발생할 수 있는데, 이러한 위 결함은 상부로 전파되어 반도체층의 결정품질을 저하시킨다.
본 실시형태에서는, 상기 기판(128) 상에 볼록부를 갖는 요철구조를 구비함으로써, 제1 도전형 반도체층(123a)이 상기 볼록부의 측면에서 성장하게 되어 전위 결함이 상부로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있으며, 이로 인해 내부 양자효율이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 요철구조에 기인하여 상기 활성층(123b)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 광이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
여기서, 상기 기판(128)은 100um 이하의 두께(tc)를 가질 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 1~20um의 두께를 가질 수 있다. 이와 같은 두께범위는 반도체의 성장용으로 제공된 성장기판을 연마함으로써 얻어질 수 있다. 구체적으로, 상기 발광구조물(123)이 형성된 제1 면(A)의 반대면에 위치한 제2 면(B)을 그라인딩(grinding)하거나, 랩과 랩제를 사용하여 마모와 연삭작용에 의해 제2 면(B)이 연마되도록 래핑(lapping) 하는 방식 등을 적용할 수 있다.
상기 발광구조물(123)은 상기 기판(128)의 제1 면(A) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(123a), 활성층(123b) 및 제2 도전형 반도체층(123c)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)은 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 실시형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)은 각각 n형 및 p형 반도체층을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가지며, 예컨대 GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
상기 활성층(123b)은 가시광(약 350㎚∼680㎚ 파장범위)을 발광하기 위한 층일 수 있으며, 단일 또는 다중 양자 우물(multiple quantum well ; MQW )구조를 갖는 언도프된 질화물 반도체층으로 구성될 수 있다. 상기 활성층(123b)은 예를 들어 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 양자장벽층과 양자우물층이 교대로 적층된 다중양자우물구조로　형성되어 소정의 밴드 갭을 가지는 구조를 사용할 수 있다. 이와 같은 양자 우물에 의해 전자 및 정공이 재결합되어 발광한다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)과 활성층(123b)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 결정 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
상기 기판(128)과 발광구조물(123) 사이에는 버퍼층(122)이 배치될 수 있다. 상기 기판(128) 상에 발광구조물(123)이 성장하는 경우, 예를 들면 이종 기판 상에 발광구조물로서 GaN 박막을 성장시키는 경우 기판과 GaN 박막 간의 격자상수 불일치로 인해 전위(dislocation)와 같은 격자결함이 발생할 수 있으며, 열팽창 계수 차이로 인해 기판이 휨으로써 발광구조물에 균열(crack)이 발생할 수 있다. 이러한 결함제어와 휨 제어를 위해, 상기 기판(128) 상에 버퍼층(122)을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 발광구조물, 예컨대 질화물 반도체를 성장할 수 있다. 이와 같은 버퍼층(122)은 발광구조물(123)을 이루는 단결정 성장온도보다 저온에서 형성된 저온 버퍼층일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(122)을 이루는 물질로는 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 상기 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 언도프 GaN층이 일정 두께로 형성된 것일 수 있다.
물론, 이에 제한되는 것은 아니므로, 발광구조물(123)의 결정성을 좋게 하기 위한 구조라면 어느 것이든 채용될 수 있으며, ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN, ZnO 등의 물질도 사용될 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나 조성을 점진적으로 변화시킨 층으로도 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(126, 127)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)의 외부와의 전기 접속을 위한 것으로, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)과 각각 접하도록 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극(126, 127)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(123a, 123c)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Au, Ag, Cu, Zn, Al, In, Ti, Si, Ge, Sn, Mg, Ta, Cr, W, Ru, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착시키거나 스퍼터링하는 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(126, 127)은 상기 발광구조물(123)을 기준으로 상기 기판(128)의 반대측에 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 상기 패키지 본체(110)의 제1 및 제2 전극구조(111, 112)와 소위, 플립칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 활성층(123b)에서 방출된 광은 상기 기판(128)을 경유하여 외부로 방출될 수 있다.
