KR101532983B1 - 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 산란 특성을 향상시킬 수 있게 하는 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판에 안착되는 발광 소자; 상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 및 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층;을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 산란 특성을 향상시킬 수 있게 하는 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 광의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어, 여러 가지 용도로 모듈화하여 각종 조명 장치나 디스플레이 장치 등에 적용할 수 있다.
종래의 발광 소자 패키지는 광 산란 특성 향상을 위해서 확산판 또는 무반사(anti-reflection, AR) 필름을 이용하여 광을 산란시키는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 상기의 방법은 추가적인 재료 및 공정증가에 따른 제조 원가 상승의 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 친수성 성질로 개질된 나노 스케일의 폴리스틸렌 비드 입자를 봉지재 또는 기판에 부착시켜서 발광 소자에서 발생된 빛이 비드 입자에서 산란되어 광 산란 특성을 향상시킬 수 있고, 반사도를 증가시키며, 광의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있게 하는 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판에 안착되는 발광 소자; 상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 및 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 비드층은, 상기 기판의 발광 소자 대향면에 설치되는 기판 비드층; 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되는 봉지재 비드층;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 비드층은, 1㎚ 내지 1㎛의 직경을 갖는 나노 스케일의 폴리스틸렌(polystyrene) 또는 실리카 계열의 입자를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 비드층은, 제 1 직경을 갖는 제 1 비드 입자 및 상기 제 1 직경과 다른 제 2 직경을 갖는 제 2 비드 입자를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 비드층은, 서로 접촉되는 상기 제 1 비드 입자들 사이의 공간에 상기 제 2 비드 입자가 삽입될 수 있도록 상기 제 1 비드 입자의 제 1 직경이 상기 제 2 비드 입자의 제 2 직경 보다 큰 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 봉지재는, 투광성 봉지재일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 봉지재를 설치하는 단계; 및 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계는, 상기 광산란성 비드 입자를 포함하는 용액을 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 투입하여 스핀 코팅하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 용액은, 폴리스틸렌(polystyrene) 비드 입자와, 디아이 워터(DI water)와, 계면활성제 및 메탄올을 포함하는 친수성 용액일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법은, 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계 이전에, 상기 기판에 상기 발광 소자를 안착시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 백라이트 유닛은,
기판; 상기 기판에 안착되는 발광 소자; 상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층; 및 상기 발광 소자의 광 경로에 설치되는 도광판;을 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 조명 장치는, 기판; 상기 기판에 안착되는 발광 소자; 상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 및 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층;을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 광 산란 특성을 향상시킬 수 있고, 반사도를 증가시키며, 광의 균일도(uniformity)를 증대시킬 수 있고, 제품의 광학적 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지의 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 다른 일례에 따른 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 또 다른 일례에 따른 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 1의 발광 소자 패키지의 제작 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지의 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 다른 일례에 따른 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 또 다른 일례에 따른 비드층을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 1의 발광 소자 패키지의 제작 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 비드층(40)을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 크게 기판(10)과, 발광 소자(20)와, 봉지재(30) 및 비드층(40)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판(10)은, 상기 발광 소자(20)를 수용할 수 있고, 상기 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되는 것으로서, 상기 발광 소자(20)를 지지할 수 있도록 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료나 전도성 재료로 제작될 수 있다.
예를 들어서, 상기 기판(10)은, 상기 발광 소자(20)를 외부 전원과 연결시키도록 각종 배선층이 형성될 수 있고, 에폭시계 수지 시트를 다층 형성시킨 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은, 연성 재질의 플랙서블 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
이외에도, 상기 기판(10)은, 레진, 글래스 에폭시 등의 합성 수지 기판이나, 열전도율을 고려하여 세라믹(ceramic) 기판이 적용될 수 있고, 이외에도 절연 처리된 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 납, 금, 은 등의 금속 기판 등이 적용될 수 있으며, 플레이트 형태나 리드 프레임 형태의 기판들이 적용될 수 있다.
