KR101623558B1 - 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직광성을 향상시켜서 배광곡선의 제어를 용이하게 하고, 광 균일도를 향상시키며, 제작 비용 및 제작 시간을 절감하여 생산성을 크게 높일 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판에 안착되는 발광 소자; 및 상기 기판에 설치되고, 상기 발광 소자의 측면의 표면을 따라서 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸게 설치되는 반사벽;을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직광성을 향상시켜서 배광곡선의 제어를 용이하게 하고, 광 균일도를 향상시키며, 제작 비용 및 제작 시간을 절감하여 생산성을 크게 높일 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 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.
백라이트 유닛에서 널리 사용되는 직하형 발광 소자 패키지는, 유닛의 두께를 줄이는 동시에 도광판에 광을 균일하게 조사할 수 있도록 1차로 발광 소자 패키지에서 발생된 빛을 2차 렌즈를 통해서 넓게 분산시킬 수 있다.
그러나, 종래의 발광 소자 패키지는 1차로 발광 소자 패키지에서 발생되는 빛이 사방으로 너무 많이 분산되기 때문에 2차 렌즈를 통한 광 제어가 어렵고, 발광 소자 패키지의 테두리부분에서 발생되는 테두리 분산광이 2차 렌즈에서 빛의 굴절이나, 간섭이나, 분광 현상 등의 복잡한 현상이 발생되어 도광판에 조사되는 빛의 색편차나 명암편차가 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 발광 소자의 측면을 둘러싸는 반사벽을 이용하여 빛의 직광성을 높임으로써 2차 렌즈를 이용한 광 제어를 용이하게 하고, 분산광을 줄여서 불필요한 빛의 굴절이나, 간섭이나, 분광 현상 등을 제어하여 도광판에 조사되는 빛의 색편차나 명암편차를 줄일 수 있으며, 제작 비용 및 제작 시간을 절감하여 생산성을 크게 높일 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 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, 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 측면 방향으로의 광방출을 막도록 상기 발광 소자의 측면을 한바퀴 둘러싸게 설치되는 반사벽;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사벽은, 상기 발광 소자의 측면에 직접 접촉될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사벽은, 적어도 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자는, 사각판 형상이고, 상기 반사벽은, 상기 발광 소자의 수직 측면을 둘러싸고, 상기 발광 소자의 수직 측면과 직접 접촉되는 사각홀이 형성되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자가 안착되는 기판을 더 포함하고, 상기 반사벽은 상기 기판 상에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사벽은, 상기 기판 및 상기 발광 소자에 디스펜싱 또는 스크린 프린팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 기판은, 적어도 리드 프레임, PCB, FPCB 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 상기 발광 소자의 광 경로에 설치되는 형광체;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자는, 플립칩일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법은, 기판 스트립을 준비하는 단계; 상기 기판 스트립에 적어도 하나의 발광 소자를 안착시키는 단계; 및 상기 발광 소자의 측면의 표면을 따라서 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸게 반사벽을 설치하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사벽을 설치하는 단계는, 상기 기판 스트립 및 상기 발광 소자의 측면에 상기 반사벽을 디스펜싱 또는 스크린 프린팅하는 것일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 배광 성능을 향상시킬 수 있고, 빛의 색편차나 명암편차를 줄일 수 있으며, 제작 비용 및 제작 시간을 절감하여 생산성을 크게 높일 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 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자 패키지의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자 패키지에 렌즈를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 발광 소자 패키지에 렌즈를 설치한 상태의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자 패키지의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자 패키지에 렌즈를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 발광 소자 패키지에 렌즈를 설치한 상태의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
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 개념적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 사시도이다.
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) 및 반사벽(30)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 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)에 안착될 수 있는 것으로서, 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. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 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 13.001 과 4.758 이며, 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.
또한, 상기 성장용 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판 면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56%정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 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, 도 1 및 도 2에서는, 범프나 패드나 솔더 등의 신호전달매체를 갖는 플립칩 형태의 발광 소자(20)를 예시하였으나, 이외에도 와이어 등의 신호전달매체를 갖는 수직형 및 수평형 등 다양한 형태의 발광 소자들이 적용될 수 있다.
한편, 상기 반사벽(30)은, 상기 기판(10)에 설치되고, 상기 발광 소자(20)의 측면(20a)의 표면을 따라서 상기 발광 소자(20)의 측면(20a)을 둘러싸게 설치되는 것으로서, 상기 발광 소자(20)의 측면(20a)에 직접 접촉될 수 있다.
여기서, 상기 반사벽(30)은, 적어도 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR(Photo Solder Resister) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반사벽(30)은, 상기 기판(10) 및 상기 발광 소자(20)에 디스펜싱 또는 스크린 프린팅될 수 있다.