상기 측면경사부(130)는 상기 발광다이오드 칩(120)의 측면을 둘러싸도록 배치된다. 상기 측면경사부(130)는 상부를 향하여 경사진 경사면(131)을 갖도록 형성되되, 상기 활성층(123b)에서 생성된 광 중 상기 발광다이오드 칩(120)의 측면을 통하여 방출되는 광이 외부로 출사될 수 있도록, 광투과성 물질로 형성될 수 있다.
상기 광투과성 물질로 투명 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 실리콘, 변형 실리콘, 에폭시, 우레탄, 옥세탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 상기 측면경사부(130)에 채용될 수 있는 형상에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 측면경사부(130)는 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면과 상기 패키지 본체(110)의 실장면을 연결하도록 형성하여, 상기 발광다이오드 칩(120)의 측면을 통하여 방출되는 광이 빠짐 없이 투과될 수 있도록, 상기 발광다이오드 칩(120)의 모든 측면에 형성할 수 있다. 이하에서, 상기 패키지 본체(110)의 실장면은, 상기 패키지 본체(110)의 대향하는 양면 중 상기 발광다이오드 칩(120)이 실장되는 일면을 의미하는 용어로 사용된다.
상기 측면경사부(130)는 적어도 하나의 경사면(131)을 구비하며, 상기 경사면(131)은 곡면 가질 수 있다. 상기 경사면(131)의 곡면은 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 모서리와 상기 패키지 본체(110)의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 오목한 곡면을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 모서리와 상기 패키지 본체(110)의 실장면을 연결하는 직선은 상기 패키지 본체(110)의 실장면을 기준으로 10° 내지 80°일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 경사각은 45°내외 일 수 있다.
상기 측면경사부(130)의 경사면(131)은 상기 발광다이오드 칩(120)에 액상의 투명수지를 디스펜싱하여 형성되되, 투명수지의 양을 조절하여, 투명수지 표면이 표면장력에 의해 오목한 곡면을 이루도록함으로서 형성할 수 있다.
이와 같은 측면경사부(130)의 경사면(131)은, 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 및 측면에 형성되는 파장변환층(140)이 일정한 두께로 형성될 수 있게 하는 효과가 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 발광다이오드 칩(120)에 형성되는 파장변환층(140)은 일정한 두께로 형성되어야 상기 파장변환층(140)에서 변환되는 광의 색산포가 감소되나, 발광다이오드 칩(120)의 상면 모서리와 패키지 본체(110)의 실장면과 접하는 모서리에는 파장변환층(140)의 두께를 균일하게 형성하는 것이 매우 어렵다. 예를 들어, 파장변환층(140)을 스프레이 코팅으로 형성하는 경우, 발광다이오드 칩의 상면 모서리는 다른 영역에 비해 두껍게 도포되며, 패키지 본체(110)의 실장면과 접하는 모서리는 다른 영역에 비해 얇게 도포되는 문제점이 있다.
본 실시형태에 따른 상기 측면경사부(130)는, 상기 발광다이오드 칩(120)의 측면에 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 모서리와 패키지 본체(110)의 실장면을 연결하는 경사면(131)을 형성하므로, 그 위에 형성되는 파장변환층(140)의 두께가 실질적으로 일정하게 되는 이른바 컨포멀 코팅(conformal coating)을 형성할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 실시형태에 의한 발광다이오드 패키지(100)는 발광다이오드 칩(120)의 측면에도 컨포멀 코팅된 파장변환층(140)이 형성될 수 있으므로, 색온도 편차가 감소되어, 색품질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 상기 측면경사부(130)의 오목한 경사면(131)은 상기 발광다이오드 칩(120)에서 방출되는 측면광의 광경로를 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 방향으로 변환하여, 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 방향으로 더 많은 양의 광이 조사되게 할 수 있는 효과가 있다.