또한, 상기 기판(10)은, 가공성을 향상시키기 위해서 적어도 EMC(Epoxy Mold Compound), PI(polyimide), 세라믹, 그래핀, 유리합성섬유 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 상기 기판(10)에는 도시하지 않았지만 배선층이 전도층 패턴의 형태로 설치될 수 있다. 이러한 배선층은 열전도성이 우수하고 비교적 저렴한 재질인 구리, 알루미늄 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
이 때, 이러한 패턴 형성 방법은 열압착 가공, 도금 가공, 접착 가공, 스퍼터링 가공이나, 기타 식각 가공, 프린팅 가공, 스프레이 가공 등의 방법이 이용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)에 안착되는 것으로서, 도 1에서는 상기 기판(10) 위에 1개의 발광 소자(20)가 안착된 상태를 예시하였다.
이외에도, 상기 기판(10)에는 복수개의 발광 소자(20)들이 안착될 수 있다.
이러한, 상기 발광 소자(20)는, 반도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED, 자외 발광의 LED 등이 적용될 수 있다. 질화물 반도체는, 일반식이 AlxGayInzN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)으로 나타내진다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 예를 들면, MOCVD법 등의 기상성장법에 의해, 성장용 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다. 이들 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 이용할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자웰 구조나 단일 양자웰 구조를 한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 디스플레이 용도나 조명 용도 등 용도에 따라 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 성장용 기판으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장용 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판과 GaN계인 발광 적층체 사이의 버퍼층을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 성장용 기판은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 제거 시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지 기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 LED 구조 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001과 4.758 이며, C면, A면, R면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
또한, 상기 성장용 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판 등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 성장용 기판과 발광적층체 사이에 버퍼층을 배치시킬 수 있다. 상기 버퍼층은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
여기서, 상기 버퍼층은 AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 발광 소자(20)는, 범프나 패드나 솔더 등의 신호전달매체를 갖는 플립칩 형태의 발광 소자들일 수 있고, 이외에도 와이어 등의 신호전달매체를 갖는 수직형 및 수평형 등 다양한 형태의 발광 소자들이 적용될 수 있다.
또한, 상기 봉지재(30)는, 상기 발광 소자(20)의 주위를 둘러싸도록 상기 기판(10)에 설치되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 봉지재(30)는, 상기 발광 소자(20)의 빛의 경로에 설치될 수 있다.
또한, 상기 봉지재(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어서, 전체적으로 상면이 오목한 사각기둥 형상일 수 있다. 이외에도 상기 봉지재(30)는, 원형 기둥, 삼각기둥 형상, 사각기둥 형상, 오각기둥 형상, 육각기둥 형상, 다각기둥 형상, 타원기둥 형상, 복합기둥 형상, 기하학적 형상 등 매우 다양한 형태일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 상기 봉지재(30)의 형상은 도 1에 도시된 형상으로 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 봉지재(30)는, 상기 기판(10)에 몰딩 성형되거나, 디스펜싱 또는 스크린 프린팅될 수 있다.
또한, 더욱 구체적으로는, 예를 들어서, 상기 봉지재(30)는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지 등이 적용될 수 있다.
또한, 이들 수지 중에, 산화 티타늄, 이산화규소, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 티타늄산 칼륨, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 멀라이트, 크롬, 화이트 계열이나 금속 계열의 성분 등 광 반사성 반사 물질을 함유시킬 수 있다. 즉, 상술된 바와 같이, 상기 봉지재(30)는, 반사성 이거나 투광성 봉지재일 수 있다.
또한, 이러한 상기 봉지재(30)의 형상은 매우 다양할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 상기 봉지재(30)의 형상은 도 1에 도시된 형상으로 국한되는 것은 아니다.
