JP5963798B2 - 発光素子パッケージ及び照明システム - Google Patents
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Description
特性のp−n接合ダイオードを周期律表上でIII族とV族の元素が化合して生成できる
。LEDは化合物半導体の組成比を調節することによって多様なカラー具現が可能である
。
(Conduction band)と価電帯(Valance band)のエネルギーギャップに対応するだけの
エネルギーを発散するが、このエネルギーは主に熱や光の形態で放出され、光の形態で発
散されれば発光素子となるものである。
子及び高出力電子素子開発分野で大いなる関心を受けている。特に、窒化物半導体を用い
た青色(Blue)発光素子、緑色(Green)発光素子、紫外線(UV)発光素子などは常用
化されて広く使われている。
色)の個々の光源を組合せる方法と、青色(blue)または紫外線光源と蛍光体とを組合せ
て具現する方法とがある。
蛍光体で変換された光が自然発光されるため、全方向に光が放出する。この際、発光素子
の内部に再進入した光は素子の内部に吸収されて光損失を引き起こして発光効率を低下さ
せる短所がある。
ステムを提供することをその目的とする。
子チップと、上記発光素子チップとの間に空間を含むようにして上記サブマウントの上に
形成された波長フィルタと、上記波長フィルタの上の蛍光体層と、を含み、上記空間は、
空気(air)、アルゴンガス(Ar gas)、窒素ガス(N2 gas)、真空のうち、少なくとも
1つによって満たされることができる。
ル部を含む。
層との間に位置した選択的波長フィルタが青色(Blue)可視光または紫外線のような高い
エネルギーを有する短波長の光は通過する一方、蛍光体から励起された低いエネルギーを
有する長波長の光は反射させることによって、効果的な演色指数を得ることができる。
照しつつ説明する。
各層(膜)、領域、パッド、またはパターンの“上(on)”に、または“下(under)”
に形成されることと記載される場合において、“上(on)”と“下(under)”は、“直
接(directly)”または“他の層を介して(indirectly)”形成されることを全て含む。
また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
は概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを全的に反映するので
はない。
[実施形態]
ト210の上に発光素子チップ100と上記発光素子チップ100との間に空間(space
)(S)を含んで上記サブマウント210の上に形成された波長フィルタ320、及び上
記波長フィルタ320の上に形成された蛍光体層330を含むことができる。
のではない。実施形態によれば、上記波長フィルタ320が均一な上面を有することによ
ってコンフォーマルコーティング(conformal coating)蛍光体層の形成が容易でありう
る。
できる。例えば、上記波長フィルタ320は第1屈折率を有する第1誘電体層321と上
記第1屈折率と異なる第2屈折率を有し、上記第1誘電体層321の上に形成された第2
誘電体層322を含むことができる。
)(但し、λは光の波長、nは各誘電体層の屈折率、θは光の入射角)でありうる。
ある。また、図6は、本発明の実施形態に従う発光素子パッケージの発光例示図である。
長に対する透過率を示す図であり、図3は本発明の実施形態に従う発光素子パッケージの
外部から内部への、波長に対する反射率を示す図表である。
長フィルタ320が屈折率の低い物質と高い物質とを積層した構造で形成されることによ
って、発光素子パッケージの内部から外部へ透過される短波長の光はよく通過する一方(
図2参照)、蛍光体層から変換された長波長の光を再反射させることによって、発光素子
パッケージ内部への進入を止める特性を表す(図3参照)。
発光素子チップ100との間の空間(space:S)が設けられ、上記空間(S)は、空気
(air)、アルゴンガス(Ar gas)、窒素ガス(N2 gas)、真空のうち、少なくとも1つ
により満たされる。これによって、図6に示すように、発光素子チップ100から出る短
波長の光(L1)はフィルタを介して外部に抽出され易い一方、蛍光体から変換された長
波長の光(L2)は高い屈折率から低い屈折率への内部全反射効果を用いてより効率的に
反射率を増加させることができる。
with air gap / w/o air gap)によって発光素子の内部で発生した短波長光の透過率を
示す図表である。図4に示すように、空気層がある場合(with air gap)に入射角が30
゜以上の全体的な領域で光の透過率が高まる。
th air gap / w/o air gap)によって発光素子の外部の蛍光体で発生した長波長光の反
射率を示す図表であって、空気層がある場合(with air gap)の入射角が40゜より若干
高い領域を除いて全体領域で長波長の反射率が高まる。