상기 파장변환층(140)은 상기 발광구조물(123)로부터 생성된 광에 의해 여기되어 변환된 파장의 광을 방출하는 파장변환물질을 포함하며, 상기 파장변환물질은 형광체 또는 양자점일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 파장변환층(140)은 발광다이오드 칩(120)의 상면에 형성된 영역(A2)과 상기 측면경사부(130)의 경사면(131)에 형성된 영역(A1)으로 구성될 수 있으며, 실질적으로 균일한 두께로 이루도록 컨포멀 코팅(conformal coating)으로 형성될 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 발광다이오드 칩(120)의 측면에 경사면(131)을 구비함으로써 상기 파장변환층(140)이 발광다이오드 칩(120)의 상면과 측면을 모두 실질적으로 균일한 두께로 덮을 수 있으므로, 파장변환층(140)의 두께가 균일하지 못하여 발생되는 색온도 편차가 효과적으로 개선될 수 있다. 따라서, 우수한 색특성을 갖는 발광다이오드 패키지(100)가 얻어질 수 있다.
또한, 이 경우 발광다이오드 패키지(100)의 광효율이 보다 효과적으로 개선될 수 있다. 구체적으로, 파장변환층(140)에 분포된 파장변환물질, 예를 들면 형광체는 발광다이오드 칩(120)으로부터 출사된 광을 일부 자가흡수(self absorption)하여 소실시키는데, 본 실시형태에 따르면 상기 파장변환층(140)의 두께를 최소화하여 동일 색특성을 위해 요구되는 형광체의 양을 줄일 수 있으므로, 형광체에서 자가흡수되는 광량을 줄일 수 있다.
상기 파장변환층(140) 상에는 상기 파장변환층(140)을 봉지하는 렌즈부(150)를 형성할 수 있다. 상기 렌즈부(150)는 상기 발광다이오드 칩(120)에서 방출된 광의 배광부포를 제어하도록 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 구체적으로, 볼록 렌즈, 오목렌즈, 타원 등의 형상을 갖도록 하여, 배광 분포를 제어할 수 있다.
상기 렌즈부(150)를 구성하는 재료는 광 투과성이면 그 성분은 특별히 제한되지 않으며, 실리콘 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 에폭시 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 아크릴수지 조성물 등의 투광성을 갖는 절연 수지가 적용될 수 있다. 또한, 실리콘, 에폭시, 불소 수지 중 적어도 하나 이상을 포함하는 하이브리드 수지 등을 이용할 수 있으며, 상기 렌즈부(150)의 재료는 유기물에 한정되지 않고, 유리, 실리카겔 등의 내광성이 뛰어난 무기물이 적용될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지(200)에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.
본 실시형태의 경우, 앞서 설명한 일 실시형태와 비교하여, 측면경사부(230)의 경사면(231)의 단면이 평면을 이루도록 형성된 차이점이 있다. 그 외의 구성은 일 실시형태와 같으므로, 일 실시형태와 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 발광다이오드 패키지(200)는, 앞서 설명한 일 실시형태와 동일하게 패키지 본체(210), 상기 패키지 본체(210)의 일면에 실장되는 발광다이오드칩(220), 상기 발광소자칩(220)의 측면에 형성되는 측면경사부(230)와, 파장변환층(240)을 포함한다.
상기 측면경사부(230)의 단면은 패키지 본체(210)의 실장면을 기준으로 일정한 경사각을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 파장변환층(240)은 발광다이오드 칩(120)의 상면에 형성된 영역(B2)과 상기 측면경사부(230)의 경사면(231)에 형성된 영역(B1)으로 구성될 수 있다. 앞서 설명한 일 실시형태와 달리, 측면경사부(230)의 경사면(231)에 형성된 영역(B1)은 일정한 경사각을 이루도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 경우, 측면경사부(230)의 경사면(231)에 형성된 파장변환층(240)이 일정한 각도의 경사값을 가지게 되므로, 일 실시형태에 비하여 상기 발광다이오드 칩(220)의 측면광의 광경로를 패키지 본체(210)의 실장면을 향하도록 변경하게 되므로, 발광다이오드 패키지(200)에서 방출되는 광의 조사범위가 확대될 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지(300)에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 발광 다이오드 패키지(300)의 측단면도이다.