한편, 상기 비드층(40)은, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판(10)의 발광 소자 대향면(10a) 또는 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자(B)를 갖는 것으로서, 상기 기판(10)의 발광 소자 대향면(10a)에 설치되는 기판 비드층(40-1) 및 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)에 설치되는 봉지재 비드층(40-2)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비드층(40)은, 1㎚ 내지 1㎛의 제 1 직경(D1)을 갖는 나노 스케일의 카르복실기를 갖는 폴리스틸렌(polystyrene) 또는 실리카 계열의 비드 입자(B)를 포함할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛이 상기 비드층(40)에 도달되면 미세한 광산란성 상기 비드 입자(B)들과 충돌되면서 광 산란 현상을 일으키고, 이러한 광 산란 효과를 이용하여 빛을 부분적으로 여러 방향으로 골고루 균등하게 반사시키거나, 빛을 부분적으로 산란 및 확산시켜서 균일한 광밀도를 형성할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 단층인 비드층(40)을 확대하여 나타내는 확대 단면도이고, 도 3은 도 2의 다른 일례에 따른 복층(도 3에서는 2층)인 비드층(40)을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 비드층(40)은 적어도 단층일 수 있다. 이외에도, 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 일례에 따르면, 상기 비드층(40)은 2층 이상의 복층인 것도 가능하다. 이러한 상기 비드층(40)의 층수나 두께는 후술될 도 8의 용액(W)의 특성이나 스핀척(S)의 회전수와 관계가 있다. 즉, 예를 들어서, 상기 용액(W)의 점도가 높거나 상기 스핀척(S)의 회전수가 낮으면 상기 비드층(40)의 층수나 두께가 증대될 수 있고, 반대로 상기 용액(W)의 점도가 낮거나 상기 스핀척(S)의 회전수가 높으면 상기 비드층(40)의 층수나 두께가 낮아질 수 있다. 따라서, 이러한 상기 비드층(40)의 층수나 두께는 산란 효과를 극대화하기 위하여 최적화되어 설계되거나 제작될 수 있다.
도 4는 도 2의 또 다른 일례에 따른 비드층(40)을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비드층(40)은, 제 1 직경(D1)을 갖는 제 1 비드 입자(B1) 및 상기 제 1 직경(D1)과 다른 제 2 직경(D2)을 갖는 제 2 비드 입자(B2)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비드층(40)은, 서로 접촉되는 상기 제 1 비드 입자(B1)들 사이의 공간에 상기 제 2 비드 입자(B2)가 삽입될 수 있도록 상기 제 1 비드 입자(B1)의 상기 제 1 직경(D1)이 상기 제 2 비드 입자(B2)의 상기 제 2 직경(D2) 보다 클 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛이 상기 비드층(40)에 도달되면 먼저 상기 제 1 비드 입자(B1)들과 충돌되면서 1차로 광 산란 현상을 일으키고, 이어서, 산란된 빛은 상기 제 2 비드 입자(B2)들과 충돌되면서 2차로 보다 균일하고 광범위하게 산란될 수 있다. 이러한 광 산란 효과를 이용하여 빛을 부분적으로 여러 방향으로 골고루 균등하게 반사시키거나, 빛을 부분적으로 산란 및 확산시켜서 균일한 광밀도를 형성할 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 상기 발광 소자(20)와 상기 비드층(40) 사이의 공간에 형광체를 설치할 수 있다. 예컨데, 이러한 형광체는 아래와 같은 조성식 및 컬러를 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 L3Si6O11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu
이러한, 상기 형광체의 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, Y은 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 부활성제등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 상기 형광체의 대체 물질로 양자점(Quantum Dot) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 CdSe, InP 등의 코어(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(0.5 ~ 2nm)및 코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(Regand)의 구조로 구성될 수 있으며, 크기에 따라 다양한 칼라를 구현할 수 있다.
또한, 상기 형광체 또는 양자점(Quantum Dot)의 도포 방식은 크게 LED 칩 또는 발광소자에 뿌리는 방식, 또는 막 형태로 덮는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용 할 수 있다.
뿌리는 방식으로는 디스펜싱, 스프레이 코팅 등이 일반적이며 디스펜싱은 공압방식과 스크류(Screw), 리니어 타입(Linear type) 등의 기계적 방식을 포함한다. 제팅(Jetting) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광 소자 기판상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광 소자 또는 LED 칩 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며 LED 칩 측면의 도포 유무 필요에 따라 해당 방식의 차이점을 가질 수 있다.