따라서, 상기 발광 소자(20)가 사각판 형상일 경우, 상기 반사벽(30)은, 디스펜싱 또는 스크린 프린팅 과정에서, 상기 발광 소자(20)의 수직 측면(20a)을 둘러싸고, 상기 발광 소자(20)의 수직 측면(20a)과 직접 접촉되는 사각홀(30a)이 형성될 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 발광 소자(20)가 원형판 형상일 경우, 상기 반사벽(30)은, 디스펜싱 또는 스크린 프린팅 과정에서, 상기 발광 소자(20)의 수직 외경면을 둘러싸고, 상기 발광 소자(20)의 수직 외경면과 직접 접촉되는 원형홀이 형성될 수 있다.
이외에도, 상기 반사벽(30)은, 상기 발광 소자(20)의 형태에 따라서, 타원홀, 다각형홀, 사다리꼴형, 복합형 등 매우 다양한 형태의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 더욱 구체적으로는, 예를 들어서, 상기 반사벽(30)은, 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, 이산화 규소, 이산화 티탄, 이산화 지르코늄, 티타늄 산 칼륨, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 멀라이트, 크롬, 화이트 계열이나 금속 계열의 성분 등 광 반사성 반사 물질을 함유시킬 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 상기 발광 소자(20)의 광 경로에 설치되는 형광체(40)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형광체(40)는, 예컨데, 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 형광체(40)의 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr 은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y 은 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 형광체(40)의 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 ㅋ코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(Regand)의 구조로 구성될 수 있으며, 크기에 따라 다양한 칼라를 구현할 수 있다.
또한, 상기 형광체(40) 또는 양자점(Quantum Dot)의 도포 방식은 크게 LED Chip 또는 발광소자에 뿌리는 방식, 또는 막 형태로 덮는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
뿌리는 방식으로는 디스펜싱, 스프레이 코팅 등이 일반적이며 디스펜싱은 공압방식과 스크류(Screw), Linear(리니어) 타입 등의 기계적인 방식을 포함한다. ㅈ제팅(Jettingg) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광소자 기판상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광소자 또는 LED Chip 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며 LED Chip 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 Chip 과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화 하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR) 층을 포함할 수 있다.
균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 LED Chip 또는 발광 소자 위에 부착할 수 있다.
광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치한다.
이러한, 상기 형광체 도포 기술은 LED 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 Chip 또는 발광 소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광 변환을 할 수 도 있다.
한편, 도시하지 않았지만, LED Chip 또는 상기 발광 소자(20)를 외부 환경으로부터 보호하거나, 상기 발광 소자(20)의 외부로 나가는 광 추출 효율을 개선하기 위하여 충진재로 투광성 물질이 상기 LED Chip 또는 상기 발광 소자(20) 또는 상기 형광체(40) 상에 위치할 수 있다.
이 때 적용되는 투광성 물질은 Epoxy, Silicone, Epoxy 와 Silicone의 Hybrid 등의 투명 유기용제가 적용되며, 가열, 광 조사, 시간 경과 등의 방식으로 경화하여 사용할 수 있다.
상기 Silicone 은 Polydimethyl siloxane 을 Methyl 계로 Polymethylphenyl siloxane 을 Phenyl 계로 구분하며, Methyl 계와 Phenyl 계에 따라 굴절률, 투습률, 광투과율, 내광안정성, 내열안정성에 차이를 가지게 된다. 또한, Cross Linker 와 촉매재에 따라 경화 속도에 차이를 가지게 되어 형광체 분산에 영향을 준다.
충진재의 굴절률에 따라 광 추출 효율은 차이를 가지게 되며, 블루(Blue) 광이 방출되는 부분의 LED Chip 최외각 매질의 굴절률과 공기로 방출되는 굴절률의 갭을 최소로 해주기 위하여 굴절률이 다른 이종 이상의 Silicone 을 순차적으로 적층할 수 있다.
일반적으로 내열 안정성은 Methyl 계가 가장 안정하며, Phenly 계, Hybrid, Epoxy 순으로 온도 상승에 변화율이 적다. Silicone은 경도에 따라 Gel type, Elastomer type, Resin type 으로 구분할 수 있다.
광원에서 조사된 빛을 방사상으로 안내하기 위해 상기 발광 소자(20)에 도 4의 렌즈(50)를 더 포함 할 수 있으며, 상기 렌즈(50)는 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 2차 렌즈일 수 있다.
도 1의 발광 소자 패키지(100)는 기판 상에 플립칩 형태로 제공된 예를 도시하였으나, 다른 실시예에서 기판(10)이 생략되고 플립칩이 응용제품의 보드 상에 직접 실장되는 경우도 상정할 수 있다.
도 3은 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이고, 도 4는 도 1의 발광 소자 패키지(100)에 렌즈(50)를 설치한 상태를 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4의 발광 소자 패키지(100)에 렌즈(50)를 설치한 상태의 지향각에 따른 배광 곡선을 나타내는 배광도이다.