본 실시형태의 경우, 앞서 설명한 일 실시형태와 비교하여, 측면경사부(330)의 경사면(331)의 단면이 곡면을 이루되, 상기 발광다이오드 칩(320)의 상면 모서리와 상기 패키지 본체(310)의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 볼록한 곡면을 이루도록 형성된 차이점이 있다. 그 외의 구성은 일 실시형태와 같으므로, 일 실시형태와 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 발광다이오드 패키지(300)는, 앞서 설명한 일 실시형태와 동일하게 패키지 본체(310), 상기 패키지 본체(310)의 일면에 실장되는 발광다이오드칩(320), 상기 발광소자칩(320)의 측면에 형성되는 측면경사부(330)와, 파장변환층(340)을 포함한다.
상기 측면경사부(330)의 단면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 볼록한 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 파장변환층(340)은 발광다이오드 칩(320)의 상면에 형성된 영역(C2)과 상기 측면경사부(330)의 경사면(331)에 형성된 영역(C1)으로 구성될 수 있다. 앞서 설명한 일 실시형태와 달리, 측면경사부(330)의 경사면(331)에 형성된 영역(C1)은 볼록한 형상으로 형성되므로, 앞서 설명한 일 실시형태 또는 다른 실시형태에 비하여 상기 발광다이오드 칩(320)의 측면광의 광경로를 패키지 본체(310)의 실장면을 향하도록 변경하게 되므로, 발광다이오드 패키지(300)에서 방출되는 광의 조사범위가 더욱 확대될 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시형태의 변형예에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태의 변형예에 의한 발광 다이오드 패키지(400)의 측단면도이다.
본 변형예의 경우, 앞서 설명한 또 다른 실시형태와 비교하여, 측면경사부(430)가 발광다이오드 칩의 상면과 동일한 평면상에 형성된 평탄면(432)을 갖도록 형성된 차이점이 있다. 그 외의 구성은 또 다른 실시형태와 같으므로, 일 실시형태와 다른 구성을 중심으로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시형태의 변형예에 의한 발광다이오드 패키지(400)는, 앞서 설명한 일 실시형태와 동일하게 패키지 본체(410), 상기 패키지 본체(410)의 일면에 실장되는 발광다이오드칩(420), 상기 발광소자칩(420)의 측면에 형성되는 측면경사부(430)와, 파장변환층(440)을 포함한다.
상기 측면경사부(430)의 단면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 볼록한 곡면을 이루도록 형성되되, 발광다이오드 칩(400)의 상면 모서리가 이루는 평면과 동일한 평면을 이루는 평탄면(432)을 가지도록 형성된다.