발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체 중 단파장에서 발광하는 광을 재 흡수하는 장파장 발광 형광체의 효율을 제어하기 위하여 발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체층을 구분할 수 있으며, LED 칩과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR)층을 포함 할 수 있다.
균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 LED 칩 또는 발광 소자 위에 부착할 수 있다.
광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이 때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치한다.
이러한, 상기 형광체 도포 기술은 발광 소자에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체 균일 분산 등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다. QD 또한 형광체와 동일한 방식으로 LED 칩 또는 발광 소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광 변환을 할 수 있다.
도 5 내지 도 9는 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 제작 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
따라서, 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 제작 과정을 단계적으로 설명하면, 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)을 준비할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 상기 봉지재(30)를 몰딩하여 설치할 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 상기 발광 소자(20)를 안착시킬 수 있다. 여기서, 상기 발광 소자(20)는 플립칩일 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판(10)의 상기 발광 소자 대향면(10a) 및 상기 봉지재(30)의 상기 발광 소자 대향면(30a)에 미세한 광산란성 비드 입자(B)를 갖는 비드층(40)을 설치할 수 있다.
이 때, 상기 비드층(40)은, 상기 광산란성 비드 입자(B)를 포함하는 용액(W)을 디스펜서(DP)로 상기 기판(10)의 발광 소자 대향면(10a) 및 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)에 투입하여 스핀척(S)으로 스핀 코팅하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 용액(W)은, 카르복실기를 갖는 폴리스틸렌(polystyrene) 또는 실리카 계열의 비드 입자(B)와, 디아이 워터(DI water)와, 계면활성제 및 메탄올을 포함하는 친수성 용액일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법은, 상기 기판(10)을 준비하는 단계(S1)와, 상기 기판(10)에 봉지재(30)를 설치하는 단계(S2)와, 상기 기판(10)에 상기 발광 소자(20)를 안착시키는 단계(S3) 및 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판(10)의 발광 소자 대향면(10a) 및 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)에 미세한 광산란성 비드 입자(B)를 갖는 비드층(40)을 설치하는 단계(S4)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계(S4)는, 상기 광산란성 비드 입자(B)를 포함하는 용액(W)을 디스펜서(DP)로 상기 기판(10)의 발광 소자 대향면(10a) 및 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)에 투입하여 스핀척(S)으로 스핀 코팅하여 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 용액(W)은, 카르복실기를 갖는 폴리스틸렌(polystyrene) 또는 실리카 계열의 비드 입자(B)와, 디아이 워터(DI water)와, 계면활성제 및 메탄올을 포함하는 친수성 용액일 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 본 발명은 상술된 발광 소자 패키지들을 포함하는 백라이트 유닛 및 조명 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 백라이트 유닛은 상기 발광 소자의 광 경로에 설치되는 도광판을 더 포함할 수 있고, 상기 백라이트 유닛 및 상기 조명 장치의 구성 요소들은 상술된 본 발명의 발광 소자 패키지의 그것들과 구성과 역할이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
즉, 도 1에서 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)은 수직 형태로 예시되었으나, 상기 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)의 상기 봉지재(30)의 발광 소자 대향면(30a)은 경사지게 형성되는 일반적인 컵 형상의 일부분일 수 있고, 상기 비드층(40)은 이러한 컵 형태의 이외에도 상기 발광 소자 대향면(30a)에도 설치될 수 있다. 기타 이외에도 다양한 형태의 컵 형상에 상기 비드층(40)이 설치될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 기판
10a, 30a: 발광 소자 대향면
20: 발광 소자
30: 봉지재
40: 비드층
40-1: 기판 비드층
40-2: 봉지재 비드층
B: 비드 입자
D1: 제 1 직경
D2: 제 2 직경
B1: 제 1 비드 입자
B2: 제 2 비드 입자
W: 용액
DP: 디스펜서
S: 스핀척
100, 200: 발광 소자 패키지
10a, 30a: 발광 소자 대향면
20: 발광 소자