따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 도 1의 상기 발광 소자(20)에서 발생된 빛이 외기로 노출되지 않고, 상기 반사벽(30)에 의해 반사되어 상기 형광체(40)를 통해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 직진성이 향상된 상태로 거의 대부분 대략 좌우 45도 범위 내에서 상방을 향하여 조사될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛에서 널리 사용되는 직하형 발광 소자 패키지인 경우, 1차로 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)에서 발생되는 빛은, 사방으로 너무 많이 분산되지 않기 때문에, 도 4의 2차 렌즈(50)를 통해서, 도 5에 도시된 바와 같이, 좌우 방향으로 최대한 넓게 분산될 수 있게 광 제어를 용이하게 할 수 있고, 또한, 상기 발광 소자(20)의 테두리부분에서 발생되는 테두리 분산광을 억제하여 2차 렌즈(50)에서 빛의 굴절이나, 간섭이나, 분광 현상 등의 복잡한 현상이 발생되지 않아서 도광판에 조사되는 빛의 색편차나 명암편차를 크게 줄일 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이고, 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법은, 먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 스트립(10-1)을 준비하는 단계(S1)와, 이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기판 스트립(10-1)에 적어도 하나의 발광 소자(20)를 안착시키는 단계(S2)와, 이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)의 측면(20a)의 표면을 따라서 상기 발광 소자(20)의 측면을 둘러싸게 반사벽(30)을 설치하는 단계(S3)와, 이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(20)의 광 경로에 형광체(40)를 설치하는 단계(S4) 및, 이어서, 도 9의 절단라인(CL)을 따라 상기 기판 스트립(10-1)을 소윙하는 단계(S5)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반사벽(30)을 설치하는 단계(S3)는, 상기 기판 스트립(10-1) 및 상기 발광 소자(20)의 측면(20a)에 상기 반사벽(30)을 디스펜싱 또는 스크린 프린팅할 수 있다.
그러므로, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법에 따르면, 상기 반사벽(30)을 몰딩 성형하지 않고도 디스펜싱 또는 스크린 프린팅으로 간편하고, 저렴하며 신속하게 제작할 수 있게 하여 생산성을 크게 높일 수 있고, 성능을 높이는 동시에 단가를 크게 낮출 수 있다.
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. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 기판
20: 발광 소자
20a: 측면
30: 반사벽
30a: 사각홀
40: 형광체
50: 렌즈
10-1: 기판 스트립
CL: 절단라인
100: 발광 소자 패키지
20: 발광 소자
20a: 측면
30: 반사벽
30a: 사각홀
40: 형광체
50: 렌즈
10-1: 기판 스트립
CL: 절단라인
100: 발광 소자 패키지
Claims (11)
- 측면 발광하는 발광 소자;
상기 발광 소자의 측면 방향으로의 광방출을 막도록 상기 발광 소자의 측면을 한바퀴 둘러싸게 설치되는 반사벽; 및
상기 발광 소자가 안착되는 기판을 포함하고,
상기 반사벽은 상기 기판 상에 설치되며,
상기 기판의 표면으로부터 측정한, 상기 발광 소자의 두께와 상기 반사벽의 두께가 동일하며,
상기 발광 소자와 상기 반사벽의 상단에 동일한 높이의 형광체 층이 형성된, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사벽은, 상기 발광 소자의 측면에 직접 접촉되는 것인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사벽은, 적어도 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR(Photo Solder Resister) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자는, 사각판 형상이고,
상기 반사벽은, 상기 발광 소자의 수직 측면을 둘러싸고, 상기 발광 소자의 수직 측면과 직접 접촉되는 사각홀이 형성되는 것인, 발광 소자 패키지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사벽은, 상기 기판 및 상기 발광 소자에 디스펜싱 또는 스크린 프린팅되는 것인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은, 적어도 리드 프레임, PCB, FPCB 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것인, 발광 소자 패키지. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 소자는, 플립칩인, 발광 소자 패키지. - 기판 스트립을 준비하는 단계;
상기 기판 스트립에 적어도 하나의 측면 발광하는 발광 소자를 안착시키는 단계; 및
상기 발광 소자의 측면의 표면을 따라서 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸게 반사벽을 설치하는 단계;
를 포함하되,
상기 반사벽을 설치하는 단계에서,
상기 기판 스트립의 표면으로부터 측정한, 상기 발광 소자의 두께와 상기 반사벽의 두께가 동일하며,
상기 발광 소자와 상기 반사벽의 상단에 동일한 높이의 형광체 층이 형성된, 발광 소자 패키지의 제작 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 반사벽을 설치하는 단계는, 상기 기판 스트립 및 상기 발광 소자의 측면에 상기 반사벽을 디스펜싱 또는 스크린 프린팅하는 것인, 발광 소자 패키지의 제작 방법.
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