상기 파장변환층(440)은 발광다이오드 칩(420)의 상면에 형성된 영역(D3), 상기 발광다이오드 칩(420)의 상면과 동일한 평면을 이루는 측면경사부(430) 상에 형성된 영역(D2)과 상기 측면경사부(430)의 경사면(431)에 형성된 영역(D1)으로 구성될 수 있다. 따라서, 앞서 설명한 또 다른 실시형태와 달리, 발광다이오드 칩(420)의 측면에 평탄면(432)이 형성되므로, 발광다이오드 칩(420)의 상면에 비하여 더욱 넓은 광방출면을 형성할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 도 1(a)에 도시된 발광다이오드 패키지(100)의 제조방법의 일 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 일면에 제1 및 제2 전극구조(121, 122)가 형성된 패키지 본체(110) 상에 발광다이오드 칩(120)을 실장한다. 상기 발광다이오드 칩(120)을 플립칩 형식으로 실장할 경우에는 솔더 범프(121, 122)를 이용하여, 실장할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 실장 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 발광다이오드 칩(120)의 측면에 디스펜서(D)를 이용하여 투명 수지를 도포하여 측면경사부(130)를 형성한다. 이때, 도포되는 투명수지의 양은 도포된 투명 수지의 표면이 표면장력에 의해 오목한 형상을 이루는 양으로 제한할 수 있다. 이때, 상기 측면경사부(130)의 상부가 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면 모서리와 접하도록 형성하면, 즉 측면경사부(130)와 발광다이오드 칩(120)의 상면이 자연스럽게 연장되도록 형성하면, 다음 단계에서 도포되는 파장변환층(140)이 상기 발광소자 칩(120)의 상면 모서리 영역에서 두껍게 형성되는 것을 방지하여, 상기 파장변환층(140)이 컨포멀 코팅을 이루도록 할 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 측면경사부(130)의 경사면(131)과 상기 발광다이오드 칩(120)의 상면에 파장변환물질을 도포하여 파장변환층(140)을 형성한다. 이때, 파장변환물질을 노즐(N)을 이용하여 도포하는 스프레이법에 의해 상기 파장변환층(140)을 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 파장변환층(140)의 두께를 실질적으로 균일하게 형성하여 컨포멀 코팅을 형성할 수 있는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 상기와 같은 과정을 거치면 도 1(a)의 발광다이오드 패키지(100)가 완성된다.
다음으로, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 도 4에 도시된 발광다이오드 패키지(100)의 제조방법의 일 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 일면에 제1 및 제2 전극구조(421, 422)가 형성된 패키지 본체(410) 상에 발광다이오드 칩(420)을 실장한다. 상기 발광다이오드 칩(420)을 플립칩 형식으로 실장할 경우에는 솔더 범프(421, 422)를 이용하여, 실장할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 실장 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 디스펜서(D)를 이용하여 상기 발광다이오드 칩(420)을 덮도록 투명 수지를 도포하여 측면경사부(430)을 형성한다. 이때, 도포되는 투명수지의 양은 상기 발광다이오드 칩(420)의 모든 측면을 덮도록 도포되어야하나, 상기 발광다이오드 칩(420)의 상면의 모든 영역이 반드시 도포되어야 하는 것은 아니다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 투명 수지를 경화시킨 후, 상기 투명 수지의 일부를 제거하여 상기 발광다이오드 칩(420)의 상면을 노출시킨다. 상기 발광다이오드 칩(420)의 상면에 도포된 투명 수지는 그라인더를 이용하여 제거될 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 화학적 식각법 또는 물리적 식각법과 같은 다양한 방법이 사용될 수 있다.
이때, 그라인더에 의해 투명 수지가 제거된 영역 중 상기 발광다이오드 칩(420)의 측면에 대응되는 영역 상에는 그라인딩에 의해 평탄면(432)이 형성된다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 측면경사부(430)의 경사면(431)및 평탄면(432)와 상기 발광다이오드 칩(420)의 상면에 파장변환물질을 도포하여 파장변환층(440)을 형성한다. 이때, 파장변환물질을 스프레이 도포하는 방법에 의해 상기 파장변환층(440)을 형성할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 파장변환층(440)의 두께를 실질적으로 균일하게 형성하여 컨포멀 코팅을 형성할 수 있는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 상기와 같은 과정을 거치면 도 4의 발광다이오드 패키지(400)가 완성된다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 백라이트 유닛(3000)은 기판(3002) 상에 광원(3001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(3003)를 구비한다. 광원(3001)은 도 1(a) 및 도 4를 참조하여 상술한 구조 또는 그와 유사한 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지 패키지를 이용할 수 있으며, 또한, 도 1(a) 내지 도 8 중 어느 하나의 발광 다이오드 패키지를 직접 기판(3002)에 실장(소위 COB 타입)하여 이용할 수도 있다.