30: 봉지재
40: 비드층
40-1: 기판 비드층
40-2: 봉지재 비드층
B: 비드 입자
D1: 제 1 직경
D2: 제 2 직경
B1: 제 1 비드 입자
B2: 제 2 비드 입자
W: 용액
DP: 디스펜서
S: 스핀척
100, 200: 발광 소자 패키지
Claims (12)
- 기판;
상기 기판에 안착되는 발광 소자;
상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 및
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층;
을 포함하고,
상기 비드층은, 제 1 직경을 갖는 제 1 비드 입자 및 상기 제 1 직경과 다른 제 2 직경을 갖는 제 2 비드 입자를 포함하는 것인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 비드층은,
상기 기판의 발광 소자 대향면에 설치되는 기판 비드층; 및
상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되는 봉지재 비드층;
을 포함하는, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 비드층은, 1㎚ 내지 1㎛의 직경을 갖는 나노 스케일의 폴리스틸렌(polystyrene) 또는 실리카 계열의 입자를 포함하는 것인, 발광 소자 패키지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 비드층은, 서로 접촉되는 상기 제 1 비드 입자들 사이의 공간에 상기 제 2 비드 입자가 삽입될 수 있도록 상기 제 1 비드 입자의 제 1 직경이 상기 제 2 비드 입자의 제 2 직경 보다 큰 것인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 봉지재는, 투광성 봉지재인, 발광 소자 패키지. - 기판을 준비하는 단계;
상기 기판에 봉지재를 설치하는 단계; 및
발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계;
을 포함하고,
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계는,
상기 광산란성 비드 입자를 포함하는 용액을 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 투입하여 스핀 코팅하는 것인, 발광 소자 패키지의 제작 방법. - 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 용액은,
폴리스틸렌(polystyrene) 비드 입자와, 디아이 워터(DI water)와, 계면활성제 및 메탄올을 포함하는 친수성 용액인, 발광 소자 패키지의 제작 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 및 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층을 설치하는 단계 이전에,
상기 기판에 상기 발광 소자를 안착시키는 단계;
를 더 포함하는, 발광 소자 패키지의 제작 방법. - 기판;
상기 기판에 안착되는 발광 소자;
상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재;
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층; 및
상기 발광 소자의 광 경로에 설치되는 도광판;
을 포함하고,
상기 비드층은, 제 1 직경을 갖는 제 1 비드 입자 및 상기 제 1 직경과 다른 제 2 직경을 갖는 제 2 비드 입자를 포함하는 것인, 백라이트 유닛. - 기판;
상기 기판에 안착되는 발광 소자;
상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 주위에 설치되는 봉지재; 및
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 산란시킬 수 있도록 상기 기판의 발광 소자 대향면 또는 상기 봉지재의 발광 소자 대향면에 설치되고, 미세한 광산란성 비드 입자를 갖는 비드층;
을 포함하고,
상기 비드층은, 제 1 직경을 갖는 제 1 비드 입자 및 상기 제 1 직경과 다른 제 2 직경을 갖는 제 2 비드 입자를 포함하는 것인, 조명 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130129592A KR101532983B1 (ko) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130129592A KR101532983B1 (ko) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150049278A KR20150049278A (ko) | 2015-05-08 |
| KR101532983B1 true KR101532983B1 (ko) | 2015-07-02 |
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| KR1020130129592A KR101532983B1 (ko) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 발광 소자 패키지의 제작 방법 |
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| KR (1) | KR101532983B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130125637A (ko) * | 2012-05-09 | 2013-11-19 | 희성전자 주식회사 | 발광다이오드의 지향각을 향상시키는 직하형 백라이트 장치 |
-
2013
- 2013-10-29 KR KR1020130129592A patent/KR101532983B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| KR20130125637A (ko) * | 2012-05-09 | 2013-11-19 | 희성전자 주식회사 | 발광다이오드의 지향각을 향상시키는 직하형 백라이트 장치 |
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| KR20150049278A (ko) | 2015-05-08 |
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