した選択的波長フィルタが青色(Blue)可視光または紫外線のように高いエネルギーを有
する短波長の光は通過する一方、蛍光体から励起された低いエネルギーを有する長波長の
光は反射させることによって、効果的な演色指数を得ることができる。
法を説明する。
熱伝導度に優れる材質でありうる。例えば、上記サブマウント210は、シリコン材質、
合成樹脂材質、または金属材質を含んで形成できる。例えば、サブマウント210はシリ
コン(Si)で形成できるが、これに限定されるのではなく、サブマウント210にPC
Bまたは低温同時焼成セラミック(LTCC)などが利用できる。
することができる。上記キャビティー(C)が形成されたサブマウント210に対し、単
位チップ別にアイソレーション工程(図示せず)が進行できる。
を形成することができる。上記第1電極層220及び第2電極層230は互いに電気的に
分離され、上記発光素子チップ100に電源を提供する役割をする。また、上記第1電極
層220及び第2電極層230は、上記発光素子チップ100で発生した光を反射させて
光効率を増加させる役割をすることができ、上記発光素子チップ100で発生した熱を外
部に排出させる役割をすることもできる。
とができ、上記サブマウント210の内にツェナダイオード等の静電気(ESD)の防止
のための素子を含むことができる。
発光素子チップ100を付着する。
成できる。例えば、Green〜Blue LEDはGaN(InGaN)、Yellow〜Red LEDは
InGaAIP、AlGaAsを使用することができ、物質の組成の変更に従ってフルカ
ラー(Full Color)具現も可能である。
ではない。
は絶縁性基板を含み、例えば上記第1基板は、サファイア(Al2O3)、SiC、Si
、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge、及びGa2O3のうち、少
なくとも1つを使用することができる。 上記第1基板に対して湿式洗浄を行って表面の
ドーパントを除去することができる。
型半導体層113を含む発光構造物110を形成することができる。
族化合物半導体で具現されることができ、上記第1導電型半導体層112がN型半導体層
の場合、上記第1導電型ドーパントはN型ドーパントであって、Si、Ge、Sn、Se
、及びTeを含むことができるが、これに限定されるのではない。
y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。
、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、Ga
P、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InPのうち、いずれか1つ以上で形成
できる。
BE)、スパッタリング、または水酸化物気相エピタキシー(HVPE)など方法を使用
してN型GaN層を形成することができる。また、上記第1導電型半導体層112は、チ
ャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH3)、窒素ガス
(N2)、及びシリコン(Si)のようなn型ドーパントを含むシランガス(SiH4)
が注入されて形成できる。
Well)、量子線(Quantum-Wire)構造、または量子点(Quantum Dot)構造のうち、少な
くともいずれか1つで形成できる。例えば、上記活性層114は、トリメチルガリウムガ
ス(TMGa)、アンモニアガス(NH3)、窒素ガス(N2)、及びトリメチルインジ
ウムガス(TMIn)が注入されて多重量子井戸構造が形成できるが、これに限定される
のではない。
、AlGaN/GaN、InAlGaN/GaN、GaAs、/AlGaAs(InGa
As)、GaP/AlGaP(InGaP)のうち、いずれか1つ以上のペア構造で形成
できるが、これに限定されるのではない。上記井戸層は、上記障壁層のバンドギャップよ
り低いバンドギャップを有する物質で形成できる。
クラッド層は、AlGaN系半導体で形成されることができ、上記活性層114のバンド
ギャップよりは高いバンドギャップを有することができる。
族元素の化合物半導体、例えば、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。上記第2導電型
半導体層113は、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InA
lGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP
などから選択できる。上記第2導電型半導体層113がP型半導体層の場合、上記第2導
電型ドーパントはP型ドーパントであって、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むこ
とができる。上記第2導電型半導体層113は単層または多層で形成されることができる
が、これに対して限定するのではない。