도 12의 백라이트 유닛(3000)에서 광원(3001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 13에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(4000)은 기판(4002) 위에 실장된 광원(4001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방사된 빛은 도광판(4003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(4003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(4003)의 하면에는 반사층(4004)이 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 14의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(5000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(5003)과 구동부(5008)와 외부접속부(5010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(5006, 5009)과 커버부(5007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(5003)은 도 1(a) 및 도 4를 참조하여 상술한 발광 다이오드 패키지 구조 또는 이와 유사한 구조를 갖는 광원(5001)과 그 광원(5001)이 탑재된 회로기판(5002)을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 하나의 광원(5001)이 회로기판(5002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다.
외부 하우징(5006)은 열방출부로 작용할 수 있으며, 발광모듈(5003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(5004) 및 조명장치(5000)의 측면을 둘러싸는 방열핀(5005)을 포함할 수 있다. 커버부(5007)는 발광모듈(5003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(5008)는 내부 하우징(5009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(5010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(5008)는 발광모듈(5003)의 광원(5001)을 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(5008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(5000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(6000)는 광원(6001), 반사부(6005), 렌즈 커버부(6004)를 포함하며, 렌즈 커버부(6004)는 중공형의 가이드(6003) 및 렌즈(6002)를 포함할 수 있다. 광원(6001)은 도 1(a) 및, 및 도 2 내지 도 4의 발광 다이오드 패키지를 적어도 하나 포함할 수 있다.
헤드 램드(6000)는 광원(6001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(6012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(6012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(6010)와 냉각팬(6011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(6000)는 방열부(6012) 및 반사부(6005)를 고정시켜 지지하는 하우징(6009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(6009)은 일면에 방열부(6012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(6008)을 구비할 수 있다.
하우징(6009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(6005)가 광원(6001)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(6007)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(6005)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(6007)과 대응되도록 반사부(6005)가 하우징(6009)에 고정되어 반사부(6005)를 통해 반사된 빛이 전방홀(6007)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다.
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.
100: 발광소자 패키지
110: 패키지 본체
111: 제1 전극
112: 제2 전극
120: 발광소자칩
121, 122: 솔더 범프
123: 발광구조물
123a: 제1 도전형 반도체층
126b: 활성층
126c: 제2 도전형 반도체층
126: 제1 전극
127: 제2 전극
128: 기판
130: 측면경사부
131: 경사면
140: 파장변환층

Claims (10)

  1. 패키지 본체;
    상기 패키지 본체 상에 실장된 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 배치되며 광투과성 물질을 포함하고, 상부를 향하는 경사면을 갖는 측면경사부; 및
    상기 경사면 및 상기 발광다이오드 칩의 상면에 배치된 파장변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 실장된 발광다이오드 칩의 상면 모서리로부터 상기 패키지 본체의 실장면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경사면의 곡면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 오목한 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 경사면의 곡면은 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리와 상기 패키지 본체의 실장면을 연결하는 직선을 기준으로 볼록한 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광투과성 물질은 투명 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환층은 실질적으로 일정한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  8. 제1 및 제2 전극구조를 구비하는 패키지 본체;
    제1 및 제2 전극이 형성된 일면을 가지며 상기 패키지 본체의 제1 및 제2 전극구조에 실장된 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 배치되며 광투과성 물질을 포함하고, 상부를 향하는 경사면을 갖는 측면경사부; 및
    상기 경사면 및 상기 발광다이오드 칩의 상면에 배치된 파장변환층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 패키지 본체의 실장면에 발광다이오드 칩을 실장하는 단계;
    상기 발광다이오드 칩의 측면을 둘러싸도록 투명 수지를 도포하되, 상기 발광다이오드 칩의 상면 모서리로부터 상기 패키지 본체의 실장면을 따라 경사면을 갖도록 도포하는 단계; 및
    상기 발광다이오드 칩의 상면과 상기 측면경사부의 경사면을 덮도록 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파장변환층을 형성하는 단계는 파장변환물질을 컨포멀 코팅하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
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Patent event date: 20131010

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