、アンモニアガス(NH3)、窒素ガス(N2)、及びマグネシウム(Mg)のようなp
型ドーパントを含むビセチルサイクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp2Mg){
Mg(C2H5C5H4)2}が注入されてp型GaN層が形成できるが、これに限定さ
れるのではない。
導体層113はP型半導体層で具現できるが、これに限定されるのではない。また、上記
第2導電型半導体層113の上には上記第2導電型と反対の極性を有する半導体、例えば
N型半導体層(図示せず)を形成することができる。これによって、発光構造物110は
、N−P接合構造、P−N接合構造、N−P−N接合構造、P−N−P接合構造のうち、
いずれか1つ構造で具現できる。
図示せず)、支持基板(図示せず)などを含むことができる。
ーミック層は上記発光構造物110にオーミック接触されて発光構造物に電源が円滑に供
給されるようにすることができ、単一金属または金属合金、金属酸化物などを多重で積層
して形成できる。
dium zinc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、IAZO(indium aluminum
zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium ti
n oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(
gallium zinc oxide)、IZON(IZO Nitride)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(
In-Ga ZnO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrO
x/Au、及びNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、
Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hfのうち、少なくとも1つを含んで形成
されることができ、このような材料に限定されるのではない。
ら入射される光を反射させて、光抽出効率を改善させることができる。
g、Zn、Pt、Au、Hfのうち、少なくとも1つを含む金属または合金で形成できる
。また、上記反射層は、上記金属または合金とIZO、IZTO、IAZO、IGZO、
IGTO、AZO、ATOなどの透光性伝導性物質を用いて多層で形成することができ、
例えば、IZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni、AZO/Ag/Niなどで
積層できる。
か、バリアー金属またはボンディング金属などを含むことができる。例えば、上記接合層
は、Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、またはTaのうち
、少なくとも1つを含むことができる。
上記発光構造物110を支持し、上記発光構造物110に電源を提供することができる。
上記支持基板は、電気伝導性に優れる金属、金属合金、または伝導性半導体物質からなる
ことができる。
(Au)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、銅−タングステン(Cu−W)、キ
ャリヤウエーハ(例えば、Si、Ge、GaAs、GaN、ZnO、SiGe、SiC等
)のうち、少なくとも1つを含むことができる。
ティックメタルを用いたボンディング方法などを使用することができる。
記第1基板を除去する方法は、レーザリフトオフ(Laser Lift Off)方法または化学的リ
フトオフ(Chemical Lift Off)方法を利用することができる。また、上記第1基板は物
理的に磨き出すことによって除去することもできる。
いて発光素子チップを接着する方法、または発光素子チップにプレーティングされたユー
テクティック(eutectic)メタルを用いる方法などにより進行できる。
ダリング(soldering)により発光素子チップを付着するか、高熱伝導性を必要とする場
合にはユーテクティック接合方式が採用できるが、これに限定されるのではない。
連結できる。
極層220及び/または第2電極層230と電気的に連結されることができ、実施形態で
は垂直型タイプの発光素子チップ100が例示されているため、1つのワイヤ240が使
われたものが例示されている。他の例として、上記発光素子チップ100が水平型タイプ
の発光素子の場合、2つのワイヤ240が使用できる。
とができる。上記シーリング物質250は、ガラス(glass)、ユーテクティック(eutec
tic)物質、エポキシ物質などが使用できるが、これに限定されるのではない。
る。
0はガラス(glass)で形成できるが、これに限定されるのではない。
体層を含むことができる。
1屈折率と異なる第2屈折率を有し、上記第1誘電体層321の上に形成された第2誘電
体層322を含むことができる。
例えば、450nm青色波長に対し、屈折率が1.46のSiO2層が第1誘電体層32
1に、屈折率が2.44のTiO2層が第2誘電体層322にquarter-wave stack(λ/
4・n・m)で繰り返して積層すれば、積層数に従って外部励起光の高い反射率を得るこ
とができ、内部発生光の高い透過率を得ることができるが、このような誘電体層の材質及
び積層数に限定されるのではない。
θ)(但し、λは光の波長、nは各誘電体層の屈折率、θは光の入射角)でありうる。
た構造で形成されることによって、発光素子パッケージの内部から外部に透過される短波
長の光はよく通過する一方(図2参照)、蛍光体層から変換された長波長の光を再反射さ
せることによって、発光素子パッケージの内部への進入を止める特性を表す(図3参照)
。
0を形成することができる。上記蛍光体層330はコンフォーマルコーティング(confor
mal coating)により均一な厚さを有する蛍光体層でありうるが、これに限定されるので
はない。
などの蛍光体を使用)を加えるか、UV LEDに赤/禄/青の三色蛍光体を使用するこ
とができるが、これに限定されるのではない。
ニウムガーネット(YAG)のホスト物質にセリウム(Ce)活性物質が、シリゲート系
列のホスト物質にユロピウム(Eu)活性物質を採用できるが、これに限定されるのでは
ない。
ることができる。この際、上記波長フィルタ320と上記発光素子チップ100との間に
は空間(S)が形成できる。
子チップ100との間の空間(space:S)を置いて、上記空間(S)は、空気(air)、
アルゴンガス(Ar gas)、窒素ガス(N2 gas)、真空のうち、少なくとも1つによって満
たされる。これによって、図6に示したように、発光素子チップ100から出る短波長の
光(L1)はフィルタを介して外部に抽出され易い一方、蛍光体から変換された長波長の
光(L2)は高い屈折率から低い屈折率への内部全反射効果を用いて、より効率的に反射
率を増加させることができる。
よって発光素子の内部で発生した短波長光の透過率を示す図表である。図4のように、空
気層がある場合(with air gap)に入射角が30゜以上の全体的な領域で光の透過率が高
まる。
って発光素子の外部の蛍光体で発生した長波長光の反射率を示す図表であって、空気層が
ある場合、入射角が40゜より若干高い領域を除いて全体領域で長波長の反射率が高まる
。
素子パッケージを完成することができる。
、図17に図示された照明ユニット、及び図18に図示されたバックライドユニットを含
み、信号灯、車両前照灯、看板などが含まれることができる。
胴体1110に設けられた発光モジュール部1130、及び上記ケース胴体1110に設
けられ、外部電源から電源の提供を受ける連結端子1120を含むことができる。
ば金属材質または樹脂材質で形成できる。
少なくとも1つの発光素子パッケージ200を含むことができる。
、一般印刷回路基板(PCB:Printed Circuit Board)、メタルコア(Metal Core)P
CB、軟性(Flexible)PCB、セラミックPCBなどを含むことができる。
的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などで形成できる。
る。上記発光素子パッケージ200の各々は、少なくとも1つの発光ダイオード(LED
:Light Emitting Diode)100を含むことができる。上記発光ダイオード100は、赤
色、緑色、青色、または白色の有色光を各々発光する有色発光ダイオード、及び紫外線(
UV:Ultra Violet)を発光するUV発光ダイオードを含むことができる。
ジ200の組合せを有するように配置できる。例えば、高演色性(CRI)を確保するた
めに、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、及び緑色発光ダイオードを組合せて配
置できる。
供給することができる。図17の図示によると、上記連結端子1120はソケット方式に
より外部電源に螺合されるが、これに対して限定するのではない。例えば、上記連結端子
1120は、ピン(pin)形態で形成されて外部電源に挿入されるか、配線により外部電
源に連結されることもできる。
。
0に光を提供する発光モジュール部1240、上記導光板1210の下に反射部材122
0、及び上記導光板1210と発光モジュール部1240と反射部材1220とを収納す
るボトムカバー1230を含むことができるが、これに限定されるのではない。
は透明な材質からなり、例えば、PMMA(polymethyl metaacrylate)のようなアクリ
ル樹脂系列、PET(polyethylene terephthlate)、PC(poly carbonate)、COC
(cycloolefin copolymer)及びPEN(polyethylene naphthalate)樹脂のうちの1つ
を含むことができる。
、窮極的には上記バックライトユニットが設けられるディスプレイ装置の光源として作用
するようになる。
限定されるのではない。具体的には、上記発光モジュール部1240は、基板1242、
及び上記基板1242に載置された多数の発光素子パッケージ200を含むが、上記基板
1242が上記導光板1210と接することができるが、これに限定されるのではない。
d Circuit Board)でありうる。但し、上記基板1242は一般PCBだけでなく、メタ
ルコアPCB(MCPCB:Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB:Flexible PCB)
などを含むこともでき、これに対して限定するのではない。
れる発光面が上記導光板1210と所定距離離隔するように載置できる。
0は、上記導光板1210の下面に入射された光を反射させて上方に向かうようにするこ
とによって、上記バックライトユニットの輝度を向上させることができる。上記反射部材
1220は、例えば、PET、PC、PVCレジンなどで形成できるが、これに対して限
定するのではない。
反射部材1220などを収納することができる。このために、上記ボトムカバー1230
は上面が開口されたボックス(box)形状で形成できるが、これに対して限定するのでは
ない。
成形または押出成形などの工程を用いて製造できる。
形態に含まれ、必ず1つの実施形態のみに限定されるのではない。延いては、各実施形態
で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者に
より他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このよ
うな組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
でなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特
性から外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形及び応用が可能であることが分
かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。
そして、このような変形及び応用に関連した差異点は特許請求の範囲で規定する本発明の
範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (5)
- サブマウントと、
前記サブマウント上に発光素子チップと、
前記サブマウントの少なくとも一部を囲むように形成された電極層と、
前記発光素子チップとの間に空間(space)を含むようにして前記サブマウント上に形成された波長フィルタと、
前記電極層と波長フィルタとの間に介在するシーリング物質と、
前記波長フィルタ上に支持層と、
前記支持層上に蛍光体層と、
を含み、
前記空間は、空気(air)、アルゴンガス(Ar gas)、窒素ガス(N2 gas)、真空のうちの少なくとも1つによって満たされ、
前記蛍光体層は、均一な厚さを有し、
前記波長フィルタは、第1屈折率を有する第1誘電体層と、前記第1屈折率と異なる第2屈折率を有し、前記第1誘電体層上に形成された第2誘電体層とを含み、
前記第1誘電体層と前記第2誘電体層の厚さは、λ/(4n×cosθ)(但し、λは光の波長、nは各誘電体層の屈折率、θは光の入射角)であり、
前記波長フィルタの上面は前記支持層の底面と接し、
前記蛍光体層の底面は前記支持層の上面と接し、
前記電極層は前記サブマウントの上面を囲むように配置され、
前記シーリング物質は、前記電極層の上面と接し、前記サブマウントとは離隔し、
前記波長フィルタの底面は、前記シーリング物質の上面と接し、
前記波長フィルタは、前記シーリング物質によって前記電極層とは離隔し、
前記支持層は、前記波長フィルタより厚く形成されることを特徴とする発光素子パッケージ。 - 前記第1誘電体層はSiO2層を含み、前記第2誘電体層はTiO2層を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子パッケージ。
- 前記電極層の最上面と前記波長フィルタとの間に、前記シーリング物質が介在し、
前記シーリング物質上には、前記波長フィルタ、前記支持層、前記蛍光体層が平たい上面を持って順次積層されることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子パッケージ。 - 前記シーリング物質は、ガラスまたはエポキシ物質を含むように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子パッケージ。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の発光素子パッケージを備える発光モジュール部を含むことを特徴とする照明システム。
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